WO2025164130A1 - 三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法 - Google Patents
三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法Info
- Publication number
- WO2025164130A1 WO2025164130A1 PCT/JP2024/044729 JP2024044729W WO2025164130A1 WO 2025164130 A1 WO2025164130 A1 WO 2025164130A1 JP 2024044729 W JP2024044729 W JP 2024044729W WO 2025164130 A1 WO2025164130 A1 WO 2025164130A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- inorganic filler
- light
- composite
- inorganic
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/15—Compositions characterised by their physical properties
- A61K6/16—Refractive index
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/15—Compositions characterised by their physical properties
- A61K6/17—Particle size
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/60—Preparations for dentistry comprising organic or organo-metallic additives
- A61K6/62—Photochemical radical initiators
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/70—Preparations for dentistry comprising inorganic additives
- A61K6/71—Fillers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/70—Preparations for dentistry comprising inorganic additives
- A61K6/71—Fillers
- A61K6/76—Fillers comprising silicon-containing compounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/70—Preparations for dentistry comprising inorganic additives
- A61K6/71—Fillers
- A61K6/77—Glass
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/80—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth
- A61K6/884—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising natural or synthetic resins
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/80—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth
- A61K6/884—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising natural or synthetic resins
- A61K6/887—Compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K6/00—Preparations for dentistry
- A61K6/80—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth
- A61K6/884—Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising natural or synthetic resins
- A61K6/891—Compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- A61K6/893—Polyurethanes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
- B29C64/314—Preparation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/44—Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
- C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
- C08F2/50—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light with sensitising agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
- C08F20/10—Esters
- C08F20/20—Esters of polyhydric alcohols or polyhydric phenols, e.g. 2-hydroxyethyl (meth)acrylate or glycerol mono-(meth)acrylate
Definitions
- This disclosure relates to a curable composition for three-dimensional stereolithography and a method for producing the same, a method for producing a three-dimensional stereolithography object, and a method for producing a dental restoration.
- the technology of forming a three-dimensional object by irradiating a photocurable composition also called a photocurable resin or photocurable resin composition
- a photocurable composition also called a photocurable resin or photocurable resin composition
- a photopolymerization initiator activates the photopolymerization initiator (activating light) to harden the composition
- stereolithography There are several stereolithography methods, of which the liquid vat photopolymerization method is widely used because the equipment is relatively inexpensive and it can produce objects with smooth surfaces with high precision.
- the three-dimensional object to be manufactured is generally obtained as follows. First, the height direction of the three-dimensional object is digitized and ranked from three-dimensional shape data representing the shape of the three-dimensional object, and two-dimensional shape data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional object at each ranked height is generated. Next, activation light is irradiated onto the liquid photocurable composition held in the vat at predetermined positions determined based on the two-dimensional shape data, selectively curing the liquid photocurable composition present at those positions to form a modeling layer with the cross-sectional shape.
- modeling layers with the cross-sectional shapes at each height are sequentially formed and stacked in the ranked order to obtain a laminate with a shape corresponding to the shape of the three-dimensional object.
- the laminate is then washed with an organic solvent as needed, and then secondary curing is performed to obtain the desired product.
- dental restorations such as dentures and crown prostheses must be manufactured with high precision in unique shapes tailored to the oral conditions of each individual patient. For this reason, the production of dental restorations using stereolithography, a liquid vat photopolymerization method, is being considered, based on CAD (Computer Aided Design) data designed using digital data obtained from intraoral scans, etc.
- CAD Computer Aided Design
- Dental prostheses used in the oral cavity require not only the high dimensional (shape) accuracy described above, but also high mechanical strength sufficient to withstand the loads exerted during mastication.
- an inorganic filler when incorporated into a photocurable composition, polymerization shrinkage, which is one of the causes of reduced accuracy, can be reduced, and the mechanical strength and surface hardness of the cured product can be improved.
- stereolithography of dental prostheses it is believed that liquid vat photopolymerization using a photocurable composition containing an inorganic filler is suitable, and curable compositions for three-dimensional stereolithography containing such inorganic fillers have also been proposed.
- Patent Document 1 discloses a composition for optical 3D modeling that exhibits excellent molding precision, mechanical properties, and transparency, and is particularly suitable for dental materials.
- the composition contains a polymerizable monomer (a), ultraviolet-absorbing inorganic particles (b), and a photopolymerization initiator (c).
- Patent Document 2 discloses a resin composition capable of producing cured products (3D objects) with excellent design potential, the composition containing a translucent resin and two or more types of translucent particles with different refractive indices and Abbe numbers.
- Patent Document 3 discloses a resin composition for optical 3D modeling that can produce 3D objects with high strength, elasticity, and excellent abrasion resistance.
- the composition contains a urethane-modified (meth)acrylic compound (a), a (meth)acrylamide compound (b), a photopolymerization initiator (c), and spherical inorganic particles (d) with an average particle size of 0.75 to 10 ⁇ m, with the spherical inorganic particles (d) contained in an amount of 50 to 400 parts by mass per 100 parts by mass of the total amount of polymerizable monomers.
- Patent Document 4 discloses that an organic-inorganic composite filler containing inorganic agglomerated particles formed by agglomerating inorganic primary particles with an average particle size of 10 to 1,000 nm, an organic resin phase containing a polymerized and cured product of a polymerizable monomer that covers the surface of each inorganic primary particle and bonds each inorganic primary particle to each other, and a water-absorbent resin is added to a dental curable composition, with the aim of reducing the viscosity of the paste, improving workability, suppressing polymerization shrinkage during curing, and improving the mechanical strength of the cured product while maintaining the surface smoothness of the cured product.
- Patent Documents 1 to 3 use compositions in which inorganic fillers are added to polymerizable monomers, making it possible to obtain molded objects with excellent mechanical strength, elastic modulus, and abrasion resistance.
- the optical 3D modeling composition described in Patent Document 1 has low fluidity, which may limit the shapes of the objects that can be manufactured.
- the resin composition described in Patent Document 2 may experience settling of the translucent particles (glass filler, etc.) contained in the composition when left stationary for an extended period of time.
- the optical 3D modeling resin composition described in Patent Document 3 often causes fine cracks on the surface of the molded object that are difficult to detect with the naked eye (see Figure 4). When a molded object with such fine cracks is used as a dental prosthesis, this poses a problem because it may become the starting point for fracture of the dental prosthesis within the oral cavity.
- the objective of this disclosure is to provide a technology that enables the production of high-precision, high-strength three-dimensional objects without generating cracks on the surface when producing three-dimensional objects by liquid vat photopolymerization using a curable composition for three-dimensional stereolithography that contains a certain amount of inorganic filler to increase strength.
- a first aspect of the present disclosure provides a three-dimensional optically shaped object produced in a liquid tank photopolymerization method in which a predetermined position of a liquid photocurable composition held in a tank is irradiated with activating light (hereinafter also referred to as "specific activating light") containing light of a specific wavelength ⁇ (nm) in the ultraviolet or visible light region to selectively cure the liquid photocurable composition present at that position, the method comprising:
- the composition contains 100 parts by mass of a polymerizable monomer component (A), 40 to 400 parts by mass of an inorganic filler (B) composed of a single type or multiple types of inorganic powder or particles, 0.01 to 5 parts by mass of a photopolymerization initiator (C) having a function of initiating photopolymerization upon irradiation with specific activating light, and 0.01 to 2.5 parts by mass of an activating light absorber (D) having a function of absorbing the specific activating light but not having photopolymerization
- the polymerizable monomer component (A), the non-composite inorganic filler (B1), and the organic-inorganic composite filler (E) are When a composition consisting of only the polymerizable monomer component (A), the non-composite inorganic filler (B1), and the organic-inorganic composite filler (E), in which the compositional ratio of these components is the same as that of the curable composition for three-dimensional stereolithography of the present disclosure, is used as a base composition, a 0.5 mm thick sample made of the base composition is measured using a goniophotometer that irradiates the sample perpendicularly with measurement light that includes light of the specific wavelength ⁇ (nm), is mainly composed of light within a range of ⁇ 50 (nm), and exhibits the
- a second aspect of the present disclosure is a method for producing a curable composition for three-dimensional optical fabrication according to the present disclosure, comprising: The method includes a mixing step of mixing a polymerizable monomer component (A), a non-composite inorganic filler (B1), an organic-inorganic composite filler (E), a photopolymerization initiator (C), and an activated light absorber (D),
- the refractive index of the polymerizable monomer component (A) at 25°C to the D line and the refractive index of the specific activating light at 25°C are respectively n (D)M and n (AL)M
- the light scattering index determined by the above formula: Sc (%) is 10 (%) or less; This is a method for producing a curable composition for three-dimensional stereolithography, in which a composition that has been confirmed to satisfy all of the above requirements is used.
- a third aspect of the present disclosure is a method for producing a three-dimensional optically shaped object by irradiating a predetermined position of a liquid photocurable composition held in a tank with specific activating light to selectively cure the liquid photocurable composition present at the predetermined position, the method comprising: a molding process in which, from three-dimensional shape data representing the shape of a three-dimensional object, the height direction of the three-dimensional object is digitized and ranked, and two-dimensional shape data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional object at each ranked height is generated; specific activating light is applied to a liquid photocurable composition held in a tank at a predetermined position determined in advance based on the two-dimensional shape data, thereby selectively and primarily curing the liquid photocurable composition present at that position to form a modeling layer having the cross-sectional shape; and modeling layers having the cross-sectional shapes at each height are sequentially formed and stacked in the ranked order to obtain a laminate having a shape corresponding to the shape of the
- a fourth aspect of the present disclosure is a method for manufacturing a dental restoration, which includes manufacturing a dental restoration using the method for manufacturing a three-dimensional optically shaped object of the present disclosure.
- the disclosed curable composition for three-dimensional stereolithography contains a certain amount of inorganic filler to increase strength, yet has the fluidity to allow it to be modeled using a three-dimensional stereolithography device.
- the disclosed method for manufacturing a three-dimensional stereolithography object using this curable composition for three-dimensional stereolithography makes it possible to manufacture a three-dimensional stereolithography object with excellent mechanical strength and shape precision while preventing cracks from occurring on the surface.
- FIG. 10 is a diagram showing an optical microscope image (magnification: 50 times) of the surface of the three-dimensional optically shaped object obtained in Reference Example 7 (evaluation: A0).
- FIG. 11 is a diagram showing an optical microscope image (magnification: 50 times) of the surface of the three-dimensional optically shaped object obtained in Reference Example 11 (evaluation B).
- FIG. 1 is a diagram showing an optical microscope image (magnification: 50 times) of the surface of the three-dimensional optically shaped object obtained in Reference Comparative Example 1 (evaluation D).
- FIG. 10 is a diagram showing an optical microscope image (magnification: 50 times) of the surface of the three-dimensional optically shaped object obtained in Reference Comparative Example 9 (evaluation C).
- FIG. 1 is a graph showing the wavelength distribution of measurement light used when measuring the light scattering index Sc in Examples and Reference Examples.
- FIG. 2 is a diagram showing an optical microscope image (magnification: 50 times) of the surface of the three-dimensional optically shaped object obtained in Example 1 (evaluation A1).
- the curable composition for three-dimensional stereolithography of the present disclosure (hereinafter also simply referred to as the "curable composition for stereolithography") is a composition used as a liquid photocurable composition when producing a three-dimensional object using a liquid vat photopolymerization method, i.e., a curable composition for three-dimensional stereolithography by a liquid vat photopolymerization method.
- the liquid vat photopolymerization method refers to a process that includes the steps of: digitizing and ranking the height direction of a three-dimensional object from three-dimensional shape data that indicates the shape of the three-dimensional object; generating two-dimensional shape data that indicates the cross-sectional shape of the three-dimensional object at each ranked height; irradiating a liquid photocurable composition held in a vat with activating light at predetermined positions determined in advance based on the two-dimensional shape data, thereby selectively (primarily) curing the liquid photocurable composition present at those positions to form modeling layers with the cross-sectional shape; and sequentially forming and stacking modeling layers with the cross-sectional shapes at each height in the ranked order to obtain a laminate with a shape corresponding to the shape of the three-dimensional object (hereinafter also referred to as the "molding process").
- a cleaning process with an organic solvent hereinafter also referred to as the "cleaning process” or a secondary curing process (hereinafter also referred to as the “secondary curing process”) is performed to obtain a three-dimensional photo-fabricated object with a shape corresponding to the shape of the three-dimensional object.
- photocurable compositions that contain a certain amount of inorganic filler to improve the mechanical strength and surface hardness of the cured product can suffer from problems such as reduced fluidity and particle settling during storage. Furthermore, when a model is produced using the liquid tank photopolymerization method using the stereolithography resin composition described in Patent Document 3, fine cracks that are difficult to detect with the naked eye often occur on the surface of the model (although this is not recognized in Patent Document 3).
- the inventors have confirmed that cracks occur when uncured curable composition adhering to the surface of a laminate obtained using a stereolithography device is washed with an organic solvent. Furthermore, the inorganic filler contained in the curable composition for stereolithography contains many particles with particle sizes that cause scattering (specifically, Mie scattering or Reyleigh scattering) when irradiated with activating light. This generates weak activating light (sideward scattered light) that is scattered off the optical axis of the irradiation spot, resulting in an extremely shallow cure depth. This is thought to be one of the causes of cracks.
- the organic solvent penetrates the interlayer low crosslink density region during washing, causing the region to swell, widening the molecular spacing of the polymer chains that make up the molded product and temporarily reducing its strength. It is thought that this is when internal stress remaining in the molded product during the molding process destroys the weakened portion, resulting in cracks in the region.
- the inventors have discovered that these problems can be solved by controlling the particle size of the particles that make up the inorganic filler and by setting the transmittance of the specific activating light in the composition before curing to a specific range, and have proposed a novel curable composition for three-dimensional stereolithography (Japanese Patent Application No. 2023-018503). Furthermore, as a preferred embodiment, they have proposed a curable composition for three-dimensional stereolithography (hereinafter also referred to as the "already proposed curable composition”) that has the following features 1 to 4.
- Feature 1 Contains 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A), 40 to 400 parts by mass of inorganic filler (B) composed of a single type or multiple types of inorganic powder and granules, 0.01 to 5 parts by mass of photopolymerization initiator (C) that has the function of initiating photopolymerization upon irradiation with specific activating light, and 0.01 to 2.5 parts by mass of activating light absorber (D) that has the function of absorbing specific activating light but does not have the ability to initiate photopolymerization.
- A polymerizable monomer component
- B inorganic filler
- C photopolymerization initiator
- D activating light absorber
- Feature 2 In the particle size distribution of inorganic filler (B) measured by microscopy using a scanning microscope, 80% or more of all primary particles constituting said inorganic filler (B) have a particle diameter of 0.05 to 5.0 ⁇ m.
- Feature 3 The transmittance of a specific activating light measured on a 0.5 mm thick sample made of the curable composition for three-dimensional optical fabrication is 1 to 50%.
- the proposed curable composition by containing a polymerizable monomer component and an inorganic filler in a quantitative ratio that satisfies the condition set forth in Feature 1, it is possible to increase the strength and surface hardness of the cured body that will become the three-dimensional optically shaped object that is the target of manufacture. Furthermore, by having the particles that make up the inorganic filler satisfy the condition set forth in Feature 2 in terms of particle size, it is possible to reduce the risk of an increase in viscosity of the composition and particle settling during storage. Furthermore, by satisfying the conditions set forth in Feature 3 and 4, it is possible to achieve the effects of high strength, prevention of cracking, and high precision.
- the inventors investigated applying the technology disclosed in Patent Document 4 to incorporate part of the inorganic filler (B) as an organic-inorganic composite filler composed of particles made of a composite in which inorganic powder particles are dispersed in a resin matrix. As a result, they found that while it was possible to improve the fluidity, the crack prevention effect, which is a characteristic of the previously proposed curable composition, could be impaired.
- the curable composition for stereolithography disclosed herein has the following characteristics [1] to [5], due to the organic-inorganic composite filler being an essential component.
- the fluidity of the composition is further improved while maintaining the characteristics of previously proposed curable compositions, namely, "there is little risk of a decrease in fluidity or sedimentation of the inorganic filler, and the occurrence of cracks on the surface is prevented, while allowing the production of three-dimensional stereolithography objects with excellent mechanical strength and good shape precision.”
- Feature [1] (same as feature 1 above): Contains 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A), 40 to 400 parts by mass of inorganic filler (B) composed of a single type or multiple types of inorganic powder and granules, 0.01 to 5 parts by mass of photopolymerization initiator (C) that has the function of initiating photopolymerization upon irradiation with specific activating light, and 0.01 to 2.5 parts by mass of activating light absorber (D) that has the function of absorbing specific activating light but does not have the ability to initiate photopolymerization.
- A polymerizable monomer component
- B inorganic filler
- C photopolymerization initiator
- D activating light absorber
- Feature [2] (same as feature 2 above): In the particle size distribution of inorganic filler (B) measured by microscopy using a scanning microscope, 80% or more of all primary particles constituting said inorganic filler (B) have a particle diameter of 0.05 to 5.0 ⁇ m.
- organic-inorganic composite filler (E) consisting of particles formed from a composite material of the inorganic filler (B) and a resin (R).
- inorganic filler (B) that is not composited with the resin (R) is defined as a non-composite inorganic filler (B1) and inorganic filler included as the organic-inorganic composite filler (E) is defined as a composite inorganic filler (B2)
- both the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) satisfy the condition of feature [2].
- compositions and particle size distributions of the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) may be the same or different.
- inorganic powder particles prepared as inorganic filler (B) or prepared by mixing multiple types of inorganic powder particles
- it is preferable that the composition, particle size distribution, and average primary particle diameter of both are the same or substantially the same.
- Feature [4] (corresponding to the above-mentioned feature 4):
- Feature [5] (same as feature 3 above): The transmittance to specific activating light measured on a 0.5 mm thick sample made of the curable composition for three-dimensional optical fabrication is 1 to 50%.
- the curable composition for stereolithography disclosed herein contains 100 parts by mass of a polymerizable monomer component (A), 40 to 400 parts by mass of an inorganic filler (B) composed of a single type or multiple types of inorganic powder or particles, 0.01 to 5 parts by mass of a photopolymerization initiator (C) that has the function of initiating photopolymerization upon irradiation with specific activating light, and 0.01 to 2.5 parts by mass of an activating light absorber (D) that has the function of absorbing the specific activating light but does not have the ability to initiate photopolymerization.
- A polymerizable monomer component
- B inorganic filler
- C photopolymerization initiator
- D an activating light absorber
- the polymerizable monomer component (A) It is preferable to use a (meth)acrylate monomer as the polymerizable monomer component (A) because it has a fast curing rate and the strength of the resulting shaped object is excellent. In order to produce a shaped object with even higher strength, it is preferable that 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more of the polymerizable monomers be a bifunctional or higher polyfunctional (meth)acrylate, based on the total mass of all radically polymerizable monomers.
- Suitable examples of difunctional or higher polyfunctional (meth)acrylates include (meth)acrylates containing a bisphenol A skeleton, such as 2,2'-bis ⁇ 4-[3-(meth)acryloyloxy-2-hydroxypropoxy]phenyl ⁇ propane, 2,2'-bis[4-(meth)acryloyloxyphenyl]propane, and 2,2'-bis[4-(meth)acryloyloxypolyethoxyphenyl]propane; and ethylene glycol-based (meth)acrylates, such as triethylene glycol dimethacrylate and ethylene glycol dimethacrylate.
- bisphenol A skeleton such as 2,2'-bis ⁇ 4-[3-(meth)acryloyloxy-2-hydroxypropoxy]phenyl ⁇ propane, 2,2'-bis[4-(meth)acryloyloxyphenyl]propane, and 2,2'-bis[4-(meth)acryloyloxypolyethoxy
- Suitable acrylates include aliphatic di(meth)acrylates such as 1,3-propanediol di(meth)acrylate and 1,9-nonanediol dimethacrylate; urethane group-containing (meth)acrylates such as 1,6-bis(methacryloyloxy-2-ethoxycarbonylamino)-2,2,4-trimethylhexane; trifunctional (meth)acrylates such as trimethylolpropane trimethacrylate; and isocyanate skeleton-containing (meth)acrylates such as tris(2-methacryloyloxyethyl)isocyanurate.
- aliphatic di(meth)acrylates such as 1,3-propanediol di(meth)acrylate and 1,9-nonanediol dimethacrylate
- urethane group-containing (meth)acrylates such as 1,6-bis(methacryloyloxy-2-ethoxycarbonylamin
- 2,2'-bis[4-(meth)acryloyloxyphenyl]propane, 2,2'-bis[4-(meth)acryloyloxypolyethoxyphenyl]propane, triethylene glycol dimethacrylate, and tris(2-methacryloyloxyethyl)isocyanurate are preferred due to their low viscosity and high strength.
- examples of monofunctional (meth)acrylates suitable for use in combination with difunctional or higher polyfunctional (meth)acrylates include hydroxyethyl methacrylate, methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, isopropyl (meth)acrylate, hydroxyethyl (meth)acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, and glycidyl (meth)acrylate.
- polymerizable monomer component (A) one of these (meth)acrylates may be used alone, or multiple types may be used in combination.
- the curable composition for stereolithography contains 40 to 400 parts by mass of the inorganic filler (B) per 100 parts by mass of the polymerizable monomer component (A). If the content of the inorganic filler (B) is too high, the viscosity of the composition will be too high. On the other hand, if the content of the inorganic filler (B) is too low, the mechanical strength will be insufficient. For this reason, the content of the inorganic filler (B) is preferably 50 to 350 parts by mass, more preferably 60 to 300 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymerizable monomer component (A).
- the particle size distribution of inorganic filler (B) measured by microscopy using a scanning microscope must be such that 80% or more (preferably 90% or more, more preferably 95% or more) of all primary particles constituting inorganic filler (B) have a particle diameter of 0.05 to 5.0 ⁇ m.
- the fact that 80% or more of all primary particles constituting the inorganic filler (B) have a particle diameter of 0.05 to 5.0 ⁇ m can be confirmed by the particle size distribution of the inorganic filler (B) measured by microscopy using a scanning microscope. That is, the inorganic filler (B) is photographed using a scanning electron microscope, and the number n (of all primary particles) (50 or more) observed within a unit field of view of the photograph is measured, and the primary particle diameter (maximum diameter): Xi (nm) of each particle is measured for all particles, thereby determining the particle size distribution.
- i in the above Xi is a natural number from 1 to n, and represents the number of each measured primary particle.
- the average primary particle diameter of the inorganic filler (B) is preferably 0.07 to 3 ⁇ m, and more preferably 0.08 to 1 ⁇ m.
- inorganic filler (B) By including inorganic filler (B) having such a particle size distribution in the above-mentioned ratio, it is possible to increase the strength and surface hardness of the cured body that will become the three-dimensional photo-fabricated object, which is the target product. Furthermore, by having the particles constituting inorganic filler (B) satisfy the above-mentioned particle diameter conditions, it is possible to suppress an increase in viscosity of the composition and the risk of particle settling during storage. To further suppress an increase in viscosity, the lower limit of the particle diameter of particles that account for 80% or more of inorganic filler (B) is preferably 0.08 ⁇ m, and more preferably 0.1 ⁇ m. To further suppress settling, the upper limit of the particle diameter of particles that account for 80% or more of inorganic filler (B) is preferably 2.0 ⁇ m, and more preferably 1.0 ⁇ m.
- Inorganic filler (B) may be contained as aggregated particles formed by aggregation of primary particles. As long as the particle size distribution of the primary particles satisfies the above conditions, the particle size distribution of the aggregated particles is not particularly limited. However, in order to suppress sedimentation of inorganic filler (B), it is preferable that the number of aggregated particles of inorganic filler (B) contained in the curable composition for stereolithography of the present disclosure be small.
