WO2016140330A1 - 層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法、剥離化された層状無機化合物及びその製造方法、絶縁性樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物並びに放熱部材 - Google Patents

層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法、剥離化された層状無機化合物及びその製造方法、絶縁性樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物並びに放熱部材 Download PDF

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layered inorganic
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士輝 宋
敬二 福島
竹澤 由高
裕司 堀田
祐介 今井
太介 島本
雄一 冨永
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日立化成株式会社
国立研究開発法人産業技術総合研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a composite of a layered inorganic compound and an organic compound and a manufacturing method thereof, a peeled layered inorganic compound and a manufacturing method thereof, an insulating resin composition, a resin sheet, an insulator, a cured resin sheet, and a heat dissipation member About.
  • High-voltage equipment materials such as generators, rotating electrical machines, and power transmission / transformation equipment include a conductive member for flowing electricity and an insulating member for blocking between conductors or between a conductor and ground.
  • An insulating resin material based on an epoxy resin is generally used for the insulating member of such a high voltage device from the viewpoint of insulation, chemical stability, mechanical strength, heat resistance, cost, and the like. ing.
  • JP-A-2008-75069 discloses that an epoxy compound is filled with an inorganic compound such as silica, alumina, or a smectite clay compound.
  • the insulating property of the composite material is obtained by dispersing a layered inorganic compound such as mica in a thermoplastic resin such as polypropylene or polyamide. Attempts have been made to improve various performances such as voltage resistance and heat resistance. In these prior arts, when the thermoplastic resin and the layered inorganic compound are dispersed, a method of melt kneading the layered inorganic compound into the thermoplastic resin is used.
  • the method of melt-kneading a layered inorganic compound into a thermoplastic resin is to disperse the layered inorganic compound by applying heat to a thermoplastic resin such as polypropylene, and thus thermosetting epoxy resin or the like that is difficult to melt and knead by heat. It cannot be applied to a functional resin.
  • layered inorganic compounds inherently contain alkali metals such as sodium and potassium, which have hydrophilicity between layers, and have hydroxyl groups on the crystal surface, and thus have affinity for polar solvents such as water, but organic Low affinity for organic substances such as solvents and epoxy resins. Therefore, in the kneading with the resin, the layered inorganic compound is agglomerated and voids accompanying the aggregation occur, making it difficult to uniformly disperse the layered inorganic compound in the resin, and insulating, voltage resistance, heat resistance There is a problem that various performances and the like are deteriorated.
  • the insulating resin material is required to have high reliability, in order to improve various performances such as better insulation, high thermal conductivity, voltage resistance, etc., a certain amount or more of the layered inorganic compound is required. Filling is necessary. However, when the filling rate is increased, the resin does not enter the space around the layered inorganic compound, and voids are easily formed. In addition to the deterioration of various performances of the insulating resin material, there is a problem that the manufacturing cost increases. . In order to solve this problem, it is effective to increase the aspect ratio (aspect ratio) of the layered inorganic compound, that is, to increase the specific surface area.
  • JP-A-9-87096 reports that the mechanical properties of a composite material of a smectite clay compound, which is a layered inorganic compound having an increased aspect ratio, and resin are improved.
  • a layered inorganic compound Like the smectite clay compound, mica, a layered inorganic compound, is considered to have a higher effect of improving insulation, voltage resistance, heat resistance, etc. of the material combined with the resin as the aspect ratio is larger. Therefore, in order to realize these problems, development of a layered inorganic compound peeling technique (nanosheet forming technique) is required.
  • the layers of the layered inorganic compound are formed by relatively weak bonds such as van der Waals force and electrostatic interaction.
  • This van der Waals force can be generally expressed by the dispersion force of the Lennard-Jones potential shown in equation (1) (the sixth-order term in the equation), and is known to be inversely proportional to the sixth power of the distance r. ing.
  • the electrostatic interaction can be expressed by the equation (2), and is known to be inversely proportional to the distance r.
  • U (r) is the potential energy of an arbitrary pair of molecules
  • ⁇ and ⁇ are the fitting parameters specific to the molecule
  • q + and q ⁇ are the charge amount
  • ⁇ r is the relative dielectric constant of the medium
  • ⁇ 0 is the vacuum Dielectric constant
  • r refers to distance.
  • the present inventors have so far conducted extensive research on a method (intercalation) for intercalating an organic compound between layers of a layered inorganic compound. And a manufacturing method thereof (that is, organic treatment), a peeled layered inorganic compound, and a manufacturing method thereof.
  • Intercalation is a phenomenon in which atoms, molecules, etc. enter between layers of a layered inorganic compound. Since there is no change in crystal structure before and after intercalation, it is used for clay compounds such as smectite as pretreatment for exfoliation of layered inorganic compounds and for improving the affinity between resin and layered inorganic compounds. Yes.
  • the layered inorganic compound organically treated by intercalation shows affinity for a resin such as a nylon resin.
  • a layered inorganic compound is uniformly dispersed in a resin by kneading and polymerizing the layered inorganic compound and an organic compound such as a monomer.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-169030 an attempt is made to obtain a layered inorganic compound obtained by dispersing and treating an organically treated layered inorganic compound under strong conditions such as ultrasonic irradiation.
  • JP 2009-191239 A describes that a resin composition with improved partial discharge resistance can be obtained.
  • JP 2012-158622 A discloses that after laminating a layered inorganic compound with water or an aqueous mixed solvent, the layered inorganic compound functionalized with a silane coupling agent is kneaded with a resin. A method for producing a resin composition for high voltage equipment with improved insulation performance is described.
  • International Publication No. 2006/22431 is an organic-inorganic composite obtained by treating non-swellable mica having a large primary particle size with a concentrated solution of a positively charged organic compound, and the organic-inorganic composite is well dispersed.
  • the present invention relates to a polymer composite material.
  • JP-A-63-215775 uses a polymerization reaction, it is necessary to consider the reaction method according to the type and amount of the monomer of the base resin and the organic compound to be intercalated, and the production cost is reduced. There is a problem that it increases.
  • the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-169030 has a problem in that the mica is pulverized, not peeled, by ultrasonic waves, and the length of the mica in the longitudinal direction (a-axis) is reduced, thereby reducing the aspect ratio. .
  • the resin composition is produced by kneading with the resin as it is, a large amount of residual organic compound and various metal ions are present in the finally obtained resin composition. Therefore, it is considered that the insulating effect of the resin composition is small.
  • JP 2009-191239 A describes that ammonium ions are usually used as the organic compound.
  • the life of the resin composition may be shortened by moisture absorption by the amine.
  • the resin sheet formed by molding the resin composition into a sheet may be hardened and hardened by the catalytic effect of the amine.
  • the layered inorganic compound is exfoliated only in the complexing process with the polymer, that is, the kneading process. Therefore, the compounding method and compounding conditions for obtaining a sufficient effect are limited.
  • JP 2009-191239 A, JP 2012-158622 A, and JP 2008-63408 A a layered inorganic compound is dispersed in a single resin. Therefore, the knowledge regarding the improvement of insulation performance by application of the layered inorganic compound to the insulating resin composition highly filled with inorganic fillers such as alumina contributing to high thermal conductivity has not been described so far.
  • the present invention relates to a composite of a layered inorganic compound and an organic compound that expands a regular stack of non-swellable layered inorganic compounds by intercalation of organic compounds and improves affinity for resins, and a method for producing the same.
  • the purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a peeled layered inorganic compound having a high aspect ratio by mechanical treatment and a method for producing the same.
  • an object of the present invention is to provide an insulating resin composition, a resin sheet, an insulator, a cured resin sheet, and a heat radiating member having a high dielectric strength voltage.
  • ⁇ 1> a step of heat-treating the non-swellable layered inorganic compound within a range of a thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound;
  • An organic compound is intercalated in the non-swellable layered inorganic compound and dispersed between the non-swellable layered inorganic compound in a dispersion liquid in which the heat-treated nonswellable layered inorganic compound is dispersed in a medium.
  • Inserting Have
  • the non-swellable layered inorganic compound has a layered structure in which unit crystal layers are stacked on each other, and is heated in the c-axis direction in the range of 0.05 to 0.20 by heating for 1 hour at the upper limit of the thermal decomposition temperature.
  • ⁇ 2> The method for producing a complex of a layered inorganic compound and an organic compound according to ⁇ 1>, wherein the non-swellable layered inorganic compound is mica.
  • ⁇ 3> The ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the organic compound is at least one cationic organic compound selected from the group consisting of amine salts, phosphonium salts, imidazolium salts, pyridinium salts, sulfonium salts, and iodonium salts.
  • the organic compound is at least one cationic organic compound selected from the group consisting of amine salts, phosphonium salts, imidazolium salts, pyridinium salts, sulfonium salts, and iodonium salts.
  • the concentration of the organic compound in the dispersion is 0.01 mol / L or more and not more than the solubility of the organic compound
  • ⁇ 5> a step of heat-treating the non-swellable layered inorganic compound within a range of a thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound;
  • An organic compound is intercalated in the non-swellable layered inorganic compound and dispersed between the non-swellable layered inorganic compound in a dispersion liquid in which the heat-treated nonswellable layered inorganic compound is dispersed in a medium.
  • the non-swellable layered inorganic compound has a layered structure in which unit crystal layers are stacked on each other, and is heated in the c-axis direction in the range of 0.05 to 0.20 by heating for 1 hour at the upper limit of the thermal decomposition temperature.
  • ⁇ 6> The method for producing a peeled layered inorganic compound according to ⁇ 5>, wherein an equilibrium filler density of the dispersion after applying a shearing force to the dispersion is 30% by volume or less.
  • ⁇ 8> The method for producing a peeled layered inorganic compound according to any one of ⁇ 5> to ⁇ 7>, wherein a collision pressure of the dispersion during the mechanical treatment is 50 MPa to 250 MPa.
  • An organic compound is intercalated into a non-swellable layered inorganic compound,
  • the non-swellable layered inorganic compound has a layered structure in which unit crystal layers are stacked on each other, and is heated in the c-axis direction in the range of 0.05 to 0.20 by heating for 1 hour at the upper limit of the thermal decomposition temperature.
  • the organic compound intercalated between layers of the non-swellable layered inorganic compound is 1% by mass to 40% by mass with respect to 100% by mass of the non-swellable layered inorganic compound.
  • An insulating resin composition comprising a thermosetting resin and an inorganic filler, wherein at least a part of the inorganic filler is the exfoliated layered inorganic compound according to ⁇ 11> or ⁇ 12>.
  • ⁇ 14> The insulating resin composition according to ⁇ 13>, wherein a ratio of the exfoliated layered inorganic compound to the inorganic filler is 0.5% by volume to 10% by volume.
  • ⁇ 15> A resin sheet obtained by molding the insulating resin composition according to ⁇ 13> or ⁇ 14> into a sheet shape.
  • a cured resin sheet which is a heat-treated product of the resin sheet according to ⁇ 15>.
  • a composite of a layered inorganic compound and an organic compound that expands a regular stack of non-swellable layered inorganic compounds by intercalation of organic compounds and improves affinity for resins and a method for producing the same Is provided.
  • a peeled layered inorganic compound having a high aspect ratio and a method for producing the same are provided by mechanical treatment.
  • an insulating resin composition, a resin sheet, an insulator, a cured resin sheet, and a heat radiating member having a high withstand voltage there are provided.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of XRD measurement of the sample obtained in Example 1. It is the photograph which shows the state which left the dispersion liquid for 2 weeks, (a) shows the case of the dispersion liquid which did not implement peeling processing, (b) shows the case of the dispersion liquid which performed peeling processing.
  • 6 is a graph showing the results of XRD measurement of a sample obtained in Comparative Example 2. 6 is a graph showing the results of XRD measurement of the sample obtained in Example 5. It is a photograph which shows the SEM image of the mica powder before peeling processing. 2 is a photograph showing an SEM image of the exfoliating compound refluxed for 96 hours in Example 5.
  • the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range. Good. Further, in the numerical ranges described in this specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
  • the content of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. .
  • the particle size of each component in the composition is such that when there are a plurality of types of particles corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified, the mixture of the plurality of types of particles present in the composition. Mean value.
  • the term “resin composition layer” includes not only a configuration of a shape formed on the entire surface but also a configuration of a shape formed on a part when observed as a plan view.
  • the method for producing a complex of a layered inorganic compound and an organic compound is a method of thermally decomposing a non-swellable layered inorganic compound into the non-swellable layered inorganic compound.
  • the specific composite of the present embodiment is formed by intercalating an organic compound into a non-swellable layered inorganic compound, and as a non-swellable layered inorganic compound, unit crystal layers are stacked to form a layered structure, When heated at the upper limit of the thermal decomposition temperature for 1 hour, it expands in the c-axis direction in the range of 0.05 to 0.20 mm, and when heated at the upper limit of the thermal decomposition temperature for 1 hour, the crystal structure of the unit crystal layer is The one that does not change is used.
  • the specific complex of the present embodiment can be easily obtained by the above-described production method.
  • the inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-described problems when an organic compound is intercalated into a non-swellable layered inorganic compound.
  • the non-swellable layered inorganic compound is heat-treated within the range of the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound, and the non-swellable layered inorganic compound is easily expanded between the layers by expanding in the c-axis direction. It was found that a specific complex can be formed by intercalation with the present invention, and the present invention has been made based on this finding.
  • the specific composite of the present embodiment is useful as a substance in the previous stage when exfoliating the layered inorganic compound.
  • non-swellable layered inorganic compound used in the present embodiment examples include mica, kaolinite, and pyrophyllite. Among these, mica having excellent insulating properties is preferable.
  • non-swellable mica examples include muscovite, biotite, paragonite, margarite, clintonite, anandite, chlorite, phlogopite, lepidrite, mascobite, biotite, teniolite, and tetrasilicic mica.
  • the non-swellable layered inorganic compound used in the present embodiment expands in the c-axis direction in the range of 0.05 to 0.20 by heating at the upper limit of the thermal decomposition temperature for 1 hour, and the thermal decomposition temperature. It is necessary that the crystal structure of the unit crystal layer does not change by heating at the upper limit of 1 hour.
  • the type of mica is not particularly limited, and may be a natural product, such as hydrothermal synthesis, melting method, solid phase method, etc. It may be a composite.
  • the non-swellable layered inorganic compound is a compound in which unit crystal layers are stacked to form a layered structure.
  • the degree of expansion of the non-swellable layered inorganic compound in the c-axis direction can be measured with an X-ray diffraction apparatus (X-Ray Diffraction, XRD).
  • X-Ray Diffraction X-Ray Diffraction
  • Whether or not the crystal structure of the unit crystal layer of the non-swellable layered inorganic compound has been changed by heating for 1 hour at the upper limit of the thermal decomposition temperature is determined by measuring the non-swellable layered inorganic compound before and after heating by XRD. Analysis can be confirmed by measuring changes in the crystal structure.
  • the specific complex of the present embodiment can be obtained by intercalating an organic compound between layers of a layered inorganic compound.
  • the intercalating substance is an organic compound.
  • the organic compound used in the present embodiment is not particularly limited in its kind, and is at least one cationic organic compound selected from the group consisting of amine salts, phosphonium salts, imidazolium salts, pyridinium salts, sulfonium salts, and iodonium salts. Is mentioned.
  • Examples of amine salts that can be used in the present embodiment include primary to quaternary amine hydrochlorides such as dodecylamine hydrochloride and octadecylamine hydrochloride.
  • Examples of phosphonium salts that can be used in the present embodiment include trihexyl phosphonium salts.
  • Examples of the imidazolium salt that can be used in the present embodiment include 1-ethyl-3-methylimidazolium salt.
  • Examples of pyridinium salts that can be used in the present embodiment include N-alkylpyridinium salts.
  • Examples of the sulfonium salt that can be used in the present embodiment include triarylsulfonium salts.
  • Examples of iodonium salts that can be used in this embodiment include N-alkyl iodonium salts.
  • the interlayer distance can be increased and the interlayer can be made oleophilic, so that the affinity of the exfoliated layered inorganic compound prepared from the specific composite to the resin is improved. It is possible to disperse the layered inorganic compound that has been more uniformly peeled in the resin.
  • the non-swellable layered inorganic compound is heated within the range of the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound.
