JP2000007310A

JP2000007310A - 高充填性窒化ホウ素粉末

Info

Publication number: JP2000007310A
Application number: JP10172576A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Goto; 猛後藤; Yutaka Hirashima; 豊平島; Yukio Kuroda; 幸雄黒田; Taku Kawasaki; 卓川崎
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JP3880201B2

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂・ゴムに高充填可能なＢＮ粉末を提供する
こと。【解決手段】タップ密度０．８ｇ／ｃｍ³以上、酸化ホ
ウ素量２．０重量％以下、水分含有量０．５重量％以
下、５６μｍ以上の凝集粒子の含有量１５重量％以下で
あることを特徴とする高充填性窒化ホウ素粉末。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂やゴムへの充
填性に優れた六方晶窒化ホウ素粉末に関する。

【０００２】

【従来の技術】六方晶窒化ホウ素（ＢＮ）粉末は、白色
粉末で黒鉛と同じ六方晶系の層状構造を有し、高熱伝導
性、潤滑性、摺動性、耐食性、電気絶縁性、耐熱性、機
械加工の容易さなどに優れた特性を有することから様々
な用途に使用されている。

【０００３】電子材料分野においては、電子部品から発
生する熱を効率よく放出する放熱材料として、ＢＮ粉末
の配合された樹脂・ゴム組成物が使用されている。具体
的には、放熱性グリース、高柔軟性熱伝導性シリコンゴ
ム、熱伝導性絶縁放熱シート、更には電子回路基板や放
熱板のプレプリグ等である。

【０００４】電子材料分野以外では、耐熱性コーティン
グ材料、絶縁性ゴム材料、被覆材料、耐アーク性を有す
る材料、Ｂ系化合物を使用する中性子遮蔽材料、自動車
用潤滑グリースやオイル等である。

【０００５】ところで、ＢＮ粉末の上記優れた特性を十
分に発揮させるには、樹脂・ゴムへの充填性を高める必
要があるが、ＢＮは鱗片状粒子であるので充填性が悪
い。そこで、従来より、樹脂成分の低粘度化や、溶剤や
カップリング剤によるＢＮ粉の前処理等が行われている
が、十分に満足できるものではなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みな
されたものであり、樹脂やゴムに高充填が可能なＢＮ粉
末を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ホウ素
源と、窒素源と、結晶化触媒（ｘＣａＯ・Ｂ２Ｏ３、但
しｘ＝１〜２）の前駆物質であるホウ酸カルシウム源と
を、焼成物中の結晶化触媒の割合が２５〜４５重量％と
なるように混合し、それを非酸化性雰囲気ガス下、温度
１９００〜２２００℃で焼成後、酸処理によって結晶化
触媒を除去し、温度１００〜１５０℃で乾燥して、ＢＮ
粉末を製造することによって達成することができる。

【０００８】すなわち、本発明は、タップ密度０．８ｇ
／ｃｍ³以上、酸化ホウ素量２．０重量％以下、水分含
有量０．５重量％以下、５６μｍ以上の凝集粒子の含有
量１５重量％以下であることを特徴とする高充填性窒化
ホウ素粉末である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。

【００１０】本発明者は、樹脂・ゴムに対して高い充填
性を示すＢＮ粉末とするには、そのタップ密度を大きく
するとともに、ＢＮ粉末が含有する水分や酸化ホウ素が
樹脂・ゴム成分と反応して混合物の粘度が高くならない
ように、それらの含有量を調節すればよいことを見いだ
した。

【００１１】また、従来より、タップ密度が高く、水分
量と酸化ホウ素量の低いＢＮとしてはその造粒物がある
が、造粒物であっても樹脂・ゴムへの充填性が十分に高
まったものとはならない。これは、樹脂・ゴムに高充填
できるＢＮ粉末は、造粒物のような５６μｍ以上の凝集
粒子の集合体では不十分であり、主として一次粒子によ
り構成されたＢＮ粉末が良いことを意味していること
を、併せて見いだしたものである。

【００１２】以上のことから、本発明においては、ＢＮ
粉末のタップ密度、水分量、酸化ホウ素量及び５６μｍ
以上の凝集粒子の割合を上記のように規制したものであ
り、これらが本発明の範囲を逸脱すると、樹脂・ゴムへ
の充填性を十分に改善することができなくなる。

