KR20060047809A - 열전도성 실리콘 고무 조성물 및 성형품 - Google Patents

열전도성 실리콘 고무 조성물 및 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충전제를 다량으로 함유하더라도 취급성, 성형성, 유동성이 양호한 열전도성 실리콘 고무 조성물을 제공한다.
(A) 점도 50 내지 100,000 mPa·s에서 평균 0.1개 이상의 규소 원자 결합 알케닐기를 갖는 오르가노폴리실록산,
(B) 점도 1 내지 100,000 mPa·s에서 평균 2개 이상의 SiH기를 갖는 오르가노폴리실록산,
(C) 열전도성 충전제,
(D) 백금 촉매,
(E) 화학식 1의 분자량 10,000 이상의 오르가노폴리실록산을 포함하는 열전도성 실리콘 고무 조성물, 및 이 조성물을 경화시켜 얻어지는 성형품이 제공된다.
<화학식 1>
Figure 112005024881462-PAT00001
Figure 112005024881462-PAT00002
R 및 R1은 1가 탄화수소기이고, R2는 알콕시, 알케닐옥시 또는 아실옥시기이 고, Z는 O 또는 2가 탄화수소기이고, r은 0, 1 또는 2, k=100 내지 1,000, p=50 내지 1,000, m, n, q=0 내지 20, k+m+n=100 내지 1,000이고, A1 내지 A3은 R 또는 -Z-Si(R1 r)R2 (3-r)이며, 1개 이상의 Z-Si(R1 r)R2 (3-r)을 포함한다.
열전도성 실리콘 고무 조성물, 오르가노폴리실록산, 열전도성 충전제

Description

열전도성 실리콘 고무 조성물 및 성형품 {Heat Conductive Silicone Rubber Composition and Molded Article}
도 1은 본 발명의 실시예에서의 인장 전단 접착 시험용 피착체 및 시험 방법을 나타낸 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 알루미늄판
2: 접착제층(실리콘 고무)
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 (소)47-32400호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 (소)56-100849호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 (평)1-69661호 공보
[특허문헌 4] 일본 특허 공개 (평)4-328163호 공보
[특허문헌 5] 일본 특허 공개 제2000-256558호 공보
본 발명은 열전도성 충전제를 다량으로 함유하더라도 취급성 및 성형성, 특 히 유동성이 양호한 열전도성 실리콘 고무 조성물, 및 이 조성물을 경화시켜 얻어지는 성형품에 관한 것이다.
종래, 전력 트랜지스터, 사이리스터 등의 발열성 부품은 열발생에 의해 특성이 저하되기 때문에, 설치시 열싱크를 부착함으로써 열을 방산시키고, 기기의 금속제의 섀시에 열을 밀어내는 대책이 도모되고 있다. 이때, 전기 절연성과 열전도성을 향상시키기 위해 발열성 부품과 열싱크 사이에 실리콘 고무에 열전도성 충전제를 배합한 방열 절연성 시트가 이용된다.
이 방열 절연성 재료로서는 일본 특허 공개 (소)47-32400호 공보에, 실리콘 고무 등의 합성 고무 100 중량부에 산화베릴륨, 산화알루미늄, 수화산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 금속 산화물을 100 내지 800 중량부 배합한 절연성 조성물이 개시되어 있다.
또한, 절연성을 필요로 하지 않는 장소에 이용되는 방열 재료로서 일본 특허 공개 (소)56-100849호 공보에는, 부가 경화형 실리콘 고무에 실리카 및 은, 금, 규소 등의 열전도성 분말 60 내지 500 중량부를 배합한 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 이들 열전도성 재료는 열전도율이 1.5 W/mK 미만인 것밖에 얻어지지 않으며, 열전도성을 향상시키기 위해 열전도성 충전제를 다량으로 고충전시키면 유동성이 저하되고, 성형 가공성이 매우 열악해진다는 문제가 있었다.
따라서, 이를 해결하는 방법으로서 일본 특허 공개 (평)1-69661호 공보에는, 평균 입경 5 ㎛ 이하의 알루미나 입자가 10 내지 30 중량％이고 나머지는 단일 입자로 평균 입경 10 ㎛ 이상이며, 또한 커팅 엣지를 갖지 않는 형상인 구상 강옥 입 자를 포함하는 알루미나를 충전하는 고열전도성 고무·플라스틱 조성물이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 (평)4-328163호 공보에는, 평균 중합도 6,000 내지 12,000의 검상 오르가노폴리실록산과 평균 중합도 200 내지 2,000의 오일상 오르가노폴리실록산을 병용한 기재 중합체 성분 100 중량부당 구상 산화알루미늄 분말 500 내지 1,200 중량부를 포함하는 열전도성 실리콘 고무 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 이들 방법을 이용하더라도 기재 중합체 성분 100 중량부당 산화알루미늄 분말을 1,000 중량부 이상(산화알루미늄 70 부피％ 이상) 충전하고자 하면, 입자의 조합 및 실리콘 기재의 점도 조정만으로는 성형 가공성의 향상에 한계가 있었다.
