WO2015056614A1 - 三次元造形用インクジェットインク組成物および三次元造形物の製造方法 - Google Patents

三次元造形用インクジェットインク組成物および三次元造形物の製造方法 Download PDF

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WO2015056614A1
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WO
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ink composition
acrylate
meth
inkjet ink
dimensional modeling
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PCT/JP2014/076913
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English (en)
French (fr)
Inventor
中村 正樹
小俣 猛憲
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/26Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
    • C08F220/30Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing aromatic rings in the alcohol moiety
    • C08F220/301Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing aromatic rings in the alcohol moiety and one oxygen in the alcohol moiety
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • C08F220/1811C10or C11-(Meth)acrylate, e.g. isodecyl (meth)acrylate, isobornyl (meth)acrylate or 2-naphthyl (meth)acrylate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F222/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof
    • C08F222/10Esters
    • C08F222/1006Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols
    • C08F222/102Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols of dialcohols, e.g. ethylene glycol di(meth)acrylate or 1,4-butanediol dimethacrylate

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet ink composition for three-dimensional modeling and a method for manufacturing a three-dimensional modeling object.
  • Patent Documents 1 and 2 As a method for producing a three-dimensional structure, a method of irradiating a liquid photocurable composition with laser light or ultraviolet rays to cure and laminate the irradiated portion (see Patent Documents 1 and 2), an inkjet method There is widely known a method (see Patent Documents 3 and 4) in which a photocurable liquid is landed on a base material and the landed liquid is irradiated with ultraviolet rays and cured.
  • the method of manufacturing a three-dimensional structure using the inkjet method (hereinafter also referred to as “3D printing”) is more complicated because it can be cured by laminating a photo-curable liquid only at a necessary position as compared with the conventional method. It is easy to form a simple shape. In addition, there is a merit that the amount of use of the modeling material is small, and mechanical characteristics can be easily adjusted by simultaneously emitting a plurality of photocurable liquids having different properties from a plurality of nozzles (see Patent Document 5). Therefore, it is used for various prototype applications. Recently, there is a demand to confirm not only the shape of the prototype but also the function at the prototype stage. In particular, there is a demand for confirming the function of a prototype using a rubber-like material.
  • An ordinary model using a general rubber material can be obtained by crosslinking a very small part of a linear polymer having a molecular weight of 300,000 or more.
  • the photocurable liquid is cured to obtain a cured product, and it is difficult to grow a linear polymer on the cured product. That is, it is difficult to produce a three-dimensional print including a rubber material having sufficient elongation and resilience by 3D printing. Therefore, there has been a demand for an ink-jet ink composition for three-dimensional modeling that can produce a three-dimensional modeled article having elasticity and elasticity like rubber.
  • JP 62-101408 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-24119 JP 2002-067174 A JP 2003-299679 A JP 2010-155926 A
  • An object of the present invention is to provide an inkjet ink composition for three-dimensional modeling having a rubber-like elongation and elasticity when cured, and a method for producing a three-dimensional molded product using the same.
  • the first of the present invention relates to an inkjet ink composition for three-dimensional modeling.
  • R 1 represents H or CH 3
  • R 2 represents a monovalent substituent having an alicyclic hydrocarbon or an alkyl group having 11 to 22 carbon atoms
  • R 3 represents H or CH 3
  • R 4 represents an alkyl group having 2 to 22 carbon atoms which may be substituted with an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms
  • m represents an integer of 2 to 4
  • n represents an integer of 1 or 2
  • the second of the present invention relates to a method for producing a three-dimensional structure.
  • an ink-jet ink composition for three-dimensional modeling having a rubber-like elongation and elasticity when cured, and a method for producing a three-dimensional model using the same.
  • the three-dimensional modeling ink-jet ink composition contains a photocurable reactive compound and, if necessary, a photopolymerization initiator.
  • Photocurable Reactive Compound The photocurable reactive compound contained in the ink composition includes a monofunctional (meth) acrylate, a polyfunctional monomer having a plurality of polymerizable groups containing carbon-carbon double bonds in the molecule, and , Containing.
  • the photocurable reactive compound may further contain other photocurable reactive compounds as necessary.
  • (Meth) acrylate refers to acrylate monomer and / or acrylate oligomer, methacrylate monomer and / or methacrylate oligomer.
  • Monofunctional (meth) acrylate refers to a compound having one (meth) acrylate group. At least a part of the monofunctional (meth) acrylate contained in the inkjet ink composition is preferably a compound represented by the general formula (1) or (2).
  • R 1 represents H or CH 3 .
  • R 2 represents a monovalent substituent having an alicyclic hydrocarbon or an alkyl group having 11 to 22 carbon atoms.
  • Examples of monovalent substituents having an alicyclic hydrocarbon include cycloalkyl groups such as a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a t-butylcyclohexyl group; a bridged lipid such as an adamantyl group, an isobornyl group, and a dicyclopentanyl group A cyclic hydrocarbon group and the like are included.
  • the alkyl group having 11 to 22 carbon atoms may be linear or branched.
  • Examples of the compound represented by the general formula (1) include dodecyl (meth) acrylate, palmityl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, isomyristyl (meth) acrylate, and isostearyl (meth). Examples include acrylate, isobornyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, and the like.
  • R 3 represents H or CH 3 .
  • R 4 represents an alkyl group having 2 to 22 carbon atoms which may be substituted with an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms.
  • m represents an integer of 2 to 4.
  • n represents an integer of 1 or 2.
  • alkyl group having 2 to 22 carbon atoms which may be substituted with an aryl group having 6 to 12 carbon atoms include ethyl group, propyl group, butyl group, hexyl group, dodecyl group, stearyl group, etc. It is.
  • aryl group having 6 to 12 carbon atoms examples include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, xylyl group, naphthyl group and the like.
  • Examples of the compound represented by the general formula (2) include phenoxyethyl (meth) acrylate, tolyloxyethyl (meth) acrylate, phenoxyethoxyethyl (meth) acrylate, ethoxyethoxy acrylate, naphthylethoxy acrylate, ethoxybutoxybutoxy acrylate , Ethoxydiethylene glycol (meth) acrylate, and the like.
  • the compound represented by the general formula (1) or (2) is a monofunctional monomer that gives a linear high molecular weight polymer by photopolymerization. Compared with thermal polymerization, the photopolymerization generates a large amount of radicals in a short time, and therefore the radical concentration becomes high. When the radical concentration is high, in addition to the growth reaction of the polymer, graft polymerization by hydrogen abstraction occurs, resulting in unnecessary crosslinking, resulting in a marked decrease in strength as a rubber. Moreover, it is a well-known fact that in photopolymerization, oxygen inhibition inhibits high molecular weight production. The compound of general formula (1) or (2) solves this problem.
  • a polymerized product having a low degree of polymerization of the compound represented by the general formula (1) or (2) is also likely to increase the viscosity of the composition, and thus has less influence on oxygen inhibition.
  • having an ethylene oxide chain tends to increase the viscosity of the composition.
  • a monofunctional monomer having a bulky substituent a graft reaction hardly occurs due to steric hindrance. Therefore, a monofunctional monomer having such a substituent easily obtains a linear polymer.
  • the three-dimensional structure produced using the compound represented by the general formula (1) or (2) and the polyfunctional monomer is considered to have obtained a cured product excellent in elongation and strength.
  • the inkjet ink composition may contain “other monofunctional (meth) acrylates” other than the monomers represented by the general formulas (1) and (2).
  • Other monofunctional (meth) acrylates include isoamyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl-diglycol (meth) acrylate, 2-butoxyethyl (meth) acrylate 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, methoxypropylene glycol (meth) acrylate, methoxyethoxyethoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate 2-hydroxypropyl (meth) acrylate and the like.
  • the polyfunctional monomer is a polyfunctional monomer having a plurality of polymerizable groups containing carbon-carbon double bonds in the molecule.
  • the polymerizable group containing a carbon-carbon double bond refers to a polymerizable group selected from a (meth) acryl group, a vinyl ether group, an allyl ether group, a styrene group, and a (meth) acrylamide group.
  • a plurality of polymerizable functional groups contained in one molecule may be the same as or different from each other.
  • the polyfunctional monomer is preferably a polyfunctional monomer having a polymerizable functional group selected from an acrylic group, a methacryl group, a vinyl ether group, and an allyl ether group. This is because the photopolymerization sensitivity of the polyfunctional monomer is good.
  • the inkjet ink composition may contain a plurality of types of polyfunctional monomers having different structures.
  • the polyfunctional monomer contained in the inkjet ink composition include polyfunctional (meth) acrylate, polyfunctional vinyl ether, polyfunctional allyl ether, and the like.
  • polyfunctional (meth) acrylates include triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di ( (Meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, dimethylol -Tricyclodecane di (meth) acrylate, PO adduct di (meth) acrylate of bisphenol A, neopentyl glycol di (meth) acrylate hydroxypivalate, polytetramethylene glycol di (meth) Difunctional monomers acrylate; Trimethylolpropane tri (meth
  • polyfunctional (meth) acrylate may be urethane acrylate.
  • the polyfunctional (meth) acrylate may be a modified product.
  • modified products include ethylene oxide-modified (meth) acrylate compounds such as ethylene oxide-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate and ethylene oxide-modified pentaerythritol tetraacrylate; caprolactone such as caprolactone-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate Modified (meth) acrylate compounds; and caprolactam-modified (meth) acrylate compounds such as caprolactam-modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate.
  • the polyfunctional vinyl ether may be difunctional, trifunctional, tetrafunctional or higher.
