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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024173825
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】3次元造形用樹脂組成物
(51)【国際特許分類】
   C08L 23/10 20060101AFI20241205BHJP
   B33Y 70/10 20200101ALI20241205BHJP
   B33Y 80/00 20150101ALI20241205BHJP
   B33Y 10/00 20150101ALI20241205BHJP
   B29C 64/106 20170101ALI20241205BHJP
   B29C 64/314 20170101ALI20241205BHJP
   C08K 3/013 20180101ALI20241205BHJP
   C08L 53/00 20060101ALI20241205BHJP
   C08K 7/02 20060101ALI20241205BHJP
   C08L 1/00 20060101ALI20241205BHJP
   C08F 4/6592 20060101ALI20241205BHJP
【FI】
C08L23/10
B33Y70/10
B33Y80/00
B33Y10/00
B29C64/106
B29C64/314
C08K3/013
C08L53/00
C08K7/02
C08L1/00
C08F4/6592
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024088900
(22)【出願日】2024-05-31
(31)【優先権主張番号】P 2023090164
(32)【優先日】2023-05-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】596133485
【氏名又は名称】日本ポリプロ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001508
【氏名又は名称】弁理士法人 津国
(72)【発明者】
【氏名】坂下 和毅
(72)【発明者】
【氏名】北浦 快人
(72)【発明者】
【氏名】細木 渉
【テーマコード(参考)】
4F213
4J002
4J128
【Fターム(参考)】
4F213AA11
4F213AB16
4F213AB17
4F213AB18
4F213AB19
4F213AB25
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL23
4F213WL24
4F213WL25
4F213WL92
4J002AB01Y
4J002AH00Y
4J002BB11W
4J002BB11X
4J002BP02W
4J002DA016
4J002DE236
4J002DJ036
4J002DJ046
4J002DL006
4J002FA046
4J002FD016
4J002FD01Y
4J002FD050
4J002FD070
4J002FD090
4J002FD100
4J002FD110
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4J002FD140
4J002FD170
4J002FD200
4J002FD320
4J002GM00
4J002GT00
4J128AA01
4J128AC28
4J128AD06
4J128AD11
4J128AD13
4J128AE15
4J128BA01A
4J128BA01B
4J128BB01A
4J128BB01B
4J128BC15A
4J128BC15B
4J128CA28A
4J128DA02
4J128DA08
4J128EA01
4J128EA02
4J128EB02
4J128EB04
4J128EC01
4J128EC02
4J128ED01
4J128ED02
4J128EF03
4J128FA02
4J128FA09
4J128GA05
4J128GA19
(57)【要約】
【課題】 3次元造形物の変形、特に反り等の抑制による良好な形状精度及びフィラメント間結合力の発現を両立した3次元造形用材料及びそれを用いた造形物を提供する。
【解決手段】 プロピレン単独重合体又はプロピレン及び0重量%超7重量%以下のエチレン若しくは炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α1)30重量%~95重量%と、前記(α1)よりも3重量%~20重量%多くエチレン又は炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α2)70重量%~5重量%とが共重合してなるプロピレン系ブロック共重合体(a-1)、並びに前記(α1)及び(α2)からなるプロピレン系樹脂組成物(a-2)から選択される少なくとも1種であって、融解ピーク温度Tmが110℃~150℃であり、固体粘弾性測定による温度-損失正接曲線においてtanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有し、MFR(230℃、荷重2.16kg)が0.5~200g/10分である樹脂(A)40重量%~99重量%と、無機又は有機フィラーの少なくとも1種である充填材(B)1重量%~60重量%とを含有する、3次元造形用樹脂組成物である。
【選択図】 なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロピレン単独重合体又はプロピレン及び0重量%超7重量%以下のエチレン若しくは炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α1)30重量%~95重量%と、前記(α1)よりも3重量%~20重量%多くエチレン又は炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α2)70重量%~5重量%とが共重合してなるプロピレン系ブロック共重合体(a-1)、並びに前記(α1)及び(α2)からなるプロピレン系樹脂組成物(a-2)から選択される少なくとも1種であって、下記の特性(A-i)~(A-iii)を満たす樹脂(A)40重量%~99重量%と、
無機フィラー又は有機フィラーの少なくとも1種である充填材(B)1重量%~60重量%と、
を含有することを特徴とする3次元造形用樹脂組成物。
特性(A-i):DSC法により測定された融解ピーク温度Tmが110℃~150℃である。
特性(A-ii):固体粘弾性測定により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有する。
特性(A-iii):230℃、荷重2.16kgによるメルトフローレート(MFR)が0.5g/10分~200g/10分である。
【請求項2】
前記(α1)が、プロピレン系ランダム共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の3次元造形用樹脂組成物。
【請求項3】
前記(a-1)及び/又は前記(a-2)が、メタロセン触媒由来であることを特徴とする請求項1に記載の3次元造形用樹脂組成物。
【請求項4】
前記充填材(B)が、タルク、炭酸カルシウム、焼成カオリン、ガラス繊維、木粉、セルロースパウダー、炭素繊維及びセルロース繊維から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の3次元造形用樹脂組成物。
【請求項5】
前記充填材(B)が、ガラス繊維、炭素繊維及びタルクから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の3次元造形用樹脂組成物。
【請求項6】
前記ガラス繊維の、デジタル顕微鏡で測定したときの平均の長さが0.1mm以上2.5mm以下であることを特徴とする請求項4に記載の3次元造形用樹脂組成物。
【請求項7】
請求項1~6のいずれか1項に記載の3次元造形用樹脂組成物を含むことを特徴とする3次元造形物。
【請求項8】
請求項1~6のいずれか1項に記載の3次元造形用樹脂組成物を製造する方法であって、
前記樹脂(A)と、前記充填材(B)とを溶融混練し、溶融混錬樹脂組成物を得る工程を含むことを特徴とする3次元造形用樹脂組成物の製造方法。
【請求項9】
前記充填材(B)が、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ1.0mm以上20.0mm以下のガラス繊維、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ1.0mm以上20.0mm以下の炭素繊維及びレーザー回折散乱方式粒度分布計で測定した平均径1μm~100μmのタルクから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の3次元造形用樹脂組成物の製造方法。
【請求項10】
前記溶融混錬樹脂組成物が、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ0.1mm以上20.0mm以下のガラス繊維、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ1.0mm以上20.0mm以下の炭素繊維及びレーザー回折散乱方式粒度分布計で測定した平均径1μm~100μmのタルクから選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項8に記載の3次元造形用樹脂組成物の製造方法。
【請求項11】
請求項8~10のいずれか1項に記載の3次元造形用樹脂組成物の製造方法を含むことを特徴とする3次元造形物の製造方法。
【請求項12】
前記溶融混錬樹脂組成物を3次元造形物製造装置の原料供給部に供給し、その後3次元造形物製造装置の加熱部にて融解させ、3次元造形物製造装置の吐出部であるノズルから押し出し、積層させて3次元造形物を造形し、3次元造形物を得る工程を有することを特徴とする請求項11に記載の3次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
3次元造形(3Dプリンティング)は、コンピュータで作成された3次元モデルデータを元に立体物を製造する技術である。金型での成型や切削での造形と異なり、鋳型や切削道具を必要としない点、頻繁な設計変更にも即座に対応できる点、中空の形状や複雑な内部形状の造形が可能である点等から、3次元造形技術は効率的に造形を行うことができる技術として、幅広い分野で急速に普及している。
【0003】
3次元造形の技法は、3次元モデルデータの断面形状を積層させることによって造形が行われることが一般的であり(例えば、特許文献1)、多様な積層方法を包括してAdditive manufacturingと呼ばれている。造形時に流動性のある樹脂を硬化させることが基本となる。材料押出(MEX)法、光造形法、インクジェット法、粉末固着造形法、粉末焼結造形法等の方式があるが、特に、材料押出法が付帯設備を必要とせず、幅広い材料選択が可能であるため利用しやすい。材料押出法は、ペレット又はフィラメントに加工された状態の熱可塑性樹脂を溶融させ、それを押し出しながら積層させることで立体形状を作成する方法である(特許文献2)。ABS樹脂やポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックを利用可能であり、各エンジニアリングプラスチックの特性に沿った造形物を製造可能である。3次元造形物製造装置(3Dプリンタ)での成型は、樹脂の物性によって操作性が変わってくるため、3Dプリンタ用の樹脂として種々の樹脂を配合することが試みられている(特許文献3~5)。
【0004】
一方で、決まった寸法に切削する造形とは異なり、材料押出法による3次元造形には溶融状態の樹脂を押し出したあとで冷却する工程があるため、冷却時に反りが発生するなどして寸法の変化があると、目的の形状に造形できないことがある。特にポリオレフィンのような結晶性樹脂はこの点で不利であるとされており、改善が望まれている。反りの発生を抑える手段として、フィラメントに用いる樹脂に複数種類の樹脂からなる組成物を設計することや(特許文献5)、ガラス繊維などの樹脂以外の成分を配合することが行われている(特許文献6)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2017-189885号公報
【特許文献2】国際公開第2015/129733号
【特許文献3】特表2020-503186号公報
【特許文献4】特表2020-500112号公報
【特許文献5】特表2022-549091号公報
【特許文献6】特開2021-49721号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
材料押出法による3次元造形技術は多くの利点があるものの、造形法に起因して樹脂の物性にある程度の制限が課されることがある。例えば、高精度の造形物を得るため、上記の通り、押出し積層後の冷却時に樹脂の体積変化の影響による反り等の変形が小さいといった形状精度に優れた樹脂が求められている。さらに、高強度の造形物を得るため、押出された樹脂は前もって積層されて冷却固化した樹脂に対して高い接着力(積層樹脂間接着力)が求められている。しかしながら、形状精度に優れること及び接着力が高いことの両立はいまだ達成されていない。例えば本発明者らが検証したところによると、特許文献5記載の樹脂組成物では十分な積層樹脂間接着力が発揮できない。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みたものである。本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、3次元造形物の形状精度として歪み、伸び又は反りの抑制及び良好な積層樹脂間接着力の発現を両立した3次元造形用材料を提供することにある。本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、形状精度として歪み、伸び又は反りの抑制及び良好な積層樹脂間接着力の発現を両立した3次元造形物及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、一定条件を満たすプロピレン系樹脂組成物を利用することで、上記課題を解決することができることを見出した。ポリオレフィンは結晶性の樹脂であり、造形中に反り等の変形が発生しやすいことから3Dプリンティング用途には向いていない樹脂であるとされていた。しかしながら、本発明の樹脂組成物はポリプロピレンを主成分とするにもかかわらず3次元造形物における反り等を抑制し、形状精度の向上に効果的であること、さらに良好な積層樹脂間接着力をもたらすことを見出し、本発明に至った。
【0009】
すなわち、本発明は、以下の各項目に関する。
[1]プロピレン単独重合体又はプロピレン及び0重量%超7重量%以下のエチレン若しくは炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α1)30重量%~95重量%と、前記(α1)よりも3重量%~20重量%多くエチレン又は炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α2)70重量%~5重量%とが共重合してなるプロピレン系ブロック共重合体(a-1)、並びに前記(α1)及び(α2)からなるプロピレン系樹脂組成物(a-2)から選択される少なくとも1種であって、下記の特性(A-i)~(A-iii)を満たす樹脂(A) 40重量%~99重量%と、
無機フィラー又は有機フィラーの少なくとも1種である充填材(B) 1重量%~60重量%と、
を含有することを特徴とする3次元造形用樹脂組成物。
特性(A-i):DSC法により測定された融解ピーク温度Tmが110℃~150℃である。
特性(A-ii):固体粘弾性測定により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有する。
特性(A-iii):230℃、荷重2.16kgによるメルトフローレート(MFR)が0.5g/10分~200g/10分である。
[2]前記(α1)が、プロピレン系ランダム共重合体であることを特徴とする、前記[1]の3次元造形用樹脂組成物。
[3]前記(a-1)及び/又は前記(a-2)が、メタロセン触媒由来であることを特徴とする、前記[1]又は[2]の3次元造形用樹脂組成物。
