JP6431248B1 - 熱伝導性ポリシロキサン組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、(A)熱伝導性充填剤;(B)特定構造のシロキサン化合物;(C)特定構造のアルコキシシラン化合物;(D)1分子中に1個以上の脂肪族不飽和基を含有するポリオルガノシロキサン;(E)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;及び(F)白金系触媒;を含む、熱伝導性ポリシロキサン組成物に関する。

Description

本発明は、熱伝導性ポリシロキサン組成物に関する。
電子機器は、年々高集積化・高速化しており、それに応じて熱対策のための放熱材料の需要が高まっている。放熱材料には付加反応硬化型のシリコーン樹脂組成物が多く用いられており、電子機器の放熱を必要とする部位に該組成物を塗布・硬化させて使用されている。ただし、シリコーン樹脂単体では熱伝導性を高めることはできないため、熱伝導性充填剤が併用される。熱伝導性充填剤として、シリカ粉、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム等に代表されるような、バインダーとなるシリコーン樹脂より熱伝導性の高い材料を添加することが知られている(特許文献1)。
シリコーン樹脂組成物の熱伝導性を高めるためには熱伝導性充填剤をより高充填する必要がある。しかし、その充填性には流動性の悪化等を原因として限界がある。そのため、熱伝導性充填剤に表面処理を施して充填性を改善することが知られている(特許文献2)。一方、シリコーン樹脂組成物に煙霧質シリカを加えることによりチキソトロピー性を付与し、流動性をコントロールすることができることが知られている(特許文献3)。
特開2002−003831号公報 国際公開第2005/030874号 特開2008−156578号公報
電子機器が幅広い分野に広がっていく中で、縦置き状態の電子部品や三次元的で複雑な形状なデバイス等に適用可能な放熱材料に対する需要が生じている。しかしながら、特許文献1及び2の付加反応硬化型のシリコーン樹脂組成物において、上記用途に使用可能とすべく、熱伝導性充填剤を高充填し、かつ、塗布性を維持しようとすると、塗布後の組成物のタレ落ちが発生し、加工性に劣るものであった。タレ落ちが発生しない組成物とすると、組成物の粘度が高くなり、塗布性が劣るものとなっていた。
また、特許文献1及び2のシリコーン樹脂組成物に煙霧質シリカを添加することにより、塗布性及びタレ落ちの問題を解消しようとすると、煙霧質シリカの添加量は微量であるため、低粘度とチキソトロピー性のバランスを取ることが難しく、塗布性及びタレ落ちの両立は不十分であった。
一方で、放熱材料には、経時での電子機器との密着性の変化に起因する放熱特性の低下を防止すべく、経時において硬度の変化が小さいことが要望されている。
よって、本発明が解決しようとする課題は、低粘度であるため塗布性に優れ、塗布後のタレ落ちがなく、経時での硬さの変化が小さい熱伝導性ポリシロキサン組成物を提供することである。
本発明者らは、熱伝導性充填剤に対する表面処理剤及び添加剤に着目し、種々検討した結果、本発明に至った。
本発明の要旨は以下の通りである。
(1)(A)熱伝導性充填剤;
(B)下記一般式(1):

(式中、
:炭素数1〜4のアルコキシシリル基を有する基、
:下記一般式(2):

(式中、Rは、それぞれ独立して炭素数1〜12の1価の炭化水素基であり、Yは、R、R及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2〜500の整数である)で示されるシロキサン単位を有する基又は炭素数6〜18の1価の炭化水素基、
X:それぞれ独立して炭素数2〜10の2価の炭化水素基、
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数、
c:0以上の整数、
a+b+c:4以上の整数、
:それぞれ独立して、炭素数1〜6の1価の炭化水素基又は水素原子である)
で示されるシロキサン化合物;
(C)下記一般式(3):
11 12 Si(OR134−(e+f) (3)
(式中、R11は独立に炭素数6〜18のアルキル基であり、R12は独立に非置換若しくは置換の炭素数1〜5の非環状の1価炭化水素基、非置換若しくは置換のシクロアルキル基、非置換若しくは置換のアリール基、又は非置換若しくは置換のアラルキル基であり、R13は独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、eは1〜3の整数であり、fは0〜2の整数であり、但しe+fは1〜3の整数である)
で示されるアルコキシシラン化合物;
(D)1分子中に1個以上の脂肪族不飽和基を含有するポリオルガノシロキサン;
(E)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;及び
(F)白金系触媒;
を含む、熱伝導性ポリシロキサン組成物。
(2)(B)成分と(C)成分との配合比率が、質量比で95:5〜55:45の範囲である、(1)記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
(3)(A)成分が、(A−1)平均粒子径30μm以上150μm以下の無機粒子20〜70質量%、(A−2)平均粒子径1μm以上30μm未満の無機粒子1〜50質量%、及び(A−3)平均粒子径0.1μm以上1μm未満の無機粒子1〜50質量%を含む、(1)又は(2)記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
(4)更に、(G)シラザン化合物で化学処理されている煙霧質シリカを含み、その配合量が、(D)成分100質量部に対して0.1〜10質量部である、(1)〜(3)のいずれか一つに記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
