WO2021125049A1 - 被覆基材、熱交換器、被覆基材の製造方法及び液状組成物 - Google Patents

被覆基材、熱交換器、被覆基材の製造方法及び液状組成物 Download PDF

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WO2021125049A1
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base material
conductive filler
powder
conductive layer
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達也 寺田
細田 朋也
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Agc株式会社
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    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/04Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of rubber; of plastics material; of varnish

Definitions

  • the present invention relates to a coated base material having a predetermined heat conductive layer and a method for producing the same, a heat exchanger provided with such a coated base material, and a liquid composition suitable for producing the coated base material.
  • a heat exchanger equipped with a heat transfer tube is used for a boiler that generates steam from boiler water using combustion gas.
  • Combustion gas contains water vapor, sulfur oxides and the like. Therefore, when the temperature falls below the temperature at which sulfuric acid is generated from the combustion gas (sulfuric acid dew point temperature) due to heat exchange in the heat exchanger, sulfuric acid is generated in the heat exchanger and easily corrodes the heat transfer tube and the like.
  • As a heat transfer tube of a heat exchanger that suppresses corrosion by sulfuric acid a mixture of dry powders of tetrafluoroethylene polymer, carbon fiber, lead-free solder alloy, graphite and silicon carbide is electrostatically applied to the outer surface of the tube body.
  • a heat transfer tube having a heat conductive layer (corrosion-resistant coating layer) formed by coating and firing is proposed (see Patent Document 1).
  • the present invention is for forming a coating base material having a layer having excellent thermal conductivity and corrosion resistance and less unevenness thereof and a method for producing the same, a heat exchanger provided with such a coating base material, and such a coating base material.
  • An object of the present invention is to provide a liquid composition that can be preferably used.
  • the present invention has the following aspects.
  • a base material a tetrafluoroethylene polymer having a melt viscosity of 1 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s or less at 380 ° C., and a thermally conductive filler having an aspect ratio of more than 1 that coat the surface of the base material.
  • a coated base material having a heat conductive layer containing the heat conductive layer and having a ratio of the major axis length of the heat conductive filler to the layer thickness of the heat conductive layer of 0.1 or more.
  • ⁇ 3> The coating base material of ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the coefficient of linear expansion of the heat conductive layer is 100 ppm / ° C. or less.
  • ⁇ 4> The coating according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the major axis length of the heat conductive filler is more than 0.1 ⁇ m and 500 ⁇ m or less, and the layer thickness of the heat conductive layer is 0.1 to 450 ⁇ m. Base material.
  • the tetrafluoroethylene-based polymer is a polymer containing a unit based on tetrafluoroethylene and a unit based on perfluoro (alkyl vinyl ether), or a polytetrafluoroethylene having a number average molecular weight of 200,000 or less.
  • the coating base material according to any one of ⁇ ⁇ 4>.
  • ⁇ 6> The coating base material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the heat conductive filler has a fibrous shape.
  • the thermally conductive filler is a carbon-containing filler.
  • the content of the heat conductive filler in the heat conductive layer is 10% by mass or more, and the sum of the content of the tetrafluoroethylene polymer and the content of the heat conductive filler is 90% by mass.
  • ⁇ 9> The coating base material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein the material of the base material is metal, glass, or ceramics.
  • a heat exchanger comprising the covering substrate according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9> above.
  • a method for producing a coated base material wherein the liquid composition is applied to the surface of the base material to form a liquid film, and the liquid film is heated to form the heat conductive layer to obtain the coated base material.
  • the liquid composition of ⁇ 12> wherein the powder is a powder having a viscosity of 50 to 400 mPa ⁇ s when 100 g of the powder is dispersed in 100 g of water to prepare a dispersion. .. ⁇ 14>
  • a coating base material and a heat exchanger having excellent thermal conductivity and corrosion resistance and having a layer having less unevenness thereof, and dispersion stability and handleability suitable for forming such a coating base material can be obtained.
  • An excellent liquid composition can be obtained.
  • the "volume-based cumulative 50% diameter (D50) of powder” is a value obtained by a laser diffraction / scattering method. That is, the particle size distribution of the powder is measured by the laser diffraction / scattering method, the cumulative curve is obtained with the total volume of the powder particle population as 100%, and the particle size at the point where the cumulative volume is 50% on the cumulative curve. is there.
  • the “powder volume-based cumulative 10% diameter (D10)” is the volume-based cumulative 10% diameter of the powder measured in the same manner.
  • the “melt viscosity of the polymer” is based on ASTM D1238, and a polymer sample (2 g) that has been preheated at the measurement temperature for 5 minutes using a flow tester and a 2 ⁇ -8L die is loaded with a load of 0.7 MPa. It is a value measured by holding it at the measured temperature.
  • the "polymer melting temperature” is the temperature corresponding to the maximum value of the polymer melting peak measured by the differential scanning calorimetry (DSC) method.
  • the "glass transition point of a polymer” is a value measured by analyzing a polymer by a dynamic viscoelasticity measurement (DMA) method.
  • the "thermal conductivity of the heat conductive layer” is a value measured according to ASTM D5470.
  • the "coefficient of linear expansion of the heat conductive layer” is the amount of displacement associated with the linear expansion of the heat conductive layer measured using a thermomechanical analyzer (manufactured by SII, "TMA / SS6100").
  • the "viscosity of the object” is a value obtained by measuring the object (liquid composition or dispersion) under the conditions of a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 6 rpm using a B-type viscometer.
  • the “aspect ratio of the thermally conductive filler” is a value calculated from the major axis value and the minor axis value of the thermally conductive filler obtained by observing 50 or more randomly selected thermally conductive fillers with an electron microscope.
  • the "major axis length of the thermally conductive filler” is a value obtained by the following method by image analysis of the thermally conductive filler using a microscope. Weigh 5 mL of liquid paraffin, a primary reagent, into a 30 mL Erlenmeyer flask with a dropper. A sample of the thermally conductive filler is taken with a microspatula and dispersed in liquid paraffin. Weigh 300 ⁇ L of the dispersion liquid from the flask with a micropipette, drop it onto the first slide glass, and press the second slide glass on top of each other.
  • the coated base material of the present invention covers the base material and the surface of the base material, and has a melt viscosity at 380 ° C. of 1 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s or less. It has an ethylene-based polymer (hereinafter, also referred to as “TFE-based polymer”) and a heat conductive layer containing a heat conductive filler having an aspect ratio of more than 1.
  • TFE-based polymer ethylene-based polymer
  • a thermally conductive filler having an aspect ratio of more than 1 is also hereinafter referred to as “thermally conductive filler A”.
  • the ratio of the major axis length of the heat conductive filler A to the layer thickness of the heat conductive layer is 0.1 or more.
  • the TFE-based polymer is a polymer containing a unit (TFE unit) based on tetrafluoroethylene (TFE).
  • TFE unit a unit based on tetrafluoroethylene (TFE).
  • the thermally conductive filler A in the present invention is an anisotropic filler in which the major axis length (length in the longitudinal direction) and the minor axis length (length in the lateral direction) are different.
  • the present inventors set the longitudinal direction of the heat conductive filler A in the direction perpendicular to the surface facing the heat conductive layer and the base material (hereinafter, also referred to as “opposing surface”). It was examined to orient.
  • the heat conductive layer in this base material is a dense layer having high adhesion between the TFE polymer and the heat conductive filler A, and the heat conductive filler A has high continuity in the direction perpendicular to the facing surface. It is an oriented layer. Therefore, it is considered that this base material is excellent in thermal conductivity and corrosion resistance, and there is little unevenness between them. Further, in the present base material, at least a part of the heat conductive filler A is in contact with the facing surface or the surface opposite to the facing surface of the heat conductive layer (hereinafter, also referred to as “exposed surface”). It is possible to form an exposed state. Therefore, it is considered that this base material is excellent in thermal conductivity and corrosion resistance, and there is little unevenness between them.
  • the melt viscosity of the TFE polymer in the present invention at 380 ° C. is 1 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s or less, preferably 5 ⁇ 10 5 Pa ⁇ s or less, and 1 ⁇ 10 5 Pa ⁇ s or less. Is more preferable.
  • the melt viscosity is preferably 1 ⁇ 10 2 Pa ⁇ s or more, and more preferably 1 ⁇ 10 3 Pa ⁇ s or more.
  • the TFE-based polymer tends to become dense and easily forms a heat conductive layer having high homogeneity and smoothness. As a result, a heat conductive layer with less unevenness in heat conductivity can be formed.
  • the melting temperature of the TFE polymer is preferably 280 to 325 ° C, more preferably 285 to 320 ° C.
  • the glass transition point of the TFE polymer is preferably 75 to 125 ° C, more preferably 80 to 100 ° C.
  • TFE polymer examples include a polymer (PFA) containing a TFE unit and a unit (PAVE unit) based on perfluoro (alkyl vinyl ether) (PAVE), and PTFE (hereinafter referred to as PTFE) which is a polytetrafluoroethylene having a number average molecular weight of 200,000 or less. , Also referred to as “low molecular weight PTFE”).
  • PFA polytetrafluoroethylene having a number average molecular weight of 200,000 or less.
  • the PFA may further contain other units.
  • CF 2 CFOCF 3
  • the PFA may have a polar functional group.
  • the polar functional group may be contained in a unit in PFA or may be contained in the terminal group of the main chain of the polymer.
  • Examples of the latter aspect include PFA having a polar functional group as a terminal group derived from a polymerization initiator, a chain transfer agent, etc., and PFA having a polar functional group obtained by plasma-treating, ionizing, or radiation-treating PFA. Be done.
  • a hydroxyl group-containing group and a carbonyl group-containing group are preferable, and a carbonyl group-containing group is more preferable.
  • a group containing an alcoholic hydroxyl group is preferable, and -CF 2 CH 2 OH and -C (CF 3 ) 2 OH are preferable.
  • the carbonyl group-containing group is a group containing a carbonyl group (> C (O)), and the carbonyl group-containing group includes a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group, an amide group, an isocyanate group, and a carbamate group (-OC (O) NH). 2 ), acid anhydride residues (-C (O) OC (O)-), imide residues (-C (O) NHC (O) -etc.) and carbonate groups (-OC (O) O-) preferable.
  • the number of carbonyl group-containing groups in the TFE polymer is preferably 10 to 5000, more preferably 100 to 3000, and even more preferably 800 to 1500 per 1 ⁇ 10 6 carbon atoms in the main chain.
  • the TFE-based polymer tends to become dense and easily forms a heat conductive layer having high homogeneity and smoothness.
  • a PFA containing TFE units and PAVE units containing 1.5 to 5 mol% of PAVE units with respect to all units, and having a melting temperature of 280 to 320 ° C. is preferable, and TFE units, PAVE units and polar functional groups are used.
  • PFA (2) which does not have is more preferable.
  • the TFE unit is 90 to 99 mol%
  • the PAVE unit is 1.5 to 9.97 mol%
  • the unit based on the monomer having a polar functional group is 0.01 to 3 with respect to all the units. It is preferable that each of them is contained in mol%.
  • the monomer having a polar functional group itaconic anhydride, citraconic anhydride and 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride (also known as hymic anhydride; hereinafter, also referred to as “NAH”) are preferable. NAH is more preferred.
  • Specific examples of PFA (1) include the polymers described in WO 2018/16644.
  • PFA (2) consists of only TFE units and PAVE units, and those containing 95.0 to 98.0 mol% of TFE units and 2.0 to 5.0 mol% of PAVE units with respect to all units. preferable.
  • the content of PAVE units in PFA (2) is preferably 2.1 mol% or more, more preferably 2.2 mol% or more, based on all units.
