JPWO2018139537A1 - 三次元造形用可溶性材料 - Google Patents

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Abstract

本発明は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する、三次元造形用可溶性材料である。
(R−SO n+ (I)
本発明によれば熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に当該三次元物体の精度低下を抑制することができ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材用の三次元造形用可溶性材料を提供することができる。

Description

本発明は、3Dプリンタ、特に熱溶融積層方式の3Dプリンタで三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料に関する。
3Dプリンタは、ラピッドプロトタイピング(Rapid Prototyping)の一種で、3D CAD、3D CGなどの3Dデータを元に三次元物体を造形する立体プリンタである。3Dプリンタの方式としては、熱溶融積層方式(以下、FDM方式とも称する)、インクジェット紫外線硬化方式、光造形方式、レーザー焼結方式等が知られている。これらのうち、FDM方式は重合体フィラメントを加熱/溶融し押し出して積層させて三次元物体を得る造形方式であり、他の方式とは異なり材料の反応を用いない。そのためFDM方式の3Dプリンタは小型かつ低価格であり、後処理が少ない装置として近年普及が進んでいる。当該FDM方式で、より複雑な形状の三次元物体を造形するためには、三次元物体を構成する造形材、及び造形材の三次元構造を支持するためのサポート材を積層して三次元物体前駆体を得て、その後、三次元物体前駆体からサポート材を除去することで目的とする三次元物体を得ることができる。
三次元物体前駆体からサポート材を除去する手法として、サポート材にメタクリル酸共重合体を用い、三次元物体前駆体を強アルカリ水溶液に浸漬することによりサポート材を除去する手法が挙げられる(例えば、特表2008−507619号公報)。当該手法はメタクリル酸共重合体中のカルボン酸がアルカリにより中和され、強アルカリ水溶液に溶解することを利用している。
前記特表2008−507619号公報に開示されているメタクリル酸共重合体をサポート材として用いた場合、三次元物体前駆体からサポート材を除去するために強アルカリ水溶液を用いる必要があるが、当該強アルカリ水溶液は人に対する危険性や環境への負荷が大きい。また、三次元物体前駆体を強アルカリ水溶液に長時間浸漬すると当該三次元物体前駆体中の三次元物体はアルカリに侵食される傾向があり、アルカリに対する耐性が低いポリ乳酸(PLA)等のポリエステル樹脂は三次元物体の材料としての適用が制限されてきた。そのため、強アルカリ水溶液ではないpHが6〜8の中性水によって除去できるサポート材が求められていた。
特表2002−516346号公報には、水に可溶なポリ(2―エチル―2―オキサゾリン)をサポート材に用い、三次元物体前駆体を水に浸漬することによりサポート材を除去する手法が開示されている。当該特表2002−516346号公報に記載の手法によれば、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体のサポート材を除去することができるが、当該三次元造形用可溶性材料に含まれるポリ(2―エチル―2―オキサゾリン)が水分との親和性が高いことから、ポリ(2―エチル―2―オキサゾリン)を含む三次元造形用可溶性材料が高湿度下に暴露されると空気中の水分を吸収する。水分を含んだポリ(2―エチル―2―オキサゾリン)等を含有する三次元造形用可溶性材料をFDM方式の3Dプリンタで加熱/溶融/打ち出し/積層すると、当該水分が高温によって蒸散することにより発泡し、三次元物体の寸法の精度(本明細書において、寸法の制度のことを単に「精度」ともいう)を著しく損ねてしまうことがあった。
前記課題に対し、本出願人は、FDM方式による三次元物体の製造に適し、耐吸湿性を有しつつ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材用の三次元造形用可溶性材料の発明について特許出願(特願2016−019789)を行った。
本発明の三次元造形用可溶性材料は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
本発明の三次元物体の製造方法は、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、前記サポート材の材料が、前記三次元造形用可溶性材料である。
本発明のサポート材は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
実施例の評価サンプルの形状を示す図
発明の詳細な説明
前記三次元造形用可溶性材料は造形材との接着性が悪く、前記三次元造形用可溶性材料に係るサポート材が造形材から剥がれやすい傾向があった。三次元物体製造時、造形材が十分に凝固する前にサポート材が造形材から剥がれると、造形材の三次元構造を十分に支持することができず、当該三次元物体の精度が低下することがある。
本発明は、FDM方式の3Dプリンタによる三次元物体の製造に用いても造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材用の三次元造形用可溶性材料を提供する。
本発明は、三次元物体の精度低下を抑制することができ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる三次元物体の製造方法を提供する。
本発明は、造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材を提供する。
本発明の三次元造形用可溶性材料は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
本発明の三次元物体の製造方法は、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、前記サポート材の材料が、前記三次元造形用可溶性材料である。
本発明のサポート材は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
本発明によれば、FDM方式の3Dプリンタによる三次元物体の製造に用いても造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材用の三次元造形用可溶性材料を提供することができる。
本発明によれば、三次元物体の精度低下を抑制することができ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる三次元物体の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
<三次元造形用可溶性材料>
本実施形態の三次元造形用可溶性材料は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
本実施形態の三次元造形用可溶性材料を材料とするサポート材は、造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる。
〔熱可塑性樹脂〕
前記熱可塑性樹脂は、強アルカリ水溶液ではないpHが6〜8の中性水への溶解性の観点から、親水性基を有する。当該親水性基としては、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、第4級アンモニウム塩基、オキシエチレン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボキシル塩基、アミド基、リン酸基、リン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上が例示できる。当該親水性基は、同様の観点から、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、スルホン酸塩基がさらに好ましい。
前記熱可塑性樹脂中の前記親水性基の含有量は、中性水への溶解性の観点から、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、耐吸湿性の観点から、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以下がさらに好ましい。また、前記熱可塑性樹脂中の前記親水性基の含有量は、中性水への溶解性の観点、及び耐吸湿性の観点から、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい。
また、一般に、高耐熱性を有する造形材は高い融点、あるいは高いガラス転移温度を有するが、前記造形材を3Dプリンタで加熱/溶融し押し出して積層するときの温度と、当該造形材に接するサポート材の温度が著しく異なると三次元物体の精度を損ねることがある。そのため、高い融点、あるいはガラス転移温度を有する造形材を3Dプリンタによって加熱/溶融し押し出して積層する場合、サポート材の材料である三次元造形用可溶性材料も造形材の温度に近い温度に加熱/溶融し押し出して積層する。このような場合、強アルカリ水溶液ではないpHが6〜8の中性水によって除去できるサポート材の材料である三次元造形用可溶性材料についても高い融点、あるいは高いガラス転移温度を持つものが好ましい。そのため、前記熱可塑性樹脂は、前記親水性基を有するポリエステル樹脂、前記親水性基を有するポリアミド樹脂、前記親水性基を有するアクリル樹脂、前記親水性基を有するポリビニルアルコール樹脂、前記親水性基を有するポリビニルピロリドン樹脂、前記親水基を有するエステルアミド樹脂、前記親水基を有するウレタン樹脂からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、親水性基を有するポリエステル樹脂及び親水性基を有するポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がより好ましい。
[親水性基を有するポリエステル樹脂]
前記ポリエステル樹脂としては、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB、及びジオールモノマーユニットを有し、前記ポリエステル樹脂中の親水性モノマーユニットA及び疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの合計に対する前記親水性モノマーユニットAの割合が10〜70mol%であるポリエステル樹脂が例示できる。
(親水性モノマーユニットA
前記ポリエステル樹脂は、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットAを有する。前記親水性モノマーユニットAは、前記親水性基を有するモノマーユニットであれば特に限定されない。また、当該親水性モノマーユニットAを誘導するためのモノマーをモノマーAとも称する。
前記親水性基は、強アルカリ水溶液ではないpHが6〜8の中性水への溶解性の観点から、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、第4級アンモニウム塩基、オキシエチレン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボキシル塩基、リン酸基、リン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、スルホン酸塩基がさらに好ましい。
前記第2級アミノ基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−NHR基(ただし、Rは直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示す。)で表される第2級アミノ基、及び−NH−基で表される第2級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記第3級アミノ基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−NR基(ただし、Rは直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示し、Rは直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示す。)で表される第3級アミノ基、及び−NR−基(ただし、Rは直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示す。)で表される第3級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記第4級アンモニウム塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−N{R}・W(ただし、R、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1以上14以下のアルキル基を示し、Wは、ヒドロキシイオン、ハロゲンイオン、CHSO 又はCHCHSO を示す。)で表される第4級アンモニウム塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記オキシエチレン基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−{CHCHO}j1−(ただし、j1は平均数を示し、1以上2500以下の数を示し、2以上1000以下が好ましく、3以上100以下がより好ましく、4以上50以下がさらに好ましい。)で表されるオキシエチレン基、及び−{CHCHO}m1−R(ただし、m1は平均数を示し、1以上2500以下の数を示し、2以上1000以下が好ましく、3以上100以下がより好ましく、4以上50以下がさらに好ましい。Rは水素原子又は炭素数1以上10以下の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、2以上6以下がより好ましく、3以上5以下がさらに好ましい。)で表されるオキシエチレン基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記カルボキシル塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−COOM(ただし、Mはカルボキシル塩基を構成するカルボキシル基の対イオンを示し、中性水への溶解性の観点からナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、バリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、ナトリウムイオンがよりさらに好ましい。)で表されるカルボキシル塩基が好ましい。
