WO2021187415A1 - 無機フィラー粉末、熱伝導性高分子組成物、無機フィラー粉末の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an inorganic filler powder used as a thermally conductive material, a thermally conductive polymer composition, and a method for producing an inorganic filler powder.
- the present invention also relates to an alumina filler for a heat conductive resin composition, a heat conductive resin composition, and a method for producing an alumina filler for a heat conductive resin composition.
- the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-045795 filed in Japan on March 16, 2020 and Japanese Patent Application No. 2021-242442 filed in Japan on February 18, 2021. Is used here.
- a thermally conductive polymer composition having excellent thermal conductivity may be used as a heat radiating member in a portion of an electric component that outputs a large current such as a lithium ion battery that requires insulation.
- examples of the thermally conductive polymer composition include those in which an inorganic filler powder made of an inorganic material having excellent thermal conductivity is dispersed in a matrix material such as a resin having excellent insulating properties and moldability.
- the inorganic filler powder includes aluminum oxide (alumina: Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), and magnesium oxide (MgO) in terms of thermal conductivity and specific gravity. Etc. are commonly used.
- the thermal conductivity of the thermally conductive polymer composition can be improved by increasing the content of the inorganic filler powder.
- a thermally conductive polymer composition having a high thermal conductivity of 5 W / m ⁇ K or more it is necessary to knead 1100 parts by mass or more of an inorganic filler powder with 100 parts by mass of the matrix material. There is.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 by using spherical alumina particles as the inorganic filler powder, the hardness is suppressed to a low level even if the content of the inorganic filler powder is increased, and the polymer is easily kneaded.
- the composition is disclosed.
- Patent Document 3 discloses an alumina filler in which ⁇ -alumina particles are formed on the surface layer of ⁇ -alumina particles.
- Patent Document 4 discloses that an inorganic powder having a low hardness is added to the resin for the purpose of reducing the wear of the molding die of the resin.
- a lithium-ion battery for an automobile has a large amount of heat generation because it continuously outputs a large amount of electric power for a long time, and it is necessary to efficiently dissipate a large amount of generated heat to the outside. Therefore, it is common to use a resin material (thermally conductive resin composition) having excellent thermal conductivity as a package of an electric component that outputs a large current such as a lithium ion battery.
- examples of the heat conductive resin composition include a resin material having excellent insulating properties and moldability in which an inorganic material filler having excellent heat conductivity is dispersed.
- an alumina filler composed of fused alumina (Al 2 O 3 ) crystal particles is generally used from the viewpoint of thermal conductivity and specific gravity.
- the thermal conductivity of the thermally conductive resin composition can be improved by increasing the content of the alumina filler.
- a thermally conductive resin composition having a high thermal conductivity of 5 W / m ⁇ K or more it is necessary to knead 1100 parts by mass or more of an alumina filler with 100 parts by mass of the resin material. ..
- the content of the alumina filler is increased, the hardness of the obtained thermally conductive resin composition is also increased, the filling property (shape followability) to the place of use is lowered, and the resin material is subjected to during manufacturing. There is also a problem that it becomes difficult to uniformly knead the alumina filler.
- Patent Document 1 discloses a resin composition in which spherical alumina particles are used as the alumina filler, the hardness is suppressed to a low level even with a high content, and kneading is easy.
- Patent Document 5 discloses rounded fused alumina particles having an average particle diameter of 5 to 4000 ⁇ m and a circularity of 0.85 or more.
- the spherical alumina particles used in the resin compositions disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem that the production process is complicated and the production cost is high. Further, the method of forming the ⁇ -alumina particles disclosed in Patent Document 3 on the surface layer of the ⁇ -alumina particles also has a problem that the production cost is high because a step of heating at a high temperature is required. Further, the method disclosed in Patent Document 4 has a problem that the fluidity of the resin is lowered when a large amount of the low-hardness inorganic powder is added to the high-hardness inorganic powder.
- the present invention has been made in consideration of such circumstances, and is an inorganic filler powder capable of obtaining a thermally conductive polymer composition having excellent thermal conductivity and low hardness at low cost, and an inorganic filler powder. It is an object of the present invention to provide a heat conductive polymer composition using the same, and a method for producing an inorganic filler powder.
- the spherical alumina particles used in the resin composition disclosed in Patent Document 1 have a problem that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.
- the rounded fused alumina particles disclosed in Patent Document 5 use inexpensive fused alumina as a manufacturing raw material, the yield of the rounded fused alumina particles obtained after classification is low, resulting in high yield. There was a problem that it became a cost.
- the present invention has been made in consideration of such circumstances, and is a thermally conductive resin composition capable of obtaining a thermally conductive resin composition having excellent thermal conductivity and low hardness at low cost. It is an object of the present invention to provide an alumina filler for use, a heat conductive resin composition using the same, and a method for producing the alumina filler for the heat conductive resin composition.
- the present invention proposes the following means. That is, in the inorganic filler powder of one aspect of the present invention (hereinafter, referred to as "inorganic filler powder of the present invention”), at least a part of the surface of the inorganic particles having a particle size of 1 ⁇ m or more is covered with a particle size of 10 nm or more. It has a structure coated with inorganic fine particles of less than 1 ⁇ m, and is characterized in that the coverage of the surface of the inorganic particles with the inorganic fine particles is 30% or more.
- the inorganic filler powder of the present invention a part of the surface of the inorganic particles having a particle size of 1 ⁇ m or more is covered with the inorganic fine particles having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m, thereby forming a conventional structure. It is possible to realize an inorganic filler powder having a high thermal conductivity when kneaded with a matrix material at a low cost as compared with the case of using spherical alumina particles. Then, by mixing the inorganic filler powder of the present invention with the matrix material, a heat conductive polymer composition that is flexible and has excellent shape followability can be obtained.
- the inorganic particles and the inorganic fine particles may contain aluminum oxide.
- thermally conductive polymer composition of another aspect of the present invention (hereinafter, referred to as "thermally conductive polymer composition of the present invention"), the inorganic filler powder described in each of the above items is used as a resin material or an elastomer material. , And a matrix material containing at least one of the rubber materials.
- thermally conductive polymer composition of the present invention may contain 1200 parts by mass or more of the inorganic filler powder with respect to 100 parts by mass of the matrix material.
- the method for producing an inorganic filler powder according to another aspect of the present invention is the method for producing an inorganic filler powder according to each of the above items, and is an inorganic raw material.
- a fluid in which the inorganic particles and the inorganic fine particles are produced in the solvent by swirling and flowing the raw material slurry in which the powder and the solvent are mixed at a peripheral speed of 10 m / sec or more to polish the inorganic raw material powder. It is characterized by having a flow polishing step of obtaining the above, and a drying step of removing the solvent from the fluid and adhering the inorganic fine particles to the surface of the inorganic particles.
- fused alumina powder may be used as the inorganic raw material powder.
- the present invention proposes the following means. That is, the alumina filler for a heat conductive resin composition of another aspect of the present invention (hereinafter, referred to as "alumina filler for a heat conductive resin composition of the present invention”) has a heat conductive resin composition containing fused alumina particles. It is an alumina filler for physical use, and is characterized by containing 1% by mass or more of fine fused alumina particles of 1 ⁇ m or less in the fused alumina particles.
- the alumina filler for the heat conductive resin composition of the present invention by containing at least 1% by mass or more of fine fused alumina particles of 1 ⁇ m or less, the hardness does not become too high when kneaded with the resin. It is possible to realize an alumina filler for a heat conductive resin composition which is excellent in moldability and can form a heat conductive resin composition containing many fillers. Further, since expensive rounded alumina particles are not used, a low-cost alumina filler for a heat conductive resin composition can be realized.
- the ratio of the supernatant solid content mass to the total solid content mass of the fused alumina particles in the 2-hour sedimentation test with water was 0.3% by mass or more. There may be.
- thermally conductive resin composition of another aspect of the present invention is an alumina filler for a thermally conductive resin composition according to each of the above items in the resin. It is characterized by including.
- the thermally conductive resin composition of the present invention may contain 1200 parts by mass or more of the alumina filler for the thermally conductive resin composition with respect to 100 parts by mass of the resin.
- the method for producing an alumina filler for a thermally conductive resin composition according to another aspect of the present invention (hereinafter, referred to as "the method for producing an alumina filler for a thermally conductive resin composition of the present invention") is described in each of the above items.
- a method for producing an alumina filler for a thermally conductive resin composition in which a slurry in which the fused alumina particles and a solvent are mixed is swirled and flowed at a peripheral speed of 10 m / sec or more, and the fused alumina particles collide with each other. It is characterized by having a particle polishing step of polishing.
- the particle polishing step may be performed within a range of 3 minutes or more and 60 minutes or less.
- the specific surface area of the fused alumina particles is compared with the specific surface area of the fused alumina particles before the particle polishing step is carried out. It may be a step of increasing 25% or more with respect to the surface area.
- the average particle size D50 of the fused alumina particles is used, and the fused alumina particles before the particle polishing step is carried out. It may be a step of increasing by -15% or more with respect to the average particle size D50 of.
- an inorganic filler powder capable of obtaining a thermally conductive polymer composition having excellent thermal conductivity and low hardness at low cost, and a thermally conductive polymer composition using the same. Further, a method for producing an inorganic filler powder can be provided.
- an alumina filler for a thermally conductive resin composition capable of obtaining a thermally conductive resin composition having excellent thermal conductivity and low hardness at low cost, and heat using the same. It is possible to provide a conductive resin composition and a method for producing an alumina filler for the thermally conductive resin composition.
- an inorganic filler powder according to an embodiment of the present invention a thermally conductive polymer composition using the same, and a method for producing the inorganic filler powder will be described. It should be noted that the embodiments shown below are specifically described in order to better understand the gist of the invention, and are not limited to the present invention unless otherwise specified.
- the inorganic filler powder is a thermally conductive material for mixing with a matrix material to obtain a thermally conductive polymer composition.
- the inorganic filler powder according to the embodiment of the present invention is aluminum oxide (alumina: Al 2 O 3 ) having a fine powder property.
- Alumina is used as the filler of the thermally conductive polymer composition because the thermal conductivity of alumina is relatively high, about 30 W / m ⁇ K.
- the inorganic filler powder includes, for example, silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and the like. Thermally conductive inorganic material powder can be used.
- the inorganic filler powder of the present embodiment is obtained by polishing an electrolytically fused alumina powder (inorganic raw material powder), and has a particle size of 10 nm on at least a part of the surface of the inorganic particles having a particle size of 1 ⁇ m or more. As described above, the structure is coated with inorganic fine particles of less than 0.1 ⁇ m.
- FIG. 1 is an electron micrograph (10000 times) of the inorganic filler powder 3 of the present embodiment.
- FIG. 2 is an enlarged schematic view showing one particle of the inorganic filler powder 3.
- a part of the surface of the inorganic particles 1 having a particle size of 1 ⁇ m or more is an inorganic fine particles 2 having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m. It has a structure covered with.
- the inorganic fine particles 2 constituting the inorganic filler powder 3 are attached (fixed) to the surface of the inorganic particles 1.
- inorganic particles 1 means alumina particles having a particle size of 1 ⁇ m or more
- inorganic fine particles 2 means particles having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m. It shall mean alumina particles.
- the coverage of the surface of the inorganic particles 1 by the inorganic fine particles 2 constituting the inorganic filler powder 3 is 30% or more.
- the coverage rate referred to here indicates the ratio (%) of the surface area (flat surface) of the inorganic fine particles 2 to the surface area (flat surface) of the inorganic particles 1 when the inorganic filler powder 3 in an arbitrary range is viewed in a plan view. ..
- an arbitrary rectangular region of an electron micrograph for example, a magnification of about 10,000 to 100,000 times
- the inorganic filler powder 3 is trimmed and binarized. Prepare the converted image.
