JP7616059B2 - Filament for 3D modeling - Google Patents
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Description
本発明は、3次元造形用フィラメント、樹脂成形体、巻回体及び3次元造形用カートリッジに関する。 The present invention relates to a filament for three-dimensional modeling, a resin molded body, a wound body, and a cartridge for three-dimensional modeling.
押出による熱積層堆積システムは、今日一般的に3次元プリンタ(3Dプリンター)と呼称されているシステムであり、例えば米国のストラタシス・インコーポレイテッド社製の熱積層堆積システムが挙げられる。押出による熱積層堆積システムは、流動性を有する原料を押出ヘッドに備えたノズル部位から押し出してコンピュータ支援設計(CAD)モデルを基にして3次元物体を層状に構築するために用いられている。Extrusion-based thermal layer deposition systems are what are commonly referred to today as three-dimensional printers (3D printers), such as the thermal layer deposition system manufactured by Stratasys Inc. in the United States. Extrusion-based thermal layer deposition systems are used to extrude a flowable raw material from a nozzle on an extrusion head to build a three-dimensional object in layers based on a computer-aided design (CAD) model.
その中でも熱溶解積層法(ME法)は、熱可塑性樹脂からなる原料をフィラメントとして押出ヘッドへ挿入し、加熱溶融しながら押出ヘッドに備えたノズル部位からチャンバー内のX-Y平面基盤上に連続的に押し出し、押し出した樹脂を既に堆積している樹脂積層体上に堆積させると共に融着させ、これが冷却するにつれ一体固化する、という簡単なシステムである。そのため、ME法は、広く用いられるようになってきている。ME法では、通常、基盤に対するノズル位置がX-Y平面に垂直方向なZ軸方向に上昇しつつ押出工程が繰り返されることによりCADモデルに類似した3次元物体が構築される(特許文献1、2)。Among these, the fused deposition modeling (ME) method is a simple system in which a thermoplastic resin raw material is inserted as a filament into an extrusion head, and while being heated and melted, it is continuously extruded from a nozzle on the extrusion head onto an X-Y planar base in a chamber, and the extruded resin is deposited and fused onto an already deposited resin laminate, which solidifies as it cools. For this reason, the ME method has become widely used. In the ME method, a three-dimensional object similar to a CAD model is constructed by repeating the extrusion process while the nozzle position relative to the base is usually raised in the Z-axis direction perpendicular to the X-Y plane (Patent Documents 1 and 2).
従来、ME法の原料としては、一般的にアクリロニトリル-ブタジエン-スチレン系樹脂やポリ乳酸等の、非晶性あるいは結晶化がしにくい熱可塑性樹脂が、成形加工性や流動性の観点から好適に用いられてきた(特許文献3~5)。Conventionally, amorphous or thermoplastic resins that are difficult to crystallize, such as acrylonitrile-butadiene-styrene resins and polylactic acid, have been used as raw materials for the ME process from the standpoint of moldability and fluidity (Patent Documents 3 to 5).
一方で、近年、上記のプラスチックだけでなく、ポリプロピレン系樹脂などの結晶性樹脂についても、ME方式の3次元造形材料としての使用が検討されてきている。これらは、耐熱性、耐薬品性、強度などに優れる。そのため、製品や製造ツールの造形といった産業用途も含めて広く活用の可能性がある。Meanwhile, in recent years, in addition to the above plastics, crystalline resins such as polypropylene resins have also been considered for use as 3D modeling materials for the ME method. These have excellent heat resistance, chemical resistance, and strength. For this reason, there is potential for a wide range of applications, including industrial applications such as modeling products and manufacturing tools.
しかし、このようなポリオレフィン系樹脂は一般的に結晶化しやすい。そのため、ポリオレフィン系樹脂を使ったME方式の3次元造形では、造形物中の層間の接着性が低下したり、結晶化収縮により造形物(樹脂成形体)の反りが発生するなど、造形性の低さが問題であった。However, such polyolefin resins are generally prone to crystallization. As a result, ME-based 3D modeling using polyolefin resins has problems with poor modeling properties, such as reduced adhesion between layers in the model and warping of the model (resin molded body) due to crystallization shrinkage.
これに対して、低結晶性のポリオレフィン系樹脂を用いた3次元造形材料が開示されている(特許文献6)。In response to this, a three-dimensional modeling material using a low-crystalline polyolefin resin has been disclosed (Patent Document 6).
しかしながら、特許文献6に挙げられるような低結晶性のポリオレフィン系樹脂は、3次元造形中に、結晶化収縮による反り等の造形不良の発生を抑え、3次元造形性を改良することは可能である。さらに、0.5mm/sのような比較的低速でのポリオレフィン系樹脂の造形性は改良できている。However, low-crystalline polyolefin resins such as those described in Patent Document 6 can suppress the occurrence of molding defects such as warping due to crystallization shrinkage during three-dimensional modeling, and can improve three-dimensional modeling properties. Furthermore, the modeling properties of polyolefin resins at relatively low speeds such as 0.5 mm/s have been improved.
しかしながら、本発明者らの検討の結果、低結晶性のポリオレフィン系樹脂は、低結晶化することで、特に室温付近の弾性率が低下するため、3次元造形した樹脂成形体の強度やフィラメントの硬度が十分でないことが明らかとなった。そのため、特許文献6に挙げられるような低結晶性のポリオレフィン系樹脂は、適用できる分野が限定的であり、また、生産性を向上させるために造形速度を上げた場合に課題が見出された。具体的には、ポリオレフィン系樹脂の高速3次元造形のように、高速でフィラメントを押し出しヘッドに送った場合、フィラメントに屈曲が起き、高速3次元造形性が不良となるという新たな課題が明らかになった。However, as a result of the inventors' investigations, it became clear that the elastic modulus of low-crystalline polyolefin resins, particularly around room temperature, decreases as a result of low crystallinity, and therefore the strength of three-dimensionally molded resin moldings and the hardness of the filaments are insufficient. Therefore, the fields to which low-crystalline polyolefin resins such as those listed in Patent Document 6 can be applied are limited, and problems were found when the modeling speed was increased to improve productivity. Specifically, a new problem was found in that when the filament is sent to the extrusion head at high speed, as in the case of high-speed three-dimensional modeling of polyolefin resins, bending of the filament occurs, resulting in poor high-speed three-dimensional modeling properties.
そこで、本発明の目的は、3次元造形時の造形物(樹脂成形体)の反りや、高速3次元造形のように、高速でフィラメントを押し出しヘッドに送った場合であっても、フィラメントに屈曲が起きず、高速3次元造形性が良好となり、かつ造形物(樹脂成形体)の強度に優れた3次元造形用フィラメントを提供することにある。また、本発明の目的は、当該3次元造形用フィラメントを含有する、樹脂成形体、巻回体及び3次元造形用カートリッジを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a filament for 3D modeling that prevents warping of the model (resin molded body) during 3D modeling, and prevents bending of the filament even when the filament is sent to the extrusion head at high speed, such as in high-speed 3D modeling, resulting in good high-speed 3D modeling properties and excellent strength of the model (resin molded body). Another object of the present invention is to provide a resin molded body, a wound body, and a cartridge for 3D modeling that contain the filament for 3D modeling.
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、特定の熱特性及び貯蔵弾性率を有するポリオレフィン系樹脂組成物を用いることにより、前記課題を解消できると考察した。After extensive research, the inventors have concluded that the above problems can be solved by using a polyolefin resin composition having specific thermal properties and storage modulus.
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
<1>下記式[1]を満たすオレフィン系樹脂組成物(α)を含有する、3次元造形用フィラメント。
700≧24×ΔHc(α)-E´(α)・・・[1]
ΔHc(α):該オレフィン系樹脂組成物(α)を示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(J/g)
E´(α):該オレフィン系樹脂組成物(α)を40℃及び10Hzで測定した貯蔵弾性率(MPa)
<2>前記ΔHc(α)が75J/g以下である、<1>に記載の3次元造形用フィラメント。
<3>前記E´(α)が350MPa以上である、<1>又は<2>に記載の3次元造形用フィラメント。
<4>前記オレフィン系樹脂組成物(α)が、オレフィン系樹脂組成物(A)及び樹脂組成物(B)を含有し、
前記樹脂組成物(B)は、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(ΔHc(B))が10J/g未満である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメント。
<5>前記オレフィン系樹脂組成物(A)の示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化温度と、前記オレフィン系樹脂組成物(α)の示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化温度との差が10℃以下である、<4>に記載の3次元造形用フィラメント。
<6>前記オレフィン系樹脂組成物(α)が、オレフィン系樹脂組成物(A)を含有し、
前記オレフィン系樹脂組成物(A)は、プロピレン単独重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのランダム共重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのブロック共重合体、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン-プロピレンゴムとのブレンド、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン-プロピレンゴムとの動的架橋品、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン-プロピレンゴムとの重合品、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、並びに線状低密度ポリエチレンからなる群から選ばれる少なくとも1つの樹脂組成物である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメント。
<7>前記オレフィン系樹脂組成物(α)が樹脂組成物(B)を含有し、
前記樹脂組成物(B)が環状オレフィン系樹脂を含有する、<1>~<6>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメント。
<8>さらにフィラーを含有する、<1>~<7>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメント。
<9><1>~<8>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメントを含有する樹脂成形体。
<10><1>~<8>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメントの巻回体。
<11><1>~<8>のいずれか1つに記載の3次元造形用フィラメントを含有する3次元造形用カートリッジ。
That is, the gist of the present invention is as follows.
<1> A filament for three-dimensional modeling, comprising an olefin-based resin composition (α) that satisfies the following formula [1]:
700≧24×ΔHc(α)−E′(α)...[1]
ΔHc(α): the heat of crystallization (J/g) when the olefin resin composition (α) is measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10° C./min
E'(α): storage modulus (MPa) of the olefin resin composition (α) measured at 40 ° C. and 10 Hz
<2> The filament for three-dimensional forming according to <1>, wherein the ΔHc (α) is 75 J/g or less.
<3> The filament for three-dimensional forming according to <1> or <2>, wherein E'(α) is 350 MPa or more.
<4> The olefin-based resin composition (α) contains an olefin-based resin composition (A) and a resin composition (B),
The resin composition (B) has a crystallization heat (ΔHc(B)) of less than 10 J/g when measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10 ° C./min. The filament for three-dimensional modeling according to any one of <1> to <3>.
<5> The filament for three-dimensional modeling according to <4>, wherein the difference between the crystallization temperature of the olefin-based resin composition (A) measured at a temperature decrease rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter and the crystallization temperature of the olefin-based resin composition (α) measured at a temperature decrease rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter is 10°C or less.
<6> The olefin-based resin composition (α) contains an olefin-based resin composition (A),
The filament for three-dimensional printing according to any one of <1> to <5>, wherein the olefin-based resin composition (A) is at least one resin composition selected from the group consisting of a propylene homopolymer, a random copolymer of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, a block copolymer of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, a maleic anhydride-grafted polypropylene, a blend of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, a dynamically crosslinked product of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, a polymer of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, a high-density polyethylene, a low-density polyethylene, and a linear low-density polyethylene.
<7> The olefin-based resin composition (α) contains a resin composition (B),
The filament for three-dimensional modeling according to any one of <1> to <6>, wherein the resin composition (B) contains a cyclic olefin resin.
<8> The filament for three-dimensional modeling according to any one of <1> to <7>, further comprising a filler.
<9> A resin molded product containing the filament for three-dimensional modeling according to any one of <1> to <8>.
<10> A wound body of the filament for three-dimensional modeling according to any one of <1> to <8>.
<11> A cartridge for three-dimensional modeling, comprising the filament for three-dimensional modeling according to any one of <1> to <8>.
本発明によれば、3次元造形時の造形物(樹脂成形体)の反りや、高速3次元造形のように、高速でフィラメントを押し出しヘッドに送った場合でもフィラメントに屈曲が起きず、高速3次元造形性が良好となり、かつ造形物(樹脂成形体)の強度に優れたポリオレフィン系3次元造形用フィラメントを提供することができる。また、本発明によれば、当該3次元造形用フィラメントを含有する、樹脂成形体、巻回体及び3次元造形用カートリッジを提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a polyolefin-based filament for three-dimensional modeling that does not warp the model (resin molded body) during three-dimensional modeling, and does not bend the filament even when the filament is sent to the extrusion head at high speed, as in high-speed three-dimensional modeling, resulting in good high-speed three-dimensional modeling properties and excellent strength of the model (resin molded body). In addition, according to the present invention, it is possible to provide a resin molded body, a wound body, and a cartridge for three-dimensional modeling that contain the filament for three-dimensional modeling.
[発明の効果の理由]
本発明が効果を奏するであろう理由は、未だ明らかではないが、以下のような理由と推察できる。
すなわち、本発明の3次元造形用フィラメントは、結晶化熱量が低い。そのため、本発明の3次元造形用フィラメントは、結晶化収縮量が小さく、3次元造形時の反りが抑制される。
また、本発明の3次元造形用フィラメントは、室温付近の弾性率が高い。そのため、本発明の3次元造形用フィラメントは、フィラメント送り時の屈曲も抑制することが可能である。
[Reasons for the effectiveness of the invention]
The reason why the present invention is effective is not yet clear, but it can be assumed that the reason is as follows.
That is, the filament for three-dimensional modeling of the present invention has a low heat of crystallization. Therefore, the filament for three-dimensional modeling of the present invention has a small amount of crystallization shrinkage, and warping during three-dimensional modeling is suppressed.
In addition, the filament for three-dimensional modeling of the present invention has a high elastic modulus at around room temperature, so that the filament for three-dimensional modeling of the present invention can be prevented from bending during filament feeding.
