JP3313695B2 - 切削加工性樹脂形成性材料、模型素材用樹脂成形品及び模型の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削加工性樹脂形
成性材料、模型素材用樹脂成形品および模型の製法に関
する。さらに詳しくは、切削時に発生する粉塵が空中に
舞いにくく、作業環境を悪化させにくいといった特長を
有する模型素材用樹脂成形品とそれを与える切削加工性
樹脂形成性材料、および粉塵の飛散が低減された模型の
製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マスターモデル用材料やモックアップモ
デル用材料等の模型素材用樹脂成形品は、切削加工によ
って任意の形状を付与された後にモデルや型として供さ
れる。近年、木型職人の減少、コンピューターの進歩、
モデル作製の短納期化の要請等の諸事情から、ＮＣ（ヌ
ーメリカルコントロール：数値制御）マシン切削による
モデル作製が主流となっている。ＮＣマシンで模型素材
用樹脂成形品を切削する場合に発生する粉塵が作業環境
の汚染を招くため、粉塵の発生量を抑える方法として
は、（ポリ）オキシアルキレン化合物、例えばポリアル
キレングリコールの両末端水酸基を脂肪酸または高級ア
ルコールで封鎖したエステル化合物またはエーテル化合
物等の、化学的に活性の低い液体を樹脂に含有させると
いう方法がある。（国際公開ＷＯ９８／１７７０３号公
報）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では材料強度の低下を招く場合があり、仕上がったモ
デルが傷つきやすかったり、変形しやすいといった問題
があるため、比較的強度の小さくてよいモックアップモ
デル用材料には適用できるものの、強度を必要とするマ
スターモデル用、型用の材料に適用するには好ましくな
い場合がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決すべく鋭意検討した結果、液状の芯物質を含むマ
イクロカプセルを樹脂組成物に含有させることにより、
切削粉塵の発生が少量でかつ強度低下の少ない、模型素
材用樹脂成形品が得られることを見出し、本発明に到達
した。

【０００５】すなわち本発明は、下記（Ｉ）〜（IV）で
ある。 （Ｉ） 切削加工性樹脂もしくはその前駆体（Ａ）と、
液状の芯物質（ａ）と壁膜物質（ｂ）とから構成される
マイクロカプセル（Ｂ）からなり、（Ｂ）を（Ａ）１０
０質量部当たり０．５〜９０質量部の割合で含有し、
（ａ）が、炭化水素類、アルコール類、エステル類、ケ
トン類、（ポリ）エーテル類、鉱油またはこの精製物、
動植物油またはこれらの精製物もしくは変性物、からな
る群から選ばれる１種以上である切削加工性樹脂形成性
材料。 （II） この材料を溶融固化もしくは硬化成形してなる
模型素材用樹脂成形品。 （III） この成形品を切削加工する模型の製法。 （IV） 切削加工性樹脂もしくはその前駆体（Ａ）から
なる材料を切削加工して模型を製造する方法において、
（Ａ）中に液状の芯物質（ａ）と壁膜物質（ｂ）とから
構成されるマイクロカプセル（Ｂ）を含有させることを
特徴とする切削加工時の粉塵飛散低減方法。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において、マイクロカプセ
ル（Ｂ）を構成する芯物質（ａ）は、２０℃１気圧で液
状の物質である。切削作業が主として温調設備のない場
所で行われることが多いため、寒冷期に（ａ）が液体で
あるために、好ましい凝固点は−５℃以下であり、さら
に好ましくは−１０℃以下である。また、切削条件によ
っては切削熱による切削面の温度上昇が７０℃以上にな
ることもあるため、（ａ）の好ましい沸点は８０℃以上
であり、さらに好ましくは１２０℃以上である。（ａ）
の粘度（ブルックフィールド型粘度計による）は、切削
時に瞬時に飛散し切り粉に付着するために、２０℃で５
０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、さらに好
ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以下、特に好ましくは５０
〜２５００ｍＰａ・ｓである。切削時の粉塵量を低減す
るには、（Ａ）１００質量部に対し０．５質量部以上の
（Ｂ）を含有する必要があり、模型素材用樹脂成形品と
しての強度を保持するには９０質量部以下である必要が
ある。切削条件が激しい場合、粉塵に付着しきれなかっ
た（ａ）が粉塵以外のモデル、ＮＣマシン等に直接ふり
かかる可能性があること、（Ａ）に含有させるときの容
易さおよび経済性を考慮すると、さらに好ましくは１〜
５０質量部である。

【０００７】このような（ａ）としては、２０℃で液状
で（Ａ）に悪影響を及ぼさない物質であり、（Ａ）と非
反応性のものと、反応性であっても（Ａ）に実質的に影
響を及ぼさないものが含まれる。（ａ）は合成有機化合
物でも天然有機化合物でもよく、水溶性、油溶性のいず
れでもよい。また、２種以上を併用して用いてもよい。
（ａ）のゲルパーミエーションクロマトグラフによる数
平均分子量は好ましくは３０００以下、さらに好ましく
は７０〜２５００である。

