JP7213660B2 - 硬化性樹脂組成物および硬化物 - Google Patents
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Description
特許文献1では、ラジカル重合性有機化合物、カチオン重合性有機化合物、ラジカル重合開始剤、およびカチオン重合開始剤を含む光学的立体造形用樹脂組成物が提案されている。特許文献2では、光重合性モノマー、分子量5000~30000のポリマー、および光重合開始剤を含む3D造形用のモデル材インクが提案されている。
前記反応性ポリマーは、重量平均分子量が10,000以上であり、分子量分布が1.5以下であり、硬化物のガラス転移点が室温以下であり、
前記反応性オリゴマーの重量平均分子量は、前記反応性ポリマーの重量平均分子量よりも小さく、
前記反応性ポリマーは、前記硬化性樹脂組成物中で相溶しており、前記硬化性樹脂組成物の硬化物中では分散相を構成する、硬化性樹脂組成物に関する。
本発明の一局面によれば、反応性ポリマーと、単官能の反応性モノマーと、反応性オリゴマーと、開始剤と、を含む、室温で液状の硬化性樹脂組成物が提供される。反応性ポリマーは、重量平均分子量(Mw)が10,000以上であり、分子量分布が1.5以下であり、硬化物のガラス転移点(Tg)が室温以下である。反応性オリゴマーの重量平均分子量(Mw)は、反応性ポリマーの重量平均分子量(Mw)よりも小さい。反応性ポリマーは、硬化性樹脂組成物中で相溶しており、硬化性樹脂組成物の硬化物中では分散相を構成する。
分子量分布とは、重量平均分子量Mwの、数平均分子量Mnに対する比率で表される多分散度(=Mw/Mn)を意味する。
(反応性ポリマー)
反応性ポリマーは、Mwが10,000以上であり、Mw/Mnが1.5以下であり、硬化物のTgが室温以下であればよい。このような反応性ポリマーを用いることで、分散相のサイズをより均一にすることができ、硬化物において、より均一な分散構造が得られるとともに、高い柔軟性を有する分散相を形成することができる。そのため、硬化物の耐衝撃性を高めることができ、その結果、硬化物の高い靱性を確保することができる。
硬化性樹脂組成物は、反応性ポリマーを一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。
反応性モノマーは、少なくとも単官能の反応性モノマーを含んでいればよく、単官能の反応性モノマーと多官能の反応性モノマーとを含んでいてもよい。反応性モノマーが有する反応性基(第2反応性基とも言う)は、例えば、第1反応性基について例示したものから選択できる。第2反応性基としては、(メタ)アクリロイル基が好ましい。この場合、硬化性樹脂組成物の構成成分の相溶性を高め易いとともに、硬化物の相分離構造の界面において反応し易いため、高い靱性を確保しながらも、硬化物のより高い強度を確保することができる。また、高い硬化速度が得られ易く、光造形などの造形用途に適している。
第2モノマーは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 複数種の第2モノマーを用いる場合、各第2モノマーにおける第2反応性基の種類は全て同じであってもよく、一部が同じであってもよく、全てが異なっていてもよい。
反応性オリゴマーとしては、反応性ポリマーのMwよりも小さなMwを有するものが使用される。反応性オリゴマーのMwは、組み合わせる反応性ポリマーのMwに応じて決定すればよい。反応性オリゴマーのMwは、例えば、40,000以下であり、30,000以下であってもよいが、10,000未満が好ましく、5,000以下または5,000未満がより好ましい。Mwがこのような範囲である場合、硬化性樹脂組成物中で反応性ポリマーの相溶状態を確保し易く、硬化性樹脂組成物の粘度を低く保ち易い。反応性オリゴマーのMwは、例えば、500以上であり、1,000以上であることが好ましい。Mwがこのような範囲である場合、硬化性樹脂組成物中における反応性ポリマーの相分離を抑制し易く、高い硬化速度を確保し易いことに加え、硬化の際の歪みを抑制する効果を高めることができる。また、マトリックスの強度をさらに高めることができる。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。
開始剤としては、光や熱の作用により活性化して、硬化性樹脂組成物の硬化(具体的には重合)を開始させるものが使用される。このような開始剤は、反応開始剤や重合開始剤と呼ばれることもある。光造形用途では、光の作用により活性化する開始剤が使用される。
硬化性樹脂組成物は、さらに、その他の公知の硬化性樹脂などを含んでもよい。また、硬化性樹脂組成物は、公知の添加剤を含むことができる。
なお、アイゾット衝撃強度は、縦62mm、横12mm、厚み6mmのサイズの硬化物のサンプル(ノッチ付き)について測定される。
ショアD硬度は、例えば、厚み6mmの硬化物のサンプルについて、タイプDデュロメータを用い、JIS K7215:1986に準拠して測定できる。
図1は、樹脂槽(バット)を備える光造形装置(パターニング装置)を用いて三次元造形物を形成する場合の一例である。図示例では、吊り下げ方式の造形について示したが、硬化性樹脂組成物を用いて三次元光造形することができる方法であれば特に制限されない。また、光照射(露光)の方式についても特に制限されず、点露光でも、面露光でもよい。
(i)液膜を形成し、硬化させてパターンを形成する工程
工程(i)では、(a)に示すように、まず、樹脂槽3に収容された硬化性樹脂組成物5に、プラットフォーム2のパターン形成面2aを、プロジェクタ4(つまり、樹脂槽3の底面)に向けた状態で浸漬させる。このときに、パターン形成面2aとプロジェクタ4(または樹脂槽3の底面)との間に液膜7a(液膜a)が形成されるように、パターン形成面2a(またはプラットフォーム2)の高さを調整する。次いで、(b)に示すように、プロジェクタ4から液膜7aに向けて、光Lを照射(面露光)することで、液膜7aを光硬化させてパターン8a(パターンa)を形成する。
工程(ii)では、工程(i)で得られたパターンaと、光源との間に、硬化性樹脂組成物を供給して、液膜(液膜b)を形成する。つまり、パターン形成面に形成されたパターンa上に液膜bを形成する。硬化性樹脂組成物の供給は、工程(i)についての説明が参照できる。
