JP2004300300A - 軟質ポリウレタンエラストマー及び放熱シート - Google Patents

Abstract

【課 題】安価で、柔軟性と粘着性を備え熱伝導性が高い上に、熱老化性にも優れた軟質ポリウレタンエラストマー及び放熱シートの提供。
【解決手段】ひまし油変性のポリオールとポリイソシアネートを反応させてなるポリウレタン１００重量部に対してトリメリット酸エステル系可塑剤を１〜５０重量部及び、さらに平均粒径５〜１００μｍで金属成分含有粒子からなる熱伝導性フィラーを含有させて放熱シートを得る。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
事務用機器や電子機器用の放熱シートに関する。
本発明は、熱伝導性、柔軟性、及び粘着性を兼ね備えた軟質ポリウレタンエラストマー及びそれから形成された放熱シートであって、特にプラズマディスプレー等の表示パネルに密着して保持するとともに、優れた熱伝導性及び放熱性を示す放熱シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発熱体から熱を取り除くということが、各種産業分野で問題になっている。特に、事務用機器、パーソナルコンピューター等の電子機器において、内蔵される発熱部品から熱を取り除くことが重要になっている。最近では、電子機器がますます小型化して、器内スペースが少なく、処理速度も高速化し、発熱量が大きく、放熱特性の要求も一段と高くなっている。
現在のところ、蓄熱した熱を逃がすために、例えば、ヒートシンク、放熱フィン、金属放熱板等の放熱体が発熱性部品に取り付けられ、また、各種の弾性体シートが発熱性部品と放熱体との間で、熱伝導性のスペーサーとして熱伝導シートや放熱シートと呼ばれるものが用いられている。放熱シートは、高い熱伝導率を有するとともに、形状の異なるＩＣチップ等の発熱性部品の表面に、十分になじむ柔軟性を有することが必要である。このような要求を満足させるために、従来の放熱シートとしては、シリコーンゴムを主材とするものやアクリルゴムを主材とするものが知られている。
【０００３】
しかしながら、シリコーンゴム放熱シートは、シート自身が硬く、発熱性部品もしくは放熱体に凹凸や曲面等の特殊な形状がある場合に、それらの形状にシートが追従できず、隙間、すなわち空気層が生じることで、熱抵抗が増加してしまう問題がある。
最近では、シリコーンゴム放熱シートをより柔らかくするために、液状シコーンゲルにシリコーンオイルと熱伝導性フィラーとを添加したものが用いられている（特開平１０−１８９８３８号公報）が、このシリコーンゲル中には、反応性に乏しい、除去不可能な低分子成分が存在しており、それが揮発して電子機器中に拡散し、他の電子部品の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。また、シリコーンゴムはそれ自体高価であるので、その価格が放熱シートの価格に反映するという問題がある。さらに、硬化速度が遅いシリコーンゴムを使用すると、シート加工に時間がかかってしまう。
【０００４】
また、シリコーンゴム以外の素材では、アクリル系ポリマーを用いた放熱シートがある（特開２００２−０３０２１２号公報）が、価格が高く、また、柔軟性にも劣る問題があった。
さらに、放熱シートとしてポリウレタン系素材を用いることも公知であり、例えば２官態と３官態のポリオキシプロピレングリコール混合ポリオールを用い、熱伝導性フィラーとしてアルミナ等のセラミック材料の微粒子を分散させたウレタン樹脂を使用することによって電子部品側の形状に柔軟に対応して電気接点障害を招く熱伝導を妨げる間隙のない放熱材（特開平１１−１１１８９９号公報）、電気伝導度低下処理を施した特定粒径以下の無機充填剤を添加したポリオールを原料とする放熱性の高いポリウレタンエラストマーの放熱材料（特開２０００−２２６４２６号公報）、熱伝導性の無機充填剤とアクリル系ポリウレタン樹脂からなる優れた熱伝導性と粘着性能の優れた電子部品用熱伝導性シート（特開２００２−３０２１２号公報）、多量の可塑剤と金属（化合物）粉体を混入した自己粘着性放熱シート（特開２００２−１３４６６５号公報）が知られている。しかし、これらの先行文献に記載のポリウレタンをベースとする熱伝導材料は、確かに、熱伝導性、密着性には優れ、シリコーンゴムやアクリルゴムよりも安価にできるものの、熱老化性が不十分で、高温の発熱体に接触し、表示パネルを自己の粘着性で保持するような用途では実用に耐えないものであった。