【０００８】合成有機化合物としては、脂肪族化合物、
脂環式化合物、芳香族化合物のいずれでもよい。具体的
には、分子量７０〜２５０の炭化水素類（直鎖、分岐も
しくは脂環式の飽和脂肪族炭化水素、例えば、ｎ−ヘプ
タン、ｎ−オクタン、イソオクタン、ｎ−ヘキサデカ
ン、シクロヘキサン；不飽和脂肪族炭化水素、例えば１
−オクテン；芳香族炭化水素、例えばクメン）、分子量
１００〜２７０の１価アルコール類（直鎖、分岐もしく
は脂環式の脂肪族アルコール、例えば、１−ヘプタノー
ル、ｎ−ノニルアルコール、２−エチルヘキシルアルコ
ール；芳香環含有アルコール、例えば、クミンアルコー
ル）、分子量６０〜２７０の２価アルコール（グリコー
ル）類（エチレングリコール、プロピレングリコール、
１，４−ブタンジオールなど）、分子量９０〜２７０の
３〜６価のアルコール類（グリセリン、トリメチロール
プロパン、ジグリセリンなど）、分子量１３０〜５００
の脂肪族もしくは芳香族エステル類（ｎ−ノニルアセテ
ート、オクチルアセテート、イソアミルブチレート、ア
ジピン酸ジ−２−エチルヘキシル、ベンジルアセテー
ト、フタル酸ジブチルなど）、分子量１００〜２７０の
ケトン類（メチルアミルケトン、２−オクタノン、３−
オクタノンなど）、分子量７０〜３００のモノもしくは
ジエーテル類〔ジイソブチルエーテル、ジイソアミルエ
ーテル、ベンジルエチルエーテル、前記グリコール類の
モノアルキル（アルキル基の炭素数１〜８）エーテル類
（エチルセロソルブなど）、前記グリコール類のジアル
キル（アルキル基の炭素数１〜８）エーテル類（エチレ
ングリコールジエチルエーテルなど）など〕、および数
平均分子量３０００以下のポリエーテル類〔ポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン
プロピレンオキサイド（以下ＰＯと略記する）付加体
（付加モル数５０以下）、ペンタエリスリトールＰＯ付
加体（付加モル数５０以下）、ポリオキシアルキレン
（アルキレン基の炭素数２〜４、重合度６６以下，以下
の化合物のポリオキシアルキレン基についても同じ）モ
ノアルキル（アルキル基の炭素数１〜８）エーテル、ポ
リオキシアルキレンジアルキル（アルキル基の炭素数１
〜８）エーテル、ポリオキシアルキレンアルキル（アル
キル基の炭素数１〜８）フェニルエーテル、ポリアルキ
レングリコール（重合度６６以下）の脂肪酸（脂肪酸残
基１個の炭素数１２〜２４）モノおよび／またはジエス
テル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロッ
クポリマーなど〕などが挙げられる。

【０００９】これらの合成有機化合物の中では、安定
性、安全衛生の面から炭化水素類、アルコール類、エス
テル類、ポリエーテル類が好ましく、さらに好ましく
は、分子量７０〜２５０の飽和脂肪族炭化水素である。

【００１０】天然有機化合物としては、例えば、鉱油お
よびその精製物（スピンドル油、流動パラフィンな
ど）、植物油（オリーブ油、ヒマシ油、ナタネ油な
ど）、動物油（鯨油、牛油、スクアレンなど）、並びに
これら動植物油の精製物および変性物（精製ヒマシ油、
多価アルコール変性ヒマシ油、スクアランなど）が挙げ
られる。これらの天然有機化合物の中で、かつ（ａ）全
体の中でも、入手の容易さ、価格面から、鉱油、動植物
油およびこれらの変性物が好ましい。

【００１１】（Ｂ）を構成する壁膜物質（ｂ）としては
特に限定なく、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂等が挙げられ
る。熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂
（ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン樹脂、ア
クリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、スチレン
−ブタジエン樹脂など）、ポリアミド樹脂（６ナイロ
ン、６６ナイロン、１２ナイロンなど）、ポリエチレン
系樹脂〔ポリエチレン、エチレン−α−オレフィン（α
−オレフィンの炭素数３〜６）共重合体、エチレン−酢
酸ビニル共重合体など〕、ポリプロピレン系樹脂〔ポリ
プロピレン、プロピレン−α−オレフィン（α−オレフ
ィンの炭素数４〜６）共重合体など〕、（メタ）アクリ
ル系樹脂、〔アルキル（アルキル基の炭素数１〜１２）
アクリレート重合体、アルキル（アルキル基の炭素数１
〜１２）メタクリレート重合体など〕、ポリアクリロニ
トリル、熱可塑性ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレ
フタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボ
ネートなど）、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ポリオキシ
アルキレン（アルキレン基の炭素数２〜４）系樹脂、ポ
リアセタール樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ンおよびポリフェニレンサルファイド樹脂が挙げられ、
２種以上を併用してもよい。

【００１２】熱硬化樹脂としては、エポキシ樹脂（ビス
フェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂のポリアミ
ン類、酸無水物などによる硬化物など）、不飽和ポリエ
ステル樹脂（グリコール、不飽和二塩基酸および飽和二
塩基酸から誘導される不飽和ポリエステル類と、他のビ
ニルモノマーとの架橋共重合物など）、フェノール樹脂
（フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール−フ
ルフラール樹脂など）、ポリイミド樹脂、熱硬化ポリウ
レタン樹脂、メラミン樹脂および尿素樹脂等が挙げら
れ、２種以上を併用してもよい。

【００１３】これらの熱可塑性樹脂の中では、ポリアク
リロニトリル、（メタ）アクリル系樹脂、これらの共重
合体、および塩化ビニリデン樹脂が好ましい。熱硬化樹
脂の中ではフェノール樹脂が好ましい。これらの中で、
切削加工性が良好な点から、ポリアクリロニトリル、ア
ルキルアクリレート重合体、アルキルメタクリレート重
合体、およびこれらの共重合体がさらに好ましい。
（ｂ）が熱可塑性樹脂の場合、切削熱による温度上昇か
ら、融点は１００℃以上であることが好ましいが、激し
い切削条件を考慮すると、さらに好ましくは１２０〜２
５０℃である。（ｂ）は、好ましくは０．０１〜１００
μｍの膜厚で用いられる。

