JP2023550251A - 3d印刷プロセスにおいて使用するためのポリマー材料 - Google Patents
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Abstract
本発明は、積層造形(付加製造)による3Dの物品の製作における、以下を含むポリマー材料の使用に関する:(a)ISO 178:2019規格に従って測定して、少なくとも150MPaの曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンポリマーP、(b)ISO 178:2019規格に従って測定して、100MPa以下の曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBE、及び(c)少なくとも1種の固体の無機化合物SC。
Description
本発明は、積層造形(付加製造)によって三次元物品を製作するのに適したポリマー材料に関する。本発明はさらに、屋根用単一部品として使用するのに適した三次元物品にも関する。
建造分野においては、ポリマーシート(多くの場合、膜又はパネルと呼ばれる)が、地下及び地上の建造物、たとえば、地階、トンネル、及び屋根を、水の浸透から保護するために使用される。屋根膜は、一般的に、平坦及び低勾配の屋根構造の防水のために使用される。屋根膜及びテープのために一般的に使用される材料としては、プラスチック、特には熱可塑性プラスチック、たとえば可塑化ポリ塩化ビニル(p-PVC)、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー(TPO、TPE-O)、及びエチレン-プロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴムなどのエラストマーが挙げられる。
屋根膜は、屋根基材にしっかりと固定されていて、それにかかる、強い風荷重のような剪断力に耐える十分な機械的強度を備えていなければならない。これは、たとえば、ねじ釘及び/又は棘つきの板を使用するような機械的な固定手段、又は接着剤を使用して膜を屋根基材に間接的に接着する接着手段によって実現することが可能である。さらには、隣り合う膜を、典型的には、その防水対象の基材の表面上に連続の防水シールを作り出すために、膜の耳縁部で、膜の長さ方向及び幅方向で重ね合わせる。
特に平坦な屋根の場合には、ほとんど常に、特定の屋根の要素又は領域、たとえば、貫入部、パラペット、コーナー又はダクトを、水の浸透に対してシールする目的で、特注の屋根用単一部品を使用することが必要となる。その特注の屋根用単一部品は、たとえば、予備成形したチューブ又は角度をつけた部品であってよい。屋根の主領域のシーリング材料たとえば膜に対してこれらを防水的な方式で連結すれば、屋根の領域全体を、信頼のおける、耐久性のある形で、シールすることができる。
屋根の建造物が各種異なるために、多くの個別のデザインの屋根用単一部品が必要となるが、典型的には、いくつかの異なった形状にフィットできるようにした汎用のプレハブ型の形状物が使用される。汎用のプレハブ型の形状物は、通常、それらが実際の形状状況に完全にフィットすることはなく、多くの場合、取付けの際に、力を加えたり、曲げたりする必要があるという欠点を有している。したがって、これらのタイプの屋根用単一部品を取り付けてフィットさせるには、多大な注意を払わなければならない。
別な方法として、個別の屋根のデザインに特別に合わせた特注の部品を使用することも可能である。しかしながら、これらは、手作業で作らねばならず、そのため、ほとんどの場合において、極めて高価なものとなる。また別の欠点は、手作業で作った部品は、典型的には、射出成形法又は加圧成形法によって製造された基本形状物を組み合わせることにより製造され、次いでそれを、加熱溶着するか、又は接着結合を使用して互いに組み合わせるということである。このことによって、特に、繰り返される季節的な加熱-冷却のサイクルから起きる熱応力を考慮すると、潜在的な弱点となり得る追加の溶着線又は接着線が導入されたことの結果として物体の破損の危険性が増大する。
プレハブ型の汎用屋根用単一部品及び特注屋根用単一部品の代替物として、いわゆる「リキッド・アプライド・ディテーリング・マテリアル(liquid applied detailing material)」を使用することも可能である。しかしながら、屋根の上の他のシーリング材料、たとえば膜への接続が、防水性に関しての弱点を構成する可能性があるが、その理由は、その適用が適切な職人の腕に決定的に依存するからである。
したがって、上述の欠点を克服する、改良された解決法を提供する必要性が存在する。
図において、同一の構成要素には、同じ参照記号を与えている。
(課題を解決するための手段)
本発明の目的は、迅速でコスト的に優れたプロセスを使用する、三次元物品、好ましくは特注の屋根用単一部品を提供することが可能な、ポリマー材料を提供することである。
本発明の目的は、迅速でコスト的に優れたプロセスを使用する、三次元物品、好ましくは特注の屋根用単一部品を提供することが可能な、ポリマー材料を提供することである。
驚くべきことには、請求項1の特性により、この目的が達成可能であることが見いだされた。
特には、請求項1において定義されるポリマー材料が、迅速でコスト的に優れたプロセスを使用して、高度に複雑な形状を有する特注の屋根用単一部品の製造を可能とする、積層造形技術の手段による三次元物品の製作において使用するのに好適であるということが見いだされた。そのようにして製造された屋根用単一部品は、いかなるウェルドラインや、接着的に接合されたセクションも全く含んでいないので、物体が破損するという危険性が、従来技術の手作業による屋根のディテーリング部品を使用するのに比較して、顕著に低い。
本発明のポリマー材料の利点は、積層造形プロセスによって屋根用単一部品を製造すると、極めて低いコストで、単一の個別化された部品を製造することが可能となる点にある。具体的には、部品あたりのコストが、ロットサイズからは実質的に独立している。さらには、その屋根用単一部品が、大きな屋根面積の防水加工に一般的に使用される屋根膜の品質と、同程度の品質を与えるということも確実であり得る。
本発明のさらなる主題は、さらなる独立請求項において定義される。好ましい実施態様を、本明細書本文及び従属請求項を通して説明する。
本発明の主題は、積層造形法によって三次元物品を製作するためのポリマー材料の使用であって、このポリマー材料には、下記が含まれる:
(a)ISO 178:2019規格に従って測定して、少なくとも150MPa、好ましくは少なくとも250MPaの曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンポリマーP、
(b)ISO 178:2019規格に従って測定して、100MPa以下、好ましくは75MPa以下の曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBE、及び
(c)少なくとも1種の固体の無機化合物SC。
(a)ISO 178:2019規格に従って測定して、少なくとも150MPa、好ましくは少なくとも250MPaの曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンポリマーP、
(b)ISO 178:2019規格に従って測定して、100MPa以下、好ましくは75MPa以下の曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBE、及び
(c)少なくとも1種の固体の無機化合物SC。
略号の「3D」は、本発明の開示全体を通じて、「三次元」の用語のために使用される。
「ポリマー」という用語は、同一のタイプ又は異なったタイプのモノマーの重合反応(重合、重付加、重縮合)によって製造される、化学的に均質な、一団のマクロモレキュールを指しているが、ここでそのマクロモレキュールは、重合度、分子量、及び鎖長の点で異なっている。この用語には、重合反応の結果から得られる前記総称的マクロモレキュールの誘導体、すなわち、たとえば、あらかじめ決められているマクロモレキュールの中の官能基の付加反応又は置換反応によって得られる化合物も包含され、それらは、化学的に均質であっても、或いは化学的に不均質であってもよい。
「分子量」という用語は、分子又は分子の一部(「残基(moiety)」とも呼ばれる)のモル質量(g/mol)を指している。「平均分子量」という用語は、分子又は残基のオリゴマー性又はポリマー性混合物の数平均分子量(Mn)を指している。分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーによって求めることができる。