- the portion where the inorganic particles 1 are exposed is shown in black, and the portion covered with the inorganic fine particles 2 is shown in white. Then, the coverage (%) is obtained by calculating the area occupied by the white region (area covered with the inorganic fine particles 2) with respect to the area of the trimmed rectangular region (surface area of the inorganic particles 1) by image processing. be able to.
- the inorganic filler powder 3 of the present embodiment as described above has a structure in which a part of the surface of the inorganic particles 1 having a particle size of 1 ⁇ m or more is coated with the inorganic fine particles 2 having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m. By doing so, it is possible to realize an inorganic filler powder having a high thermal conductivity when kneaded with a matrix material at a low cost as compared with the case of using conventional spherical alumina particles. Then, by mixing the inorganic filler powder 3 of the present embodiment with the matrix material, a heat conductive polymer composition 4 that is flexible and has excellent shape followability can be obtained.
- FIG. 4 is an enlarged schematic view showing the heat conductive polymer composition 4 of the present embodiment.
- the thermally conductive polymer composition 4 of the present embodiment comprises a matrix material in which the inorganic filler powder 3 of the present embodiment is dispersed.
- the present embodiment is based on 100 parts by mass of the matrix material (5). It may be a paste in which 1200 parts by mass or more of the inorganic filler powder 3 in the form is mixed. For example, by mixing 1200 parts by mass to 7000 parts by mass of the inorganic filler powder 3 of the present embodiment with 100 parts by mass of the resin, the thermally conductive polymer composition 4 of the present embodiment can be obtained.
- the matrix material 5 to which the inorganic filler powder is mixed may be any material containing at least one of a resin material, an elastomer material, and a rubber material.
- the resin material of the matrix material 5 is not particularly limited, and a known resin material can be used. Specifically, hydrocarbon resins, unsaturated polyester resins, acrylic resins, vinyl ester resins, epoxy resins, etc., xylene formaldehyde resins, guanamine resins, diallyl phthalate resins, phenol resins, furan resins, polyimide resins, melamine resins, urea Resin and the like can be mentioned.
- the elastomer material is not particularly limited, and a known elastomer material can be used. Specific examples thereof include polystyrene-based elastomers, polyvinyl chloride-based elastomers, polyurethane-based elastomers, polyester-based elastomers, and polyamide-based elastomers.
- the rubber material is not particularly limited, and a known rubber material can be used. Specifically, either natural rubber or synthetic rubber may be used, and examples thereof include urethane rubber, silicone rubber, and fluororubber.
- the thermally conductive polymer composition 4 of the present embodiment is harder in the same compounding ratio as compared with the conventional thermally conductive polymer composition in which raw material alumina particles (electrolytic alumina particles) and a resin are mixed. Is reduced by 40% or more. By such a decrease in hardness, that is, softening, the fluidity of the thermally conductive polymer composition 4 of the present embodiment is increased.
- the heat conductive polymer composition 4 of the present embodiment can improve the shape followability at the filled portion, and can efficiently transfer heat by adhering to the heat transfer object to be applied without gaps. can. Further, when the hardness is about the same as that of the conventional thermally conductive polymer composition in which the raw material alumina particles (electrolytic alumina particles) and the resin are mixed, more inorganic filler powder 3 is mixed. Therefore, the thermally conductive polymer composition 4 of the present embodiment can improve the thermal conductivity as compared with the conventional thermally conductive polymer composition using the raw material alumina particles.
- an inorganic raw material powder is prepared.
- particulate fused alumina was used as the inorganic raw material powder.
- the inorganic raw material powder particulate melted alumina produced by reduction and melting of bauxite in an electric arc furnace is used because it has a large particle size and a broad particle size distribution, and a matrix material such as a resin. This is because it is possible to mix with 5 at a high filling rate, and the thermal conductivity of the thermally conductive polymer composition 4 can be enhanced.
- the fused alumina commercially available melted alumina powder can be used.
- melted alumina powder for example, melted alumina powder that has passed through a sieve having a mesh size of 100 ⁇ m is used.
- the raw material slurry in which the molten alumina powder (inorganic raw material powder) and the solvent are mixed is swirled and flowed at a peripheral speed of 10 m / sec or more, and the molten alumina powders collide with each other for polishing (fluid polishing step). ).
- a fluid in which the inorganic particles 1 and the inorganic fine particles 2 are formed in the solvent is generated.
- the solvent for slurry the fused alumina powder which is such an inorganic raw material powder
- a stable liquid that does not dissolve alumina for example, water
- ion-exchanged water is used as the solvent.
- the concentration of the fused alumina powder may be, for example, about 70% by mass to 80% by mass.
- An emulsification / dispersion device (Aspec Disperser ZERO manufactured by Hiroshima Metal & Machinery Co., Ltd.) can be mentioned as a means for slurry (raw material slurry) and polish such fused alumina powder and water.
- the stirring rotor rotates at high speed in the water-cooled stator.
- the rotation of the stirring rotor produces a raw material slurry (dispersion liquid) in which the electrolytic alumina powder is uniformly dispersed in water.
- Self-polishing occurs when particles of fused alumina powder collide with each other in the raw material slurry.
- the rotation speed of the rotor is set to a peripheral speed of 10 m / sec or more.
- the raw material slurry is swirled and flowed at a peripheral speed of 10 m / sec or more, and the fused alumina powder is efficiently polished so that the inorganic particles 1 having a particle size of 1 ⁇ m or more and the particle size of 10 nm or more are contained in the solvent.
- Inorganic fine particles 2 having a size of less than 0.1 ⁇ m can be produced.
- the polishing time of the fused alumina powder (inorganic raw material powder) in such a particle polishing step may be in the range of 3 minutes or more and 60 minutes or less. If the polishing time is less than 3 minutes, there is a concern that the inorganic fine particles 2 are not sufficiently produced. Further, when polishing is performed for a long time, there is a concern that the alumina particles are crushed and the particles become too fine, and the number of inorganic particles 1 becomes too small. If the particles become too fine, the viscosity becomes too high during kneading with the resin and the moldability deteriorates, or a sufficient amount of the inorganic filler powder 3 cannot be mixed with the matrix material and the thermal conductivity is sufficiently improved. There is a risk that it will not be there.
- the emulsification / dispersion device may be supplied with the melted alumina powder and water individually as two liquids or as a slurry mixed in advance.
- the inorganic fine particles 2 are adhered to the surface of the inorganic particles 1 by removing the solvent from the fluid in which the inorganic particles 1 and the inorganic fine particles 2 are generated in the solvent obtained in the particle polishing step.
- the filler powder 3 is produced (drying step).
- the solvent is evaporated from the fluid by heating the fluid at about 80 ° C. to 100 ° C. using a heating type dryer, and the inorganic particles 1 are evaporated during the evaporation process of the solvent.
- Inorganic fine particles 2 are attached (fixed) to the surface.
- the inorganic fine particles 2 having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m, and the surface of the inorganic particles 1 made of the inorganic fine particles 2 is formed.
- Inorganic filler powder 3 having a coverage of 30% or more can be obtained.
- the particle size in the present embodiment is the median diameter (median diameter), that is, the average particle size D50 at which the cumulative frequency is 50%.
- the measurement of the average particle size D50 was performed using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (MT3300EXII: Microtrac Bell Co., Ltd.).
- the above-mentioned inorganic filler powder 3 of the present embodiment is kneaded with the matrix material 5.
- a resin for example, a rotating / revolving mixer (Kentaro: manufactured by Shinky Co., Ltd.) can be used.
- the thermally conductive polymer composition 4 of the present embodiment comprises the matrix material 5 containing the inorganic filler powder 3 of the present embodiment.
- the thermally conductive polymer composition of the present embodiment is obtained by adding 1200 parts by mass to 7000 parts by mass of the inorganic filler powder 3 of the present embodiment to 100 parts by mass of the matrix material (5) and kneading with a mixer. 4 can be manufactured.
- the inorganic filler powder 3 has a structure in which at least a part of the surface of the inorganic particles 1 having a particle size of 1 ⁇ m or more is coated with the inorganic fine particles 2 having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m, the raw material alumina particles
- the amount of the inorganic filler powder 3 to be filled can be increased while maintaining the same hardness or viscosity of the obtained heat conductive polymer composition 4 as compared with the case where the above is used as it is as an alumina filler.
- the thermally conductive polymer composition 4 having a large thermal conductivity can be obtained.
- an alumina filler for a heat conductive resin composition according to another embodiment of the present invention, a heat conductive resin composition using the same, and production of an alumina filler for this heat conductive resin composition.
- the method will be described. It should be noted that the embodiments shown below are specifically described in order to better understand the gist of the invention, and are not limited to the present invention unless otherwise specified.
- Alumina filler for thermally conductive resin composition is a heat conductive material for mixing with a resin to obtain a heat conductive resin composition.
- the alumina filler of another embodiment of the present invention is alumina (Al 2 O 3 ) in the form of fine powder.
- Alumina was used as the filler in the thermally conductive resin composition because the thermal conductivity of alumina is relatively high, about 30 W / m ⁇ K.
- the alumina filler of the present embodiment contains the melted alumina particles obtained by polishing the raw material alumina particles (electrolyzed alumina particles), and specifically, at least 1% by mass or more of the fine melted alumina particles of 1 ⁇ m or less.
- fine fused alumina particles means fused alumina particles of 1 ⁇ m or less
- fused alumina particles means that the particle size is not particularly limited. It shall mean molten alumina particles.
- the electro-fused alumina particles produced by reduction and melting of bauxite in an electric arc furnace have a large particle size and a broad particle size distribution. This is because it can be mixed with a resin or the like at a high filling rate, and the thermal conductivity of the thermally conductive resin composition can be enhanced.
- the specific surface area of the fused alumina particles is 25% or more larger than the specific surface area of the raw material alumina particles. That is, in the method for producing alumina filler described later, fused alumina particles in which the specific surface area of the raw material alumina particles is improved by 25% or more by polishing the raw material alumina particles are used.
- the specific surface area in this embodiment is the surface area per unit mass (m 2 / g).
- the specific surface area of the present embodiment was measured by the BET method (a molecule having a known adsorption area is adsorbed on the surface of powder particles with liquid nitrogen, and the specific surface area of the sample is calculated from the adsorption amount). Such a specific surface area was measured using a fully automatic gas adsorption amount measuring device (Autosorb-iQ: Cantachrome Instruments Japan).
- the fused alumina particles contained in the alumina filler of the present embodiment have a total solid content mass of at least 0.3% by mass, preferably 2.0% by mass, based on the supernatant solid content mass in a 2-hour sedimentation test on water.
- the above is more preferably 5.0% by mass or more.
- the fused alumina particles as a sample are suspended in water so as to have a concentration of 2.4% by mass to form a slurry, and the slurry has a liquid level of 20 mm. Inject into a container so that it becomes, and let stand for 2 hours. Then, the supernatant was separated and the water content was evaporated at 90 ° C., the mass of the residual solid content was measured, and the ratio (percentage) of the mass of the residual solid content to the total solid content mass of the slurry was calculated.
- the alumina filler of the present embodiment as described above contains at least 1% by mass or more of fine fused alumina particles of 1 ⁇ m or less, and is kneaded with the resin at a lower cost as compared with the case where spherical alumina particles are used. Alumina filler with high thermal conductivity can be realized. Then, by mixing the alumina filler of the present embodiment with the resin, it is possible to obtain a thermally conductive resin composition having low hardness and excellent shape followability.
- the thermally conductive resin composition of the present embodiment comprises a resin containing the alumina filler of the present embodiment.
- a resin containing the alumina filler of the present embodiment may be a paste in which 1200 parts by mass or more of the alumina filler of the present embodiment is mixed with 100 parts by mass of the resin.
