TW201710375A - 含有氮化硼混成材料的熱塑性組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種以熱塑性聚合物及氮化硼混成材料為基底的導熱性組成物。該組成物含有至少一種二甘油酯以改善流動。這些組成物另外具有良好耐熱變形性，從而該組成物尤其可用於散熱器之製造。

Description

含有氮化硼混成材料的熱塑性組成物
本發明關於一種導熱性、含有氮化硼的聚合物組成物，其具有良好流動性且同時具有良好耐熱變形性。
在熱塑性組成物情況下改善流動之常見方式係使用BDP(雙酚A二磷酸酯)，以高達多於10.0重量%的用量，以達到所期望的功效。然而，大量添加BDP明顯降低了耐熱變形性。
熱塑性組成物的流動性之改良還藉使用其它試劑來完成。例如，US 2008/153959 A1敘述包含聚合物及氮化硼之組成物，其中該組成物的流動性藉添加10重量%至30重量%的石墨來改良。因為高含量的石墨及氮化硼，這類組成物通常難以加工。更且，所主張的組成物經常為導電性，其限制了該組成物的用途。
然而，石墨的添加無法保證能夠達到良好流動性。US 7,723,419 B1，例如，同樣敘述包含氮化硼及具有粒徑約55至65μm的石墨之熱塑性組成物，但因為球形氮化硼的粒徑，該組成物通常具有不足的流動性。所主張的組成物的流動性之改良並非討論議題。
用於改良流動性之其他試劑為，例如，低分子量烴樹脂及烯烴類，如敘述於US 2012/0217434 A1之包含一聚合物、一熱絕緣填料及一導 熱性填料之組成物，該組成物的導熱性為至少1W/(K*m)。
US 2014/077125敘述一種組成物包含熱塑性塑料、原位製備的氮化硼、及硬質填料。該組成物的流動性之改良並非討論議題。
令人驚訝地，目前已發現二甘油酯類適用於改良含有氮化硼混成材料的熱塑性組成物之流動性，尤其是彼等包含聚碳酸酯作為一種或唯一的熱塑性塑料。與BDP相比，二甘油酯類不會導致耐熱變形性的下降。
本發明因此提供一種熱塑性組成物包含(A)至少一種熱塑性聚合物，(B)氮化硼混成材料，(C)至少一種流動促進劑，其選自二甘油酯類之組群，及(D)選擇性至少一種其他無機填料。
該目的另外藉模塑物來達成，尤其是由諸如此組成物所製得的電氣或電子組裝、引擎部件或熱交換器之組件，例如燈座(lamp holders)、散熱器及冷卻器或印刷電路板的冷卻體。
根據本發明組成物之個別組成詳細說明如下：
成分A
所用的熱塑性聚合物為非晶形及/或半晶形熱塑性聚合物，單獨或以混合物，選自聚醯胺類、聚酯類、聚苯硫醚類(polyphenylene sulphides)、聚苯醚類(polyphenylene oxides)、聚碸類、聚(甲基)丙烯酸酯類、聚醯亞胺類、聚醚醯亞胺類、聚醚酮類及聚碳酸酯類之組群。按照本發明 適宜係予以使用聚醯胺類或聚碳酸酯類，非常特別適宜係使用聚碳酸酯類。
根據本發明之組成物較佳含有27.8%至90重量%及更佳地70%至90重量%的熱塑性聚合物。
在本發明之一項具體實施中，所用的熱塑性聚合物為非晶形及/或半晶形聚醯胺類。合適的聚醯胺類為脂族聚醯胺類，例如PA-6、PA-11、PA-12、PA-4,6、PA-4,8、PA-4,10、PA-4,12、PA-6,6、PA-6,9、PA-6,10、PA-6,12、PA-10,10、PA-12,12、PA-6/6,6共聚醯胺、PA-6/12共聚醯胺、PA-6/11共聚醯胺、PA-6,6/11共聚醯胺、PA-6,6/12共聚醯胺、PA-6/6,10共聚醯胺、PA-6,6/6,10共聚醯胺、PA-4,6/6共聚醯胺、PA-6/6,6/6,10三元聚醯胺，及由環己烷-1,4-二羧酸與2,2,4-及2,4,4-三甲基六亞甲基二胺形成的共聚醯胺，芳香族聚醯胺類，例如PA-6,1、PA-6,1/6,6共聚醯胺、PA-6,T、PA-6,T/6共聚醯胺、PA-6,T/6,6共聚醯胺、PA-6,1/6,T共聚醯胺、PA-6,6/6,T/6,1共聚醯胺、PA-6,T/2-MPMDT共聚醯胺(2-MPMDT=2-甲基五亞甲基二胺)、PA-9,T，由對苯二甲酸、2,2,4-與2,4,4-三甲基六亞甲基二胺形成的共聚醯胺，由間苯二甲酸、十二內醯胺(laurolactam)及3,5-二甲基-4,4-二胺基二環己基甲烷形成的共聚醯胺，由間苯二甲酸、壬二酸及/或癸二酸與4,4-二胺基二環己基甲烷形成的共聚醯胺，由己內醯胺、間苯二甲酸及/或對苯二甲酸與4,4-二胺基二環己基甲烷形成的共聚醯胺，由己內醯胺、間苯二甲酸及/或對苯二甲酸與異佛爾酮二胺形成的共聚醯胺，由間苯二甲酸及/或對苯二甲酸及/或其他芳香族或脂族二羧酸、選擇性烷基-取代的六亞甲基二胺及烷基-取代的4,4-二胺基二環己基胺或其共聚醯胺類形成的共聚醯胺，及前述聚聚醯胺類的混合物。
在本發明之進一步具體實施中，所用的成分A係具有優越的熱性質之半晶形聚醯胺類。在本內文中，使用具有一熔點為至少200℃，較 佳為至少220℃，進一步較佳為至少240℃及甚而進一步較佳為至少260℃之半晶形聚醯胺類。該半晶形聚醯胺類的熔點越高，根據本發明組成物的熱性能越優。該熔點係藉由DSC方式測定的。
較佳的半晶形聚醯胺類為選自包含PA-6、PA-6,6、PA-6,10、PA-4,6、PA-11、PA-12、PA-12,12、PA-6,1、PA-6,T、PA-6,T/6,6共聚醯胺、PA-6,T/6共聚醯胺、PA-6/6,6共聚醯胺、PA-6,6/6,T/6,1共聚醯胺、PA-6,T/2-MPMDT共聚醯胺、PA-9,T、PA-4,6/6共聚醯胺及其混合物或共聚醯胺類之組群。
進一步較佳的半晶形聚醯胺類為PA-6,1、PA-6,T、PA-6,6、PA-6,6/6T、PA-6,6/6,T/6,1共聚醯胺、PA-6,T/2-MPMDT共聚醯胺、PA-9,T、PA-4,6及其混合物或共聚醯胺類。
