JP5012462B2 - Photocurable composition for stereolithography, carbonized article, and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、光造形法を用いて炭化造形物を製造するための光硬化性組成物、及び該組成物を用いて製造される立体造形物、ならびに該立体造形物を焼成してなる炭化造形物に関する。 The present invention relates to a photocurable composition for producing a carbonized article using an optical modeling method, a three-dimensional article manufactured using the composition, and a carbonized article formed by firing the three-dimensional article. Related to things.
光造形法を用いて、複雑な立体形状を有する造形物を製造することは従来より知られている。
光造形法としては、光硬化性樹脂液の薄層液面に光線を照射して、所望のパターンの断面を有する硬化物(断面硬化層)を形成し、次に、この断面硬化層の上に光硬化性樹脂層を1層分供給し、光線を照射して、断面硬化層をさらに形成し、以後、この操作を繰り返すことによって、複数の断面硬化層が積層し一体化してなる所望の形状を有する立体造形物を造形する方法が代表的である。
また、このような光造形法を用いて、セラミックスからなる造形物を形成することも行われている。例えば、光硬化性樹脂液にセラミックス微粒子を配合し、光造形法により立体造形物を製造した後、該立体造形物を焼成することにより、複雑な立体形状を有するセラミックス造形物を製造することができる(例えば、特許文献1)。
It has hitherto been known to manufacture a modeled object having a complicated three-dimensional shape using an optical modeling method.
The stereolithography method involves irradiating a thin layer liquid surface of a photocurable resin liquid with light to form a cured product (cross-section cured layer) having a desired pattern cross section, and then on the cross-section cured layer. 1 layer of a photo-curable resin layer is supplied, irradiated with light to further form a cross-section hardened layer, and thereafter, by repeating this operation, a plurality of cross-section hardened layers are laminated and integrated. A method of modeling a three-dimensional model having a shape is representative.
Moreover, forming the modeling object which consists of ceramics using such an optical modeling method is also performed. For example, a ceramic model having a complicated three-dimensional shape can be manufactured by blending ceramic fine particles in a photocurable resin liquid, manufacturing a three-dimensional model by an optical modeling method, and then firing the three-dimensional model. (For example, Patent Document 1).
一方、炭素材からなる成形物は、燃料電池用電極等の種々の分野で用いられているが、金型等を用いて成形されるものであるため(例えば、特許文献2)、微細な立体形状を与えることが困難であった。
特許文献1に記載されたセラミックス造形物に代えて、炭化造形物(換言すれば、所望の立体形状を有する炭素材からなる硬化物)を形成することができれば、燃料電池用電極、電磁シールド等のみならず、カーボン配線等の半導体プロセスや、MEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステムズ)等の分野においても、光造形技術を適用することが可能となる。特に、炭化の際の炭素化収率(残炭率;燃焼して消失せずに炭として残存する質量割合)が高ければ、微細な造形物を高精度で形成することができる。
そこで、本発明は、微細な立体形状を有する炭化造形物を、高精度で容易に製造することのできる光硬化性組成物を提供することを目的とする。
If a carbonized model (in other words, a cured product made of a carbon material having a desired three-dimensional shape) can be formed instead of the ceramic model described in
Then, an object of this invention is to provide the photocurable composition which can manufacture the carbonized modeling thing which has a fine three-dimensional shape easily with high precision.
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討した結果、(A)主鎖に芳香環構造を有しかつエポキシ基を2個以上有するエポキシ化合物40〜90質量%、(B)カチオン性光重合開始剤0.01〜10質量%、(D)エチレン性不飽和基を2個以上有するリン酸エステル化合物5〜45質量%、及び(E)ラジカル性光重合開始剤0.1〜8質量%、を含む光硬化性組成物によれば、本発明の上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。 The present inventors have made study in order to solve the above problems, an epoxy compound 40-90 wt% having two or more (A) a main chain Yes vital epoxy group an aromatic ring structure, (B) cationic 0.01 to 10% by mass of a photopolymerization initiator, (D) 5 to 45% by mass of a phosphoric ester compound having two or more ethylenically unsaturated groups, and (E) a radical photopolymerization initiator of 0.1 to 0.1%. According to the photocurable composition containing 8% by mass, the inventors have found that the above object of the present invention can be achieved and completed the present invention.
すなわち、本発明は、下記[1]〜[8]を提供するものである。
[1] (A)主鎖に芳香環構造を有しかつエポキシ基を2個以上有するエポキシ化合物40〜90質量%、(B)カチオン性光重合開始剤0.01〜10質量%、(D)エチレン性不飽和基を2個以上有するリン酸エステル化合物5〜45質量%、及び(E)ラジカル性光重合開始剤0.1〜8質量%(ただし、上記各成分の配合割合は、光硬化性組成物が溶剤を含む場合には、溶剤を除く光硬化性組成物の全量を100質量%としたときの割合である。)、を含むことを特徴とする光造形用光硬化性組成物。
[2] (C)エチレン性不飽和基を2個以上有する、上記(D)成分以外のモノマー3〜30質量%(ただし、該(C)成分の配合割合は、光硬化性組成物が溶剤を含む場合には、溶剤を除く光硬化性組成物の全量を100質量%としたときの割合である。)、を含む上記[1]に記載の光硬化性組成物。
[3] 上記(A)成分が、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格型エポキシ樹脂、アントラキノン骨格型エポキシ樹脂、フェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂、及びクレゾールノボラック骨格型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記[1]又は[2]に記載の光硬化性組成物。
[4] 前記(A)成分が、下記式(1)で表されるナフタレン骨格型エポキシ樹脂、下記式(3)で表されるフェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂、及び下記式(4)で表されるクレゾールノボラック骨格型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記[3]に記載の光硬化性組成物。
[5] 上記[1]〜[4]のいずれかに記載の光硬化性組成物を光硬化させてなる立体造形物。
[6] 上記[1]〜[4]のいずれかに記載の光硬化性組成物に光を照射して、前記組成物の硬化層を形成した後、該硬化層の上に、前記組成物を再度供給し、光を照射して、前記組成物の硬化層をさらに形成し、以後、これを繰り返すことにより、複数の硬化層が積層し一体化してなる立体造形物を造形する立体造形物の製造方法。
[7] 上記[5]に記載の立体造形物を焼成してなる、炭素化収率が30質量%以上である炭化造形物。
[8] 上記[1]〜[4]のいずれかに記載の光硬化性組成物に、光を照射し、前記組成物の硬化層を形成した後、該硬化層の上に、前記組成物を再度供給し、光を照射して、前記組成物の硬化層をさらに形成し、以後、これを繰り返すことにより、複数の硬化層が積層し一体化してなる立体造形物を得る造形工程と、該立体造形物を焼成し、炭素化収率が30質量%以上である炭化造形物を得る焼成工程を含むことを特徴とする炭化造形物の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [ 8 ].
[1] (A) a main chain Yes vital epoxy group an aromatic ring structure in an epoxy compound having two or more 40 to 90 wt%, (B) a cationic photopolymerization initiator 0.01 to 10 wt%, (D ) 5 to 45% by mass of a phosphoric acid ester compound having two or more ethylenically unsaturated groups, and (E) 0.1 to 8% by mass of a radical photopolymerization initiator (however, the blending ratio of each of the above components is light When the curable composition contains a solvent, it is a ratio when the total amount of the photocurable composition excluding the solvent is 100% by mass)). object.
[2] (C) 3 to 30% by mass of monomers other than the above component (D) having two or more ethylenically unsaturated groups (however, the proportion of the component (C) is determined by the photocurable composition being the solvent) In the case where the total amount of the photocurable composition excluding the solvent is 100% by mass.), The photocurable composition according to the above [1].
[ 3 ] The component (A) is at least one selected from the group consisting of a naphthalene skeleton type epoxy resin, a biphenyl skeleton type epoxy resin, an anthraquinone skeleton type epoxy resin, a phenol novolak skeleton type epoxy resin, and a cresol novolak skeleton type epoxy resin. The photocurable composition according to the above [1] or [2] , which is a seed.
[ 4 ] The component (A) is represented by the naphthalene skeleton type epoxy resin represented by the following formula (1), the phenol novolak skeleton type epoxy resin represented by the following formula (3), and the following formula (4). The photocurable composition according to the above [ 3 ], which is at least one selected from the group consisting of cresol novolac skeleton type epoxy resins.
[ 5 ] A three-dimensional structure formed by photocuring the photocurable composition according to any one of [1] to [ 4 ].
[ 6 ] The photocurable composition according to any one of [1] to [ 4 ] above is irradiated with light to form a cured layer of the composition, and then the composition is formed on the cured layer. Is again applied, and irradiated with light to further form a cured layer of the composition, and thereafter, by repeating this, a three-dimensional structure that forms a three-dimensional structure formed by laminating and integrating a plurality of cured layers Manufacturing method.
