JP2019073730A - 熱伝導性ポリオルガノシロキサン組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切な粘度／硬度及び熱伝導性を達成しつつ、更に硬化性、特に硬化速度に優れた、熱伝導性ポリシロキサン組成物の提供。【解決手段】（Ａ）熱伝導性充填剤；（Ｂ）分子内に硬化性官能基を一つ有するポリシロキサン（ｂ１）を少なくとも１種含む、ポリシロキサン分子内に硬化性官能基を有するポリオルガノシロキサン樹脂；（Ｃ）アルコキシシリル基及び直鎖状シロキサン構造を有するシロキサン化合物；（Ｄ）ハイドロジェンポリオルガノシロキサン；及び（Ｅ）白金触媒を含み、前記（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂全体に対する、分子内に硬化性官能基を一つ有するポリシロキサン（ｂ１）の含有量が、８０質量％より大きい、熱伝導性ポリシロキサン組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、熱伝導性ポリオルガノシロキサン組成物に関する。
パワートランジスタ、ＩＣ、ＣＰＵ等に代表される電子部品には、発熱体の蓄熱を防ぐために、熱伝導性の高い熱伝導性グリースや熱伝導性シートが用いられている。熱伝導性グリースには、電子部品の形状に影響されることなく手軽に塗布できる利点がある反面、他の部品を汚損する、オイル分の流出がある等の問題点を抱えている。また、熱伝導性シートは他の部品の汚損やオイル分の流出はないものの、密着性がグリースよりも劣るため、熱伝導性シートの硬度を下げて密着性を高めるといった手法がとられている。
熱伝導性シートには、シリコーンゴムが多く用いられている。ただし、シリコーン単体では熱伝導性を高めることはできないため、シリコーンゴムの熱伝導性を改良するために、熱伝導性充填剤が併用される。熱伝導性充填剤として、シリカ粉、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム等に代表されるような、バインダーとなるシリコーンより熱伝導性の高い材料を添加することが知られている（特開２００２−００３８３１号公報）。
最近の電子部品等は高出力化に伴って発熱量も大きくなり、より高い熱伝導率を有する放熱部材が必要とされてきている。かかる要請に応じるための高い熱伝導率を有するシリコーン組成物を得るためには、熱伝導性充填剤をより高充填する必要がある。しかし、その充填性には流動性の悪化などを原因として限界がある。そのため、熱伝導性充填剤に表面処理を施して充填性を改善することが知られている（再表２００５／０３０８７４号公報）。
特開２００２−００３８３１号公報 再表２００５／０３０８７４号公報
熱伝導性充填剤とシリコーンとの組成物は、電子部品に塗布する際に取扱いやすい粘度であることと、電子部品の緩衝のため硬化後にある程度弾性を有することが求められる。その一方で、塗布した後には組成物が素早く硬化することが求められる。特に硬化の際に熱が必要となる場合には、電子部品の変形など悪影響を与えないように、硬化速度は高いことが望ましい。しかしながら、従来知られていた組成物では、これらの物性において不十分であった。作業の効率性や電子部品への悪影響を避けるといった点から、粘度／硬度、硬化速度の改善が望まれていた。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、適切な粘度／硬度及び熱伝導性を達成しつつ、更に硬化性、特に硬化速度に優れた、熱伝導性ポリシロキサン組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討したところ、特定のシロキサン化合物を一定量以上添加することにより、熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度、硬度、熱伝導性を保ちつつ、硬化速度を高めることができることを見出し、本発明に至った。
本発明は、以下の各項に関する。
［１］（Ａ）熱伝導性充填剤；
（Ｂ）分子内に硬化性官能基を一つ有するポリシロキサン（ｂ１）を少なくとも１種含む、ポリシロキサン分子内に硬化性官能基を有するポリオルガノシロキサン樹脂；
（Ｃ）アルコキシシリル基及び直鎖状シロキサン構造を有するシロキサン化合物；
（Ｄ）ハイドロジェンポリオルガノシロキサン；及び
（Ｅ）白金触媒
を含み、前記（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂全体に対する、分子内に硬化性官能基を一つ有するポリシロキサン（ｂ１）の含有量が、８０質量％より大きい、熱伝導性ポリシロキサン組成物である。
