JP6691870B2 - 充填されたポリジオルガノシロキサンを含有する組成物、及びこれを使用する方法 - Google Patents
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Description
熱源から熱を運び去り、ヒートシンクへと熱を移動し、ヒートシンクが熱を発散させることができるような熱伝導性接着剤及びパッドが知られており、電子機器、照明、再充電可能な電池アセンブリにおいて、使用されている。半導体チップを有する機器(例えば、コンピュータ)、発光ダイオード(LED)に基づく照明(例えば、オーバーヘッド照明及びテレビ)の熱管理において、これらは重要である。従来の製品は、熱伝導性の無機粒子が密に充填されたシリコーン樹脂に由来するものである。典型的には、シリコーン製品は、ウェブを使用した熱硬化プロセスの後、バッチ式の熱硬化によってヒドロシリル化化学反応を完結させることによって製造される。
したがって、優れた熱酸化安定性という固有の利点を有し、全体的な熱伝導性と追従性のバランスを改良し、もっと費用対効果の高いウェブを使用した光硬化プロセスを用いて製造可能なシリコーン系(即ち、ポリジオルガノシロキサン系)組成物及び製品を提供する本開示が必要とされている。
本開示は、組成物、特に、照射すると硬化(例えば、重合及び/又は架橋)させることができる光硬化性組成物(即ち、光硬化性反応混合物)、硬化した組成物、及びこのような硬化した組成物を製造する方法を提供する。硬化した組成物を使用し、例えば、熱伝導性接着剤及びパッドを形成することができる。
好適なビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、複数のビニル基を含む化合物(例えば、オリゴマー、重合可能なポリマー(即ち、プレポリマー))である。好ましくは、これらの化合物は、ビニル官能基のみからなる。すなわち、これらの化合物中に、ビニル基以外に反応性の他の基は存在しない。
R2(R)2SiO((R)2SiO)x(RR1SiO)ySi(R)2R2
(I)
各Rは、独立して、メチル又はフェニルを表し、各R1は、独立してビニル基(即ち、−HC=CH2)を表し、各R2は、独立して、メチル基、フェニル基又はビニル基を表し、xは1以上であり、yは0以上である。式(I)は、内部ビニル基のみを有する化合物、末端ビニル基のみを有する化合物、又は内部ビニル基と末端ビニル基を有する化合物を含んでいてもよい。内部ビニル基のみを有する式(I)の化合物について、yは2以上であり、各R1はビニルであり、各R2は、メチル又はフェニル(好ましくは、メチル)である。末端ビニル基のみを有する式(I)の化合物について、yは0であり、各R2はビニルである。内部ビニル基と末端ビニル基を有する式(I)の化合物について、yは1以上であり、各R1はビニルであり、各R2は、典型的には、ビニルである。1個のR2基がビニルの場合、典型的には、R2基は両方ともビニルである。式(I)において、x繰り返し単位((R)2SiO)及びy繰り返し単位(RR1SiO)は、ポリマー内でランダム配置及び/又はブロック配置であってもよい。
好適なチオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、複数のチオール基を含む化合物(例えば、オリゴマー、重合可能なポリマー(即ち、プレポリマー))である。好ましくは、これらの化合物は、チオール官能基のみからなる。すなわち、これらの化合物中に、チオール基以外に反応性の他の基は存在しない。
R5(R3)2SiO((R3)2SiO)w(R3R4SiO)zSi(R3)2R5
(II)
[式中、各R3は、独立して、メチル又はフェニル(好ましくはメチル)を表し、各R4は、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、各R5は、独立して、メチル基、フェニル基、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基(好ましくは、メチル、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基)を表し、wは1以上であり、zは0以上である。]
式(II)は、内部チオール基のみを有する化合物、末端チオール基のみを有する化合物、又は内部チオール基と末端チオール基を有する化合物を含んでいてもよい。内部チオール基のみを有する式(II)の化合物について、zは2以上であり、各R4は、メルカプトアルキルであり、各R5は、メチル又はフェニル(好ましくは、メチル)である。末端チオール基のみを有する式(II)の化合物について、zは0であり、各R5は、メルカプトアルキルである。内部チオール基と末端チオール基を有する式(II)の化合物について、zは1以上であり、各R4は、メルカプトアルキルであり、各R5は、典型的には、メルカプトアルキルである。1個のR5基がメルカプトアルキルである場合、典型的には、R5基は両方ともメルカプトアルキル基である。式(II)において、w繰り返し単位((R3)2SiO)及びz繰り返し単位(R3R4SiO)は、ポリマー内でランダム配置及び/又はブロック配置であってもよい。