- the thermally conductive resin composition of the present embodiment can be obtained.
- the resin to be mixed with the alumina filler is not particularly limited, and any known resin can be used without particular limitation. Specifically, hydrocarbon resins, unsaturated polyester resins, acrylic resins, vinyl ester resins, epoxy resins, etc., xylene formaldehyde resins, guanamine resins, diallyl phthalate resins, phenol resins, furan resins, polyimide resins, melamine resins, urea Examples include resins.
- the heat conductive resin composition of the present embodiment has a hardness of 9 in the same compounding ratio as compared with a conventional heat conductive resin composition in which raw material alumina particles (electrolytic alumina particles) and a resin are mixed. It decreases in the range of% or more and 57% or less. By such a decrease in hardness, that is, softening, the fluidity of the thermally conductive resin composition of the present embodiment is increased. As a result, the heat conductive resin composition of the present embodiment can improve the shape followability at the filled portion, and can efficiently transfer heat by adhering to the heat transfer object without gaps.
- thermally conductive resin composition of the present embodiment can improve the thermal conductivity.
- the alumina filler for the heat conductive resin composition of the present embodiment is produced by performing a particle polishing step of polishing the raw material alumina particles (electrolytic alumina particles).
- a particle polishing step a slurry in which raw material alumina particles and a solvent are mixed is swirled and flowed at a peripheral speed of 10 m / sec or more, and the raw material alumina particles collide with each other for polishing.
- fused alumina powder can be used as the raw material alumina particles (electrically fused alumina particles).
- the raw material the melted alumina powder, it is preferable that the alumina filler does not contain particles having a diameter exceeding 100 ⁇ m in consideration of the surface roughness of the composition. Therefore, the melted alumina powder that has passed through a sieve having a mesh size of 100 ⁇ m is used. ..
- the raw material alumina particles (electrically fused alumina particles) for example, electrically fused alumina particles containing less than 1% of fine fused alumina particles may be used.
- a stable liquid that does not dissolve alumina for example, water, is used as the solvent for slurry the fused alumina powder as a raw material.
- ion-exchanged water is used as the solvent.
- the concentration of the raw material alumina particles may be, for example, about 70% by mass to 80% by mass.
- an emulsification / dispersion device As a means for slurring and polishing such raw material alumina particles and water, for example, an emulsification / dispersion device (Aspec Disperser ZERO manufactured by Hiroshima Metal & Machinery Co., Ltd.) can be mentioned. In this emulsification / dispersion device, the stirring rotor rotates at high speed in the water-cooled stator.
- the rotation speed of the rotor may be a peripheral speed of 10 m / sec or more.
- the slurry is swirled and flowed at a peripheral speed of 10 m / sec or more, and the raw material alumina particles can be efficiently polished.
- the polishing time of the raw material alumina particles in such a particle polishing step may be in the range of 3 minutes or more and 60 minutes or less. If the polishing time is less than 3 minutes, there is a concern that the specific surface area will not be sufficiently large with respect to the raw material alumina particles. Further, if polishing is performed for a long time, the alumina particles may be crushed and the particles may become too fine. If the particles become too fine, the viscosity may become too high during kneading with the resin, resulting in poor moldability, or a sufficient amount of filler may not be mixed and the thermal conductivity may not be sufficiently improved. ..
- the raw material alumina particles and water may be individually supplied as two liquids or a premixed slurry may be supplied to the emulsification / dispersion apparatus.
- polished electrolytic alumina particles are obtained by solid-liquid separation by filtration and water removal by drying.
- the alumina filler for the heat conductive resin composition of the present embodiment contains 1% by mass or more of fine fused alumina particles of 1 ⁇ m or less obtained by the above-mentioned method.
- the average particle size D50 of the fused alumina particles obtained by colliding the raw material alumina particles with each other and polishing is not significantly changed from that of the raw material alumina particles.
- the average particle size D50 of the fused alumina particles is -15% or more larger than the average particle size D50 of the raw material alumina particles, and is about 15% at the maximum.
- the average particle diameter D50 in this embodiment is the median diameter (median diameter), that is, the particle diameter at which the cumulative frequency is 50%.
- the measurement of the average particle size D50 was performed using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (MT3300EXII: Microtrac Bell Co., Ltd.).
- the average particle size D50 of the fused alumina particles is always smaller than the average particle size D50 of the raw material alumina particles. That is, in principle, the average particle size D50 of the fused alumina particles does not become positive with respect to the average particle size D50 of the raw material alumina particles. However, if the fine particles after polishing are not sufficiently recovered, the apparent average particle size D50 of the fused alumina particles may be larger.
- the specific surface area of the polished electrolytic alumina particles is greatly increased from that of the raw material alumina particles.
- the specific surface area change rate of the polished electrolytic alumina particles with respect to the raw material alumina particles is at least 25% and at most about 150%.
- FIG. 10 shows a micrograph of the fused alumina particles of the present embodiment
- FIG. 11 shows a micrograph of the conventional raw material alumina particles. According to this micrograph, it can be confirmed that in the polished electrolytic alumina particles, the corners of the particles having a diameter of several ⁇ m or more are rounded and the number of fine fused alumina particles having a thickness of 1 ⁇ m or less is increasing. As described above, by increasing the number of fine fused alumina particles, it becomes possible to increase the filler content in the resin composition when used as an alumina filler, and the thermal conductivity is enhanced.
- the alumina filler of the present embodiment has an average particle size D50 of the fused alumina particles larger than the average particle size D50 of the raw material alumina particles by -15% or more, more preferably -15% or more and + 15% or less. Can be used.
- the alumina filler containing the polished electrolytic alumina particles of the present embodiment described above is kneaded with the resin.
- a rotating / revolving mixer (Kentaro: manufactured by Shinky Co., Ltd.) can be used.
- the thermally conductive resin composition of the present embodiment comprises a resin containing the alumina filler of the present embodiment.
- the thermally conductive resin composition of the present embodiment can be produced by adding 1200 parts by mass to 1500 parts by mass of the alumina filler of the present embodiment to 100 parts by mass of the resin and kneading with a mixer.
- the alumina filler contains the polished electrolyzed alumina particles, the hardness or viscosity of the obtained heat conductive resin composition is about the same as that in the case where the raw material alumina particles are used as they are as the alumina filler.
- the filling amount of the alumina filler can be increased while keeping the value. As a result, a thermally conductive resin composition having a large thermal conductivity can be obtained.
- the s and time were set to 3 minutes, 30 minutes, 45 minutes, and 60 minutes, respectively, and the electrolytic alumina powder was polished to obtain a fluid.
- the fluid was heated to 90 ° C. using a heating furnace to evaporate water as a solvent, and the residue was pulverized in a mortar to obtain an inorganic filler powder.
- the obtained inorganic filler powder and a butadiene polymer (R-45HT: manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) are used as a matrix material using a rotating / revolving mixer (Awatori Rentaro: manufactured by Shinky Co., Ltd.).
- the mixture was kneaded to obtain a thermally conductive polymer composition.
- 1400 parts by mass of the inorganic filler powder was added to 100 parts by mass of the matrix material.
- the surface of the inorganic particles having a particle size of 1 ⁇ m or more is polished by swirling and flowing the raw material slurry obtained by diffusing the electrofusion alumina powder, which is an inorganic raw material powder, in a solvent at a peripheral speed of 10 m / sec or more to polish the inorganic raw material powder. It was confirmed that an inorganic filler powder coated with inorganic fine particles having a particle size of 10 nm or more and less than 0.1 ⁇ m can be produced.
- Hardness improvement rate (%) hardness of thermally conductive polymer composition using inorganic filler powder / hardness of thermally conductive polymer composition using fused alumina powder ⁇ 100 This result is shown graphically in FIG.
- the fused alumina particles 1 and the butadiene polymer (R-45HT: manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd. (hereinafter referred to as resin 1)) are mixed with a rotating / revolving mixer (Awatori Rentaro: Shinky Co., Ltd.).
- the heat conductive resin composition of Verification Example 3 was obtained by kneading using the above product. At this time, the relationship between the number of parts by mass (PHR) of each of the raw material alumina particles and the polished alumina particles 1 to which the resin 1 is added to 100 parts by mass and the thermal conductivity of the obtained heat conductive resin composition is shown. The graph is shown in FIG. The thermal conductivity was measured by the disk heat flow meter method (manufactured in-house, JIS A 1412-1, or a device based on ASTMD5470 with a rod made of aluminum).
- the measured values of the thermal conductivity of the thermally conductive resin composition are the case where the raw material alumina particles are added to the resin 1 and the case where the polished electrolytic alumina particles 1 are added. There is no big change. Therefore, it was confirmed that the filling state did not change between the raw material alumina particles and the polished electrolytic alumina particles 1.
- the raw material alumina particles 1200 parts by mass of the raw material alumina particles could be added to 100 parts by mass of the resin, whereas 1400 parts by mass of the polished electrolytic alumina particles could be added. .. Therefore, in the thermally conductive resin composition using the polished electrolytic alumina particles as the filler, more filler can be added, so that the thermal conductivity can be increased.
- alumina particles electrically fused alumina particles
- Table 2 shows the specific surface area of the raw material 1, the samples 01 to 04, the average particle size D50, and the rate of change with respect to each raw material 1.
- Table 2 shows the hardness of each of the heat conductive resin compositions using the raw material 1 and the samples 01 to 04, and the rate of change with respect to the heat conductive resin composition using the raw material 1.
- the equipment used for each measurement is as follows.
- Measurement of specific surface area BET method, fully automatic gas adsorption amount measuring device (Autosorb-iQ: Cantachrome Instruments Japan) Measurement of average particle size D50: Laser diffraction / scattering method, particle size distribution measuring device (MT3300EXII: Microtrack Bell Co., Ltd.) Hardness measurement: Durometer (Asker rubber hardness meter A type: Polymer meter Co., Ltd.)
- Table 3 shows the specific surface area of raw material 2, samples 11 to 13, the average particle size D50, and the rate of change with respect to each raw material 2.
- Table 3 shows the hardness of each of the heat conductive resin compositions using the raw material 2 and the samples 11 to 13 and the rate of change with respect to the heat conductive resin composition using the raw material 2. The equipment used for each measurement is the same as in Verification Example 3.
- Table 4 shows the specific surface area of the raw material 3, the samples 21 to 23, the average particle size D50, and the rate of change with respect to each raw material 3.
- Table 4 shows the hardness of each of the heat conductive resin compositions using the raw material 3 and the samples 21 to 23, and the rate of change with respect to the heat conductive resin composition using the raw material 3.
- the equipment used for each measurement is the same as in Verification Example 3.
- Table 5 shows the specific surface areas of the raw materials 4, the samples 31 and 32, the average particle size D50, and the rate of change with respect to each of the raw materials 4.
- Table 5 shows the hardness of each of the heat conductive resin compositions using the raw material 4, the samples 31 and 32, and the rate of change with respect to the heat conductive resin composition using the raw material 4.
- the equipment used for each measurement is the same as in Verification Example 3.
- the thermally conductive resin composition of the present embodiment prepared by using the samples 01 to 04, 11 to 13, 21 to 23, 31, and 32 obtained by polishing the raw materials 1 to 4 uses the raw materials 1 to 4. It was confirmed that the hardness can be reduced (-9% to -57%) and the shape followability can be improved as compared with the conventional heat conductive resin composition prepared in the above.
- the test method is as follows: 1 g of each of the molten alumina powders of the raw material 1, samples 04 and 05 and 40 g of ion-exchanged water are mixed to prepare a slurry (each having a concentration of 2.4% by mass), and a sample tube with a lid (inner diameter of 10 mm) is prepared. ) was injected so that the liquid level height was 20 mm. Then, after allowing to stand at room temperature for 2 hours, the supernatant solid content was separated and the mass was measured. Then, the ratio of the total solid content mass to the supernatant solid content mass was calculated. The results are shown in Table 7. The state of the test is shown in FIG.
