JP6597911B2 - 表面処理スピネル粒子、その製造方法、樹脂組成物及び成形物 - Google Patents
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Description
本発明の表面処理スピネル粒子(B)は、表面処理されていないスピネル粒子(A)と表面処理層とから構成され、前記スピネル粒子(A)の表面の少なくとも一部に前記表面処理層が付着した構造を有する。尚、スピネルは、一般的に、マグネシウム原子、アルミニウム原子、および酸素原子と、を含んだ、MgAl2O4の化学組成で表される複合酸化物である。
モリブデンは、後述する製造方法に起因して含有されうる。当該モリブデンは、スピネル粒子中にスピネル粒子表面に付着、被覆、結合、その他これに類する形態で配置される形態、モリブデンがスピネルに組み込まれる形態、これらの組み合わせにより含有されうる。なお、前記モリブデンには、モリブデン原子および後述するモリブデン化合物中のモリブデンを含む。
スピネル粒子(A)の製造方法は、特に制限されるものではないが、1−A)マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物を、モリブデン存在下で、固溶化および晶出により前記スピネル粒子に結晶成長させてスピネル粒子(A)を得る焼成工程、または、1−B)モリブデン化合物およびマグネシウム化合物を焼成してモリブデン酸マグネシウムを得る焼成工程、そこで得られたモリブデン酸マグネシウムとアルミニウム化合物とを焼成してスピネル粒子(A)を得る焼成工程と、2)前記焼成工程で結晶成長したスピネル粒子(A)を冷却する冷却工程と、を含む製造方法である。以下、まず1−A)の焼成工程を経て2)の冷却工程を経るスピネル粒子(A)の製造方法につき、詳述する。
スピネル粒子の製造方法は、特に制限されるものではないが、モリブデン化合物およびマグネシウム化合物を含む第1の混合物(a−1)又はモリブデン化合物、マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物を含む第1の混合物(a−2)を焼成して中間体を調製する工程(1)を含む。
(第1の混合物)
第1の混合物は、モリブデン化合物およびマグネシウム化合物を必須成分として含む。本発明の製造方法における第1の混合物としては、大別すると、スピネルの原料の元素源としてモリブデン化合物およびマグネシウム化合物のみを含む第1の混合物(a−1)、又はモリブデン化合物、マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物を含む第1の混合物(a−2)を用いることが出来る。
モリブデン化合物としては、特に制限されないが、金属モリブデン、酸化モリブデン、硫化モリブデン、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸アンモニウム、H3PMo12O40、H3SiMo12O40等のモリブデン化合物が挙げられる。この際、前記モリブデン化合物は、異性体を含む。例えば、酸化モリブデンは、二酸化モリブデン(IV)(MoO2)であっても、三酸化モリブデン(VI)(MoO3)であってもよい。これらのうち、三酸化モリブデン、二酸化モリブデン、モリブデン酸アンモニウムであることが好ましく、三酸化モリブデンであることがより好ましい。
マグネシウム化合物としては、特に制限されないが、金属マグネシウム;酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、過酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、水素化マグネシウム、二ホウ化マグネシウム、窒化マグネシウム、硫化マグネシウム等のマグネシウム誘導体;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、亜硫酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸三マグネシウム等、過マンガン酸マグネシウム、リン酸マグネシウム等のマグネシウムオキソ酸塩;酢酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、リンゴ酸マグネシウム、グルタミン酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、アクリル酸マグネシウム、メタクリル酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ナフテン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、モノペルオキシフタル酸マグネシウム等のマグネシウム有機塩;結晶性が低いスピネル、アルミン酸マグネシウム、ハイドロタルサイト、マグネシウムアルミニウムイソプロポキシド等のアルミニウム−マグネシウム含有化合物;およびこれらの水和物等が挙げられる。
本発明において、アルミニウム−マグネシウム含有化合物およびこれらの水和物は、便宜上、マグネシウム化合物に分類する。
本発明の製造方法において、中間体を調製する工程(1)では、モリブデン化合物およびマグネシウム化合物のみを含む第1の混合物(a−1)、又はモリブデン化合物、マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物を含む第1の混合物(a−2)から選択される、モリブデン化合物およびマグネシウム化合物を必須成分として含む第一の混合物が焼成される。混合物(a−1)にせよ、混合物(a−2)にせよ、第1の混合物は、工程(1)での焼成を行うことで、中間体であるモリブデン酸マグネシウムを必須成分として含有したものとなる。
マグネシウム化合物およびモリブデン化合物を必須成分として含む第1の混合物を焼成することで、モリブデン酸マグネシウムを含む中間体を得ることができる。
第1の混合物を焼成して得られる中間体は、モリブデン酸マグネシウムを必須成分として含むものであり、第1の混合物が混合物(a−1)である場合は、実質的にモリブデン酸マグネシウムを主成分として含有するものとなり、第1の混合物が混合物(a−2)である場合は、実質的にモリブデン酸マグネシウムとモリブデン酸アルミニウムとを主成分として含有するものとなる。