「軟化点」という用語は、化合物が軟化してゴム様の状態となる温度、又は化合物の中の結晶部分が溶融する温度を指している。軟化点は、DIN EN 1238:2011規格に従って実施される環球測定法(Ring and Ball measurement)によって求めるのが好ましい。
「溶融温度」という用語は、物質が、固体状態から液体状態へと転移する温度を指す。溶融温度(Tm)は、ISO 11357-3規格に従った示差走査熱量測定(DSC)により、2℃/分の加熱速度を使用して求めるのが好ましい。その測定は、Mettler Toledo DSC3+装置を使用して実施することが可能であり、Tm値は、測定されたDSC-曲線から、DSC-ソフトウェアを用いて求めることができる。測定されたDSC-曲線が複数のピーク温度を示すような場合には、そのサーモグラムの中の、低温側からの最初のピークの温度を溶融温度(Tm)とみなす。
「ガラス転移温度」(Tg)という用語は、それより高いと、ポリマー成分が柔らかく、曲がりやすくなり、それより低いと、それが硬く、ガラス質となるような温度を指している。ガラス転移温度(Tg)は、動的機械的分析(DMA)により、1Hzの振動数、0.1%の歪みを加えて測定した損失弾性率(G”)曲線のピークとして測定するのが好ましい。
組成物中の、「少なくとも1種の成分Xの量又は含量」、たとえば、「少なくとも1種の熱可塑性ポリマーTPの量」という用語は、その組成物中に含まれる全部の熱可塑性ポリマーTPの、個々の量を合計したものを指している。さらには、その組成物が、20重量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマーTPを含む場合には、その組成物の中に含まれる全部の熱可塑性ポリマーTPの量を合計したものが、20重量%に等しい。
「通常の室温」という用語は、23℃の温度を指している。
ISO 52900-2015規格に従って、「積層造形(付加製造;additive manufacturing=AM)」という用語は、材料の連続層を使用して、3Dの対象物を作り出す技術を指している。AMプロセスにおいては、製造する目的の3Dの対象物のデジタルモデルをベースとし、コンピューター制御の下で、材料を、析出、塗布、又は固化させて、その3Dの物品を作り出す。3Dの物品のデジタルモデルは、たとえば、CADソフトウェア又は3Dの対象物用スキャナーを使用することによって、作り出すことができる。
積層造形プロセスはさらに、「ジェネラティブ製作方法」又は「3D印刷(3D printing)」のような用語も指している。「3D印刷」という用語は、元々は、1990年代に、Massachusetts Institute of Technology(MIT)によって創出されたAMプロセスをベースとするインクジェット印刷のために使用されていたものである。原料物質から、材料をモールディング/キャスティング若しくはサブトラクティング/マシニングすることにより対象物を作り出す、従来からの技術に比較して、積層造形技術は、製作のために、根本的に異なるアプローチ方法に従っている。特に、それは、それぞれの対象物についてデザインを、製作コストを上げることなく、変更することが可能であり、広い範囲の製品について、テーラーメードの解決法を提供する。
一般的には、AMプロセスにおいては、3Dの物品は、不定形(shapeless)材料(たとえば、液体、粉体、粒状体、ペーストなど)及び/又は中間形状(shape-neutral)材料(たとえば、帯状物、線状物、フィラメント)を使用して製作されるが、具体的にはそれらを、化学的及び/又は物理的プロセス(たとえば、融解、重合、焼結、キュア、又は硬化)にかける。AM技術の主たるカテゴリーとしては、以下の方法が挙げられる:VAT光重合法、材料押出加工法、材料ジェッティング法、バインダージェッティング法、粉体ベッド融解法、ダイレクトエネルギーデポジション法、及びシート積層法。
1種又は複数の実施態様において、その積層造形プロセスは、材料押出加工プロセス又は粉体ベッド融解プロセスである。
好適な材料押出加工プロセスとしては、「溶融フィラメント製造(ヒューズド・フィラメント・ファブリケーション)」法及び「溶融パーティクル製造(ヒューズド・パーティクル・ファブリケーション)」法が挙げられる。好適な粉体ベッド融解プロセスとしては、マルチジェット融解法、選択的加熱焼結法、及び選択的レーザー焼結法が挙げられる。
ヒューズド・フィラメント・ファブリケーション(FFF)プロセス(別称、ヒューズド・デポジション・モデリング(fused deposition modeling=FDM)としても知られている)においては、3Dの物品が、フィラメントの形態にあるポリマー材料を使用し、3Dの物品のデジタルモデルをベースにして製造される。FFFプロセスにおいては、ポリマーのフィラメントが、可動式のプリンター押出しヘッドの中へフィードされ、加熱されてそのガラス転移温度又は溶融温度を超え、次いで、プリンター押出しヘッドの加熱されたノズルを通して、連続法で一連の層として析出される。その析出の後で、ポリマー材料の層が固化され、先に析出された層と溶融する。
プリンター押出しヘッドは、コンピューター制御の下で移動して、3Dの物品のデジタルモデルから計算された制御データに基づいて、印刷される形状を規定する。典型的には、その3Dの物品のデジタルモデルを、最初に転換させて、その3D形状をテッセレレート(tessellate=モザイク模様に分割)させて、それを複数のデジタル層にスライスする、STLファイルとする。次いでそのSTLファイルを、慣用されるマシンソフトウェアを使用して、3Dプリンターへ転送させる。たとえばコンピューター援用製作(CAM)ソフトウェアパッケージのような制御システムを使用して、そのSTLファイルを制御データに変換させ、それを、その印刷プロセスを制御するために使用する。
通常プリンター押出しヘッドは二次元で移動し、1回につき1つの水平面すなわち水平層を析出させる。次いで、そのようにして形成された対象物及び/又はプリンター押出しヘッドを垂直に少しだけ移動させて、新しい層の析出を開始させる。ヒューズド・パーティクル・ファブリケーション(FPF)(別称、ヒューズド・グラニュラー・パーティクル・ファブリケーション(fused granular fabrication=FGF)としても知られている)は、そのポリマー材料が、フィラメントに代えて、粒子状物質、たとえば粒状物、又はペレットの形態で供給される点でおいてのみ、FFFプロセスとは異なっている。選択的レーザー焼結プロセスにおいては、レーザービームに暴露されたときに、粉体化されたプラスチック材料が、選択的に焼結(加熱及び溶融)される。
1種又は複数の実施態様において、その積層造形法が、溶融フィラメント製造法(ヒューズド・フィラメント・ファブリケーション・プロセス)、溶融パーティクル製造法(ヒューズド・パーティクル・ファブリケーション・プロセス)、又は選択的レーザー焼結プロセスであり、好ましくはヒューズド・フィラメント・ファブリケーション・プロセス又はヒューズド・パーティクル・ファブリケーション・プロセスである。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、ISO 178:2019規格に従って測定して、1500MPa以下、好ましくは1250MPa以下の曲げモジュラスを有している。1種又は複数の好ましい実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、ISO 178:2019規格に従って測定して、150~1350MPa、なおもより好ましくは250~1250MPa、より好ましくは300~1000MPa、なおもより好ましくは350~850MPa、さらにより好ましくは400~750MPaの範囲内の曲げモジュラスを有している。
好ましくは、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、ISO 16152 2005規格に従って測定して、60重量%以下、好ましくは50重量%以下の冷キシレン可溶性画分を有している。1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、ISO 16152 2005規格に従って測定して、5~50重量%、好ましくは10~45重量%、より好ましくは15~40重量%、なおもより好ましくは20~40重量%の範囲内の冷キシレン可溶性画分を有している。
その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、以下のような性質を有していれば、さらに好ましい:
- 100℃以上、好ましくは110℃以上、より好ましくは120℃以上、特には120~170℃、好ましくは125~160℃、より好ましくは125~150℃、なおもより好ましくは125~140℃の範囲内の、ISO 11357-3:2018規格に規定された方法を使用し2℃/分の加熱速度を使用した示差走査熱量測定(DSC)の手段により求めた曲線の極大値として測定した融点、及び/又は
