JPWO2019189182A1 - 熱伝導性複合フィラーとこれを含む放熱性樹脂組成物、該放熱性樹脂組成物からなる放熱性グリース及び放熱部材 - Google Patents

Abstract

［要約］［課題］熱伝導性フィラーの改良［解決手段］第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー、及びオキサゾリン化合物を含有する、バインダーを含む熱伝導性複合フィラー。典型的には第一の熱伝導性フィラーは窒化アルミニウムであり、第二の熱伝導性フィラーは窒化ホウ素である。上記熱伝導性複合フィラーを用いた樹脂組成物。上記樹脂組成物を用いた放熱部材。［選択図］ なし

Description

本発明は熱伝導性複合フィラーとその利用品に関する。

近年の電気・電子機器の課題の一つは、小型化と高性能化に伴って局所的に発生する熱から機器を保護すること、すなわち、放熱手段にある。通常これら機器では、高熱伝導性材料からなる部材（放熱部材）を発熱部に接触させて、放熱・除熱する。

これまでに機器とその発熱部に応じて様々な放熱部材の材質や形状が採用されている。例えば特許文献１ではアクリルゴムと熱伝導性フィラーを含む熱伝導性シートが記載されている。特許文献２には、ラジカル重合性モノマーと熱伝導性フィラーを含む放熱部材用接着剤が記載されている。特許文献３には、ポリアミド、ガラス繊維、熱伝導性フィラーを含むポリアミド樹脂組成物とそれからなる成形品が記載されている。文献４には、エポキシ樹脂、硬化剤、熱伝導性フィラーを含むエポキシ樹脂組成物からなる熱伝導性接着材料が記載されている。特許文献５には、シリコンポリマーと熱伝導性フィラーを含む熱伝導性グリースが記載されている。特許文献６には、発泡性シートの表面に熱伝導シートを設けた熱伝導性シートが記載されている。特許文献７には、金属基材と熱伝導層を備える放熱基板が記載されている。

このような様々な放熱部材の共通の課題は放熱効率の向上、すなわち、単位体積あたりの放熱量を増加させ、しかも偏りなく全方位に熱を拡散することにある。このような課題を達成するために、放熱部材に必須の材料である熱伝導性フィラー自体の改良も試みられてきた。例えば特許文献８には、熱伝導性フィラーとベーマイトまたは酸化亜鉛とからなる無機フィラー複合体が記載されている。特許文献９には、鱗片状窒化ホウ素の二次凝集粒子と熱伝導性フィラーの無機微細粒子とを組み合わせた熱伝導性フィラーが記載されている。特許文献１０には、メカノケミカル処理によって熱伝導性フィラーと無機粒子とからなる熱伝導性複合粒子が記載されている。特許文献１１には、炭化ケイ素粒子と酸化マグネシウム粒子とが固着した熱伝導性複合フィラーが記載されている。

特開２０１２−２２４７６５号公報 特開２０１３−０３０６３７号公報 国際公開第２０１６／００２６８２号 国際公開第２０１６／１０４１３６号 特開２０１６−２１６５２３号公報 特開２０１７−０６９３４１号公報 特開２０１７−１３９４０５号公報 国際公開第２０１３／０３９１０３号 特開２０１４−１５２２９９号公報 特開２０１５−２１４６３９号公報 特開２０１７−１５４９３７号公報

しかしながら、これら従来の熱伝導性複合フィラーの中で、製造工程の簡素さとより高い熱伝導性の両方からみて圧倒的に優位なものは未だ見出されていない。そこで本発明者らは、従来とは異なるアプローチによって熱伝導性フィラーの改良を目指した。

その結果、本発明者らは、熱伝導性複合フィラーの製造に特定の樹脂製バインダーが有効であることを見出し、新規な熱伝導性複合フィラーの製造に成功した。すなわち本発明は以下のものである。

（発明１） 第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー、及びオキサゾリン化合物を含む、バインダーを含む熱伝導性複合フィラー。

（発明２） 第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーが独立に、酸化物、窒化物、炭化物、金属、及び炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である、（発明１）の熱伝導性複合フィラー。

（発明３） 第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーが独立に、窒化ホウ素、窒化珪素、及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である、（発明１）の熱伝導性複合フィラー。

（発明４） バインダーが、オキサゾリン化合物とポリビニルアセタール樹脂とを含み、上記ポリビニルアセタール樹脂が以下の構成単位Ａ、Ｂ、及びＣを含む、（発明１）の熱伝導性複合フィラー。