モリブデン酸マグネシウムは、後述する焼成工程において、モリブデンの蒸気の発生源となるとともに、アルミニウム化合物のアルミニウム原子と結晶を形成するマグネシウム原子を提供する機能を有する。
モリブデン酸アルミニウムは、アルミニウム原子、モリブデン原子、および酸素原子を含み、一般的には、Alx(MoO4)yで表される。ここで、xとyは共に1以上の整数または少数である。モリブデン酸アルミニウムは分解により、α化度の高いアルミナを形成し得る。
金属成分を複数有するスピネルでは、焼成過程において、欠陥構造等が生じ易いため、結晶構造を精密に制御することが困難である。しかしながら、モリブデン酸マグネシウムおよびアルミニウム化合物を焼成することにより、酸化モリブデンがフラックス剤として機能しつつ、マグネシウム、アルミニウムと酸素からなるスピネル結晶構造を精密に制御することができる。
第2の混合物は、前記中間体およびアルミニウム化合物を含む。ここで、スピネル化反応に必要な量のアルミニウム化合物が、第1の混合物に既に含まれている場合は、後述のその他の化合物を添加する場合を除いて、第2の混合物は前記中間体と同一のものである。
アルミニウム化合物としては、特に制限されないが、金属アルミニウム、酸化アルミニウム(α−アルミナやγ−アルミナ、θ−アルミナ、δ−アルミナ等の遷移アルミナ)、ベーマイト、水酸化アルミニウム、硫化アルミニウム、窒化アルミニウム、フッ化アルミニウム、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム等のアルミニウム誘導体;硫酸アルミニウム、硫酸ナトリウムアルミニウム、硫酸カリウムアルミニウム、硫酸アンモニウムアルミニウム、硝酸アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、アルミン酸アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等のアルミニウムオキソ酸塩;酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム等のアルミニウム有機塩;アルミニウムプロポキシド、アルミニウムブトキシド等のアルコキシアルミニウム;およびこれらの水和物等が挙げられる。これらのうち、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、およびこれらの水和物を用いることが好ましく、γ−アルミナ、θ−アルミナ、δ−アルミナ等の遷移アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウムを用いることがより好ましい。
中間体とアルミニウム化合物とを含む第2の混合物を、工程(1)で選択した温度より高温で焼成することで、スピネル粒子(A)を得ることができる。
[固溶化および晶出による焼成工程]
本発明の一実施形態によれば、マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物の第3の混合物をモリブデン原子の存在下で焼成して、固溶化および晶出によりスピネル粒子(A)を製造することができる。
上述のアルミニウム化合物のうち、モリブデンを含むアルミニウム化合物を用いることが好ましく、モリブデンが組み込まれたアルミニウム化合物を用いることがより好ましい。
上述のモリブデンを含むアルミニウム化合物は、前記フラックス法により調製することができる。
冷却工程は、焼成工程において結晶成長したスピネル粒子(A)を冷却する工程である。冷却速度についても特に制限されないが、1〜1000℃/時間であることが好ましい。冷却速度が1℃/時間以上であると、製造時間が短縮されうることから好ましい。一方、冷却速度が1000℃/時間以下であると、焼成容器がヒートショックで割れることが少なく、長く使用できることから好ましい。冷却方法は特に制限されず、自然放冷であっても、冷却装置を使用してもよい。
本発明で用いるのは、有機化合物を含む表面処理剤である。有機化合物としては、無機化合物であるスピネル粒子(A)に吸着または反応する部位を有する有機化合物が選択される。具体的には有機シラン化合物、有機チタン化合物及び有機燐酸化合物などである。この様な有機化合物としては、例えば、以下の様なものを挙げることができる。
表面処理方法としては、表面処理量が多く被覆の均一性に優れることから、湿式法での処理が好ましい。
ここで、表面処理スピネル粒子(B)の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、表面処理スピネル粒子(B)の熱重量分析計(TGA)で室温25℃から500℃まで大気雰囲気で10℃/分で昇温した際に得られる200℃から500℃での加熱質量減少率から求められる表面処理スピネル粒子(B)1gあたりの重量減少量(a)を、BET比表面積で測定される表面処理スピネル粒子(B)1gあたりの表面積(b)で割って求めた値(a/b)である。
本発明の一形態によれば、表面処理スピネル粒子(B)と、有機高分子化合物(C)とを含む、樹脂組成物が提供される。この際、前記組成物は、必要に応じて、硬化剤、硬化触媒、粘度調節剤、可塑剤等をさらに含んでいてもよい。
本発明の樹脂組成物の調製に当たっては、本発明の効果を損なわない範囲において、表面処理スピネル粒子(B)以外にも、未処理のスピネル粒子や、その他の表面処理された或いは表面処理されていない無機フィラーを含有させてもかまわない。無機フィラーとしては、公知慣用のものを使用すればよく、例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、鉄、アルミニウム、ステンレス、グラファイト(黒鉛)等の導電性の粉体、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、硼酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ダイヤモンド等の非導電性の粉体などが挙げられる。また、これらの無機充填剤は1種類又は2種類以上を混合して使用することができる。
