JP2021113245A - 熱伝導性シリコーン組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)1分子中に分子鎖の末端に、ケイ素原子に直結したアルケニル基を少なくとも6個有する、25℃での動粘度が100〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサン、
(B)金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素の同素体からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導性充填材:組成物全体に対し10〜95質量%となる量、
(C)1分子中に2個以上のケイ素原子に結合した水素原子(Si−H基)を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:{(C)成分のSi−H基の個数}/(組成物中のアルケニル基の個数)が0.5〜1.5となる量、
(D)白金族金属触媒:有効量
を含むものであってもよい。
を含むものであってもよい。
を含むものであってもよい。
を含むものであってもよい。
(A)1分子中に分子鎖の末端に、ケイ素原子に直結したアルケニル基を少なくとも6個有する、25℃での動粘度が100〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサン、
(B)金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素の同素体からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導性充填材:組成物全体に対し10〜95質量%となる量、
(C)1分子中に2個以上のケイ素原子に結合した水素原子(Si−H基)を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:{(C)成分のSi−H基の個数}/(組成物中のアルケニル基の個数)が0.5〜1.5となる量、
(D)白金族金属触媒:有効量
[(A)成分]
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、1分子中に分子鎖の末端に、ケイ素原子に直結したアルケニル基を少なくとも6個有するもので、直鎖状でも分岐状でもよく、またこれら2種以上の異なる粘度の混合物でもよい。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、1−ブテニル基、1−ヘキセニル基等が例示されるが、合成の容易さ、コストの面からビニル基が好ましい。ケイ素原子に結合する残余の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基が例示され、さらにクロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基も例として挙げられる。これらのうち、合成の容易さ、コストの面からメチル基が好ましい。ケイ素原子に直結するアルケニル基は、オルガノポリシロキサンの分子鎖主鎖の末端に存在することが好ましい。(A)成分であるオルガノポリシロキサンの25℃での動粘度は100〜100,000mm2/sの範囲、好ましくは500〜100,000mm2/sがよい。この動粘度が上記範囲外であると、得られる組成物の流動性、作業性や硬化物の強度が劣るものとなる恐れがある。
(B)成分は、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素の同素体からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導性充填材である。(B)成分の熱伝導率を有する熱伝導性充填材としては、熱伝導率が10W/mK以上のものが使用されることが好ましい。熱伝導性充填材のもつ熱伝導率が10W/mK以上であれば、熱伝導性シリコーン組成物の熱伝導率そのものが大きくなるためである。かかる熱伝導性充填材としては、アルミニウム粉末、銅粉末、鉄粉末、ニッケル粉末、金粉末、金属ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、アルミナ粉末、ダイヤモンド粉末、カーボン粉末、インジウム粉末、ガリウム粉末、酸化亜鉛粉末などが挙げられる。10W/mK以上の充填材であれば如何なる充填材でもよく、1種類あるいは2種類以上を組み合わせたものでもよい。
(C)成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、架橋により組成を網状化するために、1分子中に2個以上のケイ素原子に結合した水素原子(Si−H基)を有することが必要であり、直鎖状でも分岐状でもよく、またこれら2種以上の異なる粘度の混合物でもよい。ケイ素原子に結合する残余の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基が例示され、さらにクロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基も例として挙げられる。これらのうち、合成の容易さ、コストの面からメチル基が好ましい。
(D)成分は、白金族金属触媒であり、(A)成分を含む組成物中のアルケニル基と(C)成分のSi−H基との間の付加反応の促進成分である。白金族金属触媒は、付加反応に用いられる従来公知のものを使用することができる。例えば白金系、パラジウム系、ロジウム系の触媒が挙げられるが、中でも比較的入手しやすい白金または白金化合物が好ましい。例えば、白金の単体、白金黒、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−アルコール錯体、白金配位化合物等が挙げられる。白金系触媒は1種類単独でも2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の熱伝導性シリコーン組成物には、組成物の粘度を低下させるため、さらに(E)成分として下記一般式(1)で表される加水分解性オルガノポリシロキサンを配合することができる。(E)成分は熱伝導性充填材表面を処理するために用いるもので、充填材の高充填化を補助する。