(5)(1)〜(4)のいずれか一つに記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物を硬化した、シリコーンゴム。
(6)(5)記載のシリコーンゴムを含む、電子部品。
本発明により、低粘度であるため塗布性に優れ、塗布後のタレ落ちがなく、経時での硬さの変化が小さい熱伝導性ポリシロキサン組成物を提供することができる。
本発明は、(A)熱伝導性充填剤;
(B)下記一般式(1):

(式中、
:炭素数1〜4のアルコキシシリル基を有する基、
:下記一般式(2):

(式中、Rは、それぞれ独立して炭素数1〜12の1価の炭化水素基であり、Yは、R、R及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2〜500の整数である)で示されるシロキサン単位を有する基又は炭素数6〜18の1価の炭化水素基、
X:それぞれ独立して炭素数2〜10の2価の炭化水素基、
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数、
c:0以上の整数、
a+b+c:4以上の整数、
:それぞれ独立して、炭素数1〜6の1価の炭化水素基又は水素原子である)
で示されるシロキサン化合物;
(C)下記一般式(3):
11 12 Si(OR134−(e+f) (3)
(式中、R11は独立に炭素数6〜18のアルキル基であり、R12は独立に非置換若しくは置換の炭素数1〜5の非環状の1価炭化水素基、非置換若しくは置換のシクロアルキル基、非置換若しくは置換のアリール基、又は非置換若しくは置換のアラルキル基であり、R13は独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、eは1〜3の整数であり、fは0〜2の整数であり、但しe+fは1〜3の整数である)
で示されるアルコキシシラン化合物;
(D)1分子中に1個以上の脂肪族不飽和基を含有するポリオルガノシロキサン;
(E)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;及び
(F)白金系触媒;
を含む、熱伝導性ポリシロキサン組成物である。
[(A)成分]
(A)成分の熱伝導性充填剤としては、一般的に公知の無機粒子が例示され、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、シリカ(石英粉)、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、金属粉体、ダイヤモンド、水酸化アルミニウム、カーボンが挙げられる。特に好ましいものはアルミナ、酸化亜鉛、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素である。これらの無機粒子としては、(A)成分として利用可能なグレードのものであれば特に制限されず、市販のものを利用することができる。また、無機粒子としては、異なる化学種である複数種類のものを組み合わせて用いることもできる。なお、(A)成分には、(G)シラザン化合物で化学処理されている煙霧質シリカを含まないものとする。
(A)成分の平均粒子径に特に制限はないが、充填率及び熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度の観点から、平均粒子径が300μm以下のものを用いることが好ましい。(A)成分は、粒子径が相対的に大きな充填剤と、粒子径が相対的に小さな充填剤とを併用することが好ましい。複数種類の粒子径を有する充填剤を併用することによって、相対的に粒子径の大きい充填剤の間隙に相対的に粒子径の小さい充填剤が入り込み、より高充填が可能になる。中でも、(A)成分が、(A−1)平均粒子径30μm以上150μm以下の無機粒子20〜70質量%、(A−2)平均粒子径1μm以上30μm未満の無機粒子1〜50質量%、及び(A−3)平均粒子径0.1μm以上1μm未満の無機粒子1〜50質量%を含むと、作業性に優れ、低粘度かつ高熱伝導性の熱伝導性ポリシロキサン組成物が得られるため、好ましい。本発明者らは、(A−1)成分と(A−3)成分の2成分系で組成物を作製する場合に比べ、(A−1)成分及び(A−3)成分に加え、更に(A−2)成分を添加し組成物を作製する場合には、各成分の粒子径の差が大きくなりすぎず、(B)及び(C)成分中への(A)成分の混合効率がより向上し、均一な組成物が得やすくなり、組成物の粘度もより低くなりやすいことを見出した。
(A−1)成分は、30μm以上150μm以下の範囲に粒度分布のピークを有する。(A−1)成分の平均粒子径が30μm以上150μm以下であると、(A)成分をポリシロキサン組成物中に高充填した場合でも、熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度を低く、かつ、熱伝導性を高めやすくなる。(A−1)成分の平均粒子径は、より好ましくは50μm以上120μm以下、特に好ましくは60μm以上100μm以下である。
(A−2)成分は、1μm以上30μm未満の範囲に粒度分布のピークを有する。(A−2)成分の平均粒子径が1μm以上30μm未満であると、(A−1)〜(A−3)成分を(B)及び(C)成分中へ混合した場合の混合効率がより向上し、均一な組成物を得やすく、該組成物の粘度もより低くなりやすい。(A−2)成分の平均粒子径は、より好ましくは1μm以上20μm以下、更に好ましくは2μm以上15μm以下、特に好ましくは3μm以上10μm未満である。(A−2)成分の平均粒子径は、1μm以上10μm以下であることもできる。
(A−3)成分は、0.1μm以上1μm未満の範囲に粒度分布のピークを有する。(A−3)成分の平均粒子径が0.1μm以上1μm未満であると、(A−1)成分の沈降等を抑えるように作用するため、好ましい。(A−3)成分の平均粒子径は、より好ましくは0.15μm以上0.9μm以下、特に好ましくは0.2μm以上0.8μm以下である。
