JP7158780B1 - filament material - Google Patents

filament material Download PDF

Info

Publication number
JP7158780B1
JP7158780B1 JP2021187706A JP2021187706A JP7158780B1 JP 7158780 B1 JP7158780 B1 JP 7158780B1 JP 2021187706 A JP2021187706 A JP 2021187706A JP 2021187706 A JP2021187706 A JP 2021187706A JP 7158780 B1 JP7158780 B1 JP 7158780B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filament
mass
wood
wood flour
present
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021187706A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023074667A (en
Inventor
潔 菅野
Original Assignee
株式会社興栄社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社興栄社 filed Critical 株式会社興栄社
Priority to JP2021187706A priority Critical patent/JP7158780B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7158780B1 publication Critical patent/JP7158780B1/en
Publication of JP2023074667A publication Critical patent/JP2023074667A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Abstract

【課題】本発明は、環境に配慮する観点から、天然素材及び生分解性素材からなる3D印刷用フィラメント材料を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、フィラメント材料であって、フィラメント材料の総質量に対し、粉砕処理した木粉を10質量%~20質量%、ポリ乳酸を70質量%~85質量%、アジピン酸ポリブチレンテレフタル酸(PBAT)を5質量%~10質量%の量で含むことを特徴とする、生分解性フィラメント材料、及びその製造方法に関する。【選択図】なしKind Code: A1 An object of the present invention is to provide a filament material for 3D printing made of a natural material and a biodegradable material in consideration of the environment. The present invention provides a filament material comprising 10% to 20% by mass of pulverized wood flour, 70% to 85% by mass of polylactic acid, and polyadipic acid, relative to the total mass of the filament material. The present invention relates to a biodegradable filamentary material, characterized in that it contains butylene terephthalic acid (PBAT) in an amount of 5% to 10% by weight, and a method for producing the same. [Selection figure] None

Description

本発明は、木粉を配合した天然素材樹脂を主とする3Dプリンタ用フィラメント及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to filaments for 3D printers, which are mainly made of natural material resin mixed with wood flour, and to a method for producing the filaments.

近年は、3Dプリンタが企業の製品開発全般の場面において急速に発達してきた。3Dプリンタは、種々の規模の機器の普及に伴い、試作品製造から製品開発全般の場面、例えば、商品企画、設計、製品の開発工程におけるデザインや機能の確認など多岐にわたる場面で活用されている。試作品を外注加工に委ねていた従来に比べて、開発者が自ら試作品を製作できる点で活躍の場が広がっている。
他方、個人の手作り品も3Dプリンタを用い容易に作成できることから、広く3Dプリンタによる樹脂成形品製造が用いられようとしている。
In recent years, 3D printers have rapidly developed in general product development of companies. With the spread of devices of various sizes, 3D printers are used in a wide variety of situations, from prototype manufacturing to overall product development, such as product planning, design, and confirmation of design and functions in the product development process. . Compared to the past, where prototypes were outsourced, the opportunities for developers to create their own prototypes have expanded.
On the other hand, since individual hand-made products can be easily created using a 3D printer, resin molded product production using a 3D printer is being widely used.

ところで、近年、プラスチックごみによる環境汚染問題が広く問題となっている。海洋に放出されるプラスチックごみが海洋生態系に影響を与えるだけでなく、ごみ処理増加の問題もあり、プラスチックごみ削減が提言されている。 By the way, in recent years, the problem of environmental pollution caused by plastic waste has become a widespread problem. Plastic waste discharged into the ocean not only affects marine ecosystems, but also increases the problem of waste disposal, and the reduction of plastic waste has been proposed.

したがって、3Dプリンタを用いて多くの試作品を製作する場面や、個人が制作する物品であっても、製作の結果生じる造形物の試作及び/又は製作の自由度が増した結果、廃棄される造形物が大量になることを考えれば、3Dプリント材料も、プラスチック素材が少ないほうが、環境に配慮する観点から好ましい。 Therefore, even in situations where many prototypes are produced using a 3D printer, and even for articles produced by individuals, as a result of increased freedom in trial production and/or production of shaped objects resulting from production, they are discarded. Considering the large amount of objects to be molded, the 3D printing material should preferably contain less plastic material from the viewpoint of consideration for the environment.

特許文献1には、半結晶性ポリ乳酸70重量%及び木質系セルロース繊維のパルプ20重量%を含み、その他の材料はポリプロピレン10重量%である積層造形フィラメント材料、及び半結晶性ポリ乳酸80重量%及び木質系セルロース繊維のパルプが20重量%の積層造形フィラメント材料が開示されている。
特許文献2には、生分解性脂肪族-芳香族ポリエステル60-100重量部にポリ乳酸0-40重量部を加え、有機フィラー0-35重量部を含む生分解性ポリエステル組成物が開示されている。
特許文献3には、木片をソルボサーマル処理しさらに化学処理したセルロースナノファイバーを23重量%まで含むポリ乳酸との複合材料が開示されている。
Patent Document 1 describes a laminate-molded filament material containing 70% by weight of semi-crystalline polylactic acid and 20% by weight of pulp of woody cellulose fibers, the other material being 10% by weight of polypropylene, and 80% by weight of semi-crystalline polylactic acid. % and 20% by weight wood-based cellulose fiber pulp.
Patent Document 2 discloses a biodegradable polyester composition containing 0-40 parts by weight of polylactic acid added to 60-100 parts by weight of a biodegradable aliphatic-aromatic polyester and 0-35 parts by weight of an organic filler. there is
Patent Document 3 discloses a composite material with polylactic acid containing up to 23% by weight of cellulose nanofibers obtained by solvothermally treating wood chips and further chemically treating them.

