DE112014007281B4

DE112014007281B4 - Silikonzusammensetzung

Info

Publication number: DE112014007281B4
Application number: DE112014007281.8T
Authority: DE
Inventors: Yasuyoshi Watanabe; Gaku Kitada
Original assignee: Sekisui Polymatech Co Ltd
Current assignee: Sekisui Polymatech Co Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JPWO2016103424A1; WO2016103424A1; CN107207858B; JP6574967B2; US10329424B2; DE112014007281T5; CN107207858A; US20170313881A1

Abstract

Silikonzusammensetzung, die flüssiges Silikon, wenigstens ein unlösliches, funktionalisierendes Füllmaterial und ein nicht flüssiges Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material aufweist, wobei die Zusammensetzung 300 bis 2500 Gewichtsanteile des wenigstens einen unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials und 2,0 bis 50 Gewichtsanteile des Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Materials pro 100 Gewichtsanteile des flüssigen Silikons aufweist und eine Viskosität von 30 bis 700 Pa·s bei 23° C aufweist, wobei das unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial wenigstens ein thermisch leitfähiges Füllmaterial ist, das aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden, Metallhydroxiden, Metallkarbiden, Graphit und Karbonfasern ausgewählt ist, und wobei das nicht flüssige Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material ein Polysaccharid ist und die Silikonzusammensetzung eine thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf flüssigem Silikon basierende Silikonzusammensetzung, die eine thermische Leitfähigkeit aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Silikonzusammensetzung, die zwischen einem Heizelement und einem Wärme dissipierenden Element angeordnet werden soll, um als ein thermisches Fett verwendet zu werden, das thermische Leitfähigkeit und Lagerstabilität miteinander verbindet.
Stand der Technik
Elektronische Geräte, wie zum Beispiel Computer und Fahrzeugbauteile, verwenden ein Wärme dissipierendes Element, wie zum Beispiel einen Kühlkörper, um die von einem Heizelement, wie beispielsweise einer Halbleitereinrichtung oder einer mechanischen Komponente, erzeugte Wärme zu dissipieren. Um den Wärmeübergang effizient zu gestalten, kann ein thermisches Fett verwendet werden, um den Raum zwischen den Heizelementen und den Wärme dissipierenden Elementen zu füllen.
Das thermische Fett weist im Vergleich mit dem Heizelement und dem Wärme dissipierenden Element (typischerweise aus Metall hergestellt) eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf; daher sind dünne Schichten im Vergleich zu dicken vorteilhaft. Falls der Zweck darin besteht, jegliche Luftschichten, die eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit aufweisen, von der Schnittstelle zwischen den Heizelementen und den Wärme dissipierenden Elementen zu eliminieren, ist ein thermisches Fett mit einer niedrigen Viskosität und einer hohen Fließfähigkeit vorteilhafter. Aus diesen Gründen ist es bekannt, ein eine niedrige Viskosität aufweisendes thermisches Fett zu verwenden, wenn die Heizelemente und die Wärme dissipierenden Elemente eng voneinander beabstandet sind. Zum Beispiel ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2005-330426 A angegeben, dass, wenn der Partikeldurchmesser eines thermisch leitfähigen Füllmaterials „größer als 15,0 µm ist, die Silikonfettzusammensetzung nicht in einer ausreichend dünnen Schicht aufgetragen werden kann und somit weniger wirksam bezüglich des Dissipierens von Wärme ist“.
In den letzten Jahren erzeugen jedoch viele Arten von Elementen Wärme und die gesamte Wärmeerzeugung nimmt ebenfalls zu. Es ist daher wünschenswerter, Wärme von vielen elektronischen Elementen oder von dem gesamten Untergrund zu dissipieren als von einem speziellen elektronischen Element. Dies bedeutet, dass die elektronischen Elemente, von denen Wärme dissipiert wird, in der Höhe variieren und dass ein Wärme dissipierendes Element in einigen Fällen an einem diagonal oder horizontal angeordneten Wärmeelement angebracht sein kann. Die für die Dissipation von Wärme erforderlichen Formen haben sich verändert bzw. sind breit gefächert.
Eine Lösung für diese Anforderung besteht darin, ein bekanntes thermisches Fett, das üblicherweise als ein dünner Film eingesetzt wird, in der Form eines dicken Films zu verwenden, dies hat jedoch den Nachteil eines weniger effizienten Wärmeübergangs. Dies ist der Fall, weil Harzzusammensetzungen, die ein thermisch leitfähiges Füllmaterial mit einem kleinen Partikeldurchmesser aufweisen, in einen dünnen Film für einen effizienten Wärmeübergang geformt werden können, dass sie jedoch andererseits dazu tendieren, im Vergleich zu Harzzusammensetzungen, die auch thermisch leitfähige Füllmaterialien mit einem großen Partikeldurchmesser aufweisen, eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufzuweisen. Es ist daher gewünscht, ein thermisches Fett, das ein thermisch leitfähiges Füllmaterial, das einen großen Partikeldurchmesser aufweist, als einen dicken Film zu verwenden.
Thermische Fette, die ein thermisch leitfähiges Füllmaterial mit einem großen Partikeldurchmesser aufweisen, haben jedoch einen Nachteil, der darin besteht, dass sich das Füllmaterial leichter absetzt und sich von dem Basisöl trennt. Zum Beispiel ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2012-052137 A im Hinblick auf ein thermisch leitfähiges Füllmaterial, das vorzugsweise 50 µm oder weniger aufweist, angegeben „ein zu großer durchschnittlicher Partikeldurchmesser kann bewirken, dass die Ölabtrennung schnell voranschreitet“. Des Weiteren ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2009-221311 A angegeben „ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser, der 30 µm überschreitet, beeinträchtigt die Stabilität der Zusammensetzung, was bewirkt, dass eine Öltrennung mit größerer Wahrscheinlichkeit auftritt“.
Eine bekannte Lösung dieser Probleme besteht darin, ein Verdickungs- oder thixotropes Additiv, wie zum Beispiel Siliziumdioxid bzw. Silica, zu verwenden, um das Absetzen des thermisch leitfähigen Füllmaterials zu verhindern. Dies ist zum Beispiel in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen JP 2012-052137 A und JP 2009-221311 A beschrieben.
Es ist auch bekannt, dass Polysaccharide eine Anti-Absetz-Wirkung haben. Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2002-226819 A beschreibt eine Technologie, in der eine nicht ionische und wasserlösliche Zellulose, wie zum Beispiel Methylzellulose oder Ethylzellulose, als ein Anti-Absetz-Mittel in einem wässrigen Medium verwendet wird. Das japanische Patent JP 3957596 B2 beschreibt, dass Methylzellulose als ein Verdickungsmittel zu Organopolysiloxan hinzugefügt wird. Dies ist der Fall, weil sich die Zellulose in dem Wassermedium auflöst oder dispergiert und das System durch Erzeugen eines schwachen Netzwerks an Wasserstoffverbindungen „verdickt“.