(A)成分中における(A−1)〜(A−3)成分の配合比率は、熱伝導性ポリシロキサン組成物の均一性、低い粘度、高い熱伝導性の観点から、(A−1)成分20〜70質量%、(A−2)成分1〜50質量%、及び(A−3)1〜50質量%であることが好ましく、より好ましくは(A−1)成分25〜65質量%、(A−2)成分5〜45質量%、及び(A−3)5〜45質量%、特に好ましくは(A−1)成分30〜60質量%、(A−2)成分10〜40質量%、及び(A−3)10〜40質量%である。
(A−1)〜(A−3)成分としては、前記の一般的に公知の無機粒子が例示される。中でも、アルミナが好ましい。
(A)成分に用いられる無機粒子の形状は、例えば球状、丸み状、不定形状、多面体状等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明において、(A−1)〜(A−3)成分の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定したメジアン径(d50)である。
(A−1)〜(A−3)成分は、それぞれ、単独でも、二種以上を併用してもよい。
熱伝導性ポリシロキサン樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、(A−1)〜(A−3)成分以外の有機又は無機の粒子を配合することができる。
[(B)成分]
(B)成分は、下記一般式(1):

(式中、
:炭素数1〜4のアルコキシシリル基を有する基、
:下記一般式(2):

(式中、Rは、それぞれ独立して炭素数1〜12の1価の炭化水素基であり、Yは、R、R及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2〜500の整数である)で示されるシロキサン単位を有する基又は炭素数6〜18の1価の炭化水素基、
X:それぞれ独立して炭素数2〜10の2価の炭化水素基、
a及びb:それぞれ独立して1以上の整数、
c:0以上の整数、
a+b+c:4以上の整数、
:それぞれ独立して、炭素数1〜6の1価の炭化水素基又は水素原子である)
で示されるシロキサン化合物である。
ここで、Rを含む単位、Rを含む単位、SiR Oで表される単位が上記一般式(1)で示されるとおりに配列している必要はなく、例えばRを含む単位とRを含む単位との間にSiR Oで表される単位が存在していてもよいことが理解される。
一般式(1)で示される環状構造を有するシロキサン化合物を用いる場合、加水分解性基を環状構造中に多く導入することができ、更にそれが位置的に集中しているため、(A)成分の処理効率が高くなり、より高充填化を可能にすると考えられる。加えて、上記シロキサン化合物自体の耐熱性が高いため、熱伝導性ポリシロキサン組成物に高い耐熱性を与えることができる。その結果、熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物は、経時で熱履歴を受けた場合の硬度の変化が小さくなり、安定した放熱特性を維持することができる。
このようなシロキサン化合物は、例えば、水素基が含有された環状シロキサンと、片末端にビニル基を有するシロキサン、ビニル基と加水分解性基を含有したシラン化合物とを付加反応させることで容易に得ることができるという利点がある。
一般式(1)において、Rは、炭素数1〜4のアルコキシシリル基を有する加水分解性の官能基である。Rは、ケイ素で直接Xと結合していてもよいが、エステル結合等の連結基により結合していてもよい。Rとしてより具体的には以下の構造を有する基が例示される。

中でも、Rは、熱伝導性充填剤の処理効率がより向上する傾向にある点から、アルコキシ基を2つ以上、特に3つ有する構造の基であることが好ましい。また、原料を得ることが容易である点から、Rは、メトキシシリル基を含有することが好ましい。
は、シロキサン単位を有する基及び長鎖アルキル基から選択される。Rが長鎖アルキル基の場合、その炭素数は6〜18の範囲、好ましくは6〜14である。ここで「長鎖アルキル基」とは、アルキル基中の最も長い炭素鎖部分の炭素数が6以上であることを指し、合計の炭素数が上記範囲内であれば、分岐構造を有していてもよい。炭素数をこの範囲とすることで、流動性に対する効果を高め、(A)成分の高配合を可能にする。また、取り扱い性に優れ、均一に分散させることが容易になる。
がシロキサン単位を有する基の場合、Rは、一般式(2):

(式中、R、Y及びdは、先に定義したとおりである)で示される基である。
一般式(2)において、dの数は2〜500の範囲、好ましくは4〜400の範囲、より好ましくは10〜200の範囲、特に好ましくは10〜60の範囲である。この範囲とすることで、流動性に対する効果を高め、(A)成分の高配合を可能とし、シロキサン化合物自体の粘度を抑えることができる。Rは、それぞれ独立して、炭素数1〜12の1価の炭化水素基であり、直鎖状又は分岐鎖状のC1−12アルキル基、フェニルやナフチル等のアリール基が挙げられる。また、塩素、フッ素、臭素等のハロゲンで置換されていてもよく、そのような基として、トリフルオロメチル基等のパーフルオロアルキル基が例示される。合成が容易であることから、Rはメチル基であることが好ましい。Yは、R、R及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基である。脂肪族不飽和基は、炭素数が2〜10であることが好ましく、2〜6であることがより好ましい。また、脂肪族不飽和基は、硬化反応が起こりやすくなることから、末端に二重結合を有していることが好ましい。合成が容易であることから、Yはメチル基又はビニル基であることが好ましい。熱伝導性充填剤とベースポリマーである(D)成分及び(E)成分を仲介して親和性を高め、組成物の粘度を下げる等取扱い性に優れるものが得られる傾向があるため、Rは上記シロキサン単位を有する基であることが好ましい。
