KR20170132012A - PI powder for SLS-3D printer and Manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SLS-3D 프린터용 PI 분말 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 기존에 SLS-3D 프린팅 소재로 적용하기 어려웠던 PI 소재의 결정성을 낮추고 이미드화도를 조절하여 SLS-3D 프린팅 소재로 적용이 가능케한 SLS-3D 프린터용 PI 분말 및 이를 상업적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a PI powder for an SLS-3D printer and a method of manufacturing the same, and more specifically, it relates to a PI powder for an SLS-3D printer, which can reduce the crystallinity of a PI material, The present invention relates to a PI powder for an SLS-3D printer which can be applied as an SLS-3D printing material, and a method for commercial production thereof.
Description
본 발명은 SLS(Selective laser sintering) 3D 인쇄에 사용되는 소재로서, 폴리이미드(PI) 기반의 SLS-3D 프린터용 분말 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a powder for a polyimide (PI) -based SLS-3D printer and a method of manufacturing the same, which is used for SLS (Selective Laser Sintering) 3D printing.
최근 3D 프린터의 활용가능성에 관심이 크게 늘고 있는데, 3D 프린터는 1984년 최초로 개발된 이래 현재에는 제품 모형에서부터 시제품까지 계속적으로 그 활용 범위가 증대하고 있다. 최근 들어, 미국을 비롯한 국가들에서 제조업의 글로벌 메가트렌드를 이끌 생산기술로 3D 프린팅(printing)을 발표하면서 3D 프린팅의 맞춤형 다품종 소량생산의 특징이 크게 주목 받고 있으며, 단순한 제조 공정을 뛰어 넘어 스포츠, 문화, 생명, 나노과학 등과의 융합기술이 이루어져, 보석류, 완구류, 패션 및 엔터테인먼트 산업과 기술적 난이도가 높은 자동차, 항공, 우주, 방위산업 및 의료기기 등 다양한 산업 분야에서 제품 개발에 활용되고 있다. 또한, 전 세계적으로 양분하고 있는 스트라타시스(stratasys)사의 원천기술 특허가 2014년 2월 만료되면서, 영국의 렙랩(RepRap)와 같은 오픈소스 프로젝트가 시작되었으며, 프린터 제작을 위한 중요한 기술적 자료들이 인터넷에 공유되면서 폭발적으로 이 분야가 활성화되고 있다. Recently, 3D printers have been increasingly interested in the possibility of using 3D printers. Since the first development of the 3D printers in 1984, the range of applications from product models to prototypes has been continuously increasing. Recently, the United States and other countries have announced 3D printing with production technology that will lead the global megatrend of manufacturing, and the feature of small quantity production of customized multi-product of 3D printing has been attracting much attention, It is used for product development in various industries such as automobile, aerospace, defense industry and medical equipment which have high technical difficulties such as jewelery, toys, fashion and entertainment industry and the fusion technology with culture, life and nano science. In addition, as the worldwide patent pending stratasys patent expires in February 2014, an open source project such as RepRap in the UK has begun, and important technical data for the production of printers have been uploaded to the Internet This area is exploding explosively as it is shared.
이와 같은 3D 프린터는 조형 방식에 따라 고체 기반의 압출적층인 FDM(fused deposition modeling), 파우더 기반의 SLS(Selective laser sintering), 3DP(Powder bed and inkjet head printing), EBM(Electron beam melting), 광경화성 액체 기반의 SLA(Stereolithography), DLP(Digital light processing), Polyjet(Photopolymer jetting), 라미네이트 방식의 LOM(Laminated object manufacturing)으로 크게 나뉘며, 이들 프린터를 이용하여 응융분야를 확장하기 위해서 프린팅에 사용되는 필라멘트, 파우더, 액체수지 등의 소재가 매우 중요한 역할을 한다.Such 3D printers can be classified as solid-based extrusion lamination FDM (fused deposition modeling), powder based SLS (selective laser sintering), 3DP (Powder bed and inkjet head printing), EBM These materials are divided into Stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP), Polyjet (Photopolymer jetting) and Laminated LOM (Laminated Object Manufacturing). These printers are used for printing Materials such as filaments, powders, and liquid resins play an important role.
파우더 기반의 SLS 프린팅은 광 빔(방향성 에너지 빔, 예를 들어 레이저)을 분말층의 미리 정해진 부분상에 조사하여 소결층을 반복적으로 형성시켜서 3차원 형상의 조형물을 제조하는 방법이며, 형성된 조형물 내에 많은 공간(구멍)을 갖는 상태 및/또는 금속 조성물이 실질적으로 완전히 용해되고 고형화된 상태, 즉 광 빔의 에너지 밀도를 조절하여 대략 100%의 밀도(소결밀도)를 가지는 상태를 포함하는 다양한 상태의 조형물을 얻는 것이 가능한 3D 프린팅 방식이다.Powder-based SLS printing is a method of manufacturing a three-dimensional shaped product by repeatedly forming a sintered layer by irradiating a light beam (directional energy beam, for example laser) onto a predetermined portion of the powder layer, Including a state having a large number of voids (holes) and / or a state in which the metal composition is substantially completely dissolved and solidified, that is, a state having a density (sintered density) of about 100% It is a 3D printing method that can obtain a sculpture.
SLS-3D 프린팅 소재로서, 금속 분말, 고분자 분말 등 다양한 소재가 사용되고 있으며, 최근 슈퍼플라스틱 소재인 폴리이미드를 3D프린팅 소재로 적용하는 경우가 있다. 그러나, 폴리이미드를 SLS-3D 프린팅 소재로 적용한 제품은 아직 선보이지 못하고 있는 실정인데, 이는 폴리아미드 및/또는 폴리이미드 파우더는 용융흐름성이 좋지 않아서 가공성이 낮고, 성형물의 낮은 강도로 인해 고강도 부품 제조가 불가능하여 SLS-3D 인쇄가 제한적이고, 낮은 팩킹 밀도(Packing density)로 인해 원재료 물성 구현이 어려운 문제가 있기 때문이다.Various materials such as metal powders and polymer powders are used as SLS-3D printing materials, and polyimide, which is a super plastic material, is recently applied as a 3D printing material. However, polyimide is not yet applied to SLS-3D printing materials because polyamide and / or polyimide powder has poor processability due to poor melt flowability and high strength parts SLS-3D printing is limited due to the impossibility of manufacturing, and it is difficult to realize material properties due to low packing density.