  • the heating temperature exceeds the upper limit of the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound, the structural water (hydroxyl group in the crystal structure) of the non-swellable layered inorganic compound is removed, and the crystals of the non-swellable layered inorganic compound are crystallized.
  • the structure tends to change, and the non-swellable layered inorganic compound itself is undesirably altered.
  • the heat treatment temperature of the non-swellable layered inorganic compound is set within the range of the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound.
  • the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound means a temperature range having an upper limit value and a lower limit value.
  • details of the method for confirming the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound are as follows.
  • the thermal decomposition temperature can be measured by using thermogravimetry (Thermo Gravimetry, TG) and differential thermal analysis (Differential Thermal Analysis, DTA). It is possible to heat a non-swellable layered inorganic compound at 500 ° C.
  • the thermal decomposition temperature from the peak shape of endothermic reaction and exothermic reaction of DTA, the peak temperature of endothermic reaction and exothermic reaction, etc. .
  • the reaction for intercalating the organic compound between the layers of the non-swellable layered inorganic compound (that is, the step of inserting the organic compound between the layers of the non-swellable layered inorganic compound)
  • the organic compound is added as a guest compound to the dispersion in which the heat-treated non-swellable layered inorganic compound is dispersed in the medium, and heated and stirred. It may be done by
  • the concentration of the organic compound in the dispersion is preferably higher at a concentration of 0.01 mol / L or more in order to increase the number of contact between the non-swellable layered inorganic compound and the organic compound. However, when the concentration of the organic compound exceeds a certain level, the viscosity of the dispersion liquid may increase remarkably. Therefore, the concentration of the organic compound in the dispersion liquid is preferably adjusted to be equal to or lower than the solubility of the organic compound.
  • the content of the non-swellable layered inorganic compound in the dispersion is preferably in the range of 0.5 volume% to 50 volume%. If it is 50 volume% or less, since the viscosity of a dispersion liquid does not become high too much, it exists in the tendency for the fall of stirring efficiency to be suppressed. If it is 0.5 volume% or more, it exists in the tendency which can ensure the quantity of the grade which can be industrially implemented as the quantity of the specific complex produced
  • the medium for dispersing the heat-treated non-swellable layered inorganic compound is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving the intercalating organic compound. Specifically, water, organic solvents, such as alcohol, etc. are mentioned.
  • a heat-treated non-swellable layered inorganic compound may be dispersed in a medium containing an organic compound to be intercalated.
  • reaction rate increases as the temperature during the intercalation reaction increases, room temperature (25 ° C.) or higher is preferable.
  • the organic compound intercalated between the layers of the non-swellable layered inorganic compound is preferably 1% by weight to 40% by weight, more preferably 1% by weight to 30% by weight with respect to 100% by weight of the non-swellable layered inorganic compound. More preferably, it is 1% by mass to 25% by mass. Suitable for efficient mechanical peeling treatment of non-swellable layered inorganic compound by the amount of intercalated organic compound being 1% by weight to 40% by weight with respect to 100% by weight of non-swellable layered inorganic compound It is.
  • the amount of the organic compound to be intercalated is 1% by mass or more, it becomes possible to expand the layer of the non-swellable layered inorganic compound to a range suitable for exfoliation and effectively peel off the non-swellable layered inorganic compound. And tend to be nanosheets.
  • the intercalated specific complex may be redispersed in the medium.
  • the method for removing the unreacted organic compound include a washing method in which the intercalated specific complex is dispersed in water or an organic solvent and recovered by filtration, filter press, centrifugation, or the like.
  • the solvent used for washing a solvent having high solubility of the intercalated organic compound is preferable.
  • the amount of the organic compound intercalated between the layers can be measured by methods such as thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA). By measuring the mass decreased in the range of 150 ° C. to 800 ° C., it is possible to measure the amount of the organic compound intercalated into the non-swellable layered inorganic compound.
  • TG thermogravimetry
  • DTA differential thermal analysis
  • the production method of the exfoliated layered inorganic compound of the present embodiment includes the non-swellable layered inorganic compound in the range of the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound.
  • a non-swelling step by intercalating the non-swellable layered inorganic compound with an organic compound in a dispersion obtained by dispersing the heat-treated non-swellable layered inorganic compound in a medium.
  • the non-swellable layered inorganic compound unit crystal layers are stacked on each other to form a layered structure, and heated at the upper limit of the thermal decomposition temperature for 1 hour, the c-axis is in the range of 0.05 to 0.20%. Expands toward the crystal structure of the unit crystal layers by heating 1 hour at the upper limit of the pyrolysis temperature is a method using one that does not change.
  • the exfoliating compound of this embodiment is an exfoliated layered inorganic compound having an average particle thickness in the c-axis direction of 1 nm to 80 nm.
  • the exfoliating compound of this embodiment can be easily obtained by the above-described production method.
  • the inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the problem that the aspect ratio during the peeling treatment after the organic compound is intercalated into the non-swellable layered inorganic compound.
  • a specific composite in which an organic compound is intercalated with a non-swellable layered inorganic compound is formed, and then high pressure and high shear stress are mechanically applied to the specific composite, thereby preventing non-swelling with a high aspect ratio.
  • the present inventors have found that a peeled product of a layered inorganic compound can be produced, and have reached the present invention based on this finding.
  • any method may be used as long as shear is imparted in the dispersion of the non-swellable layered inorganic compound.
  • a wet jet mill a high-pressure homogenizer, or the like, which is a device that applies a shear flow.
  • a planetary homogenizer, a high-speed stirrer, a three-roll mill, and the like can be given.
  • any method may be used as long as the specific composite dispersed in the liquid is sheared.
  • an organic layer is formed between the step of heat-treating the non-swellable layered inorganic compound within the range of the thermal decomposition temperature of the non-swellable layered inorganic compound and the layer of the non-swellable layered inorganic compound.
  • the step of inserting a compound is the same as in the case of the method for producing the specific complex of the present embodiment described above, and the same materials and processing conditions can be applied. According to the production method of the exfoliating compound of this embodiment, for example, it is possible to exfoliate the layered inorganic compound to a range where the average particle thickness in the c-axis direction is 1 nm to 80 nm.
  • the specific exfoliation method is not limited to a wet jet mill or the like.
  • the specific composite tends to be pulverized without being peeled and become fine particles. It is difficult to be performed. Therefore, it is preferable to carry out a peeling process by mechanical treatment using a device capable of shearing at high speed in a dispersion such as a wet jet mill. Thereby, it becomes possible to exfoliate, without grind
  • the collision pressure of the dispersion during the mechanical treatment in the exfoliating step is preferably 50 MPa to 250 MPa, more preferably 100 MPa to 200 MPa, and further preferably 150 MPa to 200 MPa.
  • the shear rate is preferably 100 m / s to 400 m / s, more preferably 180 m / s to 300 m / s, and still more preferably 200 m / s to 300 m / s. If this method is used, a release compound having a high aspect ratio can be obtained with high productivity.
  • the average particle diameter of the specific composite before the mechanical treatment used in the exfoliation step is preferably 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m. If the average particle size of the specific composite before the mechanical treatment is 0.01 ⁇ m or more, the aspect ratio of the specific composite before the mechanical treatment is not too small, and the exfoliation by the mechanical treatment can be incorporated into the dispersion. By doing so, a shearing force is likely to be applied, and peeling tends to be facilitated.
  • the average particle size of the specific composite before mechanical treatment is 100 ⁇ m or less, the specific composite before mechanical treatment is easily dispersed in the dispersion, and peeling is promoted by applying a shearing force. It tends to be easier.
  • the average particle diameter of particles such as a specific complex can be measured by using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. After putting the measurement object into the dispersion, it is dispersed with a stirrer or the like. By measuring the particle size distribution of the dispersion, the particle size distribution of the measurement object is measured. Based on the particle size distribution, the average particle size is determined as a particle size corresponding to 50% volume accumulation from the small diameter side.
  • the average particle size of the exfoliated non-swellable layered inorganic compound after applying shear force to the dispersion is the intercalated non-swelling property before applying shear force to the dispersion
  • the average particle diameter of the layered inorganic compound is preferably 50% to 100%, more preferably 70% to 100%, still more preferably 90% to 100%. If the average particle size of the exfoliating compound is 50% to 100% of the average particle size of the specific composite, the influence of peeling in the thickness direction (c-axis) is greater than the fracture in the longitudinal direction (a-axis), and the aspect There is an advantage that a reduction in the ratio can be suppressed.
  • the average particle thickness in the c-axis direction of the exfoliating compound of the present embodiment can be measured by a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM) by the following method.
  • a release compound and a dispersion medium are mixed to prepare a dispersion slurry.
  • the prepared dispersion slurry is poured into a mold to obtain a disk-shaped exfoliated compound molded body.
  • the exfoliated particles are laminated in the thickness direction because the aspect ratio is large.
  • a thickness distribution chart can be created by randomly measuring the thickness of the exfoliating compound at 200 or more and performing image analysis.
  • the 50% cumulative thickness (T 50 ) in the thickness distribution is defined as the average particle thickness in the c-axis direction.
  • the thickness of the exfoliating compound after the mechanical treatment can be defined by measuring the equilibrium filler density in addition to the thickness distribution using a scanning electron microscope (SEM).
  • the equilibrium filler density refers to the bulk density in the dispersion of the exfoliating compound when the equilibrium is reached in the dispersion. This is an index that expresses, by volume percentage, how much the exfoliating compound after dispersion stabilization exists in a dispersion in a certain volume.
  • the settling thickness increases due to exfoliation of the specific composite that is a laminate, and the density of the exfoliating compound decreases.
  • the equilibrium filler density is preferably lower. In the present embodiment, it is preferable that the content be 30% by volume or less. If the equilibrium filler density is 30% by volume or less, it can be said that peeling is proceeding efficiently.
  • the equilibrium filler density can be measured by the following method. A certain amount of the exfoliating compound slurry after the mechanical treatment is added to a test tube, and left at room temperature (25 ° C.) for 2 weeks. By measuring the sedimentation height of the exfoliating compound after standing for 2 weeks, the equilibrium filler density can be calculated by equation (3).
  • Equilibrium filler density (%) concentration of exfoliating compound in slurry / ⁇ (precipitation height of exfoliating compound) / (slurry height) ⁇ (3)
  • the exfoliating compound obtained through the exfoliating step may be dried to obtain a powder sample, or may be obtained as a slurry sample in the liquid. Moreover, you may preserve
  • the exfoliating compound without reducing the length in the longitudinal direction (a-axis). Therefore, the aspect ratio of the release compound increases.
  • a thermoplastic resin or a thermosetting resin with a release compound having a high aspect ratio, the insulation, voltage resistance, heat resistance, etc. of the non-swellable layered inorganic compound can be effectively expressed. it can.
  • the exfoliating compound of the present embodiment can be provided in either a slurry state or a powder state, and can be easily incorporated into various nanocomposite manufacturing processes.
  • a composite with a thermosetting resin such as an epoxy resin leads to the development of an insulating resin material excellent in insulation, voltage resistance, heat resistance, and the like.
  • the insulating resin composition of the present embodiment contains a thermosetting resin and an inorganic filler, and at least a part of the inorganic filler is the release compound of the present embodiment.
  • an insulating resin composition containing rounded alumina or the like that has a small anisotropy and contributes to an improvement in thermal conductivity has a short dielectric breakdown path, and the dielectric breakdown voltage of the resin composition decreases.
  • scaly fillers had to be added.
  • inorganic nanoparticles include layered inorganic compounds such as nano-sized BN and mica.
  • BN since there are few surface functional groups, the affinity with the resin is poor, voids are likely to be generated inside the resin composition, and the insulation may be lowered.
  • an insulating resin composition having high insulation reliability by using a layered inorganic compound separated into a specific thickness (the exfoliating compound of this embodiment) It has been found that it is possible to produce a product. This has led to the realization of a resin composition, a resin sheet, an insulator, a cured resin sheet, and a heat radiating member using the same, which have a high withstand voltage, in a more versatile and simple process.
  • the exfoliating compound of this embodiment is excellent not only in electrical insulation but also in heat resistance, chemical resistance, etc., and further in cost performance.
  • the insulating resin composition of the present embodiment contains at least one thermosetting resin.
  • the thermosetting resin include epoxy resin, oxazine resin, bismaleimide resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, and silicone resin. From the viewpoint of electrical insulation, an epoxy resin is preferable.
  • the epoxy resin used in the present embodiment is not particularly limited. Examples thereof include bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin and cycloaliphatic epoxy resin. Among these, from the viewpoint of increasing the thermal conductivity, it is preferable to use an epoxy resin having a mesogenic skeleton in the molecule, which is a structure that is easily self-aligned such as a biphenyl group. An epoxy resin having such a mesogenic skeleton in the molecule is disclosed, for example, in JP-A-2005-206814.
  • epoxy resin examples include, for example, 1- ⁇ (3-methyl-4-oxiranylmethoxy) phenyl ⁇ -4- (4-oxiranylmethoxyphenyl) -1-cyclohexene, 1- ⁇ (2-methyl -4-oxiranylmethoxy) phenyl ⁇ -4- (4-oxiranylmethoxyphenyl) -1-cyclohexene and 1- ⁇ (3-ethyl-4-oxiranylmethoxy) phenyl ⁇ -4- (4- And oxiranylmethoxyphenyl) -1-cyclohexene.
  • the content of the thermosetting resin in the insulating resin composition of the present embodiment is not particularly limited.
  • the solid content of the insulating resin composition can be 1% by mass to 50% by mass, and preferably 1% by mass to 10% by mass. Adhesiveness and heat conductivity can be improved more because the content rate of a thermosetting resin is the said range.
  • the solid content of the insulating resin composition means a residue obtained by removing volatile components from the insulating resin composition.
  • the insulating resin composition of this embodiment contains an inorganic filler.
  • at least a part of the inorganic filler is the release compound of the present embodiment.
  • the proportion of the exfoliating compound in the inorganic filler is preferably in the range of 0.5 volume% to 10 volume%.
  • the content rate of a peeling compound is 0.5 volume% or more, it exists in the tendency for the insulation of an insulating resin composition to improve more.
  • the content rate of a peeling compound is 10 volume% or less, it exists in the tendency for the heat conductivity of an insulating resin composition to improve more.
  • the inorganic filler other than the exfoliating compound when used, is not particularly limited, and compounds well known in the art can be used. Examples thereof include aluminum oxide (alumina), magnesium oxide, aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride, silicon dioxide, aluminum hydroxide, and barium sulfate.
  • the inorganic filler other than the exfoliating compound when using an inorganic filler other than the exfoliating compound, may be used alone or in combination of two or more.
  • inorganic fillers having different particle diameters may be used in combination.
  • the inorganic filler with a small particle diameter enters between the gaps between the inorganic fillers with a large particle diameter, and it is easy to increase the filling of the inorganic filler, and the high thermal conductivity efficiently. Since it is thought that rate improvement is realizable, it is preferable.
  • the average particle diameter (D50) of the inorganic filler is preferably 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m to 70 ⁇ m from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the method for measuring the average particle size of the inorganic filler is the same as that for particles of a specific composite or the like.
  • the content of the entire inorganic filler in the insulating resin composition is not particularly limited. Among them, it is preferably 30% by volume to 95% by volume in the total solid content volume of the insulating resin composition, and more preferably 45% by volume to 90% by volume from the viewpoint of improving thermal conductivity. From the viewpoint of improving the thermal conductivity, it is more preferably 70 to 90% by volume.
  • the thermal conductivity of the insulating resin composition tends to be higher.
  • the total solid content volume of the insulating resin composition means the total volume of non-volatile components among the components constituting the insulating resin composition.
  • the insulating resin composition preferably contains at least one curing agent.
  • curing agent there is no restriction
  • the thermosetting resin is an epoxy resin
  • the curing agent can be appropriately selected from curing agents usually used as a curing agent for epoxy resins. Specific examples include amine curing agents such as dicyandiamide and aromatic diamine, and phenolic curing agents such as phenol novolac resin, cresol novolac resin, and catechol resorcinol novolak resin.
  • a phenolic curing agent is preferable, and a phenolic curing agent including a structural unit derived from a bifunctional phenolic compound such as catechol, resorcinol and p-hydroquinone is more preferable.
  • the content of the curing agent in the insulating resin composition is not particularly limited.