【００１４】マイクロカプセル（Ｂ）の製法は特に限定
されず、通常用いられる製法のいずれでもよい。代表的
な製造法としては、コアセルベーション法、界面重合
法、インサイチュー重合法などが挙げられる。コアセル
ベーション法は広く用いられており、複写紙用の無色染
料、液晶等の芯物質を入れ、壁膜物質にゼラチンを使用
したマイクロカプセルがこの方法で製造されている。界
面重合法は、親水性モノマーを含む水相と、親油性液体
を含む油相との界面で重合反応を起こさせ、マイクロカ
プセル化する方法で、ポリウレタン、ポリウレア、エポ
キシ樹脂等を壁膜物質とするマイクロカプセルが多く製
造されている。インサイチュー重合法は、互いに混じり
合わない２相のどちらか一方の相にモノマーおよび触媒
を含ませておき、モノマーを界面で重合させ芯物質の表
面に均一な膜を形成させる方法であり、壁膜物質として
は、スチレンと無水マレイン酸の共重合体、エチレンと
無水マレイン酸の共重合体、アラビアゴム、ポリアクリ
ル酸、アクリル酸・アクリル酸エステル共重合体、メラ
ミン−ホルマリン樹脂、ポリウレタン樹脂などが使用さ
れる。壁膜物質、芯物質、粒径の選択の範囲、およびカ
プセルの安定性から、（Ｂ）としては、界面重合法およ
びインサイチュー重合法によって製造されたものが好ま
しく、価格の面からインサイチュー重合法によって製造
されたものがさらに好ましい。

【００１５】（Ｂ）の表面は、無機フィラー、例えば、
タルク、炭酸カルシウム等で被覆されていても構わな
い。（Ｂ）のレーザー回折式粒度分布測定装置で測定し
た体積平均粒径（メジアン）は、取り扱いの容易さおよ
び樹脂組成物としたときの強度低下の少なさから、１μ
ｍ〜１５００μｍが好ましく、さらに好ましくは３μｍ
〜１０００μｍである。式：ｚ＝ｘ×１００／ｙ［ｚは
マイクロカプセル１個当たりの内包油量（容量％）、ｘ
はマイクロカプセル１個当たりに内包される芯物質
（ａ）の体積、ｙはマイクロカプセル１個当たりの容
積］で表される（Ｂ）の内包油量ｚは、経済性と取り扱
い性を考慮すると４０容量％以上が好ましく、さらに好
ましくは５０〜９０容量％である。ここで内包油とは、
芯物質（ａ）のことを言う。

【００１６】切削加工性樹脂もしくはその前駆体（Ａ）
としては、切削加工性を有する樹脂となるものであれば
特に限定されないが、例えば、前記の（ｂ）に用いるも
のとして例示した熱硬化樹脂の前駆体が挙げられる。さ
らに（ｂ）に用いるものとして例示した熱可塑性樹脂も
挙げられる。（ｂ）と（Ａ）もしくは（Ａ）から得られ
る樹脂とは、同じ樹脂であっても異なっていてもよい。
（Ａ）が熱可塑性樹脂であれば、融点は１８０℃以下が
好ましい。さらに好ましくは１２０℃〜１６０℃であ
る。１８０℃より高いと、コンパウンド作製中もしくは
成形中にマイクロカプセルが融解する可能性がある。こ
れらの熱硬化樹脂の前駆体および熱可塑性樹脂の中で
は、単独でかつ発泡等によって低密度化されずに反応硬
化（熱硬化樹脂の場合）もしくは溶融固化（熱可塑性樹
脂の場合）した場合のショアＤ硬度が６０以上（とくに
６２〜９５）の硬質樹脂となるものが好ましい。このよ
うな樹脂としては、エポキシ樹脂、硬質ポリウレタン樹
脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポ
リエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などが挙げら
れる。

【００１７】模型素材用樹脂成形品に要求される諸物性
に適用できるようにするための原料成分の選択範囲の広
さと、マイクロカプセル（Ｂ）、後述する添加剤（Ｃ）
との配合、成形のしやすさから、（Ａ）としてさらに好
ましくは、エポキシ樹脂および硬質ポリウレタン樹脂の
前駆体であり、とくに好ましくは硬質ポリウレタン樹脂
の前駆体である。硬質ポリウレタン樹脂は、ポリオール
成分と有機ポリイソシアネート成分からなる原料成分中
に添加剤（Ｃ）を配合し、そのまま所望の形状に硬化さ
せ成形できる利点がある。

【００１８】上記のエポキシ樹脂の前駆体は、通常、一
般に使用される１分子内に２個以上のエポキシ基を有す
るポリエポキシドと、ポリアミン系硬化剤または酸無水
物系硬化剤からなるものである。上記ポリエポキシドと
しては、エピハロヒドリン（エピクロルヒドリンなど）
またはジハロヒドリン（グリセリンジクロルヒドリンな
ど）と、炭素数６〜５０またはそれ以上の多価（２〜６
価またはそれ以上）フェノール類〔ビスフェノールＡ、
ビスフェノールＦ、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェ
ニル）エタン、レゾルシノール、ハイドロキノンおよび
カテコール、並びにこれらの核置換物、ハロゲン化合物
など〕、または炭素数２〜１００の多価（２〜６価また
はそれ以上）アルコール〔アルカンポリオール（エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、１，３−ブタン
ジオール、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプ
ロパン、グリセリン、ペンタエリスリトールなど）、数
平均分子量３０００以下のポリアルキレン（アルキレン
基の炭素数２〜４）グリコール（ジエチレングリコー
ル、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコールなど）など〕との反応によ
って得られるポリグリシジルエーテル；あるいはエピハ
ロヒドリンまたはジハロヒドリンと、炭素数６〜２０ま
たはそれ以上で２〜６価またはそれ以上の、脂肪族もし
くは芳香族ポリカルボン酸類（シュウ酸、フマル酸、マ
レイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フタル
酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル
酸およびそれらのハロゲン化合物など）との反応によっ
て得られるポリグリシジルエステルなどが挙げられる。

【００１９】これらの中では、多価フェノール類のポリ
グリシジルエーテルが好ましく、ビスフェノールＡ、ビ
スフェノールＦ、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニ
ル）エタンのグリシジルエーテルがさらに好ましい。ま
た、２５℃における粘度が１５０００ｍＰａ・ｓ以下、
エポキシ当量が１８０〜２００のものが好ましい。

