JP2017206624A - 常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)ベースポリマー成分:1分子中に平均2個以上かつ分子鎖両末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有する直鎖状オルガノポリシロキサン
(B)架橋成分:1分子中に平均2個以上のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが、前記A成分中のケイ素原子結合アルケニル基1モルに対して、1モル未満の量
(C)白金系金属触媒:A成分に対して質量単位で0.01〜1000ppm
(D)熱伝導性粒子:マトリックス成分100質量部に対して100〜2000質量部
(E)ガス発生剤:マトリックス成分100質量部に対して0.1〜20質量部
(F)その他の成分
ベースポリマー成分(A成分)は、一分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を2個以上含有するオルガノポリシロキサンであり、アルケニル基を2個含有するオルガノポリシロキサンは本発明のシリコーンゴム組成物における主剤(ベースポリマー成分)である。このオルガノポリシロキサンは、アルケニル基として、ビニル基、アリル基等の炭素原子数2〜8、特に2〜6の、ケイ素原子に結合したアルケニル基を一分子中に2個有する。粘度は25℃で10〜1000000mPa・s、特に100〜100000mPa・sであることが作業性、硬化性などから望ましい。
本発明のB成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは架橋剤として作用するものであり、この成分中のSiH基とA成分中のアルケニル基とが付加反応(ヒドロシリル化)することにより硬化物を形成するものである。かかるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子(即ち、SiH基)を2個以上有するものであればいずれのものでもよく、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、一分子中のケイ素原子の数(即ち、重合度)は2〜1000、特に2〜300程度のものを使用することができる。
C成分の触媒成分は、本組成物の硬化を促進させる成分である。C成分としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の触媒を用いることができる。例えば白金黒、塩化第2白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類やビニルシロキサンとの錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などの白金族金属触媒が挙げられる。C成分の配合量は、硬化に必要な量であればよく、所望の硬化速度などに応じて適宜調整することができる。A成分に対して金属原子質量として0.01〜1000ppm添加する。
D成分の熱伝導性粒子を加える場合は、マトリックス成分100質量部に対して100〜2000質量部添加する。これにより熱伝導率を上げることができる。熱伝導粒子としては、アルミナ,酸化亜鉛,酸化マグネシウム、窒化アルミ、窒化ホウ素、水酸化アルミ及びシリカから選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。形状は球状,鱗片状,多面体状等様々なものを使用できる。アルミナを使用する場合は、純度99.5質量%以上のα−アルミナが好ましい。熱伝導性粒子の比表面積は0.06〜10m2/gの範囲が好ましい。比表面積はBET比表面積であり、測定方法はJIS R1626にしたがう。平均粒子径を用いる場合は、0.1〜100μmの範囲が好ましい。粒子径の測定はレーザー回折光散乱法により、50%粒子径を測定する。この測定器としては、例えば堀場製作所製社製のレーザー回折/散乱式粒子分布測定装置LA−950S2がある。
マトリックス樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部、好ましくは1〜15質量部添加する。
本発明の組成物には、必要に応じて前記以外の成分を配合することができる。例えば難燃剤を加えて組成物を難燃性にするのは好ましいことである。その他、ベンガラなどの無機顔料、フィラーの表面処理等の目的でアルキルトリアルコキシシランなどを添加してもよい。フィラー表面処理などの目的で添加する材料として、アルコキシ基含有シリコーンを添加しても良い。
(1)マトリックス樹脂
マトリックス樹脂として、二液室温硬化シリコーンゴムRTVを使用した。なお、二液RTVにはベースポリマー成分(A成分)と架橋成分(B成分)と白金系金属触媒(C成分)が予め添加されている。A成分は50質量部、B成分は50質量部である。
(2)熱伝導性粒子
平均粒子径35μmの真球アルミナ400質量部と、平均粒子径2μmの粉砕アルミナ300質量部を加えた。両アルミナ粉はシランカップリング剤(トリエトキシシラン)を1質量%の割合で添加し、均一になるまで撹拌し、撹拌したアルミナ粉をトレ―等に均一に拡げ100℃で2時間乾燥させて表面処理した。これにより、Pt触媒の硬化阻害を防いだ。なお、粒子径の測定はレーザー回折光散乱法により、50%粒子径を測定する。この測定器としては、例えば堀場製作所製社製のレーザー回折/散乱式粒子分布測定装置LA−950S2がある。
(3)ガス発生剤
4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)(分解温度160℃、発生ガス量125ml/g)を10g加えた。マトリックス樹脂(シリコーンゴム成分)に対する割合は10質量%である。
(4)シリコーンゴムシートの作成
