JP7358469B2 - 硬化性組成物及びそれからなる光造形用樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は硬化性組成物及びそれからなる光造形用樹脂組成物に関する。より詳細には、本発明は、光造形によって造形したときに、低粘度で造形しやすく、かつ靭性及び耐水性に優れた立体造形物を得ることができる光造形用樹脂組成物に関する。本発明により得られた立体造形物は、特に歯科用マウスピース、義歯床材料に好適である。
液状の光硬化性樹脂に必要量の制御された光エネルギーを供給して、薄層状に硬化させ、その上に更に液状光硬化性樹脂を供給した後、制御下に光照射して薄層状に積層硬化させるという工程を繰り返すことによって立体造形物を製造する方法、いわゆる光学的立体造形法が特許文献1によって開示された。そして、その基本的な実用方法が更に特許文献2によって提案されて以来、光学的立体造形技術に関する多数の提案がなされている。
立体造形物を光学的に製造する際の代表的な方法としては、容器に入れた液状光硬化性樹脂組成物の液面に、所望のパターンが得られるようにコンピューターで制御された紫外線レーザーを選択的に照射して所定の厚さで硬化させて硬化層を形成し、次にその硬化層の上に1層分の液状光硬化性樹脂組成物を供給して、同様に紫外線レーザーを照射して前記と同じように硬化させて連続した硬化層を形成させるという積層操作を繰り返して最終的な形状の立体造形物を製造する液槽光造形という方法が一般に採用されている。この方法による場合は、造形物の形状がかなり複雑であっても、簡単にかつ比較的短時間で、精度良く目的とする立体造形物を製造することができるために近年大きな注目を集めている。
そして、光造形法によって得られる立体造形物が単なるコンセプトモデルから、テストモデル、試作品等へと用途が展開されるようになっており、それに伴ってその立体造形物は成形精度に優れていることが益々要求されるようになっている。しかも、そのような特性と併せて目的に合わせた特性も優れていることが求められている。とりわけ、歯科材料分野においては、歯科用マウスピース、義歯床は、患者個人ごとに形状が異なり、かつ形状が複雑であることから、光造形法の応用が期待されている。
歯科用マウスピースは、歯科用アライナーと呼ばれる歯並びを矯正するために歯列に装着するもの、歯科用スプリントと呼ばれる顎位を矯正するために装着するもの、睡眠時無呼吸症候群の治療のために夜間就寝中に歯列に装着するもの、歯ぎしりによる歯の摩耗を抑制するために歯列に装着するもの、コンタクトスポーツにおいて、競技中に歯牙や顎骨に大きな外力が加わることにより発生する外傷を低減し、顎口腔系及び脳を保護するために口腔内に装着するものである。近年、歯科矯正においては審美性の良さや外したいときに外せるため急速に利用が拡大している装置である。また、睡眠時無呼吸症候群も医療において注目されている症例であり、その治療用具として急速に利用が進んでいる。
義歯床材料は、歯の喪失により義歯を装着する際の、歯肉部分に使用される材料のことである。近年、高齢者人口の増加に伴い義歯の需要が急激に増加している。
これら、歯科用マウスピース及び義歯床材料には、靭性及び耐水性が共通して要求されている。靭性が損なわれると装着感が悪いものとなったり、外力や咬合の衝撃が顎骨に直接加わることになる。また、破壊しやすくなると頻繁に作り直すことが必要となってしまうといった問題がある。更に、耐水性が損なわれると力学的特性が低下し、矯正力や衝撃吸収性を喪失したり、破壊しやすくなり実用に耐えないものとなる問題がある。
また、通常、歯科用マウスピース及び義歯床材料、睡眠時無呼吸症候群用治療具を作製する際には、口腔内の印象を取得することが必要となるが、その不快感から患者負担となることや、技工操作に熟練を要するといった課題が従来から指摘されていた。近年では、デジタル技術の発達から、印象取得については、光学的な口腔内スキャンを応用する試みがなされ、成形においては光学的立体造形を応用する試みがなされている。造形においては光硬化性樹脂組成物を使用するが、一般に柔軟性及び耐水性を発現する樹脂組成物ほど、低極性のモノマーを使用する傾向となるため硬化性が低くなり、硬化物の力学的強度に劣る傾向にあり、特に光学的立体造形においては、光照射時間が極端に短くかつ一層の造形毎に酸素に暴露されるため、特に硬化が不十分となりやすく、これまで力学的強度と靭性、耐水性を両立することが困難であった。更に、樹脂組成物を造形可能な粘度とする必要があるが、粘度を低下させるために分子量が低いモノマーを使用した場合には硬化性が低くなり、一方、力学的強度を発現するモノマーは高粘度のものが多く造形性が低下するといった問題があった。
このような背景の中、造形精度、硬化物の力学的強度及び耐膨潤性に優れ、光学的立体造形が可能な技術として、例えば、特許文献3には、(メタ)アクリロイル基及びアルケニル基の双方を有するα,β-不飽和二重結合基含有化合物とを必須成分とする光学的立体造形用樹脂組成物が提案されている。
特開昭56-144478号公報 特開昭60-247515号公報 特開2015-10168号公報
特許文献3に記載の光硬化性樹脂組成物は、靭性及び耐水性の向上については具体的に記載されていない。
そこで、本発明は、光造形によって造形したときに、低粘度で硬化性に優れるため造形しやすく、かつ硬化物の靭性及び耐水性に優れる硬化性組成物及びそれからなる光造形用樹脂組成物を提供することを目的とする。また、特に歯科用マウスピース及び義歯床材料に好適な光造形用樹脂組成物を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は以下の発明に関する。
[1]重合性単量体(a)を79.0~99.0質量%、光重合開始剤(b)を0.1~10.0質量%、及び多官能重合性化合物(c)として、下記一般式(I)で表される化合物を0.01~20.0質量%含有する、硬化性組成物。
Figure 0007358469000001

(一般式(I)中、R1及びR2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、アリール基、及びアラルキル基からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、R3は(メタ)アクリロイル基、4-ビニルフェニル基、及び炭素数2~5のアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の重合性官能基である。nは0~5の任意の整数である。)
[2][1]に記載の硬化性組成物からなる、光造形用樹脂組成物。
[3]前記一般式(I)においてR1が水素原子である、[2]に記載の光造形用樹脂組成物。
[4]前記一般式(I)においてR3が(メタ)アクリロイル基である、[2]又は[3]に記載の光造形用樹脂組成物。
[5]前記多官能重合性化合物(c)が下記一般式(II)で表される、[2]~[4]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。
Figure 0007358469000002

(一般式(II)中、R4は水素原子又はメチル基を表す。)
[6]前記重合性単量体(a)が複数の重合基を含有する重合性単量体(a)-1を含有する、[2]~[5]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。
[7]前記重合性単量体(a)-1がウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αを含有する、[6]に記載の光造形用樹脂組成物。
[8]前記重合性単量体(a)が単官能の重合性単量体(a)-2を含有する、[2]~[7]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。
[9]前記重合性単量体(a)-2が環状構造を含有する、[8]に記載の光造形用樹脂組成物。
[10]更に、無機粒子(d)を含有する、[2]~[9]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。
[11][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、光造形樹脂硬化物。
[12][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、歯科材料。
[13][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、歯科用マウスピース。
[14][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、義歯床材料。
[15][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、医療材料。
[16][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、睡眠時無呼吸症候群用治療具。
[17][2]~[10]のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物を用いて、光学的立体造形法によって立体造形物を製造する方法。
本発明の硬化性組成物及びそれからなる光造形用樹脂組成物は、光造形によって造形したときに、低粘度で硬化性に優れるため造形しやすく、かつ硬化物の靭性及び耐水性に優れるため、各種歯科材料、特に歯科用マウスピース及び義歯床材料等に好適に用いることができる。
本発明の硬化性組成物は、重合性単量体(a)と、光重合開始剤(b)、多官能化合物(c)及び必要に応じて無機粒子(d)とを含有する。この硬化性組成物からなる光造形用樹脂組成物は、光造形によって造形したときに、低粘度で硬化性に優れるため造形しやすく、かつ硬化物の靭性及び耐水性に優れる。