［２］アルコキシシリル基及び直鎖状シロキサン構造を有するシロキサン化合物が、下記一般式（３）：
Figure 2019073730
（式中、
Ｒ１：炭素数１〜４のアルコキシシリル基を有する基
Ｒ２：下記一般式（４）：
Figure 2019073730
（式中、Ｒ４は、それぞれ独立して炭素数１〜１２の１価の炭化水素基であり、Ｙはメチル、ビニル及びＲ１からなる群より選択される基であり、ｄは２〜６０の整数である）で示される直鎖状オルガノシロキシ基
Ｘ：それぞれ独立して炭素数２〜１０の２価の炭化水素基
ａ及びｂ：それぞれ独立して１以上の整数
ｃ：０以上の整数
ａ＋ｂ＋ｃ：４以上の整数
Ｒ３：それぞれ独立して、炭素数１〜６の１価の炭化水素基又は水素原子
である）
で示されるシロキサン化合物である、前記［１］記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物である。
［３］前記（Ｂ）における硬化性官能基が、ビニル基である、前記［１］又は［２］記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物である。
［４］組成物中に含まれる、ケイ素に直接結合した水素とビニル基との物質量の比（Ｈ／Ｖｉ比）が０．７〜２．０の範囲である、前記［３］記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物である。
［５］前記［１］〜［４］のいずれか記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物である。
［６］前記［５］記載の硬化物を含む、電子部品である。
本発明により、適切な粘度／硬度及び熱伝導性を達成しつつも、優れた硬化速度を示し取扱い性に優れた、熱伝導性ポリシロキサン組成物を提供することが可能となる。
本発明の一つの態様は、熱伝導性充填剤と、一定量以上の、分子内のうち１箇所に硬化性官能基を有するシロキサンを少なくとも１種有するポリシロキサン樹脂と、表面処理剤としてのシロキサン化合物と、ハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒とを含む、熱伝導性ポリシロキサン組成物である。以下、本発明の組成物に含まれる各種成分、組成物の製造方法等について、詳細に説明する。
［（Ａ）熱伝導性充填剤］
熱伝導性充填剤としては、一般的に公知の無機充填剤が例示され、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、シリカ粉、炭化ケイ素、金属粉体、ダイヤモンド、水酸化アルミニウム、カーボンが挙げられる。特に好ましいものはアルミナ、酸化亜鉛、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素である。これらの無機充填剤としては、熱伝導性充填剤として利用可能なグレードのものであれば特に制限されず、市販のものを利用することができる。また、無機充填剤としては、異なる化学種である複数種類のものを組み合わせて用いることもできる。
熱伝導性充填剤は、利用可能なグレードのものであれば平均粒子径の大きさに特に制限はないが、平均粒子径が３００μｍ以下のものを用いることが好ましい。平均粒子径がこの範囲にあるものの中でも、平均粒子径が大きいものを配合すると、充填率を上げることができず、一方、平均粒子径が小さいものでは、粘度が大きくなる傾向があるが、熱伝導性充填剤の平均粒子径を適宜選択し、配合することで、目的に適った粘度の組成物を得ることができる。
熱伝導性充填剤には、粒子径が相対的に大きな充填剤と、粒子径が相対的に小さな充填剤とを併用することも好ましい。複数種類の粒子径を有する充填剤を併用することによって、相対的に粒子径の大きい充填剤の間隙に相対的に粒子径の小さい充填剤が入り込み、より高充填が可能になる。充填剤は平均粒径によって大粒径、中粒径、小粒径のものに分類することができる。例えば、大粒径の充填剤は粒子径２０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上であり、小粒径の充填剤は粒子径１μｍ未満であり、中粒径の充填剤はこれらの中間の粒子径を有する。大粒径、中粒径、小粒径の充填剤から少なくとも２種類以上、特に３種類を用いることが好ましい。複数種類の異なる粒径を有する充填剤を用いる場合には、それらの配合割合は任意とすることができるが、組成物調製の作業性、得られる組成物の熱伝導性の面から、大粒径の充填剤を３０〜７０質量％用いることが好ましく、３５〜６５質量％用いることがより好ましい。大粒径、中粒径、小粒径の３種類の充填剤を用いる場合には、中粒径及び小粒径の充填剤の配合比は、１：４０〜４０：１の範囲とすることが好ましく、１：７〜７：１の範囲とすることがより好ましい。