以上のマトリックス樹脂(シリコーンゴム成分)と熱伝導性粒子ガス発生剤を混練し、コンパウンドとし、シート成形した後に硬化させた。シートの厚みは約2mmであった。
(5)シリコーンゴムの特性
(a)熱伝導率
室温(25℃)における熱伝導率は2W/m・Kであった。
(b)硬度
アスカーC法で7(Shore OO法で18)であった。
(c)温度特性
図2に示す温度測定装置4を使用して前記で得られたシリコーンゴムシート10の温度上昇を測定した。ヒーター9の上に金属製プレート5を載せ、その上に熱伝導性高温断熱性シリコーンゴムシート10(組成物2)を配置し、その上に金属製プレート6を載せ、プレート5,6間には約2mmのポテトラフルオロエチレン製スペーサー11a,11bを介在させ、両端を耐熱樹脂製のボルト12a,12bで固定した。プレート5には温度センサー7を挿入し、プレート6には温度センサー8を挿入した。そして、ヒーター9を加熱し、プレート5,6の温度上昇を温度センサー7,8で測定した。昇温グラフを図3に示す。ヒーター側プレート5の温度曲線(実線)に比べて冷却側プレート6の温度曲線(点線)は遅れて上昇するが、Xの点(約150℃を超える温度)でガス発生剤が分解してガスが発生するとシリコーンゴム10は発泡し、断熱材となった。このため、プレート6の温度曲線は傾きが変わり、穏やかとなった。これにより断熱効果が確認できた。なお、発泡倍率は8倍であった。
シリコーンゴムシートの厚みを約0.5mmとし、プレート5,6間のスペーサーの厚みを約0.47mmとした以外は実施例1と同様に実施した。昇温グラフを図4に示す。図3と同様にガス発生剤が分解してガスが発生するとシリコーンゴム10は発泡し、断熱効果が確認できた。その他の特性はほぼ同一であった。
平均粒子径35μmの真球アルミナ50質量部、平均粒子径2μmの粉砕アルミナ250質量部とした以外は実施例2と同様に実施した。得られたシリコーンゴムの発泡前の熱伝導率は0.86W/m・K、発泡後の熱伝導率は0.096W/m・Kであり、発泡倍率は10倍であった。昇温カーブを図5に示す。
発泡剤に換え、熱膨張剤として、永和化成工業社製、商品名"EPB−01"を10質量部とした以外は実施例2と同様に実施した。得られたシリコーンゴムの発泡前の熱伝導率は2W/m・Kであった。このシートは加熱すると膨張した。その他の特性はほぼ同一であった。昇温カーブを図6に示す。
ガス発生剤として4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)に変えて炭酸水素ナトリウム(分解温度150℃、発生ガス量95ml/g)を10g(マトリックス樹脂(シリコーンゴム成分)に対する割合は10質量%)加えた以外は実施例2と同様に実施した。得られたシリコーンゴムは実施例1品に比べて発泡が弱かったが、その他の特性はほぼ同一であった。炭酸水素ナトリウムは吸熱反応が期待できる。
比較例1として、発泡剤を加えない以外は実施例2と同様に実施した熱伝導性シリコーンゴムの昇温カーブを図7に示す。160℃を越えても冷却側プレートの昇温曲線はヒーター側プレートの温度曲線とほぼ平行であった。なお、図8はブランク(プレート5,6間は空間)の昇温グラフである。
2,2a,2b 熱伝導性高温断熱性組成物層
3 基板
4 温度測定装置
5,6 金属製プレート
7,8 温度センサー
9 ヒーター
10 熱伝導性高温断熱性シリコーンゴムシート
11a,11b スペーサー
12a,12b ボルト
Claims (9)
- マトリックス成分に熱伝導性フィラーと、異常高温時にガスを発生するガス発生剤を含み、
通常状態では熱伝導材であり、異常高温時には発泡又は膨張して断熱体となる常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。 - 通常状態が−40℃以上70℃以下の温度であり、異常高温が100℃以上である請求項1に記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記熱伝導材の通常状態における熱伝導率は、室温(25℃)において0.6W/m・K以上である請求項1に記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記マトリックス成分は、シリコーンゴム、シリコーンゲル、シリコーンパテ及びシリコーンオイルコンパウンドから選ばれる少なくとも一つである請求項1〜3のいずれかに記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記マトリックス成分は、シリコーンゴム又はシリコーンゲルであり、シート状である請求項1〜4のいずれかに記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記マトリックス成分はパテ又はシリコーンオイルコンパウンドであり、ディスペンサーに封入されている請求項1〜4のいずれかに記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記断熱体の発泡又は膨張倍率は、1.1〜20倍である請求項1〜6のいずれかに記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記ガス発生剤は、ヒドラジン化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、アジド化合物、炭酸水素ナトリウム及び内部にガス発生剤を含むマイクロカプセル剤から選ばれる少なくとも一つである請求項1〜7のいずれかに記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
- 前記組成物は、バッテリーのセル間配置用組成物である請求項1〜8のいずれかに記載の常温熱伝導性かつ高温断熱性組成物。
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