DE60102199T2

DE60102199T2 - Elektromagnetische Wellen absorbierende Silikongummi-Zusammensetzung

Info

Publication number: DE60102199T2
Application number: DE2001602199
Authority: DE
Inventors: Ikuo Matsuida-machi Sakurai; Akio Matsuida-machi Suzuki
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: KR20020032334A; EP1203785A1; US20020077439A1; JP3719382B2; DE60102199D1; TW593476B; KR100570248B1; JP2002129019A; EP1203785B1; US6617038B2

Description

Diese Erfindung betrifft elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzungen mit guter Absorptionsfähigkeit für elektromagnetische Wellen und hoher Elastizität.
HINTERGRUND
Mit der Entwicklung in Richtung größerer Dichte und höherer Integration von CPU, MPU, LSI und anderen Komponenten, die in elektronischen Geräten, wie beispielsweise PCs und Mobiltelefonen, verwendet werden, wurde die Bildung von elektromagnetischem Rauschen zu einem technischen und sozialen Problem. Die herkömmliche Maßnahme gegen elektromagnetische Störungen besteht in der Verwendung von elektromagnetischen Abschirmungen aus elektrisch leitenden Materialien, um zu verhindern, dass elektromagnetische Wellen in das Innere des Geräts eintreten und vom Geräteinneren austreten. Elektromagnetische Abschirmung dieser Art kann Fehlfunktionen verursachen, weil elektromagnetische Wellen, die auf das Innere des Geräts beschränkt werden, zu elektromagnetischer Störbeeinflussung führen.
Nach dem Stand der Technik müssen Fachleute mit Fachwissen und Erfahrung auf dem Gebiet der Rauschunterdrückung Maßnahmen gegen Störungen durch elektromagnetische Störbeeinflussung setzen. Wirksame Gegenmaßnahmen zu finden ist eine zeitaufwändige Aufgabe. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass für solch eine in Frage stehende elektronische Komponente zusätzlicher Platz für den Einbau einer Abschirmung vorgesehen werden muss.
Um diese Probleme zu lösen, arbeiten Ingenieure an der Entwicklung elektromagnetischer Absorber, die elektromagnetische Wellen absorbieren und so reflektierte und gesendete Wellen verringern. Bekannte elektromagnetische Absorber umfassen gesinterten weichen Ferrit und Verbundmaterialien, die durch Dispergieren von magnetisch weichem Pulver in Matrices, wie beispielsweise Kautschuk und Harzen, erhalten werden. Das gesinterte weiche Ferrit ist brüchig und schwer zu verarbeiten, und sein Anwendungsbereich ist begrenzt, weil seine elektromagnetische Absorptionsfähigkeit in einem Hochfrequenzbereich stark abnimmt. Die Verbundmaterialien mit in Matrices, wie beispielsweise Kautschuk und Harzen, dispergiertem magnetisch weichem, elektromagnetische Wellen absorbierendem Pulver, auf der anderen Seite, sind leicht zu verarbeiten, aber das magnetisch weiche Pulver kann nur schwer mit hoher Dichte eingefüllt werden, wodurch häufig keine hohe Absorptionsfähigkeit für elektromagnetische Wellen erreicht wird. Auch wenn eine hohe Packungsdichte erreicht werden kann, werden die resultierenden elektromagnetische Absorber hart und brüchig und sind somit schwer zu handhaben. Vor allem wenn das magnetisch weiche Pulver aus einem Material auf Metallbasis, wie beispielsweise Eisen oder einer Eisenlegierung, besteht, ist dichtes Packen schwierig, weil das Pulver schlecht mit Silicon benetzbar ist.
Derselbe Trend in Richtung höherer Dichte und stärkerer Integration von CPU, MPU, LSI und anderen Komponenten, die in elektronischen Geräten verwendet werden, bringt auch das Problem erhöhter Wärmeabgabe mit sich. Ineffizientes Kühlen verursacht thermische Instabilität oder ungewünschte Auswirkungen, was zu Fehlfunktionen führt. Ein typisches Mittel zur wirksamen Ableitung von Wärme nach außen besteht in der Anordnung von Wärmeübertragungsmedien, wie beispielsweise Siliconfett und Siliconkautschuk, die mit wärmeleitendem Pulver gefüllt sind, zwischen CPU, MPU oder LSI und Kühlkörpern, um den thermischen Kontaktwiderstand dazwischen zu verringern. Dadurch kann jedoch nicht das Problem von elektromagnetischer Störbeeinflussung im Inneren der Geräte überwunden werden.
Die JP-A 2000-101284 offenbart einen elektromagnetischen Absorber, der eine elektromagnetische Wellen absorbierende Schicht umfasst, die magnetisch weiche Teilchen, ein Bindemittel und eine organische Silanverbindung enthält. Die Verwendung von Kautschuk als Bindemittel wird aber an keiner Stelle beschrieben. Die darin beschriebene Zusammensetzung ist wirksam zu Erhöhung der Festigkeit, ermöglicht aber keine hohe Beladung von magnetisch weichen Teilchen.
