WO2017222025A1 - モデル材用樹脂組成物、および、光造形品の製造方法 - Google Patents

モデル材用樹脂組成物、および、光造形品の製造方法 Download PDF

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meth
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克幸 鬼頭
妥江子 出雲
将勝 大川
健太 本郷
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マクセルホールディングス株式会社
株式会社ミマキエンジニアリング
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    • B29K2033/08Polymers of acrylic acid esters, e.g. PMA, i.e. polymethylacrylate

Definitions

  • the present invention relates to a resin composition for a model material that is used for modeling a model material by an inkjet stereolithography method, and a method for manufacturing an optically modeled product that is modeled using the resin composition for a model material.
  • a modeling method using a photocurable resin composition that is cured by irradiating ultraviolet rays or the like is widely known as a method for creating a three-dimensional modeled object.
  • a cured layer having a predetermined shape is formed by irradiating the photocurable resin composition with ultraviolet rays or the like to cure.
  • a new cured layer is formed by supplying and curing a photocurable resin composition on the cured layer.
  • a three-dimensional model is produced by repeating the above steps.
  • Inkjet stereolithography does not require the installation of a large resin bath and a dark room for storing the photocurable resin composition. Therefore, the modeling apparatus can be reduced in size compared with the conventional method. Inkjet stereolithography is attracting attention as a modeling method realized by a 3D printer that can freely create a three-dimensional model based on CAD (Computer Aided Design) data.
  • Patent Document 2 includes a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer, and at least one of the monofunctional monomer or the polyfunctional monomer has a hydroxyl group or an amino group, and the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer A photocurable resin composition in which the total molar fraction of the hydroxyl group and the amino group in the total amount of 5 to 30% is disclosed.
  • an optically shaped article having flexibility such as rubber, which is shaped using a conventional photocurable resin composition, has a problem of cracking when bent to some extent.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and has a flexibility and a resin composition for a model material for obtaining an optically shaped article that does not crack even when bent, and for the model material It aims at providing the manufacturing method of the optical modeling article modeled using a resin composition.
  • the inventors of the present invention include a predetermined (meth) acrylate monomer as a monofunctional monomer and a polyfunctional oligomer as an oligomer, and the content thereof is within a predetermined range.
  • the present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
  • a resin composition for a model material that is used for modeling a model material by an inkjet optical modeling method, and contains a monofunctional monomer (A) and an oligomer (B) as a photocuring component,
  • the component (A) includes 20 to 90 parts by weight of a (meth) acrylate monomer represented by the following general formula (1) and / or the following general formula (2), and
  • As said (B) component 5 weight part or more polyfunctional oligomer is included
  • the resin composition for model materials which does not contain a polyfunctional monomer (C) as a photocuring component or contains 15 weight part or less with respect to 100 weight part of the whole resin composition.
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • the resin composition for a model material contains 20 to 90 parts by weight of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) as the monofunctional monomer (A).
  • the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and the general formula (2) improves the flexibility of the cured product.
  • the light obtained by photocuring the resin composition for model materials when the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) is less than 20 parts by weight.
  • the shaped product is easily broken when bent.
  • an optical modeling product is formed using the resin composition for a model material and the resin composition for a support material, bleeding occurs at the interface between the resin composition for the model material and the resin composition for the support material.
  • the resin composition for a model material is obtained by photocuring.
  • the surface curability of the optically shaped product is reduced.
  • the viscosity of the resin composition for model materials increases, the surface tack of the said optical modeling article becomes large. As a result, the stereolithographic product cannot maintain the shape.
  • the resin composition for a model material contains 5 parts by weight or more of a polyfunctional oligomer as the oligomer (B).
  • the polyfunctional oligomer is a component that improves the flexibility of the cured product. When the content of the polyfunctional oligomer is less than 5 parts by weight, the flexibility of the optically shaped product is inferior, and surface tack cannot be suppressed.
  • the resin composition for model material does not contain the polyfunctional monomer (C) or contains 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition. Therefore, the optically shaped article can suppress surface tack.
  • the content of the component (C) exceeds 15 parts by weight, the three-dimensional crosslinking increases, so that the stereolithography product loses flexibility. As a result, the stereolithographic product is easily broken when bent. Therefore, when the said (C) component is contained, the content shall be 15 weight part or less.
  • the optically shaped article obtained by photocuring a conventional resin composition for a model material has a large content of monomer components, there has been a problem that surface tack becomes large when increasing flexibility.
  • the resin composition for a model material described in [1] contains the oligomer (B) that is excellent in reactivity and curability, the surface tack of the stereolithographic product can be suppressed.
  • polyfunctional oligomer is at least one selected from a urethane (meth) acrylate oligomer, an epoxy (meth) acrylate oligomer, and a polyester (meth) acrylate oligomer. Resin composition.
  • the stereolithographic product is further cracked even when bent. It becomes difficult.
  • the component (B) has a hydroxyl group or an amino group
  • the stereolithographic product has flexibility and is difficult to break even when bent.
  • the total molar fraction is 5.0% or more, the cohesive force between the components (B) increases, so that when the stereolithographic product is bent, the bending portion where stress acts locally is bent. Cracks are likely to occur.
  • the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) is 25 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition.
  • the resin composition for a model material and the resin composition for a support material When modeling an optically shaped article using, bleeding is less likely to occur at the interface between the resin composition for a model material and the resin composition for a support material.
  • a method for producing an optically shaped article by an inkjet stereolithography method wherein a model material is obtained by photocuring the resin composition for a model material according to any one of [1] to [4].
  • a method for producing an optically shaped article comprising: a step (I) for obtaining a support material by photocuring the resin composition for the support material; and a step (II) for removing the support material.
  • Drawing 1 is a figure showing typically process (I) in a manufacturing method of an optical modeling article concerning this embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing step (II) in the method for manufacturing an optically shaped product according to the present embodiment.
  • (meth) acrylate is a general term for acrylate and methacrylate, and means one or both of acrylate and methacrylate.
  • Resin Composition for Model Material The resin composition for model material according to the present embodiment is used for modeling a model material by an inkjet optical modeling method, and a monofunctional monomer (A) and an oligomer (B And 20 to 90 parts by weight of the following general formula (1) and / or the following general formula (2) as the component (A) with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition ( It contains a (meth) acrylate monomer and contains 5 parts by weight or more of a polyfunctional oligomer as the component (B), and further does not contain a polyfunctional monomer (C) as a photocuring component, or the entire resin composition It contains 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight.
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • the monofunctional monomer (A) is a photocuring component having a property of being cured by energy rays, and is necessarily contained in the model material resin composition.
  • the component (A) contains 20 to 90 parts by weight of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition.
  • the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and the general formula (2) is a component that improves the flexibility of the cured product.
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group.
  • Examples of the (meth) acrylate monomer represented by the general formulas (1) and (2) include cyclic trimethylolpropane formal acrylate, (2-methyl-2-ethyl-1,3-dioxolan-4-yl) methyl, An acrylate etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is (2-methyl-2-ethyl-1,3-dioxolan-4-yl) methyl acrylate from the viewpoint of low molecular weight and maintaining a low viscosity resin model composition. preferable.