Materialien, wie beispielsweise Amidwachse, Polyamide und Harnstoff bzw. Urea, sind ebenfalls dafür bekannt, ein schwaches Netzwerk von Wasserstoffverbindungen oder anderen Verbindungen zu erzeugen und sie verhindern durch die Bildung einer solchen Netzwerkstruktur ein Absetzen.
Das Hinzufügen dieser Additive, wie beispielsweise Silica, vergrößert jedoch nachteiligerweise die Viskosität des thermischen Fetts. Dies führt dazu, dass eine geringere Menge an thermisch leitfähigem Füllmaterial verwendet werden muss, um ein thermisches Fett mit einer vorgegebenen Viskosität herzustellen. Des Weiteren ist die thermische Leitfähigkeit des Fetts aufgrund der geringeren Menge des thermisch leitfähigen Füllmaterials gering.
Der Versuch, das Absetzen eines thermisch leitfähigen Füllmaterials gemäß dieser existierenden Technologien zu verhindern, führt daher zu einer Vergrößerung der Viskosität der Zusammensetzung. Ein solcher Versuch wird daher als unpraktikabel bei thermischen Fetten und anderen Anwendungen angesehen, bei denen eine hohe Viskosität unerwünscht ist.
In der US 2013/0267628 A1 werden Organopolysiloxan-Zusammensetzungen, die durch Polyadditionsreaktionen vernetzen und/oder härten können, um Elastomere oder Materialien aus Silikon herzustellen, beschrieben. Weiterhin wird beschrieben, wie die Zusammensetzung zur Herstellung eines Zahnabdrucks im Zusammenhang mit der Herstellung von Prothesen nützlich ist.
Die JP 2005-255968 A beschreibt einen Formkörper aus Silikonschaumgummi mit einer Harzhaut mit hoher Festigkeit und Abriebfestigkeit und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
JP H09-59125 A bezieht sich auf ein Pulver für wasserabweisende Kosmetika, bei dem ein spezifisches Carboxylgruppen-modifiziertes Organo(poly)siloxan als Oberflächenbehandlungsmittel für das Pulver verwendet wird.
Zitierungsliste
Patentliteratur

PTL1: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2005-330426 A
PTL2: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2012-052137 A
PTL3: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2009-221311 A
PTL4: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2012-052137 A
PTL5: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2009-221311 A
PTL6: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung JP 2002-226819 A
PTL7: japanisches Patent JP 3957596 B2
PTL8: US 2013/0267628 A1
PTL9: JP 2005-255968 A
PTL10: JP H09-59125 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund dieser Nachteile gemacht. Dies bedeutet, es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, bei welcher das Absetzen des thermisch leitfähigen Füllmaterials bzw. Füllmaterialien mit einer geringen Erhöhung der Viskosität beschränkt ist, so dass das Füllmaterial bzw. die Füllmaterialien hoch konzentriert werden können. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Silikonzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, bei welcher das Absetzen von unlöslichem, funktionalisierendem Füllmaterial bzw. Füllmaterialien mit einer geringen Erhöhung der Viskosität beschränkt ist.
Lösung der Aufgabe
Eine Silikonzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung, die die oben genannte Aufgabe löst, ist wie in Anspruch 1 angegeben ausgeführt.
Die Silikonzusammensetzung ist eine, die flüssiges Silikon, wenigstens ein unlösliches, funktionalisierendes Füllmaterial und ein nicht flüssiges Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material aufweist.
Das unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial gibt der Zusammensetzung eine vorbestimmte Funktion und das nicht flüssige Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material verhindert, dass sich das unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial mit einer geringen Vergrößerung der Viskosität in der Mischung mit dem flüssigen Silikon absetzt.
Die Silikonzusammensetzung ist eine solche, die 300 bis 2500 Gewichtsanteile des wenigstens einen unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials und 2,0 bis 50 Gewichtsanteile des Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Materials pro 100 Gewichtsanteilen des flüssigen Silikons aufweist und eine Viskosität von 30 bis 700 Pa·s bei 23°C aufweist.
Die Verwendung von 300 bis 2500 Gewichtsanteilen des unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials und 2,0 bis 50 Gewichtsanteilen des Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Materials pro 100 Gewichtsanteilen des flüssigen Silikons gibt der Silikonzusammensetzung eine Viskosität von 30 bis 700 Pa·s bei 23° C, wodurch die Zusammensetzung geeignet zum Beschichten und anderen derartigen Verwendungen gemacht wird. Des Weiteren sind die Volumenverhältnisse des unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials und des Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Materials in der Silikonzusammensetzung gut geeignet zur Verhinderung von Verdickung und Absetzen, was sicherstellt, dass die Zusammensetzung die Funktion aufweist, die der Hersteller derselben durch das Hinzufügen des Füllmaterials zu geben versucht.
Die Silikonzusammensetzung kann eine solche sein, bei welcher das wenigstens eine unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial 25 bis 60 Volumen-% Partikel mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 50 µm auf der Basis eines Gesamtvolumens des Füllmaterials aufweist.
Das Verwenden von 25 Volumen-% bis 60 Volumen-% an Partikeln mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 50 µm in dem unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterial auf der Basis des Gesamtvolumens des Füllmaterials verbessert eine gewünschte Funktion, wie zum Beispiel die thermische Leitfähigkeit. Des Weiteren ist dadurch, dass sie das Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material enthält, diese Zusammensetzung bezüglich des Absetzens des unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials ohne eine Erhöhung der Viskosität beschränkt, und zwar trotz des relativen Hangs des Füllmaterials im Hinblick auf das Absetzen aufgrund des Partikeldurchmessers, der 50 µm überschreitet.
Das Anti-Verdickungs- oder nicht verdickende Anti-Absetz-Material ist ein Polysaccharid.
Durch die Verwendung eines Polysaccharids als ein Anti-Verdickungs- oder nicht verdickendes Anti-Absetz-Material handelt es sich bei der Silikonzusammensetzung um eine solche, bei der das Absetzen des unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials mit einer geringen Erhöhung der Viskosität beschränkt ist. Mit anderen Worten, die Erfinder haben herausgefunden, dass Polysaccharide, wie zum Beispiel Zellulose, Silikonzusammensetzungen, die flüssiges Silikon und unlösliche, funktionalisierende Füllmaterialien aufweisen, nicht verdicken. Die Erfinder haben außerdem herausgefunden, dass in dieser Zusammensetzung verhindert wird, dass sich das unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial absetzt, und zwar trotz der nicht vorhandenen Erhöhung der Viskosität, wobei es sich um eine Erkenntnis handelt, die gegen das allgemeine Wissen geht.
Das Anti-Verdickungs- oder nicht verdickende Anti-Absetz-Material oder Polysaccharid kann ein Zellulosecompound bzw. eine Zelluloseverbindung sein. Das Zellulosecompound würde die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit verbessern.
Das wenigstens eine unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial ist wenigstens ein thermisch leitfähiges Füllmaterial. Durch die Verwendung eines thermisch leitfähigen Füllmaterials als ein unlösliches, funktionalisierendes Füllmaterial weist diese Silikonzusammensetzung eine thermische Leitfähigkeit auf.
