JP7058012B2 - 光エネルギー線硬化型粘土組成物、光エネルギー線硬化型粘土組成物の製造方法および造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献1には、凹形状の主成形面と前記主成形面が開口する主開口部とが設けられた成形型に成形材料を供給し、前記主成形面に対応した凸形状の主表面および前記主開口部に対応する主背面を備えた主アクセサリ部を成形する成形工程と、前記主アクセサリ部の外部に突出する丸環部、前記主アクセサリ部に埋め込まれる埋設部、および前記埋設部と前記丸環部との間に前記丸環部に対して傾斜して設けられ前記主背面を貫通する傾斜連結部を備えたヒートンを前記成形型に配置する配置工程と、前記主アクセサリ部を硬化させて前記ヒートンを前記主アクセサリ部に固定する硬化工程と、を有するアクセサリの製造方法が開示されている。
以下に、本実施の形態の光エネルギー線硬化型粘土組成物について説明する。ここでは、光エネルギー線として紫外線を用い、また、光透過性を有し、透明であるため、紫外線硬化性透明粘土組成物(単に、透明粘土組成物、透明粘土とも言う)として以下に説明する。このような、紫外線硬化性透明粘土組成物は、家庭用のものとして、簡易なLED-UV装置を用いて、硬化させることができ、容易に造形物を形成することができる。
本実施の形態の紫外線硬化性透明粘土組成物は、ウレタンアクリレートと、モノマー(希釈剤)と、光開始剤とを有する。
このようなウレタンアクリレートは、ポリオールの構造および分子量、イソシアネートの種類、アクリレートの種類、アクリロイル基の数などにより、その特性が変化する。アクリレートはメタアクリレートでもよい。
ール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリ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、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ
)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレン
グリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(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、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、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の単官能(メタ)アクリレート;ポリエチレングリコール#200ジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(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、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(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、ポリプロピレングリコールジ(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、1,9-ノナンジオールジ(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、トリシクロデカンジメタノールジ(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、トリメチロールプロパンEO変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(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、トリス(メタ)アクリロキエチルイソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラ(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ヘキサ(メタ)アクリレート、トリ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、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレートなどを用いることができる。このような希釈剤(モノマー)としてのアクリレートまたはメタクリレートは、化合物Cと異なり、可塑性の付与を目的とするものである。
(実施例)
以下、実施例を通じて本実施の形態をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
表1、表2に示す配合で形成された透明粘土を成形し、LED-UVを照射し、硬化物を得た。透明粘土および硬化物について以下の評価を行った。
IBXA:イソボルニルアクリレート
FA-511AS:ジシクロペンテニルアクリレート
HEMA:2-ヒドロキシエチルメタクリレート
HPMA:2-ヒドロキシプロピルメタクリレート
MEDOL-10:(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート
NOD-N:1,9-ノナンジオールジメタクリレート
Omnirad184:1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
Omnirad 2959:1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン
OmniradMBF:メチルベンゾイルホルメート
Speedcure TPO:2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルエトキシフォスフィンオキサイド
なお、ブルーイング剤とは、青色系顔料を使用した光学的増白剤である。
(1)粘土性
透明粘土について、容易に手で加工可能であり粘土性がよいものを「○」、固く加工性が悪いもの、または、液状に近く加工性が悪いものを「×」とし、これらの間の感触のものを「△」とした。
(2)臭気
透明粘土の臭いを嗅いで、臭いがほとんど認められないものを「○」、臭いが認められるが、加工に差しさわりのない程度のものを「△」、臭いが強いものを「×」とした。
