JP5405452B2 - 樹脂組成物及びそれを用いたシート - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂組成物及びそれを用いたシートに関する。
デジタル家電の普及に伴い、電気機器や電子機器の高速化や高機能化の要求が高まっている。電気機器や電子機器において、電子制御を行うLSIやCPU等の半導体素子は、コンピュータの集積度の増大及び動作の高速化により消費電力が増大して、発熱量も増大し、半導体素子に不具合が生じる等の問題が生じている。また、LEDを使用する照明、看板、液晶バックライトユニット等においても、LEDの発光効率向上やLEDの寿命を長くする目的で、放熱対策が必要となってきている。
一般の電気機器や電子機器における放熱方法としては、ヒートシンクなどの冷却用部品を取り付け、さらにヒートシンクを冷却ファン等により強制的に空冷する方法、シリコーングリースや熱伝導シート等の熱伝導媒体を用いる方法等が知られており、熱伝導媒体としては、例えば、特許文献1〜5に記載のものが挙げられる。
特開2000−150740号公報 特開2004−146106号公報 特開2007−39671号公報 特開2003−313431号公報 特開2004−352904号公報
しかしながら、例えば、ノート型パーソナルコンピュータを初めとする小型電気機器や、高密度実装される電子機器の冷却する場合、冷却ファンなどによりヒートシンクを強制的に空冷する方法は、冷却ファンなどを設置する空間に制約があり困難となる。したがって、これらの機器の冷却においては、熱伝導媒体を用いた冷却方法が重要となる。
しかし、熱伝導媒体としてシリコーングリースを用いた場合には、作業効率が低い、塗布後のはみだしにより部品が汚染される、クッション性が劣るため高荷重下での使用が制限される、等の問題点がある。また、例えば、LEDを基板表面に装着したLED光源ユニットにおいても、シリコーングリ−スをヒートシンクや金属フレームの間に塗布し、熱伝導を効率よく行わせる試みがなされているが、この場合にも作業効率や塗布後のはみ出しの問題があり、改良が求められている。
また、熱伝導シートとしては、シリコーンゴムに比較的熱伝導性の高い充填剤を含有させた熱伝導シートが主に使用されている。しかしながら、シリコーンゴム製熱伝導シートは、原料となるシリコーン樹脂そのものが高価である他、硬化工程(架橋工程)が必要であるため、工程数が増加し、生産性が劣る等の問題があり、コスト面での問題があった。また、シリコーン樹脂は樹脂中に低分子量シロキサンが含まれている。よって発熱体に貼り付けて使用する場合、低分子シロキサンガスが発生する。該ガスは電極接点などへ付着二酸化ケイ素を生成し、接点不良が発生する可能性がある。更には強度的に弱く、薄肉のシートにした場合に取り扱い性に問題があった。なお、熱伝導シートとは、ヒートシンクなどの硬質な冷却用部品と硬質な発熱体間に挟み、両者の近接性を向上させるのに有効な軟質のシートである。両者が近接すれば、熱を冷却用部品へ効率よく伝達することができる。
熱伝導シートとしては、優れた熱伝導性を有するとともに、薄肉シートとした場合にも優れた強靱性を有することが望まれる。しかしながら、上記特許文献1〜5に記載の熱伝導媒体からなる熱伝導シートは、薄肉成形すると、そのシート強度が著しく弱くなるため破断しやすく、貼りなおしが困難であり、作業効率が悪いと云う問題があった。
上記の問題を解決するため、本願発明は、熱伝導性に優れるとともに、薄肉成形した場合でも優れた強靱性を有する熱伝導シートを形成可能な樹脂組成物、並びにそれを用いたシートを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、特定の構造を有する共重合体と、ゴム用軟化剤と、金属水酸化物とを、所定の量含有することで、熱伝導性と強靱性との双方に優れる熱伝導シートを形成可能な樹脂組成物が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体1〜20質量%、(B)ゴム用軟化剤1〜20質量%及び(C)金属水酸化物70〜95質量%を含み、かつ(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体がビニル芳香族化合物単位からなる重合体ブロックを複数個有する、樹脂組成物を提供する。
本発明の樹脂組成物によれば、上記構成を有することで、熱伝導性と強靱性との双方に優れた軟質のシートを形成することが可能となる。また、本発明の樹脂組成物によれば、例えば押出成形法により、連続的に薄いシートを効率よく生産することができる。また、本発明の樹脂組成物によれば、薄肉成形されたシートにおいても優れた強靱性を維持することができる。さらに、本発明の樹脂組成物から形成されたシートは、強度に優れるのみならず優れた伸びを有する。優れた強度と伸びを有する上記シートは、熱伝導性シートとして使用した際に対象物への密着性に優れ、効率よく放熱を行うことができる。
例えば、特にLEDを使用する光源に用いる場合で細長の形状を有する場合、LED基板とヒートシンクを密着させる熱伝導シートはその形状に合わせて「狭幅」であり、かつ熱抵抗値を低減させて熱の伝導効率を高める目的で「薄肉」とすることが望まれている。これに対して、従来の熱伝導性シートでは狭幅でかつ薄肉にすると、そのシート強度が著しく弱くなるため破断しやすく、貼りなおしが困難であり、作業効率が悪いと云う問題があり、取り扱い性において改善が求められていた。しかしながら、上記構成を有する本発明の樹脂組成物によれば、狭幅でかつ薄肉であって、十分な強靱性と熱伝導性とを有するシートを形成することが可能となる。また、本発明の樹脂組成物を、溶媒に溶解又は分散させ、フィルムや離型紙上に流延し、その後溶媒を揮酸させる方法や、ガラスクロスや有機繊維クロスに含浸させて、その後溶媒を除去することによりシートを得ることも可能である。この場合、当該シートの厚みは0.01〜0.3mmが好ましく、より好ましくは0.03〜0.2mmであり、更に好ましくは0.05〜0.13mmである。
上記構成を備えることでこのような効果が奏される理由については、必ずしも明らかではないが、(C)金属水酸化物の含有量が70質量%〜95質量%と多いことに起因して優れた熱伝導性が得られると考えられる。また、所定の構造を有する(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体と(B)ゴム用軟化剤とを組み合わせることにより、(C)金属水酸化物との特異な親和性と柔軟な延性特性が発現し、薄肉シートとした場合においても優れた強靱性が維持できると考えられる。
上記樹脂組成物においては、(C)金属水酸化物中のNaO濃度が0.2質量%以下であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、熱伝導性と強靱性の双方に優れるのみならず、電気絶縁性にも優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物においては、(C)金属水酸化物が粒子形状をなしており、平均粒子径が10〜80μmであることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、強靱性に一層優れるとともに、難燃性に優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物においては、(C)金属水酸化物が粒子形状をなしており、平均粒子径20μm以上の第1の金属水酸化物と平均粒子径20μm未満の第2の金属水酸化物を含有し、(第1の金属水酸化物の重量)/(第2の金属水酸化物の重量)が100/1〜100/80であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、熱伝導性に一層優れるとともに、難燃性に一層優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物においては、(C)金属水酸化物が水酸化アルミニウム及び/又は酸化マグネシウムであることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、当該樹脂組成物から形成されるシートの難燃性が一層優れるとともに、薄肉シートとした場合の強度が一層優れたものとなる。
また、上記樹脂組成物において、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体は、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体を水添してなる水添共重合体、及び/又は、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体に官能基を導入し水素を添加してなる変性水添共重合体であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、長期使用に対する耐熱性(耐熱劣化性)に優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物において、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体は、ビニル芳香族化合物単位の含有量が30質量%以上90質量%以下であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、柔軟性及び耐屈折曲性に優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物において、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体は、ビニル芳香族化合物単位からなる重合体ブロックの含有量が40質量%以下であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、耐ブロッキング性と柔軟性のバランスに優れるシートを形成することができる。また、このような樹脂組成物は、生産性が高く好適である。
