説明

熱伝導性グリース組成物

【課題】水分散可能な熱伝導性グリース組成物を提供する。
【解決手段】成分(A):ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及び/又はポリオキシアルキレン重合体と、成分(B):熱伝導性充填剤とを含有してなることを特徴とする熱伝導性グリース組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水分散性に優れた熱伝導性グリース組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に電気・電子部品は使用中に熱が発生するので、電気部品を適切に動作させるため除熱が必要である。従って、ヒートシンクやヒートパイプなど除熱するためのさまざまな筐体が提案されている。その筐体が期待通りの除熱性能を発揮するかどうかは、実機に近い形で試験する必要があるが、試験するためには発熱素子と筐体の間に放熱材料を使用する必要がある。この熱伝導性材料は大別して、1)取り扱いが容易なシート状のもの、2)一般に放熱用グリースと称されるペースト状のもの、との2種類の形態がある。シート状のものは、脱着などの取り扱いが容易であるが接触熱抵抗が性質上大きくなるため、シート状のものを使うと、筐体の性能の個体差が検出しにくくなってしまうという問題がある。
【0003】
一方、放熱用グリースは、接触熱抵抗が低いことから筐体の固体差を見出し易くなる。しかし試験後にグリースを取り除くためには、有機溶剤などを使う必要があった。有機溶剤は人体に対して悪影響を及ぼす可能性があるため好ましくはない。
なお、本発明に関連する従来技術として、下記文献が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第4219793号公報
【特許文献2】特許第4130091号公報
【特許文献3】特許第3948642号公報
【特許文献4】特開2009−96961号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、水分散可能な熱伝導性グリース組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、放熱グリースのベースオイルとして、特定のポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及び/又はポリオキシアルキレン重合体を使用することで、水分散可能な放熱グリースとなり得ることを知見した。
即ち、ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及び/又はポリオキシアルキレン重合体と、熱伝導性充填剤とからなる熱伝導性グリース組成物が、水分散が可能なため、水で放熱グリースを取り除くことができるので、人体に対して非常に安全であることを見出し、本発明をなすに至った。
【0007】
従って、本発明は、下記に示す熱伝導性グリース組成物を提供する。
〔請求項1〕
成分(A):ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及び/又はポリオキシアルキレン重合体と、成分(B):熱伝導性充填剤とを含有してなることを特徴とする熱伝導性グリース組成物。
〔請求項2〕
成分(A)のポリオキシアルキレン変性シリコーンオイルが、下記平均組成式(イ)で表され、25℃の動粘度が10〜100,000mm2/sであることを特徴とする請求項1記載の熱伝導性グリース組成物。
abSiO(4-a-b)/2 (イ)
[式中、Gは下記一般式
−R1O(CH2CH2O)m[CH2CH(CH3)O]n2
(ここに、R1は炭素数1〜10の2価炭化水素基、R2は水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基、アセチル基、イソシアン酸基から選択される1価の有機基、m,nは5≦m≦50、0≦n≦50で、0.1≦m/m+n≦1.0を満足する数である。)
で示されるオキシアルキレン基であり、Rは同一又は異種の炭素数1〜18の1価炭化水素基であり、a,bは正数で、1.8≦a+b≦2.2、かつ0.01≦a/a+b≦1.0を満足する数である。]
〔請求項3〕
成分(A)のポリオキシアルキレン重合体が、下記一般式(ロ)で表され、25℃の動粘度が10〜100,000mm2/sであることを特徴とする請求項1又は2記載の熱伝導性グリース組成物。
4O(CH2CH2O)c[CH2CH(CH3)O]d5 (ロ)
(式中、R4,R5は各々水素原子、又は炭素数1〜18の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、c,dは5≦c≦50、0≦d≦50で、0.1≦c/c+d≦1.0を満足する数である。)
〔請求項4〕
成分(B)の熱伝導性充填剤が、平均粒径0.1〜100μmで、10W/m℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填剤であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の熱伝導性グリース組成物。
