TWI573824B - 具有導熱性的熱塑性樹脂組成物及其製品 - Google Patents

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Description

具有導熱性的熱塑性樹脂組成物及其製品
本發明是關於一種具有導熱性的熱塑性樹脂組成物。
在電器裝置中，具有發熱零件的構件(例如主體、基座以及散熱片(heat sinks)一般由金屬製造。使用金屬的原因為金屬具有高導熱性(thermal conductivity)。相較於其他材料，金屬能迅速地將所接收的熱散逸到周圍區域。因此，在高溫條件下，金屬可維持電器零件對熱的靈敏性。此外，金屬在板金切削、沖壓成型以及切割製程中具有高機械強度以及良好的加工耐受性(processing capability)。因此，金屬適於作為散熱片的材料，其中散熱片可具有多變的形狀。
然而，由於金屬具有高密度，因此難以使得由金屬製成的散熱片具有較輕的重量重量。此外，金屬的加工費用可能較高。
因此，已經發展出使用合成樹脂的導熱性材料來取代金屬。舉例來說，導熱性樹脂可作為列印機、複印機、筆記型電腦 及類似者的散熱片(heat dissipation sheet)或散熱膏(heat dissipation grease)。
近年來，由於對於電器裝置的高集成與高效能的需求增加，因此電器裝置內部產生大量的熱。此外，電器裝置變得更薄或重量更輕。因此，裝置所生成的熱的散逸可能造成嚴重的問題。 舉例來說，在一些情況下，電器裝置中的局部發熱最終可能導致裝置失靈或燒毀。由於目前所發展的導熱性樹脂組成物具有低熱傳導係數(thermal conductivity)，因此這些問題仍懸而未解。
若使用大量導熱性填料來改善樹脂組成物的導熱性，可能會增加樹脂組成物的黏度，進而在成型製程中導致流動性不良。這可能造成難以藉由射出成型製程來製造產品。此外，成品的強度可能也無法令人滿意。基於以上列舉的因素，在樹脂組成物中形成有效的網狀構造(effective network)是重要的，以達到最佳的導熱性以及最少的的填料用量。
可使用具較低黏度的樹脂，如此一來，即使添加了大量填料，也不會使得在射出成型製程中的流動性變差。然而，低黏度的樹脂具有低分子量，在擠壓製程或射出成型製程期間，此低分子量可能會增加分子鏈之間的反應性。
因此，為了要形成填料的有效網狀構造，以製造高導熱性樹脂組成物以及利於進行射出成型，確保流動性是重要的。此外，應降低樹脂的黏度並且維持在製程中的穩定性。
一般而言，已使用碳填料或石墨填料來改善樹脂組成物 的導熱性。雖然這些填料具有高導熱性，但它們也具有導電性，因此不能用於需要電絕緣的應用上，例如顯示器或電器裝置。
無機填料可能具有高吸濕性(moisture absorbing property)。因此，在射出成型期間，包括於樹脂組成物中的無機填料會增加外洩氣體的(out-gas)釋放。上述現象也可能劣化成品的物理性質。
本發明是關於一種熱塑性樹脂組成物，其可具有經改善的導熱性以及優異的物理性質，如彎曲模量(flexural modulus)、抗濕性(moisture resistance)、電絕緣性以及流動性。
本發明一實施例(第一例示性實施例)提供一種熱塑性樹脂組成物，其包括(A)30重量%(weight%)至50重量%的熱塑性樹脂，以及(B)50重量%至70重量%的球狀氧化鎂(spherical magnesium oxide)，其中熱塑性樹脂組成物在水平方向或垂直方向的熱擴散係數為0.065平方公分/秒至0.20平方公分/秒，且水平方向：垂直方向的熱擴散係數比率為1：0.5至1：1。
球狀氧化鎂(B)的平均粒度(average particle size)為30微米至80微米以及比表面積(specific surface area)(BET)為0.4平方公尺/克至0.6平方公尺/克。
熱塑性樹脂可包括聚醯胺(polyamide)樹脂、聚伸苯硫(polyphenylene sulfide)樹脂、聚烯烴(polyolefin)樹脂、聚酯 (polyester)樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene,ABS)樹脂、甲基丙烯酸(methacrylic)樹脂、氟化物(fluoride)樹脂、聚碸(polysulfone)樹脂、聚醚醯亞胺(polyester imide)樹脂、聚醚碸(polyether sulfone)樹脂、聚醚酮(polyether ketone)樹脂、液晶聚酯樹脂或其組合。
熱塑性樹脂可包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂或其組合。
聚伸苯硫樹脂的平均分子量可為3,000克/莫耳至50,000克/莫耳。
基於100重量份的熱塑性樹脂(A)以及球狀氧化鎂(B)，熱塑性樹脂組成物可更包括5重量份至50重量份的玻璃纖維(C)。