따라서, 성형 가공성의 향상을 해결하는 수단으로서, 일본 특허 공개 제2000-256558호 공보에서는 습윤제로서 가수분해성기 함유 메틸폴리실록산을 0.1 내지 50 부피％ 함유하는 열전도성 실리콘 고무 조성물이 개시되어 있다. 이 방법에 의해 열전도성 실리콘 고무 조성물의 성형 가공성은 크게 향상되었다. 그러나, 상기 방법에 있어서도, 한층 더 고열전도성을 실현하기 위해서 웨터의 첨가 비율을 늘리면, 점도 상승은 감소되지만 유동성이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 열전도성 충전제를 다량으로 함유하더라도 취급성 및 성형성, 특히 유동성이 양호한 열전도성 실리콘 고무 조성물, 및 이 조성물을 경화시켜 얻어지는 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, (A) 25 ℃에서의 점도가 50 내지 100,000 mPa·s이며, 1분자 중에 평균 0.1개 이상의 규소 원자 결합 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산, (B) 25 ℃에서의 점도가 1 내지 100,000 mPa·s이며, 1분자 중에 평균 2개 이상의 규소 원자에 결합된 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산, (C) 열전도성 충전제, (D) 백금 촉매, 및 (E) 하기 화학식 1로 표시되며 분자량이 10,000 이상인 오르가노폴리실록산의 특정량을 함유하는 열전도성 실리콘 고무 조성물이, 열전도성 충전제를 다량으로 함유하고 있더라도 취급성 및 성형성, 특히 유동성이 양호하다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
Figure 112005024881462-PAT00003
Figure 112005024881462-PAT00004
식 중, R은 동일하거나 상이한 치환 또는 비치환 1가 탄화수소기이고, R1은 탄소 원자수 1 내지 4의 1가 탄화수소기이고, R2는 탄소 원자수 1 내지 4의 알콕시기, 알케닐옥시기 또는 아실옥시기이고, Z는 산소 원자 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 2가 탄화수소기이고, r은 0, 1 또는 2이고, k, m, n, p 및 q는 각각 k=100 내지 1,000의 정수이고, m=0 내지 20의 정수, n=0 내지 20의 정수, p=50 내지 1,000의 정수, q=0 내지 20의 정수이며, k+m+n의 합은 100 내지 1,000이고, A1, A2 및 A3은 각각 R, 또는 -Z-Si(R1r)R2 (3-r)(R1, R2, r 및 Z는 상기와 동일함)로 표시되는 기이며, 1분자 중에 1개 이상의 -Z-Si(R1r)R2 (3-r)기를 함유하는 것이다.
따라서, 본 발명은
(A) 25 ℃에서의 점도가 50 내지 100,000 mPa·s이며, 1분자 중에 평균 0.1개 이상의 규소 원자 결합 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산: 2 내지 99 질량부,
(B) 25 ℃에서의 점도가 1 내지 100,000 mPa·s이며, 1분자 중에 평균 2개 이상의 규소 원자에 결합된 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산: 전체 성분 중의 총규소 원자 결합 알케닐기 1 몰에 대해 (B) 성분의 규소 원자 결합 수소 원자가 0.1 내지 6.0 몰이 되는 양,
(C) 열전도성 충전제: (A) 성분과 (E) 성분의 합계 100 질량부에 대해 100 내지 3,500 질량부,
(D) 백금 촉매: 유효량,
(E) 상기 화학식 1로 표시되며 분자량이 10,000 이상인 오르가노폴리실록산: 98 내지 1 질량부(단, (A) 성분, (E) 성분 및 임의의 (F) 성분의 합계는 100 질량 부임)를 함유하는 열전도성 실리콘 고무 조성물, 및 이 열전도성 실리콘 고무 조성물을 경화시켜 얻어지는 성형품을 제공한다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 열전도성 실리콘 고무 조성물을 상세하게 설명한다.
(A) 성분의 오르가노폴리실록산은 본 조성물의 주요제(기재 중합체)이며, 1분자 중에 평균 0.1개 이상, 바람직하게는 1분자 중에 평균 0.8개 이상, 보다 바람직하게는 1분자 중에 평균 2개 이상의 규소 원자에 결합된 알케닐기를 함유하는 것을 특징으로 한다. 또한, 1분자 중의 알케닐기의 수는 통상 20개 이하, 특히 10개 이하 정도인 것이 바람직하다. 1분자 중의 규소 원자 결합 알케닐기의 평균치가 상기 범위의 하한 미만이면 얻어지는 조성물이 충분히 경화되지 않고, 상기 범위의 상한을 초과하면 얻어지는 실리콘 고무 경화물의 고무 물성이 저하될 우려가 있다.
또한, 이 알케닐기의 함유량은 1분자 중의 규소 원자에 결합하는 전체 유기기의 0.01 내지 20 mol％, 특히 0.1 내지 10 mol％로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 알케닐기는 분자쇄 말단의 규소 원자에 결합되어 있거나, 분자쇄 도중의 규소 원자에 결합되어 있거나, 둘다에 결합되어 있을 수도 있지만, 조성물의 경화 속도, 경화물의 물성 등의 점에서 적어도 분자쇄 말단의 규소 원자, 특히 분자쇄 양쪽 말단의 규소 원자에 결합된 알케닐기를 포함한 것이 바람직하다.
(A) 성분의 규소 원자 결합 알케닐기로서는, 예를 들면 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기 등의, 통상 탄소 원자수 2 내지 8개, 바람직하게는 탄소 원자수 2 내지 6개 정도의 것을 들 수 있고, 바람직하게는 비닐기이다. 또한 (A) 성분의 알케닐기 이외의 규소 원자 결합 유기기(즉, 알케닐기 이외의 규소 원자에 결합된 비치환 또는 할로겐 치환의 1가 탄화수소기)로서는, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 헥실기 등의 알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 등의 아릴기, 벤질기 등의 아랄킬기, 또는 이들 수소 원자가 부분적으로 염소 원자, 불소 원자 등으로 치환된 할로겐화 탄화수소기 등의, 통상 탄소 원자수 1 내지 12개, 바람직하게는 탄소 원자수 1 내지 8개 정도의 것이 예시되지만, 바람직하게는 알킬기, 아릴기이고, 보다 바람직하게는 메틸기, 페닐기이다.
