JP2007509192A - 安定した引張特性を有する物品を得るための光硬化可能な組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の光硬化可能な組成物において使用するのに適したカチオン硬化可能な化合物もしくは樹脂は、開環メカニズムを介して、あるいは開環メカニズムの結果として反応してポリマーネットワークを形成することができる官能基を有することを特徴とする。前記官能基の例としては、分子中におけるオキシラン(エポキシド)環、オキセタン環、テトラヒドロピラン環、およびラクトン環などがある。このような樹脂は、脂肪族構造、芳香族構造、脂環式構造、アリール脂肪族(araliphatic)構造、または複素環式構造を有してよく、こうした環基を側基として含有するか、あるいはエポキシ基が、脂環式系もしくは複素環系の一部を形成し得る。これらのタイプの化合物もしくは樹脂は広く知られており、市販されている。一般には、上記の官能基を有するカチオン硬化可能な化合物もしくは樹脂は、本発明の光硬化可能な組成物において使用するのに適している(但し、組成物が、組成物100グラム当たり0.54当量未満のカチオン硬化可能な基を有するという条件はある)。
本発明のアクリレート含有化合物はエチレン性不飽和であるのが好ましい。アクリレート含有化合物は(メタ)アクリレートであるのがさらに好ましい。“(メタ)アクリレート”とは、アクリレート、メタクリレート、またはこれらの混合物を表わしている。本発明のアクリレート含有化合物は、光硬化可能な組成物が、組成物100グラム当たり0.10当量未満のアクリレート基を含有するならば、少なくとも1種のポリ(メタ)アクリレート〔たとえば、二官能価、三官能価、四官能価、もしくは五官能価でモノーまたはオリゴマーの、脂肪族(メタ)アクリレート、脂環式(メタ)アクリレート、あるいは芳香族(メタ)アクリレート〕を含んでよい。二官能価の(メタ)アクリレートが好ましく、脂肪族もしくは芳香族の二官能価(メタ)アクリレートが特に好ましい。
本発明の光硬化可能な組成物は、1種以上のヒドロキシル基含有化合物を含有する。ヒドロキシル含有化合物は二官能価であるのが好ましい。二官能価のヒドロキシル基含有化合物はポリエーテルポリオールであるのがさらに好ましい。ポリエーテルポリオールはポリテトラメチレンエーテルグリコール(“ポリTHF”)であるのが最も好ましい。ポリTHFは約250〜約2500の分子量を有するのが好ましい。ポリTHFは、末端がヒドロキシル基であっても、エポキシ基であっても、あるいはエチレン性不飽和基であってもよい。ポリテトラメチレンエーテルグリコールは、ポリメグ(Polymeg)(登録商標)の製品系列(ペン・スペシャルティ・ケミカルズ社)にて市販されている。本発明の光硬化可能な組成物は、ポリメグ1000(1000gの公称分子量を有する直鎖状ジオール)を含むのが好ましい。
カチオン光開始剤は、カチオン光重合を開始させるのに一般的に使用される光開始剤から選択することができる。例としては、弱い求核性アニオンとのオニウム塩(たとえば、ハロニウム塩、ヨードシル塩、スルホニウム塩、スルホキソニウム塩、またはジアゾニウム塩)がある。メタロセン塩も光開始剤として適している。オニウム塩光開始剤とメタロセン塩光開始剤が、米国特許第3,708,296号;“UV-Curing,Science and Technology”,(S.P.Pappas編,テクノロジー・マーケッティング社);およびJ.V.Crivello and K.Dietliker,“Photoinitiators for Cationic Polymerization”, Chemistry & Technology of UV & EB Formulations for Coatings, Inks & Paints, 327-478 (P.K.Oldring編,SITAテクノロジー社 1991);に記載されている(これらの文献を参照により本明細書に含める)。