- ISO 1133-1規格に従って測定して、35g/10分以下、好ましくは20g/10分以下、より好ましくは15g/10分以下、なおもより好ましくは10g/10分以下、特には1~15g/10分、好ましくは3~10g/10分、より好ましくは4~10g/10分の範囲内の、メルトフローレート(230℃/2.16kg)。
- 100℃以上、好ましくは110℃以上、より好ましくは120℃以上、特には120~170℃、好ましくは125~160℃、より好ましくは125~150℃、なおもより好ましくは125~140℃の範囲内の、ISO 11357-3:2018規格に規定された方法を使用し2℃/分の加熱速度を使用した示差走査熱量測定(DSC)の手段により求めた曲線の極大値として測定した融点、及び/又は
- ISO 1133-1規格に従って測定して、35g/10分以下、好ましくは20g/10分以下、より好ましくは15g/10分以下、なおもより好ましくは10g/10分以下、特には1~15g/10分、好ましくは3~10g/10分、より好ましくは4~10g/10分の範囲内の、メルトフローレート(230℃/2.16kg)。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、そのポリマー材料の全重量の、5~70重量%、好ましくは10~65重量%、より好ましくは15~65重量%、なおもより好ましくは20~60重量%、さらにより好ましくは25~60重量%を占める。
その少なくとも1種のプロピレンポリマーPとして使用するのに好適なポリマーとしては、ホモポリマー、及び特にはプロピレンと、プロピレンとは異なる1種又は複数のコモノマーとのインターポリマーが挙げられる。「インターポリマー」という用語は、少なくとも2種の異なったタイプのモノマー又はコモノマーを重合させることによって調製されるポリマー、たとえば、コポリマー、ターポリマー、及びテトラポリマーを指している。
その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、そのインターポリマーの重量を基準にして、好ましくは少なくとも25重量%、より好ましくは少なくとも35重量%、なおもより好ましくは少なくとも45重量%のプロピレン含量を有する、好ましくはプロピレンのインターポリマー、より好ましくはプロピレンコポリマー又はプロピレンターポリマーである。インターポリマーのモノマー/コモノマー含量は、重量%又はモル%で表した、それぞれのモノマー/コモノマーの合計量を指している。モノマー/コモノマー含量は、IR分光法又は定量的な核磁気共鳴(NMR)測定によって測定することができる。
好適なプロピレンインターポリマーとしては、たとえば、プロピレン-α-オレフィンインターポリマー及びヘテロ相プロピレンコポリマーが挙げられる。
特に好適なプロピレン-α-オレフィンインターポリマーとしては、そのインターポリマーの重量を基準にして、好ましくは少なくとも25重量%、より好ましくは少なくとも35重量%、なおもより好ましくは少なくとも45重量%のプロピレン含量を有する、プロピレンと、1種又は複数のC4~C20α-オレフィンモノマー、特には1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、及び1-ヘキサドデセンの1種又は複数とのランダム及びブロックインターポリマーが挙げられる。
好適なプロピレン-α-オレフィンインターポリマーとしては、たとえば以下のようなものが市販されている:(Ineosからの)Eltex(登録商標)の商品名、たとえばEltex(登録商標)P KS 359;(Propilcoからの)Propilco(登録商標)の商品名、たとえばPropilco(登録商標)07R87;(Totalからの)PPR(登録商標)の商品名、たとえばPPR(登録商標)6290;(LyondellBasellからの)Moplen(登録商標)の商品名、たとえばMoplen(登録商標)PR 310 M、Moplen(登録商標)PR 320 M、及びMoplen(登録商標)PR 220 M;並びに、(LyondellBasellからの)Clyrell(登録商標)の商品名、たとえばClyrell(登録商標)RC2472。
「ヘテロ相コポリマー」という用語は、特別なタイプの熱可塑性オレフィンエラストマー(TPE-O)を指しているが、それらは、オレフィン系成分のリアクターブレンド物として得られる。ヘテロ相コポリマーは、高結晶化度のベースポリオレフィンと、低結晶化度又は非晶質のポリオレフィン変性剤、典型的にはゴムとを含む、ポリマー系である。そのヘテロ相の相モルホロジーは、主としてベースポリオレフィンから構成されるマトリックス相と、主としてポリオレフィン変性剤から構成される分散相とからなっている。市販されているヘテロ相コポリマーには、ベースポリオレフィンと、ポリオレフィン変性剤とのリアクターブレンド物が含まれ、「インサイチューTPO」又は「リアクターTPO」とも呼ばれている。ヘテロ相コポリマーの構成成分は、典型的には、逐次重合プロセスで製造されるが、その場合第一のリアクターの中でマトリックス相の構成成分が製造されてから、第二のリアクターに移送され、そこで分散相の構成成分が製造され、マトリックス相の中のドメインとして組みこまれる。
ポリプロピレンホモポリマーをベースポリマーとして含むヘテロ相コポリマーは、多くの場合、「ヘテロ相プロピレンコポリマー(HECO)」と呼ばれるのに対して、プロピレンランダムコポリマーをベースポリマーとして含むヘテロ相コポリマーは、多くの場合、「ランダムヘテロ相プロピレンコポリマー(RAHECO)」と呼ばれる。「ヘテロ相プロピレンコポリマー」という用語には、本開示においては、HECO及びRAHECO両方のタイプのヘテロ相プロピレンコポリマーが包含される。
ポリオレフィン変性剤の量に応じて、市販されているヘテロ相プロピレンコポリマーは、典型的には、「インパクトコポリマー(ICP)」として、又は「リアクター-TPO」として、又は「ソフト-TPO」として区別される。これらのTPOのタイプでの主な違いは、ICPにおけるポリオレフィン変性剤の量が、典型的には、リアクター-TPO及びソフト-TPOの場合よりも低く、たとえば35重量%以下、特には25重量%以下であるという点である。したがって、典型的なICPは、リアクター-TPO及びソフト-TPOに比較して、ISO 16152:2005規格に従って測定して、より低い冷キシレン可溶性(XCS)含量、さらにはISO 178:2019規格に従って測定して、より高い曲げモジュラスを有している傾向がある。
好適なヘテロ相プロピレンコポリマーは、たとえば以下のものとして市販されている:(すべて、LyondellBaselからの)Adflex(登録商標)、Adsyl(登録商標)、Clyrell(登録商標)、Hifax(登録商標)、Hiflex(登録商標)、Softell(登録商標)の商品名、及び(Borealis Polymersからの)Borsoft(登録商標)の商品名、たとえばBorsoft(登録商標)SD233 CF。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、そのインターポリマーの全重量を基準にして、好ましくは少なくとも45重量%、より好ましくは少なくとも55重量%、なおもより好ましくは少なくとも65重量%のプロピレン含量を有する、プロピレンと、1種又は複数のC4~C20α-オレフィンモノマー、好ましくは1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、及び1-ヘキサドデセンの1種又は複数との少なくとも1種のランダムインターポリマーP1を含むか、又はそれらからなっている。
一般的には、「その少なくとも1種の化合物Xが、少なくとも1種の化合物XNを含む」、たとえば「その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、プロピレンと、1種又は複数のC4~C20α-オレフィンモノマーとの少なくとも1種のランダムインターポリマーP1を含む」という表現は、本開示の文脈においては、そのポリマー材料が、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPの代表として、1種又は複数のランダムインターポリマーP1を含んでいるということを意味していると理解されたい。
1種又は複数のさらなる実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、そのコポリマーの全重量を基準にして、好ましくは少なくとも45重量%、より好ましくは少なくとも55重量%、なおもより好ましくは少なくとも65重量%のプロピレン含量を有し、好ましくは以下のものを含む、少なくとも1種のヘテロ相プロピレンコポリマーP2を含むか、又はそれらからなっている:
