ПОВЫШАЮЩИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МАТЕРИАЛ Российский патент 2016 года по МПК C09K5/08 C01F5/20 C01F5/22 C08K3/20 C08L83/04 C08L101/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к повышающему теплопроводность материалу, к содержащей его композиции смолы и к формованному изделию, изготовленному из этой композиции. Настоящее изобретение также относится к способу повышения теплопроводности композиции смолы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Оксид магния, оксид алюминия и оксид кремния уже используются в качестве материалов, повышающих теплопроводность синтетических смол, каучуков и керамики (патентный документ 1). Оксид кремния имеет низкую теплопроводность. Оксиду алюминия свойственен недостаток, заключающийся в том, что из-за своей твердости он вызывает износ формовочной машины или формы во время формования, хотя и обладает высокой теплопроводностью. Поэтому оксид магния, обладающий малой твердостью и почти в 3 раза более высокой теплопроводностью, чем у оксида алюминия, уже привлек к себе внимание в качестве материала, повышающего теплопроводность. Однако оксид магния постепенно разрушается под действием воды или пара и превращается в гидроксид магния, тем самым теряя свои физические свойства. Поэтому, чтобы достичь более высокой теплопроводности, оксид магния различным образом усовершенствовали. Примерами этого являются оксид магния со слоем покрытия из кремния и/или двойного оксида алюминия/магния на поверхности (патентный документ 2) и оксид магния, покрытый соединением фосфора (патентный документ 3). Также была предложена технология использования в качестве повышающего теплопроводность материала гидроксида магния (патентный документ 4). Однако ничто из перечисленного не позволило получить удовлетворительные результаты.

(Патентный документ 1) JP-A 7-324146

(Патентный документ 2) JP-A 2004-27177

(Патентный документ 3) JP-A 2006-282783

(Патентный документ 41) JP-A 9-176368

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является обеспечение повышающего теплопроводность материала, пригодного для повышения теплопроводности смол. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение композиции смолы, обладающей превосходной механической прочностью, такой как прочность на растяжение и относительное удлинение, и высокой теплопроводностью, а также производимого из нее формованного изделия. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа повышения теплопроводности композиции смолы.

Авторами настоящего изобретения проведены исследования, направленные на улучшение повышающего теплопроводность материала, включающего в качестве эффективного компонента гидроксид магния. В результате было обнаружено, что частица гидроксида магния, характеризующаяся высоким аспектным отношением, является великолепным повышающим теплопроводность материалом. На основании обнаружения данного факта сделано настоящее изобретение.

То есть настоящим изобретением обеспечивается повышающий теплопроводность материал, который включает в качестве эффективного компонента частицу гидроксида магния, обладающую толщиной от 10 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением (более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM (сканирующая электронная микроскопия), не менее 10.

Кроме того, изобретение относится к указанной выше композиции смолы, включающей (i) 100 весовых частей смолы и (ii) от 20 до 300 весовых частей повышающего теплопроводность материала, который представляет собой частицу гидроксида магния, обладающую толщиной от 10 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением (более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM, не менее 10.

Настоящее изобретение также относится к формованному изделию, изготовленному из указанной выше композиции смолы.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу повышения теплопроводности композиции смолы, включающей смолу и частицу гидроксида магния, который включает смешивание 100 весовых частей смолы с 20 - 300 весовыми частями частиц гидроксида магния, имеющими толщину от 10 нм до 0,2 мкм и аспектное отношение (более длинного диаметра к толщине), измеренное методом SEM, не менее 10.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Повышающий теплопроводность материал

Повышающий теплопроводность материал настоящего изобретения включает в качестве эффективного компонента частицу гидроксида магния, обладающую толщиной от 10 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением (более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM, не менее 10.

Толщина частицы гидроксида магния при измерении методом SEM составляет от 10 нм до 0,2 мкм, предпочтительно от 10 нм до 0,15 мкм, более предпочтительно от 10 нм до 0,08 мкм. Нижний предел толщины частицы гидроксида магния может составлять 20 нм. Толщина частицы гидроксида магния является средним арифметическим величин, полученных при измерении толщины 10 произвольных кристаллитов на микрофотографии, полученной методом SEM (увеличение 20000) (средняя толщина).