[ 7 ] A carbonized article having a carbonization yield of 30% by mass or more, which is obtained by firing the three-dimensional article described in [ 5 ] above.
[ 8 ] After irradiating the photocurable composition according to any one of [1] to [ 4 ] with light to form a cured layer of the composition, the composition is formed on the cured layer. , By irradiating with light, further forming a cured layer of the composition, and thereafter repeating this, a modeling step of obtaining a three-dimensional model formed by laminating and integrating a plurality of cured layers; A method for producing a carbonized molded article, comprising a firing step of firing the three-dimensional molded article to obtain a carbonized molded article having a carbonization yield of 30% by mass or more.
本発明の光硬化性組成物によると、光積層造形法やマイクロ光造形法等の光造形法を用いて立体造形物を形成し、該立体造形物を焼成するという簡易な工程によって、炭化造形物を製造することができる。
焼成前の立体造形物は、本発明の光硬化性組成物の硬化物からなり、特定の成分を含むものであるため、焼成時に高い炭素化収率を達成することができ、それゆえ、焼成前の立体造形物の有する微細な立体形状を維持したまま、炭化造形物を形成することができる。
得られる炭化造形物は、電気伝導性(導電性)、熱伝導性等の物性に優れている。
炭化造形物は、カーボン配線等の半導体プロセスや、MEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステムズ)等に好適に用いることができる。
According to the photocurable composition of the present invention, carbonization modeling is performed by a simple process of forming a three-dimensional model using an optical modeling method such as an optical layered modeling method or a micro optical modeling method, and firing the three-dimensional model. Can be manufactured.
Since the three-dimensional shaped product before firing is made of the cured product of the photocurable composition of the present invention and contains a specific component, a high carbonization yield can be achieved at the time of firing. While maintaining the fine three-dimensional shape of the three-dimensional model, the carbonized model can be formed.
The obtained carbonized shaped article is excellent in physical properties such as electrical conductivity (conductivity) and thermal conductivity.
The carbonized model can be suitably used for semiconductor processes such as carbon wiring, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and the like.
まず、本発明の光造形用光硬化性組成物について説明する。
本発明の組成物は、(A)主鎖に芳香環構造を有しかつエポキシ基を2個以上有するエポキシ化合物40〜90質量%、(B)カチオン性光重合開始剤0.01〜10質量%、(D)エチレン性不飽和基を2個以上有するリン酸エステル化合物5〜45質量%、(E)ラジカル性光重合開始剤0.1〜8質量%(ただし、上記各成分の配合割合は、光硬化性組成物が溶剤を含む場合には、溶剤を除く光硬化性組成物の全量を100質量%としたときの割合である。)、及び、必要に応じて配合される他の任意成分を含有するものである。
以下、各成分ごとに説明する。
First, the photocurable composition for optical modeling of the present invention will be described.
The compositions of the present invention, (A) a main chain epoxy compound 40-90 wt% with an aromatic ring structure Yu vital two or more epoxy groups, (B) 0.01 to 10 weight cationic photopolymerization initiator % , (D) 5 to 45% by mass of a phosphoric acid ester compound having two or more ethylenically unsaturated groups, (E) 0.1 to 8% by mass of a radical photopolymerization initiator Is a ratio when the total amount of the photocurable composition excluding the solvent is 100% by mass when the photocurable composition contains a solvent.), And other components blended as necessary It contains optional components.
Hereinafter, each component will be described.
[(A)成分]
本発明の光硬化性組成物に用いられる(A)成分は、主鎖に芳香環構造を有しかつエポキシ基を2個以上有するエポキシ化合物である。
本発明では、主鎖に芳香環構造を有するエポキシ化合物を用いることによって、30質量%以上の高い炭素化収率を達成して、所望の微細な立体形状を有する炭化造形物を形成することができる。(A)成分の代わりに、主鎖に芳香環構造を有さず、側鎖に芳香環構造を有する化合物を用いた場合には、炭素化収率が低下し、良好な炭化造形物を得ることができない。
(A)成分であるエポキシ化合物の1分子中のエポキシ基の数は、2個以上、好ましくは3個以上、より好ましくは4個以上である。
[(A) component]
Component (A) used in the photocurable composition of the present invention is a backbone organic vital epoxy group an aromatic ring structure in epoxy compound having two or more.
In the present invention, by using an epoxy compound having an aromatic ring structure in the main chain, a high carbonization yield of 30% by mass or more can be achieved to form a carbonized shaped article having a desired fine three-dimensional shape. it can. (A) instead of the components, no aromatic ring structure in the main chain, in the case of using a compound having an aromatic ring structure in a side chain is reduced carbonization yield to obtain a good carbide shaped object I can't.
The number of epoxy groups in one molecule of the epoxy compound as the component (A) is 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 4 or more.
(A)成分としては、例えば、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格型エポキシ樹脂、アントラキノン骨格型エポキシ樹脂、フェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック骨格型エポキシ樹脂等が挙げられる。
中でも、高い炭素化収率を得る観点から、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂が好ましい。
また、フェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック骨格型エポキシ樹脂は、高い炭素化収率が得られる点、及び、光硬化性組成物に溶剤を添加する必要がなく、作業環境、環境負荷等を改善しうる点で、好ましい。
Examples of the component (A) include naphthalene skeleton type epoxy resins, biphenyl skeleton type epoxy resins, anthraquinone skeleton type epoxy resins, phenol novolac skeleton type epoxy resins, cresol novolak skeleton type epoxy resins and the like.
Among these, a naphthalene skeleton type epoxy resin is preferable from the viewpoint of obtaining a high carbonization yield.
In addition, the phenol novolac skeleton type epoxy resin and the cresol novolac skeleton type epoxy resin can obtain a high carbonization yield, and it is not necessary to add a solvent to the photocurable composition. It is preferable in terms of improvement.
ナフタレン骨格型エポキシ樹脂としては、主鎖にナフタレン環を1つ以上有し、かつ、エポキシ基を2個以上有するものであればよく、その好適な例としては下記式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂が挙げられる。
このようなエポキシ樹脂としては、ジヒドロキシナフタレンジグリシジルエーテル、メチレンビス(ジヒドロキシナフタレンジグリシジルエーテル)等が挙げられる。
The naphthalene skeleton type epoxy resin may be any one having at least one naphthalene ring in the main chain and at least two epoxy groups, and a preferred example thereof is represented by the following formula (1). The epoxy resin which has a structure is mentioned.
Examples of such an epoxy resin include dihydroxy naphthalene diglycidyl ether, methylene bis (dihydroxy naphthalene diglycidyl ether), and the like.
ナフタレン骨格型エポキシ樹脂は、ナフタレン環を主鎖に2個以上有することが好ましい。また、ナフタレン環を構成する2個のベンゼン環のそれぞれにエポキシ基を有することが好ましい。これらに該当するエポキシ樹脂としては、例えば、メチレンビス(ジヒドロキシナフタレンジグリシジルエーテル等が挙げられる。
ナフタレン骨格型エポキシ樹脂の市販品としては、EPICLON HP−4700(大日本インキ化学工業社製;メチレンビス(ジヒドロキシナフタレンジグリシジルエーテル;下記式(2)で表される化合物)等が挙げられる。
Examples of commercially available naphthalene skeleton-type epoxy resins include EPICLON HP-4700 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc .; methylenebis (dihydroxynaphthalenediglycidyl ether; compound represented by the following formula (2)) and the like.
フェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂としては、例えば、下記式(3)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。クレゾールノボラック骨格型エポキシ樹脂としては、例えば、下記式(4)で表されるエポキシ樹脂が挙げられる。
式(3)、(4)中、nは1〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。
フェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂の市販品としては、YDPN−638(東都化成社製;式(3)で表されるエポキシ樹脂)等が挙げられる。クレゾールノボラック骨格型エポキシ樹脂の市販品としては、YDCN−701(東都化成社製;下記式(5)で表されるエポキシ樹脂)等が挙げられる。
式(5)中、nは1〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。
Examples of the phenol novolac skeleton type epoxy resin include an epoxy resin represented by the following formula (3). Examples of the cresol novolak skeleton type epoxy resin include an epoxy resin represented by the following formula (4).
In the formulas (3) and (4), n is preferably an integer of 1 to 5, and more preferably an integer of 1 to 3.
As a commercial item of a phenol novolak skeleton type epoxy resin, YDPN-638 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd .; epoxy resin represented by formula (3)) and the like can be mentioned. As a commercial item of a cresol novolak skeleton type epoxy resin, YDCN-701 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd .; epoxy resin represented by the following formula (5)) and the like can be mentioned.