玻璃纖維(C)的平均直徑可為8微米至20微米以及平均長度可為1.5毫米至8毫米。
熱塑性樹脂組成物可更包括抗氧化劑(antioxidant)、潤滑劑(lubricant)、阻燃劑(flame retardant)、熱穩定劑(thermal stabilizer)、無機添加劑(inorganic additive)、顏料(pigment)、染料(dye)或其組合。
根據ASTM D1238，在使用丸狀物(pellet)以及315℃與負重為1.2公斤的條件下，熱塑性樹脂組成物的熔流指數(melt flow index)可大於5克/10分鐘。
一種模壓製品(molded product)，其可使用熱塑性樹脂組成物來製備。
本發明的另一實施例(第二例示性實施例)提供一種熱塑 性樹脂組成物，其包括(A)30重量%至50重量%的熱塑性樹脂以及(B)50重量%至70重量%的球狀氧化鎂，其中球狀氧化鎂(B)的表面可經矽烷寡聚物(silane oligomer)處理。
球狀氧化鎂(B)的平均粒度可為30微米至80微米。
熱塑性樹脂可包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂、聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂、甲基丙烯酸樹脂、氟化物樹脂、聚碸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚酮樹脂、液晶聚酯樹脂或其組合。
熱塑性樹脂可包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂或其組合。
矽烷寡聚物可包括經聚合的具有乙烯基(vinyl group)、胺基或其組合的矽烷化合物。
基於100重量份的球狀氧化鎂(B)，球狀氧化鎂(B)可包括量為0.1重量份至1.0重量份的矽烷寡聚物。
包括胺基的矽烷化合物可包括N-(2-胺乙基)-3-胺丙基甲基二甲氧基矽烷(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl methyldimethoxysilane)、N-(2-胺乙基)-3-胺丙基三甲氧基矽烷(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane)、N-(2-胺乙基)-3-胺丙基三乙氧基矽烷(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane)、3-胺丙基三甲氧基矽烷(3-aminopropyl trimethoxysilane)、3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyl triethoxysilane)、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基亞丁基)丙基胺(3-triethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutylidene)propyl amine)、N-苯基 -3-胺丙基三甲氧基矽烷(N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane)或其組合。
基於100重量份的熱塑性樹脂(A)以及球狀氧化鎂(B)，熱塑性樹脂組成物可更包括5重量份至50重量份的玻璃纖維(C)。
熱塑性樹脂組成物可更包括抗氧化劑、潤滑劑、阻燃劑、熱穩定劑、無機添加劑、顏料、染料或其組合。
根據ASTM E1461，熱塑性樹脂組成物的熱擴散係數可大於1.30W/mK。
基於經85℃以及85%的相對濕度處理72小時後的熱塑性樹脂組成物的總重量，熱塑性樹脂組成物可吸收的水氣量為小於1.5重量%。
一種模壓製品，其可使用熱塑性樹脂組成物來製備。
本發明可提供一種熱塑性樹脂組成物，其具有經改善的導熱性，以及優異的物理性質，如彎曲模量、抗濕性、電絕緣性以及流動性。
圖1是展示根據本發明的無機填料與矽烷寡聚物的化學鍵結行為的模擬圖。
在下文中將以本發明的以下實施方式來更充分地描述本 發明，在實施方式中描述了本發明的某些但非全部實施例。更進一步而言，本發明可以不同形式來體現，且不應解釋為侷限於以下的實施例；相反地，提供這些實施例是為了使本揭露案滿足申請上的法定需求。
本發明關於一種熱塑性樹脂組成物，其具有經改善的導熱性，以及優異物理性質，如彎曲模量、抗濕性，電絕緣性以及流動性。
分別基於100重量%的熱塑性樹脂(A)以及球狀氧化鎂(B)，根據本發明的導熱性熱塑性樹脂組成物可包括(A)30重量%至50重量%的熱塑性樹脂以及(B)50重量%至70重量%的球狀氧化鎂。
