JP7106233B2 - 球状で架橋可能なポリアミド粒子の粉末、製造方法及び選択的レーザー焼結技術における使用方法 - Google Patents
球状で架橋可能なポリアミド粒子の粉末、製造方法及び選択的レーザー焼結技術における使用方法 Download PDFInfo
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Description
・所望の物品を製造するのに必要な材料を粉末の形態で各層のための連続床を形成するために堆積させ、続いて
・各層を凝集させ、事前に定義されたパターンに従い、エネルギー供給によって、又は液体を微細な液滴で噴霧することによって、層を局所的に一緒に結合させる。
・ポリアミドが、PA6、PA6.6、PA11及びPA12から選択される;
・架橋性官能基Rtが、アルコキシシラン、クロロシラン、及びアシルオキシシラン基から選択され、好ましくはアルコキシシラン基である;
・架橋性官能基Rtがグラフトによりポリアミド(II)に導入される。
Rg-R1-Si(R2)3-a(R3)a (III)
(式中:
・a=0、1、又は2であり;
・Rgは、Rrと反応することができるグラフト官能基であり;
・R1は、二価の炭化水素基又はSiを直接Rgにつなぐ共有結合であり;
・R2は、アルコキシ又はアシル基であり、又はハロゲンを表し、基R2はa=0又は1である場合、同一又は異なり;
・R3は、アルキル基であり、基R3はa=2である場合、同一又は異なる)
の架橋剤(III)を、反応性官能基Rrと称されるポリアミド(II)のアミン及び/又はカルボキシル及び/又はアミド官能基に直接グラフトすることによって供給される。
・アミノ基-NH2;
・エチレン性不飽和を有する基、好ましくはビニル、アリル、及びメタクリロイル基;
・エポキシ基、好ましくはグリシジル、グリシドキシ、及びオキシラニル基から選択される基;
・チオール基-SH;
・ハロゲン原子、好ましくは塩素;
・イソシアネート基-N=C=O;及び
・アクリルウレア基-CO-NH-CO-NH2又はアルキルウレア基-R-NH-CO-NH2(式中、Rは二価の炭化水素基である)
から選択される少なくとも1種の基を含む。
・架橋可能なポリアミド(I)が、架橋可能なポリアミドの全質量に対して、0.3質量%~9質量%、好ましくは1質量%~5質量%の範囲の割合の架橋性官能基Rtを有する。
a)ポリアミド(II)の球状粒子の粉末を提供する工程であって、前記粒子が20μm~100μmの範囲の平均直径d50を有する工程;
b)少なくとも1つの架橋性官能基Rtと、反応性官能基Rrと称されるポリアミド(II)のアミン及び/又はカルボキシル及び/又はアミド官能基と反応することができる少なくとも1つのグラフト官能基Rtとの両方を含む架橋剤(III)を提供する工程;
c)混合物(II+III)を得るために、ポリアミド(II)の球状粒子の粉末を、架橋剤(III)と混合する工程;
d)工程c)から得られた混合物(II+III)を、Tg(II)+70℃≦Tcryst(II)-35℃である場合は、ポリアミド(II)のガラス転移温度Tg(II)+5℃~ポリアミド(II)のガラス転移温度Tg(II)+70℃の範囲であるか、又はTg(II)+70℃>Tcryst(II)-35℃である場合は、Tg(II)+5℃~ポリアミド(II)の結晶化温度Tcryst(II)-35℃の範囲である温度T1まで加熱して、架橋剤(IV)を含浸させたポリアミドの球状粒子の粉末を得る工程;
e)架橋剤(IV)を含浸させたポリアミド粉末を、T1より高く且つポリアミド(II)の結晶化温度Tcryst(II)より低い温度T2まで加熱して架橋可能なポリアミド(I)の粉末を得る工程。
・架橋剤(III)が以下の式
Rg-R1-Si(R2)3-a(R3)a (III)
(式中、
・a=0、1、又は2であり;
・Rgは、ポリアミド(II)の反応性官能基Rrと反応することができるグラフト官能基であり;
・R1は、二価の炭化水素基又はSiを直接Rgにつなぐ共有結合であり;
・R2は、アルコキシ又はアシル基又はハロゲンであり、基R2はa=0又は1である場合、同一又は異なり;
・R3は、アルキル基であり、好ましくはC1~C6アルキル基であり、基R3はa=2である場合、同一又は異なる;)
を有する;
・工程c)における混合物は、架橋剤(III)及びポリアミド(II)の全質量に対して、1質量%~10質量%の、好ましくは3質量%~8質量%の、さらにより好ましくは4質量%~6質量%の範囲の割合の架橋剤(III)を用いて製造される;
・工程d)における加熱は、Tg(II)+50℃>Tcryst(II)-35℃である場合、Tg(II)+10℃~Tcryst(II)-40℃の、さらにより好ましくはTg(II)+20℃~Tcryst(II)-45℃の範囲の温度T1で行う;
・工程d)における加熱は、Tg(II)+70℃≦Tcryst(II)-35℃である場合、Tg(II)+10℃~Tg(II)+70℃、好ましくはTg(II)+20℃~Tg(II)+70℃の範囲の温度T1で行う;
・工程e)における加熱は、T1+10℃以上且つTcryst(II)未満の、好ましくはT1+20℃~Tcryst(II)-5℃、さらにより好ましくはT1+30℃~Tcryst(II)-10℃の温度T2で行う;
