JP6768851B2 - 樹脂組成物および熱伝導性材料の製造方法 - Google Patents

樹脂組成物および熱伝導性材料の製造方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は2018年1月8日に出願された台湾特許出願第107100633号に基づくと共に、その優先権を主張し、その開示の全体が参照することにより本明細書に援用される
本技術分野は熱伝導性材料に関する。
第5世代ワイヤレスシステムおよびモノのインターネット(IoT)の利用環境において動作し得るように、電子製品は前モデルに比べますます薄型に、そして高電力を使用するように設計されるようになっている。これらの目標を達成するために、サーマルインターフェース材料は一体型モジュールの設計において重要な役割を果たす。かかるサーマルインターフェース材料は、デバイスとヒートシンクとの間の熱伝達を効率的に高めることができるよう、熱伝導性を有していなければならない。
従来のサーマルインターフェース材料に用いられている主な樹脂組成物はシロキサン樹脂である。熱伝達効率を高めるために、高熱伝導性フィラー(例えばアルミナまたは酸化ホウ素のようなセラミックフィラー)がシロキサン樹脂に加えられ、次いでその混合物がシート、パッド、帯またはフィルムに成形される。シロキサン樹脂に導入される熱伝導性フィラーの量は、サーマルインターフェース材料の熱伝達効率をより高めるために、総重量の85wt%を超えることが多い。熱伝導性フィラーの量をより多くすると、結果として熱伝達効率がより高まる。しかし、フィラーの量の多さのために、樹脂組成物の特性が現れ難くなる。例えば、従来のサーマルインターフェース材料には、電気絶縁性が低く、柔軟性、機械強度および耐熱性が不十分であるといった問題がある。応用を制限する主な問題は、サーマルインターフェース材料をロールコートできないことである。サーマルインターフェース材料はホットプレスでしか加工することができないため、その応用が大幅に制限されている。
過度に添加される熱伝導性フィラーの問題(例えば、サーマルインターフェース材料の低い電気絶縁性および機械強度)を解消するため、熱伝導性、電気絶縁性、かつ塗布可能な樹脂組成物が求められている。
米国特許出願公開第2004/0224163号明細書 米国特許第7109288号明細書 米国特許第9441069号明細書
本開示の目的の1つは、熱伝導性、電気絶縁性、かつ塗布可能な樹脂組成物を提供することにある。
上記およびその他の目的を達成するため、本開示の一実施形態は、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー1モル部と、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマー0.25〜1モル部と、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー1〜9モル部と、を含む樹脂組成物を提供する。
本開示の一実施形態は、樹脂組成物を形成するために(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー1モル部と、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマー0.25〜1モル部と、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー1〜9モル部とを混合する工程、および熱伝導性材料を形成するために樹脂組成物を加熱し硬化する工程を含む熱伝導性材料の製造方法を提供する。
本開示が提供する樹脂組成物を用いることにより、熱伝導性、電気絶縁性、かつ塗布可能な樹脂組成物を容易に得ることができる。さらに、樹脂組成物の成分間の比率をコントロールすることによって、樹脂組成物から形成される樹脂の熱伝導性、導電性、および機械加工性を調整することができる。したがって、当該樹脂組成物は広範囲の使用に適する。
以下の実施形態において詳細な説明を行う。
以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示される実施形態が十分に理解されるよう多数の特定の詳細が記載される。しかし、それらの特定の詳細がなくとも、1つまたはそれ以上の実施形態が実施可能であるということは明らかであろう。
本開示の一実施形態は、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー1モル部と、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマー0.25〜1モル部と、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー1〜9モル部と、を含む樹脂組成物を提供する。(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーの量が多すぎると、硬化された樹脂組成物の熱伝導係数が不十分となってしまう。(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーの量が少なすぎると、樹脂組成物の相溶性が低下する可能性がある。(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーの量が多すぎると、硬化された樹脂組成物の機械特性および熱伝導係数が低下し得る。(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーの量が少なすぎると、樹脂組成物の柔軟性が低下する可能性がある。
一実施形態において、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマーは下記の化学構造を有する。
式中、Arは、
または、
である。
1は、−CH2−、−C(CH32−、−CH=CH−、−CH=C(CH3)−、−O−、−C≡C−、−C=CH−CO−、−COO−、−CONH−、または−CO−である。R2のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基である。
一実施形態において、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマーは下記の構造
または、
を有する。
一実施形態において、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーは下記の化学構造を有する。
式中、Cyは、
または
である。R3は−CH2−、−C(CH32−、−CH=CH−、−CH=C(CH3)−、−O−、−C≡C−、−C=CH−CO−、−COO−、−CONH−、または−CO−である。R4のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基である。
いくつかの実施形態では、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーは下記の
または
の化学構造を有する。
いくつかの実施形態では、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーは下記の化学構造を有する。
式中、Rは、水素またはC1-8アルキル基で置換されたC1-6直鎖アルキレン基である。
いくつかの実施形態では、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーは下記の
または
の化学構造を有する。
いくつかの実施形態では、樹脂組成物は(d)アミン硬化剤をさらに含む。(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーのエポキシ基と、(d)アミン硬化剤のアミノ基とのモル比は1:1〜2:1である。
いくつかの実施形態では、アミン硬化剤は下記の
2N−R5−NH2
または
2N−Ar’−O−R6−O−Ar’−NH2
の化学構造を有する。
式中、R5は、
または、
であり、ここで、R11はC1-6アルキレン基であり、および、n’=1〜10である。R7は単結合、−O−、−SO2−、−CH2−、−(CH22−、または−C(CF32−である。R8のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基である。R6は、
または、
である。R9は単結合、−O−、−SO2−、または−C(CF32−である。R10のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基である。nは3〜12の整数である。
Ar’は、
または、
である。