また、上記樹脂組成物において、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体は、重量平均分子量が5×10〜100×10であることが好ましい。このような樹脂組成物は、シート形成時の加工生産性に優れるとともに、強靱性と柔軟性とのバランスに優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物において、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体は、共役ジエンに基づく二重結合の水素添加率が10%以上であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、耐老化性に優れるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物において、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体は、共役ジエンとビニル芳香族化合物とのランダム共重合体ブロックを含むことが好ましい。このような樹脂組成物によれば、(C)金属水酸化物と(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体との親和性が一層向上し、柔軟で強靱でなめらかな表面のシートを得ることが可能となる。
また、上記樹脂組成物は、(D)フッ素樹脂及び/又はフッ素樹脂変性物0.01〜5質量%をさらに含むことが好ましい。このような樹脂組成物は、難燃性に優れ、V−0難燃性を安定して発現できるシートを形成することができる。
また、上記樹脂組成物は、熱伝導率が1.0W/m・K以上であることが好ましい。このような樹脂組成物によれば、当該樹脂組成物から形成されるシートを熱伝導シートとして使用する場合に、効果的な熱伝導機能を発現することができる。
また、本発明は、上記樹脂組成物をシート状に成形してなる、厚みが0.8mm以下であるシートを提供する。このような薄肉シートは、シートの熱抵抗値が低くなり、熱伝導機能に優れるものとなる。また、上記樹脂組成物から成形されるため、厚みが0.8mm以下と薄い場合であっても、十分に高い強靱性を有する。そのため、上記シートは、熱伝導性シートとして好適に使用することができる。
また、本発明は、上記樹脂組成物をシート状に成形してなる、ASTM D5470に準拠して定常法により測定されたシート面垂直方向の熱抵抗値が5℃/W以下である、シートを提供する。このようなシートは、熱抵抗値が小さいため、熱伝導性シートとして好適に使用することができる。
また、本発明は、上記樹脂組成物をシート状に成形してなる、ISO527−1に準拠して23℃において引っ張り速度100mm/minで測定されたシートの降伏応力が1.0MPa以上、破断伸びが30%以上である、シートを提供する。このようなシートは、優れた強度と伸びを有することから、熱伝導性シートとして使用した際に、取り扱い性に優れ、かつ対象物への密着性に優れ、効率よく放熱を行うことができる。
また、本発明は、上記樹脂組成物をシート状に成形してなる、ガラス繊維クロス及び/又は有機繊維クロスを含む、シートを提供する。このようなシートは、10〜300μmの厚みにおいても、熱伝導性のシートとして使用しうるだけの十分な強度を有し、更に寸法安定性に優れる。
また、上記シートは、LED部品用として好適に使用することができる。
本発明によれば、熱伝導性に優れるとともに、薄肉成形した場合でも優れた強靱性を有する熱伝導シートを形成可能な樹脂組成物、並びにそれを用いたシートを提供することができる。
実施例1、実施例2及び比較例1の各樹脂組成物の、S−S曲線を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る樹脂組成物は、(A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体(以下、「(A)成分」と称します。)1〜20質量%、(B)ゴム用軟化剤(以下、「(B)成分」と称します。)1〜20質量%及び(C)金属水酸化物(以下、「(C)成分」と称します。)70〜95質量%を含み、かつ(A)成分がビニル芳香族化合物単位からなる重合体ブロックを複数個有する、樹脂組成物である。
(A)成分は、共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体であり、ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックを複数個有する。このような構成を有するものであれば、特に制限はなく、共役ジエンとビニル芳香族化合物を共重合して得られる共重合体等を使用することができる。
(A)成分としては、ビニル芳香族化合物からなる重合ブロックを複数個有するものであり、2〜6個有するものが好ましく、2〜4個有するものがより好ましく、2〜3個有するものがさらに好ましく、2個有するものが最も好ましい。
(A)成分としては、特に、スチレン系エラストマーが好ましく、例えばSBS(スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体)、SIS(スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体)、SEBS(スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロック共重合体)、SEPS(スチレン−エチレン・プロピレン−スチレンブロック共重合体)などが挙げられる。好ましくは、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体に水素を添加してなる水添共重合体及び/又は変性水添共重合体であり、さらに好ましくは、スチレン・ブタジエンのランダム共重合体を含む水添共重合体及び/又は変性水添共重合体である。なお、水添共重合体とは、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体に水素を添加してなる重合物を意味し、変性水添共重合体とは、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体に官能基を導入したものに水素を添加してなる重合物を意味する。
共役ジエンとは、1対の共役二重結合(共役するように結合した2つの二重結合)を有するジオレフィンである。共役ジエンとしては、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン等が挙げられ、特に一般的なものとしては、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)が挙げられる。これらは一種のみならず二種以上を使用してもよい。
ビニル芳香族化合物とは、ビニル基と芳香環を有する化合物をいう。ビニル芳香族化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、1,1−ジフェニルエチレン、N、N−ジメチル−p−アミノエチルスチレン、N、N−ジエチル−p−アミノエチルスチレン等が挙げられる。これらは一種のみならず二種以上を使用してもよい。
(A)成分中の、ビニル芳香族化合物単位の含有量は好ましくは30質量%以上90質量%以下、より好ましくは45質量%以上90質量%以下、さらに好ましくは45質量%以上86質量%以下である。この範囲であれば、柔軟性に富み、耐屈曲性等に優れた樹脂組成物を得ることができる。なお、ビニル芳香族化合物単位の含有量は、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて測定することができる。
(A)成分においては、ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックの含有量は40質量%以下であることが好ましい。この範囲であれば、良好な柔軟性と耐ブロッキング性を有する。耐ブロッキング性は上記樹脂組成物の生産性を向上させるために重要な特性である。
耐ブロッキング性に優れた共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体を得たい場合は、ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックの含有量は10〜40質量%がより好ましく、さらに好ましくは13〜37質量%、最も好ましくは15〜35質量%である。
柔軟性に優れた共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体を得たい場合は、ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックの含有量は10質量%未満がより好ましく、さらに好ましくは8質量%以下、最も好ましくは5質量%以下である。
ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックの含有量の測定は、例えば四酸化オスミウムを触媒として水添前共重合体をターシャルブチルハイドロパーオキサイドにより酸化分解する方法(I.M.KOLTHOFF,etal.,J.Polym.Sci.1,429(1946)に記載の方法)により得たビニル芳香族化合物からなる重合体ブロック成分の重量(但し平均重合度が約30以下のビニル芳香族化合物重合体成分は除かれている)を用いて、次の式から求めることができる。
ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックの含有量(質量%)={(共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体中のビニル芳香族化合物からなる重合体ブロック質量)/(共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体の質量)}×100
なお、(A)成分におけるビニル芳香族化合物のブロック率は、40質量%以下が好ましく、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは18質量%以下である。ここでいうブロック率とは、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体の全ビニル芳香族化合物量に対するビニル芳香族化合物重合体ブロック量の割合をいう。上記範囲内であることが、柔軟性の良好な組成物を得るうえで奨励される。
共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体は、ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロック以外にビニル芳香族化合物単位を5質量%以上含んでいることが好ましい。すなわち、平均重合度が30未満であり重合体ブロックとみなされないビニル芳香族化合物重合体成分の含有量が5質量%以上であることが好ましい。ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロック以外のビニル芳香族化合物単位の含有量が5質量%以上なら、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体の耐熱性向上効果が見られる。また、ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックではない部分の結晶化の阻害ができ、柔軟性が良い。また充填剤を多量に配合できるため、熱伝導性も良好である。
(A)成分の重量平均分子量は、好ましくは5×10〜100×10、より好ましくは8×10〜80×10、さらに好ましくは9×10〜30×10である。ビニル芳香族化合物からなる重合体ブロックの含有量が10〜40質量%の共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体を使用する場合、その重量平均分子量は好ましくは10×10以上、50×10以下、より好ましくは13×10〜40×10、さらに好ましくは15×10〜30×10であることが奨励される。重量平均分子量が5×10以上であれば靭性が良く、また100×10以下であれば柔軟性が良いため好ましい。さらに、重量平均分子量が5×10〜100×10の場合、低分子量成分の含有量が少ないため揮発成分が少ない。
(A)成分の分子量分布(Mw/Mn)(重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(Mn)に対する比)は、成形加工性の点で、1.01〜8.0が好ましく、より好ましくは1.1〜6.0、さらに好ましくは1.1〜5.0であることが奨励される。ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した分子量分布の形状に特に制限はない。山(ピーク)が二ヶ所以上存在するポリモーダルの分子量分布を持つものでもよいが、山が一つであるモノモーダルの分子量分布を持つことが好ましい。
なお、(A)成分の分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)による測定を行い、クロマトグラムのピークの分子量を、市販の標準ポリスチレンの測定から求めた検量線(標準ポリスチレンのピーク分子量を使用して作成)を使用して求めた重量平均分子量である。共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体の分子量分布も、同様にGPCによる測定から求めることができる。
水添共重合体及び変性水添共重合体は、各々水添前共重合体中の共役ジエンに基づく二重結合の水素添加率が好ましくは10%以上、より好ましくは75%以上、さらに好ましくは85%以上である。水素添加率が10%以上の場合、熱劣化による柔軟性、強度、伸びが低下せず良好な耐熱性を示す。耐熱性に優れた放熱材料を得たい場合、水素添加率が好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上であることが奨励される。耐候性に優れた放熱材料を得る場合は、水素添加率が好ましくは75%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上であることが奨励される。また、架橋をする場合には、水素添加率は98%以下が好ましく、より好ましくは95%以下、さらに好ましくは90%以下であることが奨励される。
ここで、共役ジエンに基づく二重結合の水素添加率とは、水添前共重合体及び変性水添前共重合体各々が含んでいた共役ジエンの二重結合に対する、水添共重合体及び変性水添共重合体各々の水素添加された二重結合の割合をいう。
水添共重合体及び変性水添共重合体の水素添加率は、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて測定することができる。
なお、共重合体中のビニル芳香族化合物に基づく芳香族二重結合の水素添加率については特に制限はないが、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下である。
(A)成分は、下記(i)〜(v)の一般式から選ばれる少なくとも一つの構造を有することが特に好ましい。また、下記構造を複数種類、任意の割合で含む混合物でもよい。
(i) B
(ii) B−A
(iii) B−A−B
(iv) (B−A)−Z
(v) (B−A)−Z−A
ここで、Bは共役ジエンとビニル芳香族化合物とのランダム共重合体ブロック(以下、「ブロックB」と称する)であり、Aはビニル芳香族化合物重合体ブロック(以下、「ブロックA」と称する)である。mは2以上の整数であり、n及びpはそれぞれ1以上の整数である。Zはカップリング剤残基を示す。なお、カップリング剤残基とは、共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合体の複数を、ブロックA−A間、ブロックB−B間、又はブロックA−B間において結合させるために用いられるポリハロゲン化合物や酸エステル類などからなるカップリング剤の、結合後の残基を意味し、上記(iv)においてはm価,上記(v)においてはn+p価となる。
一般式において、ブロックB中のビニル芳香族化合物は均一に分布していても、テーパー状に分布していてもよい。すなわち、ビニル芳香族化合物モノマー単位の配列が、頭−頭構造、尾−尾構造、頭−尾構造のいずれであってもよい。またブロックBには、ビニル芳香族化合物が均一に分布している部分及び/又はテーパー状に分布している部分がそれぞれ複数個存在していてもよい。また、mは2以上、好ましくは2〜10の整数であり、n及びpはそれぞれ1以上、好ましくは1〜10の整数である。ブロックBを共役ジエンとビニル芳香族化合物とのランダム構造にすることで、共重合体の結晶部分を極力少なくする、又はなくすことができ、充填剤を多量に混合することが可能となる。
変性水添共重合体は、上述のように重合体鎖に官能基を有するものである。官能基としては、例えば水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、チオカルボニル基、酸ハロゲン化物基、酸無水物基、カルボン酸基、チオカルボン酸基、アルデヒド基、チオアルデヒド基、カルボン酸エステル基、エポキシ基、チオエポキシ基、スルフィド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、アミド基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、リン酸基、リン酸エステル基、アミノ基、イミノ基、ニトリル基、ピリジル基、キノリン基、ハロゲン化ケイ素基、シラノール基、アルコキシシラン基、ハロゲン化スズ基、アルコキシスズ基及びフェニルスズ基等から選ばれる官能基が挙げられる。好ましくは水酸基、アミノ基、エポキシ基、シラノール基、及びアルコキシシラン基から選ばれる官能基を少なくとも1個有し、より好ましくは水酸基、アミノ基、及びエポキシ基から選ばれる官能基を少なくとも1つ有する。
変性水添共重合体は、共重合体の重合終了時にこれらの官能基を含有する変性剤を反応させることにより得られる。例えば、変性水添共重合体は、有機リチウム化合物を重合触媒として得た水添前共重合体のリビング末端に、官能基を含有する変性剤を付加反応させ、それに水素を添加して得ることができる。