또한, (A) 성분의 25 ℃에서의 점도는 50 내지 100,000 mPa·s이고, 바람직하게는 100 내지 50,000 mPa·s이다. 25 ℃에서의 점도가 상기 범위의 하한 미만이면 얻어지는 실리콘 고무의 물리적 특성, 예를 들면 고무 경도, 인장 강도, 인열 강도 등의 고무 강도, 신도 등의 고무 물성이 현저히 저하되어 버리고, 한편 상기 범위의 상한을 초과하면 얻어지는 실리콘 고무 조성물의 취급 작업성이 현저히 저하된다. 이러한 (A) 성분의 오르가노폴리실록산 분자 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 직쇄상, 환상, 분지쇄상, 일부 분지를 갖는 직쇄상, 3차원 망상 구조를 들 수 있으며, 바람직하게는 주쇄가 디오르가노실록산 단위의 반복을 포함하고, 분자쇄 양쪽 말단이 트리오르가노실록시기로 봉쇄된 기본적으로 직쇄상 구조의 디오르가노폴리실록산이다. 또한 (A) 성분은 이들 분자 구조를 갖는 단일 중합체, 이들 분자 구조를 포함하는 공중합체, 또는 이들 중합체의 혼합물이다.
(A) 성분의 오르가노폴리실록산은 공지된 방법으로 얻을 수 있다. 일반적인 제조 방법을 예로 들면, 오르가노시클로폴리실록산과 헥사오르가노디실록산을 알칼리 또는 산 촉매의 존재하에 평형화 반응을 행함으로써 얻을 수 있다. (A) 성분의 예로서는 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
또한, 하기 화학식 중 R3은 탄소 원자수 1 내지 12, 특히 1 내지 8의 할로겐 치환 또는 비치환 1가 탄화수소기이고, 상기한 알케닐기를 제외한, 규소 원자에 결합된 치환 또는 비치환 1가 탄화수소기로서 예시한 것과 동일하며, 바람직하게는 메틸기, 페닐기이다. a 및 b는 a≥1, b≥0의 정수이고, 바람직하게는 a=1 내지 20의 정수, b=10 내지 1,000의 정수이며, a+b는 이 오르가노폴리실록산의 점도를 상술한 값으로 하는 수이다.
Figure 112005024881462-PAT00005
(A) 성분의 배합량은 (A) 성분과 후술하는 (E) 성분 및 임의 성분인 (F) 성 분의 합계 100 질량부에 대해 2 내지 99 질량부이며, 바람직하게는 30 내지 95 질량부이고, 보다 바람직하게는 50 내지 95 질량부이다. 배합량이 지나치게 적으면 실리콘 고무 경화물의 기계적 강도가 저하되어 버리고, 지나치게 많으면 (C) 성분에 대한 (E) 성분의 비율이 낮아지고 유동성 향상 효과가 얻어지지 않는다.
(B) 성분의 오르가노폴리실록산은 본 조성물의 가교제이며, 1분자 중에 평균 2개 이상의 규소 원자에 결합된 수소 원자(즉, SiH기)를 함유하는 오르가노히드로겐폴리실록산이다.
여기서, (B) 성분은 (A) 성분과 반응하고 가교제로서 작용하는 것이면 그 분자 구조에 특별히 제한되지 않고, 종래 제조되고 있는, 예를 들면 직쇄상, 환상, 분지쇄상, 3차원 망상 구조 등, 각종의 것을 사용할 수 있지만, 1분자 중에 평균 2개 이상의 규소 원자에 결합된 수소 원자(SiH기)를 가질 필요가 있고, 바람직하게는 2 내지 200개, 보다 바람직하게는 3 내지 100개를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 오르가노히드로겐폴리실록산으로서는 하기 화학식 1a로 표시되는 것이 바람직하게 사용된다.
R4 cHdSiO(4-c-d)/2
상기 화학식 1a 중, R4는 지방족 불포화 결합을 제외한, 바람직하게는 탄소 원자수 1 내지 10의, 비치환 또는 치환 1가 탄화수소기이며, 이 R4로서는 (A) 성분 에 있어서의 상기한 알케닐기를 제외하고 규소 원자에 결합된 비치환 또는 치환 1가 탄화수소기로서 예시한 것을 들 수 있고, 바람직하게는 알킬기, 아릴기이며, 보다 바람직하게는 메틸기, 페닐기이고, 또한 c는 0.7 내지 2.1, d는 0.001 내지 1.0이면서 c+d가 0.8 내지 3.0을 만족하는 양수이며, 바람직하게는 c는 1.0 내지 2.0, d는 0.01 내지 1.0, c+d가 1.5 내지 2.5이다.
1분자 중에 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상 함유되는 SiH기는 분자쇄 말단, 분자쇄 도중 중 어느 한쪽에 위치하거나 이 양쪽에 위치하는 것일 수도 있지만, 1분자 중의 규소 원자의 수(또는 중합도)는 통상 2 내지 300개, 바람직하게는 4 내지 150개 정도의 것이 바람직하고, 또한 본 발명에 있어서는 25 ℃에서의 점도가 1 내지 100,000 mPa·s, 바람직하게는 1 내지 5,000 mPa·s 정도인, 실온(25℃)에서 액상인 것이 사용된다.
