JP2022183207A - 高性能ポリオレフィンを使用する付加製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1つ又は複数の実施形態では、ポリマー組成物は、活性化剤と反応して1つ又は複数の分岐又は架橋を導入するポリオレフィンポリマー又はコポリマーから調製されうる。一部の実施形態では、ポリマー組成物のポリオレフィン成分は、ゴム内相及び/又は他の添加剤等の他の成分を囲むポリマーマトリックス相を形成しうる。一部の実施形態では、ポリマー組成物のポリマー成分は、反応器内での重合前又は後にブレンドすることによって生成される1種又は複数のポリマー又はコポリマーの組合せを含みうる。
1つ又は複数の実施形態では、本開示によるポリマー組成物は、ポリマーマトリックス相に分散したゴム内相を有する多相ポリマー組成物を含む。一部の実施形態では、ポリマー組成物は、耐衝撃性コポリマー(ICP)と分類されるポリマー組成物を含みうる。
1つ又は複数の実施形態では、ポリマー組成物は、ポリマー組成物のポリマー成分の鎖間のストランド内及びストランド間共有結合を形成するための1種又は複数の化学活性化剤を含みうる。本開示による活性化剤は、MEプロセスの間に活性化の前にポリマー組成物と組み合わされる化学活性化剤、例えば、カップリング剤、フリーラジカル発生剤及び架橋剤を含みうる。1つ又は複数の実施形態では、複数の種類の活性化剤が使用されうる。例えば、一部の実施形態では、カップリング剤とフリーラジカル発生剤等の活性化剤の組合せが使用され得、一部の実施形態では、化学活性化剤が電離放射線と組み合わせられうる。
1つ又は複数の実施形態では、ポリオレフィン組成物は、ポリオレフィン成分と反応して、ポリマー鎖間の1つ又は複数のストランド内及びストランド間共有結合を形成する1種又は複数のカップリング剤を含みうる。本開示によるカップリング剤は、分岐状ポリマー組成物の構成成分ポリマーの主鎖又は側鎖との結合を形成することが可能な少なくとも2つの反応基を含有する化合物を含む。
1つ又は複数の実施形態では、活性化剤は架橋剤を含む場合があり、架橋剤は、ポリマー組成物のポリマー成分と反応してポリマー成分の主鎖と1つ又は複数のストランド内又はストランド間結合を形成しうる官能基を有する二官能性種である。官能基は、ビニル、アリル、アクリル、メタクリル、硫黄、チオール、マイケル受容体及びそれらの混合物等の官能基を含みうる。本開示による架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレエート、ペンタエリスリトールの不飽和エステル及びエーテル、トリアリルシアヌレート、硫黄、硫黄供与体、例えば、チオウレア及びチオウレアの誘導体、p-ベンゾキノン、ヒドロキノン、ビスフェノール等を挙げることができる。一部の実施形態では、本開示による架橋剤は、ジビニルベンゼン、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレエート、ペンタエリスリトールの不飽和エステル及びエーテル、トリアリルシアヌレート、硫黄、硫黄供与体(チオウレア及びチオウレアの誘導体)、p-ベンゾキノン、ヒドロキノン及びビスフェノールを含みうる。
1つ又は複数の実施形態では、活性化剤は、ポリマー組成物のポリマー成分と反応するラジカルを生成し、ポリマー構造中に分岐及び架橋を作ることが可能な1種又は複数のフリーラジカル発生剤を含みうる。本開示によるフリーラジカル発生剤は、ポリマー加工の間にフリーラジカルを発生させて硬化を促進することが可能な1種又は複数の過酸化物を含みうる。過酸化物としては、ジクミルペルオキシド(DCP)、t-ブチルα-クミルペルオキシド(BCP)、ジ-t-アミルペルオキシド(DTAP)、α,α'-ジ(t-ブチル-ペルオキシ)-1,3-及び1,4-ジ-イソプロピル-ベンゼン(DTBPIB)、2,5-ジ(t-ブチル-ペルオキシ)-2,5-ジメチルヘキサン(DTBPH)、ジ-t-ブチルペルオキシド(DTBP)及び2,5-ジ(t-ブチルペルオキシ)-2,5-ジメチルヘキシン(DTBHY)を挙げることができる。
本開示による方法は、ポリマー組成物の加熱を誘導する強度で電離放射線を発生させるための1つ又は複数の放射線源を組み込みうる。一部の実施形態では、放射線源は、ポリオレフィン組成物の溶融を開始するのに適した強度からカップリング剤の活性化温度に又はそれを超えてポリオレフィン組成物を加熱するのに適した強度に及びうる可変強度を有しうる。
本開示によるポリマー組成物は、材料押出プロセスの間、活性化後及び堆積に続いて1種又は複数の硬化剤を用いた後処理を受けうる。本開示による硬化剤としては、ビニル基、エポキシ、アクリルオキシ、メタクリルオキシ、アミノ基、ウレイド、メルカプト基、イソシアネート、イソシアヌレート等を含む、ポリマー組成物と反応しうる官能基を含有するオルガノシランを挙げることができる。1つ又は複数の実施形態では、不飽和オルガノシラン、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニル-トリス-(ベータ-メトキシエトキシ)シラン、メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、ガンマ-アミノ-プロピルトリエトキシシラン、3-チオシアナトプロピル-トリエトキシシラン、ガンマ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が含まれうる。