熱塑性樹脂組成物在水平方向或垂直方向的熱擴散係數可為0.065平方公分/秒至0.20平方公分/秒並且水平方向：垂直方向的熱擴散係數比率為1：0.5至1：1。
球狀氧化鎂(B)的表面可經矽烷寡聚物處理。
此樹脂組成物中可更包括玻璃纖維(C)或其他添加劑(D)。
以下將詳細解釋這些各個組份。
(A)熱塑性樹脂
可使用任何熱塑性樹脂(只要其為熱塑性樹脂即可)且未對其加以限制。未對熱塑性樹脂的實例加以限制且其實例可包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂、聚烯烴樹脂(如聚乙烯樹脂與聚丙烯樹脂)、聚酯樹脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂、甲基丙烯酸 樹脂、氟化物樹脂、聚碸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚酮樹脂、液晶聚酯樹脂及其類似物以及其組合。
在本發明的例示性實施例中，熱塑性樹脂可包括聚醯胺樹脂及/或聚伸苯硫樹脂，以提供優異的導熱性與電絕緣性。
(A1)聚醯胺樹脂
聚醯胺(PA)樹脂是一種在(共)聚合物的主鏈上具有醯胺(-NHCO-)鍵的熱塑性樹脂。未對聚醯胺樹脂的實例加以限制且其實例可包括PA 6、PA 66、PA 11、PA 46、PA 12、PA 1212、PA 1012、PA 610、PA 611、PA 612、PA 69、PA 6/66、PA 6T、PA 6I、PA 9T、PA 10T、PA 11T、PA 11T(H)、PA 12T、PA 12I、PA 66/6T、PA 6T/6I、PA PACM12、PA二甲基PACM12、PA MXD6及其類似者以及其組合。聚醯胺樹脂也可包括與其他熱塑性樹脂組合的聚醯胺樹脂，諸如(但不限於)PA/PPE(聚伸苯醚)、PA/PPS(聚伸苯硫)、PA/ABS及其類似物。
一般熱塑性樹脂/金屬複合材料具有導電性。然而，當具有極性醯胺(-NHCO-)基的聚醯胺樹脂與金屬組份一起使用，聚醯胺樹脂會因電子阱(electron trap)而可展現電絕緣性。因此，聚醯胺樹脂非常適於作為需要優異流動性、電絕緣性以及優異導熱性的樹脂組成物。
特定言之，可使用聚己醯胺(polycaproamide)(PA 6)、聚四伸甲基己二醯胺(polytetramethylene adipamide)(PA 46)、聚六伸甲基己二醯胺(polyhexamethylene adipamide)(PA 66)、聚六伸甲基 壬二醯胺(polyhexamethylene nonanediamide)(PA 69)、聚六伸甲基癸二醯胺(polyhexamethylene sebacamide)(PA 610)、聚己醯胺/聚六伸甲基己二醯胺共聚物(PA 6/66)、聚六伸甲基十二醯胺(polyhexamethylene dodecanamide)(PA 612)、聚六伸甲基十一醯胺(polyhexamethylene undecanamide)(PA 611)、聚十伸甲基十二醯胺(polydecamethylene dodecanamide)(PA 1012)、聚十二伸甲基十二醯胺(polydodecamethylene dodecanamide)(PA 1212)、聚十一醯胺(polyundecanamide)(PA 11)、聚十二醯胺(polydodecanamide)(PA 12)、聚六伸甲基對酞醯胺(polyhexamethylene terephthalamide)(PA 6T)、聚六伸甲基間苯二甲醯胺(polyhexamethylene isophthalamide)(PA 6I)、聚九伸甲基對酞醯胺(polynonamethylene terephthalamide)(PA 9T)、聚十伸甲基對酞醯胺(polydecamethylene terephthalamide)(PA 10T)、聚十一伸甲基對酞醯胺(polyundecamethylene terephthalamide)(PA 11T)、聚十一伸甲基六羥基對酞醯胺(polyundecamethylene hexahydro terephthalamide)(PA 11T(H))、聚十二伸甲基對酞醯胺(polydodecamethylene terephthalamide)(PA 12T)、聚十二伸甲基間苯二甲醯胺(polydodecamethylene isophthalamide)(PA 12I)、聚六伸甲基對酞醯胺/聚六伸甲基間苯二甲醯胺共聚物(polyhexamethylene terephthalamide/polyhexamethylene isophthalamide copolymer)(PA 6T/6I)、聚六伸甲基己二醯胺/聚六伸甲基對酞醯胺(polyhexamethylene adipamide/polyhexamethylene terephthalamide copolymer)(PA 66/6T)、聚-雙(4-胺基環己基)甲烷十二醯胺(poly-bis(4-aminocyclohexyl)methane dodecanamide)(PA PACM 12)、聚-雙(3-甲基-4-胺基環己基)甲烷十二醯胺(poly-bis(3-methyl-4-aminocyclohexyl)methane dodecanamide)(PA dimethyl PACM 12)及/或聚(間二甲苯己二醯胺)(poly(m-xylene adipamide))(PA MXD 6)。可單獨使用這些化合物或使用兩種以上化合物的混合物。
