TW202130737A - 耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料 - Google Patents
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Abstract
本發明係含有聚矽氧樹脂及耐熱性提升劑之耐熱性聚矽氧樹脂組成物,且上述耐熱性提升劑為於環狀結構中含有1個以上之二級胺基、且含有1個以上之酮基的有機多環芳香族化合物。作為上述有機多環芳香族化合物,例如有下述(化1)所表示之喹吖酮(P.V.19)。關於本發明之聚矽氧樹脂複合材料,其於上述耐熱性聚矽氧樹脂組成物含有選自由無機填充劑及有機填充劑之至少一種填充劑。
Description
本發明係關於一種耐熱性高之聚矽氧樹脂組成物及聚矽氧樹脂複合材料。
近年來之CPU等半導體之性能明顯提升且伴隨其之發熱量亦變得龐大。因此,於如會發熱之電子零件安裝散熱體,且為了改善半導體與散熱體之密接性而使用導熱性聚矽氧片。伴隨機器之小型化、高性能化、高積體化,對導熱性聚矽氧片要求柔軟度、高導熱性。專利文獻1提出了藉由結合氧化鈦及氧化鐵,而聚矽氧橡膠之耐熱性提升。專利文獻2提出了一種含有酞青素化合物之聚矽氧導熱性材料。專利文獻3提出了一種含有酞青素化合物而熱穩定性得以改善之凝膠材料。專利文獻4提出了一種具有二苯矽烷交聯劑之具耐熱性之縮合硬化型聚矽氧。專利文獻5提出了一種導入Si-O-Ce、Si-O-Ti鍵,且耐熱性提升之聚矽氧樹脂。專利文件6提出了一種添加有具有機官能基之圓盤狀多環芳香族之導熱材料。專利文獻7提出了一種添加有碳黑或奈米碳管之耐熱性聚矽氧凝膠。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2016-518468號公報
[專利文獻2]日本特表2014-503680號公報
[專利文獻3]日本特表2014-534292號公報
[專利文獻4]日本特開2017-057386號公報
[專利文獻5]日本特開2019-167473號公報
[專利文獻6]日本再表2017-131007號公報
[專利文獻7]日本特開2017-014399號公報
[發明所欲解決之課題]
然而,雖然習知導熱性聚矽氧片之耐熱性相對高,但要求更高之耐熱性。具體而言,於聚矽氧片高導熱化中,因增加填充劑材之填充量或使用高導熱填充劑而存在高溫時變硬之問題,有改善之必要。同樣地,於密封劑、絕熱劑、電磁波吸收劑等中,耐熱性亦重要。
又,於半導體領域中,因金屬雜質導致之汙染成為問題,而需要以下之散熱構件,即不使用由有機金屬氧化物或有機金屬錯合物構成之耐熱提升劑及顏料者。
本發明為了解決上述習知之問題,而提供一種使用有機系耐熱提升劑,且耐熱性高之聚矽氧樹脂組成物及聚矽氧樹脂複合材料。
[解決課題之技術手段]
本發明之耐熱性聚矽氧樹脂組成物含有聚矽氧樹脂及耐熱性提升劑,其特徵在於:上述耐熱性提升劑為於環狀結構中含有1個以上之二級胺基、且含有1個以上之酮基的有機多環芳香族化合物。
關於本發明之耐熱性聚矽氧樹脂複合材料,其特徵在於:於上述耐熱性聚矽氧樹脂組成物含有選自由無機填充劑及有機填充劑之至少一種填充劑。
[發明之效果]
本發明之耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料係藉由以下方式,而提供一種耐熱性高之聚矽氧樹脂組成物及聚矽氧樹脂複合材料,即,含有聚矽氧樹脂及耐熱性提升劑,且上述耐熱性提升劑為「於環狀結構中具有1個以上之二級胺基、且具有1個以上之酮基,並不存在偶氮基」的有機多環芳香族化合物。使用不含金屬原子之耐熱提升劑,而製作於高溫時亦不易變硬之耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料,從而無金屬雜質所導致之汙染問題,對於含半導體之電子、電氣零件而言成為較大優點。
本發明係一種耐熱性聚矽氧樹脂組成物,其含有聚矽氧樹脂及耐熱性提升劑。耐熱性提升劑為「於環狀結構中具有1個以上之二級胺基、且具有1個以上之酮基,並不存在偶氮基」的有機多環芳香族化合物。該耐熱性提升劑例如有蒽醌、喹吖酮、二酮基吡咯并吡咯(diketo-pyrrolo-pyrrole)等。
又,對於該等化合物,將相對其所含之胺基具有1等量莫耳以下之環氧基之化合物混合或反應而得的化合物亦有效。作為環氧化合物之例,可列舉:具有環氧丙基或環己基環氧基之有機化合物或有機矽化合物。認為藉由添加環氧基,胺基對於聚矽氧化合物之熱降解現象的影響受到控制,可獲得更良好之耐熱性。