本開示による高分子組成物は、ブレンドの間に高分子組成物に添加された場合、種々の物理及び化学特性を変更する添加剤を含んでもよく、これらとしては、流動潤滑剤、帯電防止剤、清澄剤、核形成剤、ベータ-核形成剤、スリップ剤、酸化防止剤、酸中和剤、光安定剤、例えば、HALS、IR吸収剤、シリカ、二酸化チタン、二酸化ケイ素、有機染料、有機顔料、無機染料及び無機顔料等の1種又は複数のポリマー添加剤が挙げられる。
1つ又は複数の実施形態では、ポリエチレン組成物は、カップリング剤との反応の前に、任意の下限と任意の上限が対にされてもよい、1g/10分、5g/10分、10g/10分及び15g/10分のうちの任意のものから選択される下限~50g/10分、100g/10分、500g/10分及び600g/10分のうちの任意のものから選択される上限を有する範囲の、ASTM D1238に従って決定される通りの190℃及び2.16kgにおける初期メルトフローインデックス(MFI)を有しうる。1つ又は複数の実施形態では、ポリプロピレン組成物は、カップリング剤との反応の前に、任意の下限と任意の上限が対にされてもよい、1g/10分、5g/10分、10g/10分及び15g/10分のうちの任意のものから選択される下限~100g/10分、500g/10分、600g/10分及び700g/10分のうちの任意のものから選択される上限を有する範囲の、ASTM D1238に従って決定される通りの230℃及び2.16kgにおける初期メルトフローインデックス(MFI)を有しうる。
本開示による方法は、FDM及び自由形式堆積を含む多数の付加製造技術において使用できる。本開示による付加製造システムは、プリント、構築又はそれ以外で3D部品及び/若しくは支持構造を生成する任意のシステムを含む。付加製造システムは、自立型ユニットであっても、より大きなシステム若しくは生産ラインのサブユニットであってもよく、及び/又は他の非付加製造フィーチャ、例えば、基材製造フィーチャ、ピックアンドプレースフィーチャ、2次元プリントフィーチャ等を含んでもよい。
以下の実施例では、線状ポリプロピレンをビススルホニルアジド4,4'-オキシジベンゼンスルホニルアジドと200℃で合わせて、分岐状ポリプロピレン組成物を生成し、種々の物理特性についてアッセイする。特に図1に関して、カップリング剤とのポリマーの反応によって発生した線状ポリプロピレン及び分岐状ポリプロピレンについての、200℃における粘度に対する長鎖分岐の効果が、角周波数の関数としての複素粘度のグラフに示されている。分岐状ポリプロピレンの粘度は、特により低い角運動速度で、線状ポリマーに対してより高い。
以下の実施例では、異相ポリプロピレンコポリマー(PP1)を2種の異なる活性化剤と組み合わせる。試料PP1 X01は、0.2wt%のビススルホニルアジドと組み合わせ、試料PP1 X02は、10wt%の、Cray Valley(商標)社から市販されている亜鉛塩であるDymalink 9200と組み合わせる。試料PP1 X01及びPP1 X02はまた、1,000ppmのHPN20E、Milliken(商標)社から市販されている核形成剤も含有する。両方の試料PP1 X01及びPP1 X02は、それぞれの活性化剤のバイアビリティーを維持することが可能である条件で調製した。
次の実施例では、本開示に従って配合された樹脂の挙動を、3Dプリントプロセスにおいてアッセイした。試料PP X02を、ペレット押出3Dプリンター(Titan Robotics(商標)社から入手可能)を使用して試験した。プリント加工温度を、以下のTable 2(表2)に示す。
機械特性の評価
試料配合物PP1 X01及びPP1 X02を、Table 3(表3)に示されるプロセス条件を使用してペレット押出3Dプリンターにおいて試験した。
Claims (30)
- 付加製造技術を使用して物品を製造する方法であって、
ポリマー組成物を溶融する工程と、
1種又は複数の活性化剤を用いてポリマー組成物を活性化する工程と、
溶融ポリマー組成物を堆積して物品を製造する工程と
を含む、方法。 - 溶融する工程が、ポリマー組成物を押出することを含む、請求項1に記載の方法。
- ポリマー組成物を溶融する工程及びポリマー組成物を活性化する工程が、同時に行われる、請求項1又は2に記載の方法。
- 溶融する工程及び活性化する工程が、付加製造機のプリントヘッドで行われる、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 溶融ポリマー組成物を堆積する工程が、ポリマー組成物を活性化する工程の前に行われる、請求項1又は2に記載の方法。
- 1種又は複数の活性化剤が、放射線源から放出された電離放射線を含む、請求項5に記載の方法。
- 堆積ポリマー組成物に光をパルス処理する工程であって、堆積ポリマー組成物が、活性化剤を含み、パルス光が、温度を上昇させることによって活性化剤を活性化する、工程を更に含む、請求項5に記載の方法。
- ポリマーを、フリーラジカル発生剤、カップリング剤及び架橋剤からなる群から選択される1種又は複数の活性化剤と合わせることによってポリマー組成物を調製する工程を更に含み、ポリマーを1種又は複数の活性化剤と合わせる工程が、1種又は複数の活性化剤の活性化温度未満の温度で行われ、ポリマーを1種又は複数の活性化剤と合わせる工程が、ポリマー組成物を活性化する工程の前に行われる、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー組成物を活性化する工程が、合わされたポリマー組成物及び1種又は複数の活性化剤の温度を、1種又は複数の活性化剤の活性化温度を超えて上昇させることを含む、請求項8に記載の方法。
