JP2003049045A - 高い熱伝導性を有する難燃性エラストマー組成物及び放熱シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコーンゴムに金属化合物の粉末を分散さ
せた放熱シートと同程度の放熱性を有すると共に充分な
電気絶縁性を有し、かつ実用上十分な強度と難燃性を有
する熱可塑性エラストマー組成物、及び該組成物からな
る放熱シートを提供する。 【解決手段】 （ａ）スチレン系熱可塑性エラストマー
１００重量部、（ｂ）プロピレン単独重合体及び／又は
プロピレンを主体とするプロピレン共重合体１〜１００
重量部及び（ｃ）パラフィン系オイル２０〜５００重量
部からなる熱可塑性エラストマー組成物（Ａ）１００重
量部に対して、（ｄ）水酸化マグネシウム粉末１００〜
１５０重量部、（ｅ）赤りん粉末が（ｄ）成分の７〜１
５重量％、および（ｆ）アルミナ粉末３００〜９００重
量部を含有して成る難燃性エラストマー組成物、及び該
組成物からなる放熱シートである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコーンゴムに
金属化合物の粉末を分散した放熱シートと同程度の放熱
性を有すると共に充分な電気絶縁性を有し、かつ実用上
十分な強度と難燃性を有する熱可塑性エラストマー組成
物、及び該組成物からなる放熱シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子部品や電子機器におい
て、これらから発生する熱を放熱するための放熱対策が
講じられている。最近の電子部品や電子機器は、従来の
ものと比較して耐熱性が向上しているが、高密度実装や
劣悪な環境における使用の増加に伴い、放熱対策は依然
として不可欠なものとなっている。一般の電子機器にお
ける放熱は、電子ファンやブロアーを用いることにより
なされている。一方、ノート型パーソナルコンピュータ
を始めとする小型機器や、高密度実装される電子部品に
おいては、電子ファンやブロアーを設置する空間がない
ため、マイカなどの絶縁板を設置したり、シリコーング
リースなどのコンパウンド材を塗布することにより、放
熱が行われている。また電子部品に対する高性能化の要
求に対応するため、放熱シートを使用するケースが増加
している。

【０００３】従来、放熱シートとしては、絶縁性、熱伝
導性、実装効率の向上及び信頼性の向上に効果的なシリ
コーンゴム系の材料に金属粉末又は金属化合物粉末を分
散させた放熱シートが主として使用されており、特にパ
ワー系トランジスタやＩＣ（集積回路）等において多用
されている。しかしながら、金属粉末は、酸化しやす
く、酸化すると性能が変化し、かつ高価であるという問
題がある。シリコーンゴムは、成形の自由度がなく、リ
サイクル使用が不可能であり、シリコーンゴム放熱シー
トは、使用中に低分子量シリコーン成分がブリードアウ
トするため、電子機器や電子部品の誤動作の誘因となる
という問題がある。

【０００４】近年、上記の問題を解決した新規の放熱シ
ートとしては、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムの
粉末を熱可塑性エラストマーに配合した材料が開発され
ている（特願２０００−２４４５８０等）。これらの材
料は熱可塑性の特性を生かして射出成形できるので、複
雑な形状に対応可能であり、金属や樹脂と一体成形がで
きる等の優れた特徴を有して注目されている。一方で、
これらの材料は本質的に可燃性である有機材料をベース
に使用しているので、難燃性とするためには従来公知の
難燃剤（水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の
金属含水塩、りん含有可塑剤など）を多量に配合する必
要があり、放熱性シートとして使用する場合に、強度が
弱くなるとか、機器に悪影響となる揮発成分の発生が懸
念される等の問題がある。特に、電気電子機器に使用す
る場合に求められる難燃規格であるＵＬ規格のうちの９
４−Ｖ０を満足する、燃焼試験においてドリップの発生
がない熱可塑性エラストマー材料は従来ほとんど知られ
ていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、シリコーンゴムに金属化合物の粉
末を分散させた放熱シートと同程度の放熱性を有すると
共に充分な電気絶縁性を有し、かつ実用上十分な強度と
難燃性を有する熱可塑性エラストマー組成物、及び該組
成物からなる放熱シートを提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため鋭意検討を行った結果、特定の熱可塑性エ
ラストマー組成物をマトリックスとし、このマトリック
ス中に水酸化マグネシウム、赤りんおよび水酸化アルミ
ニウムの粉末を分散させた難燃性エラストマー組成物
が、その目的を達成しうることを見出した。本発明は、
かかる知見に基づいて完成したものである。すなわち、
本発明は、（ａ）スチレン系熱可塑性エラストマー１０
０重量部、（ｂ）プロピレン単独重合体及び／又はプロ
ピレンを主体とするプロピレン共重合体１〜１００重量
部及び（ｃ）パラフィン系オイル２０〜５００重量部か
らなる熱可塑性エラストマー組成物（Ａ）１００重量部
に対して、（ｄ）水酸化マグネシウム粉末１００〜１５
０重量部、（ｅ）赤りん粉末が（ｄ）成分の７〜１５重
量％、および（ｆ）アルミナ粉末３００〜９００重量部
を含有して成る難燃性エラストマー組成物、及び該組成
物からなる放熱シートを提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で用いる熱可塑性エラスト
マー組成物（Ａ）の（ａ）成分のスチレン系熱可塑性エ
ラストマーとしては、例えば、ポリスチレン／ポリブタ
ジエン／ポリスチレンのブロック共重合体、あるいはポ
リスチレン／ポリイソプレン／ポリスチレンのブロック
共重合体を水添して得られる、例えば、スチレン−エチ
レン／ブチレン−スチレンのトリブロック共重合体（Ｓ
ＥＢＳ）、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレン
のトリブロック共重合体（ＳＥＰＳ）などを挙げること
ができる。これらのスチレン系熱可塑性エラストマーの
数平均分子量は６００００以上であることが好ましい。
この数平均分子量が６００００未満であると、パラフィ
ン系オイルのブリードが増加し、不都合が生じることが
ある。この数平均分子量の上限は特に制限はないが、通
常は４０００００程度である。

