(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材料と架橋点を有する有機高分子材料を成分とし、有機高分子材料が１００質量部、炭素材料が２．５〜５０質量部、硬化剤が０．３〜５質量部であり、有機高分子材料がシリコーンゴム又はアクリルゴムであり、硬化剤がＳｉＨ官能性シロキサン又はポリイソシアネートであり、炭素材料の体積割合が１．５〜２５体積％であり、有機高分子材料成分中の架橋点間距離が炭素材料の平均短径の０．０８倍以上１．７倍以下であり、架橋点間距離が０．０１２〜０．７μｍであることを特徴とする有機無機複合組成物。
【請求項２】
炭素材料が炭素繊維及び／又はカーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載の有機無機複合組成物。
【請求項３】
炭素材料が、アスペクト比２以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機無機複合組成物。
【請求項４】
有機高分子材料の架橋終了後に、有機溶媒で有機高分子材料を膨潤させることを特徴とする請求項１〜３に記載の有機無機複合組成物の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３に記載の有機無機複合組成物を用いた導電性材料。
【請求項６】
請求項１〜３に記載の有機無機複合組成物を用いた熱伝導性材料。
【請求項７】
請求項１〜３に記載の有機無機複合組成物を用いた電磁波吸収材料。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導電性、熱伝導性、又は電磁波吸収特性に特徴を有する有機無機複合組成物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂材料に無機系の充填材を混合することにより、樹脂の持つ可撓性や易成形性を活かしつつ、樹脂材料が不得意とする導電性、熱伝導性や電磁波吸収特性を付与した有機無機複合材料の検討が盛んになってきている。
【０００３】
この場合、無機充填材の持つ特性を活かして熱伝導性や導電性を向上させるためには、一般的に無機充填材の混合比率を増大させる必要がある。しかしその場合は本来樹脂の持つ可撓性や易成形性などが損なわれ、それら特性の両立が難しいという問題があった。
【０００４】
それに対して、熱伝導性や導電性を有効発現させるには、無機充填材によるパーコレーションを発現させ、熱伝導パスあるいは導電パスを形成させることが有効であることから、無機充填材を配向させる試みが為されている（特許文献１）。しかしそのためには製造装置に特別な工夫が必要であり、設備コストが上がってしまう上、生産性にも制限が出るという問題があった。  
【特許文献１】特開平１１−１５６９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記に鑑み、無機充填材の持つ熱伝導性または導電性を有効に発現させることができる導電性または熱伝導性に優れた樹脂組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）無機充填材と架橋点を有する有機高分子材料を成分とし、有機高分子材料成分中の架橋点間距離が無機充填材の平均短径の０．０８倍以上１．７倍以下であることを特徴とする有機無機複合組成物
（２）有機高分子材料がシリコーン系材料又はアクリル系材料であることを特徴とする前記（１）に記載の有機無機複合組成物。
（３）無機充填材が炭素材料であることを特徴とする前記（１）又は前記（２）に記載の有機無機複合組成物。
（４）炭素材料が炭素繊維及び／又はカーボンブラックであることを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の有機無機複合組成物。
（５）無機充填材が、アスペクト比２以上であることを特徴とする前記（１）〜（４）に記載の有機無機複合組成物。
（６）無機充填材の体積割合が２〜２５体積％であることを特徴とする前記（１）〜（５）に記載の有機無機複合組成物
（７）有機高分子材料の架橋終了後に、有機溶媒で有機高分子材料を膨潤させることを特徴とする前記（１）〜（６）に記載の有機無機複合組成物の製造方法。
（８）前記（１）〜（６）に記載の有機無機複合組成物を用いた導電性材料。
（９）前記（１）〜（６）に記載の有機無機複合組成物を用いた熱伝導性材料。