In formula (5), n is preferably an integer of 1 to 5, and more preferably an integer of 1 to 3.
ビフェニル骨格型エポキシ樹脂としては、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニル、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’−テトラエチルビフェニル、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’−テトラブチルビフェニル等が挙げられる。 Examples of the biphenyl skeleton type epoxy resin include 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetra. Methylbiphenyl, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetraethylbiphenyl, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′ , 5,5′-tetrabutylbiphenyl and the like.
(A)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量(ただし、溶剤を含む場合には、溶剤を除く全量)を100質量%として、40〜90質量%、より好ましくは45〜85質量%である。上記配合割合が、30質量%未満であると、炭素化収率が低下するため好ましくない。 The blending ratio of the component (A) is 40 to 90% by mass, more preferably 45%, where the total amount of the photocurable composition of the present invention (however, when the solvent is included, the total amount excluding the solvent) is 100% by mass. It is -85 mass%. If the blending ratio is less than 30% by mass, the carbonization yield decreases, which is not preferable.
[(B)成分]
本発明の光硬化性組成物に用いられる(B)成分は、カチオン性光重合開始剤である。
(B)成分のカチオン性光重合開始剤は、光などのエネルギー線を受けることによって、上記(A)成分のカチオン重合を開始させる化合物である。
[Component (B)]
The component (B) used in the photocurable composition of the present invention is a cationic photopolymerization initiator.
The cationic photopolymerization initiator of component (B) is a compound that initiates cationic polymerization of component (A) by receiving energy rays such as light.
上記カチオン性光重合開始剤の好ましい例としては、下記式(6)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。
[R2 a R3 b R4 c R5 d W]+m[MXn+m]−m (6)
(式中、カチオンはオニウムイオンであり、WはS、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、ClまたはN≡Nであり、R2、R3、R4及びR5は同一又は異なる有機基であり、a、b、c及びdはそれぞれ0〜3の整数であって、(a+b+c+d)はWの価数+mに等しい。Mは、ハロゲン化物錯体[MXn+m]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などである。Xは例えばF、Cl、Br等のハロゲン原子であり、mはハロゲン化物錯体イオンの正味の電荷であり、nはMの原子価である。)
式(6)におけるオニウムイオンの具体例としては、ジフェニルヨードニウム、4−メトキシジフェニルヨードニウム、ビス(4−メチルフェニル)ヨードニウム、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム、トリフェニルスルホニウム、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウム、ビス[4−(ジフェニルスルフォニオ)−フェニル]スルフィド、ビス[4−(ジ(4−(2−ヒドロキシエチル)フェニル)スルホニオ)−フェニル]スルフィド、η5−2,4−(シクロペンタジェニル)[1,2,3,4,5,6−η)−(メチルエチル)−ベンゼン]−鉄(1+)等が挙げられる。
中でも、トリフェニルスルホニウム、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウム、ビス[4−(ジフェニルスルフォニオ)−フェニル]スルフィドが好ましい。
Preferable examples of the cationic photopolymerization initiator include onium salts having a structure represented by the following formula (6). This onium salt is a compound that releases a Lewis acid by receiving light.
[R 2 a R 3 b R 4 c R 5 d W] + m [MX n + m] -m (6)
(Wherein the cation is an onium ion, W is S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, O, I, Br, Cl or N≡N, and R 2 , R 3 , R 4 and R 5 is the same or different organic group, a, b, c, and d are each an integer of 0 to 3, and (a + b + c + d) is equal to the valence of W + m, M is a halide complex [MX n + m The metal or metalloid constituting the central atom of, for example, B, P, As, Sb, Fe, Sn, Bi, Al, Ca, In, Ti, Zn, Sc, V, Cr, Mn, Co, etc. X is a halogen atom such as F, Cl, Br, etc., m is the net charge of the halide complex ion, and n is the valence of M.)
Specific examples of the onium ion in the formula (6) include diphenyliodonium, 4-methoxydiphenyliodonium, bis (4-methylphenyl) iodonium, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium, bis (dodecylphenyl) iodonium, tri Phenylsulfonium, diphenyl-4-thiophenoxyphenylsulfonium, bis [4- (diphenylsulfonio) -phenyl] sulfide, bis [4- (di (4- (2-hydroxyethyl) phenyl) sulfonio) -phenyl] sulfide , Η 5 -2,4- (cyclopentagenyl) [1,2,3,4,5,6-η)-(methylethyl) -benzene] -iron (1+) and the like.
Of these, triphenylsulfonium, diphenyl-4-thiophenoxyphenylsulfonium, and bis [4- (diphenylsulfonio) -phenyl] sulfide are preferable.
式(6)中の陰イオン[MXn+m]の具体例としては、テトラフルオロボレート(BF4 −)、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 −)、ヘキサフルオロアンチモネート(SbF6 −)、ヘキサフルオロアルセネート(AsF6 −)、ヘキサクロロアンチモネート(SbCl6 −)などが挙げられる。
また、カチオン性光重合開始剤として使用することができるオニウム塩として、上記式(6)において、[MXn+m]の代わりに一般式〔MXn(OH)−〕(ここで、M、Xおよびnは一般式(6)に関し定義した通りである。)で表される陰イオン、過塩素酸イオン(ClO4 −)、トリフルオロメタンスルフォン酸イオン(CF3SO3−)、フルオロスルフォン酸イオン(FSO3 −)、トルエンスルフォン酸イオン、トリニトロベンゼンスルフォン酸イオン、トリニトロトルエンスルフォン酸イオンなどの他の陰イオンを有するオニウム塩が挙げられる。
これらのカチオン性光重合開始剤は、1種単独であるいは2種以上を併用して用いることができる。
Specific examples of the anion [MX n + m ] in the formula (6) include tetrafluoroborate (BF 4 − ), hexafluorophosphate (PF 6 − ), hexafluoroantimonate (SbF 6 − ), hexafluoroarsenate. (AsF 6 − ), hexachloroantimonate (SbCl 6 − ) and the like.
Further, as an onium salt that can be used as a cationic photopolymerization initiator, in the above formula (6), instead of [MX n + m ], a general formula [MX n (OH) − ] (where M, X and n is as defined in relation to the general formula (6).) anion, perchlorate ion (ClO 4 − ), trifluoromethanesulfonate ion (CF 3 SO 3− ), fluorosulfonate ion ( Examples include onium salts having other anions such as FSO 3 − ), toluenesulfonate ion, trinitrobenzenesulfonate ion, and trinitrotoluenesulfonate ion.
These cationic photopolymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
カチオン性光重合開始剤の市販品としては、例えばUVI−6950、UVI−6970、UVI−6974、UVI−6990(以上、ユニオンカーバイド社製)、アデカオプトマーSP−151、SP−170、SP−150、SP−171(以上、旭電化工業社製)、Irgacure 261(以上、チバガイギー社製)、CI−2481、CI−2624、CI−2639、CI−2064(以上、日本曹達社製)、CD−1010、CD−1011、CD−1012(以上、サートマー社製)、DTS−102、DTS−103、NAT−103、NDS−103、TPS−102、TPS−103、MDS−103、MPI−103、BBI−101、BBI−102、BBI−103(以上、みどり化学社製)、Degacure K126(デグサ社製)、CPI−100A、CPI−101A、CPI−110A(以上、サンアプロ社製)等が挙げられる。
これらのうち、CPI−100A、CPI−101A、CPI−110A(以上、サンアプロ社製)が好ましい。
Examples of commercially available cationic photopolymerization initiators include UVI-6950, UVI-6970, UVI-6974, UVI-6990 (manufactured by Union Carbide), Adekaoptomer SP-151, SP-170, SP- 150, SP-171 (above, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), Irgacure 261 (above, manufactured by Ciba Geigy), CI-2481, CI-2624, CI-2638, CI-2039 (above, manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.), CD -1010, CD-1011, CD-1012 (manufactured by Sartomer), DTS-102, DTS-103, NAT-103, NDS-103, TPS-102, TPS-103, MDS-103, MPI-103, BBI-101, BBI-102, BBI-103 (manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.), Degacu re K126 (manufactured by Degussa), CPI-100A, CPI-101A, CPI-110A (above, San Apro) and the like.
Of these, CPI-100A, CPI-101A, and CPI-110A (manufactured by San Apro) are preferable.