一般的なポリオレフィン系樹脂は、結晶化熱量と室温付近の弾性率は比例関係にあるため、反りを抑制しようと結晶化熱量を下げると、室温付近の弾性率が下がってフィラメントが屈曲しやすくなり、造形時の反り抑制とフィラメントの屈曲抑制を同時に達成することは困難である。しかし、本発明の3次元造形用フィラメントは特定の樹脂を含有することで、反り抑制と屈曲抑制を同時に達成することができる。 In general polyolefin resins, the heat of crystallization is proportional to the modulus of elasticity near room temperature, so if the heat of crystallization is reduced to suppress warping, the modulus of elasticity near room temperature decreases and the filament becomes more prone to bending, making it difficult to simultaneously suppress warping during modeling and bending of the filament. However, the filament for 3D modeling of the present invention contains a specific resin, making it possible to simultaneously suppress warping and bending.
また、このような効果は、例えば、フィラー等を単純にフィラメントに添加しても得られる。しかし、この場合、フィラーが樹脂同士の層間接着を阻害し、3次元造形した際に、造形物(樹脂成形体)の層間に対する垂直方向の強度(Z軸強度)を低下させる懸念がある。一方、本発明の3次元造形用フィラメントは、特定の樹脂を含有することにより、層間接着性を担保しながら、低い結晶化収縮量と、高い室温弾性率を両立することが可能である。 This effect can also be achieved, for example, by simply adding a filler to the filament. However, in this case, there is a concern that the filler will inhibit interlayer adhesion between the resin layers, reducing the strength (Z-axis strength) perpendicular to the layers of the model (resin molded body) when it is 3D modeled. On the other hand, the filament for 3D modeling of the present invention contains a specific resin, making it possible to achieve both a low amount of crystallization shrinkage and a high room temperature modulus while ensuring interlayer adhesion.
以下、本発明を実施するための形態( 以下、「本実施形態」という。) について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The following provides a detailed description of the form for implementing the present invention (hereinafter referred to as the "present embodiment"). The present embodiment is an example for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following content. The present invention can be implemented in various modifications within the scope of its gist.
本発明の3次元造形用フィラメントは、オレフィン系樹脂組成物(α)を含有することを特徴としている。The filament for three-dimensional modeling of the present invention is characterized by containing an olefin-based resin composition (α).
<オレフィン系樹脂組成物(α)>
オレフィン系樹脂組成物(α)は、下記式[1]を満たすことを特徴とする。
なお、本発明でいうオレフィン系樹脂組成物(α)は、オレフィン系樹脂を含み、必要によりその他の樹脂を含むものであり、添加剤は除外される。
<Olefin-based resin composition (α)>
The olefin resin composition (α) is characterized by satisfying the following formula [1].
The olefin resin composition (α) in the present invention contains an olefin resin and, if necessary, other resins, but excludes additives.
700≧24×ΔHc(α)-E´(α)・・・[1]
ΔHc(α):該オレフィン系樹脂組成物(α)を示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(J/g)
E´(α):該オレフィン系樹脂組成物(α)を40℃及び10Hzで測定した貯蔵弾性率(MPa)
700≧24×ΔHc(α)−E′(α)...[1]
ΔHc(α): the heat of crystallization (J/g) when the olefin resin composition (α) is measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10° C./min
E'(α): storage modulus (MPa) of the olefin resin composition (α) measured at 40 ° C. and 10 Hz
ここで、「24×ΔHc(α)-E´(α)」が上記の範囲にあることにより、3次元造形時の反りが抑制され、フィラメント送り時の屈曲も抑制することができる。Here, by having "24 x ΔHc(α) - E'(α)" be within the above range, warping during three-dimensional modeling is suppressed, and bending during filament feeding can also be suppressed.
また、「24×ΔHc(α)-E´(α)」の上限は、特に限定されないが、高速造形性と層間接着性の両立の観点から、500以下であることが好ましく、300以下であることがより好ましく、100以下であることがさらに好ましく、0以下であることが特に好ましく、-100以下であることが尚好ましく、-200以下であることが最も好ましい。 In addition, the upper limit of "24 x ΔHc(α) - E'(α)" is not particularly limited, but from the viewpoint of achieving both high speed formability and interlayer adhesion, it is preferably 500 or less, more preferably 300 or less, even more preferably 100 or less, particularly preferably 0 or less, even more preferably -100 or less, and most preferably -200 or less.
また、「24×ΔHc(α)-E´(α)」の下限は、高速造形性と層間接着性の両立の観点から、-2000以上であることが好ましく、-1500以上であることがより好ましく、-1000以上であることがさらに好ましく、-500以上であることが特に好ましく、-300以上であることが最も好ましい。 In addition, from the viewpoint of achieving both high speed formability and interlayer adhesion, the lower limit of "24 x ΔHc(α) - E'(α)" is preferably -2000 or more, more preferably -1500 or more, even more preferably -1000 or more, particularly preferably -500 or more, and most preferably -300 or more.
ΔHc(α)は特に限定されないが、通常、75J/g以下であり、60J/g以下であることが好ましく、55J/g以下であることがより好ましく、50J/g以下であることがさらに好ましく、45J/g以下であることが特に好ましく、40J/g以下であることが尚好ましく、30J/g以下であることが最も好ましい。これにより、3次元造形時の結晶化収縮による造形物(樹脂成形体)の反りを低減することができる。 ΔHc(α) is not particularly limited, but is usually 75 J/g or less, preferably 60 J/g or less, more preferably 55 J/g or less, even more preferably 50 J/g or less, particularly preferably 45 J/g or less, even more preferably 40 J/g or less, and most preferably 30 J/g or less. This can reduce warping of the molded object (resin molded body) due to crystallization shrinkage during three-dimensional modeling.
また、ΔHc(α)は、耐熱性の観点から、1J/g以上が好ましく、5J/g以上がより好ましく、8J/g以上がさらに好ましく、10J/g以上が特に好ましく、15J/g以上が最も好ましい。 In addition, from the viewpoint of heat resistance, ΔHc(α) is preferably 1 J/g or more, more preferably 5 J/g or more, even more preferably 8 J/g or more, particularly preferably 10 J/g or more, and most preferably 15 J/g or more.
また、ΔHc(α)は、樹脂の組成や、後述するオレフィン系樹脂組成物(A)と樹脂組成物(B)とのブレンド比率などによって調整できる。 In addition, ΔHc (α) can be adjusted by the resin composition and the blend ratio of the olefin resin composition (A) and resin composition (B) described below.
E´(α)は特に限定されないが、通常、350MPa以上である。E´(α)がこの範囲内であれば、フィラメント送り時の屈曲が抑制されて造形性が優れ、また造形した樹脂成形体の強度が優れる。E´(α)は、400MPa以上が好ましく、500MPa以上がより好ましく、800MPa以上がさらに好ましく、1000MPa以上が特に好ましく、1200MPa以上が最も好ましい。E'(α) is not particularly limited, but is usually 350 MPa or more. If E'(α) is within this range, bending during filament feeding is suppressed, resulting in excellent moldability and excellent strength of the molded resin molding. E'(α) is preferably 400 MPa or more, more preferably 500 MPa or more, even more preferably 800 MPa or more, particularly preferably 1000 MPa or more, and most preferably 1200 MPa or more.
E´(α)の上限は特に限定されるものではないが、E´(α)は、5000MPa以下が好ましく、4500MPa以下がより好ましく、4000MPa以下がさらに好ましく、3500MPa以下が特に好ましく、3000MPa以下が尚好ましく、2500MPa以下が最も好ましい。E´(α)がこの範囲内であれば、フィラメントの硬度が適度になり、造形作業の際のハンドリング(プリンタへのフィラメントのセッティング等)がしやすいため、好ましい。Although there is no particular upper limit for E'(α), E'(α) is preferably 5000 MPa or less, more preferably 4500 MPa or less, even more preferably 4000 MPa or less, particularly preferably 3500 MPa or less, even more preferably 3000 MPa or less, and most preferably 2500 MPa or less. If E'(α) is within this range, the hardness of the filament becomes appropriate, which is preferable because it is easy to handle during modeling work (such as setting the filament in the printer).
また、E´(α)は、樹脂の組成や、後述するオレフィン系樹脂組成物(A)と樹脂組成物(B)とのブレンド比率などによって調整できる。 In addition, E' (α) can be adjusted by the resin composition and the blend ratio of the olefin resin composition (A) and the resin composition (B) described below.
オレフィン系樹脂組成物(α)の、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化温度(Tc(α))は特に限定されるものではないが、造形時の反り抑制の観点から、200℃以下であること好ましく、150℃以下であることがより好ましく、120℃以下であることがさらに好ましく、110℃以下であることが特に好ましく、100℃以下であることが最も好ましい。The crystallization temperature (Tc(α)) of the olefin resin composition (α) when measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10°C/min is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing warping during molding, it is preferably 200°C or less, more preferably 150°C or less, even more preferably 120°C or less, particularly preferably 110°C or less, and most preferably 100°C or less.
また、Tc(α)は、耐熱性の観点から、20℃以上が好ましく、40℃以上がより好ましく、50℃以上がさらに好ましく、60℃以上が特に好ましく、70℃以上が最も好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of heat resistance, Tc(α) is preferably 20°C or higher, more preferably 40°C or higher, even more preferably 50°C or higher, particularly preferably 60°C or higher, and most preferably 70°C or higher.
また、Tc(α)は、樹脂の組成や、後述するオレフィン系樹脂組成物(A)と樹脂組成物(B)とのブレンド比率などによって調整できる。 In addition, Tc(α) can be adjusted by the resin composition and the blend ratio of the olefin resin composition (A) and the resin composition (B) described below.
オレフィン系樹脂組成物(α)の、示差走査熱量計にて10℃/分の昇温速度で測定した際の結晶融解温度(Tm(α))は特に限定されるものではないが、汎用の3次元プリンタで造形しやすい観点から、300℃以下であること好ましく、250℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましく、150℃以下であることが特に好ましく、140℃以下であることが最も好ましい。The crystalline melting temperature (Tm(α)) of the olefin resin composition (α) measured with a differential scanning calorimeter at a heating rate of 10°C/min is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of modeling with a general-purpose three-dimensional printer, it is preferably 300°C or less, more preferably 250°C or less, even more preferably 200°C or less, particularly preferably 150°C or less, and most preferably 140°C or less.
また、Tm(α)は、耐熱性の観点から、20℃以上が好ましく、40℃以上がより好ましく、60℃以上がさらに好ましく、80℃以上が特に好ましく、100℃以上が最も好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of heat resistance, Tm(α) is preferably 20°C or higher, more preferably 40°C or higher, even more preferably 60°C or higher, particularly preferably 80°C or higher, and most preferably 100°C or higher.
また、Tm(α)は、樹脂の組成や、後述するオレフィン系樹脂組成物(A)と樹脂組成物(B)とのブレンド比率などによって調整できる。 In addition, Tm(α) can be adjusted by the resin composition and the blend ratio of the olefin resin composition (A) and the resin composition (B) described below.
オレフィン系樹脂組成物(α)は、後述するオレフィン系樹脂組成物(A)と、樹脂組成物(B)を含有することが好ましい。樹脂組成物(B)は、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(ΔHc(B))が10J/g未満である。The olefin resin composition (α) preferably contains an olefin resin composition (A) and a resin composition (B) described later. The resin composition (B) has a crystallization heat (ΔHc(B)) of less than 10 J/g when measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10°C/min.
また、このとき、オレフィン系樹脂組成物(A)の、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化温度(Tc(A))と、オレフィン系樹脂組成物(α)の、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化温度(Tc(α))との差は、特に限定されるものではないが、10℃以下であることが好ましく、8℃以下がより好ましく、6℃以下がさらに好ましく、4℃以下が特に好ましく、2℃以下が最も好ましい。In addition, in this case, the difference between the crystallization temperature (Tc(A)) of the olefin-based resin composition (A) when measured at a temperature decrease rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter and the crystallization temperature (Tc(α)) of the olefin-based resin composition (α) when measured at a temperature decrease rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter is not particularly limited, but is preferably 10°C or less, more preferably 8°C or less, even more preferably 6°C or less, particularly preferably 4°C or less, and most preferably 2°C or less.
すなわち、オレフィン系樹脂組成物(A)の結晶化が、樹脂組成物(B)によって阻害されにくいことが好ましい。これにより、本発明の3次元造形用フィラメントにより造形された樹脂成形体の耐熱性が優れる。In other words, it is preferable that the crystallization of the olefin resin composition (A) is not easily inhibited by the resin composition (B). This results in excellent heat resistance of the resin molded product produced using the filament for three-dimensional modeling of the present invention.
<オレフィン系樹脂組成物(A)>
ここで、オレフィン系樹脂組成物(A)としては、特に限定されるものではないが、具体例としては以下のようなものが挙げられる。
<Olefin-based resin composition (A)>
Here, the olefin resin composition (A) is not particularly limited, but specific examples include the following.
すなわち、プロピレン単独重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのランダム共重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのブロック共重合体、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン―プロピレンゴムとのブレンド、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン―プロピレンゴムとの動的架橋品(Themoplastic Vulcanizates)、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン―プロピレンゴムとの重合品(リアクターTPO)、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)などが挙げられる。That is, examples of such copolymers include propylene homopolymers, random copolymers of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, block copolymers of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, maleic anhydride grafted polypropylene, blends of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, dynamically crosslinked products of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber (thermoplastic vulcanizates), polymerization products of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber (reactor TPO), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), etc.