なお、本明細書において、数値範囲(各成分の含有量、各成分から算出される値及び各物性等)の上限値及び下限値は適宜組み合わせ可能である。
[重合性単量体(a)]
本発明に用いられる重合性単量体(a)としては、ラジカル重合性単量体が好適に用いられる。重合性単量体(a)におけるラジカル重合性単量体の具体例としては、(メタ)アクリレート系重合性単量体;(メタ)アクリルアミド系重合性単量体;α-シアノアクリル酸、(メタ)アクリル酸、α-ハロゲン化アクリル酸、クロトン酸、桂皮酸、ソルビン酸、マレイン酸、イタコン酸等のエステル類;ビニルエステル類;ビニルエーテル類;モノ-N-ビニル誘導体;スチレン誘導体等が挙げられる。なかでも、硬化性の観点から、(メタ)アクリレート系重合性単量体及び(メタ)アクリルアミド系重合性単量体が好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してよい。
本発明における重合性単量体(a)として、複数の重合基を含有する重合性単量体(a)-1及び単官能の重合性単量体(a)-2が例示される。硬化性の観点からは、複数の重合基を含有する重合性単量体(a)-1が好ましく用いられ、低粘度化しやすい観点からは、単官能の重合性単量体(a)-2が好ましく用いられ、更に靭性の観点から、複数の重合基を含有する重合性単量体(a)-1、単官能の重合性単量体(a)-2の両方を用いることが好ましい。
複数の重合基を含有する重合性単量体(a)-1としては、硬化物が靭性に優れる観点から、二官能であることが好ましい。
複数の重合基を含有する重合性単量体としては、ウレタン結合を含有し複数の重合基を含有する重合性単量体[ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1α]及びウレタン結合を含有しない複数の重合基を含有する重合性単量体が挙げられ、靭性の観点から、ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αを含有することが好ましい。
ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αは、例えば、後述するポリマー骨格を含有するポリオールと、イソシアネート基(-NCO)を有する化合物と、水酸基(-OH)を有する(メタ)アクリレート化合物とを付加反応させることにより、容易に合成することができる。また、ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αは、水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物に、ラクトン又はアルキレンオキシドに開環付加反応させた後、得られた片末端に水酸基を有する化合物を、イソシアネート基を有する化合物に付加反応させることにより、容易に合成することができる。
ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αは、1分子内に、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリ共役ジエン、及び水添ポリ共役ジエンからなる群より選ばれる少なくとも1種の構造、並びにウレタン結合、を含有する(メタ)アクリレートであることが好ましい。前記構造において、例えば、ポリエステルとしては、フタル酸と炭素数2~12のアルキレンジオールの重合体、アジピン酸と炭素数2~12のアルキレングリコールの重合体、セバシン酸と炭素数2~12のアルキレングリコールの重合体、マレイン酸と炭素数2~12のアルキレンジオールの重合体、β-プロピオラクトンの重合体、γ-ブチロラクトンの重合体、δ-バレロラクトン重合体、ε-カプロラクトン重合体及びこれらの共重合体等が挙げられる。ポリカーボネートとしては、炭素数2~12の脂肪族ジオールから誘導されるポリカーボネート、ビスフェノールAから誘導されるポリカーボネート、及び炭素数2~12の脂肪族ジオールとビスフェノールAから誘導されるポリカーボネート等が挙げられる。ポリウレタンとしては、炭素数2~12の脂肪族ジオールと炭素数1~12のジイソシアネートの重合体等が挙げられる。ポリエーテルとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリ(1-メチルブチレングリコール)等が挙げられる。ポリ共役ジエン及び水添ポリ共役ジエンとしては、1,4-ポリブタジエン、1,2-ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ(ブタジエン-イソプレン)、ポリ(ブタジエン-スチレン)、ポリ(イソプレン-スチレン)、ポリファルネセン、及びこれらの水添物が挙げられる。これらの中でも、靭性に優れる点で、ポリエステルの構造が好ましい。
イソシアネート基を有する化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHMDI)、トリシクロデカンジイソシアネート(TCDDI)、及びアダマンタンジイソシアネート(ADI)等が挙げられる。
水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、例えば、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、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、10-ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、2-ヒドロキシ-3-アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート、2,2-ビス[4-〔3-(メタ)アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ〕フェニル]プロパン、1,2-ビス〔3-(メタ)アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ〕エタン、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールのトリ又はテトラ(メタ)アクリレート等のヒドロキシ(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
なお、本発明において「(メタ)アクリロイルオキシ」との表記は、メタクリロイルオキシとアクリロイルオキシの両者を包含する意味で用いられる。
イソシアネート基を有する化合物と水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物との付加反応は、公知の方法に従って行うことができ、特に限定はない。
得られるウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αとしては、前記の、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリ共役ジエン、及び水添ポリ共役ジエンからなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を有するポリオールと、イソシアネート基を有する化合物と、水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物との任意の組み合わせの反応物が挙げられる。
ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αの重量平均分子量(Mw)は、粘度及び強度の観点から、1,000~30,000が好ましく、1,500~15,000がより好ましく、2,000~5,000が更に好ましい。なお、本発明における重量平均分子量(Mw)とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で求めたポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。
本発明におけるウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αの含有量は、重合性単量体(a)及び多官能重合性化合物(c)の総量中、5.0~90.0質量%であることが好ましく、造形性、硬化物の靭性及び耐水性により優れる点から、10.0~80.0質量%であることがより好ましく、15.0~70.0質量%であることが更に好ましい。
