WO2019124232A1 - 光硬化性樹脂組成物 - Google Patents

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WO2019124232A1
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photocurable resin
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涼 小川
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キヤノン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a photocurable resin composition and a cured product obtained by photocuring the same and a three-dimensional object comprising the cured product.
  • the liquid surface of the photocurable resin composition contained in the container is selectively irradiated with a light such as an ultraviolet laser so as to draw a cross-sectional pattern of the three-dimensional object to be produced.
  • a cured resin layer having a cross-sectional pattern is formed.
  • an appropriate amount of the photocurable resin composition is supplied onto the cured resin layer, and light is irradiated on the liquid surface so as to draw the following cross-sectional pattern, and the cured resin layer formed in advance.
  • a new cured resin layer is integrally laminated.
  • a desired three-dimensional object can be obtained by repeating the above steps a predetermined number of times. This optical three-dimensional shaping method can be obtained easily and in a short time even if the shape of the target three-dimensional figure is complicated.
  • Patent Document 2 discloses a diacrylate derivative of polycarbonate diol as a photocurable resin composition having a low viscosity.
  • the cured product of the diacrylate derivative of polycarbonate diol has extremely high flexibility and good impact resistance, and the low impact resistance of the cured product, which is a problem of the photocurable resin composition, is also improved.
  • the photocurable resin composition of the present invention is a photocurable resin composition characterized by containing a compound represented by Formula (1) and a compound containing two or more epoxy groups.
  • the present invention is made to solve the above-mentioned problems, and the object is obtained by photocuring a photocurable resin composition that can be suitably used for optical stereolithography, and the photocurable resin composition. It is providing the three-dimensional molded object which consists of hardened
  • the photocurable resin composition of the present invention is A compound represented by the following formula (1), [M is an integer of 2 to 50.
  • R 1 is H or CH 3 , and R 1 may be the same or different.
  • the plurality of R 2 s are saturated hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms in the main chain, which may be the same or different.
  • the saturated hydrocarbon group may have a side chain.
  • the cured product of the present invention has a structure represented by the following formula (1 ′), [M is an integer of 2 to 50.
  • R 1 is H or CH 3 , and R 1 may be the same or different.
  • the plurality of R 2 s are saturated hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms in the main chain, which may be the same or different.
  • the saturated hydrocarbon group may have a side chain.
  • a photocurable resin composition with low viscosity that can be suitably used for optical stereolithography, and a cured product having excellent impact resistance and sufficient hardness obtained by photocuring it And a three-dimensional object comprising the cured product.
  • the compound represented by Formula (1) which comprises the photocurable resin composition of this invention contains a (meth) acryl group in the both ends of a polycarbonate site
  • R 1 is H or CH 3 , and R 1 may be the same or different.
  • the plurality of R 2 s are saturated hydrocarbon groups having 2 to 8 carbon atoms in the main chain, which may be the same or different.
  • the saturated hydrocarbon group may have a side chain.
  • the saturated hydrocarbon group as R 2 in the formula (1) may be a linear saturated hydrocarbon group or a cyclic saturated hydrocarbon group.
  • the saturated hydrocarbon group is a cyclic saturated hydrocarbon group
  • one having a larger number of carbon atoms in the cyclic portion is a main chain.
  • R 2 is cyclopentane-1,3-yl
  • the carbon number of the main chain is three.
  • the saturated hydrocarbon group may have a side chain.
  • the cured product obtained by polymerizing the compound represented by the above formula (1) has a high ability to absorb impact when deformed, and the cured product of the present invention exhibits high toughness and can be suitably used for a three-dimensional object.
  • the viscosity in liquid form of the photocurable resin composition becomes too high, it takes time to supply the photocurable resin composition for one layer on the cured resin layer, so that the optical three-dimensional structure can be obtained.
  • the compound represented by the above-mentioned formula (1) has a number average molecular weight of 300 or more and 50,000 or less in order to maintain an appropriate viscosity for using the photocurable resin composition of the present invention for optical stereolithography.
  • the number average molecular weight is preferably 300 or more and 10000 or less.
  • the number average molecular weight of the compound represented by the formula (1) is more preferably 300 or more and 3,500 or less.
  • R 2 is preferably a saturated hydrocarbon group so as to suppress crystallization. This is because when R 2 is an unsaturated hydrocarbon group, ⁇ electrons are likely to interact with each other, thereby promoting crystallization. Conversely, when R 2 is a saturated hydrocarbon group, the interaction between molecules is weak and crystallization can be suppressed.
  • R 2 in Formula (1) is more preferably a different saturated hydrocarbon group. This is because the arrangement of the main skeleton is likely to occur and the crystallization is likely to occur when it is constituted only by the similar structure. Therefore, the polycarbonate moiety in the compound represented by the formula (1) may be either a random copolymer structure or a block copolymer structure, but is preferably a random copolymer structure.
  • R 2 is preferably a structure selected from the group consisting of structures represented by the following formulas (2) to (6) .
  • a is an integer of 2 to 8;
  • b + c is an integer of 2 to 7;
  • d + e is an integer of 2 to 7;
  • R 2 is a group consisting of a structure represented by the above formula (6) and a structure represented by the following formulas (7) to (9), from the viewpoint of particularly excellent availability. It is more preferable to be selected.
  • a structure represented by R 2 represented by the formula (6) and a compound represented by the formulas (7) to (9) It is preferable that it is a combination with the at least 1 or more structure chosen from the group which consists of a structure represented by these.
  • the content of the compound represented by Formula (1) of the photocurable resin composition of the present invention is 20 parts by mass to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the photocurable resin composition of the present invention.
  • the compound represented by the formula (1) is represented by, for example, a (meth) acrylic acid represented by the formula (11) or a formula (12) with respect to a polycarbonate diol represented by the following formula (10) It can be produced by reacting (meth) acrylic acid chloride in a molar ratio of 1: 2 using a known method.
  • m and R 2 represent the same as in formula (1).
  • R 1 represents the same as Formula (1).
  • R 1 represents the same as Formula (1).
  • R 2 is a structure selected from the group consisting of structures represented by the formula (2) to (6).
  • the photocurable resin composition of the present invention is a carboxylic acid in which the hydroxyl groups at both ends of the polycarbonate diol represented by the formula (10) have a (meth) acryloyl group in addition to the compound represented by the formula (1) It may contain an esterified compound.
  • an esterified compound for example, a compound in which the hydroxyl group at both ends of the polycarbonate diol represented by the formula (10) is esterified with mono (2-acryloyloxyethyl) succinic acid can be mentioned.
  • the photocurable resin composition of the present invention is characterized by containing a compound containing two or more epoxy groups.
  • the hardness of the cured product of the composition is insufficient with the compound alone represented by the formula (1), and when forming a three-dimensional object by optical three-dimensional modeling, shape changes such as deflection due to its own weight are likely to occur. It is difficult to maintain the modeling accuracy of the object. Therefore, by using the photocurable resin composition of the present invention in which a compound containing two or more epoxy groups is added to the composition, the three-dimensional object formed of the cured product and the cured product of the present invention has sufficient hardness. You can get it.
  • the polymerization mechanism of the compound represented by Formula (1) contained in the photocurable resin composition of the present invention is radical polymerization, and the polymerization mechanism of the compound having two or more epoxy groups is cationic polymerization.
  • a network (network structure) containing a polymer of the compound represented by the formula (1) and two or more epoxy groups An interpenetrating network (IPN) structure is formed in which a network (network structure) containing an epoxy resin which is a polymer of a compound containing entangled with each other.
  • the compound containing two or more epoxy groups used in the present invention may be a monomer or a prepolymer. Specifically, by polymerization, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, tetramethylbiphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, triphenyl Methane type epoxy resin, tetraphenylethane type epoxy resin, dicyclopentadiene-phenol addition reaction type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, naphthol novolac type epoxy resin, naphthol aralkyl type epoxy resin, naphthol-phenol co-constricted novolac type epoxy resin , Naphthol-cresol co-convoluted novolak epoxy resin, aromatic hydrocarbon formaldehyde resin modified phenolic resin epoxy resin, biphenyl Novolak type epoxy resins, compounds containing 2 or more epoxy groups comprising a nap
  • the compound containing two or more epoxy groups may be either a monomer or a multimer including an oligomer.
  • the photocurable resin composition of the present invention is used for optical three-dimensional modeling, it is preferable that the photocurable resin composition has low crystallinity and is hard to be solidified, and the cured product needs hardness.
  • the compound containing two or more epoxy groups is preferably a compound to be a bisphenol epoxy resin.
  • a monomer such as bisphenol A diglycidyl ether or bisphenol F diglycidyl ether contains two or more epoxy groups. Particularly preferred as the compound.