本開示の組成物に使用されるフィラーは、(光硬化性であるか、又は硬化されたものであるかにかかわらず)少なくとも二峰性の粒度分布を有する(例えば、二峰性、三峰性など、又は多峰性)。これは、粒子の量に対して粒径をプロットすると(即ち、y軸が数、x軸が粒径である)、二峰性分布の場合には2つの別個のピークがみられ、三峰性の分布の場合には3個の別個のピークがみられる。即ち、二峰性のフィラーは、2個の別個の集合を有し、それぞれが異なる平均粒径を有する。三峰性のフィラーは、3個の別個の集合を有し、それぞれが異なる平均粒径を有する。多峰性の粒度分布は、一峰性の粒度分布と比較して、熱伝導性粒子の良好な充填を与えることができ、これにより、硬化した組成物の高い熱伝導率が得られる。多峰性の粒度分布によって、一峰性の粒度分布と比較して、同じ重量パーセント又は体積パーセントのフィラーで、光硬化性組成物の粘度も低くなりうる。密に充填された組成物の粘度が下がると、その処理に役立つことが多い。
本開示の組成物に使用するのに適したホスフィンオキシド光開始剤としては、フリーラジカルによって光重合可能な組成物を硬化させるホスフィンオキシド光開始剤が挙げられる。これらの開始剤には、典型的には、約370ナノメートル(nm)〜1200nmの波長範囲で作用可能な種類のホスフィンオキシドが挙げられる。好ましいホスフィンオキシドフリーラジカル光開始剤は、約370nm〜450nmの波長範囲で作用可能である(例えば、モノアシルホスフィンオキシド及びビスアシルホスフィンオキシド)。
所望によって、本開示の組成物に1種類以上の第2の光開始剤を使用してもよい。硬化プロセス中に吸収される放射線の範囲を広げるために、1種類以上の第2の光開始剤を使用してもよい。ホスフィンオキシドが固体である場合、例えば、ホスフィンオキシドを可溶化するために第2の光開始剤を使用してもよい。又は、第2の光開始剤は、ホスフィンオキシドに溶解する固体であってもよい。
ここで、「光増感剤」は、光によって開始される重合の速度を上げるか、又は重合が起こる波長をシフトする物質を意味する。
酸化防止剤及び/又は安定化剤、例えば、ヒドロキノンモノメチルエーテル(p−メトキシフェノール、MeHQ)、ピロガロール、N−ニトロソフェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩、及びBASF Corp.製の商品名IRGANOX 1010(テトラキス(メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート))メタン)を硬化性反応混合物に混合し、その温度安定性を高めることができる。特定の実施形態において、使用される場合、酸化防止剤及び/又は安定化剤は、典型的には、硬化性反応混合物の合計重量を基準として、0.01重量パーセント(重量%、wt%)〜1.0wt%の範囲で使用される。
所望によって、硬化可能な照射を行う前に、構成要素を合わせ、保存してもよい。例えば、反応混合物を室温で最長3ヶ月まで保存してもよく、多くの場合、最長6ヶ月まで、又は室温で最長12ヶ月まで保存してもよい。
本開示の熱伝導性組成物は、電子機器、照明、再充電可能な電池アセンブリに使用し、熱源から熱を運び去り、ヒートシンクへと熱を移動して発散させてよい。本開示の熱伝導性組成物は、半導体チップを有する機器(例えば、コンピュータ)、発光ダイオード(LED)に基づく照明(例えば、一般的なオーバーヘッド照明及びテレビ)の熱管理システムの一部であってもよい。
実施形態1は、官能基を有するビニル官能性ポリジオルガノシロキサンと、官能基を有するチオール官能性ポリジオルガノシロキサンと、ホスフィンオキシド光開始剤と、熱伝導性フィラーと、を含む光硬化性反応混合物であって、
ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンにおける官能基は、ビニル基からなり、ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式I):
R2(R)2SiO((R)2SiO)x(RR1SiO)ySi(R)2R2
(I)
[式中、各Rは、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R1は、独立して、ビニル基を表し、
各R2は、独立して、メチル基、フェニル基又はビニル基を表し、
xは1以上であり、
yは0以上であり、並びに
x繰り返し単位((R)2SiO)及びy繰り返し単位(RR1SiO)は、ランダム配置及び/又はブロック配置である。]で表され、
官能基を有するチオール官能性ポリジオルガノシロキサンにおける官能基は、チオール基からなり、チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、平均チオール当量が1200ダルトン以上であり、チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式II):