【発明の効果】
【0008】
本発明の熱伝導性グリース組成物は、水分散性に優れ、ふき取りに有機溶剤を使う必要のないものである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の熱伝導性グリース組成物は、成分(A):ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及び/又はポリオキシアルキレン重合体と、成分(B):熱伝導性充填剤とを含有してなることを特徴とする。
【0010】
成分(A)のポリオキシアルキレン変性シリコーンオイルは、本発明の熱伝導性グリース組成物の主成分のひとつとなるもので、熱伝導性グリース組成物の水分散性を発現させるためのものであり、下記平均組成式(イ)で示されるポリオキシアルキレン変性シリコーンオイルであることが好ましい。
【0011】
abSiO(4-a-b)/2 (イ)
[式中、Gは下記一般式
−R1O(CH2CH2O)m[CH2CH(CH3)O]n2
(ここに、R1は炭素数1〜10の2価炭化水素基、R2は水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基、アセチル基、イソシアン酸基から選択される1価の有機基、m,nは5≦m≦50、0≦n≦50で、0.1≦m/m+n≦1.0を満足する数である。)
で示されるオキシアルキレン基であり、Rは同一又は異種の炭素数1〜18の1価炭化水素基であり、a,bは正数で、1.8≦a+b≦2.2、かつ0.01≦a/a+b≦1.0を満足する数である。]
【0012】
ここに、Gは、下記一般式
−R1O(CH2CH2O)m[CH2CH(CH3)O]n2
で示されるオキシアルキレン基であり、R1は、メチレン基、エチエン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基などの炭素数1〜10の2価炭化水素基、R2は、水素原子、又はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などの炭素数1〜6のアルキル基、アセチル基、イソシアン酸基などから選択される1価の有機基である。
【0013】
mは、5より小さいと疎水性が強すぎて水分散性が不良となり、50より大きいと放熱グリースの粘度が高くなりすぎるため、5〜50の範囲、好ましくは5〜40の範囲である。nは、50より大きいと放熱グリースの粘度が高くなりすぎるため、0〜50の範囲、好ましくは0〜40の範囲である。mとnの関係は、m/m+nが0.1より小さいと疎水性が強くなりすぎ水分散が不良となるため、0.1≦m/m+n≦1.0の範囲であり、好ましくは0.2≦m/m+n≦1.0の範囲である。
【0014】
また、Rは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニル基、トリル基などのアリール基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基又はこれらの基に炭素原子に結合している水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基などで置換したクロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフロロプロピル基、シアノエチル基などから選択される同一又は異種の炭素数1〜18の非置換もしくは置換の1価炭化水素基である。
【0015】
なお、このa及びbは、それぞれ正数で、1.8≦a+b≦2.2、好ましくは1.9≦a+b≦2.1を満たすものとされるが、a/a+bの値が0.01未満では疎水性が強すぎて、放熱グリースが水分散しないため、0.01≦a/a+b≦1.0の範囲、好ましくは0.02≦a/a+b≦0.5の範囲である。
【0016】
このポリオキシアルキレン変性シリコーンオイルのオストワルド粘度計で測定される25℃での動粘度は、10mm2/sより小さいと得られる放熱グリースが直ぐに分離してしまうし、100,000mm2/sより大きいと得られる放熱グリースの粘度が高くなりすぎ扱いにくくなるので、10〜100,000mm2/sの範囲が好ましく、特に100〜10,000mm2/sの範囲が好ましい。
【0017】
また、成分(A)は、ポリオキシアルキレン重合体も使用できる。ポリオキシアルキレン重合体は、本発明の熱伝導性グリース組成物の主成分のひとつとなるもので、分子内に(R3O)基(ここにR3はエチレン基又はプロピレン基)をもつものであればどのような構造のものでもよく、これは直鎖状であっても分岐状であってもよいが、下記一般式(ロ)で示される直鎖状のものが好ましい。
【0018】
4O(CH2CH2O)c[CH2CH(CH3)O]d5 (ロ)
(式中、R4,R5は各々水素原子、又は炭素数1〜18の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、c,dは5≦c≦50、0≦d≦50で、0.1≦c/c+d≦1.0を満足する数である。)