  • the fact that PFA (2) does not have polar functional groups means that the number of polar functional groups contained in the polymer is less than 500 with respect to 1 ⁇ 10 6 carbon atoms constituting the polymer main chain. Means that The number of the polar functional groups is preferably 100 or less, more preferably less than 50. The lower limit of the number of polar functional groups is usually 0.
  • the PFA (2) may be produced by using a polymerization initiator, a chain transfer agent or the like that does not generate a polar functional group as the terminal group of the main chain of the polymer, and the PFA (polymerization initiator) having a polar functional group may be used.
  • a PFA having a derived polar functional group at the terminal group of the main chain of the polymer) may be fluorinated to produce the polymer. Examples of the fluorination treatment method include a method using fluorine gas (see JP-A-2019-194314, etc.).
  • the TFE-based polymer may be low molecular weight PTFE.
  • the number average molecular weight of the low molecular weight PTFE is a value calculated based on the following formula (1).
  • Mn 2.1 ⁇ 10 10 ⁇ ⁇ Hc- 5.16 ...
  • Mn indicates the number average molecular weight of low molecular weight PTFE
  • ⁇ Hc indicates the amount of heat of crystallization (cal / g) of low molecular weight PTFE measured by differential scanning calorimetry.
  • the number average molecular weight of the low molecular weight PTFE is preferably 200,000 or less, more preferably less than 100,000.
  • the number average molecular weight is preferably 10,000 or more.
  • Low molecular weight PTFE also includes copolymers of TFE and trace amounts of comonomer (HFP, PAVE, FAE, etc.).
  • Examples of the heat conductive filler A in the present invention include a carbon-containing filler, a metal oxide-containing filler, a nitride-containing filler, and a glass-containing filler, and a carbon-containing filler is preferable.
  • these fillers may be composed of a single component, or may be composed of a plurality of components.
  • the metal oxide filler may contain one kind of metal oxide and another filler component (nitride or the like).
  • Examples of the carbon-containing filler include a garbon-containing filler containing at least one selected from the group consisting of carbon fiber (carbon fiber), carbon black, graphene, graphene oxide, fullerene, graphite, and graphite oxide, and contains carbon fiber.
  • Examples of carbon fibers include PAN-based carbon fibers (polyacrylonitrile-based carbon fibers), pitch-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, and carbon nanotubes (single-wall, double-wall, multi-wall, cup-laminated type, etc.).
  • Examples of the metal oxide-containing filler include an aluminum oxide-containing filler.
  • Examples of the nitride-containing filler include a boron nitride-containing filler and an aluminum nitride-containing filler.
  • the thermally conductive filler A a filler having no coating agent for coating the surface or having no functional group on the surface is preferable.
  • the heat transfer efficiency is improved by the contact between the heat conductive fillers A, the contact between the heat conductive filler A and the base material, and the exposure of the heat conductive filler A on the exposed surface, and the heat conduction of the heat conductive layer is improved. Better in sex. Further, since a TFE polymer having a predetermined melt viscosity and high adhesion to the heat conductive filler A is used, corrosion resistance is easily provided without impairing the denseness of the heat conductive layer in the present base material. ..
  • the coating agent is a component that improves the affinity between the thermally conductive filler A and the polymer, and specific examples thereof include a sizing agent (epoxy resin, polyamide resin, etc.). Further, examples of the functional group introduced on the surface include a functional group introduced by oxidative etching or a silane coupling agent.
  • a thermally conductive filler A can be prepared by removing the coating agent and functional groups that the filler has on the surface. Examples of the removing method include a method of cleaning or thermal decomposition.
  • the aspect ratio of the thermally conductive filler A is preferably 3 or more, and more preferably 5 or more.
  • the upper limit of the aspect ratio is usually one million.
  • the shape of the thermally conductive filler A may be granular, fibrous, or plate-like, and the fibrous shape is preferable. Specific fibrous shapes include leaf flakes, columns, leaves, filaments, and capillaries. When the shape of the heat conductive filler A is fibrous, the heat conductive filler A is likely to be oriented with high continuity in the direction perpendicular to the facing surface in the heat conductive layer.
  • the ratio of the major axis length of the heat conductive filler A to the layer thickness of the heat conductive layer in the present base material is 0.1 or more, preferably 0.5 or more, and more preferably more than 1. .. The above ratio is preferably 2 or less.
  • the major axis length of the thermally conductive filler A is preferably more than 0.1 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m or more, still more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the major axis length of the thermally conductive filler A is preferably 500 ⁇ m or less, more preferably 300 ⁇ m or less, still more preferably 200 ⁇ m or less.
  • the minor axis length of the thermally conductive filler A is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.05 ⁇ m or more.
  • the minor axis length of the thermally conductive filler A is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the major axis length of the thermally conductive filler is a value at which the cumulative fraction of the fiber length is 90%, and the minor axis length of the thermally conductive filler is ,
  • the cumulative fraction of the fiber diameter is 90%.
  • the thickness of the heat conductive layer is preferably 0.1 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more, and more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the thickness of the heat conductive layer is preferably 450 ⁇ m or less, more preferably 250 ⁇ m or less, and even more preferably 150 ⁇ m or less.
  • the content of the TFE polymer in the heat conductive layer is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more.
  • the content of the TFE polymer is preferably 90% by mass or less, more preferably 65% by mass or less.
  • the content of the heat conductive filler A in the heat conductive layer is preferably 10% by mass or more, more preferably 35% by mass or more.
  • the heat conductive filler A is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less.
  • the ratio of the content of the TFE polymer to the content of the heat conductive filler A in the heat conductive layer is preferably 0.1 to 9, more preferably 0.25 to 4.
  • the physical properties derived from the TFE polymer physical properties of the polymer represented by corrosion resistance
  • the properties derived from the heat conductive filler A heat conductivity
  • the heat conductive layer may contain components other than the TFE polymer and the heat conductive filler A.
  • Other components include polymers other than TFE-based polymers, texo-imparting agents, defoamers, fillers other than thermally conductive filler A, silane coupling agents, dehydrating agents, plasticizers, weather resistant agents, antioxidants, and heat.
  • examples include stabilizers, lubricants, antistatic agents, whitening agents, colorants, conductive agents, mold release agents, surface treatment agents, viscosity modifiers, and flame retardants.
  • the thermal conductivity of the heat conductive layer is preferably 1.0 W / m ⁇ K or more, more preferably 2.0 W / m ⁇ K or more, and even more preferably 3.0 W / m ⁇ K or more.
  • the upper limit of the thermal conductivity of the heat conductive layer is 100 W / m ⁇ K.
  • the heat conductive layer in the present substrate exhibits such thermal conductivity by the above-mentioned mechanism of action.
  • the coefficient of linear expansion of the heat conductive layer is preferably 100 ppm / ° C. or lower, more preferably 70 ppm / ° C. or lower, and even more preferably 50 ppm / ° C. or lower.
  • the lower limit of the coefficient of linear expansion of the heat conductive layer is 1 ppm / ° C.
  • the coefficient of linear expansion of the heat conductive layer is preferably about the same as that of the base material.
  • the base material may be removed from the base material to obtain a single heat conductive layer as a film.
  • the method for removing the base material include a method of peeling the base material from the main base material and a method of dissolving the base material of the main base material.
  • the present base material is a copper foil, if the base material surface is brought into contact with an etching solution such as hydrochloric acid to remove the base material, a single heat conductive layer can be obtained as a film.
  • metal, glass and ceramics are preferable, and metal is more preferable.
  • the metal include copper, aluminum, iron, zinc, nickel, and alloys thereof.
  • the glass include soda lime glass, soda potash glass, soda aluminum silicate glass, aluminum novolate glass, aluminum noborosilicate glass, low expansion glass, quartz glass, and porous glass.
  • the ceramics include sintered bodies (mullite, cordylite, steatite, etc.) such as aluminum oxide, zirconium oxide, magnesium titanate, calcium titanate, strontium titanate, aluminum nitride, silicon carbide, and silicon nitride.
  • Examples of the shape of the base material include a flat plate shape, a tubular shape, a spherical shape, a curved surface shape, a wedge shape, and a wavy shape.
  • a preferred embodiment of the base material is the main body of the heat transfer tube described later.
  • a heat transfer tube that can be used as a heat exchanger or the like can be obtained.
  • a liquid composition containing a powder of a TFE polymer, a heat conductive filler A and a liquid medium is prepared, and the liquid composition is applied to the surface of the base material to form a liquid film.
  • a method of heating a liquid film to form a heat conductive layer can be mentioned.
  • the liquid composition of the present invention described later can be used.
  • Examples of the method for applying the liquid composition include coating and spraying.
  • the liquid composition When applied by spraying, the liquid composition is ejected as droplets by spraying, and the droplets adhere to the surface of the base material to form a liquid film.
  • the liquid composition is discharged as droplets from the tip opening after passing through the small-diameter flow path of the nozzle. Therefore, the thermally conductive filler A tends to be oriented in each droplet with its major axis direction as the droplet ejection direction (that is, the thickness direction of the base material).
  • the liquid medium scatters and volatilizes from each droplet before adhering to the substrate.
  • the thermally conductive filler A is likely to be oriented in the thickness direction of the liquid coating. That is, a state in which more heat conductive fillers are in contact with the facing surface and are exposed on the exposed surface is more likely to be formed.
  • the heating temperature of the liquid coating is preferably the temperature at which the TFE polymer is melt-fired.
  • the heating temperature may be constant or different. Specifically, it is preferable to first heat the liquid medium (liquid component) of the liquid film to a temperature at which it volatilizes (100 to 200 ° C.), and then heat it to a temperature at which the TFE polymer is melt-fired (340 to 400 ° C.). ..
  • the heating means include an oven, a ventilation drying oven, and irradiation with heat rays such as infrared rays.
  • Preferable embodiments of the present substrate include a heat transfer tube and a heat transfer plate.
  • the heat transfer tube has a tubular base material and a heat conductive layer on the outer surface of the tubular base material.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a heat transfer tube.
  • the dimensional ratio in FIG. 1 is different from the actual dimensional ratio for convenience of explanation.
  • the heat transfer tube 10 has a tubular base material including the tube 12 and fins 14 provided on the outer periphery of the tube 12, and a heat conductive layer 16 covering the outer surface of the tube 12 and the surface of the fin 14.
  • Examples of the material of the tube 12 include the above-mentioned metals, and copper, copper alloys, aluminum and aluminum alloys are preferable from the viewpoint of enhancing thermal conductivity.
  • the outer diameter and inner diameter of the tube 12 may be appropriately set depending on the material of the tube, the use of the heat transfer tube, and the like.
  • Examples of the material of the fin 14 include the above-mentioned metals, and copper, copper alloys, aluminum, and aluminum alloys are preferable from the viewpoint of enhancing thermal conductivity.
  • the material of the fin is usually the same as the material of the pipe.
  • the number, shape, thickness, area, and arrangement pitch of the fins 14 may be appropriately set depending on the material of the fins 14, the application of the heat transfer tube 10, and the like.
  • the thickness of the heat conductive layer 16 is preferably 2 to 400 ⁇ m, more preferably 10 to 200 ⁇ m. In this case, the heat conductive layer 16 is excellent in heat conductivity.
  • the shape of the heat transfer tube 10 includes a plate fin type heat transfer tube, a brazing plate type heat transfer tube, a plate fin type heat transfer tube, a spiral fin type heat transfer tube, a double tube type heat transfer tube, a cross fin type heat transfer tube, and a corrugated fin type heat transfer tube. , Slit fin type heat transfer tube, mesh fin type heat transfer tube, tube fin type heat transfer tube, erofin type heat transfer tube, etc. Specific examples thereof include Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-38517, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-141437. Examples thereof include the shapes described in the drawings of Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-54984 and the like.
