JP2021507466A - 熱源からの熱を放散するためのデバイス、および前記デバイスの使用 - Google Patents

熱源からの熱を放散するためのデバイス、および前記デバイスの使用 Download PDF

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Abstract

本発明の主題は、熱源からの熱を放散するためのデバイスである。該デバイスは、ヒートパイプ、熱結合体およびヒートシンクとも呼ばれる放熱体を備え、ヒートシンクは、1〜50W/(m*K)、好ましくは2〜30W/(m*K)、好ましくは4〜20W/(m*K)、の面内熱伝導度を有する熱伝導性熱可塑性組成物から実質的に成る。この場合、ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、好ましくは、10:1〜4:1である。本発明の主題は、更に、本発明によるデバイスを備える照明である。

Description

本発明は、熱源から熱を放散するための装置を提供する。本装置は、ヒートパイプ、熱結合体およびヒートシンクとも呼ばれる放熱体を備え、ヒートシンクは、1〜50W/(m*K)、好ましくは2〜30W/(m*K)、好ましくは4〜20W/(m*K)、の面内熱伝導度を有する熱伝導性熱可塑性組成物から実質的に成る。この場合、ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、好ましくは、10:1〜4:1である。本発明は、本発明による装置を備える照明器具も提供する。
1つの形態のエネルギーが別の形態に変換するとき全体でエネルギー損失が起こる。このエネルギー損失は、概して、熱放射を通じて顕著になる。これは、機械的、電気的および電子的ならびに、以後、集合的に、運転中に加熱する機器と呼ばれる他の装置、デバイスおよび機器をもたらす。この加熱は、次に、装置もしくはこれらの装置の部分またはもちろん望ましくない破壊するこれらの装置の周囲の部分となり得る。
このような破壊を避けるため、または少なくともこれを低減するため、熱源から過剰な熱が放散され得るデバイスは、技術史初期に既に提供されている。最も簡単な場合には、流水または気流による冷却、このように熱伝導媒体の役割をする水または空気による冷却によってこれを行うことができる。特に後者の場合、冷却は、ヒートシンクとして知られているものによって補助されることが多く、ヒートシンクは良好な熱伝導性を有し、熱を放散することができる大きな表面積を備えるように通常設計される。
明らかに、装置内の空間条件がより制限されるほど、装置または装置の熱源から熱を放散するのはより困難となる。これは、特に、熱源の極近辺における空間条件が非常に制限されるおよび/または熱源近辺に感熱性材料がある場合に当てはまる。この困難は、一方では、装置の小型化の向上と共に、他方では、プラスチックの使用増加、特に、熱可塑性樹脂の使用増加と共に、益々増加する。
この困難を克服するための1つの解は、ヒートパイプの使用である。これらは、基本的に、当業者に公知である。
ヒートパイプは、作動媒体の気化熱の利用によって高い熱流束密度を可能とし、すなわち、多量の熱を小さい断面積に輸送することができる熱伝達手段である。銅製ヒートパイプおよび作動媒体として水を使用する場合、限定的温度範囲、例えば、0〜250℃においてのみヒートパイプを使用することができるが、この範囲内では、金属製のものより著しく低い熱抵抗を有する。したがって、ヒートパイプの挙動は、等温状態変化と非常に類似している。ヒートパイプの長さにわたって、ほとんど一定の温度が見られる。したがって、同じ伝達能力では、同じ使用条件下における従来の熱伝達手段よりかなり軽量な設計が可能となる。ヒートパイプは、パイプ状の気密密閉された体積を備え、いずれの場合にも、1つの端部は熱源に面し、1つの端部はヒートシンクに面する。このパイプは、作動媒体、例えば、水またはアンモニアで満たされ、その体積は液相状態においてはごく一部であり、気相状態においては大部分を充満する。熱を導入する場合、作動媒体は、具体的には熱源に面する端部において蒸発し始める。結果として、蒸気空間では、圧は液体表面上で局所的に増大し、ヒートパイプ内に僅かな圧勾配をもたらす。このようにして生成した蒸気は、より低温の場所、すなわち、ヒートシンクに面する端部の方へ流れ、凝縮する。凝縮熱が放出される結果として、この場所において温度は上昇する。以前に吸収された潜熱は周囲に放出される。今液体である作動媒体は、毛細管力により熱を導入する場所に戻る。(出所:ウィキペディア)
ヒートパイプは、非常に薄く設計することができるので、空間的に制限された条件下において熱源から離れて熱源の熱を放散するこれらの特性に特に適合する。例えば、米国特許出願公開第2004/0252502(A1)号には、LEDの廃熱を、ヒートパイプを用いて放散するLEDリフレクターが開示されている。リフレクターは、熱伝導性プラスチックを含み、この場合、同時に熱結合体の役割をし、ヒートパイプに対するリフレクターから改良された熱伝達を保証するために熱伝導性プラスチックを用いてヒートパイプをインサート成形する。米国特許出願公開第2004/0252502(A1)号に開示されているデバイスは、例えば、乗り物用フロントヘッドランプ、乗り物用テールランプ、方向指示器またはLEDを備える他の照明装置において使用される。
しかしながら、インサート成形中に圧力下において生成されるヒートパイプは、しばしば崩壊し、破裂し、もしくは、例えば所定の場所でヒートパイプが凹むことによって、少なくとも効果的な熱放散が妨げられる程度まで破壊され、この場所においてヒートパイプの内部構造への破壊をもたらすので、プラスチックを用いたヒートパイプのインサート成形は難しいことが分かった。概して、このような破壊はヒートパイプのインサート成形領域内にあるので、インサート成形のために容易に見ることはできない。この結果として、この方法で破壊されたインサート成形ヒートパイプは更に加工され、後の品質管理中になって初めて、またはヒートパイプを備える装置全体が故障する場合に初めて、破壊に気付く場合がある。しかしながら、この時点において、破壊の修復は複雑であり、高価である。銅ケーシングを備える非常に頻繁に使用されるヒートパイプおよび、例えば、ステンレス鋼ケーシングを備えるヒートパイプの両方においてこの問題が見られた。
銅(240〜401W/(m*K)、純度に依存する)あるいはアルミニウム(75〜236W/(m*K)、純度に依存する)などの金属の熱伝導度と比較して、熱伝導プラスチックの実質的に低い面内熱伝導度(1〜50W/(m*K))のせいで、熱源によりヒートパイプへ放射された熱の効果的伝達を保証することはできないので、熱結合体の構成要素としての熱伝導性プラスチックの使用はあまり効果的でないことも分かった。この場合、熱伝導性プラスチックを含む熱結合体の表面積の増大は、ほとんど役に立たない。これは、熱源により放射された熱のより良好な吸収をもたらすけれども、必ずしも、この熱がヒートパイプに定量的に供給されるとも限らない。対照的に、熱結合体の増大した表面積により、より多くの熱が熱源の周囲に放射され、したがって、この熱は熱源に面するヒートパイプ端部の熱伝達面に達せず、それ故に、ヒートパイプによる効果的な熱放散も生じることができない。これは、今度は、例えば照明手段としてのLEDのせいで放散されなければならない高温の廃熱を局所的に放射する熱源がある、乗り物用フロントヘッドランプにおいて、例えば問題をもたらし得る。例えば、LED近傍またはLED自体のランプの電気部品または感熱材料が、例えば破壊される可能性がある。もちろん、このような問題は、他の照明手段、例えば、ハロゲンランプにおいても生じる。
加えて、米国特許出願公開第2004/0252502(A1)号では、熱源から取り除かれる熱を如何に利用することができるかは開示されていない。
したがって、従来技術の欠点を克服する装置を提供することが、本発明の目的である。
したがって、詳細には、熱源から熱放散するためのヒートパイプを備える装置であって、この熱源から廃熱を確実に効果的に放散する装置を提供することが、本発明の目的である。
ヒートパイプは、崩壊、破裂、あるいは、効果的な熱放散が妨げられる程度まで破壊されることなく、プラスチックを用いたインサート成形をするのに適しているものとする。例えば、インサート成形がされたヒートパイプの熱放散能力は、インサート成形がされていないヒートパイプ、すなわち、インサート成形前のヒートパイプの熱放散能力の少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%、特に少なくとも98%であるべきである。
装置はまた、熱源によりヒートパイプへ放射される熱の効果的伝達を保証する熱結合体を備えるべきである。
装置はまた、熱伝導性プラスチックを含む熱結合体を備えるべきである。
装置はまた、好ましくは、別の場所において生産的に熱源から放散される熱を使用するのに適しているべきである。
