JP7168084B2 - 高熱伝導性シリコーン組成物及びその硬化物 - Google Patents
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Description
[1].(A)オルガノポリシロキサン、
(B)平均球形度0.8以上で、平均粒子径80~150μmであり、純度が98質量%以上の球状酸化マグネシウム粉末、
(C)(C-I)平均球形度0.8以上で、平均粒子径7~60μmであり、かつレーザー回折型粒度分布で96~150μmの粗粒子の割合が(C-I)成分全体の0.1~30質量%である球状酸化アルミニウム粉末、及び
(C-II)平均粒子径0.1~4μmの球状又は不定形状酸化アルミニウム粉末
を含む高熱伝導性シリコーン組成物であって、
上記(C-I)成分と(C-II)成分の配合割合体積比((C-I):(C-II))が2.0:8.0~8.0:2.0で、上記(B)成分と(C)成分の配合割合体積比((B):(C))が5.0:5.0~9.5:0.5であり、かつ(B)成分と(C)成分との合計量が組成物中80~90体積%であり、組成物の熱伝導率がISO 22007-2準拠のホットディスク法において、7.0W/m・K以上、組成物の25℃における粘度がスパイラル粘度計による回転数10rpm測定時において、30~800Pa・sである高熱伝導性シリコーン組成物。
[2].(A)成分を組成物中1~6質量%含む[1]記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
[3].(A)成分として(A-I)1分子中に平均0.1個以上のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた付加反応硬化型、(A)成分として(A-II)1分子中に少なくとも2個のシラノール基もしくはケイ素原子結合加水分解性基を有するオルガノポリシロキサンを用いた縮合反応硬化型、又は(A)成分として(A-III)1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた有機過酸化物硬化型である[1]又は[2]記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
[4].さらに、(D)表面処理剤を含む[1]~[3]のいずれかに記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
[5].(D)成分として、(D-I)シランカップリング剤を(B)成分及び(C)成分の合計100質量部に対して0.1~5質量部含有する[4]記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
[6].(A)成分として、(A-I)1分子中に平均0.1個以上のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサン又は(A-III)1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用い、(D)成分として、(D-II)下記一般式(1)
-SiR1 a(OR2)3-a (1)
(式中、R1は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R2は独立にアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基又はアシル基であり、aは0、1又は2である。)
で表されるシリル基を1分子中に少なくとも1個含有し、25℃での粘度が0.01~30Pa・sであるオルガノポリシロキサンを(A-I)又は(A-III)成分100質量部に対して5~900質量部含有する[4]記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
[7].さらに、(E)中心粒子径の最大値が160μm以上であり、SiO2含有量が50質量%以上の球状ガラスビーズ又は不定形ガラスを、組成物の全量中0.01~10質量%含む[1]~[6]のいずれかに記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
[8].[3]~[7]のいずれかに記載の高熱伝導性シリコーン組成物の硬化物。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、本発明のシリコーン組成物の主剤である。このオルガノポリシロキサン中のケイ素原子に結合している基としては、非置換又は置換の、好ましくは炭素数1~20、より好ましくは1~6の1価炭化水素基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、tert-ブチル基、イソブチル基、2-メチルウンデシル基、1-ヘキシルヘプチル基等の分岐鎖状アルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロドデシル基等の環状アルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基、2-(2,4,6-トリメチルフェニル)プロピル基等のアラルキル基;3,3,3-トリフルオロプロピル基、3-クロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基が挙げられ、好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基であり、特に好ましくは、メチル基、ビニル基、フェニル基である。