  • the content of the curing agent can be 0.1 to 2.0 equivalents per 1 equivalent of epoxy resin, and 0.5 to 1.5 equivalents from the viewpoint of improving flexibility.
  • the number is preferably 0.8, and more preferably 0.8 to 1.1 equivalents from the viewpoint of high thermal conductivity. It exists in the tendency which can improve a thermal conductivity more because content of a hardening
  • curing agent is the above-mentioned range.
  • the insulating resin composition preferably contains at least one curing catalyst.
  • a curing catalyst there is no restriction
  • the thermosetting resin is an epoxy resin
  • specific examples of the curing catalyst include triphenylphosphine, 2-ethyl-4-methylimidazole, boron trifluoride amine complex, and 1-benzyl-2-methylimidazole. Can be mentioned. Among them, it is preferable to use triphenylphosphine from the viewpoint of achieving high thermal conductivity.
  • the content of the curing catalyst in the insulating resin composition is not particularly limited.
  • the content of the curing catalyst in the insulating resin composition can be, for example, 0.1% by mass to 2.0% by mass with respect to the epoxy resin, and is 0.5% by mass to 1.5% by mass. It is more preferable. It exists in the tendency which can improve a thermal conductivity more because the content rate of a curing catalyst is the above-mentioned range.
  • the insulating resin composition preferably contains at least one coupling agent.
  • the coupling agent can be contained for the purpose of, for example, surface treatment of inorganic filler.
  • the coupling agent is not particularly limited, and can be appropriately selected from commonly used coupling agents. Specifically, for example, methyltrimethoxysilane (available from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., available as trade name “KBM-13”), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (available from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM”).
  • N-phenyl-3-Aminopropyltrimethoxysilane available from Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM-573”
  • 3-aminopropyltrimethoxysilane made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM-903”
  • 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “ BM-403 "available as) and the like.
  • N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane is preferable from the viewpoint of achieving high thermal conductivity.
  • the content of the coupling agent in the insulating resin composition is not particularly limited.
  • the content of the coupling agent in the insulating resin composition can be, for example, 0.05% by mass to 1.0% by mass with respect to the inorganic filler, and 0.1% by mass to 0.5% by mass. More preferably. It exists in the tendency which can improve heat conductivity more because the content rate of a coupling agent is the above-mentioned range.
  • the insulating resin composition may contain at least one solvent.
  • the solvent is not particularly limited as long as it does not inhibit the curing reaction of the resin composition, and can be appropriately selected from commonly used organic solvents. Specific examples include ketone solvents such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone, and alcohol solvents such as cyclohexanol.
  • the insulating resin composition contains a solvent, the content of the solvent in the insulating resin composition is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the applicability of the resin composition.
  • the insulating resin composition can further contain other additives other than the curing catalyst and the solvent as described above as necessary.
  • additives include an elastomer that can improve the peelability and dispersibility of the release compound.
  • various additives generally used for resin compositions such as antioxidants, anti-aging agents, stabilizers, flame retardants, and thickeners can be exemplified.
  • the content of these additives is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the resin sheet of this embodiment is formed by molding the insulating resin composition of this embodiment into a sheet shape.
  • the resin sheet of this embodiment is not particularly limited as long as the insulating resin composition of this embodiment is formed into a sheet shape.
  • the resin sheet of the present embodiment is preferably a so-called B stage sheet that is further heat-treated until it is in a semi-cured state (B-suge state).
  • B stage is defined by JIS K6900: 1994.
  • the resin sheet can be manufactured as follows. After applying a varnish-like insulating resin composition to which a solvent such as methyl ethyl ketone or cyclohexanenon is added on a release film such as a PET (polyethylene terephthalate) film as necessary, the resin composition is dried as necessary. It can be obtained as a physical layer.
  • coating can be implemented by a well-known method. Specific examples of the coating method include a comma coating method, a die coating method, a lip coating method, and a gravure coating method.
  • a coating method for forming a resin composition layer with a predetermined thickness As a coating method for forming a resin composition layer with a predetermined thickness, a comma coating method for passing an object to be passed between gaps, a die coating method for applying a resin varnish with a flow rate adjusted from a nozzle, or the like is applied. Can do. For example, when the thickness of the resin composition layer before drying is 50 ⁇ m to 500 ⁇ m, it is preferable to use a comma coating method.
  • the thickness of the resin sheet can be appropriately selected depending on the purpose, and can be, for example, 50 ⁇ m to 300 ⁇ m, and preferably 60 ⁇ m to 250 ⁇ m from the viewpoint of thermal conductivity and sheet flexibility.
  • the resin sheet can also be produced by hot pressing while laminating two or more resin composition layers.
  • the insulator of this embodiment is a cured product of the insulating resin composition of this embodiment.
  • the insulator according to the present embodiment can be manufactured by the same manufacturing method as in the case of using a normal resin for casting insulator, in which the insulating resin composition according to the present embodiment is injected into a mold. .
  • the insulating resin composition of the present embodiment it is possible to obtain an insulator having a higher withstand voltage as compared with an epoxy resin used as a conventional casting resin. Examples of such an insulator include an insulating spacer, an insulating rod, and a molded insulating part.
  • the cured resin sheet of the present embodiment is a heat-treated product of the resin sheet of the present embodiment.
  • the resin sheet cured product of the present embodiment may be obtained by heat-treating and curing the insulating resin composition of the present embodiment.
  • the curing method for curing the insulating resin composition can be appropriately selected according to the configuration of the insulating resin composition, the purpose of the cured resin sheet, and the like.
  • the curing method for curing the insulating resin composition is preferably a heat and pressure treatment.
  • the conditions for the heat and pressure treatment are, for example, that the heating temperature is 80 ° C. to 250 ° C., the pressure is preferably 0.5 MPa to 8.0 MPa, the heating temperature is 130 ° C.
  • the treatment time for the heat and pressure treatment can be appropriately selected according to the heating temperature and the like. For example, it can be 2 to 8 hours, and preferably 4 to 6 hours. Further, the heat and pressure treatment may be performed once, or may be performed twice or more by changing the heating temperature or the like.
  • the heat radiating member of this embodiment has a metal work and the resin sheet of this embodiment arrange
  • the “metal workpiece” means a molded product including a metal material that can function as a heat dissipation member, including a substrate, fins, and the like.
  • the metal workpiece is preferably a substrate composed of various metals such as Al (aluminum) and Cu (copper).
  • FIG. 1 a heat radiating member using a resin sheet obtained by molding an insulating resin composition into a sheet shape is illustrated in FIG.
  • a resin sheet 10 is located between a first metal workpiece 20 made of, for example, Al (aluminum) and a second metal workpiece 30 made of, for example, Cu (copper), and one side thereof. Is bonded to the surface of the metal workpiece 20, and the other surface is bonded to the surface of the metal workpiece 30. Since the resin sheet 10 has a high dielectric strength voltage, for example, even if a large potential difference is generated between the first metal workpiece 20 and the second metal workpiece 30, the first metal workpiece 20 and the second metal workpiece 20 are provided. It is possible to ensure insulation between the two.
  • Example 1 As the non-swellable layered inorganic compound, Indian mascobite (SJ-005, manufactured by Yamaguchi Mica Co., Ltd., thermal decomposition temperature: 600 ° C. to 800 ° C.) was used. SJ-005 expands 0.09 mm in the c-axis direction when heated at 800 ° C. for 1 hour. Powder X-ray diffraction (RINT-2550, manufactured by Rigaku Corporation) measuring the result of, the basal spacing (d 002) value was 9.98A. Further, the particle size distribution was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.). As a result, the average particle size was 5.38 ⁇ m.
  • SJ-005 manufactured by Yamaguchi Mica Co., Ltd., thermal decomposition temperature: 600 ° C. to 800 ° C.
  • SJ-005 expands 0.09 mm in the c-axis direction when heated at 800 ° C. for 1 hour
  • Muscovite (0.2 g) and sodium carbonate (2 g) were melted at 950 ° C. for 30 minutes, treated with hydrogen fluoride (HF) to remove Si, and then the residue was 5 mL of 18% by mass hydrochloric acid and 15 mL of water. After heating and dissolving on a hot plate (125 ° C.), the volume was adjusted to about 100 g with water, diluted 10 times, and quantitative analysis was performed by ICP emission spectroscopic analysis (ICP-OES). As a result, the chemical composition of this sample was (K 0.97 Ca 0.01 ) (Al 1.75 Mg 0.11 Fe 3+ 0.11 ) (Si 3.21 Al 0.79 ) O 10 (OH) 2 .
  • ICP-OES ICP emission spectroscopic analysis
  • the mascovite powder was put in a crucible and heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in an electric furnace (SB2025D, manufactured by Motoyama Co., Ltd.). 11.2 g of heat-treated mascobite powder was mixed in a 0.5 M aqueous solution obtained by dissolving dodecylamine hydrochloride (DDA-HCl, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as an organic compound in 200 mL of distilled water. The mixture (dispersion) was stirred and then refluxed at 120 ° C. for 24 hours, and then washed with water and ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to prepare a specific complex. The content of the mascobite powder in the mixture (dispersion) was 2% by volume. The average particle size of the specific composite was 4.50 ⁇ m.
  • thermogravimetric differential thermal analyzer (TG-8120, manufactured by Rigaku Corporation) was used. As a result of measuring the mass decrease from 150 ° C. to 800 ° C., the content of dodecylamine hydrochloride was 2.97% by mass.
  • FIG. 3 (a) shows a state in which the dispersion liquid that was not subjected to the peeling treatment was allowed to stand for 2 weeks, and FIG.
  • Example 1 A specific complex was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment of mascovite was not performed. As a result of XRD measurement, a very strong 9.98 mm bottom reflection was observed, which revealed that dodecylamine hydrochloride was not intercalated between the layers of mascobite. Moreover, the content rate of dodecylamine hydrochloride is 0.95 mass%, and it is thought that it is the amount of organic substances adsorbed on the mica surface. Moreover, the equilibrium filler density after the peeling treatment was 5.90% by volume.
  • Example 3 While stirring 600 mL of ethanol at 30 ° C., 200 g of octadecylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved by heating, 125 mL of concentrated hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto, and reacted for 3 hours. After the solvent was distilled off with an evaporator, recrystallization was performed with ethanol. The crystals were collected and dried under reduced pressure to obtain octadecylamine hydrochloride (ODA-HCl).
  • ODA-HCl octadecylamine hydrochloride
  • a specific complex was prepared in the same manner as in Example 1 using the above octadecylamine hydrochloride, distilled water and mascobite powder as the organic compound.
  • a decrease in the peak intensity of the 002 reflection was observed.
  • Progress of intercalation was confirmed.
  • the content of octadecylamine hydrochloride was 13.80% by mass.
  • the equilibrium filler density after the peeling treatment was 2.53% by volume.
  • Example 5 After refluxing for 24 hours in the same manner as in Example 1, the mascobite precipitated by centrifugation was collected and again mixed with the same amount of dodecylamine hydrochloride aqueous solution. Mixing, refluxing for 24 hours, and centrifugation were repeated, and the refluxing time was adjusted to 48 hours, 72 hours, and 96 hours in total to prepare a specific complex.
  • the XRD results of the obtained sample are shown in FIG. Unlike 24 hours of Example 1 (curve (a)), as the reaction time increased to 48 hours (curve (b)), 72 hours (curve (c)), 96 hours (curve (d)), The peak of the intercalated layer shifted to the high angle side, and the peak became sharp.
  • the content rate of the dodecylamine hydrochloride was 4.46 mass% (48 hours), 5.31 mass% (72 hours), 5.67 mass% (96 hours).
  • the amount of intercalation increased by increasing the reaction time while replacing the solution.
  • the equilibrium filler densities after the peeling treatment were 2.71 vol%, 2.53 vol% and 2.19 vol%, respectively. 5 is the curve (a), the second spectrum from the bottom is the curve (b), the second spectrum from the top is the curve (c), and the top spectrum.
  • the spectrum is curve (d).
  • Table 1 shows the composition of the specific composite prepared in Examples 1 to 5, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the organic compound content, and the equilibrium filler density.
  • Example 1 when the dodecylamine hydrochloride content and the equilibrium filler density (Table 1) of Example 1 and Example 2 were compared, the amount of intercalation decreased at a concentration of 2.0M. This is because the viscosity of the solution (the viscosity at 60 ° C. is 1.7 mPa ⁇ s at 0.5 M, 12 mPa ⁇ s at 1.0 M, and 758 mPa ⁇ s at 2.0 M), and the stirring (contact) efficiency is lowered. This is because.
  • Example 4 when the dodecylamine hydrochloride content and the equilibrium filler density (Table 1) of Example 1, Example 4 and Example 5 are compared, the dodecylamine hydrochloride content increases as the intercalation time increases. It was confirmed that the equilibrium filler density decreased. It was also shown that the efficiency of intercalation is improved by exchanging the reaction solution every 24 hours.
  • Example 6 Using the specific composite (exfoliation compound) after the exfoliation treatment of Example 1 and Example 5 and the mica powder before the exfoliation treatment, the thickness in the c-axis direction was determined by the following method. First, the exfoliating compound was powdered by lyophilization. Next, the exfoliating compound and the mica powder before the exfoliation treatment were each mixed with water, and a dispersant was added to prepare a dispersion slurry. A silicon mold was placed on the gypsum, the slurry was poured, and after 15 minutes of fleshing, it was air-dried overnight to obtain a disk-shaped molded body.
  • FIG. 8 is a graph showing the thickness distribution of the specific composite (peeling compound) after the peeling treatment obtained in Example 5 and the mica powder before the peeling treatment obtained in Example 1. Also in the thickness distribution, the mica powder before peeling treatment (FIG. 8a, T 50 is 109 nm), the peeling compound of Example 1 (FIG. 8b, T 50 is 52 nm), and 48 hours of Example 5 (FIG.
  • T 50 is 41 nm
  • 72 hours (FIG. 8d, T 50 is 36 nm)
  • 96 hours (FIG. 8e, T 50 was observed to turn a release of 32 nm) is in progress. It was shown that exfoliation progressed as the amount of intercalation increased. Furthermore, when the average particle diameter of the exfoliating compound of Example 1 and Example 5 was measured with a laser diffraction scattering system particle size distribution measuring device, it was 3.57 ⁇ m (Example 1) and 4.00 ⁇ m (Examples 5 and 48), respectively. Time) and 4.26 ⁇ m (Example 5, 72 hours) and 4.35 ⁇ m (Example 5, 96 hours).
  • Example 7 Synthesis of catechol resorcinol novolak (CRN) resin
  • CRN catechol resorcinol novolak
  • catechol resorcinol novolak resin was taken out.
  • the resulting catechol resorcinol novolak resin had a number average molecular weight of 530 and a weight average molecular weight of 930.
  • the hydroxyl equivalent of the catechol resorcinol novolak resin was 65 g / eq.
  • the catechol resorcinol novolak resin obtained above was used in the following examples.
  • the obtained resin sheet coating solution is applied to a release surface of a polyethylene terephthalate film (Fujimori Kogyo Co., Ltd., 75E-0010CTR-4, hereinafter abbreviated as PET film) to a thickness of about 300 ⁇ m. It was coated and allowed to stand for 15 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 30 minutes to form a resin composition layer on the PET film. Next, the upper surface of the resin composition layer that has been in contact with air is covered with a PET film, and flattened by hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 80 ° C., pressure 1.5 MPa, treatment time 3 minutes). A B stage sheet was obtained as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • PET film polyethylene terephthalate film
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m-thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes), then put in a box type oven for 2 hours at 140 °C, 2 hours at 165 °C, 2 hours at 190 °C Curing was performed by step cure. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 8.3 W / (m ⁇ K). Further, when the insulation by a BDV (Break Down Voltage) method was measured as described later, the lowest value was 25.1 kV / mm and the average value was 25.9 kV / mm.
  • the thermal diffusivity of the sheet was measured using a Nanoflash LFA447 Xe flash method thermal diffusivity measuring apparatus manufactured by NETZSCH.
  • the thermal conductivity (W / (m ⁇ K)) was calculated by multiplying the numerical value of the obtained thermal diffusivity by the specific heat Cp (J / g ⁇ K) and the density d (g / cm 3 ). All measurements were performed at 25 ⁇ 1 ° C.