(3)黄変
透明粘土について、黄変がほとんど認められないものを「○」、黄変が僅かに認められるものを「△」、黄変が強いものを「×」とした。
(4)べたつき(タック)
透明粘土の表面を指で触わる指触評価を実施し、べたつきが全く認められないものを「○」、明らかにべたつきが認められるものを「×」とし、これらの間の感触のものを「△」とした。
(5)硬化性(べたつき(タック))
LED-UVの照射後の硬化物の表面を指で触わる指触評価を実施し、べたつきが全く認められず、硬化性が良いものを「○」、明らかにべたつきが認められ、硬化性が低いものを「×」とし、これらの間の感触のものを「△」とした。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとしてIBXAを40重量部、光開始剤としてOmnirad 184を5重量部、混合し、透明粘土1を得た。透明粘土1は、粘土性○、臭気△、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとしてIBXAを40重量部、光開始剤としてOmnirad 184を5重量部、ミント香料0.2重量部、混合し、透明粘土2を得た。透明粘土2は、粘土性○、臭気△、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとしてFA-511ASを40重量部、光開始剤としてOmnirad 184を5重量部、混合し、透明粘土3を得た。透明粘土3は、粘土性○、臭気△、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとして、IBXAを40重量部およびHEMAを4重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土4を得た。透明粘土4は、粘土性○、臭気△、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとして、IBXAを40重量部およびHPMAを5重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土5を得た。透明粘土5は、粘土性○、臭気△、黄変△、べたつき○であった。
上記のとおり、実施例1~5の粘土組成物については、臭気、黄変について、若干の改善の余地があるものの、粘土組成物として良好なものが得られ、その硬化物(成形品)も良好であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとしてMEDOL-10を30重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土6を得た。透明粘土6は、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとしてNOD-Nを30重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土7Aを得た。透明粘土7Aは、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとしてNOD-Nを30重量部、光開始剤として、Omnirad 184を2重量部およびOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土7Bを得た。透明粘土7Bは、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を20重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土8を得た。透明粘土7Aは、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を20重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、ミント香料を1重量部、混合し、透明粘土8Mを得た。透明粘土8Mは、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を20重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、ミント香料を1重量部、スミプラストバイオレットB(ブルーイング剤)を0.0001重量部、混合し、透明粘土8MBを得た。透明粘土8MBは、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記のとおり、実施例6~8、8M、8MBの粘土組成物については、臭気が改善し、実施例1~5と比較し、より良好な粘土組成物が得られた。また、その硬化物(成形品)も良好であった。さらに、実施例8MBについては、臭気のみならず、黄変も改善した。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を30重量部およびNOD-Nを5重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土9を得た。透明粘土9は、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を30重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、混合し、透明粘土10を得た。透明粘土10は、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を30重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、ミント香料を1重量部、混合し、透明粘土10Mを得た。透明粘土10Mは、粘土性○、臭気○、黄変△、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を30重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤としてOmnirad 2959を2重量部、ミント香料を1重量部、スミプラストバイオレットB(ブルーイング剤)を0.0001重量部、混合し、透明粘土10MBを得た。透明粘土10MBは、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記のとおり、実施例9、10、10M、10MBの粘土組成物については、臭気が改善し、実施例1~5と比較し、より良好な粘土組成物が得られた。