  • the heat exchanger of the present invention preferably includes a heat transfer tube 10 made of the present base material.
  • the heat transfer tube 10 is preferably provided at a portion where the combustion gas containing water and a sulfur compound is cooled to a sulfuric acid dew point temperature or lower and sulfuric acid is generated.
  • the heat exchanger of the present invention is used, for example, as an economizer in a boiler.
  • the liquid composition of the present invention (hereinafter, also referred to as “the present composition”) is a powder of a TFE polymer having a melt viscosity at 380 ° C. of 1 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s or less, and heat having an aspect ratio of more than 1. Includes conductive fillers and liquid media.
  • the D50 of the powder is 0.1 to 6 ⁇ m, and the ratio of the D10 of the powder to the D50 of the powder is 0.5 or less.
  • the content of the thermally conductive filler A in the present composition is 10% by mass or more.
  • the powder in the present composition has a ratio of D10 to D50 in a predetermined range, in other words, contains fine particles in a constant ratio.
  • the fine particles have a large specific surface area, and if such fine particles are contained in the liquid composition, it is considered that the affinity (wetting) between the powder and the heat conductive filler A is enhanced as a whole and the dispersed state thereof is improved. Therefore, the present composition is excellent in dispersibility and handleability even if the content of the thermally conductive filler A is high. Further, it is considered that when the heat conductive layer is formed, the fine particles promote the dense packing of other particles and enhance the vertical orientation of the heat conductive filler A.
  • the fine particles are densely packed between the packing particles and support the vertically oriented thermally conductive filler A.
  • the formation of the heat conductive layer proceeds in a fixed state of the heat conductive filler A.
  • a dense coating layer in which the heat conductive filler A is highly vertically oriented with respect to the facing surface is formed. Therefore, if the present composition having excellent dispersibility and handleability is used, a heat conductive layer having excellent heat conductivity and corrosion resistance is formed on the surface of the base material even if the content of the heat conductive filler A is high. It is thought that it can be done.
  • the content of the TFE polymer in the powder in the present composition is preferably 80% by mass or more, more preferably 100% by mass.
  • the powder in the present composition may contain a component consisting of at least one of a polymer different from the TFE-based polymer and an inorganic substance.
  • Different polymers include aromatic polyesters, polyamideimides, polyimides, polyphenylene ethers, polyphenylene oxides, maleimides.
  • the inorganic substance include silicon oxide (silica), metal oxides (beryllium oxide, cerium oxide, alumina, soda alumina, magnesium oxide, zinc oxide, titanium oxide, etc.), boron nitride, and magnesium metasilicate (steatite).
  • the powder containing the above components preferably has a core-shell structure having the TFE-based polymer as a core and the above-mentioned components in the shell, or a TFE-based polymer having the above-mentioned components as the shell and having the core-shell structure in the core.
  • Such powder is obtained, for example, by coalescing (collision, agglomeration, etc.) the powder of the TFE polymer and the powder of the above components.
  • the D50 of the powder is 0.01 to 6 ⁇ m, preferably 0.1 to 4 ⁇ m, and more preferably 0.5 to 3 ⁇ m.
  • the D10 of the powder is preferably 0.001 to 1.8 ⁇ m, more preferably 0.005 to 1.5 ⁇ m, and even more preferably 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the ratio of the powder D10 to the powder D50 is 0.5 or less, preferably 0.3 or less, and more preferably 0.2 or less. As a result, the above-mentioned effects can be easily exhibited while suppressing the aggregation of the powder.
  • the above ratio is preferably 0.1 or more. This makes it easy to express the above-mentioned mechanism of action.
  • the viscosity thereof is preferably 50 to 400 mPa ⁇ s, more preferably 100 to 200 mPa ⁇ s. Further, when the dispersion liquid is passed through a 200 mesh sieve of JIS Z 8801-1: 2006, the amount of residue on the sieve is preferably 3 g or less, more preferably 1.5 g or less.
  • a surfactant may be used to prepare the dispersion. Examples of the surfactant include the same surfactants that may be contained in the present composition described later.
  • a powder having a viscosity and a residual amount within the above ranges can be said to be a powder having a sufficiently high circularity. That is, the higher the circularity of the powder, the higher the fluidity of the powder in the dispersion, and therefore the viscosity of the powder tends to decrease. In addition, since the agglomeration of powders is suppressed, the amount of residue on the sieve tends to decrease. If such a powder having a high circularity is used, the dispersibility of the present composition is improved, and the physical properties of the layer (heat conductive layer) formed from the powder are likely to be further improved.
  • the range of TFE-based polymers in the composition is similar to that in the substrate, including suitable ranges.
  • the polymer (1) and the polymer (2) are preferable.
  • the dispersibility of the present composition can be further improved.
  • the range of the thermally conductive filler A in the present composition is the same as that in the present substrate, including a suitable range.
  • the content of the powder in the present composition is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, still more preferably 20% by mass or more.
  • the content of the thermally conductive filler A in the present composition is preferably 50% or less, more preferably 40% by mass or less. In such a case, the present composition tends to be excellent in dispersion stability.
  • the content of the thermally conductive filler A in the present composition is 10% by mass or more, preferably 15% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more.
  • the content of the thermally conductive filler A in the present composition is preferably 50% or less, more preferably 40% by mass or less. In such a case, the present dispersion tends to have excellent dispersion stability. Due to the above-mentioned mechanism of action, the present composition is excellent in dispersibility even if it contains a large amount of the heat conductive filler A.
  • the liquid medium in this composition is a liquid compound that is inert at 25 ° C. and functions as a dispersion medium for the powder and the thermally conductive filler A.
  • the liquid medium may be water or a non-aqueous dispersion medium.
  • the liquid medium may be two or more types. In this case, it is preferable that different types of liquid media are compatible with each other.
  • the boiling point of the liquid medium is preferably 125 to 250 ° C. In this case, the physical characteristics of the heat conductive layer formed from the present composition are likely to be improved.
  • liquid medium a liquid compound selected from the group consisting of amides, ketones and esters is particularly preferable, and as the liquid dispersion medium, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone and cyclopentanone are more preferable.
  • the content of the liquid medium in the present composition is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
  • the content of the liquid medium is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less.
  • the composition may further contain a resin different from the TFE polymer.
  • the other resin may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • other resins include epoxy resins, maleimide resins, urethane resins, elastomers, polyimides, polyamic acids, polyamideimides, polyphenylene ethers, polyphenylene oxides, liquid crystal polyesters, and fluoropolymers other than TFE polymers.
  • the present composition when containing other resins may be produced by mixing the present composition with powders of other resins, or by mixing the present composition with a varnish containing other resins. You may.
  • this composition also contains a thioxic agent, a defoaming agent, a silane coupling agent, a dehydrating agent, a plasticizer, a weather resistant agent, an antioxidant, a heat stabilizer, a lubricant, an antistatic agent, and an increase. It may contain additives such as whitening agents, colorants, conductive agents, mold release agents, surface treatment agents, viscosity modifiers, flame retardants, and fillers other than the heat conductive filler A.
  • the component forming the heat conductive layer in the present composition preferably contains a TFE polymer and a heat conductive filler A as main components.
  • the total content of the TFE polymer and the heat conductive filler A in the components forming the heat conductive layer in the present composition is preferably 80 to 100% by mass.
  • the viscosity of this composition is preferably 50 to 10000 mPa ⁇ s.
  • the viscosity of this composition is more preferably 100 mPa ⁇ s or more.
  • the viscosity of the composition is preferably 1000 mPa ⁇ s or less, more preferably 800 mPa ⁇ s or less.
  • the thixotropy of the present composition is preferably 1.0 or more.
  • the thixotropy of the present composition is preferably 3.0 or less, more preferably 2.0 or less.
  • the present composition is easy to adjust to viscosity and thixotropic property in such a range due to the above-mentioned action mechanism, and is excellent in handleability.
  • the present composition preferably contains a surfactant from the viewpoint of promoting the dispersion of the heat conductive filler A and the powder and further improving the physical properties of the heat conductive layer.
  • a surfactant a nonionic surfactant is preferable.
  • the ratio thereof is preferably 1 to 20% by mass.
  • an alcoholic hydroxyl group and a polyoxyalkylene group are preferable.
  • the polyoxyalkylene group may be composed of two or more kinds of oxyalkylene groups. In the latter case, different types of oxyalkylene groups may be arranged in a random manner or in a block shape.
  • an oxyalkylene group an oxyethylene group is preferable.
  • the hydrophobic moiety of the surfactant preferably has an acetylene group, a polysiloxane group, a perfluoroalkyl group or a perfluoroalkenyl group, and preferably has a polysiloxane group.
  • an acetylene-based surfactant, a silicone-based surfactant and a fluorine-based surfactant are preferable, and a silicone-based surfactant is more preferable.
  • the hydrophobic portion of the surfactant is adsorbed on the surface of the powder, the hydrophilic groups extend into the liquid medium, and the steric hindrance of the hydrophilic groups prevents the powder from agglomerating, further improving the dispersion stability.
  • the dispersion stability of the thermally conductive filler A can be enhanced.
  • Specific examples of surfactants include "Futergent” series (manufactured by Neos), “Surflon” series (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.), “Megafuck” series (manufactured by DIC), and “Unidyne” series (manufactured by Daikin Industries).
  • This composition is useful as a heat-dissipating / heat-transferring resin material and a heat-conducting film-forming material, particularly as the latter material, in various fields such as the electric / electronic industry field and the automobile field.
  • the heat transfer tube 10 made of the coated base material of the present invention can be used in applications where the heat exchanger or the fins or tubes constituting the heat exchanger require corrosion resistance.
  • Such applications include equipment that burns sulfur-containing fuels that may be exposed to sulfuric acid and generates exhaust gas (eg, thermal power generation equipment as combustion equipment for sulfur-containing fuels such as coal and heavy oil) and combustion. Examples include chimneys and discharge pipes for releasing the exhaust gas that is sometimes generated.
  • This composition can also be used as a material for forming a heat conductive film on a heat radiating component or the like when radiating heat from various heat generating components.
  • heat generating components include power devices, transistors, thyristors, rectifiers, transformers, power MOS FETs, and CPUs.
  • heat-dissipating parts include heat-dissipating fins and metal heat-dissipating plates. More specifically, a personal computer or display housing, electronic device materials, automobile interior / exterior, a processing machine or vacuum oven that heat-treats under low oxygen, etc. Examples thereof include sealing materials for plasma processing devices and heat-dissipating components in processing units such as sputtering or various dry etching devices.
  • the present composition is impregnated into an insulating layer of a printed wiring board, a thermal interface material, a substrate for a power module, a coil used in a power device such as a motor, and dried to form a thermally conductive heat-resistant coating layer. It can also be used as a material.
  • the present composition includes sliding parts such as bearings, pistons, bearings, slide switches, gears, bushes, seals, thrust washers, wear rings, cams, belt conveyors, food transport belts, etc.), wear pads, wear strips, etc. , Tube lamps, test sockets, wafer guides, worn parts of centrifugal pumps, hydrocarbon / chemical and water supply pumps, applications for forming resin layers by applying to separators of fuel cells, coating on glass substrates and metal appliances It can also be used to form layers. It is useful as a coating material inside and outside the glass container. Examples of the glass container include a vial, a syringe, a syringe with a needle, a cartridge type syringe, and an ampoule.
  • the glass container include a vial, a syringe, a syringe with a needle, a cartridge type syringe, and an ampoule.
  • This composition can also be applied to applications that require conductivity.
  • the molded product obtained from this composition is excellent in thermal conductivity and also easily in conductivity.
