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JP2016169355A - Resin composition for three-dimensional molding - Google Patents

Resin composition for three-dimensional molding Download PDF

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JP2016169355A
JP2016169355A JP2015051890A JP2015051890A JP2016169355A JP 2016169355 A JP2016169355 A JP 2016169355A JP 2015051890 A JP2015051890 A JP 2015051890A JP 2015051890 A JP2015051890 A JP 2015051890A JP 2016169355 A JP2016169355 A JP 2016169355A
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JP
Japan
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resin composition
inorganic filler
filler particles
dimensional modeling
dimensional
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Application number
JP2015051890A
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Japanese (ja)
Inventor
俣野 高宏
Takahiro Matano
高宏 俣野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin composition for three-dimensional molding that makes it possible to prepare a three-dimensional molding with higher mechanical strength compared to the conventional art.SOLUTION: A resin composition for three-dimensional molding comprises curable resin and inorganic filler particles, where a specific surface of each inorganic filler particle is at least twice a theoretical specific surface represented by the following formula: theoretical specific surface (m/g)=6/(density (g/cm)×average particle diameter D(μm)).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は立体造形用樹脂組成物及びそれを用いた立体造形物の製造方法に関する。   The present invention relates to a resin composition for three-dimensional modeling and a method for producing a three-dimensional model using the same.

従来、樹脂材料等を積層させて立体造形物を得る方法が知られている。例えば光造形法、粉末床溶融焼結法、熱溶解積層(Fused deposition modeling:FDM)法等種々の方法が提案され実用化されている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, a method of obtaining a three-dimensional model by laminating resin materials or the like is known. For example, various methods such as an optical modeling method, a powder bed fusion sintering method, and a hot melt deposition (FDM) method have been proposed and put into practical use (see, for example, Patent Document 1).

なかでも光造形法は、細やかな造形や正確なサイズ表現に優れており、広く普及している。光造形法は以下のようにして立体造形物を作製するものである。まず液状の光硬化性樹脂を満たした槽内に造形ステージを設け、造形ステージ上の光硬化性樹脂に紫外線レーザー等の活性エネルギー線を照射して所望のパターンの硬化層を形成する。このようにして硬化層を1層形成すると造形ステージを1層分だけ下げて、硬化層上に未硬化の光硬化性樹脂を導入し、同様にして活性エネルギー線を光硬化性樹脂に照射して前記硬化層上に新たな硬化層を積み上げる。この操作を繰り返すことにより、所定の立体造形物を得る。また、粉末焼結法は、樹脂、金属、セラミックスまたはガラスの粉末を満たした槽内に造形ステージを設け、造形ステージ上の粉末に活性エネルギー線を照射し、軟化変形にて所望のパターンの硬化層を形成するものである。   Among them, stereolithography is excellent in detailed modeling and accurate size expression, and is widely used. The stereolithography method is to produce a three-dimensional model as follows. First, a modeling stage is provided in a tank filled with a liquid photocurable resin, and the photocurable resin on the modeling stage is irradiated with an active energy ray such as an ultraviolet laser to form a cured layer having a desired pattern. When one cured layer is formed in this way, the modeling stage is lowered by one layer, an uncured photocurable resin is introduced onto the cured layer, and the active energy rays are irradiated onto the photocurable resin in the same manner. A new hardened layer is stacked on the hardened layer. By repeating this operation, a predetermined three-dimensional model is obtained. In the powder sintering method, a modeling stage is provided in a tank filled with resin, metal, ceramics, or glass powder, and the powder on the modeling stage is irradiated with active energy rays to harden a desired pattern by softening deformation. The layer is formed.

上記の方法により得られた立体造形物には、用途によっては高い機械的強度が求められる。特許文献1では、樹脂組成物中に無機固体微粒子を含有させることにより、得られる立体造形物の機械的強度(機械的剛性)が向上することが記載されている。   The three-dimensional structure obtained by the above method is required to have high mechanical strength depending on the application. Patent Document 1 describes that the mechanical strength (mechanical rigidity) of the three-dimensional structure to be obtained is improved by including inorganic solid fine particles in the resin composition.

特開平7−26060号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-26060

近年、立体造形物のさらなる用途拡大の可能性が検討されており、それに伴い立体造形物に対してより一層機械的強度の向上が求められている。   In recent years, the possibility of further expansion of applications of a three-dimensional model has been studied, and accordingly, further improvement in mechanical strength is required for the three-dimensional model.

以上に鑑み、本発明は、従来よりも機械的強度の高い立体造形物を作製することが可能な立体造形用樹脂組成物を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a resin composition for three-dimensional modeling that can produce a three-dimensional molded product having higher mechanical strength than conventional ones.

本発明の立体造形用樹脂組成物は、硬化性樹脂と無機充填材粒子を含有する立体造形用樹脂組成物であって、無機充填材粒子の比表面積が、下記式で表される理論比表面積の2倍以上であることを特徴とする。   The three-dimensional modeling resin composition of the present invention is a three-dimensional modeling resin composition containing a curable resin and inorganic filler particles, and the specific surface area of the inorganic filler particles is represented by the following formula. It is characterized by being 2 times or more.

