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JP2007262265A - 光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物及びそれを光硬化させて得られる光造形物 - Google Patents

光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物及びそれを光硬化させて得られる光造形物 Download PDF

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JP2007262265A
JP2007262265A JP2006090140A JP2006090140A JP2007262265A JP 2007262265 A JP2007262265 A JP 2007262265A JP 2006090140 A JP2006090140 A JP 2006090140A JP 2006090140 A JP2006090140 A JP 2006090140A JP 2007262265 A JP2007262265 A JP 2007262265A
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Japan
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component
mass
resin composition
compound
optical
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Application number
JP2006090140A
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English (en)
Inventor
Katsuyuki Takase
勝行 高瀬
Nobuyasu Shinohara
宣康 篠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JSR Corp
Japan Fine Coatings Co Ltd
Original Assignee
JSR Corp
Japan Fine Coatings Co Ltd
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Priority to JP2006090140A priority Critical patent/JP2007262265A/ja
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Abstract

【課題】硬化前には、液状の状態での保存安定性が良好であり、かつ、硬化によって、造形直後に優れた剛性等を有し、長期に亘る透明性に優れる光造形物を得ることができる光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物を提供する。
【解決手段】式(1):
Figure 2007262265

で表される構造を有する化合物、フェノール性水酸基、及び/又は亜リン酸エステル基を有する化合物、オキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物、上記以外のカチオン重合性化合物、ラジカル重合開始剤、ラジカル重合性化合物、及び水を含有し、かつ、同類異種構造を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物及びそれを光硬化させて得られる光造形物に関する。
放射線硬化性の液状物質(液状樹脂組成物)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形状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1〜4参照)。この光学的立体造形法の代表的な例を説明すると、次のとおりである。
まず、容器内に収容された放射線硬化性液状樹脂組成物の液面に、紫外線レーザー等の光を選択的に照射することにより、所定のパターンを有する硬化樹脂層を形成する。次いで、この硬化樹脂層の上に、一層分の放射線硬化性液状樹脂組成物を供給し、その液面に選択的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。そして、光が照射されるパターンを変化させながらあるいは変化させずに上記の工程を所定回数繰り返すことにより、複数の硬化樹脂層が一体的に積層されてなる立体形状物が形成される。
この光学的立体造形法は、目的とする立体形状物の形状が複雑なものであっても、容易にしかも短時間で得ることができる。本技術は、自動車や家電産業の新製品開発における試作過程において極めて有用であり、開発期間の短縮とコスト削減に不可欠な手段になりつつある。
従来、光学的立体造形法に使用される放射線硬化性液状樹脂組成物としては、下記〔イ〕〜〔ハ〕のような樹脂組成物が紹介されている。
〔イ〕ウレタン(メタ)アクリレート、オリゴエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、チオール及びエン化合物、感光性ポリイミド等のラジカル重合性有機化合物を含有する樹脂組成物(特許文献5〜7参照)。
〔ロ〕エポキシ化合物、環状エーテル化合物、環状ラクトン化合物、環状アセタール化合物、環状チオエーテル化合物、スピロオルソエステル化合物、ビニルエーテル化合物等のカチオン重合性有機化合物を含有する樹脂組成物(特許文献8参照)。
〔ハ〕ラジカル重合性有機化合物とカチオン重合性有機化合物とを含有する樹脂組成物(特許文献9〜14参照)。
このような立体造形法に使用される光硬化性樹脂組成物には、優れた保存安定性を有することが望まれる。さらに、立体造形法により得られる立体形状物は、光硬化時の硬化収縮に起因する歪みが小さく、形状の精度が高く、かつ、使用条件に耐え得る十分な機械的強度を有していることなどが要求される。
またさらには、近年の市場動向として、例えば、光学部品等の透明製品のモデル等として使用される場合において、高い立体造形精度に加えて、高い透明性が要求されるようになった。
ところが、前述の〔イ〕〜〔ハ〕の材料を用いて立体造形法により得られる立体形状物は、いずれも十分な透明性を有するものではなかった。
また、立体形状物を形成するための液状樹脂組成物は、保存安定性に劣ることがあり、この場合、調製時から立体形状物の作製時までの保存可能時間が短くなり、不便であった。
特許文献15及び16には、光学的立体造形法に使用される放射線硬化性液状樹脂組成物に添加することができる成分として酸化防止剤が記載されているが、光造形物の透明性との関係については記載されていない。
また、前述の〔ロ〕及び〔ハ〕の組成では、一般的にトリアリールスルホニウム塩タイプのカチオン性重合開始剤が用いられる。代表的な例として、下記式(1)で示される構造を有する化合物が挙げられる。
