(57)【要約】  十分な柔軟性や成形性を有しながら機能性粒子の機能をも十分に有する、機能性成形体およびその製造方法を提供することを課題とし、かかる課題を解決する手段として、本発明にかかる機能性成形体は、機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなる、ことを特徴とし、機能性成形体の製造方法は、機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記繊維状物が前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料から得られたものである、ことを特徴とするか、機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記混合物が、機能性粒子をバインダーと混合して得られる前駆混合物を、繊維状物または前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料とさらに混合することにより得られたものである、ことを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなる、機能性成形体。
【請求項２】
機能性成形体内の空隙率が３０体積％以下である、請求項１に記載の機能性成形体。
【請求項３】
前記バインダーの添加量が前記機能性粒子１００体積部に対し２００体積部以下となっている、請求項１または２に記載の機能性成形体。
【請求項４】
前記繊維状物の添加量が前記機能性粒子１００体積部に対し１００体積部以下となっている、請求項１から３までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項５】
前記機能性粒子の機能が熱伝導性、導電性、磁性、誘電性およびガスバリア性から選ばれる少なくとも１つである、請求項１から４までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項６】
形状がシート状である、請求項１から５までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項７】
前記機能性粒子が熱伝導性を有するものであり、前記バインダーが架橋構造を有するフッ素系バインダーであり、前記繊維状物の材料がポリテトラフルオロエチレンであって、熱伝導性シートである、請求項６に記載の機能性成形体。
【請求項８】
成形体の表面に内部からの塵の発生を防ぐための層が設けられている、請求項１から７までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項９】
機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記繊維状物が前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料から得られたものである、機能性成形体の製造方法。
【請求項１０】
機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記混合物が、機能性粒子をバインダーと混合して得られる前駆混合物を、繊維状物または前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料とさらに混合することにより得られたものである、機能性成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記混合物を成形する工程を終えて得られた成形体を圧密加工する、請求項９または１０に記載の機能性成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性成形体およびその製造方法に関する。詳しくは、熱伝導性シート、電磁波シールド、フリップチップ、電極膜、電磁波吸収体、センサー、アンテナ、アクチュエーター、ガスバリア膜などとして利用される機能性成形体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱伝導性、導電性、磁性、誘電性、ガスバリア性などの機能性を有する機能性粒子をバインダーで結合させて成形したものが従来多く知られている。
しかし、上記において、バインダーの量が多いと断熱や絶縁を招くなどして機能性粒子の特性が阻害されてしまい、その一方で、バインダーの量を単に少なくするだけでは、得られる機能性成形体の柔軟性や成形性などが低下してしまうという問題があった。
ところで、繊維状物に機能性粒子を配合する技術（例えば、特許文献１参照）も知られており、この技術では、バインダーを用いないので、バインダーによる機能性の阻害は起こらない。しかし、このようにして得られる機能性成形体では、裂けてしまったり機能性粒子の脱落が起こったりといった問題があった。【０００３】
また、機能性成形体のその他の従来技術として、多孔質体からなる基材に機能性粒子を固着させて機能性を与えるという点で、そのような基材を用いない上記従来技術と異質の技術ではあるが、フィブリル化されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって機能性粒子が多孔質体に固定されていることを特徴とする機能性成形体が知られている（特許文献２参照）。この技術によれば、フィブリル化により粘着性のある微細な繊維状となったＰＴＦＥの３次元網目構造によって多量の機能性粉体が多孔質に固定されていることから、機能性粉体表面全体がＰＴＦＥにより覆われることなく、当該機能性粉体の機能が損なわれず、当該機能性材料内部を通過したり、機能性材料に接触したりする物質に対して、機能性粉体の機能が充分に発揮され、また、当該機能性材料の製造時あるいは使用時に機能性粉体が容易に脱落することもない、とされる。【０００４】
