WO2017159871A1 - 活性エネルギー線硬化型組成物、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造装置 - Google Patents

活性エネルギー線硬化型組成物、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造装置 Download PDF

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bonding ability
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寛 岩田
新美 達也
義浩 法兼
松村 貴志
寛之 内藤
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株式会社リコー
寛 岩田
新美 達也
義浩 法兼
松村 貴志
寛之 内藤
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    • B29K2039/00Use of polymers with unsaturated aliphatic radicals and with a nitrogen or a heterocyclic ring containing nitrogen in a side chain or derivatives thereof as moulding material

Definitions

  • the present invention relates to an active energy ray-curable composition, a method for manufacturing a three-dimensional structure, and a manufacturing apparatus for a three-dimensional structure.
  • AM additive Manufacturing
  • the model portion is layered and simultaneously the support portion is layered for shape support.
  • the method is generally adopted.
  • the support removal method after layered modeling is a method in which the support part is formed with the same material as the model part and removed by post-processing such as cutting or polishing (for example, see Patent Document 1) or a water-soluble curable material.
  • the technique for example, refer patent document 2) which removes a support part by modeling a part and melt
  • An object of the present invention is to provide an active energy ray-curable composition having a sufficient shape support ability and excellent removability when a three-dimensional object is manufactured by an optical modeling technique. It is. Furthermore, it aims at providing the active energy ray hardening-type composition which the hardened
  • the active energy ray-curable composition of the present invention comprises an active energy ray-curable composition comprising a monomer (A) having hydrogen bonding ability and a compound (B) having hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms.
  • An active energy ray-curable composition, wherein the cured product is a solid having a compressive stress of 2 kPa or more at 1% compression and a liquid in a 60 ° C. environment.
  • the present invention it is possible to provide an active energy ray-curable composition whose cured product has sufficient shape support ability and has excellent removability. Furthermore, the cured product can provide an active energy ray-curable composition that can be easily removed by heat.
  • the active energy ray-curable composition in the present invention is suitable as a shape support material (hereinafter also referred to as a support material) in the additive manufacturing method, and has a hydrogen bonding ability and a monomer (A) having hydrogen bonding ability. It is an active energy ray-curable composition containing a compound (B) having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms, and the cured product is a solid having a compressive stress at 1% compression of 2 kPa or more, and 60 ° C. It is a liquid under the environment, and further contains other components as necessary.
  • the active energy ray-curable composition of the present invention has insufficient support performance when the conventional support portion is water-soluble.
  • the modeling apparatus When the modeling apparatus is enlarged to increase the modeling volume, the lack of support performance becomes a major issue. Furthermore, it is based on the knowledge that when the support part is dissolved in water, the water eluted from the support part may have to be treated as industrial waste.
  • the active energy ray-curable composition of the present invention has a problem of modeling accuracy such as warping due to shrinkage of the wax when a conventional wax is used as the support portion. Further, in order to liquefy and discharge the wax, it is based on the knowledge that there is a problem that the apparatus main body such as an ink flow path must be heated in addition to the ink jet head.
  • the support portion is preferably water-insoluble, and the water-soluble cured product has insufficient support performance. It is based on the knowledge of doing.
  • the monomer (A) having hydrogen bonding ability examples include monofunctional monomers and polyfunctional monomers having hydrogen bonding ability.
  • Examples of the monomer having hydrogen bonding ability include monomers having an amide group, amino group, hydroxyl group, tetramethylammonium group, silanol group, epoxy group, sulfo group and the like.
  • Examples of the monomer polymerization reaction include radical polymerization, ionic polymerization, coordination polymerization, and ring-opening polymerization, and radical polymerization is preferred from the viewpoint of controlling the polymerization reaction. Therefore, the monomer (A) having hydrogen bonding ability is preferably an ethylenically unsaturated monomer. Among these, a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having a high hydrogen bonding ability is particularly preferable.
  • Water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer having hydrogen bonding ability include monofunctional vinylamide group-containing monomers [N-vinyl- ⁇ -caprolactam, N-vinylformamide, N-vinylpyrrolidone, etc.]; monofunctional hydroxyl group-containing (meth) acrylate [hydroxy Ethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, etc.]; hydroxyl group-containing (meth) acrylate [polyethylene glycol mono (meth) acrylate, monoalkoxy (C1-4) polyethylene glycol mono ( (Meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, monoalkoxy (C1-4) polypropylene glycol mono (meth) acrylate and mono (meth) acrylate of PEG-PPG block polymer Etc.]; (me
  • acrylate and acrylamide derivatives are preferable from the viewpoint of photoreactivity, and more preferable are hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate and 4-hydroxybutyl acrylate, acrylamide, acryloylmorpholine, N-methylacrylamide, and N-ethyl.
  • Acrylamide, N-propyl acrylamide, N-butyl acrylamide, N, N′-dimethyl acrylamide, N, N′-diethyl acrylamide, N-hydroxyethyl acrylamide, N-hydroxypropyl acrylamide and N-hydroxybutyl acrylamide, and Acryloylmorpholine and N-hydroxyethylacrylamide are preferred from the viewpoint of hypoallergenicity to the human body.
  • Examples of the polyfunctional ethylenically unsaturated monomer having hydrogen bonding ability include a bifunctional monomer and a trifunctional or higher functional monomer.
  • Examples of the bifunctional monomer include tripropylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol hydroxypivalate ester di (Meth) acrylate, hydroxypivalic acid neopentyl glycol ester di (meth) acrylate, 1.3-butanediol di (meth) acrylate, 1.4-butanediol di (meth) acrylate, 1.6-hexanediol di ( (Meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth)
  • Compound (B) having a hydrogen bonding ability and a linear alkyl having 4 or more carbon atoms examples include higher alcohols [1-hexanol, 1-decanol, 1-dodecanol, etc.], hydroxyl groups and 4 or more carbon chains.
  • Surfactant having linear alkyl [glycerol monostearate, glycerol distearate, glycerol tristearate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan dilaurate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, etc.] Alcohol having two or more hydroxyl groups and a linear alkyl having 4 or more carbon chains [diol: 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, etc., triol: 1,2,5-pentanetriol, etc.], Amines having straight chain alkyls with 4 or more carbon chains [ -Hexylamine, 1-octylamine, 1-decanamine, etc.], sulfonic acid having linear alkyl having 4 or more carbon chains [hexyl p-toluenesulfonate, octyl p-toluenesulfonate,
  • the higher alcohol has an advantage that it has a hydrogen bond due to the presence of a hydroxyl group and is easily crystallized due to its simple structure. Moreover, since diol has two hydroxyl groups, it has a stronger hydrogen bonding ability and has an advantage that a cured product is strong.
  • the active energy ray-curable composition of the present invention preferably further contains a photopolymerization initiator (C).
  • a photopolymerization initiator (C) As the photopolymerization initiator (C), any substance that generates radicals upon irradiation with light (particularly, ultraviolet light having a wavelength of 220 nm to 400 nm) can be used.
  • Examples include cyclohexyl phenyl phen
  • the active energy ray-curable composition of the present invention comprises 20% by mass of the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms, based on the total amount of the active energy ray-curable composition. It is preferably contained in an amount of ⁇ 80% by mass, more preferably 40% by mass to 60% by mass. Further, the active energy ray-curable composition of the present invention preferably contains 0.1% by mass to 10% by mass of the photopolymerization initiator (C) with respect to the total amount of the active energy ray-curable composition. More preferably, the content is 0.5% by mass to 6% by mass.
  • Active energy rays used for curing the active energy ray-curable composition of the present invention include polymerizable components in the composition such as electron rays, ⁇ rays, ⁇ rays, ⁇ rays, and X rays in addition to ultraviolet rays.
  • the polymerization reaction can proceed without using a polymerization initiator.
  • ultraviolet irradiation mercury-free is strongly desired from the viewpoint of environmental protection, and replacement with a GaN-based semiconductor ultraviolet light-emitting device is very useful industrially and environmentally.
  • an ultraviolet light emitting diode (UV-LED) and an ultraviolet laser diode (UV-LD) are small, have a long lifetime, high efficiency, and low cost, and are preferable as an ultraviolet light source.
  • the monomer (A) having a hydrogen bond and the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms satisfy the following conditions. ⁇ Conditions> It was obtained when a liquid mixture consisting of 50 parts by mass of the monomer (A), 50 parts by mass of the compound (B) and 5 parts by mass of the photopolymerization initiator (C) was irradiated with ultraviolet rays at 500 mJ / cm 2 by an ultraviolet irradiation device. The cured product becomes a solid having a compressive stress of 2 kPa or more at 1% compression in an environment of 25 ° C.
  • the compound (B) is bonded to the polymer by hydrogen bonding.
  • the bonded compound (B) becomes a solid by arranging the carbon chains in an environment at 25 ° C.
  • the monomer (A) and the compound (B) have a hydrogen bonding ability.