본 발명자들은 오랜 연구 끝에 폴리이미드의 결정성을 낮추거나 없애고, 폴리이미드의 이미드화도를 조절하면 SLS-3D 프린팅시, 폴리이미드 분말의 적정 용융 흐름성을 확보 및 소재의 팩킹 밀도를 확보할 수 있고, 폴리아믹산이 폴리이미드로 전환시 발생되는 수분 제거를 위해 상용성이 다른 m-크레졸 등의 용매를 혼합 사용하지 않아도 됨을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명은 SLS-3D 프린터용 소재로 적용이 가능한 폴리이미드 분말 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present inventors have found that when the crystallinity of the polyimide is lowered or eliminated and the degree of imidization of the polyimide is controlled, it is possible to secure the proper melt flowability of the polyimide powder during SLS-3D printing and secure the packing density of the material And it is found that a solvent such as m-cresol having different compatibility is not required to be used in order to remove water generated when the polyamic acid is converted into polyimide, thereby completing the present invention. That is, the present invention provides a polyimide powder applicable as a material for an SLS-3D printer and a method of manufacturing the same.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 SLS-3D 프린터용 소재는 하기 화학식 1로 표시되는 디아민 및 하기 화학식 2로 표시되는 산무수물을 중합반응시킨 폴리아믹산 수지가 이미드화된 폴리이미드 분말이다In order to solve the above-mentioned problems, the material for an SLS-3D printer of the present invention is a polyimide powder imidized with a polyamic acid resin obtained by polymerizing a diamine represented by the following formula (1) and an acid anhydride represented by the following formula
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1에 있어서, A는 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기, , , 또는 이며, 상기 R1은 수소원자, C1 ~ C3의 알킬기, -OH 또는 -COOR2이고, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 알킬기이며,In formula (1), A represents a straight chain alkylene group of C1 to C5, a branched alkylene group of C3 to C5, , , or R 1 is a hydrogen atom, a C 1 to C 3 alkyl group, -OH or -COOR 2 , R 2 is a hydrogen atom or a
[화학식 2](2)
화학식 2에 있어서, B는 산소원자 또는 이고, R3는 수소원자, 메틸기, -CH2F, -CHF2 또는 -CF3이다.In formula (2), B represents an oxygen atom or And R 3 is a hydrogen atom, a methyl group, -CH 2 F, -CHF 2 or -CF 3 .
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 화학식 1의 A는 , 또는 이고, R1은 수소원자 또는 COOR2이고, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C2의 알킬기일 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, A in the above formula , or , R 1 is a hydrogen atom or COOR 2 , and R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 화학식 2의 B는 산소원자 또는 이고, R3는 CH2F, -CHF2 또는 -CF3일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, B in the above formula (2) is an oxygen atom or And R 3 can be CH 2 F, -CHF 2 or -CF 3 .
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 폴리아믹산 수지는 상기 디아민 및 산무수물은 1 : 1 ~ 1.4 몰비로 중합반응시킨 것일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyamic acid resin may be one obtained by polymerizing the diamine and the acid anhydride in a molar ratio of 1: 1 to 1.4.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 폴리아믹산 수지는 고형분 함량이 18 ~ 25 중량%일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyamic acid resin may have a solid content of 18 to 25% by weight.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 폴리이미드는 무정형 구조의 폴리이미드이고, 이미드화도가 50% ~ 85%일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyimide is an amorphous polyimide, and the imidization degree may be 50% to 85%.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 폴리이미드 분말은 크기가 0.1 ㎛ ~ 200㎛인 입자(분말)을 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyimide powder may include particles (powders) having a size of 0.1 mu m to 200 mu m.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 폴리이미드 분말은 입자 분포도가 D10이 10㎛ ~ 20㎛이고, D50이 20㎛ ~ 40㎛이며, D90이 40 ~ 60㎛일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyimide powder may have a particle size distribution D10 of 10 mu m to 20 mu m, a D50 of 20 mu m to 40 mu m, and a D90 of 40 mu m to 60 mu m.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 폴리이미드 분말은 녹는점(Tm)이 310℃ ~ 350℃이고, 열분해온도(Td 5중량%)가 570℃ ~ 590℃일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyimide powder may have a melting point (T m ) of 310 ° C. to 350 ° C. and a thermal decomposition temperature (T d 5 wt%) of 570 ° C. to 590 ° C.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 폴리이미드 분말은 겉보기밀도(Apparent density)가 0.300 이상이고, 탭 밀도(tap density)가 0.400 이상일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyimide powder may have an apparent density of 0.300 or more and a tap density of 0.400 or more.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 SLS-3D 프린터용 소재인 폴리이미드 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 용매에 하기 화학식 1로 표시되는 디아민 및 하기 화학식 2로 표시되는 산무수물을 중합반응시켜서 폴리아믹산 수지를 제조하는 1단계; 폴리아믹산 수지를 숙성시키는 2단계; 숙성된 폴리아믹산 수지를 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 고형체를 제조하는 3단계; 폴리이미드 고형체를 세척하여 미반응 단량체 및 불순물을 제거하는 4단계; 세척한 폴리이미드 고형체를 열처리하여 용매를 제거하는 5단계; 열처리한 폴리이미드 고형체를 분쇄시켜서 분말화시키는 6단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a polyimide powder as a material for SLS-3D printer described above, wherein a diamine represented by the following general formula (1) and an acid anhydride represented by the following general formula (2) A step of preparing a resin; A step of aging the polyamic acid resin; A third step of preparing a polyimide solid by performing an imidation reaction on the aged polyamic acid resin; Washing the polyimide solid to remove unreacted monomers and impurities; A fifth step of heat-treating the washed polyimide solid to remove the solvent; And 6) pulverizing and solidifying the heat-treated polyimide solid body.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
화학식 1에 있어서, A는 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기, , , 또는 이며, 상기 R1은 수소원자, C1 ~ C3의 알킬기, -OH 또는 -COOR2이고, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 알킬기이며,In formula (1), A represents a straight chain alkylene group of C1 to C5, a branched alkylene group of C3 to C5, , , or R 1 is a hydrogen atom, a C 1 to C 3 alkyl group, -OH or -COOR 2 , R 2 is a hydrogen atom or a
[화학식 2](2)
화학식 2에 있어서, B는 산소원자 또는 이고, R3는 수소원자, 메틸기, -CH2F, -CHF2 또는 -CF3이다.In formula (2), B represents an oxygen atom or And R 3 is a hydrogen atom, a methyl group, -CH 2 F, -CHF 2 or -CF 3 .