特開2017-222169号公報JP 2017-222169 A 特表2018-526465号公報Japanese Patent Publication No. 2018-526465 特開2021-21041公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-21041

しかしながら、特許文献1及び3は、天然素材をセルロース繊維処理する工程を必要とする。また、ポリ乳酸とポリブチレンアジペートテレフタレートと組み合わせて使用する態様は開示されていない。また、特許文献2は、膜材におけるフィッシュアイ等の発生を防止するための組成である。 However, Patent Documents 1 and 3 require a step of treating natural materials with cellulose fibers. Also, there is no disclosure of a mode in which polylactic acid and polybutylene adipate terephthalate are used in combination. Moreover, Patent Document 2 discloses a composition for preventing the occurrence of fish eyes and the like in a film material.

したがって、本発明は、環境に配慮する観点から、天然素材及び生分解性素材からなる3Dプリンタ用フィラメント材料を提供することを目的とする。また、本発明の別の観点から、木材の端材の簡易で適切な用途を提供するために、木の風合いを生かした天然素材及び生分解性素材からなり、木材に係る天然素材を含む組成物でも同等の機械的特性を有する3Dプリンタ用フィラメント材料を提供することを目的とする。 Therefore, from the viewpoint of consideration for the environment, an object of the present invention is to provide a filament material for 3D printers made of natural and biodegradable materials. In addition, from another aspect of the present invention, in order to provide simple and appropriate uses of wood offcuts, a composition containing natural materials related to wood is made of natural materials and biodegradable materials that make use of the texture of wood. An object of the present invention is to provide a filament material for 3D printers having mechanical properties equivalent to those of other materials.

上記課題を解決するために、発明者は鋭意研究を重ね、以下を発明するに至った。
即ち、本発明は、
<1> フィラメントであって、
フィラメント材料の総質量に対し、粉砕処理した木粉を10質量%~20質量%、
ポリ乳酸を70質量%~85質量%
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)を5質量%~10質量%
の量で含むことを特徴とする、生分解性の3Dプリンタ用のフィラメント。
<2> 前記粉砕処理した木粉に用いられる木材が、ブナ、ナラ、カバ、クワ、サクラ、トチ、クリ、クルミ、ケヤキ、キリ、アカマツ、クロマツ、スギ、ツガ、ヒノキ、イチョウ、カラマツ、モミ、及び竹類由来の木材から選ばれる、<1>に記載のフィラメント。
<3> 顔料又は着色剤を更に含む、<1>に記載のフィラメント。
<4> 前記木粉の分級による粒径が50~80μmである、<1>に記載のフィラメント。
<5> 前記木粉の分級による粒径が70~80μmである、<1>に記載のフィラメント。
<6> 下記工程:
木材を粉砕処理し分級による粒径50~80μmの木粉とする工程、
フィラメント材料の総質量に対し、前記粉砕処理した木粉を10質量%~20質量%とし、
ポリ乳酸を70質量%~85質量%、及
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)を5質量%~10質量%
の量で含む組成物を、前記木粉と混合する工程、
前記混合工程で得られた混合物を押出成形する工程、
を含むことを特徴とする、3Dプリンタ用のフィラメントの製造方法、
ある。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors conducted intensive research and came up with the following inventions.
That is, the present invention
<1> A filament ,
10% to 20% by mass of pulverized wood flour with respect to the total mass of the filament material,
70% by mass to 85% by mass of polylactic acid ,
5% to 10% by mass of polybutylene adipate terephthalate ( PBAT)
A filament for a biodegradable 3D printer , characterized in that it contains an amount of
<2> The wood used for the pulverized wood powder is beech, oak, birch, mulberry, cherry, horse chestnut, chestnut, walnut, zelkova, paulownia, red pine, black pine, cedar, hemlock, cypress, ginkgo, larch, and fir. , and bamboo-derived wood, the filament according to <1>.
<3> The filament according to <1>, further comprising a pigment or a coloring agent.
<4> The filament according to <1>, wherein the wood flour has a particle size of 50 to 80 μm as determined by classification.
<5> The filament according to <1>, wherein the wood flour has a particle size of 70 to 80 μm as determined by classification.
<6> The following steps:
A step of pulverizing wood and classifying it into wood powder having a particle size of 50 to 80 μm;
The pulverized wood flour is 10% to 20% by mass with respect to the total mass of the filament material,
70% by mass to 85% by mass of polylactic acid, and
5% to 10% by mass of polybutylene adipate terephthalate ( PBAT)
mixing with said wood flour a composition comprising in an amount of
extruding the mixture obtained in the mixing step;
A method for manufacturing a filament for a 3D printer, comprising:
is .