  • the polymer and the compound (B) do not bind sufficiently and are difficult to become a solid after ultraviolet irradiation.
  • the combination of the monomer (A) and the compound (B) bonded by hydrogen bonding can be easily examined.
  • the said conditions investigate the combination of a monomer (A) and a compound (B), and all the active energy ray hardening-type compositions using the monomer (A) and compound (B) which satisfy
  • the physical properties of the active energy ray-curable composition of the present invention are also related to the blending amounts of the monomer (A) and the compound (B).
  • the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is compatible with the monomer (A) having the hydrogen bonding ability and is a non-reactive compound.
  • the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is compatible with the monomer (A) having the hydrogen bonding ability.
  • the compound (B) and the monomer (A) are It means having a mutual affinity and becoming a solution or a mixture.
  • the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is a non-reactive compound. It means not to.
  • the compound (B) having a hydrogen bondability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms When the compound (B) having a hydrogen bondability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is compatible with the monomer (A) having the hydrogen bond ability, it does not form an interface, and is not cured. The desired function is easily obtained. In addition, the discharge property is improved. It is preferable that the compound (B) is non-reactive since it does not chemically react with the photopolymerization initiator and does not inhibit the monomer reaction.
  • the surface tension of the active energy ray-curable composition is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, 20 mN / m to 45 mN / m at 25 ° C. is preferable, and 25 mN / m to 34 mN / m. m is more preferable.
  • the surface tension is 20 mN / m or less, discharge is stable during modeling, and the discharge direction is not bent or does not discharge.
  • the surface tension is 45 mN / m or less, liquid is supplied to the modeling discharge nozzle or the like. Can be completely filled.
  • the surface tension can be measured using, for example, a surface tension meter (automatic contact angle meter DM-701, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
  • the viscosity of the active energy ray-curable composition is preferably 100 mPa ⁇ s or less at 25 ° C., more preferably 3 mPa ⁇ s to 20 mPa ⁇ s at 25 ° C., and particularly preferably 6 mPa ⁇ s to 12 mPa ⁇ s.
  • the viscosity can be measured in a 25 ° C. environment using, for example, a rotational viscometer (VISCOMATE VM-150III, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
  • the active energy ray-curable composition preferably has a viscosity change rate of 20% or less before and after being allowed to stand at 50 ° C. for 2 weeks, more preferably 10% or less.
  • the viscosity change rate is 10% or less, the storage stability is appropriate and the ejection stability is good.
  • the viscosity change rate before and after being allowed to stand at 50 ° C. for 2 weeks can be measured as follows.
  • the active energy ray-curable composition is placed in a polypropylene jar (50 mL), left in a thermostatic bath at 50 ° C. for 2 weeks, then taken out of the thermostatic bath and left to reach room temperature (25 ° C.), Measure the viscosity.
  • the viscosity of the active energy ray-curable composition before entering the thermostatic bath is the pre-storage viscosity
  • the viscosity of the active energy ray-curable composition after removal from the thermostat is the post-storage viscosity
  • the rate of change in viscosity is calculated using the following formula: To do.
  • Viscosity change rate (%) [(viscosity after storage) ⁇ (viscosity before storage)] / (viscosity before storage) ⁇ 100
  • the other components that the active energy ray-curable composition may contain are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose.
  • a polymerization inhibitor an active energy ray-curable composition may be used.
  • examples include dispersible minerals, polymerizable monomers, thermal polymerization initiators, colorants, antioxidants, chain transfer agents, anti-aging agents, crosslinking accelerators, ultraviolet absorbers, plasticizers, preservatives, and dispersants.
  • Polymerization inhibitor-- Polymerization inhibitors include phenol compounds [hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 2,2-methylene-bis- (4-methyl-6-t-butylphenol), 1 , 1,3-tris- (2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl) butane, etc.], sulfur compounds [dilauryl thiodipropionate, etc.], phosphorus compounds [triphenyl phosphite, etc.], amines Compound [phenothiazine etc.] etc. are mentioned.
  • the amount of the polymerization inhibitor used is usually 5% or less based on the total mass of the active energy ray-curable composition, and preferably 0.01% to 3% from the viewpoint of monomer stability and polymerization rate. .
  • the mineral that can be dispersed in the active energy ray-curable composition is not particularly limited, and examples thereof include layered clay minerals.
  • the layered clay mineral include smectites such as montmorillonite, beidellite, hectorite, saponite, nontronite, and stevensite; vermiculite; bentonite; layered sodium silicate such as kanemite, kenyaite, and macanite.
  • Such a layered clay mineral may be produced as a natural mineral or may be produced by a chemical synthesis method.
  • the layered clay mineral may be subjected to organic treatment on the surface.
  • a layered inorganic material such as a layered clay mineral can be treated with an organic cationic compound so that cations between the layers can be ion exchanged with a cationic group such as a quaternary salt.
  • a cationic group such as a quaternary salt.
  • the cations of the layered clay mineral include metal cations such as sodium ions and calcium ions.
  • the layered clay mineral treated with the organic cationic compound is easily swollen and dispersed in the polymer and the polymerizable monomer.
  • Examples of the layered clay mineral treated with the organic cationic compound include Lucentite series (manufactured by Corp Chemical Co.). Specific examples of the Lucentite series (Coop Chemical Co., Ltd.) include Lucentite SPN, Lucentite SAN, Lucentite SEN, and Lucentite STN.
  • the polymerizable monomer is not particularly limited, and examples thereof include (meth) acrylate.
  • (meth) acrylate For example, 2-ethylhexyl (meth) acrylate (EHA), isobornyl (meth) acrylate, 3-methoxybutyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, 2-phenoxyethyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) acrylate, isooctyl (Meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, caprolactone (meth) acrylate, ethoxylated nonylphenol (meth) acrylate, and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
  • Thermal polymerization initiator-- The thermal polymerization initiator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, an azo initiator, a peroxide initiator, a persulfate initiator, or a redox (oxidation reduction) initiator. Etc. However, from the viewpoint of storage stability, a photopolymerization initiator is preferable to a thermothermal polymerization initiator.
  • azo initiator examples include VA-044, VA-46B, V-50, VA-057, VA-061, VA-067, VA-086, 2,2′-azobis (4-methoxy-2). , 4-dimethylvaleronitrile) (VAZO 33), 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (VAZO 50), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) (VAZO 52) ), 2,2′-azobis (isobutyronitrile) (VAZO64), 2,2′-azobis-2-methylbutyronitrile (VAZO 67), 1,1-azobis (1-cyclohexanecarbonitrile) (VAZO) 88) (all available from DuPont Chemical), 2,2′-azobis (2-cyclopropylpropionitrile), , 2'-azobis (methyl isobutyrate - DOO) (V-601) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, available from a
  • peroxide initiator examples include benzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauroyl peroxide, decanoyl peroxide, dicetyl peroxydicarbonate, di (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate (Perkadox 16S). ) (Available from Akzo Nobel), di (2-ethylhexyl) peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate (Lupersol 11) (available from Elf Atochem), t-butylperoxy-2-ethyl Examples include hexanoate (Trigonox 21-C50) (available from Akzo Nobel) and dicumyl peroxide.
  • persulfate initiator examples include potassium persulfate, sodium persulfate, and ammonium persulfate.
  • the redox initiator examples include a combination of the persulfate initiator and a reducing agent such as sodium metabisulfite and sodium bisulfite, a system based on the organic peroxide and a tertiary amine.
  • a reducing agent such as sodium metabisulfite and sodium bisulfite
  • a system based on the organic peroxide and a tertiary amine for example, a system based on benzoyl peroxide and dimethylaniline
  • a system based on an organic hydroperoxide and a transition metal for example, a system based on cumene hydroperoxide and cobalt naphthate
  • colorant examples include pigments and / or dyes.
  • the pigments include organic and inorganic pigments, and examples thereof include the following.
  • organic pigment examples include azo pigments, polycyclic pigments, azine pigments, daylight fluorescent pigments, nitroso pigments, nitro pigments, and natural pigments.
  • examples of the inorganic pigment include metal oxides (iron oxide, chromium oxide, titanium oxide, etc.) and carbon black.
  • antioxidants examples include a phenol compound [monocyclic phenol (2,6-di-t-butyl-p-cresol, etc.), bisphenol [2,2′-methylenebis (4-methyl-6-t-butylphenol). ]], Polycyclic phenol [1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene etc.]], sulfur compound (dilauryl 3) , 3′-thiodipropionate, etc.), phosphorus compounds (triphenyl phosphite, etc.), amine compounds (octylated diphenylamine, etc.) and the like.