  • the present composition can be easily adjusted to an appropriate viscosity and does not require a high temperature for curing, it can be suitably used in the field of printed electronics.
  • the energizing elements in printed circuit boards, sensor electrodes, displays, backplanes, RFID (radio frequency identification), photovoltaic power generation, lighting, disposable electronic devices, automobile heaters, electromagnetic wave (EMI) shields, membrane switches, etc. Can be used in manufacturing.
  • the composition can also be used as an adhesive.
  • Adhesives are used for bonding electronic components such as IC chips, resistors, and capacitors mounted on boards in semiconductor elements, high-density boards, module parts, etc., bonding circuit boards and heat dissipation boards, and bonding LED chips to boards. Can be used for bonding, etc.
  • This composition is preferable because it can also be used as a conductive bonding material between a circuit wiring and an electronic component in an electronic component mounting process (an alternative to solder bonding).
  • the composition can also be used for bonding ceramic parts and metal parts to each other in an in-vehicle engine.
  • the present composition can be used as a new printed wiring board material in place of the conventional glass epoxy board in order to prevent the temperature of the printed circuit board on which the electronic components are mounted at high density from rising.
  • the composition can also be used for the applications described in paragraph number [0149] of WO 2016/017801.
  • Example 2 is a comparative example.
  • the following materials were used in Examples and Comparative Examples.
  • Powder 1 Contains TFE units, NAH units and PPVE units in 97.9 mol%, 0.1 mol% and 2.0 mol% in this order, and contains 1000 carbonyl groups per 1 ⁇ 10 6 main chain carbon atoms.
  • Powder 2 Powder (D50: 7 ⁇ m, AGC “L173J”) composed of PTFE (non-thermal meltability, melt viscosity at 380 ° C. of more than 1 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s) containing TFE unit in 99.5 mol% or more.
  • PTFE non-thermal meltability, melt viscosity at 380 ° C. of more than 1 ⁇ 10 6 Pa ⁇ s
  • Powder 3 Polymer 2 containing 98.7 mol% and 1.3 mol% of TFE units and PPVE units in this order and having 40 carbonyl groups per 1 ⁇ 10 6 main chain carbon atoms (melting temperature: 305 ° C., Powder (D10: 0.8 ⁇ m, D50: 1.8 ⁇ m, D1 / D50 ⁇ 0.44) consisting of a powder having a melt viscosity at 380 ° C.
  • the viscosities of the dispersion liquid in which 100 g of powders 1 to 4 were dispersed in 100 g of water were 100 mPa ⁇ s, 300 mPa ⁇ s, 200 mPa ⁇ s, and 250 mPa ⁇ s in the order of powders 1 to 4. ..
  • Surfactant 1 A (meth) acrylate-based polymer having a perfluoroalkenyl group and a hydroxyl group and a polyoxyethylene group in each side chain (manufactured by Neos, "Futergent 710FL").
  • the linear expansion coefficient and thermal conductivity of the obtained coated substrate were measured by the following methods.
  • ⁇ Coefficient of linear expansion> A strip-shaped (width 4 mm, length 55 mm) sample was cut out from the coating substrate. The sample was then dried in the oven at 250 ° C. for 1 hour. Then, the coefficient of linear expansion (CTE) of this sample was measured using a thermomechanical analyzer (“TMA / SS6100” manufactured by SII). Specifically, the temperature of the sample was raised from 25 ° C. to 260 ° C. at a rate of 2 ° C./min while applying a load of 20 mmN between chucks in an air atmosphere. At this time, the amount of displacement due to the linear expansion of the sample was measured.
  • this displacement amount was defined as the coefficient of linear expansion (ppm / ° C.) of the heat conductive layer at 25 to 260 ° C.
  • Thermal conductivity> The base material was peeled off from the coating base material to obtain a heat conductive layer as a single film. A 10 mm ⁇ 10 mm square test piece was cut out from the center of the film, and the thermal conductivity (W / m ⁇ K) in the in-plane direction was measured.
  • liquid composition 1 100 parts of powder 1, 10 parts of dispersant 1, 40 parts of carbon fiber 1 and 90 parts of NMP are filled in a horizontal ball mill container, and stirred at 500 rpm for 30 minutes using a zirconia ball having a diameter of 15 mm.
  • Liquid composition 1 viscosity: 100 mPa ⁇ s
  • Liquid composition 2 viscosity: 150 mPa ⁇ s
  • Liquid composition 3 A liquid composition 3 (viscosity: 200 mPa ⁇ s) was obtained in the same manner as in the liquid composition 1 except that the powder 3 was used instead of the powder 1.
  • Liquid composition 4 Liquid composition 4 (viscosity: 300 mPa ⁇ s) was obtained in the same manner as in liquid composition 1 except that powder 4 was used instead of powder 1.
  • the dispersibility was visually confirmed, and the dispersion stability was evaluated according to the following criteria.
  • the liquid compositions were " ⁇ ", “x", “ ⁇ ”, and "x” in the order of liquid compositions 1 to 4.
  • Aggregates are not visible.
  • Fine agglomerates are visually recognized on the side wall of the container.
  • X Agglomerates are also visible at the bottom of the container.
  • Example 2 Production example of coating base material (Example 1)
  • the liquid composition 1 was sprayed onto the surface of a stainless steel base material by a spray method to form a liquid film on the surface of the base material.
  • the liquid coating was heated at 100 ° C. for 10 minutes to obtain a dry coating having a thickness of 90 ⁇ m.
  • the substrate on which the dry film was formed was heated at 340 ° C. for 15 minutes under a nitrogen atmosphere.
  • the powder was melted to form a heat conductive layer having a thickness of 78 ⁇ m, and a coated base material was obtained.
  • the base material and the heat conductive layer were firmly adhered to each other, and carbon fibers were exposed from the surface of the heat conductive layer.
  • the coefficient of linear expansion of the heat conductive layer was 20 ppm / ° C. or less, and the thermal conductivity of the heat conductive layer was 1.5 W / m ⁇ K or more.