- the polished electric melt alumina powder (Samples 04 and 05) of the present embodiment is a total solid with respect to the supernatant solid content mass with respect to the electric melt alumina powder (raw material 1) of the raw material 1. It was found that the component masses were 5.7 mass% and 0.3 mass%, respectively. Further, it was found that the ratio of the total solid content mass to the supernatant solid content mass tends to increase as the polishing time of the fused alumina powder of the raw material 1 increases.
- fine fused alumina particles of 1 ⁇ m or less which are fine particles floating on water, are formed by polishing the fused alumina particles (raw material 1).
- the specific surface area of the samples 04 and 05 with respect to the raw material 1 can be increased, and the thermal conductivity can be improved.
- An inorganic filler powder capable of obtaining a thermally conductive polymer composition having excellent thermal conductivity and low hardness at low cost, a thermally conductive polymer composition using the same, and an inorganic filler powder. Manufacturing method can be provided.
Abstract
粒径が１μｍ以上の無機粒子（１）の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子（２）で被覆した構造であり、前記無機微粒子（２）による前記無機粒子（１）の表面の被覆率が３０％以上であることを特徴とする無機フィラー粉末（３）。
Description
本発明は、熱伝導性材料として用いられる無機フィラー粉末、熱伝導性高分子組成物、および無機フィラー粉末の製造方法に関する。また、本発明は、熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー、熱伝導性樹脂組成物、および熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法に関する。
本願は、２０２０年３月１６日に、日本に出願された２０２０－０４５７９５号及び２０２１年２月１８日に、日本に出願された特願２０２１－０２４２４２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２０年３月１６日に、日本に出願された２０２０－０４５７９５号及び２０２１年２月１８日に、日本に出願された特願２０２１－０２４２４２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、電気自動車、燃料電池自動車などの進展に伴って、電気部品の大電流化が進んでおり、電気部品から生じる発熱量も増加しつつある。例えば、自動車用のリチウムイオンバッテリは、大電流の電力を長時間連続して出力するために発熱量が多くなり、生じた多量の熱を効率的に外部に放熱する必要がある。このため、リチウムイオンバッテリなど大電流を出力する電気部品の絶縁性が必要な部分における放熱部材として、熱伝導性に優れた熱伝導性高分子組成物を用いることがある。
従来、熱伝導性高分子組成物としては、絶縁性や成形性に優れた樹脂などのマトリックス材料に、熱伝導性に優れた無機材料からなる無機フィラー粉末を分散させたものが挙げられる。無機フィラー粉末としては、熱伝導性や比重の点から、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などが一般的に用いられている。
熱伝導性高分子組成物の熱伝導率は、無機フィラー粉末の含有率を高めることで向上させることができる。一例として、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率の熱伝導性高分子組成物を得るためには、マトリックス材料１００質量部に対して、１１００質量部以上の無機フィラー粉末を混錬させる必要がある。
しかし一方で、マトリックス材料に対して無機フィラー粉末の含有率を高めると、得られる熱伝導性高分子組成物の硬さも高くなり、流動性や成形性が低下するという課題があった。このため、例えば、特許文献１や特許文献２では、無機フィラー粉末として球状アルミナ粒子を用いることで、無機フィラー粉末の含有率を高めても硬さが低く抑えられ、かつ混練が容易な高分子組成物が開示されている。また、特許文献３には、γ－アルミナ粒子をαアルミナ粒子の表層に形成したアルミナフィラーが開示されている。更に、特許文献４には、樹脂の成型金型の摩耗を低減することを目的として、樹脂に低硬度の無機粉末を添加することが開示されている。
また、近年、電気自動車、燃料電池自動車などの進展に伴って、電気部品の大電流化が進んでおり、電気部品から生じる発熱量も増加しつつある。例えば、自動車用のリチウムイオンバッテリは、大電流の電力を長時間連続して出力するために発熱量が多くなり、生じた多量の熱を効率的に外部に放熱する必要がある。このため、リチウムイオンバッテリなど大電流を出力する電気部品のパッケージとして、熱伝導性に優れた樹脂材料（熱伝導性樹脂組成物）を用いることが一般的である。
従来、熱伝導性樹脂組成物としては、絶縁性や成形性に優れた樹脂材料に、熱伝導性に優れた無機材料フィラーを分散させたものが挙げられる。無機材料フィラーとしては、熱伝導性や比重の点から、電融アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）結晶粒子からなるアルミナフィラーが一般的に用いられている。
熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率は、アルミナフィラーの含有率を高めることで向上させることができる。一例として、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率の熱伝導性樹脂組成物を得るためには、樹脂材料１００質量部に対して、１１００質量部以上のアルミナフィラーを混錬させる必要がある。
しかし一方で、アルミナフィラーの含有率を高めると、得られる熱伝導性樹脂組成物の硬さも高くなり、使用箇所への充填性（形状追従性）が低下し、また、製造時に樹脂材料に対してアルミナフィラーを均一に混錬することも困難になるという課題があった。
このため、例えば、特許文献１では、アルミナフィラーとして球状アルミナ粒子を用いて、高含有率であっても硬さが低く抑えられ、かつ混練が容易な樹脂組成物が開示されている。
また、特許文献５には、平均粒子径が５～４０００μｍで、円形度が０．８５以上の丸味状電融アルミナ粒子が開示されている。
また、特許文献５には、平均粒子径が５～４０００μｍで、円形度が０．８５以上の丸味状電融アルミナ粒子が開示されている。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された樹脂組成物に用いる球状アルミナ粒子は製造工程が複雑であり、製造コストが高いという課題があった。
また、特許文献３に開示されたγ－アルミナ粒子をαアルミナ粒子の表層に形成する方法も、高温で加熱する工程が必要であるため、製造コストが高いという課題があった。
更に、特許文献４に開示された方法では、低硬度の無機粉末を高硬度の無機粉末に多量に添加すると樹脂の流動性が低下するという課題があった。
また、特許文献３に開示されたγ－アルミナ粒子をαアルミナ粒子の表層に形成する方法も、高温で加熱する工程が必要であるため、製造コストが高いという課題があった。
更に、特許文献４に開示された方法では、低硬度の無機粉末を高硬度の無機粉末に多量に添加すると樹脂の流動性が低下するという課題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、熱伝導性に優れ、かつ硬さが低い熱伝導性高分子組成物を低コストに得ることが可能な無機フィラー粉末、およびこれを用いた熱伝導性高分子組成物、また、無機フィラー粉末の製造方法を提供することを目的とする。
また、特許文献１に開示された樹脂組成物に用いる球状アルミナ粒子は製造工程が複雑であり、製造コストが高いという課題があった。
また、特許文献５に開示された丸味状電融アルミナ粒子は、製造原料として安価な電融アルミナを用いているものの、分級後に得られる丸味状電融アルミナ粒子の収量が低く、結果的に高コストになってしまうという課題があった。
また、特許文献５に開示された丸味状電融アルミナ粒子は、製造原料として安価な電融アルミナを用いているものの、分級後に得られる丸味状電融アルミナ粒子の収量が低く、結果的に高コストになってしまうという課題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、熱伝導性に優れ、かつ硬さが低い熱伝導性樹脂組成物を低コストに得ることが可能な熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー、およびこれを用いた熱伝導性樹脂組成物、またこの熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明一態様の無機フィラー粉末（以下、「本発明の無機フィラー粉末と称する。）は、粒径が１μｍ以上の無機粒子の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子で被覆した構造であり、前記無機微粒子による前記無機粒子の表面の被覆率が３０％以上であることを特徴とする。
即ち、本発明一態様の無機フィラー粉末（以下、「本発明の無機フィラー粉末と称する。）は、粒径が１μｍ以上の無機粒子の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子で被覆した構造であり、前記無機微粒子による前記無機粒子の表面の被覆率が３０％以上であることを特徴とする。
本発明の無機フィラー粉末によれば、粒径が１μｍ以上の無機粒子の表面の一部が、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子で被覆された構造にすることで、従来の球状アルミナ粒子を用いた場合と比較して、低コストで、マトリックス材料と混錬した際に高い熱伝導率をもつ無機フィラー粉末を実現できる。そして、本発明の無機フィラー粉末をマトリックス材料に混合すれば、柔軟で形状追従性に優れた熱伝導性高分子組成物を得ることができる。
また、本発明の無機フィラー粉末は、前記無機粒子および前記無機微粒子は、酸化アルミニウムを含んでいてもよい。
本発明の他態様の熱伝導性高分子組成物（以下、「本発明の熱伝導性高分子組成物」と称する。）は、前記各項に記載の無機フィラー粉末を、樹脂材料、エラストマー材料、およびゴム材料のうち少なくとも一つを含むマトリックス材料に混合してなることを特徴とする。
また、本発明の熱伝導性高分子組成物は、前記マトリックス材料を１００質量部に対して、前記無機フィラー粉末を１２００質量部以上含んでいてもよい。
本発明の他態様の無機フィラー粉末の製造方法（以下、「本発明の無機フィラー粉末の製造方法」と称する。）は、前記各項に記載の無機フィラー粉末の製造方法であって、無機原料粉末と溶媒とを混合した原料スラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させて前記無機原料粉末を研磨することによって、前記溶媒中に前記無機粒子と前記無機微粒子とが生成された流動体を得る流動研磨工程と、前記流動体から前記溶媒を除去して、前記無機粒子の表面に前記無機微粒子を付着させる乾燥工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明では、前記無機原料粉末は、電融アルミナ粉末を用いてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明の他態様の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー（以下、「本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー」と称する）は、電融アルミナ粒子を含む熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーであって、前記電融アルミナ粒子中に１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子を１質量％以上含むことを特徴とする。
即ち、本発明の他態様の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー（以下、「本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー」と称する）は、電融アルミナ粒子を含む熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーであって、前記電融アルミナ粒子中に１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子を１質量％以上含むことを特徴とする。
本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーによれば、１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子を少なくとも１質量％以上含むことにより、樹脂と混錬した際に、硬さが高くなりすぎないため成形性にすぐれ、多くのフィラーを含有した熱伝導性樹脂組成物を形成可能な熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーを実現できる。また、高価な丸み状アルミナ粒子を用いないので、低コストな熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーを実現できる。
