JP2023142158A - 熱伝導性ポリマー組成物、熱伝導性ポリマー組成物形成材料、熱伝導性ポリマー、熱伝導性ポリマー組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】密着性が高く、かつ低粘度で形状追従性が高く、硬化時に溶媒を除去する必要のない高い施工性を有する熱伝導性ポリマー組成物、熱伝導性ポリマー組成物形成材料、熱伝導性ポリマー、熱伝導性ポリマー組成物の製造方法を提供する。【解決手段】水酸基を１分子中に２以上有する液状ゴムと、水酸基を１分子中に１以上有し、前記液状ゴムと相溶性のある可塑剤と、前記可塑剤と相溶性がある粘着性付与剤と、前記液状ゴムの水酸基、および前記可塑剤の水酸基のいずれにも反応可能な官能基を１分子中に２以上有する硬化剤と、を含み、前記可塑剤には、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤の粒子が存在しないように、前記粘着性付与剤が分散されていることを特徴とする。【選択図】なし
Description
本発明は、熱伝導性ポリマー組成物、熱伝導性ポリマー組成物形成材料、熱伝導性ポリマー、熱伝導性ポリマー組成物の製造方法に関する。
発熱体と放熱部材との間に設けられ、熱を伝搬させる伝熱材料は、例えば、グリースタイプ、ギャップフィラータイプ、シートタイプなど、様々な形態のものが知られている。これらの伝熱材料を用いることで、例えば、発熱体で生じた熱を、金属筐体やヒートシンクなどの放熱部材から効率よく放熱することができる。こうした伝熱材料は、発熱体と放熱部材との間に設置することで、発熱体と放熱部材との間の熱抵抗を小さくすることができる。
近年、各種電子機器の高性能化・集積化が進むにつれて、構成部品（発熱体）の動作に伴い発生する熱を外部に効率よく放熱できるように、放熱性を高めた構造が求められている。このため、発熱体と放熱部材との間の熱抵抗を、より一層小さくすることが可能な伝熱材料が求められている。
発熱体と放熱部材との間の熱抵抗を小さくするために、発熱体と放熱部材との間に、熱伝導性の高い材料を用いた伝熱材料を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
一方、発熱体と放熱部材との間に設けられる伝熱材料の密着性を高めて、これら界面に生じる熱抵抗（界面熱抵抗）を小さくすることも考えられる。
発熱体と放熱部材との間の密着性が不十分であると、発熱体と放熱部材との間の界面熱抵抗が増加し、放熱性が低下することがあった。そこで、放熱部材に密着性を高める表面処理を施し、発熱体と放熱部材との間の密着性を向上させることが考えられる。
発熱体と放熱部材との間の密着性が不十分であると、発熱体と放熱部材との間の界面熱抵抗が増加し、放熱性が低下することがあった。そこで、放熱部材に密着性を高める表面処理を施し、発熱体と放熱部材との間の密着性を向上させることが考えられる。
しかしながら、放熱部材の表面に密着性を高めるための表面処理を行う場合、処理に要する工程の増加や、これに伴う製造コストの増加といった課題がある。また、粘着性付与剤を伝熱材料に添加して、発熱体や放熱部材との間の密着性を向上させることも考えられるが、粘着性付与剤を単に伝熱材料に添加しただけでは、粘着性付与剤の偏在などによって密着性の向上効果が安定して発揮されなかったり、密着性の向上効果が全く発現しないといったこともある。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、密着性が高く、かつ低粘度で形状追従性が高く、硬化時に溶媒を除去する必要のない高い施工性を有する熱伝導性ポリマー組成物、熱伝導性ポリマー組成物形成材料、およびこれにより得られる熱伝導性ポリマー、熱伝導性ポリマー組成物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
即ち、本発明に係る熱伝導性ポリマー組成物は、水酸基を１分子中に２以上有する液状ゴムと、水酸基を１分子中に１以上有し、前記液状ゴムと相溶性のある可塑剤と、前記可塑剤と相溶性がある粘着性付与剤と、前記液状ゴムの水酸基、および前記可塑剤の水酸基のいずれにも反応可能な官能基を１分子中に２以上有する硬化剤と、を含み、前記可塑剤には、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤の粒子が存在しないように、前記粘着性付与剤が分散されていることを特徴とする。