この中でも、耐熱性の観点から、プロピレン単独重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのランダム共重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのブロック共重合体、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン―プロピレンゴムとの動的架橋品(Themoplastic Vulcanizates)、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン―プロピレンゴムとの重合品(リアクターTPO)が好ましい。Among these, from the viewpoint of heat resistance, preferred are propylene homopolymers, random copolymers of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, block copolymers of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, dynamically crosslinked products of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber (thermoplastic vulcanizates), and polymerized products of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber (reactor TPO).
オレフィン系樹脂組成物(A)は、上記から選ばれる1つの樹脂からなっていてもよいし、上記から選ばれる複数の樹脂を組み合わせてもよい。The olefin-based resin composition (A) may consist of one resin selected from the above, or may consist of a combination of multiple resins selected from the above.
オレフィン系樹脂組成物(A)の示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定される結晶化熱量(ΔHc(A))は、特に限定されるものではないが、造形性の観点から、120J/g以下が好ましく、110J/g以下がより好ましく、100J/g以下がさらに好ましく、85J/g以下が特に好ましく、70J/g以下が最も好ましい。The crystallization heat (ΔHc(A)) of the olefin resin composition (A) measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10°C/min is not particularly limited, but from the viewpoint of formability, it is preferably 120 J/g or less, more preferably 110 J/g or less, even more preferably 100 J/g or less, particularly preferably 85 J/g or less, and most preferably 70 J/g or less.
また、ΔHc(A)は、耐熱性の観点から、10J/g以上が好ましく、20J/g以上がより好ましく、30J/g以上がさらに好ましく、40J/g以上が特に好ましく、50J/g以上が最も好ましい。 In addition, from the viewpoint of heat resistance, ΔHc(A) is preferably 10 J/g or more, more preferably 20 J/g or more, even more preferably 30 J/g or more, particularly preferably 40 J/g or more, and most preferably 50 J/g or more.
ここで、本発明における結晶化熱量(ΔHc)は、示差走査熱量計(DSC)を用い、JIS K7122に準じて、試料約10mgを昇温速度10℃/分で室温から結晶融解温度(Tm)+20℃以上まで昇温し、該温度で1分間保持した後、10℃/分の降温速度で0℃まで降温した時に測定される値である。Here, the heat of crystallization (ΔHc) in the present invention is a value measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K7122 when approximately 10 mg of a sample is heated from room temperature to the crystalline melting temperature (Tm) + 20°C or higher at a heating rate of 10°C/min, held at that temperature for 1 minute, and then cooled to 0°C at a cooling rate of 10°C/min.
オレフィン系樹脂組成物(A)の示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定される結晶化温度(Tc(A))は、特に限定されないが、造形性の観点から、150℃以下であることが好ましく、140℃以下であることがより好ましく、130℃以下であることがさらに好ましく、120℃以下であることが特に好ましく、110℃以下であることが最も好ましい。The crystallization temperature (Tc(A)) of the olefin resin composition (A) measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10°C/min is not particularly limited, but from the viewpoint of formability, it is preferably 150°C or less, more preferably 140°C or less, even more preferably 130°C or less, particularly preferably 120°C or less, and most preferably 110°C or less.
また、Tc(A)は、耐熱性の観点から、40℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましく、70℃以上であることがさらに好ましく、80℃以上であることが特に好ましく、90℃以上であることが最も好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of heat resistance, Tc(A) is preferably 40°C or higher, more preferably 60°C or higher, even more preferably 70°C or higher, particularly preferably 80°C or higher, and most preferably 90°C or higher.
また、Tc(A)は、樹脂の組成や立体規則性によって調整できる。 In addition, Tc(A) can be adjusted by the resin composition and stereoregularity.
オレフィン系樹脂組成物(A)の結晶融解温度(Tm(A))は、特に限定されるものではないが、耐熱性の観点から100℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、120℃以上がさらに好ましく、130℃以上が特に好ましく、135℃以上が最も好ましい。The crystalline melting temperature (Tm(A)) of the olefin resin composition (A) is not particularly limited, but from the viewpoint of heat resistance, it is preferably 100°C or higher, more preferably 110°C or higher, even more preferably 120°C or higher, particularly preferably 130°C or higher, and most preferably 135°C or higher.
Tm(A)の上限については特に制限されるものではなく、Tm(A)は、一般的に200℃以下が好ましく、195℃以下がより好ましく、190℃以下がさらに好ましく、185℃以下が特に好ましく、180℃以下が最も好ましい。There is no particular upper limit for Tm(A), and Tm(A) is generally preferably 200°C or less, more preferably 195°C or less, even more preferably 190°C or less, particularly preferably 185°C or less, and most preferably 180°C or less.
また、Tm(A)は、樹脂の組成や立体規則性などによって調整できる。 In addition, Tm(A) can be adjusted by the resin composition, stereoregularity, etc.
オレフィン系樹脂組成物(A)の40℃及び10Hzで測定した貯蔵弾性率(E´(A))は、特に制限されるものではないが、造形時のフィラメント屈折の抑制や、造形した樹脂成形体の強度の点から、100MPa以上が好ましく、200MPa以上がより好ましく、300MPa以上がさらに好ましく、350MPa以上が特に好ましく、400MPa以上が最も好ましい。The storage modulus (E'(A)) of the olefin resin composition (A) measured at 40°C and 10 Hz is not particularly limited, but from the viewpoints of suppressing filament bending during molding and the strength of the molded resin molding, it is preferably 100 MPa or more, more preferably 200 MPa or more, even more preferably 300 MPa or more, particularly preferably 350 MPa or more, and most preferably 400 MPa or more.
また、E´(A)は、フィラメントのハンドリング性の点から、3000MPa以下が好ましく、2000MPa以下がより好ましく、1500MPa以下がさらに好ましく、1250MPa以下が特に好ましく、1000MPa以下が最も好ましい。 In addition, from the standpoint of filament handleability, E'(A) is preferably 3000 MPa or less, more preferably 2000 MPa or less, even more preferably 1500 MPa or less, particularly preferably 1250 MPa or less, and most preferably 1000 MPa or less.
また、E´(A)は、樹脂の組成や立体規則性などによって調整できる。 Furthermore, E'(A) can be adjusted by the resin composition, stereoregularity, etc.
オレフィン系樹脂組成物(α)は、オレフィン系樹脂組成物(A)を含有することが好ましく、必要に応じて後述の樹脂組成物(B)を含有していてもよい。The olefin-based resin composition (α) preferably contains an olefin-based resin composition (A), and may, if necessary, contain a resin composition (B) described below.
また、本発明の3次元造形用フィラメントは、オレフィン系樹脂組成物(α)の他に、後述のフィラー、その他の樹脂やその他の添加剤を含有していてもよい。この場合、本発明の3次元造形用フィラメント中のオレフィン系樹脂組成物(α)の含有量は、特に制限されないが、耐熱性や造形性に優れる点から、通常50質量%以上であり、60質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上が特に好ましく、95質量%以上が最も好ましい。In addition, the filament for three-dimensional modeling of the present invention may contain, in addition to the olefin-based resin composition (α), a filler, other resins, and other additives described below. In this case, the content of the olefin-based resin composition (α) in the filament for three-dimensional modeling of the present invention is not particularly limited, but is usually 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and most preferably 95% by mass or more, in terms of excellent heat resistance and modeling properties.
また、本発明の3次元造形用フィラメント中のオレフィン系樹脂組成物(α)の含有量は、造形物の強度や、その他機能性付与の観点から、100質量%以下が好ましく、99質量%以下がより好ましく、98.5質量%以下がさらに好ましく、98質量%以下が特に好ましい。In addition, the content of the olefin-based resin composition (α) in the three-dimensional modeling filament of the present invention is preferably 100% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, even more preferably 98.5% by mass or less, and particularly preferably 98% by mass or less, from the viewpoint of the strength of the modeled object and imparting other functionality.
なお、オレフィン系樹脂組成物(α)がオレフィン系樹脂組成物(A)と後述の樹脂組成物(B)を含有する場合、オレフィン系樹脂組成物(α)中の、オレフィン系樹脂組成物(A)の含有量は、耐熱性の観点から、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、50質量%以上がさらに好ましく、60質量%以上が特に好ましく、70質量%以上が最も好ましい。In addition, when the olefin-based resin composition (α) contains the olefin-based resin composition (A) and the resin composition (B) described below, the content of the olefin-based resin composition (A) in the olefin-based resin composition (α) is preferably 30 mass% or more, more preferably 40 mass% or more, even more preferably 50 mass% or more, particularly preferably 60 mass% or more, and most preferably 70 mass% or more, from the viewpoint of heat resistance.
また、オレフィン系樹脂組成物(α)中の、オレフィン系樹脂組成物(A)の含有量は、造形性の観点から、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、85質量%以下がさらに好ましく、80質量%以下が特に好ましく、75質量%以下が最も好ましい。 In addition, from the viewpoint of formability, the content of olefin-based resin composition (A) in olefin-based resin composition (α) is preferably 95 mass% or less, more preferably 90 mass% or less, even more preferably 85 mass% or less, particularly preferably 80 mass% or less, and most preferably 75 mass% or less.
<樹脂組成物(B)>
オレフィン系樹脂組成物(α)は、樹脂組成物(B)を含有することができる。
樹脂組成物(B)は、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(ΔHc(B))が10J/g未満であれば、特に限定されるものではない。ΔHc(B)は、オレフィン系樹脂組成物(α)の結晶化熱量の調整が容易である点から、9J/g以下が好ましく、8J/g以下がより好ましく、7J/g以下がさらに好ましく、6J/g以下が特に好ましい。
<Resin composition (B)>
The olefin resin composition (α) may contain a resin composition (B).
The resin composition (B) is not particularly limited as long as the heat of crystallization (ΔHc(B)) measured at a temperature drop rate of 10° C./min using a differential scanning calorimeter is less than 10 J/g. In view of ease of adjusting the heat of crystallization of the olefin resin composition (α), ΔHc(B) is preferably 9 J/g or less, more preferably 8 J/g or less, and even more preferably 7 J/g or less. It is preferable that the density is 6 J/g or less, and particularly preferable that the density is 6 J/g or less.
ΔHc(B)の下限としては特に限定されるものではないが、0J/g以上であり、耐熱性の点から、1J/g以上が好ましく、1.5J/g以上がより好ましく、2J/g以上がさらに好ましく、2.5J/g以上が特に好ましい。The lower limit of ΔHc(B) is not particularly limited, but is 0 J/g or more, and from the standpoint of heat resistance, 1 J/g or more is preferable, 1.5 J/g or more is more preferable, 2 J/g or more is even more preferable, and 2.5 J/g or more is particularly preferable.
樹脂組成物(B)の具体例としては、環状オレフィン系樹脂、ABS(アクリロ二トリル・ブタジエン・スチレン)、MBS(メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合)、PETG(Poly Ethylene Terephthalate Glycol-modified)、PLA(ポリ乳酸)、PC(ポリカーボネート)、などが挙げられる。 Specific examples of resin composition (B) include cyclic olefin resins, ABS (acrylonitrile butadiene styrene), MBS (methyl methacrylate butadiene styrene copolymer), PETG (Poly Ethylene Terephthalate Glycol-modified), PLA (polylactic acid), PC (polycarbonate), etc.
中でもオレフィン系樹脂組成物(A)との混練性の観点から、環状オレフィン系樹脂が好ましい。環状オレフィン系樹脂とは、分子鎖中に脂環式構造を有するオレフィン系樹脂のことである。脂環式構造とは、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの単環構造、ノルボルナン、デカリン、スピロペンタンなどの2環構造などが挙げられる。これらは、ポリマー主鎖中に入っていても、側鎖中に入っていてもよいが、よりオレフィン系樹脂組成物(A)との混練性や熱融着性を高めるため、側鎖中に入っていることが好ましい。Among them, cyclic olefin resins are preferred from the viewpoint of kneadability with the olefin resin composition (A). A cyclic olefin resin is an olefin resin having an alicyclic structure in the molecular chain. Examples of alicyclic structures include single ring structures such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, and cyclohexane, and two ring structures such as norbornane, decalin, and spiropentane. These may be in the polymer main chain or in the side chain, but it is preferable that they are in the side chain in order to further improve kneadability and heat fusion with the olefin resin composition (A).
環状オレフィン系樹脂としては、エチレンと環状オレフィン(シクロアルケン)との共重合体、α-オレフィンと環状オレフィン(シクロアルケン)との共重合体、環状オレフィン(シクロアルケン)開環重合体、環状オレフィン開環重合体の水素添加物、少なくとも1種の芳香族ビニルモノマー単位及び少なくとも1種の共役ジエンモノマー単位を含むブロックコポリマーの水素化体である水素化ブロックコポリマーなどが挙げられる。Examples of cyclic olefin resins include copolymers of ethylene and cyclic olefins (cycloalkenes), copolymers of α-olefins and cyclic olefins (cycloalkenes), ring-opening polymers of cyclic olefins (cycloalkenes), hydrogenated products of ring-opening polymers of cyclic olefins, and hydrogenated block copolymers which are hydrogenated products of block copolymers containing at least one type of aromatic vinyl monomer unit and at least one type of conjugated diene monomer unit.
