WO2022264701A1 - 3dプリンター用樹脂組成物及びその製造方法、並びに硬化物 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a resin composition for 3D printers, a method for producing the same, and a cured product of the resin composition.
- stereolithography As a three-dimensional modeling technology for resin, stereolithography is known, which uses a 3D printer to cure photocurable resin based on three-dimensional CAD data. Stereolithography has the advantage of being able to easily manufacture objects with complicated shapes in a relatively short period of time.
- Patent Document 1 discloses that a photocurable composition containing a urethane (meth)acrylate oligomer can provide a cured product with excellent flexibility. Are listed.
- Synthesis Example 1-7 Polyoxypropylene tetraol was used as the initiator (hydroxyl value equivalent molecular weight: 550), and otherwise the same operations as in Synthesis Example 1-3 were performed to obtain polyether polyol (f) (hydroxyl value: 7.7 mgKOH/g, hydroxyl value: A converted molecular weight of 29140 and EO/(PO+EO) of 0% by mass) were obtained.
- Table 1 shows the physical properties of each polyether polyol obtained in the above synthesis example.
- the temperature dependence of the storage elastic modulus is a value obtained by dividing the storage elastic modulus (E' 1 [MPa]) at -20°C by the storage elastic modulus (E' 2 [ MPa]) at 40°C. (E' 1 /E' 2 ).
- E' 1 /E' 2 the storage elastic modulus at 40°C.
- the first monomer of the present invention, the resin composition containing the second monomer and the photopolymerization initiator (Examples 1 to 3, 7 and 8) are 3D It was confirmed that the viscosity is low enough for use in printers, and that the cured product has a low glass transition temperature, low temperature dependence of storage elastic modulus, and excellent flexibility even in a low temperature range. On the other hand, the resin composition (Example 6) that did not contain the second monomer had high viscosity and was inferior in stereolithography, so that a good model could not be obtained.
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Abstract
Description
[1]第1の単量体、第2の単量体及び光重合開始剤を含み、前記第1の単量体は、ポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネートと、(メタ)アクリロイル基を有する化合物との反応生成物であって、前記ポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が3100~40000であり、前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1分子中に1個のイソシアネート基と反応し得る基を有し、かつ、1分子中に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有し、前記ポリエーテルポリオールの水酸基及び前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物のイソシアネート基と反応し得る基の合計モル数と、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数が等しく、前記第2の単量体は、(メタ)アクリル化合物である、3Dプリンター用樹脂組成物。