  • the cured resin sheet obtained above was sandwiched between cylindrical electrodes having a diameter of 25 mm using a DAC-6032C dielectric breakdown tester manufactured by Soken Denki Co., Ltd., with a boosting speed of 500 V / s, an alternating current of 50 Hz, a step voltage of 0.50 kV, The voltage holding time was 60 s, measured at 25 ° C. in oil.
  • Example 8 In a 100 cm 3 plastic bottle, 0.0960 parts by mass of N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM-573”) as a coupling agent, and the above as a curing agent 4.6680 parts by mass (solid content: 50% by mass) of the catechol resorcinol novolak resin dissolved in cyclohexanone synthesized in (1) was added in this order.
  • KBM-573 N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane
  • the obtained resin sheet coating solution is applied on the release surface of the PET film using an applicator so that the thickness is about 300 ⁇ m, and left for 15 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 30 minutes.
  • the resin composition layer was formed on the PET film.
  • the upper surface of the resin composition layer that has been in contact with air is covered with a PET film, and flattened by hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 80 ° C., pressure 1.5 MPa, treatment time 3 minutes).
  • a B stage sheet was obtained as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m-thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes), then put in a box type oven for 2 hours at 140 °C, 2 hours at 165 °C, 2 hours at 190 °C Curing was performed by step cure. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 8.0 W / (m ⁇ K). Further, when the insulation property by the BDV method was measured, the lowest value was 25.6 kV / mm, and the average value was 28.4 kV / mm.
  • Example 9 In a 250 cm 3 plastic bottle, 4.1190 parts by mass (solid content 50% by mass) of the catechol resorcinol novolak resin synthesized above as a curing agent and 1- (3-methyl-4-hydroxyphenyl)- 1- ⁇ (3-methyl-4-oxiranylmethoxy) phenyl ⁇ -4- (4-oxiranylmethoxyphenyl) -1 synthesized from 4- (4-hydroxyphenyl) -1-cyclohexene and epichlorohydrin -6.6775 parts by mass of cyclohexene (epoxy resin), 0.0707 parts by mass of triphenylphosphine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., curing catalyst), and 25.90 parts by mass of cyclohexanone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) And mixed.
  • Example 5 Thereafter, 37.38 parts by mass of boron nitride particles (volume average particle diameter of 40 ⁇ m, manufactured by Mizushima Alloy Iron Co., Ltd., trade name “HP-40MF100”) as inorganic filler and exfoliation obtained in Example 5 (96 hours) 0.3188 parts by mass of a compound (c-axis direction thickness 32 nm, average particle size 4.35 ⁇ m) was added and further mixed to obtain a resin sheet coating solution as an insulating resin composition.
  • boron nitride particles volume average particle diameter of 40 ⁇ m, manufactured by Mizushima Alloy Iron Co., Ltd., trade name “HP-40MF100”
  • the obtained resin sheet coating solution is applied on the release surface of the PET film using an applicator so that the thickness is about 300 ⁇ m, and left standing for 10 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 10 minutes.
  • the resin composition layer was formed on the PET film. After stacking two PET films on which the resin composition layer is formed so that the resin composition layers face each other, hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 150 ° C., pressure 15 MPa, treatment time 4 minutes) ) To obtain a B stage sheet as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above-described method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 170 °C, lower heating plate 170 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 10 MPa, treatment time 7 minutes), then put into a box-type oven and cured by step cure at 160 °C for 30 minutes and 190 °C for 2 hours It was. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 170 °C, lower heating plate 170 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 10 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 10.0 W / (m ⁇ K).
  • the minimum value was 28.5 kV / mm and the average value was 30.4 kV / mm.
  • Example 10 In a 100 cm 3 plastic bottle, 0.0960 parts by mass of N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name “KBM-573”) as a coupling agent, and the above as a curing agent 4.6680 parts by mass (solid content: 50% by mass) of the catechol resorcinol novolak resin dissolved in cyclohexanone synthesized in (1) was added in this order.
  • KBM-573 N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane
  • the obtained resin sheet coating solution is applied on the release surface of the PET film using an applicator so that the thickness is about 300 ⁇ m, and left for 15 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 30 minutes.
  • the resin composition layer was formed on the PET film.
  • the upper surface of the resin composition layer that has been in contact with air is covered with a PET film, and flattened by hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 80 ° C., pressure 1.5 MPa, treatment time 3 minutes).
  • a B stage sheet was obtained as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m-thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes), then put in a box type oven for 2 hours at 140 °C, 2 hours at 165 °C, 2 hours at 190 °C Curing was performed by step cure. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 1.4 W / (m ⁇ K).
  • the lowest value was 18.5 kV / mm and the average value was 20.5 kV / mm.
  • the obtained resin sheet coating solution is applied on the release surface of the PET film using an applicator so that the thickness is about 300 ⁇ m, and left for 15 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 30 minutes.
  • the resin composition layer was formed on the PET film.
  • the upper surface of the resin composition layer that has been in contact with air is covered with a PET film, and flattened by hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 80 ° C., pressure 1.5 MPa, treatment time 3 minutes).
  • a B stage sheet was obtained as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m-thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes), then put in a box type oven for 2 hours at 140 °C, 2 hours at 165 °C, 2 hours at 190 °C Curing was performed by step cure. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 8.9 W / (m ⁇ K).
  • the lowest value was 19.5 kV / mm, and the average value was 25.4 kV / mm.
  • the obtained resin sheet coating solution is applied on the release surface of the PET film using an applicator so that the thickness is about 300 ⁇ m, and left standing for 10 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 10 minutes.
  • the resin composition layer was formed on the PET film. After stacking two PET films on which the resin composition layer is formed so that the resin composition layers face each other, hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 150 ° C., pressure 15 MPa, treatment time 4 minutes) ) To obtain a B stage sheet as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above-described method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 170 °C, lower heating plate 170 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 10 MPa, treatment time 7 minutes), then put into a box-type oven and cured by step cure at 160 °C for 30 minutes and 190 °C for 2 hours It was. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 170 °C, lower heating plate 170 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 10 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 10.1 W / (m ⁇ K).
  • the minimum value was 25.6 kV / mm and the average value was 30.0 kV / mm.
  • the obtained resin sheet coating solution is applied on the release surface of the PET film using an applicator so that the thickness is about 300 ⁇ m, and left for 15 minutes in a normal state, and then dried in a box oven at 100 ° C. for 30 minutes.
  • the resin composition layer was formed on the PET film.
  • the upper surface of the resin composition layer that has been in contact with air is covered with a PET film, and flattened by hot pressing (upper hot plate 150 ° C., lower hot plate 80 ° C., pressure 1.5 MPa, treatment time 3 minutes).
  • a B stage sheet was obtained as a resin sheet having a thickness of 200 ⁇ m.
  • the PET film is peeled off from both sides of the resin sheet (B stage sheet) obtained by the above method, and both sides are sandwiched between 105 ⁇ m-thick copper foil (GTS foil, manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) and vacuum hot press (upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes), then put in a box type oven for 2 hours at 140 °C, 2 hours at 165 °C, 2 hours at 190 °C Curing was performed by step cure. Copper was etched away from the obtained copper foil sandwich cured product using a sodium persulfate solution to obtain a cured product of an insulating resin sheet.
  • GTS foil manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.
  • vacuum hot press upper hot plate 150 °C, lower heating plate 80 °C, vacuum degree 1 kPa or less, pressure 4 MPa, treatment time 7 minutes
  • the thermal conductivity was 1.5 W / (m ⁇ K).
  • the minimum value was 15.1 kV / mm and the average value was 20.0 kV / mm.
  • Table 2 summarizes the results of examination of the thermal conductivity and BDV of the thermally conductive insulating sheets produced in Examples 7 to 10 and Comparative Examples 3 to 5.
  • the resin sheet composed of the insulating resin composition of the present invention is excellent in insulating properties by the addition of the release compound of the present invention.

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Abstract

 層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法は、特定の非膨潤性層状無機化合物を熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、を有する。

Description

層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法、剥離化された層状無機化合物及びその製造方法、絶縁性樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物並びに放熱部材
 本発明は、層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法、剥離化された層状無機化合物及びその製造方法、絶縁性樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物並びに放熱部材に関する。