前記リン酸塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−PO 、−POHM、及び−PO(ただし、Mはリン酸塩基を構成するリン酸基の対イオンを示し、中性水への溶解性の観点からナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、バリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、ナトリウムイオンがよりさらに好ましい。)で表されるリン酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記スルホン酸塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−SO(ただし、Mはスルホン酸塩基を構成するスルホン酸基の対イオンを示し、中性水への溶解性の観点からナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、バリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、ナトリウムイオンがよりさらに好ましい。)で表されるスルホン酸塩基が好ましい。
前記モノマーAは、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、カルボン酸、アミン、アミノ酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、カルボン酸がより好ましい。当該カルボン酸の中でも、同様の観点から芳香族カルボン酸が好ましく、ヒドロキシ基含有芳香族ジカルボン酸、第1級アミノ基含有芳香族ジカルボン酸、スルホン酸基含有芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基含有芳香族ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましい。これらの中でも同様の観点から5−ヒドロキシイソフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、5−アミノイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸がさらに好ましい。
前記ポリエステル樹脂中の前記親水性基の含有量は、中性水への溶解性の観点から、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、耐吸湿性の観点から、3.0mmol/g以下が好ましく、1.5mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以下がさらに好ましい。また、前記ポリエステル樹脂中の前記親水性基の含有量は、中性水への溶解性の観点、及び耐吸湿性の観点から、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜1.5mmol/gがより好ましく、0.7〜1.0mmol/gがさらに好ましい。
前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの物質量の割合は、中性水への溶解性の観点から、5mol%以上であり、7mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、12mol%以上がさらに好ましく、耐吸湿性の観点から、35mol%以下であり、33mol%以下が好ましく、32mol%以下がより好ましく、30mol%以下がさらに好ましい。また、前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの物質量の割合は、中性水への溶解性の観点から5〜35mol%が好ましく、7〜33mol%がより好ましく、10〜32mol%がさらに好ましく、12〜30mol%がよりさらに好ましく、中性水への溶解性の観点、及び耐吸湿性の観点から8〜13mol%がよりさらに好ましい。
(疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB
前記ポリエステル樹脂は、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBを有する。当該ジカルボン酸モノマーユニットBは前記親水性基を有さない。本明細書において、当該疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸をジカルボン酸Bとも称する。
前記ジカルボン酸Bは、ジカルボン酸であれば特に限定されないが、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点、及びポリエステル樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。これらの中でも、同様の観点から、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、2,6−ナフタレンジカルボン酸がよりさらに好ましい。
前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリエステル樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの物質量の割合は、耐吸湿性の観点から、15mol%以上が好ましく、18mol%以上がより好ましく、20mol%以上がさらに好ましく、中性水への溶解性の観点から、45mol%以下が好ましく、42mol%以下がより好ましく、40mol%以下がさらに好ましい。また、前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリエステル樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの物質量の割合は、耐吸湿性の観点、及び中性水への溶解性の観点から、15〜45mol%が好ましく、20〜42mol%がより好ましく、30〜40mol%がさらに好ましい。
前記親水性モノマーユニットAと前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBのmol比(前記親水性モノマーユニットA/前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB)は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上がさらに好ましく、20/80以上がよりさらに好ましく、同様の観点から70/30以下が好ましく、65/35以下がより好ましく、60/40以下がさらに好ましく、40/60以下がよりさらに好ましく、26/74以下がよりさらに好ましい。
(ジオールモノマーユニット)
前記ポリエステル樹脂は、ジオールモノマーユニットを有する。前記ジオールモノマーユニットを誘導するためのジオールを、ジオールCとも称する。
前記ジオールCとしては、特に限定されず、脂肪族ジオール、芳香族ジオール等を用いることができるが、ポリエステル樹脂の製造コストの観点から、脂肪族ジオールが好ましい。
前記ジオールCの炭素数は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、2以上が好ましく、同様の観点から、31以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましく、15以下がよりさらに好ましい。
前記脂肪族ジオールとしては、鎖式ジオール、及び環式ジオールからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が挙げられるが、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる靱性(強度)の観点から、鎖式ジオールが好ましい。
前記鎖式ジオールの炭素数は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、2以上が好ましく、同様の観点から、6以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましい。
前記環式ジオールの炭素数は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、6以上が好ましく、同様の観点から、31以下が好ましく、30以下がより好ましく、27以下がさらに好ましい。
前記ジオールCは、エーテル酸素を有していても良いが、前記ジオールCが鎖式脂肪族のジオールの場合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、エーテル酸素の数は1以下が好ましく、前記ジオールCが環式脂肪族のジオールの場合は、同様の観点から、エーテル酸素の数は2以下が好ましい。
前記鎖式ジオールは、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、及び1,3−プロパンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましい。これらのうち、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールは重合反応原料として仕込んでもよいし、重合反応中に副生するものでも構わない。
前記ジオールCがジエチレングリコールを含む場合、前記ポリエステル樹脂中の全ジオールモノマーユニットの合計に対するジエチレングリコールユニットの割合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、5mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、15mol%以上がさらに好ましく、20mol%以上がさらに好ましく、25mol%以上がよりさらに好ましく、30mol%以上がよりさらに好ましく、また、60mol%以下が好ましく、55mol%以下がより好ましく、50mol%以下がさらに好ましく、45mol%以下がよりさらに好ましい。
前記環式ジオールは、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾキシエタノールフルオレン、及びビスクレゾールフルオレンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記ジオールCがエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾキシエタノールフルオレン、及びビスクレゾールフルオレンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の場合、前記ポリエステル樹脂中の全ジオールモノマーユニットの合計に対する、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾキシエタノールフルオレン、及びビスクレゾールフルオレンの合計の割合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、80mol%以上が好ましく、90mol%以上がより好ましく、95mol%以上がさらに好ましく、98mol%以上がよりさらに好ましく、実質的に100mol%がよりさらに好ましく、100mol%がよりさらに好ましい。
前記ポリエステル樹脂は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、前記親水性モノマーユニットAを含む全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの割合、及び前記ジカルボン酸モノマーユニットBの割合が、それぞれ10〜70mol%、及び30〜90mol%であり、前記ジカルボン酸モノマーユニットBを得るためのジカルボン酸Bが2,6−ナフタレンジカルボン酸であるポリエステル樹脂αが好ましい。
《ポリエステル樹脂α》