[4]前記充填材(B)が、タルク、炭酸カルシウム、焼成カオリン、ガラス繊維、木粉、セルロースパウダー、炭素繊維及びセルロース繊維から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、前記[1]~[3]のいずれかの3次元造形用樹脂組成物。
[5]前記充填材(B)が、ガラス繊維、炭素繊維及びタルクから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、前記[1]~[4]のいずれかの3次元造形用樹脂組成物。
[6]前記ガラス繊維の、デジタル顕微鏡で測定したときの平均の長さが0.1mm以上2.5mm以下であることを特徴とする、前記[5]の3次元造形用樹脂組成物。
[7]前記[1]~[6]のいずれかの3次元造形用樹脂組成物を含むことを特徴とする3次元造形物。
[8]前記[1]~[6]のいずれかの3次元造形用樹脂組成物を製造する方法であって、
前記樹脂(A)と、前記充填材(B)とを溶融混練し、溶融混錬樹脂組成物を得る工程を含むことを特徴とする3次元造形用樹脂組成物の製造方法。
[9]前記充填材(B)が、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ1mm以上20mm以下のガラス繊維、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ1mm以上20mm以下の炭素繊維及びレーザー回折散乱方式粒度分布計で測定した平均径1μm~100μmのタルクから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、前記[8]の3次元造形用樹脂組成物の製造方法。
[10]前記溶融混錬樹脂組成物が、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ0.1mm以上2.5mm以下のガラス繊維、デジタル顕微鏡で測定した平均長さ1mm以上20mm以下の炭素繊維及びレーザー回折散乱方式粒度分布計で測定した平均径1μm~100μmのタルクから選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、前記[8]又は[9]の3次元造形用樹脂組成物の製造方法。
[11]前記[8]~[10]のいずれかの3次元造形用樹脂組成物の製造方法を含むことを特徴とする3次元造形物の製造方法。
[12]前記溶融混錬樹脂組成物を3次元造形物製造装置の原料供給部に供給し、その後3次元造形物製造装置の加熱部にて融解させ、3次元造形物製造装置の吐出部であるノズルから押し出し、積層させて3次元造形物を造形し、3次元造形物を得る工程を有することを特徴とする前記[8]~[11]のいずれかの3次元造形物の製造方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、3次元造形物の形状精度として歪み、伸び又は反りの抑制に優れ、かつ、高い積層樹脂間接着力の発現を両立した3次元造形用材料及びそれを用いた造形物が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、プロピレン系の共重合体とフィラーとを含む、3次元造形用樹脂及び当樹脂を用いた造形物である。本発明に用いられる樹脂は、プロピレン系の共重合体を含むため透明度が高く低融点という特徴を有している。
【0012】
以下、本発明を構成する樹脂について、項目毎に詳細に説明する。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」や「(メタ)アクリレート」とは、アクリル酸又はメタクリル酸や「アクリレート」又は「メタアクリレート」を意味する。また、本明細書において数値範囲を示す「~」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
【0013】
1.樹脂(A)
樹脂(A)は、プロピレン単独重合体又はプロピレン及び0重量%超7重量%以下のエチレン若しくは炭素数4~10のオレフィン(以下、樹脂(A)に関してエチレン及び炭素数4~10のオレフィンを「コモノマー」と表記することがある)を含有するプロピレン系ランダム共重合体(α1)30重量%~95重量%と、上記(α1)よりも3重量%~20重量%多くエチレン又は炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α2)70重量%~5重量%とが共重合してなるプロピレン系ブロック共重合体(a-1)、並びに上記(α1)及び(α2)からなるプロピレン系樹脂組成物(a-2)から選択される少なくとも1種であって、以下の(A-i)~(A-iii)に規定する特性を有する樹脂である。
特性(A-i):DSC法により測定された融解ピーク温度Tmが110℃~150℃である。
特性(A-ii):固体粘弾性測定により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有する。
特性(A-iii):230℃、荷重2.16kgによるメルトフローレート(MFR)が0.5g/10分~200g/10分である。
【0014】
樹脂(A)は、上記(α1)及び(α2)で表される重合体を含む。(α1)は、プロピレン単独重合体であるか、又は、プロピレン及び0重量%超7重量%以下の量でエチレン若しくは炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体である。(α1)が共重合体であるとき、コモノマーとしては、エチレン又は炭素数4~10のオレフィンが選択される。炭素数4~10のオレフィンは、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、一部に環構造を含んでいてもよい。炭素数4~10のオレフィンの具体的な例としては、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン等の直鎖状オレフィン、4-メチルペンテン-1等の分岐鎖状オレフィン、シクロヘキセン、ノルボルネン等の環状オレフィンが挙げられるが、炭素数の要件を満たす限りこれらに限定されない。コモノマーとしては、エチレン又は直鎖状の炭素数4~10のα-オレフィンが好ましく、エチレン、1-ブテン、1-ヘキセンがより好ましい。また、2種類以上のコモノマーを組合せて用いてもよい。
【0015】
(α1)が共重合体であるとき、コモノマーの含有率は、0重量%超7重量%以下である。(α1)が共重合体であるときのコモノマーの含有率は、好ましくは5.0重量%以下であり、より好ましくは4.0重量%以下であり,さらに好ましくは3.5重量%以下である。下限値は、好ましくは0.3重量%以上であり、より好ましくは0.5重量%以上であり、さらに好ましくは1.0重量%以上であり、さらにより好ましくは1.5重量%以上である。(α1)のコモノマーの含有率は、後記する実施例に記述する方法などにより決定される。一般的には例えば、NMR測定により、特定することが可能である。コモノマーの含有率は、樹脂(A)の製造過程においてコモノマーの供給量を調節することで制御することができる。
【0016】
樹脂(A)に含まれる(α2)は、上記(α1)よりも3重量%~20重量%多くエチレン又は炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体である。例えば(α1)として2重量%のエチレンをコモノマーとして有するプロピレン系ランダム共重合体を選択したとき、(α2)は、5重量%~22重量%のエチレン又は炭素数4~10のオレフィンを含有するプロピレン系ランダム共重合体である。コモノマーの種類の具体例は上記(α1)が共重合体の場合の説明のとおりであり、(α1)と同じ種類を用いてもよいし、異なる種類のコモノマーを用いてもよい。(α2)には、コモノマーが上記(α1)よりも3重量%~20重量%多く含まれる。(α1)より6重量%~18重量%多くコモノマーを含むことが好ましく、8重量%~16重量%多くコモノマーを含むことがより好ましい。(α2)のコモノマーの含有率は、上記(α1)の測定方法と同様の手法で特定することができる。
【0017】
<ブロック共重合体(a-1)>
樹脂(A)は、上記(α1)及び(α2)が共重合してなるプロピレン系ブロック共重合体であることができる。ブロック共重合体は、例えば、メタロセン系触媒を用いて、第1工程で、プロピレン単独又はコモノマー含有率が0重量%超7重量%以下のプロピレン系ランダム共重合体(α1)を30重量%~95重量%、第2工程で、(α1)よりも3重量%~20重量%多くコモノマーを含有するプロピレン系ランダム共重合体(α2)を70重量%~5重量%逐次重合することで得ることができる。この順序で逐次重合することで、反応器壁面等への反応生成物の付着などの問題が防止される。第2工程で製造される(α2)と、第1工程で製造される(α1)のコモノマー含有率の差が3重量%以上であることで、造形物の低収縮性、触感及び衝撃強度などの物性を高めることができると考えられる。コモノマー含有率の差が20重量%以下であることで、(α1)と(α2)との相溶性を保つことができると考えられる。
【0018】
ブロック共重合体(a-1)中の(α1)及び(α2)のコモノマー含有率は、分取型分別装置を用い昇温カラム分別法により各成分を分離した後、上記した(α1)及び(α2)と同様のNMR測定により、特定することが可能である。昇温カラム分別法とは、例えば、Macromolecules,21,314-319(1988)に開示されたような測定方法をいう。なお、逐次重合で製造されたブロック共重合体(a-1)における(α1)又は(α2)のコモノマー含有率は、(α1)又は(α2)が第1工程で製造された場合、第2工程前に一部抜き出し、上記したNMR測定により特定することも可能である。
【0019】
<樹脂組成物(a-2)>
樹脂(A)は、上記(α1)及び(α2)からなる組成物であることができる。組成物である場合の(α1)及び(α2)の組成比は、樹脂(A)がブロック共重合体(a-1)である場合の組成比と同様である。また、樹脂(A)は、ブロック共重合体と組成物の混合物であってもよく、(α1)及び(α2)は、複数種類の重合体を組合せて用いることもできる。
【0020】
ブロック共重合体(a-1)中の(α1)と(α2)の組成比は、当業者によく知られている、プロピレン重合体とオレフィンランダム共重合体によるブロック共重合体などに用いられる結晶性分布を温度昇温溶離分別法(TREF)により評価する手法により求めることができる。詳細な測定方法は、例えば、G.Glockner,J.Appl.Polym.Sci.:Appl.Polym.Symp.;45,1-24(1990)、L.Wild,Adv.Polym.Sci.;98,1-47(1990)、J.B.P.Soares,A.E.Hamielec,Polymer;36,8,1639-1654(1995)等の文献に記載されている。また、上記(α1)と(α2)との結晶性には大きな違いがあるため、上記例示手法によりそれらの組成比を求めることができると考えられる。また、両成分ともメタロセン触媒を用いて製造された場合、結晶性分布が狭くなることから、樹脂(A)中に上記(α1)と(α2)の中間的な成分は極めて少なく、両成分をTREFにより精度よく分別することが可能となる。
【0021】
(α1)と(α2)の組成比は、(α1)が30重量%~95重量%、(α2)が70重量%~5重量%であり、好ましくは(α1)が40重量%~90重量%、(α2)が60重量%~10重量%であって、より好ましくは(α1)が45重量%~85重量%、(α2)が55重量%~15重量%であって、さらに好ましくは(α1)が50重量%~80重量%、(α2)が50重量%~20重量%である。
【0022】
<特性(A-i):Tm>
樹脂(A)のDSC(示差走査熱量計)法により測定された融解ピーク温度(Tm)は、110℃~150℃、好ましくは115℃~148℃、より好ましくは120℃~145℃の範囲にある。
Tmが110℃以上であることで、樹脂(A)が高い剛性を備えることができる。また、Tmが150℃以下であることで、触感及び衝撃強度などを低下させることなく、造形物としたときの高い品質をもたらすことができる。本明細書においてTmは後記する実施例項に記述する方法により決定される。
【0023】
<特性(A-ii):温度-損失正接曲線>
樹脂(A)は、固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有する。tanδ曲線が単一ピークを有する温度は、-5℃以下が好ましく、-7℃以下がより好ましく、-10℃以下がさらに好ましい。このとき、(α1)に含まれる非晶部のガラス転移温度と(α2)に含まれる非晶部のガラス転移温度がほぼ同じ温度となるため、樹脂(A)における、(α1)と(α2)とが相分離せずに存在していることになる。これにより、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、良好な耐傷付性、滑らかでソフトな触感及び高い衝撃強度などが発現されると考えられる。
【0024】
具体的な固体粘弾性測定は、短冊状の試料片に特定周波数の正弦歪みを与え、発生する応力を検知することで行う方法が挙げられる。より具体的には、周波数は1Hzを用い、測定温度は-60℃から段階状に昇温し、サンプルが融解して応力の測定不能になるまで行う。応力は与えた歪に対して、位相差δを生じる。これを歪と同位相の成分と、90度位相のずれた成分に分離する。前者が試料の弾性的な応答に対応するもので、その最大値から弾性率を求めたものが貯蔵弾性率E’、後者が試料の粘性的な応答に対応するものでその最大値から弾性率を求めたものが損失弾性率E”と呼ばれ、両者には、E”/E’=tanδの関係がある。これらの定義は、例えば“講座・レオロジー”、日本レオロジー学会編、高分子刊行会、1992、p.36-37に記載されている。
また、歪みの大きさは0.1%~0.5%程度が推奨される。得られた応力から、公知の方法によって貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”を求め、これの比で定義される損失正接(=損失弾性率/貯蔵弾性率)を温度に対してプロットすると0℃以下の温度領域で鋭いピークを示す。一般に0℃以下でのtanδ曲線のピークは、非晶部のガラス転移を観測するものであり、ここでは本ピーク温度をガラス転移温度(Tg、単位℃)として定義する。
【0025】
<特性(A-iii):MFR>
樹脂(A)のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、0.5g/10分~200g/10分、好ましくは3g/10分~150g/10分、より好ましくは5g/10分~50g/10分の範囲である。MFRが0.5g/10分以上であると、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、収縮性が低くなり、また積層の際に押出された樹脂が揺らぎにくいことから造形性(形状精度、及び、外観)が向上すると考えられる。MFRが200g/10分以下であると、造形物の積層樹脂間接着力を低下させにくい。MFRは、分子量降下剤を用いるなどして調整することもできる。
なお、本明細書において、MFRは、JIS K7210に準拠し、試験温度230℃、荷重2.16kgで測定した値である。
【0026】
<樹脂(A)の製造方法>
(i)メタロセン系触媒
樹脂(A)は、メタロセン系触媒由来の(a-1)及び/又は(a-2)による樹脂であることが好ましい。メタロセン系触媒の種類は、本発明の性能を有する樹脂(A)となる(a-1)及び/又は(a-2)を製造できる限りは、特に限定されるものではないが、本発明の要件を満たすために、例えば、下記に示す様な成分(I)、(II)、及び必要に応じて使用する成分(III)からなるメタロセン系触媒を用いることが好ましい。
成分(I):下記一般式(i)で表される遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1種のメタロセン遷移金属化合物
Q(C4-m )(C4-n )MXY (i)
成分(II):下記(II-1)~(II-4)から選ばれる少なくとも1種の固体成分
(II-1):有機アルミオキシ化合物が担持された微粒子状担体
(II-2):成分(I)と反応して成分(I)をカチオンに変換することが可能なイオン性化合物又はルイス酸が担持された微粒子状担体
(II-3):固体酸微粒子
(II-4):イオン交換性層状珪酸塩
成分(III):有機アルミニウム化合物
【0027】
成分(I)としては、上記一般式(i)で表される遷移金属化合物から選択される少なくとも1種のメタロセン遷移金属化合物を使用することができる。