本発明はまた、本発明において記載する製造方法によって得ることができる、架橋可能なポリアミド(1)の球状粒子の粉末を提供する。
i. 選択的レーザー焼結技術を用いた、本発明において記載する架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末から出発する、中間物品の形成;及び
ii. 前記架橋可能なポリアミド(I)の架橋可能な官能基Rtの少なくとも一部分の架橋、
を含む、物品の製造方法を提供する。
本発明は、架橋性官能基Rtによって官能化され、架橋可能なポリアミド(I)を提供する。
Rg-R1-Si(R2)3-a(R3)a (III)
(式中:
・a=0、1、又は2であり;
・Rgは、反応性官能基Rrと反応することができるグラフト官能基であり;
・R1は、二価の炭化水素基又はSiを直接Rgにつなぐ共有結合であり;
・R2は、アルコキシ又はアシル基又はハロゲン原子であり、基R2はa=0又は1である場合、同一又は異なり;
・R3は、アルキル基、好ましくはC1~C6アルキル基であり、基R3はa=2である場合、同一又は異なる)
の架橋剤(III)を、反応性官能基Rrと称されるポリアミド(II)のアミン及び/又は酸及び/又はアミド官能基に好ましくは直接グラフトすることによって供給される。
・アミノ基-NH2;
・エチレン性不飽和を含む基、好ましくはビニル、アリル及びメタクリロイル基;
・好ましくはグリシジル、グリシドキシ、オキシラニル基から選択されるエポキシ基;
・チオール基-SH;
・ハロゲン原子、好ましくは塩素;
・イソシアネート基-N=C=O;及び
・アシルウレア基-CO-NH-CO-NH2又はアルキルウレア基-R-NH-CO-NH2(式中、Rは二価の炭化水素基である)
から選択される少なくとも1種の基を含む。
本発明はまた、本発明において定義するような架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末の製造方法を提供する。
a)ポリアミド(II)の球状粒子の粉末を提供する工程であって、前記粒子が20μm~100μmの範囲の平均直径d50を有する工程;
b)少なくとも1つの架橋性官能基Rtと、反応性官能基Rrと称されるポリアミド(II)のアミン及び/又はカルボキシル及び/又はアミド官能基と反応することができる少なくとも1つのグラフト官能基Rtとの両方を含む架橋剤(III)を提供する工程;
c)混合物(II+III)を得るために、ポリアミド(II)の球状粒子の粉末を、架橋剤(III)と混合する工程;
d)工程c)から得られた混合物(II+III)を、ポリアミド(II)のガラス転移温度Tg(II)+5℃~ポリアミド(II)のガラス転移温度Tg(II)+70℃の、又はTg(II)+70℃>Tcryst(II)-35℃である場合は、ポリアミド(II)の結晶化温度Tcryst(II)-35℃までの範囲である温度T1まで加熱して、架橋剤(IV)を含浸させたポリアミドの球状粒子の粉末を得る工程;
e)架橋剤(IV)を含浸させたポリアミド粉末を、T1より高く且つポリアミド(II)の結晶化温度Tcryst(II)より低い温度T2まで加熱して、架橋可能なポリアミド(I)の粉末を得る工程、
を含む。
SLS技術を用いた中間物品の形成
本発明はまた、選択的レーザー焼結法(SLS)を用いて、中間物品と定義する物品を製造するための、本発明において定義する架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末の使用方法を提供する。本発明はまた、本発明の架橋可能なポリマー(I)の球状粒子の粉末から、選択的レーザー焼結技術(SLS)を用いて、中間物品として知られる物品を製造する方法を提供する。
b)架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の堆積した粉末の一部分の局所的固化を、各層に対し所定のパターンに従ってレーザービームを施与することによって行って層要素を生成し、そのように形成された層要素を、中間物品の所望の三次元形状が次第に成長するような方式で、前の層に同時に結合させる工程。
本発明はまた、本発明において定義するような架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末の選択的レーザー焼結(SLS)のための第一の工程、続いて前記架橋可能なポリアミド(I)を架橋する工程によって形成される物品を提供する。
i. 選択的レーザー焼結技術を用いた、本発明において定義するような架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末から出発する、特に本発明において記載する方法に従った、中間物品の形成;及び
ii. 中間物品の前記架橋可能なポリアミドの架橋可能な官能基Rtの少なくとも一部分の架橋、
を含む、ポリアミド物品の製造方法を提供する。
・1:グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A187);
・2:PA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth);