  • bifunctional vinyl ethers include ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, propylene glycol divinyl ether, dipropylene glycol vinyl ether, butylene divinyl ether, dibutylene glycol divinyl ether, neopentyl glycol divinyl ether, cyclohexane
  • Examples include diol divinyl ether, cyclohexane dimethanol divinyl ether, norbornyl dimethanol divinyl ether, isovinyl divinyl ether, divinyl resorcin, and divinyl hydroquinone.
  • trifunctional vinyl ethers examples include glycerin trivinyl ether, glycerin ethylene oxide adduct trivinyl ether (ethylene oxide addition mole number 6), trimethylolpropane trivinyl ether, trivinyl ether ethylene oxide adduct trivinyl ether (ethylene oxide addition mole number 3), and the like. included.
  • tetra- or higher functional vinyl ether compounds include pentaerythritol trivinyl ether, ditrimethylolpropane hexavinyl ether, and oxyethylene adducts thereof.
  • the polyfunctional allyl ether may be difunctional, trifunctional or higher.
  • bifunctional allyl ether examples include 1,4-cyclohexanedimethanol diallyl ether, alkylene (carbon number 2 to 5) glycol diallyl ether, and polyethylene glycol (weight average molecular weight: 100 to 4000) diallyl ether. Also included are glyceryl diallyl ether, trimethylolpropane diallyl ether, pentaerythritol diallyl ether, polyglycerol (degree of polymerization 2 to 5) diallyl ether, and the like.
  • trifunctional or higher functional allyl ethers examples include trimethylolpropane triallyl ether, glyceryl triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, and tetraallyloxyethane. Also included are pentaerythritol triallyl ether, diglyceryl triallyl ether, sorbitol triallyl ether, polyglycerol (degree of polymerization 3 to 13) polyallyl ether, and the like.
  • photocurable reactive compounds contained in the inkjet ink composition include monofunctional (meth) acrylates and polyfunctional monomers having a plurality of carbon-carbon double bonds in the molecule. “Other photocurable reactive compounds” may be included. Examples of other photocurable reactive compounds include monofunctional monomers other than monofunctional (meth) acrylates.
  • the monofunctional monomer may be a compound having a monovalent radical polymerizable group.
  • radically polymerizable groups include ethylene groups (vinyl ether groups, allyl ether groups, styrene groups, (meth) acrylamide groups, acetyl vinyl groups, vinyl amide groups), acetylene groups, and the like.
  • Examples of monofunctional monomers having a vinyl ether group include butyl vinyl ether, butyl propenyl ether, butyl butenyl ether, hexyl vinyl ether, ethyl hexyl vinyl ether, phenyl vinyl ether, benzyl vinyl ether, ethyl ethoxy vinyl ether, acetyl ethoxy ethoxy vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, adamantyl vinyl ether Etc. are included.
  • Examples of monofunctional monomers having an allyl ether group include phenyl allyl ether, o-, m-, p-cresol monoallyl ether, biphenyl-2-ol monoallyl ether, biphenyl-4-ol monoallyl ether, butyl allyl Ether, cyclohexyl allyl ether, cyclohexane methanol monoallyl ether and the like are included.
  • An example of a monofunctional monomer having an acetyl vinyl group is vinyl acetate.
  • Examples of the monofunctional monomer having a (meth) acrylamide group include acrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, and methacrylamide.
  • Examples of the monofunctional monomer having a vinylamide group include N-vinyl- ⁇ -caprolactam, N-vinylformamide, N-vinylpyrrolidone and the like.
  • Examples of the monofunctional monomer having an acetylene group include acetylene.
  • the monofunctional monomer is not limited to those described above.
  • the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer By setting the molar fraction of the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer to 99.9 / 0.1 to 92/8, when the ink jet ink is irradiated with light to cause a polymerization reaction, the monofunctional monomer becomes a linear polymer. And the polyfunctional monomer acts as a crosslinking agent between the linear polymers, and the linear polymers can be appropriately crosslinked. Therefore, the crosslinked body (cured product) produced by the polymerization reaction has high elongation and becomes a rubber-like substance.
  • the ratio of the compound represented by the general formula (1) or (2) in the monofunctional (meth) acrylate contained in the ink composition is 65% by mass or more (preferably 80% by mass or more).
  • the content of the monomer represented by the general formula (2) with respect to the total mass of the monofunctional (meth) acrylate contained in the inkjet ink composition is preferably 80% by mass or more. This is because the higher the content of the monomer represented by the general formula (2), the higher the breaking strength and the higher the breaking elongation.
  • the inkjet ink composition may further contain a photopolymerization initiator.
  • a photopolymerization initiator may ordinarily not be included.
  • a photopolymerization initiator is preferably contained.
  • the photopolymerization initiator includes a cleavage type and a hydrogen abstraction type.
  • the inkjet ink composition of the present invention preferably contains at least a cleavage type photopolymerization initiator. That is, the inkjet ink composition of the present invention may contain (a) both a cleavage type and a hydrogen abstraction type photopolymerization initiator, and (b) contains only a cleavage type photopolymerization initiator. May be. What is necessary is just to use properly the aspect of the photoinitiator used for an inkjet ink composition according to a desired effect.
  • the inkjet ink composition contains both (a) a cleavage type and a hydrogen abstraction type
  • the ratio of the hydrogen abstraction type initiator in the photopolymerization initiator is preferably 30% by mass or less.
  • the curing rate of the ink-jet ink composition increases.
  • the reason for this is not clear, it is considered that when a photopolymerization initiator of a cleavage type and a hydrogen abstraction type coexist, the hydrogen abstraction type initiator plays a role as a sensitizer and the curing rate is improved. This is important in 3D modeling printing, which takes much longer time than normal printing.
  • the stretchability or elasticity of the cured product of the ink composition may be improved.
  • the reason for this is not clear, but can be considered as follows.
  • a graft reaction occurs between linear polymers obtained by polymerization of monofunctional monomers with a hydrogen abstraction type initiator, irregular crosslinking may occur. If the cross-linking is regular, a uniform force is applied when the cured product is stretched, so that high stretchability can be maintained.
  • the ink-jet ink composition contains (a) both a cleavage type and a hydrogen abstraction type photopolymerization initiator.
  • the inkjet ink composition contains (b) a cleavage-type photopolymerization initiator only (substantially does not contain a hydrogen abstraction type photopolymerization initiator). It is preferable.
  • Examples of the cleavage type photopolymerization initiator include diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, benzyldimethyl ketal, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy- 2-methylpropan-1-one, 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-hydroxy-2-propyl) ketone, 1-hydroxycyclohexyl-phenylketone, 2-methyl-2-morpholino (4-thiomethyl) Acetophenones such as phenyl) propan-1-one and 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone; benzoins such as benzoin, benzoin methyl ether and benzoin isopropyl ether; 6-trimethylbenzoindiphenylphosphine oxide, etc. Acylphosphine oxide; such as benzyl and methyl phenylglyoxylate esters include.
  • hydrogen abstraction type photopolymerization initiators examples include benzophenone, methyl 4-phenylbenzophenone o-benzoylbenzoate, 4,4′-dichlorobenzophenone, hydroxybenzophenone, 4-benzoyl-4′-methyl-diphenyl sulfide, Benzophenones such as acrylated benzophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetra (t-butylperoxycarbonyl) benzophenone, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone; 2-isopropylthioxanthone, 2,4-dimethyl Thioxanthone series such as thioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-dichlorothioxanthone; Aminobenzophenone series such as Michler-ketone, 4,4′-diethylaminobenzophenone; 10-butyl-2-chloroacridone, 2-ethyl
  • the content of the photopolymerization initiator in the inkjet ink composition is preferably 0.01% by mass to 10% by mass, although it depends on the type of actinic ray or actinic ray curable compound.
  • the ink-jet ink composition may further contain a photopolymerization initiator auxiliary agent or a polymerization inhibitor, if necessary.
  • the photopolymerization initiator assistant may be a tertiary amine compound, preferably an aromatic tertiary amine compound.
  • aromatic tertiary amine compounds include N, N-dimethylaniline, N, N-diethylaniline, N, N-dimethyl-p-toluidine, N, N-dimethylamino-p-benzoic acid ethyl ester, N, N-dimethylamino-p-benzoic acid isoamyl ethyl ester, N, N-dihydroxyethylaniline, triethylamine, N, N-dimethylhexylamine and the like are included.
  • N, N-dimethylamino-p-benzoic acid ethyl ester and N, N-dimethylamino-p-benzoic acid isoamyl ethyl ester are preferred. Only one kind of these compounds may be contained in the actinic ray curable inkjet ink composition, or two or more kinds thereof may be contained.
  • polymerization inhibitors include (alkyl) phenol, hydroquinone, catechol, resorcin, p-methoxyphenol, t-butylcatechol, t-butylhydroquinone, pyrogallol, 1,1-picrylhydrazyl, phenothiazine, p-benzoquinone , Nitrosobenzene, 2,5-di-t-butyl-p-benzoquinone, dithiobenzoyl disulfide, picric acid, cuperone, aluminum N-nitrosophenylhydroxylamine, tri-p-nitrophenylmethyl, N- (3-oxyanilino- 1,3-Dimethylbutylidene) aniline oxide, dibutylcresol, cyclohexanone oxime cresol, guaiacol, o-isopropylphenol, butyraloxime, methyl ethyl ketoxime, cyclohexanone oxime
  • the inkjet ink composition may further contain a peeling accelerator.