【００１３】本発明のＢＮ粉末のタップ密度は、パウダ
ーテスターＰＴ−Ｅ型（ホソカワミクロン社）測定器を
用い、ＢＮ粉末を密度測定用１００ｃｍ³容器に入れ、
タッピングリフト１８ｍｍにて１８０秒で１８０回のタ
ッピングさせ、衝撃で固めた後、容器上部の余分なＢＮ
粉をブレードで擦りきり、次式により求めたものであ
る。

【００１４】タップ密度（ｇ／ｃｍ³）＝｛（ＢＮ粉末
重量＋容器風袋）−容器風袋｝／１００

【００１５】また、本発明のＢＮ粉末中の水分量は、Ｂ
Ｎ粉末を石英製ボートに１．０ｇ精秤した後、シリカゲ
ル及び五酸化二りんを充填した乾燥塔を通した高純度窒
素ガス気流中、５００℃に加熱した石英製管状炉にて、
ＢＮ粉末中の水分を気化させ、排出される窒素中の水分
量をカールフィッシャー滴定法を用いたデジタル微量水
分計（三菱化学社「ＣＡ０５」、発生液；アクアミクロ
ンＡＸ（三菱化学社）、対極液；アクアミクロンＣＸＵ
（三菱化成社）を使用）で測定したものである。

【００１６】また、本発明のＢＮ粉末中の酸化ホウ素量
は、あらかじめ１２０℃にて２時間乾燥したＢＮ粉末５
ｇを平形秤量管に精秤し、メタノール（特級試薬）１５
ｍｌを加え、８０℃のホットプレート上に６０分静置し
た後、１２０℃の乾燥器にて１．５時間乾燥し、デシケ
ーター内で冷却した後秤量し、次式により求めたもので
ある。

【００１７】酸化ホウ素量（重量％）＝（ＢＮ粉末重量
−乾燥後重量）×１００／ＢＮ粉末重量

【００１８】更に、本発明のＢＮ粉末中の５６μｍ以上
の凝集粒子の含有量は、１００ｍｌビーカーにヘキサメ
タリン酸ナトリウム（試薬１級）２０重量％水溶液１５
ｍｌを入れ、この水溶液にＢＮ粉末６０ｍｇを投入し、
超音波分散器で４０分間分散し、それをレーザー散乱式
粒度測定装置器「マイクロトラックＳＰＡ」のチェンバ
ー内に入れ、測定レンジ０．１〜６０μｍ、測定時間１
２０秒にて体積分布を測定し、測定された５６μｍ以上
の頻度値を求めたものである。

【００１９】本発明のＢＮ粉末は、次のようにして製造
することができる。

【００２０】一般的に知られているＢＮ粉末の製造方法
は、炭素還元法、ホウ酸あるいは酸化ホウ素等のホウ素
源と、窒素源であるメラミン、ジシアンジアミドや尿素
などのアミン類あるいはアミノ基を有する化合物との塩
形成による製造法、更には前駆体を用いる製造法などで
ある。これらの製造法においては、ホウ素源と窒素源の
原料に、硼砂、リン酸カルシウム等の結晶化触媒を混合
し、非酸化性雰囲気ガス下、１５００℃以上の温度で焼
成・結晶化されているが、製造されたＢＮ粉末のタップ
密度は、いずれの製造方法においても低く、０．８ｇ／
ｃｍ³を超えることはなかった。

【００２１】これに対し、本発明の条件を満たすＢＮ粉
末の製造方法は、ホウ素源と、窒素源と、結晶化触媒
（ｘＣａＯ・Ｂ２Ｏ３、但しｘ＝１〜２）の前駆物質で
あるホウ酸カルシウム源とを、焼成物中の結晶化触媒の
割合が２５〜４５重量％となるように混合し、それを非
酸化性雰囲気ガス下、温度１９００〜２２００℃で焼成
後、酸処理によって結晶化触媒を除去し、温度１００〜
１５０℃で乾燥することによって製造することができ
る。ここで、非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素ガスが
最適である。

【００２２】本発明に係る製造方法は、従来法に比較し
て、ホウ酸とメラミンの塩を形成させることなく上記特
定条件で結晶化触媒を含む焼成物を製造し、それを酸処
理して結晶化触媒を除去した後、乾燥して水分調整を行
ったことが特徴である。

【００２３】本発明に係る製造方法において、結晶化温
度が１９００℃未満であるか、又ははホウ酸とメラミン
の塩の生成を経由させて焼成物を製造すると、ＢＮ粉末
中の一次粒子の成長が十分でない部分が多くなり、得ら
れるＢＮ粉末のタップ密度が０．８ｇ／ｃｍ³以上には
ならない。また、２２００℃をこえるとＢＮ粉末が分解
するために好ましくない。