一般式(i)において、Qは、2つの共役五員環配位子を架橋する2価の結合性基を示し、Mは、チタン、ジルコニウム及びハフニウムから選ばれる金属原子を示し、X及びYは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アミノ基、窒素含有炭化水素基、リン含有炭化水素基又はケイ素含有炭化水素基を示し、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基、窒素含有炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ホウ素含有炭化水素基又はリン含有炭化水素基を示し、m及びnは、置換基の数を表し、0~4の整数である。
【0028】
中でも、好ましい成分(I)は、Qが炭化水素置換基を有するシリレン基、ゲルミレン基又はアルキレン基であり、当該Qを用いて架橋された置換シクロペンタジエニル基、置換インデニル基、置換フルオレニル基、置換アズレニル基を配位子として有する遷移金属化合物が挙げられる。特に好ましい遷移金属化合物は、炭化水素置換基を有するシリレン基、又はゲルミレン基で架橋された2,4-位置換インデニル基、2,4-位置換アズレニル基を配位子として有する遷移金属化合物である。具体的には、特開2000-103807号公報、特開2002-284817号公報、特開2005-132979号公報、特開2015-83626号公報などに開示される遷移金属化合物が挙げられる。
【0029】
成分(II)としては、上記成分(II-1)~成分(II-4)から選択される少なくとも1種の固体成分が使用される。これらの各成分は、公知のものであり、公知技術の中から適宜選択して使用することができる。その具体的な例示や製造方法については、特開2002-284808号公報、特開2002-53609号公報、特開2002-69116号公報、特開2003-105015号公報などに詳細な例示がある。
上記成分(II)の中で、特に好ましいものは、成分(II-4)のイオン交換性層状珪酸塩であり、さらに好ましいものは、酸処理、アルカリ処理、塩処理、有機物処理などの化学処理が施されたイオン交換性層状珪酸塩である。その具体的な例示や製造方法については、特開平7-228621号公報、特開2002-88114号公報、特開2015-108138号公報、特開2022-51551号公報、特開2022-51552号公報などに開示されているものが挙げられる。
【0030】
必要に応じて成分(III)として用いられる有機アルミニウム化合物の例は、下記一般式(ii);
AlR 3-o (ii)
(式中、Rは、炭素数1~20の炭化水素基、Pは、水素、ハロゲン又はアルコキシ基、oは、0<o≦3の数を表わす)で示される化合物である。R及びPが複数あるとき、それらはそれぞれ独立している。より具体的な例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルオクチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム又はジエチルアルミニウムモノクロライド、ジエチルアルミニウムモノメトキシドなどのハロゲンもしくはアルコキシ含有アルキルアルミニウムが挙げられる。これらのうち特にトリアルキルアルミニウムが好ましい。またこの他に、メチルアルミノキサンなどのアルミノキサン類なども使用できる。
【0031】
触媒の形成方法としては、上記成分(I)と成分(II)及び必要に応じて成分(III)を接触させて触媒とする。なお、その接触方法は触媒を形成することができる方法であれば特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、特開2000-103807号公報、特開2002-284817号公報、特開2005-132979号公報、特開2015-83626号公報などに開示されている方法が挙げられる。
【0032】
また、成分(I)、(II)及び(III)の使用量は、任意である。例えば、成分(I)の使用量は、成分(II)1gに対して、0.1μmol~10mmolであってよく、1.0μmol~1mmolの範囲であってもよい。成分(III)の使用量は、成分(II)1gに対し、0.01μmol~1000mmolであってよく、0.5μmol~50mmolの範囲であってもよい。さらに、本発明にて使用される触媒は、予めオレフィンを接触させて少量重合させることからなる予備重合処理を付してもよい。
【0033】
(ii)重合プロセス
樹脂(A)を製造するための重合プロセスは、スラリー法、バルク法、気相法など任意の重合方法を用いることができる。バルク法と気相法の中間的な条件として、超臨界条件を用いることも可能であるが、実質的には気相法と同等であるため、特に区別することなく気相法に含める。(α2)は、(α1)と比較すると炭化水素などの有機溶媒や液化プロピレンに溶けやすいため、(α2)の製造に際しては気相法を用いてもよい。
(α1)の製造に対しては、上記いずれのプロセスを用いても特に問題はないが、比較的結晶性の低い(α1)を製造する場合には、反応器への生成物の付着などの問題を避けるために気相法を用いてもよい。
従って、樹脂(A)の製造方法として連続法を用いる場合、先ず成分(α1)をバルク法もしくは気相法にて重合し、引き続き成分(α2)を気相法にて重合する方法が挙げられる
【0034】
(iii)その他の重合条件
重合条件は、当業者に公知の条件をモノマーに応じて設計することができる。具体的な反応条件や反応環境においては、特開2013-67789号公報に記載の方法などを参照することができる。
具体的に重合条件の例を挙げると、重合温度は、通常用いられている温度範囲であれば、特に問題なく用いることができる。具体的には、0℃~200℃、より好ましくは40℃~100℃の範囲を用いることができる。
重合圧力は、選択するプロセスによって最適な圧力には差異が生じるが、通常用いられている圧力範囲であれば、特に問題なく用いることができる。具体的には、大気圧に対する相対圧力で0MPaより大きく200MPaまで、より好ましくは0.1MPa~50MPaの範囲を用いることができる。この際窒素などの不活性ガスを共存させてもよい。
第1工程で(α1)、第2工程で(α2)を製造する逐次重合を行う場合、第2工程にて系中に添加剤を追加してもよい。プロピレン-エチレンブロック共重合体を製造する場合には、第2工程のエチレン-プロピレンランダム共重合を行う反応器に添加剤として例えば重合抑制剤を添加すると、得られるパウダーの粒子性状(流動性など)やゲルなどの製品品質を改良することができる。この手法については、各種技術検討がなされており、一例として、特公昭63-54296号、特開平7-25960号、特開2003-2939号などの公報に記載の方法を例示することができる。
【0035】
(iv)ブロック共重合体(a-1)の製造
樹脂(A)がブロック共重合(a-1)を含む場合、逐次重合により得ることができる。ブロック共重合体(a-1)は、第1工程と第2工程でエチレン含量が異なる成分を逐次重合したブロック共重合体を含むため、これを原料とした3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、低収縮性、発泡を抑制し滑らかでソフトな触感、積層樹脂間接着力の向上、さらには高い衝撃強度などを発現することが可能であると考えられる。また、反応器壁面等への反応生成物の付着などの問題を防止するなどのために、先に(α1)を重合し、次いで(α2)を重合する方法を用いてもよい。逐次重合を行う際には、バッチ法と連続法のいずれを用いることも可能である。一般的には生産性の観点から連続法を用いる。
【0036】
バッチ法の場合には、時間と共に重合条件を変化させることにより、単一の反応器を用いても(α1)と(α2)を重合することが可能である。本発明の効果を阻害しない限り、複数の反応器を並列に接続して用いてもよい。
連続法の場合には、(α1)と(α2)を個別に重合する必要から2個以上の反応器を直列に接続した製造設備を用いる必要があるが、本発明の効果を阻害しない限り(α1)と(α2)のそれぞれについて複数の反応器を直列及び/又は並列に接続して用いてもよい。
【0037】
(v)樹脂組成物(a-2)の製造
樹脂(A)が樹脂組成物(a-2)を含む場合、上記方法により(α1)及び(α2)を個別に製造し、それらを混合することで樹脂組成物(a-2)とすることができる。(α1)及び(α2)の混合は、当業者に公知の手段を用いることができ、通常、タンブラー、Vブレンダー、リボンブレンダー、スーパーミキサーなどの混合機器を用いて行われる。溶融混練を行う場合は、通常、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー、スーパーミキサー(インバータ・ゲレーションタイプ)、撹拌造粒器などの混練機器を用いて(半)溶融混練し、造粒する。
【0038】
(vi)配合量
樹脂(A)の配合量は、樹脂(A)及び充填材(B)の合計量100重量%に対して、40重量%~99重量%、好ましくは45重量%~98重量%、さらに好ましくは50重量%~95重量%、特に好ましくは55重量%~90重量%である。樹脂(A)の配合量が40重量%以上であると、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、衝撃強度や造形性を十分に高めることができると考えられる。一方、99重量%以下であることで、剛性を保つことができ、造形物の強度の向上につながると考えられる。
【0039】
2.充填材(B)
充填材(B)は、無機フィラー又は有機フィラーの少なくとも1種である。充填材としては、一般に樹脂用のフィラーとして用いられるものであれば用いることができる。また、リサイクルされた樹脂用のフィラーも用いることができる。充填材の具体的な例としては、ガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー、硼酸アルミニウムウィスカー、アルミナ繊維、セラミック繊維、石コウ繊維、金属繊維などの繊維状無機充填材、シリカ、タルク、マイカ、クレー、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、パイロフィライト、ベントナイト、モンモリロナイト、アルミノシリケート、アルミナ、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、ガラスビーズ、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素などの非繊維状無機充填材又はこれらの焼成品、木粉、セルロースパウダー、セルロース繊維などの有機フィラーが挙げられる。充填材としては、これらを2種以上併用してもよい。充填材(B)としては、タルク、炭酸カルシウム、焼成カオリン、ガラス繊維、木粉、セルロースパウダー、炭素繊維及びセルロース繊維から選択される少なくとも1種を用いることが好ましく、ガラス繊維を用いることがより好ましい。
【0040】
また、充填材(B)は、予め樹脂に比較的高濃度に含有させた所謂マスターバッチとした形で使用することもできる。マスターバッチに使用する樹脂(マトリックス樹脂)としては、樹脂(A)や(α1)、(α2)以外にも例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)樹脂や低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリエチレンワックス等のポリエチレン樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリル-エチレン-スチレン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、アクリロニトリル-スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアミド(PA、ナイロン)樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、フッ化樹脂、液晶ポリマー、オレフィン-ビニルアルコール共重合体、アイオノマー樹脂、ポリアリレート樹脂等が挙げられる。そして、目的に応じて、これらから選択される少なくとも1種を使用することができる。
【0041】
上記した樹脂の中でも、樹脂(A)と相溶性に優れる高密度ポリエチレン(HDPE)樹脂や低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリエチレンワックス等のポリエチレン樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、エチレン-プロピレン共重合体からなる群から選択される少なくともいずれかをマトリックス樹脂に用いると、3次元造形物を造形する際にフィラーが均一に分散し3次元造形物の変形、特に反り等の抑制による良好な形状精度及び積層樹脂間接着力向上の効果が得られやすいと考えられる。そのため、マトリックス樹脂は樹脂(A)であってもよい。
【0042】
マスターバッチとして使用する場合、マスターバッチに含まれる充填材の濃度は、特に限定されないが、マスターバッチ全体100重量%に対して10~90重量%であってよく、20~80重量%であってよく、50~70重量%であってもよい。また、マトリックス樹脂は、特に限定されないが、マスターバッチ全体100重量%に対して10~90重量%であってよく、20~80重量%であってよく、30~50重量%であってもよい。充填材の濃度が10重量%以上であれば、3次元造形物の変形、特に反り等の抑制による良好な形状精度及び積層樹脂間接着力維持の効果を得られると考えられる。充填材の濃度が90重量%以下であると、3次元造形物を造形する際にフィラーを均一に分散させ、色ムラなどの外観不良や3次元造形物の反りの発生を抑制することに優位であると考えられる。
【0043】
充填材(B)がマスターバッチの形で使用され、かつそのマトリックス樹脂が樹脂(A)以外の樹脂の場合、マトリックス樹脂の配合量は、樹脂(A)の量100重量部に対して、0重量部~150重量部であってよく、0.01重量部~100重量部であってよく、0.5重量部~50重量部であってよく、1重量部~20重量部であってもよい。配合量が150重量部以下であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の反り等の抑制による形状精度や積層樹脂間接着力の強度などが低下しにくいと考えられる。以下、特に好ましい充填材(B)について詳細に説明する。なお、充填材(B)は、1種類でも2種類以上を併用してもよい。
【0044】
(i)無機フィラー
(i-1)ガラス繊維
ガラス繊維としては、特に限定されず用いることができる。繊維に用いられるガラスの種類としては、例えば、Eガラス、Cガラス、Aガラス、Sガラスなどを挙げることができ、中でもEガラスが好ましい。ガラス繊維の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の各種製造方法にて製造される。
また、ガラス繊維は、ガラス繊維強化プラスチックから回収したガラス繊維を使用することができる。具体的には、化学工学会第29回秋期大会研究発表講演要旨集,第3分冊,171頁,1996年、特開2008-106183号公報、特開2011-184275号公報などで開示される手法で回収されたガラス繊維が挙げられるが、これらに限定されず公知の手法で回収されたガラス繊維を使用することができる。
該ガラス繊維の繊維径は3.0μm~25.0μmのものが好ましく、6.0μm~20.0μmのものがより好ましい。また、その長さは1.0mm~20.0mmとすることが好ましい。この繊維径や長さは、顕微鏡やノギスなどにより測定された値より求められる。
繊維径が3.0μm以上であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の製造、造形時などにおいて該ガラス繊維が折損しにくく、25.0μm以下であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度の各向上効果などが維持されると考えられる。
また、繊維長は、使用するガラス繊維にもよるが、デジタル顕微鏡で測定したときの平均の長さが1.0mm~15.0mmとすることがより好ましく、1.5mm~10.0mmとすることがさらに好ましい。1.0mm以上であれば3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性や剛性・衝撃強度などの物性を低下させにくく、一方、20.0mm以下であれば、造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)を低下させにくいと考えられる。なお、この場合の繊維長とは、ガラス繊維をそのまま原料として用いる場合における長さを表す。但し、後記する溶融押出加工して連続した多数本のガラス繊維を集合一体化した、ガラス繊維含有ペレットの場合はこの限りではなく、通常ロービング状のものを用いる。なお、ガラス繊維は2種以上併用することもできる。