理論比表面積(m/g)=6/(密度(g/cm)×平均粒子径D50(μm)) Theoretical specific surface area (m 2 / g) = 6 / (Density (g / cm 3 ) × Average particle diameter D 50 (μm))

理論比表面積は、各無機充填材粒子が平均粒子径D50の直径を有する球状であると仮定した場合の比表面積である。本発明の立体造形用樹脂組成物では、無機充填材粒子の比表面積が理論比表面積の2倍以上と大きく、表面の凹凸が大きいことを特徴とする。そのため、樹脂と無機充填材粒子の界面におけるアンカー効果が大きくなって両者が強固に接合され、得られる立体造形物の機械的強度が高くなる。 Theoretical specific surface area is the specific surface area in the case where the inorganic filler particles is assumed to be spherical with a diameter of average particle diameter D 50. The resin composition for three-dimensional modeling of the present invention is characterized in that the specific surface area of the inorganic filler particles is as large as twice or more than the theoretical specific surface area, and the surface irregularities are large. For this reason, the anchor effect at the interface between the resin and the inorganic filler particles is increased and the two are firmly bonded, and the mechanical strength of the resulting three-dimensional structure is increased.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、無機充填材粒子の比表面積が0.1〜5m/g以下であることが好ましい。 In the three-dimensional modeling resin composition of the present invention, the specific surface area of the inorganic filler particles is preferably 0.1 to 5 m 2 / g or less.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、無機充填材粒子の平均粒子径D50が1〜500μmであることが好ましい。 In the three-dimensional modeling resin composition of the present invention, the average particle diameter D50 of the inorganic filler particles is preferably 1 to 500 μm.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、無機充填材粒子がガラスまたは結晶化ガラスからなることが好ましい。ガラスまたは結晶化ガラスは加工性に優れ、表面の凹凸を容易に形成できるため好ましい。   In the three-dimensional modeling resin composition of the present invention, the inorganic filler particles are preferably made of glass or crystallized glass. Glass or crystallized glass is preferable because it has excellent processability and can easily form surface irregularities.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、無機充填材粒子の表面が、火炎研磨された後、粗面化処理されてなることが好ましい。このようにすれば、比表面積と理論比表面積が上記関係を満たしつつ、しかも比表面積が比較的小さい無機充填材粒子を容易に得ることができる。   In the three-dimensional modeling resin composition of the present invention, the surface of the inorganic filler particles is preferably subjected to a surface roughening treatment after being subjected to flame polishing. In this way, it is possible to easily obtain inorganic filler particles having a specific surface area and a theoretical specific surface area that satisfy the above-mentioned relationship and that has a relatively small specific surface area.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、無機充填材粒子の液相粘度logηが1.0以下であることが好ましい。このようにすれば、成形方法を適宜選択することにより、成形と同時に結晶を析出させることが可能となる。
In the resin composition for three-dimensional modeling of the present invention, the liquid phase viscosity log η of the inorganic filler particles is preferably 1.0 or less. If it does in this way, it becomes possible to precipitate a crystal | crystallization simultaneously with shaping | molding by selecting a shaping | molding method suitably.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、無機充填材粒子の密度が2.4〜7g/cmであることが好ましい。 In the resin composition for three-dimensional modeling of the present invention, the density of the inorganic filler particles is preferably 2.4 to 7 g / cm 3 .

本発明の立体造形用樹脂組成物において、硬化性樹脂が光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂であることが好ましい。   In the three-dimensional modeling resin composition of the present invention, the curable resin is preferably a photocurable resin or a thermosetting resin.

本発明の立体造形用樹脂組成物において、体積%で、硬化性樹脂 30〜99%、無機充填材粒子 1〜70%を含有することが好ましい。   The resin composition for three-dimensional modeling of the present invention preferably contains 30% to 99% curable resin and 1% to 70% inorganic filler particles by volume.

本発明の立体造形物の製造方法は、樹脂組成物からなる液状層に選択的に活性エネルギー光線を照射して所定のパターンを有する硬化層を形成し、前記硬化層上に新たな液状層を形成した後に活性エネルギー線を照射して前記硬化層と連続した所定パターンを有する新たな硬化層を形成し、所定の立体造形物が得られるまで前記硬化層の積層を繰り返す立体造形物の製造方法であって、樹脂組成物として、上記の立体造形用樹脂組成物を使用することを特徴とする。   In the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention, a liquid layer composed of a resin composition is selectively irradiated with active energy rays to form a cured layer having a predetermined pattern, and a new liquid layer is formed on the cured layer. A manufacturing method of a three-dimensional structure that repeats lamination of the hardened layer until a predetermined three-dimensional structure is obtained by forming a new hardened layer having a predetermined pattern continuous with the hardened layer by irradiation with active energy rays Then, the resin composition for three-dimensional modeling is used as the resin composition.

本発明によれば、従来よりも機械的強度の高い立体造形物を作製することが可能な立体造形用樹脂組成物を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resin composition for three-dimensional modeling which can produce the three-dimensional molded item whose mechanical strength is higher than before can be provided.

本発明の立体造形用樹脂組成物は、硬化性樹脂と無機充填材粒子を含有する。各々の含有量割合は、体積%で、硬化性樹脂 30〜99%、無機充填材粒子 1〜70%であることが好ましい。より好ましくは、硬化性樹脂が35〜95%、40〜90%、特に45〜85%であり、無機充填材粒子が5〜65%、10〜60%、特に15〜55%である。無機充填材粒子の含有量が少なすぎると、得られる立体造形物の機械的強度向上の効果が得られにくくなる。一方、無機充填材粒子の含有量が多すぎる場合は、各無機充填材粒子おける硬化性樹脂との接触面積が小さくなり、得られる立体造形物の機械的強度が低くなる傾向がある。また光造形法の場合は、樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎて、造形ステージ上に新たな液状層を形成しにくくなる等の不具合が発生しやすくなる。   The three-dimensional modeling resin composition of the present invention contains a curable resin and inorganic filler particles. Each content ratio is volume%, and is preferably 30 to 99% of the curable resin and 1 to 70% of the inorganic filler particles. More preferably, the curable resin is 35 to 95%, 40 to 90%, particularly 45 to 85%, and the inorganic filler particles are 5 to 65%, 10 to 60%, particularly 15 to 55%. If the content of the inorganic filler particles is too small, it is difficult to obtain the effect of improving the mechanical strength of the three-dimensional structure to be obtained. On the other hand, when the content of the inorganic filler particles is too large, the contact area with the curable resin in each inorganic filler particle tends to be small, and the mechanical strength of the resulting three-dimensional structure tends to be low. Further, in the case of the optical modeling method, the viscosity of the resin composition becomes too high, and problems such as difficulty in forming a new liquid layer on the modeling stage are likely to occur.

