JP6515030B2

JP6515030B2 - 剥離した窒化ホウ素を含む組成物およびその組成物を形成する方法

Info

Publication number: JP6515030B2
Application number: JP2015533182A
Authority: JP
Inventors: チャンドラシェカールラマン; ベイシャン; アナンドムルガイア; カンイーリン
Original assignee: モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: US20140077125A1; EP2898010A1; CN105026474A; EP2898010B1; JP2015529280A; CN105026474B; WO2014055258A1

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１２年９月１９日に出願された「剥離した窒化ホウ素を含む組成物およびその組成物を形成する方法」と題する米国特許仮出願第６１／７０２，７７６号明細書、および２０１３年３月１４日に出願された「剥離した窒化ホウ素を含む組成物およびその組成物を形成する方法」と題する米国特許出願第１３／８２８，７４２号明細書の利益を主張し、それぞれは全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、窒化ホウ素を含む組成物、特に剥離した窒化ホウ素を含む組成物およびその組成物を製造する方法に関する。本発明はまた、窒化ホウ素を含む熱伝導性組成物を、樹脂材料中で窒化ホウ素のインサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）剥離により形成する方法に関する。

様々な電子および光電子デバイスの熱管理は、そのようなデバイスにおいて直面する厳しい問題のためにますます注目を引いている。サイズを縮小し機能を高める傾向は、パーソナルな携帯用電子デバイスにおいて継続している。出力密度、したがって放散する必要のある熱の密度は著しく増加し、そのデバイスにおいて良好な熱管理の提供に対するかなりの難問となる。同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）としても知られる光電子デバイスにおいて、電力消費およびルーメン出力が絶えず増加している。また、熱管理の問題は、例えば、自動車における電子コンポーネント、ハイブリッド車用の充電式バッテリーシステムおよび逆変換装置などの他の用途において広く一般的である。不十分な、または、効果のない熱管理は、デバイスの性能および長期信頼性に強く有害な影響をもたらす恐れがある。

現在、ＬＥＤ系の電球は、古い電球を置き換えるために使用されており、従来の「エジソン」ソケットにはまるように設計されている。エジソンソケットのみにＬＥＤ電球をはめることは熱管理の問題を難化させるが、それは熱放散が自然対流によるものに限定されているからである。したがって、ＬＥＤ電球は、廃熱を効率的に十分に放散する、よく設計されたヒートシンクを必要とする。非効率的な熱管理は、ＬＥＤの接合温度（Ｔ_j）によって示される、ＬＥＤのより高い動作温度をもたらす。接合温度が１１５℃から１３５℃に上がると、ＬＥＤの使用寿命（３０％の光出力を失うのにかかる時間、すなわちＢ３０に達する時間として定義される）は、場合によっては８０，０００時間から２０，０００時間に減少し得る。

アルミニウムヒートシンクは、他の電子デバイスに使用されるヒートシンクとの類似性に基づく、ＬＥＤ用途に対する当然の選択である。しかしながら、ＬＥＤ電球用のアルミニウムヒートシンクの使用は幾つかの問題を提示する。問題の１つは、エジソンソケットからヒートシンクを電気的に絶縁することである。金属ヒートシンクとソケットの間の何らかの電気接続またはリークによって、据え付け中に極端に危険になり得る。別の問題はヒートシンクの複雑な形状であり、熱フィン形状のダイキャスティングは困難でありコストのかかる二次的機械加工作業を必要とする場合があるからである。アルミニウムヒートシンクはまた極めて重くなり得、電球の重量を、そして結果的に電球の輸送のコストを著しく追加することになり得る。最後に、アルミニウムヒートシンクは、消費者によって望まれる表面仕上げを滑らかにし、色を与えるために塗料の仕上げ工程を必要とする。

プラスチックヒートシンクはアルミニウムヒートシンクに対する代替である。プラスチックは、電気的に絶縁し、射出成型により複雑なヒートシンク構造に適用でき、軽量であり、美学的なまたはブランド化の要件を満たすために自由に着色することができる。プラスチックはまた幾つかの部分を統合する可能性を提示し、そのため電球全体の組立体をより単純にすることができる。しかし、プラスチックは、非常に不十分な熱伝導率（一般にわずかおよそ０．２Ｗ／ｍＫ）を有し、これは、アルミニウム（およそ２００Ｗ／ｍＫ）よりほぼ２桁低い。したがって、プラスチックは、一般に、熱管理の問題に対処するには十分ではない。

充填剤は、多くの場合、独自の複合材料を製造するためにプラスチックに添加される。例えば、ガラス繊維のような補強充填剤は、プラスチックの機械的特性を改善するために添加される。同様に、黒鉛、カーボンブラックまたはカーボンナノチューブさえをも含む他の炭素形態が、最近、電気伝導性プラスチック系材料を製造するためにプラスチックに添加されている。黒鉛および金属粉末も熱伝導率を増強するために時には使用されるが、しかし、これは、通常、電気伝導率をも増加させる。それは、これらの特性が通常相伴うためである。しかしながら、例えば、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素（六方晶または立方体の形態）などの幾つかのセラミック材料は、それらが良好な熱伝導体かつ電気絶縁体であるので、プラスチックを含む熱伝導性でなお電気絶縁性処方物を製造する好機を提示している。