有機高分子化合物(C)としては、特に制限されず、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂が挙げられる。
ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂、ポリアルキレングルコール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂;ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂;(メタ)アクリル樹脂やビニルエステル樹脂等のビニル樹脂:不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が挙げられる。
硬化剤としては、特に制限されず、公知のものが使用されうる。具体的には、アミン系化合物、アミド系化合物、酸無水物系化合物、フェノ−ル系化合物などが挙げられる。
前記アミド系化合物としては、ジシアンジアミド、リノレン酸の2量体とエチレンジアミンとより合成されるポリアミド樹脂等が挙げられる。
前記酸無水物系化合物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。
前記フェノール系化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール付加型樹脂、フェノールアラルキル樹脂(ザイロック樹脂)、レゾルシンノボラック樹脂に代表される多価ヒドロキシ化合物とホルムアルデヒドから合成される多価フェノールノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリメチロールメタン樹脂、テトラフェニロールエタン樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトール−フェノール共縮ノボラック樹脂、ナフトール−クレゾール共縮ノボラック樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価フェノール化合物)、ビフェニル変性ナフトール樹脂(ビスメチレン基でフェノール核が連結された多価ナフトール化合物)、アミノトリアジン変性フェノール樹脂(メラミン、ベンゾグアナミンなどでフェノール核が連結された多価フェノール化合物)やアルコキシ基含有芳香環変性ノボラック樹脂(ホルムアルデヒドでフェノール核およびアルコキシ基含有芳香環が連結された多価フェノール化合物)等の多価フェノール化合物が挙げられる。上述硬化剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化促進剤は、組成物を硬化する際に硬化を促進させる機能を有する。前記硬化促進剤としては、特に制限されないが、リン系化合物、第3級アミン、イミダゾール、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩等が挙げられる。上述の硬化促進剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化触媒は、前記硬化剤の代わりに、エポキシ基を有する化合物の硬化反応を進行させる機能を有する。硬化触媒としては、特に制限されず、公知慣用の熱重合開始剤や活性エネルギー線重合開始剤が用いられうる。なお、硬化触媒は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の樹脂組成物は、使用用途に応じて溶剤を配合してもかまわない。溶剤としては有機溶剤が挙げられ、例えばメチルエチルケトン、アセトン、酢酸エチル、トルエン、ジメチルホルムアミド、メチルイソブチルケトン、メトキシプロパノール、シクロヘキサノン、メチルセロソルブ、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられ、その選択や適正な使用量は用途によって適宜選択し得る。
粘度調節剤は、組成物の粘度を調整する機能を有する。粘度調節剤としては、特に制限されず、有機ポリマー、ポリマー粒子、無機粒子等が用いられうる。なお、粘度調節剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
可塑剤は、熱可塑性合成樹脂の加工性、柔軟性、耐候性を向上させる機能を有する。可塑剤としては、特に制限されず、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリシロキサンが用いられうる。なお、上述の可塑剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の一実施形態によれば、本形態に係る組成物は、熱伝導性材料に使用することができる。
本発明の一形態によれば、上述の組成物を成形してなる成形物が提供される。成形物に含有される表面処理スピネル粒子(B)は熱伝導性に優れることから、当該成形物は、好ましくは絶縁放熱部材として使用される。これにより、機器の放熱機能を向上させることができ、機器の小型軽量化、高性能化に寄与することができる。
アルミナるつぼに酸化マグネシウム(神島化学製高純度酸化マグネシウムHP−30A)7.7質量部(マグネシウム元素:0.19mol)、および三酸化モリブデン(和光純薬工業株式会社製)41.0質量部(モリブデン元素:0.28mol)を仕込み、空気雰囲気下、昇温速度600℃/時間で700℃まで昇温した。次いで、700℃で3時間加熱し、自然放冷により常温まで冷却することで、モリブデン酸マグネシウムを含む中間体を得た。得られた中間体23.4質量部と水酸化アルミニウム(日本軽金属製細粒水酸化アルミニウムBF013)14.3質量部(アルミニウム元素:0.18mol)との混合物を調製した。該混合物をアルミナるつぼに仕込み、昇温速度200℃/時間で1500℃まで昇温した。次いで、1500℃で12時間加熱し、自然放冷により常温まで冷却することで、焼成塊を得た。得られた焼成塊をボールミルで12時間粉砕し、熱水で洗浄した後、目開き75μmのメッシュで篩って、篩下をスピネル粒子(A−1)として得た。得られたスピネル粒子の平均粒径は45μmであり、モリブデン含有量は三酸化モリブデン換算で0.30質量%であり、[111]面の結晶子径は290nmであった。