- A)100℃以上の溶融温度(Tm)を有する、少なくとも1種のポリプロピレン、好ましくはプロピレンのホモポリマー、及び/又はそのコポリマーの重量を基準にして、20重量%未満、好ましくは10重量%未満のコモノマー含量を有するプロピレンのランダムコポリマー、並びに
- B)-20℃以下のガラス転移温度(Tg)を有する少なくとも1種のポリオレフィン、好ましくは、そのコポリマーの重量を基準にして、少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%のコモノマー含量を有し、好ましくは-25℃以下、より好ましくは-35℃以下のガラス転移温度(Tg)を有するエチレンコポリマー、好ましくはエチレン-プロピレンゴム(EPR)、
ここでそのヘテロ相プロピレンコポリマーには、主としてA)で構成されるマトリックス相、及び主としてB)で構成される分散相が含まれる。
- A)100℃以上の溶融温度(Tm)を有する、少なくとも1種のポリプロピレン、好ましくはプロピレンのホモポリマー、及び/又はそのコポリマーの重量を基準にして、20重量%未満、好ましくは10重量%未満のコモノマー含量を有するプロピレンのランダムコポリマー、並びに
- B)-20℃以下のガラス転移温度(Tg)を有する少なくとも1種のポリオレフィン、好ましくは、そのコポリマーの重量を基準にして、少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%のコモノマー含量を有し、好ましくは-25℃以下、より好ましくは-35℃以下のガラス転移温度(Tg)を有するエチレンコポリマー、好ましくはエチレン-プロピレンゴム(EPR)、
ここでそのヘテロ相プロピレンコポリマーには、主としてA)で構成されるマトリックス相、及び主としてB)で構成される分散相が含まれる。
さらなる実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、少なくとも1種のプロピレンのランダムインターポリマーP1及び少なくとも1種のヘテロ相プロピレンコポリマーP2を含むか、又はそれらからなっている。
1種又は複数の好ましい実施態様において、その少なくとも1種のランダムインターポリマーP1が、そのランダムターポリマーの全重量を基準にして、好ましくは少なくとも50重量%、より好ましくは少なくとも60重量%、なおもより好ましくは少なくとも70重量%のプロピレン含量を有する、ターポリマー、好ましくはプロピレンと2種のC4~C20α-オレフィンモノマー、好ましくはエチレン及びブテンモノマーとのランダムターポリマーである。
そのポリマー材料にはさらに、ISO 178:2019規格に従って測定して、100MPa以下、好ましくは75MPa以下、より好ましくは65MPa以下、なおもより好ましくは50MPa以下、さらにより好ましくは35MPa、最も好ましくは20MPa以下の曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが含まれる。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、ISO 16152:2005規格に従って測定して、少なくとも90重量%、好ましくは少なくとも95重量%、より好ましくは少なくとも97.5重量%、なおもより好ましくは少なくとも99重量%の冷キシレン可溶性含量を有している。
その少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、以下の性質を有していれば、さらに好ましい:
- 95℃以下、好ましくは75℃以下、より好ましくは70℃以下、なおもより好ましくは65℃以下の、DIN EN 1238:2011規格に従って実施した環球測定法によって求めた軟化点、及び/又は
- 50g/10分以下、好ましくは35g/10分以下、より好ましくは25g/10分以下のISO 1133規格に従って測定したメルトフローレート(230℃/2.16kg)、及び/又は
- 0.850~0.900g/cm3、好ましくは0.855~0.890g/cm3の、ASTM D-792規格に従って測定した23℃での密度。
- 95℃以下、好ましくは75℃以下、より好ましくは70℃以下、なおもより好ましくは65℃以下の、DIN EN 1238:2011規格に従って実施した環球測定法によって求めた軟化点、及び/又は
- 50g/10分以下、好ましくは35g/10分以下、より好ましくは25g/10分以下のISO 1133規格に従って測定したメルトフローレート(230℃/2.16kg)、及び/又は
- 0.850~0.900g/cm3、好ましくは0.855~0.890g/cm3の、ASTM D-792規格に従って測定した23℃での密度。
少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEは、そのコポリマーの重量を基準にして、少なくとも60重量%、好ましくは少なくとも70重量%の、プロピレン含量、及びそのコポリマーの重量を基準にして、5~20重量%、好ましくは12~18重量%、より好ましくは12~16重量%の、エチレン含量を有する、好ましくはプロピレン-エチレンコポリマー、好ましくはランダムプロピレン-エチレンコポリマーである。
特に好適なプロピレンベースのエラストマーは、たとえば、以下の市販品である:(Dow Chemicalsからの)Versify(登録商標)の商品名、及び(Exxon Mobilからの)Vistamaxx(登録商標)の商品名、たとえばVistamaxx(登録商標)6102及び6102。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、そのポリマー材料の全重量の5~75重量%、好ましくは10~70重量%、より好ましくは15~65重量%、なおもより好ましくは20~65重量%を占める。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、ISO 1133-1規格に従って測定して、少なくとも15g/10分、好ましくは少なくとも20g/10分のメルトフローレート(230℃/2.16kg)を有する第一のプロピレンベースのエラストマーPBE1、及びISO 1133-1規格に従って測定して、10g/10分以下、好ましくは5g/10分以下のメルトフローレート(230℃/2.16kg)を有する第二のプロピレンベースのエラストマーPBE2を含んでいる。
1種又は複数の実施態様において、その第一のプロピレンベースのエラストマーPBE1が、その少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEの全重量の、少なくとも35重量%、好ましくは少なくとも55重量%、より好ましくは少なくとも65重量%、なおもより好ましくは少なくとも75重量%を占める。
その少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、そのポリマー材料の全重量の、好ましくは少なくとも2.5重量%、より好ましくは少なくとも3.5重量%、なおもより好ましくは少なくとも4.5重量%、さらにより好ましくは少なくとも5.5重量%を占める。1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、そのポリマー材料の全重量の2.5~50重量%、好ましくは3.5~45重量%、より好ましくは4.5~40重量%、なおもより好ましくは5~40重量%を占める。
その少なくとも1種の固体の無機化合物SCは、20℃の温度で、好ましくは0.1g/100g(水)未満、より好ましくは0.05g/100g(水)未満、なおもより好ましくは0.01g/100g(水)未満の水溶解度を有している。化合物の水中への溶解度は、より多くの化合物を添加してもその溶液の濃度を上げることができない、すなわち過剰の物質が沈殿しはじめる、飽和濃度として測定することができる。化合物の水中への水溶解度のための測定は、OECDの試験ガイドライン105(1995年7月27日採択)で定義された規格の「振とうフラスコ」法を使用して実施することができる。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、無機充填材、難燃剤、及び着色顔料からなる群より選択される。