本発明で使用する硬化性樹脂は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよく、採用する造形法によって適宜選択することができる。例えば光造形法を使用する場合は液状の光硬化性樹脂を選択すればよく、また粉末焼結法を採用する場合は粉末状の熱硬化性樹脂を選択すればよい。   The curable resin used in the present invention may be either a photocurable resin or a thermosetting resin, and can be appropriately selected depending on the modeling method employed. For example, when using an optical modeling method, a liquid photocurable resin may be selected, and when a powder sintering method is used, a powdery thermosetting resin may be selected.

光硬化性樹脂としては、重合性のビニル系化合物、エポキシ系化合物等種々の樹脂を選択することができる。また単官能性化合物や多官能性化合物のモノマーやオリゴマーが用いられる。これらの単官能性化合物、多官能性化合物は、特に限定されるものではない。例えば、以下に光硬化性樹脂の代表的なものを挙げる。   As the photocurable resin, various resins such as a polymerizable vinyl compound and an epoxy compound can be selected. Monofunctional or polyfunctional compound monomers or oligomers are also used. These monofunctional compounds and polyfunctional compounds are not particularly limited. For example, typical examples of the photocurable resin are listed below.

重合性のビニル系化合物の単官能性化合物としては、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ジンクロペンテニルアクリレート、ボルニルアクリレート、ボルニルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、プロピレングリコールアクリレート、ビニルピロリドン、アクリルアミド、酢酸ビニル、スチレン等が挙げられる。また多官能性化合物としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジシクロペンテニルジアクリレート、ポリエステルジアクリレート、ジアリルフタレート等が挙げられる。これらの単官能性化合物や多官能性化合物の1種以上を単独または混合物の形で使用することができる。   Examples of the monofunctional compound of the polymerizable vinyl compound include isobornyl acrylate, isobornyl methacrylate, zinc pentenyl acrylate, bornyl acrylate, bornyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, propylene glycol Examples include acrylate, vinyl pyrrolidone, acrylamide, vinyl acetate, and styrene. Examples of the polyfunctional compound include trimethylolpropane triacrylate, EO-modified trimethylolpropane triacrylate, ethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6 -Hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, dicyclopentenyl diacrylate, polyester diacrylate, diallyl phthalate and the like. One or more of these monofunctional compounds and polyfunctional compounds can be used alone or in the form of a mixture.

ビニル系化合物の重合開始剤としては、光重合開始剤が用いられる。光重合開始剤としては、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、ミヒラーケトン等が代表的なものとして挙げることができ、これらの開始剤を1種または2種以上組み合わせて使用することができる。必要に応じてアミン系化合物等の増感剤を併用することも可能である。これらの重合開始剤の使用量は、ビニル系化合物に対してそれぞれ0.1〜10質量%であることが好ましい。   As a polymerization initiator for the vinyl compound, a photopolymerization initiator is used. As the photopolymerization initiator, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, acetophenone, benzophenone, xanthone, fluorenone, benzaldehyde, fluorene, anthraquinone, triphenylamine, carbazole, 3-methylacetophenone, Michler's ketone and the like can be mentioned as typical ones, and these initiators can be used alone or in combination of two or more. If necessary, a sensitizer such as an amine compound can be used in combination. It is preferable that the usage-amount of these polymerization initiators is 0.1-10 mass% with respect to a vinyl type compound, respectively.

エポキシ系化合物としては、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−m−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート等が挙げられる。これらのエポキシ系化合物を用いる場合には、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等のエネルギー活性カチオン開始剤を用いることができる。   Examples of the epoxy compound include hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4. -Epoxy) cyclohexane-m-dioxane, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate and the like. When using these epoxy compounds, an energy active cationic initiator such as triphenylsulfonium hexafluoroantimonate can be used.

さらに光硬化性樹脂には、レベリング剤、界面活性剤、有機高分子化合物、有機可塑剤等を必要に応じて添加してもよい。   Furthermore, a leveling agent, a surfactant, an organic polymer compound, an organic plasticizer, and the like may be added to the photocurable resin as necessary.

無機充填材粒子の比表面積は、下記式で表される理論比表面積の2倍以上であり、2.5倍以上、特に3倍以上であることが好ましい。このようにすれば、無機充填材粒子の表面の凹凸が大きくなるため、樹脂と無機充填材粒子の界面におけるアンカー効果が大きくなって両者が強固に接合され、得られる立体造形物の機械的強度を高めることができる。   The specific surface area of the inorganic filler particles is at least twice the theoretical specific surface area represented by the following formula, preferably at least 2.5 times, particularly preferably at least 3 times. In this way, since the irregularities on the surface of the inorganic filler particles are increased, the anchor effect at the interface between the resin and the inorganic filler particles is increased and the two are firmly bonded, and the mechanical strength of the resulting three-dimensional structure is obtained. Can be increased.

理論比表面積(m/g)=6/(密度(g/cm)×平均粒子径D50(μm)) Theoretical specific surface area (m 2 / g) = 6 / (Density (g / cm 3 ) × Average particle diameter D 50 (μm))

比表面積と理論比表面積が上記関係を満たす無機充填材粒子は、(1)無機充填材粒子を振動混合することにより粒子同士を互いに衝突させて、表面に凹凸を形成する方法、(2)無機充填材粒子の表面を酸性溶液等によりエッチングして表面に凹凸を形成する方法、(3)ガラスからなる無機充填材粒子を結晶化させて、結晶を無機充填材粒子表面から突出させることにより、凹凸を形成する方法、等が挙げられる。   The inorganic filler particles satisfying the above-mentioned relationship between the specific surface area and the theoretical specific surface area are: (1) a method in which the inorganic filler particles collide with each other by vibration mixing to form irregularities on the surface; (2) inorganic A method of forming irregularities on the surface by etching the surface of the filler particles with an acidic solution or the like, (3) crystallizing the inorganic filler particles made of glass, and projecting the crystals from the surface of the inorganic filler particles, And a method of forming irregularities.

