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JP7342045B2 - 成形された物体を製造するための多価のアルコールを含有する焼結粉末 - Google Patents

成形された物体を製造するための多価のアルコールを含有する焼結粉末 Download PDF

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Description

本発明は、成形体を製造するための方法であって、工程i)において、とりわけ少なくとも1種の多価アルコールを含む焼結粉末(SP)の層を提供し、工程ii)において、工程i)で提供された層を曝露する方法に関する。本発明はさらに、焼結粉末(SP)を製造するための方法に関するものであり、及びこの方法により得ることができる焼結粉末(SP)に関するものである。本発明は、焼結法における焼結粉末(SP)の使用に関するものであり、及び本発明の方法により得ることができる成形体にも関するものである。
プロトタイプの迅速な提供は、最近しばしば取り組まれている課題である。この「ラピッドプロトタイピング」に特に適した方法の1つは、選択的レーザー焼結(SLS)である。これは、チャンバ内のプラスチック粉末をレーザービームに選択的に曝露することを伴う。粉末が溶融し、溶融した粒子が合体し、再凝固する。プラスチック粉末及びその後のレーザーへの曝露を繰り返し適用することにより、3次元成形体のモデリングが可能になる。
粉状ポリマーから成形体を製造するための、選択的レーザー焼結の方法は、特許明細書US6,136,948及びWO96/06881に詳細に記載されている。
選択的レーザー焼結は、多くの場合、比較的多数の成形体を製造するには時間がかかりすぎるので、高速焼結(HSS)又はHPの「マルチジェットフュージョン技術」(MJF)を使用して、比較的大きい体積の成形体を製造することが可能である。焼結される成分断面に赤外線吸収インクを噴霧適用し、続いて赤外線源に曝露することによる高速焼結では、選択的レーザー焼結と比較して、より速い処理速度が達成される。
高速焼結又はマルチジェットフュージョン技術と、選択的レーザー焼結との両方の課題は、得られた成形体が多くの場合、熱老化耐性が低く、つまり、得られた成形体は、高温条件下での保管後に、低い引張強度及び低い破断点伸びを示すことである。
WO2010/014801A1は、ポリアミドが、多価アルコール、例えばペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパン、D-マンニトール、D-ソルビトール又はキシリトールなどと混合される、耐熱性ポリアミド成形体の製造を開示している。ポリアミド混合物を使用することも可能である。実施例において、ポリアミド混合物は、比較的高い割合の少なくとも半芳香族のポリアミドと、より少ない割合の脂肪族ポリアミドとを含む。WO2011/094553A2は、同等の適用のためのそのようなポリヒドロキシポリマーを記載している。
WO2010/014785A1は、共安定剤を含む耐熱性熱可塑性物品に関する。この物品は、2個を超えるヒドロキシル基及び2000g/mol未満の数平均分子量(Mn)を有する少なくとも1種の多価アルコールを含むポリアミド組成物と、第2級アリールアミン及びヒンダードアミン光安定剤(HALS)、及びそれらの混合物から選択される共安定剤とから製造される。ポリアミド樹脂は、強化剤をさらに含む。
引用した文献のいずれも、3D印刷における適用について記載していない。
US6,136,948 WO96/06881 WO2010/014801A1 WO2011/094553A2 WO2010/014785A1
よって本発明の目的は、先行技術に記載された方法における前述の不利な点を、あったとしてもわずかな程度でしか有しない成形体を製造するための方法を提供することである。この方法はさらに、簡易で安価な様式で実行できなければならない。
この目的は、成形体を製造するための方法であって、以下の工程:
i) 次の成分:
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤、
を含む焼結粉末(SP)の層を提供する工程、
ii) 工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層を曝露する工程
を含む方法により、達成される。
驚くべきことに、本発明の方法によって製造した成形体は、特に高い熱老化耐性を有し、場合によっては、特に良好な熱歪み耐性を有することが見出された。高温条件下での保管後に、これら成形体は、如何なる成分(C)も含まない成形体と比較して、高い引張強度及び高い破断点伸びを示す。
さらに、本発明の方法で使用する焼結粉末(SP)のリサイクル性は、熱老化後であっても高い。このことは、成形体の製造で溶融しなかった焼結粉末(SP)が再利用できることを意味する。複数回のレーザー焼結サイクルの後でさえ、焼結粉末(SP)は、最初の焼結サイクルと同じように有利な焼結特性を有する。
さらに、本発明により使用する焼結粉末(SP)が広い焼結ウィンドウを有するので、本発明の方法は、選択的レーザー焼結法として、及び高速焼結法又はマルチジェットフュージョン法として、良く適している。
本発明の焼結粉末(SP)が少なくとも1種の強化剤(成分(E))を含む場合、本発明の方法により製造した成形体は、場合によっては、如何なる成分(E)も含まない成形体と比較して、より高い破断点伸びをさらに有する。
本発明の焼結粉末(SP)が少なくとも1種の鉱物難燃剤(成分(F))を含む場合、本発明の方法により製造した成形体は、UL94に準拠した難燃性を特に良好なレベルで有し、成形体の他の特性に如何なる悪影響も有しない。
図1は、加熱運転(H)及び冷却運転(C)を含むDSCダイアグラムである。
本発明の方法を、以下で詳細に記載する。
工程i)
工程i)において、焼結粉末(SP)の層を提供する。
焼結粉末(SP)の層は、当業者に既知の任意の方法により提供することができる。典型的には、焼結粉末(SP)の層は、構成プラットフォームにおける構成空間において提供する。構成空間の温度は、任意に制御してよい。
構成空間は、例えば、焼結粉末(SP)の融点(TM)よりも1~100K(ケルビン)低い範囲の温度、好ましくは焼結粉末(SP)の融点(TM)よりも5~50K低い範囲の温度、及び特に好ましくは焼結粉末(SP)の融点(TM)よりも10~25K低い範囲の温度を有する。
構成空間は、例えば、150~250℃の範囲、好ましくは160~230℃の範囲、及び特に好ましくは170~210℃の範囲の温度を有する。
焼結粉末(SP)の層は、当業者に既知の任意の方法により提供することができる。例えば、焼結粉末(SP)の層は、構成空間において達成される厚さで、コーティングバー又はロールによって提供する。
工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層の厚さは、所望通りでよい。例えば、厚さは50~300μmの範囲、好ましくは70~200μmの範囲、及び特に好ましくは90~150μmの範囲である。
焼結粉末(SP)
本発明によれば、焼結粉末(SP)は、成分(A)として少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、成分(B)として少なくとも1種の非晶質ポリアミド、及び成分(C)として少なくとも1種の多価アルコール、任意に成分(D)として少なくとも1種の添加剤、任意に成分(E)として少なくとも1種の強化剤、及び任意に成分(F)として少なくとも1種の鉱物難燃剤を含む。
従って本発明はまた、以下の成分、
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤、
を含む焼結粉末を提供する。
本発明に関して、用語「成分(A)」及び「少なくとも1種の半結晶性ポリアミド」は、同義で使用され、従って同じ意味を有する。
同じことが、用語「成分(B)」及び「少なくとも1種の非晶質ポリアミド」にも当てはまる。これらの用語は、本発明に関して、同様に同義で使用され、従って同じ意味を有する。
同じように、用語「成分(C)」及び「少なくとも1種の多価アルコール」、「成分(D)」及び「少なくとも1種の添加剤」、「成分(E)」及び「少なくとも1種の強化剤」、「成分(F)」及び「少なくとも1種の鉱物難燃剤」も、本発明に関して、同義で使用され、同じ意味を有する。
焼結粉末(SP)は、成分(A)、(B)及び(C)、及び任意に(D)、(E)及び(F)を、任意の望ましい量で含んでよい。
例えば、焼結粉末(SP)は、各場合とも成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)の質量パーセントの総合計に基づいて、好ましくは焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、35質量%~96.95質量%の範囲の成分(A)、3質量%~45質量%の範囲の成分(B)、0.05質量%~20質量%の範囲の成分(C)、0質量%~10質量%の範囲の成分(D)、0質量%~44.95質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~60質量%の範囲の成分(F)を含む。