  • Examples of the component (A) other than the (meth) acrylate monomer represented by the general formulas (1) and (2) include, for example, a linear or branched alkyl (meth) acrylate having 4 to 30 carbon atoms [for example, Methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, isostearyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, etc.], carbon atom number 6-20 alicyclic ring-containing (meth) acrylates [for example, cyclohexyl (meth) acrylate, 4-t-cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) Acrylate, etc.
  • the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) is 20 to 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition.
  • the light obtained by photocuring the resin composition for model materials when the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) is less than 20 parts by weight.
  • the shaped product is easily broken when bent.
  • an optical modeling product is formed using the resin composition for a model material and the resin composition for a support material, bleeding occurs at the interface between the resin composition for the model material and the resin composition for the support material. It becomes easy.
  • the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) exceeds 90 parts by weight, the resin composition for a model material is obtained by photocuring. The surface curability of the optically shaped product is reduced. Moreover, when the viscosity of the resin composition for model materials increases, the surface tack of the said optical modeling article becomes large. As a result, the stereolithographic product cannot maintain the shape.
  • the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) is preferably 25 parts by weight or more, and preferably 75 parts by weight or less.
  • the said content is the sum total of content of each (meth) acrylate monomer. Determine as
  • the oligomer (B) is a photocuring component having a property of being cured by energy rays and is necessarily contained in the resin composition for model material.
  • the component (B) contains 5 parts by weight or more of a polyfunctional oligomer.
  • the polyfunctional oligomer is one type selected from a urethane (meth) acrylate oligomer, an epoxy (meth) acrylate oligomer, and a polyester (meth) acrylate oligomer from the viewpoint of making it harder to break even if the stereolithographic product is bent.
  • a urethane (meth) acrylate oligomer is more preferable from the viewpoint of wide selection of materials and selection of materials having various characteristics.
  • the content of the polyfunctional oligomer is 5 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition.
  • content of the polyfunctional oligomer is less than 5 parts by weight, the flexibility of the stereolithographic product is inferior and surface tack cannot be suppressed.
  • content of the said polyfunctional oligomer is 30 weight part or less with respect to 100 weight part of the whole resin composition.
  • content of the said polyfunctional oligomer exceeds 30 weight part, the resin composition for model materials may be unable to be maintained at low viscosity.
  • the content of the polyfunctional oligomer is preferably 10 parts by weight or more, and more preferably 20 parts by weight or less.
  • the said content is defined as the sum total of content of each polyfunctional oligomer.
  • the component (B) preferably has a hydroxyl group or an amino group.
  • the hydroxyl group includes not only alcoholic hydroxyl groups but also carboxyl groups.
  • the amino group includes not only a normal amino group but also an amide bond, a urea bond, a urethane bond, and the like.
  • the component (B) preferably has a total molar fraction of the hydroxyl group and amino group in the total amount of the photocuring component of less than 5.0%.
  • the total molar fraction is less than 5.0%, the optically shaped product has flexibility and is difficult to break even when bent.
  • the total molar fraction is 5.0% or more, the cohesive force between the components (B) increases, so that when the stereolithographic product is bent, the bending portion where stress acts locally is bent. Cracks are likely to occur.
  • the total molar fraction is more preferably 4.8% or less. Further, the total molar fraction is preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, from the viewpoint of preventing cracking even when bent.
  • oligomer refers to those having a weight average molecular weight Mw of 1,000 to 10,000. More preferably, the lower limit of the weight average molecular weight Mw is more than 1,000.
  • the weight average molecular weight Mw means a weight average molecular weight in terms of polystyrene measured by GPC (Gel Permeation Chromatography).
  • the polyfunctional monomer (C) is a photocuring component having a property of being cured by energy rays, and may be contained in the resin composition for model material.
  • Examples of the component (C) include linear or branched alkylene glycol di (meth) acrylate or alkylene glycol tri (meth) acrylate having 10 to 25 carbon atoms [for example, tripropylene glycol di (meth) acrylate, 1 , 6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, 3-methyl-1,5-pentanediol di (meth) acrylate, 2- n-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, etc.], alicyclic di (meth) acrylate having 10 to 30 carbon atoms [for example, dimethylol tri Cyclodecanedi (meth) acrylate etc.] It is done.
  • tripropylene glycol di (meth) acrylate or 1,6-hexanediol di ( A meth) acrylate is preferred.
  • the resin composition for a model material can contain other additives as necessary within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • other additives include a photopolymerization initiator, a storage stabilizer, an antioxidant, a colorant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a polymerization inhibitor, a chain transfer agent, and a filler.
  • the photopolymerization initiator is not particularly limited as long as it is a compound that promotes a radical reaction when irradiated with light having a wavelength in the ultraviolet, near ultraviolet or visible light region.
  • the component include benzoin compounds having 14 to 18 carbon atoms (for example, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin propyl ether, benzoin isobutyl ether, etc.), acetophenone compounds having 8 to 18 carbon atoms [for example, Acetophenone, 2,2-diethoxy-2-phenylacetophenone, 2,2-diethoxy-2-phenylacetophenone, 1,1-dichloroacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-phenylpropan-1-one, diethoxyacetophenone 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, etc.], an anthr
  • Ketal compounds having 16 to 17 carbon atoms [for example, acetophenone dimethyl ketal, benzyl dimethyl ketal, etc.], benzophenone compounds having 13 to 21 carbon atoms [for example, benzophenone, 4-benzoyl-4′-methyldiphenyl sulfide, 4 , 4′-bismethylaminobenzophenone, etc.], acylphosphine oxide compounds having 22 to 28 carbon atoms [eg, 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide, bis- 2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethyl pentyl phosphine oxide, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) - phenyl phosphine oxide], mixtures of these compounds.
  • benzophenone compounds having 13 to 21 carbon atoms for example, benzophenone, 4-benzoyl-4′-methyldiphenyl sulfide, 4 , 4′
  • 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide may be used from the viewpoint of light resistance that an optically shaped product obtained by photocuring a resin composition for a model material is hardly yellowed.
  • examples of the available acyl phosphine oxide compound include DAROCURE TPO manufactured by BASF.
  • the content of the photopolymerization initiator is 3 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition.
  • the content of the photopolymerization initiator is less than 3 parts by weight, the unreacted polymerization component increases, and the curability of the optically shaped product may not be sufficient.
  • the content of the photopolymerization initiator exceeds 15 parts by weight, an unreacted photopolymerization initiator may remain and the optically shaped article may turn yellow.
  • the said photoinitiator is contained 2 or more types, the said content is defined as the sum total of content of each photoinitiator.
  • the storage stabilizer can enhance the storage stability of the resin composition. Further, clogging of the head caused by polymerization of the polymerizable compound by thermal energy can be prevented.
  • the content of the storage stabilizer is preferably 0.05 to 3.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition.
  • the storage stabilizer examples include hindered amine compounds (HALS), phenolic antioxidants, phosphorus antioxidants, and the like. Specifically, hydroquinone, methoquinone, benzoquinone, p-methoxyphenol, hydroquinone monomethyl ether, hydroquinone monobutyl ether, TEMPO, 4-hydroxy-TEMPO, TEMPOL, cuperon Al, IRGASTAB UV-10, IRGASTAB UV-22, FIRSTCURE ST- 1 (manufactured by ALBEMARLE), t-butylcatechol, pyrogallol, TINUVIN 111 FDL, TINUVIN 144, TINUVIN 292, TINUVIN XP40, TINUVIN XP60, TINUVIN 400, etc. manufactured by BASF. These may be used alone or in combination of two or more. In addition, when the said storage stabilizer is contained 2 or more types, the said content is defined as the sum total of content of each said storage stabilizer.
