JP2016150530A - 溶融積層造形型3dプリンタ用の水溶性サポート材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリエチレングリコール(PEG)を開始剤としてL−ラクチド(LLA)を開環重合したトリブロック体であるPLLA−PEG−PLLAを合成し、これをヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)で鎖延長したマルチブロック型のPEG−PLLA共重合体からなり、PLLA/PEGの質量比が1/2〜2/1の範囲の溶融積層造形型3Dプリンタ用の水溶性サポート材とする。
【選択図】なし
Description
このような3Dプリンタは、産業用としては多品種で小ロットの生産設備、自動車用部品や家電用部品を試作するための機器として利用され、また個人用では、低価格の3Dプリンタの普及により手工芸品などのコピーや製作などにも利用されている。
通常、サポート樹脂は、水溶性のポリビニルアルコール(PVA)やポリスチレン(PS)などを用いており、比較的低融点のワックスが造形材料である場合には、さらに低融点のサポート樹脂としてポリエチレングリコール(融点66℃)を用いる場合もある(特許文献1の段落0041)。
このようにサポート材は、所要の耐久性や強度を保有すると共に、加水分解性については充分に高めた特性を必要とし、そのような複合的な特性は容易に得られるものではない。
また、前記したトリブロック体の加水分解性が、より確実に奏されるようにポリエチレングリコール(PEG)の数平均分子量(Mn)が1000〜20000であることが好ましい。
PLLA−PEG−PLLA−[HMDI−(PLLA−PEG−PLLA)]n
(式中のnは、1〜100である。)
先ず、下記の化2に示すように、水溶性のポリエチレングリコール(PEG)を開始剤としてL-ラクチド(L−LA)を開環重合してPLLA−PEG−PLLAとなるトリブロック体を合成し、さらにHMDIにより鎖延長させてマルチブロック型PEG−PLLA共重合体(PLLA−b−PEG)mを合成する。
この場合、ポリエチレングリコール(PEG)の数平均分子量(Mn)が1850〜20000であり、かつPLLAの数平均分子量(Mn)が500〜30000であることがサポート材に所要な加水分解性と強度を両立させるために好ましい。
先ず、実施例および比較例に用いた材料および試薬を、一括して以下に説明する。
<材料および試薬>
(1)ポリエチレングリコール(PEG2000、Mn=2000)
(2)L−ラクチド(株式会社武蔵野化学研究所製:L-光学純度:99.9%)
(3)オクチル酸スズ(Sn(Oct)2)、高真空下で減圧蒸留し、無水トルエンに溶解して濃度0.1g/mLに調製したもの
(4)ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI、減圧蒸留したもの)
(5)塩化メチレン(CH2Cl2)
(6)ジエチルエーテル(試薬一級)
(7)1,3-ジオキソラン(純度:98%以上)
(8)炭酸水素ナトリウム(NaHCO3、重曹)、
(9)炭酸ナトリウム(Na2CO3試薬特級)
(10)ポリ-L-乳酸(株式会社武蔵野化学研究所製:PLLA)
合成の大略は、前記化2の反応式で示される工程に従って、水溶性のポリエチレングリコール(PEG)を開始剤としてL-ラクチドを開環重合してPLLA-PEG-PLLAとなるトリブロック体を合成し、さらにHMDIにより鎖延長させることによりマルチブロック型PEG-PLLA共重合体を合成したことである。
攪拌機を備え付けた100mlの三つ口フラスコにPEG(5g,2.5mmol)とL−ラクチド(2.5g,17.4mmol)を仕込み、減圧乾燥を常温で3時間行なった。このとき窒素置換を1時間毎に行なった。乾燥後、系内を窒素で満たし、触媒としてSn(Oct)2(1mol% relative to PEG, 10.1mg,0.025mmol)を加え、減圧乾燥を1時間行ない、窒素置換した。重合は140℃で4時間撹拌しながら行なった。
続いて、HMDI(0.42g,2.5mmol)をシリンジにより添加し、さらに140℃で30分間、加熱することにより透明な粘性の高い液体を得た。
攪拌機を備え付けた100mlの三つ口フラスコにPEG(5g,2.5mmol)とL−ラクチド(5g, 34.7mmol)を仕込み、減圧乾燥を常温で3時間行なった。このとき窒素置換を1時間毎に行なった。