即ち、本発明に係る熱伝導性ポリマー組成物は、水酸基を１分子中に２以上有する液状ゴムと、水酸基を１分子中に１以上有し、前記液状ゴムと相溶性のある可塑剤と、前記可塑剤と相溶性がある粘着性付与剤と、前記液状ゴムの水酸基、および前記可塑剤の水酸基のいずれにも反応可能な官能基を１分子中に２以上有する硬化剤と、を含み、前記可塑剤には、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤の粒子が存在しないように、前記粘着性付与剤が分散されていることを特徴とする。
本発明によれば、液状ゴムの末端基である水酸基と、可塑剤の末端基である水酸基とのそれぞれが、硬化剤中の官能基と重合反応により化学結合して硬化されることにより、硬化後の熱伝導性ポリマーに可塑剤成分が構成材料として取り込まれる。これにより、可塑剤成分によって硬度が低く保たれる。そして、可塑剤に粘着性付与剤が分散されていることによって、熱伝導性ポリマー組成物の高温環境下での密着性が向上し、発熱体と放熱部材との間の熱伝導性を高めることができる。なお、ここでいう可塑剤に粘着性付与剤が分散された状態とは、熱伝導性ポリマー組成物を拡大観察した時に、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤の粒子が存在しない状態と定義される。
なお、「相溶性がある」物質とは、当該複数の物質のみを混合した場合に、二相に分離せず混ざり合う物質を示す。また、前記可塑剤として、前記液状ゴムと相溶性のある溶媒（溶剤）を用いてもよい。
なお、「相溶性がある」物質とは、当該複数の物質のみを混合した場合に、二相に分離せず混ざり合う物質を示す。また、前記可塑剤として、前記液状ゴムと相溶性のある溶媒（溶剤）を用いてもよい。
また、本発明では、前記粘着性付与剤は、炭化水素樹脂、テルペン樹脂、ロジン樹脂、スチレン樹脂、アルキルフェノール樹脂、キシレン樹脂、クマロンインデン樹脂のうち、１種以上を含んでいてもよい。
また、本発明では、前記粘着性付与剤は、前記可塑剤１００質量部に対して、１０質量部以上、７０質量部以下の範囲で分散されていてもよい。
また、本発明では、前記液状ゴムは、それぞれ末端基が水酸基である、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリオレフィンのうち、少なくとも１つを含んでいてもよい。
また、本発明では、前記可塑剤は、エチレングリコール、ｎ－ブチルカルビトール、グリセリン、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ブチルグリコール、プロピルグリコール、エチルグリコール、メチルテトラグリコールのうち、少なくとも１つを含んでいてもよい。
また、本発明では、前記硬化剤が、イソシアネート化合物であってもよい。
また、本発明では、前記熱伝導性ポリマー組成物が、更に熱伝導性を有するフィラーを含んでいてもよい。
本発明の熱伝導性ポリマー組成物形成材料は、前記各項に記載の熱伝導性ポリマー組成物を形成するための熱伝導性ポリマー組成物形成材料であって、前記液状ゴムおよび前記粘着性付与剤が分散された前記可塑剤を含むＡ液と、前記硬化剤を含むＢ液と、を有することを特徴とする。
本発明の熱伝導性ポリマーは、前記各項に記載の熱伝導性ポリマー組成物を硬化させて得られる熱伝導性ポリマーであって、末端基が、－［（Ｃ２Ｈ４－Ｏ）ｍ－ＣｎＨ２ｎ＋１］（但し、ｍ，ｎは任意の自然数）を含むことを特徴とする。
本発明の熱伝導性ポリマー組成物の製造方法は、前記各項に記載の熱伝導性ポリマー組成物を製造するための熱伝導性ポリマー組成物の製造方法であって、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤が存在しないように、前記可塑剤に前記粘着性付与剤を分散させる分散工程と、前記液状ゴムを、前記粘着性付与剤が分散された前記可塑剤に溶解させる溶解工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
