JP5696599B2 - 熱伝導性感圧接着剤組成物、熱伝導性感圧接着性シート状成形体、これらの製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)と、膨張化黒鉛粉(B)と、膨張性黒鉛(C)と、を含む混合組成物を115℃以上175℃以下の温度で加熱して、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、膨張性黒鉛(C)の膨張と、が少なくとも行われてなるものである。また、本発明の熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)は、上記混合組成物をシート状に成形した後、又はシート状に成形しながら、該混合組成物を115℃以上175℃以下の温度で加熱して、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、膨張性黒鉛(C)の膨張と、が少なくとも行われてなるものである。熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を構成する物質等について以下に説明する。
本発明に用いる(メタ)アクリル樹脂組成物(A)は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含んでいる。なお、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を得る際には、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)及び/又は(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体の架橋反応とを行うことが好ましい。すなわち、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体を得る重合反応、並びに、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)同士の架橋反応、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体同士の架橋反応、及び、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)と(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体との架橋反応、のうちいずれかの架橋反応を少なくとも行うことが好ましい。当該重合反応及び好ましくは架橋反応を行うことによって(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)由来の構造単位を含む重合体は、(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)の成分と混合及び/又は一部結合する。
本発明に用いることができる(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)は特に限定されないが、ガラス転移温度が−20℃以下となる単独重合体を形成する(メタ)アクリル酸エステル単量体の単位(a1)、及び、有機酸基を有する単量体単位(a2)を含有することが好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)は、(メタ)アクリル酸エステル単量体を含有するものであれば特に限定されないが、ガラス転移温度が−20℃以下となる単独重合体を成形する(メタ)アクリル酸エステル単量体(a5m)を含有するものであることが好ましい。
熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)を得る際に、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)及び後述する多官能性単量体は重合する。その重合を促進するため、重合開始剤を用いることが好ましい。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)には、多官能性単量体も用いることが好ましい。多官能性単量体としては、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)に含まれる単量体と共重合可能なものを用いる。また、多官能性単量体は重合可能な不飽和結合を複数有しており、該不飽和結合を末端に有することが好ましい。このような多官能性単量体を用いることによって、共重合体に分子内及び/又は分子間架橋を導入して、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の感圧接着剤としての凝集力を高めることができる。
本発明に用いる膨張化黒鉛粉(B)とは、黒鉛を膨張させた後に粉砕して得られものである。本発明に用いる膨張化黒鉛粉(B)の例としては、酸処理した黒鉛を500℃以上1200℃以下にて熱処理して100ml/g以上300ml/g以下に膨張させ、次いでそれを粉砕する工程を含む方法によって得られたものを挙げることができる。より好ましくは、黒鉛を強酸で処理した後にアルカリ中で焼結し、その後再度強酸で処理したものを500℃以上1200℃以下にて熱処理して酸を除去すると共に100ml/g以上300ml/g以下に膨張させ、次いで粉砕する工程を含む方法によって得られたものを挙げることができる。上記熱処理の温度は、特に好ましくは800℃以上1000℃以下である。