(B)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量(ただし、溶剤を含む場合には、溶剤を除く全量)を100質量%として、0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜8質量%、より好ましくは0.3〜5質量%である。上記配合割合が0.01質量%未満では、組成物の重合反応速度(硬化速度)が小さくなるため、立体造形物の造形に時間を要したり、解像度が低下したりすることがある。上記配合割合が10質量%を超えると、過剰量の(B)成分が、組成物の硬化特性を低下させたり、立体造形物の強度を低下させることがある。 The blending ratio of the component (B) is 0.01 to 10% by mass, preferably 100% by mass, preferably 0.01 to 10% by mass, preferably 100% by mass of the total amount of the photocurable composition of the present invention. It is 0.1-8 mass%, More preferably, it is 0.3-5 mass%. When the blending ratio is less than 0.01% by mass, the polymerization reaction rate (curing rate) of the composition becomes small, so that it may take time to form a three-dimensional structure or the resolution may be lowered. When the said mixture ratio exceeds 10 mass%, an excessive amount of (B) component may reduce the hardening characteristic of a composition, or may reduce the intensity | strength of a three-dimensional molded item.
[(C)成分]
本発明の光硬化性組成物には、必要に応じて、エチレン性不飽和基を2個以上有するモノマー((C)成分)を配合することができる。エチレン性不飽和基(C=C)を2個以上有するモノマー(2官能以上のモノマーともいう。)としては、2官能以上の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。
[Component (C)]
In the photocurable composition of the present invention, a monomer having two or more ethylenically unsaturated groups (component (C)) can be blended as necessary. Examples of the monomer having two or more ethylenically unsaturated groups (C═C) (also referred to as bifunctional or higher monomer) include bifunctional or higher (meth) acrylic monomers.
上記モノマーのうち、2官能のモノマーとしては、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、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、エチレンオキシド(以下「EO」という。)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(以下「PO」という。)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)アクリレート等が挙げられる。 Among the above monomers, examples of the bifunctional monomer include ethylene glycol di (meth) acrylate, dicyclopentenyl di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, and triethylene glycol. Both cyclodecanediyldimethylene di (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, and bisphenol A diglycidyl ether Terminal (meth) acrylic acid adduct, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, polyester di (meth) acrylate, polyethylene glycol Cold di (meth) acrylate, ethylene oxide (hereinafter referred to as “EO”) modified bisphenol A di (meth) acrylate, propylene oxide (hereinafter referred to as “PO”) modified bisphenol A di (meth) acrylate, EO modified hydrogenated bisphenol A di (Meth) acrylate, PO-modified hydrogenated bisphenol A di (meth) acrylate, EO-modified bisphenol F di (meth) acrylate, (meth) acrylate of phenol novolac polyglycidyl ether, and the like.
また、上記モノマーのうち、3官能以上のモノマーとしては、例えば、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、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート(以下「エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート」ともいう。)、PO変性トリメチロールプロパントリ(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、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、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。
3官能以上のモノマーの市販品としては、アロニックスM305、M309、M310、M315、M320、M350、M360、M408(以上、東亞合成(株)製、ビスコート#295、#300、#360、GPT、3PA、#400(以上、大阪有機化学工業(株)製)、NKエステルTMPT、A−TMPT、A−TMM−3、A−TMM−3L、A−TMMT(以上、新中村化学(株)製)、ライトアクリレートTMP−A、TMP−6EO−3A、PE−3A、PE−4A、DPE−6A(以上、共栄社化学(株)製、KAYARAD PET−30、GPO−303、TMPTA、TPA−320、DPHA、D−310、DPCA−20、DPCA−60(以上、日本化薬(株)製)等が挙げられる。
Among the above monomers, examples of the tri- or higher functional monomer include tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, caprolactone-modified tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, Methylolpropane tri (meth) acrylate, EO-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate (hereinafter also referred to as “ethoxylated trimethylolpropane tri (meth) acrylate”), PO-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol Tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, polyester di (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol (Meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, caprolactone-modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, caprolactone-modified dipentaerythritol penta (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, triacryloyloxyethyl A phosphate etc. are mentioned.
Commercially available products of tri- or higher functional monomers include Aronix M305, M309, M310, M315, M320, M350, M360, M408 (above, manufactured by Toagosei Co., Ltd., Biscoat # 295, # 300, # 360, GPT, 3PA , # 400 (above, manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), NK ester TMPT, A-TMPT, A-TMM-3, A-TMM-3L, A-TMMT (above, manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) , Light acrylate TMP-A, TMP-6EO-3A, PE-3A, PE-4A, DPE-6A (above, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd., KAYARAD PET-30, GPO-303, TMPTA, TPA-320, DPHA , D-310, DPCA-20, DPCA-60 (above, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and the like.
上記モノマーのうち、2官能のモノマーが好ましく、特にEO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレートが好ましい。
エチレン性不飽和基を2個以上有するモノマーは、1種単独又は2種以上を併用することができる。
Of the above monomers, bifunctional monomers are preferable, and EO-modified bisphenol A di (meth) acrylate is particularly preferable.
Monomers having two or more ethylenically unsaturated groups can be used alone or in combination of two or more.
(C)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量(ただし、溶剤を含む場合には、溶剤を除く全量)を100質量%として、0〜40質量%、好ましくは0〜30質量%、より好ましくは3〜30質量%である。上記配合割合が40質量%を超えると、それに伴い他の成分(特に(A)成分)の配合割合が小さくなり、炭素化収率が低下するため好ましくない。特に、(C)成分の配合割合を3〜30質量%とすることにより、より高い炭素化収率を達成し、所望の微細な立体形状を有する炭化造形物を得ることができる。 The blending ratio of the component (C) is 0 to 40% by mass, preferably 0 to 40% by mass, where the total amount of the photocurable composition of the present invention (however, when the solvent is included, the total amount excluding the solvent) is 100% by mass. 30 mass%, More preferably, it is 3-30 mass%. When the said mixture ratio exceeds 40 mass%, the mixture ratio of another component (especially (A) component) will become small in connection with it, and since a carbonization yield falls, it is unpreferable. In particular, by setting the blending ratio of the component (C) to 3 to 30% by mass, a higher carbonization yield can be achieved, and a carbonized molded article having a desired fine three-dimensional shape can be obtained.
[(D)成分]
本発明の光硬化性組成物には、1分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有するリン酸エステル化合物((D)成分)が配合される。
上記リン酸エステル化合物としては、1分子中に(メタ)アクリロイル基を2個以上有するリン酸エステル化合物等が挙げられる。このような化合物の具体例としては、ビス〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕ホスフェート、ビス〔2−(メタ)アクリロイルオキシプロピル〕ホスフェート、トリス〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕ホスフェート、および下記式(7)で示される化合物が挙げられる。
[(D) component]
The photocurable composition of the present invention, phosphoric acid ester compound having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule ((D) component) is blended.
Examples of the phosphate ester compound include phosphate ester compounds having two or more (meth) acryloyl groups in one molecule. Specific examples of such compounds include bis [2- (meth) acryloyloxyethyl] phosphate, bis [2- (meth) acryloyloxypropyl] phosphate, tris [2- (meth) acryloyloxyethyl] phosphate, and The compound shown by following formula (7) is mentioned.
これらのリン酸エステル化合物の中でもリン原子と結合する水酸基を含まないリン酸エステル化合物が好ましい。これらの市販品としては、例えば、ライトエステルP−M、P−2M(以上、共栄社化学社製)、ビスコート3PA(大阪有機化学工業社製)、EB−169、EB−179、EB−3603、R−DX63182(以上、ダイセルUCB社製)、AR−100、MR−100、MR−200、MR−260(以上、大八化学社製)、JAMP−100、JAMP−514、JPA−514(以上、城北化学社製)等が挙げられる。これらのうち、前記のリン原子と結合する水酸基を含まないリン酸エステル化合物としては例えば、ビスコート3PAが挙げられる。 Among these phosphate ester compounds, phosphate ester compounds that do not contain a hydroxyl group bonded to a phosphorus atom are preferred. As these commercial products, for example, light ester PM, P-2M (above, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), Biscoat 3PA (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), EB-169, EB-179, EB-3603, R-DX63182 (above, manufactured by Daicel UCB), AR-100, MR-100, MR-200, MR-260 (above, manufactured by Daihachi Chemical Co., Ltd.), JAMP-100, JAMP-514, JPA-514 (above , Manufactured by Johoku Chemical Co., Ltd.). Among these, as a phosphoric acid ester compound which does not contain a hydroxyl group bonded to the phosphorus atom, for example, biscoat 3PA can be mentioned.
