CN102112558A - 有机-无机复合物及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机-无机复合物,通过将第一树脂、与第一树脂不同的第二树脂的固化性前驱体、无机材料和溶剂配合,制备混合溶液,然后,将混合溶液加热,而除去溶剂,将固化性前驱体固化,得到含有复合树脂和无机材料的有机-无机复合物,其中,复合树脂具有以含有第一树脂且三维地连续的第一相及含有第二树脂且三维地连续的第二相形成的共连续相分离结构,所述无机材料偏在于所述第一相与所述第二相的界面。
Description
技术领域
本发明涉及有机-无机复合物及其制造方法,具体来说,涉及适于作为散热性材料或导电性材料使用的有机-无机复合物及其制造方法。
背景技术
混合设备、高亮度LED设备、电磁感应加热设备等将大电流变换为动力·光·热,由于随着设备的小型化,在狭窄的区域中流过大电流,因此每单位体积的放热增大。由此,对于上述设备,要求具有高耐热性、耐电压性、绝缘性、热传导性(散热性)或导电性的散热性材料或导电性材料。
作为上述散热性材料,针对功率电子学而言,例如已知有在树脂材料中混入了氧化铝、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氮化铝、金属粒子等热传导性良好的填充剂的有机-无机复合材料。
例如,提出过通过将含有球状氧化铝粉末、与该球状氧化铝粉末相比微小并且平均球形度大的球状二氧化硅粉末的无机粉末填充到环氧树脂组合物中,来制备密封材料(例如参照下述专利文献1。)。该密封材料中,由于在大粒子之间填充小粒子,因此可以利用填充率的提高,来实现热传导性的提高。
另外,作为上述导电性材料,例如已知有在树脂材料中混入炭黑、石墨等导电性良好的碳系材料的有机-无机复合材料。
专利文献1:日本特开2003-306594号公报
然而,上述散热性材料或上述导电性材料中,由于将填充剂或碳系材料简单地混入树脂材料中,因此若要提高散热性或导电性,需要增多填充剂或碳系材料的混入比例。但是,如果增多混入比例,则会产生成本的增大或机械强度的降低。
另外,无论怎样增多填充剂或碳系材料的混入比例,在实现上述的耐热性、耐电压性、绝缘性、热传导性(散热性)或导电性的提高方面也是有极限的。
发明内容
本发明的目的在于,提供有机-无机复合物及其制造方法,即使无机材料相对于复合树脂的比例少,也可以确保优异的散热性和导电性。
为了解决上述目的,本发明的有机-无机复合物的特征在于,含有复合树脂和无机材料,
所述复合树脂具有以含有第一树脂且三维地连续的第一相及含有与所述第一树脂不同的第二树脂且三维地连续的第二相形成的共连续相分离结构,
所述无机材料偏在于所述第一相与所述第二相的界面。
另外,本发明的有机-无机复合物中,优选上述无机材料的表面被进行了化学修饰。
另外,本发明的有机-无机复合物中,优选上述第一树脂是热塑性树脂,上述第二树脂是热固性树脂。
另外,本发明的有机-无机复合物中,优选上述热塑性树脂是聚酰亚胺树脂或丙烯酸树脂,上述热固性树脂是环氧树脂。
另外,本发明的有机-无机复合物的制造方法的特征在于,具备:将第一树脂、与所述第一树脂不同的第二树脂的固化性前驱体、无机材料和溶剂配合,配制混合溶液的工序;
通过将所述混合溶液加热,而除去所述溶剂,将所述固化性前驱体固化,得到含有复合树脂和所述无机材料的有机-无机复合物的工序,所述复合树脂具有以含有所述第一树脂且三维地连续的第一相及含有所述第二树脂且三维地连续的第二相形成的共连续相分离结构,所述无机材料偏在于所述第一相与所述第二相的界面。
另外,本发明的有机-无机复合物的制造方法中,优选上述第一树脂是热塑性树脂,上述第二树脂是与上述热塑性树脂不相容的热固性树脂,上述无机材料与上述热塑性树脂及上述热固性树脂不相容,获得上述有机-无机复合物的工序具备:通过将所述混合溶液加热到所述热塑性树脂软化的温度以上并且低于所述固化性前驱体固化的温度的温度,而将所述溶剂除去,配制所述热塑性树脂与所述固化性前驱体相容且所述无机材料分散于它们中的复合物前驱体的工序;
通过将所述复合物前驱体加热到所述固化性前驱体固化的温度以上的温度,而在三维地连续的所述热塑性树脂的第一相中使所述固化性前驱体交联,形成三维地连续的所述热固性树脂的第二相,与此同时使所述无机材料偏在于所述热塑性树脂及所述热固性树脂的界面的工序。
另外,本发明的有机-无机复合物的制造方法中,优选在配制上述混合溶液的工序中,还配合表面活性剂。
