JP2011068757A

JP2011068757A - 酸化マグネシウム系高耐水性熱伝導フィラー及びその製造方法、樹脂組成物

Info

Publication number: JP2011068757A
Application number: JP2009220486A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Kinoshita; 智仁木下; Masaya Watanabe; 昌也渡辺; Masahide Tanada; 正英棚田
Original assignee: Konoshima Chemical Co Ltd
Current assignee: Konoshima Chemical Co Ltd
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】耐水性の改善された合成樹脂用の酸化マグネシウム系熱伝導フィラーを提供すること。また、熱伝導性の良好な樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】ＢＥＴ比表面積が１〜２０ｍ²/ｇで、平均２次粒子径が０．５〜２０μｍの酸化マグネシウムを１〜１０質量％のアルキルアルコキシシランで乾式表面被覆した耐水性の改善された酸化マグネシウム系熱伝導フィラー。
【選択図】なし

Description

本発明は、合成樹脂に配合する酸化マグネシウムフィラーの製造方法及び樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、熱伝導性、耐水性、加工性に優れた樹脂組成物を提供するものである。

従来より、酸化マグネシウムは高い熱伝導性を有するフィラーとして、樹脂組成物に配合されてきた。しかし、酸化マグネシウム固有の特性である低耐水性が問題となり、耐水性を改善する検討も多数行われてきた。
特許文献１と特許文献２では、ＭｇＯ粉末表面をリン酸マグネシウム系化合物による被覆層を形成し、被覆酸化マグネシウム粉末に対してさらにエチルシリケートを被覆して耐水性を改善している。
特許文献３では、ケイ素とマグネシウムとの複酸化物により、マグネシア粉末の表面を被覆して耐水和性（耐湿性）を改善している。
特許文献４と特許文献５では、アルミニウムとマグネシウムとの複酸化物により、マグネシア粉末の表面を被覆して耐水和性（耐湿性）を改善している。
特許文献６では、酸性リン酸エステルで表面処理して、高耐水和性を改善している。
特許文献７では、死焼マグネシアをカップリング剤で表面処理し、２５０〜８５０℃で再焼成して耐水性を改善している。
特許文献８では、酸化マグネシウムの表面に有機シラン層を形成させて高耐水和性に改善している。
特許文献９では、酸化マグネシウムの表面にシリコーンオイルを焼き付けることにより、耐水性を改善している。
特許文献１０では、マグネシア粉末に有機珪素化合物を添加した後、加熱処理して、耐水性を改善している。
特許文献１１では、シリコーンオイル、シランカップリング剤で酸化マグネシウムを表面処理し、加熱処理して耐水性を改善している。
特許文献１２では、ガラス成分（ＰｂＯを５０wt％以上含有し、残りの成分がＢ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 のうち少なくとも１種類以上である成分組成であることを特徴とするガラス）を被覆して耐水性を改善している。

特開２００８−７４６８３号公報特開２００６−１５１７７８号公報特開２００３−３４５２３号公報特開２００３−３４５２２号公報特開２００４−２７１７７号公報特開２００１−１１５０５７号公報特開平１１−１９９７７６号公報特開平６−１７１９２８号公報特開２００２−２１２５４３号公報特開平８−１２３２１号公報特開２００７−７０６０８号公報特開平７−１８８５７９号公報

上記のように、酸化マグネシウムの耐水性を改善すべく、酸化マグネシウムの表面をケイ酸やリン酸で被覆する方法、シリコーンオイルやシランカップリング剤等で被覆、ガラス成分で被覆する方法が検討されてきた。しかし、これら従来の方法ではある程度の耐水性を付与することはできるが充分ではなく、生産性やコスト面の問題も解決されていなかった。

本発明者は、ＢＥＴ比表面積が０．１〜１００ｍ²/ｇ、平均２次粒子径が０．５〜２０μｍの酸化マグネシウムを式（１）に記載のアルキルアルコキシシランで表面被覆することにより、熱伝導性、耐水性、生産性をバランス良く付与でき、コスト面の問題も解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
(C_kH_(2k+1))_n-Si-(OC_mH_(2m+1))_(4-n) [k：６以上、m：２以下、n：１〜３] 式（１）

本発明の酸化マグネシウム系フィラーは、ＢＥＴ比表面積と平均２次粒子径が所定の範囲であれば、軽焼マグネシア、硬焼マグネシア、電融マグネシアのいずれの形態でも対応できる。