（構成単位Ａ中、Ｒは独立に水素またはアルキルである。）

（発明５） ポリビニルアセタール樹脂がさらに以下の構成単位Ｄを含む、（発明４）の熱伝導性複合フィラー。

（構成単位Ｄ中、Ｒ^１は独立に水素または炭素数１〜５のアルキルである。）

（発明６） （発明４）に記載の構成単位Ａにおける、Ｒが独立に水素または炭素数１〜３のアルキルである、（発明４）または（発明５）の熱伝導性複合フィラー。

（発明７） （発明１）乃至（発明６）のいずれかの熱伝導性複合フィラーと樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物。

（発明８） （発明７）の熱伝導性樹脂組成物からなる放熱部材。

（発明９） （発明７）の熱伝導性樹脂組成物からなる熱伝導性グリース。

本発明の熱伝導性複合フィラーは高い熱伝導性を示す。また本発明の熱伝導性複合フィラーは簡易な製造方法によって得られる。本発明の熱伝導性複合フィラーを含む樹脂組成物は高い熱伝導性を示す。本発明の放熱部材は、高い放熱性を示す。本発明の熱伝導性グリースは、高い放熱性を示す。

窒化アルミニウムのＳＥＭ写真である。 窒化ホウ素のＳＥＭ写真である。 実施例１で製造した熱伝導性複合フィラーのＳＥＭ写真である。 実施例２で製造した熱伝導性複合フィラーのＳＥＭ写真である。 実施例３で製造した熱伝導性複合フィラーのＳＥＭ写真である。 比較例１で製造した熱伝導性複合フィラーのＳＥＭ写真である。 実施例４で製造したエポキシ樹脂成形体の写真である。 比較例２で製造したエポキシ樹脂成形体の写真である。

［第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー］
本発明の熱伝導性複合フィラーは少なくとも二種の熱伝導性フィラーを含有する。典型的には、本発明の熱伝導性複合フィラーは第一の熱伝導性フィラーの粒子と第二の熱伝導性フィラーの粒子とが後述のバインダーによって密着してなる。

上記第一の熱伝導性フィラー、上記第二の熱伝導性フィラーとして、従来、熱伝導性フィラーとして用いられている粒子のいずれもが使用することができる。このような熱伝導性フィラーは、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、二酸化珪素、二酸化チタン、マイカ、チタン酸カリウム、酸化鉄、タルク等の酸化物粒子、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物粒子、炭化珪素等の炭化物粒子、銅、アルミニウム等の金属粒子、炭酸マグネシウム等である。これら熱伝導性フィラーの形状は、粒状、繊維状、平板状、鱗片状等のいずれであってもよい。またこれら熱伝導性フィラーの粒径、アスペクト比などにも制限はない。本発明の第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーとして好ましい熱伝導性フィラーは、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物粒子である。

本発明の第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーの好ましい組み合わせは、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との併用である。以下、この場合について説明する。

本発明では窒化アルミニウムとして市販の粉体製品を制限なく使用することができる。このような市販品として例えば古川電子株式会社製「ＦＡＮ-ｆ」（商品名）、東洋アルミニウム株式会社製「ＴＯＹＡＬ ＴｅｃＦｉｌｌｅｒ^ＴＭ ＴＦＨ」（商品名）、株式会社ＭＡＲＵＷＡ製「ＡＮＦ-Ａ」（商品名）、株式会社燃焼合成製「ＡｌＮ粉体」（商品名）などが入手可能である。

本発明では窒化ホウ素として市販の六方晶の窒化ホウ素製品を制限なく使用することができる。このような市販品として例えばスリーエムジャパン株式会社製「クーリングフィラーＰタイプ」（商品名）、株式会社デンカ製「デンカボロンナイトライド」（商品名）、米国ＭＯＭＥＮＴＩＶＥ社製窒化ホウ素パウダー「ＭＯＭＥＮＴＩＶＥ^ＴＭ ＰＴＸ」（商品名）などが入手可能である。六方晶の窒化ホウ素はグラファイト類似の結晶構造をとり、接着しにくい材料として知られている。すなわち、六方晶の窒化ホウ素との接着性が高い樹脂であれば、六方晶の窒化ホウ素を強固に接着できることが期待できる。

本発明では、第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーとを隙間なく複合化するために、より好ましくは、第一の熱伝導性フィラーとして比較的粒径が大きい窒化アルミニウム粒子や、第二の熱伝導性フィラーとして比較的粒径が小さい窒化ホウ素を使用する。このような選択により、窒化アルミニウムの粒子の表面のほぼ全体が後述のバインダーを介して多数の鱗片状窒化ホウ素で覆われた複合体が得られる。

［バインダー成分（ポリビニルアセタール樹脂）］
本発明の熱伝導性複合フィラーは、第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーに加え、これら二種のフィラーのバインダーを含む。本発明で用いるバインダーは典型的にはオキサゾリン化合物を含むポリビニルアセタール樹脂である。ポリビニルアセタール樹脂としては、特に制限されないが、靱性、耐熱性、及び耐衝撃性に優れ、被着体、特に金属シートなどの金属材料やグラファイトシートなどの炭素材料との接着性に優れる接着層が得られる等の点から、下記構成単位Ａ、Ｂ、及びＣを含む樹脂であることが好ましい。

構成単位Ａは、アセタール部位を有する構成単位であって、例えば、ビニルアルコ−ル単位とアルデヒド（Ｒ−ＣＨＯ）との反応により形成され得る。

構成単位ＡにおけるＲは独立に、水素またはアルキルである。前記Ｒが嵩高い基（例えば炭素数が多い炭化水素基）であると、ポリビニルアセタール樹脂の軟化点が低下する可能性がある。また、前記Ｒが嵩高い基であるポリビニルアセタール樹脂は、溶剤への溶解性は高くなるが、一方で耐薬品性に劣ることがある。そのため前記Ｒは、水素または炭素数１〜５のアルキルであることが好ましく、得られる接着層の靭性などの点から水素または炭素数１〜３のアルキルであることがより好ましく、水素またはプロピルであることがさらに好ましく、耐熱性などの点から水素であることが特に好ましい。

ポリビニルアセタール樹脂は、構成単位Ａ〜Ｃに加えて、下記構成単位Ｄを含むことが、耐熱性及び金属シートなどの金属材料やグラファイトシートなどの炭素材料との高温下での接着性に優れる接着層を得ることができる等の点から好ましい。

構成単位Ｄ中、Ｒ^１は独立に水素または炭素数１〜５のアルキルであり、好ましくは水素または炭素数１〜３のアルキルであり、より好ましくは水素である。

ポリビニルアセタール樹脂における構成単位Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤの総含有率は、該樹脂の全構成単位に対して８０〜１００ｍｏｌ％であることが好ましい。ポリビニルアセタール樹脂に含まれ得るその他の構成単位としては、構成単位Ａ以外のビニルアセタール鎖単位（前記構成単位ＡにおけるＲが水素またはアルキル以外である構成単位）、下記分子間アセタール単位、及び下記ヘミアセタール単位などが挙げられる。構成単位Ａ以外のビニルアセタール鎖単位の含有率は、ポリビニルアセタール樹脂の全構成単位に対して５ｍｏｌ％未満であることが好ましい。

分子間アセタール単位中のＲは、前記構成単位Ａ中のＲと同義である。

ヘミアセタール単位中のＲは、前記構成単位Ａ中のＲと同義である。

ポリビニルアセタール樹脂において、構成単位Ａ〜Ｄは、規則性をもって配列（ブロック共重合体、交互共重合体など）していても、ランダムに配列（ランダム共重合体）していてもよいが、ランダムに配列していることが好ましい。
ポリビニルアセタール樹脂における各構成単位は、該樹脂の全構成単位に対して、構成単位Ａの含有率が４９．９〜８０ｍｏｌ％であり、構成単位Ｂの含有率が０．１〜４９．９ｍｏｌ％であり、構成単位Ｃの含有率が０．１〜４９．９ｍｏｌ％であり、構成単位Ｄの含有率が０〜４９．９ｍｏｌ％であることが好ましい。より好ましくは、前記ポリビニルアセタール樹脂の全構成単位に対して、構成単位Ａの含有率が４９．９〜８０ｍｏｌ％であり、構成単位Ｂの含有率が１〜３０ｍｏｌ％であり、構成単位Ｃの含有率が１〜３０ｍｏｌ％であり、構成単位Ｄの含有率が１〜３０ｍｏｌ％である。

耐薬品性、可撓性、耐摩耗性、及び機械的強度に優れるポリビニルアセタール樹脂を得るなどの点から、構成単位Ａの含有率は４９．９ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
構成単位Ｂの含有率が０．１ｍｏｌ％以上であると、ポリビニルアセタール樹脂の溶剤への溶解性が良くなるため好ましい。また、構成単位Ｂの含有率が４９．９ｍｏｌ％以下であると、ポリビニルアセタール樹脂の耐薬品性、可撓性、耐摩耗性、及び機械的強度が低下しにくいため好ましい。

構成単位Ｃは、ポリビニルアセタール樹脂の溶剤への溶解性や、得られる接着層の、金属シートなどの金属材料やグラファイトシートなどの炭素材料との接着性等の点から、含有率が４９．９ｍｏｌ％以下であることが好ましい。また、ポリビニルアセタール樹脂の製造において、ポリビニルアルコ−ル鎖をアセタール化する際、構成単位Ｂと構成単位Ｃが平衡関係となるため、構成単位Ｃの含有率は０．１ｍｏｌ％以上であることが好ましい。

金属シートなどの金属材料やグラファイトシートなどの炭素材料との接着性に優れる接着層を得ることができる等の点から、構成単位Ｄの含有率は前記範囲にあることが好ましい。

ポリビニルアセタール樹脂における構成単位Ａ〜Ｃのそれぞれの含有率は、ＪＩＳ Ｋ ６７２８またはＪＩＳ Ｋ ６７２９に準じて測定することができる。

ポリビニルアセタール樹脂における構成単位Ｄの含有率は、以下に述べる方法で測定することができる。１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液中で、ポリビニルアセタール樹脂を、２時間、８０℃で加温する。この操作により、カルボキシル基にナトリウムが付加し、−ＣＯＯＮａを有するポリマーが得られる。該ポリマーから過剰な水酸化ナトリウムを抽出した後、脱水乾燥を行う。その後、炭化させて原子吸光分析を行い、ナトリウムの付加量を求めて定量する。なお、構成単位Ｂ（ビニルアセテート鎖）の含有率を分析する際に、構成単位Ｄは、ビニルアセテート鎖として定量されるため、前記ＪＩＳ Ｋ６７２８またはＪＩＳ Ｋ６７２９に準じて測定された構成単位Ｂの含有率より、定量した構成単位Ｄの含有率を差し引き、構成単位Ｂの含有率を補正する。

ポリビニルアセタール樹脂の重量平均分子量は、５０００〜３０００００であることが好ましく、１００００〜１５００００であることがより好ましい。重量平均分子量が前記範囲にあるポリビニルアセタール樹脂を用いると、本発明の接着層、複合材、シートや放熱部材を容易に製造できるため好ましい。

本発明において、ポリビニルアセタール樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定することができる。具体的な測定条件は以下の通りである。
・検出器：８３０−ＲＩ（日本分光（株）製）
・オ−ブン：ＮＦＬ−７００Ｍ（西尾工業（株）製）
・分離カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＫＦ−８０５Ｌ×２本
・ポンプ：ＰＵ−９８０（日本分光（株）製）
・温度：３０℃
・キャリア：テトラヒドロフラン
・標準試料：ポリスチレン

ポリビニルアセタール樹脂のオストワルド粘度は、１〜１００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。オストワルド粘度が前記範囲にあるポリビニルアセタール樹脂を用いると、本発明の接着層、複合材、シートや放熱部材を容易に製造でき、靭性に優れる本発明の複合材、シートや放熱部材が得られるため好ましい。オストワルド粘度は、ポリビニルアセタール樹脂５ｇをジクロロエタン１００ｍｌに溶解した溶液を用い、２０℃で、Ｏｓｔｗａｌｄ−Ｃａｎｎｏｎ Ｆｅｎｓｋｅ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒを用いて測定することができる。

ポリビニルアセタール樹脂としては、具体的には、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセトアセタール、及びこれらの誘導体等が挙げられ、被着体、特に金属シートなどの金属材料やグラファイトシートなどの炭素材料との接着性及び耐熱性に優れる接着層が得られる等の点から、ポリビニルホルマールが好ましい。

ポリビニルアセタール樹脂は、合成して得てもよく、市販品でもよい。前記構成単位Ａ、Ｂ、及びＣを含む樹脂の合成方法は、特に制限されないが、例えば、特開２００９−２９８８３３号公報に記載の方法を挙げることができる。また、前記構成単位Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを含む樹脂の合成方法は、特に制限されないが、例えば、特開２０１０−２０２８６２号公報に記載の方法を挙げることができる。

ポリビニルアセタール樹脂の市販品としては、ポリビニルホルマールとして、ビニレック Ｃ、ビニレック Ｋ（商品名、ＪＮＣ（株）製）などが挙げられ、ポリビニルブチラールとして、デンカブチラール ３０００−Ｋ（商品名、電気化学工業（株）製）などが挙げられる。

ポリビニルアセタール樹脂としては、前記樹脂を単独で用いてもよく、構成単位の種類、結合の順番や結合の数等が異なる樹脂を２種以上用いてもよい。

［バインダー成分（オキサゾリン化合物）］
本発明で用いるバインダーに含まれるオキサゾリン化合物は、オキサゾリン基を有する化合物全般を指し、低分子化合物であっても重合体であってもよいが、好ましくは、第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーとのバインダー機能に優れるオキサゾリン基を有する重合体である。オキサゾリン化合物によってバインダーの耐熱性が向上するため、本発明の熱伝導性複合フィラーをより高熱環境下で使用することができる。

前記オキサゾリン基を有する低分子化合物としては、例えば、２−ビニル−２−オキサゾリン、２−ビニル−４−メチル−２−オキサゾリン、２−ビニル−５−メチル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−４−メチル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−５−メチル−２−オキサゾリン、２−イソプロペニル−５−エチル−２−オキサゾリン等の分子内にオキサゾリン基を１個有する化合物；２，２'−ビス（２−オキサゾリン）、２，２'−メチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−エチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−トリメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−テトラメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−ヘキサメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−オクタメチレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−エチレンビス（４，４'−ジメチル−２−オキサゾリン）、２，２'−ｐ−フェニレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−ｍ−フェニレンビス（２−オキサゾリン）、２，２'−ｍ−フェニレンビス（４，４'−ジメチル−２−オキサゾリン）、２，２'−（１，３−フェニレン）ビス（２−オキサゾリン）、ビス（２−オキサゾリニルシクロヘキサン）スルフィド、ビス（２−オキサゾリニルノルボルナン）スルフィド等の分子内にオキサゾリン基を２個以上有する化合物が挙げられる。これらの中でも、分子内にオキサゾリン基を２個以上有する化合物が好ましい。

オキサゾリン基を有する重合体としては、例えば、オキサゾリン基を有するモノマーを用いて得られる重合体が挙げられる。該重合体は、オキサゾリン基を有するモノマーの重合体であってもよく、該モノマー及び該モノマーと共重合可能な他のモノマーとを重合させることにより得られる共重合体であってもよい。用いられるモノマーは、単独でも２種類以上でもよい。

オキサゾリン基を有するモノマーとしては、前記オキサゾリン基を有する低分子化合物として例示した化合物と同様の化合物が挙げられ、これらの中でも、前記分子内にオキサゾリン基を１個有する化合物が好ましい。

オキサゾリン基を有するモノマーと共重合可能な他のモノマーとしては、例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、（メタ）アクリル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸とポリエチレングリコールとのモノエステル化物、（メタ）アクリル酸−２−アミノエチル及びその塩、（メタ）アクリル酸のカプロラクトン変性物、（メタ）アクリル酸−２，２，６，６−テトラメチルピペリジンならびに（メタ）アクリル酸−１，２，２，６，６−ペンタメチルピペリジン等の（メタ）アクリル酸エステル；（メタ）アクリル酸ナトリウム、（メタ）アクリル酸カリウム及び（メタ）アクリル酸アンモニウム等の（メタ）アクリル酸塩；アクリロニトリル及びメタクリロニトリル等の不飽和ニトリル；（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド及びＮ−（２−ヒドロキシエチル）（メタ）アクリルアミド等の不飽和アミド；酢酸ビニル及びプロピオン酸ビニル等のビニルエステル；メチルビニルエーテル及びエチルビニルエーテル等のビニルエーテル類；エチレン及びプロピレン等のα−オレフィン；塩化ビニル、塩化ビニリデン及びフッ化ビニル等のハロゲン含有・α，β−不飽和脂肪族炭化水素；スチレン、α−メチルスチレン及びスチレンスルホン酸ナトリウム等のα，β−不飽和芳香族炭化水素が挙げられる。

前記共重合体におけるオキサゾリン基を有するモノマーの使用量は、特に限定されないが、全モノマーに対し、好ましくは５質量％以上であり、より好ましくは５〜９０質量％であり、さらに好ましくは１０〜８０質量％であり、特に好ましくは２０〜６０質量％である。

オキサゾリン化合物は、従来公知の方法で合成して得た化合物を用いてもよく、市販品を用いてもよい。

オキサゾリン基を有する重合体の市販品としては、例えば、日本触媒社製エポクロスＫシリーズ、エポクロスＷＳシリーズ、エポクロスＲＰＳが挙げられ、具体的には、エポクロスＷＳ−５００、エポクロスＲＰＳ−１００５が挙げられる。また、オキサゾリン基を有する低分子化合物の市販品としては、例えば、三國製薬工業社製２，２'−（１，３−フェニレン）ビス（２−オキサゾリン）が挙げられる。

本発明のバインダーとしてオキサゾリン化合物とポリアセタール樹脂とを用いる場合には、ポリビニルアセタール樹脂１質量部に対し、好ましくは０．０２質量部以上１質量部以下、より好ましくは０．０５質量部以上０．５質量部以下のオキサゾリン化合物を使用する。

オキサゾリン化合物は、単独で用いてもよく、２種以上を用いてもよい。

［熱伝導性複合フィラーの製造方法］
以下の工程を経て本発明の熱伝導性複合フィラーを製造することができる。
・工程１：原料である、第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー、バインダー（ポリビニルアセタール樹脂とオキサゾリン化合物を含む混合物）溶液を用意する。
・工程２：上記原料からなる均質な混合物を製造する。
・工程３：上記混合物を乾燥して溶媒を除去する。

工程１で用いる第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーの量比に制限はない。第一の熱伝導性フィラーとして比較的大粒径の窒化アルミニウムを用い、第二の熱伝導性フィラーとして比較的小粒径の窒化ホウ素を用いる場合には、工程１で窒化アルミニウムと窒化ホウ素を重量比（窒化アルミニウム重量：窒化ホウ素重量）が１０：１乃至９０：１、好ましくは１０：１乃至７０：１となるように混合する。

工程１で用いるバインダー溶液の濃度と使用量は熱伝導性フィラーの種類と量に応じて適宜調節される。最終的に得られる熱伝導性複合フィラーに存在するバインダーの量が必要以上に多くなると熱伝導性複合フィラーの単位体積当たりの熱伝導性が低下して（熱伝導性複合フィラーの濃度が低下して）好ましくない。このため通常は、第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーの合計重量に対して０．０１重量％以上０．５重量％以下、好ましくは０．０２重量％以上０．３重量％以下のバインダー樹脂が存在する条件で、バインダー溶液を調整して混合する。

バインダー溶液に用いられる溶剤としては、前記ポリビニルアセタール樹脂を溶解できるものを制限なく用いることができる。このような溶剤としては例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、１−メトキシ−２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｎ−オクタノール、ジアセトンアルコール、及びベンジルアルコールなどのアルコール系溶媒；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、及びブチルセロソルブなどのセロソルブ系溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、及びイソホロンなどのケトン系溶媒；Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、及び１−メチル−２−ピロリドンなどのアミド系溶媒；酢酸メチル、及び酢酸エチルなどのエステル系溶媒；ジオキサン、及びテトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒；メチレンクロライド、及びクロロホルムなどの塩素化炭化水素系溶媒；トルエン、及びピリジンなどの芳香族系溶媒；ジメチルスルホキシド；酢酸；テルピネオール；ブチルカルビトール；ブチルカルビトールアセテート等の有機溶剤や水を使用することができる。これらの溶剤は、単独で用いてもよく、２種以上を用いてもよい。

また上記工程１では熱伝導性フィラーの機能と複合化を妨げない範囲で、原料として安定剤、改質剤、金属不活性化剤、着色剤、カップリング剤、無機フィラーなどの添加剤を追加することができる。

上記工程２における原料の供給順序に制限はない。上記工程２では、第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー、バインダー溶液を直接接触させてもよく、また、あらかじめ第一の熱伝導性フィラー及び／又は第二の熱伝導性フィラーをバインダー溶液と混合したものを用いてもよい。原料の供給順序にかかわらず、第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーの全量がバインダー溶液で濡れた状態で均一に分散した混合物を、工程２で製造する。

このような第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー、バインダー溶液を含む、均質な混合物を製造するために工程２で用いる攪拌手段に制限はない。工程２では、使用する原料からなる均質な混合物が得られるように、各種攪拌・混合装置から適当な機器を選択し、適当な強度で原料を攪拌・混合する。

工程３で混合物を乾燥すると、第一の熱伝導性フィラーの表面と第二の熱伝導性フィラーの表面がバインダーを介して密着し、第一の熱伝導性フィラーと第二の熱伝導性フィラーとが複合一体化して粒子を形成する。こうして、複合粒子化した本発明の熱伝導性複合フィラーの粉体が得られる。

［熱伝導性複合フィラーの用途］
本発明の熱伝導性複合フィラーは従来の熱伝導性フィラーの改良された代替品として、従来の熱伝導性フィラーの用途のすべてに利用することができる。すなわち本発明の熱伝導性複合フィラーと樹脂を含む熱伝導性樹脂組成物を、フィルムやシート形状の放熱部材や、熱伝導・放熱機能が求められる塗料、接着剤、封止材、熱伝導性グリースなどの原料として用いることができる。なお、本発明において、樹脂「樹脂」はゴムやエラストマーも含む。本発明の熱伝導性樹脂組成物は従来品と同様の方法で加工・成形することができる。

特に、本発明の熱伝導性複合フィラーと、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、またはポリアミド樹脂などの比較的耐熱性の高い樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物は、軽量で耐熱性が高く様々な形状の放熱部材として有用である。

本発明の熱伝導性複合フィラーとシリコーン樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物は、発熱部材と放熱部材との接着剤あるいはこれら部材間の隙間封止剤として有用である。

［実施例１〜３、比較例１、比較例２］
本発明の熱伝導性複合フィラーとその比較品の製造例である。
以下の材料を用いた。
・第一の熱伝導性フィラー：古河電子（株）製「ＦＡＮ−ｆ５０」（平均粒子径３５〜６０μｍの高熱伝導窒化アルミニウムフィラー）。
・第二の熱伝導性フィラー：米国ＭＯＭＥＮＴＩＶＥ社製「ＭＯＭＥＮＴＩＶＥ^ＴＭ ＰＴＸ２５」（平均粒子径約２５μｍの窒化ホウ素粉体）。
・溶剤：和光純薬工業社製「１−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）」
・溶剤（対照用）：和光純薬工業社製「イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）」
・ポリビニルアセタール樹脂：ＪＮＣ株式会社製「ビニレック（登録商標）Ｋ」（重量平均分子量４５０００のポリビニルホルマール樹脂。構成単位Ａ、Ｂ、及びＣを有する。）
・オキサゾリン化合物：日本樹脂社製「エポクロス^ＴＭ ＷＳ−５００」（重量平均分子量７００００のオキサゾリン基含有アクリル系水溶性ポリマー。）
・バインダー溶液：２０ｇの「ビニレック（登録商標）Ｋ」及び１０ｇの「エポクロス^ＴＭ ＷＳ−５００」が２００ｇのＮＭＰに溶解した樹脂溶液。
・バインダー溶液（対照用。オキサゾリン化合物を含まない。）：２６ｇの「ビニレック（登録商標）Ｋ」が２００ｇのＮＭＰに溶解した樹脂溶液。

表１に示す量で第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーと、バインダー溶液または溶剤を混合した。得られた混合物を日本コークス工業株式会社製パウダーラボ型式ＰＷＢにて十分に攪拌した。得られた混合物を室温で乾燥して熱伝導性フィラーの粉体を回収した。

ＦＡＮ−ｆ５０単独のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を図１に示す。ＰＴＸ２５単独のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を図２に示す。実施例１〜３、比較例１で得られた粉体のＳＥＭ写真をそれぞれ図３〜５、図６に示す。

図１、図２、図６からわかるように、比較例１で製造された粉体には、窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との密着が観察されない。

これに対して、図１、図２、図３から、実施例１で製造された粉体は、球状の窒化アルミニウム粒子の表面に鱗片状あるいは不定形の窒化ホウ素粒子が密着した複合粒子であることが確認できる。同様に図１、図２、図４から、実施例２で製造された粉体は、球状の窒化アルミニウム粒子の表面に鱗片状あるいは不定形の窒化ホウ素粒子が密着した複合粒子であることが確認できる。図１、図２、図５から、実施例３で製造された粉体は、球状の窒化アルミニウム粒子の表面に鱗片状あるいは不定形の窒化ホウ素粒子が密着した複合粒子であることが確認できる。