  • the content of the compound containing two or more epoxy groups of the photocurable resin composition of the present invention is 40 parts by mass to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the photocurable resin composition of the present invention.
  • the photocurable resin composition of the present invention may contain a photoradical polymerization initiator in order to polymerize the compound represented by the formula (1).
  • Radical polymerization initiators are mainly classified into an intramolecular cleavage type and a hydrogen abstraction type.
  • the intramolecular cleavage type radical polymerization initiator by absorbing light of a specific wavelength, the bond of a specific site is cut, and a radical is generated at the cut site, which becomes a polymerization initiator and becomes polymerizable. Polymerization of the (meth) acrylic compound starts.
  • alkylphenone type photoradical polymerization initiators As the intramolecular cleavage type photoradical polymerization initiator, alkylphenone type photoradical polymerization initiators, acyl phosphine oxide type photoradical polymerization initiators, and oxime ester type photoradical polymerization initiators are known. These are of the type in which the bond adjacent to the carbonyl group is alpha-cleaved to form a radical species.
  • alkylphenone photoradical polymerization initiators include benzyl methyl ketal photoradical polymerization initiators, ⁇ -hydroxyalkylphenone photoradical polymerization initiators, and aminoalkylphenone photoradical polymerization initiators.
  • benzyl methyl ketal photo radical polymerization initiator 2,2′-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one (trade name “IRGACURE (registered trademark) 651), 2) 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one (trade name "Darocure (registered trademark) 1173”) as an ⁇ -hydroxyalkylphenone photoradical polymerization initiator.
  • 2-methyl-1- (4-methylthiophenyl) -2-morpholinopropan-1-one (trade name “IRGACURE (registered trademark) 907”), BSF Or 2-benzylmethyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -1-butanone (trade name “IRGACURE (registered trademark) 369”, manufactured by BSF), acyl phosphine oxide type light
  • 2,4,6-trimethyl benzoyl diphenyl phosphine oxide trade name "Lucillin (registered trademark) TPO", manufactured by BASF
  • bis (2,4,6-trimethyl benzoyl) -phenyl phosphine Oxide (brand name "IRGACURE (registered trademark) 819"
  • As an oxime ester type photo radical polymerization initiator (2E) -2- (benzoyloxyimino) -1-
  • Hydrogen abstraction type radical polymerization initiators include anthraquinone derivatives such as 2-ethyl-9,10-anthraquinone and 2-t-butyl-9,10-anthraquinone; and thioxanthone derivatives such as isopropylthioxanthone and 2,4-diethylthioxanthone Although it is mentioned, it is not limited to this.
  • the photocurable resin composition of the present invention may use the above-mentioned radical photopolymerization initiator alone or in combination of two or more. Moreover, in order to advance a polymerization reaction by the heat processing after modeling of a three-dimensional molded item, you may further contain the thermal radical polymerization initiator.
  • the content of the radical photopolymerization initiator in the photocurable resin composition of the present invention is preferably 0.1 parts by mass to 15 parts by mass, and more preferably 100 parts by mass of the compound represented by Formula (1). Is 0.1 to 10 parts by mass.
  • the content of the photo radical polymerization initiator is small, the polymerization of the compound represented by the formula (1) tends to be insufficient.
  • the content of the photo radical polymerization initiator is large, the light transmittance may be reduced, and the polymerization of the compound represented by the formula (1) may be nonuniform.
  • the photocurable resin composition of the present invention may contain a cationic photopolymerization initiator in order to polymerize a compound containing two or more epoxy groups.
  • the cationic photopolymerization initiator is, for example, a cationic photopolymerization initiator that generates an acid capable of initiating cationic polymerization by irradiation of energy rays such as ultraviolet light.
  • the cationic moiety is aromatic sulfonium, aromatic iodonium, aromatic diazonium, aromatic ammonium, thiancerenium, thioxanthonium, [cyclopentadienyl (1-methylethylbenzene)- [Fe] cation, and the anion moiety is composed of BF 4 ⁇ , PF 6 ⁇ , SbF 6 ⁇ , BX 4 ⁇ (provided that X is a phenyl group substituted with at least two or more fluorine or trifluoromethyl groups) These salts can be used alone or in combination of two or more.
  • aromatic sulfonium salts include bis [4- (diphenylsulfonio) phenyl] sulfide bishexafluorophosphate, bis [4- (diphenylsulfonio) phenyl] sulfide bishexafluoroantimonate, bis [4- (diphenyl) Sulfonio) phenyl] sulfide bis tetrafluoroborate, bis [4- (diphenylsulfonio) phenyl] sulfide tetrakis (pentafluorophenyl) borate, diphenyl-4- (phenylthio) phenylsulfonium hexafluorophosphate, diphenyl-4- (phenylthio) ) Phenylsulfonium hexafluoroantimonate, diphenyl-4- (phenylthio) phenylsulff
  • aromatic iodonium for example, diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium hexafluoroantimonate, diphenyliodonium tetrafluoroborate, diphenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, bis (dodecylphenyl) iodonium hexafluorophosphate, Bis (dodecylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate, bis (dodecylphenyl) iodonium tetrafluoroborate, bis (dodecylphenyl) iodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, 4-methylphenyl-4- (1-methylethyl) phenyliodonium Hexafluorophosphate, 4-methylphenyl-4
  • aromatic diazonium salt for example, phenyldiazonium hexafluorophosphate, phenyldiazonium hexafluoroantimonate, phenyldiazonium tetrafluoroborate, phenyldiazonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate and the like can be used.
  • S-biphenyl 2-isopropylthioxanthonium hexafluorophosphate S-biphenyl 2-isopropylthioxanthonium hexafluorophosphate can be used.
  • photocationic polymerization initiators examples include CPI-100P, CPI-110P, CPI-101A, CPI- 200K, CPI-210S (all manufactured by San-Apro Co., Ltd.), Cyracure photocuring initiator UVI-6990, Cyracure photocuring initiator UVI-6992, Cyracure photocuring initiator UVI-6976 (all, Dow Chemical Japan Ltd.), Adeka Optomer SP-150, Adeka Optomer SP-152, Adeka Optomer SP-170 , Adeka Optomer SP-172, Adeka Optomer SP-300 (all, made by ADEKA Co., Ltd.), CI-5102, CI-2855 (all, made by Nippon Soda Co., Ltd.), San Aid SI-60L, San Aid SI- 80L, Sanaid SI-100L, Sanaid SI-110L, Sun Id SI-180 L, San Aid SI-110, San Aid SI-180 (manufactured by Sanshin Chemical Industry
  • the photocationic polymerization initiator may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Moreover, in order to advance a polymerization reaction by the heat processing after modeling of a three-dimensional model, you may further contain the thermal cationic polymerization initiator which generate
  • the content of the photocationic polymerization initiator in the photocurable resin composition of the present invention is preferably 0.1 parts by mass to 15 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the compound containing two or more epoxy groups. Is an amount of 0.1 to 10 parts by mass.
  • the content of the photocationic polymerization initiator is low, the polymerization of the compound having two or more epoxy groups tends to be insufficient.
  • the content of the photocationic polymerization initiator is large, the light transmittance may be reduced, and the polymerization of the compound having two or more epoxy groups may be uneven.
  • the photocurable resin composition of the present invention may contain a (meth) acrylate compound other than the compound represented by the formula (1), as long as the effects of the present invention are not impaired. ) Acrylate compounds may be contained in combination.
  • (meth) acrylate compounds are monofunctional (meth) acrylate compounds having one (meth) acryloyl group in the molecule, and polyfunctional (meth) acrylates having two or more (meth) acryloyl groups.
  • a compound etc. are mentioned.
  • the other (meth) acrylate compound contained in the photocurable resin composition of the present invention is a polymerizable (meth) acrylate compound which can be polymerized by a general method.
  • ethylene glycol di (meth) acrylate ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, nona ethylene glycol di (meth) acrylate ) Acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) acrylate, 1,4 butanediol di (meth) acrylate, dimethylol tricyclodecane di (meth) acrylate, trimethylol propane tri (meth) acrylate, neopentyl glycol di (Meth) acrylate, 1,6-hexamethylene di (meth) acrylate, hydroxypivalic ester neopentyl glycol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) a Lilate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate,
  • the cured product may be a cured product having insufficient hardness.
  • the photocurable resin composition of the present invention preferably contains the above (meth) acrylate compound.
  • a monofunctional (meth) acrylate compound that provides a hard cured product isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, and dicyclopentenyl (meth) acrylate can be used.
  • 100 parts by mass of the compound represented by the formula (1) is used to prevent the toughness of the cured product of the present invention from being impaired. 1 part by weight or more and 1000 parts by weight or less, preferably 10 parts by weight or more and 300 parts by weight or less.