酸化マグネシウムのＢＥＴ比表面積は０．１〜１００ｍ²/ｇ、平均２次粒子径は０．５〜２０μｍであり、樹脂への充填性やハンドリング性の観点からＢＥＴ比表面積は１〜２０ｍ²/ｇの範囲がより好ましい。

平均２次粒子径は、レーザー回折法粒度分布計を用いて測定した値である。測定はエタノール中に測定許容濃度になるように粉末を懸濁させ、超音波分散機等で分散させてから行う。

本発明の酸化マグネシウム系フィラーは、１〜１０質量％の(C_kH_(2k+1))_n-Si-(OC_mH_(2m+1))_(4-n) [k：６以上、m：２以下、n：１〜３]で表面被覆して調製される。被覆量が１質量％より少ないと、未被覆部分が残るため耐水性が不十分となる。また、被覆量が１０質量％を越えると、コストアップにつながり、好ましくない。
なお、乾式処理に用いる装置は、例えばヘンシェルミキサー等の高速攪拌混合可能なものが効率的に被覆処理できるため好ましい。

本発明で用いる被覆剤は、(C_kH_(2k+1))_n-Si-(OC_mH_(2m+1))_(4-n) [k：６以上、m：２以下、n：１〜３]である。デシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン等が使用でき、極性が小さいので通常のシランカップリング剤やシリコーンオイルに較べて撥水性が高く、高い耐水性が付与されるものと考えられる。

本発明の樹脂組成物は、表面被覆された上記の酸化マグネシウム系フィラーを１００質量部の合成樹脂に対して１００〜５００質量部配合したものである。使用する合成樹脂は、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等が挙げられる。

本発明の樹脂組成物は、例えば自動車分野の排ガスバルブ、ランプソケット、各種電装部品、ＯＡ・ＡＶ機器分野のビデオＣＤ・ＤＶＤピックアップ部品、各種コネクター、スイッチ、軸受け、ケースハウジングなどがあげられる。さらに表面実装電子部材(ＩＣ部品などの封止)にも適用できる。

本発明では、熱伝導性、耐水性、生産性、コストのバランスのとれた合成樹脂配合用の酸化マグネシウム系高耐水性熱伝導フィラー及びその製造方法、樹脂組成物を提供する。

以下に本発明の実施例を示す。

フィラーの調製
基材となる酸化マグネシウムの調製方法および性状を表１に示す。

実施例１
酸化マグネシウム（Ａ）５００ｇをヘンシェルミキサー(三井三池化工製、容量３０Ｌ)に入れ、攪拌しながらデシルトリメトキシシラン１０ｇを徐々に添加した。添加終了後、１５０℃で３０分間表面被覆処理を行い、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-1）を得た。

実施例２〜実施例３
表１に示す酸化マグネシウム（Ｂ、Ｃ）を使用した以外は、実施例1と同様にして、酸化マグネシウム系フィラー（Ｂ-１、Ｃ-１）を得た。

実施例４
実施例１の被覆剤を２５ｇのヘキシルトリメトキシシランに変えた以外は同様に行って、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-２）を得た。

比較例１
表１の酸化マグネシウム（Ａ）を被覆剤で処理せずに酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-３）とした。

比較例２
実施例１の被覆剤をジメチルジメトキシシランに変えた以外は同様に行って、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-４）を得た。

比較例３
実施例１の被覆剤をジフェニルジメトキシシランに変えた以外は同様に行って、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-５）を得た。

比較例４
実施例１の被覆剤をエポキシシランカップリング剤に変えた以外は同様に行って、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-６）を得た。

比較例５
実施例１の被覆剤をリン酸エステルに変えた以外は同様に行って、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-７）を得た。

比較例６
実施例１の被覆剤の処理量を２.５ｇに変えた以外は同様に行って、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-８）を得た。

比較例７
酸化マグネシウム（Ａ）５００gをヘンシェルミキサー(三井三池化工製、容量３０Ｌ)に入れ、撹拌しながらアルコキシ変性シリコンオイル１０ｇを徐々に添加した。添加終了後、ステンレス製トレーに移し、送風乾燥機中で、３００℃、１時間加熱処理して、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-９）を得た。

比較例８
酸化マグネシウム（Ａ）５００gとデシルトリメトキシシラン１０ｇをエタノール５Ｌに分散させ、１時間混合撹拌後、ろ過、乾燥、解砕して、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-１０）を得た。