本発明によれば、製造方法における加工処理を効率良く進めることができる簡便な木粉の処理工程を含む、生分解性の高いフィラメント材料を提供することが可能である。本発明によるフィラメント材料は、木の風合いを生かした色調の造形物を得ることができ、充分な硬度が得られる他、造形の際の熱によるゆがみも無い良好な仕上がりが得られる。また、比重に関してはPLA100%素材のフィラメントに比べ約30%の軽量化が実現された。さらに、生分解性に優れるため、各種成形品の製造だけでなく、多数の試作品製作をする場合にも廃棄物が環境に配慮される点で好適に用いられる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly biodegradable filament material that includes a simple wood flour treatment step that allows efficient processing in the manufacturing method. The filament material according to the present invention can be used to obtain a molded product with a color tone that makes the most of the texture of wood, provides sufficient hardness, and provides a good finish without distortion due to heat during molding. As for the specific gravity, about 30% lighter than the filament made of 100% PLA material was realized. Furthermore, because of its excellent biodegradability, it is suitable for use not only in the production of various molded products, but also in the production of a large number of prototypes, from the standpoint of considering the environment as a waste product.

なお、本発明による3Dプリンタ用フィラメントは、熱溶解積層法(Fused Filament Fablication:FDM)方式に用いる、リールに巻かれたフィラメント状の樹脂を指す。 The 3D printer filament according to the present invention refers to a filament-shaped resin wound on a reel for use in a Fused Filament Fabrication (FDM) method.

本発明に係るフィラメント材料は、木粉と、生分解性プラスチックと、PBATとを含む。
そして、本発明によるフィラメント材料は、高い生分解性を示し、好ましくは90%~100%、より好ましくは、95%~100%、最も好ましくは、分解性100%(当該場合の生分解は、工業用コンポスト、温度60℃、湿度60%以上)を示す。
The filament material according to the invention includes wood flour, biodegradable plastic and PBAT.
And the filament material according to the invention exhibits a high biodegradability, preferably 90% to 100%, more preferably 95% to 100%, most preferably 100% degradability (in which case the biodegradation is industrial compost, temperature 60°C, humidity 60% or more).

本発明に係るフィラメント材料の主原料は、木粉である。木粉を用いることにより、環境に配慮した成分分量を増やし、生分解性プラスチック素材の含有量を減じ、さらに、3Dプリンタで製造する試作品や製品に木の風合いを加味することができる。
木粉の例としては、原木又はその端材等の木材を機械的に粉砕して得られる。当該木材の例としては、ブナ、ナラ、カバ、クワ、サクラ、トチ、クリ、クルミ、ケヤキ、キリ等の広葉樹、アカマツ、クロマツ、スギ、ツガ、ヒノキ、イチョウ、カラマツ、モミ等の針葉樹、竹類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、汎用の木粉としては、ヒノキ、トドマツ、カラマツ、スギ等が利用可能であるが、これらに限定されるものではない。ただし、樹液が豊富でない木材がより好ましく用いられる。
The main raw material of the filament material according to the invention is wood flour. By using wood flour, it is possible to increase the amount of environmentally friendly ingredients, reduce the content of biodegradable plastic materials, and add the texture of wood to prototypes and products manufactured with 3D printers.
An example of wood flour is obtained by mechanically pulverizing wood such as raw wood or its offcuts. Examples of the wood include broad-leaved trees such as beech, oak, birch, mulberry, cherry, horse chestnut, chestnut, walnut, zelkova, and paulownia; and the like, but are not limited to these. As general-purpose wood flour, cypress, Sakhalin fir, Japanese larch, Japanese cedar, etc. can be used, but it is not limited to these. However, wood that is not rich in sap is more preferably used.

本発明に使用される木粉は、樹皮を取り除いた木粉、樹皮を含んで粉状としたものいずれも使用され得、いずれの場合においても同様の色調のフィラメント材料を得られ得る。 The wood flour used in the present invention may be either bark-free wood flour or powdered wood flour containing bark. In either case, a filament material with a similar color tone can be obtained.

また、本発明に使用される木粉は、原木から派生した端材の再利用も本発明の木粉として使用され得る。 In addition, the wood flour used in the present invention can also be used as the wood flour of the present invention by reusing offcuts derived from raw wood.