製造したスピネル粒子(A)について、走査型電子顕微鏡観察(SEM)により平均粒径を測定した。具体的には、表面観察装置であるVE−9800(株式会社キーエンス製)を用いて、平均粒径を測定した。
製造したスピネル粒子(A)について、蛍光X線測定(XRF)によりモリブデン含有量を測定した。具体的には、蛍光X線分析装置であるZSX100e(株式会社リガク製)を用いて測定を行った。この際、測定方法はFP(ファンクションポイント)法を用いた。また、測定条件として、EZスキャンを用い、測定範囲はB〜Uであり、測定径は10mmであり、試料重量は50mgである。なお、粉末のまま測定を行い、この際、飛散防止のためポリプロピレン(PP)フィルムを使用した。
製造したスピネル粒子(A)について、[111]面および[311]面の結晶子径を測定した。具体的には、X線回折装置であるSmartLab(株式会社リガク製)を用い、検出器として高強度・高分解能結晶アナライザ(CALSA)(株式会社リガク製)を用いて測定を行った。また、解析ソフトはPDXLを用いて解析を行った。この際、測定方法は粉末X線回折法であり、解析はPDXLのCALSA関数を用いて、[111]面の結晶子径については、2θ=19度付近に出現するピークの半値幅からシェラー式を用いて算出し、[311]面の結晶子径については、2θ=37度付近に出現するピークの半値幅からシェラー式を用いて算出した。なお、測定条件として、2θ/θ法、管電圧45kV、管電流200mAであり、スキャンスピードは0.05度/分であり、スキャン範囲は10〜70度であり、ステップは0.002度であり、βs=20rpmである。装置標準幅は米国立標準技術研究所が作製している標準シリコン粉末(NIST、640d)を用いて算出した0.026度を使用した。
アルミナるつぼに酸化アルミニウム(和光純薬工業株式会社製)1.00質量部(アルミニウム元素:19.6mmol)、酸化マグネシウム(和光純薬工業株式会社製)0.40質量部(マグネシウム元素:9.8mmol)、および三酸化モリブデン(和光純薬工業株式会社製)2.22質量部(モリブデン元素:15.5mmol)を仕込み、空気雰囲気下、昇温速度10℃/分で1500℃まで昇温した。次いで、1500℃で12時間加熱し、自然放冷により常温まで冷却することで、焼成塊を得た。得られた焼成塊をボールミルで12時間粉砕し、熱水で洗浄した後、目開き75μmのメッシュで篩って、篩下をスピネル粒子(A−2)として得た。
得られたスピネル粒子(A−2)の平均粒径は45μmであり、モリブデン含有量は三酸化モリブデン換算で0.30質量%であり、[111]面の結晶子径は280nmであった。
酸化アルミニウム1.00質量部に代えて、水酸化アルミニウム(和光純薬工業株式会社製)1.53質量部(アルミニウム元素:9.8mmol)を用いたことを除いては、合成例2と同様の方法でスピネル粒子(A−3)を製造した。得られたスピネル粒子の平均粒径は6μmであり、モリブデン含有量は三酸化モリブデン換算で0.15質量%であり、[111]面の結晶子径は270nmであった。
特開2016―121049公報の実施例1の記載に従って、未処理スピネル粒子の合成を行い、平均粒径45μmの公知慣用のスピネル粉末(HA−1)を得た。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例1で合成したスピネル粒子(A−1)100質量部、水0.005質量部、およびメチルエチルケトン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、80℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、メチルエチルケトンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−1)を得た。得られた表面処理スピネル粒子(B)の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.03gであった。
表面積1m2あたりの表面処理層の付着量、および、表面処理層の付着状態は以下の方法で評価した(以下の実施例においても同様である。)。
表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、表面処理スピネル粒子(B)の熱重量分析計(TGA)で室温25℃から500℃まで大気雰囲気で10℃/分で昇温した際に得られる200℃から500℃での加熱質量減少率から求められる表面処理スピネル粒子1gあたりの重量減少量(a)を、BET比表面積で測定される表面処理スピネル粒子1gあたりの表面積(b)で割って求めた値(a/b)である。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例1で合成したスピネル粒子(A−1)100質量部、水0.005質量部、およびメチルエチルケトン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、80℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、メチルエチルケトンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−2)を得た。得られた表面処理スピネル粒子(B)の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.023gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、合成例1で合成したスピネル粒子(A−1)40質量部と、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、スピネル粒子(A−1)とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した表面処理スピネル粒子(F−3)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.01gであった。