なかでも、オレフィン系樹脂組成物(A)との混練性や熱融着性の観点から、側鎖中に脂環式構造を有する樹脂として、少なくとも1種の芳香族ビニルモノマー単位及び少なくとも1種の共役ジエンモノマー単位を含むブロックコポリマーの水素化体である水素化ブロックコポリマーが好ましい。また、樹脂組成物(B)は、上記から選ばれる1つの樹脂からなっていてもよいし、上記から選ばれる複数の樹脂を組み合わせてもよい。Among these, from the viewpoint of kneadability and heat fusion with the olefin resin composition (A), a hydrogenated block copolymer, which is a hydrogenated product of a block copolymer containing at least one aromatic vinyl monomer unit and at least one conjugated diene monomer unit, is preferred as a resin having an alicyclic structure in a side chain. Furthermore, the resin composition (B) may be composed of one resin selected from the above, or may be a combination of multiple resins selected from the above.
前記水素化ブロックコポリマーは、前記芳香族ビニルモノマー単位からなるポリマーブロックの水素化体である水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位、及び、前記共役ジエンモノマー単位からなるポリマーブロックの水素化体である水素化共役ジエンポリマーブロック単位を有する。また、該水素化ブロックコポリマーは、前記水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位を少なくとも2個有すると共に、前記水素化共役ジエンポリマーブロック単位を少なくとも1個有するものである。The hydrogenated block copolymer has a hydrogenated aromatic vinyl polymer block unit, which is a hydrogenated product of a polymer block composed of the aromatic vinyl monomer unit, and a hydrogenated conjugated diene polymer block unit, which is a hydrogenated product of a polymer block composed of the conjugated diene monomer unit. The hydrogenated block copolymer has at least two of the hydrogenated aromatic vinyl polymer block units and at least one of the hydrogenated conjugated diene polymer block units.
なお、本明細書において、「ブロック」とは、後記するように、コポリマーの構造的又は組成的に異なった重合セグメントからのミクロ層分離を表すコポリマーの重合セグメントをいう。このため、例えば「ブロック単位を少なくとも2個有する」とは、水素化ブロックコポリマーの中に、構造的又は組成的に異なった重合セグメントからのミクロ層分離を表すコポリマーの重合セグメントを少なくとも2個有することをいう。In this specification, the term "block" refers to a polymerization segment of a copolymer that exhibits microphase separation from structurally or compositionally distinct polymerization segments of the copolymer, as described below. Thus, for example, "having at least two block units" means that the hydrogenated block copolymer has at least two polymerization segments of a copolymer that exhibit microphase separation from structurally or compositionally distinct polymerization segments.
前記の芳香族ビニルモノマー単位の原料となる芳香族ビニルモノマーは、下記一般式(1)で示されるモノマーである。The aromatic vinyl monomer used as the raw material for the aromatic vinyl monomer unit is a monomer represented by the following general formula (1):
式(1)中、Rは水素原子又はアルキル基、Arはフェニル基、ハロフェニル基、アルキルフェニル基、アルキルハロフェニル基、ナフチル基、ピリジニル基、又はアントラセニル基である。In formula (1), R is a hydrogen atom or an alkyl group, and Ar is a phenyl group, a halophenyl group, an alkylphenyl group, an alkylhalophenyl group, a naphthyl group, a pyridinyl group, or an anthracenyl group.
前記アルキル基は、ハロ基、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、及びカルボキシル基のような官能基で単置換若しくは多重置換されたアルキル基であってもよい。また、前記アルキル基の炭素数は、1~6が好ましい。また、前記のArは、フェニル基又はアルキルフェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。The alkyl group may be a mono- or poly-substituted alkyl group with a functional group such as a halo group, a nitro group, an amino group, a hydroxyl group, a cyano group, a carbonyl group, or a carboxyl group. The alkyl group preferably has 1 to 6 carbon atoms. The Ar is preferably a phenyl group or an alkylphenyl group, and more preferably a phenyl group.
前記芳香族ビニルモノマーとしては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン(全ての異性体を含み、特にp-ビニルトルエン)、エチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン(全ての異性体)、及びこれらの混合物が挙げられる。Examples of the aromatic vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene (including all isomers, especially p-vinyltoluene), ethylstyrene, propylstyrene, butylstyrene, vinylbiphenyl, vinylnaphthalene, vinylanthracene (all isomers), and mixtures thereof.
前記の共役ジエンモノマー単位の原料となる共役ジエンモノマーは、2個の共役二重結合を持つモノマーであればよく、特に限定されるものではない。The conjugated diene monomer used as the raw material for the conjugated diene monomer unit is not particularly limited as long as it is a monomer having two conjugated double bonds.
共役ジエンモノマーとしては、例えば、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン(イソプレンン)、2-メチル-1,3ペンタジエンとその類似化合物、及びこれらの混合物が挙げられる。 Examples of conjugated diene monomers include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2-methyl-1,3-pentadiene and similar compounds, and mixtures thereof.
前記1,3-ブタジエンの重合体であるポリブタジエンは、水素化で1-ブテン繰り返し単位の等価物を与える1,2配置、又は水素化でエチレン繰り返し単位の等価物を与える1,4配置のいずれかを含むことができる。Polybutadiene, a polymer of 1,3-butadiene, can contain either a 1,2 configuration, which upon hydrogenation gives the equivalent of a 1-butene repeat unit, or a 1,4 configuration, which upon hydrogenation gives the equivalent of an ethylene repeat unit.
前記の芳香族ビニルモノマーや、1,3-ブタジエンを含む前記共役ジエンモノマーから構成される重合性ブロックの水素化体は、本発明で使用される水素化ブロックコポリマーに含まれる。好ましくは、水素化ブロックコポリマーは官能基のないブロックコポリマーである。なお、「官能基のない」とはブロックコポリマー中に如何なる官能基も存在しないこと、即ち、炭素と水素以外の元素を含む基が存在しないことを意味する。The hydrogenated polymerizable block composed of the aromatic vinyl monomer and the conjugated diene monomer including 1,3-butadiene is included in the hydrogenated block copolymer used in the present invention. Preferably, the hydrogenated block copolymer is a block copolymer without functional groups. Note that "without functional groups" means that there are no functional groups in the block copolymer, i.e., there are no groups containing elements other than carbon and hydrogen.
前記の水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位の好ましい例としては、水素化ポリスチレンを挙げることができ、前記の水素化共役ジエンポリマーブロック単位の好ましい例としては、水素化ポリブタジエンを挙げることができる。そして、水素化ブロックコポリマーの好ましい一態様としては、スチレンとブタジエンの水素化トリブロック又はペンタブロックコポリマーを挙げることができ、他の如何なる官能基又は構造的変性剤も含まないことが好ましい。A preferred example of the hydrogenated aromatic vinyl polymer block unit is hydrogenated polystyrene, and a preferred example of the hydrogenated conjugated diene polymer block unit is hydrogenated polybutadiene. A preferred embodiment of the hydrogenated block copolymer is a hydrogenated triblock or pentablock copolymer of styrene and butadiene, which preferably does not contain any other functional groups or structural modifiers.
「ブロック」とは、コポリマーの構造的又は組成的に異なった重合セグメントからのミクロ層分離を表すコポリマーの重合セグメントとして定義される。ミクロ層分離は、ブロックコポリマー中で重合セグメントが混じり合わないことにより生ずる。 "Block" is defined as a polymeric segment of a copolymer that exhibits microphase separation from structurally or compositionally distinct polymeric segments of the copolymer. Microphase separation results from the immiscibility of polymeric segments in a block copolymer.
なお、ミクロ層分離とブロックコポリマーは、PHYSICS TODAYの1999年2月号32-38頁の“Block Copolymers-Designer Soft Materials”で広範に議論されている。Microphase separation and block copolymers are discussed extensively in "Block Copolymers - Designer Soft Materials" in the February 1999 issue of PHYSICS TODAY, pages 32-38.
水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位の含有率(モル%)の下限は、前記環状ポリオレフィンに対して、好ましくは30モル%以上、より好ましくは40モル%以上である。また、水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位の含有率(モル%)の上限は、前記環状ポリオレフィンに対して、好ましくは99モル%以下、より好ましくは90モル%以下である。The lower limit of the content (mol%) of the hydrogenated aromatic vinyl polymer block unit is preferably 30 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, relative to the cyclic polyolefin. The upper limit of the content (mol%) of the hydrogenated aromatic vinyl polymer block unit is preferably 99 mol% or less, more preferably 90 mol% or less, relative to the cyclic polyolefin.
水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位の比率が上記下限値以上であれば剛性が低下することがなく、上記上限値以下であれば脆性が悪化することがない。If the ratio of hydrogenated aromatic vinyl polymer block units is equal to or greater than the above lower limit, rigidity will not decrease, and if it is equal to or less than the above upper limit, brittleness will not worsen.
水素化共役ジエンポリマーブロック単位の含有率の下限は、前記環状ポリオレフィンに対して、好ましくは1モル%以上、より好ましくは10モル%以上である。また、水素化共役ジエンポリマーブロック単位の含有率の上限は、前記環状ポリオレフィンに対して、好ましくは70モル%以下、より好ましくは60モル%以下である。The lower limit of the content of the hydrogenated conjugated diene polymer block unit is preferably 1 mol% or more, more preferably 10 mol% or more, based on the cyclic polyolefin. The upper limit of the content of the hydrogenated conjugated diene polymer block unit is preferably 70 mol% or less, more preferably 60 mol% or less, based on the cyclic polyolefin.
水素化共役ジエンポリマーブロック単位の比率が上記下限値以上であれば脆性が悪化することがなく、上記上限値以下であれば剛性が低下することがないため、造形した樹脂成形体の強度に優れる。If the ratio of hydrogenated conjugated diene polymer block units is equal to or greater than the above lower limit, brittleness will not worsen, and if it is equal to or less than the above upper limit, rigidity will not decrease, resulting in excellent strength of the molded resin molding.
前記水素化ブロックコポリマーはSBS、SBSBS、SIS、SISIS、及びSISBS(ここで、Sはポリスチレン、Bはポリブタジエン、Iはポリイソプレンを意味する。)のようなトリブロック、マルチブロック、テーパーブロック、及びスターブロックコポリマーを含むブロックコポリマーの水素化によって製造される。The hydrogenated block copolymers are produced by hydrogenation of block copolymers including triblock, multiblock, tapered block, and star block copolymers such as SBS, SBSBS, SIS, SISIS, and SISBS (where S is polystyrene, B is polybutadiene, and I is polyisoprene).
前記水素化ブロックコポリマーはそれぞれの末端に芳香族ビニルポリマーからなるセグメントを含む。このため、水素化ブロックコポリマーは、少なくとも2個の水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位を有することとなる。そして、この2個の水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位の間には、少なくとも1つの水素化共役ジエンポリマーブロック単位を有することとなる。The hydrogenated block copolymer contains a segment of aromatic vinyl polymer at each end. Therefore, the hydrogenated block copolymer has at least two hydrogenated aromatic vinyl polymer block units. And, between these two hydrogenated aromatic vinyl polymer block units, there is at least one hydrogenated conjugated diene polymer block unit.
前記水素化ブロックを構成する水素化前のブロックコポリマーは、何個かの追加ブロックを含んでいてもよく、これらのブロックはトリブロックポリマー骨格のどの位置に結合していてもよい。このように、線状ブロックは例えばSBS、SBSB、SBSBS、そしてSBSBSBを含む。コポリマーは分岐していてもよく、重合連鎖はコポリマーの骨格に沿ってどの位置に結合していてもよい。The block copolymers that make up the hydrogenated block before hydrogenation may contain additional blocks, which may be attached at any position along the triblock polymer backbone. Thus, linear blocks include, for example, SBS, SBSB, SBSBS, and SBSBSB. The copolymers may be branched, with the polymer chains attached at any position along the backbone of the copolymer.
水素化ブロックコポリマーの重量平均分子量(Mw)の下限は、好ましくは30,000以上、より好ましくは40,000以上、更に好ましくは45,000以上、特に好ましくは50,000以上である。また、水素化ブロックコポリマーのMwの上限は、好ましくは120,000以下、より好ましくは100,000以下、更に好ましくは95,000以下、特に好ましくは90,000以下、最も好ましくは85,000以下、極めて好ましくは80,000以下である。The lower limit of the weight average molecular weight (Mw) of the hydrogenated block copolymer is preferably 30,000 or more, more preferably 40,000 or more, even more preferably 45,000 or more, and particularly preferably 50,000 or more. The upper limit of the Mw of the hydrogenated block copolymer is preferably 120,000 or less, more preferably 100,000 or less, even more preferably 95,000 or less, particularly preferably 90,000 or less, most preferably 85,000 or less, and extremely preferably 80,000 or less.
水素化ブロックコポリマーのMwが上記下限値以上であれば機械強度が低下せず、上記上限値以下であれば成形加工性が悪化しない。
本明細書のMwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて決定される。
When the Mw of the hydrogenated block copolymer is equal to or greater than the above lower limit, the mechanical strength does not decrease, and when it is equal to or less than the above upper limit, the moldability does not deteriorate.
Mw herein is determined using gel permeation chromatography (GPC).
ブロックコポリマーの水素化レベルは、好ましくは水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位が90%以上、水素化共役ジエンポリマーブロック単位が95%以上であり、より好ましくは水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位が95%以上、水素化共役ジエンポリマーブロック単位が99%以上であり、更に好ましくは水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位が98%以上、水素化共役ジエンポリマーブロック単位が99.5%以上であり、特に好ましくは水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位が99.5%以上、水素化共役ジエンポリマーブロック単位が99.5%以上である。The hydrogenation level of the block copolymer is preferably 90% or more of hydrogenated aromatic vinyl polymer block units and 95% or more of hydrogenated conjugated diene polymer block units, more preferably 95% or more of hydrogenated aromatic vinyl polymer block units and 99% or more of hydrogenated conjugated diene polymer block units, even more preferably 98% or more of hydrogenated aromatic vinyl polymer block units and 99.5% or more of hydrogenated conjugated diene polymer block units, and particularly preferably 99.5% or more of hydrogenated aromatic vinyl polymer block units and 99.5% or more of hydrogenated conjugated diene polymer block units.