【0019】
上記式中、R4とR5は、水素原子、又はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニル基、トリル基などのアリール基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基又はこれらの基に炭素原子に結合している水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基などで置換したクロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフロロプロピル基、シアノエチル基などから選択される同一又は異種の炭素数1〜18の非置換もしくは置換の1価炭化水素基である。
【0020】
cは、5より小さいと疎水性が強すぎて水分散が不良となり、50より大きいと放熱グリースの粘度が高くなりすぎるため、5〜50の範囲、好ましくは5〜40の範囲である。dは、50より大きいと放熱グリースの粘度が高くなりすぎるため、0〜50の範囲、好ましくは0〜40の範囲である。cとdの関係は、c/c+dが0.1より小さいと疎水性が強くなりすぎ水分散が不良となるため、0.1≦c/c+d≦1.0の範囲であり、好ましくは0.2≦c/c+d≦1.0の範囲である。
【0021】
このポリオキシアルキレン重合体のオストワルド粘度計で測定される25℃での動粘度は、10mm2/sより小さいと、得られる放熱グリースが直ぐに分離してしまうし、100,000mm2/sより大きいと得られる放熱グリースの粘度が高くなりすぎ扱いにくくなるので、10〜100,000mm2/sの範囲が好ましく、特に100〜10,000mm2/sの範囲が好ましい。
【0022】
成分(A)として用いられるポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及びポリオキシアルキレン重合体は、それぞれ単独で用いられてもよいし、混合されていてもよく、またそれぞれが1種あるいは2種以上の併用でもよい。これら成分は熱伝導性グリース組成物中、5質量%より少ないと、水分散性の観点からも望ましくないし、80質量%より多いと所望する熱伝導率が得られないため、5〜80質量%の範囲、好ましくは8〜60質量%の範囲、更に好ましくは8〜40質量%の範囲がよい。
なお、ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイルとポリオキシアルキレン重合体を併用する場合、これらの使用割合は、質量比でポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル/ポリオキシアルキレン重合体=1/9〜9/1が好ましく、より好ましくは2/8〜8/2である。
【0023】
成分(B)の熱伝導性充填剤は、本発明に熱伝導性を付与するためのものである。この熱伝導性充填剤の平均粒径は0.1μmより小さいと得られる組成物の粘度が高くなりすぎ伸展性の乏しいものとなるし、100μmより大きいと得られる組成物が不均一となるため、0.1〜100μmの範囲、好ましくは1〜20μmの範囲がよい。なお、本発明において、平均粒径は日機装株式会社の粒度分布測定器であるマイクロトラックMT3300EXにより測定できる。
【0024】
また、この充填剤は、熱伝導率が10W/m℃以上であることが好ましい。熱伝導率が低すぎると得られる放熱グリースの熱伝導率が低すぎてしまう場合がある。
【0025】
この充填剤は、熱伝導率さえ良ければ何でもよいが、アルミニウム粉末、酸化亜鉛粉末、アルミナ粉末、窒化硼素粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末、銅粉末、銀粉末、ダイヤモンド粉末、ニッケル粉末、亜鉛粉末、ステンレス粉末、カーボン粉末等が挙げられるが、これらに限られたものではない。これらは球状、不定形状どちらでもよく、更にこれらを2種類以上混合してもよい。
【0026】
成分(B)の配合量は、熱伝導性グリース組成物中、20質量%より少ないと得られる組成物の熱伝導率が悪く、且つ保存安定の乏しいものとなるし、95質量%より多いと伸展性の乏しいものとなるため、20〜95質量%の範囲が好ましく、特に40〜92質量%の範囲が好ましく、最も好ましくは60〜92質量%の範囲である。
【0027】
本発明においては、更に任意成分として、ウエッター成分(C)を配合することができる。これは、上記成分(B)の熱伝導性充填剤の表面をウエッター成分で処理することにより、ベースオイルである成分(A)との濡れ性をよくし、高充填化を補助するものである。
【0028】
成分(C)として、まず挙げられるのが、下記一般式(ハ)で表されるアルコキシシランである。
6e7fSi(OR84-e-f (ハ)
【0029】