[2]前記ポリエーテルポリオールの不飽和度が0.1meq/g以下である、[1]に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[3]前記ポリエーテルポリオールの構成単位となる全単量体中、エチレンオキシドが50質量%以下である、[1]又は[2]に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[4]前記ポリエーテルポリオールは、1分子中の水酸基数が3以上である、請求項[1]~[3]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[5]前記第2の単量体は、(メタ)アクリロイル基及び炭素数1~10の炭化水素基を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[6]前記第1の単量体及び前記第2の単量体の合計100質量部に対して、前記第1の単量体が10~80質量部である、[1]~[5]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[7]第3の単量体をさらに含み、前記第3の単量体が、ポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネートと、(メタ)アクリロイル基を有する化合物との反応生成物であって、前記ポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が3100未満であり、前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1分子中に1個のイソシアネート基と反応し得る基を有し、かつ、1分子中に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有し、前記ポリエーテルポリオールの水酸基及び前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物のイソシアネート基と反応し得る基の合計モル数と、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数が等しい、[1]~[6]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[8]水酸基価換算分子量が3100~40000であり、かつ、該ポリエーテルポリオールの構成単位となる全単量体中、エチレンオキシドが50質量%以下であるポリエーテルポリオールを、さらに含む、[1]~[7]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
[9]前記第1の単量体、前記第2の単量体及び前記光重合開始剤を含む配合成分を混合して、[1]~[8]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物を製造する方法であって、前記第1の単量体における前記ポリエーテルポリオールは、活性水素含有基を有し、1分子中の活性水素数が2以上である化合物を開始剤として、複合金属シアン化物錯体触媒の存在下、モノエポキシドを開環重合させて得られた、水酸基価換算分子量3100~30000のポリエーテルポリオールである、3Dプリンター用樹脂組成物の製造方法。
[11]40℃での貯蔵弾性率に対する-20℃での貯蔵弾性率の比率が30以下である、[10]に記載の硬化物。
[12]ガラス転移温度が-50℃以下である、[10]又は[11]に記載の硬化物。
[13]破断伸びが170%以上である、[10]~[12]のいずれかに記載の硬化物。
[14]人工臓器又は臓器モデルである、[10]~[13]のいずれかに記載の硬化物。
「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基及びメタクリロイル基の総称である。同様に、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及びメタクリルの総称であり、また、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートの総称である。
ポリエーテルポリオールの水酸基価は、JIS K1557-1:2007に準拠した測定により求められる。
ポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量は、56100×(ポリエーテルポリオールの1分子中の水酸基数)/(水酸基価)の式から算出した値である。
ポリエーテルポリオールの不飽和度は、JIS K1557-3:2007に準拠した測定により求められる。
「モル数が等しい」又は「等モル」とは、反応する官能基同士のモル比が、実質的に1であることを意味する。前記モル比が0.7~1.4、好ましくは0.8~1.3であるとき、反応する官能基同士が等モルであるとみなす。
数平均分子量は、標準ポリスチレン試料を用いて作成した検量線に基づいて、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定して求められたポリスチレン換算分子量である。
ポリエーテルポリオールのガラス転移温度は、示差走査熱量計で測定した求められた値である。
樹脂組成物の硬化物の貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置で測定した求められた値である。具体的には、実施例に記載の方法で測定される。
本発明の3Dプリンター用樹脂組成物は、第1の単量体、第2の単量体及び光重合開始剤を含む。第1の単量体は、ポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネートと、(メタ)アクリロイル基を有する化合物との反応生成物であって、前記ポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が3100~40000であり、前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1分子中に1個のイソシアネート基と反応し得る基を有し、かつ、1分子中に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有し、前記ポリエーテルポリオールの水酸基及び前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物のイソシアネート基と反応し得る基の合計モル数と、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数が等しい。また、第2の単量体は、(メタ)アクリル化合物である。
このような樹脂組成物は、3Dプリンターでの使用に十分な低粘度であり、また、その硬化物が低温域でも柔軟性に優れている。