Wenn sowohl Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen als auch Wärmeübertragungsfähigkeit gewünscht sind, müssen ein magnetisch weiches Pulver und gegebenenfalls ein wärmeleitendes Pulver in einer Matrix, wie beispielsweise Kautschuk oder Harz, dispergiert werden. Um zufrieden stellende Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen und eine zufrieden stellende Wärmeübertragungsfähigkeit zu erhalten, ist vor allem eine erhöhte Beladung solcher Pulver unumgänglich, was aber mit der Technologie nach dem Stand der Technik schwierig ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann eine elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung mit zufrieden stellender Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen sowie verbesserter Verarbeitbarkeit und Elastizität bereitstellen. Insbesonders bevorzugte Ausführungsformen können auch zufrieden stellende Wärmeübertragungsfähigkeit aufweisen.
Es zeigte sich, dass nützliche Zusammensetzungen erhalten werden können, wenn ein magnetisch weiches Pulver, insbesondere ein magnetisch weiches Pulver aus Eisen oder einer Eisenlegierung, in Siliconkautschuk eingemischt wird und zusätzlich ein spezifisches Oberflächenbehandlungsmittel eingemischt wird, damit das Pulver in größerer Menge enthalten sein kann. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn zusätzlich ein wärmeleitendes Pulver in den Siliconkautschuk eingemischt wird. Das hierin verwendete Oberflächenbehandlungsmittel ist aus (a) einem Organopolysiloxan, das zumindest einen an ein Siliciumatom gebundenen Alkoxyrest, einen an ein Siliciumatom gebundenen Hydroxyrest oder einen funktionellen organischen Rest pro Molekül enthält, (b) einem Titanat-Haftvermittler und (c) einem Aluminium-Haftvermittler ausgewählt.
Genauer gesagt wird, wenn das aus (a), (b) und (c) ausgewählte Oberflächenbehandlungsmittel in einen elektromagnetischen Absorber mit einem magnetisch weichen Pulver, insbesondere einem magnetisch weichen Pulver aus Eisen oder einer Eisenlegierung, das bzw. die in Siliconkautschuk dispergiert ist, eingemischt wird, wird ein elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung erhalten, die zufrieden stellende Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen aufweist und leicht verarbeitbar und elastisch ist.
Auch wenn sowohl ein magnetisch weiches Pulver, insbesondere eine magnetisch weiches Pulver aus Eisen oder einer Eisenlegierung, als auch ein wärmeleitendes Pulver in Siliconkautschuk dispergiert sind und das aus (a), (b) und (c) ausgewählte Oberflächenbehandlungsmittel darin eingemischt ist, kann eine elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung erhalten werden, die sowohl zufrieden stellende Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen als auch zufrieden stellende Wärmeübertragungsfähigkeit aufweist und leicht verarbeitbar und elastisch ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORM
Kurz gesagt wird die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung erhalten, indem ein magnetisch weiches Pulver und weiters ein Oberflächenbehandlungsmittel in Siliconkautschuk eingemischt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Zusammensetzung wird erhalten, indem ein magnetisch weiches Pulver und ein wärmeleitendes Pulver in Siliconkautschuk eingemischt werden und dann weiters ein Oberflächenbehandlungsmittel eingemischt wird. In dieser Ausführungsform weist die Zusammensetzung im gehärteten Zustand vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 2,0 W/mK auf. Das hierin verwendete Oberflächenbehandlungsmittel wird aus (a) einem Organopolysiloxan, das zumindest einen an ein Siliciumatom gebundenen Alkoxyrest, ei nen an ein Siliciumatom gebundenen Hydroxyrest oder einen funktionellen organischen Rest pro Molekül enthält, (b) einem Titanat-Haftvermittler und (c) einem Aluminium-Haftvermittler ausgewählt.
Das magnetisch weiche Pulver in der elektromagnetische Wellen absorbierenden Siliconkautschuk-Zusammensetzung ist vorzugsweise Eisen oder eine Eisenlegierung. Magnetisch weiche Materialien sind im Allgemeinen in Materialien auf Ferritbasis und Materialien auf Metallbasis unterteilt. Die Materialien auf Ferritbasis weisen nur in einem relativ niedrigen Frequenzbereich gute Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen auf, wodurch ihre Verwendung etwas begrenzt ist. Somit sind Materialien auf Metallbasis zu bevorzugen. Von den Materialien auf Metallbasis sind Eisen und Eisenlegierungen stärker zu bevorzugen, weil sie bis in einen relativ hohen Frequenzbereich gute Absorptionsfähigkeit für elektromagnetische Wellen aufrechterhalten und preiswert sind. Veranschaulichende, nicht einschränkende Beispiele für Eisenlegierungen sind Fe-Cr-, Fe-Si-, Fe-Ni-, Fe-Al-, Fe-Co-, Fe-Al-Si-, Fe-Cr-Si- und Fe-Si-Ni-Legierungen. Das magnetisch weiche Pulver kann eine Art oder ein Gemisch aus zwei Arten sein. Die magnetisch weichen Pulverteilchen können entweder flache oder körnige Form oder ein Gemisch daraus aufweisen.