また、本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーでは、前記電融アルミナ粒子は、水に対する２時間沈降試験において、全体固形分質量に対する上澄み固形分質量の割合が０．３質量％以上であってもよい。
本発明の他態様の熱伝導性樹脂組成物（以下、「本発明の熱伝導性樹脂組成物」と称する。）は、樹脂中に前記各項に記載の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーを含むことを特徴とする。
また、本発明の熱伝導性樹脂組成物は、前記樹脂１００質量部に対して、前記熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーを１２００質量部以上含んでいてもよい。
本発明の他態様の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法（以下、「本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法」と称する。）は、前記各項に記載の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法であって、前記電融アルミナ粒子と溶媒とを混合したスラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させ、前記電融アルミナ粒子どうしを衝突させて研磨する粒子研磨工程を有することを特徴とする。
また、本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法では、前記粒子研磨工程は３分以上６０分以下の範囲で行ってもよい。
また、本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法では、前記粒子研磨工程は、前記電融アルミナ粒子の比表面積を、前記粒子研磨工程を実施前の前記電融アルミナ粒子の比表面積に対して２５％以上大きくする工程であってもよい。
また、本発明の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法では、前記粒子研磨工程は、前記電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０を、前記粒子研磨工程を実施前の前記電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０に対して－１５％以上大きくする工程であってもよい。
本発明によれば、熱伝導性に優れ、かつ硬さが低い熱伝導性高分子組成物を低コストに得ることが可能な無機フィラー粉末、およびこれを用いた熱伝導性高分子組成物、また、無機フィラー粉末の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、熱伝導性に優れ、かつ硬さが低い熱伝導性樹脂組成物を低コストに得ることが可能な熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー、およびこれを用いた熱伝導性樹脂組成物、またこの熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法を提供することができる。
第１実施形態
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の無機フィラー粉末、およびこれを用いた熱伝導性高分子組成物、また、無機フィラー粉末の製造方法について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の無機フィラー粉末、およびこれを用いた熱伝導性高分子組成物、また、無機フィラー粉末の製造方法について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
（無機フィラー粉末）
無機フィラー粉末は、マトリックス材料と混合して熱伝導性高分子組成物を得るための熱伝導性材料である。本発明の一実施形態の無機フィラー粉末は、性状が微粉末状の酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）である。
無機フィラー粉末は、マトリックス材料と混合して熱伝導性高分子組成物を得るための熱伝導性材料である。本発明の一実施形態の無機フィラー粉末は、性状が微粉末状の酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）である。
熱伝導性高分子組成物のフィラーとしてアルミナを用いたのは、アルミナの熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度と比較的高いためである。
なお、無機フィラー粉末としては、本実施形態のアルミナ以外にも、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの熱伝導性の無機材料粉末を用いることができる。
なお、無機フィラー粉末としては、本実施形態のアルミナ以外にも、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの熱伝導性の無機材料粉末を用いることができる。
本実施形態の無機フィラー粉末は、電融アルミナ粉末（無機原料粉末）を研磨することによって得られるものであって、粒径が１μｍ以上の無機粒子の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子で被覆した構造である。
図１は、本実施形態の無機フィラー粉末３の電子顕微鏡写真（１００００倍）である。また、図２は、無機フィラー粉末３の１つの粒子を示す拡大模式図である。図１、図２に示すように、本実施形態の無機フィラー粉末３は、粒径が１μｍ以上の無機粒子１の表面の一部が、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子２で被覆された構造となっている。無機フィラー粉末３を構成する無機微粒子２は、無機粒子１の表面に付着（固着）している。
なお、以下の説明においては、無機粒子１と言った場合には粒径が１μｍ以上のアルミナ粒子を意味し、無機微粒子２と言った場合には、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満のアルミナ粒子を意味するものとする。
なお、以下の説明においては、無機粒子１と言った場合には粒径が１μｍ以上のアルミナ粒子を意味し、無機微粒子２と言った場合には、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満のアルミナ粒子を意味するものとする。
このような無機フィラー粉末３を構成する無機微粒子２による無機粒子１の表面の被覆率は３０％以上とされる。
ここでいう被覆率は、任意の範囲の無機フィラー粉末３を平面視した時に、無機粒子１の表面積（平面）に対して、無機微粒子２の表面積（平面）の割合（％）を示している。こうした被覆率の測定の一例としては、図３に示すように、無機フィラー粉末３の電子顕微鏡写真（例えば、倍率が１万倍～１０万倍程度）の任意の矩形領域をトリミングして二値化した画像を用意する。こうした画像は、無機粒子１が露出している部分が黒色で示され、無機微粒子２で覆われた部分が白色で示されている。そして、トリミングした矩形領域の面積（無機粒子１の表面積）に対して、白色領域が占める面積（無機微粒子２で覆われた面積）を画像処理によって算出することにより、被覆率（％）を得ることができる。
ここでいう被覆率は、任意の範囲の無機フィラー粉末３を平面視した時に、無機粒子１の表面積（平面）に対して、無機微粒子２の表面積（平面）の割合（％）を示している。こうした被覆率の測定の一例としては、図３に示すように、無機フィラー粉末３の電子顕微鏡写真（例えば、倍率が１万倍～１０万倍程度）の任意の矩形領域をトリミングして二値化した画像を用意する。こうした画像は、無機粒子１が露出している部分が黒色で示され、無機微粒子２で覆われた部分が白色で示されている。そして、トリミングした矩形領域の面積（無機粒子１の表面積）に対して、白色領域が占める面積（無機微粒子２で覆われた面積）を画像処理によって算出することにより、被覆率（％）を得ることができる。
以上のような本実施形態の無機フィラー粉末３は、粒径が１μｍ以上の無機粒子１の表面の一部が、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子２で被覆された構造にすることで、従来の球状アルミナ粒子を用いた場合と比較して、低コストで、マトリックス材料と混錬した際に高い熱伝導率をもつ無機フィラー粉末を実現できる。そして、本実施形態の無機フィラー粉末３をマトリックス材料に混合すれば、柔軟で形状追従性に優れた熱伝導性高分子組成物４を得ることができる。
（熱伝導性高分子組成物）
図４は、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４を示す拡大模式図である。
本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は、マトリックス材料中に本実施形態の無機フィラー粉末３を分散させたものからなり、例えば、マトリックス材料（５）１００質量部に対して、本実施形態の無機フィラー粉末３を１２００質量部以上混合させたペースト状のものであればよい。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態の無機フィラー粉末３を１２００質量部～７０００質量部混合させることによって、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４が得られる。
図４は、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４を示す拡大模式図である。
本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は、マトリックス材料中に本実施形態の無機フィラー粉末３を分散させたものからなり、例えば、マトリックス材料（５）１００質量部に対して、本実施形態の無機フィラー粉末３を１２００質量部以上混合させたペースト状のものであればよい。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態の無機フィラー粉末３を１２００質量部～７０００質量部混合させることによって、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４が得られる。
無機フィラー粉末を混合させるマトリックス材料５は、樹脂材料、エラストマー材料、およびゴム材料のうち少なくとも一つを含むものであればよい。
マトリックス材料５のうち、樹脂材料としては、特に限定されるものではなく、公知の樹脂材料を用いることができる。具体的には、炭化水素系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂等、キシレンホルムアルデヒド樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。
マトリックス材料５のうち、樹脂材料としては、特に限定されるものではなく、公知の樹脂材料を用いることができる。具体的には、炭化水素系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂等、キシレンホルムアルデヒド樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。
マトリックス材料５のうち、エラストマー材料としては、特に限定されるものではなく、公知のエラストマー材料を用いることができる。具体的には、ポリスチレン系エラストマー、ポリ塩化ビニル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等を挙げることができる。
マトリックス材料５のうち、ゴム材料としては、特に限定されるものではなく、公知のゴム材料を用いることができる。具体的には、天然ゴム、合成ゴムのいずれでもよく、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを挙げることができる。
本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）と樹脂とを混合した従来の熱伝導性高分子組成物と比較して、同一の配合比率において、硬さが４０％以上低下している。こうした硬さの低下、即ち、柔らかくなることによって、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は流動性が高められる。
これにより、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は、充填部分での形状追従性を向上させることができ、適用する伝熱対象物に隙間なく密着して効率よく伝熱させることができる。また、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）と樹脂とを混合した従来の熱伝導性高分子組成物と比較して、同程度の硬さとした場合は、より多くの無機フィラー粉末３を混合することができるため、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は、従来の原料アルミナ粒子を用いた熱伝導性高分子組成物と比較して、熱伝導性を向上させることができる。
（無機フィラー粉末の製造方法）
本実施形態の無機フィラー粉末３を製造する際には、まず、無機原料粉末を用意する。本実施形態では、無機原料粉末として、粒子状の電融アルミナを用いた。無機原料粉末として、電気アーク炉内でのボーキサイトの還元融解等によって製造される粒子状の電融アルミナを用いたのは、粒子径が大きくブロードな粒度分布を有すること、および樹脂等のマトリックス材料５に高い充填率で混合することが可能であり、熱伝導性高分子組成物４の熱伝導性を高めることができるためである。
電融アルミナとしては、市販の電融アルミナ粉末が利用できる。原料の電融アルミナ粉末は、例えば、篩目サイズ１００μｍの篩を通過した電融アルミナ粉末を使用する。
本実施形態の無機フィラー粉末３を製造する際には、まず、無機原料粉末を用意する。本実施形態では、無機原料粉末として、粒子状の電融アルミナを用いた。無機原料粉末として、電気アーク炉内でのボーキサイトの還元融解等によって製造される粒子状の電融アルミナを用いたのは、粒子径が大きくブロードな粒度分布を有すること、および樹脂等のマトリックス材料５に高い充填率で混合することが可能であり、熱伝導性高分子組成物４の熱伝導性を高めることができるためである。
電融アルミナとしては、市販の電融アルミナ粉末が利用できる。原料の電融アルミナ粉末は、例えば、篩目サイズ１００μｍの篩を通過した電融アルミナ粉末を使用する。
次に、この電融アルミナ粉末（無機原料粉末）と、溶媒とを混合した原料スラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させ、電融アルミナ粉末どうしを衝突させて研磨する（流動研磨工程）。これにより、溶媒中に無機粒子１と無機微粒子２とが生成された流動体を生成する。