少なくとも1種の固体の無機化合物SCとして使用するのに好適な無機充填材としては、たとえば以下のものが挙げられる:不活性な鉱物質充填材たとえば、砂、花こう岩、炭酸カルシウム、クレー、膨張粘土、珪藻土、軽石、マイカ、カオリン、タルク、ドロマイト、ゾノトライト、パーライト、バーミキュライト、ウォラストナイト、バライト、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、アルミン酸カルシウム、シリカ、ヒュームドシリカ、融解石英、エーロゲル、ガラスビーズ、中空ガラス球、セラミック球、ボーキサイト、微粉砕コンクリート、ゼオライト、及び無機繊維。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の固体の無機化合物SCには、少なくとも1種の無機充填材Fが含まれる。
その少なくとも1種の無機充填材Fは、20℃の温度で、好ましくは0.1g/100g(水)未満、より好ましくは0.05g/100g(水)未満、なおもより好ましくは0.01g/100g(水)未満の水溶解度を有している。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の無機充填材Fが、そのポリマー材料の全重量の少なくとも0.5重量%、好ましくは少なくとも1.0重量%、より好ましくは少なくとも1.5重量%、なおもより好ましくは少なくとも2.5重量%を占める。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の無機充填材Fが、250μm以下、好ましくは150μm以下、より好ましくは50μm以下のメジアン粒径d50を有する、少なくとも1種の充填材F1を含んでいる。
「粒径」という用語は、本開示においては、粒子と面積が等価な球の直径(Xarea)を指している。「メジアン粒径d50」という用語は、本開示においては、全部の粒子の容積で50%が、d50値よりも小さいという粒径を指している。粒径分布は、ASTM C136/C136M-2014規格(「Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates」)に記載されている方法に従って、篩分析をすることによって、求めることができる。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の充填材F1が、砂、花こう岩、炭酸カルシウム、クレー、膨張粘土、珪藻土、軽石、マイカ、カオリン、タルク、ドロマイト、ゾノトライト、パーライト、バーミキュライト、ウォラストナイト、バライト、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、アルミン酸カルシウム、シリカ、ヒュームドシリカ、融解石英、エーロゲル、ガラスビーズ、中空ガラス球、セラミック球、ボーキサイト、微粉砕コンクリート、ゼオライト、及び無機繊維からなる群より、好ましくは炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、クレー、膨張粘土、珪藻土、軽石、マイカ、カオリン、タルク、ドロマイト、ゾノトライト、パーライト、バーミキュライト、ウォラストナイト、バライト、水酸化カルシウム、アルミン酸カルシウム、シリカ、ヒュームドシリカ、及び融解石英からなる群より選択される。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の充填材F1が、1~100μm、好ましくは1.5~50μm、より好ましくは2.5~35μm、なおもより好ましくは5~25μm、さらにより好ましくは5~15μmの範囲内のメジアン粒径d50を有している。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の無機充填材Fが、好ましくは無機繊維からなる群より選択される、より好ましくはミルドガラス繊維、アラミド繊維、ウォラストナイト繊維、及び炭素繊維から、より好ましくはミルドガラス繊維からなる群より選択される、少なくとも1種の繊維ベースの充填材F2を含んでいる。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の繊維ベースの充填材F2が、100~350μm、好ましくは150~250μmの範囲内の平均繊維長さ、及び/又は5~35μm、好ましくは10~25μmの範囲内の平均繊維直径を有している。
「平均繊維長さ/直径」という用語は、サンプル若しくは集合、又はそのようなサンプル若しくは集合から抽出した統計的に有意且つ代表的なランダムサンプルの内での、繊維の個別の長さ/直径の算術平均を指している。「繊維直径」という用語は、本開示においては、EN 14889-2:2006規格に従って測定した繊維の相当直径を指している。
その繊維長さ及び繊維直径は、ISO 13322-2:2006規格に従い、たとえば乾式分散法を用いて実施される、動的画像解析法使用して測定することができるが、そこでは、粒子状物質が、好ましくは空気圧分散方法を使用して、空気中に分散される。その測定は、各種のタイプの動的画像解析装置、たとえばCamsizer XT装置(Retsch Technology GmbHの商標)を使用して実施することができる。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の固体の無機化合物SCには、少なくとも1種の難燃剤FRが含まれる。
その少なくとも1種の難燃剤FRは、好ましくは、以下のものからなる群より選択される:水酸化マグネシウム、三水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、ポリリン酸アンモニウム、並びにメラミン-、メラミン樹脂-、メラミン誘導体-、メラミン-ホルムアルデヒド-、シラン-、シロキサン-、及びポリスチレン-でコーティングされたポリリン酸アンモニウム。
少なくとも1種の難燃剤FRとして使用するためのさらなる好適な難燃剤としては、たとえば以下のものが挙げられる:1,3,5-トリアジン化合物、たとえばメラミン、メラム、メレム、メロン、アンメリン、アンメリド、2-ウレイドメラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、ジアミノフェニルトリアジン、メラミン塩及びアダクツ、メラミンシアヌレート、メラミンホウ酸塩、メラミンオルトリン酸塩、メラミンピロリン酸塩、ジメラミンピロリン酸塩及びメラミンポリリン酸塩、オリゴマー性及びポリマー性の1,3,5-トリアジン化合物及び1,3,5-トリアジン化合物のポリリン酸塩、グアニン、リン酸ピペラジン、ポリリン酸ピペラジン、エチレンジアミンリン酸塩、ペンタエリスリトール、ホウリン酸塩、1,3,5-トリヒドロキシエチルイソシアヌレート、1,3,5-トリグリシジルイソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、並びに上述の化合物の誘導体。
好適な難燃剤は、たとえば以下のものとして市販されている:(いずれもAlbemarleからの)Martinal(登録商標)及びMagnifin(登録商標)の商品名、及び(Clariantからの)Exolit(登録商標)の商品名、(Phos-Checkからの)Phos-Check(登録商標)、及び(Budenheimからの)FR CROS(登録商標)。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の難燃剤FRが、そのポリマー材料の全重量の、1~60重量%、好ましくは1.5~50重量%、5~40重量%、より好ましくは10~35重量%、なおもより好ましくは15~35重量%を占める。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、好ましくは二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、硫酸バリウム、酸化鉄、混合金属酸化鉄、アルミニウム粉体、及びグラファイトからなる群より選択される、少なくとも1種の着色顔料CPを含んでいる。
その少なくとも1種の着色顔料CPが、好ましくは1000nm以下、より好ましくは750μm以下、なおもより好ましくは500nm以下のメジアン粒径d50を有している。1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の着色顔料CPが、50~1000nm、好ましくは75~750nm、より好ましくは100~650nm、なおもより好ましくは125~500μm、さらにより好ましくは150~350μm、最も好ましくは200~300nmの範囲内のメジアン粒径d50を有している。
1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の充填材F1の量、その少なくとも1種の繊維ベースの充填材F2の量、その少なくとも1種の難燃剤FRの量、及び少なくとも着色顔料CPの量を合計したものが、そのポリマー材料の全重量の、少なくとも2.5重量%、好ましくは少なくとも3.5重量%、より好ましくは少なくとも4.5重量%、なおもより好ましくは少なくとも5.5重量%を占める。1種又は複数の実施態様において、その少なくとも1種の充填材F1の量、その少なくとも1種の繊維ベースの充填材F2の量、その少なくとも1種の難燃剤FRの量、及びその少なくとも着色顔料CPの量を合計したものが、そのポリマー材料の全重量の、2.5~50重量%、好ましくは3.5~45重量%、より好ましくは4.5~40重量%、なおもより好ましくは5~40重量%を占める。