及びRは、基Xを介し、一般式(1)で示されるシロキサン化合物の環状シロキサン部分と結合される。基Xは、それぞれ独立して炭素数2〜10の2価の炭化水素基であり、−CHCH−、−CHCHCH−、−CHCHCHCHCHCH−、−CHCH(CH)−、−CHCH(CH)CH−等のアルキレン基が例示される。合成が容易となる点から、Xは−CHCH−又は−CHCH(CH)−であることが好ましい。
は、それぞれ独立して、炭素数1〜6の1価の炭化水素基又は水素原子である。各々のRは同一でも異なっていてもよい。合成が容易であることから、Rはメチル基又は水素原子であることが好ましい。
aは1以上の整数であり、好ましくは1である。bは1以上の整数であり、1又は2であることが好ましい。cは0以上の整数、好ましくは0〜2である。また、a+b+cの和は、4以上の整数であるが、合成が容易であることから4であることが好ましい。ここで、bが2である場合は、Rのうち−SiR O−で表される単位の合計が、10〜60になるようにRを選択すると、取扱い性の面から好ましい。
(B)成分としては、下記の構造式で表される化合物を好ましく使用することができるが、これらに限定されるものではない。
更に(B)成分の好ましい例として、下記の構造式で示される化合物を挙げることができる。
ここで、シロキサン化合物の構造を説明するにおいては、シロキサン化合物の構造単位を以下のような略号によって記載することがある(以下、これらの構造単位をそれぞれ「M単位」「D単位」等ということがある)。
M:−Si(CH1/2
:−SiH(CH1/2
Vi:−Si(CH=CH)(CH1/2
D:Si(CH2/2
:SiH(CH)O2/2
T:Si(CH)O3/2
Q:SiO4/2
例えば、前記一般式(2)においてRがメチル基であり、Yがビニル基であるような構造は、−DViと記述される。ただし、例えばD 2020と記した場合には、D単位が20個続いた後D単位が20個続くことを意図するものではなく、各々の単位は任意に配列していてもよいことが理解される。
(B)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.01〜20質量部の範囲であることが好ましい。(B)成分の配合量をこの範囲とすることで、熱伝導性ポリシロキサン組成物の低粘度を維持しつつ、(A)成分の充填性を高め、硬化後の経時での硬さの変化を小さくしやすくなる。(B)成分の配合量は、より好ましくは0.1〜15質量部、特に好ましくは0.2〜10質量部の範囲である。
(B)成分は、単独でも、二種以上を併用してもよい。
[(C)成分]
(C)成分は、下記一般式(3):
11 12 Si(OR134−(e+f) (3)
(式中、R11は独立に炭素数6〜18のアルキル基であり、R12は独立に非置換若しくは置換の炭素数1〜5の非環状の1価炭化水素基、非置換若しくは置換のシクロアルキル基、非置換若しくは置換のアリール基、又は非置換若しくは置換のアラルキル基であり、R13は独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、eは1〜3の整数であり、fは0〜2の整数であり、但しe+fは1〜3の整数である)
で示されるアルコキシシラン化合物である。
(C)成分を配合することにより、(B)成分と協同して、熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度を大きく上昇させることなく、チキソトロピー性を付与することが可能となる。(C)成分は、アルコキシ基を有する低粘度な成分であり、かつ、(D)成分との相溶性が適度に良くないことから、組成物の粘度の大きな上昇がなく、チキソトロピー性を付与することができるものと考えられる。
一般式(3)において、R11としては、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を挙げることができる。好ましくは、R11は、直鎖状アルキル基であり、例えば、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等を挙げることができる。R11の炭素数が6〜18であると、(C)成分が常温で液状となり取扱いやすく、(A)成分との濡れ性が良好となり、(D)成分との相互作用により、組成物にチキソトロピー性を付与することができる。R11の炭素数は、より好ましくは6〜14であり、特に好ましくは6〜10である。
12としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基等の脂肪族不飽和基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、2−フェニルエチル基、2−メチル−2−フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基;これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換した基、例えばクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、2−(ノナフルオロブチル)エチル基、2−(ヘプタデカフルオロオクチル)エチル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、ジブロモフェニル基、テトラクロロフェニル基、フルオロフェニル基、ジフルオロフェニル基等のハロゲン化炭化水素基やα−シアノエチル基、β−シアノプロピル基、γ−シアノプロピル基等のシアノアルキル基等が挙げられ、好ましくはメチル基、エチル基である。
13としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられ、好ましくはメチル基、エチル基である。
eは、1であることが好ましく、fは、0又は1であることが好ましい。
一般式(3)において、e=1であるアルコキシシラン化合物としては、例えば、以下の化合物を例示することができる。
13Si(OCH
1021Si(OCH
1021Si(OC
1225Si(OCH
1225Si(OC
1021Si(CH)(OCH
1021Si(C)(OCH