在例示性實施例中，可使用PA 66或PPA(聚鄰苯二甲醯胺(polyphthalamide))，如PA 6T、PA 6I、PA 9T、PA 10T、PA 11T、PA 11T(H)、PA 12T、PA 12I、PA 66/6T、PA 6T/6I及/或PA MXD6。 在這些聚醯胺樹脂中，PPA具有高耐熱性(heat resistance)，因此其可用於需要電絕緣性以及導熱性的材料中。
基於100重量%的熱塑性樹脂(A)以及球狀氧化鎂(B)，熱塑性樹脂組成物可包括量為30重量%至50重量%的聚醯胺樹脂。
若所包括的聚醯胺樹脂的量在上述範圍內，熱塑性樹脂組成物可提供經改善的導熱性以及良好的物理性質，如彎曲模量、抗濕性、電絕緣性以及流動性。
(A2)聚伸苯硫樹脂
聚伸苯硫(PPS)樹脂是一種熱塑性樹脂。聚伸苯硫樹脂具有優異的耐熱性，且其在室溫及甚至在-50℃的較低溫下維持大致相同的性質。此外，在寬廣的溫度範圍中，聚伸苯硫可具有優異的尺寸穩定性(dimensional stability)與抗潛變性(creep resistance)。再者，聚伸苯硫樹脂是無毒的且為阻燃的。其也具有相對較低的黏度。
用於本發明的聚伸苯硫樹脂可為線性聚伸苯硫樹脂，線性聚伸苯硫樹脂包括具有下列化學式1的重複單元，並且基於樹脂的總莫耳數，具有下列化學式1的重複單元的量為大於70莫耳%。
晶度(crystallinity)是晶性聚合物(crystalline polymer)的特性之一。當聚伸苯硫樹脂所包括的化學式1的重複單元的量為大於70莫耳%時，聚伸苯硫樹脂可具有高結晶度，且因此可具有優異的耐熱性、耐化學性(chemical resistance)以及強度。日本專利公告第1977-12240號揭露具有此結構重複單元的線性聚伸苯硫樹脂的代表性製備方法，此全部揭露的內容做以參考方式併入本文。
聚伸苯硫樹脂可包括具有不同於化學式1重複單元結構的重複單元的聚伸苯硫樹脂，其中重複單元量達50莫耳%(例如達30莫耳%)。可使用化學式2至化學式9作為重複單元，其中化學式2至化學式9為具有不同於化學式1重複單元結構的重複單元的非限定實例。
【化學式2】
在上式7中，R可為C1至C10的烷基、硝基、苯基、C1至C10的烷氧基、羧基或羧酸鹽。
在例示性實施例中，可使用包括50莫耳%以上的對二氯苯(p-dichlorobenzene)及硫化鈉(sodium sulfide)的聚伸苯硫樹脂。
聚伸苯硫樹脂可具有低黏度，其可容許填充大量的導熱性無機填料。在例示性實施例中，聚伸苯硫樹脂的重量平均分子量可為3,000克/莫耳至50,000克/莫耳(例如5,000克/莫耳至30,000克/莫耳)以獲得低黏度。當聚伸苯硫樹脂具有在上述範圍內的重量平均分子量，可優化樹脂的熱穩定性，此優異的熱穩定性可最小化在擠壓製程或射出成型製程中樹脂之間反應導致的硬化。
基於100重量%的熱塑性樹脂(A)以及球狀氧化鎂(B)，熱塑性樹脂組成物可包括聚伸苯硫樹脂的量為30重量%至50重量%。
若所包括的聚伸苯硫樹脂的量在上述範圍內，其可改善導熱性，以及可改善物理性質，如彎曲模量、抗濕性、電絕緣性以及流動性。
(B)球狀氧化鎂
根據本發明，將球狀氧化鎂(B)引入作為導熱性絕緣填料。氧化鎂的球狀粒子可提供良好的熱擴散係數以及熱塑性樹脂組成物的流動性。球狀氧化鎂(B)在任何方位(相對於射出成型方向或垂直於射出成型方向，包括水平方向(在面上(in-plane))以及垂直方向(z-方向))皆可具有優異的導熱性。此外，其也可具有優異電絕緣性。
相較於板狀(plate-shaped)粒子或薄片，球狀氧化鎂(B)可具有優異流動性。相較於球狀填料，板狀填料會更大幅地增加樹脂組成物的黏度，因此，板狀填料最終可能減少樹脂組成物的流動性。因此，在需要優異流動性的本發明中，板狀填料並不適合。
填料可具有相對較大的粒子，以確保樹脂組成物的流動性。然而，就考量流動性與樹脂組成物其他物理性質之間的平衡，選擇填料的平均粒度範圍是必要的。
在例示性實施例中，球狀氧化鎂可具有平均粒度為30微米至80微米(例如40微米至60微米)。
此外，在例示性實施例中，球狀氧化鎂可具有比表面積(BET)為0.4平方公尺/克至0.6平方公尺/克。