(d)アミン硬化剤には、脂環式アミン硬化剤、芳香族アミン硬化剤、および脂肪族アミン硬化剤が含まれ得る。一実施形態では、アミン硬化剤には脂環式アミン硬化剤と芳香族アミン硬化剤との組み合わせが含まれ、それは硬化した樹脂組成物の熱伝導係数をより高めることができる。
いくつかの実施形態では、樹脂組成物は(e)熱伝導性フィラーをさらに含む。(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーの総重量と、(e)熱伝導性フィラーの重量との比は70:30〜5:95とすることができる。(e)熱伝導性フィラーの割合が高すぎると、硬化された樹脂組成物の物性(すなわち可撓性および電気絶縁性)に悪影響が及び得る。(e)熱伝導性フィラーは、金属、金属酸化物、金属窒化物、セラミック、炭素材料、またはこれらの組み合わせであってよい。例えば、(e)熱伝導性フィラーは、銅、金、ニッケル、アルミニウム、もしくはこれらの合金、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化タングステン、ダイアモンド、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ、またはこれらの組み合わせであり得る。一実施形態では、(e)熱伝導性フィラーはアルミナである。
本開示の一実施形態は、樹脂組成物を形成するために(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー1モル部と、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマー0.25〜1モル部と、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー1〜9モル部とを混合する工程を含む熱伝導性材料の製造方法を提供する。当該方法ではまた、熱伝導性材料を形成するために、樹脂組成物を加熱および硬化する。いくつかの実施形態では、樹脂組成物は(d)アミン硬化剤をさらに含む。(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマー、および(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーのエポキシ基と、(d)アミン硬化剤のアミノ基とのモル比は1:1〜2:1である。いくつかの実施形態では、(d)アミン硬化剤には、脂環式アミン硬化剤と芳香族アミン硬化剤との組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態では、樹脂組成物は(e)熱伝導性フィラーをさらに含む。(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーの総重量と、(e)熱伝導性フィラーの重量との比は70:30〜5:95とすることができる。
以下に、当業者が容易に理解できるように、例示的な実施形態を記載する。ここに記載された例示的な実施形態に限定されることなく、様々な形式で本発明概念を具体化することができる。明確とするために周知の部分は省き、また全体を通し類似する参照番号は類似する構成要素に言及するものとする。
以下の実施例において用いられるエポキシ樹脂モノマーおよびアミン硬化剤の略称、名称、および構造を表1に列挙する。
以下の実施例で製造された熱伝導性材料の熱伝達係数をASTM規格−E1461を用いて測定した。以下の実施例で製造された熱伝導性材料の体積抵抗をASTM規格−D257を用いて測定した。以下の実施例で製造された熱伝導性材料の破壊電圧をASTM規格−D149を用いて測定した。
比較
脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEO5gおよび脂環式アミン硬化剤JER−113 4.264gを均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるため、150℃のオーブンに1時間入れた。
比較
比較比較と同様であり、比較における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせ(モル比=8:2)で置き換えた点であった。比較における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
比較
比較比較と同様であり、比較における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせ(モル比=6:4)で置き換えた点であった。比較における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
比較10
比較10比較と同様であり、比較10における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせ(モル比=5:5)で置き換えた点であった。比較10における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
表2に示されるように、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせからの熱伝導性材料は、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOのみからの熱伝導性材料に比べ、熱伝達係数および破壊電圧がより高かった。
比較11
比較11比較と類似同様であり、比較11における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=8:2)で置き換えた点であった。比較11における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
比較12
比較12比較と同様であり、比較12における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=7:3)で置き換えた点であった。比較12における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
比較13
比較13比較と同様であり、比較13における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=6:4)で置き換えた点であった。比較13における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
比較14
比較14比較と同様であり、比較14における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=5:5)で置き換えた点であった。比較14における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
表3に示されるように、(脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ中)モル比6:4の脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000とからの熱伝導性材料が、熱伝達係数、体積抵抗、および破壊電圧がより高かった。
比較15
比較15比較と同様であり、比較15における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=7:2:1)で置き換えた点であった。比較15における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
実施例10
実施例10は比較と同様であり、実施例10における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=6:1:3)で置き換えた点であった。実施例10における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
実施例11
実施例11は比較と同様であり、実施例11における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)で置き換えた点であった。実施例11における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
実施例12
実施例12は比較と類似同様であり、実施例12における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:2:3)で置き換えた点であった。実施例12における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
表2および表4に示されるように、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせからの熱伝導性材料は、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせからの熱伝導性材料に比べ、熱伝達係数が高かった。