表面処理スピネル粒子(B)(F−3)を白金蒸着し、任意の表面処理スピネル粒子一粒子を対象に、角度を変えて、複数の自形面が視野に入るように、それを日本電子製走査型電子顕微鏡(SEM、JSM7800F)とOxford製エネルギー分散型X線分析(EDS、X−MAX 80mm2)にて、2回、SEM−EDS測定を行ったところ、一粒子中の異なる自形面において、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランに由来する珪素がスピネル粒子の表面に均一に存在しており、表面処理層の均一性が優れていることを確認した。
図1および図3は、実施例3で得られた表面処理スピネル粒子(F−3)を対象に、角度を変えて、複数の自形面が視野に入るように、SEM−EDS測定を行った際のそれぞれのSEM画像である。表面処理層が設けられた後であっても、表面処理前の自形面がほとんど保持された状態で、その上に薄層の表面処理層が形成されているものと理解でき、それぞれの面の平坦性に優れていることがわかる。一方、図2および図4は、それぞれ、図1および図3に対応する珪素原子のマッピング画像である。黄色の点が珪素原子を意味しており、その点に濃淡はほとんど無くいずれの自形面においても均一である。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、合成例1で合成したスピネル粒子(B−1)40質量部と、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、スピネル粒子(A−1)とN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−4)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.005gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例2で合成したスピネル粒子(A−2)100質量部、水0.005質量部、およびメチルエチルケトン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、80℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、メチルエチルケトンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−5)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.03gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例2で合成したスピネル粒子(A−2)100質量部、水0.005質量部、およびメチルエチルケトン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、80℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、メチルエチルケトンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−6)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.025gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、合成例1で合成したスピネル粒子(A−2)40質量部と、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、スピネル粒子(A−2)とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−7)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.015gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、合成例1で合成したスピネル粒子(A−2)40質量部と、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、スピネル粒子(A−2)とN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した表面処理スピネル粒子(B)(F−8)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.008gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、合成例1で合成したスピネル粒子(A−1)40質量部と、フェニルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、スピネル粒子(A−1)とフェニルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した表面処理スピネル粒子(F−9)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.013gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、合成例1で合成したスピネル粒子(A−1)40質量部と、ビニルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、スピネル粒子(A−1)とビニルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、100℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した表面処理スピネル粒子(F−10)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.02gであった。