화학식 1a의 오르가노히드로겐폴리실록산으로서 구체적으로는, 예를 들면 1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 메틸히드로겐시클로폴리실록산, 메틸히드로겐실록산·디메틸실록산 환상 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로겐폴리실록산, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로겐실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸히드로겐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 양쪽 말단 디메틸히드로겐실록시기 봉쇄 디메틸실록산·메틸히드로겐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로겐실록산·디페닐실록산 공중합체, 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 메틸히드로겐실록산·디페닐실록산·디메틸실록산 공중합체, 양쪽 말단 디메틸히드로겐실록시기 봉쇄 메틸히드로겐실록산·디메틸실록산· 디페닐실록산 공중합체, (CH3)2HSiO1/2 단위, (CH3)3SiO1/2 단위 및 (C6H5)3SiO1/2 단위를 포함하는 공중합체, (CH3)2HSiO1/2 단위, HSiO3/2 단위 및(C6H5)3SiO1/2 단위를 포함하는 공중합체 등을 들 수 있다.
(B) 성분의 오르가노히드로겐폴리실록산은 공지의 제조 방법으로 얻을 수 있다. 일반적인 제조 방법을 예로 들면, 옥타메틸시클로테트라실록산 및(또는) 테트라메틸시클로디실록산과 말단기가 될 수 있는 헥사메틸디실록산 또는 1,1'-디히드로-2,2',3,3'-테트라메틸디실록산 단위를 포함하는 화합물을, 황산, 트리플루오로메탄술폰산, 메탄술폰산 등의 촉매의 존재하에 -10 내지 +40 ℃ 정도의 온도에서 평형화시켜 쉽게 얻을 수 있다.
(B) 성분의 함유량은 전체 성분(특히, (A) 성분, (E) 성분 및 임의의 (F) 성분) 중의 총규소 원자 결합 알케닐기 1 몰에 대해 본 성분 중의 규소 원자 결합 수소 원자가 0.1 내지 6.0 몰, 바람직하게는 0.2 내지 3.0 몰이 되는 양이다. (B) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 미만이 되는 양이면 얻어지는 실리콘 고무 조성물이 충분히 경화되지 않고, 한편 상기 범위의 상한을 초과하면 얻어지는 실리콘 고무가 심하게 경질되어 표면에 다수의 균열이 생겨 버린다.
(C) 성분의 열전도성 충전제는, 열전도성을 갖는 무기 분말 및(또는) 금속 분말인 것이 바람직하고, 구체적으로는 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 탄화규소, 질화규소, 산화마그네슘, 질화알루미늄, 질화붕소, 그라파이트 등으로부터 선택되는 무기 분말의 1종 이상, 또는 알루미늄, 구리, 은, 금, 니켈, 철, 스테인레 스 등으로부터 선택되는 금속 분말의 1종 이상을 사용할 수 있으며, 각종 분말을 조합하여 사용할 수도 있다.
(C) 성분의 평균 입경으로서는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 통상 0.1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 0.2 내지 30 ㎛, 보다 바람직하게는 0.2 내지 20 ㎛이다. 평균 입경이 50 ㎛를 초과하면 분산성이 열악해질 우려가 있고, 액상 실리콘 고무의 경우, 방치해 두면 열전도성 충전제가 침강될 우려가 있다. 또한, 평균 입경은 예를 들면 레이저광 회절법에 의한 입도 분포 측정에 있어서의 누적 중량 평균치(D50), 또는 메디안 직경 등으로서 구할 수 있다.
또한, 열전도성 충전제의 형상은 라운딩을 띤 구상에 가까운 것이 바람직하다. 형상이 라운딩을 띠고 있는 것일수록 고충전하더라도 점도의 상승을 억제시킬 수 있다. 이러한 구상의 열전도성 충전제로서는 쇼와 덴꼬 가부시끼가이샤 제조의 구상 알루미나 AS 시리즈, 가부시끼가이샤 애드 마텍스 제조의 고순도 구상 알루미나 AO 시리즈 등을 들 수 있다. 또한, 입경이 큰 열전도성 충전제 분말과 입경이 작은 열전도성 충전제 분말을 최밀충전 이론 분포 곡선에 따른 비율로 조합하는 것이 충전 효율의 향상, 저점도화 및 고열전도화를 위해 바람직하다.
(C) 성분의 함유량은 (A) 성분과 (E) 성분의 합계, 또는 임의 성분인 (F) 성분을 배합하는 경우, (A) 성분, (E) 성분 및 (F) 성분의 합계 100 질량부에 대해 100 내지 3,500 질량부이고, 바람직하게는 500 내지 3,000 질량부이며, 보다 바람직하게는 500 내지 2,500 질량부이고, 특히 바람직하게는 1,000 내지 2,500 질량부 이다. (C) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 미만이면 얻어지는 실리콘 고무의 열전도성이 불충분해지고, 한편 상기 범위의 상한을 초과하면 얻어지는 실리콘 고무 조성물의 배합이 어려워져 조성물의 점도가 높아지며 성형 가공성이 열악해져 버린다.
(D) 성분의 백금 촉매는 본 조성물의 경화를 촉진시키기 위한 촉매이고, 예를 들면 염화백금산, 염화백금산 알코올 용액, 백금의 올레핀 착체, 백금의 알케닐실록산 착체, 백금의 카르보닐 착체를 들 수 있다.