Аспектное отношение (более длинного диаметра к толщине) частицы гидроксида магния составляет не менее 10, предпочтительно не менее 15, более предпочтительно от 10 до 100, еще более предпочтительно от 50 до 200. Аспектное отношение частицы гидроксида магния представляет собой величину, полученную путем деления средней величины более длинного диаметра, являющейся результатом вычисления среднего арифметического величин, полученных при измерении более длинного диаметра 10 произвольных кристаллитов на микрофотографии, полученной методом SEM (увеличение 20000), на среднюю толщину.

Удельная площадь поверхности по ВЕТ (Брунауэр-Эммет-Теллер) частицы гидроксида магния составляет предпочтительно от 5 до 30 м²/г, более предпочтительно от 10 до 30 м²/г, еще более предпочтительно от 10 до 25 м²/г, наиболее предпочтительно от 10 до 20 м²/г.

Предпочтительно частица гидроксида магния содержит СаО в количестве, не превышающем 0,01% вес., Cl в количестве, не превышающем 0,05% вес., Na в количестве, не превышающем 0,01% вес., общее содержание соединений железа, соединений марганца, соединений кобальта, соединений хрома, соединений меди, соединений ванадия и соединений никеля не превышает 0,02% вес. в пересчете на металлы.

Частица гидроксида магния содержит Mg(ОН)₂ в количестве предпочтительно не менее 99,0% вес., более предпочтительно не менее 99,5% вес., еще более предпочтительно не менее 99,8% вес.

Способ производства частицы гидроксида магния

Частица гидроксида магния настоящего изобретения, характеризующаяся высоким аспектным отношением, образуется, когда при производстве частицы гидроксида магния путем гидротермической обработки суспензии, соосажденной путем добавления щелочи к водорастворимой соли магния, присутствует одновалентная органическая кислота.

К примерам водорастворимой соли магния относятся хлорид магния, нитрат магния, ацетат магния и сульфат магния. К примерам щелочи относятся каустическая сода, гидроксид кальция, гидроксид калия и водный аммиак. К примерам одновалентной органической кислоты относятся уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота и муравьиная кислота. Сюда также включаются их натриевые соли, калиевые соли, магниевые соли и кальциевые соли.

Количество щелочи предпочтительно составляет от 20 до 200 молей, более предпочтительно от 30 до 100 молей, еще более предпочтительно от 40 до 90 молей на 1 моль водорастворимой соли магния. Количество одновалентной органической кислоты составляет предпочтительно от 0,001 до 10 молей, более предпочтительно от 0,01 до 5,0 молей, еще более предпочтительно от 0,05 до 3,0 молей на 1 моль водорастворимой соли магния.

Температура гидротермической обработки составляет предпочтительно от 100 до 300°С, более предпочтительно от 110 до 250°С, еще более предпочтительно от 130 до 200°С.

Повышающий теплопроводность материал

Поверхность частицы гидроксида магния предпочтительно обработана материалом для обработки поверхности. Материал для обработки поверхности представляет собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из высших жирных кислот, анионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ), сложных эфиров фосфорной кислоты, связующих веществ (на основе силана, на основе титаната и на основе алюминия), сложных эфиров многоатомных спиртов и жирных кислот, акриловых полимеров и силиконовых материалов для обработки.

К высшим жирным кислотам относятся высшие жирные кислоты, состоящие из 10 или более атомов углерода, такие как стеариновая кислота, эруковая кислота, пальмитиновая кислота, лауриновая кислота и бегеновая кислота. Также могут быть использованы соли этих высших жирных кислот и щелочных металлов.

К анионным ПАВ относятся сложноэфирные соли серной кислоты и высших спиртов, таких как стеариловый спирт и олеиловый спирт, сложноэфирные соли серной кислоты и простых эфиров полиэтиленгликоля, сложноэфирные соли серной кислоты с амидными связями, сложноэфирные соли серной кислоты со сложноэфирными связями, сульфонаты со сложноэфирными связями, сложноэфирные соли сульфоновой кислоты с амидными связями, сложноэфирные соли сульфоновой кислоты со сложноэфирными связями, сложноэфирные соли алкиларилсульфоновой кислоты с простыми эфирными связями и сложноэфирные соли алкиларилсульфоновой кислоты с амидными связями.

К сложным эфирам фосфорной кислоты относятся сложные моноэфиры и диэфиры ортофосфорной кислоты и олеилового спирта или стеарилового спирта и их смеси. Также могут быть использованы кислые, щелочно-металлические и аминные соли этих сложных эфиров.