熱伝導性充填剤に用いられる無機粒子の形状は、特に制限されない。例えば球状、丸み状、不定形の粒子のいずれも用いることができ、更にこれらのうち少なくとも２種類を併用することもできる。無機粒子の形状が丸み状、不定形である場合の平均粒子径は、当業者に公知の方法によって定義される。平均粒子径は、例えば、レーザー光回折法等による粒度分布測定装置を用いて、重量平均値（又はメジアン径）等として求めることができる。
熱伝導性ポリシロキサン樹脂中の充填剤の配合量は、シロキサン化合物と硬化性官能基を有するポリシロキサン樹脂の全体量１００質量部に対し、１０〜５０００質量部の範囲である。好ましくは５０〜４０００質量部、より好ましくは１００〜３０００質量部の範囲において本発明の効果が顕著に発揮される。
［（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂］
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物は、分子内に硬化性官能基を一つ有するシロキサン（ｂ１）を少なくとも１種含む、ポリシロキサン分子内に硬化性官能基を有するポリオルガノシロキサン樹脂（Ｂ）を含む。ここで、硬化性官能基の種類は樹脂の硬化反応に関与し得る官能基であれば特に限定されないが、付加反応によって硬化する（メタ）アクリル基又はビニル基のような脂肪族不飽和基であることが好ましく、ビニル基であることがより好ましい。硬化反応の機構は特に制限されず、樹脂の硬化に一般的に用いられる方法を採用することができるが、付加反応による硬化であることが好ましい。
（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂には、分子内に硬化性官能基を一つ有するポリオルガノシロキサン（ｂ１）が、ポリシロキサン分子内に硬化性官能基を有するポリオルガノシロキサン樹脂全体に対して、８０質量％より大きい量で含まれる。（ｂ１）の配合量をこの範囲とすることで、熱伝導性ポリシロキサン組成物が高い硬化速度を示す。好ましくは、（ｂ１）の配合量は、（Ｂ）成分全体に対して８５〜９９質量％である。
分子内に硬化性官能基を一つ有するポリオルガノシロキサン（ｂ１）の種類は、特に限定されず、硬化性官能基を１箇所に有するものである限り、その位置が分子末端、又は分子内部であるものを問わず利用することができる。１種類のポリオルガノシロキサンを単独で用いてもよく、異なる種類のポリオルガノシロキサンを２種類以上組み合わせて用いてもよい。分子内に硬化性官能基を一つ有するポリオルガノシロキサン（ｂ１）の例として、以下の一般式（１）：
Figure 2019073730
（式中、
Ｒａは、脂肪族不飽和基であり、
Ｒは、それぞれ独立して、Ｃ１−６アルキル基又はＣ６−１２アリール基であり、
ｎは、２３℃における粘度を０．０１〜５０Ｐａ・ｓとする数である）
で示される、分子末端に脂肪族不飽和基を有する直鎖状ポリオルガノシロキサンが例示されるが、このような構造の樹脂に限定されるものではない。入手又は調製が容易な点から、Ｒａがビニル基であり、各Ｒがメチルである直鎖状シロキサンを用いることが好ましい。
（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂には、組成物を硬化させるため、前記（ｂ１）成分に加えて、硬化性官能基を二つ以上有するポリシロキサン樹脂が含まれる。硬化性官能基の種類は、前記（ｂ１）成分についてと同様であるが、（ｂ１）成分と同じものであることが好ましい。硬化性官能基を二つ以上有するポリシロキサン樹脂の一態様として、以下の一般式（２）：
Figure 2019073730
（式中、
Ｒａは、それぞれ独立して、脂肪族不飽和基であり、
Ｒは、それぞれ独立して、Ｃ１−６アルキル基又はＣ６−１２アリール基であり、
ｎは、２３℃における粘度を０．０１〜５０Ｐａ・ｓとする数である）
で示される、脂肪族不飽和基を両末端に一つずつ含有する直鎖状ポリオルガノシロキサンが例示されるが、このような構造の樹脂に限定されるものではない。前記一般式（２）で示される直鎖状ポリオルガノシロキサンの場合、Ｒが全てメチルであり、Ｒａが共にビニル基であるようなポリオルガノシロキサンが、入手の容易性から好ましく用いられる。
