JP6159016B2 - 新規なオルガノポリシロキサン、それを含む表面処理剤、それを含む樹脂組成物、及びそのゲル状物又は硬化物 - Google Patents
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Description
R1は、複数の芳香環を有する炭素原子数10以上の一価の炭化水素基であり、
R2は、ヘテロ原子を含んでもよい二価の炭化水素基又はケイ素(Si)原子への直接結合であり、
R3及びR4は、それぞれ独立して、一価の炭化水素基であり、
R5はヘテロ原子を含んでもよい二価の炭化水素基又は酸素原子であり、
R6は、それぞれ独立して、アルキル基、アルケニル基、アリール基及びアルコキシ基から選ばれる基であり、
nは0から200の整数であり、
aは1から3の整数である。)
で表されるオルガノポリシロキサンによって達成される。
前記合金は、ビスマス、鉛、錫、アンチモン、インジウム、カドミウム、亜鉛、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄及び金属ケイ素からなる群から選択される二種以上の金属からなる合金であり、又は、
前記金属酸化物は、アルミナ、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化クロム、若しくは酸化チタンであり、又は、
前記金属水酸化物は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、若しくは水酸化カルシウムであり、又は、
前記金属窒化物は、窒化ホウ素、窒化アルミニウム若しくは窒化ケイ素であり、又は、
前記金属炭化物は、炭化ケイ素、炭化ホウ素若しくは炭化チタンであり、又は、
前記金属ケイ化物は、ケイ化マグネシウム、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化タンタル、ケイ化ニオブ、ケイ化クロム、ケイ化タングステン若しくはケイ化モリブデンであり、又は、
前記炭素は、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、活性炭若しくは不定形カーボンブラックであり、又は、
前記軟磁性合金は、Fe−Si合金、Fe−Al合金、Fe−Si−Al合金、Fe−Si−Cr合金、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Fe−Ni−Mo合金、Fe−Co合金、Fe−Si−Al−Cr合金、Fe−Si−B合金若しくはFe−Si−Co−B合金であり、又は、
前記フェライトは、Mn−Znフェライト、Mn−Mg−Znフェライト、Mg−Cu−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Ni−Cu−Znフェライト若しくはCu−Znフェライトであることが好ましい。
で表されるケイ素原子結合水素原子含有オルガノポリシロキサンと、
(b−1)一分子中に脂肪族二重結合を複数有する、酸素原子又は硫黄原子を含んでいてもよい炭素原子数10から40の一価の炭化水素化合物又は有機ケイ素化合物と
をヒドロシリル化反応により付加反応させることにより得ることが可能である。
(a−2)一般式:
で表されるケイ素原子結合水素原子含有ポリシロキサンと、
(b−2)一分子中に脂肪族二重結合を一個以上有し、且つ、複数の芳香環を有する官能基を含有する、酸素原子又は硫黄原子を含んでいてもよい炭素原子数10以上の一価の炭化水素化合物又は有機ケイ素化合物と
をヒドロシリル化反応により付加反応させることにより得ることが可能である。
で表されるケイ素原子結合水酸基含有オルガノポリシロキサンと、
RbSiX(4−b)
(式中、Rは、複数の芳香環を有する官能基を含有する、炭素原子数10以上の一価の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子、アルコキシ基及びアシロキシ基等の加水分解性を有する官能基であり、bは1から4の整数である)
で表される有機ケイ素化合物と
を置換反応させることにより得ることが可能である。
1−{(2−ナフチル)エチル}−3−(n−オクチル)−1’,1’’,3’,3’’−テトラメチルジシロキサンの合成
攪拌機、温度計、冷却管、及び滴下漏斗を備えた200ミリリットルの4つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、イオン交換水103g、及び濃塩酸48gを投入、撹拌し、10℃以下に冷却した。1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン30.4g(0.222モル)を投入した。次いで、n−オクチルジメチルクロロシラン82.0g(0.387モル)を反応液の温度が10℃を超えないように水冷又は空冷しながら滴下した。滴下終了後、10℃以下で2時間攪拌した。反応混合物をガスクロマトグラフィー(以下、GLC)により分析した結果、n−オクチルジメチルクロロシランのピークが消失していたので反応終了とした。反応混合物を静置し、上層をイオン交換水100ミリリットルで3回、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液100ミリリットルで2回、飽和塩化ナトリウム水溶液100ミリリットルで3回、混合洗浄分液を行った。無水硫化ナトリウムにより脱水を行い、減圧蒸留により61〜65℃/1hPaの留分62g(収率65%)を得た。この留分を核磁気共鳴分析(以下、NMR)及び赤外分光分析(以下、IR)により分析したところ、この留分は、3−(n−オクチル)−1’,1’’,3’,3’’−テトラメチルジシロキサンで表されるケイ素原子結合水素原子含有オルガノポリシロキサンであることが判明した。このシロキサンのGLCによる純度は99.5%であった。
