JP4578223B2 - 光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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まず、容器内に注入された液状の光硬化性樹脂組成物の液面に、紫外線等の活性エネルギー線を選択的に照射することにより、所定のパターンを有する硬化樹脂層が形成される。次いで、この硬化樹脂層の上に、新たに一層分の液状の光硬化性樹脂組成物を注入し、その液面に選択的に光を照射することにより、先に形成された硬化樹脂層上にこれと連続するよう新しい硬化樹脂層が一体的に積層形成される。そして、活性エネルギー線が照射されるパターンを変化させながらあるいは変化させずに上記の工程を所定回数繰り返すことにより、複数の硬化樹脂層が一体的に積層されてなる立体形状物が形成される。このような光学的立体造形法は、目的とする立体形状物の形状が複雑なものであっても、容易にしかも短時間で得ることができるために注目されている。
[a]ウレタン(メタ)アクリレート、オリゴエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、チオールおよびエン化合物、感光性ポリイミドなどのラジカル重合性有機化合物を含有する樹脂組成物(例えば特開平1−204915号公報、特開平2−208305号公報、特開平3−160013号公報参照)。
[b]エポキシ化合物、環状エーテル化合物、環状ラクトン化合物、環状アセタール化合物、環状チオエーテル化合物、スピロオルソエステル化合物、ビニルエーテル化合物などのカチオン重合性有機化合物を含有する樹脂組成物(例えば特開平1−213304号公報参照)。
[c]ラジカル重合性有機化合物とカチオン重合性有機化合物とを含有する樹脂組成物(例えば特開平2−28261号公報、特開平2−75618号公報、特開平6−228413号公報参照)。
(C)エチレン性不飽和モノマー、(D)トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロース及びクオドロールから選択された3価以上の多価アルコールを、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド及びテトラヒドロフランから選択された環状エーテル化合物で変性することにより得られるポリエーテルポリオール、及び前記多価アルコールをカプロラクトンで変性することにより得られるポリカプロラクトンポリオールから選択された少なくとも1種の1分子中に3個以上の水酸基を有するポリオール、(E)カチオン性光重合開始剤、および(F)ラジカル性光重合開始剤を含有してなることを特徴とする光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物を提供する。本発明の第2は、(C)エチレン性不飽和モノマーがペンタエリスリトールトリアクリレートである上記発明1に記載の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物を提供する。本発明の第3は、(D)1分子中に3個以上の水酸基を有するポリオールがトリメチロールプロパンのカプロラクトン変性物である上記発明1または2に記載の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物を提供する。本発明の第4は、(F)ラジカル性光重合開始剤が1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンおよび/またはジエチルチオキサントンである上記発明1〜3のいずれかに記載の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物を提供する。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物における成分(A)は下記式(1)または(2)で表されるエポキシドである。この成分(A)は、カチオン性光重合開始剤の存在下で光照射することにより重合反応や架橋反応を起こして硬化する。
式(2)で表されるエポキシドはテレフタル酸アルキルとシクロヘキセンメタノールとのエステル交換により脂環式オレフィンのジエステル化合物を合成し、同ジエステル化合物の脂環式オレフィン部分を過酸又は過酸化水素にてエポキシ化することにより得られる。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物における成分(B)は上記一般式(3)で表される化合物であり、2個のグリシジルエーテル基を両端に有するジエポキシ化合物である。この成分(B)は、カチオン性光重合開始剤の存在下で光照射することにより重合反応や架橋反応を起こす有機化合物である。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物における成分(C)はエチレン性不飽和モノマーであり、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、および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を挙げることができる。
多官能性モノマーとして具体的には、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、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド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)アクリレートなどを例示することができる。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物における成分(D)は1分子中に3個以上の水酸基を有するポリオールであり、樹脂組成物の光硬化性、光造形により得られる立体形状物の形状安定性および物性安定性を発現させるために必須成分として使用される。成分(D)として使用されるポリオールは1分子中に3個以上、好ましくは3〜6個の水酸基を有する。1分子中に有する水酸基の数が3個未満であると、形状安定性および物性安定性が得られず、また、十分な機械的特性を有する立体形状物を得ることができない。一方、1分子中に6個を超える水酸基を有するポリオールを使用すると、得られる立体形状物において伸びや靭性が低下する傾向がある。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物における成分(E)はカチオン性光重合開始剤であり、光などの活性エネルギー線の照射により、前記(A)成分および(B)成分のカチオン重合を開始させる物質を放出することができる化合物であり、特に好ましい化合物として、下記一般式(7)で表される構造を有するオニウム塩を挙げることができる。このオニウム塩は、光を受けることによりルイス酸を放出する化合物である。