窒化ホウ素プラスチック複合体が提案されているが、窒化ホウ素／プラスチック複合体には幾つかの欠点がある。窒化ホウ素は、配合されるプラスチック樹脂より１０から４０倍コストがかかり得る、またアルミニウム合金と比較して相対的に高価な材料である。性能の観点からは、窒化ホウ素／プラスチック複合体の面内熱伝導率は、例えば２５−６０重量％（１５−４５体積％）を超える窒化ホウ素の高い装填率でさえわずかおよそ２−１０Ｗ／ｍＫである。また、窒化ホウ素は非常に不活性で、樹脂によって容易に濡れない。このことは、充填剤とマトリクスの間の不完全な界面および大きな熱抵抗をもたらし、その影響を受けて複合体の熱伝導率を低下させ、したがって必要な熱伝導率を達成するのに必要とするＢＮ装填率がより高くなる。より高い充填剤装填率は、これらの複合体のコストを押し上げ、熱管理用途において著しくコスト競争力を下げる。充填剤と樹脂の間の不十分な界面はまた複合体の不十分な物理的性質をもたらす。したがって、高い熱伝導率および最適の物理的性質を達成するために濡れの問題に取り組むことは避けられなくなる。

しかしながら、たとえ熱伝導性プラスチックの熱伝導率がアルミニウム金属ほど高くなくても、ＬＥＤ電球における熱管理用途、および他の対流が限定された用途については十分であることに留意することは重要である。窒化ホウ素／プラスチック複合体は異方性であり、そのことも窒化ホウ素／プラスチック複合体の適用可能性を限定し得る問題になり得る。

六方晶ＢＮの結晶構造を図１に示す。ａ−ｂ結晶面は、緊密な、共有結合で結合したホウ素および窒素原子でできている。ａ−ｂ面は、弱いファンデルワールス力によって保持されたｃ方向に沿って繰り返される。この結晶構造のために、六方晶ＢＮ粒子の天然の粒子形状は小板状であり、通常、アスペクト比（約１０−５０）を有する。

異方性が許容される場合、ＢＮの大きいアスペクト比は利点になり得る。通常、他がすべて等しければ、アスペクト比が大きいほど熱伝導率は高い。

図１に示す六方晶ＢＮの結晶構造は黒鉛に非常に類似している。黒鉛の剥離は、黒鉛粒子のアスペクト比を上げ、熱伝導率性能を高める方法として使用されている。黒鉛とは対照的に、六方晶ＢＮの剥離は、ホウ素および窒素原子の部分的なイオン性または極性の特性のために極端に困難である。ＢＮ結晶のインターカレーションおよび剥離は、実験室で特別に困難な手段によって実証されているが、しかし、スケールアップおよび商業化に対してはこのことが幾つかの難問を呈する（Ｓｈｅｎｅｔａｌ． “ＩｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｏｆＨｅｘａｇｏｎａｌＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅｂｙＳｔｒｏｎｇＯｘｉｄｉｚｅｒｓａｎｄＥｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅＭｅｔａｌｌｉｃＮａｔｕｒｅｏｆｔｈｅＰｒｏｄｕｃｔｓ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｌ４７，ｐｐ７４−８１（１９９９）．）。たとえＢＮ結晶が成功裡に剥離されたとしても、これらのナノスケールの大表面積材料を樹脂に配合し、マトリクスによって充填剤の良好な分散および濡れを達成することもまた非常に困難である。

Ｓｈｅｎｅｔａｌ． "ＩｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｏｆＨｅｘａｇｏｎａｌＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅｂｙＳｔｒｏｎｇＯｘｉｄｉｚｅｒｓａｎｄＥｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅＭｅｔａｌｌｉｃＮａｔｕｒｅｏｆｔｈｅＰｒｏｄｕｃｔｓ"，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｌ４７，ｐｐ７４−８１（１９９９）．）

一態様において、本発明は、剥離した窒化ホウ素を含む組成物を提供する。別の態様において、本発明は、剥離した窒化ホウ素を含む組成物を製造する方法を提供する。組成物は高い熱伝導率を示すことができる。

一実施形態において、本発明は、組成物であって、樹脂材料、剥離した窒化ホウ素、任意の官能基化添加剤、および六方晶窒化ホウ素の硬度より大きな硬度を有する硬質充填剤材料を含み、ここで、剥離した窒化ホウ素は、硬質充填剤の存在下で窒化ホウ素結晶を樹脂材料と混合することによりインサイチュで製造される、組成物を提供する。

別の実施形態において、本発明は、剥離した窒化ホウ素を含む熱伝導性組成物を形成する方法であって、窒化ホウ素結晶と窒化ホウ素結晶より大きな硬度を有する硬質充填剤材料とを樹脂材料中で混合することにより、インサイチュで窒化ホウ素結晶を剥離する工程を含む、方法を提供する。

樹脂マトリクス中の窒化ホウ素結晶のインサイチュ剥離によって、樹脂材料との配合前に別々の工程において窒化ホウ素を剥離する必要なしで相対的に高い熱伝導率を示す組成物の形成が可能になる。

一態様において、本発明は、組成物であって、樹脂材料、剥離した窒化ホウ素、任意の官能基化添加剤、および六方晶窒化ホウ素の硬度より大きな硬度を有する硬質充填剤材料を含み、ここで、剥離した窒化ホウ素は、硬質充填剤の存在下で窒化ホウ素結晶を樹脂材料と混合することによりインサイチュで製造される組成物を提供する。

一実施形態において、本組成物は、約１５重量パーセントから約６０重量パーセントの窒化ホウ素；約１重量パーセントから約５５重量パーセントの硬質充填剤材料；約０から約１５重量パーセントの官能基化添加剤；および約２０重量パーセントから約７５重量パーセントの樹脂材料を含む。

一実施形態において、本組成物は、約１０重量パーセントから約５０重量パーセントの窒化ホウ素；約２０重量パーセントから約５０重量パーセントの硬質充填剤材料；約０．１から約７重量パーセントの官能基化添加剤；および約２０重量パーセントから約７５重量パーセントの樹脂材料を含む。

