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Title:
USE FOR STEREOSCOPIC PHOTOLITHOGRAPHY OF A LIQUID COMPOSITION CROSS-LINKABLE BY IRRADIATION USING A CATION COMPRISING A PHOTOINITIATOR OF THE ONIUM SALTS OR OF ORGANOMETALLIC COMPLEX TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/028663
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns LASER stereoscopic photolithography (SPL) from a liquid resin precursor, cross-linkable by cationic process, under actinic activation. The aim of the invention is the improvement of known SPL resins ( decrease of volume shrinkage, lower initial viscosity for the resin, optimisation of the mechanical properties of the objects shaped by SPL). To achieve this aim, the invention proposes the use of specifically selected photoinitiators, of the onium borate type, 1) and/or oxoisothiochromanium 2) and/or monosulphonium or polysulphonium 3) and/or organometallic complexes 4) combined, for example, with polydimethylsiloxanes functionalised by groups cross-linkable by cationic process of the epoxy type, under UV LASER. These borates contain fluorosubstituted phenyls. The invention also concerns the corresponding method for making objects by SPL, as well as the liquid composition for initiating the implementation. The invention is applicable to phototype.

Inventors:
KARRER PHILIPPE (FR)
Application Number:
PCT/FR1997/002362
Publication Date:
July 02, 1998
Filing Date:
December 19, 1997
Export Citation:
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Assignee:
RHODIA CHIMIE SA (FR)
KARRER PHILIPPE (FR)
International Classes:
C08K5/00; C08K5/55; G03F7/00; G03F7/029; G03F7/038; (IPC1-7): G03C9/08; C08K5/00; C08K5/55; G03F7/029; G03F7/038
Domestic Patent References:
WO1992015620A11992-09-17
WO1992020014A11992-11-12
Foreign References:
EP0732625A21996-09-18
EP0646580A21995-04-05
EP0605361A21994-07-06
EP0703236A11996-03-27
EP0614958A11994-09-14
Attorney, Agent or Firm:
Trolliet, Maurice (Direction de la Propri�t� Industrielle Crit-Carriere, Bo�te postale 62 Saint-Fons Cedex, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS : 1-Utilisation pour la photolithographie-en particulier la stéréophotolithographie-d'une composition réticulable par voie cationique, notamment par activation actinique, et comportant : 0 une matière première comprenant au moins un monomère et/ou un oligomere et/ou un polymère choisi parmi les composés comportant au moins un groupe hétérocyclique ayant un ou plusieurs atomes électro-donneurs tels que O, S, N et P, et parmi ceux comportant au moins un groupe éthyléniquement insaturé substitué par un atome électrodonneur qui augmente la basicité du système #, ce groupe hétérocyclique et ce groupe éthyléniquement insaturé étant des groupes (Grc), de pontage réticulables par voie cationique ; O et une quantité efficace de (système) amorceur cationique comprenant comme photoamorceur, un produit choisi parmi les borates d'onium d'un élément des groupes 15 à 17 de la classification périodique [Chem & Eng. News, vo
1. l. 63, N° 5, 26 du 4 Février 1985] ou d'un complexe organométallique d'un élément des groupes 4 à 10 de la classification périodique [même référence], A dont l'entité cationique est sélectionnée parmi : 1) les sels d'onium de formule (I) : [(Rl) nA (R2) m] + (I) formule dans laquelle : . A représente un élément des groupes 15 à 17 tel que par exemple, I, S, Se, P, ou N, Rl représente un radical aryle carbocyclique ou hétérocyclique en C6C20, ledit radical hétérocyclique pouvant contenir comme hétéroéléments de i'azote ou du soufre ; . R2 représente R1 ou un radical alkyle ou alkényle linéaire ou ramifié en ClC30 ; lesdits radicaux R1 et R2 étant éventuellement substitués par un groupement alcoxy en C IC25, alkyle en ClC nitro, chloro, bromo, cyano, carboxy, ester ou mercapto, . n est un nombre entier allant de 1 à v + 1, v étant la valence de l'élément A, o m est un nombre entier allant de 0 à v1 avec n + m = v + 1, 2) Les sels d'oxoisothiochromanium, notamment le sel de sulfonium du 2 éthyl4oxoisothiochromanium ou de 2dodécyl4oxoisothiochromanium, 3) les sels de sulfonium dans lesquelles l'entité cationique comprend : e 3. 1. au moins une espèce polysulfonium de formule III. 1. dans laquelle : les symboles Arl, qui peuvent être identiques ou différents entreeux, représentent chacun un radical monovalent phényle ou naphtyle, éventuellement substitué avec un ou plusieurs radicaux choisis parmi : un radical alkyle linéaire ou ramifié en C1 C12, de préférence en C1C6, un radical alkoxy linéaire ou ramifié en Cl C12, de préférence en C1C6, un atome d'halogène, un groupeOH, un groupeCOOH, un groupe ester COOalkyle où la partie alkyle est un reste linéaire ou ramifié en C1 C12, de préférence en ClC6, et un groupement de formuleY4Ar2 où les symboles Y4 et Ar2 ont les significations données juste ciaprès, les symboles Ar2, qui peuvent être identiques ou différents entre eux ou avec Arl, représentent chacun un radical monovalent phényle ou naphtyle, éventuellement substitué avec un ou plusieurs radicaux choisis parmi : un radical alkyle linéaire ou ramifié en ClC12, de préférence en C1C6, un radical alkoxy linéaire ou ramifié en ClCl2, de préférence en C1C6, un atome d'halogène, un groupeOH, un groupeCOOH, un groupe ester COOalkyle où la partie alkyle est un reste linéaire ou ramifié en ClCl2, de préférence en C 1C6> les symboles Ar3, qui peuvent être identiques ou différents entre eux, représentent chacun un radical divalent phénylène ou naphtylène, éventuellement substitué avec un ou plusieurs radicaux choisis parmi : un radical alkyle linéaire ou ramifié en ClCl2, de préférence en C1C6, un radical alkoxy linéaire ou ramifié en ClC12, de préférence en C1C6, un atome d'halogène, un groupeOH, un groupeCOOH, un groupe ester COOalkyle où la partie alkyle est un reste linéaire ou ramifié en C1C127 de préférence en C1C6, t est un nombre entiers égal à 0 ou 1, avec les conditions supplémentaires selon lesquelles : + quand t = 0, le symbole Y est alors un radical monovalent Y1 représentant le groupement de formule : où les symboles Arl et Ar2 possèdent les significations données ciavant, + quand t =1: # d'une part, le symbole Y est alors un radical divalent ayant les significations y2 à Y4 suivantes : . y2 : un groupement de formule : où le symbole Ar2 possède les significations données ciavant, . Y3 : un lien valentiel simple, . Y4 : un reste divalent choisi parmi : un reste alkylène linéaire ou ramifié en C 1C 12, de préférence en CiCe, et un reste de formuleSi (CH3) 20, 0 d'autre part, dans le cas uniquement où le symbole Y représente Y3 ou Y4, les radicaux Arl et Ar2 (terminaux) possèdent, outre les significations données ciavant, la possibilité d'être reliés entre eux par le reste Y'consistant dans Y'1 un lien valentiel simple ou dans Y'2 un reste divalent choisi parmi les restes cités à propos de la définition de Y4, qui est installé entre les atomes de carbone, se faisant face, situés sur chaque cycle aromatique en position ortho par rapport à l'atome de carbone directement relié au cation S+ ; 3. 2. et/ou au moins une espèce monosulfonium possédant un seul centre cationique S+ par mole de cation et consistant dans la plupart des cas dans des espèces de formule : dans laquelle Arl et Ar2 ont les significations données ciavant à propos de la formule (III. 1), incluant la possibilité de relier directement entre eux un seul des radicaux Arl à Ar2 selon la manière indiquée ciavant à propos de la définition de la condition supplémentaire en vigueur quand t = 1 dans la formule (II), faisant appel au reste Y' ; 4) les sels organométalliques de formule (IV) (L1L2L3M)+q (IV) formule dans laquelle : . M représente un métal du groupe 4 à 10, notamment du fer, manganèse, chrome, cobalt...
2. L.
3. représente.
4. ligand lié au métal M par des électrons #, ligand choisi parmi les ligands T13alkyl, tl5cyclopendadiènyl et 7 cycloheptratriènyl et les composés tl6aromatiques choisis parmi les ligands 116benzène éventuellement substitués et les composés ayant de 2 à 4 cycles condensés, chaque cycle étant capable de contribuer à la couche de valence du métal M par 3 à 8 électrons #; . L2 représente un ligand lié au métal M par des électrons n, ligand choisi parmi les ligands #7cycloheptatriènyl et les composés q6 aromatiques choisis parmi les ligands t6benzène éventuellement substitués et les composés ayant de 2 à 4 cycles condensés, chaque cycle étant capable de contribuer à la couche de valence du métal M par 6 ou 7 électrons ic ; L3 représente de 0 à 3 ligands identiques ou différents liés au métal M par des électrons, ligand (s) choisi (s) parmi CO et NO2+; la charge électronique totale q du complexe à laquelle contribuent L1, L2 et L3 et la charge ionique du métal M étant positive et égale ai ou 2 ; A I'entité anionique borate ayant pour formule : IBXA Rbl formule dans laquelle : a et b sont des nombres entiers allant pour a de 0 à 3 et pour b de.