1−{(2−ナフチル)エチル}−3’,3’’,5’,5’’−テトラメチル−3,5−ジシラ−10−ウンデセンの合成
実施例1と同様に、n−オクチルジメチルクロロシランを(2−ナフチル)エチルジメチルクロロシランに、2−ビニルナフタレンを1,5−ヘキサジエンに代えて表題化合物の合成を行い、40.3g(収率69%)を得た。この留分をNMR及びIRにより分析したところ、1−{(2−ナフチル)エチル}−3’,3’’,5’,5’’−テトラメチル−3,5−ジシラ−10−ウンデセンで表されるオルガノポリシロキサンであることを確認した。
α,ω−トリメチルシリル{(2−ナフチル)エチル}−ポリジメチルシロキサン(重合度:25)の合成
攪拌機、温度計、冷却管、及び滴下漏斗を備えた100ミリリットルの4つ口フラスコに、窒素雰囲気下で、2−ビニルナフタレン2.41g(純度93.9%、0.142モル)、トルエン10g、及び白金と1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体を、白金金属量が反応混合物の総重量に対して5ppmになるように添加混合し、40℃に加熱した。α,ω−トリメチルシリルハイドロジェン−ポリジメチルシロキサン(重合度:25、SiH=0.55%)27.5gを、反応溶液の温度が50℃を超えないように、水冷又は空冷しながら滴下した。滴下終了後、60℃で2時間攪拌し、反応混合物をIRにより分析した結果、α,ω−トリメチルシリルハイドロジェン−ポリジメチルシロキサンに起因するSiHのピークが消失していたので反応終了とした。反応混合物を90℃/1hPaまで減圧加熱することによって溶剤や低沸未反応物等を除き、反応生成物28.9g(収率96%)を得た。この留分をNMR及びIRにより分析したところ、α,ω−トリメチルシリル{(2−ナフチル)エチル}−ポリジメチルシロキサン(重合度:25)であることが判明した。
α,ω−トリメチルシリル(1−ナフチル)−ポリジメチルシロキサン(重合度:50)の合成
攪拌機、温度計、冷却管、及び滴下漏斗を備えた100ミリリットルの4つ口フラスコに、窒素雰囲気下でα,ω−トリメチルシリルヒドロキシル−ポリジメチルシロキサン(重合度:50、SiOH=0.45%)50.05g、トルエン50g、及びジエチルアミン1.7g(0.023モル)を添加混合し、1−ナフチルジメチルクロロシラン2.91g(0.013モル)を室温下で滴下した。滴下終了後、この系を、60℃で8時間加熱した。その後、室温まで冷却し、生成した塩を濾別後、ろ液を90℃/1hPaまで減圧加熱することによって溶剤や低沸未反応物等を除き、反応生成物51.0g(収率97%)を得た。この留分をNMR及びIRにより分析したところ、α,ω−トリメチルシリル{(1−ナフチル)}−ポリジメチルシロキサン(重合度:50)であることが判明した。
熱伝導性シリコーン組成物の25℃における粘度を、TAインスツルメンツ社製レオメーター(AR550)を用いて測定した。ジオメトリーとして直径20mmのパラレルプレートを用い、ギャップ200μm、シェアレート10.0(1/s)の条件で測定した。粘度の値が小さいということは、熱伝導性シリコーン組成物の粘性が小さく、取扱性が優れることを意味する。
C−Therm社製の熱伝導率測定装置C−ThermTCiによりにより、面積1cm×1cm、厚さ200μm及び500μmの熱伝導性シリコーングリース組成物の25℃における熱抵抗値を測定し、その値から熱伝導率を求めた。
100ミリリットルの容器に、式:(n−C8H17)(CH3)2SiOSi(CH3)2C2H4Np(Npは2−ナフチル基を示す)で表される実施例1で得られたオルガノポリシロキサンを10.3質量部、平均粒径が12μmである球状アルミナ粉末79.6質量部、平均粒径20μmである窒化ホウ素を4.4質量部、及び平均粒径0.8μmである窒化ホウ素を8.8質量部投入し、充填材の含有量が70体積%である熱伝導性シリコーングリースを調製した。シンキー社自転公転ミキサーAR−100を用いて、30秒混合し、掻き取り混合後、再度30秒混合した。この熱伝導性シリコーングリースの粘度(シェアレート:10.0(1/s))は100Pa・sであり、熱伝導率は4.5W/m・Kであった。
オルガノポリシロキサンとして実施例1で得られたものの代わりに表1に示すオルガノポリシロキサン(1)及び/又はオルガノポリシロキサン(2)を用い、且つ、表1に示す組成に変更した以外は実施例5と同様の方法で熱伝導性シリコーン組成物を調製した。これらの熱伝導性シリコーン組成物の粘度(シェアレート:10.0(1/s))及び熱伝導率を表1に示す。本発明に係るオルガノポリシロキサンを処理剤の一部又は全部に用いることで、実用性のある粘度且つ均一性に優れたペースト状であり、高い熱伝導率を示す組成物を得ることができた。