一実施形態において、本組成物は約１５体積パーセントから約５０体積パーセントの窒化ホウ素を含む。

一実施形態において、剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、硬質充填剤材料を欠く組成物中の窒化ホウ素の量より多数の窒化ホウ素粒子を有する。

一実施形態において、剥離した窒化ホウ素は約１ミクロン以下；約０．５ミクロン以下；さらに約０．２ミクロン以下の平均厚さを有する。

一実施形態において、硬質充填剤材料と窒化ホウ素の比は、体積で少なくとも約２０：１から約１：２０；体積で約１５：１から約１：１５；体積で約１０：１から約１：１０；体積で約３：１から１：３である。硬質充填剤材料と窒化ホウ素の比が少なくとも体積で約２：１から約１：２；さらに体積で約１：１である、請求項１から８のいずれかに記載の組成物。

一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は０．５ミクロンを超える。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は１ミクロンを超える。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は３ミクロンを超える。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は８ミクロンを超える。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は１２ミクロンを超える。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は２５ミクロンを超える。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の直径は４０ミクロンを超える。

一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は５０ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は２０ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は１５ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は１０ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は５ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、ＢＮ結晶の表面積は１．５ｍ²／ｇ未満である。

一実施形態において、窒化ホウ素の黒鉛化指数は４未満；２未満；１．５未満；１．０未満である。

一実施形態において、硬質充填剤材料は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタニア、炭化タングステン、窒化チタン、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる。

一実施形態において、硬質充填剤材料は約４．５以上のモース硬度を有する。一実施形態において、硬質充填剤材料は、約２から約９．５のモース硬度を有する。

一実施形態において、官能基化添加剤はシランである。一実施形態において、シランは、メルカプトシラン、アルカクリルオキシシラン、ビニルシラン、ハロシラン、チオカルボキシラートシラン、ブロック化メルカプトシラン、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる。

一実施形態において、官能基化添加剤は約１重量パーセントから約１０重量パーセントの量で存在する。

一実施形態において、本組成物は約５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する。一実施形態において、本組成物は約５Ｗ／ｍＫから約１５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。

一実施形態において、本発明は、剥離した窒化ホウ素を含む熱伝導性組成物を形成する方法であって、窒化ホウ素結晶および窒化ホウ素結晶より高い硬度を有する硬質充填剤材料を樹脂材料中で混合することにより、窒化ホウ素結晶をインサイチュで剥離する工程を含む方法を提供する。

これらおよび他の態様は、以下の詳細な記載を参照してさらに理解される。

六方晶窒化ホウ素の結晶構造を示す。剥離していない４０％の窒化ホウ素を含むナイロン組成物のＳＥＭ像である。樹脂中で配合または分散されていない高結晶性の窒化ホウ素を示すＳＥＭ像である。本発明の一実施形態に従って調製された剥離した窒化ホウ素を含むナイロン組成物のＳＥＭ像である。本発明の一実施形態に従って調製された剥離した窒化ホウ素を含むナイロン組成物のＳＥＭ像である。

本発明は、樹脂マトリクス中に並べられた剥離した窒化ホウ素を含む組成物を提供する。本組成物は、樹脂マトリクスと、剥離した窒化ホウ素と、六方晶窒化ホウ素結晶の硬度より高い硬度を有する、樹脂マトリクスに分散した充填剤材料とを含む。本発明は、また、樹脂マトリクス中の窒化ホウ素のインサイチュ剥離を含む、組成物を形成する方法を提供する。

剥離した窒化ホウ素を含む組成物を形成する方法は、（剥離されていない）結晶性窒化ホウ素材料の硬度より高い硬度を有する材料の存在下で結晶性窒化ホウ素を樹脂材料に混合する工程を含む。本発明者らは、結晶性窒化ホウ素より高い硬度を有する材料の存在下で結晶性窒化ホウ素を樹脂マトリクスへ混合すると、窒化ホウ素結晶の剥離をもたらすことを見いだした。窒化ホウ素結晶の剥離がインサイチュで生じる。結果として得られた材料は、硬質充填剤材料の全くない同様の組成物より高い熱伝導率を有する。窒化ホウ素結晶のインサイチュ剥離によって、窒化ホウ素を剥離する別々の工程およびそれに続く樹脂材料への剥離した窒化ホウ素の配合なしで高い熱伝導率の形成が可能になる。

結晶性窒化ホウ素および樹脂材料の混合は任意の適切な混合方法を使用して遂行することができる。混合は、樹脂材料を混合するのに適する任意の型の混合設備または用具によって遂行することができる。適切な混合設備の例は、ブラベンダーミキサー、バンバリミキサー、ロールまたは１組のロール、ニーダー、コニーダー、単軸押出機、二軸押出機などを含むがこれらに限定されない。

窒化ホウ素成分は、当該分野で公知のプロセスによって製造された、結晶性または部分的に結晶性の窒化ホウ素粒子を含む。これらには、米国特許第６，６５２，８２２号明細書に開示されている、プラズマガスを使用するプロセスで製造されたミクロンサイズ範囲の球状ＢＮ粒子；米国特許出願公開第２００１／００２１７４０号明細書に開示されている、結合剤によって一緒に結合され続いて噴霧乾燥した不規則な非球状ＢＮ粒子から形成された球状窒化ホウ素凝集体を含むｈＢＮ粉末；米国特許第５，８９８，００９号明細書および第６，０４８，５１１号明細書に開示されている加圧プロセスから製造されたＢＮ粉末；米国特許出願公開第２００５／００４１３７３号明細書に開示されているＢＮ凝集粉末；米国特許出願公開第２００４／０２０８８１２Ａ１号明細書に開示されている高い熱拡散率を有するＢＮ粉末；および米国特許第６，９５１，５８３号明細書に開示されている高度に薄層に分かれたＢＮ粉末が含まれる。これらはまた形態学的に小板のＢＮ粒子を含む。