ウレタン結合を含有しない複数の重合基を含有する重合性単量体の例として、2,2-ビス((メタ)アクリロイルオキシフェニル)プロパン、2,2-ビス〔4-(3-アクリロイルオキシ)-2-ヒドロキシプロポキシフェニル〕プロパン、2,2-ビス〔4-(3-メタクリロイルオキシ)-2-ヒドロキシプロポキシフェニル〕プロパン(通称「Bis-GMA」)、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシポリエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシテトラエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシジプロポキシフェニル)プロパン、2-(4-(メタ)アクリロイルオキシジエトキシフェニル)-2-(4-(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニル)プロパン、2-(4-(メタ)アクリロイルオキシジエトキシフェニル)-2-(4-(メタ)アクリロイルオキシトリエトキシフェニル)プロパン、2-(4-(メタ)アクリロイルオキシジプロポキシフェニル)-2-(4-(メタ)アクリロイルオキシトリエトキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシプロポキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシイソプロポキシフェニル)プロパン、1,4-ビス(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)ピロメリテート、グリセロールジ(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、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(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、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、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、2-エチル-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、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,2-ビス(3-メタクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)エタン等が挙げられる。これらの中でも、靭性及び硬化性の観点から、2,2-ビス〔4-(3-メタクリロイルオキシ)-2-ヒドロキシプロポキシフェニル〕プロパン、2,2-ビス(4-メタクリロイルオキシポリエトキシフェニル)プロパンが好ましい。
三官能性以上の重合性単量体としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールメタントリ(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、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、1,7-ジアクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラ(メタ)アクリロイルオキシメチル-4-オキシヘプタン等が挙げられる。
本発明におけるウレタン結合を含有しない複数の重合基を含有する重合性単量体の含有量は、重合性単量体(a)及び多官能重合性化合物(c)の総量中、0~40.0質量%であることが好ましく、硬化物の靭性及び耐水性により優れる点から、1.0~30.0質量%であることがより好ましく、2.5~20.0質量%であることが更に好ましい。
単官能の重合性単量体(a)-2としては、環状構造を含有する重合性単量体及び環状構造を含有しない重合性単量体が挙げられ、硬化性及び靭性の観点から、環状構造を含有することが好ましい。
環状構造の例としては、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、ビフェニル環、フェノキシベンゼン環、ビシクロ[1.1.1]ペンタン環、(1r,4r)-ビシクロ[2.1.1]ヘキサン環、(1s,4s)-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン環(別名:ノルボルナン環)、ビシクロ[2.2.2]オクタン環、(1r,5r)-ビシクロ[3.1.1]ヘプタン環、(1R,5S)-ビシクロ[3.2.1]オクタン環、(1R,5S)-ビシクロ[3.3.1]ノナン環、ビシクロ[3.3.2]デカン環、ビシクロ[3.3.3]ウンデカン環、(1r,6r)-ビシクロ[4.2.2]デカン環、(1r,6r)-ビシクロ[4.3.2]ウンデカン環、(1r,6r)-ビシクロ[4.3.3]ドデカン環、(1R,6S)-ビシクロ[4.2.1]ノナン環、(1R,6S)-ビシクロ[4.3.1]デカン環、(3aR,4R,7S,7aS)-オクタヒドロ-1H-4,7-メタノインデン環(別名:ジシクロペンタニル環)、(1R,4S,4as,5R,8S)-デカヒドロ-1,4:5,8-メジメタノナフタレン環(別名:テトラシクロドデカニル環)、トリシクロ[1.1.0.02,4]ブタン環、ペンタシクロ[2.1.0.01,3.02,4.02,5]ペンタン環、テトラシクロ[2.1.01,3.02,5]ペンタン環、ヘプタシクロ[2.2.0.01,3.02,5.02,6.03,5.04,6]ヘキサン環、アダマンタン環、(1s,4s)-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン環(別名:ノルボルネン環)、(3aR,4R,7R,7aR)-ヘキサヒドロ-1H-4,7-メタノインデン環(別名:ジシクロペンテニル環)、(1R,4S,5S,8R,8aR)-1,2,3,4,4a,5,8,8a-オクタヒドロ-1,4:5,8-メタノナフタレン環(別名:トリシクロドデカニル環)、[1,1]パラシクロファン環、[2,2]パラシクロファン環、[2,2]メタシクロファン環、[2,2、2,2](1,2,4,5)シクロファン環、9,10-ジヒドロ-9,10-[1,2]ベンゼンゼノアントラセン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、シクロドデカン環、シクロヘキサデカン環、(1s、3s)-ビシクロ[1.1.0]ブタン環、(1R、4S)-ビシクロ[2.1.0]ペンタン環、(1R、5s)-ビシクロ[3.1.0]ヘキサン環、(1R、5s)-ビシクロ[3.2.0]ヘプタン環、(3as、6as)-オクタヒドロペンタレン環、(1R、6S)-ビシクロ[4.1.0]ヘプタン環、(1R、6S)-ビシクロ[4.2.0]オクタンン環、(3aR、7aS)-オクタヒドロ-1H-インデン環、(4as、8as)-デカヒドロナフタレン環、(4ar、8ar)-デカヒドロナフタレン環、デカヒドロナフタレン環、テトラデカヒドロナフタレン環等のシクロアルカン類;シクロペンテン環、シクロヘキセン環、シクロヘプテン環、シクロオクテン環、シクロブタジエン環、シクロペンタジエン環、シクロヘキサジエン環、シクロヘプタジエン環、シクロオクタジエン環、オクタヒドロナフタレン環、ドデカヒドロアントラセン等のシクロアルケン類、ベンゼン環、シクロオクタテトラエン環、シクロテトラデカヘプタエン環、シクロオクタデカノナエン環等の環を構成する炭素数が3以上の[4n+2]アヌレン類、ナフタレン環、ペンタレン環、インデン環、インダン環、テトラリン環、アズレン環等の芳香族縮合二環類;as-インダセン環、s-インダセン環、ビフェニレン環、アセナフチレン環、アセナフテン環、フルオレン環、フェナレン環、ペリナフテン環、フェナントレン環、アントラセン環等の炭素縮合三環類等の炭化水素環;エチレンイミン環、アゼチジン環、ピロリジン環、ピペリジン環、アゼパン環、キヌクリジン環、トロパン環等の窒素原子を1個含有する飽和単環類;ピペラジン環、メテナミン環等の窒素原子を2個以上含有する飽和単館類;アジリン環、アゼト環、ピロール環、ピリジン環、キヌクリジン環、アゼピン環、等の窒素原子を1個含有する不飽和単環類;イミダゾール環、インダゾール環、イミダゾリン環、ピラゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアゾール環、トリアジン環、テトラゾール環等の窒素原子を2個以上含有する不飽和単環類;インドール環、イソインドール環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、アクリジン環等の窒素原子を1個含有する不飽和多環類;ベンゾイミダゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、シンノリン環、プテリジン環、ナフチリジン環、プリン環、ベンゾトリアゾール環、フェナジン環、ベンゾジアゼビン環、ベンゾ-o-シンノリン環、ポルフィリン環、クロリン環、コリン環等の窒素原子を2個以上含有する不飽和多環類に代表される窒素原子だけを含有するヘテロ環類、モルホリン環、ラクタム環、イサチン環、プリミドン環、オキサジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ベンゾオキサジン環、フェノキサジン環、ベンゾフェノキサジン環、フェナゾン環、ヒダントイン環、フタロシアニン環等の窒素原子と酸素原子の双方を含有するヘテロ環類等が挙げられ、これらの中でも造形性の観点から、ビフェニル環、フェノキシベンゼン環、ピロリジン環、ピペリジン環、モルホリン環が好ましい。
