ES2914973T3 - Adhesivo termoconductor - Google Patents
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Abstract
Una composición adhesiva que es adecuada como composición adhesiva termoconductora que comprende: (1) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno se selecciona del grupo que consiste en arcilla expandida, grafito expandido, mica expandida, esquisto expandido, vermiculita expandida, piedra pómez, escoria, microesferas cerámicas, tierra de diatomeas, perlita, sílice pirógena o combinaciones de los mismos; (2) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno es (i) diferente de (1) y tiene una relación de aspecto de 1 a 10; (3) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno es (i) diferente de (1) y tiene una relación de aspecto de más de 10; (4) al menos un (co)polímero; (5) opcionalmente al menos un agente de pegajosidad; y (6) opcionalmente al menos un aditivo.
Description
DESCRIPCIÓN
Adhesivo termoconductor
La presente invención se refiere a adhesivos, preferiblemente adhesivos de fusión en caliente, con conductividad térmica mejorada, usos de los mismos y métodos para la fabricación de materiales compuestos con conductividad térmica mejorada utilizando dichas composiciones adhesivas.
Los adhesivos que son termoconductores se emplean en varias aplicaciones en las que un componente debe fijarse sobre una estructura y en las que el calor debe desviarse del componente. Por lo tanto, muchas aplicaciones se encuentran en los componentes electrónicos de los intercambiadores de calor. En particular, los intercambiadores de calor como los frigoríficos pueden beneficiarse empleando la presente composición.
El objeto de los diseños actuales de construcción de frigoríficos es dotar al interior refrigerado del frigorífico o armario frigorífico de un volumen lo más grande posible y al mismo tiempo proporcionar paredes interiores lisas que sean fáciles de limpiar y mantener. Esto excluye la presencia de elementos evaporadores sobresalientes en el interior, como eran comunes en construcciones anteriores. Por otro lado, el objetivo es mantener el consumo de energía al mínimo. Para ello, se requiere una transferencia de calor altamente eficiente desde el interior que se va a enfriar hacia las unidades evaporadoras de un frigorífico convencional mediante refrigeración por compresión de vapor.
En la actualidad, se utilizan construcciones de frigorífico/refrigerador de armario que tienen una carcasa interior o un revestimiento interior que permite un diseño de paredes lisas del interior refrigerado. Las unidades evaporadoras están dispuestas en el exterior de dicho revestimiento interior, teniendo dichas unidades evaporadoras típicamente la forma de serpentines. Este revestimiento interior con las unidades evaporadoras está dispuesto en un alojamiento exterior, en el que el espacio entre el alojamiento exterior y el revestimiento interior normalmente se rellena con espuma termoaislante para aislamiento térmico. El revestimiento interior de la unidad de refrigeración suele estar hecho de plásticos resistentes a los impactos, en particular, terpolímeros de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). La carcasa exterior o la carcasa exterior de la unidad de refrigeración suele estar hecha de plástico o placas de metal delgadas.
EP-A-1 310751 sugiere aumentar la eficiencia energética de los refrigeradores mediante el uso de películas metálicas o películas de polímero metalizado en las paredes de la unidad de refrigeración, donde dichas películas están dispuestas internamente, externamente o como capas sobre o en las paredes de la unidad de refrigeración. El documento WO 2004/108851 A1 describe un material de espuma que comprende una película de espuma, comprendiendo dicha película una mezcla de adhesivo polimérico termofusible sensible a la presión y un relleno termoconductor. El documento JP 2008069195 A describe adhesivos termoconductores de curado por humedad que contienen un prepolímero de isocianato y un agente de relleno termoconductor.
Además, es conocido disponer placas metálicas delgadas, por ejemplo placas de aluminio, como placas conductoras de calor en la superficie exterior del revestimiento interior de la unidad de refrigeración. Es habitual utilizar bandas adhesivas de doble cara o composiciones adhesivas para fijar dichas placas metálicas sobre la superficie exterior del revestimiento interior.
Un inconveniente de este enfoque conocido es que las tiras adhesivas o las composiciones adhesivas perjudican la transferencia de calor desde el interior de la unidad de refrigeración a las unidades de evaporador en el lado exterior del revestimiento interior.
El documento EP-A-1 637571 describe que dicho inconveniente se puede superar mediante el uso de materiales de relleno termoconductores en las composiciones adhesivas. Estos materiales de relleno, aunque aumentan la conductividad térmica, pueden provocar un aumento no deseado de la viscosidad y/o deteriorar las propiedades mecánicas y adhesivas de la composición o son demasiado caros para ser económicamente útiles.
Por lo tanto, todavía hay necesidad en la técnica de composiciones adhesivas que muestren una excelente conductividad térmica mientras se minimizan los efectos negativos sobre la viscosidad, las propiedades mecánicas y la adhesividad.