こうした無機原料粉末である電融アルミナ粉末をスラリー化させる溶媒としては、アルミナを溶解しない安定した液体、例えば水を用いる。本実施形態では、溶媒としてイオン交換水を用いている。溶媒として水を用いた場合の電融アルミナ粉末の濃度は、例えば、７０質量％～８０質量％程度にすればよい。
こうした電融アルミナ粉末と水とをスラリー化（原料スラリー）して研磨する手段としては、例えば、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）が挙げられる。この乳化・分散装置は、水冷されるステータ内で攪拌ローターが高速回転する。ステータと攪拌ローターとの隙間に上述した電融アルミナ粉末と水とが導入されると、攪拌ローターの回転によって電融アルミナ粉末が水に対して均質に分散した原料スラリー（分散液）となり、この原料スラリー中で電融アルミナ粉末の粒子どうしが衝突することによって自己研磨される。
ローターの回転速度は、１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速に設定される。これにより、原料スラリーは１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動され、電融アルミナ粉末を効率的に研磨して、溶媒中に粒径が１μｍ以上の無機粒子１と、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子２とを生成することができる。
これは、電融アルミナ粉末の粒子どうしの衝突研磨によって、電融アルミナ粉末の粒子の尖った角部が削り取られて無機粒子１が生成されるとともに、削り取られた角部が無機微粒子２になるものと考えられる。
また、こうした粒子研磨工程での電融アルミナ粉末（無機原料粉末）の研磨時間は、３分以上６０分以下の範囲で行えばよい。研磨時間が３分未満では、無機微粒子２が充分に生成されない懸念がある。また、長時間研磨を行うと、アルミナ粒子が破砕されて粒子が細かくなりすぎて、無機粒子１が少なくなりすぎる懸念がある。粒子が細かくなりすぎた場合、樹脂との混錬時に粘度が高くなりすぎ成形性が悪くなったり、十分な量の無機フィラー粉末３がマトリックス材料に混合できずに熱伝導度が充分に向上しなかったりするおそれがある。
乳化・分散装置には、電融アルミナ粉末と水とを個別に２液で供給しても、予め混合したスラリーで供給してもよい。
なお、電融アルミナ粉末と水とをスラリー化して研磨する手段としては、他にもビースミルやボールミルなども挙げられるが、粉砕効果が大きすぎることやビーズやボールなどのメディアの混入による品質の低下の懸念がある。
次に、粒子研磨工程で得られた、溶媒内で無機粒子１と無機微粒子２とが生成された流動体から溶媒を除去することで、無機粒子１の表面に無機微粒子２を付着させた無機フィラー粉末３を生成する（乾燥工程）。
この乾燥工程では、例えば、加熱式乾燥機を用いて、例えば８０℃～１００℃程度で流動体を加熱することで、流動体から溶媒を蒸発させるとともに、この溶媒の蒸発過程で無機粒子１の表面に無機微粒子２を付着（固着）させる。
これにより、粒径が１μｍ以上の無機粒子１の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子２で被覆した構造であり、無機微粒子２による無機粒子１の表面の被覆率が３０％以上の無機フィラー粉末３が得られる。
これにより、粒径が１μｍ以上の無機粒子１の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子２で被覆した構造であり、無機微粒子２による無機粒子１の表面の被覆率が３０％以上の無機フィラー粉末３が得られる。
なお、本実施形態における粒径は、メジアン径（中央径）、即ち頻度の累積が５０％になる平均粒子径Ｄ５０である。こうした平均粒子径Ｄ５０の測定は、レーザー回折散乱式の粒度分布測定装置（ＭＴ３３００ＥＸII：マイクロトラック・ベル株式会社）を用いて行った。
（熱伝導性高分子組成物の製造方法）
本実施形態の熱伝導性高分子組成物４の製造方法は、上述した本実施形態の無機フィラー粉末３をマトリックス材料５に混練する。無機フィラー粉末３をマトリックス材料５、例えば樹脂に混錬するには、例えば、自転・公転式のミキサー（練太郎：株式会社シンキー製）を用いることができる。
本実施形態の熱伝導性高分子組成物４の製造方法は、上述した本実施形態の無機フィラー粉末３をマトリックス材料５に混練する。無機フィラー粉末３をマトリックス材料５、例えば樹脂に混錬するには、例えば、自転・公転式のミキサー（練太郎：株式会社シンキー製）を用いることができる。
本実施形態の熱伝導性高分子組成物４は、マトリックス材料５中に本実施形態の無機フィラー粉末３を含むものからなる。例えば、マトリックス材料（５）１００質量部に対して、本実施形態の無機フィラー粉末３を１２００質量部～７０００質量部加え、ミキサーによって混練することによって、本実施形態の熱伝導性高分子組成物４を製造することができる。
この時、無機フィラー粉末３は、粒径が１μｍ以上の無機粒子１の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子２で被覆した構造のため、原料アルミナ粒子をそのままアルミナフィラーとして用いた場合と比較して、得られる熱伝導性高分子組成物４の硬さあるいは粘度を同程度にしたまま、無機フィラー粉末３の充填量を多くすることができる。これにより、熱伝導率の大きい熱伝導性高分子組成物４を得ることができる。
第２実施形態
第２実施形態
以下、図面を参照して、本発明の他実施形態の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー、およびこれを用いた熱伝導性樹脂組成物、またこの熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
（熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー）
熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー（以下、アルミナフィラーと称する）は、樹脂と混合して熱伝導性樹脂組成物を得るための熱伝導材料である。本発明の他実施形態のアルミナフィラーは、性状が微粉末状のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）である。
熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラー（以下、アルミナフィラーと称する）は、樹脂と混合して熱伝導性樹脂組成物を得るための熱伝導材料である。本発明の他実施形態のアルミナフィラーは、性状が微粉末状のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）である。
熱伝導性樹脂組成物のフィラーとしてアルミナを用いたのは、アルミナの熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度と比較的高いためである。
本実施形態のアルミナフィラーは、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）を研磨することによって得られる電融アルミナ粒子を含み、具体的には、１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子を少なくとも１質量％以上含んでいる。
なお、以下の説明においては、微細電融アルミナ粒子と言った場合には１μｍ以下の電融アルミナ粒子を意味し、単に電融アルミナ粒子と言った場合には、特に粒径の限定の無い電融アルミナ粒子を意味するものとする。
なお、以下の説明においては、微細電融アルミナ粒子と言った場合には１μｍ以下の電融アルミナ粒子を意味し、単に電融アルミナ粒子と言った場合には、特に粒径の限定の無い電融アルミナ粒子を意味するものとする。
研磨された電融アルミナ粒子の製造原料である原料アルミナ粒子として、電気アーク炉内でのボーキサイトの還元融解等によって製造される電融アルミナ粒子を用いたのは、粒子径が大きくブロードな粒度分布を有すること、および樹脂等に高い充填率で混合することが可能であり、熱伝導性樹脂組成物の熱伝導性を高めることができるためである。
また、本実施形態のアルミナフィラーは、電融アルミナ粒子の比表面積が原料アルミナ粒子の比表面積に対して２５％以上大きい。即ち、後述するアルミナフィラーの製造方法において、原料アルミナ粒子を研磨することで、原料アルミナ粒子の比表面積を２５％以上向上させた電融アルミナ粒子を用いている。
本実施形態における比表面積は、単位質量あたりの表面積（ｍ２／ｇ）である。本実施形態における比表面積の測定は、ＢＥＴ法（粉体粒子表面に、吸着占有面積が既知の分子を液体窒素で吸着させ、その吸着量から試料の比表面積を算出する）によって行った。
こうした比表面積の測定は、全自動ガス吸着量測定装置（Ａｕｔｏｓｏｒｂ－ｉＱ：カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン）を用いて行った。
こうした比表面積の測定は、全自動ガス吸着量測定装置（Ａｕｔｏｓｏｒｂ－ｉＱ：カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン）を用いて行った。
また、本実施形態のアルミナフィラーに含まれる電融アルミナ粒子は、水に対する２時間沈降試験において、上澄み固形分質量に対する全体固形分質量が少なくとも０．３質量％以上、好ましくは２．０質量％以上、より好ましくは５．０質量％以上である。
なお、本実施形態における沈降試験は、試料となる電融アルミナ粒子を濃度が２．４質量％となるように水に懸濁させてスラリーを形成し、このスラリーを液面高さが２０ｍｍとなるように容器に注入し、２時間静置する。その後、上澄みを分取して９０℃で水分を蒸発させ、残留固形分の質量を測定し、スラリーの全体固形分質量に対する残留固形分の質量の比率（百分率）を算出したものである。
以上のような本実施形態のアルミナフィラーは、１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子を少なくとも１質量％以上含むことにより、球状アルミナ粒子を用いた場合と比較して、低コストで、樹脂と混錬した際に高い熱伝導率をもつアルミナフィラーを実現できる。そして、本実施形態のアルミナフィラーを樹脂に混合すれば、低硬さで形状追従性に優れた熱伝導性樹脂組成物を得ることができる。
（熱伝導性樹脂組成物）
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、樹脂中に本実施形態のアルミナフィラーを含むものからなる。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態のアルミナフィラーを１２００質量部以上混合させたペースト状のものであればよい。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態のアルミナフィラー１２００質量部～１５００質量部を混合させることによって、本実施形態の熱伝導性樹脂組成物が得られる。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、樹脂中に本実施形態のアルミナフィラーを含むものからなる。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態のアルミナフィラーを１２００質量部以上混合させたペースト状のものであればよい。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態のアルミナフィラー１２００質量部～１５００質量部を混合させることによって、本実施形態の熱伝導性樹脂組成物が得られる。
アルミナフィラーと混合させる樹脂としては、特に限定されるものではなく、特に制限されず、公知な樹脂を用いることができる。具体的には、炭化水素系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂等、キシレンホルムアルデヒド樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等が例示できる。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）と樹脂とを混合した従来の熱伝導性樹脂組成物と比較して、同一の配合比率において、硬さが９％以上５７％以下の範囲で低下している。こうした硬さの低下、即ち、柔らかくなることによって、本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は流動性が高められる。これにより、本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、充填部分での形状追従性を向上させることができ、伝熱対象物に隙間なく密着して効率よく伝熱させることができる。また、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）と樹脂とを混合した従来の熱伝導性樹脂組成物と比較して、同程度の硬さとした場合は、多くのフィラーを混合することができるため、本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性を向上させることができる。
（熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーの製造方法）
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーを製造する際には、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）を研磨する粒子研磨工程を行うことにより製造する。
粒子研磨工程では、原料アルミナ粒子と溶媒とを混合したスラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させ、原料アルミナ粒子どうしを衝突させて研磨する。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーを製造する際には、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）を研磨する粒子研磨工程を行うことにより製造する。
粒子研磨工程では、原料アルミナ粒子と溶媒とを混合したスラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させ、原料アルミナ粒子どうしを衝突させて研磨する。
粒子研磨工程では、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、市販の電融アルミナ粉末が利用できる。原料の電融アルミナ粉末は、アルミナフィラーが組成物の表面粗さを考慮すると１００μｍを超える径の粒子を含まないことが好ましいので、篩目サイズ１００μｍの篩を通過した電融アルミナ粉末を使用する。