加入該等化合物而提升耐熱性之機制尚不明確,惟認為其原因在於:該等化合物吸收或抑制了因高溫而產生之成為熱分解之原因之熱自由基等的物質。再者,本發明之耐熱提升劑之有機多環芳香族化合物較佳為不存在偶氮基。其理由在於:偶氮基有因熱或光而引起分解之可能性,且亦有影響聚矽氧樹脂或複合材料之特性之虞。
蒽醌例如以下P.B.60(化1)所示。P.B.60為英國染料染色學會及美國纖維科學技術、染色技術協會共同創立之色彩索引(CI)名及號碼。以下所示之化合物所附記之號碼係依據CI名及號碼。
喹吖酮例如有P.V.19(化2)及P.R.122(化3)。
二酮基吡咯并吡咯P.R.264以(化4)表示。
關於在蒽醌混合或反應1莫耳倍之環氧化合物而得之化合物,可列舉:於上述化學式(化1)所表示之蒽醌混合或反應1莫耳倍之作為環氧化合物之例如下述化學式(化5)所表示之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷。
作為環氧化合物,例如可進而使用:苯基環氧丙基醚、甲基環氧丙基醚、丁基環氧丙基醚、氧化苯乙烯、丁酸環氧丙酯、己酸環氧丙酯、硬脂酸環氧丙酯、甲基丙烯酸環氧丙酯、1,2-環氧基-4-乙烯基環己烷、2,2'-(4-羥基苯基)丙烷二環氧丙基醚等具有環氧基之有機化合物;3-環氧丙氧基丙基三乙氧基矽烷、3-環氧丙氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-環氧丙氧基己基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基甲基二甲氧基矽烷、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三乙氧基矽烷、環氧改質聚矽氧等有機矽化合物。
關於上述耐熱性提升劑,較佳為相對於聚矽氧樹脂100質量份含有0.001~10質量份,更佳為0.002~5質量份,進而較佳為0.003~3質量份,尤佳為0.003質量份以上且未達0.5質量份。若為上述範圍則耐熱性提升。
上述耐熱性聚矽氧樹脂組成物較佳為液狀、凝膠狀或橡膠狀等。液狀為油、潤滑脂及油灰等。又,關於耐熱性提升劑,能以粉末之狀態而添加,亦可與樹脂進行母料化而使用。使用於母料之樹脂較佳為聚矽氧聚合物,既可為硬化性聚矽氧聚合物也可為無反應基之聚矽氧聚合物,又亦可使用該兩者。藉此,耐熱性提升劑可均勻混合至聚矽氧樹脂。
關於本發明之耐熱性聚矽氧樹脂複合材料,其於上述耐熱性聚矽氧樹脂組成物含有填充劑。關於填充劑,較佳為相對於耐熱性聚矽氧樹脂100質量份含有1~7000質量份,更佳為10~6000質量份,進而較佳為50~5000質量份。
聚矽氧樹脂複合材料為選自由凝膠狀及橡膠狀之至少一種狀態,亦可成形為片。若成形為片,則易於組入發熱性電子零件與散熱器之間。上述聚矽氧樹脂複合材料較佳為作為介存於半導體等發熱體與散熱體之間之TIM(Thermal Interface Material)。
關於聚矽氧樹脂組成物之硬度或黏度並無特別規定。於在非反應性之聚矽氧油或膠加入耐熱添加劑之耐熱性聚矽氧樹脂組成物之情形時,其黏度為0.65 mPa‧秒至100萬mPa/秒,進而較佳為50 mPa‧秒至10萬mPa/秒。於用作不含填充劑之聚矽氧凝膠硬化物時,硬化後之針入度較佳為20以上,進而較佳為40以上,若如此則作為聚矽氧凝膠之針入度(柔軟度)充足。於用作含填充劑之具柔軟性之片狀硬化物時,硬化後之Asker C硬度較佳為70以下,進而較佳為50以下。若Asker C硬度為70以下,則硬度(軟度)充足。進而,於用作片狀聚矽氧樹脂複合材料時,於片為柔軟且夾持於構件而使用時,重要的是可維持彎曲性。作為彎曲性,較佳為以輕微之力量而可自在地彎曲且能夠彎曲至90°以上,尤佳為片之彎曲性不隨著熱降解而降低。關於彎曲性之程度,較佳為可彎曲至30°之角度,進而較佳為可彎曲至45°之角度。進而,於用作經成形加工之聚矽氧橡膠複合材料之情形時,較佳為顯示出橡膠狀,且作為硬度,較佳為以硬度計A計為20~90,進而較佳為30~80。於使聚矽氧樹脂進行硬化交聯而獲得聚矽氧樹脂組成物及聚矽氧樹脂複合材料之情形時,該硬化交聯方法並無特別限定。有以下方法:使烯基與SiH基進行加成反應之方法、藉由過氧化物使烯基與烷基進行交聯之方法、使矽醇或烷氧基進行縮合之方法、進一步將該等組合並進行交聯硬化之方法等,但於不隨反應而生成副產物、可控制反應速度、及可使硬化反應順利地進行至成形物之深部的方面而言,較佳為使用鉑等觸媒使烯基與SiH基進行加成反應而硬化之方法。