(D) 성분의 함유량은 촉매로서의 유효량이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 (A) 성분, (B) 성분, (E) 성분(또는, (F) 성분을 배합하는 경우, (A) 성분, (B) 성분, (E) 성분 및 (F) 성분)의 합계 질량에 대해, 본 성분 중의 금속 백금분이 질량 기준으로 0.01 내지 1,000 ppm이 되는 양이고, 바람직하게는 0.05 내지 500 ppm, 특히 바람직하게는 0.1 내지 500 ppm이 되는 양이다. (D) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 미만이면 얻어지는 실리콘 고무 조성물이 충분히 경화되지 않을 우려가 있고, 한편 상기 범위의 상한을 초과하는 양을 배합하더라도 얻어지는 실리콘 고무 조성물의 경화 속도가 향상되지 않을 우려가 있다.
(E) 성분은 (C) 성분의 열전도성 충전제를 다량으로 배합하더라도 취급성 및 성형성, 특히 유동성이 양호해지는 본 조성물의 특징을 부여하는 성분이고, 하기 화학식 1로 표시되며 분자량이 10,000 이상, 바람직하게는 10,000 내지 500,000, 더욱 바람직하게는 15,000 내지 100,000인 오르가노폴리실록산이다. 또한 여기서의 분자량은 GPC(겔 투과 크로마토그래피) 분석에서의 중량 평균 분자량(Mw) 등으 로서 구할 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112005024881462-PAT00006
Figure 112005024881462-PAT00007
식 중, R은 동일하거나 상이한 치환 또는 비치환 1가 탄화수소기이고, R1은 탄소 원자수 1 내지 4의 1가 탄화수소기이고, R2는 탄소 원자수 1 내지 4의 알콕시기, 알케닐옥시기 또는 아실옥시기이고, Z는 산소 원자 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 2가 탄화수소기이고, r은 0, 1 또는 2이고, k, m, n, p 및 q는 각각 k=100 내지 1,000의 정수, m=0 내지 20의 정수, n=0 내지 20의 정수, p=50 내지 1,000의 정수, q=0 내지 20의 정수이며, k+m+n의 합은 100 내지 1,000이고, 또한 A1, A2 및 A3은 각각 R, 또는 -Z-Si(R1 r)R2 (3-r)(R1, R2, r 및 Z는 상기와 동일함)로 표시되는 기이며, 1분자 중에 1개 이상의 -Z-Si(R1 r)R2 (3-r)기를 함유하는 것이며, 또한 분자 중의 실록산(Si-O-Si) 구조에 관여하는 규소 원자의 수는 통상 100 내지 1,000, 바람직하게는 130 내지 1,000, 보다 바람직하게는 200 내지 800 정도인 것이 바람직하다.
여기서, R은 바람직하게는 탄소수 1 내지 20, 특히 바람직하게는 1 내지 10의 동일하거나 상이한 치환 또는 비치환 1가 탄화수소기이고, 이러한 1가 탄화수소기로서 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, 헥실기 등의 알킬기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기 등의 포화 탄화수소기, 페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 나프틸기 등의 아릴기, 벤질기, 페닐에틸기 등의 아랄킬기, 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 이소프로페닐기, 부테닐기 등의 알케닐기 등의 불포화 탄화수소기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 할로겐 치환 탄화수소기, 시아노 치환 탄화수소기 등을 들 수 있지만, 바람직하게는 메틸기, 페닐기 및 비닐기이다.
또한, R1로서는, 예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등의 알킬기를 들 수 있고, R2로서는, 예를 들면 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기, 아세톡시기, 비닐옥시기, 알릴옥시기, 프로페녹시기, 이소프로페녹시기 등을 들 수 있다. 또한, Z로서는 산소 원자 이외의 2가 탄화수소기로서 통상 탄소 원자수 2 내지 6의 하기의 알킬렌기 등이 예시된다.
-CH2CH2-, -CH2CH2CH2-,
-CH2CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH(CH3)CH2-
r은 바람직하게는 0 또는 1, 특히 바람직하게는 0이다. k는 바람직하게는 200 내지 800의 정수, m은 바람직하게는 0 내지 10의 정수, n은 바람직하게는 0 내지 10의 정수, p는 바람직하게는 100 내지 800의 정수, q는 바람직하게는 0 내지 10의 정수이면서, k+m+n의 합은 바람직하게는 200 내지 800이다. k+m+n의 합이 1,000 이상에서는 조성물의 점도가 극단적으로 높아져 버린다.
또한, (E) 성분이 하기 화학식 2로 표시되는 편말단 또는 양쪽 말단 3관능의 가수분해성기 함유 디오르가노폴리실록산인 경우, 양호한 유동성을 유지한 상태에서, 조성물의 점도를 저하시키는 효과가 높아지기 때문에 바람직하다.
Figure 112005024881462-PAT00008
식 중, B는 메틸기, 알케닐기, 또는 -O-SiR2 3(R2는 상기와 동일함)으로 표시되는 기이고, k1은 0 내지 20의 정수, k2는 130 내지 1,000의 정수이며, k1+k2의 합은 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 1,000이다.
(E) 성분의 디오르가노폴리실록산의 대표적인 예를 하기에 나타내지만, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112005024881462-PAT00009
식 중, k1은 0 내지 20, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, k2는 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800의 정수이며, k1+k2의 합은 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800이다.
