JP2004143247A - 光硬化性液状組成物、立体形状物及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、光積層造形法により所望の立体形状物を容易に造形できる光硬化性液状組成物を提供する。
【解決手段】下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）成分を含有する光硬化性液状組成物１。
（Ａ）エチレン性不飽和モノマー １〜２０重量％
（Ｂ）光重合開始剤 ０．０１〜１０重量％
（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー ０．４〜５重量％
（Ｄ）無機系微粒子 ７５〜９５重量％
この光硬化性液状組成物１の硬化物６からなる立体形状物を焼成すると、セラミック焼成体が得られる。
【選択図】 図１
【解決手段】下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）成分を含有する光硬化性液状組成物１。
（Ａ）エチレン性不飽和モノマー １〜２０重量％
（Ｂ）光重合開始剤 ０．０１〜１０重量％
（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー ０．４〜５重量％
（Ｄ）無機系微粒子 ７５〜９５重量％
この光硬化性液状組成物１の硬化物６からなる立体形状物を焼成すると、セラミック焼成体が得られる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック成型用として有用な光硬化性液状組成物に関する。さらに詳しくは、セラミック粉体が良好に分散され、光造形の際の硬化性に優れた光硬化性液状組成物、この光硬化性液状組成物の硬化物からなる立体形状物及びこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムやシリカ等の金属粉体を、液状樹脂組成物からなるバインダー中に分散し、これを公知の積層造形法により硬化させて所望の立体形状を形成した後に、焼成し、複雑な形状を有する立体形状を製造する技術は、公知である。
このような積層造形法としては、ノズルから樹脂混合物を吐出し、熱硬化させる方法や、光積層造形法を利用する方法が知られており、後者は、微細な形状を成形し易い等の利点を有することから、その利用が積極的に検討されている。
ここで、公知の光積層造形法としては、光硬化性樹脂液の薄層液面に光線を照射して所望パターンの断面硬化層を形成し、次に、この硬化層の上に光硬化性樹脂液を１層分供給して、断面硬化層をさらに形成し、この操作を繰り返すことによって、断面硬化層が積層一体化した造形希望形状の立体モデルを造形する方法が代表的である（例えば、非特許文献１参照。）。
また、熱可塑性樹脂からなるバインダーにセラミック粉体等を混入したコンパウンドを、三次元的に移動する微細ノズルから吐出し、堆積、熱凝固させて三次元立体形状物を造形する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
さらに、セラミック粉体を光硬化性バインダーに分散させたスラリーを、公知の光積層造形法により光硬化させて、立体形状物を造形する方法が知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
ポール・エフ・ジェイコブス（Ｐａｕｌ Ｆ． Ｊａｃｏｂｓ）著、「高速３次元成形の基礎」、第１版、日経ＢＰ出版センター、１９９３年１２月１０日、ｐ．３７９−４０６
【特許文献１】
特開２０００−１４４２０５号公報
【特許文献２】
特開平６−３２９４６０号公報
【特許文献３】
特開平８−９１９４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術は、積層造形法が熱硬化性樹脂を用いるために、複雑な形状の立体形状物を造形することが困難であったり、光積層造形法を用いる方法ではあっても、セラミック粉体等に対して、溶媒やバインダー組成物を大量に混和しなければならないために、十分な強度を有するセラミック焼成体を製造することが困難である等の欠点があった。
【０００５】
本発明者らは、セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、その結果、光積層造形法により、所望の立体形状物を容易に造形でき、かつ、セラミック焼成可能な光硬化性液状組成物の開発を目的として検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様によれば、（Ａ）エチレン性不飽和モノマーを１〜２０重量％、（Ｂ）光重合開始剤を０．０１〜１０重量％、（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマーを０．４〜５重量％、（Ｄ）無機系微粒子７５〜９５重量％を含有する光硬化性液状組成物が提供される。
【０００７】
本発明の第二の態様によれば、予め（Ｃ）成分と（Ｄ）成分とを混合し、その後これに（Ａ）成分と（Ｄ）成分を混合することを含む上記の光硬化性液状組成物の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様によれば、上記の光硬化性液状組成物に光を照射して、組成物の硬化物を形成し、この硬化物の上に、組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化物をさらに形成し、これを繰り返すことにより、硬化物を積層一体化して、立体形状物を造形する、立体形状物の製造方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光硬化性液状組成物について説明する。
本発明の光硬化性液状組成物は、（Ａ）エチレン性不飽和モノマー、（Ｂ）光重合開始剤、（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー、（Ｄ）無機系微粒子を含有することが必要である。
【００１０】
（Ａ）エチレン性不飽和モノマー（以下、（Ａ）成分）は、エチレン性不飽和結合（Ｃ＝Ｃ）を分子中に有する化合物であり、（メタ）アクリル系モノマーを含む概念である。（Ａ）成分としては、１分子中に１個のエチレン性不飽和結合を有する単官能性モノマー、及び１分子中に２個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能性モノマーが挙げられる。
【００１１】
（Ａ）成分は、アクリル系モノマーとメタクリル系モノマーの混合物であることが、本組成物の硬化物を焼結する際に、クラッキングを減少させる上で好ましい。混合物の割合は、（Ａ）成分全体を１００重量％としたとき、アクリル系モノマーが５０〜９９．９重量％で、メタクリル系モノマーが０．１〜５０重量％であることが好ましく、アクリル系モノマーが７０〜９９重量％で、メタクリル系モノマーが１〜３０重量％であることがより好ましい。メタクリル系モノマーの量が５０重量％を超えると、レーザー光に対する感度が低下し、硬化不良を生じることがある。
【００１２】
また、（Ａ）成分の少なくとも一部が、リン含有（メタ）アクリレート系モノマーであることが好ましい。リン含有（メタ）アクリレート系モノマーの併用によって、立体形状物の強度を上げることが出来る。
リン含有（メタ）アクリレート系モノマーとしては、例えば、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート等が挙げられる。このうち、好ましくは、トリアクリロイルオキシエチルホスフェートである。
【００１３】
（Ａ）成分として好適に使用できる単官能性モノマーとしては、例えば、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリロイルモルホリン、７−アミノ−３，７−ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、エチルジエチレングリコール（メタ）アクリレート、ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタジエン（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、テトラクロロフェニル（メタ）アクリレート、２−テトラクロロフェノキシエチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、テトラブロモフェニル（メタ）アクリレート、２−テトラブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−トリクロロフェノキシエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、２−トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ビニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルピロリドン、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、ペンタクロロフェニル（メタ）アクリレート、ペンタブロモフェニル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール（メタ）アクリレート、メトキシプロピレングリコール（メタ）アクリレート、及び下記一般式（１）〜（３）で表される化合物を例示することができる。