ヒートパイプ、熱結合体、および放熱体を備える装置であって、放熱体は、少なくとも50重量%の範囲が熱伝導性熱可塑性組成物から成り、ヒートパイプ、特に熱結合体に面するヒートパイプの端部を放熱体の熱伝導性熱可塑性組成物を用いてインサート成形した装置によって、目的は達成される。この場合、ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、好ましくは、10:1〜4:1である。
好ましくは、放熱体は、少なくとも65重量%、好ましくは少なくとも80重量%、特に好ましくは少なくとも95重量%の範囲が、熱伝導性熱可塑性組成物から成る。
機能的要素、例えば、固定要素またはハウジングがヒートシンクに付加的に取り付けられてもよい。この機能的要素は、同様に、熱可塑性組成物であってもよく、射出成形されてもよい。機能的要素の熱可塑性組成物は、本発明との関連の熱伝導性熱可塑性組成物である必要はないが、熱伝導性熱可塑性組成物であってよい。この機能的要素は、本発明との関連のヒートシンクの構成要素であるとは見做されない。
この熱伝導性熱可塑性組成物は、好ましくは、1〜50W/(m*K)、好ましくは2〜30W/(m*K)、好ましくは4〜20W/(m*K)の面内熱伝導度を有する。本発明との関連で面内熱伝導度を言う場合、これは、ASTM E1461−01に従って23℃において決定された熱伝導度を意味する。ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、好ましくは、10:1〜4:1、好ましくは8:1〜4:1、特に好ましくは7:1〜5:1である。
ヒートパイプの好ましい作動媒体は水であり、添加剤を含む水であってもよい。
説明された比の範囲では、第一に、ヒートパイプが、放熱体の熱伝導性熱可塑性組成物を用いたインサート成形中に崩壊し、破裂し、もしくは破壊されることが抑制され、第二に、効果的に熱放散する能力が低減されない。例えば、インサート成形がされたヒートパイプの熱放散能力は、インサート成形がされていないヒートパイプの熱放散能力の少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%、特に少なくとも98%である。
本発明の好ましい実施形態では、熱放散システムは、照明器具、好ましくはランプ、特に好ましくは、以後乗り物用ランプと総称する乗り物用フロントヘッドランプまたは乗り物用テールランプの構成要素として設計される。
この場合、放熱体は、好ましくは、乗り物用ランプ、特に乗り物用フロントヘッドランプまたは乗り物用テールランプのハウジングの部分として設計される。これらのランプにおいてLEDを使用する場合、詳細には、これらのランプのレンズはLEDの廃熱によってほとんど温められないという問題がある。運転中、LEDは効果的に放散されなければならない高温の廃熱を局所的に生成するが、上述したように、所与の光収率に関して、例えば、ハロゲン照明手段と比較して、LEDにより放射される熱エネルギーの全量は第一に実質的に低く、第二に生成される熱はほとんど排他的に後ろ側において放射され、レンズの方向において熱放射の形態でない。寒い天候においてランプのレンズが曇ったり凍結したりする場合、従来の乗り物用ランプでは、LEDからの廃熱はランプレンズから曇りも凍結も取り除くには不充分である。この結果として、このようなランプから放射される光の量は、もはや道路交通における安全な参加には充分でなくなり得る。
本発明によれば、この場合、放熱体は、乗り物用ランプレンズ上の内側または外側、好ましくは内側、特に好ましくは底部において内側に配置されており、特に対流によってだけでなく熱伝導および熱放射によって乗り物用ランプレンズを加熱するヒートシンクとして設計され得る。
ヒートシンクは、好ましくは、表面積を増大するために構造化された表面積を有する物体として設計される。ヒートシンクは、例えば本質的に平坦な物体、例えばディスク、または、例えば冷却フィンなどの平面状突起物を有する物体として、設計され得る。しかしながら、本発明においては、増大した表面積を有する他の形態もまた可能である。
本発明による代替物として、ヒートシンクは、立方状、円筒状、球状、円錐状またはヒートシンクの目的にかなういずれの他の形態として設計されてもよい。
この方法では、LEDを装備された乗り物用ランプの場合であっても、特にLEDのみを装備された乗り物用ランプであっても、寒い天候において乗り物用ランプレンズが点灯時短時間後に曇りからも凍結からも解放されることを保証することができる。
本明細書においてLED(発光ダイオード;複数のLED)と言う場合、その電気特性がダイオード、およびレーザーダイオード、すなわち、レーザ放射を生成する半導体部品に相当する発光半導体部品を意味する。
したがって、本発明は、熱源のための熱放散システムであって、該熱放散システムは、ヒートパイプ、熱結合体、放熱体(ヒートシンク)を備え、該放熱体は、少なくとも65重量%、特に好ましくは少なくとも80重量%、非常に特に好ましくは少なくとも95重量%の範囲が、1〜50W/(m*K)、好ましくは2〜30W/(m*K)、好ましくは4〜20W/(m*K)の面内熱伝導度を有する熱伝導性熱可塑性組成物から成る、熱放散システムを提供する。この場合、ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、好ましくは、10:1〜4:1である。
ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、好ましくは8:1〜4:1、特に好ましくは7:1〜5:1である。
熱放散システムのヒートパイプは、好ましくは、放熱体の熱伝導性熱可塑性組成物を用いてインサート成形される。
インサート成形がされたヒートパイプの熱放散能力は、好ましくは、インサート成形がされていないヒートパイプの熱放散能力の少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%、特に少なくとも98%である。
熱伝導性熱可塑性組成物は、好ましくは、ポリカーボネートを含む組成物である。
好ましい熱源は、照明手段、好ましくはLEDである。
熱放散システムは、好ましくは、照明器具、特に好ましくはランプ、非常に特に好ましくは乗り物用ランプ、とりわけ特に好ましくは乗り物用フロントヘッドランプまたは乗り物用テールランプの構成要素である。
熱放散システムは、好ましくは、乗り物用ランプのハウジングの構成要素である。
代替物として、放熱体は、好ましくは、乗り物用ランプレンズ上の内側に配置され、乗り物用ランプレンズを加熱するヒートシンクとして設計される。
本発明は、
本発明による熱放散システムを備える照明器具
も提供する。
この照明器具は、好ましくは、ランプ、特に好ましくは乗り物用ランプである。
例として、熱伝導性熱可塑性組成物を、国際公開第2015/135958(A1)号に記載されているものから選択することができる。これらの組成物は:
A)20.0重量%〜80.49重量%のポリカーボネート、
B)15.0重量%〜60.0重量%の膨張黒鉛であって、DIN51938に従ってふるい分析により決定される黒鉛のD(0.5)は<1.2mmである、膨張黒鉛、
C)4.5重量%〜10重量%の一般式(V)の少なくとも1つのリン化合物であって、
Figure 2021507466
式中、
、R、RおよびRは、互いに独立して、いずれの場合にもハロゲン化されていてもよく、いずれの場合にも分岐状であっても非分岐状であってもよいC〜Cアルキルであり、および/または、いずれの場合にも分岐状もしくは非分岐状アルキル、好ましくはC〜Cアルキル、および/またはハロゲン、好ましくは塩素および/または臭素によって置換されていてもよいC〜Cシクロアルキル、C〜C20アリールもしくはC〜C12アラルキルであり;
nは、独立して、0または1であり;
qは、0〜30の整数であり;
Xは、6〜30個の炭素原子を有する単環式もしくは多環式芳香族基または2〜30個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状脂肪族基であり、これらの各々は置換されていても非置換であってもよく、架橋されていても非架橋であってもよい、リン化合物、
D)0.01重量%〜5.0重量%の少なくとも1つのエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーであって、好ましくはASTM D1238(190℃、2.16kg)に従って決定される少なくとも2.5g/10分のメルトフローインデックスを有する、エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマー、