  • the peeling accelerator is preferably contained in an amount of 0.01% by mass to 3.0% by mass with respect to the total mass of the ink. If it is less than 0.01% by mass, the releasability from the substrate is lowered, and if it exceeds 3.0% by mass, the ink composition droplets before curing are likely to coalesce, which may cause ink bleeding. is there.
  • release accelerator examples include silicon surfactants, fluorine surfactants, and higher fatty acid esters such as stearyl sebacate, with silicon surfactants being preferred.
  • the peeling accelerator may be contained in the ink-jet ink composition; however, it may be contained in the composition for a support material described later, and more preferably in both of them. This is to make it easier to separate the cured product from the support agent.
  • the inkjet ink composition of the present invention is applied by an inkjet method. Therefore, from the viewpoint of ejection performance from the inkjet head, the viscosity of the inkjet ink composition at 25 ° C. is preferably 150 mPa ⁇ s or less. The viscosity of the ink composition can be measured with a rotational viscometer.
  • the cured product of the ink-jet ink composition of the present invention preferably has a glass transition temperature of less than 25 ° C, preferably less than 0 ° C. This is because a cured product having a glass transition temperature of less than 25 ° C. becomes a rubber-like substance and the elongation at break increases.
  • the glass transition temperature of the cured product can be determined by DSC measurement.
  • inkjet ink composition of the present invention is used for the production of a three-dimensional modeling object.
  • the inkjet ink composition is applied to a substrate using an inkjet method, and the inkjet ink composition landed on the substrate is irradiated with actinic rays and cured. By repeating application and curing, a three-dimensional structure is manufactured.
  • the ink-jet ink composition is used as a “model material” for producing a three-dimensional structure.
  • the ink-jet ink composition of the present invention is cured by being irradiated with actinic rays.
  • actinic ray is, for example, ultraviolet rays or electron beams.
  • examples of the active light irradiation part include a fluorescent tube (low pressure mercury lamp, germicidal lamp), a cold cathode tube, an ultraviolet laser, and an operating pressure of several hundred Pa to 1 MPa.
  • Low pressure, medium pressure, high pressure mercury lamp, metal halide lamp, LED and the like are included.
  • ultraviolet irradiation means for irradiating ultraviolet rays having an illuminance of 100 mW / cm 2 or more specifically, high-pressure mercury lamps, metal halide lamps, and LEDs are preferable, and LEDs are more preferable from the viewpoint of low power consumption.
  • a 395 nm, water-cooled LED manufactured by Phoseon Technology can be used.
  • examples of the active light irradiation unit include electron beam irradiation means such as a scanning method, a curtain beam method, and a broad beam method. From the viewpoint of processing capability, a curtain beam type electron beam irradiation means is preferable.
  • Examples of electron beam irradiation means include “Curetron EBC-200-20-30” manufactured by Nissin High Voltage Co., Ltd., “Min-EB” manufactured by AIT Co., Ltd., and the like.
  • the acceleration voltage for electron beam irradiation is preferably 30 to 250 kV and more preferably 30 to 100 kV in order to perform sufficient curing.
  • the electron beam irradiation amount is preferably 30 to 100 kGy, and more preferably 30 to 60 kGy.
  • a method of manufacturing a three-dimensional structure by the ink-jet method includes a step of discharging the above-described ink-jet ink composition for three-dimensional structure onto a substrate or a support material, and an ink-jet for three-dimensional structure And a step of photocuring the ink composition.
  • a method of producing a three-dimensional structure while printing the above-described ink-jet ink composition for three-dimensional modeling and the ink-jet ink composition for a support material by inkjet.
  • inkjet three-dimensional modeling system and apparatus As described above, the inkjet ink composition of the present invention is used as a model material for producing a three-dimensional modeled object using an inkjet method. An example of a system and apparatus for manufacturing a three-dimensional structure will be described below.
  • the manufacturing of the three-dimensional structure can be performed by a method using a model material and a support material. Specifically, a space portion of a three-dimensional structure to be manufactured is formed by discharging a support material by an ink jet method. Next, the model material is ejected by inkjet onto the support material to form a three-dimensional structure. Then, a three-dimensional structure can be obtained by removing the cured product of the support material that constitutes the space portion.
  • the support material is not particularly limited, a support material that is heat-meltable, or a photocurable material that is water-soluble or water-swellable is preferable. Moreover, it is preferable that the hardened
  • heat-meltable materials include paraffin wax, microcrystalline wax, carnauba wax, ester wax, amide wax, and PEG 20000.
  • What is photocurable and the cured product is water-soluble or water-swellable is, for example, a water-soluble compound (water-soluble monomer) having a photopolymerizable functional group (carbon-carbon unsaturated group, etc.)
  • a photo-curable resin composition mainly composed of a photocleavable initiator and water, but is not particularly limited.
  • the support material may further contain a water-soluble polymer.
  • water-soluble monomers contained in the support material include water-soluble (meth) acrylate, polyoxyethylene diacrylate, polyoxypropylene diacrylate, achloroyl morpholine, hydroxyalkyl acrylate; water-soluble acrylamides such as acrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-hydroxyethylacrylamide and the like are included.
  • water-soluble polymer contained in the support material include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol and the like.
  • the photocleavable initiator contained in the support material include 1- [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] -2-methyl-1-propan-1-one, but are not particularly limited.
  • FIG. 1 shows an outline of an example of an inkjet three-dimensional modeling system.
  • the inkjet three-dimensional modeling system shown in FIG. 1 includes a driving means (not shown) for driving up and down (drawing Z direction), and a stage 11 on which a three-dimensional modeling object is arranged, and is movable left and right (drawing XY direction). And an inkjet 12 that ejects an inkjet ink composition for a model material and a support material, which is disposed on a rail (not shown).
  • the inkjet 12 includes an inkjet head 13 for model material, an inkjet head 14 for support material, a film thickness adjusting roller 15, and a light source 16.
  • the model material inkjet head 13 communicates with a pump 13b and an inkjet ink composition tank 13c via a pipe 13a.
  • the support material inkjet head 14 communicates with a pump 14b and an inkjet ink composition tank 14c via a pipe 14a.
  • the inkjet three-dimensional modeling system is further converted from CAD data by an arithmetic control unit 2, an input device 4 for inputting three-dimensional modeling data such as CAD (Computer Aided Design) data, and the like.
  • CAD Computer Aided Design
  • an output device 5 that outputs slice data obtained from the STL data
  • a display device 6 that displays STL data, a virtual three-dimensional structure, and the like, and a three-dimensional structure
  • a lot number, a CAD data number, an STL data number, an inkjet ink composition set number, and the like are stored in association with each other.
  • the calculation control unit 2 includes an STL calculation unit 21 that calculates STL data based on CAD data, and an inkjet ink composition set control unit that sends information to select an inkjet ink composition set that matches a desired three-dimensional structure. 22, stage control means 23 for sending information for driving the stage, ink-jet control means 24 for sending information for ejecting the ink jet ink composition for model material or support material, and polishing the layer to a desired thickness It comprises roller control means 25 for sending information, and UV light source control means 26 for sending information to irradiate light to cure the ejected ink-jet ink composition.
  • the arithmetic control unit 2 may be composed of an arithmetic device used in a normal computer system such as a CPU.
  • Examples of the input device 4 include pointing devices such as a keyboard and a mouse.
  • Examples of the output device 5 include a printer.
  • Examples of the display device 6 include an image display device such as a liquid crystal display and a monitor.
  • step S101 for example, CAD data is input.
  • step S102 the CAD data is converted into STL data as three-dimensional modeling data. Note that a virtual three-dimensional structure (virtual model material) formed from the STL data is displayed on the monitor to check whether a desired shape is formed. If the desired shape is not formed, the STL data Modifications may be made to.
  • step S103 the virtual three-dimensional structure is subdivided into a plurality of lamellar layers in the Z direction in FIG. 3, and “first plane data D1, second plane data D2” is obtained. ,... X-th plane data DX ”.
  • support material arrangement data for supporting or fixing the model material is also created. This is because the support material is disposed around the model material in the X and Y directions, so that a so-called overhang portion, for example, the second image portion of the letter “K” is supported from below by the support material.
  • step S105 based on the data of the virtual three-dimensional structure and the plurality of plane data, the optimal ink-jet ink composition for model material and the ink-jet ink composition for support material are prepared.
  • step S108 based on the first plane data D1, the driving means is operated to perform relative alignment between the stage and the inkjet.
  • step S110 the position of the ink jet is controlled based on the first plane data D1, and the ink jet ink composition for the model material and the ink jet for the support material are placed at appropriate positions on the stage. Either one of the ink compositions is ejected to form the first film.
  • the amount of droplets ejected from each nozzle is preferably 1 pl to 70 pl, more preferably 2 to 50 pl, although it depends on the resolution of the image.
  • step S112 the first film is obtained by light irradiation to obtain a first layer. Note that it is preferable to check whether or not the thickness of the first layer is uniform, and if it is not uniform, the thick portion is polished to make the thickness of the first layer uniform.
  • the thickness of each layer after curing is preferably about 1 to 25 ⁇ m.
  • step S114 the process returns to step S108 prior to the formation of the second layer, and the position of the stage 11 is moved downward (Z direction) by the thickness of the first layer as shown in FIG. Let Thereafter, similarly to the first layer, the second layer is formed on the first layer by steps S110 and S112. Then, as shown in FIGS. 6 and 7, the steps S108, S110, and S112 are repeated to stack a plurality of layers until the final layer (Xth layer) is stacked.
  • step S116 the support material is removed.
  • the support material is removed by swelling with water.