なお、無機充填材粒子の比表面積が大きすぎると(例えば破砕形状)、後述するような不具合が発生する傾向がある。そこで、無機充填材粒子の比表面積が小さくなるよう、火炎研磨(ファイアポリッシュ)等の方法により無機充填材粒子の表面粗さを小さくしたり、無機充填材粒子を略球状に成形した後、上記の(1)〜(3)の工程を行うことが好ましい。あるいは、溶融ガラスを直接略球状に成形すると同時に結晶を析出させることが好ましい。   In addition, if the specific surface area of the inorganic filler particles is too large (for example, a crushed shape), there is a tendency that problems as described later occur. Therefore, after reducing the surface roughness of the inorganic filler particles by a method such as flame polishing (fire polishing) so as to reduce the specific surface area of the inorganic filler particles, or after forming the inorganic filler particles into a substantially spherical shape, It is preferable to perform the steps (1) to (3). Alternatively, it is preferable to form the molten glass directly into a substantially spherical shape and precipitate the crystals at the same time.

無機充填材粒子の比表面積は0.1〜5m/g、0.5〜4m/g、特に0.75〜3m/gであることが好ましい。無機充填材粒子の比表面積が小さすぎると、粒子径が大きくなる傾向があり、樹脂組成物の流動性が低下しやすくなる。一方、無機充填材粒子の比表面積が大きすぎると、硬化性樹脂の流動性が低下したり、界面泡が抜けにくくなる傾向がある。また、得られる立体造形物の機械的強度が低下しやすくなる。 The specific surface area of the inorganic filler particles is preferably 0.1 to 5 m 2 / g, 0.5 to 4 m 2 / g, and particularly preferably 0.75 to 3 m 2 / g. If the specific surface area of the inorganic filler particles is too small, the particle diameter tends to increase, and the fluidity of the resin composition tends to decrease. On the other hand, if the specific surface area of the inorganic filler particles is too large, the fluidity of the curable resin tends to be lowered, or the interfacial foam tends to be difficult to escape. Moreover, the mechanical strength of the obtained three-dimensional molded item tends to be lowered.

無機充填材粒子の平均粒子径D50は1〜500μm、1.5〜100μm、2〜50μm、特に2.5〜20μmであることが好ましい。無機充填材粒子の平均粒子径D50が小さくなるほど充填率を高めることができるが、硬化性樹脂の流動性が低下したり、界面泡が抜けにくくなる。一方、無機充填材粒子の平均粒子径D50が大きすぎると、充填率が低下しやすくなる。 The average particle diameter D 50 of the inorganic filler particles is preferably 1 to 500 μm, 1.5 to 100 μm, 2 to 50 μm, and particularly preferably 2.5 to 20 μm. The mean particle diameter D 50 of the inorganic filler particles can be enhanced more filling factor decreases, the fluidity is lowered curable resin, surfactant foam is less likely to escape. On the other hand, when the average particle diameter D 50 of the inorganic filler particles are too large, the filling rate tends to decrease.

なお本発明において、平均粒子径D50は一次粒子のメジアン径での50%体積累積径を示し、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された値をいう。 In the present invention, the average particle diameter D 50 represents the 50% volume cumulative diameter of the median diameter of the primary particles refers to a value measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.

無機充填材粒子の材質は特に限定されず、ガラス、結晶化ガラス、金属、セラミックス等を使用することができる。なかでも、加工性に優れ、表面の凹凸を容易に形成できる点で、ガラスまたは結晶化ガラスであることが好ましい。   The material of the inorganic filler particles is not particularly limited, and glass, crystallized glass, metal, ceramics and the like can be used. Among these, glass or crystallized glass is preferable because it is excellent in processability and can easily form surface irregularities.

無機充填材粒子の密度は2.4〜7g/cm、2.5〜6g/cm、特に2.6〜5g/cmであることが好ましい。無機充填材粒子の密度が低すぎると、軟化点が高くなる傾向があり、火炎研磨等による表面粗さの低減や球状化等の加工が困難になる。一方、無機充填材粒子の密度が大きすぎると、光造形法を適用した場合に樹脂組成物中で無機充填材粒子が沈降分離しやすくなる。 The density of the inorganic filler particles is preferably 2.4 to 7 g / cm 3 , 2.5 to 6 g / cm 3 , and particularly preferably 2.6 to 5 g / cm 3 . If the density of the inorganic filler particles is too low, the softening point tends to increase, and it becomes difficult to reduce the surface roughness by flaming polishing or the like, or to process such as spheroidization. On the other hand, if the density of the inorganic filler particles is too large, the inorganic filler particles are likely to settle and separate in the resin composition when the optical modeling method is applied.

無機充填材粒子を構成するガラスまたは結晶化ガラスとしては、例えばSiO−B−R’O(R’はアルカリ金属元素)系ガラス、SiO−Al−RO(Rはアルカリ土類金属元素)系ガラス、SiO−Al−R’O−RO系ガラス、SiO−Al−B−R’O系ガラス、SiO−Al−B−R’O−RO系ガラス、SiO−R’O系ガラス、SiO−R’O−RO系ガラス等が使用できる。 As the glass or crystallized glass constituting the inorganic filler particles, for example, SiO 2 —B 2 O 3 —R ′ 2 O (R ′ is an alkali metal element) glass, SiO 2 —Al 2 O 3 —RO (R Is an alkaline earth metal element) glass, SiO 2 —Al 2 O 3 —R ′ 2 O—RO glass, SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 —R ′ 2 O glass, SiO 2 — Al 2 O 3 —B 2 O 3 —R ′ 2 O—RO glass, SiO 2 —R ′ 2 O glass, SiO 2 —R ′ 2 O—RO glass, and the like can be used.