 発電機、回転電機、送変電機器等の高電圧機器用材料は、電気を流すための導電性部材と、導体同士間又は導体と対地間を遮断するための絶縁性部材とを具備する。このような高電圧機器の絶縁性部材には、絶縁性、化学的安定性、機械的強度、耐熱性、コスト等の観点から、一般的にエポキシ樹脂をベース材料とする絶縁樹脂材料が用いられている。
 上述したような用途において、電気的特性としてのより優れた絶縁性と耐電圧性、熱的特性としての高熱伝導性と耐熱性、機械的性質としての高靱性、高弾性、接着性等の力学特性、ガスバリア性など種々の性能が必要とされている。かかる性能を補償するために、特開2008-75069号公報では、エポキシ樹脂にシリカ、アルミナ、スメクタイト系粘土化合物等の無機化合物を充填することが行われている。
 ところで、特開平9-208745号公報及び特開2008-7753号公報では、マイカ等の層状無機化合物をポリプロピレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂に分散して複合化させることにより、その複合材料の絶縁性、耐電圧性、耐熱性等の諸性能を向上させる試みがなされている。これらの先行技術において、熱可塑性樹脂と層状無機化合物を分散する場合、層状無機化合物を熱可塑性樹脂に溶融混練する方法が用いられている。
 しかしながら、層状無機化合物を熱可塑性樹脂に溶融混練する方法は、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂に熱を加えることによって、層状無機化合物を分散させるため、熱による溶融混練が困難なエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂には適用できない。
 また、層状無機化合物は本来、層間に親水性を示すナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を含み、また、結晶表面に水酸基を有するため、水等の極性溶剤に対しては親和性を示すが、有機溶剤、エポキシ樹脂等の有機物質に対する親和性は低い。そのため、樹脂との混練に於いて、層状無機化合物の凝集及び凝集に伴う空隙が発生してしまい、樹脂に層状無機化合物を均一に分散させることが困難となり、絶縁性、耐電圧性、耐熱性等の諸性能が低下してしまうという問題がある。
 加えて、絶縁樹脂材料には、高い信頼性が求められているため、より優れた絶縁性、高熱伝導性、耐電圧性等の諸性能を向上させるために、一定量以上の層状無機化合物の充填が必要である。しかし、充填率を高くすると層状無機化合物の周囲の空間部に樹脂が回り込まずに空隙が形成されやすくなり、絶縁樹脂材料の諸性能の低下に加えて、製造コストが増加するという問題点を有する。この問題を解決するために、層状無機化合物のアスペクト比(縦横比)を増加させること、つまり比表面積を増加させることが有効である。特開平9-87096号公報には、アスペクト比を増加させた層状無機化合物であるスメクタイト系粘土化合物と樹脂の複合材料では、機械的特性が向上することが報告されている。スメクタイト系粘土化合物同様、層状無機化合物であるマイカもアスペクト比が大きいほど樹脂と複合化した材料の絶縁性、耐電圧性、耐熱性等の改善効果が高くなると考えられている。そのため、これら課題を実現するために、層状無機化合物の剥離技術(ナノシート化技術)の開発が求められている。
 層状無機化合物を効果的に剥離するためには、層間の結合力を低下させることが有効である。層状無機化合物中のナノシートは共有結合等によって非常に強く結合されている。一方、層状無機化合物の層間はファンデルワールス力、静電相互作用等の比較的弱い結合によって形成されている。このファンデルワールス力は、一般的に式(1)で示すLennard-Jonesポテンシャルの分散力(式中の6次の項)で表すことができ、距離rの6乗に反比例することが知られている。また、静電相互作用については式(2)で表すことができ、距離rに反比例することが分かっている。このように、層間の距離を広げることで結合力を弱めることができるため、効果的に剥離を達成するためには層間を広げるための技術開発が求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、U(r)は任意の分子対のポテンシャルエネルギー、ε及びδは分子に固有のフィッテングパラメータ、q及びqは電荷量、εは媒質の比誘電率、εは真空の誘電率、rは距離を指す。
 上述した通り、層状無機化合物をエポキシ樹脂等の樹脂に均一に分散するためには、層状無機化合物と樹脂の親和性の向上及び層状無機化合物の剥離技術の開発が必要不可欠である。そこで、この問題を解決するために、本発明者等は、これまで、層状無機化合物の層間に有機化合物をインターカレートする方法(インターカレーション)について鋭意研究を重ね、層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法(つまり、有機化処理)並びに剥離化された層状無機化合物及びその製造方法について研究を行っている。
 インターカレーションとは、層状無機化合物の層間に原子、分子等が入り込む現象のことである。インターカレーションの前後において、結晶構造の変化がないことから、層状無機化合物の剥離の前処理及び樹脂と層状無機化合物の親和性向上のための操作としてスメクタイトのような粘土化合物等に用いられている。インターカレーションによって有機化処理された層状無機化合物は、ナイロン樹脂等の樹脂に対して親和性を示す。特開昭63-215775号公報では、層状無機化合物とモノマー等の有機化合物を混練し重合することによって層状無機化合物を樹脂中に均一に分散させている。また、特開2004-169030号公報では、有機化処理した層状無機化合物を超音波照射等の強い条件で分散処理して粉砕した層状無機化合物を得る試みがなされている。
 また、これまでに、樹脂組成物の絶縁性能を向上させ、例えば、電気トリーの進展を抑制するために、樹脂組成物の中に層状無機化合物であるナノメートルサイズの無機ナノ粒子を分散する手法が用いられている。
 例えば、特開2009-191239号公報では、層状無機化合物の層間にイオン交換処理により有機化合物を挿入することにより有機化処理された層状無機化合物を、有機溶剤で膨潤させた後、樹脂と混練する。これにより、層状無機化合物が層間剥離し、剥離した層状無機化合物の各層は樹脂中に均一分散する。そのため、特開2009-191239号公報では、耐部分放電性の向上した樹脂組成物を得ることができることが記載されている。
 また、特開2012-158622号公報には、層状無機化合物を水、又は水系混合溶剤で膨潤させた後、更にシランカップリング剤により有機官能化された層状無機化合物を樹脂と混練することにより、絶縁性能が向上した高電圧機器用樹脂組成物の製造方法が記載されている。
 特開2009-191239号公報及び特開2012-158622号公報に記載された層状無機化合物であるクレイに対し、特開2008-63408号公報及び国際公開2006/22431号には層状無機化合物であるマイカが用いられることが記載されている。
 具体的に、特開2008-63408号公報では、樹脂と、有機修飾剤を層状無機化合物のマイカにインターカレートした層間化合物とを、混練装置を用いて、層間化合物中の有機修飾剤の蒸発温度にて溶融混練する。これにより、マイカの剥離分散性を進行させることを見出した旨が記載されている。
 国際公開2006/22431号は、一次粒子径の大きな非膨潤性のマイカを正電荷有機化合物の濃厚溶液で処理することにより得られる有機-無機複合体及び該有機-無機複合体を良好に分散した高分子複合材料に関するものである。
 特開昭63-215775号公報の方法では重合反応を用いるため、ベースとなる樹脂のモノマー及びインターカレートする有機化合物の種類と量に応じて、反応方法を考慮する必要があり、製造コストを増大させてしまうという問題がある。また、特開2004-169030号公報の方法では、超音波によってマイカが剥離ではなく、粉砕され、マイカの長手方向(a軸)の長さが小さくなってしまい、アスペクト比が低下する問題がある。更に、スメクタイト等の粘土化合物の層間にナトリウムイオンを含む膨潤性無機化合物では、水、有機溶剤等を層間に取り込み膨潤するためインターカレーションが起きやすい。しかし、層間にカリウムイオンを含む非膨潤性マイカでは上記のような現象が起きにくいため、インターカレーションが困難であるという問題がある。
 また、樹脂組成物の絶縁性能の向上を目的に、樹脂組成物の中に層状粘土鉱物からなるナノメートルサイズの無機ナノ粒子を分散する手法として特開2009-191239号公報、特開2012-158622号公報、特開2008-63408号公報及び国際公開2006/22431号が挙げられているが、これらの手法には、それぞれの課題がある。
 特開2009-191239号公報に記載された手法の課題として、有機化合物はイオン交換の際、イオン交換率を高めるために、層状粘土鉱物のイオン交換能よりも過剰の有機化合物を投入する。そのため、層間に挿入されていない有機化合物、各種金属イオン等が残存することになる。
 その後、そのまま樹脂と混練して樹脂組成物を製造するため、最終的に得られる樹脂組成物の中に、残存有機化合物及び各種金属イオンが多量に存在する。そのため、樹脂組成物の絶縁性の向上効果が小さいと考えられる。
 また、特開2009-191239号公報には、有機化合物として通常アンモニウムイオンが使用されると記載されている。多量のアンモニウムイオンを絶縁性樹脂組成物に混入する場合は、アミンによる吸湿で樹脂組成物のライフが短くなることがある。また、樹脂組成物をシート状に成形してなる樹脂シートは、アミンの触媒効果で硬化して硬くなることがある。
 一方、特開2012-158622号公報に記載された手法では、水系でなくてはならないという課題がある。水の存在による触媒の失活、樹脂との相溶性の問題等により、樹脂組成物の製造には適用できないと考えられる。
 更に、特開2008-63408号公報に記載された手法の課題として、層間粘土鉱物中の有機修飾剤の蒸発温度にて溶融混練しなければならない。そのため、例えば、樹脂シートを製造する場合、有機修飾剤の蒸発温度では硬化反応が進行してシートが硬くなってしまうことがある。
 更に、国際公開2006/22431号に記載された手法の課題として、層状無機化合物が高分子との複合化過程、すなわち混練工程においてのみ剥片化される。そのため、十分な効果を得るための複合化方法及び複合化条件が限定されることが挙げられる。
 なお、特開2009-191239号公報、特開2012-158622号公報及び特開2008-63408号公報では層状無機化合物を樹脂単体中に分散するものである。そのため、高熱伝導率に寄与するアルミナ等の無機フィラが高充填される絶縁性樹脂組成物への層状無機化合物の適用による、絶縁性能の向上に関する知見がこれまでに記載されていない。
 上述のように、樹脂とアルミナ等の無機フィラとを含む絶縁性樹脂組成物の熱伝導率を維持しながら、その絶縁性能も向上させた例が記載されていない。すなわち、高熱伝導性と高絶縁信頼性を兼ね備えた熱伝導絶縁性樹脂組成物の開発には至っていないのが現状である。
 従って、本発明は、非膨潤性層状無機化合物の規則的な積層を有機化合物のインターカレーションによって膨張させ、且つ樹脂に対する親和性を向上させる層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、機械的処理によって、高いアスペクト比を有する剥離化された層状無機化合物及びその製造方法を提供することを目的とする。
 更に本発明は、高い絶縁耐電圧を備える絶縁性樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物及び放熱部材を提供することを目的とする。
 前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 非膨潤性層状無機化合物を、前記非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、
 加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、
を有し、
 前記非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものである層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
<2> 前記非膨潤性層状無機化合物が、マイカである<1>に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
<3> 前記有機化合物が、アミン塩、ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、スルホニウム塩及びヨードニウム塩からなる群より選択される少なくとも一種のカチオン性有機化合物である<1>又は<2>に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
<4> 前記分散液中における前記有機化合物の濃度が0.01mol/L以上かつ前記有機化合物の溶解度以下であり、
 前記分散液中における前記非膨潤性層状無機化合物の含有率が0.5体積%~50体積%である<1>~<3>のいずれか1項に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
<5> 非膨潤性層状無機化合物を、前記非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、
 加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、
 前記分散液に機械的処理にてせん断力を加えてインターカレートされた前記非膨潤性層状無機化合物を剥離化する工程と、
を有し、
 前記非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものである剥離化された層状無機化合物の製造方法。
<6> 前記分散液にせん断力を加えた後における前記分散液の平衡フィラ密度が30体積%以下である<5>に記載の剥離化された層状無機化合物の製造方法。
<7> 前記分散液にせん断力を加えた後の前記剥離化された非膨潤性層状無機化合物の平均粒子径が、前記分散液にせん断力を加える前のインターカレートされた前記非膨潤性層状無機化合物の平均粒子径の50%~100%である<5>又は<6>に記載の剥離化された層状無機化合物の製造方法。
<8> 前記機械的処理の際の前記分散液の衝突圧力が50MPa~250MPaである<5>~<7>のいずれか1項に記載の剥離化された層状無機化合物の製造方法。
<9> 非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートしてなり、
 前記非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものである層状無機化合物と有機化合物との複合体。
<10> 前記非膨潤性層状無機化合物の層間にインターカレートした前記有機化合物が、前記非膨潤性層状無機化合物100質量%に対して1質量%~40質量%である<9>に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体。
<11> c軸方向の平均粒子厚さが1nm~80nmである剥離化された層状無機化合物。
<12> 平均粒子径が、インターカレートされた非膨潤性層状無機化合物の平均粒子径の50%~100%である<11>に記載の剥離化された層状無機化合物。
<13> 熱硬化性樹脂と無機フィラとを含有し、前記無機フィラの少なくとも一部が<11>又は<12>に記載の剥離化された層状無機化合物である絶縁性樹脂組成物。
<14> 前記剥離化された層状無機化合物の前記無機フィラに占める割合が、0.5体積%~10体積%である<13>に記載の絶縁性樹脂組成物。
<15> <13>又は<14>に記載の絶縁性樹脂組成物をシート状に成形してなる樹脂シート。
<16> <13>又は<14>に記載の絶縁性樹脂組成物の硬化物である絶縁物。
<17> <15>に記載の樹脂シートの熱処理物である樹脂シート硬化物。
<18> 金属ワークと、前記金属ワーク上に配置された<15>に記載の樹脂シート又は<17>に記載の樹脂シート硬化物とを有する放熱部材。
 本発明によれば、非膨潤性層状無機化合物の規則的な積層を有機化合物のインターカレーションによって膨張させ、且つ樹脂に対する親和性を向上させる層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法が提供される。
 また、本発明によれば、機械的処理によって、高いアスペクト比を有する剥離化された層状無機化合物及びその製造方法が提供される。
 更に本発明によれば、高い絶縁耐電圧を備える絶縁性樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物及び放熱部材が提供される。
本実施形態の放熱部材の一態様を示す図である。 実施例1で得られた試料のXRD測定の結果を示すグラフである。 分散液を2週間静置した状態を示す写真であり、(a)は剥離処理を実施しなかった分散液の場合を示し、(b)は剥離処理を実施した分散液の場合を示す。 比較例2で得られた試料のXRD測定の結果を示すグラフである。 実施例5で得られた試料のXRD測定の結果を示すグラフである。 剥離処理前のマイカ粉末のSEM像を示す写真である。 実施例5の96時間還流した剥離化化合物のSEM像を示す写真である。 実施例5で得られた剥離処理後の特定複合体及び実施例1で得られた剥離処理前のマイカ粉末の厚さ分布を示すグラフである。
 以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
 本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
 また「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
 本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
 さらに、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
 さらに、組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
また、本明細書において「樹脂組成物層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。
<層状無機化合物と有機化合物との複合体及びその製造方法>
 本実施形態の層状無機化合物と有機化合物との複合体(以下、特定複合体と称することがある。)の製造方法は、非膨潤性層状無機化合物を、前記非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、を有し、前記非膨潤性層状無機化合物として、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものを用いる方法である。
 また、本実施形態の特定複合体は、非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートしてなり、非膨潤性層状無機化合物として、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって単位結晶層の結晶構造が変化しないものを用いるものである。本実施形態の特定複合体は、上述の製造方法によって容易に得ることが可能である。
 本発明者らは、非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートする際の上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、非膨潤性層状無機化合物を、非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理し、非膨潤性層状無機化合物をc軸方向に膨張させることによって有機化合物を容易に層間にインターカレートして特定複合体を形成できることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
 本実施形態の特定複合体は、層状無機化合物を剥離化する際の前段階の物質として有用である。
 以下、本実施形態の特定複合体及びその製造方法を具体的に説明する。
 本実施形態において用いられる非膨潤性層状無機化合物としては、マイカ、カオリナイト、パイロフィライト等が挙げられる。これらの中でも、絶縁性に優れるマイカが好ましい。非膨潤性のマイカとしては、白雲母、黒雲母、パラゴナイト、マーガライト、クリントナイト、アナンダイト、クロライト、フロゴパイト、レピドライト、マスコバイト、バイオタイト、テニオライト、テトラシリシックマイカ等が挙げられる。ただし、本実施形態で用いられる非膨潤性層状無機化合物としては、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって単位結晶層の結晶構造が変化しないことが必要である。本実施形態において、非膨潤性層状無機化合物としてマイカが用いられる場合、マイカの種類は特に限定されるものではなく、天然物であってもよく、水熱合成、溶融法、固相法等による合成物であってもよい。
 なお、非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなす化合物である。
 非膨潤性層状無機化合物のc軸方向の膨張の程度は、X線回折装置(X-Ray Diffraction、XRD)により測定することができる。加熱前後の非膨潤性層状無機化合物の(002)のピークのシフト位置を測定することで、c軸方向の距離の変化を計測することが可能である。
 熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって非膨潤性層状無機化合物の単位結晶層の結晶構造が変化したか否かは、加熱前後の非膨潤性層状無機化合物をXRDで測定し、同定分析することで結晶構造の変化を測定することにより確認が可能である。
 本実施形態の特定複合体は、層状無機化合物の層間に有機化合物をインターカレートすることにより得られる。後述する本実施形態の剥離化された層状無機化合物を絶縁性樹脂組成物に用いる場合における熱硬化性樹脂との親和性を考慮し、インターカレートする物質は有機化合物とされる。本実施形態で用いられる有機化合物は、特にその種類に限定はなく、アミン塩、ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、スルホニウム塩及びヨードニウム塩からなる群より選択される少なくとも一種のカチオン性有機化合物が挙げられる。
 本実施形態において使用可能なアミン塩としては、ドデシルアミン塩酸塩、オクタデシルアミン塩酸塩等の第1級から第4級のアミン塩酸塩などが挙げられる。
 本実施形態において使用可能なホスホニウム塩としては、トリヘキシルホスホニウム塩等が挙げられる。