・3:95%のPA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)+5%のグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A187)の混合物;
・4:80℃の含浸相の後、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A187)を含浸させたPA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth);及び
・5:5%のグリシドキシプロピルトリメトキシシランをグラフトしたPA12。
・1:グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871);
・2:PA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth);
・3:95%のPA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)+5%のグリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)の混合物;及び
・4:5%のグリシドキシプロピルトリエトキシシランをグラフトしたPA12。
・1:グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871);
・2:PA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth);
・3:92%のPA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)+8%のグリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)の混合物;及び
・4:8%のグリシドキシプロピルトリエトキシシランをグラフトしたPA12。
・1:グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871);
・2:PA11(Arkema社から販売されているRilsan Invent Natural);
・3:94%のPA11(Arkema社から販売されているRilsan Invent Natural)+6%のグリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)の混合物;及び
・4:6%のグリシドキシプロピルトリエトキシシランをグラフトしたPA11。
・グラフ1:PA12(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth);
・グラフ2:実施例5;
・グラフ3:実施例6;及び
・グラフ4:比較例。
・グラフ1:PA11(Arkema社から販売されているRilsan Invent Natural);及び
・グラフ2:実施例7.
図7は、PA12、PA11、実施例1~4のポリマー及び比較例のポリマーの、光学顕微鏡画像を表す。
DSC分析:示差走査分析(DSC)は、TA Instruments社製のDSC Q20装置を用いて行った。適用された熱サイクルは以下の通りであった:10℃/分で周囲温度から240℃への第一の上昇、10℃/分で240℃から-20℃への温度減少、10℃/分で-20℃から240℃の温度への第二の上昇。
レーザー焼結に適したPA12粉末(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)(d50=38μm、球状粒、182℃に等しい融解温度、40℃に等しいガラス転移温度)を、本発明に従って変性させた。グラフト剤は、5%w/wの割合のグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A187)であった。本発明の架橋可能なポリアミドの容器は、「材料及び方法」の項に記載の方法に従って調製した。
レーザー焼結に適したPA12粉末(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)(d50=38μm、球状粒、182℃に等しい融解温度、40℃に等しいガラス転移温度)を、本発明に従って、5%w/wのグリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)で変性させた。グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)を含浸させたPA12粉末(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)も、実施例1に記載したように製造した。
レーザー焼結に適したPA12粉末(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)(d50=38μm、球状粒、182℃に等しい融解温度、40℃に等しいガラス転移温度)を本発明に従って、「材料及び方法」の項に記載されているように、8%w/wのグリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)を用いて変性させた。