一実施形態においてＢＮ粉末は、少なくとも５０ミクロン（μｍ）の平均粒径を有する。別の実施形態において、ＢＮ粉末は約１μｍから約５００μｍ；約５μｍから約１００μｍ；さらに約１０μｍから約３０μｍの平均粒径を有する。一実施形態において、ＢＮ粉末は、１０μｍを超える平均粒径を有する、ｈＢＮ小板の不規則に成形された凝集体を含む。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。粒径は堀場ＬＡ３００粒径分布分析計を使用して測定することができ、分析される（例えば、ＢＮ）粒子は、必要とする透過率を満たすように調節された量で導入される。２、３滴の２％ＲｈｏｄａｐｅｘＣＯ−４３６を粉末の分散を改善するために加えることができ、粒径は３秒の超音波処理後レーザー回折を使用して測定することができる。測定から得られる粒径分布は、体積基準でプロットすることができ、Ｄ９０は、分布の第９０百分位数を表す。

別の実施形態において、ＢＮ粉末は、ｈＢＮ小板の球状凝集体の形態をしている。球状ＢＮ粉末の一実施形態において、凝集体は、約１０μｍから約５００μｍの平均凝集体粒度分布（ＡＳＤ）または直径を有する。別の実施形態において、ＢＮ粉末は、約３０μｍから約１２５μｍの範囲のＡＳＤを有する球状凝集体の形態をしている。一実施形態において、ＡＳＤは約７４から約１００ミクロンである。別の実施形態においては、約１０μｍから約４０μｍである。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

一実施形態において、ＢＮ粉末は、少なくとも約１ミクロン、通常約１μｍから２０μｍの間のｂ軸に沿った平均長、および約５ミクロン以下の厚さを有する小板の形態をしている。別の実施形態において、粉末は、約２０から約３００の平均アスペクト比を有する小板の形態をしている。

一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は５０ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は２０ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は１５ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は１０ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、窒化ホウ素結晶の表面積は５ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、ＢＮ結晶の表面積は３ｍ²／ｇ未満である。一実施形態において、ＢＮ結晶の表面積は１．５ｍ²／ｇ未満である。

一実施形態において、ＢＮは、少なくとも０．１２；少なくとも０．２０；少なくとも０．３０；少なくとも０．４５；少なくとも０．５５の結晶化指数を有する高配向六方晶構造を有するｈ−ＢＮ粉末である。別の実施形態において、ＢＮ粉末は、約０．２０から約０．５５；約０．３０から約０．５５；さらに約０．４０から約０．５５の結晶化指数を有する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

一実施形態において、窒化ホウ素は、４未満；２未満；１．５未満、さらに１未満の黒鉛化指数を有する。別の実施形態において、窒化ホウ素は約０．１から約４；約０．５から約３；さらに約１から約２の黒鉛化指数を有する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

一実施形態において、剥離した窒化ホウ素は、約１ミクロン以下；約０．５ミクロン以下；さらに約０．２ミクロン以下の平均厚さを有する。

結晶性窒化ホウ素は、（剥離していない）結晶性窒化ホウ素の硬度より高い硬度を有する硬質充填剤材料と混合される。硬度値は、例えば、モース硬度、ヌープ硬度、ビッカース硬度、ロックウェル硬度などの硬度の尺度から選ぶことができる。一実施形態において、硬度値はモース硬度値に基づく。一実施形態において、硬質充填剤材料は、２以上；３以上；４以上；５以上；６以上；さらに８以上のモース硬度を有する。一実施形態において、硬質材料は、約２から約９；約３から約８；約４．０から約７．５；さらに約４．５から約６．５のモース硬度を有する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

硬質充填剤材料は、特定の目的または意図した使用のために要望に応じて選択することができる。適切な硬質材料の例は、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物；例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素などの窒化物；シリカ；炭化物、例えば、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ベリリウム、炭化ホウ素など；ホウ化物、例えば、ホウ化ジルコニウム、二ホウ化チタン、ホウ化アルミニウム、他の酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、またはそれらの２種以上の組み合わせなどを含むがこれらに限定されない。粒子または金属または純元素は、また、アルミニウム、銀、銅、青銅、黄銅、ホウ素、ケイ素、ニッケル、ニッケル合金、タングステン、タングステン合金などの粉末、粒子または薄片、例えばアパタイト、長石、トパーズ、ガーネット、アンダルサイト、石綿、バライト、フリント蛍石、ヘマタイト、黄鉄鉱、石英などの鉱物を含むがこれらに限定されない使用に適する場合がある。ペロブスカイトなどの十分な硬度の他の多原子分子、チタン酸塩、ケイ酸塩、カルコゲニドなども適切な硬質充填剤材料になり得る。組成物が２種以上の硬質充填剤材料を含むことができることは理解されよう。

硬質充填剤材料は、１００ミクロン未満；５０ミクロン未満；３０ミクロン未満；２０ミクロン未満；１５ミクロン未満；１０ミクロン未満；３ミクロン未満；１ミクロン未満；さらに１００ナノメートル未満の平均粒径を有することができる。一実施形態において、硬質充填剤材料は、約５０ナノメートルから約１００ミクロン；約１００ナノメートルから約５０ミクロン；約２５０ナノメートルから約３０ミクロン；約５００ナノメートルから約２５ミクロン；さらに約１から約１５ミクロンの平均粒径を有する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

一実施形態において、熱伝導性組成物は、例えばシラン添加剤などの官能基化添加剤を含む。一実施形態において、シラン添加剤は、アクリロキシシラン、ビニルシラン、ハロシラン（例えば、クロロシラン）、メルカプトシラン、チオカルボキシラートシラン、ブロック化メルカプトシラン、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ぶことができる。一実施形態において、熱伝導性組成物は、約０．１から約６重量％；約１．５から約４重量％；さらに約２．７から約３．７重量％の官能基化添加剤を含むことができる。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

