JP2019177369A - 分散物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、材料に過剰なせん断をかけずに、高い分散性と高い生産性を実現できる液状成分と粉体成分との分散物の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、液状成分３０〜９０ｖｏｌ％と粉体成分１０〜７０ｖｏｌ％を混合しながら気泡を含ませる工程１と、工程１で処理された混合物中の粉体成分を分散する工程２で構成されることを特徴とする、液状成分と粉体成分との分散物の製造方法により上記目的を達成することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、凝集性が非常に高い微粒子成分であっても、高い分散性と、高い生産性とを同時に実現し得る、液状成分と粉体成分との分散物の製造方法に関するものである。

近年、急激なＬＥＤの技術革新により、様々な用途でＬＥＤが用いられるようになった。そのような状況の中、ＬＥＤに対しての要求品質も日々高く、且つ多様化しており、ガスバリア性・耐熱性・耐候性など、様々な特性が求められている。一般的に、前記要求特性をＬＥＤに付与するために、ＬＥＤ素子を保護するための封止材にそれらの機能を持たせている。これらの様々な特性を封止材に持たせるためには単一の材料で全ての要求特性を満足することは困難であるため、複数の材料を用いている（特許文献１、２）。具体的には、熱、及び紫外線硬化性の樹脂成分や硬化性をコントロールするための触媒、無機フィラーなどが用いられる。また、ＬＥＤへの封止材の充填のしやすさという観点から、液状成分は比較的低粘度のものが一般的に用いられる。
前記したように、ＬＥＤ封止材には液成樹脂成分と粉体成分が用いられることが一般的であり、これらの均一分散に於いては混合機が用いられ、目的とする分散状態によって様々な方式が用いられる。この際、液状成分中で粉体成分は一般的にダマと呼ばれる２次凝集体を形成することが知られている。さらに、この２次凝集体は一度形成してしまうと凝集体を破壊して再度液状成分中に分散させることが極めて困難であることも知られており、液状成分への粉体成分の均一分散は非常に難しい技術領域であるといえる。

液状成分へ粉体成分を均一に分散するために粉体成分を少量ずつ添加することで発生する２次凝集体を最小限にとどめる方法があるが、粉体成分を全て添加するまでに非常に時間がかかるため、生産性に乏しい。

一方で、ディスパーのような非常に強いせん断をかけることが可能な設備を用いて２次凝集体を破壊する方法を取ると、生産性は向上するが、材料に過剰なせん断熱が加わり、組成変化による着色や物性低下を引き起こしてしまうという問題があった。

特開２０１７−９５５４０号公報 特開２０１７−１９７６５３号公報

液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、材料に過剰なせん断をかけずに、高い分散性と高い生産性を実現できる液状成分と粉体成分との分散物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を鑑み、鋭意検討を重ねた結果、
液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、液状成分３０〜９０ｖｏｌ％と粉体成分１０〜７０ｖｏｌ％を混合しながら気泡を含ませる工程１と、工程１で処理された混合物中の粉体成分を分散する工程２で構成されることを特徴とする、液状成分と粉体成分との分散物の製造方法によって、高い生産性で、且つ材料に過度な温度をかけることのない分散処理方法を提供できることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は以下の構成をなすものである。

１）．液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、液状成分３０〜９０ｖｏｌ％と粉体成分１０〜７０ｖｏｌ％を混合しながら気泡を含ませる工程１と、工程１で処理された混合物中の粉体成分を分散する工程２で構成されることを特徴とする、液状成分と粉体成分との分散物の製造方法。

２）．液状成分の体積に対し20〜200％の体積の気泡を含ませる工程を有することを特徴とする１）に記載の液状成分と粉体成分との分散物の製造方法。

３）．液状成分が熱硬化性樹脂であることを特徴とする、１）または２）に記載の製造方法。

４）．液状成分の粘度が1〜30Pa・sであることを特徴とする、１）〜３）のいずれかに記載の製造方法。

５）．気泡の成分として空気、酸素、二酸化炭素、窒素、アルゴンのいずれかであることを特徴とする、１）〜４）のいずれかに記載の製造方法。

６）．粉体成分として酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナのいずれか、もしくは混合物であることを特徴とする、１）〜５）のいずれかに記載の製造方法。