環状構造を含有する重合性単量体(a)-2の例としては、o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、m-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、p-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、メトキシ化-o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、メトキシ化-m-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、メトキシ化-p-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、エトキシ化-o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、エトキシ化-m-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、エトキシ化-p-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、プロポキシ化-o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、プロポキシ化-m-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、プロポキシ化-p-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、ブトキシ化-o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、ブトキシ化-m-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、ブトキシ化-p-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、o-フェノキシベンジル(メタ)アクリレート、m-フェノキシベンジル(メタ)アクリレート、p-フェノキシベンジル(メタ)アクリレート、2-(o-フェノキシフェニル)エチル(メタ)アクリレート、2-(m-フェノキシフェニル)エチル(メタ)アクリレート、2-(p-フェノキシフェニル)エチル(メタ)アクリレート、3-(o-フェノキシフェニル)プロピル(メタ)アクリレート、3-(m-フェノキシフェニル)プロピル(メタ)アクリレート、3-(p-フェノキシフェニル)プロピル(メタ)アクリレート、4-(o-フェノキシフェニル)ブチル(メタ)アクリレート、4-(m-フェノキシフェニル)ブチル(メタ)アクリレート、4-(p-フェノキシフェニル)ブチル(メタ)アクリレート、5-(o-フェノキシフェニル)ペンチル(メタ)アクリレート、5-(m-フェノキシフェニル)ペンチル(メタ)アクリレート、5-(p-フェノキシフェニル)ペンチル(メタ)アクリレート、6-(o-フェノキシフェニル)ヘキシル(メタ)アクリレート、6-(m-フェノキシフェニル)ヘキシル(メタ)アクリレート、6-(p-フェノキシフェニル)ヘキシル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸2-(1-アダマンチル)プロピル、(メタ)アクリル酸2-メチルアダマンチル-2-イル、(メタ)アクリル酸2-エチルアダマンチル-2-イル、(メタ)アクリル酸2-n-プロピルアダマンチル-2-イル、(メタ)アクリル酸2-イソプロピルアダマンチル-2-イル、(メタ)アクリル酸1-(アダマンタン-1-イル)-1-メチルエチル、(メタ)アクリル酸1-(アダマンタン-1-イル)-1-エチルエチル、(メタ)アクリル酸1-(アダマンタン-1-イル)-1-メチルプロピル、(メタ)アクリル酸1-(アダマンタン-1-イル)-1-エチルプロピル等の(メタ)アクリル酸環状エステル類等、4-ビフェニリル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸2-オキソ-1,2-ジフェニルエチル、(メタ)アクリル酸1-ナフチル、(メタ)アクリル酸2-ナフチル、(メタ)アクリル酸1-ナフチルメチル、(メタ)アクリル酸1-アントリル、(メタ)アクリル酸2-アントリル、(メタ)アクリル酸9-アントリル、(メタ)アクリル酸9-アントリルメチル、(メタ)アクリル酸-o-2-プロペニルフェニル、(メタ)アクリル酸トリチル、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート等の炭化水素環を含有する(メタ)アクリル酸エステル類;ペンタメチルピペリジニル(メタ)アクリレート、テトラメチルピペリジニル(メタ)アクリレート、4-(ピリミジン-2-イル)ピペラジン-1-イル(メタ)アクリレート等の窒素原子含有の環状(メタ)アクリル酸エステル類;N-(メタ)アクリロイルピロリジン、N-(メタ)アクリロイルピペリジン、N-(メタ)アクリロイル-2-メチルピペリジン、N-(メタ)アクリロイル-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン等の環状(メタ)アクリルアミド類;2-(2'-ヒドロキシ-5'-(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-5'-(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル)-5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-5'-(メタ)アクリロイルオキシプロピルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-5'-(メタ)アクリロイルオキシプロピルフェニル)-5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3'-tert-ブチル-5'-(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3'-tert-ブチル-5'-(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル)-5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール等の窒素原子含有の多環系(メタ)アクリル酸エステル類;2,4-ジフェニル-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2-メチルフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2-メトキシフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2-エチルフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2-エトキシフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2,4-ジエトキシルフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン、2,4-ビス(2,4-ジエチルフェニル)-6-[2-ヒドロキシ-4-{2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ}]-S-トリアジン等の窒素原子含有の六員環を有する(メタ)アクリル酸エステル類等、イミド(メタ)アクリレート、2-(4-オキサゾリン-3-イル)エチル(メタ)アクリレート、トリ(メタ)アクリル酸エトキシ化イソシアヌル酸、ε-カプロラクトン変性トリス-(2-アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の窒素原子以外に酸素原子を含む環状構造を有する(メタ)アクリル酸エステル類;4-アクリロイルモルホリン等の環状アクリルアミド類等が挙げられ、これらの中でも、本発明の光造形用樹脂組成物の硬化物の靭性及び耐水性が優れる観点から、o-フェノキシベンジルアクリレート、m-フェノキシベンジルアクリレート、p-フェノキシベンジルアクリレート、2-(o-フェノキシフェニル)エチルアクリレート、2-(m-フェノキシフェニル)エチルアクリレート、2-(p-フェノキシフェニル)エチルアクリレート、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、ペンタメチルピペリジニル(メタ)アクリレート、テトラメチルピペリジニル(メタ)アクリレートがより好ましく、o-フェノキシベンジルアクリレート、m-フェノキシベンジルアクリレート、2-(o-フェノキシフェニル)エチルアクリレート、2-(m-フェノキシフェニル)エチルアクリレート、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、ペンタメチルピペリジニル(メタ)アクリレート、テトラメチルピペリジニル(メタ)アクリレートが更に好ましく、m-フェノキシベンジルアクリレート、2-(o-フェノキシフェニル)エチルアクリレート、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、ペンタメチルピペリジニル(メタ)アクリレートが最も好ましい。
本発明における単官能の重合性単量体(a)-2の含有量は、重合性単量体(a)及び多官能重合性化合物(c)の総量中、5.0~90.0質量%であることが好ましく、造形性、硬化物の靭性及び耐水性により優れる点から、10.0~80.0質量%であることがより好ましく、20.0~70.0質量%であることが更に好ましく、30.0~60.0がより更に好ましく、35.0~55.0が特に好ましい。