Das magnetisch weiche Pulver (Teilchen) sollte vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,1 μm bis 100 μm und insbesondere von 1 μm bis 50 μm aufweisen. Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 μm weisen eine zu große spezifische Oberfläche auf, wodurch wahrscheinlich keine hohe Packungsdichte erreicht werden kann. Bei einer Teilchengröße von mehr als 100 μm kann die Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen von magnetisch weichem Pulver pro Gewichtseinheit unzureichend werden, vor allem auf der Hochfrequenzseite, wodurch feine Unebenheiten auf der Oberfläche der Siliconkautschuk-Zusammensetzung entstehen und der thermische Kontaktwiderstand groß wird, wenn Wärmeübertragungsfähigkeit erforderlich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das magnetisch weiche Pulver in einer Menge eingemischt, um 5 bis 80 Vol.-%, insbesondere 20 bis 70 Vol.-%, der gesamten Siliconkautschuk-Zusammensetzung Rechnung zu tragen. Weniger als 5 Vol.-% des magnetisch weichen Pulvers kann dazu führen, dass nicht die gewünschte Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen erreicht wird, während mehr als 80 Vol.-% eine harte und spröde Siliconkautschuk-Zusammensetzung ergeben können. Vorzugsweise wird die Siliconkautschuk-Zusammensetzung zu einem Teil gehärtet, der bei der gewünschten Frequenz eine Rauschdämpfung von mehr als etwa 5 dB, insbesondere mehr als etwa 10 dB, erreicht, wenn es mit elektronischen Gerätekomponenten verwendet wird.
Wenn die Siliconkautschuk-Zusammensetzung in einem Bereich verwendet wird, in dem Wärmeübertragung notwendig ist, wird vorzugsweise wärmeleitendes Pulver in Kombination mit dem magnetisch weichen Pulver verwendet, um hohe Wärmeübertragungsfähigkeit bereitzustellen. In dieser Ausführungsform weist die Siliconkautschuk-Zusammensetzung im gehärteten Zustand vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 2,0 W/mK und insbesondere zumindest 3,0 W/mK auf.
Das hierin verwendete wärmeleitende Pulver wird typischerweise aus Metallen, wie beispielsweise Kupfer und Aluminium, Metalloxiden, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, rotem Eisen(III)-oxid, Berylliumoxid und Titanoxid, Metallnitriden, wie beispielsweise Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Bornitrid, und Siliciumcarbid ausgewählt.
Vorzugsweise weist das wärmeleitende Pulver eine mittlere Teilchengröße von 0,1 μm bis 100 μm, insbesondere 1 μm bis 50 μm, auf. Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 um weisen eine zu große spezifische Oberfläche auf, wodurch wahrscheinlich keine hohe Packungsdichte erreicht werden kann. Bei einer Teilchengröße von mehr als 100 μm können feine Unebenheiten auf der Oberfläche der Siliconkautschuk-Zusammensetzung entstehen, und der thermische Kontaktwiderstand kann groß werden.
Das wärmeleitende Pulver wird verwendet, um eine dichtere Packung des magnetisch weichen Pulvers zu erreichen und die Wärmeleitfähigkeit der Zusammensetzung zu erhöhen. Die Menge des wärmeleitenden Pulvers beträgt vorzugsweise 10 bis 85 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung. Die Menge des magnetisch weichen Pulvers und des wärmeleitenden Pulvers zusammen beträgt vorzugsweise 15 bis 90 Vol.-%, insbesondere 30 bis 80 Vol.-%, der gesamten Zusammensetzung. Wenn die Menge des magnetisch weichen Pulvers und des wärmeleitenden Pulvers zusammen weniger als 15 Vol.-% beträgt, wird die Wärmeleitfähigkeit kaum verbessert. Wenn die Menge des magnetisch weichen Pulvers und des wärmeleitenden Pulvers zusammen über 90 Vol.-% beträgt, kann die Zusammensetzung hart und sehr spröde werden.
In allen Ausführungsformen enthält die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung ein Oberflächenbehandlungsmittel, das aus

(a) einem Organopolysiloxan, das zumindest einen an ein Siliciumatom gebundenen Alkoxyrest, einen an ein Siliciumatom gebundenen Hydroxyrest oder einen funktionellen organischen Rest pro Molekül enthält,
(b) einem Titanat-Haftvermittler und
(c) einem Aluminium-Haftvermittler ausgewählt ist.

Beispiele für das Organopolysiloxan (a), das zumindest einen an ein Siliciumatom gebundenen Alkoxyrest, einen an ein Siliciumatom gebundenen Hydroxyrest oder einen funktionellen organischen Rest pro Molekül enthält, weisen die folgende allgemeine Formel (1) auf, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Hierin ist R¹ OH oder R³. R² ist OH, ein Alkoxyrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen (z.B. Methoxy und Ethoxy) oder -(CH₂)_pNH₂, worin p eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist. R³ ist ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise ein Alkylrest, wie z.B. Methyl und Ethyl, ein Alkenylrest, wie z.B. Vinyl und Allyl, oder ein Arylrest, wie z.B. Phenyl, wobei Methyl insbesondere bevorzugt ist. Der Buchstabe m ist eine ganze Zahl von 1 bis 100, vorzugsweise 5 bis 80, noch bevorzugter 10 bis 50, und n = 1, 2 oder 3. Bevorzugte Beispiele für -SiR² _nR³ _3-n sind -Si(OCH₃)₃, -Si(OC₂H₅)₃, -Si(CH₃)₂OH und -Si(CH₃)₂C₃H₆NH₂.