【００２０】ポリアミン系硬化剤としては、炭素数２〜
１８の脂肪族ポリアミン、炭素数４〜１５の脂環式ポリ
アミン、炭素数６〜２０の芳香族ポリアミン、炭素数４
〜１５の複素環式ポリアミン、ポリアミドアミン系硬化
剤などが挙げられる。上記脂肪族ポリアミンとしては、
炭素数２〜６のアルキレンジアミン（エチレンジアミ
ン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミンな
ど）、ポリアルキレンポリアミン（アルキレン基の炭素
数が２〜６のジアルキレントリアミン〜ヘキサアルキレ
ンヘプタミン）〔ジエチレントリアミン、トリエチレン
テトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレ
ンヘキサミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキ
サメチレン）トリアミンなど〕、これらのアルキル（ア
ルキル基の炭素数１〜４）もしくはヒドロキシアルキル
（ヒドロキシアルキル基の炭素数２〜４）置換体〔ジア
ルキル（アルキル基の炭素数１〜４）アミノプロピルア
ミン、ジエチルアミノプロピルアミン、アミノエチルエ
タノールアミンなど〕、ジエチレングリコールビスプロ
ピレンジアミン、炭素数８〜１５の芳香環含有脂肪族ポ
リアミン（メタキシリレンジアミンなど）が挙げられ
る。脂環式ポリアミンとしては、イソフォロンジアミ
ン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メ
タンなどが挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、メ
タフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなど
が挙げられる。複素環式ポリアミンとしては、Ｎ−アミ
ノエチルピペラジンなどが挙げられる。ポリアミドアミ
ン系硬化剤としては、リノール酸やオレイン酸を主成分
とする不飽和脂肪酸を触媒の存在下に加熱重合して製造
される炭素数３６の重合脂肪酸を主成分とするダイマー
酸と、過剰（酸１モル当たり２モル以上）のポリアミン
類（上記アルキレンジアミン、ポリアルキレンポリアミ
ンなど）を反応させて得られるものなどが挙げられる。

【００２１】酸無水物系硬化剤としては、芳香族酸無水
物〔無水フタル酸、無水トリメリット酸、エチレングリ
コールビス（アンヒドロトリメリテート）、グリセロー
ルトリス(アンヒドロトリメリテート)、無水ピロメリッ
ト酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸無水物など〕、脂肪族酸無水物〔無水マレイン
酸、無水コハク酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチル
テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ア
ルケニル基の炭素数が８〜１２のアルケニル無水コハク
酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無
水フタル酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無
水物、ポリアジピン酸無水物（重量平均分子量：７５０
〜８５０）、ポリアゼライン酸無水物（重量平均分子
量：１２００〜１３００）、ポリセバシン酸無水物（重
量平均分子量：１６００〜１７００）など〕が挙げられ
る。これらの硬化剤の中ではポリアミン系硬化剤が好ま
しく、炭素数２〜１８の脂肪族ポリアミンがさらに好ま
しい。また、２５℃における粘度が１５０００ｍＰａ・
ｓ以下のものが好ましい。また、これらの硬化剤が使用
される割合は、エポキシ当量に対して、好ましくは０．
２５〜２．０、さらに好ましくは０．５〜１．７５硬化
剤当量である。

【００２２】また、上記の硬質ポリウレタン樹脂の前駆
体は、通常ポリオール成分とイソシアネート成分からな
るものである。ポリウレタン樹脂に用いるポリオール成
分としては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポ
リオール、およびその他のポリオールが挙げられる。ポ
リエーテルポリオールとしては、例えば、多価アルコー
ル、多価フェノール、アミン類、ポリカルボン酸、リン
酸などの少なくとも２個（好ましくは３〜８個）の活性
水素原子を有する化合物に、アルキレンオキサイドが付
加した構造の化合物およびそれらの混合物が挙げられ
る。

【００２３】ここで、多価アルコールとしては２〜８価
のものが好ましく、２種以上を併用してもよい。具体例
としては、炭素数２〜１２の脂肪族２価アルコール、例
えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、
１，４−ブタンジオールおよびジエチレングリコール；
炭素数３〜１２の脂肪族３〜８価アルコール、例えば、
グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリ
トール、メチルグルコシド、ジグリセリン、ソルビトー
ルおよびシュークローズ；炭素数６〜１８の脂環式アル
コール、例えば、シクロヘキシレングリコール、シクロ
ヘキサンジメタノール；炭素数８〜２０の芳香族アルコ
ール、例えば、１，４−ビス（ヒドロキシエチル）ベン
ゼン；などが挙げられる。多価フェノールとしては、例
えば、ハイドロキノン、ビスフェノ−ル類（ビスフェノ
−ルＡ、ビスフェノ−ルＦ等）、フェノールとホルムア
ルデヒドの縮合物などが挙げられる。アミン類のうち脂
肪族アミンとしては、アルカノールアミン類（ジエタノ
ールアミン、トリエタノールアミンなど）、アルキル
（アルキル基の炭素数１〜２０）アミン類（エチルアミ
ンなど）、アルキレン（アルキレン基の炭素数２〜６）
ジアミン（エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン
など）、ポリアルキレンポリアミン（アルキレン基の炭
素数が２〜６のジアルキレントリアミン〜ヘキサアルキ
レンヘプタミン）（ジエチレントリアミン、トリエチレ
ンテトラミンなど）などが挙げられる。また、炭素数６
〜２０の芳香族アミン類（トルエンジアミン、ジフェニ
ルメタンジアミンなど）、炭素数４〜１５の脂環式アミ
ン類（イソホロンジアミン、シクロヘキシレンジアミン
など）および炭素数４〜１５の複素環式アミン類（アミ
ノエチルピペラジンなど）等が挙げられる。ポリカルボ
ン酸としては、後述するものが挙げられる。これらのう
ちで好ましいものは多価アルコールである。

