JP2018015955A - ３ｄプリンター用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れ、得られる成形品の軽量化を図ることができるような３Ｄプリンター用樹脂組成物を提供する。【解決手段】セルロースナノファイバー及び硬化性樹脂を含有することを特徴とする３Ｄプリンター用樹脂組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、３Ｄプリンター用樹脂組成物に関する。

近年、３Ｄプリンターによって３次元の物品を成形する技術が注目を集めている。このような３Ｄプリンターには、光造形法、粉末法、熱溶解積層法、インクジェット法等幾つかの方式が知られているが、いずれの場合も樹脂を主たる成分として成形を行うものである。このため、このような３Ｄプリンターにおいて使用される樹脂組成物についての検討が行われている。

３Ｄプリンター用樹脂組成物においてセルロースを使用することが特許文献１に記載されている。しかし、ここでは一般的な記載として３Ｄプリンター用の素材としてのセルロースが記載されているのみであり、その形状や粒子径等についての記載はなされていない。

特許文献２には、ポリ乳酸繊維を３Ｄプリンター用樹脂組成物において使用することが開示されている。しかし、直径１ｍｍ以上の大きなサイズのものが開示されているのみであり、ナノオーダーの微細な繊維を使用することは行われていない。

一方、近年、セルロースナノファイバーと呼ばれる新たな素材が注目されている。これは、木材から得られる木材繊維をナノオーダーに微細化したバイオマス素材である。このようなセルロースナノファイバーは、軽量で強度も強いという優れた性質を有する素材である。しかし、このような素材を３Ｄプリンター用樹脂組成物に配合することについての検討はなされていない。

特許文献３には、セルロースナノファイバーをアセチル化セルロース樹脂に混合することが記載されているが、３Ｄプリンター用に使用することは開示されていない。更に、特許文献４，５には、セルロースナノファイバーをハードコート樹脂組成物に配合することが記載されているが、３Ｄプリンター用に使用することは開示されていない。

特開２００５−１４８５７８（段落番号００２４） 特開２０１６−９４６７９ 特開２００８−２０８２３１ 特開２０１６−７５８１６ 特開２０１５−１６０８７０

本発明は上記に鑑み、耐久性に優れ、得られる成形品の軽量化を図ることができるような３Ｄプリンター用樹脂組成物を提供することを目的とするものである。

本発明は、セルロースナノファイバー及び硬化性樹脂を含有することを特徴とする３Ｄプリンター用樹脂組成物である。
上記硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂又はエネルギー線硬化型樹脂であることが好ましい。

本発明の３Ｄプリンター用樹脂組成物は耐久性に優れ、かつ、得られる成形品の軽量化を図ることもできる点で好ましいものである。

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、セルロースナノファイバーを含有する３Ｄプリンター用樹脂組成物である。セルロースナノファイバーは、強度に優れ、熱・水に対する耐久性も優れたものである。更に、天然由来の成分であることから、環境への負荷も少なく、生体への安全性も高い。このことから、これを３Ｄプリンター用の樹脂として使用することで、強度が耐久性に優れた成形体を得ることができる。更に、得られた成形体の生体への安全性も高いものであることから、歯科材料等の医療分野の用途においても好適に使用することができる。

本発明において使用されるセルロースナノファイバーは、繊維として平均繊維径４〜２００ｎｍであるセルロース系繊維をいう。

発明において、繊維の平均繊維径が２００ｎｍを超えると、ノズルつまりを生じるおそれがあるため、本発明で用いる繊維の平均繊維径の上限は２００ｎｍであることが好ましい。平均繊維径４ｎｍ未満の繊維は製造が困難であるため、本発明で用いる繊維の平均繊維径の下限は４ｎｍであることが好ましい。本発明で用いる繊維の平均繊維径は、好ましくは４〜１００ｎｍであり、より好ましくは４〜６０ｎｍである。

なお、本発明で用いる繊維は、平均繊維径が４〜２００ｎｍの範囲内であれば、繊維中に４〜２００ｎｍの範囲外の繊維径のものが含まれていても良いが、その割合は３０質量％以下であることが好ましく、望ましくは、すべての繊維の繊維径が２００ｎｍ以下、特に１００ｎｍ以下、とりわけ６０ｎｍ以下であることが望ましい。

なお、繊維の長さについては特に限定されないが、平均長さで１００ｎｍ以上が好ましい。繊維の平均長さが１００ｎｍより短いと、補強効果が低く、繊維強化複合材料の強度が不十分となるおそれがある。なお、繊維中には繊維長さ１００ｎｍ未満のものが含まれていても良いが、その割合は３０質量％以下であることが好ましい。

セルロース系繊維とは、植物細胞壁の基本骨格等を構成するセルロースのミクロフィブリル又はこれの構成繊維をいい、通常繊維径４ｎｍ程度の単位繊維の集合体である。このセルロース繊維は、結晶構造を４０％以上含有するものが、高い強度と低い熱膨張を得る上で好ましい。

本発明の３Ｄプリンター用樹脂組成物は、上記セルロースナノファイバーを１０〜８０重量％の割合で含有することが好ましい。１０重量％未満であると、セルロースナノファイバーによる効果を充分に発揮することができないおそれがある。８０重量％を超えると、３Ｄプリンターによる成形を良好に行うことができない場合がある。上記配合量の下限は、２０重量％であることがより好ましく、２５重量％であることが更に好ましい。上記配合量の上限は、６０重量％であることがより好ましく、５０重量％であることが更に好ましい。

本発明においては、上記セルロースナノファイバーに加えて、硬化性の樹脂を含有するものである。すなわち、３Ｄプリンターによる成形においては、各種方法によって形状を得た後、これを固定化するために硬化反応を行う必要がある。このような目的のために、硬化性の樹脂を併用することが必須となる。

硬化性の樹脂としては、特に限定されず、熱可塑性のものであってもエネルギー線硬化型のものであってもよい。更に、硬化性樹脂の性状は、液状のものであっても、粉末等の固体状態のものであってもよい。これらの性状にあわせて所定の樹脂を使用するものであってよい。

また、本発明の３Ｄプリンター用樹脂組成物は、上記セルロースナノファイバーや硬化性樹脂のほかに、本発明の目的を阻害しない範囲でその他の添加剤を含有するものであってもよい。すなわち、光重合開始剤、熱硬化反応触媒、着色顔料、体質顔料、防腐剤、紫外線吸収剤、表面調整剤、可塑剤、分散安定剤等の添加剤を併用するものであってもよい。

本発明の３Ｄプリンター用樹脂組成物は、使用する装置に応じて、成分配合を調整し、３Ｄプリンターにおける具体的な方法に対応できるような性状（例えば、液状、粉末状等）とすることができる。また、粘度や溶融粘性、粉体である場合の粒子径等は目的に応じて適宜設定することができる。

また、本発明の３Ｄプリンター用樹脂組成物の製造方法は特に限定されるものではなく、例えば粉体形状のものであれば使用する各成分をドライブレンドすることによって得ることができる。溶液状のものであれば、各成分を液体媒体中に混合し、溶解・分散することによって得ることができる。

本発明の３Ｄプリンター用樹脂組成物は、各種の３Ｄプリンターにおける成形品を構成する樹脂組成物として使用することができる。

Claims (2)

1. セルロースナノファイバー及び硬化性樹脂を含有することを特徴とする３Ｄプリンター用樹脂組成物。
2. 硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂又はエネルギー線硬化型樹脂である請求項１記載の３Ｄプリンター用樹脂組成物。