【００１４】
【化１】
【００１５】
式中、Ｒ１は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、Ｒ２は、炭素数２〜６、好ましくは２〜４のアルキレン基を示し、Ｒ３は、水素原子又は炭素数１〜１２、好ましくは１〜９のアルキル基を示し、Ｒ４は、炭素数２〜８、好ましくは２〜５のアルキレン基を示す。ｒは、０〜１２、好ましくは１〜８の整数であり、ｑは、１〜８、好ましくは１〜４の整数である。
【００１６】
これらの単官能性モノマーのうち、イソボルニル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロイルモルホリン、イソボルニル（メタ）アクリレート、ビニルカプロラクタム、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシプロピレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレートが特に好ましい。
【００１７】
（Ａ）成分として好適に使用できる多官能性モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレンオキシド（以下「ＥＯ」という。）変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロピレンオキシド（以下「ＰＯ」という。）変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルの両末端（メタ）アクリル酸付加物、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ポリエステルジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＰＯ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＥＯ変性水添ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＰＯ変性水添ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＦジ（メタ）アクリレート、フェノールノボラックポリグリシジルエーテルの（メタ）アクリレート、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート等を例示することができる。
【００１８】
これらの多官能性モノマーのうち、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレートが特に好ましい。
【００１９】
上記の単官能性モノマーの市販品としては、例えば、ＡＣＭＯ（以上、興人製）、アロニックスＭ−１０１、Ｍ−１０２、Ｍ−１１１、Ｍ−１１３、Ｍ−１１７、Ｍ−１５２、ＴＯ−１２１０（以上、東亞合成（株）製）、ＩＢＸＡ（以上、共栄社化学製）、ＫＡＹＡＲＡＤ ＴＣ−１１０Ｓ、Ｒ−５６４、Ｒ−１２８Ｈ（以上、日本化薬（株）製）、ビスコート１６０、ビスコート１９２、ビスコート２２０、ビスコート３２０、ビスコート２３１１ＨＰ、ビスコート２０００、ビスコート２１００、ビスコート２１５０、ビスコート８Ｆ、ビスコート１７Ｆ（以上、大阪有機化学工業（株）製）等が挙げられる。
【００２０】
また、多官能性モノマーの市販品としては、例えば、ＳＡ１００２（以上、三菱化学（株）製）、ビスコート１９５、ビスコート２３０、ビスコート２６０、ビスコート２１５、ビスコート３１０、ビスコート２１４ＨＰ、ビスコート２９５、ビスコート３００、ビスコート３６０、ビスコートＧＰＴ、ビスコート４００、ビスコート７００、ビスコート５４０、ビスコート３０００、ビスコート３７００、ビスコート３ＰＡ（以上、大阪有機化学工業（株）製）、カヤラッドＲ−５２６、ＨＤＤＡ、ＮＰＧＤＡ、ＴＰＧＤＡ、ＭＡＮＤＡ、Ｒ−５５１、Ｒ−７１２、Ｒ−６０４、Ｒ−６８４、ＰＥＴ−３０、ＧＰＯ−３０３、ＴＭＰＴＡ、ＴＨＥ−３３０、ＤＰＨＡ、ＤＰＨＡ−２Ｈ、ＤＰＨＡ−２Ｃ、ＤＰＨＡ−２Ｉ、Ｄ−３１０、Ｄ−３３０、ＤＰＣＡ−２０、ＤＰＣＡ−３０、ＤＰＣＡ−６０、ＤＰＣＡ−１２０、ＤＮ−００７５、ＤＮ−２４７５、Ｔ−１４２０、Ｔ−２０２０、Ｔ−２０４０、ＴＰＡ−３２０、ＴＰＡ−３３０、ＲＰ−１０４０、ＲＰ−２０４０、Ｒ−０１１、Ｒ−３００、Ｒ−２０５（以上、日本化薬（株）製）、アロニックスＭ−２１０、Ｍ−２２０、Ｍ−２３３、Ｍ−２４０、Ｍ−２１５、Ｍ−３０５、Ｍ−３０９、Ｍ−３１０、Ｍ−３１５、Ｍ−３２５、Ｍ−４００、Ｍ−６２００、Ｍ−６４００（以上、東亞合成（株）製）、ライトアクリレートＢＰ−４ＥＡ、ＢＰ−４ＰＡ、ＢＰ−２ＥＡ、ＢＰ−２ＰＡ、ＤＣＰ−Ａ（以上、共栄社化学（株）製）、ニューフロンティアＢＰＥ−４、ＢＲ−４２Ｍ、ＧＸ−８３４５（以上、第一工業製薬（株）製）、ＡＳＦ−４００（以上、新日鐵化学（株）製）、リポキシＳＰ−１５０６、ＳＰ−１５０７、ＳＰ−１５０９、ＶＲ−７７、ＳＰ−４０１０、ＳＰ−４０６０（以上、昭和高分子（株）製）、ＮＫエステルＡ−ＢＰＥ−４（以上、新中村化学工業（株）製）等が挙げられる。
【００２１】
（Ａ）成分の含有割合は、通常、１〜２０重量％であり、好ましくは５〜１８重量％、更に好ましくは１０〜１７重量％である。（Ａ）成分の含有割合が１重量％以上であれば、後述する（Ｄ）無機系微粒子（以下、（Ｄ）成分）が、均一に本組成物中に分散される。また、２０重量％以下であれば、本組成物における（Ｄ）成分の含有割合が増大し、焼成後の立体形状物の体積収縮を低減できる。
一方、（Ａ）成分の含有割合が過小である場合には、粘度が増大し、本組成物は、十分な流動性が得られない。また、この含有割合が過大である場合には、（Ｄ）成分の含有割合が減少し、立体形状物の強度が低下したり、立体形状物を脱脂、焼成する際に、ひび割れ等の欠損を生じたりする。
【００２２】
本発明では、（Ａ）成分の少なくとも一部が、３官能以上、即ち、１分子中に３個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能性モノマー、好ましくは、３官能以上の多官能（メタ）アクリレート系モノマーであることが好ましい。また、３官能以上の多官能性モノマーの含有割合は、（Ａ）成分全体を１００重量％としたとき、好ましくは１０重量％以上であり、さらに好ましくは１５重量％以上であり、特に好ましくは２０重量％以上である。含有割合が１０重量％未満であると、本組成物の光硬化性が低下すると共に、造形される立体形状物の強度が低下することがある。このような多官能性モノマーとしては、上述した多官能性モノマーのうち、３官能以上のものが挙げられる。また、好適例についても、上述した通りである。
【００２３】
上記の単官能性モノマー及び多官能性モノマーは、各々一種単独で、又は二種以上組み合わせるか、あるいは単官能性モノマーの少なくとも一種と多官能性モノマーの少なくとも一種とを組み合わせて（Ａ）成分を構成することができる。
【００２４】
（Ｂ）光重合開始剤（以下、（Ｂ）成分）は、好ましくはラジカル性光重合開始剤である。ラジカル性光重合開始剤は、光等のエネルギー線を受けることにより分解し、発生するラジカルによって、ラジカル重合反応を開始させる化合物である。
【００２５】