根據本發明之較佳組成物包含，作為成分A，該聚合物PA-4,6或其共聚醯胺類之一者。
根據本發明之特佳組成物專有包含聚碳酸酯作為熱塑性聚合物。
在本發明內文中的聚碳酸酯類為均聚碳酸酯類或為共聚碳酸酯類及/或聚酯碳酸酯類；該聚碳酸酯類可(以已知方式)為線性或分支的。根據本發明，還可以使用聚碳酸酯類之混合物。
該包括熱塑性芳香族聚酯碳酸酯類之熱塑性聚碳酸酯類具有平均分子量Mw(藉於25℃下在CH2Cl2及一濃度為0.5g每100ml的CH2Cl2中量測相對黏度所測定的)為20 000g/mol至32 000g/mol，較佳為23 000g/mol至31 000g/mol，尤其是24 000g/mol至31 000g/mol。
在按照本發明所用的聚碳酸酯類中的至多80mol%(較佳為20mol%至多50mol%)之部分之碳酸酯基團可被芳香族二羧酸酯基團所替 代。這類聚碳酸酯類，在分子鏈中併有來自碳酸之酸自由基及來自芳香族二羧酸之酸自由基兩者，係指稱為芳香族聚酯碳酸酯類。在本發明內文中，它們由熱塑性芳香族聚碳酸酯類的總稱所涵蓋。
該聚碳酸酯類係以已知方式由二酚類、碳酸衍生物、選擇性鏈終止劑及選擇性支化劑所製備的，同時藉以芳香族二羧酸或該二羧酸的衍生物替代一部分的碳酸衍生物製備該聚酯碳酸酯類，根據在該芳香族聚碳酸酯類中欲被芳香族二羧酸酯結構單元所替代的碳酸酯結構單元。
適用於聚碳酸酯類製備之二羥芳基化合物為式(2)之化合物HO-Z-OH (2)，其中Z 為一芳香族自由基，其具有6至30個碳原子及可含有一或多個芳香環，可經取代的及可含有脂族或環脂族自由基或烷芳基或雜原子作為橋接元素。
較佳地，在式(2)中的Z為一式(3)之自由基 其中R6及R7 獨立地各為H、C1-至C18-烷基-、C1-至C18-烷氧基、鹵素諸如Cl或Br或在各情況下選擇性經取代的芳基或芳烷基，較佳為H或C1-至C12-烷基，更佳為H或C1-至C8-烷基及最佳為H或甲基，及X 為一單鍵、-SO2-、-CO-、-O-、-S-、C1-至C6-伸烷基、C2-至C5-亞烷基或C5-至C6-亞環烷基其可經C1-至C6-烷基(較佳為甲基或乙基)取代的、或者C6-至C12-伸芳基其可選擇性稠合至其他含有雜原子 之芳香族環。
較佳地，X為一單鍵、C1-至C5-伸烷基、C2-至C5-亞烷基、C5-至C6-亞環烷基、O-、-SO-、-CO-、-S-、-SO2-或式(3a)之自由基
二羥芳基化合物(二酚類)的實例為：二羥基苯化合物、二羥基二苯基化合物、雙(羥基苯基)烷類、雙(羥基苯基)環烷化合物、雙(羥基苯基)芳基化合物、雙(羥基苯基)醚類、雙(羥基苯基)酮類、雙(羥基苯基)硫化物、雙(羥基苯基)碸類、雙(羥基苯基)亞碸類、1,1’-雙(羥基苯基)二異丙基苯化合物及其環-烷基化的及環-鹵化的化合物。
按照本發明使用之適用於聚碳酸酯類製備的二酚類實例包括氫醌、間苯二酚、二羥基二苯、雙(羥基苯基)烷類、雙(羥基苯基)環烷類、雙(羥基苯基)硫化物、雙(羥基苯基)醚類、雙(羥基苯基)酮類、雙(羥基苯基)碸類、雙(羥基苯基)亞碸類、α,α'-雙(羥基苯基)二異丙基苯化合物及其烷基化的、環-烷基化的及環-鹵化的化合物。
較佳的二酚類為4,4’-二羥基二苯、2,2-雙(4-羥基苯基)-1-苯基丙烷、1,1-雙(4-羥基苯基)苯基乙烷、2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷、2,4-雙(4-羥基苯基)-2-甲基丁烷、1,3-雙[2-(4-羥基苯基)-2-丙基]苯(雙酚M)、2,2-雙(3-甲基-4-羥基苯基)丙烷、雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)甲烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)丙烷、雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)碸、2,4-雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-2-甲基丁烷、1,3-雙[2-(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-2-丙基]苯及1,1-雙(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環己烷(雙酚TMC)。
特佳的二酚類為4,4’-二羥基二苯、1,1-雙(4-羥基苯基)苯基乙烷、2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)丙烷、1,1-雙(4-羥基苯基)環己烷及1,1-雙(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環己烷(雙酚TMC)。
這些及其他合適的二酚類敘述(例如)於US 2 999 835 A、3 148 172 A、2 991 273 A、3 271 367 A、4 982 014 A及2 999 846 A，於德國公開說明書1 570 703 A、2 063 050 A、2 036 052 A、2 211 956 A及3 832 396 A，於法國專利1 561 518 A1，於專論"H.Schnell,Chemistry and Physics of Polycarbonates,Interscience Publishers,New York 1964,p.28 ff.；p.102 ff."，及於"D.G.Legrand,J.T.Bendler,Handbook of Polycarbonates Science and Technology,Marcel Dekker New York 2000,p.72ff."。