好ましくは、焼結粉末(SP)は、各場合とも成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)の質量パーセントの総合計に基づいて、好ましくは焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、45質量%~91.6質量%の範囲の成分(A)、8質量%~40質量%の範囲の成分(B)、0.1質量%~12.5質量%の範囲の成分(C)、0.3質量%~2.5質量%の範囲の成分(D)、0質量%~40質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~50質量%の範囲の成分(F)を含む。
最も好ましくは、焼結粉末(SP)は、各場合とも成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)の質量パーセントの総合計に基づいて、好ましくは焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、53質量%~89.6質量%の範囲の成分(A)、10質量%~35質量%の範囲の成分(B)、0.1質量%~10質量%の範囲の成分(C)、0.3質量%~2質量%の範囲の成分(D)、0質量%~40質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~40質量%の範囲の成分(F)を含む。
従って本発明はまた、焼結粉末(SP)が、各場合とも焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、35質量%~96.95質量%の範囲の成分(A)、3質量%~45質量%の範囲の成分(B)、0.05質量%~20質量%の範囲の成分(C)、0質量%~10質量%の範囲の成分(D)、0質量%~44.95質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~60質量%の範囲の成分(F)を含む、方法を提供する。
成分(A)、(B)及び(C)、及び任意の成分(D)、(E)及び(F)の質量パーセントは、典型的には、加算すると100質量%である。
焼結粉末(SP)は、粒子を含む。これらの粒子は、例えば、10~250μmの範囲、好ましくは15~200μmの範囲、より好ましくは20~120μmの範囲、及び特に好ましくは20~110μmの範囲の大きさを有する。
本発明の焼結粉末(SP)は、例えば、
10~60μmの範囲のD10、
25~90μmの範囲のD50、及び
50~150μmの範囲のD90を有する。
好ましくは、本発明の焼結粉末(SP)は、
20~50μmの範囲のD10、
40~80μmの範囲のD50、及び
80~125μmの範囲のD90を有する。
従って本発明はまた、焼結粉末(SP)が、
10~60μmの範囲のD10、
25~90μmの範囲のD50、及び
50~150μmの範囲のD90を有する、方法を提供する。
従って本発明はまた、40~80μmの範囲の中央粒子径(D50)を有する焼結粉末(SP)を提供する。
本発明に関して、「D10」は、粒子の総体積に基づいて10体積%の粒子が、D10より小さい、又はそれに等しい粒径、及び、粒子の総体積に基づいて90体積%の粒子が、D10より大きい粒径を意味すると理解される。同じく、「D50」は、粒子の総体積に基づいて50体積%の粒子が、D50より小さい、又はそれに等しい粒径、及び、粒子の総体積に基づいて50体積%の粒子が、D50より大きい粒径を意味すると理解される。同じように、「D90」は、粒子の総体積に基づいて90体積%の粒子が、D90より小さい、又はそれに等しい粒径、及び、粒子の総体積に基づいて10体積%の粒子が、D90より大きい粒径を意味すると理解される。
粒径を決定するために、焼結粉末(SP)を乾燥状態で、圧縮空気を使用して、又は溶媒、例えば水又はエタノール中で懸濁し、この懸濁液を分析する。D10、D50及びD90は、Malvern MasterSizer3000を使用したレーザー回折によって決定される。評価は、Fraunhofer回折による。
焼結粉末(SP)は、典型的には、160~280℃の範囲の溶融温度(TM)を有する。焼結粉末(SP)の溶融温度(TM)は、好ましくは170~270℃の範囲、及び特に好ましくは175~265℃の範囲である。
溶融温度(T)は、本発明に関して、示差走査熱量測定(DSC)によって決定される。典型的には、加熱運転(H)及び冷却運転(C)が、それぞれ20K/分の加熱速度/冷却速度で測定される。これにより、例として図1に示すDSCダイアグラムが得られる。このとき、溶融温度(T)は、DSCダイアグラムの加熱運転(H)の溶融ピークが最大値を有する温度を意味すると理解される。
焼結粉末(SP)は、典型的には、120~250℃の範囲の結晶化温度(T)も有する。好ましくは、焼結粉末(SP)の結晶化温度(T)は、130~240℃の範囲、及び特に好ましくは140~235℃の範囲である。
結晶化温度(T)は、本発明に関して、示差走査熱量測定(DSC)によって決定される。これは、典型的には、加熱運転(H)及び冷却運転(C)を、それぞれ20K/分の加熱速度及び冷却速度で測定することを伴う。これにより、例として図1に示すDSCダイアグラムが得られる。このとき、結晶化温度(T)は、DSC曲線の結晶化ピークの最小値における温度である。
焼結粉末(SP)は、典型的には、焼結ウィンドウ(WSP)も有する。焼結ウィンドウ(WSP)は、以下に記載するように、溶融開始温度(T 開始)と結晶化開始温度(T 開始)との間の差である。溶融開始温度(T 開始)及び結晶化開始温度(T 開始)は、以下に記載するように決定される。
焼結粉末(SP)の焼結ウィンドウ(WSP)は、例えば、10~40K(ケルビン)の範囲、より好ましくは15~35Kの範囲、及び特に好ましくは18~30Kの範囲である。
焼結粉末(SP)は、当業者に既知の任意の方法によって製造することができる。例えば、焼結粉末は、粉砕又は沈殿によって製造される。
焼結粉末を沈殿によって製造する場合、ポリアミド及び任意の添加物及び/又は添加剤を、典型的には、まず溶媒と混合し、そしてポリアミドを加熱しながら溶媒中に任意に溶解させ、ポリアミド溶液を得る。その後続いて、例えばポリアミド溶液を冷却し、ポリアミド溶液から溶媒を蒸留することにより、又はポリアミド溶液に沈殿剤を加えることにより、焼結粉末を沈殿させる。
粉砕は、当業者に既知の任意の方法によって実施することができる。例えば、成分(A)、(B)及び(C)、及び任意に(D)、(E)及び(F)を、ミル中に導入して、そこで粉砕する。
適したミルには、当業者に既知のあらゆるミル、例えば分級ミル、対向ジェットミル、ハンマーミル、ボールミル、バイブレーターミル又はローターミル、例えばピン留ディスクミル(pinned-disk mill)及び回転ミル(whirlwind mill)が含まれる。
ミル中での粉砕も同様に、当業者に既知の任意の方法によって行うことができる。例えば、粉砕は、不活性ガス下で、及び/又は液体窒素を用いた冷却中に行うことができる。液体窒素を用いた冷却が好ましい。粉砕における温度は、所望通りであり、粉砕は、好ましくは液体窒素の温度、例えば-210~-195℃の範囲の温度で実施する。この場合、粉砕時の成分の温度は、例えば、-40~-30℃の範囲である。
好ましくは、成分をまず互いに混合してから粉砕する。この場合、焼結粉末(SP)を製造するための方法は、好ましくは以下の工程、
a) 次の成分、
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤
を混合する工程、
b) 工程a)で得られた混合物を粉砕し、焼結粉末(SP)を得る工程
を含む。
従って本発明はまた、以下の工程、
a) 次の成分、
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤
を提供する工程、
b) 工程a)で得られた混合物を粉砕し、焼結粉末(SP)を得る工程
を含む、焼結粉末(SP)を製造するための方法を提供する。
好ましい実施態様において、焼結粉末(SP)を製造するための方法は、以下の工程、
ai) 次の成分、
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤
を提供する工程、
bi) 工程ai)で得られた混合物を粉砕し、ポリアミド粉末を得る工程、
bii) 工程bi)で得られたポリアミド粉末と流動助剤を混合し、焼結粉末(SP)を得る工程
を含む。
適した流動助剤は、例えば、シリカ又はアルミナである。好ましい流動助剤は、アルミナである。適したアルミナの例は、Evonik社のAeroxide(登録商標)Alu Cである。
焼結粉末(SP)が、流動助剤を含む場合、流動助剤は、好ましくは、方法の工程bii)で添加する。一実施形態では、焼結粉末(SP)は、各場合とも焼結粉末(SP)及び流動助剤の総質量に基づいて、0.1質量%~1質量%、好ましくは0.2質量%~0.8質量%、及びより好ましくは0.3質量%~0.6質量%の流動助剤を含む。
工程a)において配合する(混合する)ための方法は、それ自体当業者に既知である。例えば、混合は、押出機で、特に好ましくは二軸押出機で行うことができる。
工程b)における粉砕については、上記の詳細及び好ましいものが、同じように粉砕に関して適用可能である。
従って本発明はまた、本発明の方法により得ることができる焼結粉末(SP)をさらに提供する。
焼結粉末(SP)が成分(F)を含む場合、成分(F)は、成分(A)及び/又は成分(B)でコーティングされている。