フリーラジカル光開始剤は、ラジカル光重合を開始させるのに一般的に使用される光開始剤から選択することができる。フリーラジカル光開始剤の例としては、ベンゾイン類〔たとえば、ベンゾイン、ベンゾインエーテル(たとえば、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル)、およびベンゾインアセテート〕;アセトフェノン類(たとえば、アセトフェノン、2,2-ジメトキシアセトフェノン、および1,1-ジクロロアセトフェノン);ベンジルケタール(たとえば、ベンジルジメチルケタールやベンジルジエチルケタール);アントラキノン類(たとえば、2-メチルアントラキノン、2-エチルアントラキノン、2-tert-ブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン、および2-アミルアントラキノン);トリフェニルホスフィン;ベンゾイルホスフィンオキシド〔たとえば、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シド(ルジリン(Luzirin)(登録商標)TPO)〕;ビスアシルホスフィンオキシド;ベンゾフェノン類〔たとえば、ベンゾフェノンや4,4’-ビス(N,N’-ジメチルアミノ)ベンゾフェノン〕;チオキサントン類とキサントン類;アクリジン誘導体;フェナジン誘導体;キノキサリン誘導体;1-フェニル-1,2-プロパンジオン 2-O-ベンゾイルオキシム;4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-プロピル)ケトン(イルガキュアー2959、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社);ならびに、1-アミノフェニルケトン類や1-ヒドロキシフェニルケトン類(たとえば、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシイソプロピルフェニルケトン、フェニル1-ヒドロキシイソプロピルケトン、および4-イソプロピルフェニル1-ヒドロキシイソプロピルケトン);などがある。
本発明の光硬化可能な組成物は、他の種々の成分を含有してよい。このような成分の例としては、改質剤、靭性付与剤、安定剤、消泡剤、レベリング剤、増粘剤、難燃剤、酸化防止剤、顔料、染料、充填剤、およびこれらの組み合わせ物がある。
本発明のさらなる態様は、光硬化可能な組成物の第1の層を形成させること;前記第1の層を、三次元物品のモデルの個々の断面層に対応したパターンで、第1の層を画像化エリアに硬化させるのに十分な化学線に暴露すること;光硬化可能な組成物の第2の層を、硬化した第1の層の上に形成させること;前記第2の層を、モデルの個々の断面層に対応したパターンで、第2の層を画像化エリアに硬化させるのに十分な化学線に暴露すること;および、すぐ前の2つの工程を繰り返して、連続した層を、要求どおりの三次元物品が得られるように形成させること;によって、三次元物品を、そのモデルにしたがって連続した断面層ごとに作製する方法を含む。
本明細書においては、本発明の光硬化可能な組成物をジェットデポジットする(jet depositing)ことによって三次元物品を製造する方法が提供される。この方法は、光硬化可能な組成物の連続した液滴を付着させる工程(たとえば、インクジェット印刷ヘッドを使用して)、および液滴に化学線を照射して組成物を硬化させる工程を含み、このとき液滴は、コンピュータ・ファイル(たとえばCADファイル)中に保存されている所望の形状にしたがってデポジットされる。光硬化可能な組成物は、いかなる支持体(たとえば、紙、布地、タイル、印刷プレート、壁紙、プラスチック(たとえばビニル)支持体、金属粉末、またはペースト)上にデポジットさせることもできるし、あるいはそれ自体の先行層の上に(on prior layers of itself)付着させることもできる。
前述したように、本発明の光硬化可能な組成物は、DVDの製造において使用することができる。光硬化可能な組成物は、ヒトと機械が読み取れる安定した文字をDVD上に創り出すのに使用することができる。この方法は、情報が記録されていないDVD基板(たとえばポリカーボネート基板)の表面に光硬化可能な組成物をコーティングすること、および組成物を紫外線で硬化させることを含む。コーティング工程は、当業界に公知のスクリーン印刷、インクジェット印刷、または他の適切な方法によって行うことができる。基板の反対側表面に、音声データ、映像データ、または他のデータでコード化され、紫外線硬化可能な層(たとえばラッカー)によって保護されたアルミニウム層、金層、または他の層をプリコートすることができる。光硬化可能な組成物はチキソトロープ混合物であってよく、顔料、可視染料もしくは赤外線染料、または他の慣用の添加剤を含有してよい。