Figure 2007262265
具体的な市販品としては、UVI−6974、UVI−6976(ダウ・ケミカル会社製)、CPI−6976(アセトコーポレーション社製)などが挙げられる。
また、オキセタン構造を有するカチオン重合性化合物を含有する、光学的立体造形法に使用される放射線硬化性液状樹脂組成物も開示されている(特許文献17〜19参照)。しかし、これらの液状樹脂組成物も、保存安定性に劣る場合があった。
特開昭60−247515号公報 特開昭62−35966号公報 特開昭62−101408号公報 特開平5−24119号公報 特開平1−204915号公報 特開平2−208305号公報 特開平3−160013号公報 特開平1−213304号公報 特開平2−28261号公報 特開平2−75618号公報 特開平6−228413号公報 特開平11−310626号公報 特開平11−228610号公報 特開平11−240939号公報 特開平8−256062号公報 特開2003−73457号公報 特開平10−168165号公報 特開2000−302964号公報 特開2002−60463号公報
本発明の目的は、液状樹脂組成物の保存安定性が良好であり、造形直後に優れた剛性等を有し、しかも、長期に亘り優れた透明性を維持しうる光造形物を得ることができる光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を行った結果、前記式(1)の構造を有するカチオン性重合開始剤が、所定の成分組成を有する光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物に対して優れた透明性及び保存安定性を付与すること、及び、前記式(1)の構造を有するカチオン性重合開始剤の市販品の多くには、下記式(2)に示される構造を有する化合物が一定の値を超える含有率で含まれており、それゆえ、液状樹脂組成物の保存安定性が劣ること、換言すれば、下記式(2)に示される構造を有する化合物の含有量を小さくすれば、液状樹脂組成物の保存安定性を良好にすることができること、特定の酸化防止剤を配合することによって光造形物の優れた透明性を長期に亘り維持しうること、さらには、特定のカチオン重合性化合物を用いることによって、造形直後に優れた剛性等を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
Figure 2007262265
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[5]を提供するものである。
[1]下記成分(A)〜(F):
(A)下記式(1)で表される構造を有する化合物
Figure 2007262265
(B)フェノール性水酸基、及び/又は亜リン酸エステル基を有する化合物、
(C1)オキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物、
(C2)成分(C1)以外のカチオン重合性化合物、
(D)ラジカル重合開始剤、
(E)ラジカル重合性化合物、
(F)水、
を含有してなる光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物であって、
下記式(2)で表される構造を有する化合物の含有量が、上記式(1)で表される構造を有する化合物の質量に対して5質量%以下であることを特徴とする光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
Figure 2007262265
[2]組成物全量に対する成分(A)〜(F)の含有率が、
成分(A): 0.1〜10質量%、
成分(B): 0.1〜10質量%、
成分(C1): 10〜75質量%、
成分(C2): 5〜50質量%
成分(D): 0.01〜10質量%、
成分(E): 0.1〜25質量%、
成分(F): 0.1〜2質量%、
である上記[1]に記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
[3]上記成分(C1)の含有率が、質量基準で、上記成分(C2)の含有率の1〜3倍である、[1]又は[2]に記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
[4]上記成分(B)が、下記式(3)〜(5)で表される化合物からなる群より選択される1種以上の化合物である上記[1]〜[3]のいずれか1つに記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
Figure 2007262265
(式中、R及びRは、各々独立に、炭素数1〜4の分岐していてもよいアルキル基であり、m及びnは、各々独立に、1又は2である。pは1〜4の整数である。Aは有機基である。)
Figure 2007262265
(式中、R及びRは、各々独立に、炭素数6〜10の分岐していてもよいアルキル基である。)
Figure 2007262265
(式中、Rは、水素原子、メチル基、又はR同士が結合して環状構造になっている単結合であり、Rは有機基である。)
[5]上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物に光を照射することにより得られる光造形物。
本発明の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう。)は、硬化前の液状の状態において、保存安定性が良好である。
また、本発明の組成物によれば、造形直後に優れた剛性(初期ヤング率)及び歪みの小ささを示し、かつ、長期に亘り優れた透明性を維持しうる光造形物を得ることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
I.光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物
本発明の組成物は、上記(A)〜(F)成分を必須構成成分とし、かつ、上記(A)の不純物である上記式(2)で表される構造を有する化合物の含有量が、上記(A)成分の量(100質量%)に対して5質量%以下であるものである。
以下、(A)〜(F)成分等についてそれぞれ説明する。なお、式(2)で表される構造を有する化合物は、(A)成分と共に説明する。
(A)成分
本発明の液状樹脂組成物に用いられる(A)成分は、下記式(1)で表される構造を有する化合物であり、成分(C)(カチオン重合性化合物)の重合における光カチオン性重合開始剤として働く。
本発明の液状樹脂組成物は、下記式(1)で表される構造を有する化合物を含むことによって、優れた保存安定性を有し、かつ硬化後には優れた透明性を有する光造形物となる。
通常、下記式(1)で表される構造を有する化合物は、下記式(1a)で表されるジフェニル(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として塩の形で用いることができる。
Figure 2007262265
Figure 2007262265