成分(F)は、特に焼結粉末(SP)が成分(A)、(B)、(C)及び(F)、及び任意に(D)及び(E)を互いにまず混合(配合)することにより製造されているとき、好ましくは焼結粉末(SP)が工程a)及びb)を含む上記方法により製造されるときに、成分(A)及び/又は成分(B)でコーティングされている。
本発明のさらなる実施形態では、焼結粉末(SP)は、混合物の形態である。言い換えれば、この実施形態では、成分(A)、(B)、(C)及び(F)、及び任意に(D)及び(E)は、互いに並存し、及び成分(F)は、成分(A)及び/又は成分(B)でコーティングされていない。
成分(F)の一部が成分(A)及び/又は成分(B)でコーティングされており、成分(F)の別の一部が(A)及び/又は成分(B)でコーティングされていないことも、無論可能である。
成分(A)
発明によれば、成分(A)は、少なくとも1種の半結晶性ポリアミドである。
本発明に関して、「少なくとも1種の半結晶性ポリアミド」は、厳密に1種の半結晶性ポリアミド、又は2種以上の半結晶性ポリアミドの混合物のどちらかを意味する。
「半結晶性」は、本発明に関して、ポリアミドが、各場合ともISO11357-4:2014に準拠して示差走査熱量測定(DSC)によって測定して、45J/gを超える、好ましくは50J/gを超える、及び特に好ましくは55J/gを超える融解エンタルピーΔH2(A)を有することを意味する。
よって、本発明の少なくとも1種の半結晶性ポリアミド(A)は、典型的には、各場合ともISO11357-4:2014に準拠して示差走査熱量測定(DSC)によって測定して、45J/gを超える、好ましくは50J/gを超える、及び特に好ましくはは55J/gを超える融解エンタルピーΔH2(A)を有する。
本発明の少なくとも1種の半結晶性ポリアミド(A)は、典型的には、各場合ともISO11357-4:2014に準拠して示差走査熱量測定(DSC)によって測定して、200J/g未満、好ましくは150J/g未満、及び特に好ましくは100J/g未満の融解エンタルピーΔH2(A)を有する。
適した半結晶性ポリアミド(A)は、一般的に、ISO307:2013-8に準拠して測定して、25℃で96質量%の硫酸の0.5質量%溶液中で決定して、90~350mL/gの範囲、好ましくは100~275mL/gの範囲、及び特に好ましくは110~250mL/gの範囲の粘度数(VN(A))を有する。
本発明の成分(A)は、典型的には、溶融温度(TM(A))を有する。好ましくは、成分(A)の溶融温度(TM(A))は、ISO11357-3:2014によって決定して、160~280℃の範囲、より好ましくは170~270℃の範囲、及び特に好ましくは175~265℃の範囲である。
適した成分(A)は、500~2000000g/molの範囲、好ましくは10000~90000g/molの範囲、及び特に好ましくは20000~70000g/molの範囲の質量平均分子量(MW(A))を有する。質量平均分子量(MW(A))は、Chi-san Wu 「Handbook of size exclusion chromatography and related techniques」、19頁に準拠して、SEC-MALLS(サイズ排除クロマトグラフィー多角度レーザー光散乱)によって決定される。
少なくとも1種の半結晶性ポリアミド(A)としては、例えば、4~12環員を有するラクタムに由来する半結晶性ポリアミド(A)が適している。ジカルボン酸とジアミンの反応により得られる半結晶性ポリアミド(A)も適している。ラクタムに由来する少なくとも1種の半結晶性ポリアミド(A)の例には、ポリカプロラクタム、ポリカプリロラクタム及び/又はポリラウロラクタムに由来するポリアミドが含まれる。
少なくとも、ジカルボン酸及びジアミンから得ることができる半結晶性ポリアミド(A)が使用される場合、使用されるジカルボン酸は、6~12個の炭素原子を有するアルカンジカルボン酸であってよい。芳香族ジカルボン酸も適している。
ここでジカルボン酸の例には、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸及びドデカンジカルボン酸が含まれる。
適したジアミンの例には、4~12個の炭素原子を有するアルカンジアミン、及び芳香族又は環状ジアミン、例えばm-キシリレンジアミン、ジ(4-アミノフェニル)メタン、ジ(4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)プロパン又は2,2-ジ(4-アミノシクロヘキシル)プロパンが含まれる。
好ましい成分(A)は、ポリカプロラクタム(ナイロン-6)及びナイロン-6/6,6コポリアミドである。ナイロン-6/6,6コポリアミドは、ナイロン-6/6,6コポリアミドの総質量に基づいて、5質量%~95質量%の割合のカプロラクタム単位を好ましくは有する。
少なくとも1種の半結晶性ポリアミド(P)として、上及び下で言及されている2種以上のモノマーの共重合により得ることができるポリアミド、又は任意の所望の混合比の複数のポリアミドの混合物も、適している。ナイロン-6と他のポリアミド、特にナイロン-6/6,6コポリアミドの混合物が特に好ましい。成分(A)として、ナイロン-6,6及びナイロン-6,10がさらに好ましい。
以下の非包括的なリストは、前述の及びさらなる適した半結晶性ポリアミド(A)、及び存在するモノマーを含む。
AB ポリマー:
PA4 ピロリドン
PA6 ε-カプロラクタム
PA7 エナントラクタム
PA8 カプリロラクタム
PA9 9-アミノペラルゴン酸
P11 11-アミノウンデカン酸
P12 ラウロラクタム
AA/BB ポリマー:
PA46 テトラメチレンジアミン、アジピン酸
PA66 ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸
PA69 ヘキサメチレンジアミン、アゼライン酸
PA610 ヘキサメチレンジアミン、セバシン酸
PA612 ヘキサメチレンジアミン、デカンジカルボン酸
PA613 ヘキサメチレンジアミン、ウンデカンジカルボン酸
PA1212 ドデカン-1,12-ジアミン、デカンジカルボン酸
PA1313 トリデカン-1,13-ジアミノ、ウンデカンジカルボン酸
PA6T ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA MXD6 m-キシリレンジアミン、アジピン酸
PA6/66 (PA6及びPA66を参照)
PA6/12 (PA6及びPA12を参照)
PA6/6,36 ε-カプロラクタム、ヘキサメチレンジアミン、C36二量体酸
PA6T/6 (PA6T及びPA6を参照)
好ましくは、成分(A)は、PA4、PA6、PA7、PA8、PA9、PA11、PA12、PA46、PA66、PA69、PA6,10、PA6,12、PA6,13、PA6/6,36、PA6T/6、PA12,12、PA13,13、PA6T、PA MXD6、PA6/66、PA6/12、及びこれらのコポリアミドからなる群から選択される。
従って本発明はまた、成分(A)が、PA4、PA6、PA7、PA8、PA9、PA11、PA12、PA46、PA66、PA69、PA6,10、PA6,12、PA6,13、PA6/6,36、PA6T/6、PA12,12、PA13,13、PA6T、PA MXD6、PA6/66、PA6/12、及びこれらのコポリアミドからなる群から選択される、方法を提供する。
最も好ましくは、成分(A)は、ナイロン-6、ナイロン-12及びナイロン-6/6,6、及びナイロン-6,10及びナイロン-6,6からなる群から選択される。
成分(B)
成分(B)は、少なくとも1種の非晶質ポリアミドである。
本発明に関して、「少なくとも1種の非晶質ポリアミド」は、厳密に1種の非晶質ポリアミド、又は2種以上の非晶質ポリアミドの混合物のどちらかを意味する。
「非晶質」は、本発明に関して、ポリアミドが、ISO11357に準拠して測定して、示差走査熱量測定(DSC)で如何なる融点も有しないことを意味する。
「融点がない」は、非晶質ポリアミドの融解エンタルピーΔH2(B)が、各場合ともISO11357-4:2014に準拠して示差走査熱量測定(DSC)によって測定して、10J/g未満、好ましくは8J/g未満、及び特に好ましくは5J/g未満であることを意味する。
よって本発明の少なくとも1種の非晶質ポリアミド(B)は、典型的には、各場合ともISO11357-4:2014に準拠して示差走査熱量測定(DSC)によって測定して、10J/g未満、好ましくは8J/g未満、及び特に好ましくは5J/g未満の融解エンタルピーΔH2(B)を有する。
適した非晶質ポリアミドは、一般的に、ISO307:2013-08によって、25℃で96質量%の硫酸中の成分(B)の0.5質量%溶液中で決定して、60~200mL/gの範囲、好ましくは70~150mL/gの範囲、及び特に好ましくは75~125mL/gの範囲の粘度数(VN(B))を有する。
本発明の成分(B)は、典型的には、ガラス転移温度(TG(B))を有し、ガラス転移温度(TG(B))は、典型的には、ISO11357-2:2014によって決定して、100~180℃の範囲、好ましくは110~160℃の範囲、及び特に好ましくは120~155℃の範囲である。