 本実施形態において使用可能なイミダゾリウム塩としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム塩等が挙げられる。
 本実施形態において使用可能なピリジニウム塩としては、N-アルキルピリジニウム塩等が挙げられる。
 本実施形態において使用可能なスルホニウム塩としては、トリアリールスルホニウム塩等が挙げられる。
 本実施形態において使用可能なヨードニウム塩としては、N-アルキルヨードニウム塩等が挙げられる。
 有機化合物を層間に挿入することにより、層間距離を長くし、しかも層間を親油性とすることができるので、特定複合体から調製される剥離化された層状無機化合物の樹脂に対する親和性が向上し、樹脂中により均一に剥離化された層状無機化合物を分散することが可能である。
 本実施形態の特定複合体の製造方法における非膨潤性層状無機化合物を加熱処理する工程では、非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で非膨潤性層状無機化合物が加熱される。加熱温度が非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の上限値を超えると、非膨潤性層状無機化合物の構造水(結晶構造中の水酸基)が除去されてしまい、非膨潤性層状無機化合物の結晶構造が変化してしまう傾向にあり、非膨潤性層状無機化合物自体の変質を招くので好ましくない。また、加熱温度が非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の下限値未満であると、非膨潤性層状無機化合物の結晶のゆらぎが起きにくく層間が広がりにくいため、インターカレーションが十分に起こらない傾向にある。そのため、非膨潤性層状無機化合物の加熱処理温度は非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内とされる。なお、非膨潤性層状無機化合物を加熱処理する工程を実施する前に、熱重量測定、X線回折測定等によって、非膨潤性層状無機化合物の結晶構造が変化する温度(即ち、熱分解温度)が予め調査される。
 なお、非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度は、上限値と下限値とを有する温度範囲を意味する。
 本実施形態において、非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の確認方法の詳細は、以下の通りである。熱分解温度は、熱重量測定(Thermo Gravimetry、TG)及び示差熱分析(Differential Thermal Analysis、DTA)を用いることで測定が可能である。非膨潤性層状無機化合物を500℃以上で加熱し、DTAの、吸熱反応及び発熱反応のピーク形状、吸熱反応及び発熱反応のピーク温度等から熱分解温度を簡易的に測定することが可能である。詳細な方法としては、加熱した非膨潤性層状無機化合物についての構造水のピーク波長、結晶構造の変化等を、赤外吸収又はX線回折装置を用いて観察することが好ましい。
 この有機化合物を非膨潤性層状無機化合物の層間にインターカレートさせる反応(つまり、非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程)は、加熱処理によって非膨潤性層状無機化合物の結晶を不安定にし、c軸方向に膨張させて層間を広げた後、加熱処理された非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中にゲスト化合物として有機化合物を加え、加熱及び撹拌することによりなされてもよい。分散液中における有機化合物の濃度は、非膨潤性層状無機化合物と有機化合物との接触回数を増加させるため、0.01mol/L以上の濃度で高い方が好ましい。ただし、有機化合物の濃度が一定以上を超えると、分散液の粘度が著しく増加することがあるため、分散液中における有機化合物の濃度は、有機化合物の溶解度以下に調製することが好ましい。
 また、分散液中における非膨潤性層状無機化合物の含有率は0.5体積%~50体積%の範囲が好ましい。50体積%以下であれば、分散液の粘度が高くなりすぎないため撹拌効率の低下が抑制される傾向にある。0.5体積%以上であれば、生成される特定複合体の量として工業的に実施可能な程度の量を確保できる傾向にある。
 加熱処理された非膨潤性層状無機化合物を分散する媒体としては、特に限定されるものでなく、インターカレートする有機化合物が溶解する溶剤であればよい。具体的には、水、アルコール等の有機溶剤などが挙げられる。インターカレートさせる有機化合物を含有する媒体中に、加熱処理された非膨潤性層状無機化合物を分散してもよい。
 更に、インターカレーション反応する際の温度は高くなるにつれて反応速度が進むため、室温(25℃)以上が好適である。
 非膨潤性層状無機化合物の層間にインターカレートした有機化合物は、非膨潤性層状無機化合物100質量%に対して1質量%~40質量%が好ましく、より好ましくは1質量%~30質量%であり、更に好ましくは1質量%~25質量%である。インターカレートした有機化合物の量が非膨潤性層状無機化合物100質量%に対して1質量%~40質量%であることにより、非膨潤性層状無機化合物の効率的な機械的剥離処理には好適である。インターカレートする有機化合物の量が1質量%以上であれば、非膨潤性層状無機化合物の層間を剥離化に適切な範囲まで広げることが可能となり、非膨潤性層状無機化合物を効果的に剥離させ、ナノシート化できる傾向にある。
 非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程の後、未反応の有機化合物を除去した後、インターカレートした特定複合体を媒体に再分散させてもよい。
 未反応の有機化合物を除去する方法としては、例えば、インターカレートした特定複合体を水又は有機溶剤に分散し、ろ過、フィルタープレス、遠心分離等で回収する洗浄方法が挙げられる。洗浄に用いる溶剤としては、インターカレートした有機化合物の溶解度が高い溶剤が好ましい。
 ここで、層間にインターカレートされる有機化合物の量は、熱重量測定(TG)、示差熱分析(DTA)等の方法で測定することが可能である。150℃から800℃の範囲で減少した質量を測定することで、有機化合物が非膨潤性層状無機化合物にインターカレートした量を計測することが可能である。
<剥離化された層状無機化合物及びその製造方法>
 本実施形態の剥離化された層状無機化合物(以下、剥離化化合物と称することがある。)の製造方法は、非膨潤性層状無機化合物を、前記非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、前記分散液に機械的処理にてせん断力を加えてインターカレートされた前記非膨潤性層状無機化合物を剥離化する工程と、を有し、前記非膨潤性層状無機化合物として、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものを用いる方法である。
 また、本実施形態の剥離化化合物は、c軸方向の平均粒子厚さが1nm~80nmである剥離化された層状無機化合物である。本実施形態の剥離化化合物は、上述の製造方法によって容易に得ることが可能である。
 本発明者らは、非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートした後における剥離処理の際のアスペクト比が低下する課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートした特定複合体を形成し、次いで、高圧力及び高せん断応力を機械的に特定複合体に与えることで、高アスペクト比の非膨潤性層状無機化合物の剥離物を作製することができることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
 高せん断応力を特定複合体に与える方法としては、非膨潤性層状無機化合物の分散液中にてせん断を与える方法であればよい。流体の動きを考慮して、せん断流を与える装置である、湿式ジェットミル、高圧ホモジナイザー等を用いることが好適である。また、その他にも、遊星ホモジナイザー、高速撹拌機、三本ロールミル等が挙げられる。すなわち、液中に分散した特定複合体にせん断を与える方法であればよい。
 以下、本実施形態の剥離化化合物及びその製造方法を具体的に説明する。
 本実施形態の剥離化化合物の製造方法において、非膨潤性層状無機化合物を、非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程とは、上述の本実施形態の特定複合体の製造方法の場合と同様であり、用いられる材料、処理条件等として同様のものを適用可能である。
 本実施形態の剥離化化合物の製造方法によれば、例えば、層状無機化合物をc軸方向の平均粒子厚さが1nm~80nmの範囲まで剥離化することが可能となる。
 本実施形態に係る特定複合体を剥離化する工程においては、具体的な剥離方法として湿式ジェットミル等に制限されるものではない。しかし、気流吸い込み型、衝突型等のジェット粉砕機を用いた乾式粉砕法、ボールミル法などでは、特定複合体が剥離せずに粉砕されて微粒子化する傾向にあり、ナノシート状の剥離化が効率的に行われにくい。そのため、湿式ジェットミル等の分散液中で高速にせん断可能な装置を用いて機械的処理により剥離化する工程を実施することが好ましい。これにより、特定複合体を長手方向(a軸)に粉砕することなく、剥離化することが可能となる。
 剥離化する工程において機械的処理の際の分散液の衝突圧力は、50MPa~250MPaが好ましく、100MPa~200MPaがより好ましく、150MPa~200MPaが更に好ましい。またせん断速度としては、100m/s~400m/sが好ましく、180m/s~300m/sがより好ましく、200m/s~300m/sが更に好ましい。この方法を用いれば、アスペクト比の高い剥離化化合物を高い生産性で得ることができる。
 なお、剥離化する工程に供される機械的処理前の特定複合体の平均粒子径は、0.01μm~100μmであることが好ましい。機械的処理前の特定複合体の平均粒子径が0.01μm以上であれば、機械的処理前の特定複合体のアスペクト比が小さすぎることがなく、機械的処理による剥離化を分散液中にて行うことで、せん断力がかかりやすく、剥離化が容易となる傾向にある。
 一方、機械的処理前の特定複合体の平均粒子径が100μm以下であれば、分散液中で機械的処理前の特定複合体が分散しやすくなり、せん断力を加えることで剥離化が進行しやすくなる傾向にある。
 本実施形態において、特定複合体等の粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱方式粒度分布測定装置を用いることで測定可能である。分散液中に測定対象物を投入した後に、撹拌機等で分散する。この分散液の粒子径分布を測定することで測定対象物の粒子径分布が測定される。粒子径分布に基づいて、平均粒子径は、小径側からの体積累積50%に対応する粒子径として求められる。
 分散液にせん断力を加えた後の剥離化された非膨潤性層状無機化合物(つまり、剥離化化合物)の平均粒子径は、分散液にせん断力を加える前のインターカレートされた非膨潤性層状無機化合物(つまり、特定複合体)の平均粒子径の50%~100%であることが好ましく、70%~100%がより好ましく、90%~100%が更に好ましい。剥離化化合物の平均粒子径が特定複合体の平均粒子径の50%~100%であれば、長手方向(a軸)の破壊よりも厚さ方向(c軸)の剥離の影響が大きく、アスペクト比の低下を抑制できる利点がある。
 本実施形態の剥離化化合物のc軸方向の平均粒子厚さは、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)を用いて次の方法により測定することができる。まず、剥離化化合物と分散媒を混合し、分散スラリーを調製する。調製した分散スラリーを型に流し込み、ディスク状の剥離化化合物成形体を得る。ディスク状の剥離化化合物成形体では、剥離化した粒子はアスペクト比が大きいため厚さ方向に積層する。ディスク状の剥離化化合物成形体を横方向からSEMで観察することで、剥離化化合物の厚さを測定することが可能である。剥離化化合物の厚さをランダムに200以上測定し、画像分析することで、厚さ分布図の作成が可能である。厚さ分布における累積50%の厚さ(T50)を、c軸方向の平均粒子厚さとする。
 機械的処理後の剥離化化合物の厚さは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた厚さ分布に加えて、平衡フィラ密度の測定により規定することが可能である。ここで、平衡フィラ密度とは、分散液中で平衡に達した際の剥離化化合物の分散液中での嵩密度をいう。分散液中で分散安定後の剥離化化合物が一定体積中にどの程度存在するかを体積百分率で表した指標である。剥離処理した剥離化化合物分散液において、積層体である特定複合体が剥離されたことにより沈降厚さが高くなり、剥離化化合物の密度は低下する。つまり、同じ充填量(体積含有率)であっても、機械的処理によって、粒子数が増加し、平衡フィラ密度が低下する。平衡フィラ密度は、値が低い方が好ましい。本実施形態においては、30体積%以下とすることが好適である。平衡フィラ密度が30体積%以下であれば、剥離が効率的に進行しているといえる。
 平衡フィラ密度は、下記方法により測定することができる。
 機械的処理後の剥離化化合物スラリーを試験管に一定量加え、室温(25℃)で2週間静置する。2週間静置後の剥離化化合物の沈降高さを測定することで、式(3)により平衡フィラ密度の算出が可能である。
平衡フィラ密度(%)=スラリー中の剥離化化合物の濃度/{(剥離化化合物の沈降高さ)/(スラリーの高さ)}  (3)
 剥離化する工程を経て得られた剥離化化合物は、乾燥して粉末状サンプルとして得てもよいし、液中でスラリーサンプルとして得てもよい。また、有機分散剤、増粘剤等と共に液中で保存してもよく、使用用途に合わせて、様々な形態で剥離化化合物を使用することが可能である。
 本実施形態の特定複合体を用いることで、長手方向(a軸)の長さを低下することなく剥離化化合物を提供することが可能となる。そのため、剥離化化合物のアスペクト比が増加する。熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂とアスペクト比の高い剥離化化合物とを複合化することで、非膨潤性層状無機化合物の有する絶縁性、耐電圧性、耐熱性等を効果的に発現することができる。更に、剥離化によって無機フィラとしての剥離化化合物の樹脂への充填量を抑制することが可能であり、無機フィラの高充填化に伴って生じる様々な問題、例えば、流動性の低下による成形性の悪化、無機フィラの大量使用による素材コスト及び製造コストの増大、材料及び部材の重量増、並びに欠陥に伴う絶縁特性の低下の問題を解消することが可能であり、耐電圧性の向上を果たすことが可能となる。更に、本実施形態の剥離化化合物はスラリー状態、粉末状態のどちらにおいても提供が可能であり、様々なナノコンポジットの製造プロセスに簡易に組み込むことが可能である。
 例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との複合化によって、絶縁性、耐電圧性、耐熱性等に優れた絶縁樹脂材料の開発に繋がる。
<絶縁性樹脂組成物>
 本実施形態の絶縁性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と無機フィラとを含有し、無機フィラの少なくとも一部を本実施形態の剥離化化合物としたものである。
 従来、異方性が小さく、熱伝導率の向上にも寄与する丸み状のアルミナ等を含有する絶縁性樹脂組成物は、絶縁破壊のパスが短く、樹脂組成物の絶縁破壊電圧が低下するため、鱗片状フィラを添加しなければならないことがあった。
 しかし、ミクロンオーダー又はそれ以上のサイズの鱗片状フィラを絶縁性樹脂組成物に添加すると、樹脂組成物の厚み方向に対して直交する方向に鱗片状フィラの長手方向が配向しやすくなり、樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率が低下しやすい。それを防止するために、ナノメートルサイズの無機ナノ粒子を使用することがより有効であると考えられる。
 無機ナノ粒子として、ナノサイズのBN、マイカ等の層状無機化合物などが考えられる。しかし、BNの場合は表面官能基が少ないため、樹脂との親和性に乏しく、樹脂組成物の内部にボイドが発生しやすく、絶縁性が低下することがある。
 我々は上述の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の厚さに剥片化された層状無機化合物(本実施形態の剥離化化合物)を用いることで、高い絶縁信頼性を備える絶縁性樹脂組成物を製造することが可能になることを見出した。これによって、より汎用的な簡便な工程で、高い絶縁耐電圧を備える樹脂組成物、樹脂シート、絶縁物、樹脂シート硬化物及びそれを用いた放熱部材を実現するに至った。
 本実施形態の剥離化化合物は、電気絶縁性はもちろん、耐熱性、耐薬品性等にも優れていて、更に、コストパフォーマンスに優れている。
 以下、本実施形態の絶縁性樹脂組成物の構成成分等について説明する。
(熱硬化性樹脂)
 本実施形態の絶縁性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂の少なくとも一種を含有する。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、オキサジン樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びシリコーン樹脂が挙げられる。電気絶縁性の観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
 本実施形態に用いられるエポキシ樹脂は、特に限定されるものではない。例えば、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂及び環式脂肪族エポキシ樹脂が挙げられる。中でも、高熱伝導率化の観点からは、ビフェニル基のような自己配列しやすい構造であるメソゲン骨格を分子内に有するエポキシ樹脂を使用することが好ましい。そのようなメソゲン骨格を分子内に有するエポキシ樹脂は、例えば特開2005-206814号公報で開示されている。上記エポキシ樹脂の一例として、例えば、1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン、1-{(2-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン及び1-{(3-エチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセンが挙げられる。
 本実施形態の絶縁性樹脂組成物における熱硬化性樹脂の含有率は特に制限されない。例えば絶縁性樹脂組成物の固形分中に、1質量%~50質量%とすることができ、1質量%~10質量%であることが好ましい。熱硬化性樹脂の含有率が上記範囲であることで、接着性及び熱伝導率をより向上することができる。なお、絶縁性樹脂組成物の固形分とは絶縁性樹脂組成物から揮発性成分を除いた残分を意味する。
(無機フィラ)
 本実施形態の絶縁性樹脂組成物は、無機フィラを含有する。本実施形態において無機フィラの少なくとも一部が本実施形態の剥離化化合物とされる。
 剥離化化合物の無機フィラに占める割合は、0.5体積%~10体積%の範囲とすることが好ましい。剥離化化合物の含有率が0.5体積%以上の場合、絶縁性樹脂組成物の絶縁性がより向上する傾向にある。一方、剥離化化合物の含有率が10体積%以下の場合、絶縁性樹脂組成物の熱伝導率がより向上する傾向にある。
 本実施形態において、剥離化化合物以外の無機フィラを使用する場合、剥離化化合物以外の無機フィラは、特に限定されず、当技術分野において周知の化合物を使用することができる。例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、二酸化珪素、水酸化アルミニウム及び硫酸バリウムが挙げられる。
 本実施形態において、剥離化化合物以外の無機フィラを使用する場合、上記剥離化化合物以外の無機フィラは、1種類単独で使用しても、又は2種類以上を併用してもよい。また、互いに異なる粒子径を有する無機フィラを組み合わせて使用してもよい。互いに異なる粒子径を有する無機フィラを組み合わせて使用する実施形態は、大粒子径の無機フィラ間のすき間に小粒子径の無機フィラが入り込み、無機フィラの高充填化が容易となり、効率良く高熱伝導率化が実現できると考えられるため、好ましい。
 無機フィラの平均粒子径(D50)は、熱伝導性の観点から、0.1μm~100μmであることが好ましく、0.1μm~70μmであることがより好ましい。
 本実施形態において、無機フィラの平均粒子径の測定方法は、特定複合体等の粒子の場合と同様である。
 本実施形態の一実施形態では、無機フィラとしてアルミナを使用することが好ましく、互いに異なる粒子径を有するアルミナを組み合わせて使用することがより好ましい。
 本実施形態において絶縁性樹脂組成物中における無機フィラ全体の含有率としては特に制限されない。中でも絶縁性樹脂組成物の全固形分体積中に30体積%~95体積%であることが好ましく、熱伝導率向上の観点から、45体積%~90体積%であることがより好ましく、更なる熱伝導率向上の観点から、70体積%~90体積%であることが更に好ましい。無機フィラ全体の含有率が絶縁性樹脂組成物の全固形分体積中に30体積%以上であると絶縁性樹脂組成物の熱伝導率がより高くなる傾向にある。また、無機フィラ全体の含有率が絶縁性樹脂組成物の全固形分体積中に95体積%以下であると絶縁性樹脂組成物の成形性がより向上する傾向にある。
 なお、絶縁性樹脂組成物の全固形分体積とは、絶縁性樹脂組成物を構成する成分のうち、非揮発性成分の総体積を意味する。
(硬化剤)
 絶縁性樹脂組成物は、硬化剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。硬化剤としては特に制限はなく、熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜選択できる。特に熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、硬化剤としてはエポキシ樹脂用硬化剤として通常用いられる硬化剤から適宜選択して用いることができる。具体的には、ジシアンジアミド、芳香族ジアミン等のアミン系硬化剤、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、カテコールレゾルシノールノボラック樹脂等のフェノール系硬化剤などを挙げることができる。中でも熱伝導率向上の観点から、フェノール系硬化剤であることが好ましく、カテコール、レゾルシノール及びp-ハイドロキノンといった2官能フェノール性化合物由来の構造単位を含むフェノール系硬化剤であることがより好ましい。
