JP2008144094A - 熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリアミド樹脂の熱伝導性を飛躍的に向上させた流動性のある熱伝導性樹脂により、各種電気・電子部品、自動車電装部品などの放熱性と成形性を必要とする用途を提供する。
【解決手段】 本発明は層状珪酸塩が分子レベルに均一に分散されているポリアミド樹脂（以下ナノコンポジットポリアミド樹脂と略す）をマトリックス樹脂として用い、アルミナを高配合し、さらにエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体を添加してなる熱伝導性と流動性樹脂を提供する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂で、放熱性や電気絶縁性を求められる電気、電子部品あるいは自動車電装部品などの用途に関するものである。

ポリアミド樹脂は機械的強度、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性などに優れていることから、各種電気・電子部品、自動車部品などの各種分野における成形材料として幅広く使われている。

しかしながら、ポリアミド樹脂の熱伝導性は一般に低く、発熱を伴う電子部品の放熱ができず、機能を損なう可能性があるため使用用途が限定されていた。

特に電気・電子部品分野では、電気絶縁性が求められることが多く、そのため樹脂材料の熱伝導性の改善とともに電気絶縁性が必要とされている。

樹脂材料の熱伝導率の改良は、一般にはアルミナ、シリカなどの無機フィラーやカーボンファイバー、黒鉛、低触点合金などの熱伝導性材料をマトリックス樹脂に単独または併用して配合することにより改良が試みられている。

しかし、カーボンファイバー、黒鉛、低融点合金などは導電性のため電気絶縁性が損なわれ、使用用途が限定されている。

一方アルミナやシリカは電気絶縁性であるが、熱伝導率はそれほど大きくはなく、高熱伝導性を達成するためには高充填化が必要で、そのため形状を球状にして流動性を上げたり、大きさの異なるものを組み合せるなどして最密充填がなされている。しかし高充填にすると樹脂の流動性が極端に悪くなりコンパウンドや成形が難しいのが現状である。

微細な層状フィラーを併用する場合はさらに流動性が悪く、そのため熱伝導率改善の障害となっていた。

またアルミナ配合の熱伝導率が小さい原因としては、マトリックス樹脂の熱伝導率の低いことが律速となり、樹脂組成物の熱伝導の妨げになっている。そのため樹脂自体の熱伝導率を上げることが試みられているが有効なものは得られていない。

微細な層状フィラーを併用することによりマトリックス樹脂層の熱伝導率を向上させることが試みられている。例えば特許文献１（特開２００２−２５６１４７号公報）には、平均厚さが０．５μｍ以上の板状フィラーを２〜２０重量％球状アルミナと併用し溶融混合することにより熱伝導率が向上することが提案されているが、機械による溶融混練では分子レベルの微分散は困難である。従って板状フィラーの添加量が少ないときは熱伝導率改善の効果が少なく、添加量が多くなると樹脂の流動性を阻害することになり、高充填化はできず、結果として良好な熱伝導材料は得られない。

強度、耐熱性、靱性などを向止させる目的でポリアミド樹脂に層状珪酸塩を微分散することは特許文献２（国際公開特許公報ＷＯ９８／４９２３５）や特許文献３（特開２０００−２１２４３２号公報）に記載されているが、いずれも強度や耐熱性に関するもので熱伝導に関する記述はない。

特開２００２−２５６１４７号公報 国際公開特許公報ＷＯ９８／４９２３５ 特開２０００−２１２４３２号公報

本発明の解決しようとする問題点は、マトリックス樹脂にフィラーを高配合しても流動性を損なわず、成形性に優れた高熱伝導性樹脂を提供することにある。

本発明者は上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、層状珪酸塩などの層状フィラーを分子レベルまで分散することにより、流動性を損なわずに熱伝導性を向上させたナノコンポジットポリアミド樹脂をマトリックス樹脂とし、球状アルミナを高充填に併用することで、電気絶縁性でかつ熱伝導性に優れた熱伝導性樹脂用途が得られることを見出している（特願２００５−１６６４６８）。