スピネル粒子(A−1)をスピネル粒子(A−2)に変更したことを除いては、実施例9と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−23)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.02gであった。
スピネル粒子(A−1)をスピネル粒子(A−3)に変更したことを除いては、実施例3と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−12)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.01gであった。
スピネル粒子(A−1)をスピネル粒子(A−3)に変更したことを除いては、実施例4と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−13)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.006gであった。
スピネル粒子(A−1)をスピネル粒子(A−3)に変更したことを除いては、実施例9と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−14)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.016gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例2で合成したスピネル粒子(A−2)100質量部、水0.005質量部、およびオクタノール100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にオクタデシルプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、100℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、トルエンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した表面処理スピネル粒子(F−15)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.015gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例2で合成したスピネル粒子(A−2)100質量部、水0.005質量部、およびオクタノール100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にイソプロピルトリイソステアロイルチタネート0.5質量部を加え、100℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、トルエンで洗浄し、得られたろ過ケーキを100℃で2時間乾燥して、前記チタン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した表面処理スピネル粒子(F−16)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.013gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、合成例2で合成したスピネル粒子(A−2)100質量部、水0.005質量部、およびテトラヒドロフラン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にオクタデシルホスホン酸0.5質量部を加え、60℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、テトラヒドロフランで洗浄し、得られたろ過ケーキを100℃で2時間乾燥して、前記燐酸化合物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に吸着により付着した表面処理スピネル粒子(F−17)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.012gであった。
スピネル粒子(A−2)をスピネル粒子(A−3)に変更したことを除いては、実施例15と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−18)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.027gであった。
スピネル粒子(A−2)をスピネル粒子(A−3)に変更したことを除いては、合成例8実施例16と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−19)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.023gであった。
スピネル粒子(A−2)をスピネル粒子(A−3)に変更したことを除いては、実施例17と同様の方法で表面処理スピネル粒子(F−20)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.02gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、比較合成例1で合成した比較未処理スピネル粒子(HA−1)100質量部、水0.005質量部、およびメチルエチルケトン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、80℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、メチルエチルケトンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した比較表面処理スピネル粒子(HF−1)を得た。得られた比較表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.04gであった。