【０００５】
【特許文献】
１．特開平１０−１８９８３８号公報
２．特開２００２−０３０２１２号公報
３．特開平１１−１１１８９９号公報
４．特開２０００−２２６４２６号公報
５．特開２００２−３０２１２号公報
６．特開２００２−１３４６６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記、従来のポリウレタンエラストマーを用いた熱伝導性部材の、柔軟で相手材への密着性、熱伝導性が高い上に、熱老化性にも優れた軟質ポリウレタンエラストマー及びプラズマディスプレー等の表示パネルの発熱をアルミシャーシ等の放熱材に効率良く伝えて放熱でき、耐熱保持性を有し、且つ耐汚染性が優れた放熱シートを経済的に提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、ポリウレタン形成のためのポリオール成分として、ひまし油変性ポリオールとポリイソシアネートを反応させてなるポリウレタン１００重量部に対して、トリメリット酸エステル系可塑剤１〜５０重量部及び熱伝導性フィラーを含有させてなり、上記構成をとることにより得られた本発明のポリウレタンエラストマーは、柔軟で相手材への密着性に優れ、熱伝導性が高い上に、熱老化特性にも優れたものになる。
【０００８】
本発明でポリオール成分として使用する、ひまし油変性ポリオールは、エステル結合を有し、適度に分岐しているので、得られるポリウレタンエラストマーは、低硬度で柔軟性に富み、しかも機械強度の熱による変化が小さいものとなる。
【０００９】
本発明で使用する可塑剤は、ひまし油ポリオールとの相溶性が良好で、均一に分散しやすい点でトリメリット酸エステル系が好ましく、中でもトリス（２−エチルヘキシル）トリメリット酸エステル可塑剤が最も適している。可塑剤の添加量がポリウレタン１００重量部に対して１重量部より少ないと可塑化効果が不十分で、柔軟、すなわち低硬度が得られず、５０重量部を超えると、得られたポリウレタンエラストマーからブリードしたり、物性を低下させる傾向があるので上記範囲が適当である。
【００１０】
本発明に用いるポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）又はノルボルネンジイソシアネート（ＮＢＤＩ）等が挙げられるが、２〜２．５官能のイソシアネートが好ましく用いられる。
【００１１】
本発明のポリウレタンエラストマーは、ひまし油変性ポリオールのＯＨ基とポリイソシアネートのＮＣＯ基の比（ＮＣＯ基／ＯＨ基、ＮＣＯ Ｉｎｄｅｘ ともいう。）は、０．９５〜１．１５の範囲で反応させたものが好ましい。この範囲にすることにより、ポリウレタンとして所定の機械的強度を確保できる。
【００１２】
ＮＣＯ基／ＯＨ基が、０．９５より小さくなるにつれ、過度の高粘着性で、流動性がで、湿熱特性は著しく悪化する。また、ＮＣＯ基／ＯＨ基の比が、１．１５を超えると、遊離のイソシアネート基がウレタン結合の活性水素と反応してアロハネート結合を形成し、ポリウレタンエラストマーの柔軟性や粘着性、さらには熱老化特性に悪影響を及ぼす恐れがあるので上記範囲とされる。
【００１３】
本発明では、ひまし油変性ポリオールとポリイソシアネートとの反応を制御するためにアミン類、有機金属化合物、アルカリ金属水酸化物又は脂肪酸塩等の触媒を用いてもよい。具体的には、１，２−ジメチルイミダゾール、トリエチレンジアミン又はジメチルアニリン等の第３級アミンやジブチルチンジラウレート、ジブチルチン２−エチルヘキソエート等の有機金属化合物、トリフェニルホスフィン等が挙げられる。
【００１４】
本発明のポリウレタンエラストマーに含有される熱伝導性フィラーは、粒径５〜１００μｍの金属成分含有粒子であり、ポリウレタンエラストマー中に２５〜５０体積％含有されるのが好ましい。この構成により、ポリウレタンエラストマー中に熱伝導性フィラーが均一に分散し、接触する相手材を傷めることなく、発熱部の熱を放熱材に逃がすことができる。
【００１５】