本发明的有机-无机复合物及其制造方法中,由于无机材料偏在化于三维地连续的第一相与在该第一相中三维地连续的第二相的界面中,因此就会形成三维地连续的无机材料的通道。由此,通过使热、电穿过该通道,就可以有效地散热或导电。另外,由于无机材料偏在化于三维地连续的第一相和三维地连续的第二相的界面中,因此即使无机材料相对于复合树脂的比例少,也可以有效地体现出无机材料所具有的散热性、导电性。
其结果是,利用本发明的有机-无机复合物的制造方法得到的本发明的有机-无机复合物在可以防止成本的增大和机械强度的降低的同时,可以作为散热性材料、导电性材料合适地使用。
具体实施方式
本发明中,有机-无机复合物含有复合树脂和无机材料,具体来说,含有具有以第一相及第二相形成的共连续相分离结构(二相结构)的复合树脂、和偏在于第一相与第二相的界面中的无机材料。
第一相是在复合树脂中三维地连续地形成的。
作为形成第一相的树脂(第一树脂),例如可以举出热塑性树脂。
作为热塑性树脂,例如可以举出聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯酸树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯腈树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚烯丙基砜树脂、热塑性聚氨酯树脂、聚甲基戊烯树脂、氟化树脂、液晶聚合物、烯烃-乙烯醇共聚物、离聚物树脂、聚丙烯酸酯树脂、丙烯腈-乙烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物等。优选举出聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂。
作为聚酰亚胺树脂,例如可以举出热塑性聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂、聚氨基双马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂等。优选举出聚醚酰亚胺树脂。
作为丙烯酸树脂,例如可以举出聚甲基丙烯酸甲酯树脂等。
这些热塑性树脂可以单独使用,或者并用2种以上。
此种热塑性树脂的玻璃化温度(测定法:DMA(dynamic mechanical analysis)法)例如为-130~300℃,优选为50~250℃,另外,软化温度(测定法:TMA(thermomechanical analysis)法)例如为-100~400℃,优选为80~350℃。
第二相含有与第一树脂不同的树脂(第二树脂),在复合树脂中,三维地连续地形成。也就是说,复合树脂具有含有第一相及第二相的共连续相分离结构。由此,形成第二相的树脂(第二树脂)是与形成第一相的树脂(第一树脂)不相容的。也就是说,第二树脂与第一树脂不相容,这样,就在第一相与第二相的边界形成有界面。
作为形成第二相的树脂(第二树脂),例如可以举出热固性树脂。
作为热固性树脂,例如可以举出环氧树脂、热固性聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、硅酮树脂、热固性聚氨酯树脂等。优选举出环氧树脂。
热固性树脂是将固化性前驱体三维交联而成的聚合物。固化性前驱体由热固性树脂的固化前的成分构成,例如在热固性树脂为环氧树脂的情况下,例如含有环氧低聚物、固化剂及根据需要使用的固化催化剂。
作为环氧低聚物,例如可以举出双酚型环氧树脂(例如双酚A型环氧树脂等)、线性酚醛型环氧树脂、萘型环氧树脂等芳香族系环氧树脂、例如三环氧基丙基异氰脲酸酯(三缩水甘油基异氰脲酸酯)、乙内酰脲环氧树脂等含氮环环氧树脂、例如脂肪族系环氧树脂、脂环式环氧树脂(例如双环环形环氧树脂等)、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油基胺型环氧树脂等。优选脂环式环氧树脂、芳香族系环氧树脂。
此种环氧低聚物可以使用一般在市场上销售的材料,例如可以举出Seroxide 2021P、EHPE-3150CE(以上为Daiseru化学公司制)、jER-828、jER-1002、jER-1010(以上为Japan Epoxy Resin公司制)等。
另外,环氧低聚物的重均分子量例如为100~1000,优选为200~500。
这些环氧低聚物可以单独使用,或者并用2种以上。