（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂の配合量は、熱伝導性充填剤１００質量部に対して（Ｂ）成分全体で３〜３０質量部の範囲であることが好ましく、３〜１０質量部の範囲であることがより好ましい。この範囲とすることで、熱伝導性充填剤の有する高い熱伝導率を損なうことなく、かつ高い硬化速度を発揮することができる。
［（Ｃ）シロキサン化合物］
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物には、表面処理剤として、（ｉ）アルコキシシリル基及び（ｉｉ）直鎖状シロキサン構造を有するシロキサン化合物が含まれる。
表面処理剤としてのシロキサン化合物としては、前記（ｉ）及び（ｉｉ）で示される構造を有するものであれば、その分子構造は特に制限されず、直鎖状、分岐状、環状のものをいずれも用いることができる。シロキサン化合物の好ましい例としては、下記一般式（３）：
Figure 2019073730
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｘ、ａ、ｂ及びｃは、先に定義したとおりである）
で示される、シロキサン化合物が挙げられる。ここで、当該シロキサン化合物においては、Ｒ１を含む単位、Ｒ２を含む単位、ＳｉＲ３ ２Ｏで表される単位が上記一般式（３）で示されるとおりに配列している必要はなく、例えばＲ１を含む単位とＲ２を含む単位との間にＳｉＲ３ ２Ｏで表される単位が存在していてもよいことが理解される。
一般式（３）で示される環状構造を有するシロキサン化合物を用いる場合、加水分解性基を環状構造中に多く導入することができ、更にそれが位置的に集中しているため、熱伝導性充填剤の処理効率が高くなり、より高充填化を可能にすると考えられる。加えて、上記シロキサン化合物自体の耐熱性が高いため、熱伝導性ポリシロキサン組成物に高い耐熱性を与えることができる。また、このようなシロキサン化合物は、例えば、水素基が含有された環状シロキサンと、片末端にビニル基を有するシロキサン、ビニル基と加水分解性基を含有したシラン化合物とを付加反応させることで容易に得ることができるという利点がある。
一般式（３）において、Ｒ１は、炭素数１〜４のアルコキシシリル基を含有する加水分解性の官能基であり、より具体的には以下の構造を有する基が例示される。Ｒ１は、ケイ素で直接Ｘと結合していてもよいが、エステル結合等の連結基により結合していてもよい。Ｒ１としてより具体的には以下の構造を有する基が例示される。
Figure 2019073730
なかでも、Ｒ１は、熱伝導性充填剤の処理効率がより向上する傾向にある点から、アルコキシシリル基を２つ以上、特に３つ有する構造の基であることが好ましい。また、原料を得ることが容易である点から、Ｒ１は、メトキシシリル基を含有することが好ましい。
Ｒ２は、オリゴシロキサン類及び長鎖アルキルからなる基から選択される。Ｒ２が長鎖アルキル基の場合、その炭素数は６〜１８の範囲、好ましくは６〜１４である。ここで「長鎖アルキル基」とは、アルキル基中の最も長い炭素鎖部分の炭素数が６以上であることを指し、合計の炭素数が上記範囲内であれば、分岐構造を有していてもよい。炭素数をこの範囲とすることで、流動性に対する効果を高め、高配合を可能にする。また、取り扱い性に優れ、均一に分散させることが容易になる。
Ｒ２がオリゴシロキサン類の場合、Ｒ２は、一般式（４）：
Figure 2019073730
（式中、Ｒ４、Ｙ及びｄは、先に定義したとおりである）で示される基である。
一般式（４）において、ｄの数は２〜５００の範囲、好ましくは４〜４００の範囲、より好ましくは１０〜２００の範囲、特に好ましくは１０〜６０の範囲である。この範囲とすることで、流動性に対する効果を高め、高配合を可能とし、シロキサン化合物自体の粘度を抑えることができる。Ｒ４は、それぞれ独立して、炭素数１〜１２の１価の炭化水素基であり、直鎖状又は分岐鎖状のＣ１−１２アルキル基、フェニルやナフチル等のアリール基が挙げられる。また、塩素、フッ素、臭素等のハロゲンで置換されていてもよく、そのような基として、トリフルオロメチル基等のパーフルオロアルキル基が例示される。合成が容易であることから、Ｒ４はメチル基であることが好ましい。Ｙは、Ｒ１、Ｒ４及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基である。脂肪族不飽和基は、炭素数が２〜１０であることが好ましく、２〜６であることがより好ましい。また、脂肪族不飽和基は、硬化反応が起こりやすくなることから、末端に二重結合を有していることが好ましい。合成が容易であることから、Ｙはメチル基又はビニル基であることが好ましい。熱伝導性充填剤とベースポリマーを仲介して親和性を高め、組成物の粘度を下げる等取扱い性に優れるものが得られる傾向があるため、Ｒ２は上記オリゴシロキサン類であることが好ましい。