本明細書においてはさらに、ファイバーが本発明の光硬化可能な組成物で被覆された形の被覆光グラスファイバーを製造する方法が提供される。延伸ガラスから製造される光ファイバーは、通信ケーブルにおける伝送媒体として使用される。このようなファイバーは、ファイバーを保護するためにポリマー組成物で被覆する必要がある。この方法は、本発明の光硬化可能な組成物を光グラスファイバーに施すこと、および化学線に暴露することによって光硬化可能な組成物を硬化させること、を含む。
本発明の光硬化可能な組成物は、発光ダイオードをシールするための方法においても使用することができる。発光ダイオード(“LED”)は、電流を通したときに可視光を発する半導体デバイスである。発光ダイオードは透過性であり、可視光線エネルギーまたは赤外線エネルギーが通過できる。発光ダイオードは、P型半導体およびN型半導体と呼ばれる加工材料の2つのエレメントからなる。これら2つのエレメントを、直接接触させた状態で配置し、PN接合と呼ばれる領域を形成させる。本発明の光硬化可能な組成物を、P型半導体とN型半導体との間にシーラントとして施すことができる。この方法は、本発明の光硬化可能な組成物をP型半導体とN型半導体の間に施すこと、および化学線エネルギー(たとえば、可視光線や紫外線)に暴露することによって光硬化可能な組成物を硬化させること、を含む。
本発明は、硬化可能な又は“反応性”のワックスを本発明の光硬化可能な組成物に加えて、射出、押出、あるいは機械的分配を行うことができるペーストを作製することを提供する。“反応性”ワックスとは、本発明の光硬化可能な組成物に化学的に結合するようになることで、光硬化可能な組成物に対して反応性を有する部分を含んだワックスを表わしている。反応性部分としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、イソシアナート基、チオール基、アミノ基、エポキシ基、およびビニル基などがあるが、好ましいのはヒドロキシル基とカルボキシル基である。本発明において有用なワックスは、約50〜約10,000(好ましくは約400〜1000)の分子量を有していなければならない。本発明において有用なワックスはさらに、性質が主として炭化水素でなければならない。すなわち、水素と炭素を少なくとも約85重量%含有していなければならない。
表IIIは、実施例1〜10として標識されたそれぞれの光硬化可能な組成物の成分を示している。表III中の数字は、光硬化可能な組成物の総重量を基準とした各成分の重量%を表わしている。表IIIはさらに、それぞれの光硬化可能な組成物100グラム当たりに存在するエポキシ基、アクリレート基、およびヒドロキシル基の当量を示している。表IVは、表III中の商品名に関するより詳細な情報を提供している。
比較例1の光硬化可能な組成物は、表IIIに記載の成分を使用して、前述の方法にしたがって作製した。三次元物品は、組成物から前述のプロセスにしたがって作製した。表IIIに示されているように、比較例1の光硬化可能な組成物は、グリシジルエポキシ化合物(ヘロキシ48とヘロキシ107)、非グリシジルエポキシ化合物(ウバキュアー1500)、トリアクリレート(SR368)、およびペンタアクリレート(SR399)を含有する。比較例1の光硬化可能な組成物は、0.54当量のエポキシ基、0.10当量のアクリレート基、および0.10当量のヒドロキシル基を含有する。
実施例9の光硬化可能な組成物は、表IIIに記載の化合物を使用して、前述の方法にしたがって作製した。三次元物品は、組成物から前述のプロセスにしたがって作製した。表IIIに示されているように、実施例9の光硬化可能な組成物は、比較例1のトリアクリレートおよびペンタアクリレートの代わりに高粘度のジアクリレート(CN120)を含有する。さらに、比較例1とは対照的に、実施例9はグリシジルエポキシ化合物を含有しない。実施例9の光硬化可能な組成物は、0.46当量のエポキシ基、0.072当量のアクリレート基、および0.03当量のヒドロキシル基を含有する。
実施例10光硬化可能な組成物は、表IIIに記載の化合物を使用して、前述の方法にしたがって作製した。三次元物品は、組成物から前述のプロセスにしたがって作製した。表IIIに示されているように、実施例10の光硬化可能な組成物は、比較例1のトリアクリレートおよびペンタアクリレートの代わりに高粘度のジアクリレート(CN120)を含有する。さらに、比較例1とは対照的に、実施例10は、減らした量のグリシジルエポキシ化合物(ヘロキシ107)を含有する。実施例10の光硬化可能な組成物は、0.46当量のエポキシ基、0.072当量のアクリレート基、および0.03当量のヒドロキシル基を含有する。