若平均粒度低於30微米及/或BET超過0.6平方公尺/克，可能減少樹脂組成物的流動性。若平均粒度超過80微米及/或BET低於0.4平方公尺/克，可能減少樹脂組成物的導熱性。
球狀氧化鎂可具有優異的導熱性。然而，其吸濕性可能 因水合反應(hydration reaction)而增高。因此，在例示性實施例中，可使用矽烷寡聚物對球狀氧化鎂進行表面處理。此外，應改善球狀氧化鎂與熱塑性樹脂之間的附著性(adhesion)，以確保這兩者之間的相容性。
矽烷寡聚物可誘導與具有優異熱性質的球狀氧化鎂之間的直接化學鍵結。此外，若以矽烷寡聚物處理球狀氧化鎂，可進一步減少熱塑性樹脂組成物的熱膨脹係數，其可改善尺寸穩定性。此外，可改善球狀氧化鎂與熱塑性樹脂之間的附著性，且熱塑性樹脂組成物可具有抗濕性。
圖1是解釋經表面處理的球狀氧化鎂與熱塑性樹脂之間相容性的模擬圖。其顯示熱塑性樹脂與球狀氧化鎂之間經改善的親和力(affinity)。
矽烷寡聚物是具有乙烯基及/或胺基的矽烷化合物的聚合產物。矽烷寡聚物的重量平均分子量可為30克/莫耳至7,000克/莫耳。
未對包括乙烯基的矽烷化合物的實例加以限制且其實例包括乙烯基三氯矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷及其類似物以及其組合。
未對包括胺基的矽烷化合物的實例加以限制且其實例包括N-(2-胺乙基)-3-甲基二甲氧基矽烷、N-(2-胺乙基)-3-三甲氧基矽烷、N-(2-胺乙基)-3-三乙氧基矽烷、3-胺丙基三甲氧基矽烷、3-胺丙基三乙氧基矽烷、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基亞丁基)丙基 胺、N-苯基-3-胺丙基三甲氧基矽烷及其類似物以及其組合。
經矽烷寡聚物處理的球狀氧化鎂是藉由以矽烷寡聚物對球狀氧化鎂進行表面處理來製造。此處所指的表面處理包括伴隨著化學鍵結的吸附(adsorption)。一般表面處理方法例如是乾式法及溼式法。
基於100重量份的球狀氧化鎂，可以使用矽0.1重量份至1.0重量份的烷寡聚物對球狀氧化鎂進行表面處理，重量重量重量。
若以上述範圍內的量的矽烷寡聚物對球狀氧化鎂進行表面處理，較能確保抗濕性及導熱性，且不破壞熱塑性樹脂組成物的任何物理性質。
(C)玻璃纖維
根據本發明的熱塑性樹脂組成物可更包括玻璃纖維。
根據本發明，可使用一般玻璃纖維。玻璃纖維可具有平均直徑為8微米至20微米以及平均長度為1.5毫米至8毫米。
若玻璃纖維的直徑在上述範圍內，可獲得優異的機械強度增強效應(reinforcing effect)。此外，若玻璃纖維的長度在上述範圍內，可輕易地將玻璃纖維放入擠壓機，並且可大幅改善樹脂組成物的機械強度。
未對玻璃纖維的實例加以限制且其實例包括玄武岩(basalt)纖維、由生物質(biomass)所製備的纖維及其類似者以及其組合。也可使用橫斷面呈現圓形、橢圓形、矩形及/或啞鈴形 (dumbbell-shaped)的玻璃纖維。
可以使用特定玻璃纖維處理試劑處理玻璃纖維，以避免其與熱塑性樹脂反應並且改善其與熱塑性樹脂之間的可溼性(wettability)。此處理可在製備玻璃纖維期間或在玻璃纖維的後處理階段期間進行。
潤滑劑、偶合劑及/或界面活性劑可用來作為玻璃纖維處理試劑。在製備玻璃纖維期間，潤滑劑可用來形成厚度一致且具有特定直徑的良好(玻璃纖維)股(good strand)。耦合劑可提供玻璃纖維與熱塑性樹脂之間的良好附著性。若根據待處理的熱塑性樹脂與玻璃纖維的類型來適當地選擇與使用這些玻璃纖維處理試劑，則經玻璃纖維強化的熱塑性樹脂組成物可獲得良好物理性質。
基於100重量份的熱塑性樹脂(A)以及球狀氧化鎂(B)，熱塑性樹脂組成物可包括5重量份至50重量份的玻璃纖維重量重量。
若所包括的玻璃纖維的量在上述範圍內，可改善熱塑性樹脂組成物的彎曲模量與耐熱性。此外，玻璃纖維可賦予熱塑性樹脂組成物優異的流動性，以確保熱塑性樹脂組成物良好的可加工性。
(D)其他添加劑
熱塑性樹脂組成物可包括一種或多種額外的添加劑。未對添加劑的實例加以限制且其實例可包括抗氧化劑、潤滑劑、阻燃劑、熱穩定劑、無機添加劑、顏料、染料及其類似者以及其混 合物。可包括添加劑以改善熱塑性樹脂組成物的物理性質，且只要添加劑不會破壞熱塑性樹脂組成物的導熱性，添加劑的含量可輕易地由所屬技術領域中具有通常知識者決定。
根據本發明的熱塑性樹脂組成物可使用所屬技術領域中用以製作樹脂組成物的一般方法來製備。例如，在混合上述組份以及可能存在的其他添加劑之後，可藉由擠壓機來熔融擠壓所述組成物，以製造丸狀的樹脂組成物。可藉由使用丸狀物來進行射出成型、吹氣成型、加壓成型及/或擠壓成型製程以製造各種產品。
熱塑性樹脂組成物可用來製造多種產品，包括製造需要優異導熱性的電子產品或電器產品(如電視、電腦、行動電話、辦公室自動化裝置(office automation devices))的主體以及基座、散熱片、LED輻射孔及其類似者。