Ｒ１及びＲ２は、基Ｘを介し、一般式（３）で示されるシロキサンの環状シロキサン部分と結合される。基Ｘは、炭素数２〜１０の２価の炭化水素基であり、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）−、−ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）ＣＨ２−等のアルキレン基が例示される。合成が容易となる点から、Ｘは−ＣＨ２ＣＨ２−又は−ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）−であることが好ましい。
Ｒ３は、それぞれ独立して、炭素数１〜６の１価の炭化水素基又は水素原子である。各々のＲ３は同一でも異なっていてもよい。合成が容易であることから、Ｒ３はメチル基又は水素原子であることが好ましい。
ａは１以上の整数であり、好ましくは１である。ｂは１以上の整数であり、１又は２であることが好ましい。ｃは０以上の整数、好ましくは０〜２、より好ましくは１又は２である。また、ａ＋ｂ＋ｃの和は、４以上の整数であるが、合成が容易であることから４であることが好ましい。ここで、ｂが２である場合は、Ｒ２のうち−ＳｉＲ４ ２Ｏ−で表される単位の合計が、１０〜６０になるようにＲ２を選択すると、取扱い性の面から好ましい。
以上説明したようなシロキサン化合物の代表例として下記の構造式で示される化合物を挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2019073730
さらに好ましいシロキサン化合物の例として、下記の構造式で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2019073730
ここで、シロキサン化合物の構造を説明するにおいては、シロキサン化合物の構造単位を以下のような略号によって記載することがある（以下、これらの構造単位をそれぞれ「Ｍ単位」「Ｄ単位」などということがある）。
Ｍ：−Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｏ１／２
ＭＨ：−ＳｉＨ（ＣＨ３）２Ｏ１／２
ＭＶｉ：−Ｓｉ（ＣＨ＝ＣＨ２）（ＣＨ３）２Ｏ１／２
Ｄ：Ｓｉ（ＣＨ３）２Ｏ２／２
ＤＨ：ＳｉＨ（ＣＨ３）Ｏ２／２
Ｔ：Ｓｉ（ＣＨ３）Ｏ３／２
Ｑ：ＳｉＯ４／２
例えば、前記一般式（４）においてＲ４がメチル基であり、Ｙがビニル基であるような構造は、−ＤｎＭＶｉと記述される。ただし、例えばＤＨ ２０Ｄ２０と記した場合には、ＤＨ単位が２０個続いた後Ｄ単位が２０個続くことを意図するものではなく、各々の単位は任意に配列していてもよいことが理解される。
表面処理剤としてのシロキサン化合物の配合量は、熱伝導性充填剤１００質量部に対して０．０１〜２０質量部の範囲である。シロキサン化合物の量をこの範囲とすることで、熱伝導性充填剤の充填性を高めつつ、熱伝導性を高くすることができる。シロキサン化合物の配合量は、より好ましくは０．１〜１５質量部の範囲である。また、硬化性官能基を有するポリシロキサン樹脂１００質量部に対しては、シロキサン化合物は０．０１質量部以上用いることが好ましい。シロキサン化合物の量がポリシロキサン樹脂に対し０．０１質量部未満であると熱伝導性充填剤の表面処理効果が少なくなり、高配合ができなくなる。またシロキサン化合物の量が過剰であると、硬化後の機械的物性や耐熱性に悪影響を与えるため、より好ましくは０．１〜５００質量部の範囲である。
［（Ｄ）ハイドロジェンポリオルガノシロキサン］
ポリシロキサン組成物には、組成物を硬化させるために、水素基を含有するシロキサンである、ハイドロジェンポリオルガノシロキサンが添加される。ハイドロジェンポリオルガノシロキサンは、Ｓｉ−Ｈ結合を有するシロキサン化合物であり、架橋剤となる成分である。２種以上のハイドロジェンポリオルガノシロキサンを併用してもよい。ハイドロジェンポリオルガノシロキサンは、代表的には、一般式（５）：
（Ｒｂ）ｘ（Ｒｃ）ｙＳｉＯ（４−ｘ−ｙ）/２ （５）
（式中、
Ｒｂは、水素原子であり、
Ｒｃは、Ｃ１−６アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、好ましくはメチル）又はフェニル基であり；
