JP7088920B2 - 融着フィラメント製造のためのフィラメント組成物及びその使用方法 - Google Patents
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Description
請求項及び本明細書は、以下に示す略語及び定義を使用して解釈すべきである。「MI」は、メルトインデックスを意味する。「MPa」は、メガパスカルを意味する。「psi」は、1平方インチ当たりのポンドを意味する。「%」は、用語パーセントを意味する。「重量%」は、重量パーセントを意味する。「モル%」は、モルパーセントを意味する。「IV」は、固有粘度を意味する。「RV」は、相対粘度を意味する。
本明細書において使用される場合、冠詞「1つの(a)」は、1つ及び2つ以上を意味し、その指示対象の名詞を単数の文法上のカテゴリーに必ずしも限定しない。
本明細書に記載される任意の範囲は、特に明記されない限り、その端点を明確に包含する。範囲としての量、濃度又は他の値若しくはパラメーターの記載は、このような範囲の上限及び下限の対が本明細書に明示的に開示されるか否かに関わらず、任意の可能な範囲の上限及び任意の可能な範囲の下限から形成される全ての可能な範囲を具体的に開示する。本明細書に記載のポリマー組成物、化合物、プロセス及び物品は、本明細書中での範囲の定義で開示される具体的な値に限定されない。
物品の融着フィラメント製造のためのフィラメントが本明細書に開示され、前述記フィラメントは、ポリマー組成物を含み、前記ポリマー組成物は、
A)55~95重量パーセントの、融点を有する半芳香族コポリアミドであって、
a-1)5~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
i)8~20個の炭素原子を有する1つ以上の芳香族ジカルボン酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、5~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位と、
a-2)60~95モルパーセントの脂肪族繰り返し単位であって、
ii)6~20個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、60~95モルパーセントの脂肪族繰り返し単位と
を含む、55~95重量パーセントの、融点を有する半芳香族コポリアミドと、
B)5~45重量%の非晶質コポリアミドであって、
b-1)60~90モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
iii)イソフタル酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、60~90モルパーセントの芳香族繰り返し単位と、
b-2)10~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
iv)テレフタル酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、10~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位と
を含む、5~45重量%の非晶質コポリアミドと
を含む。
フィラメントを調製するために本明細書に記載のポリマー組成物に使用される半結晶性コポリアミドは、2つ以上のアミド及び/又はジアミド分子の繰り返し単位を有するコポリアミドである。本明細書に開示されているコポリアミドについて、繰り返し単位は、コポリアミドに存在する繰り返し単位のモル%の降順で列挙されている。以下のリストは、コポリアミド(PA)におけるモノマー及び繰り返し単位を同定するために使用される略語を例示する。
HMD ヘキサメチレンジアミン(又は二酸と組み合わせて使用される場合には6)
T テレフタル酸
AA アジピン酸
DMD デカメチレンジアミン
DDA デカン二酸
DDDA ドデカン二酸
I イソフタル酸
TMD 1,4-テトラメチレンジアミン
4T TMD及びTから形成されたポリマー繰り返し単位
6T HMD及びTから形成されたポリマー繰り返し単位
6I HMD及びIから形成されたポリマー繰り返し単位
66 HMD及びAAから形成されたポリマー繰り返し単位
10T DMD及びTから形成されたポリマー繰り返し単位
410 TMD及びDDAから形成されたポリマー繰り返し単位
510 1,5-ペンタンジアミン及びDDAから形成されたポリマー繰り返し単位
610 HMD及びDDAから形成されたポリマー繰り返し単位
612 HMD及びDDDAから形成されたポリマー繰り返し単位
フィラメントを調製するために本明細書に記載のポリマー組成物に使用される非晶質コポリアミドは、1つの繰り返し単位がテレフタル酸を含み、第2の繰り返し単位がイソフタル酸を含む、2つ以上のアミド及び/又はジアミド分子繰り返し単位を有するコポリアミドである。
ポリマー組成物は、可塑剤、着色剤、潤滑剤、酸化防止剤及び熱安定剤などの追加の添加剤を任意選択的に含むことができる。このような添加剤は、得られる材料の所望の特性に従って添加することができ、所望の特性に対するこれらの量の制御は、当業者の知識の範囲内である。
ポリマー組成物は、半結晶性コポリアミド及び非晶質コポリアミド並びに任意選択的に他の添加剤を、溶融熱可塑性ポリマーを混合するように設計された装置、例えば一軸又は二軸押出機、Banbury(登録商標)ミキサー、Farrel Continuous Mixer(FCM(商標))又は二本ロールミルに供給することによって作製できる。コポリアミドは、それが溶融、混合、冷却される混合装置に供給され、必要に応じて冷却されたポリマー組成物をペレット化又は粒状化して、フィラメントの作製に使用するためのポリマー組成物を作製する。これらのプロセスは、当技術分野でよく知られている。