5. à4aveca+b=4, les symboles X représentent : * un atome d'halogène (chlore, fluor) avec a = 0 à 3, * une fonction OH avec a = 0 à 2, les symboles R sont identiques ou différents et représentent : > un radical phényle substitué par au moins un groupement électroattracteur tel que par exemple OCF3, CF3, NO2, CN, et/ou par au moins.
6. tomes d'halogène (fluor tout particulièrement), et ce lorsque l'entité cationique est un onium d'un élément des groupes 15 à 17 > un radical phényle substitué par au moins un élément ou un groupement électroattracteur notamment atome d'halogène (fluor tout particulièrement), CF3, OCF3, N02, CN, et ce lorsque l'entité cationique est un complexe organométallique d'un élément des groupes 4 à 10 > un radical aryle contenant au moins deux noyaux aromatiques tel que par exemple biphényle, naphtyle, éventuellement substitué par au moins un élément ou un groupement électroattracteur, notamment un atome d'halogène (fluor tout particulièrement), OCF3, CF3, N02, CN, quelle que soit l'entité cationique.
7. 2Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière première comprend au moins un siloxane, de préférence un polyorganosiloxane (POS), porteur de groupes Grc et plus préférentiellement encore choisi parmi les polyorganosiloxanes qui sont : # soit linéaires ou sensiblement linéaires et constitués de motifs de formule (V), terminés par des motifs de formule (VI), < soit cycliques et constitués par des motifs de formule (V) : formules dans lesquelles : les symboles R.
8. sont semblables ou différents et représentent : soit un radical alkyle linéaire ou ramifié en C1C6, éventuellement substitué, avantageusement par un ou des halogènes, les radicaux alkyles éventuellement substitués préférés étant : méthyle, éthyle, propyle, octyle et 3, 3,.
9. trifluoropropyle, soit un radical cycloalkyle en CsCg, éventuellement substitué, soit un radical aryle ou aralkyle, éventuellement substitué : notamment par des halogènes et/ou des alcoyles, les radicaux phényle, xylyle, tolyle et dichlorophényle étant tout particulièrement sélectionnés, et, plus préférentiellement encore, au moins 60 % molaire des radicaux R.
10. étant des méthyles, les symboles Z sont semblables ou différents et représentent : soit le radical R3, soit un groupement Grc organofonctionnel réticulable par voie cationique, de préférence un groupement époxyfonctionnel ou vinyloxyfonctionnel, relié au silicium par l'intermédiaire d'un radical divalent contenant, avantageusement, de 2 à 20 atomes de carbone comportant, éventuellement, un hétéroatome, I'au au moins des symboles Z correspondant à un groupement organofonctionnel réticulable par voie cationique. 3Utilisation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le POS formant la matière première présente un titre en Grcexprimé en éq de Grc par kg de POS, supérieur ou égal à 0, 2, de préférence compris entre 0, 5 et 5, 0 et plus préférentiellement encore entre 0, 8 et 3, 0. 4Utilisation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la matière première de nature POS possède une viscosité à 25° C, comprise entre 10 et 3 000 mPa. s, de préférence entre 10 et 1 500 mPa. s et plus préférentiellement encore entre 10 et 900 mPa. s. 5Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les monomères et/ou oligomères et/ou polymères formant la matière première appartiennent à au moins l'une des espèces suivantes : époxydes cycloaliphatiques (A) ou non (B), alcényléthers (C), linéaires ou cycliques, les espèces A, B, C énoncées ciaprès étant préférées : A correspondant aux époxydes cycloaliphatiques, pris à eux seuls ou en mélange entre eux, les époxydes du type 3, 4 époxycyclohexylmethyl3, 4époxycyclohexane carboxylate ou Bis (3, 4époxycyclohexyl) adipate étant particulièrement préférés ; B correspondant aux autres époxydes non cycloaliphatiques, pris à eux seuls ou en mélange entre eux, les époxydes du type de ceux résultant de la condensation de Bis phénol A et d'épichlorhydrine et du type : >di et triglycidyléthers de Bisphénol A alcoxylé, de 1, 6 hexane diol, de glycérol, de néopentylglycol et de propane triméthylol, Ddiglycidyléthers de Bisphénol A, >ou époxydes d'alphaoléfines, époxydes NOVOLAC, huile de soja et de lin époxydes, polybutadiène époxydé, étant particulièrement préférés ; C correspondant aux alcényléthers, linéaires ou cycliques, pris à eux seuls ou en mélange entre eux, # les vinylséthers, en particulier l'éther de triéthylène glycol divinylique l'éther de 1, 4cyclohexanediméthanol divinylique les éthers vinyliques cycliques ou ! es tétramères et/ou dimères d'acroléines les propényléthers * et les butényléthers étant tout spécialement préférés. 6Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en que l'entité anionique du photoamorceur est l'une de celles ciaprès énoncées : [B (C6F5) 4] [B (C6H4CF3) 4] [B (C6F40CF3) 4] [B (C6F40CF3) 4] [(C6F5)2BF2] [C6F5BF3] [B(C6H3F2)4] 7Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'entité cationique du photoamorceur est choisie dans la liste suivante : <BR> <BR> <BR> [(#)2I]+ [C8H17O#I#]+ [(#CH3)2I]+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [C12H25#I#]+ [(C8H17O#)2I]+ [(C8H17O#I#)]+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [(#)3S]+ [(#)2S#OC8H17]+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [#S#S(#)2]+ [(C12H25#)2I]+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> .le(#5 cyclopentadiènyle)(#6 toluène)Fe+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> .le(#5 cyclopentadiènyle)(#6 méthyl1naphtalène)Fe+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> .le(#5 cyclopentadiènyle)(#6 cumène)Fe+ le bis (q6 mesitylène) Fe+ le bis (Tbenzène) Cr 8Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le photoamorceur répond à au moins l'une des formules suivantes : <BR> <BR> <BR> [(#)2I]+,[B(C6F5)4] [(C8H17)O@#I#)]+,[B(C6F5)4]<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [C12H25#I#]+,[B(C6F5)4] [(C8H17O#)2I]+,[B(C6F5)4]<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [(C8H17)O#I#)]+,[B(C6F5)4] [(#)3S]+,[B(C6F5)4]<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [(#)2S#OC8H17]+,[B(C6H4CF3)4] [(C12H25#)2I]+,[B(C6F5)4]<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [(#)3S]+,[B(C6F4OCF3)4] [(#CH3)2I]+,[B(C6F5)4] [WCH3) 2 I] +, [B (C6F40CF3) 4] . (#5 cyclopentadiènyle)(#6 toluène) Fe+, [B (C6F5) 4J <BR> <BR> . (r5cyclopentadiènyle) (r6méthyllnaphtalène) Fe+, [B (C6F5) 4J<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> .(#5 cyclopentadiènyle)(#6 cumène)Fe+,[B(C6F5)4] 9Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la quantité efficace de photoamorceur correspond à 1. 104 à 1, de préférence de 1. 103 à 1. 1 (H et plus préférentiellement encore de 1. 103 A 1. 102 moles de photoamorceur pour 1 mole de Grc. 10Procédé de fabrication d'un objet tridimensionnel à partir d'une matière première liquide polymérisable et/ou réticulable par voie cationique, notamment par activation actinique, en présence d'au moins un photoamorceur, ledit procédé consistant essentiellement à mettre en oeuvre un bain comprenant la matière première et le système amorceur, à exposer une partie de la surface de ce bain à au moins un faisceau actinique, ladite partie de surface exposée ayant une géométrie correspondant à une tranche de l'objet à fabriquer, pendant un temps suffisant pour permettre la solidification de la couche superficielle correspondant à ladite tranche d'objet, à immerger cette couche solidifiée dans le bain, et à répéter ces opérations d'exposition actinique et d'immersion de manière à obtenir des couches successives solides superposées et liées entre elles, pour former l'objet visé, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre la composition sélectionnée dans le cadre de l'utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11Composition polymérisable et/ou réticulable par voie cationique, notamment par activation actinique, utilisable en (stéréo) photolithographie, caractérisée en ce qu'elle comprend : une matière première telle que définie dans les revendications 1 à 5, au moins un système amorceur tel que défini dans les revendications l, 6à9, et éventuellement au moins un additif choisi parmi ceux généralement connus dans les précurseurs liquides de stéréophotolithographie.
Description:
Utilisation pour la stéréophotolithographie d'une composition liquide photoréticulable par voie cationique comprenant un photoamorceur du type sels d'onium ou de complexes organométalliques Le domaine de la présente invention est celui de la technique de (stéréo) photolithographie permettant le façonnage d'objets solides tridimensionnels par polymérisation/réticulation, sous activation actinique, de précurseurs liquides.