ｘは、１又は２であり；
ｙは、０〜２の整数であり、ただし、ｘ＋ｙは１〜３である）
で示される単位を分子中に２個以上有する。
ハイドロジェンポリオルガノシロキサンにおけるシロキサン骨格は、環状、分岐状、直鎖状のものが挙げられるが、好ましくは、環状又は直鎖状の骨格であり、より好ましくは、直鎖状の骨格である。ハイドロジェンポリオルガノシロキサンの主鎖は、直鎖状の骨格であることが好ましいが、置換基として分岐した構造を有するような骨格であってもよい。また、１分子に含まれるケイ素原子に結合した水素基（すなわち、Ｓｉ−Ｈ結合と等価である）の数は少なくとも３個以上であることが必要であるが、１分子当たりの平均で５個以上であることが好ましく、８個以上であることがより好ましい。ハイドロジェンポリオルガノシロキサンにおけるその他の条件、水素基以外の有機基、結合位置、重合度、構造等については特に限定されないが、直鎖状の構造である場合は重合度が１０〜１００、特に１５〜７０の範囲であると、得られる組成物の取扱い性がより向上する傾向にあることから好ましい。用いることができるハイドロジェンポリオルガノシロキサンの具体例は、Ｓｉ−Ｈ結合を有する単位（ＭＨ又はＤＨ単位）を８個以上含み、重合度が１５〜７０の範囲である、直鎖状の骨格を有するハイドロジェンポリオルガノシロキサンである。
ハイドロジェンポリオルガノシロキサンの配合量は、前記（Ｂ）成分の硬化性官能基、特にビニル基のような不飽和基１個に対し、ケイ素原子に直接結合した水素原子が０．７〜５．０個となる量であることが好ましい。０．７個より少ないと、硬化が十分な速度で進行しないことがあり、５．０個を超えると、硬化物が固くなりすぎ、また硬化後の物性にも悪影響を及ぼすことがある。硬化性官能基がビニル基である場合、分子内にビニル基を一つ有するポリオルガノシロキサンの量は、当該ハイドロジェンポリオルガノシロキサンの有するＳｉ−Ｈ結合と不飽和結合、特にビニル基の物質量の比（Ｈ／Ｖｉ比）で調整することもできる。Ｈ／Ｖｉ比は、０．７〜２．０の範囲であることが好ましく、０．８〜１．５の範囲であることがより好ましい。Ｈ／Ｖｉ比を０．７以上とすることで、十分な速度での硬化を達成することができ、また過剰なブリーディングを抑制することもできる。また、Ｈ／Ｖｉ比を２．０以下とすることで、組成物の硬化を十分な量で達成し、硬度を適度に保つことができる。
［（Ｅ）白金触媒］
白金触媒は、前記（Ｂ）成分のビニル基を含む硬化性官能基と前記（Ｄ）成分の水素基を反応させ、硬化物を得るための硬化用触媒である。この白金化合物としては、塩化白金酸、白金オレフィン錯体、白金ビニルシロキサン錯体、白金リン錯体、白金アルコール錯体、白金黒等が例示される。その配合量は、前記（Ｂ）成分に対し、白金元素として０．１〜１０００ｐｐｍとなる量である。０．１ｐｐｍより少ないと十分に硬化せず、また１０００ｐｐｍを超えても特に硬化速度の向上は期待できない。また、用途によってはより長いポットライフを得るために、反応抑制剤の添加により、触媒の活性を抑制することができる。公知の白金族金属用の反応抑制剤として、２−メチル−３−ブチン−２−オール、１−エチニル−２−シクロヘキサノール等のアセチレンアルコール、マレイン酸ジアリルが挙げられる。
本発明の組成物を調製する方法としては、例えば、前述の（Ａ）〜（Ｅ）成分を一度に混合することもできるし、前述の（Ａ）〜（Ｃ）成分を先に配合した樹脂組成物を調製しておき、硬化させる直前に（Ｄ）成分及び（Ｅ）成分の混合物を添加することもできる。（Ａ）〜（Ｃ）成分を配合した樹脂組成物は、シロキサン化合物とポリオルガノシロキサン樹脂と熱伝導性充填剤とを、混練機器を使用しそのまま調製してもよく、あるいはシロキサン化合物と熱伝導性充填剤とを先に混合し表面処理を施した後、ポリオルガノシロキサン樹脂へ分散し調製してもよい。混練の方法は、公知の手段、装置を用いることができる。また、必要に応じ、加熱、減圧又はその他公知の方法による処理を実施してもよい。
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、当業者に公知の顔料、難燃剤、接着付与剤、耐熱付与剤、希釈剤、有機溶剤等を適宜配合することができる。