  • HALS hinder
  • the resin composition for model materials which concerns on this embodiment is not specifically limited,
  • the said (A) and (B) component, and the said (C) component and other addition as needed The agent can be produced by uniformly mixing using a mixing stirrer or the like.
  • the resin composition for a model material according to this embodiment manufactured in this manner has a viscosity at 25 ° C. of 3 mPa ⁇ s or more and 110 mPa ⁇ s or less from the viewpoint of improving the dischargeability from the inkjet head. It is preferably 100 mPa ⁇ s or less.
  • the measurement of the viscosity of the resin composition for model materials can be performed using R100 type
  • Resin composition for support material In the ink jet stereolithography method, when modeling a stereolithography product having a complicated shape such as a hollow shape, a model obtained by photocuring the resin composition for model material according to the present embodiment
  • the model material and the support material may be combined to form a stereolithography product.
  • the support material is obtained by photocuring the resin composition for the support material. After the model material is created, the support material can be removed by physically peeling or by dissolving it in an organic solvent or water.
  • the support material resin composition contains, for example, a water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer and a polyalkylene glycol containing an oxyethylene group and / or an oxypropylene group.
  • the water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer is a water-soluble polymerizable monomer having one ethylenic double bond in a molecule having a property of being cured by energy rays.
  • water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer examples include a hydroxyl group-containing (meth) acrylate having 5 to 15 carbon atoms [eg, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (Meth) acrylate, etc.], hydroxyl group-containing (meth) acrylate having a Mn of 200 to 1,000 [polyethylene glycol mono (meth) acrylate, monoalkoxy (1 to 4 carbon atoms) polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono ( (Meth) acrylate, monoalkoxy (1 to 4 carbon atoms) polypropylene glycol mono (meth) acrylate, mono (meth) acrylate of PEG-PPG block polymer, etc.], (meth) acrylamide derivatives having 3 to 15 carbon atoms [ (Meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N
  • the content of the water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer improves the curability of the resin composition for the support material and quickly turns the support material obtained by photocuring the resin composition for the support material into water.
  • the amount is preferably 20 parts by weight or more and more preferably 25 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition. Moreover, it is preferable that it is 50 weight part or less, and it is more preferable that it is 45 weight part or less.
  • the said content is defined as the sum total of content of each water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer.
  • the polyalkylene glycol containing an oxyethylene group and / or an oxypropylene group is obtained by adding at least ethylene oxide and / or propylene oxide to an active hydrogen compound.
  • the polyalkylene glycol include polyethylene glycol and polypropylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the active hydrogen compound include monohydric to tetrahydric alcohols and amine compounds. Among these, dihydric alcohol or water is preferable.
  • the content of the polyalkylene glycol is 20 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the entire resin composition from the viewpoint of enhancing the solubility of the support material obtained by photocuring the resin composition for support material in water.
  • it is more preferably 25 parts by weight or more.
  • it is preferable that it is 49 weight part or less, and it is more preferable that it is 45 weight part or less.
  • the said content is defined as the sum total of content of each polyalkylene glycol.
  • the number average molecular weight Mn of the polyalkylene glycol is preferably 100 to 5,000.
  • Mn of the polyalkylene glycol is within the above range, it is compatible with the polyalkylene glycol before photocuring and is not compatible with the polyalkylene glycol after photocuring.
  • the Mn of the polyalkylene glycol is more preferably 200 to 3,000, and further preferably 400 to 2,000.
  • the resin composition for the support material can contain other additives as necessary within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • Other additives include, for example, photocuring agents, water-soluble organic solvents, antioxidants, colorants, pigment dispersants, storage stabilizers, ultraviolet absorbers, light stabilizers, polymerization inhibitors, chain transfer agents, A filler etc. are mentioned.
  • the method for producing the resin composition for support material is not particularly limited. For example, it can be produced by uniformly mixing the water-soluble monofunctional ethylenically unsaturated monomer, the polyalkylene glycol, and, if necessary, other additives using a mixing and stirring device or the like. .
  • the resin composition for a support material thus produced preferably has a viscosity at 25 ° C. of 100 mPa ⁇ s or less from the viewpoint of improving the dischargeability from the inkjet head.
  • the measurement of the viscosity of the resin composition for support materials can be performed using a R100 type
  • Stereolithography product and manufacturing method thereof The stereolithography product is obtained by photocuring the resin composition for a model material according to the present embodiment by an inkjet stereolithography method to obtain a model material, and photocuring the resin composition for a support material.
  • the support material is manufactured through the step (I) and the support material is removed (II).
  • the said process (I) and the said process (II) are not specifically limited, For example, it is performed with the following method.
  • Drawing 1 is a figure showing typically process (I) in a manufacturing method of an optical modeling article concerning this embodiment.
  • the three-dimensional modeling apparatus 1 includes an inkjet head module 2 and a modeling table 3.
  • the ink jet head module 2 includes a model material ink jet head 21 filled with a model material resin composition 4a, a support material ink jet head 22 filled with a support material resin composition 5a, a roller 23, and a light source 24.
  • the ink jet head module 2 includes a model material ink jet head 21 filled with a model material resin composition 4a, a support material ink jet head 22 filled with a support material resin composition 5a, a roller 23, and a light source 24.
  • the inkjet head module 2 is scanned relative to the modeling table 3 in FIG. 1 in the X direction and the Y direction, and the model material resin composition 4a is discharged from the model material inkjet head 21; and By discharging the support material resin composition from the support material ink jet head 22, a resin composition layer composed of the model material resin composition and the support material resin composition 5a is formed. And in order to smooth the upper surface of the said resin composition layer, the roller 23 is used and the excess resin composition for model materials and the resin composition for support materials are removed. Then, these resin compositions are irradiated with light using the light source 24, thereby forming a hardened layer composed of the model material 4 and the support material 5 on the modeling table 3.
  • the modeling table 3 is lowered in the Z direction in FIG. 1 by the thickness of the hardened layer.
  • a hardened layer made of the model material 4 and the support material 5 is further formed on the hardened layer by the same method as described above.
  • a cured product 6 composed of the model material 4 and the support material 5 is produced.
  • Examples of light for curing the resin composition include far infrared rays, infrared rays, visible rays, near ultraviolet rays, and ultraviolet rays.
  • near ultraviolet rays or ultraviolet rays are preferable from the viewpoint of the ease and efficiency of the curing operation.
  • Examples of the light source 24 include a lamp method and an LED method.
  • the LED method is preferable from the viewpoint that the equipment can be downsized and the power consumption is small.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing step (II) in the method for manufacturing an optically shaped product according to the present embodiment.
  • the cured product 6 made of the model material 4 and the support material 5 produced in the step (I) is immersed in the solvent 8 placed in the container 7. Thereby, as shown in FIG. 2, the support material 5 can be dissolved in the solvent 8 and removed.
  • Examples of the solvent 8 for dissolving the support material include ion exchange water, distilled water, tap water, and well water. Among these, ion-exchanged water is preferable from the viewpoint of relatively few impurities and being available at low cost.
