(57)【要約】【課題】本発明は、新規なナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料を提供する。【解決手段】このナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、０．０１〜８０ｗｔ％のナノダイヤモンド粒子、１〜９０ｗｔ％の少なくとも１種類のフィラー、及び５〜８０ｗｔ％の少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーを含む。本発明はさらに、このナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の製造方法、及びこのナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の使用に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０１〜８０ｗｔ％のナノダイヤモンド粒子、
１〜９０ｗｔ％の少なくとも１種類のフィラー、及び
５〜８０ｗｔ％の少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー
を含むナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項２】
前記ナノダイヤモンド粒子を０．０３〜８０ｗｔ％、好ましくは０．１〜８０ｗｔ％、より好ましくは０．２〜４０ｗｔ％、最も好ましくは０．４〜２０ｗｔ％含む、請求項１に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項３】
前記ナノダイヤモンド粒子が、１ｎｍ〜１０ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜８ｎｍ、より好ましくは３ｎｍ〜７ｎｍ、最も好ましくは４ｎｍ〜６ｎｍの平均一次粒子径を有する、請求項１又は２に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項４】
前記ナノダイヤモンド粒子が、黒鉛及び非晶質炭素などの爆ごう煤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項５】
前記ナノダイヤモンド粒子が、本質的に純粋なナノダイヤモンド粒子である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項６】
前記少なくとも１種類のフィラーを１０〜７０ｗｔ％、好ましくは２０〜５０ｗｔ％含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項７】
前記少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーを１０〜７０ｗｔ％、好ましくは３０〜６０ｗｔ％含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項８】
前記フィラーが、金属、金属酸化物、金属窒化物、炭素化合物、ケイ素化合物、ホウ素化合物、セラミック材料、天然繊維、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項９】
前記炭素化合物が、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、グラフェン、酸化グラフェン、炭素煤、炭化ケイ素、炭化アルミニウム、又はこれらの組み合わせを含む、請求項８に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項１０】
前記ホウ素化合物が、六方晶又は立方晶の窒化ホウ素、炭化ホウ素、又はこれらの組み合わせを含む、請求項８に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項１１】
前記熱可塑性ポリマーが、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリル樹脂、セルロイド、酢酸セルロース、環状オレフィンコポリマー、エチレン−酢酸ビニル、エチレンビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アイオノマー、液晶ポリマー、ポリオキシメチレン、ポリアクリラート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタラート、ポリカプロラクトン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタラート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタラート、ポリカーボナート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、塩素化ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリメチルメタクリラート、ポリメチルペンテン、ポリフェニレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリトリメチレンテレフタラート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、及びスチレン−アクリロニトリル、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項１２】
前記熱可塑性ポリマーが、結晶、半結晶、又は非晶質の形態である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【請求項１３】
前記ナノダイヤモンド粒子、前記少なくとも１種類のフィラー、及び前記少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーが混練され、高温で成形されて、前記ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料を形成する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の製造方法。
【請求項１４】