  • the support material may be removed from the model material by performing another removal step, for example, spraying high-pressure water on the support material.
  • a three-dimensional structure M as shown in FIG. 8 can be produced.
  • the inkjet nozzle for the model material is shown, but the number of inkjet nozzles for the model material is not limited to one.
  • two inkjet nozzles may be provided for a model material, and model materials having different physical properties may be simultaneously discharged from each nozzle, and the model materials may be mixed to form a composite material.
  • the following materials were used to prepare a three-dimensional modeling inkjet ink composition as a model material.
  • Monofunctional (meth) acrylate represented by formula (1) Isobornyl acrylate: molecular weight 208.3, viscosity 10.7 mPa ⁇ s, glass transition temperature 94 ° C. when polymer is used Dicyclopentanyl acrylate: molecular weight 204.26, viscosity 7 to 17 mPa ⁇ s, glass transition temperature 120 ° C. when polymerized n-lauryl acrylate: molecular weight 240.38, viscosity 6 mPa ⁇ s, glass transition temperature -30 ° C.
  • Monofunctional (meth) acrylate represented by formula (2) Phenoxyethyl acrylate: molecular weight 192.21, viscosity 12 mPa ⁇ s, glass transition temperature ⁇ 22 ° C. when polymerized Phenoxyethoxyethyl acrylate: molecular weight 236.26, viscosity 13mPa ⁇ s, glass transition temperature -25 ° C when polymerized Ethoxyethoxyethyl acrylate: molecular weight 188.22, viscosity 2.9 mPa ⁇ s, glass transition temperature ⁇ 54 ° C. when polymerized
  • Multifunctional monomer 1,6-hexanediol diacrylate molecular weight 226.27 1,9-nonanediol diacrylate: molecular weight 268.35
  • Diethylene glycol divinyl ether molecular weight 158.19
  • Diethylene glycol diallyl ether molecular weight 186.25
  • Open photoinitiator Darocure 1173 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one
  • TPO 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide
  • model material (inkjet ink composition for three-dimensional modeling)
  • monofunctional (meth) acrylate 30 g (156.1 mmol) of phenoxyethyl acrylate, 50 g (211.6 mmol) of phenoxyethoxyethyl acrylate, 20.0 g (91.6 mmol) of methoxyethoxyethoxyethyl acrylate, 5.0 g (22.1 mmol) of 1,6-hexanediol diacrylate as a polyfunctional (bifunctional) monomer, and 1.0 g of TPO as a photoinitiator Then, 0.2 g of a silicon surfactant as a peeling accelerator was mixed and dissolved to obtain a model material of Sample 1.
  • the total molar amount of monofunctional (meth) acrylate contained in the model material of Sample 1 is 459.3 mmol, and the total molar amount of the polyfunctional monomer is 22.1 mmol.
  • the molar ratio between them (monofunctional (meth) acrylate / polyfunctional monomer) is 95.4 / 4.6.
  • the viscosity of the obtained model material was measured using a rotational viscometer according to JIS Z8803.
  • Sample materials of Sample 2 to Sample 24 were prepared in the same manner as Sample 1 by changing to the component compositions shown in Tables 1 to 4.
  • photocurable composition for support material 40 g of polyoxyethylene (n ⁇ 9) diacrylate, 60 g of water, 5 g of photoinitiator irgacure 2959 ′ (manufactured by BASF), and silicon surfactant (TSF-4442) 0 0.1 g was mixed and dissolved to obtain a support material.
  • the support layer was formed on the polyethylene terephthalate film by discharging the photocurable composition for the support material using an inkjet head KM512MH manufactured by Konica Minolta IJ. Specifically, the amount of droplets per dot was 14 pl, and the droplets were emitted at 720 dpi ⁇ 720 dpi.
  • the landing droplet was irradiated with light having a light amount of 400 ml / cm 2 with a high-pressure mercury lamp and cured, and a support layer having a thickness of 10 cm ⁇ 2 cm and a thickness of 1 mm was formed.
  • a model layer having a size of 10 cm ⁇ 2 cm and a thickness of 1 mm was formed by using the photocuring composition for model material in the same manner as the support layer.
  • the three-dimensional structure (cured film) was obtained by separating the model layer from the polyethylene terephthalate film and the support layer by immersing the laminate of the support layer and the model layer in water.
  • the glass transition temperature of the obtained three-dimensional structure (cured film) was measured by DSC (differential scanning calorimetry).
  • the breaking elongation and breaking strength of the cured product are stretched by applying a certain load to the three-dimensional structure (tensile speed of 500 mm / min) and breaking. It calculated
  • the photocurable composition for model material was discharged using the same inkjet head as when the three-dimensional structure was obtained.
  • the impacted droplets were irradiated with light of 100 to 800 mJ / cm 2 only once with a high-pressure mercury lamp, and then the presence or absence of curing was confirmed by palpation.
  • was cured at 200mJ / cm 2 less than the amount of light.
  • ⁇ 200 was cured at ⁇ 400 mJ / cm 2 less than the amount of light.
  • Sample 2 and sample 18 in which the ratio of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) to the monofunctional (meth) acrylate is low have a low breaking strength.
  • Samples 20 to 22 containing an open-row photoinitiator (TPO) and a hydrogen abstraction type photoinitiator (DETX) are more sensitive to photocuring than sample 19 without a hydrogen abstraction type photoinitiator.
  • TPO open-row photoinitiator
  • DETX hydrogen abstraction type photoinitiator
  • the inkjet ink composition of the present invention can be used as a model material for producing a three-dimensional structure.

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Abstract