同様に、多孔質体を用いた技術として、バインダーとミクロフィブリルセルロース（ＭＦＣ）とからなる混合物によって、多孔質体に機能性粉体が固定されていることを特徴とする機能性成形体も知られている（特許文献３参照）。この技術によれば、バインダーの接着力と、ＭＦＣのミクロフィブリルの結合力、絡合力とによって、機能性粉体が多孔質体に固定されて機能性粉体の脱落が確実に防止され、しかもＭＦＣのミクロフィブリルが３次元的なネット状構造を作り出し、その中に粉体を取り込み高い空隙を保持するので、機能性粉体表面がバインダーの被膜によって覆われてしまうことがなく、機能性粉体の機能が損なわれない、とされる。【０００５】
上記技術は、多孔体に機能性粒子を固着させる技術であって、不織布などの多孔質体を必須に用いるものであり、したがって、これらの技術における機能性成形体は、柔軟性に乏しいものであった。
なお、上に述べた従来技術の例に見るように、バインダーは、機能性粒子を捕捉するという機能の面では、後述の繊維状物と共通するが、本発明において「バインダー」というときは、従来からの用例に倣い、繊維状物は含まないこととする。そして、両者の共通する捕捉機能に基づき両者を総称するときは、「捕捉材」という用語を用いることとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−４２４７号公報
【特許文献２】特開平５−２９５１２４号公報
【特許文献３】特開平７−３０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、十分な柔軟性や成形性を有しながら機能性粒子の機能をも十分に有する、機能性成形体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなるものであれば、機能性粒子同士を結合させるために従来のようにバインダーを過剰に用いなくても十分な柔軟性や成形性が得られる結果、バインダーによって機能性粒子の機能が阻害されることなく、所望の機能が良好に発揮され得ることを見出した。
すなわち、本発明にかかる機能性成形体は、機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなる、ことを特徴とする。
また、本発明にかかる機能性成形体の製造方法は、機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記繊維状物が前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料から得られたものである、ことを特徴とするか、機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記混合物が、機能性粒子をバインダーと混合して得られる前駆混合物を、繊維状物または前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料とさらに混合することにより得られたものである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来のように過剰な量のバインダーを用いなくとも柔軟性や成形性を与えることができるとともに、機能性粒子同士を十分に捕捉することができ、機能性粒子が有する諸機能を良好に発揮させることができる。
特に、機能性粒子として熱伝導性粒子を用いる熱伝導性シートにおいては、バインダーとして架橋構造を有するものを用いることにより、耐熱性、ゴム状弾性に優れ、十分な熱伝導性を有するものとなる。特に、バインダーの量は非常に少なくて良いので熱伝導性粒子の多量充填が可能となり、これにより、空隙による断熱作用を軽減させ、極めて高い熱伝導性を発揮させることができる。さらに、シリコーンゴムを用いないので、装置内を汚染し得るシロキサンの発生を防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる機能性成形体およびその製造方法について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。
〔機能性成形体〕
本発明の機能性成形体は、機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなる。
従来技術のように、機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を多孔質体などに担持することによって機能を発揮するものではなく、機能性粒子とバインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなる機能性成形体が所望の機能を発揮するものである。
【００１１】
以下、繊維状物、バインダー、機能性粒子と、機能性成形体の製造方法およびその用途について詳述する。
＜繊維状物＞
繊維状物の原料としては、特に限定するわけではないが、例えば、フッ素系高分子材料、シリコーン系高分子材料、芳香族複素環系高分子材料、熱硬化性高分子材料、熱可塑性高分子材料およびそれらの混合物が挙げられる。これらのうち、高耐熱性、シロキサンその他のアウトガスフリーの面で、フッ素系高分子材料が特に好ましい。前記フッ素系高分子材料としては、具体的には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系樹脂が挙げられる。また、シリコーン系高分子材料としてはメチル系シリコーンレジン、メチルフェニル系シリコーンレジンなどが挙げられ、芳香族複素環系高分子材料としてはポリイミド樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。耐熱性、高温での繊維状物の形状維持能の観点から、特にポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００１２】