熱発生源を含む装置、好ましくは電子デバイス及び自動車における、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料に関する。本発明はさらに、ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の製造方法、及びそれらナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子デバイス及び回路によって発生する熱は、信頼性を向上させ、また初期故障を防止するために消散させなければならない。熱を消散させるための手法には、空冷用のヒートシンクと送風機、及び液冷などの他の冷却の形態を挙げることができる。用途に応じてヒートシンクは金属又はセラミック材料から作ることができるが、場合によってはまたポリマー材料から作ることもできる。後者は、シリコーン及びエポキシド熱伝導材料のように一般に放熱グリス（ｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒｅａｓｅ）を構成し、一般に回路を接着してデバイス構造物そのものになるように使用される。それが、例えばこのようなデバイスの外被になる場合にはまた、熱可塑性熱複合材料は、デバイス全体にわたる総体的熱管理のためにも使用される。ポリマー材料の用途拡大は、デバイス重量及びそのコストを低減させるという単純な事実に基づく。さらに、熱伝導性プラスチックは一般に、例えばアルミニウムよりも低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、したがってプラスチックは、それらが接するケイ素又はセラミックのＣＴＥとよりぴったり一致するので、膨張差による応力を低減させることができる。ポリマー複合材料はまた、一体成形の機能性及び部品統合のための設計自由度を与え、またそれらはコストのかかるポストマシニング操作を省くことができる。しかしながら高分子材料の使用は、一般に熱伝導値が約０．２Ｗ／ｍＫにしか達しないそれらの生来の熱伝導特性によって限定される。
【０００３】
例えば、電子チップの小型化は、集積回路の開発の重要な主題になっている。電子素子のサイズが益々小さくなり、またそれらの動作速度は益々速くなるので、動作の間の電子素子によって発生される熱を消散させてその使用能力及び安定性を維持する方法が、研究の重点の一つになっている。
【０００４】
従来技術において熱可塑性ポリマーの熱伝導特性を向上させる幾つかの方法が提示されている。それら方法には、熱可塑性ポリマーの熱伝導率を向上させるための添加剤として窒化ホウ素、アルミナ、黒鉛、炭化ホウ素、及び他のセラミック材料の使用が挙げられる。
【０００５】
一般に熱伝導率は、材料の面内及び膜厚方向の両方が測定され、その面内伝導率は、一般に膜厚方向伝導率よりも高い熱伝導率の値であることが特徴である。
【０００６】
熱複合材料の電気特性は、誘電性フィラー添加剤又は導電性フィラー添加剤のどちらかを選択することによって変えることができる。一般にその添加剤の総濃度は２０％から始まり、８０％を超えることもできる。最も進んだ熱複合材料の幾つかは、上記フィラーのうちの幾種類かを含有することができる。
【０００７】
現在の熱可塑性樹脂の熱伝導率には上限があり、すでに極度に高いフィラー含有率のせいでそれらをさらに向上させることは困難である。過度なフィラー含有率は、そのポリマー複合材料の他の重要な特性、例えば機械的特性にとって有害である。
【０００８】
しかしながら、フィラーの量を増加させることなく熱可塑性樹脂の熱伝導率を向上させるニーズは存在する。
【０００９】
超ナノ結晶ダイヤモンド又は超分散ダイヤモンド（ＵＤＤ）とも呼ばれるナノダイヤモンド（ＮＤ）は、デトネーション合成によって何百キログラムもの単位で容易に生産することができる独特のナノ材料である。
【００１０】
デトネーションナノダイヤモンド（ＮＤ）は、非酸化性媒体中で高性能爆薬混合物を負の酸素バランスで爆発分解させることによって１９６３年にＵＳＳＲの研究者によって最初に合成された。典型的な爆薬混合物は、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とヘキソゲン（ＲＤＸ）の混合物であり、ＴＮＴ／ＲＤＸの好ましい重量比は４０／６０である。
【００１１】
デトネーション合成の結果として、デトネーションブレンドとも呼ばれるダイヤモンド含有煤が得られる。このブレンド物は一般に、約２〜８ｎｍの平均粒度を有し、かつデトネーションチャンバーの材料に由来する金属及び金属酸化物によって汚染された様々な種類の非ダイヤモンド炭素を含むナノダイヤモンド粒子を含む。デトネーションブレンド中のナノダイヤモンドの含有量は、一般には３０から７５ｗｔ％の間である。
【００１２】
ダイヤモンド炭素はｓｐ3炭素を含み、また非ダイヤモンド炭素は、主にｓｐ2炭素の化学種、例えば炭素オニオン、炭素フラーレン殻、非晶質炭素、黒鉛炭素、又はこれらの任意の組み合わせを含む。
【００１３】
最終のダイヤモンド含有製品を単離するためには、材料中に存在する不純物の溶解又はガス化のいずれかに向けた複雑な化学操作が利用される。これら不純物は一般には２種類、すなわち非炭素（金属酸化物、塩など）及び非ダイヤモンド形態の炭素（黒鉛、カーボンブラック、非晶質炭素）である。
【００１４】
熱管理に使用される種類のポリマーにおけるナノダイヤモンドの使用は現在きわめて限られており、ある種のシリコーン材料に限定される。米国特許出願公開第２０１０／０２２４２３（Ａ１）号明細書の文書は、高分子グリスの熱伝導率を高めるためにナノダイヤモンドを使用することを開示している。そのナノダイヤモンド放熱グリスは、ナノダイヤモンド粉末、放熱粉末（ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｏｗｄｅｒ）、及び基材を含む。そのナノダイヤモンド粉末は５％〜３０％の体積比率を有し、放熱粉末は４０％〜９０％の体積比率を有し、また基材は５％〜３０％の体積比率を有する。ナノダイヤモンド粉末及び放熱粉末は、基材中に均一に分布してナノダイヤモンド放熱グリスを形成する。
【００１５】
上記に基づき、熱を発生させる用途に熱可塑性ポリマー材料を使用する時は必ず、それらすべての熱可塑性ポリマー材料の熱伝導率を向上させるという新たなニーズがまた存在する。
【００１６】