このように、実施例１、実施例２、実施例３では、窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子とがバインダーを介して密着し、本発明の熱伝導性複合フィラーが形成された。

［実施例４〜６、比較例３、比較例４］
本発明の熱伝導性樹脂組成物とその対照品からなる放熱部材の製造例である。以下の材料を用いた。
・熱伝導性フィラー：実施例１〜３、比較例１、比較例２で製造した熱伝導性フィラー粉体。
・エポキシ樹脂：三菱ケミカル株式会社製液状エポキシ樹脂「ｊＥＲ^ＴＭ８２８」
・硬化剤：４，４’−ジアミノ−１，２−ジフェニルメタン（ＤＤＭ）

表２に示す量で熱伝導性フィラー、エポキシ樹脂、硬化剤を混合した。得られた混合物を型枠内で加熱圧縮してエポキシ樹脂を硬化し、板状のエポキシ樹脂成形体を得た。この成形体の垂直方向の熱拡散率をＮｅｔｚｓｃｈ社製熱拡散率測定装置ＬＦＡ４６７ ＨｙｐｅｒＦｌａｓｈで測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例４〜６で製造したエポキシ樹脂成形体は高い熱拡散率を示し、放熱部材として有用である。これに対して比較例３で製造したエポキシ樹脂成形体は熱伝導性フィラーの含有量が実施例４〜６で製造したエポキシ樹脂成形体と同程度であるにも関わらず、その放熱機能はひどく劣っていた。

得られたエポキシ樹脂成形体を観察したところ、実施例４〜６で製造したエポキシ樹脂成形体は均質な白色を示していたが、比較例４で製造したエポキシ樹脂成形体には黄色い模様が見られた。図７に実施例４で製造したエポキシ樹脂成形体の表面を示す。図７に比較例２で製造したエポキシ樹脂成形体の表面を示す。

比較例４ではエポキシ樹脂の加熱硬化の過程でバインダーが流動し、エポキシ樹脂成形体中に分散した熱伝導性フィラーの均一性が損なわれたと推測される。これを裏付けて、比較例４で製造したエポキシ樹脂成形体は熱伝導性フィラーの濃度が実施例４〜６で製造したエポキシ樹脂成形体と同程度であるにも関わらず、その放熱機能は劣っていた。

このように、本発明の熱伝導性複合フィラーを含む樹脂組成物は高い耐熱性と高い熱伝導性の両方を兼ね備える。このような本発明の熱伝導性複合フィラーを含む樹脂組成物は、より小型で高性能の電子機器に用いる放熱部材の原料として優れている。

本発明の熱伝導性複合フィラーは新規かつ高性能の熱伝導性フィラーである。本発明の熱伝導性複合フィラーを含む樹脂組成物によって、より小型で高性能の電子機器に要求される放熱部材や熱伝導性グリースなどの熱伝導性材料・部材を製造することができる。

Claims (9)

1. 第一の熱伝導性フィラー、第二の熱伝導性フィラー、及びオキサゾリン化合物を含む、バインダーを含む熱伝導性複合フィラー。
2. 第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーが独立に、酸化物、窒化物、炭化物、金属、及び炭酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の熱伝導性複合フィラー。
3. 第一の熱伝導性フィラー及び第二の熱伝導性フィラーが独立に、窒化ホウ素、窒化珪素、及び窒化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の熱伝導性複合フィラー。
4. バインダーが、オキサゾリン化合物とポリビニルアセタール樹脂とを含み、上記ポリビニルアセタール樹脂が以下の構成単位Ａ、Ｂ、及びＣを含む、請求項１に記載の熱伝導性複合フィラー。
   

   

   （構成単位Ａ中、Ｒは独立に水素またはアルキルである。）
   

   
5. ポリビニルアセタール樹脂がさらに以下の構成単位Ｄを含む、請求項４に記載の熱伝導性複合フィラー。
   

   

   （構成単位Ｄ中、Ｒ^１は独立に水素または炭素数１〜５のアルキルである。）
6. 請求項４に記載の構成単位Ａにおける、Ｒが独立に水素または炭素数１〜３のアルキルである、請求項４または５に記載の熱伝導性複合フィラー。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱伝導性複合フィラーと樹脂とを含む熱伝導性樹脂組成物。
8. 請求項７に記載の熱伝導性樹脂組成物からなる放熱部材。
9. 請求項７に記載の熱伝導性樹脂組成物からなる熱伝導性グリース。

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