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 1단계의 용매는 NMP(N-methylpyrrolidone), NEP(N-ethylpyrrolidone), DMAc(Dimethylacetamide), 3-메톡시-N,N-다이메티프로피온아마이드(3-Metoxy-N,N-Dimethylpropionamide) 또는 3-뷰톡시-N,N-다이메틸프로피온아마이드(3-butoxy-N,N-Dimethylpropionamide)를 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the solvent of the first step is at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone (NMP), N-ethylpyrrolidone (NEP), dimethylacetamide (DMAc), 3-methoxy- Methoxy-N, N-dimethylpropionamide or 3-butoxy-N, N-dimethylpropionamide.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 1단계의 상기 폴리아믹산 수지는 상기 디아민 및 산무수물은 1 : 1 ~ 1.4 몰비로 중합반응시킨 것일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyamic acid resin of the first stage may be one obtained by polymerizing the diamine and the acid anhydride in a molar ratio of 1: 1 to 1.4.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 1단계의 폴리아믹산 수지는 고형분 함량이 18 ~ 25 중량%일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the polyamic acid resin of the first step may have a solid content of 18 to 25% by weight.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 2단계의 숙성은 130℃ ~ 150℃ 하에서 1시간 ~ 3시간 동안 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the two stages of aging can be carried out at 130 ° C to 150 ° C for 1 hour to 3 hours.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 이미드화 반응은 180℃ ~ 210℃ 하에서 1시간 ~ 3시간 동안 수행할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the imidization reaction in three steps can be carried out at 180 ° C to 210 ° C for 1 hour to 3 hours.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 5단계의 열처리는 220℃ ~ 250℃ 하에서 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the heat treatment in five steps may be performed at 220 ° C to 250 ° C.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 6단계의 분말화는 ACM(Air Classifying Mill), HSM(High Speed Mill) 또는 TAM(Tubo Air Mill)로 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the 6-step pulverization can be carried out using ACM (Air Classifying Mill), HSM (High Speed Mill) or TAM (Tubo Air Mill).
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 6단계의 분말화된 폴리이미드는 이미드화도가 50% ~ 85%인 무정형 구조의 폴리이미드일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the powdered polyimide in six steps may be an amorphous polyimide having an imidization degree of 50% to 85%.
본 발명의 SLS-3D 프린터용 소재인 폴리이미드 분말 제조방법은 폴리이미드 분말 제조시, 이미드화 공정에서 발생하는 수분제거를 위한 m-크레졸 등의 상용성을 저해하는 용매를 사용하지 않으며, 이렇게 제조된 폴리이미드 분말은 결정성이 낮기 때문에 용융흐름성 및 용융가공성이 우수하며, 또한, 본 발명의 폴리이미드 분말은 최적의 이미드화도를 가져서 SLS 3D 프린팅(printing)시 발생하는 보이드(void)발생을 최소화 및/또는 방지할 수 있으며, 높은 겉보기밀도 및 탭 밀도를 가져서 우수한 팩킹성(packing)성을 가지는 바, 고강도 및 고내열성의 프린팅 성형물을 제공할 수 있는 발명이다.The polyimide powder producing method of the SLS-3D printer according to the present invention does not use a solvent which inhibits the compatibility of m-cresol or the like for removing water generated in the imidization process when producing the polyimide powder, The polyimide powder of the present invention has an optimal imidization degree and thus voids generated during the SLS 3D printing process. In addition, the polyimide powder of the present invention is excellent in melt flowability and melt processability because of low crystallinity, Can be minimized and / or prevented, has high apparent density and tap density, and has excellent packing properties. Accordingly, it is an invention capable of providing a printing mold having high strength and high heat resistance.
도 1은 실시예 1에서 제조한 PI 분말의 주사전자현미경 측정 사진이다.
도 2는 비교예 1에서 제조한 PI 분말의 주사전자현미경 측정 사진이다.
도 3은 비교예 2에서 제조한 PI 분말의 주사전자현미경 측정 사진이다.
도 4는 비교예 3에서 제조한 PI 분말의 주사전자현미경 측정 사진이다.
도 5는 실험예 5에서 측정한 실시예 1과 비교예 2의 XRD 측정 결과이다.
도 6은 실험예 6에서 측정한 실시예 1과 비교예 2의 이미드화도 평가결과이다.
도 7a는 제조예 1에서 제조한 SLS-3D 프린팅 성형물 사진이고, 도 7b는 비교제조예 1에서 제조한 SLS-3D 프린팅 성형물 사진이다.1 is a scanning electron microscope photograph of the PI powder prepared in Example 1. Fig.
2 is a scanning electron microscope photograph of the PI powder prepared in Comparative Example 1. Fig.
3 is a scanning electron microscope photograph of the PI powder prepared in Comparative Example 2. Fig.
4 is a scanning electron microscope photograph of the PI powder prepared in Comparative Example 3. Fig.
5 shows the results of XRD measurements of Example 1 and Comparative Example 2 measured in Experimental Example 5.
6 shows the imidation degree evaluation results of Example 1 and Comparative Example 2 measured in Experimental Example 6. Fig.
FIG. 7A is a photograph of the SLS-3D printing formed product manufactured in Production Example 1, and FIG. 7B is a photograph of the SLS-3D printing molded product manufactured in Comparative Production Example 1. FIG.
본 발명에서 사용하는 용어인 "C1", "C2" 등은 탄소수를 의미하는 것으로서, 예를 들어 "C1 ~ C5의 알킬기"는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기를 의미한다. The term " C1 ", "C2 ", etc. used in the present invention means a carbon number. For example," C1 to C5 alkyl "means an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
또한, 본 발명에서 ""로 표현된 화학식에서 "*"표시는 치환기가 연결되는 부위를 의미한다.Further, in the present invention, Quot; in the chemical formula represented by "" means a site to which a substituent is connected.
이하에서는 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말을 더욱 구체적으로 설명을 한다.Hereinafter, the PI powder for SLS-3D printer of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 용매에 하기 화학식 1로 표시되는 디아민 및 하기 화학식 2로 표시되는 산무수물을 중합반응시켜서 폴리아믹산 수지를 제조하는 1단계; 폴리아믹산 수지를 숙성시키는 2단계; 숙성된 폴리아믹산 수지를 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 고형체를 제조하는 3단계; 폴리이미드 고형체를 세척하여 미반응 단량체 및 불순물을 제거하는 4단계; 세척한 폴리이미드 고형체를 열처리하여 용매를 제거하는 5단계; 및 열처리한 폴리이미드 고형체를 분쇄시켜서 분말화시키는 6단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.The PI powder for an SLS-3D printer of the present invention comprises the steps of: 1) preparing a polyamic acid resin by polymerizing a diamine represented by the following formula (1) and an acid anhydride represented by the following formula (2) in a solvent; A step of aging the polyamic acid resin; A third step of preparing a polyimide solid by performing an imidation reaction on the aged polyamic acid resin; Washing the polyimide solid to remove unreacted monomers and impurities; A fifth step of heat-treating the washed polyimide solid to remove the solvent; And 6) pulverizing and pulverizing the heat-treated polyimide solid body.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에 있어서, A는 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기, , , 또는 이며, 바람직하게는 , 또는 이고, 더욱 바람직하게는 이다. 그리고, 화학식 1의 상기 R1은 수소원자, C1 ~ C3의 알킬기, -OH 또는 -COOR2이고, 바람직하게는 수소원자 또는 COOR2이고, 더욱 바람직하게는 수소원자이다. 또한, 상기 R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 알킬기이며, 바람직하게는 수소원자이다.In
[화학식 2](2)
상기 화학식 2에 있어서, B는 산소원자 또는 이고, 바람직하게는 산소원자이다. 그리고, R3는 -CHF2 또는 -CF3이다.In the general formula (2), B represents an oxygen atom or And is preferably an oxygen atom. And R 3 is -CHF 2 or -CF 3 .
