JP7610485B2 - Composition for three-dimensional printers, material for three-dimensional printers, and method for producing molded object - Google Patents
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Description
本発明は、3次元プリンター用組成物、3次元プリンター用材料、および、前記3次元プリンター用組成物または前記3次元プリンター用材料を用いた造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a composition for three-dimensional printers, a material for three-dimensional printers, and a method for manufacturing a model using the composition for three-dimensional printers or the material for three-dimensional printers.
従来、3次元プリンターの造形方式として、熱で溶解した樹脂を押出して積層させる熱溶解積層方式が知られている。熱溶解積層方式の3次元プリンターは比較的安価であることから、様々な分野で利用されている。 Conventionally, fused deposition modeling, in which resin melted by heat is extruded and layered, is known as a modeling method for 3D printers. Fused deposition modeling 3D printers are relatively inexpensive, so they are used in a variety of fields.
熱溶解積層方式では、一般的に、フィラメント形状に成型した樹脂を投入するフィラメント方式が用いられているが、近年では、ペレット形状に成型した樹脂を投入するペレット方式の採用も検討されている。ペレット方式では、色、フィラー、添加物等の種類や量を変更できるため、試作等が容易であり、また、フィラメント方式に比べてノズル径を広げることができるため、大型造形物であっても短時間で製造することができるという利点がある。 In fused deposition modeling, the filament method is generally used, in which resin molded into a filament shape is introduced, but in recent years, the adoption of the pellet method, in which resin molded into a pellet shape is introduced, is also being considered. The pellet method allows the type and amount of color, filler, additives, etc. to be changed, making prototyping easy, and also has the advantage that even large objects can be manufactured in a short time, as the nozzle diameter can be made larger than with the filament method.
熱溶解積層方式で用いられる造形材料としては、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS樹脂)やポリ乳酸(PLA樹脂)等の熱可塑性樹脂が広く知られている。しかしながら、特許文献1に記載されるように、ABS樹脂やPLA樹脂は造形時に臭気が発生する。また、PLA樹脂は加水分解性を有しているため、樹脂自体が吸湿することによって靱性が低下して容易に折れるトラブルがあり、造形が困難となる場合がある。さらに、ABS樹脂やPLA樹脂は、高比重でかつ硬質な材料であるため、得られる造形品の特性が限定されるという問題がある。 Thermoplastic resins such as acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS resin) and polylactic acid (PLA resin) are widely known as modeling materials used in fused deposition modeling. However, as described in Patent Document 1, ABS resin and PLA resin emit an odor during modeling. In addition, since PLA resin is hydrolyzable, the resin itself can absorb moisture, reducing its toughness and causing it to break easily, making modeling difficult. Furthermore, since ABS resin and PLA resin are high specific gravity and hard materials, there is a problem that the properties of the resulting modeled product are limited.
そこで、特許文献1では、特定のオレフィン系熱可塑性エラストマー組成物を用いることで、造形時の臭気が極めて少なく、加水分解による靱性低下がなく、軽量かつ柔軟な造形品の製造が可能な3次元プリンター造形用フィラメントが提案されている。 Therefore, Patent Document 1 proposes a filament for 3D printer modeling that uses a specific olefin-based thermoplastic elastomer composition, which produces extremely little odor during modeling, does not lose toughness due to hydrolysis, and can produce lightweight and flexible models.
しかしながら、特許文献1の造形材料を用いて得られる造形物は、高さ方向の破断点応力が小さく、寸法精度が良好であるとは言えない。 However, the object obtained using the molding material of Patent Document 1 has a small breaking point stress in the height direction, and the dimensional accuracy cannot be said to be good.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高さ方向の破断点応力に比較的優れた造形物を得ることが可能な3次元プリンター用組成物、3次元プリンター用材料および造形物の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a composition for 3D printers, a material for 3D printers, and a method for manufacturing a model that can produce a model with relatively excellent breaking point stress in the height direction.
本発明に係る3次元プリンター用組成物は、プロピレンに由来する単量体単位を含み、該プロピレンに由来する単量体単位の含有量が85モル%以上であるプロピレン重合体(A)と、重合体(B)と、を含有し、プロピレン重合体(A)の半結晶化時間TIC(A)および重合体(B)の半結晶化時間TIC(B)が下記式(1)を満たし、3次元プリンター用組成物の半結晶化時間TIC(C)が900秒以上である。
TIC(B)>TIC(A) (1)
The composition for three-dimensional printers of the present invention contains a propylene polymer (A) that contains a monomer unit derived from propylene and has a content of the monomer unit derived from propylene of 85 mol % or more, and a polymer (B), wherein the crystallization half time T IC (A) of the propylene polymer (A) and the crystallization half time T IC (B) of the polymer (B) satisfy the following formula (1), and the crystallization half time T IC (C) of the composition for three-dimensional printers is 900 seconds or more.
T IC (B) > T IC (A) (1)
本発明に係る3次元プリンター用材料は、1種以上の重合体を含有する3次元プリンター用材料であって、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)と、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)とを含有し、不溶成分(X)の半結晶化時間TIC(X)および可溶成分(Y)の半結晶化時間TIC(Y)が下記式(11)を満たし、3次元プリンター用材料の半結晶化時間TIC(Z)が900秒以上である。
TIC(Y)>TIC(X) (11)
The material for three-dimensional printers of the present invention is a material for three-dimensional printers containing one or more polymers, and contains a component (X) insoluble in orthodichlorobenzene at 60°C and a component (Y) soluble in orthodichlorobenzene at 60°C, wherein the crystallization half time T IC (X) of the insoluble component (X) and the crystallization half time T IC (Y) of the soluble component (Y) satisfy the following formula (11), and the crystallization half time T IC (Z) of the material for three-dimensional printers is 900 seconds or longer.
TIC (Y)> TIC (X) (11)
本発明に係る造形物の製造方法は、前記3次元プリンター用組成物、または、前記3次元プリンター用材料を、3次元プリンターを用いて溶融積層する工程を含む。 The method for producing a molded object according to the present invention includes a step of melt-laminating the composition for a three-dimensional printer or the material for a three-dimensional printer using a three-dimensional printer.
本発明によれば、高さ方向の破断点応力に比較的優れた造形物を得ることが可能な3次元プリンター用組成物、3次元プリンター用材料および造形物の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a composition for three-dimensional printers, a material for three-dimensional printers, and a method for manufacturing a model that can produce a model with relatively excellent breaking point stress in the height direction.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the following embodiment.
<3次元プリンター用組成物>
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物は、プロピレンに由来する単量体単位を含み、該プロピレンに由来する単量体単位の含有量が85モル%以上であるプロピレン重合体(A)と、重合体(B)と、を含有する。
<Composition for 3D printer>
The composition for three-dimensional printers according to this embodiment contains a propylene polymer (A) that contains a monomer unit derived from propylene and has a content of the monomer unit derived from propylene of 85 mol % or more, and a polymer (B).
(プロピレン重合体(A))
プロピレン重合体(A)は、プロピレンに由来する単量体単位を含む。プロピレン重合体(A)は、プロピレンに由来する単量体単位の含有量が85モル%以上であり、90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましく、プロピレン単独重合体であることがさらに好ましい。
(Propylene polymer (A))
The propylene polymer (A) contains a monomer unit derived from propylene. The propylene polymer (A) has a content of the monomer unit derived from propylene of 85 mol % or more, preferably 90 mol % or more, more preferably 95 mol % or more, and is further preferably a propylene homopolymer.
プロピレン重合体(A)は、他のオレフィンとの共重合体であってもよい。他のオレフィンとしては、例えば、エチレン、α-オレフィンが挙げられる。α-オレフィンとしては、例えば、ブテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1等が挙げられる。 The propylene polymer (A) may be a copolymer with other olefins. Examples of the other olefins include ethylene and α-olefins. Examples of the α-olefins include butene-1, hexene-1, 4-methylpentene-1, and octene-1.