1021Si(CH)(OC
1021Si(CH=CH)(OCH
1021Si(CHCHCF)(OCH
(C)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して0.01〜12質量部の範囲であることが好ましい。(C)成分の配合量をこの範囲とすることで、熱伝導性ポリシロキサン組成物の低粘度を維持しつつ、チキソトロピー性を付与することができる。(C)成分の配合量は、より好ましくは0.05〜10質量部、特に好ましくは0.1〜5質量部の範囲である。
(B)成分と(C)成分との配合比率は、質量比で95:5〜55:45の範囲であることが好ましい。上記範囲とすることで、熱伝導性ポリシロキサン組成物の低粘度を維持しつつ、チキソトロピー性を付与し、硬化後の経時での硬さの変化を小さくしやすくなる。より好ましくは90:10〜60:40、更に好ましくは85:15〜65:35、特に好ましくは85:15〜75:25である。
(C)成分は、単独でも、二種以上を併用してもよい。
[(D)成分]
(D)成分の1分子中に1個以上の脂肪族不飽和基を含有するポリオルガノシロキサンとしては、下記平均組成式(II)で表されるものを使用することができる。
21 22 SiO[4−(g+h)]/2 (II)
(式中、R21は、脂肪族不飽和基であり、R22は、脂肪族不飽和結合を含まない置換又は非置換の1価炭化水素基である。g,hは、0<g<3、0<h<3、1<g+h<3を満足する正数である。)
21における脂肪族不飽和基は、炭素数が2〜8の範囲にあるものが好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、1−ブテニル基、1−ヘキセニル基等を挙げることができ、好ましくはビニル基である。脂肪族不飽和基は、1分子中に1個以上、好ましくは2個以上含有される。また、脂肪族不飽和基は、分子鎖末端のケイ素原子に結合していても、分子鎖途中のケイ素原子に結合していても、両者に結合していてもよい。
22の具体例は、一般式(3)のR12において例示した基を挙げることができるが、ビニル基、アリル基等の脂肪族不飽和基は含まない。これらの中でも好ましくはアルキル基、アリール基であり、より好ましくはメチル基、フェニル基である。
g,hは、好ましくは0.0005≦g≦1、1.5≦h<2.4、1.5<g+h<2.5であり、より好ましくは0.001≦g≦0.5、1.8≦h≦2.1、1.8<g+h≦2.2を満足する数である。
(D)成分の分子構造は、直鎖状、分岐状、環状であることが可能であるが、直鎖状、分岐状のものが好ましい。
(D)成分の23℃における粘度は、10〜10,000mPa・sであることが好ましい。より好ましくは20〜5,000mPa・sである。
(D)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して(B)〜(D)成分を合計量で1.5〜35質量部含有することが好ましく、より好ましくは1.5〜30質量部、特に好ましくは1.5〜28質量部含有する。(B)〜(D)成分の合計量中の(D)成分の含有割合は、15〜98質量%であることが好ましく、より好ましくは18〜98質量%であり、特に好ましくは20〜98質量%であるように配合される。
(D)成分は、単独でも、二種以上を併用してもよい。
[(E)成分]
(E)成分は、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンであり、(D)成分、並びに(B)成分及び/又は(C)成分が少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する(例えば、一般式(1)のR中のY、及び/又は一般式(3)のR12が脂肪族不飽和基である)場合には(B)成分及び/又は(C)成分の架橋剤となる成分である。(E)成分は、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上、好ましくは3個以上有するものである。この水素原子は、分子鎖末端のケイ素原子に結合していても、分子鎖途中のケイ素原子に結合していても、両方に結合していてもよい。また、両末端のケイ素原子にのみ結合した水素原子を有するポリオルガノハイドロジェンシロキサンを使用することもできる。(E)成分の分子構造は、直鎖状、分岐鎖状、環状あるいは三次元網目状のいずれでもよく、単独でも、二種以上を併用してもよい。
(E)成分としては、下記平均組成式(III)で表されるものを使用することができる。
31 SiO[4−(m+n)]/2 (III)
(式中、R31は、脂肪族不飽和結合を含まない置換又は非置換の1価炭化水素基である。m、nは、0.5≦m≦2、0<n≦2、0.5<m+n≦3を満足する数である。)
31の具体例は、一般式(3)のR12において例示した基を挙げることができるが、ビニル基、アリル基等の脂肪族不飽和基は含まない。これらの中でも、合成のし易さ、コストの点から、アルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
m、nは、好ましくは0.6≦m≦1.9、0.01≦n≦1.0、0.6≦m+n≦2.8を満足する数である。
(E)成分の23℃における粘度は、10〜500mPa・sであることが好ましい。
(E)成分の配合量は、(D)成分、並びに(B)成分及び/又は(C)成分が少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する場合には(B)成分及び/又は(C)成分のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基1個に対して、(E)成分中のケイ素原子に結合した水素原子が0.1〜1.5個、好ましくは0.2〜1.2個となる量である。(E)成分の配合量が上記範囲内であると、熱伝導性ポリシロキサン組成物の経時安定性が良好で、硬化した場合の架橋度合が十分となりやすく、適度な硬度の硬化物が得られやすい。