温度計、撹拌機、還流冷却器を取り付けた500mLセパラブルフラスコに、窒素ガスパージを施しながら、比較合成例1で合成した比較未処理スピネル粒子(HA−1)100質量部、水0.005質量部、およびメチルエチルケトン100質量部を加え、攪拌した。このスラリー中にN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン0.5質量部を加え、80℃まで昇温してさらに10時間攪拌したのち、ろ別し、メチルエチルケトンで洗浄し、得られたろ過ケーキを200℃で2時間乾燥して、前記シラン化合物の硬化物がスピネル粒子の表面の少なくとも一部に付着した比較表面処理スピネル粒子(HF−2)を得た。得られた比較表面処理スピネル粒子(HF−2)の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.03gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、比較合成例1で合成した比較未処理スピネル粒子(HA−1)40質量部と、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、比較未処理スピネル粒子(HA−1)とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した比較表面処理スピネル粒子(HF−3)を得た。得られた比較表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.02gであった。
100mlポリテトラフルオロエチレン容器中に、比較合成例1で合成した比較未処理スピネル粒子(HA−1)40質量部と、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン2質量部を入れた5mlガラス容器を、比較未処理スピネル粒子(HA−1)とN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランが直接接触しない状態で入れ、ポリテトラフルオロエチレン容器に蓋をした後、ステンレス製高圧反応容器に入れ、150℃の乾燥機中に16時間加熱することで、前記シラン化合物の硬化物を含む表面処理層が均一に付着した比較表面処理スピネル粒子(HF−4)を得た。得られた比較表面処理スピネル粒子(HF−4)の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.015gであった。
スピネル粒子(HA−1)をスピネル粒子(HA−2)に変更したことを除いては、比較例3と同様の方法で表面処理スピネル粒子(HF−5)を得た。得られた表面処理スピネル粒子の表面積1m2あたりの表面処理層の付着量は、0.02gであった。
熱可塑性樹脂としてDIC−PPS LR100G(Y−1、DIC株式会社製ポリフェニレンスルフィド樹脂、密度1.35g/cm3)の27.3質量部、表面処理スピネル(F−1)の72.7質量部を均一にドライブレンドした後、樹脂溶融混練装置ラボプラストミルにより混練温度300℃、回転数80rpmの条件で溶融混練処理し、熱伝導性フィラーの充填率が50容量%のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物を得た。樹脂組成物中のフィラー含有量(容量%)は、熱可塑性樹脂の密度と熱伝導性フィラーの密度より計算した。
得られた樹脂組成物を金型に入れ加工温度300℃で熱プレス成形を行うことで、0.5mm厚のプレス成形体を作製した。作製したプレス成形体から10mmX10mmのサンプルを切り出し、熱伝導率測定装置(LFA467 HyperFlash、NETZSCH社製)を用いて、25℃における熱伝導率の測定を行った。
実施例21と同様にして、下記表3−1〜3−4の配合率にて熱可塑性樹脂組成物を作成し、熱伝導率の測定を行った。
熱可塑性樹脂としてユーピロンS3000F(Y−2、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製ポリカーボネート樹脂、密度1.20g/cm3)の25.0質量部、表面処理スピネル(F−3)の75.0質量部を均一にドライブレンドした後、樹脂溶融混練装置ラボプラストミルにより混練温度250℃、回転数80rpmの条件で溶融混練処理し、熱伝導性フィラーの充填率が50容量%のポリカーボネート樹脂組成物を得た。樹脂組成物中のフィラー含有量(容量%)は、熱可塑性樹脂の密度と熱伝導性フィラーの密度より計算した。
実施例29と同様にして、下記表4の配合率にて熱可塑性樹脂組成物を作成し、熱伝導率の測定を行った。
エポキシ樹脂としてエピクロン850S(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、DIC(株)製、エポキシ当量188g/eq)を60質量部と、EX−201(レゾルシノールジグルシジルエーテル ナガセケムテックス(株)製、エポキシ当量115g/eq)を40質量部、2P4MHZ−PW(2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、四国化成工業(株)製)を5質量部を混合し、樹脂混合物(X−1)を得た。
調製例1で得られた熱硬化性樹脂混合物(X−1)の18.2質量部、表面処理スピネル(F−1)の81.8質量部を配合した後、自転−公転型混練装置で混練したものを、常温下、0.1MPaの減圧下で5分、減圧器を用いて脱泡することによって、熱伝導性フィラーの充填率が60容量%の熱硬化性樹脂組成物を得た。
得られた熱伝導性樹脂組成物を用いて、加熱プレス成形により樹脂硬化物1(50×50×約0.8mm)を作成した(硬化条件170℃×20分)。その樹脂硬化物1を乾燥器内で170℃×2時間、200℃×2時間で更に硬化させた。得られた硬化物から10×10mmのサンプルを切り出し、熱伝導率測定装置(LFA467 HyperFlash、NETZSCH社製)を用いて、25℃における熱伝導率の測定を行った。
実施例30と同様にして、下記表5-1〜5-5の配合率にて熱硬化性樹脂組成物を作成し、樹脂硬化物の熱伝導率の測定を行った。