Los inventores descubrieron sorprendentemente que este objetivo se puede cumplir proporcionando una composición adhesiva de fusión en caliente que comprende una combinación de al menos tres rellenos específicos, teniendo dicha composición una excelente conductividad térmica al tiempo que conserva una viscosidad que permite un fácil uso y aplicación de la composición adhesiva.
En un primer aspecto, la presente invención se dirige así a una composición adhesiva, de acuerdo con la reivindicación 1, que es adecuada como composición adhesiva termoconductora, preferiblemente una composición termoplástica, más preferiblemente una composición termofusible, que comprende:
(1) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno se selecciona del grupo que consiste en arcilla expandida, grafito expandido, mica expandida, esquisto expandido, vermiculita expandida, piedra pómez, escoria, microesferas cerámicas, tierra de diatomeas, perlita, sílice pirógena o combinaciones de los mismos;
(2) al menos un relleno diferente de (1), en el que dicho al menos un relleno diferente de (1)
(i) tiene una relación de aspecto de 1 a 10, preferiblemente de 2 a 9, más preferiblemente de 4 a 8, lo más preferiblemente de 5 a 7,5; y/o
(ii) se selecciona del grupo que consiste en óxidos metálicos termoconductores, preferiblemente óxido de estaño, óxido de indio, óxido de antimonio, óxido de aluminio, óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de magnesio, óxido de zinc, óxidos de metales de tierras raras; sulfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; tiza; silicato alcalino; sílice; rellenos metálicos en forma de bola, preferiblemente seleccionados entre hierro, cobre, aluminio, zinc, oro, plata y estaño; haluros de metales alcalinos y alcalinotérreos; fosfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; y combinaciones de los mismos;
(3) al menos un relleno diferente de (1) y (2), en el que dicho al menos un relleno diferente de (1) y (2)
(i) tiene una relación de aspecto de más de 10, preferiblemente de 10,5 a 100, más preferiblemente de 20 a 70, lo más preferiblemente de 30 a 60; y/o
(ii) se selecciona del grupo que consiste en rellenos metálicos en escamas, preferiblemente hierro, cobre, aluminio, zinc, oro, plata y estaño; nitruros de aluminio; nitruros de silicio; nitruros de boro; negro carbón; silicatos escamosos, preferiblemente wollastonita; carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; hidróxido de aluminio; hidróxido de magnesio; boratos alcalinos; y combinaciones de los mismos;
(4) al menos un (co)polímero, preferiblemente seleccionado del grupo que consiste en poliamidas, preferiblemente poliamidas termoplásticas, poliolefinas, preferiblemente alfa-olefinas, más preferiblemente caucho butílico o polibuteno, poli(met)acrilatos, poliestireno, poliuretanos, preferiblemente termoplásticos poliuretano, poliésteres, copolímeros de etileno, copolímeros de etilenvinilo, copolímeros de bloques estirénicos, preferiblemente estireno-butadieno (SB), estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS), estirenoisopreno (SI), estireno-isopreno-estireno (SIS), estireno-butadieno-estireno (SBS), estirenoisoprenobutadieno (SIB) o estireno-isopreno-butadieno-estireno (SIBS), ácido poliláctico (PLA), copoliamidas, siliconas, resinas epoxi, polioles o combinaciones de los mismos;
(5) opcionalmente al menos un agente de pegajosidad; y
(6) opcionalmente al menos un aditivo, preferiblemente seleccionado del grupo que consiste en plastificantes, colorantes, promotores de adhesión, ceras, antioxidantes, tensioactivos, estabilizantes, modificadores de reología, reticulantes y combinaciones de los mismos.
En otro aspecto, la presente invención se refiere a un método para fabricar un artículo que comprende al menos dos sustratos unidos, que comprende
(A) aplicar la composición adhesiva de la presente invención a la superficie de un primer sustrato a unir; y
(B) poner en contacto la superficie del primer sustrato a unir que comprende la composición adhesiva con un segundo sustrato a unir; y
(C) opcionalmente repetir los pasos (A) y (B) con un tercer o más sustrato a unir.
En otro aspecto más, la invención también abarca un artículo que puede obtenerse de acuerdo con los métodos descritos en el presente documento.