1단계는 폴리아믹산을 합성하는 단계로서, 상기 용매는 NMP(N-methylpyrrolidone), NEP(N-ethylpyrrolidone), DMAc(Dimethylacetamide), 3-메톡시-N,N-다이메티프로피온아마이드(3-Metoxy-N,N-Dimethylpropionamide) 또는 3-뷰톡시-N,N-다이메틸프로피온아마이드(3-butoxy-N,N-Dimethylpropionamide)를, 바람직하게는 NMP, Mac, 3-메톡시-N,N-다이메티프로피온아마이드 또는 3-뷰톡시-N,N-다이메틸프로피온아마이드를 사용하는 것이 좋다.
그리고, 1단계의 중합반응은 상기 디아민을 용매에 투입한 후, 상기 산무수물을 온도 15℃ ~ 35℃ 하에서, 바람직하게는 18℃ ~ 30℃ 하에서 분할 투입 및 중합반응 수행하여 폴리아믹산 수지를 제조할 수 있다.In the first step polymerization, the diamine is added to a solvent, and then the acid anhydride is added and polymerized at a temperature of 15 ° C to 35 ° C, preferably 18 ° C to 30 ° C to prepare a polyamic acid resin can do.
이때, 상기 디아민 및 산무수물의 사용량은 1 : 1 ~ 1.4 몰비, 바람직하게는 1 : 1 ~ 1.2 몰비로 사용 및 중합반응을 시키는 것이 좋으며, 산무수물 사용량이 1 몰비 미만이면 중합반응물의 중량평균분자량이 너무 낮아서 이미드화 반응 시 이미드화율이 50% 이하로 저하되는 문제가 있을 수 있고, 1.4 몰비를 초과하여 사용하는 것은 미반응 산무수물이 과도하게 발생하므로 상기 범위 내로 디아민 및 산무수물을 사용 및 중합반응시키는 것이 좋다.The amount of the diamine and the acid anhydride to be used is preferably from 1: 1 to 1.4, more preferably from 1: 1 to 1.2, and the amount of the acid anhydride is less than 1 mol, Is too low to cause the imidization rate to drop to 50% or less in the imidization reaction, and if it exceeds 1.4 molar ratio, the unreacted acid anhydride is excessively generated. Therefore, the use of the diamine and the acid anhydride within the above- Polymerization is preferred.
이렇게 제조된 폴리아믹산 수지는 고형분 함량이 18 ~ 25 중량%, 바람직하게는 18 ~ 23 중량%로 포함할 수 있다.The polyamic acid resin thus prepared may have a solid content of 18 to 25% by weight, preferably 18 to 23% by weight.
2단계는 1단계에서 제조한 폴리아믹산 수지를 이미드화 하기 위하여 숙성시키는 단계로서, 1단계에서 제조한 폴리아믹산 수지를 130℃ ~ 150℃, 바람직하게는 135℃ ~ 145℃ 하에서 1시간 ~ 3시간 동안 방치하여 숙성시킬 수 있다. 이때, 숙성 온도가 130℃ 미만이면 이미드화율이 감소하는 문제가 있을 수 있고, 숙성 온도가 150℃를 초과하면 고형화 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 온도 범위 하에서 숙성을 수행하는 것이 좋다.Step 2 is a step of aging the polyamic acid resin prepared in
3단계는 숙성시킨 폴리아믹산 수지를 이미드화 반응시켜서 폴리이미드 고형체를 제조하는 공정으로서, 이미드화 반응은 180℃ ~ 210℃ 하에서, 바람직하게는 185℃ ~ 200℃ 하에서 1시간 ~ 3시간 동안 수행하는 것이 좋다. 이때, 이미드화 반응 온도가 180℃ 미만이면 이미드화 반응이 너무 오래 걸릴뿐만 아니라, 이미드화가 너무 적게 되어 폴리이미드 고형체의 이미드화가 너무 낮아서 반응 도중 고형화 되는 문제가 있을 수 있고, 210℃를 초과하면 이미드화가 너무 진행되어 폴리이미드 고형체의 이미드화가 너무 높아서 미반응 단량체의 탄화가 발생하는 문제가 있을 수 있다.Step 3 is a step of preparing a polyimide solid by subjecting an aged polyamic acid resin to an imidation reaction. The imidization reaction is carried out at 180 ° C to 210 ° C, preferably at 185 ° C to 200 ° C for 1 hour to 3 hours It is good to do. If the imidization reaction temperature is lower than 180 deg. C, the imidization reaction takes too long, the imidization is too small, and the imidization of the polyimide solid is too low to solidify during the reaction. The imidization proceeds too much, and the imidization of the polyimide solid is too high, so that carbonization of unreacted monomers may occur.
4단계는 3단계에서 제조한 폴리이미드 고형체의 미반응 단량체 및 불순물을 제거하는 단계로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 세척 방법으로 수행할 수 있으며, 구체적인 일례를 들면, 폴리이미드 고형체를 아세톤에 침전시키고, 이를 꺼내서 세척을 수행할 수 있고, 이러한 작업을 여러 번 반복 수행하여 세척을 수행할 수 있다. Step 4 is a step of removing the unreacted monomers and impurities of the polyimide solid produced in Step 3 and may be carried out by a general washing method used in the art. For example, polyimide solid is dissolved in acetone And the cleaning can be carried out by repeating this operation several times.
5단계는 용매에 잔존하는 세척액, 잔존 용매, 수분 등의 제거를 위해 열처리를 수행하는 공정으로서, 당업계에서 사용하는 일반적인 열건조처리 공정으로 수행할 수 있으며, 구체적인 일례를 들면, 세척한 폴리이미드 고형체를 220℃ ~ 250℃의 오븐에 투입하여 수행할 수 있다.Step 5 is a step of performing a heat treatment for removing a cleaning solution remaining in the solvent, a residual solvent, moisture, and the like, and may be performed by a general heat drying process used in the related art. As a specific example, The solid body can be put into an oven at 220 ° C to 250 ° C.
6단계는 5단계의 PI 고형체를 분말화시키는 공정으로서, 분말화 방법은 PI 고형체를 고르게 분쇄시킬 수 있는 방법이라면 특별히 한정하지 않으나, ACM(Air Classifying Mill), HSM(High Speed Mill) 또는 TAM(Tubo Air Mill)로 분쇄시켜서 분말화시키는 것이 바람직하다.Step 6 is a step of pulverizing the PI solid of step 5, and the pulverization method is not particularly limited as long as it is capable of pulverizing the PI solid body evenly. However, the method of pulverizing the PI solid is not limited to ACM (Air Classifying Mill), HSM (Tubo Air Mill) to be powdered.