  • the stereolithographic product obtained by the above process is obtained by photocuring the resin composition for model materials according to the present embodiment. Therefore, the stereolithographic product has flexibility and does not crack even when bent.
  • Example preparation A silicon rubber sheet (thickness: 3 mm, manufactured by AS ONE) was cut into a 76 mm ⁇ 52 mm rectangle, and then a rectangular frame of 56 mm ⁇ 32 mm was cut out from the central portion of the rectangle to prepare a rectangular frame.
  • the rectangular frame was pressure-bonded onto a 56 mm ⁇ 32 mm glass plate (S9224, manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd.) to produce a mold.
  • 5.5 g of each of the resin compositions for model materials of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 5 was poured into the mold frame, and an ultraviolet irradiation device (metal halide lamp, irradiation light amount: 500 mJ / cm 2 ) was used. Irradiated.
  • the cured product was removed from the mold to prepare samples for evaluation of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 5. The following bendability and surface tack were evaluated using the sample for evaluation.
  • the resin composition for the support material comprises 25 parts by weight of ACMO, 45 parts by weight of PPG-1000, 21.6 parts by weight of MTG, 8 parts by weight of TPO, and 0.1 parts by weight of TEGO-Rad2100. And 0.3 part by weight of H-TEMPO.
  • ACMO acryloyl morpholine
  • ACMO acryloyl morpholine
  • PPG-1000 Polypropylene glycol [Uniol D1000 (molecular weight 1000), manufactured by NOF Corporation]
  • MTG Triethylene glycol monomethyl ether [MTG, manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.]
  • TEGO-Rad2100 Silicon acrylate having a polydimethylsiloxane structure [TEGO-Rad2100, manufactured by Evonik Degussa Japan Co., Ltd.]
  • TPO 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide [DAROCURE TPO, manufactured by BASF]
  • H-TEMPO 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl
  • HYDROXY-TEMPO manufactured by Evonik Degussa Japan Ltd.
  • the resin compositions for model materials of Examples 1 to 14 and the cured products satisfying all of the requirements of the present invention were all good in evaluation of viscosity, bendability, surface tack and bleeding. It was. That is, the cured products of the resin compositions for model materials of Examples 1 to 14 have flexibility and do not crack even when bent.
  • the resin compositions for model materials of Comparative Examples 1 and 2 do not contain the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) or (2) as the monofunctional monomer (A).
  • the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) is less than 20 parts by weight. Therefore, the evaluation samples of Comparative Examples 1 to 3 did not crack immediately after winding, but cracked 30 seconds after winding. In addition, bleeding occurred at the interface between the resin composition for model materials and the resin composition for support materials of Comparative Examples 1 to 3. Furthermore, the sample for evaluation of Comparative Example 3 had a large surface tack.
  • the content of the (meth) acrylate monomer represented by the general formula (1) exceeds 90 parts by weight, and the content of the polyfunctional oligomer is less than 5 parts by weight. It is. Therefore, the sample for evaluation of Comparative Example 5 has a surface tack that is too large to maintain the shape.
  • the resin composition for model materials of the present invention can be photocured to obtain an optically shaped product that has flexibility and does not crack even when bent. Therefore, these resin compositions can be suitably used for the production of an optically shaped product by the ink jet optical modeling method.

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Abstract

本発明は、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れることがない光造形品を得るためのモデル材用樹脂組成物、および、該モデル材用樹脂組成物を用いて造形される光造形品の製造方法を提供する。本発明は、樹脂組成物全体100重量部に対して、単官能モノマー(A)として、20~90重量部の下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを含み、かつ、オリゴマー(B)として、5重量部以上の多官能オリゴマーを含み、さらに、多官能モノマー(C)を含まないか、または、樹脂組成物全体100重量部に対して、多官能モノマー(C)を15重量部以下含有する、モデル材用樹脂組成物に関する。式中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~3の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。

Description

モデル材用樹脂組成物、および、光造形品の製造方法
 本特許出願は、日本国特許出願第2016-123572号(出願日2016年6月22日)について優先権を主張するものであり、ここに参照することによって、それらの全体が本明細書中へ組み込まれるものとする。
 本発明は、インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用されるモデル材用樹脂組成物、および、該モデル材用樹脂組成物を用いて造形される光造形品の製造方法に関する。
 従来、立体造形物を作成する方法として、紫外線等を照射することにより硬化する光硬化性樹脂組成物を用いた造形法が広く知られている。具体的に、このような造形法では、光硬化性樹脂組成物に紫外線等を照射して硬化させることにより、所定の形状を有する硬化層を形成する。その後、該硬化層の上にさらに光硬化性樹脂組成物を供給して硬化させることにより、新たな硬化層を形成する。前記工程を繰り返し行うことにより、立体造形物を作製する。
 前記造形法の中でも、近年、ノズルから光硬化性樹脂組成物を吐出させ、その直後に紫外線等を照射して硬化させることにより、所定の形状を有する硬化層を形成するインクジェット方式による光造形法(以下、インクジェット光造形法という)が報告されている(特許文献1)。インクジェット光造形法は、光硬化性樹脂組成物を貯留する大型の樹脂液槽および暗室の設置が不要である。そのため、従来法に比べて、造形装置を小型化することができる。インクジェット光造形法は、CAD(Computer Aided Design)データに基づいて、自由に立体造形物を作成可能な3Dプリンターによって実現される造形法として、注目されている。