乾燥後、系内を窒素で満たし、触媒としてSn(Oct)2(1 mol% relative to PEG,10.1mg,0.025mmol)を加え、減圧乾燥を1時間行ない、窒素置換した。重合は140℃で4時間撹拌しながら行なった。続いて、HMDI(0.42g,2.5mmol)をシリンジにより添加し、さらに140℃で30分間、加熱することにより透明な粘性の高い液体を得た。
攪拌機を備え付けた100mlの三つ口フラスコにPEG(5g,2.5mmol)とL−ラクチド(10g,69.4mmol)を仕込み、減圧乾燥を常温で3時間行なった。このとき窒素置換を1時間毎に行なった。乾燥後、系内を窒素で満たし、触媒としてSn(Oct)2(1 mol% relative to PEG,10.1mg,0.025mmol)を加え、減圧乾燥を1時間行ない、窒素置換した。重合は140℃で4時間撹拌しながら行なった。
続いて、HMDI(0.42g,2.5mmol)をシリンジにより添加し、さらに140℃で30分間、加熱することにより透明な粘性の高い液体を得た。
これらの測定条件を以下(表1を含む)に示し、これらの測定結果を表2に示した。
(a)核磁気共鳴(1HNMR)
600MHz 1H−NMRは、Bruker社製のAV600を用い、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を0.3体積%含む重クロロホルムを溶媒に用いて測定した。
以下の表1に示した検出器および所要の関連機器を用い、オーブン温度が45℃、溶離液の流速0.75 ml/分で、試料を0.5mg/mlの濃度で1,3-ジオキソランに溶かしたものを注入し、ポリスチレン換算の値を測定し、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、および分子量分布(MwD)を求めた。なお、MwDは、MwD=Mw/Mnの数式により算出した。
100mlの水にNaHCO3(10.3g,0.123mol)またはNa2CO3(21.6g, 20.38mol)を常温にてそれぞれ溶解させ、飽和水溶液(NaHCO3aqまたはNa2CO3aq)を作製した。
またNaHCO3に比べてNa2CO3飽和水溶液の方が高い加水分解性を示し、これらの結果から、ポリマーが家庭内でも安全に加水分解が可能であることを確認した。
実施例3のポリマーを直径約1.75mmのフィラメントに作製し、これを市販の3Dプリンタの(米国MakerBot社製:メーカーボットレプリケータ2X)に供給し、ノズル温度を190℃に設定して、造形物の試作を行なった。
2 ノズル
3 繊維状溶融物
4 造形物
5 サポート樹脂
Claims (5)
- ポリエチレングリコール(PEG)ブロックとポリ−L−乳酸(PLLA)ブロックからなるPLLA−PEG−PLLA構造のトリブロック体に、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)が結合した[HMDI−(PLLA−PEG−PLLA)]を繰り返し単位とするマルチブロック型共重合体からなり、前記PLLAとPEGの構成比(質量比)がPLLA/PEG=1/2〜2/1である溶融積層造形型3Dプリンタ用の水溶性サポート材。
- ポリエチレングリコール(PEG)の数平均分子量が1000〜20000である請求項1に記載の溶融積層造形型3Dプリンタ用の水溶性サポート材。
- 上記マルチブロック型共重合体が、下記の化1の式で示され、数平均分子量2000〜100000のマルチブロック型共重合体である請求項1または2に記載の溶融積層造形型3Dプリンタ用の水溶性サポート材。
[化1]
(PLLA−PEG−PLLA)−[HMDI−(PLLA−PEG−PLLA)]n
(式中のnは、1〜100である。) - PEGの数平均分子量が1850〜20000であり、かつPLLAの数平均分子量が500〜30000である請求項1または2に記載の溶融積層造形型3Dプリンタ用の水溶性サポート材。
- 数平均分子量1000〜20000のポリエチレングリコール(PEG)を開始剤としてL−ラクチド(L−LA)を開環重合してPLLA−PEG−PLLAからなるトリブロック体を合成し、次いでこれをヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)で鎖延長して上記化1の式で示されるマルチブロック型共重合体を合成する請求項1〜4のいずれかに記載の溶融積層造形型3Dプリンタ用の水溶性サポート材の製造方法。
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