R5(R3)2SiO((R3)2SiO)w(R3R4SiO)zSi(R3)2R5
(II)
[式中、各R3は、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R4は、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
各R5は、独立して、メチル基、フェニル基、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
wは1以上であり;並びに
zは0以上であり;
w繰り返し単位((R3)2SiO)z及びz繰り返し単位(R3R4SiO)は、ランダム配置及び/又はブロック配置である。]で表され、
熱伝導性フィラーは、少なくとも二峰性の粒度分布を有し、光硬化性反応混合物の合計重量を基準として、少なくとも35wt%である、光硬化性反応混合物である。
(a)y=0であり、xが1以上であり、各Rが独立してメチル又はフェニルを表し、各R2がビニルである、式(I)の化合物;
(b)xが1以上であり、yが2以上であり、各R及び各R2が、独立してメチル又はフェニルを表し、各R1がビニルである、式(I)の化合物;
(c)x及びyが両方とも1以上であり、各Rが独立してメチル又はフェニルを表し、各R1がビニルであり、各R2がビニルである、式(I)の化合物;及び
(d)これらの混合物から選択される、実施形態1〜12のいずれかに記載の光硬化性反応混合物である。
(a)zが0であり、wが29以上1000未満であり、各R3がメチルであり、各R5が、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキルを表す、式(II)の化合物、
(b)zが2以上であり、w/z≧15であり、w+zが32以上300未満であり、各R3がメチルであり、各R4が、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキルを表し、各R5がメチルである、式(II)の化合物、及び
(c)これらの混合物、から選択される、実施形態17に記載の光硬化性反応混合物である。
構成成分を合わせて光硬化性反応混合物を形成する工程と、光硬化性反応混合物にUV−可視光を照射し、硬化した組成物を形成する工程と、を含み、
上記構成成分は、官能基を有するビニル官能性ポリジオルガノシロキサンと、官能基を有するチオール官能性ポリジオルガノシロキサンと、ホスフィンオキシド光開始剤と、熱伝導性フィラーと、を含み、
上記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンにおける官能基は、ビニル基からなり、ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式I):
R2(R)2SiO((R)2SiO)x(RR1SiO)ySi(R)2R2
(I)
[式中、各Rは、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R1は、独立して、ビニル基を表し、
各R2は、独立して、メチル基、フェニル基又はビニル基を表し、
xは1以上であり、
yは0以上であり、及び
x繰り返し単位((R)2SiO)及びy繰り返し単位(RR1SiO)は、ランダム配置及び/又はブロック配置である。]で表され、
上記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンにおける官能基は、チオール基からなり、チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、平均チオール当量が1200ダルトン以上であり、チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式II):
R5(R3)2SiO((R3)2SiO)w(R3R4SiO)zSi(R3)2R5
(II)
[式中、各R3は、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R4は、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
各R5は、独立して、メチル基、フェニル基、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
wは1以上であり、及び
zは0以上であり、
w繰り返し単位((R3)2SiO)z及びz繰り返し単位(R3R4SiO)は、ランダム配置及び/又はブロック配置である。]で表され、
上記熱伝導性フィラーは、少なくとも二峰性の粒度分布を有し、光硬化性反応混合物の合計重量を基準として、少なくとも35wt%である、方法である。
−C−S−C−C−結合を有するポリジオルガノシロキサンポリマー;及び
少なくとも二峰性の粒度分布を有し、組成物の合計重量を基準として、少なくとも35wt%の熱伝導性フィラーを含む、硬化した組成物であり、