なお、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）は、例えば、微細電融アルミナ粒子が１％未満の電融アルミナ粒子を用いても良い。
なお、原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）は、例えば、微細電融アルミナ粒子が１％未満の電融アルミナ粒子を用いても良い。
こうした原料の電融アルミナ粉末をスラリー化させる溶媒としては、アルミナを溶解しない安定した液体、例えば水を用いる。本実施形態では、溶媒としてイオン交換水を用いている。溶媒として水を用いた場合の原料アルミナ粒子の濃度は、例えば、７０質量％～８０質量％程度にすればよい。
こうした原料アルミナ粒子と水とをスラリー化して研磨する手段としては、例えば、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）が挙げられる。この乳化・分散装置は、水冷されるステータ内で攪拌ローターが高速回転する。ステータと攪拌ローターとの隙間に上述した原料アルミナ粒子と水とが導入されると、攪拌ローターの回転によって原料アルミナ粒子が水に対して均質に分散したスラリー（分散液）となり、このスラリー中で原料アルミナ粒子どうしが衝突することによって自己研磨される。
ローターの回転速度は、１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速であればよい。これにより、スラリーは１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動され、原料アルミナ粒子を効率的に研磨することができる。また、こうした粒子研磨工程での原料アルミナ粒子の研磨時間は、３分以上６０分以下の範囲で行えばよい。研磨時間が３分未満では、比表面積が原料アルミナ粒子に対して十分に大きくならない懸念がある。また、長時間研磨を行うと、アルミナ粒子が破砕されて粒子が細かくなりすぎてしまうおそれがある。粒子が細かくなりすぎた場合、樹脂との混錬時に粘度が高くなりすぎ成形性が悪くなったり、十分な量のフィラーが混合できずに熱伝導度が充分に向上しなかったりするおそれがある。
乳化・分散装置には、原料アルミナ粒子と水とを個別に２液で供給しても、予め混合したスラリーで供給してもよい。
なお、原料アルミナ粒子と水とをスラリー化して研磨する手段としては、他にもビースミルやボールミルなども挙げられるが、粉砕効果が大きすぎることやビーズやボールなどのメディアの混入による品質の低下の懸念がある。
以上のような粒子研磨工程を行った後、濾過による固液分離や、乾燥による水分除去によって、研磨された電融アルミナ粒子を得る。本実施形態の熱伝導性樹脂組成物用アルミナフィラーは、上述した方法によって得られた１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子を１質量％以上含む。
このように、原料アルミナ粒子どうしを衝突させて研磨することによって得られる電融アルミナ粒子は、平均粒子径Ｄ５０が原料アルミナ粒子から大きく変化していない。例えば、電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０は、原料アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０に対して－１５％以上大きく、最大でも１５％程度である。
本実施形態における平均粒子径Ｄ５０は、メジアン径（中央径）、即ち頻度の累積が５０％になる粒子径である。こうした平均粒子径Ｄ５０の測定は、レーザー回折散乱式の粒度分布測定装置（ＭＴ３３００ＥＸII：マイクロトラック・ベル株式会社）を用いて行った。
なお、原料アルミナ粒子を研磨した場合、電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０は、原料アルミナ粒子平均粒子径Ｄ５０に対して必ず小さくなる。つまり、原理的には、電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０は、原料アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０に対してプラスになることはない。しかし、研磨後の微細粒子が充分に回収されない場合、見かけ上の電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０の方が大きくなってしまう場合がある。
一方、研磨された電融アルミナ粒子は、比表面積が原料アルミナ粒子から大きく増加する。例えば、原料アルミナ粒子に対する研磨された電融アルミナ粒子の比表面積変化率は、少なくとも２５％、最大で１５０％程度である。
これは、原料アルミナ粒子どうしの衝突研磨によって、原料アルミナ粒子の尖った角部がわずかに丸められ、微細電融アルミナ粒子が増加した結果と考えられる。こうした本実施形態の電融アルミナ粒子の顕微鏡写真を図１０に、従来の原料アルミナ粒子の顕微鏡写真を図１１にそれぞれ示す。この顕微鏡写真によれば、研磨後の電融アルミナ粒子は、数μｍ以上の粒子の角部が丸まり、１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子が増加していることが確認できる。このように、微細電融アルミナ粒子が増えることで、アルミナフィラーとして用いた際に、樹脂組成物中のフィラー含有量を増やすことが可能になり、熱伝導性が高められる。
本実施形態のアルミナフィラーは、電融アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０が、原料アルミナ粒子の平均粒子径Ｄ５０に対して－１５％以上大きいもの、より好ましくは－１５％以上、＋１５％以下の範囲のものを用いることができる。
（熱伝導性樹脂組成物の製造方法）
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物の製造方法は、上述した本実施形態の研磨された電融アルミナ粒子を含むアルミナフィラーを樹脂に混練する。アルミナフィラーを樹脂に混錬するには、例えば、自転・公転式のミキサー（練太郎：株式会社シンキー製）を用いることができる。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物の製造方法は、上述した本実施形態の研磨された電融アルミナ粒子を含むアルミナフィラーを樹脂に混練する。アルミナフィラーを樹脂に混錬するには、例えば、自転・公転式のミキサー（練太郎：株式会社シンキー製）を用いることができる。
本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、樹脂中に本実施形態のアルミナフィラーを含むものからなる。例えば、樹脂１００質量部に対して、本実施形態のアルミナフィラーを１２００質量部～１５００質量部加え、ミキサーによって混練することによって、本実施形態の熱伝導性樹脂組成物を製造することができる。この時、アルミナフィラーは研磨された電融アルミナ粒子を含むことによって、原料アルミナ粒子をそのままアルミナフィラーとして用いた場合と比較して、得られる熱伝導性樹脂組成物の硬さあるいは粘度を同程度にしたまま、アルミナフィラーの充填量を多くすることができる。これにより、熱伝導率の大きい熱伝導性樹脂組成物が得られる。
以上、本発明の本発明の第１及び第２実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
以下、本発明の効果を検証した検証結果を示す。
無機原料粉末として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を用いた。イオン交換水で電融アルミナ粉末を濃度７２質量％のスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、攪拌ローターの周速を３２ｍ／ｓないし３５ｍ／ｓ、時間を３分、３０分、４５分、６０分にそれぞれ設定し、電融アルミナ粉末の研磨処理を行い、流動体を得た。
次に、加熱炉を用いて流動体を９０℃に加熱して、溶媒である水を蒸発させ、残留物を乳鉢で粉砕することにより無機フィラー粉末を得た。
無機原料粉末として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を用いた。イオン交換水で電融アルミナ粉末を濃度７２質量％のスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、攪拌ローターの周速を３２ｍ／ｓないし３５ｍ／ｓ、時間を３分、３０分、４５分、６０分にそれぞれ設定し、電融アルミナ粉末の研磨処理を行い、流動体を得た。
次に、加熱炉を用いて流動体を９０℃に加熱して、溶媒である水を蒸発させ、残留物を乳鉢で粉砕することにより無機フィラー粉末を得た。
そして、得られた無機フィラー粉末と、マトリックス材料としてブタジエン系ポリマー（Ｒ－４５ＨＴ：出光興産株式会社製）とを、自転・公転式のミキサー（あわとり練太郎：株式会社シンキー製）を用いて混錬して熱伝導性高分子組成物を得た。
この時、マトリックス材料を１００質量部に対して無機フィラー粉末を１４００質量部加えた。
この時、マトリックス材料を１００質量部に対して無機フィラー粉末を１４００質量部加えた。
（検証例１）
上述したそれぞれの研磨時間で得られた無機フィラー粉末の電子顕微鏡写真を撮影した。研磨時間３分の場合を図５、研磨時間３０分の場合を図６、研磨時間４５分の場合を図７、研磨時間６０分の場合を図８にそれぞれ示す。
なお、図５～図８に示すそれぞれの写真において、黒い背景部分は１つの無機粒子の表面の一部が拡大されたものであり、この背景部分の上に表示されている０．１μｍ未満の多数の粒子が無機微粒子である。
上述したそれぞれの研磨時間で得られた無機フィラー粉末の電子顕微鏡写真を撮影した。研磨時間３分の場合を図５、研磨時間３０分の場合を図６、研磨時間４５分の場合を図７、研磨時間６０分の場合を図８にそれぞれ示す。
なお、図５～図８に示すそれぞれの写真において、黒い背景部分は１つの無機粒子の表面の一部が拡大されたものであり、この背景部分の上に表示されている０．１μｍ未満の多数の粒子が無機微粒子である。
そして、これら図５～図８のそれぞれの電子顕微鏡写真において、任意の矩形領域（０．５μｍ×０．５μｍ）をそれぞれ３か所（視野１～３）設定し、図３に示すような二値化処理を行った後、無機粒子の無機微粒子による被覆率（％）を算出した。この被覆率の結果を表１に示す。
表１によれば、研磨を行う時間が長くなるほど被覆率が高まることが確認された。無機原料粉末である電融アルミナ粉末を溶媒に拡散させた原料スラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させて無機原料粉末を研磨することによって、粒径が１μｍ以上の無機粒子の表面を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子で被覆した無機フィラー粉末を生成できることが確認された。
（検証例２）
次に、研磨時間３分の無機フィラー粉末（平均被覆率２１．４％）、研磨時間３０分の無機フィラー粉末（平均被覆率３０．１％）、研磨時間４５分の無機フィラー粉末（平均被覆率５６．２％）、研磨時間６０分の無機フィラー粉末（平均被覆率９０．９％）、および研磨を行わない原料である電融アルミナ粉末（平均被覆率１４．５％）を用いたそれぞれの熱伝導性高分子組成物の硬さを測定した。
硬さの測定：デュロメータ（アスカーゴム硬さ計Ａ型：高分子計器株式会社）
次に、研磨時間３分の無機フィラー粉末（平均被覆率２１．４％）、研磨時間３０分の無機フィラー粉末（平均被覆率３０．１％）、研磨時間４５分の無機フィラー粉末（平均被覆率５６．２％）、研磨時間６０分の無機フィラー粉末（平均被覆率９０．９％）、および研磨を行わない原料である電融アルミナ粉末（平均被覆率１４．５％）を用いたそれぞれの熱伝導性高分子組成物の硬さを測定した。
硬さの測定：デュロメータ（アスカーゴム硬さ計Ａ型：高分子計器株式会社）
そして、原料である電融アルミナ粉末を用いた熱伝導性高分子組成物の硬さに対して、研磨時間を変えたそれぞれの無機フィラー粉末を用いた熱伝導性高分子組成物の硬さの改善率（％）を測定した。
硬さ改善率（％）＝無機フィラー粉末を用いた熱伝導性高分子組成物の硬さ／電融アルミナ粉末を用いた熱伝導性高分子組成物の硬さ×１００
この結果を図９にグラフで示す。
硬さ改善率（％）＝無機フィラー粉末を用いた熱伝導性高分子組成物の硬さ／電融アルミナ粉末を用いた熱伝導性高分子組成物の硬さ×１００
この結果を図９にグラフで示す。
図９に示す結果によれば、無機粒子に対する無機微粒子の平均被覆率が３０％以上の無機フィラー粉末を用いて熱伝導性高分子組成物を製造することによって、研磨処理を行わない電融アルミナ粉末を用いた従来の熱伝導性高分子組成物よりも、硬さが４０％以上柔らかくなり、大幅に柔軟性を高められることが分かった。
以下、本発明の効果を検証した検証結果を示す。
（検証例３）
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を用いた。イオン交換水で原料アルミナ粒子を濃度７２質量％のスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、攪拌ローターの周速を３５ｍ／ｓ、時間を６０分に設定し、原料アルミナ粒子の研磨処理を行った。これにより、検証例３の電融アルミナ粒子（以下、研磨アルミナ粒子１と称する）を得た。
（検証例３）
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を用いた。イオン交換水で原料アルミナ粒子を濃度７２質量％のスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、攪拌ローターの周速を３５ｍ／ｓ、時間を６０分に設定し、原料アルミナ粒子の研磨処理を行った。これにより、検証例３の電融アルミナ粒子（以下、研磨アルミナ粒子１と称する）を得た。
そして、この電融アルミナ粒子１と、ブタジエン系ポリマー（Ｒ－４５ＨＴ：出光興産株式会社製（以下、樹脂１と称する））とを、自転・公転式のミキサー（あわとり練太郎：株式会社シンキー製）を用いて混錬し、検証例３の熱伝導性樹脂組成物を得た。
この時、樹脂１を１００質量部に対して加えた原料アルミナ粒子および研磨アルミナ粒子１のそれぞれの質量部数（ＰＨＲ）と、得られた熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率との関係を示すグラフを図１２に示す。
熱伝導率の測定は円板熱流計法（自社製、ＪＩＳ Ａ １４１２－１、又は、ＡＳＴＭＤ５４７０に基づいた装置でロッドがアルミニウム製）によって行った。
この時、樹脂１を１００質量部に対して加えた原料アルミナ粒子および研磨アルミナ粒子１のそれぞれの質量部数（ＰＨＲ）と、得られた熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率との関係を示すグラフを図１２に示す。