2,2’,7,7’−テトラグリシジルオキシ−1,1’−ビナフタレン(エポキシ樹脂、エポキシ当量144g/eq)60質量部、EX−201(レゾルシノールジグリシジルエーテル、ナガセケムテックス(株)製、エポキシ当量115g/eq)10質量部、および、下記フェノキシ樹脂溶液100質量部を混合することによって、固形分量59質量%の樹脂混合物(X−2)を調製した。
温度計、冷却管、攪拌器を取り付けたフラスコにビスフェノールAを114g、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC(株)製EPCLON−850S)を191.6g(エポキシ当量188g/eq)、シクロヘキサノンを130.9g(不揮発分:70%)仕込み、系内を窒素置換し、窒素をゆっくりフローし、攪拌しながら80℃まで昇温し、2E4MZ(2−エチルー4−イミダゾール、四国工業化成(株)製)120mg(理論樹脂固型分に対して400ppm)を加え、さらに150℃まで昇温した。その後、150℃で20時間攪拌し、不揮発分(N.V.)が30%(MEK:シクロヘキサノン=1:1)となるようにMEK、シクロヘキサノンを加えて調整した。得られたフェノキシ樹脂溶液の粘度は5200mPa・s、不揮発分のエポキシ当量は12500g/eqであった。
調製例2で得られた樹脂混合物(X−2)を170質量部、表面処理スピネル(F−3)を1231質量部、および、平均粒径0.4μmの酸化アルミニウム粉末 AA−04(住友化学(株))を339質量部を配合した後、自転−公転型混練装置で混練し、2P4MHZ−PW(2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、四国化成工業(株)製)2.5質量部、AH−154(ジシアンジアミド系硬化剤、味の素ファインテクノ(株)製)3.1質量部、および、メチルエチルケトン(MEK)130質量部を配合し、自転−公転型混練装置で混練したものを、常温下、0.1MPaの減圧下で5分、減圧器を用いて脱泡することによって、熱硬化性樹脂組成物を得た。
前記離型フィルムを除去して得た熱伝導性接着シートを200℃環境下に90分静置し熱硬化させた。得られた硬化物を10mm角に裁断したものを試験サンプルとし、熱伝導率測定装置(LFA467nanoflash、NETZSCH社製)を用いて、25℃における熱伝導率の測定を行った。
前記硬化物から切り出した試験片を、アルキメデス法により密度測定を行い、計測した密度値を組成物比から算出した理論密度値で除した値を密度比とした。
前記離型フィルムを除去して得た熱伝導性接着シートをアルミ片同士の片側(25mm×100mm×1.6mm)の一端部(25mm×12.5mm)に載せ、もう一枚同型の金属片を貼り合わせたうえ、170℃×2時間、次いで200℃×1.5時間で硬化させ、積層体を作成した。
下記表6−1〜6−3に記載の原料を実施例44と同様の処方により、熱硬化性樹脂組成物および熱伝導性接着シートを作成し、熱伝導率および接着強度の測定を行った。
調製例2で得られた樹脂混合物(X−2)を170質量部、表面処理スピネル(F−7)を923質量部、表面処理スピネル(F−12)を308質量部、および、平均粒径0.4μmの酸化アルミニウム粉末 AA−04(住友化学(株))を339質量部を配合した後、自転−公転型混練装置で混練し、2P4MHZ−PW(2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、四国化成工業(株)製)2.5質量部、AH−154(ジシアンジアミド系硬化剤、味の素ファインテクノ(株)製)3.1質量部、および、メチルエチルケトン(MEK)130質量部を配合し、自転−公転型混練装置で混練したものを、常温下、0.1MPaの減圧下で5分、減圧器を用いて脱泡することによって、熱硬化性樹脂組成物を得た。
下記表6−2、6−3に記載の原料を実施例51と同様の処方により、熱硬化性樹脂組成物および熱伝導性接着シートを作成し、熱伝導率および接着強度の測定を行った。
Claims (8)
- マグネシウム原子、アルミニウム原子、および酸素原子を含むスピネル粒子(A)表面の少なくとも一部に、表面処理層を有する表面処理スピネル粒子(B)であって、前記表面処理層が、有機シラン化合物、有機チタン化合物及び有機燐酸化合物からなる群から選択される少なくとも一種である有機化合物を含む表面処理剤及びまたはその硬化物を含有するものであって、前記スピネル粒子(A)が、更にモリブデンを含み、[111]面の結晶子径が220nm以上であることを特徴とする、表面処理スピネル粒子(B)。
- 前記スピネル粒子(A)の[311]面の結晶子径が100nm以上である、請求項1に記載の表面処理スピネル粒子(B)。
- 前記スピネル粒子(A)が、[311]面の結晶ピーク強度に対する[111]面の結晶ピーク強度の比([111]面/[311]面)が0.3以上である、請求項2に記載の表面処理スピネル粒子(B)。
- 前記スピネル粒子(A)の平均粒径が0.1〜1000μmである、請求項1から3のい ずれか一項記載の表面処理スピネル粒子(B)。
- マグネシウム原子、アルミニウム原子、および酸素原子と、モリブデンとを含み、[111]面の結晶子径が220nm以上であるスピネル粒子(A)と、有機シラン化合物、有機チタン化合物およびまたは有機燐酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の有機化合物を含有する表面処理剤とを接触させ、スピネル粒子(A)の表面の少なくとも一部に当該表面処理剤を付着させることを特徴とする、表面処理スピネル粒子(B)の製造方法。
- 表面処理スピネル粒子(B)の製造方法において、スピネル粒子(A)と表面処理剤とを接触させる工程が、湿式法である、請求項5に記載の表面処理スピネル粒子(B)の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項記載の表面処理スピネル粒子(B)と、有機高分子化合物(C)とを含有してなる樹脂組成物。
- 請求項7の樹脂組成物を成形する成形物の製造方法。
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