なお、無機充填材粒子として密度の高いものを使用することにより、得られる立体造形物に重厚感を持たせることができる。無機充填材粒子の密度を高める観点からは、ガラス組成として、Ba、La、Gd、Ta、Nb、W、Bi及びTe等の比較的原子量の大きい元素を含有することが好ましい。例えば、これらの酸化物の含有量を以下の通り規制することが好ましい。   In addition, a solid feeling can be given to a three-dimensional molded item obtained by using a high-density thing as an inorganic filler particle. From the viewpoint of increasing the density of the inorganic filler particles, the glass composition preferably contains an element having a relatively large atomic weight such as Ba, La, Gd, Ta, Nb, W, Bi, and Te. For example, it is preferable to regulate the content of these oxides as follows.

BaOの含有量は、質量%で、1%以上、10%以上、20%以上、特に30%以上が好ましい。BaOの含有量が多すぎると、失透しやすくなり、ガラス化が困難となる傾向があるため、60%以下、特に50%以下が好ましい。   The content of BaO is 1% or more, 10% or more, 20% or more, particularly 30% or more in mass%. When there is too much content of BaO, it will become easy to devitrify and it will become difficult to vitrify, Therefore 60% or less, Especially 50% or less are preferable.

La+Gd+Ta+Nb+WO+Bi+TeOの含有量は、質量%で、1%以上、10%以上、特に20%以上が好ましい。ただし、これらの成分の合量が多すぎると、原料コストが高くなる傾向があるため、80%以下、70%以下、特に60%以下が好ましい。 The content of La 2 O 3 + Gd 2 O 3 + Ta 2 O 5 + Nb 2 O 5 + WO 3 + Bi 2 O 3 + TeO 2 is mass%, preferably 1% or more, 10% or more, and particularly preferably 20% or more. However, if the total amount of these components is too large, the raw material cost tends to increase, so 80% or less, 70% or less, particularly 60% or less is preferable.

なお、立体造形物の意匠性の観点から、無機充填材粒子の屈折率を高めたい場合は、屈折率向上の効果が高いTiOを含有させることが好ましい。TiOの含有量は、質量%で、0.1%以上、1%以上、5%以上、10%以上、特に30%以上が好ましい。ただし、TiOの含有量が多すぎると、光透過率が低下して意匠性を損なうおそれがあるため、上限は50%以下、特に45%以下が好ましい。特に、TiOはFeと錯体を形成することにより光透過率を顕著に低下させる傾向がある。そのため、Feは、質量%で、0.1%以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。なお、「実質的に含有しない」とは、積極的に原料として含有させないことを意味し、不可避的不純物の含有を排除するものではない。 In addition, from the viewpoint of the design properties of the three-dimensional structure, when it is desired to increase the refractive index of the inorganic filler particles, it is preferable to contain TiO 2 having a high effect of improving the refractive index. The content of TiO 2 is preferably 0.1% or more, 1% or more, 5% or more, 10% or more, and particularly preferably 30% or more in mass%. However, if the content of TiO 2 is too large, the light transmittance may be lowered and the designability may be impaired. Therefore, the upper limit is preferably 50% or less, particularly 45% or less. In particular, TiO 2 tends to significantly reduce the light transmittance by forming a complex with Fe 2 O 3 . Therefore, it is preferable that Fe 2 O 3 is 0.1% or less, particularly not substantially contained by mass%. In addition, “substantially not containing” means not actively containing as a raw material, and does not exclude the inclusion of inevitable impurities.

SiO、Al、B及びPは密度を低下させる成分であるため、高密度の立体造形物を得る場合は、これらの成分の含有量は合量で50%以下、40%以下、特に30%以下が好ましい。なお、耐失透性に優れた無機充填材粒子を得る観点からは、SiO、Al、B及びPを合量で1%以上、5%以上、特に10%以上含有させてもよい。 Since SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 are components that lower the density, when obtaining a high-density three-dimensional object, the content of these components is 50% in total. Hereinafter, 40% or less, particularly 30% or less is preferable. From the viewpoint of obtaining inorganic filler particles having excellent devitrification resistance, the total amount of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and P 2 O 5 is 1% or more, 5% or more, particularly 10 % Or more may be contained.

Sb及びCeOはFe成分に起因する光透過率低下を抑制する効果がある。Sb+CeOの含有量は0.01〜1%、特に0.1〜0.8%が好ましい。Sb+CeOの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Sb+CeOの含有量が多すぎると、逆に光透過率が低下しやすくなったり、成形時に失透しやすくなる。なお、Sb及びCeOの各々の含有量も上記範囲であることが好ましい。 Sb 2 O 3 and CeO 2 have an effect of suppressing a decrease in light transmittance caused by the Fe component. The content of Sb 2 O 3 + CeO 2 is preferably 0.01 to 1%, particularly preferably 0.1 to 0.8%. When Sb 2 O 3 + CeO 2 content is too small, the effect is difficult to obtain. On the other hand, if the content of Sb 2 O 3 + CeO 2 is too large, the light transmittance tends to decrease, or the glass tends to devitrify during molding. Incidentally, it is preferable that the content of each of the Sb 2 O 3 and CeO 2 are also within the above range.