Связующие вещества включают связующие вещества на основе силана, такие как винилэтоксисилан, винил-трис(2-метоксиэтокси)силан, гамма-метакрилоксипропилтриметоксисилан, гамма-аминопропилтриметоксисилан, бета-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан, гамма-глицидоксипропилтриметоксисилан и гамма-меркаптопропилтриметоксисилан; связующие вещества на основе титаната, такие как изопропилтриизостеароилтитанат, изопропил-трис(диоксилпирофосфат)титанат, изопропил-три(н-аминоэтиламиноэтил)титанат и изопропилтридецилбензолсульфонилтитанат; и связующие вещества на основе алюминия, такие как ацетоалкоксиалюминий диизопропилат.

Сложные эфиры многоатомных спиртов и жирных кислот включают глицерин моностеарат и глицерин моноолеат.

Для нанесения на поверхность частицы гидроксида магния указанного выше материала для обработки поверхности может быть применена известная сама по себе «влажная» или «сухая» технология. Например, в соответствии с влажной технологией материал для обработки поверхности в форме жидкости или эмульсии добавляют в суспензию частиц гидроксида магния и механически полностью смешивают с суспензией при температуре приблизительно до 100°С. В соответствии с сухой технологией материал для обработки поверхности в жидкой, эмульсионной или твердой форме добавляют в порошкообразный гидроксид магния при перемешивании с помощью мешалки, такой как мешалка Хенкеля, до полного смешивания с порошком при нагревании или без нагревания. Количество добавляемого материала для обработки поверхности предпочтительно не превышает 10% вес., более предпочтительно составляет от 1,0 до 8,0% вес., еще более предпочтительно от 1,0 до 3,0% вес. относительно веса частиц гидроксида магния.

Промывку, обезвоживание, гранулирование, сушку, размол и сортировку частиц гидроксида магния с обработанной поверхностью проводят надлежащим образом, если нужно, и получают конечный продукт.

Слой покрытия

Чтобы повысить устойчивость частицы гидроксида магния к кислоте, на поверхность частицы гидроксида магния может быть нанесено покрытие, обладающее стойкостью к кислотам. Это покрытие представляет собой оксид или гидроксид, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из группы, состоящей из кремния, алюминия, титана, циркония, цинка и бора. Частица гидроксида магния предпочтительно снабжена слоем покрытия, образованным из оксида или гидроксида кремния, полученного в результате воздействия на частицу кремниевой кислотой или ее растворимой солью.

Количество покрытия предпочтительно не превышает 2% вес., более предпочтительно составляет от 0,01 до 1,5% вес., еще более предпочтительно от 0,01 до 1,0% вес. относительно веса частицы гидроксида магния.

Кроме того, поверхность покрытия может быть обработана, по меньшей мере, одним материалом для обработки поверхности, выбранным из группы, состоящей из высших жирных кислот, анионогенных ПАВ, сложных эфиров фосфорной кислоты, связующих веществ и сложных эфиров многоатомных спиртов и жирных кислот.

Композиция смолы

Композиция смолы настоящего изобретения включает (i) 100 весовых частей смолы и (ii) от 20 до 300 весовых частей повышающего теплопроводность материала, при этом повышающий теплопроводность материал представляет собой частицу гидроксида магния, обладающую толщиной от 20 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением (более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM, не менее 10.

Композиция смолы настоящего изобретения может быть использована в качестве герметизирующего материала для тепловыделяющих частей полупроводников, резисторов и конденсаторов и как материал для деталей, которые должны обладать свойством излучения тепла, например подложек, корпусов, теплообменников и вкладышей подшипников.

Подходит любая смола, обычно применяемая для формования. К примерам смол относятся термопластичные смолы, такие как олефиновые (α-олефин) полимеры и сополимеры, состоящие из 2-8 атомов углерода, в том числе полиэтилен, полипропилен, сополимер этилен-пропилен, полибутен и поли-4-метилпентен-1, сополимеры этих олефинов и диенов, сополимер этилен-акрилат, полистирол, смолы ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол), AAS, AS, MBS (метилметакрилат-бутадиен-стирол), сополимер этилен-винилхлорид, сополимер этилен-винилацетат, привитой полимер этилен-винилхлорид-винилацетат, винилиденхлорид, поливинилхлорид, хлорированный полиэтилен, хлорированный полипропилен, сополимер винилхлорид-пропилен, винилацетатная смола, феноксисмола, полиацеталь, полиамид, полиимид, поликарбонат, полисульфон, полифениленоксид, полифениленсульфид, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и метакриловая смола.