（１０）前記（１）〜（６）に記載の有機無機複合組成物を用いた電磁波吸収材料。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の有機無機複合組成物は、無機充填材の有する熱伝導性や導電性などの特性を少ない充填量で有効に発現させることができるため、樹脂の持つ軽量性や可撓性も保持することができ、熱伝導性材料や導電性材料、電磁波吸収材料などに適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。尚、本発明で混合物等の配合比を表す単位は、特に断らない限り体積基準で表す。
本発明に用いられる架橋点を有する有機高分子材料は特に限定されるものではないが、柔軟性や耐熱性の点からシリコーン系材料が特に好ましい。また、低分子量シロキサンが問題視されるような用途については、アクリル系材料が好ましい。
シリコーン系材料としては、付加反応型シリコーンゲルや縮合反応型シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンレジンなど、任意のものを用いることができる。また必要に応じてそれらを組み合わせて使用することも可能である。その具体例としては、シリコーンゲルとしては例えばＸＥ１４−Ｂ８５３０、ＴＳＥ３０６２（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製）等、またシリコーンゴムとしてはＳＲＨ３２（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製）、ＫＥ１２０４（信越化学社製）等、シリコーンレジンとしてはＫＲ２４２Ａ、ＫＲ３００（信越化学社製）が挙げられる。
アクリル系材料としては、市販のアクリル酸エステル系重合体やメタクリル酸エステル重合体、また一部エチレンなどとの共重合体なども用いられる。また必要に応じてそれらを組み合わせて使用することも可能である。アクリル酸エステル系重合体としてはＡＲ３１、ＡＲ５３Ｌ（日本ゼオン社製）等、メタクリル酸エステル重合体としてはスミペックス（住友化学社製）など、またエチレンとの共重合体としてはデンカＥＲゴム（電気化学工業社製）等が挙げられる。また、有機高分子材料の硬化剤として、ＲＤ−１、ＳＨ１１０７（東レダウコーニング社製）、Ｌ−４５Ｅ（日本ポリウレタン工業社製）等を用いることができる。架橋点間の距離は、上記各有機高分子材料と硬化剤を適宜組み合わせることで調整できる。
【０００９】
本発明に用いられる架橋点を有する有機高分子材料の架橋点間距離は、充填されている無機材料の平均短径の０．０８倍以上かつ１．７倍以下が好ましく、更に好ましくは０．１倍以上かつ同等以下である。上記範囲とすることで、架橋反応時に形成される網目によって無機充填材が配列し、無機充填材の持つ特性を有効に発現させることができる。架橋点間距離が平均短径より小さいとき、また逆に平均短径の１．５倍より大きい場合は、網目形成による効果が小さくなる。
【００１０】
本発明に用いられる無機充填材は、特にアスペクト比が２以上の形状異方性の大きい材料の場合、網目形成時の無機充填材の配列効果が大きく、無機充填材の有する熱伝導性、導電性などが有効に発現される。特に、無機充填材として炭素繊維やカーボンブラック等の炭素系材料を用いた場合には、特に軽量性を維持しつつ高特性が得られる。無機充填材としては、デンカボロンナイトライド、デンカブラック、デンカアルセン（共に電気化学工業社製）、ＶＧＣＦ（昭和電工社製）、Ｔ４（三菱マテリアル社製）、ＰＣ−３０（伊藤黒鉛社製）等が挙げられる。これらのうちデンカブラックは、粒子そのもののアスペクト比は小さいものの、各粒子が一次元に連結した数珠繋ぎ構造をとりやすく、そのため高アスペクト比の無機充填材と同様な効果を示す。
【００１１】
本発明の有機無機複合組成物は、無機充填材の比率が２〜２５体積％であることが好ましい。２体積％に満たない場合は無機充填材が少なすぎてその配列効果が得られにくくなり、また２５体積％を超える場合は無機充填材による特性は発現されるが、充填量が多くなりすぎるため有機材料の持つ易成形性などの特性が得られにくくなる。
【００１２】
本発明における架橋点間距離＜Ｒ２＞１／２は、まず有機高分子材料成分の平坦弾性率Ｇｅｑを測定し、その値から式（１）を用いて架橋点間分子量Ｍｃを求めた。架橋点間分子量Ｍｃから架橋点間の重合度ｎを算出し、式（２）を用いて架橋点間距離を算出した。