なお、水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位の水素化レベルとは、芳香族ビニルポリマーブロック単位が水素化によって飽和される割合を示し、共役ジエンポリマーブロック単位の水素化レベルとは、共役ジエンポリマーブロック単位が水素化によって飽和される割合を示す。このように高レベルの水素化は、耐熱性及び透明性のために好ましい。The hydrogenation level of the hydrogenated aromatic vinyl polymer block unit refers to the proportion of the aromatic vinyl polymer block unit that is saturated by hydrogenation, and the hydrogenation level of the conjugated diene polymer block unit refers to the proportion of the conjugated diene polymer block unit that is saturated by hydrogenation. Such a high level of hydrogenation is preferred for heat resistance and transparency.
芳香族ビニルポリマーブロック単位の水素化レベルと共役ジエンポリマーブロック単位の水素化レベルは、プロトンNMRを用いて決定される。The hydrogenation level of the aromatic vinyl polymer block units and the hydrogenation level of the conjugated diene polymer block units are determined using proton NMR.
樹脂組成物(B)のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、フィラメントやそれを用いて造形する樹脂成形体の、強度や耐熱性の観点から、50℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、80℃以上がさらに好ましく、90℃以上が特に好ましく、100℃以上が最も好ましい。また、オレフィン系樹脂組成物(A)との混練性や、造形性(造形時の反り抑制)の観点から、樹脂組成物(B)のガラス転移温度(Tg)は、200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましく、160℃以下がさらに好ましく、150℃以下が特に好ましく、140℃以下が最も好ましい。The glass transition temperature (Tg) of the resin composition (B) is not particularly limited, but from the viewpoint of the strength and heat resistance of the filament and the resin molded body formed using it, it is preferably 50°C or higher, more preferably 70°C or higher, even more preferably 80°C or higher, particularly preferably 90°C or higher, and most preferably 100°C or higher. In addition, from the viewpoint of kneadability with the olefin-based resin composition (A) and moldability (suppression of warping during molding), the glass transition temperature (Tg) of the resin composition (B) is preferably 200°C or lower, more preferably 180°C or lower, even more preferably 160°C or lower, particularly preferably 150°C or lower, and most preferably 140°C or lower.
ここで、該ガラス転移温度(Tg)とは、示差走査熱量計(DSC)を用いJIS K7121に準じて、試料約10mgを昇温速度10℃/分で室温から250℃まで昇温し、該温度で1分間保持した後、10℃/分の降温速度で30℃まで降温し、再度、昇温速度10℃/分で250℃まで昇温した時に測定される値である。Here, the glass transition temperature (Tg) is the value measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K7121 when approximately 10 mg of a sample is heated from room temperature to 250°C at a heating rate of 10°C/min, held at that temperature for 1 minute, cooled to 30°C at a heating rate of 10°C/min, and then heated again to 250°C at a heating rate of 10°C/min.
オレフィン系樹脂組成物(α)中の、樹脂組成物(B)の含有量は、耐熱性の観点から、70質量%未満が好ましく、60質量%未満がより好ましく、50質量%未満がさらに好ましく、40質量%未満がより好ましい。また造形性の観点から、当該含有量は、5質量%より多いことが好ましく、10質量%より多いことがより好ましく、15質量%より多いことがさらに好ましく、20質量%より多いことが特に好ましく、25質量%より多いことが最も好ましい。From the viewpoint of heat resistance, the content of the resin composition (B) in the olefin resin composition (α) is preferably less than 70% by mass, more preferably less than 60% by mass, even more preferably less than 50% by mass, and more preferably less than 40% by mass. From the viewpoint of formability, the content is preferably more than 5% by mass, more preferably more than 10% by mass, even more preferably more than 15% by mass, particularly preferably more than 20% by mass, and most preferably more than 25% by mass.
<3次元造形用フィラメント>
オレフィン系樹脂組成物(α)は、実施の形態に合わせた形状で用いて構わない。形状は例えば、ペレット、粉体、顆粒、フィラメント等が挙げられる。中でも、フィラメント形状で用いることが好ましい。
<Filament for 3D modeling>
The olefin resin composition (α) may be used in a form suitable for the embodiment. Examples of the form include pellets, powder, granules, filaments, etc. Among these, it is preferable to use the composition in the form of filaments.
本発明の3次元造形用フィラメントは、オレフィン系樹脂組成物(α)以外に、本発明の効果を損なわない程度にフィラー(有機系粒子、無機系粒子及び補強材など)やその他の樹脂、その他の成分を含んでもよい。In addition to the olefin-based resin composition (α), the filament for three-dimensional modeling of the present invention may contain fillers (such as organic particles, inorganic particles, and reinforcing materials), other resins, and other components to an extent that does not impair the effects of the present invention.
フィラー(有機系粒子、無機系粒子及び補強材など)としては、以下に詳細を詳述する。その他の樹脂としては、PLA、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が挙げられる。その他の成分としては、耐熱剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、滑剤、スリップ剤、結晶核剤、粘着性付与剤、シール性改良剤、防曇剤、離型剤、可塑剤、顔料、染料、香料、難燃剤などが挙げられる。Fillers (organic particles, inorganic particles, reinforcing materials, etc.) are described in detail below. Other resins include PLA, polyester resins, polyamide resins, polyacetal resins, etc. Other components include heat resistance agents, UV absorbers, light stabilizers, antioxidants, antistatic agents, lubricants, slip agents, crystal nucleating agents, tackifiers, sealability improvers, anti-fogging agents, release agents, plasticizers, pigments, dyes, fragrances, flame retardants, etc.
ここで、フィラーのうち有機系粒子の具体例としては、アクリル樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子などが挙げられる。Here, specific examples of organic particles among the fillers include acrylic resin particles, melamine resin particles, silicone resin particles, polystyrene resin particles, etc.
ここで、フィラーのうち無機系粒子の具体例としては、シリカ、アルミナ、カオリン、二酸化チタン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛などが挙げられる。 Specific examples of inorganic particles among the fillers include silica, alumina, kaolin, titanium dioxide, calcium carbonate, magnesium carbonate, zinc carbonate, calcium stearate, magnesium stearate, zinc stearate, etc.
ここで、フィラーのうち補強材の具体例としては、無機充填材や無機繊維が挙げられる。
無機充填材の具体例としては、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、チタン酸カリウム、ガラスバルーン、ガラスフレーク、ガラス粉末、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、石膏、焼成カオリン、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイト、ワラストナイト、シリカ、タルク、金属粉、アルミナ、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどが挙げられる。
Here, specific examples of the reinforcing material among the fillers include inorganic fillers and inorganic fibers.
Specific examples of inorganic fillers include calcium carbonate, zinc carbonate, magnesium oxide, calcium silicate, sodium aluminate, calcium aluminate, sodium aluminosilicate, magnesium silicate, potassium titanate, glass balloons, glass flakes, glass powder, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, gypsum, calcined kaolin, zinc oxide, antimony trioxide, zeolite, hydrotalcite, wollastonite, silica, talc, metal powder, alumina, graphite, carbon black, and carbon nanotubes.
無機繊維の具体例としては、ガラスカットファイバー、ガラスミルドファイバー、ガラスファイバー、石膏ウィスカー、金属繊維、金属ウィスカー、セラミックウィスカー、炭素繊維、セルロースナノファイバーなどが挙げられる。 Specific examples of inorganic fibers include cut glass fiber, milled glass fiber, glass fiber, gypsum whiskers, metal fibers, metal whiskers, ceramic whiskers, carbon fibers, and cellulose nanofibers.
ここで、フィラーの含有量は、特に規定されないが、造形する樹脂成形体の強度の観点から、樹脂組成物(α)100質量%に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上がさらに好ましい。また、造形する樹脂成形体の層間接着性低下を抑制する観点から、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。Here, the content of the filler is not particularly specified, but from the viewpoint of the strength of the resin molded body to be molded, it is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more, relative to 100% by mass of the resin composition (α). Also, from the viewpoint of suppressing a decrease in interlayer adhesion of the resin molded body to be molded, it is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less.
<3次元造形用フィラメントの製造方法>
本発明の3次元造形用フィラメントは、上述のオレフィン系樹脂組成物(α)を用いて製造される。オレフィン系樹脂組成物(α)の混合方法としては特に制限されるものではないが、公知の方法、例えば単軸押出機、多軸押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなどの溶融混練装置を用いることができる。
<Method of manufacturing filament for 3D modeling>
The filament for three-dimensional modeling of the present invention is produced using the above-mentioned olefin resin composition (α). The method for mixing the olefin resin composition (α) is not particularly limited, but a known method, for example, a melt kneading device such as a single screw extruder, a multi-screw extruder, a Banbury mixer, or a kneader, can be used.
本発明においては、各成分の分散性や混和性などの観点から、同方向二軸押出機を用いることが好ましい。分散性や混和性に優れると、フィラメント径の精度や真円度を高めることができるため好ましい。In the present invention, it is preferable to use a co-rotating twin screw extruder from the viewpoint of the dispersibility and miscibility of each component. Excellent dispersibility and miscibility are preferable because they can increase the precision and roundness of the filament diameter.
本発明の3次元造形用フィラメントの製造方法は特に制限されるものではないが、上述のオレフィン系樹脂組成物(α)を、押出成形等の公知の成形方法により成形する方法や、オレフィン系樹脂組成物(α)の製造時にそのままフィラメントとする方法等によって得ることができる。例えば、本発明の3次元造形用フィラメントを押出成形により得る場合、その条件は、用いる樹脂組成物の流動特性や成形加工性等によって適宜調整されるが、通常150~300℃、好ましくは170~250℃である。The method for producing the filament for three-dimensional modeling of the present invention is not particularly limited, but it can be obtained by a method in which the above-mentioned olefin resin composition (α) is molded by a known molding method such as extrusion molding, or a method in which the olefin resin composition (α) is directly used as a filament during production. For example, when the filament for three-dimensional modeling of the present invention is obtained by extrusion molding, the conditions are appropriately adjusted depending on the flow characteristics and moldability of the resin composition used, but are usually 150 to 300°C, preferably 170 to 250°C.
<3次元造形用フィラメントの物性等>
本発明の3次元造形用フィラメントの直径は、熱溶解積層法による樹脂成形体の成形に使用するシステムの仕様に依存するが、通常1.0mm以上、好ましくは1.5mm以上、より好ましくは1.6mm以上、特に好ましくは1.7mm以上である。一方、本発明の3次元造形用フィラメントの直径は、通常5.0mm以下、好ましくは4.0mm以下、より好ましくは3.5mm以下、特に好ましくは3.0mm以下である。
<Physical properties of filaments for 3D modeling>
The diameter of the filament for three-dimensional modeling of the present invention depends on the specifications of the system used for molding a resin molded product by the fused deposition modeling method, but is usually 1.0 mm or more, preferably 1.5 mm or more, more preferably 1.6 mm or more, and particularly preferably 1.7 mm or more. On the other hand, the diameter of the filament for three-dimensional modeling of the present invention is usually 5.0 mm or less, preferably 4.0 mm or less, more preferably 3.5 mm or less, and particularly preferably 3.0 mm or less.
更に径の精度はフィラメントの任意の測定点に対して±5%以内の誤差に収めることが原料供給の安定性の観点から好ましい。特に、本発明の3次元造形用フィラメントは、径の標準偏差が好ましくは0.07mm以下であり、特に好ましくは0.06mm以下である。Furthermore, from the viewpoint of the stability of the supply of raw materials, it is preferable that the accuracy of the diameter is within an error of ±5% for any measurement point of the filament. In particular, the standard deviation of the diameter of the filament for three-dimensional modeling of the present invention is preferably 0.07 mm or less, and particularly preferably 0.06 mm or less.
また、本発明の3次元造形用フィラメントは、真円度が好ましくは0.93以上であり、特に好ましくは0.95以上である。真円度の上限は1.0である。このように、径の標準偏差が小さく、真円度が高い3次元造形用フィラメントであれば、造形時の吐出ムラが抑制され、外観や表面性状等に優れた樹脂成形体を安定して製造することができる。前述のオレフィン系樹脂組成物(α)を用いることで、このような標準偏差及び真円度を満たす3次元造形用フィラメントを比較的容易に製造することができる。 In addition, the filament for three-dimensional modeling of the present invention preferably has a circularity of 0.93 or more, and particularly preferably 0.95 or more. The upper limit of the circularity is 1.0. In this way, if the filament for three-dimensional modeling has a small standard deviation of diameter and a high circularity, uneven discharge during modeling is suppressed, and a resin molded product with excellent appearance and surface properties can be stably produced. By using the above-mentioned olefin-based resin composition (α), a filament for three-dimensional modeling that satisfies such a standard deviation and circularity can be relatively easily produced.