本發明之耐熱性聚矽氧樹脂複合材料較佳為成形為片。若成形為片,則較佳地用於安裝於電子零件等。關於上述含導熱性填充劑之片狀之耐熱性聚矽氧樹脂複合材料之厚度,較佳為0.2~10 mm之範圍。又,導熱性片之導熱率較佳為0.8 W/m‧K以上,進而較佳為1.0 W/m‧K以上。若導熱率為0.8 W/m‧K以上,則可較佳地用於將自發熱部之熱導熱至散熱體。
以下,針對耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料之一例進行說明。有關耐熱性聚矽氧樹脂組成物,關於油狀、膠狀者,係由下述(E)、(H)成分構成,且相對於(H)成分100質量份,含有(E)成分0.001~10質量份。又,凝膠狀、橡膠狀之耐熱性聚矽氧樹脂組成物較佳為含有(A)~(C)、(E)成分,及將作為任意成分之(F)(G)(H)成分等混合並交聯。又,耐熱性聚矽氧樹脂複合材料較佳為含有下述(A)~(E)成分,及將作為任意成分之(F)(G)(H)成分等混合並交聯。
(A)基礎聚合物成分:於1分子中含有平均1個以上之鍵結烯基之矽原子的有機聚矽氧烷;
(B)交聯成分:於1分子中含有平均1個以上之鍵結氫原子之矽原子的有機聚矽氧烷相對於上述A成分中之鍵結矽原子之烯基1莫耳為0.01~3莫耳;
(C)觸媒成分:為鉑族系金屬觸媒且相對於A成分以金屬原子重量單位計為0.01~1000 ppm之量;
(D)無機填充劑:相對於加成硬化型聚矽氧聚合物成分(A成分+B成分)100質量份為100~4000質量份;
(E)耐熱性提升劑:相對於加成硬化型聚矽氧聚合物成分(A成分+B成分)100質量份為0.001~10質量份;
(F)亦可相對於加成硬化型聚矽氧聚合物成分(A成分+B成分)100質量份進而添加0.1~10質量份之矽烷偶合劑;
(G)亦可相對於加成硬化型聚矽氧聚合物成分(A成分+B成分)100質量份進而添加0.5~10質量份之無機粒子顏料;
(H)亦可相對於加成硬化型聚矽氧聚合物(A成分+B成分)100質量份進而添加0.5~50質量份之不具有加成硬化反應基的有機聚矽氧烷。
以下,對各成分進行說明。
(1)基礎聚合物成分(A成分)
基礎聚合物成分係於一分子中含有1個以上之鍵結於矽原子之烯基的有機聚矽氧烷,含有2個烯基之有機聚矽氧烷係本發明之耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料中之主劑(基礎聚合物成分)。作為烯基,該有機聚矽氧烷於一分子中具有2個以上之乙烯基、烯丙基等碳原子數2~8、尤其是2~6之鍵結於矽原子之烯基。就作業性、硬化性等而言,理想為黏度於25℃為10~100,000 mPa・秒,尤其為100~10,000 mPa・秒。
作為基礎聚合物之例,使用下述通式(化6)所表示之於1分子中含有平均1個以上且鍵結於分子鏈兩末端之矽原子之烯基的有機聚矽氧烷。係其他取代基被烷基或者苯基封阻之直鏈狀或支鏈狀之有機聚矽氧烷。就作業性、硬化性等而言,理想為於25℃之黏度為10~100,000 mPa・秒。再者,該有機聚矽氧烷既可為於分子鏈中含有支鏈狀結構(三官能性矽氧烷單元)者,亦可於側鏈具有烯基。
式中,R1
係相互相同或不同之不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,R2
為烯基,k為0或正整數。此處,作為R1
之不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,例如較佳為碳原子數1~10、尤佳為1~6者,具體而言,可列舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、辛基、壬基、癸基等烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基;以及該等基之氫原子之一部分或全部被氟、溴、氯等鹵素原子、氰基等取代者,例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基等鹵素取代烷基、氰乙基等。作為R2
之烯基,例如較佳為碳原子數2~8、尤佳為2~6者,具體而言,可列舉:乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、異丁烯基、己烯基、環己烯基等,較佳為乙烯基。於通式(化2)中,k通常為滿足0≦k≦10000之0或正整數,較佳為滿足5≦k≦2000,更佳為滿足10≦k≦1200之正整數。