そのポリマー材料にはさらに、1種又は複数のUV-安定剤、好ましくは少なくとも1種のヒンダードアミン光安定剤(HALS)が含まれていてよい。これらのタイプの化合物は、典型的には、光で誘起されるポリマーの分解を防止する目的で、ポリマーのブレンド物に添加される。そのようなUV-安定剤は、その三次元物品が、屋外用途、たとえば屋根構造の防水に使用される場合においては、特に必要である。
好適なヒンダードアミン光安定剤(HALS)としては、たとえば、以下のものが挙げられる:ビス(2,2,6,6-テトラメチルピペリジル)-セバケート;ビス-5(1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジル)-セバケート;n-ブチル-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジルマロン酸ビス(1,2,2,6,6,-ペンタメチルピペリジル)エステル;1-ヒドロキシエチル-2,2,6,6-テトラメチル-4-ヒドロキシ-ピペリジンとコハク酸との縮合物;N,N’-(2,2,6,6-テトラメチルピペリジル)-[ヘキサメチレンジアミン/ヘキサメチレンジアミン]と4-tert-オクチルアミノ-2,6-ジクロロ-1,3,5-s-トリアジン;トリス-(2,2,6,6-テトラメチルピペリジル)-ニトリロトリアセテートとの縮合物;テトラキス-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-1,2,3,4-ブタン-テトラカルボン酸;及び1,1’(1,2-エタンジイル)-ビス-(3,3,5,5-テトラメチルピペラジノン)。
好適なヒンダードアミン光安定剤は、たとえば、以下のものとして市販されている:(Ciba Specialty Chemicalsからの)Tinuvin(登録商標)の商品名、たとえばTinuvin(登録商標)371、Tinuvin(登録商標)622、及びTinuvin(登録商標)770;(Ciba Specialty Chemicalsからの)Chimassorb(登録商標)の商品名、たとえばChimassorb(登録商標)119、Chimassorb(登録商標)944、Chimassorb(登録商標)2020;並びに(Cytec Industriesからの)Cyasorb(登録商標)の商品名、たとえばCyasorb(登録商標)UV 3346、Cyasorb(登録商標)UV 3529、Cyasorb(登録商標)UV 4801、及びCyasorb(登録商標)UV 4802;並びに(Clariantからの)Hostavin(登録商標)の商品名、たとえばHostavin N30。
そのポリマー材料には、各種のさらなる添加剤、たとえば、熱安定剤、抗酸化剤、可塑剤、染料、艶消剤、帯電防止剤、耐衝撃性改良剤、殺虫剤、並びに加工助剤たとえば、滑沢剤、スリップ剤、粘着防止剤、及びデネスト助剤(denest aid)が含まれていてもよい。このタイプのさらなる添加剤の合計量は、そのポリマー材料の全重量を基準にして、好ましくは15重量%以下、より好ましくは10重量%以下、なおもより好ましくは5重量%以下である。
1種又は複数の実施態様において、そのポリマー材料が、ISO 527-1:2019規格に従って測定して、300MPa以下、好ましくは200MPa以下の弾性率(弾性モジュラス)、及び/又はDIN 53505-D:2000規格に従って測定して、75以下、好ましくは50以下のショアーD硬度を有している。上述の範囲の中にある、弾性率(弾性モジュラス)及び/又はショアーD硬度を有するポリマー材料が、屋根用単一部品の3D印刷に特に適していることが見いだされた。
本発明のまた別の主題は、以下の工程を含む、3Dの物品を製造するための方法である:
(i)3Dの物品のデジタルモデルを提供すること、
(ii)上記デジタルモデルに基づいて、3Dプリンターを使用して、上述のような本発明のポリマー材料を印刷して、3Dの物品を形成すること。
(i)3Dの物品のデジタルモデルを提供すること、
(ii)上記デジタルモデルに基づいて、3Dプリンターを使用して、上述のような本発明のポリマー材料を印刷して、3Dの物品を形成すること。
その3Dプリンターは、好ましくは、溶融フィラメント製造プリンター(ヒューズド・フィラメント・ファブリケーションプリンター)、溶融パーティクル製造プリンター(ヒューズド・パーティクル・ファブリケーションプリンター)、又は選択的レーザー焼結プリンター、好ましくはヒューズド・フィラメント・ファブリケーションプリンター又はヒューズド・パーティクル・ファブリケーションプリンターである。
「デジタルモデル」という用語は、現実世界の対象物、たとえば屋根用単一部品の、その対象物の形状を精確に模写したデジタル表示を指している。典型的には、そのデジタルモデルが、コンピューターの読み取り可能なデータ記憶装置、特にはデータファイルの中に保存される。そのデータファイルのフォーマットは、たとえば、コンピューター援用設計(CAD)ファイルのフォーマット、又はG-コード(RS-274とも呼ばれる)のファイルフォーマットであってよい。
1種又は複数の実施態様において、工程(ii)には、次の工程が含まれる:
(i’)ポリマー材料を3Dプリンターの中にフィードすること、
(ii’)そのポリマー材料を加熱して、溶融させたポリマー材料を得ること、
(iii’)その溶融させたポリマー材料を、その3Dプリンターのプリンター押出しヘッドを使用することにより、その3Dの物品のデジタルモデルに合致した選択されたパターンで析出させて、3Dの物品を形成すること。
(i’)ポリマー材料を3Dプリンターの中にフィードすること、
(ii’)そのポリマー材料を加熱して、溶融させたポリマー材料を得ること、
(iii’)その溶融させたポリマー材料を、その3Dプリンターのプリンター押出しヘッドを使用することにより、その3Dの物品のデジタルモデルに合致した選択されたパターンで析出させて、3Dの物品を形成すること。
工程(ii’)において、その少なくとも1種のプロピレンコポリマーPの溶融温度よりも高い温度にそのポリマー材料を加熱して、溶融させたポリマー材料を得るのが好ましい。そのポリマー材料が、複数のプロピレンコポリマーPを含んでいる場合には、そのポリマー材料を、最も高い溶融温度を有するプロピレンコポリマーPの溶融温度よりも高い温度にまで加熱するのが好ましい。
工程(iii’)におけるプリンター押出しヘッドの移動は、3Dの物品のデジタルモデルから計算された制御データに従って制御される。その3Dの物品のデジタルモデルは、最初にSTLファイルに変換させ、その物品の3D形状をテッセレレートさせ、それを複数のデジタル層にスライスするのが好ましい。そのSTLファイルを、慣用されるマシンソフトウェアを使用して、3Dプリンターへ転送させる。制御システム、たとえばコンピューター援用製作(CAM)ソフトウェアパッケージを使用して、そのSTLファイルをベースとする制御データを発生させる。その制御システムが、その3Dプリンターの一部であってもよいし、或いはそれが、別のデータプロセシングユニット、たとえばコンピューターシステムの一部であってもよい。
1種又は複数の実施態様において、その3Dの物品が、屋根の要素をシールするための屋根用単一部品(roofing detail part)である。
1種又は複数の実施態様において、その屋根用単一部品が、カバー、フード、キャップ、又は擁壁(revetment)であり、その屋根の要素が、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁(parapet wall)、屋根の貫通物(penetration)、屋根の枕木(sleeper)、屋根のつなぎ目(transition)、屋根のコーナー、屋根のタイイン(tie-in)、及び/又は屋根の壁(wall)である。
屋根用単一部品の壁厚は、好ましくは0.1~10mm、より好ましくは1~5mmである。そのような部材は、物理的に安定で、水密性がありながらも、十分な組み立て性があるように調整してある。しかしながら、特定の用途では、別の壁厚を有する屋根用単一部品が同様に適しているということもあり得る。
本発明の3Dの物品を製造するための方法を使用することにより得られた屋根用単一部品は、屋根のために通常使用されるシーリング材料、たとえば屋根膜との相性がよいという利点を有している。そのような屋根用単一部品は、屋根膜と容易に溶着されて、その単一部品と屋根の主領域との間の水密的接合が可能となる。