上記式(1)で表される構造を有する化合物の配合に際して、当該化合物の不純物である下記式(2)で表される構造を有する化合物の含有量は、上記式(1)で表される構造を有する化合物の質量(100質量%)に対して0〜5質量%、好ましくは0〜4質量%、より好ましくは0〜3質量%である。
これにより、本発明の組成物の保存安定性が改善されて、経時的な粘度上昇が防止される。
下記式(2)で表される構造を有する化合物は、下記式(2a)で表されるビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルファイドビスヘキサフルオロアンチモネートとして塩の形である場合が多い。
Figure 2007262265
Figure 2007262265
上記式(2)で表される構造を有する化合物の含有量が本発明で規定する範囲内である、(A)成分の好適な市販品としては、CPI−100A、CPI−101A、CPI−110A(サンアプロ社製)等が挙げられる。
本発明の組成物における(A)成分の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.2〜8質量%、特に好ましくは1〜8質量%である。(A)成分の含有割合が0.1質量%未満である場合には、液状樹脂組成物の放射線硬化性が低下し、十分な機械的強度を有する立体形状物を造形することができない。一方、10質量%を超える場合には、液状樹脂組成物を光学的立体造形法に供する場合に、適当な光透過性を得ることができず、硬化深さの制御が困難となり、得られる立体形状物の造形精度が低下する傾向がある。
(B)成分
本発明の組成物に用いられる(B)成分は、フェノール性水酸基及び/又は亜リン酸エステル基を有する化合物である。(B)成分としては、公知の酸化防止剤等を挙げることができ、特にヒンダードフェノール系化合物又は、リン系化合物が好ましい。(B)成分を添加することにより、立体造形物の経時的な着色(黄変)を有効に低減することができるため、造型後、長期間にわたり、立体造形物の高い透明性を維持することができる。
(B)成分の具体例としては、下記化合物等を挙げることができる。なお、下記の化合物名の後に括弧書きで併記したものは、商品名の一例である。
ヒンダードフェノール系化合物としては、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](イルガノックス 1010)、チオジエチレン−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](イルガノックス 1035FF)、ベンゼンプロパン酸−3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート](イルガノックス 245)、オクタデシル−3−(3,5−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート(イルガノックス 1076)、3,3’,3”,5,5’,5”−ヘキサ−t−ブチル−a,a‘,a“−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール(イルガノックス 1330)、1,3,5−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(イルガノックス 3114)、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール(イルガノックス1520L)、9−ビス[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニロキシ}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(スミライザー GA−80)、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(スミライザー BHT)等が挙げられる。
上記において、イルガノックス(Irganox)は、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社の登録商標、スミライザー(Sumilizer)は、住友化学社の登録商標である。
リン系化合物としては、例えば、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト(イルガフォス 168)、ビス[2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル]エチルエステル亜リン酸(イルガフォス 38)、6−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−プロポキシ]−2,4,8,10−テトラ−t−ブチルベンズ[d、f][1,3,2]−ジオキサホスフェピン(スミライザー GP)等が挙げられる。
上記において、イルガフォス(Irgafos)は、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社の登録商標、スミライザー(Sumilizer)は、住友化学社の登録商標である。
ヒンダードフェノール系の(B)成分の市販品としては、例えばIrganox 1010、1035FF、245、1076、1330、3114、1520L、3125(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、Sumilizer BHT、GA−80(住友化学社製)、Cyanox 1790(サイテック社製)、等が挙げられる。
リン系の(B)成分の市販品としては、例えばIrgafos 168、12、38(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、ADK STAB 329K、PEP36、PEP−8(以上、旭電化工業社製)、Sandstab P−EPQ(クラリアント社製)、Weston 618、619G、Ultranox 626(以上、ジェネラルエレクトリック社製)、Sumilizer GP(住友化学社製)等が挙げられる。
以上挙げた(B)成分の中で、ペンタエリスリチルテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ベンゼンプロパン酸−3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート]、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、ビス[2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル]エチルエステル亜リン酸、6−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−プロポキシ]−2,4,8,10−テトラ−t−ブチルベンズ[d、f][1,3,2]−ジオキサホスフェピンが立体形状物の透明性を造型後、長期間にわたり維持できる点で好ましい。これらの中でも、特に、ペンタエリスリチルテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]が有効である。