適した成分(B)は、5000~35000g/molの範囲、好ましくは10000~30000g/molの範囲、及び特に好ましくは15000~25000g/molの範囲の質量平均分子量(MW(B))を有する。質量平均分子量は、Chi-San Wu「Handbook of Size Exclusion Chromatography and the Related Techniques」、19頁に準拠して、SEC-MALLS(サイズ排除クロマトグラフィー多角度レーザー光散乱)によって決定される。
好ましくは、成分(B)は、非晶質半芳香族ポリアミドである。この種の非晶質半芳香族ポリアミドは、当業者に既知であり、例えば、PA6I/6T、PA6I及びPA6/3Tからなる群から選択される。
従って、成分(B)は、好ましくはPA6I/6T、PA6I、PA6/3Tからなる群から選択される。
従って本発明はまた、成分(B)が、PA6I/6T、PA6I及びPA6/3Tからなる群から選択される、方法を提供する。
ポリアミド6I/6Tが成分(B)として使用される場合、成分(B)は、6I及び6Tの構造単位を、任意の所望の割合で含んでよい。好ましくは、6I構造単位対6T構造単位のモル比は、1:1~3:1の範囲、より好ましくは1.5:1~2.5:1の範囲、及び特に好ましくは1.8:1~2.3:1の範囲である。
成分(B)のMVR(275℃/5kg)(溶融体積流量)は、好ましくは、50mL/10分~150mL/10分の範囲、より好ましくは95mL/10分~105mL/10分の範囲である。
成分(B)のゼロせん断速度粘度ηは、例えば、770~3250Pasの範囲である。ゼロせん断速度粘度ηは、TA Instruments社の、直径25mmのプレート-プレート形状を有し、プレート間隔が1mmである「DHR-1」回転粘度計で決定される。成分(B)の非平衡試料は、減圧下で80℃で7日間乾燥させ、次いで、これらを、角周波数が500~0.5rad/sの範囲である時間依存周波数掃引(シークエンステスト)で分析する。以下のさらなる分析パラメーターを使用した。変形:1.0%、分析温度:240℃、分析時間:20分、試料製造後の予熱時間:1.5分。
成分(B)は、好ましくは30~45mmol/kgの範囲、及び特に好ましくは35~42mmol/kgの範囲であるアミノ末端基濃度(AEG)を有する。
アミノ末端基濃度(AEG)の決定では、1gの成分(B)を、30mLのフェノール/メタノール混合物(フェノール:メタノールの体積比75:25)に溶解し、次いで、水中の0.2N塩酸で電位差滴定に供する。
成分(B)は、好ましくは60~155mmol/kgの範囲、及び特に好ましくは80~135mmol/kgの範囲であるカルボキシル末端基濃度(CEG)を有する。
カルボキシル末端基濃度(CEG)の決定では、1gの成分(B)を、30mLのベンジルアルコール中に溶解する。その後、120℃で、水中0.05N水酸化カリウム溶液での目視滴定を行う。
好ましくは、成分(B)は、成分(B)の総質量に基づいて、少なくとも3質量%、より好ましくは少なくとも5質量%、特に好ましくは少なくとも8質量%のPA6I/6Tを含む。
さらに、成分(B)は、成分(B)の総質量に基づいて、最大40質量%、より好ましくは最大30質量%、特に好ましくは最大25質量%のPA6I/6Tを好ましくは含む。
従って本発明はまた、成分(B)が、成分(B)の総質量に基づいて、少なくとも3質量%のPA6I/6Tを含む方法を提供する。
成分(C)
本発明によれば、成分(C)は少なくとも1種の多価アルコールである。
本発明に関して、「少なくとも1種の多価アルコール」は、厳密に1種の多価アルコール、又は2種以上の多価アルコールの混合物のどちらかを意味する。
本発明に関して、「多価」は、アルコールが分子内に少なくとも2個のヒドロキシル基を有することを意味する。
よって本発明の少なくとも1種の多価アルコールは、分子内に少なくとも2個のヒドロキシル基を有する。
好ましくは、少なくとも1種の多価アルコールは、2000g/mol未満の数平均分子量(M)を有する。数平均分子量(M)は、Chi-san Wu 「Handbook of size exclusion chromatography and related techniques」、19頁に準拠して、SEC-MALLS(サイズ排除クロマトグラフィー多角度レーザー光散乱)によって決定される。
従って本発明はまた、成分(C)が2000g/mol未満の数平均分子量(M)を有する方法を提供する。
本発明の少なくとも1種の多価アルコールは、2個を超えるヒドロキシル基を有する脂肪族化合物、2個を超えるヒドロキシル基を有する脂肪族脂環式化合物、2個を超えるヒドロキシル基を有する脂環式化合物、2個を超えるヒドロキシル基を有する芳香族化合物、及びサッカライドから選択してよい。
多価アルコールが脂肪族鎖を含む場合、この鎖は、炭素原子だけでなく、例えば窒素、酸素及び硫黄原子から選択してよい1個以上のヘテロ原子も含んでよい。
多価アルコールが脂環式環を含む場合、この環は、単環式、二環式又は多環式環系の一部、炭素環式又は複素環式であってよい。
多価アルコールが複素環を含む場合、この環は単環式、又は二環式若しくは多環式環系の一部であってよい。複素環はまた、例えば窒素、酸素及び硫黄原子から選択してよい1個以上のヘテロ原子を含んでもよい。
本発明の少なくとも1種の多価アルコールは、1種以上の置換基、例えばエーテル、カルボン酸、カルボキサミド、又はカルボン酸エステル基などをさらに含有してよい。
例えば、成分(C)は、グリセロール、トリメチロールプロパン、2,3-ジ-(2’-ヒドロキシエチル)シクロヘキサン-1-オール、ヘキサン-1,2,6-トリオール、1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)エタン、3-(2’-ヒドロキシエトキシ)プロパン-1,2-ジオール、3-(2’-ヒドロキシプロポキシ)プロパン-1,2-ジオール、2-(2’-ヒドロキシエトキシ)ヘキサン-1,2-ジオール、6-(2’-ヒドロキシプロポキシ)ヘキサン-1,2-ジオール、1,1,1-トリス-[(2’-ヒドロキシエトキシ)メチル]エタン、1,1,1-トリス-[(2’-ヒドロキシプロポキシ)メチル]プロパン、1,1,1-トリス-(4’-ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,1-トリス-(ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3-トリス-(ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン、1,1,4-トリス(ジヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,5-トリス(ヒドロキシフェニル)-3-メチルペンタン、ジトリメチロプロパン、トリメチロールプロパンエトキシレート、トリメチロールプロパンプロポキシレート、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、シクロデキストリン、D-マンノース、グルコース、ガラクトース、スクロース、フルクトース、キシロース、アラビノース、D-マンニトール、D-ソルビトール、D-アラビトール、L-アラビトール、キシリトール、イジトール、タリトール、アリトール、アルトリトール、グリトール、エリスリトール、トレイトール及びD-グロノ-γ-ラクトンからなる群から選択される。
好ましくは、成分(C)は、少なくとも2個のヒドロキシル基を有する多価アルコールを含み、ヒドロキシル基は、少なくとも1個の原子によって互いに分離されている炭素原子に結合している。より好ましくは、成分(C)は、少なくとも2個のヒドロキシル基を有する多価アルコールを含み、ヒドロキシル基は、単一の炭素原子によって互いに分離されている炭素原子に結合している。
好ましくは、成分(C)は、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパン、D-マンニトール、D-ソルビトール及びキシリトールからなる群から、最も好ましくは、ジペンタエリスリトール及び/又はトリペンタエリスリトールからなる群から選択され、成分(C)は特に好ましくはジペンタエリスリトールである。
従って本発明はまた、成分(C)が、グリセロール、トリメチロールプロパン、2,3-ジ-(2’-ヒドロキシエチル)シクロヘキサン-1-オール、ヘキサン-1,2,6-トリオール、1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)エタン、3-(2’-ヒドロキシエトキシ)プロパン-1,2-ジオール、3-(2’-ヒドロキシプロポキシ)プロパン-1,2-ジオール、2-(2’-ヒドロキシエトキシ)ヘキサン-1,2-ジオール、6-(2’-ヒドロキシプロポキシ)ヘキサン-1,2-ジオール、1,1,1-トリス-[(2’-ヒドロキシエトキシ)メチル]エタン、1,1,1-トリス-[(2’-ヒドロキシプロポキシ)メチル]プロパン、1,1,1-トリス-(4’-ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,1-トリス-(ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3-トリス-(ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン、1,1,4-トリス(ジヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,5-トリス(ヒドロキシフェニル)-3-メチルペンタン、ジトリメチロプロパン、トリメチロールプロパンエトキシレート、トリメチロールプロパンプロポキシレート、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、シクロデキストリン、D-マンノース、グルコース、ガラクトース、スクロース、フルクトース、キシロース、アラビノース、D-マンニトール、D-ソルビトール、D-アラビトール、L-アラビトール、キシリトール、イジトール、タリトール、アリトール、アルトリトール、グリトール、エリスリトール、トレイトール及びD-グロノ-γ-ラクトンからなる群から選択される方法を提供する。