繊維状物は、上記繊維状物の材料を従来公知の方法により繊維化することで得ることができる。
具体的には、例えば、後述する機能性成形体の製造方法にあるように、繊維状物の材料として粒子状樹脂材料や、以下の方法で作製できる半繊維状樹脂材料や繊維状樹脂材料を用いて、機能性材料の製造の過程で繊維状物を得ることができる。
上記半繊維状樹脂材料や繊維状樹脂材料を得るための方法としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンのように、紡糸液としての溶液を得させる適切な溶媒がなく、結晶融点以上の高温加熱時に十分な熱流動性を示さないような繊維原料を用いる場合には、一般にエマルジョン紡糸が採用される。ここで、エマルジョン紡糸法は、例えば、繊維原料の微粒子を、分散剤添加の下に、後にマトリックスの役割を果たす水溶性の高分子物質（ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダなど）の水溶液（ビスコースなども用い得る）中に分散させてエマルジョン紡糸液とし、これをマトリックス高分子に対する凝固浴中に湿式紡糸することにより半繊維状樹脂材料や繊維状樹脂材料が得られる。
【００１３】
一方、紡糸液としての溶液を得るための適切な溶媒があり、あるいは、結晶融点以上の高温加熱時に十分な熱流動性を示すものであれば、その他の一般的な紡糸法として、繊維原料を溶融してノズルより気流中に押出し、繊維状に冷却したものを巻き取る溶融紡糸法、繊維原料を溶媒に溶かして溶液とし、ノズルより気流中に押し出して溶媒を蒸発させる乾式紡糸法、繊維原料を溶媒に溶かして溶液とし、ノズルより凝固浴中に押し出して脱溶媒し繊維とする湿式紡糸法などを採用してもよく、いずれの紡糸法を採用するかは、繊維原料の熱的安定性や溶解性によって決定すればよい。
＜バインダー＞
本発明にかかるバインダーの材料としては、特に限定するわけではないが、例えば、フッ素系高分子材料、シリコーン系高分子材料、芳香族複素環系高分子材料、熱硬化性高分子材料、熱可塑性高分子材料およびそれらの混合物が挙げられる。これらのうち、高耐熱性、シロキサンその他のアウトガスフリーの面で、フッ素系高分子材料からなるフッ素系バインダーが特に好ましい。前記フッ素系高分子材料としては、具体的には、例えば、市販品として信越化学社製の熱硬化系液状ゴム「ＳＩＦＥＬ」を材料とするものが挙げられるほか、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（四フッ化エチレンをターモノマーとするものを含む）（ＦＫＭ）、四フッ化エチレンとパーフルオロメチルビニルエーテルの共重合体（ＦＦＫＭ）などを材料とするものが挙げられる。また、シリコーン系高分子材料としてはジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴムなどが挙げられ、芳香族複素環系高分子材料としてはフェノール樹脂などが挙げられる。さらに、本発明にかかるバインダーの材料が、架橋能を有する液状バインダーであると、得られる機能性成形体は、柔軟性、ゴム状弾性、タック性に優れたものとなり、例えば、熱伝導性シートとして適用した場合には充分な熱伝導性を有するものとなる。特に、液状で成形性に優れ、かつ、自己架橋能を有するＳＩＦＥＬが好ましい。
【００１４】
ここで、上述のように、ゴム弾性を得るなどの目的で架橋能を有するバインダー材料を用いれば、前記バインダーとしては、架橋構造を有するものとなるのであるが、この場合、バインダー材料の架橋能は、自己架橋能のみを意味するものではなく、他者架橋能、すなわち、別途架橋剤を添加するなどして、その作用によって架橋構造を形成し得るものであっても良い。
上記架橋構造は、通常、バインダー材料と他の原料を混練したのちに行われるシート化などの成形工程において形成されるものであり、成形前（他の原料との混練時点など）に架橋構造を有している必要はない。
【００１５】
＜機能性粒子＞
本発明にかかる機能性粒子としては、特に限定するわけではないが、例えば、熱伝導性、導電性、磁性、誘電性、ガスバリア性などの機能性を有する機能性粒子が挙げられる。より具体的には、例えば、黒鉛、アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカ、マイカ、亜鉛華などが挙げられ、これらを１種または２種以上併用して用いることができる。
機能性粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば、熱伝導性粒子などの場合、０．５〜５００μｍが好ましく、１〜１００μｍがより好ましい。０．５μｍ未満では機能性粒子の分散が不良となるおそれがあり、５００μｍを超えるとシートの平滑性が損なわれるおそれがある。
【００１６】
＜他の成分＞
本発明にかかる機能性成形体を得るための原料としては、上記繊維状物、バインダー、機能性粒子以外に、架橋剤、架橋促進剤、溶剤、分散剤、可塑剤、老化防止剤、顔料などの他の成分を含むものであっても良い。
特に、可塑剤を用いることで可塑性が付与されるので、各成分の分散性が高まり、また、得られる混合物の成形性が向上したり、得られる機能性成形体の密着性、タック性が向上したりする。可塑剤としては、例えば、市販品として、ダイキン工業社製の「ディムナム」、旭硝子社製の「フロンルーブ」、アウジモント社製の「フォンブリン」、デュポン社製の「クライトックス」などが挙げられる。
【００１７】
＜機能性成形体の製造＞
本発明にかかる機能性成形体は、例えば、以下のようにして製造することができる。