  • a polyfunctional (meth) acrylate compound dimethylol tricyclodecane di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate can be used suitably.
  • 100 mass of the compound represented by the formula (1) so as not to impair the toughness of the cured product of the present invention 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less, preferably 10 parts by mass or more and 300 parts by mass or less.
  • One or more kinds of monofunctional (meth) acrylate compounds and polyfunctional (meth) acrylate compounds can be optionally mixed with the photocurable resin composition of the present invention.
  • the photocurable resin composition of the present invention may further contain a polymerizable compound such as an alicyclic epoxy compound or an oxetane compound or a polymer thereof.
  • An alicyclic epoxy compound is a compound which has an alicyclic epoxy group comprised by two adjacent carbon atoms which comprise an alicyclic group, and an oxygen atom.
  • 3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylic acid 3,4-epoxycyclohexylmethyl (trade name “Ceroxide 2021 P”, manufactured by Daicel Corporation) or 3,4,3 ′, 4′-diepoxybicyclohexyl (product The names include "Celloxide 8000" (manufactured by Daicel Co., Ltd.) and the like, but not limited thereto.
  • the oxetane compound is a compound having an oxetanyl group which is an oxygen atom-containing four-membered ring.
  • 2-ethyl-3-hydroxymethyl oxetane oxetane alcohol
  • 2-ethylhexyl oxetane trade name "OXT-212", Toagosei Co., Ltd.
  • Xylylene bis oxetane (trade name “OXT-121”, Toa Gosei Co., Ltd.)
  • 3-ethyl-3 ⁇ [(3-ethyloxetan-3-yl) methoxy] methyl ⁇ oxetane (trade name “OXT-221 And Toa Gosei Co., Ltd.), but is not limited thereto.
  • 100 parts by mass of a compound containing two or more epoxy groups may be used so as not to impair the toughness of the cured product of the present invention.
  • 1 part by mass or more and 1000 parts by mass or less, preferably 10 parts by mass or more and 300 parts by mass or less are added.
  • the photocurable resin composition of this invention may contain various additives as another arbitrary component in the range which does not impair the objective of this invention and an effect.
  • additives include epoxy resins, polyamides, polyamideimides, polyurethanes, polybutadienes, polychloroprene, polyethers, polyesters, styrene-butadiene block copolymers, petroleum resins, xylene resins, ketone resins, cellulose resins, fluorine-based oligomers, Polymers or oligomers such as silicone-based oligomers and polysulfide-based oligomers; polymerization inhibitors such as phenothiazine and 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol; polymerization start assistants; leveling agents; wettability improvers; Agents; plasticizers; UV absorbers; silane coupling agents; inorganic fillers; pigments; dyes, and the like.
  • the photocurable resin composition of the present invention comprises a compound represented by the formula (1) and a compound containing two or more epoxy groups, and, if necessary, a radical photopolymerization initiator, a cationic photopolymerization initiator, and the like.
  • An appropriate amount of (meth) acrylate compound and other compounds and other optional components are charged in a stirring vessel, and the temperature is 30 ° C. to 70 ° C., preferably 50 ° C. to 60 ° C., 1 hour to 6 hours, preferably 1 It can be produced by stirring for 2 hours.
  • the viscosity at 25 ° C. of the photocurable resin composition of the present invention is preferably 50 mPa ⁇ s to 10,000 mPa ⁇ s, more preferably 70 mPa ⁇ s to 5,000 mPa ⁇ s.
  • the photocurable resin composition of the present invention obtained as described above is suitably used as a photocurable resin composition in an optical three-dimensional modeling method.
  • the cured product of the present invention supplies energy necessary for curing by selectively irradiating the photocurable resin composition of the present invention with active energy rays such as ultraviolet rays, electron beams, X-rays and radiation.
  • active energy rays such as ultraviolet rays, electron beams, X-rays and radiation.
  • ultraviolet rays having a wavelength of 300 nm to 450 nm are preferably used from the economical viewpoint, and as a light source, an ultraviolet laser (eg Ar laser, He-Cd laser etc.), mercury lamp, xenon lamp, halogen lamp, fluorescent light A light can be used.
  • an ultraviolet laser is preferably used because it can increase the energy level to shorten the curing time and is excellent in the light collecting property.
  • the polymerization reaction proceeds by ring-opening of at least one epoxy group of the compound having two or more epoxy groups, and an epoxy resin derived from the compound having two or more epoxy groups is generated.
  • a network containing a structure represented by the formula (1 ′) and a network containing an epoxy resin, which is a polymer of a compound containing two or more epoxy groups are intertwined with each other Includes IPN structure. Due to the effect of the IPN structure, the cured product of the present invention exhibits a hardness that can not be obtained only by the structure represented by the formula (1 ′), is excellent in toughness, and has high self-shape retention during molding. It becomes a cured product.
  • the three-dimensional object of the present invention can be produced using known optical three-dimensional modeling methods and devices.
  • the manufacturing method of the three-dimensional object which forms the photocurable resin composition of this invention by the optical three-dimensional modeling method the cured layer which has a desired pattern in the photocurable resin composition of this invention is obtained.
  • the active energy ray is selectively irradiated to form a cured layer, and sequentially, the photocurable resin composition of the present invention is supplied onto the cured layer to repeat the laminating operation to form a continuous cured layer. And a method of obtaining a desired three-dimensional object.
  • an ultraviolet-ray, an electron beam, X-ray, radiation etc. can be mentioned.
  • ultraviolet light having a wavelength of 300 nm to 450 nm is preferably used from the economical viewpoint, and as a light source in that case, ultraviolet laser (for example, Ar laser, He-Cd laser etc.), mercury lamp, xenon lamp, halogen lamp, A fluorescent lamp etc. can be used.
  • the ultraviolet laser is preferably employed in that it can increase the energy level and shorten the shaping time, and is excellent in the light collecting property and can obtain high shaping accuracy.
  • the active energy ray narrowed in a spot like a laser beam etc. May be used to form the cured resin layer in a stippling or drawing manner.
  • the light-curable resin of the present invention is placed on the support stage by causing a minute amount of precipitation (sedimentation) to drop from the liquid surface of the photo-curable resin composition of the present invention.
  • a composition is provided to form the first thin layer.
  • the first thin layer is selectively irradiated with light to form a solid first cured resin layer.
  • the photocurable resin composition of the present invention is supplied onto the first cured resin layer to form a second thin layer, and the second thin layer is selectively irradiated with light, A second cured resin layer is formed on the first cured resin layer so as to be continuously and integrally laminated thereon.
  • the three-dimensional object obtained in this manner is removed from the storage container, and after removing the unreacted photocurable resin composition remaining on the surface, it is washed if necessary.
  • the cleaning agent alcohol-based organic solvents represented by isopropyl alcohol, ethyl alcohol etc .; ketone-based organic solvents represented by acetone, methyl ethyl ketone etc .; ester-based organic solvents represented by ethyl acetate; Aliphatic organic solvents represented can be mentioned.
  • Post cure can cure the unreacted photocurable resin composition remaining on the surface and inside of the three-dimensional object, can suppress the surface tackiness of the object, and can improve the initial strength of the object. It can be done.
  • R 2 is — (CH 2 ) 5 — and — (CH 2 ) 6 — and their molar ratio is 1: 1 500 parts of dehydrated toluene was added to 100 parts of polycarbonate diol (trade name "Duranol T5650E” manufactured by Asahi Kasei Corporation) and cooled to -40.degree. Thereafter, 50 parts of diisopropylethylamine were added and then 40 parts of acrylic acid chloride. The reaction solution was sufficiently stirred, reacted for 8 hours, returned to normal temperature, and the salt and the solvent were removed.
  • A-3 is a compound in which R 2 in the compound represented by the formula (1) is — (CH 2 ) 6 —.)
  • test piece was produced and evaluated based on JIS specification (JISK7111).
  • Hardness test Using a durometer, Asker rubber hardness meter C (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.), test pieces were prepared and evaluated in accordance with JIS standard (JIS K7312). A having a hardness of 95 or more was B, and one having a hardness of less than 95 was B. (Evaluation of stability over time)
  • the prepared photocurable resin composition was allowed to stand at room temperature for 1 week, and the change in turbidity of the liquid was observed visually.
  • Example 1 50 parts of a compound (A-1) represented by the formula (1), 50 parts of a compound (B-1) containing two or more epoxy groups, 2 parts of a photo radical polymerization initiator (C), a photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • a photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition is poured into a transparent mold of a predetermined shape, and it is irradiated with ultraviolet light with an ultraviolet irradiation device (250 W mercury light source REX-250, manufactured by Asahi Spectroscopic Co., Ltd.), Charpy impact test and hardness The test was done. The Charpy impact strength of the obtained test piece was 5.4, and the hardness was as good as 95 or more.