Figure 112005024881462-PAT00010
식 중, k1은 0 내지 20, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, k2는 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800의 정수이며, k1+k2의 합은 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800이다.
Figure 112005024881462-PAT00011
식 중, k1은 0 내지 20, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, k2는 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800의 정수이며, k1+k2의 합은 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800이다.
Figure 112005024881462-PAT00012
식 중, k'는 140 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800의 정수이다.
Figure 112005024881462-PAT00013
식 중, k'는 99 내지 999, 바람직하게는 200 내지 800의 정수, n'는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10의 정수, p'는 50 내지 1,000, 바람직하게는 100 내지 800의 정수이며, k'+n'의 합은 100 내지 1,000, 바람직하게는 100 내지 800이다.
Figure 112005024881462-PAT00014
식 중, k1은 0 내지 20, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, k2는 99 내지 999, 바람직하게는 200 내지 800의 정수, m'는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10의 정수이며, k1+k2+m'의 합은 100 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800이다.
Figure 112005024881462-PAT00015
식 중, k1은 0 내지 20, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, k2는 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800의 정수이며, k1+k2의 합은 130 내지 1,000, 바람직하게는 200 내지 800이다.
(E) 성분의 첨가량은, (E) 성분과 (A) 성분의 합계, 또는 후술하는 (F) 성분을 배합하는 경우, (E) 성분, (A) 성분 및 (F) 성분의 합계가 100 질량부가 되는 양에서 98 내지 1 질량부, 바람직하게는 70 내지 5 질량부, 보다 바람직하게는 50 내지 5 질량부이지만, 한편 (C) 성분에 대해서는 (C) 성분 100 질량부에 대해 0.1 내지 30 질량부가 바람직하고, 0.1 내지 20 질량부가 보다 바람직하며, 0.1 내지 10 질량부가 특히 바람직하다. (E) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 미만이면 얻어지는 실리콘 고무 조성물의 성형성이 저하되고, 한편 상기 범위의 상한을 초과하면 그 이상의 효과를 기대할 수 없으며, 또한 조성물 중의 (C) 성분의 함유 비율이 감소되고 열전도율의 저하를 초래한다.
(F) 성분의 디오르가노폴리실록산은 필요에 따라서 배합할 수도 있는 임의 성분이며, (E) 성분과 마찬가지로 열전도성 충전제를 다량으로 함유했을 때, 취급성 및 성형성을 양호하게 유지할 수 있게 하는 성분이고, (E) 성분과 병용함으로써 조성물의 점도를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다. (F) 성분의 디오르가노폴리실록산은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다.
Figure 112005024881462-PAT00016
식 중, D는 메틸기 또는 알케닐기이고, R2는 상기에서 표시되는 기이고, s는 0 내지 10의 정수, t는 3 내지 120의 정수이며, s+t의 합은 5 내지 129, 바람직하 게는 5 내지 120의 정수이다.
(F) 성분인 디오르가노폴리실록산의 대표적인 예를 하기에 나타내지만, 본 성분이 이것으로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112005024881462-PAT00017
식 중, t'는 5 내지 120, 바람직하게는 20 내지 100의 정수이다.
Figure 112005024881462-PAT00018
식 중, t'는 5 내지 120, 바람직하게는 20 내지 100의 정수이다.
Figure 112005024881462-PAT00019
식 중, s'는 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5의 정수, t'는 3 내지 120, 바람직하게는 20 내지 100의 정수이며, s'+t'의 합은 5 내지 129, 바람직하게는 10 내지 100이다.
Figure 112005024881462-PAT00020
식 중, s'는 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5의 정수, t'는 3 내지 120, 바람직하게는 20 내지 100의 정수이며, s'+t'의 합은 5 내지 129, 바람직하게는 10 내지 100이다.
(F) 성분의 첨가량은 (C) 성분 100 질량부에 대해 통상 30 질량부 이하(즉, 0 내지 30 질량부)이며, 바람직하게는 0.1 내지 20 질량부이고, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10 질량부이다. 또한 (A) 성분, (E) 성분 및 (F) 성분의 합계 100 질량부에 대해서는 (C) 성분이 100 내지 3,500 질량부, 특히 500 내지 3,000 질량부, 특히 750 내지 2,500 질량부인 것이 바람직하다. (F) 성분의 함유량이 상기 범위의 하한 미만이면 얻어지는 실리콘 고무 조성물의 점도 감소 효과가 얻어지지 않을 우려가 있고, 한편 상기 범위의 상한을 초과하면 그 이상의 효과를 기대할 수 없으며, 또한 조성물 중의 (C) 성분의 함유 비율이 감소되고 열전도율의 저하를 초래할 우려가 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 고무 조성물의 제조 방법으로서는 미리 상기 (C) 성분의 표면을 (E) 성분 및(또는) (F) 성분으로 처리하는 것이 바람직하다. 여기서, (C) 성분의 표면을 (E) 성분 및(또는) (F) 성분으로 처리하는 방법으로서는, 예를 들면 (C) 성분과 (E) 성분 및(또는) (F) 성분을 혼합하여, (C) 성분의 표면을 미리 (E) 성분 및(또는) (F) 성분으로 처리하는 방법, (A) 성분과 (C) 성분을 혼합한 후, (E) 성분 및(또는) (F) 성분을 혼합하여, (A) 성분 중에서 (C) 성분의 표면을 (E) 성분 및(또는) (F) 성분으로 처리하는 방법 등을 들 수 있다. 이때, 플래네터리 믹서, 혼련기, 시나가와 믹서 등의 혼합기에서 80 ℃ 이상의 온도로 가열하면서 혼련하는 것이 바람직하다. 가열하지 않더라도 장시간 혼련하면 조성물의 저점도화 및 가소화는 가능하지만, 제조 공정의 단축화 및 배합 중의 혼합기에의 부하의 감소를 위해서는 가열로 인해 촉진시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 얻어 진 조성물에는, (E) 성분 및(또는) (F) 성분이 (C) 성분의 표면을 처리한 상태가 되지만, 이것에 상관없이 (E) 성분 및(또는) (F) 성분이 (C) 성분으로부터 유리되어 함유되어 있지 않을 수도 있다.