[(F)成分]
(F)成分は白金系触媒であり、(D)成分、並びに(B)成分及び/又は(C)成分が少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する場合には(B)成分及び/又は(C)成分と、(E)成分との混合後、硬化を促進させる成分である。(F)成分としては、ヒドロシリル化反応に用いられる周知の触媒を用いることができる。例えば、白金黒、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類やビニルシロキサンとの錯体、白金−ビニルテトラマー錯体、白金ビスアセトアセテート等を挙げることができる。(F)成分の配合量は、所望の硬化速度等に応じて適宜調整することができるものであり、(D)成分、並びに(B)成分及び/又は(C)成分が少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する場合には(B)成分及び/又は(C)成分と、(E)成分との合計量に対し、白金元素に換算して0.1〜1,000ppmの範囲とすることが好ましい。(F)成分は、単独でも、二種以上を併用してもよい。
また、より長いポットライフを得るために、(F−2)反応抑制剤の添加により、触媒の活性を抑制することができる。公知の白金族金属用の反応抑制剤として、2−メチル−3−ブチン−2−オール、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、1−エチニル−2−シクロヘキサノール等のアセチレンアルコールが挙げられる。
[(G)成分]
熱伝導性ポリシロキサン組成物は、更に、(G)シラザン化合物で化学処理されている煙霧質シリカを含み、その配合量が(D)成分100質量部に対して0.1〜10質量部であると、熱伝導性ポリシロキサン組成物の相溶性及び低粘度を維持しつつ、チキソトロピー性を付与できる点で、好ましい。
煙霧質シリカは、湿式法に対して乾式法とも呼ばれ、一般的には火炎加水分解法によって作られる。具体的には四塩化ケイ素を水素及び酸素とともに燃焼して作る方法が一般的に知られているが、四塩化ケイ素の代わりにメチルトリクロロシランやトリクロロシラン等のシラン類も、単独又は四塩化ケイ素と混合した状態で使用することができる。煙霧質シリカは日本アエロジル(株)からアエロジル、(株)トクヤマからQSタイプとして市販されている。
(G)成分は、BET比表面積が50〜300m/gの煙霧質シリカであると、熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度を大きく上昇させることなく、チキソトロピー性を付与しやすいため、好ましい。BET比表面積は100〜270m/gであるとより好ましく、150〜250m/gであると特に好ましい。
シラザン化合物としては、ヘキサメチルジシラザン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,3−ビス(クロロメチル)テトラメチルジシラザン、1,3−ビス(3,3,3−トリフルオロプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシラザン、ヘプタメチルジシラザン、2,2,4,4,6,6−ヘキサメチルシクロトリシラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、2,4,6−トリメチル−2,4,6−トリビニルシクロトリシラザン等を例示することができる。特に、煙霧質シリカの処理度及び処理後の表面状態の安定性(不活性化)の点から、ヘキサメチルジシラザンが好ましい。
(G)成分の配合量は、(D)成分100質量部に対して0.1〜10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.3〜5質量部、特に好ましくは、0.5〜3質量部である。(G)成分の配合量を0.1質量部以上とすることにより、チキソトロピー性の向上、タレ落ち防止の効果が見られ、10質量部以下とすることにより、低粘度を維持することが可能となる。
[その他の成分]
熱伝導性ポリシロキサン組成物は、更に必要に応じて、難燃性付与剤、耐熱性向上剤、可塑剤、着色剤、接着性付与材、希釈剤等を本発明の目的を損なわない範囲で含有することができる。
[熱伝導性ポリシロキサン組成物]
熱伝導性ポリシロキサン組成物は、(A)〜(F)成分及び任意の(G)成分等を順次又は一度にプラネタリー型ミキサー等の混合機で混合することにより得ることができる。(A)〜(F)成分及び任意の(G)成分等の添加・混合順は特に限定されないが、(A)成分を(B)〜(D)成分にあらかじめ混合した後、残りの成分を添加・混合することが好ましい。この場合、残りの成分のいずれか又は全部を(A)〜(D)成分の混合物へ同時に添加・混合することもできる。混合時には、必要に応じて50〜180℃の範囲で加熱しながら混合してもよい。更に均一仕上げのためには、高剪断力下で混練操作を行うことが好ましい。混練装置としては、3本ロール、コロイドミル、サンドグラインダー等があるが、中でも3本ロールによる方法が好ましい。
熱伝導性ポリシロキサン組成物は、塗布性、タレ落ち防止の観点から、23℃における粘度が、50〜1,000Pa・sであることが好ましい。ここで、粘度は、JIS K6249に準拠し、回転粘度計ローターNo.7、回転数20rpm、1分値として測定した値である。熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度は、より好ましくは100〜750Pa・sであり、特に好ましくは150〜500Pa・sである。
熱伝導性ポリシロキサン組成物は、タレ落ち防止の観点から、23℃における、回転数20rpmにおける粘度:V20rpm、及び、回転数20rpmの測定時と同一のローターを使用し、回転数10rpmにて測定した粘度:V10rpmから求めた、式:V10rpm/V20rpmの値であるチキソトロピー比が、1.40〜2.00であることが好ましい。チキソトロピー比は、より好ましくは、1.45〜1.80であり、更に好ましくは、1.47〜1.60である。
[熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物]
熱伝導性ポリシロキサン組成物は、(D)成分、並びに(B)成分及び/又は(C)成分が少なくとも1個の脂肪族不飽和基を有する場合には(B)成分及び/又は(C)成分と、(E)成分とを付加反応により硬化させて、シリコーンゴムとすることができる。熱伝導性ポリシロキサン組成物を硬化させることによって得られるシリコーンゴムは、電子機器、集積回路素子等の電子部品の放熱部材として使用することができる。
熱伝導性ポリシロキサン組成物を硬化させる方法としては、例えば、放熱を要する被着体に該組成物を塗布後、該組成物を室温で放置する方法や、50〜200℃の温度で加熱する方法が挙げられる。迅速に硬化させる観点から、加熱する方法を採ることが好ましい。
熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化後のE硬度は、特に限定されないが、20〜80であることが好ましい。E硬度がこの範囲にあると、硬化物に柔軟性があり、電子部品との密着性を上げ、外部からの応力を適度に緩和することができ、熱伝導効率を上げることができる。E硬度は、好ましくは30〜70であり、より好ましくは35〜65である。
熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物についての150℃、1000時間の耐熱試験後のE硬度の変化は、硬化物の経時的安定性を示す指標である。E硬度の変化が大きすぎると、硬化物の柔軟性、電子部品との密着性が経時的に変わり、硬化物の熱伝導性が変化することがある。E硬度の変化は、20以下であることが好ましく、より好ましくは16以下、特に好ましくは12以下である。
熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物は、熱線法で測定した23℃における熱伝導率が2.0W/(m・K)以上、好ましくは2.5W/(m・K)以上、より好ましくは3.0W/(m・K)以上である。前記熱伝導率を調整して放熱効果を高めるためには、組成物中の(A)成分の含有割合が80質量%以上であることが好ましく、要求される熱伝導率に応じて(A)成分の含有割合を増加させることができる。
熱伝導性ポリシロキサン組成物を硬化させることによって得られるシリコーンゴムは、発熱量の多いCPUを搭載しているPC/サーバー、パワーモジュール、超LSI、光部品(光ピックアップ、LED等)を搭載した各電子機器、家電機器(DVD/HDDレコーダー及びプレイヤー、FPD等のAV機器等)、PC周辺機器、家庭用ゲーム機、自動車のほか、インバーターやスイッチング電源等の産業用機器等の放熱部材として使用することができる。
<使用成分>
(A)成分
(A−1)成分:アルミナ粒子、平均粒子径35μm
(A−2)成分:アルミナ粒子、平均粒子径3μm
(A−3)成分:アルミナ粒子、平均粒子径0.4μm
(B)成分
環状シロキサン化合物:
(C)成分
(C−1)成分:n−ヘキシルトリメトキシシラン
(C−2)成分:n−デシルトリエトキシシラン
(D)成分
両末端ビニル基ポリジメチルシロキサン(粘度:100mPa・s)
(E)成分
(E−1)成分:ポリオルガノハイドロジェンシロキサン M20
(E−2)成分:ポリオルガノハイドロジェンシロキサン M
(M単位及びQ単位からなり、一分子中に少なくとも3個以上のケイ素原子に結合した水素原子を含有する。ケイ素原子に結合した水素原子の含有量1.0質量%、ポリスチレン換算数平均分子量800。)
(F)成分
白金系触媒:白金量1.8質量%ビニルテトラマー錯体
(F−2)成分
反応抑制剤:1−エチニル−1−シクロヘキサノール
(G)成分
シラザン処理煙霧質シリカ:ヘキサメチルジシラザン処理煙霧質シリカ:BET比表面積200m/g
<測定方法>
[平均粒子径]
平均粒子径(メジアン径d50)は、レーザー回折・散乱法により測定した。
[粘度]
JIS K6249に準拠。23℃における熱伝導性ポリシロキサン組成物の粘度を、回転粘度計ローターNo.7、回転数20rpm、1分値として測定した。
[チキソトロピー比]
23℃における熱伝導性ポリシロキサン組成物の回転数20rpmにおける粘度:V20rpm、及び、回転数20rpmの測定時と同一のローターを使用し、回転数10rpmにて測定した粘度:V10rpmから、式:V10rpm/V20rpmの値であるチキソトロピー比を求めた。
[スランプ試験]
JIS A 1439に準拠したスランプ縦試験にてタレ落ちを評価した。試験は23℃の環境で実施した。JIS A 1439における溝型容器の幅を5mm、深さを5mmに変更した溝型容器に、熱伝導性ポリシロキサン組成物を充填した。試験体を鉛直に懸垂し、30分後に、溝型容器の溝部分の最下端から組成物が垂れ下がった先端までの距離を0.5mm単位で測定した。なお、組成物が溝型容器から計測可能範囲外に流出した場合は、タレ落ちとした。
[硬化後の熱伝導率]
熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物について、23℃において、Hot disk法に従い、ホットディスク法 熱物性測定装置(京都電子工業社製、TPS 1500)を用いて測定した。
[硬化後のE硬度]
熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物について、JIS K 6253−3に準拠し、23℃におけるE硬度を測定した。
[150℃、1000時間の耐熱試験後のE硬度]
熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物について、150℃、1000時間の耐熱試験を行った。こうして得た試験片について、JIS K 6253−3に準拠し、23℃におけるE硬度を測定した。
実施例1〜4及び比較例1〜4