  • -Chain transfer agent- Chain transfer agents include hydrocarbons [C6-24 compounds such as aromatic hydrocarbons (toluene, xylene, etc.) and unsaturated aliphatic hydrocarbons (1-butene, 1-nonene, etc.)]; halogenated hydrocarbons ( C1-24 compounds, eg dichloromethane, carbon tetrachloride); alcohols (C1-24 compounds, eg methanol, 1-butanol); thiols (C1-24 compounds, eg ethylthiol, 1-octylthiol); ketones ( C3-24 compounds such as acetone, methyl ethyl ketone); aldehydes (C2-18 compounds such as 2-methyl-2-propylaldehyde, 1-pentylaldehyde); phenols (C6-36 compounds such as phenol, m-, p- and o-cresol); quinones (C6-24 compounds such as hydroquino)
  • the active energy ray-curable composition is a shape-supporting liquid material before solidification, but the active energy ray-curable composition of the present invention solidifies the shape support liquid material. It may be. That is, the active energy ray-curable composition of the present invention includes a polymer (A) having hydrogen bonding ability and a compound (B) having hydrogen bonding ability and linear alkyl having 4 or more carbon atoms, The composition contains an active energy ray-curable composition (solid material for shape support) that is a solid having a compressive stress of 2 kPa or more at 1% compression in an environment of 0 ° C. and a liquid in an environment of 60 ° C.
  • the polymer (A) having a hydrogen bonding ability is a polymer of the monomer (A) having the hydrogen bonding ability.
  • the active energy ray-curable composition is preferably a liquid having a viscosity of 100 mPa ⁇ s or less in a 60 ° C. environment.
  • the active energy ray-curable composition of the present invention is applied as a liquid at the time of modeling, and is solidified to support the modeled body. Warm when removing.
  • the shape-supporting solid material is provided as a solid active energy ray-curable composition (shape-supporting material), heated at the time of modeling and applied (IJ discharge), and then re-solidified to support the modeled body. . After modeling, it can be removed by reheating to make it liquid.
  • the supporting force of the cured material of the shape supporting liquid material (hereinafter also referred to as “solid material for shape supporting”, “support part”, “cured material of support material”)
  • the supporting ability of the solid material for shape support is 1 in a 25 ° C. environment from the viewpoint of the modeling accuracy of the stereolithography product and the solubility of the support part.
  • the compressive stress at the time of% compression must be a solid of 2 kPa or more, preferably 2 kPa to 1,000 kPa, more preferably 2 kPa to 300 kPa.
  • the components of the polymer (A) and the compound (B) constituting the solid material can be adjusted to the above range by selecting their kind and amount used. Universal testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation, AG-I) can be measured by.
  • the supporting force of the solid material for shape support in the present invention is enhanced by the orientation of the linear alkyl.
  • the polymer in which the monomer (A) having hydrogen bonding ability is polymerized and the compound (B) having hydrogen bonding ability and linear alkyl having 4 or more carbon atoms are bonded by hydrogen bonding, and the linear alkyl is oriented. It is thought that it has secured a high level of support.
  • the supporting force of the solid material for shape support in the present invention is derived from the orientation of linear alkyl. Therefore, when the temperature is applied, the orientation of the linear alkyl is broken, so that the solid material for shape support can be liquefied and removed. Since the solid material for shape support is liquid in a 60 ° C. environment, the support portion can be easily removed. For example, it can be removed by immersing in warm water of about 60 ° C. When the support part remains slightly in the model part, it is preferable to apply ultrasonic waves or the like during immersion.
  • the manufacturing method of the three-dimensional molded item of the present invention uses the active energy ray-curable composition of the present invention.
  • the manufacturing method of the three-dimensional structure of the present invention is a method of manufacturing a three-dimensional structure by removing the support part after forming the model part and the support part, and the active energy ray-curable composition of the present invention.
  • a support part is formed using an object, and then the support part is removed. As the removal, it is preferable to liquefy and remove the support portion by heating.
  • a step of forming a liquid film comprising a liquid containing the active energy ray-curable composition of the present invention and a step of curing the liquid film, wherein the step of forming the liquid film is performed by an inkjet method or a dispenser.
  • the apparatus for producing a three-dimensional structure of the present invention uses the active energy ray-curable composition of the present invention, and forms a liquid film while controlling the application position and the application amount of the active energy ray-curable composition.
  • the liquid film forming means is preferably an ink jet method.
  • the active energy ray-curable composition of the present invention produces a three-dimensional structure (hereinafter also referred to as “model part” or “cured material of a model material”) using an aqueous curable material in the method of manufacturing a three-dimensional structure.
  • model part or “cured material of a model material”
  • aqueous curable material in the method of manufacturing a three-dimensional structure.
  • it can use as an active energy ray hardening-type composition for obtaining the hardened
  • a compound (B) having a hydrogen bonding ability and a straight-chain alkyl having 4 or more carbon atoms and a hydrogen bonding ability can be used as an active energy ray-curable composition for obtaining a cured product capable of supporting a modeled article.
  • three-dimensional shape designed by three-dimensional CAD, or three-dimensional surface data or solid data captured by a three-dimensional scanner or digitizer is converted into an STL format and input to an additive manufacturing apparatus.
  • the modeling direction of the three-dimensional shape to be modeled is determined based on the input data.
  • the modeling direction is not particularly limited, but usually the direction in which the Z direction (height direction) is the lowest is selected.
  • the projected area of the three-dimensional shape on the XY, XZ, and YZ planes is obtained.
  • the obtained block shape is cut into slices (slices) in the Z direction with a single layer thickness.
  • the thickness of one layer depends on the material used, but is usually about 20 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the block shape is arranged so as to be in the middle of the Z stage (a table on which a model that descends one layer at a time for each model) is placed.
  • the block shape is arranged on the Z stage, but the block shapes can be stacked.
  • the different heads 1 and 2 are moved in both directions to discharge the model material precursor liquid ⁇ and the active energy ray-curable composition ⁇ to form dots. Furthermore, a liquid film can be produced at a desired position by forming continuous dots. The liquid film is cured by irradiating ultraviolet (UV) light, and the model material film and the support material film can be formed at desired positions.
  • UV ultraviolet
  • the stage (FIG. 1) is lowered by a height of one layer. Again, continuous dots are formed on the model material film and the support material film, and a liquid film is produced at a desired position.
  • the liquid film is cured by irradiating ultraviolet (UV) light to form a model material film and a support material film at desired positions.
  • UV ultraviolet
  • Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 The active energy ray-curable compositions used in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared by uniformly mixing the compounding compositions (parts by mass) shown in Table 1 below.
  • Table 1 the compounding compositions shown in Table 1 below.
  • each active energy ray-curable composition of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was irradiated with 500 mJ / cm 2 of ultraviolet rays using an ultraviolet irradiation device, the obtained cured product was 1% in a 25 ° C. environment. It was confirmed that the compressive stress during compression became a solid of 2 kPa or more.
  • A-1 Acryloylmorpholine (manufactured by KJ Chemicals)
  • A-2 Hydroxyethylacrylamide (manufactured by KJ Chemicals)
  • A-3 Diethylacrylamide (manufactured by KJ Chemicals)
  • B-1 1-Hexanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
  • B-2 1-hexylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
  • B-3 1,5-pentanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
  • the viscosity of the obtained active energy ray-curable composition was measured in a 25 ° C. environment using a rotational viscometer (VISCOMATE VM-150III, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). Further, after obtaining the cured product, the viscosity at 60 ° C. of the liquid when changed to a liquid at 60 ° C. was also measured using a rotational viscometer (VISCOMATE VM-150III, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
  • the cured product (support part) obtained according to the following ⁇ evaluation item> was evaluated.
  • the results are shown in the evaluation items in Table 1 below.
  • ⁇ Evaluation items> 2 g of each active energy ray-curable composition described in Table 1 below was sampled on a 20 mm ⁇ 20 mm ⁇ 5 mm silicon frame, and ultraviolet rays were irradiated at 500 mJ / cm 2 with an ultraviolet irradiation device to obtain a support part that was a cured product. .
  • the support part was evaluated by the following method.
  • Example 1 The evaluation results are described in the evaluation items in Table 1 above.
  • the support portion can be easily removed by changing from solid to liquid in a 60 ° C. environment.
  • the removability of all of Examples 1 to 5 was good.
  • the support portion has sufficient support force, and the conventional support portion has insufficient support force, so that it can sufficiently support even when modeling a large-capacity model portion that is difficult to form.
  • the amount of 1-hexanol was large, and 1-hexanol could not be sufficiently retained by the polymer acryloylmorpholine, and the support portion had insufficient support.
  • Comparative Example 2 the amount of acryloyl morpholine as a polymer was large, and the liquid did not become a desired viscosity in an environment of 60 ° C.
  • Comparative Example 3 steric hindrance occurred due to the presence of two ethyl groups on the nitrogen of diethyl acrylamide, and the hydrogen bond with the hydroxy group of 1-hexanol was hindered, so it was considered that curing was insufficient. .
  • Example 6 Three-dimensional modeling was performed by an inkjet method using the active energy ray-curable composition prepared in Example 2.