이렇게 분말화되어 제조한 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 이미드화도가 50% ~ 85%, 바람직하게는 이미드화도가 54% ~ 80%인 무정형 구조의 폴리이미드로서, 반결정형 보다 강도가 다소 감소하나, 용융가공성이 매우 우수하다.The PI powder for an SLS-3D printer of the present invention prepared by pulverization as described above is an amorphous polyimide having an imidization degree of 50% to 85%, preferably an imidization degree of 54% to 80% The strength is somewhat reduced, but the melt processability is excellent.
그리고, 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 입자크기 0.1 ㎛ ~ 200㎛의 분말을 포함하고, 바람직하게는 입자크기 10 ㎛ ~ 200㎛의 분말을 포함하며, 더욱 바람직하게는 입자크기 10 ㎛ ~ 100㎛의 분말을 포함한다.The PI powder for an SLS-3D printer of the present invention includes a powder having a particle size of 0.1 to 200 탆, preferably a powder having a particle size of 10 to 200 탆, more preferably a particle size of 10 탆 To 100 [mu] m.
또한, 상기 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 입자 분포도가 D10이 10㎛ ~ 20㎛이고, D50이 20㎛ ~ 40㎛이며, D90이 40 ~ 60㎛일 수 있으며, 바람직하게는 입자 분포도가 D10이 11.5㎛ ~ 18㎛이고, D50이 22㎛ ~ 35㎛이며, D90이 37 ~ 60㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 입자 분포도가 D10이 12㎛ ~ 15㎛이고, D50이 24㎛ ~ 30㎛이며, D90이 38 ~ 50㎛일 수 있다. The PI powder for the SLS-3D printer may have a particle size distribution D10 of 10 to 20 占 퐉, a D50 of 20 to 40 占 퐉, a D90 of 40 to 60 占 퐉, 11.5 占 퐉 to 18 占 퐉, D50 of 22 占 퐉 to 35 占 퐉, D90 of 37 to 60 占 퐉, more preferably D10 of 12 占 퐉 to 15 占 퐉, and D50 of 24 占 퐉 to 30 占 퐉 , And D90 may be 38 to 50 mu m.
따라서, 입자 분포도가 좁으며, 입자형태가 구형에 가깝기 때문에 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 높은 부피 밀도 및 탭 밀도를 가질 수 있다.Therefore, the PI powder for the SLS-3D printer of the present invention can have a high bulk density and a tap density because the particle distribution is narrow and the particle shape is close to spherical.
구체적으로는 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 부피밀도(bulk density)가 0.420 이상, 바람직하게는 0.425 ~ 0.480일 수 있다. 또한, 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 탭 밀도(tap density)가 0.600 이상, 바람직하게는 0.620 ~ 0.690일 수 있다. 따라서, 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 높은 부피 밀도 및 탭 밀도로 인해 팩킹성이 매우 우수하다.Specifically, the PI powder for SLS-3D printer of the present invention may have a bulk density of 0.420 or more, preferably 0.425 to 0.480. In addition, the PI powder for SLS-3D printer of the present invention may have a tap density of 0.600 or more, preferably 0.620 to 0.690. Therefore, the PI powder for SLS-3D printer of the present invention has excellent packing property due to high bulk density and tap density.
또한, 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말은 녹는점(Tm)이 310℃ ~ 350℃, 바람직하게는 315℃ ~ 340℃일 수 있고, 열분해온도(Td 5중량%)가 570℃ ~ 590℃, 바람직하게는 575℃ ~ 590℃일 수 있다.The PI powder for the SLS-3D printer of the present invention may have a melting point (T m ) of 310 ° C. to 350 ° C., preferably 315 ° C. to 340 ° C., and a pyrolysis temperature (T d 5 wt% ) of 570 ° C. To 590 캜, preferably from 575 캜 to 590 캜.
앞서 설명한 본 발명의 SLS-3D 프린터용 PI 분말을 이용하여 제조한 SLS-3D 프린터 성형물은 성형성이 우수하고, 3D 프린팅시 보이드 발생이 없거나, 거의 없기 때문에 인장강도 등의 기계적 물성이 매우 우수하다.The SLS-3D printer molded product manufactured using the PI powder for the SLS-3D printer of the present invention described above has excellent moldability and excellent mechanical properties such as tensile strength because there is no or little void in 3D printing .
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.
[[ 실시예Example ] ]
실시예Example 1 : One : SLSSLS -3D프린터용 PI 분말의 제조Manufacture of PI powder for -3D printer
1L 이중자켓 반응조에 560g의 NMP와 하기 화학식 1-1로 표시되는 디아민 67.911을 넣고 20℃의 온도에서 150rpm의 속도로 30분간 교반 후, 하기 화학식 2-1로 표시되는 산무수물 72.907g을 3회 소분하여 투입하였다. 마지막 산무수물을 투입 후 3 시간 동안 교반을 진행하였으며, 이때 산무수물과 디아민의 몰비는 1.02 : 1였다. 560 g of NMP and the diamine 67.911 represented by the following formula 1-1 were added to a 1 L double jacket reaction tank and stirred at a temperature of 20 ° C and a speed of 150 rpm for 30 minutes. Then, 72.907 g of an acid anhydride represented by the following formula And then subdivided. Stirring was continued for 3 hours after the last acid anhydride was added, and the molar ratio of the acid anhydride to the diamine was 1.02: 1.
1L 비커형 반응조에 NMP및 20 중량% 고형분으로 중합된 PAA(poly amic acid) 바니쉬를 넣은 후, 상온(24℃~25℃)에서 140℃까지 승온시킨 다음, 140℃에서 2시간 숙성시켰다. 숙성시키는 동안 PI 분말은 형성되지 않았다.NMP and PAA (poly amic acid) varnish polymerized with 20 wt% solids were placed in a 1 L beaker type reactor, and then the temperature was raised from room temperature (24 ° C to 25 ° C) to 140 ° C and then aged at 140 ° C for 2 hours. No PI powder was formed during aging.
다음으로, 이를 190℃까지 승온 후 190℃에서 2시간 동안 이미드화 반응시켰다.Next, the temperature was raised to 190 캜 and imidized at 190 캜 for 2 hours.
다음으로 이미드화 반응생성물을 3L의 아세톤(Acetone)에 침전시켰으며 6회 세척을 통해 미반응 단량체 및 불순물을 제거하여 PI 고형체를 얻었다.Next, the imidation reaction product was precipitated in 3 liters of acetone and washed 6 times to remove unreacted monomers and impurities to obtain a PI solid.
다음으로, 상기 PI 고형체를 240℃에서 열처리하여 용매를 제거하였다.Next, the PI solid was heat-treated at 240 ° C to remove the solvent.