L'invention vise plus particulièrement des améliorations aux compositions liquides précurseurs comprenant une matière première polymérisable/réticulable et un photoamorceur.

Le mécanisme chimique à la base des transformations liquide- solide intervenant dans la StéréoPhotoLithographie (SPL) peut être soit du type polyméri- sation/réticulation par voie radicalaire, soit du type polymérisation/réticulation par voie cationique. La présente invention s'inscrit dans le sous-domaine de la SPL de type cationique.

La SPL est une technologie reposant sur une transformation liquide solide localisée dans l'espace et induite par une lumière actinique, de préférence produite par une source UV laser. Cette technologie permet l'édification d'un objet tridimensionnel de forme déterminée, par solidification successive de tranches de l'objet visé, et ce grâce à 1'exposition répétée de zone de liquide photoréticulable correspondant aux tranches, la superposition de ces tranches solidifiées et solidarisées les unes aux autres constituant l'objet à fabriquer.

Une source actinique-de préférence LASER-balaye la surface d'un bain de précurseur liquide sur une zone définie par la géométrie de la tranche de l'objet à solidifier considéré. Le guidage de la source laser est avantageusement réalisée par un ordinateur ayant en mémoire le modèle mathématique de l'objet à fabriquer. Après solidification/réticulation d'une couche ou d'une tranche donnée, cette dernière est immergée dans le bain de précurseur liquide à une profondeur correspondant à l'épaisseur de la tranche adjacente à solidifier lors de 1'exposition lumineuse à suivre.

La SPL est décrite notamment dans le brevet US-A-4 575 330.

La SPL est porteuse d'espoirs prometteurs, quant à ses débouchés possibles dans le domaine de la réalisation de prototypes de pièces industrielles destinées à être fabriqués en grande série. La SPL constitue en effet une technique de substitution intéressante par rapport aux procédés classiques d'usinage à commande numérique ou non. De tels procédés sont contraignants notamment au regard de l'usure des outils qu'ils engendrent et des limites qu'il comporte dans la réalisation de pièces à topographie complexe : certaines zones à usiner peuvent ne pas être accessibles aux outils.

Il est donc clair que la SPL a bien des atouts à faire valoir, pour autant qu'elle puisse satisfaire au mieux à diverses spécifications techniques qui sont énumérées ci-après.

Le temps est un paramètre capital dans le domaine industriel. Aussi, les matières premières utilisées doivent rapidement durcir par polymérisation/ réticulation.

La composition liquide de base comprenant la matière première (dénommée également résine) et le photoamorceur, doit être choisie de telle sorte qu'elle conduise à un réticulat apte à autoriser l'autoadhésion mutuelle des tranches successives solidifiées.

Cette composition liquide de base doit avoir une viscosité compatible avec les exigences industrielles de facilité d'emploi et de manipulation, de même que de stabilité au stockage.

Le système amorceur (photoamorceur (s) per se + éventuellement photosensibilisateur (s)) doit absorber au mieux les rayonnements actiniques, de façon à améliorer les rendements de réticulation et diminuer ainsi la consommation d'énergie d'activation.

Il est préférable que la composition liquide de base, de même que son correspondant réticulé ne soit pas toxique, ni dangereux.

II est important que la composition liquide de base (matière première + système amorceur) n'ait pas une viscosité initiale trop forte, de façon à ne pas augmenter la durée de stabilisation de chaque tranche avant exposition. La durée de stabilisation est celle nécessaire pour retrouver un état de surface plan, après immersion de la tranche venant juste d'être réticulée.

Il est également essentiel que le photoréticulat ou polymérisat possède des propriétés mécaniques (dureté, élasticité...) suffisantes pour donner une cohérence à la pièce tridimensionnelle fabriquée et pour la stabiliser de façon perène.

Enfin et surtout, il convient d'insister sur la spécification qui pèche le plus par défaut et qui constitue un frein au développement de la SPL, à savoir le problème du retrait volumique. II serait en effet souhaitable de disposer d'une résine conduisant à un retrait aussi proche que possible de zéro, pour éviter les déformations volumiques et les tensions qui dénaturent la forme de la pièce tridimensionnelle à réaliser. Ce retrait volumique intervient en cours de polymérisation/réticulation, car il est un fait que les liaisons de Van der Waals qui prévalent dans la formule liquide, sont caractérisées par des distances inter-moléculaires plus grandes que celles induites par les liaisons covalentes propres au photoréticulat/polymere.

Dans tout le présent exposé, on définira le retrait volumique comme <BR> <BR> densité du solide-densité du liquide<BR> <BR> étant :. densite du liquide En résumé, les systèmes mis en oeuvre dans la SPL devront notamment répondre aux conditions suivantes : * pour la matière première liquide : -état liquide le plus fluide possible, -économique, -non toxique, -grande stabilité dans le temps ; * pour la réaction de polymérisation/réticulation : -amorçable par voie photochimique, -n'entraînant pas ou pratiquement pas de retrait volumique sur le réticulat/polymérisat solide, -rendement quantique de polymérisation élevé, -exothermicité faible ; * pour la résine réticulée : -solide avec des propriétés mécaniques satisfaisantes, -insoluble dans la matière première liquide précurseur.

La voie radicalaire de polymérisation/réticulation sous UV, est celle dans laquelle le photoamorceur se transforme en radical libre après absorption d'un quantum de radiations actiniques ultra-violettes. Le radical libre ainsi produit est à l'origine d'une réaction en chaîne faisant intervenir des groupes de pontage réticulables par voie radicalaire (G, T), ces derniers étant généralement des acrylates.

On connaît ainsi dans la SPL, le diacryl 103 d'AKZO CHIMIE, qui est un acrylate bifonctionnel, honorable à de nombreux égards dans cette application, mais péchant par un retrait volumique relativement important lors de la polymérisation réticulation, à savoir environ 8 % (diacryl 103 = mélange de 10 % pds d'un méthacrylate de basse viscosité mono-fonctionnel et de 90 % pds de 2, 2-bis [p (méthacrylate d'ethyloxy) phényl] propane.

Les acrylates ont également pour inconvénient d'être parfois toxiques et de ne pas durcir aussi rapidement et aussi complètement que l'on pourrait le souhaiter. Ils peuvent également être sujet à des phénomènes d'inhibition de réticulation dûs à l'oxygène de l'air. En effet, la chaîne radicalaire polymère en croissance peut être aisément terminée par de l'oxygène moléculaire d'un radical peroxy relativement stable. II s'ensuit que la réticulation et donc le durcissement de la matière première est

incomplet. Pour les systèmes actiniques à faible densité de flux de photons, un inertage à l'azote est nécessaire (N2). Cela se traduit par un recours à des équipements sophistiqués donc coûteux, qui grèvent l'économie de la SPL.

En outre, il n'est pas rare qu'un post-durcissement des solides formés par SPL soit nécessaire dans le cas où l'on utilise des acrylates.

S'agissant de la photoréticulation par voie cationique, qui peut être exploitée pour la SPL, on est dans une situation où l'énergie lumineuse UV d'activation provoque une réaction en chaîne à partir du photoamorceur, réaction qui conduit à un cation H+, entraînant lui-même une autre réaction de polymérisation en chaîne de Groupes de pontage Réticulables par voie Cationique (Grc)-groupe hétérocyclique à atome électrodonneur : O, S, N et P ou groupe éthyléniquement insaturé substitué par un électrodonneur : vinyléther ou époxy.

C'est ainsi que par voie cationique, il est possible de mettre en oeuvre des matières premières liquides précurseurs de polymères solides comprenant des Grc de type éthervinylique et/ou des Grc de type époxy-fonctionnel.

La demande de brevet français N° 2 676 061 divulgue des compositions de précurseurs de polymères convenant pour la stéréophotolithographie et comprenant des composés à fonctions éthervinyles ainsi que des composés à fonction époxy, de même qu'une quantité efficace d'un photoamorceur cationique. Les composés à fonction éthervinylique sont des oligomères d'éthervinylique dont la chaîne principale dérive d'uréthane, de phénol, de polyester, de polyéther de polycarbonate ou de polysiloxane, ladite chaîne principale présentant des groupements Grc pendants de type acrylate. Les composés à fonction époxyde considérés sont du type de ceux dérivant du phénol (bisphénol A), de novalac, de restes polyaliphatiques linéaires et/ou cycliques, de polyétherpolyols et de polysiloxanes, les substitutions époxydes de ces composés étant situées dans la chaîne et/ou aux extrémités de celle- ci. Les polyorganosiloxanes sont revendiqués mais ne sont pas exemplifiés dans cette demande de brevet français.