- the average particle size of inorganic filler (B) including aggregated particles of primary particles measured by laser diffraction/scattering is typically 0.05 to 100 ⁇ m, preferably 0.05 to 50 ⁇ m, and more preferably 0.05 to 30 ⁇ m.
- inorganic filler (B) is divided into non-composite inorganic filler (B1) that is blended in as is without being composited with resin (R), and composite inorganic filler (B2) that is blended as organic-inorganic composite filler (E), and therefore the above blending amount of inorganic filler (B) means the combined blending amount of non-composite inorganic filler (B1) and composite inorganic filler (B2) per 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A).
- the inorganic filler (B) is composite inorganic filler (B2), and the remainder is non-composite inorganic filler (B1). If the proportion of composite inorganic filler (B2) in the inorganic filler (B) is too high, fluidity will be significantly reduced. On the other hand, if the proportion of composite inorganic filler (B2) in the inorganic filler (B) is too low, it will be difficult to achieve the fluidity-improving effect achieved by adding organic-inorganic composite filler (E). For this reason, the proportion of composite inorganic filler (B2) in the inorganic filler (B) is preferably 20 to 80 mass%, and more preferably 30 to 70 mass%.
- the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) 80% or more (preferably 90% or more, more preferably 95% or more) of all the primary particles that make up the filler are particles with a particle diameter of 0.05 to 5.0 ⁇ m.
- the compositions and particle size distributions of the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) may be the same or different, but since inorganic powder particles prepared as inorganic filler (B) (or prepared by mixing multiple types of inorganic powder particles, etc.) are typically used separately, it is preferable that the composition, particle size distribution, and average primary particle diameter of both fillers be the same or substantially the same. Note that "substantially the same” basically means that the difference is within the range of measurement error.
- inorganic powders and granules used as inorganic fillers in dental restorative materials can be used without particular restrictions, provided that they satisfy the conditions set forth in characteristic point [5] and also satisfy the conditions set forth in characteristic point [4]. Because these prerequisites are easily met, inorganic powders and granules composed of particles of amorphous silica; silica-based composite oxides such as silica-zirconia, silica-titania, silica-titania-barium oxide, and silica-titania-zirconia; and glasses such as borosilicate glass, aluminosilicate glass, and fluoroaluminosilicate glass are preferred.
- silica-based composite oxides such as silica-zirconia, silica-titania, silica-titania-barium oxide, and silica-titania-zirconia.
- silica-zirconia particles from the standpoint of the abrasion resistance of the cured body, it is even more preferred to use particles composed of silica-zirconia particles.
- any surface treatment agent such as a silane coupling agent
- any surface treatment agent such as a silane coupling agent
- silane coupling agents include methyl trimoxysilane, methyl triethoxysilane, methyl trichlorosilane, dimethyl dichlorosilane, trimethyl chlorosilane, vinyl trichlorosilane, vinyl triethoxysilane, vinyl tris( ⁇ -methoxyethoxy)silane, ⁇ -methacryloyloxypropyl trimethoxysilane, methacryloyloxyoctyl-8-trimethoxysilane, ⁇ -chloropropyl trimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyl methoxysilane, and hexamethyldisilazane.
- the photopolymerization initiator (C) must have the ability to generate radicals and radically polymerize the polymerizable monomer component when exposed to specific activating light, including light of a specific wavelength ⁇ (nm) in the ultraviolet or visible light region, irradiated from a light source installed in the stereolithography device.
- the photopolymerization initiator (C) must absorb light of a specific wavelength ⁇ (nm) to generate radicals.
- the specific wavelength ⁇ as long as it is in the ultraviolet or visible light region, may be appropriately determined depending on the wavelength of the activating light used in the stereolithography device.
- Examples of general-purpose stereolithography devices include SLA-type stereolithography devices that irradiate semiconductor laser light as the activating light, DLP-type stereolithography devices that irradiate projector light, and LCD-type stereolithography devices that irradiate liquid crystal panel light, and the like.
- Light sources with activating light wavelengths of 405 nm or 385 nm are often used.
- the specific wavelength ⁇ is preferably 405 nm or 385 nm
- the optical shaping apparatus is preferably an SLA type, a DLP type, or an LCD type.
- the amount of photopolymerization initiator (C) to be blended should be 0.05 to 5.0 parts by mass per 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A). If the amount of photopolymerization initiator (C) to be blended is too high, burrs and other imperfections will appear on the resulting molded object, resulting in poor precision. On the other hand, if the amount of photopolymerization initiator (C) to be blended is too low, it will be impossible to form a shape in the molding process. For this reason, the amount of photopolymerization initiator (C) to be blended should preferably be 0.3 to 4.0 parts by mass, and more preferably 0.5 to 3.0 parts by mass, per 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A).
- the photopolymerization initiator (C) may be appropriately selected from known photopolymerization initiators that satisfy the above conditions. There are no particular restrictions on the photopolymerization initiator to be selected, and examples include self-cleavage photopolymerization initiators, bimolecular hydrogen abstraction photopolymerization initiators, photoacid generators, and combinations of these. These photopolymerization initiators may also be used in combination with photosensitizing dyes, electron-donating compounds, etc.
- Suitable self-cleaving photopolymerization initiators include acylphosphine oxide compounds such as diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide and phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide; benzoketal compounds, benzyne compounds, ⁇ -aminoacetophenone compounds, ⁇ -hydroxyacetophenone compounds, titanocene compounds, and acyloxime compounds.
- Photoacid generators include iodonium salt compounds such as p-isopropylphenyl-p-methylphenyliodonium tetrakispentafluorophenylborate salt; sulfonium salt compounds such as dimethylphenacylsulfonium hexafluoroantimonate salt; and halomethyl-substituted triazine compounds such as 2,4,6-tris(trichloromethyl)-s-triazine.
- iodonium salt compounds such as p-isopropylphenyl-p-methylphenyliodonium tetrakispentafluorophenylborate salt
- sulfonium salt compounds such as dimethylphenacylsulfonium hexafluoroantimonate salt
- halomethyl-substituted triazine compounds such as 2,4,6-tris(trichloromethyl)-s-triazine.
- Photosensitizing dyes include ketone compounds, coumarin dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, thiazine dyes, azine dyes, acridine dyes, xanthene dyes, squarium dyes, pyrylium salt dyes, condensed polycyclic aromatic compounds (anthracene, perylene, etc.), and thioxanthone compounds.
- Electron donors include 4-dimethylaminobenzoic acid esters, 4-dimethylaminotoluene, p-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, and thiophene compounds.
- Activating Light Absorber (D) When a molded product such as a dental prosthesis is produced with high precision using the curable composition for stereolithography of the present disclosure, in order to prevent excessive transmission of the activating light irradiated from the stereolithography device, which would result in a decrease in the modeling precision of the molded product, 0.01 to 2.5 parts by mass of an activating light absorber (D) that has the function of absorbing the activating light irradiated from the stereolithography device but does not function as a photopolymerization initiator is blended per 100 parts by mass of the polymerizable monomer component.
- the amount of activated light absorber (D) is preferably 0.04 to 2.5 parts by mass, more preferably 0.08 to 2.0 parts by mass, and even more preferably 0.25 to 1.0 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymerizable monomer component.
- the activated light absorber (D) is not particularly limited as long as it is a compound that absorbs light irradiated from a light source installed in the stereolithography device, and examples include triazole compounds such as 2-(hydroxy-5-methylphenyl)-2H-benzotriazole and 2-(3-tert-butyl-2-hydroxy-5-methylphenyl)-5-chloro-2H-benzotriazole; benzophenone compounds such as 2,4-dihydroxybenzophenone and 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone; and the like.
- Organic-inorganic composite powder/particle (E) As described in characteristic point [3], the composite inorganic filler (B2) occupies 10 to 90 mass %, preferably 20 to 80 mass %, more preferably 30 to 70 mass % of the inorganic filler (B) and is blended as the organic-inorganic composite filler (E).
- the organic-inorganic composite filler refers to a powder or granule composed of particles formed from a composite material of a composite inorganic filler (B2) and a resin (R).
- the composite material include a first form in which the composite inorganic filler (B2) is uniformly dispersed in a matrix of the resin (R); and a second form in which the surface of each inorganic primary particle forming the composite inorganic filler (B2) is covered with a resin and the inorganic primary particles are bonded to each other by the resin to form (microporous) aggregated particles.
- the content of the composite inorganic filler (B2) and the resin (R) in the composite material is preferably 50 to 99% by mass, and more preferably 70 to 95% by mass.
- the average particle diameter of the organic-inorganic composite filler (E), specifically, the average particle diameter measured by laser diffraction/scattering, is preferably 0.5 to 100 ⁇ m, more preferably 1 to 50 ⁇ m, and even more preferably 2 to 30 ⁇ m.
- the organic-inorganic composite fillers of the first and second forms can be produced using inorganic powder and particles and a polymerizable monomer component that serves as a raw material for the resin (R), and the organic-inorganic composite filler (E) can also be produced using a composite inorganic filler (B2) and a polymerizable monomer component that serves as a raw material for the resin (R).
- the polymerizable monomer component is preferably one of those exemplified as the polymerizable monomer component (A), but it does not have to be the same as the polymerizable monomer component (A).
- a polymerization inhibitor is preferably blended in the range of 0.01 to 5.0 parts by mass relative to 100 parts by mass of the polymerizable monomer component (A). If the blended amount of polymerization inhibitor is too high, the composition will not cure sufficiently during the molding process. On the other hand, if the blended amount of polymerization inhibitor is too low, the storage stability and molding accuracy will decrease. For this reason, the blended amount of polymerization inhibitor is preferably 0.01 to 5.0 parts by mass, more preferably 0.03 to 4.0 parts by mass, and even more preferably 0.05 to 2.5 parts by mass relative to 100 parts by mass of the polymerizable monomer component (A).
- the polymerization inhibitor can be a compound that reacts with radicals generated in the curable composition for stereolithography to deactivate the radicals, such as di-tert-butyl-p-cresol and 4-methoxyphenol.
- the curable composition for stereolithography may contain a chain transfer agent in an amount ranging from 0.00001 to 1.0 part by mass per 100 parts by mass of the polymerizable monomer component (A) for the purposes of reducing shrinkage stress during stereolithography and improving modeling accuracy. If the amount of chain transfer agent is too large, the polymerization reaction of the curable composition for stereolithography will be suppressed more than necessary, whereas if the amount of chain transfer agent is too small, the effect of adding the chain transfer agent will not be obtained.
- chain transfer agents examples include thiol compounds such as butanethiol, thiophenol, mercaptoethanol, octylthiol, and lauryl mercaptan; ⁇ -alkylstyrene compounds such as 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene ( ⁇ -methylstyrene dimer) and 2-phenyl-1-propene ( ⁇ -methylstyrene); and halogenated hydrocarbons substituted with at least one halogen atom, such as carbon tetrachloride and ethylene bromide. Of these, it is preferable to use ⁇ -alkylstyrene compounds, especially ⁇ -methylstyrene dimer, because of their high crack suppression effect.
- thiol compounds such as butanethiol, thiophenol, mercaptoethanol, octylthiol, and lauryl mercaptan
- ⁇ -alkylstyrene compounds such as 2,
- the curable composition for stereolithography according to the present disclosure may contain a thermal polymerization initiator as a polymerization initiator for secondary curing.
- a thermal polymerization initiator with a 10-hour half-life temperature of 50 to 130°C, as it does not function during primary curing and remains effectively in the laminate.
- Suitable thermal polymerization initiators include organic peroxides such as tert-butyl peroxylaurate and benzoyl peroxide; azo compounds such as azobutyronitrile and azobis(dimethylvaleronitrile); and the like.
- the amount of thermal polymerization initiator added is typically 0.001 to 1.0 part by mass, preferably 0.005 to 0.3 part by mass, and more preferably 0.01 to 0.1 part by mass, per 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A).
- the stereolithography curable composition of the present disclosure may contain a coloring substance within the range satisfying the conditions described in Features [4] and [5].
- a coloring substance may be a pigment or a dye.
- pigments include inorganic pigments such as titanium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, zinc sulfide, aluminum silicate, calcium silicate, carbon black, iron oxide, copper chromite black, chromium oxide green, chrome green, violet, chrome yellow, lead chromate, lead molybdate, cadmium titanate, nickel titanium yellow, ultramarine blue, cobalt blue, bismuth vanadate, cadmium yellow, and cadmium yellow; and organic pigments such as monoazo pigments, diazo pigments, diazo condensation pigments, perylene pigments, and anthraquinone pigments.
- inorganic pigments such as titanium oxide, zinc oxide, zirconium oxide, zinc sulfide, aluminum silicate, calcium silicate, carbon black, iron oxide, copper chromite black, chromium oxide green, chrome green, violet, chrome yellow, lead chromate, lead molybdate, cadmium titanate, nickel titanium yellow, ultramarine blue, cobalt blue, bismut
- the composition is characterized by employing a combination of polymerizable monomer component (A), non-composite inorganic filler (B1), and organic-inorganic composite filler (E) that results in a light scattering index Sc within a specific range.
- curable composition for photopolymerization With the curable composition for photopolymerization disclosed herein, light scattering by the inorganic filler in directions off the optical axis is suppressed, and by setting the transmittance for specific activating light (before photocuring) within a specific range, cracking can be prevented and, in some cases, modeling precision can be further improved.
- the conditions set forth in features [4] and [5] define the conditions to be satisfied by the polymerizable monomer component (A), inorganic filler (B), photopolymerization initiator (C), activating light absorber (D), and organic-inorganic composite filler (E).
- the transmittance defined in feature [5] corresponds to the "transmittance of the curable composition for photolithography of the present disclosure to specific activating light before photocuring," and serves as an indicator of the depth of cure when the curable composition for photolithography of the present disclosure is irradiated with specific activating light.
- Sc defined in feature [4] defines the "scattering state of light when the curable composition for photolithography of the present disclosure is irradiated with specific activating light," specifically, the state of side-scattered light, and ultimately serves as an indicator of the extent of the interlayer low-crosslink density region formed thereby.
- the cure depth and the state of side-scattered light are important in achieving the effects of the curable composition for photolithography of the present disclosure, and are determined by the combination of the components used.
- the physical properties of each component that affect transmittance and Sc are not only diverse but also influenced by their relationships with the physical properties of other components, it is virtually impossible to directly define a specific combination of substances that satisfies these conditions.
- the curable composition for stereolithography disclosed herein is defined as one that simultaneously satisfies the conditions set forth in features [4] and [5]. As such, it is virtually impossible to define the curable composition for stereolithography disclosed herein solely by its composition, such as the components that make it up and their blending amounts. It must be defined either by the parameters set forth in features [4] and [5], or as a curable composition for stereolithography obtained by the manufacturing method disclosed herein.
- Feature [4] It is generally known that when light is irradiated onto fine particles with a particle size suitable for a stereolithography resin composition, i.e., fine particles with a particle size of 0.05 to 5.0 ⁇ m, phenomena such as light blocking, diffraction, Mie scattering, and Rayleigh scattering occur. Among these, when Mie scattering and/or Rayleigh scattering occurs, the scattered light spreads not only forward but also to the sides and rear. Furthermore, the scattered light that spreads to the sides (sideward scattered light) reduces the transmittance of the specific activation light in Feature [5], which is thought to cause cracks and further reduce the molding accuracy of the molded product.
- the spread and intensity of side-scattered light i.e., the intensity distribution of scattered light with respect to the scattering direction (angle) are affected not only by the particle size of the particles, but also by the refractive index of the particles and the polymerizable monomer components present around the particles (as a dispersion medium).
- a dispersion system in which particles are dispersed in a polymerizable monomer component as a powder with a particle size distribution, particularly in a dispersion system composed of multiple types of particles with different refractive indices, it is virtually impossible to grasp the scattering behavior of each particle; it is necessary to grasp the scattering behavior of the entire system.
- the disclosed curable composition for photolithography when used in the manufacture of dental prosthetic materials, the greater the average "intensity of activation light scattered sideways" of the entire system, the lower the modeling accuracy, and further the transmittance of specific activation light, raising concerns about the occurrence of cracks due to an increase in interlayer low-crosslink density regions.
- the combination of polymerizable monomers, non-composite inorganic fillers, and organic-inorganic composite fillers used in the curable composition for stereolithography of the present disclosure is indirectly defined using the light scattering index Sc (%) defined by the above formula in the base composition (a homogeneous base composition consisting only of polymerizable monomers, non-composite inorganic fillers, and organic-inorganic composite fillers in a specified quantitative ratio) that forms the base of the curable composition for stereolithography of the present disclosure.
- Measuring the refracted light passing through a sample using a goniophotometer is used to evaluate the optical properties of materials that require light diffusion, such as lighting fixture covers and projector screens.
- it is also used as an index for evaluating the optical texture of dental filling and restorative materials, specifically to determine the degree of diffusion D.
- measurements using a goniophotometer to determine the light scattering index Sc can be performed as follows. First, a portion of the base composition (for raw materials) prepared during the preparation process of the curable composition for stereolithography disclosed herein is sampled, or a base composition (for measurement) prepared by separate preparation is used to prepare a measurement sample with a thickness of 0.5 mm in the same manner as for transmittance measurement.
- the sample is placed in a three-dimensional goniophotometer (e.g., GP-200, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.), and measurement light containing light of a specific wavelength: ⁇ (nm), primarily composed of light within a range of ⁇ ⁇ 50 (nm), and exhibiting maximum intensity within that range is irradiated perpendicularly onto the sample, and the intensity of the transmitted light at each exit angle is measured.
- a three-dimensional goniophotometer e.g., GP-200, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.
- an interference filter for example, an interference filter for the GP-200, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.
- light within the ⁇ 50 (nm) range is the main component means that in the spectrum showing the wavelength distribution (relative spectral distribution) of the measurement light, the integrated value of the intensity of light with wavelengths of ⁇ 50 (nm) is 90% or more of the integrated value of the intensity of the entire measurement light.
- the light scattering index Sc of the base composition exceeds 10%, the formation of interlayer low crosslink density regions that cause cracks due to side scattered light is unavoidable.
- the light scattering index Sc of the base composition is preferably 5.0% or less, and more preferably 3.0% or less. The lower the light scattering index Sc, the better, with the lower limit being 0.0%.
- the light scattering index Sc of the base composition is affected by the blending ratio of the polymerizable monomer component (A), non-composite inorganic filler (B1), and organic-inorganic composite filler (E). However, when these ratios are constant, it can be controlled to some extent by adjusting the particle size distribution of the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) in the organic-inorganic composite filler (E), the refractive index (or type) of the particles that make up the inorganic powder or granules, as well as the refractive index of the polymerizable monomer component as a whole and the refractive index of the resin (R) in the organic-inorganic composite filler (E).
- particle size parameter ⁇ that serves as an index of the scattering and scattering intensity of light caused by particles.
- Many dental inorganic fillers have particle sizes smaller than this value, so the scattering occurs and cracks are likely to occur.
- the inorganic filler (B) used i.e., the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2), satisfy the following condition 1.
- Condition 1 When the particle diameter of each primary particle constituting the inorganic filler (B) is x (nm) and pi is ⁇ , in the particle size distribution of the inorganic filler (B) measured by microscopy using a scanning microscope, the total number of particles having a particle diameter x (nm) within the range of 0.7 ⁇ / ⁇ to 4 ⁇ / ⁇ (nm) accounts for 40% or more, preferably 60% or more, and more preferably 80% or more of the total number of primary particles constituting the inorganic filler (B).
- the proportion of particles in the inorganic filler (B) with particle diameters in which the particle diameter parameter ⁇ is in the range of 1.0 to 3.0 (129 to 386 nm when the wavelength of the activating light is 405 nm) is preferably 50% or more, and more preferably 60% or more, and the proportion of particles with particle diameters in which the particle diameter parameter ⁇ is in the range of 1.8 to 2.8 (231 to 360 nm when the wavelength of the activating light is 405 nm) is even more preferably 45% or more, and particularly preferably 50% or more.
- the total number of particles having a particle diameter in the range of 85 to 535 nm preferably accounts for 40% or more of the total number of primary particles constituting the inorganic filler (B), more preferably 60% or more, and even more preferably 80% or more.
- a more preferred particle diameter range is 121 to 400 nm, and an even more preferred particle diameter range is 218 to 375 nm.
- the total number of particles having a particle diameter in the range of 218 to 375 nm accounts for 80% or more of the total number of primary particles constituting the inorganic filler (B).
- the refractive index of the inorganic filler and the polymerizable monomer component used in dentistry it is preferable to adopt a combination of inorganic filler (B) and polymerizable monomer component (A) that satisfies the following conditions 2 to 4.
- the inorganic powder particles constituting the inorganic filler (B) when an inorganic powder particle consisting of an aggregate of a single type of inorganic particles having a refractive index at 25°C to the (sodium) D line: n (D)F in the range of 1.500 to 1.550 is defined as a specific inorganic powder particle (b1), and an inorganic powder particle consisting of an aggregate of a single type of inorganic particles having a refractive index outside the above range is defined as a non-specific inorganic powder particle (b2), the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) are respectively (1) Consisting of a single type of specific inorganic powder or particle (b1), (2) It is composed of multiple types of specific inorganic powder and granules (b1), and at least one of the multiple types of specific inorganic powder and granules (b1) accounts for 10 mass% or more of the total mass of the non-
- n (D)M The refractive index of the polymerizable monomer component (A) at 25° C. with respect to the D line: n (D)M is in the range of 1.490 to 1.550.
- Condition 4 When the refractive index at 25°C of at least one specific inorganic powder or particle (b1) that accounts for 10 mass% or more of the total mass of each of the non-composite inorganic filler (B1) and the composite inorganic filler (B2) is n (D)F , and the refractive index that has the largest difference from n( D )M is n(D)Fh , the absolute value of the difference between n (D)Fh and n (D)M :
- is 0.035 or less.
- the refractive index at 25°C of the inorganic filler (B) (non-composite inorganic filler (B1) and composite inorganic filler (B2)) to the D line: n (D)F , and the refractive index at 25°C of the polymerizable monomer component to the D line: n (D)M can be measured as follows.
- the refractive index of the polymerizable monomer component: n (D)M can be measured using an Abbe refractometer (for example, Digital Abbe refractometer DR-A1-PLUS, manufactured by Atago Co., Ltd.) by placing the prepared monomer composition on a prism, looking into the sample through an eyepiece, and reading the value on the display when the boundary line and the cross line intersect (this value is the refractive index).
- an Abbe refractometer for example, Digital Abbe refractometer DR-A1-PLUS, manufactured by Atago Co., Ltd.
- the refractive index of the inorganic powder particles constituting the inorganic filler: n (D)F can be determined by mixing toluene or ethanol with bromonaphthalene to prepare solutions with refractive indices varying in increments of 0.001, mixing each inorganic powder particle with each solution with a different refractive index, shaking the mixture, and determining the refractive index of the solution that appears most transparent as the refractive index of that inorganic powder particle.
- the curable composition for stereolithography of the present disclosure must have a transmittance of 1 to 50% for specific activating light measured on a 0.5 mm thick sample. This transmittance serves as an indicator of the depth of cure. If the transmittance is lower than the lower limit of 1%, sufficient cure depth cannot be achieved, making stereolithography difficult. Even if stereolithography is possible, cracks are likely to occur in the model. Furthermore, in systems containing 40 parts by mass or more of inorganic filler (B) per 100 parts by mass of polymerizable monomer component (A) and containing a polymerization initiator in an amount sufficient for stereolithography, it is difficult to achieve a transmittance significantly exceeding the upper limit of 50%.