Das wenigstens eine thermisch leitfähige Füllmaterial ist eines, das aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden, Metallhydroxiden, Metallkarbiden, Graphit und Karbonfasern ausgewählt ist.
Durch die Auswahl von Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden, Metallhydroxiden, Metallkarbiden, Graphit und Karbonfasern als thermisch leitfähige Füllmaterialien ist diese Silikonzusammensetzung thermisch leitfähig mit einer geringen Zunahme der Viskosität in der Mischung von flüssigem Silikon und einem Polysaccharid als nicht flüssigem Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material.
Das wenigstens eine unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial kann wenigstens eines sein, das aus Metallen, Metalloxiden und Kohlenstoffverbindungen ausgewählt ist.
Durch die Auswahl von Metallen, Metalloxiden und Kohlenstoffverbindungen als unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial ist diese Silikonzusammensetzung elektrisch leitfähig mit einer geringen Erhöhung der Viskosität in der Mischung des flüssigen Silikons und eines nicht flüssigen Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Materials, wie zum Beispiel eines Polysaccharids.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Silikonzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen Silikonzusammensetzungen zur Verfügung, bei denen das Absetzen eines unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials bzw. Füllmaterialien, wie zum Beispiel eines thermisch leitfähigen Füllmaterials, mit einer geringen Erhöhung der Viskosität beschränkt ist, weshalb das Füllmaterial bzw. die Füllmaterialien hoch konzentrier ist bzw. sind.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Silikonzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Silikonzusammensetzung weist flüssiges Silikon, ein unlösliches, funktionalisierendes Füllmaterial und ein nicht flüssiges Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material auf. Mit anderen Worten, beinhaltet flüssiges Basissilikon Füllmaterialien, die verschiedene Funktionen zur Verfügung stellen, die gemäß der gewünschten Verwendung ausgewählt sind, wie zum Beispiel thermische Leitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und der Fähigkeit zur Verstärkung, und dieses System beinhaltet des Weiteren ein nicht flüssiges Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material, um die Erhöhung der Viskosität der Silikonzusammensetzung zu begrenzen. Während diese Zusammensetzung nachfolgend unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen detaillierter beschrieben wird, wird eine mehrfache Nennung von Informationen für jegliches Material, jegliche Formulierung, jeglichen Herstellungsprozess, jegliche Betriebsart oder ein anderes Detail, das bei unterschiedlichen Ausführungsformen gleich ist, vermieden.
Ausführungsform 1:
Diese Ausführungsform beschreibt eine Form einer Zusammensetzung, bei der thermisch leitfähige Füllmaterialien, die der Zusammensetzung eine thermische Leitfähigkeit verleihen, als unlösliche, funktionalisierende Füllmaterialien verwendet werden. Die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung, die durch Hinzufügen der thermisch leitfähigen Füllmaterialien zu dem flüssigen Silikon erhalten wird, kann als ein Material verwendet werden, das zwischen mehreren Heizelementen auf einer Unterlage und einem den Heizelementen zugewandten Wärme dissipierenden Element angeordnet bzw. angekoppelt ist, und übernimmt die Rolle des Übertragens von Wärme von dem Heizelement zu dem Wärme dissipierenden Element.
Die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung beinhaltet flüssiges Silikon, thermisch leitfähige Füllmaterialien (unlösliche funktionalisierende Füllmaterialien) und ein nicht flüssiges Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material.
Das flüssige Silikon kann entweder ein nicht vernetzbares bzw. nicht aushärtbares, flüssiges Silikon oder ein vernetzbares bzw. aushärtbares flüssiges Silikon sein. Wenn ein nicht vernetzbares flüssiges Silikon verwendet wird, ergibt die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung zum Beispiel thermisches Fett oder stellt thermisches Fett zur Verfügung. Wenn ein vernetzbares flüssiges Silikon verwendet wird, ergibt die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung zum Beispiel Vergussmaterial und thermische Folien oder stellt diese zur Verfügung.
Spezifische Beispiele von flüssigem Silikon beinhalten Organopolysiloxane, wie zum Beispiel Dimethylpolysiloxan und Methylphenylpolysiloxan, und modifizierte Silikone, die reaktive Substituenten aufweisen, wie zum Beispiel Alkenyl-, Epoxy-, Acryloyl- und Aminogruppen.
Das vernetzbare, flüssige Silikon ist vorzugsweise ein vernetzbares flüssiges Silikon des Additions-Reaktionstyps. Dies ist der Fall, weil vernetzbare, flüssige Silikone des Additions-Reaktionstyps eine geringe Schrumpfung beim Vernetzen aufweisen. Genauer ausgedrückt, wäre, während das Vernetzen einer thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzung, die zwischen einem Heizelement und einem Wärme dissipierenden Element angeordnet ist, einen Zwischenraum zwischen den Heiz- und Wärme dissipierenden Elementen verbleiben lassen kann, wenn das Silikon eine große Schrumpfung beim Vernetzen aufweist, diese nachteilige Bildung eines Zwischenraums bei einem flüssigen Silikon des Additions-Reaktionstyps aufgrund seiner geringen Schrumpfung beim Vernetzen ungewöhnlich. Das flüssige Silikon des Additions-Reaktionstyps ist vorzugsweise ein Alkenyl-terminiertes Organopolysiloxan und ein Organo-Hydrogen-Polysiloxan. Es sollte bemerkt werden, dass ein vernetzbares, flüssiges Silikon, das eine Mischung von Basis- und flüssigen Vernetzungsmittel-Silikonen, wie diesem flüssigen Additions-Reaktions-Silikon, sämtliche der Basis-Vernetzungsmittel- und gemischen flüssigen Silikone enthält.
Bei dem flüssigen Silikon kann es sich um ein solches handeln, das eine Viskosität von ungefähr 0,005 Pa·s bis 2 Pa·s aufweist. Flüssige Silikone, die eine Viskosität von weniger als 0,005 Pa·s aufweisen, sind von niedrigem Molekulargewicht und es ist auch im vernetzten Zustand schwierig, dass diese hohe Molekulargewichte aufweisen. Die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung kann daher in ihrer vernetzten Form zerbrechlich bzw. schwach sein. Obwohl flüssige Silikone mit einer niedrigeren Viskosität verwendet werden können, wenn sie nicht vernetzt sind, sind flüssige Silikone, die eine Viskosität von weniger als 0,005 Pa·s aufweisen, in hohem Maße flüchtig und für eine Langzeitverwendung zum Zwecke thermischer Leitfähigkeit nicht mehr geeignet. Wenn die Viskosität 2 Pa·s überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung eine hohe Viskosität aufweist, und das Behandeln einer solchen Silikonzusammensetzung, um ihre Viskosität auf einen gewünschten Bereich einzustellen, verringert die Menge an thermisch leitfähigen Füllmaterialien, die darin enthalten sein können. In solchen Fällen ist es schwierig, eine hohe thermische Leitfähigkeit zu erreichen.