シラン添加剤は、組成物の加工のどの時点でも添加することができる。一実施形態において、シラン添加剤は、混合工程のどの時点でもインサイチュで添加することができる。別の実施形態において、シランは、混合または加工設備に導入する前に充填剤または充填剤組成物に添加される。

シランに加えて、他の様々な種類の官能基化添加剤を充填剤と樹脂マトリクスの間の界面を改善するために添加することができる。官能基化添加剤の他の例は、チタナートおよびジルコナート（例えば、ＫｅｎｒｉｃｈによるＫｅｎ−ｒｅａｃｔ）などの有機金属化合物、アルミナート、超分散剤（例えばルーブリゾールによるソルスパース）、マレイン化ポリブタジエン樹脂またはスチレン無水マレイン酸コポリマー（例えば、ＣｒａｙＶａｌｌｅｙからのもの）などのマレイン化オリゴマー、脂肪酸またはワックスおよびその誘導体、ならびにイオン性または非イオン性の界面活性剤を含む。これらの官能基化添加剤は、１重量％から約１５重量％；または約３重量％から約１２重量％；さらに約５重量％から１０重量％で使用されてもよい。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

充填剤材料および任意の官能基化添加剤（例えば、シラン）は、樹脂に別々に、またはブレンド物として添加することができる。一態様において、充填剤材料は、窒化ホウ素、硬質充填剤材料およびシランのブレンド物として提供される。

一実施形態において、熱伝導性充填剤は、窒化ホウ素、硬質充填剤材料、官能基化添加剤（例えば、シラン添加剤）、および任意の他の充填剤材料のブレンド物または複合体として与えられる。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約１５重量パーセントから約７０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約１重量パーセントから約７５重量パーセントの量の硬質充填剤；約０．１重量パーセントから約６重量パーセントの量の官能基化添加剤を含むブレンドした組成物を含む。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約２５重量パーセントから約６０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約１５重量パーセントから約６０重量パーセントの量の硬質充填剤材料；約０．５重量パーセントから約５重量パーセントの量の官能基化添加剤を含むブレンドした組成物を含む。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約３０重量パーセントから約５０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約２０重量パーセントから約５０重量パーセントの量の硬質充填剤材料；約１重量パーセントから約３．５重量パーセントの量の官能基化添加剤を含むブレンドした組成物を含む。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約３５重量パーセントから約４５重量パーセントの量の窒化ホウ素；約３０重量パーセントから約４０重量パーセントの量の硬質充填剤材料；約１．５重量パーセントから約２．５重量パーセントの量の官能基化添加剤を含むブレンドした組成物を含む。なお別の実施形態において、熱伝導性充填剤は、約１５重量パーセントから約４０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約５重量パーセントから約５０重量パーセントの量の硬質充填剤材料；約１重量パーセントから約４重量パーセントの量のシラン添加剤を含むブレンドした組成物を含む。一実施形態において、本組成物は、約１５重量パーセントから約６０重量パーセントの窒化ホウ素、約１重量パーセントから約５５重量パーセントの硬質充填剤材料；約０から約１５重量パーセントの官能基化添加剤；および約２０重量パーセントから約７５重量パーセントの樹脂材料を含む。一実施形態において、本組成物は、約１０重量パーセントから約５０重量パーセントの窒化ホウ素、約２０重量パーセントから約５０重量パーセントの硬質充填剤材料；約０．１から約７重量パーセントの官能基化添加剤；および約２０重量パーセントから約７５重量パーセントの樹脂材料を含む。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

一実施形態において、ブレンドした充填剤組成物は、窒化ホウ素、硬質充填剤材料、シラン添加剤、およびガラス繊維またはガラス薄片を含む。本明細書において使用する場合、「ガラス繊維」はまたガラス薄片を指すことができ、ガラス薄片を包含する。

複合体またはブレンドした充填剤組成物は、充填剤組成物中の様々な成分を混合する任意の適切な方法によって調製することができる。一実施形態において、窒化ホウ素、硬質充填剤材料、および任意の追加の充填剤がブレンダー中で一緒に混合され、シラン添加剤がブレンダーへ導入される。複合体またはブレンドした充填剤組成物は、成分材料の実質的に均一な混合物またはブレンド物にすることができる。

窒化ホウ素、硬質充填剤材料およびシラン（および任意の他の充填剤材料、例えば、金属酸化物）のブレンド物をブレンドし、樹脂組成物への導入前に処理して窒化ホウ素および硬質充填剤材料のブレンド物にシランを共有結合で結合することができる。適切なブレンド方法は、様々な増圧バー、パドルブレンダー、リボンブレンダーなどを備えたＶ型ブレンダーである。これは、窒化ホウ素、硬質充填剤材料およびシランのブレンド物を、シランを加水分解しまた加水分解されたシランが充填剤表面と反応することを可能にする条件にかけることにより遂行することができる。一実施形態において、ブレンドした充填剤の処理は、湿気および熱への材料の曝露によって実行することができる。いかなる特定の理論にも束縛されないが、窒化ホウ素およびシランのブレンド物を含む充填剤の熱処理は、充填剤上でシランの縮合を引き起こし、化学反応し、シランを充填剤表面に結合することができる。本発明者らは、樹脂組成物において使用する前のブレンドした充填剤組成物の熱処理が、組成物の熱伝導率を改善することができることを見いだした。ブレンドした充填剤は、樹脂組成物の加工中に、シランを充填剤材料に結合可能な温度に曝露することができるが、充填剤材料に結合していないシラン材料は、可能性として高い加工温度で蒸発することができる。

