JP7205554B2 - シリコーン組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
1.(A)アルコキシシリル基を有する加水分解性オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、熱伝導性充填材を60~85体積%含むシリコーン組成物であって、熱伝導性充填材が、
(B)平均粒子径20μm以上100μm以下の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子:熱伝導性充填材全体の20~60体積%、
(C)平均粒子径5μm以上150μm未満の無機粒子(但し、(B)成分を除く):熱伝導性充填材全体の1~50体積%、及び
(D)平均粒子径1μm以上5μm未満の無機粒子:熱伝導性充填材全体の1~50体積%からなるシリコーン組成物。
2.(B)粒子の酸素量が0.20質量%以下である1記載のシリコーン組成物。
3.(B)粒子中の粒径5μm以下の微粉の含有量が1体積%以下である1又は2記載のシリコーン組成物。
4.(C)粒子が球状アルミナ粒子である1~3のいずれかに記載のシリコーン組成物。
5.(C)粒子が、平均粒子径5μm以上150μm未満の焼結させて造粒した球状窒化アルミニウム粒子、又は平均粒子径5μm以上20μm未満の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子である1~3のいずれかに記載のシリコーン組成物。
6.(C)粒子が、球状酸化マグネシウム粒子である1~3のいずれかに記載のシリコーン組成物。
7.(D)粒子が、アルミナ、水酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムから選ばれる1種以上の粒子である1~6のいずれかに記載のシリコーン組成物。
8.さらに、(E)縮合触媒:(A)成分100質量部に対して0.01~10.0質量部を含有する1~7のいずれかに記載のシリコーン組成物。
9.上記(A)、(B)、(C)及び(D)成分を混合する工程を含む、1~7のいずれかに記載のシリコーン組成物を製造する製造方法。
[(A)成分]
(A)成分は、アルコキシシリル基を有する加水分解性オルガノポリシロキサンである。(A)成分は、1種単独で又は2種以上を組み合わせてもよい。(A)成分は、(B)、(C)及び(D)成分の熱伝導性充填材をシリコーン組成物に多量に充填しても、シリコーン組成物の流動性を保ち、シリコーン組成物に良好な取り扱い性を付与することができる。(A)成分としては、下記一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンが挙げられる。中でも、3官能の加水分解性オルガノポリシロキサンを含有することが好ましい。
(A)成分の好適な具体例としては、下記のものを挙げることができる。
本発明のシリコーン組成物は、熱伝導性充填材を60~85体積%含むものであり、(B)、(C)及び(D)成分の3種類からなる。その配合量は60~85体積%であり、70~85体積%が好ましい。熱伝導性充填材が60体積%未満だと熱伝導率が低下し、85体積%を超えると、シリコーン組成物が均一にならない。
(B)成分は、平均粒子径20μm以上100μm以下の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子である。窒化アルミニウムはアルミナと比較して高い熱伝導率を有する。したがって、アルミナと比較して、より少ない量で高い熱伝導率を有するシリコーン組成物を得ることができる。非焼結の不定形窒化アルミニウムは、焼結させて造粒した球状窒化アルミニウムと比較して純度が高いため、より少ない量で高い熱伝導率を有するシリコーン組成物を得ることができる。
(C)成分は、平均粒子径5μm以上150μm未満の無機粒子(但し、(B)成分を除く)であり、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。(C)成分の熱伝導性充填材としては、アルミニウム、銅、銀、鉄、ニッケル、金、錫、金属ケイ素、焼結させて造粒した窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、アルミナ、ダイヤモンド、インジウム、ガリウム、酸化亜鉛等が挙げられる。中でも、球状アルミナ粒子、焼結させて造粒した窒化アルミニウム粒子、球状酸化マグネシウムが好ましい。また、(B)成分以外の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子、例えば、平均粒子径5μm以上20μm未満の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子を(C)成分として用いることもできる。