すなわち、機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記繊維状物が前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料から得られたものである、という方法や、機能性粒子とバインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記混合物が、機能性粒子をバインダーと混合して得られる前駆混合物を、繊維状物または前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料とさらに混合することにより得られたものである、という方法である。
【００１８】
上記において、前記繊維状物の材料となる樹脂材料が分散質として含有されている分散液を用いる場合、機能性成形体を得るまでの工程において、この分散媒（溶剤）を蒸発除去することや、前記混合物を成形する工程を終えて得られた成形体を圧密加工することができる。
本発明にかかる機能性成形体の製造方法では、バインダーの使用量を低減するため、機能性粒子を上記バインダーと混合して前駆混合物を得ておくことが好ましい。これにより、機能性粒子がバインダーで表面コーティングされると推測される。機能性粒子と上記バインダーを混合する方法としては、機能性粒子をバインダー中に分散させ剪断力をかけながら混合することができる。
【００１９】
この前駆混合物を、繊維状物や繊維状物の材料と混合するのであるが、この場合における繊維状物の材料としては、例えば、最終的に繊維状物となる粒子状樹脂材料、半繊維状樹脂材料あるいは繊維状樹脂材料やこれらの分散液を用いることができる。これら樹脂材料は、未焼成であって、混練中に伸びて前記前駆混合物と複雑に絡まる。そして、例えば、後述する熱プレス処理などの熱処理により焼成され、繊維としての強固な構造を得ることができる。なお、半繊維状樹脂材料は、全体としては明確な繊維構造を有しないが、部分的に繊維化したような構造のものを含む趣旨である。
本発明にかかる機能性成形体の製造方法としては、具体的には、例えば、以下の３通りの方法が好ましく例示できる。
【００２０】
（１）機能性粒子とバインダーとを剪断力の強い混合機で混合して前駆混合物を得た後、さらに繊維状物の材料となる樹脂材料と混合し、得られた最終混合物を成形加工する方法。
（２）機能性粒子とバインダーと剪断力の強い混合機で混合して得た前駆混合物１と、機能性粒子と繊維状物の材料となる樹脂材料を混合して得た前駆混合物２とを混合し、得られた最終混合物を成形加工する方法。
（３）機能性粒子とバインダーと溶剤に分散された繊維状物の材料となる樹脂材料とを混合し、得られた最終混合物を溶剤を送風などにより乾燥してから成形加工するか、得られた最終混合物を成形加工してから溶剤を送風などにより乾燥する方法。
【００２１】
上記（１）の方法は、剪断力の強い混合機で混合を行うことによって、バインダー中の機能性粒子の分散性が改善されるため、空隙が大幅に低減されるようになり、かつ、繊維状物による機能性粒子の絡合効果による多量充填効果も発揮されるため、空隙の少ない高密度の機能性成形体を得るための手法としては最も好ましい。
上記（２）、（３）の手法は、機能性粒子に強い剪断力により壊れやすいものが含まれていたとしても、機能性粒子を壊さずに成形できる手法であり、例えば、機能性粒子として黒鉛、繊維（炭素、金属）、中空粒子などの剪断によって壊れやすい機能性粒子を、前駆混合物１ではなく前駆混合物２において用いることで、これらの機能性粒子を効率よく高密度充填した機能性成形体を得ることができる。しかし、剪断により壊されやすい機能性粒子は、前駆混合物１のごとく剪断力の強い混合機での混合によってバインダー中の分散性が改善されてはいないため、上記（１）の方法と比べ、空隙の低減効果が劣り、このためにバッチ式で圧密加工を施す必要がある。また、上記（１）の方法に比べ、機能性粒子の保持性（脱落性）も若干劣る。
【００２２】
この機能性粒子の保持性（脱落性）を改善するため、上記（２）、（３）においては、圧密加工を、表面に内部からの塵の発生を防ぐための層（以下、記載の簡素化のため、防塵層という）を形成したのちに行うことが好ましい。これにより、機能性粒子の保持性を改善することができる。なお、上記（３）においては、防塵層の形成は、溶剤を蒸発乾燥させてから行うのがよい。
他方、上記（１）の方法は、剪断の強い混合機による混合により壊れてしまう機能性粒子には応用できないが、空隙を生じにくいため、オーブンなどの熱空気による連続式も可能であるため、生産性においても、上記（１）の方法が最も好ましい。
【００２３】
上記（１）、（２）の方法における、剪断力の強い混合は、具体的には、例えば、ライカイ機、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー、ヘンシルミキサー、プラネタリミキサーなどにより行うことが好ましい、これらの剪断効果により機能性粒子のバインダー中への分散性を向上させ、空隙の低減に寄与する。前記剪断力の強い混合は、揮発可能な溶剤を添加した状態で行っても良い。上記（１）〜（３）の方法における圧延工程は、具体的には、例えばロール、プレスなどにより行うことが好ましく、これら圧延作用により、他の材料との混練の際に繊維化した繊維状物がさらに効率良く長繊維化され、機能性粒子の多量充填効果に寄与する。また、この長繊維化した繊維は圧延による配向作用により機能性成形体の繋ぎの役割も発揮するため、例えば、ゲルのような非常に脆い物や多量充填しすぎて成形しにくいものをバインダーとする場合であっても、高い成形能をもたらす。繊維状物の材料となる樹脂材料としては、分散性を考慮すれば、粒子状の樹脂材料を用いることが好ましいが、溶剤に分散した状態の樹脂材料や繊維状の樹脂材料を用いてもよい。
【００２４】
上記において、繊維状物の材料の平均粒径としては、分散性の観点などから、例えば、０．０１〜５０μｍであることが好ましく、０．０１〜５μｍであることがより好ましい。