一実施形態において、窒化ホウ素、硬質充填剤材料およびシランのブレンド物は、５０℃で７２時間の対流オーブンでの加熱によって処理することができる。別の実施形態において、窒化ホウ素、金属酸化物および任意のガラス繊維およびシランを含む充填剤ブレンド物は６０℃で４時間熱処理することができる。一実施形態において、熱処理は８０℃２時間である。一実施形態において、熱処理は制御された湿度条件下で実行される。一実施形態において、熱処理は５０℃および相対湿度５０％で２４時間実行される。

ポリマーマトリクス材料は特定の目的または意図した用途のために要望に応じて任意の高分子または樹脂材料を含むことができる。一実施形態において、樹脂材料は熱可塑性材料であってもよい。別の実施形態において、樹脂材料は熱硬化性材料であってもよい。適切な樹脂材料の例としては、ポリカルボナート；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）（Ｃ₈Ｈ₈Ｃ₄Ｈ₆Ｃ₃Ｈ₃Ｎ）；ポリカルボナート／アクリロニトリルブタジエンスチレンアロイ（ＰＣ−ＡＢＳ）；ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）；ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）；ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）；ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）；ポリフェニレンエーテル；ポリスチレン含有変性ポリフェニレンエーテル；液晶高分子；ポリスチレン；スチレン−アクリロニトリルコポリマー；ゴム強化ポリスチレン；ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；アクリル酸およびメタクリル酸のアルキルエステルのポリマーおよびコポリマーなどのアクリル樹脂；スチレン−メタクリル酸メチルコポリマー；スチレン−メタクリル酸メチル−ブタジエンコポリマー；ポリメタクリル酸メチル；メタクリル酸メチル−スチレンコポリマー；ポリ酢酸ビニル；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリエーテルイミド；ポリアリレート；ポリアミドイミド；ポリ塩化ビニル；塩化ビニル−エチレンコポリマー；塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー；ポリイミド、ポリアミド；ポリエチレンなどのポリオレフィン；超高分子量ポリエチレン；高密度ポリエチレン；直鎖状低密度ポリエチレン；ポリエチレンナフタラート；ポリエチレンテレフタラート；ポリプロピレン；塩素化ポリエチレン；エチレンアクリル酸コポリマー；ポリアミド、例えば、ナイロン６、ナイロン６，６など；フェニレンオキシド樹脂；フェニレンスルフィド樹脂；ポリオキシメチレン；ポリエステル；ポリ塩化ビニル；塩化ビニリデン／塩化ビニル樹脂；およびポリスチレンなどのビニル芳香族樹脂；ポリ（ビニルナフタレン）；ポリ（ビニルトルエン）；ポリイミド；ポリアリールエーテルエーテルケトン；ポリフタルアミド；ポリエーテルエーテルケトン；ポリアリールエーテルケトン、ならびにそれらの２種以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。

樹脂マトリクス材料の選択は、窒化ホウ素／樹脂複合材料が使用される用途の特定の要件に依存し得る。例えば、耐衝撃性、引張強度、動作温度、熱変形温度、障壁特性などの特性はすべて、ポリマーマトリクス材料の選択によって影響される。

幾つかの実施形態において、樹脂マトリクス材料は、１種または複数のポリアミド熱可塑性ポリマーマトリクスを含むことができる。ポリアミドポリマーは、主鎖にアミド結合（−ＮＨＣＯ−）を含む高分子であり、摂氏約３００度未満の温度で熱溶融する。適切なポリアミド樹脂の具体的な例としては、ポリカプロアミド（ナイロン６）、ポリテトラメチレンアジポアミド（ナイロン４６）、ポリヘキサメチレンアジポアミド（ナイロン６６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６１０）、ポリヘキサメチレンドデカミド（ナイロン６１２）、ポリウンデカメチレンアジポアミド（ナイロン１１６）、ポリウンデカンアミド（ナイロン１１）、ポリドデカンアミド（ナイロン１２）、ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド（ナイロンＴＭＨＴ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド（ナイロン６１）、ポリヘキサメチレンテレフタル／イソフタルアミド（ナイロン６Ｔ／６１）、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ナイロン９Ｔ）、ポリビス（４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンＰＡＣＭ１２）、ポリビス（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンジメチルＰＡＣＭ１２）、ポリメタキシリレンアジポアミド（ナイロンＭＸＤ６）、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド（ナイロン１１Ｔ）、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド（ナイロン１１Ｔ（Ｈ））、ならびにその共重合ポリアミドおよび混合ポリアミドが挙げられるが、これらに限定されない。これらの中でも、ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭＸＤ６、ならびにその共重合ポリアミドおよび混合ポリアミドは、利用可能性、取り扱いのしやすさなどの意味において、良い例である。

熱硬化性樹脂の例としては、シリコーン、エポキシ、アクリル樹脂、フェノール樹脂が挙げられるがこれらに限定されない。

基剤高分子樹脂材料を、例えば耐衝撃性、ＵＶ安定性、難燃性などの他の特性を改変するために窒化ホウ素または硬質充填剤材料以外に他の充填剤または添加剤を用いて改変するかまたは付与することができることは理解されよう。

組成物（樹脂、窒化ホウ素および硬質充填剤材料成分の混合前または後の）は、約２０重量％から約８０重量％のポリマーマトリクス；約２０重量％から約７０重量％のポリマーマトリクス；約３５重量％から約６５重量％のポリマーマトリクス；さらに約４２重量％から約５８重量％のポリマーマトリクスを含むことができる。組成物は、約１５重量％から約７０重量％の窒化ホウ素；約２０重量％から約５０重量％；約２５重量％から約４０重量％の窒化ホウ素；さらに約３０重量％から約３５重量％の窒化ホウ素を含むことができる。本組成物は、約１０重量％から約７０重量％の硬質充填剤材料；約１５重量％から約５０重量％の硬質材料；約１７重量％から約３０重量％の硬質材料；さらに約２０重量％から約２５重量％の硬質材料を含むことができる。一実施形態において、窒化ホウ素は、組成物合計重量の約５重量パーセントから約６０重量パーセントの量で存在し；硬質充填剤材料は、組成物合計重量の約１０重量パーセントから約５５重量パーセントの量で存在し；樹脂材料は、組成物合計重量の約２０重量パーセントから約７５重量パーセントの量で存在する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