【００２４】また、結晶化触媒のｘ値が２をこえると、
得られるＢＮ粉末の一次粒子の成長が進行しにくくな
り、凝集粒子の割合が多くなる。一方、結晶化触媒のｘ
値が１未満では、結晶化触媒にはホウ酸カルシウムが存
在しないことになり、結晶の成長が起こりにくくなる。

【００２５】結晶化触媒量が２５重量％未満では、ＢＮ
粉末中の成長した一次粒子の割合が減少してタップ密度
が低くなる。逆に、４５重量％をこえても凝集粒子の割
合が多くなり、しかもＢＮ粉末の収率が悪く、また溶融
した結晶化触媒により炉材を破損させる恐れがある。

【００２６】更には、酸処理を行わないと、ＢＮ粉末に
結晶化触媒が残存し、それが樹脂成分と反応するので好
ましくない。酸としては、硝酸等が使用される。

【００２７】酸処理後の乾燥温度が１００℃未満では含
有水分量が多くなり、また１５０℃をこえるとＢＮ粉末
中の酸化ホウ素量が増加し、所期の目的を達成すること
がでいない。

【００２８】本発明のＢＮ粉末が配合される樹脂・ゴム
としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、
ジアリルフタレート樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド、ポ
リアミド、ＡＢＳ樹脂、アクリロニトリル−エチレン・
プロピレン・ジエンゴム−スチレン樹脂等の樹脂、天然
ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレン
ゴム、シリコーンゴム、ポリエステルエラストマー、ポ
リブタジエン等のゴム、更にはグリース類等の油脂など
をあげることができる。

【００２９】

【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。

【００３０】実施例１オルトホウ酸５０重量部とメラミン４０重量部と炭酸カ
ルシウム１０重量部をヘンシェルミキサーで混合した。
これをバッチ雰囲気炉にて窒素雰囲気下、温度１９００
℃で焼成・結晶化した。得られた焼成物の結晶化触媒成
分を粉末Ｘ線回折法により調べたところ、ＣａＯ・Ｂ２
Ｏ３、と２ＣａＯ・Ｂ２Ｏ３が観測された。

【００３１】結晶化触媒を硝酸水溶液で除去し、次いで
１５０℃で乾燥した。その時の重量減少から算出された
結晶化触媒量は３５重量％であった。

【００３２】得られたＢＮ粉末のタップ密度、水分量、
酸化ホウ素量及び５６μｍ以上の凝集粒子の割合を上記
に従い測定した。また、得られたＢＮ粉末の充填性を以
下に従い評価した。それらの結果を表２に示す。

【００３３】充填性の評価：シリコーンオイル（トーレ
・シリコーン社「ＳＥ５００４」４５重量部とＢＮ粉末
５５重量部とを均一混合し、Ｂ型粘度計（東京計器社
「Ｎｏ．７ローター」）を用い、１０ｒｐｍで２分後の
粘度を室温で測定した。充填性が低いＢＮ粉末では粘度
が高くなり、逆に充填性が良好であれば粘度は低くな
る。

【００３４】実施例２〜４比較例１〜４表１に示す製造条件にしたこと以外は、実施例１に準じ
てＢＮ粉末を製造し、実施例１と同様な評価を行った。

【００３５】比較例５オルトホウ酸とメラミンと炭酸カルシウムをヘンシェル
ミキサーで混合した後、８５℃、相対湿度８５％雰囲気
下で５時間保持してホウ酸メラミン塩を形成させ、それ
を焼成・結晶化したこと以外は、実施例１と同様にして
ＢＮ粉末を製造し、評価を行った。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】本発明の実施例は、いずれもタップ密度が
０．８ｇ／ｃｍ³以上と高く、水分量、酸化ホウ素量は
低い値を示している。また、充填性の指標となる粘度も
比較例に比べて小さいものであった。

【００３９】

【本発明の効果】本発明によれば、樹脂・ゴムに高充填
可能なＢＮ粉末を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川崎卓福岡県大牟田市新開町１電気化学工業株式会社大牟田工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タップ密度０．８ｇ／ｃｍ³以上、酸化
ホウ素量２．０重量％以下、水分含有量０．５重量％以
下、５６μｍ以上の凝集粒子の含有量１５重量％以下で
あることを特徴とする高充填性窒化ホウ素粉末。