熱伝導率の測定は円板熱流計法（自社製、ＪＩＳ Ａ １４１２－１、又は、ＡＳＴＭＤ５４７０に基づいた装置でロッドがアルミニウム製）によって行った。
図１２に示すグラフによれば、熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率の実測値は、樹脂１に原料アルミナ粒子を添加した場合と、研磨された電融アルミナ粒子１を添加した場合とで大きな変化がない。従って、原料アルミナ粒子と研磨された電融アルミナ粒子１とで、充填状態が変わっていないことが確認された。
一方で、原料アルミナ粒子においては、樹脂１００質量部に対して、原料アルミナ粒子を最大で１２００質量部添加できたのに対し、研磨された電融アルミナ粒子は１４００質量部添加することができた。したがって、研磨された電融アルミナ粒子をフィラーとして用いた熱伝導性樹脂組成物の方が、フィラーを多く添加することができるので熱伝導率を大きくすることができた。
一方で、原料アルミナ粒子においては、樹脂１００質量部に対して、原料アルミナ粒子を最大で１２００質量部添加できたのに対し、研磨された電融アルミナ粒子は１４００質量部添加することができた。したがって、研磨された電融アルミナ粒子をフィラーとして用いた熱伝導性樹脂組成物の方が、フィラーを多く添加することができるので熱伝導率を大きくすることができた。
（検証例４）
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を用いた（以下、原料１と称する）。この原料１を１２７０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３５ｍ／ｓ、時間を３分（試料０１）、３０分（試料０２）、４５分（試料０３）、６０分（試料０４）にそれぞれ設定し、原料１の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料１、試料０１～０４をそれぞれ１４００質量部とを混錬して検証例４の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を用いた（以下、原料１と称する）。この原料１を１２７０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３５ｍ／ｓ、時間を３分（試料０１）、３０分（試料０２）、４５分（試料０３）、６０分（試料０４）にそれぞれ設定し、原料１の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料１、試料０１～０４をそれぞれ１４００質量部とを混錬して検証例４の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料１、試料０１～０４の比表面積、平均粒子径Ｄ５０、およびそれぞれの原料１に対する変化率を表２に示す。また、原料１、試料０１～０４を用いたそれぞれの熱伝導性樹脂組成物の硬さ、および原料１を用いた熱伝導性樹脂組成物に対する変化率を表２に示す。なお、それぞれの測定に用いた機器は以下の通りである。
比表面積の測定：ＢＥＴ法、全自動ガス吸着量測定装置（Ａｕｔｏｓｏｒｂ－ｉＱ：カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン）
平均粒子径Ｄ５０の測定：レーザー回折散乱法、粒度分布測定装置（ＭＴ３３００ＥＸII：マイクロトラック・ベル株式会社）
硬さの測定：デュロメータ（アスカーゴム硬さ計Ａ型：高分子計器株式会社）
比表面積の測定：ＢＥＴ法、全自動ガス吸着量測定装置（Ａｕｔｏｓｏｒｂ－ｉＱ：カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン）
平均粒子径Ｄ５０の測定：レーザー回折散乱法、粒度分布測定装置（ＭＴ３３００ＥＸII：マイクロトラック・ベル株式会社）
硬さの測定：デュロメータ（アスカーゴム硬さ計Ａ型：高分子計器株式会社）
（検証例５）
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を７５質量％、電融アルミナ粉末Ｆ２２０（平均粒子径Ｄ５０＝６０μｍ：日本軽金属株式会社製）を２５質量％の割合で均一に混合したものを用いた（以下、原料２と称する）。この原料２を１２７０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３２ｍ／ｓ、時間を１５分（試料１１）、３０分（試料１２）、４５分（試料１３）にそれぞれ設定し、原料２の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料２、試料１１～１３をそれぞれ１４００質量部とを混錬して検証例５の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を７５質量％、電融アルミナ粉末Ｆ２２０（平均粒子径Ｄ５０＝６０μｍ：日本軽金属株式会社製）を２５質量％の割合で均一に混合したものを用いた（以下、原料２と称する）。この原料２を１２７０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３２ｍ／ｓ、時間を１５分（試料１１）、３０分（試料１２）、４５分（試料１３）にそれぞれ設定し、原料２の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料２、試料１１～１３をそれぞれ１４００質量部とを混錬して検証例５の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料２、試料１１～１３の比表面積、平均粒子径Ｄ５０、およびそれぞれの原料２に対する変化率を表３に示す。また、原料２、試料１１～１３を用いたそれぞれの熱伝導性樹脂組成物の硬さ、および原料２を用いた熱伝導性樹脂組成物に対する変化率を表３に示す。なお、それぞれの測定に用いた機器は検証例３と同様である。
（検証例６）
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を５０質量％、電融アルミナ粉末Ｆ２２０（平均粒子径Ｄ５０＝６０μｍ：日本軽金属株式会社製）を５０質量％の割合で均一に混合したものを用いた（以下、原料３と称する）。この原料３を１２７０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３２ｍ／ｓ、時間を１５分（試料２１）、３０分（試料２２）、４５分（試料２３）にそれぞれ設定し、原料３の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料３、試料２１～２３をそれぞれ１４００質量部とを混錬して検証例６の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）を５０質量％、電融アルミナ粉末Ｆ２２０（平均粒子径Ｄ５０＝６０μｍ：日本軽金属株式会社製）を５０質量％の割合で均一に混合したものを用いた（以下、原料３と称する）。この原料３を１２７０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３２ｍ／ｓ、時間を１５分（試料２１）、３０分（試料２２）、４５分（試料２３）にそれぞれ設定し、原料３の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料３、試料２１～２３をそれぞれ１４００質量部とを混錬して検証例６の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料３、試料２１～２３の比表面積、平均粒子径Ｄ５０、およびそれぞれの原料３に対する変化率を表４に示す。また、原料３、試料２１～２３を用いたそれぞれの熱伝導性樹脂組成物の硬さ、および原料３を用いた熱伝導性樹脂組成物に対する変化率を表４に示す。なお、それぞれの測定に用いた機器は検証例３と同様である。
（検証例７）
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）をジェットミル（型番ＳＴＪ－２００：株式会社セイシン企業）で粉砕・分級して、平均粒子径Ｄ５０＝３．９μｍの電融アルミナ粉末を得た（以下、原料４と称する）。この原料４を７２０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３２ｍ／ｓ、時間を３０分（試料３１）、６０分（試料３２）にそれぞれ設定し、原料４の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料４、試料３１、３２をそれぞれ１１００質量部とを混錬して検証例７の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料アルミナ粒子（電融アルミナ粒子）として、電融アルミナ粉末Ｖ３２５Ｆ（平均粒子径Ｄ５０＝１１．１μｍ：日本軽金属株式会社製）をジェットミル（型番ＳＴＪ－２００：株式会社セイシン企業）で粉砕・分級して、平均粒子径Ｄ５０＝３．９μｍの電融アルミナ粉末を得た（以下、原料４と称する）。この原料４を７２０ｇ用いて、イオン交換水６８０ｇと混合してスラリーとし、乳化・分散装置（アスペックディスパーサーZERO 広島メタル＆マシナリー株式会社製）を用い、周速を３２ｍ／ｓ、時間を３０分（試料３１）、６０分（試料３２）にそれぞれ設定し、原料４の研磨処理を行った。
そして、樹脂１を１００質量部と、原料４、試料３１、３２をそれぞれ１１００質量部とを混錬して検証例７の熱伝導性樹脂組成物を作製した。
原料４、試料３１、３２の比表面積、平均粒子径Ｄ５０、およびそれぞれの原料４に対する変化率を表５に示す。また、原料４、試料３１、３２を用いたそれぞれの熱伝導性樹脂組成物の硬さ、および原料４を用いた熱伝導性樹脂組成物に対する変化率を表５に示す。なお、それぞれの測定に用いた機器は検証例３と同様である。
表２～表５に示す結果によれば、それぞれ原料１～４の市販の電融アルミナ粉末を研磨することによって、平均粒子径Ｄ５０を大きく変化させずに（－１５％～＋１０％の範囲内）、比表面積だけを増大（＋２５％～＋１４６％）させることが可能であることが確認された。
そして、こうした原料１～４を研磨処理した試料０１～０４、１１～１３、２１～２３、３１、３２を用いて作成した本実施形態の熱伝導性樹脂組成物は、原料１～４を用いて作成した従来の熱伝導性樹脂組成物と比較して、硬さを低下（－９％～－５７％）させて、形状追従性を高められることが確認された。
（検証例８）
上述した検証例３の原料１と、試料０４とをそれぞれ用い、樹脂１を１００質量部に対して４００質量部および６００質量部それぞれ混錬して、熱伝導性樹脂組成物（組成物１～４）をそれぞれ作成し、粘度を測定した。粘度および粘度の変化率を表６に示す。
なお、測定に用いた機器は以下の通りである。
粘度の測定：Ｂ型粘度計（株式会社マルコム製ＰＭ－２Ａ）
上述した検証例３の原料１と、試料０４とをそれぞれ用い、樹脂１を１００質量部に対して４００質量部および６００質量部それぞれ混錬して、熱伝導性樹脂組成物（組成物１～４）をそれぞれ作成し、粘度を測定した。粘度および粘度の変化率を表６に示す。
なお、測定に用いた機器は以下の通りである。
粘度の測定：Ｂ型粘度計（株式会社マルコム製ＰＭ－２Ａ）
表６に示す結果によれば、原料１を用いた従来の熱伝導性樹脂組成物１、２と比較して、本実施形態の研磨された電融アルミナ粒子である試料０４を用いた熱伝導性樹脂組成物３、４は、粘度を低下（－３７％～－５９％）させて、形状追従性を高められることが確認された。
（検証例９）
上述した検証例３の原料１、試料０４、原料１をビースミル（アイメックス株式会社製：周速７．２ｍ／ｓ）で研磨した電融アルミナ粉末（試料０５）について、その性状を特定するために２時間沈降試験を行った。
上述した検証例３の原料１、試料０４、原料１をビースミル（アイメックス株式会社製：周速７．２ｍ／ｓ）で研磨した電融アルミナ粉末（試料０５）について、その性状を特定するために２時間沈降試験を行った。
試験方法は、原料１、試料０４、０５のそれぞれの電融アルミナ粉末を１ｇ、イオン交換水４０ｇを混合してスラリー（それぞれ濃度２．４質量％）を作成し、蓋付き試料管（内径１０ｍｍ）に液面高が２０ｍｍとなるように注入した。そして、室温中で２時間静置させた後、上澄み固形分を分取して質量を測定した。そして、この上澄み固形分質量に対する全体固形分質量の比率を算出した。この結果を表７に示す。また、試験の様子を図１３に示す。
表７に示す結果によれば、原料１の電融アルミナ粉末（原料１）に対して、本実施形態の研磨された電融アルミナ粉末（試料０４、０５）は、上澄み固形分質量に対する全体固形分質量がそれぞれ５．７質量％、０．３質量％であることが分かった。また、この上澄み固形分質量に対する全体固形分質量の割合は、原料１の電融アルミナ粉末の研磨時間が長くなる程、増加する傾向があることが分かった。
この結果から、水に浮く程度の微細な粒子である１μｍ以下の微細電融アルミナ粒子が、電融アルミナ粒子（原料１）の研磨によって形成されることが確認された。こうした１μｍ以下の微細な研磨された電融アルミナ粒子の形成によって、原料１に対して試料０４、０５の比表面積が増加し、熱伝導率を向上させることができる。
、熱伝導性に優れ、かつ硬さが低い熱伝導性高分子組成物を低コストに得ることが可能な無機フィラー粉末、およびこれを用いた熱伝導性高分子組成物、また、無機フィラー粉末の製造方法を提供することができる。
１ 無機粒子
２ 無機微粒子
３ 無機フィラー粉末
４ 熱伝導性高分子組成物
５ マトリックス材料
２ 無機微粒子
３ 無機フィラー粉末
４ 熱伝導性高分子組成物
５ マトリックス材料
Claims (6)
- 粒径が１μｍ以上の無機粒子の表面の少なくとも一部を、粒径が１０ｎｍ以上、０．１μｍ未満の無機微粒子で被覆した構造であり、前記無機微粒子による前記無機粒子の表面の被覆率が３０％以上であることを特徴とする無機フィラー粉末。
- 前記無機粒子および前記無機微粒子は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の無機フィラー粉末。
- 請求項１または２に記載の無機フィラー粉末を、樹脂材料、エラストマー材料、およびゴム材料のうち少なくとも一つを含むマトリックス材料に混合してなることを特徴とする熱伝導性高分子組成物。
- 前記熱伝導性高分子組成物は、前記マトリックス材料を１００質量部に対して、前記無機フィラー粉末を１２００質量部以上含むことを特徴とする請求項３に記載の熱伝導性高分子組成物。
- 請求項１または２に記載の無機フィラー粉末の製造方法であって、
無機原料粉末と溶媒とを混合した原料スラリーを１０ｍ／ｓｅｃ以上の周速で旋回流動させて前記無機原料粉末を研磨することによって、前記溶媒中に前記無機粒子と前記無機微粒子とが生成された流動体を得る流動研磨工程と、前記流動体から前記溶媒を除去して、前記無機粒子の表面に前記無機微粒子を付着させる乾燥工程と、を有することを特徴とする無機フィラー粉末の製造方法。 - 前記無機原料粉末は、電融アルミナ粉末を用いることを特徴とする請求項５に記載の無機フィラー粉末の製造方法。
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