【0045】
ガラス繊維は、表面処理されたものも無処理のものもいずれも用いることができるが、ポリプロピレン系樹脂への分散性を向上させるなどのため、有機シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤、ジルコネートカップリング剤、シリコーン化合物、高級脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステルなどによって表面処理されているものを用いることが好ましい。
表面処理に使用する有機シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、チタネートカップリング剤としては、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N-アミノエチル)チタネートなどが挙げられる。また、アルミネートカップリング剤としては、例えば、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートなどを挙げることができる。また、ジルコネートカップリング剤としては、例えば、テトラ(2,2-ジアリルオキシメチル)ブチル、ジ(トリデシル)ホスフィトジルコネート;ネオペンチル(ジアリル)オキシ、トリネオデカノイルジルコネートが挙げられる。また、上記シリコーン化合物としては、シリコーンオイル、シリコーン樹脂などが挙げられる。
【0046】
さらに、表面処理に使用する高級脂肪酸としては、例えば、オレイン酸、カプリン酸、ラウリル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、カレイン酸、リノール酸、ロジン酸、リノレン酸、ウンデカン酸、ウンデセン酸などが挙げられる。また、高級脂肪酸金属塩としては、炭素数9以上の脂肪酸、例えば、ステアリン酸、モンタン酸などのナトリウム塩、リチウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩、アルミニウム塩などが挙げられる。中でも、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、モンタン酸カルシウム、モンタン酸ナトリウムが好適である。また、脂肪酸エステルとしては、グリセリン脂肪酸エステルなどの多価アルコール脂肪酸エステル、アルファスルホン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリエチレン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルなどが例示される。
上記表面処理剤の使用量は、特に制限されるわけではないが、ガラス繊維100重量部に対して0.01重量部~5重量部であってよく、0.1重量部~3重量部であってもよい。
【0047】
また、該ガラス繊維は、集束剤で集束(表面)処理されたものを用いてもよく、集束剤の種類としては、エポキシ系集束剤、芳香族ウレタン系集束剤、脂肪族ウレタン系集束剤、アクリル系集束剤及び無水マレイン酸変性ポリオレフィン系集束剤などが挙げられる。
これらの集束剤は、ポリプロピレン系樹脂との溶融混練において融解する必要があるため、200℃以下で溶融するものであってよい。
【0048】
該ガラス繊維は、繊維原糸を所望の長さに裁断した、所謂チョップドストランド状ガラス繊維として用いることもできる。3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、剛性・衝撃強度の各向上効果をより高めるなどのため、このチョップドストランド状ガラス繊維を用いることが好ましい。
【0049】
また、これらのガラス繊維は、マスターバッチとして予め樹脂(A)や上記樹脂と任意の量関係で溶融押出加工して連続した多数本のガラス繊維を集合一体化したペレットとし、且つ、該ペレット中におけるガラス繊維長さが実質的に、該ペレットの一辺(押出方向)の長さと同じである、「ガラス繊維含有ペレット」として用いてもよく、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性をより高める点などからより好ましい。この場合、「実質的に」とは、具体的には、ガラス繊維含有ペレット中のガラス繊維の個数全体を基準として、50%以上、好ましくは90%以上において、その長さがガラス繊維含有ペレットの長さ(押出方向)と同じであって、該ペレット調製の際に繊維の折損を殆ど受けないことを意味する。
こういったガラス繊維含有ペレットの製造方法は、特に制限されないが、例えば、樹脂押出機を用い、連続した多数本のガラス繊維を繊維ラックからクロスヘッドダイを通して引きながら、任意の量の樹脂(A)と、溶融状態で溶融押出加工(含浸)して多数本のガラス繊維を集合一体化する方法(引抜成形法)がある。繊維の折損を殆ど受けないことから、ガラス繊維含有ペレットの製造方法は引抜成形法であってもよい。
【0050】
該ガラス繊維含有ペレットに含まれるガラス繊維の長さ(押出方向)は、使用するガラス繊維にもよるが、1.0mm~20.0mmであることが好ましく、より好ましくは1.5mm~15.0mm、さらに好ましくは2.0mm~10.0mmである。1.0mm以上であれば3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性を低下させにくく、20.0mm以下であれば造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)を低下させにくいと考えられる。
ガラス繊維の長さの求め方は、特に限定されない。なお、後述する3次元造形用樹脂組成物中に存在するガラス繊維の平均長さの求め方と同様であってよい。
【0051】
また、該ガラス繊維含有ペレットにおいて、ガラス繊維の含有量は、該ペレット全体100重量%に対して、10重量%~70重量%であることが好ましく、20重量%~60重量%であることがより好ましく、30重量%~50重量%であることがより好ましい。
ガラス繊維の含有量が10重量%以上であるガラス繊維含有ペレットを用いた場合、形状精度、及び、剛性に優れた3次元造形物が得られ、70重量%以下であるものを用いた場合には、3次元造形のため樹脂Aと均一ブレンドした際に比重差によるペレット同士の分級が起きにくく、フィラーの濃度ムラのない色目、及び、剛性が均一な3次元造形物を得るために好ましいと考えられる。
【0052】
(i-2)炭素繊維
炭素繊維としては、その寸法や種類は特に限定されず、微細炭素繊維とも称される例えば繊維径が500.0nm以下の極細のものも含め用いることができるが、その繊維径は、2.0μm~20.0μmであってよく、3.0μm~15.0μmであってもよい。繊維径が2.0μm以上であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の製造、造形時などにおいて該炭素繊維が折損し易くなりにくく、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性の各向上効果などが低下しにくいと考えられる。
また、繊維径が20.0μm以下であれば3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度の各向上効果などが低下しにくいと考えられる。
ここで、繊維径の測定方法は公知の方法であり、例えば、JIS R7607(旧JIS R7601)や顕微鏡観察法が挙げられる。また、該炭素繊維の繊維長は、1.0mm~20.0mmであってよく、3.0mm~10.0mmであってもよい。
なお、この場合の繊維長とは、炭素繊維をそのまま原料として用いる場合における長さを表す。但し、後記する溶融押出加工して連続した多数本の炭素繊維を集合一体化した、「炭素繊維含有ペレット」の場合はこの限りではなく、通常ロービング状のものを用いる。繊維長が1.0mm以上であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の製造後や造形後における最終繊維長がより短くなりすぎることがなく、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性や剛性・衝撃強度などの物性を低下させにくく、20.0mm以下であれば、造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)を低下させにくいと考えられる。なお、炭素繊維は2種以上併用することもできる。
【0053】
炭素繊維の種類としては、上記の様に特に限定されないが、例えばアクリロニトリルを主原料とするPAN(ポリアクリロニトリル)系炭素繊維、タールピッチを主原料とするピッチ系炭素繊維、さらにはレーヨン系炭素繊維などが挙げられ、いずれも好適に用いられる。これらの繊維の本発明に対する適性はいずれも高いがどちらかといえばその組成純度や均一性などの観点からPAN系炭素繊維が好ましい。なお、これらは各々を単独使用してもよく、併用してもよい。なお、これらの炭素繊維の製造方法は特に限定されない。
炭素繊維の具体例としては、PAN系炭素繊維では、三菱レイヨン社製商品名「パイロフィル」、東レ社製商品名「トレカ」、東邦テナックス社製商品名「ベスファイト」などを挙げることができ、ピッチ系炭素繊維では、三菱樹脂社製商品名「ダイアリード」、大阪ガスケミカル社製商品名「ドナカーボ」、呉羽化学社製商品名「クレカ」などを挙げることができる。
また、炭素繊維は、炭素繊維強化プラスチックから回収した炭素繊維を使用することができる。具体的には、特開平7-33904号公報、特開2013-64219号公報、特開2017-2125号公報、特開2019-136932号公報などで開示される手法で回収された炭素繊維が挙げられるが、これらに限定されず公知の手法で回収された炭素繊維を使用することができる。
【0054】
炭素繊維は、通常200GPa~1000GPa程度の引張弾性率を有するが、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の強度や経済性などから本発明においては、200GPa~900GPaのものを用いてもよく、200GPa~300GPaのものを用いてもよい。
また、炭素繊維は、通常1.7g/cm~5.0g/cm程度の密度を有するが、軽量性や経済性などから1.7g/cm~2.5g/cmの密度を有するものを用いてもよい。
ここで、引張弾性率及び密度の測定方法は夫々公知の方法であり、例えば引張弾性率の測定方法はJIS R7606が挙げられ、同様に密度の測定方法は、例えばJIS R7603が挙げられる。
【0055】
これらの炭素繊維は、繊維原糸を所望の長さに裁断した、所謂チョップド(ストランド状)カーボンファイバー(以下、単にCCFともいう)として用いる事もでき、また必要に応じて、各種集束剤を用いて集束処理されたものであってもよい。3次元造形用樹脂組成物及びその造形物における、低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性の各向上効果などをより高めるため、このCCFを用いてもよい。
この様なCCFの具体例としては、PAN系炭素繊維では、三菱レイヨン社製商品名「パイロフィルチョップ」、東レ社製商品名「トレカチョップ」、東邦テナックス社製商品名「ベスファイトチョップ」などを挙げることができ、ピッチ系炭素繊維では、三菱樹脂社製商品名「ダイアリードチョップドファイバー」、大阪ガスケミカル社製商品名「ドナカーボチョップ」、呉羽化学社製商品名「クレカチョップ」などを挙げることができる。
【0056】
また、これらの炭素繊維は、マスターバッチとして予め任意量の樹脂(A)や上記樹脂と任意の量関係で、溶融押出加工して連続した多数本の炭素繊維を集合一体化したペレットとし、且つ、該ペレット中における炭素繊維長さが実質的に、該ペレットの一辺(押出方向)の長さと同じである、「炭素繊維含有ペレット」として用いることが、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、剛性・衝撃強度などの物性をより高める点などから挙げられる。この場合、「実質的に」とは、具体的には、炭素繊維含有ペレット中の炭素繊維の個数全体を基準として、50%以上、好ましくは90%以上において、その長さが炭素繊維含有ペレットの長さ(押出方向)と同じであって、該ペレット調製の際に繊維の折損を殆ど受けないことを意味する。
こういった炭素繊維含有ペレットの製造方法は、特に制限されないが、例えば、樹脂押出機を用い、連続した多数本の炭素繊維を繊維ラックからクロスヘッドダイを通して引きながら、任意量の樹脂(A)と、溶融状態で溶融押出加工(含浸)して多数本の炭素繊維を集合一体化する方法(引抜成形法)が挙げられる。繊維の折損を殆ど受けないことから、炭素繊維含有ペレットの製造方法は引抜成形法であってもよい
【0057】
該炭素繊維含有ペレットの長さ(押出方向)は、使用する炭素繊維にもよるが、1.0mm~20.0mmであってよい。1.0mm以上であれば3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性を低下させにくく、20.0mm以下であれば造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)を低下させにくいと考えられる。
また、該炭素繊維含有ペレットにおいて、炭素繊維の含有量は、該ペレット全体100重量%に対して、10重量%~70重量%であることが好ましい。
炭素繊維の含有量が10重量%以上である炭素繊維含有ペレットを用いた場合、形状精度、及び、剛性に優れた3次元造形物が得られ、70重量%以下であるものを用いた場合には、3次元造形のため樹脂Aと均一ブレンドした際に比重差によるペレット同士の分級が起きにくく、フィラーの濃度ムラのない色目、及び、剛性が均一な3次元造形物を得るために好ましいと考えられる。
【0058】
(i-3)ウィスカー
ウィスカーとしては、種類などを特に限定されず用いることができるが、その具体例としては、塩基性硫酸マグネシウム繊維(マグネシウムオキシサルフェート繊維)、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、炭酸カルシウム繊維などが挙げられ、この中で、塩基性硫酸マグネシウム繊維(マグネシウムオキシサルフェート繊維)、チタン酸カリウム繊維、炭酸カルシウム繊維が好ましく、塩基性硫酸マグネシウム繊維(マグネシウムオキシサルフェート繊維)がとりわけ好ましい。
該ウィスカーの繊維径は特に限定されないが、1.0μm以下であってよい。また、その繊維長も、特に限定されないが、0.1μm~100.0μmであってよく、0.5μm~50.0μmであってよく、1.0μm~20.0μmであってもよい。
繊維径が1μm以上であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度向上効果の低下などが起きにくいと考えられる。繊維径の測定方法は公知の方法であり、例えば、顕微鏡観察法が挙げられる。なお、ウィスカーは2種以上併用することもできる。
【0059】
ウィスカーの製造方法は、特に限定されたものではなく、公知の各種製造方法にて製造される。例えば、塩基性硫酸マグネシウム繊維の場合、水酸化マグネシウムと硫酸マグネシウムを原料に、水熱合成するなどの方法で製造する。
また、ウィスカーは一般に微細粉状である場合が多いが、混合作業性を高めるなどの目的で製造された圧縮塊状・顆粒状に固めたものや造粒したものなどの形態のものを用いてもよい。
これらのウィスカーは、樹脂(A)などとの接着性又は分散性を向上させるなどの目的で、各種の表面処理剤、例えば、有機チタネート系カップリング剤、有機シランカップリング剤、不飽和カルボン酸、又はその無水物をグラフトした変性ポリオレフィン、脂肪酸、脂肪酸金属塩及び脂肪酸エステルなどによって表面処理したものを用いてもよい。
【0060】
(i-4)その他の無機充填材
充填材としては、非繊維状の無機化合物を用いることもできる。そのような充填材としては、二酸化ケイ素を主成分に含むものが好ましく用いられており、具体的な例としては、タルク、マイカ、クレー、モンモリナイト、ベントナイトなどが挙げられる。これらの中でも、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度の観点から、タルクを用いることが好ましい。これら無機充填材は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0061】
タルクは、滑石、フレンチチョーク、ステアタイト、ソープストーンなどと称されることもある層状鉱物であり、その組成式は、産地などによって比率が異なるが、例えば、MgSi10(OH)で表される。本発明において充填材として用いることができるタルクとしては、市販のものを選択することができる。