（Ｂ）成分の具体例としては、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、アントラキノン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、カルバゾール、キサントン、４−クロロベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、１，１−ジメトキシデオキシベンゾイン、３，３’−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、チオキサントン系化合物、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノ−プロパン−２−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、トリフェニルアミン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリ−メチルペンチルフォスフィンオキサイド、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、フルオレノン、フルオレン、ベンズアルデヒド、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾフェノン、３−メチルアセトフェノン、３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン（ＢＴＴＢ）、及びＢＴＴＢとキサンテン、チオキサンテン、クマリン、ケトクマリンその他の色素増感剤との組み合わせ等が挙げられる。これらのうち、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン等が特に好ましい。これらは、一種単独又は二種以上を組み合わせて、（Ｂ）成分を構成することができる。
【００２６】
（Ｂ）成分の含有割合は、通常、０．０１〜１０重量％であり、好ましくは０．１〜８重量％である。（Ｂ）成分の含有割合が過小である場合には、本組成物のラジカル重合反応速度（硬化速度）が低くなるため、造形に時間を要したり、解像度が低下したりする。一方、（Ｂ）成分の含有割合が過大である場合には、過剰量の本成分が、本組成物の硬化特性をかえって低下させたり、立体形状物の強度を低下させたりする。
【００２７】
（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー（以下、（Ｃ）成分）は、側鎖中に極性基を有する櫛形有機ポリマーである。（Ｃ）成分は、好ましくは、側鎖にポリオキシアルキレン基を有し、主鎖にイオン性基を有する有機ポリマーであり、さらに好ましくは、側鎖中にアルキレンオキシド構造単位を有し、主鎖骨格中に無水カルボン酸構造を有する有機ポリマーである。（Ｃ）成分は分散剤であり、（Ｄ）成分を光硬化性液状組成物中に均一に分散させる。
【００２８】
（Ｃ）成分の具体例としては、下記一般式（４）で表される繰り返し構造を有するポリマー等が挙げられる。
【００２９】
【化２】
式中、Ｒ４は、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレングリコール基からなる繰り返し構造を有する１価の有機基である。
【００３０】
（Ｃ）成分の市販品としては、マリアリムＡＫＭ−０５３１、ＡＡＳ−０８５１、ＡＡＢ−０８５１、ＡＦＢ−１５２１（以上、日本油脂（株）製）等が挙げられる。
【００３１】
（Ｃ）成分の含有割合は、通常、０．４〜５重量％であり、好ましくは０．５〜５重量％である。（Ｃ）成分の含有割合が０．４重量％未満であると、（Ｄ）成分を本組成物中に均一に分散することが困難となる。一方、含有割合が５重量％より多いと、光硬化物の強度が低下する。
【００３２】
（Ｄ）成分の無機系微粒子は、照射波長の光を実質的に吸収しないものであれば特に制限されない。
（Ｄ）成分としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等の酸化物、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素等の炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、又はこれらの混合物等の各種セラミックスを用いることができる。通常、（Ｄ）成分としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、又はこれらの混合物等が好適に用いられる。これらのセラミックス粉末の粒径は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。
【００３３】
（Ｄ）成分の含有割合は、通常、７５〜９５重量％であり、好ましくは８０〜９５重量％である。（Ｄ）成分の含有割合が７５重量％以上であれば、立体形状物において本成分が十分に緻密となるため、良好なセラミックスを製造できる。また、９５重量％以下であれば、本組成物中に（Ｄ）成分を均一に分散することができる。
【００３４】
本発明の光硬化性液状組成物には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲において、その他の任意成分として、各種の添加剤が含有されていてもよい。かかる添加剤としては、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエーテル、ポリエステル、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、石油樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、セルロース樹脂、フッ素系オリゴマー、シリコーン系オリゴマー、ポリスルフィド系オリゴマー等の（Ｃ）成分以外のポリマー及びオリゴマー；フェノチアジン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール等の重合禁止剤；重合開始助剤；レベリング剤；濡れ性改良剤；界面活性剤；可塑剤；紫外線吸収剤；シランカップリング剤；無機充填剤；顔料；染料；トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系化合物、チオキサントン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、アントラセン及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾインイソプロピルエーテル等の光増感剤（重合促進剤）；ビニルエーテル類、ビニルスルフィド類、ビニルウレタン類、ウレタンアクリレート類、ビニルウレア類等の反応性希釈剤等が挙げられる。
【００３５】
本発明の光硬化性液状組成物は、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分、及び必要に応じて上記任意成分を均一に混合することによって製造することができる。
また、予め（Ａ）〜（Ｃ）成分を混合したベース樹脂液に、（Ｄ）成分を分散させる方法によっても製造することができる。
本発明では、このように、全成分又は多成分を一度に混合して製造しても良いが、好ましくは、予め（Ｃ）成分と（Ｄ）成分とを、例えば、溶媒（例えば、水等）中で混合した後、溶媒を除去する。次に、この混合物を、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分と混合する。このとき、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分は、別々に混合してもよく、また、一度に混合してもよい。（Ｃ）成分及び（Ｄ）成分を予め混合することにより、（Ｄ）成分をより均一に混和することが可能となり、その結果、本組成物中に存在する（Ｄ）成分の分散状態を改善することができる。
【００３６】
このようにして得られる光硬化性液状組成物の粘度は、２５℃において、５０〜５０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、５０〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。
【００３７】
次に、本発明の立体形状物について説明する。本発明の立体形状物は、上記の光硬化性液状組成物の硬化物からなる。この硬化物は、光硬化性液状組成物の液面に光を照射することにより得られる。尚、液面は、リコーター等で均すことができる。このとき、光を選択的に照射すると、所望パターンの断面を有する硬化物（断面硬化層）を得ることができる。
具体的には、本発明の立体形状物は、光硬化性液状組成物に光を照射して、組成物の硬化物を形成し、この硬化物の上に、組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化物をさらに形成し、これを繰り返すことにより、硬化物を積層一体化して造形することにより製造できる。