在均聚碳酸酯類情況下只使用一種二酚；在共聚碳酸酯類情況下使用二種或以上二酚類。使用的二酚類，類似於加到該合成的所有其它化學品及助劑，會受到來自它們自己的合成、處理及儲存的污染物所污染。然而，期望的是使用盡可能最純的原料。
調節分子量所需的單官能的鏈終止劑，諸如酚類或烷酚類，尤其是苯酚、p-tert-丁基酚、異辛基酚、異丙苯基酚、其氯碳酸酯類或單羧酸的醯氯化物(acid chlorides)或這些鏈終止劑的混合物，或是連同雙酚鹽(類)(bisphenoxide(s))被供應至該反應或者是在任何時間被加至合成中，條件是在該反應混合物仍存在光氣或氯碳酸末端基，或，在醯氯化物及氯碳酸酯類作為鏈終止劑之情況下，條件是所形成的聚合物之足夠的酚系末端基係可得的。然而，較佳地，當不再有光氣而催化劑尚未被計量入時，該鏈終止劑(組)在一位置或在一時間的光氣化反應之後被加入，或在催化劑之前被計量入，連同該催化劑或並行。
欲使用的任何支化劑或支化劑混合物以相同方式被加入合 成反應中，但基本上在鏈終止劑之前。基本上，使用三-或四羧酸之參酚類、肆酚類或醯氯化物，或者該多酚類或該醯氯化物之混合物。
有些可用作為支化劑的具有三或多於三個酚系羥基基團之化合物為，例如，間苯三酚、4,6-二甲基-2,4,6-三(4-羥基苯基)庚-2-烯、4,6-二甲基-2,4,6-三-(4-羥基苯基)庚烷、1,3,5-參(4-羥基苯基)苯、1,1,1-三-(4-羥基苯基)乙烷、參(4-羥基苯基)苯基甲烷、2,2-雙[4,4-雙(4-羥基苯基)環己基]丙烷、2,4-雙(4-羥基苯基異丙基)酚、四(4-羥基苯基)甲烷。
有些其它三官能的化合物為2,4-二羥基苯甲酸、均苯三甲酸、三聚氯氰(cyanuric chloride)及3,3-雙(3-甲基-4-羥基苯基)-2-側氧基-2,3-二氫吲哚。
較佳的支化劑為3,3-雙(3-甲基-4-羥基苯基)-2-側氧基-2,3-二氫吲哚及1,1,1-三(4-羥基苯基)乙烷。
欲使用的任意支化劑之用量為0.05mol%至2mol%，在各情況下又以所用的二酚類的莫耳數為基準。
該支化劑能夠初始連同二酚類及鏈終止劑在含水的鹼相中饋入或在光氣化反應之前溶解於有機溶劑中加入。
所有這些用於聚碳酸酯類製備的手段係為此項技術領域專業人士所熟悉的。
適用於聚酯碳酸酯類製備之芳香族二羧酸為，例如，鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、tert-丁基間苯二甲酸、3,3'-二苯基二羧酸、4,4'-二苯基二羧酸、4,4-二苯甲酮二羧酸、3,4'-二苯甲酮二羧酸、4,4'-二苯基醚二羧酸、4,4'-二苯基碸二羧酸、2,2-雙(4-羧基苯基)丙烷、三甲基-3-苯基茚烷-4,5'-二羧酸。
該芳香族二羧酸之中，特別適宜係予以使用對苯二甲酸及/ 或間苯二甲酸。
該二羧酸的衍生物為二羰基二鹵化物及二烷基二羧酸酯類，尤其是二羰基二氯化物及二甲基二羧酸酯類。
由芳香族二羧酸酯基團替代碳酸酯基團主要係化學計量還有定量地繼續進行，從而該共-反應物的莫耳比反映在最後的聚酯碳酸酯。該芳香族二羧酸酯基團能夠以無規或嵌段方式被合併。
按照本發明使用該聚碳酸酯類之較佳製備模式，包括聚酯碳酸酯類，為已知界面方法及已知熔體轉酯方法(cf.例如WO 2004/063249 A1、WO 2001/05866 A1、WO 2000/105867、US 5,340,905 A、US 5,097,002 A、US 5,717,057 A)。
在第一種情況，所用的酸衍生物較佳為光氣及選擇性二羰基二氯化物；在後者情況，它們較佳為二苯基碳酸酯及選擇性二羧酸系二酯類。用於聚碳酸酯製備或聚酯碳酸酯製備之催化劑、溶劑、後處理、反應條件等在兩種情況下已述及充分已知的。
若成分A之熱塑性聚合物為聚碳酸酯，較佳存在28%至89.8重量%的聚碳酸酯，以整體組成物為基準。
成分B
根據本發明，氮化硼混成材料被用作為成分B。氮化硼混成材料係由氮化硼與至少一種無機成分所組成的組合材料。
根據本發明，在該組成物中使用1重量%至85重量%(較佳地15重量%至72重量%)的氮化硼混成材料。氮化硼的比例較佳為9%至35重量%，更佳至多25重量%，以整體熱塑性組成物為基準。
在該氮化硼混成材料中所用的氮化硼可包括立方形氮化硼、六方形氮化硼、非晶形氮化硼、部分結晶氮化硼、無序重疊的(turbostratic) 氮化硼、纖鋅礦形(wurtzitic)氮化硼、斜方形(rhombohedral)氮化硼及/或其他同素異形的(allotropic)形式，適宜係予以六方形式。
氮化硼的製備敘述(例如)於公開案US 6,652,822 B2、US2001/0021740 A1、US 5,898,009 A、US 6,048,511 A、US 2005/0041373 A1、US 2004/0208812 A1、US 6,951,583 B2及於WO 2008/042446 A2。
該氮化硼係以小片晶(platelet)、粉末、奈米粉末、纖維及團聚物、或前述形式的混合形式使用。
適宜係予以應用以離散片晶及團聚物形式的氮化硼之混合物。
適宜係同樣予以使用具有1μm至100μm，較佳為3μm至60μm，更佳為5μm至30μm之團聚的粒徑(D(0,5)值)之氮化硼，其藉雷射繞射測定的。在雷射繞射中，粒徑分布係藉量測雷射光束穿透過分散的顆粒樣品之散射光強度之角度依示性(angular dependence)來測定的。在這方法中，光散射的米氏理論(Mie theory)係用以計算粒徑分布。該D(0,5)值意指在所檢查的材料中發生50體積%的全部顆粒係小於所述的值。
在本發明之進一步具體實施中，利用具有一D(0,5)值為0.1μm至50μm，較佳為1μm至30μm，更佳為3μm至20μm之氮化硼。
在根據本發明之組成物中使用具不同粒徑分布的氮化硼。於此該粒徑分布說明為D(0,1)值與D(0,9)值之商值。