比較16
比較16比較と同様であり、比較16における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=7:2:1)で置き換えた点であった。比較16における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
実施例14
実施例14は比較と同様であり、実施例14における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=6:1:3)で置き換えた点であった。実施例14における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
実施例15
実施例15は比較と同様であり、実施例15における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)で置き換えた点であった。実施例15における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
実施例16
実施例16は比較と同様であり、実施例16における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと、脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と、芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:2:3)で置き換えた点であった。実施例16における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較のものと同様であった。
表3および表5に示されるように、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせからの熱伝導性材料は、脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせからの熱伝導性材料よりも熱伝達係数が高かった。
実施例17
脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)5g、ならびに脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gと芳香族アミン硬化剤DDM0.954g(モル比=1:1)との組み合わせを均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
実施例18
実施例18は実施例17と同様であり、実施例18における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gと芳香族アミン硬化剤DDE1.022gとの組み合わせ(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例18におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例19
実施例19は実施例17と同様であり、実施例19における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤CUAHARD−MED1.359g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例19におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例20
実施例20は実施例17と同様であり、実施例20における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤MDA1.089g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例20におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
表5における実施例15と表6とを比較するとわかるように、脂環式アミン硬化剤JER−113と芳香族アミン硬化剤との組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。
実施例21
実施例21は実施例17と同様であり、実施例21における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤DDS1.195g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例21におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例22
実施例22は実施例17と同様であり、実施例22における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤TPE−Q1.407g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例22におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例23
実施例23は実施例17と同様であり、実施例23における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤BAPB1.771g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例23におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例24
実施例24は実施例17と同様であり、実施例24における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤m−トリジン1.022g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例24におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
表5における実施例15と表7とを比較するとわかるように、脂環式アミン硬化剤JER−113および芳香族アミン硬化剤の組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数または破壊電圧を高めることができた。
実施例25
実施例25は実施例17と同様であり、実施例25における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび脂環式アミン硬化剤CHD0.550g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例25におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例26
実施例26は実施例17と同様であり、実施例26における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび脂環式アミン硬化剤DACH1.013g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例26におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例27
実施例27は実施例17と同様であり、実施例27における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤CUA−4 1.718g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例27におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
実施例28
実施例28は実施例17と同様であり、実施例28における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤ELASMER 250P 2.349g(モル比=1:1)に置き換えた点であった。実施例28におけるその他の硬化条件は実施例17のものと同様であった。
表5における実施例15と表8とを比較するとわかるように、脂環式アミン硬化剤JER−113および芳香族アミン硬化剤の組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。
比較17
脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUT5gおよび脂環式アミン硬化剤JER−113 3.870gを均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
比較18
比較18比較17と同様であり、比較18における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTおよび脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000の組み合わせ(モル比=8:2)で置き換えた点であった。比較18における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
比較19
比較19比較17と同様であり、比較19における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせ(モル比=6:4)で置き換えた点であった。比較19における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
比較20
比較20比較17と同様であり、比較20における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせ(モル比=5:5)で置き換えた点であった。比較20における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
表9に示されるように、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせからの熱伝導性材料は、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTのみからの熱伝導性材料よりも熱伝達係数および破壊電圧が高かった。
比較21
比較21比較17と同様であり、比較21における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=8:2)で置き換えた点であった。比較21における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
比較22
比較22比較17と同様であり、比較22における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=7:3)で置き換えた点であった。比較22における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
比較23
比較23比較17と同様であり、比較23における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=6:4)で置き換えた点であった。比較23における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
比較24
比較24比較17と同様であり、比較24における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせ(モル比=5:5)で置き換えた点であった。比較24における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較24のものと同様であった。
表10に示されるように、より高いモル比の脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000を有する脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせからの熱伝導性材料は、より高い熱伝達係数およびより高い破壊電圧を有していた。
比較25
比較25比較17と同様であり、比較25における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=7:2:1)で置き換えた点であった。比較25における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
実施例38
実施例38は比較17と同様であり、実施例38における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=6:1:3)で置き換えた点であった。実施例38における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
実施例39
実施例39は比較17と同様であり、実施例39における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)で置き換えた点であった。実施例39における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
実施例40
実施例40は比較17と同様であり、実施例40における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:2:3)で置き換えた点であった。実施例40における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
表9および表11に示されるように、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせからの熱伝導性材料は、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーepalloy 5000との組み合わせからの熱伝導性材料よりも熱伝達係数が高かった。
比較26
比較26比較17と同様であり、比較26における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=7:2:1)で置き換えた点であった。比較26における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
実施例42
実施例42は比較17と同様であり、実施例42における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=6:1:3)で置き換えた点であった。実施例42における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
実施例43
実施例43は比較17と同様であり、実施例43における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)で置き換えた点であった。実施例43における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
実施例44
実施例44は比較17と同様であり、実施例44における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:2:3)で置き換えた点であった。実施例44における硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。
表10および表12に示されるように、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせからの熱伝導性材料は、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000との組み合わせからの熱伝導性材料よりも、熱伝達係数が高かった。
実施例45
脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)5g、および脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gと芳香族アミン硬化剤DDM0.929gとの組み合わせ(モル比=1:1)を均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
実施例46
実施例46は実施例45と同様であり、実施例46における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤DDE0.995g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例46におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例47
実施例47は実施例45と同様であり、実施例47における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤CUAHARD−MED1.323g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例47におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例48