本発明によれば、密着性が高く、かつ低粘度で形状追従性が高く、硬化時に溶媒を除去する必要のない高い施工性を有する熱伝導性ポリマー組成物、熱伝導性ポリマー組成物形成材料、およびこれにより得られる熱伝導性ポリマー、熱伝導性ポリマー組成物の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の熱伝導性ポリマー組成物、熱伝導性ポリマー組成物形成材料、およびこれにより得られる熱伝導性ポリマー、熱伝導性ポリマー組成物の製造方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、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。
（熱伝導性ポリマー組成物）
本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物は、液状ゴムと、この液状ゴムと相溶性のある可塑剤と、この可塑剤に予め分散された粘着性付与剤と、硬化剤と、を含んでいる。なお、本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物は、硬化（重合反応）前の状態のものである。また、本実施形態でいう可塑剤は、液状ゴムと相溶性のある溶媒（溶剤）であってもよい。
本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物は、液状ゴムと、この液状ゴムと相溶性のある可塑剤と、この可塑剤に予め分散された粘着性付与剤と、硬化剤と、を含んでいる。なお、本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物は、硬化（重合反応）前の状態のものである。また、本実施形態でいう可塑剤は、液状ゴムと相溶性のある溶媒（溶剤）であってもよい。
液状ゴムは、例えば、常温において流動性を有する液体状のゴムであればよく、その組成式において、末端基に水酸基（－ＯＨ）を１分子中に２以上有するものであればよい。
こうした液状ゴムにおける末端基となる水酸基の一部は、後述する熱伝導性ポリマー組成物の硬化時に、硬化剤の官能基と反応して、化学結合する。
こうした液状ゴムにおける末端基となる水酸基の一部は、後述する熱伝導性ポリマー組成物の硬化時に、硬化剤の官能基と反応して、化学結合する。
末端基に水酸基を１分子中に２以上有する液状ゴムの具体例としては、水酸基が末端基となるポリブタジエン、水酸基が末端基となるポリイソプレン、水酸基が末端基となるポリオレフィンなどが挙げられる。このうち、フィラーの充填性が良好な点で、水酸基が末端基となるポリブタジエンが好ましい。
液状ゴムの分子量は、特に限定されないが、例えば１０００以上、３０００以下の範囲ものを用いることができる。また、液状ゴムの水酸基価は０．５以上、２．０の範囲が好ましい。また、液状ゴムの粘度は、特に限定されないが、例えば、１．０Ｐａ・ｓ以上、１０００Ｐａ・ｓ以下の範囲であればよい。
可塑剤は、熱伝導性ポリマー組成物の可塑性を向上させるものであり、かつ、液状ゴムと相溶性があり、組成式において、末端基に水酸基（－ＯＨ）を１分子中に１以上有するものであればよい。
こうした可塑剤における末端基となる水酸基は、後述する熱伝導性ポリマー組成物の硬化時に、硬化剤の官能基と反応して、化学結合する。
こうした可塑剤における末端基となる水酸基は、後述する熱伝導性ポリマー組成物の硬化時に、硬化剤の官能基と反応して、化学結合する。
末端基に水酸基を１分子中に１以上有する可塑剤の具体例としては、エチレングリコール、ｎ－ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）、グリセリン、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ブチルグリコール、プロピルグリコール、エチルグリコール、メチルテトラグリコールなどが挙げられる。
従来の熱伝導性ポリマー組成物に含まれる可塑剤は、この可塑剤を揮発、除去することで硬化させるため、硬化後の熱伝導性ポリマーには殆ど可塑剤の成分は含まれない。一方、本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物に含まれる可塑剤は、硬化時に硬化剤によって液状ゴムとの間で化学結合が生じ、熱伝導性ポリマーの構成物の一部となる。言い換えると、熱伝導性ポリマーは可塑剤－硬化剤－液状ゴムの結合を有する。
なお、硬化剤は可塑剤同士や液状ポリマー同士とも結合するため、可塑剤－硬化剤－可塑剤や、液状ゴム－硬化剤－液状ゴムの結合も有している。更に、硬化剤が多官能型であれば、可塑剤と液状ポリマーとの間で硬化剤を介した多数の結合を有することになるため更に望ましい。