７）．前記工程２が、ディスク形状の回転体と、前記回転体に対し速度比を持つ部分、もしくは固定された部分の間でせん断をかける方式により分散を行う工程であることを特徴とする１）〜６）のいずれかに記載の液状成分と粉体成分との分散物の製造方法。

本発明に記載の手法を用いることで、高い分散性と高い生産性で、且つ材料に過度な温度をかけることのない分散処理が可能となる。

本発明の実施形態を以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、液状成分３０〜９０ｖｏｌ％と粉体成分１０〜７０ｖｏｌ％を混合しながら気泡を含ませる工程１と、工程１で処理された混合物中の粉体成分を分散する工程２で構成されることを特徴とする、液状成分と粉体成分との分散物の製造方法に関する。

本発明に於ける液状成分とは、熱による反応性を有する有機物を意図しており、具体的には熱硬化性樹脂が例として挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やケイ素系熱硬化性樹脂などの樹脂、及びその変性樹脂などがあげられるが、ここに記載するものに限定されるものではない。

上述した液状成分は１種類のみを使用しても良いし、２種類以上を併用しても良い。また、工程１においてずべての成分を混合した場合に、相溶し液状状態になるものであれば２３℃雰囲気下で固体であってもよい。

液状成分の粘度としては、２３℃雰囲気下で粘度が１００〜３００００ｍＰａ・ｓの範囲内にあるものであれば特に限定されない。この範囲以下の粘度である場合、含有している気泡が大気中に拡散しやすくなり気泡の含有率が安定せず分散性が不安定になる。また、上記範囲以上の粘度の場合、分散処理装置でのハンドリングが困難になる。

本発明に於ける粉体成分とは、無機物または無機物を含む化合物であれば特に限定されない。具体的には、シリカ系無機フィラー（石英、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、無水ケイ酸、溶融シリカ、結晶性シリカ、超微粉無定形シリカなど）、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナなどが挙げられる。
上述した粉体成分は、１種類のみを使用しても良いし、２種類以上を併用しても良い。

粉体成分の表面には、適宜表面処理を施しても良い。具体的には、アルキル化処理、トリメチルシリル化処理、シリコーン処理などが挙げられる。
粉体成分の形状は、破砕状、片状、球状、棒状など各種の形状が用いられる。
粉体成分の１次粒子の平均粒子径は分散性の観点から０．００５〜１００μｍが好ましい。この範囲以下の粒子径である場合、２次凝集体の凝集力が非常に強くなり分散が困難になる。また、この範囲以上の粒子径である場合、２次凝集体の大きさが非常に大きくなるため、分散設備でのせん断面に粒子が入り込まない可能性がある。

粉体成分の添加量としては、分散物全量に対し１０〜７０ｖｏｌ％であり、粉体成分の良好な分散を実現するという観点から、２０〜６５ｖｏｌ％であることが好ましく、３０〜６０ｖｏｌ％であることが更に好ましい。粉体成分以外のものが液状成分であるため、液状成分の添加量としては、分散物全量に対し３０〜９０ｖｏｌ％であり、３５〜８０ｖｏｌ％であることが好ましく、４０〜７０ｖｏｌ％であることが更に好ましい。
ここで記載する粉体の体積は固めかさ密度の測定方法に準じた操作で求めた値であり、具体的には測定セルに所定の重量の粉体を入れ、十分にタッピングした際の体積の値である。粉体成分の体積比率がこの範囲以下である場合は材料全体の見かけ粘度が低くなりすぎて分散に十分なせん断力が得られない。また、粉体成分の体積比率がこの範囲以上である場合、粉体成分の体積比率が液状成分に対し多くなりすぎるため粉体粒子の表面に液状成分が均一にコーティングされず再凝集を起こす可能性がある。

含有させる気泡の成分については、特に限定されるものではないが、反応性に問題が無いのであれば空気、反応性に問題があるのであれば窒素やアルゴンなどの不活性ガスを用いるのが好ましい。