プロピレン重合体(A)は、シートの透明性および柔軟性を良好にする観点から、プロピレン-エチレン共重合体、プロピレン-エチレン-ブテン-1共重合体、プロピレン-ブテン-1共重合体、または、プロピレン単独重合体であることが好ましく、エチレン由来の構成単位の含有量が0.1~5質量%であるプロピレン-エチレン共重合体、ブテン-1由来の構成単位の含有量が1~10質量%であるプロピレン-ブテン-1共重合体、もしくは、エチレン由来の構成単位の含有量が0.1~5質量%であり、かつ、ブテン-1由来の構成単位の含有量が1~10質量%であるプロピレン-エチレン-ブテン-1共重合体、または、プロピレン単独重合体であることがより好ましく、プロピレン単独重合体であることがさらに好ましい。これらのプロピレン重合体(A)は、例えば、特公昭64-6211号公報、特公平4-37084号公報に記載されている高活性触媒を用い、プロピレンと、必要に応じて他のオレフィンを重合系へ供給して重合を行うことにより得ることができる。また、プロピレン重合体(A)を、例えば、特開2004-182981号公報に記載されている多段重合法の前段および後段の一方で重合し、後述の重合体(B)を他方で重合してもよい。 From the viewpoint of improving the transparency and flexibility of the sheet, the propylene polymer (A) is preferably a propylene-ethylene copolymer, a propylene-ethylene-butene-1 copolymer, a propylene-butene-1 copolymer, or a propylene homopolymer, more preferably a propylene-ethylene copolymer having an ethylene-derived structural unit content of 0.1 to 5% by mass, a propylene-butene-1 copolymer having an ethylene-derived structural unit content of 1 to 10% by mass, or a propylene-ethylene-butene-1 copolymer having an ethylene-derived structural unit content of 0.1 to 5% by mass and a butene-1-derived structural unit content of 1 to 10% by mass, or a propylene homopolymer, and even more preferably a propylene homopolymer. These propylene polymers (A) can be obtained, for example, by using a highly active catalyst described in JP-B-64-6211 and JP-B-4-37084, and supplying propylene and, if necessary, other olefins to a polymerization system to carry out polymerization. In addition, the propylene polymer (A) may be polymerized in one of the first and second stages of the multi-stage polymerization method described in JP-A-2004-182981, for example, and the polymer (B) described below may be polymerized in the other stage.
プロピレン重合体(A)の含有量は、プロピレン重合体(A)の含有量と後述する重合体(B)の含有量との合計100質量%に対して、60質量%以上90質量%以下であることが好ましく、65質量%以上85質量%以下であることがより好ましく、70質量%以上80質量%以下であることがさらに好ましい。 The content of propylene polymer (A) is preferably 60% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 65% by mass or more and 85% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or more and 80% by mass or less, relative to 100% by mass, which is the sum of the content of propylene polymer (A) and the content of polymer (B) described below.
プロピレン重合体(A)の温度230℃、荷重2.16kgで測定されるメルトフローレート(MFR)は、加工性を良好にする観点から、1g/10分以上100g/10分以下であることが好ましく、2g/10分以上50g/10分以下であることがより好ましく、3g/10分以上30g/10分以下であることがさらに好ましい。なお、MFRは、JIS K7210のA法に規定された方法により測定される。 The melt flow rate (MFR) of the propylene polymer (A) measured at a temperature of 230°C and a load of 2.16 kg is preferably 1 g/10 min to 100 g/10 min, more preferably 2 g/10 min to 50 g/10 min, and even more preferably 3 g/10 min to 30 g/10 min, from the viewpoint of improving processability. The MFR is measured by the method specified in JIS K7210 Method A.
プロピレン重合体(A)の融点は、耐熱性の観点から、120℃以上170℃以下であることが好ましく、130℃以上170℃以下であることがより好ましい。なお、融点は、示差走査熱量測定により得られる示差走査熱量測定曲線を、JIS K7121-1987に準拠した方法により解析して得られる融解ピークの頂点の温度である。 From the viewpoint of heat resistance, the melting point of the propylene polymer (A) is preferably 120°C or higher and 170°C or lower, and more preferably 130°C or higher and 170°C or lower. The melting point is the temperature at the top of the melting peak obtained by analyzing a differential scanning calorimetry curve obtained by differential scanning calorimetry using a method in accordance with JIS K7121-1987.
(重合体(B))
重合体(B)は、半結晶化時間TIC(B)がプロピレン重合体(A)の半結晶化時間TIC(A)よりも長い重合体である。すなわち、プロピレン重合体(A)の半結晶化時間TIC(A)および重合体(B)の半結晶化時間TIC(B)は、下記式(1)を満たす。
TIC(B)>TIC(A) (1)
(Polymer (B))
The polymer (B) is a polymer having a crystallization half time T IC (B) longer than the crystallization half time T IC (A) of the propylene polymer (A). That is, the crystallization half time T IC (A) of the propylene polymer (A) and the crystallization half time T IC (B) of the polymer (B) satisfy the following formula (1).
T IC (B) > T IC (A) (1)
なお、半結晶化時間は、熱流束型示差走査熱量計を用いて135℃で測定される。具体的には、完全に溶解させた各重合体を135℃まで急冷して等温結晶化させることにより得られる吸熱カーブのピークトップから算出される。 The crystallization half time is measured at 135°C using a heat flux type differential scanning calorimeter. Specifically, it is calculated from the peak top of the endothermic curve obtained by rapidly cooling each completely dissolved polymer to 135°C and isothermally crystallizing it.
重合体(B)としては、例えば、プロピレン単独重合体、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体が挙げられる。プロピレンと他のオレフィンとの共重合体の場合は、プロピレンに由来する単量体単位の含有量が15モル%未満であることが好ましく、10モル%以下であることがより好ましい。他のオレフィンとしては、例えば、エチレン、α-オレフィンが挙げられる。α-オレフィンとしては、炭素原子数4~12のα-オレフィンであることが好ましく、例えば、ブテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1等が挙げられる。重合体(B)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Examples of polymer (B) include propylene homopolymers and copolymers of propylene and other olefins. In the case of copolymers of propylene and other olefins, the content of monomer units derived from propylene is preferably less than 15 mol%, and more preferably 10 mol% or less. Examples of other olefins include ethylene and α-olefins. The α-olefins are preferably α-olefins having 4 to 12 carbon atoms, such as butene-1, hexene-1, 4-methylpentene-1, and octene-1. Polymer (B) may be used alone or in combination of two or more types.
重合体(B)は、機械物性を向上させる観点から、プロピレンに由来する単量体単位と、炭素原子数4~12のα-オレフィンに由来する単量体単位とを含み、該炭素原子数4~12のα-オレフィンに由来する単量体単位の含有量が60モル%以上であるプロピレン-α-オレフィン共重合体(B1)であることが好ましい。プロピレン-α-オレフィン共重合体(B1)は、プロピレン-エチレン-ブテン共重合体またはプロピレン-ブテン共重合体であることが好ましく、ブテン-1由来の構成単位の含有量が60モル%以上であるプロピレン-1-ブテン共重合体、もしくは、エチレン由来の構成単位の含有量が20モル%未満であり、かつ、ブテン-1由来の構成単位の含有量が60モル%未満であるプロピレン-エチレン-1-ブテン共重合体であることがより好ましい。これらの重合体(B)は、例えば、特公昭64-6211号公報、特公平4-37084号公報に記載されている高活性触媒を用い、プロピレンを単独に重合系へ供給するか、もしくは、プロピレンと他のオレフィンを重合系へ供給して重合を行うことにより得ることができる。また、重合体(B)を、例えば、特開2004-182981に記載されている多段重合法の前段および後段の一方で重合し、前述のプロピレン重合体(A)を他方で重合してもよい。 From the viewpoint of improving mechanical properties, the polymer (B) is preferably a propylene-α-olefin copolymer (B1) containing monomer units derived from propylene and monomer units derived from an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, and the content of the monomer units derived from the α-olefin having 4 to 12 carbon atoms is 60 mol% or more. The propylene-α-olefin copolymer (B1) is preferably a propylene-ethylene-butene copolymer or a propylene-butene copolymer, and more preferably a propylene-1-butene copolymer having a content of butene-1-derived structural units of 60 mol% or more, or a propylene-ethylene-1-butene copolymer having a content of ethylene-derived structural units of less than 20 mol% and a content of butene-1-derived structural units of less than 60 mol%. These polymers (B) can be obtained, for example, by using a highly active catalyst described in JP-B-64-6211 and JP-B-4-37084, and feeding propylene alone to a polymerization system, or feeding propylene and another olefin to a polymerization system and carrying out polymerization. Also, the polymer (B) may be polymerized in one of the first and second stages of the multi-stage polymerization method described in JP-A-2004-182981, for example, and the aforementioned propylene polymer (A) may be polymerized in the other stage.