(D)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量(ただし、溶剤を含む場合には、溶剤を除く全量)を100質量%として、5〜45質量%、好ましくは10〜40質量%である。上記配合割合が50質量%を超えると、それに伴い他の成分(特に(A)成分)の配合割合が小さくなり、炭素化収率が低下するため好ましくない。(D)成分の配合割合を5〜45質量%(好ましくは10〜40質量%)とすることにより、より高い炭素化収率を達成することができる。 The blending ratio of the component (D) is 5 to 45% by mass , preferably 10 to 10% , where the total amount of the photocurable composition of the present invention (however, when the solvent is included, the total amount excluding the solvent) is 100% by mass. 40 % by mass. When the said mixture ratio exceeds 50 mass%, since the mixture ratio of another component (especially (A) component) becomes small in connection with it and a carbonization yield falls, it is unpreferable. By setting the blending ratio of the component (D) to 5 to 45% by mass (preferably 10 to 40% by mass), a higher carbonization yield can be achieved.
[(E)成分]
本発明の光硬化性組成物には、ラジカル性光重合開始剤((E)成分)が配合される。
上記ラジカル性光重合開始剤としては、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、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、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、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等が特に好ましい。
これらの化合物は、一種単独で、又は二種以上を組み合わせて用いられる。
[(E) component]
The photocurable composition of the present invention, a radical photopolymerization initiator ((E) component) are blended.
Examples of the radical photopolymerization initiator include acetophenone, acetophenone benzyl ketal, anthraquinone, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, carbazole, xanthone, 4-chlorobenzophenone. 4,4′-diaminobenzophenone, 1,1-dimethoxydeoxybenzoin, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, thioxanthone compound, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2- Morpholino-propan-2-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, triphenylamine, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxyben Yl) -2,4,4-tri-methylpentylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, fluorenone, fluorene, benzaldehyde, benzoin ethyl ether, benzoin propyl ether, benzophenone, 3-methylacetophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetra ( and t-butylperoxycarbonyl) benzophenone (BTTB), and combinations of BTTB with xanthene, thioxanthene, coumarin, ketocoumarin and other dye sensitizers.
Of these, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butane-1- Particularly preferred are ON, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, and the like.
These compounds are used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
本発明の組成物を後述のマイクロ光造形法に用いる場合には、通常、405nm程度の近紫外領域の波長の硬化光を用いるため、この波長域に吸収を有する光重合開始剤が好適に用いられる。
具体的には、405nmにおけるモル吸光係数が500(L/mol・cm)以上の光重合開始剤が好ましい。上記の例示物の中では、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド(405nmにおけるモル吸光係数:619L/mol・cm)、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(405nmにおけるモル吸光係数:575L/mol・cm)等が好ましい。
When the composition of the present invention is used in the micro-photofabrication method described later, since a curing light having a wavelength in the near ultraviolet region of about 405 nm is usually used, a photopolymerization initiator having absorption in this wavelength region is preferably used. It is done.
Specifically, a photopolymerization initiator having a molar extinction coefficient at 405 nm of 500 (L / mol · cm) or more is preferable. Among the above examples, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide (molar extinction coefficient at 405 nm: 619 L / mol · cm), bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4 , 4-trimethylpentylphosphine oxide (molar extinction coefficient at 405 nm: 575 L / mol · cm) and the like are preferable.
(E)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量(ただし、溶剤を含む場合には、溶剤を除く全量)を100質量%として、0.1〜8質量%、好ましくは0.5〜6質量%である。上記配合割合が10質量%を超えると、過剰量の(E)成分が、組成物の硬化特性を低下させたり、立体造形物の強度を低下させることがある。 (E) blending ratio of the component, the total amount of the photocurable composition of the present invention (provided that when it contains a solvent, the total amount excluding the solvent) as 100 mass%, 0.1 to 8 wt%, preferably 0.5-6 mass%. When the said mixture ratio exceeds 10 mass%, an excessive amount of (E) component may reduce the hardening characteristic of a composition, or may reduce the intensity | strength of a three-dimensional molded item.
また、本発明の組成物には、必要に応じて溶剤を配合することができる。溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類;プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル等のプロピレングリコールジアルキルエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等のカルビトール類;エチルカルビト−ルアセテート、ブチルカルビトールアセテート等のカルビトールアセテート類;乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル等の乳酸エステル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソブチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル等の他のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類を挙げることができる。これらの溶剤は、一種単独で、あるいは二種以上を併合して使用することができる。
溶剤の配合量は、光硬化性組成物中の溶剤以外の全量を100質量部として、例えば0〜50質量部である。
Moreover, a solvent can be mix | blended with the composition of this invention as needed. Examples of the solvent include ethylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate and ethylene glycol monoethyl ether acetate; propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether and the like. Propylene glycol monoalkyl ethers; propylene glycol dialkyl ethers such as propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dipropyl ether, propylene glycol dibutyl ether; propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether Propylene glycol monoalkyl ether acetates such as cetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate; cellosolves such as ethyl cellosolve and butyl cellosolve; carbitols such as ethyl carbitol and butyl carbitol; ethyl carbitol acetate Carbitol acetates such as butyl carbitol acetate; lactate esters such as methyl lactate, ethyl lactate, n-propyl lactate, isopropyl lactate; ethyl acetate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, Aliphatic carboxylic acid esters such as n-amyl acetate, isoamyl acetate, isopropyl propionate, n-butyl propionate, isobutyl propionate; Other esters such as methyl toxipropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate and ethyl pyruvate; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene Ketones such as 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone and cyclohexanone; amides such as N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; and γ-butyrolactone Examples include lactones. These solvents can be used alone or in combination of two or more.
The blending amount of the solvent is, for example, 0 to 50 parts by mass with 100 parts by mass as the total amount other than the solvent in the photocurable composition.
さらに、本発明の組成物には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲において、上記以外の任意成分として、各種の添加剤が含有されていてもよい。かかる添加剤の一例として、(A)成分以外のエポキシ樹脂、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、アリルエーテルコポリマー、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ポリマーまたはオリゴマーが挙げられる。
これらの中では、例えば下記式(13)で表される繰り返し構造及び下記式(14)で表される繰り返し構造を有するポリマーが好ましい。このようなポリマーとしては、マルカリンカーCST(丸善化学社製)が挙げられる。なお、式(13)で表される繰り返し構造及び下記式(14)で表される繰り返し構造を有するポリマーを配合する場合には、その配合量は、光硬化性組成物中の溶剤以外の全量を100質量%として、好ましくは、1〜30質量%である。
Among these, for example, a polymer having a repeating structure represented by the following formula (13) and a repeating structure represented by the following formula (14) is preferable. An example of such a polymer is Marca Linker CST (manufactured by Maruzen Chemical Co., Ltd.). In addition, when mix | blending the polymer which has a repeating structure represented by Formula (13) and a repeating structure represented by following formula (14), the compounding quantity is the whole quantity other than the solvent in a photocurable composition. Is 100 mass%, preferably 1-30 mass%.
添加剤の他の例として、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、光吸収剤、無機微粒子若しくは有機微粒子、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。 Other examples of additives include polymerization inhibitors such as phenothiazine and 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, polymerization initiation assistants, leveling agents, wettability improvers, surfactants, plasticizers, UV absorbers, silane coupling agents, light absorbers, inorganic fine particles or organic fine particles, triethanolamine, methyldiethanolamine, triethylamine, diethylamine and other amine compounds, thioxanthone and derivatives thereof, anthraquinone and derivatives thereof, anthracene and derivatives thereof, Examples include perylene and derivatives thereof, photosensitizers (polymerization accelerators) such as benzophenone and benzoin isopropyl ether, and reactive diluents such as vinyl ethers, vinyl sulfides, vinyl urethanes, urethane acrylates, and vinyl ureas.
本発明の光硬化性組成物は、上記(A)成分、(B)成分、及び必要に応じて配合される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。
このようにして得られる組成物の粘度は、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。
また、本発明の光硬化性組成物中の芳香環の含有率は、好ましくは20質量%以上、より好ましくは20〜60質量%、特に好ましくは25〜50質量%である。上記含有率が20質量%未満であると、炭素化収率が低下するため、好ましくない。なお、ここでの芳香環の含有率とは、光硬化性組成物の全量(ただし、溶剤を含む場合には、溶剤を除く全量)に対する、組成物に配合されたすべての成分に由来する芳香環の占める質量割合である。
本発明の組成物を後述のマイクロ光造形法に用いる場合は、組成物の硬化深度(500mJ/cm2)が1〜50μmであることが好ましく、2〜10μmであることがさらに好ましく、5〜10μmであることが特に好ましい。
The photocurable composition of this invention can be manufactured by mixing the said (A) component, (B) component, and the arbitrary component mix | blended as needed uniformly.
The viscosity of the composition thus obtained is preferably 50 to 50,000 mPa · s, more preferably 50 to 10,000 mPa · s at 25 ° C.