【0062】
タルクの粒径は、特に制限はなく、目的に応じて選択することができるが、3次元造形用樹脂組成物中に均一に混錬されるようにする観点から、平均粒径として1.0μm~100.0μmが好ましく、2.0μm~20.0μmがより好ましく、3.0μm~13.0μmがさらに好ましく、3.0μm~6.0μmが特に好ましい。平均粒径が上記範囲に含まれると、積層樹脂間接着力強度に優れまた反り等が抑制された良好な形状精度の3次元造形物を得られると考えられる。
上記タルクの粒径は、レーザー回折散乱方式粒度分布計などを用いて測定した粒子径メジアン径D50(μm)の値である。具体的な測定装置としては、例えば、堀場製作所製LA-920型が挙げられる。また、市販品のカタログを参照してもよく、日本セラミックス協会規格にしたがった分析方法により測定することもできる。
【0063】
(ii)有機フィラー
有機フィラーとしては、セルロース繊維やアラミド繊維などの繊維、木紛、セルロースパウダーなど公知の有機化合物で樹脂の充填材として用いられているものを使用することができる。なかでも、融点が245℃以上である有機繊維を用いることが挙げられる。融点が245℃以上であれば、有機繊維としては、その種類や寸法などを特に限定されず用いることができる。具体的には、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維、アラミド系繊維などが挙げられ、中でもポリエステル系繊維及びポリアミド系繊維であってもよい。ポリエステル系繊維としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維やポリエチレンナフタレート(PEN)繊維などが挙げられ、ポリアミド系繊維としては、ポリアミド66繊維などが挙げられる。
なお、融点は、JIS K7121に準拠したDSC曲線の融解ピーク温度と定義される。該有機繊維は、2種以上併用してもよく、さらには、該繊維全体100重量%のうち、50重量%未満の木綿などの天然繊維などを含有(綿混紡など)してもよい。
また、該有機繊維の製造方法は、特に限定されたものではなく、公知の各種製造方法にて製造される。
【0064】
これらの有機繊維の単糸繊度は、通常1dtex~20dtexであってよく、2dtex~15dtexであってもよい。また、該有機繊維の総繊度は、通常150dtex~3,000dtexであってよく、250dtex~2000dtexであってもよい。さらに、該有機繊維のフィラメント数は、通常10フィラメント~1,000フィラメントであってよく、50フィラメント~500フィラメントであってもよい。
また、繊維長は、使用する有機繊維の種類にもよるが、1.0mm~20.0mmであってもよい。1.0mm以上であれば3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性を低下させにくく、20.0mm以下であれば造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)を低下させにくいと考えられる。なお、この場合の繊維長とは、有機繊維をそのまま原料として用いる場合における長さを表す。但し、後記する溶融押出加工して連続した多数本の有機繊維を集合一体化した、「有機繊維含有ペレット」の場合はこの限りではなく、通常ロービング状のものを用いる。なお、有機繊維は2種以上併用することもできる。
【0065】
上記した様に、これらの有機繊維は、樹脂(A)などと共に溶融混練されて3次元造形用樹脂組成物となるが、該有機繊維の融点が245℃以上であるため、融点(軟化点)がより低い樹脂(A)などとの間に融解性(融点(軟化点))の差異が十分にある。例えば通常200℃近辺である溶融混練時に、該有機繊維の熱的変形などが十分抑止されることにより、該有機繊維の繊維状形態(アスペクト比)が十分保持されている。その結果、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性などが良好な水準で発現されると考えられる。
【0066】
また、これらの有機繊維は、マスターバッチとして予め任意の量の樹脂(A)や上記樹脂と任意の量関係で、溶融押出加工して連続した多数本の有機繊維を集合一体化したペレットとし、且つ、該ペレット中における有機繊維長さが実質的に、該ペレットの一辺(押出方向)の長さと同じである、「有機繊維含有ペレット」として用いることが、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度の各向上効果などをより高める点などから挙げられる。この場合、「実質的に」とは、具体的には、有機繊維含有ペレット中の有機繊維の個数全体を基準として、50%以上、好ましくは90%以上において、その長さが有機繊維含有ペレットの長さと同じであって、該ペレット調製の際に、繊維の折損を受けないことを意味する。
こういった有機繊維含有ペレットの製造方法は、特に制限されないが、例えば、樹脂押出機を用い、連続した多数本の有機繊維を繊維ラックからクロスヘッドダイを通して引きながら、任意の量の樹脂(A)を溶融状態で溶融押出加工(含浸)して多数本の有機繊維を集合一体化する方法(引抜成形法)が挙げられる。これらの方法で製造すると、繊維の折損を殆ど受けないことから、これらの方法であってもよい。
【0067】
有機繊維含有ペレットの長さは、使用する有機繊維の種類にもよるが、1.0mm~20.0mmとすることが好ましい。1.0mm以上であれば3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度の各向上効果などを低下させにくく、20.0mm以下であれば造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)を低下させにくいと考えられる。
また、有機繊維含有ペレットにおいて、有機繊維の含有割合は、該ペレット全体100重量%に対して、10~70重量%であることが好ましい。
有機繊維の割合が10重量%以上である有機繊維含有ペレットを用いた場合、形状精度、及び、剛性に優れた3次元造形物が得られ、70重量%以下であるものを用いた場合には、3次元造形のため樹脂Aと均一ブレンドした際に比重差によるペレット同士の分級が起きにくく、フィラーの濃度ムラのない色目、及び、剛性が均一な3次元造形物を得るのに好ましいと考えられる。
【0068】
(iii)配合量
充填材(B)の配合量は、樹脂(A)及び充填材(B)の合計量100重量%において、1重量%~60重量%、好ましくは5重量%~55重量%、より好ましくは7重量%~52重量%、さらに好ましくは10重量%~50重量%である。充填材(B)の配合量が1重量%以上であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の低収縮性、耐傷付性、剛性・衝撃強度などの物性などが低下しにくいと考えられる。一方、60重量%以下であれば、造形物の触感(滑らかさ)や積層面の均一性(積層された樹脂の太さのばらつき)が低下しにくいと考えられる
ここで、充填材(B)の配合量は実量であり、例えば、上記ガラス繊維含有ペレットを用いる場合は、該ペレットに含有する充填材(B)の実含有量に基づき算出する。
【0069】
3.その他の成分
3次元造形用樹脂組成物は、樹脂(A)及び充填材(B)以外に他の成分を、本発明の効果を損なわない程度の量で含んでいてもよい。その他の成分として用いられる物の例としては、樹脂(A)又は充填材(B)に該当しない成分であって変性ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、脂肪酸アミド、その他の樹脂等が挙げられる。また、添加剤成分等も挙げられる。これらのその他の成分は、1種類でも2種類以上を併用してもよい。
【0070】
(i)変性ポリオレフィン
変性ポリオレフィンとしては、酸変性ポリオレフィン及び/又はヒドロキシ変性ポリオレフィンを用いることができる。変性ポリオレフィンは、樹脂と充填材のつなぎ剤として機能し、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、低収縮性、耐傷付性、滑らかな触感、剛性・衝撃強度などの物性などの機能をより高度に付与する特徴を有する。該酸変性ポリオレフィンは、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィン共重合体、エチレン-α-オレフィン-非共役ジエン化合物共重合体(EPDMなど)、エチレン-芳香族モノビニル化合物-共役ジエン化合物共重合ゴムなどのポリオレフィンを、例えば、マレイン酸又は無水マレイン酸などの不飽和カルボン酸を用いてグラフト共重合し、変性したものである。このグラフト共重合は、例えば上記ポリオレフィンを適当な溶媒中において、ベンゾイルパーオキシドなどのラジカル発生剤を用いて、不飽和カルボン酸と反応させることにより行われる。また、不飽和カルボン酸又はその誘導体の成分は、ポリオレフィン用モノマーとのランダムもしくはブロック共重合によりポリマー鎖中に導入することもできる。
【0071】
変性のため使用される不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などのカルボキシル基及び必要に応じてヒドロキシル基やアミノ基などの官能基が導入された重合性二重結合を有する化合物が挙げられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、これらの酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩などがあり、その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸ジエチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、フマル酸ジメチルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイン酸ジアミド、フマル酸モノアミド、マレイミド、N-ブチルマレイミド、メタクリル酸ナトリウムなどを挙げることができる。好ましくは無水マレイン酸である。
【0072】
グラフト反応条件としては、公知の条件を用いることができる。例えば、特開2013-67789号公報記載の方法を採用することができる。
【0073】
該酸変性ポリオレフィンの酸変性量(グラフト率という場合がある。)は、特に限定されないが、好ましくは酸変性量が無水マレイン酸換算で、0.05~10重量%、より好ましくは0.07~5重量%である。好ましい酸変性ポリオレフィンとしては、本発明効果の大きさなどの点から、無水マレイン酸変性ポリプロピレンが挙げられる。
【0074】
また、ヒドロキシ変性ポリオレフィンは、ヒドロキシル基を含有する変性ポリオレフィンである。該変性ポリオレフィンは、ヒドロキシル基を適当な部位、例えば、主鎖の末端や側鎖に有していてもよい。
ヒドロキシ変性ポリオレフィンを構成するオレフィン系樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、4-メチルペンテン-1、ヘキセン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセンなどのα-オレフィンの単独又は共重合体、上記α-オレフィンと共重合性単量体との共重合体などが例示できる。
【0075】
好ましいヒドロキシ変性ポリオレフィンには、ヒドロキシ変性ポリエチレン(例えば、低密度、中密度又は高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体など)、ヒドロキシ変性ポリプロピレン(例えば、アイソタクチックポリプロピレンなどのポリプロピレンホモポリマー、プロピレンとα-オレフィン(例えば、エチレン、ブテン、ヘキサンなど)とのランダム共重合体、プロピレン-α-オレフィンブロック共重合体など)、ヒドロキシ変性ポリ(4-メチルペンテン-1)などが例示できる。上記反応性基を導入するための単量体としては、例えば、ヒドロキシル基を有する単量体(例えば、アリルアルコール、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなど)が例示できる。
ヒドロキシル基を有する単量体による変性量は、ヒドロキシ変性ポリオレフィン100重量%に対して、0.1~20重量%、好ましくは0.5~10重量%である。ヒドロキシ変性ポリオレフィンの平均分子量は特に限定されない。該ヒドロキシ変性ポリオレフィンは、例えば低分子量系の場合、共役ジエンモノマーをアニオン重合などの公知の方法により重合させ、それを加水分解して得たポリマーを水素添加する方法で得ることができる。
【0076】
変性ポリオレフィンの配合量は、樹脂(A)と充填材(B)との合計量100重量部に対して、0重量部~10重量部であってよく、0.01重量部~7重量部であってよく、0.5重量部~5重量部であってよく、1重量部~3重量部であってもよい。配合量が10重量部以下であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の、触感、衝撃強度や経済性などが低下しにくいと考えられる。
【0077】
(ii)熱可塑性エラストマー
熱可塑性エラストマーとしては、(α2)以外のオレフィン系エラストマー及びスチレン系エラストマーから選択される少なくとも1種を用いることができる。熱可塑性エラストマーを用いることで、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、低収縮性、ソフトな触感及び高い衝撃強度などの機能をさらに付与することができるため好ましい。オレフィン系エラストマーとしては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(EPR)、エチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)、エチレン・ヘキセン共重合体エラストマー(EHR)、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)などのエチレン・α-オレフィン共重合体エラストマー;エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・イソプレン共重合体などのエチレン・α-オレフィン・ジエン三元共重合体エラストマーなどを挙げることができる。
また、スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン・ブタジエン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SBS)、スチレン・イソプレン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SIS)、スチレン-エチレン・ブチレン共重合体エラストマー(SEB)、スチレン-エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(SEP)、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SEBS)、スチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(SEBC)、水添スチレン・ブタジエンエラストマー(HSBR)、スチレン-エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEPS)、スチレン-エチレン・エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEEPS)、スチレン-ブタジエン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SBBS)などを挙げることができる。さらに、エチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(CEBC)などの水添ポリマー系エラストマーなども挙げることができる。中でも、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)及び/又はエチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)を使用すると、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、低収縮性、触感及び衝撃強度などの性能がより優れ、経済性にも優れる傾向にあることなどの点から好ましい。熱可塑性エラストマーは2種以上を併用することもできる。