木粉の粉砕方法は、例えば、概ね以下のとおりである。
先ず、桑の原木を、薪割機を用いて長さ30cm、縦横8cm以内の薪に切断し、次にチッパーと呼ばれる粉砕機で5cm程度の大きさの木片に切断し、水分が8%~14%になるまで乾燥させる。
続いて、粉砕機を用いて所定の粒径の木粉となるまで粉砕処理を行う。一例として、オリエント式粉砕機(オリエント粉砕機株式会社製、型番:VM-22K)で8mm程度の大きさに粉砕する。粉砕条件は、回転数940min-1、スクリーン径8.0mmとする。次いで、マキノ式粉砕機(槇野産業株式会社製、型番:DD―2-3.7)を用いて250μm程度の大きさに粉砕する。粉砕条件は、回転数5,600min-1、スクリーン径2.0mmとする。さらにマキノ式粉砕機にミクロシフター(槇野産業株式会社製、型番:MS-30-NF)をつなぎ分級することで77μm以下の大きさに粉砕する。粉砕条件は、マキノ式粉砕機の回転数5,600min-1、スクリーン径0.35mm、ミクロシフターの回転数100min-1、分級用スクリーンを用いる。
The method of pulverizing wood flour is generally as follows, for example.
First, a mulberry log is cut into firewood pieces within 30 cm in length and 8 cm in length and width using a wood splitter, and then cut into pieces of wood of approximately 5 cm in size using a grinder called a chipper. Dry to 14%.
Subsequently, pulverization is performed using a pulverizer until the wood powder has a predetermined particle size. As an example, it is pulverized to a size of about 8 mm with an Orient pulverizer (manufactured by Orient Pulverizer Co., Ltd., model number: VM-22K). The pulverization conditions are a rotation speed of 940 min-1 and a screen diameter of 8.0 mm. Then, it is pulverized to a size of about 250 μm using a Makino pulverizer (manufactured by Makino Sangyo Co., Ltd., model number: DD-2-3.7). The pulverization conditions are a rotation speed of 5,600 min-1 and a screen diameter of 2.0 mm. Furthermore, a micro sifter (manufactured by Makino Sangyo Co., Ltd., model number: MS-30-NF) is connected to the Makino type pulverizer and classified to pulverize to a size of 77 μm or less. The pulverization conditions are a Makino pulverizer with a rotation speed of 5,600 min-1, a screen diameter of 0.35 mm, a micro-sifter with a rotation speed of 100 min-1, and a classifying screen.

これらの木粉は、このように原木及び/又は廃材を粉砕したものであり、当該木粉の粒径は、数μm~数百μm、好ましくは50μm~80μm、より好ましくは70μm~80μm、例えば77μmである。
木粉の粒径は、分級を用いて測定され得る。粒径が大きすぎると、フィラメントの製造においてノズルの目詰まりを起こし好ましくないため、上記粒径が決定される。また、粒径が小さすぎると、粉砕処理の負荷が増し、また、後の混練り作業工程で木粉が拡散し不都合が生じる。
上記のとおり、煩雑な化学的前処理工程を要することなく木材を上記所定の粒径に加工することにより、本発明のフィラメント材料に添加される。
These wood flours are obtained by pulverizing raw wood and/or waste wood in this way, and the particle size of the wood flours is several μm to several hundred μm, preferably 50 μm to 80 μm, more preferably 70 μm to 80 μm. 77 μm.
The particle size of wood flour can be measured using classification. If the particle size is too large, nozzle clogging is unfavorable in the production of filaments, so the above particle size is determined. On the other hand, if the particle size is too small, the load of the pulverization process will increase, and the wood powder will spread in the subsequent kneading process, causing problems.
As described above, it is added to the filament material of the present invention by processing the wood to the predetermined particle size without the need for complicated chemical pretreatment steps.

当該木粉の割合は、本発明のフィラメント材料の総質量に対し、5質量%~30質量%、より好ましくは10質量%~20質量%、最も好ましくは10質量%の割合でフィラメント材料の製造工程に添加される。木粉の割合が30質量%を超えると、本発明のフィラメントの特性を満たすことができず、木粉の割合が5質量%未満であると、木材の風合いが生かせず、また、木材端材の利用用途を生かす本発明の利点を生かすことができないので、上記割合が決定される。 The proportion of the wood flour is 5% to 30% by weight, more preferably 10% to 20% by weight, most preferably 10% by weight, relative to the total weight of the filament material of the present invention. added to the process. If the proportion of wood flour exceeds 30% by mass, the characteristics of the filament of the present invention cannot be satisfied. The above ratio is determined because the advantage of the present invention, which makes use of the application of the above, cannot be utilized.

本発明によるフィラメント材料のその他の成分は、ポリ乳酸(PLA)である。ポリ乳酸は、バイオマス由来の生分解性プラスチックである。この生分解性の高い素材であるポリ乳酸が最も本発明の目的に合致した材料である。本発明に使用されPLAは、高耐熱グレードが好ましいが、これに限定されるものではない。 Another component of the filament material according to the invention is polylactic acid (PLA). Polylactic acid is a biodegradable plastic derived from biomass. Polylactic acid, which is a highly biodegradable material, is the material most suitable for the purpose of the present invention. The PLA used in the present invention is preferably a high heat resistant grade, but is not limited to this.

当該ポリ乳酸の割合は、本発明のフィラメント材料の総質量に対し、好ましくは70質量%~85質量%、より好ましくは70質量%~83質量%の割合でフィラメント材料の製造工程に添加される。フィラメント材料中のポリ乳酸の割合が低すぎると、本発明のフィラメントの所望の製品特性を有するフィラメントが得られづらくなり、また、ノズル詰まりを起こしやすくなり、弾力性も保てない。ポリ乳酸の割合が高すぎると、本発明のフィラメントの特徴である木の風合いが得られにくくなる。 The proportion of the polylactic acid is preferably 70% by mass to 85% by mass, more preferably 70% by mass to 83% by mass, relative to the total mass of the filament material of the present invention. . If the proportion of polylactic acid in the filament material is too low, it becomes difficult to obtain filaments having the desired product properties of the filaments of the present invention, nozzle clogging is likely to occur, and elasticity cannot be maintained. If the proportion of polylactic acid is too high, it becomes difficult to obtain the texture of wood, which is a feature of the filament of the present invention.