本発明の組成物における(B)成分としては、下記式(3)、式(4)及び式(5)で示される化合物からなる群から選択される一以上の化合物を用いることが特に好ましい。
Figure 2007262265
(式中、R及びRは、各々独立に、炭素数1〜4の分岐していてもよいアルキル基であり、m及びnは、各々独立に、1又は2である。pは1〜4の整数である。Aは有機基である。)
なお、上記式(3)中のAの例としては、炭素原子(この場合、pは4である。)、−O−(CH−O−(この場合、pは2である。)等が挙げられる。
上記式(3)で示される構造を有する化合物の市販品としては、前記のIrganox1010、1035、245(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、 Sumilizer GA−80(住友化学社製)が挙げられる。
Figure 2007262265
(式中、R及びRは、各々独立に、炭素数6〜10の分岐していてもよいアルキル基である。)
上記式(4)で示される構造を有する化合物の市販品としては、前記のIrganox1520L等が挙げられる。
Figure 2007262265
(式中、Rは、水素原子、メチル基、又はR同士が結合して環状構造になっている単結合であり、Rは有機基である。)
上記式(5)で示される構造を有する化合物の市販品としては、前記のIrgafos38、SumilizerGP等が挙げられる。
本発明の組成物中における(B)成分の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.1〜5質量%、特に好ましくは1〜5質量%である。(B)成分の含有量が0.1質量%未満である場合又は10質量%を超える場合には、光造形物の透明性が経時的に低下するなどの問題が生じるので、好ましくない。
(C)成分
本発明の組成物に用いられる(C)成分は、カチオン重合性化合物であり、カチオン性光重合開始剤の存在下で光照射することにより重合反応や架橋反応を起こす化合物である。
本発明においては、(C)成分(カチオン重合性化合物)として、(C1)オキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物、及び、(C2)成分(C1)以外のカチオン重合性化合物が、併用される。
「オキセタン構造」は、下記の式(6)で示されるものである。
Figure 2007262265
(C1)オキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物の具体例としては、1,4−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、ジ[1−エチル−(3−オキセタニル)メチル]エーテル(別名:ビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル)、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3’−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等を挙げることができる。
上記のオキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物は、1種単独で又は2種以上組み合わせて(C1)成分を構成することができる。
これらのオキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物のうち、ジ[1−エチル−(3−オキセタニル)メチル]エーテル等が好ましい。
(C1)オキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物の市販品としては、XDO、DOX(以上、東亞合成社製)等を挙げることができる。
(C2)成分(C1)以外のカチオン重合性化合物の具体例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、トリメチルカプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、β−メチル−δ−バレロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシシクロへキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシシクロヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコールに1種又は2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテル類;フェノール、クレゾール、ブチルフェノール又はアルキレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類;エポキシ化大豆油;エポキシステアリン酸ブチル;エポキシステアリン酸オクチル;エポキシ化アマニ油;エポキシ化ポリブタジエン、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン等のオキセタン構造を1つ有するカチオン重合性化合物等を挙げることができる。
上記の成分(C2)((C1)以外のカチオン重合性化合物)の具体例である化合物は、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
成分(C2)として使用しうる化合物の中でも、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ε−カプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、トリメチルカプロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、β−メチル−δ−バレロラクトン変性3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン等が好ましい。
成分(C2)の市販品としては、UVR−6100、UVR−6105、UVR−6110、UVR−6128、UVR−6200、UVR−6216(以上、ユニオンカーバイド社製)、セロキサイド2021、セロキサイド2021P、セロキサイド2081、セロキサイド2083、セロキサイド2085、エポリードGT−300、エポリードGT−301、エポリードGT−302、エポリードGT−400、エポリード401、エポリード403(以上、ダイセル化学工業社製)、KRM−2100、KRM−2110、KRM−2199、KRM−2400、KRM−2410、KRM−2408、KRM−2490、KRM−2200、KRM−2720、KRM−2750(以上、旭電化工業社製)、Rapi−cure DVE−3、CHVE、PEPC(以上、ISP社製)エピコート828、エピコート812、エピコート1031、エピコート872、エピコートCT508(以上、ジャパンエポキシレジン社製)、POX、EHOX(以上、東亞合成社製)、VECOMER 2010、2020、4010、4020(以上、アライドシグナル社製)等を挙げることができる。