なお、前記繊維状物となる樹脂材料は、完全な繊維とならずに、例えば、部分的に粒子状部分が残る場合もあるが、本発明では、この場合も含めて繊維状物の概念に含めることとする。
このようにして得られる機能性成形体は、繊維状物およびバインダーと機能性粒子の配合割合が、繊維状物およびバインダーの合計量１００体積部に対して機能性粒子１００〜１８００体積部であることが好ましく、３００〜１０００体積部であることがより好ましい。機能性粒子が１００体積部未満であると各種機能性が不十分となるおそれがあり、１８００体積部を超えると機能性成形体の平滑性や柔軟性や成形性が損なわれたり、機能性粒子の脱落を招いたりするおそれがある。また、繊維状物とバインダーとの配合割合は、体積基準で、繊維状物：バインダー＝５：１〜１：２０であることが好ましく、２：１〜１：１０がより好ましい。繊維状物の配合割合が多すぎると（バインダーの割合が少なすぎると）機能性成形体中に空隙が多くなって各種機能性が低下したり、バインダーによってもたらされる性能（ゴム状弾性など）が損なわれたりするおそれがあり、繊維状物の配合割合が少なすぎると（バインダーの割合が多すぎると）機能性粒子を多量充填することが困難となり機能性粒子の諸機能が低下するおそれがある。
【００２５】
バインダーの配合割合は、機能性粒子１００体積部に対して１００体積部以下であることが好ましい。機能性粒子に対するバインダーの配合割合が多すぎると機能性粒子の諸機能が低下してしまう。５〜３０体積部であることがより好ましい。
本発明の機能性成形体を高密度の機能性成形体として利用する場合、空隙率が３０体積％以下であることが好ましく、０〜５体積％であることがより好ましい。この空隙率は、実施例で採用する方法で測定される値とする。
＜機能性成形体の用途＞
機能性成形体は、熱伝導性シート、電磁波シールド、フリップチップ、電極膜、電磁波吸収体、センサー、アンテナ、アクチュエーター、ガスバリア膜などとして利用される機能性成形体などとして好適に利用することができ、様々な基材に貼付して各種機能を発揮させることができ、また、シーリング材としての使用も可能である。
【００２６】
シート化などを行うための成形技術としては、特に限定されず、圧縮成形法、押出成形法、射出成形法、注型成形法、ブロー成形法、カレンダー成形法などが採用できるほか、原料混合物が液状であれば、塗装法、印刷法、ディスペンサー法、ポッティング法なども採用できる。
上記（２）、（３）の方法では、上記（１）の方法のように極めて高密度の機能性成形体を得ることは困難であるので、特に好適な成形技術として、圧密加工、例えば、原料混合物をカレンダー機などにより圧延して低密度の機能性成形体を作製し、これを裁断した後、プレス機でプレスすることにより高密度の機能性成形体を作製する方法が挙げられる。前記プレス工程では、低密度の機能性成形体を複数枚重ねてから行ってもよく、また、熱プレスとしたり（熱架橋性の場合）、プレス時に紫外線などを照射したり（紫外線架橋性の場合）することにより、このプレス工程においてバインダーの架橋を行わせることができる。
【００２７】
上記（１）の方法では、先に述べたとおり、上に述べたプレス加工などの工程がなくとも、高密度の機能性成形体を得ることができ、したがって、押出し成形などのみで、連続的に成形品を得ることができる。
このような高密度の機能性成形体は、特に、空気による断熱を抑える必要がある熱伝導性シートや、気密性や水密性が要求されるシーリング材などに好適に用いられる。
機能性成形体を得る際の条件や材料、具体的には、例えば、バインダーの種類や架橋密度、可塑剤の添加の有無などを調整することにより、機能性成形体として、ゴム様、ゲル様といった所望の特性をもったものを得ることができる。用途ごとにこれらの特性を選択することで、例えば、熱伝導性シートへの適用に際し、タック性、密着性、形状追随性などに優れたゲル様の機能性成形体を用いることで、極めて高い熱伝導性を発現させることができるなどの利点が得られる。
【００２８】
機能性成形体を機能性シートとして用いる場合におけるその厚みは、特に限定するわけではないが、例えば、熱伝導性シートなどの場合には、２０〜２０００μｍとすることが好ましく、５０〜１０００μｍとすることがより好ましい。２０μｍ未満であると、シート強度が弱くなり過ぎて破断や亀裂が生じるおそれがあり、２０００μｍを超えるとシート内部における機能性粒子の諸機能の伝達が不十分となり、実用性に欠けるおそれがある。
本発明にかかる機能性成形体は、例えば、目的とする機能に応じて各種用途に使用でき、例えば、熱伝導性シートとして用いる場合には、電子部品などの発熱体とヒートシンクやヒートパイプなどの放熱体との間に介在させることで、両者間での熱伝導を効果的に行うのに適している。被覆対象物としては、例えば、携帯電話や回路基板などがある。
【実施例】
【００２９】
以下に、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例１〕
平均粒径２００μｍの球状化黒鉛３０重量％（比重２．２、３１体積％）、平均粒径５０μｍの球状化黒鉛１２重量％（比重２．２、１２体積％）、平均粒径２０μｍの球状化黒鉛８重量％（比重２．２、８体積％）、平均粒径１０μｍのアルミニウム３０重量％（比重２．７、２５体積％）をＳＩＦＥＬ（熱硬化系液状フッ素系ゴム、信越化学社製）１０重量％（比重１．８、１３体積％）と混合して前駆混合物を得たのち、この前駆混合物に、ＰＴＦＥ粒子１０重量％（比重２．２、１０体積％）を含む分散液９０重量％を添加し混練して、該混合物を圧延した。この最終混合物を送風により１日乾燥させることにより水分を除去し、さらに、圧力２．８ＭＰａ、温度１７０℃で熱プレスしてＳＩＦＥＬを架橋することにより、シート厚みが２７９μｍである実施例１にかかる熱伝導性シートを得た。【００３０】