熱伝導性が、1kgの錘を用いた熱伝導性試験測定によって測定した場合に少なくとも2.4W/m°Kであり、ショアOO硬度が最大85である、硬化した組成物である。
末端がビニルのポリジメチルシロキサンのビニル当量の滴定による測定
ビニル含有量を、Wijs法(Snell及びBiffen、Commercial Methods of Analysis、McGraw−Hill、1944、p.345を参照)によって決定した。炭素二重結合を一塩化ヨウ素(過剰量)と反応させ、その後、過剰な一塩化ヨウ素をヨウ化カリウムと反応させ、ヨウ素(I2)を生成させ、これをチオ硫酸ナトリウムで滴定した。一般的な反応シーケンスは、以下に示すとおりであると考えられる。
上の反応シーケンス中の一方のRは水素を表し、他方のRは、ビニル官能性ポリジメチルシロキサンのポリジメチルシロキサンを表していた。ビニル官能性ポリジメチルシロキサンを125ミリリットル(mL)のヨウ素フラスコに秤量し、このサンプルは、不飽和部を最大1.6ミリモル(mmol)含むが、これを超えない量を含む。ビニル含有量に関する供給業者の情報を最初に使用し、適切なサンプルの重さを決定した。滴定によって、サンプルの重量が、仕様(即ち、不飽和部が1.6mmolを超えていない)の範囲内に入っていなかったことが示された場合、サンプルの重量を調整し、滴定を繰り返した。このフラスコにクロロホルム(25mL)を加え、サンプルを溶解した。Wijs溶液(15mL、0.1規定(N)の一塩化ヨウ素の氷酢酸溶液)をピペットによって上述のフラスコに加え、次いで、フラスコに栓をして、その後、激しく回転させた。時々回転させつつ(約10分ごと)、サンプルを暗所に30分間(min)置いた。30分の反応時間が終わったら、約1グラム(g)の固体KI(顆粒)を、上述のフラスコの漏斗の上に加え、栓をわずかに開放し、約15mLの蒸留した脱イオン水を用い、KIをフラスコに洗い入れ、1〜2分間回転させた。次いで、50mLの蒸留した脱イオン水を上述のフラスコに加え、白金/pH複合電極とMETROHM 751 TITRINO自動滴定機を用い、0.1N Na2S2O3水溶液で、ゆっくりと電位差計で滴定した。一連の3個のブランクを同じ方法で滴定した(即ち、ビニル官能性ポリジメチルシロキサンを含まないサンプルをヨウ素フラスコに入れるが、手順の残りは上述のものと同じであった)。
[式中、Vsは、サンプルを滴定するために用いたNa2S2O3水溶液の体積である(単位:mL)、
Vbは、ブランクを滴定するために用いたNa2S2O3水溶液の体積である(単位:mL)、
Nは、Na2S2O3滴定液の規定度(単位:モル/L)であり、
SWgrams=サンプルの重量(単位:g)である。]
チオール含有量を決定するために使用した方法は、メルカプタン(チオール)による銀イオンの配位/沈殿に基づいていた。この方法は、S.Siggia、Quantitative Organic Analysis via Functional Groups,Wiley & Sons、1963、pp.582〜586に引用されるようなJ.H.Karchmerの方法を応用した。
[式中、SWgrams=サンプルの重量(単位:g)であり、
Vsは、サンプルを滴定するために用いた滴定剤の体積(単位:mL)であり、
Vbは、ブランクを滴定するために用いた滴定剤の体積(単位:mL)であり、
Nは、滴定剤の規定度(単位:モル/L)である。]
2dramバイアル中で、3滴のビニル官能性ポリジメチルシロキサン(PDMS)ポリマーを、約500マイクロリットル(μL)の重水素化テトラヒドロフラン(d−THF)と混合した。PDMSがd−THFに完全に溶解したら、得られた溶液をWilmad economyグレードの5mmホウケイ酸ガラスNMR管に移した。NMR管をスピナーに置き、低温に冷却したブロードバンドNMRプローブヘッドを取り付けたBruker 500MHz AVANCE NMR分光計に空気圧で挿入した。d−THFの重水素を用いてロックとシムの調整操作を終了した後、一次元(1D)プロトンNMRデータを、15度(15°)パルス幅を用いて集めた。約4秒の積算時間を用い、繰り返し時間なく、32000点の遷移を128回収集した。アポディゼーション、線形予測、又はゼロフィリングを行わず、データをフーリエ変換(FT)した。
PDMSメチルの共鳴に帰属することができる0.12百万分率(ppm)の大きな多重線を示した。データを電気的に積分し、積分スケールは、それぞれのビニルプロトンが約2単位の積分となるように選択した。このスケールに設定した後、0.12ppmが中央値のPDMS共鳴の積分値を、2つの末端のビニル末端基に結合する2個のケイ素原子に結合する4個のメチル基の12個のプロトンに対応する12単位を引き算することによって調整した。次いで、2個の末端のビニル末端基に関連するシロキサン繰り返し単位−(CH3)2SiO−の数を、調整したPDMS共鳴の積分値を6で割ることによって求めた。この値に、シロキサン繰り返し単位の分子量(74.15)を掛け、両方のビニル末端基の分子量(CH2CHSi(CH3)2−の場合85.20、CH2CHSi(CH3)2O−の場合101.20)を加え、次いで、合計重量を2で割ることによって、ビニル当量を決定した。