前記ポリエステル樹脂αにおける、前記親水性モノマーユニットAを含む全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの割合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、10mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、同様の観点から、70mol%以下が好ましく、65mol%以下がより好ましく、60mol%以下がさらに好ましく、40mol%以下がよりさらに好ましく、27mol%以下がよりさらに好ましい。
前記ポリエステル樹脂αにおける、前記親水性モノマーユニットAを含む全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記ジカルボン酸モノマーユニットBの割合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、30mol%以上が好ましく、35mol%以上がより好ましく、40mol%以上がさらに好ましく、65mol%以上がよりさらに好ましく、73mol%以上がよりさらに好ましく、同様の観点から、90mol%以下が好ましく、80mol%以下がより好ましい。
前記ポリエステル樹脂αにおける、前記モノマーAは、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、5―スルホイソフタル酸、及び2―スルホイソフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、5―スルホイソフタル酸がより好ましい。
前記ポリエステル樹脂αにおける、前記ジオールCは、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾキシエタノールフルオレン、及びビスクレゾールフルオレンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましい。
前記ポリエステル樹脂αは、以下の一般式(II)及び(III)で例示できる。
Figure 2018139537

(前記一般式(II)中、p1はエチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレートの重合度、q1はエチレン5−スルホイソフタレートの重合度の数を表す。ただし、エチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレートとエチレン5−スルホイソフタレートはブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
Figure 2018139537

(前記一般式(III)中、p2はエチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレートの重合度、q2はエチレン5−スルホイソフタレートの重合度、r2はビスフェノキシエタノールフルオレンと2,6−ナフタレンジカルボン酸との縮合物の重合度、s2はビスフェノキシエタノールフルオレンと5-スルホイソフタル酸との縮合物の重合度の数を表す。ただし、エチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレート、エチレン5−スルホイソフタレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンと2,6−ナフタレンジカルボン酸との縮合物、ビスフェノキシエタノールフルオレンと5-スルホイソフタル酸との縮合物はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
前記ポリエステル樹脂は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、前記親水性モノマーユニットA、前記ジカルボン酸モノマーユニットB、及び前記ジオールモノマーユニット以外のモノマーユニットを有していても良い。
前記ポリエステル樹脂の製造方法には特に限定はなく、従来公知のポリエステル樹脂の製造方法を適用できる。
〔親水性基を有するポリアミド樹脂〕
前記ポリアミド樹脂としては、親水性基を有する親水性モノマーユニットA、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB、及び疎水性ジアミンモノマーユニットを有し、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの合計に対する前記親水性モノマーユニットAの割合が2.5〜40mol%であるポリアミド樹脂が例示できる。
[親水性モノマーユニットA
前記ポリアミド樹脂は、親水性基を有する親水性モノマーユニットAを有する。前記親水性モノマーユニットAは、親水性基を有するモノマーユニットであれば特に限定されない。また、当該親水性モノマーユニットAを誘導するためのモノマーをモノマーAとも称する。
前記親水性基としては、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、第4級アンモニウム塩基、オキシエチレン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボキシル塩基、リン酸基、リン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が挙げられる。
前記第2級アミノ基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−NHR10基(ただし、R10は直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示す。)で表される第2級アミノ基、及び−NH−基で表される第2級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記第3級アミノ基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−NR1112基(ただし、R11は直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示し、R12は直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示す。)で表される第3級アミノ基、及び−NR13−基(ただし、R13は直鎖又は分枝状の炭素数1以上14以下のアルキル基を示す。)で表される第3級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記第4級アンモニウム塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−N{R141516}・Z(ただし、R14、R15、R16は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1以上14以下のアルキル基を示し、Zは、ヒドロキシイオン、ハロゲンイオン、CHSO 又はCHCHSO を示す。)で表される第4級アンモニウム塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記オキシエチレン基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−{CHCHO}j2−(ただし、j2は平均数を示し、1以上2500以下の数を示し、2以上1000以下が好ましく、3以上100以下がより好ましく、4以上50以下がさらに好ましい。)で表されるオキシエチレン基、及び−{CHCHO}m2−R17(ただし、m2は平均数を示し、1以上2500以下の数を示し、2以上1000以下が好ましく、3以上100以下がより好ましく、4以上50以下がさらに好ましい。R17は水素原子又は炭素数1以上10以下の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を示し、2以上6以下がより好ましく、3以上5以下がさらに好ましい。)で表されるオキシエチレン基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記カルボキシル塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−COOM(ただし、Mはカルボキシル塩基を構成するカルボキシル基の対イオンを示し、中性水への溶解性の観点からナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、バリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、ナトリウムイオンがよりさらに好ましい。)で表されるカルボキシル塩基が好ましい。
前記リン酸塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−PO 、−POHM、及び−PO(ただし、Mはリン酸塩基を構成するリン酸基の対イオンを示し、中性水への溶解性の観点からナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、バリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、ナトリウムイオンがよりさらに好ましい。)で表されるリン酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。
前記スルホン酸塩基は、中性水への溶解性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、−SO(ただし、Mはスルホン酸塩基を構成するスルホン酸基の対イオンを示し、中性水への溶解性の観点からナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、バリウムイオン、及び亜鉛イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、ナトリウムイオンがよりさらに好ましい。)で表されるスルホン酸塩基が好ましい。
前記モノマーAは、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、カルボン酸、アミン、アミノ酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、カルボン酸がより好ましい。当該カルボン酸の中でも、同様の観点から芳香族カルボン酸が好ましく、ヒドロキシ基含有芳香族ジカルボン酸、第1級アミノ基含有芳香族ジカルボン酸、スルホン酸基含有芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基含有芳香族ジカルボン酸がより好ましい。これらの中でも同様の観点から5−ヒドロキシイソフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、5−アミノイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸がさらに好ましい。
前記ポリアミド樹脂中の前記親水性基の含有量は、中性水への溶解性の観点から、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、耐吸湿性の観点から、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.5mmol/g以下がさらに好ましい。また、前記ポリアミド樹脂中の前記親水性基の含有量は、中性水への溶解性の観点、及び耐吸湿性の観点から、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい。
前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの物質量の割合は、中性水への溶解性の観点から、2.5mol%以上であり、4mol%以上が好ましく、6mol%以上がより好ましく、8mol%以上がさらに好ましく、10mol%以上がよりさらに好ましく、耐吸湿性の観点から、40mol%以下であり、35mol%以下が好ましく、31mol%以下がより好ましく、25mol%以下がさらに好ましく、20mol%以下がよりさらに好ましく、15mol%以下がよりさらに好ましく、10mol%以下がよりさらに好ましく、8mol%以下がよりさらに好ましい。また、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの物質量の割合は、中性水への溶解性の観点、及び耐吸湿性の観点から2.5〜40mol%が好ましく、4〜35mol%がより好ましく、6〜31mol%がさらに好ましく、8〜20mol%がよりさらに好ましく、8〜15mol%がよりさらに好ましく、8〜12mol%がよりさらに好ましい。
[疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB
前記ポリアミド樹脂は、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBを有する。当該ジカルボン酸モノマーユニットBは前記親水性基を有さない。本明細書において、当該疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸をジカルボン酸Bとも称する。
前記ジカルボン酸Bは、ジカルボン酸であれば特に限定されないが、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましい。これらの中でも、同様の観点から、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、テレフタル酸がよりさらに好ましい。
