CN110944943B - 氧化镁粉末、其制造方法、导热性树脂组合物、导热性膏和导热性涂料 - Google Patents
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Abstract
一种氧化镁粉末,其特征在于,中值粒径(D50)为5μm~100μm,MgO的纯度为98质量%以上,Ca化合物的含量以CaO换算计为2质量%以下,将其浸渍于纯水中并于95℃静置24小时时,水溶液中的镁离子与钙离子的质量比Ca/Mg为10以下。
Description
技术领域
本发明涉及氧化镁粉末、其制造方法、导热性树脂组合物、导热性膏和导热性涂料。
背景技术
以往,为了促进电子设备的放热部位的散热、延长半导体等的寿命,使用了导热性构件。通过在硅酮树脂、环氧树脂、尼龙树脂等中填充导热性填料,使导热系数提高而生产出导热性构件。作为用于导热性填料的材质,正在研究、开发和销售导热系数优异的氧化镁。但是,氧化镁除了与水反应变为氢氧化镁以外,还存在与酸反应的问题。因此,正在开发通过调整化学成分而提高了耐水性的氧化镁;通过进行表面处理而赋予拒水性、抑制了与水或酸的反应的氧化镁。
例如,专利文献1中示出了一种氧化镁,其通过控制氧化镁中包含的CaO/SiO2比,从而耐水性优异。另外,专利文献2中示出了一种表面处理氧化镁,其通过用脂肪酸或硅烷偶联剂对氧化镁的表面进行处理,改善了耐水性、耐酸性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-059050号公报
专利文献2:日本特开2015-160781号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是,在调整化学成分的方法中,存在希望进一步提高耐水性的课题,在氧化镁颗粒表面生成被覆层的方法中,存在表面处理不充分的部分导致的耐水性不足、或因被覆层的厚度等导致重要的导热系数降低的问题。
因此,本发明的目的在于提供一种不利用其他物质对氧化镁进行处理而提高了耐水性和耐酸性的氧化镁粉末、其制造方法、导热性树脂组合物、导热性膏和导热性涂料。
用于解决课题的手段
本发明人为了达到上述目的进行了深入研究,结果发现,通过对氧化镁粉末的颗粒表面进行研磨,将不均匀地存在于颗粒表面的钙化合物等杂质除去,由此无需利用其他物质对氧化镁进行处理而能够改善氧化镁自身的耐水性和耐酸性,从而完成了本发明。
即,本发明涉及一种氧化镁粉末,其特征在于,中值粒径(D50)为5μm~100μm,MgO的纯度为98质量%以上,Ca化合物的含量以CaO换算计为2质量%以下,将其浸渍于纯水中并于95℃静置24小时时,水溶液中的镁离子与钙离子的质量比Ca/Mg为10以下。
另外,本发明涉及一种氧化镁粉末的制造方法,其为制造上述氧化镁粉末的方法,其特征在于,具有下述工序:将镁砂粉碎而得到氧化镁粉末的粉碎工序;对该粉碎的氧化镁粉末进行研磨而使颗粒表面剥离的研磨工序;和对该研磨的氧化镁粉末进行分级而去除剥离的微粉的分级工序。
另外,本发明涉及一种导热性树脂组合物、导热性膏和导热性涂料,其特征在于,在树脂中填充有上述氧化镁粉末。
发明的效果
根据本发明,可以提供一种不利用其他物质对氧化镁进行处理而提高了耐水性和耐酸性的氧化镁粉末、其制造方法、导热性树脂组合物、导热性膏和导热性涂料。
具体实施方式
1.氧化镁粉末
本发明的氧化镁粉末的中值粒径(D50)为5μm~100μm的范围内,优选为10μm~80μm的范围内,更优选为20μm~60μm的范围内。若D50小于5μm,则在填充于树脂中时具有粘度上升、操作性差的倾向。另一方面,若D50超过100μm,则粒径过大,因此在填充于树脂中时外观有时受损。
本发明的氧化镁粉末的MgO的纯度为98质量%以上,优选为98质量%~99.9质量%。另外,氧化镁粉末的Ca化合物的含量以CaO换算的含量计为2质量%以下,优选为0.1质量%~2质量%。
需要说明的是,若氧化镁粉末的MgO的纯度为98质量%以上,则除了Ca以外还可以包含其他元素或化合物,例如可以包含Si、Al、Fe、B等。它们的含量通常以氧化物换算来表示。