固化剂例如可以举出酸酐系化合物、酚醛系化合物等环氧树脂固化剂。
作为酸酐系化合物,例如可以举出邻苯二甲酸酐、马来酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐等。
作为酚醛系化合物,例如可以举出聚乙烯基苯酚(polyvinylphenol)等。
这些固化剂可以单独使用,或者并用2种以上。
固化剂相对于环氧低聚物,例如被以0.8~1.2当量,优选以0.9~1.1当量的比例配合。
作为固化催化剂,例如可以举出碱系化合物等公知的固化催化剂。作为此种固化催化剂,例如可以举出咪唑系化合物、二氮杂双环系化合物等。
作为咪唑系化合物,例如可以举出甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、乙基咪唑、苯基咪唑(例如2-苯基咪唑等)、十一烷基咪唑等。
作为二氮杂双环系化合物,例如可以举出二氮杂双环十一烯(DBU)等。
这些固化催化剂可以单独使用,或者并用2种以上。
对于固化催化剂的配合比例,相对于环氧低聚物100重量份,例如为1~5重量份,优选为2~4重量份。
固化性前驱体的固化温度随着根据需要配合的固化剂等而不同,然而例如为60~200℃,优选为70~180℃。
本发明中,作为无机材料,例如可以举出与热塑性树脂及热固性树脂不相容的无机材料,更具体来说,例如可以举出碳化物、氮化物、氧化物、金属、碳系材料等。
作为碳化物,例如可以举出碳化硅、碳化硼、碳化铝、碳化钛、碳化钨等。
作为氮化物,例如可以举出氮化硅、氮化硼、氮化铝、氮化镓、氮化铬、氮化钨、氮化镁、氮化钼、氮化锂等。
作为氧化物,例如可以举出氧化硅(二氧化硅silica)、氧化铝(Alumina)、氧化镁(magnesia)、氧化铈(ceria:例如CeO2、Ce2O3等)、氧化钛、氧化铁等。此外,作为氧化物,还可以举出掺杂有金属离子的如氧化铟锡、氧化锑锡。
作为金属,例如可以举出铜、金、镍、锡、铁或它们的合金。
作为碳系材料,例如可以举出炭黑、石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米角、碳微螺旋、纳米螺旋等。
此外,无机材料优选其表面被进行了化学修饰。在对无机材料进行化学修饰时,使化学修饰剂(表面修饰剂)在无机材料的表面反应。作为此种化学修饰剂,例如可以举出用于将无机材料的表面疏水化的疏水性导入化合物、用于将无机材料的表面亲水化的亲水性导入化合物等。
疏水性导入化合物是兼有疏水性基团、和与存在于无机材料的表面的羟基等反应的官能团的化合物,可以举出例如己酸、癸酸、油酸等羧酸;例如己胺、癸胺等胺;例如氨基己酸等氨基羧酸等。
亲水性导入化合物是兼有亲水性基团、和与存在于无机材料的表面的羟基等反应的官能团的化合物,可以举出例如对羟基苯甲酸、4-氧代戊酸、4-羟基苯基乙酸、癸二酸、5-氧代己酸、3-(4-羟基苯基)丙酸、3-(4-羧基苯基)丙酸、7-氧代辛酸、6-羟基己酸等。
此外,在使无机材料与化学修饰剂反应时,将无机材料的盐(硝酸盐、硫酸盐等)或氢氧化物、和上述的化学修饰剂配合到水中。
而且,作为反应条件,反应温度例如为380~420℃,优选为390~410℃。另外,反应压力例如为30~50MPa,优选为35~45MPa。另外,反应时间例如为5~20分钟,优选为10~15分钟。另外,在上述的反应中,可以使用公知的水热合成装置等。
而且,对于各成分的配合比例,相对于无机粒子的盐或氢氧化物100重量份,化学修饰剂例如为10~5000重量份,优选为200~1000重量份。
在通常的常温常压的条件下反应时,由于无机粒子容易凝聚,因此难以将无机粒子的表面有效地化学修饰,然而根据此种方法,可以在无机粒子微细的期间,将无机粒子的表面化学修饰。由此,可以获得高分散性的微细的无机粒子。
这样,就可以导入疏水性基团或亲水性基团,对无机材料的表面赋予疏水性或亲水性,使无机材料可靠地偏在化于界面中。
另外,无机材料可以根据用途及目的适当地选择,例如在将本发明的有机-无机复合物作为散热性材料使用的情况下,要求耐热性、热传导性,此外根据需要,还要求耐电压性、绝缘性。由此,在该情况下,作为无机材料,例如从碳化物、氮化物、氧化物、金属中选择。另外,在作为散热性材料使用的情况下,无机材料的热传导率例如为10W/m·K以上,优选为30W/m·K以上,通常来说为2000W/m·K以下。另外,在还同时要求绝缘性的情况下,无机材料的体积电阻率例如为108Ω·cm以上,优选为1012Ω·cm以上,通常来说为1016Ω·cm以下。