作為A成分之有機聚矽氧烷,亦可併用於一分子中具有3個以上、通常3~30個、較佳為3~20個左右之例如乙烯基、烯丙基等碳原子數2~8、尤其是2~6之鍵結於矽原子之烯基的有機聚矽氧烷。分子結構可為直鏈狀、環狀、支鏈狀、三維網狀之任一種分子結構者。較佳為主鏈由二有機矽氧烷單元之重複構成且分子鏈兩末端被三有機矽烷氧基所封阻並於25℃之黏度為10~100,000 mPa・秒、尤其是100~10,000 mPa・秒之直鏈狀有機聚矽氧烷。
烯基只要鍵結於分子之任一部分即可。例如亦可包含鍵結於分子鏈末端、或分子鏈非末端(分子鏈中途)之矽原子者。其中,就作業性、硬化性等而言,較理想為於下述通式(化7)所表示之分子鏈兩末端之矽原子上分別具有1~3個烯基(其中,於該分子鏈末端之矽原子所鍵結之烯基於兩末端合計未達3個之情形時,為具有至少1個鍵結於分子鏈非末端(分子鏈中途)之矽原子之烯基(例如作為二有機矽氧烷單元中之取代基)的直鏈狀有機聚矽氧烷),且如上所述,於25℃之黏度為10~100,000 mPa・秒者。再者,該直鏈狀有機聚矽氧烷亦可為於分子鏈中含有少量之支鏈狀結構(三官能性矽氧烷單元)者。
式中,R3
係相互相同或不同之未經取代或經取代之一價烴基且至少1個為烯基。R4
係相互相同或不同之不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,R5
為烯基,l、m為0或正整數。此處,作為R3
之一價烴基,較佳為碳原子數1~10、尤佳為1~6者,具體而言,可列舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、辛基、壬基、癸基等烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯基乙基、苯基丙基等芳烷基;乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、己烯基、環己烯基、辛烯基等烯基;或該等基之氫原子之一部分或全部被氟、溴、氯等鹵素原子、氰基等取代者,例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基等鹵素取代烷基或氰乙基等。
又,作為R4
之一價烴基,較佳為碳原子數1~10、尤佳為1~6者,可例示與上述R1
之具體例相同者,但不包括烯基。作為R5
之烯基,例如較佳為碳數2~8、尤佳為碳數2~6者,具體而言,可例示與上述式(化2)之R2
相同者,較佳為乙烯基。
l、m通常為滿足0<l+m≦10000之0或正整數,且滿足較佳為5≦l+m≦2000、更佳為10≦l+m≦1200且0<l/(l+m)≦0.2、較佳為0.0011≦l/(l+m)≦0.1之整數。
(2)交聯成分(B成分)
本發明之B成分之有機氫聚矽氧烷係作為交聯劑而發揮作用者,且藉由該成分中之SiH基與A成分中之烯基進行加成反應(矽氫化)而形成硬化物者。該有機氫聚矽氧烷只要為於一分子中具有2個以上之鍵結於矽原子之氫原子(即,SiH基)者,則可為任一者,該有機氫聚矽氧烷之分子結構可為直鏈狀、環狀、支鏈狀、三維網狀結構之任一者,可使用一分子中之矽原子之數(即,聚合度)為2~1000、尤其是2~300左右者。
氫原子所鍵結之矽原子之位置並無特別限制,可為分子鏈之末端亦可為側鏈。又,作為氫原子以外之鍵結於矽原子之有機基,可列舉:與上述通式(化2)之R1
相同之不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基。
作為B成分之有機氫聚矽氧烷,可例示通式下述(化8)。
上述之式中,R6
係相互相同或不同之烷基、苯基、環氧基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基、烷氧基、氫原子,且至少1個為氫原子。L為0~1,000之整數,尤其是0~300之整數,M為1~200之整數。
(3)觸媒成分(C成分)
C成分之觸媒成分係促進本組成物之硬化之成分。作為C成分,可使用用於矽氫化反應之觸媒。例如可列舉:鉑黑、氯亞鉑酸、氯鉑酸、氯鉑酸與一元醇之反應物、氯鉑酸與烯烴類或乙烯基矽氧烷之錯合物、雙乙醯乙酸鉑等鉑系觸媒、鈀系觸媒、銠系觸媒等鉑族系金屬觸媒。C成分之摻合量只要為硬化所需之量即可,可根據期望之硬化速度等而適當調整。較佳為相對於A成分添加以金屬原子重量計0.01~1000 ppm。
(4)無機填充劑(D成分)