 本発明は、硬化した際に、ゴムのような伸びと弾性を有する三次元造形用インクジェットインク組成物を提供する。三次元造形用インクジェットインク組成物は、一般式(1)および/または(2)で表される化合物を含む単官能(メタ)アクリレートと、分子内に炭素-炭素二重結合を含む重合性基を複数有する多官能モノマーとを含む光硬化型反応性化合物を含有する。前記単官能(メタ)アクリレートの全質量に対する、前記一般式(1)の質量と(2)で表される化合物の質量の和が65質量%以上であり、かつ前記単官能(メタ)アクリレートと前記多官能モノマーのモル分率が、前記単官能(メタ)アクリレート/前記多官能モノマー=99.9/0.1~92/8となる関係を満たす。三次元造形用インクジェットインク組成物の硬化物のガラス転移温度が25℃未満である。 

Description

三次元造形用インクジェットインク組成物および三次元造形物の製造方法
 本発明は、三次元造形用インクジェットインク組成物および三次元造形物の製造方法に関する。
 近年、三次元造形物を製造する方法として、液体状の光硬化性組成物にレーザー光や紫外線を照射してその照射部分を硬化・積層させる方法や(特許文献1,2参照)、インクジェット方式により基材上に光硬化性液体を着弾させ着弾した液体に紫外線を照射して硬化させる方法(特許文献3,4参照)が広く知られている。
 インクジェット方式を用いた三次元造形物の製造方法(以下「3Dプリント」ともいう)は、従来の方法に比べて光硬化性液体を必要な箇所にのみ積層させて硬化させることができるので、複雑な形状を造形し易い。しかも、造形材の使用量の無駄が少なく、複数のノズルから性質の異なる複数の光硬化液体を同時に出射することで機械的特性を調整しやすい等のメリットもある(特許文献5参照)。そのため、様々な試作用途に使用されている。最近では試作段階において、試作品の形状だけでなく機能についても確認したいという要望がある。特にゴム状の材料を用いた試作品について、その機能を確認したいという要望がある。
 一般的なゴム材料を用いた通常の造形物は、分子量30万以上の線状ポリマーの極一部を架橋させることで得ることができる。しかしながら、3Dプリントでは、光硬化性液体を硬化させて硬化物を得るため、その硬化物に線状の高分子を成長させることが難しい。つまり、充分な伸びや反発性をもったゴム材料を含む造形物を、3Dプリントで製造することが困難であった。そのため、ゴムのような伸びと弾性を有する三次元造形物を製造可能な、三次元造形用インクジェットインク組成物が求められていた。
特開昭62-101408号公報 特開平5-24119号公報 特開2002-067174号公報 特開2003-299679号公報 特開2010-155926号公報
 本発明は、硬化した際に、ゴムのような伸びと弾性を有する三次元造形用インクジェットインク組成物およびそれを用いた三次元造形物の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の第一は、三次元造形用インクジェットインク組成物に関する。
 [1]一般式(1)または(2)で表される化合物を含む単官能(メタ)アクリレートと、分子内に炭素-炭素二重結合を含む重合性基を複数有する多官能モノマーとを含む光硬化型反応性化合物を含有する、三次元造形用インクジェットインク組成物であって、
 前記単官能(メタ)アクリレートの全質量に対する、前記一般式(1)で表される化合物の重量と前記一般式(2)で表される化合物の重量との和の割合が65質量%以上であり、
 前記単官能(メタ)アクリレートと前記多官能モノマーのモル分率が、前記単官能(メタ)アクリレート/前記多官能モノマー=99.9/0.1~92/8となる関係を満たし、かつ
 三次元造形用インクジェットインク組成物の硬化物のTgが25℃未満である、三次元造形用インクジェットインク組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式(1)において、
 Rは、HもしくはCHを表し、
 Rは、脂環式炭化水素を有する1価の置換基、又は炭素原子数11~22のアルキル基を表す)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式(2)において、
 RはHもしくはCHを表し、
 Rは炭素原子数6~12のアリール基で置換されていてもよい炭素原子数2~22のアルキル基、又は炭素原子数6~12のアリール基を表し、
 mは2~4の整数を表し、
 nは1または2の整数を表す)
 [2]前記一般式(2)で表わされる化合物を、前記単官能(メタ)アクリレートの全質量に対して80質量%以上含有する、[1]に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
 [3]前記多官能モノマーの炭素-炭素二重結合を含む重合性基が、アクリル基、メタクリル基、ビニルエーテル基、アリルエーテル基から選ばれる官能基である、[1]に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
 [4]光重合開始剤をさらに含有している、[1]~[3]のいずれかに記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
 [5]前記光重合開始剤に対する水素引き抜き型開始剤の含有量が、30重量%以下である、[4]に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
 [6]前記三次元造形用インクジェットインク組成物の全質量に対して0.01質量%~3.0質量%の剥離促進剤をさらに含有する、[1]に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
 [7]25℃における粘度が150mPa・s以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
 本発明の第二は、三次元造形物の製造方法に関する。
 [8]前記[1]~[7]のいずれかに記載の三次元造形用インクジェットインク組成物を、基材またはサポート材上に吐出する工程と、
 前記三次元造形用インクジェットインク組成物を光硬化させる工程と、
 を含む三次元造形物の製造方法。
 [9]前記[1]~[7]のいずれかに記載の三次元造形用インクジェットインク組成物と、サポート材と、を用いて三次元造形物を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
 本発明によれば、硬化した際にゴムのような伸びと弾性を有する三次元造形用インクジェットインク組成物およびそれを用いた三次元造形物の製造方法が提供される。
三次元造形物の製造システムの一態様を示す図である。 三次元造形物の製造方法のフロー図である。 三次元造形物の製造方法の第一工程を示す図である。 三次元造形物の製造方法の第二工程における、造形物の側面図(図4A)および上面図(図4B)である。 三次元造形物の製造方法の第三工程における、造形物の側面図(図5A)および上面図(図5B)である。 三次元造形物の製造方法の第四工程における、造形物の側面図(図6A)および上面図(図6B)である。 三次元造形物の製造方法の第五工程における、造形物の側面図(図7A)および上面図(図7B)である。 インクジェット三次元造形方法により得られた三次元造形物の斜視図である。
 以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
1.三次元造形用インクジェットインク組成物について
 実施形態に係る三次元造形用インクジェットインク組成物(インク組成物)は、光硬化型反応性化合物と、必要に応じて光重合開始剤などを含有する。
1-1.光硬化型反応性化合物について
 インク組成物に含まれる光硬化型反応性化合物は、単官能(メタ)アクリレートと、分子内に炭素-炭素二重結合を含む重合性基を複数有する多官能モノマーと、を含有する。光硬化型反応性化合物は、さらに必要に応じて他の光硬化型反応性化合物を含んでいてもよい。「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートモノマーおよび/またはアクリレートオリゴマー、メタアクリレートモノマーおよび/またはメタアクリレートオリゴマーをいう。
1-1-1.単官能(メタ)アクリレートについて
 単官能(メタ)アクリレートとは、1つの(メタ)アクリレート基を有する化合物をいう。インクジェットインク組成物に含まれる単官能(メタ)アクリレートの少なくとも一部は、一般式(1)又は(2)で表される化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 式(1)において、RはHもしくはCHを表す。式(1)において、Rは、脂環式炭化水素を有する1価の置換基、または炭素原子数11~22のアルキル基を表す。
 脂環式炭化水素を有する1価の置換基の例には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、t-ブチルシクロヘキシル基などのシクロアルキル基;アダマンチル基、イソボルニル基、ジシクロペンタニル基などの有橋脂環式炭化水素基などが含まれる。
 炭素原子数11~22のアルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。
 一般式(1)で表わされる化合物の例としては、ドデシル(メタ)アクリレート、パルミチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどが含まれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 式(2)において、RはHもしくはCHを表す。式(2)において、Rは、炭素原子数6~12のアリール基で置換されていてもよい炭素原子数2~22のアルキル基、又は炭素原子数6~12のアリール基を表す。mは2~4の整数を表す。nは1または2の整数を表す。
 炭素原子数6~12のアリール基で置換されていてもよい炭素原子数2~22のアルキル基の例には、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基、ステアリル基などが含まれる。
 炭素原子数6~12のアリール基の例には、フェニル基、トリル基、エチルフェニル基、キシリル基、ナフチル基などが含まれる。
 一般式(2)で表される化合物の例には、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリルオキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシアクリレート、ナフチルエトキシアクリレート、エトキシブトキシブトキシアクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレートなどが含まれる。
 一般式(1)又は(2)で表される化合物は、光重合することで線状の高分子量のポリマーを与える単官能モノマーである。熱重合と比べて、光重合では短時間で大量のラジカルが発生させるため、ラジカル濃度が高くなる。ラジカル濃度が高いと、ポリマーの生長反応の他に、水素引き抜きによるグラフト重合が発生して、不必要な架橋が生じた結果、ゴムとしての強度を著しく低下させる。また、光重合では、酸素阻害により高分子量生成を妨げることは周知の事実である。一般式(1)または(2)の化合物はこの課題を解決する。一般式(1)または(2)の化合物の低重合度の重合化物も、組成物の粘度を上昇させやすいため、酸素阻害の影響が少なくなる。特に、エチレンオキシド鎖を有していると、組成物の粘度を上昇させやすい。また、嵩張っている置換基を有する単官能モノマーでは、立体障害のためグラフト反応が発生しにくい。そのため、そのような置換基を有する単官能モノマーは、線状のポリマーが得られやすい。その結果、一般式(1)又は(2)で表される化合物と多官能モノマーを用いて作製した三次元造形物は、伸びと強度に優れた硬化物が得られたと考えている。
 インクジェットインク組成物には、一般式(1)および(2)で表されるモノマー以外の、「他の単官能(メタ)アクリレート」が含まれていてもよい。他の単官能(メタ)アクリレートの例には、イソアミル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル-ジグリコール(メタ)アクリレート、2-ブトキシエチル(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、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシエトキシエトキシエチル(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)アクリレートなどが含まれる。
1-1-2.多官能モノマーについて
 多官能モノマーは、分子内に炭素-炭素二重結合を含む重合性基を複数有する多官能モノマーをいう。炭素-炭素二重結合を含む重合性基とは、(メタ)アクリル基、ビニルエーテル基、アリルエーテル基、スチレン基及び(メタ)アクリルアミド基から選ばれる重合性基をいう。一分子内に含まれる複数の重合性官能基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