  • a hydrogel precursor described in JP-A-2015-136895 was used as a model material.
  • hydrogel precursor-- As an initiator solution, a photopolymerization initiator (Irgacure 184, manufactured by BASF) was dissolved at a ratio of 2 parts by mass with respect to 98 parts by mass of methanol to prepare a solution. Next, while stirring 195 parts by mass of pure water, a synthetic hectorite having a composition of [Mg 5.34 Li 0.66 Si 8 O 20 (OH) 4 ] Na 0.66 as a water-swellable layered clay mineral ( 8 parts by mass of Laponite XLG (manufactured by Rockwood) was added little by little and stirred to prepare a dispersion.
  • a photopolymerization initiator Irgacure 184, manufactured by BASF
  • Example 2 Using the hydrogel precursor for the head 1 shown in FIG. 1 and the active energy ray-curable composition prepared in Example 2 for the head 2, three-dimensional modeling was performed as shown in FIG. In FIG. 3, F is a model part, and G is a support part. As a result, the cubic support part supported the hydrogel which is a cylindrical model part, and formed an interface with the model part, so that the separability and the modeling accuracy at the interface were good.
  • the support was liquefied by allowing the resulting model to stand in a 60 ° C. constant temperature bath for 10 minutes and warming, and a model part could be easily obtained.
  • the support part that remained slightly in the model part was removed by applying ultrasonic waves (ASU-6, manufactured by Azu One Co., Ltd.) for 5 minutes in warm water at 60 ° C.
  • ASU-6 manufactured by Azu One Co., Ltd.
  • the obtained model part was able to be removed without roughening the contact surface with the support part and without leaving the support part.
  • Example 7 the active energy ray-curable composition produced in Example 5 was three-dimensionally shaped by an inkjet method.
  • the model material a model material precursor described in JP 2012-111226 A was used.
  • model material precursor-- In a reaction vessel, 100 parts by mass of 2-hydroxyethyl acrylate caprolactone adduct (trade name “Placcel FA-4D”, manufactured by Daicel Co., Ltd., 4 addition moles), IPDI uretate (trade name “VESTANAT T1890”, Degussa (Japan Co., Ltd.) 64 parts by mass, and 0.03 part by mass of bismuth tri (2-ethylhexanoate) (2-ethylhexanoic acid 50% solution) which is a urethanization catalyst were allowed to react at 80 ° C. for 12 hours. A urethane acrylate was obtained.
  • FIG. 4 H is a model part
  • I is a support part.
  • the cube-shaped support part supported the cylindrical model part and formed an interface with the model part, and the separability and the modeling accuracy at the interface were good.
  • the support was liquefied by allowing the resulting model to stand in a 60 ° C. constant temperature bath for 10 minutes and warming, and a model part could be easily obtained.
  • the support part that remained slightly in the model part was removed by applying ultrasonic waves (ASU-6, manufactured by Azu One Co., Ltd.) for 5 minutes in warm water at 60 ° C.
  • ASU-6 manufactured by Azu One Co., Ltd.
  • the obtained model part was able to be removed without roughening the contact surface with the support part and without leaving the support part.
  • An active energy ray-curable composition comprising a monomer (A) having hydrogen bonding ability and a compound (B) having hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms,
  • the cured product is a solid having a compressive stress at 1% compression of 2 kPa or more, It is an active energy ray-curable composition characterized by being liquid in a 60 ° C. environment.
  • ⁇ 3> The active energy ray-curable composition according to ⁇ 1>, wherein the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is a diol.
  • the monomer (A) having hydrogen bonding ability is a water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer.
  • the water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer is at least one selected from acryloylmorpholine, hydroxyethylacrylamide, and diethylacrylamide.
  • the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is compatible with the monomer (A) having the hydrogen bonding ability and is a non-reactive compound ⁇
  • the active energy ray-curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>.
  • the active energy ray-curable composition is a liquid having a viscosity of 100 mPa ⁇ s or less in an environment of 60 ° C.
  • a photopolymerization initiator (C) is hydroxycyclohexyl phenyl ketone.
  • ⁇ 10> The active energy ray-curable composition according to any one of ⁇ 8> to ⁇ 9>, wherein the content of the photopolymerization initiator (C) is 0.5% by mass to 6% by mass. . ⁇ 11>
  • the content according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 10>, wherein the content of the compound (B) having a hydrogen bonding ability and having a linear alkyl having 4 or more carbon atoms is 20% by mass to 80% by mass. It is an active energy ray hardening-type composition of description.
  • ⁇ 12> A method for producing a three-dimensional structure, wherein the active energy ray-curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 11> is used.
  • ⁇ 13> After forming a model part and a support part, it is a method of manufacturing a three-dimensional molded item by removing a support part, By the manufacturing method of the three-dimensional molded item characterized by forming a support part using the active energy ray hardening-type composition in any one of said ⁇ 1> to ⁇ 11>, and removing the said support part after that. is there.
  • ⁇ 14> The method for producing a three-dimensional structure according to ⁇ 13>, wherein the removal is liquefied and removed by heating the support portion.
  • ⁇ 15> The step of forming a liquid film comprising a liquid containing the active energy ray-curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 11>, and the step of curing the liquid film It is a manufacturing method of the three-dimensional molded item in any one of ⁇ 12> to ⁇ 14>.
  • ⁇ 16> The method for producing a three-dimensional structure according to ⁇ 15>, wherein the step of forming the liquid film is performed by an inkjet method.