また、その硬化物(成形品)も良好であった。さらに、実施例10MBについては、臭気のみならず、黄変も改善した。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとして、MEDOL-10を40重量部、光開始剤としてOmnirad MBFを0.5重量部、スミプラストバイオレットB(ブルーイング剤)を0.0001重量部、混合し、透明粘土11B1を得た。透明粘土11Bは、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとしてMEDOL-10を40重量部、光開始剤としてOmnirad MBFを0.5重量部、スミプラストバイオレットB(ブルーイング剤)を0.0002重量部、混合し、透明粘土11B2を得た。透明粘土11B2は、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとしてMEDOL-10を40重量部、光開始剤としてSpeedcure TPOを1重量部、シリカを10重量部、混合し、透明粘土11Sを得た。透明粘土11Sは、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとして、MEDOL-10を30重量部およびNOD-Nを10重量部、光開始剤として、Omnirad 2959を2重量部およびOmnirad MBFを1重量部、スミプラストバイオレットB(ブルーイング剤)を0.0002重量部、混合し、透明粘土12を得た。透明粘土12は、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを60重量部、モノマーとして、MEDOL-10を40重量部およびNOD-Nを5重量部、光開始剤として、Omnirad 2959を2重量部およびOmnirad MBFを1重量部、スミプラストバイオレットB(ブルーイング剤)を0.0002重量部、混合し、透明粘土13を得た。透明粘土13は、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記のとおり、実施例11B1、11B2、11S、12、13の粘土組成物については、臭気および黄変が改善し、実施例1~5と比較し、より良好な粘土組成物が得られた。また、硬化性も改善し、その硬化物(成形品)は良好であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとしてMEDOL-10を30重量部、光開始剤としてSpeedcure TPOを1重量部、混合し、透明粘土14を得た。透明粘土14は、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を5重量部およびNOD-Nを30重量部、光開始剤として、Omnirad 2959を2重量部およびSpeedcure TPOを2重量部、混合し、透明粘土15を得た。透明粘土15は、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記ウレタンアクリレートを70重量部、モノマーとして、MEDOL-10を10重量部およびNOD-Nを30重量部、光開始剤として、Omnirad 2959を2重量部およびSpeedcure TPOを2重量部、混合し、透明粘土16を得た。透明粘土16は、粘土性○、臭気○、黄変○、べたつき○であった。
上記のとおり、実施例14~16の粘土組成物については、臭気および黄変が改善し、実施例1~5と比較し、より良好な粘土組成物が得られた。また、硬化性も改善し、その硬化物(成形品)は良好であった。特に、実施例14~16は、硬化性において、実施例11B1、11B2、11S、12、13より良好(硬化性◎)であった。
上記実施例1~16においては、ウレタンアクリレートを合成する化合物Aとしてエチレングリコールを用いたが、化合物Aとしてシクロヘキサンジメタノールを用いた場合についても、上記実施例14~16等と同様に粘土組成物および硬化物を形成することができた。このように、化合物Aとしてシクロヘキサンジメタノールを用いた場合にも、上記実施例14~16と同等の効果を確認することができた。
このように、ウレタンアクリレートをモノマー中で合成することにより、ウレタン樹脂間にモノマーが介在し、固形でありながら、手で加工可能な粘土性を有する組成物を形成することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、実施の形態1で説明した粘土組成物(透明粘土)の使用方法について説明する。
(実施の形態3)
本実施の形態においては、各種応用例について説明する。
実施の形態1の透明粘土に着色剤を添加してもよい。また、透明粘土にシリカ等を添加し、半透明としてもよい。また、透明粘土にシリカ等を多量に添加し、不透明としてもよい。また、シリカに代えて中空ガラスを用いてもよい。
実施の形態1の透明粘土に香料を添加してもよい。例えば、レモンやいちごなどの造形物(作品)に対応した香料を添加してもよい。
実施の形態1の透明粘土の硬化性を調整し、ゴム状のような柔軟性を持たせても良い。硬化性を調整することで、例えば、いちごやぶどうなどのグミを模した造形物(作品)を形成することができる。
実施の形態1の透明粘土は、室温(25℃)において、手で加工な粘土性を有するものとしたが、室温では、やや固く、例えば、45℃~55℃程度の湯せんにおいて、粘土性が向上する透明粘土としてもよい。
実施の形態2においては、いわゆる、ハンドメイドの造形物(作品)を例に説明したが、実施の形態1の透明粘土を、タイルなどの補修材として用いても良い。
組成物中のモノマーの割合を調整することにより、透明粘土の硬さを調整することができる。例えば、実施例6のMEDOL-10の割合を、30%から40%に増やした実施例11B1においては、透明粘土の硬さが低下し、より素手で加工しやすくなった。このように、組成物中のモノマーの割合を多く(例えば、30重量%を超え、40重量%以下と)することで、透明粘土の硬さが低下し、より素手で加工しやすくすることができる。
10a 造形物
10b 造形物
10c 造形物
11 造形物(作品)
11H 硬化後の造形物(作品)
12 チェーン
20 LED-UV装置
30 透明粘土
30a 花びら
30b 土台
30c 捩り部材30c
31 のし棒