第1の単量体は、ポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネートと、(メタ)アクリロイル基を有する化合物との反応生成物である。前記反応生成物は、前記ポリエーテルポリオールの水酸基及び前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物のイソシアネート基と反応し得る基と、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基とが等モルで反応したウレタン(メタ)アクリレートである。第1の単量体は、1種単独であっても、2種以上を併用してもよい。
第1の単量体におけるポリエーテルポリオールは、活性水素含有基を有し、1分子中の活性水素の数が2以上である化合物を開始剤として、触媒存在下、モノエポキシドを開環重合させて得られる化合物が好ましい。
開始剤としては、例えば、水、多価アルコール、多価フェノール、多価カルボン酸、第一級アミン等が挙げられ、好ましくは、水、多価脂肪族アルコール、より好ましくは二価又は三価脂肪族アルコールである。ポリエーテルポリオールよりも低分子量のポリオキシアルキレンポリオールを開始剤として用いてもよい。開始剤は、これらのうち、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
開始剤の多価脂肪族アルコールの炭素数は、好ましくは2~10、より好ましくは2~8、さらに好ましくは2~6である。
水酸基価換算分子量が3100以上であることにより、光造形性に優れた樹脂組成物が得られやすく、また、良好な柔軟性を有する硬化物が得られやすい。また、水酸基価換算分子量が40000以下であれば、第1の単量体を製造しやすく、また、適度な粘度の樹脂組成物が得られやすい。
複合金属シアン化物錯体としては、亜鉛ヘキサシアノコバルテートを主成分とする錯体が好ましく、エーテル及び/アルコール錯体が特に好ましい。エーテルとしては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル(グライム)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグライム)等が好ましく、錯体の製造時の取り扱い性の観点から、グライムが特に好ましい。アルコールとしては、例えば、tert-ブタノール、tert-ブチルセロソルブ等が好ましく、錯体の製造時の取り扱い性の観点から、tert-ブタノールが特に好ましい。
複合金属シアン化物錯体触媒を用いたポリエーテルポリオールの製造は、公知の方法で行うことができ、例えば、国際公開第2003/062301号、国際公開報第2004/067633号、特開2004-269776号公報、特開2005-15786号公報、国際公開第2013/065802号、特開2015-010162号公報等に開示されている触媒を用いた製造方法を採用できる。
ポリイソシアネートは、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有する化合物であり、例えば、芳香族系、脂肪族系、芳香環含有脂肪族系、また、これらを変性したもの等が挙げられる。具体的には、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンイソシアネート等、また、これらのプレポリマー変性体、ヌレート変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体等が挙げられる。ポリイソシアネートは、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
ポリイソシアネートは、樹脂組成物の粘度及びその硬化物の柔軟性等の観点から、好ましくは1分子中のイソシアネート基が2個又は3個であり、より好ましくはジイソシアネートであり、具体的には、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が好ましく、イソホロンジイソシアネートがより好ましい。
(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1分子中に1個のイソシアネート基と反応し得る基を有し、かつ、1分子中に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有する。(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
イソシアネート基と反応する基としては、例えば、水酸基、水素原子が結合した窒素原子を有するアミノ基等が挙げられ、好ましくは、脂肪族炭化水素基又は脂環族炭化水素基に結合した水酸基である。
(メタ)アクリロイル基を有する化合物としては、例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシシクロアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミドが挙げられ、これらのうち、アルキル基部分の炭素数が1~10のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミドが好ましい。アルキル基部分の炭素数は、好ましくは1~8、より好ましくは1~6である。具体的には、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、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、5-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等が挙げられ、これらのうち、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートが好ましく、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレートがより好ましく、2-ヒドロキシエチルアクリレートがさらに好ましい。
また、2個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物として、例えば、2,2-(ビスアクリロイルオキシメチル)プロパン-1-オール、1,1-(ビスアクリロイルオキシメチル)エタン-1-オール等が挙げられ、これらのうち、1,1-(ビスアクリロイルオキシメチル)エタン-1-オールが好ましい。