本発明によるフィラメント材料に含まれる他の成分は、ポリブチレンアジペートテレフタレートである。ポリブチレンアジペートテレフタレートは、石油化学由来であるが、生分解性プラスチックであり、本発明に少量用いる。 Another component included in the filament material according to the invention is polybutylene adipate terephthalate . Polybutylene adipate terephthalate , although of petrochemical origin, is a biodegradable plastic and is used in small amounts in the present invention.

該ポリブチレンアジペートテレフタレートの割合は、本発明のフィラメント材料の総質量に対し、5質量%~10質量%、より好ましくは5質量%~8質量%、最も好ましくは5質量%~7質量%の割合でフィラメント材料の製造工程に添加される。
該ポリブチレンアジペートテレフタレートの割合は、本発明に係るフィラメントを得るために好適な割合を提供するものである。ポリブチレンアジペートテレフタレート量を増加させると、ポリ乳酸量を相対的に減少させることになるため、フィラメントの強度が保てなくなる。また、ポリブチレンアジペートテレフタレート量が少なすぎると、フィラメントの弾力性が失われるため、上記範囲が決定される。
The proportion of said polybutylene adipate terephthalate is 5% to 10%, more preferably 5% to 8%, most preferably 5% to 7% by weight, relative to the total weight of the filament material of the present invention. is added to the manufacturing process of the filament material at a rate of
The proportion of polybutylene adipate terephthalate provides a suitable proportion for obtaining filaments according to the invention . If the amount of polybutylene adipate terephthalate is increased, the amount of polylactic acid is relatively decreased, so that the filament strength cannot be maintained. Also , if the amount of polybutylene adipate terephthalate is too small, the elasticity of the filament is lost, so the above range is determined.

本発明によるフィラメント材料は、上記成分以外に、その他の成分として添加剤を任意に含み得る。添加剤の例としては、潤滑剤、顔料又は着色剤等が挙げられ、例えば、オイルの一種であるパラフィンオイルは、混練時の原料の均等分散のために適宜用いられ有効であり、任意に含まれ得る。パラフィンオイルの他に、例えば、パラフィンワックス、加工助剤オイル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The filament material according to the invention may optionally contain additives as other components in addition to the above components. Examples of additives include lubricants, pigments, colorants, and the like. For example, paraffin oil, which is a type of oil, is appropriately used and effective for uniformly dispersing raw materials during kneading, and is optionally included. can be In addition to paraffin oil, for example, paraffin wax, processing aid oil, etc. may be used, but not limited thereto.

本発明のフィラメント材料に用いる木粉は、木材を乾燥後、適宜所望の大きさに裁断し所望の粒径を得るために粉砕処理を行う。木材の端材の簡易な用途を提供するため、化学的処理は行われない。
そして、本発明によるフィラメント材料は、公知のフィラメント製造用押出機を用いて所望の形状のフィラメント材料に成形され、巻取り機で巻取り製造することができる。
そして、本発明のフィラメントから、適正な出力条件の元で得られた造形物は、充分な硬度が得られる他、造形の際の熱によるゆがみも無い良好な仕上がりとなっている。
下記に、本発明の態様の例を説明する。
The wood flour used for the filament material of the present invention is obtained by drying the wood, cutting it into a desired size, and pulverizing it to obtain a desired particle size. No chemical treatment is used to provide easy use of the wood offcuts.
Then, the filament material according to the present invention can be formed into a filament material having a desired shape using a known filament manufacturing extruder, and can be wound up using a winding machine.
A modeled article obtained from the filament of the present invention under appropriate output conditions has sufficient hardness and a good finish without distortion due to heat during modeling.
Examples of aspects of the invention are described below.

実施例1
木粉の粉砕
桑の原木を、薪割機を用いて長さ30cm、縦横8cm以内の薪に切断し、次にチッパーと呼ばれる粉砕機で5cm程度の大きさの木片に切断し、水分が8%~14%になるまで乾燥させた。
続いて、これをオリエント式粉砕機(オリエント粉砕機株式会社製、型番:VM-22K)で8mm程度の大きさに粉砕した。粉砕条件は、回転数940min-1、スクリーン径8.0mmとした。次いで、マキノ式粉砕機(槇野産業株式会社製、型番:DD―2-3.7)を用いて250μm程度の大きさに粉砕した。粉砕条件は、回転数5,600min-1、スクリーン径2.0mmとした。さらにマキノ式粉砕機にミクロシフター(槇野産業株式会社製、型番:MS-30-NF)をつなぎ分級することで77μm以下の大きさに粉砕した。粉砕条件は、マキノ式粉砕機の回転数5,600min-1、スクリーン径0.35mm、ミクロシフターの回転数100min-1、分級用スクリーンを用いた。
Example 1
Pulverization of wood flour Mulberry wood is cut into firewood within 30 cm in length and 8 cm in length and width using a wood splitter, and then cut into pieces of wood with a size of about 5 cm with a grinder called a chipper. % to 14%.
Subsequently, this was pulverized to a size of about 8 mm by an Orient pulverizer (manufactured by Orient Pulverizer Co., model number: VM-22K). The pulverization conditions were a rotation speed of 940 min-1 and a screen diameter of 8.0 mm. Then, it was pulverized to a size of about 250 μm using a Makino pulverizer (manufactured by Makino Sangyo Co., Ltd., model number: DD-2-3.7). The pulverization conditions were a rotation speed of 5,600 min-1 and a screen diameter of 2.0 mm. Furthermore, a micro sifter (manufactured by Makino Sangyo Co., Ltd., model number: MS-30-NF) was connected to the Makino pulverizer and classified to pulverize to a size of 77 μm or less. The pulverization conditions were a Makino pulverizer with a rotation speed of 5,600 min −1 , a screen diameter of 0.35 mm, a micro shifter with a rotation speed of 100 min −1 , and a classifying screen.