Moreover, the content rate of the aromatic ring in the photocurable composition of this invention becomes like this. Preferably it is 20 mass% or more, More preferably, it is 20-60 mass%, Most preferably, it is 25-50 mass%. Since the carbonization yield falls that the said content rate is less than 20 mass%, it is not preferable. In addition, the content rate of an aromatic ring here is the fragrance derived from all the components mix | blended with the composition with respect to the whole quantity (however, the whole quantity except a solvent when a solvent is included) of a photocurable composition. This is the mass ratio of the ring.
When using the composition of this invention for the below-mentioned micro stereolithography, it is preferable that the hardening depth (500mJ / cm < 2 >) of a composition is 1-50 micrometers, It is more preferable that it is 2-10 micrometers, A thickness of 10 μm is particularly preferable.
次に、本発明の炭化造形物及びその製造方法について説明する。
本発明の炭化造形物の製造方法は、光造形法により、光硬化性組成物の硬化物の積層体からなる立体造形物を製造する工程(a)と、工程(a)で得られた立体造形物を洗浄する工程(b)と、洗浄後の立体造形物を焼成して、炭化造形物を得る工程(c)を含む。
[工程(a)]
工程(a)は、光造形法により、前述の光硬化性組成物の硬化物の積層体からなる立体造形物を製造する工程である。
具体的には、光硬化性組成物に光を照射して、該組成物の硬化物(断面硬化層)を形成し、この硬化物(断面硬化層)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(断面硬化層)をさらに形成し、以後、これを繰り返すことにより、複数の硬化物(断面硬化層)を積層し一体化してなる立体造形物を得る。
Next, the carbonized article and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
The manufacturing method of the carbonized modeled object of the present invention includes a process (a) for manufacturing a three-dimensional modeled article made of a laminate of a cured product of a photocurable composition by a stereolithography method, and a three-dimensional model obtained in the process (a). The process includes a step (b) of cleaning the modeled object and a step (c) of firing the three-dimensional modeled object after cleaning to obtain a carbonized modeled object.
[Step (a)]
A process (a) is a process of manufacturing the three-dimensional molded item which consists of a laminated body of the hardened | cured material of the above-mentioned photocurable composition by the optical modeling method.
Specifically, the photocurable composition is irradiated with light to form a cured product (cross-section cured layer) of the composition, and the composition is supplied again on the cured product (cross-sectional cured layer). By irradiating light, a cured product (cross-section cured layer) of the composition is further formed, and thereafter, by repeating this, a three-dimensional structure formed by laminating and integrating a plurality of cured products (cross-sectional cured layer) obtain.
光硬化性組成物に光を照射する方法としては、特に制限されるものではなく、種々の方法を採用することができる。例えば、(a)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方法、(b)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方法、(c)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方法、(d)一定の領域毎に一括露光を繰り返し実行する方法、等を採用することができる。
また、光の照射位置(照射面)は、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ができる。このように移動することにより、硬化部分を積層させて所望の立体形状とすることができる。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。
また、容器内に組成物が収容されている場合、光の照射面は、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。
The method for irradiating the photocurable composition with light is not particularly limited, and various methods can be employed. For example, (a) a method of irradiating the composition while scanning laser light or convergent light obtained using a lens, a mirror, etc., (b) using a mask having a light transmission portion of a predetermined pattern, A method of irradiating the composition with non-converged light through a mask; (c) using a light guide member formed by bundling a large number of optical fibers; and composing light through the optical fiber corresponding to a predetermined pattern in the light guide member A method of irradiating an object, (d) a method of repeatedly executing collective exposure for each predetermined region, and the like can be employed.
Moreover, the irradiation position (irradiation surface) of light can be moved continuously or stepwise from the uncured portion to the uncured portion. By moving in this way, the cured portions can be stacked to form a desired three-dimensional shape. The irradiation position can be moved by various methods, for example, by moving any of the light source, the container for the composition, and the already cured portion of the composition, or additionally supplying the composition to the container. And the like.
Moreover, when the composition is accommodated in the container, the light irradiation surface may be either the liquid surface of the composition or the contact surface with the vessel wall of the translucent container. When the liquid surface of the composition or the contact surface with the vessel wall is used as the light irradiation surface, the light can be irradiated directly from the outside of the container or through the vessel wall.
工程(a)の立体造形物の製造方法としては、光積層造形法、マイクロ光造形法が好ましい。以下、光積層造形法、マイクロ光造形法の各々を、図面を用いて説明する。図1は、光積層造形法の一例を示す図であり、図2は、マイクロ光造形法のシステムの一例を示す図である。
[光積層造形法]
光積層造形法によると、通常、1辺の長さが数mmから数m、典型的には、数cmから数十cmのスケールを有する立体造形物が得られる。
なお、上記スケールは、立方体として表現した場合のスケールである。
図1中、容器2内には、光硬化性組成物1が収容されており、また、支持ステージ3が昇降自在に設けられている。
まず、図1中(a)に示されるように、光硬化性組成物1を収容した容器2内で、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8を照射することにより、組成物1の硬化物(硬化樹脂層)6を形成する。
次に、図1中(b)に示されるように、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8を照射することにより、硬化物6の上に、これと連続して一体的に積層する新しい硬化物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造形物を造形する。
As a manufacturing method of the three-dimensional molded item of a process (a), the optical lamination modeling method and the micro optical modeling method are preferable. Hereinafter, each of the optical additive manufacturing method and the micro optical modeling method will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an optical layered modeling method, and FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a system of a micro stereo modeling method.
[Optical additive manufacturing method]
According to the optical layered modeling method, a three-dimensional modeled object having a scale having a side length of several millimeters to several meters, typically several centimeters to several tens of centimeters is obtained.
The scale is a scale expressed as a cube.
In FIG. 1, a
First, as shown in FIG. 1 (a), the
Next, as shown in FIG. 1 (b), the
得られる立体造形物は、各硬化物層の厚みが、通常1〜200μm、好ましくは50〜200μm、より好ましくは70〜180μm、さらに好ましくは100〜150μmである。 The obtained three-dimensional molded product has a thickness of each cured product layer of usually 1 to 200 μm, preferably 50 to 200 μm, more preferably 70 to 180 μm, and still more preferably 100 to 150 μm.
[マイクロ光造形法]
マイクロ光造形法によると、通常、1辺の長さが数μmから数cm、典型的には、数十μmから数mmの微小なスケールを有する立体造形物が得られる。そのため、最終的に得られる炭からなる立体造形物を、MEMS等に用い得る小型の立体造形物とすることができる。
なお、上記スケールは、立方体として表現した場合のスケールである。
図1中、光硬化造形装置(以下、光造形装置ともいう。)100は、光源11、ディジタルミラーデバイス(DMD)12、レンズ13、造形テーブル14、ディスペンサ15、リコータ16、制御部17、記憶部18を備えている。
光源11は、組成物を硬化させるための光を発生させるための手段である。光源11には、例えば、405nmのレーザ光を発生させるレーザダイオード(LD)や紫外線(UV)ランプが用いられる。
ディジタルミラーデバイス(DMD)12は、テキサス・インスツルメンツ社によって開発されたデバイスであり、CMOS半導体上に独立して動くマイクロミラーが数十万〜数百万個、例えば、48万〜131万個敷き詰められている。本明細書において、ディジタルミラーデバイスとは、テキサス・インスツルメンツ社製の同デバイスのみを指すものではなく、同様のあるいは類似の機構を有するデバイスが含まれる。テキサス・インスルツメンツ社製のDMDが備えるマイクロミラーは、静電界作用によって対角線を軸に約±10度、例えば、±12度程度傾けることが可能である。マイクロミラーは、各マイクロミラーのピッチの1辺の長さが約10μm、例えば、13.68μmの四角形の形状を有している。隣接するマイクロミラーの間隔は、例えば1μmである。DMD12の全体は、40.8×31.8mmの四角形状(このうち、ミラー部は、14.0×10.5mmの四角形状を有する。)を有し、1辺の長さが13.68μmのマイクロミラー786,432個により構成されている。
DMD12は、光源11から出射されたレーザ光線を個々のマイクロミラーによって反射させ、制御部17によって所定の角度に制御されたマイクロミラーによって反射されたレーザ光のみを、集光レンズ13を介して造形テーブル14上の組成物層19に照射する。
[Micro stereolithography]
According to the micro-stereolithography method, a three-dimensional structure having a minute scale whose length of one side is several μm to several cm, typically several tens of μm to several mm is obtained. Therefore, the three-dimensional structure made of charcoal finally obtained can be a small three-dimensional structure that can be used for MEMS or the like.
The scale is a scale expressed as a cube.