 最近では、インクジェット光造形法を用いて、ゴムのように柔らかい光造形品を作製することが可能な光硬化性樹脂組成物の開発が進められている。例えば、特許文献2には、単官能モノマーおよび多官能モノマーを含み、前記単官能モノマーまたは前記多官能モノマーの少なくとも一方が、ヒドロキシル基またはアミノ基を有し、前記単官能モノマーおよび前記多官能モノマーの総量における前記ヒドロキシル基および前記アミノ基の合計モル分率が5~30%である光硬化性樹脂組成物が開示されている。該光硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、ゴムのような伸びと弾性を有する光造形品を作製することができる。
特開2012-111226号公報 国際公開第2015/049873号
 しかしながら、従来の光硬化性樹脂組成物を用いて造形される、ゴムのような柔軟性を有する光造形品は、ある程度曲げると割れるという問題があった。
 本発明は、前記現状に鑑みてなされたものであり、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れることがない光造形品を得るためのモデル材用樹脂組成物、および、該モデル材用樹脂組成物を用いて造形される光造形品の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、前記課題について種々検討を行ったところ、単官能モノマーとして所定の(メタ)アクリレートモノマーと、オリゴマーとして多官能オリゴマーとを含み、かつ、その含有量を所定の範囲にすることにより、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品が、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れないことを見出した。
 本発明は、前記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、以下の通りである。
 〔1〕インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用され、かつ、光硬化成分として単官能モノマー(A)とオリゴマー(B)とを含有するモデル材用樹脂組成物であって、
 樹脂組成物全体100重量部に対して、
 前記(A)成分として、20~90重量部の下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを含み、かつ、
 前記(B)成分として、5重量部以上の多官能オリゴマーを含み、
 さらに、光硬化成分として多官能モノマー(C)を含まないか、または、樹脂組成物全体100重量部に対して、15重量部以下含有する、モデル材用樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 式中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~3の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
 前記モデル材用樹脂組成物は、単官能モノマー(A)として、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを20~90重量部含有する。前記一般式(1)および前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーは、硬化物の柔軟性を向上させる。前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が20重量部未満であると、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品が、曲げた際に割れやすくなる。また、前記モデル材用樹脂組成物とサポート材用樹脂組成物とを用いて光造形品を造形する際、前記モデル材用樹脂組成物と前記サポート材用樹脂組成物との界面でブリーディングが起こりやすくなる。一方、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が90重量部を超えると、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品の表面硬化性が低下する。また、モデル材用樹脂組成物の粘性が増加することにより、前記光造形品の表面タックが大きくなる。その結果、前記光造形品は、形状を維持できなくなる。
 前記モデル材用樹脂組成物は、オリゴマー(B)として、5重量部以上の多官能オリゴマーを含有する。多官能オリゴマーは、硬化物の柔軟性を向上させる成分である。多官能オリゴマーの含有量が5重量部未満であると、前記光造形品の柔軟性が劣り、かつ、表面タックを抑えられない。
 前記モデル材用樹脂組成物は、多官能モノマー(C)を含まないか、または、樹脂組成物全体100重量部に対して、15重量部以下含有する。そのため、前記光造形品は、表面タックを抑えることができる。しかしながら、前記(C)成分の含有量が15重量部を超えると、三次元的架橋が多くなるため、前記光造形品は柔軟性を失う。その結果、前記光造形品は、曲げた際に割れやすくなる。したがって、前記(C)成分が含有される場合、その含有量は、15重量部以下とする。
 従来のモデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品は、モノマー成分の含有量が多いため、柔軟性を高めようとすると、表面タックが大きくなるという問題があった。しかしながら、前記〔1〕に記載のモデル材用樹脂組成物は、反応性および硬化性に優れるオリゴマー(B)を含有するため、前記光造形品の表面タックを抑えることができる。
 〔2〕前記多官能オリゴマーは、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマー、および、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーから選択される1種以上である、前記〔1〕に記載のモデル材用樹脂組成物。
 前記多官能オリゴマーがウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマー、および、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーから選択される1種以上であると、前記光造形品は、曲げても、より割れにくくなる。
 〔3〕前記(B)成分は、ヒドロキシル基またはアミノ基を有し、
 前記光硬化成分の総量における前記ヒドロキシル基および前記アミノ基の合計モル分率は、5.0%未満である、前記〔1〕または〔2〕に記載のモデル材用樹脂組成物。
 前記合計モル分率が5.0%未満であると、前記光造形品は、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れにくくなる。一方、前記合計モル分率が5.0%以上であると、前記(B)成分同士の凝集力が高くなるため、前記光造形品を曲げた際、局所的に応力が作用する曲げ部分にひび割れが発生しやすくなる。
 〔4〕前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、25重量部以上である、前記〔1〕~〔3〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物。
 前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が25重量部以上であると、前記モデル材用樹脂組成物とサポート材用樹脂組成物とを用いて光造形品を造形する際、前記モデル材用樹脂組成物と前記サポート材用樹脂組成物との界面でブリーディングがより起こりにくくなる。
 〔5〕インクジェット光造形法により光造形品を製造する方法であって、前記〔1〕~〔4〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物を光硬化させてモデル材を得るとともに、サポート材用樹脂組成物を光硬化させてサポート材を得る工程(I)と、前記サポート材を除去する工程(II)と、を有する、光造形品の製造方法。
 前記〔1〕~〔4〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物を用いることにより、曲げても割れにくい光造形品を好適に製造することができる。
 本発明によれば、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れることがない光造形品を得るためのモデル材用樹脂組成物、および、該モデル材用樹脂組成物を用いて造形される光造形品の製造方法を提供することができる。
図1は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(I)を模式的に示す図である。 図2は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(II)を模式的に示す図である。
 以下、本発明の一実施形態(以下、本実施形態ともいう)について詳しく説明する。本発明は、以下の内容に限定されるものではない。なお、本発明において「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよびメタクリレートの総称であり、アクリレートおよびメタクリレートの一方または両方を意味するものである。「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」についても同様である。
 1.モデル材用樹脂組成物
 本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物は、インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用され、かつ、光硬化成分として単官能モノマー(A)とオリゴマー(B)とを含有し、樹脂組成物全体100重量部に対して、前記(A)成分として、20~90重量部の下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを含み、かつ、前記(B)成分として、5重量部以上の多官能オリゴマーを含み、さらに、光硬化成分として多官能モノマー(C)を含まないか、または、樹脂組成物全体100重量部に対して、15重量部以下含有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 式中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~3の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。
 <単官能モノマー(A)>
 単官能モノマー(A)は、エネルギー線により硬化する特性を有する光硬化成分であり、前記モデル材用樹脂組成物に必ず含有される。前記(A)成分は、樹脂組成物全体100重量部に対して、20~90重量部の前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを含む。前記一般式(1)および前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーは、硬化物の柔軟性を向上させる成分である。
 前記一般式(1)および(2)中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~3の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。炭素原子数1~3の直鎖もしくは分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。
 前記一般式(1)および(2)で表わされる(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、分子量が低く、かつ、モデル材用樹脂組成物を低粘度に維持する観点から、(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレートであることが好ましい。