その3Dの物品が、屋根の要素をシーリングするための屋根用単一部品である場合、その3Dの物品のデジタルモデルは、その屋根の要素のデジタルモデルに基づいて計算することができる。その屋根用単一部品のデジタルモデルは、その屋根の要素のデジタルモデルの外部表面を取り入れ、その屋根用単一部品のデジタルモデルにおける内部表面としてネガ型を有する表面を発生させることによって得ることができる。その屋根用単一部品のデジタルモデルの外部表面は、たとえば、その屋根用単一部品のデジタルモデル内部表面より後の領域に、ある程度の壁厚を加えることによって、生成させることができる。
その屋根の要素のデジタルモデルは、その屋根の要素を3Dスキャンすることによって得るのが好ましい。3Dスキャニングは、現実世界の対象物、たとえば屋根の要素を解析して、その形状に関するデータを収集するプロセスである。次いで、そのようにして収集したデータを使用して、その対象物のデジタルモデルを構築する。それにより、その収集したデータからデジタルモデルを、制御システムが生成させることが可能となる。その制御システムが、その3Dスキャナーの一部であってもよいし、或いはそれが、別のデータプロセシングユニット、たとえばコンピューターシステムの一部であってもよい。
3Dスキャニングによって、現実の屋根の要素を、その屋根の上で直接スキャンすることができる。このことにより、そのデジタルモデルが、その屋根用単一部品を用いてシールする対象の現実の屋根の要素の精確な表示であることが確かなものとなる。しかしながら、原理的には、その屋根の要素のすべての長さと角度を手作業で計測し、モデル化ソフトウェアを使用して、手作業でデジタルモデルを生成させることにより、デジタルモデルを得ることもまた可能である。それにも関わらず、これは、3Dスキャニング法よりも、時間がかかるし、誤差が、より入りやすい。
3Dスキャニングに使用することが可能な、数多くの各種の3Dスキャナーが、市場で入手することが可能である。屋根の要素のスキャニングは、手持ち式及び/又は可搬式の3Dスキャナーで実施するのが好ましい。手持ち式及び/又は可搬式の3Dスキャナーでは、複雑な組み立ては不要であり、シール対象の屋根の要素を、迅速且つ容易にスキャンすることができる。
長さが1cm~20m、特には20cm~10mの対象物が取り込めるように、その3Dスキャナーが設計されているのが好ましい。
特には、その3Dスキャナーが、非接触型の3Dスキャナーである。そのようなタイプのスキャナーは、ある種の放射線、たとえば光、超音波、又はX線を放射し、そのスキャンされる対象物からの反射又は対象物を通過する放射線を検出して、その対象物を精査する。
たとえば、その3Dスキャナーが、Thor3d社(Varshavskoe Sh.33,Moscow,Russia)製の、「calibry 3d scanner」タイプのスキャナーである。
本発明のさらなる主題は、屋根の要素をシーリングするための屋根用単一部品であるが、ここでその屋根用単一部品は、先に述べたような本発明のポリマー材料で構成されている。
1種又は複数の実施態様において、その屋根用単一部品が、カバー、フード、キャップ、又は擁壁であり、その屋根の要素が、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁、屋根の貫通物、屋根の枕木、屋根のつなぎ目、屋根のコーナー、屋根のタイイン、及び/又は屋根の壁である。
その屋根用単一部品が、単層構造を有しているのが好ましい。そのような構造は、物理的に安定であり、本発明の方法を用いて、信頼できる方式で製造することができる。
屋根用単一部品の壁厚は、好ましくは0.1~10mm、より好ましくは1~5mmである。そのような部材は、物理的に安定で、水密性がありながらも、十分な組み立て性があるように調整してある。しかしながら、特定の用途では、別の壁厚を有する屋根用単一部品が同様に適しているというともあり得る。
さらには、その屋根用単一部品が一体構造の部材であるのが好ましい。一体構造の部材を用いれば、ウェルドラインなどが原因の漏れが起きる危険性はない。したがって、一体構造の部材は、いくつかの相互接続させたセクションからなる部材よりは、はるかに信頼性が高い。
本発明のポリマー材料からなる屋根用単一部品は、屋根のために一般的に使用されるシーリング材料、たとえば屋根膜とは、相性がよいという利点を有している。したがって、本発明のポリマー材料から作成された屋根用単一部品は、屋根膜と容易に溶着して、その単一部品と屋根の主領域との間の水密的接合を達成することができる。
本発明のさらなる主題は、屋根の要素をシーリングするための方法であって、それには、以下の工程が含まれる:
(I)先に述べたような本発明の方法を実施して、その屋根の要素にフィットする屋根用単一部品を得ること、
(II)その屋根用単一部品をその屋根の要素の上に取り付けること、及び
(III)場合によっては、その取り付けた屋根用単一部品を、その屋根の上のさらなるシーリング用途と、好ましくは熱溶接によって、接合させること。
(I)先に述べたような本発明の方法を実施して、その屋根の要素にフィットする屋根用単一部品を得ること、
(II)その屋根用単一部品をその屋根の要素の上に取り付けること、及び
(III)場合によっては、その取り付けた屋根用単一部品を、その屋根の上のさらなるシーリング用途と、好ましくは熱溶接によって、接合させること。
熱溶接に代えるか又はそれに加えて、接合のためのまた別の方法、たとえば接着剤を用いた接合及び/又は機械的な固着を使用してもよい。
この方法の工程(III)においては、たとえばさらなるシーリング要素が、屋根の主領域、たとえば屋根膜及び/又は防水シートの上の、また別の屋根用単一部品及び/又はシーリング材料であってもよい。
(図面の詳細な説明)
図1の左側には、平坦な屋根のセクションが示されている。具体的には、垂直方向に延びている円筒状のダクト(1)の形態にある屋根の要素を有する平坦な屋根の上に、屋根膜(2)が配置されている。図1の状況においては、そのダクト(1)は、円形の開口部(2.1)を通して、その屋根膜(2)を貫通している。
図1の左側には、平坦な屋根のセクションが示されている。具体的には、垂直方向に延びている円筒状のダクト(1)の形態にある屋根の要素を有する平坦な屋根の上に、屋根膜(2)が配置されている。図1の状況においては、そのダクト(1)は、円形の開口部(2.1)を通して、その屋根膜(2)を貫通している。
レーザー光(4)を有する可搬式の3Dスキャナー(3)を使用してダクト(1)をスキャンして、ダクト(1)の形状についてのデータを収集する。次いでその収集したデータを、そのスキャナー(3)の制御ユニットの中で加工して、そのダクト(1)のデジタルモデル(6)として、データファイル(5)の中に保存する。そのデータファイル(5)のファイルフォーマットは、たとえばCADファイルフォーマットであってよい。
図2に示されているように、ダクト(1)のデジタルモデル(6)を含むデータファイル(5)が、3Dプリンター(7)へと伝達される。その3Dプリンター(7)の制御ユニット(8)の内部で、ダクト(1)にフィットさせる屋根用単一部品のデジタルモデル(10)が、ダクト(1)のデジタルモデル(6)をベースにして生成され、さらなるデータファイル(9)の中に保存される。ダクト(1)のデジタルモデル(6)の外部表面のネガ型が、その屋根用単一部品のデジタルモデル(10)の内部表面に相当する。
その3Dプリンター(7)の制御ユニット(8)が屋根用単一部品のデジタルモデル(10)を変換させて複数のスライスとし、次いでそれを使用して、ダクト(1)にフィットさせる屋根用単一部品(12)を製造するための、3Dプリンター(7)のプリンター押出しヘッド(11)のための制御データが生成される。図2の右側に見られるように、屋根用単一部品(12)は、上側が閉止され、下側が開放されている、一体構造の中空の円筒状ボディである。
屋根用単一部品(12)の準備ができたら、図3に示されているようにし、それをそのダクト(1)の上に取り付けることができる。それによって、その屋根用単一部品(12)が、開口部(2.1)の領域で、たとえば、屋根用単一部品(12)と屋根膜(2)との間に水密的接合を与えるために、周囲すべてを熱溶接させることによって、屋根膜(2)に接合される。
表1に示された原料が、実施例において使用された。
弾性率(弾性モジュラス)
ポリマー組成物の弾性率は、ISO 527-1:2019規格に従って測定した。
ポリマー組成物の弾性率は、ISO 527-1:2019規格に従って測定した。
ショアーD硬度
ポリマー組成物のショアーD硬度は、DIN 53505-D:2000規格に従って測定した。
ポリマー組成物のショアーD硬度は、DIN 53505-D:2000規格に従って測定した。
フィラメントの製作