【００２４】活性水素原子含有化合物に付加させるアル
キレンオキサイドとしては、炭素数２〜８のものが好ま
しく、具体例としては、エチレンオキサイド（ＥＯ）、
ＰＯ、１，２−、２，３−、１，４−または２，４−ブ
チレンオキサイド、スチレンオキサイドなど、およびこ
れらの組み合わせ（ブロックおよび／またはランダム付
加）が挙げられる。これらのうち特に好ましいものは、
ＰＯおよびＥＯとＰＯの組み合わせである。

【００２５】ポリエーテルポリオールの具体例として
は、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノ
ールアミン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、お
よびシュークローズのＰＯ付加物が挙げられる。

【００２６】ポリエステルポリオールとしては、ポリカ
ルボン酸とポリオールからの縮合ポリエステルポリオー
ル、およびラクトン開環重合によるラクトンポリエステ
ルポリオールが挙げられる。ここで、ポリカルボン酸と
しては、炭素数２〜１０の脂肪族ジカルボン酸（無水
物）（アジピン酸、セバシン酸、無水マレイン酸な
ど）、芳香環に２〜４個のカルボキシル基のついた炭素
数８〜１４の芳香族ポリカルボン酸（無水フタル酸、テ
レフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸など）な
どが挙げられる。好ましくは無水フタル酸、およびテレ
フタル酸である。ポリオールとしては、前記ポリエーテ
ルポリオールの項で説明した多価アルコール、およびそ
のアルキレンオキサイド低モル（通常１〜３モル）付加
物が挙げられる。好ましくは１，４−ブタンジオール、
エチレングリコール、およびジエチレングリコールであ
る。縮合ポリエステルポリオールの具体例としては、ポ
リ（１，４−ブタンジオールアジぺート）、ポリ（１，
４−ブタンジオールテレフタレート）、ポリ（ジエチレ
ングリコール）テレフタレートが挙げられる。

【００２７】ラクトンポリエステルポリオールにおい
て、使われるラクトンとしては、炭素数が通常３〜７の
ものであり、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン
などが挙げられる。好ましくはε−カプロラクトンであ
る。ラクトンポリエステルポリオールの具体例として
は、ポリε−カプロラクトンポリオールが挙げられる。

【００２８】その他のポリオールとしては、アクリロニ
トリル、スチレン、メチルメタクリレートなどのビニル
化合物のホモポリマーまたはコポリマーでグラフト変性
したポリエーテルポリオール、ポリブタジエンポリオー
ル、水酸基含有ビニル重合体（アクリル系ポリオール、
例えば特公昭５８−５７４１３号公報記載のもの）など
が挙げられる。

【００２９】以上例示した各ポリオールのヒドロキシル
価は、好ましくは２００〜７００であり、さらに好まし
くは２５０〜６００である。ヒドロキシル価が２００以
上では、得られたポリウレタン成形品に耐熱性と強度が
備わり、７００以下であると成形中の反応熱によるスコ
ーチの発生が無く、得られた成形品の切削性がよい。

【００３０】ポリオール成分としては、上記ヒドロキシ
ル価のポリオールとともに、切削加工用材料としての必
要特性を損なわない範囲で、ヒドロキシル価が２００未
満のポリオール〔高分子量ポリエーテルポリオール、ひ
まし油類（ひまし油およびポリオール変性ひまし油な
ど）など〕、ヒドロキシル価が７００を越えるポリオー
ル（前記のポリエーテルポリオールの項で多価アルコー
ルとして例示したものなど）、およびポリアミン（ジエ
チルトリレンジアミン、２，２’，３，３’−テトラク
ロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタンなど）など
を、好ましくは上記ヒドロキシル価のポリオールの３０
質量％以下の範囲で併用してもよい。

【００３１】ポリオール成分のうち好ましいものは、ポ
リエーテルポリオール、特に多価アルコールのアルキレ
ンオキサイド付加物であり、特に好ましくは、グリセリ
ン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、
ペンタエリスリトール、ソルビトールおよび、シューク
ローズのＰＯ付加物である。

【００３２】有機ポリイソシアネート成分としては、従
来からウレタンフォームの製造に使用されているものが
使用できる。このようなイソシアネートとしては、芳香
族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂
環式ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネー
ト、これらの変性物（例えば、カルボジイミド変性、ア
ロファネート変性、ウレタン変性、ウレア変性、ビュー
レット変性、イソシアヌレート変性、オキサゾリドン変
性など）およびこれらの２種以上の混合物が挙げられ
る。

【００３３】芳香族ポリイソシアネートとしては、炭素
数（ＮＣＯ基中の炭素を除く；以下のポリイソシアネー
トも同様）６〜１６の芳香族ジイソシアネート、炭素数
６〜２０の芳香族トリイソシアネートおよびこれらのイ
ソシアネートの粗製物などが挙げられる。具体例として
は、１，３−および１，４−フェニレンジイソシアネー
ト、２，４−および２，６−トリレンジイソシアネート
（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、２，４’−および４，４’−
ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリメ
チレンポリフェニルイソシアネート（粗製ＭＤＩ）、ナ
フチレン−１，５−ジイソシアネート、トリフェニルメ
タン−４，４’，４’’−トリイソシアネートなどが挙
げられる。脂肪族ポリイソシアネートとしては、炭素数
６〜１０の脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。
具体例としては、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネ
ート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシ
アネート、リジンジイソシアネートなどが挙げられる。

【００３４】脂環式ポリイソシアネートとしては、炭素
数６〜１６の脂環式ジイソシアネートなどが挙げられ
る。具体例としては、イソホロンジイソシアネート、
４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、
１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、ノルボルナ
ンジイソシアネートなどが挙げられる。芳香脂肪族イソ
シアネートとしては、炭素数８〜１２の芳香脂肪族ジイ
ソシアネートなどが挙げられる。具体例としては、キシ
リレンジイソシアネート、α，α，α’，α’−テトラ
メチルキシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、ウレタン変
性ＭＤＩ、カルボジイミド変性ＭＤＩ、ショ糖変性ＴＤ
Ｉ、ひまし油変性ＭＤＩなどが挙げられる。これらのう
ち好ましいものは芳香族ポリイソシアネートであり、特
に好ましいものはポリメチレンポリフェニルイソシアネ
ートである。