実施例１にかかる熱伝導性シートについて、窒素ガス雰囲気下、昇温温度１０℃／ｍｉｎで熱重量測定を実施し、３００℃まで昇温したとき、初期重量に対して何％減量したかを算出したところ、減量がなく、十分な耐熱性を備えることが確認された。
〔実施例２〕
シート厚みを３００μｍに変更した以外は実施例１と同様にして、シート厚みが３００μｍである実施例２にかかる熱伝導性シートを得た。
実施例２にかかる熱伝導性シートは、実施例１と同様の方法による耐熱性評価において、十分な耐熱性を備えることが確認された。【００３１】
〔実施例３〕
平均粒径２００μｍの球状化黒鉛３０重量％（比重２．２、３１体積％）、平均粒径５０μｍの球状化黒鉛１０重量％（比重２．２、１２体積％）、平均粒径２０μｍの球状化黒鉛８重量％（比重２．２、８体積％）とＰＴＦＥ粒子１０重量％（比重２．２、１０体積％）とを含む分散液８０重量％とを混合攪拌し、分散液中のＰＴＦＥ粒子を繊維化させることにより、ＰＴＦＥ繊維と黒鉛の複合体を含む懸濁液を得た。この懸濁液を３００℃で半日乾燥させることにより、水分を除去した。得られたＰＴＦＥ繊維と黒鉛の複合体を、粉砕機を用いて粉砕し、平均粒径１８０μｍに調整した。【００３２】
次に、平均粒径１０μｍのアルミニウム３０重量％（比重２．７、２５体積％）とＳＩＦＥＬ（熱硬化系液状フッ素系ゴム、信越化学社製）１０重量％（比重１．８、１３体積％）とをライカイ機で１時間混練して混合物を得た後、この混合物に、先に調製しておいたＰＴＦＥ繊維と黒鉛との複合体６０重量％（６１体積％）を添加し、混練して、該混合物を圧延し、さらに、圧力２．８ＭＰａ、温度１７０℃で熱プレスして、ＳＩＦＥＬを架橋することにより、シート厚みが３００μｍである実施例３にかかる熱伝導性シートを得た。
実施例３にかかる熱伝導性シートは、実施例１と同様の方法による耐熱性評価において、十分な耐熱性を備えることが確認された。【００３３】
〔実施例４〕
ＳＩＦＥＬ（熱硬化系液状フッ素系ゲル、信越化学社製）１４重量％（比重１．８、２５体積％）、ディムナムグリース（パーフルオロポリエステル系フッ素系グリース、ダイキン工業社製）６重量％（比重２．０、９．５体積％）、平均粒径１８μｍの酸化アルミニウム４７重量％（比重３．９７、３８体積％）、平均粒径３μｍの酸化アルミニウム３１重量％（比重３．９７、２５体積％）および気相成長炭素繊維０．５重量％（比重２．２、０．５体積％）をライカイ機で１時間混合した後、ＰＴＦＥ粒子（平均粒径５００μｍ）１．５重量％（比重２．２、２体積％）を加えて混合し混合物を得た。次に、得られた混合物をポリエステル系離型フィルムで挟み、ロール圧延することでラミネートシートを得た。このラミネートシートを１５０℃で１時間ヒーター熱で架橋させることにより、ゲル状熱伝導性シートのラミネート物を得た。ポリエステル系離型フィルムを取り除いて得られた実施例４にかかる熱伝導性シートの厚みは３００μｍであった。【００３４】
実施例４にかかる熱伝導性シートは、実施例１と同様の方法による耐熱性評価において、十分な耐熱性を備えることが確認された。
実施例４にかかる熱伝導性シートについて、また、ＪＩＳ  Ｚ３２８４に準拠して、１００ｇｆ付加したときのタック強度を測定したところ、１１ｇｆという優れたタック性が認められた。
実施例４にかかる熱伝導性シートについて、さらに、３００μｍ厚のシートを、シート間に気泡が入らないように４枚重ね合わせて、合計２ｍｍ厚の被測定サンプルとし、これを、ＡＳＣＫＥＲ  Ｃ硬度計（高分子計器社製）を用いて、１秒後の読みを測定したところ、６８という優れた硬度が得られた。【００３５】
〔実施例５〕
用いる材料を、ＳＩＦＥＬ（熱硬化系液状フッ素系ゲル、信越化学社製）１２．５重量％（比重１．８、２２．５体積％）、ディムナムグリース（パーフルオロポリエーテル系フッ素系グリース、ダイキン工業社製）５．５重量％（比重２．０、９体積％）、平均粒径１８μｍの酸化アルミニウム４８重量％（比重３．９７、３９．５体積％）、平均粒径３μｍの酸化アルミニウム３２重量％（比重３．９７、２６体積％）および気相成長炭素繊維０．５重量％（比重２．２、０．５体積％）、ＰＴＦＥ粒子（平均粒径５００μｍ）１．５重量％（比重２．２、２体積％）とした以外は、実施例４と同様にして、ゲル状熱伝導性シートのラミネート物を得た。ポリエステル系離型フィルムを取り除いて得られた実施例５にかかる熱伝導性シートの厚みは３００μｍであった。【００３６】
実施例５にかかる熱伝導性シートは、実施例１と同様の方法による耐熱性評価において、十分な耐熱性を備えることが確認された。
実施例５にかかる熱伝導性シートについて、また、実施例４と同様の方法によりタック強度を測定したところ、１２ｇｆという優れたタック性が認められた。
実施例５にかかる熱伝導性シートについて、さらに、実施例４と同様の方法により硬度を測定したところ、６０という優れた硬度が得られた。
〔実施例６〕
平均粒径５０μｍの球状化黒鉛３０重量％（比重２．２、３４体積％）、平均粒径２０μｍの球状化黒鉛２０重量％（比重２．２、２３体積％）とＰＴＦＥ粒子１０重量％（比重２．２、１１体積％）を含む分散液１３０重量％とを混合攪拌し、分散液中のＰＴＦＥ粒子を繊維化させることにより、ＰＴＦＥ繊維と黒鉛の複合体を含む懸濁液を得た。この懸濁液を３００℃で半日乾燥させることにより、水分を除去した。得られたＰＴＦＥ繊維と黒鉛の複合体を、粉砕機を用いて粉砕し、平均粒径１８０μｍに調整した。【００３７】
次に、平均粒径３μｍの酸化アルミニウム３０重量％（比重３．９７、１９体積％）とＳＩＦＥＬ（熱硬化系液状フッ素系ゴム、信越化学製）１０重量％（比重１．８、１４体積％）とをライカイ機で１時間混練して混合物を得た後、この混合物に、先に調製しておいたＰＴＦＥ繊維と黒鉛との複合体６０重量％（６８体積％）を添加し、混練して、該混合物を圧延した。