En otro aspecto, la invención también cubre el uso de la composición adhesiva como se describe aquí en tuberías, preferiblemente serpentines de refrigeración; en componentes electrónicos, preferiblemente en dispositivos emisores de luz, dispositivos informáticos, teléfonos móviles, tabletas, pantallas táctiles, sistemas HiFi de tecnología automotriz y sistemas de audio; en juntas entre tuberías de calor y tanques de agua en calefacción solar; en celdas de combustible y turbinas eólicas; en la fabricación de chips informáticos; en dispositivos de luz; baterías; en cubiertas; enfriadores; dispositivos de intercambio de calor; cable unipolar; cable multipolar; cables de calefacción; refrigeradores; lavaplatos; aparatos de aire acondicionado; acumuladores; transformadores; láseres; ropa funcional; asientos de automóvil; dispositivos médicos; protección contra incendios; motores eléctricos; aviones; y trenes
"Uno o más", como se usa en el presente documento, se refiere al menos a uno y comprende 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o más de las especies mencionadas. De manera similar, "al menos uno" significa uno o más, es decir, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o más. "Al menos uno", como se usa aquí en relación con cualquier componente, se refiere al número de moléculas
químicamente diferentes, es decir, al número de tipos diferentes de las especies a las que se hace referencia, pero no al número total de moléculas. Por ejemplo, "al menos un polímero" significa que se utiliza al menos un tipo de molécula que entra dentro de la definición de polímero, pero que también pueden estar presentes dos o más tipos diferentes de moléculas que entran dentro de esta definición, pero no significa que solo uno molécula de dicho polímero está presente.
Si se hace referencia aquí al peso molecular de un polímero, esta referencia se refiere al peso molecular promedio en número Mn, si no se indica explícitamente lo contrario. El peso molecular medio numérico Mn de un polímero puede determinarse, por ejemplo, mediante cromatografía de permeación en gel según DIN 55672-1:2007-08 con THF como eluyente. Si no se indica lo contrario, todos los pesos moleculares dados son los determinados por GPC, calibrados con estándares de poliestireno. El peso molecular promedio en peso Mw también se puede determinar por GPC, como se describe para Mn.
Todos los porcentajes dados aquí en relación con las composiciones o formulaciones se refieren al % en peso con respecto al peso total de la composición o fórmula correspondiente, a menos que se indique explícitamente lo contrario.
"Alrededor" o "aproximadamente" como se usa aquí en relación con un valor numérico se refiere al valor numérico ± 10 %, preferiblemente ± 5 %. "Alrededor de 0,600 W/(m*K)" por lo tanto se refiere a 0,6 ± 0,06, preferiblemente 0,6 ± 0,03 W/( m*K).
"Proporción de aspecto" como se emplea aquí se refiere a una proporción de aspecto promedio de 50, preferiblemente 100, partículas del correspondiente relleno medido de acuerdo con el método de medición mencionado a continuación.
La presente invención se basa en el descubrimiento sorprendente del inventor de que la incorporación de una combinación de diferentes materiales de relleno térmicamente conductores, más particularmente al menos tres materiales de relleno diferentes, en una composición adhesiva puede, por un lado, proporcionar un aumento sinérgico de la conductividad térmica manteniendo los valores deseables de viscosidad y conservando las propiedades adhesivas y mecánicas.
Las composiciones adhesivas descritas en el presente documento son adecuadas como composición adhesiva termoconductora en virtud de la combinación específica de relleno utilizada. En varias realizaciones, las composiciones adhesivas son composiciones termoplásticas, preferiblemente composiciones de fusión en caliente, más preferiblemente adhesivos sensibles a la presión de fusión en caliente (HMPSA). Estos adhesivos HMPSA se caracterizan porque se aplican sobre el sustrato en estado fundido y proporcionan suficiente fuerza de unión a temperatura ambiente sin necesidad de activación por un solvente o calor simplemente presionando juntos los dos sustratos a unir.
Las características importantes de todos los adhesivos de la presente invención son que su fuerza adhesiva específica es lo suficientemente alta para unir dos sustratos, preferiblemente metales y polímeros no polares, como placas de metal y ABS que se usan en unidades de refrigeración. Además, los adhesivos deben proporcionar buenas propiedades humectantes sobre los sustratos, lo cual es importante para una adhesión inicial rápida y una buena fuerza cohesiva. Además, deben tener la alta conductividad térmica deseada para permitir una transferencia de calor eficiente. En particular, desde el revestimiento interior de plástico hasta las placas de metal cuando se emplea en una unidad de refrigeración. Finalmente, presentan preferiblemente una buena fuerza adhesiva y una buena resistencia mecánica a temperaturas inferiores a la temperatura ambiente, en particular a temperaturas bajo cero.
Por lo tanto, las composiciones adhesivas de la invención deben incluir agentes adhesivos que cumplan los requisitos adhesivos anteriores y, al mismo tiempo, materiales que proporcionen la conductividad térmica mejorada.
Los materiales de relleno utilizados en las composiciones de la invención comprenden al menos un material de relleno seleccionado del grupo que consiste en arcilla expandida, grafito expandido, mica expandida, esquisto expandido, vermiculita expandida, piedra pómez, escoria, microesferas cerámicas, tierra de diatomeas, perlita, sílice pirógena o combinaciones de los mismos; al menos una agente de relleno diferente de (1) y que tiene una relación de aspecto de 1 a 10, preferiblemente de 2 a 9, más preferiblemente de 4 a 8, lo más preferiblemente de 5 a 7,5; y al menos un agente de relleno diferente de (1) y (2) que tiene una relación de aspecto de más de 10, preferiblemente de 10,5 a 100, más preferiblemente de 20 a 70, lo más preferiblemente de 30 a 60.