【００３５】ポリウレタン樹脂を製造する場合の、ポリ
オール成分と有機ポリイソシアネート成分の割合は種々
変えることができるが、イソシアネート指数［（ＮＣＯ
／活性水素原子含有基）の当量比×１００］は、樹脂強
度の点から、好ましくは８０〜１４０、さらに好ましく
は８５〜１２０である。また反応方法としては、ワンシ
ョット法であっても、あらかじめポリオール成分の１部
と有機ポリイソシアネート成分を反応させるプレポリマ
ー法であってもよい。

【００３６】（Ａ）中に必要に応じて添加剤（Ｃ）を含
有させると、さらに好ましい模型素材用樹脂成形品を成
形できる。添加剤（Ｃ）としては、フィラー、脱水剤、
滑剤、整泡剤、消泡剤、触媒、着色剤、難燃剤、老化防
止剤、可塑剤などが挙げられる。フィラー（Ｃ１）は樹
脂組成物の強度、熱寸法安定性の増加または軽量化のた
めに投入してもよい。（Ｃ１）としては、金属粉もしく
は繊維（鉄粉、アルミニウム粉等）、無機粉もしくは繊
維（ガラス、カーボン、セラミックス、タルク、炭酸カ
ルシウム等の粉もしくは繊維）、高分子からなる粉もし
くは繊維（ビニロン、「ケブラー」（デュポン社）、ア
クリル樹脂等の粉もしくは繊維）、中空微小球（ガラス
マイクロバルーン、アクリルマイクロバルーン、フェノ
リックマイクロバルーン等）などが挙げられる。強度お
よび／または熱寸法安定性を要求される模型素材用樹脂
成形品には金属粉、無機粉、繊維を使用するのが好まし
く、より好ましくは無機粉である。軽量化のためには中
空微小球を使用するのが好ましく、中でもアクリルマイ
クロバルーン、フェノリックマイクロバルーンが好まし
い。（Ａ）１００質量部あたりの（Ｃ１）の好ましい配
合量は８０質量部以下であり、より好ましくは０．５〜
６０質量部、特に好ましくは１〜５０質量部である。

【００３７】添加剤（Ｃ）として、さらに、滑剤（ステ
アリン酸カルシウム、エチレンジアミンジステアリルア
ミドなど）、整泡剤（シリコーン系整泡剤、例えばポリ
オキシアルキレンジアルキルポリシロキサン；など）、
消泡剤（ジメチルシロキサンコポリマー、シリコーンな
ど）、触媒〔アミン系触媒、例えばトリエチレンジアミ
ン；金属系触媒、例えばジブチル錫ジラウレート；な
ど）、着色剤（金属酸化物、ジスアゾピグメントな
ど）、難燃剤（リン酸エステル、酸化アンチモンな
ど）、老化防止剤（ジブチルジチオカルバミン酸ニッケ
ル、ヒンダードフェノールなど）、可塑剤〔フタル酸ジ
アルキル（アルキル基の炭素数１〜１０）エステル、例
えばフタル酸ジブチル；アジピン酸ジアルキル（アルキ
ル基の炭素数１〜１０）エステル、例えばアジピン酸ジ
−２−エチルヘキシル；など〕、およびポリウレタン樹
脂の場合に脱水剤（硫酸カルシウム、モレキュラーシー
ブなど）などを適宜投入してもよい。

【００３８】（Ａ）１００質量部あたりの滑剤の好まし
い配合量は２０質量部以下であり、より好ましくは０．
２〜１５質量部である。（Ａ）１００質量部あたりの可
塑剤の好ましい配合量は２０質量部以下であり、より好
ましくは０．２〜１０質量部である。（Ａ）１００質量
部あたりの触媒の好ましい配合量は１質量部以下であ
り、より好ましくは０．００５〜０．２質量部である。
（Ａ）１００質量部あたりの脱水剤の好ましい配合量は
１０質量部以下であり、より好ましくは０．２〜８質量
部である。（Ａ）１００質量部あたりの整泡剤、消泡
剤、着色剤、難燃剤、老化防止剤の好ましい配合量は各
々３質量部以下であり、より好ましくは０．１〜２質量
部である。

【００３９】切削加工性樹脂もしくはその前駆体（Ａ）
とマイクロカプセル（Ｂ）とから、本発明の切削加工性
樹脂形成性材料を作製する方法としては、（Ｂ）が
（Ａ）中に均一に分散される方法であれば特に限定され
ないが、例えば、プラネタリーミキサー、ニーダー、ハ
ンドミキサー、撹拌翼付竪型撹拌槽などを用いて、熱可
塑性樹脂、または熱硬化樹脂の前駆体の一部に混合する
方法が挙げられる。これらの混合装置の中ではプラネタ
リーミキサーが好ましい。添加剤（Ｃ）を用いる場合
も、（Ａ）と（Ｃ）を上記のごとく混合分散することに
よって得ることができる。したがって（Ａ）に（Ｂ）と
（Ｃ）を上記の方法で同時に混合分散してもよい。熱可
塑性樹脂の場合、熱可塑性樹脂の粉体と（Ｂ）とを粉体
同士で混合してから、成形時に加熱して熱可塑性樹脂を
溶融させて用いてもよいし、予め溶融させた熱可塑性樹
脂中に（Ｂ）を投入し、混合してもよい。好ましい方法
は、粉体同士で混合する方法である。熱硬化樹脂の場
合、例えば、熱硬化ポリウレタン樹脂からなる模型素材
用樹脂成形品を得る場合は、前記のポリオール成分中に
（Ｂ）を分散した後、有機ポリイソシアネート成分と通
常の方法により反応させることもできるし、（Ｂ）を有
機ポリイソシアネート成分中に分散した後、ポリオール
成分と反応させることもできる。好ましいのは前者の方
法である。