成分(D)
成分(D)は、少なくとも1種の添加剤である。
本発明に関して、「少なくとも1種の添加剤」は、厳密に1種の添加剤、又は2種以上の添加剤の混合物のどちらかを意味する。
添加剤それ自体は、当業者に既知である。例えば、少なくとも1種の添加剤は、抗核形成剤、安定剤、導電性添加剤、末端基官能化剤、染料及び着色顔料からなる群から選択される。
従って本発明はまた、成分(D)が、抗核形成剤、安定剤、導電性添加剤、末端基官能化剤、染料及び着色顔料からなる群から選択される方法を提供する。
適した抗核形成剤の例は塩化リチウムである。適した安定剤は、例えば、フェノール、ホスファイト及び銅安定剤である。適した導電性添加剤は、炭素繊維、金属、ステンレス鋼繊維、カーボンナノチューブ、及びカーボンブラックである。適した末端基官能化剤は、例えば、テレフタル酸、アジピン酸及びプロピオン酸である。適した染料及び着色顔料は、例えば、カーボンブラック及び鉄クロムオキシドである。
焼結粉末が成分(D)を含む場合、焼結粉末は、成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)の質量パーセントの総合計に基づいて、好ましくは焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、少なくとも0.2質量%の成分(D)、好ましくは少なくとも0.3質量%の成分(D)を含む。
成分(E)
成分(E)は、少なくとも1種の強化剤である。
本発明に関して、「少なくとも1種の強化剤」は、厳密に1種の強化剤、又は2種以上の強化剤の混合物のどちらかを意味する。
本発明に関して、強化剤は、強化剤を含まない成形体と比較して、本発明の方法によって製造した成形体の機械的特性を改善する材料を意味すると理解される。
強化剤それ自体は、当業者に既知である。成分(E)は、例えば、球形態、血小板形態、又は繊維形態であってよい。
好ましくは、少なくとも1種の強化剤は、血小板形態又は繊維形態である。
「繊維状強化剤」は、繊維状強化剤の長さの、繊維状強化剤の直径に対する比が、2:1~40:1の範囲、好ましくは3:1~30:1の範囲、及び特に好ましくは5:1~20:1の範囲にある強化剤を意味すると理解され、繊維強化剤の長さ及び繊維強化剤の直径は、灰化後の試料の画像評価によって、灰化後の繊維強化剤の少なくとも70000部を評価して、顕微鏡検査により決定される。
その場合の繊維強化剤の長さは、灰化後の画像評価を伴う顕微鏡検査により決定して、典型的には5~1000μmの範囲、好ましくは10~600μmの範囲、及び特に好ましくは20~500μmの範囲である。
その場合の直径は、例えば、灰化後の画像評価を伴う顕微鏡検査により決定して、1~30μmの範囲、好ましくは2~20μmの範囲、及び特に好ましくは5~15μmの範囲である。
さらに好ましい実施形態では、少なくとも1種の強化剤は血小板の形態である。本発明に関して、「血小板形態で」は、少なくとも1種の強化剤の粒子が、灰化後の画像評価を伴う顕微鏡検査により決定して、4:1~10:1の範囲の直径対厚さの比を有することを意味すると理解される。
適した強化剤は当業者に既知であり、例えば、カーボンナノチューブ、カーボン繊維、ホウ素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、アルミノシリケート、アラミド繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される。
従って本発明はまた、成分(E)が、カーボンナノチューブ、カーボン繊維、ホウ素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、アルミノシリケート、アラミド繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される方法を提供する。
少なくとも1種の強化剤は、好ましくは、アルミノシリケート、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ繊維及び炭素繊維からなる群から選択される。
少なくとも1種の強化剤は、より好ましくは、アルミノシリケート、ガラス繊維、ガラスビーズ及び炭素繊維からなる群から選択される。これらの強化剤は、さらにアミノシランで官能化されていてもよい。
適したシリカ繊維は、例えば、ウォラストナイトである。
適したアルミノシリケートそれ自体は、当業者に既知である。アルミノシリケートは、AlとSiOとを含む化合物を指す。構造的には、アルミノシリケートに共通する要因は、シリコン原子が酸素原子によって四面体に配位し、アルミニウム原子が酸素原子によって八面体に配位していることである。アルミノシリケートは、さらなる元素をさらに含んでよい。
好ましいアルミノシリケートはシートシリケートである。特に好ましいアルミノシリケートは、焼成したアルミノシリケート、特に好ましくは焼成したシートシリケートである。アルミノシリケートは、さらにアミノシランで官能化されていてもよい。
少なくとも1種の強化剤がアルミノシリケートである場合、アルミノシリケートは任意の形態で使用してよい。例えば、それは純粋なアルミノシリケートの形態で使用することができるが、アルミノシリケートを鉱物の形態で使用することも同様に可能である。好ましくは、アルミノシリケートは鉱物の形態で使用する。適したアルミノシリケートは、例えば長石、ゼオライト、ソーダライト、シリマナイト、紅柱石及びカオリンである。カオリンは好ましいアルミノシリケートである。
カオリンは粘土岩の1種であり、本質的に鉱物カオリナイトを含む。カオリナイトの実験式は、Al[(OH)/Si]である。カオリナイトはシートシリケートである。カオリナイトと同様に、カオリンもまた、典型的には、さらなる化合物、例えば、二酸化チタン、酸化ナトリウム、及び酸化鉄も含む。本発明による好ましいカオリンは、カオリンの総質量に基づいて、少なくとも98質量%のカオリナイトを含む。
焼結粉末が成分(E)を含む場合、焼結粉末は、成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)の質量パーセントの総合計に基づいて、好ましくは焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、少なくとも10質量%の成分(E)を含む。
成分(F)
本発明によれば、成分(F)は、少なくとも1種の鉱物難燃剤である。
本発明に関して、「少なくとも1種の鉱物難燃剤」は、厳密に1種の鉱物難燃剤又は2種以上の鉱物難燃剤の混合物のどちらかを意味する。
本発明に関して、鉱物難燃剤は、火炎の広がりを制限する、減速させる、又は防止する、且つさらに鉱物に基づく化合物を意味すると理解される。
成分(F)が、焼結粉末(SP)中に存在する如何なる少なくとも1種の強化剤とも異なることは明らかであろう。成分(F)は同様に、焼結粉末(SP)中に存在する如何なる少なくとも1種の添加剤とも異なる。
焼結粉末(SP)は、成分(F)以外の如何なる鉱物難燃剤も含まないことがさらに好ましい。特に好ましくは、焼結粉末(SP)は、成分(F)以外の如何なる難燃剤も含まない。
少なくとも1種の鉱物難燃剤は、好ましくはアルミニウム及び/又はマグネシウムに基づく。
従って本発明はまた、成分(F)がアルミニウム及び/又はマグネシウムに基づく方法を提供する。
高温で水を発する難燃剤が好ましい。従って好ましい鉱物難燃剤は、アルミニウムヒドロキシド及び/又はマグネシウムヒドロキシド及び/又はアルミニウムオキシドヒドロキシドである。マグネシウムヒドロキシドは、少なくとも1種の鉱物難燃剤として特に好ましい。
少なくとも1種の鉱物難燃剤はまた、例えば鉱物の形態で使用してもよい。適した鉱物の例はベーマイトである。ベーマイトは、化学組成AlO(OH)又はγ-AlOOH(アルミニウムオキシドヒドロキシド)を有する。
アルミニウムヒドロキシドは、ATH又はアルミニウムトリヒドロキシドとも称される。マグネシウムヒドロキシドは、MDH又はマグネシウムジヒドロキシドとも称される。
成分(F)は、例えば、0.3~1.2μmの範囲のD10、1.2~2μmの範囲のD50、及び2~5μmの範囲のD90を有する。
好ましくは、成分(F)は、0.5~1μmの範囲のD10、1.3~1.8μmの範囲のD50、及び2~4μmの範囲のD90を有する。
D10、D50及びD90は、焼結粉末(SP)のD10、D50及びD90について上に記載したように決定される。
成分(F)はさらに表面修飾されていてよい。例えば、成分(F)はアミノシランで修飾されていてよい。
焼結粉末が成分(F)を含む場合、焼結粉末は、成分(A)、(B)、(C)、(D)、(E)及び(F)の質量パーセントの総合計に基づいて、好ましくは焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、10質量%の成分(F)を含む。