Claims (25)
- (a) カチオン硬化可能な化合物;
(b) アクリレート含有化合物;
(c) 多官能価のヒドロキシル含有化合物;
(d) カチオン光開始剤;および
(e) フリーラジカル光開始剤;
を含む光硬化可能な組成物であって、前記組成物の100グラム当たり、好ましくは前記組成物の有機部分の100グラム当たり0.54当量未満のカチオン硬化可能な基、0.10当量未満のアクリレート基、および0.10当量未満のヒドロキシル基を含有する光硬化可能な組成物。 - 前記カチオン硬化可能な化合物がエポキシ含有化合物であり、前記カチオン硬化可能な基がエポキシ基であり、前記エポキシ含有化合物が好ましくは二官能価化合物であり、さらに好ましくは非グリシジルエポキシ化合物であり、前記二官能価の非グリシジルエポキシ化合物が好ましくは脂環式化合物であり、さらに好ましくは6員環化合物であり、最も好ましくは3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートである、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記アクリレート含有化合物が二官能価のアクリレート、メタクリレート又はこれらの混合物であり、前記二官能価のアクリレート、メタクリレート又はこれらの混合物が好ましくは脂肪族または芳香族化合物であり、さらに好ましくはビスフェノールAをベースとするエポキシジアクリレートである、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記ヒドロキシル含有化合物が二官能価化合物であり、前記二官能価のヒドロキシル含有化合物が好ましくはポリエーテルポリオールであり、さらに好ましくは前記ポリエーテルポリオールが、250〜2000の分子量を有するポリテトラメチレングリコールである、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記カチオン光開始剤が、S,S,S,S’-テトラフェニルチオビス(4,1-フェニレン)ジスルホニウムジヘキサフルオロアンチモナートとジフェニル(4-フェニルチオフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモナートとの混合物である、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記フリーラジカル光開始剤がシクロヘキシルフェニルケトンであり、前記シクロヘキシルフェニルケトンが好ましくは1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンである、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 反応性充填剤をさらに含み、好ましくは前記充填剤が架橋ポリシロキサンのコアを有する、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 安定剤をさらに含み、好ましくは前記安定剤が2,6-ジtert-ブチル-4-ヒドロキシトルエンおよび/またはN,N-ジメチルベンジルアミンである、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 三官能価以上の多官能価アクリレートを全く含まない、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記組成物が、画像化、硬化、ならびに温度25℃および相対湿度50%での保存後に、51日経過すると約21%未満ほど増大する引張強度、および/または、51日経過すると約14%未満ほど増大する引張モジュラス、および/または、51日経過すると47%未満ほど低下する破断点伸びを有する、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記組成物が、前記組成物100グラム当たり約0.46〜約0.51当量のカチオン硬化可能な基、および/または、前記組成物100グラム当たり約0.048〜約0.080当量のアクリレート基、および/または、前記組成物100グラム当たり約0.03当量のヒドロキシル基を含有する、請求項1に記載の光硬化可能な組成物。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の組成物を硬化させた後に得られる三次元物品。