可塑剤は、上述した理由から揮発性が高い低沸点可塑剤を用いる必要が無く、低沸点可塑剤から高沸点可塑剤まで、用途に合わせて幅広い沸点範囲の可塑剤を用いることができる。特に、熱伝導性ポリマー組成物の施工作業の容易性から、中沸点溶媒あるいは高沸点溶媒が好ましい。具体的には、可塑剤の沸点として１００℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましく、１８０℃以上がさらに好ましい。
可塑剤の液状ゴムに対する適切な含有割合は、例えば、液状ゴム１００質量部に対して、５０質量部以上、６００質量部以下の範囲であればよい。可塑剤の液状ゴムに対する含有割合をこうした範囲にすることによって、熱伝導性ポリマー組成物の施工時に流動性を確保して作業性を向上させ、かつ、液状ゴム成分の硬化が阻害されることを防止することができる。
なお、可塑剤の液状ゴムに対する適切な割合は、液状ゴム１００質量部に対して、１００質量部以上、２００質量部以下の範囲が望ましい。
なお、可塑剤の液状ゴムに対する適切な割合は、液状ゴム１００質量部に対して、１００質量部以上、２００質量部以下の範囲が望ましい。
粘着性付与剤は、可塑剤に分散され、熱伝導性ポリマー組成物の粘着性を向上させる材料である。粘着性付与剤は、可塑剤に対して相溶性がある材料から選択され、予め可塑剤に対して分散されている。
なお、ここでいう可塑剤に粘着性付与剤が分散された状態とは、本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物をシート状に成形して、マイクロスコープを用いて倍率２０００倍でシート表面を１０視野観察して、いずれの視野においてもサイズが円換算で直径１０μｍ以上の粘着性付与剤の粒子（異物）が観察されない状態から特定することができる。
なお、粘着性付与剤はより分散した状態が好ましいため、いずれの視野においてもサイズが円換算で直径５μｍ以上の粘着性付与剤の粒子が観察されないことが望ましく、直径１μｍの粘着性付与剤の粒子が観察されないことが更に望ましい。
なお、粘着性付与剤はより分散した状態が好ましいため、いずれの視野においてもサイズが円換算で直径５μｍ以上の粘着性付与剤の粒子が観察されないことが望ましく、直径１μｍの粘着性付与剤の粒子が観察されないことが更に望ましい。
可塑剤に対する粘着性付与剤の質量割合は、可塑剤１００質量部に対して、１０質量部以上、７０質量部以下の範囲、好ましくは２０質量部以上、６０質量部以下の範囲であればよい。粘着性付与剤が１０質量部以上であれば、熱伝導性ポリマー組成物の密着性を向上することができる。また、粘着性付与剤が７０質量部以下であれば、熱伝導性ポリマー組成物の施工時の流動性を確保することができる。
粘着性付与剤は、例えば、炭化水素樹脂、テルペン樹脂、ロジン樹脂、スチレン樹脂、アルキルフェノール樹脂、キシレン樹脂、クマロンインデン樹脂が挙げられる。粘着性の観点から、テルペン樹脂、ロジン樹脂、スチレン樹脂を用いることが好ましい。更に、テルペン樹脂、ロジン樹脂が特に好ましい。なお、これらの粘着性付与剤は、１種だけを用いても、２種以上を併用してもよい。
粘着性付与剤の軟化点は、高温密着性を確保するという観点から、例えば、０℃以上、２００℃以下、好ましくは、４０℃以上、１８０℃以下の範囲の軟化点をもつ粘着性付与剤を用いることができる。
以上のような粘着性付与剤の具体例としては、例えば、クイントン１００シリーズ（日本ゼオン株式会社製）、アルコンＭシリーズ、アルコンＰシリーズ（荒川化学工業株式会社製）、アイマーブシリーズ（出光興産株式会社製）等の炭化水素樹脂が挙げられる。また、クリアロンシリーズ、ＹＳポリスターシリーズ、ＹＳレジンシリーズ（いずれもヤスハラケミカル株式会社製）、タマノル９０１（荒川化学工業株式会社製）等のテルペン樹脂が挙げられる。また、パインクリスタルＫＥ－１００、パインクリスタルＫＥ－３１１、パインクリスタルＫＥ－３５９、パインクリスタルＫＥ－６０４、パインクリスタルＤ－６２５０、ペンセルＤ１２５、ペンセルＤ１６０、エステルガムＨシリーズ、エステルガムＨＰシリーズ（いずれも荒川化学工業株式会社製）等のロジン樹脂が挙げられる。また、ＹＳレジンＳＸ１００（ヤスハラケミカル株式会社製）等のスチレン樹脂が挙げられる。また、タマノル５２１（荒川化学工業株式会社製）等のアルキルフェノール樹脂が挙げられる。また、ニカノールＬ（フドー株式会社製）等のキシレン樹脂や、クマロンＶ－１２０Ｓ（日塗化学株式会社製）等のクマロンインデン樹脂が挙げられる。