En varias realizaciones, el relleno diferente de (1) y que tiene una relación de aspecto de 1 a 10 puede seleccionarse del grupo que consiste en óxidos metálicos térmicamente conductores, preferiblemente óxido de estaño, óxido de indio, óxido de antimonio, óxido de aluminio, titanio óxido, óxido de hierro, óxido de magnesio, óxido de zinc, óxidos de metales de tierras raras; sulfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; tiza; silicato alcalino; sílice; rellenos metálicos en forma de bola, preferiblemente seleccionados entre hierro, cobre, aluminio, zinc, oro, plata y estaño; haluros de metales alcalinos y alcalinotérreos; fosfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; y combinaciones de los mismos.
El al menos un relleno diferente de (1) y (2) que tiene una relación de aspecto de más de 10 puede, en diversas realizaciones, seleccionarse del grupo que consiste en rellenos de metal en escamas, preferiblemente hierro, cobre, aluminio, zinc, oro, plata y estaño; nitruros de aluminio; nitruros de silicio; nitruros de boro; negro carbón; silicatos escamosos, preferiblemente wollastonita; carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; hidróxido de aluminio; hidróxido de magnesio; boratos alcalinos; y combinaciones de los mismos.
En otras realizaciones, la composición adhesiva comprende una combinación de relleno que incluye: al menos un primer relleno seleccionado del grupo que consiste en arcilla expandida, grafito expandido, mica expandida, esquisto expandido, vermiculita expandida, piedra pómez, escoria, microesferas cerámicas, tierra de diatomeas, perlita, sílice pirógena o combinaciones de los mismos; al menos un segundo relleno, distinto del primero, seleccionado entre óxidos metálicos termoconductores, preferiblemente óxido de estaño, óxido de indio, óxido de antimonio, óxido de aluminio, óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de magnesio, óxido de zinc, óxidos de metales de tierras raras; sulfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; tiza; silicato alcalino; sílice; rellenos metálicos en forma de bola, preferiblemente seleccionados de hierro, cobre, aluminio, zinc, oro, plata y estaño; haluros de metales alcalinos y alcalinotérreos; fosfatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; y combinaciones de los mismos; y al menos un tercer relleno, diferente del primero, seleccionado del grupo que consiste en rellenos metálicos en escamas, preferiblemente hierro, cobre, aluminio, zinc, oro, plata y estaño; nitruros de aluminio; nitruros de silicio; nitruros de boro; negro carbón; silicatos escamosos, preferiblemente wollastonita; carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos; hidróxido de aluminio; hidróxido de magnesio; boratos alcalinos; y combinaciones de los mismos. En estas realizaciones, el segundo relleno puede tener una relación de aspecto de 1 a 10, preferiblemente de 2 a 9, más preferiblemente de 4 a 8, más preferiblemente de 5 a 7,5 y/o el tercer relleno puede tener una relación de aspecto de más de 10, preferiblemente 10,5 a 100, más preferiblemente 20 a 70, lo más preferiblemente 30 a 60.
"Relación de aspecto", como se usa aquí, se refiere a la relación entre tamaños en diferentes dimensiones de un objeto tridimensional, más particularmente la relación del lado más largo respecto al lado más corto, por ejemplo alto respecto a ancho. Las partículas redondas o esféricas tienen por lo tanto una relación de aspecto de aproximadamente 1, mientras que las fibras, las agujas o las escamas tienden a tener relaciones de aspecto superiores a 10, ya que tienen en relación con su longitud o longitud y anchura un diámetro o grosor comparable más pequeño. La relación de aspecto se puede determinar mediante mediciones de microscopía electrónica de barrido (SEM). Como software se puede utilizar "Analysis pro" de Olympus Soft Imaging Solutions GmbH. El aumento está entre x250 y x1000 y la relación de aspecto es un valor medio obtenido midiendo el ancho y el largo de al menos 50, preferiblemente 100 partículas en la imagen. En el caso de agentes de relleno relativamente grandes y escamosos, las mediciones SEM se pueden obtener con un ángulo de inclinación de 45° de la muestra.
En varias realizaciones, el al menos un agente de relleno (1) (o el primer relleno) tiene un tamaño de partícula promedio de 2 a 150 |im, preferiblemente de 5 a 120 |im, más preferiblemente de 10 a 100 |im, lo más preferiblemente de 20 a 80 |im.
Preferiblemente, el al menos un agente de relleno (2) (o el segundo relleno) tiene un tamaño de partícula promedio de 0,5 a 100 |im, preferiblemente de 1 a 80 |im, más preferiblemente de 2 a 50 |im, lo más preferiblemente de 3 a 25 |im.
