液晶ディスプレイ(LCD)照射型3Dプリンタに適用可能な自由ラジカル/カチオン性感光性樹脂の設計と合成

Design and Synthesis of Free-Radical/Cationic Photosensitive Resin Applied for 3D Printer with Liquid Crystal Display (LCD) Irradiation.

• Junyang Shan
• Zijun Yang
• Guoguang Chen
• Yang Hu
• Ying Luo
• Xianming Dong
• Wenxu Zheng
• Wuyi Zhou

抄録

本研究では、液晶ディスプレイ（LCD）照射によるUV硬化型3Dプリントプロセスを目指して、新規なフリーラジカル/カチオンハイブリッド感光性樹脂を設計・作製した。試験の結果、アクリル酸モノマーはフリーラジカル重合が可能であり、エポキシドはカチオン重合が可能であることがわかった。紫外線硬化の過程で、アクリレートポリマーとエポキシドポリマーは架橋され、さらに非共有結合によって一緒にロックされた。そのため、光硬化型の3Dプリンティングプロセスにより、ポリマーネットワーク(IPN)構造を形成することができた。フーリエ変換赤外分光法（FT-IR）により、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキシルギ酸塩とアクリル樹脂は、いずれも紫外線硬化プロセスにうまく関与していることが明らかになった。さらに、3Dプリント対象物を完全に硬化させるためには、後処理が非常に重要であることがわかった。印刷物の動的機械的特性を系統的に検討した結果、ＵＶ照射後の加熱処理工程は、イルガキュア２６１によって誘導されたＵＶ-６１１０のカチオン重合を完全に硬化させるために非常に必要であり、好ましいことが示された。最適な加熱処理条件は、７０℃の温度で３時間の加熱処理で達成された。

In this work, aiming at a UV-curing 3D printing process with liquid crystal display (LCD) irradiation, a novel free-radical/cationic hybrid photosensitive resin was designed and prepared. After testing, the results showed that the acrylate monomers could be polymerized through a free-radical mechanism, while the epoxides were polymerized by a cationic curing mechanism. During the process of UV-curing, the acrylate and epoxide polymers were crosslinked and further locked together by non-covalent bonds. Therefore, an interpenetrating polymer network (IPN) structure could be formed through light-curing 3D-printing processes. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) revealed that the 3,4-epoxy cyclohexyl methyl-3,4-epoxy cyclohexyl formate and acrylic resin were both successfully involved in the UV-curing process. Furthermore, in order to make the 3D-printed objects cured completely, post-processing was of great importance. The results from the systematic study of the dynamic mechanical properties of the printed objects showed that the heating treatment process after UV irradiation was very necessary and favorable for the complete cationic polymerization of UV-6110 induced by Irgacure 261. The optimum heating treatment conditions were achieved at a temperature of 70 °C for 3 h.