工程ii)
工程ii)において、工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層を曝露する。
曝露の際、焼結粉末(SP)の層の少なくともいくつかが溶融する。溶融した焼結粉末(SP)は合体し、均質な溶融物を形成する。曝露した後で、焼結粉末(SP)の層の溶融した部分を再度冷却し、均質な溶融物を再凝固させる。
曝露の適した方法には、当業者に既知のあらゆる方法が含まれる。好ましくは、工程ii)における曝露は、放射線源で行われる。放射線源は、好ましくは、赤外線源及びレーザーからなる群から選択される。特に好ましい赤外線源は、近赤外線源である。
従って本発明はまた、工程ii)における曝露する工程が、レーザー及び赤外線源からなる群から選択される放射線源で行われる、方法を提供する。
適したレーザーは、当業者に既知であり、例えばファイバーレーザー、Nd:YAGレーザー(ネオジムでドープしたイットリウムアルミニウムガーネットレーザー)又は二酸化炭素レーザーである。
工程ii)における曝露に使用される放射線源がレーザーである場合、工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層を、典型的には、局所的に及び短時間で、レーザービームに曝露する。これにより、レーザービームに曝露した焼結粉末(SP)の一部のみが選択的に溶融する。工程ii)においてレーザーが使用される場合、本発明の方法は、選択的レーザー焼結とも称される。選択的レーザー焼結は、それ自体、当業者に既知である。
工程ii)における曝露に使用される放射線源が赤外線源、特に近赤外線源である場合、放射線源が放射する波長は、典型的には、780nm~1000μmの範囲、好ましくは780nm~50μmの範囲、及び特に780nm~2.5μmの範囲である。
工程ii)において曝露する際、この場合、焼結粉末(SP)の層全体を、典型的には曝露する。曝露の際に焼結粉末(SP)の所望の領域のみを溶融するように、赤外線吸収インク(IR吸収インク)を、典型的には、溶融する領域に適用する。
成形体を製造するための方法は、この場合、工程i)と工程ii)の間に、工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層の少なくとも一部に、少なくとも1種のIR吸収インクを適用する工程i-1)を好ましくは含む。
従って本発明はまた、成形体を製造するための方法であって、以下の工程:
i) 次の成分:
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤、
を含む焼結粉末(SP)の層を提供する工程、
i-1) 工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層の少なくとも一部に、少なくとも1種のIR吸収インクを適用する工程
ii) 工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層を曝露する工程
を含む方法を、さらに提供する。
適したIR吸収インクは、当業者に既知のあらゆるIR吸収インクであり、特に、高速焼結で当業者に既知のIR吸収インクである。
IR吸収インクは、典型的には、IR放射線、好ましくはNIR放射線(近赤外線放射)を吸収する少なくとも1種の吸収剤を含む。工程ii)での焼結粉末(SP)の層の曝露において、IR吸収インクに存在するIR吸収剤が、IR放射線、好ましくはNIR放射線を吸収することにより、IR吸収インクが適用されている焼結粉末(SP)の層の一部が選択的に加熱される。
IR吸収インクは、少なくとも1種の吸収剤と同様に、キャリア液を含んでよい。適したキャリア液は、当業者に既知であり、例えば、油又は溶媒である。
少なくとも1種の吸収剤は、キャリア液に溶解又は分散させてよい。
工程ii)における曝露が、赤外線源から選択される放射線源で行われ、及び工程i-1)が実施される場合、本発明の方法は、高速焼結(HSS)又はマルチジェットフュージョン(MJF)法とも称される。これらの方法は、それ自体、当業者に既知である。
工程ii)の後で、焼結粉末(SP)の層は、典型的には、工程i)で提供された焼結粉末(SP)の層の層厚の分薄くなり、焼結粉末(SP)のさらなる層が適用される。その後続いて、これを工程ii)において再度曝露する。
これは、最初に焼結粉末(SP)の上層を、焼結粉末(SP)の下層に結合させ、さらに、上層内の焼結粉末(SP)の粒子を、融合により互いに結合させる。
本発明の方法において、工程i)及びii)、及び任意にi-1)を、このように繰り返すことができる。
粉末床の低下、焼結粉末(SP)の適用及び曝露、ひいては焼結粉末(SP)の溶融を繰り返すことにより、3次元成形体が製造される。例えばキャビティーも有する成形体を製造することが可能である。追加の担持材料は、溶融されていない焼結粉末(SP)自体が担持材料として作用するので、必要ではない。
従って本発明はまた、本発明の方法により得ることができる成形体をさらに提供する。
本発明の方法において特に重要なのは、焼結粉末(SP)の焼結ウィンドウ(WSP)と呼ばれる、焼結粉末(SP)の溶融範囲である。
焼結粉末(SP)の焼結ウィンドウ(WSP)は、例えば示差走査熱量測定(DSC)により決定することができる。
示差走査熱量測定では、試料、すなわちこの場合焼結粉末(SP)の試料の温度、及び標準の温度が、経時的に直線的に変化する。この目的のために、熱が、試料及び標準に供給される/それらから除去される。試料を標準と同一の温度で維持するのに必要な熱量Qが決定される。標準に供給される/そこから除去される熱量QRは、参照値としての機能を果たす。
試料に吸熱相変換を施す場合、試料を標準と同一の温度で維持するために、追加の熱量Qが供給されなければならない。発熱相変換を行う場合、試料を標準と同一の温度で維持するために、熱量Qが除去されなければならない。測定により、試料に供給される/そこから除去される熱量Qが温度Tの関数としてプロットされるDSCダイアグラムが得られる。
測定は、典型的には、最初に加熱運転(H)を実施することを伴う、すなわち試料及び標準が直線的に加熱される。試料の溶融(固相/液相変換)中、試料を標準と同一の温度で維持するために、追加の熱量Qが供給されなければならない。するとDSCダイアグラムでは、溶融ピークとして知られるピークが観察される。
加熱運転(H)の後で、冷却運転(C)が、典型的には測定される。これは、試料及び標準を直線的に冷却することを伴う、すなわち熱が試料及び標準から除去される。試料の結晶化/凝固(液相/固相変換)中、熱が結晶化/凝固の過程で解放されるので、試料を標準と同一の温度で維持するために、より大きい熱量Qが除去されなければならない。すると冷却運転(C)のDSCダイアグラムでは、結晶化ピークと呼ばれるピークが、溶融ピークと反対方向で観察される。
本発明に関して、加熱運転中の加熱は、典型的には、20K/分の加熱速度で行われる。冷却運転中の冷却は、本発明に関して、典型的には、20K/分の冷却速度で行われる。
加熱運転(H)及び冷却運転(C)を含むDSCダイアグラムを、例として図1に示す。DSCダイアグラムを使用して、溶融開始温度(T 開始)及び結晶化開始温度(T 開始)を決定することができる。
溶融開始温度(T 開始)を決定するために、接線を、溶融ピークを下回る温度で加熱運転(H)のベースラインに対して引く。第2の接線を、溶融ピークの最高点における温度を下回る温度で溶融ピークの第1の変曲点に対して引く。2本の接線を、それらが交差するまで外挿する。温度軸に対する交差の垂直外挿は、溶融開始温度(T 開始)を表す。
結晶化開始温度(T 開始)を決定するために、接線を、結晶化ピークを上回る温度で冷却運転(C)のベースラインに対して引く。第2の接線を、結晶化ピークの最小点における温度を上回る温度での結晶化ピークの変曲点に対して引く。2本の接線を、それらが交差するまで外挿する。温度軸に対する交差の垂直外挿は、結晶化開始温度(T 開始)を示す。
焼結ウィンドウ(W)は、溶融開始温度(T 開始)と結晶化開始温度(T 開始)との間の差から得られる。よって、
W=T 開始-T 開始
本発明に関して、用語「焼結ウィンドウ(WSP)」、「焼結ウィンドウ(WSP)の大きさ」及び「溶融開始温度(T 開始)と結晶化開始温度(T 開始)との間の差」は、同じ意味を有し、同義で使用される。
本発明の焼結粉末(SP)は、焼結法における使用に特に良く適している。
従って本発明はまた、以下の成分
(A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
(B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
(C) 少なくとも1種の多価アルコール、
(D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
(E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
(F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤、
を含む焼結粉末(SP)の焼結方法における使用を提供する。
成形体