重合体(B)がプロピレンに由来する単量体単位を含む場合、重合体(B)の温度230℃、荷重2.16kgで測定されるメルトフローレート(MFR)は、機械物性を向上させる観点から、0.1g/10分以上100g/10分以下であることが好ましく、0.3g/10分以上70g/10分以下であることがより好ましく、0.5g/10分以上50g/10分以下であることがさらに好ましい。なお、MFRは、JIS K7210のA法に規定された方法により測定される。 When polymer (B) contains monomer units derived from propylene, the melt flow rate (MFR) of polymer (B) measured at a temperature of 230°C and a load of 2.16 kg is preferably 0.1 g/10 min to 100 g/10 min, more preferably 0.3 g/10 min to 70 g/10 min, and even more preferably 0.5 g/10 min to 50 g/10 min, from the viewpoint of improving mechanical properties. The MFR is measured by the method specified in JIS K7210 Method A.
重合体(B)は、エチレン-α-オレフィン共重合体であってもよい。エチレン-α-オレフィン共重合体とは、エチレン由来の構成単位を50質量%以上含有する、エチレンと炭素原子数4~12のα-オレフィンとの共重合体である。エチレン-α-オレフィン共重合体は、機械物性を向上させる観点から、エチレン由来の構成単位の含有量が55質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、65質量%以上であることが特に好ましい。該α-オレフィンとして、例えば、ブテン-1、4-メチルペンテン-1、ヘキセン-1、オクテン-1、デセン-1等が挙げられる。α-オレフィンは、シートの耐衝撃性を良好にする観点から、ブテン-1、または、ヘキセン-1であることが好ましい。これらのエチレン-α-オレフィン共重合体は、分子量やα-オレフィンの種類、含有量が異なる複数のエチレン-α-オレフィン共重合体の混合物であってもよい。 The polymer (B) may be an ethylene-α-olefin copolymer. The ethylene-α-olefin copolymer is a copolymer of ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, containing 50% or more by mass of ethylene-derived structural units. From the viewpoint of improving mechanical properties, the ethylene-α-olefin copolymer preferably has a content of ethylene-derived structural units of 55% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and particularly preferably 65% by mass or more. Examples of the α-olefin include butene-1, 4-methylpentene-1, hexene-1, octene-1, and decene-1. From the viewpoint of improving the impact resistance of the sheet, the α-olefin is preferably butene-1 or hexene-1. These ethylene-α-olefin copolymers may be a mixture of multiple ethylene-α-olefin copolymers having different molecular weights, types of α-olefins, and contents.
重合体(B)がエチレン-α-オレフィン共重合体である場合、重合体(B)の温度230℃、荷重2.16kgで測定されるメルトフローレート(MFR)は、シートの透明性および耐衝撃性を良好にする観点から、0.1g/10分以上100g/10分以下であることが好ましく、0.5g/10分以上70g/10分以下であることがより好ましく、1g/10分以上50g/10分以下であることがさらに好ましく、2g/10分以上20g/10分以下であることがさらに好ましい。MFRが0.1g/10分より小さいと、分散粒径が大きくなりすぎてシートの透明性が悪化する場合がある。また、MFRが100g/10分より大きいと、シートの耐衝撃性が低下する場合がある。なお、MFRは、JIS K7210のA法に規定された方法により測定される。 When the polymer (B) is an ethylene-α-olefin copolymer, the melt flow rate (MFR) of the polymer (B) measured at a temperature of 230°C and a load of 2.16 kg is preferably 0.1 g/10 min to 100 g/10 min, more preferably 0.5 g/10 min to 70 g/10 min, even more preferably 1 g/10 min to 50 g/10 min, and even more preferably 2 g/10 min to 20 g/10 min. If the MFR is less than 0.1 g/10 min, the dispersed particle size may become too large, resulting in poor transparency of the sheet. If the MFR is more than 100 g/10 min, the impact resistance of the sheet may decrease. The MFR is measured by the method specified in the A method of JIS K7210.
重合体(B)がエチレン-α-オレフィン共重合体である場合、重合体(B)の密度は、シートの透明性および耐衝撃性を良好にする観点から、865kg/m3以上898kg/m3以下であることが好ましく、868kg/m3以上897kg/m3以下であることがより好ましく、870kg/m3以上896kg/m3以下であることがさらに好ましい。密度が865kg/m3未満であると、シートの透明性が低下する場合がある。また、密度が896kg/m3を超えると、シートの耐衝撃性が低下する場合がある。なお、密度は、JIS K6760-1981に従って測定される。 When the polymer (B) is an ethylene-α-olefin copolymer, the density of the polymer (B) is preferably 865 kg/m 3 or more and 898 kg/m 3 or less, more preferably 868 kg/m 3 or more and 897 kg/m 3 or less, and even more preferably 870 kg/m 3 or more and 896 kg/m 3 or less, from the viewpoint of improving the transparency and impact resistance of the sheet. If the density is less than 865 kg/m 3 , the transparency of the sheet may decrease. If the density exceeds 896 kg/m 3 , the impact resistance of the sheet may decrease. The density is measured according to JIS K6760-1981.
エチレン-α-オレフィン共重合体の製造方法としては、例えば、エチレンとα-オレフィンとを、シクロペンタジエン形アニオン骨格を有する基を有する遷移金属化合物を含む触媒(メタロセン触媒)の存在下で重合させる特開平3-234717号公報に記載の方法等が挙げられる。重合方法としては、例えば、溶液法、スラリー法、気相法、高圧イオン法等の公知の重合方法が挙げられる。 Examples of methods for producing ethylene-α-olefin copolymers include the method described in JP-A-3-234717, in which ethylene and α-olefin are polymerized in the presence of a catalyst (metallocene catalyst) containing a transition metal compound having a group with a cyclopentadiene-type anion skeleton. Examples of polymerization methods include known polymerization methods such as the solution method, slurry method, gas phase method, and high-pressure ion method.
重合体(B)の融点は、半結晶化時間を長くする観点から、0℃以上90℃以下であることが好ましく、20℃以上80℃以下であることがより好ましい。なお、融点は、示差走査熱量測定により得られる示差走査熱量測定曲線を、JIS K7121-1987に準拠した方法により解析して得られる融解ピークの頂点の温度である。 From the viewpoint of extending the semi-crystallization time, the melting point of polymer (B) is preferably 0°C or higher and 90°C or lower, and more preferably 20°C or higher and 80°C or lower. The melting point is the temperature at the apex of the melting peak obtained by analyzing a differential scanning calorimetry curve obtained by differential scanning calorimetry using a method in accordance with JIS K7121-1987.