다음으로, 열처리한 PI 고형체를 ACM(Air Classifying Mill)로 밀 스피드(Mill Speed) 12,000rpm으로 20분간 분쇄를 수행하여 옅은 갈색의 PI 분말을 얻었다.Next, the heat-treated PI solid was pulverized with an ACM (Air Classifying Mill) at a Mill Speed of 12,000 rpm for 20 minutes to obtain a pale brown PI powder.
[화학식 1-1][Formula 1-1]
화학식 1-1에 있어서, A는 이며, 상기 R1은 수소원자이다.In formula (1-1), A represents And R < 1 > is a hydrogen atom.
[화학식 2-1][Formula 2-1]
화학식 2에 있어서, B는 산소원자이다.In formula (2), B is an oxygen atom.
비교예Comparative Example 1 One
1L 이중자켓 반응조에 560g의 NMP와 상기 실시예 1의 화학식 1-1로 표시되는 디아민 69.780g을 넣고 20℃의 온도에서 150rpm의 속도로 30분간 교반 후 BPDA(biphenyl-tetracarboxylic acid dianhydride) 71.634g을 3회 소분하여 투입하였다. 마지막 BPDA 을 투입 후 3 시간 동안 교반을 진행하였으며, 이때 산무수물과 디아민의 몰비는 1.02 : 1였다. 560 g of NMP and 69.780 g of the diamine represented by the formula 1-1 of Example 1 were added to a 1 L double jacket reaction vessel and stirred at a temperature of 20 ° C at a speed of 150 rpm for 30 minutes. Then, 71.634 g of BPDA (biphenyl-tetracarboxylic acid dianhydride) 3 times. Stirring was continued for 3 hours after the addition of the last BPDA, wherein the molar ratio of acid anhydride to diamine was 1.02: 1.
1L 비커형 반응조에 NMP및 20 중량% 고형분으로 중합된 PAA(poly amic acid) 바니쉬를 넣은 후, 상온(24℃~25℃)에서 140℃까지 승온시킨 다음, 140℃에서 2시간 숙성시켰다. NMP and PAA (poly amic acid) varnish polymerized with 20 wt% solids were placed in a 1 L beaker type reactor, and then the temperature was raised from room temperature (24 ° C to 25 ° C) to 140 ° C and then aged at 140 ° C for 2 hours.
다음으로, 이를 190℃까지 승온 후 190℃에서 2시간 동안 이미드화 반응시켰다.Next, the temperature was raised to 190 캜 and imidized at 190 캜 for 2 hours.
다음으로 이미드화 반응생성물을 3L의 아세톤(Acetone)에 침전시켰으며 6회 세척을 통해 미반응 단량체 및 불순물을 제거하여 PI 고형체를 얻었다.Next, the imidation reaction product was precipitated in 3 liters of acetone and washed 6 times to remove unreacted monomers and impurities to obtain a PI solid.
다음으로, 상기 PI 고형체를 240℃에서 열처리하여 용매를 제거하였다.Next, the PI solid was heat-treated at 240 ° C to remove the solvent.
다음으로, 열처리한 PI 고형체를 파우더 믹서기(Powder Mixer)를 사용하여 14,000rpm으로 2 분간, 공전 300rpm 하에서 30초간 처리하여 노란색의 PI 분말을 얻었다.Next, the heat-treated PI solid was treated at 14,000 rpm for 2 minutes and at 300 rpm for 30 seconds using a Powder Mixer to obtain yellow PI powder.
비교예Comparative Example 2 2
1L 이중자켓 반응조에 392g의 m-크레졸(m-Cresol)과 168g의 NMP를 60℃에서 150rpm의 속도로 1시간 교반하여 혼합용매를 만들었다. 392 g of m-cresol (m-Cresol) and 168 g of NMP were stirred in a 1 L double jacket reactor at 60 ° C and 150 rpm for 1 hour to prepare a mixed solvent.
다음으로, 혼합용매에 상기 실시예 1의 화학식 1-1로 표시되는 디아민 69.780 g를 넣고 60℃의 온도에서 150rpm의 속도로 30 분간 교반 후, BPDA 71.634g을 3회 소분하여 투입하였다. 마지막 BPDA 투입 후 3 시간 동안 교반을 진행하였으며, 이때 산무수물과 디아민의 몰비는 1.02 : 1였다. Subsequently, 69.780 g of the diamine represented by the formula 1-1 of Example 1 was added to the mixed solvent, stirred at a temperature of 60 ° C at a speed of 150 rpm for 30 minutes, and then 71.634 g of BPDA was subdivided into three times. Stirring was continued for 3 hours after the last BPDA addition, wherein the molar ratio of acid anhydride to diamine was 1.02: 1.
다음으로, 1L 비커형 반응조에 NMP 및 20 중량% 고형분으로 중합된 PAA 바니쉬를 넣은 후, 상온(24℃~25℃)에서 140℃까지 승온시킨 다음, 140℃에서 2시간 숙성시켰다.Next, NMP and a PAA varnish polymerized with 20 wt% solids were placed in a 1 L beaker type reactor, and then the temperature was raised from room temperature (24 캜 to 25 캜) to 140 캜, followed by aging at 140 캜 for 2 hours.
숙성시, PI 분말이 일부 형성되었으며, 입자크기를 증가시키기 위하여 이를 200℃까지 재승온 후 200℃에서 2시간 이미드화 반응시켰다.During aging, PI powder was partially formed. In order to increase the particle size, it was re-reacted to 200 ° C and imidized at 200 ° C for 2 hours.
다음으로 이미드화 반응생성물을 3L의 아세톤에 침전하였으며 3회 세척을 통해 미반응 단량체 및 불순물을 제거하여 PI 분말을 얻었다Next, the imidation reaction product was precipitated in 3 L of acetone and washed three times to remove unreacted monomers and impurities to obtain PI powder
다음으로, 상기 PI 고형체를 240℃에서 열처리하여 용매를 제거하여 노란색의 PI 분말을 얻었다.Next, the PI solid was heat-treated at 240 ° C to remove the solvent, thereby obtaining yellow PI powder.
비교예Comparative Example 3 3
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 열처리한 PI 고형체를 비교예 1과 동일한 조건으로 분쇄하여 옅은 갈색의 PI 분말을 얻었다.The PI solid produced by the same method as in Example 1, and the heat-treated PI solid were pulverized under the same conditions as in Comparative Example 1 to obtain pale brown PI powder.
실험예Experimental Example 1 : 폴리이미드 분말의 녹는점( 1: melting point of the polyimide powder ( TT mm ) 및 열분해온도(T) And the thermal decomposition temperature (T dd )측정)Measure
상기 실시예 1 및 비교예 1 ~ 비교예 3에서 제조한 PI 분말의 녹는점 을 DSC를 사용하여 측정하였고, 무게감소 5 중량% 부분의 열분해온도를 TGA를 사용하여 측정한 후 하기 표 1에 나타내었다.The melting point of the PI powder prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using DSC, and the thermal decomposition temperature of the weight reduction 5 wt% portion was measured using TGA. .