Les photoamorceurs cationiques préconisés sont des sels d'onium et en particulier des sels d'iodonium et de sulfonium, dans lesquels les contre-anions sont : BF4-, PF6-, SbF6-, et S03CF3-. Parmi tous ces contre-anions, celui qui donne le plus de satisfaction, en ce qui concerne les performances de réticulation sous UV (vitesse de réticulation) est le SbF6-, mais il se trouve que ce contre-anion présente l'inconvénient majeur d'être toxique.

L'invention décrite dans ce document antérieur qui repose sur l'idée de base d'associer des oligomères à Grc de type vinyléther et des oligomères porteurs de Grc

époxyfonctionnels, à titre de précurseurs liquides dans un système utilisable en SPL, reste encore perfectible, notamment en ce qui concerne le retrait volumique et les propriétés mécaniques (dureté du réticulat durci sous laser UV).

Dans cet état de connaissances, la demanderesse s'est fixée pour objectif, l'amélioration des résines pour la SPL, de façon à remédier aux inconvénients du système acrylate radicalaire et du système vinyléther et/ou époxy cationique. Les points à améliorer sont : -plus faible retrait volumique du réticulat, -plus faible viscosité initiale pour la matière première liquide, -et propriétés mécaniques des pièces réticulées par SPL supérieures à celles des objets tridimensionnels fabriqués par les systèmes connus évoqués ci-dessus.

Un des objectifs essentiel de l'invention est donc de proposer l'utilisation d'un nouveau système SPL : matière première précurseur liquide + système amorceur, qui permet de satisfaire aux spécifications techniques énoncées dans le cahier des charges ci-dessus.

Un autre objectif essentiel de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de pièces tridimensionnelles par SPL, dans lequel on mettrait en oeuvre une nouvelle composition particulière de base (précurseur liquide + système amorceur), qui soit économique, facile à mettre en oeuvre et qui concoure aux mêmes buts que ceux visés ci-dessus en ce qui concerne le précurseur liquide, la polymérisation et le réticulat final obtenu, en termes de retrait volumique, de toxicité, de viscosité initiale et de propriétés mécaniques.

Un autre objectif essentiel de l'invention est de fournir une nouvelle composition liquide précurseur, utilisable en SPL et ayant les qualités évoquées supra, en référence à la nouvelle utilisation et au nouveau procédé visé par la présente invention.

La Demanderesse est parvenue à atteindre ces objectifs parmi d'autres, en trouvant, après de nombreuses études et expérimentations, que, de manière tout à fait surprenante et inattendue, il convenait pour préparer une composition liquide de base pour la SPL, de sélectionner un photoamorceur appartenant à une classe spécifique de borates d'onium ou de complexes organométalliques regroupant ceux dont le contre- anion borate comprend un atome de bore lié à un ou plusieurs radicaux phényles substitués par au moins un groupement électroattracteur.

Secondairement, la Demanderesse a également découvert que les polyorganosiloxanes (POS) à groupement réactif Grc de type époxy et/ou vinyléther

sont particulièrement adaptés, en tant que matière première liquide associée aux borates d'onium ou de complexes organométalliques spécifiques.

La présente invention concerne ainsi en premier lieu, 1'utilisation pour la photolithographie-en particulier la stéréophotolithographie-d'une composition réticulable par voie cationique, notamment par activation lumineuse actinique, et comportant : o une matière première comprenant au moins un monomère et/ou un oligomère et/ou un polymère choisi parmi les composés comportant au moins un groupe hétérocyclique ayant un ou plusieurs atomes électro-donneurs tels que O, S, N et P, et parmi ceux comportant au moins un groupe éthyléniquement insaturé substitué par un atome électrodonneur qui augmente la basicité du système 7r, ce groupe hétérocyclique et ce groupe éthyléniquement insaturé étant des groupes (Grc), de pontage réticulables par voie cationique ; o et une quantité efficace de système amorceur cationique comprenant comme photoamorceur, un produit choisi parmi les borates d'onium (pris à eux seuls ou en mélange entre eux) d'un élément des groupes 15 à 17 de la classification périodique [Chem & Eng. News, vol. 63, N° 5, 26 du 4 Février 1985] ou d'un complexe organométallique d'un élément des groupes 4 à 10 de la classification périodique [même référence], A dont 1entit6 cationique est sélectionnée parmi : 1) les sels d'onium de formule (I) : [(Rl) n-A- (R2) + (I) formule dans laquelle : . A représente un élément des groupes 15 à 17 tel que par exemple : I, S, Se, P ou N, . R1 représente un radical aryle carbocyclique ou hétérocyclique en C6-C20, ledit radical hétérocyclique pouvant contenir comme hétéroéléments de l'azote ou du soufre ; . R2 représente R1 ou un radical alkyle ou alkényle linéaire ou ramifié en C1-C30 ; lesdits radicaux RI et R2 étant éventuellement substitués par un groupement alcoxy en C1-C25 alkyle en Cl-C25) nitro, chloro, bromo, cyano, carboxy, ester ou mercapto ; o n est un nombre entier allant de 1 à v + 1, v étant la valence de l'élément A, . m est un nombre entier allant de 0 à v-1 avec n + m = v + 1, 2) Les sels d'oxoisothiochromanium décrits dans la demande de brevet WO 90/11303, notamment le sel de sulfonium du 2-éthyl-4-oxoisothiochromanium ou de 2-dodécyl4-oxoisothio-chromanium, 3) les sels de sulfonium dans lesquelles l'entité cationique comprend : < 3. 1. au moins une espèce polysulfonium de formule III. 1.

dans laquelle : -les symboles Arl, qui peuvent être identiques ou différents entre-eux, représentent chacun un radical monovalent phényle ou naphtyle, éventuellement substitué avec un ou plusieurs radicaux choisis parmi : un radical alkyle linéaire ou ramifié en Cl-Cl2, de préférence en Cl-C6, un radical alkoxy linéaire ou ramifié en Cl-Cl2, de préférence en C1-C6, un atome d'halogène, un groupe-OH, un groupe-COOH, un groupe ester- COO-alkyle où la partie alkyle est un reste linéaire ou ramifié en C1 - C12, de préférence en Cl-C6, et un groupement de formule-Y4-Ar2 où les symboles Y4 et Ar2 ont les significations données juste ci-après, -les symboles Ar2, qui peuvent être identiques ou différents entre eux ou avec Arl, représentent chacun un radical monovalent phényle ou naphtyle, éventuellement substitué avec un ou plusieurs radicaux choisis parmi : un radical alkyle linéaire ou ramifié en C1-C12, de préférence en Cl-C6, un radical alkoxy linéaire ou ramifié en C1-C12, de préférence en C1-C6, un atome d'halogène, un groupe-OH, un groupe-COOH, un groupe ester- COO-alkyle où la partie alkyle est un reste linéaire ou ramifié en Cl-Cl2, de préférence en C l-C6, les symboles Ar3, qui peuvent être identiques ou différents entre eux, représentent chacun un radical divalent phénylène ou naphtylène, éventuellement substitué avec un ou plusieurs radicaux choisis parmi : un radical alkyle linéaire ou ramifié en C !-Cl2, de préférence en Cl-C6, un radical alkoxy linéaire ou ramifié en C1-C12, de préférence en Cl-C6, un atome d'halogène, un groupe-OH, un groupe-COOH, un groupe ester- COO-alkyle où la partie alkyle est un reste linéaire ou ramifié en Cl-Cl2, de préférence en Cl-C6, t est un nombre entiers égal à 0 ou 1,

avec les conditions supplémentaires selon lesquelles : + quand t = 0, le symbole Y est alors un radical monovalent Yl représentant le groupement de formule : où les symboles Arl et Ar2 possèdent les significations données ci-avant, + quand t = 1 : 0 d'une part, le symbole Y est alors un radical divalent ayant les significations Y2 à Y4 suivantes : . y2 : un groupement de formule : où le symbole Ar2 possède les significations données ci-avant, . Y3 : un lien valentiel simple, . Y4 : un reste divalent choisi parmi : un reste alkylène linéaire ou ramifié en Cl-Cl2, de préférence en C I-C6, et un reste de formule-Si (CH3) 20-, 0 d'autre part, dans le cas uniquement où le symbole Y représente Y3 ou Y4, les radicaux Arl et Ar2 (terminaux) possèdent, outre les significations données ci-avant, la possibilité d'être reliés entre eux par le reste Y'consistant dans Yl un lien valentiel simple ou dans y2 un reste divalent choisi parmi les restes cités à propos de la définition de Y4, qui est installé entre les atomes de carbone, se faisant face, situés sur chaque cycle aromatique en position ortho par rapport à l'atome de carbone directement relié au cation S+ ; o 3. 2. et/ou au moins une espèce monosulfonium possédant un seul centre cationique S+ par mole de cation et consistant dans la plupart des cas dans des espèces de formule : dans laquelle Arl et Ar2 ont les significations données ci-avant à propos de la formule (111. 1), incluant la possibilité de relier directement entre eux un seul des radicaux Arl à Ar2 selon la

manière indiquée ci-avant à propos de la définition de la condition supplémentaire en vigueur quand t = 1 dans la formule (II), faisant appel au reste Y ; 4) les sels organométalliques de frmule (IV) (L1L2L3M)+q (IV) formule dans laquelle : . M représente un métal du groupe 4 à 10, notamment du fer, manganèse, chrome, cobalt...