32 ヘラ
Claims (16)
- (a)ウレタンアクリレートと、
(b)希釈剤と、
(c)光開始剤と、
を含有する光エネルギー線硬化型粘土組成物であって、
前記ウレタンアクリレートは、
水酸基を2個以上持ち、分子量300以下の第1化合物と、
脂環または芳香族構造がポリイソシアネート中に含まれている第2化合物と、
アクリレートまたはメタアクリレートと、活性水素とを持つ第3化合物と、
の反応生成物であって、前記第1化合物、前記第2化合物、前記第3化合物の順番に、それらの混合割合(重量比)が、1:4.2~5.0:2.5~8.3であり、
前記希釈剤は、アクリレートまたはメタアクリレートのモノマーであり、
前記光開始剤は、アシルホスフィンオキサイド系の光開始剤である、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項1記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
前記希釈剤が、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレートおよび/または1,9-ノナンジオールジメタクリレートである、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項1または2記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
前記第1化合物は、炭素数が2以上6以下の脂肪族、炭素数6以上の脂環または芳香族構造が含まれている、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項3記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
前記第3化合物は、アクリロイル基またはメタアクリロイル基を1個以上6個以下有する化合物である、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項4記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
前記反応生成物の重量平均分子量は、2000以上8000以下である、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項5記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
前記希釈剤の割合は、5重量%以上60重量%以下である、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項6記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
香料を含有する、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項6記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
ブルーイング剤を含有する、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項6記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
シリカを含有する、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - 請求項6記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物において、
光透過性を有する、光エネルギー線硬化型粘土組成物。 - (a)水酸基を2個以上持つ第1化合物と、アクリレートまたはメタアクリレートと、活性水素とを持つ第3化合物と、希釈剤と、を混合する工程、
(b)(a)工程の後、脂環または芳香族構造がポリイソシアネート中に含まれている第2化合物を添加する工程と、
を有し、
前記第1化合物、前記第2化合物、前記第3化合物の順番に、それらの混合割合(重量比)を、1:4.2~5.0:2.5~8.3として、前記第1化合物と、前記第2化合物と、前記第3化合物との反応によりウレタンアクリレートが形成され、
前記希釈剤は、アクリレートまたはメタアクリレートのモノマーであり、
前記開始剤は、アシルホスフィンオキサイド系の光開始剤である、光エネルギー線硬化型粘土組成物の製造方法。 - 請求項11記載の光エネルギー線硬化型粘土組成物の製造方法において、
前記希釈剤が、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレートおよび/または1,9-ノナンジオールジメタクリレートである、光エネルギー線硬化型粘土組成物の製造方法。 - 光エネルギー線硬化型粘土組成物を準備する工程、
前記光エネルギー線硬化型粘土組成物を加工し、粘土造形物を形成する工程、
前記粘土造形物に光エネルギーを照射することにより、粘土造形物を硬化させ、造形物を形成する工程、
を有し、
前記光エネルギー線硬化型粘土組成物は、
(a)ウレタンアクリレートと、
(b)希釈剤と、
(c)光開始剤と、
を含有し、
前記ウレタンアクリレートは、
水酸基を2個以上持ち、分子量300以下の第1化合物と、
脂環または芳香族構造がポリイソシアネート中に含まれている第2化合物と、
アクリレートまたはメタアクリレートと、活性水素とを持つ第3化合物と、
の反応生成物であって、前記第1化合物と、前記第2化合物、前記第3化合物の順番に、それらの混合割合(重量比)が、1:4.2~5.0:2.5~8.3であり、
前記希釈剤は、アクリレートまたはメタアクリレートのモノマーであり、
前記開始剤は、アシルホスフィンオキサイド系の光開始剤である、造形物の製造方法。 - 請求項13記載の造形物の製造方法において、
前記希釈剤が、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレートおよび/または1,9-ノナンジオールジメタクリレートである、造形物の製造方法。 - 請求項13記載の造形物の製造方法において、
前記光エネルギーは、紫外線である、造形物の製造方法。 - 請求項15記載の造形物の製造方法において、
前記紫外線は、LED-UVである、造形物の製造方法。
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