また、NiO、Cr及びCuOも光透過率低下の原因となるため、その含有量は質量%の合量で1%以下、0.75%以下、特に0.5%以下であることが好ましい。 Further, since NiO, Cr 2 O 3 and CuO also cause a decrease in light transmittance, the total content thereof is 1% or less, 0.75% or less, particularly 0.5% or less in terms of the total mass. Is preferred.

NaO、KO及びLiOの含有量は質量%の合量で5%以下、2.5%以下、特に1%以下とすることが好ましい。これらの成分の範囲を上記のように規制すれば、樹脂硬化時におけるアルカリ成分の蒸発を抑制できる。また、化学耐久性の劣化を抑制できる。 The content of Na 2 O, K 2 O and Li 2 O is 5% or less, 2.5% or less, and particularly preferably 1% or less in terms of the total mass. If the range of these components is regulated as described above, evaporation of the alkaline component during resin curing can be suppressed. Moreover, deterioration of chemical durability can be suppressed.

また環境上の理由から、フッ素、鉛、アンチモン、ヒ素、塩素及び硫黄の含有量は合量で1質量%以下、0.5質量%以下、特に0.1質量%以下とすることが好ましい。   For environmental reasons, the total content of fluorine, lead, antimony, arsenic, chlorine and sulfur is preferably 1% by mass or less, 0.5% by mass or less, and particularly preferably 0.1% by mass or less.

無機充填材粒子の液相粘度logηは1.0以下、0.9以下、特に0.8以下であることが好ましい。無機充填材粒子の液相粘度logηが当該範囲を満たすことにより、略球状に成形することが容易になる。また、成形と同時に結晶を析出させやすくなる。   The liquid phase viscosity log η of the inorganic filler particles is preferably 1.0 or less, 0.9 or less, and particularly preferably 0.8 or less. When the liquid phase viscosity log η of the inorganic filler particles satisfies this range, it becomes easy to form a substantially spherical shape. Moreover, it becomes easy to precipitate a crystal | crystallization simultaneously with shaping | molding.

無機充填材粒子は、表面がシランカップリング剤によって処理されていることが好ましい。シランカップリング剤で処理すれば、無機充填材粒子と硬化性樹脂の結合力を高めることができ、より機械的強度に優れた立体造形物を得ることが可能になる。さらに、無機充填材粒子と硬化性樹脂のなじみがよくなり、界面泡を低減できる。シランカップリング剤としては、例えばアミノシラン、エポキシシラン、アクリルシラン等が好ましい。なおシランカップリング剤は、用いる硬化性樹脂に応じて適宜選択すればよく、例えば光硬化性樹脂としてビニル系不飽和化合物を用いる場合にはアクリルシラン系シランカップリング剤、エポキシ系化合物を用いる場合にはエポキシシラン系シランカップリング剤を用いることが好ましい。   The surface of the inorganic filler particles is preferably treated with a silane coupling agent. By treating with a silane coupling agent, it is possible to increase the bonding strength between the inorganic filler particles and the curable resin, and to obtain a three-dimensionally shaped article with better mechanical strength. Furthermore, the familiarity between the inorganic filler particles and the curable resin is improved, and the interface foam can be reduced. As the silane coupling agent, for example, aminosilane, epoxy silane, acrylic silane and the like are preferable. The silane coupling agent may be appropriately selected according to the curable resin to be used. For example, when a vinyl unsaturated compound is used as the photocurable resin, an acrylic silane silane coupling agent or an epoxy compound is used. It is preferable to use an epoxy silane-based silane coupling agent.

さらに、機械的強度向上を目的として、酸化物ナノ粒子を、樹脂組成物中に1体積%以下の割合で添加してもよい。酸化物ナノ粒子としては、ZrO、AlまたはSiO等を使用することができる。 Furthermore, for the purpose of improving mechanical strength, oxide nanoparticles may be added to the resin composition at a ratio of 1% by volume or less. As the oxide nanoparticles, ZrO 2 , Al 2 O 3, SiO 2 or the like can be used.

次に、本発明の立体造形物の製造方法の一例を説明する。具体的には、光硬化性樹脂を含む樹脂組成物を用いた立体造形物の製造方法について説明する。なお樹脂組成物は既述の通りであり、ここでは説明を省略する。   Next, an example of the manufacturing method of the three-dimensional molded item of this invention is demonstrated. Specifically, the manufacturing method of the three-dimensional molded item using the resin composition containing photocurable resin is demonstrated. The resin composition is as described above, and the description is omitted here.

まず光硬化性樹脂組成物からなる1層の液状層を準備する。例えば液状の光硬化性樹脂組成物を満たした槽内に造形用ステージを設け、ステージ上面が液面から所望の深さ(例えば0.2mm程度)となるように位置させる。このようにすることで、ステージ上に液状層を準備することができる。   First, one liquid layer made of a photocurable resin composition is prepared. For example, a modeling stage is provided in a tank filled with a liquid photocurable resin composition, and the stage upper surface is positioned so as to have a desired depth (for example, about 0.2 mm) from the liquid surface. By doing in this way, a liquid layer can be prepared on a stage.

次に、この液状層に活性エネルギー線、例えば紫外線レーザーを照射して光硬化性樹脂を硬化させ、所定のパターンを有する硬化層を形成する。なお活性エネルギー線としては、紫外線の他に、可視光線、赤外線等のレーザー光を用いることができる。   Next, the liquid layer is irradiated with an active energy ray, for example, an ultraviolet laser to cure the photocurable resin, thereby forming a cured layer having a predetermined pattern. As the active energy ray, laser light such as visible light and infrared light can be used in addition to ultraviolet light.