【0078】
熱可塑性エラストマーとしては、(1)密度が0.86g/cm~0.92g/cmであること、及び(2)MFR(230℃、2.16kg荷重)が0.5g/10分~100g/10分であることを満足する熱可塑性エラストマーであってよい。
【0079】
熱可塑性エラストマーの配合量は、樹脂(A)と充填材(B)との合計量100重量部に対して、0重量部~40重量部であってよく、3重量部~23重量部であってよく、5重量部~18重量部であってもよい。熱可塑性エラストマーの配合量が40重量部以下であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の耐熱性(熱変形温度)が低下にくく、耐傷付性などが低下しにくいと考えられる。
【0080】
(iii)脂肪酸アミド
脂肪酸アミドとしては、一般式:RCONH [ここで、Rは、炭素数10~25の直鎖状脂肪族炭化水素基を表す]で示される脂肪酸アミドを用いることができる。脂肪酸アミドは、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物において、表面の摩擦を低減するなどして耐傷付性及び耐摩耗性どの機能を付与し、白化傷跡を低減する効果を有する。
脂肪酸アミドとして具体的には、例えば、ラウリン酸アミド、ミリスチン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミドなどの飽和脂肪酸のアミド、オレイン酸アミド、リノール酸アミド、リノレン酸アミド、エルカ酸アミド、アラキドン酸アミド、エイコサペンタエン酸アミド、ドコサヘキサエン酸アミドなどの不飽和脂肪酸のアミドが例示される。これらの中では、不飽和脂肪酸アミドであってよく、中でもエルカ酸アミド、オレイン酸アミドなどのモノ不飽和脂肪酸アミドであってもよい。
【0081】
脂肪酸アミドの配合量は、樹脂(A)と充填材(B)との合計量100重量部に対して、0~3重量部であってよく、0.01重量部~2重量部であってよく、0.05重量部~1重量部であってよく、0.1重量部~0.5重量部であってもよい。脂肪酸アミドの配合量が3重量部以下であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の剛性及び経済性などが低下しにくいと考えられる。
【0082】
(iv)その他の樹脂
上記(i)~(iii)以外の樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。また、上記ポリオレフィン系樹脂を主成分とする共重合体やグラフト樹脂やブレンド樹脂、例えば、エチレン-塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル-エチレン共重合体、酢酸ビニル-塩化ビニル共重合体、ウレタン-塩化ビニル共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体などを挙げることができる。
これらの樹脂のうち、本発明の3次元造形用樹脂組成物の物性バランスなどをより向上させる観点から、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂が好ましく、ポリプロピレン系樹脂(ただし、いずれも(α1)及び(α2)とは異なる)が挙げられる。また、ポリプロピレン系樹脂では、本発明に該当しないプロピレン単独重合体、プロピレン-α-オレフィンランダム共重合体及びプロピレン・α-オレフィンブロック共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種のポリプロピレン系樹脂(ただし、いずれも(α1)及び(α2)とは異なる)が挙げられる。
【0083】
その他の樹脂の配合量は、樹脂(A)の量100重量部に対して、0重量部~150重量部であってよく、0.01重量部~100重量部であってよく、0.5重量部~50重量部であってよく、1重量部~20重量部であってもよい。配合量が150重量部以下であれば、3次元造形用樹脂組成物及びその造形物の形状精度や積層樹脂間接着力の強度などが低下しにくいと考えられる。
【0084】
(v)添加剤
3次元造形用樹脂組成物には、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、上記その他の成分に加えて、従来公知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤、着色剤、顔料、架橋剤、発泡剤、核剤、難燃剤、分散剤及び導電材等の3次元造形物用の樹脂に通常用いられる添加剤を更に配合してもよい。これらの添加剤の使用は、造形の用途に合わせて適宜選択される。添加剤の配合割合は、各添加剤の用途に合わせて適した量を用いることができる。
【0085】
4.3次元造形用樹脂組成物の製造方法
3次元造形用樹脂組成物は、上記樹脂(A)及び充填材(B)と、必要に応じて他の成分又は添加剤を加えたものを、公知の手段により混錬することで得ることができる。混錬の方法は、(a-2)を調製するために用いられる手法と同様の手法を用いることができる。
【0086】
3次元造形用樹脂組成物の製造においては、溶融混練する混練工程を経て得られた溶融混錬樹脂組成物又はそのペレット中、あるいは造形物中に存在する充填材(B)がガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、及び、ポリアミド繊維、セルロース繊維などの有機繊維の場合、充填材(B)の平均長さが0.1mm以上20.0mm以下となるような複合化方法にて製造することが好ましく、より好ましくは0.2mm以上8.0mm以下、更に好ましくは0.4mm以上2.0mm以下である。平均長さが0.1mm以上であると、強度に優れ反り等が抑制された形状精度がよい3次元造形物を得るのに好ましく、また、平均長さが20.0mm以下であると3次元造形物製造装置への原料供給の安定性や積層する樹脂の太さが安定するため好ましい。
【0087】
ここで、溶融混錬樹脂組成物又はそのペレット中、あるいは造形物中に存在する充填材(B)の平均長さとは、デジタル顕微鏡によって測定された値を用いて平均を算出した値を意味する。求める方法は特に限定されないが、その具体的な測定は、例えば充填材(B)がガラス繊維及び炭素繊維の場合、高温の電気炉内にて3次元造形用樹脂組成物あるいは造形物に含まれる樹脂部分を焼却によって除去した後、得られる残渣である灰化したガラス繊維及び炭素繊維を界面活性剤含有水に混合し、該混合水液を薄ガラス板上に滴下拡散した後、デジタル顕微鏡(キーエンス社製VHX-900型)を用いて各繊維長さを測定しその平均値を算出する方法が挙げられる。
【0088】
また、好ましい製造方法としては、例えば2軸押出機による溶融混練において、例えば樹脂(A)と必要に応じてその他の成分を十分に溶融混練した後、充填材(B)をサイドフィード法などによりフィードし、繊維の折損を最小限に留めながら、集束繊維を分散させるなどの方法が挙げられる。
また、例えば各々の成分を供給して、スーパーミキサー(インバータ・ゲレーションタイプ)内で高速撹拌してこれらを半溶融状態とさせながら混合物中の充填材(B)を混練するいわゆる撹拌造粒方法も繊維の折損を最小限に留めながら繊維を分散させ易いので好ましい製造方法の一つである。
さらに、予め充填材(B)を除く各々の成分を押出機などで溶融混練してペレットと成し、該ペレットと上記のガラス繊維含有ペレットや炭素繊維含有ペレットなどの所謂「繊維含有ペレット」とを混合することにより3次元造形用樹脂組成物とする製造方法も上記同様の理由などで好ましい製造方法の一つである。
以上の通り、3次元造形用樹脂組成物の製造方法としては、混練工程において、充填材(B)以外の成分を混練した後に、充填材(B)を加える方法を挙げることができ、容易な製造方法により3次元造形用樹脂組成物を製造することができる。
【0089】
3次元造形用樹脂組成物の製造においては、溶融混練する混練工程を経て得られた溶融混錬樹脂組成物又はそのペレット中、あるいは造形物中に存在する充填材(B)がタルク、マイカ及びモンモリロナイトのように形状が板状の充填材の場合、充填材(B)の平均径は、原料と溶融混錬樹脂組成物又はそのペレットとにほぼ変化しないことから、上述の(i-4)その他の無機充填材においてタルクのサイズとして記載した平均径であってよい。この平均径の求め方は、上述のとおりである。
【0090】
混錬された樹脂や溶融混錬樹脂組成物は、ペレット状で用いることができるが、さらにフィラメント状に加工されていてもよい。3次元造形物用の樹脂のフィラメントは、当技術分野において公知の任意の方法によって形成することができる。たとえば、3次元造形用樹脂組成物のペレットを押出機に供給し、共重合体の融解ピーク温度より高い温度で溶融した状態でダイを通して押し出し、続いて冷却することで所望の直径のフィラメントを形成することができる。フィラメントは押し出すダイの径によって任意の直径のフィラメントとして得ることができるが、フィラメントの直径は1.5mm~3.1mmの範囲であってよい。
【0091】
得られたペレット又はフィラメントはそのままの状態で3次元造形用の樹脂として用いることができるが、さらに乾燥により調整された(conditioned)状態であってもよい。「調整された」とは、一定以上の時間、減圧かつ加熱状態で処理されて乾燥した状態であることを意味する。調整の条件としては、フィラメントが溶融又は変形しない環境であれば特に制限されないが、24時間以上、20mm/Hg~25mm/Hgの減圧下で、55℃~65℃の環境に置くことが挙げられる。またここで「調整されていない(unconditioned)」というときは、常温・常圧で保存されている状態であることを意味し、特に1週間以上その状態であることを意味する。
【0092】
3次元造形用樹脂組成物は、溶融樹脂押出法によって物品を作製するために使用することができる。これにより、3次元造形用樹脂組成物を含む物品を、3次元造形技術を使用して造形することができる。3次元造形による物品の製造方法は、3Dプリンタを用いて3次元造用樹脂組成物を複数の層に堆積して、物品を形成する工程を含む。
【0093】
溶融樹脂押出法では、融着フィラメントによる造形を行うことができる。この方法では、上記共重合体を含むフィラメントは、十分な温度に加熱されたダイを通して供給される。加熱温度は上記共重合体の融点以上の温度であり、フィラメントを溶融するのに十分な温度であれば特に制限されない。上記共重合体を含むことで、加熱温度を比較的低温に抑えることができる。溶融フィラメントは、ダイから出て多層形状に堆積され、所望の物品を形成する。堆積速度の制御は、フィラメントの供給速度、断面寸法並びにダイヘッド及び/又は物品の運動速度を変えることによって行うことができる。したがって本発明の一態様は、3次元造形用樹脂組成物が、融着フィラメント堆積による1つ以上の線の堆積によって成型されている、3D印刷物品に関する。
【0094】
3次元造形による物品の製造は、ペレット状の3次元造形用樹脂組成物を、直接押し出し機を用いて造形することによっても行うことができる。この方法では、加熱された押し出し機に上記ペレットを導入し、押し出し機から線状に溶融した3次元造形用樹脂組成物を押し出すことで多層形状に堆積させ、所望の物品が形成される。
【0095】
3次元造形による物品の製造では、積層する材料が造形装置と接する基板(台座)に起因する部品の反りを抑制したり、当該基板との接着性を向上したりするため、当該基板に対して接着剤を塗布するか、又は養生テープを貼る等の被覆を積層前に行ってもよい。接着剤の例としては、DIMA 3D製 商品名:Dimafix(登録商標)やAprintaPro GmbH製 商品名:Printafix(登録商標)、3DLCA製 商品名:3DLCAなどの既知の接着剤が挙げられる。養生テープの例としては東レ・デュポン株式会社製 商品名:Kaptonテープなどの耐熱性ポリイミドフィルム、3M製 商品名:Scotch Painter’s Tape、ダイヤテックス株式会社 商品名:パイオランテープ、ホッティーポリマー株式会社製 商品名:3Dプリンタ用HPフィラメント(R)スーパーフレキシブルタイプ専用ビルドテープなどの既知のテープを使用することができる。また、同様の効果を得るため積層する材料と同じ樹脂、例えばポリプロピレンやポリエチレン、ABS製の基盤を使用することもでき、さらに、凹凸を設けた基板に積層することもできる。
【実施例0096】
以下、本発明を実施例によって、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例、比較例で用いた評価方法及び使用樹脂は、以下の通りである。
【0097】
(1)充填材(B)の平均長さ(単位:mm)
3次元造形用樹脂組成物ペレット中に存在する充填材(B)の平均長さは、以下のようにして求めた。
ガラス繊維を含む3次元造形用樹脂組成物ペレット3~7gを雰囲気温度600℃に設定した電気炉(CEM Corporation製Phoenix Microwave Furnace)内に2時間放置して樹脂部分を焼却によって除去した後、得られた残渣を、2.6Lの水にアラビックヤマト糊を2又は3滴混ぜた界面活性剤含有水に混合し、該混合水液を薄ガラス板上に滴下拡散することで観察用のサンプルを作成した。このサンプルを使用して、デジタル顕微鏡(株式会社キーエンス製VHX-900型)を用いて500本以上のガラス繊維の長さを測定し、その平均値を平均長さとして求めた。
また、炭素繊維を含む3次元造形用樹脂組成物については、雰囲気温度450℃、放置時間を40分としたこと以外は、上記ガラス繊維を含む3次元造形用樹脂組成物ペレットと同様に調製を行い、炭素繊維の平均長さを求めた。
【0098】
(2)融解ピーク温度(Tm、単位:℃)
示差走査熱量計(DSC、TAインスツルメント社製「Q2000」)を用いた。試料4.8~5.2gを専用パンに量り取り、測定部にセットした。試料の温度を一旦200℃まで上げて5分間静置した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させ、再び昇温速度10℃/分にて測定した際の、吸熱ピークトップの温度を融解ピーク温度(Tm)とした。単位は℃である。
【0099】
(3)メルトフローレート(MFR、単位:g/10分)
JIS K7210:1999のA法、条件M(230℃、2.16kg荷重)に準拠して測定した。
【0100】
(4)固体粘弾性測定
固体粘弾性測定は以下の条件で行った。
[試験片作製]
熱プレス成形機にて5mm×25mm、厚さ0.3mmのフィルムを作製した。得られたフィルムを幅5mm、長さ25mmの短冊状に切り取って装置に装着した。
プレス条件は200℃、10MPaにて5分間加圧後、25℃、10MPaにて3分間冷却した。
[測定条件]
装置:株式会社ユービーエム社製E4000F
測定モード:温度依存性
周波数:1Hz
歪:設定0.1%(自動調整)
オートテンション:自動静荷重(最低荷重25g)
昇温速度:5℃/min
上記測定から得られたtanδ曲線から-30℃~10℃の温度範囲にある単一のピーク温度を確認した。
【0101】
(5)(α1)と(α2)の組成比の測定
ブロック共重合体(a-1)の場合、(α1)及び(α2)の組成比の特定は、以下に説明する温度昇温溶離分別法(TREF)により行った。
試料を140℃でo-ジクロロベンゼン溶液(ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)を0.5mg/mL含む)に溶解し、測定試料とした。この測定試料を140℃のTREFカラムに導入し、次に8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、その後4℃/分の降温速度で-15℃まで冷却し、-15℃を60分間保持した。その後、-15℃の上記o-ジクロロベンゼン溶液を1mL/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で-15℃のo-ジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させた。次に昇温速度100℃/hにてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得た。
【0102】
得られた溶出曲線において、(α1)と(α2)は結晶性の違いにより各々異なる温度T(α1)とT(α2)にその溶出ピークを示した。その差は充分大きいため、中間の温度T(α3)(={T(α1)+T(α2)}/2)においてほぼ分離が可能であった。ここで、T(α3)までに溶出する成分の積算量をW(α2)重量%、T(α3)以上で溶出する部分の積算量をW(α1)重量%と定義し、W(α2)は、(α2)の量と対応しており、積算量W(α1)は、結晶性が比較的高い(α1)の量と対応していた。