使用具有一D(0,1)/D(0,9)比為0.0001至0.4，較佳為0.001至0.2之氮化硼。特別適宜係予以使用具有一D(0,1)/D(0,9)比為0.01至0.15之氮化硼，其相對應至一很窄的分布。
在本發明之進一步具體實施中，利用具有不同粒徑分布之二種氮化硼，其在該組成物中產生了雙模式分布(bimodal distribution)。
在使用六方形氮化硼之情況下，利用具有一縱橫比(意指小片晶直徑除以小片晶厚度)為2，較佳地5，更佳地10之小片晶。
所用的氮化硼之碳含量為1重量%，較佳地0.5重量%，更佳地0.1重量%及最佳地0.05重量%。
所用的氮化硼之氧含量為1重量%，較佳地0.5重量%及更佳地0.4重量%。
在所用的氮化硼中可溶性硼酸鹽之比例為介於0.01重量%至1.00重量%，較佳介於0.05重量%至0.50重量%及更佳介於0.10重量%至0.30重量%。
該氮化硼之純度，i.e.在各情況下利用的添加劑中純氮化硼之比例，為至少90重量%，較佳至少95重量%及進一步較佳至少98重量%。
按照本發明所用的氮化硼具有一表面積，藉BET(S.Brunauer,P.H.Emmett,E.Teller)測定法依DIN-ISO 9277(DIN-ISO 9277：2014-01)來測定，為0.1m2/g至25m2/g，較佳地1.0m2/g至10m2/g及更佳地3m2/g至9m2/g。
該氮化硼之總體密度較佳為1g/cm3，更佳為0.8g/cm3及最佳為0.6g/cm3。
該混成材料之無機材料為來自金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物及金屬硼化物或其組合物之組群之一者。基本上，使用氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化鉿、氧化鈰、氧化鋅、碳化矽、碳化鈦、碳化硼、碳化鋯、碳化鋁、碳化鎢鈦、碳化鉭、氮化鋁、氮化矽鎂、氮化鈦、二氧化矽(尤其是石英)、氮化矽、硼化鋯、二硼化鈦、玻璃填料及硼化鋁。
適宜係予以使用二氧化矽及/或氧化鋅，非常特別適宜係使 用氧化鋅。
此外，使用矽酸鹽類、鋁矽酸鹽類、鈦酸鹽類、雲母、高嶺土、煅燒的高嶺土、滑石、方解石、矽灰石、黏土、碳酸鎂、碳酸鈣、硫屬化物(chalcogenides)、矽藻土、煅燒的矽藻土、隱晶矽石(cryptocrystalline silica)、亞硫酸鋅、沸石、硫酸鋇及/或硫酸鈣及這些填料之組合。
此外，該氮化硼材料還可含有一玻璃填料。
該玻璃填料由一選自M、E、A、S、R、AR、ECR、D、Q及C玻璃之組群之玻璃組成物構成，進一步適宜係予以E、S或C玻璃。
該玻璃組成物能夠以實心玻璃球、中空玻璃球、玻璃珠、玻璃碎片、破碎的玻璃及玻璃纖維之形式使用，進一步適宜係予以玻璃纖維。
該玻璃纖維能夠以粗紗(rovings)、切碎的玻璃纖維、研磨的玻璃纖維、玻璃纖維織物之形式或前述形式的混合形式使用，適宜係予以使用切碎的玻璃纖維及研磨的玻璃纖維。
特別適宜係予以使用研磨的玻璃纖維。
在配料(compounding)之前切碎的玻璃纖維之較佳纖維長度為0.5至10mm，進一步較佳為1.0至8mm，最佳為1.5至6mm。
能夠使用具不同截面的切碎的玻璃纖維。適宜係予以使用圓形、橢圓形、卵形、8-字形及扁平截面，特別適宜係予以圓形、卵形及扁平截面。
圓形纖維之直徑較佳為5至25μm，進一步較佳為6至20μm，更佳為7至17μm。
較佳的扁平及卵形玻璃纖維具有一高度對寬度之截面比約1.0：1.2至1.0：8.0，較佳地1.0：1.5至1.0：6.0，更佳地1.0：2.0至1.0：4.0。
扁平及卵形玻璃纖維另外具有一平均纖維高度為4μm至17 μm，較佳為6μm至12μm及更佳為6μm至8μm，及一平均纖維寬度為12μm至30μm，較佳為14μm至28μm及更佳為16μm至26μm。
所用的玻璃纖維之特點為纖維的選擇不受到纖維與聚碳酸酯基體之相互作用特徵的限制。
玻璃纖維對聚合物基體之強力結合從在掃描電子顯微照片中低溫斷裂表面(low-temperature fracture surfaces)明顯看出，具與該基體相同程度破碎的多數破碎的玻璃纖維及只從該基體突出的獨立的玻璃纖維。掃描電子顯微照片，在非結合特徵之相反情況下，顯示在低溫斷裂的玻璃纖維明顯地從該基體突出或已完全地滑出。
在該氮化硼混成材料中，研磨的玻璃纖維使用含量較佳為5.0%至50.0%以重量計，更佳為10.0%至30.0%以重量計及最佳為15.0%至25.0%以重量計。
此外，該氮化硼混成材料之組成可已經表面-改質的，或一單獨物質可被加至一氮化硼與其他填料之混合物中，其增加了填料與根據本發明組成物之相容性。合適的改質劑包括有機的(例如有機矽)化合物。
該氮化硼混成材料較佳包括一上漿劑(sizing agent)。
該氮化硼混成材料的上漿係藉此項技術領域熟悉者已知的一般方法實行的。
該上漿劑由有機矽化合物構成，適宜係予以使用丙烯醯基氧基(acryloyloxy)、甲基丙烯醯基氧基、乙烯基-或鹵素-官能化的巰基矽烷、硫基羧酸酯矽烷及/或硫烷基矽烷。於此適宜係予以使用硫基羧酸酯矽烷。
商業上可取得的上漿劑實例為得自Momentive Performance Materials之NXT矽烷。
若使用玻璃纖維，它們較佳已經表面-改質的。較佳的玻璃 上漿劑為環氧-改質的、聚胺基甲酸酯-改質的及未經改質的矽烷化合物及前述矽烷化合物之混合物。
較佳的氮化硼混成材料為彼等包含B1)25至70重量%，較佳地30至65重量%，的氮化硼，B2)10至70重量%，較佳地15至65重量%，的氧化鋅，B3)選擇性15%至25重量%的玻璃填料，B4)選擇性上漿劑，在此所述用量以氮化硼混成材料為基準。
較佳的氮化硼混成材料具有一10至35及進一步較佳地20至32重量份的氮化硼、60至100重量份的氧化性陶瓷(oxidic ceramic)(較佳地氧化鋅)、及1至8及進一步較佳至多5重量份的上漿劑之組成物。
進一步較佳的氮化硼混成材料具有一60至100重量份的氮化硼、10至30重量份的氧化性陶瓷(較佳地氧化鋅)、10至30重量份的玻璃填料及1至8重量份及進一步較佳1至5重量份的上漿劑之組成物。
包含氮化硼混成材料之組成物之導熱性基本上為0.5W/(m．K)，較佳地2W/(m．K)，更佳地3W/(m．K)。
商業上可用的氮化硼混成材料實例為得自Momentive Performance Materials之CoolFX-1021、CoolFX-1022及CoolFX-1035及得自ESK Ceramics GmbH & Co.之BORON ID® Cooling Filler Flakes H30/500。氮化硼混成材料的製造敘述(例如)於US 2014/0077125 A1。
成分C
所用的流動促進劑C為具二甘油的羧酸化合物之酯類。於此合適的是以各種羧酸化合物為基底的酯類。該酯類還可以不同的二甘油異構物為基底。可以使用不僅僅是二甘油的單酯類而亦有聚酯類。還可以使用混合物代替純化合物。
形成按照本發明所用的二甘油酯類之基礎之二甘油的異構物如下述：
這些構造式的單-或多酯化異構物能夠被用於按照本發明所用的二甘油酯類。可使用作為流動促進劑之混合物係由二甘油反應物及衍生自其的例如具有分子量為348g/mol(單月桂酸酯)或530g/mol(二月桂酸酯)之酯最終產物所組成。
存在於根據本發明組成物中的二甘油酯類較佳衍生自具有鏈長為自6至30個碳原子之飽和的或不飽和的單羧酸。合適的單羧酸實例為羊羶酸(C7H15COOH，辛酸)、羊脂酸(C9H19COOH，癸酸)、月桂酸(C11H23COOH，十二碳酸)、肉豆蔻酸(C13H27COOH，十四碳酸)、棕櫚酸(C15H31COOH，十六碳酸)、珠光子酸(C16H33COOH，十七碳酸)、硬脂酸(C17H35COOH，十八碳酸)、花生酸(C19H39COOH，二十烷基酸)、山俞酸(C21H43COOH，二十二碳酸)、木蠟酸(C23H47COOH，二十四碳酸)、棕櫚油酸(C15H29COOH，(9Z)-十六烷-9-烯酸)、芹子酸(C17H33COOH,(6Z)-十八碳-6-烯酸)、反油酸(C17H33COOH，(9E)-十八碳-9-烯酸)、亞麻油酸(C17H31COOH，(9Z,12Z)-十八碳-9,12-二烯酸)、α-或γ-亞麻油酸(C17H29COOH，(9Z,12Z,15Z)-十八碳-9,12,15-三烯酸及(6Z,9Z,12Z)-十八碳-6,9,12-三烯酸)、花生油酸(C19H31COOH，(5Z,8Z,11Z,14Z)-二十碳-5,8,11,14-四烯酸)、神經苷脂酸(timnodonic acid)(C19H29COOH，(5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)-二十碳-5,8,11,14,17-五烯酸)及色弗尼可酸(cervonic acid)(C21H31COOH， (4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-二十二碳-4,7,10,13,16,19-六烯酸)。特別適宜係予以月桂酸、棕櫚酸及/或硬脂酸。
特別適宜為存在式(I)之至少一種酯作為二甘油酯 式中R=COCnH2n+1及/或R=COR’，式中n為整數及式中R’為分支的烷基結構部分或分支的或未分支的烯基結構部分及CnH2n+1為脂族、飽和的線性烷基結構部分。
於此適宜是n為自6至24之整數，因此CnH2n+1的實例為n-己基、n-庚基、n-辛基、n-壬基、n-癸基、n-十二烷基、n-十三烷基、n-十四烷基、n-十六烷基或n-十八烷基。更適宜是n為自8至18，特別自10至16，非常特別為12(單月桂酸二甘油酯異構物具莫耳質量348g/mol，其在一混合物中特佳作為主要化合物)。根據本發明，還適宜是在其它二甘油異構物之情況下同樣存在前述酯結構部分。
因此還能夠使用各種二甘油酯類之混合物。
較佳使用的二甘油酯類之HLB值為至少6，特別是自6至12，此處該HLB值係定義為“親水性-親油性平衡”，依照Griffin方法計算如下：HLB=20 x(1-M親油性/M)，式中M親油性為二甘油酯之親油性成分之莫耳質量及M為二甘油酯之莫耳質量。
二甘油酯類之用量為0.01%至3.0重量%，較佳為0.15%至1.50 重量%，進一步較佳為0.20%至1.0重量%，更佳為0.2%至0.5重量%，以整體組成物為基準。
成分D
作為成分D，可添加石墨。
若根據本發明熱塑性組成物中使用石墨，使用量為1.0%至20.0重量%，較佳為3.0%至15.0重量%，進一步較佳為5.0%至12.0重量%，更佳為5.0%至10重量%，最佳為5.0%至7.5重量%。適宜係予以選擇加入根據本發明組成物中的石墨用量以使得該組成物具備電絕緣性作為核心性質。電絕緣性在下文係定義為一比容積電阻為>1E+10[ohm．m]，更佳地>1E+12[ohm．m]及最佳地>1E+13[ohm．m]。
特別適宜係予以使用膨脹石墨，單獨或以與非-膨脹石墨之混合物。在該膨脹石墨中，該石墨的個別基面(basal planes)已藉一特別處理被分開，其造成石墨容積增加，較佳由200至400之倍數。膨脹石墨之製造敘述(尤其)於文獻US 1,137,373 A、US 1,191,383 A及US 3,404,061 A。
石墨在該組成物中係以纖維、棒、球、中空球、小片晶之形式、以粉末形式使用，在各情況下以凝聚的或團聚的形式，較佳以小片晶形式使用。
按照本發明以小片晶形式的結構據了解意指具有扁平幾何形之粒子。因此，該粒子的高度基本上相比於粒子的寬度或長度係更小的。這類扁平粒子能夠交替被團聚或凝聚以形成結構體。