- 活性化温度が、190℃以上である、請求項9に記載の方法。
- 活性化温度が、190℃~250℃の範囲である、請求項9に記載の方法。
- 1種又は複数の硬化剤を用いて堆積ポリマー組成物を硬化させる工程を更に含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 硬化剤が、不飽和オルガノシランである、請求項12に記載の方法。
- 1種又は複数の活性化剤が、アジド、スルホンアジド、過酸化物、アミノシラン、シラン、アクリレート、メタクリレート、高分子カップリング剤、アルファ-ベータ不飽和酸、ジビニルベンゼン、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジアリルマレエート、ペンタエリスリトールの不飽和エステル及びエーテル、トリアリルシアヌレート、硫黄、硫黄供与体、p-ベンゾキノン、ヒドロキノン並びにビスフェノールからなる群から選択される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 1種又は複数の活性化剤が、ジクミルペルオキシド(DCP)、t-ブチルα-クミルペルオキシド(BCP)、ジ-t-アミルペルオキシド(DTAP)、α,α'-ジ(t-ブチル-ペルオキシ)-1,3-及び1,4-ジ-イソプロピル-ベンゼン(DTBPIB)、2,5-ジ(t-ブチル-ペルオキシ)-2,5-ジメチルヘキサン(DTBPH)、ジ-t-ブチルペルオキシド(DTBP)及び2,5-ジ(t-ブチルペルオキシ)-2,5-ジメチルヘキシン(DTBHY)からなる群から選択される1種又は複数を含む、請求項14に記載の方法。
- 1種又は複数の活性化剤がビススルホニルアジドである、請求項14に記載の方法。
- 1種又は複数の活性化剤が、0.0001wt%~15wt%の範囲の、ポリマー組成物の質量パーセント(wt%)で添加される、請求項14に記載の方法。
- ポリマー組成物が、ポリエチレンホモポリマー、1つ又は複数のC3~C20オレフィンコモノマーを含有するポリエチレンコポリマー、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、非常に低密度のポリエチレン、超低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレンホモポリマー、1つ又は複数のC4~C20オレフィンコモノマーを含有するポリプロピレンコポリマー、異相ポリプロピレン及びランダムポリプロピレンからなる群から選択される1種又は複数のポリオレフィンを含む、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー組成物が、ポリプロピレンマトリックス相及びゴム相を含む異相ポリプロピレンコポリマーであり、ゴム相が、異相ポリプロピレンコポリマーの総質量に対して3wt%~70wt%の範囲で存在する、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- ゴム相が、ゴムの質量に対して15~70wt%の範囲のエチレンを含む、請求項19に記載の方法。
- ポリマー組成物が、フィラメント又はペレット形態である、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー組成物を堆積する工程が、フィラメント堆積モデリング技術を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
- ポリマー組成物を堆積する工程が、自由形式堆積技術を含む、請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
- 1種又は複数の活性化剤を用いてポリマー組成物を活性化する工程と、ポリマー組成物を溶融する工程と、溶融ポリマー組成物を堆積する工程のシークエンスを繰り返すことによって、3次元物品を構築する工程とを更に含む、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から24のいずれか一項に記載の方法によって調製された物品。
- ポリオレフィン組成物の複数のプリント層を含む物品であって、ポリオレフィン組成物が、活性化ポリオレフィン組成物の堆積から調製され、ポリオレフィン組成物が、1種又は複数の活性化剤によって活性化される、物品。
- 1種又は複数の活性化剤が、フリーラジカル発生剤、カップリング剤及び架橋剤からなる群から選択される、請求項26に記載の物品。
- 1種又は複数の活性化剤が、放射線源から放出された電離放射線を含む、請求項26に記載の物品。
- 1種又は複数の活性化剤が、フリーラジカル発生剤、カップリング剤及び架橋剤からなる群から選択される更なる活性化剤を更に含む、請求項28に記載の物品。
- ポリオレフィン組成物が、ビススルホニルアジドとカップリングされる、請求項26から29のいずれか一項に記載の物品。
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