本発明者らは、硬質充填剤材料の存在下で結晶性窒化ホウ素を樹脂材料と混合すると、樹脂マトリクス中で窒化ホウ素のインサイチュ剥離をもたらし、剥離した窒化ホウ素を含む組成物を与えることを見いだした。剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、剥離した窒化ホウ素を含まない組成物と比較してより高いアスペクト比の窒化ホウ素粒子を有することができる。一実施形態において、剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、体積で約２０：１から約１：２０；約１５：１から約１：１５；約１０：１から約１：１０；約８：１から約１：８；約５：１から約１：５；約３：１から約１：３；約２：１から１：２；さらに約１：１の硬質充填剤と窒化ホウ素材料の比（ＨＭ：ＢＮ）を有する。一実施形態において、剥離した窒化ホウ素を含む組成物中のＨＭ：ＢＮ比は、約２０：１から約１：１；約１：１０から約１：８；約１：５から約１：３；さらに約１：２から約１：１である。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、一般に、同一重量パーセントの窒化ホウ素を含むが硬質充填剤材料の全くない組成物の熱伝導率より、硬質充填剤材料からの熱伝導率への何らかの寄与に加えて、高い熱伝導率を有する。一実施形態において、剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、窒化ホウ素および硬質充填剤材料のＬｅｗｉｓＮｉｅｌｓｅｎモデルに基づいて予測される熱伝導率より高い熱伝導率を有する。一実施形態において、剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、約５Ｗ／ｍＫ以上；約６Ｗ／ｍＫ以上；約７．５Ｗ／ｍＫ以上：約１０Ｗ／ｍＫ以上；さらに約１２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する。一実施形態において剥離した窒化ホウ素を含む組成物は、約５Ｗ／ｍＫから約１５Ｗ／ｍＫ；約６Ｗ／ｍＫから約１２Ｗ／ｍＫ；約７．５Ｗ／ｍＫから約１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。

本発明は、剥離した窒化ホウ素を含む組成物の様々な態様、実施形態、および樹脂マトリクス中での窒化ホウ素のインサイチュ剥離によりその組成物を形成するプロセスに関して記載された。本発明は、以下の実施例に関してさらに理解することができる。実施例は、本発明の態様および追加の実施形態を説明するためのみにあり、そこに記載される特定の実施形態に本発明を限定するようには意図されない。

実施例１−２１
ブラベンダー・プラスチコーダー・バッチミキサー中で窒化ホウ素粉末（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズから入手可能なＰＴ１１０）を酸化亜鉛（Ｕ．Ｓ．Ｚｉｎｃから入手可能なＡＺ０６６ＸＬ）とともにナイロン６（シグマ・アルドリッチからの）にシラン添加剤（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズから入手可能なＮＸＴシラン）とともに８分間２４５℃で配合する。配合試料を、約０．３ｍｍの厚さを有する４”ｘ４”のシートに圧縮成型した。窒化ホウ素、酸化亜鉛、ナイロン６およびシランの濃度を表１に示す。組成物から酸化亜鉛を除いていること以外、比較例１は実施例と同様の方式で調製する。

実施例３２
実施例３２は、酸化マグネシウム（宇部興産（日本）から入手可能なＲＦ−１０ＣＳ）を硬質材料として酸化亜鉛の代わりに使用する以外、実施例１−２４と同様の方式で調製される。実施例３２の詳細を表２に示す。

表１および２で示すように、硬質充填剤材料（例えば、酸化亜鉛または酸化マグネシウム）を含む組成物は、硬質材料を含まない比較例１より高い熱伝導率を有する。重要なことに、硬質充填剤材料を含む組成物は、予測された熱伝導率を超える熱伝導率を示した。ＬｅｗｉｓＮｉｅｌｓｅｎモデルは複合体の熱伝導率を予測するために使用することができ、以下の式によって与えられる：
上記式において、Ｋ_fは充填剤の熱伝導率であり、Ｋ_mはマトリクスの熱伝導率、Ｋ_cは最終複合体の熱伝導率であり、Φは系における充填剤の体積分率であり、Φ_mは充填剤系の最大充填率である。高いアスペクト比の充填剤に関しては、Ａは、上記に示すような充填剤のアスペクト比と関係するが、充填剤の配向の程度にも依存する。充填剤が完全に配列する場合、Ａは上に示すようにアスペクト比を２倍に設定する。式１からわかるように、充填剤のアスペクト比が大きいほどＡの値は大きくなり、よって熱伝導率は高くなる。このモデルは、複数の充填剤を含む熱伝導率を予測するために拡張して、硬質材料による複合体の熱伝導率への直接の寄与を割り引いた。このモデルによって予測された熱伝導率を超えることは、観察された剥離を暗示している可能性がある。比較例２および３の処方物は法外に高コストになる非常に高い装填率にもかかわらず、これらのデータは剥離されたＢＮを暗示している可能性がある。本プロセスは低いＢＮ装填率で剥離したＢＮを提供する。