- the transmittance is preferably 2 to 30%, and more preferably 5 to 20%.
- the curable composition for stereolithography disclosed herein contains a photopolymerization initiator, there are concerns that curing may progress due to light irradiation during measurement.
- a transmittance measurement method using a color difference meter as described below, it is possible to measure the transmittance of specific activating light before curing progresses.
- the transmittance of the disclosed photocurable composition for stereolithography to activating light can be measured as follows. First, a 0.5 mm thick measurement sample is prepared by filling a resin mold (25 mm x 25 mm x 0.5 mm thick) with the disclosed photocurable resin composition, pressing the top and bottom surfaces with glass slides, reducing the thickness to 0.5 mm, and then removing the glass slide.
- a resin mold 25 mm x 25 mm x 0.5 mm thick
- this measurement sample is placed in a color difference meter (e.g., the SE7700 spectrophotometer manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.), and the transmittance of specific activating light (e.g., 405 nm wavelength light or 385 nm wavelength light) is measured by transmittance measurement using measurement light from a halogen lamp (measurement wavelength: 380-780 nm).
- a color difference meter e.g., the SE7700 spectrophotometer manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.
- the transmittance of specific activating light e.g., 405 nm wavelength light or 385 nm wavelength light
- the above transmittance tends to be higher as the light transmittance of the resin (R) constituting the polymerizable monomer component (A), inorganic filler (B), and organic-inorganic composite filler (E) itself increases.
- the transmittance also tends to be higher as the difference between the refractive index of the inorganic filler (B) to the specific activating light and the refractive index of the polymerizable monomer component (A) to the specific activating light, the difference between the refractive index of the resin (R) to the specific activating light and the refractive index of the polymerizable monomer component (A) to the specific activating light, and the difference between the refractive index of the inorganic filler (B) to the specific activating light and the refractive index of the resin (R) to the specific activating light are smaller.
- the blending ratio affects the transmittance.
- the transmittance of polymerizable monomer components and resins is significantly higher than 5%, so as long as the amount of inorganic filler blended is within the specified range, using a translucent inorganic filler and reducing the refractive index difference makes it possible to not only achieve a transmittance of 1% or more, but also 3% or 5% or more.
- the polymerizable monomer component (A), inorganic filler (B), and resin (R) satisfy the following condition 5.
- Condition 5 The refractive index of at least one specific inorganic powder or particle (b1) at 25°C to specific activating light: n (AL)F , the refractive index of the polymerizable monomer component (A) at 25°C to specific activating light: n(AL) M , and the refractive index of the resin (R) at 25°C to specific activating light: n (AL)R satisfy the following (i) to (iii): -0.015 ⁇ (n (AL)F -n (AL)M ) ⁇ 0.025 (i) -0.015 ⁇ (n (AL)R -n (AL)M ) ⁇ 0.030 (ii) -0.020 ⁇ (n (AL)F -n (AL)R ) ⁇ 0.020 (iii) All the conditions shown in are satisfied.
- Condition 5 is the following (ia) to (iiia): -0.012 ⁇ (n (AL)F -n (AL)M ) ⁇ 0.022 (ia) -0.010 ⁇ (n (AL)R -n (AL)M ) ⁇ 0.022 (iia) -0.020 ⁇ (n (AL)F -n (AL)R ) ⁇ 0.017 (iiia) It is preferable that all of the conditions shown in (1) and (2) are satisfied.
- the disclosed method for producing a curable composition for stereolithography is characterized by using a combination of polymerizable monomer component (A), inorganic filler (B), photopolymerization initiator (C), activated light absorber (D), and organic-inorganic composite filler (E) that satisfies the above conditions, and by employing this production method, the disclosed curable composition for stereolithography can be easily produced.
- the method for producing a curable composition for stereolithography according to the present disclosure is a method for producing a curable composition for stereolithography according to the present disclosure, which comprises the steps of:
- the method includes a mixing step of mixing a polymerizable monomer component (A), a non-composite inorganic filler (B1), an organic-inorganic composite filler (E), a photopolymerization initiator (C), and an activated light absorber (D),
- the polymerizable monomer component (A), the non-composite inorganic filler (B1), and the organic-inorganic composite filler (E) satisfy all of the above-mentioned conditions 1 to 5, and when a composition consisting only of the polymerizable monomer component (A), the non-composite inorganic filler (B1), and the organic-inorganic composite filler (E) is used as a base composition, in which the compositional ratio of these components is the same as that of the curable composition for stereolith
- the components are preferably mixed using a stirrer at room temperature in the dark, under light that activates the photopolymerization initiator, for example, under red light, until uniform, and after mixing, it is preferable to perform a degassing treatment.
- the method for producing a three-dimensional stereolithography object according to the present disclosure is a method for producing a three-dimensional object by liquid vat photopolymerization, which includes the above-described molding step, washing step, and secondary curing step, and is characterized in that the curable composition for stereolithography according to the present disclosure is used as the liquid photocurable composition supplied to the tank of the liquid vat photopolymerization device.
- the method for producing a three-dimensional stereolithography object according to the present disclosure uses the curable composition for stereolithography according to the present disclosure, it is possible to produce a three-dimensional stereolithography object that has high mechanical strength and is free of cracks on its actual surface.
- the molding step includes: a first step of irradiating a predetermined position of a liquid photocurable composition held in a tank with activating light based on two-dimensional shape data at the height of the initial ranking order, thereby curing the composition, thereby forming a modeling layer having a shape corresponding to the two-dimensional shape data, and using the modeling layer as a bonding layer; a second step of supplying a liquid photocurable composition directly above or directly below the bonded layer in the tank by moving the bonded layer up or down; a third step of applying activation light to a predetermined position of the liquid photocurable composition supplied just above or just below the bonded layer based on the two-dimensional shape data at the next highest level in the ranking order in the previous step, thereby curing the composition, thereby forming a new modeling layer having a shape corresponding to the two-dimensional shape data, and bonding the new modeling layer to the bonded layer, thereby obtaining
- the new bonded layer is used as the bonded layer in the third step, and the cycle consisting of the third step and the fourth step is repeated, and in the final third step, a new modeling layer is formed based on the two-dimensional shape data at the height of the final ranking order to obtain a laminate.
- liquid vat photopolymerization method which includes a molding process, can be suitably carried out using commercially available liquid vat photopolymerization devices known as 3D printers.
- the resulting laminate is washed with an organic solvent (a washing step is performed), and then the laminate is subjected to additional irradiation with activating light, heat treatment, or both for secondary curing (a secondary curing step is performed).
- Organic solvents used in the cleaning process include alcohol-based solvents such as ethanol, methanol, and isopropyl alcohol; ketone-based solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; ether-based solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, and tetrahydrofuran; amide-based solvents such as N-methylpyrrolidone and dimethylacetamide; and halogen-based solvents such as methylene chloride and chloroform.
- alcohol-based solvents and ether-based solvents are preferred due to their high cleaning efficiency, and alcohol-based solvents are more preferred due to their low environmental impact.
- the wavelength of the additional activating light irradiation in the secondary curing step is not particularly limited, as long as it is a wavelength that can be absorbed by the photopolymerization initiator remaining in the laminate to generate radicals.
- the irradiation intensity of the additional activating light irradiation is preferably 5 mW/cm 2 or more, more preferably 10 mW/cm 2 or more, and even more preferably 30 mW/cm 2 or more , so that the photopolymerization initiator remaining in the laminate generates a sufficient amount of radicals.
- the irradiation time is not particularly limited, but is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, and even more preferably 5 minutes or more.
- the irradiation intensity during the additional activating light irradiation is too high, the molded object may be overheated, causing cracks in the molded object. Therefore, the irradiation intensity is preferably 10,000 mW/cm 2 or less.
- thermal polymerization initiator when blended into the curable composition for stereolithography disclosed herein, this can be used to carry out secondary curing by heating.
- the heating temperature in this case is preferably 45 to 120°C, more preferably 50 to 90°C, and even more preferably 55 to 80°C.
- the disclosed method for manufacturing dental restorations is characterized by manufacturing dental restorations such as inlays, onlays, crowns, and dentures using the disclosed method for manufacturing three-dimensional optically shaped objects.
- CAD data designed based on digital data obtained by scanning the intraoral shape of an individual patient or an intraoral model created for each individual patient can be used as three-dimensional shape data indicating the shape of the dental restoration (three-dimensional object) used in the molding process.
- the disclosed method for manufacturing dental restorations makes it possible to manufacture dental restorations that have high mechanical strength and are free of cracks on their actual surfaces.
- UDMA urethane dimethacrylate
- 3G triethylene glycol dimethacrylate
- D-2.6E bisphenol A ethylene glycol (EO) adduct dimethacrylate (average number of EOs added: 2.6)
- ACMO Acryloylmorpholine 8FHD: Octafluorooctanediol dimethacrylate
- the monomer compositions used were monomer compositions A1 to A15 prepared by mixing the above monomer compounds according to the compositions shown in Table 1.
- the values in parentheses in Table 1 indicate the content (mass%) of each monomer compound.
- the refractive index of each monomer composition with respect to the D-line at 25°C: n (D)M and the refractive index of each monomer composition with respect to activation light having a wavelength of 405 nm at 25°C: n (AL)M were measured for each sample by placing the sample on the prism of a digital Abbe refractometer (DR-M2, manufactured by Atago Co., Ltd.), using an interference filter that selectively transmits the measurement light (D-line or light with a wavelength of 405 nm), looking into the sample through an eyepiece, and reading the value on the display when the boundary line and the cross line intersect.
- D-M2 digital Abbe refractometer
- Inorganic filler (B) The inorganic powders and granules shown below were used as they were or in combination with a plurality of types thereof to form inorganic fillers B-1 to B-8 so as to obtain the compositions shown in Table 2.
- SZ-3 Spherical silica-zirconia (surface treated with ⁇ -methacryloyloxypropyltri
- the refractive indices n (D)F and n (AL)F of each inorganic powder and granule were measured by the following method. Specifically, ethanol or toluene was mixed with bromonaphthalene to prepare solutions with refractive indices varying in increments of 0.001. Then, each inorganic powder and granule was mixed with each solution with a different refractive index to prepare an inorganic powder and granule mixed solution, and the solution in which the mixed solution was observed to be the most transparent was measured in the same manner as in the measurement of the refractive index of the monomer composition, and this refractive index was designated as the refractive index n (D)F of the inorganic powder and granule.
- the mixed solution was irradiated with activating light (light with a wavelength of 405 nm), and the solution in which the activating light was observed most clearly was measured in the same manner as in the measurement of the refractive index of the monomer composition, and this refractive index was designated as the refractive index n (AL)F of the inorganic powder and granule.
- the content of particles having a particle diameter of 0.05 to 5.0 ⁇ m relative to the total particles constituting each inorganic filler was measured from the particle size distribution determined by microscopy using a scanning microscope (referred to as the "specific particle content” in Table 2). Furthermore, for each inorganic filler, the content of particles having a (primary) particle diameter within a specific range of particle diameter parameter ⁇ (referred to as the " ⁇ -sufficient particle content” in Table 2) was determined from the particle size distribution determined by microscopy using a scanning microscope.
- the content of particles having a particle diameter parameter ⁇ in the range of 0.7 to 4.0: R1 (%), the content of particles having a particle diameter parameter ⁇ in the range of 1.0 to 3.0: R2 (%), and the content of particles having a particle diameter parameter ⁇ in the range of 1.8 to 2.8: R3 (%) were determined.
- the results are also shown in Table 2.
- the particle size distribution was determined by measuring the number of all particles (50 or more) observed within a unit field of view in a scanning electron microscope photograph of each inorganic filler: n (number of particles), and the primary particle diameter (maximum diameter): Xi (nm) of all particles.
- Organic-inorganic composite fillers CF1 to CF9 were prepared in the same manner as in Example 1 of Patent Document 4 (WO 2013/039169), except that the inorganic powder and granules shown in Table 3 below and the monomer composition having the composition shown in Table 3 below were used as the polymerizable monomer components serving as raw materials for the composite inorganic filler (B2) and resin (R) constituting the organic-inorganic composite filler.
- the numbers in parentheses in Table 3 below indicate the content (% by mass) of each monomer compound.
- the cured product of the monomer composition becomes the resin (R), which covers the surfaces of the inorganic primary particles that become the composite inorganic filler (B2) and bonds the inorganic primary particles to each other to form a composite.
- the refractive index n (AL)R in Table 3 is a value measured by placing a 0.1 mm thick cured product of the monomer composition on the prism of a digital Abbe refractometer (DR-M2, manufactured by Atago Co., Ltd.), using an interference filter that selectively transmits measurement light (light with a wavelength of 405 nm), looking into the sample through an eyepiece, and reading the value on the display when the boundary line and the intersection of the cross lines are aligned.
- D-M2 digital Abbe refractometer
- Photopolymerization initiator BAPO: phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide (generates radicals when irradiated with activation light at a wavelength of 405 nm)
- TPO 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide
- CQ camphorquinone DMBE: dimethyl p-ethoxybenzoate
- Activated Light Absorber SS3 2-(3-tert-butyl-2-hydroxy-5-methylphenyl)-5-chloro-2H-benzotriazole
- Coloring substance Titanium oxide (average primary particle diameter: 200 ⁇ m)
- the curable composition for stereolithography disclosed herein belongs to the category of previously proposed curable compositions.
- the previously proposed curable compositions have the advantage of enabling the production of three-dimensional stereolithography objects with excellent mechanical strength and shape accuracy while minimizing the risk of decreased fluidity and sedimentation of inorganic fillers and preventing the occurrence of cracks on the surface. Therefore, this point will be explained first with reference to the following Reference Examples and Comparative Examples.
- ⁇ Reference Example 1> Preparation of base composition for Sc evaluation and curable composition for stereolithography To 100 parts by mass of a polymerizable monomer component consisting of monomer composition A1 (UDMA: 50 parts by mass, 3G: 20 parts by mass, D-2.6E: 30 parts by mass), 150 parts by mass of B-1 as a non-composite inorganic filler (B1) was added, and the mixture was stirred and mixed until homogeneous, followed by degassing to prepare a base composition for Sc evaluation.
- a polymerizable monomer component consisting of monomer composition A1 (UDMA: 50 parts by mass, 3G: 20 parts by mass, D-2.6E: 30 parts by mass)
- B-1 a non-composite inorganic filler
- a raw material base composition was prepared in the same manner, to which was added 1.4 parts by mass of a photopolymerization initiator consisting of BAPO, 0.7 parts by mass of an activated light absorber consisting of SS3, and a total of 0.2 parts by mass of a polymerization inhibitor consisting of 0.1 parts by mass of HQME and 0.1 parts by mass of BHT (all blend amounts are relative to 100 parts by mass of polymerizable monomer components).
- the mixture was stirred and mixed under red light until uniform, and then degassed to prepare a liquid curable composition for stereolithography.
- the stereolithography curable resin composition obtained in (1) above was filled into a PTFE resin mold (25 mm x 25 mm x 0.5 mm thick). The top and bottom surfaces were pressed with glass slides to adjust the thickness of the composition to 0.5 mm, and then the glass slides were removed to obtain a resin composition with a thickness of 0.5 mm.
- the transmittance of this resin composition at a wavelength of 405 nm was measured using a color difference meter (Spectrophotometer SE7700, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.). The result was a transmittance of 5.3%.
- the stereolithography curable composition obtained in (1) above was supplied to the resin tray (tank) of a 3D printer (DWS, DW029D; wavelength: 405 nm, irradiation intensity: 83 mW), and a molding process was performed using 10 mm x 10 mm x 25 mm rectangular parallelepiped stereolithography data (hereinafter abbreviated as "stl data").
- stl data 10 mm x 10 mm x 25 mm rectangular parallelepiped stereolithography data
- the obtained molded body was immersed in a plastic container filled with ethanol for 15 minutes, gently shaken, and washed, then dried, and further irradiated with additional light (secondary curing) using a UV CURING UNIT UVIS-2 (DWS) for 30 minutes to produce a three-dimensional stereolithography object.
- DWS UV CURING UNIT UVIS-2
- the surface of the evaluation sample was observed with an optical microscope (50x magnification), and the evaluation sample was also coated with platinum to a thickness of 5 nm and then observed with a scanning microscope (1000x magnification).
- the number and width of cracks observed on one surface of the evaluation sample, measuring 10 mm x 25 mm, were confirmed and evaluated according to the following evaluation criteria. As a result, the crack evaluation result was "A1".
- A1 The number of cracks observed on the surface of the cured body was 5 or less, and the width of each crack was 10 ⁇ m or less, which is within the acceptable range.
- A2 The number of cracks observed on the surface of the cured body was 10 or less, and the width of each crack was 10 ⁇ m or less, which is within the acceptable range.
- A3 The number of cracks observed on the surface of the cured body was 20 or less, and the width of each crack was 10 ⁇ m or less, which is within the acceptable range.
- B The number of cracks observed on the surface of the cured body was 20 or less, and the crack width was 10 to 40 ⁇ m.
- C 20 or more cracks with widths of 10 to 40 ⁇ m are observed on the surface of the cured body.
- D A large number of cracks with widths of 40 ⁇ m or more are observed on the surface of the cured body.
- a curable composition for stereolithography was prepared according to the method described in Example 1 of Patent Document 3. Specifically, the polymerizable monomer component (A) and inorganic filler (B) shown in Table 5 were used in the blending ratios shown in Table 5, and 3.0 parts by mass of a polymerization initiator consisting of TPO and 0.05 parts by mass of a polymerization inhibitor consisting of BHT (all blending amounts are relative to 100 parts by mass of the polymerizable monomer component) were added to prepare a curable composition for stereolithography. A three-dimensional object was then manufactured and evaluated using the resulting curable composition for stereolithography in the same manner as in Reference Example 1.
- a base composition for Sc evaluation and an uncured composition (for transmittance evaluation) were also prepared in the same manner as in Reference Example 1, and each composition was evaluated in the same manner as in Reference Example 1.
- the evaluation results are shown in Table 7.
- An optical microscope image (magnification: 50x) taken during crack evaluation of Reference Comparative Example 9 (Evaluation C) is shown in Figure 4.
- the curable compositions for stereolithography of Reference Examples 1 to 14 had a small light scattering index Sc and a high activation light transmittance, resulting in high modeling accuracy and reduced cracking.
- the stereolithography curable compositions of Reference Comparative Examples 1 to 3 had a high light scattering index Sc and a low activation light transmittance, resulting in low modeling accuracy and cracking. Furthermore, the stereolithography curable compositions of Reference Comparative Examples 4 to 7 had a low light scattering index Sc but a low activation light transmittance, resulting in cracking. The stereolithography curable composition of Reference Comparative Example 8 had a high light scattering index Sc, resulting in low modeling accuracy and cracking.
- the stereolithography curable composition of Reference Comparative Example 9 was prepared in accordance with the method described in Patent Document 3, and had a low activation light transmittance, resulting in cracking.
- Example 1 Preparation of base composition for Sc evaluation and photocurable composition
- the polymerizable monomer component (A) consisting of the monomer composition A7 (UDMA: 35 parts by mass, 3G: 27 parts by mass, D-2.6E: 38 parts by mass)
- 60 parts by mass of B-1 as a non-composite inorganic filler (B1) and 90 parts by mass of CF1 as an organic-inorganic composite filler (E) were added, and the mixture was stirred and mixed until uniform, followed by degassing to prepare a base composition for Sc evaluation.
- a raw material base composition was prepared in the same manner, to which was added 1.4 parts by mass of a photopolymerization initiator consisting of BAPO, 0.7 parts by mass of an activated light absorber consisting of SS3, and a total of 0.2 parts by mass of a polymerization inhibitor consisting of 0.1 parts by mass of HQME and 0.1 parts by mass of BHT (all blend amounts are relative to 100 parts by mass of polymerizable monomer components).
- the mixture was stirred and mixed under red light until uniform, and then degassed to prepare a liquid curable composition for stereolithography.
- the light-scattering index Sc and activation light transmittance of the obtained base composition for Sc evaluation and curable composition for stereolithography were measured in the same manner as in Reference Example 1. As a result, the light-scattering index Sc was 0.5%, and the activation light transmittance was 6.9%.
- stereolithography curable composition of Example 1 500 g was supplied to the resin tray (tank) of a 3D printer (DWS, DW029D; wavelength: 405 nm, irradiation intensity: 83 mW), and a molding process was carried out using stereolithography data (stl data) of a rectangular parallelepiped shape of 150 mm x 150 mm x 200 mm, and a molded body (laminate) having a laminated structure (composed of a cured product of the stereolithography curable composition) was produced.
- stereolithography data stereolithography data
- the obtained molded body was immersed in a plastic container filled with ethanol for 15 minutes, gently shaken to perform a washing process, then dried, and further subjected to additional light irradiation (secondary curing) for 30 minutes using a UV CURING UNIT UVIS-2 (DWS) to produce a three-dimensional stereolithography object.
- additional light irradiation secondary curing
- DWS UV CURING UNIT UVIS-2
- the resulting 150mm x 150mm x 200mm rectangular 3D photofabricated object was observed visually and with an optical microscope (50x magnification) to evaluate whether there were any defects in the rectangular shape. As a result, there were no defects either visually or with an optical microscope (50x magnification), confirming that the object had high fluidity (Evaluation result: A).
- Examples 2 to 20 and Comparative Examples 1 to 6> The base composition for Sc evaluation and the curable composition for stereolithography were prepared in the same manner as in Example 1, except that the components and amounts used when preparing the base composition for Sc evaluation and the curable composition for stereolithography in Example 1 were changed as shown in Tables 8 and 9. Thereafter, the resulting compositions were evaluated in the same manner as in Example 1, and three-dimensional stereolithography objects were produced and evaluated using the resulting curable compositions for stereolithography in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Tables 10 and 11.
- the curable compositions for stereolithography of Examples 1 to 20 had a small light scattering index Sc and a high activation light transmittance, resulting in high modeling accuracy and reduced cracking.
- the photopolymerization curable composition of Comparative Example 1 had a large difference in refractive index for 405 nm light between the composite inorganic filler (B2) and resin (R) constituting the organic-inorganic composite filler (E), resulting in low transmittance for 405 nm light, and therefore increased cracking.
- the photopolymerization curable composition of Comparative Example 2 had a large difference in refractive index for 405 nm light between the polymerizable monomer component (A) and composite inorganic filler (B2) constituting the organic-inorganic composite filler (E), resulting in low transmittance for 405 nm light, and therefore increased cracking.
- the photopolymerization curable composition of Comparative Example 3 had a large difference in refractive index for 405 nm light between the polymerizable monomer component (A) and resin (R) constituting the organic-inorganic composite filler (E), resulting in low transmittance for 405 nm light, and therefore increased cracking.
- the curable compositions for stereolithography in Comparative Examples 4 to 6 had a large difference in refractive index for 405 nm light between the polymerizable monomer component (A) and the composite inorganic filler (B2) and resin (R) that make up the organic-inorganic composite filler (E), resulting in low transmittance for 405 nm light and increased cracking.
- Examples 21 to 32 and Comparative Examples 7 to 10> In Examples 1, 14, and 18, and Comparative Example 1, three-dimensional stereolithography objects were manufactured and evaluated in the same manner as in Examples 1, 14, and 18, and Comparative Example 1, except that the 3D printer used to manufacture the three-dimensional stereolithography objects was changed as shown in Tables 12 and 13. The evaluation results are shown in Tables 12 and 13. Tables 12 and 13 also show the evaluation results for Examples 1, 14, and 18, and Comparative Example 1.