E)必要に応じて、熱安定剤、成分C以外の難燃剤、帯電防止剤、着色料、顔料、離型剤、UV吸収剤、IR吸収剤、ならびに/または、チョーク、石英粉末、二酸化チタン、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、酸化アルミニウム、シリカ、水酸化マグネシウムおよび/もしくは水酸化アルミニウムから選択されるフィラーから成る群から選択される少なくとも1つの更なる高分子添加剤
を含み、
成分A〜Eの合計は、100重量%になる。
本発明による熱可塑性組成物は、好ましくは≧9W/(m*K)の最小(面内)熱伝導度、≧100℃の耐熱変形性および≧10cm/10分の330℃、2.16kg負荷におけるメルトボリュームフローレートを有する。本発明による特に好ましい熱可塑性組成物は、≧110℃の耐熱変形性を有する。
本発明による熱可塑性組成物は、更に、≦0.14%の縦方向収縮および≦6500N/mmの弾性率を特徴とし、この結果として、熱可塑性組成物は、過剰な硬い挙動を示すことなく外部から与えられた弾性変形に対する充分な耐性を有する。
成分A
成分Aとしてポリカーボネートを使用する。
「ポリカーボネート」は、本発明によれば、ホモポリカーボネートおよびコポリカーボネートの両方ならびにポリエステルカーボネートを意味すると理解される。
熱可塑性芳香族ポリエステルカーボネートを含む熱可塑性ポリカーボネートは、20,000g/モル〜32,000g/モル、好ましくは23,000g/モル〜31,000g/モル、特に24,000g/モル〜31,000g/モルの平均分子量M(CHCl中25℃で、CHCl100ml当たり0.5gの濃度において相対粘度の測定により決定)を有する。
本発明により使用されるポリカーボネートにおける炭酸塩基(carbonate group)の80モル%以下、好ましくは20モル%〜50モル%の一部を、芳香族ジカルボン酸エステル基によって置換してよい。炭酸から誘導される酸基だけでなく分子鎖における芳香族ジカルボン酸から誘導される酸基を含むこの種類のポリカーボネートは、芳香族ポリエステルカーボネートと称される。本発明との関連で、これらは、熱可塑性芳香族ポリカーボネートの包括的用語により包含される。
ポリカーボネートはジフェノール、炭酸誘導体、必要に応じて連鎖停止剤および必要に応じて分岐剤から公知の方法で製造され、ポリエステルカーボネートは炭酸誘導体の一部を芳香族ジカルボン酸またはジカルボン酸誘導体、特に芳香族ポリカーボネートにおいて置換されるカーボネート構造単位による芳香族ジカルボン酸エステル構造単位により置換することによって製造される。
ポリカーボネートの製造に適するジヒドロキシアリール化合物は、式(2)のものである:
Figure 2021507466
式中、
Zは、6〜30個の炭素原子を有する芳香族基であり、1つ以上の芳香族環を含んでもよく、置換されていてもよく、架橋要素として脂肪族もしくは脂環式基またはアルキルアリールもしくはヘテロ原子を含んでもよい。
式(2)中のZは、式(3)の基であることが好ましい:
Figure 2021507466
式中、
およびRは、互いに独立して、H、C〜C18アルキル、C〜C18アルコキシ、ClもしくはBrなどのハロゲン、またはいずれの場合にも置換されたアリールもしくはアラルキルであってもよく、好ましくはHまたはC〜C12アルキルであり、特に好ましくはHまたはC〜Cアルキルであり、非常に特に好ましくはHまたはメチルであり;
Xは、単結合、−SO−、−CO−、−O−、−S−、C〜Cアルキレン、C〜CアルキリデンまたはC〜Cアルキル、好ましくはメチルもしくはエチルにより置換されていてもよいC〜Cシクロアルキリデン、あるいはヘテロ原子を含む更なる芳香族環と縮合していてもよいC〜C12アリーレンである。
好ましくは、Xは、単結合、C〜Cアルキレン、C〜Cアルキリデン、C〜Cシクロアルキリデン、−O−、−SO−、−CO−、−S−、−SO
または式(3a)もしくは(3b)の基である:
Figure 2021507466
式中、
およびRは、各Xについて個別に選択することができ、互いに独立して、水素またはC〜Cアルキルであり、好ましくは水素、メチルまたはエチルであり;
は、炭素であり;
nは、4〜7の整数、好ましくは4または5であり、
但し、少なくとも1つのX原子上では、RおよびRは両方共アルキルである。
ジヒドロキシアリール化合物(ジフェノール)の例は:ジヒドロキシベンゼン類、ジヒドロキシジフェニル類、ビス(ヒドロキシフェニル)アルカン、ビス(ヒドロキシフェニル)シクロアルカン、ビス(ヒドロキシフェニル)アリール、ビス(ヒドロキシフェニル)エーテル類、ビス(ヒドロキシフェニル)ケトン類、ビス(ヒドロキシフェニル)スルフィド類、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホン類、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホキシド類、1,1’−ビス(ヒドロキシフェニル)ジイソプロピルベンゼン類ならびにこれらの環アルキル化および環ハロゲン化化合物である。
本発明により使用されるポリカーボネートの製造に適したジフェノール類は、例えば、ヒドロキノン、レゾルシノール、ジヒドロキシジフェニル、ビス(ヒドロキシフェニル)アルカン、ビス(ヒドロキシフェニル)シクロアルカン、ビス(ヒドロキシフェニル)スルフィド類、ビス(ヒドロキシフェニル)エーテル類、ビス(ヒドロキシフェニル)ケトン類、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホン類、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホキシド類、α,α’−ビス(ヒドロキシフェニル)ジイソプロピルベンゼン類ならびにこれらの環アルキル化および環ハロゲン化化合物である。
好ましいジフェノール類は、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルプロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルエタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン(ビスフェノールM)、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,4−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、1,3−ビス[2−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼンおよび1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(ビスフェノールTMC)である。
特に好ましいジフェノール類は、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルエタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンおよび1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(ビスフェノールTMC)である。
これらおよび他の好適なジフェノール類は、例として、米国特許第2,999,835号、同第3,148,172号、同第2,991,273号、同第3,271,367号、同第4,982,014号および同第2,999,846号、独国特許出願公開第1,570,703号、同第2,063,050号、同第2,036,052号、同第2,211,956号および同第3,832,396号、仏国特許出願公開第1,561,518(A1)号、“H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964, p. 28 ff.; p. 102 ff.”, and in “D.G. Legrand, J.T. Bendler, Handbook of Polycarbonate Science and Technology, Marcel Dekker New York 2000, p. 72 ff.”に記載されている。
ホモポリカーボネートの場合、1種のジフェノールだけを使用し、コポリカーボネートの場合、2種以上のジフェノールを使用する。使用されるジフェノール類は、合成に添加される他の化学薬品および助剤と同様に、それ自体の合成、取り扱いおよび貯蔵が起源である不純物で汚染されていてもよい。しかしながら、最も純度の高い可能な原材料を用いて運転することが望ましい。