Предпочтительные примеры термопластичных смол включают полиолефины и их сополимеры. К конкретным примерам относятся смолы на основе полипропилена, такие как гомополимерный полипропилен и сополимер этилен-пропилен, смолы на основе полиэтилена, такие как полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен очень низкой плотности, EVA (этилен-винилацетатная смола), ЕЕА (этилен-этилакрилатная смола), ЕМА (сополимер этилен-метилакрилат), ЕАА (сополимер этилен-акриловая кислота) и полиэтилен очень высокой молекулярной массы, и полимеры и сополимеры олефина (α-этилена), состоящие из 2-6 атомов углерода, такие как полибутен и поли(4-метилпентен-1).

Кроме того, могут быть использованы термоусадочные смолы, такие как эпоксидная смола, фенольная смола, меламиновая смола, ненасыщенная полиэфирная смола, алкидная смола и карбамидная смола, и искусственные каучуки, такие как EPDM (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера), бутилкаучук, изопреновый каучук, SBR (бутадиенстирольный каучук), NBR (бутадиен-нитрильный каучук), хлорсульфонированный полиэтилен, NIR, уретановый каучук, бутадиеновый каучук, акриловый каучук, силиконовый каучук и фторсодержащий каучук.

Содержание частиц гидроксида магния в композиции смолы составляет предпочтительно от 10 до 300 весовых частей, более предпочтительно от 25 до 200 весовых частей на 100 весовых частей смолы.

Композиция смолы настоящего изобретения может включать вспомогательное вещество, повышающее теплопроводность. В качестве вспомогательного вещества, повышающего теплопроводность, может быть использовано волокнистое или образующее цепи неорганическое вещество, которое может быть природным или искусственным. К примерам таких веществ относятся волокнистые неорганические вещества, такие как основный сульфат магния, углеродные волокна, волластонит, борат алюминия, титанат калия, сепиолит и ксонотлит, и образующие цепи неорганические вещества, такие как ацетиленовая сажа. Содержание вспомогательного вещества, повышающего теплопроводность, в композиции смолы предпочтительно не превышает 200 весовых частей, более предпочтительно составляет от 0,01 до 150 весовых частей, еще более предпочтительно от 0,1 до 100 весовых частей на 100 весовых частей смолы.

В композицию смолы настоящего изобретения могут быть введены различные добавки, упрочняющий материал и наполнитель. К их примерам относятся такие добавки, как вулканизирующее вещество, антиоксидант, поглотитель ультрафиолетового излучения, замедлитель горения, оптический стабилизатор, инактивирующее металлы вещество, сшивающий агент, краситель, отвердитель, смазочный материал, зародыш кристаллизации, пенообразователь, средство для уничтожения запаха, литопон, глина, кусочки древесины, стекловолокно, феррит, сажа, тальк, слюда, карбонат кальция, красный фосфор, олово и его неорганические соли, металлические волокна и металлические порошки, упрочняющие материалы и наполнители.

Формованное изделие

Настоящее изобретение включает формованные изделия, изготовленные из указанной композиции смолы. К формованным изделиям относятся излучающие тепло щиты, панели, корпуса и крышки.

Способ повышения теплопроводности композиции смолы

Настоящее изобретение включает способ повышения теплопроводности композиции смолы, в которую входит смола и частица гидроксида магния, включающий смешивание 20-300 весовых частей частиц гидроксида магния толщиной от 10 нм до 0,2 мкм с аспектным отношением (более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM, не менее 10, с 100 весовыми частями смолы. Смола и частица гидроксида магния соответствуют описанным выше.

Примеры

Свойства частицы гидроксида магния и композиции смолы измеряли следующими методами.

(а) Теплопроводность: на основании ISO/CD 22007-2. Прибор: измерительное устройство ТРА-501 для измерения теплофизических свойств методом горячего диска (производства Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.) с датчиком RTK-7 диаметром 7 мм;

(b) Удельная площадь поверхности по ВЕТ: измеряли в соответствии с методом, описанным в “Catalyst” (т. 2, № 4, стр. 473, 1960, Tokuji Takagi);

(с) Аспектное отношение:

метод SEM: получено на основании среднеарифметических величин более длинного диаметра и толщины, полученных при измерении 10 произвольных кристаллитов на микрофотографии частиц гидроксида магния, полученной методом SEM (увеличение 20000);

метод атомно-силовой микроскопии: измерения проводили при помощи OLS3500 производства Olympus Corporation;

(d) СаО, Cl, Na: флуоресцентный рентгенорадиометрический анализ (на основе атомно-абсорбционного анализа);

(е) анализ содержания Fe, Mn, Cu, V, Со, Ni и Cr: метод ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой);

(f) Mg(ОН)₂: титрование хелатом;

(g) прочность на растяжение: JIS К6301 (вулканизованный каучук, физический метод);

(h) удлинение: JIS К6301 (вулканизованный каучук, физический метод);

(i) твердость: JIS К6253 (пружина типа А).