レーザー焼結に適したPA11の粉末(Arkema社から販売されているRilsan Invent Natural)(d50=37μm、不規則な粒形状、202℃に等しい融解温度、41℃に等しいガラス転移温度)を本発明に従って、「材料及び方法」の項に記載されているように、6%w/wのグリシドキシプロピルトリエトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A1871)を用いて変性させた。
レーザー焼結に適したPA12粉末(Arkema社から販売されているOrgasol invent smooth)(d50=38μm、球状粒、182℃に等しい融解温度、40℃に等しいガラス転移温度)を、5%w/wのグリシドキシプロピルトリメトキシシラン(Momentive Performance Materials Inc社から販売されているSilquest A187)を用いた反応性押出によって変性させた。
実施例2の5%w/wのグリシドキシプロピルトリエトキシシランをグラフトしたPA12粒子の粉末を、Sharebot社製のSnowWhiteタイプの3Dプリンタで焼結し、規格ISO 527-1:2012に定義されるようなH2タイプの試験片を製造し、張力下のプラスチック材料の機械的性質を決定した。
実施例3からの8%w/wのグリシドキシプロピルトリエトキシシランをグラフトしたPA12粒子の粉末をSharebot社製のSnowWhiteタイプの3Dプリンタで焼結し、H2タイプの試験片を製造した。
焼結パラメータを表3に示す。
実施例4に従った5%w/wのグリシドキシプロピルトリエトキシシランをグラフトしたPA11の粒子の粉末を、Sharebot社製のSnowWhiteタイプの3Dプリンタで焼結し、H2タイプの試験片を製造した。この試験を実施するために使用された層の厚さは100μmであり、選択した調節モードは環境温度の測定であった。焼結パラメータを表3に示す。
Claims (19)
- 架橋性官能基Rtによって官能化され、架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末であって、前記架橋性官能基Rtが前記粒子の表面及び塊中に存在し、前記架橋可能なポリアミド(I)の粒子が20μm~100μmの範囲の平均直径d50を有することを特徴とする、ポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記架橋可能なポリアミド(I)の粒子は、(d90-d10)が10μm~80μm、好ましくは20μm~60μmの範囲にあるような平均直径d90及びd10を有することを特徴とする、請求項1に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記ポリアミドが脂肪族又は半芳香族、半結晶性ポリアミド、好ましくは脂肪族である、請求項1又は2に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記ポリアミドが、PA6、PA6.6、PA10.10、PA10.12、PA11及びPA12から選択されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記架橋性官能基Rtが、アルコキシシラン、クロロシラン及びアシルオキシシラン基から選択され、好ましくはアルコキシシラン基である、請求項1から4のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記架橋性官能基Rtがグラフトによってポリアミド(II)に導入される、請求項1から5のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記架橋性官能基Rtが、式:
Rg-R1-Si(R2)3-a(R3)a (III)
(式中:
・a=0、1、又は2であり;
・Rgは、Rrと反応することができるグラフト官能基であり;
・R1は、二価の炭化水素基又はSiを直接Rgにつなぐ共有結合であり;
・R2は、アルコキシ又はアシル基であり、又はハロゲンを表し、基R2はa=0又は1である場合、同一又は異なり;
・R3は、アルキル基であり、基R3はa=2である場合、同一又は異なる)
の架橋剤(III)を、反応性官能基Rrと称される前記ポリアミド(II)のアミン及び/又はカルボキシル及び/又はアミド官能基に直接グラフトすることによって供給されることを特徴とする、請求項6に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。 - 前記架橋剤(III)の前記グラフト官能基Rgが、
・アミノ基-NH2;
・エチレン性不飽和を有する基、好ましくはビニル、アリル、及びメタクリロイル基;
・エポキシ基、好ましくはグリシジル、グリシドキシ、及びオキシラニル基から選択される基;
・チオール基-SH;
・ハロゲン原子、好ましくは塩素;
・イソシアネート基--N=C=O;及び
・アクリルウレア基-CO-NH-CO-NH2又はアルキルウレア基R-NH-CO-NH2(式中、Rは二価の炭化水素基を表す)