本発明の方法により、成形体が得られる。成形体は、工程ii)における曝露で溶融した焼結粉末(SP)の凝固後に、粉末床から直接取り除くことができる。最初に成形体を冷却し、それから初めて成形体を粉末床から取り除くことも同様に可能である。溶融していない焼結粉末の如何なる付着粒子も、既知の方法によって表面から機械的に取り除くことができる。成形体を表面処理するための方法には、例えば、振動粉砕又はバレル研磨、及びサンドブラスト、ガラスビーズブラスト又はマイクロビーズブラストも含まれる。
得られた成形体をさらなる処理に供すること、又は、例えば表面処理することも可能である。
従って、本発明は、本発明の方法により得ることができる成形体をさらに提供する。
得られた成形体は、典型的には、各場合とも成形体の総質量に基づいて35質量%~96.95質量%の範囲の成分(A)、3質量%~45質量%の範囲の成分(B)、0.05質量%~20質量%の範囲の成分(C)、0質量%~10質量%の範囲の成分(D)、0質量%~44.95質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~60質量%の範囲の成分(F)を含む。
成形体は、好ましくは、各場合とも成形体の総質量に基づいて、45質量%~91.6質量%の範囲の成分(A)、8質量%~40質量%の範囲の成分(B)、0.1質量%~12.5質量%の範囲の成分(C)、0.3質量%~2.5質量%の範囲の成分(D)、0質量%~40質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~50質量%の範囲の成分(F)を含む。
最も好ましくは、成形体は、各場合とも成形体の総質量に基づいて、53質量%~89.6質量%の範囲の成分(A)、10質量%~35質量%の範囲の成分(B)、0.1質量%~10質量%の範囲の成分(C)、0.3質量%~2質量%の範囲の成分(D)、0質量%~40質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~40質量%の範囲の成分(F)を含む。
本発明によれば、成分(A)は、焼結粉末(SP)に存在した成分(A)である。同様に、成分(B)は、焼結粉末(SP)に存在した成分(B)であり、成分(C)は、焼結粉末(SP)に存在した成分(C)であり、成分(D)は、焼結粉末(SP)に存在した成分(D)であり、成分(E)は、焼結粉末(SP)に存在した成分(E)であり、そして成分(F)は、焼結粉末(SP)に存在した成分(F)である。
工程i-1)が実施されている場合、成形体は、典型的にはIR吸収インクをさらに含む。
焼結粉末(SP)の曝露の結果として、成分(A)、(B)及び(C)、及び場合により(D)、(E)及び(F)は、化学反応を開始することができ、結果として変更できることが、当業者には明らかである。そのような反応は、当業者に既知である。
好ましくは、成分(A)、(B)及び(C)、及び場合により(D)、(E)及び(F)は、工程ii)における曝露の際に、如何なる化学反応も開始せず、その代わり、焼結粉末(SP)が溶融するのみである。
本発明を以下で実施例により詳細に説明するが、それらに制約するものではない。
以下の成分を使用した。
- 半結晶性ポリアミド(成分(A))
(P1) ナイロン-6(Ultramid(登録商標)B27E、BASF SE)
- 非晶質ポリアミド(成分(B)):
(AP1) ナイロン-6I/6T(Grivory G16、EMS)、6I:6Tのモル比が1.9:1
- 多価アルコール(成分(C)):
(C1) ジペンタエリスリトール(Charmor DP15、Perstorp)
- 添加剤(成分(D)):
(A1) フェノール系酸化防止剤(Irganox1098(N,N’-ヘキサン-1,6-ジイルビス(3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニルプロピオンアミド)))、BASF SE)
表1は、使用した半結晶性ポリアミド(成分(A))の必須パラメーターを示し、表2は、使用した非晶質ポリアミド(成分(B))の必須パラメーターを示す。
Figure 0007342045000001
Figure 0007342045000002
AEGは、アミノ末端基濃度を示す。これは、滴定によって決定される。アミノ末端基濃度(AEG)の決定では、1gの成分(半結晶性ポリアミド又は非晶質ポリアミド)を、30mLのフェノール/メタノール混合物(フェノール:メタノールの体積比75:25)に溶解し、次いで、水中0.2N塩酸で目視滴定に供する。
CEGは、カルボキシル末端基濃度を示す。これは、滴定によって決定される。カルボキシル末端基濃度(CEG)の決定では、1gの成分(半結晶性ポリアミド又は非晶質ポリアミド)を、30mLのベンジルアルコールに溶解し、次いで、120℃で、水中0.05N水酸化カリウム溶液で目視滴定に供する。
半結晶性ポリアミドの溶融温度(T)及びあらゆるガラス転移温度(T)は、それぞれ、示差走査熱量測定によって決定した。
上に記載した溶融温度(T)の決定では、20K/分の加熱速度で最初の加熱運転(H1)を測定した。このとき、溶融温度(T)は、最初の加熱運転(H1)の溶融ピークの最高値における温度に対応していた。
ガラス転移温度(T)の決定では、最初の加熱運転(H1)後に、冷却運転(C)、その後続いて第2の加熱運転(H2)を測定した。冷却運転は、20K/分の冷却速度で測定した。第1の加熱運転(H1)及び第2の加熱運転(H2)は、20K/分の加熱速度で測定した。次いで、ガラス転移温度(T)を、第2の加熱運転(H2)の段差の半分で決定した。
ゼロせん断速度粘度ηを、TA Instruments社の、直径25mmのプレート-プレート形状を有し、プレート間隔が1mmである「DHR-1」回転粘度計で決定した。非平衡試料を、減圧下80℃で7日間乾燥させ、次いでこれらを、角周波数が500~0.5rad/sの範囲である時間依存周波数掃引で分析した。以下のさらなる分析パラメーターを使用した。変形:1.0%、分析温度:240℃、分析時間:20分、試料調製後の予熱時間:1.5分。
二軸押出機での焼結粉末の製造
焼結粉末の製造では、表3に示す成分を、二軸押出機(ZE25)で、270℃で230rpm(毎分回転数)の速度で、20kg/hのスループットを用いてペレット化し、次いで液体窒素で冷却したピン留ディスクミルで処理して、粉末を得た。その後続いて、粉末をふるいにかけて(粒径を調整した)乾燥させた(粒径分布20~120μm)。
Figure 0007342045000003
粉末では、溶融温度(T)を上に記載したように決定した。
結晶化温度(T)を、示差走査熱量測定(DSC)によって決定した。この目的のために、第1の加熱運転(H)を、20K/分の加熱速度で、次いで冷却運転(C)を、20K/分の冷却速度で測定した。結晶化温度(T)は、結晶化ピークの極値における温度である。
複素せん断粘度の大きさは、角周波数0.5rad/s及び温度240℃で、プレート-プレート回転レオメーターによって決定した。TA Instruments社の、直径25mmを有し、プレート間隔が1mmである「DHR-1」回転粘度計を使用した。非平衡試料を、減圧下80℃で7日間乾燥させ、次いでこれらを、角周波数が500~0.5rad/sの範囲である時間依存周波数掃引(シークエンステスト)で分析した。以下のさらなる分析パラメーターを使用した。変形:1.0%、分析時間:20分、試料調製後の予熱時間:1.5分。
焼結ウィンドウ(W)を、上に記載したように、溶融開始温度(T 開始)と結晶化開始温度(T 開始)との間の差として決定した。
焼結粉末の熱酸化安定性を決定するために、新しく製造した焼結粉末と、0.5%酸素及び195℃で16時間オーブンエージングした後の焼結粉末との複素せん断粘度を決定した。保存後(エージング後)の粘度対保存前(エージング前)の粘度の比を決定した。粘度は、測定周波数0.5rad/s、温度240℃で、回転レオロジーによって測定される。
結果を表4に示す。
Figure 0007342045000004
成分(C)を含む実施例B2からの本発明の焼結粉末(SP)は、エージング後、比較例V1からの焼結粉末よりも、粘度の増加が明らかに少なく、よってリサイクル性がより良好であることが、明白である。
さらに、本発明の焼結粉末は、エージング後でさえも、選択的レーザー焼結に十分な広さの焼結ウィンドウを有することが明白である。
さらに、得られた焼結粉末について、DIN EN ISO60に準拠した嵩密度及びDIN EN ISO787-11に準拠したタンピング密度(tamped density)を、タンピング密度の嵩密度に対する比としてのHausner係数と同様に決定した。
D10、D50及びD90として報告されている粒径分布は、上に記載したように、Malvern Mastersizerで決定した。
なだれ角度は、回転粉末分析器(RPA)により、回転速度0.6rpm及び毎秒15枚の画像で決定した。128個のなだれ事象を平均化した。
結果を表5に示す。
Figure 0007342045000005
レーザー焼結実験
焼結粉末(SP)を、表6に示す温度で、0.1mmの層厚で構成空間に導入した。その後続いて焼結粉末を、表6に示すレーザーパワー出力及び示すスキャン間隔を有するレーザーに、曝露中の試料に対するレーザー速度15m/秒で、曝露した。スキャン間隔は、レーザー間隔又はレーン間隔としても既知である。選択的レーザー焼結は、典型的には、ストライプ状のスキャンを伴う。スキャン間隔により、ストライプの中心の間に、すなわち、ストライプ2つに対するレーザービームの中心2つの間に距離が生じる。レーザー焼結実験は、Farsoon HT251で行った。