オルガノポリシロキサンとして実施例1で得られたものの代わりに表2に示すオルガノポリシロキサンを用いて、且つ、表2に示す組成にした以外は実施例5と同様の方法で熱伝導性シリコーン組成物を調製した。この熱伝導性シリコーン組成物の粘度(シェアレート:10.0(1/s))及び熱伝導率を表2に示す。これらの比較例に係るオルガノポリシロキサンを用いた場合、得られる組成物は均一なペースト状にならず、その熱伝導率を測定することができなかった。
(*1) (CH2=CHC4H8)(CH3)2SiOSi(CH3)2C2H4Np (Npは2−ナフチル基を示す)
(*2) (CH3)3SiO[(CH3)2SiO]nSi(OCH3)3 (n(平均)=20)
(*3) (CH3)3SiO[(CH3)2SiO]nSi(CH3)2C2H4Np (n(平均)=25)
(*4) (CH3)3SiO[(CH3)2SiO]nSi(CH3)2C2H4Np (n(平均)=50)
(*5) (CH3)3SiO[(CH3)2SiO]nSi(CH3)2Np (n(平均)=25)
(*6) (MeO)3SiC3H6(CH3)2SiOSi(CH3)2C2H4Np (Npは2−ナフチル基、Meはメチル基を示す)
(*7) C8H17(CH3)2SiOSi(CH3)2(C8H17)
(*8) (CH3)3SiO[(CH3)2SiO]nSi(CH3)3 (n(平均)=45)
(*9) NpC2H4(CH3)2SiOSi(CH3)2C2H4Np (Npは2−ナフチル基を示す)
(*a) 平均粒径12μmである球状アルミナ粉末
(*b) 平均粒径20μmである顆粒状窒化ホウ素
(*c) 平均粒径0.8μmである板状窒化ホウ素
(*d) 平均粒径20μmであるグラファイト
100ミリリットルの容器に、式:(CH2=CHC4H8)(CH3)2SiOSi(CH3)2C2H4Np(Npは2−ナフチル基を示す)で表されるオルガノポリシロキサン6.0質量部、式:CH2=CH(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]nSi(CH3)2CH2=CH(n(平均)=300)で表されるオルガノポリシロキサン8.1質量部、式:(CH3)3SiO[(CH3)HSiO]n[(CH3)2SiO]mSi(CH3)3(n(平均)=30、m(平均)=30)で表されるオルガノポリシロキサン2.1質量部、平均粒径20μmである窒化ホウ素を25.6質量部、テトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサン0.09質量部、及び白金含有量が0.5質量%である白金の1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体0.9質量部を投入し、シンキー社自転公転ミキサーAR−100を用いて、30秒混合し、掻き取り混合後、再度30秒混合した。この組成物を150℃で15分間加熱することによりヒドロシリル化反応させて、熱伝導性シリコーン硬化物(厚さ1mm及び2mm)を調製した。この熱伝導性シリコーン硬化物の熱伝導率は5.5W/m・Kであった。
オルガノポリシロキサンとして、(CH2=CHC4H8)(CH3)2SiOSi(CH3)2C2H4Np(Npは2−ナフチル基を示す)の代わりに(C8H17)(CH3)2SiOSi(CH3)2(C8H17)を用いた以外は実施例12と同様の方法で熱伝導性シリコーン硬化物を調製した。この組成物の硬化前の粘度(シェアレート:10.0(1/s))は350であり、粘度が高すぎて均一な硬化物を得ることは困難であった。
Claims (15)
- 以下の式(1):
R1は、複数の芳香環を有する炭素原子数10以上の一価の炭化水素基であり、
R2は、ヘテロ原子を含んでもよい二価の炭化水素基又はケイ素(Si)原子への直接結合であり、
R3及びR4は、それぞれ独立して、一価の炭化水素基であり、
R5は、ヘテロ原子を含んでもよい二価の炭化水素基又は酸素原子であり、
R6は、それぞれ独立して、アルキル基、アルケニル基、アリール基及びアルコキシ基から選ばれる基であり、
nは0から200の整数であり、
aは1から3の整数である。)
で表されるオルガノポリシロキサンを含む、熱伝導性充填材、蛍光性充填材、導電性充填材、誘電性充填材、絶縁性充填材、光拡散性充填材、透光性充填材、着色性充填材及び補強性充填材から選ばれる1種類又は2種類以上の充填材の表面処理に用いるための表面処理剤。 - 無機充填材、有機充填材、ナノ結晶構造、量子ドット及びこれらの表面の一部又は全部がシリカ層により被覆されてなる充填材から選ばれる1種類又は2種類以上の充填材の表面処理に用いるための、請求項1に記載の表面処理剤。
- 前記式(1)で表されるオルガノポリシロキサン、及び、請求項1の表面処理剤によりその表面が処理された充填材を含む、樹脂組成物。
- 熱伝導性材料、導電性材料、半導体封止材料、光学材料、機能性塗料及び化粧料から選ばれる用途に用いるための、請求項3に記載の樹脂組成物。
- 増粘性、硬化性又は相変化性である、請求項3又は4に記載の樹脂組成物。
- (A)前記式(1)のオルガノポリシロキサン、及び、(B)熱伝導性充填材を含む熱伝導性シリコーン組成物。