環状構造を含有しない重合性単量体(a)-2の例としては、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、3-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、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、10-ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、エリスリトールモノ(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、sec-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、2,3-ジブロモプロピル(メタ)アクリレート、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、11-(メタ)アクリロイルオキシウンデシルトリメトキシシラン、(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。単官能性の(メタ)アクリルアミド系重合性単量体としては、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-n-プロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-n-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-n-ヘキシル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-n-オクチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ-2-エチルヘキシル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N、N-(ジヒドロキシエチル)アクリルアミドが挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してよい。これらの中でも、硬化性が優れる点で、(メタ)アクリルアミド系重合性単量体が好ましく、これらの中でも、N-(メタ)アクリロイルモルホリン、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミドが更に好ましい。
本発明の硬化性組成物は重合性単量体(a)を79.0~99.0質量%含有する。重合性単量体(a)の含有量が79.0質量%未満であると造形性、硬化物の靭性及び耐水性が低下する。この観点から、硬化性組成物中の重合性単量体(a)の含有量は、82.0~97.0質量%が好ましく、85.0~95.0質量%がより好ましく、87.0~95.0質量%が更に好ましい。
[光重合開始剤(b)]
本発明に用いられる光重合開始剤(b)は、一般工業界で使用されている光重合開始剤から選択して使用でき、中でも歯科用途に用いられている光重合開始剤が好ましく用いられる。
光重合開始剤(b)としては、(ビス)アシルホスフィンオキシド類、チオキサントン類又はチオキサントン類の第4級アンモニウム塩、ケタール類、α-ジケトン類、クマリン類、アントラキノン類、ベンゾインアルキルエーテル化合物類、α-アミノケトン系化合物類等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してよい。
これらの光重合開始剤(b)の中でも、(ビス)アシルホスフィンオキシド類及びその塩と、並びにα-ジケトン類とからなる群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。これにより、紫外領域及び可視光域での光硬化性に優れ、Arレーザー、He-Cdレーザー等のレーザー;ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、発光ダイオード(LED)、水銀灯、蛍光灯等の照明等のいずれの光源を用いても十分な光硬化性を示す光造形用樹脂組成物が得られる。
上記光重合開始剤(b)として用いられる(ビス)アシルホスフィンオキシド類のうち、アシルホスフィンオキシド類としては、例えば、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、2,6-ジメトキシベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,6-ジクロロベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6-トリメチルベンゾイルメトキシフェニルホスフィンオキシド、2,4,6-トリメチルベンゾイルエトキシフェニルホスフィンオキシド、2,3,5,6-テトラメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ベンゾイルジ-(2,6-ジメチルフェニル)ホスホネート、2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシドナトリウム塩、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カリウム塩、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のアンモニウム塩等が挙げられる。ビスアシルホスフィンオキシド類としては、例えば、ビス(2,6-ジクロロベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド、ビス(2,6-ジクロロベンゾイル)-2,5-ジメチルフェニルホスフィンオキシド、ビス(2,6-ジクロロベンゾイル)-4-プロピルフェニルホスフィンオキシド、ビス(2,6-ジクロロベンゾイル)-1-ナフチルホスフィンオキシド、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド、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ホスフィンオキシド、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,5-ジメチルフェニルホスフィンオキシド、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シド、ビス(2,5,6-トリメチルベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルホスフィンオキシド等が挙げられる。更に、特開2000-159621号公報に記載されている化合物が挙げられる。
これらの(ビス)アシルホスフィンオキシド類の中でも、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、2,4,6-トリメチルベンゾイルメトキシフェニルホスフィンオキシド、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シド、及び2,4,6-トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシドナトリウム塩が特に好ましい。
上記光重合開始剤(b)として用いられるα-ジケトン類としては、例えば、ジアセチル、ベンジル、カンファーキノン、2,3-ペンタジオン、2,3-オクタジオン、9,10-フェナントレンキノン、4,4’-オキシベンジル、アセナフテンキノンが挙げられる。この中でも、可視光域の光源を使用する場合には、カンファーキノンが特に好ましい。
本発明における光重合開始剤(b)の含有量は、得られる光造形用樹脂組成物の硬化性等の観点から、本発明の硬化性組成物全体に対して、0.1~10.0質量%である。0.5質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上が更に好ましい。一方、光重合開始剤(b)の含有量が、本発明の硬化性組成物に対し、10.0質量%を超える場合、光重合開始剤自体の溶解性が低い場合に、硬化性組成物からの析出を招くおそれがある。光重合開始剤(b)の含有量は、本発明の硬化性組成物に対し、7.5質量%以下がより好ましく、5.5質量%以下が更に好ましい。
[多官能重合性化合物(c)]
本発明において使用される多官能重合性化合物(c)は、下記一般式(I)で表される化合物である。
Figure 0007358469000003
一般式(I)中、R1及びR2はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、アリール基及びアラルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種を表し、R3は、(メタ)アクリロイル基、4-ビニルフェニル基、及び炭素数2~5のアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の重合性官能基を表す。nは0~5の任意の整数を表す。
1及びR2が表す炭素数1~6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
1及びR2が表す炭素数2~6のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基(cis-3-ヘキセニル基等)、シクロヘキセニル基等が挙げられる。
1及びR2が表すアリール基としては、炭素数6~18のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。
1及びR2が表すアラルキル基としては、炭素数7~18のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、2-フェニルエチル基、2-ナフチルエチル基、ジフェニルメチル基等が挙げられる。
なお、一般式(I)において、R1とそれが結合する二重結合との間の波線は当該二重結合に基づく幾何異性体の種類に特に制限がないことを意味する。すなわち、R1が水素原子以外である場合、R1は、R2に対してシス位に位置していてもよいし、トランス位に位置していてもよい。
1及びR2は、それぞれ、水素原子、炭素数1~6のアルキル基及び炭素数2~6のアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基であることがより好ましく、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基であることが更に好ましく、水素原子又はメチル基であることが特に好ましい。中でも、R1が水素原子であり、R2が水素原子又はメチル基であることが好ましい。
一般式(I)中、R3は、(メタ)アクリロイル基、4-ビニルフェニル基、及び炭素数2~5のアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種を表す。