氧化镁粉末的颗粒形状没有特别限制,优选圆度为0.75以上的氧化镁粉末。这种形状的氧化镁粉末由于填充于树脂中时的流动性良好,容易高填充于树脂中,因此容易获得高导热系数。
另外,氧化镁粉末的BET比表面积优选为0.01m2/g~1m2/g、更优选为0.1m2/g~0.5m2/g。若BET比表面积为该范围,容易高填充于树脂中,因此容易获得高导热系数。
另外,本发明的氧化镁粉末在浸渍于纯水中并于95℃静置24小时时,溶出到水溶液中的镁离子与钙离子的质量比Ca/Mg为10以下。需要说明的是,本说明书中,“浸渍于纯水中并于95℃静置24小时时”定义为利用与后述实施例中记载的方法同样的方法进行测定的情况。若对本发明的氧化镁粉末中包含的氧化镁与Ca化合物进行比较,则Ca化合物易溶于水,氧化镁具有难溶于水的倾向,因此可以说,存在于水溶液中的镁离子与钙离子的质量比Ca/Mg越小则存在于氧化镁粉末表面的Ca化合物越少。镁离子与钙离子的质量比Ca/Mg为10以下、优选为6以下、更优选为6~1。
另外,对于本发明的氧化镁粉末而言,在85℃的温度和85%的湿度下保持48小时后的下述式(1)所示的质量增加率优选为2%以下。本说明书中,“在85℃的温度和85%的湿度下保持48小时”定义为利用与后述实施例中记载的方法同样的方法进行保持。若质量增加率为该范围,可以说耐水性充分。
质量增加率=((保持后的氧化镁粉末的质量-保持前的氧化镁粉末的质量)/保持前的氧化镁粉末的质量)×100(%)··式(1)
此外,对于本发明的氧化镁粉末而言,在分散于控制为pH=3的硫酸水溶液中时,一直到消耗相当于氧化镁粉末的50%当量的硫酸,优选需要1800秒以上的时间。若硫酸的消耗时间为该范围,则可以说是耐酸性优异的氧化镁粉末。需要说明的是,本说明书中,耐酸性的具体评价方法定义为与后述实施例中记载的方法同样的方法。
2.氧化镁粉末的制造方法
本发明的氧化镁粉末可以经过将作为原料的镁砂粉碎的粉碎工序、与之后的研磨工序和分级工序来制造。以下,对本发明的制造方法进行说明。
(0)原料制备
作为原料的镁砂可以通过将氢氧化镁、碳酸镁、氯化镁、硝酸镁、硫酸镁等镁盐烧制并进行热分解的方法等来制造。作为氢氧化镁,可以使用利用海水中的镁盐与氢氧化钙的反应进行沉淀得到的氢氧化镁等。另外,作为碳酸镁,可以使用菱镁矿矿石等。作为氢氧化镁、碳酸镁的烧制条件没有特别限制,通常烧制温度为1300℃以上、优选为1300℃~2800℃、更优选为1400℃~2400℃的范围内,烧制时间为10分钟~10小时的范围内。
镁砂的纯度优选为98质量%以上,更优选为99质量%以上,特别优选为99.5质量%以上。作为氧化镁原料中包含的杂质,可以举出钙化合物、硅化合物、铝化合物、铁化合物、硼化合物等。这些杂质除了作为固溶体固溶于MgO晶体中以外,还作为晶界相存在于MgO的晶体颗粒与晶体颗粒的边界。因此,在将镁砂粉碎时,有时会成为晶界相附着于一部分颗粒的不均匀颗粒。另外,镁砂的粉碎粉与水或酸接触的情况下,认为该附着的晶界相成为反应的起点,耐水性、耐酸性降低。因此,本发明中,通过对粉碎镁砂而成的的氧化镁粉末的表面进行研磨,将作为晶界相存在的杂质去除,从而改善耐水性和耐酸性。需要说明的是,若镁砂的纯度小于98质量%,则晶界相在镁砂中所占的比例变大,难以通过表面的研磨去除。
构成镁砂的氧化镁的晶体直径优选为5μm~200μm、更优选为15μm~150μm、特别优选为30μm~100μm。若晶体直径过小,则进行粉碎成为氧化镁粉末时晶界相露出到颗粒表面的比例变小,除了难以通过研磨充分去除以外,比表面积变大,有时会对在树脂中的填充性、耐水性或耐酸性产生不良影响。另外,若晶体直径过大,则进行粉碎制成氧化镁粉末时晶界相部分无处不在,因此晶界相以外的部分也通过研磨被削去的比例增大,效率低。
(1)粉碎工序
粉碎工序是通过将镁砂粉碎而得到氧化镁粉末的工序。粉碎可以根据作为被粉碎物的镁砂的性状、对所得到的氧化镁粉末所要求的性状而适当选择。例如,将辊式破碎机、颚式破碎机等破碎装置、滚动球磨机、振动球磨机等粉碎装置单独使用或将两种以上组合使用,可以得到氧化镁粉末。粉碎工序中得到的氧化镁粉末的D50可以适当选择适于在后续研磨工序中使用的装置的尺寸,优选为5μm~300mm。
(2)研磨工序
研磨工序是通过对粉碎工序中得到的氧化镁粉末进行研磨而使颗粒表面的晶界相剥离的工序。作为研磨方法,可以举出:利用粉碎工序中得到的氧化镁粉末的颗粒彼此的接触的方法;利用粉碎工序中得到的氧化镁粉末与磨石的接触的方法;等等。
利用氧化镁粉末的颗粒彼此的接触的方法中,利用气流式粉碎机的处理是有效的,可以举出对流型气流粉碎机、旋流型气流粉碎机等。特别是,旋流型气流粉碎机不仅可期待研磨效果,还可期待粉碎效果与分级效果带来的粒度调整效果,因而是有用的。在利用气流式粉碎机的处理的情况下,粉碎压力优选为0.6MPa~0.7MPa。
另外,在利用氧化镁粉末与磨石的接触的方法中,利用使氧化镁粉末接触高速旋转的圆形磨石的方式的铸件用砂再生装置的处理是有效的,例如,可以举出清田铸机公司制造的铸件用砂再生装置(产品名Sand-Fresher)等。在利用铸件用砂再生装置的处理的情况下,圆形磨石的旋转圆周速度优选为30m/s~50m/s,研磨停留时间优选为5分钟~1小时。
(3)分级工序
分级工序为下述工序:对研磨工序中得到的氧化镁粉末进行分级,由此将剥离的杂质成分的微粉去除,除此以外形成优选的粒度分布。分级方法没有特别限定,可以将振动筛、风力分级机、旋风分离器式分级机等单独使用,或者将两种以上组合使用。
3.导热性树脂组合物、导热性膏和导热性涂料
本发明的氧化镁粉末作为导热性树脂组合物中的导热性填料填充到树脂中,能够提高树脂组合物的导热性。
作为混配到导热性树脂组合物中的树脂的种类,可以根据用途等适当设定,例如,可以为烯烃树脂或聚酰胺系树脂等热塑性树脂,也可以为硅酮树脂或环氧树脂等热固性树脂。在将导热性树脂组合物的总质量设为100质量%时,各成分的混配量优选为氧化镁粉末为1质量%~90质量%、树脂为10质量%~99质量%。氧化镁粉末的混配量小于1质量%时,所得到的树脂组合物的导热系数容易降低。另外,氧化镁粉末的混配量超过90质量%时,氧化镁粉末的比例升高,因此除了制造成本提高以外,还容易对树脂特性产生不良影响。
导热性树脂组合物可以通过将树脂和氧化镁粉末利用公知的方法混合来制造。另外,所得到的导热性树脂组合物可以利用挤出成型等公知的方法成型,加工成所期望的形状。
另外,为了改善将树脂和氧化镁粉末混合时的分散性、混合性、所得到的树脂组合物的机械特性等,可以对氧化镁粉末进行表面处理后使用。作为能够用于表面处理的化合物,可以使用具有乙烯基、苯基、氨基等的硅烷偶联剂;硬脂酸镁等金属皂、硬脂酸钠等表面活性剂等。这些表面处理剂可以预先用混合器等与氧化镁粉末混合而进行表面处理,也可以以在与树脂混炼时混合的整体掺混来进行。
导热性树脂组合物能够适用于各种物品,特别能够适合用于要求高导热系数和耐湿性的物品。作为这种物品,例如在汽车领域可以举出灯座、各种电装部件等。另外,在电子设备领域中,可以举出散热器、焊盘、印刷电路基板、半导体封装材料用部件、冷却风扇用部件、拾取部件、连接器、开关、轴承、箱体壳体等。
另外,本发明的氧化镁具有高耐水性和耐酸性,因此可以适合用作通过填充或涂布于电子部件的放热部与冷却部件之间而将电子部件的放热传递至冷却部件的导热性膏和导热性涂料的导热性填料。
实施例
以下,基于实施例来具体说明本发明,但这些并不限定本发明的目的,另外,本发明不限定于这些实施例。
首先,示出本实施例中使用的评价方法。
[MgO纯度的测定]
关于MgO的纯度,根据JIS R2212-4对CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、B2O3的含量进行定量后,利用差数法从整体中减去5种成分的含量,由此求出。
[中值粒径(D50)]
中值粒径(D50)使用Microtrac Bell株式会社的粒径分布测定装置MT3300EX型进行测定。
[BET比表面积]
关于BET比表面积,使用YUASA-IONICS株式会社制造的Monosorb,作为预处理在180℃脱气10分钟后,利用BET单点法进行测定。
[圆度]
关于圆度,使用株式会社Seishin Enterprise制造的颗粒形状评价装置PITA-3,使氧化镁粉末分散于0.2%六偏磷酸钠水溶液中来测定。