から選択される少なくとも1種の基を含むことを特徴とする、請求項7に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。 - 前記架橋剤(III)が、a=0であり、R1が二価の炭化水素基、好ましくはプロピレン基であり、R2がアルコキシ基、好ましくはメトキシ又はエトキシ基であり、Rgがエポキシ基、好ましくはグリシドキシ基であることを特徴とする、請求項7又は8に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- 前記架橋可能なポリアミド(I)が、架橋可能なポリアミドの全質量に対して、0.3質量%~9質量%、好ましくは1質量%~5質量%の範囲の割合の架橋性官能基Rtを有することを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末。
- a)ポリアミド(II)の球状粒子の粉末を提供する工程であって、前記粒子が20μm~100μmの範囲の平均直径d50を有する工程;
b)少なくとも1つの架橋性官能基Rtと、反応性官能基Rrと称される、前記ポリアミド(II)のアミン及び/又はカルボキシル及び/又はアミド官能基と反応することができる少なくとも1つのグラフト官能基Rgとの両方を含む架橋剤(III)を提供する工程;
c)混合物(II+III)を得るために、前記ポリアミド(II)の球状粒子の粉末を前記架橋剤(III)と混合する工程;
d)工程c)から得られた前記混合物(II+III)を、Tg(II)+70℃≦Tcryst(II)-35℃である場合は、前記ポリアミド(II)のガラス転移温度Tg(II)+5℃~前記ポリアミド(II)のガラス転移温度Tg(II)+70℃の範囲であるか、又はTg(II)+70℃>Tcryst(II)-35℃である場合は、Tg(II)+5℃~前記ポリアミド(II)の結晶化温度Tcryst(II)-35℃の範囲である温度T1まで加熱して、架橋剤(IV)を含浸させたポリアミドの球状粒子の粉末を得る工程;
e)架橋剤(IV)を含浸させた前記ポリアミド粉末を、T1より高く且つ前記ポリアミド(II)の結晶化温度Tcryst(II)より低い温度T2まで加熱して、架橋可能なポリアミド(I)の粉末を得る工程、
を含むことを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末を製造する方法。 - 前記架橋剤(III)が以下の式:
Rg-R1-Si(R2)3-a(R3)a (III)
(式中、
・a=0、1、又は2であり;
・Rgは、前記ポリアミド(II)の前記反応性官能基Rrと反応することができるグラフト官能基であり;
・R1は、二価の炭化水素基又はSiを直接Rgにつなぐ共有結合であり;
・R2は、アルコキシ又はアシル基又はハロゲンであり、基R2はa=0又は1である場合、同一又は異なり;
・R3は、アルキル基であり、好ましくはC1~C6アルキル基であり、基R3はa=2である場合、同一又は異なる)
を有することを特徴とする、請求項11に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末を製造するための方法。 - 工程c)の前記混合物が、架橋剤(III)及びポリアミド(II)の全質量に対して、1質量%~10質量%、好ましくは3質量%~8質量%、さらにより好ましくは4質量%~6質量%の範囲の割合の架橋剤(III)を用いて製造される、請求項11又は12に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末を製造するための方法。
- 工程e)に続き、流動剤、強化充填剤、難燃剤、熱安定剤、帯電防止剤又は導電剤、又は着色剤を添加するための工程f)を含むことを特徴とする、請求項11から13のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末を製造するための方法。
- 選択的レーザー焼結技術によって中間物品を製造するための、請求項1から10のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末の使用方法。
- 選択的レーザー焼結技術を用いる、請求項1から10のいずれか一項に記載の架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末から中間物品を製造するための方法。
- i. 選択的レーザー焼結技術を用いた、請求項16に記載の方法による架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末から出発する、中間物品の形成;及び
ii. 前記中間物品の前記架橋可能なポリアミド(I)の架橋可能な官能基Rtの少なくとも一部分の架橋、
を含む、物品の製造方法。 - 前記架橋が加水分解によって、特に周囲空気中で行われることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 請求項17又は請求項18に記載の方法による、架橋可能なポリアミド(I)の球状粒子の粉末から製造される物品。
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