3が表す炭素数2~5のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ペンテニル基等が挙げられる。
これらの中でも、R3は、重合性基として効果的に機能することができ本発明の効果がより顕著に奏されること等から、(メタ)アクリロイル基又は4-ビニルフェニル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
一般式(I)中、nは0~5の任意の整数を表す。当該nは1~4の任意の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
多官能重合性化合物(c)の具体例としては、例えば、下記の化合物等が挙げられる。
Figure 0007358469000004
多官能重合性化合物(c)は、原料の入手容易性等の観点から、下記一般式(II)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007358469000005
一般式(II)中、R4は水素原子又はメチル基を表す。
多官能重合性化合物(c)の製造方法に特に制限はなく、公知の方法を単独で、又は適宜組み合わせて応用することにより製造することができる。例えば、下記式(A-1)で表される多官能重合性化合物(c)を製造する場合、塩基等のエステル交換反応触媒下、対応するアルコールである3-メチル-3-ブテン-1-オールに対してメタクリル酸メチルを反応させることにより製造することができる。
Figure 0007358469000006
本発明の組成物において、多官能重合性化合物(c)は、1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
本発明の組成物中における多官能重合性化合物(c)の含有量は、光造形用樹脂組成物の硬化性等の観点から、0.01質量%以上であり、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。また、得られる硬化物の物性等の観点から、当該含有量は、20.0質量%以下であり、15.0質量%以下であることが好ましく、10.0質量%以下であることがより好ましい。
[無機粒子(d)]
本発明の硬化性組成物は無機粒子(d)を含有してもよい。無機粒子(d)は、重合性単量体(a)及び多官能重合性化合物(c)との混和性を調整するため、必要に応じて、酸性基を含有する有機化合物;飽和脂肪酸アミド、不飽和脂肪酸アミド、飽和脂肪酸ビスアミド、不飽和脂肪酸ビスアミド等の脂肪酸アミド;シランカップリング剤等の有機ケイ素化合物、等の公知の表面処理剤で予め表面処理したものでもよい。重合性単量体(a)多官能重合性化合物(c)、及び無機粒子(d)の化学結合性を高めて硬化物の機械的強度を向上させるために、酸性基を含有する有機化合物で表面処理することが好ましい。該酸性基含有有機化合物としては、リン酸基、ピロリン酸基、チオリン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、カルボン酸基等の酸性基を少なくとも1個有する有機化合物が挙げられ、リン酸基を少なくとも1個有する有機化合物が好ましい。表面処理剤を2種以上使用する場合は、2種以上の表面処理剤の混合物の表面処理層としてもよく、表面処理剤層が複数積層した複層構造の表面処理層としてもよい。
リン酸基を含有する酸性基含有有機化合物としては、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート、ステアリルアシッドホスフェート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルジハイドロジェンホスフェート、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルジハイドロジェンホスフェート、4-(メタ)アクリロイルオキシブチルジハイドロジェンホスフェート、5-(メタ)アクリロイルオキシペンチルジハイドロジェンホスフェート、6-(メタ)アクリロイルオキシヘキシルジハイドロジェンホスフェート、7-(メタ)アクリロイルオキシヘプチルジハイドロジェンホスフェート、8-(メタ)アクリロイルオキシオクチルジハイドロジェンホスフェート、9-(メタ)アクリロイルオキシノニルジハイドロジェンホスフェート、10-(メタ)アクリロイルオキシデシルジハイドロジェンホスフェート、11-(メタ)アクリロイルオキシウンデシルジハイドロジェンホスフェート、12-(メタ)アクリロイルオキシドデシルジハイドロジェンホスフェート、16-(メタ)アクリロイルオキシヘキサデシルジハイドロジェンホスフェート、20-(メタ)アクリロイルオキシイコシルジハイドロジェンホスフェート、ビス〔2-(メタ)アクリロイルオキシエチル〕ハイドロジェンホスフェート、ビス〔4-(メタ)アクリロイルオキシブチル〕ハイドロジェンホスフェート、ビス〔6-(メタ)アクリロイルオキシヘキシル〕ハイドロジェンホスフェート、ビス〔8-(メタ)アクリロイルオキシオクチル〕ハイドロジェンホスフェート、ビス〔9-(メタ)アクリロイルオキシノニル〕ハイドロジェンホスフェート、ビス〔10-(メタ)アクリロイルオキシデシル〕ハイドロジェンホスフェート、1,3-ジ(メタ)アクリロイルオキシプロピルジハイドロジェンホスフェート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニルハイドロジェンホスフェート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチル-2-ブロモエチルハイドロジェンホスフェート、ビス〔2-(メタ)アクリロイルオキシ-(1-ヒドロキシメチル)エチル〕ハイドロジェンホスフェート、及びこれらの酸塩化物、アルカリ金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
また、ピロリン酸基、チオリン酸基、ホスホン酸基、スルホン酸基、カルボン酸基等の酸性基を有する酸性基含有有機化合物としては、例えば、国際公開2012/042911号に記載のものを好適に用いることができる。
飽和脂肪酸アミドとしては、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘニン酸アミド等が挙げられる。不飽和脂肪酸アミドとしては、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド等が挙げられる。飽和脂肪酸ビスアミドとしては、エチレンビスパルミチン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド等が挙げられる。不飽和脂肪酸ビスアミドとしては、エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’-ジオレイルセバシン酸アミド等が挙げられる。
有機ケイ素化合物としては、R1 nSiX4-nで表される化合物が挙げられる。但し、前記式中、R1は炭素数1~12の置換又は無置換の炭化水素基であり、Xは炭素数1~4のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子又は水素原子を示し、nは0~3の整数であり、但し、R1及びXが複数ある場合にはそれぞれ、同一でも異なっていてもよい。
具体的には、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、メチル-3,3,3-トリフルオロプロピルジメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、トリメチルシラノール、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、トリメチルブロモシラン、ジエチルシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキルトリメトキシシラン〔(メタ)アクリロイルオキシ基とケイ素原子との間の炭素数:3~12、例、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等〕、ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキルトリエトキシシラン〔(メタ)アクリロイルオキシ基とケイ素原子との間の炭素数:3~12、例、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等〕等が挙げられる。
この中でも、重合性単量体(a)及び多官能重合性化合物(c)と共重合し得る官能基を有するシランカップリング剤、例えば、ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキルトリメトキシシラン〔(メタ)アクリロイルオキシ基とケイ素原子との間の炭素数:3~12〕、ω-(メタ)アクリロイルオキシアルキルトリエトキシシラン〔(メタ)アクリロイルオキシ基とケイ素原子との間の炭素数:3~12〕、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が好ましく用いられる。
表面処理の方法としては、公知の方法を特に限定されずに用いることができ、例えば、無機粒子(d)を激しく撹拌しながら上記の表面処理剤をスプレー添加する方法、適当な溶媒へ無機粒子(d)と上記の表面処理剤とを分散又は溶解させた後、溶媒を除去する方法等がある。
前記表面処理剤の使用量は、特に限定されず、例えば、無機粒子(d)100.0質量部に対して、0.1~50.0質量部が好ましく、0.3~40.0質量部がより好ましく、0.5~30.0質量部が更に好ましい。