融着製造プロセスで使用するためのフィラメント、ストランド又は繊維は、当技術分野で知られている任意の方法によって形成することができる。例えば、本明細書に開示されているフィラメントは、以下のプロセス工程によって調製することができる。
1)半結晶性コポリアミド及び非晶質コポリアミドを含むポリマー組成物のペレットが押出機に供給される工程であって、押出機内の温度は、ポリマー組成物を溶融して溶融混合物を形成するのに十分である、工程、
2)ダイを通して溶融混合物を押し出し、且つ混合物を冷却してフィラメントを形成する工程。
1)溶融混合物を形成するのに十分な温度において、少なくとも1つの半結晶性コポリアミド、少なくとも1つの非晶質コポリアミド及び任意選択的に追加的な添加剤を混合する工程、
2)ダイを通して溶融混合物を押し出し、且つ溶融混合物を冷却してフィラメントを形成する工程。
本明細書に記載のポリマー組成物は、融着製造プロセスによって物品を作製するためのフィラメント、繊維及びストランドを調製するために使用することができる。これらのフィラメントは、高溶融熱可塑性ポリマーを含む物品を、三次元印刷技術を使用して調製することを可能にする。このような物品は、半結晶性コポリアミド又は非晶質コポリアミドのいずれかのみを含むポリマー組成物からフィラメントによって作製される物品と比較して、減少した反り、優れた印刷能力、高い寸法精度及び改善された表面外観などの望ましい特性を示す。
1)ポリマー溶融物を形成するのに十分な温度において、加熱されたダイを通してポリマー組成物を含むフィラメントを供給する工程、
2)ポリマー溶融物を層毎の方式で堆積させて、所望の物品を形成する工程。
PA1 DuPontから入手可能である、1.20~1.35dl/gの固有粘度を有するPA 612/6T(75/25)、
PA2 DuPontから入手可能である、1.25~1.40dl/gの固有粘度を有するPA 612/6T(85/15)、
PA3 DuPontから入手可能である、1.25~1.40dl/gの固有粘度を有するPA 610/6T(80/20)、
PA4 DuPontから入手可能である、0.79~0.85dl/gの固有粘度を有するPA 61/6T(70/30)、
PA5 DuPontから入手可能である、0.68~0.75dl/gの固有粘度を有するPA 61/6T(70/30)、
PA6 DuPontから入手可能である、37~45の相対粘度を有するPA 66/6T(85/25)。
引張り強度、引張り弾性率及び破断歪みは、タイプ5Aの試験バーを用いて5mm/分の歪み速度でISO 527-2:2012に従って測定した。試験バーをFFFプロセスによって印刷し、表1及び2の試験バーについて試験する前に23℃、50%RHで少なくとも40時間調整した。表3及び4で使用された試験バーについて、試験バーは、いかなる調整もなしに「印刷されたままの状態で乾燥して」試験された。「印刷されたままの状態で乾燥して」いる試料を窒素環境下で印刷し、印刷されたバーを、試験前に真空下でアルミニウムバッグに密封する前に窒素下に保った。
RS=(引張り強度)×(破断伸び%/100)
実施例C1~C7のフィラメントは、Zenith PEP-IIメルトポンプを備えたWerner&Pfleiderer 28mm二軸押出機に本明細書に記載の半芳香族コポリアミド及び非晶質コポリアミドのペレットを供給することによって作製した。使用される特定のポリマー組成物に応じて最適なフィラメント品質を達成するために、バレル温度及びメルトポンプ温度を240~280℃に設定した。ダイから出た溶融混合物を5~60℃の温度の水浴中で急冷してフィラメントを形成した。フィラメントを、破損を防ぐ速度でストランドプラーによって動かし、スプールに巻き取った。引張り速度を調整することにより、2.85mm及び1.75mmの2つの直径のフィラメントを作製した。
本明細書に記載の実施例では、指定された通り以下のプリンターを使用した。(a)公称2.85mmのフィラメントを使用した、標準直接駆動押出機及び0.5mmのノズルを備えたLulzbot(登録商標)Mini(Aleph Objects,Inc.(Loveland,CO)。(b)公称2.85mmのフィラメントを使用した、2つの間接駆動押出機及び1つの直接駆動押出機を備え、全て0.4mmのノズルを備えた3ntr A4v3(3ntr,Oleggio,Italy;Portland,ORのPlural AMからも入手可能)。(c)公称1.75mmのフィラメントを使用した、直接駆動押出機及び0.35mmのノズルを備えたMakergear M2(Makergear,LLC;Beachwood,OH)。
以下、本明細書に記載の主な発明について列記する。
(1)
ポリマー組成物を含むフィラメントであって、前記ポリマー組成物は、
A)55~95重量パーセントの、融点を有する半芳香族コポリアミドであって、
a-1)5~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
i)8~20個の炭素原子を有する1つ以上の芳香族ジカルボン酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、5~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位と、
a-2)60~95モルパーセントの脂肪族繰り返し単位であって、
ii)6~20個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、60~95モルパーセントの脂肪族繰り返し単位と
を含む、55~95重量パーセントの、融点を有する半芳香族コポリアミドと、
B)5~45重量パーセントの、融点を有する非晶質コポリアミドであって、