2dramバイアル中、3滴の(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンを、約500マイクロリットル(μL)の重水素化テトラヒドロフラン(d−THF)と混合した。PDMSコポリマーがd−THFに完全に溶解したら、得られた溶液をWilmad economyグレードの5mmホウケイ酸ガラスNMR管に移した。NMR管をスピナーに置き、インバースNMRプローブヘッドを取り付けたVarian 600MHz Inova NMR分光計に空気圧で挿入した。d−THFの重水素を用いてロックとシム調整の操作を終了した後、一次元(1D)プロトンNMRデータを、15°パルス幅を用いて集めた。3秒の積算時間を用い、繰り返し時間なく、32000点の遷移を128回収集した。アポディゼーション、線形予測、又はゼロフィリングを行わず、データをフーリエ変換(FT)した。
シロキサンコポリマーのメチル共鳴に帰属することができる0.10ppmでの大きな多重線を示した。データを電気的に積分化し、積分化スケールは、それぞれの3−メルカプトプロピルプロトンの共鳴が、約2単位の積分を有し、チオールプロトンが、約1単位の積分を有するように選択した。このスケールに設定した後、0.10ppmが中央値のメチル共鳴の積分値を、3−メルカプトプロピル部分に結合するケイ素原子に結合したメチル基の3個のプロトンに対応する3単位を引き算することによって調整した。次いで、ジメチルシロキサン繰り返し単位−(CH3)2SiO−の数を、調整したメチル共鳴の積分値を6で割ることによって求めた。この値に、ジメチルシロキサン繰り返し単位の分子量(74.15)を掛け、(3−メルカプトプロピル)メチルシロキサン部分の分子量(134.27)を加えることによって、チオール当量を求めた。
ショアOOスケールでの測定硬度を測定するように取り付けたPTC Instruments MODEL 470 DUROMETER(Pacific Transducer Corp.,Los Angeles,CA)を用い、硬度測定を行った。1インチ×1インチ(2.5cm×2.5cm)平方の試験片を、熱伝導性パッドから切り出すか、パンチにより切断し、合計厚みが6ミリメートル(mm)になるように積み重ねた。実施例1〜12の場合、パッドは、厚みが約0.5mmであり、厚み6mmを達成するために、四角片12個を積み重ねた。積み重ねの1インチ×1インチ(2.5cm×2.5cm)表面の3つの点で、硬度を測定し、平均し、平均ショアOO硬度を得た。ショアOO硬度は、追従性と柔軟性の指標である。
1インチ×1インチ(2.5cm×2.5cm)平方の試験片を、熱伝導性パッドから切り出すか、パンチにより切断し、水冷し、ヒートシンクとして用いられている、標準的な光沢仕上げのアルミニウムブロックの上に置くことによってサンプルの熱伝導率を決定した。1インチ×1インチ(2.5cm×2.5cm)のアルミニウムシート(標準的な光沢仕上げ、厚みが約60mil(約1.5mm))を、サンプルの他の側面に置き、サンプルをアルミニウムブロック(ヒートシンク)とアルミニウムシートの間に配置した。熱源(1インチ×1インチ(2.5cm×2.5cm)Kapton抵抗ヒーター)を、サンプルの反対側の側面にあるアルミニウムシートに接続した。抵抗ヒーターは、サンプルの反対側の側面で十分に絶縁されているか、又はサンプルから最も離れた位置に置かれるため、熱源から出た実質的に全ての熱が、サンプルを通ってヒートシンクに流れた。アルミニウムブロック(ヒートシンク)とアルミニウムシートに熱電対が埋め込んで、検知する接合点が、サンプルと接触する表面に隣接するようにした。測定を開始する前に、異なる重さ(1kg、3kg及び5kg)のステージをこの集合体に向けて下げていき、測定中、その錘を維持した。3種類の異なる厚みの同じパッド材料(1層(約0.5mm)、2層(約1.0mm)、3層(約1.5mm))を測定した。ヒーターは、5.239ワットを発生し、サンプルの2つの対向する側面の温度差を熱電対で監視した。温度を平衡状態にして(即ち、定常状態にして)、次いで、温度の差を記録した。ヒートシンク側の温度は、通常は、全ての測定で一定であった。(温度差)x面積/ワット対厚みのプロットを作成した。線形回帰を行い、プロットの傾きを求めた。傾きの逆数をサンプルの熱伝導率「k」として得た。この熱伝導率試験方法は、全体的な熱伝導率を測定する。
調製例及び実施例で使用される材料を表1に列挙する。表1の説明情報は、それぞれの供給業者から提供された。
調製例1