無機填充劑較佳為選自由導熱性無機填充劑、電磁波吸收性無機填充劑、提升絕熱性之無機填充劑、及強度提升用無機填充劑中之至少一種無機填充劑。作為導熱性無機填充劑,有氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、氫氧化鋁、碳化矽、二氧化矽(silica)等,該等可單獨添加亦可組合而添加。作為電磁波吸收性無機填充劑,有軟磁性金屬粉或氧化物磁性粉(鐵氧體粉),作為軟磁性金屬粉,有Fe-Si合金、Fe-Al合金、Fe-Si-Al合金(鋁矽鐵粉)、Fe-Si-Cr合金、Fe-Ni合金(高導磁合金)、Fe-Ni-Co合金(μ金屬)、Fe-Ni-Mo合金(高磁化合金)、Fe-Co合金、Fe-Si-Al-Cr合金、Fe-Si-B合金、Fe-Si-Co-B合金等鐵系之合金粉、或者羰基鐵粉等,作為鐵氧體粉,有Mn-Zn鐵氧體、Mn-Mg-Zn鐵氧體、Mg-Cu-Zn鐵氧體、Ni-Zn鐵氧體、Ni-Cu-Zn鐵氧體、Cu-Zn鐵氧體等尖晶石系鐵氧體、W型、Y型、Z型、M型等六方晶鐵氧體,較佳為使用羰基鐵粉。該等皆為磁性粉。
作為提升絕熱性之無機填充劑,可使用玻璃中空球、二氧化矽中空球、白砂中空球(shirasu balloon)、碳中空球、氧化鋁中空球、氧化鋯中空球等,但較理想為玻璃中空球。該等皆為可提升絕熱效果者。亦可使用提升絕熱性之有機填充劑代替上述提升絕熱性之無機填充劑,或與其併用。作為提升絕熱性之有機填充劑,有苯酚中空球、丙烯腈中空球、偏二氯乙烯中空球等。
作為強度提升用填充劑,可列舉:二氧化矽、玻璃纖維、碳纖維、纖維素奈米纖維、石墨、石墨烯等,但較理想為使用二氧化矽。該等皆為提升複合材料之強度之填充材。
本說明書中,無機填充劑亦稱為無機粒子。
於導熱性填充劑之情形時,相對於加成硬化型聚矽氧聚合物成分(A成分+B成分)100質量份,添加100~7000質量份,較佳為添加100~4000質量份。藉此,可將耐熱性導熱性組成物及耐熱性導熱性片之導熱率設為0.8 W/m・K以上。作為導熱填充劑,較佳為選自氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、氫氧化鋁、碳化矽、及二氧化矽中之至少一種。形狀可使用球狀、鱗片狀、多面體狀等各種。導熱性填充劑之比表面積較佳為0.06~15 m2
/g之範圍。比表面積為BET比表面積,測定方法係依據JIS R1626。於使用平均粒徑之情形時,較佳為0.1~100 μm之範圍。粒徑之測定係藉由雷射繞射光散射法而測定基於體積基準之累積粒度分佈之D50(中值粒徑)。作為該測定器,例如有堀場製作所公司製造之雷射繞射/散射式粒子分佈測定裝置LA-950S2。
無機填充劑亦可併用平均粒徑不同之至少兩種粒子。其原因在於:若如此,則於較小粒徑之粒子填埋至較大粒徑之間,能以接近最密填充之狀態進行填充,而使導熱性或絕熱性、電磁波吸收性、材料強度等特性變高。
關於無機填充劑,其一部分或全部亦可利用矽烷偶合劑進行表面處理。矽烷偶合劑可預先與無機填充劑混合,並進行熱處理而進預先行前處理(前處理法),亦可於將基礎聚合物、硬化觸媒及無機粒子混合時添加(整體摻合法)。於前處理法及整體摻合法之情形時,較佳為相對於無機填充劑100質量份,添加0.01~10質量份之矽烷偶合劑。藉由表面處理,可更容易填充至基礎聚合物,並且,亦有防止硬化觸媒被吸附至無機填充劑,且防止阻礙硬化之效果。其對於保存穩定性有用。
矽烷偶合劑較佳為由Ra
Si(OR')3-a
(R為碳數1~20之未經取代或經取代之有機基,R'為碳數1~4之烷基,a為0或1)所表示之矽烷化合物、或其部分水解物。關於上述之烷氧基矽烷化合物(以下,簡稱為「矽烷」),作為一例,有:甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、丙基三甲氧基矽烷、丁基三甲氧基矽烷、戊基三甲氧基矽烷、己基三甲氧基矽烷、己基三乙氧基矽烷、辛基三甲氧基矽烷、辛基三乙氧基矽烷、癸基三甲氧基矽烷、癸基三乙氧基矽烷、十二基三甲氧基矽烷、十二基三乙氧基矽烷、十六基三甲氧基矽烷、十六基三乙氧基矽烷、十八基三甲氧基矽烷、十八基三乙氧基矽烷等矽烷化合物。上述矽烷化合物可將一種或兩種以上混合而使用。作為表面處理劑,亦可將烷氧基矽烷與單末端為矽醇之矽氧烷或單末端為三甲氧基矽基之聚矽氧烷併用。此處所謂表面處理,除了共價鍵結以外,亦包含吸附等。
(5)耐熱性提升劑(E成分)
E成分可直接添加粉末,亦可與樹脂進行母料化而使用。母料所使用之樹脂較佳為聚矽氧聚合物,可為硬化性聚矽氧聚合物,亦可為無反應基之聚矽氧聚合物,又,亦可為使用其兩者而成者。
(6)其他添加劑