表1に示す(A)〜(D)成分及び任意の(G)成分をプラネタリー型ミキサー(ダルトン社製)に仕込み、室温にて1時間撹拌混合し、更に150℃にて2時間撹拌混合して混合物を得た後、25℃まで冷却した。その後、前記混合物に(E)、(F)及び(F−2)成分を添加・混合して、熱伝導性ポリシロキサン組成物を得た。こうして得た組成物について、粘度及びチキソトロピー比を測定し、かつ、スランプ試験を実施した。結果を表1に示す。
実施例1〜4及び比較例1〜4の熱伝導性ポリシロキサン組成物について、金型中で150℃×1時間加熱硬化することにより、厚み6mmの熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物を得た。こうして得た硬化物の熱伝導率及びE硬度を測定した。結果を表1に示す。
上記のようにして得た、実施例1〜4及び比較例1〜4の熱伝導性ポリシロキサン組成物の硬化物について、150℃、1000時間の耐熱試験を実施した後、E硬度を測定した。結果を表1に示す。
実施例1〜4と比較例1〜4を比較することにより、(A)熱伝導性充填剤、(B)一般式(1)で示されるシロキサン化合物、(C)一般式(3)で示されるアルコキシシラン化合物、(D)1分子中に1個以上の脂肪族不飽和基を含有するポリオルガノシロキサン、(E)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン及び(F)白金系触媒を含む実施例1〜4の組成物は、低粘度であるため塗布性に優れ、塗布後のタレ落ちがなく、経時での硬さの変化が小さいことがわかる。(C)成分を含まない比較例1〜3の組成物は、塗布後のタレ落ちが発生する。(B)成分を含まない比較例4の組成物は、経時での硬さの変化が大きい。
(C)成分として炭素数6〜10の直鎖状のアルキル基を有するアルコキシシラン化合物を用いた実施例1〜3はいずれも低粘度であり、塗布後のタレ落ちがなく、経時での硬さの変化が小さい。実施例1〜3の比較により、(B)成分と(C)成分との配合比率が、質量比で80:20である実施例2は、経時での硬さの変化がより小さく、好ましい。(A)〜(F)成分に加え、更に(G)シラザン化合物で化学処理されている煙霧質シリカを含む実施例4は、(G)成分を含まない実施例3に比べ、チキソトロピー比が高くなっている。
本発明の熱伝導性ポリシロキサン組成物は、パーソナルコンピューター等の電子機器のような発熱部位を有する各種機器用の放熱材料として使用することができる。

Claims (6)

  1. (A)熱伝導性充填剤;
    (B)下記一般式(1):

    (式中、
    :炭素数1〜4のアルコキシシリル基を有する基、
    :下記一般式(2):

    (式中、Rは、それぞれ独立して炭素数1〜12の1価の炭化水素基であり、Yは、R、R及び脂肪族不飽和基からなる群より選択される基であり、dは2〜500の整数である)で示されるシロキサン単位を有する基又は炭素数6〜18の1価の炭化水素基、
    X:それぞれ独立して炭素数2〜10の2価の炭化水素基、
    a及びb:それぞれ独立して1以上の整数、
    c:0以上の整数、
    a+b+c:4以上の整数、
    :それぞれ独立して、炭素数1〜6の1価の炭化水素基又は水素原子である)
    で示される環状シロキサン化合物;
    (C)下記一般式(3):
    11 12 Si(OR134−(e+f) (3)
    (式中、R11は独立に炭素数6〜18のアルキル基であり、R12は独立に非置換若しくは置換の炭素数1〜5の非環状の1価炭化水素基、非置換若しくは置換のシクロアルキル基、非置換若しくは置換のアリール基、又は非置換若しくは置換のアラルキル基であり、R13は独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、eは1〜3の整数であり、fは0〜2の整数であり、但しe+fは1〜3の整数である)
    で示されるアルコキシシラン化合物;
    (D)1分子中に1個以上の脂肪族不飽和基を含有する直鎖状又は分岐状ポリオルガノシロキサン;
    (E)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を2個以上有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン;及び
    (F)白金系触媒;
    を含み、
    (B)成分の配合量が(A)成分100質量部に対して0.01〜20質量部の範囲であり、(C)成分の配合量が(A)成分100質量部に対して0.01〜12質量部の範囲である、熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  2. (B)成分と(C)成分との配合比率が、質量比で95:5〜55:45の範囲である、請求項1記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  3. (A)成分が、(A−1)平均粒子径30μm以上150μm以下の無機粒子20〜70質量%、(A−2)平均粒子径1μm以上30μm未満の無機粒子1〜50質量%、及び(A−3)平均粒子径0.1μm以上1μm未満の無機粒子1〜50質量%を含む、請求項1又は2記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  4. 更に、(G)シラザン化合物で化学処理されている煙霧質シリカを含み、その配合量が(D)成分100質量部に対して0.1〜10質量部である、請求項1〜3のいずれか一項記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項記載の熱伝導性ポリシロキサン組成物を硬化した、シリコーンゴム。
  6. 請求項5記載のシリコーンゴムを含む、電子部品。
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