Nachfolgend werden die thermisch leitfähigen Füllmaterialien beschrieben. Bei den thermisch leitfähigen Füllmaterialien handelt es sich um Metallpulver, Metalloxide, Metallnitride, Metallkarbide, Metallhydroxide oder ähnliche Substanzen in der Form von Kugeln, Flocken, usw. oder um Graphit oder Karbonfasern. Beispiele von Metallen beinhalten Aluminium, Kupfer und Nickel, Beispiele von Metalloxiden beinhalten Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid und Quarz, Beispiele von Metallnitriden beinhalten Bornitrid und Aluminiumnitrid. Ein Beispiel eines Metallkarbids ist Siliziumkarbid und ein Beispiel eines Metallhydroxids ist Aluminiumhydroxid. Beispiele von Karbonfasern beinhalten Pechkarbonfasern, PAN-Karbonfasern, Harz-karbonisierte Fasern und Harz-graphitisierte Fasern. Insbesondere sind Pulver von Metalloxiden, Metallnitriden, Metallkarbiden und Metallhydroxiden bevorzugt, und zwar insbesondere in Anwendungen, in denen eine elektrische Isolierung gewünscht ist.
Die thermisch leitfähigen Füllmaterialien sind vorzugsweise Materialien mit niedriger Dichte bzw. niedriger relativer Dichte. Insbesondere ist es bevorzugt, Materialien zu verwenden, die eine relative Dichte von 4,0 oder weniger aufweisen. Beispiele von Materialien, die eine relative Dichte von 4,0 oder weniger aufweisen, beinhalten Aluminium, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Quarz, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumhydroxid, Graphit und Karbonfasern. Es ist noch mehr zu bevorzugen, dass die Dichte bzw. relative Dichte 3,0 oder weniger beträgt. Beispiele von Materialien, die eine relative Dichte von 3,0 oder weniger aufweisen, beinhalten Aluminium, Aluminiumoxid, Quarz, Graphit und Karbonfasern. Dies ist der Fall, weil es bei thermisch leitfähigen Füllmaterialien mit niedriger relativer Dichte im Vergleich zu Füllmaterialien mit hoher relativer Dichte unwahrscheinlich ist, dass diese ausfällen bzw. abscheiden.
Die hierin verwendeten thermisch leitfähigen Füllmaterialien können in thermisch leitfähige Füllmaterialien (A), deren durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm oder weniger beträgt, und thermisch leitfähige Füllmaterialien (B) eingeteilt werden, deren durchschnittlicher Partikeldurchmesser mehr als 50 µm beträgt. Es ist zu bevorzugen, dass das thermisch leitfähige Füllmaterial mit einem Partikeldurchmesser von mehr als 50 µm 25 bis 60 Volumen-% auf der Basis des gesamten Volumens der thermisch leitfähigen Füllmaterialien darstellt. Dies ist der Fall, weil das Einstellen ihres Anteils auf einen solchen vorbestimmten Bereich zu einer geeigneten Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit führt.
Es wird angenommen, dass der Anteil des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B), also das Füllmaterial mit dem großen Partikeldurchmesser, ohne Änderung der gesamten Menge (Gewicht) der zwei thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A) und (B) erhöht wird. Bis zu ungefähr 60 Volumen-% wird erwartet, dass die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung Verbesserungen bezüglich der thermischen Leitfähigkeit mit geringen Erhöhungen der Viskosität aufweist. Über 60 Volumen% verbessert sich die thermische Leitfähigkeit nicht mehr. Die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung wird weniger flüssig und ihre Oberfläche beginnt merklich rau zu werden. Dies ist wahrscheinlich der Fall, weil der Anteil der thermisch leitfähigen Partikel mit geringem Durchmesser zu gering ist, als dass diese Partikel die Räume in dem thermisch leitfähigen Füllmaterial mit dem großen Durchmesser ausfüllen. Wenn der Anteil des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B) weniger als 25 Volumen-% beträgt, ist es jedoch schwierig, eine hohe thermische Leitfähigkeit zu erreichen.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) liegt vorzugsweise zwischen 0,3 µm und 10 µm. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von weniger als 0,3 µm kann verhindern, dass das Füllmaterial aufgrund einer Viskosität, die höher ist als notwendig, hoch konzentriert wird. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von mehr als 10 µm macht es schwierig für das Füllmaterial, die Zwischenräume in den großen Partikeldurchmessern dicht zu füllen.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B) liegt vorzugsweise zwischen 50 µm und 200 µm. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von weniger als 50 µm führt oft zu einer unzureichenden thermischen Leitfähigkeit. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von mehr als 200 µm kann verhindern, dass die Absetzrate bzw. -geschwindigkeit in ausreichender Weise verlangsamt wird, und zwar auch durch die Anti-Absetz-Wirkung der kristallinen Zellulose oder einem anderen solchen Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser eines thermisch leitfähigen Füllmaterials kann als ein Volumendurchschnitts-Partikeldurchmesser in einer Partikelgrößenverteilung ausgedrückt werden, wie sie durch eine Laserdiffraktion (JIS R1629) gemessen wird.
Obwohl die thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A) und (B) aus demselben Material bestehen können, können sie, wie nachfolgend beschrieben, aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Hinsichtlich des thermisch leitfähigen Füllmaterials (A) ist es zu bevorzugen, Aluminiumhydroxid vorzusehen. Aluminiumhydroxid begrenzt die Trennung zwischen dem flüssigen Polymer und den thermisch leitfähigen Füllmaterialien durch Verringern der Dichte bzw. der relativen Dichte des vernetzbaren thermischen Fetts.
Hinsichtlich des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B) ist es zu bevorzugen, Aluminiumoxid zu verwenden. Da es bemerkenswert hinsichtlich der Leitfähigkeit für Wärme ist, vergrößert Aluminiumoxid die thermische Leitfähigkeit wirksam, wenn es als das thermisch leitfähige Füllmaterial (B), also das Füllmaterial mit dem großen Partikeldurchmesser, verwendet wird.
Das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) weist vorzugsweise eine sphärische Form auf. Dies ist der Fall, weil bei der sphärischen Form das Füllmaterial eine geringere spezifische Oberfläche als bei jeder anderen Form aufweist. Mit anderen Worten, bedeutet die kleine spezifische Oberfläche, dass das Verhältnis des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B), das Füllmaterial mit großem Partikeldurchmesser, in der gesamten Menge der thermisch leitfähigen Füllmaterialien mit geringem Verlust der Fluidität bzw. Fließeigenschaften des vernetzbaren thermischen Fetts vergrößert werden kann, und dass daher die Menge der thermisch leitfähigen Füllmaterialien vergrößert werden kann, um die thermische Leitfähigkeit zu verbessern.
Die Menge der thermisch leitfähigen Füllmaterialien liegt erfindungsgemäß in dem Bereich von 300 bis 2500 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen des flüssigen Silikons. Ein Füllmaterialgehalt von weniger als 300 Gewichtsanteilen führt häufig zu einer nicht ausreichenden thermischen Leitfähigkeit. Ein Füllmaterialgehalt, der 2500 Gewichtsanteile überschreitet, führt zu einer zu hohen Viskosität.