b-1)60~90モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
iii)イソフタル酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、60~90モルパーセントの芳香族繰り返し単位と、
b-2)10~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
iv)テレフタル酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、10~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位と
を含む、5~45重量パーセントの、融点を有する非晶質コポリアミドと
を含む、フィラメント。
(2)
前記半芳香族コポリアミドは、PA 66/6T、PA 610/6T、PA 612/6T、PA 614/6T、PA 616/6T及びPA 618/6Tからなる群から選択される、(1)に記載のフィラメント。
(3)
前記半芳香族コポリアミドは、PA 66/6T、PA 610/6T、PA 612/6T、PA 614/6T、PA 616/6T及びPA 618/6Tからなる群から選択され、且つ前記非晶質コポリアミドは、PA 6I/6Tである、(1)に記載のフィラメント。
(4)
前記ポリマー組成物は、60~95重量パーセントの半芳香族コポリアミド(A)及び5~40重量パーセントの非晶質コポリアミド(B)を含む、(1)に記載のフィラメント。
(5)
前記ポリマー組成物は、65~90重量パーセントの半芳香族コポリアミド(A)及び5~35重量パーセントの非晶質コポリアミド(B)を含む、(1)に記載のフィラメント。
(6)
(a-1)の芳香族ジカルボン酸は、テレフタル酸である、(1)に記載のフィラメント。
(7)
芳香族繰り返し単位(a-1)のモルパーセントは、10~30モルパーセントであり、且つ脂肪族繰り返し単位(a-2)のモルパーセントは、70~90モルパーセントである、(1)に記載のフィラメント。
(8)
芳香族繰り返し単位(b-1)のモルパーセントは、70~90モルパーセントであり、且つ芳香族繰り返し単位(b-2)のモルパーセントは、10~30モルパーセントである、(1)に記載のフィラメント。
(9)
融着フィラメント製造プロセスを用いて(1)に記載のフィラメントから印刷される物品。
(10)
ISO 527-2試験バーの形状に印刷されると、(1)に記載のフィラメントから調製される同一の物品の相対強度の少なくとも140パーセントである相対強度を示し、前記フィラメントは、非晶質コポリアミドを含まない、(9)に記載の物品。
(11)
ISO 527-2試験バーの形状に印刷されると、(1)に記載のフィラメントから調製される同一の物品の相対強度の少なくとも140パーセントである相対強度を示し、前記フィラメントは、非晶質コポリアミド(B)を含まない、請求項9に記載の物品。
(12)
長さ270mm、幅10mm及び高さ10mmの寸法を有する試験バーの形状に印刷されると、カールバー試験に従って測定された場合に2mm未満の高さ変位を示す、(9)に記載の物品。
(13)
長さ270mm、幅10mm及び高さ10mmの寸法を有する試験バーの形状に印刷されると、カールバー試験に従って測定された場合に1mm未満の高さ変位を示す、(9)に記載の物品。
Claims (2)
- ポリマー組成物を含むフィラメントであって、前記ポリマー組成物は、
A)55~95重量パーセントの、融点を有する半芳香族コポリアミドであって、
a-1)5~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
i)8~20個の炭素原子を有する1つ以上の芳香族ジカルボン酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、5~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位と、
a-2)60~95モルパーセントの脂肪族繰り返し単位であって、
ii)6~20個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、60~95モルパーセントの脂肪族繰り返し単位と
を含む、55~95重量パーセントの、融点を有する半芳香族コポリアミドと、
B)5~45重量パーセントの、融点を有する非晶質コポリアミドであって、
b-1)60~90モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
iii)イソフタル酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、60~90モルパーセントの芳香族繰り返し単位と、
b-2)10~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位であって、
iv)テレフタル酸及び4~20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン
から誘導される、10~40モルパーセントの芳香族繰り返し単位と
を含む、5~45重量パーセントの、融点を有する非晶質コポリアミドと
を含み、
前記半芳香族コポリアミドは、PA 66/6T、PA 610/6T、PA 612/6T、PA 614/6T、PA 616/6T及びPA 618/6Tからなる群から選択される、フィラメント。 - 融着フィラメント製造プロセスを用いて請求項1に記載のフィラメントから印刷される物品。
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