另外,在将本发明的有机-无机复合物作为导电性材料使用的情况下,要求耐热性、导电性。由此,在该情况下,作为无机材料,例如从金属、碳系材料中选择。另外,在作为导电性材料使用的情况下,无机材料的体积电阻率例如为10-3Ω·cm以下,优选为10-4Ω·cm以下,通常来说为10-7Ω·cm以下。
另外,无机材料优选作为无机粒子形成。
无机粒子可以作为由上述无机材料构成的粒子直接得到,或者通过将上述无机材料利用粉碎法等公知的方法以粒子成形来得到。
无机粒子的平均粒径例如为3~5000nm,优选为10~500nm。
下面,对本发明的有机-无机复合物的制造方法进行说明。
首先,该方法中,通过将热塑性树脂、固化性前驱体、无机材料和溶剂配合,充分地搅拌,而配制混合溶液。
作为溶剂,只要是可以溶解热塑性树脂及固化性前驱体的溶剂,就没有特别限制,例如可以举出N-甲基-2-吡咯烷酮(以下称作NMP)、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲亚砜、甲乙酮(以下称作MEK)等有机溶剂。这些溶剂可以单独使用,或者并用2种以上。
对于混合溶液中的各成分的配合比例,相对于热塑性树脂100重量份,固化性前驱体例如为50~400重量份,优选为60~350重量份,无机材料为10~2000重量份,优选为100~500重量份,溶剂例如为400~10000重量份,优选为450~8000重量份。另外,对于无机粒子的配合比例,相对于热塑性树脂、固化性前驱体和溶剂的总量100体积份,例如为3~100体积份,优选为5~50体积份。
而且,在混合溶液中,根据需要,例如添加表面活性剂,此外还添加抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、颜料、染料、防霉剂、阻燃剂等添加剂。
表面活性剂是为了控制第一相和第二相的表面活性而添加的,例如可以举出阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂、两性表面活性剂、非离子性表面活性剂等。
作为阴离子性表面活性剂,例如可以举出羧酸盐、烷基磺酸盐、烷基烯丙基磺酸盐、烷基硫酸酯盐、硫酸化油、硫酸酯等。
作为阳离子性表面活性剂,例如可以举出胺盐、四烷基季铵盐、三烷基苄基季铵盐、烷基吡啶盐、烷基锍盐等。
作为两性表面活性剂,例如可以举出甜菜碱、磺基甜菜碱、甜菜碱硫酸盐等。
作为非离子性表面活性剂,例如可以举出脂肪酸单甘油酯、脂肪酸聚乙二醇酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、脂肪酸蔗糖酯、脂肪酸链烷醇酰胺、脂肪酸聚乙二醇缩合物、脂肪酸酰胺聚乙二醇缩合物、烷基苯酚聚乙二醇缩合物、聚丙二醇聚乙二醇缩合物等。
这些表面活性剂可以单独使用,或者并用2种以上。这些表面活性剂当中,优选举出两性表面活性剂。
而且,对于表面活性剂的配合比例,相对于热塑性树脂和固化性前驱体的总量100重量份,例如为0.1~1重量份,优选为0.15~0.8重量份。
在表面活性剂的配合比例小于上述范围时,会有难以形成共连续相分离结构的情况,另外,在超过上述范围时,会有热固性树脂的第二相难以形成三维地连续的结构的情况。
然后,在该方法中,将混合溶液加热。
具体来说,首先,将混合溶液加热,配制复合物前驱体,然后,将该复合物前驱体进一步加热,得到有机-无机复合物。
更具体来说,首先,将以上述的配合比例配制的混合溶液加热到热塑性树脂软化的温度(软化温度)以上、并且低于固化性前驱体固化的温度(固化温度)的温度。
混合溶液的加热条件根据目的及用途而不同,然而加热温度例如为60~100℃,优选为70~90℃,加热时间为15~60分钟,优选为20~40分钟。
在加热温度小于上述范围时,会有如下的情况,即,难以将溶剂除去,另外,热塑性树脂与固化性前驱体难以相溶,此外,难以将无机粒子分散于它们中。另外,在超过上述范围时,会有固化性前驱体固化的情况。
借此将溶剂除去,使热塑性树脂与固化性前驱体相溶,使无机粒子分散于它们中。像这样,就可以得到复合物前驱体。
然后,在该方法中,将所得的复合物前驱体进一步加热,形成有机-无机复合物。
具体来说,将利用上述操作得到的复合物前驱体加热到固化性前驱体固化的温度以上的温度。
复合物前驱体的加热条件是,加热温度例如为100℃以上,优选为140℃以上,例如小于180℃,优选小于160℃。另外,加热时间例如为30~120分钟,优选为50~70分钟。
