JPH06126638A - 砥石用結合剤及び砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐熱性に優れ摩耗が少ない砥石を与える砥石用
結合剤を得る。 【構成】フェノール−ジビニルベンゼン付加物にホルマ
リンを反応させた末端にメチロール基を有するレゾール
型液状樹脂を得、これと砥粒をよく混合し、この一次配
合物にさらにフェノール−ジビニルベンゼン付加物から
なる固形ノボラック型樹脂とヘキサメチレンテトラミン
との混合物、クライオライト（研削助剤）をそれぞれ混
練して砥石用配合物を得る。これを加熱加圧成形後、焼
成して研削砥石を得る（実施例２）。 【効果】耐熱性に優れ摩耗が少なく、しかも耐水性にも
優れた砥石を与える砥石用結合剤が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性に優れた砥石を
与える結合剤及び砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は有機系結合剤としてはフェノール
樹脂系が主流であったが、近年は回転機械の品質向上か
ら減りの少ない長く使える耐用性の向上要求が多くなっ
てきている。

【０００３】具体的には、ノボラック型フェノール樹脂
とヘキサメチレンテトラミンとを組み合わせて用いた
り、レゾール型フェノール樹脂を用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した様な従来のフ
ェノール系樹脂は還元雰囲気に於いては炭化をして抜群
の耐熱性を示すものの、酸化雰囲気においては切削面が
酸化され燃焼してしまい、必ずしも抜群の耐熱性とは言
えない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、上
記実情に鑑みて鋭意検討したところ、特定の芳香族炭化
水素系樹脂を砥石用結合材として用いると、高温におい
て砥石の減りが少なくなる事を見い出だし本発明を完成
するに至った。

【０００６】即ち本発明は、フェノール類とジビニルベ
ンゼン類とを必須成分としてこれらを付加せしめて得ら
れるノボラック型芳香族炭化水素系樹脂（Ａ）と、ポリ
メチレンポリアミン（Ｂ）とからなる砥石用結合剤、フ
ェノール類とジビニルベンゼン類とホルムアルデヒド供
給物質とを必須成分としてこれらを付加せしめて得られ
るレゾール型芳香族炭化水素系樹脂（Ｃ）からなる砥石
用結合剤、及び砥粒と、前記結合剤とからなる混練物を
硬化せしめてなる砥石を提供するものである。

【０００７】本発明で用いられる芳香族炭化水素系樹脂
（Ａ）及び（Ｃ）を製造するのに用いられるフェノール
類は特に限定されるものではなく公知慣用のものがいず
れも使用できる。具体的には、例えばフェノールを始め
として、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビフェ
ノールのごときフェノール２量体、クレゾールやパラタ
ーシャリーブチルフェノールのごときアルキルフェノー
ル類、レゾルシン、ハイドロキノンのごときフェノール
性水酸基を２つ以上含む化合物、ナフトールやジヒドロ
キシナフタレンのようなナフトール類等が挙げられる。
これらの化合物を２種類以上を混合して使用してもよ
い。

【０００８】本発明で用いられるジビニルベンゼン類と
しては、周知のものがいずれも使用でき、例えばジビニ
ルベンゼン、アルキルジビニルベンゼン、ハロゲン置換
物等が挙げられるが、反応性や作業性等を考慮するとジ
ビニルベンゼン（以下、ＤＶＢと略記する。）が最も好
ましい。なお、本発明で用いられるジビニルベンゼン類
（Ｂ）は単独使用でも、二種以上の混合物、さらには、
他の第三成分を含んでいても使用することができる。

【０００９】この場合の他の第三成分としては、例えば
スチレン、メチルスチレン、エチルスチレン、モノブロ
モスチレン等の芳香族モノビニル化合物、（メタ）アク
リル酸メチルエステル、（メタ）アクリル酸ステアリル
エステル、（メタ）アクリル酸、Ｎ−メチロール（メ
タ）アクリルアミド、γ−メルカプトプロピルトリメト
キシシラン等の脂肪族モノビニル化合物が挙げられる。
これら第三成分も単独のみならず、２種類以上混合して
使用することもできる。ＤＶＢ市販品は、通常ＤＶＢと
エチルスチレンとの混合物である。この様な市販品を用
いる場合にもできるだけ高純度のＤＶＢ市販品を用いる
ことが得られる砥石の性能上も好ましい。