分子量調整に必要である単官能性連鎖停止剤、例えば、フェノール類またはアルキルフェノール類、特にフェノール、p−tert−ブチルフェノール、イソオクチルフェノール、クミルフェノール、これらのクロロ炭酸エステルもしくはモノカルボン酸の塩化アシルまたはこれらの連鎖停止剤の混合物は、ホスゲンまたはクロロ炭酸塩末端基が反応混合物中依然として存在している限り、または連鎖停止剤としての塩化アシルまたはクロロ炭酸エステルの場合、形成されているポリマー内で十分なフェノール末端基が利用可能である限り、ビスフェノレート(複数可)とともに、または合成中の任意の時点においてのいずれかで供給される。しかしながら、連鎖停止剤を、ホスゲンがもはや存在しないが触媒はまだ計量投入していない場所もしくは時点でホスゲン化後に添加するか、または連鎖停止剤を、触媒前もしくは触媒と一緒にもしくは触媒と同時に計量投入することは好ましい。
使用されるいずれかの分岐剤または分岐剤混合物を同じ方法で合成に添加するが、通常、連鎖停止剤の前に添加する。通常使用される化合物は、トリスフェノール類、クアテルフェノール類またはトリもしくはテトラカルボン酸の塩化アシル、あるいはポリフェノール類もしくは塩化アシルの混合物である。
分岐剤として使用することができ、3つ以上のフェノール性ヒドロキシ基を有する化合物のいくつかの例は、フロログルシノール、4,6−ジメチル−2,4,6−トリ(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタ−2−エン、4,6−ジメチル−2,4,6−トリ(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、1,3,5−トリs(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン、1,1,1−トリ(4−ヒドロキシフェニル)エタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、2,2−ビス[4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキシル]プロパン、2,4−ビス(4−ヒドロキシフェニルイソプロピル)フェノール、テトラ(4−ヒドロキシフェニル)メタンである。
他の三官能性化合物のいくつかは、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、トリメシン酸、塩化シアヌルおよび3,3−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−オキソ−2,3−ジヒドロインドールである。
好ましい分岐剤は、3,3−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−オキソ−2,3−ジヒドロインドールおよび1,1,1−トリ(4−ヒドロキシフェニル)エタンである。
使用されるいずれもの分岐剤の量は、次に、いずれの場合にも使用されるジフェノール類のモルに対して0.05モル%〜2モル%である。
分岐剤を、アルカリ性水相中にジフェノール類および連鎖停止剤と共に最初に投入してもよく、あるいはホスゲン化前に有機溶媒中に添加し溶解してもよい。
ポリカーボネートの製造のためにこれらの手段の全ては、当業者によく知られている。
ポリエステルカーボネート製造のために適した芳香族ジカルボン酸は、例えば、オルトフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、tert−ブチルイソフタル酸、3,3’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4−ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)プロパン、トリメチル−3−フェニルインダン−4,5’−ジカルボン酸である。
芳香族ジカルボン酸の中で、テレフタル酸および/またはイソフタル酸の使用が特に好ましい。
ジカルボン酸誘導体は、ジカルボン酸ハロゲン化物およびジカルボン酸ジアルキルエステル、特にジカルボン酸二塩化物およびジカルボン酸ジメチルエステルである。
炭酸塩基は、本質的に化学量論的および芳香族ジカルボン酸エステル基により定量的に置換され、共反応物のモル比は完成したポリエステルカーボネートに反映される。芳香族ジカルボン酸エステル基は、ランダムにまたはブロックで組み込まれ得る。
ポリエステルカーボネートを含む本発明により使用されるポリカーボネート製造の好ましい方法は、公知の界面法および公知の溶融エステル交換法である(例えば、国際公開第2004/063249(A1)号、国際公開第2001/05866(A1)号、国際公開第2000/105867号、米国特許第5,340,905号、米国特許第5,097,002号、米国特許第5,717,057号参照)。
前者の場合、使用される酸誘導体は好ましくはホスゲンおよび必要に応じてジカルボニルジクロリドであり、後者の場合、好ましくは炭酸ジフェニルおよび必要に応じてジカルボン酸ジエステルである。ポリカーボネート製造またはポリエステルカーボネート製造のための触媒、溶媒、後処理、反応条件などは、両方の場合に充分によく記載されており公知である。
ポリカーボネート、ポリエステルカーボネートおよびポリエステルを公知の方法で後処理し、例えば、押出成形または射出成形によっていずれもの所望の形状体に加工することができる。
成分B
成分Bとして膨張黒鉛を使用する。
膨張黒鉛では、黒鉛の個別の基底面を特殊処理によってばらばらにし、結果として、黒鉛体積を好ましくは200〜400倍に増加させる。膨張黒鉛の製造は、とりわけ、米国特許第1,137,373号、米国特許第1,191,383号および米国特許第3,404,061号に記載されている。
繊維状、ロッド状、球状、中空球状、プレートレット状、粉末状で、いずれの場合でも、凝集形態あるいは集塊形態で、好ましくはプレートレット状で組成物中において黒鉛を使用する。
本発明では、プレートレット状の構造は、平らな幾可学的形状を有する粒子を意味すると理解される。したがって、粒子の高さは、通常、粒子の幅または長さと比較して明らかに小さい。かかる二次元粒子は、順に、凝集または集塊を経て構造を構築してもよい。
プレートレット状の一次粒子の高さは、500nm未満、好ましくは200nm未満、特に好ましくは100nm未満である。これらの一次粒子の小さいサイズの結果として、粒子形状は、何か他の方法で折り曲がり、カーブし、波打ちまたは変形されてもよい。
粒子の長さ寸法を、標準的方法、例えば、電子顕微鏡によって決定することができる。
本発明による熱可塑性組成物中において、熱可塑性組成物の良好な熱伝導度を得て、同時に高加工ラチチュード(latitude)を保証するために、15.0重量%〜60.0重量%、好ましくは20.0重量%〜45.0重量%、特に好ましくは20.0重量%〜35.0重量%、非常に特に好ましくは30.0重量%〜35重量%の量で黒鉛を使用する。
本発明によれば、ASTM D3037に従って窒素吸着によってBET表面積として決定される比較的高い比表面積を有する黒鉛の使用が好ましい。熱可塑性組成物において、好ましくは≧5m/g、特に好ましくは≧10m/g、非常に特に好ましくは≧18m/gのBET表面積を有する黒鉛を使用する。
DIN51938に従ってふるい分析により決定される黒鉛のD(0.5)は、<1.2mmである。
好ましくは、黒鉛は、少なくとも1mm、好ましくは少なくとも1.2mm、より好ましくは少なくとも1.4mm、さらにより好ましくは少なくとも1.5mmのD(0.9)を特徴とする粒度分布を有する。
同様に、好ましくは、黒鉛は、少なくとも400μm、好ましくは少なくとも600μm、より好ましくは少なくとも750μm、さらにより好ましくは少なくとも850μmのD(0.5)を特徴とする粒度分布を有する。
好ましくは、黒鉛は、少なくとも100μm、好ましくは少なくとも150μm、より好ましくは少なくとも200μm、さらにより好ましくは少なくとも250μmのD(0.1)を特徴とする粒度分布を有する。
パラメータD(0.1)、D(0.5)およびD(0.9)は、DIN51938に従ってふるい分析によって決定される。
使用される黒鉛は、2.0g/cm〜2.4g/cm、好ましくは2.1g/cm〜2.3g/cm、より好ましくは2.2g/cm〜2.27g/cmの範囲の、キシレンを用いて決定される密度を有する。
DIN51903に従って、800℃、20時間で決定される、本発明により使用される黒鉛の炭素含有率は、好ましくは≧90%、より好ましくは≧95%、更により好ましくは≧98%である。
DIN38414に従って、110℃、8時間で決定される、本発明により使用される黒鉛の残留含水率は、好ましくは≦5%、より好ましくは≦3%、更により好ましくは≦2%である。
加工前の本発明により使用される黒鉛の熱伝導度は、基底面に沿って250〜400W/(m*K)、基底面と垂直に6〜8W/(m*K)である。
加工前の本発明により使用される黒鉛の電気抵抗は、基底面に沿って約0.001Ω*cm、基底面と垂直に0.1Ω*cm未満である。
DIN51705に従って決定される黒鉛のかさ密度は、通常、50g/l〜250g/l、好ましくは65g/l〜220g/l、より好ましくは100g/l〜200g/lである。