- (a) 約40重量%〜約80重量%の二官能価非グリシジルエポキシ化合物;
(b) 約15重量%〜約35重量%の、好ましくは約15重量%〜約20重量%の二官能価のアクリレート、メタクリレート又はこれらの混合物;
(c) 約10重量%〜約20重量%の二官能価ヒドロキシル含有化合物、好ましくはポリエーテル含有化合物;
(d) カチオン光開始剤;および
(e) フリーラジカル光開始剤;
を含む光硬化可能な組成物。 - 前記二官能価非グリシジルエポキシ化合物が脂環式のエポキシ化合物であり、好ましくは3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレートである、請求項13に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記二官能価のアクリレート、メタクリレート又はこれらの混合物が脂肪族または芳香族化合物であり、好ましくはビスフェノールAをベースとするエポキシジアクリレートである、請求項13に記載の光硬化可能な組成物。
- 前記二官能価ヒドロキシル含有化合物がポリエーテルであり、好ましくは250〜2000の分子量を有するポリテトラメチレングリコールである、請求項13に記載の光硬化可能な組成物。
- 三次元物品を、そのモデルにしたがって連続した断面層ごとに作製する方法であって、
(1) 請求項1に記載の光硬化可能な組成物の第1の層を形成させる工程;
(2) 前記第1の層を、モデルの個々の断面層に対応したパターンで、第1の層を画像化エリアに硬化させるのに十分な化学線に暴露する工程;
(3) 前記組成物の第2の層を、硬化した第1の層の上に形成させる工程;
(4) 前記第2の層を、モデルの個々の断面層に対応したパターンで、第2の層を画像化エリアに硬化させるのに十分な化学線に暴露する工程;および
(5) 連続した層が要求どおりに形成されるよう工程(3)-(4)を繰り返して、前記三次元物品を形成させる工程;
を含む前記方法。 - 請求項17に記載の方法によって作製される三次元物品。
- 2つ以上のデジタル多用途ディスク(DVD)層を接合する方法であって、
(1) 請求項1に記載の光硬化可能な組成物の成分を混合して、チキソトロープ混合物を形成させる工程;
(2) 前記混合物を施して、接合しようとする2つのDVD層間に配置される接合層を形成させる工程;
(3) 化学線を、好ましくは紫外線を使用して、光硬化可能な組成物を約0.2〜1.0J/cm2の、さらに好ましくは約0.4J/cm2の線量にて硬化させる工程;および
(4) 必要に応じて、硬化した接合層を間に有する2つのDVD層を一緒にプレスする工程;
を含む前記方法。 - 請求項19に記載の方法によって製造されるデジタル多用途ディスク。
- 三次元物品を、そのモデルにしたがって連続した断面層ごとに作製する方法であって、請求項1に記載の光硬化可能な組成物の連続した液滴を、隣接した液滴が一体化するように、前記モデルの個々の断面層に対応したパターンで基板上にジェットデポジットさせる工程;この工程を繰り返して連続した層を形成させる工程;ならびに、幾つかの層が形成された後に、および/または、所望の全ての層が形成された後に、化学線を照射して光硬化可能な組成物を、ピクセルごとに、ラインごとに、そして層ごとに硬化させる工程;を含む前記方法。
- 三次元物品を、そのモデルにしたがって連続した断面層ごとに作製する方法であって、粉末物質の層を基板上に画定する工程;請求項1に記載の光硬化可能な組成物を粉末層上に、前記モデルの個々の断面層に対応したパターンでジェットデポジットさせる工程;これらの工程を繰り返して連続した層を形成させる工程;ならびに、幾つかの層が形成された後に、および/または、所望の全ての層が形成された後に、化学線を照射して光硬化可能な組成物を、ピクセルごとに、ラインごとに、そして層ごとに硬化させる工程;を含む前記方法。
- 前記粉末が、請求項1に記載の光硬化可能な組成物と反応する反応性成分を含むか、あるいは光硬化可能な組成物によって、前記粉末が粉末自体と反応するように促進されることを特徴とする、請求項22に記載の方法。
- 前記粉末が請求項1に記載の光硬化可能な組成物を含む、請求項22または23に記載の方法。
- 請求項21〜24のいずれかに記載の方法によって製造される三次元物品。
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