そして、今般、エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体や二硫化モリブデンを添加することで、熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂を見出し、本発明に到達した。なお、本発明は、配合材料の選択によって、電気絶縁性樹脂又は電気導電性樹脂にもできるものである。

本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）少なくともマトリックス樹脂としてナノコンポジットポリアミド樹脂に熱伝導性無機粒状フィラーを高配合し、さらにエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体を添加することで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（２）上記（１）においてエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体を０．１重量％〜３．０重量％、好ましくは０．２重量％〜０．５重量％添加することで、流動性を飛躍的に向上できた。
（３）また、上記（１）（２）において、さらに、二硫化モリブデンを配合することで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（４）上記（３）において二硫化モリブデンを０．１重量％〜１．０重量％、好ましくは０．１重量％〜０．３重量％配合することで、熱伝導性と流動性を飛躍的に向上できた。
（５）上記（１）〜（４）において熱伝導性無機粒状フィラーとしてアルミナを高配合してなることで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（６）上記（１）〜（５）においてナノコンポジットポリアミド樹脂に用いられる層状フィラーが層状珪酸塩であり、その珪酸塩層が分子レベルに均一に分散されていることを特徴とすることで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（７）上記（１）〜（６）において層状珪酸塩が４〜５重量％配合されたナノコンポジットポリアミド樹脂を用いたことで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（８）上記（１）〜（７）においてナノコンポジットポリアミド樹脂と熱伝導性無機粒状フィラー（アルミナ）の配合比を５／９５〜１５／８５としたことで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（９）上記（１）〜（８）においてマトリックス樹脂としてナノコンポジットポリアミド樹脂４０〜７０重量％とポリフェニレンサルファイド樹脂３０〜６０重量％を配合してなることで、電気絶縁性でかつ熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂となった。
（１０）上記（１）〜（９）において、さらに、金属粉を配合することで、熱伝導性を向上できた。ここで、金属粉としては、例えば、アルミニウム粉，ステンレス粉，鉄粉，銅粉などをあげることができるが、これに限定されるものではない。

本発明で使用するナノコンポジットポリアミド樹脂としては、ポリアミド重合工程の際に層状珪酸塩を分子レベルに分散したものが市販されている。例えばユニチカ株式会社製のナノコンポジットナイロン（商品名；NANOCON）で未配合６ナイロンと比較し、流動性は変わらず、高強度で耐熱性に優れている。なお、本発明で使用するマトリックス樹脂は、ナノコンポジットポリアミド樹脂に限らず、公知の樹脂であってもよい。

ここで分子レベルに均一に分散されるとは、層状珪酸塩がポリアミド樹脂マトリックス中に分散する際に、それぞれが平均２０Ａ以上の層状距離を保っている場合をいう。ここで層状距離とは、層状珪酸塩の珪酸塩層の重心間の距離を指し、均一分散されるとは、前記珪酸塩層の一枚一枚、もしくは平均的な重なりが５層以下の多層物が平行あるいはランダムに、もしくは平行とランダムが混在した状態で、その５０％以上が、好ましくはその７０％以上が塊を形成することなく分散されている状態をいう。具体的には、透過型電子顕微鏡写真観察を行なったり、引張伸度のばらつきの評価を行うことにより確認することができる。

本発明で用いられるアルミナは、最密高充填のため、球状で粒子径の異なる大きさのものを組み合わせたものが有効である。添加量は８５〜９５重量％が望ましく、９５重量％以上では樹脂の流動性が悪く、８５重量％以下では熱伝導の効果が少ない。

また、本発明で用いられる樹脂としてはナノコンポジットポリアミド樹脂に熱伝導性を損なわない範囲の物性改良目的で従来公知の樹脂との併用が可能である。具体的には例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーポネート柑脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素樹脂、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、天然あるいは合成ゴム系樹脂などが挙げられる。
さらに、最適配合としてナノコンポジットポリアミド樹脂にポリフェニレンサルファイド樹脂を配合することにより、樹脂組成物の熱伝導率を損なわずに流動性と耐熱性を付与することができる。