 絶縁性樹脂組成物が硬化剤を含有する場合、絶縁性樹脂組成物における硬化剤の含有量は特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂1当量数に対して、硬化剤の含有量を0.1当量数~2.0当量数とすることができ、柔軟性向上の観点から0.5当量数~1.5当量数であることが好ましく、高熱伝導の観点から0.8当量数~1.1当量数であることがより好ましい。
 硬化剤の含有量が上述の範囲であることで、熱伝導率をより向上することができる傾向にある。
(硬化触媒)
 絶縁性樹脂組成物は、硬化触媒の少なくとも1種を含むことが好ましい。硬化触媒としては特に制限はなく、熱硬化性樹脂の種類に応じて、通常用いられる硬化触媒から適宜選択して用いることができる。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、硬化触媒として具体的には、例えば、トリフェニルホスフィン、2-エチル-4-メチルイミダゾール、三フッ化ホウ素アミン錯体及び1-ベンジル-2-メチルイミダゾールを挙げることができる。中でも高熱伝導化の観点から、トリフェニルホスフィンを使用することが好ましい。
 絶縁性樹脂組成物が硬化触媒を含有する場合、絶縁性樹脂組成物における硬化触媒の含有率は特に制限されない。絶縁性樹脂組成物における硬化触媒の含有率は、例えばエポキシ樹脂に対して、0.1質量%~2.0質量%とすることができ、0.5質量%~1.5質量%であることがより好ましい。
 硬化触媒の含有率が上述の範囲であることで、熱伝導率をより向上することができる傾向にある。
(カップリング剤)
 絶縁性樹脂組成物は、カップリング剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。カップリング剤は、例えば無機フィラの表面処理を目的に含有することができる。
 カップリング剤としては特に制限されず、通常用いられるカップリング剤から適宜選択することができる。具体的には、例えば、メチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-13」として入手可能)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-803」として入手可能)、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBE-9103」として入手可能)、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-573」として入手可能)、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-903」として入手可能)及び3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-403」として入手可能)が挙げられる。中でも、高熱伝導化の観点から、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシランが好ましい。
 絶縁性樹脂組成物がカップリング剤を含有する場合、絶縁性樹脂組成物におけるカップリング剤の含有率は特に制限されない。絶縁性樹脂組成物におけるカップリング剤の含有率は、例えば無機フィラに対して、0.05質量%~1.0質量%とすることができ、0.1質量%~0.5質量%であることがより好ましい。
 カップリング剤の含有率が上述の範囲であることで、熱伝導率をより向上することができる傾向にある。
(溶剤)
 絶縁性樹脂組成物は、溶剤の少なくとも1種を含んでいてもよい。溶剤としては樹脂組成物の硬化反応を阻害しないものであれば特に制限はなく、通常用いられる有機溶剤から適宜選択して用いることができる。具体的には、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン溶剤、シクロヘキサノール等のアルコール溶剤などを挙げることができる。
 絶縁性樹脂組成物が溶剤を含有する場合、絶縁性樹脂組成物における溶剤の含有量は特に制限されず、樹脂組成物の塗布性等に応じて適宜選択することができる。
(添加剤)
 絶縁性樹脂組成物は、上記に示したような硬化触媒及び溶剤以外のその他の添加剤を必要に応じて更に含むことができる。その他の添加剤としては、剥離化化合物の剥離性及び分散性を向上させることができるエラストマ等を挙げることができる。その他に、酸化防止剤、老化防止剤、安定剤、難燃剤、増粘剤等の樹脂組成物に一般に用いられる各種添加剤を挙げることができる。絶縁性樹脂組成物が添加剤を更に含有する場合、これらの添加剤の含有量は本発明の効果を損なわない範囲であれば特に制限されない。
<樹脂シート>
 本実施形態の樹脂シートは、本実施形態の絶縁性樹脂組成物をシート状に成形してなるものである。
 本実施形態の樹脂シートは、本実施形態の絶縁性樹脂組成物がシート状に形成されてなるものであれば特に限定されない。本実施形態の樹脂シートは、半硬化状態(Bスージ状態)になるまで、更に加熱処理された所謂Bステージシートであることが好ましい。
 なお、本明細書においてBステージとの用語は、JIS K6900:1994の定義による。
 樹脂シートは例えば、以下のようにして製造することができる。PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等の離型フィルム上に、メチルエチルケトン、シクロヘキサンノン等の溶剤を必要に応じて添加したワニス状の絶縁性樹脂組成物を塗布後、必要に応じて乾燥することで樹脂組成物層として得ることができる。
 塗布は、公知の方法により実施することができる。塗布方法として、具体的には、コンマコート法、ダイコート法、リップコート法、グラビアコート法等の方法が挙げられる。所定の厚みに樹脂組成物層を形成するための塗布方法としては、ギャップ間に被塗工物を通過させるコンマコート法、ノズルから流量を調整した樹脂ワニスを塗布するダイコート法等を適用することができる。例えば、乾燥前の樹脂組成物層の厚みが50μm~500μmである場合、コンマコート法を用いることが好ましい。
 樹脂シートの厚みは、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、50μm~300μmとすることができ、熱伝導率及びシート可とう性の観点から、60μm~250μmであることが好ましい。また樹脂シートは2層以上の樹脂組成物層を積層しながら熱プレスすることにより作製することもできる。
<絶縁物>
 本実施形態の絶縁物は、本実施形態の絶縁性樹脂組成物の硬化物である。本実施形態の絶縁物は、本実施形態の絶縁性樹脂組成物を金型に注入するような、通常の注型絶縁物用樹脂を使用した場合と同様の製造方法により、製造することができる。本実施形態の絶縁性樹脂組成物を用いることで、従来の注型樹脂として用いられているエポキシ樹脂に比べて、高い絶縁耐電圧を備える絶縁物を得ることができる。そのような絶縁物としては、絶縁スペーサ、絶縁ロッド、成形絶縁部品等が挙げられる。
<樹脂シート硬化物>
 本実施形態の樹脂シート硬化物は、本実施形態の樹脂シートの熱処理物である。
 本実施形態の樹脂シート硬化物は、本実施形態の絶縁性樹脂組成物を加熱処理して硬化してなるものであってもよい。絶縁性樹脂組成物を硬化する硬化方法は、絶縁性樹脂組成物の構成、樹脂シート硬化物の目的等に応じて適宜選択することができる。絶縁性樹脂組成物を硬化する硬化方法は、中でも、加熱加圧処理であることが好ましい。加熱加圧処理の条件は例えば、加熱温度が80℃~250℃で、圧力が0.5MPa~8.0MPaであることが好ましく、加熱温度が130℃~230℃で、圧力が1.5MPa~5.0MPaであることがより好ましい。
 加熱加圧処理する処理時間は、加熱温度等に応じて適宜選択できる。例えば2時間~8時間とすることができ、4時間~6時間であることが好ましい。
 また加熱加圧処理は1回で行ってもよく、加熱温度等を変化させて2回以上行ってもよい。
<放熱部材>
 本実施形態の放熱部材は、金属ワークと、前記金属ワーク上に配置された本実施形態の樹脂シート又は本実施形態の樹脂シート硬化物とを有する。
 ここで「金属ワーク」とは、基板、フィン等を含む、放熱部材として機能することができる金属材料を含む成形品を意味する。本実施形態の一態様では、金属ワークはAl(アルミニウム)、Cu(銅)等の各種金属から構成される基板であることが好ましい。
 本実施形態の放熱部材の一態様として、絶縁性樹脂組成物をシート状に成形して得られる樹脂シートを用いた放熱部材を図1に例示する。
 図1において、樹脂シート10は、例えばAl(アルミニウム)から構成される第一の金属ワーク20と、例えばCu(銅)から構成される第二の金属ワーク30との間に位置し、その片面は金属ワーク20表面に接着し、他面は金属ワーク30表面に接着している。
 樹脂シート10は高い絶縁耐電圧を備えるため、例えば、第一の金属ワーク20と第二の金属ワーク30との間に大きな電位差が生じても、第一の金属ワーク20と第二の金属ワーク30との間の絶縁性を確保できる。
 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
 非膨潤性層状無機化合物としては、インド産マスコバイト(SJ-005、株式会社ヤマグチマイカ製、熱分解温度600℃~800℃)を使用した。SJ-005は、800℃1時間加熱することによりc軸方向に0.09Å膨張するものである。粉末X線回折(RINT-2550、株式会社リガク製)測定を行った結果、底面間隔(d002)値は9.98Åであった。また、レーザー回折式粒度分布測定装置(LA-920、株式会社堀場製作所製)を用いて粒度分布を測定した結果、平均粒子径は5.38μmであった。マスコバイト(0.2g)と炭酸ナトリウム(2g)を950℃30分の条件で融解後、フッ化水素(HF)処理をしてSiを除いた後、残渣に18質量%塩酸5mL及び水15mLを加えてホットプレート(125℃)上で加熱及び溶解後、水で約100gに定容して、10倍に希釈後、ICP発光分光分析(ICP-OES)により定量分析を行った。その結果、本試料の化学組成は、(K0.97Ca0.01)(Al1.75Mg0.11Fe3+ 0.11)(Si3.21Al0.79)O10(OH)であった。
 上記マスコバイト粉末を坩堝に入れて電気炉(SB2025D、株式会社モトヤマ製)中で800℃、1時間加熱処理を行った。蒸留水200mLに有機化合物としてドデシルアミン塩酸塩(DDA-HCl、東京化成株式会社製)を溶かした0.5M水溶液に、加熱処理したマスコバイト粉末11.2gを混合した。この混合液(分散液)を撹拌後、120℃で24時間還流しながら撹拌した後、水及びエタノール(和光純薬工業株式会社製)で洗浄し、特定複合体を調製した。
 混合液(分散液)中のマスコバイト粉末の含有率は2体積%であった。
 特定複合体の平均粒子径は4.50μmであった。
 得られた試料のXRDの結果を図2に示す。マスコバイトは2θ=8.86°にシャープな002反射(9.98Å)が観察され(曲線(a))、加熱処理したマスコバイトでは低角側にわずかにシフト(10.07Å)した(曲線(b))。24時間還流及び撹拌した試料ではピーク強度の低下した002反射と2θ=3°から2°にかけてのピークの上昇が観察され、一部の非膨潤層とインターカレートされた層の混合物になっていることが明らかになった(曲線(c))。
 なお、図2における一番下のスペクトルが曲線(a)であり、下から二番目のスペクトルが曲線(b)であり、一番上のスペクトルが曲線(c)である。
 インターカレートした特定複合体中のドデシルアミン塩酸塩の含有率を算出するために、熱重量測定示差熱分析装置(TG-8120、株式会社リガク製)を用いて、昇温速度10℃/分で150℃から800℃までの質量減少を測定した結果、ドデシルアミン塩酸塩の含有率は2.97質量%であった。
 次に、インターカレートした特定複合体の機械的な剥離を行うため、特定複合体11.2gをメチルエチルケトン(MEK)200mLに分散して分散液を調製した。この分散液に対し、湿式ジェットミルにて、180MPaの高圧下、280m/sのせん断速度で高速せん断をかける処理を実施することにより、分散液中の特定複合体を剥離させ、高アスペクト比のナノマイカシート分散液を得た。なお、図3(a)は、剥離処理を実施しなかった分散液を2週間静置した状態を示すものであり、図3(b)は剥離処理を実施した分散液を2週間静置した状態を示すものである。これら図3(a)及び(b)から平衡フィラ密度を算出した結果、剥離処理後では4.25体積%、剥離処理前では14.7体積%であり、剥離処理した特定複合体は液中で剥離していることが分かった。
[比較例1]
 マスコバイトの加熱処理を行わない以外は実施例1と同様に特定複合体を調製した。XRD測定の結果、非常に強い9.98Åの底面反射が観察され、ドデシルアミン塩酸塩がマスコバイトの層間にインターカレートしていないことが明らかとなった。また、ドデシルアミン塩酸塩の含有率は、0.95質量%であり、マイカ表面に吸着している有機物量であると考えられる。また、剥離処理後の平衡フィラ密度は、5.90体積%であった。
[比較例2]
 マスコバイトの加熱処理温度を1000℃とした以外は実施例1と同様に特定複合体を調製した。XRD測定(図4)の結果、マスコバイト粉末(曲線(a))と比較して、加熱処理のみの場合でも、002反射のピーク強度の低下が観察された(曲線(b))。しかしながら、インターカレート前後において、ピーク強度の変化はほとんど観察されなかった(曲線(c))。また、ドデシルアミン塩酸塩の含有率は、0.68質量%であった。また、剥離処理後の平衡フィラ密度は、8.79体積%であった。
 なお、図4における一番下のスペクトルが曲線(a)であり、下から二番目のスペクトルが曲線(b)であり、一番上のスペクトルが曲線(c)である。
[実施例2]
 ドデシルアミン塩酸塩の濃度を1.0M又は2.0Mにした以外は実施例1と同様にして特定複合体を調製した。XRD測定の結果、全ての濃度でピーク強度の低下した002反射と2θ=3°~2°にかけてのピークの上昇が観察され、インターカレートが進行していることが明らかとなった。また、ドデシルアミン塩酸塩の含有率は1.0Mで2.59質量%、2.0Mで1.02質量%であった。また、剥離処理後の平衡フィラ密度はそれぞれ3.44体積%、4.43体積%であった。
[実施例3]
 エタノール600mLを30℃で撹拌しながら、オクタデシルアミン(東京化成株式会社製)200gを加熱溶解させ、そこに濃塩酸(和光純薬工業株式会社製)125mLを加え、3時間反応させた。エバポレータで溶剤を留去した後、エタノールで再結晶させた。この結晶を回収し、減圧下で乾燥させ、オクタデシルアミン塩酸塩(ODA-HCl)を得た。
 有機化合物として上記オクタデシルアミン塩酸塩、蒸留水及びマスコバイト粉末を用いて実施例1と同様に特定複合体を調製した。XRD測定の結果、002反射のピーク強度の低下、2θ=3.5°~6.5°にかけてゆるやかなブロードなピーク、2θ=3°~2°にかけて、非常に大きなピークの上昇が観察され、インターカレートの進行を確認した。また、オクタデシルアミン塩酸塩の含有率は、13.80質量%であった。また、剥離処理後の平衡フィラ密度は、2.53体積%であった。
[実施例4]
 還流時間を96時間とした以外は実施例1と同様に特定複合体を調製した。XRD測定の結果、ピーク強度の低下した002反射と2θ=3°~2°にかけてのピークの上昇が観察された。また、ドデシルアミン塩酸塩の含有率は、3.18質量%であった。また、剥離処理後の平衡フィラ密度は、3.81体積%であった。
[実施例5]
 実施例1と同様の方法で、24時間還流した後、遠心分離で沈殿させたマスコバイトを回収し、再度、同量のドデシルアミン塩酸塩水溶液と混合した。混合、24時間還流及び遠心分離を繰り返し、還流時間が合計で48時間、72時間、96時間になるように調整し、特定複合体を調製した。得られた試料のXRDの結果を図5に示す。実施例1の24時間(曲線(a))とは異なり、反応時間が48時間(曲線(b))、72時間(曲線(c))、96時間(曲線(d))と増加するにつれ、インターカレートされた層のピークが高角側にシフトし、ピークがシャープになった。これは、非膨潤層がインターカレートされた層に移行していることを表している。また、ドデシルアミン塩酸塩の含有率は、4.46質量%(48時間)、5.31質量%(72時間)、5.67質量%(96時間)であった。溶液置換しながら反応時間を増加させることで、インターカレート量が増加した。また、剥離処理後の平衡フィラ密度は、それぞれ2.71体積%、2.53体積%、2.19体積%であった。
 なお、図5における一番下のスペクトルが曲線(a)であり、下から二番目のスペクトルが曲線(b)であり、上から二番目のスペクトルが曲線(c)であり、一番上のスペクトルが曲線(d)である。
 実施例1~実施例5、比較例1及び比較例2で調製した特定複合体の組成、有機化合物の含有率及び平衡フィラ密度を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例1、比較例1及び比較例2のドデシルアミン塩酸塩含有率及び平衡フィラ密度(表1)を比較すると、加熱温度が800℃の場合、ドデシルアミン塩酸塩含有率が増加し、平衡フィラ密度が低いことが示された。これは、インターカレート量が増加し層間が広がったため、剥離が効率的に進んだことを表している。一方で、加熱なし又は加熱温度が1000℃の場合、インターカレートの進行が観察されなかった。この理由は、上述したように、加熱なしの場合、マイカの結晶構造のゆらぎが起きず、層間が広がらなかったためである。一方、1000℃の場合、構造水の除去によって熱分解が起き、マイカの結晶構造が大きく毀損されてしまい、マイカ自体が変質してしまったため、インターカレートが進行しなかったためである。
 また、実施例1と実施例2のドデシルアミン塩酸塩含有率、平衡フィラ密度(表1)を比較すると、濃度が2.0Mでインターカレート量が低下した。この理由は、溶液の粘度(60℃での粘度が0.5Mで1.7mPa・s、1.0Mで12mPa・s、2.0Mで758mPa・s)が高く、撹拌(接触)効率が低下したためである。
 更に、実施例1、実施例4及び実施例5のドデシルアミン塩酸塩含有率、平衡フィラ密度(表1)を比較すると、インターカレーションの時間が長くなるにつれて、ドデシルアミン塩酸塩含有率が増加し、平衡フィラ密度が低下することを確認した。また、24時間毎に反応溶液を交換することで、インターカレーションの効率がよくなることが示された。
[実施例6]
 実施例1及び実施例5の剥離処理後の特定複合体(剥離化化合物)並びに剥離処理前のマイカ粉末を用いて、下記の方法によりc軸方向の厚さを求めた。まず、剥離化化合物を凍結乾燥により粉末状にした。次に、剥離化化合物及び剥離処理前のマイカ粉末を各々水と混合し、分散剤を加え、分散スラリーを調製した。石膏上にシリコン型を置き、スラリーを流し込み、15分間着肉後、一晩風乾することにより、ディスク状の成形体を得た。ディスク状の成形体を走査型電子顕微鏡(S-4300、株式会社日立製作所製)により観察し、厚さ分布を作成した。SEM観察の結果、剥離処理前のマイカ粉末(図6)に比べて、実施例5の96時間還流した剥離化化合物(図7)ではより厚さが薄くなっていることが観察された。図8は、実施例5で得られた剥離処理後の特定複合体(剥離化化合物)及び実施例1で得られた剥離処理前のマイカ粉末の厚さ分布を示すグラフである。厚さ分布においても、剥離処理前のマイカ粉末(図8a、T50は109nm)、実施例1の剥離化化合物(図8b、T50は52nm)、実施例5の48時間(図8c、T50は41nm)、72時間(図8d、T50は36nm)、96時間(図8e、T50は32nm)の順に剥離化が進行していることが観察された。インターカレート量が増加するにつれて、剥離化が進行することが示された。
 更に、実施例1及び実施例5の剥離化化合物の平均粒子径をレーザー回折散乱方式粒度分布測定装置により測定したところ、各々3.57μm(実施例1)、4.00μm(実施例5、48時間)、4.26μm(実施例5、72時間)、4.35μm(実施例5、96時間)であった。
[実施例7]
(カテコールレゾルシノールノボラック(CRN)樹脂の合成)
 撹拌機、冷却器及び温度計を備えた3Lのセパラブルフラスコにレゾルシノール627g、カテコール33g、37質量%ホルマリン316.2g、シュウ酸15g、水300gを入れ、オイルバスで加温しながら100℃に昇温させ、この還流温度で4時間反応を続けた。その後、水を留去しながらフラスコ内の温度を170℃に昇温させ、170℃を保持しながら8時間反応を続けた。
 その後減圧下、20分間濃縮を行い系内の水等を除去して、カテコールレゾルシノールノボラック樹脂を取り出した。得られたカテコールレゾルシノールノボラック樹脂の数平均分子量は530、重量平均分子量は930であった。またカテコールレゾルシノールノボラック樹脂の水酸基当量は65g/eqであった。上記により得たカテコールレゾルシノールノボラック樹脂を以下の実施例で用いた。
 100cmのポリ瓶中に、カップリング剤としてN-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.0960質量部(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-573」)と、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.6680質量部(固形分50質量%)をこの順序で加えた。
 次いで、上記ポリ瓶中にアルミナボール120.00質量部(粒子径3mm)を投入した後、無機フィラとして平均粒子径18μmの酸化アルミニウム(AA-18)59.51質量部(住友化学株式会社製)、平均粒子径3μmの酸化アルミニウム(AA-3)21.64質量部(住友化学株式会社製)及び平均粒子径0.4μmの酸化アルミニウム(AA-04)9.02質量部(住友化学株式会社製)を加えた後、実施例5(96時間)で得られた剥離化化合物(c軸方向の厚さ32nm、平均粒子径4.35μm)0.4248質量部を加えた。
 更に、メチルエチルケトン14.33質量部とシクロヘキサノン2.44質量部を加えて混合した。混合した後に、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン7.2170質量部(エポキシ樹脂)、及びトリフェニルホスフィン0.0760質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)を加えて更に混合し、40時間~60時間にわたってボールミル粉砕を行い、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてポリエチレンテレフタレートフィルム(藤森工業株式会社製、75E-0010CTR-4、以下PETフィルムと略)の離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で15分放置した後に100℃のボックス型オーブンで30分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。次いで、空気に触れていた樹脂組成物層の上面をPETフィルムで覆い、熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、圧力1.5MPa、処理時間3分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、真空度1kPa以下、圧力4MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて140℃で2時間、165℃で2時間、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率を、以下のようにしてキセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は8.3W/(m・K)であった。