変性水添共重合体を得る他の方法として、水添共重合体に有機リチウム化合物等の有機アルカリ金属化合物を反応(メタレーション反応)させ、有機アルカリ金属が付加した共重合体に官能基を含有する変性剤を付加反応させる方法が挙げられる。
水添共重合体及び/又は変性水添共重合体には、示差走査熱量測定法(DSC法)において、−50〜100℃の温度範囲において結晶化ピークが実質的に存在しないことが好ましい。ここで、−50〜100℃の温度範囲において結晶化ピークが実質的に存在しないとは、この温度範囲において結晶化に起因するピークが現れない、もしくは結晶化に起因するピークが認められる場合においても、その結晶化における結晶化ピーク熱量が3J/g未満であることを意味する。結晶部分を極力少なくする、又はなくすことで、充填剤を多量に混合することが可能となる。これは、結晶部分には、充填剤が侵入できないためである。更には、本実施形態において、結晶部分を有する場合、シートとした場合において表面平滑性が劣る傾向にあるが、これは結晶化による体積収縮が大きいためであると考えられ、熱伝導性のシートとして好ましいものは、結晶化ピークが実質的に存在しない(A)成分である。
水添共重合体及び/又は変性水添共重合体の動的粘弾性スペクトルにおける損失正接(tanδ)のピークが少なくとも1つは、−30〜80℃に存在することが好ましく、より好ましくは−20〜70℃、さらに好ましくは−20〜50℃である。−30〜80℃の範囲に存在するtanδのピークは、ブロックBに起因するピークである。tanδのピークが−30〜80℃の範囲に少なくとも1つ存在することで、柔軟性と靭性が共に優れる。
(A)成分の共役ジエン部分のミクロ構造(シス、トランス、ビニルの比率)は、後述する極性化合物等の使用により任意に変えることができ、特に制限はない。
一般的に共役ジエンとして1,3−ブタジエンを使用した場合には、1,2−ビニル結合含有量は共役ジエン部分100%に対して好ましくは5〜80%、より好ましくは10〜60%である。共役ジエンとしてイソプレンを使用した場合又は1,3−ブタジエンとイソプレンを併用した場合には、1,2−ビニル結合と3,4−ビニル結合の合計含有量は好ましくは3〜75%、より好ましくは5〜60%であることが推奨される。なお、本発明においては、1,2−ビニル結合と3,4−ビニル結合の合計含有量(但し、共役ジエンとして1,3−ブタジエンを使用した場合には、1,2−ビニル結合含有量)を以後ビニル結合含有量と呼ぶ。
(A)成分の共役ジエンに基づくビニル結合含有量は、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて検出することができる。
また、(A)成分中における各分子鎖中のビニル結合含有量の最大値と最小値との差が好ましくは10%未満、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは6%以下であることが奨励される。共重合体鎖中のビニル結合は、均一に分布していてもテーパー状に分布していてもよい。すなわち、共役ジエンの重合により生じるビニル結合(二重結合)の配列が、頭−頭構造、尾−尾構造、頭−尾構造のいずれであってもよい。ここで、ビニル結合含有量の最大値と最小値との差とは、重合条件、すなわちビニル量調整剤の種類、量及び重合温度で決定されるビニル結合含有量の最大値と最小値である。
共役ジエン重合体鎖中のビニル結合含有量の最大値と最小値との差は、例えば共役ジエンの重合時又は共役ジエンとビニル芳香族化合物の共重合時の重合温度によって制御することができる。第3級アミン化合物又はエーテル化合物のようなビニル量調整剤の種類と量が一定の場合、重合中のポリマー鎖に組み込まれるビニル結合含有量は、重合温度によって決まる。従って、等温で重合した重合体はビニル結合が均一に分散した重合体となる。これに対し、昇温で重合した重合体は、初期(低温で重合)が高ビニル結合含有量、後半(高温で重合)が低ビニル結合含有量といった具合に各分子鎖中のビニル結合含有量に差のある重合体となる。このような構造を有する共重合体に、水素を添加することにより各分子鎖中のビニル結合含有量に差のある水添共重合体及び変性水添共重合体が得られる。
本実施形態において、共役ジエンとビニル芳香族化合物の水添前共重合体は、例えば、炭化水素溶媒中で有機アルカリ金属化合物等の開始剤を用いてアニオンリビング重合により得られる。炭化水素溶媒としては、例えばn−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタンの如き脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘプタンの如き脂環式炭化水素類、また、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンの如き芳香族炭化水素類である。
また、開始剤としては、一般的に共役ジエン及びビニル芳香族化合物に対し、アニオン重合活性があることが知られている脂肪族炭化水素アルカリ金属化合物、芳香族炭化水素アルカリ金属化合物、有機アミノアルカリ金属化合物等が含まれる。該開始剤に含まれるアルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム、カリウム等である。好適な有機アルカリ金属化合物としては、炭素数1〜20の脂肪族及び芳香族炭化水素リチウム化合物であり、1分子中に1個のリチウムを含む化合物、1分子中に複数のリチウムを含むジリチウム化合物、トリリチウム化合物、テトラリチウム化合物等が含まれる。
具体的にはn−プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、n−ペンチルリチウム、n−ヘキシルリチウム、ベンジルリチウム、フェニルリチウム、トリルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとsec−ブチルリチウムの反応生成物、さらにジビニルベンゼンとsec−ブチルリチウムと少量の1,3−ブタジエンの反応生成物等が挙げられる。さらに、米国特許5,708,092号明細書に開示されている1−(t−ブトキシ)プロピルリチウム及びその溶解性改善のために1〜数分子のイソプレンモノマーを挿入したリチウム化合物、英国特許2,241,239号明細書に開示されている1−(t−ブチルジメチルシロキシ)ヘキシルリチウム等のシロキシ基含有アルキルリチウム、米国特許5,527,753号明細書に開示されているアミノ基含有アルキルリチウム、ジイソプロピルアミドリチウム及びヘキサメチルジシラジドリチウム等のアミノリチウム類も使用することができる。
本実施形態において有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として、共役ジエンとビニル芳香族化合物を共重合する際に、重合体に組み込まれる共役ジエンに起因するビニル結合(1,2結合又は3,4結合)の含有量の調整や共役ジエンとビニル芳香族化合物とのランダム共重合性を調整するために、調整剤として第3級アミン化合物又はエーテル化合物を添加することができる。
本実施形態において有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として共役ジエンとビニル芳香族化合物を共重合する方法は、バッチ重合であっても連続重合であっても、或いはそれらの組み合わせであってもよい。特に分子量分布を好ましい適正範囲に調整する上で連続重合方法が推奨される。重合温度は、一般に0℃〜180℃、好ましくは30℃〜150℃である。重合に要する時間は条件によって異なるが、通常は48時間以内であり、特に好適には0.1〜10時間である。また、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で重合することが好ましい。重合圧力は、上記重合温度範囲でモノマー及び溶媒を液相に維持するに充分な圧力の範囲で行えばよく、特に限定されるものではない。更に、重合系内は触媒及びリビングポリマーを不活性化させるような不純物、例えば水、酸素、炭酸ガス等が混入しないように留意する必要がある。
重合終了時に2官能基以上のカップリング剤を必要量添加してカップリング反応を行うことができる。2官能基カップリング剤としては公知のものいずれでも良く、特に限定されない。例えば、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジブロモシラン等のジハロゲン化合物、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸フェニル、フタル酸エステル類等の酸エステル類等が挙げられる。
また、3官能基以上の多官能カップリング剤としては公知のものいずれでも良く、特に限定されない。例えば、3価以上のポリアルコール類、エポキシ化大豆油、ジグリシジルビスフェノールA等の多価エポキシ化合物、一般式R(4−n)SiX(ただし、Rは炭素数1から20の炭化水素基、Xはハロゲン、nは3又は4)で示されるハロゲン化珪素化合物、ハロゲン化錫化合物が挙げられる。ハロゲン化珪素化合物としては例えばメチルシリルトリクロリド、t−ブチルシリルトリクロリド、四塩化珪素及びこれらの臭素化物等、ハロゲン化錫化合物としては、例えばメチル錫トリクロリド、t−ブチル錫トリクロリド、四塩化錫等の多価ハロゲン化合物が挙げられる。炭酸ジメチルや炭酸ジエチル等も使用できる。