Пример 1

213 литров водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 3,0 моль/л добавили к 400 литрам смешанного водного раствора хлорида магния и ацетата натрия (Mg = 1,0 моль/л, ацетат натрия = 1,5 моль/л, 30°С) при перемешивании с целью проведения реакции соосаждения. Весь продукт этой реакции подвергли гидротермической обработке в автоклаве объемом 1000 л при 160°С в течение 5 часов. После охлаждения продукта реакции до 100°С или ниже его вынули из автоклава, отфильтровали, промыли, высушили и размололи.

Полученный гидроксид магния подвергли анализу методом SEM, получив микрофотографии, и измерили более длинные диаметры и толщины 10 кристаллитов, которые затем были усреднены. В результате, более длинный диаметр составил 2,6 мкм, толщина - 0,12 мкм, следовательно, аспектное отношение составило 21. Аспектное отношение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа, составило 46.

Пример 2

1,8 литра водного раствора аммиака (30°С) с концентрацией 8 моль/л добавили к 4 литрам смешанного водного раствора хлорида магния и ацетата натрия (оба - особо чистые реагенты) (Mg = 2,0 моль/л, ацетат натрия = 2,0 моль/л, 30°С) при перемешивании с целью проведения реакции соосаждения. 1 литр продукта этой реакции отобрали и поместили в автоклав с целью гидротермической обработки при 250°С в течение 3 часов. После охлаждения продукта реакции до 100°С или ниже его вынули из автоклава, отфильтровали, промыли, высушили и размололи.

Полученный гидроксид магния подвергли анализу методом SEM, получив микрофотографии, и измерили ширину и толщину 10 кристаллитов, которые затем были усреднены. В результате ширина составила 4,5 мкм, толщина - 0,06 мкм, следовательно, аспектное отношение составило 75. Аспектное отношение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа, составило 130.

Пример 3

1,6 литра каустической соды с концентрацией 8,0 моль/л (35°С) добавили к 5 литрам смешанного водного раствора нитрата магния и пропионата натрия (оба - особо чистые реагенты) (Mg = 1,5 моль/л, пропионат натрия = 1,0 моль/л, 30°С) при перемешивании с целью проведения реакции соосаждения. 1 литр продукта этой реакции отобрали и подвергли гидротермической обработке в автоклаве при 180°С в течение 4 часов, после чего обработали также, как в примере 1.

Полученный гидроксид магния подвергли анализу методом SEM, ширина кристалла составила 3,8 мкм, а его толщина - 0,09 мкм, следовательно, аспектное отношение составило 42. Аспектное отношение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа, составило 73.

Пример 4

240 литров водного раствора аммиака с концентрацией 4,0 моль/л (35°С) добавили к 400 литрам смешанного водного раствора нитрата магния и ацетата аммония (Mg=1,5 моль/л, ацетат аммония = 1,5 моль/л, 35°С) при перемешивании с целью проведения реакции соосаждения. Весь полученный в результате этой реакции продукт подвергли гидротермической обработке в автоклаве объемом 1000 л при 200°С в течение 4 часов, после чего обработали также, как в примере 1.

Полученный гидроксид магния подвергли анализу методом SEM, получили микрофотографии, более длинный диаметр кристаллитов составил 3,5 мкм, толщина - 0,11 мкм, следовательно, аспектное отношение составило 31. Аспектное отношение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа, составило 78.

Пример 5 (обработка поверхности)

500 г частиц гидроксида магния, полученных в примере 1, поместили в мешалку Хенкеля; 5 г винилсилана, что соответствует 1% вес. относительно веса частиц гидроксида магния, разбавили 50 мл этанола при высокоскоростном перемешивании и добавили к частицам гидроксида магния с целью обработки поверхности этих частиц. Частицы высушили при 120°С.

Сравнительный пример 1

Процедуру примера 1 повторили за исключением того, что не использовали ацетат натрия. Кристаллиты полученного гидроксида магния имели более длинный диаметр 0,77 мкм, толщину 0,14 мкм и аспектное отношение 5,5. Аспектное отношение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа, составило 10.