【００４０】本発明の模型素材用樹脂成形品は、本発明
の切削加工性樹脂形成性材料を、（Ａ）が熱可塑性樹脂
の場合は、その融点以上の温度で溶融固化させて、
（Ａ）が熱硬化樹脂の場合は、硬化成形して得ることが
できる。熱可塑性樹脂からなる模型素材用樹脂成形品の
場合は、（Ａ）と（Ｂ）を混合後、通常の押出機（単軸
または二軸押出機）、コンティニアスニーダーなどで連
続的に製造することができる。

【００４１】模型素材用樹脂成形品としては、密度０．
０５〜０．９５ｇ／ｃｍ³ の樹脂発泡成形品であって
も、密度０．９５〜１．２５ｇ／ｃｍ³ のほとんど樹脂
のみからなる成形品であっても、無機フィラーを含有す
る非発泡性の密度１．２５〜２ｇ／ｃｍ³ の成形品であ
ってもよいが、低密度化によって切削加工性をよくする
ために、樹脂発泡体であることが好ましく、発泡によっ
て容易に低密度化できるという点でも、ポリウレタン樹
脂発泡成形品が特に好ましい。発泡成形品を得る場合、
ポリウレタン樹脂の発泡法を例にとると、ポリオール成
分と有機ポリイソシアネート成分の混合中および／また
は混合前にフロロカーボン、水素原子含有ハロゲン化炭
化水素、低沸点炭化水素等の揮発性の発泡剤や、炭酸ガ
ス発生源となる水などを投入する発泡剤発泡法と、上記
成分を混合中に空気や窒素等の不活性ガスを吹き込むメ
カニカルフロス発泡法等が挙げられる。発泡後の気泡径
が細かく、気泡が均一に分散され、得られる硬化物内の
密度分布が均一であるという点でメカニカルフロス発泡
法が特に好ましい。

【００４２】メカニカルフロス発泡法とは、内面に多数
の歯の付いた円筒状のステーターと、ステーター内部に
同じく多数の歯の付いたローターからなるメカニカルフ
ロス発泡機のローターが回転中に、発泡させたい液と不
活性ガスを同時に連続的に当該発泡機に注入することに
より、当該発泡機の出口から発泡した液を連続的に取り
出す方法であり、ポリウレタン以外の熱硬化樹脂の発泡
にも適用できる。必要に応じて液や不活性ガスの注入口
を設けられるため、２種類以上の液体と不活性ガスの混
合が可能である。また液体は硬化性があっても発泡機か
ら出た後に硬化するのであればかまわない。メカニカル
フロス発泡法による不活性ガスの微小気泡の量は、成形
品の体積（不活性ガスの体積と樹脂成形品体積の合計）
に対して、好ましくは１０〜７０％、より好ましくは２
０〜６０％である。低密度化による切削性の向上という
観点から１０％以上であると切削性が良好であり、また
７０％以下であると微細で均一に分散した気泡が得やす
く、模型素材用樹脂成形品としての性能が良好である。

【００４３】本発明の模型素材用樹脂成形品は、切削加
工時の粉塵飛散が少ないので、ＮＣマシンなどで切削し
て、自動車や家電製品の実物大モデルであるモックアッ
プモデル、成形用金型の原型となるマスターモデルなど
の模型素材として好適に用いられる。ＮＣマシンで材料
を切削する場合の切削条件は、例えば、使用する刃物が
直径２０ｍｍのエンドミルでは、刃物回転数が１０００
ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍで送り速度が１０００ｍｍ／
分〜１００００ｍｍ／分程度である。

【００４４】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。実施例中
の部は質量部である。

【００４５】［使用原料］ マイクロカプセル（Ｂ１）：芯物質がスクアラン、壁膜
物質がポリメチルメタクリレートから成る、平均粒径５
００μｍ、内包油量６０％のマイクロカプセル（松本油
脂製薬製「マツモトマイクロスフェアＳＱＨ」） マイクロカプセル（Ｂ２）：芯物質が流動パラフィン、
壁膜物質がポリメチルメタクリレートから成る、平均粒
径３５μｍ、内包油量８０％のマイクロカプセル（松本
油脂製薬製「マツモトマイクロスフェアＭＯ」） 粉塵飛散低減剤：ポリエチレングリコール（数平均分子
量６００）のジオレイン酸エステル ポリオール：グリセリンにＰＯを付加した、ヒドロキシ
ル価４００のポリエーテルポリオール 有機ポリイソシアネート：ポリメチレンポリフェニルイ
ソシアネート（日本ポリウレタン工業製「ミリオネート
ＭＲ−２００」）

【００４６】無機フィラー（Ｃ１）：炭酸カルシウム
（白石カルシウム製「ホワイトンＳＢ」） 中空微小球（Ｃ２）：平均粒径２０μｍ、密度０．２４
のアクリルマイクロバルーン（松本油脂製薬製「マツモ
トマイクロスフェアＭＦＬ−８０ＧＣＡ」） 脱水剤（Ｃ３）：モレキュラーシーブ（ユニオン昭和製
「モレキュラーシーブ３Ａ−Ｂパウダー」） 整泡剤（Ｃ４）：シリコーン系整泡剤（日本ユニカー製
「ＳＺ−１９３１」） 触媒（Ｃ５）：ジ−ｎ−ブチル錫ジラウレート（三共有
機合成製「ＳｔａｎｎＢＬ」）