本発明に用いる膨張性黒鉛(C)とは、加熱することによって膨張させることができる黒鉛である。本発明に用いる膨張性黒鉛(C)の例としては、天然黒鉛の層間に硫酸や硝酸等の酸を挿入した状態で粉末にしたものを挙げることができる。このような膨張性黒鉛(C)は、例えば、800℃以上1000℃以下に急速に加熱することによって層間に挿入された酸が膨張し、黒鉛結晶の100〜300倍程度に膨張させることができる。ただし、膨張性黒鉛(C)を膨張させ過ぎると、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の熱伝導性が低くなる虞がある。また、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の強度が低くなる虞もある。一方、膨張性黒鉛(C)の膨張が不十分であれば、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の熱伝導性を向上させる効果が不十分となる。なお、本発明において膨張性黒鉛(C)は、(メタ)アクリル樹脂組成物(A)等を含む混合組成物中で膨張させるため、重合及び所望により架橋した(メタ)アクリル樹脂組成物(A)の重合体によって膨張性黒鉛(C)の膨張が抑制される。よって、(メタ)アクリル樹脂組成物(A)の重合や架橋反応が終わった後では膨張性黒鉛(C)が膨張し難くなるため、(メタ)アクリル樹脂組成物(A)の重合や架橋反応が始まる前又は該反応と同時に、膨張性黒鉛(C)が膨張していると考えられる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)には、上述した成分以外にも本発明の効果を妨げない範囲で公知の各種添加剤を添加することもできる。公知の添加剤としては、発泡剤(発泡助剤を含む。);金属の酸化物、PITCH系炭素繊維等の熱伝導性無機化合物;金属の水酸化物、金属塩水和物等の難燃性熱伝導無機化合物;リン酸エステル等の難燃剤;ガラス繊維;外部架橋剤;カーボンブラック、二酸化チタン等の顔料;クレー等のその他の充填材;フラーレン、カーボンナノチューブ等のナノ粒子;ポリフェノール系、ハイドロキノン系、ヒンダードアミン系等の酸化防止剤;アクリル系ポリマー粒子、微粒シリカ、酸化マグネシウム等の増粘剤;等を挙げることができる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)は、これまでに説明した物質を混合した後、加熱して、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、膨張性黒鉛(C)の膨張とを少なくとも行うことにより得ることができる。
本発明の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)及び熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)は、電子機器等に備えられる電子部品等の一部として用いることができる。その際、放熱体等で構成される基材上に直接的に成形して、電子機器に備えられる部品の一部として提供することもできる。当該電子機器及び電子部品の具体例としては、エレクトロルミネッセンス(EL)、発光ダイオード(LED)光源を有する機器における発熱部周囲の部品、自動車等のパワーデバイス周囲の部品、燃料電池、太陽電池、バッテリー、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノートパソコン、液晶、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ(SED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、又は集積回路(IC)等、発熱部を有する機器や部品を挙げることができる。
後述する第1、第2、及び第3混合工程(膨張化黒鉛粉を用いない場合は、第1、及び第2混合工程)を経て得られた混合組成物の流動性を評価した。具体的には、混合組成物が入れられたホバート容器を水平面に対して30°傾け、1分後の該混合組成物の状態で評価した。その結果を表1及び表2に示した。混合組成物が傾斜に沿って流れた場合を「○」、動かなかった場合を「×」とした。混合組成物に流動性がある方が、該混合組成物をシート状に成形し易くなる。すなわち、熱伝導性感圧接着性シート状成形体を製造し易くなる。
熱伝導性感圧接着剤シート状成形体の熱伝導率を評価した。熱伝導率が高いほど、熱伝導性が高いといえる。まず、後に説明するようにして作製した熱伝導性感圧接着剤シート状成形体を幅50mm×長さ110mmの大きさに裁断した試験片を用意した。その後、当該試験片の一方の面から離型PETフィルムを剥離し、当該離型PETフィルムを剥がした面全体を覆うように、空気が入らないようにポリ塩化ビニリデン製のラップフィルム(厚さ15μm)を貼った。そして、このラップフィルムを貼った試験片を用いて熱伝導率を測定した。熱伝導率(単位:W/m・K)の測定は、迅速熱伝導率計(京都電子工業株式会社製、QTM―500)を用いて、非定常熱線比較法により行った。なお、リファレンスプレートには、シリコーンスポンジ(電流値:1A)、シリコーンゴム(電流値:2A)、及び、石英(電流値:4A)をこの順で使用した。ただし、熱伝導率が1.5W/m・Kを超える場合は、リファレンスプレートとして、石英(電流値:4A)、ジルコニア、ムライトをこの順で使用した。当該測定は、23℃雰囲気下で行った。その結果を表1及び表2に示した。
後に説明するようにして作製した熱伝導性感圧接着剤シート状成形体を幅30mm×長さ50mmの大きさに裁断した試験片を用意した。この試験片を自動比重計(株式会社東洋精機製作所製、DENSIMETER−H)のクランプに挟み、比重計上部の天秤のフックに掛けて試験片の比重を測定した。
(実施例1)
反応器に、アクリル酸2−エチルヘキシル94%とアクリル酸6%とからなる単量体混合物100部、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.03部及び酢酸エチル700部を入れて均一に溶解し、窒素置換後、80℃で6時間重合反応を行った。重合転化率は97%であった。得られた重合体を減圧乾燥して酢酸エチルを蒸発させ、粘性のある固体状の(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1−1)を得た。(メタ)アクリル酸エステル重合体(A1−1)の重量平均分子量(Mw)は270,000、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)は3.1であった。重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、テトラヒドロフランを溶離液とするゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、標準ポリスチレン換算で求めた。