【００１０】樹脂（Ｃ）を得る際に用いるホルムアルデ
ヒド供給物質としては、例えばホルムアルデヒド水溶
液、ポラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフ
リルアルデヒド、グリオキザール等が挙げられる。

【００１１】樹脂（Ａ）及び（Ｃ）は、数平均分子量８
００〜２０００のものが好ましい。尚、樹脂（Ａ）とし
ては、例えば次の構造を有したものが挙げられる。

【００１２】

【化３】

【００１３】（但し、式中Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一で
も異なっていてもよい水素原子、アルキル基又は４−エ
チル−フェニレン−１−エチル基であり，mは正の整数
である。）

【００１４】具体的には、例えば次の構造を有したもの
が挙げられる。

【００１５】

【化４】

【００１６】一方樹脂（Ｃ）としては、次の構造を有し
たものが挙げられる。

【００１７】

【化５】

【００１８】（但し、式中Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一で
も異なっていてもよい水素原子、アルキル基又は４−エ
チル−フェニレン−１−エチル基であり，mは正の整数
である。）

【００１９】具体的には、例えば次の構造を有したもの
が挙げられる。

【００２０】

【化６】

【００２１】次に樹脂（Ａ）及び樹脂（Ｃ）の製造方法
について説明する。樹脂（Ａ）は、フェノール類とジビ
ニルベンゼン類とを必須成分として、必要に応じて触媒
を用いて付加反応させれば容易に得ることができるし、
樹脂（Ｃ）は、フェノール類とジビニルベンゼン類とホ
ルムアルデヒド供給物質とを必須成分として、必要に応
じて触媒を用いて付加反応させれば容易に得ることがで
きる。

【００２２】この際に用いる触媒としては、例えばパラ
トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸等が挙げられ
る。

【００２３】ノボラック型樹脂（Ａ）の製造方法をより
具体的に説明すれば、例えばフェノール類とジビニルベ
ンゼン類の反応モル比を１：０．５〜０．８とし、必要
に応じて触媒を用いて、１００〜１６０℃で２〜７時間
反応させることが好ましい。

【００２４】この際に用いる触媒としては、例えば蓚
酸、硫酸、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン
酸、酢酸亜鉛等が挙げられる。

【００２５】この様にして得られたノボラック型樹脂
（Ａ）は、溶媒に高濃度で溶解し加温して使ってもよい
が、比較的高分子量にして粉末として使用するのが好ま
しい。

【００２６】ノボラック型樹脂（Ａ）は、それだけでは
硬化性を有しないため、ポリメチレンポリアミン（Ｂ）
を硬化剤として併用し、砥石用結合剤とする。ポリメチ
レンポリアミン（Ｂ）としては、ヘキサメチレンテトラ
ミンが代表的である。ポリメチレンポリアミン（Ｂ）の
使用量は特に制限されないが、通常樹脂（Ａ）不揮発分
１００重量部当たり、５〜１５重量部である。

【００２７】一方、樹脂（Ｃ）は、分子末端にメチロー
ル基を有していることに特徴を有しており、上記製造方
法同様にフェノール類とジビニルベンゼン類とを予め付
加反応させた後、これにホルムアルデヒド供給物質をさ
らに付加させるという方法で製造するのが一般的であ
る。

【００２８】メチロール基を分子中に有するレゾール型
樹脂（Ｃ）の製造方法をより具体的に説明するとすれ
ば、フェノール類とジビニルベンゼン類との反応モル比
を１：０．１５〜０．３５とし、必要に応じて触媒を用
いて、１００〜１６０℃で２〜７時間反応させることが
好ましい。