El al menos un agente de relleno (3) (o tercer relleno) tiene, en varias realizaciones, un tamaño de partícula promedio de 1 a 100 |im, preferiblemente de 2 a 80 |im, más preferiblemente de 5 a 70 |im, lo más preferiblemente de 10 a 60 |im.
El tamaño de partícula se puede determinar, por ejemplo, mediante el método de difracción láser según ISO 13320:2009.
En general, puede ser preferible usar una distribución de tamaño de partícula bimodal o trimodal para permitir un empaquetamiento denso del relleno en la matriz aglutinante.
En las composiciones adhesivas descritas en el presente documento, el al menos un agente de relleno (1) puede estar contenido en la composición adhesiva en una cantidad de menos del 10 % en peso, preferiblemente del 0,1 al 5 % en peso, más preferiblemente del 0,5 al 4% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva. El al menos un relleno (2) puede estar contenido en la composición adhesiva en una cantidad de menos del 65 % en peso, preferiblemente del 10 al 55 % en peso, más preferiblemente del 30 al 50 % en peso basado en el peso total de la composición adhesiva. El al menos un relleno (3) puede estar contenido en la composición adhesiva en una cantidad de menos del 25 % en peso, preferiblemente del 2,5 al 20 % en peso, más preferiblemente del 5 al 15 % en peso basado en el peso total de la composición adhesiva. En varias realizaciones, las composiciones adhesivas de la invención comprenden menos del 10% en peso, preferiblemente del 0,1 al 5% en peso, más preferiblemente del 0,5 al 4% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva de al menos una relleno (1); menos del 65% en peso, preferiblemente del 10 al 55% en peso, más preferiblemente del 30 al 50% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva de al menos un relleno (2); y menos del 25% en peso, preferiblemente del 2,5 al 20% en peso, más preferiblemente del 5 al 15% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva de al menos un relleno (3). En realizaciones preferidas, las composiciones comprenden del 0,5 al 4% en peso basado en el peso total
de la composición adhesiva de al menos un relleno (1); 30 a 50% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva de al menos un relleno (2); y 5 a 15% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva de al menos un relleno (3).
En diversas realizaciones, la cantidad total de rellenos en la composición adhesiva, en particular la cantidad total de los rellenos (1), (2) y (3) es inferior al 80% en peso, preferiblemente inferior al 70% en peso, más preferiblemente menos del 60% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva. La cantidad total de los rellenos (1), (2) y (3) en la composición adhesiva es, en diversas realizaciones, al menos el 10 % en peso, preferiblemente al menos el 20 % en peso, más preferiblemente al menos el 30 % en peso basado en el peso total de la composición adhesiva.
En realizaciones preferidas, el primer relleno, es decir, el relleno (1), comprende o consiste en grafito expandido. En realizaciones más preferidas, el segundo relleno, es decir, el relleno (2), comprende o consiste en óxido de aluminio. En realizaciones aún más preferidas, el tercer relleno, es decir, el relleno (3) comprende o consiste en nitruro de boro o escamas de aluminio.
Las composiciones adhesivas comprenden además (co)polímeros como agentes aglutinantes. El término (co)polímeros incluye homopolímeros, copolímeros, copolímeros de bloques y terpolímeros. En particular, son adecuados los (co)polímeros elastoméricos, más preferiblemente los (co)polímeros termoplásticos elastoméricos. Los (co)polímeros ejemplares que son adecuados como componentes de la matriz aglutinante de las composiciones de la invención incluyen, sin limitación, poliamidas, preferiblemente poliamidas termoplásticas, poliolefinas, preferiblemente alfa-olefinas, más preferiblemente caucho de butilo o polibuteno, poli(met)acrilatos, poliestireno, poliuretanos, preferiblemente poliuretano termoplástico, poliésteres, copolímeros de etileno, copolímeros de etileno vinilo, copolímeros de bloques estirénicos, preferiblemente estireno-butadieno (SB), estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS), estireno-isopreno (SI), estireno-isopreno-estireno (SIS), estireno-butadieno-estireno (SBS), estirenoisopreno-butadieno (SIB) o estireno-isopreno-butadieno-estireno (SIBS), ácido poliláctico (PLA), copoliamidas, siliconas, resinas epoxi, polioles o combinaciones de los mismos. Los poliuretanos termoplásticos se emplean en una realización preferida. Los copolímeros de etileno y vinilo preferidos incluyen copolímeros de etileno y de acetato de vinilo (EVA). Otros (co)polímeros preferidos son los copolímeros de acrilato y el polipropileno atáctico. Particularmente adecuados son los copolímeros de bloque del tipo A-B, A-B-A, A-(B-A)n-B- y (A-B)n-Y, en los que A es un bloque de polivinilo aromático y B es un bloque medio similar al caucho, que puede hidrogenarse parcial o completamente. Los ejemplos específicos son aquellos en los que A es un bloque de poliestireno y B es un bloque de polibutadieno o poliisopreno esencialmente similar al caucho. Y puede ser un compuesto polivalente y n es un número entero de al menos 3. Para mejorar la resistencia al calor, el bloque central B puede hidrogenarse parcialmente, de modo que se elimine al menos una parte de los dobles enlaces C-C. Ejemplos de estos copolímeros en bloque son estirenobutadieno (SB), estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS), estireno-isopreno (SI), estireno-isopreno-estireno (SIS), estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno -isopreno-butadieno (SIB), estireno-isoprenobutadieno-estireno (SIBS), que están comercialmente disponibles de varios fabricantes. Los (co)polímeros preferidos en las composiciones de la invención son poliamidas termoplásticas, poliuretanos, poliolefinas y los copolímeros de bloque mencionados anteriormente.