추가로, 기타 임의의 첨가 성분으로서 조성물의 경화 속도, 보존 안정성을 조절할 목적으로, 예를 들면 메틸비닐시클로테트라실록산 등의 비닐기 함유 오르가노폴리실록산, 트리알릴이소시아누레이트, 아세틸렌 알코올 및 그의 실록산 변성물 등을 함유할 수도 있다. 또한, 본 조성물은 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 한, 실리콘 레진, 보강성 실리카, 착색제, 산화철, 산화세륨 등의 내열성 향상제, 난연성 부여제, 가소제, 접착 부여제 등을 함유할 수도 있다.
본 조성물을 경화시키는 방법이 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 본 조성물을 성형한 후 실온에서 방치하는 방법, 조성물을 성형한 후 50 내지 200 ℃로 가열하는 방법을 들 수 있다. 또한, 이와 같이 하여 얻어지는 실리콘 고무의 성형은 한정되지 않고, 고경도의 고무상으로부터 저경도의 고무상, 즉 겔상에 이르는 것으로 한다.
또한, 이와 같이 하여 얻어진 성형품은 열전도율이 1.5 W/mK 이상, 특히 1.5 내지 10 W/mK인 것이 바람직하다.
<실시예>
본 발명의 열전도성 실리콘 고무 조성물을 실시예 및 비교예를 나타내어 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다. 또한, 하기 예에서 점도는 25 ℃에서의 회전 점도계에 의한 측정치이고, 평균 입경은 레 이저광 회절법에 의한 입도 분포 측정에서의 중량 평균치(D50)이다.
<실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 3>
하기에 나타낸 성분을 하기 표 1 및 표 2에 나타낸 조성(질량부)으로 배합하여, 실시예 및 비교예의 열전도성 실리콘 고무 조성물을 제조하였다.
우선, (A) 성분, (C) 성분, (E) 성분 및 (F) 성분을 첨가한 후, 시나가와 믹서를 이용하여 실온에서 10 분간 혼련하고, 그 후 150 ℃로 승온시켜 가열하면서 1 시간 동안 혼련하였다. 얻어진 기재를 40 ℃ 이하가 될 때까지 방치한 후, (D) 성분을 균일하게 혼합하고, 이어서 (G) 성분을 첨가 혼합하고, 마지막으로 (B) 성분을 균일하게 혼합하여 열전도성 실리콘 고무 조성물을 제조하였다.
(A) 성분
성분 a-1: 25 ℃에서의 점도가 30,000 mPa·s인 디메틸비닐실록시기로 양쪽 말단을 봉쇄한 디메틸폴리실록산
성분 a-2: 25 ℃에서의 점도가 600 mPa·s인 디메틸비닐실록시기로 양쪽 말단을 봉쇄한 디메틸폴리실록산
(B) 성분
성분 b: 25 ℃에서의 점도가 5 mPa·s인 (CH3)3SiO[SiH(CH3)O]8Si(CH3)3으로 표시되는 오르가노히드로겐폴리실록산(Si에 결합한 H 함유량: 0.01451 mol/g)
(C) 성분
성분 c-1: 평균 입경 10 ㎛의 구상 산화알루미늄 분말(애드마파인 AO-41R, 상품명, (주)애드마텍스 제조)
성분 c-2: 평균 입경 0.7㎛의 구상 산화알루미늄 분말(애드마파인 AO-502, 상품명, (주)애드마텍스 제조)
(D) 성분
성분 d: 염화백금산의 비닐실록산 착체(백금 함유량 1 질량％)
(E) 성분
성분 e-1:
Figure 112005024881462-PAT00021
성분 e-2:
Figure 112005024881462-PAT00022
성분 e-3:
Figure 112005024881462-PAT00023
성분 e-4:
Figure 112005024881462-PAT00024
(F) 성분
성분 f-1:
Figure 112005024881462-PAT00025
성분 f-2:
Figure 112005024881462-PAT00026
(G) 성분
성분 g-1: 트리알릴이소시아누레이트
성분 g-2: 에티닐시클로헥산올/50 ％ 톨루엔 용액
이들 실리콘 고무 조성물을 이용하여 하기에 나타낸 방법으로 각각 유동성을 측정하고, 또한 120 ℃ × 1 시간의 조건으로 경화시켜, 하기에 나타낸 방법으로 각각 경도, 열전도율, 인장 전단 강도 및 전단 접착 강도를 측정하였다. 측정 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다. 또한, 이들 특성은 25 ℃에서 측정한 값이다.
[열전도성 실리콘 고무 조성물의 유동성]
각 열전도성 실리콘 고무 조성물을 유리판 상에 3 g 얹고, 그 후의 유동성을 육안으로 확인함으로써 관찰하였다.