【００２９】この際に用いる触媒としては、例えば水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、酸化バリウム、アンモ
ニア、トリエチルアミン等が挙げられる。

【００３０】樹脂（Ｃ）を製造する際には、樹脂（Ａ）
として上記樹脂（Ａ）のなかでも、より低分子量である
樹脂（Ａ）の初期縮合物を用いることが好ましい。樹脂
（Ｃ）は、通常液状であることが好ましい。通常は樹脂
（Ｃ）は常温で使用するので、低粘度の方が作業性上好
ましい。

【００３１】樹脂（Ｃ）は、分子中にメチロール基を有
しているので、特に別途硬化剤を併用しなくとも、それ
自体で硬化させることができる。

【００３２】本発明の結合剤は、例えば樹脂（Ａ）とア
ミン（Ｂ）とからなる形態、樹脂（Ｃ）からなる形態或
いはそれらの併用形態のいずれの形態でもよいが、併用
形態が特に好ましい。

【００３３】この併用割合は特に制限されないが、例え
ば樹脂（Ｃ）不揮発分１００重量部当たり、樹脂（Ａ）
とアミン（Ｂ）との混合物３５０〜５５０重量部であ
る。

【００３４】尚、その際に公知慣用のノボラック型フェ
ノール系樹脂とヘキサメチレンテトラミンとからなる結
合剤や、レゾール型フェノール系樹脂からなる結合剤と
併用してもよいことは勿論である。

【００３５】また本発明の結合剤には、必要に応じて有
機溶媒を加えて用いてもよい。この際の有機溶媒として
は、例えばエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ブチレングリコール、エチレングリコールモノメチ
ルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エ
チレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコ
ール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、メタ
ノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ト
ルエン、キシレン、ターペン等が挙げられる。中でも毒
性が小さく、しかも火災や爆発の危険性も小さい点で高
沸点の有機溶媒が好ましい。

【００３６】本発明の砥石を製造する際の砥粒として
は、例えばアルミナ、チッ化珪素、炭化珪素、ダイヤモ
ンド、ジルコニヤ等の各種の砥粒が挙げられる。

【００３７】次に砥石の成型条件は、砥粒の粒度、形
状、砥石大きさ等目的によって決定しなければならず一
概には決定できないが、通常は砥粒温度を室温〜５０℃
とし、本発明の樹脂（Ｃ）からなる結合剤を湿潤剤とし
て用い、砥粒１００重量部当たり、それを３．０〜５．
０重量部をよく混合する。

【００３８】必要に応じてさらに氷晶石、酸化鉄、硫酸
バリウム、フッ化鉄、フッ化ナトリウムアルミニウム等
をさらに併用してもよい。

【００３９】次いで樹脂（Ｃ）不揮発分の３．５〜５．
５重量倍の樹脂（Ａ）とアミン（Ｂ）の混合粉末をそれ
に良くまぶし個々の種類・個々の粒径の砥粒一種ごとに
独立した配合砥粒をつくり、必要ならこれらを適当な割
合で混合した後、それを金型に入れて８０〜１５０ｋｇ
／ｃｍ²前後の圧力で賦型する。賦型したものを、室温
から２００℃まで２４時間〜４８時間程度をかけて徐徐
に加熱して完全に硬化させる、というのが一般的な砥石
の製造方法である。

【００４０】本発明の特定の芳香族炭化水素系樹脂を結
合剤とした砥石は、単に砥粒を液状レゾール型フェノー
ル樹脂で湿潤し、ノボラック型フェノール樹脂とヘキサ
メチレンテトラミンをまぶして得た従来の砥石よりも熱
時耐久性が大幅に改良できる。

【００４１】本発明の結合剤を用いた砥石が熱時耐久性
に優れているのは、おそらく、フェノールの水酸基から
の酸素による酸化劣化が少ないためと推定されるも、そ
れ以上の効果であり詳細な理由は定かではない。