工程１に用いる混合しながら気泡を含ませる方法については、特に限定されるものではなく、ミキサーなどの攪拌翼による攪拌や、直接気体をバブリングする方式を用いても構わない。

気泡の含有率については、液状成分の体積の２０〜２００％の範囲内にあるものが好ましく、粉体成分の高い分散性と高い生産性を両立する観点から、３０〜１５０％であることが好ましく、５０〜１００％であることが更に好ましい。い。上記範囲以下である場合、狙いとする分散処理装置内での気泡による分散対象物の不規則な動きが起こりにくく分散効率が低下する。上記範囲以上である場合、見かけの容積が大きくなるため非常に大型の充填容器が必要になることや、見掛け粘度が極端に低下しせん断力が失われることで分散効率の低下が起こる。また、脱泡する必要があるものについては脱泡処理に時間がかかるため生産効率の低下にも繋がる。

工程１で処理された混合物中の粉体成分を分散する工程２に用いられる分散処理装置としては、ディスク形状の回転体と前記回転体に対し速度比を持つ部分、もしくは固定された部分でせん断をかける方式、ニーダー、押出機、ミキサー等を例示することができる。それらの中でも分散能力の高さや生産性の観点から、ディスク形状の回転体と、前記回転体に対し速度比を持つ、もしくは固定された部分でせん断をかける方式のものが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。しかし、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
まず、実施例および比較例の分散物に対して課した評価について説明する。

〔粘度測定〕
東京計器製 Ｅ型粘度計を用いた。測定温度２３．０℃、回転数１ｒｐｍ、ＥＨＤ型４８φ１倍コーンで測定した。
評価としては、ハンドリング性の観点から５．０Pa・s未満を○、５．０Pa・s以上６．０Pa・s未満を△、６．０以上Pa・sを×とした。

〔粒度分布測定〕
堀場製作所製 ＬＡ−９２０を用いた。測定ではペーストセルを用い、セルの間にシリコンシートを挟みこむことで測定可能な透過率の範囲となるよう厚みを調整して測定を行った。
評価としては、分散前の粒子径範囲に残存する粒子が８０％以上存在している場合は×、残存率が６０％以上８０％未満の場合は△、残存率が６０％未満の場合は○とした。

〔流量測定〕
分散装置にて分散を行い、ストップウォッチにて１分間計測すると同時に、ディスポーザブルカップで処理品を取得し、１分間辺りの重量から換算した。
評価としては、２０ｋｇ／ｈｒ以上を○、２０ｋｇ／ｈｒ未満を×とした。

〔温度測定〕
分散装置にて分散を行い、流出する処理品に接触温度計を当て、樹脂温度を測定した。
評価としては、６０℃以上を×、６０℃未満を○とした。
次に、実施例および比較例に記載する液状成分について説明する。

〔製造例１〕
４８ｗｔ％コリン水溶液（トリメチル−２ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液）１２６２ｇにテトラエトキシシラン１０８３ｇを加え、室温で２時間激しく攪拌した。反応系内が発熱し、均一溶液になった段階で、攪拌を緩め、更に１２時間反応させた。次に、反応系内に生成した固形物に、メタノール１０００ｍＬを加え、均一溶液とした。

ジメチルビニルクロロシラン５３７ｇ、トリメチルシリクロリド６４５ｇおよびヘキサン１９４２ｍＬを含む溶液を激しく攪拌しながら、当該溶液にメタノール溶液をゆっくりと滴下した。滴下終了後、１時間反応させた後、有機層を抽出し、かつ、濃縮することにより、固形物を得た。次に、生成した固形物をメタノール中で激しく攪拌することにより洗浄し、洗浄された固形物を濾別することにより、Ｓｉ原子１６個と、ビニル基３個とを有するアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物である、トリス（ビニルジメチルシロキシ）ペンタキス（トリメチルシロキシ）オクタシルセスキオキサン（Ｆｗ＝１１６６．２）を白色固体として５９２ｇ得た。