本実施形態において、水酸基、エポキシ基、アミノ基、シラノール基、及びアルコキシシラン基から選ばれる官能基を少なくとも1つ有する変性水添共重合体を得るために使用される変性剤としては、特公平4−39495号公報に記載された変性剤が挙げられる。
水添共重合体及び変性水添共重合体を製造するために用いられる水添触媒は、特に制限されず、例えば、以下の触媒が用いられる。
(1)Ni、Pt、Pd、Ru等の金属をカーボン、シリカ、アルミナ、ケイソウ土等に担持させた担持型不均一系水添触媒、
(2)Ni、Co、Fe、Cr等の有機酸塩又はアセチルアセトン塩等の遷移金属塩と有機アルミニウム等の還元剤とを用いる、いわゆるチーグラー型水添触媒、及び
(3)Ti、Ru、Rh、Zr等の有機金属化合物等のいわゆる有機金属錯体等の均一系水添触媒等。
具体的な水添触媒としては、特公昭42−8704号公報、特公昭43−6636号公報、特公昭63−4841号公報、特公平1−37970号公報、特公平1−53851号公報、特公平2−9041号公報に記載された水添触媒を使用することができる。好ましい水添触媒としてはチタノセン化合物及び/又は還元性有機金属化合物との混合物が挙げられる。チタノセン化合物としては、特開平8−109219号公報に記載された化合物が使用できる。具体例としては、ビスシクロペンタジエニルチタンジクロライド、モノペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリクロライド等の(置換)シクロペンタジエニル構造、インデニル構造、及びフルオレニル構造を有する配位子を少なくとも1つ以上持つ化合物が挙げられる。また、還元性有機金属化合物としては、有機リチウム等の有機アルカリ金属化合物、有機マグネシウム化合物、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物あるいは有機亜鉛化合物等が挙げられる。
水添反応は一般的に0〜200℃、より好ましくは30〜150℃の温度範囲で実施される。水添反応に使用される水素の圧力は好ましくは0.1〜15MPa、より好ましくは0.2〜10MPa、更に好ましくは0.3〜5MPaが推奨される。また、水添反応時間は通常3分〜10時間、好ましくは10分〜5時間である。水添反応は、バッチプロセス、連続プロセス、或いはそれらの組み合わせのいずれでも用いることができる。
水添反応後の反応溶液は、必要に応じて触媒残査を除去し、水添共重合体及び変性水添共重合体を溶媒から分離することができる。分離の方法としては、例えば水添後の溶液にアセトン又はアルコール等の重合体に対する貧溶媒となる極性溶媒を加えて重合体を沈澱させて回収する方法、水添共重合体及び変性水添共重合体の溶液を撹拌下熱湯中に投入し、スチームストリッピングにより溶媒を除去して回収する方法、又は直接重合体溶液を加熱して溶媒を留去する方法等を挙げることができる。
なお、水添共重合体及び変性水添共重合体には、各種フェノール系安定剤、リン系安定剤、イオウ系安定剤、アミン系安定剤等の安定剤を添加することができる。
本実施形態に係る樹脂組成物において使用する(A)成分の含有量は、樹脂組成物全量に対して、1〜20質量%である。好ましくは、5〜20質量%、より好ましくは10〜20質量%である。20質量%を超えると、熱伝導性及び難燃性が低下しやすくなる。また、含有量が1質量%未満では、十分な成形性が得られず、また薄肉とした場合の強度が不十分である。
本実施形態に係る樹脂組成物において使用する(B)成分とは、一般にゴムの軟化、増容、加工性向上に用いられるプロセスオイル又はエクステンダーオイルと呼ばれる鉱物油系ゴム用軟化剤であって、典型的には、芳香族環を有する化合物、ナフテン環を有する化合物及びパラフィン鎖を有する化合物の三者の組合せから成る混合物である(例えば、出光興産(株)発行のパンフレット「ダイアナプロセスオイル」、又は社団法人日本ゴム協会1973年11月15日発行「ゴム工業便覧」284〜285ページを参照することができる)。
(B)成分としては、例えばシリコーンオイル、合成系オイル、フッ素系オイル、鉱物オイル(石油系オイル)又は合成オイルなどが挙げられる。好ましいオイル例としては、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系などが挙げられる。特に好ましい例としては、パラフィン系及びナフテン系が挙げられる。芳香族系のオイルは、耐寒性や耐久性などに悪影響を与える恐れがある。中でもパラフィン系のオイルが特に好ましく、パラフィン系のなかでも芳香族環成分の少ないものが特に適している。
パラフィンオイルの40℃における動粘度は、好ましくは100mm/sec以上、より好ましくは100〜10000mm/sec、さらに好ましくは200〜5000mm/secである。パラフィンオイルとして、例えば、日本油脂株式会社製「NAソルベント(商品名)」、出光興産株式会社製「ダイアナ(登録商標)プロセスオイルPW−90、PW−380」、出光石油化学株式会社製「IP−ソルベント2835(商品名)」、三光化学工業株式会社製「ネオチオゾール(商品名)」等が挙げられる。
(B)成分は、引火点が、170〜300℃、重量平均分子量が100〜5000のものが好ましい。
(B)成分の含有量は、上記樹脂組成物全量に対して、1〜20質量%である。好ましくは、2〜15質量%、さらに好ましくは6〜12質量%である。20質量%を超えるとゴム軟化剤のブリードアウトが生じやすくなり、難燃性も低下しやすくなる。また、含有量が1質量%未満では、得られる樹脂組成物に十分な柔軟性が得られない。
本実施形態に係る樹脂組成物に使用される(C)成分は、樹脂組成物の、熱伝導性、難燃性、絶縁性を発現させるのみならず、組成物の強度、とりわけ、薄肉での押し出し成形を可能とし、また得られたシートの強度を獲得する上で必要である。
(C)成分は、金属の水酸化物であればよく、原料等に由来する不純物成分(金属水酸化物以外の成分)を微量含んでいてもよい。
(C)成分としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、水酸化カルシウム、水酸化錫の中から選ばれる1種又は2種以上の混合物であることが好ましい。特に、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムは難燃化の作用効果が高く、かつ熱伝導性フィラーとして作用するため、より好ましい。水酸化アルミニウムの吸熱量は約1.97kJ/gであり、水酸化マグネシウムの約1.31kJ/g、水酸化カルシウムの約0.93kJ/gと比較して大きな値であり、難燃効果が高い特徴を有しているのでより好ましい。さらに、(C)成分が水酸化アルミニウム及び/又は水酸化マグネシウムである場合は、薄肉シートとした場合の強度が一層優れたものとなるので好ましい。
なお、水酸化アルミニウムとしては、例えば、ボーキサイトをアルカリ水溶液で溶解して二酸化炭素を導入して得られる炭酸ガス法水酸化アルミニウムや、ボーキサイトをアルカリ水溶液で溶解して種子晶を加えて得られるバイヤー法水酸化アルミニウム等を用いることができ、このような製造方法に依存して、水酸化アルミニウムはこれ以外の成分、例えば、SiO、Fe,NaO等を通常含んでいる。したがって、本実施形態において水酸化アルミニウムというときは、水酸化アルミニウム純品の他、不純物を微量含有する水酸化アルミニウム(通常水酸化アルミニウム含有量は99質量%以上)をも包含する。
(C)成分の含有量は、樹脂組成物全量に対して、70質量%以上95質量%以下である。好ましくは75質量%以上93質量%以下、さらに好ましくは80質量%以上90質量%以下である。70質量%未満であると熱伝導性及び難燃性が得られにくい。
(C)成分は、粒子形状をなしており、その平均粒子径が10μm〜80μmの範囲であることが、熱伝導性、難燃性及び強靭性を効果的に発現させることができるので好ましく、更に好ましくは30μm〜80μmの範囲である。
(C)成分は、平均粒子径が20μm以上と20μm未満の相違する2種以上の金属水酸化物を含むことが好ましい。平均粒子径が20μm以上と20μm未満の相違する金属水酸化物を含むことにより、熱伝導性及び難燃性をバランスよく向上できる。20μm以上の粒子(第1の金属水酸化物の粒子)と20μm未満の粒子(第2の金属水酸化物の粒子)の重量比が100/1〜100/80であることが好ましい。より好ましくは、100/10〜100/50、さらに好ましくは100/20〜100/50である。なお、各々の平均粒子径(μm)は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した体積基準の粒子径である。平均粒子径は通常、水またはエタノールに水酸化アルミニウムを分散させて測定する。この時、分散できない場合は界面活性剤を使用してもよく、また適宜、ホモジナイザーや超音波によって分散させてもよい。分散させる水酸化アルミニウム粉体の濃度は通常1%以下である。
(C)成分は、金属水酸化物中のNaO濃度が0.2質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、0.1%質量以下、さらに好ましくは、0.05質量%以下である。なお、NaO含有量の測定は、蛍光X線分光法により求める。金属水酸化物中のNaO濃度が0.2質量%以下であることにより、組成物の絶縁破壊強度が著しく向上する。また、金属水酸化物中のNaO濃度が0.2質量%以下であることにより、難燃性に一層優れる傾向がある。