Der Titanat-Haftvermittler (b) umfasst beispielsweise Isopropyltristearoyltitanat und Tetra(2,2-diallyloxymethyl-1-butyl)bis(ditridecyl)phosphattitanat, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
Der Aluminium-Haftvermittler (c) umfasst beispielsweise Acetoalkoxyaluminiumdiisopropylate, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
Das Oberflächenbehandlungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen, insbesondere 0,2 bis 8 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteilen des magnetisch weichen Pulvers verwendet. Bei weniger als 0,1 Teilen des Oberflächenbehandlungsmittels kann die Oberflächenbehandlung von Pulverteilchen damit nicht ausreichend sein, um eine große Menge des magnetisch weichen Pulvers einzufüllen, und die Siliconkautschuk-Zusammensetzung kann hart und weniger elastisch werden. Bei mehr als 10 Teilen des Oberflächenbehandlungsmittels wird der Gehalt des magnetisch weichen Pulvers und gegebenenfalls des wärmeleitenden Pulvers dementsprechend verringert, wodurch manchmal nicht die gewünschte Absorptionsfähigkeit für elektromagnetische Wellen und Wärmeleitfähigkeit erzielt wird.
Das Verfahren zum Behandeln des magnetisch weichen Pulvers und des wärmeleitenden Pulvers mit dem Oberflächenbehandlungsmittel wird in ein direktes Verfahren zum Behandeln des Pulvers direkt mit dem Mittel und ein integriertes Mischverfahren unterteilt, bei dem das Mittel während des Mischens des Silicons mit dem Pulver zugesetzt wird. Das direkte Verfahren umfasst ein Trockenverfahren, bei dem das Pulver unter Verwendung eines Mischers, der hohe Scherbeanspruchung anwenden kann, wie beispielsweise eines Henschel-Mischers oder eines Supermischers, direkt behandelt wird, und ein Nassverfahren, bei dem das Pulver zu einer Lösung des Mittels zugesetzt wird, um eine Aufschlämmung herzustellen, die beigemischt wird. Das Oberflächenbehandlungsmittel kann mithilfe eines beliebigen der oben genannten Verfahren in die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung eingeführt werden, obwohl das Verfahren nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
Die hierin verwendeten Siliconkautschuk-Zusammensetzungen umfassen unvulkanisierte kittartige Siliconzusammensetzungen und im Falle eines gehärteten Typs kautschukartige Zusammensetzungen und gelartige Zusammensetzungen, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind.
Wenn Wärmeübertragungsfähigkeit erforderlich ist, wird eine elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung mit einer geringeren Gummihärte im gehärteten Zustand bevorzugt, um den engen Kontakt mit Komponenten eines elektronischen Geräts oder Kühlkörpern zu verbessern und den thermischen Kontaktwiderstand an der Grenzfläche zu verringern. Somit wird empfohlen, unter anderem Siliconkautschuk-Zusammensetzungen mit geringer Härte und Silicongel-Zusammensetzungen zu verwenden. Die Gummihärte im gehärteten Zustand beträgt vorzugsweise bis zu 80, insbesondere bis zu 50, gemessen in Asker-C-Härte.
In den unvulkanisierten kittartigen Siliconzusammensetzungen, Siliconkautschuk-Zusammensetzungen oder Silicongel-Zusammensetzungen kann das Basispolymer ein herkömmliches Organopolysiloxan sein und weist vorzugsweise die folgende mittlere Zusammensetzungsformel (2) auf. R⁴ _aSiO_(4-a)/2 (2)
Hierin sind die R⁴ unabhängig voneinander aus substituierten oder unsubstituierten einwertigen Kohlenwasserstoffresten ausgewählt, und „a" ist eine positive Zahl von 1,98 bis 2,02.
In Formel (2) stehen die R⁴, die gleich oder unterschiedlich sein können, für substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffreste mit vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, noch bevorzugter 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffe, wie Alkylreste, z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, tert-Butyl, Hexyl und Octyl; Cycloalkylreste, z.B. Cyclohexyl; Alkenylreste, z.B. Vinyl und Allyl; Arylreste, z.B. Phenyl und Tolyl; Aralkylreste, z.B. Benzyl, Phenylethyl und Phenylpropyl; und substituierte einwertige Kohlenwasserstoffreste einschließlich der oben genannten Reste, in denen einige oder alle an Kohlenstoffatome gebundenen Wasserstoffatome mit Halogenatomen, Cyano- und anderen Resten substituiert sind, beispielsweise halogenierte Alkylreste und cyanosubstituierte Alkylreste, wie z.B. Chlormethyl, Bromethyl, Trifluorpropyl und Cyanoethyl. Davon sind Methyl-, Phenyl-, Vinyl- und Trifluorpropylreste zu bevorzugen. Noch bevorzugterweise macht Methyl zumindest 50 Mol-%, insbesondere zumindest 80 Mol-%, der R⁴-Reste aus. Der Buchstabe „a" ist eine positive Zahl von 1,98 bis 2,02. Vorzugsweise weist das Organopolysiloxan zumindest zwei Alkenylreste pro Molekül auf, wobei die Alkenylreste insbesondere 0,001 bis 5 Mol-% der R⁴-Reste ausmachen.