 なかでも、多官能モノマーは、アクリル基、メタクリル基、ビニルエーテル基及びアリルエーテル基から選ばれる重合性官能基を有する多官能モノマーであることが好ましい。多官能モノマーの光重合感度が良好であるからである。
 また、インクジェットインク組成物には、異なる構造の複数種の多官能モノマーを含んでいてもよい。
 より具体的に、インクジェットインク組成物に含まれる多官能モノマーの好ましい例には、多官能(メタ)アクリレート、多官能ビニルエーテル、多官能アリルエーテルなどが含まれる。
 多官能(メタ)アクリレートの例には、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、ポリエチレングリコールジ(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、1,4-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、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、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の二官能モノマー;
 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、ジペンタエリスリトールヘキサ(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、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート等の三官能以上の多官能モノマー等が含まれる。
 また、多官能(メタ)アクリレートは、ウレタンアクリレートであってもよい。
 多官能(メタ)アクリレートは、変性物であってもよい。変性物の例には、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラアクリレート等のエチレンオキサイド変性(メタ)アクリレート化合物;カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等のカプロラクトン変性(メタ)アクリレート化合物;およびカプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等のカプロラクタム変性(メタ)アクリレート化合物等が含まれる。
 多官能ビニルエーテルは、二官能、三官能、四官能またはそれ以上であってもよい。
 二官能ビニルエーテルの例には、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールビニルエーテル、ブチレンジビニルエーテル、ジブチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ノルボルニルジメタノールジビニルエーテル、イソバイニルジビニルエーテル、ジビニルレゾルシン、ジビニルハイドロキノン等が含まれる。
 三官能ビニルエーテルの例には、グリセリントリビニルエーテル、グリセリンエチレンオキシド付加物トリビニルエーテル(エチレンオキシドの付加モル数6)、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、トリビニルエーテルエチレンオキシド付加物トリビニルエーテル(エチレンオキシドの付加モル数3)等が含まれる。四官能以上のビニルエーテル化合物の例には、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンヘキサビニルエーテル、それらのオキシエチレン付加物が含まれる。
 多官能アリルエーテルは、二官能、三官能またはそれ以上であってもよい。
 二官能アリルエーテルの例には、1,4-シクロヘキサンジメタノールジアリルエーテル、アルキレン(炭素数2~5)グリコールジアリルエーテル、及びポリエチレングリコール(重量平均分子量:100~4000)ジアリルエーテルなどが挙げられる。また、グリセリンジアリルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールジアリルエーテル及びポリグリセリン(重合度2~5)ジアリルエーテルなどが含まれる。
 三官能以上のアリルエーテルの例には、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル及びテトラアリルオキシエタンなどが含まれる。また、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ジグリセリントリアリルエーテル、ソルビトールトリアリルエーテルおよびポリグリセリン(重合度3~13)ポリアリルエーテルなどが含まれる。
1-1-3.他の光硬化型反応性化合物について
 インクジェットインク組成物に含まれる光硬化型反応性化合物には、単官能(メタ)アクリレートおよび分子内に炭素-炭素二重結合を複数有する多官能モノマー以外の、「他の光硬化型反応性化合物」が含まれていてもよい。他の光硬化型反応性化合物の例には、単官能(メタ)アクリレート以外の単官能モノマーがあげられる。
 単官能モノマーは、1価のラジカル重合性基を有する化合物であればよい。ラジカル重合性基の例には、エチレン基(ビニルエーテル基、アリルエーテル基、スチレン基、(メタ)アクリルアミド基、アセチルビニル基、ビニルアミド基)、アセチレン基などが含まれる。
 ビニルエーテル基を有する単官能モノマーの例には、ブチルビニルエーテル、ブチルプロペニルエーテル、ブチルブテニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、エチルエトキシビニルエーテル、アセチルエトキシエトキシビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、アダマンチルビニルエーテルなどが含まれる。
 アリルエーテル基を有する単官能モノマーの例には、フェニルアリルエーテル、o-,m-,p-クレゾールモノアリルエーテル、ビフェニル-2-オールモノアリルエーテル、ビフェニル-4-オールモノアリルエーテル、ブチルアリルエーテル、シクロヘキシルアリルエーテル、シクロヘキサンメタノールモノアリルエーテルなどが含まれる。
 アセチルビニル基を有する単官能モノマーの例には、酢酸ビニルが挙げられる。
 (メタ)アクリルアミド基を有する単官能モノマーとしては、アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、メタクリルアミドが挙げられる。
 ビニルアミド基を有する単官能モノマーとしては、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルピロリドンなどが含まれる。
 アセチレン基を有する単官能モノマーとしては、アセチレンなどが挙げられる。なお、単官能モノマーは上述のものに限定されない。
1-1-4.光硬化型反応性化合物の組成について
 インクジェットインク組成物に含まれる単官能(メタ)アクリレートと多官能モノマーのモル分率は、単官能(メタ)アクリレート/多官能モノマー=99.9/0.1~92/8となる関係を満たす。単官能モノマーと多官能モノマーのモル分率を99.9/0.1~92/8とすることによって、インクジェットインクに光を照射して重合反応させたときに、単官能モノマーが線状ポリマーとして充分に成長し、かつ線状ポリマー間の架橋剤として多官能モノマーが作用して、線状ポリマー同士を適度に架橋することができる。そのため、重合反応により生成する架橋体(硬化物)が高い伸びを有し、ゴム状物質となる。
 単官能(メタ)アクリレートと多官能モノマーとの量比を調整することで架橋密度を調整し、架橋率を低くすることで伸び率は高まるものの;一方で、硬化物が塑性変形しやすくなり、反発性が低い硬化物となってしまうことが明らかになった。そこで、インク組成物に含まれる単官能(メタ)アクリレートにおける、一般式(1)または(2)で表される化合物の割合を、合わせて65質量%以上(好ましくは80質量%以上)とすることで、伸びと強度に優れた硬化物を得られることがわかった。
 また、インクジェットインク組成物に含まれる単官能(メタ)アクリレートの全質量に対する、一般式(2)で表わされるモノマーの含有量は、80質量%以上であることが好ましい。一般式(2)で表わされるモノマーの含有率が高いほど、破断強度が高まりやすく、破断伸度も高まりやすいからである。
1-2.光重合開始剤などについて
 インクジェットインク組成物には、光重合開始剤がさらに含まれていてもよい。具体的には、活性光線が電子線である場合は、通常、光重合開始剤は含まれなくてもよいが、活性光線が紫外線である場合は、光重合開始剤が含まれることが好ましい。
 光重合開始剤には、開裂型と水素引き抜き型とがある。本発明のインクジェットインク組成物は、少なくとも開裂型の光重合開始剤を含むことが好ましい。つまり、本発明のインクジェットインク組成物は、(a)開裂型と水素引き抜き型の両方の光重合開始剤を含有していてもよく、(b)開裂型の光重合開始剤のみを含有していてもよい。所望の効果に応じて、インクジェットインク組成物に用いられる光重合開始剤の態様を適宜使い分ければよい。
 インクジェットインク組成物が、(a)開裂型と水素引き抜き型の両方を含有している場合は、開裂型の開始剤を質量比として多く有していることが好ましい。光重合開始剤における水素引き抜き型開始剤の割合は、30質量%以下であることが好ましい。
 インクジェットインク組成物中に開裂型と水素引き抜き型の両方の種類の光重合開始剤が含まれていると、インクジェットインク組成物の硬化速度が高まる。この理由は定かではないが、開裂型と水素引き抜き型の光重合開始剤が並存すると、水素引き抜き型開始剤が増感剤のような役割を果たすために硬化速度が向上するものと考えられる。これは通常の印刷に比べて、はるかに大きな時間を要する三次元造形印刷において重要である。
 インクジェットインク組成物が、(b)開裂型の光重合開始剤のみを含有している(水素引き抜き型開始剤を含有していない)場合には、(a)開裂型と水素引き抜き型の両方の光重合開始剤を有している場合と比較して、インク組成物の硬化物の伸び性または弾性が向上することがある。この理由は定かではないが、以下のように考えることができる。単官能モノマーの重合により得られる線状高分子間で、水素引き抜き型開始剤によってグラフト反応が発生すると、不規則な架橋が生じることがある。架橋が規則的であれば、硬化物を伸長させた際に均一に力を受けるため、高い伸縮性を維持することができる。ところが、硬化物中に不規則な架橋があると、硬化物を伸長させた際に組成物中の特定の部位に応力が集中する。そのため、架橋部位または線状高分子鎖の破断を招くために、かえって伸び性または弾性が低下すると考えられる。
 そのため、三次元造形物の作製スピードを早めることが求められる場合には、インクジェットインク組成物に、(a)開裂型と水素引き抜き型の両方の種類の光重合開始剤を含有させることが好ましい。一方、硬化物の耐久性を重視する際には、インクジェットインク組成物に、(b)開裂型のみの光重合開始剤を含有させる(水素引き抜き型の光重合開始剤を実質的に含有させない)ことが好ましい。
 開裂型の光重合開始剤の例には、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、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、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、2-メチル-2-モルホリノ(4-チオメチルフェニル)プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン等のアセトフェノン系;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾイン類;2,4,6-トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシド等のアシルホスフィンオキシド系;ベンジルおよびメチルフェニルグリオキシエステル等が含まれる。
 水素引き抜き型の光重合開始剤の例には、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル-4-フェニルベンゾフェノン、4,4'-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4'-メチル-ジフェニルサルファイド、アクリル化ベンゾフェノン、3,3',4,4'-テトラ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3'-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系;2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン等のチオキサントン系;ミヒラ-ケトン、4,4'-ジエチルアミノベンゾフェノン等のアミノベンゾフェノン系;10-ブチル-2-クロロアクリドン、2-エチルアンスラキノン、9,10-フェナンスレンキノン、カンファーキノン等が含まれる。 