 またBDV(Break Down Voltage)法による絶縁性を、後述のようにして測定したところ、最低値は25.1kV/mm、平均値は25.9kV/mmであった。
(熱伝導率の測定方法)
 NETZSCH社製のNanoflash LFA447型Xeフラッシュ法熱拡散率測定装置を用いてシートの熱拡散率を測定した。得られた熱拡散率の数値に比熱Cp(J/g・K)と密度d(g/cm)を乗算することによって、熱伝導率(W/(m・K))を算出した。全ての測定は25±1℃で行った。
(絶縁性)
 上記で得られた樹脂シート硬化物について、総研電気株式会社製DAC-6032C絶縁破壊試験装置を用いて、直径25mmの円筒電極ではさみ、昇圧速度500V/s、交流50Hz、ステップ電圧0.50kV、電圧保持時間60s、25℃、油中にて測定した。
[実施例8]
 100cmのポリ瓶中に、カップリング剤としてN-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.0960質量部(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-573」)と、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.6680質量部(固形分50質量%)をこの順序で加えた。
 次いで、上記ポリ瓶中にアルミナボール120.00質量部(粒子径3mm)を投入した後、無機フィラとして平均粒子径18μmの酸化アルミニウム(AA-18)59.51質量部(住友化学株式会社製)、平均粒子径3μmの酸化アルミニウム(AA-3)21.64質量部(住友化学株式会社製)及び平均粒子径0.4μmの酸化アルミニウム(AA-04)9.02質量部(住友化学株式会社製)を加えた後、実施例5(96時間)で得られた剥離化化合物(c軸方向の厚さ32nm、平均粒子径4.35μm)0.8496質量部を加えた。
 更に、メチルエチルケトン15.04質量部とシクロヘキサノン2.68質量部を加えて混合した。混合した後に、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン7.2170質量部(エポキシ樹脂)、及びトリフェニルホスフィン0.0760質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)を加えて更に混合し、40時間~60時間にわたってボールミル粉砕を行い、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてPETフィルムの離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で15分放置した後に100℃のボックス型オーブンで30分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。次いで、空気に触れていた樹脂組成物層の上面をPETフィルムで覆い、熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、圧力1.5MPa、処理時間3分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、真空度1kPa以下、圧力4MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて140℃で2時間、165℃で2時間、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率をキセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は8.0W/(m・K)であった。
 またBDV法による絶縁性を測定したところ、最低値は25.6kV/mm、平均値は28.4kV/mmであった。
[実施例9]
 250cmのポリ瓶中に、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.1190質量部(固形分50質量%)と、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン6.6775質量部(エポキシ樹脂)と、トリフェニルホスフィン0.0707質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)と、シクロヘキサノン25.90質量部(和光純薬工業株式会社製)とを加えて混合した。その後、無機フィラとして窒化ホウ素粒子37.38質量部(体積平均粒子径40μm、水島合金鉄株式会社製、商品名「HP-40MF100」)と、実施例5(96時間)で得られた剥離化化合物(c軸方向の厚さ32nm、平均粒子径4.35μm)0.3188質量部を加えて更に混合し、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてPETフィルムの離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で10分放置した後に100℃のボックス型オーブンで10分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。樹脂組成物層が形成されたPETフィルム2枚を、樹脂組成物層同士が対向するように重ねた後、熱プレス(上熱板150℃、下熱板150℃、圧力15MPa、処理時間4分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板170℃、下熱板170℃、真空度1kPa以下、圧力10MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて160℃で30分、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率をキセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は10.0W/(m・K)であった。
 またBDV法による絶縁性を測定したところ、最低値は28.5kV/mm、平均値は30.4kV/mmであった。
[実施例10]
 100cmのポリ瓶中に、カップリング剤としてN-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.0960質量部(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-573」)と、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.6680質量部(固形分50質量%)をこの順序で加えた。
 次いで、上記ポリ瓶中にアルミナボール120.00質量部(粒子径3mm)を投入した後、無機フィラとして平均粒子径4.0μmの二酸化珪素(E-03)49.8427質量部(東海ミネラル株式会社製)を加えた後、実施例5(96時間)で得られた剥離化化合物(c軸方向の厚さ32nm、平均粒子径4.35μm)0.4248質量部を加えた。
 更に、メチルエチルケトン17.19質量部とシクロヘキサノン3.40質量部を加えて混合した。混合した後に、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン7.2170質量部(エポキシ樹脂)、及びトリフェニルホスフィン0.0760質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)を加えて更に混合し、40時間~60時間にわたってボールミル粉砕を行い、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてPETフィルムの離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で15分放置した後に100℃のボックス型オーブンで30分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。次いで、空気に触れていた樹脂組成物層の上面をPETフィルムで覆い、熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、圧力1.5MPa、処理時間3分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、真空度1kPa以下、圧力4MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて140℃で2時間、165℃で2時間、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率をキセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は1.4W/(m・K)であった。
 またBDV法による絶縁性を測定したところ、最低値は18.5kV/mm、平均値は20.5kV/mmであった。
[比較例3]
 100cmのポリ瓶中に、カップリング剤としてN-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.0960質量部(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-573」)と、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.6680質量部(固形分50質量%)をこの順序で加えた。
 次いで、上記ポリ瓶中にアルミナボール120.00質量部(粒子径3mm)を投入した後、無機フィラとして平均粒子径18μmの酸化アルミニウム(AA-18)59.51質量部(住友化学株式会社製)、平均粒子径3μmの酸化アルミニウム(AA-3)21.64質量部(住友化学株式会社製)及び平均粒子径0.4μmの酸化アルミニウム(AA-04)9.02質量部(住友化学株式会社製)を加えた。
 更に、メチルエチルケトン14.33質量部とシクロヘキサノン2.44質量部を加えて混合した。混合した後に、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン7.2170質量部(エポキシ樹脂)、及びトリフェニルホスフィン0.0760質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)を加えて更に混合し、40時間~60時間にわたってボールミル粉砕を行い、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてPETフィルムの離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で15分放置した後に100℃のボックス型オーブンで30分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。次いで、空気に触れていた樹脂組成物層の上面をPETフィルムで覆い、熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、圧力1.5MPa、処理時間3分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、真空度1kPa以下、圧力4MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて140℃で2時間、165℃で2時間、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率を、キセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は8.9W/(m・K)であった。
 またBDV法による絶縁性を測定したところ、最低値は19.5kV/mm、平均値は25.4kV/mmであった。
[比較例4]
 250cmのポリ瓶中に、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.1190質量部(固形分50質量%)と、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン6.6775質量部(エポキシ樹脂)と、トリフェニルホスフィン0.0707質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)と、シクロヘキサノン25.90質量部(和光純薬工業株式会社製)とを加えて混合した。その後、無機フィラとして窒化ホウ素粒子37.38質量部(体積平均粒子径40μm、水島合金鉄株式会社製、商品名「HP-40MF100」)を加えて更に混合し、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてPETフィルムの離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で10分放置した後に100℃のボックス型オーブンで10分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。樹脂組成物層が形成されたPETフィルム2枚を、樹脂組成物層同士が対向するように重ねた後、熱プレス(上熱板150℃、下熱板150℃、圧力15MPa、処理時間4分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板170℃、下熱板170℃、真空度1kPa以下、圧力10MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて160℃で30分、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率をキセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は10.1W/(m・K)であった。
 またBDV法による絶縁性を測定したところ、最低値は25.6kV/mm、平均値は30.0kV/mmであった。
[比較例5]
 100cmのポリ瓶中に、カップリング剤としてN-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン0.0960質量部(信越化学工業株式会社製、商品名「KBM-573」)と、硬化剤として上記で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂のシクロヘキサノン溶解品4.6680質量部(固形分50質量%)をこの順序で加えた。
 次いで、上記ポリ瓶中にアルミナボール120.00質量部(粒子径3mm)を投入した後、無機フィラとして平均粒子径4.0μmの二酸化珪素(E-03)49.8427質量部(東海ミネラル株式会社製)を加えた。
 更に、メチルエチルケトン17.19質量部とシクロヘキサノン3.40質量部を加えて混合した。混合した後に、1-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-4-(4-ヒドロキシフェニル)-1-シクロヘキセンとエピクロルヒドリンとから合成された1-{(3-メチル-4-オキシラニルメトキシ)フェニル}-4-(4-オキシラニルメトキシフェニル)-1-シクロヘキセン7.2170質量部(エポキシ樹脂)、及びトリフェニルホスフィン0.0760質量部(和光純薬工業株式会社製、硬化触媒)を加えて更に混合し、40時間~60時間にわたってボールミル粉砕を行い、絶縁性樹脂組成物として樹脂シート塗工液を得た。
 得られた樹脂シート塗工液を、アプリケーターを用いてPETフィルムの離型面上に厚みが約300μmになるように塗布し、常態で15分放置した後に100℃のボックス型オーブンで30分乾燥させて、PETフィルム上に樹脂組成物層を形成した。次いで、空気に触れていた樹脂組成物層の上面をPETフィルムで覆い、熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、圧力1.5MPa、処理時間3分)により平坦化処理を行い、200μmの厚みを有する樹脂シートとしてBステージシートを得た。
 上述の方法によって得た樹脂シート(Bステージシート)の両面からPETフィルムを剥がし、両面を105μm厚の銅箔(古河電気工業株式会社製、GTS箔)で挟み、真空熱プレス(上熱板150℃、下熱板80℃、真空度1kPa以下、圧力4MPa、処理時間7分)を行い、その後、ボックス型オーブンに入れて140℃で2時間、165℃で2時間、190℃で2時間のステップキュアにより硬化を行った。得られた銅箔挟み硬化物から、銅を過硫酸ナトリウム溶液を用いてエッチング除去し、絶縁性樹脂シートの硬化物を得た。
 得られた硬化物の熱伝導率をキセノンフラッシュ法により測定した結果、熱伝導率は1.5W/(m・K)であった。
 またBDV法による絶縁性を測定したところ、最低値は15.1kV/mm、平均値は20.0kV/mmであった。
 実施例7~10及び比較例3~5で作製した熱伝導絶縁性シートの熱伝導率とBDVの検討結果を表2に纏めて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表2から分かるように、本発明の絶縁性樹脂組成物で構成した樹脂シートは本発明の剥離化化合物の添加により絶縁性に優れることが分かる。
 2015年3月5日に出願された日本国特許出願2015-43961号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (18)

  1.  非膨潤性層状無機化合物を、前記非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、
     加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、
    を有し、
     前記非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものである層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
  2.  前記非膨潤性層状無機化合物が、マイカである請求項1に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
  3.  前記有機化合物が、アミン塩、ホスホニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、スルホニウム塩及びヨードニウム塩からなる群より選択される少なくとも一種のカチオン性有機化合物である請求項1又は請求項2に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
  4.  前記分散液中における前記有機化合物の濃度が0.01mol/L以上かつ前記有機化合物の溶解度以下であり、
     前記分散液中における前記非膨潤性層状無機化合物の含有率が0.5体積%~50体積%である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体の製造方法。
  5.  非膨潤性層状無機化合物を、前記非膨潤性層状無機化合物の熱分解温度の範囲内で加熱処理する工程と、
     加熱処理された前記非膨潤性層状無機化合物を媒体に分散させた分散液中で、前記非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートさせて前記非膨潤性層状無機化合物の層間に有機化合物を挿入する工程と、
     前記分散液に機械的処理にてせん断力を加えてインターカレートされた前記非膨潤性層状無機化合物を剥離化する工程と、
    を有し、
     前記非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものである剥離化された層状無機化合物の製造方法。
  6.  前記分散液にせん断力を加えた後における前記分散液の平衡フィラ密度が30体積%以下である請求項5に記載の剥離化された層状無機化合物の製造方法。
  7.  前記分散液にせん断力を加えた後の前記剥離化された非膨潤性層状無機化合物の平均粒子径が、前記分散液にせん断力を加える前のインターカレートされた前記非膨潤性層状無機化合物の平均粒子径の50%~100%である請求項5又は請求項6に記載の剥離化された層状無機化合物の製造方法。
  8.  前記機械的処理の際の前記分散液の衝突圧力が50MPa~250MPaである請求項5~請求項7のいずれか1項に記載の剥離化された層状無機化合物の製造方法。
  9.  非膨潤性層状無機化合物に有機化合物をインターカレートしてなり、
     前記非膨潤性層状無機化合物は、単位結晶層が互いに積み重なって層状構造をなしており、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって0.05Å~0.20Åの範囲でc軸方向に膨張し、熱分解温度の上限値で1時間加熱することによって前記単位結晶層の結晶構造が変化しないものである層状無機化合物と有機化合物との複合体。
  10.  前記非膨潤性層状無機化合物の層間にインターカレートした前記有機化合物が、前記非膨潤性層状無機化合物100質量%に対して1質量%~40質量%である請求項9に記載の層状無機化合物と有機化合物との複合体。
  11.  c軸方向の平均粒子厚さが1nm~80nmである剥離化された層状無機化合物。
  12.  平均粒子径が、インターカレートされた非膨潤性層状無機化合物の平均粒子径の50%~100%である請求項11に記載の剥離化された層状無機化合物。
  13.  熱硬化性樹脂と無機フィラとを含有し、前記無機フィラの少なくとも一部が請求項11又は請求項12に記載の剥離化された層状無機化合物である絶縁性樹脂組成物。
  14.  前記剥離化された層状無機化合物の前記無機フィラに占める割合が、0.5体積%~10体積%である請求項13に記載の絶縁性樹脂組成物。
  15.  請求項13又は請求項14に記載の絶縁性樹脂組成物をシート状に成形してなる樹脂シート。
  16.  請求項13又は請求項14に記載の絶縁性樹脂組成物の硬化物である絶縁物。
  17.  請求項15に記載の樹脂シートの熱処理物である樹脂シート硬化物。
  18.  金属ワークと、前記金属ワーク上に配置された請求項15に記載の樹脂シート又は請求項17に記載の樹脂シート硬化物とを有する放熱部材。
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