JP2009127026A

JP2009127026A - 熱伝導性樹脂組成物

Info

Publication number: JP2009127026A
Application number: JP2007306874A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Miyashita; 貴之宮下; Koji Usami; 孝司宇佐美; Yoshinori Watanabe; 美紀渡邉
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP5297639B2; CN101878268B; CN101878268A; WO2009069284A1

Abstract

【課題】絶縁性があり、成形性に優れた熱伝導性の高い材料を提供する。
【解決手段】(A)液晶性ポリマー100重量部に対し、(B)熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、平均粒径が１〜300μmの板状フィラー10〜300重量部及び(C)熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、平均粒径が(B)板状フィラーの１／10〜１／200である粉粒状フィラー10〜300重量部を添加してなり、(B)、(C)成分の総添加量を(A)液晶性ポリマー100重量部に対し20〜500重量部とし、(B)成分と(C)成分の添加比率を３：１〜１：３とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、成形性に優れた絶縁性の熱伝導性樹脂組成物に関するものであり、更に詳しくは、放熱性を要求される各種自動車部品・電機電子部品等に用いられる熱伝導性に優れた液晶性ポリマー組成物に関する。

異方性溶融相を形成し得る液晶性ポリマーは、熱可塑性樹脂の中でも寸法精度、制振性に優れ、成形時のバリ発生が極めて少ない材料として知られている。従来、このような特徴を活かし、ガラス繊維強化による液晶性ポリマー組成物が各種電機電子部品の材料として多く採用されてきた。しかし、近年、これらの部品が軽薄短小化され、部品等の内部の放熱が問題となってきており、放熱性を付与した材料の要求がでてきている。

このような理由から、熱可塑性樹脂に特定粒径のアルミナを添加し、成形性と熱伝導率を向上させる方法が提案されているが（特許文献１）、この方法では成形性は向上するものの、熱伝導性フィラーとしてアルミナのみを添加しているため、添加量に対する熱伝導率の向上が低く、添加量を増やす必要があることから、樹脂との混練時や成形時に押出機、成形機のスクリュー、シリンダーや成形金型が激しく摩耗し、金属が混入する問題があった。

一方、液晶性ポリマーに黒鉛を配合し、熱伝導性を付与する方法が提案されているが（特許文献２）、この方法ではフィラーによるスクリュー等の摩耗は起きないものの、熱伝導性と同時に電気伝導性が付与されるため、電気絶縁性が要求されるような分野では使用できないという問題があった。

その他、熱可塑性樹脂に不定形の酸化チタンを添加し、光反射性、遮光性の向上や、光触媒として用いることが提案されているが（特許文献３、４）、これらには熱伝導性向上についての検討は行われていない。
特開２００２−１４６１８７号公報特開２００６−２５７１７４号公報特開２００４−７５７７０号公報特開２００３−２５３１３０号公報

本発明は、かかる従来技術の欠点を解決し、絶縁性があり、成形性に優れた熱伝導性の高い材料を提供することを目的とする。

本発明者等は上記問題点に鑑み、成形性に優れた熱伝導性の高い液晶性ポリマー組成物について鋭意探索、検討を行ったところ、液晶性ポリマーに対し、特定の熱伝導性板状フィラーと特定の熱伝導性粉粒状フィラーを併用配合することが極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、
(A)液晶性ポリマー100重量部に対し、
(B)熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、平均粒径が１〜300μmの板状フィラー10〜300重量部、
(C)熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、平均粒径が(B)板状フィラーの１／10〜１／200である粉粒状フィラー10〜300重量部を添加してなり、
(B)、(C)成分の総添加量が(A)液晶性ポリマー100重量部に対し20〜500重量部であり、(B)成分と(C)成分の添加比率が３：１〜１：３であることを特徴とする絶縁性の熱伝導性樹脂組成物である。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用する液晶性ポリマー(A) とは、光学異方性溶融相を形成し得る性質を有する溶融加工性ポリマーを指す。異方性溶融相の性質は、直交偏光子を利用した慣用の偏光検査法により確認することが出来る。より具体的には、異方性溶融相の確認は、Ｌｅｉｔｚ偏光顕微鏡を使用し、Ｌｅｉｔｚホットステージに載せた溶融試料を窒素雰囲気下で４０倍の倍率で観察することにより実施できる。本発明に適用できる液晶性ポリマーは直交偏光子の間で検査したときに、たとえ溶融静止状態であっても偏光は通常透過し、光学的に異方性を示す。