続いて、形成した硬化層上に、光硬化性樹脂組成物からなる新たな液状層を準備する。例えば、前記した造形用ステージを1層分下降させることにより、硬化層上に光硬化性樹脂を導入し、新たな液状層を準備することができる。   Then, the new liquid layer which consists of a photocurable resin composition is prepared on the formed cured layer. For example, by lowering the modeling stage by one layer, a photocurable resin can be introduced onto the cured layer to prepare a new liquid layer.

その後、硬化層上に準備した新たな液状層に活性エネルギー線を照射して、前記硬化層と連続した新たな硬化層を形成する。   Thereafter, an active energy ray is irradiated to a new liquid layer prepared on the cured layer to form a new cured layer continuous with the cured layer.

以上の操作を繰り返すことによって硬化層を連続的に積層し、所定の立体造形物を得る。   By repeating the above operation, the hardened layer is continuously laminated to obtain a predetermined three-dimensional object.

以下に本発明の立体造形用樹脂組成物を実施例に基づいて説明する。表1は本発明の実施例1、2及び比較例を示している。   Hereinafter, the resin composition for three-dimensional modeling of the present invention will be described based on examples. Table 1 shows Examples 1 and 2 of the present invention and comparative examples.

(光硬化性樹脂の作製)
まずイソホロンジイソシアネート、モルホリンアクリルアミド及びジブチル錫ジラウレートをオイルバスで加熱した。次に、グリセリンモノメタクリレートモノアクリレートにメチルヒドロキノンを均一に混合溶解させた液を入れ撹拌混合して反応させた。さらに、ペンタエリスリトールのプロピレンオキサイド4モル付加物(ペンタエリスリトールの4個の水酸基にプロピレンオキサイドをそれぞれ1モル付加したもの)を加えて反応させることにより、ウレタンアクリレートオリゴマーとモルホリンアクリルアミドを含む反応生成物を作製した。
(Production of photocurable resin)
First, isophorone diisocyanate, morpholine acrylamide and dibutyltin dilaurate were heated in an oil bath. Next, a liquid in which methylhydroquinone was uniformly mixed and dissolved in glycerin monomethacrylate monoacrylate was added and stirred and mixed to react. Further, a reaction product containing a urethane acrylate oligomer and morpholine acrylamide is obtained by adding and reacting a propylene oxide 4 mol adduct of pentaerythritol (1 mol of propylene oxide added to 4 hydroxyl groups of pentaerythritol). Produced.

得られた反応生成物に、モルホリンアクリルアミド、ジシクロペンタニルジアクリレートを添加した。さらに、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(光重合開始剤)を添加し、無色透明なアクリル系光硬化性樹脂を得た。このアクリル系光硬化性樹脂は、粘度が1Pa・s、硬化後の屈折率ndが1.5103であった。   Morpholine acrylamide and dicyclopentanyl diacrylate were added to the obtained reaction product. Further, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (photopolymerization initiator) was added to obtain a colorless and transparent acrylic photocurable resin. This acrylic photocurable resin had a viscosity of 1 Pa · s and a refractive index nd after curing of 1.5103.

(無機充填材粒子の作製)
ガラス組成として、質量%で、TiO 37%、BaO 46%、Al 3%、SiO 9%、CaO 5%となるように調合した原料を均一になるよう溶融し、溶融ガラスを成形ローラーでフィルム状に成形した後、粉砕し、ガラス粉末を作製した。得られたガラス粉末を酸素バーナーのフレームに当て、球状に成形した。その後、分級をすることで平均粒子径D50が5μmのガラスビーズを得た。
(Preparation of inorganic filler particles)
As a glass composition, TiO 2 37%, BaO 46%, Al 2 O 3 3%, SiO 2 9%, and CaO 5% were melted uniformly to obtain a glass composition. After forming into a film with a forming roller, it was pulverized to produce a glass powder. The obtained glass powder was applied to an oxygen burner frame and formed into a spherical shape. Thereafter, the average particle size D 50 by classification to obtain glass beads 5 [mu] m.

上記のガラスビーズに対し、1000℃で60分間の熱処理を施して結晶を析出させることにより、無機充填材粒子Aを得た。無機充填材粒子Aの表面には析出結晶が突出していることにより凹凸形状が形成されていた。   Inorganic filler particles A were obtained by subjecting the glass beads to a heat treatment at 1000 ° C. for 60 minutes to precipitate crystals. An uneven shape was formed on the surface of the inorganic filler particles A due to protruding precipitated crystals.

また、上記のガラスビーズを振動混合装置内で1時間振動混合することにより無機充填材粒子Bを得た。混合工程で粒子同士が互いに衝突したことにより、無機充填材粒子Bの表面には凹凸が形成されていた。   Moreover, the inorganic filler particle B was obtained by carrying out the vibration mixing of said glass bead for 1 hour within a vibration mixing apparatus. As the particles collided with each other in the mixing step, irregularities were formed on the surface of the inorganic filler particles B.

無機充填材粒子Cとしては、上記のガラスビーズをそのまま使用した。   As the inorganic filler particles C, the above glass beads were used as they were.

なお、無機充填材粒子の各特性は以下のようにして測定した。   Each characteristic of the inorganic filler particles was measured as follows.

比表面積はBET法により測定した。   The specific surface area was measured by the BET method.

密度はアルキメデス法により測定した。   The density was measured by the Archimedes method.

液相粘度logηは、上記組成を有するガラスの液相温度における粘度を白金球引き上げ法で測定した。   The liquid phase viscosity log η was measured by the platinum ball pulling method for the viscosity at the liquid phase temperature of the glass having the above composition.