本発明の組成物中における成分(C1)の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは10〜75質量%、より好ましくは20〜70質量%、特に好ましくは35〜65質量%である。成分(C1)の含有量が75質量%を超えると、光造形物の反り等の変形が大きくなる傾向にあり、一方、10質量%未満の場合は、光造形物の十分な機械的、熱的特性が得られない傾向にある。
本発明の組成物中における成分(C2)の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜50質量%、特に好ましくは15〜45質量%である。成分(C2)の含有量が50質量%を超えると、光造形物の反り等の変形が大きくなる傾向にあり、一方、5質量%未満の場合は、光造形物の十分な機械的、熱的特性が得られない傾向にある。
成分(C1)を成分(C2)の1〜3倍量(質量基準)含有することにより、良好な硬化速度や機械的強度を保つことができる。同様の理由から、成分(C1)を、成分(C2)中に含まれるエポキシ基を有する化合物の1〜3倍量(質量基準)含有することが、さらに好ましい。
(D)成分
本発明の組成物に用いられる(D)成分は、ラジカル重合開始剤であり、光等の放射線を受けることにより分解し、発生するラジカルによって(E)成分のラジカル重合反応を開始させる化合物である。
(D)ラジカル重合開始剤の具体例としては、例えばアセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、アントラキノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、カルバゾール、キサントン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,1−ジメトキシデオキシベンゾイン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、チオキサントン系化合物、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−2−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、トリフェニルアミン、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、ベンジルジメチルケタール、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−1−フェニルプロパン−1−オン、フルオレノン、フルオレン、ベンズアルデヒド、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、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、3−メチルアセトフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン(BTTB)、及びBTTBとキサンテン、チオキサンテン、クマリン、ケトクマリンその他の色素増感剤との組み合わせ等を挙げることができる。これらのうち、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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サイド、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン等が特に好ましい。上記のラジカル重合開始剤は、1種単独で又は2種以上組み合わせて(D)成分を構成することができる。
本発明の組成物中における(D)成分の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは0.01〜10質量%、より好ましくは0.1〜5質量%である。(D)成分の含有割合が0.01質量%未満である場合には、液状樹脂組成物のラジカル重合反応速度(硬化速度)が低くなって造形に時間を要したり、解像度が低下したりする傾向がある。一方、(D)成分の含有割合が10質量%を超える場合には、過剰量の重合開始剤が液状樹脂組成物の硬化特性を低下させたり、立体形状物の耐湿性や耐熱性に悪影響を及ぼすことがある。
(E)成分
本発明の組成物に用いられる(E)成分は、ラジカル重合性化合物である。具体的にはエチレン性不飽和結合(C=C)を有する化合物であり、1分子中に1個のエチレン性不飽和結合を有する単官能モノマー、及び1分子中に2個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能モノマーを挙げることができる。
単官能モノマー及び多官能モノマーは、各々1種単独で又は2種以上組み合わせるか、あるいは単官能モノマーの少なくとも1種と多官能モノマーの少なくとも1種とを組み合わせて、成分(E)を構成することができる。
(E)成分中には3官能以上、即ち1分子中に3個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能モノマーが、(E)成分の全量を100質量%として、60質量%以上の割合で含有されていることが好ましい。この3官能以上の多官能モノマーのさらに好ましい含有割合は70質量%以上であり、特に好ましくは80質量%以上、最も好ましくは100質量%である。3官能以上の多官能モノマーの含有割合が60質量%以上であると、得られる樹脂組成物の放射線硬化性がより向上すると共に、造形される立体形状物の経時的変形が生じにくくなる傾向がある。
(E)成分の単官能性モノマーの具体例としては、アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、エチルジエチレングリコール(メタ)アクリレート、t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエン(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、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドテトラクロロフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラクロロフェノキシエチル(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、テトラブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−トリクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタクロロフェニル(メタ)アクリレート、ペンタブロモフェニル(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、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール(メタ)アクリレートで表される化合物等を挙げることができる。