前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリアミド樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの物質量の割合は、耐吸湿性の観点から、10mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、30mol%以上がさらに好ましく、35mol%以上がよりさらに好ましく、40mol%以上がよりさらに好ましく、42mol%以上がよりさらに好ましく、中性水への溶解性の観点から、47.5mol%以下が好ましく、45mol%以下がより好ましく、42mol%以下がさらに好ましく、40mol%以下がよりさらに好ましい。また、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリアミド樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの物質量の割合は、耐吸湿性の観点、及び中性水への溶解性の観点から、10〜47.5mol%が好ましく、20〜45mol%がより好ましく、30〜42mol%がさらに好ましい。
前記親水性モノマーユニットAと前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBのmol比(前記親水性モノマーユニットA/前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB)は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上がさらに好ましく、20/80以上がよりさらに好ましく、同様の観点から50/50以下が好ましく、40/60以下がより好ましく、30/70以下がさらに好ましく、25/75以下がよりさらに好ましい。
[疎水性ジアミンモノマーユニット]
前記ポリアミド樹脂は、疎水性ジアミンモノマーユニットを有する。当該疎水性ジアミンモノマーユニットは、前記親水性基を有さない。前記疎水性ジアミンモノマーユニットを誘導するためのジアミンを、ジアミンCとも称する。
前記ジアミンCとしては、特に限定されず、脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、及び芳香族ジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上を用いることができ、ポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から脂肪族ジアミンが好ましい。
前記ジアミンCの炭素数は、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点、及びポリアミド樹脂製造時の重合反応の容易さの観点から、2以上が好ましく、3以上がより好ましく、4以上がさらに好ましく、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、20以下が好ましく、15以下がより好ましく、10以下がさらに好ましい。
前記脂肪族ジアミンとしては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナンジアミン、デカンジアミン等が例示できる。これらの中でも、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる靱性(強度)の観点から、ヘキサメチレンジアミンが好ましい。
前記脂環式ジアミンとしては、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、及びイソホロンジアミン等が例示できる。これらの中でも、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる靱性(強度)の観点から、ジアミンシクロヘキサン、及びイソホロンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ジアミンシクロヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましい。
前記芳香族ジアミンとしては、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、及び4,4’−ジアミノジフェニルメタン等が例示できる。これらの中でも、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる靱性(強度)の観点から、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、フェニレンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましい。
前記ジアミンCとしては、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる靱性(強度)の観点から、ヘキサメチレンジアミン、ジアミンシクロヘキサン、フェニレンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、ヘキサメチレンジアミン、フェニレンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、ヘキサメチレンジアミンがさらに好ましい。
前記ジアミンCがヘキサメチレンジアミン、ジアミンシクロヘキサン、フェニレンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の場合、前記ポリアミド樹脂中の全ジアミンモノマーユニットの物質量の合計に対する、ヘキサメチレンジアミン、ジアミンシクロヘキサン、フェニレンジアミンの物質量の合計の割合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、50mol%以上が好ましく、70mol%以上がより好ましく、80mol%以上がさらに好ましく、90mol%以上がよりさらに好ましく、実質的に100mol%がよりさらに好ましく、100mol%がよりさらに好ましい。なお、実質的に100mol%とは、ヘキサメチレンジアミン、ジアミンシクロヘキサン、フェニレンジアミン以外の物質が不可避的に混入する場合を含む意味である。
前記ポリアミド樹脂は下記一般式(IV)〜(IX)で例示できる。
Figure 2018139537

(前記一般式(IV)中、p3及びq3はそれぞれ重合度の数を表す。各重合はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
Figure 2018139537

(前記一般式(V)中、p4及びq4はそれぞれ重合度の数を表す。各重合はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
Figure 2018139537

(前記一般式(VI)中、p5及びq5はそれぞれ重合度の数を表す。各重合はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
Figure 2018139537

(前記一般式(VII)中、p6及びq6はそれぞれ重合度の数を表す。各重合はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
Figure 2018139537

(前記一般式(VIII)中、p7及びq7はそれぞれ重合度の数を表す。各重合はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
Figure 2018139537

(前記一般式(IX)中、p8及びq8はそれぞれ重合度の数を表す。各重合はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
前記ポリアミド樹脂は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、前記モノマーユニットA、前記ジカルボン酸モノマーユニットB、及び前記疎水性ジアミンモノマーユニット以外のモノマーユニットを有していても良い。
前記ポリアミド樹脂の製造方法には特に限定はなく、従来公知のポリアミド樹脂の製造方法を適用できる。
前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、三次元造形用可溶性材料に求められる靱性の向上の観点から、3000以上が好ましく、3500以上がより好ましく、4000以上がさらに好ましく、中性水への溶解性、及び3Dプリンタによる造形性の観点から、70000以下が好ましく、50000以下がより好ましく、30000以下がさらに好ましく、25000以下がよりさらに好ましい。なお、本明細書において重量平均分子量は実施例に記載の方法によって測定する。
前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、3Dプリンタによる造形性の観点から、50℃以上であり、60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、80℃以上がさらに好ましく、同様の観点から、250℃以下であり、220℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましく、160℃以下がさらに好ましく、140℃以下がよりさらに好ましく、120℃以下がよりさらに好ましい。なお、本明細書においてガラス転移温度は実施例に記載の方法によって測定する。
前記三次元造形用可溶性材料中の前記熱可塑性樹脂の含有量は、3Dプリンタによる造形性の観点から、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましい。
〔有機塩化合物〕
前記三次元造形用可溶性材料は、造形材との接着性を向上させる観点から、前記一般式(I)で示される有機塩化合物を含む。
前記一般式(I)中、Rは、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示す。当該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。当該炭化水素基が脂肪族炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、1以上が好ましく、4以上がより好ましく、8以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましい。当該炭化水素基が脂環式炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、3以上が好ましく、5以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、10以上がよりさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましい。当該炭化水素基が芳香族炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、6以上が好ましく、8以上がより好ましく、10以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましい。
また、前記置換基としては、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、水素原子、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、及びケイ素原子、並びにハロゲン原子からなる群より選ばれる1種以上を含むものが好ましく、中でも炭素数1〜22の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基が好ましく、炭素数1〜16の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がより好ましく、炭素数1〜12の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がさらに好ましく、炭素数1〜12の炭化水素基がよりさらに好ましい。
前記一般式(I)中、Xn+は、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、亜鉛イオン、又はホスホニウムイオンを示し、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンが好ましく、ナトリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンがより好ましく、リチウムイオン、又はホスホニウムイオンがさらに好ましく、ホスホニウムイオンがよりさらに好ましい。ホスホニウムイオンの中でも、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、テトラアルキルホスホニウムイオンが好ましく、テトラブチルホスホニウムイオンがより好ましい。
前記一般式(I)中、nは、造形材との接着性を向上させる観点、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、1が好ましい。
前記有機塩化合物の熱可塑性樹脂に対する質量比は、造形材との接着性を向上させる観点から、0.5以上が好ましく、2以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、15以下がさらに好ましい。