- the stereolithography curable composition used in Examples 21 to 24 has the same composition as the stereolithography curable composition used in Example 1.
- the stereolithography curable composition used in Examples 25 to 29 has the same composition as the stereolithography curable composition used in Example 14.
- the stereolithography curable composition used in Examples 29 to 32 has the same composition as the stereolithography curable composition used in Example 18.
- the stereolithography curable composition used in Comparative Examples 7 to 10 has the same composition as the stereolithography curable composition used in Comparative Example 1.
- 3DP1 to 3DP5 in Tables 12 and 13 refer to the following 3D printers, respectively.
- ⁇ 3DP2 SEGA 3D (DLP method, wavelength: 405 nm), manufactured by 3BFAB
- ⁇ 3DP4 Manufactured by Phrozen
- Smapri Sonic 8K (LCD method, wavelength: 405 nm)
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Plastic & Reconstructive Surgery (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
Abstract
重合性単量体成分(A):100質量部、無機フィラー(B):40~400質量部、光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有し、無機フィラー(B)の10~90質量%が有機無機複合フィラー(E)として含まれており、活性化光を照射したときの側方向に散乱される光の割合の指標となる光散乱指数Scの値が10%以下であり、且つ、光硬化する前の状態における活性化光に対する透過率が1~50%である三次元光造形用硬化性組成物、及びその製造方法を提供する。また、該三次元光造形用硬化性組成物を用いた三次元光造形物の製造方法及び歯科用修復物の製造方法を提供する。
Description
本開示は、三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法に関する。
重合性単量体及び光重合開始剤を含有する光硬化性組成物(光硬化性樹脂又は光硬化性樹脂組成物とも称される。)に対して光重合開始剤を活性化する光(活性化光)を照射することにより硬化させて三次元の造形物を成形する技術は、光造形法として知られている。光造形法には幾つかの方式があり、その中でも、装置が比較的安価であり、滑らかな表面の造形物を高精度で製造できる点から、液槽光重合法が広く用いられている。
液槽光重合法では、以下のようにして製造目的物となる三次元物体を得るのが一般的である。まず、三次元物体の形状を示す三次元形状データから、該三次元物体の高さ方向をデジタル化して序列化すると共に、序列化された各高さにおける三次元物体の断面形状を示す二次元形状データを生成する。次いで、槽内に保持された液状光硬化性組成物に対して、上記二次元形状データに基づいて予め決定された所定の位置に活性化光を照射することにより、当該位置に存在する液状光硬化性組成物を選択的に一次硬化させて上記断面形状を有する造形層を形成すると共に、序列化の順に従って各高さにおける断面形状を有する造形層を順次形成して積層することにより、三次元物体の形状に対応する形状の積層体を得る。次いで、必要に応じて積層体を有機溶媒で洗浄した後に、二次硬化を行って目的物を得る。
歯科分野において、義歯、歯冠補綴物等の歯科用修復物は、個々の患者の口腔内の状況に応じた固有の形状のものを高い精度で製造する必要がある。このため、口腔内スキャン等で得られたデジタルデータを用いて設計されたCAD(Computer Aided Design)データに基づいて、液槽光重合法による光造形により歯科用修復物を製造することが検討されている。
口腔内で用いる歯科用補綴物においては、上述したような高い寸法(形状)精度だけでなく、咀嚼時における負荷に十分に耐え得る高い機械的強度が求められる。この点、光硬化性組成物に無機フィラーを配合した場合には、精度低下の原因の1つである重合収縮を低減することができ、硬化体の機械的強度及び表面硬度の向上を図ることができる。このため、歯科用補綴物の光造形に際しては、無機フィラーを配合した光硬化性組成物を用いた液槽光重合法が適していると考えられ、このような無機フィラーを配合した三次元光造形用硬化性組成物も提案されている。
例えば、特許文献1には、成形精度、力学的特性、及び透明性に優れ、特に歯科材料に好適な光学的立体造形用組成物として、重合性単量体(a)と、紫外線吸収性無機粒子(b)と、光重合開始剤(c)とを含有する組成物が開示されている。また、特許文献2には、意匠性に優れた硬化体(立体造形物)を作製可能な樹脂組成物として、透光性樹脂と、屈折率及びアッベ数が異なる2種類以上の透光性粒子とを含有する組成物が開示されている。また、特許文献3には、高強度、高弾性、且つ、耐摩耗性に優れる立体造形物を得ることができる光造形用樹脂組成物として、ウレタン化(メタ)アクリル化合物(a)、(メタ)アクリルアミド化合物(b)、光重合開始剤(c)、及び平均粒子径が0.75~10μmである球状無機粒子(d)を含有し、球状無機粒子(d)の含有量が重合性単量体の合計量100質量部に対して50~400質量部である組成物が開示されている。また、特許文献4には、硬化体の表面滑沢性を維持したまま、ペーストの粘度の低下及び操作性の向上、硬化時の重合収縮の抑制、並びに硬化体の機械的強度の向上を図る目的で、平均粒子径10~1000nmの無機一次粒子が凝集されてなる無機凝集粒子と、各無機一次粒子の表面を覆うと共に各無機一次粒子を相互に結合する重合性単量体の重合硬化物、及び吸水性樹脂とを含む有機樹脂相とを含む有機無機複合フィラーを、歯科用硬化性組成物に添加することが開示されている。
特許文献1~3においては、重合性単量体に無機フィラーを添加した組成物を用いているため、機械的強度、弾性率、及び耐摩耗性が良好な造形物を得ることが可能である。しかし、特許文献1に記載の光学的立体造形用組成物は、流動性が低いため、適用可能な造形物の形状が制限されることがある。また、特許文献2に記載の樹脂組成物は、長期間に亘って静置した際に、組成物に含まれる透光性粒子(ガラスフィラー等)が沈降することがある。さらに、特許文献3に記載の光造形用樹脂組成物においては、造形物の表面に、目視では判別が困難な微細な亀裂が発生することが多いことが明らかとなった(図4参照)。このような微細な亀裂を有する造形物を歯科用補綴物として用いた場合、口腔内で歯科用補綴物が破折する起点となる可能性があるため問題となる。
そこで、本開示は、高強度化のために無機フィラーを一定量配合した三次元光造形用硬化性組成物を用いて液槽光重合法による光造形により三次元造形物を製造するに際し、表面に亀裂を発生させることなく、高精度且つ高強度の三次元造形物を製造可能とする技術を提供することを課題とする。
本開示の第一の態様は、槽内に保持された液状光硬化性組成物の予め定めた位置に、紫外光領域又は可視光領域の特定波長:λ(nm)の光を含む活性化光(以下、「特定活性化光」ともいう。)を照射して当該位置に存在する液状光硬化性組成物を選択的に硬化させることにより三次元光造形物を製造する液槽光重合法において、上記液状光硬化性組成物として使用される三次元光造形用硬化性組成物であって、
重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、特定活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び特定活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有し、
走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、該無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子であり、
無機フィラー(B)の10~90質量%は、該無機フィラー(B)と樹脂(R)との複合材料によって構成される粒子からなる有機無機複合フィラー(E)として含まれており、
無機フィラー(B)のうち、樹脂(R)と複合化していないものを非複合型無機フィラー(B1)とし、有機無機複合フィラー(E)として含まれるものを複合型無機フィラー(B2)としたときに、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれを構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子であり、
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)は、
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が本開示の三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、上記特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものであり、
三次元光造形用硬化性組成物からなる厚さ0.5mmの試料について測定される特定活性化光に対する透過率が1~50(%)である、三次元光造形用硬化性組成物である。
重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、特定活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び特定活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有し、
走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、該無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子であり、
無機フィラー(B)の10~90質量%は、該無機フィラー(B)と樹脂(R)との複合材料によって構成される粒子からなる有機無機複合フィラー(E)として含まれており、
無機フィラー(B)のうち、樹脂(R)と複合化していないものを非複合型無機フィラー(B1)とし、有機無機複合フィラー(E)として含まれるものを複合型無機フィラー(B2)としたときに、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれを構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子であり、
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)は、
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が本開示の三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、上記特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものであり、
三次元光造形用硬化性組成物からなる厚さ0.5mmの試料について測定される特定活性化光に対する透過率が1~50(%)である、三次元光造形用硬化性組成物である。
本開示の第二の態様は、本開示の三次元光造形用硬化性組成物の製造方法であって、
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、有機無機複合フィラー(E)、光重合開始剤(C)、及び活性化光吸収剤(D)を混合する混合工程を含み、
重合性単量体成分(A)の25℃におけるD線に対する屈折率及び25℃における特定活性化光に対する屈折率をそれぞれn(D)M及びn(AL)Mとし、無機フィラー(B)を構成する無機粉粒体の25℃におけるD線に対する屈折率及び25℃における特定活性化光に対する屈折率をそれぞれn(D)F及びn(AL)Fとし、有機無機複合フィラー(E)に含まれる樹脂(R)の25℃における特定活性化光に対する屈折率をn(AL)Rとし、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が製造目的物である三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、
混合工程では、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)として、下記条件1~6:
条件1:無機フィラー(B)を構成する個々の一次粒子の粒子径をx(nm)とし、円周率をπとしたときに、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、粒子径x(nm)が0.7λ/π~4λ/π(nm)の範囲内にある粒子の総数が無機フィラー(B)を構成する全一次粒子数の40%以上である;
条件2:屈折率n(D)Fが1.500~1.550の範囲内にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を特定無機粉粒体(b1)とし、屈折率が上記の範囲外にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を非特定無機粉粒体(b2)としたときに、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)は、それぞれ、
(1)単一種の特定無機粉粒体(b1)によって構成されるか、
(2)複数種の特定無機粉粒体(b1)によって構成され、且つ、複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占めるか、又は
(3)単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1):90質量%以上100質量%未満と、単一種又は複数種の非特定無機粉粒体(b2):0質量%を超え10質量%以下とによって構成され、且つ、単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める;
条件3:屈折率n(D)Mが1.490~1.550の範囲内にある;
条件4:非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の特定無機粉粒体(b1)の屈折率n(D)Fのうち、屈折率n(D)Mとの差が最も大きくなる屈折率をn(D)Fhとしたときに、n(D)Fhとn(D)Mとの差の絶対値:|n(D)Fh-n(D)M|が0.035以下である;
条件5:非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の特定無機粉粒体(b1)の屈折率n(AL)Fと、屈折率n(AL)Mと、屈折率n(AL)Rとが、下記式(i)~(iii):
-0.015<(n(AL)F-n(AL)M)<0.025 (i)
-0.015<(n(AL)R-n(AL)M)<0.030 (ii)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.020 (iii)
に示される関係を全て満足する;
条件6:ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下である;
を全て満足することが確認されたものを使用する、三次元光造形用硬化性組成物の製造方法である。
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、有機無機複合フィラー(E)、光重合開始剤(C)、及び活性化光吸収剤(D)を混合する混合工程を含み、
重合性単量体成分(A)の25℃におけるD線に対する屈折率及び25℃における特定活性化光に対する屈折率をそれぞれn(D)M及びn(AL)Mとし、無機フィラー(B)を構成する無機粉粒体の25℃におけるD線に対する屈折率及び25℃における特定活性化光に対する屈折率をそれぞれn(D)F及びn(AL)Fとし、有機無機複合フィラー(E)に含まれる樹脂(R)の25℃における特定活性化光に対する屈折率をn(AL)Rとし、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が製造目的物である三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、
混合工程では、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)として、下記条件1~6:
条件1:無機フィラー(B)を構成する個々の一次粒子の粒子径をx(nm)とし、円周率をπとしたときに、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、粒子径x(nm)が0.7λ/π~4λ/π(nm)の範囲内にある粒子の総数が無機フィラー(B)を構成する全一次粒子数の40%以上である;
条件2:屈折率n(D)Fが1.500~1.550の範囲内にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を特定無機粉粒体(b1)とし、屈折率が上記の範囲外にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を非特定無機粉粒体(b2)としたときに、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)は、それぞれ、
(1)単一種の特定無機粉粒体(b1)によって構成されるか、
(2)複数種の特定無機粉粒体(b1)によって構成され、且つ、複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占めるか、又は
(3)単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1):90質量%以上100質量%未満と、単一種又は複数種の非特定無機粉粒体(b2):0質量%を超え10質量%以下とによって構成され、且つ、単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める;
条件3:屈折率n(D)Mが1.490~1.550の範囲内にある;
条件4:非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の特定無機粉粒体(b1)の屈折率n(D)Fのうち、屈折率n(D)Mとの差が最も大きくなる屈折率をn(D)Fhとしたときに、n(D)Fhとn(D)Mとの差の絶対値:|n(D)Fh-n(D)M|が0.035以下である;
条件5:非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の特定無機粉粒体(b1)の屈折率n(AL)Fと、屈折率n(AL)Mと、屈折率n(AL)Rとが、下記式(i)~(iii):
-0.015<(n(AL)F-n(AL)M)<0.025 (i)
-0.015<(n(AL)R-n(AL)M)<0.030 (ii)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.020 (iii)
に示される関係を全て満足する;
条件6:ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下である;
を全て満足することが確認されたものを使用する、三次元光造形用硬化性組成物の製造方法である。
本開示の第三の態様は、槽内に保持された液状光硬化性組成物の予め定めた位置に特定活性化光を照射して当該位置に存在する液状光硬化性組成物を選択的に硬化させることにより三次元光造形物を製造する三次元光造形物の製造方法であって、
三次元物体の形状を示す三次元形状データから、該三次元物体の高さ方向をデジタル化して序列化すると共に序列化された各高さにおける三次元物体の断面形状を示す二次元形状データを生成し、槽内に保持された液状光硬化性組成物に対して、上記二次元形状データに基づいて予め決定された所定の位置に特定活性化光を照射することにより、当該位置に存在する液状光硬化性組成物を選択的に一次硬化させて上記断面形状を有する造形層を形成すると共に、序列化の順に従って各高さにおける断面形状を有する造形層を順次形成して積層することにより、三次元物体の形状に対応する形状の積層体を得る成形工程;
成形工程で得られた積層体を、有機溶媒を用いて洗浄する洗浄工程;及び
洗浄工程で洗浄された積層体に追加の活性化光照射を行うか、加熱処理を行うか、又はその両方を行うことによって二次硬化させる二次硬化工程;
を含み、
上記液状光硬化性組成物として本開示の三次元光造形用硬化性組成物を使用する、三次元光造形物の製造方法である。
三次元物体の形状を示す三次元形状データから、該三次元物体の高さ方向をデジタル化して序列化すると共に序列化された各高さにおける三次元物体の断面形状を示す二次元形状データを生成し、槽内に保持された液状光硬化性組成物に対して、上記二次元形状データに基づいて予め決定された所定の位置に特定活性化光を照射することにより、当該位置に存在する液状光硬化性組成物を選択的に一次硬化させて上記断面形状を有する造形層を形成すると共に、序列化の順に従って各高さにおける断面形状を有する造形層を順次形成して積層することにより、三次元物体の形状に対応する形状の積層体を得る成形工程;
成形工程で得られた積層体を、有機溶媒を用いて洗浄する洗浄工程;及び
洗浄工程で洗浄された積層体に追加の活性化光照射を行うか、加熱処理を行うか、又はその両方を行うことによって二次硬化させる二次硬化工程;
を含み、
上記液状光硬化性組成物として本開示の三次元光造形用硬化性組成物を使用する、三次元光造形物の製造方法である。
本開示の第四の態様は、本開示の三次元光造形物の製造方法により歯科用修復物を製造することを含む、歯科用修復物の製造方法である。
本開示の三次元光造形用硬化性組成物は、高強度化のために無機フィラーを一定量含有しながらも、三次元光造形装置で造形可能な流動性を有している。この三次元光造形用硬化性組成物を用いた本開示の三次元光造形物の製造方法によれば、表面に亀裂が発生するのを防止しながら、機械的強度に優れ、形状精度が良好な三次元光造形物を製造することが可能となる。
1.本開示の三次元光造形用硬化性組成物の概要
本開示の三次元光造形用硬化性組成物(以下、単に「光造形用硬化性組成物」ともいう。)は、液槽光重合法を用いて三次元物体を製造する際の液状光硬化性組成物として使用される組成物、すなわち液槽光重合法による三次元光造形用の硬化性組成物である。
本開示の三次元光造形用硬化性組成物(以下、単に「光造形用硬化性組成物」ともいう。)は、液槽光重合法を用いて三次元物体を製造する際の液状光硬化性組成物として使用される組成物、すなわち液槽光重合法による三次元光造形用の硬化性組成物である。
ここで、液槽光重合法とは、三次元物体の形状を示す三次元形状データから、該三次元物体の高さ方向をデジタル化して序列化すると共に序列化された各高さにおける三次元物体の断面形状を示す二次元形状データを生成し、槽内に保持された液状光硬化性組成物に対して、上記二次元形状データに基づいて予め決定された所定の位置に活性化光を照射することにより、当該位置に存在する液状光硬化性組成物を選択的に(一次)硬化させて上記断面形状を有する造形層を形成すると共に、序列化の順に従って各高さにおける断面形状を有する造形層を順次形成して積層することにより、三次元物体の形状に対応する形状の積層体を得る工程(以下、「成形工程」ともいう。)を含み、必要に応じて有機溶媒による洗浄処理(以下、このような処理を行う工程を「洗浄工程」ともいう。)や二次硬化処理(以下、このような処理を行う工程を「二次硬化工程」ともいう。)を施すことにより、三次元物体の形状に対応する形状の三次元光造形物を得る方法を意味する。
上述したように、硬化体の機械的強度及び表面硬度の向上を図るために無機フィラーを一定量配合した光硬化性組成物においては、流動性の低下や保存時における粒子沈降が問題になることがある。また、特許文献3に記載の光造形用樹脂組成物を用いて液槽光重合法により造形物を製造した場合には、(特許文献3では認識されていないものの、)造形物の表面に目視では判別が困難な微細な亀裂が発生することが多い。
亀裂が発生する理由は明らかではないが、本発明者らは、光造形装置を用いて積層体を得た後に、該積層体の表面に付着する未硬化の硬化性組成物を有機溶媒によって洗浄する際に、亀裂が発生していることを確認している。また、光造形用硬化性組成物に含有される無機フィラーは、活性化光を照射したときに散乱(具体的には、Mie散乱又はReyleigh散乱)を起こすような粒子径を有する粒子を多く含むことから、照射スポットにおける光軸からずれて散乱した弱い活性化光(側方向散乱光)が発生することにより、硬化深度が極めて浅くなり、積層体の層間に架橋密度が比較的小さい領域(以下、「層間低架橋密度領域」ともいう。)が形成されることも、亀裂発生の一因となっていると考えられる。すなわち、洗浄時において層間低架橋密度領域に有機溶媒が浸透することにより、該領域が膨潤し、成形体を構成する高分子鎖の分子間が広がり、一時的に強度が低下する。その際、成形工程において成形体に残留した内部応力により、強度低下した部分が破壊されることで、該領域内に亀裂が発生するのではないかと考えられる。
なお、特許文献3において硬化体表面の亀裂が認識されていない理由は不明であるが、本発明者らが特許文献3に記載の光造形用樹脂組成物について追試実験を行ったところ、硬化体表面に亀裂が観察された光造形用樹脂組成物は、活性化光の透過率が低かった。このことから、特許文献3ではおそらく亀裂発生が看過されたものと思われる。
本発明者らは、配合する無機フィラーを構成する粒子の粒子径を制御すると共に、硬化前の組成物における特定活性化光の透過率を特定の範囲とすることにより、これら課題を解決し得ることを見出し、新規な三次元光造形用硬化性組成物を提案している(特願2023-018503)。そして、その好ましい態様として、下記の特徴点1~4を有する三次元光造形用硬化性組成物(以下、「既提案硬化性組成物」ともいう。)を提案している。
特徴点1:重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、特定活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び特定活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有する。
特徴点2:走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、該無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子である。
特徴点3:三次元光造形用硬化性組成物からなる厚さ0.5mmの試料について測定される特定活性化光に対する透過率が1~50(%)である。
特徴点4:重合性単量体成分(A)及び無機フィラー(B)は、重合性単量体成分(A)及び無機フィラー(B)のみからなり、これら成分の組成比が三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものである。
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものである。
既提案硬化性組成物では、特徴点1に示される条件を満足するような量比で重合性単量体成分と無機フィラーとを含有することにより、製造目的物である三次元光造形物となる硬化体の強度及び表面硬度を高くすることが可能となっている。また、無機フィラーを構成する粒子が、粒子径に関して特徴点2に示される条件を満足することにより、組成物の粘度上昇や保存中における粒子の沈降リスクを抑えることが可能となっている。また、特徴点3及び4に示される条件を満足することにより、高強度、亀裂発生防止、及び高精度化の効果を得ることが可能となっている。
本発明者らは、既提案硬化性組成物について、その流動性をさらに向上させて使用時(液槽光重合法により三次元光造形を行う際)における操作性を向上させるべく、特許文献4に開示された技術を適用して、無機フィラー(B)の一部を、樹脂マトリックス中に無機粉粒体を分散させた複合体からなる粒子によって構成される有機無機複合フィラーとして配合することについて検討を行った。その結果、流動性の向上を図ることはできるものの、既提案硬化性組成物の特徴である亀裂発生防止効果が損なわれてしまう場合があることが判明した。