(E)成分の多官能性モノマーの具体例としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド(以下「EO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド(以下「PO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両末端(メタ)アクリル酸付加物、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、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、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(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テトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、フェノールノボラックポリグリシジルエーテルの(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
これらの中で、3官能以上の多官能モノマーに該当する上記に例示されたトリ(メタ)アクリレート化合物、テトラ(メタ)アクリレート化合物、ペンタ(メタ)アクリレート化合物、ヘキサ(メタ)アクリレート化合物等を含有することが好ましく、中でもトリス(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタ(メタ)アクリレートが特に好ましい。
(E)成分である単官能性モノマーの市販品としては、例えばアロニックスM−101、M−102、M−111、M−113、M−117、M−152、TO−1210(以上、東亞合成社製)、KAYARAD TC−110S、R−564、R−128H(以上、日本化薬社製)、ビスコート192、ビスコート220、ビスコート2311HP、ビスコート2000、ビスコート2100、ビスコート2150、ビスコート8F、ビスコート17F(以上、大阪有機化学工業社製)等を挙げることができる。
(E)成分である多官能性モノマーの市販品としては、例えば、SA1002(以上、三菱化学社製)、ビスコート195、ビスコート230、ビスコート260、ビスコート215、ビスコート310、ビスコート214HP、ビスコート295、ビスコート300、ビスコート360、ビスコートGPT、ビスコート400、ビスコート700、ビスコート540、ビスコート3000、ビスコート3700(以上、大阪有機化学工業社製)、カヤラッドR−526、HDDA、NPGDA、TPGDA、MANDA、R−551、R−712、R−604、R−684、PET−30、GPO−303、TMPTA、THE−330、DPHA、DPHA−2H、DPHA−2C、DPHA−2I、D−310、D−330、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120、DN−0075、DN−2475、T−1420、T−2020、T−2040、TPA−320、TPA−330、RP−1040、RP−2040、R−011、R−300、R−205(以上、日本化薬社製)、アロニックスM−210、M−220、M−233、M−240、M−215、M−305、M−309、M−310、M−315、M−325、M−400、M−6200、M−6400(以上、東亞合成社製)、ライトアクリレートBP−4EA、BP−4PA、BP−2EA、BP−2PA、DCP−A(以上、共栄社化学社製)、ニューフロンティアBPE−4、BR−42M、GX−8345(以上、第一工業製薬社製)、ASF−400(以上、新日鐵化学社製)、リポキシSP−1506、SP−1507、SP−1509、VR−77、SP−4010、SP−4060(以上、昭和高分子社製)、NKエステルA−BPE−4(以上、新中村化学工業社製)等を挙げることができる。
本発明の組成物中における(E)成分の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは0.1〜25質量%、より好ましくは0.1〜15質量%である。(E)成分を添加することにより、液状樹脂組成物の放射線硬化性が向上するとともに、造形される立体形状物の経時的変形が生じにくくなる傾向にある。ただし、(E)成分の含有量が25質量%を超えると、立体形状物の耐衝撃性や破壊靭性が低下する点で不都合がある。
(F)成分
本発明の組成物に用いられる(F)成分は、水である。成分(F)を添加することによって、液状樹脂組成物の放射線硬化性を改善することができるとともに、液状樹脂組成物に光を照射して得られる硬化物の機械的特性、特に弾性率が向上するため、光造形により得られる立体造形物の形状や機械的特性の経時的変化を抑制することができる。
本発明の組成物中における(F)成分の含有量は、組成物全量に対して、好ましくは0.1〜2質量%、より好ましくは0.2〜1質量%である。
成分(F)の含有量が0.1質量%未満である場合には、樹脂の感度が経時変化しやすく、安定な造形を行うことが難しくなる傾向がある。一方、成分(F)の含有割合が2質量%を超える場合にも、光造形により得られる立体形状物の弾性率が低下する傾向がある。
また本発明の光造形用放射線硬化性液状樹脂組成物には、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;エラストマー粒子、無機充填剤;顔料;染料等を挙げることができる。
本発明の組成物は、上記成分(A)〜(F)及びその他の添加剤等の適量を攪拌容器に仕込み、通常、30〜70℃、好ましくは50〜60℃の温度で、通常1〜6時間、好ましくは1〜2時間攪拌することによって製造することができる。
以上のようにして得られる本発明の組成物は、光学的立体造形法における放射線硬化性液状樹脂組成物として好適に使用される。すなわち、本発明の放射線硬化性液状樹脂組成物に対して、可視光、紫外光、赤外光等の光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光学的立体造形法により、所望の形状の立体形状物を製造することができる。
本発明の組成物を用いれば、液状樹脂組成物の保存安定性が良好であり、造形直後に優れた剛性(初期ヤング率)及び歪みの小ささを示し、かつ長期に亘り優れた透明性を維持しうる光造形物を得ることができる
II.光造形物