在加热温度低于上述范围时,会有固化性前驱体不发生固化的情况,另外,在超过上述范围时,会有含有热固性树脂的第二相难以形成三维地连续的结构的情况。
借此在三维地连续的热塑性树脂的第一相中使固化性前驱体交联,形成三维地连续的热固性树脂的第二相,与此同时使无机材料偏在于热塑性树脂及热固性树脂的界面。
此后,通过像这样将固化性前驱体固化,就可以得到含有复合树脂和无机粒子的有机-无机复合物,其中,复合树脂具有以含有热塑性树脂且三维地连续的第一相及含有热固性树脂且三维地连续的第二相形成的共连续相分离结构,无机粒子偏在于该第一相与第二相的界面。
具体来说,可以将有机-无机复合物成形体例如作为薄片(皮膜)状或者体材状(块状)的成形体得到。
在将如此得到的有机-无机复合物成形体作为散热性材料使用的情况下,其热传导率例如为0.5~50W/m·K,优选为1~30W/m·K。
如果热传导率为上述范围,则可以有效地散热。
另外,在对有机-无机复合物成形体要求绝缘性的情况下,其体积电阻率例如为108~1016Ω·cm,优选为1012~1016Ω·cm。
如果体积电阻率为上述范围,则可以有效地进行绝缘。
另外,在将有机-无机复合物成形体作为导电性材料使用的情况下,其电导率例如为10-6~104Ω·cm,优选为10-5~1Ω·cm。
如果电导率为上述范围,则可以有效地进行导电。
此外,如此得到的有机-无机复合物由于无机材料偏在化于三维地连续的第一相和三维地连续的第二相的界面,因此形成三维地连续的无机材料的通道。由此,通过使热、电穿过该通道,就可以有效地散热或导电。另外,由于无机材料偏在化于三维地连续的第一相和三维地连续的第二相的界面,因此即使无机材料相对于复合树脂的比例少,也可以有效地体现出无机材料所具有的散热性、导电性。
其结果是,该有机-无机复合物在可以防止成本的增大、机械强度的降低的同时,可以作为散热性材料、导电性材料合适地使用。
实施例
下面给出实施例及比较例,对本发明进行更具体的说明,然而本发明并不受实施例及比较例的任何限定。
而且,在实施例及比较例中,热传导率的测定是如下所示地实施的。
即,在热传导率的测定中,使用了激光闪光法热常数测定装置(TC-9000、Ulvac理工公司制)。
热传导率λ是根据试样的密度P、比热容量c以及热扩散率a,由下式求出的。
λ=P×c×a
密度P是根据试样的重量及形状尺寸求出的。
比热容量c是利用上述装置,根据为了加热试样而照射的脉冲状激光器的功率和此时的试样的温度上升求出的。
热扩散率a是通过利用半时间(half time)法分析用脉冲状激光器加热的试样背面的温度响应来求出的。
另外,在实施例及比较例中,体积电阻率是使用电阻率仪(MCP-T610型及MCP-HT450型、三菱化学Analytech公司制)测定的。
(被化学修饰的无机粒子的制备)
制备例1
将氢氧化铈的水溶液(0.02mol/L)2600μL与癸酸53.7mg的混合液投入间歇式高压反应器中,在400℃、40MPa下,反应10分钟。然后,将反应器骤冷,用甲醇对混合液进行离心分离清洗而除去未反应的癸酸,得到利用癸酸对表面进行了化学修饰的氧化铈粒子。
制备例2
除了在制备例1中,将癸酸53.7mg变更为油酸88.1mg以外,与制备例1相同地处理,得到利用油酸对表面进行了化学修饰的氧化铈粒子。
制备例3
除了在制备例1中,将癸酸53.7mg变更为油酸146.9mg以外,与制备例1相同地处理,得到利用油酸对表面进行了化学修饰的氧化铈粒子。
制备例4
将水189μL、甲酸铜43mg、甲酸359.7μL及癸酸32.6mg的混合液投入间歇式高压反应器中,在400℃、10MPa下,反应10分钟。然后,将反应器骤冷,用水和乙醇分别对混合液进行离心分离清洗而除去未反应的癸酸,得到利用癸酸对表面进行了化学修饰的铜粒子。
制备例5
将水1297μL、硫酸铜455.9mg、甲酸135.9μL及癸酸307.7mg的混合液投入间歇式高压反应器中,在400℃、30MPa下,反应10分钟。然后,将反应器骤冷,用水和乙醇分别对混合液进行离心分离清洗而除去未反应的癸酸,得到利用癸酸对表面进行了化学修饰的铜粒子。
实施例1
向Ultem 1000(聚醚酰亚胺树脂、日本GE Plastic公司制)的20重量%NMP溶液5g中,配合Seroxide 2021P(脂环式环氧树脂、Daiseru化学公司制)2g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)1.29g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%NMP溶液1.37g,搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