  • an optical three-dimensional structure (Value3D MagiX ML-48 (Muto Kogyo Co., Ltd.)
  • Example 2 Compound (A-1) represented by the formula (1) 25 parts, compound (B-1) 75 parts containing two or more epoxy groups, photo radical polymerization initiator (C) 2 parts, photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • the obtained photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece was 3.4, and the hardness was as good as 95 or more.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could be confirmed that it could be shaped into a good shape.
  • Comparative example 1 100 parts of a compound (A-1) represented by the formula (1) and 2 parts of a photoradical polymerization initiator (C) were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • the obtained photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece is 5.4, the hardness is less than 95, and although the toughness is good, the hardness is insufficient.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could not withstand the deflection under its own weight, and an unintended deformation was observed in the shaped article.
  • Comparative example 2 100 parts of a compound (B-1) containing 2 or more epoxy groups and 2 parts of the cationic photopolymerization initiator (D) were mixed, and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • the obtained photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece is 1.1, the hardness is 95 or more, and the hardness is good but the toughness is extremely insufficient.
  • the cured product of the photocurable resin composition of the present invention comprises two or more networks containing a polymer of the compound represented by Formula (1) (that is, a structure represented by Formula (1 ′)). It is considered that an interpenetrating network (IPN) structure is formed in which networks containing an epoxy resin, which is a polymer of a compound containing an epoxy group, are intertwined with each other.
  • IPN interpenetrating network
  • Example 3 50 parts of a compound (A-1) represented by the formula (1), 50 parts of a compound (B-2) containing two or more epoxy groups, 2 parts of a photo radical polymerization initiator (C), a photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • a photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece was 4.8, and the hardness was as good as 95 or more.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could be confirmed that it could be shaped into a good shape.
  • Example 4 50 parts of a compound (A-2) represented by the formula (1), 50 parts of a compound (B-1) containing two or more epoxy groups, 2 parts of a photo radical polymerization initiator (C), a photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • a photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece was 6.1, and the hardness was as good as 95 or more.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could be confirmed that it could be shaped into a good shape.
  • Example 5 25 parts of a compound (A-2) represented by the formula (1), 75 parts of a compound (B-1) containing two or more epoxy groups, 2 parts of a photo radical polymerization initiator (C), a photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • a photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that there was no change in turbidity even after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece was 4.1, and the hardness was as good as 95 or more.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could be confirmed that it could be shaped into a good shape.
  • Example 6 50 parts of a compound (A-3) represented by the formula (1), 50 parts of a compound (B-2) containing two or more epoxy groups, 2 parts of a photo radical polymerization initiator (C), a photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • a photocurable resin composition was stored at room temperature, although the turbidity did not deteriorate within one day, it was confirmed that the turbidity worsened after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece was 4.4, and the hardness was as good as 95 or more.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could be confirmed that it could be shaped into a good shape.
  • Example 7 50 parts of compound (A-3) represented by formula (1), 50 parts of compound (B-1) containing two or more epoxy groups, 2 parts of photo radical polymerization initiator (C), photo cationic polymerization initiator (D) 2 parts were mixed and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • the obtained photocurable resin composition was stored at room temperature, although the turbidity did not deteriorate within one day, it was confirmed that the turbidity worsened after one week.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece was 6.0, and the hardness was as good as 95 or more.
  • the prepared photocurable resin composition was used and shaped with an optical three-dimensional shaping apparatus, it could be confirmed that it could be shaped into a good shape.
  • Comparative example 3 100 parts of a compound (B-2) containing two or more epoxy groups and 2 parts of a cationic light polymerization initiator (D) were mixed, and stirred for 2 hours to obtain a photocurable resin composition.
  • a photocurable resin composition was stored at room temperature, it was confirmed that the turbidity worsened within one day, and the turbidity further deteriorated after one week, and was solidified.
  • the obtained photocurable resin composition was poured into a transparent mold of a predetermined shape, irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation apparatus, and subjected to Charpy impact test and hardness test.
  • the Charpy impact strength of the obtained test piece is 0.7, the hardness is 95 or more, and the hardness is good but the toughness is extremely insufficient.
  • the curing reaction took time, and a shaped article could not be produced successfully.
  • Table 1 summarizes the content and evaluation of the material in each photocurable resin composition, and the evaluation of the cured product.