硬化剤は、液状ゴムの末端基となる水酸基、および可塑剤の末端基となる水酸基のいずれにも反応可能な官能基を１分子中に２以上有するものであればよい。本実施形態の硬化剤は、液状ゴムの水酸基と可塑剤の水酸基とのそれぞれと化学結合するものであればよい。
水酸基と反応する官能基を１分子中に２以上有する硬化剤の具体例としては、イソシアネート化合物、酸無水物、カルボン酸、アミンなどが挙げられる。
こうした硬化剤による熱伝導性ポリマー組成物の硬化方法は、特に限定されないが、例えば、常温放置での重合反応の進行による硬化方法や、加温により反応速度を高めて硬化を促進させる方法などが挙げられる。
こうした硬化剤による熱伝導性ポリマー組成物の硬化方法は、特に限定されないが、例えば、常温放置での重合反応の進行による硬化方法や、加温により反応速度を高めて硬化を促進させる方法などが挙げられる。
硬化剤の液状ゴムに対する適切な含有割合は、例えば、液状ゴム１００質量部に対して、５０質量部以上、４００質量部以下の範囲にすればよい。硬化剤の液状ゴムに対する含有割合をこうした範囲にすることによって、液状ゴムの水酸基と可塑剤の水酸基とのそれぞれと充分に重合反応させて、適切な硬度の熱伝導性ポリマーを形成することができ、かつ、硬度が過剰になって脆性が高まることを防止できる。
なお、硬化剤の液状ゴムに対する含有割合は、液状ゴム１００質量部に対して、５０質量部以上、３６０質量部以下が望ましく、９０質量部以上、２００質量部以下が更に望ましい。
なお、硬化剤の液状ゴムに対する含有割合は、液状ゴム１００質量部に対して、５０質量部以上、３６０質量部以下が望ましく、９０質量部以上、２００質量部以下が更に望ましい。
フィラーを混合させる場合には、例えば、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、炭素などを用いることができる。金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、ニッケル、鉄、及びこれら金属を２種以上用いた合金が挙げられる。
金属酸化物のフィラーとしては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化チタンなどが挙げられる。また、金属水酸化物としては、例えば、水酸化アルミニウムが挙げられる。また、金属窒化物のフィラーとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素などが挙げられる。更に、炭素のフィラーとしては、例えば、黒鉛（グラファイト）、カーボンファイバー、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブなどが挙げられる。これらの中でも、特に酸化アルミニウムは、安価で容易に入手が可能である点で、フィラーの構成材料に用いることが好ましい。
フィラーは、上述したような材料例のうち、１種または２種以上を含むことが好ましく、金属酸化物、金属水酸化物、及び金属窒化物のうちの１種または２種以上を含むことがより好ましく、酸化アルミニウムを含むことが特に好ましい。
フィラーの形状は、粒子状であればよく、熱伝導性エラストマー組成物に優れた形状追従性および硬化後の高い熱伝導性を付与する観点から、球状粒子、円板状粒子、あるいは、角が少ない丸みを帯びた粒子（丸み粒子）を用いることが好ましい。
フィラーの粒度分布は、充填性の確保と加工性の確保を両立させる観点から、複数のピークを有していてもよい。従って、フィラーは、平均粒子径（ｄ５０）が異なる複数種のフィラー粒子を含んでいてもよい。フィラーが、平均粒子径（ｄ５０）が異なる２種のフィラー粒子を含む場合、例えば、小粒径側のピークが０．３μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、大粒径側のピークが２０μｍ以上１００μｍ以下にあることが好ましい。
本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物は、上述した液状ゴム、可塑剤、粘着性付与剤、硬化剤、必要に応じてフィラーを含み、更に、潤滑剤，酸化防止剤，難燃剤などを添加しても良い。例えば、難燃剤を更に追加することによって、リチウムイオン２次電池の電池セルと外装ケース（放熱体）との間の難燃性の伝熱部材として用いることもできる。