Характеристические свойства частиц гидроксида магния, полученного в примерах 1-4 и сравнительном примере 1, представлены в таблице 1.

Таблица 1   Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Сравнит. пример 1 Аспектное отношение ¹⁾ 21 75 42 31 5,5 Аспектное отношение ²⁾ 46 130 73 78 10 Удел. площадь поверхности по ВЕТ, м²/г 9,5 17,0 12,1 13,5 6,5 СаО, % вес. 0,001> 0,001> 0,001> 0,001> 0,011 Cl, % вес. 0,005 0,011 0,010 0,010 0,037 Na, % вес. 0,001 0,001 0,002 0,001 0,013 Fe, % вес. 0,001 0,003 0,002 0,003 0,005 Mn, % вес. 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Cu, % вес. 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ V, % вес. 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ Co, % вес. 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ Ni, % вес. 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001≥ Cr, % вес. 0,0001≥ 0,0001≥ 0,0001 0,0001≥ 0,0001≥ Mg(OH)₂, % вес. 99,91 99,90 99,87 99,90 99,58 ¹⁾ Аспектное отношение, измеренное методом SEM
²⁾ Аспектное отношение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа

Пример 6

100 весовых частей диметилвинилсиликонового каучука (TSE201 производства Momentive Performance Materials Japan Inc.) и 100 весовых частей частиц гидроксида магния, полученных в примере 1, в качестве теплопроводного наполнителя поместили в месильную машину и смешали друг с другом. Тестообразный диметилвинилсиликоновый каучук извлекли и смешали до однородности с 1,0 весовой частью 2,5-диметил-2,5-т-бутилпероксигексана (ТС-8 производства Momentive Performance Materials Japan Inc.) в качестве сшивающего агента, получив готовую композицию. Полученной композиции придали форму листа толщиной 2 мм, который затем подвергли вулканизации в прессе при 160°С в течение 10 мин и вторичной вулканизации при 200°С в течение 4 часов. Через 24 часа после охлаждения вулканизированного листа до нормальной температуры измерили его твердость, прочность на растяжение и относительное удлинение в соответствии с JIS-К6301 (вулканизованный каучук, физический метод). Затем измерили теплопроводность этого листа при помощи устройства ТРА-501 для измерения теплофизических свойств методом горячего диска (производства Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.) в соответствии с ISO/СС22007-2. Оценка результатов представлена в таблице 2.

Пример 7

Лист изготовили также, как в примере 6, за исключением того, что вместо частиц гидроксида магния, полученных в примере 1, использовали частицы гидроксида магния, полученные в примере 2, и измерили его теплопроводность. Оценка результатов представлена в таблице 2.

Пример 8

Лист изготовили также, как в примере 6, за исключением того, что вместо частиц гидроксида магния, полученных в примере 1, использовали частицы гидроксида магния, полученные в примере 3, и измерили его теплопроводность. Оценка результатов представлена в таблице 2.

Пример 9

Лист изготовили также, как в примере 6, за исключением того, что вместо частиц гидроксида магния, полученных в примере 1, использовали частицы гидроксида магния, полученные в примере 4, и измерили его теплопроводность. Оценка результатов представлена в таблице 2.

Сравнительный пример 2

Лист изготовили также, как в примере 6, за исключением того, что вместо частиц гидроксида магния, полученных в примере 1, использовали частицы гидроксида магния, полученные в сравнительном примере 1, и измерили его теплопроводность. Оценка результатов представлена в таблице 2.

Таблица 2 Обра-зец Частицы гидроксида магния Темпера-тура Выход Время Теплопроводность, Вт/м К Твер-дость JIS A Проч-ность на растяже-ние, МПа Удлинение,
% °С вес. сек r=1 r=2 r=3 Сред-няя Пр. 6 Пр. 1 23 0,12 10 0,945 0,945 0,941 0,946 41 1,57 350 Пр. 7 Пр. 2 23 0,12 10 0,959 0,952 0,948 0,953 46 2,26 210 Пр. 8 Пр. 3 23 0,12 10 0,948 0,941 0,939 0,942 45 2,15 220 Пр. 9 Пр. 4 23 0,12 10 1,010 0,987 0,981 0,992 46 2,30 190 С/пр. 2 С/пр. 1 23 0,07 20 0,548 0,548 0,542 0,545 39 1,35 425 Пр.:Пример; С/пр.: сравнительный пример  