前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオン(R−SO )の物質量(mol)と前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量(mol)の比(前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオンの物質量/前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量)は、造形材との接着性を向上させる観点から、0.005以上が好ましく、0.01以上がより好ましく、0.05以上がさらに好ましく、0.15以上がよりさらに好ましく、中性水への溶解性の観点、耐吸湿性の観点、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、1.0以下が好ましく、0.9以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましい。
前記三次元造形用可溶性材料のガラス転移温度は、3Dプリンタによる造形性の観点から、50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、70℃以上がさらに好ましく、80℃以上がよりさらに好ましく、同様の観点から、250℃以下が好ましく220℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましい。
三次元造形用可溶性材料は、本実施形態の効果を損なわない範囲で他の成分を含有していても良い。当該他の成分の例としては、前記熱可塑性樹脂以外の重合体、安息香酸ポリアルキレングリコールジエステル等の可塑剤、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ガラス球、黒鉛、カーボンブラック、カーボン繊維、ガラス繊維、タルク、ウォラストナイト、マイカ、アルミナ、シリカ、カオリン、ウィスカー、炭化珪素等の充填材、相溶化剤、エラストマー等が挙げられる。
前記三次元造形用可溶性材料の製造方法は特に限定されず、公知の方法で製造することができる。前記三次元造形用可溶性材料の製造方法の例としては、原料をバッチ式混練機や二軸押出機等の混練機で混練して製造する方法が挙げられる。
前記三次元造形用可溶性材料の形状は特に限定されず、ペレット状、粉末状、フィラメント状等が例示できるが、3Dプリンタによる造形性の観点からフィラメント状が好ましい。
前記フィラメントの直径は、3Dプリンタによる造形性、及び三次元物体の精度向上の観点から0.5mm以上が好ましく、1.0mm以上がより好ましく、同様の観点から3.0mm以下が好ましく、2.0mm以下がより好ましく、1.8mm以下がさらに好ましい。また、フィラメントを作成する場合は、靱性を高める観点から延伸加工を行うのが好ましい。当該延伸加工における延伸倍率は、靱性向上と水溶性両立の観点から1.5倍以上が好ましく、2倍以上がより好ましく、3倍以上がさらに好ましく、5倍以上がよりさらに好ましく、同様の観点から200倍以下が好ましく、150倍以下がより好ましく、100倍以下がさらに好ましく、50倍以下がよりさらに好ましい。また、当該延伸加工における延伸温度は、前記三次元造形用可溶性材料のガラス転移温度より20℃低い温度から当該ガラス転移温度より110℃高い温度の範囲内が好ましい。前記延伸温度の下限は靱性向上と熱安定性の観点から当該ガラス転移温度より10℃低い温度がより好ましく、当該ガラス転移温度と同じ温度がさらに好ましい。前記延伸温度の上限は同様の観点から当該ガラス転移温度より110℃高い温度がより好ましく、当該ガラス転移温度より100℃高い温度がさらに好ましく、当該ガラス転移温度より90℃高い温度がさらに好ましい。延伸は、樹脂を押出機から吐出した際に空冷しながら延伸してもよく、また、熱風、レーザーによって加熱しても良い。また当該延伸は、一段階で所定の延伸倍率及びフィラメント径に延伸しても良く、多段階で所定の延伸倍率及びフィラメント径に延伸しても良い。
<三次元物体の製造方法>
本実施形態の三次元物体の製造方法は、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、前記サポート材の材料が、前記三次元造形用可溶性材料である。当該三次元物体の製造方法によれば、三次元物体の精度低下を抑制することができ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる。
〔三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程〕
三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程は、前記サポート材の材料が前記三次元造形用可溶性材料である点を除けば、公知の熱溶融積層方式の3Dプリンタによる三次元物体の製造方法における三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程を利用することができる。
三次元物体の材料である造形材は、従来のFDM方式の三次元物体の製造方法で造形材として用いられる樹脂であれば特に限定なく用いることが出来る。当該造形材としては、ABS樹脂、PP樹脂、ASA樹脂、PS樹脂、HIPS樹脂、PVC樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリフェニルスルフォン樹脂等の熱可塑性樹脂が例示でき、3Dプリンタによる造形性の観点からこれらの中でもABS樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、ABS樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がさらに好ましい。
三次元物体前駆体を得る工程に使用するサポート材のガラス転移温度は、3Dプリンタによる造形性の観点から、(使用する造形材のガラス転移温度−20℃)〜(使用する造形材のガラス転移温度+20℃)が好ましく、(使用する造形材のガラス転移温度−15℃)〜(使用する造形材のガラス転移温度+15℃)がさらに好ましい。
〔三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程〕
前記サポート材除去工程において、サポート材の除去は三次元物体前駆体を中性水に接触させることによって行われる。三次元物体前駆体を中性水に接触させる手法は、コストの観点、及び作業の容易さの観点から、三次元物体前駆体を中性水に浸漬させる手法が好ましい。サポート材の除去性を向上させる観点から、浸漬中に超音波を照射し、サポート材の溶解を促すこともできる。
[中性水]
前記中性水としては、イオン交換水、純水、水道水、工業用水が挙げられるが、経済性の観点からイオン交換水、水道水が好ましい。また、中性水は造形した三次元物体にダメージを与えない範囲で水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、2−プロパノールなどの低級アルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が挙げられる。中性水が前記水溶性有機溶媒を含む場合、溶解性と造形した三次元物体へのダメージ性の観点から中性水中の前記水溶性有機溶媒の含有量は0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、50%質量以下が好ましく、40%質量以下が好ましく、30%質量以下が好ましく、20%質量以下が好ましい。
前記中性水の使用量は、サポート材の溶解性の観点から当該サポート材に対して10質量倍以上が好ましく、20質量倍以上がより好ましく、経済性の観点から当該サポート材に対して10000質量倍以下が好ましく、5000質量倍以下がより好ましく、1000質量倍以下がさらに好ましく、100質量倍以下がよりさらに好ましい。
前記三次元造形用可溶性材料を中性水に接触させる時間は、サポート材の除去性の観点から5分以上が好ましく、長時間中性水を接触することによって三次元物体が受けるダメージを軽減する観点、及び経済性の観点から180分以下が好ましく、120分以下がより好ましく、90分以下がさらに好ましい。洗浄温度は、造形材の種類にもよるが、サポート材の除去性、三次元物体が受けるダメージを軽減する観点、及び経済性の観点から15℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、30℃以上がさらに好ましく、40℃以上がよりさらに好ましく、同様の観点から、85℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、60℃以下がさらに好ましい。
<サポート材>
本実施形態のサポート材は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材であって、前記親水性基を有する熱可塑性樹脂と、前記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。当該サポート材は、造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる。
上述した実施形態に関し、本明細書はさらに以下の組成物、及び製造方法を開示する。
<1>熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する、三次元造形用可溶性材料。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
<2>前記親水性基が、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、第4級アンモニウム塩基、オキシエチレン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボキシル塩基、アミド基、リン酸基、リン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、スルホン酸塩基がさらに好ましい、<1>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<3>前記熱可塑性樹脂中の前記親水性基の含有量が、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以下がさらに好ましく、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい、<1>又は<2>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<4>前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、エステルアミド樹脂、ウレタン樹脂からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、ポリエステル樹脂及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がより好ましい、<1>〜<3>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<5>前記熱可塑性樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB、及びジオールモノマーユニットを有し、前記ポリエステル樹脂中の前記親水性モノマーユニットA及び前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの合計に対する前記親水性モノマーユニットAの割合が10〜70mol%であるポリエステル樹脂である、<1>〜<4>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<6>前記親水性モノマーユニットAを誘導するためのモノマーAは、ヒドロキシ基含有芳香族ジカルボン酸、第1級アミノ基含有芳香族ジカルボン酸、スルホン酸基含有芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基含有芳香族ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、5−ヒドロキシイソフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、5−アミノイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、5−スルホイソフタル酸がよりさらに好ましい、<5>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<7>前記ポリエステル樹脂中の前記親水性基の含有量は、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、1.5mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以下がさらに好ましく、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜1.5mmol/gがより好ましく、0.7〜1.0mmol/gがさらに好ましい、<4>〜<6>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<8>前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの物質量の割合は、5mol%以上であり、7mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、12mol%以上がさらに好ましく、35mol%以下であり、33mol%以下が好ましく、32mol%以下がより好ましく、30mol%以下がさらに好ましく、5〜35mol%が好ましく、7〜33mol%がより好ましく、10〜32mol%がさらに好ましく、12〜30mol%がよりさらに好ましく、8〜