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物は、ポリシロキサン樹脂が有する硬化性官能基を硬化させて、シリコーンゴムのような硬化物とすることができる。ポリシロキサン組成物の硬化反応は、ポリシロキサン樹脂が有する硬化性官能基の種類に応じて適宜選択される方法によって行うことができる。熱伝導性ポリシロキサン組成物に熱を掛けることにより硬化することができるが、熱硬化が短時間で完了することが本発明の奏する顕著な効果の一つである。熱硬化の条件は当業者に公知であり、熱による硬化反応に用いることができる機器としては、例えば、恒温槽等の当業者に公知の装置が挙げられる。加熱条件は、熱伝導性ポリシロキサン組成物が適用される部材の耐熱温度に合わせて適宜調整することができ、硬化時間を決めることができる。
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物を硬化させることによって得られる硬化物は、電子機器、集積回路素子等の電子部品の放熱部材として使用することができる。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明の範囲はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例及び比較例において、部はすべて質量部を示す。
以下の実施例及び比較例にて用いた材料は、以下のとおりである。
＜（Ａ）熱伝導性充填剤＞
平均粒径６０μｍの窒化アルミニウム（不定形、ＴＦＺ−Ｎ６０Ｐ：東洋アルミ）
平均粒径２８μｍの窒化アルミニウム（不定形、ＴＦＺ−Ｎ３０Ｐ：東洋アルミ）
平均粒径３μｍの酸化アルミニウム（丸み状、スミコランダムＡＡ−３：住友化学）
平均粒径７５μｍの酸化アルミニウム（球状、ＡＸ７５−１５０：新日鉄住金マテリアルズ）
平均粒径９μｍの酸化アルミニウム（丸み状、ＡＳ−５０：昭和電工）
平均粒径０．４μｍの酸化アルミニウム（丸み状、スミコランダムＡＡ−０４：住友化学製）
＜（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂＞
（ビニル基を１つ有するポリシロキサン）
ＭＶｉＤ２０Ｍ（Ｄ単位数２０の直鎖状片末端ビニルシロキサン）
ＭＶｉＤ３０Ｍ（Ｄ単位数３０の直鎖状片末端ビニルシロキサン）
ＭＶｉＤ５０Ｍ（Ｄ単位数５０の直鎖状片末端ビニルシロキサン）
（ビニル基を２つ有するポリシロキサン）
（１）粘度３０ｃＰのα，ω−ジビニルポリジメチルシロキサン
（２）粘度１００ｃＰのα，ω−ジビニルポリジメチルシロキサン
＜（Ｃ）シロキサン化合物（表面処理剤）＞
表面処理剤１：以下の化学式で示されるシロキサン
Figure 2019073730
（式中、式中、Ｍは先に定義したとおりのＭ単位であり、Ｄは先に定義したとおりのＤ単位である）
＜（Ｄ）水素基含有ポリオルガノシロキサン＞
（１）ＭＨＤＨ ８Ｄ４２ＭＨで表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン
（２）ＭＨＤ２０ＭＨで表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン
（３）ＭＨ ８Ｑ４で表される環状メチルハイドロジェンポリシロキサン
＜（Ｅ）白金触媒＞
Ｐｔ−ＤＶｉ ４錯体（白金のテトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサン錯体）
また、反応抑制剤（インヒビター）として、１−エチニル−１−シクロヘキサノールを用いた。
実施例１〜５、比較例１〜２
＜熱伝導性ポリシロキサン組成物の調製＞
下記表１に示す配合量にて、（Ａ）〜（Ｃ）成分をプラネタリーミキサーにて所定の方法により混練し、熱伝導性ポリシロキサン組成物を得た。次に、得られた熱伝導性ポリシロキサン組成物に、（Ｅ）白金触媒として前述した白金−ビニルシロキサン錯体触媒及びインヒビターを、触媒濃度が白金原子換算で５．０ｐｐｍ、インヒビターを３５ｐｐｍとなる量加え、プラネタリーミキサーにて所定の方法により混練し、更に（Ｄ）メチルハイドロジェンポリシロキサンを各々所定量、プラネタリーミキサーにて所定の方法により混練し、実施例１〜５及び比較例１〜２の熱伝導性ポリシロキサン組成物を得た。得られた組成物について、ＪＩＳ Ｋ６２４９に準拠して、回転粘度計（ビスメトロン ＶＤＨ）（芝浦システム株式会社製）を使用して、Ｎｏ．７ローターを使用し、２ｒｐｍ、５分間で、２３℃における粘度を測定した。粘度の結果を表１に示す。
＜硬度の測定＞
熱伝導性ポリシロキサン組成物を、内寸６ｍｍ(深さ)×６０ｍｍ（縦）×３０ｍｍ（横）のテフロン（登録商標）コートしたアルミニウム製の金型に流し込み、熱風循環式乾燥機を用い、７０℃で１時間処理して硬化させた。２３℃まで硬化物を冷却後、ＪＩＳ Ｋ６２４９に準拠してＴｙｐｅＥ硬度を測定した。結果を以下の表１に示す。次いで、得られた硬化物を更に７０℃で１時間処理し、２３℃まで得られた硬化物を冷却後、同様にＴｙｐｅＥ硬度を測定した。