. L1 représente 1 ligand lié au métal M par des électrons #, ligand choisi parmi les ligands 83-alkyl, tl5-cyclopendadiènyl et 7- cycloheptratriènyl et les composés 716-aromatiques choisis parmi les ligands tl6-benzène éventuellement substitués et les composés ayant de 2 à 4 cycles condensés, chaque cycle étant capable de contribuer à la couche de valence du métal M par 3 à 8 électrons #; . L2 représente un ligand lié au métal M par des é ! ectrons n, tigand choisi parmi les ligands r-cyctoheptatriènyt et les composés 6 aromatiques choisis parmi les ligands 86 benzène éventuellement substitués et les composés ayant de 2 à 4 cycles condensés, chaque cycle étant capable de contribuer à la couche de valence du métal M par 6 ou 7 électrons # ; # L3 represente de 0 à 3 ligands identiques ou différents liés au métal M par des électrons, ligand (s) choisi (s) parmi CO et N02+ ; la charge électronique totale q du complexe à laquelle contribuent L1, L2 et L3 et la charge ionique du métal M étant positive et égale ai ou 2 ; A 1'entité anionique borate ayant pour formule : [BXaRb]- formule dans laquelle : -a et b sont des nombres entiers allant pour a de 0 à 3 et pour b de 1 à4aveca+b=4, -les symboles X représentent : * un atome d'halogène (chlore, fluor) avec a = 0 à 3, * une fonction OH avec a = 0 à 2, -les symboles R sont identiques ou différents et représentent : > un radical phényle substitué par au moins un groupement électroattracteur tel que par exemple OCF3, CF3, NO2, CN,

et/ou par au moins 2 atomes d'halogène (fluor tout particulièrement), et ce lorsque !'entité cationique est un onium d'un élément des groupes 15 à 17 > un radical phényle substitué par au moins un élément ou un groupement électroattracteur notamment atome d'halogène (fluor tout particulièrement), CF3, OCF3, N02, CN, et ce lorsque l'entité cationique est un complexe organométallique d'un élément des groupes 4 à 10 > un radical aryle contenant au moins deux noyaux aromatiques tel que par exemple biphényle, naphtyle, éventuellement substitué par au moins un élément ou un groupement électroattracteur, notamment un atome d'halogène (fluor tout particulièrement), OCF3, CF3, N02, CN, quelle que soit l'entité cationique.

Il apparaît donc que l'invention procède essentiellement de la sélection judicieuse et avantageuse d'une classe particulière de photoamorceurs du type borate d'onium ou borate de complexes organométalliques. Certains de ces photoamorceurs sont connus par ailleurs pour d'autres applications faisant intervenir une réticulation par voie cationique e. g. sous UV, (revêtements anti-adhésifs). Ils n'apparaissait pas a priori comme étant naturellement transposables dans l'application SPL. En effet, les seuls systèmes ayant eu un devenir commercial en SPL sont les systèmes acrylates.

Par ailleurs, on savait qu'à quantités d'énergie actinique égales et à densités optiques = égales pour le système liquide, la voie cationique est 5 fois moins réactive que la voie radicalaire.

On savait égaiement que les précurseurs liquides, réticulant en SPL par voie radicalaire, ont un rendement quantique de polymérisation d) (nombre de moles de monomères transformés par mole de photons absorbés : mol. E-1) beaucoup plus élevé que leurs homologues des systèmes par voie cationique : <P-1 200 pour) e Diacry) 103 amorcée par la DMPA (DiméthoxyphénylAcétophénone) versus <I) = environ 200, pour des matières premières liquides à Grc de type époxy amorcées par de I'hexafluoroantimonate de triphénylsulfonium.

Enfin, les documents publiés relatifs aux borates d'onium ou de complexes organométalliques particuliers employés dans le cadre de la présente invention, ne font nullement allusion et ne contiennent aucune incitation, quant à l'application desdits borates dans le domaine de la SPL.

L'homme de fart devait donc nécessairement faire oeuvre inventive pour effectuer la transposition.

Au sens de la présente invention, 1'activation de la polymérisation/ réticulation est préférablement celle obtenue par une exposition aux UV (LASER e. g.), mais il n'est pas à exclure que l'on puisse recourir à une activation par faisceau d'électrons ou à une thermoactivation.

Des matières premières liquides de nature monomérique et/ou oligomérique et/ou polymérique, interviennent également dans le cadre de l'utilisation conforme à l'invention. Ces composés porteurs de groupes fonctionnels de réticulation Grc, comprennent, de manière privilégiée, au moins un siloxane de préférence un polyorganosiloxane POS, ledit POS étant plus préférentiellement encore choisi parmi les polyorganosiloxanes qui sont : soit linéaires ou sensiblement linéaires et constitués de motifs de formule (V), terminés par des motifs de formule (VI), soit cycliques et constitués par des motifs de formule (V) : formules dans lesquelles : les symboles R3 sont semblables ou différents et représentent : -soit un radical alkyle linéaire ou ramifié en C1-C6, éventuellement substitué, avantageusement par un ou des halogènes, les radicaux alkyles éventuellement substitués préférés étant méthyle, éthyle, propyle, octyle et 3, 3, 3 trifluoropropyle, -soit un radical cycloalkyle en Cs-Cg, éventuellement substitué, -soit un radical aryle ou aralkyle, éventuellement substitué : notamment par des halogènes et/ou des alcoxyles, les radicaux phényle, xylyle, tolyle et dichlorophényle étant tout particulièrement sélectionnés, -et, plus préférentiellement encore, au moins 60 % molaire des radicaux R3 étant des méthyles, les symboles Z sont semblables ou différents et représentent : -soit le radical R3, -soit un groupement Grc organofonctionnel réticulable par voie cationique, de préférence un groupement époxyfonctionnel ou vinyloxyfonctionnel, relié au silicium par l'intermédiaire d'un radical divalent contenant,

avantageusement, de 2 à 20 atomes de carbone comportant, éventuellement, un hétéroatome, l'un au moins des symboles Z correspondant à un groupement organofonctionnel réticulable par voie cationique.

Il est clair que la quantité de fonctions de réticulation Grc présentes dans la matière première liquide précurseur, est déterminante vis-à-vis du déroulement de la polymérisation/réticulation et vis-à-vis du retrait volumique et des propriétés mécaniques du réticulat durci obtenu après exposition sous laser W. Ainsi, selon une disposition préférée de l'invention, dans le cadre du mode de réalisation où l'on fait intervenir au moins un POS à titre de matière première précurseur liquide, le titre dudit POS en Grc-exprimé en éq de Grc par kg de POS-est supérieur ou égal à 0, 20, de préférence compris entre 0, 50 et 5, et plus préférentiellement encore entre 0, 80 et 3, 0.

La viscosité initiale de la matière première liquide précurseur est un paramètre important pour l'application SPL. Il s'ensuit que selon une disposition avantageuse de l'invention, la matière première de nature POS possède une viscosité à 25° C, comprise entre 10 et 3 000 mPa. s de préférence entre 10 et 1 500 mPa. s et plus préférentiellement encore entre 10 et 900 mPa. s.

La viscosité dynamique à 25° C, de tous les polymères silicones considérés dans le présent exposé, peut être mesurée à l'aide d'un viscosimètre BROOKFIELD, selon la norme AFNOR NFT 76 102 de février 1972.

La viscosité dont il est question dans le présent exposé est la viscosité dynamique à 25° C, dite"Newtonienne", c'est-à-dire la viscosité dynamique qui est mesurée, de manière connue en soi, à un gradient de vitesse de cisaillement suffisamment faible pour que la viscosité mesurée soit indépendante du gradient de vitesse.

Lorsqu'il s'agit de polyorganosiloxanes cycliques, ceux-ci sont constitués de motifs (D) qui peuvent être, par exemple, du type dialkylsiloxy ou alkylarylsiloxy.

Ces polyorganosiloxanes cycliques présentent une viscosité de l'ordre de 1 à 5 000 mPa. s, à 25° C.