In FIG. 1, a photo-curing modeling apparatus (hereinafter also referred to as an optical modeling apparatus) 100 includes a
The
The digital mirror device (DMD) 12 is a device developed by Texas Instruments, and hundreds of thousands to millions of micromirrors moving independently on a CMOS semiconductor, for example, 480,000 to 1.31 million are spread. It has been. In this specification, the digital mirror device does not only refer to the same device manufactured by Texas Instruments, but includes a device having a similar or similar mechanism. The micromirror provided in the Texas Instruments DMD can be tilted by about ± 10 degrees, for example, about ± 12 degrees about the diagonal line by an electrostatic field effect. The micromirror has a square shape in which the length of one side of the pitch of each micromirror is about 10 μm, for example, 13.68 μm. The interval between adjacent micromirrors is, for example, 1 μm. The
The
レンズ13は、DMD12によって反射されたレーザ光線を組成物層19上に導き、投影領域を形成する。レンズ13は、凸レンズを用いた集光レンズであってもよいし、凹レンズを用いてもよい。凹レンズを用いると、DMDの実サイズよりも大きな投影領域を得ることができる。レンズ13は、集光レンズであって、入射光を約15倍縮小し、組成物層19上に集光している。
造形テーブル14は、組成物層19を硬化させてなる硬化層を順次堆積させて載置するための平板状の台である。造形テーブル14は、図示しない駆動機構、即ち移動機構によって、水平移動及び垂直移動が可能である。この駆動機構により、所望の範囲に亘って光造形を行なうことができる。
ディスペンサ15は、本発明の光硬化性組成物20を収容し、予め定められた量の組成物20を造形テーブル上の所定位置に供給するための手段である。
リコータ16は、組成物20を均一に塗布して、組成物層19を形成させるための手段であり、例えば、ブレード機構と移動機構を備えている。
The
The modeling table 14 is a plate-like table for sequentially depositing and placing a cured layer obtained by curing the
The
The
制御部17は、露光データを含む制御データに応じて、光源11、DMD12、造形テーブル14、ディスペンサ15及びリコータ16を制御する。制御部17は、典型的には、コンピュータに所定のプログラムをインストールすることによって構成することができる。典型的なコンピュータの構成は、中央処理装置(CPU)とメモリとを含んでいる。CPUとメモリは、バスを介して、補助記憶装置としてのハードディスク装置などの外部記憶装置に接続されている。この外部記憶装置が、制御部17の記憶部18として機能する。
フレキシブルディスク装置、ハードディスク装置、CD−ROMドライブ等の記憶媒体駆動装置は、各種コントローラを介してバスに接続されている。フレキシブルディスク装置等の記憶媒体駆動装置には、フレキシブルディスク等の可搬型記憶媒体が挿入される。
記憶媒体は、オペレーティングシステムと協働してCPUなどに命令を与えて、本システムを稼動するための所定のコンピュータプログラムを記憶することができる。
記憶部18には、造形しようとする立体造形物を複数の層にスライスして得られる断面群の露光データを含む制御データが格納されている。
制御部17は、記憶部18に格納された露光データに基づいて、主としてDMD12における各マイクロミラーの角度制御、造形テーブル14の移動(即ち、立体造形物に対するレーザ光の照射範囲の位置)を制御し、立体造形物の造形を実行する。
The
Storage medium driving devices such as a flexible disk device, a hard disk device, and a CD-ROM drive are connected to the bus via various controllers. A portable storage medium such as a flexible disk is inserted into a storage medium driving apparatus such as a flexible disk apparatus.
The storage medium can store a predetermined computer program for operating the system by giving instructions to the CPU in cooperation with the operating system.
The
Based on the exposure data stored in the
コンピュータプログラムは、メモリにロードされることによって実行される。コンピュータプログラムは圧縮し、又、複数に分割して記憶媒体に記憶することができる。さらに、ユーザ・インターフェース・ハードウェアを備えることができる。ユーザ・インターフェース・ハードウェアとしては、例えば、マウスなどの入力をするためのポインティング・デバイス、キーボード、あるいは視覚データをユーザに提示するためのディスプレイなどがある。 The computer program is executed by being loaded into a memory. The computer program can be compressed or divided into a plurality of parts and stored in a storage medium. In addition, user interface hardware can be provided. Examples of the user interface hardware include a pointing device for inputting such as a mouse, a keyboard, or a display for presenting visual data to the user.
次に、光造形装置100の光造形動作について説明する。
まず、ディスペンサ15に組成物20を収容する。造形テーブル14は初期位置にある。ディスペンサ15は、収容された組成物20を所定量だけ造形テーブル14上に供給する。リコータ16は、組成物20を引き伸ばすようにして掃引し、硬化させる一層分の組成物層19を形成する。
光源11から出射したレーザ光線は、DMD12に入射する。DMD12は、記憶部18に格納された露光データに応じて制御部17により制御され、レーザ光線を組成物層19に照射する部分である一部のマイクロミラーの角度を調整する。これにより、一部のマイクロミラーで反射されたレーザ光線が、集光レンズ13を介して組成物層19に照射される一方、残部のマイクロミラーで反射されたレーザ光線は、組成物層19に照射されないことになる。
組成物層19へのレーザ光線の照射は、例えば0.4秒間行なわれる。このとき、組成物層19への投影領域は、例えば、1.3×1.8mm程度であり、0.6×0.9mm程度まで縮小することもできる。投影領域の面積は、100mm2以下であることが望ましい。
Next, the optical modeling operation of the
First, the
The laser beam emitted from the
The
レンズ13に、凹レンズを用いることにより、投影領域を6×9cm程度まで拡大することもできる。投影領域をこのサイズを超えて拡大すると、投影領域に照射されるレーザー光線のエネルギー密度が低くなるため、組成物層19の硬化が不十分となることがある。
レーザ光線の投影領域のサイズよりも大きい立体造形物を形成する場合には、例えば造形テーブル14を移動機構によって水平移動させることにより、レーザ光線の照射位置を移動させて、全造形領域を照射する必要がある。投影領域毎に1ショットずつレーザ光線の照射を実行していく。各投影領域に対するレーザ光線の照射の制御については、後に詳述する。
このようにして、投影領域を移動させて、各投影領域を単位としてレーザ光線の照射、即ち露光を実行することによって、組成物層19が硬化し、第1層目の硬化層が形成される。1層分の積層ピッチ、すなわち、硬化層の厚みは、例えば、1〜50μm、好ましくは2〜10μm、さらに好ましくは5〜10μmである。
By using a concave lens for the
When forming a three-dimensional model larger than the size of the laser beam projection area, for example, the modeling table 14 is moved horizontally by a moving mechanism to move the laser beam irradiation position and irradiate the entire modeling area. There is a need. Laser beam irradiation is performed one shot at each projection area. Control of laser beam irradiation to each projection area will be described in detail later.
In this way, by moving the projection area and performing irradiation of the laser beam with each projection area as a unit, that is, exposure, the
続いて、同様の工程で、所望形状の立体造形物の2層目を形成する。具体的には、第1層目として形成された硬化層の外側に、ディスペンサ15より供給された組成物20を、リコータ16によって立体造形物を越えて引き伸ばされるように均一な厚さに塗布する。そして、レーザ光線を照射することにより、第2層目の硬化層を第1層目の硬化層の上に形成する。
以下同様にして、第3層目以降の硬化樹脂層を順次堆積させる。そして、最終層の堆積が終了すると、造形テーブル14上に形成された造形物を取り出す。
Subsequently, the second layer of the three-dimensional object having a desired shape is formed in the same process. Specifically, the
Thereafter, the third and subsequent cured resin layers are sequentially deposited in the same manner. Then, when the deposition of the final layer is completed, the modeled object formed on the modeling table 14 is taken out.
得られる立体造形物は、各硬化物層の厚みが、好ましくは1〜50μmであり、より好ましくは2〜10μm、さらに好ましくは5〜10μmである。 The thickness of each hardened | cured material layer becomes like this. Preferably the thickness of each hardened | cured material layer is 1-50 micrometers, More preferably, it is 2-10 micrometers, More preferably, it is 5-10 micrometers.
[工程(b)]
工程(b)は、上記工程(a)で得られた立体造形物を洗浄する工程である。
立体造形物を洗浄することにより、残存する未反応の組成物を除去することができる。
洗浄方法としては、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等の洗浄剤を用いて洗浄する方法等が挙げられる。
また、立体造形物は、必要に応じて、紫外線ランプ等により照射し又は加熱して、硬化を更に進行させることができる。
[Step (b)]
Step (b) is a step of washing the three-dimensional structure obtained in step (a).
The remaining unreacted composition can be removed by washing the three-dimensional structure.
Cleaning methods include alcohol-based organic solvents typified by alcohols such as isopropyl alcohol and ethyl alcohol; ketone-based organic solvents typified by acetone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, and the like; aliphatic organic solvents typified by terpenes And a method of cleaning using a cleaning agent such as a low-viscosity thermosetting resin and a photocurable resin.