【0103】
測定に使用した装置の仕様を以下に示し、また測定条件を以下にまとめた。
(TREF部)
TREFカラム:4.3mmφ×150mmステンレスカラム
カラム充填材:80~100μm 表面不活性処理ガラスビーズ
加熱方式:アルミヒートブロック
冷却方式:ペルチェ素子(ペルチェ素子の冷却は水冷)
温度分布:±0.5℃
温調器:(株)チノー製デジタルプログラム調節計KP1000(バルブオーブン)
加熱方式:空気浴式オーブン
測定時温度:140℃、温度分布:±1℃
バルブ:6方バルブ 4方バルブ
(試料注入部)
注入方式:ループ注入方式
注入量:ループサイズ 0.1mL
注入口加熱方式:アルミヒートブロック
測定時温度:140℃
(検出部)
検出器:Polymer Char社製IR-4
測定時温度:140℃
(ポンプ部)
送液ポンプ:島津社製LC-20AD
〔測定条件〕
溶媒:o-ジクロロベンゼン(BHT濃度0.5mg/mL)
試料濃度:5mg/mL
溶媒流:1mL/分
【0104】
(6)(α1)と(α2)中のエチレン含有率の測定方法
ブロック共重合体(a-1)の場合、以下に示すように、分取型分別装置を用い昇温カラム分別法により各成分を分離した後、NMRにより、各成分のエチレン含有率を求めた。樹脂組成物(a-2)の場合、分離は不要であり、(α1)と(α2)についてNMRにより、各成分のエチレン含有率を求めた。
【0105】
・昇温カラム分別
直径50mmで高さ500mmの円筒状カラムにガラスビーズ担体(80~100メッシュ)を充填し、140℃に保持した。次に、140℃で溶解した試料濃度10mg/mLのo-ジクロロベンゼン溶液200mLを該カラムに導入した。その後、該カラムの温度を10℃/hの降温速度で0℃まで冷却した。0℃に到達してから1時間保持後、10℃/hの昇温速度でカラム温度をT(α3)(TREF測定により得られる)まで加熱し、1時間保持した。なお、一連の操作を通じてのカラムの温度制御精度は±1℃とした。
次いで、カラム温度をT(α3)に保持したまま、温度T(α3)のo-ジクロロベンゼンを20mL/分の流速で800mL流すことにより、カラム内に存在するT(α3)で可溶な成分を溶出させ回収した。
次に、10℃/分の昇温速度で当該カラム温度を140℃まで上げ、140℃で1時間静置後、140℃の溶媒のo-ジクロロベンゼンを20mL/分の流速で800mL流すことにより、温度T(α3)で不溶な成分を溶出させ回収した。
分別によって得られたポリマーを含む溶液は、エバポレーターを用いて20mLまで濃縮した後、5倍量のメタノール中でポリマーを析出した。析出ポリマーを濾過して回収後、真空乾燥器により一晩乾燥した。
【0106】
13C-NMRによるエチレン含有率の測定
上記分別により得られたサンプルにおけるエチレン含有率は、以下のプロトン完全デカップリング法により測定した13C-NMRスペクトルを解析することにより求めた。
<試料調製条件>
・試料量:200mg
・溶媒:o-ジクロロベンゼン/重水素化臭化ベンゼン(CBr)=3/1(体積比)の混合溶液2.4ml
・化学シフトの基準物質:ヘキサメチルジシロキサン(1.98ppm)
・溶解条件:150℃のブロックヒーターで均一に溶解
<装置及び13C-NMR測定条件>
・装置:ブルカー・ジャパン社製AV400型NMR装置
・プローブ:10mmφクライオプローブ
・試料温度:120℃
・パルス角:45°
・パルス間隔:17.2秒
・積算回数:3072回
・デカップリング条件:ブロードバンドデカップリング法
【0107】
スペクトルの帰属は、Macromolecules 17 1950 (1984)を参考に行った。上記条件により測定されたスペクトルの帰属は、表1の通りに行った。表中Sααなどの記号は、CarmanらのMacromolecules、10、P536(1977)に記載の表記法に従い、Pはメチル炭素、Sはメチレン炭素、Tはメチン炭素をそれぞれ表わす。
【0108】
【表1】
【0109】
以下、「P」を共重合体連鎖中のプロピレン単位、「E」をエチレン単位とする。重合体の連鎖中にはPPP、PPE、EPE、PEP、PEE及びEEEの6種類のトリアッドが存在し得る。Macromolecules、15、P1150(1982)に記されているように、これらトリアッドの濃度とスペクトルのピーク強度とは、以下の(1)~(6)の関係式で結び付けられる。
[PPP]=k×I(Tββ) …(1)
[PPE]=k×I(Tβδ) …(2)
[EPE]=k×I(Tδδ) …(3)
[PEP]=k×I(Sββ) …(4)
[PEE]=k×I(Sβδ) …(5)
[EEE]=k×{I(Sδδ)/2+I(Sγδ)/4} …(6)
ここで[ ]はトリアッドの分率を示し、例えば[PPP]は全トリアッド中のPPPトリアッドの分率である。
従って、[PPP]+[PPE]+[EPE]+[PEP]+[PEE]+[EEE]=1 …(7)
である。また、kは定数であり、Iはスペクトル強度を示し、例えばI(Tββ)はTββに帰属される28.7ppmのピークの強度を意味する。
上記(1)~(7)の関係式を用いることにより、各トリアッドの分率が求まり、さらに下式によりエチレン含有量が求まる。
エチレン含有率(モル%)=([PEP]+[PEE]+[EEE])×100
【0110】
なお、プロピレン-オレフィンランダム共重合体には少量のプロピレン異種結合(2,1-結合及び/又は1,3-結合)が含まれ、それにより、表2に示す微小なピークを生じる。
【0111】
【表2】
【0112】
エチレン含有率は実質的に異種結合を含まないチーグラー・ナッタ触媒で製造された共重合体の解析と同じく(1)~(7)の関係式を用いて求めた。
エチレン含有率のモル%から重量%への換算は以下の式を用いて行った。
コモノマー含有率(重量%)
=(MW×X/100)/{MW×X/100+42×(1-X/100)}×100
(ここで、MWはコモノマーの分子量、Xはモル%表示でのコモノマー含有率である。)
【0113】
以下の操作において特に断らない限り、有機溶媒は脱水及び脱酸素した精製溶媒を使用した。
【0114】
[製造例1]
<プロピレン系ブロック共重合体(a-1)(PP1)の製造>
1.触媒合成
(i)珪酸塩の化学処理
10Lの撹拌翼の付いたガラス製セパラブルフラスコに、蒸留水3.75L、続いて濃硫酸(96%)2.5kgをゆっくりと添加した。50℃で、更にモンモリロナイト(珪酸塩、水澤化学社製ベンクレイSL;平均粒径=50μm)を1kg分散させ、90℃に昇温し、6.5時間その温度を維持した。50℃まで冷却後、このスラリーを減圧濾過し、ケーキを回収した。
このケーキに蒸留水を7L加え再スラリー化後、濾過した。この洗浄操作を、洗浄液(濾液)のpHが、3.5を超えるまで実施した。回収したケーキを窒素雰囲気下110℃で終夜乾燥した。乾燥後の重量は707gであった。
【0115】
(ii)珪酸塩の乾燥
先に化学処理した珪酸塩は、キルン乾燥機により乾燥を実施した。
仕様及び乾燥条件は以下の通りである。
回転筒:円筒状、内径50mm、加温帯550mm(電気炉)
かき上げ翼付き回転数:2rpm
傾斜角:20/520
珪酸塩の供給速度:2.5g/分
ガス流速:窒素 96L/h
向流乾燥温度:200℃(粉体温度)
【0116】
(iii)固体触媒成分の調製
窒素で充分置換を行った内容積3Lの撹拌翼のついたガラス製反応器に、上記で得た乾燥珪酸塩200gを導入し、混合ヘプタン1,160ml、更にトリエチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.60M)840mlを加え、室温で撹拌した。1時間後、混合ヘプタンにて洗浄し、珪酸塩スラリーを2.0Lに調製した。
次に、調製した珪酸塩スラリーにトリイソブチルアルミニウム(TiBA)のヘプタン溶液(0.71M/L)9.6mlを添加し、25℃で1時間反応させた。並行して、〔(r)-ジクロロ[1,1’-ジメチルシリレンビス{2-メチル-4-(4-クロロフェニル)-4H-アズレニル}]ジルコニウム〕(合成は、特開平10-226712号公報実施例に従って実施した)2,180mg(3mmol)と混合ヘプタン870mlに、TiBAのヘプタン溶液(0.71M)を33.1ml加えて、窒素下で室温にて1時間反応させた混合物を、珪酸塩スラリーに加え、1時間撹拌した。
【0117】
(iv)予備重合
続いて、窒素で充分置換を行った内容積10Lの撹拌式オートクレーブに、ヘプタン2.1Lを導入し、40℃に保持した。そこに先に調製した触媒スラリーを導入した。温度が40℃に安定したところでプロピレンを100g/hの速度で供給し、温度を維持した。4時間後プロピレンの供給を停止し、更に2時間維持した。予備重合終了後、残モノマーをパージし、撹拌を停止させ約10分間静置後、上澄み約3Lをデカントした。
続いてTiBA(0.71M/L)のヘプタン溶液9.5ml、更に混合ヘプタンを5.6L添加し、40℃で30分間撹拌し、10分間静置した後に、上澄みを5.6L除いた。更にこの操作を3回繰り返した。続いて、TiBA(0.71M/L)のヘプタン溶液170mlを添加した後に、45℃で良好な流動性が得られるまで減圧乾燥した。この操作により、触媒1g当たりポリプロピレン2.1gを含む予備重合触媒が得られた。
【0118】
2.プロピレン系ブロック共重合体(a-1)の製造(PP1)
(i)第一重合工程:(α1)の製造
攪拌羽根を有する横型重合反応器(L/D=5.2、内容積:50m)に、予め保有量45vol%になるようにベッドポリマー量を制御し、反応温度は、触媒がフィードされるリアクター上流部分を59℃、パウダー抜出される部分を65℃と設定し、その間の温度を63℃と設定した。反応圧力2.05MPaG、攪拌速度19.5rpmの条件を維持しながら、反応器の気相部ガス組成がエチレン/プロピレン=0.06モル比になるように混合ガスを連続的に供給し、更に反応器の気相中の水素濃度を水素/プロピレン=0.00064モル比に維持するように、水素ガスを連続的に供給して、予備重合処理した上記触媒を0.12kg/h(予備重合ポリマー量除く)、有機アルミニウム化合物としてTiBAを1kg/h一定となるように反応器内に供給した。
【0119】
反応熱は、供給される原料プロピレンの気化熱により除去した。反応器から排出される未反応ガスは、反応器系外で冷却、凝縮させて還流した。この重合で得られたプロピレン系ランダム共重合体(α1)は、重合体の保有レベルが反応器容積の45vol%となるように間欠的に抜き出し、第二重合工程に供給した。ガス遮断槽からプロピレン系ランダム共重合体(α1)の一部を抜き出して、分析用試料とした。このとき、プロピレン系ランダム共重合体(α1)の生産量は、3.6t/hであった。
第一重合工程で得られた(α1)を分析したところ、エチレン含有率は1.9重量%であった。
【0120】
(ii)第二重合工程:(α2)の製造
攪拌羽根を有する横型重合反応器(L/D=5.2、内容積:50m)に、第一重合工程からの(α1)を間欠的にそれぞれ供給し、プロピレンとエチレンの共重合を行った。
反応条件は、攪拌速度18rpm、反応温度70℃、反応圧力1.95MPaGであり、気相中のガス組成は、エチレン/プロピレン=0.38、水素/エチレン=0.0012のモル比となるように調整した。反応器中の未反応ガスは、未反応ガス抜き出し配管から抜き出され、循環経路を通して、原料循環ガス供給配管から再供給した。(α2)の重合量を調整するための重合活性抑制剤として、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度21重量%)を10L/hで反応器内に供給した。
【0121】
反応熱は、配管から供給される原料プロピレンの気化熱により除去した。反応器から排出される未反応ガスは、配管を通して反応器系外で冷却、凝縮させて反応器に還流した。
第二重合工程を経て製造された(α2)は、重合体の保有レベルが反応容積の55vol%となるように、配管を通して反応器から間欠的に抜き出した。
このとき、得られたプロピレン系ブロック共重合体(PP1)の一部を抜き出して、分析用試料とした。PP1の生産量は、6.0t/hであった。
【0122】
得られたPP1 100重量部に、添加剤(酸化防止剤)としてテトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト]メタン(商品名「IRGANOX1010」、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト(商品名「IRGAFOS 168」、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部を、スーパーミキサー(株式会社カワタ製 商品名:SMG-75)に投入し、スクリュー回転数750rpm、1分間室温で高速混合した後、スクリュー口径25mmのテクノベル社製KZW-25押出機にて、スクリュー回転数250rpm、吐出量15kg/hr、押出機温度200℃で溶融混練し、ストランドダイから押し出された溶融樹脂を、冷却水槽で冷却固化させながら引き取り、ストランドカッターを用いてストランドを直径約2mm、長さ約3mmに切断することでPP1のペレットを得た。
PP1について各種分析を行ったところ、融解ピーク温度が130.0℃で、固体粘弾性測定により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が-11.2℃に単一のピークを有し、共重合体全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が20g/10分、(α2)中のエチレン含量は、12%であった。結果は表3にまとめた。
【0123】
[製造例2]
<プロピレン系樹脂組成物(a-2)の製造(PP2)>
1.触媒合成
(i)珪酸塩の化学処理
撹拌翼と還流装置を取り付けた1Lフラスコに、蒸留水350.0gを投入し、96%硫酸280.3gを滴下した。この水溶液の内温が92℃になるまでオイルバスで加熱し、目標温度に到達したところで、市販のモンモリロナイト造粒粒子(水澤化学工業株式会社製,ベンクレイSL,粒径18μm)100.0gを添加後、その後92℃を保ちながら420分反応させた。
反応は、この反応溶液を500mLの蒸留水に注ぐことで停止し、得られたスラリーを、ヌッチェと吸引瓶にアスピレータを接続した装置にて濾過した。さらにこの濾過後のケーキに蒸留水1000gを加えてスラリー化し、再び濾過を行い洗浄した。この洗浄操作は合計4回行った。洗浄後、回収したケーキは、110℃で1晩乾燥した。乾燥後は、触媒成分として使用する前に、乾燥後のケーキをスパチュラで軽く押しつぶしながら解砕し、目開き53μmの篩を通して粗大物を取り除き、200℃、減圧下で2時間さらに乾燥した。ここから、化学処理した乾燥珪酸塩71.8gを得た。
【0124】
(ii)固体触媒成分の調製
内容積1000mLのフラスコに上記乾燥珪酸塩20.0g、ヘプタン72mLを加え撹拌した。そこにトリノルマルオクチルアルミニウム(TnOA)のヘプタン溶液128mL(アルミニウム量で50.2mmol)を加え、室温で1時間撹拌した。その後、ヘプタンで残液率1/100まで洗浄し、最後にヘプタンを214mL加えた。
また、別のフラスコ(容積200mL)に、ジメチルシリレンビス[1,1’-{2-メチル-4-(4-クロロフェニル)-4H-アズレニル}]ジルコニウムジクロリド218mg(300μmol)、ヘプタン85mL、TiBAのヘプタン溶液1.04mL(アルミニウム量で751μmol)を加え、室温で30分間撹拌し、メタロセン錯体スラリーを調製した。
先ほどの乾燥珪酸塩のスラリーが入った1Lフラスコに上記メタロセン錯体スラリーを加えて、室温で30分間撹拌した。
【0125】
(iii)予備重合
30分後、1Lフラスコにヘプタン100mLを加え、充分に窒素置換を行った内容積1Lの撹拌式オートクレーブに移送した。移送後、スラリーの温度を40℃とし、プロピレンを10g/hの速度で4時間供給し、予備的に重合した。プロピレンの供給を停止した後、さらに1時間撹拌を継続した。その後、残存モノマーをパージして予備重合触媒スラリーをオートクレーブより回収した。
回収した予備重合触媒スラリーを静置し、上澄み液を抜き出した。TiBAのヘプタン溶液16.5mL(アルミニウム量で11.9mmol)を室温にて加え、その後、減圧乾燥を行い、固体触媒成分を得た。この固体触媒成分は、固体成分1gあたり1.9gのポリプロピレンを含有していた。
【0126】
2.プロピレン系樹脂組成物(a-2)の製造(PP2)
(i)プロピレン系ランダム共重合体(α1)の製造