La composición puede comprender además al menos un agente de pegajosidad. Los ejemplos de agentes de pegajosidad que se pueden usar incluyen, pero no se limitan a, ácido abiético, ésteres de ácido abiético, resinas terpénicas, resinas fenólicas terpénicas, poli-alfa-metilestireno, polímeros de estireno modificados con fenol, polímeros de alfa-metilestireno modificados con fenol, resinas de resorcinol, resinas de hidrocarburos, en particular resinas de hidrocarburos alifáticos, aromáticos o aromático-alifáticos o resinas de cumarona-indeno, o mezclas de agentes de pegajosidad y promotores de la adhesión.
La composición puede comprender además uno o más aditivos adicionales, preferiblemente seleccionados del grupo que consiste en plastificantes, colorantes, promotores de adhesión, ceras, antioxidantes, tensioactivos, estabilizantes, modificadores de reología, reticulantes y combinaciones de los mismos.
Las ceras se pueden usar, por ejemplo, en combinación con los agentes de pegajosidad definidos anteriormente. Los ejemplos de ceras que se pueden usar incluyen, sin limitación, ceras polares seleccionadas de poliolefinas funcionalizadas con un rango de peso molecular Mn determinado por GPC entre aproximadamente 4000 y 80000 y basadas en etileno y/o propileno con ácido acrílico, ácido metacrílico, ésteres alquílicos C1-4 de ácido (met)acrílico, ácido itacónico, ácido fumárico, acetato de vinilo, monóxido de carbono y, en particular, ácido maleico y mezclas de los mismos. Se prefieren los (co)polímeros de etileno, propileno o etileno-propileno injertados o copolimerizados con monómeros polares con índices de saponificación y acidez, respectivamente, entre 2 y 50 mg KOH/g. Los índices de saponificación y acidez se pueden determinar por titulación.
La reología de las composiciones y/o las propiedades mecánicas de la unión encolada se pueden ajustar mediante la adición de los llamados aceites extensores, es decir, aceites alifáticos, aromáticos o nafténicos, polibutenos de bajo peso molecular o poliisobutilenos. Además, pueden emplearse poli-alfa-olefinas que son líquidas a 25°C y que están comercialmente disponibles, por ejemplo, bajo el nombre comercial Synfluid PAO. También se pueden usar plastificantes convencionales, tales como ésteres dialquílicos o alquilarílicos de ácido Itálico o ésteres dialquílicos de ácidos dicarboxílicos alifáticos, opcionalmente mezclados con los aceites diluyentes antes mencionados.
Los estabilizadores adecuados que pueden usarse en las composiciones de la invención incluyen, sin limitación, 2-(hidroxifenil)-benzotriazol, 2-hidroxibenzofenona, alquil-2-ciano-3-fenilcinamato, fenilsalicilato o 1,3,5-tris(2'-hidroxifenil)triazina. Los antioxidantes adecuados incluyen, sin limitación, los disponibles comercialmente con el nombre comercial Irganox® (BASF, SE). También son adecuados los compuestos de diestearil-pentaeritritdifosfato, ésteres octadecílicos del ácido 3,5-bis(1,1-dimetiletil)-4-hidroxibencilpropanoico (Irganox® 1076), 2,4-bis(n-octiltio)-6-(4-hidroxi-3,5-di-tercbutilanilino)-1,3,5-triazina (Irganox® 565), 2-terc-butil-6-(3-terc-butil-2-hidroxi-5-metilbencil)-4-metilfenilacrilato, antioxidantes de fosfito, como tris(nonilfenil)fosfito (TNPP), tris(mono-nonilfenil)fosfito y tris(dinonilfenil)fosfito, bis(2,4-di-terc-butilfenil)pentaeritrita difosfato, tris(2, 4-di-terc-butilfenil)fosfito y combinaciones de 2 o más de los compuestos mencionados anteriormente.