  • Example 2 A heat conductive layer having a thickness of 78 ⁇ m was formed in the same manner as in Example 1 except that the liquid composition 2 was used instead of the liquid composition 1, and a coated base material was obtained. Has peeled off.
  • Example 3 A heat conductive layer having a thickness of 78 ⁇ m was formed in the same manner as in Example 1 except that the liquid composition 3 was used instead of the liquid composition 1, to obtain a coated base material.
  • Example 4 A heat conductive layer having a thickness of 78 ⁇ m was formed in the same manner as in Example 1 except that the liquid composition 4 was used instead of the liquid composition 1, to obtain a coated base material.
  • the base material and the heat conductive layer were firmly adhered to each other, and carbon fibers were exposed from the surface of the heat conductive layer.
  • the coefficient of linear expansion of the heat conductive layer was 30 to 50 ppm / ° C., and the thermal conductivity of the heat conductive layer was 1.0 to 1.2 W / m ⁇ K.
  • the coated substrate of the present invention is useful as a heat conductive layer or the like in a heat transfer tube of a heat exchanger.
  • the liquid composition of the present invention is useful as a coating material for forming a heat conductive layer or the like in a heat transfer tube of a heat exchanger.

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Abstract

熱伝導性と耐蝕性とに優れ、それらのムラが少ない層を有する被覆基材及びその製造方法、かかる被覆基材を備える熱交換器、並びにかかる被覆基材を形成するために好適に使用できる液状組成物の提供。 本発明の被覆基材は、基材と、基材の表面を被覆する、380℃における溶融粘度が1×106Pa・s以下であるテトラフルオロエチレン系ポリマー及びアスペクト比が1超である熱伝導性フィラーを含む熱伝導層とを有し、熱伝導層の層厚に対する熱伝導性フィラーの長軸長の比が0.1以上である。また、本発明の液状組成物は、体積基準累積50%径が0.1~6μmであり、かつテトラフルオロエチレン系ポリマーのパウダー、前記熱伝導性フィラー、及び液状媒体を含み、熱伝導性フィラーの含有量が10質量%以上であり、パウダーの体積基準累積50%径に対するパウダーの体積基準累積10%径の比が0.5以下である。

Description

被覆基材、熱交換器、被覆基材の製造方法及び液状組成物
 本発明は、所定の熱伝導層を有する被覆基材及びその製造方法、かかる被覆基材を備える熱交換器、並びに被覆基材の製造に好適な液状組成物に関する。
 燃焼ガスを利用してボイラ水から蒸気を発生させるボイラには、伝熱管を備えた熱交換器が用いられる。
 燃焼ガスには、水蒸気、硫黄酸化物等が含まれている。そのため、熱交換器における熱交換によって、燃焼ガスから硫酸が生成される温度(硫酸露点温度)以下になると熱交換器中にて硫酸が生成し、伝熱管等を腐食させやすい。
 硫酸による腐食を抑制した熱交換器の伝熱管としては、テトラフルオロエチレン系ポリマー、炭素繊維、鉛フリーはんだ合金、黒鉛及び炭化ケイ素のそれぞれのドライパウダーの混合物を、管本体の外表面に静電塗装し、焼成処理して形成された熱伝導層(耐蝕性被覆層)を有する伝熱管が提案されている(特許文献1参照)。
特開2013-164247号公報
 しかし、混合物の静電塗装に際しては、それぞれのドライパウダーの平均粒子径(特に、テトラフルオロエチレン系ポリマーのドライパウダーの平均粒子径)を数十μmにする必要がある。そのため、形成される熱伝導層において各成分が不均一に存在しやすく、熱伝導性にむらが生じやすい。
 本発明は、熱伝導性と耐蝕性とに優れ、それらのムラが少ない層を有する被覆基材及びその製造方法、かかる被覆基材を備える熱交換器、並びにかかる被覆基材を形成するために好適に使用できる液状組成物の提供を目的とする。
 本発明は、下記の態様を有する。
 <1> 基材と、前記基材の表面を被覆する、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下であるテトラフルオロエチレン系ポリマー及びアスペクト比が1超である熱伝導性フィラーを含む熱伝導層とを有し、前記熱伝導層の層厚に対する前記熱伝導性フィラーの長軸長の比が0.1以上である、被覆基材。
 <2> 前記熱伝導層の熱伝導率が、1.0W/m・K以上である、<1>の被覆基材。
 <3> 前記熱伝導層の線膨張係数が、100ppm/℃以下である、<1>又は<2>の被覆基材。
 <4> 前記熱伝導性フィラーの長軸長が0.1μm超500μm以下であり、前記熱伝導層の層厚が0.1~450μmである、<1>~<3>のいずれかの被覆基材。
 <5> 前記テトラフルオロエチレン系ポリマーが、テトラフルオロエチレンに基づく単位及びペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づく単位を含むポリマー、又は、数平均分子量が20万以下のポリテトラフルオロエチレンである、<1>~<4>のいずれかの被覆基材。
 <6> 前記熱伝導性フィラーの形状が、繊維状である、<1>~<5>のいずれかの被覆基材。
 <7> 前記熱伝導性フィラーが、カーボン含有フィラーである、<1>~<6>のいずれかの被覆基材。
 <8> 前記熱伝導層の、前記熱伝導性フィラーの含有量が10質量%以上であり、前記テトラフルオロエチレン系ポリマーの含有量と前記熱伝導性フィラーの含有量との和が90質量%以上である、<1>~<7>のいずれかの被覆基材。
 <9> 前記基材の材質が、金属、ガラス又はセラミックスである、<1>~<8>のいずれかの被覆基材。
 <10> 上記<1>~<9>のいずれかの被覆基材を備える、熱交換器。
 <11> 上記<1>~<9>のいずれかの被覆基材の製造方法であって、前記テトラフルオロエチレン系ポリマーのパウダー、前記熱伝導性フィラー及び液状媒体を含む液状組成物を準備し、前記液状組成物を前記基材の表面に付与して液状被膜を形成し、前記液状被膜を加熱して前記熱伝導層を形成し、前記被覆基材を得る、被覆基材の製造方法。
 <12> 体積基準累積50%径が0.1~6μmである380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下であるテトラフルオロエチレン系ポリマーのパウダー、アスペクト比が1超である熱伝導性フィラー、及び液状媒体を含み、前記熱伝導性フィラーの含有量が10質量%以上であり、前記パウダーの体積基準累積50%径に対する前記パウダーの体積基準累積10%径の比が0.5以下である、液状組成物。
 <13> 前記パウダーが、100gの前記パウダーを100gの水に分散させて分散液を調製したとき、前記分散液の粘度が50~400mPa・sとなるパウダーである、<12>の液状組成物。
 <14> 前記熱伝導性フィラーが、表面を被覆する被覆剤を有さないか、又は表面に官能基を有さない熱伝導性フィラーである、<12>又は<13>の液状組成物。
 <15> 25℃における粘度が、50~10000mPa・sである、<12>~<14>のいずれかの液状組成物。
 本発明によれば、熱伝導性と耐蝕性とに優れ、それらのムラが少ない層を有する被覆基材及び熱交換器、並びにかかる被覆基材の形成に適した、分散安定性及びハンドリング性に優れた液状組成物が得られる。
本発明の被覆基材で構成された伝熱管の一例を示す断面図である。
 以下の用語は、以下の意味を有する。
 「パウダーの体積基準累積50%径(D50)」は、レーザー回折・散乱法によって求められる値である。すなわち、レーザー回折・散乱法によってパウダーの粒度分布を測定し、パウダーの粒子の集団の全体積を100%として累積カーブを求め、その累積カーブ上で累積体積が50%となる点の粒子径である。
 「パウダーの体積基準累積10%径(D10)」は、同様にして測定されるパウダーの体積基準累積10%径である。
 「ポリマーの溶融粘度」は、ASTM D1238に準拠し、フローテスター及び2Φ-8Lのダイを用い、予め測定温度にて5分間加熱しておいたポリマーの試料(2g)を0.7MPaの荷重にて測定温度に保持して測定した値である。
 「ポリマーの溶融温度」は、示差走査熱量測定(DSC)法で測定したポリマーの融解ピークの最大値に対応する温度である。
 「ポリマーのガラス転移点」は、動的粘弾性測定(DMA)法でポリマーを分析して測定される値である。
 「熱伝導層の熱伝導率」は、ASTM D5470に準じて測定される値である。
 「熱伝導層の線膨張係数」は、熱機械分析装置(SII社製、「TMA/SS6100」)を用いて測定した、熱伝導層の線膨張に伴う変位量である。
 「対象物の粘度」は、B型粘度計を用い、温度25℃、回転数6rpmの条件下で、対象物(液状組成物又は分散液)を測定した値である。
 「熱伝導性フィラーのアスペクト比」は、無作為に抽出した50個以上の熱伝導性フィラーを電子顕微鏡で観察して求めた、熱伝導性フィラーの長径値と短径値とから算出した値(長径値を短径値で除した値)の平均値である。
 「熱伝導性フィラーの長軸長」は、顕微鏡を用いた熱伝導性フィラーの画像解析によって以下の方法によって求めた値である。
 30mLの三角フラスコにスポイトで、1級試薬の流動パラフィン5mLをはかり取る。ミクロスパチュラで熱伝導性フィラーの試料を採取し、流動パラフィンに分散させる。フラスコからマイクロピペットで300μLの分散液をはかり取り、1枚目のスライドグラス上に滴下し、2枚目のスライドグラスを重ねて圧着させる。スライドグラスに挟まれた試料について、CCDマイクロスコープ(例えば、MORITEX CORPORATION社製、「SCOPEMAN DIGITAL CCD MICROSCOPE MS-804」)を用いて画像を撮影し、画像解析ソフト(例えば、三谷商事社製、「WinROOF2015」)を用いて、1000~1300個の熱伝導性フィラーについて長軸長を測定し、フィラーの集団の全数を100%として累積カーブを求め、その累積カーブ上で累積分率が90%となる点の値を長軸長とする。
 本発明の被覆基材(以下、「本基材」とも記す。)は、基材と、基材の表面を被覆する、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下であるテトラフルオロエチレン系ポリマー(以下、「TFE系ポリマー」とも記す。)及びアスペクト比が1超である熱伝導性フィラーを含む熱伝導層とを有する。アスペクト比が1超である熱伝導性フィラーを以下「熱伝導性フィラーA」ともいう。
 本発明において、熱伝導層の層厚に対する熱伝導性フィラーAの長軸長の比は、0.1以上である。
 なお、TFE系ポリマーは、テトラフルオロエチレン(TFE)に基づく単位(TFE単位)を含むポリマーである。
 本基材が、熱伝導性と耐蝕性とに優れ、それらのムラが少ない理由は、必ずしも明確ではないが、以下の様に考えられる。
 本発明における熱伝導性フィラーAは、換言すれば、長軸長(長手方向の長さ)と短軸長(短手方向の長さ)が異なる異方性フィラーである。本発明者らは、熱伝導層において、熱伝導層と基材との対向する面(以下、「対向面」とも記す。)に対して垂直方向に、熱伝導性フィラーAの長軸方向を配向させるべく検討した。
 その結果、溶融粘度が所定の範囲にあるTFE系ポリマーを使用すると、かかる配向性が発現しやすい点と、TFE系ポリマーと熱伝導性フィラーAが高度に密着した層が形成される点とを知見した。そして、熱伝導性フィラーAの長軸長が熱伝導層の層厚に対して一定以上にあれば、連続性の高いフィラーの集合体が生じて熱伝導部が形成されやすくなる点を知見した。
 つまり、本基材における熱伝導層は、TFE系ポリマー及び熱伝導性フィラーAの密着性が高い緻密な層であり、熱伝導性フィラーAが、対向面に対して垂直方向に高い連続性で配向した層である。したがって、本基材は、熱伝導性と耐蝕性とに優れ、それらのムラが少ないと考えられる。
 また、本基材においては、熱伝導性フィラーAの少なくとも一部は、対向面と接触している状態か、又は、熱伝導層の対向面と反対側の面(以下、「露出面」とも記す。)に露出している状態を形成できる。そのため、本基材は、熱伝導性と耐蝕性とに優れ、それらのムラが少ないとも考えられる。
 本発明におけるTFE系ポリマーの380℃における溶融粘度は、1×10Pa・s以下であり、5×10Pa・s以下であるのが好ましく、1×10Pa・s以下であるのがより好ましい。この溶融粘度としては、1×10Pa・s以上が好ましく、1×10Pa・s以上がより好ましい。この場合、TFE系ポリマーが緻密になりやすく、均質性及び平滑性の高い熱伝導層を形成しやすい。その結果、熱伝導性のムラが少ない熱伝導層を形成できる。
 TFE系ポリマーの溶融温度は、280~325℃が好ましく、285~320℃がより好ましい。
 TFE系ポリマーのガラス転移点は、75~125℃が好ましく、80~100℃がより好ましい。
 TFE系ポリマーとしては、TFE単位及びペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)に基づく単位(PAVE単位)を含むポリマー(PFA)、及び、数平均分子量が20万以下のポリテトラフルオロエチレンであるPTFE(以下、「低分子量PTFE」とも記す。)が好ましい。
 PFAは、さらに他の単位を含んでいてもよい。
 PAVEとしては、CF=CFOCF、CF=CFOCFCF及びCF=CFOCFCFCF(PPVE)が好ましく、PPVEがより好ましい。
 PFAは、極性官能基を有していてもよい。極性官能基は、PFA中の単位に含まれていてもよく、ポリマーの主鎖の末端基に含まれていてもよい。後者の態様としては、重合開始剤、連鎖移動剤等に由来する末端基として極性官能基を有するPFA、PFAをプラズマ処理、電離線処理又は放射線処理して得られる極性官能基を有するPFAが挙げられる。
 極性官能基としては、水酸基含有基及びカルボニル基含有基が好ましく、カルボニル基含有基がより好ましい。
 水酸基含有基としては、アルコール性水酸基を含有する基が好ましく、-CFCHOH及び-C(CFOHが好ましい。
 カルボニル基含有基は、カルボニル基(>C(O))を含む基であり、カルボニル基含有基としては、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アミド基、イソシアネート基、カルバメート基(-OC(O)NH)、酸無水物残基(-C(O)OC(O)-)、イミド残基(-C(O)NHC(O)-等)及びカーボネート基(-OC(O)O-)が好ましい。
 TFE系ポリマーにおけるカルボニル基含有基の数は、主鎖炭素数1×10個あたり、10~5000個が好ましく、100~3000個がより好ましく、800~1500個がさらに好ましい。この場合、TFE系ポリマーが緻密になりやすく、均質性及び平滑性の高い熱伝導層を形成しやすい。
 PFAとしては、TFE単位、PAVE単位を含み、全単位に対してPAVE単位を1.5~5モル%含む、溶融温度が280~320℃のPFAが好ましく、TFE単位、PAVE単位及び極性官能基を有するモノマーに基づく単位を含む、極性官能基を有するPFA(1)、及び、TFE単位及びPAVE単位を含み全単位に対してPAVE単位を2.0~5.0モル%含む、極性官能基を有さないPFA(2)がより好ましい。
 これらのPFAは、熱伝導層中において微小球晶を形成しやすくTFE系ポリマーと、熱伝導性フィラーA及び基材との密着性が高まりやすい。
 PFA(1)としては、全単位に対して、TFE単位を90~99モル%、PAVE単位を1.5~9.97モル%及び極性官能基を有するモノマーに基づく単位を0.01~3モル%、それぞれ含有するものが好ましい。
 また、極性官能基を有するモノマーとしては、無水イタコン酸、無水シトラコン酸及び5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物(別称:無水ハイミック酸;以下、「NAH」とも記す。)が好ましく、NAHがより好ましい。
 PFA(1)の具体例としては、国際公開第2018/16644号に記載されるポリマーが挙げられる。
 PFA(2)は、TFE単位及びPAVE単位のみからなり、全単位に対して、TFE単位を95.0~98.0モル%、PAVE単位を2.0~5.0モル%含有するものが好ましい。
 PFA(2)におけるPAVE単位の含有量は、全単位に対して、2.1モル%以上が好ましく、2.2モル%以上がより好ましい。
 なお、PFA(2)が極性官能基を有さないとは、ポリマー主鎖を構成する炭素原子数の1×10個あたりに対して、ポリマーが有する極性官能基の数が、500個未満であることを意味する。上記極性官能基の数は、100個以下が好ましく、50個未満がより好ましい。上記極性官能基の数の下限は、通常、0個である。
 PFA(2)は、ポリマーの主鎖の末端基として極性官能基を生じない、重合開始剤や連鎖移動剤等を使用して製造してもよく、極性官能基を有するPFA(重合開始剤に由来する極性官能基をポリマーの主鎖の末端基に有するPFA等)をフッ素化処理して製造してもよい。フッ素化処理の方法としては、フッ素ガスを使用する方法(特開2019-194314号公報等を参照)が挙げられる。
 TFE系ポリマーは、低分子量PTFEであってもよい。低分子量PTFEの数平均分子量は、下式(1)に基づいて算出される値である。
 Mn=2.1×1010×ΔHc-5.16 ・・・ (1)
 式(1)中、Mnは、低分子量PTFEの数平均分子量を、ΔHcは、示差走査熱量分析法により測定される低分子量PTFEの結晶化熱量(cal/g)を、それぞれ示す。低分子量PTFEを用いれば、耐熱性と耐薬品性とに優れ、熱伝導性のムラが少ない熱伝導層をより形成しやすい。
 低分子量PTFEの数平均分子量は、20万以下が好ましく、10万未満がより好ましい。数平均分子量は、1万以上が好ましい。
 低分子量PTFEには、TFEと極微量のコモノマー(HFP、PAVE、FAE等)のコポリマーも包含される。
 本発明における熱伝導性フィラーAとしては、カーボン含有フィラー、金属酸化物含有フィラー、窒化物含有フィラー、ガラス含有フィラーが挙げられ、カーボン含有フィラーが好ましい。なお、これらのフィラーは、単一の成分から構成されていてもよく、複数の成分から構成されていてもよい。例えば、金属酸化物フィラーは、1種の金属酸化物と、他のフィラー成分(窒化物等)とを含有していてもよい。
 カーボン含有フィラーとしては、炭素繊維(カーボンファイバー)、カーボンブラック、グラフェン、グラフェンオキシド、フラーレン、グラファイト、グラファイトオキシドからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むガーボン含有フィラーが挙げられ、炭素繊維を含有するフィラーがより好ましい。炭素繊維としては、PAN系炭素繊維(ポリアクリロニトリル系炭素繊維)、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ(シングルウォール、ダブルウォール、マルチウォール、カップ積層型等)が挙げられる。
 金属酸化物含有フィラーとしては、酸化アルミニウム含有フィラーが挙げられる。
 窒化物含有フィラーとしては、窒化ホウ素含有フィラー、窒化アルミニウム含有フィラーが挙げられる。
 熱伝導性フィラーAとしては、表面を被覆する被覆剤を有さないか、又は表面に官能基を有さないフィラーが好ましい。この場合、熱伝導性フィラーA同士の接触、熱伝導性フィラーAと基材との接触、及び、露出面における熱伝導性フィラーAの露出によって、伝熱効率が向上し、熱伝導層の熱伝導性がより優れる。また、所定の溶融粘度を有し、熱伝導性フィラーAとの密着性が高いTFE系ポリマーを使用するため、本基材における熱伝導層の緻密性も損なわれずに、耐蝕性を具備しやすい。
 なお、被覆剤は、熱伝導性フィラーAとポリマーとの親和性を向上させる成分であり、具体的にはサイジング剤(エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂等)が挙げられる。また、表面に導入された官能基としては、酸化エッチング又はシランカップリング剤により導入された官能基が挙げられる。
 かかる熱伝導性フィラーAは、フィラーが表面に有する被覆剤及び官能基を除去して調製できる。除去方法としては、洗浄又は熱分解による方法が挙げられる。
 熱伝導性フィラーAのアスペクト比は、3以上が好ましく、5以上がより好ましい。アスペクト比の上限は、通常、100万である。
 熱伝導性フィラーAの形状は、粒状、繊維状、板状が挙げられ、繊維状が好ましい。繊維状の具体的な形状としては、葉片状、柱状、葉状、糸状、毛細管状が挙げられる。熱伝導性フィラーAの形状が繊維状であれば、熱伝導層において、熱伝導性フィラーAが、対向面に対して垂直方向に、高い連続性で配向しやすい。また、熱伝導性フィラーAが対向面と接触している状態、及び、熱伝導層の露出面に露出している状態を形成しやすく、本基材の熱伝導性と耐蝕性とがより向上しやすい。
 本基材における、熱伝導層の層厚に対する熱伝導性フィラーAの長軸長の比は、0.1以上であり、0.5以上であるのが好ましく、1超であるのがより好ましい。上記比は、2以下であるのが好ましい。これにより、熱伝導フィラーをより効率的に、熱伝導性フィラーが対向面と接触している状態、及び、熱伝導層の露出面に露出している状態を形成しやすく、熱伝導層における熱伝導性フィラーAの剥落も抑制しやすい。
 熱伝導性フィラーAの長軸長は、0.1μm超が好ましく、5μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。熱伝導性フィラーAの長軸長は、500μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、200μm以下がさらに好ましい。
 熱伝導性フィラーAの短軸長は、0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上がより好ましい。熱伝導性フィラーAの短軸長は、1μm以下が好ましく、0.1μm以下がより好ましい。
 なお、熱伝導性フィラーが繊維状である場合、熱伝導性フィラーの長軸長とは、その繊維長の累積分率が90%となる値であり、熱伝導性フィラーの短軸長とは、その繊維径の累積分率が90%となる値である。
 熱伝導層の層厚は、0.1μm以上が好ましく、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。熱伝導層の層厚は、450μm以下が好ましく、250μm以下がより好ましく、150μm以下がさらに好ましい。
 熱伝導層におけるTFE系ポリマーの含有量は、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましい。TFE系ポリマーの含有量は、90質量%以下が好ましく、65質量%以下がより好ましい。
 熱伝導層における熱伝導性フィラーAの含有量は、10質量%以上が好ましく、35質量%以上がより好ましい。熱伝導性フィラーAは70質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。
 TFE系ポリマー及び熱伝導フィラーの含有量が、それぞれ上記範囲にあれば、熱伝導層の耐蝕性及び熱伝導性に優れるだけでなく、熱伝導性フィラーAの剥落もより抑制されやすい。
 熱伝導層におけるTFE系ポリマーの含有量と熱伝導性フィラーAの含有量との和は、90質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましい。上記和は、100質量%以下が好ましい。
 また、熱伝導層における熱伝導性フィラーAの含有量に対するTFE系ポリマーの含有量の質量での比は、0.1~9が好ましく、0.25~4がより好ましい。この場合、熱伝導層おいて、TFE系ポリマーに由来する物性(耐蝕性に代表されるポリマーの物性)と熱伝導性フィラーAに由来する特性(熱伝導性に代表される熱伝導性フィラーAの物性)とがバランスよく発現するだけでなく、その線膨張係数を低下して熱伝導層が反りにくくなり、基材との密着強度が高い熱伝導層が形成されやすい。
 熱伝導層は、TFE系ポリマー及び熱伝導性フィラーA以外の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、TFE系ポリマー以外のポリマー、チキソ性付与剤、消泡剤、熱伝導性フィラーA以外のフィラー、シランカップリング剤、脱水剤、可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、伝導剤、離型剤、表面処理剤、粘度調節剤、難燃剤が挙げられる。
 熱伝導層の熱伝導率は、1.0W/m・K以上が好ましく、2.0W/m・K以上がより好ましく、3.0W/m・K以上がさらに好ましい。熱伝導層の熱伝導率の上限は、100W/m・Kである。本基材における熱伝導層は、上述した作用機構により、かかる熱伝導率を発揮する。
 熱伝導層の線膨張係数は、100ppm/℃以下が好ましく、70ppm/℃以下がより好ましく、50ppm/℃以下がさらに好ましい。熱伝導層の線膨張係数の下限は、1ppm/℃である。この場合、高温環境下でも、熱伝導層の基材に対する接着強度を充分に高く維持できる。なお、熱伝導層の線膨張係数も、基材と同じ程度であるのが好ましい。
 また、本基材から基材を除去して、単体の熱伝導層をフィルムとして得てもよい。基材の除去方法としては、本基材から基材を剥離させる方法、本基材の基材を溶解させる方法が挙げられる。例えば、本基材が銅箔である場合、基材面を塩酸等のエッチング液に接触させて基材を除去すれば、単体の熱伝導層がフィルムとして得られる。
 基材の材質としては、金属、ガラス及びセラミックスが好ましく、金属がより好ましい。
 金属としては、銅、アルミニウム、鉄、亜鉛、ニッケル、これらの合金が挙げられる。
 ガラスとしては、ソーダライムガラス、ソーダカリガラス、ソーダアルミケイ酸塩ガラス、アルミノボレートガラス、アルミノボロシリケートガラス、低膨張ガラス、石英ガラス、ポーラスガラスが挙げられる。
 セラミックスとしては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素等の焼結体(ムライト、コディライト、ステアタイト等)が挙げられる。
 基材の形状としては、平板状、管状、球状、曲面状、楔状、波状が挙げられる。