乾燥させた内容積200Lの攪拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後、液化プロピレン45kgを導入した。これにTiBAのヘプタン溶液1000ml(0.24mol)、水素とエチレンはそれぞれモル比で水素/プロピレン=2.2×10-3、エチレン/プロピレン=0.15となるように加え、内温を30℃に維持した。次いで、上記1.(iii)の予備重合触媒1.2gをオートクレーブ内にアルゴンで圧入して重合を開始させ、30分かけて70℃に昇温し、さらに1時間その温度を維持した。1時間後、でエタノール100mlを添加して重合を停止させた。残ガスをパージし、プロピレン系ランダム共重合体(α1)の粉末21kgを得た。得られたプロピレン系ランダム共重合体は、エチレン含有率が3.4重量%であった。
【0127】
(ii)プロピレン系樹脂組成物(a-2)の製造
上記(i)から得られたプロピレン系ランダム共重合体(α1)を60.0重量%及び、(α2)としてエクソンモービル社製「VM6202」を40.0重量%に、酸化防止剤としてテトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト]メタン(商品名「IRGANOX1010」、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト(商品名「IRGAFOS 168」、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部を、スーパーミキサー(株式会社カワタ製 商品名:SMG-75)に投入し、スクリュー回転数750rpm、1分間室温で高速混合した。その後、スクリュー口径25mmのテクノベル社製KZW-25押出機にて、スクリュー回転数250rpm、吐出量15kg/hr、押出機温度200℃で溶融混練し、ストランドダイから押し出された溶融樹脂を、冷却水槽で冷却固化させながら引き取り、ストランドカッターを用いてストランドを直径約2mm、長さ約3mmに切断することでプロピレン系樹脂組成物(PP2)のペレットを得た。
PP2について各種分析を行ったところ、融解ピーク温度が125.0℃で、固体粘弾性測定により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が-13.3℃に単一のピークを有し、MFRが20g/10分であった。結果は表3にまとめた。
【0128】
[製造例3]
<プロピレン単独重合体(α1)(PP3)>
日本ポリプロ社製ノバテックMA1B(商品名)を用いた。
【0129】
[製造例4]
<プロピレン系樹脂組成物(a-2)の製造(PP4)>
(α1)を75重量%、(α2)を25重量%とした以外は、プロピレン系樹脂組成物(PP2)と同様に調整を行い、プロピレン系樹脂組成物(PP4)のペレットを得た。
【0130】
[製造例5]
<プロピレン系樹脂組成物(a-2)の製造(PP5)>
1.触媒合成
(i)固体触媒成分の調製
撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、精製したトルエン2Lを導入した。ここに、室温で、ジエトキシマグネシウムを200g、TiClを1L添加した。温度を90℃に上げて、フタル酸ジ-n-ブチルを50ml導入した。その後、温度を110℃に上げて3時間反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。
次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiClを1L添加し、温度を110℃に上げて2時間反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiClを1L添加し、温度を110℃に上げて2時間反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。更に、精製したn-ヘプタンを用いて、トルエンをn-ヘプタンで置換し、固体成分のスラリーを得た。このスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分のTi含量は2.7質量%であった。
次に、撹拌装置を備えた容量20Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、上記固体成分のスラリーを固体成分として100g(0.056molTi)導入した。精製したn-ヘプタンを導入して液レベルを4Lに調整した。ここに、ジメチルジビニルシランを25ml、t-ブチルジメトキシメチルシラン(t-Bu(Me)Si(OMe))を18ml、トリエチルアルミニウムのn-ヘプタン希釈液をトリエチルアルミニウムとして40g(0.35mol)添加し、40℃で2時間反応を行った。反応生成物を精製したn-ヘプタンで充分に洗浄し、得られたスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。
分析したところ、上記スラリー中の固体成分には、Tiが1.8質量%、t-Bu(Me)Si(OMe)が8.8質量%含まれていた。この工程においてトリエチルアルミニウム/Ti=6.3(モル比)である。
【0131】
(ii)予備重合
上記で得られたスラリーにおいて固体成分として100g(Ti=0.038mol)を用いて、以下の手順により予備重合を行った。
上記のスラリーに、精製したn-ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が20g/Lとなるように調整した。スラリーを10℃に冷却した後、トリエチルアルミニウムのn-ヘプタン希釈液をトリエチルアルミニウムとして15g(0.132mol)を添加し、280gのプロピレンを4時間かけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30分反応を継続した。
次いで、気相部を窒素で充分に置換し、反応生成物を精製したn-ヘプタンで充分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って固体触媒成分を得た。
この固体触媒成分は、固体分1gあたり2.5gのポリプロピレンを含んでいた。分析したところ、この固体触媒成分のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.5質量%、t-Bu(Me)Si(OMe)が8.2質量%含まれていた。
この工程でのトリエチルアルミニウム/Ti=3.5(モル比)であり、全工程を通してのトリエチルアルミニウム/Ti=6.3+3.5=9.8(モル比)である。
【0132】
2.プロピレン系ブロック共重合体(a-1)の製造(PP5)
(i)第一重合工程:(α1)の製造
内容積2000Lの流動床式反応槽を2個連結してなる連続反応装置を用いて、重合を行った。
まず、第1反応槽で、重合温度60℃、全圧3.0MPa、プロピレン分圧1.8MPa、反応槽内のプロピレンとエチレンがエチレン/プロピレン=0.009モル比を維持するように、混合ガスを連続的に供給した。更に分子量制御剤として反応槽の気相中の水素濃度を水素/プロピレン=0.017モル比に維持するように、水素ガスを連続的に供給し、上記1.の固体触媒成分を140g/h(予備重合ポリマー量除く)、及びトリエチルアルミニウムを4kg/h連続的に供給した。
第一重合工程で得られた(α1)を一部抜き出して分析したところ、エチレン含有率は0.3重量%であった。
【0133】
(ii)第二重合工程:(α2)の製造
第一重合工程に引き続き、第1反応槽に連結されている内容積2000Lの流動床式反応槽(第2反応槽)にて、第二重合工程の重合を実施した(連続重合)。
第2反応槽では、重合温度80℃で、全圧力1.6MPa、プロピレン分圧1.1MPa、反応槽内のプロピレンとエチレンがエチレン/プロピレン=0.48モル比を維持するように、混合ガスを連続的に供給した。更に、分子量制御剤としての水素を、300ppmで水素のモル比を調節し、連続的に供給すると共に、活性抑制成分(触媒キラー)としてエチルアルコールを、第2反応槽の重合割合が製品全体に対して54%になるように供給した。最終的に後段のベッセルに移送し、そこでは、水分を含んだ窒素ガスを供給して反応を停止、残留ガスをパージさせ、プロピレン系ブロック共重合体(PP5)を得た。
【0134】
得られたPP5 100重量部に、添加剤(酸化防止剤)としてテトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト]メタン(商品名「IRGANOX1010」、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト(商品名「IRGAFOS 168」、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部を、スーパーミキサー(株式会社カワタ製 商品名:SMG-75)ヘンシェルミキサーに投入し、750rpmで1分間室温で高速混合した後、スクリュー口径25mmのテクノベル社製KZW-25押出機にて、スクリュー回転数250rpm、吐出量15kg/hr、押出機温度200℃で溶融混練し、ストランドダイから押し出された溶融樹脂を、冷却水槽で冷却固化させながら引き取り、ストランドカッターを用いてストランドを直径約2mm、長さ約3mmに切断することでPP5のペレットを得た。
PP5について各種分析を行ったところ、融解ピーク温度が160.0℃で、固体粘弾性測定により得られる温度-損失正接曲線において、tanδ曲線が2.0℃に単一のピークを有し、MFR(230℃、2.16kg荷重)が20g/10分、(α2)中のエチレン含量は、40%であった。結果は表4にまとめた。
【0135】
【表3】
【0136】
【表4】
【0137】
[実施例・比較例]
1-1.3次元造形用樹脂組成物の調製
充填材1~3を含む3次元造形用樹脂組成物の調製には、二軸混練機であるテクノベル社製の「KZW15」を用いた。あらかじめ使用樹脂の融点+40℃まで予熱したKZW15のフィーダー内に、表5に示す配合で、樹脂(A)及び充填材(B)、並びに他の成分を供給し、スクリュー回転数400rpmにて溶融混練を開始した。溶融混練を10秒行った後、ダイ出口より得られたストランドをカットし、ペレットを回収した。
充填材4~5を含む3次元造形用樹脂組成物の調製には、スーパーミキサー(株式会社カワタ製 商品名:SMG-75)を用いた。室温にて、表5に示す配合で樹脂(A)及び充填材(B)並びに他の成分を供給し、スクリュー回転数750rpm、1分間室温で高速混合し、ペレットを回収した。
【0138】
各実施例・比較例において用いた充填材及びその他の成分は、以下のとおりである。
充填材1:ガラス繊維、日本電気硝子株式会社製 商品名:ECS03T-480H、Strand Length:3.0±1.0mm
充填材2:タルク、日本タルク株式会社製 商品名:ミクロエース(登録商標)PC-25RC、平均粒径:5.7μm
充填材3:炭素繊維、三菱ケミカル株式会社製 商品名:パイロフィルTR066A、繊維長:6mm
充填材4:PP3を98.5重量%と下記に記載の変性ポリオレフィンを1.5重量%に対して、分散剤としてステアリン酸カルシウム(日東化成工業株式会社製 商品名:BK)0.05重量部、酸化防止剤としてテトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト]メタン(BASFジャパン株式会社製 商品名:IRGANOX1010)0.1重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト(BASFジャパン株式会社製 商品名:IRGAFOS 168)0.05重量部を配合したものを、あらかじめ200℃まで予熱した株式会社神戸製鋼所製二軸混練機 商品名:KTX44に供給し、スクリュー回転数300rpm、吐出量21kg/時間にて溶融混練し、かつ、ガラス繊維(日本電気硝子株式会社製 商品名:ECS03T-480H、Strand Length:3.0±1.0mm)を押出機中段から吐出量9kg/時間でサイドフィードし、ダイ出口より得られた吐出量30kg/時間のストランドをカットし、ガラス繊維複合化樹脂のペレットとして得た。
充填材5:PP3を23重量%とタルク(富士タルク工業株式会社製 商品名:MG115、平均粒径14μm)を77重量%に対して、分散剤としてステアリン酸マグネシウム(株式会社サンエース製 商品名:ステアリン酸マグネシウム)を1.6重量部、酸化防止剤としてテトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネ-ト]メタン(BASFジャパン株式会社製 商品名:IRGANOX1010)0.4重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト(BASFジャパン株式会社製 商品名:IRGAFOS 168)0.2重量部を配合したものを、あらかじめ230℃まで予熱した芝浦機械株式会社製二軸混練機 商品名:TEM75BSに供給し、スクリュー回転数250rpm、吐出量250kg/時間にて溶融混練し、ダイ出口より得られたストランドをカットし、タルク複合化樹脂のペレットとして得た。
熱可塑性エラストマー:三井化学社製 商品名:タフマーA4050S
変性ポリオレフィン:酸変性量(グラフト率)=0.8重量%の無水マレイン酸変性ポリプロピレン
【0139】
1-2.3次元造形物の造形
3次元造形物の造形には、材料押出法の3次元造形物製造装置(エス・ラボ株式会社製、GEM800S)を用いた。ホッパーに材料として上記各ペレットを投入し、続くシリンダー部にて材料を使用樹脂の融点+20℃に加熱し溶融させた。そして、造形スピードを2000mm/minとし、3次元の座標データをもとに、溶融した材料をダイヤテックス株式会社製 商品名:パイオランテープK-10-REで被覆した温度80℃の基板の上に、材料を順次積層させることで、長さ100mm×幅100mm×高さ100mmの直方体形状の3次元造形物を造形した。得られた3次元造形物は、造形後30分以上室温下にて静置し、室温同等まで冷却した後、以下の評価に用いた。
【0140】
2.3次元造形物の形状精度の評価
上記で得られた各例の3次元造形物について、3D-CADでデザインした形状と比較し、以下の基準で形状精度を評価した。評価結果を表5に示す。
[形状精度の評価]
A:3次元造形物の4つの積層平面全てにおいて歪み、伸び又は反りがみられない。
B:3次元造形物の一部の積層平面において歪み、伸び、反り等の変形がみられる。
C:3次元造形物の4つの積層平面全てにおいて歪み、伸び、反り等の変形がみられる。
【0141】
3.3次元造形物の積層樹脂間接着力の評価
上記で得られた各例の3次元造形物について、株式会社ラクソー製卓上型ダイヤモンドソー・マシン、商品名:V-22を用いて幅100mm×高さ100mmの面から幅15mm×高さ100mmの長方形の試験片を切削した。試験片は株式会社ミツトヨ製デジマチック標準外側マイクロメータ、商品名MDC-25SXを用いて試験片中央の厚み(単位:mm)を確認した。
株式会社島津製作所製精密万能試験機オートグラフ、商品名:AG-X plusを用いて上記で得られた試験片を、つかみ具間距離75mm、引張速度5mm/minで引張り、最大引張り強さ(単位:N)と破断歪(単位:%)を得て、下記の通り評価した。評価結果を表5に示す。
[積層樹脂間接着力]
〇:最大引張り強さが250N以上、かつ、破断歪が5.0%以上。
△:最大引張り強さが250N以上、または、破断歪が5.0%以上。
×:最大引張り強さが250N未満、かつ、破断歪が5.0%未満。
【0142】
【表5】
【0143】
表5に示すように、特定の3次元造形用樹脂組成物を含む3次元造形物は、形状精度に優れ、かつ、高い積層樹脂間接着力を両立していることが分かる。樹脂(A)としてPP4を基準に配合量を増減させた場合や、充填材の種類を変更したものでも、同様に良好な効果を示した。一方、特定の3次元造形用樹脂組成物を含まない比較例1~4は、これらの性能バランスが不良で見劣りしている。
各実施例は、比較例1に対して、充填材(B)としてタルクを含む場合において積層樹脂間接着力がやや劣るものの強度レベルとしては充分であり、またいずれも形状精度は非常に良好であった。なお、充填材(B)としてタルクを含む実施例5、7、9及び13は、同じくタルクを含む比較例3に対して、形状精度及び積層樹脂間接着力のいずれも良好な結果を示した。充填材(B)としてガラス繊維を含む実施例1~4、6、8及び12並びに比較例2及び4を比較すると、樹脂(A)を含む実施例1~4、6、8及び12は、樹脂(A)を含まない比較例2及び4よりも積層樹脂間接着力が高いだけでなく、形状精度も同等以上であり、良好な結果を示した。また,充填材(B)として炭素繊維を含む実施例10及び11は、ガラス繊維の実験例である実施例3、4及び8と、形状精度も積層樹脂間接着力も同様であり、良好な結果を示した。