そこで、これら新たに確認された課題を解決すべくさらに検討を行ったところ、配合する重合性単量体成分、無機フィラー、並びに有機無機複合フィラーを構成する無機粉粒体及び樹脂の、特定活性化光に対する屈折率を制御する等の方法により、これら課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本開示の光造形用硬化性組成物は、有機無機複合フィラーを必須成分としたことに伴い、下記特徴点[1]~[5]を有するものである。そして、これら特徴点を有することにより、既提案硬化性組成物が有する「流動性の低下や無機フィラーの沈降のリスクが小さく、さらに表面に亀裂が発生するのを防止しながら、機械的強度に優れ、形状精度が良好な三次元光造形物を製造することができる」という特徴を維持したまま、その流動性をさらに向上させたものである。
特徴点[1](上記特徴点1と同じものである。):重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、特定活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び特定活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有する。
特徴点[2](上記特徴点2と同じものである。):走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、該無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子である。
特徴点[3]:無機フィラー(B)の10~90質量%は、該無機フィラー(B)と樹脂(R)との複合材料によって構成される粒子からなる有機無機複合フィラー(E)として配合される。無機フィラー(B)のうち、樹脂(R)と複合化していないものを非複合型無機フィラー(B1)とし、有機無機複合フィラー(E)として含まれるものを複合型無機フィラー(B2)としたときに、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)はいずれも、特徴点[2]の条件を満足する。非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)の組成及び粒度分布は、同一であっても異なっていてもよいが、通常、無機フィラー(B)として準備(或いは、複数種の無機粉粒体を混合する等して調製)された無機粉粒体を分けて使用するため、両者の組成、粒度分布、及び平均一次粒子径は、同一又は実質的に同一であることが好ましい。
特徴点[4](上記特徴点4に相当するものである。):重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)は、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものである。
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものである。
特徴点[5](上記特徴点3と同じものである。):三次元光造形用硬化性組成物からなる厚さ0.5mmの試料について測定される特定活性化光に対する透過率が1~50(%)である。
以下、本開示の光造形用硬化性組成物の特徴点[1]~[5]について、本開示の光造形用硬化性組成物の各成分と共に説明する。なお、本明細書においては、特に断らない限り、数値x及びyを用いた「x~y」という表記は、「x以上y以下」を意味するものとする。かかる表記において数値yのみに単位を付した場合には、当該単位が数値xにも適用されるものとする。また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」との用語は、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両者を意味する。「(メタ)アクリロイル」等の用語についても同様である。
2.特徴点[1]について
本開示の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、特定活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び特定活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有する。
本開示の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、特定活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び特定活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有する。
3.重合性単量体成分(A)について
重合性単量体成分(A)としては、硬化速度が速く、得られる造形物の強度に優れるという点から、(メタ)アクリレートモノマーを使用することが好ましく、より高強度な造形物を製造できるという点から、全ラジカル重合性単量体の総質量を基準として、50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは95質量%以上が、2官能以上の多官能(メタ)アクリレートであることが好ましい。
重合性単量体成分(A)としては、硬化速度が速く、得られる造形物の強度に優れるという点から、(メタ)アクリレートモノマーを使用することが好ましく、より高強度な造形物を製造できるという点から、全ラジカル重合性単量体の総質量を基準として、50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは95質量%以上が、2官能以上の多官能(メタ)アクリレートであることが好ましい。
好適に使用される2官能以上の多官能(メタ)アクリレートとしては、2,2’-ビス{4-[3-(メタ)アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ]フェニル}プロパン、2,2’-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシフェニル]プロパン、2,2’-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシポリエトキシフェニル]プロパン等のビスフェノールA骨格含有(メタ)アクリレート;トリエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート等のエチレングリコール系(メタ)アクリレート;1,3-プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジメタクリレート等の脂肪族ジ(メタ)アクリレート;1,6-ビス(メタクリロイルオキシ-2-エトキシカルボニルアミノ)-2,2,4-トリメチルヘキサン等のウレタン基含有(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパントリメタクリレート等の3官能(メタ)アクリレート;トリス(2-メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等のイソシアネート骨格含有(メタ)アクリレート;などが挙げられる。これらの中でも、低粘度且つ高強度という点から、2,2’-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシフェニル]プロパン、2,2’-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシポリエトキシフェニル]プロパン、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリス(2-メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等が好ましい。
また、2官能以上の多官能(メタ)アクリレートと併用するのに好適な単官能(メタ)アクリレートとしては、ヒドロキシエチルメタクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(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、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、重合性単量体成分(A)としては、これら(メタ)アクリレートの1種のみを用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
4.無機フィラー(B)について
得られる造形物の剛性等の機械的強度を高めるために、本開示の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して40~400質量部の無機フィラー(B)を含有する。無機フィラー(B)の含有量が多すぎる場合には、組成物の粘度が高くなりすぎてしまう。一方で、無機フィラー(B)の含有量が少なすぎる場合には、機械的強度が不十分になる。このため、無機フィラー(B)の含有量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、50~350質量部であることが好ましく、60~300質量部であることがより好ましい。
得られる造形物の剛性等の機械的強度を高めるために、本開示の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して40~400質量部の無機フィラー(B)を含有する。無機フィラー(B)の含有量が多すぎる場合には、組成物の粘度が高くなりすぎてしまう。一方で、無機フィラー(B)の含有量が少なすぎる場合には、機械的強度が不十分になる。このため、無機フィラー(B)の含有量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、50~350質量部であることが好ましく、60~300質量部であることがより好ましい。
無機フィラー(B)は、特徴点[2]に示されるように、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法よって測定される粒度分布において、無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上(好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上)が、粒子径が0.05~5.0μmの粒子である必要がある。
ここで、無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上が粒子径0.05~5.0μmの粒子であることは、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布により確認することができる。すなわち、走査型電子顕微鏡により無機フィラー(B)を撮影し、その写真の単位視野内に観察される全一次粒子(50個以上)の数:n(個)を計測すると共に、各粒子の一次粒子径(最大径):Xi(nm)を全粒子について測定することにより、粒度分布を知ることができる。なお、上記Xiにおけるiは1~nの自然数であり、測定された各一次粒子の番号を表している。
このようにして得られた測定値に基づき、平均一次粒子径:X(nm)は、測定した全一次粒子の(i=1~nの一次粒子の)粒子径の総和:ΣXiを用いて、式:X=ΣXi/nにより算出し、確認することができる。
無機フィラー(B)の平均一次粒子径は、0.07~3μmであることが好ましく、0.08~1μmであることがより好ましい。
このような粒度分布を有する無機フィラー(B)を上述した量比で含有することにより、製造目的物である三次元光造形物となる硬化体の強度及び表面硬度を高くすることが可能となる。また、無機フィラー(B)を構成する粒子が、粒子径に関して上記条件を満足することにより、組成物の粘度上昇や保存中における粒子の沈降リスクを抑えることが可能となる。より粘度上昇が抑えられるという点から、無機フィラー(B)の80%以上を占める粒子の粒子径の下限値は、0.08μmであることが好ましく、0.1μmであることがより好ましい。より沈降が抑制されるという点から、無機フィラー(B)の80%以上を占める粒子の粒子径の上限値は、2.0μmであることが好ましく、1.0μmであることがより好ましい。
なお、無機フィラー(B)は、一次粒子が凝集した凝集粒子として含まれることがある。一次粒子の粒度分布が上記条件を満足すれば、凝集粒子の粒度分布は特に限定されないが、無機フィラー(B)の沈降を抑制するためには、本開示の光造形用硬化性組成物に含有される無機フィラー(B)の凝集粒子は少ない方が好ましい。レーザー回析・散乱法によって測定される一次粒子の凝集粒子を含む無機フィラー(B)の平均粒子径は、通常0.05~100μmであり、0.05~50μmであることが好ましく、0.05~30μmであることがより好ましい。
また、無機フィラー(B)は、特徴点[3]に示されるように、樹脂(R)と複合化させずにそのままの状態で配合される非複合型無機フィラー(B1)と、有機無機複合フィラー(E)として配合される複合型無機フィラー(B2)とに分けられため、無機フィラー(B)の上記配合量とは、重合性単量体成分(A)100質量部に対する、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)の合計の配合量を意味する。
特徴点[3]に示されるように、無機フィラー(B)の10~90質量%が複合型無機フィラー(B2)となり、残部が非複合型無機フィラー(B1)となる。無機フィラー(B)に占める複合型無機フィラー(B2)の割合が多すぎる場合には、流動性が著しく低下することになる。一方で、無機フィラー(B)に占める複合型無機フィラー(B2)の割合が少なすぎる場合には、有機無機複合フィラー(E)を添加することによる流動性向上効果が得られにくい。このため、無機フィラー(B)に占める複合型無機フィラー(B2)の割合は、20~80質量%であることが好ましく、30~70質量%であることがより好ましい。
非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)は、構成する全一次粒子の80%以上(好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上)が、粒子径が0.05~5.0μmの粒子である。非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)の組成及び粒度分布は、同一であっても異なっていてもよいが、通常、無機フィラー(B)として準備(或いは、複数種の無機粉粒体を混合する等して調製)された無機粉粒体を分けて使用するため、両者の組成、粒度分布、及び平均一次粒子径は、同一又は実質的に同一であることが好ましい。なお、実質的に同一とは、基本的には、違いが測定誤差範囲内であることを意味する。
無機フィラー(B)としては、特徴点[5]に示される条件を満足し、さらに特徴点[4]に示される条件を満足させることができることを前提に、例えば、歯牙修復材料において無機フィラーとして使用されている無機粉粒体を特に制限なく使用することができる。これら前提条件を満たし易いという点から、無機粉粒体としては、非晶質シリカ;シリカ-ジルコニア、シリカ-チタニア、シリカ-チタニア-酸化バリウム、シリカ-チタニア-ジルコニア等のシリカ系複合酸化物;ホウ珪酸ガラス、アルミノシリケートガラス、フルオロアルミノシリケートガラス等のガラス;からなる粒子によって構成されるものを使用することが好ましい。また、X線造影性を有しているという点から、シリカ-ジルコニア、シリカ-チタニア、シリカ-チタニア-酸化バリウム、シリカ-チタニア-ジルコニア等のシリカ系複合酸化物からなる粒子によって構成されるものを使用することがより好ましい。また、硬化体の耐摩耗性の観点から、シリカ-ジルコニア粒子によって構成されるものを使用することがさらに好ましい。
なお、上記の無機粉粒体は、シランカップリング剤に代表される任意の表面処理剤で処理することが、重合性単量体成分(A)とのなじみを良くし、機械的強度や耐水性を向上させる上で望ましい。表面処理の方法は公知の方法で行えばよい。シランカップリング剤としては、メチルトリメキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロイルオキシオクチル-8-トリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。
5.光重合開始剤(C)について
光重合開始剤(C)は、光造形用装置に搭載される光源から照射される、紫外光領域又は可視光領域の特定波長:λ(nm)の光を含む特定活性化光によってラジカルを生成し、重合性単量体成分をラジカル重合させる機能を有する必要がある。言い換えれば、光重合開始剤(C)は、特定波長:λ(nm)の光を吸収してラジカルを発生させるものである必要がある。特定波長λは、紫外光領域又は可視光領域の波長であれば、光造形用装置で使用される活性化光の波長に応じて適宜決定すればよい。汎用的な光造形用装置としては、活性化光として、半導体レーザー光を照射するSLA方式の光造形用装置、プロジェクター光を照射するDLP方式の光造形用装置、液晶パネル光を照射するLCD方式の光造形用装置等が挙げられ、活性化光の波長が405nm又は385nmである光源が用いられることが多い。本開示においても、特定波長λとしては、405nm又は385nmが好適に採用され、光造形装置としては、SLA方式、DLP方式、又はLCD方式であることが好ましい。
光重合開始剤(C)は、光造形用装置に搭載される光源から照射される、紫外光領域又は可視光領域の特定波長:λ(nm)の光を含む特定活性化光によってラジカルを生成し、重合性単量体成分をラジカル重合させる機能を有する必要がある。言い換えれば、光重合開始剤(C)は、特定波長:λ(nm)の光を吸収してラジカルを発生させるものである必要がある。特定波長λは、紫外光領域又は可視光領域の波長であれば、光造形用装置で使用される活性化光の波長に応じて適宜決定すればよい。汎用的な光造形用装置としては、活性化光として、半導体レーザー光を照射するSLA方式の光造形用装置、プロジェクター光を照射するDLP方式の光造形用装置、液晶パネル光を照射するLCD方式の光造形用装置等が挙げられ、活性化光の波長が405nm又は385nmである光源が用いられることが多い。本開示においても、特定波長λとしては、405nm又は385nmが好適に採用され、光造形装置としては、SLA方式、DLP方式、又はLCD方式であることが好ましい。
光重合開始剤(C)の配合量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、0.05~5.0質量部であればよい。光重合開始剤(C)の配合量が多すぎる場合には、得られる造形物にバリ等が生じてしまい、精度が悪くなる。一方で、光重合開始剤(C)の配合量が少なすぎる場合には、成形工程において造形ができなくなる。このため、光重合開始剤(C)の配合量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、0.3~4.0質量部であることが好ましく、0.5~3.0質量部であることがより好ましい。
光重合開始剤(C)としては、公知の光重合開始剤の中から上記条件を満足するものを適宜選択して使用すればよい。選択対象となる光重合開始剤は特に限定されず、例えば、自己開裂型の光重合開始剤、2分子水素引き抜き型の光重合開始剤、光酸発生剤、及びこれらの組み合わせ等が挙げられる。これらの光重合開始剤は、光増感色素や電子供与性化合物等と組み合わせて用いてもよい。
好適に使用できる自己開裂型の光重合開始剤としては、ジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-ホスフィンオキサイド、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-ホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド系化合物;ベンゾケタール系化合物、ベンザイン系化合物、α-アミノアセトフェノン系化合物、α-ヒドロキシアセトフェノン系化合物、チタノセン系化合物、アシルオキシム系化合物;などが挙げられる。光酸発生剤としては、p-イソプロピルフェニル-p-メ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塩等のヨードニウム塩化合物;ジメチルフェナシルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート塩等のスルホニウム塩化合物;2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-s-トリアジン等のハロメチル基置換トリアジン化合物;などが挙げられる。光増感色素としては、ケトン化合物、クマリン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、チアジン系色素、アジン系色素、アクリジン系色素、キサンテン系色素、スクアリウム系色素、ピリリウム塩系色素、縮合多環式芳香族化合物(アントラセン、ペリレン等)、チオキサントン系化合物等が挙げられる。電子供与体としては、4-ジメチルアミノ安息香酸エステル、4-ジメチルアミノトルエン、p-ジメトキシベンゼン、1,2,4-トリメトキシベンゼン、チオフェン化合物等が挙げられる。
6.活性化光吸収剤(D)について
本開示の光造形用硬化性組成物を用いて、高い精度で歯科用補綴物等の成形体を製造する場合には、光造形装置から照射される活性化光が過剰に透過し、成形体の造形精度が低くなることを防ぐために、光造形装置から照射される活性化光を吸収する機能を有し光重合開始剤として機能しない活性化光吸収剤(D)を、重合性単量体成分100質量部に対して0.01~2.5質量部配合する。
本開示の光造形用硬化性組成物を用いて、高い精度で歯科用補綴物等の成形体を製造する場合には、光造形装置から照射される活性化光が過剰に透過し、成形体の造形精度が低くなることを防ぐために、光造形装置から照射される活性化光を吸収する機能を有し光重合開始剤として機能しない活性化光吸収剤(D)を、重合性単量体成分100質量部に対して0.01~2.5質量部配合する。
活性化光吸収剤(D)の配合量が多すぎる場合には、成形工程において光造形装置の光源から発生する光が組成物を透過せずに、特徴点[5]に示される条件を満たすことができない。一方で、活性化光吸収剤(D)の配合量が少なすぎる場合には、得られる造形物の精度が低下する。このため、活性化光吸収剤(D)の配合量は、重合性単量体成分100質量部に対して、0.04~2.5質量部であることが好ましく、0.08~2.0質量部であることがより好ましく、0.25~1.0質量部であることがさらに好ましい。
活性化光吸収剤(D)としては、光造形装置に搭載される光源から照射される光を吸収する化合物であれば特に制限されず、2-(ヒドロキシ-5-メチルフェニル)-2H-ベンゾトリアゾール、2-(3-tert-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)-5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール等のトリアゾール系化合物;2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物;などが挙げられる。
7.有機無機複合粉粒体(E)について
特徴点[3]に示されるように、無機フィラー(B)の10~90質量%、好ましくは20~80質量%、より好ましくは30~70質量%を占める複合型無機フィラー(B2)は、有機無機複合フィラー(E)として配合される。
特徴点[3]に示されるように、無機フィラー(B)の10~90質量%、好ましくは20~80質量%、より好ましくは30~70質量%を占める複合型無機フィラー(B2)は、有機無機複合フィラー(E)として配合される。
ここで、有機無機複合フィラーとは、複合型無機フィラー(B2)と樹脂(R)との複合材料によって構成される粒子からなる粉粒体を意味する。複合材料の形態としては、樹脂(R)のマトリックス中に複合型無機フィラー(B2)が均一に分散した第1の形態;複合型無機フィラー(B2)を構成する各無機一次粒子の表面が樹脂によって覆われると共に該樹脂によって無機一次粒子が相互に結合されて(微多孔性)凝集粒子となった第2の形態;等を挙げることができる。複合材料における複合型無機フィラー(B2)及び樹脂(R)の含有割合は、複合材料中における複合型無機フィラー(B2)の割合が50~99質量%であることが好ましく、70~95質量%であることがより好ましい。また、有機無機複合フィラー(E)の平均粒子径、具体的には、レーザー回析・散乱法によって測定される平均粒子径は、0.5~100μmであることが好ましく、1~50μmであることがより好ましく、2~30μmであることがさらに好ましい。
なお、第1の形態や第2の形態の有機無機複合フィラーは、無機粉粒体と樹脂(R)の原料となる重合性単量体成分とを用いて製造することができることがよく知られており、有機無機複合フィラー(E)についても、複合型無機フィラー(B2)と樹脂(R)の原料となる重合性単量体成分とを用いて製造することができる。重合性単量体成分としては、重合性単量体成分(A)として例示したものが好適に使用されるが、重合性単量体成分(A)と同一である必要はない。
8.その他の成分について
(重合禁止剤)
本開示の光造形用硬化性組成物には、その保存安定性を向上させる目的で、重合禁止剤を、重合性単量体成分(A)100質量部に対して0.01~5.0質量部の範囲で配合することが好ましい。重合禁止剤の配合量が多すぎる場合には、成形工程において組成物の硬化が不十分になる。一方で、重合禁止剤の配合量が少なすぎる場合には、保存安定性や造形精度が低下する。このため、重合禁止剤の配合量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、0.01~5.0質量部であることが好ましく、0.03~4.0質量部であることがより好ましく、0.05~2.5質量部であることがさらに好ましい。
(重合禁止剤)
本開示の光造形用硬化性組成物には、その保存安定性を向上させる目的で、重合禁止剤を、重合性単量体成分(A)100質量部に対して0.01~5.0質量部の範囲で配合することが好ましい。重合禁止剤の配合量が多すぎる場合には、成形工程において組成物の硬化が不十分になる。一方で、重合禁止剤の配合量が少なすぎる場合には、保存安定性や造形精度が低下する。このため、重合禁止剤の配合量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、0.01~5.0質量部であることが好ましく、0.03~4.0質量部であることがより好ましく、0.05~2.5質量部であることがさらに好ましい。
重合禁止剤としては、光造形用硬化性組成物中に発生したラジカルと反応してラジカルを失活させる化合物を用いることができ、例えば、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、4-メトキシフェノール等が挙げられる。
(連鎖移動剤)
本開示の光造形用硬化性組成物には、光造形時の収縮応力の低減及び造形精度の向上の目的で、連鎖移動剤を、重合性単量体成分(A)100質量部に対して0.00001~1.0質量部の範囲で配合することもできる。連鎖移動剤の配合量が多すぎる場合には、光造形用硬化性組成物の重合反応が必要以上に抑制されてしてしまい、連鎖移動剤の配合量が少なすぎる場合には、連鎖移動剤を添加する効果が得られない。
本開示の光造形用硬化性組成物には、光造形時の収縮応力の低減及び造形精度の向上の目的で、連鎖移動剤を、重合性単量体成分(A)100質量部に対して0.00001~1.0質量部の範囲で配合することもできる。連鎖移動剤の配合量が多すぎる場合には、光造形用硬化性組成物の重合反応が必要以上に抑制されてしてしまい、連鎖移動剤の配合量が少なすぎる場合には、連鎖移動剤を添加する効果が得られない。
連鎖移動剤としては、例えば、ブタンチオール、チオフェノール、メルカプトエタノール、オクチルチオール、ラウリルメルカプタン等のチオール化合物;2,4-ジフェニル-4-メチル-1-ペンテン(α-メチルスチレンダイマー)、2-フェニル-1-プロペン(α-メチルスチレン)等のα-アルキルスチレン化合物;四塩化炭素、臭化エチレン等の少なくとも1個のハロゲン原子で置換されたハロゲン化炭化水素;などが挙げられる。これらの中でも、亀裂発生の抑制効果が高いという点から、α-アルキルスチレン化合物、特にα-メチルスチレンダイマーを使用することが好ましい。
(熱重合開始剤)
本開示の光造形用硬化性組成物には、二次硬化用の重合開始剤として、熱重合開始剤を配合してもよい。このとき、一次硬化の際に機能せずに積層体中に有効に残存するという点から、10時間半減期温度が50~130℃の熱重合開始剤を使用することが好ましい。好適に使用できる熱重合開始剤としては、tert-ブチルペルオキシラウレート、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物;アゾブチロニトリル、アゾビス(ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系化合物;などが挙げられる。
本開示の光造形用硬化性組成物には、二次硬化用の重合開始剤として、熱重合開始剤を配合してもよい。このとき、一次硬化の際に機能せずに積層体中に有効に残存するという点から、10時間半減期温度が50~130℃の熱重合開始剤を使用することが好ましい。好適に使用できる熱重合開始剤としては、tert-ブチルペルオキシラウレート、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物;アゾブチロニトリル、アゾビス(ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系化合物;などが挙げられる。