熱可塑性組成物において200ppm未満の硫黄含有率を有する黒鉛の使用が好ましい。
加えて、熱可塑性組成物において100ppm未満の溶出塩素イオン含有率を有する黒鉛の使用が好ましい。
同様に、熱可塑性組成物において50ppm未満の硝酸塩および亜硝酸塩の含有率を有する黒鉛の使用が好ましい。
これらの限定値の全て、すなわち、硫黄、塩素イオン、硝酸塩および亜硝酸塩含有率を有する黒鉛の使用は特に好ましい。
市販の黒鉛は、とりわけ、SGL Carbon GmbHのEcophit(登録商標)GFG 5、Ecophit(登録商標)GFG 50、Ecophit(登録商標)GFG 200、Ecophit(登録商標)GFG 350、Ecophit(登録商標)GFG 500、Ecophit(登録商標)GFG 900、Ecophit(登録商標)GFG 1200、TIMCAL Ltd.のTIMREX(登録商標)BNB90、TIMREX(登録商標)KS5−44、TIMREX(登録商標)KS6、TIMREX(登録商標)KS150、TIMREX(登録商標)SFG44、TIMREX(登録商標)SFG150、TIMREX(登録商標)C−THERM(商標)001およびTIMREX(登録商標)C−THERM(商標)011、Graphit Kropfmuhl AG(Kropfmuhlについて、7文字目のuのウムラウトは省略)のSC 20 O、SC 4000 O/SMおよびSC 8000 O/SM、H.C.Carbon GmbHのMechano−Cond 1、Mechano−Lube 2およびMechano−Lube 4G、Nordmann Rassmann GmbHのNord−Min 251およびNord−Min 560TならびにAsbury CarbonsのASBURY A99、Asbury 230UおよびAsbury 3806である。
成分C
本発明との関連で成分Cは、モノマー性およびオリゴマー性のリン酸エステルおよびホスホン酸エステルから成る群から選択され、成分Cとしてこれらの中で1つの群または様々な群から選択される複数の成分の混合物を使用することも可能である。
本発明により使用されるモノマー性およびオリゴマー性のリン酸エステルおよびホスホン酸エステルは、一般式(V)のリン化合物であって、
Figure 2021507466
式中、
、R、RおよびRは、互いに独立して、いずれの場合にもハロゲン化されていてもよく、いずれの場合にも分岐状であっても非分岐状であってもよいC〜Cアルキルであり、および/または、いずれの場合にも分岐状もしくは非分岐状アルキル、および/またはハロゲン、好ましくは塩素および/または臭素によって置換されていてもよいC〜Cシクロアルキル、C〜C20アリールもしくはC〜C12アラルキルであり;
nは、独立して、0または1であり;
qは、0〜30の整数であり;
Xは、6〜30個の炭素原子を有する単環式もしくは多環式芳香族基または2〜30個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状脂肪族基であり、これらの各々は置換されていても非置換であってもよく、架橋されていても非架橋であってもよい、
リン化合物である。
好ましくは、R、R、RおよびRは、互いに独立して、分岐状または非分岐状C〜Cアルキル、フェニル、ナフチルまたはC〜Cアルキル置換フェニルである。芳香族R、R、Rおよび/またはR基の場合、次に、これらは、ハロゲンおよび/またはアルキル基、好ましくは塩素、臭素および/または分岐状もしくは非分岐状C〜Cアルキルにより置換されていてもよい。特に好ましいアリール基は、クレジル、フェニル、キシレニル、プロピルフェニルまたはブチルフェニル、ならびにこれらの対応する臭素化および塩素化誘導体である。
式(V)中のXは、好ましくは、ジフェノール類から誘導される。
式中(V)のnは、好ましくは、1である。
qは、好ましくは、0〜20、特に好ましくは0〜10であり、混合物の場合、0.8〜5.0、好ましくは1.0〜3.0、より好ましくは1.05〜2.00、特に好ましくは1.08〜1.60の平均値である。
一般式Vのリン化合物は、好ましくは、式Iの化合物であって、
Figure 2021507466
式中、
、R、RおよびRは、互いに独立して、直鎖状もしくは分岐状C〜Cアルキルであり、および/または、直鎖状もしくは分岐状アルキルによって置換されていてもよいC〜Cシクロアルキル、C〜C10アリールもしくはC〜C12アラルキルであってもよく;
nは、独立して、0または1であり;
qは、独立して、0、1、2、3または4であり;
Nは、1〜30の数であり;
およびRは、互いに独立して、直鎖状もしくは分岐状C〜Cアルキル、好ましくは、メチルであり;
Yは、直鎖状もしくは分岐状C〜Cアルキリデン、直鎖状もしくは分岐状C〜Cアルキレン、C〜C12シクロアルキレン、C〜C12シクロアルキリデン、−O−、−S−、−SO−、SOまたは−CO−である、
化合物である。
式V中のXは、特に好ましくは、
Figure 2021507466
またはこれらの塩素化および/もしくは臭素化誘導体である。
X(隣接酸素原子と共に)は、好ましくは、ヒドロキノン、ビスフェノールAまたはジフェニルフェノールから誘導される。同様に、Xは、レゾルシノールから誘導されることが好ましい。Xは、特に好ましくは、ビスフェノールAから誘導される。
式(V)のリン化合物は、特に、リン酸トリブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレジル、リン酸ジフェニルクレジル、リン酸ジフェニルオクチル、リン酸ジフェニル2−エチルクレジル、リン酸トリ(イソプロピルフェニル)、レゾルシノール架橋オリゴリン酸エステルおよびビスフェノールA架橋オリゴリン酸エステルである。ビスフェノールAから誘導される式(V)のオリゴマーのリン酸エステルの使用は、特に好ましい。
成分Cは、最も好ましくは、式(Va)のビスフェノールA系オリゴリン酸エステルである。
Figure 2021507466
式中、qが1.0〜1.2である式(Va)と類似のオリゴリン酸エステルも特に好ましい。
成分Cに従ったリン化合物は公知であり(例えば、欧州特許出願公開第0363608(A1)号、欧州特許出願公開第0640655(A2)号参照)、または公知の方法(例えば、Ullmanns Enzyklopadie(Enzyklopadieについて、9文字目のaのウムラウトは省略) der technischen Chemie [Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry], Vol. 18, pp. 301 ff. 1979; Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Vol. 12/1, p. 43; Beilstein Vol. 6, p. 177)による類似の方法で製造することができる。
式中、定められたq値が平均q値である、同じ構造および異なる鎖長の混合物の使用は好ましい。アクリロニトリルおよび水(50:50)の混合物中40℃での高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)によるリン化合物混合物の組成(分子量分布)の決定によって平均q値を決定し、これを使用してqの平均値を算出する。
本発明による組成物は、4.5重量%〜10重量%、好ましくは6.0重量%〜10.0重量%、特に好ましくは6.0重量%〜9.0重量%の成分Cを含む。
あるいは、本発明による特に好ましい組成物は、5.0重量%〜7.0重量%の成分Cを含む。
成分D
本発明の枠の中の成分Dは、式(VI)のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーである:
Figure 2021507466
式中、
は、メチルまたは水素であり;
は、水素またはC〜C12アルキル基、好ましくはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、イソブチル、ヘキシル、イソアミルまたはtert−アミルであり;
xおよびyは、各々、独立した重合度(整数)であり;
nは、1以上の整数である。
重合度xおよびyの比は、好ましくは、x:y=1:300〜90:10の範囲である。
エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーは、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーもしくはマルチブロックコポリマーまたはこれらの構造物の混合物であり得る。1つの好ましい実施形態では、分岐状および非分岐状エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマー、特に好ましくは直鎖状エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーを使用する。
エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーのメルトフローインデックス(MFR)(ASTM D1238、190℃、2.16kg負荷で測定)は、好ましくは、2.5〜40.0g/(10分)の範囲、特に好ましくは3.0〜10.0g/(10分)の範囲、非常に特に好ましくは3.0〜8.0g/(10分)の範囲である。
本発明による組成物におけるElvaloy(登録商標)1820 AC(DuPont)の使用は好ましい。これは、20%のアクリル酸メチル含有率およびASTM D1238、190℃、2.16kg負荷で測定される8g/(10分)のメルトフローインデックスを有するエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーである。
本発明による組成物は、0.01重量%〜5重量%、好ましくは2重量%〜4.5重量%、非常に特に好ましくは3重量%〜4重量%の成分Dを含む。
成分E
成分C以外の難燃剤、フィラー、熱安定剤、帯電防止剤、着色料および顔料、離型剤、UV吸収剤およびIR吸収剤などの前述の熱可塑性樹脂用に通例の添加剤を、通例の量でポリカーボネート組成物へ添加することもできる。
本発明による組成物は、好ましくは、成分C以外には更なる難燃剤を含まない。本発明による組成物は、好ましくは、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素含有液だれ防止剤も含有しない。
更なる添加剤の量は、好ましくは、組成物全体に対して、5重量%以下、特に好ましくは0.01重量%〜3重量%である。
好適な添加剤は、例えば、“Additives for Plastics Handbook, John Murphy, Elsevier, Oxford 1999” and in “Plastics Additives Handbook, Hans Zweifel, Hanser, Munich 2001”に記載されている。
適切な酸化防止剤/熱安定剤は、例えば、アルキル化モノフェノール類、アルキルチオメチルフェノール類、ヒドロキノン類およびアルキル化ヒドロキノン類、トコフェノール類、水酸化チオジフェニルエーテル類、アルキリデンビスフェノール類、O−、N−およびS−ベンジル化合物、ヒドロキシベンジル化マロネート、芳香族ヒドロキシベンジル化合物、トリアジン化合物、アシルアミノフェノール類、β−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸のエステル類、β−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロピオン酸のエステル類、β−(3,5−ジシクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸のエステル類、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル酢酸のエステル類、β−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸のアミド類、好適なチオ相乗剤、二次酸化防止剤、ホスフィット類およびホスホニト類、ベンゾフラノン類ならびにインドリノン類である。
トリフェニルホスフィン、トリトリルホスフィンまたは2,4,6−トリ−t−ブチルフェニル=2−ブチル−2−エチルプロパン−1,3−ジイルホスフィット、ホスホン酸エステル類およびホスファン類などの有機ホスフィット類、通常、有機基が全体的または部分的に必要に応じて置換芳香族基から成るものが好ましい。
非常に特に好適な添加剤は、IRGANOX(登録商標)1076(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロケイ皮酸オクタデシル、CAS番号2082−79−3)およびトリフェニルホスフィン(TPP)である。
好適な離型剤は、例えば、一価〜六価アルコール、特にグリセロール、ペンタエリスリトールまたはゲルベアルコールのエステルまたは部分エステルである。
一価アルコールは、例えば、ステアリルアルコール、パルミチルアルコールおよびゲルベアルコールである。二価アルコールの例はグリコールであり;三価アルコールの例はグリセロールであり;四価アルコールの例はペンタエリスリトールおよびメソエリスリトールであり;五価アルコールの例はアラビトール、リビトールおよびキシリトールであり;六価アルコールの例はマンニトール、グルシトール(ソルビトール)およびズルシトールである。
エステル類は、好ましくは、モノエステル類、ジエステル類、トリエステル類、テトラエステル類、ペンタエステル類およびヘキサエステル類またはこれらの混合物、特に、飽和脂肪族C10〜C36モノカルボン酸および必要に応じてヒドロキシモノカルボン酸、好ましくは飽和脂肪族C14〜C32モノカルボン酸および必要に応じてヒドロキシモノカルボン酸との統計的混合物である。
市販の脂肪酸エステル類、特にペンタエリスリトールおよびグリセロールの脂肪酸エステル類は、製造の結果として<60%の異なる部分エステル類を含んでよい。
10〜36個の炭素原子を有する飽和脂肪族モノカルボン酸の例は、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ヒドロキシステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸およびモンタン酸である。
好適なIR吸収剤は、例えば、欧州特許出願公開第1559743(A1)号、欧州特許出願公開第1865027(A1)号、独国特許出願公開第10022037(A1)号、独国特許出願公開第10006208(A1)号およびイタリア国特許出願公開第RM2010A000225号、同第RM2010A000227号および同第RM2010A000228号に開示されている。引用文献に述べられたIR吸収剤のうち、ホウ化物およびタングステン酸系のもの、特にタングステン酸セシウムまたは亜鉛ドープタングステン酸セシウム、ならびにITO系およびATO系吸収剤ならびにこれらの組合せが好ましい。
ベンゾトリアゾール類の分類から好適なUV吸収剤は、例えば、Tinuvin(登録商標)171(2−[2−ヒドロキシ−3−ドデシル−5−メチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(CAS番号125304−04−3))、Tinuvin(登録商標)234(2−[2−ヒドロキシ−3,5−ジ(1,1−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(CAS番号70321−86−7))、Tinuvin(登録商標)328(2−[2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−アミルフェニル]−2H−ベンゾトリアゾール(CAS番号25973−55−1))である。
シュウ酸アニリドの分類からの好適なUV吸収剤は、例えば、Clariant社のSanduvor(登録商標)3206(N−(2−エトキシフェニル)エタンジアミド(CAS番号82493−14−9))またはN−(2−エトキシフェニル)−N’−(4−ドデシルフェニル)オキサミド(CAS番号79102−63−9)である。
ヒドロキシベンゾフェノン類の分類からの好適なUV吸収剤は、例えば、BASF SEのChimasorb(登録商標)81(2−ベンゾイル−5−オクチルオキシフェノール(CAS番号1843−05−6))、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン(CAS番号131−56−6)、2−ヒドロキシ−4−(n−オクチルオキシ)ベンゾフェノン(CAS番号1843−05−6)、2−ヒドロキシ−4−ドデシルオキシベンゾフェノン(CAS番号2985−59−3)である。
トリアジン類の分類からの好適なUV吸収剤は、例えば、Tinuvin(登録商標)405(BASF SE)としても知られている2−[2−ヒドロキシ−4−[3−(2−エチルヘキシル−1−オキシ)−2−ヒドロキシプロピルオキシ]フェニル]−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン(CAS番号137658−79−8)およびTinuvin(登録商標)1577(BASF SE)として入手できる2,4−ジフェニル−6−[2−ヒドロキシ−4−(ヘキシルオキシ)フェニル]−1,3,5−トリアジン(CAS番号147315−50−2)である。
化合物2−[2−ヒドロキシ−4−[(オクチルオキシカルボニル)エチリデンオキシ]フェニル]−4,6−ジ(4−フェニル)フェニル−1,3,5−トリアジンは、CAS番号204848−45−3であり、BASF SEから商品名Tinuvin(登録商標)479として入手することができる。