実施例48は実施例45と同様であり、実施例48における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤MDA1.060g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例48におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
表12中の実施例43と表13とを比較するとわかるように、脂環式アミン硬化剤JER−113といくつかの芳香族アミン硬化剤(例えばDDEおよびCUAHARD−MED)との組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。
実施例49
実施例49は実施例45と同様であり、実施例49における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤DDS1.163g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例49におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例50
実施例50は実施例45と同様であり、実施例50における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤TPE−Q1.370g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例50におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例51
実施例51は実施例45と同様であり、実施例51における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤BAPB1.724g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例51におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例52
実施例52は実施例45と同様であり、実施例52における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤m−トリジン0.995g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例52におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
表12中の実施例43と表14とを比較するとわかるように、脂環式アミン硬化剤JER−113といくつかの芳香族アミン硬化剤(例えばBAPB)との組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。
実施例53
実施例53は実施例45と同様であり、実施例53における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび脂環式アミン硬化剤CHD0.535g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例53におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例54
実施例54は実施例45と同様であり、実施例54における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび脂環式アミン硬化剤DACH0.986g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例54におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例55
実施例55は実施例45と同様であり、実施例55における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤CUA−4 1.673g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例55におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
実施例56
実施例56は実施例45と同様であり、実施例56における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤ELASME R250P 2.286g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例56におけるその他の硬化条件は実施例45のものと同様であった。
表12中の実施例43と表15とを比較するとわかるように、2つのアミン硬化剤の組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。
比較例1
芳香族エポキシ樹脂モノマー828 5gおよび芳香族アミン硬化剤DDS1.642gを均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
比較例2
脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEO5gおよび脂環式アミン硬化剤JER−113 4.264gを均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
比較例3
脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUT5gおよび脂環式アミン硬化剤JER−113 3.870gを均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
表16に示されるように、1つのエポキシ樹脂のみ、および1つのアミン硬化剤のみからの熱伝導性材料は、熱伝達係数が低かった。
実施例57
脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)5g、脂環式アミン硬化剤JER−113 2.295g、および高熱伝導性フィラーAl2329.19g(熱伝導性材料の80wt%を占める)を均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
実施例58
実施例58は実施例57と同様であり、実施例58における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤BAPB1.771g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例58におけるその他の硬化条件は実施例57のものと同様であった。
実施例59
実施例59は実施例57と同様であり、実施例59における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤ELASMER 250P 2.349g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例59におけるその他の硬化条件は実施例57のものと同様であった。
表17に示されるように、高熱伝導性フィラーは熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。一方、脂環式アミン硬化剤と芳香族アミン硬化剤との組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数をさらに高めることができた。
実施例60
脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=5:1:4)5g、脂環式アミン硬化剤JER−113 2.234g、および高熱伝導性フィラーAl2328.936g(熱伝導性材料の80wt%を占める)を均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
実施例61
実施例61は実施例60と同様であり、実施例61における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤BAPB1.724g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例61におけるその他の硬化条件は実施例60のものと同様であった。
実施例62