(D)成分は、平均粒子径1μm以上5μm未満の無機粒子であり、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。(D)成分としては、一般に熱伝導性充填材として利用されているものを用いることができる。具体的には、熱伝導性充填材としては、アルミニウム、銅、銀、鉄、ニッケル、金、錫、金属ケイ素、窒化アルミニウム(焼結させて造粒した窒化アルミニウム、非焼結の不定形窒化アルミニウム)、窒化ホウ素、アルミナ、ダイヤモンド、インジウム、ガリウム、酸化亜鉛等が挙げられる。中でも、アルミナ、水酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムから選ばれる1種以上の粒子が好ましく、その形状は球状・不定形でもどちらでもよい。
(E)成分は縮合触媒であり、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。(E)成分を配合することで、シリコーン組成物が塗布後に増粘し、耐ポンプアウト性を大幅に向上させることができる。従来知られているシリコーン組成物の硬化形態としては、他に金属触媒を用いたヒドロシリル化反応がある。しかしながら、窒化アルミニウムは湿気存在下経時でアンモニアを放出し、金属触媒を徐々に劣化させるおそれがあるため、保存性の観点から好ましくない。
本発明のシリコーン組成物には、組成物の弾性率や粘度を調整するためにメチルポリシロキサン等のオルガノ(ポリ)シロキサンを含有してもよい。また、シリコーン組成物の劣化を防ぐために、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール等の、従来公知の酸化防止剤を必要に応じて含有してもよい。さらに、染料、顔料、難燃剤、沈降防止剤、又はチクソ性向上剤等を、必要に応じて配合することができる。
本発明のシリコーン組成物の製造方法について説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明のシリコーン組成物を製造する方法は、従来のシリコーン組成物の製造方法に従えばよく、特に制限されるものでない。例えば、上記(A)、(B)、(C)及び(D)成分を混合する工程を含むものが挙げられる。混合後に混合物を加熱してもよい。具体的には、上記(A)~(D)、及び必要に応じて(E)成分、その他の任意成分を混合することにより得ることができる。先に(A)~(D)成分を混合した後、(E)成分を配合してもよい。混合装置としては特に限定されず、トリミックス、ツウィンミックス、プラネタリーミキサー(いずれも井上製作所(株)製混合機の登録商標)、ウルトラミキサー(みずほ工業(株)製混合機の登録商標)、ハイビスディスパーミックス(特殊機化工業(株)製混合機の登録商標)等の混合機を用いることができる。
本発明のシリコーン組成物の25℃にて測定される絶対粘度が3~900Pa・sが好ましく、50~700Pa・sがより好ましい。絶対粘度が、3Pa・s未満では、形状保持が困難となる等の、作業性が悪くなるおそれがある。一方、絶対粘度が900Pa・sを超える場合にも吐出が困難となる等の、作業性が悪くなる。絶対粘度は、上述した各成分の配合を調整することにより得ることができる。本発明において、絶対粘度はレオメーター粘度計、例えば、サーモフィッシャー株式会社MARS40により測定した25℃の値である(ズリ速度6[1/s])。
本発明のシリコーン組成物は、電子部品等の発熱部材と冷却部材との間に介在させて発熱部材からの熱を冷却部材に伝熱して放熱する手段として、好適に用いることができ、従来の熱伝導性シリコーン組成物と同様の方法で使用することができる。これにより、本発明のシリコーン組成物を発熱部材と冷却部材との間に介在させた装置を提供することができる。本発明のシリコーン組成物は、高い熱伝導率を有し、かつ取扱い性が良好であるため、高品位機種の電子部品に対するシリコーン組成物として特に好適に使用することができる。
使用した成分は以下である。
(B-1)平均粒子径80μm、5μm以下の微粉が0.1体積%以下の非焼結の不定形窒化アルミニウム
(B-2)平均粒子径60μm、5μm以下の微粉が0.1体積%以下の非焼結の不定形窒化アルミニウム
(B-3)平均粒子径20μm、5μm以下の微粉が0.3体積%の非焼結の不定形窒化アルミニウム
(B-4)平均粒子径20μm、5μm以下の微粉が0.7体積%の非焼結の不定形窒化アルミニウム
(B-5)平均粒子径100μm、5μm以下の微粉が0.1体積%以下の非焼結の不定形窒化アルミニウム
(B-6)平均粒子径80μm、5μm以下の微粉が0.9体積%である、焼結させて造粒した球状窒化アルミニウム(比較品:(C)粒子に相当する。)