重合体(B)の半結晶化時間TIC(B)は、重合体(B)としてプロピレンに由来する単量体単位の含有量が15モル%未満である重合体や、エチレン-α-オレフィン共重合体を用いることにより、プロピレン重合体(A)の半結晶化時間TIC(A)よりも大きくすることができる。 The crystallization half time T IC (B) of polymer (B) can be made longer than the crystallization half time T IC (A) of propylene polymer (A) by using a polymer having a content of monomer units derived from propylene of less than 15 mol% or an ethylene-α-olefin copolymer as polymer (B).
重合体(B)の含有量は、プロピレン重合体(A)の含有量と重合体(B)の含有量との合計100質量%に対して、10質量%以上40質量%以下であることが好ましく、15質量%以上35質量%以下であることがより好ましく、20質量%以上30質量%以下であることがさらに好ましい。なお、重合体(B)が2種以上含まれる場合、前記含有量は重合体(B)の合計含有量である。 The content of polymer (B) is preferably 10% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 35% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less, relative to 100% by mass, which is the total content of propylene polymer (A) and polymer (B). When two or more types of polymer (B) are included, the above content is the total content of polymer (B).
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物は、本発明の効果が損なわれない範囲で、さらに、中和剤、酸化防止剤、熱安定剤、耐候剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、分散剤、抗菌剤、蛍光増白剤、染料、顔料等の添加剤、タルク、炭酸カルシウム、マイカ等の充填剤、ガラス繊維、炭素繊維等を配合してもよい。 The composition for three-dimensional printers according to this embodiment may further contain additives such as neutralizing agents, antioxidants, heat stabilizers, weathering agents, UV absorbers, antistatic agents, dispersants, antibacterial agents, fluorescent brighteners, dyes, and pigments, fillers such as talc, calcium carbonate, and mica, glass fibers, and carbon fibers, to the extent that the effects of the present invention are not impaired.
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物の半結晶化時間TIC(C)は、900秒以上であり、900秒以上1400秒以下であることが好ましい。半結晶化時間TIC(C)は、プロピレン重合体(A)に含まれる構成単位、重合体(B)に含まれる構成単位、プロピレン重合体(A)および重合体(B)の含有量を調整することにより、900秒以上に調整することができ、1400秒以下に調整することができる。なお、半結晶化時間は、完全に溶解させた組成物を135℃まで急冷して等温結晶化させることにより得られる吸熱カーブのピークトップから算出される。 The crystallization half time T IC (C) of the composition for three-dimensional printers according to this embodiment is 900 seconds or more, and preferably 900 seconds or more and 1400 seconds or less. The crystallization half time T IC (C) can be adjusted to 900 seconds or more and 1400 seconds or less by adjusting the content of the structural unit contained in the propylene polymer (A), the structural unit contained in the polymer (B), and the propylene polymer (A) and the polymer (B). The crystallization half time is calculated from the peak top of the endothermic curve obtained by isothermally crystallizing the completely dissolved composition by quenching it to 135°C.
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物のヤング率は、900MPa以上であることが好ましく、900MPa以上1500MPa以下であることがより好ましい。3次元プリンター用組成物のヤング率は、プロピレン重合体(A)に含まれる構成単位、重合体(B)に含まれる構成単位、プロピレン重合体(A)および重合体(B)の含有量を調整することにより、900MPa以上に調整することができ、1500MPa以下に調整することができる。 The Young's modulus of the composition for three-dimensional printers according to this embodiment is preferably 900 MPa or more, and more preferably 900 MPa or more and 1500 MPa or less. The Young's modulus of the composition for three-dimensional printers can be adjusted to 900 MPa or more and 1500 MPa or less by adjusting the content of the structural units contained in the propylene polymer (A), the structural units contained in the polymer (B), and the content of the propylene polymer (A) and the polymer (B).
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物は、フィラメント形状またはペレット形状を有していてもよい。 The composition for three-dimensional printers according to this embodiment may have a filament or pellet shape.
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物をペレット形状に成形する方法としては、前記の各成分の配合割合を本発明の要件の範囲になるように調整し、さらに必要に応じて前記の添加剤等を配合して以下の方法で均一になるように混合した後、各種の公知の方法で溶融混練する方法が挙げられる。 The method for forming the composition for three-dimensional printers according to this embodiment into pellets includes adjusting the blending ratio of each of the above-mentioned components so that they fall within the range of the requirements of the present invention, further blending the above-mentioned additives, etc. as necessary, and mixing them uniformly by the following method, and then melt-kneading them by various known methods.
前記の各成分の混合に用いる装置としては、例えば、ヘンシェルミキサー、V-ブレンダー、リボンブレンダー、タンブラブレンダー等が挙げられる。また、溶融混練に用いられる装置としては、例えば、一軸押出機、二軸押出機、ニーダー混練機、バンバリーミキサー、ロールミル等が挙げられる。 Examples of the equipment used to mix the above-mentioned components include a Henschel mixer, a V-blender, a ribbon blender, a tumbler blender, etc. Examples of the equipment used to melt-knead include a single-screw extruder, a twin-screw extruder, a kneader, a Banbury mixer, a roll mill, etc.
本実施形態に係る3次元プリンター用組成物をフィラメント形状に成形する方法としては、3次元プリンター用組成物を溶融紡糸し、さらに延伸する方法が挙げられる。溶融紡糸には、公知の溶融紡糸方法を採用することができる。また、延伸についても、公知の延伸方法を採用することができる。 As a method for forming the composition for three-dimensional printers according to this embodiment into a filament shape, there is a method in which the composition for three-dimensional printers is melt-spun and then stretched. A known melt-spinning method can be used for melt spinning. Also, a known stretching method can be used for stretching.
具体的には、例えば、3次元プリンター用組成物を、単軸押出機もしくは二軸押出機のダイス孔より溶融ストランドを押出成形し、冷却水槽に導きストランドを得る押出工程と、ストランドを延伸する延伸工程と、延伸したフィラメントを巻き取る巻取工程とを含む方法により製造することができる。 Specifically, for example, the composition for three-dimensional printers can be produced by a method including an extrusion process in which a molten strand is extruded from the die hole of a single-screw extruder or a twin-screw extruder and guided into a cooling water tank to obtain a strand, a drawing process in which the strand is drawn, and a winding process in which the drawn filament is wound up.
延伸とは、フィラメントを材料の融点以下の温度で機械的に引き伸ばし、引張方向と平行に分子鎖を配向させる操作をいう。この操作により引張強さは著しく向上し、靱性を増す。延伸工程の後、延伸温度以上に再加熱すると元の寸法に収縮しようとする性質が表れるため、寸法や強度の安定性をはかるために、延伸温度よりやや低い温度で熱処理(熱固定、ヒートセット)を行うことがある。 Drawing is the process of mechanically stretching the filament at a temperature below the melting point of the material, orienting the molecular chains parallel to the pulling direction. This operation significantly improves tensile strength and toughness. After the drawing process, if the material is reheated to a temperature above the drawing temperature, it will tend to shrink back to its original dimensions, so in order to ensure stability of dimensions and strength, it may be heat-treated (heat-fixed, heat-set) at a temperature slightly lower than the drawing temperature.
押出工程で得られたストランドは、特定の温度に加熱して延伸を行う。延伸は、入口側の引取ロールと出口側の引取ロールとの速度比(延伸倍率)によって行い、このときの延伸倍率は2~15倍であることが好ましい。延伸時の加熱方法は、特に限定されるものではなく、温水槽、オーブン、熱ロール等を用いることができるが、より均一に加熱延伸する観点から温水槽を用いることが好ましい。 The strand obtained in the extrusion process is heated to a specific temperature and stretched. The stretching is performed by adjusting the speed ratio (stretching ratio) between the take-up roll on the inlet side and the take-up roll on the outlet side, and the stretching ratio at this time is preferably 2 to 15 times. The heating method during stretching is not particularly limited, and a hot water bath, oven, heated roll, etc. can be used, but it is preferable to use a hot water bath from the viewpoint of more uniform heating and stretching.