En realizaciones preferidas, la composición adhesiva de la invención comprende del 5 al 50 % en peso, preferiblemente del 10 al 50 % en peso del al menos un (co)polímero, del 5 al 80 % en peso de los rellenos (1), (2) y (3), como se define anteriormente, 0 a 50 % en peso, preferiblemente 20 a 70 % en peso de al menos un agente de pegajosidad y/o promotor de adhesión, 0 a 40 % en peso de un plastificante o aceite extendedor, y del 0 al 10 % en peso de aditivos adicionales seleccionados entre colorantes, antioxidantes, estabilizadores y modificadores de la reología, sumando los componentes hasta el 100 % en peso.
Las composiciones de la invención se pueden producir por medios convencionales. Los métodos preferidos incluyen la fabricación mediante mezcladores, por ejemplo mezclador planetario, disolvente planetario, amasadora, mezcladora interna y extrusora.
El campo de aplicación preferido de las composiciones de la invención es el pegado de elementos termoconductores, tales como placas metálicas o tubos metálicos, en particular tubos de aluminio, sobre la superficie exterior del revestimiento interior de las unidades frigoríficas.
La presente invención también cubre un método para unir dos sustratos y para producir un artículo de fabricación uniendo dos sustratos. En estos métodos, la composición adhesiva de la invención se aplica en estado fundido sobre la superficie del sustrato, por ejemplo mediante un revestimiento con rodillo o mediante aplicación de cuentas. A continuación, la superficie del sustrato con el adhesivo se presiona sobre el otro sustrato que se va a unir. El sustrato puede incluir placas de metal que se utilizan para la transferencia de calor en unidades de refrigeración y/o bobinas de evaporador que normalmente también están hechas de metales, en particular aluminio. Por lo tanto, las composiciones adhesivas de la invención pueden usarse para unir chapas metálicas así como bobinas o tubos de evaporador a un sustrato de plástico o metal, en particular en unidades de refrigeración. En estas aplicaciones la conductividad térmica del adhesivo es de particular importancia. El sustrato o artículo unido así producido, tal como el revestimiento interior de una unidad de refrigeración, se coloca luego en la carcasa exterior y el espacio entre el revestimiento interior y la carcasa exterior se llena con espuma termoaislante.
En consecuencia, en varias realizaciones, la invención se refiere a un método para fabricar un artículo que comprende al menos dos sustratos unidos, que comprende
(A) aplicar la composición adhesiva de acuerdo con la presente invención a una superficie de un primer sustrato a unir; y
(B) poner en contacto la superficie del primer sustrato a unir que comprende la composición adhesiva con un segundo sustrato a unir.
Dependiendo del número de sustratos a unir, los pasos (A) y (B) pueden repetirse para unir un tercer sustrato o más a los sustratos ya unidos.
La presente invención también abarca los artículos de fabricación que se pueden obtener de acuerdo con los métodos descritos en este documento y que incluyen los adhesivos descritos en este documento.
La conductividad térmica se puede determinar de acuerdo con el método de la fuente de calor del plano transitorio (disco caliente) (ISO 22007-2:2008). La medición se realizó a temperatura ambiente (25°C).
En diversas realizaciones, las composiciones adhesivas de la invención tienen conductividades térmicas de al menos 0,600 W/(m*K), preferiblemente al menos 0,700 W/(m*K), más preferiblemente al menos 0,750 W/(m*K), lo más preferiblemente al menos 0,800 W/(m*K), determinado de acuerdo con el método anterior.
En varias realizaciones, aunque tienen una alta conductividad térmica, las composiciones adhesivas aún retienen una viscosidad que permite una aplicación simple al sustrato. Más particularmente, en realizaciones preferidas, la viscosidad de la composición adhesiva es de 500 a 500.000 mPas a 200°C, preferiblemente de 5.000 a 250.000 mPas a 200°C, más preferiblemente de 10.000 a 150.000 mPas a 200°C. La viscosidad se puede determinar de acuerdo con ASTM D 3236, excepto que la temperatura fue de 180°C, 190°C o 200°C en lugar de 175°C.
Las composiciones adhesivas descritas en este documento se pueden usar en diversos campos, que incluyen, entre otros, la fabricación de unidades de refrigeración y dispositivos electrónicos. Más concretamente, se pueden utilizar en la fabricación y unión de tuberías, preferiblemente serpentines de refrigeración; componentes electrónicos, preferiblemente en dispositivos emisores de luz, dispositivos informáticos, teléfonos móviles, tabletas, pantallas táctiles y sistemas de audio; tecnología automotriz; en juntas entre tuberías de calor y tanques de agua en calefacción solar; en celdas de combustible y turbinas eólicas; en la fabricación de chips informáticos; en dispositivos luminosos; baterías; en cubiertas; enfriadores; dispositivos de intercambio de calor; cable unipolar, como cables de calefacción; cables multipolares; refrigeradores; lavaplatos; aparatos de aire acondicionado; acumuladores; transformadores; láseres; ropa funcional; asientos de automóvil; dispositivos médicos; protección contra incendios; motores eléctricos; aviones; y trenes
La invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos. Sin embargo, se entiende que estos ejemplos tienen únicamente fines ilustrativos y no deben interpretarse como limitativos de la invención.