熱塑性樹脂組成物的熱擴散係數以及由熱塑性樹脂組成物所製作的產品的熱擴散係數可為0.065平方公分/秒至0.20平方公分/秒。以射出成型方向為基準，熱塑性樹脂組成物的水平方向：垂直方向的熱擴散係數可為1：0.5至1：1。
於此說明根據本發明的例示性實施例。然而，下列實例僅為例示本發明並且不應解釋為限定或限制本發明所保護的範疇。
[第一實施例的實例]
用於第一例示性實施例的實例與比較例的各個組份的說明如下。
(A)聚伸苯硫(PPS)樹脂
使用來自杜克楊(Dukyang)(中國)的聚伸苯硫樹脂，其具有重量平均分子量為32,000克/莫耳。
(B)導熱性填料
(b1)使用球狀氧化鎂(MgO)，其具有平均粒度為50微米以及BET為0.5平方公尺/克。
(b2)使用來自電氣化學(Denka)(日本)的球狀氧化鋁(Al2O3)，其具有平均粒度為50微米。
(b3)使用片狀(flaky)氧化鋁(Al2O3)，其具有外觀比(aspect ratio)為6。
(b4)使用來自邁圖(Momentive)(美國)的片狀氮化硼(boron nitride,BN)，其具有外觀比為7。
(b5)使用球狀氧化鎂(MgO)，其具有平均粒度為20微米以及BET為0.7平方公尺/克。
(b6)使用球狀氧化鎂(MgO)，其具有平均粒度為100微米以及BET為0.1平方公尺/克。
(b7)使用球狀氧化鎂(MgO)，其具有平均粒度為50微米及BET為0.9平方公尺/克。
(b8)使用石墨，其具有外觀比為20。
實例1
將30重量%的聚伸苯硫樹脂(A)以及70重量%的球狀氧化鎂(b1)(其作為導熱性填料)混合以製備聚伸苯硫樹脂組成物。以 雙螺桿擠壓機(twin screw extruder)加工所述聚伸苯硫樹脂組成物以製備丸狀物，其中螺桿尺寸為L/D=36，Φ=45mm以及輥筒溫度為250℃至350℃。所製備的丸狀物在90℃乾燥超過三小時，且在300℃的溫度下藉由射出成型來製備根據美國材料試驗協會規範(ASTM specifications)的樣品，以量測物理性質，如熱擴散係數、彎曲模量以及表面電阻。
實例2至實例3以及比較例1至比較例9
除了使用以下表1列出的組成物，根據與實例1相同的方法來製備樣品。
量測物理性質的方法
(1)熱擴散係數(平方公分/秒)：根據ASTM E1461、量測橫向垂直於射出成型方向的水平方向與垂直方向的熱擴散係數。
(2)彎曲模量(十億帕(GPa))：根據ASTM D790、使用厚度為0.25吋的樣品來量測彎曲模量。
(3)熔流指數(克/10分鐘)：根據ASTM D1238、在315℃、負重為1.2公斤下，使用丸狀物來量測熔流指數。
(4)表面電阻(歐姆/平方)：根據ASTM D257、在25℃下，以SRM-110(來自Wolfgang Warmbier(德國))量測樣品的表面電阻。
(5)比表面積(平方公尺/克)：在-196℃、氮氣氣氛下以BELSORP-max mini II(來自BEL(日本))來量測球狀氧化鎂的比表面積(BET)。
由表2可知，包括球狀氧化鎂(b1)的實例1至實例3在水平方向與垂直方向的熱擴散係數皆優異。此外，彎曲模量優異且伴隨有足夠的流動性。
具有球狀氧化鋁的比較例1，在水平方向與垂直方向的熱擴散係數的差異小。然而，相較於具有球狀氧化鎂(b1)的實例2，其所有熱擴散係數皆較低。
此外，相較於使用相同量的球狀氧化鎂(b1)的實例2，使用片狀氧化鋁的比較例2的水平方向熱擴散係數的下降程度比垂直方向熱擴散係數的下降程度更大。相較於本發明，具有片狀氧化鋁的比較例2的導熱性與流動性皆較差。
特定言之，比較例3使用通常用來作為導熱性填料的氮化硼，雖然比較例3與比較例2在水平方向的熱傳導係數方面沒有很大的差異，但實例2在垂直方向的熱擴散係數遠高於比較例3。此外，實例2的彎曲模量與流動性遠高於比較例3。
與比較例6的球狀氧化鎂的粒度與比表面積(BET)相關(其粒度低於30微米並且BET超過0.6平方公尺/克)，所有熱擴散係數以及流動性皆低於實例2。在粒度超過80微米並且BET低於0.4平方公尺/克的比較例7中，其所有熱擴散係數較低。在BET超過0.6平方公尺/克的比較例8中，其所有熱擴散係數以及流動性皆較低。
此外，在使用石墨的比較例9中，表面電阻過低並且展現高導電性。因此，具有石墨的熱塑性樹脂組成物不適合用於如電器裝置等需要電絕緣的應用。
[第二實施例的實例]
用於第二例示性實施例的實例與比較例的各個組份說明如下。
(A)聚醯胺樹脂
使用來自Evonik(德國)的CX7323聚醯胺(PA)樹脂。
(B)導熱性填料
(b11)使用球狀氧化鎂(MgO)，其具有平均粒度為50微米及BET為0.5平方公尺/克。
(b12)使用經矽烷寡聚物處理的球狀氧化鎂(MgO)，其具有平均粒度為50微米及BET為0.5平方公尺/克。基於100重量份的球狀氧化鎂，作為具有乙烯基的矽烷寡聚物的RF-50-SC的使用量為0.05重量份。