末端がビニルのポリジメチルシロキサン(即ち、α,ω−ビニル−ポリジメチルシロキサン)DMS−V25及びDMS−V31と、(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーSMS−022及びSMS−042をGelest,Inc.(Morrisville,PA)から購入し、受領したままの状態で使用した。これらの化合物を、それぞれの製品についてGelestによって報告されているおおよその分子量、粘度、重量あたりのビニル当量又はチオールを含有する繰り返し単位のmole%の範囲と合わせて、表2及び表3に列挙する。
末端がビニルのポリジメチルシロキサン(ビニル−ポリジメチルシロキサン)と、(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーと、約1wt%のフリーラジカル光開始剤とをガラスバイアル中で一緒に混合することによって、数種類の配合物を製造した。この配合物は、フィラーを含んでいなかった。表5は、末端がビニルのポリジメチルシロキサン(ビニル−PDMS)及び(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(チオール−PDMS)といった構成要素の重量と、チオール基に対するビニル基のモル比を含む。この比率は、末端がビニルのポリジメチルシロキサン及び(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーの重量と、表4に与えられている1H NMR及び滴定によって求められたビニル当量及びチオール当量から計算された。
末端がビニルのポリジメチルシロキサン(α,ω−ビニル−ポリジメチルシロキサン)、(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー、フリーラジカル光開始剤、DAROCUR 4265、球状アルミナ、DAM−45及びDAM−05をプラスチック製の混合カップに秤量することによって配合物を作成した。実施例5を除く全ての実施例は、MAX 40混合カップ(Flack Tek Inc.,Landrum,SC)を使用した。実施例5において、もっと多くの量の配合物を入れるために、もっと大きな混合カップ(MAX 100)を使用した。カップの内容物を遠心分離ミキサーSPEEDMIXER DAC 150(Flack Tek Inc.,Landrum,SC)で、毎分約3000回転(rpm)で1分間混合した。全ての配合物は、シリコーン樹脂構成要素約11wt%、球状アルミナDAM−45(デンカ、日本)55wt%、球状アルミナDAM−05(デンカ)34wt%であった。DAM−45とDAM−05の組み合わせで、球状アルミナについて二峰性の粒度分布となった。シリコーン樹脂構成要素は、末端がビニルのポリジメチルシロキサンと、(メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーと、DAROCUR 4265とを含んでいた。DAROCUR 4265は、シリコーン樹脂構成要素中に2wt%で存在していた。それぞれの配合物について、構成要素及びその重量は、表7に示すとおりであった。
実施例1の配合物に非常によく似た配合物を、DAM−45及びDAM−05の両方を使用せずにDAM−45のみを使用した以外は、実施例1と同様に、作成した。使用したDAM−45の量は、配合物全体の89wt%であり、これは、実施例1の配合物中のDAM−45及びDAM−05の組み合わせのwt%と同じであった。次いで、熱伝導性パッドを製造するために、この配合物を実施例1と同様に処理した。しかし、配合物を液圧平板プレス機で、18,000lbで圧縮し、3分間保持した後にも、配合物は、ステンレス製のシムによって輪郭が区切られた領域全体を満たすように広がらず、そのため、この集合体をこのプレス機で再び圧縮し、37,000lbに数分間圧縮し、37,000lbで3分間保持した。サンプルをプレス機から取り出した後、配合物は、シムによって輪郭が区切られた180mm×140mmの約41%を覆うようにしか広がらず、その結果、このサンプルは、目標とする0.5mmの厚みよりもかなり厚くなった。この配合物の粘度は、パッドを製造するには高すぎた。
実施例1の配合物に非常によく似た配合物を、DAM−45及びDAM−05の両方を使用せずにDAM−05のみを熱伝導性フィラーとして使用した以外は、実施例1と同様に作成した。使用したDAM−05の量は、配合物全体の89wt%であり、これは、実施例1の配合物中のDAM−45及びDAM−05の組み合わせのwt%と同じであった。次いで、熱伝導性パッドを製造するために、この配合物を実施例1と同様に処理した。しかし、配合物を液圧平板プレス機で、18,000lbで圧縮し、3分間保持した後も、配合物は、ステンレス製のシムによって輪郭が区切られた領域全体を満たすように広がらず、そのため、この集合体をこのプレス機で再び圧縮し、25,000lbに圧縮し、配合物の流動性は上がったが、シムによって輪郭が区切られた領域全体を満たさなかった。ここでも、この集合体をプレス機に入れ、30,000lbで数分間圧縮し、3分間保持した。サンプルをプレス機から取り出した後、配合物は、シムによって輪郭が区切られた180mm×140mmの95%より多い範囲を覆うように広がった。実施例1と同様に、サンプルにUV光を照射することによって硬化させ、一峰性の粒度分布を有する熱伝導性フィラーを含む熱伝導性パッドを得た。熱伝導率(1kgの錘を用いる)及びショアOO硬度を、実施例1に記載したのと同様に求めた。このサンプルは、熱伝導率kが1.84W/m°Kであり、ショアOO硬度が81であった。