熱重合開始剤の配合量は、重合性単量体成分(A)100質量部に対して、通常0.001~1.0質量部であり、0.005~0.3重量部であることが好ましく、0.01~0.1質量部であることがより好ましい。
(着色物質)
本開示の光造形用硬化性組成物には、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足する範囲で、着色物質を配合してもよい。例えば、本開示の光造形用硬化性組成物をインレー、アンレー、クラウン、義歯等の歯科修復物を製造する際に用いる場合、歯冠色や口腔粘膜の色を再現するために、着色物質を配合することが好ましい。着色物質は、顔料であってもよく、染料でもあってよい。顔料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、カーボンブラック、酸化鉄、銅クロマイトブラック、酸化クロムグリーン、クロムグリーン、バイオレット、クロムイエロー、クロム酸鉛、モリブデン酸鉛、チタン酸カドミウム、ニッケルチタンイエロー、ウルトラマリーンブルー、コバルトブルー、ビスマスバナデート、カドミウムイエロー、カドミウムイエロー等の無機顔料;モノアゾ顔料、ジアゾ顔料、ジアゾ縮合顔料、ペリレン顔料、アントラキノン顔料等の有機顔料;などが挙げられる。
本開示の光造形用硬化性組成物には、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足する範囲で、着色物質を配合してもよい。例えば、本開示の光造形用硬化性組成物をインレー、アンレー、クラウン、義歯等の歯科修復物を製造する際に用いる場合、歯冠色や口腔粘膜の色を再現するために、着色物質を配合することが好ましい。着色物質は、顔料であってもよく、染料でもあってよい。顔料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、カーボンブラック、酸化鉄、銅クロマイトブラック、酸化クロムグリーン、クロムグリーン、バイオレット、クロムイエロー、クロム酸鉛、モリブデン酸鉛、チタン酸カドミウム、ニッケルチタンイエロー、ウルトラマリーンブルー、コバルトブルー、ビスマスバナデート、カドミウムイエロー、カドミウムイエロー等の無機顔料;モノアゾ顔料、ジアゾ顔料、ジアゾ縮合顔料、ペリレン顔料、アントラキノン顔料等の有機顔料;などが挙げられる。
9.成分(A)~(E)が満たすべき条件:特徴点[4]及び[5]について
本開示の光造形用硬化性組成物においては、硬化体表面における亀裂発生のリスクを低減するために、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足することが重要である。すなわち、特徴点[4]に示される条件を満足することにより、特徴点[5]に示される条件を満足し易くなり、特徴点[5]に示される条件を満足することにより、硬化体表面における亀裂発生のリスクを低減することが可能となる。特徴点[5]に示される条件を満足しない場合、すなわち、上記透過率が1%未満となる場合には、十分な硬化深度が得られないため、層間低架橋密度領域が多く形成され、亀裂の発生が顕著となる。一方、無機フィラー(B)及び活性化光吸収剤(D)を含有する組成では、高い造形精度を維持しつつ、上記透過率が50%を超える系とすることは、非常に困難である。
本開示の光造形用硬化性組成物においては、硬化体表面における亀裂発生のリスクを低減するために、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足することが重要である。すなわち、特徴点[4]に示される条件を満足することにより、特徴点[5]に示される条件を満足し易くなり、特徴点[5]に示される条件を満足することにより、硬化体表面における亀裂発生のリスクを低減することが可能となる。特徴点[5]に示される条件を満足しない場合、すなわち、上記透過率が1%未満となる場合には、十分な硬化深度が得られないため、層間低架橋密度領域が多く形成され、亀裂の発生が顕著となる。一方、無機フィラー(B)及び活性化光吸収剤(D)を含有する組成では、高い造形精度を維持しつつ、上記透過率が50%を超える系とすることは、非常に困難である。
本開示の光造形用硬化性組成物では、特定活性化光に対する透過率を上記範囲内とすることにより、散乱の影響を低減し、硬化体表面における亀裂発生のリスクを低減しているところ、より確実に亀裂発生を防止し、且つ、高精度で造形物を製造できるようにするために、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)の組合せとして、光散乱指数Scが特定の範囲となる組み合わせを採用している点に特徴を有している。本開示の光造形用硬化性組成物によれば、光軸からずれた方向への無機フィラーによる光散乱を抑制し、その(光硬化前の状態における)特定活性化光に対する透過率を特定の範囲内とすることにより、亀裂の発生を防止し、場合によっては造形精度をさらに高めることができる。
特徴点[4]及び[5]に示される条件は、重合性単量体成分(A)、無機フィラー(B)、光重合開始剤(C)、活性化光吸収剤(D)、及び有機無機複合フィラー(E)が満足すべき条件を規定するものであるが、特徴点[5]で規定される透過率は、「光硬化前の状態の本開示の光造形用硬化性組成物における特定活性化光に対する透過率」に相当するものであり、本開示の光造形用硬化性組成物に特定活性化光を照射したときの硬化深度の指標となるものである。また、特徴点[4]で規定されるScは、「本開示の光造形用硬化性組成物に特定活性化光を照射したときの光の散乱状態」、具体的には側方向散乱光の状態、延いてはそれによって形成される層間低架橋密度領域の広がりの指標となるものである。これら硬化深度や側方向散乱光の状態は、本開示の光造形用硬化性組成物の効果発現において重要なものであり、使用する各成分の組み合わせによって決まる。しかし、透過率やScに及ぼす各成分の物性は多岐に亘るばかりでなく、他の成分の物性値との関係にも影響を受けるため、これら条件を満足する具体的物質の組み合わせを直接的に規定することは実質的に不可能である。このため、本開示の光造形用硬化性組成物においては、特徴点[4]及び[5]に示される条件を同時に満足するものとして規定したものである。このように、本開示の光造形用硬化性組成物は、これを構成する成分やその配合量といった組成のみによって規定することは実質的に不可能であり、特徴点[4]及び[5]に示されるパラメータで規定するか、又は本開示の製造方法によって得られる光造形用硬化性組成物として規定するかにせざるを得ないものである。
以上説明したように、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足することは、本発明の効果、特に亀裂防止効果及び適度な透明性を実現する観点から重要であるため、以下では、これら特徴点について詳しく説明する。
9-1.特徴点[4]について
一般に、光造形用樹脂組成物に適した粒子径の微細粒子、すなわち粒子径0.05~5.0μmの微細粒子に光が当たった場合には、遮光、回折、Mie散乱、Rayleigh散乱等の現象が起こることが知られている。これらの中でMie散乱及び/又はRayleigh散乱が起こった場合、これらの散乱光は前方だけでなく側方及び後方にまで広がる。そして、側方に広がった散乱光(側方向散乱光)は、特徴点[5]における特定活性化光の透過率を低減させ、亀裂発生の原因になると考えられ、さらに成形体の造形精度を低下させると考えられる。
一般に、光造形用樹脂組成物に適した粒子径の微細粒子、すなわち粒子径0.05~5.0μmの微細粒子に光が当たった場合には、遮光、回折、Mie散乱、Rayleigh散乱等の現象が起こることが知られている。これらの中でMie散乱及び/又はRayleigh散乱が起こった場合、これらの散乱光は前方だけでなく側方及び後方にまで広がる。そして、側方に広がった散乱光(側方向散乱光)は、特徴点[5]における特定活性化光の透過率を低減させ、亀裂発生の原因になると考えられ、さらに成形体の造形精度を低下させると考えられる。
側方向散乱光の広がりや強度、すなわち、散乱方向(角度)に対する散乱光の強度分布は、粒子の粒子径のみならず、粒子の屈折率や、粒子の周囲に存在する(分散媒となっている)重合性単量体成分の影響を受ける。しかし、粒子が粒度分布を持つ粉粒体として重合性単量体成分に分散する分散系、特に屈折率が異なる複数種の粒子によって構成される分散系においては、各粒子の散乱挙動を把握することは実質的に不可能であり、系全体の散乱挙動として把握せざるを得ない。また、本開示の光造形用硬化性組成物を歯科補綴材料の製造に用いる場合など、系全体の平均的な「側方向に散乱した活性化光強度」が大きいほど、造形精度が低下し、さらには特定活性化光の透過率が低下し、層間低架橋密度領域の増大による亀裂の発生が懸念される。このような理由から、本開示では、本開示の光造形用硬化性組成物のベースとなる(重合性単量体、非複合型無機フィラー、及び有機無機複合フィラーのみからなり、これらを所定の量比で含む均一な)ベース組成物における上記式で定義される光散乱指数:Sc(%)を用いて、本開示の光造形用硬化性組成物で使用する重合性単量体、非複合型無機フィラー、及び有機無機複合フィラーの組み合わせを間接的に規定するようにしたものである。
なお、変角光度計(ゴニオフォトメーター)を用いた、試料を透過する屈折光の測定は、例えば、照明器具のカバー、プロジェクタースクリーン等の光拡散性が求められる材料の光学特性の評価に用いられており、歯科分野においても特許文献5に記載されるように、歯質充填修復材料の光学的質感を評価する指標、具体的には、拡散度Dの決定にも用いられている。
本開示において、光散乱指数Scを決定するための変角光度計を用いた測定は、以下のようにして行うことができる。まず、本開示の光造形用硬化性組成物の調製過程において調製した(原料用)ベース組成物の一部をサンプリングし、或いは別途調製することにより準備した(測定用)ベース組成物を用い、透過率測定と同様にして厚さ0.5mmの測定用試料を準備する。次いで、該試料を三次元変角光度計(例えば、株式会社村上色彩技術研究所製、GP-200)にセットし、「特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光」を試料に対して垂直に照射し、各出射角度方向の透過光の強度を測定する。なお、三次元変角光度計に付属する(波長λに光を含む光を出射できる)光源から出射される光が上記測定光に関する条件を満足しない場合には、干渉フィルター(例えば、株式会社村上色彩技術研究所製、GP-200用)を用いて上記条件を満足する測定光とすればよい。なお、λ±50(nm)の範囲内の光が主成分であるとは、測定光の波長分布(相対分光分布)を示すスペクトルにおいて、λ±50(nm)の波長の光の強度の積分値が、測定光全体の強度の積分値の90%以上であることを意味する。
ベース組成物の光散乱指数Scが10%を超えるときには、側方向散乱光により亀裂発生の原因となる層間低架橋密度領域の形成が避けられない。亀裂発生防止効果及び造形精度の向上の観点から、ベース組成物の光散乱指数Scは、5.0%以下であることが好ましく、3.0%以下であることがより好ましい。なお、光散乱指数Scは低いほど好ましく、その下限値は0.0%である。
ベース組成物の光散乱指数Scは、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)の配合割合の影響を受けるが、該割合が一定のときには、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)における複合型無機フィラー(B2)の粒度分布や無機粉粒体を構成する粒子の屈折率(或いは種類)、並びに重合性単量体成分全体の屈折率や有機無機複合フィラー(E)における樹脂(R)の屈折率を調整することにより、ある程度制御することが可能である。
例えば、粒子径に関しては、粒子によって起こる光の散乱や散乱強度の指標となる「粒径パラメ-タ:α」と呼ばれるものが知られている。この粒径パラメ-タαは、入射光の波長(nm)をλ0、円周率をπ、無機粒子の粒子径をx(nm)で表したときに、式:α=(π×x)/λ0で定義されるものであり、粒子が入射光に対して透過性を有する場合、粒径パラメ-タαが10を超えるときには回折が、粒径パラメ-タαが10以下のときにはMie散乱又はReyleigh散乱が起こるとされている。液槽光重合法で最も一般的な活性化光である波長405nmのレーザー光を用いた場合、x=α・λ0/πの関係から、α=10となる粒子径xは、1290nm=1.29μmとなり、波長385nmのレーザー光を用いた場合、α=10となる粒子径xは、1226nm=1.23μmとなる。歯科用無機フィラーの多くはこの値よりも小さい粒子径を有する場合が多いため、上記散乱が起こり、亀裂が発生し易いといえる。
本発明者らの検討によれば、Mie散乱又はReyleigh散乱が起こる場合であっても、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される粒度分布において、粒径パラメ-タαが0.7~4の範囲となる粒子径の粒子、すなわちx=0.7×(λ/π)~4×(λ/π)の関係を満足する(活性化光の波長が405nmである場合、x=90~514nmとなり、活性化光の波長が385nmである場合、x=86~490nmとなる)粒子の割合が高くなるに従い、光散乱指数Scは小さくなる傾向が見られる。光散乱指数Scを10%以下とすることが容易になるという理由から、使用する無機フィラー(B)、すなわち非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)は、下記条件1を満足するものであることが好ましい。
条件1:無機フィラー(B)を構成する個々の一次粒子の粒子径をx(nm)とし、円周率をπとしたときに、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される無機フィラー(B)の粒度分布において、粒子径x(nm)が0.7λ/π~4λ/π(nm)の範囲内にある粒子の総数が無機フィラー(B)を構成する全一次粒子数の40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは80%以上である。
また、特徴点[4]における条件をより満足させやすいという理由からは、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される粒度分布において、無機フィラー(B)に占める粒径パラメータαが1.0~3.0の範囲となる粒子径(活性化光の波長が405nmである場合、129~386nm)の粒子の割合が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、粒径パラメータαが1.8~2.8の範囲となる粒子径(活性化光の波長が405nmである場合、231~360nm)の粒子の割合が45%以上であることがさらに好ましく、50%以上であることが特に好ましい。
なお、一般的に普及している光造形用装置(3Dプリンター)は、活性化光の波長(ピーク波長)が380~420nmの光源を用いていることから、特徴点[4]及び[5]に示される条件を同時に満たすためには、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される粒度分布において、粒子径が85~535nmの範囲内にある粒子の総数が無機フィラー(B)を構成する全一次粒子数の40%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。より好ましい粒子径の範囲は121~400nmであり、さらに好ましい粒子径の範囲は218~375nmである。つまり、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される粒度分布において、粒子径が218~375nmの範囲内にある粒子の総数が無機フィラー(B)を構成する全一次粒子数の80%以上であることが最も好ましい。
また、粒子の屈折率と重合性単量体成分の屈折率との差が小さいほど、光散乱指数Scは小さくなる傾向がある。歯科用で使用される無機フィラーの屈折率及び重合性単量体成分の屈折率を考慮すると、無機フィラー(B)と重合性単量体成分(A)との組み合わせとしては、下記条件2~4を満足する組み合わせを採用することが好ましい。
条件2:無機フィラー(B)を構成する無機粉粒体について、25℃における(ナトリウム)D線に対する屈折率:n(D)Fが1.500~1.550の範囲内にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を特定無機粉粒体(b1)とし、屈折率が上記の範囲外にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を非特定無機粉粒体(b2)としたときに、非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)は、それぞれ、
(1)単一種の特定無機粉粒体(b1)によって構成されるか、
(2)複数種の特定無機粉粒体(b1)によって構成され、且つ、複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占めるか、又は
(3)単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1):90質量%以上100質量%未満と、単一種又は複数種の非特定無機粉粒体(b2):0質量%を超え10質量%以下とによって構成され、且つ、単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める。
(1)単一種の特定無機粉粒体(b1)によって構成されるか、
(2)複数種の特定無機粉粒体(b1)によって構成され、且つ、複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占めるか、又は
(3)単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1):90質量%以上100質量%未満と、単一種又は複数種の非特定無機粉粒体(b2):0質量%を超え10質量%以下とによって構成され、且つ、単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める。
条件3:重合性単量体成分(A)の25℃におけるD線に対する屈折率:n(D)Mが1.490~1.550の範囲内にある。
条件4:非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の特定無機粉粒体(b1)の25℃におけるD線に対する屈折率:n(D)Fのうち、n(D)Mとの差が最も大きくなる屈折率をn(D)Fhとしたときに、n(D)Fhとn(D)Mとの差の絶対値:|n(D)Fh-n(D)M|が0.035以下である。
上記|n(D)Fh-n(D)M|が大きくなると、無機フィラーと重合性単量体成分との界面において、活性化光の屈折が大きくなり、側方向散乱光の強度が強くなり、光散乱指数Scが大きくなる傾向があり、粒子径が活性化光の波長よりもかなり小さい粒子の割合が高くなるとRayleigh散乱が発生し易く、光散乱指数Scが大きくなる傾向がある。逆に、粒子径が活性化光の波長よりもかなり大きい粒子の割合が高くなると、活性化光が無機フィラーに衝突する頻度が著しく増加し、光散乱指数Scが大きくなる傾向がある。
なお、単一種の材料で構成される無機フィラー(B){非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)}の25℃におけるD線に対する屈折率:n(D)F、及び重合性単量体成分の25℃におけるD線に対する屈折率:n(D)Mは、それぞれ、次のようにして測定することができる。
すなわち、重合性単量体成分の屈折率:n(D)Mは、アッベ屈折計(例えば、株式会社アタゴ製、デジタルアッベ屈折計DR-A1-PLUS)を用いて、調整したモノマー組成物をプリズム上に載せた後に、接眼鏡からサンプルをのぞき込み、境界線とクロス線の交点とが合ったときの表示部の値(その値が屈折率となる)を読み取ることによって測定することができる。また、無機フィラーを構成する無機粉粒体の屈折率:n(D)Fは、トルエン又はエタノールとブロモナフタレンとを混合し、屈折率が0.001毎に異なる溶液を調製した後に、屈折率の異なる各溶液に各無機粉粒体を混合して振盪し、最も透明に観察された溶液の屈折率をその無機粉粒体の屈折率とすることにより決定される。
9-2.特徴点[5]について
本開示の光造形用硬化性組成物は、厚さ0.5mmの試料として測定される特定活性化光に対する透過率が1~50(%)である必要がある。該透過率は、硬化深度の指標となるものであり、透過率が下限値である1%よりも低い場合には、十分な硬化深度が得られず、光造形が困難となり、仮に光造形が可能であっても、造形物上に亀裂が発生し易い。また、重合性単量体成分(A)100質量部に対して無機フィラー(B)を40質量部以上含有し、且つ、光造形によって硬化可能な量の重合開始剤を含有する系においては、上限値である50%を大きく超えるような透過率を得ることは困難であり、また、実現可能な透過率の範囲であっても、特定活性化光が過剰に照射されるために硬化反応が過剰に起きてしまい、CADデータとは全く異なる形状の成形体を与えることとなる。亀裂発生防止及び成形体の形状の観点から、該透過率は2~30%であることが好ましく、5~20%であることがより好ましい。
本開示の光造形用硬化性組成物は、厚さ0.5mmの試料として測定される特定活性化光に対する透過率が1~50(%)である必要がある。該透過率は、硬化深度の指標となるものであり、透過率が下限値である1%よりも低い場合には、十分な硬化深度が得られず、光造形が困難となり、仮に光造形が可能であっても、造形物上に亀裂が発生し易い。また、重合性単量体成分(A)100質量部に対して無機フィラー(B)を40質量部以上含有し、且つ、光造形によって硬化可能な量の重合開始剤を含有する系においては、上限値である50%を大きく超えるような透過率を得ることは困難であり、また、実現可能な透過率の範囲であっても、特定活性化光が過剰に照射されるために硬化反応が過剰に起きてしまい、CADデータとは全く異なる形状の成形体を与えることとなる。亀裂発生防止及び成形体の形状の観点から、該透過率は2~30%であることが好ましく、5~20%であることがより好ましい。
本開示の光造形用硬化性組成物は、光重合開始剤を含有するため、測定時の光照射による硬化の進行が懸念される。この点、後述するような色差計による透過測定法を用いることで、硬化の進行前に、特定活性化光の透過率を測定することが可能である。
本開示の光造形用硬化性組成物における活性化光に対する透過率の測定は、以下のようにして行うことができる。まず、本開示の光硬化性樹脂組成物を樹脂製等の型(25mm×25mm×厚さ0.5mm)に充填した後に上下面をスライドガラスで圧接し、厚さが0.5mmとなるようにしてからスライドガラスを取り外すといった方法により、厚さ0.5mmの測定試料を作製する。次いで、この測定試料を色差計(例えば、日本電色工業株式会社製、spectrophotometer SE7700)にセットし、ハロゲンランプ(測定波長:380~780nm)からなる測定光を用いた透過測定によって、特定活性化光(例えば、405nm波長光や385nm波長光)の透過率を測定する。
なお、上記透過率は、重合性単量体成分(A)、無機フィラー(B)、及び有機無機複合フィラー(E)を構成する樹脂(R)自体の光透過性が高いほど高くなる傾向がある。また、無機フィラー(B)の特定活性化光に対する屈折率と重合性単量体成分(A)の特定活性化光に対する屈折率との差、樹脂(R)の特定活性化光に対する屈折率と重合性単量体成分(A)の特定活性化光に対する屈折率との差、及び無機フィラー(B)の特定活性化光に対する屈折率と樹脂(R)の特定活性化光に対する屈折率との差が小さいほど高くなる傾向がある。また、重合性単量体成分(A)、無機フィラー(B)、及び樹脂(R)の光透過率が異なる場合には、配合割合の影響を受ける。一般に重合性単量体成分及び樹脂の上記透過率は5%よりもかなり高いため、無機フィラーの配合量が規定の範囲内であれば、無機フィラーとして透光性を有するものを使用し、上記の屈折率差を小さくすることにより、上記透過率を1%以上とすることは勿論、3%以上又は5%以上とすることも十分に可能である。
特徴点[5]における条件を満足し易いという理由から、重合性単量体成分(A)、無機フィラー(B)、及び樹脂(R)は、下記条件5を満足することが好ましい。
条件5:非複合型無機フィラー(B1)及び複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の特定無機粉粒体(b1)の25℃における特定活性化光に対する屈折率:n(AL)Fと、重合性単量体成分(A)の25℃における特定活性化光に対する屈折率:n(AL)Mと、樹脂(R)の25℃における特定活性化光に対する屈折率:n(AL)Rとが、下記(i)~(iii):
-0.015<(n(AL)F-n(AL)M)<0.025 (i)
-0.015<(n(AL)R-n(AL)M)<0.030 (ii)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.020 (iii)
に示す条件を全て満足する。
-0.015<(n(AL)F-n(AL)M)<0.025 (i)
-0.015<(n(AL)R-n(AL)M)<0.030 (ii)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.020 (iii)
に示す条件を全て満足する。
条件5においては、下記(ia)~(iiia):
-0.012<(n(AL)F-n(AL)M)<0.022 (ia)
-0.010<(n(AL)R-n(AL)M)<0.022 (iia)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.017 (iiia)
に示す条件を全て満足することが好ましい。
-0.012<(n(AL)F-n(AL)M)<0.022 (ia)
-0.010<(n(AL)R-n(AL)M)<0.022 (iia)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.017 (iiia)
に示す条件を全て満足することが好ましい。
また、下記(ib)~(iiib):
-0.005<(n(AL)F-n(AL)M)<0.015 (ib)
-0.005<(n(AL)R-n(AL)M)<0.018 (iib)
-0.014<(n(AL)F-n(AL)R)<0.005 (iiib)
に示す条件を全て満足することがより好ましい。
-0.005<(n(AL)F-n(AL)M)<0.015 (ib)
-0.005<(n(AL)R-n(AL)M)<0.018 (iib)
-0.014<(n(AL)F-n(AL)R)<0.005 (iiib)
に示す条件を全て満足することがより好ましい。
10.本開示の光造形用硬化性組成物の製造方法
本開示の光造形用硬化性組成物を製造するためには、3項~8項で例示したような物質を用い、必須成分の組成比が上述した範囲内となるように各成分を混合して液状の均一な組成物とすればよいが、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足するようにする必要がある。
本開示の光造形用硬化性組成物を製造するためには、3項~8項で例示したような物質を用い、必須成分の組成比が上述した範囲内となるように各成分を混合して液状の均一な組成物とすればよいが、特徴点[4]及び[5]に示される条件を満足するようにする必要がある。
本開示の光造形用硬化性組成物の製造方法は、重合性単量体成分(A)、無機フィラー(B)、光重合開始剤(C)、活性化光吸収剤(D)、及び有機無機複合フィラー(E)の組み合わせとして、上記条件を満足する組み合わせを用いることを特徴とするものであり、この製造方法を採用することにより、本開示の光造形用硬化性組成物を容易に製造することができる。
すなわち、本開示の光造形用硬化性組成物の製造方法は、本開示の光造形用硬化性組成物を製造する方法であって、
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、有機無機複合フィラー(E)、光重合開始剤(C)、及び活性化光吸収剤(D)を混合する混合工程を含み、
混合工程では、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)として、上述した条件1~5を全て満足し、且つ、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が製造目的物である光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定を行い、該測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下であるという条件(条件6)を満足することが確認されたものを使用する。
重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、有機無機複合フィラー(E)、光重合開始剤(C)、及び活性化光吸収剤(D)を混合する混合工程を含み、