【０００８】本発明の放熱性エマラストマー組成物に
は、該組成物の加工性、耐熱特性の向上を図るため、
（ｂ）成分としてポリプロピレンを主成分とするプロピ
レン系重合体を加えることが必要である。プロピレン系
重合体として、好ましくはアイソタクティックポリプロ
ピレン，プロピレンと他の少量のα−オレフィンとの共
重合体（例えば、プロピレン−エチレン共重合体，プロ
ピレン／４−メチル−１−ペンテン共重合体）などを挙
げることができる。プロピレン重合体としてアイソタク
ティックポリプロピレンを用いる場合、そのＭＦＲ（Ｊ
ＩＳ Ｋ７２１０）が0.１〜１００ｇ／１０分、特に0.
５〜５０ｇ／１０分の範囲のものが好適に使用できる。
上記（ｂ）成分の配合量は、前記（ａ）成分１００重量
部に対し、１〜１００重量部であるが、好ましくは３〜
４０重量部、特に好ましくは５〜３０重量部である。こ
の配合量が１００重量部を超えると、得られる熱可塑性
エラストマー組成物の硬度が高くなり過ぎる。

【０００９】（ｃ）成分のパラフィン系オイルは、熱可
塑性エラストマー組成物（Ａ）を低硬度化することを目
的として配合されるものであり、その配合量は、（ａ）
成分のスチレン系熱可塑性エラストマー１００重量部に
対し、２０〜５００重量部であるが、好ましくは２５〜
３００重量部である。この配合量が２０重量部未満では
充分な低硬度化が達成できず熱可塑性エラストマー組成
物の柔軟性が不充分となり、また５００重量部を超える
とパラフィン系オイルがブリードしやすくなり、かつ熱
可塑性エラストマー組成物の機械的強度が低下する原因
となる。なお、パラフィン系オイルの配合量は、（ａ）
成分のスチレン系熱可塑性エラストマーの分子量及び該
スチレン系熱可塑性エラストマーに添加される他の成分
の種類に応じて、上記範囲で適宜選定することが好まし
い。このパラフィン系オイルは、４０℃における動粘度
が１００ｍｍ² ／ｓｅｃ以上のものが好ましく、特に１
００〜１００００ｍｍ² ／ｓｅｃ、さらに２００〜５０
００ｍｍ² ／ｓｅｃが好ましい。また、このパラフィン
系オイルは、重量平均分子量が４５０〜５０００である
ものが好ましい。

【００１０】（ｄ）成分の水酸化マグネシウム粉末とし
ては３００℃以上に加熱されると分解して水を放出する
性質を有するものが好ましく、配合量としては（Ａ）成
分１００重量部に対して１００〜１５０重量部が好まし
い。１００重量部未満であると十分な難燃性の効果を発
揮しない。１５０重量部を超えて配合すると、一緒に配
合される（ｆ）成分のアルミナ粉末の配合量とのバラン
スをとることが困難となり、強度、難燃性、熱伝導性お
よび成形性のいずれをも満足する放熱シートを得ること
のできる組成物が得られなくなり好ましくない。水酸化
マグネシウム粉末の平均粒径は０．１〜２μｍ、好まし
くは０．２〜１μｍである。０．１μｍ未満では水酸化
マグネシウムの粉末同士の凝着が起こりやすくなり、２
μｍを超えると高度な分散がし難くなり、いずれも難燃
性の効果が十分発揮されず好ましくない。