接着,向该混合溶液中配合NIKKOL AM-301(两性表面活性剂、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液、日光chemicals制)的1重量%NMP溶液1g,用混合型搅拌器充分地搅拌。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到10体积%的方式,配合制备例1的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的热传导率为0.7W/m·K。另外,所得的薄片在机械强度方面优异。
实施例2
向聚甲基丙烯酸甲酯树脂(和光纯药工业公司制)的20重量%MEK(甲乙酮)溶液3.23g中,配合jER(双酚A型环氧树脂、Japan Epoxy Resin公司制)1g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)0.85g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%MEK溶液0.37g,用混合型搅拌器(hybrid mixer)充分地搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到10体积%的方式,配合制备例1的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机(500min-1)涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的热传导率为1.3W/m·K。另外,所得的薄片在机械强度方面优异。
实施例3
向Ultem 1000(聚醚酰亚胺树脂、日本GE Plastic公司制)的20重量%NMP溶液5g中,配合Seroxide 2021P(脂环式环氧树脂、Daiseru化学公司制)2g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)1.29g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%NMP溶液1.37g,搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,配合NIKKOL AM-301(两性表面活性剂、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱水溶液、日光Chemicals公司制)的1重量%NMP溶液1g,用混合型搅拌器充分地搅拌。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到10体积%的方式,配合制备例4的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的体积电阻率为10-2Ω·cm,显示出导电性。另外,所得的薄片在机械强度方面优异。
实施例4
向聚甲基丙烯酸甲酯树脂(和光纯药工业公司制)的20重量%MEK
(甲乙酮)溶液3.23g中,配合jER(双酚A型环氧树脂、Japan Epoxy Resin公司制)1g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)0.85g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%MEK溶液0.37g,用混合型搅拌器充分地搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到10体积%的方式,配合制备例5的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机(500min-1)涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的体积电阻率为10-2Ω·cm,显示出导电性。另外,所得的薄片在机械强度方面优异。
比较例1