(b13)使用經矽烷寡聚物處理的球狀氧化鎂(MgO)，其具 有平均粒度為50微米及BET為0.5平方公尺/克。基於100重量份的球狀氧化鎂，作為具有胺基的矽烷寡聚物的RF-50-SC的使用量為0.05重量份。
(b21)使用來自Denka(日本)的球狀氧化鋁(Al2O3)，其具有平均粒度為50微米。
(b22)使用來自Denka(日本)的經矽烷寡聚物處理的球狀氧化鋁(Al2O3)，其具有平均粒度為50微米。基於100重量份的球狀氧化鋁，作為具有乙烯基的矽烷寡聚物的RF-50-SC的使用量為0.05重量份。
實例4
將30重量%的聚醯胺樹脂(A)以及70重量%的經矽烷寡聚物(b12)處理的球狀氧化鎂(其作為導熱性填料)混合，以製備聚醯胺樹脂組成物。以雙螺桿擠壓機加工此聚醯胺樹脂組成物，以製備丸狀物，其中螺桿尺寸為L/D=36、Φ=45mm以及輥筒溫度為250℃至350℃。所製備的丸狀物在90℃乾燥超過三小時，且在300℃的溫度下藉由射出成型來製備根據美國材料試驗協會規範的樣品，以量測物理性質，如熱傳導係數、抗彎強度(flexural strength)、彎曲模量以及抗拉強度(tensile strength)。
實例5至實例9以及比較例10至比較例18
除了使用以下表3列出的組成物，根據與實例4相同的方法來製備樣品。
實例4至實例5以及比較例11
於下表4中列出實例4至實例5以及比較例11的吸濕性變化。
量測物理性質的方法
(1)熱擴散係數(W/mK)：根據ASTM E1461來量測熱傳導係數。
(2)抗彎強度(百萬帕)：根據ASTM D790、使用厚度為0.25吋的樣品來量測抗彎強度。
(3)彎曲模量(十億帕)：根據ASTM D790、使用厚度為0.25吋的樣品來量測彎曲模量。
(4)抗拉強度(百萬帕)：根據ASTM D638、使用厚度為0.125吋的樣品來量測抗拉強度。
(5)吸濕性(重量%)：在85℃、相對濕度為85%的條件下，藉由樣品在經歷一定時間後的重量變化來量測吸濕性。
當無機填料(如氧化鎂或氧化鋁)的含量增加時，樹脂組成物的彎曲模量增加，但抗拉強度與抗彎強度減少。因此，維持這些物理性質之間的平衡並且確保有足夠的導熱性是用於作為電器材料(如LED輻射孔)的樹脂組成物的重要選擇準則
如表3所示，相較於經具有相同量乙烯基的矽烷寡聚物處理的球狀氧化鋁(比較例12及比較例13)、未經表面處理的球狀氧化鋁(比較例10以及比較例15)以及未經表面處理的球狀氧化鎂(比較例11、比較例14以及比較例16)，使用表面經具有胺基或乙烯基的矽烷寡聚物處理的球狀氧化鎂(實例4至實例9)，其導熱性增加約10%至105%。
特別的是，在實例4與實例5中(其中球狀氧化鎂表面經具有胺基或乙烯基的矽烷寡聚物處理)，隨著時間消逝的抗濕性顯著地高於比較例11。由表4可知，相較於實例5，實例4(其包括經具有乙烯基的矽烷寡聚物處理的球狀氧化鎂)顯示相對較高的 抗濕性。這是因為胺基會與水氣之間產生氫鍵結，因此胺基相較於乙烯基具有相對較高的吸濕性。因此，當分子結構中胺基的量減少，吸濕性可能較低。
此外，如比較例17所示，當所包括的經表面處理的球狀氧化鎂量小於50重量%時，無法確保足夠的導熱性。如比較例18所示，當所包括的經表面處理的球狀氧化鎂量大於70重量%，雖然導熱性沒有增加，但抗拉強度與抗彎強度減少。
經由前文所教示的優點，所屬技術領域中具有通常知識者能聯想到本發明的諸多潤飾及其他實施例。因此，應當明白本發明不限於所揭示的特定實施例，並且那些潤飾及其他實施例皆涵蓋在所附加的申請專利範圍中。儘管在此使用特定用語，但其僅用來作為概括及記述性理解，而非用以限定本發明，本發明的範圍定義於申請專利範圍中。

Claims (19)

  1. 一種熱塑性樹脂組成物，其包括：(A)30重量%至50重量%的熱塑性樹脂；(B)50重量%至70重量%的球狀氧化鎂，其中所述球狀氧化鎂(B)具有平均粒度為30微米至80微米；其中所述熱塑性樹脂組成物在水平方向或垂直方向的熱擴散係數為0.065平方公分/秒至0.20平方公分/秒，並且水平方向：垂直方向的熱擴散係數比率為1：0.5至1：1，其中基於100重量份的所述熱塑性樹脂(A)以及所述球狀氧化鎂(B)，所述熱塑性樹脂組成物更包括5重量份至50重量份的玻璃纖維(C)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述球狀氧化鎂(B)具有比表面積(BET)為0.4平方公尺/克至0.6平方公尺/克。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述熱塑性樹脂包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂、聚烯烴樹脂、聚酯樹脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂、甲基丙烯酸樹脂、氟化物樹脂、聚碸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚酮樹脂、液晶聚酯樹脂或其組合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述熱塑性樹脂包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂或其組合。