本発明の光造形物は、本発明の組成物に光等の放射線を照射することにより得ることができる。
本発明の組成物に光を選択的に照射する手段としては、特に制限されるものではなく、種々の手段を採用することができる。例えば、レーザー光、あるいはレンズ、ミラー等を用いて得られた収束光等を走査させながら組成物に照射する手段、所定のパターンの光透過部を有するマスクを用い、このマスクを介して非収束光を組成物に照射する手段、多数の光ファイバーを束ねてなる導光部材を用い、この導光部材における所定のパターンに対応する光ファイバーを介して光を組成物に照射する手段等を採用することができる。
また、マスクを用いる手段においては、マスクとして、液晶表示装置と同様の原理により、所定のパターンに従って、光透過領域と光不透過領域とからなるマスク像を電気光学的に形成するものを用いることもできる。
以上において、目的とする立体形状物が微細な部分を有するもの又は高い寸法精度が要求されるものである場合には、組成物に選択的に光を照射する手段として、スポット径の小さいレーザー光を走査する手段を採用することが好ましい。
なお、容器内に収容されている樹脂組成物における光の照射面(例えば収束光の走査平面)は、当該樹脂組成物の液面、透光性容器の器壁との接触面の何れであってもよい。樹脂組成物の液面又は器壁との接触面を光の照射面とする場合には、容器の外部から直接又は器壁を介して光を照射することができる。
前記の光学的立体造形法においては、通常、樹脂組成物の特定部分を硬化させた後、光の照射位置(照射面)を、既硬化部分から未硬化部分に連続的に又は段階的に移動させることにより、硬化部分を積層させて所望の立体形状とする。
ここで、照射位置の移動は種々の方法によって行うことができ、例えば光源、樹脂組成物の収容容器、樹脂組成物の既硬化部分の何れかを移動させたり、当該容器に樹脂組成物を追加供給する等の方法を挙げることができる。
前記の光学的立体造形法の代表的な一例を説明すると、次のとおりである。
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樹脂組成物を供給して、その薄層(1)を形成する。
次いで、この薄層(1)に対して選択的に光を照射することにより、固体状の硬化樹脂層(1)を形成する。
次いで、この硬化樹脂層(1)上に放射線硬化性液状樹脂組成物を供給してその薄層(2)を形成し、この薄層(2)に対して選択的に光照射することにより、前記硬化樹脂層(1)上にこれと連続して一体的に積層するよう新しい硬化樹脂層(2)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、この工程を所定回数繰り返すことにより、複数の硬化樹脂層(1,2,・・・n)が一体的に積層されてなる立体形状物が造形される。
このようにして得られる立体形状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のアルコール類に代表されるアルコール系有機溶剤;アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等に代表されるケトン系有機溶剤;テルペン類に代表される脂肪族系有機溶剤;低粘度の熱硬化性樹脂及び放射線硬化性樹脂を挙げることができる。
なお、洗浄剤で洗浄した後には必要に応じて、熱照射又は光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、立体形状物の表面及び内部に残存することのある未反応の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。
本発明の光造形物は、高精度で、造形直後に優れた剛性(初期ヤング率)及び歪みの小ささを示し、造型後、長期間に亘り優れた透明性を維持する。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
[液状樹脂組成物の調製]
表1に示す配合処方に従って各成分を攪拌容器内に仕込み、60℃で3時間攪拌することにより、実施例1〜5及び比較例1〜3の液状樹脂組成物を調製した。表1の配合処方の数値の単位は、質量部である。
[組成物中に含まれる、前記式(2)で表される構造を有する化合物と、前記式(1)で表される構造を有する化合物との比の算出]
樹脂液とメタノールとを容積比20:80の割合でよく混合し、1時間静置した後にその上澄み液を0.45μmフィルターで濾過し、試料液とした。この試料液を高速液体クロマトグラフィー(カラム:Inertsil Ph−3型、ジーエルサイエンス社製、キャリヤー:メタノール/水=95/5(過塩素酸ナトリウム0.15%))により分析を行い、式(1)で表される構造体と式(2)で表される構造体にそれぞれ由来するピークの面積比(ダイオードアレイで検出、波長300nmで解析)から、これらの含有量比を算出した。
[液状樹脂組成物の評価]
実施例1〜5及び比較例1〜3の各液状樹脂組成物を用いて、液状樹脂組成物の保存安定性、光造形物の透明性(造形直後及び経時後)、造形直後の剛性(初期ヤング率)、及び、造形直後の歪みの有無の評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
評価方法は、次のとおりである。
(a)光造形物の透明性
ソリッドクリエーターSCS−300P(ソニーマニュファクチュアリングシステムズ社製)を使用し、照射面(液面)におけるレーザーパワー100mW、各組成において硬化深さが0.2mmとなる走査速度の条件で、各液状樹脂組成物に対して選択的にレーザー光を照射して硬化樹脂層(厚さ0.10mm)を形成する工程を繰り返すことにより、評価用の試験片を造形した。
次いで、この試験片をソリッドクリエーターから取り出し、外表面に付着している樹脂組成物を洗浄除去した後、試験片を温度23℃、湿度50%の恒温恒湿室内に静置した。
造形後、温度23℃、湿度50%の恒温恒湿室内に24時間静置した造形物(造形直後)、及び、蛍光灯下1ヶ月間静置した造形物(経時後の造形物)の各々について、透明性の評価を行った。
透明性の評価は、造形物表面のYIを微小面分光色差計(日本電色工業株式会社製VSS−300H型)で計測することにより行った。YIが7以下である場合を「○」、7より大きい場合を「×」と判定した。
(b)液状樹脂組成物の保存安定性
各液状樹脂組成物を100gサンプルボトルに量り取り、80℃の恒温装置内に静置させた。10日間経過した後に、液状樹脂組成物の粘度が初期値の1.5倍以上に増大した場合を「×」、1.5倍未満である場合を「○」と判定した。
(c)組成物の硬化物の初期ヤング率
(1)試験片の作製
100μm厚のポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケーターバーを用いて液状硬化性樹脂組成物を100μm厚になるように塗布し、ソリッドクリエーターSCS−300P(ソニーマニュファクチュアリングシステムズ社製)を使用し、照射面(液面)におけるレーザーパワー100mW、各組成において硬化深さが0.2mmとなる走査速度の条件で、各液状樹脂組成物に対して選択的にレーザー光を照射することで、5cm×0.6cmの寸法の硬化膜を得た。次いで、この試験片をソリッドクリエーターから取り出し、外表面に付着している樹脂組成物を洗浄除去した後、試験片を温度23℃、湿度50%の恒温恒湿室内に1時間静置した。