前記のような液晶性ポリマー(A)としては特に限定されないが、芳香族ポリエステル又は芳香族ポリエステルアミドであることが好ましく、芳香族ポリエステル又は芳香族ポリエステルアミドを同一分子鎖中に部分的に含むポリエステルもその範囲にある。これらは６０℃でペンタフルオロフェノールに濃度０．１重量％で溶解したときに、好ましくは少なくとも約２．０ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは２．０〜１０．０ｄｌ／ｇの対数粘度（Ｉ．Ｖ．）を有するものが使用される。

本発明に適用できる液晶性ポリマー(A)しての芳香族ポリエステル又は芳香族ポリエステルアミドとして特に好ましくは、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミンの群から選ばれた少なくとも１種以上の化合物を構成成分として有する芳香族ポリエステル、芳香族ポリエステルアミドである。

より具体的には、
（１）主として芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上からなるポリエステル；
（２）主として（ａ）芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｂ）芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｃ）芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオールおよびその誘導体の少なくとも１種又は２種以上、とからなるポリエステル；
（３）主として（ａ）芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｂ）芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミンおよびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｃ）芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上、とからなるポリエステルアミド；
（４）主として（ａ）芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｂ）芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミンおよびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｃ）芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｄ）芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオールおよびその誘導体の少なくとも１種又は２種以上、とからなるポリエステルアミドなどが挙げられる。さらに上記の構成成分に必要に応じ分子量調整剤を併用してもよい。

本発明に適用できる前記液晶性ポリマー(A)を構成する具体的化合物の好ましい例としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸、２，６−ジヒドロキシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン、下記一般式（Ｉ）および下記一般式（II）で表される化合物等の芳香族ジオール；テレフタル酸、イソフタル酸、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸および下記一般式（III)で表される化合物等の芳香族ジカルボン酸；ｐ−アミノフェノール、ｐ−フェニレンジアミン等の芳香族アミン類が挙げられる。

（但し、X ：アルキレン（C１〜C４）、アルキリデン、-O- 、-SO-、-SO_２- 、-S-、-CO-より選ばれる基、Y ：-(CH_２)_ｎ-(n ＝１〜４）、-O(CH_２)_ｎO-（n ＝１〜４）より選ばれる基）
本発明が適用される特に好ましい液晶性ポリマー(A) としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、テレフタル酸を主構成単位成分とする芳香族ポリエステルである。

次に、本発明で用いる(B)板状フィラーであるが、その熱伝導率は重要である。熱伝導率が低いとフィラーを添加した樹脂組成物としての熱伝導率の向上がほとんど望めないため、(B)板状フィラーの熱伝導率としては３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、好ましくは10Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。また、その平均粒径も重要であり、小さすぎると樹脂が増粘し、著しく流動性が低下するという問題が発生し、逆に大きすぎると流動性は向上するものの、薄肉流動性が低下するという問題が発生する。

そのため、平均粒径は１〜300μmであることが必要であり、好ましくは２〜100μm、特に好ましくは５〜20μmである。

このような条件を満たし、且つ液晶性ポリマーに対し分解等の悪影響を与えず、また導電性を持たないものであれば、如何なる物質も(B)成分の板状フィラーとして使用できるが、窒化ホウ素、タルクの１種以上が好ましく、より好ましくはタルクである。

また、(B)板状フィラーの添加量であるが、添加量が少なすぎると樹脂組成物内の熱伝達経路が発達しないため、充分な熱伝導率が発揮されず、逆に多すぎるとフィラー同士の絡み合いが激しくなり、熱伝導率は高くなるものの、成形流動性が著しく低下する問題、混練時に押出機内圧力が上昇し混練性が極めて悪化する問題等が発生する。そのため、(B)板状フィラーの添加量は、(A)液晶性ポリマー100重量部に対し10〜300重量部であり、好ましくは50〜200重量部、更に好ましくは30〜150重量部である。