【００３８】
光硬化性液状組成物に光を選択的に照射する手段としては、特に制限されるものではなく、種々の手段を採用することができる。例えば、レーザー光、又はレンズ、ミラー等を用いて得られた収束光等を走査させながら組成物に照射する手段、所定のパターンの光透過部を有するマスクを用い、このマスクを介して非収束光を組成物に照射する手段、多数の光ファイバーを束ねてなる導光部材を用い、この導光部材における所定のパターンに対応する光ファイバーを介して光を組成物に照射する手段等を採用することができる。また、マスクを用いる手段においては、マスクとして、液晶表示装置と同様の原理により、所定のパターンに従って、光透過領域と光不透過領域とよりなるマスク像を電気光学的に形成するものを用いることもできる。
以上において、目的とする立体形状物が微細な部分を有するもの、又は高い寸法精度が要求されるものである場合には、組成物に選択的に光を照射する手段として、スポット径の小さいレーザー光を走査する手段を採用することが好ましい。尚、容器内に組成物が収容されている場合、光の照射面（例えば、収束光の走査平面）は、組成物の液面、透光性容器の器壁との接触面の何れであってもよい。組成物の液面又は器壁との接触面を光の照射面とする場合には、容器の外部から直接又は器壁を介して光を照射することができる。
【００３９】
本発明の立体形状物は、上述したように、光積層造形法等の光学的立体造形法により製造できる。光学的立体造形法においては、通常、組成物の特定部分を硬化させた後、光の照射位置（照射面）を、既硬化部分から未硬化部分に連続的に又は段階的に移動させることにより、硬化部分を積層させて所望の立体形状とする。ここで、照射位置の移動は、種々の方法によって行うことができ、例えば、光源、組成物の収容容器、組成物の既硬化部分の何れかを移動させたり、収容容器に組成物を追加供給したりする等の方法が挙げられる。
【００４０】
本発明の光学的立体造形法の代表的な一例を、図を用いて説明する。
まず、図１に示すように、光硬化性液状組成物１を収容した容器２内に、昇降自在に設けられた支持ステージ３を、組成物１の液面４から微小量降下（沈降）させることにより、支持ステージ３上に、組成物１を供給して、組成物１の薄層を形成する。次いで、この薄層に対して、マスク５を介して選択的に光を照射し、組成物１の硬化物（硬化樹脂層）６を形成する。
次に、図２に示すように、支持ステージ３を微小量降下（沈降）させて、この硬化物６の上に、組成物１を供給して、組成物の薄層を再度形成する。次いで、この薄層に対して、マスク５を介して選択的に光照射し、硬化物６の上に、これと連続して一体的に積層するように新しい硬化物７をさらに形成する。そして、光照射されるパターンを変化させながら又は変化させずに、この工程を所定回数繰り返すことにより、複数の硬化物が一体的に積層されてなる立体形状物が造形される。
【００４１】
このようにして得られる立体形状物は、収容容器から取り出し、その表面に残存する未反応の組成物を除去した後、必要に応じて洗浄する。ここで、洗浄剤としては、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類に代表されるアルコール系有機溶剤；アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等に代表されるケトン系有機溶剤；テルペン類に代表される脂肪族系有機溶剤；低粘度の熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂が挙げられる。
これらの後処理の後、本発明の立体形状物は、焼成すると、セラミック焼成体となり得る。
【００４２】
以上述べたように、本発明の光硬化性液状組成物を用いることにより、セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、その結果、光積層造形法により、所望の立体形状物を容易に造形できる。本発明の立体形状物は、所望の強度を有している。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の具体的態様を説明するが、本発明は、以下の実施例に記載の態様に限定されるものではない。
【００４４】
実施例１
［光硬化性液状組成物の調製］
メトキシプロピレングリコールアクリレート５１．６ｇと、トリメチロールプロパントリアクリレート１８．８ｇと、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１１．４ｇと、日本油脂（株）製、マリアリムＡＫＭ−０５３１（アリルエーテルコポリマー、分散剤）１８．２ｇとの混合物からなるバインダー樹脂を調製し、このバインダー樹脂２４ｇに平均粒径２μｍのアルミナ粒子を７６ｇ添加し、特殊機化工業（株）製、Ｔ．Ｋ．ＨＯＭＯ
ＤＩＳＰＥＲを用い、均一分散することによって、光硬化性液状組成物を調製した。この組成物の粘度は、１００，０００ｍＰａ・ｓであった。
【００４５】
実施例２〜７
表１に示す組成を用いた他は、実施例１と同様にして、光硬化性液状組成物を調製した。
【００４６】
実施例８
予め、平均粒径０．６μｍと４μｍの混合アルミナ粒子の水分散スラリー中に、攪拌しながら日本油脂（株）製、マリアリムＡＫＭ−０５３１を、重量比で８３：１の割合で添加し、乾燥する工程を行い、この乾燥粒子８３ｇを、メトキシプロピレングリコールアクリレート５１．６ｇと、トリメチロールプロパントリアクリレート１８．８ｇと、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１１．４ｇとの混合物からなるバインダー樹脂１７ｇに添加した他は、実施例１と同様にして光硬化性液状組成物を調製した。
【００４７】
実施例９及び比較例１〜４
表１に示す組成用いた他は、実施例１と同様にして、光硬化性液状組成物を調製した。
【００４８】
［評価方法］
光硬化性液状組成物の流動性、粘度及び光硬化性、並びにその硬化物の硬さを、以下に示す条件で評価した。結果を表１に示す。
（１）流動性：ガラス板上に乗せた光硬化性液状組成物を、ステンレス製アプリケータを用いて塗り伸ばした場合の塗工性により、流動性を評価した。このとき、容易に均一塗工できた場合を「○」、ひび割れを生じた場合を「×」と判定した。
【００４９】
（２）粘度：（株）東京計器製、Ｂ８Ｈ型粘度計を用いて、ずり速度２．５（１／Ｓ）、温度２５℃で測定した。
【００５０】
（３）光硬化性：光積層造形法（造型機として、ソニー（株）製、ＳＣＳ−３００Ｐ型を使用した。）により、１００ｍＷ／ｃｍ２のエネルギー密度のレーザー光（波長３５５ｎｍ、直径２００μｍ）を速度２９０ｍｍ／ｓで１回直線的に走査して、光硬化性を評価した。このとき、硬化深度１４０μｍ以上の硬化物が得られた場合を「◎」、硬化深度１４０μｍ未満の硬化物が得られた場合を「○」、硬化物が得られなかった場合を「×」と判定した。
【００５１】
（４）硬さ：ガラス板上に乗せた光硬化性液状組成物を、ステンレス製アプリケータを用いて厚さ２００μｍになるよう塗り伸ばし、ＵＶコンベア（アイグラフィックス（株）製、ＵＢＸ０３１１−００型、光源：メタルハライドランプ、照度：１８０ｍＷ／ｃｍ２、照射光量：１Ｊ／ｃｍ２、空気下硬化）により光硬化し、測定試料の硬化物を得た。硬化物のユニバーサル硬度（ＩＳＯ ＴＲ１４５７７）を、硬度計（ＦＩＳＣＨＥＲ社製、Ｈ１００ＶＰ−ＨＣＵ型）を用いて測定した。このとき、測定値が、２０Ｎ／ｍｍ２以上の場合を「○」、２０Ｎ／ｍｍ２未満の場合を「×」と判定した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【発明の効果】
本発明の光硬化性液状組成物は、セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、その結果、光積層造形法により所望の立体形状物を容易に造形でき、かつ、セラミック焼成が可能であるという効果を奏する。このため、本発明の光硬化性液状組成物は、光積層造形法によるセラミック焼成体の製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学的立体造形法の一例を示す図である。
【図２】本発明の光学的立体造形法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 光硬化性液状組成物
２ 容器
３ 支持ステージ
４ 光硬化性液状組成物の液面
５ マスク
６ 硬化物（硬化樹脂層）