混合工程では、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)として、上述した条件1~5を全て満足し、且つ、重合性単量体成分(A)、非複合型無機フィラー(B1)、及び有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が製造目的物である光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定を行い、該測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下であるという条件(条件6)を満足することが確認されたものを使用する。
なお、各成分の混合は、光重合開始剤を活性化する光の遮光下、例えば赤色光下、常温にて均一になるまで撹拌機を用いて混合することが好ましく、混合後は、脱泡処理を行うことが好ましい。
11.本開示の三次元光造形物の製造方法及び歯科修復物の製造方法
本開示の三次元光造形物の製造方法は、上述した成形工程、洗浄工程、及び二次硬化工程を含む液槽光重合法により三次元造形物を製造する方法において、液槽光重合装置の槽内に供給される液状光硬化性組成物として本開示の光造形用硬化性組成物を用いることを特徴としている。本開示の三次元光造形物の製造方法では本開示の光造形用硬化性組成物を用いるため、高い機械的強度を有し、且つ、実表面に亀裂が存在しない三次元光造形物を製造することができる。
本開示の三次元光造形物の製造方法は、上述した成形工程、洗浄工程、及び二次硬化工程を含む液槽光重合法により三次元造形物を製造する方法において、液槽光重合装置の槽内に供給される液状光硬化性組成物として本開示の光造形用硬化性組成物を用いることを特徴としている。本開示の三次元光造形物の製造方法では本開示の光造形用硬化性組成物を用いるため、高い機械的強度を有し、且つ、実表面に亀裂が存在しない三次元光造形物を製造することができる。
本開示の三次元光造形物の製造方法においては、成形工程が、
最初の序列化順位の高さにおける二次元形状データに基づき、槽内に保持された液状光硬化性組成物の予め定めた位置に活性化光を照射してこれを硬化させることにより、上記二次元形状データに対応する形状を有する造形層を形成し、該造形層を被接合層とする第1工程;
上記被接合層を上又は下に移動させて槽内の上記被接合層の直上又は直下に液状光硬化性組成物を供給する第2工程;
前段の工程における序列化順位の次の順位の高さにおける二次元形状データに基づき、上記被接合層の直上又は直下に供給された液状光硬化性組成物の所定の位置に活性化光を照射してこれを硬化させることにより、上記二次元形状データに対応する形状を有する新たな造形層を形成すると共にこれを上記被接合層と接合し、該新たな造形層を新たな被接合層として有する積層体を得る第3工程;及び
上記積層体を上又は下に移動させて槽内の上記新たな被接合層の直上又は直下に液状光硬化性組成物を供給する第4工程:
を含み、
上記新たな被接合層を第3工程における被接合層として、第3工程及び第4工程からなるサイクルを繰り返し行い、最後の第3工程で最後の序列化順位の高さにおける二次元形状データに基づき、新たな造形層を形成して積層体を得るものであることが好ましい。
最初の序列化順位の高さにおける二次元形状データに基づき、槽内に保持された液状光硬化性組成物の予め定めた位置に活性化光を照射してこれを硬化させることにより、上記二次元形状データに対応する形状を有する造形層を形成し、該造形層を被接合層とする第1工程;
上記被接合層を上又は下に移動させて槽内の上記被接合層の直上又は直下に液状光硬化性組成物を供給する第2工程;
前段の工程における序列化順位の次の順位の高さにおける二次元形状データに基づき、上記被接合層の直上又は直下に供給された液状光硬化性組成物の所定の位置に活性化光を照射してこれを硬化させることにより、上記二次元形状データに対応する形状を有する新たな造形層を形成すると共にこれを上記被接合層と接合し、該新たな造形層を新たな被接合層として有する積層体を得る第3工程;及び
上記積層体を上又は下に移動させて槽内の上記新たな被接合層の直上又は直下に液状光硬化性組成物を供給する第4工程:
を含み、
上記新たな被接合層を第3工程における被接合層として、第3工程及び第4工程からなるサイクルを繰り返し行い、最後の第3工程で最後の序列化順位の高さにおける二次元形状データに基づき、新たな造形層を形成して積層体を得るものであることが好ましい。
このような成形工程を含む液槽光重合法は、いわゆる3Dプリンターと称される市販の液槽光重装置を用いて好適に行うことができる。
本開示の三次元光造形物の製造方法においては、成形工程後に、得られた積層体を、有機溶媒を用いて洗浄した(洗浄工程を行った)後に、追加の活性化光照射を行うか、加熱処理を行うか、又はその両方を行うことによって二次硬化させる(二次硬化工程を行う)。
洗浄工程で用いる有機溶媒としては、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒;などが挙げられる。中でも、洗浄効率が高いという理由からアルコール系溶媒及びエーテル系溶媒が好ましく、環境負荷が低いという理由からアルコール系溶媒がより好ましい。
二次硬化工程において追加の活性化光照射を行う場合における照射波長は、積層体中に残留する光重合開始剤が吸収してラジカルを発生する波長であれば特に制限されない。また、追加の活性化光照射の照射強度としては、積層体中に残留する光重合開始剤が十分な量のラジカルを発生するために、5mW/cm2以上であることが好ましく、10mW/cm2以上であることがより好ましく、30mW/cm2以上であることがさらに好ましい。また、照射時間は特に制限されず、1分以上であることが好ましく、3分以上であることがより好ましく、5分以上であることがさらに好ましい。なお、追加の活性化光照射時の照射強度が強すぎる場合、造形物が過剰に加熱されてしまい、造形物中の亀裂の原因となることがある。そのため、照射強度は10,000mW/cm2以下であることが好ましい。
また、本開示の光造形用硬化性組成物に熱重合開始剤を配合した場合には、これを利用して加熱により二次硬化を行うことができる。このときの加熱温度は、45~120℃であることが好ましく、50~90℃であることがより好ましく、55~80℃であることがさらに好ましい。
本開示の歯科用修復物の製造方法は、本開示の三次元光造形物の製造方法により、インレー、アンレー、クラウン、義歯等の歯科用修復物を製造することを特徴としている。このような歯科用修復物を製造する場合には、成形工程で使用する歯科修復物(三次元物体)の形状を示す三次元形状データとして、個別患者の口腔内形状や個別患者毎に作製された口腔内模型等をスキャンして得られたデジタルデータに基づき設計されたCADデータを用いればよい。本開示の歯科用修復物の製造方法によれば、高い機械的強度を有し、且つ、実表面に亀裂が存在しない歯科用修復物を製造することができる。
以下、実施例及び比較例によっ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制限されるものではない。
以下で用いた化合物及びその略称等は以下に示すとおりである。
(1)重合性単量体成分(A)
(モノマー化合物)
・UDMA:ウレタンジメタクリレート
・3G:トリエチレングリコールジメタクリレート
・D-2.6E:ビスフェノ-ルAエチレングリコール(EO)付加物ジメタクリレート(EO付加数:平均2.6個)
・ACMO:アクリロイルモルフォリン
・8FHD:オクタフルオロオクタンジオールジメタクリレート
(モノマー化合物)
・UDMA:ウレタンジメタクリレート
・3G:トリエチレングリコールジメタクリレート
・D-2.6E:ビスフェノ-ルAエチレングリコール(EO)付加物ジメタクリレート(EO付加数:平均2.6個)
・ACMO:アクリロイルモルフォリン
・8FHD:オクタフルオロオクタンジオールジメタクリレート
(モノマー組成物)
モノマー組成物としては、上記モノマー化合物を下記表1に示す組成で混合して調製したモノマー組成物A1~A15を用いた。下記表1中の括弧内の数値は、各モノマー化合物の含有率(質量%)を示す。
モノマー組成物としては、上記モノマー化合物を下記表1に示す組成で混合して調製したモノマー組成物A1~A15を用いた。下記表1中の括弧内の数値は、各モノマー化合物の含有率(質量%)を示す。
なお、25℃におけるD線に対する各モノマー組成物の屈折率:n(D)M、及び25℃における波長405nmの活性化光に対する各モノマー組成物の屈折率:n(AL)Mは、それぞれの試料について、デジタルアッベ屈折計(株式会社アタゴ製、DR-M2)のプリズム上に試料を載せた後に、測定光(D線又は波長405nmの光)を選択的に透過する干渉フィルターを用いた上で、接眼鏡からサンプルをのぞき込み、境界線とクロス線の交点とが合ったときの表示部の値を読み取ることによって測定した値である。
(2)無機フィラー(B)
以下に示す無機粉粒体を、表2に示す組成となるように、そのまま又は複数種を混合した無機フィラーB-1~B-8を用いた。
・SZ-1:平均一次粒子径280nm、屈折率n(D)F=1.522、n(AL)F=1.559の球状シリカ-ジルコニア(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SZ-2:平均一次粒子径150nm、屈折率n(D)F=1.522、n(AL)F=1.559の球状シリカ-ジルコニア(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SZ-3:平均一次粒子径450nm、屈折率n(D)F=1.540、n(AL)F=1.578の球状シリカ-ジルコニア(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SB-1:平均一次粒子径700nm、屈折率n(D)F=1.530、n(AL)F=1.569の不定形バリウムガラスフィラー(ショット社製、GM27884;γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SB-2:平均一次粒子径200nm、屈折率n(D)F=1.530、n(AL)F=1.569の不定形バリウムガラスフィラー(ショット社製、GM27884;γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SO-1:平均一次粒子径1000nm、屈折率n(D)F=1.450、n(AL)F=1.496の球状シリカ(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
以下に示す無機粉粒体を、表2に示す組成となるように、そのまま又は複数種を混合した無機フィラーB-1~B-8を用いた。
・SZ-1:平均一次粒子径280nm、屈折率n(D)F=1.522、n(AL)F=1.559の球状シリカ-ジルコニア(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SZ-2:平均一次粒子径150nm、屈折率n(D)F=1.522、n(AL)F=1.559の球状シリカ-ジルコニア(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SZ-3:平均一次粒子径450nm、屈折率n(D)F=1.540、n(AL)F=1.578の球状シリカ-ジルコニア(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SB-1:平均一次粒子径700nm、屈折率n(D)F=1.530、n(AL)F=1.569の不定形バリウムガラスフィラー(ショット社製、GM27884;γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SB-2:平均一次粒子径200nm、屈折率n(D)F=1.530、n(AL)F=1.569の不定形バリウムガラスフィラー(ショット社製、GM27884;γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
・SO-1:平均一次粒子径1000nm、屈折率n(D)F=1.450、n(AL)F=1.496の球状シリカ(γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン表面処理物)
なお、各無機粉粒体の屈折率:n(D)F及びn(AL)Fは、次のような方法により測定した値である。すなわち、エタノール又はトルエンとブロモナフタレンとを混合し、屈折率が0.001毎に異なる溶液を調製した後に、屈折率の異なる各溶液に各無機粉粒体を混合した無機粉粒体混合溶液を調製して振盪し、当該混合溶液が最も透明に観察された溶液について、モノマー組成物の屈折率の測定と同様にして測定した屈折率を無機粉粒体の屈折率n(D)Fとした。また、当該混合溶液に活性化光(波長405nmの光)を照射した際に活性化光が最も明瞭に観察された溶液について、モノマー組成物の屈折率の測定と同様にして測定した屈折率を無機粉粒体の屈折率n(AL)Fとした。
また、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法により求めた粒度分布から、各無機フィラーを構成する全粒子に占める粒子径が0.05~5.0μmである粒子の含有率(表2において、「特定粒子含有率」として表記する。)を測定した。さらに、各無機フィラーについて、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法により求めた粒度分布から、粒径パラメータαが特定の範囲内となる(一次)粒子径を有する粒子の含有率(表2において、「α充足粒子含有率」として表記する。)を求めた。具体的には、粒径パラメータαが0.7~4.0の範囲となる粒子の含有率:R1(%)、粒径パラメータαが1.0~3.0の範囲となる粒子の含有率:R2(%)、及び粒径パラメータαが1.8~2.8の範囲となる粒子の含有率:R3(%)を求めた。その結果を表2に併せて示す。なお、粒度分布は、各無機フィラーの走査型電子顕微鏡写真の単位視野内に観察される全粒子(50個以上)の数:n(個)、及び全粒子の一次粒子径(最大径):Xi(nm)をそれぞれ測定することにより求めた。
(3)有機無機複合フィラー
有機無機複合フィラーを構成する複合型無機フィラー(B2)、及び樹脂(R)の原料となる重合性単量体成分として、下記表3に示す無機粉粒体及び下記表3に示す組成のモノマー組成物を用いた他は、特許文献4(国際公開第2013/039169号)の実施例1に記載された方法と同様にして、有機無機複合フィラーCF1~CF9を調製した。下記表3中の括弧内の数値は、各モノマー化合物の含有率(質量%)を示す。なお、これら有機無機複合フィラーを構成する有機無機複合粒子においては、上記モノマー組成物の硬化体が樹脂(R)となり、該樹脂(R)が複合型無機フィラー(B2)となる無機一次粒子の表面を覆うと共に各無機一次粒子を相互に結合した複合体となっている。
有機無機複合フィラーを構成する複合型無機フィラー(B2)、及び樹脂(R)の原料となる重合性単量体成分として、下記表3に示す無機粉粒体及び下記表3に示す組成のモノマー組成物を用いた他は、特許文献4(国際公開第2013/039169号)の実施例1に記載された方法と同様にして、有機無機複合フィラーCF1~CF9を調製した。下記表3中の括弧内の数値は、各モノマー化合物の含有率(質量%)を示す。なお、これら有機無機複合フィラーを構成する有機無機複合粒子においては、上記モノマー組成物の硬化体が樹脂(R)となり、該樹脂(R)が複合型無機フィラー(B2)となる無機一次粒子の表面を覆うと共に各無機一次粒子を相互に結合した複合体となっている。
表3における屈折率n(AL)Rは、モノマー組成物の厚さ0.1mmの硬化体をデジタルアッベ屈折計(株式会社アタゴ製、DR-M2)のプリズム上に載せた後に、測定光(波長405nmの光)を選択的に透過する干渉フィルターを用いた上で、接眼鏡からサンプルをのぞき込み、境界線とクロス線の交点とが合ったときの表示部の値を読み取ることによって測定した値である。
(4)光重合開始剤
・BAPO:フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキサイド(波長405nmの活性化光照射によりラジカルを生成する)
・TPO: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
・CQ:カンファーキノン
・DMBE:p-エトキシ安息香酸ジメチル
・BAPO:フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキサイド(波長405nmの活性化光照射によりラジカルを生成する)
・TPO: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
・CQ:カンファーキノン
・DMBE:p-エトキシ安息香酸ジメチル
(5)活性化光吸収剤
・SS3:2-(3-tert-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)-5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール
・SS3:2-(3-tert-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)-5-クロロ-2H-ベンゾトリアゾール
(6)重合禁止剤
・BHT:ジブチルヒドロキシトルエン
・HQME:ヒドロキノンメチルエーテル
・BHT:ジブチルヒドロキシトルエン
・HQME:ヒドロキノンメチルエーテル
(7)着色物質
・酸化チタン(平均一次粒子径:200μm)
・酸化チタン(平均一次粒子径:200μm)
I.参考実施例及び参考比較例
上述したように、本開示の光造形用硬化性組成物は、既提案硬化性組成物の範疇に属するものである。既提案硬化性組成物は、流動性の低下や無機フィラーの沈降のリスクが小さく、さらに表面に亀裂が発生するのを防止しながら、機械的強度に優れ、形状精度が良好な三次元光造形物を製造することを可能とするという効果を奏するものである。そこで、参考実施例及び参考比較例を挙げて、まずこの点について説明する。
上述したように、本開示の光造形用硬化性組成物は、既提案硬化性組成物の範疇に属するものである。既提案硬化性組成物は、流動性の低下や無機フィラーの沈降のリスクが小さく、さらに表面に亀裂が発生するのを防止しながら、機械的強度に優れ、形状精度が良好な三次元光造形物を製造することを可能とするという効果を奏するものである。そこで、参考実施例及び参考比較例を挙げて、まずこの点について説明する。
<参考実施例1>
(1)Sc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物の調製
モノマー組成物A1(UDMA:50質量部、3G:20質量部、D-2.6E:30質量部)からなる重合性単量体成分:100質量部に対して、非複合型無機フィラー(B1)としてB-1:150質量部を加え、均一になるまで撹拌混合した後に脱泡して、Sc評価用ベース組成物を調製した。
(1)Sc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物の調製
モノマー組成物A1(UDMA:50質量部、3G:20質量部、D-2.6E:30質量部)からなる重合性単量体成分:100質量部に対して、非複合型無機フィラー(B1)としてB-1:150質量部を加え、均一になるまで撹拌混合した後に脱泡して、Sc評価用ベース組成物を調製した。
また、別途同様にして原料用ベース組成物を調製し、これにBAPOからなる光重合開始剤:1.4質量部、SS3からなる活性化光吸収剤:0.7質量部、HQME:0.1質量部及びBHT:0.1質量部からなる重合禁止剤:計0.2質量部(これら配合量は、いずれも重合性単量体成分:100質量部に対する配合量である。)を加え、赤色光下で均一になるまで撹拌混合した後に脱泡して、液状の光造形用硬化性組成物を調製した。
(2)光散乱指数Scの測定
Sc評価用ベース組成物をPTFE製の型(25mm×25mm×厚さ0.5mm)に充填した。上下面をスライドガラスで圧接し、組成物の厚さを0.5mmに調整した後に、スライドガラスを取り外して評価試料を作製した。この評価試料を三次元変角光度計(株式会社村上色彩技術研究所製、GP-200)にセットし、評価試料に対して垂直に測定光を照射して透過光の光度分布を測定した。測定に際しては、三次元変角光度計の光源と評価試料との間に干渉フィルター(株式会社村上色彩技術研究所製、GP-200用)を設置し、図5に示す波長分布(相対分光分布)を有する光を測定光として用いた。得られた光度分布を元に、下記に示す式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
に従って光散乱指数(Sc)を算出した。その結果、光散乱指数Scは0.1%であった。
Sc評価用ベース組成物をPTFE製の型(25mm×25mm×厚さ0.5mm)に充填した。上下面をスライドガラスで圧接し、組成物の厚さを0.5mmに調整した後に、スライドガラスを取り外して評価試料を作製した。この評価試料を三次元変角光度計(株式会社村上色彩技術研究所製、GP-200)にセットし、評価試料に対して垂直に測定光を照射して透過光の光度分布を測定した。測定に際しては、三次元変角光度計の光源と評価試料との間に干渉フィルター(株式会社村上色彩技術研究所製、GP-200用)を設置し、図5に示す波長分布(相対分光分布)を有する光を測定光として用いた。得られた光度分布を元に、下記に示す式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
に従って光散乱指数(Sc)を算出した。その結果、光散乱指数Scは0.1%であった。
(3)活性化光透過率の測定
上記(1)で得た光造形用硬化性樹脂組成物をPTFE樹脂製の型(25mm×25mm×厚さ0.5mm)に充填した。上下面をスライドガラスで圧接し、組成物の厚さを0.5mmに調整した後に、スライドガラスを取り外して厚さ0.5mmの樹脂組成物を得た。この樹脂組成物について、色差計(日本電色工業株式会社製、spectrophotometer SE7700)を用いて、405nm波長光の透過率を測定した。その結果、透過率は5.3%であった。
上記(1)で得た光造形用硬化性樹脂組成物をPTFE樹脂製の型(25mm×25mm×厚さ0.5mm)に充填した。上下面をスライドガラスで圧接し、組成物の厚さを0.5mmに調整した後に、スライドガラスを取り外して厚さ0.5mmの樹脂組成物を得た。この樹脂組成物について、色差計(日本電色工業株式会社製、spectrophotometer SE7700)を用いて、405nm波長光の透過率を測定した。その結果、透過率は5.3%であった。
(4)三次元造形物の製造
3Dプリンター(DWS社製、DW029D;波長:405nm、照射強度:83mW)の樹脂トレー(槽)に上記(1)で得た光造形用硬化性組成物を供給し、10mm×10mm×25mmの直方体形状のStereolithographyデータ(以下、「stlデータ」と略記する。)を用いて成形工程を行い、(光造形用硬化性組成物の硬化体からなる)積層構造を有する成形体(積層体)を作製した。次いで、得られた成形体を、エタノールが充填されたプラスチック容器に15分間浸漬し、軽く振盪して洗浄工程を行った後、乾燥処理を行い、さらにUV CURING UNIT UVIS-2(DWS社製)を用いて30分間、追加の光照射(二次硬化)を行って三次元光造形物を作製した。
3Dプリンター(DWS社製、DW029D;波長:405nm、照射強度:83mW)の樹脂トレー(槽)に上記(1)で得た光造形用硬化性組成物を供給し、10mm×10mm×25mmの直方体形状のStereolithographyデータ(以下、「stlデータ」と略記する。)を用いて成形工程を行い、(光造形用硬化性組成物の硬化体からなる)積層構造を有する成形体(積層体)を作製した。次いで、得られた成形体を、エタノールが充填されたプラスチック容器に15分間浸漬し、軽く振盪して洗浄工程を行った後、乾燥処理を行い、さらにUV CURING UNIT UVIS-2(DWS社製)を用いて30分間、追加の光照射(二次硬化)を行って三次元光造形物を作製した。
(5)三次元光造形物の評価
上記(4)で得られた三次元光造形物を評価試料とし、造形精度評価、亀裂評価、及び3点曲げ破壊強度試験を行った。評価方法及び評価結果を以下に示す。
上記(4)で得られた三次元光造形物を評価試料とし、造形精度評価、亀裂評価、及び3点曲げ破壊強度試験を行った。評価方法及び評価結果を以下に示す。
(造形精度評価)
評価試料の各辺の長さを0.01mm単位で測定し、測定値を造形時の設定値(stlデータで設定した各辺の長さ)で除した値:「実測値/stlデータ設定値」を各辺について求め、その平均値を造形精度平均値として評価した。その結果、造形精度平均値は「1.01」であった。
評価試料の各辺の長さを0.01mm単位で測定し、測定値を造形時の設定値(stlデータで設定した各辺の長さ)で除した値:「実測値/stlデータ設定値」を各辺について求め、その平均値を造形精度平均値として評価した。その結果、造形精度平均値は「1.01」であった。
(亀裂評価)
評価試料の表面を光学顕微鏡(50倍)で観察すると共に、同評価試料を5nm厚で白金コートした後に走査顕微鏡(1000倍)で観察し、評価試料における10mm×25mmの1面に観察される亀裂の数及び亀裂幅を確認し、下記評価基準に従って評価した。その結果、亀裂評価結果は「A1」であった。
-評価基準-
A0:硬化体の表面に亀裂が観察されない。
A1:硬化体の表面に観察される亀裂が5個以内であり、いずれも亀裂幅が10μm以下であり、許容範囲内である。
A2:硬化体の表面に観察される亀裂が10個以内であり、いずれも亀裂幅が10μm以下であり、許容範囲内である。
A3:硬化体の表面に観察される亀裂が20個以内であり、いずれも亀裂幅が10μm以下であり、許容範囲内である。
B:硬化体の表面に観察される亀裂が20個以内であり、亀裂幅が10~40μmである。
C:硬化体の表面に亀裂幅が10~40μmの亀裂が20個以上観察される。
D:硬化体の表面に亀裂幅が40μm以上の亀裂が大量に観察される。
評価試料の表面を光学顕微鏡(50倍)で観察すると共に、同評価試料を5nm厚で白金コートした後に走査顕微鏡(1000倍)で観察し、評価試料における10mm×25mmの1面に観察される亀裂の数及び亀裂幅を確認し、下記評価基準に従って評価した。その結果、亀裂評価結果は「A1」であった。
-評価基準-
A0:硬化体の表面に亀裂が観察されない。
A1:硬化体の表面に観察される亀裂が5個以内であり、いずれも亀裂幅が10μm以下であり、許容範囲内である。
A2:硬化体の表面に観察される亀裂が10個以内であり、いずれも亀裂幅が10μm以下であり、許容範囲内である。
A3:硬化体の表面に観察される亀裂が20個以内であり、いずれも亀裂幅が10μm以下であり、許容範囲内である。
B:硬化体の表面に観察される亀裂が20個以内であり、亀裂幅が10~40μmである。
C:硬化体の表面に亀裂幅が10~40μmの亀裂が20個以上観察される。
D:硬化体の表面に亀裂幅が40μm以上の亀裂が大量に観察される。
<参考実施例2~14及び参考比較例1~8>
参考実施例1においてSc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製する際に使用する各成分及び配合量を表4及び表5に示すように変更する以外は参考実施例1と同様にして、Sc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製した。その後、得られた各組成物の評価を参考実施例1と同様にして行うと共に、得られた光造形用硬化性組成物を用いた三次元光造形物の製造及び評価を参考実施例1と同様にして行った。評価結果を表6及び表7に示す。また、参考実施例7(評価A0)、参考実施例11(評価A2)、及び参考比較例1(評価D)の亀裂評価時における観察の際に撮影した光学顕微鏡像(倍率50倍)を、それぞれ図1、図2、及び図3に示す。
参考実施例1においてSc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製する際に使用する各成分及び配合量を表4及び表5に示すように変更する以外は参考実施例1と同様にして、Sc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製した。その後、得られた各組成物の評価を参考実施例1と同様にして行うと共に、得られた光造形用硬化性組成物を用いた三次元光造形物の製造及び評価を参考実施例1と同様にして行った。評価結果を表6及び表7に示す。また、参考実施例7(評価A0)、参考実施例11(評価A2)、及び参考比較例1(評価D)の亀裂評価時における観察の際に撮影した光学顕微鏡像(倍率50倍)を、それぞれ図1、図2、及び図3に示す。
<参考比較例9>
特許文献3の実施例1に記載の方法に準じて光造形用硬化性組成物を調製した。具体的には、表5に示す種類の重合性単量体成分(A)及び無機フィラー(B)を、表5に示す配合割合で用い、これにTPOからなる重合開始剤;3.0質量部、BHTからなる重合禁止剤:0.05質量部(これら配合量は、いずれも重合性単量体成分:100質量部に対する配合量である。)を加え、光造形用硬化性組成物を調製した。そして、得られた光造形用硬化性組成物を用いた三次元造形物の製造及び評価を参考実施例1と同様にして行った。また、参考実施例1と同様にしてSc評価用ベース組成物及び(透過率評価用の)非硬化状態組成物を調製し、各組成物の評価を実参考施例1と同様にして行った。評価結果を表7に示す。また、参考比較例9(評価C)の亀裂評価時における観察の際に撮影した光学顕微鏡像(倍率50倍)を、図4に示す。