上記式中のR6は、炭素数9〜15のアルキル基であり、具体例としては、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基等が挙げられる。炭素数が9より小さいと粉末との濡れ性が十分でなくなるおそれがあり、15より大きいとアルコキシシランが常温で固化するので取り扱いが不便な上、得られた組成物の低温特性が低下するおそれがある。
【0030】
また、上記式中のR7は、炭素数1〜8の非置換もしくは置換の飽和又は不飽和1価炭化水素基であり、具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、2−メチル−2−フェニルエチル基等のアラルキル基、3,3,3−トリフロロプロピル基、2−(パーフロロブチル)エチル基、2−(パーフロロオクチル)エチル基、p−クロロフェニル基等のハロゲン置換炭化水素基などが挙げられるが、特にメチル基、エチル基が好ましい。
【0031】
8は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などの炭素数1〜6の1種もしくは2種以上のアルキル基であり、特にメチル基、エチル基が好ましい。
また、eは、1〜3の整数であるが、特に1であることが好ましい。fは、0〜2の整数、e+fは、1〜3の整数である。
【0032】
一般式(ハ)で表されるアルコキシシランの具体例としては、次のものを挙げることができる。
1021Si(OCH33、C1225Si(OCH33
1021Si(CH3)(OCH32、C1021Si(C65)(OCH32
1021Si(CH3)(OC252
1021Si(CH=CH2)(OCH32
1021Si(CH2CH2CF3)(OCH32
【0033】
このアルコキシシランの添加量は、熱伝導性グリース組成物中、0〜5質量%であることが好ましい。添加量を5質量%より多くしてもウエッター効果が増大しない場合があり、不経済である。より好ましい添加量は、熱伝導性グリース組成物中、0〜3質量%である。なお、配合する場合は0.5質量%以上が好ましい。
【0034】
成分(C)として、次に挙げられるのが、下記一般式(ニ)で表される片末端3官能の加水分解性オルガノポリシロキサンである。
【化1】

【0035】
上記式中、R9は、独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基などが挙げられ、特にメチル基、エチル基が好ましい。R10は、独立に炭素数1〜18の非置換もしくは置換の飽和又は不飽和1価炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、2−フェニルエチル基、2−メチル−2−フェニルエチル基等のアラルキル基、3,3,3−トリフロロプロピル基、2−(パーフロロブチル)エチル基、2−(パーフロロオクチル)エチル基、p−クロロフェニル基等のハロゲン化炭化水素基が挙げられ、特にメチル基が好ましい。また、gは、5〜120の整数であり、好ましくは10〜90の整数である。
【0036】
この片末端3官能の加水分解性オルガノポリシロキサンの添加量は、熱伝導性グリース組成物中、0〜20質量%であることが好ましい。添加量を20質量%より多くしてもウエッター効果が増大しない場合があり、不経済である。より好ましい添加量は、熱伝導性グリース組成物中、0〜10質量%である。なお、配合する場合には0.5質量%以上である。
【0037】
更に、本発明においては、酸化鉄、酸化セリウム等の耐熱性向上剤、シリカ等の粘度調整剤、着色剤等を本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。
【0038】
本発明の熱伝導性グリース組成物を製造するには、成分(A),(B)、更に必要により任意成分として、成分(C)、その他の成分を、トリミックス、ツウィンミックス、プラネタリーミキサー(いずれも井上製作所(株)製混合機の登録商標)、ウルトラミキサー(みずほ工業(株)製混合機の登録商標)、ハイビスディスパーミックス(特殊機化工業(株)製混合機の登録商標)等の混合機にて混合することにより得ることができる。必要ならば50〜150℃に加熱しながら混合してもよい。更に混合後、均一仕上げのため、高剪断力下で混練操作を行うことが好ましい。該混練装置としては、3本ロール、コロイドミル、サンドグラインダー等があるが、中でも3本ロールによる方法が好ましい。
【実施例】
【0039】
以下、本発明を実施例及び比較例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。本発明の優位性をより明確にする目的で、具体的な実施例を示して証明する。
【0040】
本発明に関する試験は、次のように行った。熱伝導性グリース組成物の絶対粘度の測定は株式会社マルコム製の型番PC−1TL(10rpm)にて行い、また熱伝導率は京都電子工業株式会社製のTPA−501により、いずれも25℃において測定した。また粒径測定は日機装株式会社製の粒度分布測定器であるマイクロトラックMT3300EXにより測定した体積基準の累積平均径である。なお、熱伝導性グリースの水分散性の評価は次のように行った。
【0041】
<水分散性評価>