フィラメントの直径は、熱溶解積層方式の設計仕様や造形に使用するシステム能力などにも依るが、1.0mm以上であることが好ましく、1.5mm以上であることがより好ましく、1.6mm以上であることがさらに好ましい。一方で、フィラメントの直径は、4.0mm以下であることが好ましく、3.5mm以下であることがより好ましく、3.0mm以下であることがさらに好ましい。 The diameter of the filament depends on the design specifications of the fused deposition modeling method and the system capabilities used for modeling, but is preferably 1.0 mm or more, more preferably 1.5 mm or more, and even more preferably 1.6 mm or more. On the other hand, the diameter of the filament is preferably 4.0 mm or less, more preferably 3.5 mm or less, and even more preferably 3.0 mm or less.
<3次元プリンター用材料>
本実施形態に係る3次元プリンター用材料は、1種以上の重合体を含有する3次元プリンター用材料であって、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)と、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)とを含有する。
<Materials for 3D printers>
The material for three-dimensional printers according to this embodiment is a material for three-dimensional printers that contains one or more polymers, and contains a component (X) that is insoluble in orthodichlorobenzene at 60°C and a component (Y) that is soluble in orthodichlorobenzene at 60°C.
不溶成分(X)は、大部分が上述のプロピレン重合体(A)で構成される成分であり、可溶成分(Y)は、大部分が上述の重合体(B)で構成される成分である。可溶成分(Y)は、半結晶化時間TIC(Y)が不溶成分(X)の半結晶化時間TIC(X)よりも大きい成分である。すなわち、不溶成分(X)の半結晶化時間TIC(X)および可溶成分(Y)の半結晶化時間TIC(Y)は、下記式(11)を満たす。
TIC(Y)>TIC(X) (11)
The insoluble component (X) is a component mostly composed of the above-mentioned propylene polymer (A), and the soluble component (Y) is a component mostly composed of the above-mentioned polymer (B). The soluble component (Y) is a component whose crystallization half time T IC (Y) is longer than the crystallization half time T IC (X) of the insoluble component (X). That is, the crystallization half time T IC (X) of the insoluble component (X) and the crystallization half time T IC (Y) of the soluble component (Y) satisfy the following formula (11).
TIC (Y)> TIC (X) (11)
3次元プリンター用材料の半結晶化時間TIC(Z)は、900秒以上であり、900秒以上1400秒以下であることが好ましい。半結晶化時間TIC(Z)は、不溶成分(X)の種別、可溶成分(Y)の種別、不溶成分(X)および可溶成分(Y)の含有量を調整することにより、900秒以上に調整することができ、1400秒以下に調整することができる。 The crystallization half time T IC (Z) of the material for three-dimensional printers is 900 seconds or more, and preferably 900 seconds or more and 1400 seconds or less. The crystallization half time T IC (Z) can be adjusted to 900 seconds or more and 1400 seconds or less by adjusting the type of insoluble component (X), the type of soluble component (Y), and the contents of insoluble component (X) and soluble component (Y).
不溶成分(X)の半結晶化時間TIC(X)は、700秒以上1400秒以下であることが好ましい。半結晶化時間TIC(X)は、不溶成分(X)の種別および含有量を調整することにより、700秒以上に調整することができ、1400秒以下に調整することができる。 The crystallization half time T IC (X) of the insoluble component (X) is preferably 700 seconds or more and 1400 seconds or less. The crystallization half time T IC (X) can be adjusted to 700 seconds or more and 1400 seconds or less by adjusting the type and content of the insoluble component (X).
なお、不溶成分(X)の半結晶化時間TIC(X)、可溶成分(Y)の半結晶化時間TIC(Y)半結晶化時間、および、3次元プリンター用材料の半結晶化時間TIC(Z)は、完全に溶解させた各成分または材料を135℃まで急冷して等温結晶化させることにより得られる吸熱カーブのピークトップから算出される。 In addition, the crystallization half time T IC (X) of the insoluble component (X), the crystallization half time T IC (Y) of the soluble component (Y), and the crystallization half time T IC (Z) of the material for a 3D printer are calculated from the peak top of the endothermic curve obtained by rapidly cooling each completely dissolved component or material to 135°C and isothermally crystallizing it.
不溶成分(X)および可溶成分(Y)は、自動分別装置の溶解槽内でオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)を析出させた後、オルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)を含む溶液を溶解槽外に排出することにより分別することができる。 The insoluble component (X) and the soluble component (Y) can be separated by precipitating the insoluble component (X) in orthodichlorobenzene in the dissolution tank of the automatic separation device, and then discharging the solution containing the soluble component (Y) in orthodichlorobenzene out of the dissolution tank.
<造形物の製造方法>
本実施形態に係る造形物の製造方法は、上述の3次元プリンター用組成物、または、上述の3次元プリンター用材料を、3次元プリンターを用いて溶融積層する工程を含む。
<Method of manufacturing a molded object>
The method for producing a shaped object according to this embodiment includes a step of melt-laminating the above-mentioned composition for three-dimensional printers or the above-mentioned material for three-dimensional printers using a three-dimensional printer.
前記工程では、例えば、ノズル温度を160~250℃、吐出径を0.2~0.6mm、積層ピッチを0.05~0.6mm、テーブル温度を60~100℃とすることができる。 In the above process, for example, the nozzle temperature can be 160 to 250°C, the discharge diameter can be 0.2 to 0.6 mm, the layer pitch can be 0.05 to 0.6 mm, and the table temperature can be 60 to 100°C.
上述の方法により、高さ方向の破断点応力に比較的優れた造形物を得ることができる。また、前記造形物は、造形時の臭気が極めて少なく、加水分解による靱性低下がなく、軽量かつ柔軟である。本実施形態に係る3次元プリンター用組成物または3次元プリンター用材料は、半結晶化時間が異なる2種類の成分を含み、かつ、半結晶化時間が特定値以上である。本実施形態に係る3次元プリンター用組成物または3次元プリンター用材料を、3次元プリンターを用いて溶融積層する場合、下層が適度に固化した状態(完全に固化していない状態)で上層が積層されるため、下層と上層の密着が強固となる。そのため、高さ方向の破断点応力に比較的優れた造形物を得ることができる。 The above-mentioned method makes it possible to obtain a molded object that is relatively excellent in terms of breaking point stress in the height direction. In addition, the molded object has very little odor during molding, is not subject to a decrease in toughness due to hydrolysis, and is lightweight and flexible. The composition for three-dimensional printers or the material for three-dimensional printers according to this embodiment contains two types of components with different half-crystallization times, and the half-crystallization time is a specific value or more. When the composition for three-dimensional printers or the material for three-dimensional printers according to this embodiment is melt-laminated using a three-dimensional printer, the upper layer is laminated while the lower layer is in a moderately solidified state (not completely solidified), so that the adhesion between the lower layer and the upper layer is strong. Therefore, a molded object that is relatively excellent in terms of breaking point stress in the height direction can be obtained.
なお、本実施形態に係る3次元プリンター用組成物、3次元プリンター用材料および造形物の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また、上記以外の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく、上記の1つの実施形態に係る構成や方法等を上記の他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよい。 The composition for 3D printers, the material for 3D printers, and the method for manufacturing a modeled object according to the present embodiment are not limited to the above embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention. In addition, the configurations and methods of embodiments other than those described above may be arbitrarily adopted and combined, and the configurations and methods of one embodiment described above may be applied to the configurations and methods of the other embodiments described above.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における各項目の測定値は、下記の方法で測定した。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. The measured values of each item in the examples and comparative examples were measured by the following methods.