特許文献3の実施例1に記載の方法に準じて光造形用硬化性組成物を調製した。具体的には、表5に示す種類の重合性単量体成分(A)及び無機フィラー(B)を、表5に示す配合割合で用い、これにTPOからなる重合開始剤;3.0質量部、BHTからなる重合禁止剤:0.05質量部(これら配合量は、いずれも重合性単量体成分:100質量部に対する配合量である。)を加え、光造形用硬化性組成物を調製した。そして、得られた光造形用硬化性組成物を用いた三次元造形物の製造及び評価を参考実施例1と同様にして行った。また、参考実施例1と同様にしてSc評価用ベース組成物及び(透過率評価用の)非硬化状態組成物を調製し、各組成物の評価を実参考施例1と同様にして行った。評価結果を表7に示す。また、参考比較例9(評価C)の亀裂評価時における観察の際に撮影した光学顕微鏡像(倍率50倍)を、図4に示す。
表6に示されるように、参考実施例1~14の光造形用硬化性組成物は、光散乱指数Scが小さく、活性化光透過率が高いため、造形精度が高く、亀裂の発生が抑えられた。
一方で、表7に示されるように、参考比較例1~3の光造形用硬化性組成物は、光散乱指数Scが大きく、活性化光透過率が小さいため、造形精度が低く、亀裂が発生した。また、参考比較例4~7の光造形用硬化性組成物は、光散乱指数Scが小さいものの、活性化光透過率が小さいため、亀裂が発生した。参考比較例8の光造形用硬化性組成物は、光散乱指数Scが大きいため、造形精度が低く、亀裂が発生した。参考比較例9の光造形用硬化性組成物は、特許文献3に記載の方法に準じて調製したものであり、活性化光透過率が小さいため、亀裂が発生した。
II.実施例及び比較例
以下に、本開示の光造形用硬化性組成物の実施例及び比較例を示す。
以下に、本開示の光造形用硬化性組成物の実施例及び比較例を示す。
<実施例1>
(1)Sc評価用ベース組成物及び光硬化性組成物の調製
モノマー組成物A7(UDMA:35質量部、3G:27質量部、D-2.6E:38質量部)からなる重合性単量体成分(A):100質量部に対して、非複合型無機フィラー(B1)としてB-1:60質量部、有機無機複合フィラー(E)としてCF1:90質量部を加え、均一になるまで撹拌混合した後に脱泡して、Sc評価用ベース組成物を調整した。
(1)Sc評価用ベース組成物及び光硬化性組成物の調製
モノマー組成物A7(UDMA:35質量部、3G:27質量部、D-2.6E:38質量部)からなる重合性単量体成分(A):100質量部に対して、非複合型無機フィラー(B1)としてB-1:60質量部、有機無機複合フィラー(E)としてCF1:90質量部を加え、均一になるまで撹拌混合した後に脱泡して、Sc評価用ベース組成物を調整した。
また、別途同様にして原料用ベース組成物を調製し、これにBAPOからなる光重合開始剤:1.4質量部、SS3からなる活性化光吸収剤:0.7質量部、HQME:0.1質量部及びBHT:0.1質量部からなる重合禁止剤:計0.2質量部(これら配合量は、いずれも重合性単量体成分:100質量部に対する配合量である。)を加え、赤色光下で均一になるまで撹拌混合した後に脱泡して、液状の光造形用硬化性組成物を調製した。
(光散乱指数Sc及び活性化光透過率の測定)
得られたSc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物について、参考実施例1と同様にして光散乱指数Sc及び活性化光透過率の測定を行った。その結果、光散乱指数Scは0.5%であり、活性化光透過率は6.9%であった。
得られたSc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物について、参考実施例1と同様にして光散乱指数Sc及び活性化光透過率の測定を行った。その結果、光散乱指数Scは0.5%であり、活性化光透過率は6.9%であった。
(三次元光造形物の評価及び亀裂評価)
得られた光造形用硬化性組成物を用いて、参考実施例1と同様にして三次元光造形物の製造を行い、得られた三次元光造形物の評価を行った。その結果、造形精度平均値は「1.01」であり、亀裂評価結果は「A1」であった。亀裂評価時における観察の際に撮影した光学顕微鏡写真(倍率50倍)を図6に示す。
得られた光造形用硬化性組成物を用いて、参考実施例1と同様にして三次元光造形物の製造を行い、得られた三次元光造形物の評価を行った。その結果、造形精度平均値は「1.01」であり、亀裂評価結果は「A1」であった。亀裂評価時における観察の際に撮影した光学顕微鏡写真(倍率50倍)を図6に示す。
(流動性評価)
3Dプリンター(DWS社製、DW029D;波長:405nm、照射強度:83mW)の樹脂トレー(槽)に実施例1の光造形用硬化性組成物500gを供給し、150mm×150mm×200mmの直方体形状のStereolithographyデータ(stlデータ)を用いて成形工程を行い、(光造形用硬化性組成物の硬化体からなる)積層構造を有する成形体(積層体)を作製した。次いで、得られた成形体を、エタノールが充填されたプラスチック容器に15分間浸漬し、軽く振盪して洗浄工程を行った後、乾燥処理を行い、さらにUV CURING UNIT UVIS-2(DWS社製)を用いて30分間、追加の光照射(二次硬化)を行って三次元光造形物を作製した。
3Dプリンター(DWS社製、DW029D;波長:405nm、照射強度:83mW)の樹脂トレー(槽)に実施例1の光造形用硬化性組成物500gを供給し、150mm×150mm×200mmの直方体形状のStereolithographyデータ(stlデータ)を用いて成形工程を行い、(光造形用硬化性組成物の硬化体からなる)積層構造を有する成形体(積層体)を作製した。次いで、得られた成形体を、エタノールが充填されたプラスチック容器に15分間浸漬し、軽く振盪して洗浄工程を行った後、乾燥処理を行い、さらにUV CURING UNIT UVIS-2(DWS社製)を用いて30分間、追加の光照射(二次硬化)を行って三次元光造形物を作製した。
得られた150mm×150mm×200mmの直方体の三次元光造形物を目視及び光学顕微鏡(50倍)によって観察し、直方体形状に欠損部分があるか否かを評価した。その結果、目視及び光学顕微鏡(50倍)のいずれにおいても欠損部分がなく、高い流動性を有していることが確認された(評価結果:A)。
<実施例2~20及び比較例1~6>
実施例1においてSc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製する際に使用する各成分及び配合量を表8及び表9に示すように変更する以外は実施例1と同様にして、Sc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製した。その後、得られた各組成物の評価を実施例1と同様にして行うと共に、得られた光造形用硬化性組成物を用いた三次元光造形物の製造及び評価を実施例1と同様にして行った。評価結果を表10及び表11に示す。
実施例1においてSc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製する際に使用する各成分及び配合量を表8及び表9に示すように変更する以外は実施例1と同様にして、Sc評価用ベース組成物及び光造形用硬化性組成物を調製した。その後、得られた各組成物の評価を実施例1と同様にして行うと共に、得られた光造形用硬化性組成物を用いた三次元光造形物の製造及び評価を実施例1と同様にして行った。評価結果を表10及び表11に示す。
表10に示されるように、実施例1~20の光造形用硬化性組成物は、光散乱指数Scが小さく、活性化光透過率が高いため、造形精度が高く、亀裂の発生が抑えられた。
一方で、表11に示されるように、比較例1の光造形用硬化性組成物は、有機無機複合フィラー(E)を構成する複合型無機フィラー(B2)と樹脂(R)との405nm波長光に対する屈折率の差が大きく、405nm波長光に対する透過率が小さいため、亀裂が増加した。比較例2の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A)と有機無機複合フィラー(E)を構成する複合型無機フィラー(B2)との405nm波長光に対する屈折率の差が大きいため、405nm波長光に対する透過率が小さく、亀裂が増加した。比較例3の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A)と有機無機複合フィラー(E)を構成する樹脂(R)との405nm波長光に対する屈折率の差が大きいため、405nm波長光に対する透過率が小さく、亀裂が増加した。比較例4~6の光造形用硬化性組成物は、重合性単量体成分(A)と有機無機複合フィラー(E)を構成する複合型無機フィラー(B2)及び樹脂(R)との405nm波長光に対する屈折率の差が大きいため、405nm波長光に対する透過率が小さく、亀裂が増加した。
<実施例21~32及び比較例7~10>
実施例1、14、及び18、並びに比較例1において三次元光造形物を製造する際に使用する3Dプリンターを表12及び表13に示すように変更する以外は実施例1、14、及び18、並びに比較例1と同様にして、三次元光造形物の製造及び評価を行った。評価結果を表12及び表13に示す。表12及び表13には、実施例1、14、及び18、並びに比較例1の評価結果も併せて示す。なお、実施例21~24で使用した光造形用硬化性組成物は、実施例1で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。実施例25~29で使用した光造形用硬化性組成物は、実施例14で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。実施例29~32で使用した光造形用硬化性組成物は、実施例18で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。比較例7~10で使用した光造形用硬化性組成物は、比較例1で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。
実施例1、14、及び18、並びに比較例1において三次元光造形物を製造する際に使用する3Dプリンターを表12及び表13に示すように変更する以外は実施例1、14、及び18、並びに比較例1と同様にして、三次元光造形物の製造及び評価を行った。評価結果を表12及び表13に示す。表12及び表13には、実施例1、14、及び18、並びに比較例1の評価結果も併せて示す。なお、実施例21~24で使用した光造形用硬化性組成物は、実施例1で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。実施例25~29で使用した光造形用硬化性組成物は、実施例14で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。実施例29~32で使用した光造形用硬化性組成物は、実施例18で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。比較例7~10で使用した光造形用硬化性組成物は、比較例1で使用した光造形用硬化性組成物と同じ組成である。
表12及び表13における3Dプリンター:3DP1~3DP5は、それぞれ以下の3Dプリンターを意味する。
・3DP1:DWS社製、DW029D(SLA方式、波長:405nm)
・3DP2:3BFAB社製、SEGA 3D(DLP方式、波長:405nm)
・3DP3:Lux Creo社製、iLux Pro Dental(DLP方式、波長:385nm)
・3DP4:Phrozen社製、Smapri Sonic 8K(LCD方式、波長:405nm)
・3DP5:Ackuretta社製、SOL Plus(LCD方式、波長:385~405nm)
・3DP1:DWS社製、DW029D(SLA方式、波長:405nm)
・3DP2:3BFAB社製、SEGA 3D(DLP方式、波長:405nm)
・3DP3:Lux Creo社製、iLux Pro Dental(DLP方式、波長:385nm)
・3DP4:Phrozen社製、Smapri Sonic 8K(LCD方式、波長:405nm)
・3DP5:Ackuretta社製、SOL Plus(LCD方式、波長:385~405nm)
表12に示されるように、実施例1、14、及び18で調製した各光造形用硬化性組成物を使用した実施例21~32では、3Dプリンターの種類によらず、三次元光造形物の亀裂評価結果が「A1」又は「A0」であった。一方で、表13に示されるように、比較例1で調製した光造形用硬化性組成物を使用した比較例7~10では、3Dプリンターの種類によらず、三次元光造形物の亀裂評価結果が「B」であった。
Claims (4)
- 槽内に保持された液状光硬化性組成物の予め定めた位置に、紫外光領域又は可視光領域の特定波長:λ(nm)の光を含む活性化光を照射して当該位置に存在する前記液状光硬化性組成物を選択的に硬化させることにより三次元光造形物を製造する液槽光重合法において、前記液状光硬化性組成物として使用される三次元光造形用硬化性組成物であって、
重合性単量体成分(A):100質量部、単一種又は複数種の無機粉粒体によって構成される無機フィラー(B):40~400質量部、前記活性化光の照射により光重合を開始する機能を有する光重合開始剤(C):0.01~5質量部、及び前記活性化光を吸収する機能を有し光重合開始能を有しない活性化光吸収剤(D):0.01~2.5質量部を含有し、
走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される前記無機フィラー(B)の粒度分布において、該無機フィラー(B)を構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子であり、
前記無機フィラー(B)の10~90質量%は、該無機フィラー(B)と樹脂(R)との複合材料によって構成される粒子からなる有機無機複合フィラー(E)として含まれており、
前記無機フィラー(B)のうち、前記樹脂(R)と複合化していないものを非複合型無機フィラー(B1)とし、前記有機無機複合フィラー(E)として含まれるものを複合型無機フィラー(B2)としたときに、前記非複合型無機フィラー(B1)及び前記複合型無機フィラー(B2)のそれぞれを構成する全一次粒子の80%以上は、粒子径が0.05~5.0μmの粒子であり、
前記重合性単量体成分(A)、前記非複合型無機フィラー(B1)、及び前記有機無機複合フィラー(E)は、
前記重合性単量体成分(A)、前記非複合型無機フィラー(B1)、及び前記有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が前記三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、該ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、前記特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下となるものであり、
前記三次元光造形用硬化性組成物からなる厚さ0.5mmの試料について測定される前記活性化光に対する透過率が1~50(%)である、三次元光造形用硬化性組成物。 - 請求項1に記載の三次元光造形用硬化性組成物の製造方法であって、
前記重合性単量体成分(A)、前記非複合型無機フィラー(B1)、前記有機無機複合フィラー(E)、前記光重合開始剤(C)、及び前記活性化光吸収剤(D)を混合する混合工程を含み、
前記重合性単量体成分(A)の25℃におけるD線に対する屈折率及び25℃における前記活性化光に対する屈折率をそれぞれn(D)M及びn(AL)Mとし、前記無機フィラー(B)を構成する無機粉粒体の25℃におけるD線に対する屈折率及び25℃における前記活性化光に対する屈折率をそれぞれn(D)F及びn(AL)Fとし、前記有機無機複合フィラー(E)に含まれる前記樹脂(R)の25℃における前記活性化光に対する屈折率をn(AL)Rとし、前記重合性単量体成分(A)、前記非複合型無機フィラー(B1)、及び前記有機無機複合フィラー(E)のみからなり、これら成分の組成比が製造目的物である三次元光造形用硬化性組成物と同一である組成物をベース組成物としたときに、
前記混合工程では、前記重合性単量体成分(A)、前記非複合型無機フィラー(B1)、及び前記有機無機複合フィラー(E)として、下記条件1~6:
条件1:前記無機フィラー(B)を構成する個々の一次粒子の粒子径をx(nm)とし、円周率をπとしたときに、走査顕微鏡を用いた顕微鏡法によって測定される前記無機フィラー(B)の粒度分布において、粒子径x(nm)が0.7λ/π~4λ/π(nm)の範囲内にある粒子の総数が前記無機フィラー(B)を構成する全一次粒子数の40%以上である;
条件2:前記屈折率n(D)Fが1.500~1.550の範囲内にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を特定無機粉粒体(b1)とし、屈折率が上記の範囲外にある単一種の無機粒子の集合体からなる無機粉粒体を非特定無機粉粒体(b2)としたときに、前記非複合型無機フィラー(B1)及び前記複合型無機フィラー(B2)は、それぞれ、
(1)単一種の特定無機粉粒体(b1)によって構成されるか、
(2)複数種の特定無機粉粒体(b1)によって構成され、且つ、前記複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が前記非複合型無機フィラー(B1)及び前記複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占めるか、又は
(3)単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1):90質量%以上100質量%未満と、単一種又は複数種の非特定無機粉粒体(b2):0質量%を超え10質量%以下とによって構成され、且つ、前記単一種又は複数種の特定無機粉粒体(b1)のうちの少なくとも1種が前記非複合型無機フィラー(B1)及び前記複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める;
条件3:前記屈折率n(D)Mが1.490~1.550の範囲内にある;
条件4:前記非複合型無機フィラー(B1)及び前記複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の前記特定無機粉粒体(b1)の屈折率n(D)Fのうち、前記屈折率n(D)Mとの差が最も大きくなる屈折率をn(D)Fhとしたときに、n(D)Fhとn(D)Mとの差の絶対値:|n(D)Fh-n(D)M|が0.035以下である;
条件5:前記非複合型無機フィラー(B1)及び前記複合型無機フィラー(B2)のそれぞれの総質量の10質量%以上を占める少なくとも1種の前記特定無機粉粒体(b1)の屈折率n(AL)Fと、前記屈折率n(AL)Mと、前記屈折率n(AL)Rとが、下記式(i)~(iii):
-0.015<(n(AL)F-n(AL)M)<0.025 (i)
-0.015<(n(AL)R-n(AL)M)<0.030 (ii)
-0.020<(n(AL)F-n(AL)R)<0.020 (iii)
に示される関係を全て満足する;
条件6:前記ベース組成物からなる厚さ0.5mmの試料に対して、前記特定波長:λ(nm)の光を含み、λ±50(nm)の範囲内の光を主成分とし、該範囲内において最大強度を示す光からなる測定光を垂直に照射する変角光度計を用いた測定によって得られる特定の出射角度方向の透過光の強度に基づいて、下記式:
Sc={(I70+I75+I80)/(I0×3)}×100
(式中、I0、I70、I75、及びI80は、それぞれ、出射角度が0°、70°、75°、及び80°の各方向における透過光の強度を示す。)
で決定される光散乱指数:Sc(%)の値が10(%)以下である;
を全て満足することが確認されたものを使用する、三次元光造形用硬化性組成物の製造方法。 - 槽内に保持された液状光硬化性組成物の予め定めた位置に、紫外光領域又は可視光領域の特定波長:λ(nm)の光を含む活性化光を照射して当該位置に存在する前記液状光硬化性組成物を選択的に硬化させることにより三次元光造形物を製造する三次元光造形物の製造方法であって、
三次元物体の形状を示す三次元形状データから、該三次元物体の高さ方向をデジタル化して序列化すると共に序列化された各高さにおける前記三次元物体の断面形状を示す二次元形状データを生成し、前記槽内に保持された前記液状光硬化性組成物に対して、前記二次元形状データに基づいて予め決定された所定の位置に前記活性化光を照射することにより、当該位置に存在する前記液状光硬化性組成物を選択的に一次硬化させて前記断面形状を有する造形層を形成すると共に、前記序列化の順に従って各高さにおける断面形状を有する造形層を順次形成して積層することにより、前記三次元物体の形状に対応する形状の積層体を得る成形工程;
前記成形工程で得られた積層体を、有機溶媒を用いて洗浄する洗浄工程;及び
前記洗浄工程で洗浄された積層体に追加の活性化光照射を行うか、加熱処理を行うか、又はその両方を行うことによって二次硬化させる二次硬化工程;
を含み、
前記液状光硬化性組成物として請求項1に記載の三次元光造形用硬化性組成物を使用する、三次元光造形物の製造方法。 - 請求項3に記載の三次元光造形物の製造方法により歯科用修復物を製造することを含む、歯科用修復物の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024-013311 | 2024-01-31 | ||
| JP2024013311 | 2024-01-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025164130A1 true WO2025164130A1 (ja) | 2025-08-07 |
Family
ID=96590462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2024/044729 Pending WO2025164130A1 (ja) | 2024-01-31 | 2024-12-18 | 三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2025164130A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013039169A1 (ja) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | 株式会社トクヤマデンタル | 有機無機複合フィラー、及びその製造方法 |
| JP2021165375A (ja) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | キヤノン株式会社 | 立体造形用の光硬化性樹脂組成物 |
| WO2023008233A1 (ja) * | 2021-07-30 | 2023-02-02 | 株式会社トクヤマデンタル | 三次元造形物の製造方法 |
| WO2023210328A1 (ja) * | 2022-04-25 | 2023-11-02 | 株式会社トクヤマデンタル | 三次元光造形用光硬化性樹脂組成物 |
| WO2024166632A1 (ja) * | 2023-02-09 | 2024-08-15 | 株式会社トクヤマデンタル | 三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法 |
-
2024
- 2024-12-18 WO PCT/JP2024/044729 patent/WO2025164130A1/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013039169A1 (ja) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | 株式会社トクヤマデンタル | 有機無機複合フィラー、及びその製造方法 |
| JP2021165375A (ja) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | キヤノン株式会社 | 立体造形用の光硬化性樹脂組成物 |
| WO2023008233A1 (ja) * | 2021-07-30 | 2023-02-02 | 株式会社トクヤマデンタル | 三次元造形物の製造方法 |
| WO2023210328A1 (ja) * | 2022-04-25 | 2023-11-02 | 株式会社トクヤマデンタル | 三次元光造形用光硬化性樹脂組成物 |
| WO2024166632A1 (ja) * | 2023-02-09 | 2024-08-15 | 株式会社トクヤマデンタル | 三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ?????, ?????????????????????????????????MFR?????????????????????????, ???? (The International Journal of Dental Technology), 2000, vol. 28, no. 10, pages 1210-1222, non-official translation (MACHIGASHIRA, Toshiyuki et al., Characteristics and Manipulability of Light-Polymerized Ultra-Hard Resin that Achieves the Beauty and Strength of Natural Teeth ? Clinical Application of MFR-Hybrid Hard Resin "Gradia") * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9320684B2 (en) | Dental restorative material | |
| JP6262136B2 (ja) | 歯科用充填修復材料 | |
| KR102491300B1 (ko) | 광경화성 조성물 및 치과용 수복 충전 재료 | |
| KR20190029786A (ko) | 경화성 조성물 및 치과용 충전 수복 재료 | |
| JP2020536061A (ja) | 透過率と色の勾配を有する歯科材料の調製方法及び本方法により調製される製品 | |
| RU2755303C2 (ru) | Отверждаемая композиция для стоматологического применения и способ ее получения | |
| EP3923853A1 (de) | Strahlenhärtbare zusammensetzung zur verwendung in rapid-prototyping- oder rapid-manufacturing-verfahren | |
| JP4895443B2 (ja) | 歯科用硬化性組成物 | |
| WO2019189698A1 (ja) | 歯科切削加工用レジン系ブロック | |
| WO2023210328A1 (ja) | 三次元光造形用光硬化性樹脂組成物 | |
| WO2023008233A1 (ja) | 三次元造形物の製造方法 | |
| EP4663388A1 (en) | Curable composition for three-dimensional stereolithography, method for producing same, method for producing three-dimensional stereolithographic model, and method for producing dental restoration | |
| JP2012087086A (ja) | 歯科用金属色遮蔽層形成用キット | |
| DE102019106151A1 (de) | Strahlenhärtbare Zusammensetzung zur Verwendung in Rapid-Prototyping- oder Rapid-Manufacturing-Verfahren | |
| JPH11100305A (ja) | 歯科用修復材料 | |
| JP4993053B2 (ja) | 歯科用硬化性組成物 | |
| WO2025164130A1 (ja) | 三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、三次元光造形物の製造方法、並びに歯科用修復物の製造方法 | |
| JP7440932B2 (ja) | 歯科切削加工用ブランク及びその製造方法 | |
| JP7255757B2 (ja) | 光造形用樹脂組成物 | |
| JP7090366B1 (ja) | 歯科用表面滑沢組成物 | |
| CN112689646B (zh) | 用于快速原型制造或快速制造方法的辐射可固化组合物 | |
| WO2025062934A1 (ja) | 三次元光造形用硬化性組成物及びその製造方法、並びに三次元光造形物の製造方法 | |
| JP2012187357A (ja) | 歯科切削加工用レジン材料及び歯科補綴物 | |
| JP7574999B2 (ja) | 積層型歯科切削加工用レジン系ブランク | |
| JP7422996B2 (ja) | 歯科用硬化性組成物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24922048 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |