JPWO2018139632A1 - Silicone hybrid polymer coated AlN filler - Google Patents
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Abstract
高熱伝導特性を必要とする放熱部材に使用できる、AlNフィラー表面の加水分解による熱伝導率等の特性劣化の少ない耐熱性の放熱材料を提供するための表面被覆AlNフィラーを得る。シリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、表面がシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆された窒化アルミニウムを主成分とするフィラーであって、イオン交換水50mLに対し、平均粒径20〜40μmの当該フィラー5gを加え、121℃の飽和水蒸気圧下で50時間保持した後の水の導電率が350μS/cm以下である。A surface-coated AlN filler for providing a heat-resistant heat-dissipating material with little deterioration in properties such as thermal conductivity due to hydrolysis of the AlN filler surface, which can be used for a heat-dissipating member that requires high thermal conductivity, is obtained. The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler is a filler mainly composed of aluminum nitride whose surface is coated with a silicone-based hybrid polymer, and 5 g of the filler having an average particle size of 20 to 40 μm is added to 50 mL of ion-exchanged water. The electric conductivity of water after being held at a saturated water vapor pressure of 121 ° C. for 50 hours is 350 μS / cm or less.
Description
本発明は、表面がシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆された窒化アルミニウムを主成分とするフィラー(以下、「AlNフィラー」という。)に関する。 The present invention relates to a filler mainly composed of aluminum nitride whose surface is coated with a silicone-based hybrid polymer (hereinafter referred to as “AlN filler”).
高熱伝導特性による放熱や逸熱を目的とする複合部材(以下、「放熱部材」と称する。)は、重電関連や電気製品を中心に幅広く使用されている。この放熱部材は、高い熱伝導性を有するセラミックスや金属等のフィラーと、弾性を付与できる耐熱樹脂の複合材料で構成されている。近年、電子部品の高密度化・集積化によって、要求される熱伝導率は高くなってきている。その中で、電気的に高い絶縁性が要求される用途は少なくない。すなわち、電気絶縁性と高熱伝導性が共に要求されている。一般的に熱伝導性が高いものは電気導電性も高い。そのため相反する要求特性になっている。このような要求にはアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスが用いられるが、金属などに比べその熱伝導率は満足な数値ではない。 Composite members (hereinafter referred to as “heat radiating members”) for the purpose of heat dissipation and heat dissipation due to their high heat conduction characteristics are widely used mainly in heavy electrical appliances and electrical products. This heat radiating member is composed of a composite material of a heat-resistant resin capable of imparting elasticity and a filler such as ceramic or metal having high thermal conductivity. In recent years, the required thermal conductivity has been increased due to higher density and integration of electronic components. Among them, there are many applications that require high electrical insulation. That is, both electrical insulation and high thermal conductivity are required. In general, those having high thermal conductivity have high electrical conductivity. Therefore, it is a contradictory required characteristic. For such a demand, ceramics such as alumina and zirconia are used, but the thermal conductivity is not a satisfactory value as compared with metal.
酸化物セラミックスよりも高い熱伝導率を有するセラミックスとして、窒化アルミニウム等の窒化物セラミックスが用いられている。AlNは絶縁性が高く、170W・m−1・K−1という高い熱伝導率を持つことから、高熱伝導絶縁板として広く用いられてきた。このようなAlN等の窒化物セラミックスをフィラーとして利用し、各種樹脂に配合することで高熱伝導の機能性材料を作製する試みが進められてきた。AlNフィラーは、元々熱伝導率が低い樹脂に対して、高い熱伝導性を付与できることから、AlNフィラーと樹脂とを複合化させることで放熱部材とし、各分野において発熱体の冷却用として実用化されている。As ceramics having higher thermal conductivity than oxide ceramics, nitride ceramics such as aluminum nitride are used. AlN has a high insulating property and has a high thermal conductivity of 170 W · m −1 · K −1 , and thus has been widely used as a high thermal conductive insulating plate. Attempts have been made to produce functional materials having high thermal conductivity by using nitride ceramics such as AlN as fillers and blending them into various resins. AlN fillers can impart high thermal conductivity to resins that originally have low thermal conductivity. Therefore, AlN fillers can be combined with AlN fillers and resins to form heat-dissipating members and put into practical use for cooling heating elements in various fields. Has been.
しかしこのような用途に用いるAlNフィラーは、大気中の水分と容易に反応して加水分解を起こし、水酸化アルミニウムとアンモニアに分解されることが知られている(AlN+3H2O→Al(OH)3+NH3)。AlNが加水分解を受け、Al(OH)3となると熱伝導特性は低下してしまい、複合材料に高い熱伝導性を付与できない。特に耐熱性が重視される熱伝導シートなどで使用されるシリコーン樹脂やナイロン樹脂などでは、大気中の水蒸気を遮断するガスバリア性は低く、フィラーとして複合化したAlNが容易に加水分解される傾向にある。そのため、ガスバリア性の低い樹脂中では、AlNが容易に加水分解され、経時的に熱伝導率が低下する。However, it is known that the AlN filler used for such applications easily reacts with moisture in the atmosphere to cause hydrolysis and is decomposed into aluminum hydroxide and ammonia (AlN + 3H 2 O → Al (OH)). 3 + NH 3). When AlN is hydrolyzed and becomes Al (OH) 3 , the thermal conductivity is deteriorated, and high thermal conductivity cannot be imparted to the composite material. In particular, silicone resins and nylon resins used in heat conductive sheets where heat resistance is important have low gas barrier properties to block water vapor in the atmosphere, and AlN combined as a filler tends to be easily hydrolyzed. is there. Therefore, AlN is easily hydrolyzed in a resin having a low gas barrier property, and the thermal conductivity decreases with time.
また、汎用樹脂の多くが固形ペレットを用いた大気中かつ高温での溶融混練(二軸混練−押し出し成形)によってフィラー混合を行うことから、混合されるフィラーへの水蒸気暴露は尋常ではない。そのため、配合するフィラー、特にAlNフィラーでは、表面処理を施し安定化させることが必須であった。 In addition, since most of the general-purpose resins perform filler mixing by melt kneading (biaxial kneading-extrusion molding) in the atmosphere and at a high temperature using solid pellets, exposure of the mixed filler to water vapor is not common. Therefore, it has been essential to stabilize the surface of the filler to be blended, particularly the AlN filler, by applying a surface treatment.
一般的に、AlNフィラーに対する耐水処理剤としては、シランカップリング剤などの各種カップリング剤や、リン酸系処理剤が知られている。 Generally, as a water-resistant treatment agent for an AlN filler, various coupling agents such as a silane coupling agent and a phosphoric acid treatment agent are known.
各種カップリング剤は、AlNフィラー表面にある程度耐水性を持たせるとともに、AlNフィラー表面と樹脂との馴染みを良くし、AlNフィラー/樹脂界面への水分の進入を防止することで、AlNフィラーの水和(加水分解)防止に一定の効果はある。しかしながら、被膜としての密着性が弱く膜質も硬くなるため、表面に亀裂や界面剥離が生じ易く、AlNフィラーの混練工程などのストレスに対する耐久性が不十分で、安定した保護膜を作製することが困難であった。 The various coupling agents provide water resistance to the AlN filler surface to some extent, improve the familiarity between the AlN filler surface and the resin, and prevent water from entering the AlN filler / resin interface. There is a certain effect in preventing sum (hydrolysis). However, since the adhesion as a film is weak and the film quality is hard, cracks and interfacial peeling are likely to occur on the surface, and the durability against stress such as the kneading process of AlN filler is insufficient, and a stable protective film can be produced. It was difficult.
リン酸系処理剤は、AlNフィラー表面に非常に強固な耐水層を形成することが可能であるが、リン酸分を完全に除去することは非常に難しく、残留するリン酸分によって使用用途によっては銅配線などが腐食する問題が発生することから、金属と接触しない箇所で使用するなど、用途が限定されてしまう。 Phosphoric acid treatment agents can form a very strong water-resistant layer on the AlN filler surface, but it is very difficult to completely remove the phosphoric acid content. Since the problem of corrosion of copper wiring and the like occurs, its use is limited such as use in a place where it does not come into contact with metal.
最も効果的な方法として、シリコーンオイルを用い、AlNフィラー表面に高温焼付によって保護層を形成する手法があるが、処理が煩雑かつ特殊で簡単には実施できず処理費が高価になる上、重要な特性である熱伝導率を低下させる課題があった。 The most effective method is to use silicone oil and form a protective layer on the surface of the AlN filler by high-temperature baking, but the process is cumbersome, special and cannot be performed easily, and the processing cost is expensive. There has been a problem of reducing the thermal conductivity, which is a characteristic.
また、シランカップリング剤処理やシリコーンオイルの焼付処理の課題をさらに改善するため種々のシラン系材料が検討されてきたが、AlNフィラー表面に密着性良く安定した被膜を形成し、これをオルガノポリシロキサン系樹脂やエポキシ樹脂等に均一分散させて長期に亘って安定した放熱材料を得ることはなお困難であった(特許文献1〜3)。 In addition, various silane-based materials have been studied to further improve the problem of silane coupling agent treatment and silicone oil baking treatment. It was still difficult to obtain a stable heat dissipation material over a long period of time by uniformly dispersing it in a siloxane-based resin or an epoxy resin (Patent Documents 1 to 3).
上述のようなAlNフィラーが有する課題を解消する方法として、AlNフィラー表面をシリコーン系ポリマー等で被覆し、AlNフィラー表面の加水分解を抑える試みがなされているが、ポリジメチルシロキサンとアルコキシシランオリゴマーを主たる原材料として調製されたシリコーン系ハイブリッドプレポリマーを用いてAlNフィラー表面をコーティング保護する場合にも、なお課題が存在する。 As a method for solving the problems of the AlN filler as described above, an attempt has been made to cover the surface of the AlN filler with a silicone-based polymer and the like to suppress hydrolysis of the surface of the AlN filler. Problems still exist when coating the surface of an AlN filler with a silicone-based hybrid prepolymer prepared as the main raw material.
上記シリコーン系ハイブリッドプレポリマーから得られるハイブリッドポリマーは、有機成分であるシリコーン樹脂の柔軟性、撥水性、離型性等の特性と、架橋を目的に無機成分として導入されるアルコキシシランオリゴマーの接着性を兼ね備えた材料であり、連続使用温度200℃以上においても、高い耐熱性と柔軟性を有する材料として提案されている。 The hybrid polymer obtained from the above silicone-based hybrid prepolymer has characteristics such as flexibility, water repellency, releasability, etc. of silicone resin as an organic component, and adhesiveness of alkoxysilane oligomer introduced as an inorganic component for the purpose of crosslinking. It has been proposed as a material having high heat resistance and flexibility even at a continuous use temperature of 200 ° C. or higher.
しかしこのようなシリコーン系ハイブリッドプレポリマーを用いてもフィラー表面を劣化させない表面処理は容易ではない。AlNフィラーとしては、還元窒化法、もしくは直接窒化法によって合成された粒径1μm前後の粒子や数μmから20数μmまで粒成長させた粒子、1μm前後の粒子を一次粒子として使用し、有機溶剤系もしくは水系の溶媒に分散させ、バインダー等の添加剤を適宜添加してスラリー状にし、スプレードライヤーによって造粒した顆粒を高温の窒素雰囲気中で焼結させた粒子等がある。得られたAlNフィラーは表面に微細な凹凸が多数存在し、簡易的な表面処理技術では表層に薄い保護層を形成できず、膜厚の不均一性を生じやすく、結果的に耐久性に欠ける保護被膜となってしまう。 However, even if such a silicone-based hybrid prepolymer is used, a surface treatment that does not deteriorate the filler surface is not easy. As the AlN filler, particles having a particle size of about 1 μm synthesized by a reduction nitridation method or a direct nitridation method, particles grown from several μm to about 20 μm or more, and particles having a size of about 1 μm are used as primary particles. There are particles, etc., which are dispersed in a system or aqueous solvent, additives such as binders are added as appropriate to form a slurry, and granules granulated by a spray dryer are sintered in a high-temperature nitrogen atmosphere. The obtained AlN filler has many fine irregularities on the surface, and a simple surface treatment technique cannot form a thin protective layer on the surface layer, which tends to cause non-uniform film thickness, resulting in lack of durability. It becomes a protective film.
特にこれまで開発されてきたシリコーン系ハイブリッドプレポリマーは、一般的に耐熱性を上げる目的で比較的高分子量のPDMS原料を用いているため、調製された有機−無機ハイブリッドプレポリマーは高粘度であり、微細な凹凸への均一な表面処理が困難であった結果、AlNフィラーの高熱伝導性を維持するのに十分なAlNフィラー表面の加水分解の抑制ができなかった。また、高粘度であることにより、表面処理による被覆膜厚が厚くなり、熱伝導率が低下してしまうという問題もあった。 In particular, silicone-based hybrid prepolymers that have been developed so far generally use a relatively high molecular weight PDMS raw material for the purpose of increasing heat resistance, and thus the prepared organic-inorganic hybrid prepolymer has a high viscosity. As a result of the difficulty of uniform surface treatment to fine irregularities, hydrolysis of the AlN filler surface sufficient to maintain the high thermal conductivity of the AlN filler could not be suppressed. In addition, due to the high viscosity, there is a problem that the coating film thickness by the surface treatment is increased and the thermal conductivity is lowered.
本発明は、上記AlNフィラーの従来の問題点を解決し、耐熱性と熱伝導性に優れた放熱部材を提供するために、AlNフィラーの表面に、得られたハイブリッドポリマーが耐熱性と柔軟性を併せ持つシリコーン系ハイブリッドプレポリマーを用いて保護層を形成することにより、AlNフィラー表面の加水分解を抑制し、熱伝導性の低下を防ぐことにある。 In order to solve the conventional problems of the AlN filler and to provide a heat radiating member excellent in heat resistance and thermal conductivity, the present invention provides the resulting hybrid polymer on the surface of the AlN filler with heat resistance and flexibility. By forming a protective layer using a silicone-based hybrid prepolymer having both, the hydrolysis of the surface of the AlN filler is suppressed, and a decrease in thermal conductivity is prevented.
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、表面がシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆された窒化アルミニウムを主成分とするフィラーであって、イオン交換水50mLに対し、平均粒径20〜40μmの当該フィラー5gを加え、121℃の飽和水蒸気圧下で50時間保持した後の水の導電率が350μS/cm以下である。 The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention is a filler mainly composed of aluminum nitride whose surface is coated with a silicone-based hybrid polymer, and has an average particle size of 20 to 40 μm with respect to 50 mL of ion-exchanged water. The conductivity of water after adding 5 g of the filler and holding it under a saturated water vapor pressure of 121 ° C. for 50 hours is 350 μS / cm or less.
このようにすることにより、フィラー表面の加水分解が抑制され、AlNフィラーの熱伝導率が損なわれず、放熱部材としての複合樹脂の熱伝導性を損なわないシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを得ることができる。 By doing so, it is possible to obtain a silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler in which hydrolysis of the filler surface is suppressed, the thermal conductivity of the AlN filler is not impaired, and the thermal conductivity of the composite resin as a heat radiating member is not impaired. it can.
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、イオン交換水50mLに対し、平均粒径20〜40μmの当該フィラー5gを加え、121℃の飽和水蒸気圧下で50時間保持した後の水のpH値が10以下であることが好ましい。 The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention is obtained by adding 5 g of the filler having an average particle size of 20 to 40 μm to 50 mL of ion-exchanged water, and maintaining the pH of the water after being held at a saturated water vapor pressure of 121 ° C. for 50 hours. The value is preferably 10 or less.
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーにおいては、シリコーン系ハイブリッドポリマーが、下記一般式(1)で表される数平均分子量(Mn)が500〜3,000であるポリジメチルシロキサンと、下記一般式(2)で表されるテトラアルコキシシランオリゴマーおよび/またはその加水分解物との反応物を含む固化物であることが好ましい。
このようにすることにより、フィラーの劣化を防止し、機能性の高い放熱部材の作製が可能となる。 By doing in this way, deterioration of a filler is prevented and it becomes possible to produce a highly functional heat dissipation member.
このようなシリコーン系ハイブリッドプレポリマーは、末端あるいは側鎖に反応性のシラノール基(OH基)あるいは、アルコキシ基(OR基)を有している。これらの官能基は、熱や水分の存在下でAlNフィラー表面に存在する反応性の官能基(Al−OH基)と容易に反応し、安定な無機結合を形成する(Al−O−Si−O−)。この結合によって、AlN表面との直接的な結合が形成され保護膜としての効果を発現する。中間保護膜として比較的薄膜で効果が発現するため、熱伝導率の低下は生じない。被膜はPDMS骨格を有しているため、柔軟性に富み機械的な外部応力を緩和し破断や剥離を生じ難い。AlNフィラー表面との間に形成される結合は、熱的にも安定で、放熱部材として250℃程度の高い温度まで安定に使用できる。 Such a silicone-based hybrid prepolymer has a reactive silanol group (OH group) or an alkoxy group (OR group) at the terminal or side chain. These functional groups easily react with reactive functional groups (Al—OH groups) present on the surface of the AlN filler in the presence of heat or moisture to form stable inorganic bonds (Al—O—Si—). O-). By this bond, a direct bond with the AlN surface is formed and an effect as a protective film is exhibited. Since the effect is exhibited with a relatively thin film as the intermediate protective film, the thermal conductivity does not decrease. Since the coating has a PDMS skeleton, it is flexible and relieves mechanical external stress, and hardly breaks or peels off. The bond formed between the surface of the AlN filler is thermally stable and can be stably used as a heat radiating member up to a high temperature of about 250 ° C.
なお、本明細書中において、数平均分子量(Mn)は、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフランを溶離液としてゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定した分子量を示す。 In the present specification, the number average molecular weight (Mn) indicates a molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC method) using polystyrene as a standard substance and tetrahydrofuran as an eluent.
また本発明のシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、ポリマー分子骨格にメチル基を多数配置しており、その高い撥水効果によって、シリコーン系ハイブリッドポリマー/AlNフィラー界面への水分の侵入を防ぐ効果が大きい。これもAlNフィラーの加水分解を抑制できる要因の一つである。 In addition, the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler of the present invention has many methyl groups arranged in the polymer molecular skeleton, and its high water repellency effect has the effect of preventing moisture from entering the silicone-based hybrid polymer / AlN filler interface. large. This is also one of the factors that can suppress hydrolysis of the AlN filler.
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーにおいては、上記一般式(1)で表されるポリジメチルシロキサンの数平均分子量(Mn)が600〜2,000であることがより好ましい。 In the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention, the number average molecular weight (Mn) of the polydimethylsiloxane represented by the general formula (1) is more preferably 600 to 2,000.
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、平均粒径が25〜35μmであることがより好ましい。 The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention more preferably has an average particle size of 25 to 35 μm.
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーにおいては、シリコーン系ハイブリッドポリマーに被覆されるAlNフィラーと、シリコーン系ハイブリッドプレポリマーの質量比は、AlNフィラー100質量部に対しシリコーン系ハイブリッドプレポリマー2〜10質量部であることが好ましい。 In the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention, the mass ratio of the AlN filler coated on the silicone-based hybrid polymer and the silicone-based hybrid prepolymer is such that the silicone-based hybrid prepolymer 2 is 100 parts by mass of the AlN filler. It is preferable that it is -10 mass parts.
本発明に従った放熱部材は、上記のいずれかのシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを含む。 The heat dissipation member according to the present invention includes any of the above-described silicone-based hybrid polymer-coated AlN fillers.
以上のように、本発明に従えば、高い熱伝導性を示し、かつ高い耐熱性を有するシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを提供することができる。また、本発明に従えば、長期的に安定して環境の影響を受けず使用可能で、フィラーの加水分解による特性変化が少ない放熱部材を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler that exhibits high thermal conductivity and high heat resistance. Further, according to the present invention, it is possible to provide a heat dissipating member that can be used stably without being affected by the environment for a long period of time and has little change in characteristics due to the hydrolysis of the filler.
<AlN:窒化アルミニウム>
アルミニウムの窒化物であり、絶縁性で熱伝導率が高い。還元窒化法、もしくは直接窒化法で合成された一次粒子をそのまま使用することもあるが、スプレードライヤー等で造粒したものを焼結させ、いわゆるAlN焼結フィラーとして使用することもできる。スプレードライヤーを使用して造粒する方法では、スプレードライヤーの噴霧条件を調整することで、顆粒の粒径をコントロール可能であり、結果として種々の粒度分布を持ったAlN焼結フィラーを製造することが可能である。なお、本発明において、AlNフィラーは、焼結助剤の目的でY2O3を少量添加したものも含み、粒径制御の目的でBNを少量添加したものも含む。<AlN: Aluminum nitride>
Aluminum nitride, insulating and high in thermal conductivity. The primary particles synthesized by the reduction nitriding method or the direct nitriding method may be used as they are, but the granulated particles by a spray dryer or the like can be sintered and used as a so-called AlN sintered filler. In the granulation method using a spray dryer, the particle size of the granules can be controlled by adjusting the spraying conditions of the spray dryer, and as a result, an AlN sintered filler having various particle size distributions is produced. Is possible. In the present invention, the AlN filler includes a small amount of Y 2 O 3 added for the purpose of a sintering aid, and also includes a small amount of BN added for the purpose of particle size control.
<シリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラー>
AlNフィラーを樹脂材料に分散させて放熱部材とするとき、シリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆することによりフィラーの加水分解が抑制される。この抑制効果は、シリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーをイオン交換水に加え、オートクレーブ等により加圧下で処理したときの水の導電率(変化)で評価可能である。本発明者らは、平均粒径20〜40μmの該AlNフィラー5gを50mLのイオン交換水に加え、121℃の飽和水蒸気圧(2atm)下で50時間保持したときの水の導電率が350μS/cm以下、より確実には230μS/cm以下に抑制されれば、該AlNフィラーをシリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂等種々の樹脂材料、特にエポキシ樹脂に分散させ放熱部材とした場合、熱伝導性の劣化が十分抑制されることを見出した。<Silicone hybrid polymer coated AlN filler>
When an AlN filler is dispersed in a resin material to form a heat radiating member, hydrolysis of the filler is suppressed by coating with a silicone-based hybrid polymer. This inhibitory effect can be evaluated by the conductivity (change) of water when the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler is added to ion-exchanged water and treated under pressure by an autoclave or the like. The inventors of the present invention added 5 g of the AlN filler having an average particle size of 20 to 40 μm to 50 mL of ion-exchanged water, and the electric conductivity of water when maintained at 121 ° C. under a saturated water vapor pressure (2 atm) for 50 hours was 350 μS / If the AlN filler is dispersed in various resin materials such as silicone resin, epoxy resin, nylon resin, especially epoxy resin, and heat dissipation member is obtained, the heat conduction can be reduced. It was found that the deterioration of the property is sufficiently suppressed.
また、同様の評価で、水のpH値が10以下であれば、さらに確実に伝導熱性の劣化が十分抑制された放熱部材を得られることを見出した。 Moreover, when the pH value of water was 10 or less by the same evaluation, it discovered that the heat radiating member by which deterioration of conductive heat property was fully suppressed was more reliably ensured.
<シリコーン系ハイブリッドプレポリマー>
本発明で用いられるシリコーン系ハイブリッドプレポリマーの原料となるポリジメチルシロキサン(以降、PDMSと表記)としては、一般式(1)で表される数平均分子量(Mn)が500〜3,000のものが好ましい。<Silicone hybrid prepolymer>
The polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) used as a raw material for the silicone-based hybrid prepolymer used in the present invention has a number average molecular weight (Mn) represented by the general formula (1) of 500 to 3,000. Is preferred.
原料となるPDMSの平均分子量により、調製されるシリコーン系ハイブリッドプレポリマーの粘度が影響されるため、高分子量のPDMSから調製されるシリコーン系ハイブリッドプレポリマーでは、AlN等の窒化物フィラー表面保護の効果は発現されにくい。検討の結果、数平均分子量(Mn)が500〜3,000の範囲で良好な表面処理の効果が得られた。数平均分子量(Mn)が500未満では得られるポリマー被覆の柔軟性が不十分となり、保護層(被覆)が固いためクラックが発生しやすく、またAlNフィラー表面から剥離しやすくなるおそれがある。一方、平均分子量が3,000を超えるPDMSから調製されるシリコーン系ハイブリッドプレポリマーを用いた場合、高粘性のためAlNフィラー表面の微細な凹凸に追随できず、十分に密着することが困難となるおそれがある。保護層(被覆)の柔軟性、密着性等を考慮すると、PDMSの平均分子量は600〜2,000であることがより好ましい。 Since the viscosity of the silicone hybrid prepolymer prepared is affected by the average molecular weight of the PDMS used as a raw material, the effect of protecting the surface of nitride fillers such as AlN in silicone hybrid prepolymers prepared from high molecular weight PDMS Is difficult to express. As a result of the examination, a good surface treatment effect was obtained when the number average molecular weight (Mn) was in the range of 500 to 3,000. If the number average molecular weight (Mn) is less than 500, the resulting polymer coating is not sufficiently flexible, and the protective layer (coating) is hard, so that cracks are likely to occur, and there is a risk of peeling off from the AlN filler surface. On the other hand, when a silicone-based hybrid prepolymer prepared from PDMS having an average molecular weight exceeding 3,000 is used, it cannot follow the fine irregularities on the surface of the AlN filler due to high viscosity, making it difficult to sufficiently adhere to the surface. There is a fear. Considering the flexibility and adhesion of the protective layer (coating), the average molecular weight of PDMS is more preferably 600 to 2,000.
<ポリシロキサン(ポリジメチルシロキサン)の平均分子量測定>
平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定し、Mn(数平均分子量)を平均分子量とした。標準試料としてポリスチレンを用い、ポリスチレン換算分子量を測定した。
なおGPC法によるポリスチレン換算分子量測定は、以下の測定条件で行うものとする。
a)測定機器:東ソー HLC−8220GPC
b)カラム :東ソー TSK−gel Super H−RC 2本
TSK−gel Super HZ2000 3本
TSK−gel Super HZ4000 1本
c)オーブン温度:40℃
d)溶離液 :テトラヒドロフラン(THF) 0.35mL/min
e)標準試料:ポリスチレン
f)注入量 :10μL
g)濃度 :1wt%
h)試料調製:テトラヒドロフラン(THF)を溶媒として、室温で静置して溶解させた。
i)校正 :測定時に標準試料を用い、校正曲線を作成した。<Measurement of average molecular weight of polysiloxane (polydimethylsiloxane)>
The average molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC method), and Mn (number average molecular weight) was defined as the average molecular weight. Polystyrene equivalent molecular weight was measured using polystyrene as a standard sample.
In addition, the polystyrene conversion molecular weight measurement by GPC method shall be performed on the following measurement conditions.
a) Measuring instrument: Tosoh HLC-8220GPC
b) Column: Tosoh TSK-gel Super H-RC 2
Three TSK-gel Super HZ2000
1 TSK-gel Super HZ4000 c) Oven temperature: 40 ° C
d) Eluent: Tetrahydrofuran (THF) 0.35 mL / min
e) Standard sample: Polystyrene f) Injection volume: 10 μL
g) Concentration: 1 wt%
h) Sample preparation: Tetrahydrofuran (THF) as a solvent was allowed to stand at room temperature for dissolution.
i) Calibration: A calibration curve was prepared using a standard sample at the time of measurement.
シリコーン系ハイブリッドプレポリマーの無機成分として配合されるのが、一般式(2)で表されるアルコキシシランオリゴマーおよび/またはその加水分解物である。 What is blended as an inorganic component of the silicone-based hybrid prepolymer is an alkoxysilane oligomer represented by the general formula (2) and / or a hydrolyzate thereof.
調製されたシリコーン系ハイブリッドプレポリマーは、原液としては濃度が高く、そのまま使用した場合には、保護膜としては厚くなり熱伝導率の低下やフィラーの凝集が生じてしまう。そのため、適宜溶剤によって希釈し表面処理することが望ましい。溶剤としては、シリコーン系ハイブリッドプレポリマーと相溶性の高いものであれば制約はなく、トルエン、キシレン、tert−ブチルアルコール、ヘプタン、メチルエチルケトンなどが望ましく、用途やAlNフィラーの形態にもよるが、シリコーン系ハイブリッドプレポリマーが希釈したハイブリッドプレポリマーゾル全量に対して10wt%以下となるように希釈することが望ましい。それを超える濃度では、AlN表面の微細な凹凸表面を十分保護する効果が得られない、あるいは厚膜となって熱伝導特性が低下するといった問題が発生する。 The prepared silicone-based hybrid prepolymer has a high concentration as a stock solution, and when used as it is, it becomes thick as a protective film, resulting in a decrease in thermal conductivity and aggregation of fillers. Therefore, it is desirable to appropriately dilute with a solvent and perform surface treatment. The solvent is not particularly limited as long as it is highly compatible with the silicone-based hybrid prepolymer. Toluene, xylene, tert-butyl alcohol, heptane, methyl ethyl ketone, etc. are desirable. Depending on the application and the form of the AlN filler, the silicone may be used. It is desirable to dilute the system hybrid prepolymer so that the total amount of the diluted hybrid prepolymer sol is 10 wt% or less. If the concentration is higher than that, there is a problem that the effect of sufficiently protecting the fine uneven surface of the AlN surface cannot be obtained, or the film becomes thick and the heat conduction characteristics deteriorate.
表面処理には、上記溶剤で希釈したシリコーン系ハイブリッドプレポリマー(ゾル)液に、AlNフィラーを適量配合し、撹拌処理によってAlNフィラー表面処理を実施する。混合方法に関しては特に制限は無く、スターラー撹拌、撹拌羽根による混合撹拌、遊星型二軸遠心撹拌など種々可能である。ただし表面処理を施すAlNフィラーを希釈したハイブリッドプレポリマー中で十分均質に分散させ、AlN表面を十分に濡らす必要がある。 For the surface treatment, an appropriate amount of AlN filler is blended in the silicone-based hybrid prepolymer (sol) solution diluted with the above solvent, and the AlN filler surface treatment is carried out by stirring treatment. There are no particular restrictions on the mixing method, and various methods such as stirrer stirring, mixing stirring with stirring blades, and planetary biaxial centrifugal stirring are possible. However, it is necessary to disperse the AlN filler subjected to the surface treatment sufficiently homogeneously in the diluted hybrid prepolymer to sufficiently wet the AlN surface.
上記表面処理後、ロータリーエバポレーターなどを用いて溶剤を揮発させてAlNフィラーを乾燥、破砕、焼結、破砕を繰り返し、シリコーン系ハイブリッドポリマーで表面処理されたAlNフィラーを得る。なお、破砕時に破断面の露出が発生するため、これら一連の処理を数回繰り返すことも望ましい。 After the surface treatment, the solvent is volatilized using a rotary evaporator or the like, and the AlN filler is repeatedly dried, crushed, sintered and crushed to obtain an AlN filler surface-treated with a silicone-based hybrid polymer. In addition, since exposure of a torn surface occurs at the time of crushing, it is also desirable to repeat these series of processes several times.
〔シリコーン系ハイブリッドプレポリマーの製造〕
本発明では一般式(1)で表されるPDMSと、一般式(2)で表されるテトラアルコキシシランオリゴマーおよび/またはその加水分解物(以下、シランオリゴマー)の縮合反応によってシリコーン系ハイブリッドプレポリマーを金属化合物触媒の存在下で調製(約120℃)する。[Manufacture of silicone-based hybrid prepolymers]
In the present invention, a silicone-based hybrid prepolymer is obtained by a condensation reaction of PDMS represented by the general formula (1) and a tetraalkoxysilane oligomer represented by the general formula (2) and / or a hydrolyzate thereof (hereinafter, silane oligomer). Is prepared (about 120 ° C.) in the presence of a metal compound catalyst.
金属化合物触媒に関しては、金属の有機酸塩(特にカルボン酸塩)、アルコキシド、アルキル化金属化合物、アセチルアセトナート錯体、エチルアセトアセテート錯体、金属アルコキシドのアルコキシ基の一部がアセチルアセトナート又はエチルアセトアセテートで置換された金属錯体等があり、具体的には、例えばオクチル酸亜鉛(2−エチルヘキサン酸亜鉛)、オクチル酸ジルコニウム(2−エチルヘキサン酸ジルコニウム)、オクチル酸ジルコニル(2−エチルヘキサン酸ジルコニル)、ジブチル錫ジウラレート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ビスアセチルアセトナート、テトラ (2−エチルヘキシル)チタネート、チタンテトラn-ブトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンテトラアセチルアセトナート、チタンジ−2−エチルへキソキシビス(2−エチル−3−ヒドロキシヘキソキシド)、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトナート)、ジルコニウムテトラn−プロポキシド、ジルコニウムテトラn−ブトキシド、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトナート、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)等が例示される。特に制限は無いが、反応性、安定性などから、Sn系触媒である、ジブチル錫ジウラレート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ビスアセチルアセトナートなどが望ましい。 Regarding metal compound catalysts, metal organic acid salts (particularly carboxylates), alkoxides, alkylated metal compounds, acetylacetonate complexes, ethyl acetoacetate complexes, metal alkoxides in which some of the alkoxy groups are acetylacetonate or ethylacetate. Examples include metal complexes substituted with acetate. Specifically, for example, zinc octylate (zinc 2-ethylhexanoate), zirconium octylate (zirconium 2-ethylhexanoate), zirconyl octylate (2-ethylhexanoate) Zirconyl), dibutyltin diurarate, dibutyltin diacetate, dibutyltin bisacetylacetonate, tetra (2-ethylhexyl) titanate, titanium tetra n-butoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium diisopropoxybis (ethylacetoa Tate), titanium tetraacetylacetonate, titanium di-2-ethylhexoxybis (2-ethyl-3-hydroxyhexoxide), titanium diisopropoxybis (acetylacetonate), zirconium tetra n-propoxide, zirconium tetra n -Butoxide, zirconium tetraacetylacetonate, zirconium tributoxymonoacetylacetonate, zirconium dibutoxybis (ethylacetoacetate) and the like are exemplified. Although there is no particular limitation, Sn-based catalysts such as dibutyltin diurarate, dibutyltin diacetate, and dibutyltin bisacetylacetonate are desirable in terms of reactivity and stability.
上記縮合反応を行う際、テトラアルコキシシランオリゴマーの安定的な加水分解を行うために、反応に使用する容器内を不活性ガスにて充満させた雰囲気下で加熱することによって、加水分解および縮合反応を行うことが望ましい。不活性ガスとしては、窒素ガスや希ガス類である第18族元素(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等)が挙げられる。また、これらガスを混合して用いてもよい。加水分解の方法としては、適量な水の滴下、噴霧をはじめ、水蒸気の導入など種々の手法が考えられる。場合によっては、合成容器内に湿度管理した乾燥空気を送気する、一定時間毎に減圧するなどの合成方法も考えられる。 When performing the above condensation reaction, in order to perform stable hydrolysis of the tetraalkoxysilane oligomer, the hydrolysis and condensation reaction is performed by heating in an atmosphere filled with an inert gas inside the vessel used for the reaction. It is desirable to do. Examples of the inert gas include Group 18 elements (helium, neon, argon, krypton, xenon, etc.) that are nitrogen gas and rare gases. These gases may be mixed and used. As the hydrolysis method, various methods such as dripping and spraying an appropriate amount of water and introducing water vapor can be considered. Depending on the case, a synthesis method such as sending dry air whose humidity is controlled into the synthesis container or reducing the pressure at regular intervals is also conceivable.
シリコーン系ハイブリッドプレポリマーは、上記不活性ガス雰囲気下で、上記テトラアルコキシランオリゴマーと、上記PDMSとを含有する混合物を上記縮合触媒存在下で加水分解および縮合反応させることにより得られる。即ち加水分解を受けた上記テトラアルコキシランオリゴマーのアルコキシ基はシラノール基になり、PDMS末端のシラノール基との脱水反応、脱アルコール反応などが不活性ガスの存在下にて進行する。シランオリゴマーを使用することにより、シランモノマーで生じやすい単独縮合が加速されることなく、PDMSと加水分解されたオリゴマーとの縮合反応を円滑に行うことができる。これにより上記オリゴマーと、上記PDMSとが均質に反応し、縮合反応が順調に進行する。 The silicone-based hybrid prepolymer is obtained by subjecting a mixture containing the tetraalkoxylane oligomer and the PDMS to hydrolysis and condensation reaction in the presence of the condensation catalyst in the inert gas atmosphere. That is, the alkoxy group of the tetraalkoxylane oligomer subjected to hydrolysis becomes a silanol group, and a dehydration reaction or a dealcoholization reaction with the silanol group at the PDMS terminal proceeds in the presence of an inert gas. By using the silane oligomer, the condensation reaction between PDMS and the hydrolyzed oligomer can be performed smoothly without accelerating the single condensation that tends to occur with the silane monomer. As a result, the oligomer and the PDMS react homogeneously, and the condensation reaction proceeds smoothly.
なお、上記シリコーン系ハイブリッドプレポリマーを得るに際し、上記不活性ガス雰囲気下において、上記アルコキシドと上記PDMSとを含有する混合物からなる原料液に、安定化溶媒を添加することが長期安定性などの面からも望まれる。この安定化溶媒としては、tert−ブチルアルコール、ヘプタン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトンなどが相溶性も高く、前述のように希釈溶媒としても使用することが可能である。 In obtaining the silicone-based hybrid prepolymer, it is possible to add a stabilizing solvent to a raw material liquid composed of a mixture containing the alkoxide and the PDMS in the inert gas atmosphere. Is also desired. As this stabilizing solvent, tert-butyl alcohol, heptane, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, etc. have high compatibility, and can be used as a diluting solvent as described above.
〔配合比〕
上記PDMSと、上記テトラアルコキシシランオリゴマーとの配合比(PDMS/シランオリゴマー)は、モル比として0.05〜5(PDMS/シランオリゴマー=1/20〜1/0.2)、望ましくは0.125〜2.0(PDMS/シランオリゴマー=1/8〜1/0.5)、更に望ましくは0.25〜1.0(PDMS/シランオリゴマー=1/4〜1/1)の範囲に設定されることが望ましい。ただしこの配合比は、使用されるAlNフィラーの官能基量に合わせて変化させることが望ましい。官能基量が多い場合には、テトラアルコキシシランオリゴマーの配合比を上記範囲内で上げることが理想的である。PDMS/オリゴマーのモル比が上記の範囲であれば、脱水縮合反応が円滑に行われ、反応中または反応後のゲル化が起こりにくくなり、したがってゲル化物の生成も起こりにくくなり、低分子のシロキサンの残留がない安定したゾルが得られる。[Combination ratio]
The blending ratio of the PDMS to the tetraalkoxysilane oligomer (PDMS / silane oligomer) is 0.05 to 5 (PDMS / silane oligomer = 1/20 to 1 / 0.2) as a molar ratio, preferably 0. 125 to 2.0 (PDMS / silane oligomer = 1/8 to 1 / 0.5), more preferably 0.25 to 1.0 (PDMS / silane oligomer = 1/4 to 1/1) It is desirable that However, it is desirable to change this blending ratio in accordance with the functional group amount of the AlN filler used. When the amount of functional groups is large, it is ideal to increase the compounding ratio of the tetraalkoxysilane oligomer within the above range. When the PDMS / oligomer molar ratio is in the above range, the dehydration condensation reaction is carried out smoothly, and gelation during or after the reaction is unlikely to occur. A stable sol with no residual is obtained.
なお、ここで言うモル比とは、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフランを溶離液としてゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC法)により測定したPDMSの数平均分子量(Mn)と、テトラアルコキシシランのオリゴマーの純度と平均分子量に基づいて計算したモル比である。 The molar ratio here refers to the number average molecular weight (Mn) of PDMS measured by gel permeation chromatography (GPC method) using polystyrene as a standard substance and tetrahydrofuran as an eluent, and the oligomer of tetraalkoxysilane. A molar ratio calculated based on purity and average molecular weight.
<AlNフィラーの表面処理>
AlNフィラー100質量部に対して、シリコーン系ハイブリッドプレポリマーが2〜10質量部、望ましくは2.5〜6質量部となるように、溶剤で希釈したハイブリッドプレポリマーゾルにAlNフィラーを混合し、撹拌混合処理を行う。室温で5時間以上、望ましくは10時間以上、更に望ましくは24時間以上処理を継続する。その後、減圧下で溶剤を除去しハイブリッドプレポリマーが表面に付着したAlN凝集体を得る。この凝集体を、熱処理することで表面にハイブリッドプレポリマー硬化層を形成した耐久性の高いAlNフィラーを得ることができる。このAlNフィラーは、耐水性に優れていることから、例えばエポキシ樹脂など親水性の樹脂に添加した場合に、熱伝導性等の特性が劣化しない。<Surface treatment of AlN filler>
The AlN filler is mixed with the hybrid prepolymer sol diluted with a solvent so that the silicone-based hybrid prepolymer is 2 to 10 parts by mass, preferably 2.5 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the AlN filler, Stir and mix. The treatment is continued at room temperature for 5 hours or longer, desirably 10 hours or longer, more desirably 24 hours or longer. Thereafter, the solvent is removed under reduced pressure to obtain an AlN aggregate with the hybrid prepolymer attached to the surface. By heat-treating this aggregate, a highly durable AlN filler having a hybrid prepolymer cured layer formed on the surface can be obtained. Since this AlN filler is excellent in water resistance, characteristics such as thermal conductivity do not deteriorate when added to a hydrophilic resin such as an epoxy resin.
本発明のシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、従来法である各種カップリング剤やシリコーンオイル、シリコーン樹脂を使用した場合よりも耐水性が非常に高く、またリン酸系処理剤のような金属部材を腐食させるような成分も含まれていないことから、エポキシ樹脂などの親水性樹脂やシリコーンゴム、ナイロン樹脂などの吸水性のある樹脂に対しても使用可能であり、また用途や適応箇所を限定されることなく使用することができる。更に柔軟性に富んだ被膜は、樹脂の混練などストレスの高い加工処理でも破断することが無い。 The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler of the present invention is much higher in water resistance than the conventional methods using various coupling agents, silicone oils, and silicone resins, and is a metal member such as a phosphoric acid-based treatment agent. Because it does not contain any components that corrode the resin, it can also be used for hydrophilic resins such as epoxy resins, and water-absorbing resins such as silicone rubber and nylon resins, and the application and application areas are limited. Can be used without being. Furthermore, the coating film rich in flexibility does not break even in high-stress processing such as resin kneading.
実施例を用いて、本発明を更に具体的に説明する。
尚、実施例における「部」、「%」は特記のない限りいずれも質量基準(質量部、質量%)である。また、本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。The present invention will be described more specifically with reference to examples.
In the examples, “part” and “%” are based on mass (part by mass, mass%) unless otherwise specified. Further, the present invention is not limited to these examples.
<シリコーン系ハイブリッドプレポリマーの合成>
(A液の調製)
攪拌装置、温度計、滴下ラインを取り付けた反応容器に、窒素ガスを十分に充満させた。このとき、窒素ガスとして、窒素ガス製造装置(ジャパンユニックス社製UNX−200)によって製造したものを用いた。合成には2L容器を用い、約1kgスケールでの合成を実施した。<Synthesis of silicone hybrid prepolymer>
(Preparation of solution A)
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a dropping line was sufficiently filled with nitrogen gas. At this time, what was manufactured with the nitrogen gas manufacturing apparatus (Japan Unix Co., Ltd. UNX-200) was used as nitrogen gas. The synthesis was performed on a scale of about 1 kg using a 2 L container.
次に、上記窒素ガスを十分に充満させた上記反応容器内に、両末端にシラノール基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)と、テトラアルコキシシランのオリゴマーを反応容器に入れ、合成容器を120℃まで昇温した後、縮合触媒を加え、さらに120℃で30分間撹拌し反応させた。その後室温まで自然放冷し、希釈溶媒として、tert−ブチルアルコールを配合しA液を得た。 Next, in the reaction vessel sufficiently filled with the nitrogen gas, polydimethylsiloxane (PDMS) having silanol groups at both ends and an oligomer of tetraalkoxysilane are placed in the reaction vessel, and the synthesis vessel is heated to 120 ° C. After raising the temperature, a condensation catalyst was added, and the reaction was further stirred at 120 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the mixture was naturally cooled to room temperature, and tert-butyl alcohol was blended as a diluent solvent to obtain Liquid A.
(B液の調製)
テトラアルコキシランのオリゴマーと、有機金属化合物を、上記とは別の反応容器に投入、室温撹拌し、透明なB液を得た。(Preparation of liquid B)
The tetraalkoxylane oligomer and the organometallic compound were put into a reaction vessel different from the above and stirred at room temperature to obtain a transparent liquid B.
(実施例1)
(A−1液の調製)
使用した原材料は、PDMS;モメンティブ社製両末端シラノールポリジメチルシロキサンXC96−723(数平均分子量:Mn=680)、TEOSオリゴマー;エチルシリケート、多摩化学工業株式会社製シリケート40:テトラエトキシシランの直鎖状4〜6量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:70質量%、平均分子量:745)、希釈溶剤;tert−ブチルアルコール:和光純薬工業株式会社製・和光特級、縮合触媒;ジブチル錫ジラウレート、共同薬品株式会社製KS−1260を用い、スケール約1kgで合成を実施した。各原料の配合量は以下の通りである。Example 1
(Preparation of solution A-1)
Raw materials used were PDMS; Momentive's both-end silanol polydimethylsiloxane XC96-723 (number average molecular weight: Mn = 680), TEOS oligomer; Ethyl silicate, Tama Chemical Co., Ltd. silicate 40: tetraethoxysilane Oligomers (oligomer purity: 70% by mass, average molecular weight: 745), diluting solvent; tert-butyl alcohol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade, condensation catalyst; dibutyltin dilaurate, joint Using KS-1260 manufactured by Yakuhin Co., Ltd., synthesis was performed at a scale of about 1 kg. The blending amount of each raw material is as follows.
モル比;PDMS(XC96−723)が185.6g、TEOSオリゴマー(シリケート40)が813.4gで、XC96−723とシリケート40のオリゴマー純分のモル比が1:2.8。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート1.0gを添加。希釈溶媒としてtert−ブチルアルコールを150g配合。 Molar ratio: PDMS (XC96-723) is 185.6 g, TEOS oligomer (silicate 40) is 813.4 g, and the molar ratio of XC96-723 and silicate 40 oligomer is 1: 2.8. Add 1.0 g of dibutyltin dilaurate as a condensation catalyst. Contains 150 g of tert-butyl alcohol as a diluent solvent.
(B液の調製)
使用した原料は、TEOSオリゴマー;多摩化学工業株式会社製シリケート45:テトラエトキシシランの直鎖状8〜10量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:95質量%、平均分子量:1282)、有機金属化合物;2-エチルヘキサン酸亜鉛:日本化学工業株式会社製ニッカオクチックス亜鉛18%(分子量:351.79)、希釈溶媒;tert−ブチルアルコール。配合量は以下の通りである。(Preparation of liquid B)
The raw materials used were TEOS oligomers; silicate 45 manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd .: oligomers that are linear 8- to 10-mers of tetraethoxysilane (oligomer purity: 95% by mass, average molecular weight: 1282), organometallic compounds; 2-ethyl hexanoate zinc: Nikka Octix zinc 18% (molecular weight: 351.79) manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., diluting solvent; tert-butyl alcohol. The blending amounts are as follows.
モル比;TEOSオリゴマー(シリケート45)が76gで、2-エチルヘキサン酸亜鉛(ニッカオクチックス亜鉛18%)が24g。エチルシリケート45と2-エチルヘキサン酸亜鉛のモル比が1:1.2。希釈溶媒として、tert−ブチルアルコールを10g配合。 Molar ratio: 76 g of TEOS oligomer (silicate 45) and 24 g of zinc 2-ethylhexanoate (Nikka octix zinc 18%). The molar ratio of ethylsilicate 45 to zinc 2-ethylhexanoate is 1: 1.2. 10g of tert-butyl alcohol is used as a dilution solvent.
(表面処理剤C−1液の調製)
A−1液の全量とB液の全量を混合、撹拌し、C−1液を得た。(Preparation of surface treatment agent C-1 solution)
The whole amount of A-1 liquid and the whole quantity of B liquid were mixed and stirred, and C-1 liquid was obtained.
(表面処理方法)
C−1液をフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30、平均粒径約30μm)100質量部に対して、プレポリマーが3質量部になるように加え、さらにtert-ブチルアルコール100質量部を加え、40℃で24時間撹拌した後、ロータリーエバポレーターで減圧乾燥し粉末状態にした。その後、200℃で4時間、熱処理を行い、さらに解砕処理を行った。シリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆されたAlNフィラーの平均粒径も約30μmであった。(Surface treatment method)
C-1 solution is added to 100 parts by mass of filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Denshi, average particle size of about 30 μm) so that the prepolymer becomes 3 parts by mass, and further 100 parts by mass of tert-butyl alcohol And stirred at 40 ° C. for 24 hours, and then dried under reduced pressure on a rotary evaporator to obtain a powder state. Thereafter, heat treatment was performed at 200 ° C. for 4 hours, and further pulverization was performed. The average particle diameter of the AlN filler coated with the silicone-based hybrid polymer was also about 30 μm.
なお、平均粒径は、スペクトリス株式会社製レーザ回折式粒度分布測定装置マスターサイザー3000を用いて乾式で測定した。 In addition, the average particle diameter was measured by a dry method using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus Mastersizer 3000 manufactured by Spectris Co., Ltd.