[耐水性(吸湿性)]
将20g氧化镁粉末装入玻璃制称量瓶中进行称量,在85℃的温度和85%的湿度下的恒温恒湿槽中保持48小时。之后,从恒温恒湿槽中取出,称量氧化镁粉末的质量,由下式求出重量增加率。
质量增加率=((保持后的氧化镁粉末的质量(g)-保持前的氧化镁粉末的质量(20g))/保持前的氧化镁粉末的质量(20g))×100(%)
[耐酸性]
使用电位差自动滴定装置(京都电子工业制造的AT-510型),滴加0.05mol/L的硫酸,由此将氧化镁粉末分散于超纯水中的氧化镁悬浮液保持为pH=3,将硫酸的滴定量作为硫酸消耗量,通过硫酸消耗量到达氧化镁粉末的50%当量所需要的时间对耐酸性进行评价。
首先,作为空白,对100mL超纯水进行测定,接着,对将50mg氧化镁粉末分散于超纯水100mL中的悬浮液也同样地进行测定。由氧化镁悬浮液的硫酸消耗量减去空白的硫酸消耗量,求出氧化镁粉末消耗的硫酸的量。通过消耗的硫酸量达到氧化镁的50%当量的时间对耐酸性进行评价。
[溶出离子的提取试验方法]
在500mL的聚丙烯制容器中称量40g氧化镁粉末,接着投入纯水400mL并塞严后,静置于预先保持为95℃的热风循环式干燥机中。1小时后松开瓶塞,释放内部压力后,再次塞严并静置于95℃的热风循环式干燥机中,进而以合计24小时加热静置23小时。冷却至室温后进行过滤,通过ICP和离子色谱分析滤液中包含的离子量。
[流动性]
关于流动性,用经镜面研磨的不锈钢板夹持将液状环氧树脂(三菱化学制造的828EL)和50体积%的氧化镁粉末混合而成的混合物5g,测定利用小型热压机(AS-1株式会社制造、型号AH-2003C、带冷却功能)以50℃加压轧制至10MPa时的拉伸直径,作为流动性的评价。
(实施例1)
利用MAKINO制造的辊式破碎机MRCA-0型将Ube Material Industries,Ltd.制造的镁砂UBE995S(MgO纯度99.5%、平均晶体直径37μm)破碎成1mm以下,之后,利用SeishinEnterprise制造的旋流型气流粉碎机STJ-200型在10kg/h的送入量、0.65MPa的粉碎压力下进行粉碎和研磨处理,得到在1μm~1mm之间具有分布的中值粒径(D50)为37μm的氧化镁粉末。用网孔45μm筛分该氧化镁粉末,利用风力分级机除去5μm以下的粉末,回收粗粉侧,得到实施例1的氧化镁粉末。
(实施例2)
利用MAKINO制造的辊式破碎机MRCA-0型将Ube Material Industries,Ltd.制造的镁砂UBE995S(MgO纯度99.5%、平均晶体直径37μm)破碎成1mm以下后,利用中央化工机制造的振动磨CH-20型进行粉碎,由此得到在1μm~1mm之间具有分布的中值粒径(D50)为54μm的氧化镁粉末。使用清田铸机制造的铸件用砂再生装置Sand-FresherBR305型,以40m/s的圆形磨石的旋转圆周速度对该氧化镁粉末进行10分钟研磨处理。用网孔45μm筛分该氧化镁粉末,利用风力分级机除去5μm以下的粉末,回收粗粉侧,得到实施例2的氧化镁粉末。
(实施例3)
除了使研磨处理时间为20分钟以外,与实施例2同样地得到实施例3的氧化镁粉末。
(比较例1)
除了不进行研磨处理以外,与实施例2同样地得到比较例1的氧化镁粉末。
[评价结果]
表1中示出MgO纯度的测定结果。
[表1]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
MgO | 99.63 | 99.64 | 99.64 | 99.63 |
CaO | 0.18 | 0.18 | 0.18 | 0.19 |
SiO<sub>2</sub> | 0.09 | 0.09 | 0.09 | 0.10 |
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.04 |
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.04 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.003 |
表2中示出中值粒径(D50)、BET比表面积、圆度的结果。