化合物2−[2−ヒドロキシ−4−[(2−エチルヘキシル)オキシ]フェニル]−4,6−ジ(4−フェニル)フェニル−1,3,5−トリアジンは、CAS番号204583−39−1であり、BASF SEから商品名CGX−UVA006またはTinuvin(登録商標)1600として入手することができる。
概して、UV吸収剤は、組成物全体に対して0.01重量%〜5重量%、好ましくは0.01重量%〜2重量%、特に好ましくは0.01重量%〜0.05重量%の量で使用される。
通例の量でポリカーボネート組成物に有機フィラーおよび無機フィラーを添加することができる。基本的に、この目的のために有用な材料としては、全ての微粉砕有機および無機材料が挙げられる。これらは、例えば、微粒子状、フレーク状または繊維状の特徴を有してよい。これらの例としては、チョーク、石英粉末、二酸化チタン、ケイ酸塩/アルミノケイ酸塩、例えば、タルク、ウォラストナイト、雲母/粘度層鉱物、モンモリロナイト、特にイオン交換により改質された有機親和体では、カオリン、ゼオライト、バーミキュライト、ならびに酸化アルミニウム、シリカ、水酸化マグネシウムおよび水酸化アルミニウムが挙げられる。異なる無機材料の混合物を使用することもできる。
好ましい無機フィラーは、周期表の主族1族〜5族および遷移族1族〜8族、好ましくは主族2族〜5族、特に好ましくは主族3族〜5族、または遷移族4族〜8族の1つ以上の金属から成る超微細(ナノスケール)無機化合物であり、酸素、硫黄、ホウ素、リン、炭素、窒素、水素および/またはケイ素の元素を含んでなる。
好ましい化合物は、例えば、酸化物、水酸化物、含水/塩基性酸化物、硫酸塩、亜硫酸塩、硫化物、炭酸塩、炭化物、硝酸塩、亜硝酸塩、窒化物、ホウ酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩および水素化物である。
使用される着色料または顔料は、例えば、有機もしくは無機顔料または有機染料などであり得る。
本発明との関連の着色料または顔料は、カドミウムレッドもしくはカドミウムイエローなどの硫黄含有顔料、プルシアンブルーなどのシアニド鉄系顔料、二酸化チタン、酸化亜鉛、赤色酸化鉄、黒色酸化鉄、酸化クロム、チタニウムイエロー、亜鉛/鉄系ブラウン、チタン/コバルト系グリーン、コバルトブルー、銅/クロム系ブラックおよび銅/鉄系ブラックなどの酸化物顔料、またはクロムイエローなどのクロム系顔料、銅フタロシアニンブルーもしくは銅フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系染料、アゾ系(例えば、ニッケルアゾイエロー)、チオインジゴ染料、ペリノン系、ペリレン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリノン系およびキノフタロン系誘導体、アントラキノン系複素環系などの縮合多環式染料および顔料である。
市販製品の特定例は、例えば、MACROLEX(登録商標)ブルーRR、MACROLEX(登録商標)バイオレット3R、MACROLEX(登録商標)バイオレットB(Lanxess AG、独国)、Sumiplast(登録商標)バイオレットRR、Sumiplast(登録商標)バイオレットB、Sumiplast(登録商標)ブルーOR、(Sumitomo Chemical Co.,Ltd.)、Diaresin(登録商標)バイオレットD、Diaresin(登録商標)ブルーG、Diaresin(登録商標)ブルーN(三菱化学)、Heliogen(登録商標)ブルーまたはHeliogen(登録商標)グリーン(BASF AG、独国)である。
これらの中でも、シアニン誘導体、キノリン誘導体、アントラキノン誘導体、フタロシアニン誘導体が好ましい。
本発明による好ましい組成物は:
A)20.0重量%〜77.0重量%のポリカーボネート;
B)15.0重量%〜60.0重量%の膨張黒鉛であって、DIN51938に従ってふるい分析により決定される黒鉛のD(0.5)は<1.2mmである、膨張黒鉛;
C)5.0重量%〜7.0重量%の式:
Figure 2021507466
の少なくとも1つのリン化合物であって、式中、qは、1.0〜1.2、好ましくは1.1である、リン化合物;
D)3.0重量%〜4.0重量%の少なくとも1つのエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマー
を含み、
E)必要に応じて、熱安定剤、成分C以外の難燃剤、帯電防止剤、着色料、顔料、離型剤、UV吸収剤、IR吸収剤、ならびに/またはチョーク、石英粉末、二酸化チタン、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、酸化アルミニウム、シリカ、水酸化マグネシウムおよび/もしくは水酸化アルミニウムから選択されるフィラーから成る群から選択される少なくとも1つの更なる高分子添加剤を含み、
成分A)〜E)の合計は、100重量%になる。
特に好ましい実施形態では、本発明による組成物は:
A)52.0重量%〜72.0重量%、好ましくは52.0重量%〜71.0重量%のポリカーボネート;
B)20.0重量%〜35.0重量%の膨張黒鉛であって、DIN51938に従ってふるい分析により決定される黒鉛のD(0.5)は<1.2mmである、膨張黒鉛;
C)5.0重量%〜10.0重量%、好ましくは5.0重量%〜7.0重量%の式:
Figure 2021507466
の少なくとも1つのリン化合物;
D)2.0重量%〜4.0重量%、好ましくは3.0重量%〜4.0重量%の少なくとも1つのエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマー
を含み、
E)必要に応じて、熱安定剤、成分C以外の難燃剤、帯電防止剤、着色料、顔料、離型剤、UV吸収剤、IR吸収剤、ならびに/またはチョーク、石英粉末、二酸化チタン、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、酸化アルミニウム、シリカ、水酸化マグネシウムおよび/もしくは水酸化アルミニウムから選択されるフィラーから成る群から選択される少なくとも1つの更なる高分子添加剤を含み、
成分A)〜E)の合計は、100重量%になる。
この実施形態では、成分Dのメルトフローインデックスは、特に好ましくは、ASTM D1238(190℃、2.16kg)に従って決定される少なくとも2.5g/10分である。
本発明による更に特に好ましい組成物は:
A)52.0重量%〜60.0重量%のポリカーボネート;
B)30.0重量%〜35.0重量%の膨張黒鉛であって、DIN51938に従ってふるい分析により決定される黒鉛のD(0.5)は<1.2mmである、膨張黒鉛;
C)5.0重量%〜10.0重量%、好ましくは5.0重量%〜7.0重量%の式:
Figure 2021507466
の少なくとも1つのリン化合物であって、式中、qは、1.0〜1.2、好ましくは1.1である、リン化合物;
D)3.0重量%〜4.0重量%の少なくとも1つのエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマー
を含み、
E)必要に応じて、熱安定剤、成分C以外の難燃剤、帯電防止剤、着色料、顔料、離型剤、UV吸収剤、IR吸収剤、ならびに/またはチョーク、石英粉末、二酸化チタン、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、酸化アルミニウム、シリカ、水酸化マグネシウムおよび/もしくは水酸化アルミニウムから選択されるフィラーから成る群から選択される少なくとも1つの更なる高分子添加剤を含み、
成分A)〜E)の合計は、100重量%になり、成分はフッ素含有液だれ防止剤を含有しない。
上記成分を含んでなる本発明によるポリマー組成物を、取込みの通常の方法、個々の構成成分を配合、混合およびホモジナイズすることによって製造し、特にホモジナイズは、好ましくは、せん断力の印加によって溶融物中で行う。配合および混合は、必要に応じて、粉末予備混合物を使用して溶融ホモジナイズ前に行う。
ペレットまたはペレットおよび粉末と本発明による予備混合物との予備混合物を使用することも可能である。
好適な溶媒中で混合成分の溶液から製造される予備混合物を使用することも可能であり、必要に応じて、溶液中でホモジナイズを行ってから溶媒を除去する。
特にこの場合、本発明による組成物の成分および前述の添加剤を、公知の方法により、またはマスターバッチとして投入することができる。
特にそれぞれのポリマーマトリックスをベースとするマスターバッチを使用する場合、マスターバッチの使用は添加剤の投入にとって特に好ましい。
これに関連して、組成物を配合、混合、ホモジナイズしてからスクリュー押出機(例えば、二軸押出機(TSE))、混練機またはブラベンダーミル(Brabender)もしくはバンバリー(Banbury)ミルなどの標準装置で押し出すことができる。押出物を、押出後、冷却し粉砕することができる。個々の成分を予備混合してから個別におよび/または混合物で同様に残りの出発物質を添加することも可能である。