以上のような構成の本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物によれば、液状ゴムの末端基である水酸基と、可塑剤の末端基である水酸基とのそれぞれが、硬化剤中の官能基と重合反応により化学結合して硬化させることにより、硬化後の熱伝導性ポリマーに可塑剤成分が構成材料として取り込まれる。これにより、可塑剤成分によって硬度が低く保たれる。そして、可塑剤に粘着性付与剤を分散させたものを用いることによって、高温環境下での密着性を向上させ、かつ、熱伝導性の高い熱伝導性ポリマー組成物を実現することができる。
（熱伝導性ポリマー組成物形成材料）
本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物形成材料は、上述した熱伝導性ポリマー組成物を形成するための、２液混合型の熱伝導性ポリマー材料であり、上述した液状ゴムおよび粘着性付与剤を分散させた可塑剤を含むＡ液と、硬化剤を含むＢ液と、を有している。また、これらＡ液、またはＢ液の少なくとも一方、または両方には、更にフィラーが含まれていてもよい。
なお、Ａ液およびＢ液は、そのフィラー充填量が２０００質量部までであれば、いずれも比重は３ｇ／ｃｍ３程度である。
本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物形成材料は、上述した熱伝導性ポリマー組成物を形成するための、２液混合型の熱伝導性ポリマー材料であり、上述した液状ゴムおよび粘着性付与剤を分散させた可塑剤を含むＡ液と、硬化剤を含むＢ液と、を有している。また、これらＡ液、またはＢ液の少なくとも一方、または両方には、更にフィラーが含まれていてもよい。
なお、Ａ液およびＢ液は、そのフィラー充填量が２０００質量部までであれば、いずれも比重は３ｇ／ｃｍ３程度である。
こうした本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物形成材料は、使用時において、Ａ液とＢ液とを混合することにより、Ａ液の液状ゴムの水酸基および可塑剤の水酸基がそれぞれ、Ｂ液に含まれる硬化剤に接して、化学結合することで硬化する。施工方法としては、例えば、２液混合用のディスペンサーを用いて、これらＡ液とＢ液とを等体積ずつ吐出後に混合して熱伝導性ポリマー組成物を形成し、熱伝導性ポリマーを設ける部材の表面等に直接塗布するなどの方法を用いることができる。
このように、本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物形成材料によれば、液状ゴムおよび粘着性付与剤を分散させた可塑剤を含むＡ液と、硬化剤を含むＢ液とを、互いに分離しておくことによって、任意のタイミングでこれらを硬化させて熱伝導性ポリマーを形成することができ、かつ、保存性に優れた熱伝導性ポリマー組成物形成材料を実現できる。
（熱伝導性ポリマー）
本実施形態の熱伝導性ポリマーは、上述した熱伝導性ポリマー組成物を硬化させることによって得られる。こうした熱伝導性ポリマーは、例えば、末端基が、－［（Ｃ２Ｈ４－Ｏ）ｍ－ＣｎＨ２ｎ＋１］となっている。
本実施形態の熱伝導性ポリマーは、上述した熱伝導性ポリマー組成物を硬化させることによって得られる。こうした熱伝導性ポリマーは、例えば、末端基が、－［（Ｃ２Ｈ４－Ｏ）ｍ－ＣｎＨ２ｎ＋１］となっている。
熱伝導性ポリマー組成物を硬化させた熱伝導性ポリマーは、例えば、液状ゴムがウレタン結合によって重合することにより、凝集破壊が抑制されることで、部材に対する密着性が向上している。こうした熱伝導性ポリマーの定常法によって測定した熱伝導率は，例えば１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲である。
（熱伝導性ポリマー組成物の製造方法）
本発明の一実施形態の熱伝導性ポリマー組成物を製造する際には、まず、粘着性付与剤を可塑剤に溶解、分散させる（分散工程）。この分散工程では、製造する熱伝導性ポリマー組成物が、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの粘着性付与剤の粒子が存在しなくなるまで、可塑剤に粘着性付与剤を入れて攪拌させる。これにより、粘着性付与剤が分散された可塑剤を得ることができる。なお、ここでいう分散とは、得られた熱伝導性ポリマー組成物を、マイクロスコープを用いて倍率２０００倍でシート表面を１０視野観察して、いずれの視野においてもサイズが円換算で１０μｍ以上の粘着性付与剤の粒子（異物）が観察されない状態とされる。