Nachfolgend wird das Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterial beschrieben. Das hierin verwendete Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterial ist ein Material, dass das Absetzen von nicht löslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien durch Begrenzen der Zunahme der Viskosität des Systems verhindert, zu dem es hinzugefügt wird. Nicht flüssige Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterialien sind in einer beliebigen nicht flüssigen Form, wie zum Beispiel einer festen oder gelartigen Form, im Gegensatz zu Flüssigkeiten mit geringen Viskositäten, die im Allgemeinen die Viskosität des System verringern, zu dem sie hinzugefügt werden. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem nicht flüssigen Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material um ein Polysaccharid.
Zusammen mit anderen Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterialien verhindern nicht verdickende Anti-Absetzmaterialien das Absetzen von unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien durch Verringern der Viskosität der Zusammensetzung, zu der sie hinzugefügt werden, auf ein niedrigeres Niveau als es ohne dieselben der Fall wäre. Nicht verdickende Anti-Absetzmaterialien werden daher, zusammen mit anderen Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterialien, vorzugsweise verwendet.
Bei den erfindungsgemäß als Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterialien verwendeten Polysacchariden handelt es sich zum Beispiel um Zelluloseverbindungen, Stärke und Dextrin. Polysaccharide sind im Allgemeinen Verdickungsmittel, aber in Mischungen mit flüssigem Silikon ist das Verhalten, das sie zeigen, dasjenige von Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterialien, das vollkommen unterschiedlich von ihrer bekannten Funktion als Verdickungsmittel ist.
Spezifische Beispiele von Zelluloseverbindungen beinhalten Zellulose (kristalline Zellulose), Methylzellulose, Hydroxymethylzellulose und Karboxymethylzellulose. Derivate von diesen Zelluloseverbindungen, die durch das Einführen von ionischen Substituenten erhalten werden, können ebenfalls verwendet werden. Es wäre zu bevorzugen, eine Zelluloseverbindung als ein Polysaccharid zu verwenden, weil dies eine hervorragende Feuchtigkeitsbeständigkeit bieten würde.
Spezifische Beispiele von Nichtzelluloseverbindungen beinhalten Stärke, Glykogen, Agarose, Pektin, Dextrin, Fruktan und Chitin.
Die Polysaccharide beinhalten diejenigen, die eine Struktur wie ein Harz aufweisen, dessen Oberfläche mit einem Polysaccharid beschichtet ist.
Das verwendete Polysaccharid kann amorph oder in einer fasrigen Form vorliegen und kann Partikeldurchmesser von 1 bis 1000 µm aufweisen. Es kann Variationen in einer solchen Partikelgrößenverteilung geben, aber Polysaccharide, in denen Pulver mit Partikeldurchmessern von ungefähr 5 bis 100 µm vorherrschend sind, sind bevorzugt. Die Partikeldurchmesser können durch direkte Beobachtung unter Verwendung eines Elektronenmikroskops oder einer anderen solchen Ausrüstung geprüft werden. Das Polysaccharid kann alternativ ein Polysaccharidgel sein.
Die Menge des Polysaccharids liegt erfindungsgemäß zwischen 2,0 und 50 Gewichtsanteilen, bevorzugt zwischen 6,0 und 50 Gewichtsanteilen und noch bevorzugter zwischen 6,0 und 20 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen des flüssigen Silikons. Das Polysaccharid hat keine Anti-Absetzwirkung, wenn es in einer Menge von 1,0 Gewichtsanteilen oder weniger vorhanden ist, und hat eine Anti-Absetzwirkung, wenn es in einer Menge von 2,0 bis 50 Gewichtsanteilen vorhanden ist. Wenn seine Menge zwischen 6,0 bis 50 Gewichtsanteilen liegt, ist das Polysaccharid hervorragend in Bezug auf die Verhinderung des Absetzens. Die Viskosität bleibt gering, wenn der Polysaccharidgehalt zwischen 2,0 und 50 Gewichtsanteilen liegt, aber über 50 Gewichtsanteilen ist die Menge der kristallinen Zellulose in der thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzung so groß, dass die thermische Leitfähigkeit beeinträchtigt sein kann. Bis zu 20 Gewichtsanteilen ist die thermische Leitfähigkeit günstiger.
Die auf diese Weise ausgeführte Silikonzusammensetzung kann verschiedene Additive beinhalten, wenn ihre Funktion nicht verschlechtert wird. Zum Beispiel können optional Dispersante, flammhemmende Mittel, Haftvermittler bzw. Kopplungsmittel, Plastifizierungsmittel, die Aushärtung hemmende Mittel, Antioxidantien, Farbstoffe und Katalysatoren hinzugefügt werden.
Das Mischen der oben beschriebenen Komponenten und ein gutes Umrühren der Mischung ergibt die Silikonzusammensetzung.
Die thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung, die auf diese Art und Weise erhalten wird, weist erfindungsgemäß eine Viskosität von 30 Pa·s bis 700 Pa·s bei 23°C auf. Die Silikonzusammensetzung weist eine geringe Viskosität auf, wenn ihr Gehalt an thermisch leitfähigem Füllmaterial gering ist, und wenn ihre Viskosität geringer als 30 Pa·s ist, kann die Zusammensetzung eine nicht ausreichende thermische Leitfähigkeit aufweisen. Wenn ihre Viskosität mehr als 700 Pa·s beträgt, ist die Silikonzusammensetzung schwierig aufzutragen.
Die oben beschriebene Viskosität kann unter Verwendung eines Viskometers (BROOKFIELD DV-E Rotationsviskometer) mit dem Rotor von Spindel Nr. 14 mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 5 1/min und einer Messtemperatur von 23 °C gemessen werden.
Ausführungsform 2 (nicht zu der Erfindung gehörend):
Diese Ausführungsform beschreibt eine Form einer Zusammensetzung, in welcher elektrisch leitfähige Füllmaterialien, die der Zusammensetzung eine elektrische Leitfähigkeit verleihen, als unlösliche, funktionalisierende Füllmaterialien verwendet werden. Die elektrisch leitfähige Silikonzusammensetzung, die durch Hinzufügen der elektrisch leitfähigen Füllmaterialien zu flüssigem Silikon erhalten wird, kann zum Beispiel als leitfähige Paste verwendet werden.
Die von den unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien unterschiedlichen Komponenten, die Verhältnisse der Komponenten und andere Details sind dieselben wie diejenigen der in der Ausführungsform 1 beschriebenen Silikonzusammensetzung.
Beispiele von Füllmaterialien, die als die unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien verwendet werden können, beinhalten eines oder mehr als eines, die aus Metallen, Metalloxiden und Karbonverbundwerkstoffen ausgewählt sind. Solche Füllmaterialien können auch jedes leitfähige Füllmaterial beinhalten, das in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurde.