  • A a compound represented by the formula (1)
  • B a compound containing two or more epoxy groups
  • C photo radical polymerization initiator (C)
  • D photo cationic polymerization initiator (D)
  • the cured product of the present invention has an excellent balance in hardness and Charpy impact strength, and the photocurable resin composition of the present invention can be suitably used for optical three-dimensional shaping method .
  • the photocurable resin composition of the present invention can be used as a photocurable resin composition used for optical three-dimensional modeling.

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Abstract

光学的立体造形法に好適に用いることのできる光硬化性樹脂組成物、並びにそれを光硬化させて得られる硬化物および硬化物からなる立体造形物を提供することであって、該光硬化性樹脂組成物は、式(1)で表される化合物と2以上のエポキシ基を含有する化合物とを含有することを特徴とする。

Description

光硬化性樹脂組成物
 本発明は、光硬化性樹脂組成物並びにそれを光硬化させて得られる硬化物および硬化物からなる立体造形物に関する。
 光硬化性樹脂組成物に、所定の立体形状を再現するように選択的に光照射して硬化樹脂層を形成する工程を繰り返すことにより、当該硬化樹脂層が一体的に積層されてなる立体造形物を形成する光学的立体造形法が知られている(特許文献1参照)。この光学的立体造形法の代表的な例を以下に説明する。
 まず、容器内に収容された光硬化性樹脂組成物の液面に、紫外線レーザー等の光を用いて、作製する立体造形物の断面パターンを描くように選択的に照射することにより、所定の断面パターンを有する硬化樹脂層を形成させる。次いで、この硬化樹脂層の上に、光硬化性樹脂組成物を適量供給し、その液面に次の断面パターンを描くように光を照射することにより、先行して形成された硬化樹脂層上にこれと連続するよう新しい硬化樹脂層を一体的に積層形成する。このように、断面パターンを積層していくことで、上記の工程を所定回数繰り返すことで、望みの立体造形物が得られる。
 この光学的立体造形法は、目的とする立体造形物の形状が複雑なものであっても、容易かつ短時間で得ることができる。
 このような光学的立体造形法に使用できる、光硬化性樹脂組成物としては粘度が低いことが望ましく、硬化後の硬化物の耐衝撃性が高いことが求められている。たとえば特許文献2では、粘度が低い光硬化性樹脂組成物として、ポリカーボネートジオールのジアクリレート誘導体が開示されている。ポリカーボネートジオールのジアクリレート誘導体の硬化物は、きわめて柔軟性が高く、耐衝撃性も良好であり、光硬化性樹脂組成物の問題点である、硬化物の低い耐衝撃性も改善されている。
特開昭60-247515号公報 特開平4-208251号公報
 しかし、特許文献2で開示されるポリカーボネートジオールのジアクリレート誘導体の硬化物は、耐衝撃性は改善されたものの硬さが十分でなく、自己形状保持性が乏しい。そのため、特許文献2に記載の光硬化性樹脂組成物を光学的立体造形法に適用するには、その硬化物の硬さが不足しているという問題点があった。
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、式(1)で表される化合物と2以上のエポキシ基を含有する化合物とを含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物である。本発明は、上記の課題を解決するためになされるものであり、その目的は、光学的立体造形法に好適に用いることができる光硬化性樹脂組成物、並びにそれを光硬化させて得られる硬化物および硬化物からなる立体造形物を提供することにある。
 したがって、本発明の光硬化性樹脂組成物は、
 下記式(1)で表される化合物、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
[mは2乃至50の整数である。RはHまたはCHであり、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい主鎖の炭素数が2乃至8の飽和炭化水素基である。前記飽和炭化水素基は、側鎖を有していてもよい。]
 および
 2以上のエポキシ基を含有する化合物、
 を含有することを特徴とする。
 また、本発明の硬化物は下記式(1’)で表される構造、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
[mは2乃至50の整数である。RはHまたはCHであり、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい主鎖の炭素数が2乃至8の飽和炭化水素基である。前記飽和炭化水素基は、側鎖を有していてもよい。]
 および、
 2以上のエポキシ基を含有する化合物の少なくとも1つのエポキシ基が開環した構造、
 を含有することを特徴とする。
 本発明によれば、光学的立体造形法に好適に用いることのできる粘度の低い光硬化性樹脂組成物、並びにそれを光硬化させて得られる耐衝撃性に優れ十分な硬さを有する硬化物および硬化物からなる立体造形物が提供される。
光硬化性組成物中の式(1)で表される化合物の濃度と、光硬化性組成物の硬化物のシャルピー衝撃強度の関係。
 以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、あくまでも本発明の実施形態の一つであり、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
<光硬化性樹脂組成物>
(式(1)で表される化合物)
 本発明の光硬化性樹脂組成物を構成する式(1)で表される化合物は、ポリカーボネート部位の両末端に(メタ)アクリル基を含有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 mは2乃至50の整数である。RはHまたはCHであり、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい主鎖の炭素数が2乃至8の飽和炭化水素基である。前記飽和炭化水素基は、側鎖を有していてもよい。
 式(1)中のRとしての飽和炭化水素基は、直鎖状の飽和炭化水素基であってもよく、環状の飽和炭化水素基であってもよい。飽和炭化水素基が環状の飽和炭化水素基である場合、環状部分のうち炭素数の多い方を主鎖とする。例えば、Rがシクロペンタン-1,3-イルである場合、主鎖の炭素数は3となる。また、前記飽和炭化水素基は、側鎖を有していてもよい。
 前記式(1)で表される化合物を重合した硬化物は、変形時に衝撃を吸収する性能が高く、本発明の硬化物は高い靭性を示し、立体造形物に好適に用いることができる。
 また、光硬化性樹脂組成物は液状での粘度が高くなりすぎると、硬化樹脂層の上に、一層分の光硬化性樹脂組成物を供給するための時間が必要となるため、光学的立体造形法への適用に好ましくない。よって、前記式(1)で表される化合物は、本発明の光硬化性樹脂組成物を光学的立体造形法に用いるための適度な粘度を維持するため、数平均分子量が300以上50000以下であることが好ましく、数平均分子量が300以上10000以下であることがより好ましい。また、数平均分子量が高い場合、光硬化時の反応性が低下することで、造形時の光硬化反応に時間を要したり、硬化不良を招いたりする。そのため、式(1)で表される化合物の数平均分子量は300以上3500以下であることがさらに好ましい。
 さらに、本発明の光硬化性樹脂組成物は、立体造形物の造形中に長時間にわたり液状であることが求められる。よって、式(1)で表される化合物が結晶化して沈降しないようにするため、Rは結晶化が抑制されるように飽和炭化水素基であることが好ましい。これは、Rが不飽和炭化水素基の場合、π電子同士が相互作用しやすく、その結果結晶化が促進されるためである。逆に、Rが飽和炭化水素基の場合は、分子間の相互作用が弱く結晶化を抑制することができる。
 またさらに、結晶化を抑制する観点から、式(1)中のRは異なる飽和炭化水素基であることがより好ましい。これは類似構造のみで構成されている場合、主骨格の配列が起こりやすく、結晶化が発生しやすくなるためである。したがって、式(1)で表される化合物中のポリカーボネート部位は、ランダムコポリマー構造またはブロックコポリマー構造のいずれであっても良いが、ランダムコポリマー構造であることが好ましい。
 式(1)で表される化合物の低粘度化、結晶化抑制の観点から、Rは下記式(2)乃至(6)で表される構造からなる群から選ばれる構造であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 aは2乃至8の整数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 b+cは2乃至7の整数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 d+eは2乃至7の整数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 式(1)中、Rは、特に入手の容易性が優れる点から、前記式(6)で表される構造、および下記式(7)乃至(9)で表される構造からなる群から選ばれることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 したがって、入手しやすい原料を用い、低い結晶性を有する式(1)で表される化合物を得るためには、Rが式(6)で表される構造と、式(7)乃至(9)で表される構造からなる群から選ばれる少なくとも1以上の構造との組み合わせであることが好ましい。
 本発明の光硬化性樹脂組成物の式(1)で表される化合物の含有量は、本発明の光硬化性樹脂組成物100質量部に対して、20質量部~60質量部である。
 式(1)で表される化合物は、たとえば下記の式(10)で表されるポリカーボネートジオールに対して、式(11)で表される(メタ)アクリル酸または式(12)で表される(メタ)アクリル酸クロライドを1:2のモル比で、公知の方法を用いて反応させることで製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 式(10)中、mおよびRは式(1)と同じものを表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 式(11)中、Rは式(1)と同じものを表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 式(12)中、Rは式(1)と同じものを表す。
 式(10)で表されるポリカーボネートジオールの具体例としては、Rが前記式(2)乃至(6)で表される構造からなる群から選ばれる構造であることが好ましい。
 式(12)で表される(メタ)アクリル酸クロライドと式(10)で表されるポリカーボネートジオールを反応させる場合、カーボネート基が分解する可能性があることから、合成反応を低温でゆっくりと進めることが好ましい。
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、式(1)で表される化合物の他に、式(10)で表されるポリカーボネートジオールの両末端の水酸基が(メタ)アクリロイル基を有するカルボン酸でエステル化された化合物を含んでいてもよい。このような化合物としては、例えば、式(10)で表されるポリカーボネートジオールの両末端の水酸基がこはく酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)でエステル化された化合物などが挙げられる。
(2以上のエポキシ基を含有する化合物)
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、2以上のエポキシ基を含有する化合物を含有することを特徴とする。式(1)で表される化合物単体では、組成物の硬化物の硬さが不足し、光学的立体造形法により立体造形物を造形する際、自重によるたわみなどの形状変化が生じやすく、立体造形物の造形精度を保つことが難しい。そのため、組成物に2以上のエポキシ基を含有する化合物を添加した本発明の光硬化性樹脂組成物とすることで、本発明の硬化物および硬化物からなる立体造形物は十分な硬さを得ることができる。
 本発明の光硬化性樹脂組成物に含まれる式(1)で表される化合物の重合機構はラジカル重合であり、2以上のエポキシ基を含有する化合物の重合機構はカチオン重合である。本発明の光硬化性樹脂組成物が2つの重合機構で硬化する結果、その硬化物では、式(1)で表される化合物の重合体を含有するネットワーク(網目構造)と2以上のエポキシ基を含有する化合物の重合体であるエポキシ樹脂を含有するネットワーク(網目構造)が相互に絡み合う、相互侵入網目(IPN)構造が形成される。このIPN構造の効果で、本発明の光硬化性樹脂組成物の硬化物は、式(1)で表される化合物だけでは成し得ない硬さを実現し、かつ高い靭性も損なうことなく維持できる。