((
TT
mm
, ℃), ° C)
(T(T
dd
, ℃), ° C)
실험예Experimental Example 2 : 폴리이미드 분말의 입자분포도 측정 2: Measurement of particle distribution of polyimide powder
상기 실시예 1 및 비교예 1 ~ 비교예 3에서 제조한 PI 분말의 입도분석기를 사용하여 입자분포도를 측정하였으며 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The particle distribution of the PI powder prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was measured using a particle size analyzer. The results are shown in Table 2 below.
실험예Experimental Example 3 : 폴리이미드 분말의 겉보기밀도 및 탭 밀도 측정 3: Measurement of apparent density and tap density of polyimide powder
상기 실시예 1 및 비교예 1 ~ 비교예3에서 제조한 PI 분말의 겉보기 밀도(Apparent density) 및 탭 밀도(tap density)를 ASTM D 1895 및 ISO 3953 방법에 의거하여 측정하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Apparent density and tap density of the PI powder prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were measured according to ASTM D 1895 and ISO 3953, Respectively.
실험예Experimental Example 4 : 폴리이미드 분말의 형태(Morphology) 측정 4: Morphology measurement of polyimide powder
실시예 1, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 PI 분말의 주사전자현미경 측정 사진을 도 1 ~ 도 4에 각각 순서대로 나타내었다.Samples of the PI powders of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 were shown in the order of FIGS. 1 to 4, respectively.
도 1의 사진을 보면 입자가 매우 조밀하지만, 도 1과 비교할 때, 도 2 ~ 도 4의 입자는 그 크기가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다.The photograph of FIG. 1 shows that the particles are very dense, but the particles of FIGS. 2 to 4 are relatively large in comparison with those of FIG. 1.
이를 통해서 실시예 1의 분말이 조밀한 입자크기와 구형에 가까운 입자형태를 나타내어 3D 프린팅 시 우수한 팩킹성(packing)을 통해 높은 물성을 구현할 수 있을 것으로 보인다.As a result, the powder of Example 1 exhibits a dense particle size and a spherical shape close to spherical shape, so that it is possible to realize high physical properties through good packing in 3D printing.
실험예Experimental Example 5 : 폴리이미드 분말의 5: Polyimide powder XRDXRD 측정 Measure
실시예 1 및 비교예 2의 PI 분말을 XRD 측정하였으며, 이의 결과를 도 5에 나타내었다. The PI powders of Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to XRD measurement, and the results are shown in FIG.
도 5를 살펴보면, 비교예 2의 경우, 15도 부근에서 뾰족한 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해서 비교예 2의 PI는 결정성 영역이 존재함을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the peak of Comparative Example 2 shows a sharp peak at around 15 degrees, which indicates that the PI of Comparative Example 2 exists in a crystalline region.
이에 반해, 실시예 1의 경우, 전형적인 무정형의 할로(halo)를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. On the contrary, in the case of Example 1, it was confirmed that it represents a typical amorphous halo.
실험예Experimental Example 6 : 폴리이미드 분말의 6: Polyimide powder 이미드화도Imidazole 측정 Measure
실시예 1 및 비교예 2의 PI 분말에 대한 이미드화도를 수학식1에 의하여 계산하였으며, 450도에서 30분 열처리된 PI Film시편을 기준으로 하였다. 그 결과를 도 5 및 실시예 1 및 비교예 2의 이미드화도를 하기 표 4에 나타내었다. The imidization degree of the PI powder of Example 1 and Comparative Example 2 was calculated by Equation (1) and the PI film sample heat-treated at 450 ° C for 30 minutes was used as a reference. The results are shown in FIG. 5 and the imidization degree of Example 1 and Comparative Example 2 are shown in Table 4 below.
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서 A1370CN는 Base Line 전처리에 영향을 최소한으로 받고 이미드가 형성되는 것을 확인한 기준을 의미하며 A1500BZ는 디아민의 벤젠 피크를 의미한다.In the above formula (1), A 1370CN means that the influence of the base line pretreatment is minimized and that the imide is formed. A 1500BZ means a benzene peak of diamine.
제조예Manufacturing example 1 : One : SLSSLS -3D 프린팅 성형물 제조-3D Printing Mold Manufacture
상기 실시예 1의 PI분말을 개발중인 CO2 레이저 기반의 SLS-3D 프린터를 이용하여 Power 40W, 주파수(Frequency) 100 KHz, 스캔속도(Scan speed) 500 mm/sec, 챔버(Chamber) 내 온도 200℃ 조건으로 200um 두께로 15층을 적층하여 두께 3.2mm도 7 a와 같은 형태의 SLS-3D프린팅 성형물을 제조하였다.The PI powder of Example 1 was developed using a CO 2 laser-based SLS-3D printer. The laser power was 40 W, the frequency was 100 KHz, the scan speed was 500 mm / sec, the temperature in the chamber was 200 15 layer having a thickness of 200 탆 was laminated to prepare a SLS-3D printing mold having a thickness of 3.2 mm as shown in Fig. 7 (a).
비교제조예Comparative Manufacturing Example 1 One
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 SLS-3D프린팅 성형물을 제조하되, 실시예 1의 PI 분말 대신 비교예 2의 PI 분말을 사용하여 SLS-3D프린팅 성형물을 제조하였으며, 이의 사진을 도 7b에 나타내었다. 도 7b를 보면 성형물 중간이 조각났으며, 이는 비교예 2의 PI 분말이 레이저 조사에 의해 용융되지 않아 SLS-3D 프린팅 소재로 사용하기 부적합하기 때문인 것으로 판단된다. In the same manner as in Preparation Example 1, SLS-3D printing moldings were manufactured using the PI powder of Comparative Example 2 instead of the PI powder of Example 1, and a photograph thereof is shown in FIG. 7B. In FIG. 7b, the middle part of the molded product was fragmented. This is because the PI powder of Comparative Example 2 was not melted by laser irradiation and thus, it was unsuitable for use as an SLS-3D printing material.
실험예Experimental Example 7 : 성형물의 인장강도 측정 7: Measurement of tensile strength of molding
제조예 1과 비교제조예 1의 SLS-3D프린팅 성형물 각각의 인장강도를 ASTM D638 방법에 의거하여 아령형 1호 시편을 제작한 후 시험속도 50mm/min으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. The tensile strength of each of the SLS-3D printing moldings of Production Example 1 and Comparative Production Example 1 was measured at a test speed of 50 mm / min after preparing a dumbbell type No. 1 test piece according to the ASTM D638 method. Respectively.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 SLS-3D 프린터용 소재로서, 본 발명의 PI 분말이 높은 겉보기밀도 및 탭 밀도를 가져서 우수한 팩킹성(packing)성을 가지며, 용융흐름성 및 용융가공성이 우수한 바, 고강도 및 고내열성의 SLS-3D 프린팅 성형물을 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다. As a material for an SLS-3D printer, the PI powder of the present invention has a high bulk density and a high tap density, has excellent packing properties, is excellent in melt flowability and melt processability, It was confirmed that SLS-3D printing moldings with high strength and high heat resistance can be provided.