(B)成分は、平均球形度0.8以上で、平均粒子径80~150μmであり、純度が98質量%以上の球状酸化マグネシウム粉末である。上記範囲を満たすのであれば、平均粒子径が異なる2種類以上の複数種を併用してもよい。
本発明における純度は、ICP発光分析法により測定することができる(以下、同じ)。
(C)成分は酸化アルミニウム粉末であり、下記(C-I)及び(C-II)成分を含有するものである。
(C-I)成分は、平均球形度0.8以上で、平均粒子径7~60μmであり、かつレーザー回折型粒度分布で96~150μmの粗粒子の割合が(C-I)成分全体の0.1~30質量%である球状酸化アルミニウム粉末である。本発明を損なわない範囲で、1種単独でも、平均粒子径が異なる2種類以上の複数種を併用してもよい。
(C-II)成分は、平均粒子径0.1~4μmの酸化アルミニウム粉末であり、球状でも不定形状でもよい。なお、球状以外のものが不定形状である。本発明を損なわない範囲で、1種単独でも、平均粒子径が異なる2種類以上の複数種を併用してもよい。
本発明においては、さらに後述する(D)表面処理剤を含み、(B)成分及び(C)成分が(D)表面処理剤で表面処理されていることが好ましい。(D)表面処理剤としては、下記(D-I)及び/又は(D-II)成分を用いることが好ましい。
(D-I)成分はシランカップリング剤であり、シランカップリング剤としては、ビニル系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、アクリル系シランカップリング剤、並びに長鎖アルキル系シランカップリング剤等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。中でも、長鎖アルキル系シランカップリング剤が好ましく、デシルトリメトキシシランがより好ましい。
(D-II)成分は、下記一般式(1)で表されるシリル基を1分子中に少なくとも1個含有し、25℃での粘度が0.01~30Pa・sであるオルガノポリシロキサンである。
-SiR1 a(OR2)3-a (1)
(式中、R1は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R2は独立にアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基又はアシル基であり、aは0、1又は2である。)
なお、(D-II)成分は、(A)成分としてケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた組成物に用いることが好ましく、特には、(A)成分として上記(A-I)成分を用いた付加反応硬化型の組成物、又は(A)成分として(A-III)1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた有機過酸化物硬化型の組成物に用いることが好ましい。
bは2~100の整数であり、好ましくは5~50である。aは0、1又は2であり、好ましくは0である。
本発明の高熱伝導性シリコーン組成物には、さらに(E)中心粒子径(メジアン径D50)の最大値が160μm以上であり、SiO2含有量が50質量%以上の球状ガラスビーズ又は不定形ガラスを配合することができ、(E)成分を配合することにより、極少量であっても高熱伝導性シリコーン組成物を、適度な厚みとすることができる。
硬化性高熱伝導性シリコーン組成物とする際には、以下の3形態が挙げられ、ベースポリマーであるオルガノポリシロキサン(A)成分として、上記(A-I)~(A-III)成分のオルガノポリシロキサンを用い、上述した球状酸化マグネシウム粉末(B)及び酸化アルミニウム粉末(C)を配合したものとすることができる。
[ii]縮合反応硬化型高熱伝導性シリコーン組成物
[iii]有機過酸化物硬化型高熱伝導性シリコーン組成物
中でも、速やかに硬化し副生成物が発生しないことから、[i]付加反応硬化型高熱伝導性シリコーン組成物であることが好ましい。以下に、それぞれの組成物について具体的に示す。
シリコーン組成物がヒドロシリル化反応により硬化する付加反応硬化型高熱伝導性シリコーン組成物である場合には、上記(A)成分として上記に示す(A-I)成分を用い、さらに、下記成分を含むものであり、硬化剤は下記(F)及び(G)成分である。