Пример 10-1 (производство излучающего тепло листа)

100 весовых частей диметилвинилсиликонового каучука (TSE201 производства Momentive Performance Materials Japan Inc.) и 25 весовых частей частиц гидроксида магния, полученных в примере 4, смешали друг с другом при помощи двухчервячной вальцовой установки. В этом случае частицы гидроксида магния с высоким аспектным отношением вводили постепенно, в то время как исходный диметилвинилсиликоновый каучук наматывался вокруг вальца до отметки 10 ширины рулона. По достижении отметки 13 ширины рулона тестообразный продукт соскребали с вальца и повторно пластифицировали 10 раз, добавляли в качестве вулканизирующего вещества 2,5-диметил-2,5-т-бутилпероксигексан (ТС-8 производства Momentive Performance Materials Japan Inc.), тестообразный продукт соскребали с вальца и пластифицировали еще 10 раз. После того, как тестообразный продукт был снят с вальца и повторно пластифицирован 10 раз у отметки 15 ширины рулона, извлекли готовый силиконовый каучук.

Этому силиконовому каучуку придали форму листа толщиной 2 мм, который затем подвергли вулканизации в прессе при 160°С в течение 10 мин и вторичной вулканизации при 200°С в течение 4 часов, получив излучающий тепло лист. Через 24 часа после того, как лист охладился до нормальной температуры, измерили его прочность на растяжение, относительное удлинение, твердость и теплопроводность. Результаты представлены в таблице 3.

Примеры 10-2 - 10-4 (производство излучающего тепло листа)

Излучающие тепло листы изготовили также, как в примере 10-1, за исключением того, что количество частиц гидроксида магния, полученных в примере 4, изменяли, как показано в таблице 3. Результаты представлены в таблице 3.

Пример 10-5

300 г гидроксида магния, полученного в примере 2, размололи и диспергировали в изопропиловом спирте при помощи мешалки, в полученную дисперсию с целью обработки поверхности гидроксида магния добавили 9 г метилгидросиликона (KF-9901 производства Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). Затем гидроксид магния с обработанной поверхностью отфильтровали, высушили и размололи. 100 весовых частей полученного порошка и сшивающего агента (пероксид) добавили и перемешали с 100 весовыми частями диметилвинилсиликонового каучука при помощи вальцовой установки, вулканизацию проводили при 160°С 10 минут в прессовой формовочной машине, получив образец диаметром 50 мм и толщиной 3,0 мм. Этот образец использовали для измерения теплопроводности в соответствии с методом установившегося теплового потока (на основании ASTM Е1530). Результаты представлены в таблице 3.

Пример 10-6

После того, как гидроксид магния, полученный в примере 3, размололи и обработали его поверхность силиконом так же, как в примере 5, его в количестве 100 весовых частей добавили и перемешали с 100 весовыми частями диметилвинилсиликонового каучука, тестообразный продукт подвергли формованию, получив образец для испытаний. Результаты измерения теплопроводности этого образца представлены в таблице 3.

Сравнительный пример 3

Излучающий тепло лист изготовили также, как в примере 10- 1, с целью измерения его теплопроводности за исключением того, что вместо 25 весовых частей частиц гидроксида магния, полученных в примере 4, использовали 100 весовых частей KISUMA 8 (гидроксид магния производства Kyowa Chemical Industry Co., Ltd. с аспектным отношением, измеренным методом SEM, 4,8). Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3   Пр.
10-1 Пр.
10-2 Пр.
10-3 Пр.
10-4 Пр.
10-5 Пр.
10-6 С/пр.
3 Количество диметилвинилсиликонового каучука 100 100 100 100 100 100 100 Количество гидроксида магния, полученного в примере 4 25 45 70 100 - - - Количество гидроксида магния, полученного в примере 2 - - - - 100 - - Количество гидроксида магния, полученного в примере 3 - - - - - 100 - Количество KISUMA 8 - - - - - - 100 Прочность на растяжение, МПа 1,12 1,46 1,81 2,13 1,07 0,89 0,81 Относит. удлинение, % 347 340 418 351 210 215 428 Твердость (JIS А) 22 27 38 46 46 49 29 Теплопроводность, Вт/м К 0,35 0,50 0,65 0,80 0,85 0,91 0,54 Пр.: пример; С/пр.: сравнительный пример
KISUMA 8: гидроксид магния производства Kyowa Chemical Industry Co., Ltd. (аспектное отношение, измеренное методом SEM, 4,8)  

Эффект изобретения

Поскольку повышающий теплопроводность материал настоящего изобретения содержит в качестве эффективного компонента частицы гидроксида магния с высоким аспектным отношением, он может придавать смоле высокую теплопроводность. Композиция смолы, включающая повышающий теплопроводность материал настоящего изобретения, обладает высокой теплопроводностью. В соответствии со способом повышения теплопроводности, соответствующим настоящему изобретению, теплопроводность композиции смолы может быть увеличена без ущерба для физических свойств композиции смолы.