 基材の好適な態様としては、後述する伝熱管の本体が挙げられる。管やフィン付管等の管状基材の外表面に熱伝導層を形成すれば、熱交換器等に使用可能な伝熱管が得られる。
 本基材の製造方法としては、TFE系ポリマーのパウダー、熱伝導性フィラーA及び液状媒体を含む液状組成物を準備し、この液状組成物を基材の表面に付与して液状被膜を形成し、液状被膜を加熱して熱伝導層を形成する方法が挙げられる。かかる液状組成物としては、後述する本発明の液状組成物を使用できる。
 液状組成物の付与方法としては、塗布、噴霧(スプレー)が挙げられる。
 噴霧にて付与する場合、液状組成物は、噴霧により液滴として吐出され、液滴が基材の表面に付着して液状被膜が形成される。この際、液状組成物は、ノズルの細径の流路を通過した後、先端開口から液滴として吐出される。このため、各液滴中において熱伝導性フィラーAがその長軸方向を液滴の吐出方向(すなわち、基材の厚さ方向)として配向しやすい。また、基材に付着する前に、各液滴からは液状媒体が飛散、揮発する。この状態で、液滴が基材の表面に付着するため、熱伝導性フィラーAが液状被膜の厚さ方向に配向しやすくなると考えられる。すなわち、より多くの熱伝導フィラーが、対向面と接触し、かつ、露出面に露出している状態がよりを形成されやすくなる。
 液状被膜の加熱温度は、TFE系ポリマーが溶融焼成する温度が好ましい。
 加熱温度は、一定であってもよく、異っていてもよい。具体的には、まず液状被膜の液状媒体(液状成分)が揮発する温度(100~200℃)に加熱し、さらにTFE系ポリマーが溶融焼成する温度(340~400℃)に加熱するのが好ましい。
 加熱手段としては、オーブン、通風乾燥炉、赤外線等の熱線照射が挙げられる
 本基材の好適な態様としては、伝熱管、伝熱板が挙げられる。
 伝熱管は、管状基材と、この管状基材の外表面に熱伝導層とを有する。
 図1は、伝熱管の一例を示す断面図である。なお、図1における寸法比は、説明の便宜上、実際の寸法比とは異なる。
 伝熱管10は、管12と管12の外周に設けられたフィン14とを備える管状基材と、管12の外表面及びフィン14の表面を覆う熱伝導層16とを有する。
 管12の材質としては、上述した金属が挙げられ、熱伝導性を高める観点から、銅、銅合金、アルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。
 管12の外径及び内径は、管の材質、伝熱管の用途等から適宜設定すればよい。
 フィン14の材質としては、上述した金属が挙げられ、熱伝導性を高める観点から、銅、銅合金、アルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。フィンの材質は、通常、管の材質と同一とされる。
 フィン14の数、形状、厚さ、面積及び配置ピッチは、フィン14の材質、伝熱管10の用途等から適宜設定すればよい。
 伝熱管10においては、熱伝導層16の厚さは、2~400μmが好ましく、10~200μmがより好ましい。この場合、熱伝導層16の熱伝導性に優れる。
 伝熱管10の形状としては、プレートフィン型伝熱管、ブレージングプレート型伝熱管、プレートフィン型伝熱管、スパイラルフィン型伝熱管、二重管式伝熱管、クロスフィン型伝熱管、コルゲートフィン型伝熱管、スリットフィン型伝熱管、メッシュフィン型伝熱管、チューブフィン型伝熱管、エロフィン型伝熱管等の形状が挙げられ、具体例としては、特公昭59-38517号公報、特開昭60-141437号公報、実開昭63-54984等の図面に記載された形状が挙げられる。
 本発明の熱交換器は、本基材で構成された伝熱管10を備えるのが好ましい。
 本発明の熱交換器において、伝熱管10は、水分及び硫黄化合物を含む燃焼ガスが冷却されて硫酸露点温度以下となり硫酸が発生する部位に設けるのが好ましい。
 本発明の熱交換器は、例えば、ボイラにおける節炭器として用いられる。
 本発明の液状組成物(以下、「本組成物」とも記す。)は、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下であるTFE系ポリマーのパウダー、アスペクト比が1超である熱伝導性フィラー、及び液状媒体を含む。
 上記パウダーのD50は0.1~6μmであり、上記パウダーのD50に対する上記パウダーのD10の比は0.5以下である。
 また、本組成物中の熱伝導性フィラーAの含有量は10質量%以上である。
 本組成物を用いれば、熱伝導性フィラーAの含有量が高く、熱伝導性と耐蝕性とに優れた被覆層を、容易に基材の表面に形成できる。その理由は必ずしも明確ではないが、以下の様に考えられる。
 本組成物におけるパウダーは、D50に対するD10の比が所定の範囲にあり、換言すれば、微小粒子を一定の割合で含んでいる。微小粒子は比表面積が大きく、かかる微小粒子が液状組成物に含まれれば、パウダーと熱伝導性フィラーAとの親和性(濡れ)を全体として高め、その分散状態を向上させると考えられる。したがって、本組成物は、熱伝導性フィラーAの含有量が高くとも、分散性及びハンドリング性に優れている。
 また、熱伝導層の形成に際して、微小粒子が、他の粒子の緻密なパッキングを促し、熱伝導性フィラーAの垂直配向性を高めていると考えられる。具体的には、微小粒子が、パッキング粒子間に緻密に充填され、垂直配向した熱伝導性フィラーAを支持していると考えられる。言わば、熱伝導性フィラーAは固定された状態で、熱伝導層の形成が進行するとも考えられる。その結果、本組成物を用いれば、熱伝導性フィラーAが対向面に対して高度に垂直配向した緻密な被覆層が形成されたと考えられる。
 したがって、かかる分散性及びハンドリング性に優れた本組成物を用いれば、熱伝導性フィラーAの含有量が高くとも、熱伝導性と耐蝕性とに優れた熱伝導層を基材の表面に形成できると考えられる。
 本組成物におけるパウダー中のTFE系ポリマーの含有量は、80質量%以上が好ましく、100質量%がより好ましい。
 本組成物におけるパウダーは、TFE系ポリマーとは異なるポリマー及び無機物の少なくともいずれかからなる成分を含んでもよい。
 異なるポリマーとしては、芳香族ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド、マレイミドが挙げられる。
 無機物としては、酸化ケイ素(シリカ)、金属酸化物(酸化ベリリウム、酸化セリウム、アルミナ、ソーダアルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン等)、窒化ホウ素、メタ珪酸マグネシウム(ステアタイト)が挙げられる。
 上記成分を含むパウダーは、TFE系ポリマーをコアとし、上記成分をシェルに有するコアシェル構造を有するか、TFE系ポリマーをシェルとし、上記成分をコアに有するコアシェル構造を有するのが好ましい。かかるパウダーは、例えば、TFE系ポリマーのパウダーと、上記成分のパウダーとを合着(衝突、凝集等)させて得られる。
 パウダーのD50は、0.01~6μmであり、0.1~4μmであるのが好ましく、0.5~3μmであるのがより好ましい。パウダーのD10は、0.001~1.8μmが好ましく、0.005~1.5μmがより好ましく、0.1~1μmがさらに好ましい。
 パウダーのD50に対するパウダーのD10の比は、0.5以下であり、0.3以下であるのが好ましく、0.2以下であるのがより好ましい。これにより、パウダーの凝集を抑制しつつ、上記作用効果を発現させやすい。
 上記比は、0.1以上であるのが好ましい。これにより、上記作用機構を発現させやすい。
 パウダーは、その100gを100gの水に分散させて分散液を調製したとき、その粘度が、50~400mPa・sになるのが好ましく、100~200mPa・sになるのがより好ましい。
 また、上記分散液は、JIS Z 8801-1:2006の200メッシュ篩に通過させた際、篩上の残留物量が3g以下になるのが好ましく、1.5g以下になるのがより好ましい。
 なお、分散液の調製に際して、パウダーの分散性が低い場合には、界面活性剤を使用して分散液を調製してもよい。界面活性剤としては、後述する本組成物に含まれてもよい界面活性剤と同様のものが挙げられる。
 分散液の粘度及び残留物量が上記範囲内にあるパウダーは、円形度が充分に高いパウダーであるといえる。すなわち、パウダーの円形度が高くなれば、分散液中のパウダーの流動度は高くなるため、その粘度は低下しやすい。また、パウダー同士の凝集が抑制されるため、篩上の残留物量が少なくなりやすい。
 かかる円形度の高いパウダーを使用すれば、本組成物の分散性が向上し、それから形成される層(熱伝導層)の物性がより向上しやすい。
 本組成物におけるTFE系ポリマーの範囲は、好適な範囲も含めて、本基材におけるそれと同様である。特に、TFE系ポリマーとしては、ポリマー(1)及びポリマー(2)が好ましい。かかるポリマーを用いれば、本組成物の分散性をより向上させやすい。
 本組成物における熱伝導性フィラーAの範囲は、好適な範囲も含めて、本基材におけるそれと同様である。
 本組成物中のパウダーの含有量は、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。本組成物中の熱伝導性フィラーAの含有量は、50%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。かかる場合、本組成物は分散安定性に優れやすい。
 本組成物中の熱伝導性フィラーAの含有量は、10質量%以上であり、15質量%以上であるのが好ましく、20質量%以上であるのがより好ましい。本組成物中の熱伝導性フィラーAの含有量は、50%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。かかる場合、本分散液は分散安定性に優れやすい。上述した作用機構により、本組成物は熱伝導性フィラーAを多く含んでいても、分散性に優れる。
 本組成物における液状媒体は、パウダー及び熱伝導性フィラーAの分散媒として機能する、25℃で不活性な液体化合物である。液状媒体は、水であってもよく、非水系分散媒であってもよい。液状媒体は、2種以上であってもよい。この場合、異種の液状媒体は相溶するのが好ましい。
 液状媒体の沸点は、125~250℃が好ましい。この場合、本組成物から形成される熱伝導層の物性が向上しやすい。
 液状媒体としては、アミド、ケトン及びエステルからなる群から選ばれる液状化合物が特に好ましく、液状分散媒としては、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノン及びシクロペンタノンがより好ましい。
 本組成物中の液状媒体の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましい。液状媒体の含有量は、90質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましい。
 本組成物は、さらに、TFE系ポリマーと異なる樹脂を含んでもよい。他の樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂であってもよい。
 他の樹脂としては、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキシド、液晶ポリエステル、TFE系ポリマー以外のフルオロポリマーが挙げられる。
 他の樹脂を含む場合の本組成物は、本組成物と他の樹脂のパウダーとを混合して製造してもよく、本組成物と、他の樹脂を含むワニスとを混合して製造してもよい。
 本組成物は、上述した成分以外にも、チキソ性付与剤、消泡剤、シランカップリング剤、脱水剤、可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、導電剤、離型剤、表面処理剤、粘度調節剤、難燃剤、熱伝導性フィラーA以外のフィラー等の添加剤を含んでいてもよい。
 本組成物における熱伝導層を形成する成分は、TFE系ポリマー及び熱伝導性フィラーAを主成分とするのが好ましい。本組成物における熱伝導層を形成する成分中のTFE系ポリマー及び熱伝導性フィラーAの総含有量は、80~100質量%であるのが好ましい。
 本組成物の粘度は、50~10000mPa・sが好ましい。本組成物の粘度は、100mPa・s以上がより好ましい。本組成物の粘度は、1000mPa・s以下が好ましく、800mPa・s以下がより好ましい。
 本組成物のチキソ比は、1.0以上が好ましい。本組成物のチキソ比は、3.0以下が好ましく、2.0以下がより好ましい。
 本組成物は、上述した作用機構により、かかる範囲の、粘度及びチキソ性に調整しやすくハンドリング性に優れている。
 本組成物は、熱伝導性フィラーA及びパウダーの分散を促し、熱伝導層の物性を一層向上させる観点から、界面活性剤を含むことが好ましい。
 界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
 本組成物が界面活性剤を含む場合、その割合は、1~20質量%が好ましい。
 界面活性剤の親水部位としては、アルコール性水酸基及びポリオキシアルキレン基が好ましい。
 ポリオキシアルキレン基は、2種以上のオキシアルキレン基から構成されていてもよい。後者の場合、種類の違うオキシアルキレン基は、ランダム状に配置されていてもよく、ブロック状に配置されていてもよい。
 オキシアルキレン基としては、オキシエチレン基が好ましい。
 界面活性剤の疎水部位は、アセチレン基、ポリシロキサン基、ペルフルオロアルキル基又はペルフルオロアルケニル基を有するのが好ましく、ポリシロキサン基を有するのが好ましい。換言すれば、界面活性剤としては、アセチレン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤が好ましく、シリコーン系界面活性剤がより好ましい。
 かかる界面活性剤を用いれば、液状媒体の表面張力を低下させ、パウダーの表面に対する濡れ性を高めて、パウダーの分散性を向上できる。また、界面活性剤の疎水部位がパウダーの表面に吸着し、親水性基が液状媒体中に伸長し、親水性基の立体障害によってパウダーの凝集を防止して分散安定性をさらに向上できる。また、熱伝導性フィラーAの分散安定性を高められる。