(F)ケイ素原子に直接結合した水素原子を少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(G)白金族金属系硬化触媒、
必要に応じて、
(H)付加反応制御剤
(F)ケイ素原子に直接結合した水素原子を少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、架橋剤として作用する成分である。
なお、(F)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、(A-I)ケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサン成分とは相違するものであり、また、加水分解性基を含まない点で(D-II)成分と相違するものである。
(G)白金族金属系硬化触媒は、シリコーン組成物の硬化を促進するための触媒であり、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体、白金のカルボニル錯体が挙げられる。
(H)付加反応制御剤(硬化反応抑制剤)は、シリコーン組成物の硬化速度を調節し、取扱作業性を向上させるために、配合することができる。硬化反応抑制剤としては、2-メチル-3-ブチン-2-オール、2-フェニル-3-ブチン-2-オール、1-エチニル-1-シクロヘキサノール等のアセチレン系化合物;3-メチル-3-ペンテン-1-イン、3,5-ジメチル-3-ヘキセン-1-イン等のエン-イン化合物;その他、ヒドラジン系化合物、フォスフィン系化合物、メルカプタン系化合物等が挙げられ、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
シリコーン組成物が縮合反応硬化型高熱伝導性シリコーン組成物である場合には、上記(A)成分として上記に示す(A-II)成分を用い、さらに下記成分を含むものであり、硬化剤は下記(I)成分である。
(I)1分子中に少なくとも3個のケイ素原子結合加水分解性基を有するシランもしくはその部分加水分解物、
必要に応じて、
(J)縮合反応用触媒
(I)1分子中に少なくとも3個のケイ素原子結合加水分解性基を有するシランもしくはその部分加水分解物は、硬化剤として作用する成分である。該シラン中のケイ素原子結合加水分解性基としては、前記と同様のアルコキシ基、アルコキシアルコキシ基、アシロキシ基、ケトオキシム基、アルケノキシ基、アミノ基、アミノキシ基、アミド基が例示される。また、このシランのケイ素原子には上記の加水分解性基以外に、例えば、前記(A)成分と同様の直鎖状アルキル基、分岐鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、ハロゲン化アルキル基を結合していてもよい。
このようなシランもしくはその部分加水分解物としては、例えば、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、エチルオルソシリケート等が挙げられる。
(J)縮合反応用触媒は任意の成分であり、例えば、アミノキシ基、アミノ基、ケトオキシム基等の加水分解性基を有するシランを硬化剤として用いる場合には必須ではない。
このような縮合反応用触媒としては、例えば、テトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート等の有機チタン酸エステル;ジイソプロポキシビス(アセチルアセテート)チタン、ジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)チタン等の有機チタンキレート化合物;アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)等の有機アルミニウム化合物;ジルコニウムテトラ(アセチルアセトネート)、ジルコニウムテトラブチレート等の有機ジルコニウム化合物;ジブチルスズジオクトエート、ジブチルスズジラウレート、ブチルスズ-2-エチルヘキソエート等の有機スズ化合物;ナフテン酸スズ、オレイン酸スズ、ブチル酸スズ、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸亜鉛等の有機カルボン酸の金属塩;ヘキシルアミン、燐酸ドデシルアミン等のアミン化合物、及びその塩;ベンジルトリエチルアンモニウムアセテート等の4級アンモニウム塩;酢酸カリウム、硝酸リチウム等のアルカリ金属塩;ジメチルヒドロキシルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン等のジアルキルヒドロキシルアミン;グアニジル基含有有機ケイ素化合物が挙げられる。
シリコーン組成物が有機過酸化物硬化型高熱伝導性シリコーン組成物である場合には、上記(A)成分として上記に示す(A-III)成分を用い、さらに、下記成分を含むものであり、硬化剤は下記(K)成分である。
(K)有機過酸化物