【００１１】（ｅ）成分の赤りん粉末としては赤りん分
が７０〜９５重量％のものが好ましく、その配合量とし
ては（ｄ）成分の水酸化マグネシウム粉末の７〜１５重
量％が好ましい。配合量が７重量％未満では十分な難燃
性が発現されず、特にドリップ性が悪くなる傾向があ
り、一方１５重量％を超えて配合しても難燃性のさらな
る向上への寄与が少なくなると共に、一緒に配合される
（ｆ）成分のアルミナ粉末とのバランスをとることが困
難となり、強度低下や成形性悪化を起こし易く、強度、
熱伝導性および成形性を満足する放熱シートを作成でき
る組成物が得られなくなり好ましくない。赤りん粉末の
平均粒径は０．５〜１０μｍ、好ましくは１〜６μｍで
ある。０．５μｍ未満では赤りんの安定性が懸念され、
一方１０μｍを超えると難燃性が悪化する傾向があり、
特にドリップ性が悪くなり好ましくない。

【００１２】（ｆ）成分のアルミナ粉末としては、丸み
を帯びたαアルミナが好ましく、配合量としては（Ａ）
成分１００重量部に対して３００〜９００重量部であ
る。３００重量部未満であると十分な熱伝導率が得られ
ず、また９００重量部を超えて配合すると一緒に配合さ
れる（ｄ）成分および（ｅ）成分の配合量とのバランス
が取れなくなり、強度、熱伝導性および成形性を満足す
る放熱シートが作成できる組成物が得られなくなり好ま
しくない。アルミナ粉末の平均粒径は８〜８０μｍ、好
ましくは１５〜５０μｍである。８μｍ未満の場合、全
体の粘度が高くなり、均一な分散が取り難く、成形性も
劣ってくる。８０μｍを超える放熱シートを作成した場
合に表面に異物として現れたりシートが脆くなるなどし
て好ましくない。なお、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）のい
ずれの粉末も、熱可塑性エラストマー組成物（Ａ）との
相溶性を改善する、作業性を改善する、安定性を上げ
る、或いは分散性を上げるなどの目的で、表面処理を施
す等の工夫をすることができる。

【００１３】本発明の難燃性エラストマー組成物の製造
方法は、特に限定されず、公知の方法を適用することが
できる。例えば、前記の各成分及び所望により用いられ
る添加剤成分を加熱混練機、例えば、一軸押出機，二軸
押出機，ロール，バンバリーミキサー，プラベンダー，
ニーダー，高剪断型ミキサーなどを用いて溶融混練り
し、さらに、所望により有機パーオキサイドなどの架橋
剤、架橋助剤などを添加したり、又は、これら必要な成
分を同時に混合し、加熱溶融混練りすることにより、金
属化合物がマトリックス（熱可塑性エラストマー組成
物）中に均一に分散した難燃性エラストマー組成物を容
易に製造することができる。本発明の組成物は、熱可塑
性エラストマーを配合しているものであるため、射出成
形が可能で、生産性の観点から有利であり、また、複雑
な形状の放熱材を成型したり、他の樹脂材料や金属材料
と一体成型できる等の利点を有する。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に限定されるものではな
い。

【００１５】実施例１下記に示す（Ａ）成分〔（ａ）〜
（ｃ）〕および他の配合成分〔（ｄ）〜（ｆ）〕をロー
ルを用いて、１５０℃にて混練りし、ストランドに押し
出した後に、ペレット状にカットした。 （Ａ）成分〔（ａ）〜（ｃ）〕 （ａ）スチレン−エチレン／プロピレン−スチレンのト
リブロック共重合体〔クラレ（株）製、商品名：セプト
ン〕（数平均分子量１２万でスチレン量が３０重量％の
ＳＥＰＳ）：１００重量部 （ｂ）メタロセン触媒重合のポリプロピレン〔エクソン
化学（株）製、商品名：アチーブ〕（Ｍｗ／Ｍｎ＝2.
０）：１２重量部 （ｃ）４０℃における動粘度が３８０ｍｍ² ／秒である
パラフィン系オイル〔出光興産（株）製、商品名：ダイ
アナプロセスオイルＰＷ３８０〕（重量平均分子量７５
０）：７０重量部 他の配合成分〔（ｄ）〜（ｆ）〕 （ｄ）水酸化マグネシュウム〔平均粒径０．５μｍ、共
和化学工業（株）製、商品名：キスマ５Ａ〕：（Ａ）成
分１００重量部に対して１２５重量部 （ｅ）赤りん〔平均粒径３μｍ、燐化学工業（株）製、
商品名：ノーバエクセルＦ５〕：（ｄ）成分の１０重量
％ （ｆ）酸化アルミナ粉末〔平均粒径３７μｍ、昭和電工
（株）製、商品名：ＡＳ−１０〕：（Ａ）成分１００重
量部に対して４００重量部