 界面活性剤の具体例としては、「フタージェント」シリーズ(ネオス社製)、「サーフロン」シリーズ(AGCセイミケミカル社製)、「メガファック」シリーズ(DIC社製)、「ユニダイン」シリーズ(ダイキン工業社製)、「BYK-347」、「BYK-349」、「BYK-378」、「BYK-3450」、「BYK-3451」、「BYK-3455」、「BYK-3456」(ビックケミー・ジャパン株式会社社製)、「KF-6011」、「KF-6043」(信越化学工業株式会社製)が挙げられる。
 本組成物は、電気・電子工業分野、自動車分野等の種々の分野で、放熱・伝熱用樹脂材料および熱伝導膜形成材料として、特に後者の材料として有用である。
 本発明の被覆基材で構成された伝熱管10は、上記熱交換器又はそれを構成するフィン又は管が耐腐蝕性を必要とする用途に使用できる。
 かかる用途としては、硫酸に暴露する可能性のある硫黄分含有燃料を燃焼させ、排気ガスが発生する設備(例:石炭や重油等の硫黄分含有燃料の燃焼設備として、火力発電設備)、燃焼時に発生する排気ガスを放出するための煙突、排出管が挙げられる。
 本組成物は、各種発熱部品からの熱を放熱する際の放熱部品等に熱伝導膜を形成するための材料としても使用できる。
 発熱部品としては、パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、整流器、トランス、パワーMOS FET、CPUが挙げられる。
 放熱部品としては、放熱フィンや金属放熱板が挙げられ、より具体的には、パソコンやディスプレーの筐体、電子デバイス材料、自動車の内外装、低酸素下で加熱処理する加工機又は真空オーブン、プラズマ処理装置等のシール材、スパッタ又は各種ドライエッチング装置等の処理ユニット内の放熱部品が挙げられる。
 また、本組成物は、プリント配線板の絶縁層、熱インターフェース材、パワーモジュール用基板、モータ等の動力装置で使用されるコイルに含浸し、乾燥して、熱伝導性耐熱被覆層を形成する材料としても使用できる。
 さらに、本組成物は、軸受、ピストン、ベアリング、スライドスイッチ、歯車、ブッシュ、シール、スラストワッシャ、ウェアリング、カム、ベルトコンベア、食品搬送用ベルト等)等の摺動部品、ウェアパッド、ウェアストリップ、チューブランプ、試験ソケット、ウェハーガイド、遠心ポンプの摩耗部品、炭化水素・薬品および水供給ポンプ、燃料電池のセパレータに塗布して樹脂層を形成する用途や、ガラス基材、金属器具へのコーティング層を形成する用途にも使用できる。ガラス容器内外へのコーティング材として有用である。ガラス容器としては、バイアル瓶、注射筒(シリンジ)、針付シリンジおよびカートリッジタイプシリンジ、アンプルが挙げられる。
 本組成物は、導電性が要求される用途にも適用できる。本組成物から得られる成形物は、熱伝導性に優れるとともに導電性にも優れやすい。特に、本組成物は、適切な粘度に調整しやすく硬化に高温を必要としないため、プリンテッド・エレクトロニクスの分野においても好適に使用できる。具体的には、プリント回路板、センサー電極、ディスプレイ、バックプレーン、RFID(無線周波数識別)、太陽光発電、照明、使い捨て電子機器、自動車ヒータ、電磁波(EMI)シールド、メンブレンスイッチ等における通電素子の製造において使用できる。
 本組成物は、接着剤としても使用できる。接着剤は、半導体素子、高密度基板やモジュール部品等において、基板上に実装されるICチップや抵抗、コンデンサ等の電子部品の接着や、回路基板と放熱板の接着、LEDチップの基板への接着等に使用できる。
 本組成物は、電子部品の実装工程における回路配線と電子部品との間における伝導性接合材用途(ハンダ接合の代替としての用途)としても使用できるため好ましい。
 また、本組成物は、車載エンジンにおける、セラミックス部品や金属部品同士の接着にも使用できる。
 さらに、本組成物は、プリント配線板においては、電子部品が高密度に実装されたプリント基板の温度上昇を防ぐため、従来のガラスエポキシ板に替わる新たなプリント配線板材料としても使用できる。
 本組成物は、国際公開2016/017801号の段落番号[0149]に記載される用途にも使用できる。
 以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、例2は比較例である。
 実施例、比較例には以下の材料を使用した。
 <TFE系ポリマーのパウダー>
 パウダー1:TFE単位、NAH単位及びPPVE単位を、この順に97.9モル%、0.1モル%、2.0モル%で含有する、カルボニル基を主鎖炭素数1×10個あたり1000個有するポリマー1(溶融温度:300℃、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下)からなるパウダー(D10:1.0μm、D50:2.1μm、D10/D50≒0.48)
 パウダー2:TFE単位を99.5モル%以上で含有するPTFE(非熱溶融性、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s超)からなるパウダー(D50:7μm、AGC製の「L173J」)
 パウダー3:TFE単位及びPPVE単位を、この順に98.7モル%、1.3モル%含み、カルボニル基を主鎖炭素数1×10個あたり40個有するポリマー2(溶融温度:305℃、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下)からなるパウダー(D10:0.8μm、D50:1.8μm、D1/D50≒0.44)
 パウダー4:ポリマー2からなるパウダー(D10:1.1μm、D50:2.0μm、D1/D50=0.55)
 なお、100gのパウダー1~4のそれぞれを、100gの水に分散させた分散液の粘度は、パウダー1~4の順に、100mPa・s、300mPa・s、200mPa・s、250mPa・sであった。
 <液状媒体>
 NMP:N-メチル-2-ピロリドン。
 <界面活性剤>
 界面活性剤1:ペルフルオロアルケニル基と水酸基及びポリオキシエチレン基とをそれぞれ側鎖に有する(メタ)アクリレート系ポリマー(ネオス社製、「フタージェント710FL」)
 <炭素繊維>
 炭素繊維1:表面に被覆剤を有さない、かつ表面に官能基を有さない、繊維径6μm、繊維長80μmの炭素繊維(エアテクス社製、「ATU-75」)
 得られた被覆基材の線膨張係数及び熱伝導率は、以下の方法にて測定した。
 <線膨張係数>
 被覆基材から短冊状(横4mm、縦55mm)のサンプルを切り出した。次に、このサンプルをオーブンにて250℃で1時間乾燥させた。その後、このサンプルの線膨張係数(CTE)を、熱機械分析装置(SII社製、「TMA/SS6100」)を使用して測定した。具体的には、空気雰囲気下、チャック間距離20mm、20mNの荷重を負荷しながら、25℃から260℃まで2℃/分の速度でサンプルを昇温した。この際、サンプルの線膨張に伴う変位量を測定した。そして、この変位量を25~260℃での熱伝導層の線膨張係数(ppm/℃)とした。
 <熱伝導率>
 被覆基材から基材を剥がして、熱伝導層を単独のフィルムとして得た。このフィルムの中心部から10mm×10mm角の試験片を切り出し、その面内方向における熱伝導率(W/m・K)を測定した。
 1.液状組成物の調製例
 (液状組成物1)
 100部のパウダー1、10部の分散剤1、40部の炭素繊維1及び90部のNMPを、横型のボールミル容器に充填し、15mm径のジルコニアボールを用いて、500rpmで30分間撹拌し、液状組成物1(粘度:100mPa・s)を得た。
 (液状組成物2)
 パウダー1に代えてパウダー2を使用した以外は、液状組成物1と同様にして、液状組成物2(粘度:150mPa・s)を得た。
 (液状組成物3)
 パウダー1に代えてパウダー3を使用した以外は、液状組成物1と同様にして、液状組成物3(粘度:200mPa・s)を得た。
 (液状組成物4)
 パウダー1に代えてパウダー4を使用した以外は、液状組成物1と同様にして、液状組成物4(粘度:300mPa・s)を得た。
 液状組成物1~4のそれぞれを容器中に25℃にて保管保存後、その分散性を目視にて確認し、下記の基準に従って分散安定性を評価した。その結果、液状組成物1~4の順に、「〇」、「×」、「△」、「×」であった。
 〇:凝集物が視認されない。
 △:容器側壁に細かな凝集物の付着が視認される。
 ×:容器底部にも凝集物が沈殿しているのが視認される。
 2.被覆基材の製造例
 (例1)
 液状組成物1をスプレー法によりステンレス鋼製の基材の表面に噴霧して、基材の表面に液状被膜を形成した。次に、液状被膜を100℃で10分間加熱して、厚さ90μmの乾燥被膜を得た。次に、乾燥被膜が形成された基材を、窒素雰囲気下、340℃で15分間加熱した。これにより、パウダーを溶融して、厚さ78μmの熱伝導層を形成し、被覆基材を得た。この被覆基材は、基材と熱伝導層が強固に接着しており、熱伝導層の表面からは炭素繊維が露出していた。熱伝導層の線膨張係数は20ppm/℃以下であり、熱伝導層の熱伝導率は1.5W/m・K以上であった。
 (例2)
 液状組成物1に代えて液状組成物2を使用した以外は、例1と同様にして厚さ78μmの熱伝導層を形成し、被覆基材を得たが、基材と熱伝導層が容易に剥離してしまった。
 (例3)
 液状組成物1に代えて液状組成物3を使用した以外は、例1と同様にして厚さ78μmの熱伝導層を形成し、被覆基材を得た。この被覆基材は、基材と熱伝導層が強固に接着しており、熱伝導層の表面からは炭素繊維が露出していた。熱伝導層の線膨張係数は20~30ppm/℃であり、熱伝導層の熱伝導率は1.2~1.5W/m・Kであった。
 (例4)
 液状組成物1に代えて液状組成物4を使用した以外は、例1と同様にして厚さ78μmの熱伝導層を形成し、被覆基材を得た。この被覆基材は、基材と熱伝導層が強固に接着しており、熱伝導層の表面からは炭素繊維が露出していた。熱伝導層の線膨張係数は30~50ppm/℃であり、熱伝導層の熱伝導率は1.0~1.2W/m・Kであった。
 本発明の被覆基材は、熱交換器の伝熱管における熱伝導層等として有用である。本発明の液状組成物は、熱交換器の伝熱管における熱伝導層等を形成するための塗料として有用である。
 なお、2019年12月18日に出願された日本特許出願2019-228258号の明細書、特許請求の範囲、要約書および図面の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
 10…伝熱管、12…管、14…フィン、16…熱伝導層

Claims (15)

  1.  基材と、前記基材の表面を被覆する、380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下であるテトラフルオロエチレン系ポリマー及びアスペクト比が1超である熱伝導性フィラーを含む熱伝導層とを有し、前記熱伝導層の層厚に対する前記熱伝導性フィラーの長軸長の比が0.1以上である、被覆基材。
  2.  前記熱伝導層の熱伝導率が、1.0W/m・K以上である、請求項1に記載の被覆基材。
  3.  前記熱伝導層の線膨張係数が、100ppm/℃以下である、請求項1又は2に記載の被覆基材。
  4.  前記熱伝導性フィラーの長軸長が0.1μm超500μm以下であり、前記熱伝導層の層厚が0.1~450μmである、請求項1~3のいずれか1項に記載の被覆基材。
  5.  前記テトラフルオロエチレン系ポリマーが、テトラフルオロエチレンに基づく単位及びペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に基づく単位を含むポリマー、又は、数平均分子量が20万以下のポリテトラフルオロエチレンである、請求項1~4のいずれか1項に記載の被覆基材。
  6.  前記熱伝導性フィラーの形状が、繊維状である、請求項1~5のいずれか1項に記載の被覆基材。
  7.  前記熱伝導性フィラーが、カーボン含有フィラーである、請求項1~6のいずれか1項に記載の被覆基材。
  8.  前記熱伝導層の、前記熱伝導性フィラーの含有量が10質量%以上であり、前記テトラフルオロエチレン系ポリマーの含有量と前記熱伝導性フィラーの含有量との和が90質量%以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載の被覆基材。
  9.  前記基材の材質が、金属、ガラス又はセラミックスである、請求項1~8のいずれか1項に記載の被覆基材。
  10.  請求項1~9のいずれか1項に記載の被覆基材を備える、熱交換器。
  11.  請求項1~9のいずれか1項に記載の被覆基材の製造方法であって、前記テトラフルオロエチレン系ポリマーのパウダー、前記熱伝導性フィラー及び液状媒体を含む液状組成物を準備し、前記液状組成物を前記基材の表面に付与して液状被膜を形成し、前記液状被膜を加熱して前記熱伝導層を形成し、前記被覆基材を得る、被覆基材の製造方法。
  12.  体積基準累積50%径が0.1~6μmである380℃における溶融粘度が1×10Pa・s以下であるテトラフルオロエチレン系ポリマーのパウダー、アスペクト比が1超である熱伝導性フィラー、及び液状媒体を含み、前記熱伝導性フィラーの含有量が10質量%以上であり、前記パウダーの体積基準累積50%径に対する前記パウダーの体積基準累積10%径の比が0.5以下である、液状組成物。
  13.  前記パウダーが、100gの前記パウダーを100gの水に分散させて分散液を調製したとき、前記分散液の粘度が50~400mPa・sとなるパウダーである、請求項12に記載の液状組成物。
  14.  前記熱伝導性フィラーが、表面を被覆する被覆剤を有さないか、又は表面に官能基を有さない熱伝導性フィラーである、請求項12又は13に記載の液状組成物。
  15.  25℃における粘度が、50~10000mPa・sである、請求項12~14のいずれか1項に記載の液状組成物。
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