(1)メルトフローレート(MFR、単位:g/10分)
メルトフローレートは、JIS K7210のA法に規定された方法に従い、温度230℃、荷重は2.16kgの条件で測定した。
(1) Melt flow rate (MFR, unit: g/10 min)
The melt flow rate was measured according to the method specified in JIS K7210, Method A, under conditions of a temperature of 230° C. and a load of 2.16 kg.
(2)融点(単位:℃)
融点は、熱分析装置 示差走査熱量計(TA Instruments社製 Q100)を用いて測定した。窒素ガス雰囲気下で、約5mgの試料(重合体ペレットを粉砕した試料)を封入したアルミニウムパンを、(a)220℃で5分間保持し、(b)10℃/分の速度で220℃から-90℃まで降温し、(c)10℃/分の速度で-90℃から220℃まで昇温し、(d)10℃/分の速度で220℃から-90℃まで降温し、(e)-90℃で5分間保持し、(f)2℃/分の速度で-90℃から60℃まで昇温した(変調振幅±0.16℃、変調周期3秒)。上記(c)における熱量測定により得られた示差走査熱量測定曲線を、JIS K7121-1987に準拠した方法により解析した。そして、得られた融解ピークの頂点の温度を試料の融点とした。
(2) Melting point (unit: °C)
The melting point was measured using a thermal analysis device, a differential scanning calorimeter (Q100 manufactured by TA Instruments). Under a nitrogen gas atmosphere, an aluminum pan containing about 5 mg of a sample (a sample obtained by crushing polymer pellets) was (a) held at 220°C for 5 minutes, (b) cooled from 220°C to -90°C at a rate of 10°C/min, (c) heated from -90°C to 220°C at a rate of 10°C/min, (d) cooled from 220°C to -90°C at a rate of 10°C/min, (e) held at -90°C for 5 minutes, and (f) heated from -90°C to 60°C at a rate of 2°C/min (modulation amplitude ±0.16°C, modulation period 3 seconds). The differential scanning calorimeter curve obtained by the calorimetry in (c) above was analyzed by a method conforming to JIS K7121-1987. The temperature at the apex of the melting peak obtained was taken as the melting point of the sample.
(3)オルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)および可溶成分(Y)の分別
3次元プリンター用組成物の60℃のオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)および可溶成分(Y)は、自動分別装置(Polymer ChAR社製、PREP-mc2)を用いて分別した。自動分別装置の溶解槽内に、試料500mg(3次元プリンター用組成物であるペレットを粉砕した試料)と、0.05質量%のジブチルヒドロキシトルエンを含有するオルトジクロロベンゼン200mLとを加えた後、140℃で90分間加熱撹拌して、濃度5.0mg/mLの溶液を調製した。得られた溶液を20℃/分の速度で100℃まで降温し、100℃で45分間保持し、0.5℃/分の速度で30℃まで降温し、30℃で60分間保持し、オルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)を析出させた。
(3) Separation of insoluble component (X) and soluble component (Y) in orthodichlorobenzene The insoluble component (X) and soluble component (Y) in orthodichlorobenzene at 60 ° C. of the composition for three-dimensional printers were separated using an automatic separation device (PREP-mc2, manufactured by Polymer ChAR). 500 mg of sample (a sample obtained by crushing pellets, which are a composition for three-dimensional printers) and 200 mL of orthodichlorobenzene containing 0.05% by mass of dibutylhydroxytoluene were added to the dissolution tank of the automatic separation device, and then heated and stirred at 140 ° C. for 90 minutes to prepare a solution with a concentration of 5.0 mg / mL. The obtained solution was cooled to 100 ° C. at a rate of 20 ° C. / min, held at 100 ° C. for 45 minutes, cooled to 30 ° C. at a rate of 0.5 ° C. / min, and held at 30 ° C. for 60 minutes to precipitate the insoluble component (X) in orthodichlorobenzene.
得られたオルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)を含有する溶液を60℃に保温しながら60分間かけて溶解槽外に排出し、次いで、残りのオルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)を含有する溶液を60℃に保温しながら60分間かけて溶解槽外に排出し、得られた排出液を合一して、オルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)を含む溶液を分別した。 The obtained solution containing the soluble component (Y) in orthodichlorobenzene was discharged from the dissolution tank over 60 minutes while being kept at 60°C, and then the remaining solution containing the soluble component (Y) in orthodichlorobenzene was discharged from the dissolution tank over 60 minutes while being kept at 60°C, and the obtained discharged liquids were combined, and the solution containing the soluble component (Y) in orthodichlorobenzene was separated.
その後、溶解槽内にオルトジクロロベンゼン100mLを加え、140℃で60分間加熱撹拌して、オルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)を再度溶解させた。得られた溶液を140℃に保温しながら60分間かけて溶解槽外に排出し、室温で18時間静置して、オルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)を含む混合物を分別した。 100 mL of orthodichlorobenzene was then added to the dissolution tank, and the mixture was heated and stirred at 140°C for 60 minutes to dissolve the insoluble component (X) in orthodichlorobenzene again. The resulting solution was discharged from the dissolution tank over 60 minutes while being kept at 140°C, and then allowed to stand at room temperature for 18 hours to separate the mixture containing the insoluble component (X) in orthodichlorobenzene.
得られたオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)を含む混合物、オルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)を含む溶液のそれぞれを、約10倍量のメタノールに投入した。得られた析出物を、孔径10μmのPTFEメンブレンを用いて吸引ろ過した。得られた残渣を約200mLのメタノールで洗浄し、メタノールを吸引ろ過で除去した後、蒸発皿に移した。蒸発皿内の析出物に窒素ガスを吹き付けながら、60℃のウォーターバス上で4時間乾燥し、次いで、常温の真空乾燥機内で18時間乾燥させた。得られた固形物のそれぞれを、オルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)、オルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)とした。 The mixture containing the insoluble component (X) in orthodichlorobenzene and the solution containing the soluble component (Y) in orthodichlorobenzene were each poured into about 10 times the amount of methanol. The resulting precipitate was suction filtered using a PTFE membrane with a pore size of 10 μm. The resulting residue was washed with about 200 mL of methanol, and the methanol was removed by suction filtration, and then transferred to an evaporating dish. The precipitate in the evaporating dish was dried for 4 hours on a water bath at 60°C while blowing nitrogen gas onto it, and then dried for 18 hours in a vacuum dryer at room temperature. The resulting solids were designated as the insoluble component (X) in orthodichlorobenzene and the soluble component (Y) in orthodichlorobenzene, respectively.
(4)半結晶化時間(単位:秒)
半結晶化時間は、示差走査熱量測定装置(株式会社パーキンエルマージャパン製、DSC8500)を用いて測定した。具体的には、各重合体のペレット、3次元プリンター用組成物(材料)のペレット、または、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分もしくは可溶成分を、圧縮成形加工機を用いて、厚みが500μmであるフィルムを作製し、測定用試料とした。DSC8500に測定用試料を10mgセットした後、220℃へ昇温して220℃で5分間維持することにより、測定用試料を完全に溶解させた。その後、溶解した測定用試料を、300℃/分の降温速度で135℃まで急冷して等温結晶化させた。得られた吸熱カーブのピークトップから半結晶化時間を算出した。半結晶化時間が短いほど、結晶化速度が速いことを示す。
(4) Crystallization half time (unit: seconds)
The half-crystallization time was measured using a differential scanning calorimeter (DSC8500, manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd.). Specifically, pellets of each polymer, pellets of a composition (material) for a three-dimensional printer, or insoluble or soluble components in orthodichlorobenzene at 60 ° C. were compressed into a film having a thickness of 500 μm using a compression molding machine to prepare a measurement sample. After setting 10 mg of the measurement sample in the DSC8500, the temperature was raised to 220 ° C. and maintained at 220 ° C. for 5 minutes to completely dissolve the measurement sample. Thereafter, the dissolved measurement sample was quenched to 135 ° C. at a temperature drop rate of 300 ° C. / min to cause isothermal crystallization. The half-crystallization time was calculated from the peak top of the obtained endothermic curve. The shorter the half-crystallization time, the faster the crystallization rate.