〔製造例２〕
製造例１で得られたアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物３０ｇをトルエン６０ｇに溶解させ、当該溶液に、更に白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液（白金として３ｗｔ％含有する白金ビニルシロキサン錯体、ユミコアプレシャスメタルズジャパン製 Ｐｔ−ＶＴＳＣ−３Ｘ）４．２μＬを溶解させた。上述の工程により得た溶液を、１、３、５、７−テトラハイドロジェン−１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン４５．０ｇ（使用したアルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物のアルケニル基１個に対し、ヒドロシリル基１０個となる量）とトルエン２２．５ｇとの混合溶液に滴下し、１０５℃で２時間加温した。当該溶液を１Ｈ−ＮＭＲ測定すると、アルケニル基含有多面体構造ポリシロキサン系化合物由来のアルケニル基が消失していることが確認できた。反応終了後、トルエンと未反応成分とを留去した後、再度トルエン４５ｇを加えて生成物を溶解させた。当該溶液に、更に別途準備したビニルジフェニルメチルシラン１６．５ｇ（使用した１，３，５，７−テトラハイドロジェン−１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサンのヒドロシリル基１個に対し、アルケニル基０．９６個となる量）をトルエン１６．５ｇに溶解させた溶液を滴下させ、１０５℃で２時間加温した。当該溶液を１Ｈ−ＮＭＲ測定すると、ビニルジフェニルメチルシラン由来のビニル基が消失している事が確認できた。室温まで冷却した後に、トルエンを留去することにより、液状の多面体構造ポリシロキサン変性体６０．３ｇ（ＳｉＨ価１．５６ｍｏｌ／ｋｇ）を得た。

次に、実施例および比較例について説明する。
（実施例１）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に２０ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（実施例２）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に５０ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（実施例３）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に１００ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（実施例４）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に２００ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（実施例５）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中の気泡を完全に除去した。
その後、気泡を除去した混合物に乾燥窒素をバブリングし、１００ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（実施例６）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１７．５ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中の気泡を完全に除去した。
その後、気泡を除去した混合物に乾燥窒素をバブリングし、１００ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（実施例７）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１．６５ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中の気泡を完全に除去した。
その後、気泡を除去した混合物に乾燥窒素をバブリングし、１００ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（比較例１）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中の気泡を完全に除去した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（比較例２）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に１０ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（比較例３）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に２５０ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（比較例４）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをユニコントロールズ社製ＴＢ１Ｎにて３００ｒｐｍで１時間攪拌混合した。その後、減圧状態にし、混合物中に３００ｖｏｌ％の気泡が含まれるよう調整した。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

（比較例５）
製造例２で得られた液状成分１８８ｇと、ＥＶＯＮＩＣ社製アエロジルＲ−８２００を１２ｇをシンキー社製あわとり練太郎ＡＲＶ−３１０にて減圧下、１２００ｒｐｍで３分間攪拌混合し、気泡を含有しない混合物を得た。
上記混合物を新東工業製ディスパライザー１５０ＴＨにて３０００ｒｐｍで分散処理を行った。当該分散物を用いて上述の各種評価を行い、その結果を表１に記載した。

Claims (7)

1. 液状成分と粉体成分の混合分散に於いて、液状成分３０〜９０ｖｏｌ％と粉体成分１０〜７０ｖｏｌ％を混合しがら気泡を含ませる工程１と、工程１で処理された混合物中の粉体成分を分散する工程２で構成されることを特徴とする、液状成分と粉体成分との分散物の製造方法。
2. 液状成分の体積に対し２０〜２００％の体積の気泡を含ませる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の液状成分と粉体成分との分散物の製造方法。
3. 液状成分が熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 液状成分の粘度が１〜３０Ｐａ・ｓであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
5. 気泡の成分として空気、酸素、二酸化炭素、窒素、アルゴンのいずれかであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
6. 粉体成分として酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナのいずれか、もしくは混合物であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
7. 前記工程２が、ディスク形状の回転体と、前記回転体に対し速度比を持つ部分、もしくは固定された部分の間でせん断をかける方式により分散を行う工程であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液状成分と粉体成分との分散物の製造方法。