実施例2
生分解性フィラメント製造に、AS-1押出機(株式会社エーペックスジャパン製)を使用した。桑の原木を粉砕した木粉(粒径77μm)10質量部、PLA(ポリ乳酸:とうもろこし澱粉樹脂、安徽豊原福泰来聚乳酸有限公司製、型番:P-2012-10122、)83質量部及びPBAT(ポリブチレンアジペートテレフタレート、営口康輝石化有限公司製、型番:KHB2021)7質量部を、AS-1押出機に供給する。ベンダー推奨の押出設定の下で、上記木粉と樹脂ブレンドを、淡褐色を有するφ1.75mmフィラメントに押出成形した。
Example 2
An AS-1 extruder (manufactured by Apex Japan Co., Ltd.) was used to produce biodegradable filaments. 10 parts by mass of wood powder (particle size 77 μm) obtained by pulverizing mulberry raw wood, PLA (polylactic acid: corn starch resin, manufactured by Anhui Fengyuan Futai Lai Lactic Acid Co., Ltd., model number: P-2012-10122) 83 parts by mass, and 7 parts by mass of PBAT (polybutylene adipate terephthalate, manufactured by Yingkou Kangpyochemical Co., Ltd., model number: KHB2021) is supplied to the AS-1 extruder. The wood flour and resin blend was extruded into φ1.75 mm filaments with a light brown color under the extrusion settings recommended by the vendor.

実施例2において作製したフィラメントを長さ50×φ1.75mmの試験片とし、JIS K 7161-1に準拠した引張試験(測定数n=5)、JIS K 7171に準拠した曲げ試験(測定数n=5)を行った。また、実施例2において作製したフィラメントを長さ160×φ1.75mmの試験片とし、JIS K 7111-1に準拠したシャルピー衝撃試験(測定数n=4)を行った。 The filament prepared in Example 2 was used as a test piece with a length of 50 × φ 1.75 mm, and a tensile test in accordance with JIS K 7161-1 (number of measurements n = 5), a bending test in accordance with JIS K 7171 (number of measurements n = 5) was performed. Also, the filament produced in Example 2 was used as a test piece of length 160×φ1.75 mm, and subjected to a Charpy impact test (measurement number n=4) in accordance with JIS K 7111-1.

結果を下記表に示す。

Figure 0007158780000001

注)N:未破壊 The results are shown in the table below.
Figure 0007158780000001

Note) N: Not destroyed

結果より、木粉を上記割合で添加してもポリ乳酸を原料とする材料の所定の性能を有していた。特に、引張弾性率・曲げ弾性率の結果は、市販されているフィラメントに比べ高い数値が出ており、品質的にも十分なものと考えられる。 As a result, even if wood flour was added in the above ratio, the material had the predetermined performance of a material made from polylactic acid as a raw material. In particular, the results of tensile modulus and flexural modulus are higher than those of commercially available filaments, and the filament is considered to be of sufficient quality.

実施例3
桑の木粉20質量部、ポリ乳酸(マエダ化成株式会社製、型番:L130)70質量部及びPBAT(ポリブチレンアジペートテレフタレート、営口康輝石化有限公司製、型番:KHB2021)10質量部とし、パラフィン油数滴を添加した以外は実施例2と同様の方法を用いて種々の直径を有するフィラメントを押出成形した。

Example 3
20 parts by mass of mulberry wood powder, 70 parts by mass of polylactic acid (manufactured by Maeda Kasei Co., Ltd., model number: L130) and 10 parts by mass of PBAT (polybutylene adipate terephthalate, manufactured by Yingkou Kangxi Petrochemical Co., Ltd., model number: KHB2021), paraffin oil Filaments with various diameters were extruded using the same method as in Example 2, except that a few drops were added.

実施例3で製造したフィラメント材料の、JIS K 7161-2に準拠した引張試験の測定結果を表2に示す。

Figure 0007158780000002
Table 2 shows the measurement results of the tensile test of the filament material produced in Example 3 according to JIS K 7161-2.
Figure 0007158780000002

実施例4
実施例2で製造したフィラメントを用いて、FFF(熱溶解積層)方式3Dプリンタ(フラッシュフォージ(登録商標)社製)を用いて、下記A~Cのモデルを製造した。
A:六角ネジ(長さ30mm、ネジ径6mm)
B:家屋モデル(D45mm、W67mm、H32mm)
C:カブトムシ(体長95mm)
得られた成形物のサポート材を除去し、最終製品(重量は、それぞれAは1.12g、Bは9.35g、Cは25g)を得、その外観を観察した。
Example 4
Using the filament produced in Example 2, models A to C below were produced using an FFF (Fused Fused Layering) 3D printer (manufactured by Flash Forge (registered trademark)).
A: Hexagonal screw (length 30 mm, screw diameter 6 mm)
B: House model (D45mm, W67mm, H32mm)
C: Rhinoceros beetle (body length 95mm)
The support material was removed from the resulting molded product to obtain the final product (weight: 1.12 g for A, 9.35 g for B, and 25 g for C), and the appearance thereof was observed.