  • ⁇ 17> Using the active energy ray-curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 11>, a liquid film is formed while controlling an application position and an application amount of the active energy ray-curable composition. A liquid film forming means; And a means for curing the liquid film.
  • ⁇ 18> The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to ⁇ 17>, wherein the liquid film forming unit is performed by an inkjet method.
  • the active energy ray-curable composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 11>, the method for producing a three-dimensional structure according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 16>, and ⁇ 17> to ⁇ 18> can solve the above-described problems and achieve the object of the present invention.

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Abstract

水素結合能を有するモノマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含む活性エネルギー線硬化型組成物であって、その硬化物が、1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体であり、60℃環境下では液体である活性エネルギー線硬化型組成物である。

Description

活性エネルギー線硬化型組成物、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造装置
 本発明は、活性エネルギー線硬化型組成物、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造装置に関する。
 三次元の立体物を造形する技術として、AM(Additive Manufacturing)と呼ばれる技術が知られている。
 例えば、液状の光硬化性樹脂を吐出して多層化することで三次元の立体物を造形するマテリアルジェッティング方式では、モデル部を積層造形すると同時に、形状支持用にサポート部を同時に積層造形する方法が一般的に採用されている。積層造形後のサポート除去方法としては、サポート部をモデル部と同じ材料で造形し、切削や研磨等の後加工により除去する方法(例えば、特許文献1参照)や水溶性の硬化性材料でサポート部を造形し、水に溶解することでサポート部を除去する技術(例えば、特許文献2参照)が提案されている。他にもワックスをサポート材として用い、ワックスに熱をかけることでインクジェット方式により吐出・造形できるようにして、熱をかけて液化させることでワックスを除去する方法が挙げられる(例えば、特許文献3参照)。ワックスを用いるサポート部は熱をかけることで液化するためにモデル部を傷めずに容易に微細部分のサポート部を除去することが可能であり、優れた点として挙げられる。
特表2003-535712号公報 特開2012-111226号公報 米国特許第8575258公報
 本発明の目的は、光造形技術によって立体造形物を製造する際に、その硬化物が、十分な形状支持能力があり、かつ優れた除去性を有する活性エネルギー線硬化型組成物を提供することである。さらに、その硬化物は熱により容易に除去できる活性エネルギー線硬化型組成物を提供することを目的とする。
 本発明者らは鋭意検討を行った結果、以下の活性エネルギー線硬化型組成物により上記課題が解決されることを見出した。
 即ち、本発明は以下のとおりである。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、水素結合能を有するモノマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含む活性エネルギー線硬化型組成物であって、その硬化物が、1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体であり、60℃環境下では液体であることを特徴とする活性エネルギー線硬化型組成物である。
 本発明によると、その硬化物が、十分な形状支持能力があり、かつ優れた除去性を有する活性エネルギー線硬化型組成物を提供することができる。さらに、その硬化物は熱により容易に除去できる活性エネルギー線硬化型組成物を提供することができる。
本発明の立体造形物の製造方法に用いられる立体造形装置を用いて液膜を形成した概略図である。 図1に示した液膜を積層して立体造形物とした図である。 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物の硬化物をサポート部として用いた一例を示す模式図である。 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物の硬化物をサポート部として用いた他の一例を示す模式図である。
 以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における実施の形態の例を例示するものであって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
[活性エネルギー線硬化型組成物]
 本発明における活性エネルギー線硬化型組成物は、積層造形法における形状支持用材料(以下、サポート材ともいう)として好適であり、水素結合能を有するモノマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含む活性エネルギー線硬化型組成物であって、その硬化物が、1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体であり、60℃環境下では液体であり、更に必要に応じてその他の成分を含む。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、従来のサポート部が水溶性である場合、サポート性能が不足する。造形装置を大型化して造形体積を大きくする場合、サポート性能の不足は大きな課題となる。さらに、サポート部を水に溶解した際、サポート部が溶出した水は産業廃棄物として処理しなければならないことがあるという知見に基づくものである。
 また、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、従来のワックスをサポート部として用いる際、ワックスの収縮により反る等の造形精度の課題が挙げられる。また、ワックスを液化して吐出するために、インクジェットヘッド以外にもインク流路等、装置本体を加熱しなければならないという問題があるという知見に基づくものである。
 さらに、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、従来の本体が水性の硬化材料により形成される場合、サポート部は非水溶性であることが好ましく、水溶性の硬化物ではサポート性能が不足するという知見に基づくものである。
<水素結合能を有するモノマー(A)>
 前記水素結合能を有するモノマー(A)は、水素結合能を有する単官能モノマーおよび多官能モノマーが挙げられる。
 水素結合能を有するモノマーとしては、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基、スルホ基などを有するモノマーが挙げられる。
 モノマーの重合反応としては、ラジカル重合、イオン重合、配位重合、開環重合などが挙げられるが、重合反応の制御の点からラジカル重合が好ましい。そのため水素結合能を有するモノマー(A)はエチレン性不飽和モノマーが好ましい。中でも水素結合能が高い水溶性エチレン性不飽和モノマーが特に好ましい。
<<水素結合能を有する水溶性単官能エチレン性不飽和モノマー>>
 水素結合能を有する水溶性単官能モノマーとしては、単官能ビニルアミド基含有モノマー[N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルピロリドン等];単官能水酸基含有(メタ)アクリレート[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートおよび4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等];水酸基含有(メタ)アクリレート[ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノアルコキシ(C1~4)ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノアルコキシ(C1~4)ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートおよびPEG-PPGブロックポリマーのモノ(メタ)アクリレート等];(メタ)アクリルアミド誘導体[(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピル(メタ)アクリルアミド、N-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N’-ジメチル(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-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミドおよびN-ヒドロキシブチル(メタ)アクリルアミド等]、および(メタ)アクリロイルモルフォリン等が挙げられる。これらは1種単独の使用でも、あるいは2種以上を併用してもよい。これらのうち、光反応性の観点から好ましいのはアクリレートおよびアクリルアミド誘導体、さらに好ましいのはヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレートおよび4-ヒドロキシブチルアクリレート、アクリルアミド、アクリロイルモルフォリン、N-メチルアクリルアミド、N-エチルアクリルアミド、N-プロピルアクリルアミド、N-ブチルアクリルアミド、N,N’-ジメチルアクリルアミド、N,N’-ジエ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、N-ヒドロキシプロピルアクリルアミドおよびN-ヒドロキシブチルアクリルアミドであり、また、人体への皮膚低刺激性の観点から好ましいのはアクリロイルモルフォリン、N-ヒドロキシエチルアクリルアミドである。
<<水素結合能を有する多官能エチレン性不飽和モノマー>>
 前記水素結合能を有する多官能エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、二官能基のモノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。
 前記二官能基のモノマーとしてはトリプロピレングリコールジ(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,テトラエチレングリコールジ(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、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ(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エステルジ(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、1,9-ノナンジオールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(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(TPGDA)、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化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200ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール400ジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
 前記三官能以上のモノマーとしてはトリアリルイソシアネート、トリス(2ーヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
 これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)>
 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)としては、高級アルコール[1-ヘキサノール、1-デカノール、1-ドデカノール等]、水酸基を有し炭素鎖4以上の直鎖アルキルを有する界面活性剤[グリセロールモノステアレート、グリセロールジステアレート、グリセロールトリステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンジラウレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート等]、水酸基を2つ以上有し炭素鎖4以上の直鎖アルキルを有するアルコール[ジオール:1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等、トリオール:1,2,5-ペンタントリオール等]、炭素鎖4以上の直鎖アルキルを有するアミン[1-ヘキシルアミン、1-オクチルアミン、1-デカンアミン等]、炭素鎖4以上の直鎖アルキルを有するスルホン酸[p-トルエンスルホン酸ヘキシル、p-トルエンスルホン酸オクチル、p-ドデシルベンゼンスルホン酸等]が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 高級アルコールは、水酸基があるため水素結合を有し、かつ単純な構造のため結晶化しやすいという利点がある。また、ジオールは水酸基が2つあるためより強固な水素結合能を有し、硬化物が強固であるという利点がある。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、さらに光重合開始剤(C)を含有することが好ましい。