Claims (21)
- 官能基を有するビニル官能性ポリジオルガノシロキサンと、官能基を有するチオール官能性ポリジオルガノシロキサンと、ホスフィンオキシド光開始剤と、熱伝導性フィラーと、を含む、光硬化性反応混合物であって、
前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンにおける前記官能基は、ビニル基からなり、前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式I):
R2(R)2SiO((R)2SiO)xSi(R)2R2 (I)
[式中、各Rは、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R2は、独立して、メチル基、フェニル基又はビニル基を表し、
xは1以上である。]で表され;
前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンにおける前記官能基は、チオール基からなり、前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、平均チオール当量が1200ダルトン以上であり、前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式II):
R5(R3)2SiO((R3)2SiO)w(R3R4SiO)zSi(R3)2R5 (II)
[式中、各R3は、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R4は、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
各R5は、独立して、メチル基、フェニル基、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
wは1以上であり、
zは0以上であり、
w個の繰り返し単位((R3)2SiO)及びz個の繰り返し単位(R3R4SiO)は、ランダム配置及び/又はブロック配置である]で表され;
前記熱伝導性フィラーは、少なくとも二峰性の粒度分布を有し、前記光硬化性反応混合物の合計重量を基準として、少なくとも35wt%である、光硬化性反応混合物。 - UV−可視光照射によって硬化可能である、請求項1に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記フィラーが、少なくとも33ミクロンの平均粒径を有する第1の部分と、33ミクロン未満の平均粒径を有する第2の部分と、を含む、請求項1又は2に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記フィラーが、33ミクロン〜150ミクロンの平均粒径を有する第1の部分と、2ミクロン以上33ミクロン未満の平均粒径を有する第2の部分とを含む、請求項3に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記フィラーが、第1の部分と第2の部分とを含み、前記第2の部分は、前記第1の部分の平均粒径の70%以下の平均粒径を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 熱伝導性フィラーの合計重量を基準として、前記第1の部分は、50〜95wt%の量で存在し、前記第2の部分は、5〜50wt%の量で存在する、請求項5に記載の光硬化性反応混合物。
- 少なくとも70wt%の熱伝導性フィラーを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記熱伝導性フィラーが、アルミナ、アルミナ三水和物又は水酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、又はこれらの混合物を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 構成成分が、第2の光開始剤を更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記第2の光開始剤がα−ヒドロキシケトンである、請求項9に記載の光硬化性反応混合物。