<3次元造形用フィラメントの巻回体>
本発明の3次元造形用フィラメントを用いて3次元プリンタにより樹脂成形体を製造するにあたり、3次元造形用フィラメントを安定に保存すること、及び、3次元プリンタに3次元造形用フィラメントを安定供給することが求められる。そのために、本発明の3次元造形用フィラメントは、ボビンに巻きとった巻回体として包装されている、又は、巻回体がカートリッジに収納されていることが、長期保存、安定した繰り出し、紫外線等の環境要因からの保護、捩れ防止等の観点から好ましい。カートリッジとしては、ボビンに巻き取った巻回体の他、内部に防湿材または吸湿材を使用し、少なくともフィラメントを繰り出すオリフィス部以外が密閉されている構造のものが挙げられる。
<Wound body of filament for 3D modeling>
When a resin molded body is manufactured by a three-dimensional printer using the filament for three-dimensional modeling of the present invention, it is required to stably store the filament for three-dimensional modeling and stably supply the filament for three-dimensional modeling to the three-dimensional printer. For this purpose, it is preferable that the filament for three-dimensional modeling of the present invention is packaged as a wound body wound around a bobbin, or that the wound body is stored in a cartridge from the viewpoints of long-term storage, stable unwinding, protection from environmental factors such as ultraviolet rays, prevention of twisting, etc. Examples of the cartridge include a wound body wound around a bobbin, and a cartridge having a structure in which a moisture-proof material or moisture-absorbing material is used inside and at least the part other than the orifice part from which the filament is unwound is sealed.
通常、3次元造形用フィラメントをボビンに巻きとった巻回体、又は、巻回体を含むカートリッジは3次元プリンタ内又は周囲に設置され、成形中は常にカートリッジからフィラメントが3次元プリンタに導入され続ける。Typically, a bobbin containing filament for 3D modeling, or a cartridge containing the bobbin, is placed inside or around the 3D printer, and filament is constantly being introduced into the 3D printer from the cartridge during modeling.
<樹脂成形体の製造方法>
本発明の樹脂成形体の製造方法においては、本発明の3次元造形用フィラメントを用い、3次元プリンタにより成形することにより樹脂成形体を得る。3次元プリンタによる成形方法としては熱溶解積層法(ME法)、粉末焼結方式、インクジェット方式、光造形方式(SLA法)などが挙げられるが、本発明の3次元プリンタ用フィラメントは、熱溶解積層法に用いることが特に好ましい。以下、熱溶解積層法の場合を例示して説明する。
<Method of manufacturing resin molded body>
In the method for producing a resin molded product of the present invention, the filament for three-dimensional modeling of the present invention is used to obtain a resin molded product by molding with a three-dimensional printer. Examples of molding methods using a three-dimensional printer include fused deposition modeling (ME method), powder sintering method, inkjet method, and stereolithography method (SLA method), but it is particularly preferable to use the filament for a three-dimensional printer of the present invention for fused deposition modeling. The following describes the case of fused deposition modeling as an example.
3次元プリンタは一般に、チャンバーを有しており、該チャンバー内に、加熱可能な基盤、ガントリー構造に設置された押出ヘッド、加熱溶融器、フィラメントのガイド、フィラメントカートリッジ設置部等の原料供給部を備えている。3次元プリンタの中には押出ヘッドと加熱溶融器とが一体化されているものもある。 Three-dimensional printers generally have a chamber that contains a heatable base, an extrusion head mounted on a gantry structure, a heat melter, a filament guide, a filament cartridge mounting section, and other raw material supply sections. Some three-dimensional printers have an integrated extrusion head and heat melter.
押出ヘッドはガントリー構造に設置されることにより、基盤のX-Y平面上に任意に移動させることができる。基盤は目的の3次元物体や支持材等を構築するプラットフォームであり、加熱保温することで積層物との接着性を得たり、得られる樹脂成形体を所望の3次元物体として寸法安定性を改善したりできる仕様であることが好ましい。また、積層物との接着性を向上させるため、基盤上に粘着性のある糊を塗布したり、積層物との接着性が良好なシート等を貼りつけてもよい。ここで積層物との接着性が良好なシートとしては、無機繊維のシートなど表面に細かな凹凸を有するシートや、積層物と同種の樹脂からなるシートなどが挙げられる。なお、押出ヘッドと基盤とは、通常、少なくとも一方がX-Y平面に垂直なZ軸方向に可動となっている。The extrusion head is installed in a gantry structure, so that it can be moved arbitrarily on the XY plane of the base. The base is a platform for constructing the desired three-dimensional object or support material, and is preferably designed to be capable of obtaining adhesion with the laminate by heating and keeping it warm, and improving the dimensional stability of the resulting resin molded body as the desired three-dimensional object. In addition, in order to improve adhesion with the laminate, a sticky paste may be applied to the base, or a sheet or the like that has good adhesion with the laminate may be attached. Examples of sheets that have good adhesion with the laminate include sheets with fine irregularities on the surface, such as inorganic fiber sheets, and sheets made of the same type of resin as the laminate. Note that at least one of the extrusion head and the base is usually movable in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane.
押出ヘッドの数は、通常1~2つである。押出ヘッドが2つあれば、2つの異なるポリマーをそれぞれ異なるヘッド内で溶融し、選択的に印刷することができる。この場合、ポリマーの1つは3D対象物を造形する造形材料であり、もう一方は、例えば一時的な機材として必要とされる支持材料とすることができる。この支持材料は、例えば、水性系(例えば、塩基性又は酸性媒体)における完全な又は部分的な溶解によって、その後除去することができる。The number of extrusion heads is usually one or two. With two extrusion heads, two different polymers can be melted in different heads and printed selectively. In this case, one of the polymers can be a build material for building the 3D object, while the other can be a support material, which is needed, for example, as a temporary fixture. This support material can then be removed, for example, by complete or partial dissolution in an aqueous system (for example, a basic or acidic medium).
3次元造形用フィラメントは原料供給部から繰り出され、対向する1組のローラー又はギアーにより押出ヘッドへ送り込まれ、押出ヘッドにて加熱溶融され、先端ノズルより押し出される。CADモデルを基にして発信される信号により、押出ヘッドはその位置を移動しながら原料を基盤上に供給して積層堆積させていく。この工程が完了した後、基盤から積層堆積物を取り出し、必要に応じて支持材等を剥離したり、余分な部分を切除したりして所望の3次元物体として樹脂成形体を得ることができる。 The filament for 3D modeling is unwound from the raw material supply section and fed to the extrusion head by a pair of opposing rollers or gears, where it is heated and melted, and extruded from the nozzle at the tip. In response to a signal sent based on the CAD model, the extrusion head moves to its position, supplying raw material onto the base and depositing it in layers. After this process is completed, the layered deposit can be removed from the base, and supporting materials can be peeled off or excess parts cut off as necessary to obtain a resin molded product as the desired 3D object.
押出ヘッドへ連続的に原料を供給する手段は、フィラメント又はファイバーを繰り出て供給する方法、粉体又は液体をタンク等から定量フィーダを介して供給する方法、ペレット又は顆粒を押出機等で可塑化したものを押し出して供給する方法等が例示できる。これらの中でも、工程の簡便さと供給安定性の観点から、フィラメントを繰り出して供給する方法、即ち、前述の本発明の3次元造形用フィラメントを繰り出して供給する方法が最も好ましい。Examples of means for continuously supplying raw material to the extrusion head include a method of unwinding and supplying filaments or fibers, a method of supplying powder or liquid from a tank or the like via a fixed amount feeder, a method of extruding pellets or granules plasticized with an extruder or the like, and the like. Among these, from the standpoint of process simplicity and supply stability, the method of unwinding and supplying filaments, i.e., the method of unwinding and supplying the filaments for three-dimensional modeling of the present invention described above, is the most preferred.
3次元プリンタにフィラメントを供給する場合、ニップロールやギアロール等の駆動ロールにフィラメントを係合させて、引き取りながら押出ヘッドへ供給することが一般的である。ここでフィラメントと駆動ロールとの係合による把持をより強固にすることで原料供給を安定化させるために、フィラメントの表面に微小凹凸形状を転写させておいたり、係合部との摩擦抵抗を大きくするための無機添加剤、展着剤、粘着剤、ゴム等を配合したりすることも好ましい。フィラメントに太さムラがある場合、フィラメントと駆動ロールとの係合による把持が行えず、駆動ロールが空転しフィラメントを押出ヘッドに供給出来なくなる場合がある。When supplying filament to a 3D printer, it is common to engage the filament with a driving roll such as a nip roll or gear roll, and supply it to the extrusion head while pulling it. In order to stabilize the supply of raw material by strengthening the grip of the filament by the engagement of the driving roll, it is also preferable to transfer a minute uneven shape to the surface of the filament, or to compound inorganic additives, spreaders, adhesives, rubbers, etc. to increase the frictional resistance with the engagement part. If the filament has uneven thickness, it may not be possible to grip the filament by the engagement of the driving roll, causing the driving roll to spin freely and making it impossible to supply the filament to the extrusion head.
本発明の3次元造形用フィラメントは、押出に適当な流動性を得るための温度が、通常180~300℃程度と、通常の3次元プリンタが設定可能な温度である。本発明の製造方法においては、加熱押出ヘッドの温度を通常290℃以下、好ましくは200~280℃とし、また、基盤温度を通常120℃以下として安定的に樹脂成形体を製造することができる。The temperature of the filament for three-dimensional modeling of the present invention to obtain the appropriate fluidity for extrusion is usually about 180 to 300°C, a temperature that can be set in a typical three-dimensional printer. In the manufacturing method of the present invention, the temperature of the heated extrusion head is usually 290°C or less, preferably 200 to 280°C, and the base temperature is usually 120°C or less, allowing stable production of resin molded products.
押出ヘッドから吐出される溶融樹脂の温度(吐出温度)は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、一方、300℃以下であることが好ましく、290℃以下であることがより好ましく、280℃以下であることが更に好ましい。溶融樹脂の温度が上記下限値以上であると、耐熱性の高い樹脂を押し出す上で好ましく、また、高速で吐出することが可能となり、造形効率が向上する傾向にあるため好ましい。一方、溶融樹脂の温度が上記上限値以下であると、樹脂の熱分解や焼け、発煙、臭い、べたつきといった不具合の発生を防ぎやすくい。また、溶融樹脂の温度が上記上限値以下であると、一般に、糸引きと呼ばれる溶融樹脂が細く伸ばされた破片や、ダマと呼ばれる余分な樹脂が塊状になったものが樹脂成形体に付着し、外観を悪化させることを防ぐ観点からも好ましい。The temperature of the molten resin discharged from the extrusion head (discharge temperature) is preferably 180°C or higher, more preferably 190°C or higher, and more preferably 300°C or lower, more preferably 290°C or lower, and even more preferably 280°C or lower. If the temperature of the molten resin is equal to or higher than the above lower limit, it is preferable for extruding a resin with high heat resistance, and it is also preferable because it is possible to discharge at high speed and the molding efficiency tends to improve. On the other hand, if the temperature of the molten resin is equal to or lower than the above upper limit, it is easy to prevent the occurrence of defects such as thermal decomposition, burning, smoke, odor, and stickiness of the resin. In addition, if the temperature of the molten resin is equal to or lower than the above upper limit, it is also preferable from the viewpoint of preventing the adhesion of thin pieces of molten resin called stringing and lumps of excess resin called lumps to the resin molded body, which deteriorates the appearance.
押出ヘッドから吐出される溶融樹脂は、好ましくは直径0.01~1.0mm、より好ましくは直径0.02~0.5mmのストランド状で吐出される。溶融樹脂がこのような形状で吐出されると、CADモデルの再現性が良好となる傾向にあるために好ましい。The molten resin is extruded from the extrusion head in the form of strands, preferably with a diameter of 0.01 to 1.0 mm, more preferably with a diameter of 0.02 to 0.5 mm. When the molten resin is extruded in such a shape, it is preferred because it tends to result in good reproducibility of the CAD model.
本発明の3次元造形用フィラメントにおける高速造形とは、造形速度が1mm/s以上であることを表す。造形に要する時間の観点から、造形速度は3mm/s以上が好ましく、5mm/s以上がより好ましく、7mm/s以上がさらに好ましく、10mm/s以上が最も好ましい。上限は特に限定されないが、速ければ速いほど好ましい。ただし、前述のフィラメントの屈曲や、後述の外観の悪化等、造形性に問題のない速度であるためには、造形速度は100mm/s以下が好ましく、80mm/s以下がより好ましく、60mm/s以下がさらに好ましい。 High-speed modeling in the filament for three-dimensional modeling of the present invention means that the modeling speed is 1 mm/s or more. From the viewpoint of the time required for modeling, the modeling speed is preferably 3 mm/s or more, more preferably 5 mm/s or more, even more preferably 7 mm/s or more, and most preferably 10 mm/s or more. There is no particular upper limit, but the faster the better. However, in order to ensure that the speed does not cause problems in modeling, such as the bending of the filament described above or the deterioration of the appearance described below, the modeling speed is preferably 100 mm/s or less, more preferably 80 mm/s or less, and even more preferably 60 mm/s or less.
3次元造形用フィラメントを用いて3次元プリンタにより樹脂成形体を製造するにあたり、押出ヘッドから吐出させたストランド状の樹脂を積層しながら成形体を作る際に、先に吐出させた樹脂のストランドと、その上に吐出させた樹脂ストランドとの接着性が十分でないことや吐出ムラによって、成形物の表面に、凹凸部(スジ等)が生じることがある。成形物の表面にこのような凹凸部が存在すると、外観の悪化だけでなく、成形体が破損しやすい等の問題が生じることがある。When manufacturing resin molded products with a 3D printer using 3D modeling filaments, as the molded product is made by stacking strands of resin extruded from the extrusion head, unevenness (streaks, etc.) can occur on the surface of the molded product due to insufficient adhesion between the previously extruded strand of resin and the strand of resin extruded on top of it, or uneven extrusion. The presence of such unevenness on the surface of the molded product not only deteriorates the appearance, but can also cause problems such as the molded product being more susceptible to breakage.