さらに、同様の窒化ホウ素装填率で、硬質材料を含む組成物は、比較例１（実施例１、６、８−１３、１６および２０−２１を参照）より多数の窒化ホウ素粒子を有し、これは窒化ホウ素が剥離されたことを示唆する。ＳＥＭ像は、硬質材料と配合した試料中の窒化ホウ素の剥離を示す。図２は、比較例１の断面の後方散乱ＳＥＭ像である。図２において、窒化ホウ素粒子は、マトリクス中でかなりうまく分散し、厚さ約２．５ミクロンを有する。これは、樹脂材料中で分散していないＰＴ１１０結晶のＳＥＭ分析と一致する（図３を参照）。図４および５はそれぞれ実施例１および５のＳＥＭ像であり、硬質材料と配合した組成物が窒化ホウ素の剥離をもたらしたことを示す。実施例１において、剥離した窒化ホウ素のシートは、約０．１５ミクロンの厚さおよび約１３から約５０のアスペクト比を有する。実施例５において、剥離した窒化ホウ素のシートは、約０．２ミクロンの厚さおよび約８から約５８のアスペクト比を有する。

実施例３３−３８
窒化ホウ素、酸化亜鉛、任意のガラス繊維、およびシランを用いてブレンドした充填剤組成物を調製する。シランはＮＸＴである。ブレンドした充填剤を調製し、ブラベンダー・プラスチコーダー中のナイロン６樹脂へ導入する。樹脂へ導入した充填剤は、ブレンドした充填剤の事前の熱処理をして、または熱処理なしで導入される。樹脂への導入前に熱処理した充填剤組成物を５０℃で７２時間、対流オーブン中で熱処理する。表３は、組成物の熱伝導率を示す。

前述の記載は、剥離した窒化ホウ素を含む組成物、および樹脂マトリクス中の窒化ホウ素のインサイチュ剥離によりその組成物を形成する方法の様々な非限定的な実施形態を特定している。当業者および本発明を製造し使用し得る者にとって変更が思い浮かぶことがある。開示される実施形態は、単に説明のためであり、本発明の範囲または以下の特許請求の範囲に示す主題を限定するようには意図されない。

Claims

樹脂材料、剥離した窒化ホウ素、官能基化添加剤、および、六方晶窒化ホウ素のモース硬度より高いモース硬度を有する硬質充填剤材料を含む組成物であって、
窒化ホウ素結晶、硬質充填剤材料、および官能基化添加剤がブレンドされた充填剤組成物として提供され、樹脂材料と混合され、前記剥離した窒化ホウ素が、前記硬質充填剤材料の存在下で前記窒化ホウ素結晶を前記樹脂材料と混合することによりインサイチュで製造され、
前記官能基化添加剤は、チオカルボキシラートシラン、ブロック化メルカプトシラン、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる、組成物。
５重量パーセントから６０重量パーセントの窒化ホウ素；１重量パーセントから５５重量パーセントの前記硬質充填剤材料；０から１５重量パーセントの前記官能基化添加剤；および２０重量パーセントから７５重量パーセントの前記樹脂材料を含む、請求項１に記載の組成物。
２０重量パーセントから５０重量パーセントの窒化ホウ素；１０重量パーセントから５０重量パーセントの前記硬質充填剤材料；０．１から７重量パーセントの前記官能基化添加剤；および、２０重量パーセントから７５重量パーセントの前記樹脂材料を含む、請求項１に記載の組成物。
１５体積パーセントから５０体積パーセントの窒化ホウ素を含む、請求項１に記載の組成物。
前記剥離した窒化ホウ素が１ミクロン以下の平均厚さを有する、請求項１から４のいずれかに記載の組成物。
硬質充填剤材料と窒化ホウ素の比が体積で少なくとも２０：１から１：２０である、請求項１から５のいずれかに記載の組成物。
前記窒化ホウ素結晶の直径が３ミクロンを超える、請求項１から６のいずれかに記載の組成物。
前記窒化ホウ素の黒鉛化指数が４未満である、請求項１から７のいずれかに記載の組成物。
前記硬質充填剤材料が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、シリカまたはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる金属酸化物；窒化アルミニウム、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素またはそれらの組み合わせから選ばれる窒化物；シリカ；炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ベリリウム、炭化ホウ素またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる炭化物；ホウ化ジルコニウム、二ホウ化チタン、ホウ化アルミニウムまたはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれるホウ化物；アルミニウム、銅、青銅、黄銅、ホウ素、ケイ素、ニッケル、ニッケル合金、タングステン、タングステン合金の粉末、粒子もしくは薄片、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる粒子もしくは金属もしくは純元素；アパタイト、長石、トパーズ、ガーネット、アンダルサイト、石綿、バライト、フリント蛍石、ヘマタイト、黄鉄鉱、石英、ペロブスカイト、チタン酸塩、ケイ酸塩、カルコゲニド、またはそれらの２種以上の組み合わせ；あるいはこれらの材料のいずれかのうちの２種以上の組み合わせから選ばれる、請求項１から８のいずれかに記載の組成物。
前記硬質充填剤材料が２から９．５のモース硬度を有する、請求項１から９のいずれかに記載の組成物。
前記ブレンドした組成物が、前記窒化ホウ素および前記硬質充填剤材料のブレンド物の表面上に縮合した官能基化添加剤を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の組成物。
５Ｗ／ｍＫから１５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の組成物。
請求項１から１２のいずれかの組成物を形成する方法であって、前記ブレンドした充填剤組成物を樹脂材料中で混合することにより、インサイチュで窒化ホウ素結晶を剥離する工程を含む方法。
前記硬質充填剤材料が、５０ナノメートルから１００ミクロンの粒径を有する、請求項１３に記載の方法。
混合が、ミキサー、ロール、１組のロール、ニーダー、コニーダー、バンバリミキサー、単軸押出機、二軸押出機、またはそれらの２種以上の組み合わせを使用して遂行される、請求項１３または１４に記載の方法。