Ejemplos
Ejemplos 1 a 3 y Ejemplos Comparativos V1 a V6:
Se prepararon diferentes composiciones adhesivas con sus composiciones que se muestran en la Tabla 1. Para obtener las composiciones, primero se calentó el (co)polímero y, opcionalmente, el(los) agente(s) de pegajosidad y/o el(los) aditivo(s) hasta que el (co)polímero se funde y luego se mezcla hasta obtener una fase homogénea. A esta fase, los rellenos se proporcionan posteriormente en cualquier orden. A continuación, la composición final se mezcla completamente y se deja enfriar a temperatura ambiente.
Tabla 1: Composiciones adhesivas (todas las cantidades están en % en peso en relación con el peso total de la m i i n V = m l m r iv E = m l
A continuación, se ensayaron las formulaciones adhesivas con respecto a su conductividad térmica y viscosidades. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 : Conductividades térmicas/viscosidades
Puede verse a partir de los ejemplos y ejemplos comparativos que se puede obtener una conductividad térmica significativamente mejorada mediante composiciones de acuerdo con la presente invención, que emplean al menos tres rellenos específicos diferentes.
Claims (11)
1. Una composición adhesiva que es adecuada como composición adhesiva termoconductora que comprende:
(1) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno se selecciona del grupo que consiste en arcilla expandida, grafito expandido, mica expandida, esquisto expandido, vermiculita expandida, piedra pómez, escoria, microesferas cerámicas, tierra de diatomeas, perlita, sílice pirógena o combinaciones de los mismos; (2) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno es
(i) diferente de (1) y tiene una relación de aspecto de 1 a 10;
(3) al menos un relleno, en el que dicho al menos un relleno es
(i) diferente de (1) y tiene una relación de aspecto de más de 10;
(4) al menos un (co)polímero;
(5) opcionalmente al menos un agente de pegajosidad; y
(6) opcionalmente al menos un aditivo.
2. La composición adhesiva de acuerdo con la reivindicación 1, en la que
al menos un agente de relleno (2) se selecciona de óxidos metálicos termoconductores y
el al menos un agente de relleno (3) se selecciona del grupo que consiste en rellenos metálicos escamosos.
3. La composición adhesiva de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que
(a) el al menos un agente de relleno (1) tiene un tamaño medio de partícula de 2 a 150 |im; y/o (b) el al menos un agente de relleno (2) tiene un tamaño medio de partícula de 0,5 a 100 |im; y/o (c) el al menos un agente de relleno (3) tiene un tamaño medio de partícula de 1 a 100 |im.
4. La composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que
(a) el al menos un agente de relleno (1) está contenida en la composición adhesiva en una cantidad inferior al 10 % en peso basado en el peso total de la composición adhesiva; y/o
(b) el al menos un agente de relleno (2) está contenida en la composición adhesiva en una cantidad inferior al 65% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva; y/o
(c) el al menos un agente de relleno (3) está contenida en la composición adhesiva en una cantidad inferior al 25% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva.
5. La composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde al menos un relleno (1) es grafito expandido, el al menos un relleno (2) es óxido de aluminio y el al menos un relleno (3) es nitruro de boro o aluminio escamoso.
6. La composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la cantidad total de los rellenos (1), (2) y (3) es inferior al 80% en peso basado en el peso total de la composición adhesiva.
7. La composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que al menos un (co)polímero es un polímero elastomérico.
8. La composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la viscosidad de la composición adhesiva es de 500 a 500.000 mPas a 200°C.
9. La composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la conductividad térmica de la composición adhesiva es de al menos 0,600 W/(m*K).
10. Un método para fabricar un artículo que comprende al menos dos sustratos unidos, que comprende
(A) aplicar la composición adhesiva de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 a la superficie de un primer sustrato a unir; y
(B) poner en contacto la superficie del primer sustrato a unir que comprende la composición adhesiva con un segundo sustrato a unir; y
(C) opcionalmente repetir los pasos (A) y (B) con un tercer o más sustrato a unir.
11. El uso de la composición adhesiva de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en tuberías; en componentes electrónicos; en juntas entre tuberías de calor y tanques de agua en calefacción solar; en celdas de combustible y turbinas eólicas; en la fabricación de chips informáticos; en dispositivos luminosos; baterías; cubiertas; enfriadores;
dispositivos de intercambio de calor; cable unipolar; cable multipolar; cables de calefacción; refrigeradores; lavaplatos; aparatos de aire acondicionado; acumuladores; transformadores; láseres; ropa funcional; asientos de automóvil; dispositivos médicos; protección contra incendios; motores eléctricos; aviones; y trenes
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