Pour en venir à des caractéristiques plus précises de constitution chimique des précurseurs POS préférés selon l'invention, on peut citer les exemples suivants de groupement de réticulation Grc époxyfonctionnels :

S'agissant des groupements Grc du type vinyléther, on peut mentionner, e. g., ceux contenus dans les formules suivantes : -(CH2)3-O-CH=CH2 ; -(CH3)2-O-R4-O-CH=CH2 ; -(CH2)3-O-CH=CH-R5 avec R4 = -alkylène linéaire ou ramifié en Cl-Cl2 éventuellement substitué, -ou arylène, de préférence phénylène, éventuellement substitué, de préférence par un à trois groupements alkyles en C l-C6 ; . avec R5 = alkyle linéaire ou ramifié en C,-C6 ; Les polyorganosiloxanes époxy ou vinyloxyfonctionnels préférés sont décrits notamment dans les brevets DE-A-4 009 889 ; EP-A-0 396 130 ; EP-A-0 355 381 ; EP-A-0 105 341 ; FR-A-2 110 115 ; FR-A-2 526 800.

Les polyorganosiloxanes époxy-fonctionnels peuvent être préparés par réaction d'hydrosilylation entre des huiles à motifs Si-H et des composés époxyfonctionnels, tels que vinyl-4 cyclohexèneoxyde, allylglycidyléther...

Les polyorganosiloxanes vinyloxyfonctionnels peuvent être préparés par réaction d'hydrosilylation entre des huiles à motifs Si-H et des composés vinyloxyfonctionnels, tels que l'allylvinyléther, l'allyl-vinyloxyéthoxybenzène...

Les POS qui apparaissent comme étant particulièrement appropriés dans l'utilisation selon l'invention, sont des oligomères linéaires dont les extrémités siloxyles M sont porteuses d'au moins un groupement Y = Grc (e. g. époxy ou vinyléther, de préférence époxy), lesdits oligomères comportant ou non des groupements Y = Grc pendants dans la chaîne.

Selon une variante de l'invention, les monomères et/ou oligomères et/ou polymères formant la matière première appartiennent à au moins l'une des espèces suivantes : époxydes cycloaliphatiques (A) ou non (B), alcényl-éthers (C), linéaires ou cycliques, les espèces A, B, C énoncées ci-après étant préférées : -A correspondant aux époxydes cycloaliphatiques, pris à eux seuls ou en mélange entre eux, les époxydes du type 3, 4-époxycyclo-

hexylméthyl-3, 4-époxycyclohexane carboxylate ou Bis (3, 4-époxy- cyclohexyl) adipate étant particulièrement préférés ; -B correspondant aux autres époxydes non cycloaliphatiques, pris à eux seuls ou en mélange entre eux, les époxydes du type de ceux résultant de la condensation de Bis- phénol A et d'épichlorhydrine et du type : >di et triglycidyléthers de Bisphénol A alcoxylé, de 1, 6 hexane diol, de glycérol, de néopentylglycol et de propane triméthylol, Ddiglycidyléthers de Bisphénol A, >ou époxydes d'alpha-oléfines, époxydes NOVOLAC, huile de soja et de lin époxydes, polybutadiène époxydé, étant particulièrement préférés ; -C correspondant aux alcényl-éthers, linéaires ou cycliques, pris à eux seuls ou en mélange entre eux, les vinyls-éthers, en particulier t'éther de triéthylène glycol divinylique l'éther de 1, 4-cyclohexanediméthanol divinylique les éthers vinyliques cycliques ou les tétramères et/ou dimères d'acroléines * les propényl-éthers * et les butényl-éthers étant tout spécialement préférés.

Sans que cela ne soit limitatif, on donne ci-après plus de précisions quant aux sous-classes de borate d'onium et de borate de sels organométalliques plus particulièrement préférés dans le cadre de l'utilisation conforme à l'invention.

Ainsi, s'agissant de l'entité anionique borate, les espèces qui conviennent tout particulièrement sont les suivantes : [B (C6F5) 4]- [B(C6H4CF3)4]- [B(C6F4OCF3)4]- [B(C6F40CF3)4] [(C6F5)2BF2]- [C6F5BF3]- [B(C6H3F2)4] S'agissant de l'entité cationique du photoamorceur, on distingue : -1) les sels d'onium de formule (I) -2) les sels d'oxoisothiochromanium de formule (II) -3) les sels de mono et/ou polysylfonium de formule (III. 1) et/ou (111. 2) -4) les sels organométalliques de formule (IV).

Les premiers 1) sont décrits dans de nombreux documents notamment dans les brevets US-A-4 026 705, US-A-4 032 673, US-A4 069 056, US-A-4 136 102, US-A-4 173 476. Parmi ceux-ci on privilégiera tout particulièrement les cations suivants : [(#)2I]+ [C8H17-O-#-I-#]+ [(#-CH3)2I]+ [C12 H25-¢] + [(C8H17-O-#)2I]+ [(C8H17-O-#-I-#)]+ <BR> <BR> [(#)3S]+ [(#)2-S-#-O-C8H17]+ [(CH3-#-I-#-CH(CH3)2]+<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [#-S-#-S-(#)2]+ [(C12H25-#)2I]+ [(CH3-#-I-#-OC2H5]+ S'agissant de la seconde famille d'entités cationiques de formule (II) et de type oxoisothiochromanium, elle comprend de préférence des cations correspondant à la structure D, qui est définie à la page 14 de la demande WO-A-90/11303 et possède la formule (II) : _ où le radical R6 a la signification donnée dans cette demande WO à propos du symbole R' ; une entité cationique de ce type qui est davantage préférée est celle où R6 représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, en Cl-C,,. Comme sels d'oxoisothiochromanium qui conviennent particulièrement bien, on citera notamment le sel de sulfonium de 2-éthyl-4-oxoisothiochromanium ou de 2-dodécyl-4- oxoisothiochromanium.

En ce qui concerne les entités cationiques polysulfonium (III. 1) on précisera que l'entité cationique polysulfonium comprend préférentiellement une espèce ou un mélange d'espèces de formule (111. 1) dans laquelle : -les radicaux Arl, identiques ou différents entre eux, représentent chacun un radical phényle, éventuellement substitué par un radical alkyle linéaire ou ramifié en Cl-C4 ou par le groupement de formule : -les radicaux Ar2, identiques ou différents entre eux et avec Arl, représentent chacun un radical phényle, éventuellement substitué par un radical alkyle linéaire ou ramifié en C l-C4, -les radicaux Ar3 représentent chacun un radical para-phénylène non substitué, -t est égal à 0 ou 1, avec les conditions supplémentaires selon lesquelles : + quandt=0, Y=Yl=-S+-Arl Ar2

où les radicaux Arl et Ar2 ont les significations préférées données juste ci- avant dans le présent paragraphe ; + quand t = 1 : # d'une part, Y = y2 à Y4 avec : su2 = où le radical Ar2 a la signification préférée donnée juste ci-avant dans le présent paragraphe, . Y3 = un lien valentiel, . y4=-0- ou-S-, et O d'autre part, quand Y= Y3 ou Y4 et quand on souhaite alors mettre en oeuvre des radicaux Arl et Ar2 (terminaux) reliés entre eux, on installe une liaison Y'consistant dans un lien valentiel ou le reste -O-.

Les espèces mono-sulfonium, quand il y en a, qui entrent dans le cadre de cette modalité préférentielle sont les espèces de formule (IV) dans laquelle les symboles Arl et Ar2 possèdent les significations préférées indiquées ci-avant dans le paragraphe qui précède, incluant, quand ces radicaux sont directement reliés entre eux par un reste Y', l'installation d'un lien valentiel ou du reste-0-.

Comme exemples d'entités cationiques sulfonium, on peut citer particulièrement :

'tes mélanges, en quantités variables, des espèces 5 + 2 + éventuellement 3, les mélanges, en quantités variables, de l'espèce 5 avec l'espèce 10 de formule :

L'entité anionique borate est choisie préférentiellement parmi les anions de formule [BXaRb]-dans laquelle : -les symboles X représentent un atome de fluor, -les symboles R, identiques ou différents, représentent un radical phényle substitué par au moins un groupement électro-attracteur choisi parmi OCF3, CF3, N02 et CN, et/ou par au moins deux atomes de fluor.

Avantageusement, !'entité anionique borate de formule [BXaRb]- est choisie parmi les anions suivants : [B(C6F5)4]- [B(C6H4CF3)4]- [B{C6H3(CF3)2}4] ' 3' 5' [ (C6F5) 2BF2]- [B (C6F40CF3) 4]- [B (C6H3F2) 41- 2'4'6' Les nouveaux borates de polysulfonium que l'on mettra en oeuvre de façon très préférée, sont les sels formés par l'association des cations et anions suivants : Cation Anion <BR> <BR> <BR> 5 1'<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 5 3' 5 4 mélanges 5 + 10 mélanges 5 + 10 3 mélanges 5 + 10 4' Ces borates de polysulfonium peuvent être préparés par réaction d'échange entre un sel de l'entité cationique (halogénure tel que par exemple chlorure, iodure) avec un sel métal alcalin (sodium, lithium, potassium) de l'entité anionique

Les conditions opératoires (quantités respectives de réactifs, choix des solvants, durée, température, agitation) sont à la portée de l'homme de l'art ; celles-ci doivent permettre de récupérer le borate de polysulfonium recherché sous forme solide par filtration du précipité formé ou sous forme huileuse par extraction à l'aide d'un solvant approprié.