 前記一般式(1)および(2)で表わされる(メタ)アクリレートモノマー以外の前記(A)成分としては、例えば、炭素原子数4~30の直鎖または分岐のアルキル(メタ)アクリレート〔例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート等〕、炭素原子数6~20の脂環含有(メタ)アクリレート〔例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4-t-シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート等〕、炭素原子数5~20の複素環含有(メタ)アクリレート〔例えば、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、アダマンチル(メタ)アクリレート等〕等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
 前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して20~90重量部である。前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が20重量部未満であると、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品が、曲げた際に割れやすくなる。また、前記モデル材用樹脂組成物とサポート材用樹脂組成物とを用いて光造形品を造形する際、前記モデル材用樹脂組成物と前記サポート材用樹脂組成物との界面でブリーディングが起こりやすくなる。一方、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が90重量部を超えると、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品の表面硬化性が低下する。また、モデル材用樹脂組成物の粘性が増加することにより、前記光造形品の表面タックが大きくなる。その結果、前記光造形品は、形状を維持できなくなる。前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量は、25重量部以上であることが好ましく、75重量部以下であることが好ましい。なお、前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーが2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(メタ)アクリレートモノマーの含有量の合計として定める。
 <オリゴマー(B)>
 オリゴマー(B)は、エネルギー線により硬化する特性を有する光硬化成分であり、前記モデル材用樹脂組成物に必ず含有される。前記(B)成分は、5重量部以上の多官能オリゴマーを含む。
 前記多官能オリゴマーは、前記光造形品を曲げても、より割れにくくする観点から、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマー、および、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーから選択される1種以上であることが好ましい。これらの中でも、材料選択の幅が広く、様々な特性を有する材料を選択できる観点から、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーであることがより好ましい。
 前記多官能オリゴマーの含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、5重量部以上である。前記多官能オリゴマーの含有量が5重量部未満であると、前記光造形品の柔軟性が劣り、かつ、表面タックを抑えられない。一方、前記多官能オリゴマーの含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、30重量部以下であることが好ましい。前記多官能オリゴマーの含有量が30重量部を超えると、モデル材用樹脂組成物を低粘度に維持できない場合がある。前記多官能オリゴマーの含有量は、10重量部以上であることが好ましく、20重量部以下であることがより好ましい。なお、前記多官能オリゴマーが2種以上含まれる場合、前記含有量は、各多官能オリゴマーの含有量の合計として定める。
 前記(B)成分は、ヒドロキシル基またはアミノ基を有することが好ましい。なお、ヒドロキシル基とは、アルコール性ヒドロキシル基だけでなく、カルボキシル基等も含まれる。また、アミノ基とは、通常のアミノ基だけでなく、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合等も含まれる。
 前記(B)成分は、前記光硬化成分の総量における前記ヒドロキシル基および前記アミノ基の合計モル分率が5.0%未満であることが好ましい。前記合計モル分率が5.0%未満であると、前記光造形品は、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れにくくなる。一方、前記合計モル分率が5.0%以上であると、前記(B)成分同士の凝集力が高くなるため、前記光造形品を曲げた際、局所的に応力が作用する曲げ部分にひび割れが発生しやすくなる。前記合計モル分率は、4.8%以下であることがより好ましい。また、前記合計モル分率は、曲げても割れにくくする観点から、0.5%以上であることが好ましく、1.0%以上であることがより好ましい。
 なお、本明細書中において「オリゴマー」とは、重量平均分子量Mwが1,000~10,000のものをいう。より好ましくは、重量平均分子量Mwの下限値が1,000を超えるものをいう。重量平均分子量Mwは、GPC(Gel Permeation Chromatography)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。
 <多官能モノマー(C)>
 多官能モノマー(C)は、エネルギー線により硬化する特性を有する光硬化成分であり、前記モデル材用樹脂組成物に含まれていてもよい。
 前記(C)成分としては、例えば、炭素原子数10~25の直鎖または分岐のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートまたはアルキレングリコールトリ(メタ)アクリレート〔例えば、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(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、3-メチル-1,5-ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2-n-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等〕、炭素数10~30の脂環含有ジ(メタ)アクリレート〔例えば、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート等〕等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モデル材用樹脂組成物を低粘度に維持し、かつ、光造形品の硬化性を向上させる観点から、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、または、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートであることが好ましい。
 前記モデル材用樹脂組成物に前記(C)成分が含まれる場合、その含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、15重量部以下である。そのため、前記光造形品は、表面タックを抑えることができる。しかしながら、前記(C)成分の含有量が15重量部を超えると、三次元的架橋が多くなるため、前記光造形品は柔軟性を失う。その結果、前記光造形品は、曲げた際に割れやすくなる。前記(C)成分の含有量は、5重量部以下であることが好ましい。一方、前記(C)成分の含有量は、2重量部以上であることが好ましい。前記(C)成分の含有量が2重量部未満であると、光造形品の表面タックを抑えられない場合がある。なお、前記(C)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(C)成分の含有量の合計として定める。
 モデル材用樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要により、その他の添加剤を含有させることができる。その他の添加剤としては、例えば、光重合開始剤、保存安定化剤、酸化防止剤、着色剤、紫外線吸収剤、光安定剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、充填剤等が挙げられる。
 光重合開始剤は、紫外線、近紫外線または可視光領域の波長の光を照射するとラジカル反応を促進する化合物であれば、特に限定されない。前記成分としては、例えば、炭素原子数14~18のベンゾイン化合物〔例えば、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、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等〕、炭素原子数8~18のアセトフェノン化合物〔例えば、アセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-フェニルプロパン-1-オン、ジエトキシアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン等〕、炭素原子数14~19のアントラキノン化合物〔例えば、2-エチルアントラキノン、2-t-ブチルアントラキノン、2-クロロアントラキノン、2-アミルアントラキノン等〕、炭素原子数13~17のチオキサントン化合物〔例えば、2,4-ジエチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、2-クロロチオキサントン等〕、炭素原子数16~17のケタール化合物〔例えば、アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等〕、炭素原子数13~21のベンゾフェノン化合物〔例えば、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、4,4’-ビスメチルアミノベンゾフェノン等〕、炭素原子数22~28のアシルフォスフィンオキサイド化合物〔例えば、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、ビス-(2、6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド〕、これらの化合物の混合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる光造形品が黄変しにくいという耐光性の観点から、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であることが好ましい。また、入手可能なアシルフォスフィンオキサイド化合物としては、例えば、BASF社製のDAROCURE TPO等が挙げられる。
 前記光重合開始剤の含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、3~15重量部である。前記光重合開始剤の含有量が3重量部未満であると、未反応の重合成分が増加するため、光造形品の硬化性が充分でない場合がある。一方、前記光重合開始剤の含有量が15重量部を超えると、未反応の光重合開始剤が残存し、光造形品が黄変する場合がある。なお、前記光重合開始剤が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各光重合開始剤の含有量の合計として定める。