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所 述聚伸苯硫樹脂具有平均分子量為3,000克/莫耳至50,000克/莫耳。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述玻璃纖維(C)具有平均直徑為8微米至20微米以及平均長度為1.5毫米至8毫米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述熱塑性樹脂組成物更包括抗氧化劑、潤滑劑、阻燃劑、熱穩定劑、無機添加劑、顏料、染料或其組合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂組成物，其中根據ASTM D1238，使用丸狀物以及在315℃與負重為1.2公斤的條件下，所述熱塑性樹脂組成物具有熔流指數為大於5克/10分鐘。
  9. 一種模壓製品，其藉由如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂組成物來製備。
  10. 一種熱塑性樹脂組成物，其包括：(A)30重量%至50重量%的熱塑性樹脂；(B)50重量%至70重量%的球狀氧化鎂，其中所述球狀氧化鎂(B)具有平均粒度為30微米至80微米；其中以矽烷寡聚物來處理所述球狀氧化鎂的表面，其中所述矽烷寡聚物包括經聚合的具有乙烯基、胺基或其組合的矽烷化合物。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述熱塑性樹脂包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂、聚烯烴樹脂、 聚酯樹脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂、甲基丙烯酸樹脂、氟化物樹脂、聚碸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚酮樹脂、液晶聚酯樹脂或其組合。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述熱塑性樹脂組成物包括聚醯胺樹脂、聚伸苯硫樹脂或其組合。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中基於100重量份的所述球狀氧化鎂(B)，所具有的矽烷寡聚物量為0.1重量份至1.0重量份。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中包括胺基的所述矽烷化合物包括N-(2-胺乙基)-3-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(2-胺乙基)-3-胺丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺乙基)-3-胺丙基三乙氧基矽烷、3-胺丙基三甲氧基矽烷、3-胺丙基三乙氧基矽烷、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基亞丁基)丙基胺、N-苯基-3-胺丙基三甲氧基矽烷或其組合。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中基於100重量份的所述熱塑性樹脂(A)以及所述球狀氧化鎂(B)，所述熱塑性樹脂組成物更包括5重量份至50重量份的玻璃纖維(C)。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中所述熱塑性樹脂組成物更包括抗氧化劑、潤滑劑、阻燃劑、熱穩定劑、無機添加劑、顏料、染料或其組合。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中根據ASTM E1461，所述熱塑性樹脂組成物具有熱傳導係數為大於 1.30W/mK。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物，其中基於在經85℃及85%的相對濕度處理72小時後的所述熱塑性樹脂組成物的總重量，所述熱塑性樹脂組成物吸收的水氣量為小於1.5重量%。
  19. 一種模壓製品，其是藉由如申請專利範圍第10項所述之熱塑性樹脂組成物來製備。
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