 本発明で用いる2以上のエポキシ基を含有する化合物としては、単量体であっても、プレポリマーであってもよい。具体的には、重合によりビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂型エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂等となる2以上のエポキシ基を含有する化合物が挙げられる。2以上のエポキシ基を含有する化合物は、本発明の光硬化性樹脂組成物の硬化物の靭性、硬さを向上させるために、芳香環を有していることが好ましい。
 これら2以上のエポキシ基を含有する化合物は、単量体、オリゴマーを含む多量体のいずれでもよい。本発明の光硬化性樹脂組成物を光学的立体造形法に用いる場合、光硬化性樹脂組成物は結晶性が低く固形化しづらいことが好ましく、その硬化物には硬さが必要であるため、2以上のエポキシ基を含有する化合物はビスフェノール型エポキシ樹脂となる化合物が好ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂の中でも、本発明の光硬化性樹脂組成物が低粘度になることから、ビスフェノールAジグリシジルエーテルやビスフェノールFジグリシジルエーテルなどの単量体が、2以上のエポキシ基を含有する化合物として特に好ましい。
 本発明の光硬化性樹脂組成物の2以上のエポキシ基を含有する化合物の含有量は、本発明の光硬化性樹脂組成物100質量部に対して、40質量部~80質量部である。
(光ラジカル重合開始剤)
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、式(1)で表される化合物を重合するため、光ラジカル重合開始剤を含有していてもよい。
 ラジカル重合開始剤は、主に分子内開裂型と水素引抜き型に分類される。分子内開裂型のラジカル重合開始剤では、特定波長の光を吸収することで、特定の部位の結合が切断され、その切断された部位にラジカルが発生し、それが重合開始剤となり重合性の(メタ)アクリル化合物の重合が始まる。一方、水素引き抜き型の場合は、特定波長の光を吸収し励起状態になり、その励起種が周囲にある水素供与体から水素引き抜き反応を起こし、ラジカルが発生し、それが重合開始剤となり式(1)で表される化合物の両末端の二重結合の重合が始まる。
 分子内開裂型光ラジカル重合開始剤としては、アルキルフェノン系光ラジカル重合開始剤、アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤、オキシムエステル系光ラジカル重合開始剤が知られている。これらはカルボニル基に隣接した結合がα開裂して、ラジカル種を生成するタイプのものである。アルキルフェノン系光ラジカル重合開始剤としては、ベンジルメチルケタール系光ラジカル重合開始剤、α-ヒドロキシアルキルフェノン系光ラジカル重合開始剤、アミノアルキルフェノン系光ラジカル重合開始剤等がある。具体的な化合物としては、例えば、ベンジルメチルケタール系光ラジカル重合開始剤としては、2,2’-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン(商品名「イルガキュア(登録商標)651」、ビーエーエスエフ社製)等があり、α-ヒドロキシアルキルフェノン系光ラジカル重合開始剤としては2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン(商品名「ダロキュア(登録商標)1173」、ビーエーエスエフ社製)、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(登録商標)184」、ビーエーエスエフ社製)、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン(商品名「イルガキュア(登録商標)2959」、ビーエーエスエフ社製)、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル)ベンジル]フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン(商品名「イルガキュア(登録商標)127」、ビーエーエスエフ社製)等がある。さらに、アミノアルキルフェノン系光ラジカル重合開始剤としては、2-メチル-1-(4-メチルチオフェニル)-2-モルフォリノプロパン-1-オン(商品名「イルガキュア(登録商標)907」、ビーエーエスエフ社製)あるいは2-ベンジルメチル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-1-ブタノン(商品名「イルガキュア(登録商標)369」、ビーエーエスエフ社製)、アシルホスフィンオキサイド系光ラジカル重合開始剤としては、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド(商品名「ルシリン(登録商標)TPO」、ビーエーエスエフ社製)、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド(商品名「イルガキュア(登録商標)819」、ビーエーエスエフ社製)、オキシムエステル系光ラジカル重合開始剤としては、(2E)-2-(ベンゾイルオキシイミノ)-1-[4-(フェニルチオ)フェニル]オクタン-1-オン(商品名「イルガキュア(登録商標)OXE-01」、ビーエーエスエフ社製)等が挙げられるが、これに限定されることはない。
 水素引き抜き型ラジカル重合開始剤としては、2-エチル-9,10-アントラキノン、2-t-ブチル-9,10-アントラキノン等のアントラキノン誘導体、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン等のチオキサントン誘導体が挙げられるが、これに限定されることはない。
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、前記光ラジカル重合開始剤を単独で用いてもよく、2種類以上併用してもよい。また、立体造形物の造形後の熱処理で重合反応を進めるために、熱ラジカル重合開始剤をさらに含有していてもよい。
 本発明の光硬化性樹脂組成物の光ラジカル重合開始剤の含有量は、式(1)で表される化合物100質量部に対して、好ましくは0.1質量部~15質量部、より好ましくは0.1質量部~10質量部である。光ラジカル重合開始剤の含有量が少ないと、式(1)で表される化合物の重合が不十分となる傾向がある。また、光ラジカル重合開始剤の含有量が多いと、光の透過性が低下し、式(1)で表される化合物の重合が不均一になることがある。
(光カチオン重合開始剤)
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、2以上のエポキシ基を含有する化合物を重合するため、光カチオン重合開始剤を含有していてもよい。
 光カチオン重合開始剤は、例えば紫外線等のエネルギー線の照射によりカチオン重合を開始することのできる酸を発生する光カチオン重合開始剤である。
 光カチオン重合開始剤としては、例えば、カチオン部分が、芳香族スルホニウム、芳香族ヨードニウム、芳香族ジアゾニウム、芳香族アンモニウム、チアンスレニウム、チオキサントニウム、[シクロペンタジエニル(1-メチルエチルベンゼン)-Fe]カチオンであり、アニオン部分が、BF 、PF 、SbF 、BX (但し、Xは少なくとも2つ以上のフッ素またはトリフルオロメチル基で置換されたフェニル基)で構成される塩を単独で使用または2種以上を併用することができる。
 芳香族スルホニウムの塩としては、例えばビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビステトラフルオロボレート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビステトラフルオロボレート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等を使用することができる。
 また、芳香族ヨードニウムの塩としては、例えばジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチル)フェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等を使用することができる。
 また、前記芳香族ジアゾニウム塩としては、例えばフェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、フェニルジアゾニウムヘキサフルオロアンチモネート、フェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、フェニルジアゾニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等を使用することができる。
 また、芳香族アンモニウムの塩としては、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロアンチモネート、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムテトラフルオロボレート、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムヘキサフルオロアンチモネート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムテトラフルオロボレート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等を使用することができる。
 また、チオキサントニウムの塩としては、S-ビフェニル2-イソプロピルチオキサントニウムヘキサフルオロホスフェート等を使用することができる。
 また、[シクロペンタジエニル(1-メチルエチルベンゼン)-Fe]カチオンの塩としては、[シクロペンタジエニル(1-メチルエチルベンゼン)-Fe]ヘキサフルオロホスフェート、[シクロペンタジエニル(1-メチルエチルベンゼン)-Fe]ヘキサフルオロアンチモネート、[シクロペンタジエニル(1-メチルエチルベンゼン)-Fe]テトラフルオロボレート、[シクロペンタジエニル(1-メチルエチルベンゼン)-Fe]テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等を使用することができる。
 市販の光カチオン重合開始剤としては、例えば、CPI-100P、CPI-110P、CPI-101A、CPI-200K、CPI-210S(以上、サンアプロ(株)製)、サイラキュア光硬化開始剤UVI-6990、サイラキュア光硬化開始剤UVI-6992、サイラキュア光硬化開始剤UVI-6976(以上、ダウ・ケミカル日本(株)製)、アデカオプトマーSP-150、アデカオプトマーSP-152、アデカオプトマーSP-170、アデカオプトマーSP-172、アデカオプトマーSP-300(以上、(株)ADEKA製)、CI-5102、CI-2855(以上、日本曹達(株)製)、サンエイドSI-60L、サンエイドSI-80L、サンエイドSI-100L、サンエイドSI-110L、サンエイドSI-180L、サンエイドSI-110、サンエイドSI-180(以上、三新化学工業(株)製)、エサキュア1064、エサキュア1187(以上、ランベルティ社製)、オムニキャット550(アイジーエム レジン社製)、イルガキュア(登録商標)250(ビーエーエスエフ社製)、ロードシルフォトイニシエーター2074(RHODORSILPHOTOINITIATOR2074(ローディア・ジャパン(株)製))等が市販されている。
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、光カチオン重合開始剤を単独で用いてもよく、2種類以上併用してもよい。また、立体造形物の造形後の熱処理で重合反応を進めるために、加熱等によって酸を発生する熱カチオン重合開始剤をさらに含有していてもよい。ただし、本発明の光硬化性樹脂組成物の硬化物が液晶モジュール用材料として使用される場合には、熱による変色等を防止する観点から、光カチオン重合開始剤のみを使用することが好ましい。
 本発明の光硬化性樹脂組成物の光カチオン重合開始剤の含有量は、2以上のエポキシ基を含有する化合物100質量部に対して、好ましくは0.1質量部~15質量部、より好ましくは0.1質量部~10質量部の量である。光カチオン重合開始剤の含有量が少ないと、2以上のエポキシ基を含有する化合物の重合が不十分となる傾向がある。また、光カチオン重合開始剤の含有量が多いと、光の透過性が低下し、2以上のエポキシ基を含有する化合物の重合が不均一になることがある。
(その他の(メタ)アクリレート化合物)
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、式(1)で表される化合物以外の(メタ)アクリレート化合物を含有してもよく、2種以上の(メタ)アクリレート化合物を組み合わせて含有してもよい。
 その他の(メタ)アクリレート化合物とは、分子内に1個の(メタ)アクリロイル基を有する単官能性(メタ)アクリレート化合物、2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能性(メタ)アクリレート化合物などが挙げられる。ただし、本発明の光硬化性樹脂組成物に含まれるその他の(メタ)アクリレート化合物は、一般的な方法で重合可能な重合性の(メタ)アクリレート化合物である。