各物質の配合、及び作製温度を表1及び表2に示すように変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2乃至8、及び比較例1乃至7にかかる熱伝導性感圧接着性シート状成形体を作製した。ただし、膨張化黒鉛粉を用いなかった場合は、上記第3混合工程を行っていない。また、リンペン状黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「CNP35」、平均粒径:30μm)は、第2混合工程において混合した。なお、比較例5では、混合組成物の流動性が低く、熱伝導性感圧接着性シート状成形体を作製できなかった。
・比較例1:膨張性黒鉛を用いなかった比較例1のシート(GC1)は熱伝導率が低かった。膨張性黒鉛を用いなかったことで、シート内における熱の伝導経路の形成が不十分であったためと推察できる。
・比較例2:膨張化黒鉛粉に替えてリンペン状黒鉛を用いた比較例2のシート(GC2)も熱伝導率が低かった。リンペン状黒鉛は同質量の膨張化黒鉛粉に比べて体積が小さい。そのため、膨張性黒鉛を膨張させても該膨張性黒鉛が分散したリンペン状黒鉛間を十分に繋ぐことができず、シート内における熱の伝導経路の形成が不十分であったと推察できる。
・比較例3:膨張性黒鉛に替えてリンペン状黒鉛を用いた比較例3のシート(GC3)も熱伝導率が低かった。リンペン状黒鉛と膨張化黒鉛粉との組み合わせでは、膨張化黒鉛粉と膨張性黒鉛との組み合わせに比べて、シート内における熱の伝導経路の形成が不十分であったためと推察できる。
・比較例4:膨張性黒鉛の使用量を多くした比較例4のシート(GC4)も熱伝導率が低かった。シートの比重が小さくなっていることから、膨張性黒鉛の含有量を多くし過ぎたことでシート内の空隙が多くなったためと推察できる。
・比較例5:比較例5では、膨張化黒鉛粉の使用量を多くし過ぎたことによって混合組成物の流動性が低くなり、シート状に成形できなかった。
・比較例6:比較例6のシート(GC6)も熱伝導率が低かった。作製温度を低くしたことによって、膨張性黒鉛の膨張が不十分となり、シート内における熱の伝導経路の形成が不十分であったためと推察できる。
・比較例7:比較例7のシート(GC7)も熱伝導率が低かった。シートの比重が小さくなっていることから、作製温度を高くしたことによって膨張性黒鉛の膨張が過剰となり、シート内の空隙が多くなったためと推察できる。
Claims (5)
- (メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)を100質量部と、
膨張化黒鉛粉(B)を5質量部以上70質量部以下と、
膨張性黒鉛(C)を2質量部以上15質量部以下と、
を含む混合組成物を115℃以上175℃以下の温度で加熱して、
前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、前記膨張性黒鉛(C)の粒径が1.5倍以上3倍以下になる膨張と、が少なくとも行われてなる、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)。 - (メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)を100質量部と、
膨張化黒鉛粉(B)を5質量部以上70質量部以下と、
膨張性黒鉛(C)を2質量部以上15質量部以下と、
を含む混合組成物をシート状に成形した後、又は前記混合組成物をシート状に成形しながら、前記混合組成物を115℃以上175℃以下の温度で加熱して、
前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、前記膨張性黒鉛(C)の粒径が1.5倍以上3倍以下になる膨張と、が少なくとも行われてなる、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)。 - (メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)を100質量部と、
膨張化黒鉛粉(B)を5質量部以上70質量部以下と、
膨張性黒鉛(C)を2質量部以上15質量部以下と、
を含む混合組成物を作製する工程、並びに、
前記混合組成物を115℃以上175℃以下の温度で加熱して、前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、前記膨張性黒鉛(C)の粒径が1.5倍以上3倍以下になる膨張とを行う工程、
を含む、熱伝導性感圧接着剤組成物(F)の製造方法。 - (メタ)アクリル酸エステル重合体(A1)、及び、(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)を含む(メタ)アクリル樹脂組成物(A)を100質量部と、
膨張化黒鉛粉(B)を5質量部以上70質量部以下と、
膨張性黒鉛(C)を2質量部以上15質量部以下と、
を含む混合組成物を作製する工程、並びに、
前記混合組成物をシート状に成形した後、又は、前記混合組成物をシート状に成形しながら、前記混合組成物を115℃以上175℃以下の温度で加熱して、前記(メタ)アクリル酸エステル単量体(α1)の重合反応と、前記膨張性黒鉛(C)の粒径が1.5倍以上3倍以下になる膨張とを行う工程、を含む、熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)の製造方法。 - 放熱体及び該放熱体に貼合された請求項1に記載の熱伝導性感圧接着剤組成物(F)、又は、放熱体及び該放熱体に貼合された請求項2に記載の熱伝導性感圧接着性シート状成形体(G)、を備えた電子機器。
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