(K)有機過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5-ジメチルビス(2,5-tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、tert-ブチルパーベンゾエートが挙げられる。
(E)成分の添加方法は特に制限されないが、(A)、(B)、(C)、(D)成分を添加して混合させた後、(E)成分を添加して混合するのが好ましく、混合は公知の方法が挙げられる。さらに、任意成分を混合する工程を含んでいてもよい。
高熱伝導性シリコーン組成物の熱伝導率は、ISO 22007-2準拠のホットディスク法において、7.0W/m・K以上であり、8.0W/m・K以上であることがより好ましい。上限は特に限定されず、高くてもよいが、12.0W/m・K以下とすることができる。熱伝導率が7.0W/m・K未満では本発明の目的とする熱伝導性に優れた高熱伝導性シリコーン組成物が得られない。測定温度は25℃である。
なお、本発明の高熱伝導性シリコーン組成物の熱伝導率を7.0W/m・K以上とするには、上述した(A)~(C)成分を特定の配合割合で用い、特には(B)成分と(C)成分の体積比を5.0:5.0~9.5:0.5とするとともに、(B)成分と(C)成分との合計量を組成物中の80~90体積%とすることで、上記熱伝導率とすることができる。
なお、本発明の高熱伝導性シリコーン組成物の粘度を上記範囲とするには、上述した(A)~(C)成分を特定の配合割合で用い、更に(A)成分の配合量及び粘度を調整することで、高熱伝導性シリコーン組成物の25℃における粘度を上記範囲とすることができる。
シリコーン組成物が硬化性のものである場合、それを硬化させる方法は限定されず、例えば、シリコーン組成物を成形後、常温で放置する方法、シリコーン組成物を成形後、40~200℃に加熱する方法が挙げられる。また、このようにして得られるシリコーンゴム(シリコーンエラストマー成形品)の性状は限定されないが、例えば、ゲル状、低硬度のゴム状、あるいは高硬度のゴム状が挙げられる。なお、得られるシリコーンゴムの硬化厚みは本発明のシリコーン組成物の放熱特性を考慮すると100μm~2mmであることが好ましい。
実施例及び比較例に用いられている成分を下記に示す。
A-1:25℃における粘度が400mPa・sであり、両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖され、ビニル(Vi)基量が0.018モル/100gであるジメチルポリシロキサン〔(A-I)成分〕
A-2:信越化学工業(株)製KF-54、比重(25℃)が1.07であり、動粘度(25℃)が400mPa・sの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサンコポリマー
A-3:信越化学工業(株)製KF-50-1,000cs、比重(25℃)が1.00であり、動粘度(25℃)が1,000mPa・sの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・ジフェニルシロキサンコポリマー
E-1:ポッターズ・バロティーニ製MIL粒度シリーズM-9(中心粒子径の最大値が180μm)、SiO2含有量が99.4質量%の球状ガラスビーズ(材質:ソーダ石灰ガラス)
F-1:下記式で表され、25℃での粘度が28mPa・sであるメチルハイドロジェンポリシロキサン
G-1:白金濃度が1質量%である塩化白金酸-1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体
H-1:1-エチニル-1-シクロヘキサノールの50質量%トルエン溶液
上記成分を表3、4に示す量で用い、下記に示す方法でシリコーン組成物を調製し、このシリコーン組成物を用いて熱伝導性成型物を得た。これらを用いて下記に示す方法により、初期粘度、硬化後硬度、熱伝導率を評価した。結果を表3、4中に併記する。
上記(A)~(H)成分を表3、4に示す配合量で以下のように混合して実施例1~7及び比較例1~7の組成物を得た。即ち、5リットルゲートミキサー(井上製作所(株)製、商品名:5リットルプラネタリミキサー)に、(A)、(B)、(C)、(D)成分を表3、4に示す配合量で取り、150℃で2時間脱気加熱混合した。その後、常温(25℃)になるまで冷却し、(G)成分を加え、均一になるように室温(25℃)にて混合し、続けて(H)成分を加え、均一になるように室温(25℃)にて混合した。更に(F)成分を加え、均一になるように室温(25℃)にて脱気混合した。また、必要に応じて(E)成分を加え、均一になるように室温(25℃)にて脱気混合した。
このようにして得られた組成物について、初期粘度、硬化後硬度、熱伝導率を下記に示す方法により評価した。その結果を表3、4に併記した。
シリコーン組成物の初期粘度は25℃における値であり、その測定はスパイラル粘度計:マルコム粘度計(タイプPC-10AA、回転数10rpm)を用いた。