本発明の3次元造形用フィラメントは、先に吐出させた樹脂のストランドと、その上に吐出させた樹脂ストランドとの接着性が良好であり、また、室温付近の弾性率が高くフィラメントの屈曲が生じづらい、すなわち径の真円度が高いため成形時の吐出ムラが抑制され、外観や表面性状等に優れた成形体を安定して製造することができる。The filament for three-dimensional modeling of the present invention has good adhesion between the previously extruded strand of resin and the strand of resin extruded on top of it, and also has a high elastic modulus near room temperature, making the filament less likely to bend; in other words, the high circularity of the diameter suppresses uneven extrusion during molding, allowing for the stable production of molded products with excellent appearance and surface properties.
3次元プリンタによって押出ヘッドから吐出させたストランド状の樹脂を積層しながら成形体を作る際に、樹脂の吐出を止めた上で次工程の積層箇所にノズルを移動する工程がある。この時、樹脂が途切れずに細い樹脂繊維が生じ、糸を引いたように成形体表面に残ることがある。上記の様な糸引きが発生すると成形体の外観が悪化する等の問題が生じることがある。 When creating a molded product by stacking strands of resin extruded from an extrusion head using a 3D printer, there is a process in which the resin extrusion is stopped and the nozzle is moved to the next lamination location. At this time, the resin does not break off and thin resin fibers are produced, which sometimes remain on the surface of the molded product like strings. When strings like this occur, it can cause problems such as a deterioration in the appearance of the molded product.
本発明の3次元造形用フィラメントは、室温付近の弾性率が高くフィラメントの屈曲が生じづらい、すなわち径の標準偏差が小さく、真円度が高いことに加え、適度な結晶化速度と、高い破断ひずみを有することから糸引きが抑制され、外観や表面性状等に優れた成形体を安定して製造することができる。The filament for three-dimensional modeling of the present invention has a high elastic modulus near room temperature and is less likely to bend, i.e., has a small standard deviation in diameter and high circularity. In addition, it has a moderate crystallization rate and high breaking strain, which suppresses stringiness and allows for the stable production of molded products with excellent appearance and surface properties.
本発明の樹脂成形体は、使用する用途などに応じて、造形後、熱処理により結晶化を促進あるいは完了させてもよい。Depending on the intended use, etc., the resin molded body of the present invention may be heat-treated after molding to promote or complete crystallization.
本発明の樹脂成形体を製造するにあたり、支持材料を同時に造形してもよい。支持材料の種類は特に限定されるものではないが、BVOH(ブテンジオールビニルアルコール)、PVOH(ポリビニルアルコール)、EVOH(エチレン-ビニルアルコール共重合体)、HIPS(ハインパクトポリスチレン)などが挙げられる。When producing the resin molded article of the present invention, a support material may be molded at the same time. The type of support material is not particularly limited, but examples include BVOH (butenediol vinyl alcohol), PVOH (polyvinyl alcohol), EVOH (ethylene-vinyl alcohol copolymer), and HIPS (high impact polystyrene).
(樹脂成形体の用途)
本発明の樹脂成形体は、強度や耐熱性に優れたものである。用途については特に制限されるものではないが、文房具;玩具;携帯電話やスマートフォン等のカバー;グリップ等の部品;学校教材、家電製品、OA機器の補修部品、自動車、オートバイ、自転車等の各種パーツ;電機・電子機器用資材、農業用資材、園芸用資材、漁業用資材、土木・建築用資材、医療用品等の用途に好適に用いることができる。
(Applications of resin molded bodies)
The resin molded article of the present invention has excellent strength and heat resistance. Applications are not particularly limited, and the resin molded article can be suitably used for applications such as stationery, toys, covers for mobile phones and smartphones, parts such as grips, school teaching materials, home appliances, repair parts for office equipment, various parts for automobiles, motorcycles, bicycles, etc., materials for electric and electronic equipment, agricultural materials, gardening materials, fishing materials, civil engineering and construction materials, medical supplies, etc.
以下に実施例でさらに詳しく説明するが、これらにより本発明は何ら制限を受けるものではない。なお、本明細書中に表示される種々の測定値及び評価は次のようにして行った。The following examples are provided in further detail, but the present invention is not limited by them. The various measurements and evaluations shown in this specification were performed as follows.
(1)結晶化熱量(ΔHc)及び結晶化温度(Tc)
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JISK7122に準じて、試料約10mgを昇温速度10℃/分で0℃から250℃まで昇温し、該温度で1分間保持した後、10℃/分の降温速度で0℃まで降温した時に測定されたサーモグラムから結晶化熱量(ΔHc)及び結晶化温度(Tc)(どちらも降温過程)を求めた。
(1) Heat of crystallization (ΔHc) and crystallization temperature (Tc)
Using a differential scanning calorimeter manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., product name "Pyris1 DSC", in accordance with JIS K7122, about 10 mg of a sample was heated from 0°C to 250°C at a heating rate of 10°C/min, held at that temperature for 1 minute, and then cooled to 0°C at a heating rate of 10°C/min. From the thermogram measured when this was done, the heat of crystallization (ΔHc) and crystallization temperature (Tc) (both during the cooling process) were determined.
(2)結晶融解温度(Tm)、ガラス転移温度(Tg)
(株)パーキンエルマー製の示差走査熱量計、商品名「Pyris1 DSC」を用いて、JISK7121に準じて、試料約10mgを昇温速度10℃/分で0℃から250℃まで昇温し、該温度で1分間保持した後、10℃/分の降温速度で0℃まで降温し、再度、昇温速度10℃/分で250℃まで昇温した時に測定された各サーモグラムから結晶融解温度(Tm)(℃)(再昇温過程)を求めた。
(2) Crystal melting temperature (Tm), glass transition temperature (Tg)
Using a differential scanning calorimeter manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., product name "Pyris1 DSC", in accordance with JIS K7121, about 10 mg of a sample was heated from 0°C to 250°C at a heating rate of 10°C/min, held at that temperature for 1 minute, cooled to 0°C at a heating rate of 10°C/min, and then heated again to 250°C at a heating rate of 10°C/min. From the thermograms measured at these times, the crystalline melting temperature (Tm) (°C) (reheating process) was determined.
(3)40℃における貯蔵弾性率(E´)
実施例及び比較例で得られたフィラメントを、熱プレスによりそれぞれ厚み約0.5mmのシートに成形し、測定用サンプルとした。動的粘弾性測定機(アイティ計測(株)製、商品名:粘弾性スペクトロメーターDVA-200)を用いて、振動周波数:10Hz、昇温速度:3℃/分、歪0.1%の条件で、貯蔵弾性率(E´)を-100℃から250℃まで測定し、得られたデータから、40℃における貯蔵弾性率(E´)を求めた。
(3) Storage modulus at 40° C. (E′)
The filaments obtained in the examples and comparative examples were each molded into a sheet having a thickness of about 0.5 mm by heat pressing to prepare a measurement sample. The storage modulus (E') was measured from -100°C to 250°C under the conditions of vibration frequency: 10 Hz, heating rate: 3°C/min, and strain: 0.1% using a dynamic viscoelasticity measuring device (IT Measurement Co., Ltd., product name: Viscoelasticity Spectrometer DVA-200), and the storage modulus (E') at 40°C was calculated from the obtained data.
(4)3次元造形用フィラメントの造形評価
<高速造形性>
3Dプリンタ(武藤工業(株)製、商品名:MF-2200D)を用いて、ノズル温度220℃で、また、造形テーブルにPPテープ(3Mスコッチ315SN)を貼付けて、造形テーブル温度70℃で、ダンベル状サンプル(長さ75mm、幅10mm、厚み5mm)を、サンプルの厚さ方向をZ軸方向(積層方向)として造形した際の挙動を、以下基準に基づき評価した。
(4) Evaluation of filament for 3D modeling <High-speed modeling ability>
Using a 3D printer (manufactured by Muto Industries Ltd., product name: MF-2200D), with a nozzle temperature of 220°C and PP tape (3M Scotch 315SN) attached to the modeling table, and a modeling table temperature of 70°C, a dumbbell-shaped sample (length 75 mm, width 10 mm, thickness 5 mm) was modeled with the thickness direction of the sample in the Z-axis direction (stacking direction). The behavior of the sample when modeled was evaluated based on the following criteria.
〇:造形速度10mm/sにて造形した際、造形中にフィラメントの屈曲が起こらずに造形を完了することができた。
×:造形速度10mm/sにて造形した際、途中(あるいは最初から)でフィラメントの屈曲が発生し、造形を完了することができなかった。
A: When modeling was performed at a modeling speed of 10 mm/s, the filament was not bent during modeling and the modeling could be completed.
×: When modeling was performed at a modeling speed of 10 mm/s, bending of the filament occurred during (or from the beginning) the modeling could not be completed.
<Z軸強度、水平強度>
JIS K 7161に準拠して、後述する造形時反り評価で作製されるダンベル状サンプル(サンプル1)の最大引張強度(水平強度)及び破断伸びを測定した。下記サンプル2のZ軸方向の最大引張強度(Z軸強度)及び破断伸びを測定した。また、Z軸強度/水平強度の値を計算した。なお、水平強度およびZ軸強度は値が大きければ大きい方がより好ましい。また、破断伸びについても値が大きければ大きい方がより好ましい。特に、Z軸強度/水平強度が1に近ければ近いほど良い。
<Z-axis strength, horizontal strength>
In accordance with JIS K 7161, the maximum tensile strength (horizontal strength) and breaking elongation of a dumbbell-shaped sample (Sample 1) prepared for the evaluation of warpage during molding described below were measured. The strength (Z-axis strength) and breaking elongation were measured. The value of Z-axis strength/horizontal strength was also calculated. Note that the larger the horizontal strength and Z-axis strength values, the more preferable they are. For the same reason, the larger the value, the more preferable it is. In particular, the closer the Z-axis intensity/horizontal intensity is to 1, the better.
サンプル2は以下のように製造した。
すなわち、ダンベル状サンプル(長さ75mm、幅10mm、厚み5mm)を、サンプルの長さ方向をZ軸方向(積層方向)として、3Dプリンタ(武藤工業(株)製、商品名:MF-2200D)を用いて造形した。その際、造形テーブルにPPテープ(3Mスコッチ315SN)を貼付けて、造形テーブル温度70℃、ノズル温度240℃、造形速度7mm/s、内部充填率100%の造形条件にて、サンプル2を製造した。
Sample 2 was prepared as follows.
That is, a dumbbell-shaped sample (length 75 mm, width 10 mm, thickness 5 mm) was modeled using a 3D printer (manufactured by Muto Industries Ltd., product name: MF-2200D) with the length direction of the sample as the Z-axis direction (lamination direction). At that time, PP tape (3M Scotch 315SN) was attached to the modeling table, and sample 2 was manufactured under modeling conditions of a modeling table temperature of 70°C, a nozzle temperature of 240°C, a modeling speed of 7 mm/s, and an internal filling rate of 100%.
<層間接着性>
上記サンプル1及びサンプル2にて、初期のチャック間距離45mm、速度50mm/min、23℃の条件で引張試験を行い、測定した最大引張強度から、以下の基準に基づき層間接着性を評価した。
<Interlayer Adhesion>
A tensile test was carried out on Sample 1 and Sample 2 under conditions of an initial chuck distance of 45 mm, a speed of 50 mm/min, and 23° C., and the interlayer adhesion was evaluated based on the measured maximum tensile strength in accordance with the following criteria.
〇:サンプル2の最大引張強度(Z軸強度)/サンプル1の最大引張強度(水平強度)≧0.4
△:0.4>サンプル2の最大引張強度(Z軸強度)/サンプル1の最大引張強度(水平強度)≧0.25
×:0.25>サンプル2の最大引張強度(Z軸強度)/サンプル1の最大引張強度(水平強度)
◯: Maximum tensile strength (Z-axis strength) of sample 2 / maximum tensile strength (horizontal strength) of sample 1 ≧0.4
Δ: 0.4>maximum tensile strength (Z-axis strength) of sample 2/maximum tensile strength (horizontal strength) of sample 1≧0.25
×: 0.25>maximum tensile strength (Z-axis strength) of sample 2/maximum tensile strength (horizontal strength) of sample 1
<造形時反り>
評価用サンプル(これをサンプル1とした。)は以下のように製造した。
すなわち、ダンベル状サンプル(長さ75mm、幅10mm、厚み5mm)を、サンプルの厚さ方向をZ軸方向(積層方向)として、3Dプリンタ(武藤工業(株)製、商品名:MF-2200D)を用いて造形した。その際、造形テーブルにPPテープ(3Mスコッチ315SN)を貼付けて、造形テーブル温度70℃、ノズル温度220℃、造形速度7mm/s、内部充填率100%の造形条件にて、評価用サンプルを製造した。
<Warping during modeling>
The evaluation sample (designated Sample 1) was prepared as follows.
That is, a dumbbell-shaped sample (length 75 mm, width 10 mm, thickness 5 mm) was modeled using a 3D printer (manufactured by Muto Industries Ltd., product name: MF-2200D) with the thickness direction of the sample as the Z-axis direction (lamination direction). At that time, PP tape (3M Scotch 315SN) was attached to the modeling table, and the evaluation sample was manufactured under modeling conditions of a modeling table temperature of 70°C, a nozzle temperature of 220°C, a modeling speed of 7 mm/s, and an internal filling rate of 100%.
評価用サンプル製造後に、評価用サンプルを造形テーブルから取り外して、水平面に置いた。その際の評価用サンプルの四隅と水平面との距離を測定し、得られた値の平均値を反り量とした。この反り量から、以下の基準に基づき造形時の反りを評価した。なお、以下の基準の中でも反り量は値が小さければ小さい方がより好ましい。After producing the evaluation sample, the evaluation sample was removed from the modeling table and placed on a horizontal surface. The distance between the four corners of the evaluation sample and the horizontal surface was measured, and the average of the obtained values was taken as the amount of warping. From this amount of warping, the warping during modeling was evaluated based on the following criteria. Note that even within the following criteria, the smaller the amount of warping, the more preferable it is.