<光重合開始剤(C)>
 光重合開始剤(C)としては、光(特に波長220nm~400nmの紫外線)の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
 例えば、アセトフェノン、2、2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p’-ジクロロベンゾフェノン、p,p-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-オン、1-(4-イソプロピルフェニル)2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、メチルベンゾイルフォーメート、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ-tert-ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、紫外線照射装置の紫外線波長に合わせた光重合開始剤を選択することが好ましい。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)を、活性エネルギー線硬化型組成物全量に対して、20質量%~80質量%含有することが好ましく、40質量%~60質量%含有することがより好ましい。
 また、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、光重合開始剤(C)を、活性エネルギー線硬化型組成物全量に対して、0.1質量%~10質量%含有することが好ましく、0.5質量%~6質量%含有することがより好ましい。
 活性エネルギー線硬化型組成物から硬化物を得るには、紫外線照射装置により、200mJ/cm以上の紫外線露光量を照射して硬化することが好ましい。
<活性エネルギー線>
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させるために用いる活性エネルギー線としては、紫外線の他、電子線、α線、β線、γ線、X線等の、組成物中の重合性成分の重合反応を進める上で必要なエネルギーを付与できるものであればよく、特に限定されない。特に高エネルギーな光源を使用する場合には、重合開始剤を使用しなくても重合反応を進めることができる。また、紫外線照射の場合、環境保護の観点から水銀フリー化が強く望まれており、GaN系半導体紫外発光デバイスへの置き換えは産業的、環境的にも非常に有用である。更に、紫外線発光ダイオード(UV-LED)及び紫外線レーザダイオード(UV-LD)は小型、高寿命、高効率、低コストであり、紫外線光源として好ましい。
 前記水素結合を有するモノマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とが、以下の条件を満たすことが好ましい。
<条件>
 モノマー(A)50質量部、化合物(B)50質量部、及び光重合開始剤(C)5質量部からなる液体混合物を、紫外線照射装置によって紫外線を500mJ/cm照射したとき、得られた硬化物が25℃環境下で1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体となる。
 モノマー(A)が光重合開始剤(C)を含み、紫外線を照射してポリマーとなる際に、化合物(B)は水素結合によりポリマーと結合している。結合した化合物(B)は25℃環境下で炭素鎖が配列することで固体となる。
 モノマー(A)と化合物(B)は水素結合能を有する。水素結合能を有するモノマー(A)や化合物(B)の組み合わせは非常に多い。しかしながら、弱い水素結合能では十分にポリマーと化合物(B)が結合せず紫外線照射後に固体となりにくい。そこで上記の条件を調べることで、水素結合により結合したモノマー(A)と化合物(B)の組み合わせを簡易的に調べることができる。
 尚、上記条件はモノマー(A)と化合物(B)の組み合わせについて調べるものであり、上記の条件を満たすモノマー(A)と化合物(B)を用いた活性エネルギー線硬化型組成物がすべて本発明の活性エネルギー線硬化型組成物となるとは限らず、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物の物性は、モノマー(A)と化合物(B)の配合量にも関係する。
 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、前記水素結合能を有するモノマー(A)と相溶し、かつ非反応性化合物であることが好ましい。
 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、前記水素結合能を有するモノマー(A)と相溶するとは、前記化合物(B)とモノマー(A)が相互に親和性を有し、溶液又は混和物となることをいう。
 また、前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が非反応性化合物であるとは、本発明においては、紫外線を照射しても、化学的な反応をしないことをいう。
 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、前記水素結合能を有するモノマー(A)と相溶する場合、界面を形成することがなく、硬化等の求める機能が得られやすくなる。また吐出性が良くなる。
 前記化合物(B)が、非反応性であると、光重合開始剤で化学的な反応をすることがなく、モノマーの反応を阻害することがないため好ましい。
 前記活性エネルギー線硬化型組成物の表面張力は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、25℃において20mN/m~45mN/mが好ましく、25mN/m~34mN/mがより好ましい。
 前記表面張力が、20mN/m以下であると、造形の際に吐出が安定し、吐出方向が曲がる、吐出しないということがなく、45mN/m以下であると、造形用の吐出ノズル等に液体を充填する際に、完全に充填することができる。
 なお、前記表面張力は、例えば、表面張力計(自動接触角計DM-701、協和界面科学株式会社製)などを用いて測定することができる。
-粘度-
 前記活性エネルギー線硬化型組成物の粘度は、25℃で100mPa・s以下が好ましく、25℃で、3mPa・s~20mPa・sがより好ましく、6mPa・s~12mPa・sが特に好ましい。
 前記粘度が、100mPa・sを超えると、ヘッドを昇温しても吐出しないことがある。
 なお、前記粘度は、例えば、回転粘度計(VISCOMATE VM-150III、東機産業株式会社製)などを用いて25℃の環境下で測定することができる。
-粘度変化率-
 前記活性エネルギー線硬化型組成物は、50℃で2週間放置した前後の粘度変化率が20%以下であることが好ましく、10%以下がより好ましい。
 前記粘度変化率が、10%以下であると、保存安定性が適正であり、吐出安定性が良好となる。
 前記50℃で2週間放置した前後の粘度変化率は、以下のようにして測定することができる。
 前記活性エネルギー線硬化型組成物をポリプロピレン製広口瓶(50mL)に入れて、50℃の恒温槽中に2週間放置した後、恒温槽から取り出して室温(25℃)になるまで放置して、粘度測定を行う。恒温槽に入れる前の活性エネルギー線硬化型組成物の粘度を保存前粘度、恒温槽から取り出した後の活性エネルギー線硬化型組成物の粘度を保存後粘度とし、下記式により粘度変化率を算出する。なお、前記保存前粘度及び前記保存後粘度は、R型粘度計(東機産業株式会社製)を用いて、25℃で測定することができる。
  粘度変化率(%)=[(保存後粘度)-(保存前粘度)]/(保存前粘度)×100
-その他の成分-
 前記活性エネルギー線硬化型組成物が含有してもよいその他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、重合禁止剤、活性エネルギー線硬化型組成物に分散可能な鉱物、重合性モノマー、熱重合開始剤、着色剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
--重合禁止剤--
 重合禁止剤としては、フェノール化合物[ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、2,2-メチレン-ビス-(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、1,1,3-トリス-(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)ブタン等]、硫黄化合物[ジラウリルチオジプロピオネート等]、リン化合物[トリフェニルフォスファイト等]、アミン化合物[フェノチアジン等]等が挙げられる。
 重合禁止剤の使用量は、活性エネルギー線硬化型組成物の合計質量に基づいて、通常5%以下、単量体の安定性および重合速度の観点から好ましくは0.01%~3%である。
--活性エネルギー線硬化型組成物に分散可能な鉱物--
 前記活性エネルギー線硬化型組成物に分散可能な鉱物としては、特に限定はないが、例えば、層状粘土鉱物などが挙げられる。
 前記層状粘土鉱物としては、例えば、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、ノントロナイト、スチーブンサイト等のスメクタイト;バーミキュライト;ベントナイト;カネマイト、ケニアナイト、マカナイト等の層状ケイ酸ナトリウム;などが挙げられる。このような層状粘土鉱物は、天然の鉱物として産するものであってもよいし、化学合成法によって製造されたものであってもよい。
 前記層状粘土鉱物は表面を有機処理してもよい。層状粘土鉱物等の層状無機物は、有機カチオン性化合物により処理されて、層間の陽イオンが4級塩等のカチオン性基とイオン交換され得る。層状粘土鉱物の陽イオンとしては、例えば、ナトリウムイオンやカルシウムイオンなどの金属カチオンなどである。有機カチオン性化合物により処理された層状粘土鉱物は、上記ポリマーや上記重合性モノマーに膨潤、分散しやすくなる。有機カチオン性化合物により処理された層状粘土鉱物としては、例えば、ルーセンタイトシリーズ(コープケミカル社製)などが挙げられる。ルーセンタイトシリーズ(コープケミカル社製)としては、より具体的には、ルーセンタイトSPN、ルーセンタイトSAN、ルーセンタイトSEN、ルーセンタイトSTNなどが挙げられる。
--重合性モノマー--
 前記重合性モノマーとしては、特に限定はないが、(メタ)アクリレートなどが挙げられる。例えば、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート(EHA)、イソボルニル(メタ)アクリレート、3-メトキシブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、2-フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
--熱重合開始剤--
 前記熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス(酸化還元)開始剤などが挙げられる。ただし、保存安定性の点から熱熱重合開始剤より光重合開始剤が好ましい。
 前記アゾ系開始剤としては、例えば、VA-044、VA-46B、V-50、VA-057、VA-061、VA-067、VA-086、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)(VAZO 33)、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩(VAZO 50)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(VAZO 52)、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(VAZO64)、2,2’-アゾビス-2-メチルブチロニトリル(VAZO 67)、1,1-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)(VAZO 88)(いずれもDuPont Chemical社から入手可能)、2,2’-アゾビス(2-シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(メチルイソブチレ-ト)(V-601)(和光純薬工業株式会社より入手可能)などが挙げられる。
 前記過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(Perkadox 16S)(Akzo Nobel社から入手可能)、ジ(2-エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート(Lupersol 11)(Elf Atochem社から入手可能)、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(Trigonox 21-C50)(Akzo Nobel社から入手可能)、過酸化ジクミルなどが挙げられる。
 前記過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。
 前記レドックス(酸化還元)開始剤としては、例えば、前記過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウム及び亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組み合わせ、前記有機過酸化物と第3級アミンに基づく系(例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンに基づく系)、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属に基づく系(例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートに基づく系)などが挙げられる。