(B-1)~(B-5)成分の、HORIBA製 ENGA-120で測定した酸素量は0.20質量%以下である。
(C-1)平均粒子径10μmの球状アルミナ
(C-2)平均粒子径45μmの球状アルミナ
(C-3)平均粒子径75μmの球状アルミナ
(C-4)平均粒子径10μmの焼結させて造粒した球状窒化アルミニウム
(C-5)平均粒子径100μmの球状アルミナ
(C-6)平均粒子径120μmの球状酸化マグネシウム
(D-1)平均粒子径2.0μmの不定形アルミナ
(D-2)平均粒子径1.3μmの不定形アルミナ
(D-3)平均粒子径1.0μmの非焼結の不定形窒化アルミニウム
〈シリコーン組成物の調製〉
上記(A)~(E)成分を、下記表1~4に示す配合量に従い、下記に示す方法で配合してシリコーン組成物を調製した。
5リットルのプラネタリーミキサー(井上製作所(株)製)に(A)、(B)、(C)、(D)成分を加え、130℃で1時間半混合した。常温になるまで冷却し、次に(E)成分を加えて均一になるように混合し、シリコーン組成物を調製した。
上記方法で得られた各組成物について、下記の方法に従い、粘度、熱伝導率及び接着強度を測定した。結果を表1~4に示す。
シリコーン組成物の絶対粘度を、レオメーター粘度計(サーモフィッシャー株式会社MARS40)を用い、回転数6/s、25℃の条件で測定した。
シリコーン組成物をキッチンラップに包み、巾着状にしたものの熱伝導率を京都電子工業(株)製TPA-501で25℃の条件で測定した。
製造した熱伝導性シリコーン組成物をEFDシリンジ30ccに詰めた。その後、ディスペンサーとしてMUSASHI ENGINEERING,INC.製のML606-GXを使用し、吐出圧は0.63MPaとして、吐出性試験を行った。「吐出が可能なもの」は○、「吐出ができないもの」は×として評価結果を示す。
一方、(B)成分を用いておらず、平均粒子径80μmの焼結させて造粒した球状窒化アルミニウムを用いた比較例1では、実施例1に比べ熱伝導率が大きく低下した。また、熱伝導性充填材の体積%が59%の比較例2では熱伝導率が大きく低下した。熱伝導性充填材の体積%が86%の比較例3では粘度が大きく上昇し、吐出性が悪化した。(B)成分を用いていない比較例4では、熱伝導率が大きく低下した。さらに、(D)成分を用いていない比較例5では生成物が均一にならなかった。
Claims (9)
- (A)アルコキシシリル基を有する加水分解性オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、(E)縮合触媒、及び60~85体積%の熱伝導性充填材を含む、25℃における絶対粘度が50~700Pa・sであるシリコーン組成物であって、
(A)アルコキシシリル基を有する加水分解性オルガノポリシロキサンが、
(A-1)アルコキシシリル基を3個有する加水分解性オルガノポリシロキサンと、
(A-2)アルコキシシリル基を6個有する加水分解性オルガノポリシロキサンとを含み、
熱伝導性充填材が、
(B)平均粒子径20μm以上60μm以下の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子:熱伝導性充填材全体の20~60体積%、
(C)平均粒子径5μm以上150μm未満の無機粒子(但し、(B)成分を除く):熱伝導性充填材全体の1~50体積%、及び
(D)平均粒子径1μm以上5μm未満の無機粒子:熱伝導性充填材全体の1~50体積%からなるシリコーン組成物。 - (B)粒子の酸素量が0.20質量%以下である請求項1記載のシリコーン組成物。
- (B)粒子中の粒径5μm以下の微粉の含有量が1体積%以下である請求項1又は2記載のシリコーン組成物。
- (C)粒子が、球状アルミナ粒子である請求項1~3のいずれか1項記載のシリコーン組成物。
- (C)粒子が、平均粒子径5μm以上150μm未満の焼結させて造粒した球状窒化アルミニウム粒子、又は平均粒子径5μm以上20μm未満の非焼結の不定形窒化アルミニウム粒子である請求項1~3のいずれか1項記載のシリコーン組成物。
- (C)粒子が、球状酸化マグネシウム粒子である請求項1~3のいずれか1項記載のシリコーン組成物。
- (D)粒子が、アルミナ、水酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムから選ばれる1種以上の粒子である請求項1~6のいずれか1項記載のシリコーン組成物。
- (E)縮合触媒の量が、(A)成分100質量部に対して0.01~10.0質量部である請求項1~7のいずれか1項記載のシリコーン組成物。
- 上記(A)、(B)、(C)、(D)及び(E)成分を混合する工程を含む、請求項1~8のいずれか1項記載のシリコーン組成物を製造する製造方法。
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