【００４２】

【実施例】以下に実施例を挙げて説明する。以下、特に
断りのない限り％、部は重量基準である。

【００４３】参考例１〔樹脂（Ａ）の製造〕 温度計、攪拌機を備えた３リッターのフラスコに、フェ
ノール９４０ｇ、パラトルエンスルフォン酸４．７ｇを
仕込んだ。均一に攪拌しながら１３０℃まで昇温したと
ころで、１，４−ＤＶＢ ９６７．４ｇとエチルスチレ
ン２１９．６ｇとの混合物を、温度１３０〜１４０℃に
保ちつつ、３時間要して滴下した。滴下後１４０℃に２
時間保った後、１８０℃まで昇温して減圧度７００ｍｍ
Ｈｇで留出物がなくなるまで減圧蒸留をした。得られた
黄褐色樹脂状物の生成量は２０００ｇであった。この樹
脂は、軟化点（Ｂ＆Ｒ法）９０℃、数平均分子量は１１
１０（ＧＰＣ法、ポリスチレン換算）であった。

【００４４】この樹脂は、赤外線吸収スペクトルの結果
より水酸基が存在し、ＤＶＢ及びエチルスチレンに基づ
くビニル基が消失しており、炭素１３核磁気共鳴スペク
トルの結果、水酸基を有する芳香環上に４−エチル−フ
ェニレン−１−エチル基が結合しており、また二つの芳
香環を結ぶＤＶＢの開環付加反応が起きたことを示すメ
チルメチレン結合が形成されていることがわかった。こ
の樹脂は次の構造を有していると推定できた。

【００４５】

【化７】

【００４６】以下、この生成物を樹脂Ａとする。

【００４７】参考例２〔樹脂（Ｃ）の製造〕 温度計、攪拌機を備えた３リッターのフラスコに、フェ
ノール１０００ｇ、キシレンスルフォン酸１．９ｇを仕
込んだ。均一に攪拌しながら１３０℃まで昇温したとこ
ろで、１，４−ＤＶＢ ２６０．８ｇとエチルスチレン
５９．２ｇを、温度１３０〜１４０℃に保ちつつ、３時
間要して滴下した。滴下後１４０℃に２時間保った後、
１００℃以下まで冷却した。この生成物は数平均分子量
約４００（ＧＰＣ法、ポリスチレン換算）であった。

【００４８】この生成物に２５％アンモニア水９３．４
ｇを加え、８０℃で４１％のホルムアルデヒド水溶液７
２３ｇを２時間かけて滴下した。滴下後、８０℃に１時
間保ち、減圧度７００ｍｍＨｇで１００℃まで昇温して
常圧に戻し、１５００ｇの樹脂溶液を得た。この溶液の
不揮発分は８０％、粘度は８００ｃｐｓ（２５℃）であ
った。

【００４９】この樹脂は、赤外線吸収スペクトルの結果
より水酸基が存在し、ＤＶＢ及びエチルスチレンに基づ
くビニル基が消失しており、炭素１３核磁気共鳴スペク
トルの結果、水酸基を有する芳香環上に４−エチル−フ
ェニレン−１−エチル基が結合しており、また二つの芳
香環を結ぶＤＶＢの開環付加反応が起きたことを示すメ
チルメチレン結合が形成されており、分子末端にメチロ
ール基を有していることがわかった。この樹脂は次の構
造を有していると推定できた。

【００５０】

【化８】

【００５１】この樹脂溶液を以下樹脂Ｂとする。

【００５２】参考例３ 攪拌機、コンデンサー、温度計および滴下ロートを備え
た４つ口２リットルフラスコに、温度６０℃の溶融した
フェノール９４０ｇ（１０モル）を加え、続いて３７％
ホルムアルデヒド水溶液４３２ｇ（１０モル）を加え
た。攪拌を開始し５０℃以下に降温する。モノエタノー
ルアミン１．２２ｇを加え約４５分でリフラックス温度
まで昇温する。