次に、防塵層を得させる塗料を、フッ素ゴム（商品名「Ｄｉｅｌ  Ｇ９１２」、ダイキン社製）９５重量％、架橋助剤（商品名「ＴＡＩＣ」、日本化成社製）４重量％、架橋剤（「パーヘキサ２５Ｂ、日本油脂社製」）１重量％、２−ブタノン８１０重量％の配合で作製し、これを上記圧延後のシートの表面に２μｍ厚みで塗布し乾燥硬化させたのち、圧力２．８ＭＰａ、温度１７０℃で熱プレスしてＳＩＦＥＬを架橋することにより、シート厚みが３３０μｍである実施例６にかかる熱伝導性シートを得た。【００３８】
実施例６にかかる熱伝導性シートは、実施例１と同様の方法による耐熱性評価において、十分な耐熱性を備えることが確認された。
〔比較例１〕
ＰＴＦＥ粒子２０重量％（比重２．２、２１体積％）を含む分散液１３０重量％に、平均粒径２００μｍの球状化黒鉛３０重量％（比重２．２、３２体積％）、平均粒径５０μｍの球状化黒鉛１２重量％（比重２．２、１３体積％）、平均粒径２０μｍの球状化黒鉛８重量％（比重２．２、８体積％）、平均粒径１０μｍのアルミニウム３０重量％（比重２．７、２６体積％）を添加し混練したのち、該混合物を圧延した。この最終混合物を送風により１日乾燥させることにより水分を除去し、さらに、圧力２．８ＭＰａでプレスして、シート厚みが３００μｍである比較例１にかかる熱伝導性シートを得た。【００３９】
〔比較例２〕
用いる材料を、ＰＴＦＥ粒子１０重量％（比重２．２、１１体積％）を含む分散液１３０重量％と、平均粒径２００μｍの球状化黒鉛３４重量％（比重２．２、３６体積％）、平均粒径５０μｍの球状化黒鉛１３重量％（比重２．２、１４体積％）、平均粒径２０μｍの球状化黒鉛９重量％（比重２．２、１０体積％）、平均粒径１０μｍのアルミニウム３４重量％（比重２．７、３０体積％）に変更した以外は比較例１と同様にして、シート厚みが３００μｍである比較例２にかかる熱伝導性シートを得た。
〔比較例３〕
用いる材料を、ＰＴＦＥ粒子２０重量％（比重２．２、２０体積％）を含む分散液１２０重量％と、平均粒径２００μｍの球状化黒鉛４８重量％（比重２．２、４８体積％）、平均粒径５０μｍの球状化黒鉛１９重量％（比重２．２、１９体積％）、平均粒径２０μｍの球状化黒鉛１３重量％（比重２．２、１３体積％）に変更した以外は比較例１と同様にして、シート厚みが３００μｍである比較例３にかかる熱伝導性シートを得た。【００４０】
〔比較例４〕
ＳＩＦＥＬ（熱硬化系液状フッ素系ゲル、信越化学社製）１５．５重量％（比重１．８、２７体積％）、ディムナムグリース（パーフルオロポリエステル系フッ素系グリース、ダイキン工業社製）６重量％（比重２．０、９．５体積％）、平均粒径１８μｍの酸化アルミニウム４７重量％（比重３．９７、３８体積％）、平均粒径３μｍの酸化アルミニウム３１重量％（比重３．９７、２５体積％）および気相成長炭素繊維０．５重量％（比重２．２、０．５体積％）をライカイ機で１時間混合し混合物を得た。次に、得られた混合物をポリエステル系離型フィルムで挟み、ロール圧延することでラミネート化を試みた。しかしながら、前記混合物はゲル状物であり、非常に脆いため、ロール圧延成形しようとしても、シートのいたる場所で破壊が発生しシート物を得ることができなかった。【００４１】
〔比較例５〕
Ｇ９０１（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン−フッ化ビニリデンの三元型のフッ素ゴム、ダイキン製）５０重量％（比重１．８、６０体積％）と平均粒径１０μｍのアルミニウム５０重量％（比重１．８、４０体積％）とを、混練りロールで２０分混合し、圧延することにより、シート厚みが３００μｍである比較例５にかかる熱伝導性シートを得た。
〔評価〕
上記実施例１〜６、比較例１〜５の実施条件を表１にまとめた。なお、表１において、配合に関する記載は全て体積％である。【００４２】
また、上記実施例１〜６、比較例１〜５にかかる熱伝導性シートについて、下記のとおり、熱伝導性、空隙率、防塵性を測定・評価した。結果を表１に併せて示す。【００４３】
【表１】
2010095601.tif 000002
【００４４】
＜熱伝導性＞
ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準拠して熱伝導率を測定した。具体的には、１０ｍｍ×１０ｍｍの各熱伝導性シートをヒーターと冷却部材の間に挟み、９８ｋＰａの圧力をかけながら４５Ｖの電力を印加し、１０分間狭持したのちのヒーターと冷却部材の温度を測定し、その値と以下の式より、各熱伝導性シートの熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定した。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝（Ｗ×ｔ）／（Ｓ×（Ｔ１−Ｔ２））
上記において、Ｗ（Ｗ）＝ヒーター印加電圧（４５Ｖ）×電流（Ａ）であり、ｔ（ｍ）＝圧縮時のシート厚みであり、Ｓ（ｍ２）＝伝熱面積（１．０×１０−４ｍ２）であり、Ｔ１（℃）＝ヒーター側温度、Ｔ２（℃）＝冷却部材側温度である。【００４５】
＜空隙率＞
空隙率は下式により算出した。
空隙率（％）＝｛１−（シートの測定比重／シートの真比重）｝×１００
上記において、シートの測定比重はアルキメデス比重計により測定した値である。また、シートの真比重は、下式により算出した値である。
シートの真比重＝Σ（各充填物の真比重×各充填物の体積）
＝バインダーの真比重×バインダーの体積
＋機能性粒子の真比重×機能性粒子の体積
＋繊維状物の真比重×繊維状物の体積
＋その他の成分の真比重×その他の成分の体積
＜防塵性＞
シートを紙にこすりつけたときに、紙にシート組成が移るか否かを基準として判断し、移らない場合を◎、ほとんど移らない場合を○、多く移ってしまう場合を×と評価した。【００４６】
＜評価結果の考察＞