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック成型用として有用な光硬化性液状組成物に関する。さらに詳しくは、セラミック粉体が良好に分散され、光造形の際の硬化性に優れた光硬化性液状組成物、この光硬化性液状組成物の硬化物からなる立体形状物及びこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムやシリカ等の金属粉体を、液状樹脂組成物からなるバインダー中に分散し、これを公知の積層造形法により硬化させて所望の立体形状を形成した後に、焼成し、複雑な形状を有する立体形状を製造する技術は、公知である。
このような積層造形法としては、ノズルから樹脂混合物を吐出し、熱硬化させる方法や、光積層造形法を利用する方法が知られており、後者は、微細な形状を成形し易い等の利点を有することから、その利用が積極的に検討されている。
ここで、公知の光積層造形法としては、光硬化性樹脂液の薄層液面に光線を照射して所望パターンの断面硬化層を形成し、次に、この硬化層の上に光硬化性樹脂液を１層分供給して、断面硬化層をさらに形成し、この操作を繰り返すことによって、断面硬化層が積層一体化した造形希望形状の立体モデルを造形する方法が代表的である（例えば、非特許文献１参照。）。
また、熱可塑性樹脂からなるバインダーにセラミック粉体等を混入したコンパウンドを、三次元的に移動する微細ノズルから吐出し、堆積、熱凝固させて三次元立体形状物を造形する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
さらに、セラミック粉体を光硬化性バインダーに分散させたスラリーを、公知の光積層造形法により光硬化させて、立体形状物を造形する方法が知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
ポール・エフ・ジェイコブス（Ｐａｕｌ Ｆ． Ｊａｃｏｂｓ）著、「高速３次元成形の基礎」、第１版、日経ＢＰ出版センター、１９９３年１２月１０日、ｐ．３７９−４０６
【特許文献１】
特開２０００−１４４２０５号公報
【特許文献２】
特開平６−３２９４６０号公報
【特許文献３】
特開平８−９１９４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術は、積層造形法が熱硬化性樹脂を用いるために、複雑な形状の立体形状物を造形することが困難であったり、光積層造形法を用いる方法ではあっても、セラミック粉体等に対して、溶媒やバインダー組成物を大量に混和しなければならないために、十分な強度を有するセラミック焼成体を製造することが困難である等の欠点があった。
【０００５】
本発明者らは、セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、その結果、光積層造形法により、所望の立体形状物を容易に造形でき、かつ、セラミック焼成可能な光硬化性液状組成物の開発を目的として検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様によれば、（Ａ）エチレン性不飽和モノマーを１〜２０重量％、（Ｂ）光重合開始剤を０．０１〜１０重量％、（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマーを０．４〜５重量％、（Ｄ）無機系微粒子７５〜９５重量％を含有する光硬化性液状組成物が提供される。
【０００７】
本発明の第二の態様によれば、予め（Ｃ）成分と（Ｄ）成分とを混合し、その後これに（Ａ）成分と（Ｄ）成分を混合することを含む上記の光硬化性液状組成物の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様によれば、上記の光硬化性液状組成物に光を照射して、組成物の硬化物を形成し、この硬化物の上に、組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化物をさらに形成し、これを繰り返すことにより、硬化物を積層一体化して、立体形状物を造形する、立体形状物の製造方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光硬化性液状組成物について説明する。
本発明の光硬化性液状組成物は、（Ａ）エチレン性不飽和モノマー、（Ｂ）光重合開始剤、（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー、（Ｄ）無機系微粒子を含有することが必要である。
【００１０】
（Ａ）エチレン性不飽和モノマー（以下、（Ａ）成分）は、エチレン性不飽和結合（Ｃ＝Ｃ）を分子中に有する化合物であり、（メタ）アクリル系モノマーを含む概念である。（Ａ）成分としては、１分子中に１個のエチレン性不飽和結合を有する単官能性モノマー、及び１分子中に２個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能性モノマーが挙げられる。
【００１１】
（Ａ）成分は、アクリル系モノマーとメタクリル系モノマーの混合物であることが、本組成物の硬化物を焼結する際に、クラッキングを減少させる上で好ましい。混合物の割合は、（Ａ）成分全体を１００重量％としたとき、アクリル系モノマーが５０〜９９．９重量％で、メタクリル系モノマーが０．１〜５０重量％であることが好ましく、アクリル系モノマーが７０〜９９重量％で、メタクリル系モノマーが１〜３０重量％であることがより好ましい。メタクリル系モノマーの量が５０重量％を超えると、レーザー光に対する感度が低下し、硬化不良を生じることがある。
【００１２】
また、（Ａ）成分の少なくとも一部が、リン含有（メタ）アクリレート系モノマーであることが好ましい。リン含有（メタ）アクリレート系モノマーの併用によって、立体形状物の強度を上げることが出来る。
リン含有（メタ）アクリレート系モノマーとしては、例えば、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート等が挙げられる。このうち、好ましくは、トリアクリロイルオキシエチルホスフェートである。
【００１３】
（Ａ）成分として好適に使用できる単官能性モノマーとしては、例えば、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリロイルモルホリン、７−アミノ−３，７−ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、エチルジエチレングリコール（メタ）アクリレート、ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタジエン（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、テトラクロロフェニル（メタ）アクリレート、２−テトラクロロフェノキシエチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、テトラブロモフェニル（メタ）アクリレート、２−テトラブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−トリクロロフェノキシエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、２−トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ビニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルピロリドン、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、ペンタクロロフェニル（メタ）アクリレート、ペンタブロモフェニル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール（メタ）アクリレート、メトキシプロピレングリコール（メタ）アクリレート、及び下記一般式（１）〜（３）で表される化合物を例示することができる。
【００１４】
【化１】
式中、Ｒ１は、それぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、Ｒ２は、炭素数２〜６、好ましくは２〜４のアルキレン基を示し、Ｒ３は、水素原子又は炭素数１〜１２、好ましくは１〜９のアルキル基を示し、Ｒ４は、炭素数２〜８、好ましくは２〜５のアルキレン基を示す。ｒは、０〜１２、好ましくは１〜８の整数であり、ｑは、１〜８、好ましくは１〜４の整数である。
【００１６】