(実施例2〜4)
(A−2、3、4液の調製)
使用した原材料は、PDMS:モメンティブ社製両末端シラノールポリジメチルシロキサンXC96−723(数平均分子量:Mn=680)、TEOSオリゴマー;エチルシリケート、多摩化学工業株式会社製シリケート45:テトラエトキシシランの直鎖状8〜10量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:95質量%、平均分子量:1282)、希釈溶剤;tert−ブチルアルコール:和光純薬工業株式会社製・和光特級、縮合触媒;ジブチル錫ジラウレート、共同薬品株式会社製KS−1260を用い、スケール約1kgで合成を実施した。各原料の配合量は以下の通りである。(Examples 2 to 4)
(Preparation of A-2, 3, 4 solutions)
The raw materials used were PDMS: Silent Polydimethylsiloxane XC96-723 (number average molecular weight: Mn = 680) manufactured by Momentive, TEOS oligomer; ethyl silicate, silicate 45 manufactured by Tama Chemical Industries, Ltd. Oligomers (oligomer purity: 95% by mass, average molecular weight: 1282), diluting solvent; tert-butyl alcohol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade, condensation catalyst; dibutyltin dilaurate, joint Using KS-1260 manufactured by Yakuhin Co., Ltd., synthesis was performed at a scale of about 1 kg. The blending amount of each raw material is as follows.
A−2液:モル比;PDMS(XC96−723)が117.0g、TEOSオリゴマー(シリケート45)が882.4gで、XC96−723とシリケート45のオリゴマー純分のモル比が1:3.8。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート0.65gを添加。希釈溶媒としてtert−ブチルアルコールを150g配合。 Liquid A-2: molar ratio: PDMS (XC96-723) was 117.0 g, TEOS oligomer (silicate 45) was 882.4 g, and the molar ratio of pure oligomers of XC96-723 and silicate 45 was 1: 3.8. . Add 0.65 g of dibutyltin dilaurate as a condensation catalyst. Contains 150 g of tert-butyl alcohol as a diluent solvent.
A−3液:モル比:PDMS(XC96−723)が209.4g、TEOSオリゴマー(シリケート45)を789.5gでXC96−723とシリケート45のオリゴマー純分のモル比が1:1.9。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート1.2gを添加。希釈溶媒としてtert−ブチルアルコールを150g配合。 Liquid A-3: Molar ratio: PDMS (XC96-723) is 209.4 g, TEOS oligomer (silicate 45) is 789.5 g, and the molar ratio of pure XC96-723 and silicate 45 oligomer is 1: 1.9. Add 1.2 g of dibutyltin dilaurate as condensation catalyst. Contains 150 g of tert-butyl alcohol as a diluent solvent.
A−4液:モル比:PDMS(XC96−723)が150.1g、TEOSオリゴマー(シリケート45)を849.0gでXC96−723とシリケート45のオリゴマー純分のモル比が1:2.9。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート0.8gを添加。希釈溶媒としてtert−ブチルアルコールを150g配合。 Liquid A-4: Molar ratio: PDMS (XC96-723) is 150.1 g, TEOS oligomer (silicate 45) is 849.0 g, and the molar ratio of XC96-723 and silicate 45 oligomer is 1: 2.9. Add 0.8 g of dibutyltin dilaurate as a condensation catalyst. Contains 150 g of tert-butyl alcohol as a diluent solvent.
(表面処理剤C−2、3、4液の調製)
A−2、3、4液のそれぞれ全量とB液の全量を混合、撹拌し、C−2、3、4液を得た。(Preparation of surface treatment agents C-2, 3, and 4)
The total amount of each of A-2, 3 and 4 and the total amount of B were mixed and stirred to obtain C-2, 3 and 4 solutions.
(表面処理方法)
C−2、3、4液をそれぞれフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30)100質量部に対して、プレポリマーが3質量部になるように加え、さらにtert-ブチルアルコール100質量部を加え、40℃で24時間撹拌した後、ロータリーエバポレーターで減圧乾燥し粉末状態にした。その後、200℃で4時間熱処理し、さらに解砕処理を行った。シリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆されたAlNフィラーの平均粒径も約30μmであった。(Surface treatment method)
C-2, 3 and 4 liquids were added to 100 parts by mass of filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Electronics) so that the prepolymer would be 3 parts by mass, In addition, the mixture was stirred at 40 ° C. for 24 hours and then dried under reduced pressure using a rotary evaporator to obtain a powder state. Then, it heat-processed at 200 degreeC for 4 hours, and also performed the crushing process. The average particle diameter of the AlN filler coated with the silicone-based hybrid polymer was also about 30 μm.
(実施例5)
(A−5液の調製)
使用した原材料は、PDMS;Gelest社製両末端シラノールポリジメチルシロキサンDMS−S14(数平均分子量:Mn=1,500)、TEOSオリゴマー;エチルシリケート、多摩化学工業株式会社製シリケート45:テトラエトキシシランの直鎖状8〜10量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:95質量%、平均分子量:1282)、希釈溶剤;tert−ブチルアルコール:和光純薬工業株式会社製・和光特級、縮合触媒;ジブチル錫ジラウレート、共同薬品株式会社製KS−1260を用い、スケール約1kgで合成を実施した。各原料の配合量は以下の通りである。(Example 5)
(Preparation of A-5 solution)
The raw materials used were PDMS; Gelest's both-end silanol polydimethylsiloxane DMS-S14 (number average molecular weight: Mn = 1,500), TEOS oligomer; Ethyl silicate, Tama Chemical Co., Ltd. silicate 45: Oligomer (oligomer purity: 95% by mass, average molecular weight: 1282), diluting solvent; tert-butyl alcohol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade, condensation catalyst; dibutyltin dilaurate Using KS-1260 manufactured by Kyodo Yakuhin Co., Ltd., synthesis was performed at a scale of about 1 kg. The blending amount of each raw material is as follows.
モル比;PDMS(DMS−S14)が226.2g、TEOSオリゴマー(シリケート45)が773.2gで、DMS−S14とシリケート45のオリゴマー純分のモル比が1:3.8。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート0.6gを添加。希釈溶媒として、tert−ブチルアルコールを150g配合。 Molar ratio: PDMS (DMS-S14) was 226.2 g, TEOS oligomer (silicate 45) was 773.2 g, and the molar ratio of pure oligomers of DMS-S14 and silicate 45 was 1: 3.8. Add 0.6 g of dibutyltin dilaurate as a condensation catalyst. As a diluent solvent, 150 g of tert-butyl alcohol is blended.
(表面処理剤C−5液の調製)
A−5液の全量とB液の全量を混合、撹拌し、C−5液を得た。(Preparation of surface treatment agent C-5 solution)
The whole amount of A-5 liquid and the whole quantity of B liquid were mixed and stirred, and C-5 liquid was obtained.
(表面処理方法)
プレポリマー量を5質量部とすること以外はC−1〜C−4液の場合と同様、C−5液でフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30)を表面処理し、平均粒径約30μmのシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆されたAlNフィラーを得た。(Surface treatment method)
Except that the prepolymer amount is 5 parts by mass, the filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Denshi) is surface-treated with the C-5 solution, as in the case of the C-1 to C-4 solutions, and the average particle diameter An AlN filler coated with a silicone-based hybrid polymer of about 30 μm was obtained.
(比較例1)
(A−6液の調製)
使用した原材料は、PDMS;Gelest社製両末端シラノールポリジメチルシロキサンDMS−S15(数平均分子量:Mn=3,500)、オリゴマー;エチルシリケート、多摩化学工業株式会社製シリケート45:テトラエトキシシランの直鎖状8〜10量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:95質量%、平均分子量:1282)、希釈溶剤;tert−ブチルアルコール:和光純薬工業株式会社製・和光特級、縮合触媒;ジブチル錫ジラウレート、共同薬品株式会社製KS−1260を用い、スケール約1kgで合成を実施した。各原料の配合量は以下の通りである。(Comparative Example 1)
(Preparation of A-6 solution)
The raw materials used were PDMS; Gelest, both-end silanol polydimethylsiloxane DMS-S15 (number average molecular weight: Mn = 3,500), oligomer; ethyl silicate, Tama Chemical Co., Ltd. silicate 45: tetraethoxysilane Oligomers in the form of chain 8-10mers (oligomer purity: 95% by mass, average molecular weight: 1282), diluent solvent; tert-butyl alcohol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako Special Grade, condensation catalyst; dibutyltin dilaurate, Synthesis was carried out at a scale of about 1 kg using KS-1260 manufactured by Kyodo Pharmaceutical Co., Ltd. The blending amount of each raw material is as follows.
モル比;PDMS(DMS−S15)が405.5g、TEOSオリゴマー(シリケート45)が594.1gで、DMS−S15とシリケート45のオリゴマー純分のモル比が1:3.8。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート0.4gを添加。希釈溶媒として、tert−ブチルアルコールを150g配合。 Molar ratio: PDMS (DMS-S15) is 405.5 g, TEOS oligomer (silicate 45) is 594.1 g, and the molar ratio of pure oligomers of DMS-S15 and silicate 45 is 1: 3.8. Add 0.4 g of dibutyltin dilaurate as condensation catalyst. As a diluent solvent, 150 g of tert-butyl alcohol is blended.
(表面処理剤C−6液の調製)
A−6液の全量とB液の全量を混合、撹拌し、C−6液を得た。(Preparation of surface treatment agent C-6 solution)
The whole amount of A-6 liquid and the whole quantity of B liquid were mixed and stirred, and C-6 liquid was obtained.
(表面処理方法)
プレポリマー量を10質量部とすること以外はC−1〜C−4液の場合と同様、C−6液でフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30)を表面処理し、平均粒径約30μmのシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆されたAlNフィラーを得た。(Surface treatment method)
Except that the amount of prepolymer is 10 parts by mass, the filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd.) is surface-treated with the C-6 solution as in the case of the C-1 to C-4 solutions, and the average particle diameter An AlN filler coated with a silicone-based hybrid polymer of about 30 μm was obtained.