13mol%がよりさらに好ましい、<5>〜<7>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<9>前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸Bは、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、2,6−ナフタレンジカルボン酸がよりさらに好ましい、<5>〜<8>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<10>前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリエステル樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの物質量の割合は、15mol%以上が好ましく、18mol%以上がより好ましく、20mol%以上がさらに好ましく、45mol%以下が好ましく、42mol%以下がより好ましく、40mol%以下がさらに好ましく、15〜45mol%が好ましく、20〜42mol%がより好ましく、30〜40mol%がさらに好ましい、<5>〜<9>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<11>前記親水性モノマーユニットAと前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBのmol比(前記親水性モノマーユニットA/前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB)は、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上がさらに好ましく、20/80以上がよりさらに好ましく、70/30以下が好ましく、65/35以下がより好ましく、60/40以下がさらに好ましく、40/60以下がよりさらに好ましく、26/74以下がよりさらに好ましい、<5>〜<10>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<12>前記ポリエステル樹脂中の全ジオールモノマーユニットの合計に対するジエチレングリコールユニットの割合は、5mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、15mol%以上がさらに好ましく、20mol%以上がさらに好ましく、25mol%以上がよりさらに好ましく、30mol%以上がよりさらに好ましく、60mol%以下が好ましく、55mol%以下がより好ましく、50mol%以下がさらに好ましく、45mol%以下がよりさらに好ましい、<5>〜<11>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<13>前記ポリエステル樹脂中の全ジオールモノマーユニットの合計に対する、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾキシエタノールフルオレン、及びビスクレゾールフルオレンの合計の割合は、80mol%以上が好ましく、90mol%以上がより好ましく、95mol%以上がさらに好ましく、98mol%以上がよりさらに好ましく、実質的に100mol%がよりさらに好ましく、100mol%がよりさらに好ましい、<5>〜<12>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<14>前記ポリエステル樹脂は、前記親水性モノマーユニットAを含む全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの割合、及び前記ジカルボン酸モノマーユニットBの割合が、それぞれ10〜70mol%、及び30〜90mol%であり、前記ジカルボン酸モノマーユニットBを得るためのジカルボン酸Bが2,6−ナフタレンジカルボン酸であるポリエステル樹脂αが好ましい、<5>〜<13>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<15>前記ポリアミド樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB、及び疎水性ジアミンモノマーユニットを有し、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの合計に対する前記親水性モノマーユニットAの割合が2.5〜40mol%である、<4>〜<14>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<16>前記親水性モノマーユニットAを誘導するためのモノマーAは、ヒドロキシ基含有芳香族ジカルボン酸、第1級アミノ基含有芳香族ジカルボン酸、スルホン酸基含有芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基含有芳香族ジカルボン酸がより好ましく、5−ヒドロキシイソフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、5−アミノイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、5−スルホイソフタル酸がよりさらに好ましい、<15>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<17>前記ポリアミド樹脂中の前記親水性基の含有量は、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.5mmol/g以下がさらに好ましく、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい、<4>、<15>、<16>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<18>前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットAの物質量の割合は、2.5mol%以上であり、4mol%以上が好ましく、6mol%以上がより好ましく、8mol%以上がさらに好ましく、10mol%以上がよりさらに好ましく、40mol%以下であり、35mol%以下が好ましく、31mol%以下がより好ましく、25mol%以下がさらに好ましく、20mol%以下がよりさらに好ましく、15mol%以下がよりさらに好ましく、10mol%以下がよりさらに好ましく、8mol%以下がよりさらに好ましく、2.5〜40mol%が好ましく、4〜35mol%がより好ましく、6〜31mol%がさらに好ましく、8〜20mol%がよりさらに好ましく、8〜15mol%がよりさらに好ましく、8〜12mol%がよりさらに好ましい、<15>〜<17>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<19>前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBを誘導するためのジカルボン酸Bは、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、テレフタル酸がよりさらに好ましい、<15>〜<18>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<20>前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリアミド樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの物質量の割合は、10mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、30mol%以上がさらに好ましく、35mol%以上がよりさらに好ましく、40mol%以上がよりさらに好ましく、42mol%以上がよりさらに好ましく、47.5mol%以下が好ましく、45mol%以下がより好ましく、42mol%以下がさらに好ましく、40mol%以下がよりさらに好ましく、10〜47.5mol%が好ましく、20〜45mol%がより好ましく、30〜42mol%がさらに好ましい、<15>〜<19>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<21>前記親水性モノマーユニットAと前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBのmol比(前記親水性モノマーユニットA/前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB)は、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上がさらに好ましく、20/80以上がよりさらに好ましく、50/50以下が好ましく、40/60以下がより好ましく、30/70以下がさらに好ましく、25/75以下がよりさらに好ましい、<15>〜<20>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<22>前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、3000以上が好ましく、3500以上がより好ましく、4000以上がさらに好ましく、70000以下が好ましく、50000以下がより好ましく、30000以下がさらに好ましく、25000以下がよりさらに好ましい、<1>〜<21>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<23>前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上であり、60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、80℃以上がさらに好ましく、250℃以下であり、220℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましく、160℃以下がさらに好ましく、140℃以下がよりさらに好ましく、120℃以下がよりさらに好ましい、<1>〜<22>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<24>前記三次元造形用可溶性材料中の前記熱可塑性樹脂の含有量は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましい、<1>〜<23>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<25>前記炭化水素基が脂肪族炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、1以上が好ましく、4以上がより好ましく、8以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましい、<1>〜<24>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<26>前記炭化水素基が脂環式炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、3以上が好ましく、5以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、10以上がよりさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましい、<1>〜<25>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<27>前記炭化水素基が芳香族炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、6以上が好ましく、8以上がより好ましく、10以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましい、<1>〜<26>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<28>前記置換基は、水素原子、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、及びケイ素原子、並びにハロゲン原子からなる群より選ばれる1種以上を含むものが好ましく、中でも炭素数1〜22の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がより好ましく、炭素数1〜16の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がさらに好ましく、炭素数1〜12の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がよりさらに好ましく、炭素数1〜12の炭化水素基がよりさらに好ましい、<1>〜<27>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<29>前記一般式(I)中、Xn+は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、亜鉛イオン、又はホスホニウムイオンを示し、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンが好ましく、ナトリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンがより好ましく、リチウムイオン、又はホスホニウムイオンがさらに好ましく、ホスホニウムイオンがよりさらに好ましい、<1>〜<28>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<30>前記ホスホニウムイオンは、テトラアルキルホスホニウムイオンが好ましく、テトラブチルホスホニウムイオンがより好ましい、<29>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<31>前記有機塩化合物の前記熱可塑性樹脂に対する質量比は、0.5以上が好ましく、2以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、15以下がさらに好ましい、<1>〜<30>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<32>前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオン(R−SO )の物質量(mol)と前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量(mol)の比(前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオンの物質量/前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量)は、0.005以上が好ましく、0.01以上がより好ましく、0.05以上がさらに好ましく、0.15以上がよりさらに好ましく、1.0以下が好ましく、0.9以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましい、<1>〜<31>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<33>前記三次元造形用可溶性材料のガラス転移温度は、50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、70℃以上がさらに好ましく、80℃以上がよりさらに好ましく、250℃以下が好ましく220℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましい、<1>〜<32>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<34>前記三次元造形用可溶性材料の形状は、フィラメント状が好ましい、<1>〜<33>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<35>三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、前記サポート材の材料が、<1>〜<34>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料である、三次元物体の製造方法。
<36>前記三次元物体の材料である造形材は、ABS樹脂、PP樹脂、ASA樹脂、PS樹脂、HIPS樹脂、PVC樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリフェニルスルフォン樹脂等の熱可塑性樹脂が好ましく、ABS樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、ABS樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がさらに好ましい、<35>に記載の三次元物体の製造方法。
<37>前記三次元物体前駆体を得る工程に使用するサポート材のガラス転移温度は、(使用する造形材のガラス転移温度−20℃)〜(使用する造形材のガラス転移温度+20℃)が好ましく、(使用する造形材のガラス転移温度−15℃)〜(使用する造形材のガラス転移温度+15℃)がさらに好ましい、<35>又は<36>に記載の三次元物体の製造方法。
<38>前記三次元物体前駆体を中性水に浸漬し、前記サポート材を溶解させて除去するサポート材除去工程を含む、<35>〜<37>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<39>前記中性水が、水溶性有機溶媒を含む、<35>〜<38>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<40>前記水溶性有機溶媒が、メタノール、エタノール、2−プロパノールなどの低級アルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が好ましい、<39>に記載の三次元物体の製造方法。
<41>前記中性水中の前記水溶性有機溶媒の含有量が、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、50%質量以下が好ましく、40%質量以下が好ましく、30%質量以下が好ましく、20%質量以下が好ましい、<39>又は<40>に記載の三次元物体の製造方法。
<42>前記中性水の使用量が、前記サポート材に対して10質量倍以上が好ましく、20質量倍以上がより好ましく、10000質量倍以下が好ましく、5000質量倍以下がより好ましく、1000質量倍以下がさらに好ましく、100質量倍以下がよりさらに好ましい、<35>〜<41>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<43>前記三次元造形用可溶性材料を中性水に接触させる時間が、5分以上が好ましく、180分以下が好ましく、120分以下がより好ましく、90分以下がさらに好ましい、<35>〜<42>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<44>前記三次元造形用可溶性材料に接触させる中性水の温度が、15℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、30℃以上がさらに好ましく、40℃以上がよりさらに好ましく、85℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、60℃以下がさらに好ましい、<35>〜<43>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<45>熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する、サポート材。
(R−SO n+ (I)
(前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
<46>前記サポート材の原料が、<1>〜<34>のいずれかに記載の前記三次元造形用可溶性材料である、<45>のサポート材。
<47><1>〜<34>のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の、三次元造形用可溶性材料としての使用。
<熱可塑性樹脂の合成>
〔合成例1〕
100Lステンレス製反応器(撹拌機、窒素導入管付)に2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル(BP社製)、4.09kg、エチレングリコール(和光純薬工業社製、特級)3.20kg、5−スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム(竹本油脂社製)1.69kg、チタンテトラブトキシド(東京化成工業社製、一級)1.71g、酢酸ナトリウム・三水和物(和光純薬工業社製、特級)42.0gを仕込み、常圧、窒素雰囲気下、1.5時間かけて温度を230℃に昇温し、230℃で360分加熱してエステル交換を行った。85%リン酸(シグマアルドリッチジャパン社製、特級)を637mg添加し、10分間撹拌した後、150分かけて260℃まで昇温し、同時に30mmHgまで減圧しながら撹拌して重縮合を行い、薄茶白色固体(室温)のポリエステル樹脂1を得た。
〔合成例2〕
酢酸ナトリウム・三水和物を74.1gに変更し、ポリエステル樹脂2を得た以外は前記合成例1と同様に行った。
<熱可塑性樹脂の分析>
〔熱可塑性樹脂の組成〕
Agilent社製NMR、MR400を用いたプロトンNMR測定により、前記ポリエステル樹脂1の組成を求めることができる。
〔熱可塑性樹脂中の親水性基の量〕
前記方法により求めた前記ポリエステル樹脂1の組成から、前記ポリエステル樹脂1中の親水性基(SO)の量(単位:mmol/g)を求めることができる。
[重量平均分子量]
前記ポリエステル樹脂1各10mgをHFIP(1,1,1,3,3,3−Hexafluoro−2−propanol 和光純薬社製)3gに8時間溶解させ、下記条件に従ってゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定した。前記ポリエステル樹脂1の重量平均分子量は22000だった。
測定装置:HLC−8320GPC(TOSOH製)
溶離液:HFIP/0.5mMトリフルオロ酢酸ナトリウム
流量:0.2mL/min
測定温度:40℃
分析カラム:TSK−Gel Super AWM−H(TOSOH社製)
検量線:ShodexSTANDARD M−75
標準物質:ポリメチルメタクリレート(PMMA)
[ガラス転移温度]
プレス機(東洋精機製作所社製 ラボプレスP2−30T)を用い、前記ポリエステル樹脂1をそれぞれ230℃、0.5MPaで2分間、続いて230℃、20MPaで2分間、プレスを行った。その後急冷することにより厚み0.4mmのシートを作成した。このシートから5〜10mgのサンプルをハサミで切り出し、アルミパンに精秤して封入し、DSC装置(セイコーインスツル株式会社製DSC7020)を用い、30℃から250℃まで10℃/minで昇温させた後、急速に30℃まで冷却した。再び10℃/minで250℃まで昇温させて得られたDSC曲線より、ガラス転移温度(℃)を求めた。
<実施例1〜6、比較例1>
〔実施例1〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を84.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.5g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.2g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)0.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料1を得た。
[フィラメントの製造]
前記三次元造形用可溶性材料1を細かく砕いたサンプル片を、キャピログラフ(東洋精機製作所社製:Capilograph 1D)を用いて、溶融温度180℃、押し出し速度10mm/minで直径2.0mm、長さ10mmのキャピラリーから押し出し、先端をピンセットではさみ、手で軽く引っ張りながら、直径1.7mmのフィラメントに加工した。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例2〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を81.6g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.2g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル−メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)4.1gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料2を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料2に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例3〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を78.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル-ポリアクリル酸ブチル-ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 9.8g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル−メタクリル酸グリシジル共重合体)3.9g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)7.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料3を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料3に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例4〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を84.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.5g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.2g、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(和光純薬株式会社製)0.