本発明の硬化性組成物における無機粒子(d)の含有量は、得られる硬化性組成物及び光造形用樹脂組成物の粘度、硬化物の成形精度及び靭性の観点から、硬化性組成物全体に対し、0.0~80.0質量%であることが好ましく、1.0~60.0質量%が好ましく、3.0~40.0質量%がより好ましい。
本発明の硬化性組成物は、上記の重合性単量体(a)、光重合開始剤(b)、多官能重合性化合物(c)を所定量含有していれば特に限定はなく、必要に応じて無機粒子(d)を含有していてもよく、例えば、これら以外の他の成分を含んでいてもよい。硬化性組成物における他の成分(すなわち、重合性単量体(a)、光重合開始剤(b)、及び多官能重合性化合物(c)、必要に応じて無機粒子(d)以外の成分)の含有量は、3質量%未満であってもよく、2質量%未満であってもよく、1質量%未満であってもよい。また、本発明の硬化性組成物及び光造形用樹脂組成物は、公知の方法に準じて製造できる。
本発明の硬化性組成物は、より成形精度を向上させるために、有機紫外線吸収剤を含有することができる。
有機紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオフェン系化合物等が挙げられる。ベンゾトリアゾール系化合物としては、トリアゾール構造の窒素原子に結合した芳香環の2位の位置にヒドロキシ基が結合している化合物が好ましく、より成形精度に優れる点から、トリアゾール構造の窒素原子に結合した芳香環の2位の位置にヒドロキシ基が結合し、該芳香環の3位及び/又は5位に炭素数1~10のアルキル基を有する化合物がより好ましい。ベンゾトリアゾール系化合物としては、2-(2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール(「TINUVIN P」)、2-(2-ヒドロキシ-5-tert-オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール(「TINUVIN 329」)、2-(2'-ヒドロキシ-3',5'-ジ-tert-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-5'-tert-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3'-tert-ブチル-5'-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3',5'-ジ-tert-アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3'-tert-ブチル-5'-メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3'-tert-ブチル-5'-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2-(2'-ヒドロキシ-3',5'-ジ-tert-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール等が挙げられる。ベンゾフェノン系化合物としては、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-(ドデシルオキシ)ベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-(オクタデシルオキシ)ベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,2'-ジヒドロキシ-4,4'-ジメトキシベンゾフェノン等が挙げられる。チオフェン系化合物としては、2,5-ビス(5-t-ブチル-2-ベンゾオキサゾリル)チオフェン等のチオフェン系化合物等が挙げられる。これらの中でも、成形精度がより良好となる観点から、ベンゾトリアゾール系化合物が好ましい。
有機紫外線吸収剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。有機紫外線吸収剤の含有量は、硬化性組成物全体に対して、0.001~10.0質量%の範囲が好ましく、0.01~5.0質量%の範囲がより好ましく、0.1~2.5質量%が更に好ましい。
本発明の硬化性組成物は、本発明の趣旨を損なわない範囲内で、光硬化性の向上を目的として、重合促進剤を含むことができる。重合促進剤としては、例えば、4-(N,N-ジメチルアミノ)安息香酸エチル、4-(N,N-ジメチルアミノ)安息香酸メチル、4-(N,N-ジメチルアミノ)安息香酸n-ブトキシエチル、4-N,N-ジメチルアミノ安息香酸2-(メタクリロイルオキシ)エチル、4-(N,N-ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、及び4-(N,N-ジメチルアミノ)安息香酸ブチルが挙げられる。これらの中でも、光造形用樹脂組成物に優れた硬化性を付与する観点から、4-(N,N-ジメチルアミノ)安息香酸エチル、4-(N,N-ジメチルアミノ)安息香酸n-ブトキシエチル、及び4-(N,N-ジメチルアミノ)ベンゾフェノンからなる群から選択される少なくとも1つが好ましく用いられる。
また、本発明の硬化性組成物には、劣化の抑制、又は光硬化性の調整を目的として、公知の安定剤を配合することができる。かかる安定剤としては、例えば、重合禁止剤、酸化防止剤等が挙げられる。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ジブチルハイドロキノン、ジブチルハイドロキノンモノメチルエーテル、t-ブチルカテコール、2-t-ブチル-4,6-ジメチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチルフェノール、及び3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシトルエン等が挙げられる。重合禁止剤の含有量は、重合性単量体(a)全量100.0質量部に対して0.001~2.0質量部が好ましい。
また、本発明の光造形用樹脂組成物には、色調あるいはペースト性状の調整を目的として、公知の添加剤を配合することができる。かかる添加剤としては、例えば、顔料、染料、有機溶媒、増粘剤等が挙げられる。
本発明の光造形用樹脂組成物は、低粘度で造形しやすいのみならず、成形精度が良好で、更に光造形用樹脂組成物を硬化させた光造形樹脂硬化物は靭性及び耐水性に優れる。従って、本発明の光造形用樹脂組成物は、このような利点が生かされる用途に適用でき、例えば、光学的立体造形法により製造される各種立体造形物に用いることができる。なかでも、歯科材料、歯科用マウスピース、義歯床材料、医療材料、睡眠時無呼吸症候群用治療具に好適に用いることができ、特に歯科用マウスピース及び義歯床材料に最適である。
本発明の他の実施態様としては、前記したいずれかの光造形用樹脂組成物を用いて、吊り上げ式光学的立体造形法によって立体造形物を製造する方法が挙げられる。
本発明の光造形用樹脂組成物を用いて光学的立体造形を行うに当たっては、従来既知の吊り上げ式光学的立体造形方法及び装置のいずれもが使用できる。そのうちでも、本発明では、樹脂を硬化させるための光エネルギーとして、活性エネルギー光線を用いるのが好ましい。本発明における「活性エネルギー光線」とは、紫外線、電子線、X線、放射線、高周波等のような光硬化性樹脂組成物を硬化させ得るエネルギー線を意味する。例えば、活性エネルギー光線は、300~400nmの波長を有する紫外線であってもよい。活性エネルギー光線の光源としては、Arレーザー、He-Cdレーザー等のレーザー;ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、LED、水銀灯、蛍光灯等の照明等が挙げられ、レーザーが特に好ましい。光源としてレーザーを用いた場合には、エネルギーレベルを高めて造形時間を短縮することが可能であり、しかもレーザー光線の良好な集光性を利用して、成形精度の高い立体造形物を得ることができる。
上記したように、本発明の光造形用樹脂組成物を用いて光学的立体造形を行うに当たっては、従来公知の方法及び従来公知の光造形システム装置のいずれもが採用でき特に制限されないが、本発明で好ましく用いられる光学的立体造形法の代表例としては、光学的立体造形用組成物に所望のパターンを有する硬化層が得られるように活性エネルギー光線を選択的に照射して硬化層を形成する工程と、次いでその硬化層が吊り上げられ、更に未硬化液状の光学的立体造形用組成物を供給し、同様に活性エネルギー光線を照射して前記の硬化層と連続した硬化層を新たに形成して積層する工程とを繰り返すことによって最終的に目的とする立体造形物を得る方法を挙げることができる。また、それによって得られる立体造形物はそのまま用いても、また場合によっては更に光照射によるポストキュアあるいは熱によるポストキュア等を行って、その力学的特性あるいは形状安定性等を一層高いものとしてから使用するようにしてもよい。
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、多くの変更が本発明の技術的思想の範囲内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
合成例及び実施例で用いた評価方法を以下に説明する。
・GPCによる重量平均分子量の測定
カラム:TSK-gel SUPER HZM-H(商品名、東ソー株式会社製、4.6mm×150mm)2本及びTSK-gel SUPER HZ2000(東ソー株式会社製、4.6mm×150mm)1本を直列接続、溶離液:テトラヒドロフラン、較正曲線:ポリスチレン標準、により測定した。
実施例又は比較例に係る光造形用樹脂組成物に用いた各成分を略号とともに以下に説明する。
[重合性単量体(a)-1]
D26E:2,2-ビス(4-メタクリロイルオキシポリエトキシフェニル)プロパン(新中村化学工業株式会社製)