これらの単官能性モノマーのうち、イソボルニル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロイルモルホリン、イソボルニル（メタ）アクリレート、ビニルカプロラクタム、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシプロピレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレートが特に好ましい。
【００１７】
（Ａ）成分として好適に使用できる多官能性モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレンオキシド（以下「ＥＯ」という。）変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロピレンオキシド（以下「ＰＯ」という。）変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルの両末端（メタ）アクリル酸付加物、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ポリエステルジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＰＯ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＥＯ変性水添ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＰＯ変性水添ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＦジ（メタ）アクリレート、フェノールノボラックポリグリシジルエーテルの（メタ）アクリレート、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート等を例示することができる。
【００１８】
これらの多官能性モノマーのうち、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレートが特に好ましい。
【００１９】
上記の単官能性モノマーの市販品としては、例えば、ＡＣＭＯ（以上、興人製）、アロニックスＭ−１０１、Ｍ−１０２、Ｍ−１１１、Ｍ−１１３、Ｍ−１１７、Ｍ−１５２、ＴＯ−１２１０（以上、東亞合成（株）製）、ＩＢＸＡ（以上、共栄社化学製）、ＫＡＹＡＲＡＤ ＴＣ−１１０Ｓ、Ｒ−５６４、Ｒ−１２８Ｈ（以上、日本化薬（株）製）、ビスコート１６０、ビスコート１９２、ビスコート２２０、ビスコート３２０、ビスコート２３１１ＨＰ、ビスコート２０００、ビスコート２１００、ビスコート２１５０、ビスコート８Ｆ、ビスコート１７Ｆ（以上、大阪有機化学工業（株）製）等が挙げられる。
【００２０】
また、多官能性モノマーの市販品としては、例えば、ＳＡ１００２（以上、三菱化学（株）製）、ビスコート１９５、ビスコート２３０、ビスコート２６０、ビスコート２１５、ビスコート３１０、ビスコート２１４ＨＰ、ビスコート２９５、ビスコート３００、ビスコート３６０、ビスコートＧＰＴ、ビスコート４００、ビスコート７００、ビスコート５４０、ビスコート３０００、ビスコート３７００、ビスコート３ＰＡ（以上、大阪有機化学工業（株）製）、カヤラッドＲ−５２６、ＨＤＤＡ、ＮＰＧＤＡ、ＴＰＧＤＡ、ＭＡＮＤＡ、Ｒ−５５１、Ｒ−７１２、Ｒ−６０４、Ｒ−６８４、ＰＥＴ−３０、ＧＰＯ−３０３、ＴＭＰＴＡ、ＴＨＥ−３３０、ＤＰＨＡ、ＤＰＨＡ−２Ｈ、ＤＰＨＡ−２Ｃ、ＤＰＨＡ−２Ｉ、Ｄ−３１０、Ｄ−３３０、ＤＰＣＡ−２０、ＤＰＣＡ−３０、ＤＰＣＡ−６０、ＤＰＣＡ−１２０、ＤＮ−００７５、ＤＮ−２４７５、Ｔ−１４２０、Ｔ−２０２０、Ｔ−２０４０、ＴＰＡ−３２０、ＴＰＡ−３３０、ＲＰ−１０４０、ＲＰ−２０４０、Ｒ−０１１、Ｒ−３００、Ｒ−２０５（以上、日本化薬（株）製）、アロニックスＭ−２１０、Ｍ−２２０、Ｍ−２３３、Ｍ−２４０、Ｍ−２１５、Ｍ−３０５、Ｍ−３０９、Ｍ−３１０、Ｍ−３１５、Ｍ−３２５、Ｍ−４００、Ｍ−６２００、Ｍ−６４００（以上、東亞合成（株）製）、ライトアクリレートＢＰ−４ＥＡ、ＢＰ−４ＰＡ、ＢＰ−２ＥＡ、ＢＰ−２ＰＡ、ＤＣＰ−Ａ（以上、共栄社化学（株）製）、ニューフロンティアＢＰＥ−４、ＢＲ−４２Ｍ、ＧＸ−８３４５（以上、第一工業製薬（株）製）、ＡＳＦ−４００（以上、新日鐵化学（株）製）、リポキシＳＰ−１５０６、ＳＰ−１５０７、ＳＰ−１５０９、ＶＲ−７７、ＳＰ−４０１０、ＳＰ−４０６０（以上、昭和高分子（株）製）、ＮＫエステルＡ−ＢＰＥ−４（以上、新中村化学工業（株）製）等が挙げられる。
【００２１】
（Ａ）成分の含有割合は、通常、１〜２０重量％であり、好ましくは５〜１８重量％、更に好ましくは１０〜１７重量％である。（Ａ）成分の含有割合が１重量％以上であれば、後述する（Ｄ）無機系微粒子（以下、（Ｄ）成分）が、均一に本組成物中に分散される。また、２０重量％以下であれば、本組成物における（Ｄ）成分の含有割合が増大し、焼成後の立体形状物の体積収縮を低減できる。
一方、（Ａ）成分の含有割合が過小である場合には、粘度が増大し、本組成物は、十分な流動性が得られない。また、この含有割合が過大である場合には、（Ｄ）成分の含有割合が減少し、立体形状物の強度が低下したり、立体形状物を脱脂、焼成する際に、ひび割れ等の欠損を生じたりする。
【００２２】
本発明では、（Ａ）成分の少なくとも一部が、３官能以上、即ち、１分子中に３個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能性モノマー、好ましくは、３官能以上の多官能（メタ）アクリレート系モノマーであることが好ましい。また、３官能以上の多官能性モノマーの含有割合は、（Ａ）成分全体を１００重量％としたとき、好ましくは１０重量％以上であり、さらに好ましくは１５重量％以上であり、特に好ましくは２０重量％以上である。含有割合が１０重量％未満であると、本組成物の光硬化性が低下すると共に、造形される立体形状物の強度が低下することがある。このような多官能性モノマーとしては、上述した多官能性モノマーのうち、３官能以上のものが挙げられる。また、好適例についても、上述した通りである。
【００２３】
上記の単官能性モノマー及び多官能性モノマーは、各々一種単独で、又は二種以上組み合わせるか、あるいは単官能性モノマーの少なくとも一種と多官能性モノマーの少なくとも一種とを組み合わせて（Ａ）成分を構成することができる。
【００２４】
（Ｂ）光重合開始剤（以下、（Ｂ）成分）は、好ましくはラジカル性光重合開始剤である。ラジカル性光重合開始剤は、光等のエネルギー線を受けることにより分解し、発生するラジカルによって、ラジカル重合反応を開始させる化合物である。
【００２５】
（Ｂ）成分の具体例としては、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、アントラキノン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、カルバゾール、キサントン、４−クロロベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、１，１−ジメトキシデオキシベンゾイン、３，３’−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、チオキサントン系化合物、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノ−プロパン−２−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、トリフェニルアミン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリ−メチルペンチルフォスフィンオキサイド、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、フルオレノン、フルオレン、ベンズアルデヒド、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾフェノン、３−メチルアセトフェノン、３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン（ＢＴＴＢ）、及びＢＴＴＢとキサンテン、チオキサンテン、クマリン、ケトクマリンその他の色素増感剤との組み合わせ等が挙げられる。これらのうち、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン等が特に好ましい。これらは、一種単独又は二種以上を組み合わせて、（Ｂ）成分を構成することができる。