Al板に熱伝導性グリースを縦30mm×横30mm×厚み120μmでスクリーン印刷した。ペーパータオルを水に浸し、印刷されたグリースを拭ってふき取った。評価は以下のように行った。
○:熱伝導性グリースがきれいに拭い取れた。
△:熱伝導性グリースが若干Al板に残った。
×:熱伝導性グリースが全く拭き取れなかった。
【0042】
[実施例1〜8、比較例1〜3]
表1,2に示すように各成分をプラネタリーミキサーにより70℃で均一に混合し、熱伝導性グリース組成物を調製した。得られた組成物を用いて上述した各種試験を行った。結果を表1,2に併記する。なお、使用した成分(A)〜(C)は、下記に示す通りである。
【0043】
(A)−1
10.09(CH31.97SiO0.970
1=−C36O(CH2CH2O)26[CH2CH(CH3)O]2649
動粘度1,600mm2/s
【0044】
(A)−2
20.13(CH31.93SiO0.970
2=−C36O(CH2CH2O)25.5[CH2CH(CH3)O]8.549
動粘度1,000mm2/s
【0045】
(A)−3
30.13(CH31.93SiO0.970
3=−C36O(CH2CH2O)8.5[CH2CH(CH3)O]25.549
動粘度1,100mm2/s
【0046】
(A)−4
40.95(CH31.10SiO0.975
4=−C36O(CH2CH2O)9H 動粘度300mm2/s
【0047】
(A)−5
49O(CH2CH2O)20[CH2CH(CH3)O]20
動粘度270mm2/s
【0048】
(A)−6
CH2=CHCH2O(CH2CH2O)25.5[CH2CH(CH3)O]8.549
動粘度150mm2/s
【0049】
(A)−7
50.05(CH31.98SiO0.985
5=−C36O[CH2CH(CH3)O]27H 動粘度600mm2/s
【0050】
(A)−8
(CH32.01SiO0.995 動粘度500mm2/s
【0051】
(A)−9
CH2=CHCH2O[CH2CH(CH3)O]27H 動粘度120mm2/s
【0052】
(B)−1
酸化亜鉛粉末(不定形、平均粒径=2μm、熱伝導率=25.2W/m℃)
(B)−2
アルミニウム粉末(不定形、平均粒径=7μm、熱伝導率=236W/m℃)
【0053】
(C)−1
1021Si(OCH33
(C)−2
【化2】

【0054】
【表1】

【0055】
【表2】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
成分(A):ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル及び/又はポリオキシアルキレン重合体と、成分(B):熱伝導性充填剤とを含有してなることを特徴とする熱伝導性グリース組成物。
【請求項2】
成分(A)のポリオキシアルキレン変性シリコーンオイルが、下記平均組成式(イ)で表され、25℃の動粘度が10〜100,000mm2/sであることを特徴とする請求項1記載の熱伝導性グリース組成物。
abSiO(4-a-b)/2 (イ)
[式中、Gは下記一般式
−R1O(CH2CH2O)m[CH2CH(CH3)O]n2
(ここに、R1は炭素数1〜10の2価炭化水素基、R2は水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基、アセチル基、イソシアン酸基から選択される1価の有機基、m,nは5≦m≦50、0≦n≦50で、0.1≦m/m+n≦1.0を満足する数である。)
で示されるオキシアルキレン基であり、Rは同一又は異種の炭素数1〜18の1価炭化水素基であり、a,bは正数で、1.8≦a+b≦2.2、かつ0.01≦a/a+b≦1.0を満足する数である。]
【請求項3】
成分(A)のポリオキシアルキレン重合体が、下記一般式(ロ)で表され、25℃の動粘度が10〜100,000mm2/sであることを特徴とする請求項1又は2記載の熱伝導性グリース組成物。
4O(CH2CH2O)c[CH2CH(CH3)O]d5 (ロ)
(式中、R4,R5は各々水素原子、又は炭素数1〜18の非置換もしくは置換の1価炭化水素基であり、c,dは5≦c≦50、0≦d≦50で、0.1≦c/c+d≦1.0を満足する数である。)
【請求項4】
成分(B)の熱伝導性充填剤が、平均粒径0.1〜100μmで、10W/m℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填剤であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の熱伝導性グリース組成物。

【公開番号】特開2011−57879(P2011−57879A)
【公開日】平成23年3月24日(2011.3.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−209975(P2009−209975)
【出願日】平成21年9月11日(2009.9.11)
【出願人】(000002060)信越化学工業株式会社 (3,361)
【Fターム(参考)】