於本發明之組成物,可視需要摻合上述以外之成分。例如亦可添加鐵丹、氧化鈦、氧化鈰等耐熱提升劑、難燃助劑、硬化延遲劑等。為了著色、調色,亦可添加有機或無機粒子顏料。作為用以進行填料表面處理等而添加之材料,亦可添加含烷氧基之聚矽氧。又,亦可添加不具有加成硬化反應基之有機聚矽氧烷。就作業性而言,於25℃之黏度較理想為10~100,000 mPa・秒,尤其理想為100~10,000 mPa・秒。
[實施例]
以下,使用實施例進行說明。本發明並不限定於實施例。關於各種參數,利用下述之方法進行測定。
<導熱率>
導熱性聚矽氧複合材料片之導熱率係藉由熱盤(hot disk)(依據ISO/CD 22007-2)而測定。該導熱率測定裝置1如圖1A所示般,以兩個試樣3a、3b夾持聚醯亞胺膜製之感測器2,對感測器2施加定電力,使其進行一定發熱並由感測器2之溫度上升值分析熱特性。感測器2之前端4之直徑為7 mm,如圖1B所示般,成為電極之雙重螺旋結構,於下部配置施加電流用電極5與電阻值用電極(溫度測定用電極)6。導熱率係利用以下之式(數1)而算出。
[數1]
λ:導熱率(W/m·K)
P0
:定電力(W)
r:感測器之半徑(m)
τ:
α:試樣之熱擴散率(m2
/s)
t:測定時間(s)
D(τ):無因次化之τ之函數
ΔT(τ):感測器之溫度上升(K)
<耐熱性試驗1:彎曲性試驗>
如圖2所示般,製作長100 mm、寬20 mm、厚2 mm之聚矽氧樹脂片7,於規定之溫度、時間進行熱處理後,將該聚矽氧樹脂片7設為水平並藉由保持部8保持。露出聚矽氧樹脂片7之L1=40 mm部分,保持L2=60 mm部分。聚矽氧樹脂片7’顯示自保持部8懸掛之狀態。測量通過自保持部8之前端之因自身重量而下垂之聚矽氧樹脂片7’的前端部分之漸進線與自保持部8之水平線之角度θ。於熱處理之初期,以直角懸掛故彎曲90°,但隨著硬化劣化之進行而變得不彎曲故接近0°。亦即,角度θ較大者,則耐熱性較高。彎曲性試驗係設為3次試驗之平均值。
圖3係同一耐熱性試驗(彎曲性試驗)之測定照片。
<耐熱性試驗2:針入度試驗>
以規定之溫度、時間進行熱處理後,依據JIS K2220(1/4錐體)測定該聚矽氧樹脂樣本之針入度。針入度之數字較高者,其聚矽氧樹脂較柔軟、耐熱性較高。針入度係設為3次試驗之平均值。
(實施例1)
(1)基礎聚合物
使用硬化後成為聚矽氧凝膠之2液加成硬化型聚矽氧聚合物。於一液(A液)含有基礎聚合物成分(A成分)及鉑族系金屬觸媒(C成分),於另一液(B液)含有基礎聚合物成分(A成分)及作為交聯劑成分(B成分)之有機氫聚矽氧烷。
(2)耐熱性提升劑
將0.04 g之上述化學式(化1)所表示之蒽醌P.B.60、及以0.94莫耳倍之作為環氧化合物之上述化學式(化5)所表示之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷0.02 g添加至二甲基聚矽氧油(黏度300 cs,25℃)30.0 g,均勻混合並稀釋(以下,稱為「耐熱性提升劑1」)。
(3)混合及硬化物成形
將3.0 g之上述耐熱性提升劑1添加至上述2液加成硬化型聚矽氧聚合物100 g,均勻混合而製成組成物。以聚矽氧油稀釋耐熱性提升劑1,且當聚矽氧樹脂含有聚矽氧油時,相對於聚矽氧樹脂100質量份,耐熱性提升劑1為0.0039質量份。
將混合物倒入200 mL燒杯後,進行100℃、30分鐘之加熱,而獲得聚矽氧凝膠硬化物。
(比較例1)
不添加耐熱性提升劑,除此之外,以與實施例1相同之方式實施。將以上結果示於表1。
[表1]
*:硬度高而無法測定
220℃熱處理 時間(小時) | 實施例1 針入度(1/10 mm) | 比較例1 針入度(1/10 mm) |
0 | 67 | 65 |
47 | 72 | 68 |
116 | 74 | 70 |
184 | 62 | 49 |
275 | 23 | (*) |
由表1可知:實施例1之耐熱性聚矽氧樹脂即便以高溫進行長時間熱處理亦柔軟,與比較例1相比,其耐熱性高。
(實施例2)
作為耐熱性提升劑,使用上述(化2)所表示之喹吖酮P.V.19,並使用導熱性填充劑,且設為表2所示之組成,除此之外,以與實施例1相同之方式獲得混合物。將組成物夾持於經脫模處理之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜,藉由輥壓機而成形為厚度2.0 mm之片狀,並進行100℃、30分鐘之加熱硬化,成形為聚矽氧凝膠片。導熱性填充劑係使用矽烷偶合劑:藉由癸基三甲氧基矽烷進行表面處理而得者。相對於導熱性填充劑100質量份,賦予0.66質量份之矽烷偶合劑,並進行120℃、12小時之熱處理而將其固定(前處理法)。藉此,防止作為鉑族系金屬觸媒(C成分)之觸媒能之硬化反應受損。再者,平均粒徑係於藉由雷射繞射光散射法之粒度分佈測定中,基於體積基準之累積粒度分佈之D50(中值粒徑)。作為該測定器,例如有堀場製作所公司製造之雷射繞射/散射式粒子分佈測定裝置LA-950S2。所得之導熱性聚矽氧凝膠片之硬化後之Asker C硬度為44,導熱率為4.4 W/m‧K。