本発明の一実施形態の熱伝導性ポリマー組成物を製造する際には、まず、粘着性付与剤を可塑剤に溶解、分散させる（分散工程）。この分散工程では、製造する熱伝導性ポリマー組成物が、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの粘着性付与剤の粒子が存在しなくなるまで、可塑剤に粘着性付与剤を入れて攪拌させる。これにより、粘着性付与剤が分散された可塑剤を得ることができる。なお、ここでいう分散とは、得られた熱伝導性ポリマー組成物を、マイクロスコープを用いて倍率２０００倍でシート表面を１０視野観察して、いずれの視野においてもサイズが円換算で１０μｍ以上の粘着性付与剤の粒子（異物）が観察されない状態とされる。
次に、粘着性付与剤を分散させた可塑剤に液状ゴムを加え、更に必要に応じてフィラーを加えて、これらを脱気式の混練機によって混練してＡ液を作製する（溶解工程）。また、硬化剤に対して、必要に応じて難燃剤やフィラーを加えたものを脱気式の混練機によって混練してＢ液を作製する。
そして、Ａ液とＢ液とを同時に等体積ずつ吐出して混合することによって、本実施形態の熱伝導性ポリマー組成物を製造することができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、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、試料として作成した本発明例１～９、および比較例１～３の熱伝導性ポリマー組成物形成材料のＡ液とＢ液とを等体積ずつ混合させて、熱伝導性ポリマー組成物を形成し、これを硬化させて熱伝導性ポリマーを得た。Ａ液、Ｂ液の比重は配合による差は殆ど無く、３ｇ／ｃｍ３程度とほぼ一定であった。そして、それぞれの熱伝導性ポリマーについて、円換算で１０μｍ以上の粘着性付与剤の粒子の有無、および引張試験での最大応力を検証した。また、それぞれの実施例、比較例のＡ液における目視での異物（粘着性付与剤の粒子）を確認した。
引張試験は、図１に示すように、２枚のアルミニウム棒を用意して、一方のアルミニウム棒に各試料の熱伝導性ポリマー組成物を縦２５ｍｍ×横１９ｍｍ×厚み１ｍｍの矩形になるように形成し、これに他方のアルミニウム棒を重ねて接合した。そして、引張試験機（ＡＧＳ－Ｘ：島津製作所株式会社製）を用いて、接着強度と伸びを測定し、これに基づいて、それぞれの試料の最大応力を算出した。なお、高温環境下での密着性を評価するため、試験環境を５０℃としている。
Ａ液、Ｂ液の組成、および得られた熱伝導性ポリマーの熱伝導率を、表１（本発明例１～９、比較例１～３）にまとめて示す。なお、比較例１は粘着性付与剤を加えておらず、比較例２は液状ゴムを加えていない。比較例３は、液状ゴムに可塑剤を混合した後に粘着性付与剤を加えており、粘着性付与剤を可塑剤に分散させていない。
なお、それぞれ構成物の詳細は以下の通りである。
［液状ゴム］
・水酸基末端性ポリブタジエン：Poly bd（登録商標）シリーズ（出光興産株式会社製）
［可塑剤］
・ｎ－ブチルカルビトール：（東京化成工業株式会社製）
［フィラー］
・３分散粒子径アルミナ：DABシリーズ（デンカ株式会社製）
［硬化剤（架橋剤）］
・多官能型イソシアネート：ミリオネートMRシリーズ（東ソー株式会社製）
［粘着性付与剤］
・テルペン樹脂：ＹＳポリスターシリーズ（ヤスハラケミカル株式会社製）
［難燃剤］
・リン系難燃剤（TCP大八化学工業株式会社製）
なお、それぞれ構成物の詳細は以下の通りである。
［液状ゴム］
・水酸基末端性ポリブタジエン：Poly bd（登録商標）シリーズ（出光興産株式会社製）
［可塑剤］
・ｎ－ブチルカルビトール：（東京化成工業株式会社製）
［フィラー］
・３分散粒子径アルミナ：DABシリーズ（デンカ株式会社製）
［硬化剤（架橋剤）］
・多官能型イソシアネート：ミリオネートMRシリーズ（東ソー株式会社製）
［粘着性付与剤］
・テルペン樹脂：ＹＳポリスターシリーズ（ヤスハラケミカル株式会社製）
［難燃剤］
・リン系難燃剤（TCP大八化学工業株式会社製）
粘着性付与剤を分散させた可塑剤をＡ液に用いた実施例１～９は、５０℃における引張試験での最大応力が最低でも０．０１１ＭＰａ（実施例４）以上であり、実施例１、２では０．０２０ＭＰａに達した。また、円換算で１０μｍ以上の粘着性付与剤の粒子が見られず、Ａ液においても目視での異物が見られなかった。