[表2]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
中值粒径(μm) | 30 | 29 | 30 | 27 |
BET比表而积(m<sup>2</sup>/g) | 0.16 | 0.26 | 0.22 | 0.26 |
圆度 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.73 |
由表2可知,通过分级操作得到了在全部样品中具有大致相同的中值粒径的氧化镁粉末。确认到比表面积随着研磨进行而降低,并且从圆度可以确认,随着研磨进行,角被除去,圆度提高。
表3中示出吸湿性和耐酸性的结果。
[表3]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
吸湿性(%) | 0.89 | 0.84 | 1.18 | 3.98 |
耐酸性(秒) | 2260 | 2090 | 2070 | 1660 |
由表3可以确认,相对于比较例,实施例通过进行研磨处理而使吸湿性得到6成以上的改善,耐酸性也得到4成左右的改善。中值粒径、比表面积几乎同等,与此相对,吸湿性、耐酸性得到改善,因而确认到表面研磨产生的晶界相被除去的效果。
表4中示出水溶液中的镁离子和钙离子的测定结果以及Ca/Mg质量比。
[表4]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
Mg离子浓度(mg/L) | 2.3 | 1.6 | 2.2 | 1.3 |
Ca离子浓度(mg/L) | 12 | 6.9 | 6.5 | 14 |
Ca/Mg质量比 | 5.2 | 4.3 | 3.0 | 10.8 |
由表4可知,在剥离了颗粒表面的实施例中,相对于溶出的镁离子的钙离子的质量比Ca/Mg为10以下,因而确认到颗粒表面的钙化合物被除去的效果。
表5中示出流动性的评价结果。
[表5]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
流动性(mm) | 105 | 119 | 114 | 62 |
由表5可以确认,相对于比较例,实施例在流动性方面有4成以上的改善。
Claims (7)
1.一种氧化镁粉末,其特征在于,中值粒径D50为5μm~100μm,MgO的纯度为98质量%~99.9质量%,Ca化合物的含量以CaO换算计为0.1质量%~2质量%,BET比表面积为0.01m2/g~1m2/g,
将其浸渍于纯水中并于95℃静置24小时时,水溶液中的镁离子与钙离子的质量比Ca/Mg为1~6,
所述氧化镁粉末通过下述制造方法来制造,
该制造方法具有下述工序:
将镁砂粉碎而得到氧化镁粉末的粉碎工序;
对该粉碎的氧化镁粉末进行研磨而使颗粒表面剥离的研磨工序;和
对该研磨的氧化镁粉末进行分级而去除剥离的微粉的分级工序。
2.如权利要求1所述的氧化镁粉末,其中,在85℃的温度和85%的湿度下保持48小时后的下述式(1)所示的质量增加率为2%以下,
质量增加率=((保持后的氧化镁粉末的质量-保持前的氧化镁粉末的质量)/保持前的氧化镁粉末的质量)×100(%)··式(1)。
3.如权利要求1或2所述的氧化镁粉末,其中,在分散于控制为pH=3的硫酸水溶液中时,一直到消耗相当于氧化镁粉末的50%当量的硫酸,需要1800秒以上的时间。
4.一种氧化镁粉末的制造方法,其为制造权利要求1~3中任一项所述的氧化镁粉末的方法,其特征在于,
具有下述工序:
将镁砂粉碎而得到氧化镁粉末的粉碎工序;
对该粉碎的氧化镁粉末进行研磨而使颗粒表面剥离的研磨工序;和
对该研磨的氧化镁粉末进行分级而去除剥离的微粉的分级工序。
5.一种导热性树脂组合物,其特征在于,在树脂中填充有权利要求1~3中任一项所述的氧化镁粉末。
6.一种导热性膏,其特征在于,在树脂中填充有权利要求1~3中任一项所述的氧化镁粉末。
7.一种导热性涂料,其特征在于,在树脂中填充有权利要求1~3中任一项所述的氧化镁粉末。
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