(比較例2)
(A−7液の調製)
PDMS;JNC社製両末端シラノールポリジメチルシロキサンFM9915(数平均分子量:Mn=5,000)、TEOSオリゴマー;エチルシリケート、多摩化学工業株式会社製シリケート40:テトラエトキシシランの直鎖状4〜6量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:70質量%、平均分子量:745)、希釈溶剤;tert−ブチルアルコール:和光純薬工業株式会社製・和光特級、縮合触媒;ジブチル錫ジラウレート、共同薬品株式会社製KS−1260を用い、スケール約1kgで合成を実施した。各原料の配合量は以下の通りである。(Comparative Example 2)
(Preparation of solution A-7)
PDMS; JNC double-end silanol polydimethylsiloxane FM9915 (number average molecular weight: Mn = 5,000), TEOS oligomer; ethyl silicate, Tama Chemical Co., Ltd. silicate 40: tetraethoxysilane linear 4-6 amount Oligomer (oligomer purity: 70% by mass, average molecular weight: 745), diluting solvent; tert-butyl alcohol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade, condensation catalyst; dibutyltin dilaurate, KS manufactured by Kyodo Pharmaceutical Co., Ltd. The synthesis was carried out using -1260 with a scale of about 1 kg. The blending amount of each raw material is as follows.
モル比;PDMS(FM9915)が626.3g、TEOSオリゴマー(シリケート40)が373.3gで、FM9915とシリケート40のオリゴマー純分のモル比が1:2.8。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート0.5gを添加。希釈溶媒として、tert−ブチルアルコールを150g配合。 Molar ratio: PDMS (FM9915) was 626.3 g, TEOS oligomer (silicate 40) was 373.3 g, and the molar ratio of FM9915 to silicate 40 oligomer was 1: 2.8. Dibutyltin dilaurate 0.5g is added as a condensation catalyst. As a diluent solvent, 150 g of tert-butyl alcohol is blended.
(表面処理剤C−7液の調製)
A−7液の全量とB液の全量を混合、撹拌し、C−7液を得た。(Preparation of surface treatment agent C-7 solution)
The total amount of A-7 solution and the entire amount of B solution were mixed and stirred to obtain C-7 solution.
(表面処理方法)
プレポリマー量を10質量部とすること以外はC−1〜C−4液の場合と同様、C−7液でフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30)を表面処理し、平均粒径約30μmのシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆されたAlNフィラーを得た。(Surface treatment method)
Similar to the case of C-1 to C-4 liquids except that the amount of prepolymer is 10 parts by mass, the filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Denshi) is surface-treated with liquid C-7, and the average particle diameter An AlN filler coated with a silicone-based hybrid polymer of about 30 μm was obtained.
(比較例3)
(A−8´液の調製)
PDMS;JNC社製両末端シラノールポリジメチルシロキサンFM9926(数平均分子量:Mn=20,000)、オリゴマー;エチルシリケート、多摩化学工業株式会社製シリケート40:テトラエトキシシランの直鎖状4〜6量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:70質量%、平均分子量:745)、希釈溶剤;tert−ブチルアルコール:和光純薬工業株式会社製・和光特級、縮合触媒;ジブチル錫ジラウレート、共同薬品株式会社製KS−1260 を用い、スケール約1kgで合成を実施した。各原料の配合量は以下の通りである。(Comparative Example 3)
(Preparation of A-8 'solution)
PDMS; JNC's double-ended silanol polydimethylsiloxane FM9926 (number average molecular weight: Mn = 20,000), oligomer; ethyl silicate, Tama Chemical Co., Ltd. silicate 40: tetraethoxysilane linear 4- to 6-mer Oligomer (oligomer purity: 70% by mass, average molecular weight: 745), diluting solvent; tert-butyl alcohol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako Special Grade, condensation catalyst; dibutyltin dilaurate, Kyodo Pharmaceutical Co., Ltd., KS- 1260 was used and the synthesis was performed at a scale of about 1 kg. The blending amount of each raw material is as follows.
モル比;PDMS(FM9926)が609.1g、オリゴマー(シリケート40)が90.8gで、FM9926に対するシリケート40のオリゴマー純分のモル比が1:2.8。縮合触媒としてジブチル錫ジラウレート0.18gを添加希釈溶媒として、tert−ブチルアルコールを105g配合。
(A−8液の調製)
比較例3で使用したA−7液を345gと、A−8´液805gを混合し1150gのゾルを作製しA−8液とした。Molar ratio: 609.1 g of PDMS (FM9926) and 90.8 g of oligomer (silicate 40), and the molar ratio of pure oligomer of silicate 40 to FM9926 is 1: 2.8. As a condensation catalyst, 0.18 g of dibutyltin dilaurate was added and 105 g of tert-butyl alcohol was added as a dilution solvent.
(Preparation of A-8 solution)
345 g of the A-7 solution used in Comparative Example 3 and 805 g of the A-8 ′ solution were mixed to prepare 1150 g of sol, which was designated as A-8 solution.
(表面処理剤C−8液の調製)
A−8液の全量とB液の全量を混合、撹拌し、C−8液を得た。(Preparation of surface treatment agent C-8 solution)
The whole amount of A-8 liquid and the whole quantity of B liquid were mixed and stirred, and C-8 liquid was obtained.
(表面処理方法)
プレポリマー量を10質量部とすること以外はC−1〜C−4液の場合と同様、C−8液でフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30)を表面処理し、平均粒径約30μmのシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆されたAlNフィラーを得た。(Surface treatment method)
Except that the amount of prepolymer is 10 parts by mass, the filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd.) is surface-treated with the C-8 solution as in the case of the C-1 to C-4 solutions, and the average particle diameter An AlN filler coated with a silicone-based hybrid polymer of about 30 μm was obtained.
(比較例4)
分子量が低くPDMS成分を含まないものとして、TEOSオリゴマー成分のみでの表面処理を実施した。用いた原料は、TEOSオリゴマー:多摩化学工業株式会社製シリケート45:テトラエトキシシランの直鎖状8〜10量体であるオリゴマー(オリゴマー純度:95質量%、平均分子量:1282)である。(Comparative Example 4)
The surface treatment was performed only with the TEOS oligomer component, assuming that the molecular weight was low and the PDMS component was not included. The raw material used was an oligomer (oligomer purity: 95 mass%, average molecular weight: 1282) which is a linear 8- to 10-mer of TEOS oligomer: silicate 45: tetraethoxysilane manufactured by Tama Chemical Co., Ltd.
(表面処理方法)
多摩化学工業株式会社製シリケート45をフィラー(窒化アルミニウム:古河電子製FAN−f30)100質量部に対して、10質量部になるように加え、加熱しながら撹拌し、乾燥した粉末状態にする。その後、200℃で4時間最終熱処理を行い平均粒径約30μmのシリコーン系ハイブリッド被覆されたAlNフィラーを得た。(Surface treatment method)
Add silicate 45 manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd. to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of filler (aluminum nitride: FAN-f30 manufactured by Furukawa Electronics), and stir while heating to obtain a dry powder state. Thereafter, a final heat treatment was performed at 200 ° C. for 4 hours to obtain an AlN filler coated with a silicone-based hybrid having an average particle size of about 30 μm.
(比較例5〜7)
表面処理を実施していない窒化アルミニウムフィラーとして、Hグレード(平均粒径1μm)、FAN−f30(平均粒径30μm)、FAN−f80(平均粒径80μm)の3種(いずれも古河電子製)を準備した。(Comparative Examples 5-7)
Three types of aluminum nitride filler not subjected to surface treatment: H grade (average particle size 1 μm), FAN-f30 (average particle size 30 μm), FAN-f80 (average particle size 80 μm) (all manufactured by Furukawa Denshi) Prepared.
<評価方法>
[pH測定方法と導電率測定方法について]
実施例1〜5及び比較例1〜4で作製した各表面処理AlNフィラー及び比較例5〜7で準備した各表面未処理AlNフィラー5gをポリテトラフルオロエチレン製容器に入れ、イオン交換水50mLを加え、アルミホイルでガラス容器口部を覆い、オートクレーブにて121℃で50時間保持した。その後常温になるまで静置し、ろ液のpHと導電率を測定した。<Evaluation method>
[About pH measurement method and conductivity measurement method]
Each surface-treated AlN filler prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 and 5 g of each surface untreated AlN filler prepared in Comparative Examples 5 to 7 were placed in a polytetrafluoroethylene container, and 50 mL of ion-exchanged water was added. In addition, the glass container mouth was covered with aluminum foil, and the autoclave was held at 121 ° C. for 50 hours. Then, it was allowed to stand until it reached room temperature, and the pH and conductivity of the filtrate were measured.
pH及び導電率はEutech社製pH複合測定器を用いて、処理前後の水の数値を求めた。各実施例、比較例の組成と評価結果を表1〜3にまとめて示す。 The pH and conductivity were obtained by measuring the water values before and after the treatment using a pH composite measuring instrument manufactured by Eutech. Tables 1 to 3 collectively show the compositions and evaluation results of Examples and Comparative Examples.
<評価結果>
pHと導電率の測定結果から、原料のPDMSとして数平均分子量が1,500以下のものを用い、TEOSオリゴマーと縮合反応させて調製したシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆したAlNフィラー(実施例1〜5)は、比較例1〜4の表面処理フィラーに比べ加水分解が抑制されていることが分かる。原料のPDMSとして数平均分子量が3,500以上のものを用いて調製したシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆したAlNフィラー(比較例1〜3)は、加水分解抑制効果が小さい。また、TEOSオリゴマーのみを用いたもの(比較例4)は、被膜の柔軟性が不十分なため、未処理のフィラー(比較例5〜7)と同等であった。なお、未処理のAlNフィラーの結果から、表面の加水分解によるpH変化、導電率変化に対し、粒径の影響は大きくないことも判明した。<Evaluation results>
From the measurement results of pH and conductivity, an AlN filler coated with a silicone hybrid polymer prepared by condensation reaction with a TEOS oligomer using a PDMS having a number average molecular weight of 1,500 or less as a raw material PDMS (Examples 1 to 5) ) Shows that hydrolysis is suppressed as compared with the surface-treated fillers of Comparative Examples 1 to 4. AlN fillers (Comparative Examples 1 to 3) coated with a silicone-based hybrid polymer prepared by using a raw material PDMS having a number average molecular weight of 3,500 or more have a small hydrolysis inhibiting effect. Moreover, since only the TEOS oligomer (Comparative Example 4) had insufficient film flexibility, it was equivalent to the untreated filler (Comparative Examples 5 to 7). In addition, it turned out that the influence of a particle size is not large with respect to pH change and electrical conductivity change by surface hydrolysis from the result of an untreated AlN filler.