Ｍｃ＝ρＲＴ／Ｇｅｑ                      （１）
＜Ｒ２＞１／２＝（Ｃ∞ｎｂ２）１／２                        （２）
ここでρは密度、ｂは単分子長さ、Ｃ∞は屈曲性の尺度を表す定数であり、各種樹脂材料によって異なる値を示す。例えばシリコーン系では６．８、ＰＭＭＡでは８．２である。（Ｐｏｌｙｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ.，  ３０,  ７５３,  Ｔａｂｌｅ２（１９９０）参照）
【００１３】
本発明で用いられる無機充填材の平均短径は、ＳＥＭ観察から求めた。測定方法としては、１００個以上の粒子が存在しているＳＥＭ観察像を撮影し、その写真から直に短径を測定し、平均短径を算出した。ちなみに複数の粒子からなる二次粒子については、二次粒子を構成する一次粒子についての短径を適用した。
【００１４】
本発明の有機無機複合組成物は、有機高分子材料の架橋終了後に、有機溶媒で有機高分子材料を膨潤させることにより、無機充填材の特性をさらに有効に発現させることができる。その理由については明確ではないが、網目の弱い部分に有機溶媒が入り込むことにより、無機充填材の可動性が向上し、それによって無機充填材の配列がすすみ、パーコレーションの状態に近づいていくと考えられる。
有機溶媒としては、ヘキサン、トルエン、キシレン、などが挙げられる。
【００１５】
任意成分として、各種樹脂改質剤、可塑剤、老化防止剤、カップリング剤等を用いることができる。例えばカップリング剤としては、ＫＢＥ９０３（信越化学社製）などが挙げることができる。
【００１６】
本発明では、上記した原材料成分を加圧ニーダー、オープンニーダー、プラネタリーミキサーなどの混練機を用いて無機粉末と均一に混合することができる。こうして得られた混合物を、例えば、押出成型、カレンダー成型、ロール成型、プレス成形によりシート状の樹脂組成物に成型することができる。またこの際、溶剤などを同時に混合して塗料化し、塗工後乾燥させることでもシート化が可能である。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜１１、比較例１〜２）
ヘキサンを溶媒として、シリコーンゴム（ＫＥ１９５０：信越化学製）またはアクリルゴム（ＡＲ５３Ｌ；日本ゼオン製）と炭素繊維（ＶＧＣＦ：昭和電工製）、アセチレンブラック（電気化学製）、黒鉛（ＡＧＢ−５Ｓ，ＳＧ−ＢＨ８：伊藤黒鉛製）を表１及び表２の割合で添加し、５０℃でヘキサンを揮発させながら超音波分散させた。その後、硬化剤（ＲＤ−１：東レダウコーニング製、Ｌ−４５Ｅ：日本ポリウレタン工業製）を表１及び表２の割合で添加し、５０℃、２ＭＰａで圧縮成型させた。得られたフィルムの一部をヘキサン中に２４時間浸漬させた後、２５℃真空中で２４時間乾燥後、電気抵抗率を測定した。電気抵抗率については三菱化学社製ハイレスタ及びロレスタを用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ７１９４に準拠した手法で測定し、また電磁波吸収特性についてはマイクロストリップライン法を用い、アンリツ社製ネットワークアナライザー３７２４７０を用いてＩＥＣ６２３３３−２の伝送減衰率評価方法に準拠した手法で反射電磁波Ｓ１１及び透過電磁波Ｓ２１を測定し、入射電磁波に対するＳ１１及びＳ２１以外の部分を吸収量とした。その結果を表１及び表２に示す。一方で架橋点間距離については、炭素繊維を入れない状態であとは同様に形成したフィルムの弾性率を測定し、上述の式（１）（２）から算出した。なお、有機無機複合組成物中の無機充填材の体積％を表１及び表２に示す。また、表３に使用した炭素材料の平均短径とアスペクト比を示す。
【００１８】
【表１】
0005380022.tif 000002
【００１９】
【表２】
0005380022.tif 000003
【００２０】
【表３】
0005380022.tif 000004
【００２１】
表１及び表２から、有機高分子材料の架橋点間距離を無機充填材の平均短径の０．０８倍から１．７倍の範囲にすることで、有機無機複合組成物としての電気抵抗率が低く、導電性が優れていることがわかる。また、電磁波吸収特性にも優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の樹脂組成物は、導電性組成物として、あるいは電子部品の放熱材料の他、あらゆる発熱物に対してその熱を他へ伝達する材料として幅ひろく使用できる。