[表2]
添加物 | 添加量(g) | 質量份 | ||
基礎聚合物 | 2液加成硬化型聚矽氧聚合物 | 180 | 100 | |
二甲基聚矽氧油 (黏度100 cs,25℃) | 20 | |||
導熱填充劑 | 破碎狀氧化鋁(平均粒径0.2 μm) | 220 | 1560 | |
破碎狀氧化鋁(平均粒径2 μm) | 900 | |||
球狀氧化鋁(35~75 μm) | 2000 | |||
耐熱性提升劑(喹吖酮P.V.19) | 0.04 | 0.33 | ||
(實施例3)
作為耐熱性提升劑,使用上述(化3)所表示之喹吖酮P.R.122,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(實施例4)
作為耐熱性提升劑,使用上述(化4)所表示之二酮基吡咯并吡咯P.R.264,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(實施例5)
作為耐熱性提升劑,使用上述(化1)所表示之蒽醌P.B.60,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(實施例6)
作為耐熱性提升劑,使用使作為耐熱性提升劑之上述(化1)所表示之蒽醌P.B.60與作為環氧化合物之上述化學式(化5)所表示之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷以1莫耳倍反應而獲得之化合物,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(實施例7)
作為耐熱性提升劑,使用0.91質量份之上述(化3)所表示之喹吖酮P.R.122,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(實施例8)
作為耐熱性提升劑,使用3.32質量份之上述(化3)所表示之喹吖酮P.R.122,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(實施例9)
作為耐熱性提升劑,使用6.62質量份之上述(化3)所表示之喹吖酮P.R.122,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(比較例5)
作為耐熱性提升劑,使用上述(化9)所表示之銅酞青(PcCu)1.33質量份,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
(比較例6)
不添加任何耐熱性提升劑,除此之外,以與實施例2相同之方式實施。
將以上之耐熱性試驗之結果示於表3及表4。
[表3]
180℃耐熱性試驗:彎曲性試驗,θ(°) | |||
0小時 | 260小時 | 500小時 | |
實施例2(P.V.19:0.33質量份) | 90 | 80 | 45 |
實施例3(P.R.122:0.33質量份) | 90 | 80 | 40 |
實施例4(P.R.264:0.33質量份) | 90 | 75 | 35 |
實施例5(P.B.60:0.33質量份) | 90 | 70 | 30 |
實施例6(P.B.60:0.33質量份,相對於P.B.60,將(化5)以1倍莫耳倍進行反應) | 90 | 70 | 30 |
比較例2(PcCu:0.33質量份) | 90 | 65 | 25 |
比較例3(P.R.149:0.33質量份) | 90 | 45 | 15 |
比較例4(P.O.43:0.33質量份) | 90 | 30 | 5 |
比較例6(無添加) | 90 | 55 | 5 |
[表4]
200℃耐熱性試驗:彎曲性試驗,θ(°) | ||
0小時 | 85小時 | |
實施例7(P.R.122:0.91質量份) | 90 | 60 |
實施例8(P.R.122:3.32質量份) | 90 | 70 |
實施例9(P.R.122:6.62質量份) | 90 | 75 |
比較例5(PcCu:1.33質量份) | 90 | 30 |