(5)ヤング率(単位:MPa)
プレス成形により成形した幅が20mm、長さが120mm、厚みが2mmである試験片を作製した。そして、該試験片を用いて、つかみ間距離60mm、引張速度は50mm/分の条件で応力-歪み曲線を測定し、初期弾性率をヤング率として評価した。
(5) Young's modulus (unit: MPa)
A test piece having a width of 20 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 2 mm was prepared by press molding. The test piece was used to measure a stress-strain curve under conditions of a grip distance of 60 mm and a tensile speed of 50 mm/min, and the initial elastic modulus was evaluated as Young's modulus.
(6)破断点応力(単位:MPa)
3次元プリンターを用いて作製した造形物から、水平方向(X方向)に対して、幅5mm(Z方向)、長さ30mm(X方向)、厚み2mm(Y方向)で切り出した試験片と、垂直方向(Z方向)に対して、幅5mm(X方向)、長さ30mm(Z方向)、厚み2mm(Y方向)で切り出した試験片とを用いて、つかみ間距離10mm、引張速度50mm/分で、破断点応力を評価した。
(6) Breaking stress (unit: MPa)
From a model produced using a 3D printer, a test piece was cut out to a width of 5 mm (Z direction), a length of 30 mm (X direction), and a thickness of 2 mm (Y direction) in the horizontal direction (X direction), and a test piece was cut out to a width of 5 mm (X direction), a length of 30 mm (Z direction), and a thickness of 2 mm (Y direction) in the vertical direction (Z direction). The stress at break was evaluated using a gripping distance of 10 mm and a tensile speed of 50 mm/min.
3次元プリンター用組成物に含有される成分を表1に示す。 The ingredients contained in the composition for 3D printers are shown in Table 1.
プロピレン単独重合体(a1):
MFRが8.5g/10分である、プロピレン単独重合体である。このプロピレン単独重合体の半結晶化時間は803秒であった。
Propylene homopolymer (a1):
The propylene homopolymer had an MFR of 8.5 g/10 min and a crystallization half time of 803 seconds.
プロピレン単独重合体(a2):
MFRが13.3g/10分である、プロピレン単独重合体である。このプロピレン単独重合体の半結晶化時間は717秒であった。
Propylene homopolymer (a2):
The propylene homopolymer had an MFR of 13.3 g/10 min and a crystallization half time of 717 seconds.
1-ブテン共重合体(b1):
MFRが9g/10分であり、融点が58℃であり、1-ブテンに由来する単量体単位の含有量が72.3モル%であり、プロピレンに由来する単量体単位の含有量が27.7モル%である、プロピレン-1-ブテンランダム共重合体である。このプロピレン-1-ブテンランダム共重合体の半結晶化時間は9000秒超であった。
1-Butene copolymer (b1):
The copolymer is a propylene-1-butene random copolymer having an MFR of 9 g/10 min, a melting point of 58° C., a content of monomer units derived from 1-butene of 72.3 mol %, and a content of monomer units derived from propylene of 27.7 mol %. The crystallization half time of the copolymer was more than 9000 seconds.
1-ブテン共重合体(b2):
MFRが9g/10分であり、融点が100℃であり、1-ブテンに由来する単量体単位の含有量が99.1モル%であり、エチレンに由来する単量体単位の含有量が0.9モル%である、エチレン-1-ブテンランダム共重合体である。このエチレン-1-ブテンランダム共重合体の半結晶化時間は9000秒超であった。
1-Butene copolymer (b2):
The ethylene-1-butene random copolymer had an MFR of 9 g/10 min, a melting point of 100° C., a content of monomer units derived from 1-butene of 99.1 mol %, and a content of monomer units derived from ethylene of 0.9 mol %. The crystallization half time of this ethylene-1-butene random copolymer was more than 9,000 seconds.
非晶性プロピレン共重合体(b3):
MFRが0.8g/10分であり、プロピレンに由来する単量体単位の含有量が96モル%であり、1-ブテンに由来する単量体単位の含有量が4モル%である、プロピレン-1-ブテンランダム共重合体である。このプロピレン-1-ブテンランダム共重合体の半結晶化時間は9000秒超であった。
Amorphous propylene copolymer (b3):
The copolymer is a propylene-1-butene random copolymer having an MFR of 0.8 g/10 min, a content of monomer units derived from propylene of 96 mol %, and a content of monomer units derived from 1-butene of 4 mol %. The crystallization half time of the copolymer was more than 9000 seconds.
オレフィン系熱可塑性エラストマー:
住友化学株式会社製のエスポレックス4785である。エスポレックス4785は、プロピレン重合体、油展エチレン-プロピレン-5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体ゴム、架橋剤および架橋助剤を含有する。なお、オレフィン系熱可塑性エラストマーは架橋体であるため、MFRを測定できなかった。
Olefin-based thermoplastic elastomer:
The product is Esporex 4785 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. Esporex 4785 contains a propylene polymer, an oil-extended ethylene-propylene-5-ethylidene-2-norbornene copolymer rubber, a crosslinking agent, and a crosslinking aid. Note that since the olefin-based thermoplastic elastomer is a crosslinked body, the MFR could not be measured.
<実施例1:3次元プリンター用組成物1>
プロピレン単独重合体(a1)70質量%と、1-ブテン共重合体(b1)30質量%とを、30mm単軸押出機を用いて、押出量約5kg/hr、シリンダー温度230℃、スクリュー回転数60rpmで混練押出して、ペレットを得た。該ペレットについて、半結晶化時間を測定した。
<Example 1: Composition 1 for 3D printer>
70% by mass of the propylene homopolymer (a1) and 30% by mass of the 1-butene copolymer (b1) were kneaded and extruded using a 30 mm single screw extruder at an extrusion rate of about 5 kg/hr, a cylinder temperature of 230° C., and a screw rotation speed of 60 rpm to obtain pellets. The half-crystallization time of the pellets was measured.
また、得られたペレットを粉砕した試料を用いて、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)および可溶成分(Y)に分別して、半結晶化時間をそれぞれ測定した。 The pellets obtained were crushed into samples, which were then separated into insoluble (X) and soluble (Y) components in orthodichlorobenzene at 60°C, and the half-crystallization time for each was measured.
さらに、得られたペレットを、圧縮成形機(神藤金属工業所製、型式F-37)を用いて、温度230℃、圧力5MPaの条件で5分間プレス成形し、次いで、温度30℃、圧力5MPaの条件で5分間冷却プレスし、縦150mm、横150mm、厚み2mmのプレス成形体を得た。得られたプレス成形体から、縦が120mm、横が20mm、厚みが2mmである試験片を切り出し、ヤング率を測定した。結果を表2に示す。 The pellets obtained were then press molded for 5 minutes using a compression molding machine (Model F-37, manufactured by Shinto Metal Industries) at a temperature of 230°C and a pressure of 5 MPa, and then cold pressed for 5 minutes at a temperature of 30°C and a pressure of 5 MPa to obtain a press molded body having a length of 150 mm, a width of 150 mm and a thickness of 2 mm. A test piece having a length of 120 mm, a width of 20 mm and a thickness of 2 mm was cut out from the obtained press molded body, and the Young's modulus was measured. The results are shown in Table 2.
次に、得られたペレットを、20mm単軸押出機(ダイス孔径3mm、1孔)を用いて、シリンダー温度190~200℃、スクリュー回転数15rpmの条件で押出した後、約4℃の水でクエンチした。得られたストランドを、延伸機を用いて、延伸速度8m/分、延伸温度25℃の条件で延伸して、糸径約1.7mmのフィラメントを得た。 The pellets obtained were then extruded using a 20 mm single screw extruder (die hole diameter 3 mm, 1 hole) at a cylinder temperature of 190-200°C and a screw rotation speed of 15 rpm, and then quenched with water at approximately 4°C. The resulting strand was stretched using a stretching machine at a stretching speed of 8 m/min and a stretching temperature of 25°C to obtain a filament with a thread diameter of approximately 1.7 mm.