(C)成分は、適宜に前処理を行ってもよい。例えばシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ステアリン酸などで前処理することによって表面改質を施した金属水酸化物を使用してもよい。
本実施形態に係る樹脂組成物は、(D)フッ素樹脂及び/又はフッ素樹脂変性物(以下、「(D)成分」と称します。)を含むことができる。
(D)成分としてはフィブリル形成能力を有するフルオロポリマーとして、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・プロピレン共重合体等のテトラフルオロエチレンポリマー、を好ましく使用することができ、特に好ましくはポリテトラフルオロエチレンである。
(D)成分は、ファインパウダー状のフルオロポリマー、フルオロポリマーの水性ディスパージョン、ASやPMMA等の第2の樹脂との粉体状混合物等、様々な形態のフルオロポリマーを使用することができる。
本実施形態において好ましく使用できるフルオロポリマーの水性ディスパージョンとして、三井デュポンフロロケミカル(株)製「テフロン30J」、ダイキン工業(株)製「ポリフロンD−1」、「ポリフロンD−2」、「ポリフロンD−2C」、「ポリフロンD−2CE」を例示することができる。
本実施形態では、(D)成分として、ASやPMMA等の第2の樹脂との粉体状混合物としたフルオロポリマー(本発明ではフッ素樹脂変性物と称すことにする)を好適に使用することができるが、当該フッ素樹脂変性物に関する技術は、特開平9−95583号公報、特開平11−49912号公報、特開2000−143966号公報、特開2000−297189号公報等に開示されている。
(D)フッ素樹脂変性物としては、特に、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)のアクリル変性物が好ましい。本発明において好ましく使用できるフッ素樹脂変性物として三菱レーヨン(株)製「メタブレンA−3800」を例示することができる。
(D)成分の含有量は、組成物全量に対して、0.01質量%〜5質量%である。好ましくは、0.1質量%〜2質量%、より好ましくは、0.3質量%〜1.5質量%である。(D)を0.01質量%〜5質量%含むことにより、難燃性、機械的物性、シート成形性の安定性(粘性およびロール付着性)を大幅に改良できる。
本実施形態に係る樹脂組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で必要に応じて、粘着性付与剤を含んでもよい。粘着性付与剤は、シート状にして使用する際、電子部品、半導体装置あるいは表示装置と放熱装置を固定するために添加する。本発明に使用できる粘着性付与剤としては、特に限定するものではなく従来公知のものが用いられる。例えば、ロジン系樹脂(ガムロジン、トール油ロジン、ウッドロジン、変性ロジン系樹脂(水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、マレイン化ロジン等)、ロジンエステル系(ロジングリセリンエステル、水添ロジン・グリセリンエステル、ロジン・ペンタエリスリトールエステル、水添ロジン・ペンタエリスリトールエステル、過水添ロジン・グリセリンエステル、安定化ロジン・ペンタエリスリトールエステル等)等)、石油系樹脂(炭化水素系(脂肪族石油系、芳香族石油系、ジシクロペンタジエン系、熱反応型、芳香族変性脂肪族石油系等)、脂肪族系石油樹脂(C5系)、芳香族系石油樹脂(C9系)、共重合系石油樹脂(C5/C9系)、脂環族系石油樹脂(水素添加系、ジシクロペンタジエン系等)、テルペン系樹脂(α−ピネン、β−ピネン、d−リモネン、芳香族変性、フェノール変性テルペン、ポリテルペン、水素添加テルペン等)、純モノマー系樹脂(スチレン/α−メチルスチレン、α−メチルスチレン/ビニルトルエン、スチレン等、(メタ)アクリル系)、クマロン・インデン樹脂、フェノール系樹脂、キシレン樹脂等が挙げられる。これらは単独であるいは2種以上併せて用いられる。
特に好ましい例としてはロジン系(ロジン系樹脂、変性ロジン系樹脂)、テルペン系(テルペン系樹脂)、石油系(石油系樹脂、脂肪族系石油樹脂、芳香族系石油樹脂、共重合系石油樹脂、脂環族系石油樹脂)が挙げられる。熱伝導性樹脂組成物中の含有量としては特に制限はなく、目的とする粘着力に応じて添加することができるが、1〜20質量%が好ましい。
これらの粘着性付与材は組成物中全体に含まれていてもよいし、シートの表面層に存在しても良い。
本実施形態に係る樹脂組成物には、必要に応じて脂肪酸、脂肪酸塩、酸化防止剤、架橋剤、熱可塑性樹脂、金属水酸化物以外のフィラー、金属水酸化物以外の難燃剤などを添加することができる。酸化防止剤としては、例えばアルデヒド類、アミン類、フェノール類、などが挙げられる。架橋剤としては、有機パーオキサイド、エポキシ類、イソシアナート類、ジ(メタ)アクリレート類などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、(メタ)アクリル樹脂、ポリスチレン、などが挙げられる。フィラーとしてはカーボンブラック、炭素繊維、黒鉛微粉、ガラス繊維、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、アルミニウム、銅等が挙げられる。難燃剤としては、窒素系難燃剤(トリアジン系など)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、シリコーン系難燃剤、芳香族カルボン酸及びその金属塩、ホウ素化合物、亜鉛化合物などが挙げられる。
また、ガラス繊維クロス、有機繊維クロス等の織物と複合化することも好ましい実施態様である。特にガラスクロスとの複合化は、薄肉での強度、寸法安定性、難燃性を向上できるのみならず、薄肉の形態で使用することが出来るため、シートの熱抵抗値を低減させることができ、熱伝導機能を効率化することが可能となるので、特に好ましい。
本実施形態に係る樹脂組成物は、(C)成分が高充填されているため、熱伝導性を有し、その熱伝導率が1.0W/m・K以上であることが好ましい。なお、熱伝導率は、ASTM(American Society for Testing and Materials)D5470に準拠して熱伝導率を測定する。
また、同方法に準じて本願発明の樹脂組成物からなるシート成形体のシート面垂直方向の熱抵抗値(単位:℃/W)を評価した場合、10以下が好ましく、より好ましくは7以下、更に好ましくは5以下、特に好ましくは3以下、最も好ましくは2以下である。熱抵抗値はシートの厚みを薄くすることで低減でき、この数値が小さいほど熱を効率的に伝達できることを意味するが、本実施形態に係る樹脂組成物からなるシートでは薄肉としても、取り扱いが容易な強さを有するので、工業的に極めて有用である。
本実施形態に係る樹脂組成物を得るための混練方法は特に限定はなく、例えばブレード型混練機(ニーダー、バンバリーミキサー等)、ロール型混練機(2本ロール、3本ロール、ロールミル、テーパーロール等)、スクリュー型混練機(エクストルーダー等)が適用できる。これらの中では、加圧ニーダ、バンバリーミキサ、エクストルーダ等が好ましい。
本実施形態に係る樹脂組成物は、用途に応じて厚さ0.1〜3mmのシート状に加工することができる。本実施形態に係る樹脂組成物をシート状に成形してなるシートは、厚さが0.1〜0.8mmであることが好ましく、0.1〜0.6mmであることがより好ましく、0.1〜0.4mmであることが更に好ましい。上記シートは、厚みを小さくすることで熱抵抗値[℃/W]を小さくすることができ、効率よく熱を伝えることができる。本実施形態に係る樹脂組成物によれば、このような厚みの小さいシートを容易に成形することができる。シート状に加工する際の加工方法としては、特に限定はなく、押出成形、圧縮成形、カレンダー成形などで加工することが可能であるが、連続的に成形でき、かつ巻き取りが可能な押し出し成形やカレンダー成形が好ましい。シート状の樹脂組成物は離型フィルム又は転写式粘着フィルムを挟んでロールにして巻き取ることが可能である。シートの大きさに特に制限はなく、用途に応じて加工できる。より好ましい製造方法としては、エクストルーダにより各成分を混練しながらTダイに押し出しすることでシートを成形、離型フィルム又は転写式粘着フィルムとともにシート引取装置によって巻き取る方法が挙げられる。この時の押出条件としては、組成によってあるいは成形するシートの幅で異なるが、押出機の設定温度は90〜190℃、スクリュー回転数5〜80rpm、L/D(スクリューの長さと直径比)は20以上が好ましい。
また、組成物を溶媒に溶解・分散させ、フィルムや離型紙上に流延し、その後溶媒を揮酸させてシートを得る方法や、ガラスクロスや有機繊維クロスに含浸させて、その後溶媒を除去することによりシートを得ることも可能である。
本実施形態に係るシートは、熱伝導性シートとして好適に使用することができる。
本実施形態に係る熱伝導性シートはUL94規格(Underwriters Laboratories Inc.の規格番号94)のV−0規格を満たしていることが好ましい。UL94規格は装置及び器具部品用のプラスチック材燃焼性試験に関する規格であり、この規格を満たすことは難燃性が高い材料と分類される。本実施形態の熱伝導性組成物は電気製品等に使用されるため、難燃性は重要である。例えば、水酸化アルミニウムは200℃以上で分解して水を放出するため、水酸化アルミニウムを含有させた組成物は難燃性が付与できる。本実施形態の該組成物は、例えば、0.5mmのシートに加工したときUL94規格のV−0を満たす難燃性を有しつつ、熱伝導性、絶縁破壊特性に優れた組成物とすることができる。