比較例1
市販のPLA100%フィラメント(フラッシュフォージ(登録商標)社製、1.75mmPLAライトグレーフィラメント)を用いて、実施例4と同様にA~Cのモデルを製造した。
Comparative example 1
Models A to C were produced in the same manner as in Example 4 using a commercially available PLA 100% filament (1.75 mm PLA light gray filament manufactured by Flashforge (registered trademark)).

実施例4において製造したA~Cのモデルはいずれも、比較例1でのモデルと比較して、充分な硬度が得られる他、造形の際の熱によるゆがみも無い良好な仕上がりが得られ、強度や正確性も保持していた。また、比重に関しては約30%軽量となった。さらに、木の風合いを生かした色調の造形物を得ることができた。 All of the models A to C produced in Example 4 have sufficient hardness compared to the model in Comparative Example 1, and also have a good finish without distortion due to heat during modeling. It also retained strength and accuracy. In addition, the specific gravity was reduced by about 30%. Furthermore, it was possible to obtain a shaped object with a color tone that makes use of the texture of wood.

実施例5
実施例2で製造したフィラメントを用いて、FFF(熱溶解積層)方式3Dプリンタ(フラッシュフォージ(登録商標)社製)を用いて、全長45mmの亀の置物モデル50個を連続して製造し、サポート材を除去した後に最終製品各4.85gを得た。
外観を観察した結果、全てのモデルにおいて同品質のモデルを製造することができ、従来のフィラメントと同様に連続製造が可能であった。充分な硬度が得られる他、造形の際の熱によるゆがみも無い良好な仕上がりが得られ、強度や正確性も保持していた。また、木の風合いを生かした色調の造形物を得ることができた。
Example 5
Using the filament produced in Example 2, 50 turtle figurine models with a total length of 45 mm were continuously produced using an FFF (Fused Fused Layering) 3D printer (manufactured by Flash Forge (registered trademark)), 4.85 g each of the final product was obtained after removing the support material.
As a result of observing the appearance, it was possible to manufacture models of the same quality for all models, and it was possible to continuously manufacture them in the same way as conventional filaments. In addition to obtaining sufficient hardness, a good finish was obtained without distortion due to heat during molding, and strength and accuracy were maintained. In addition, it was possible to obtain a shaped object with a color tone that makes use of the texture of wood.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、かかる特定の実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の改良・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various improvements and improvements can be made within the scope of the gist of the present invention described in the scope of claims. Change is possible.

Claims (6)

フィラメントであって、
フィラメント材料の総質量に対し、粉砕処理した木粉を10質量%~20質量%、
ポリ乳酸を70質量%~85質量%
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)を5質量%~10質量%
の量で含むことを特徴とする、生分解性の3Dプリンタ用のフィラメント。
a filament ,
10% to 20% by mass of pulverized wood flour with respect to the total mass of the filament material,
70% by mass to 85% by mass of polylactic acid ,
5% to 10% by mass of polybutylene adipate terephthalate ( PBAT)
A filament for a biodegradable 3D printer , characterized in that it contains an amount of
前記粉砕処理した木粉に用いられる木材が、ブナ、ナラ、カバ、クワ、サクラ、トチ、クリ、クルミ、ケヤキ、キリ、アカマツ、クロマツ、スギ、ツガ、ヒノキ、イチョウ、カラマツ、モミ、及び竹類由来の木材から選ばれる、請求項1に記載のフィラメント。 The wood used for the pulverized wood powder is beech, oak, birch, mulberry, cherry, horse chestnut, chestnut, walnut, zelkova, paulownia, red pine, black pine, cedar, hemlock, cypress, ginkgo, larch, fir, and bamboo. 2. The filament of claim 1, selected from wood from the genus. 顔料又は着色剤を更に含む、請求項1に記載のフィラメント。 2. The filament of claim 1, further comprising a pigment or colorant. 前記木粉の分級による粒径が50~80μmである、請求項1に記載のフィラメント。 The filament according to claim 1, wherein the wood flour has a particle size of 50 to 80 µm by classification. 前記木粉の分級による粒径が70~80μmである、請求項1に記載のフィラメント。 2. The filament according to claim 1, wherein the wood flour has a particle size of 70 to 80 μm as determined by classification. 下記工程:
木材を粉砕処理し分級による粒径50~80μmの木粉とする工程、
フィラメント材料の総質量に対し、前記粉砕処理した木粉を10質量%~20質量%とし、
ポリ乳酸を70質量%~85質量%、及
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)を5質量%~10質量%
の量で含む組成物を、前記木粉と混合する工程、
前記混合工程で得られた混合物を押出成形する工程、
を含むことを特徴とする、3Dプリンタ用のフィラメントの製造方法
The following process:
A step of pulverizing wood and classifying it into wood powder having a particle size of 50 to 80 μm;
The pulverized wood flour is 10% to 20% by mass with respect to the total mass of the filament material,
70% by mass to 85% by mass of polylactic acid, and
5% to 10% by mass of polybutylene adipate terephthalate ( PBAT)
mixing with said wood flour a composition comprising in an amount of
extruding the mixture obtained in the mixing step;
A method of manufacturing a filament for a 3D printer, comprising :
JP2021187706A 2021-11-18 2021-11-18 filament material Active JP7158780B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021187706A JP7158780B1 (en) 2021-11-18 2021-11-18 filament material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021187706A JP7158780B1 (en) 2021-11-18 2021-11-18 filament material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7158780B1 true JP7158780B1 (en) 2022-10-24
JP2023074667A JP2023074667A (en) 2023-05-30