実施例１〜６の熱伝導性シートは、適度な柔軟性や成形性を有するとともに、熱伝導性にも優れるものであった。また、耐熱性が高く、フッ素系原料を用いているためにシロキサンが発生しないという利点もあり、さらに、機能性粒子に対するバインダーの相対量が少ないことに加えて、圧密加工をも行っているため、高密度であってシート中の空気の量が少ないため、熱伝導性シートとして非常に好ましいものであった。
実施例３では、アルミニウムとバインダーの混合をライカイ機により行うことで、強い剪断力を加えているため、アルミニウムの均一分散性が高く、空隙率が実施例１，２よりも高くなっている。ただし、機能性粒子として球状化黒鉛も用いており、この球状化黒鉛に関しては、ライカイ機による強い剪断力をかけると、混合時に劈開してしまうため、アルミニウムとは別に混合を行っている。そのため、球状化黒鉛は、アルミニウムほど高い分散性が得られないので、空隙率をさらに低減させるため、圧密加工を行っている。【００４７】
実施例４，５では、強度の高い酸化アルミニウムのみを機能性粉末として用いているため、全ての機能性粒子がライカイ機による強い剪断力によって均一分散している結果、空隙のないシートの連続成形が可能となっている。しかも、ロール圧延の際、混合物中のＰＴＦＥ繊維が長繊維化し、それが配向されることで、シートの繋ぎの役割も発揮され、その結果、ゲル状のバインダーを用いているにも関わらず、脆さが改善され、成形性が付与されている。そして、得られるシートがゲル状であるため、高い形状追随性、密着性を有するものであった。
また、防塵性の評価項目の結果から分かるように、いずれの実施例も、機能性粒子が捕捉材によって強固に固定されているためか、機能性粒子の脱落が抑制されていた。特に、機能性粒子が十分に均一にシート内に分散している実施例４，５や、防塵層が設けられている実施例６においては、機能性粒子の脱落がきわめて良好に抑制されていた。【００４８】
バインダーを用いない比較例１〜３は、機能性粒子間の空隙が多いため、その空隙に存在する空気が断熱に寄与することにより熱伝導性が悪かった。また、機能性粒子同士の結合が不十分であり、機能性粒子の脱落が、実施例１よりも顕著に見られた。
比較例４は、ゲル状のバインダーを用いているため、非常に脆く、成形性が非常に悪かった。
比較例５は、従来一般に行われてきた技術であり、多量のバインダーによって機能性粒子を保持するものである。表１に示す結果から明らかなように、多量のバインダーによって、機能性粒子の機能が阻害されていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明にかかる機能性成形体およびその製造方法は、機能性シートやシーリング材などおよびその製造方法として好適に使用することができ、例えば、機能性粒子を選択することにより、熱伝導、導電、磁性、圧電、制震、遮音、摺動、摩擦、アンチブロッキング、断熱、電磁波吸収、光散乱反射、熱線輻射、難燃、紫外線吸収、放射線吸収、抗菌、殺菌、脱水、脱臭、高比重、ガスバリアなどの機能を発現させることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月21日(2010.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性粒子と架橋構造を有するフッ素系バインダーと繊維状物を含む混合物を成形してなる、機能性成形体。
【請求項２】
機能性成形体内の空隙率が３０体積％以下である、請求項１に記載の機能性成形体。
【請求項３】
前記架橋構造を有するフッ素系バインダーの添加量が前記機能性粒子１００体積部に対し２００体積部以下となっている、請求項１または２に記載の機能性成形体。
【請求項４】
前記繊維状物の添加量が前記機能性粒子１００体積部に対し１００体積部以下となっている、請求項１から３までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項５】
前記機能性粒子の機能が熱伝導性、導電性、磁性、誘電性およびガスバリア性から選ばれる少なくとも１つである、請求項１から４までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項６】
形状がシート状である、請求項１から５までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項７】
前記機能性粒子が熱伝導性を有するものであり、前記繊維状物の材料がポリテトラフルオロエチレンであって、熱伝導性シートである、請求項６に記載の機能性成形体。
【請求項８】
成形体の表面に内部からの塵の発生を防ぐための層が設けられている、請求項１から７までのいずれかに記載の機能性成形体。
【請求項９】
機能性粒子と架橋構造を有するフッ素系バインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記繊維状物が前記混合物を得る過程で加えられる機械力で維状物となる繊維化材料から得られたものである、機能性成形体の製造方法。
【請求項１０】
機能性粒子と架橋構造を有するフッ素系バインダーと繊維状物の混合物を成形する工程を必須とし、前記混合物が、機能性粒子を架橋構造を有するフッ素系バインダーと混合して得られる前駆混合物を、繊維状物または前記混合物を得る過程で加えられる機械力で繊維状物となる繊維化材料とさらに混合することにより得られたものである、機能性成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記混合物を成形する工程を終えて得られた成形体を圧密加工する、請求項９または１０に記載の機能性成形体の製造方法。
【国際調査報告】
2010095601.tif 000003
2010095601.tif 000004
2010095601.tif 000005
2010095601.tif 000006
2010095601.tif 000007