次に本発明で用いる(C)粉粒状フィラーであるが、粉粒状フィラーとは板状ではない、球状・不定形のフィラーである。(C)粉粒状フィラーを添加する理由は、(B)板状フィラーだけでは二次元平行方向の熱伝導は高くなるものの、直角方向の熱伝導率の向上が少なくなること、板状フィラーだけではフィラー同士の接触箇所が少なくなることから、板状フィラーと板状フィラーの間に入りフィラー同士の接触箇所を増やし、且つ板状フィラーと板状フィラーの接触を阻害しない大きさの方向性を持たないフィラーを添加することにより、樹脂組成物として均一な熱伝導性を与えることを可能とするためである。

以上の理由から、(C)粉粒状フィラーの熱伝導率も(B)板状フィラー同様重要である。熱伝導率が低いと(B)板状フィラーで伝えた熱を伝えづらくなり、その部分での熱伝達が律速になってしまう。そのため、(C)粉粒状フィラーの熱伝導率としては３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、好ましくは10Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

また、(C)粉粒状フィラーの粒径は重要であり、大きすぎると(B)板状フィラー同士の接触を阻害してしまい熱伝導率の低下が起きてしまう。逆に小さすぎると(B)板状フィラー間に入りやすくなるものの接触しづらくなり、また、樹脂組成物としての粘度も増大し、成形性を著しく悪化させてしまう。添加量が多い場合は、その傾向が特に顕著である。そのため、(C)粉粒状フィラーの平均粒径は(B)板状フィラーの平均粒径に対し１／10〜１／200、好ましくは１／20〜１／100であることが必要である。

また、(C)粉粒状フィラーの添加量、(B)、(C)成分の総添加量及び(B)成分と(C)成分の添加比率は重要であり、(B)板状フィラーと同様に、(C)粉粒状フィラーの添加量が少なすぎると樹脂組成物内の熱伝達経路が発達しないため、充分な熱伝導率が発揮されず、逆に多すぎるとフィラー同士の絡み合いが激しくなり、成形流動性が著しく低下する問題、混練時に押出機内圧力が上昇し混練性が極めて悪化する問題等が発生する。そのため、(C)粉粒状フィラーの添加量は(A)液晶性ポリマー100重量部に対し10〜300重量部であり、好ましくは20〜200重量部、更に好ましくは30〜150重量部である。また、(B)、(C)成分の総添加量は(A)液晶性ポリマー100重量部に対し20〜500重量部であり、好ましくは100〜300重量部、更に好ましくは150〜250重量部である。

また、(B)板状フィラーとの添加比率は、(C)粉粒状フィラーが多すぎると(B)板状フィラー間に多く入り、(B)板状フィラー同士の接触を阻害し熱伝導性の低下が起こり、逆に少なすぎてもフィラー同士の接触箇所が増やせず熱伝導性の低下が起こる。従って、(C)粉粒状フィラーの添加効果を考慮すると、(B)成分と(C)成分の添加比率は３：１〜１：３であることが必要であり、好ましくは２：１〜１：２、更に好ましくは２：１〜１：１である。

本発明で使用することのできる(C)粉粒状フィラーは、上記の条件を満たす物質であれば如何なるものでも使用可能である。具体的な物質としては、酸化チタン、アルミナ、無水炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、ベリリア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられるが、これらの中でもフィラーの毒性、経済性の点から酸化チタン、アルミナより選ばれる１種以上が好ましい。

尚、本発明で用いる(B)板状フィラーと(C)粉粒状フィラーの平均粒径は、レーザー散乱法により測定した値である。

また、本発明の高熱伝導性樹脂組成物は、本発明の目的範囲内で、機械的強度、耐熱性、寸法安定性（耐変形、そり）、電気的性質等の性能の改良のため、(B) 、(C) 成分以外の無機又は有機充填剤を配合したものでもよく、これには目的に応じて繊維状、粉粒状、板状の充填剤が用いられる。

また、一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の物質、すなわち難燃剤、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、潤滑剤、結晶化促進剤、結晶核剤等も要求性能に応じ適宜添加したものも本発明の組成物として使用できる。

このようにして得られた本発明の熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導率1.4Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが可能である。