向MEK(甲乙酮)5g中,添加jER828(环氧树脂、Japan Epoxy Resin公司制)2.00g、NC3000H(环氧树脂、日本化药公司制)55g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)1.7g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%MEK溶液0.74g,用混合型搅拌器充分地搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到10体积%的方式,配合制备例1的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的热传导率为0.3W/m·K。另外,所得的薄片在机械强度方面优异。
比较例2
向MEK(甲乙酮)5g中,添加jER828(环氧树脂、Japan Epoxy Resin公司制)2.00g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)1.7g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%MEK溶液0.74g,用混合型搅拌器充分地搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到30体积%的方式,配合制备例1的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的热传导率为0.6W/m·K。但是,所得的薄片机械强度弱,是很脆的材料。
比较例3
向MEK(甲乙酮)5g中,添加jER828(环氧树脂、Japan Epoxy Resin公司制)2.00g、NC3000H(环氧树脂、日本化药公司制)55g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)1.7g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%MEK溶液0.74g,用混合型搅拌器充分地搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到10体积%的方式,配合制备例4的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的体积电阻率为1013Ω·cm,显示出绝缘性。另外,所得的薄片在机械强度方面优异。
比较例4
向MEK(甲乙酮)5g中,添加jER828(环氧树脂、Japan Epoxy Resin公司制)2.00g、Rikacid MH700(环氧树脂固化剂、4-甲基六氢邻苯二甲酸酐及六氢邻苯二甲酸酐的混合物(以重量比计为70/30)、新日本理化公司制)1.7g、Curazol 2PZ(环氧树脂固化剂、2-苯基咪唑、四国化成公司制)的5重量%MEK溶液0.74g,用混合型搅拌器充分地搅拌而均匀化,得到透明的混合溶液。
然后,向该混合溶液中,按照相对于配合前的混合溶液达到30体积%的方式,配合制备例5的无机粒子。
然后,将该混合溶液使用旋涂机涂布于钠钙玻璃上,使得干燥后的膜厚达到100μm,在80℃加热30分钟而制备复合物前驱体,接下来,在150℃加热60分钟,得到有机-无机复合物的薄片。
所得的薄片的体积电阻率为10-1Ω·cm,显示出导电性。但是,所得的薄片机械强度弱,是很脆的材料。
(评价)
利用SEM观察了各实施例及各比较例中得到的薄片的截面。
实施例1及3中,确认无机粒子偏在于三维地连续的聚醚酰亚胺树脂的第一相与三维地连续的环氧树脂的第二相的界面。
另外,实施例2及4中,确认无机粒子偏在于三维地连续的聚甲基丙烯酸甲酯树脂的第一相与三维地连续的环氧树脂的第二相的界面。
另一方面,比较例1~4中,确认无机粒子不连续地并且均匀地分散于环氧树脂中。
参考实施例1及2
(表面被化学修饰了的无机粒子向两相界面中的偏在化)
本发明中,给出对于无机粒子偏在于第一相与第二相的界面中的原理成为参考的参考实施例。该参考实施例中,向有机溶剂及水的二相液中投入无机粒子,确认出二相液中的无机粒子的存在位置。
即,首先,向容器中分别投入表1中记载的各有机溶剂(己烷、癸烷、甲苯、氯仿、二氯甲烷、癸醇、乙酸乙酯)和水,分别制备由有机溶剂和水构成的二相液。然后,向这些二相液中,分别投入制备例2及3的无机粒子。其后,照射激光指标器的光,观察在有机溶剂、水及它们的界面的某处产生的廷德尔现象,由此来确认无机粒子的存在位置。