工程(iii)では、工程(ii)で形成した液膜bに対して、光源から露光して、液膜bを光硬化させ、パターンaに別のパターン(液膜bの光硬化により得られるパターンb)を積層する。このようにパターンが厚み方向に積層されることで、三次元造形パターンを形成することができる。
光源や露光波長などは、工程(i)についての記載を参照できる。
第1工程は、工程(ii)と工程(iii)とを複数回繰り返す工程(iv)を含むことができる。この工程(iv)により、複数のパターンbが厚み方向に積層されることになり、さらに立体的な造形パターンが得られる。繰り返し回数は、所望する三次元造形物(三次元造形パターン)の形状やサイズなどに応じて適宜決定できる。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて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。
(1)硬化性樹脂組成物の調製
表1および表2に示す成分(反応性モノマー、反応性オリゴマー、および/または反応性ポリマーと開始剤)を表2に示す質量比で混合し、攪拌しながら80℃のオーブンで加熱して、固形成分を溶解させることにより均一な液状の硬化性樹脂組成物を調製した。
上記(1)で得られた硬化性樹脂組成物または硬化性樹脂組成物に用いた成分について以下の評価を行った。
硬化性樹脂組成物が透明である場合を○、濁っている場合を×として、相溶性を評価した。
E型粘度計(TVE-20H、東機産業(株))を用いて、25℃にて、100rpmの回転速度で硬化性樹脂組成物の粘度を測定した。
トレイに、硬化性樹脂組成物を注いで、厚み300μmの液膜を作製し、液膜の両方の主面に対して、波長405nmのLED光を光照射して液膜を完全に硬化させることにより、硬化物のサンプルを作製した。トレイには、上記LED光を透過するものを用いた。
得られたサンプルについて、DMA((株)日立ハイテクサイエンス製、DMS6100)を用いて、周波数1Hz、5℃/minの昇温速度にて-100℃から+200℃まで昇温した。そして、150℃のときの弾性率(MPa)を求めるとともに、tanδがトップピークとなる温度を硬化性樹脂組成物の硬化物のTgとして求めた。硬化性樹脂組成物の硬化物のTgとした。なお、tanδが極大となるピークが複数ある場合には、表1には、より高温側のピークの温度(マトリックスとなるポリマーのTg)を示した。
また、硬化性樹脂組成物に代わりに反応性ポリマーを用いて、上記と同様にして、反応性ポリマー「RC200C」の硬化物のTgを求めたところ、-39℃であった。
DLP(登録商標)方式の3Dプリンタ(武藤工業(株)製、ML-48)を用いて、1層当たりの照射時間30秒およびz軸(高さ方向)のピッチ100μmの条件で、短冊状のサンプル(縦40mm×横20mm×厚み(高さ)0.5mm)を作製した。このサンプルを縦方向の中央付近で180°折り曲げ(1回目)、この状態から360°反対側に折り曲げ(2回目)、360°の折り曲げをさらに2回繰り返した(3回目、4回目)。このときの状態を下記の基準で評価した。
○:4回目の折り曲げ後もクラックが見られない。
△:2回目の折り曲げでクラックが見られる。
×:1回目の折り曲げでクラックまたは破断部が見られる。
(d)の場合に準じて、硬化物のサンプル(縦62mm×横12mm×厚み6mmのノッチありの試験片)を作製した。この試験片についてASTM D256に準拠して、ハンマー速度3.46m/sにて、アイゾット衝撃強度を測定した。
(d)の場合と同様にして、硬化物のサンプルを作製した。このサンプルについて、タイプDデュロメータを用い、JIS K7215:1986に準拠して、ショアD硬度を測定した。
Claims (9)
- 反応性ポリマーと、単官能の反応性モノマーと、反応性オリゴマーと、開始剤と、を含む、室温で液状の硬化性樹脂組成物であって、
前記硬化性樹脂組成物は、硬化による積層構造を有する硬化物を形成するための三次元光造形用途に用いられ、
前記反応性ポリマーは、重量平均分子量が10,000以上であり、分子量分布が1.5以下であり、硬化物のガラス転移点が35℃以下であり、(メタ)アクリロイル基を有するアクリルゴムを含み、
前記反応性モノマーは、(メタ)アクリロイル基を有するモノマーを含み、
前記反応性オリゴマーは、(メタ)アクリロイル基を有するオリゴマーを含み、
前記反応性オリゴマーの重量平均分子量は、前記反応性ポリマーの重量平均分子量よりも小さく、
前記反応性ポリマーは、前記硬化性樹脂組成物中で相溶しており、前記硬化性樹脂組成物の硬化物中では分散相を構成する、硬化性樹脂組成物。 - 前記反応性オリゴマーの重量平均分子量は、5,000未満である、請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性オリゴマーの重量平均分子量は、1,000以上である、請求項1または2に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性オリゴマーの含有量は、30質量%以上60質量%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性ポリマーの含有量は、1質量%以上25質量%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性モノマーの含有量は、10質量%以上70質量%以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記反応性モノマーは、窒素含有環または脂肪族環を有する第1モノマーを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 前記硬化性樹脂組成物の硬化物について、ASTM D256に準拠して測定されるアイゾット衝撃強度が、40J/m以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させた硬化物であって、
硬化による積層構造を有する三次元光造形物である、硬化物。
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