以小片晶形式之初級粒子之高度係小於500nm，較佳小於200及更佳小於100nm。這些小尺寸的初級粒子使得粒子的形狀為彎曲的、弧形的、波狀或以其它方式變形。
粒子的長度尺寸能夠藉標準方法，例如電子顯微鏡來測定。
按照本發明適宜係予以使用一具有相當高的比表面積之石墨，其依ASTM D3037藉由氮吸附之方式由BET表面積來測定。適宜係予以在該熱塑性組成物中使用石墨具有一BET表面積為5m2/g，更佳地10m2/g及最佳地18m2/g。
若存在膨脹石墨作為成分D之額外填料，該石墨之D(0,5)，依DIN 51938(DIN 51938：1994-07)藉篩分析測定，較佳為1.4mm。
較佳地，該石墨具有一粒徑分布，其由D(0,5)特徵化，為至少800μm，較佳為至少1000μm，進一步較佳為至少1200μm及更佳為至少1400μm。
該指數D(0,5)係以DIN 51938(DIN 51938：1994-07)為基礎藉篩分析測定的。
所用的石墨具有一密度，利用二甲苯測定，於自2.0g/cm3至2.4g/cm3，較佳自2.1g/cm3至2.3g/cm3及進一步較佳自2.2g/cm3至2.27g/cm3之範圍。
按照本發明所用的石墨之碳含量，依DIN 51903(DIN 51903：2012-11)於800℃下為時20小時測定，較佳為90重量%，進一步較佳為95重量%及甚而進一步較佳為98重量%。
按照本發明所用的石墨之殘留水份含量，依DIN 51904(DIN 51904：2012-11)於110℃下為時8小時測定，較佳為5重量%，進一步較佳為3重量%及甚而進一步較佳為2重量%。
按照本發明所用的石墨之導熱性，在加工之前，平行於基面為介於250至400W/(m．K)，及於與基面成直角為介於6至8W/(m．K)。
按照本發明所用的石墨之電阻率，在加工之前，平行於基面為約0.001ohm．cm，及於與基面成直角為小於0.1ohm．cm。
該石墨之總體密度，依DIN 51705(DIN 51705：2001-06)測定，基本上為介於50g/l至250g/l，較佳為介於65g/l至220g/l及進一步較佳為介於100g/l至200g/l。
適宜係予以在該熱塑性組成物中使用具有硫含量為小於200ppm之石墨。
適宜還予以在該熱塑性組成物中使用具有可浸出的氯離子含量為小於100ppm之石墨。
適宜係同樣予以在該熱塑性組成物中使用具有硝酸鹽與亞硝酸鹽的含量為小於50ppm之石墨。
特別適宜係予以使用石墨具有全部這些限制值，i.e.對於硫、氯離子、硝酸鹽及亞硝酸鹽含量。
可用在本發明組成物之商業上可取得的石墨包括得自SGL Carbon GmbH之Ecophit® GFG 5、Ecophit® GFG 50、Ecophit® GFG 200、Ecophit® GFG 350、Ecophit® GFG 500、Ecophit® GFG 900、Ecophit® GFG 1200，得自TIMCAL Ltd.之TIMREX® BNB90、TIMREX® KS5-44、TIMREX® KS6、TIMREX® KS150、TIMREX® SFG44、TIMREX® SFG150、TIMREX® C-THERMTM 001及TIMREX® C-THERMTM 011，得自Graphit Kropfmühl AG之SC 20 O、SC 4000 O/SM及SC 8000 O/SM，得自H.C.Carbon GmbH之Mechano-Cond 1、Mechano-Lube 2及Mechano-Lube 4G，得自Nordmann Rassmann GmbH之Nord-Min 251及Nord-Min 560T及得自Asbury Carbons之ASBURY A99、Asbury 230U及Asbury 3806。
其他成分
選擇性存在，此外，為至多10.0重量%，較佳地0.10%至8.0重量%，更佳地0.2%至3重量%，的其它常用添加劑(“其他添加劑”)。
這組群包括以慣用於聚碳酸酯之用量的滯焰劑、抗滴劑、熱穩定劑、脫模劑、抗氧化劑、UV吸收劑、IR吸收劑、抗靜電劑、光學增亮劑、光散射劑、著色劑諸如顏料(包括無機顏料、碳黑及/或染料)、無機填料二氧化鈦或硫酸鋇。這些添加劑能夠個別地或者以一混合物被加入。
其他添加劑之組群不包括玻璃纖維、石英、石墨、氮化硼或氮化硼混成材料、或其它無機填料，因為這些已經由成分B及D所涵蓋。“其他添加劑”還排除了來自二甘油酯類之組群的流動促進劑，因為這些已經由成分C所涵蓋。
在聚碳酸酯類情況下此類添加劑基本上如敘述(例如)於EP-A 0 839 623、WO-A 96/15102、EP-A 0 500 496或"Plastics Additives Handbook",Hans Zweifel,5th Edition 2000,Hanser Verlag,Munich。
該組成物較佳不含額外的脫模劑，因為二甘油酯本身功用為脫模劑。
根據本發明之較佳熱塑性組成物包含(A)27.6%至84.4重量%的熱塑性聚合物，較佳為聚碳酸酯，(B)15%至72重量%的氮化硼混成材料，(C)0.2%至0.5重量%的二甘油酯類及(D)選擇性至多10重量%，較佳地5.0%至7.5重量%，的石墨，較佳為膨脹石墨。
除了這些成分之外，按照本發明特別適宜係予以一組成物包含0%至10重量%的其他添加劑但除此外沒有任何其他成分。
特佳具體實施為一組成物包含(A)27.6%至79.8重量%的聚碳酸酯，(B)15%至72重量%的氮化硼混成材料包含 B1)25至70重量%，較佳地30至65重量%，的氮化硼，B2)10至70重量%，較佳地15至65重量%，的氧化鋅，、B3)選擇性15%至25重量%的玻璃填料，B4)選擇性上漿劑，(C)0.2%至0.5重量%的二甘油酯類及(D)選擇性5.0%至7.5重量%的石墨。