Unter Bezugnahme auf die elektrisch leitfähigen Füllmaterialien liegt deren Menge in dem Bereich von 300 bis 2500 Gewichtsanteilen pro 100 Gewichtsanteilen des flüssigen Silikons. Ein Füllmaterialgehalt von weniger als 300 Gewichtsanteilen kann die Wirkung hervorrufen, die sich ergibt, wenn das Füllmaterial unzureichend ist. Ein Füllmaterialgehalt, das 2500 Gewichtsanteile überschreitet, führt zu einer zu hohen Viskosität, was es schwierig macht, die Zusammensetzung in Anwendungen zu benutzen, in denen etwas mit denselben beschichtet wird.
Ausführungsform 3 (nicht zu der Erfindung gehörend):
Diese Ausführungsform beschreibt eine Form einer Zusammensetzung, in welcher Füllmaterialien, die der Zusammensetzung Festigkeit verleihen, als unlösliche, funktionalisierende Füllmaterialien verwendet werden. Die durch Hinzufügen der verstärkenden Füllmaterialien zu dem flüssigen Silikon erhaltene Silikonzusammensetzung kann zum Beispiel als ein Dichtmittel verwendet werden, mit welcher Gebäudelücken oder ähnliche solche Räume ausgefüllt werden.
Beispiele von unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien, die verwendet werden, um der Zusammensetzung Festigkeit zu geben, beinhalten die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen thermisch oder elektrisch leitfähigen Füllmaterialien und verschiedene andere Füllmaterialien, wie zum Beispiel Kalziumkarbonat und Siliziumoxid. Die von den unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien unterschiedlichen Komponenten, die Anteile der Komponenten und andere Details sind dieselben wie diejenigen der in Ausführungsform 1 beschriebenen Silikonzusammensetzung.
Variation:
Während in der vorangegangenen, erfindungsgemäßen Ausführungsform 1 die unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien das Füllmaterial (A), dessen durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm oder weniger beträgt, und das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) beinhalten, dessen durchschnittlicher Partikeldurchmesser mehr als 50 µm beträgt, kann auch ein einzelnes, thermisch leitfähiges Füllmaterial verwendet werden. Das Füllmaterial kann jeglichen durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweisen. Auch in diesem Fall verhindert das Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterial auf wirksame Weise das Absetzen und begrenzt die Verdickung der Zusammensetzung, was es ermöglicht, dass das unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial hochkonzentriert sein kann.
BEISPIELE
Die Silikonzusammensetzungen der nachfolgend beschriebenen Beispiele 1 bis 17 wurden hergestellt und der Grad des Absetzens der unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterialien, die Viskosität der Zusammensetzung und die thermische Leitfähigkeit wurden durch Studien ermittelt. Die einzelnen Beispiele werden zuerst beschrieben.
<Herstellung von Beispielen>
Beispiel 1:
Eine thermisch leitfähige Silikonbasiszusammensetzung für Beispiel 1 wurde durch Mischen der folgenden Materialien hergestellt: flüssiges Silikon, 100 Gewichtsanteile Vinyl-terminiertes Organopolysiloxan (Viskosität bie 25 °C, 300 mPa.s), eine Basis für flüssige Silikone des Additions-Reaktionstyps; thermisch leitfähige Füllmaterialien, 140 Gewichtsanteile amorphes Aluminiumhydroxidpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 µm (22,1 Volumen-% basierend auf sämtlichen thermisch leitfähigen Füllmaterialien), 200 Gewichtsanteile sphärisches Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 µm (19,5 Volumen-% basierend auf sämtlichen thermisch leitfähigen Füllmaterialien) und 600 Gewichtsanteile sphärisches Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 70 µm (58,4 Volumen-% basierend auf sämtlichen thermisch leitfähigen Füllmaterialien); und ein Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterial (Additiv), 6 Gewichtsanteile kristalline Zellulose (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm; nachfolgend als Zellulose (1) bezeichnet). Die sich ergebende Zusammensetzung ist Beispiel 1 in Tabelle 1.
Eine thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung als Vernetzungsmittel wurde durch Mischen der folgenden Materialien hergestellt: flüssiges Silikon, 100 Gewichtsanteile Organowasserstoff-Polysiloxan (Viskosität bei 25 °C, 400 mPa.s), ein Vernetzungsmittel für flüssige Silikone des Additions-Reaktionstyps und dieselben Mengen derselben thermisch leitfähigen Füllmaterialien und das Additiv wie bei der oben beschriebenen Basis.
Beispiele 2 bis 7:
Thermisch leitfähige Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 2 bis 7 wurden auf dieselbe Art und Weise wie für Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Zellulose (1) in der thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzung für Beispiel 1 zu dem in Tabelle 1 angegebenen Additiv geändert wurde.
Die thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzungen für das bzw. mit dem Vernetzungsmittel für die Beispiele 2 bis 7 wurden auf dieselbe Art und Weise wie für Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Additiv in dasjenige für die Basis geändert wurde.
Beispiele 8 bis 17:
Die thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 8 bis 17 wurden auf dieselbe Art und Weise wie für Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Zellulose (1) und/oder ihre Menge in der thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzung für das Beispiel 1 zu dem Additiv und/oder der Menge, die in Tabelle 2 angegeben sind, geändert wurde.

Die thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzungen mit dem bzw. für das Vernetzungsmittel für die Beispiele 8 bis 17 wurden auf dieselbe Art und Weise wie für Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Additiv und/oder seine Menge zu denjenigen für die Basis geändert wurden. [Tabelle 1]

Nr.	Additiv	Menge	Viskosität Pa·s	Viskositätsveränderung	Verhindern des Absetzens	Thermische Leitfähigkeit W/m.K
Beispiel	Zellulose	6	410	0,91	4	3,1
1	(1)
Beispiel 2	Zellulose (2)	6	399	0,89	4	3,1
Beispiel 3	Zellulose (3)	6	402	0,89	4	3,1
Beispiel 4	Siliziumoxid	6	1152	2,56	5	3,1
Beispiel 5	Polybuten	6	550	1,22	4	3,1
Beispiel 6	Terpenharz	6	878	1,95	4	3,1
Beispiel 7	keines	-	450	-	1	3,1

[Tabelle 2]

Nr.	Additiv	Menge	Viskosität Pa·s	Viskositätsveränderung	Verhindern des Absetzens	Thermische Leitfähigkeit W/m·K
Beispiel 8	Zellulose (1)	0,5	445	0,99	1	3,1
Beispiel 9	Zellulose (1)	1	429	0,95	2	3,1
Beispiel 10	Zellulose (1)	2	424	0,94	3	3,1
Beispiel 11	Zellulose (1)	10	415	0,92	4	3,1
Beispiel 12	Zellulose (1)	20	423	0,94	4	3
Beispiel 13	Zellulose (1)	50	430	0,96	4	2,6
Beispiel 14	Zellulose (1)	80	458	1,02	4	2
Beispiel 15	Siliziumoxid	2	524	1,16	2	3,1
Beispiel 16	Polysaccharid (1)	0	412	0,92	4	3,1
Beispiel 17	Polysaccharid (2)	0	398	0,88	4	3,1

In den Tabellen 1 und 2 war die Zellulose (2) Karboxymethylzellulose (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm), Zellulose (3) war Methylzellulose (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm), das Siliziumoxid war AEROSIL COK 84 (Nippon Aerosil Co., Ltd.), das Polybuten war Polybuten 10SH (NOF Corporation), das Terpenharz war YS POLYSTER T100 (Yashuhara Chemical Co., Ltd.), das Polysaccharid (1) war Stärke (Wako Pure Chemical) und das Polysaccharid (2) war Dextrinhydrat (Wako Pure Chemical).