Das Organopolysiloxan der Formel (2) kann eine beliebige Molekülstruktur aufweisen und ist vorzugsweise an den Enden seiner Molekülkette mit Triorganosilylresten oder dergleichen, insbesondere Diorganovinylsilylresten, wie z.B. Dimethylvinylsilyl, blockiert. In den meisten Fällen ist das Organopolysiloxan vorzugsweise linear, obwohl auch ein Gemisch aus zwei oder mehreren verschiedenen Molekülstrukturen möglich ist.
Das Organopolysiloxan weist vorzugsweise einen mittleren Polymerisationsgrad von 100 bis 100.000, insbesondere 100 bis 2.000, und eine Viskosität von 10^–4 bis 100 m²/s (100 bis 100.000.000 Centistokes) bei 25 °C, insbesondere von 10^–4 bis 0,1 m²/s (100 bis 100.000 Centistokes) bei 25 °C, auf.
Wenn die oben genannte Siliconkautschuk-Zusammensetzung als Additionsreaktionstyp formuliert wird, weist das Organopolysiloxan zumindest zwei Alkenylreste, wie beispielsweise Vinylreste, pro Molekül auf, und der Härter ist eine Kombination aus einem Organohydrogenpolysiloxan und einem Additionskatalysator.
Das Organohydrogenpolysiloxan weist vorzugsweise die folgende allgemeine Zusammensetzungsformel (3) auf: R⁵ _bH_cSiO_(4-b-c)/2 (3)worin R⁵ ein substituierter oder unsubstituierter einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, „b" eine Zahl von 0 bis 3, insbesondere von 0,7 bis 2,1, ist und c eine Zahl von über 0 bis 3, insbesondere von 0,001 bis 1, ist, wobei gilt: 0 < b+c ≤ 3,0, insbesondere 0,8 ≤ b+c ≤ 3,0. Dieses Organohydrogenpolysiloxan ist bei Raumtemperatur flüssig.
In Formel (3) steht R⁵ für substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wobei dieselben Beispiele gelten wie für R⁴, vorzugsweise jene, die frei von aliphatischer Unsättigung sind, wozu unter anderem Alkyl-, Aryl-, Aralkyl- und substituierte Alkylreste, wie z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Phenyl und 3,3,3-Trifluorpropyl, gehören. Die Molekülstruktur kann unverzweigt, verzweigt, zyklisch oder ein dreidimensionales Netzwerk sein. Die SiH-Reste können an einem Ende oder in der Mitte der Molekülkette oder an beiden Stellen angeordnet sein. Das Molekulargewicht ist nicht entscheidend, obwohl die Viskosität vorzugsweise im Bereich von 10^–6 bis 10^–3 m²/s (1 bis 1.000 Centistokes) bei 25 °C, insbesondere 3 × 10^–6 bis 5 × 10^–4 m²/s (3 bis 500 Centistokes) bei 25 °C, liegt.
Veranschaulichende, nicht einschränkende Beispiele für das Organohydrogenpolysiloxan umfassen 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, zyklisches Methylhydrogenpolysiloxan, zyklische Methylhydrogensiloxan-Dimethylsiloxan-Copolymere, an beiden Enden mit Trimethylsiloxy blockiertes Methylhydrogenpolysiloxan, an beiden Enden mit Trimethylsiloxy blockierte Dimethylsiloxan-Methylhydrogensiloxan-Copolymere, an beiden Enden mit Dimethylhydrogensiloxy blockiertes Dimethylpolysiloxan, an beiden Enden mit Dimethylhydrogensiloxy blockierte Dimethylsiloxan-Methylhydrogensiloxan-Copolymere, an beiden Enden mit Trimethylsiloxy blockierte Methylhydrogensiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymere, an beiden Enden mit Trimethylsiloxy blockierte Methylhydrogensiloxan-Diphenylsiloxan-Dimethylsiloxan-Copolymere, Copolymere, die (CH₃)₂HSiO_1/2-Einheiten und SiO_4/2-Einheiten umfassen, Copolymere, die (CH₃)₂HSiO_1/2-Einheiten, (CH₃)₃SiO_1/2-Einheiten und SiO_4/ ₂-Einheiten umfassen, und Copolymere, die (CH₃)₂HSiO_1/2-Einheiten, SiO_4/ ₂-Einheiten und (C₆H₅)₃SiO_1/2-Einheiten umfassen.
Das Organohydrogenpolysiloxan wird vorzugsweise in solch einer Menge in das Basispolymer eingemischt, dass das Verhältnis zwischen der Anzahl von an Siliciumatome gebundenen Wasserstoffatomen (d.h. SiH-Resten) auf dem Organohydrogenpolysiloxan und der Anzahl von an Silicium gebundenen Alkenylresten auf dem Basispolymer von 0,1:1 bis 3:1, noch bevorzugter von 0,2:1 bis 2:1, variieren kann.