＜熱伝導率の測定＞
熱伝導率計（ＴＰＳ １５００）（京都電子工業製）を使用して、７０℃１時間の硬化条件で、内寸６ｍｍ(深さ)×３０ｍｍ（縦）×３０ｍｍ（横）のテフロン（登録商標）コートしたアルミニウム製の金型を用い作成した２個のサンプルで、熱伝導率計のセンサーを挟み、熱伝導率を測定した。熱伝導率の単位はＷ／ｍＫである。
Figure 2019073730
いずれの実施例及び比較例においても、熱伝導性ポリシロキサン組成物は取扱いが容易な程度の粘度を保っていた。表１より、（ｂ１）成分に対応するビニルシロキサンの含有量が一定量以上であると、１時間の加熱時点でほぼ硬化が完了しており、ポリシロキサン組成物が硬化速度に優れていることが示された。また、この傾向は熱伝導性充填剤の種類にも依存せず、熱伝導率に影響を及ぼさないことが理解される。一方、（ｂ１）成分の量が少ない比較例１〜３では、２時間加熱時点での硬度に１時間加熱時点での硬度と大きく差があり、実施例と比べて十分な硬化速度が得られなかった。特に、実施例１と比較例３とでは、両者はポリシロキサンの量を調整することで組成物中のＨ／Ｖｉ比をほぼ同じにしつつ（ｂ１）成分の量を変化させているが、これらを比べると、硬化速度に大きな差が出ていることが示されている。また、実施例１と比較例３とは組成物の硬度にも大きな差がある。熱伝導性ポリシロキサン組成物は硬化後にある程度弾性を有することが求められるが、本願発明の組成がより好ましい物性を備えることができることが、これらの比較により示されている。さらに、粒子径が小さい熱伝導性充填剤では一般に粘度が大きくなる傾向があるため均一な硬化反応が遅くなると考えられるが、そのような系でも（ｂ１）成分の添加により十分な硬化速度を示している（実施例６）。
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物は、本質的に要求される熱伝導率を保ちつつも、扱い易い粘度で硬化速度が速く、取扱い性に優れている。そのため、各種電子機器、集積回路素子等の電子部品の放熱部材として幅広く有効に利用することができる。

Claims (6)

  1. （Ａ）熱伝導性充填剤；
    （Ｂ）分子内に硬化性官能基を一つ有するポリシロキサン（ｂ１）を少なくとも１種含む、ポリシロキサン分子内に硬化性官能基を有するポリオルガノシロキサン樹脂；
    （Ｃ）アルコキシシリル基及び直鎖状シロキサン構造を有するシロキサン化合物；
    （Ｄ）ハイドロジェンポリオルガノシロキサン；及び
    （Ｅ）白金触媒
    を含み、前記（Ｂ）ポリオルガノシロキサン樹脂全体に対する、分子内に硬化性官能基を一つ有するポリシロキサン（ｂ１）の含有量が、８０質量％より大きい、熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  2. アルコキシシリル基及び直鎖状シロキサン構造を有するシロキサン化合物が、下記一般式（３）：
    Figure 2019073730
    （式中、
    Ｒ１：炭素数１〜４のアルコキシシリル基を有する基
    Ｒ２：下記一般式（４）：
    Figure 2019073730
    （式中、Ｒ４は、それぞれ独立して炭素数１〜１２の１価の炭化水素基であり、Ｙはメチル、ビニル及びＲ１からなる群より選択される基であり、ｄは２〜６０の整数である）で示される直鎖状オルガノシロキシ基
    Ｘ：それぞれ独立して炭素数２〜１０の２価の炭化水素基
    ａ及びｂ：それぞれ独立して１以上の整数
    ｃ：０以上の整数
    ａ＋ｂ＋ｃ：４以上の整数
    Ｒ３：それぞれ独立して、炭素数１〜６の１価の炭化水素基又は水素原子
    である）
    で示されるシロキサン化合物である、請求項１記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  3. 前記（Ｂ）における硬化性官能基が、ビニル基である、請求項１又は２記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  4. 組成物中に含まれる、ケイ素に直接結合した水素とビニル基との物質量の比（Ｈ／Ｖｉ比）が０．７〜２．０の範囲である、請求項３記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物。
  6. 請求項５記載の硬化物を含む、電子部品。
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