本発明の熱伝導性樹脂組成物を用い、射出成形や押出成形、ブロー成形等で得られた成形品は、高い耐湿熱性、耐化学薬品性、寸法安定性、難燃性、優れた放熱性を示す。この利点を活かして熱交換器、放熱板、光ピックアップ等といった内部で発生した熱を外部に放熱する部品に好適に用いることができる。

また、その他の用途として、例えばＬＥＤ、センサー、コネクター、ソケット、端子台、プリント基板、ＥＣＵケース等の電気・電子部品、照明部品、テレビ部品、炊飯器部品、電子レンジ部品、アイロン部品、複写機関連部品、プリンター関連部品、ファクシミリ関連部品、ヒーター、エアコン用部品等の家庭・事務電気製品部品に用いることができる。

次に実施例、比較例で本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、実施例中の物性測定の方法は以下の通りである。
（１）熱伝導率
直径30mm、厚さ２mmの円板状成形品を重ねたサンプルを用い、ホットディスク法にて熱伝導率を測定した。
（２）射出成形性
シリンダー温度370℃、射出速度15m/minの条件で、幅５mm、厚さ0.3mmで最大流動距離70mmの棒状成形品を成形し、流動距離を測定し、射出成形性とした。
実施例１〜１０、比較例１〜８
液晶性ポリマー、板状フィラー及び粉粒状フィラーを、表１に示す組成にて、二軸押出機（（株）日本製鋼所製ＴＥＸ３０α型）を用いて混練しペレットを形成後、射出成形機にて上述の試験片を成形し、各種評価を行った。結果を表１に示す。

尚、使用した各成分は以下の通りである。
(A)液晶性ポリマー（ＬＣＰ）
ポリプラスチックス（株）製ベクトラＳ９５０、熱伝導率0.45Ｗ／ｍ・Ｋ
(B)板状フィラー
(B-1) タルク；松村産業（株）製クラウンタルクＰＰ、板状、平均粒径８μm 、熱伝導率３Ｗ／ｍ・Ｋ
(B-2) タルク；林化成（株）製圧縮微粉タルクＵＰＮＨＳ−Ｔ、板状、平均粒径2.7μm （一次粒子径）、熱伝導率３Ｗ／ｍ・Ｋ
(B-3) 窒化ホウ素；電気化学工業（株）製デンカボロンナイトライドＳＧＰ、板状、平均粒径18μm 、熱伝導率60Ｗ／ｍ・Ｋ
(C) 粉粒状フィラー
(C-1) 酸化チタン；堺化学工業（株）製ＴＩＴＯＮＥＳＲ−１、不定形、平均粒径0.25μm 、熱伝導率20Ｗ／ｍ・Ｋ
(C-2) アルミナ；電気化学工業（株）製デンカアルミナＡＳＦＰ−２０、球状、平均粒径0.2μm 、熱伝導率27Ｗ／ｍ・Ｋ
(C-3) アルミナ；電気化学工業（株）製デンカアルミナＤＡＷ−０３、球状、平均粒径３μm 、熱伝導率27Ｗ／ｍ・Ｋ
(C-4) アルミナ；電気化学工業（株）製デンカアルミナＤＡＷ−１０、球状、平均粒径10μm 、熱伝導率27Ｗ／ｍ・Ｋ
(C-5) アルミナ；電気化学工業（株）製デンカアルミナＤＡＷ−４５、球状、平均粒径４５μm 、熱伝導率27Ｗ／ｍ・Ｋ
平均粒径は、レーザー散乱法による測定値である。

Claims

(A)液晶性ポリマー100重量部に対し、
(B)熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、平均粒径が１〜300μmの板状フィラー10〜300重量部、
(C)熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、平均粒径が(B)板状フィラーの１／10〜１／200である粉粒状フィラー10〜300重量部を添加してなり、
(B)、(C)成分の総添加量が(A)液晶性ポリマー100重量部に対し20〜500重量部であり、(B)成分と(C)成分の添加比率が３：１〜１：３であることを特徴とする絶縁性の熱伝導性樹脂組成物。
(B)板状フィラーが窒化ホウ素及びタルクより選ばれる１種以上であり、(C)粉粒状フィラーが酸化チタン及びアルミナより選ばれる１種以上である請求項１記載の絶縁性の熱伝導性樹脂組成物。