一方、比較例１では、可塑剤に対して粘着性付与剤を加えなかったために、引張試験での最大応力が、実施例１～９よりも大幅に低い０．００６ＭＰａに留まった。また、比較例２では、Ａ液に液状ゴムを加えなかったために、引張試験での最大応力が実施例１～９よりも大幅に低い０．００５ＭＰａに留まった。更に、比較例３では、液状ゴムと可塑剤を混合した後に、粘着性付与剤を加えたものの、粘着性付与剤を可塑剤に対して分散する処理を行わなかったために、引張試験での最大応力が、実施例１～９よりも大幅に低い０．００９ＭＰａに留まった。また、この比較例３では、円換算で１０μｍ以上の粘着性付与剤の粒子が見られ、Ａ液においても目視での異物が存在した。
以上の結果から、可塑剤に対して粘着性付与剤を加え、かつこの粘着性付与剤を可塑剤中で分散させたＡ液を用いることによって、優れた最大応力を有する熱伝導性ポリマーが形成可能な熱伝導性ポリマー組成物が得られることが確認できた。
Claims (10)
- 水酸基を１分子中に２以上有する液状ゴムと、
水酸基を１分子中に１以上有し、前記液状ゴムと相溶性のある可塑剤と、
前記可塑剤と相溶性がある粘着性付与剤と、
前記液状ゴムの水酸基、および前記可塑剤の水酸基のいずれにも反応可能な官能基を１分子中に２以上有する硬化剤と、を含み、
前記可塑剤には、円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤の粒子が存在しないように、前記粘着性付与剤が分散されていることを特徴とする熱伝導性ポリマー組成物。 - 前記粘着性付与剤は、炭化水素樹脂、テルペン樹脂、ロジン樹脂、スチレン樹脂、アルキルフェノール樹脂、キシレン樹脂、クマロンインデン樹脂のうち、１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性ポリマー組成物。
- 前記粘着性付与剤は、前記可塑剤１００質量部に対して、１０質量部以上、７０質量部以下の範囲で分散されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝導性ポリマー組成物。
- 前記液状ゴムは、それぞれ末端基が水酸基である、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリオレフィンのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物。
- 前記可塑剤は、エチレングリコール、ｎ－ブチルカルビトール、グリセリン、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ブチルグリコール、プロピルグリコール、エチルグリコール、メチルテトラグリコールのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物。
- 前記硬化剤が、イソシアネート化合物であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物。
- 前記熱伝導性ポリマー組成物が、更に熱伝導性を有するフィラーを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物。
- 請求項１から７のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物を形成するための熱伝導性ポリマー組成物形成材料であって、
前記液状ゴムおよび前記粘着性付与剤が分散された前記可塑剤を含むＡ液と、前記硬化剤を含むＢ液と、を有することを特徴とする熱伝導性ポリマー組成物形成材料。 - 請求項１から７のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物を硬化させて得られる熱伝導性ポリマーであって、
末端基が、－［（Ｃ２Ｈ４－Ｏ）ｍ－ＣｎＨ２ｎ＋１］（但し、ｍ，ｎは任意の自然数）を含むことを特徴とする熱伝導性ポリマー。 - 請求項１から７のいずれか一項に記載の熱伝導性ポリマー組成物の製造方法であって、
円換算で直径１０μｍ以上のサイズの前記粘着性付与剤が存在しないように、前記可塑剤に前記粘着性付与剤を分散させる分散工程と、
前記液状ゴムを、前記粘着性付与剤が分散された前記可塑剤に溶解させる溶解工程と、
を少なくとも有することを特徴とする熱伝導性ポリマー組成物の製造方法。
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