Der hierin verwendete Additionskatalysator ist typischerweise ein Platingruppenkatalysator. Platingruppenmetalle können in elementarer Form und als Verbindungen und Komplexe, die Platingruppenmetalle als katalytisches Metall verwenden, eingesetzt werden. Veranschaulichende Beispiele umfassen Platinkatalysatoren, wie z.B. Platinschwarz, Platinchlorid, Chlorplatinsäure, Reaktionsprodukte von Chlorplatinsäure mit einwertigen Alkoholen, Komplexe von Chlorplatinsäure mit Olefinen und Platinbisacetoacetat; Palladiumkatalysatoren, wie z.B. Tetrakis(triphenylphosphin)palladium und Dichlorbis(triphenylphosphin)palladium; und Rhodiumkatalysatoren, wie z.B. Chlortris(triphenylphosphin)rhodium und Tetrakis(triphenylphosphin)rhodium. Der Additionskatalysator kann in einer katalytischen Menge verwendet werden, die häufig bei etwa 0,1 bis 1.000 ppm, noch bevorzugter bei etwa 1 bis 200 ppm, Platingruppenmetall, bezogen auf das Gewicht des Alkenylgruppen enthaltenden Organopolysiloxans, liegt. Weniger als 0,1 ppm des Katalysators reichen eventuell nicht aus, damit die Zusammensetzung härtet, während mehr als 1.000 ppm Katalysator oft unwirtschaftlich sind.
Bei der praktischen Umsetzung der Erfindung werden die oben genannten Siliconkautschuk-Zusammensetzungen des Additionsreaktionshärtungstyps bevorzugt, weil sie zu einer geringeren Härte härten.
Bei der anderen Ausführungsform, bei der die Siliconkautschuk-Zusammensetzung vom Peroxidhärtungstyp ist, werden organische Peroxide als Härter verwendet. Die organische Peroxidhärtung ist nützlich, wenn das Organopolysiloxan als Basispolymer ein Gummi mit einem Polymerisationsgrad von zumindest 3.000 ist. Die verwendeten organischen Peroxide können herkömmliche sein, wie beispielsweise Benzoylperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, p-Methylbenzoylperoxid, o-Methylbenzoylperoxid, 2,4-Dicumylperoxid, 2,5-Dimethylbis(2,5-t-butylperoxy)hexan, Di-t-butylperoxid, t-Butylperbenzoat, 1,1-Bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan und 1,6-Bis(t-butylperoxycarboxy)hexan.
Eine geeignete eingemischte Menge des organischen Peroxids beträgt etwa 0,01 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen des Organopolysiloxans als Basispolymer.
Neben den oben beschriebenen Komponenten kann die Siliconkautschuk-Zusammensetzung außerdem herkömmliche Additive enthalten.
Zur Herstellung und Härtung der elektromagnetische Wellen absorbierenden Siliconkautschuk-Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung kann jedes beliebige herkömmliche Verfahren eingesetzt werden.
Bei ihrer Verwendung wird die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung zu einer Platte geformt und gehärtet. Die Platte wird typischerweise in einem elektronischen Gerät angeordnet, um elektromagnetisches Rauschen im Gerät zu unterdrücken. Außerdem wird die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung, der weiters Wärmeübertragungsfähigkeit verliehen wird, zu einer Platte geformt und gehärtet, die typischerweise zwischen einer elektronischen Komponente und einem Kühlkörper in einem elektronischen Gerät angeordnet, um so elektromagnetisches Rauschen zu unterdrücken und die Wärmeübertragung von der elektronischen Komponente zum Kühlkörper und so nach außen zu fördern.
BEISPIELE
Nachstehend werden zur Veranschaulichung, keineswegs jedoch als Einschränkung, Beispiele für die Erfindung angeführt.
Beispiele 1 bis 13 Gehärtete Teile aus Siliconkautschuk, der magnetisch weiches Pulver und wärmeleitendes Pulver enthielt, wurden wie folgt hergestellt.
Ein vinylhaltiges Dimethylpolysiloxan, das an beiden Enden mit einem Dimethylvinylsiloxyrest blockiert war und bei Raumtemperatur eine Viskosität von 30 Pa·s aufwies, wurde als Basisöl gewählt, um eine flüssige Zusammensetzung vom Additionsreaktionstyp zu erhalten. Zum Basisöl wurde, wie in Tabelle 1 angeführt, in einer vorgege benen Menge pro 100 Gewichtsteilen magnetisch weichem Pulver und wärmeleitendem Pulver zusammen ein Oberflächenbehandlungsmittel, das aus (a) einem Organopolysiloxan, das zumindest einen an ein Siliciumatom gebundenen Alkoxyrest, einen an ein Siliciumatom gebundenen Hydroxyrest oder einen funktionellen organischen Rest pro Molekül enthielt und weiter unten gezeigt ist, (b) Isopropyltristearoyltitanat als Titanat-Haftvermittler und (c) Acetoalkoxyaluminiumdiisopropylat als Aluminium-Haftvermittler ausgewählt war, zugesetzt. Dann wurden magnetisch weiches Pulver und wärmeleitendes Pulver zum Basisöl zugesetzt. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur gerührt und vermischt. Während das Rühren und Mischen fortgesetzt wurde, wurde das Gemisch 1 Stunde lang bei 120 °C wärmebehandelt, was eine Basisverbindung ergab.
Die verwendeten Organopolysiloxane (a) waren (a-1) bis (a-5), worin m eine ganze Zahl von 5 bis 100 ist.