Claims (16)
[화학식 1]
화학식 1에 있어서, A는 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기, , , 또는 이며, 상기 R1은 수소원자, C1 ~ C3의 알킬기, -OH 또는 -COOR2이고, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 알킬기이며,
[화학식 2]
화학식 2에 있어서, B는 산소원자 또는 이고, R3는 수소원자, 메틸기, -CH2F, -CHF2 또는 -CF3이다.
A PI powder for an SLS-3D printer comprising a polyimide powder imidized with a polyamic acid resin obtained by polymerizing a diamine represented by the following formula (1) and an acid anhydride represented by the following formula (2);
[Chemical Formula 1]
In formula (1), A represents a straight chain alkylene group of C1 to C5, a branched alkylene group of C3 to C5, , , or R 1 is a hydrogen atom, a C 1 to C 3 alkyl group, -OH or -COOR 2 , R 2 is a hydrogen atom or a C 1 to C 3 alkyl group,
(2)
In formula (2), B represents an oxygen atom or And R 3 is a hydrogen atom, a methyl group, -CH 2 F, -CHF 2 or -CF 3 .
화학식 2의 B는 산소원자 또는 이고, R3는 CH2F, -CHF2 또는 -CF3인 것을 특징으로 하는 포함하는 SLS-3D 프린터용 PI 분말;
The compound according to claim 1, wherein A in the formula (1) , or , R 1 is a hydrogen atom or COOR 2 , R 2 is a hydrogen atom or a C 1 -C 2 alkyl group,
B in the formula (2) represents an oxygen atom or And R 3 is CH 2 F, -CHF 2 or -CF 3 ;
The PI powder for an SLS-3D printer according to claim 1, wherein the polyamic acid resin has a solid content of 18 to 25% by weight.
The PI powder for an SLS-3D printer according to claim 1, wherein the diamine and the acid anhydride are present in a molar ratio of 1: 1 to 1.4.
The PI powder for an SLS-3D printer according to claim 1, wherein the polyimide is an amorphous polyimide having an imidization degree of 50% to 85%.
The PI powder for an SLS-3D printer according to claim 1, wherein the polyimide powder comprises particles having a size of 0.1 mu m to 200 mu m.
The PI powder for an SLS-3D printer according to claim 6, wherein the polyimide powder has a particle size distribution D10 of 10 mu m to 20 mu m, a D50 of 20 mu m to 40 mu m, and a D90 of 40 to 60 mu m .
The SLS-3D printer according to claim 1, wherein the polyimide powder has a melting point (T m ) of 310 ° C. to 350 ° C. and a thermal decomposition temperature (T d, 5 wt%) of 570 ° C. to 590 ° C. For PI powder.
The PI powder for an SLS-3D printer according to claim 1, wherein the polyimide powder has an apparent density of 0.300 or more and a tap density of 0.400 or more.
폴리아믹산 수지를 숙성시키는 2단계;
숙성된 폴리아믹산 수지를 이미드화 반응을 수행하여 폴리이미드 고형체를 제조하는 3단계;
폴리이미드 고형체를 세척하여 미반응 단량체 및 불순물을 제거하는 4단계;
세척한 폴리이미드 고형체를 열처리하여 용매를 제거하는 5단계; 및
열처리한 폴리이미드 고형체를 분쇄시켜서 분말화시키는 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SLS-3D 프린터용 PI 분말의 제조방법:
[화학식 1]
화학식 1에 있어서, A는 C1 ~ C5의 직쇄형 알킬렌기, C3 ~ C5의 분쇄형 알킬렌기, , , 또는 이며, 상기 R1은 수소원자, C1 ~ C3의 알킬기, -OH 또는 -COOR2이고, R2는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 알킬기이며,
[화학식 2]
화학식 2에 있어서, B는 산소원자 또는 이고, R3는 수소원자, 메틸기, -CH2F, -CHF2 또는 -CF3이다.
A step of polymerizing a diamine represented by the following formula (1) and an acid anhydride represented by the following formula (2) in a solvent to prepare a polyamic acid resin;
A step of aging the polyamic acid resin;
A third step of preparing a polyimide solid by performing an imidation reaction on the aged polyamic acid resin;
Washing the polyimide solid to remove unreacted monomers and impurities;
A fifth step of heat-treating the washed polyimide solid to remove the solvent; And
6. A method of producing a PI powder for an SLS-3D printer, comprising grinding and pulverizing a heat-treated polyimide solid body,
[Chemical Formula 1]
In formula (1), A represents a straight chain alkylene group of C1 to C5, a branched alkylene group of C3 to C5, , , or R 1 is a hydrogen atom, a C 1 to C 3 alkyl group, -OH or -COOR 2 , R 2 is a hydrogen atom or a C 1 to C 3 alkyl group,
(2)
In formula (2), B represents an oxygen atom or And R 3 is a hydrogen atom, a methyl group, -CH 2 F, -CHF 2 or -CF 3 .
The method of claim 10, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone (NMP), N-ethylpyrrolidone (NEP), dimethylacetamide (DMAc), 3-methoxy- 3-butoxy-N, N-Dimethylpropionamide), characterized in that it comprises 3-butoxy-N, N-dimethylpropionamide or 3-butoxy-N.
The method according to claim 10, wherein the two stages of aging are performed at 130 ° C to 150 ° C for 1 hour to 3 hours.
11. The method according to claim 10, wherein the imidization reaction in three steps is performed at 180 ° C to 210 ° C for 1 hour to 3 hours.
The method according to claim 10, wherein the heat treatment in step 5 is performed at 220 ° C to 250 ° C.
11. The method according to claim 10, wherein the pulverization in the six steps is carried out using ACM (Air Classifying Mill), HSM (High Speed Mill) or TAM (Tubo Air Mill) .
6단계의 분말화된 폴리이미드는 이미드화도 50% ~ 85%인 무정형 구조의 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 SLS-3D 프린터용 PI 분말의 제조방법.The polyamic acid resin composition according to claim 10, wherein the polyamic acid resin of the first stage has a solid content of 18 to 25%
Wherein the powdered polyimide in step 6 is an amorphous polyimide having an imidization degree of 50% to 85%.
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| KR20220040814A (en) | 2020-09-24 | 2022-03-31 | 연세대학교 원주산학협력단 | Polyimide for SLA-3D printer and its manufacturing method |
| KR20220041287A (en) | 2020-09-24 | 2022-04-01 | 연세대학교 원주산학협력단 | Polyimide aerogel using SLA-3D printer and its manufacturing method |
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20160523 |
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