Изобретение относится к области материаловедения. Получают гидроксид магния. Полученные частицы Mg(OH)₂ обладают толщиной от 10 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением, измеренным методом сканирующей электронной микроскопии, не менее 10. Поверхность частиц гидроксида магния обрабатывают высшими жирными кислотами, анионогенными поверхностно-активными веществами, сложными эфирами фосфорной кислоты, связующими веществами или сложными эфирами многоатомных спиртов и жирных кислот посредством смешивания. Далее получают композицию смолы, включающую силиконовый каучук и гидроксид магния. Содержание частиц Mg(OH)₂ в композиции смолы составляет от 20 до 300 весовых частей на 100 весовых частей смолы. Из композиции смолы формуют теплопроводные листы. Изобретение позволяет повысить теплопроводность материалов, в частности формованных листов. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл., 18 пр.

1. Повышающий теплопроводность материал, который включает частицу гидроксида магния, обладающую толщиной от 10 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением (отношение более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM (сканирующая электронная микроскопия), не менее 10.

2. Повышающий теплопроводность материал по п. 1, в котором аспектное отношение частицы гидроксида магния составляет не менее 15.

3. Повышающий теплопроводность материал по п. 1, в котором удельная площадь поверхности по BET (Брунауэр-Эммет-Теллер) частицы гидроксида магния составляет от 10 до 30 м²/г.

4. Повышающий теплопроводность материал по п. 1, в котором частица гидроксида магния содержит СаО в количестве, не превышающем 0,01% вес., Cl в количестве, не превышающем 0,05% вес., Na в количестве, не превышающем 0,01% вес., общее содержание соединений железа, соединений марганца, соединений кобальта, соединений хрома, соединений меди, соединений ванадия и соединений никеля не превышает 0,02% вес. в пересчете на металлы и содержание Mg(ОН)₂ в пересчете на металл составляет не менее 99,5% вес.

5. Повышающий теплопроводность материал по п. 1, поверхность которого обработана, по меньшей мере, одним материалом для обработки поверхности, выбранным из группы, состоящей из высших жирных кислот, анионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ), сложных эфиров фосфорной кислоты, связующих веществ, сложных эфиров многоатомных спиртов и жирных кислот.

6. Повышающий теплопроводность материал по п. 1, в котором имеется слой покрытия, образованный из оксида или гидроксида, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из группы, состоящей из кремния, алюминия, титана, циркония, цинка и бора.

7. Повышающий теплопроводность материал по п. 1, в котором имеется слой покрытия, образованный из оксида или гидроксида кремния, полученного в результате воздействия кремниевой кислотой или ее растворимой солью.

8. Повышающий теплопроводность материал по п. 6 или 7, в котором поверхность слоя покрытия дополнительно обработана, по меньшей мере, одним материалом для обработки поверхности, выбранным из группы, состоящей из высших жирных кислот, анионогенных ПАВ, сложных эфиров фосфорной кислоты, связующих веществ и сложных эфиров многоатомных спиртов и жирных кислот.

9. Композиция смолы, включающая (i) 100 весовых частей смолы и (ii) от 20 до 300 весовых частей повышающего теплопроводность материала, который представляет собой частицу гидроксида магния, обладающую толщиной от 10 нм до 0,2 мкм и аспектным отношением (отношение более длинного диаметра к толщине), измеренным методом SEM, не менее 10.

10. Композиция смолы по п. 9, в которой смола представляет собой силиконовый каучук.

11. Формованное изделие, изготовленное из композиции смолы по п. 9.

12. Излучающий тепло лист, изготовленный из композиции смолы по п. 9.

13. Способ повышения теплопроводности композиции смолы, включающей смолу и частицу гидроксида магния, который включает смешивание 100 весовых частей смолы с 20-300 весовыми частями частиц гидроксида магния, имеющих толщину от 10 нм до 0,2 мкм и аспектное отношение (отношение более длинного диаметра к толщине), измеренное методом SEM, не менее 10.