(a-1) CH₃-((CH₃)₂SiO)_m-Si(OCH₃)₃
(a-2) CH₃-((CH₃)₂SiO)_m-Si(OC₂H₅)₃
(a-3) CH₃-((CN₃)₂SiO)_m-Si(CH₃)₂C₃H₆NH₂
(a-4) HO-((CH₃)₂SiO)_m-Si(CH₃)₂OH
(a-5) CH₃-((CH₃)₂SiO)_m-Si(CH₃)₂OH

Die verwendeten magnetisch weichen Pulver waren die in Tabelle 1 angeführten Eisenlegierungen. Die verwendete wärmeleitenden Pulver waren ein Aluminiumoxidpulver in Form eines Gemischs aus Adomafine AO-41R und AO-502 (Adomatecs Co., Ltd.) und Aluminiumnitrid UM-53E9 (Toyo Aluminium Co., Ltd.).
Als Nächstes wurden ein Organohydrogenpolysiloxan mit zumindest zwei direkt an Siliciumatome gebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül, ein Platingruppenkatalysator und ein Acetylenalkohol-Additionsreaktionsregler zu den Basisverbindungen zugesetzt, und das Ganze wurde vermischt. Die Zusammensetzungen wurden pressgeformt und 10 Minuten lang bei 120 °C wärmegehärtet, was 1,0 mm dicke Platten ergab. Die zugesetzte Menge an Organohydrogenpolysiloxan wurde so eingestellt, dass ein Stapel aus zwei 6 mm dicken Platten, die durch Pressformen erhalten wurden, während der 15-minütigen Wärmehärtung bei 120 °C eine Härte von 20 bis 70 aufwiesen, gemessen mithilfe eines Asker-C-Härtemessers (Kobunshi Keiki K.K.). Die durch solch eine Einstellung erzielte Asker-C-Härte ist in Tabelle 2 angeführt.
Die Platten wurden auf ihre Zugfestigkeit, Rauschdämpfung und Wärmeleitfähigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Das Testverfahren zur Bestimmung der Rauschdämpfung oder Rauschunterdrückung wird im Folgenden erläutert. In einer elektromagnetischen Dunkelkammer wird ein PC platziert, in dem eine aus einer Siliconkautschuk-Zusammensetzung hergestellte Platte (40 mm lang, 40 mm breit, 1,0 mm dick) zwischen einem CPU-Chip (Arbeitsfrequenz 500 MHz) und einem Aluminium-Kühlkörper angeordnet ist. In der Kammer, 3 m vom PC entfernt, befindet sich eine Empfangsantenne. Diese Anordnung entspricht dem 3-m-Test laut der Federal Communications Commission (FCC). Das vom PC erzeugte Rauschen wurde mithilfe eines geeigneten Analysators über die Antenne gemessen. Der Unterschied zwischen dieser Rauschmessung und dem Rauschen, das erzeugt wird, wenn die Platte aus der Siliconkautschuk-Zusammensetzung nicht eingesetzt wird, ergibt die Rauschdämpfung.
Beispiele 14 und 15
Unter Verwendung des in Tabelle 1 angeführten Oberflächenbehandlungsmittels und magnetisch weichen Pulvers wurden elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzungen hergestellt und wie in den Beispielen 1 bis 13 zu Platten geformt, mit der Ausnahme, dass kein wärmeleitendes Pulver zugesetzt wurde. Die Platten wurden wie in den Beispielen 1 bis 13 bewertet, wobei die Ergebnisse in Tabelle 2 zusammengefasst sind.
Beispiele 16 und 17
Unter Verwendung des in Tabelle 1 angeführten Oberflächenbehandlungsmittels, magnetisch weichen Pulvers und wärmeleitenden Pulvers wurden elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzungen hergestellt und wie in den Beispielen 1 bis 13 zu Platten geformt, mit der Ausnahme, dass keine Vulkanisierung durchgeführt wurde. Die Platten wurden wie in den Beispielen 1 bis 13 bewertet, wobei die Ergebnisse in Tabelle 2 zusammengefasst sind.
Aufgrund des unvulkanisierten Zustands waren die Platten weniger elastisch und wiesen eine viel geringere Alker-C-Härte als 20 auf.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, kann die Härte der erfindungsgemäßen elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung auf den Bereich eingestellt werden, in dem die Asker-C-Härtemessung möglich ist, und insbesondere beträgt die Asker-C-Härte bis 80, der thermische Kontaktwiderstand kann auf einen relativ geringen Wert und die Plattenfestigkeit auf einen annehmbaren Wert eingestellt werden, damit diese in der Praxis gehandhabt werden kann. Eine ausreichende elektromagnetische Rauschdämpfung kann erzielt werden. Wenn wärmeleitendes Pulver zugesetzt wird, wird eine Wärmeleitfähigkeit über 2,0 W/mK garantiert.
Vergleichsbeispiel 1
Unter Verwendung des in Tabelle 1 angeführten magnetisch weichen Pulvers wurde eine elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass kein Oberflächenbehandlungsmittel zugesetzt wurde. Bei einem Versuch, die Zusammensetzung zu einer Platte zu formen, wurde das Material vor dem Formen keine Masse, weil das magnetisch weiche Pulver und das wärmeleitende Pulver schlecht mit dem Siliconkautschuk benetzt wurden. Es war unmöglich, das Material zu einer Platte zu formen.