 保存安定化剤は、樹脂組成物の保存安定性を高めることができる。また、熱エネルギーにより重合性化合物が重合することで生じるヘッド詰まりを防止することができる。これらの効果を得るため、前記保存安定化剤の含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、0.05~3.0重量部であることが好ましい。
 前記保存安定化剤としては、例えば、ヒンダードアミン系化合物(HALS)、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられる。具体的には、ハイドロキノン、メトキノン、ベンゾキノン、p-メトキシフェノール、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ハイドロキノンモノブチルエーテル、TEMPO、4-ヒドロキシ-TEMPO、TEMPOL、クペロンAl、IRGASTAB UV-10、IRGASTAB UV-22、FIRSTCURE ST-1(ALBEMARLE社製)、t-ブチルカテコール、ピロガロール、BASF社製のTINUVIN 111 FDL、TINUVIN 144、TINUVIN 292、TINUVIN XP40、TINUVIN XP60、TINUVIN 400等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、前記保存安定化剤が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各前記保存安定化剤の含有量の合計として定める。
 本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物は、特に限定されるものではないが、例えば、前記(A)および(B)成分、ならびに、必要により、前記(C)成分、および、その他の添加剤を、混合攪拌装置等を用いて均一に混合することにより、製造することができる。
 このようにして製造された本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物は、インクジェットヘッドからの吐出性を良好にする観点から、25℃における粘度が、3mPa・s以上、110mPa・s以下であることが好ましく、100mPa・s以下であることがより好ましい。なお、モデル材用樹脂組成物の粘度の測定は、JIS Z 8803に準拠し、R100型粘度計を用いて行うことができる。
 2.サポート材用樹脂組成物
 インクジェット光造形法において、中空形状などの複雑な形状を有する光造形品を造形する場合には、本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られるモデル材を支えるために、該モデル材とサポート材とを組み合わせて、光造形品を造形してもよい。サポート材は、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られる。モデル材を作成した後は、サポート材を、物理的に剥離することにより、または、有機溶媒もしくは水に溶解させることにより、除去することができる。
 サポート材用樹脂組成物は、例えば、水溶性単官能エチレン性不飽和単量体、ならびに、オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコールを含有する。
 <水溶性単官能エチレン性不飽和単量体>
 水溶性単官能エチレン性不飽和単量体は、エネルギー線により硬化する特性を有する分子内にエチレン性二重結合を1個有する水溶性の重合性モノマーである。水溶性単官能エチレン性不飽和単量体としては、例えば、炭素原子数5~15の水酸基含有(メタ)アクリレート〔例えば、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、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等〕、Mn200~1,000の水酸基含有(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(炭素原子数1~4)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(炭素原子数1~4)ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、PEG-PPGブロックポリマーのモノ(メタ)アクリレート等〕、炭素原子数3~15の(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,N’-ジエチル(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、N-ヒドロキシブチル(メタ)アクリルアミド等〕、(メタ)アクリロイルモルフォリン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
 水溶性単官能エチレン性不飽和単量体の含有量は、サポート材用樹脂組成物の硬化性を向上させ、かつ、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られるサポート材をすばやく水に溶解させる観点から、樹脂組成物全体100重量部に対して、20重量部以上であることが好ましく、25重量部以上であることがより好ましい。また、50重量部以下であることが好ましく、45重量部以下であることがより好ましい。なお、水溶性単官能エチレン性不飽和単量体が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各水溶性単官能エチレン性不飽和単量体の含有量の合計として定める。
 <オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコール>
 オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコールは、活性水素化合物に少なくともエチレンオキサイドおよび/またはプロピレンオキサイドが付加したものである。前記ポリアルキレングリコールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。活性水素化合物としては、1~4価アルコール、アミン化合物等が挙げられる。これらの中でも、2価アルコールまたは水であることが好ましい。
 前記ポリアルキレングリコールの含有量は、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られるサポート材の水への溶解性を高める観点から、樹脂組成物全体100重量部に対して、20重量部以上であることが好ましく、25重量部以上であることがより好ましい。また、49重量部以下であることが好ましく、45重量部以下であることがより好ましい。なお、前記ポリアルキレングリコールが2種以上含まれる場合、前記含有量は、各ポリアルキレングリコールの含有量の合計として定める。
 前記ポリアルキレングリコールの数平均分子量Mnは、100~5,000であることが好ましい。前記ポリアルキレングリコールのMnが前記範囲内であると、光硬化前の前記ポリアルキレングリコールと相溶し、かつ、光硬化後の前記ポリアルキレングリコールと相溶しない。その結果、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られるサポート材の自立性を高め、かつ、該サポート材の水への溶解性を高めることができる。前記ポリアルキレングリコールのMnは、200~3,000であることがより好ましく、400~2,000であることがさらに好ましい。
 サポート材用樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要により、その他の添加剤を含有させることができる。その他の添加剤としては、例えば、光硬化剤、水溶性有機溶剤、酸化防止剤、着色剤、顔料分散剤、保存安定化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、充填剤等が挙げられる。
 前記サポート材用樹脂組成物の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、前記水溶性単官能エチレン性不飽和単量体、前記ポリアルキレングリコール、および、必要により、その他の添加剤を、混合攪拌装置等を用いて均一に混合することにより、製造することができる。
 このようにして製造されたサポート材用樹脂組成物は、インクジェットヘッドからの吐出性を良好にする観点から、25℃における粘度が、100mPa・s以下であることが好ましい。なお、サポート材用樹脂組成物の粘度の測定は、JIS Z 8803に準拠し、R100型粘度計を用いて行うことができる。
 3.光造形品およびその製造方法
 光造形品は、インクジェット光造形法により、本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物を光硬化させてモデル材を得るとともに、サポート材用樹脂組成物を光硬化させてサポート材を得る工程(I)と、前記サポート材を除去する工程(II)とを経て製造される。前記工程(I)および前記工程(II)は、特に限定されないが、例えば、以下の方法により行われる。
 <工程(I)>
 図1は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(I)を模式的に示す図である。図1に示すように、三次元造形装置1は、インクジェットヘッドモジュール2および造形テーブル3を含む。インクジェットヘッドモジュール2は、モデル材用樹脂組成物4aを充填したモデル材用インクジェットヘッド21と、サポート材用樹脂組成物5aを充填したサポート材用インクジェットヘッド22と、ローラー23と、光源24とを有する。
 まず、インクジェットヘッドモジュール2を図1中の造形テーブル3に対して相対的に、X方向およびY方向に走査させるとともに、モデル材用インクジェットヘッド21からモデル材用樹脂組成物4aを吐出させ、かつ、サポート材用インクジェットヘッド22からサポート材用樹脂組成物を吐出させることにより、モデル材用樹脂組成物とサポート材用樹脂組成物5aとからなる樹脂組成物層を形成する。そして、前記樹脂組成物層の上面を平滑にするために、ローラー23を用いて、余分なモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物を除去する。そして、これらの樹脂組成物に、光源24を用いて光を照射することにより、造形テーブル3上に、モデル材4およびサポート材5からなる硬化層を形成する。
 次に、造形テーブル3を、前記硬化層の厚み分だけ、図1中のZ方向に降下させる。その後、上述と同様の方法で、前記硬化層の上にさらにモデル材4およびサポート材5からなる硬化層を形成する。これらの工程を繰返し行うことにより、モデル材4およびサポート材5からなる硬化物6を作製する。
 樹脂組成物を硬化させる光としては、例えば、遠赤外線、赤外線、可視光線、近紫外線、紫外線等が挙げられる。これらの中でも、硬化作業の容易性および効率性の観点から、近紫外線または紫外線であることが好ましい。
 光源24としては、ランプ方式、LED方式等が挙げられる。これらの中でも、設備を小型化することができ、かつ、消費電力が小さいという観点から、LED方式であることが好ましい。
 <工程(II)>
 図2は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(II)を模式的に示す図である。工程(I)で作製したモデル材4およびサポート材5からなる硬化物6は、容器7に入れた溶媒8中に浸漬させる。これにより、図2に示すように、サポート材5を溶媒8に溶解させて、除去することができる。