Further, the three-dimensional structure can be further cured by being irradiated or heated with an ultraviolet lamp or the like as necessary.
[工程(c)]
工程(c)は、上記工程(b)で洗浄した立体造形物を焼成して、炭からなる立体造形物を得る工程である。
具体的には、洗浄後の立体造形物を、非酸化雰囲気下で、所定の温度で焼成することによって、立体造形物を炭化し、炭からなる立体造形物を得るものである。
上記非酸化雰囲気としては、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等が挙げられる。このような酸素供給の少ない状態で焼成することにより、組成物の炭化を十分に行うことができる。
上記焼成は、例えば、室温(例えば、−5〜35℃)から、5〜15℃/分の速度で昇温し、最高到達温度が400℃以上となるように行われる。上記最高到達温度は、好ましくは400〜1,000℃、より好ましくは500〜900℃である。焼成の時間は、例えば、15分間〜2時間、好ましくは30分間〜90分間である。焼成の最高到達温度を上記範囲内とすることで、高い炭素化収率を達成することができる。
[Step (c)]
A process (c) is a process of baking the solid modeling thing washed at the above-mentioned process (b), and obtaining a solid modeling thing consisting of charcoal.
Specifically, the three-dimensional structure after the washing is baked at a predetermined temperature in a non-oxidizing atmosphere to carbonize the three-dimensional structure and obtain a three-dimensional structure made of charcoal.
Examples of the non-oxidizing atmosphere include a nitrogen atmosphere and an argon atmosphere. By baking in such a state where oxygen supply is small, the composition can be sufficiently carbonized.
The baking is performed, for example, from room temperature (for example, −5 to 35 ° C.) at a rate of 5 to 15 ° C./min so that the maximum temperature reaches 400 ° C. or higher. The maximum ultimate temperature is preferably 400 to 1,000 ° C, more preferably 500 to 900 ° C. The firing time is, for example, 15 minutes to 2 hours, preferably 30 minutes to 90 minutes. A high carbonization yield can be achieved by setting the maximum temperature for firing within the above range.
得られた炭化造形物は、高い炭素化収率を有する。炭素化収率は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは45質量%以上、特に好ましくは50質量%以上である。
なお、炭素化収率は、焼成前の立体造形物に対する、焼成後に得られた炭化造形物の質量割合である。炭素化収率を定める際の立体造形物の焼成条件は、25℃から10℃/分の速度で昇温し、最高到達温度550℃に達した後、次いで、10℃/分の速度で降温し、25℃に達した時点で焼成工程を終了するものである。
また、炭化造形物は、良好な伝導性(電気伝導性、熱伝導性)等を有する。具体的には、電気伝導性の値は、好ましくは1×10−3〜1×10−4Ω・cmである。熱伝導性の値は、好ましくは100W/(m・K)である。
さらに、マイクロ光造形法により製造した炭化造形物は、微小かつ高精度な立体形状を有し、MEMS等に好適に用いることができる。
The obtained carbonized shaped article has a high carbonization yield. The carbonization yield is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, further preferably 45% by mass or more, and particularly preferably 50% by mass or more.
The carbonization yield is the mass ratio of the carbonized shaped article obtained after firing relative to the three-dimensional shaped article before firing. The firing condition of the three-dimensional object when determining the carbonization yield is that the temperature is increased from 25 ° C. at a rate of 10 ° C./min. After reaching the maximum temperature of 550 ° C., the temperature is then decreased at a rate of 10 ° C./min. When the temperature reaches 25 ° C., the firing process is completed.
Further, the carbonized article has good conductivity (electrical conductivity, thermal conductivity) and the like. Specifically, the value of electrical conductivity is preferably 1 × 10 −3 to 1 × 10 −4 Ω · cm. The value of thermal conductivity is preferably 100 W / (m · K).
Furthermore, the carbonized model manufactured by the micro stereolithography method has a minute and highly accurate three-dimensional shape and can be suitably used for MEMS and the like.
以下、実施例により本発明を説明するが、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。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to the aspect as described in a following example.
[実施例1〜6、参考例1、比較例1]
表1に示す配合割合で、各成分を配合し、特殊機化工業社製の攪拌機T.K.HOMODISPERを用いて均一に混合することによって、光硬化性組成物を調製した。
次いで、得られた光硬化性組成物を用いて、立体造形物を形成した。立体造形物を、窒素雰囲気下で焼成することにより組成物を炭化させ、炭からなる立体造形物を得た。なお、焼成は、25℃から10℃/分の速度で550℃まで昇温することにより行った。
得られた炭化造形物の炭素化収率を、TG/DTA測定により得られた重量減少率のデータより算出した。結果を表1に示す。
[Examples 1 to 6, Reference Example 1 , Comparative Example 1]
Each component was blended at the blending ratio shown in Table 1, and a stirrer T.K. K. A photocurable composition was prepared by mixing uniformly using a HOMODISPER.
Subsequently, the three-dimensional molded item was formed using the obtained photocurable composition. The composition was carbonized by firing the three-dimensional structure under a nitrogen atmosphere to obtain a three-dimensional structure made of charcoal. The firing was performed by raising the temperature from 25 ° C. to 550 ° C. at a rate of 10 ° C./min.
The carbonization yield of the obtained carbonized molded article was calculated from the data on the weight reduction rate obtained by the TG / DTA measurement. The results are shown in Table 1.
なお、表1中の各成分は以下のとおりである。
1)ナフタレン骨格型エポキシ樹脂:大日本インキ化学工業社製、商品名 EPICLON HP−4700
2)フェノールノボラック骨格型エポキシ樹脂:東都化成社製、商品名 YDPN−638
3)CPI−110A:サンアプロ社製、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート
4)Irgacure184:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
5)芳香環含有ポリマー:丸善石油化学社製、商品名:マルカリンカーCST
6)溶剤:丸善石油化学社製、メチルエチルケトン
In addition, each component in Table 1 is as follows.
1) Naphthalene skeleton type epoxy resin: manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc., trade name EPICLON HP-4700
2) Phenol novolac skeleton type epoxy resin: manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name YDPN-638
3) CPI-110A: San Apro, triarylsulfonium hexafluoroantimonate 4) Irgacure 184: Ciba Specialty Chemicals, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone 5) Aromatic ring-containing polymer: Maruzen Petrochemical Co., Ltd., trade name : Marcalinker CST
6) Solvent: Methyl ethyl ketone, manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.
表1から、本発明の光硬化性組成物を用いた炭化造形物は、高い炭素化収率を有し、造形の精度が高いことがわかる。一方、(A)成分を含まない光硬化性組成物を用いた比較例1では、炭化造形物の製造時の炭素化収率が低く、造形の精度が低いことがわかる。 From Table 1, it can be seen that the carbonized modeled article using the photocurable composition of the present invention has a high carbonization yield and high modeling accuracy. On the other hand, in the comparative example 1 using the photocurable composition which does not contain (A) component, it turns out that the carbonization yield at the time of manufacture of a carbonized modeling thing is low, and the modeling precision is low.
1 光硬化性組成物
2 容器
3 支持ステージ
4 光硬化性組成物の液面
5 マスク
6,7 硬化物(硬化層)
8 光
11 光源
12 ディジタルミラーデバイス(DMD)
13 集光レンズ
14 造形テーブル
15 ディスペンサ
16 リコータ
17 制御部
18 記憶部
19 組成物層
20 光硬化性組成物
100 光硬化造形装置(光造形装置)
DESCRIPTION OF
8
DESCRIPTION OF
Claims (8)
(B)カチオン性光重合開始剤0.01〜10質量%、
(D)エチレン性不飽和基を2個以上有するリン酸エステル化合物5〜45質量%、及び
(E)ラジカル性光重合開始剤0.1〜8質量%(ただし、上記各成分の配合割合は、光硬化性組成物が溶剤を含む場合には、溶剤を除く光硬化性組成物の全量を100質量%としたときの割合である。)、
を含むことを特徴とする光造形用光硬化性組成物。 (A) epoxy compound 40-90 wt% of the main chain organic vital epoxy group an aromatic ring structure having two or more,
(B) Cationic photopolymerization initiator 0.01 to 10% by mass ,
(D) 5 to 45% by mass of a phosphoric ester compound having two or more ethylenically unsaturated groups, and
(E) Radical photopolymerization initiator 0.1 to 8% by mass (however, the blending ratio of the above components is the total amount of the photocurable composition excluding the solvent when the photocurable composition contains the solvent) ) Is 100% by mass.)
A photocurable composition for stereolithography, comprising:
を含む請求項1に記載の光硬化性組成物。The photocurable composition according to claim 1 comprising:
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