--着色剤--
 前記着色剤としては、顔料および/または染料が挙げられる、顔料には有機および無機顔料が含まれ、例えば下記のものを例示することができる。
 前記有機顔料としては、アゾ顔料、多環式顔料、アジン顔料、昼光蛍光顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、天然顔料等が挙げられる。
 前記無機顔料としては、金属酸化物(酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン等)やカーボンブラックなどが挙げられる。
--酸化防止剤--
 前記酸化防止剤としては、例えば、フェノール化合物〔単環フェノール(2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール等)、ビスフェノール[2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)等]、多環フェノール[1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン等]等〕、硫黄化合物(ジラウリル3,3’-チオジプロピオネート等)、リン化合物(トリフェニルホスファイト等)、アミン化合物(オクチル化ジフェニルアミン等)などが挙げられる。
--連鎖移動剤--
 連鎖移動剤としては、炭化水素[C6~24の化合物、例えば芳香族炭化水素(トルエン、キシレン等)および不飽和脂肪族炭化水素(1-ブテン、1-ノネン等)];ハロゲン化炭化水素(C1~24の化合物、例えばジクロロメタン、四塩化炭素);アルコール(C1~24の化合物、例えばメタノール、1-ブタノール);チオール(C1~24の化合物、例えばエチルチオール、1-オクチルチオール);ケトン(C3~24の化合物、例えばアセトン、メチルエチルケトン);アルデヒド(C2~18の化合物、例えば2-メチル-2-プロピルアルデヒド、1-ペンチルアルデヒド);フェノール(C6~36の化合物、例えばフェノール、m-、p-およびo-クレゾール);キノン(C6~24の化合物、例えばヒドロキノン);アミン(C3~24の化合物、例えばジエチルメチルアミン、ジフェニルアミン);およびジスルフィド(C2~24の化合物、例えばジエチルジスルフィド、ジ-1-オクチルジスルフィド)などが挙げられる。
 前記活性エネルギー線硬化型組成物(形状支持用材料)は、固化する前の形状支持用液体材料であるが、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、前記形状支持用液体材料を固化させたものであってもよい。即ち、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、水素結合能を有するポリマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含み、25℃環境下では1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体であり、60℃環境下では液体である活性エネルギー線硬化型組成物(形状支持用固体材料)を含む。前記水素結合能を有するポリマー(A)は、前記水素結合能を有するモノマー(A)のポリマーである。
 なお、前記活性エネルギー線硬化型組成物としては、60℃環境下では粘度が100mPa・s以下の液体であることが好ましい。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、造形時に液体で付与し、これを固化させて造形体をサポートする。除去時は加温する。前記形状支持用固体材料は、固体の活性エネルギー線硬化型組成物(形状支持用材料)として供し、造形時には加温してこれを付与(IJ吐出)後、再固化させて造形体をサポートする。造形後には、再加温で液状にして除去できる。
<活性エネルギー線硬化型組成物(形状支持用材料)の支持力>
 前記形状支持用液体材料の硬化物(以下、「形状支持用固体材料」、「サポート部」、「サポート材の硬化物)ともいう)の支持力とは、形状支持用固体材料がモデル部を支える性能であり、1%圧縮時の圧縮応力で表すことができる。該形状支持用固体材料の支持力は、光造形品の造形精度およびサポート部の溶解性の観点から25℃環境下で1%圧縮時の圧縮応力は2kPa以上の固体であることが必要であり、好ましくは2kPa~1,000kPa、さらに好ましくは2kPa~300kPaである。該形状支持用固体材料の支持力は、形状支持用固体材料を構成する前記ポリマー(A)、化合物(B)の成分について、それらの種類および使用量を選択することにより、上記範囲に調整することができる。なお、1%歪み圧縮応力は万能試験機(株式会社島津製作所製、AG-I)で測定することができる。
 本発明における形状支持用固体材料の支持力は、直鎖アルキルが配向することで高くなる。水素結合能を有するモノマー(A)が重合したポリマーと、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が水素結合により結合し、直鎖アルキルが配向することで高い支持力を担保していると考えられる。
<形状支持用固体材料の除去性>
 前述の通り、本発明における形状支持用固体材料の支持力は直鎖アルキルが配向することに由来する。したがって、温度をかけることで直鎖アルキルの配向が崩れることで、形状支持用固体材料が液化して除去可能となる。形状支持用固体材料は、60℃環境下では液体であることでサポート部が容易に除去可能となる。
 例えば、60℃程度の温水に浸漬することにより除去可能となる。モデル部にわずかにサポート部が残る場合は、浸漬時に超音波等を付与することが好ましい。
<実施形態>
 本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を用いる。
 また、本発明の立体造形物の製造方法は、モデル部とサポート部を形成した後、サポート部を除去することにより立体造形物を製造する方法であって、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を用いてサポート部を形成し、その後、前記サポート部を除去する。
 前記除去としては、前記サポート部を加熱することにより液化して除去することが好ましい。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を含む液体からなる液膜を形成する工程と、前記液膜を硬化する工程とを含み、前記液膜を形成する工程を、インクジェット法またはディスペンサーによって行うことが好ましい。
 本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を用い、前記活性エネルギー線硬化型組成物の塗布位置及び塗布量を制御しながら液膜を形成する液膜形成手段と、前記液膜を硬化する手段と、を有する。
 前記液膜形成手段が、インクジェット方式であることが好ましい。
 本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、立体造形物の製造方法において、水性の硬化材料を用いて立体造形物(以下、「モデル部」、「モデル材の硬化物」ともいう)を製造する際に、造形物を支持可能な硬化物を得るための活性エネルギー線硬化型組成物として用いることができる。また、油系の硬化材料を用いて立体造形物を製造する際にも、水素結合能を有するモノマー(A)と水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)の極性を変更することで、造形物を支持可能な硬化物を得るための活性エネルギー線硬化型組成物として用いることができる。
 以下、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を用いて立体造形する具体的な実施形態について説明する。
 まず、三次元CADで設計された三次元形状あるいは三次元スキャナやディジタイザで取り込んだ三次元形状のサーフェイスデータあるいはソリッドデータを、STLフォーマットに変換して積層造形装置に入力する。
 次に、入力されたデータに基づいて、造形しようとする三次元形状の造形方向を決める。造形方向は特に制約はないが、通常はZ方向(高さ方向)が最も低くなる方向を選ぶ。
 造形方向を確定したら、その三次元形状のX-Y面、X-Z面、Y-Z面への投影面積を求める。得られたブロック形状を一層の厚みでZ方向に輪切り(スライス)にする。一層の厚みは使う材料によるが、通常は20μm~60μm程度である。造形しようとする造形物が1個の場合はこのブロック形状がZステージ(一層造形毎に一層分ずつ下降する造形物をのせるテーブル)の真中に来るように配置される。また、複数個同時に造形する場合はブロック形状がZステージに配置されるが、ブロック形状を積み重ねることも可能である。これらブロック形状化や輪切りデータ(スライスデータ:等高線データ)やZステージへの配置は、使用材料を指定すれば自動的に作成することも可能である。
 次に、造形工程を実施する。異なるヘッド1と2(図1)を双方向に動かして、モデル材前駆液体αと活性エネルギー線硬化型組成物βを吐出し、ドットを形成する。さらに、連続したドットを形成することで、所望の位置に液膜を作製することができる。液膜に紫外線(UV)光を照射することで硬化して、所望の位置にモデル材膜とサポート材膜を形成することができる。
 モデル材膜とサポート材膜を一層形成した後に、ステージ(図1)が一層分の高さだけ下降する。再度、モデル材膜とサポート材膜に連続したドットを形成し所望の位置に液膜を作製する。液膜に紫外(UV)光を照射することで硬化して、所望の位置にモデル材膜とサポート材膜を形成する。これらの積層を繰り返すことで、図2のように立体造形が可能となる。
 このように立体造形した造形物は、熱によりサポート部を除去することが可能で、所望のモデル部を得ることができる。
 以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
<実施例1~5、比較例1~3>
 実施例1~5及び比較例1~3において使用する活性エネルギー線硬化型組成物を、下記表1に示す配合組成(質量部)で均一に混合して作製した。
 実施例1~5、及び比較例1~2の各活性エネルギー線硬化型組成物に、紫外線照射装置によって紫外線を500mJ/cm照射したとき、得られた硬化物が25℃環境下で1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体となったことを確認した。
 比較例3については、下記表1に示すモノマー(A)50質量部、化合物(B)50質量部及び光重合開始剤(C)5質量部からなる液体混合物に、紫外線照射装置によって紫外線を500mJ/cm照射したとき、得られた硬化物は25℃環境下で1%圧縮時の圧縮応力が2kPa未満となった。
 下記表1中の記号が示す内容は以下の通りである。
  A-1:アクリロイルモルフォリン(KJケミカルズ株式会社製)
  A-2:ヒドロキシエチルアクリルアミド(KJケミカルズ株式会社製)
  A-3:ジエチルアクリルアミド(KJケミカルズ株式会社製)
  B-1:1-ヘキサノール(東京化成工業株式会社製)
  B-2:1-ヘキシルアミン(東京化成工業株式会社製)
  B-3:1,5-ペンタンジオール(東京化成工業株式会社製)
  C:1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
        [商品名 イルガキュア184](BASF株式会社製)
  D:フェノチアジン(東京化成工業株式会社製)
 得られた活性エネルギー線硬化型組成物の粘度を、回転粘度計(VISCOMATE VM-150III、東機産業株式会社製)を用いて25℃の環境下で測定した。
 また、硬化物を得た後、60℃において、液体に変化した際の液体の60℃における粘度についても、回転粘度計(VISCOMATE VM-150III、東機産業株式会社製)を用いて測定した。
 下記の<評価項目>に従って得られた硬化物(サポート部)を評価した。結果を下記表1の評価項目に示す。
<評価項目>
 20mm×20mm×5mmのシリコン枠に下記表1記載の各活性エネルギー線硬化型組成物を2g採取し、紫外線照射装置により、紫外線を500mJ/cm照射して硬化物であるサポート部を得た。該サポート部について、下記の方法で評価した。
(1)60℃で固体から液体に変化
 前記サポート部2gを60℃の恒温槽に入れ、固体から液体に変化するか目視して判断した。固体から液体に変化した場合は○、変化しなかった場合は×と表記した。
(2)サポート部の除去性
 20mm×20mm×5mmのシリコンゴムを加工し、中央部を縦方向に貫通する直径5mmの孔を有するものとした。これをガラスプレートの上に孔が上を向くように置き、孔に前記活性エネルギー線硬化型組成物(支持用材料)を流し込んで満たし、紫外線照射装置により、紫外線を500mJ/cm照射して前記サポート材の硬化物(サポート部)を得た。次に、加工したシリコンゴムごとサポート材の硬化物を60℃の温水に入れ、超音波(アズワン株式会社製:ASU-6)を30分間かけることで除去した。30分間後にシリコンゴムを取り出し、サポート部の除去性を下記の基準で評価した。
<評価基準>
  ○:サポート部の除去性良好(孔が完全に貫通)
  △:サポート部の除去性不十分(孔が貫通していない部分あり)
  ×:サポート部の除去性不良(孔が膨潤した硬化物で詰まっている)
(3)サポート部の支持力
 25℃環境下において、万能試験機(株式会社島津製作所製、AG-I)、ロードセル1kN、1kN用圧縮ジグを設け、20mm×20mm×5mmの形状に造形した2gのサポート材の硬化物(サポート部)を設置し、ロードセルに掛かる圧縮に対する応力をコンピュータに記録して、変位量に対する応力をプロットした。1%圧縮時の応力からサポート力を下記の基準で評価した。
<評価基準>
  ◎:10kPa以上(サポート部の支持力が十分にある)
  ○:2kPa以上10kPa未満(サポート部の支持力がある)
  ×:2kPa未満(サポート部の支持力が不十分である)