本発明の熱伝導性シリコーン組成物には、得られる組成物の硬化物硬度を調整するため、さらに(F)成分として(A)成分を除く、1分子中に分子鎖の末端に、ケイ素原子に直結したアルケニル基を少なくとも1個含有するオルガノポリシロキサンを配合することができる。このオルガノポリシロキサンは直鎖状でも分岐状でも良く、またこれら2種以上の異なる粘度の混合物でもよい。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、1−ブテニル基、1−ヘキセニル基等が例示されるが、合成の容易さ、コストの面からビニル基が好ましい。ケイ素原子に結合する残余の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基が例示され、さらにクロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基も例として挙げられる。これらのうち、合成の容易さ、コストの面からメチル基が好ましい。ケイ素原子に直結するアルケニル基は、オルガノポリシロキサンの分子鎖主鎖の末端に存在することが好ましい。(F)成分のアルケニル基の個数は2個以上が好ましく、さらには2個が好ましい。また、25℃での動粘度は100〜100,000mm2/sの範囲、好ましくは500〜100,000mm2/sがよい。
本発明の熱伝導性シリコーン組成物には、組成物の硬化物硬度を調整するため、さらに(G)成分として(A)成分及び(F)成分を除く、1分子中に分子鎖の側鎖及び/または末端に少なくとも3個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンを配合することができる。このオルガノポリシロキサンは直鎖状でも分岐状でもよく、またこれら2種以上の異なる粘度の混合物でもよい。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、1−ブテニル基、1−ヘキセニル基等が例示されるが、合成の容易さ、コストの面からビニル基が好ましい。ケイ素原子に結合する残余の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、2−フェニルプロピル基等のアラルキル基が例示され、さらにクロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基も例として挙げられる。これらのうち、合成の容易さ、コストの面からメチル基が好ましい。ケイ素原子に結合するアルケニル基は、分子鎖の側鎖でも末端でも良いが、少なくとも側鎖にあることが好ましい。さらには側鎖と末端の両方にあることが好ましい。また、25℃での動粘度は100〜100,000mm2/sの範囲、好ましくは500〜100,000mm2/sがよい。
本発明の熱伝導性シリコーン組成物には、(D)成分の触媒活性を抑制する目的で、すなわち、室温でのヒドロシリル化反応の進行を抑え、シェルフライフ、ポットライフを延長させるための反応制御剤として、さらに(H)成分を含有することができる。反応制御剤として従来公知のものを使用することができ、アセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物等が利用できる。
本発明の熱伝導性シリコーン組成物には上記した(A)〜(H)成分以外に、該付加硬化型シリコーン組成物の劣化を防ぐために、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の、従来公知の酸化防止剤を必要に応じて含有してもよい。さらに、接着助剤、離型剤、染料、顔料、難燃剤(耐熱向上剤)、沈降防止剤、又はチクソ性向上剤等を必要に応じて配合することができる。
本発明の熱伝導性シリコーン組成物(グリース)の調製方法は特に制限されるものではないが、例えば、(A)〜(H)成分をトリミックス、ツウィンミックス、プラネタリミキサー(何れも井上製作所(株)製混合機の登録商標)、ウルトラミキサー(みずほ工業(株)製混合機の登録商標)、ハイビスディスパーミックス(特殊機化工業(株)製混合機の登録商標)等の混合機にて混合する方法を挙げることができる。
このようにして得られた本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、25℃にて測定される粘度が、100〜1,000Pa・sの範囲がよく、好ましくは150〜800Pa・s、より好ましくは200〜600Pa・sである。粘度が上記範囲の下限以上であれば、保存時に経時で熱伝導性充填材が沈降するなど、作業性が悪くなるおそれは小さい。また上記範囲の上限以下であれば、伸展性が乏しくなり作業性が悪化するおそれは小さい。
このような熱伝導性シリコーン組成物であれば、上記のような条件下でも放熱性能を維持できる。
各熱伝導性シリコーン組成物の絶対粘度は、マルコム粘度計(タイプPC−1TL)を用いて25℃で測定した。
各熱伝導性シリコーン組成物を3cm厚の型に流し込みキッチン用ラップをかぶせて京都電子工業(株)製のModel QTM−500で測定した。
15mm×15mm×1mmtのSiチップと15mm×15mm×1mmtのNiプレートの間に、各熱伝導性シリコーン組成物を挟み込み、熱伝導性シリコーン組成物を150℃のオーブンで60分間加熱硬化させ、熱抵抗測定用の試験片を作製した。さらにその後、試験片を150℃で1000時間放置して熱抵抗の変化を観察した。なお、この熱抵抗測定はナノフラッシュ(ニッチェ社製、LFA447)によって行った。
各熱伝導性シリコーン組成物を150℃にて60分間加熱硬化して2mm厚シートを作製した後、JIS K6251に記載の2号ダンベルの形状を作製して切断時伸びを測定した。なお、この切断時伸びの測定はAGS−X(島津製作所(株)社製)によって行った。
ガラス板の間に、各熱伝導性シリコーン組成物を挟み込み室温にて15分間加圧しながら放置した後、熱伝導性シリコーン組成物を150℃のオーブンで60分間加熱硬化させ、オーブンから取り出し室温まで冷却した。さらに、その後試験片を260℃のオーブンに投入、5分放置後取り出して冷却するサイクルを5回繰り返した後、ボイドの有無を目視で確認した。