【００１６】このようにして得られた難燃性エラストマ
ー組成物を、射出成形機として、日精樹脂工業（株）社
製のＤＣ６０Ｅ５ＡＳＥ機を用い、成形温度１８０℃に
て厚さ１ｍｍの放熱シートを作製した。このシートのＪ
ＩＳ−Ａ硬度は８５度、密度は2.８ｇ／ｃｍ³ であっ
た。また、熱伝導率計（京都電子製）にて熱電伝導率を
測定したところ、1.９Ｗ／ｍ℃であった。次に、得られ
た放熱シートを幅２１ｍｍ、長さ３６ｍｍに裁断して試
料を作製し、トランジスタ放熱器型熱抵抗測定器〔コム
電子（株）製〕を用いて熱抵抗を測定した。この測定器
は、１２５Ｗタイプのトランジスタ素子〔サンケン電気
（株）製、２ＳＣ２９２１〕及び0.９４℃／Ｗタイプの
放熱器〔オーエス（株）製、ＦＢＡ１５０ＰＳ−ＡＮ−
０〕を備えたものである。トランジスタ素子と放熱器と
の間に、両者に密着させて試料を載置し、１9.４２１Ｗ
の電力を印加し、トランジスタ素子の表面温度Ｔ₁ と放
熱器の表面温度Ｔ₂ を熱電対を用いて測定し、以下の式 熱抵抗（℃／Ｗ）＝（Ｔ₁ −Ｔ₂ ）／１9.４２１ により熱抵抗を求めた。なお、発熱体であるトランジス
タ素子の表面温度と放熱器の表面温度との差が小さいほ
ど放熱シートの放熱性が良好であるといえる。上記放熱
シートの熱抵抗は、０．８℃／Ｗであり、シリコーンゴ
ムをマトリックスとした市販の放熱シートの熱抵抗が0.
５〜2.０℃／Ｗであるので、これと同等の放熱性を有す
るものである。また、ＵＬ−９４規格に準じて難燃性を
評価した結果（試料４個の平均）、消火時間はＴ１：４
秒、Ｔ２：４秒で、ドリップがなく、ＵＬ−９４規格の
Ｖ０に合格のポテンシャルを有する放熱シートが得られ
ることが確認できた。

【００１７】

【発明の効果】本発明の難燃性エラストマー組成物は、
以上の実施例からも明らかなように、シリコーンゴムに
金属化合物の粉末を分散した放熱シートと同程度の放熱
性を有すると共に充分な電気絶縁性を有し、かつＵＬ−
９４規格のＶ０に合格のポテンシャルを有する放熱シー
トを与えるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 AE05Y BB11X BP01W DA057 DE076 DE148 FD136 FD137 FD208 GQ00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）スチレン系熱可塑性エラストマー
   １００重量部、（ｂ）プロピレン単独重合体及び／又は
   プロピレンを主体とするプロピレン共重合体１〜１００
   重量部及び（ｃ）パラフィン系オイル２０〜５００重量
   部からなる熱可塑性エラストマー組成物（Ａ）１００重
   量部に対して、（ｄ）水酸化マグネシウム粉末１００〜
   １５０重量部、（ｅ）赤りん粉末が（ｄ）成分の７〜１
   ５重量％、および（ｆ）アルミナ粉末３００〜９００重
   量部を含有して成る難燃性エラストマー組成物。
2. 【請求項２】 （ｄ）成分の水酸化マグネシウム粉末の
   平均粒径が０．１〜２μｍ、（ｅ）成分の赤りん粉末の
   平均粒径が０．５〜１０μｍ、（ｆ）成分のアルミナ粉
   末の平均粒径が８〜８０μｍである請求項１に記載の難
   燃性エラストマー組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の難燃性エ
   ラストマー組成物からなる放熱シート。