これらの熱伝導性シートは、電子部品や半導体装置の発熱する部分と放熱部品や放熱板などの間に挟むことにより効率的に発生した熱を放出し、電子部品、半導体装置や表示装置の熱劣化などを低減し、故障を低減し、寿命を延ばすことができる。具体的には、コンピュータのCPU(中央演算素子)、液晶バックライト、プラズマディスプレイパネル、LED素子、有機EL素子、二次電池あるいはその周辺機器、同じく電動機の放熱器、ペルチェ素子、インバータ、(ハイ)パワートランジスタなどが挙げられる。
本実施形態に係るシートでは、ISO527−1に準拠して23℃において引っ張り速度100mm/minで測定されたシートの降伏応力が1.0MPa以上、破断伸びが30%以上であることが好ましい。このようなシートは、特に薄いシートとした場合においての取り扱い性(狭幅での貼りやすさ、貼りなおし性等)に優れる。
特に、LED−バックライト、LED照明等のLED関連部品は発熱が大きく、熱の不均一化が生じやすく、放熱・均熱させるための構造設計が必要である。例えば、LED基板裏に当該熱伝導性シートを貼り、更に放熱板(アルミシャーシ等)を貼着することより、LED基板から効率よく熱を外部に逃がすことが可能となる。
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
各成分は以下に記載のものを使用した。
[原料]
<ビニル芳香族単位からなる重合体ブロックを2個有する共役ジエン単位とビニル芳香族単位を含む共重合体(A−1)の製造>
下記重合方法で製造した。
・反応条件等
反応器:内容積が10Lの撹拌装置及びジャケット付き槽型反応器を用いた。
反応温度:重合中は70℃を保持した。水添反応中は65℃を保持した。
水添触媒:窒素置換した水添触媒調整用反応容器に乾燥、精製したシクロヘキサン1リットルを仕込み、ビス(η5−シクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド100ミリモルを添加した。充分に攪拌しながら、トリメチルアルミニウム200ミリモルを含むn−ヘキサン溶液を添加して、室温にて約3日間反応させたものを用いた。
・反応手順
(i)シクロヘキサン10質量部を反応器に仕込んで温度70℃に調整した。
(ii)1段目反応として、n−ブチルリチウム0.076質量部、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(以下TMEDA)をn−ブチルリチウム1モルに対して0.4モル添加した。
(iii)スチレン8質量部を含有するシクロヘキサン溶液(モノマー濃度22質量%)を約3分間かけて添加し、添加終了後30分間反応させた。
(iv)2段目反応として、1,3−ブタジエン48質量部とスチレン36質量部とを含有するシクロヘキサン溶液(モノマー濃度22質量%)を60分かけて一定速度で連続的に反応器に供給し、添加終了後30分間反応させた。
(v)3段目反応としてスチレン8質量部を含有するシクロヘキサン溶液(モノマー濃度22質量%)を約3分間かけて添加し、添加終了後30分間反応させ、共重合体を得た。
(vi)得られた共重合体に、上記水添触媒をチタン量換算で、100質量ppm添加し、水素圧0.7MPa、温度65℃で水添反応を行った。
(vii)反応終了後にメタノールを添加し、次に安定剤としてオクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共重合体に対して0.3質量%添加し、水添共重合体を得た。
得られた水添共重合体の重量平均分子量は16.5×10、分子量分布は1.2、水素添加率は99%であった。また動的粘弾性測定の結果、tanδのピーク温度は−15℃に存在した。また、DSC測定の結果、結晶化ピークは無かった。また、3段目反応後に得られた水添前共重合体から求めたビニル芳香族単位の含有量は52質量%、ビニル芳香族からなる重合体ブロックの含有量は16質量%、1,3−ブタジエン部のビニル結合含有量は21質量%であった。
<ビニル芳香族単位からなる重合体ブロックを2個有する共役ジエン単位とビニル芳香族単位を含む共重合体(A−2)>
重量平均分子量が7×10、分子量分布は1.1、水素添加率は99%であり、ビニル芳香族単位からなる重合体ブロックの含有量は20質量%、1,3−ブタジエン部のビニル結合含有量は35質量%であり、動的粘弾性測定によるtanδのピーク温度が−40℃に存在し、DSC測定による結晶化ピーク(降温速度―10℃/min)が4℃に観測される、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロックコポリマー(SEBS)を用いた。
<本願成分(A)の要件を欠く共役ジエン単位とビニル芳香族単位を含む共重合体(A−3)>
(A−1)に記載の製造法に準じ、(i)〜(vii)記載の手順で得られた、ビニル芳香族単位からなる重合体ブロックを1つ有する水添共重合体である。
・反応手順
(i)、(ii)の手順は(A−1)と同じである。
(iii)の手順ではスチレン18質量部と変更した以外は(A−1)と同じである。
(iv)の手順では2段目反応として、1,3−ブタジエン33質量部とスチレン49質量部と変更した以外は(A−1)と同じである。
(v)の手順は(A−3)では無い。
(vi)、(vii)の手順は(A−1)と同じである。
該(A−3)の重量平均分子量は10×10、分子量分布は1.1、水素添加率は99%であった。また動的粘弾性測定の結果、tanδのピーク温度は10℃に存在した。また、DSC測定の結果、結晶化ピークは無かった。また、ビニル芳香族単位の含有量は67質量%、ビニル芳香族単位からなる重合体ブロックの含有量は18質量%、1,3−ブタジエン部のビニル結合含有量は17質量%であった。
<(B)ゴム用軟化剤>
出光興産(株)製 ダイアナプロセスオイル(商標)PW−380(パラフィン系プロセスオイル)
<(C)金属水酸化物(水酸化アルミニウム)(C−1)>
表1に平均粒径及びNaO含有量を示した。比重2.4。
<(C)金属水酸化物(水酸化マグネシウム)(C−2)>
協和化学(株)製 キスマ5A(商標)粒子径0.86μm、比重2.4
<本願成分(C)の要件を欠く充填材(酸化アルミニウム)(C−3)>
マイクロン(株)製 AX35−125(商標) 粒子径 35μm、比重 3.8、比表面積 0.16m/g
<アクリル変性PTFE>
三菱レイヨン製 メタブレン(商標)A−3800
[シートの製造方法]
<混練>
1)3L小容量加圧型ニーダー(株式会社モリヤマ製)を用いて、140℃で12分混練した。その後、プランジャー式ペレタイザを用いて造粒した。
<シート成形>
1)組成物を、3インチロール混練機を用い、150℃で混練し、シート状にした。さらに170℃で加熱したプレス成形にて、縦120mm×横220mm、0.5mm厚のプレス成形品シートを得た。
2)上記<混練>で得た樹脂組成物ペレットを用いて、Tダイスを装着した50mm単軸シート押出機(プラ技研製PG50−32V)により、シリンダーとTダイスの設定温度を150℃とし、ロール温度を80℃として幅400mm、厚み0.3mmのシートを作成した。ロールは3本ロールとし、Tダイスは下出しの設定とし、ロール表面は鏡面クロムめっき仕上げとした。Tダイスから押し出された溶融樹脂組成物は、第1ロールと第2ロールの間で圧延され、引き続いて第3ロールに引き出される。ここで、第1ロールと第2ロール間のシートの圧延は樹脂組成物中の気泡の脱揮と厚み制御のために行うものである。
[測定方法]
<平均粒径>
レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−910(堀場製作所(株)製)を用いて測定した。なお、分散媒中への試料の分散は、超音波を1分間照射した。
<NaO含有量>
蛍光X線分光法により測定した。
<難燃性>
UL94規格に準拠して測定した。試験片は、長さ130mm、幅13mm、厚みは0.5mm、0.3mmとした。
<熱伝導率>
ASTM(American Society for Testing and Materials)D5470に準拠し、樹脂材料熱抵抗測定装置(日立製作所製)を用いて熱伝導率を定常法により測定した。測定温度30℃、試験片の厚みは0.5mmとした。
また、熱抵抗値[℃/W]の測定をそれぞれの厚みのシートで実施した。
<絶縁破壊強度>
JIS C2110に準拠して、23℃、油中、短時間法にて測定した。試験電極は、Φ25円柱/Φ25円柱であり、試験片の厚みは1.0mmとした。
<耐屈曲性>
180°の角度で3回折り曲げた後、屈曲部のクラック発生の有無を目視にて観察した。試験片の厚みは0.5mmとした。耐屈曲性については、「屈曲部のクラックなし〜微小」のものをA、「屈曲部にクラック多数発生」のものをB、「屈曲部が一部破断」のものをCと評価した
<成形安定性(1)>
組成物を、150℃に設定された単軸押出機(株式会社東洋精機製作所製、ラボプラストミル型式:50M、スクリュー型式:D2020)及び120mm幅Tダイ(株式会社東洋精機製作所製)を用い、Tダイのリップ厚みを1.0mmに調整し、シート成形を実施した。シート成形品の外観、発泡の有無を目視で確認し、成形安定性を評価した。成形安定性については、「発泡なし」のものをA、「発泡が少し発生した」ものをB、「発泡が多い」ものをCと評価した。ここで、発泡が多いものは、ロール圧延を施してもシート中に気泡が残りやすく、薄肉のシートとした場合にシートが切断しやすく、好ましくない。