A−1:両末端がトリビニルシリル基で封鎖され、25℃における動粘度が1,500mm2/sのジメチルポリシロキサン
A−2:両末端がトリビニルシリル基で封鎖され、25℃における動粘度が5,000mm2/sのジメチルポリシロキサン
B−1:平均粒径20μmのアルミニウム粉末と平均粒径2μmのアルミニウム粉末を60:40質量比であらかじめ混合したアルミニウム粉末
B−2:平均粒径1.0μmの酸化亜鉛粉末
D−1:白金―ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のD−1溶液、白金原子として1%含有
F−1:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における動粘度が600mm2/sのジメチルポリシロキサン
F−2:両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、25℃における動粘度が30,000mm2/sのジメチルポリシロキサン
G−1:分子鎖内にメチルビニルシリル基を8個持ち、25℃における動粘度が700mm2/sのジメチルポリシロキサン
G−2:分子鎖内にメチルビニルシリル基を15個持ち、両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖された25℃における動粘度が800mm2/sのジメチルポリシロキサン
G−3:分子鎖内にメチルビニルシリル基を1個持ち、両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖された25℃における動粘度が30,000mm2/sのジメチルポリシロキサン
H−1:1−エチニル−1−シクロヘキサノール
即ち、5リットルプラネタリーミキサー(井上製作所(株)社製)に(A)、(B)、(E)、(F)及び(G)成分を加え、170℃で1時間混合した。常温になるまで冷却し、次に(H)、(D)及び(C)成分と耐熱向上剤を加え均一になるように混合し、各熱伝導性シリコーン組成物を調製した。
一方、(A)成分を含有しない比較例1〜3に関しては、高伸びと高温加熱時のボイド抑制が両立できない。また、比較例4では(B)成分の含有量が多すぎるためグリース状にならない。さらに、比較例5及び6では、{(C)成分のSi−H基の個数}/(組成物中のアルケニル基の個数)の比が低すぎると組成物が十分に硬化せず、高すぎると硬くなりすぎてしまい伸びが低くなってしまう。
従って、本発明の熱伝導性シリコーン組成物では、高伸びと高温加熱後ボイド抑制の両立が可能であることが判った。
Claims (8)
- 下記、(A)、(B)、(C)及び(D)成分を含有する熱伝導性シリコーン組成物。
(A)1分子中に分子鎖の末端に、ケイ素原子に直結したアルケニル基を少なくとも6個有する、25℃での動粘度が100〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサン、
(B)金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、炭素の同素体からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導性充填材:組成物全体に対し10〜95質量%となる量、
(C)1分子中に2個以上のケイ素原子に結合した水素原子(Si−H基)を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン:{(C)成分のSi−H基の個数}/(組成物中のアルケニル基の個数)が0.5〜1.5となる量、
(D)白金族金属触媒:有効量 - (F)前記(A)成分を除く、1分子中に分子鎖の末端に、ケイ素原子に直結したアルケニル基を少なくとも1個有する、25℃での動粘度が100〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサン:組成物中のアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンの合計に対して90質量%までの量
を含むものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - さらに、(G)前記(A)成分及び(F)成分を除く、1分子中に分子鎖の側鎖及び/または末端に少なくとも3個のアルケニル基を有する、25℃の動粘度が100〜100,000mm2/sのオルガノポリシロキサン:組成物中のアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンの合計に対して50質量%までの量
を含むものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - 前記(B)成分がアルミニウム粉末及び/または酸化亜鉛粉末であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- さらに、(H)アセチレン化合物、窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物より選択される反応制御剤:組成物中のアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンの合計に対して0.1質量%〜5質量%となる量
を含むものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - 前記熱伝導性シリコーン組成物を150℃にて60分間加熱硬化して2mm厚シートを作製した後、JIS K6251に記載の2号ダンベルの形状を作製して測定した伸びが80%以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記熱伝導性シリコーン組成物をガラスに挟み、室温にて15分間加圧し、150℃にて60分間加熱した後、室温まで冷却後に、260℃にて5分間加熱を5回繰り返した後にボイドを有さないものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
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