而且,将作为无机粒子使用了制备例2的无机粒子的设为参考实施例1,将使用了制备例3的无机粒子的设为参考实施例2。
将参考实施例1及2的结果与有机溶剂的溶解度参数(SP值)一起表示于表1中。
将表1中所示的记号表示如下。
○:确认出无机粒子的存在。
△:确认出微少的无机粒子的存在。
×:无法确认出无机粒子的存在。
表1
从表1可知,参考实施例1中,在作为有机溶剂使用了SP值为9.0的乙酸甲酯的二相液中,在有机溶剂中及水中,无法确认出无机粒子的存在,无机粒子偏在化于有机溶剂与水的界面。
另一方面,参考实施例1中,在作为有机溶剂使用了SP值低于9.0的己烷、癸烷及甲苯的二相液中,确认出无机粒子存在于有机溶剂中。
另外,参考实施例1中,在作为有机溶剂使用了SP值高于9.0的氯仿、二氯甲烷及癸醇的二相液中,确认出无机粒子存在于有机溶剂与水的界面和有机溶剂中的两方当中。
参考实施例2中,在作为有机溶剂使用了SP值为7.3的己烷及SP值为9.0的乙酸甲酯的二相液中,在有机溶剂中及水中,无法确认出无机粒子的存在,无机粒子偏在化于有机溶剂与水的界面中。
另一方面,参考实施例2中,在作为有机溶剂使用了SP值为7.8的癸烷、SP值为8.9的甲苯、SP值为9.2的氯仿及SP值为9.8的二氯甲烷的二相液中,确认出无机粒子存在于有机溶剂与水的界面和有机溶剂中的两方当中。
另外,参考实施例2中,在作为有机溶剂使用了SP值为11.5的癸醇的二相液中,确认出无机粒子存在于有机溶剂与水的界面、有机溶剂中和水的全部当中。
像这样,通过适当地选择有机溶剂的溶解度参数和无机粒子的表面的化学修饰,就可以使无机粒子与有机溶剂及水的任意一方都分离(设成不相容),使它们偏在于二相液的界面。
由于该参考实施例是将无机粒子应用于二相液中的原理,因此可以推测,能够将无机粒子应用于具有共连续相分离结构的复合树脂中。
而且,上述说明虽然是作为本发明的例示的实施方式提供的,但是它只不过是例示而已,并非限定性的解释。对于本技术领域的技术人员来说显而易见的本发明的变形例包含于后述的技术方案的范围中。
本发明的有机-无机复合物可以作为散热性材料、导电性材料合适地使用。
Claims (7)
1.一种有机-无机复合物,其特征在于,含有复合树脂和无机材料,
所述复合树脂具有以含有第一树脂且三维地连续的第一相及含有与所述第一树脂不同的第二树脂且三维地连续的第二相形成的共连续相分离结构,
所述无机材料偏在于所述第一相与所述第二相的界面。
2.根据权利要求1所述的有机-无机复合物,其特征在于,所述无机材料的表面被进行了化学修饰。
3.根据权利要求1所述的有机-无机复合物,其特征在于,所述第一树脂是热塑性树脂,
所述第二树脂是热固性树脂。
4.根据权利要求3所述的有机-无机复合物,其特征在于,所述热塑性树脂是聚酰亚胺树脂或丙烯酸树脂,
所述热固性树脂是环氧树脂。
5.一种有机-无机复合物的制造方法,其特征在于,具备:
将第一树脂、与所述第一树脂不同的第二树脂的固化性前驱体、无机材料和溶剂配合,配制混合溶液的工序;
通过将所述混合溶液加热,而除去所述溶剂,将所述固化性前驱体固化,得到含有复合树脂和所述无机材料的有机-无机复合物的工序,所述复合树脂具有以含有所述第一树脂且三维地连续的第一相及含有所述第二树脂且三维地连续的第二相形成的共连续相分离结构,所述无机材料偏在于所述第一相与所述第二相的界面。
6.根据权利要求5所述的有机-无机复合物的制造方法,其特征在于,所述第一树脂是热塑性树脂,
所述第二树脂是与所述热塑性树脂不相容的热固性树脂,
所述无机材料与所述热塑性树脂及所述热固性树脂不相容,
获得所述有机-无机复合物的工序具备:
通过将所述混合溶液加热到所述热塑性树脂软化的温度以上并且低于所述固化性前驱体固化的温度的温度,而将所述溶剂除去,配制所述热塑性树脂与所述固化性前驱体相容且所述无机材料分散于它们中的复合物前驱体的工序;
通过将所述复合物前驱体加热到所述固化性前驱体固化的温度以上的温度,而在三维地连续的所述热塑性树脂的第一相中使所述固化性前驱体交联,形成三维地连续的所述热固性树脂的第二相,与此同时使所述无机材料偏在于所述热塑性树脂及所述热固性树脂的界面的工序。
7.根据权利要求5所述的有机-无机复合物的制造方法,其特征在于,在配制所述混合溶液的工序中,还配合表面活性剂。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110629 |