第1の単量体の合成において、ポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物の3成分を反応させる順序は特に限定されるものではなく、3成分を同時に反応させてもよく、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートの2成分、又は、ポリイソシアネートと(メタ)アクリロイル基を有する化合物の2成分を先に反応させてもよい。好ましくは、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとを、イソシアネート基が化学量論的に過剰な条件で反応させてウレタンプレポリマーを得た後に、ウレタンプレポリマーのイソシアネート基に、(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させる。
また、(メタ)アクリロイル基を有する化合物の(メタ)アクリロイル基での熱重合反応を抑制するため、適宜、重合禁止剤を添加してもよい。重合禁止剤は、公知のものを適用することができ、例えば、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、o-ニトロトルエン、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン、メトキノン等が挙げられる。重合禁止剤を添加する場合、その添加量は、ポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物の3成分の合計質量に対して、好ましくは10~5000質量ppmである。
第2の単量体は、(メタ)アクリル化合物である。第2の単量体は、第1の単量体との相溶性が良好であり、樹脂組成物を低粘度化する希釈剤としての役割を有する。第2の単量体を含むことにより、3Dプリンターでの使用に適した低粘度の樹脂組成物となる。
第2の単量体としては、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、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;イソボルニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等の環構造を有する(メタ)アクリレート;1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート;エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2-エチルへキシルグリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレンリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングルコールジ(メタ)アクリレート等のエーテル結合を有する(メタ)アクリレート;(メタ)アクリルアミド、イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド塩化メチル4級塩、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリロイルモルホリン等が挙げられる。第2の単量体は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、第2の単量体の(メタ)アクリル化合物は、第1の単量体との相溶性及び樹脂組成物の低粘度化の観点から、(メタ)アクリロイル基及び炭素数1~10の炭化水素基を有することが好ましい。炭化水素基は、鎖状であっても環状であってもよく、その炭素数は、より好ましくは2~10、さらに好ましくは3~10である。
第1単量体と第2単量体の含有割合が上記範囲内であることにより、3Dプリンターでの使用に適した低粘度の樹脂組成物が得られやすく、また、低温域でも柔軟性に優れた硬化物が得られやすい。
光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線の照射により、第1の単量体及び第2の単量体の重合を開始させ得る重合開始剤であり、公知の活性エネルギー線硬化性組成物に使用できる光重合開始剤を適用することができる。
光重合開始剤としては、例えば、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、α-ヒドロキシアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、1-(4-ドデシルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル、ベンゾフェノン、2-ベンゾイル安息香酸、2-ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、4-メトキシベンゾフェノン、ベンゾイルぎ酸メチル、ベンジル、カンファーキノン、チオキサントン、2-クロロチオキサントン、2-メチルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントン、2-メチル-4’-(メチルチオ)-2-モルホリノプロピオフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド等が挙げられる。光重合開始剤は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
樹脂組成物は、低粘度化による3Dプリンターでの取り扱い容易性や、その硬化物の柔軟性のさらなる向上等の観点から、第1の単量体、第2の単量体及び光重合開始剤以外に、他の成分を含んでいてもよい。
ただし、本発明の効果を十分に発揮させる観点から、樹脂組成物中の第1の単量体及び第2の単量体の合計含有量は、好ましくは60質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、また、100質量%未満である。
他の単量体成分の1つとして、第3の単量体が挙げられ、樹脂組成物は、第3の単量体をさらに含むことも好ましい。