[重合性単量体(a)-1α]
後述の合成例1及び2により製造した重合性単量体(a)-1α-1及び(a)-1α―2を用いた。
[重合性単量体(a)-2]
EPPA:エトキシ化-o-フェニルフェノールアクリレート(新中村化学工業株式会社製)
POBA:m-フェノキシベンジルメタクリレート(共栄社化学株式会社製)
ACMO:N-アクリロイルモルホリン(KJケミカルズ社製)
[光重合開始剤(b)]
TPO: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
BAPO: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シド
[多官能重合性化合物(c)]
IPEMA:下記式(C-1)で表されるイソプレニルメタクリレート(株式会社クラレ社製)
Figure 0007358469000007
[無機粒子(d)]
Ar130:アエロジル130
[重合禁止剤]
BHT:3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシトルエン
<合成例1>[重合性単量体(a)-1α-1の製造]
(1)撹拌機、温度調節器、温度計及び凝縮器を備えた内容積5Lの四つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート250g、及びジラウリル酸ジ-n-ブチルスズ0.15gを添加して、撹拌下に70℃に加熱した。
(2)一方、ポリエステルポリオール(株式会社クラレ製「クラレポリオール(登録商標) P-2050」;セバシン酸と3-メチルペンタンジオールからなるポリオール、重量平均分子量2000)2500gを側管付きの滴下漏斗に添加し、この滴下漏斗の液を、上記(1)のフラスコ中に滴下した。なお、上記(1)のフラスコ中の溶液を撹拌しつつ、フラスコの内温を65~75℃に保持しながら4時間かけて等速で滴下した。更に、滴下終了後、同温度で2時間撹拌して反応させた。
(3)次いで、別の滴下漏斗に添加した2-ヒドロキシエチルアクリレート150gとヒドロキノンモノメチルエーテル0.4gとを均一に溶解させた液をフラスコの内温を55~65℃に保持しながら2時間かけて等速で滴下した後、フラスコ内の溶液の温度を70~80℃に保持しながら4時間反応させることにより、重合性単量体(a)-1α-1を得た。GPC分析による重合性単量体(a)-1α-1の重量平均分子量は2600g/molであった。
<合成例2>[重合性単量体(a)-1α-2の製造]
(1)撹拌機、温度調節器、温度計及び凝縮器を備えた内容積5Lの四つ口フラスコに、イソホロンジイソシアネート250g、及びジラウリル酸ジ-n-ブチルスズ0.15gを添加して、撹拌下に70℃に加熱した。
(2)一方、ポリエステルポリオール(株式会社クラレ製「クラレポリオール(登録商標) P-2030」;イソフタル酸と3-メチルペンタンジオールからなるポリオール、重量平均分子量2000g/mol)2500gを側管付きの滴下漏斗に添加し、この滴下漏斗の液を、上記(1)のフラスコ中に滴下した。なお、上記(1)のフラスコ中の溶液を撹拌しつつ、フラスコの内温を65~75℃に保持しながら4時間かけて等速で滴下した。更に、滴下終了後、同温度で2時間撹拌して反応させた。
(3)次いで、別の滴下漏斗に添加した2-ヒドロキシエチルアクリレート150gとヒドロキノンモノメチルエーテル0.4gとを均一に溶解させた液をフラスコの内温を55~65℃に保持しながら2時間かけて等速で滴下した後、フラスコ内の溶液の温度を70~80℃に保持しながら4時間反応させることにより、重合性単量体(a)-1α-2を得た。GPC分析による重合性単量体(a)-1α-2の重量平均分子量は2700g/molであった。
[実施例1~9及び比較例1~4]
表1及び表2に示す分量で各成分を常温(20℃±15℃、JIS(日本工業規格) Z 8703:1983)下で混合して、実施例1~9及び比較例1~4に係る光造形用樹脂組成物としてのペーストを調製した。
<造形性>
各実施例及び各比較例に係る光造形用樹脂組成物について、光造形機(DWS社製 DIGITALWAX(登録商標) 020D)を用いて、厚さ2.0mm×幅20.0mm×長さ60.0mmの試験片の造形を行った。各辺0.5mm以内の誤差で寸法通りのシートが造形可能であった場合を造形可能「A」とし、立体造形物が得られなかった場合を造形不可「X」とした。なお、造形された試験片を用いて後述の各評価を行った。
<靭性(手曲げ屈曲試験)>
各実施例及び各比較例に係る光造形用樹脂組成物の硬化物について、前記の試験片(長さ60.0mm、幅20.0mm、厚さ(高さ)2.0mm)を用いて、手曲げ屈曲試験を行って評価した。すなわち、試験片を手曲げにて2つ折りに折り曲げ、開放、これを繰り返した。この試験で、破断しないことが好ましく、10回繰り返して破断しない場合を靭性良好「A」、3~10回で破断した場合を靭性中程度「B」、3回未満で破断した場合を靭性が悪い「C」とした。
<A硬度(柔軟性試験)>
各実施例及び各比較例に係る光造形用樹脂組成物の硬化物について、上記のシートを2枚重ね厚さ4mmとしたのち、その試験片を用いて、JIS K 7215:1986に基づいて、タイプAデュロメータで23℃における硬化物の硬度(A硬度)を測定し、柔軟性の指標とした。この測定において、23℃におけるA硬度が70~90である場合、その硬化物は歯科用マウスピース、義歯床材料として適切な柔軟性を有する。
<耐水性>
各実施例及び各比較例に係る光造形用樹脂組成物の硬化物について、37℃水中浸漬24時間後、上記と同様に、A硬度を測定した。初期の硬度に対する、37℃水中浸漬24時間後の硬度の低下が3ポイント以下であれば耐水性に優れる。
Figure 0007358469000008
Figure 0007358469000009
表1及び表2に示す通り、実施例1~9における光造形用樹脂組成物は造形性に優れていた。更に、その硬化物は、靭性及び耐水性に優れていた。特に、実施例1~9に係る光造形用樹脂組成物の硬化物の靭性及び耐水性は、本発明の多官能重合性化合物(c)を含有しない比較例1及び2に係る樹脂組成物の硬化物に比べて優れていた。実施例1~9に係る光造形用樹脂組成物の造形性は、比較例3及び4に係る樹脂組成物の造形性より優れていた。比較例3及び4は粘度が上昇し造形が困難であった。
本発明の光造形用樹脂組成物は、光造形によって造形したときに、低粘度で造形しやすく、成形精度が良好であるため、歯科材料、特に歯科用模型材料に好適である。

Claims (14)

  1. 重合性単量体(a)を79.0~99.0質量%、
    光重合開始剤(b)を0.1~10.0質量%、及び
    多官能重合性化合物(c)として、下記一般式(I)で表される化合物を0.01~20.0質量%含有する、硬化性組成物であって、
    前記重合性単量体(a)が複数の重合基を含有する重合性単量体(a)-1を含有し、
    前記重合性単量体(a)-1がウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αを含有し、
    前記ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)-1αは、1分子内に、ポリエステルの構造、並びにウレタン結合、を含有する(メタ)アクリレートである、硬化性組成物。


    (一般式(I)中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、アリール基、及びアラルキル基からなる群から選ばれる少なくとも1種を表し、Rは(メタ)アクリロイル基である。nは0~5の任意の整数である。)
  2. 請求項1に記載の硬化性組成物からなる、光造形用樹脂組成物。
  3. 前記一般式(I)においてR1が水素原子である、請求項2に記載の光造形用樹脂組成物。
  4. 前記多官能重合性化合物(c)が下記一般式(II)で表される、請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。

    (一般式(II)中、R4は水素原子又はメチル基を表す。)
  5. 前記重合性単量体(a)が単官能の重合性単量体(a)-2を含有する、請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。
  6. 前記重合性単量体(a)-2が環状構造を含有する、請求項に記載の光造形用樹脂組成物。
  7. 更に、無機粒子(d)を含有する、請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物。
  8. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、光造形樹脂硬化物。
  9. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、歯科材料。
  10. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、歯科用マウスピース。
  11. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、義歯床材料。
  12. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、医療材料。
  13. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物の硬化物からなる、睡眠時無呼吸症候群用治療具。
  14. 請求項2~のいずれか1項に記載の光造形用樹脂組成物を用いて、光学的立体造形法によって立体造形物を製造する方法。
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