上記フィラーとしては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、金属水酸化物粒子や酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素等の金属酸化物粒子、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の金属窒化物粒子、炭化珪素等の金属炭化物粒子、銅、アルミニウム、鉄等の金属粒子を挙げることができる。また、これらのフィラーは、粉状、粒状、球状、針状等であっても良く、その表面が表面処理されているものでもよい。これらの無機充填剤は、単独で使用しても良く、２種類以上混合してもよい。金属成分含有粒子の平均粒径が５μｍより小さくなると、嵩密度が下がり、ポリオールと混合し難くなり熱伝導性が低下する傾向があり、一方、１００μより大きくなると、分散性が悪化し、フィラーがポリオール中で沈降して得られるポリウレタンエラストマーの物性及び熱伝導性が損なわれる。
熱伝導性フィラーの充填量は、前記ポリウレタンエラストマー全体に対する体積比が２５から５０体積％含有されていることが望ましい。それ以下であると、熱伝導率が低くなり、また、それ以上添加すると、ポリウレタンエラストマーそのものの柔軟性や粘着性が発揮できなくなる恐れがある。
【００１６】
また、本発明の放熱シートは、請求項１〜４の軟質ポリウレタンエラストマーからなり、厚さが１．０〜２．０ｍｍ程度であり、硬さが、アスカーＣ硬度で１０〜５０のものが好ましい。このようにするとシリコーンゴムやアクリルゴムの放熱シートよりも柔軟性に富み、機械的強度に優れたものにできる。アスカーＣ硬度が１０未満になると、機械的強度が著しく低くなり実用に耐えなくなり、５０を越えると、発熱体に対する密着性が悪くなる。さらに、上記放熱シートは、タックテスターで、１５Ｎ／１４ｍｍ以上の粘着性を有しているため、発熱体や放熱体に対して、接着剤なしで密着固定することができる。タックテスターで、１５Ｎ／１４ｍｍより小さくなると、発熱体等を密着して保持することが困難になる。
上記放熱シートは、粘着性を有し、保存や輸送のため、巻芯上にロール状に巻き取ったり、所定サイズに切断して積層したりするが、シート同士がくっつき、使用に際して剥がすのが困難になるため、表面に保護フィルムが積層被覆した構造が好ましい。そのフィルムは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はＰＥＴ等の樹脂や離型紙から表面をシリコーン等で離型処理されて剥離し易くなっており、使用時に容易に剥離できるものが好ましい。
【００１７】
本発明について実施例により具体的に示す。
【実施例１】
ひまし油変性ポリオール（商品名「２Ｔ−５００８Ｓ ＯＨｖ＝１３．６」、豊国製油社製）、トリス（２−エチルヘキシル）トリメリット酸エステル可塑剤（商品名「ＴＯＴＭ」、大八化学社製）、酸化防止剤（商品名「Ｉｒｇａｎｏｘ １０１０」、チバスペシャリティケミカルズ社製）、熱伝導性フィラー（商品名「Ｈ３２０ＳＴ」、昭和電工社製）を計量し、８０℃の減圧下において、９５ｒｐｍで６０分間撹拌混合した。次に、混合液を計量し、１００℃に調整後、触媒（商品名「Ｕｃａｔ ２０３０」、サンアプロ社製）を添加し、アジターで１分間撹拌した。その後、所定量のイソシアネート（商品名「ミリオネートＭＴ」、日本ポリウレタン工業社製）を添加し、アジターで９０秒間撹拌後、即座に混合液を図１に示す成形装置に注入し、保護フィルムでサンドイッチ状にして搬送しつつ架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。さらに、１００℃に調節した炉で１０〜６０分間架橋反応させることで、保護シート付放熱シート（厚さ２．０ｍｍ）を製造した。
得られた放熱シートの保護シートを剥離し、硬さ、粘着力、熱伝導率、汚染性、熱老化性を次のようにして評価した。
結果を表１の評価欄に示す。
【００１８】
【実施例２〜３、比較例１】
ポリオール、可塑剤、フィラーを表１の配合欄に示すように変量した以外、実施例１と同様にして保護シート付放熱シートを得、評価した。
結果を表１の評価欄に示す。
【００１９】
【比較例２〜４】