 サポート材を溶解させる溶媒8としては、例えば、イオン交換水、蒸留水、水道水、井戸水等が挙げられる。これらの中でも、不純物が比較的少なく、かつ、安価に入手できるという観点から、イオン交換水であることが好ましい。
 以上の工程により得られた光造形品は、本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られる。よって、該光造形品は、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れることがない。
 以下、本実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
 (モデル材用樹脂組成物の製造)
 表1に示す配合で、(A)~(C)成分、および、光重合開始剤を、混合攪拌装置を用いて均一に混合し、実施例1~14および比較例1~5のモデル材用樹脂組成物を製造した。そして、これらのモデル材用樹脂組成物を用いて、以下の評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 V#200:環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート(大阪有機化学工業社製)
 MEDOL-10:(2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メチルアクリレート[大阪有機化学工業社製]
 SR420:3,3,5-トリメチルシクロヘキシルアクリレート[サトーマー社製]
 SR217:t-ブチルシクロヘキシルアクリレート[サトーマー社製]
 SR440:イソオクチルアクリレート[サトーマー社製]
 Ebe230:ウレタンアクリレートオリゴマー[Ebe230(エチレン性二重結合/1分子:2個)、Mw=5000、ダイセル・オルネクス社製]
 CN966J75:ウレタンアクリレートオリゴマー[CN966J75(エチレン性二重結合/1分子:2個)、Mw=3000、水素結合成分/1分子:4個(イソボルニルアクリレート(25%)で希釈されたウレタンアクリレート(75%)、アルケマ社製]
 TPGDA:トリプロピレングリコールジアクリレート[SR306(エチレン性二重結合/1分子:2個)、アルケマ社製]
 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[DAROCURE TPO、BASF社製]
 (粘度の測定)
 実施例1~14および比較例1~5のモデル材用樹脂組成物の粘度は、R100型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃、コーン回転数5rpmの条件下で測定した。結果を表2に示す。
 (サンプル作製)
 シリコンゴムシート(厚さ:3mm、アズワン社製)を76mm×52mmの長方形に切り取った後、該長方形の中心部分から、56mm×32mmの長方形をくり抜くことにより、長方形の枠を作製した。該長方形の枠を、56mm×32mmのガラス板(S9224、松浪硝子工業社製)の上に圧着して貼り付けることにより、型を作製した。前記型の枠内に、実施例1~14および比較例1~5のモデル材用樹脂組成物をそれぞれ5.5g流し入れ、紫外線照射装置(メタルハライドランプ、照射光量:500mJ/cm)を用いて照射した。さらに、室温まで充分に冷却した後、硬化物を型から外すことにより、実施例1~14および比較例1~5の評価用サンプルを作製した。前記評価用サンプルを用いて、以下の曲げ性および表面タックの評価を行った。
 (曲げ性の評価)
 実施例1~14および比較例1~5の評価用サンプルを、φ5mmの丸棒に巻きつけた。そして、下記の評価基準により、曲げ性を評価した。なお、比較例5の評価用サンプルは、形状が維持できなかったため、曲げ性の評価を行わなかった。
 ○:巻きつけて30秒以上経過しても、割れが発生しなかった。
 △:巻きつけた直後は割れが発生しないが、巻きつけて30秒後には割れが発生した。
 ×:巻きつけた際に、割れが発生した。
 (表面タックの評価)
 実施例1~14および比較例1~5の評価用サンプルに指を押し付け、下記の基準により、表面タックを評価した。
 ○:タック感が無く、指を押し付けても指紋跡がほとんど残らない。
 △:ややタック感があり、指を押し付けると指紋跡が残る。
 ×:タック感があり、指を押し付けると指の跡が残る。
 (ブリーディングの評価)
 まず、ポリエチレンテレフタレートからなるフィルム(A4300、東洋紡社製、100mm×150mm×厚さ188μm)上に、実施例1~14および比較例1~5のモデル材用樹脂組成物と、下記に示す組成のサポート材用樹脂組成物とを、マイクロピペットを用いて、各0.02mL滴下した。この際、モデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、それぞれの液滴の中心部同士の距離が10mmであり、かつ、それぞれの液滴は独立していた。その後、それぞれの液滴は徐々に濡れ広がり、約10秒後にそれぞれの液滴が結合した。この際、それぞれの液滴の界面の状態を上方から目視により観察し、下記の基準においてブリーディングを評価した。結果を表2に示す。
 ○:モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面が上面視で直線状になり、ブリーディングを起こさなかった。
 △:モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、わずかなにじみが生じた。
 ×:モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、にじみが生じた。
 前記サポート材用樹脂組成物は、25重量部のACMOと、45重量部のPPG-1000と、21.6重量部のMTGと、8重量部のTPOと、0.1重量部のTEGO-Rad2100と、0.3重量部のH-TEMPOとを含有する。
 ACMO:アクリロイルモルフォリン[ACMO(エチレン性二重結合/1分子:1個)、KJケミカルズ社製]
 PPG-1000:ポリプロピレングリコール[ユニオールD1000(分子量1000)、日油社製]
 MTG:トリエチレングリコールモノメチルエーテル[MTG、日本乳化剤社製]
 TEGO-Rad2100:ポリジメチルシロキサン構造を有するシリコンアクリレート[TEGO-Rad2100、エボニック デグサ ジャパン社製]
 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[DAROCURE TPO、BASF社製]
 H-TEMPO:4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル[HYDROXY-TEMPO、エボニック デグサ ジャパン社製]
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表2の結果から分かるように、本発明の要件をすべて満たす実施例1~14のモデル材用樹脂組成物およびその硬化物は、粘度、曲げ性、表面タックおよびブリーディングの評価がすべて良好であった。すなわち、実施例1~14のモデル材用樹脂組成物の硬化物は、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れることがない。
 一方、比較例1および2のモデル材用樹脂組成物は、単官能モノマー(A)として、前記一般式(1)または(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを含まない。また、比較例3のモデル材用樹脂組成物は、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が20重量部未満である。そのため、比較例1~3の評価用サンプルは、巻きつけた直後は割れが発生しないが、巻きつけて30秒後には割れが発生した。また、比較例1~3のモデル材用樹脂組成物とサポート材用樹脂組成物との界面では、ブリーディングが起こった。さらに、比較例3の評価用サンプルは、表面タックが大きかった。
 比較例4のモデル材用樹脂組成物は、多官能モノマー(C)の含有量が15重量部を超える。そのため、比較例4の評価用サンプルは、巻きつけた際に、割れが発生した。
 比較例5のモデル材用樹脂組成物は、前記一般式(1)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量が90重量部を超え、かつ、多官能オリゴマーの含有量が5重量部未満である。そのため、比較例5の評価用サンプルは、表面タックが大きすぎて、形状を維持できなかった。
 本発明のモデル材用樹脂組成物は、光硬化させることにより、柔軟性を有し、かつ、曲げても割れることがない光造形品を得ることができる。よって、これらの樹脂組成物は、インクジェット光造形法による光造形品の製造に好適に用いることができる。
 4a モデル材用樹脂組成物
 5a サポート材用樹脂組成物
 4 モデル材
 5 サポート材

Claims (6)

  1.  インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用され、かつ、光硬化成分として単官能モノマー(A)とオリゴマー(B)とを含有するモデル材用樹脂組成物であって、
     樹脂組成物全体100重量部に対して、
     前記(A)成分として、20~90重量部の下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーを含み、かつ、
     前記(B)成分として、5重量部以上の多官能オリゴマーを含み、
     さらに、光硬化成分として多官能モノマー(C)を含まないか、または、樹脂組成物全体100重量部に対して、15重量部以下含有する、モデル材用樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     (式中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~3の直鎖もしくは分岐のアルキル基を表す。)
  2.  前記多官能オリゴマーは、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマー、および、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーからなる群から選択される1種以上である、請求項1に記載のモデル材用樹脂組成物。
  3.  前記(B)成分は、ヒドロキシル基またはアミノ基を有し、
     前記光硬化成分の総量における前記ヒドロキシル基および前記アミノ基の合計モル分率は、5.0%未満である、請求項1または2に記載のモデル材用樹脂組成物。
  4.  前記一般式(1)および/または前記一般式(2)で表される(メタ)アクリレートモノマーの含有量は、樹脂組成物全体100重量部に対して、25重量部以上である、請求項1~3のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物。
  5.  請求項1~4のいずれか一つに記載の樹脂組成物の硬化物を含むモデル材。
  6.  インクジェット光造形法により光造形品を製造する方法であって、請求項1~4のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物を光硬化させてモデル材を得るとともに、サポート材用樹脂組成物を光硬化させてサポート材を得る工程(I)と、前記サポート材を除去する工程(II)と、を有する、光造形品の製造方法。
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