ヒューズド・フィラメント・ファブリケーションプロセスで使用するのに適したフィラメントは、以下のプロセスに従って製造した。
ヒューズド・フィラメント・ファブリケーションプロセスで使用するのに適したフィラメントは、以下のプロセスに従って製造した。
ポリマー組成物のそれぞれの原料の一部を、タンブラーミキサーの中で予備混合し、次いで、重力供給式秤りを介して、ZSK実験室用ツイン-エクストルーダー(L/D=44)にフィードした。それらの原料のまた別の一部を、重力供給式トロリーを介して、実験室用エクストルーダーの中へ直接フィードした。それらの原料を混合し、分散させ、均質化させ、穴あき押出しノズルの穴を介して、排出させた。その押出加工したストランドを、水浴を使用して冷却し、切断して適切な寸法の粒状物とした。次いでその粒状物をオーブンの中で乾燥させて、残存している水分を除去した。
先に述べたようにして製造された粒状物を、穴あきノズル及びコンベヤベルトを備えた、Collin E 20T 単軸エクストルーダーを使用して、約1.75mmの断面直径を有するフィラメントに加工した。そのようにして製造されたフィラメントを、次いで、スプールに巻き上げた。
ポリマー組成物の3D印刷性能
先に述べたようにして製造したフィラメントを、ヒューズド・フィラメント・ファブリケーションプロセスでのフィード物質として使用することにより、材料押出加工3D印刷による3Dの物品の製作でのそのポリマー組成物の適合性を試験した。そのフィラメントから、Zortrax M200フィラメント・ヒュージョン・ファブリケーション3Dプリンターを使用して、40mm×40mmの寸法を有する立方体の形態を有し、103層からなる3Dの物品を製作した。それぞれのポリマー組成物の、材料押出加工3D印刷に対する適合性を、3D印刷された物品(立方体)の性質に基づいて評価した。3D印刷された物品の性質を、縦方向(md、水平)及び幅方向(cd、垂直)において観察された収縮の点で評価した。その収縮は、測定された長さ-所定の長さ(40mm)として測定した。欠陥の数は、目視で評価し、3D印刷された物品の4つの垂直面での平均をとった。
先に述べたようにして製造したフィラメントを、ヒューズド・フィラメント・ファブリケーションプロセスでのフィード物質として使用することにより、材料押出加工3D印刷による3Dの物品の製作でのそのポリマー組成物の適合性を試験した。そのフィラメントから、Zortrax M200フィラメント・ヒュージョン・ファブリケーション3Dプリンターを使用して、40mm×40mmの寸法を有する立方体の形態を有し、103層からなる3Dの物品を製作した。それぞれのポリマー組成物の、材料押出加工3D印刷に対する適合性を、3D印刷された物品(立方体)の性質に基づいて評価した。3D印刷された物品の性質を、縦方向(md、水平)及び幅方向(cd、垂直)において観察された収縮の点で評価した。その収縮は、測定された長さ-所定の長さ(40mm)として測定した。欠陥の数は、目視で評価し、3D印刷された物品の4つの垂直面での平均をとった。
ポリマー組成物の構成成分及び性質、並びに3D印刷された物品の性質を、表2に示す。
Claims (17)
- 積層造形法による3Dの物品を製作するための、下記を含むポリマー材料の使用:
(a)ISO 178:2019規格に従って測定して、少なくとも150MPa、好ましくは少なくとも250MPaの曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンポリマーP、
(b)ISO 178:2019規格に従って測定して、100MPa以下、好ましくは75MPa以下の曲げモジュラスを有する、少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBE、及び
(c)少なくとも1種の固体の無機化合物SC。 - 前記積層造形法が、溶融フィラメント製造法又は溶融パーティクル製造法である、請求項1に記載の使用。
- 前記少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、ISO 178:2019規格に従って測定して、1500MPa以下、好ましくは1250MPa以下の曲げモジュラス、及び/又はISO 16152 2005規格に従って測定して、60重量%以下、好ましくは50重量%以下の冷キシレン可溶性画分を有する、請求項1又は2に記載の使用。
- 前記少なくとも1種のプロピレンポリマーPが、前記ポリマー材料の全重量の5~70重量%、好ましくは15~65重量%を占める、請求項1~3のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、プロピレン-エチレンコポリマーであって、前記コポリマーの重量を基準にして、少なくとも60重量%、好ましくは少なくとも70重量%のプロピレン含量、及び前記コポリマーの重量を基準にして、5~20重量%、好ましくは12~18重量%のエチレン含量を有するプロピレン-エチレンコポリマーである、請求項1~4のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、前記ポリマー材料の全重量の、5~75重量%、好ましくは10~70重量%を占める、請求項1~5のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種のプロピレンベースのエラストマーPBEが、ISO 1133-1規格に従って測定して、少なくとも15g/10分、好ましくは少なくとも20g/10分のメルトフローレート(230℃/2.16kg)を有する第一のプロピレンベースのエラストマーPBE1、及びISO 1133-1規格に従って測定して、10g/10分以下、好ましくは5g/10分以下のメルトフローレート(230℃/2.16kg)を有する第二のプロピレンベースのエラストマーPBE2を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、前記ポリマー材料の全重量の、少なくとも2.5重量%、好ましくは少なくとも3.5重量%を占める、請求項1~7のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、少なくとも1種の無機充填材Fを、好ましくは、前記ポリマー材料の全重量の、少なくとも0.5重量%、好ましくは少なくとも1.5重量%含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、少なくとも1種の難燃剤FRを、好ましくは、前記ポリマー材料の全重量の1.5~50重量%、好ましくは5~40重量%含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の使用。
- 前記少なくとも1種の固体の無機化合物SCが、好ましくは50~1000nm、より好ましくは75~750nmの範囲内のメジアン粒径d50を有する少なくとも1種の着色顔料CPを含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の使用。
- 前記ポリマー材料が、ISO 527-1:2019規格に従って測定して、200MPa以下の弾性モジュラス、及び/又はDIN 53505-D:2000に従って測定して、75以下のショアーD硬度を有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の使用。
- 下記の工程を含む3Dの物品を製造するための方法:
(i)前記3Dの物品のデジタルモデルを提供すること、
(ii)前記デジタルモデルに基づいて、3Dプリンターを使用して、請求項1~12のいずれか一項に記載のポリマー材料を印刷して、前記3Dの物品を形成すること。 - 前記3Dプリンターが、溶融フィラメント製造プリンター又は溶融パーティクル製造プリンターである、請求項13に記載の方法。
- 前記3Dの物品が、屋根の要素をシーリングするための屋根用単一部品であり、前記屋根用単一部品が、好ましくは、カバー、フード、キャップ、又は擁壁であり、かつ前記屋根の要素が、好ましくは、屋根の縁石、屋根のドレイン、屋根のエッジ、屋根の伸縮継手、屋根の胸壁、屋根の貫通物、屋根の枕木、屋根のつなぎ目、屋根のコーナー、屋根のタイイン、及び/又は屋根の壁である、請求項13又は14に記載の方法。
- 前記屋根用単一部品のデジタルモデルが、前記屋根の要素のデジタルモデルに基づいて計算され、かつ前記屋根の要素の前記デジタルモデルが、好ましくは、前記屋根の要素を3Dスキャンすることによって得られる、請求項15に記載の方法。
- 屋根の要素をシーリングするための屋根用単一部品であって、前記屋根用単一部品が、請求項1~12のいずれか一項に記載の前記ポリマー材料からなる、屋根用単一部品。
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