【００２６】
（Ｂ）成分の含有割合は、通常、０．０１〜１０重量％であり、好ましくは０．１〜８重量％である。（Ｂ）成分の含有割合が過小である場合には、本組成物のラジカル重合反応速度（硬化速度）が低くなるため、造形に時間を要したり、解像度が低下したりする。一方、（Ｂ）成分の含有割合が過大である場合には、過剰量の本成分が、本組成物の硬化特性をかえって低下させたり、立体形状物の強度を低下させたりする。
【００２７】
（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー（以下、（Ｃ）成分）は、側鎖中に極性基を有する櫛形有機ポリマーである。（Ｃ）成分は、好ましくは、側鎖にポリオキシアルキレン基を有し、主鎖にイオン性基を有する有機ポリマーであり、さらに好ましくは、側鎖中にアルキレンオキシド構造単位を有し、主鎖骨格中に無水カルボン酸構造を有する有機ポリマーである。（Ｃ）成分は分散剤であり、（Ｄ）成分を光硬化性液状組成物中に均一に分散させる。
【００２８】
（Ｃ）成分の具体例としては、下記一般式（４）で表される繰り返し構造を有するポリマー等が挙げられる。
【００２９】
【化２】
【００３０】
（Ｃ）成分の市販品としては、マリアリムＡＫＭ−０５３１、ＡＡＳ−０８５１、ＡＡＢ−０８５１、ＡＦＢ−１５２１（以上、日本油脂（株）製）等が挙げられる。
【００３１】
（Ｃ）成分の含有割合は、通常、０．４〜５重量％であり、好ましくは０．５〜５重量％である。（Ｃ）成分の含有割合が０．４重量％未満であると、（Ｄ）成分を本組成物中に均一に分散することが困難となる。一方、含有割合が５重量％より多いと、光硬化物の強度が低下する。
【００３２】
（Ｄ）成分の無機系微粒子は、照射波長の光を実質的に吸収しないものであれば特に制限されない。
（Ｄ）成分としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等の酸化物、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素等の炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、又はこれらの混合物等の各種セラミックスを用いることができる。通常、（Ｄ）成分としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、又はこれらの混合物等が好適に用いられる。これらのセラミックス粉末の粒径は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。
【００３３】
（Ｄ）成分の含有割合は、通常、７５〜９５重量％であり、好ましくは８０〜９５重量％である。（Ｄ）成分の含有割合が７５重量％以上であれば、立体形状物において本成分が十分に緻密となるため、良好なセラミックスを製造できる。また、９５重量％以下であれば、本組成物中に（Ｄ）成分を均一に分散することができる。
【００３４】
本発明の光硬化性液状組成物には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲において、その他の任意成分として、各種の添加剤が含有されていてもよい。かかる添加剤としては、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエーテル、ポリエステル、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、石油樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、セルロース樹脂、フッ素系オリゴマー、シリコーン系オリゴマー、ポリスルフィド系オリゴマー等の（Ｃ）成分以外のポリマー及びオリゴマー；フェノチアジン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール等の重合禁止剤；重合開始助剤；レベリング剤；濡れ性改良剤；界面活性剤；可塑剤；紫外線吸収剤；シランカップリング剤；無機充填剤；顔料；染料；トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系化合物、チオキサントン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、アントラセン及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾインイソプロピルエーテル等の光増感剤（重合促進剤）；ビニルエーテル類、ビニルスルフィド類、ビニルウレタン類、ウレタンアクリレート類、ビニルウレア類等の反応性希釈剤等が挙げられる。
【００３５】
本発明の光硬化性液状組成物は、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分、及び必要に応じて上記任意成分を均一に混合することによって製造することができる。
また、予め（Ａ）〜（Ｃ）成分を混合したベース樹脂液に、（Ｄ）成分を分散させる方法によっても製造することができる。
本発明では、このように、全成分又は多成分を一度に混合して製造しても良いが、好ましくは、予め（Ｃ）成分と（Ｄ）成分とを、例えば、溶媒（例えば、水等）中で混合した後、溶媒を除去する。次に、この混合物を、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分と混合する。このとき、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分は、別々に混合してもよく、また、一度に混合してもよい。（Ｃ）成分及び（Ｄ）成分を予め混合することにより、（Ｄ）成分をより均一に混和することが可能となり、その結果、本組成物中に存在する（Ｄ）成分の分散状態を改善することができる。
【００３６】
このようにして得られる光硬化性液状組成物の粘度は、２５℃において、５０〜５０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、５０〜１０，０００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。
【００３７】
次に、本発明の立体形状物について説明する。本発明の立体形状物は、上記の光硬化性液状組成物の硬化物からなる。この硬化物は、光硬化性液状組成物の液面に光を照射することにより得られる。尚、液面は、リコーター等で均すことができる。このとき、光を選択的に照射すると、所望パターンの断面を有する硬化物（断面硬化層）を得ることができる。
具体的には、本発明の立体形状物は、光硬化性液状組成物に光を照射して、組成物の硬化物を形成し、この硬化物の上に、組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化物をさらに形成し、これを繰り返すことにより、硬化物を積層一体化して造形することにより製造できる。
【００３８】
光硬化性液状組成物に光を選択的に照射する手段としては、特に制限されるものではなく、種々の手段を採用することができる。例えば、レーザー光、又はレンズ、ミラー等を用いて得られた収束光等を走査させながら組成物に照射する手段、所定のパターンの光透過部を有するマスクを用い、このマスクを介して非収束光を組成物に照射する手段、多数の光ファイバーを束ねてなる導光部材を用い、この導光部材における所定のパターンに対応する光ファイバーを介して光を組成物に照射する手段等を採用することができる。また、マスクを用いる手段においては、マスクとして、液晶表示装置と同様の原理により、所定のパターンに従って、光透過領域と光不透過領域とよりなるマスク像を電気光学的に形成するものを用いることもできる。
以上において、目的とする立体形状物が微細な部分を有するもの、又は高い寸法精度が要求されるものである場合には、組成物に選択的に光を照射する手段として、スポット径の小さいレーザー光を走査する手段を採用することが好ましい。尚、容器内に組成物が収容されている場合、光の照射面（例えば、収束光の走査平面）は、組成物の液面、透光性容器の器壁との接触面の何れであってもよい。組成物の液面又は器壁との接触面を光の照射面とする場合には、容器の外部から直接又は器壁を介して光を照射することができる。
【００３９】