Vergleichsbeispiel 2
Unter Verwendung des in Tabelle 1 angeführten magnetisch weichen Pulvers und wärmeleitenden Pulvers wurde eine elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung hergestellt und wie in Beispiel 1 zu einer Platte geformt, mit der Ausnahme, dass Vinyltriethoxysilan, das zum Silan-Haftvermittler gehörte, als Oberflächenbehandlungsmittel verwendet wurde. Die Platte wurde wie in Beispiel 1 bewertet, wobei die Ergebnisse in Tabelle 2 zusammengefasst sind.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde ein Versuch unternommen, die Asker-C-Härte von gehärteten Teilen unter 80 zu senken, indem die Menge an zugesetztem Organohydrogenpolysiloxan eingestellt wurde, was jedoch fehlschlug. Diese gehärteten Teile wiesen eine Härte über der Obergrenze der Asker-C-Härtemessung und einen Mangel an Elastizität auf. Diese Platten waren nicht für den praktischen Einsatz geeignet. Diese Ergebnisse beweisen, dass der Zusatz von Silan-Haftvermittlern kein wirksamer Weg zur Erhöhung der Menge an magnetisch weichem Pulver und wärmeleitendem Pulver im Siliconkautschuk ist. Tabelle 1
Tabelle 2
Die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung, die magnetisch weiches Pulver und ein spezifisches Oberflächenbehandlungsmittel umfasst, weist eine zufrieden stellende Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen auf und ist leicht verarbeitbar und elastisch. Wenn außerdem wärmeleitendes Pulver eingemischt wird, weist die elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung sowohl zufrieden stellende Absorptionsfähigkeit von elektromagnetischen Wellen als auch zufrieden stellende Wärmeleitfähigkeit auf und ist leicht verarbeitbar und elastisch. Wird die Zusammensetzung in einem elektronischen Gerät platziert, unterdrückt sie elektromagnetisches Rauschen. Wenn der Zusammensetzung außerdem Wärmeübertragungsfähigkeit verliehen wird, ermöglicht sie auch die Abführung von Wärme, die von der CPU erzeugt wird, nach außen, was Fehlfunktionen der CPU verhindert.
Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, können im Lichte der obigen Lehren eine Vielzahl von Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden. Es versteht sich also, dass die Erfindung auch anders in die Praxis umgesetzt werden kann, als hierin speziell beschrieben wurde, ohne vom Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Elektromagnetische Wellen absorbierende Siliconkautschuk-Zusammensetzung, umfassend: ein magnetisch weiches Pulver, ausgewählt aus Eisen und Eisenlegierungen, in einer Menge von 5 bis 80 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung; ein wärmeleitendes Pulver, ausgewählt aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden und Siliciumcarbid, in einer Menge von 10 bis 85 Vol.-% der gesamten Zusammensetzung; und ein Oberflächenbehandlungsmittel in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des magnetisch weichen Pulvers, wobei das Oberflächenbehandlungsmittel aus Folgenden ausgewählt ist: (a) einem Organopolysiloxan der folgenden allgemeinen Formel (1):
worin R¹ OH oder R³ ist, R² OH, ein Alkoxyrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen – unter der Voraussetzung, dass es nicht Methoxy ist – oder -(CH₂)_pNH₂ ist, worin p eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, R³ ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen ist, der Buchstabe m eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist und n = 1, 2 oder 3 ist; (b) einem Titanat-Haftvermittler, und (c) einem Aluminium-Haftvermittler.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das magnetisch weiche Pulver eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 100 μm aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das wärmeleitende Pulver eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 100 μm aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der gehärtete Zustand eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 2,0 W/mK aufweist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Titan-Haftvermittler (b) Isopropyltristearoyltitanat oder Tetra(2,2-diallyloxymethyl-1-butyl)bis(ditridecyl)phoshat-titanat ist.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin ein Organopolysiloxan der folgenden mittleren Zusammensetzungsformel (2) R⁴ _aSiO_(4-a)/2 worin die R⁴ unabhängig voneinander aus substituierten oder unsubstituierten einwertigen Kohlenwasserstoffresten ausgewählt sind und a eine positive Zahl von 1,98 bis 2,02 ist, als Basispolymer eingemischt wird.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin die Verbindung (2) zumindest zwei Alkenylreste pro Molekül aufweist und worin ein Organohydrogenpolysiloxan und ein Additionsreaktionskatalysator als Härter zugesetzt werden.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin ein organisches Peroxid als Härter zugesetzt wird.
Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem elektronischen Gerät zum Unterdrücken von elektromagnetischem Rauschen.
Elektronisches Gerät, das eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 10, worin die Zusammensetzung zu einer Platte geformt und gehärtet wurde, die zwischen einer elektronischen Komponente und einem Kühlkörper platziert wird.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 10, das eine CPU umfasst und worin die Zusammensetzung während des Betriebs die Abführung von Wärme von der CPU nach außen unterstützt.
Verfahren zum Unterdrücken von elektromagnetischem Rauschen in einem elektronischen Gerät, das die Schritte des Formens einer Platte aus einer elektromagnetische Wellen absorbierenden Siliconkautschuk-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und das Platzieren der Platte im elektronischen Gerät umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, worin das elektronische Gerät einen Kühlkörper umfasst und worin die Platte im elektronischen Gerät zwischen der elektronischen Komponente und dem Kühlkörper angeordnet ist, so dass sie während des Betriebs die Wärmeübertragung von einer elektronischen Komponente zum Kühlkörper fördert.