得られたフィラメントを、エフティ・ファインテックプロダクト社製の3次元プリンター成形機「FAST System」を用いて、ノズル温度220℃、吐出径0.4mm、積層ピッチ0.2mm、テーブル温度70℃の条件で溶融積層して、幅、奥行および高さが30mmであり、壁面の厚みが2.0mmである、升型の造形物を得た。得られた造形物の破断点応力の評価結果を表2に示す。 The obtained filament was melt-laminated using FT Finetech Products' 3D printer molding machine "FAST System" under conditions of a nozzle temperature of 220°C, an ejection diameter of 0.4 mm, a lamination pitch of 0.2 mm, and a table temperature of 70°C to obtain a square-shaped object with a width, depth, and height of 30 mm and a wall thickness of 2.0 mm. The evaluation results of the breaking stress of the obtained object are shown in Table 2.
<実施例2:3次元プリンター用組成物2>
プロピレン単独重合体(a1)の代わりにプロピレン単独重合体(a2)を用いた以外は、実施例1と同様にして、プレス成形体および升型の造形物を得た。得られたプレス成形体のヤング率と、得られた造形物の破断点応力の評価結果とを表2に示す。
<Example 2: Composition 2 for 3D printer>
Except for using the propylene homopolymer (a2) instead of the propylene homopolymer (a1), a press-molded body and a square-shaped shaped object were obtained in the same manner as in Example 1. The Young's modulus of the obtained press-molded body and the evaluation results of the breaking stress of the obtained shaped object are shown in Table 2.
<実施例3:3次元プリンター用組成物3>
プロピレン単独重合体(a1)70質量%の代わりにプロピレン単独重合体(a1)90質量%を、1-ブテン共重合体(b1)30質量%の代わりに非晶性プロピレン共重合体(b3)10質量%用いた以外は、実施例1と同様にして、プレス成形体および升型の造形物を得た。得られたプレス成形体のヤング率と、得られた造形物の破断点応力の評価結果とを表2に示す。
<Example 3: Composition 3 for 3D printer>
Except for using 90% by mass of propylene homopolymer (a1) instead of 70% by mass of propylene homopolymer (a1) and 10% by mass of amorphous propylene copolymer (b3) instead of 30% by mass of 1-butene copolymer (b1), a press-molded body and a square-shaped shaped object were obtained in the same manner as in Example 1. The Young's modulus of the obtained press-molded body and the evaluation results of the breaking stress of the obtained shaped object are shown in Table 2.
<比較例1:3次元プリンター用組成物C1>
1-ブテン共重合体(b1)の代わりに1-ブテン共重合体(b2)を用いた以外は、実施例1と同様にして、プレス成形体および升型の造形物を得た。得られたプレス成形体のヤング率と、得られた造形物の破断点応力の評価結果とを表2に示す。
<Comparative Example 1: Composition C1 for three-dimensional printer>
Except for using the 1-butene copolymer (b2) instead of the 1-butene copolymer (b1), a press-molded body and a square-shaped shaped object were obtained in the same manner as in Example 1. The Young's modulus of the obtained press-molded body and the evaluation results of the breaking stress of the obtained shaped object are shown in Table 2.
<比較例2:3次元プリンター用組成物C2>
プロピレン単独重合体(a1)70質量%の代わりにプロピレン単独重合体(a2)58質量%を、1-ブテン共重合体(b1)30質量%の代わりにオレフィン系熱可塑性エラストマー42質量%用いた以外は、実施例1と同様にして、プレス成形体および升型の造形物を得た。得られたプレス成形体のヤング率と、得られた造形物の破断点応力の評価結果とを表2に示す。
<Comparative Example 2: Composition C2 for three-dimensional printer>
Except for using 58 mass% of propylene homopolymer (a2) instead of 70 mass% of propylene homopolymer (a1), and 42 mass% of olefin-based thermoplastic elastomer instead of 30 mass% of 1-butene copolymer (b1), a press-molded body and a square-shaped shaped object were obtained in the same manner as in Example 1. The Young's modulus of the obtained press-molded body and the evaluation results of the breaking stress of the obtained shaped object are shown in Table 2.
表2の結果から分かるように、本発明の構成要件をすべて満たす各実施例の3次元プリンター用組成物は、Z方向(高さ方向)の破断点応力に比較的優れた造形物を得ることができる。また、各実施例の3次元プリンター用組成物は、ヤング率が高い。 As can be seen from the results in Table 2, the compositions for three-dimensional printers of the examples that satisfy all of the constituent requirements of the present invention can produce objects that are relatively excellent in terms of breaking point stress in the Z direction (height direction). In addition, the compositions for three-dimensional printers of the examples have a high Young's modulus.
一方で、3次元プリンター用組成物の半結晶化時間が900秒未満である各比較例の3次元プリンター用組成物は、Z方向(高さ方向)の破断点応力が小さい。また、オレフィン系熱可塑性エラストマーを含む比較例2の3次元プリンター用組成物は、ヤング率が小さい。 On the other hand, the compositions for 3D printers of each comparative example, in which the semi-crystallization time of the composition for 3D printers is less than 900 seconds, have a small stress at break in the Z direction (height direction). In addition, the composition for 3D printers of Comparative Example 2, which contains an olefin-based thermoplastic elastomer, has a small Young's modulus.
Claims (12)
重合体(B)と、を含有し、
プロピレン重合体(A)の半結晶化時間TIC(A)および重合体(B)の半結晶化時間TIC(B)が下記式(1)を満たし、
3次元プリンター用組成物の半結晶化時間TIC(C)が900秒以上である、3次元プリンター用組成物。
TIC(B)>TIC(A) (1) A propylene polymer (A) containing a monomer unit derived from propylene and having a content of the monomer unit derived from propylene of 85 mol % or more;
A polymer (B) and
The crystallization half time T IC (A) of the propylene polymer (A) and the crystallization half time T IC (B) of the polymer (B) satisfy the following formula (1),
A composition for three-dimensional printers, the crystallization half time T IC (C) of which is 900 seconds or more.
TIC (B)> TIC (A) (1)
プロピレン重合体(A)の含有量が60質量%以上90質量%以下であり、
重合体(B)の含有量が10質量%以上40質量%以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載の3次元プリンター用組成物。 With respect to the total content of the propylene polymer (A) and the content of the polymer (B) being 100% by mass,
The content of the propylene polymer (A) is 60% by mass or more and 90% by mass or less,
The composition for three-dimensional printers according to any one of claims 1 to 7, wherein the content of the polymer (B) is 10% by mass or more and 40% by mass or less.
60℃のオルトジクロロベンゼンに対する不溶成分(X)と、60℃のオルトジクロロベンゼンに対する可溶成分(Y)とを含有し、
不溶成分(X)の半結晶化時間TIC(X)および可溶成分(Y)の半結晶化時間TIC(Y)が下記式(11)を満たし、
3次元プリンター用材料の半結晶化時間TIC(Z)が900秒以上である、3次元プリンター用材料。
TIC(Y)>TIC(X) (11) A material for a three-dimensional printer comprising one or more polymers,
Contains a component (X) insoluble in orthodichlorobenzene at 60°C and a component (Y) soluble in orthodichlorobenzene at 60°C,
The crystallization half time T IC (X) of the insoluble component (X) and the crystallization half time T IC (Y) of the soluble component (Y) satisfy the following formula (11):
A material for a three-dimensional printer, the material having a semi-crystallization time T IC (Z) of 900 seconds or more.
TIC (Y)> TIC (X) (11)
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