本発明の立体形状物は、上述したように、光積層造形法等の光学的立体造形法により製造できる。光学的立体造形法においては、通常、組成物の特定部分を硬化させた後、光の照射位置（照射面）を、既硬化部分から未硬化部分に連続的に又は段階的に移動させることにより、硬化部分を積層させて所望の立体形状とする。ここで、照射位置の移動は、種々の方法によって行うことができ、例えば、光源、組成物の収容容器、組成物の既硬化部分の何れかを移動させたり、収容容器に組成物を追加供給したりする等の方法が挙げられる。
【００４０】
本発明の光学的立体造形法の代表的な一例を、図を用いて説明する。
まず、図１に示すように、光硬化性液状組成物１を収容した容器２内に、昇降自在に設けられた支持ステージ３を、組成物１の液面４から微小量降下（沈降）させることにより、支持ステージ３上に、組成物１を供給して、組成物１の薄層を形成する。次いで、この薄層に対して、マスク５を介して選択的に光を照射し、組成物１の硬化物（硬化樹脂層）６を形成する。
次に、図２に示すように、支持ステージ３を微小量降下（沈降）させて、この硬化物６の上に、組成物１を供給して、組成物の薄層を再度形成する。次いで、この薄層に対して、マスク５を介して選択的に光照射し、硬化物６の上に、これと連続して一体的に積層するように新しい硬化物７をさらに形成する。そして、光照射されるパターンを変化させながら又は変化させずに、この工程を所定回数繰り返すことにより、複数の硬化物が一体的に積層されてなる立体形状物が造形される。
【００４１】
このようにして得られる立体形状物は、収容容器から取り出し、その表面に残存する未反応の組成物を除去した後、必要に応じて洗浄する。ここで、洗浄剤としては、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類に代表されるアルコール系有機溶剤；アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等に代表されるケトン系有機溶剤；テルペン類に代表される脂肪族系有機溶剤；低粘度の熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂が挙げられる。
これらの後処理の後、本発明の立体形状物は、焼成すると、セラミック焼成体となり得る。
【００４２】
以上述べたように、本発明の光硬化性液状組成物を用いることにより、セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、その結果、光積層造形法により、所望の立体形状物を容易に造形できる。本発明の立体形状物は、所望の強度を有している。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により、本発明の具体的態様を説明するが、本発明は、以下の実施例に記載の態様に限定されるものではない。
【００４４】
実施例１
［光硬化性液状組成物の調製］
メトキシプロピレングリコールアクリレート５１．６ｇと、トリメチロールプロパントリアクリレート１８．８ｇと、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１１．４ｇと、日本油脂（株）製、マリアリムＡＫＭ−０５３１（アリルエーテルコポリマー、分散剤）１８．２ｇとの混合物からなるバインダー樹脂を調製し、このバインダー樹脂２４ｇに平均粒径２μｍのアルミナ粒子を７６ｇ添加し、特殊機化工業（株）製、Ｔ．Ｋ．ＨＯＭＯ
ＤＩＳＰＥＲを用い、均一分散することによって、光硬化性液状組成物を調製した。この組成物の粘度は、１００，０００ｍＰａ・ｓであった。
【００４５】
実施例２〜７
表１に示す組成を用いた他は、実施例１と同様にして、光硬化性液状組成物を調製した。
【００４６】
実施例８
予め、平均粒径０．６μｍと４μｍの混合アルミナ粒子の水分散スラリー中に、攪拌しながら日本油脂（株）製、マリアリムＡＫＭ−０５３１を、重量比で８３：１の割合で添加し、乾燥する工程を行い、この乾燥粒子８３ｇを、メトキシプロピレングリコールアクリレート５１．６ｇと、トリメチロールプロパントリアクリレート１８．８ｇと、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１１．４ｇとの混合物からなるバインダー樹脂１７ｇに添加した他は、実施例１と同様にして光硬化性液状組成物を調製した。
【００４７】
実施例９及び比較例１〜４
表１に示す組成用いた他は、実施例１と同様にして、光硬化性液状組成物を調製した。
【００４８】
［評価方法］
光硬化性液状組成物の流動性、粘度及び光硬化性、並びにその硬化物の硬さを、以下に示す条件で評価した。結果を表１に示す。
（１）流動性：ガラス板上に乗せた光硬化性液状組成物を、ステンレス製アプリケータを用いて塗り伸ばした場合の塗工性により、流動性を評価した。このとき、容易に均一塗工できた場合を「○」、ひび割れを生じた場合を「×」と判定した。
【００４９】
（２）粘度：（株）東京計器製、Ｂ８Ｈ型粘度計を用いて、ずり速度２．５（１／Ｓ）、温度２５℃で測定した。
【００５０】
（３）光硬化性：光積層造形法（造型機として、ソニー（株）製、ＳＣＳ−３００Ｐ型を使用した。）により、１００ｍＷ／ｃｍ２のエネルギー密度のレーザー光（波長３５５ｎｍ、直径２００μｍ）を速度２９０ｍｍ／ｓで１回直線的に走査して、光硬化性を評価した。このとき、硬化深度１４０μｍ以上の硬化物が得られた場合を「◎」、硬化深度１４０μｍ未満の硬化物が得られた場合を「○」、硬化物が得られなかった場合を「×」と判定した。
【００５１】
（４）硬さ：ガラス板上に乗せた光硬化性液状組成物を、ステンレス製アプリケータを用いて厚さ２００μｍになるよう塗り伸ばし、ＵＶコンベア（アイグラフィックス（株）製、ＵＢＸ０３１１−００型、光源：メタルハライドランプ、照度：１８０ｍＷ／ｃｍ２、照射光量：１Ｊ／ｃｍ２、空気下硬化）により光硬化し、測定試料の硬化物を得た。硬化物のユニバーサル硬度（ＩＳＯ ＴＲ１４５７７）を、硬度計（ＦＩＳＣＨＥＲ社製、Ｈ１００ＶＰ−ＨＣＵ型）を用いて測定した。このとき、測定値が、２０Ｎ／ｍｍ２以上の場合を「○」、２０Ｎ／ｍｍ２未満の場合を「×」と判定した。
【００５２】
【表１】
【発明の効果】
本発明の光硬化性液状組成物は、セラミック粉体等とバインダー組成物との混合物中に占めるセラミック充填率を増加させても、良好な流動性と光硬化性を示し、その結果、光積層造形法により所望の立体形状物を容易に造形でき、かつ、セラミック焼成が可能であるという効果を奏する。このため、本発明の光硬化性液状組成物は、光積層造形法によるセラミック焼成体の製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学的立体造形法の一例を示す図である。
【図２】本発明の光学的立体造形法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 光硬化性液状組成物
２ 容器
３ 支持ステージ
４ 光硬化性液状組成物の液面
５ マスク
６ 硬化物（硬化樹脂層）
Claims (7)
- 下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）成分を含有する光硬化性液状組成物。
（Ａ）エチレン性不飽和モノマー １〜２０重量％
（Ｂ）光重合開始剤 ０．０１〜１０重量％
（Ｃ）極性基を有する櫛形有機ポリマー ０．４〜５重量％
（Ｄ）無機系微粒子 ７５〜９５重量％ - 前記（Ａ）成分が、アクリル系モノマーとメタクリル系モノマーの混合物である請求項１に記載の光硬化性液状組成物。
- 前記（Ａ）成分の少なくとも一部が、３官能以上の多官能（メタ）アクリレート系モノマーである請求項１又は２に記載の光硬化性液状組成物。
- 前記（Ａ）成分の少なくとも一部が、リン含有（メタ）アクリレート系モノマーである請求項１〜３のいずれか１項に記載の光硬化性液状組成物。
- 前記（Ｃ）成分が、側鎖中にアルキレンオキシド構造単位を有し、主鎖骨格中に無水カルボン酸構造を有する有機ポリマーである請求項１〜４のいずれか１項に記載の光硬化性液状組成物。
- 予め前記（Ｃ）成分と前記（Ｄ）成分とを混合し、その後これに前記（Ａ）成分と前記（Ｄ）成分を混合することを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の光硬化性液状組成物の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光硬化性液状組成物に光を照射して、前記組成物の硬化物を形成し、前記硬化物の上に、前記組成物を再度供給し、光を照射して、前記組成物の硬化物をさらに形成し、これを繰り返すことにより、前記硬化物を積層一体化して、立体形状物を造形する、立体形状物の製造方法。
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