Les modes opératoires de synthèse des halogénures des entités cationiques de formule (III. 1) sont décrits notamment dans :"Polymer Bulletin (Berlin)", vol. 14, pages 279-286 (1985) et US-A-4 400 541.

Selon une alternative concernant la préparation des borates de polysulfonium, ces derniers peuvent être préparés directement par réaction entre un diarylsulfoxyde et un diarylsulfure selon 1'enseignement décrit dans :"J ; Org. Chem.", Vol. 55, pages 4222-4225 (1990).

Ces nouveaux borates de polysulfonium peuvent être mis en oeuvre, tels qu'ils sont obtenus à l'issue de leur procédé de préparation par exemple sous forme solide ou liquide ou en solution dans un solvant approprié, dans des compositions de monomères/oligomères/polymères qui sont destinés à être polymérisés et/ou réticulés par voie cationique et sous activation, par exemple W.

Les espèces mono-sulfonium (111. 2) dont il a été question ci-dessus peuvent être en particulier les co-produits qui se forment au moment de la préparation des cations polysulfonium et dont la présence peut être plus ou moins évitée.

Jusqu'à 99 %, plus généralement jusqu'à 90 % et encore plus généralement jusqu'à 50 % en mole (de cation) des espèces polysulfonium de formule (III. 1) peuvent être remplacées par des espèces monosulfonium (111. 2).

En ce qui concerne les quatrième type d'entité cationique, on le trouve décrit dans le brevet US A-4 973 722, US-A-4 992 572, les demandes de brevet européens EP-A-203 829, EP-A-323 584 et EP-A-354 181. Les sels organométalliques plus volontiers retenus en pratique sont notamment : . le (q5-cyclopentadiènyle) (n6 toluène) Fe+ . le (n5-cyclopentadiènyle) (q6 méthyl-l-naphtalène) Fe+ . le (n5-cyclopentadiènyle) (n6 cumène) Fe+ . le bis (ï-mesitylène) Fe . le bis (rl6-benzène) Cr+ Il découle de ce qui précède que les photoamorceurs préférés selon l'invention sont ceux répondant aux formules suivantes : <BR> <BR> [(#)2I]+,[B(C6F5)4]- [(C8H17)-O-#-I-#)]+,[B(C6F5)4]-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [C12H25-#-I-#]+,{B(C6F5)4]- [(C8H17-O-#)2I]+,[B(C6F5)4]-

[(C8H17)-O-#-I-#)]+,[B(C6F5)4]- [(#)3S]+,[B(C6F5)4]-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [(#)2S-#-O-C8H17]+,[B(C6H4CF3)4]- [(C12H25-#)2I]+,[B(C6F5)4]-<BR> <BR> <BR> <BR> [(#)3S]+,[B(C6F4OCF3)4]- [(#-CH3)2I]+,[B(C6F5)4]-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [(#-CH3)2I]+,[B(C6F5OCF3)4]-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 5-cyclopentadiènyle) (n6 toluène) Fe+, rB (C6Fs) 4]- . (S-cyclopentadiènyle) (16-méthyll-naphtalene) Fe+, [B (C6F5) 4] (#5 - cyclopentadiènyle)(#6 - cumène)Fe+,[B(C6F5)4] Comme autre référence littéraire pour définir les borates d'onium 1) et 2) et les borates de sels organométalliques 4), sélectionnés comme photoamorceur dans le cadre de l'utilisation SPL selon l'invention, on peut citer tout le contenu des demandes de brevet européen N° 0 562 897 et 0 562 922. Ce contenu est intégralement incorporé par référence dans le présent exposé.

Les sels amorceurs de type 1) et 2) mis en oeuvre dans le cadre de l'utilisation selon la présente invention peuvent être préparés par réaction d'échange entre un sel de l'entité cationique (halogénure tel que chlorure, iodure..., hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, tosylate...) avec un sel de métal alcalin (sodium, lithium, potassium) de l'entité anionique.

Les conditions opératoires (quantités respectives de réactifs, choix des solvants, durée, température, agitation...) sont à la portée de l'homme de l'art ; celles- ci doivent permettre de récupérer le sel amorceur recherché sous forme solide par filtration du précipité formé ou sous forme huileuse par extraction à l'aide d'un solvant approprié.

Les sels de métal alcalin de l'entité anionique peuvent être préparés de manière connue, par réaction d'échange entre un composé halogénoboré et un composé organométallique (magnésien, lithien, stannique...) portant les groupements hydrocarbonés désirés, en quantité stoechiométrique, suivie éventuellement d'une hydrolyse à l'aide d'une solution aqueuse d'halogénure de métal alcalin ; ce type de synthèse est par exemple décrite dans"J. of organometallic Chemistry"vol 178, p. 1- 4, 1979 ;"J. A. C. S" 82, 1960, 5298 ;"Anal. Chem, Acta"44, 1969, 175-183 ; brevets US-A-4 139 681 et DE-A-2 091 367; "Zh, Org. Khim." Vol.25, N°5 - pages 1099 - 1102, Mai 1989.

Le mode préparatoire des sels de l'entité cationique 4) de formule (IV) est décrit notamment dans D. ASTRUC, Tetrahedron Letters, 36, p. 3437 (1973) ; D.

ASTRUC, Bull. Soc. Chim. Fr, 1-2, p. 228 (1976) ; D. ASTRUC, Bull. Soc. Chim. Fr, 11-12, p. 2571 (1975) ; D. ASTRUC, CR Acad. Sc. Paris, série C, 272, p. 1337 (1971) ; A. N. NESMEYANOV et coll., Izves, Akad. Nauk SSSR, ser. Khim., 7, p. 1524

(1969) ; AN. NESMEYANOV et coll. Dokl. Akad. Nausk SSSR, 160 (6), p. 1327 (1965) ; A. N. NESMEYANOV et Coll. Dokl. Akad. Nausk SSSR, 149 (3), p. 615 (1963).

Il a pu être observé que les photoamorceurs borate d'onium et borate de sels organométalliques sélectionnés conformément à l'invention sont de très bons amorceurs efficaces sur le plan quantique. Ils n'ont besoin que de peu de photons pour déclencher la réticulation et donc le durcissement de la matière première précurseur liquide.

Cette efficacité est liée à leur absorbance A qui est donnée par la formule : A = ex. 1. C, dans laquelle ex est le coefficient d'extinction molaire du photoamorceur à la longueur d'onde , C sa concentration et 1 la longueur du trajet optique.

En pratique, on travaille par exemple en fixant ex. C = 10, ce qui détermine une profondeur de polymérisation/reticulation variant de'à quelques millimètres.

Cette variation s'explique compte-tenu de la variation de la densité optique initiale qui est fonction du taux de conversion du photoamorceur sous 1'effet de l'irradiation.

Avantageusement, on travaille donc avec un produit £. C constant pour des longueurs d'ondes données.

L'utilisation d'un laser permet d'obtenir une longueur d'onde discrète et de fournir des rayonnements d'exposition de haute énergie. Les longueurs d'onde mises en oeuvre peuvent être comprises dans le domaine de l'ultra-violet et du visible par exemple.

En pratique les borates d'onium préférés dans l'application SPL sont les borates de sulfonium.

De préférence, il est prévu conformément à l'utilisation selon l'invention que le système amorceur comprenant le photoamorceur, est employé en solution dans un solvant organique (accélérateur), de préférence c'. parmi les donneurs de protons et plus préférentiellement encore parmi le groupe suivant alcool isopropylique, alcool benzylique, diacétonealcool, lactate de butyle et leurs mélanges.

En pratique, les amorceurs suivant l'invention sont préparés de manière très simple par dissolution du borate se présentant sous forme solide (poudre), dans l'accélérateur (liquide).

Selon une alternative concernant le borate, ce dernier peut être préparé directement dans l'accélérateur, à partir d'un sel (e. g. chlorure) du cation e. g.

(iodonium) et d'un sel (par exemple de potassium) de l'anion borate.

Outre le ou les photoamorceurs spécifiques de type borate 1) à 4), le système amorceur peut comprendre selon une variante avantageuse, au moins un photosensibilisateur sélectionné parmi les produits (poly) aromatiques-éventuellement métalliques-et les produits hétérocycliques, et de préférence dans la liste de produits suivants : phénothiazine, tétracène, pérylène, anthracène, diphényl-9-10-anthracène, thioxanthone, benzophénone, acétophénone, xanthone, fluorénone, anthraquinone, 9, 10-diméthylanthracène, 2-éthyl-9, 10-diméthyloxyanthracène, 2, 6-diméthyl- naphtalène, 2, 5-diphényl-1-34-oxadiazole, xanthopinacol, 1, 2-benzanthracène, 9- nitro-anthracène, et leurs mélanges.