<成形安定性(2)>
上記シート成形2)において、厚み0.3mmのシートの成形安定性を評価する。生産時のシートの切断については、シート引き取り速度を1.5m/分とした場合に、「100m以上切断せず、シート化できた場合」のものをA、「5m〜100m切断せず、シート化できた場合」のものをB、「5m以内で切断した場合」のものをCと評価した。また、ロールへの貼りつきについては、同様にシート引き取り速度を1.5m/分とした場合に、「貼りつきがあるが、シートが強いために同じ厚みのシートを連続してシート化できる」ものをA、「貼りつきがあるが、シートの強度が不足するため、ロールにしばしば巻きついてしまう場合」のものをB、「貼りつきがあり、かつシート強度が弱いために引き取れず、ロールに巻きついてしまう場合」のものをCと評価した。さらに、厚み変動については、呼び厚み0.3mmに対して、「±20%の変動範囲内である場合」のものをA、「±20%の変動範囲を超える場合」のものをB、「連続してシート化できないため、制御不能な場合」のものをCと評価した。
<シートの外観>
組成物をペレット化し、Tダイスを装着した50mm単軸シート押出機(プラ技研製PG50−32V)により、シリンダーとTダイスの設定温度を150℃とし、ロール温度を80℃として得たシートについて、表面平滑性と(B)成分(オイル成分)の滲み出しに関し、目視で観察して判定した。シート表面の平滑性については、旭化成ホームプロダクツ(株)製「サランラップ(商標)」を貼りつけた場合に、「シートとサランラップとが容易に密着し、剥がす場合に密着性がある場合」のものをA、「強くこすり付けると密着性がでる場合」のものをB、「全く密着性がない場合」のものをCと評価した。また、シート表面の(B)成分の滲み出しについては、「100℃オーブン中に24時間放置してもオイル成分がブリードしない場合」のものをA、「100℃オーブン中に24時間放置した場合にオイル成分のブリードが見られる場合」のものをB、「シート作成後、しばらくするとオイルブリードが発生する場合」のものをCと評価した。
<引っ張り特性>
JIS−K7161(ISO527−1)に準じて、引っ張り速度100mm/minで、23℃、50%RH環境下で降伏応力、破断応力(単位:MPa)及び破断伸び(単位:%)を測定した。試験片は、幅25mm、厚み0.5mm、チャック間距離30mmで測定した。
[実施例1〜4、比較例1〜3]
実施例1〜4及び比較例1〜3について、表1に示す配合(フィラー充填量は表中に記載。実施例1〜3と比較例1及び2は60体積%とした)で樹脂組成物ならびにシートを作製し、引っ張り特性、0.3mm厚みシートの連続成形性、シート表面の平滑性、シート表面へのオイル成分(成分(B))の滲み出し、シート面垂直方向の熱抵抗値(0.5mm及び0.3mm)、及びシートの難燃性を測定した。結果を表1に示す。また、実施例1、実施例2、比較例1について、引っ張り試験時のひずみと応力の関係を図1に示す。
Figure 0005405452
実施例1は(A−1)使用の組成物であるが、シートに強さがあり、伸びに優れる。薄いシート(0.3mm)を連続的に生産することが可能である。実施例2は(A−2)使用の組成物である。A−2(SEBS)使用のシートは降伏強度が強いが、伸びが小さい。このため薄肉のシートを連続生産する場合、実施例1に対して破断しやすい傾向が見られた。また、実施例2は、得られたシートの表面の滑らかさが実施例1に較べて若干劣る傾向にあった。表面の平滑性は熱源となる素子とヒートシンクの間に介在させるときに密着性を向上させる上で、平滑である方が好ましい。A−2(SEBS)使用において、表面平滑性が劣る理由は、ソフトセグメントであるエチレン・ブチレン共重合体部分が結晶性を有するため、結晶化による体積収縮が(A−1)に較べて大きいためであると考察する。実施例3はC−2(水酸化マグネシウム)を使用した例である。強度に優れ、シート成形性に優れていた。難燃性はC−1使用に較べて若干劣る傾向にあった。実施例4は成分(C)の配合量が実施例1に較べて多いが、シートの伸びが低下する。
比較例1は、本願の要件を欠く(A−3)使用の組成物であるが、シートの降伏強度が小さく、また伸びも少ない。0.3mmシートを連続で生産する場合、強度が小さく伸びも小さいため、安定に生産するのが困難である。さらに、シート表面にオイルのブリードアウトが発生した。また、比較例2は本願要件を欠く(C−3)アルミナを使用した結果であるが、同シートは伸びは優れるが、降伏強度が小さい。伸びと共に組成物に白化が生じやすく、ボイドの形成が見られた。また、難燃性に劣る。比較例3は成分(C)の量比の要件を欠く場合であるが、熱伝導性が劣る。
[実施例5〜17]
実施例5〜17について、表2、表3に示す配合で組成物及び厚み0.3mmもしくは0.5mmのシートを作製し、難燃性、熱伝導率、絶縁破壊強度、耐屈曲性、成形安定性、引っ張り降伏応力を測定した。結果を表2および3に示す。なお、耐屈曲性については、「屈曲部のクラックなし〜微小」のものをA、「屈曲部にクラック多数発生」のものをB、「屈曲部が一部破断」のものをCと評価した。また、成形安定性については、「発泡なし」のものをA、「発泡が少し発生した」ものをB、「発泡が多い」ものをCと評価した。
Figure 0005405452
Figure 0005405452
実施例5〜10は何れも連続的に厚み0.3mmのシートを成形することができた。実施例5、6、7と実施例8、9、10を比較すると、成分(C)中のNa0の濃度が増加するに従い、絶縁破壊強度、及び成形安定性が低下する傾向(即ち、発泡が起こりやすくなる傾向)が示される。また、難燃性については実施例5〜10では0.3mm厚みにて評価した。成分(D)の配合により、V−0難燃性の発現が安定化する傾向にあった。
実施例11〜17においては、難燃性の評価を0.5mm厚みで行っているが、平均粒子径が80μmより大きい成分(C)を使用することで難燃性が低下する傾向が示唆される。また、実施例11〜14と実施例15〜17の比較で、Na0の濃度が小さいこと
が絶縁破壊強度向上に好ましいことが示唆される。実施例11〜17においては、いずれも連続的に厚み0.3mmのシートを成形することができた。
[実施例18]
成分(A−1)を12質量%、成分(B−1)を8質量%、水酸化アルミニウム(平均粒子径10μm、NaO含有量0.03質量%)80質量%からなる混合物を、トルエンに50質量%の固形分濃度で分散させ、ガラスクロス(旭化成エレクトロニクス(株)製 品番1037 IPC規格品)に含浸させ、120℃で乾燥させた後、真空プレス成形機で120℃(20kgf/cm2)の条件でPET離型フィルム(35μm厚)に挟んでプレス処理を行い、厚み100μmのシートを得た。得られたシートの熱抵抗値は2.5[℃/W]、絶縁破壊電圧(100μm厚みで測定)は2.3[kv]、難燃性はV−0(100μm厚み)であった。該シートは、フレキシブルで、強靭で、寸法安定性に優れ、取り扱い性(貼りなおし特性)に優れるシートであった。
[実施例19]
実施例1で得た厚み0.3mmtのシートをLEDが装着された基板と基板を固定するアルミニウム製フレームの間隙に装着し、基板下の温度を測定したところ、シートを使用しない場合に較べて、基板下の温度(熱電対により直接測定した)で、10℃の温度低減効果が確認された。すなわち、実施例1のシートはLEDの連続使用温度を効果的に低減できることを示している。
上記樹脂組成物は、薄肉での強靭性と熱伝導性に優れる。更には、耐屈曲性及び薄肉シートの成形安定性に優れた熱伝導性の樹脂組成物である。また上記樹脂組成物を、発熱体と放熱体との間に設けた電子部品、半導体装置あるいは表示装置を製造することにより、従来に比較して、高熱伝導性が必要とされる用途に好適に使用される。

Claims (5)

  1. (A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体1〜20質量%、(B)ゴム用軟化剤1〜20質量%及び(C)金属水酸化物70〜95質量%を含み、
    (A)共役ジエン単位とビニル芳香族化合物単位を含む共重合体がビニル芳香族化合物単位からなる重合体ブロックを複数個有し、
    (C)金属水酸化物が水酸化アルミニウムであり、かつ、
    (C)金属水酸化物中のNa O濃度が0.2質量%以下である樹脂組成物をシート状に成形してなる、
    ISO527−1に準拠して23℃において引っ張り速度100mm/minで測定されたシートの降伏応力が1.0MPa以上、破断伸びが30%以上である、シート。
  2. みが0.8mm以下である、請求項1に記載のシート。
  3. STM D5470に準拠して定常法により測定されたシート面垂直方向の熱抵抗値が5℃/W以下である、請求項1又は2に記載のシート。
  4. ラス繊維クロス及び/又は有機繊維クロスを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシート。
  5. LED部品用である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシート。
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