 各評価項目(1)~(3)についての評価結果を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
<評価結果>
 評価結果は前記表1の評価項目に記載している。ここで、実施例1~5は60℃環境下において固体から液体に変化して容易にサポート部を除去できる。また、除去性は実施例1~5は全て良好であった。さらに実施例2~5ではサポート部の支持力が十分にあり、従来のサポート部では支持力が不足して造形が難しい大容量のモデル部を造形する際にも十分に支持できる結果となった。
 比較例1では1-ヘキサノール量が多く、1-ヘキサノールをポリマーであるアクリロイルモルフォリンが十分に保持できず、サポート部の支持力が不十分であった。比較例2では、ポリマーであるアクリロイルモルフォリン量が多く、60℃環境下において所望の粘度の液体にならなかった。比較例3では、ジエチルアクリルアミドの窒素上に2つエチル基がついていることで立体障害が生じ、1-ヘキサノールのヒドロキシ基との水素結合が阻害されるために硬化が不十分であったと考えられる。
<実施例6>
 次に実施例2で作製した活性エネルギー線硬化型組成物を用いてインクジェット方式で立体造形を行った。
 モデル材は特開2015-136895号公報に記載のハイドロゲル前駆体を使用した。
--ハイドロゲル前駆体の調製--
 開始剤液として、メタノール98質量部に対して光重合開始剤(イルガキュア184、BASF社製)を2質量部の割合で溶解させ、溶液として準備した。
 次に、純水195質量部を攪拌させながら、水膨潤性層状粘土鉱物として[Mg5.34Li0.66Si20(OH)]Na0.66の組成を有する合成ヘクトライト(ラポナイトXLG、RockWood社製)8質量部を少しずつ添加し、攪拌して分散液を作製した。得られた分散液に、重合性モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したN,N-ジメチルアクリルアミド(和光純薬工業株式会社製)を20質量部添加した。更に、界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)を0.2質量部添加して混合した。
 次に、氷浴で冷却しながら、前記開始剤液を0.5質量部添加し、攪拌混合の後減圧脱気を10分間実施した。続いて、ろ過を行い不純物等を除去し、均質なハイドロゲル前駆体を得た。
 図1に記載したヘッド1にハイドロゲル前駆体、ヘッド2に実施例2で作製した活性エネルギー線硬化型組成物を用いて前記実施形態と同様に図3のように立体造形を行った。図3中、Fは、モデル部であり、Gはサポート部である。その結果、立方体形状のサポート部は円柱状のモデル部であるハイドロゲルを支持し、かつモデル部と界面を形成し、分離性や界面での造形精度が良好であった。得られた造形物を60℃の恒温槽内に10分間静置して温めることでサポート部が液化して、容易にモデル部を得ることができた。モデル部にわずかに残ったサポート部は60℃の温水中で超音波(アズワン株式会社製:ASU-6)を5分間かけることで除去した。得られたモデル部はサポート部との接触面が荒れず、かつサポート部が残ることなく除去できた。
<実施例7>
 次に実施例5で作製した活性エネルギー線硬化型組成物をインクジェット方式で立体造形を行った。
 モデル材は特開2012-111226号公報に記載のモデル材前駆体を使用した。
--モデル材前駆体の調製--
 反応容器に、2-ヒドロキシエチルアクリレートのカプロラクトン付加物(商品名「プラクセルFA-4D」、株式会社ダイセル製、付加モル数4)100質量部、IPDIのヌレート化物(商品名「VESTANAT T1890」、デグサジャパン株式会社製)64質量部、およびウレタン化触媒であるビスマストリ(2-エチルヘキサノエート)(2-エチルヘキサン酸50%溶液)0.03質量部を仕込み、80℃で12時間反応させ、ウレタンアクリレートを得た。
 前記ウレタンアクリレートを20質量部、イソボルニルアクリレート(共栄社化学株式会社製)を70質量部、ジシクロペンタンジメチロールジアクリレート(共栄社化学株式会社製)を10質量部、1,3,5-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド(BASF株式会社製)を5質量部、及びカーボンブラック(商品名「MHIブラック#220」、御国色素株式会社製)0.05質量部をビーカーに入れて均一に混合し、モデル材前駆体を得た。
 図1に記載したヘッド1に前記モデル材前駆体、ヘッド2に実施例5で作製した活性エネルギー線硬化型組成物を用いて前記実施形態と同様に図4のように立体造形を行った。図4中、Hは、モデル部であり、Iはサポート部である。その結果、立方体形状のサポート部は円柱状のモデル部を支持し、かつモデル部と界面を形成し、分離性や界面での造形精度が良好であった。得られた造形物を60℃の恒温槽内に10分間静置して温めることでサポート部が液化して、容易にモデル部を得ることができた。モデル部にわずかに残ったサポート部は60℃の温水中で超音波(アズワン株式会社製:ASU-6)を5分間かけることで除去した。得られたモデル部はサポート部との接触面が荒れず、かつサポート部が残ることなく除去できた。
 本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
 <1> 水素結合能を有するモノマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含む活性エネルギー線硬化型組成物であって、
 その硬化物が、1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体であり、
 60℃環境下では液体であることを特徴とする活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <2> 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、高級アルコールである前記<1>に記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <3> 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、ジオールである前記<1>に記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <4> 前記水素結合能を有するモノマー(A)が、水溶性単官能エチレン性不飽和モノマーである前記<1>から<3>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <5> 前記水溶性単官能エチレン性不飽和モノマーが、アクリロイルモルフォリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、及びジエチルアクリルアミドから選択される少なくとも1種である前記<1>から<4>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <6> 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、前記水素結合能を有するモノマー(A)と相溶し、かつ非反応性化合物である前記<1>から<5>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <7> 水素結合能を有するポリマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含み、
 25℃環境下での1%圧縮時の圧縮応力が、2kPa以上の固体であり、
 60℃環境下での粘度が、100mPa・s以下の液体であることを特徴とする活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <8> 光重合開始剤(C)をさらに含む前記<1>から<7>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <9> 前記光重合開始剤(C)が、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンである前記<8>に記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <10> 前記光重合開始剤(C)の含有量が、0.5質量%~6質量%である前記<8>から<9>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <11> 前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)の含有量が、20質量%~80質量%である前記<1>から<10>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物である。
 <12> 前記<1>から<11>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用いることを特徴とする立体造形物の製造方法である。
 <13> モデル部とサポート部を形成した後、サポート部を除去することにより立体造形物を製造する方法であって、
 前記<1>から<11>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用いてサポート部を形成し、その後、前記サポート部を除去することを特徴とする立体造形物の製造方法である。
 <14> 前記除去が、前記サポート部を加熱することにより液化して除去する前記<13>に記載の立体造形物の製造方法である。
 <15> 前記<1>から<11>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を含む液体からなる液膜を形成する工程と、前記液膜を硬化する工程と、をさらに含む前記<12>から<14>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
 <16> 前記液膜を形成する工程が、インクジェット方式により行われる前記<15>に記載の立体造形物の製造方法である。
 <17> 前記<1>から<11>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用い、前記活性エネルギー線硬化型組成物の塗布位置及び塗布量を制御しながら液膜を形成する液膜形成手段と、
 前記液膜を硬化する手段と、を有することを特徴とする立体造形物の製造装置である。
 <18> 前記液膜形成手段が、インクジェット方式により行われる前記<17>に記載の立体造形物の製造装置である。
 前記<1>から<11>のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物、前記<12>から<16>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、及び前記<17>から<18>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。

 

Claims (10)

  1.  水素結合能を有するモノマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含む活性エネルギー線硬化型組成物であって、
     その硬化物が、1%圧縮時の圧縮応力が2kPa以上の固体であり、
     60℃環境下では液体であることを特徴とする活性エネルギー線硬化型組成物。
  2.  前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、高級アルコールである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
  3.  前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、ジオールである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
  4.  前記水素結合能を有するモノマー(A)が、水溶性単官能エチレン性不飽和モノマーである請求項1から3のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
  5.  前記水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)が、前記水素結合能を有するモノマー(A)と相溶し、かつ非反応性化合物である請求項1から4のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
  6.  水素結合能を有するポリマー(A)と、水素結合能を有し炭素数4以上の直鎖アルキルを有する化合物(B)とを含み、
     25℃環境下での1%圧縮時の圧縮応力が、2kPa以上の固体であり、
     60℃環境下での粘度が、100mPa・s以下の液体であることを特徴とする活性エネルギー線硬化型組成物。
  7.  請求項1から6のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用いることを特徴とする立体造形物の製造方法。
  8.  モデル部とサポート部を形成した後、サポート部を除去することにより立体造形物を製造する方法であって、
     請求項1から6のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用いてサポート部を形成し、その後、前記サポート部を除去することを特徴とする立体造形物の製造方法。
  9.  前記除去が、前記サポート部を加熱することにより液化して除去する請求項8に記載の立体造形物の製造方法。
  10.  請求項1から6のいずれかに記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用い、前記活性エネルギー線硬化型組成物の塗布位置及び塗布量を制御しながら液膜を形成する液膜形成手段と、
     前記液膜を硬化する手段と、を有することを特徴とする立体造形物の製造装置。

     
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