【００４７】［粉塵飛散量］：成形品を帯鋸で切断し、
このとき発生する切り粉５ｇを３００ｍｌのガラス瓶に
入れて蓋をし、上下に数回激しく振って静置し、３秒後
に瓶の中で舞っている粉塵量の多少により、○、△、×
の判定を行った。○は粉塵がほとんど舞っていない、△
はわずか舞っている、×はかなりの量舞っていることを
示す。 ［曲げ強度］：ＪＩＳ Ｋ６９１１に準じて、島津製作
所製「島津オートグラフＡＧＳ−５００Ａ」を用いて測
定した。 ［アイゾット衝撃強度］：ＪＩＳ Ｋ６９１１に準じ
て、東洋精機製作所製「アイゾット衝撃試験器」を用い
て測定した（ノッチ無し）。

【００４８】実施例１〜５ 表１に記載の処方で、各原料をプラネタリーミキサーに
投入し、１３０ｒｐｍで１０分間撹拌後、５分間３０ｍ
ｍＨｇ以下で撹拌脱泡してポリオール成分を得た。イソ
シアネート成分も同様にして得た。次に、ポリオール成
分とイソシアネート成分を表１の割合で、合計１０００
ｇになるようプラネタリーミキサーに投入し、３０ｍｍ
Ｈｇ以下、１３０ｒｐｍで５分間混合し、それを５０ｍ
ｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍの金型に流し込み８０℃で２
時間加熱硬化した。これを室温で８時間放置冷却し、脱
型して成形品を得た。成形品の評価結果を表１に示す。

【００４９】実施例６ 表１に記載の質量部でポリオール成分とイソシアネート
成分を実施例１〜５と同様にして得た。次に、メカニカ
ルフロス機（東邦機械工業製「ＭＦ−３５０型メカニカ
ルフロス発泡装置」）のローターを３００ｒｐｍで回転
させながら、ポリオール成分およびイソシアネート成分
を合計で１０〜２０Ｌ／分、乾燥空気を表１に記載した
割合でミキシングヘッド入り口部に連続供給した。そし
て、出口部から連続吐出される微細気泡が均一に分散し
た混合液を、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍの金型に
流し込み８０℃で２時間加熱キュアした。これを室温で
８時間放置冷却し、脱型して成形品を得た。成形品の評
価結果を表１に示す。

【００５０】比較例１〜３ 表１に記載の質量部で、実施例１〜５と同様にして成形
品を得た。評価結果を表１に示す。 比較例４ 表１に記載の質量部で、実施例６と同様にして成形品を
得た。評価結果を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【発明の効果】本発明によって切削時の飛散粉塵量の非
常に少ない模型素材用樹脂成形品を得ることができる。
この材料を使用すると切削作業環境が粉塵で汚染されな
いので、発生した粉塵が刃物の回転が引き起こす気流に
乗り浮遊粉塵となって作業場の広い範囲にわたって飛散
して、それを作業者が吸引し健康を損なうことが無く、
ＮＣマシンの駆動部や制御部に入り込んで誤作動を引き
起こす原因とならない。このため、作業者の健康の維
持、切削機械のトラブル防止に効果がある。本発明では
従来の液状粉塵飛散低減剤を樹脂に含有させる方式と異
なり、液状物を内包するマイクロカプセルを樹脂に投入
するため、樹脂の物性値の低下が小さい。このため得ら
れる模型素材用樹脂成形品は鋳物用マスターモデルや検
査治具等の強度を必要とする材料にも適用できる。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 1/00 - 101/16 C08K 3/00 - 13/08 C08J 9/00 - 9/30 C08J 5/00 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削加工性樹脂もしくはその前駆体
   （Ａ）と、液状の芯物質（ａ）と壁膜物質（ｂ）とから
   構成されるマイクロカプセル（Ｂ）からなり、（Ｂ）を
   （Ａ）１００質量部当たり０．５〜９０質量部の割合で
   含有し、（ａ）が、炭化水素類、アルコール類、エステ
   ル類、ケトン類、（ポリ）エーテル類、鉱油またはこの
   精製物、動植物油またはこれらの精製物もしくは変性
   物、からなる群から選ばれる１種以上である切削加工性
   樹脂形成性材料。
2. 【請求項２】 （ａ）が、２０℃における粘度が５００
   ０ｍＰａ・ｓ以下で、３０００以下の数平均分子量を有
   する有機化合物からなる請求項１記載の材料。
3. 【請求項３】 （ｂ）が熱硬化樹脂であり、（ａ）が−
   ５℃以下の凝固点と８０℃以上の沸点を有する請求項１
   または２記載の材料。
4. 【請求項４】 （Ｂ）が、１μｍ〜１５００μｍの平均
   粒径を有する請求項１〜３のいずれかに記載の材料。
5. 【請求項５】 （Ｂ）中の内包油量が４０容量％以上で
   ある請求項１〜４のいずれかに記載の材料。
6. 【請求項６】 （Ａ）が、硬質樹脂もしくはその前駆体
   である請求項１〜５のいずれかに記載の材料。
7. 【請求項７】 （Ａ）がフィラー、脱水剤、滑剤、整泡
   剤、消泡剤、触媒、着色剤、難燃剤、老化防止剤および
   可塑剤から選ばれる１種以上の添加剤（Ｃ）を含有する
   請求項１〜６のいずれかに記載の材料。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか記載の材料を溶
   融固化もしくは硬化成形してなる模型素材用樹脂成形
   品。
9. 【請求項９】 熱硬化樹脂成形品であって、メカニカル
   フロス法により、成形品体積に対して１０〜７０％の合
   計体積を占める微小気泡が成形品中に均一に分散されて
   なる請求項８に記載の成形品。
10. 【請求項１０】 請求項８または９記載の成形品を切削
    加工する模型の製法。
11. 【請求項１１】 切削加工性樹脂もしくはその前駆体
    （Ａ）からなる材料を切削加工して模型を製造する方法
    において、（Ａ）中に液状の芯物質（ａ）と壁膜物質
    （ｂ）とから構成されるマイクロカプセル（Ｂ）を含有
    させることを特徴とする切削加工時の粉塵飛散低減方
    法。