シリコーン組成物を6mm硬化厚みとなるような成形型に流し込み、100℃で1時間硬化させた。次に6mm厚みの硬化物を2枚重ねてアスカーC硬度計で硬さを測定した。
京都電子工業(株)製ホットディスク法熱物性測定装置TPS 2500 Sを用いて25℃におけるシリコーン組成物の硬化前の熱伝導率を測定した(ISO 22007-2準拠のホットディスク法)。
Claims (9)
- (A)オルガノポリシロキサン、
(B)平均球形度0.8以上で、平均粒子径80~150μmであり、純度が98質量%以上の球状酸化マグネシウム粉末、
(C)(C-I)平均球形度0.8以上で、平均粒子径7~9.3μmであり、かつレーザー回折型粒度分布で96~150μmの粗粒子の割合が(C-I)成分全体の0.1~30質量%である球状酸化アルミニウム粉末、及び
(C-II)平均粒子径0.1~4μmの球状又は不定形状酸化アルミニウム粉末
を含む高熱伝導性シリコーン組成物であって、
上記(C-I)成分と(C-II)成分の配合割合体積比((C-I):(C-II))が2.0:8.0~8.0:2.0で、上記(B)成分と(C)成分の配合割合体積比((B):(C))が5.0:5.0~9.5:0.5であり、かつ(B)成分と(C)成分との合計量が組成物中80~90体積%であり、組成物の熱伝導率がISO 22007-2準拠のホットディスク法において、7.0W/m・K以上、組成物の25℃における粘度がスパイラル粘度計による回転数10rpm測定時において、30~800Pa・sである高熱伝導性シリコーン組成物。 - (A)成分を組成物中1~6質量%含む請求項1記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
- (A)成分として(A-I)1分子中に平均0.1個以上のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた付加反応硬化型、(A)成分として(A-II)1分子中に少なくとも2個のシラノール基もしくはケイ素原子結合加水分解性基を有するオルガノポリシロキサンを用いた縮合反応硬化型、又は(A)成分として(A-III)1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用いた有機過酸化物硬化型である請求項1又は2記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
- さらに、(D)表面処理剤を含む請求項1~3のいずれか1項記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
- (D)成分として、(D-I)シランカップリング剤を(B)成分及び(C)成分の合計100質量部に対して0.1~5質量部含有する請求項4記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
- (A)成分として、(A-I)1分子中に平均0.1個以上のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサン又は(A-III)1分子中に少なくとも1個のケイ素原子結合アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを用い、(D)成分として、(D-II)下記一般式(1)
-SiR1 a(OR2)3-a (1)
(式中、R1は独立に非置換又は置換の1価炭化水素基であり、R2は独立にアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基又はアシル基であり、aは0、1又は2である。)
で表されるシリル基を1分子中に少なくとも1個含有し、25℃での粘度が0.01~30Pa・sであるオルガノポリシロキサンを(A-I)又は(A-III)成分100質量部に対して5~900質量部含有する請求項4記載の高熱伝導性シリコーン組成物。 - さらに、(E)中心粒子径の最大値が160μm以上であり、SiO2含有量が50質量%以上の球状ガラスビーズ又は不定形ガラスを、組成物の全量中0.01~10質量%含む請求項1~6のいずれか1項記載の高熱伝導性シリコーン組成物。
- 請求項3~7のいずれか1項記載の高熱伝導性シリコーン組成物の硬化物。
- (A)オルガノポリシロキサン、
(B)平均球形度0.8以上で、平均粒子径80~150μmであり、純度が98質量%以上の球状酸化マグネシウム粉末、
(C)(C-I)平均球形度0.8以上で、平均粒子径7~9.3μmであり、かつレーザー回折型粒度分布で96~150μmの粗粒子の割合が(C-I)成分全体の0.1~30質量%である球状酸化アルミニウム粉末、及び
(C-II)平均粒子径0.1~4μmの球状又は不定形状酸化アルミニウム粉末
を混合する工程を含む請求項1~7のいずれか1項記載の高熱伝導性シリコーン組成物を製造する製造方法。
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