除了這些成分之外，按照本發明非常特別適宜係予以一組成物包含0%至10重量%的其他添加劑，如上所定義，但除此外沒有任何其他成分。
根據本發明特佳的組成物為彼等由下述構成A)27.6%至79.8重量%，較佳地55%至79.8重量%，的聚碳酸酯，B)9%至35重量%的氮化硼混成材料包含B1)30%至65重量%的氮化硼及B2)15%至65重量%的氧化鋅，C)0.3%至0.5重量%的二甘油酯類，較佳地單月桂基二甘油酯，D)5.0%至10重量%的膨脹石墨，選擇性其他添加劑選自滯焰劑、抗滴劑、熱穩定劑、脫模劑、抗氧化劑、UV吸收劑、IR吸收劑、抗靜電劑、光學增亮劑、光散射劑、著色劑諸如顏料(包括無機顏料、碳黑及/或染料)、二氧化鈦及/或硫酸鋇之組群。
或者特佳的組成物為彼等由下述構成A)27.6%至79.8重量%，較佳地55%至79.8重量%，的聚碳酸酯，B)9%至35重量%的氮化硼混成材料包含B1)25%至70重量%的氮化硼，B2)10%至70重量%的氧化鋅， B3)15%至25重量%的玻璃填料，B4)選擇性上漿劑，C)0.3%至0.5重量%的二甘油酯類，較佳地單月桂基二甘油酯，及選擇性其他添加劑選自滯焰劑、抗滴劑、熱穩定劑、脫模劑、抗氧化劑、UV吸收劑、IR吸收劑、抗靜電劑、光學增亮劑、光散射劑、著色劑諸如顏料(包括無機顏料、碳黑及/或染料)、二氧化鈦及/或硫酸鋇之組群。
根據本發明之聚合物組成物，包含成分A至C及選擇性D及選擇性其他添加劑，係藉經由個別組成之摻合、混合及均質化的標準合併方法所製得，尤其是利用較佳在熔體中在剪切力的作用下發生均質化。若適當的話，在熔體均質化之前的摻合及混合係使用粉末預混物實行的。
還可以使用顆粒或顆粒及粉末與成分B及C、選擇性D及/或選擇性其他添加劑之預混物。
還可以使用預混物其係已由該混合物成分於合適溶劑之溶液所製得的，其中均質化情況係選擇性以溶液實行及之後移除該溶劑。
更特別地，於此可以藉已知的方法或依一批料將根據本發明的組成物之成分B及C及選擇性D及選擇性其他添加劑引入該聚碳酸酯內。
批料的使用適宜個別地或以一混合物用於合併成分B及C及選擇性D及/或其他添加劑。
根據本發明之熱塑性組成物能夠以已知方式後處理及加工以得到任何期望的成形體。
在此內文中，根據本發明組成物能夠被摻合、混合、均質化及隨後以常用裝置諸如螺桿擠壓機(例如TSE雙-螺桿擠壓機)、捏合機(kneaders)或塑譜儀(Brabender)或萬馬力機(Banbury mills)被擠壓。擠出物在擠壓後能夠被冷卻及粉碎。還可以預混個別成分及之後個別地及/或同樣以 一混合物添加剩餘起動材料。
還可以在注塑機的塑化單元中在熔體中摻合及混合一預混物。在這情況下，在後續步驟中使該熔體直接轉變成一成形體。
根據本發明之組成物係適用於製造一電氣或電子組裝、一引擎部件或一熱交換器之組件，例如燈座、散熱器及冷卻器或用於印刷電路板的冷卻體。
適宜係予以使用根據本發明組成物用於製造熱交換器，例如散熱器及冷卻體。
實施例 1、原料及測試方法之說明
根據本發明之聚碳酸酯組成物係以常用機器(例如多軸擠壓機(multishaft extruders))，於介於300℃至330℃溫度下，藉摻合製得的，選擇性加入添加劑及其它摻混物。
用於實施例之根據本發明化合物如下在Berstorff ZE 25擠壓機中以10kg/h的通量製得的。該熔體溫度為315℃。
所用的聚碳酸酯基質A為成分A-1與A-2之混合物。
成分A-1：
以雙酚A為基底的線性聚碳酸酯具有一熔體體積流速MVR為19.0cm3/10min(依ISO 1133(DIN EN ISO 1133-1：2012-03)，於300℃測試溫度下及負荷1.2kg)。
成分A-2：
以雙酚A為基底的粉末形式線性聚碳酸酯，具有熔體體積流速MVR為19.0cm3/10min(依ISO 1133(DIN EN ISO 1133-1：2012-03)，於300℃測試溫度下及負荷1.2kg)。
成分B-1：
得自Momentive Performance Materials之CoolFX-1022混成填料，含有約30.0重量%的氮化硼、約65.0重量%的氧化鋅及約5.0重量%的以有機矽烷為基底的上漿劑。
成分B-2：
得自Momentive Performance Materials之CoolFX-1035混成填料，含有約65.0重量%的氮化硼、約15.0重量%的氧化鋅、約15.0重量%的玻璃纖維及約5.0重量%的以有機矽烷為基底的上漿劑。
成分C-1：
得自Riken Vitamin之Poem DL-100(單月桂酸二甘油酯)作為流動促進劑。
成分C-2：
雙酚A二磷酸酯：得自Chemtura Corporation之Reofos® BAPP作為流動促進劑。
成分D-3：
膨脹石墨：得自SGL Carbon GmbH之Ecophit® GFG 1200具一D(0,5)為1200μm。
成分E-1：
全氟-1-丁烷磺酸鉀鹽，得自Lanxess in Leverkusen之商業上可取得的Bayowet® C4，CAS No.29420-49-3。
成分E-2：
聚四氟乙烯：得自Chemtura Corporation之Blendex® B449(約50重量%的PTFE及約50重量%的SAN[形成自80重量%的苯乙烯及20重量%的丙烯睛])。
Vicat軟化溫度VST/B50係利用得自Coesfeld Materialtest之Coesfeld Eco 2920儀器，依ISO 306(ISO 306：2013-11)在尺寸80mm x 10mm x 4nm的測試樣品上以一50N的模具負荷及一50℃/h的加熱速率測定為耐熱變形性之度量。
彈性模量係按照EN ISO 527-1及-2，在以1m/min的前進速率藉在一面上注入所注塑的具有尺寸80mm x 10mm x 4mm的核心之啞鈴狀試樣上測得的。