[열전도성 실리콘 고무의 경도]
JIS K 6249에 기초하여 측정하였다.
[열전도성 실리콘 고무의 열전도율]
ASTM E 1530 보호 열류계법에 기초하여 측정하였다.
[열전도성 실리콘 고무의 인장 전단 강도]
JIS K 6249에 준한 방법으로 실시하였다.
[열전도성 실리콘 고무의 알루미늄/알루미늄 전단 접착 강도]
JIS K 6249에 기초하여 측정하였다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 알루미늄판 2매를 열전도성 실리콘 고무 조성물의 경화물로 접착 면적 2.5 ㎠, 접착제층 2 mm가 되도록 접착하여 전단 접착 시험용 피착제를 제조하였다. 이 전단 접착 시험용 피착체를 도 1에 나타낸 인장 방향으로 인장 속도 50 mm/분에서 인장하여 열전도성 실리콘 고무의 전단 접착 강도를 측정하였다.
Figure 112005024881462-PAT00027
Figure 112005024881462-PAT00028
주1) 성형 가공성이 매우 열악하다.
본 발명의 열전도성 실리콘 고무 조성물은 높은 열전도성을 실현하기 위해서 열전도성 충전제를 다량으로 함유하더라도 취급성 및 성형성, 특히 유동성이 양호한 것이다.

Claims (8)

  1. (A) 25 ℃에서의 점도가 50 내지 100,000 mPa·s이며, 1분자 중에 평균 0.1개 이상의 규소 원자 결합 알케닐기를 함유하는 오르가노폴리실록산: 2 내지 99 질량부,
    (B) 25 ℃에서의 점도가 1 내지 100,000 mPa·s이며, 1분자 중에 평균 2개 이상의 규소 원자에 결합된 수소 원자를 함유하는 오르가노폴리실록산: 전체 성분 중의 총규소 원자 결합 알케닐기 1 몰에 대해 (B) 성분의 규소 원자 결합 수소 원자가 0.1 내지 6.0 몰이 되는 양,
    (C) 열전도성 충전제: (A) 성분과 (E) 성분의 합계 100 질량부에 대해 100 내지 3,500 질량부,
    (D) 백금 촉매: 유효량,
    (E) 하기 화학식 1로 표시되며 분자량이 10,000 이상인 오르가노폴리실록산: 98 내지 1 질량부(단, (A) 성분과 (E) 성분의 합계는 100 질량부임)를 함유하는 열전도성 실리콘 고무 조성물.
    <화학식 1>
    Figure 112005024881462-PAT00029
    Figure 112005024881462-PAT00030
    식 중,
    R은 동일하거나 상이한 치환 또는 비치환 1가 탄화수소기이고,
    R1은 탄소 원자수 1 내지 4의 1가 탄화수소기이고,
    R2는 탄소 원자수 1 내지 4의 알콕시기, 알케닐옥시기 또는 아실옥시기이고,
    Z는 산소 원자 또는 탄소 원자수 2 내지 10의 2가 탄화수소기이고,
    r은 0, 1 또는 2이고,
    k, m, n, p 및 q는 각각 k=100 내지 1,000의 정수, m=0 내지 20의 정수, n=0 내지 20의 정수, p=50 내지 1,000의 정수, q=0 내지 20의 정수이며, k+m+n의 합은 100 내지 1,000이고,
    A1, A2 및 A3은 각각 R, 또는 -Z-Si(R1r)R2 (3-r)(R1, R2, r 및 Z는 상기와 동일함)로 표시되는 기이며, 1분자 중에 1개 이상의 -Z-Si(R1r)R2 (3-r)기를 함유하는 것이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (E) 성분이 하기 화학식 2로 표시되는 구조인 열전도성 실리콘 고무 조성물.
    <화학식 2>
    Figure 112005024881462-PAT00031
    식 중,
    B는 메틸기, 알케닐기, 또는 -O-SiR2 3(R2는 상기와 동일함)으로 표시되는 기이고,
    k1은 0 내지 20의 정수, k2는 130 내지 1,000의 정수이며, k1+k2의 합은 130 내지 1,000이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로, (F) 하기 화학식 3으로 표시되는 디오르가노폴리실록산을 상기 (C) 성분 100 질량부에 대해 0.1 내지 30 질량부 함유하는 열전도성 실리콘 고무 조성물.
    <화학식 3>
    Figure 112005024881462-PAT00032
    식 중,
    D는 메틸기 또는 알케닐기이고,
    R2는 상기에서 표시되는 기이고,
    s는 0 내지 10의 정수, t는 3 내지 120의 정수이며, s+t의 합은 5 내지 129의 정수이다.
  4. 제3항에 있어서, (A) 성분, (E) 성분 및 (F) 성분의 합계 100 질량부에 대한 (C) 성분의 배합량이 100 내지 3,500 질량부인 열전도성 실리콘 고무 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, (C) 성분의 열전도성 충전제가 무기 분말 및(또는) 금속 분말인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 무기 분말이 산화알루미늄, 산화아연, 산화규소, 탄화규소, 질화규소, 산화마그네슘, 질화알루미늄, 질화붕소 및 그라파이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 무기 분말이고, 또한 상기 금속 분말이 알루미늄, 구리, 은, 금, 니켈, 철 및 스테인레스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 분말인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 고무 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 열전도성 실리콘 고무 조성물을 경화시켜 얻어지는 성형품.
  8. 제7항에 있어서, 열전도율이 1.5 W/mK 이상인 것을 특징으로 하는 성형품.
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