 インクジェットインク組成物における光重合開始剤の含有量は、活性光線や活性光線硬化性化合物の種類などにもよるが、0.01質量%~10質量%であることが好ましい。
 インクジェットインク組成物には、必要に応じて光重合開始剤助剤や重合禁止剤などがさらに含まれていてもよい。光重合開始剤助剤は、第3級アミン化合物であってよく、芳香族第3級アミン化合物が好ましい。芳香族第3級アミン化合物の例には、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン、N,N-ジメチル-p-トルイジン、N,N-ジメチルアミノ-p-安息香酸エチルエステル、N,N-ジメチルアミノ-p-安息香酸イソアミルエチルエステル、N,N-ジヒドロキシエチルアニリン、トリエチルアミンおよびN,N-ジメチルヘキシルアミン等が含まれる。なかでも、N,N-ジメチルアミノ-p-安息香酸エチルエステル、N,N-ジメチルアミノ-p-安息香酸イソアミルエチルエステルが好ましい。活性光線硬化型インクジェットインク組成物に、これらの化合物が、一種のみ含まれていてもよく、二種類以上が含まれていてもよい。
 重合禁止剤の例には、(アルキル)フェノール、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、p-メトキシフェノール、t-ブチルカテコール、t-ブチルハイドロキノン、ピロガロール、1,1-ピクリルヒドラジル、フェノチアジン、p-ベンゾキノン、ニトロソベンゼン、2,5-ジ-t-ブチル-p-ベンゾキノン、ジチオベンゾイルジスルフィド、ピクリン酸、クペロン、アルミニウムN-ニトロソフェニルヒドロキシルアミン、トリ-p-ニトロフェニルメチル、N-(3-オキシアニリノ-1,3-ジメチルブチリデン)アニリンオキシド、ジブチルクレゾール、シクロヘキサノンオキシムクレゾール、グアヤコール、o-イソプロピルフェノール、ブチラルドキシム、メチルエチルケトキシム、シクロヘキサノンオキシム等が含まれる。
1-3.剥離促進剤
 インクジェットインク組成物は、さらに剥離促進剤を含んでもよい。剥離促進剤は、インクの全質量に対して0.01質量%~3.0質量%含有することが好ましい。0.01質量%未満では基材との剥離性が低下し、3.0質量%を超えると、硬化前のインク組成物の液滴が合一しやすくなり、インク滲みの原因となることがある。
 剥離促進剤の例には、シリコン界面活性剤、フッ素界面活性剤、セバシン酸ステアリルのような高級脂肪酸エステルが含まれるが、好ましくはシリコン界面活性剤である。
 剥離促進剤は、インクジェットインク組成物に含まれていてもよいが;後述するサポート材用組成物に含有されていてもよく、その両方に含有されていることがより好ましい。硬化物とサポート剤との剥離をより容易にするためである。
1-4.三次元造形用インクジェットインク組成物の特性
 本発明のインクジェットインク組成物は、インクジェット法によって塗布される。そのため、インクジェットヘッドからの吐出性能の観点から、インクジェットインク組成物の25℃における粘度は、150mPa・s以下であることが好ましい。インク組成物の粘度は、回転粘度計によって測定することができる。
 本発明のインクジェットインク組成物の硬化物は、25℃未満、好ましくは0℃未満のガラス転移温度を有することが好ましい。25℃未満のガラス転移温度を有する硬化物はゴム状物質となり、破断伸度が高まるからである。硬化物のガラス転移温度は、DSC測定によって求めることができる。
1-5.三次元造形用インクジェットインク組成物の用途
 本発明のインクジェットインク組成物は、三次元造形物の製造に用いられる。インクジェットインク組成物を、インクジェット法を用いて基材に塗布して、基材に着弾したインクジェットインク組成物に活性光線を照射して硬化させる。塗布と硬化を繰り返すことで、三次元造形物を製造する。このように、インクジェットインク組成物は三次元造形物を製造するための「モデル材」として用いられる。
 本発明のインクジェットインク組成物は、活性光線を照射されることで硬化する。活性光線は、例えば、紫外線または電子線である。
 活性光線が紫外線である場合、活性光線照射部(紫外線照射手段)の例には、蛍光管(低圧水銀ランプ、殺菌灯)、冷陰極管、紫外レーザー、数100Pa~1MPaまでの動作圧力を有する低圧、中圧、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプおよびLED等が含まれる。硬化性の観点から、照度100mW/cm以上の紫外線を照射する紫外線照射手段;具体的には、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプおよびLED等が好ましく、消費電力の少ない点から、LEDがより好ましい。具体的には、Phoseon Technology社製 395nm、水冷LEDを用いることができる。
 活性光線が電子線である場合、活性光線照射部(電子線照射手段)の例には、スキャニング方式、カーテンビーム方式、ブロードビーム方式等の電子線照射手段が含まれる。処理能力の観点から、カーテンビーム方式の電子線照射手段が好ましい。電子線照射手段の例には、日新ハイボルテージ(株)製の「キュアトロンEBC-200-20-30」、AIT(株)製の「Min-EB」等が含まれる。
 活性光線が電子線である場合、電子線照射の加速電圧は、十分な硬化を行うためには、30~250kVとすることが好ましく、30~100kVとすることがより好ましい。加速電圧が100~250kVである場合、電子線照射量は30~100kGyであることが好ましく、30~60kGyであることがより好ましい。
2.インクジェット法による三次元造形物の製造
 インクジェット法による三次元造形物の製造方法は、上述の三次元造形用インクジェットインク組成物を、基材またはサポート材上に吐出する工程と、三次元造形用インクジェットインク組成物を光硬化させる工程と、を含むことが好ましい。特に好ましくは、上述の三次元造形用インクジェットインク組成物と、サポート材用のインクジェットインク組成物とを、それぞれインクジェットで印刷しながら、三次元造形物を製造する方法が好ましい。
2-1.インクジェット三次元造形システムおよび装置について
 前述の通り、本発明のインクジェットインク組成物は、インクジェット法を用いて三次元造形物を製造するためのモデル材として用いられる。三次元造形物を製造するためのシステムおよび装置の例を、以下に説明する。
 三次元造形物の製造は、モデル材とサポート材とを用いた方法で行いうる。具体的には、製造しようとする三次元造形物の空間部分を、サポート材をインクジェット法で吐出して形作る。次に、サポート材にモデル材をインクジェット吐出して三次元造形物を形作る。その後、空間部分を構成するサポート材の硬化物を除去することで、三次元造形物を得ることができる。
 サポート材は、特に限定されないものの、熱溶融性するもの、または光硬化性でその硬化物が水溶性であるか、または水膨潤性であるものが好ましい。また、サポート材の硬化物と、モデル材の硬化物とが剥離しやすいことが好ましい。
 熱溶融性するものとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックス、エステルワックス、アミドワックス、PEG20000などのワックス類が挙げられる。光硬化性でその硬化物が水溶性、であるか、または水膨潤性であるものとは、例えば、光重合性官能基(炭素炭素不飽和基など)を有する水溶性化合物(水溶性モノマー)と、光開裂型開始剤と、水と、を主成分とする光硬化樹脂組成物でありうるが、特に限定されない。サポート材には、さらに水溶性高分子が含まれていてもよい。
 サポート材に含まれる水溶性モノマーの例には、水溶性(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレンジアクリレート、ポリオキシプロピレンジアクリレート、アクロロイルモルホリン、ヒドロキシアルキルアクリレート;水溶性のアクリルアミドとして、アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-ヒドロキシエチルアクリルアミドなどが含まれる。また、サポート材に含まれる水溶性高分子の例には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコールなどが含まれる。サポート材に含まれる光開裂型開始剤の例には、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-メチル-1-プロパン-1-オン等が挙げられるが、特に限定されない。
 図1には、インクジェット三次元造形システムの例の概要が示される。図1に示されるインクジェット三次元造形システムは、上下(図面Z方向)に駆動する駆動手段(図示省略)を備え三次元造形物が配置されるステージ11と、左右(図面XY方向)に移動可能にレール(図示省略)上に配置された、モデル材及びサポート材用インクジェットインク組成物を吐出するインクジェット12と、を有する。
 インクジェット12は、モデル材用インクジェットヘッド13と、サポート材用インクジェットヘッド14と、膜厚調整用ローラ15と、光源16とを備える。モデル材用インクジェットヘッド13は、配管13aを介してポンプ13bとインクジェットインク組成物タンク13cに連通する。サポート材用インクジェットヘッド14は、配管14aを介してポンプ14bとインクジェットインク組成物タンク14cに連通する。
 図1に示すように、インクジェット三次元造形システムは、さらに演算制御部2と、CAD(Computer Aided Design)データ等の三次元造形用データを入力するための入力装置4と、CADデータから変換されたSTL(Stereo Lithography)データや、STLデータから得られたスライスデータを出力する出力装置5と、STLデータや仮想三次元造形物等を表示する表示装置6と、三次元造形物を製造するために必要な種々の情報、例えばロット番号と、CADデータ番号、STLデータ番号、インクジェットインク組成物セット番号等を関連付けて記録するための記憶装置3とを有する。
 演算制御部2は、CADデータに基づいてSTLデータを算出するSTL演算手段21と、所望の三次元造形物にあったインクジェットインク組成物セットを選択するよう情報を送るインクジェットインク組成物セット制御手段22と、ステージを駆動させる情報を送るステージ制御手段23と、モデル材用またはサポート材用インクジェットインク組成物を吐出させる情報を送るインクジェット制御手段24と、所望の厚さになるよう層を研磨する情報を送るローラ制御手段25と、吐出されたインクジェットインク組成物を硬化させるために光照射するよう情報を送るUV光源制御手段26と、を備える。
 演算制御部2としては、CPU等の通常のコンピュータシステムで用いられる演算装置等で構成すればよい。入力装置4としては、例えばキーボード、マウス等のポインティングデバイスが挙げられる。出力装置5としては、例えばプリンタ等が挙げられる。表示装置6としては、例えば液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置等が挙げられる。記憶装置3としてはROM、RAM、磁気ディスクなどの記憶装置が使用可能である。
2-2.インクジェット法による三次元造形物の製造フローについて
 図1に示すインクジェット三次元造形システムを用いるインクジェット三次元造形方法について、図2のフロー図を参照しながら詳細に説明する。
 (イ)ステップS101において、例えばCADデータを入力する。そしてステップS102において、CADデータを三次元造形用データとしてのSTLデータに変換する。なお、STLデータから形成される仮想三次元造形物(仮想モデル材)をモニタ上に表示して所望の形状が形成されるか否かを確認し、所望の形状が形成されない場合は、STLデータに修正を加えてもよい。
 (ロ)ステップS103において、図3に示すように仮想三次元造形物を図3のZ方向において複数の薄片状の層に微分割し、「第1の平面データD1、第2の平面データD2、…第Xの平面データDX」を得る。また、各平面データにおいて、モデル材を支持または固定するためのサポート材の配置データも併せて作成する。モデル材のX,Y方向の周囲にサポート材を配置することで、いわゆるオーバーハング部分、例えば「K」の字の第二画目部分等を下方からサポート材で支持するためである。
 (ハ)ステップS105において、仮想三次元造形物のデータや複数の平面データに基づいて、最適な、モデル材用インクジェットインク組成物およびサポート材用インクジェットインク組成物を用意する。
 (ニ)ステップS108において、第1の平面データD1に基づき、駆動手段を作動させてステージとインクジェットの相対的位置合わせを行う。