比較例９
酸化マグネシウム（Ｄ）５００gとヒュームドシリカ５０ｇをエタノール５Ｌに分散させ、１０分間撹拌混合した。ろ過、乾燥した後、衝撃型粉砕機で解砕し、１４００℃で１時間加熱処理し、酸化マグネシウム系フィラー（Ｄ-１）を得た。

実施例１〜４及び比較例１〜９で得られた酸化マグネシウム系フィラーについて耐水性試験を行った。
「耐水性試験」：秤量瓶に試料２．０ｇを入れ、温度８５℃/湿度８５％の恒温恒湿槽中に１週間放置後、試験前後の重量変化を測定した。
重量変化が１.０重量％未満であれば良好とし、１.０重量％以上を不良とした。試験結果を表２に示す。

表２の実施例１〜４の結果より、本発明の請求項で規定したＢＥＴ比表面積と平均２次粒子径を有する酸化マグネシウムを所定の被覆剤で処理することにより耐水性の良好な酸化マグネシウムが得られることがわかる。
しかし、比較例６のように本発明の請求項で規定した酸化マグネシウムを所定の被覆剤で処理しても、被覆剤量が所定量以下であると耐水性は改善されない。
また、比較例２〜５及び比較例７〜８のように、従来検討されてきた被覆剤を同様に処理しても、耐水性は本発明の実施例と比較していずれも劣り、不良の評価であった。
なお、比較例９の耐水性評価は良好の範囲であったが、本発明の実施例に較べると劣っていた。

樹脂組成物の調製

実施例１１
ポリアミド樹脂１００質量部に対し、酸化マグネシウム系フィラー（Ａ-１）３００質量部を配合して、２５０℃で５分間混練した。混練物を金型（１５０×５０×１０ｍｍ）に入れ、２０ＭＰａに加圧して２５０℃で５分間プレスして成型体を作製した。

実施例１２〜１４及び比較例１１〜１９
実施例２〜４及び比較例１〜９で得られた酸化マグネシウム系フィラー（Ｂ-１、Ｃ-１、Ａ-２、Ａ-３、Ａ-４、Ａ-５、Ａ-６、Ａ-７、Ａ-８、Ａ-９、Ａ-１０、Ｄ-１）について、実施例１１と同様にして成型体を得た。

上記の方法により作製した樹脂組成物成型体の熱伝導率を測定した。
「熱伝導率測定」：ＡＳＴＭ−Ｅ１５０３に準拠して測定した。熱伝導率が３．０Ｗ/ｍＫ以上であれば良好とし、それより小さいものは不良とした。測定結果を表３に示す。

表３の結果より、実施例１１〜１４と比較例１１を較べると明らかに実施例の熱伝導率が良好であることがわかる。これは、本発明の請求項に規定の酸化マグネシウムであっても被覆剤で処理されていないため、樹脂組成物の混練時に酸化マグネシウムが樹脂中に均一に分散しなかったためと推察する。
また、比較例１４は処理剤にエポキシシランカップリング剤を用いたもので、比較的良好な熱伝導率を示したが、耐水性評価が不良であり使用できない。
耐水性が良好で樹脂に混練した時の樹脂組成物の熱伝導率が良好な酸化マグネシウムは、本発明の請求項に記載のＢＥＴ比表面積と平均２次粒子径を有する酸化マグネシウムを本発明の請求項に記載の被覆剤で処理した酸化マグネシウム系フィラーである。

Claims

式（１）の被覆剤を酸化マグネシウムに対して１〜１０質量％表面被覆した、ＢＥＴ比表面積が０．１〜１００ｍ²/ｇ、平均２次粒子径が０．５〜２０μｍの酸化マグネシウムであることを特徴とする高耐水性熱伝導フィラー。
(C_kH_(2k+1))_n-Si-(OC_mH_(2m+1))_(4-n) [k：6以上、m：2以下、n：1〜3] 式（１）
ＢＥＴ比表面積が１〜２０ｍ²/ｇ、平均２次粒子径が０．５〜２０μｍの酸化マグネシウムである請求項１に記載の高耐水性熱伝導フィラー。
ＢＥＴ比表面積が１〜５０ｍ²/ｇ、平均２次粒子径が０．５〜５μｍの水酸化マグネシウムを８００〜２０００℃で焼成して得られた酸化マグネシウムを、式（１）の被覆剤で酸化マグネシウムに対して１〜１０質量％乾式表面被覆した請求項１又は請求項２に記載の高耐水性熱伝導フィラー。
合成樹脂１００質量部に対し、請求項１又は請求項２に記載の高耐水性熱伝導フィラーを１００〜５００質量部配合した樹脂組成物。