(2)初期ヤング率の測定
島津製作所製引張り測定試験機AGS−50Gを用いて、試験片のヤング率を測定した。引張り速度1mm/min、標線間距離3cm(両端掴みしろ1cm)で行った。ヤング率が80MPaを超える場合を「○」とし、50〜80MPaの場合を「△」とし、50MPa未満の場合を「×」と判定した。
(d)光造形物の歪みの有無
ソリッドクリエーターSCS−300P(ソニーマニュファクチュアリングシステムズ社製)を使用し、照射面(液面)におけるレーザーパワー100mW、各組成において硬化深さが0.2mmとなる走査速度の条件で、各液状樹脂組成物に対して選択的にレーザー光を照射して、硬化樹脂層(厚さ0.10mm)を形成する工程を繰り返すことにより、厚さ(肉厚)2.0mm、5cm角の中空の立方体(底面は抜けている)を造形した。
次いで、この試験片をソリッドクリエーターから取り出し、外表面に付着している樹脂組成物を洗浄除去した後、試験片を温度23℃、湿度50%の恒温恒湿室内に静置した。
造形直後の造形物について、歪みの評価を行った。側壁面から天井面が張り出す部分の歪み量が0.2mmを超える場合を「×」とし、0.2mm以下である場合を「○」とした。
Figure 2007262265
表1中の各成分は、次のとおりである。
(a)CPI−100A(サンアプロ社製)
式(1a)で示される化合物であるジフェニル(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と、式(2a)で示される化合物であるビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルファイドビスヘキサフルオロアンチモネートの混合物であり、かつ、式(1a)で示される化合物の質量(100質量%)に対する式(2a)で示される化合物の含有量が2質量%であるもの
(b)UVI−6974(ダウ・ケミカル社製)
式(1a)で示される化合物であるジフェニル(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と、式(2a)で示される化合物であるビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルファイドビスヘキサフルオロアンチモネートの混合物であり、かつ、式(1a)で示される化合物の質量(100質量%)に対する式(2a)で示される化合物の含有量が83質量%であるもの
(c)SP−172(旭電化工業社製)
式(1a)で示される化合物に該当しない光カチオン性重合開始剤
(d)Irganox1010(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)
ペンタエリスリチル−テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]
(e)Irgacure184(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)
1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
表1の結果から、本発明で規定する成分組成の条件を満たす実施例1〜5の組成物は、液状樹脂組成物としての保存安定性、ならびに、立体造形物の初期ヤング率、歪みの有無、及び、透明性(造型直後及び経時後)に優れていることがわかる。
一方、比較例1では、(C1)成分を含まないため、立体造形物の初期ヤング率が劣り、かつ、歪みが生じている。比較例2では、式(2a)で示される化合物の含有量が、本発明で規定する数値範囲を超えているため、液状樹脂組成物の保存安定性が劣る。比較例3では、成分(A)に該当しない他の種類の光カチオン性重合開始剤を用いているため、立体造形物の透明性(造型直後及び経時後)が劣る。

Claims (5)

  1. 下記成分(A)〜(F):
    (A)下記式(1)で表される構造を有する化合物、
    Figure 2007262265
    (B)フェノール性水酸基、及び/又は亜リン酸エステル基を有する化合物、
    (C1)オキセタン構造を2つ以上有するカチオン重合性化合物、
    (C2)成分(C1)以外のカチオン重合性化合物、
    (D)ラジカル重合開始剤、
    (E)ラジカル重合性化合物、及び
    (F)水、
    を含有する光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物であって、
    下記式(2)で表される構造を有する化合物の含有量が、上記式(1)で表される構造を有する化合物の質量に対して5質量%以下であることを特徴とする光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
    Figure 2007262265
  2. 組成物全量に対する成分(A)〜(F)の含有率が、
    成分(A): 0.1〜10質量%、
    成分(B): 0.1〜10質量%、
    成分(C1): 10〜75質量%、
    成分(C2): 5〜50質量%
    成分(D): 0.01〜10質量%、
    成分(E): 0.1〜25質量%、
    成分(F): 0.1〜2質量%、
    である請求項1記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
  3. 上記成分(C1)の含有率が、質量基準で、上記成分(C2)の含有率の1〜3倍である、請求項1又は2に記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
  4. 上記成分(B)が、下記式(3)〜(5)で表される化合物からなる群より選択される1種以上の化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物。
    Figure 2007262265

    (式中、R及びRは、各々独立に、炭素数1〜4の分岐していてもよいアルキル基であり、m及びnは、各々独立に、1又は2である。pは1〜4の整数である。Aは有機基である。)
    Figure 2007262265
    (式中、R及びRは、各々独立に、炭素数6〜10の分岐していてもよいアルキル基である。)
    Figure 2007262265
    (式中、Rは、水素原子、メチル基、又はR同士が結合して環状構造になっている単結合であり、Rは有機基である。)
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学的立体造形用放射線硬化性液状樹脂組成物に光を照射することにより得られる光造形物。
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