 単官能性(メタ)アクリレート化合物としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n-オクチル(メタ)アクリレート、i-オクチル(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、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、アダマンチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、フェニルグリシジル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、フェニルセロソルブ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ビフェニル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルフォスフェート、フェニル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
 多官能性(メタ)アクリレート化合物としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ノナエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(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、1,6-ヘキサメチレンジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ(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、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリス(メタ)アクリロキシエチルイソシアヌレートなどを挙げることができる。
 本発明の光硬化性樹脂組成物が、(メタ)アクリル基を有する化合物として式(1)で表される化合物のみを含有する場合、その硬化物は硬さが十分でない硬化物となることもあるため、そのような場合に本発明の光硬化性樹脂組成物は上記の(メタ)アクリレート化合物を含むことが好ましい。
 硬い硬化物を提供する単官能性(メタ)アクリレート化合物としては、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレートを用いることができる。これらの(メタ)アクリレート化合物の本発明の光硬化性樹脂組成物に加える場合、本発明の硬化物の靭性を損なわないようにするため、式(1)で表される化合物100質量部に対して、1質量部以上1000質量部以下、好ましくは10質量部以上300質量部以下加えられる。
 多官能性(メタ)アクリレート化合物としては、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートを好適に用いることができる。これらの多官能性(メタ)アクリレート化合物を本発明の光硬化性樹脂組成物に加える場合、本発明の硬化物の靭性を損なわないようにするため、式(1)で表される化合物100質量部に対して、1質量部以上1000質量部以下、好ましくは10質量部以上300質量部以下加えられる。
 単官能性(メタ)アクリレート化合物と多官能性(メタ)アクリレート化合物は、1種類以上を任意に本発明の光硬化性樹脂組成物に混合して使用することができる。
(その他の化合物)
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、脂環式エポキシ化合物やオキセタン化合物等の重合性化合物やそれらの重合物をさらに含有していてもよい。
 脂環式エポキシ化合物とは、脂環式基を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成される脂環エポキシ基を有する化合物である。例えば、3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボン酸3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(商品名「セロキサイド2021P」、(株)ダイセル製)や3,4,3’,4’-ジエポキシビシクロヘキシル(商品名「セロキサイド8000」、(株)ダイセル製)等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
 オキセタン化合物とは、酸素原子含有4員環であるオキセタニル基を有する化合物である。例えば、2-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン(オキセタンアルコール)(商品名「OXT-101」、東亜合成(株))、2-エチルヘキシルオキセタン(商品名「OXT-212」、東亜合成(株))、キシリレンビスオキセタン(商品名「OXT-121」、東亜合成(株))、3-エチル-3{[(3-エチルオキセタン-3-イル)メトキシ]メチル}オキセタン(商品名「OXT-221」、東亜合成(株))が挙げられるが、これに限定されるものではない。
 これらの化合物またはその重合物を本発明の光硬化性樹脂組成物に添加する場合、本発明の硬化物の靭性を損なわないようにするため、2以上のエポキシ基を含有する化合物100質量部に対して、1質量部以上1000質量部以下、好ましくは10質量部以上300質量部以下加えられる。
 また、本発明の光硬化性樹脂組成物には、本発明の目的、効果を損なわない範囲において、その他の任意成分として各種の添加剤が含有されていてもよい。かかる添加剤としては、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエーテル、ポリエステル、スチレン-ブタジエンブロック共重合体、石油樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、セルロース樹脂、フッ素系オリゴマー、シリコーン系オリゴマー、ポリスルフィド系オリゴマー等のポリマーあるいはオリゴマー;フェノチアジン、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール等の重合禁止剤;重合開始助剤;レベリング剤;濡れ性改良剤;界面活性剤;可塑剤;紫外線吸収剤;シランカップリング剤;無機充填剤;顔料;染料等を挙げることができる。
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、式(1)で表される化合物および2以上のエポキシ基を含有する化合物、並びに必要に応じて光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、その他の(メタ)アクリレート化合物、およびその他の化合物、およびその他の任意成分の適量を攪拌容器に仕込み、30℃~70℃、好ましくは50℃~60℃の温度で、1時間~6時間、好ましくは1時間~2時間攪拌することによって製造することができる。
 本発明の光硬化性樹脂組成物の25℃における粘度は、好ましくは50mPa・s~10,000mPa・sであり、より好ましくは70mPa・s~5,000mPa・sである。
 以上のようにして得られる本発明の光硬化性樹脂組成物は、光学的立体造形法における光硬化性樹脂組成物として好適に使用される。本発明の硬化物は、本発明の光硬化性樹脂組成物に対して、紫外線、電子線、X線、放射線などの活性エネルギー線を選択的に照射して硬化に必要なエネルギーを供給することで得ることができる。
 活性エネルギー線としては、300nm~450nmの波長を有する紫外線が経済的な観点から好ましく用いられ、光源として紫外線レーザー(例えばArレーザー、He-Cdレーザーなど)、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯などを使用することができる。その中でも、紫外線レーザーが、エネルギーレベルを高めて硬化時間を短縮でき、しかも集光性に優れていることから、好ましく用いられる。
 本発明の光硬化性樹脂組成物に対して上記方法により必要なエネルギーを供給することで、式(1)で表される化合物の両末端の二重結合を介してラジカル重合することで、式(1’)で表される構造を生じる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 式(1’)中、m、RおよびRは、式(1)と同じものを表す。
 同時に、2以上のエポキシ基を含有する化合物の少なくとも1つのエポキシ基が開環することで重合反応が進行し、2以上のエポキシ基を含有する化合物由来のエポキシ樹脂が生じる。
 この結果、本発明の硬化物は、式(1’)で表される構造を含有するネットワークと2以上のエポキシ基を含有する化合物の重合体であるエポキシ樹脂を含有するネットワークが相互に絡み合う、IPN構造を含む。
 このIPN構造の効果で、本発明の硬化物は、式(1’)で表される構造だけでは得ることのできない硬さを示し、かつ靱性に優れ、造形時の自己形状保持性が高く、硬化物となる。
<立体造形物>
 本発明の立体造形物は、公知の光学的立体造形法および装置を使用して作製することができる。本発明の光硬化性樹脂組成物を光学的立体造形法で造形する立体造形物の製造方法の好ましい例としては、本発明の光硬化性樹脂組成物に所望のパターンを有する硬化層が得られるように活性エネルギー線を選択的に照射して硬化層を形成し、順次、本発明の光硬化性樹脂組成物を硬化層上に供給し、連続した硬化層を形成する積層操作を繰り返すことにより、目的とする立体造形物を得る方法を挙げることができる。
 本発明の光硬化性樹脂組成物に所望のパターンを有する硬化層が得られるように照射する活性エネルギー線としては、紫外線、電子線、X線、放射線などを挙げることができる。中でも、300nm~450nmの波長を有する紫外線が経済的な観点から好ましく用いられ、その際の光源としては、紫外線レーザー(例えばArレーザー、He-Cdレーザーなど)、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯などを使用することができる。紫外線レーザーは、エネルギーレベルを高めて造形時間を短縮でき、しかも集光性に優れ、高い造形精度を得ることができる点から、好ましく採用される。
 本発明の光硬化性樹脂組成物よりなる造形面に活性エネルギー線を照射して所定の形状パターンを有する硬化層を形成するに当たっては、レーザー光などのような点状に絞られた活性エネルギー線を使用して点描または線描方式で硬化樹脂層を形成してもよい。また、液晶シャッターまたはデジタルマイクロミラーシャッターなどのような微小光シャッターを複数配列して形成した面状描画マスクを通して造形面に活性エネルギー線を面状に照射して硬化樹脂層を形成させる造形方式を採用してもよい。
 前記の立体造形法の代表的な一例を以下に説明する。
 まず、収容容器内において昇降自在に設けられた支持ステージを本発明の光硬化性樹脂組成物の液面から微小量降下(沈降)させることにより、当該支持ステージ上に本発明の光硬化性樹脂組成物を供給して、その第1の薄層を形成する。
 次いで、この第1の薄層に対して選択的に光を照射することにより、固体状の第1の硬化樹脂層を形成する。
 次いで、この第1の硬化樹脂層上に本発明の光硬化性樹脂組成物を供給して第2の薄層を形成し、第2の薄層に対して選択的に光照射することにより、第1の硬化樹脂層上にこれと連続して一体的に積層されるように第2の硬化樹脂層を形成する。
 そして、光照射されるパターンを変化させながら或いは変化させずに、この工程を繰り返すことにより、複数の硬化樹脂層(第1~第nの硬化樹脂層)が一体的に積層されてなる立体造形物が造形される。
 このようにして得られる立体造形物を収容容器から取り出し、その表面に残存する未反応の光硬化性樹脂組成物を除去した後、必要に応じて洗浄する。ここで、洗浄剤としては、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等に代表されるアルコール系有機溶剤;アセトン、メチルエチルケトン等に代表されるケトン系有機溶剤;酢酸エチルに代表されるエステル系有機溶剤;テルペン類に代表される脂肪族系有機溶剤などを挙げることができる。
 なお、洗浄剤で洗浄した後に、立体造形物は必要に応じて、光照射または熱照射によるポストキュアーを行っても良い。ポストキュアーは、立体造形物の表面および内部に残存する未反応の光硬化性樹脂組成物を硬化させることができ、造形物の表面のべたつきを抑えることができる他、造形物の初期強度を向上させることができる。
(実施例)
 以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、本実施例において「部」と示されるものは、特に記載がない限り「質量部」を意味する。
(材料)
[式(1)で表される化合物]
(A-1)ポリカーボネートジオールのジ(メタ)アクリレート誘導体(商品名「UM-90(1/3)DA」、宇部興産(株)製(数平均分子量=900))
(A-1は、式(1)で表される化合物中のRが、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
およびR2b=-(CH-であり、これらのモル比(R2a:R2b)が1:3である化合物である。)
(A-2)ポリカーボネートジオールのジアクリレート誘導体