【００５３】そのまま約１５分保持し、５０℃に冷却す
る。無水炭酸ナトリウム８．５１ｇと水３４．１ｇを加
え、９０℃まで昇温し、３時間保持した。５０℃まで降
温して、減圧蒸留を行って、不揮発分７０％、遊離フェ
ノール２５％、水分１０％、粘度：３００ｃｐｓ／２５
℃の生成物を得た。

【００５４】この生成物を樹脂Ｃとする。

【００５５】参考例４ 攪拌機、コンデンサー、温度計および滴下ロートを備え
た４つ口２リットルフラスコに、温度６０℃の溶融した
フェノール９４０ｇ（１０モル）を加え、続いて４１％
ホルムアルデヒド水溶液７２．３ｇ（１モル）を加え
た。攪拌を開始し硫酸１．８５ｇを加えた。自己発熱に
より約９０℃まで昇温した。さらに４１％ホムアルデヒ
ド水溶液５１７ｇ（７モル）を４０分を要して滴下し
た。リフラックス状態になるまで昇温し、２５％アンモ
ニア水２．３６ｇと水４．７５ｇを加えた。脱水しなが
ら昇温し、温度１８０℃で減圧蒸留を約２時間行った。
この樹脂は、軟化点（Ｂ＆Ｒ法）１１２〜１１６℃であ
った。

【００５６】以下この生成物を樹脂Ｄとする。

【００５７】実施例１ 上記参考例１の樹脂Ａの不揮発分９１重量部とヘキサメ
チレンテトラミン９重量部とを混合粉砕をして粉末状結
合剤１を調製した。この粉末結合剤１は次の性質を有し
ているものであった。融点：１００℃、ゲル化時間：３
０秒（１５０℃キュアープレート上）、流動度：２０ｍ
ｍ（３０度傾斜ガラス板上、１２５℃）。

【００５８】砥粒としては＃Ａ３６を、結合剤としては
上記結合剤１及び参考例３の樹脂Ｃを用いて、下記配合
で砥石用配合物を調製した。

【００５９】

【００６０】室温で、まず砥粒と樹脂Ｃとをよく混合
し、ついでこれにクライオライト（Ｎａ₃ＡｌＦ₆、融点
１０００℃、研削助剤）と結合剤１を練り込むようにに
よく混合する。ついでこの配合物を砥石金型に均一に散
布し、更に均一になるようにならす。尚、補強ガラスク
ロスを用いずに硬化成形を行った。成形条件は、砥石金
型まで圧縮しきって１００Ｋｇ／ｍ²で１分間とし、焼
成条件は常温〜最大１８５℃（全時間 ３６時間）とし
た。

【００６１】以上の条件で、１６インチの切断砥石（補
強クロスなし）を各２枚を試作した。一方、同条件で１
４×１８×１２０ｍｍの金型でテストピース５本を成形
した。

【００６２】実施例２ 樹脂Ｃを樹脂Ｂの同量に置換する以外は、実施例１と同
様な操作を行い配合物を調製し、それを用い切断砥石と
テストピースを成形した。

【００６３】実施例３ 上記参考例４の樹脂Ｄの不揮発分９１重量部とヘキサメ
チレンテトラミン９重量部とを混合粉砕をして粉末状結
合剤２を調製した。この粉末結合剤２は次の性質を有し
ているものであった。融点：９０℃（キャピラリー
法）、ゲルタイム：５０秒（１５０℃キュアープレート
上）、流動度：３０ｍｍ（３０度傾斜ガラス板上、１２
５℃）。

【００６４】粉末状結合剤１の代わりに同量の粉末結合
剤２を用い、かつ樹脂Ｃを樹脂Ｂの同量に置換する以外
は、実施例１と同様な操作を行い配合物を調製し、それ
を用い切断砥石とテストピースを成形した。

【００６５】比較例１ 上記、粉末結合剤１を同量の粉末結合剤２に置換する以
外は、実施例１と同様な操作を行い配合物を調製し、そ
れを用い切断砥石とテストピースを成形した。