第3の単量体は、ポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネートと、(メタ)アクリロイル基を有する化合物との反応生成物であって、前記ポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が3100未満であり、前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1分子中に1個のイソシアネート基と反応し得る基を有し、かつ、1分子中に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有し、前記ポリエーテルポリオールの水酸基及び前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物のイソシアネート基と反応し得る基の合計モル数と、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数が等しいものである。第3の単量体は、構成原料のポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が第1の単量体の構成原料のポリエーテルポリオールよりも小さい、すなわち、低分子量のポリエーテルポリオールを用いて得られたウレタン(メタ)アクリレートである。第3の単量体は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
第3の単量体は、樹脂組成物の光造形性を損なうことなく、低粘度化させることができる。第3の単量体は、構成原料のポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量のみが、第1の単量と異なり、それ以外の組成は第1の単量体と同様であるため、説明は省略する。
樹脂組成物は、水酸基価換算分子量が3100~40000であり、かつ、該ポリエーテルポリオールの構成単位となる全単量体中、エチレンオキシドが50質量%以下であるポリエーテルポリオール(以下、第1の単量体におけるポリエーテルポリオール等との区別のため、ポリエーテルポリオール(X)という。)をさらに含むことも好ましい。
ポリエーテルポリオール(X)は、第1の単量体の構成原料であるポリエーテルポリオールと同じであっても、異なるものであってもよく、可塑剤として作用し得る。すなわち、樹脂組成物の硬化物の柔軟性を向上させ、また、樹脂組成物の低粘度化による3Dプリンターでの取り扱い性の向上にも寄与し得る。
本発明の3Dプリンター用樹脂組成物は、第1の単量体、第2の単量体及び光重合開始剤を含む配合成分を混合して、製造することができる。ここで、第1の単量体としては、第1の単量体におけるポリエーテルポリオールが、上述したような、活性水素含有基を有し、1分子中の活性水素数が2以上である化合物を開始剤として、複合金属シアン化物錯体触媒の存在下、モノエポキシドを開環重合させて得られた、水酸基価換算分子量3100~30000のポリエーテルポリオールであるものを用いることが好ましい。
本発明の硬化物は、上述した3Dプリンター用樹脂組成物に光照射して得られる。
本発明の樹脂組成物は3Dプリンター用であり、3Dプリンターでの使用に十分な低粘度であり、3Dプリンターでの光造形性に優れ、かつ、柔軟性に優れた硬化物(造形物)が得られる。
本発明の硬化物は、造形物の優れた形状追従性等の観点から、引張破断伸びが、好ましくは170%以上、より好ましくは180%以上、さらに好ましくは190%以上である。また、引張破断強度が、好ましくは2MPa以上、より好ましくは3MPa以上、さらに好ましくは4MPa以上である。
単量体の合成に用いるポリエーテルポリオール(a)~(e)を、下記合成例により製造した。各ポリエーテルポリオールについての物性の測定方法は、以下のとおりである。
ポリエーテルポリオールの水酸基価は、JIS K1557-1:2007のB法(電位差自動滴定法)に準拠して測定した。
〔不飽和度〕
ポリエーテルポリオールの不飽和度は、JIS K1557-3:2007に準拠して測定した。
〔水酸基価換算分子量〕
ポリエーテルポリオール(1分子中の水酸基数:n)の水酸基価換算分子量は、上記により測定した水酸基価(V[mgKOH/g])を用いて、56100×n/Vの計算値により求めた。なお、ポリエーテルポリオールの1分子中の水酸基数は、ポリエーテルポリオールの合成に用いた開始剤の1分子中の水酸基数とみなした。
撹拌機及び窒素導入管を備えた反応器内に、触媒として亜鉛ヘキサシアノコバルテート-グライム錯体2g、及び開始剤としてポリオキシプロピレントリオール(水酸基価換算分子量1000)1000gを仕込み、窒素雰囲気下、130℃で、プロピレンオキシド(以下、「PO」と略称する。)7800gを添加して4時間反応させた後、触媒として水酸化カリウムを用い、エチレンオキシド(以下、「EO」と略称する。)を添加して1時間反応させた。
耐圧反応器の内圧低下が止まったことを確認し、触媒を失活させた後、精製してポリエーテルポリオール(a)(水酸基価17.0mgKOH/g、水酸基価換算分子量9900、EO/(PO+EO) 12質量%)を得た。
開始剤としてポリオキシプロピレングリコール(水酸基価換算分子量700)を用い、それ以外は合成例1-1と同様の操作を行い、ポリエーテルポリオール(b)(水酸基価28.7mgKOH/g、水酸基価換算分子量3910、EO/(PO+EO) 24質量%)を得た。
触媒として亜鉛ヘキサシアノコバルテート-tert-ブタノール錯体を用い、また、EOを用いず、それ以外は合成例1-2と同様の操作を行い、ポリエーテルポリオール(c)(水酸基価11.0mgKOH/g、水酸基価換算分子量10200、EO/(PO+EO) 0質量%)を得た。
触媒として水酸化カリウムを用い、また、EOを用いず、それ以外は合成例1-1と同様の操作を行い、ポリエーテルポリオール(d)(水酸基価55.8mgKOH/g、水酸基価換算分子量3020、EO/(PO+EO) 0質量%)を得た。
触媒として水酸化カリウムを用い、また、EOを用いず、それ以外は合成例1-2と同様の操作を行い、ポリエーテルポリオール(e)(水酸基価56.0mgKOH/g、水酸基価換算分子量2000、EO/(PO+EO) 0質量%)を得た。
開始剤としてポリオキシプロピレングリコールを用い(水酸基価換算分子量700)、それ以外は合成例1-3と同様の操作を行い、ポリエーテルポリオール(f)(水酸基価6.4mgKOH/g、水酸基価換算分子量17530、EO/(PO+EO) 0質量%)を得た。
開始剤としてポリオキシプロピレンテトラオールを用い(水酸基価換算分子量550)、それ以外は合成例1-3と同様の操作を行い、ポリエーテルポリオール(f)(水酸基価7.7mgKOH/g、水酸基価換算分子量29140、EO/(PO+EO) 0質量%)を得た。
上記合成例で得られた各ポリエーテルポリオールを用いて、以下の合成例により、単量体(A)~(E)を製造した。
撹拌機及び窒素導入管を備えた反応器内に、ポリエーテルポリオール(a)100質量部及びイソホロジンジイソシアネート6.7質量部(ポリエーテルポリオール(a)1モルに対して3モル)を仕込み、ジラウリン酸ジブチル錫0.01質量部の存在下、80℃で4時間反応させて、ウレタンプレポリマーを得た。