また、本発明で用いられる層状珪酸塩としてはマイカに限定されず、モンモリロナイト、バーミキュライト等がある。

また、本発明に用いられる熱伝導性無機粒状フィラーとしてはアルミナに限定されず、酸化マグネシウム、シリカ、酸化亜鉛、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、金属類および酸化金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物などのセラミック粒子が上げられる。

また、本発明で使用するエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体としては、商品名「ボンダイン」（住友化学工業社製）がある。

ナノコンポジットナイロン６と球状アルミナとエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体の溶融混練はスクリュー型２軸押出機を用い、シリンダー温度２３０℃、スクリュー回転数５０rpmの条件でペレット化した。ここで得られた樹脂組成物を試験片に射出成形し、熱伝導率および電気伝導度を測定した。熱伝導率の測定に関しては、ASTH E１５３０に準拠し、φ５０ｍｍ×ｔ３ｍｍの試験片をアニター社製ユニサーモ２０２１型試験器を用いて試験条件２３℃で測定した。

表１に示すように、実施例では、ナノコンポジットポリアミド樹脂としてユニチカ株式会社製ナノコンポジット６ナイロン（商品名；NANOCO）M1030DH（合成マイカ４重量％入り）を８．２重量％に、ボンダイン（ＡＳ−４００）０．２重量％と球状アルミナ８４重量％と板状アルミナ３重量％とアルミ粉４．６重量％をドライブレンドし、上記実施形態と同様の方法で混練、ペレット化し、物性評価した。
一方、比較例（３通）は、ボンダインを配合せず、ナノコンポジット６ナイロンと球状アルミナと板状アルミナのみを配合したものである。
この結果、ボンダインを配合した実施例の粘度及び流動性が飛躍的に向上している。これは、少量のボンダインを配合することで、流動性が改善し、成形性の向上に寄与したものと思料される。

表２に示すように、実施例では、ナノコンポジットポリアミド樹脂としてユニチカ株式会社製ナノコンポジット６ナイロン（商品名；NANOCO）M1030DH（合成マイカ４重量％入り）を７．９５重量％に、ボンダイン（ＡＳ−４００）０．２重量％と銅粉９１．８５重量％をドライブレンドし、上記実施形態と同様の方法で混練、ペレット化し、物性評価した。
一方、比較例は、ボンダインを配合せず、ナノコンポジット６ナイロンと銅粉のみを配合したものである。
この結果、ボンダインを配合した実施例の粘度及び流動性が飛躍的に向上している。これも、少量のボンダインを配合することで、流動性が改善し、成形性の向上に寄与したものと思料される。

本発明により得られる熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂の用途は電気・電子部品や自動車部品などの放熱性と成形性が求められる樹脂部品に用いられる。
例えば、半導体素子、抵抗あるいはモーターなど発熱性が高く、電気絶縁性が必要な電気機器部品にも好適であり、また自動車、家電、照明機器、事務機など多くの放熱部品用途に適用できる。

Claims (10)

1. 少なくともマトリックス樹脂としてナノコンポジットポリアミド樹脂に熱伝導性無機粒状フィラーを高配合し、さらにエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体を添加してなることを特徴とする熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
2. エチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸三元共重合体を０．１重量％〜３．０重量％添加してなることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
3. 請求項１又は２記載の成形用樹脂に、さらに、二硫化モリブデンを配合したことを特徴とする熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
4. 二硫化モリブデンを０．１重量％〜１．０重量％配合したことを特徴とする請求項３記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
5. 熱伝導性無機粒状フィラーとしてアルミナを高配合してなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
6. ナノコンポジットポリアミド樹脂に用いられる層状フィラーが層状珪酸塩であり、その珪酸塩層が分子レベルに均一に分散されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
7. 層状珪酸塩が４〜５重量％配合されたナノコンポジットポリアミド樹脂を用いたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
8. ナノコンポジットポリアミド樹脂と熱伝導性無機粒状フィラーの配合比を５／９５〜１５／８５としたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
9. マトリックス樹脂としてナノコンポジットポリアミド樹脂４０〜７０重量％とポリフェニレンサルファイド樹脂３０〜６０重量％を配合してなることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の成形用樹脂に、さらに、金属粉を配合したことを特徴とする熱伝導性と流動性に優れた成形用樹脂。