 (ホ)ステップS110において、図4に示すように、第1の平面データD1に基づいてインクジェットの位置を制御して、ステージ上の適切な位置にモデル材用インクジェットインク組成物およびサポート材用インクジェットインク組成物のいずれか一方を吐出し第1の膜を形成する。各ノズルから吐出される1滴あたりの液滴量は、画像の解像度にもよるが、1pl~70plが好ましく、2~50plがより好ましい。その後、ステップS112において、光照射して第1の膜を硬化させて第1の層を得る。なお、第1の層の厚みが均一であるか否かを確認し、均一でない場合は厚い部分を研磨して、第1の層の厚さを均一にすることが好ましい。なお、硬化後の各層の厚さは、1~25μm程度であることが好ましい。
 (ヘ)ステップS114において、第2の層の形成に先立ってステップS108に戻り、図5に示すように、第1の層の厚さ分だけ、ステージ11の位置を下方(Z方向)に移動させる。その後、第1の層と同様にして、ステップS110、S112により第2の層を第1の層上に形成する。そして、図6、図7に示すように、最終層(第Xの層)が積層されるまで、ステップS108、S110、S112の手順を繰り返して複数の層を積層させる。
 (ト)ステップS116において、サポート材を除去する。例えば、サポート材を水で膨潤させて除去する。この除去工程と併せて、他の除去工程、例えばサポート材に高圧水を噴霧してモデル材からサポート材を除去してもよい。
 以上により、図8に示すような、三次元造形物Mを作製することができる。
 [実施形態の変形例]
 実施形態においては、モデル材用のインクジェットノズルが1つの例を示したが、モデル材用のインクジェットノズル数は1つに制限されない。例えばモデル材用に2つのインクジェットノズルを設け、各ノズルから物性が異なるモデル材を同時に吐出し、モデル材を混合させて複合材料として造形することもできる。
 以下の材料を用いて、モデル材である三次元造形用インクジェットインク組成物を調製した。
 式(1)で表される単官能(メタ)アクリレート
 イソボルニルアクリレート:分子量208.3、粘度10.7mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度94℃
 ジシクロペンタニルアクリレ-ト:分子量204.26、粘度7~17mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度120℃
 n-ラウリルアクリレート:分子量240.38、粘度6mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-30℃
 イソデシルアクリレート:分子量212.33、粘度5mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-60℃
 イソステアリルアクリレート:分子量324.54、粘度18mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-18℃
 式(2)で表される単官能(メタ)アクリレート
 フェノキシエチルアクリレート:分子量192.21、粘度12mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-22℃
 フェノキシエトキシエチルアクリレート:分子量236.26、粘度13mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-25℃
 エトキシエトキシエチルアクリレート:分子量188.22、粘度2.9mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-54℃
 他の単官能(メタ)アクリレート
 テトラフルフリルアクリレート:分子量156.18、粘度2.8mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-12℃
 ベンジルアクリレート:分子量162.19、粘度8mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度6℃
 メトキシエトキシエチルアクリレート:分子量218.25、粘度5mPa・s、ポリマーとしたときのガラス転移温度-50℃
 多官能モノマー
 1,6-ヘキサンジオールジアクリレート:分子量226.27
 1,9-ノナンジオールジアクリレート:分子量268.35
 ジエチレングリコールジビニルエーテル:分子量158.19
 ジエチレングリコールジアリルエーテル:分子量186.25
 ウレタンアクリレート(CN962 サータマー社):分子量12000
 開列型の光開始剤
 Darocure1173:2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン
 TPO:2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド
 水素引き抜き型の光開始剤
 ベンゾフェノン
 DETX:2,4-ジエチルチオキサンテン-9-オン
 剥離促進剤
 シリコン界面活性剤(信越化学社製 TSF-4452)
 [実施例1]モデル材(三次元造形用インクジェットインク組成物)の調製
 単官能(メタ)アクリレートとして、フェノキシエチルアクリレート30g(156.1mmol)と、フェノキシエトキシエチルアクリレート50g(211.6mmol)と、メトキシエトキシエトキシエチルアクリレート20.0g(91.6mmol)と、多官能(二官能)モノマーとして、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート5.0g(22.1mmol)と、光開始剤としてTPO1.0gと、剥離促進剤としてシリコン界面活性剤0.2gとを混合して溶解させ、試料1のモデル材を得た。
 試料1のモデル材に含まれる単官能(メタ)アクリレートの合計モル量は459.3mmolであり、多官能モノマーの合計モル量は22.1mmolである。両者のモル比率(単官能(メタ)アクリレート/多官能モノマー)は95.4/4.6である。
 得られたモデル材の粘度は、JIS Z8803に準じて回転粘度計を用いて測定した。
 試料2~試料24のモデル材を、表1~4に示す成分組成に変更して試料1と同様にして調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 サポート材用光硬化性組成物の調製
 ポリオキシエチレン(n≒9)ジアクリレート40gと、水60gと、光開始剤irgacure2959’(BASF社製)5gと、シリコン界面活性剤(TSF-4452)0.1gとを混合して溶解させサポート材とした。
 三次元造形物の製造
 ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、コニカミノルタIJ社製のインクジェットヘッドKM512MHを用いてサポート材用光硬化性組成物を吐出して、サポート層を形成した。具体的には、1ドットあたりの液滴量を14plとし、720dpi×720dpiで液滴を出射した。着弾した液滴に、高圧水銀灯により光量400ml/cm2の光を照射して、硬化させる操作を繰り返して、10cm×2cm、厚さ1mmのサポート層を形成した。
 形成したサポート層の上に、モデル材用光硬化組成物を用いて、サポート層の作製と同じ方法で10cm×2cm、厚さ1mmのモデル層を形成した。次に、サポート層とモデル層との積層体を水に浸すことで、モデル層をポリエチレンテレフタレートフィルムとサポート層から分離させて、三次元造形物(硬化膜)を得た。
 得られた三次元造形物(硬化膜)のガラス転移温度をDSC(示差走査熱量測定)で測定した。
 硬化物の破断伸び、破断強度の評価
 三次元造形物(硬化膜)の破断伸びおよび破断強度は、三次元造形物に一定荷重をかけて引っ張り(引張速度500mm/min)、破断したときの伸び率(破断伸び)と、破断したときの荷重(破断強度)として求めた。
 光硬化感度の測定
 ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、モデル材用光硬化性組成物を、三次元造形物を得た時と同じインクジェットヘッドを用いて、吐出した。着弾した液滴に、高圧水銀灯で 光量100~800mJ/cm2の光を1回だけ照射した後、触診で、硬化の有無を確認し、◎から△の評価を行った。
 ◎ 200mJ/cm2未満の光量で硬化していた。
 ○ 200~400mJ/cm2未満の光量で硬化していた。
 △ 400~800mJ/cm2の光量で硬化していた。
 インクジェット吐出性評価三次元造形物(硬化膜)に筋が形成されているかどうかを目視で確認した。筋の形成は、インクジェットヘッドからモデル材用組成物が適切に吐出されず、吐出欠などがあったことを示唆する。
 ○:筋がまったく認められない。
 △:筋がわずかに認められる。
 ×:筋が認められる。
 単官能(メタ)アクリレートと多官能モノマーとの比率について、多官能モノマーの割合が大きすぎる試料9は、破断伸び率が低く、ゴム性を十分に有さない。また、単官能(メタ)アクリレートに対する、一般式(1)および(2)で表される化合物の割合が低い試料2や試料18は、破断強度が低い。
 開列型の光開始剤(TPO)と水素引き抜き型の光開始剤(DETX)とを含む試料20~22は、水素引き抜き型の光開始剤が入っていない試料19と比較して、光硬化感度が高まるが、一方で、ゴム特性がやや低下していることがわかる。
 本出願は、2013年10月15日出願の日本国出願である特願2013-214530に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
 本発明のインクジェットインク組成物は、三次元造形物を製造するためのモデル材として用いることができる。
 

Claims (9)

  1.  一般式(1)または(2)で表される化合物を含む単官能(メタ)アクリレートと、分子内に炭素-炭素二重結合を含む重合性基を複数有する多官能モノマーとを含む光硬化型反応性化合物を含有する、三次元造形用インクジェットインク組成物であって、
     前記単官能(メタ)アクリレートの全質量に対する、前記一般式(1)で表される化合物の重量と前記一般式(2)で表される化合物の重量との和の割合が65質量%以上であり、
     前記単官能(メタ)アクリレートと前記多官能モノマーのモル分率が、前記単官能(メタ)アクリレート/前記多官能モノマー=99.9/0.1~92/8となる関係を満たし、かつ
     三次元造形用インクジェットインク組成物の硬化物のガラス転移温度が25℃未満である、三次元造形用インクジェットインク組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)において、
     Rは、HもしくはCHを表し、
     Rは、脂環式炭化水素を有する1価の置換基、または炭素原子数11~22のアルキル基を表わす)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(2)において、
     Rは、HもしくはCHを表し、
     Rは、炭素原子数6~12のアリール基で置換されてもよい炭素原子数2~22のアルキル基、または炭素原子数6~12のアリール基を表し、
     mは、2~4の整数を表し、
     nは、1または2の整数を表す)
  2.  前記一般式(2)で表わされる化合物を、前記単官能(メタ)アクリレートの全質量に対して80質量%以上含有する、請求項1に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
  3.  前記多官能モノマーの炭素-炭素二重結合を含む重合性基が、アクリル基、メタクリル基、ビニルエーテル基、アリルエーテル基から選ばれる官能基である、請求項1に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
  4.  光重合開始剤をさらに含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
  5.  前記光重合開始剤に対する水素引き抜き型開始剤の含有量が、30重量%以下である、請求項4に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
  6.  前記三次元造形用インクジェットインク組成物の全質量に対して0.01質量%~3.0質量%の剥離促進剤をさらに含有する、請求項1に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
  7.  25℃における粘度が150mPa・s以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物を、基材またはサポート材上に吐出する工程と、
     前記三次元造形用インクジェットインク組成物を光硬化させる工程と、
     を含む三次元造形物の製造方法。
  9.  請求項1~7のいずれか1項に記載の三次元造形用インクジェットインク組成物と、サポート材と、を用いて三次元造形物を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
     
     
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