【００６６】実施例１〜３及び比較例１の切断砥石及び
テストピースを用いて各種物性の評価を行った。その結
果を表−１に示す。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】＊１ ：日本切断（株）製５ＨＰ切断機
で自重にて、ＳＳ４１丸棒（38mm直径）の５本を切断す
るに要する時間（秒）の２回の平均値。 ＊２ ：上記、＊１の操作における砥石摩耗量の２回
の平均値。

【００７０】＊３ ：４×１８×１２０ｍｍの金型で
成形し、砥石と同じ条件で焼成したテストピース５本の
平均値（スパン １００ｍｍ）。 ＊４ ：上記＊３と同様のテストピ−スを煮沸３時間
煮沸し常温水で冷却し直ちに測定した曲げ強度。

【００７１】＊５ ：上記＊３と同様のテストピ−ス
をコークス中に埋没させて電気炉で７００℃まで６０分
間で昇温し,常温に冷却したときの曲げ強度。

【００７２】表−１からわかる通り、本発明の組成物を
用いて得た実施例１及び３の砥石は、従来のノボラック
型フェノール系樹脂とヘキサメチレンテトラミンとの混
合物及びレゾール型フェノール系樹脂を用いて得た比較
例１の砥石に比べて、砥石摩耗量が少なく、高温時にお
ける曲げ強度（曲げ強度−耐熱）にも優れていることが
わかる。しかも実施例２の組成物を用いて得た砥石は実
施例１及び３のそれより一段と優れた性能を有している
ことがわかる。

【００７３】また、本発明の組成物を用いて得た砥石
は、湿潤時における曲げ強度にも優れていることがわか
った。

【００７４】

【発明の効果】本発明の砥石は結合剤として、フェノー
ル類とジビニルベンゼン類との付加物であるノボラック
型芳香族炭化水素系樹脂、又はフェノール類とジビニル
ベンゼン類とホルムアルデヒド供給物質と付加させて得
られるレゾール型芳香族炭化水素系樹脂を用いているの
で、従来の砥石に比較して摩耗が少なく、耐熱性に優れ
るばかりか、砥石の変形に影響を及ぼす耐水性にも優れ
るという格別顕著な効果を奏する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フェノール類とジビニルベンゼン類とを必
   須成分としてこれらを付加せしめて得られるノボラック
   型芳香族炭化水素系樹脂（Ａ）と、ポリメチレンポリア
   ミン（Ｂ）とからなる砥石用結合剤。
2. 【請求項２】フェノール類とジビニルベンゼン類とホル
   ムアルデヒド供給物質とを必須成分としてこれらを付加
   せしめて得られるレゾール型芳香族炭化水素系樹脂
   （Ｃ）からなる砥石用結合剤。
3. 【請求項３】樹脂（Ａ）が、さらにエチルスチレンをも
   併用して得られたノボラック型芳香族炭化水素系樹脂で
   ある請求項１記載の結合剤。
4. 【請求項４】樹脂（Ｃ）が、さらにエチルスチレンをも
   併用して得られたノボラック型芳香族炭化水素系樹脂で
   ある請求項２記載の結合剤。
5. 【請求項５】砥粒と、請求項１又は２記載の結合剤とか
   らなる混練物を硬化せしめてなる砥石。
6. 【請求項６】樹脂（Ａ）が、下記一般式で示されたもの
   である請求項１記載の結合剤。 【化１】 （但し、式中Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一でも異なってい
   てもよい水素原子、アルキル基又は４−エチル−フェニ
   レン−１−エチル基であり，mは正の整数である。）
7. 【請求項７】樹脂（Ｃ）が、下記一般式で示されたもの
   である請求項２記載の結合剤。 【化２】 （但し、式中Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一でも異なってい
   てもよい水素原子、アルキル基又は４−エチル−フェニ
   レン−１−エチル基であり，mは正の整数である。）