Par quantité efficace de système amorceur, on entend au sens de l'invention, la quantité suffisante pour amorcer la réticulation.

Avantageusement cette quantité efficace correspond à 1. 10- à 1, de préférence de 1. 10-3 à l. 10-et plus préférentiellement encore de 1. 10-3 a 1. 10-2 moles de photoamorceur pour 1 mole de Grc.

En cas d'utilisation d'un photosensibilisateur, les gammes de concentration appropriées pour ce dernier sont de : A 1. 104 à 1. 10-i mole/mole de Grc A de préférence de 1. 10 4 à 1 10-2 molelmole de Grc A et plus préférentiellement encore de 1. 104 à l. 10-3 mole/mole de Grc.

Selon un autre de ces aspects, la présente invention est relative à un procédé de fabrication par SPL d'un objet tridimensionnel à partir d'une matière première liquide polymérisable et/ou réticulable par voie cationique, notamment par activation lumineuse actinique, en présence d'au moins un photoamorceur, ledit procédé consistant essentiellement : -à mettre en oeuvre un bain comprenant la matière première et le système amorceur, -à exposer une partie de la surface de ce bain à au moins un faisceau actinique, ladite partie de surface exposée ayant une géométrie correspondant à une tranche de l'objet à fabriquer, pendant un temps suffisant pour permettre la solidification de la couche superficielle correspondant à ladite tranche d'objet, -à immerger cette couche solidifiée dans le bain, -et à répéter ces opérations d'exposition actinique et d'immersion de manière à obtenir des couches successives solides superposées et liées entre elles, pour former l'objet visé,

caractérisé en ce que l'on met en oeuvre la composition sélectionnée dans le cadre de l'utilisation telle que définie supra.

Dans le procédé SPL, le rayonnement utilisé soit dans la gamme des UV dont la longueur d'onde est comprise entre 200 et 400 nanomètres, soit dans la gamme du visible dont la longueur d'onde est comprise entre 400 et 800 nm.

La source actinique utilisée est e. g. un LASER dont le faisceau se déplace perpendiculairement à la surface du bain, la durée d'irradiation dépend de la vitesse de balayage et de la taille du faisceau LASER. La réticulation effectuée est excellente, meme en l'absence de tout chauffage. Bien entendu, le couplage de la photoactivation à une thermoactivation, e. g. par chauffage entre 25 et 100°C, n'est pas exclu de l'invention.

Un autre objet de l'invention vise une composition polymérisable et/ou réticulable par voie cationique, notamment par activation actinique, utilisable en (stéréo) photolithographie, caractérisée en ce qu'elle comprend : -une matière première telle que définie supra, -au moins un système amorceur tel que défini supra, -et éventuellement au moins un additif choisi parmi ceux généralement connus dans les précurseurs liquides de stéréophotolithographie.

Les additifs spécifiques de la SPL et susceptibles de rentrer dans la composition selon l'invention sont par exemple : des charges minérales, des charges organiques et/ou des pigments, tels que des fibres synthétiques ou naturelles (polymères) broyées, du carbonate de calcium, du talc, de l'argile, du dioxyde de titane ou de la silice fumée. Ces additifs peuvent notamment permettre d'améliorer e. g. les caractéristiques mécaniques des matériaux finaux.

Les colorants solubles, les inhibiteurs d'oxydation, et/ou tout autre matériWu n'interférant pas avec l'activité catalytique du photoamorceur et n'absorbant pas dans la gamme de longueurs d'onde choisie pour la photoactivation, peuvent être ajoutés également à la composition ou mis en oeuvre dans le cadre du procédé selon l'invention.

Ces compositions conformes à l'invention sont préparées, indifféremment, avant (voire même longtemps avant) ou bien encore immédiatement avant l'utilisation.

Il est à noter que ces compositions sont particulièrement stables au stockage et qu'elles offrent, conformément au procédé de l'invention, des cinétiques de réticulation rapides. En outre, leur état non réticulé, avant exposition au rayonnement lumineux d'activation, offre de grandes facilités de manipulation.

Les compositions selon t'invention sont utilisables telles quelles, notamment en SPL.

La présente invention a également pour objet les pièces tridimensionnelles obtenues par SPL conformément à l'invention.

Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et ne peuvent être considérés comme une limite du domaine et de l'esprit de l'invention.

EXEMPLES : EXEMPLE 1 : Composition du système photosensible : -huile silicone POS fonctionnalisée (Résine UV) par des Z (formule (V)) = Grc = 3- éthyl-1, 2-époxycyclohexène. Huile poly 200 SILCOLEASE de RHONE POULENC- n (25°C) = 270 mPa. s. [époxyde] = 0, 95 eq/kg.

(1,2-époxy-4-éthyle- cyclohexyl)-polydiméthylsiloxanes de formule: Me Me Me Me Me-Si- Si-O Si-O Si Me Me CH, Me Me Me Me a=7 b=70 PDMS époxydé 0 -amorceur : concentration : 0, 043 mol/1 ou 45, 0 gA de Poly 200 (à partir d'une solution à 20 % massique dans le lactate de butyle).

-source d'irradiation : laser à argon ionisé marque Spectra-Physics modèle 2025/03 émettant 80 % de sa puissance à 351, 1 nm et 20 % à 363, 8 nn.

Les coefficients d'extinction molaire de 1'amorceur dans le Poly 200 à 351, 1 et à 363, 8 nm sont respectivement de 275 et 77 I. cm-l. mol-l.

Le faisceau laser, d'une puissance W de 40 mW, se déplace perpendiculairement à la surface d'un récipient contenant le système photosensible à une vitesse de 2, 5 mm/s.

Le système polymérise juste à l'endroit du passage du faisceau laser et sur une largeur égale au diamètre du faisceau, soit 1 mm. Dans ces conditions le système polymérise sur une profondeur de 5 mm soit une consommation énergétique de 3, 2 mJ/mm3.

En rajoutant plusieurs couches du système photosensible, comme décrit dans l'introduction, il a été possible de construire une pièce.

EXEMPLE 2 : Composition du système photosensible : -huile Poly 200 telle que décrite dans 1'exemple 1.

-amorceur : concentration : 5. 10-3 moisa ou 4, 3 gA de Poly 200 (à partir d'une solution à 20 % massique dans le lactate de butyle).

-photosensibilisateur : benzo [a ! pha] pyréne à 5, 71. 10 1 moiA ou 0, 144 g/ ! de Poly 200.

Les coefficients d'extinction molaire du benzo [a ! pha] pyréne dans le Poly 200 à 351, 1 et à 363, 8 nm sont respectivement de 11120 et 25180 l. cm-l. mol-'.

-isopropanol : 5 % massique/Poly 200.

-source d'irradiation : identique à celle de 1'exemple 1.

Pour qu'il y ait polymérisation avec la même vitesse de balayage du faisceau que dans 1'exemple 1, il faut que la puissance du faisceau soit environ trois fois supérieure soit 120 mW. En raison de la forte absorbance du système, la polymérisation ne se fait dans ces conditions que sur une profondeur de 1 mm EXEMPLE 3 : Composition du système photosensible : -huile silicone de formule : viscosité = 28 mPa. s à 25° C ; [époxide] = 1, 5 eq/kg.

-amorceur :

concentration : 0, 043 mol/1 ou 45, 0 g/l de Poly 200 (à partir d'une solution à 20 % massique dans le lactate de butyle).

-source d'irradiation : identique à celle de 1'exemple 1.

Pour qu'il y ait polymérisation avec la même vitesse de balayage du faisceau que dans 1'exemple 1, il faut que la puissance du faisceau soit environ trois fois supérieure soit 20 mW. La profondeur de polymérisation est identique à celle obtenue dans 1'exemple 1 soit environ 5 mm. La consommation énergétique est de 1, 6 mJ/mm3.

EXEMPLE 4 : MESURE DU RETRAIT DES HUILES UTILISEES DANS LES EXEMPLES PRECEDENTS L'huile Poly 200 de 1'exemple 1 et l'huile de 1'exemple 3 sont polymérisées sous forme de cubes de 10 mm de coté par irradiation sous une lampe à vapeur de mercure moyenne pression en présence de sel d'iodonium utilisé dans 1'exemple 2 concentré à 2g/1 pour le Poly 200 de 1'exemple 1 et 1 gA pour 1'huile de 1'exemple 3.

Ces polymérisations se font en absence de photosensibilisateur.

Les masses volumiques des huiles sont mesurées par pycnométrie. huile masse volumique huile masse volumique retrait mol polymère (ml) volumique (%) Exemple 1 0, 996 à 23° C 1, 000 à 23° C0, 4à23°C Exemple 3 0, 988 à 20° C 0, 990 à 20° C 0, 2 à 20°C