このウレタンプレポリマーに、ジラウリン酸ジブチル錫0.05質量部、及びヒドロキノンモノメチルエーテル0.05質量部を添加した後、2-ヒドロキシエチルアクリレート3.54質量部(ポリエーテルポリオール(a)1モルに対して3モル)を40℃で滴下して添加した。その後、60℃で、赤外線吸収スペクトルにて波数2250cm-1のイソシアネート基の吸収ピークが確認されなくなるまで反応させて、単量体(A)を得た。
合成例2-1において、ポリエーテルポリオール(a)をポリエーテルポリオール(b)~(g)に変更し、下記表2に示す各組成で、合成例2-1と同様の操作にて、単量体(B)~(G)を得た。
上記合成例で得られた各単量体を用いて、下記表3に示す配合組成で、樹脂組成物(1)~(8)を調製した。なお、例1~3、7及び8は実施例であり、例4~6は比較例である。
樹脂組成物(1)~(8)について、下記の各種評価を行った。評価結果を表3に示す。
なお、樹脂組成物の硬化物についての評価用試験片は、幅5mm、長さ15mm、厚さ2mmのシリコーン型に樹脂組成物を流し込み、窒素環境下でコンベア型UV照射機(株式会社オーク製作所製;水銀キセノンランプ、照度100mW/cm2、積算光量3J/cm2)にて、紫外線照射して硬化させることにより作製した。
樹脂組成物の粘度は、25℃でE型粘度計にて測定した。
樹脂組成物を、光造形式3Dプリンター(「Value3D MagiX ML-100」、武藤工業株式会社製)を用いて、JIS K7312:1996に記載の3号形ダンベル状試験片(造形物)を作製した。
造形物の状態を目視観察し、3D CADデータに基づく造形精度から、以下の基準で3Dプリンターでの光造形性を評価した。
<評価基準>
A:造形物の体積95%以上の部分(ほぼ全体)で、良好な造形精度である。
B:造形物の体積80%以上95%未満の部分で、良好な造形精度である。
C:良好に造形されているのは、造形物の体積80%未満の部分である。
樹脂組成物の硬化物の評価用試験片について、動的粘弾性測定装置(「DMA 242E Artemis」、ネッチ社製;引張モード、温度範囲-80~130℃、昇温速度3℃/min、測定周波数1Hz、歪み1%)にて、貯蔵弾性率を測定した。表1には、25℃における貯蔵弾性率を示す。
また、損失弾性率のピーク温度をガラス転移温度とした。
また、貯蔵弾性率の温度依存性は、表1においては、-20℃における貯蔵弾性率(E’1[MPa])を40℃における貯蔵弾性率(E’2[MPa])で除した値(E’1/E’2)で表す。E’1/E’2の値が、1に近いほど貯蔵弾性率の温度依存性が低く、低温域でも柔軟性に優れていることを示している。
光造形式3Dプリンターで作製した3号形ダンベル状試験片について、引張試験機(「RTG-1310」、株式会社エー・アンド・デイ製;引張速度300mm/分、温度23℃)にて、引張破断強度及び引張破断伸びを測定した。
一方、第2の単量体を含まない樹脂組成物(例6)は、粘度が高く、光造形性に劣り、良好な造形物が得られなかった。また、単量体のポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が低い樹脂組成物(例4及び5)は、粘度は比較的低いものの、その硬化物は、ガラス転移温度が高く、低温域での柔軟性が十分ではなく、また、引張破断伸びが劣っていた。
Claims (12)
- 第1の単量体、第2の単量体及び光重合開始剤を含み、
前記第1の単量体は、ポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネートと、(メタ)アクリロイル基を有する化合物との反応生成物であって、
前記ポリエーテルポリオールの水酸基価換算分子量が3100~40000であり、
前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物は、1分子中に1個のイソシアネート基と反応し得る基を有し、かつ、1分子中に1個又は2個の(メタ)アクリロイル基を有し、
前記ポリエーテルポリオールの水酸基及び前記(メタ)アクリロイル基を有する化合物のイソシアネート基と反応し得る基の合計モル数と、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数が等しく、
前記第2の単量体は、(メタ)アクリル化合物である、
3Dプリンター用樹脂組成物。 - 前記ポリエーテルポリオールの不飽和度が0.1meq/g以下である、請求項1に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
- 前記ポリエーテルポリオールの構成単位となる全単量体中、エチレンオキシドが50質量%以下である、請求項1又は2に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
- 前記ポリエーテルポリオールは、1分子中の水酸基数が3以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
- 前記第2の単量体は、(メタ)アクリロイル基及び炭素数1~10の炭化水素基を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
- 前記第1の単量体及び前記第2の単量体の合計100質量部に対して、前記第1の単量体が10~80質量部である、請求項1~5のいずれか1項に記載の3Dプリンター用樹脂組成物。
- 前記第1の単量体、前記第2の単量体及び前記光重合開始剤を含む配合成分を混合して、請求項1~6のいずれか1項に記載の3Dプリンター用樹脂組成物を製造する方法であって、
前記第1の単量体における前記ポリエーテルポリオールは、活性水素含有基を有し、1分子中の活性水素数が2以上である化合物を開始剤として、複合金属シアン化物錯体触媒の存在下、モノエポキシドを開環重合させて得られた、水酸基価換算分子量3100~30000のポリエーテルポリオールである、3Dプリンター用樹脂組成物の製造方法。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載の3Dプリンター用樹脂組成物に光照射して得られる、硬化物。
- 40℃での貯蔵弾性率に対する-20℃での貯蔵弾性率の比率が30以下である、請求項8に記載の硬化物。
- ガラス転移温度が-50℃以下である、請求項8又は9に記載の硬化物。
- 破断伸びが170%以上である、請求項8~10のいずれか1項に記載の硬化物。
- 人工臓器又は臓器モデルである、請求項8~11のいずれか1項に記載の硬化物。
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