式中、カチオンはオニウムであり、ZはS、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、ClまたはN=Nであり、R3、R4、R5およびR6は同一または異なる有機基である。a、b、c、dはそれぞれ0〜3の整数であって、(a+b+c+d)はZの価数に等しい。Mはハロゲン化物錯体の中心原子を構成する金属またはメタロイドであり、例えば、B、P、As、Sb、Fe、Sn、Bi、Al、Ca、In、Ti、Zn、Sc、V、Cr、Mn、Coである。Xはハロゲン原子である。mはハロゲン化物錯体イオンの正味の電荷であり、nはハロゲン化物錯体イオン中の原子の数である。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物における成分(F)は光などのエネルギー線を受けることにより分解して発生するラジカルによって成分(C)のラジカル重合反応を開始させる化合物である。
本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物には、光硬化性を損なわない範囲において、上記の必須成分(A)〜(F)以外の成分を含有させることができる。任意成分としては、成分(A)、(B)以外のカチオン重合性有機化合物を挙げることができる。このようなカチオン重合性有機化合物としては、例えばエポキシ化合物、オキセタン化合物、オキソラン化合物、環状アセタール化合物、環状ラクトン化合物、チイラン化合物、チエタン化合物、ビニルエーテル化合物、エポキシ化合物とラクトンとの反応生成物であるスピロオルソエステル化合物、エチレン性不飽和化合物、環状エーテル化合物、環状チオエーテル化合物、ビニル化合物、これらの化合物の誘導体などを挙げることができる。
得られる本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物は、光学的立体造形法における光硬化性液状樹脂物質として好適に使用される。すなわち、本発明の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物に対して、紫外線等の活性エネルギー線を選択的に照射して硬化に必要なエネルギーを供給する光学的立体造形法により、所望の形状の立体形状物を製造することができる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1および2、比較例1]
表1に示す配合処方に従って各成分及び任意成分を攪拌混合(60℃×1時間)し、本発明の光学的立体造形用樹脂組成物を製造した。
エチレン性不飽和モノマー:ペンタエリスリトールトリアクリレート[ダイセル・ユーシービー(株)製]
カチオン性光重合開始剤:Uvacure1590[ダイセル・ユーシービー(株)製]
ラジカル性光重合開始剤1:1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
ラジカル性光重合開始剤2:ジエチルチオキサントン[KAYACURE DETX、日本化薬(株)製]
ポリオール:プラクセル308[ダイセル化学工業(株)製]
試験片の作製:
アプリケータを用い、ガラス板上に組成物を塗布することにより、厚みが200μmの塗布膜を形成し、メタルハライドランプを装備したコンベア硬化装置を用いて、当該塗布膜の表面に紫外線を照射(照射量0.5J/cm2)して、半硬化樹脂フィルムを作製した。次いで、ガラス板から半硬化樹脂フィルムを剥離し、離型紙に載せ、最初に紫外線を照射した面とは反対側の面から紫外線を照射(照射量0.5J/cm2)して、硬化樹脂フィルムを作製した。
このようにして作製された硬化樹脂フィルムを、下記の環境条件下に静置することにより4種類の試験片1〜4を作製した。
試験片1:温度23℃、相対湿度50%の恒温恒湿室内に24時間静置
試験片2:温度23℃、相対湿度50%に恒温恒湿室内に30日間静置
試験片3:温度23℃、相対湿度95%に恒温恒湿室内に30日間静置
試験片4:温度23℃、水中に30日間静置
温度23℃、相対湿度50%の恒温恒湿室内で、試験片1(初期値測定用)、試験片2〜4(経時的変化測定用)の各々について、引張速度1mm/min、標線間距離25mmの条件でヤング率を測定した。
試験片の作製:
Arイオンレーザー(波長351nm,365nm)よりなる照射用光源を搭載する光造形装置「ソリッドクリエーターJSC−2000」[ソニー(株)製]を使用し、照射面(液面)におけるレーザーパワー100mW、走査速度400mm/秒の条件で、光硬化性樹脂組成物に対し選択的にレーザー光を照射して硬化樹脂層(厚さ0.20mm)を形成する工程を繰り返すことにより、図1に示すような測定用モデル(以下「反りモデル」という)を造形した。次いで、この反りモデルを光造形装置から取り出し、外表面に付着している樹脂組成物を拭き取り、さらに、溶剤により余分な樹脂組成物を洗浄除去した。図1に示すように反りモデルの脚部11の下端を水平台20に固定し、水平台20から脚部12の下端までの距離(Δhmm)を反り量として測定した。更にこの反りモデルを温度23℃、相対湿度50%の恒温恒湿室内に30日間静置した後、同様に測定した。
11、12 脚部
20 水平台
Claims (4)
- (A)下記式(1)または(2)で表されるエポキシド、
(C)エチレン性不飽和モノマー、(D)トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロース及びクオドロールから選択された3価以上の多価アルコールを、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド及びテトラヒドロフランから選択された環状エーテル化合物で変性することにより得られるポリエーテルポリオール、及び前記多価アルコールをカプロラクトンで変性することにより得られるポリカプロラクトンポリオールから選択された少なくとも1種の1分子中に3個以上の水酸基を有するポリオール、(E)カチオン性光重合開始剤、および(F)ラジカル性光重合開始剤を含有してなることを特徴とする光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物。 - (C)エチレン性不飽和モノマーがペンタエリスリトールトリアクリレートである請求項1に記載の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物。
- (D)1分子中に3個以上の水酸基を有するポリオールがトリメチロールプロパンのカプロラクトン変性物である請求項1または2に記載の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物。
- (F)ラジカル性光重合開始剤が1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンおよび/またはジエチルチオキサントンである請求項1〜3のいずれかに記載の光学的立体造形用光硬化性樹脂組成物。
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