実施例62は実施例60と同様であり、実施例62における相違は、アミン硬化剤を、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.117gおよび芳香族アミン硬化剤ELASMER 250P 2.286g(モル比=1:1)で置き換えた点であった。実施例62におけるその他の硬化条件は実施例60のものと同様であった。
表18に示されるように、高熱伝導性フィラーは熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。一方、脂環式アミン硬化剤と芳香族アミン硬化剤との組み合わせは、熱伝導性材料の熱伝達係数をさらに高めることができた。
実施例63
脂肪族エポキシ樹脂モノマーNEOと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ5g(モル比=5:1:4)、脂環式アミン硬化剤JER−113 1.148gおよび芳香族アミン硬化剤ELASMER 250P 2.349g、ならびに高熱伝導性フィラーAl2356.865g(熱伝導性材料の87wt%を占める)を均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
実施例64
実施例64は実施例63と同様であり、実施例64における相違は、高熱伝導性フィラーAl23の量を増やして112.89g(93wt%)とした点であった。実施例64におけるその他の硬化条件は実施例63のものと同様であった。
実施例65
実施例65は実施例63と同様であり、実施例65における相違は、高熱伝導性フィラーAl23の量を増やして161.443g(95wt%)とした点であった。実施例65におけるその他の硬化条件は実施例63のものと同様であった。
表19に示されるように、高熱伝導性フィラーの量を増やすことで、熱伝導性材料の熱伝達係数を高めることができた。
比較例4
芳香族エポキシ樹脂モノマー828 5g、芳香族アミン硬化剤DDS1.642g、および高熱伝導性フィラーAl2326.568g(熱伝導性材料の80wt%を占める)を均一に混合してから、熱伝導性材料を得るために硬化させるために、150℃のオーブンに1時間入れた。
比較例5
比較例5は比較17と同様であり、比較例5における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=8.9:0.1:1)で置き換えた点であった。比較例5におけるアミン硬化剤の種類および量は比較17のものと同様であった。樹脂組成物は、相溶しない(incompatible)という問題(例えば相分離)を有していたため、さらなる硬化は行われなかった。
比較例6
比較例6は比較17と同様であり、比較例6における相違は、エポキシ樹脂モノマー5gを、脂肪族エポキシ樹脂モノマーBUTと脂環式エポキシ樹脂モノマーYX8000と芳香族エポキシ樹脂モノマーYX4000との組み合わせ(モル比=0.5:1:1)で置き換えた点であった。比較例6におけるアミン硬化剤の種類および量ならびに硬化条件は比較17のものと同様であった。硬化した樹脂組成物は、剛性が高く、硬く、脆弱で、かつ亀裂が入っており、その特性を測定することはできなかった。
開示された方法および物質に各種修飾および変更を加え得ることは、当業者には明らかであろう。明細書および実施例は例示としてのみ見なされるよう意図されており、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示される。

Claims (12)

  1. (a)芳香族エポキシ樹脂モノマー1モル部と
    (b)脂環式エポキシ樹脂モノマー0.2〜1モル部と、
    (c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー1〜9モル部と、
    (d)アミン硬化剤と
    を含み、
    (a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーのエポキシ基と、(d)アミン硬化剤のアミノ基とのモル比が1:1〜2:1である、樹脂組成物。
  2. (a)芳香族エポキシ樹脂モノマーが下記の化学構造を有する、請求項1に記載の樹脂組成物。
    (式中、Arは、
    または、
    であり、
    1は、−CH2−、−C(CH32−、−CH=CH−、−CH=C(CH3)−、−O−、−C≡C−、−C=CH−CO−、−COO−、−CONH−、または−CO−であり、および、R2のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基である。)
  3. (b)脂環式エポキシ樹脂モノマーが下記の化学構造を有する、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
    (式中、Cyは、
    または、
    であり、
    3は−CH2−、−C(CH32−、−CH=CH−、−CH=C(CH3)−、−O−、−C≡C−、−C=CH−CO−、−COO−、−CONH−、または−CO−であり、および、R4のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基である。)
  4. (c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーが下記の化学構造を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
    (式中、Rは、水素またはC1-8アルキル基で置換されたC1-6直鎖アルキレン基ある。)
  5. (d)アミン硬化剤が下記の:
    2N−R5−NH2
    または、
    2N−Ar’−O−R6−O−Ar’−NH2
    の化学構造を有する、請求項に記載の樹脂組成物。
    (式中、R5は、
    または、
    であって、R11はC1-6アルキレン基であり、および、n’=1〜10であり、R7は単結合、−O−、−SO2−、−CH2−、−(CH22−、または−C(CF32−であり、および、R8のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基であり、
    6は、
    または
    であって、R9は単結合、−O−、−SO2−、または−C(CF32−であり、R10のそれぞれは独立して、H、ハロゲン、またはC1-8アルキル基であり、nは3〜12であり、およびAr’は、
    または、
    である。)
  6. (d)アミン硬化剤が、脂環式アミン硬化剤および芳香族アミン硬化剤の組み合わせを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  7. (e)熱伝導性フィラーをさらに含み、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーの総重量と、(e)熱伝導性フィラーの重量との比が70:30〜5:95である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  8. (e)熱伝導性フィラーが、金属、金属酸化物、金属窒化物、セラミック、炭素材料、またはこれらの組み合わせを含む、請求項に記載の樹脂組成物。
  9. 樹脂組成物を形成するために、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー1モル部と、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマー0.25〜1モル部と、(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー1〜9モル部とを混合する工程、および
    熱伝導性材料を形成するために、前記樹脂組成物を加熱し、かつ硬化する工程、
    を含む熱伝導性材料の製造方法。
  10. 前記樹脂組成物が(d)アミン硬化剤をさらに含み、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマー のエポキシ基と、(d)アミン硬化剤のアミノ基とのモル比が1:1〜2:1である、請求項に記載の方法。
  11. (d)アミン硬化剤が、脂環式アミン硬化剤と芳香族アミン硬化剤との組み合わせを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記樹脂組成物が、(e)熱伝導性フィラーをさらに含み、(a)芳香族エポキシ樹脂モノマー、(b)脂環式エポキシ樹脂モノマーおよび(c)脂肪族エポキシ樹脂モノマーの総重量と、(e)熱伝導性フィラーの重量との比が70:30〜5:95である、請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。
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