比較例6(無添加) | 90 | 5 |
由表3、表4可知:確認到實施例2~9於180℃或200℃之耐熱性彎曲性試驗中,具有高耐熱性。
[產業上之可利用性]
本發明之耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料較佳地用於介存於電氣、電子零件等之發熱部與散熱體之間。尤其,於使用不含金屬原子之耐熱提升劑而製成於高溫時亦不易變硬之耐熱性聚矽氧樹脂組成物及耐熱性聚矽氧樹脂複合材料之情況,對於電子、電氣零件而言成為較大之優點。
1:導熱率測定裝置
2:感測器
3a,3b:試樣
4:感測器之前端
5:施加電流用電極
6:電阻值用電極(溫度測定用電極)
7、7’:聚矽氧片
8:保持部
θ:角度
[圖1]圖1A-B係表示本發明之一實施例中之試樣之導熱率之測定方法的說明圖。
[圖2]係表示本發明之一實施例中之試樣之耐熱性試驗(彎曲性試驗)之測定方法的說明圖。
[圖3]係同一耐熱性試驗(彎曲性試驗)之測定照片。
7、7’:聚矽氧片
8:保持部
θ:角度
Claims (15)
- 一種耐熱性聚矽氧樹脂組成物,其含有聚矽氧樹脂及耐熱性提升劑,且特徵在於: 上述耐熱性提升劑為於環狀結構中含有1個以上之二級胺基、且含有1個以上之酮基的有機多環芳香族化合物。
- 如請求項1之耐熱性聚矽氧樹脂組成物,其中,上述耐熱性提升劑為選自由蒽醌、喹吖酮、二酮基吡咯并吡咯(diketo-pyrrolo-pyrrole)及於該等化合物混合或反應1莫耳倍以下之環氧化合物而得之化合物的至少一種化合物。
- 如請求項1或2之耐熱性聚矽氧樹脂組成物,其相對於聚矽氧樹脂100質量份,含有0.001~10質量份之上述耐熱性提升劑。
- 如請求項1或2之耐熱性聚矽氧樹脂組成物,其中,上述耐熱性提升劑係稀釋於聚矽氧油而添加。
- 如請求項1或2之耐熱性聚矽氧樹脂組成物,其中,上述耐熱性聚矽氧樹脂組成物為選自液狀、凝膠狀及橡膠狀之至少一種狀態。
- 一種聚矽氧樹脂複合材料,其於請求項1至5中任一項之耐熱性聚矽氧樹脂組成物含有選自無機填充劑及有機填充劑之至少一種填充劑。
- 如請求項6之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述填充劑相對於聚矽氧樹脂100質量份為1~7000質量份。
- 如請求項6之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述聚矽氧樹脂複合材料為選自凝膠狀及橡膠狀之至少一種狀態,且成形為片。
- 如請求項6之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述填充劑為選自導熱性填充劑、電磁波吸收性填充劑、提升絕熱性之填充劑、及強度提升用填充劑之至少一種填充劑。
- 如請求項9之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述導熱性填充劑為選自氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、氫氧化鋁、碳化矽及二氧化矽(silica)之至少一種無機粒子。
- 如請求項9之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述電磁波吸收性填充劑為選自軟磁性金屬粉及氧化物磁性粉之至少一種無機粒子。
- 如請求項9之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述提升絕熱性之填充劑為選自玻璃中空球、二氧化矽中空球、白砂中空球(shirasu balloon)、碳中空球、氧化鋁中空球、氧化鋯中空球、苯酚中空球、丙烯腈中空球、及偏二氯乙烯中空球之至少一種粒子。
- 如請求項9之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述強度提升用填充劑為選自二氧化矽、玻璃纖維、碳纖維、纖維素奈米纖維、石墨、及石墨烯之至少一種。
- 如請求項9之聚矽氧樹脂複合材料,其中,上述填充劑為無機填充劑,且其至少一部份經Ra Si(OR')3-a (R為碳數1~20之未經取代或經取代之有機基,R'為碳數1~4之烷基,a為0或1)表示之矽烷化合物、或其部分水解物之矽烷偶合劑表面處理。
- 如請求項14之聚矽氧樹脂複合材料,其相對於無機填充劑100質量份,賦予上述矽烷偶合劑0.01~10質量份。
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