本発明に同様に使用可能である他の熱伝導性熱可塑性組成物は、例えば、国際公開第2012/174574(A2)号、国際公開第2017/005735(A1)号、国際公開第2017/005738(A1)号および国際公開第2017/005736(A1)号に開示されており、本発明によるおよび国際公開第2017/005735(A1)号に開示されている熱伝導性熱可塑性組成物は特に好適である。特に、国際公開第2017/005735(A1)号に開示されているジグリセロールエステルは、本発明による熱伝導性熱可塑性組成物に関する流動性向上剤として特に好適である。
流動性向上剤として使用されるジグリセロールエステルは、カルボン酸およびジグリセロールのエステルである。この場合、様々なカルボン酸をベースとするエステルは好適である。エステルは、ジグリセロールの異なる異性体ベースであってもよい。ジグリセロールのモノエステルだけでなく多価エステルも使用することが可能である。他の物を混合していない化合物よりむしろ混合物を使用することも可能である。
本発明により使用されるジグリセロールエステルの基礎を形成するジグリセロールの異性体は次のものである。
Figure 2021507466
本発明により使用されるジグリセロールエステルのため、モノエステル化または多価エステル化されたこれらの式の異性体を使用することも可能である。流動性助剤として使用することができる混合物は、ジグリセロール反応物および、例えば、348g/モル(モノラウリルエステル)または530g/モル(ジラウリルエステル)の分子量を有するこれから誘導されるエステル末端生成物から成る。
本発明による組成物中に存在するジグリセロールエステルは、好ましくは、6〜30個の炭素原子の鎖長を有する飽和または不飽和モノカルボン酸から誘導される。好適なモノカルボン酸の例は、カプリル酸(C15COOH、オクタン酸)、カプリン酸(C19COOH、デカン酸)、ラウリン酸(C1123COOH、ドデカン酸)、ミリスチン酸(C1327COOH、テトラデカン酸)、パルミチン酸(C1531COOH、ヘキサデカン酸)、マルガリン酸(C1633COOH、ヘプタデカン酸、ステアリン酸(C1735COOH、オクタデカン酸)、アラキン酸(C1939COOH、エイコサン酸)、ベヘン酸(C2143COOH、ドコサン酸)、リグノセリン酸(C2347COOH、テトラコサン酸)、パルミトレイン酸(C1529COOH、(9Z)−ヘキサデカ−9−エン酸)、ペトロセリン酸(C1733COOH、(6Z)−オクタデカ−6−エン酸)、エライジン酸(C1733COOH、(9E)−オクタデカ−9−エン酸)、リノール酸(C1731COOH、(9Z,12Z)−オクタデカ−9,12−ジエン酸)、α−またはγ−リノレン酸(C1729COOH、(9Z,12Z,15Z)−オクタデカ−9,12,15−トリエン酸および(6Z,9Z,12Z)−オクタデカ−6,9,12−トリエン酸)、アラキドン酸(C1931COOH、(5Z,8Z,11Z,14Z)−エイコサ−5,8,11,14−テトラエン酸)、チムノドン酸(C1929COOH、(5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)−エイコサ−5,8,11,14,17−ペンタエン酸)ならびにセルボン酸(C2131COOH、(4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)−ドコサ−4,7,10,13,16,19−ヘキサエン酸)である。ラウリン酸、パルミチン酸および/またはステアリン酸が特に好ましい。
ジグリセロールエステルとして、式(I)の少なくとも1つのエステルが存在する場合が特に好ましい:
Figure 2021507466
R=COC2n+1および/またはR=COR’、
nは整数であり、R’は分岐状アルキル基または分岐状もしくは非分岐状アルケニル基であり、C2n+1は脂肪族飽和直鎖状アルキル基である。
式中、nは、好ましくは6〜24の整数であり、したがって、C2n+1の例は、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ヘキサデシルまたはn−オクタデシルである。より好ましくは、n=8〜18、特に好ましくは10〜16、非常に特に好ましくは12(348g/モルの分子量を有するジグリセロールモノラウリン酸エステル異性体、混合物中の主製品として特に好ましい)である。本発明によれば、好ましくは、前述のエステル部分は、ジグリセロールの他の異性体中に存在する。
したがって、様々なジグリセロールエステルの混合物も存在してもよい。
好ましく使用されるジグリセロールエステルは、少なくとも6、特に好ましくは6〜12のHLB値を有し、HLB値はグリフィン法によって次の通り算出される「親水親油バランス」として定義される:
Figure 2021507466
式中、M親油性はジグリセロールエステルの親油性部分のモル質量であり、Mはジグリセロールエステルのモル質量である。
表1は、本発明をこれらの例に限定するものではないが、例としておよび異なる材料から製造された様々なヒートパイプを使用し、異なる外径および肉厚を有して、ヒートパイプの肉厚に対する外径の比はインサート成形中に起こる負荷にヒートパイプが耐えるための決め手となることを示す。いずれの場合にも、約1000バールの射出圧を、射出成形中に印加し、600バールの圧を保持した。
Figure 2021507466
これにより本発明をこの構成に限定するものではないが、本発明の好ましい構成を次の図により例証する。
図1は、熱源のための本発明による熱放散システムを示し;次の記号を使用している:
1 熱源、
2 熱結合体、
3 ヒートパイプ、
4 ヒートシンク。

Claims (11)

  1. 熱源のための熱放散システムであって、前記熱放散システムは、ヒートパイプ、熱結合体、放熱体(ヒートシンク)を備え、前記放熱体は、少なくとも50重量%、好ましくは65重量%、特に好ましくは少なくとも80重量%、非常に特に好ましくは少なくとも95重量%の範囲が、1〜50W/(m*K)、好ましくは2〜30W/(m*K)、好ましくは4〜20W/(m*K)の面内熱伝導度を有する熱伝導性熱可塑性組成物から成る、熱放散システム。
  2. 前記ヒートパイプの肉厚に対する外径の比は、10:1〜4:1、好ましくは8:1〜4:1、特に好ましくは7:1〜5:1である、請求項1に記載の熱放散システム。
  3. 前記ヒートパイプは、前記放熱体の前記熱伝導性熱可塑性組成物を用いてインサート成形された、請求項1または2に記載の熱放散システム。
  4. 前記インサート成形がされた前記ヒートパイプの熱放散能力は、インサート成形がされていないヒートパイプの熱放散能力の少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%、特に少なくとも98%である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱放散システム。
  5. 前記熱伝導性熱可塑性組成物は、ポリカーボネートを含有する組成物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱放散システム。
  6. 前記熱源は、照明手段、好ましくはLEDである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱放散システム。
  7. 前記熱放散システムは、照明器具、好ましくはランプ、特に好ましくは乗り物用ランプ、非常に特に好ましくは乗り物用フロントヘッドランプまたは乗り物用テールランプの構成要素である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱放散システム。
  8. 前記熱放散システムは、乗り物用ランプのハウジングの構成要素である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱放散システム。
  9. 前記放熱体は、乗り物用ランプレンズ上の内側または外側、好ましくは内側、特に好ましくは底部において内側に配置されるヒートシンクとして設計されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱放散システム。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の熱放散システムを備える照明器具。
  11. 前記照明器具は、ランプとして、好ましくは乗り物用ランプとして設計されている、請求項10に記載の照明器具。
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