 式(10)で表されるポリカーボネートジオールにおいて、Rが-(CH-および-(CH-かつこれらのモル比が1:1であるポリカーボネートジオール(商品名「デュラノールT5650E」、旭化成株式会社製)100部に脱水したトルエン500部を加え、-40℃まで冷却した。その後、ジイソプロピルエチルアミンを50部加え、次いでアクリル酸クロリドを40部加えた。十分に撹拌し、8時間反応後常温に戻し、塩および溶媒を除去した。その後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、数平均分子量が600のポリカーボネートジオールのジアクリレート誘導体(A-2)を得た。
(A-3)ポリカーボネートジオールのジ(メタ)アクリレート誘導体(商品名「UH-100DA」、宇部興産(株)製(数平均分子量=900))
(A-3は、式(1)で表される化合物中のRが-(CH-である化合物である。)
[2以上のエポキシ基を含有する化合物]
(B-1)ビスフェノールFジグリシジルエーテル(ビス[4-(グリシジルオキシ)フェニル]メタン、(商品名「jER(登録商標)806」、三菱化学(株)製))
(B-2)ビスフェノールAジグリシジルエーテル(2,2-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)プロパン、東京化成工業(株)製)
[光ラジカル重合開始剤]
(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(登録商標)184」、ビーエーエスエフ社製)
[光カチオン重合開始剤]
(D)トリアリールスルホニウム系光酸発生剤(商品名「CPI-210S」、サンアプロ(株)製)
(シャルピー衝撃試験)
 JIS規格(JISK7111)に準拠し、試験片を作製して評価を行った。
(硬度試験)
 デュロメータ アスカーゴム硬度計C型(高分子計器(株)製)を使用し、JIS規格(JISK7312)に準拠し、試験片を作製し評価を行った。硬さが95以上のものをA、95未満のものをBとした。
(経時安定性評価)
 調製した光硬化性樹脂組成物を1週間室温で放置して、目視にて液の濁りの変化を観察した。濁りに変化がないものをA、1週間後には濁りが悪化したものをB、1日以内に濁りが悪化したものをCとした。なお、1週間後には濁りが悪化したBも、本発明の目的を達成することができる。
(実施例1)
 式(1)で表される化合物(A-1)50部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-1)50部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置(250W水銀光源 REX-250、朝日分光(株)製)にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は5.4、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置(Value3D MagiX ML-48(武藤工業(株)製))にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(実施例2)
 式(1)で表される化合物(A-1)25部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-1)75部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は3.4、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(比較例1)
 式(1)で表される化合物(A-1)100部、光ラジカル重合開始剤(C)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は5.4、硬度は95未満であり、靭性は良好であるものの、硬さが不十分であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、自重でのたわみに耐えきれず、造形物に意図しない変形が見られた。
(比較例2)
 2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-1)100部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は1.1、硬度は95以上であり、硬度は良好であるが、靭性が著しく不足していた。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、硬化反応に時間がかかりうまく造形物を作製できなかった。
 上記の結果を図1に示す。通常、2種類の材料を混合した場合、その物性値は加成則に従う。加成則に従った場合、式(1)で表される化合物を48質量%含む実施例1の光硬化性樹脂組成物の硬化物のシャルピー衝撃強度は、式(1)で表される化合物を96%含む比較例1の光硬化性樹脂組成物の硬化物と比較して、その半分程度となると予測される。しかし、実施例1の光硬化性樹脂組成物の硬化物は、図1に示されるように加成則から外れ、比較例1の光硬化性樹脂組成物の硬化物と同等の、予想以上に良好なシャルピー衝撃強度を発現できることがわかった。これは、本発明の光硬化性樹脂組成物の硬化物が、式(1)で表される化合物の重合体(すなわち、式(1’)で表される構造)を含有するネットワークと2以上のエポキシ基を含有する化合物の重合体であるエポキシ樹脂を含有するネットワークが相互に絡み合う、相互侵入網目(IPN)構造が形成しているためと考えられる。
(実施例3)
 式(1)で表される化合物(A-1)50部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-2)50部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は4.8、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(実施例4)
 式(1)で表される化合物(A-2)50部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-1)50部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は6.1、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(実施例5)
 式(1)で表される化合物(A-2)25部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-1)75部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1週間経過後も濁りに変化がないことが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は4.1、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(実施例6)
 式(1)で表される化合物(A-3)50部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-2)50部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1日以内では濁りが悪化しなかったものの、1週間経過後には濁りが悪化していることが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は4.4、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(実施例7)
 式(1)で表される化合物(A-3)50部、2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-1)50部、光ラジカル重合開始剤(C)2部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1日以内では濁りが悪化しなかったものの、1週間経過後には濁りが悪化していることが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は6.0、硬度は95以上と良好であった。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、良好な形状に造形できることが確認できた。
(比較例3)
 2以上のエポキシ基を含有する化合物(B-2)100部、光カチオン重合開始剤(D)2部を混合し、2時間撹拌し、光硬化性樹脂組成物を得た。
 得られた光硬化性樹脂組成物を室温で保管したところ、1日以内では濁りが悪化し、1週間経過後には濁りがさらに悪化し、かつ固形化していることが確認された。
 得られた光硬化性樹脂組成物を所定形状の透明な型に注ぎ、紫外線照射装置にて紫外光を照射し、シャルピー衝撃試験および硬度試験を行った。得られた試験片のシャルピー衝撃強度は0.7、硬度は95以上であり、硬度は良好であるが、靭性が著しく不足していた。
 調合した光硬化性樹脂組成物を使用し、光学的立体造形装置にて造形したところ、硬化反応に時間がかかりうまく造形物を作製できなかった。
 表1に各光硬化性樹脂組成物中の材料の含有量および評価、並びに硬化物の評価をまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
A:式(1)で表される化合物、B:2以上のエポキシ基を含有する化合物、C:光ラジカル重合開始剤(C)、D:光カチオン重合開始剤(D)
 以上から、本発明の硬化物は、硬さおよびシャルピー衝撃強度において、優れたバランスを持ち、本発明の光硬化性樹脂組成物は、光学的立体造形法に好適に使用できることが明らかとなった。
 本発明の光硬化性樹脂組成物は、光学的立体造形法に用いる光硬化性樹脂組成物として利用することができる。
 本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
 本願は、2017年12月22日提出の日本国特許出願特願2017-246054を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (9)

  1.  光硬化性樹脂組成物において、
     下記式(1)で表される化合物、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    [mは2乃至50の整数である。RはHまたはCHであり、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい主鎖の炭素数が2乃至8の飽和炭化水素基である。前記飽和炭化水素基は、側鎖を有していてもよい。]
     および、
     2以上のエポキシ基を含有する化合物、
     を含有することを特徴とする光硬化性樹脂組成物。
  2.  Rが、下記式(2)乃至(6)の群から選ばれる構造であることを特徴とする請求項1に記載の光硬化性樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     aは2乃至8の整数である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     b+cは2乃至7の整数であり、いずれか一方が0であってもよい。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     d+eは2乃至7の整数であり、いずれか一方が0であってもよい。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
  3.  前記Rが2種類以上の異なる飽和炭化水素基であることを特徴とする請求項1または2に記載の光硬化性樹脂組成物。
  4.  さらに、光ラジカル重合開始剤および光カチオン重合開始剤を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
  5.  前記2以上のエポキシ基を含有する化合物が、芳香環を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物。
  6.  前記2以上のエポキシ基を含有する化合物が、ビスフェノール型エポキシ樹脂の単量体であることを特徴とする請求項5に記載の光硬化性樹脂組成物。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の光硬化性樹脂組成物を光学的立体造形法で造形する立体造形物の製造方法。
  8.  下記式(1’)で表される構造、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    [mは2乃至50の整数である。RはHまたはCHであり、Rはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。複数のRは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい主鎖の炭素数が2乃至8の飽和炭化水素基である。前記飽和炭化水素基は、側鎖を有していてもよい。]
     および、
     2以上のエポキシ基を含有する化合物由来の樹脂、
     を含有することを特徴とする硬化物。
  9.  請求項8に記載の硬化物からなる立体造形物。

     
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