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料4を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料4に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例5〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を81.6g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.2g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(和光純薬株式会社製)4.1gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料5を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料5に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例6〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を78.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 9.8g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)3.9g、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(和光純薬株式会社製)7.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料6を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料6に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔比較例1〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を85.1g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.6g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.3gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料7を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料7、溶融温度を210℃に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例7〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例2で得られたポリエステル樹脂2を83.0g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.4g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)2.5gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料8を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料8に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔実施例8〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例2で得られたポリエステル樹脂2を81.6g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.2g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)4.1gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料9を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料9に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔比較例2〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例2で得られたポリエステル樹脂2を85.1g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.6g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.3gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料10を得た。
[フィラメントの製造]
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料10、溶融温度を210℃に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
<フィラメントの分析>
〔ガラス転移温度〕
前記ベースポリマーのガラス転移温度の分析方法と同様に行った。評価結果を表1に示す。
〔フィラメントの溶解時間〕
容量1Lのビーカーに水を1L入れ、マグネットスターラーで300rpmで撹拌しながらヒーターで70℃まで加熱した。そこに上部から、キャピログラフで成形した樹脂フィラメント(直径約1.7mm、長さ13cm)を吊るして浸漬させ、フィラメントが溶解して切れるまでの時間をストップウォッチで測定した。評価結果を表1に示す。
〔造形材との接着性〕
[ABS樹脂との接着性]
(実施例1〜7、及び比較例1、2)
キャピログラフで成形した実施例1〜7、及び比較例1、2に係る樹脂フィラメントとABSP430(ストラタシス社製:造形材フィラメント:ABS樹脂,ガラス転移温度:108℃)をMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、それぞれ、250℃、230℃の温度を有するヒートノズルから交互に押し出し、造形して実施例1〜7、及び比較例1、2にかかる評価サンプルをそれぞれ作成した。造形後の評価サンプルの1つの写真を図1に示す。図1において、評価サンプル1は造形材11の上にサポート材12が積層されている。実施例1〜7、及び比較例1、2にかかる評価サンプルについてそれぞれ造形材11とサポート材12との樹脂界面をスパーテルで削った時の剥離しにくさを下記基準で評価してABS樹脂との接着性を評価した。評価結果を表1に示す。
A:金属製のスパーテルで界面を削っても剥離しない
B:金属製のスパーテルで界面を強く削ると剥離する
C:金属製のスパーテルで触れると剥離する
D:造形時に剥離する
[ポリアミド樹脂との接着性]
(実施例7、8及び比較例2)
キャピログラフで成形した実施例7、8及び比較例2に係る樹脂フィラメントとFDM Nylon12(ストラタシス社製:造形材フィラメント:ポリアミド樹脂,結晶化温度:148℃,融点:178℃)をMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、それぞれ、250℃、255℃の温度を有するヒートノズルから交互に押し出し、造形して実施例7、8及び比較例2にかかる評価サンプルをそれぞれ作成した以外は、ABS樹脂との接着性と同様にしてポリアミド樹脂との接着性を評価した。評価結果を表1に示す。
[ポリカーボネート樹脂との接着性]
(実施例7、8及び比較例2)
キャピログラフで成形した実施例7、8及び比較例2に係る樹脂フィラメントとPC−10(ストラタシス社製:造形材フィラメント:ポリカーボネート樹脂, ガラス転移温度:145℃)をMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、それぞれ、250℃、255℃の温度を有するヒートノズルから交互に押し出し、造形して実施例7、8及び比較例2にかかる評価サンプルをそれぞれ作成した以外は、ABS樹脂との接着性と同様にしてポリカーボネート樹脂との接着性を評価した。評価結果を表1に示す。
Figure 2018139537
1 評価サンプル
11造形材
12 サポート材

Claims (16)

  1. 熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、
    親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する、三次元造形用可溶性材料。
    (R−SO n+ (I)
    (前記一般式(I)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
  2. 前記熱可塑性樹脂中の前記親水性基の含有量が、0.5mmol/g以上3.0mmol/g以下である、請求項1に記載の三次元造形用可溶性材料。
  3. 前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエステルアミド樹脂、ポリウレタン樹脂からなる群より選ばれる1種以上である、請求項1又は2に記載の三次元造形用可溶性材料。
  4. 前記親水基が、スルホン酸塩基である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  5. 形状がフィラメント状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  6. 前記ポリエステル樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB、及びジオールモノマーユニットを有し、前記ポリエステル樹脂中の前記親水性モノマーユニットA及び前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットBの合計に対する前記親水性モノマーユニットAの割合が10mol%以上70mol%以下である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  7. 前記ポリアミド樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB、及び疎水性ジアミンモノマーユニットを有し、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの合計に対する前記親水性モノマーユニットAの割合が2.5mol%以上40mol%以下である、請求項3〜6のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  8. 前記ポリアミド樹脂中の前記親水性基の含有量は、0.5mmol/g以上3.0mmol/g以下である、請求項3〜7のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  9. 前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量が、3000以上70000以下である、請求項3〜8のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  10. 前記ホスホニウムイオンが、テトラアルキルホスホニウムイオンである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  11. 前記有機塩化合物の前記熱可塑性樹脂に対する質量比が、0.5以上30以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  12. 前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオン(R−SO )の物質量(mol)と前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量(mol)の比(前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオンの物質量/前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量)は、0.005以上1.0以下である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
  13. 三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、
    前記サポート材の材料が、請求項1〜12のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料である、三次元物体の製造方法。
  14. 前記三次元物体の材料である造形材は、ABS樹脂、PP樹脂、ASA樹脂、PS樹脂、HIPS樹脂、PVC樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリフェニルスルフォン樹脂からなる群より選ばれる1種以上である、請求項13に記載の三次元物体の製造方法。
  15. 前記三次元物体前駆体を中性水に浸漬し、前記サポート材を溶解させて除去するサポート材除去工程を含む、請求項13又は14に記載の三次元物体の製造方法。
  16. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂の、三次元造形用可溶性材料としての使用。
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