- (C)前記式(1)のオルガノポリシロキサン以外の少なくとも一種のオルガノポリシロキサンを更に含む、請求項6に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記(B)熱伝導性充填材が、純金属、合金、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ケイ化物、炭素、軟磁性合金及びフェライトからなる群から選ばれた、少なくとも1種以上の粉末及び/又はファイバーである、請求項6又は7に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記純金属が、ビスマス、鉛、錫、アンチモン、インジウム、カドミウム、亜鉛、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄若しくは金属ケイ素であり、又は、
前記合金が、ビスマス、鉛、錫、アンチモン、インジウム、カドミウム、亜鉛、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄及び金属ケイ素からなる群から選択される二種以上の金属からなる合金であり、又は、
前記金属酸化物が、アルミナ、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化クロム、若しくは酸化チタンであり、又は、
前記金属水酸化物は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、若しくは水酸化カルシウムであり、又は、
前記金属窒化物が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム若しくは窒化ケイ素であり、又は、
前記金属炭化物が、炭化ケイ素、炭化ホウ素若しくは炭化チタンであり、又は、
前記金属ケイ化物が、ケイ化マグネシウム、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化タンタル、ケイ化ニオブ、ケイ化クロム、ケイ化タングステン若しくはケイ化モリブデンであり、又は、
前記炭素が、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、活性炭若しくは不定形カーボンブラックであり、又は、
前記軟磁性合金が、Fe−Si合金、Fe−Al合金、Fe−Si−Al合金、Fe−Si−Cr合金、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Fe−Ni−Mo合金、Fe−Co合金、Fe−Si−Al−Cr合金、Fe−Si−B合金若しくはFe−Si−Co−B合金であり、又は、
前記フェライトが、Mn−Znフェライト、Mn−Mg−Znフェライト、Mg−Cu−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Ni−Cu−Znフェライト若しくはCu−Znフェライトである、請求項8に記載の熱伝導性シリコーン組成物。 - 前記(B)熱伝導性充填材が、(B1)平均粒径が0.1〜30μmである板状の窒化ホウ素粉末、(B2)平均粒径が0.1〜50μmである顆粒状の窒化ホウ素粉末、(B3)平均粒径が0.01〜50μmである球状及び/若しくは破砕状の酸化アルミニウム粉末、又は(B4)平均粒径が0.01〜50μmであるグラファイト、或いはこれらの2種類以上の混合物である、請求項6から9のいずれか一項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記(B)成分の含有量が、前記(A)成分と前記(C)成分の合計100質量部に対して100〜3,500質量部である、請求項7から10のいずれか一項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記(C)成分のオルガノポリシロキサンが、分子中にケイ素原子に結合した加水分解性官能基を有する、請求項7から11のいずれか一項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記(C)成分が、分子中にケイ素原子に結合した脂肪族不飽和結合を有する一価の炭化水素基を有するオルガノポリシロキサン、及び、分子中にケイ素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンであり、更に、これらのオルガノポリシロキサンをヒドロシリル化反応により増粘又は硬化させる触媒を含む、請求項7から12のいずれか一項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 前記(C)成分が、分子中にケイ素原子に結合した加水分解性官能基を有し、且つ、ケイ素原子に結合した脂肪族不飽和結合を有する一価の炭化水素基を有するオルガノポリシロキサン、及び、分子中にケイ素原子に結合した水素原子を有するオルガノポリシロキサンであり、更に、これらのオルガノポリシロキサンをヒドロシリル化反応により増粘又は硬化させる触媒を含む、請求項7から13のいずれか一項に記載の熱伝導性シリコーン組成物。
- 請求項14に記載の熱伝導性シリコーン組成物を増粘又は硬化させたゲル状物又は硬化物。
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