<放熱部材の熱伝導率の評価>
(評価1)
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを含む放熱部材の一例として、熱伝導シートを以下のようにして作製した。すなわち、エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製エポキシ樹脂 エピコート 828)100部を入れたポリプロピレン製ビーカーに、硬化剤(味の素ファインテクノ製硬化剤 アミキュアAH−154)10部、平均粒径約30μmの実施例3で得られたシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラー(AlNフィラー:古河電子(株)製FAN−f30)を320部投入し、均一になるようにプロペラ攪拌機で10分間混合した。得られたコンパウンドを、セラミック三本ロールミルを使用してさらに10分間混練し、回収した。回収したコンパウンドをポリメチルペンテン樹脂フィルムで挟み、延伸ローラーで大きさ約100mm×150mm、厚み0.5mmのシート状に成型した。成型したシートを温風循環式乾燥機中で150℃×6時間加熱し、ゴムシート状の熱伝導シートを得た。このシートの熱伝導率は3.0W・m-1・K-1であった。<Evaluation of thermal conductivity of heat dissipation member>
(Evaluation 1)
As an example of a heat radiating member including a silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention, a heat conductive sheet was prepared as follows. That is, an example in which 100 parts of an epoxy resin (epoxy resin Epicoat 828 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is added to a polypropylene beaker, 10 parts of a curing agent (Ajinomoto Fine Techno Curing Agent Amicure AH-154), and an average particle size of about 30 μm. 320 parts of the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler obtained in 3 (AlN filler: FAN-f30 manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd.) was added and mixed for 10 minutes with a propeller stirrer so as to be uniform. The resulting compound was kneaded for 10 minutes using a ceramic three roll mill and collected. The collected compound was sandwiched between polymethylpentene resin films and molded into a sheet shape having a size of about 100 mm × 150 mm and a thickness of 0.5 mm with a stretching roller. The molded sheet was heated in a hot air circulation dryer at 150 ° C. for 6 hours to obtain a rubber sheet-like heat conductive sheet. The thermal conductivity of this sheet was 3.0 W · m −1 · K −1 .
この熱伝導シートを200時間のPCT(オートクレーブに純水、サンプルシートを入れ、121℃×100%RH:2atm下)後に熱伝導率の測定をしたところ、3.0W・m−1・K−1であった。劣化は認められなかった。When the thermal conductivity of this heat conductive sheet was measured after 200 hours of PCT (pure water and sample sheet were put in an autoclave, 121 ° C. × 100% RH: 2 atm), 3.0 W · m −1 · K − 1 No deterioration was observed.
(評価2)
シリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーとして実施例2で得られたシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを用いた他は、評価1と同様にしてゴムシート状の熱伝導シートを得た。このシートの熱伝導率は3.0W・m-1・K-1であった。(Evaluation 2)
A rubber sheet-like heat conductive sheet was obtained in the same manner as in Evaluation 1 except that the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler obtained in Example 2 was used as the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler. The thermal conductivity of this sheet was 3.0 W · m −1 · K −1 .
この熱伝導シートを200時間のPCT(オートクレーブに純水、サンプルシートを入れ、121℃×100%RH:2atm下)後に熱伝導率の測定をしたところ、2.8W・m−1・K−1であった。劣化はほとんど認められなかった。When the thermal conductivity of this heat conductive sheet was measured after 200 hours of PCT (pure water and sample sheet were put in an autoclave and 121 ° C. × 100% RH: 2 atm), the thermal conductivity was 2.8 W · m −1 · K −. 1 Almost no deterioration was observed.
評価1と評価2において、熱伝導率の測定は、メンター・グラフィックス・ジャパン製T3ster DynTIMを使用して、ASTM D5470に従って行った。直径12.8mm、厚み0.35mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mmの試料を作製した。試料に所定の荷重をかけ、上下(厚み方向)の温度差と電力から熱抵抗値を測定した。上記の5種類の試料の厚みと熱抵抗のグラフから、接触熱抵抗成分とシートの熱抵抗成分を分離し、シートの熱抵抗成分を直線近似して求めた熱抵抗値から、熱伝導率を算出した。 In Evaluation 1 and Evaluation 2, thermal conductivity was measured according to ASTM D5470 using T3ster DynTIM manufactured by Mentor Graphics Japan. Samples having a diameter of 12.8 mm and a thickness of 0.35 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, and 0.8 mm were prepared. A predetermined load was applied to the sample, and the thermal resistance value was measured from the temperature difference between the upper and lower sides (thickness direction) and the power. From the graph of thickness and thermal resistance of the above five types of samples, contact thermal resistance component and thermal resistance component of the sheet are separated, and thermal conductivity is calculated from the thermal resistance value obtained by linear approximation of the thermal resistance component of the sheet. Calculated.
[変更例]
本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、請求の範囲および明細書の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。[Example of change]
The present invention is not limited only to the above-described embodiments, and modifications, deletions, and additions can be made without departing from the technical idea of the present invention that can be recognized by those skilled in the art from the claims and the description of the specification. It is.
PDMSとしては、上記数平均分子量の範囲内であれば、分子量分布の異なるものを用いてもよい。例えば、分子量分布の狭い、分子量の揃ったPDMSを用いれば、未反応部位の非常に少ないシリコーン系ハイブリッドプレポリマーを得ることができ、耐久性や表面の撥水性に優れた特性を示すことが出来る。 PDMS having different molecular weight distributions may be used as long as the number average molecular weight is within the above range. For example, if PDMS with a narrow molecular weight distribution and uniform molecular weight is used, a silicone-based hybrid prepolymer with very few unreacted sites can be obtained, and excellent durability and surface water repellency can be exhibited. .
また、反応容器の雰囲気置換に用いる不活性ガスは、純度が80%以上、含水分率で20%以下のものであってもよい。 Further, the inert gas used for atmosphere replacement of the reaction vessel may have a purity of 80% or more and a moisture content of 20% or less.
本発明を要約すると以下の通りである。 The present invention is summarized as follows.
(1)本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、表面がシリコーン系ハイブリッドポリマーで被覆された窒化アルミニウムを主成分とするフィラーであって、イオン交換水50mLに対し、平均粒径20〜40μmの当該フィラー5gを加え、121℃の飽和水蒸気圧下で50時間保持した後の水の導電率が350μS/cm以下である。 (1) The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention is a filler mainly composed of aluminum nitride whose surface is coated with a silicone-based hybrid polymer, and has an average particle size of 20 with respect to 50 mL of ion-exchanged water. The conductivity of water after adding 5 g of the filler of ˜40 μm and holding it under a saturated water vapor pressure of 121 ° C. for 50 hours is 350 μS / cm or less.
(2)本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、イオン交換水50mLに対し、平均粒径20〜40μmの当該フィラー5gを加え、121℃の飽和水蒸気圧下で50時間保持した後の水のpH値が10以下であることが好ましい。 (2) The silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention is obtained by adding 5 g of the filler having an average particle size of 20 to 40 μm to 50 mL of ion-exchanged water, and holding it for 50 hours under a saturated water vapor pressure of 121 ° C. It is preferable that the pH value of water is 10 or less.
(3)本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーにおいては、シリコーン系ハイブリッドポリマーが、下記一般式(1)で表される数平均分子量(Mn)が500〜3,000であるポリジメチルシロキサンと、下記一般式(2)で表されるテトラアルコキシシランオリゴマーおよび/またはその加水分解物との反応物を含む固化物であることが好ましい。
(4)本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーにおいては、上記一般式(1)で表されるポリジメチルシロキサンの数平均分子量(Mn)が600〜2,000であることが好ましい。 (4) In the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention, the polydimethylsiloxane represented by the general formula (1) preferably has a number average molecular weight (Mn) of 600 to 2,000.
(5)本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーは、平均粒径が25〜35μmであることが好ましい。 (5) The silicone hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention preferably has an average particle size of 25 to 35 μm.
(6)本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーにおいては、シリコーン系ハイブリッドポリマーに被覆されるAlNフィラーと、シリコーン系ハイブリッドプレポリマーの質量比は、AlNフィラー100質量部に対しシリコーン系ハイブリッドプレポリマー2〜10質量部であることが好ましい。 (6) In the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention, the mass ratio of the AlN filler coated on the silicone-based hybrid polymer to the silicone-based hybrid prepolymer is 100 mass parts of the AlN filler. It is preferable that it is 2-10 mass parts of prepolymers.
(7)本発明に従った放熱部材は、上記(1)〜(6)のいずれかのシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを含む。 (7) The heat dissipation member according to the present invention includes the silicone-based hybrid polymer-coated AlN filler according to any one of the above (1) to (6).
本発明に従ったシリコーン系ハイブリッドポリマー被覆AlNフィラーを用いれば、環境影響の少ない、すなわちAlNフィラー表面の加水分解による熱伝導率等の特性低下の少ない放熱部材や機能性部材を与えることができ、耐熱性と柔軟性、高熱伝導性を併せ持つ優位性の高い材料設計が可能となる。
If the silicone hybrid polymer-coated AlN filler according to the present invention is used, it is possible to provide a heat radiating member or a functional member with less environmental impact, that is, less deterioration in characteristics such as thermal conductivity due to hydrolysis of the AlN filler surface, Highly superior material design that combines heat resistance, flexibility and high thermal conductivity is possible.
Claims (7)
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