Beide Zellulosen (2) und (3) waren amorph oder fasrig und überwiegend Pulver von ungefähr 5 bis 100 µm; die meisten der Partikel waren innerhalb dieses Bereichs verteilt. Die Polysaccharide (1) und (2) waren beide amorph und überwiegend Pulver von ungefähr 1 bis 100 µm; die meisten der Partikel waren innerhalb dieses Bereichs verteilt.
<Messung und Beurteilung von Beispielen>
Viskositätsmessung:
Die Viskosität der thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 1 bis 17 wurden unter Verwendung eines Viskometers (BROOK FIELD DV-E Rotationsviskometer) (mit dem Rotor der Spindel Nr. 14; Rotationsgeschwindigkeit 5 1/min; Messtemperatur 23 °C) gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.
Berechnung der Änderung der Viskosität:
Die thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 1 bis 6 und 8 bis 17, die ein Additiv beinhalteten, wurden mit demjenigen für Beispiel 7 verglichen, das kein Additiv enthielt. Die Änderungen der Viskosität (die Viskositätswerte der thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die einzelnen Beispiele geteilt durch denjenigen der Silikonbasiszusammensetzung für Beispiel 7) sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben.
Absetztest und Einstufung:
Die thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 1 bis 17 wurden in separate zylindrische Behälter mit 20 mm waagrecht und 120 mm hoch bis zu einer Höhe von 100 mm gefüllt und es wurde ihnen unter 60 °C-Bedingungen für 1000 Stunden erlaubt zu stehen. Die Beispiele wurden dann im Hinblick auf das Absetzen der thermisch leitfähigen Füllmaterialien visuell geprüft.
Der Grad des Absetzens in jedem Beispiel wurde dann in die fünf nachfolgend angegebenen Stufen eingeteilt. Die Ergebnisse dieser Ermittlung sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.
5: keine Abtrennung.
4: keine Abtrennung, aber die Oberfläche sieht glatt aus (flüssiges Silikon hat sich an der Oberfläche konzentriert, was die Partikel der thermisch leitfähigen Füllmaterialien weniger unterscheidbar macht).
3: keine Abtrennung, aber die Oberfläche ist mit einem dünnen Film von flüssigem Silikon abgedeckt (es sind keine Partikel des thermisch leitfähigen Füllmaterials vorhanden, ausschließlich auf der Oberfläche).
2: das Ausmaß der Trennung ist derart, dass das flüssige Silikon abgegossen werden kann (das separierte flüssige Silikon weist eine Dicke von 1 mm oder mehr und weniger als 5 mm auf).
1: das abgetrennte flüssige Silikon weist eine Dicke von 5 mm oder mehr auf.
Thermische Leitfähigkeit:
Die thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 1 bis 17 wurden jeweils mit den thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzungen mit dem Vernetzungsmittel für die Beispiele 1 bis 17 vermischt und die sich ergebenden Mischungen wurden gründlich umgerührt. Die sich ergebenden vernetzbaren, thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 17 wurden jeweils in eine 20 mm dicke Folie zur Verwendung als ein Testmuster bei der Messung der thermischen Leitfähigkeit geformt. Die thermische Leitfähigkeit von jedem Testmuster wurde durch das Heißdraht-Transientenverfahren unter der Verwendung einer Kyoto Electronics Manufacturing QTM-500 Messeinrichtung zur schnellen Messung der thermischen Leitfähigkeit gemessen. Die Ergebnisse dieser Messung sind ebenfalls in den Tabellen 1 und 2 zusammengefasst.
<Diskussion>
Viskosität und Anti-Absetzwirkung:
Die thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 1 bis 6 enthielten Additive, von denen erwartet wurde, dass sie bei der Verhinderung des Absetzens der thermisch leitfähigen Füllmaterialien wirksam sind. Diese Silikonzusammensetzungen erfuhren keine Abtrennung der thermisch leitfähigen Füllmaterialien; eine Anti-Absetzwirkung wurde bei sämtlichen dieser Zusammensetzungen festgestellt. Bei Beispiel 7, das kein Additiv enthielt, trennten sich die thermisch leitfähigen Füllmaterialien von dem flüssigen Silikon und setzten sich ab.
Beispiel 7, das kein Additiv enthielt, hatte eine Viskosität von 450 Pa·s. Die Viskositätswerte der thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen für die Beispiele 1 bis 3, die eine Zelluloseverbindung enthielten, waren allesamt um ungefähr 10 % niedriger als diese Grundlinie bzw. Messbasis von 450 Pa·s (die Veränderungen in der Viskosität reichten von 0,89 bis 0,90). Beispiel 4, das Siliziumoxid enthielt, hatte eine wesentlich erhöhte Viskosität, nämlich 1152 Pa.s. Polybuten und Terpenharz führten ebenfalls zu einer hohen Viskosität. Die Beispiele 4, 5, 6, 7 und 15 sind nicht von der vorliegenden Erfindung umfasst. Beispiel 7 ist ein Vergleichsbeispiel.
Diese Ergebnisse zeigen an, dass die in den Beispielen 1 bis 3 verwendeten Zelluloseverbindungen als nicht verdickende Anti-Absetzmaterialien dienten, nämlich Materialien, die Verringerungen der Viskosität von Zusammensetzungen erzeugen, denen sie hinzugefügt werden.
Die thermisch leitfähigen Silikonbasiszusammensetzungen der Beispiele 1 und 8 bis 14, bei denen Zellulose (1) in unterschiedlichen Mengen vorhanden war, wurden dann miteinander verglichen. Die Beispiele 8 und 9, deren Zellulosegehalt jeweils 0,5 und 1,0 Gewichtsanteile betrug, erfuhren eine Abtrennung des thermisch leitfähigen Füllmaterials; die Anti-Absetzwirkung war gering. Beispiel 10, dessen Zellulosegehalt 2,0 Gewichtsanteile betrug, schien eine dünne Schicht von flüssigem Silikon auf seiner Oberfläche aufzuweisen, es handelte sich jedoch nicht um eine separate Schicht; eine Anti-Absetzwirkung wurde beobachtet. Bei den Beispielen 1 und 11 bis 14, deren Zellulosegehalt 6,0 Gewichtsanteile oder mehr betrug, trennten sich die thermisch leitfähigen Füllmaterialien nicht von dem flüssigen Silikon; es war eine bessere Anti-Absetzwirkung vorhanden.