Figure 0007342045000006
その後続いて、得られた引張棒(焼結棒)の特性を決定した。得られた引張棒(焼結棒)について、減圧下、80℃で336時間乾燥させた後、乾燥状態で試験した。その結果を表7に示す。シャルピー試験片も作製し、同様に乾燥状態で試験した(ISO179-2/1eA(F):1997+Amd.1:2011及びISO179-2/1eU:1997+Amd.1:2011に準拠した)。
引張強度、引張弾性率及び破断点伸びは、ISO527-2:2012に準拠して決定した。
熱たわみ温度(HDT)は、ISO75-2:2013に準拠し、1.8N/mmのエッジ繊維応力を用いる方法Aと、0.45N/mmのエッジ繊維応力を用いる方法Bとの両方を使用して決定した。
結果を表7に示す。
Figure 0007342045000007
本発明の焼結体粉末は、良好なSLS処理性及び低い反りを示した。
空気下160℃で加熱保存した後、ISO527-2:2012に準拠して、引張強度、引張弾性率、破断点伸びを、1000時間後に再度決定した。
結果を表8に示す。
Figure 0007342045000008
B2による本発明の焼結試験片は、加熱保存後、比較例V1からの焼結試験片よりも明らかに高い引張強度(1.6倍)及び破断点伸び(同様に1.6倍)を示した。

Claims (16)

  1. 成形体を製造するための方法であって、以下の工程:
    i) 次の成分:
    (A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
    (B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
    (C) 少なくとも1種の多価アルコール、
    (D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
    (E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
    (F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤、
    を含む焼結粉末(SP)の層を提供する工程、
    ii) 工程i)で提供された前記焼結粉末(SP)の前記層を曝露する工程
    を含む方法。
  2. 成分(C)が、2000g/mol未満の数平均分子量(M)を有する、請求項1に記載の方法。
  3. 成分(C)が、グリセロール、トリメチロールプロパン、2,3-ジ-(2’-ヒドロキシエチル)シクロヘキサン-1-オール、ヘキサン-1,2,6-トリオール、1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)エタン、3-(2’-ヒドロキシエトキシ)プロパン-1,2-ジオール、3-(2’-ヒドロキシプロポキシ)プロパン-1,2-ジオール、2-(2’-ヒドロキシエトキシ)ヘキサン-1,2-ジオール、6-(2’-ヒドロキシプロポキシ)ヘキサン-1,2-ジオール、1,1,1-トリス-[(2’-ヒドロキシエトキシ)メチル]エタン、1,1,1-トリス-[(2’-ヒドロキシプロポキシ)メチル]プロパン、1,1,1-トリス-(4’-ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,1-トリス-(ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1,3-トリス-(ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン、1,1,4-トリス(ジヒドロキシフェニル)ブタン、1,1,5-トリス(ヒドロキシフェニル)-3-メチルペンタン、ジトリメチロプロパン、トリメチロールプロパンエトキシレート、トリメチロールプロパンプロポキシレート、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、シクロデキストリン、D-マンノース、グルコース、ガラクトース、スクロース、フルクトース、キシロース、アラビノース、D-マンニトール、D-ソルビトール、D-アラビトール、L-アラビトール、キシリトール、イジトール、タリトール、アリトール、アルトリトール、グリトール、エリスリトール、トレイトール及びD-グロノ-γ-ラクトンからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 成分(A)が、PA4、PA6、PA7、PA8、PA9、PA11、PA12、PA46、PA66、PA69、PA6,10、PA6,12、PA6,13、PA6/6,36、PA6T/6、PA12,12、PA13,13、PA6T、PA MXD6、PA6/66、PA6/12、及びこれらのコポリアミドからなる群から選択される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 成分(B)が、PA6I/6T、PA6I及びPA6/3Tからなる群から選択される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 成分(B)が、成分(B)の総質量に基づいて、少なくとも3質量%のPA6I/6Tを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記焼結粉末(SP)が、各場合とも前記焼結粉末(SP)の総質量に基づいて、35質量%~96.95質量%の範囲の成分(A)、3質量%~45質量%の範囲の成分(B)、0.05質量%~20質量%の範囲の成分(C)、0質量%~10質量%の範囲の成分(D)、0質量%~44.95質量%の範囲の成分(E)及び0質量%~60質量%の範囲の成分(F)を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 成分(D)が、抗核形成剤、安定剤、導電性添加剤、末端基官能化剤、染料及び着色顔料からなる群から選択される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 成分(E)が、カーボンナノチューブ、カーボン繊維、ホウ素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、アルミノシリケート、アラミド繊維及びポリエステル繊維からなる群から選択される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記成分(F)がマグネシウム及び/又はアルミニウムに基づく、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の焼結粉末(SP)を製造するための方法であって、以下の工程:
    a) 次の成分、
    (A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
    (B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
    (C) 少なくとも1種の多価アルコール、
    (D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
    (E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
    (F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤
    を提供する工程、
    b) 工程a)で得られた混合物を粉砕し、前記焼結粉末(SP)を得る工程
    を含む、方法。
  12. 請求項11に記載の方法により得られた、焼結粉末(SP)。
  13. (A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
    (B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
    (C) 少なくとも1種の多価アルコール、
    (D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
    (E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
    (F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤
    を含む焼結粉末(SP)、焼結方法に使用する方法。
  14. 請求項1から10のいずれか一項に記載の方法により得られた成形体。
  15. 次の成分、
    (A) 少なくとも1種の半結晶性ポリアミド、
    (B) 少なくとも1種の非晶質ポリアミド、
    (C) 少なくとも1種の多価アルコール、
    (D) 任意に少なくとも1種の添加剤、
    (E) 任意に少なくとも1種の強化剤、及び
    (F) 任意に少なくとも1種の鉱物難燃剤
    を含む、焼結粉末。
  16. 前記焼結粉末が40~80μmの範囲の中央粒子径(D50)を有する、請求項15に記載の焼結粉末(SP)。
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