- 硬化した組成物は、熱伝導性が、1kg質量を用いた熱伝導性試験測定によって測定した場合に少なくとも2.4W/m°Kである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記硬化した組成物は、ショアOO硬度値が最大85である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、各Rが独立してメチル又はフェニルを表し、各R2がビニルである、式(I)の化合物から選択される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、20<x<2000であり、各Rが独立してメチル又はフェニルを表し、各R2がビニルである式(I)の化合物から選択される、請求項13に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、20<x<2000であり、各Rがメチルであり、各R2がビニルである式(I)の化合物から選択される、請求項13に記載の光硬化性反応混合物。
- 前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンの式(式(II))において、各R3が、独立してメチルを表し、各R4は、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、各R5は、独立して、メチル基、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、wは1以上であり、zは0以上である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物。
- 式(II)の前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、zが2以上であり、w/z≧15であり、w+zが32以上300未満であり、各R3がメチルであり、各R4が、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキルを表し、各R5がメチルである、式(II)の化合物から選択される、請求項16に記載の光硬化性反応混合物。
- 式(II)の前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンが、(3−メルカプトプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー(式中、zが2以上であり、w/z≧15であり、w+zが32以上300未満であり、各R3がメチルであり、各R4が3−メルカプトプロピルであり、各R5がメチルである)から選択される、請求項17に記載の光硬化性反応混合物。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の反応混合物から調製される、硬化した組成物。
- 硬化した組成物を製造する方法であって、
構成成分を合わせて光硬化性反応混合物を形成する工程と、
前記光硬化性反応混合物にUV−可視光を照射し、硬化した組成物を形成する工程と、
を含み、
前記構成成分は、官能基を有するビニル官能性ポリジオルガノシロキサンと、官能基を有するチオール官能性ポリジオルガノシロキサンと、ホスフィンオキシド光開始剤と、熱伝導性フィラーと、を含み、
前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンにおける前記官能基は、ビニル基からなり、前記ビニル官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式I):
R2(R)2SiO((R)2SiO)xSi(R)2R2 (I)
[式中、各Rは、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R2は、独立して、メチル基、フェニル基又はビニル基を表し、
xは1以上である。]で表され、
前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンにおける前記官能基は、チオール基からなり、前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、平均チオール当量が1200ダルトン以上であり、前記チオール官能性ポリジオルガノシロキサンは、以下の式(式II):
R5(R3)2SiO((R3)2SiO)w(R3R4SiO)zSi(R3)2R5 (II)
[式中、各R3は、独立して、メチル又はフェニルを表し、
各R4は、独立して、2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
各R5は、独立して、メチル基、フェニル基、又は2〜12個の炭素原子を有するメルカプトアルキル基を表し、
wは1以上であり、
zは0以上であり、
w個の繰り返し単位((R3)2SiO)及びz個の繰り返し単位(R3R4SiO)は、ランダム配置及び/又はブロック配置である。]で表され、
前記熱伝導性フィラーは、少なくとも二峰性の粒度分布を有し、前記光硬化性反応混合物の合計重量を基準として、少なくとも35wt%である、方法。 - 請求項1〜18のいずれか一項に記載の光硬化性反応混合物の硬化物である、硬化した組成物。
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