Unter diesen Zellulose (1) aufweisenden Beispielen hatten die Beispiele 1 und 8 bis 13 verringerte Viskositätswerte, was zeigt, dass die Zellulose als ein nicht verdickendes Anti-Absetzmaterial diente. Insbesondere die Beispiele 1, 11 und 12 hatten besonders niedrige Viskositätswerte.
Beispiel 14 hatte eine im Vergleich zu demjenigen ohne das Additiv leicht erhöhte Viskosität, was zeigt, dass das Additiv als ein Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterial diente, jedoch nicht als ein nicht flüssiges, nicht verdickendes Anti-Absetzmaterial. Die Viskosität bei Beispiel 14 erhöhte sich im Vergleich zu Beispiel 13 und dies wahrscheinlich, weil die relative Menge der Zelluloseverbindung oder der Festgehalt in Bezug auf das flüssige Silikon übermäßig groß war und, als ein Ergebnis, die relative Menge der flüssigen Komponente zu gering war.
Die Beispiele 16 und 17 hatten ebenfalls verringerte Viskositätswerte, was zeigt, dass die Additive als nicht verdickende Anti-Absetzmaterialien dienten.
Aus diesen Ergebnissen kann gefolgert werden, dass die Menge von Polysaccharid als eine beispielhafte Zelluloseverbindung vorzugsweise zwischen 2,0 und 50 Gewichtsanteilen liegt, und noch bevorzugter zwischen 6,0 und 50 Gewichtsanteilen.
Die Beispiele 4 und 15 enthielten Siliziumoxid. Bei dem Beispiel 4, bei dem der Gehalt an Additiven derselbe war wie derjenige von Beispiel 1, war eine Anti-Absetzwirkung vorhanden, jedoch mit einer erheblichen Erhöhung der Viskosität. Bei Beispiel 15, das eine geringere Menge an Siliziumoxid enthielt, um eine niedrigere Viskosität zu erreichen, verringerte sich die Viskosität nicht und das Siliziumoxid konnte nicht als ein Anti-Verdickungs-Anti-Absetzmaterial dienen. Des Weiteren war die Anti-Absetzwirkung nicht ausreichend; die thermisch leitfähigen Füllmaterialien trennten sich heraus bzw. schieden sich zu einem solchen Ausmaß ab, dass das flüssige Silikon abgegossen werden konnte.
Thermische Leitfähigkeit:
Die Beispiele 1 bis 12, 16 und 17 wiesen vergleichbare Werte der thermischen Leitfähigkeit auf. Die thermische Leitfähigkeit war geringfügig niedriger bei Beispiel 13, das 50 Gewichtsanteile von Zellulose (1) enthielt und wesentlich niedriger in Beispiel 14, das 80 Gewichtsanteile von Zellulose (1) enthielt. Die niedrige thermische Leitfähigkeit von Beispiel 14 kann wahrscheinlich durch den geringen Anteil der thermisch leitfähigen Füllmaterialien pro Volumeneinheit in der thermisch leitfähigen Silikonzusammensetzung erklärt werden. Aus diesen Ergebnissen kann gefolgert werden, dass die Menge das Polysaccharids als eine beispielhafte Zelluloseverbindung vorzugsweise 50 Gewichtsanteile oder weniger beträgt, noch bevorzugter 20 Gewichtsanteile oder weniger. Es ist daher mehr zu bevorzugen, dass die Menge an Polysaccharid als eine beispielhafte Zelluloseverbindung zwischen 6,0 und 20 Gewichtsanteilen liegt.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie sich aus dem oben Angegebenen ergibt, kann es sich bei den oben beschriebenen Silikonzusammensetzungen um hochflüssige Silikonzusammensetzungen handeln, die unlösliche, funktionalisierende Füllmaterialien aufweisen, die für verschiedene Funktionen ausgewählt wurden, weil nicht lösliche Füllmaterialien, welche die Zusammensetzungen, zu denen sie hinzugefügt werden, wenn sie in großen Mengen vorhanden sind, verdicken und auch bei hohen Konzentrationen, die Viskosität nicht stark erhöhen.
Diese Silikonzusammensetzungen können daher als ein Ersatz für thermisches Fett, elektrisch leitfähige Paste, Dichtmittel und andere funktionelle Materialien verwendet werden, denen eine Fließfähigkeit oder andere gewünschte Funktionen fehlt.

Claims

Silikonzusammensetzung, die flüssiges Silikon, wenigstens ein unlösliches, funktionalisierendes Füllmaterial und ein nicht flüssiges Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material aufweist, wobei die Zusammensetzung 300 bis 2500 Gewichtsanteile des wenigstens einen unlöslichen, funktionalisierenden Füllmaterials und 2,0 bis 50 Gewichtsanteile des Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Materials pro 100 Gewichtsanteile des flüssigen Silikons aufweist und eine Viskosität von 30 bis 700 Pa·s bei 23° C aufweist, wobei das unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial wenigstens ein thermisch leitfähiges Füllmaterial ist, das aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden, Metallhydroxiden, Metallkarbiden, Graphit und Karbonfasern ausgewählt ist, und wobei das nicht flüssige Anti-Verdickungs-Anti-Absetz-Material ein Polysaccharid ist und die Silikonzusammensetzung eine thermisch leitfähige Silikonzusammensetzung ist.
Silikonzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial aus einem thermisch leitfähigen Füllmaterial (A), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser zwischen 0,3 µm und 10 µm aufweist, und einem thermisch leitfähigen Füllmaterial (B), das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser zwischen 50 µm und 200 µm aufweist, besteht, wobei der Partikeldurchmesser als ein Volumendurchschnitts-Partikeldurchmesser in einer Partikelgrößenverteilung durch eine Laserdiffraktion gemäß JIS R1629 gemessen wird.
Silikonzusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das wenigstens eine unlösliche, funktionalisierende Füllmaterial 25 bis 60 Volumen% des thermisch leitfähigen Füllmaterials (B) auf der Basis einer Summe der Volumenanteile der thermisch leitfähigen Füllmaterialien (A) und (B) aufweist.
Silikonzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das thermisch leitfähige Füllmaterial (B) eine sphärische Form aufweist.
Silikonzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polysaccharid wenigstens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zelluloseverbindungen, Stärke und Dextrinhydrat besteht.
Silikonzusammensetzung nach Anspruch 5, wobei die Zelluloseverbindung wenigstens eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus kristalliner Zellulose, Methylzellulose, Hydroxymethylzellulose und Karboxymethylzellulose besteht.
Silikonzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das thermisch leitfähige Füllmaterial wenigstens eines ist, das aus Metallen einschließlich Aluminium, Kupfer und Nickel, Metalloxiden, einschließlich Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid und Quarz, Metallnitriden, einschließlich Bornitrid und Aluminiumnitrid, ein als Siliziumkarbid ausgebildetes Metallkarbid, ein als Aluminiumhydroxid ausgebildetes Metallhydroxid, Graphit und Karbonfasern, einschließlich Pechkarbonfasern, PAN-Karbonfasern, harz-karbonisierte Fasern und harz-graphitisierte Fasern, ausgewählt ist.