Family

ID=83721048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021187706A Active JP7158780B1 (en) 2021-11-18 2021-11-18 filament material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7158780B1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003183934A (en) 2001-12-12 2003-07-03 Unitica Fibers Ltd Biodegradable synthetic filament
JP2007515544A (en) 2003-12-22 2007-06-14 イーストマン ケミカル カンパニー Compatibilized blends of biodegradable polymers with improved rheology
JP2008239645A (en) 2007-03-23 2008-10-09 Aichi Prefecture Polylactic acid-based resin composition, method for producing the same and molded article
JP2009527592A (en) 2006-02-24 2009-07-30 ぺー・アガー・ベー・インドウストリアル・エシ・アー Environmentally degradable polymer blend and method for obtaining an environmentally degradable polymer blend
JP2013542292A (en) 2010-10-27 2013-11-21 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Use of polymer mixtures to produce slit film tape
CN108641319A (en) 2018-05-08 2018-10-12 华南农业大学 A kind of polylactic acid wood plastic composite and preparation method, application for 3D printing musical instrument
JP2021160807A (en) 2020-04-01 2021-10-11 アイ‐コンポロジー株式会社 Device for food product and container package, marine material, and marine biodegradable resin composition

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200071816A (en) * 2018-11-30 2020-06-22 롯데케미칼 주식회사 3-D Printing Polylactic Acid Filament Composition for Improving Surface Property and filament for 3-dimension printer using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003183934A (en) 2001-12-12 2003-07-03 Unitica Fibers Ltd Biodegradable synthetic filament
JP2007515544A (en) 2003-12-22 2007-06-14 イーストマン ケミカル カンパニー Compatibilized blends of biodegradable polymers with improved rheology
JP2009527592A (en) 2006-02-24 2009-07-30 ぺー・アガー・ベー・インドウストリアル・エシ・アー Environmentally degradable polymer blend and method for obtaining an environmentally degradable polymer blend
JP2008239645A (en) 2007-03-23 2008-10-09 Aichi Prefecture Polylactic acid-based resin composition, method for producing the same and molded article
JP2013542292A (en) 2010-10-27 2013-11-21 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Use of polymer mixtures to produce slit film tape
CN108641319A (en) 2018-05-08 2018-10-12 华南农业大学 A kind of polylactic acid wood plastic composite and preparation method, application for 3D printing musical instrument
JP2021160807A (en) 2020-04-01 2021-10-11 アイ‐コンポロジー株式会社 Device for food product and container package, marine material, and marine biodegradable resin composition

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023074667A (en) 2023-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102329436B (en) Plant powder based plastic pencil and manufacturing method thereof
EP2836558B1 (en) Degradable material from biological components
CN103772819B (en) A kind of preparation method of polypropylene powdered rice hulls foaming composite pallet
Patel et al. Physico-mechanical properties of sustainable Sagwan-Teak Wood Flour/Polyester Composites with/without gum rosin
CN108329529A (en) A kind of complete biodegradable copolymerization extrusion sheet raw material and product producing process
HU219389B (en) Moulding made from or including an environmentally acceptable material, a process for manufacturing the same and the use of said moulding
JPH09508422A (en) Method for producing molded body from biodegradable material and molded body
CN101914294A (en) Paper-imitating biodegradable resin and preparation method
JP2013107987A (en) Cellulose-combined thermoplastic resin and molding thereof
JP7158780B1 (en) filament material
US8338523B2 (en) Thermoplastic molding material and molded body made of the material
KR102163944B1 (en) Complex decomposable sheet or vacuum formed product capable of maintaining freshness
Chashchilov et al. Plant fibers and the application of polymer-composite materials based on them: a Review
JP2008255280A (en) Woody composite material and method for producing the same
KR20200071816A (en) 3-D Printing Polylactic Acid Filament Composition for Improving Surface Property and filament for 3-dimension printer using the same
US20200377732A1 (en) Lignocellulose- and cellulose-based bioproducts
JP4464229B2 (en) Carbon dioxide-reduced plastic molding
CA3149299A1 (en) Flexible wood composite material
CN110126036A (en) A kind of rodlike stalk micron particles and preparation method thereof
JP5241589B2 (en) Composition of lightweight clay and production method thereof
JP2001288295A (en) Biodegradable composition and its molded product
JP2017124506A (en) Woody resin molding material and method for producing woody resin molding
DE102010026532A1 (en) Filled molding compounds
KR20190111737A (en) Method for cat goods and manufacturing based on rice material
KR101336098B1 (en) Biodegradable products using natural ingredients cellulose forming method and Biodegradable products by same the methods

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220721

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220916

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220929

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7158780

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150