市場で入手したシリコーンゴム製、アクリルゴム製、及びエーテル系軟質ポリウレタン製の放熱シートについても、実施例１と同様に評価した。
結果を表１の評価欄に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【評価方法】
（１）硬さは、ＳＲＩＳ０１０１（日本ゴム規格協会）に準じてアスカーＣ硬度計で測定した。
（２）粘着力は、タックテスターを用いて測定した。
（測定条件）φ５０ｍｍ、幅１４ｍｍの円柱状の治具外周に、放熱シートを貼付け、速度３００ｍｍ／ｍｉｎで降下させ、５００ｇの荷重を１０秒かけた後、速度３００ｍｍ／ｍｉｎで上昇させたときの、ガラス面に対する粘着力を引張試験機で測定した。
（３）熱伝導率は、熱伝導度測定機（カトーテック社製サーモラボ２）による定常熱伝導測定法で測定した。
（測定条件）ウォーターボックス中に室温下の水を流し、ボックス上に５×５ｃｍのサンプルを乗せ、さらに試料上の、ＢＴボックスの熱板を試料にあてて載せる。定常に達した後、ＢＴボックスの熱流損失（Ｗ）をパネルメーターで読みとる。定常状態における熱流損失（Ｗ）は、以下の式で表わすことができるので、熱伝導率が求められる。
Ｗ＝Ｋｘ（Ａ・△Ｔ／Ｄ）
Ｗ：定常状態における熱流損失
Ｄ：試料厚み
△Ｔ：試料温度差
Ａ：ＢＴ熱板面積
Ｋ：熱伝導率
（４）汚染性は、ガラスに接触させ、１２０℃、１０日放置した後、付着物があれば、「×」、付着しなければ、「○」とした。
（５）熱老化性は、１２０℃で放置した時の引張強さの半減日数が、１０日以内は「×」、１１日以上は「○」として評価した。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、特徴あるひまし油変性ポリオールとトリメリット酸エステル系の可塑剤を用い、それに熱伝導性フィラーを加え反応させて、軟質ポリウレタンエラストマーを形成しているので、シリコーンゴムやアクリルゴムよりも材料費や加工費を低減させることが可能であり、先行出願の軟質ポリウレタンエラストマーと同様、柔軟で相手材（発熱体、放熱体）への密着性、熱伝導性に優れる上に、熱老化性、機械強度を有し、しかも汚染物質や揮発物質によるトラブルを生じない、軟質ポリウレタンエラストマー及びプラズマディスプレーの表示パネルの保持等、耐熱保持力を要する用途に適した放熱シートが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放熱シートの成形方法を示す模式図
【符号の説明】
１：放熱シート
２：保護フィルム
２’：保護フィルム
３：ポリウレタン用混合液
４：架橋炉
５：巻取り機

Claims (7)

1. ひまし油変性ポリオールとポリイソシアネートを反応させてなるポリウレタン１００重量部に対して、トリメリット酸エステル系可塑剤１〜５０重量部及び熱伝導性フィラーを含有させてなることを特徴とする軟質ポリウレタンエラストマー。
2. 可塑剤が、トリス（２−エチルヘキシル）トリメリテートであることを特徴とする請求項１又は２記載の軟質ポリウレタンエラストマー。
3. ひまし油変性ポリオールのＯＨ基とポリイソシアネートのＮＣＯ基のＮＣＯ基／ＯＨ基のモル比が、０．９５〜１．１５であるポリウレタンであることを特徴とする請求項１記載の軟質ポリウレタンエラストマー。
4. 熱伝導性フィラーが、平均粒径５〜１００μｍの金属成分含有粒子であって、ポリウレタンエラストマー中に２５〜５０体積％含有されていることを特徴とする請求項１〜３記載の軟質ポリウレタンエラストマー。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の軟質ポリウレタンエラストマーから形成された放熱シートであって、硬さがアスカーＣ硬度で１０〜５０の範囲であることを特徴とする放熱シート。
6. タックテスターで測定した表面粘着力が、１５Ｎ／１４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の放熱シート。
7. シートの少なくとも一面に離型性の保護フィルムが積層されてなることを特徴とする請求項５又は６に記載の放熱シート。

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