〇:反り量が3mm未満であった。
×:反り量が3mm以上であった、あるいは造形途中に大きな反りが発生したため造形が完了できなかった。
A: The amount of warping was less than 3 mm.
×: The amount of warping was 3 mm or more, or a large warping occurred during the molding process, so that the molding could not be completed.
実施例、比較例で用いた原料を下記する。 The raw materials used in the examples and comparative examples are listed below.
<オレフィン系樹脂組成物(A)>
(A-1);日本ポリプロ(株)製、商品名:ウェルネクスRMG02、リアクターTPO、Tm:130℃、Tc:86℃、ΔHc:44J/g、E´:340MPa、組成比(質量比):プロピレン/エチレン=95/5
(A-2);日本ポリプロ(株)製、商品名:ウィンテックWMG03、プロピレンとエチレンランダム重合体、Tm:142℃、Tc:106℃、ΔHc:80J/g、E´:1200MPa、組成比(質量比):プロピレン/エチレン=98/2
<Olefin-based resin composition (A)>
(A-1): Japan Polypropylene Corporation, product name: Wellnex RMG02, Reactor TPO, Tm: 130°C, Tc: 86°C, ΔHc: 44 J/g, E': 340 MPa, composition ratio (mass ratio): propylene/ethylene = 95/5
(A-2): Manufactured by Japan Polypropylene Corporation, product name: Wintec WMG03, random polymer of propylene and ethylene, Tm: 142°C, Tc: 106°C, ΔHc: 80 J/g, E': 1200 MPa, composition ratio (mass ratio): propylene/ethylene = 98/2
<樹脂組成物(B)>
(B-1);三菱ケミカル(株)製、商品名:テファブロック(商標登録)MC931、Tg:108℃、ΔHc:5J/g、組成:水素化芳香族ビニルポリマーブロック単位60モル%、水素化共役ジエンポリマーブロック単位40モル%、水素化レベル:99.5%以上、ペンタブロック構造
(B-2);ポリプラスチックス(株)製、商品名:TOPAS(商標登録)5013L-10、Tg:130℃、ΔHc:0J/g、組成:シクロオレフィンコポリマー
<Resin composition (B)>
(B-1): Mitsubishi Chemical Corporation, product name: TEFABLOCK (registered trademark) MC931, Tg: 108° C., ΔHc: 5 J/g, composition: hydrogenated aromatic vinyl polymer block unit 60 mol %, hydrogen 40 mol% hydrogenated conjugated diene polymer block unit, hydrogenation level: 99.5% or more, pentablock structure (B-2); manufactured by Polyplastics Co., Ltd., product name: TOPAS (registered trademark) 5013L-10, Tg : 130°C, ΔHc: 0 J/g, composition: cycloolefin copolymer
(実施例1)
オレフィン系樹脂(A-1)を80質量部と、樹脂(B-1)を20質量部とを配合し、20mmφ同方向二軸混練機にて直径2.5mmのノズルから溶融温度200℃にて押出後、30℃の冷却水中で冷却することで、直径1.75mmのフィラメントを得た。このフィラメントについての各種評価結果を表1に示す。
Example 1
80 parts by mass of olefin resin (A-1) and 20 parts by mass of resin (B-1) were blended, extruded from a nozzle having a diameter of 2.5 mm in a 20 mmφ co-rotating twin-screw kneader at a melt temperature of 200° C., and then cooled in cooling water at 30° C. to obtain a filament having a diameter of 1.75 mm. Various evaluation results for this filament are shown in Table 1.
(実施例2)
実施例1において、オレフィン系樹脂組成物(A-1)を60質量部と、前記樹脂組成物(B-1)を40質量部とを配合した以外は、実施例1と同様にフィラメントを製造した。このフィラメントについての各種評価結果を表1に示す。
Example 2
A filament was produced in the same manner as in Example 1, except that 60 parts by mass of the olefin resin composition (A-1) and 40 parts by mass of the resin composition (B-1) were blended in Example 1. Various evaluation results for this filament are shown in Table 1.
(実施例3)
実施例2において、オレフィン系樹脂組成物(A-1)をオレフィン系樹脂組成物(A-2)に変更した以外は、実施例2と同様にフィラメントを製造した。このフィラメントについての各種評価結果を表1に示す。
Example 3
A filament was produced in the same manner as in Example 2, except that the olefin resin composition (A-2) was used instead of the olefin resin composition (A-1) in Example 2. The results of various evaluations of this filament are shown in Table 1.
(実施例4)
実施例2において、樹脂(B-1)を樹脂(B-2)に変更した以外は実施例2と同様に、フィラメントを製造した。このフィラメントについての各種評価結果を表1に示す。
Example 4
A filament was produced in the same manner as in Example 2, except that the resin (B-2) was used instead of the resin (B-1) in Example 2. The results of various evaluations of this filament are shown in Table 1.
(比較例1)
実施例1において、オレフィン系樹脂組成物(A-1)のみを用いてオレフィン系樹脂組成物を製造した以外は実施例1と同様にフィラメントを製造した。このフィラメントについての各種評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A filament was produced in the same manner as in Example 1, except that the olefin resin composition was produced using only the olefin resin composition (A-1) in Example 1. Various evaluation results for this filament are shown in Table 1.
(比較例2)
実施例1において、オレフィン系樹脂組成物(A-2)のみを用いてオレフィン系樹脂組成物を製造した以外は実施例1と同様にフィラメントを製造した。このフィラメントについての各種評価結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A filament was produced in the same manner as in Example 1, except that the olefin resin composition was produced using only the olefin resin composition (A-2) in Example 1. Various evaluation results for this filament are shown in Table 1.
なお、比較例2のフィラメントを用いた造形時反り評価においては、造形中に大きな反りが発生したため造形を最後まで終了することができなかった。そのため、造形時反り評価は造形途中の造形物を用いて行った。また、水平強度の評価は、引張試験が可能な造形物が得られなかったため、代わりに、フィラメントを熱プレスした0.5mm厚みのシートを、5mm幅の短冊にカットしたものを使用した。In addition, in the evaluation of warping during modeling using the filament of Comparative Example 2, significant warping occurred during modeling, and modeling could not be completed to the end. Therefore, the evaluation of warping during modeling was performed using a model that was in the middle of being modeled. In addition, for the evaluation of horizontal strength, since it was not possible to obtain a model that could be subjected to a tensile test, a 0.5 mm thick sheet of hot-pressed filament cut into 5 mm wide strips was used instead.
(比較例3)
市販のPPフィラメント(武藤工業(株)製、製品名:Value3D MagiX材料、PP、1.75mm)を用いて、各種評価結果を行った結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
Various evaluation results were performed using a commercially available PP filament (manufactured by Muto Industries Ltd., product name: Value3D MagiX material, PP, 1.75 mm), and the results are shown in Table 1.
なお、比較例3のフィラメントについて、熱重量測定装置(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン製、TGA Q5000IR)を用いて、昇温速度20℃/分にて、空気中で室温から700℃まで昇温し、得られた残渣量測定及び、残渣のIR測定を実施した。その結果から、比較例3のフィラメントにはタルクが39質量%含有されていると判断した。The filament of Comparative Example 3 was heated from room temperature to 700°C in air at a heating rate of 20°C/min using a thermogravimetric analyzer (TGA Q5000IR, manufactured by TA Instruments Japan), and the amount of residue obtained and IR measurement of the residue were performed. From the results, it was determined that the filament of Comparative Example 3 contained 39% by mass of talc.
また、実施例1~4及び比較例1~2の「24×ΔHc-E´」は、オレフィン系樹脂組成物(A)及び樹脂組成物(B)の少なくとも一方からなるフィラメントに関する値であるが、比較例3の「24×ΔHc-E´」は、タルクを含有するフィラメントに関する値である。すなわち、比較例3の「24×ΔHc-E´」は、上記式[1]とは異なるものである。 In addition, "24 x ΔHc-E'" in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 is a value for a filament made of at least one of the olefin-based resin composition (A) and the resin composition (B), while "24 x ΔHc-E'" in Comparative Example 3 is a value for a filament containing talc. In other words, "24 x ΔHc-E'" in Comparative Example 3 is different from the above formula [1].
表1より、実施例1~4のフィラメントは、上記式[1]を満たすため、高速造形性を保持しながら造形時の反り抑制などの造形性にも優れたフィラメントとなっている。As can be seen from Table 1, the filaments of Examples 1 to 4 satisfy the above formula [1], and therefore are filaments that have excellent formability, such as suppressing warping during forming, while maintaining high-speed formability.
また、実施例1~2のフィラメントは、低結晶性のオレフィン系樹脂組成物(A)からなるフィラメント(比較例1)と比較して、同等以上の層間接着性が得られており、樹脂組成物(B-1)が層間接着性を阻害していないことがわかる。 Furthermore, the filaments of Examples 1 and 2 exhibited interlayer adhesion equal to or greater than that of the filament made of a low-crystalline olefin-based resin composition (A) (Comparative Example 1), indicating that the resin composition (B-1) did not inhibit interlayer adhesion.
さらに、実施例2と実施例4の比較により、側鎖に環状構造を持つ樹脂組成物(B-1)を用いた実施例2において、主鎖に環状構造を持つ樹脂組成物(B-2)を用いた実施例4よりも、高いZ軸強度及び層間接着性が得られていることが分かる。 Furthermore, a comparison between Example 2 and Example 4 shows that Example 2, which uses a resin composition (B-1) having a cyclic structure in the side chain, has higher Z-axis strength and interlayer adhesion than Example 4, which uses a resin composition (B-2) having a cyclic structure in the main chain.
これに対して、比較例1のフィラメントは、40℃及び10Hzで測定した貯蔵弾性率が低いため、フィラメントが屈曲しやすく、高速造形性に劣る。
一方、比較例2のフィラメントは、ΔHcが大きいため、造形時の反りが大きく、造形性に劣る。
また、比較例3のフィラメントは、高速造形性や反り抑制効果はみられているが、層間接着性が低くなっている。これは、タルクが層間接着性を阻害しているためと考えられる。
In contrast, the filament of Comparative Example 1 has a low storage modulus measured at 40° C. and 10 Hz, and therefore the filament is easily bent and has poor high-speed modeling properties.
On the other hand, the filament of Comparative Example 2 has a large ΔHc, and therefore warps significantly during molding, resulting in poor moldability.
The filament of Comparative Example 3 exhibited high speed molding properties and warpage suppression effects, but had low interlayer adhesion, which is believed to be due to the talc inhibiting interlayer adhesion.
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は2019年10月2日出願の日本特許出願(特願2019-182009)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。Although the present invention has been described in detail and with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. This application is based on a Japanese patent application (Patent Application No. 2019-182009) filed on October 2, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
Claims (10)
前記オレフィン系樹脂組成物(α)が樹脂組成物(B)を含有し、
前記樹脂組成物(B)が環状オレフィン系樹脂を含有する、3次元造形用フィラメント。
700≧24×ΔHc(α)-E´(α)・・・[1]
ΔHc(α):該オレフィン系樹脂組成物(α)を示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(J/g)
E´(α):該オレフィン系樹脂組成物(α)を40℃及び10Hzで測定した貯蔵弾性率(MPa) The present invention comprises an olefin-based resin composition (α) which satisfies the following formula [1] :
The olefin resin composition (α) contains a resin composition (B),
The filament for three-dimensional modeling, wherein the resin composition (B) contains a cyclic olefin resin .
700≧24×ΔHc(α)−E′(α)...[1]
ΔHc(α): the heat of crystallization (J/g) when the olefin resin composition (α) is measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10° C./min
E'(α): storage modulus (MPa) of the olefin resin composition (α) measured at 40 ° C. and 10 Hz
前記樹脂組成物(B)は、示差走査熱量計にて10℃/分の降温速度で測定した際の結晶化熱量(ΔHc(B))が10J/g未満である、請求項1~3のいずれか1項に記載の3次元造形用フィラメント。 The olefin resin composition (α) contains an olefin resin composition (A ) ,
The resin composition (B) has a crystallization heat (ΔHc(B)) of less than 10 J/g when measured with a differential scanning calorimeter at a temperature drop rate of 10 ° C./min. The filament for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 3.
前記オレフィン系樹脂組成物(A)は、プロピレン単独重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのランダム共重合体、エチレン及び炭素数4~12のα-オレフィンの少なくとも一つのモノマーとプロピレンとのブロック共重合体、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン-プロピレンゴムとのブレンド、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン-プロピレンゴムとの動的架橋品、プロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つとエチレン-プロピレンゴムとの重合品、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、並びに線状低密度ポリエチレンからなる群から選ばれる少なくとも1つの樹脂組成物である、請求項1~5のいずれか1項に記載の3次元造形用フィラメント。 The olefin-based resin composition (α) contains an olefin-based resin composition (A),
The filament for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 5, wherein the olefin-based resin composition (A) is at least one resin composition selected from the group consisting of a propylene homopolymer, a random copolymer of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, a block copolymer of propylene with at least one monomer selected from ethylene and an α-olefin having 4 to 12 carbon atoms, a maleic anhydride grafted polypropylene, a blend of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, a dynamically crosslinked product of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, a polymer of at least one of propylene and polyethylene with ethylene-propylene rubber, a high-density polyethylene, a low-density polyethylene, and a linear low-density polyethylene.
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