熔體體積流速(MVR)係按照ISO 1133(DIN EN ISO 1133-1：2012-03，於300℃測試溫度下，質量2.16kg，4分鐘)使用得自Zwick Roell之Zwick 4106儀器測定。
於23℃下在注塑方向(在平面上)的導熱性係按照ASTM E 1461(ASTM E 1461：2013)在尺寸80mm x 80mm x 2mm的樣品上測定。
於23℃下在注塑方向(穿過平面)的導熱性係按照ASTM E 1461(ASTM E 1461：2013)在尺寸80mm x 80mm x 2mm的樣品上測定。
比容積電阻率係按照DIN 60093(DIN IEC 60093：1993-12)測定。
2、組成物及其性質
未測得的結果由"n.d."(未測得)識別。
c意指因為材料對於特徵化具有過低的黏度而無法得到MVR量測。
表1說明添加二甘油酯、成分C-1，對一成分A與B-1之混合物在流動性上產生明顯的改良。成分B-1含有約30.0重量%的氮化硼與約65.0重量%的氧化鋅及達到約0.8W/[m*K]之導熱性(在平面上)。彈性模量不受添加成分C-1的支配。耐熱變形性隨著成分C-1的增量而僅稍微下降及維持於一足夠高的程度。
b意指以10.00kg而非2.16kg進行MVR量測；c意指因為對於特徵化材料具有過低黏度而無法得到MVR量測。
表2說明添加成分C-1、二甘油酯，對於一成分A與B-1之混合物在流動性上產生明顯的改良，該效果甚至在高含量的成分B-1情況下是可見的。彈性模量及導熱性不受添加成分C-1的支配及係僅由成分B-1的含量決定。耐熱變形性僅受添加成分C-1稍微影響。
表3說明添加成分C-1、二甘油酯，對於一成分A與B-2之混合物在流動性上產生明顯的改良。成分B-2含有約65.0重量%的氮化硼、15.0重量%的氧化鋅及15.0重量%的玻璃纖維及達到至多2.6W/[m*K]之導熱性(在平面上)。彈性模量不受添加成分C-1的支配。耐熱變形性隨著成分C-1的增量僅稍微下降及維持於一足夠高的程度。
表4說明，相比於成分C-2(雙酚A二磷酸酯)、成分C-1(二甘油酯)，在組成物的流動性上甚至以少量展現了明顯影響。包含成分C-2之組成物需要更高含量及儘管如此仍未達到包含成分C-1之組成物的MVR程度。再者，在上述的組成物中添加成分C-2導致顯著降低的耐熱變形性，其阻礙了或不允許使用在電氣及電子產品及IT(資訊技術)產業。
表5顯示添加成分C-1，甚至在包含額外的石墨、成分D-3之組成物情況下，在流動上產生改良而在該組成物IE21及IE22之導熱性及彈性模量上沒有任何明顯效果。耐熱變形性隨著成分C-1的增量而稍微下降但維持於一足夠高的程度。
慮及比容積電阻率指示，在以10.0重量%含量的成分D-3添加之情況下，因為這些組成物為導電性，較佳限制BN之添加。

Claims (13)

  1. 一種熱塑性組成物，包含(A)至少一種熱塑性聚合物，(B)至少一種氮化硼混成材料，(C)至少一種流動促進劑，其選自二甘油酯類之組群。
  2. 根據申請專利範圍第1項之熱塑性組成物，其特徵在於存在的二甘油酯為式(I)之酯 同時R=COCnH2n+1及/或R=COR’，式中n為整數及式中R’為分支的烷基結構部分或分支的或未分支的烯基結構部分及CnH2n+1為脂族、飽和的線性烷基結構部分。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之熱塑性組成物，其特徵在於R=COCnH2n+1式中n為6至24之整數，較佳8至18，進一步較佳10至16，尤佳12。
  4. 根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物，其特徵在於該組成物包含(A)27.6%至84.4重量%的熱塑性聚合物，(B)15%至72重量%的氮化硼混成材料及(C)0.2%至0.5重量%的二甘油酯類。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項任一項之熱塑性組成物，其特徵在於該組 成物包含(A)27.6%至79.8重量%的熱塑性聚合物，(B)15%至72重量%的氮化硼混成材料，(C)0.2%至0.5重量%的二甘油酯類及(D)選擇性5.0%至10重量%的石墨。
  6. 根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物，其特徵在於該熱塑性聚合物為聚碳酸酯。
  7. 根據申請專利範圍第5或6項之熱塑性組成物，其特徵在於該組成物包含5.0%至10重量%的膨脹石墨作為成分D。
  8. 根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物，其特徵在於該氮化硼混成材料包含氮化硼及氧化鋅。
  9. 根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物，其特徵在於該氮化硼混成材料包含玻璃填料。
  10. 根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物，其特徵在於該氮化硼混成材料包含B1)25%至70重量%的氮化硼，B2)10%至70重量%的氧化鋅，B3)選擇性15%至25重量%的玻璃填料，B4)選擇性的上漿劑。
  11. 根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物，其特徵在於氮化硼之比例，以整體熱塑性組成物為基準，為9%至25%以重量計。
  12. 一種由根據前述申請專利範圍任一項之熱塑性組成物製得的模塑物。
  13. 根據申請專利範圍第12項之模塑物，其特徵在於該模塑物為散熱器或冷卻體。
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