(立体造形物の作製)
アクリル系光硬化性樹脂70体積%、無機充填材粒子30体積%の割合で混合し、3本ローラーにより混練を行い、均質にガラスビーズを分散させたペースト状樹脂を得た。このペースト状樹脂をテフロン製の内寸30mm□の型枠に流し入れた。その後、500mW、波長405nmの光を10秒間照射し、80℃にてキュアを行い、立体造形物を得た。得られた立体造形物について、曲げ強度及び剛性率を測定した。結果を表1に示す。
(Production of 3D objects)
The mixture was mixed at a ratio of 70% by volume of acrylic photocurable resin and 30% by volume of inorganic filler particles, and kneaded with three rollers to obtain a paste-like resin in which glass beads were uniformly dispersed. This pasty resin was poured into a mold made of Teflon and having an inner size of 30 mm □. Then, the light of 500 mW and wavelength 405nm was irradiated for 10 seconds, and it cured at 80 degreeC, and obtained the three-dimensional molded item. About the obtained three-dimensional molded item, bending strength and rigidity were measured. The results are shown in Table 1.

立体造形物の曲げ強度は、JIS R 1601の3点曲げ強度試験に従って測定した。なお、測定には幅4mm×長さ40mm×厚み3mmの試料を用い、スパンは30mmとした。   The bending strength of the three-dimensional structure was measured according to the three-point bending strength test of JIS R 1601. In addition, the sample of width 4mm * length 40mm * thickness 3mm was used for the measurement, and the span was 30 mm.

立体造形物の剛性率は共振法で測定した。なお、測定には幅20mm×長さ40mm×厚み2mmの試料を用いた。   The rigidity of the three-dimensional structure was measured by a resonance method. For the measurement, a sample having a width of 20 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 2 mm was used.

表1から明らかなように、実施例1、2の立体造形物は曲げ強度が30MPa以上、剛性率が14GPa以上と機械的強度に優れていた。一方、比較例の立体造形物は曲げ強度が28MPa、剛性率が12GPa以上であり、実施例1、2と比較して機械的強度に劣っていた。   As is clear from Table 1, the three-dimensionally shaped objects of Examples 1 and 2 were excellent in mechanical strength with a bending strength of 30 MPa or more and a rigidity of 14 GPa or more. On the other hand, the three-dimensional model of the comparative example had a bending strength of 28 MPa and a rigidity of 12 GPa or more, and was inferior in mechanical strength as compared with Examples 1 and 2.

Claims (10)

硬化性樹脂と無機充填材粒子を含有する立体造形用樹脂組成物であって、無機充填材粒子の比表面積が、下記式で表される理論比表面積の2倍以上であることを特徴とする立体造形用樹脂組成物。
理論比表面積(m/g)=6/(密度(g/cm)×平均粒子径D50(μm))
A resin composition for three-dimensional modeling containing a curable resin and inorganic filler particles, wherein the specific surface area of the inorganic filler particles is at least twice the theoretical specific surface area represented by the following formula: Three-dimensional modeling resin composition.
Theoretical specific surface area (m 2 / g) = 6 / (Density (g / cm 3 ) × Average particle diameter D 50 (μm))
無機充填材粒子の比表面積が0.1〜5m/gであることを特徴とする請求項1に記載の立体造形用樹脂組成物。 The resin composition for three-dimensional modeling according to claim 1, wherein the specific surface area of the inorganic filler particles is 0.1 to 5 m 2 / g. 無機充填材粒子の平均粒子径D50が1〜500μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の立体造形用樹脂組成物。 3. The resin composition for three-dimensional modeling according to claim 1, wherein the inorganic filler particles have an average particle diameter D 50 of 1 to 500 μm. 無機充填材粒子がガラスまたは結晶化ガラスからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の立体造形用樹脂組成物。   The resin composition for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic filler particles are made of glass or crystallized glass. 無機充填材粒子の表面が、火炎研磨された後、粗面化処理されてなることを特徴とする請求項4に記載の立体造形用樹脂組成物。   The resin composition for three-dimensional modeling according to claim 4, wherein the surface of the inorganic filler particles is subjected to a surface roughening treatment after being subjected to flame polishing. 無機充填材粒子の液相粘度logηが1.0以下であることを特徴とする請求項4または5に記載の立体造形用樹脂組成物。   6. The resin composition for three-dimensional modeling according to claim 4, wherein the liquid phase viscosity log η of the inorganic filler particles is 1.0 or less. 無機充填材粒子の密度が2.4〜7g/cmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の立体造形用樹脂組成物。 The density of inorganic filler particles is 2.4 to 7 g / cm 3 , and the resin composition for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 6. 硬化性樹脂が光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の立体造形用樹脂組成物。   The resin composition for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 7, wherein the curable resin is a photocurable resin or a thermosetting resin. 体積%で、硬化性樹脂 30〜99%、無機充填材粒子 1〜70%を含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の立体造形用樹脂組成物。   The resin composition for three-dimensional model | molding as described in any one of Claims 1-8 characterized by containing 30-99% of curable resin and 1-70% of inorganic filler particles by volume%. 樹脂組成物からなる液状層に選択的に活性エネルギー光線を照射して所定のパターンを有する硬化層を形成し、前記硬化層上に新たな液状層を形成した後に活性エネルギー線を照射して前記硬化層と連続した所定パターンを有する新たな硬化層を形成し、所定の立体造形物が得られるまで前記硬化層の積層を繰り返す立体造形物の製造方法であって、樹脂組成物として、請求項1〜9のいずれかに記載の立体造形用樹脂組成物を使用することを特徴とする立体造形物の製造方法。   The liquid layer made of the resin composition is selectively irradiated with active energy rays to form a cured layer having a predetermined pattern, and after forming a new liquid layer on the cured layer, the active energy ray is irradiated to form the cured layer. A method for producing a three-dimensional structure that forms a new hardened layer having a predetermined pattern continuous with the hardened layer and repeats the lamination of the hardened layers until a predetermined three-dimensional structure is obtained, wherein the resin composition is a claim. The manufacturing method of the three-dimensional molded item characterized by using the resin composition for three-dimensional modeling in any one of 1-9.
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