熱可塑性材料は、３つの主要なカテゴリー、すなわち標準的なポリマー、エンジニアリングタイプポリマー、及び高性能エンジニアリングタイプポリマーに分類することができる。さらに、これらのすべてのカテゴリーは、さらに２つの形態学的サブグループ、すなわち非晶質、半結晶性、及び結晶性熱可塑性ポリマーに分類することができる。これらのすべての材料はまた、それらのポリマー鎖の構造及びその中に含まれる官能基によって決まるそれらの親油性又は親水性の点で異なる。可能性のあるフィラーの混合は、粉末形態のフィラー材料にのみ限られる。高粘性の熱可塑性材料は、加工前にきわめて高い温度で融解させなければならず、また溶媒と混和できない。加えられるフィラー材料をポリマーマトリックス中に均一に分布させることができず、生成されるマトリックス中で大きな二次凝集体（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ）を形成している場合、添加剤の使用はまた、初めの生来のポリマー材料の場合と同様の不十分な機械的及び熱的特性をもたらす恐れもある。この問題は、益々深刻になり、準備が整ったポリマー複合材料中の様々なフィラーの総含有量が高いほど増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２２４２３（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、請求項１に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料に関する。
【００１９】
本発明はさらに、請求項１３に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の製造方法に関する。
【００２０】
本発明はさらに、請求項１４に記載のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の使用に関する。
【００２１】
ところで驚くべきことに、フィラー及び熱可塑性ポリマーを含有する熱可塑性熱複合材料へのナノダイヤモンド粒子の添加が、機械的特性などの他の重要な特性に有害な影響を与えることなく複合材料の熱伝導特性を向上させることを発見した。
【００２２】
熱伝導特性の向上はパーコレーション現象の結果としてもたらされると考えられる。本発明の一つの好ましい実施形態では六方晶形状のフィラー粒子が面内に存在し、かつ球形のナノダイヤモンド粒子が六方晶形状のフィラー粒子間のすき間を満たし、こうして熱伝導率、特に膜厚方向の熱伝導率を向上させる。本発明の別の好ましい実施形態では、ナノダイヤモンド粒子が、サイズの点で最終の熱可塑性複合材料中に含まれるその他のフィラー又は複数種のフィラーと大きく異なり、ナノダイヤモンドの一次粒子径のサイズと比べて他のフィラーのサイズが、好ましくは少なくとも１０倍である。
【００２３】
本発明によるナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、ナノダイヤモンド粒子を０．０１〜８０ｗｔ％、少なくとも１種類のフィラーを１〜９０ｗｔ％、及び少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーを５〜８０ｗｔ％含む。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の第一の態様によるナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、ナノダイヤモンド粒子を０．０１〜８０ｗｔ％、少なくとも１種類のフィラーを１〜９０ｗｔ％、及び少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーを５〜８０ｗｔ％含む。
【００２５】
好ましい実施形態ではナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、ナノダイヤモンドを０．０３〜８０ｗｔ％、好ましくは０．１〜８０ｗｔ％、より好ましくは０．２〜４０ｗｔ％、また最も好ましくは０．４〜２０ｗｔ％含む。
【００２６】
別の好ましい実施形態ではナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、少なくとも１種類のフィラーを１〜９０ｗｔ％、好ましくは１０〜７０ｗｔ％、また最も好ましくは２０〜５０ｗｔ％含む。
【００２７】
さらに別の好ましい実施形態ではナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーを５〜８０ｗｔ％、好ましくは１０〜７０ｗｔ％、また最も好ましくは３０〜６０ｗｔ％含む。
【００２８】
ナノダイヤモンド粒子は、実質上１桁台の個数からなる形態（ｓｉｎｇｌｅ  ｄｉｇｉｔ  ｆｏｒｍ）又は二次凝集形態、好ましくは１桁台の個数からなる形態であることができる。ナノダイヤモンド粒子は、好ましくは熱可塑性ポリマー及び／又はフィラーに対して良好な親和性を有するようなものである。
【００２９】
ナノダイヤモンド粒子は、１ｎｍ〜１０ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜８ｎｍ、より好ましくは３ｎｍ〜７ｎｍ、また最も好ましくは４ｎｍ〜６ｎｍの平均一次粒子径を有する。
【００３０】
本発明のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料のナノダイヤモンド粒子は、デトネーション法によって生産されるデトネーションナノダイヤモンドである。
【００３１】
二次凝集形態の粒径は、５ｎｍから１０００ｎｍの間、好ましくは６０ｎｍから８００ｎｍの間にある。
【００３２】
本発明の一実施形態ではナノダイヤモンド粒子は、黒鉛及び非晶質炭素などの爆ごう煤（ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  ｓｏｏｔ）を含むことができ、その酸化しうる炭素の含有量は、好ましくは少なくとも５ｗｔ％、より好ましくは少なくとも１０ｗｔ％である。
【００３３】
別の実施形態ではナノダイヤモンド粒子は、好ましくはナノダイヤモンド含有量が少なくとも５０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも９５ｗｔ％、また最も好ましくは少なくとも９７ｗｔ％の本質的に純粋なナノダイヤモンド粒子である。
【００３４】
本発明のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、１種類又は複数種類のフィラーを含む。このフィラーは熱伝導性材料である。フィラー材料は、金属、金属酸化物、金属窒化物、炭素化合物、ケイ素化合物、ホウ素化合物、セラミック材料、天然繊維、又はこれらの組み合わせを含む。
【００３５】
一つの好ましい実施形態ではその金属酸化物フィラーは、酸化アルミニウムである。
【００３６】
一つの好ましい実施形態ではその金属窒化物フィラーは、窒化アルミニウムである。
【００３７】
炭素化合物は、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、グラフェン、酸化グラフェン、炭素煤、炭化ケイ素、炭化アルミニウム、又はこれらの組み合わせを含む。
【００３８】
ホウ素化合物は、六方晶又は立方晶の窒化ホウ素又は炭化ホウ素、又はこれらの組み合わせを含む。
【００３９】
一つの好ましい実施形態ではフィラーは、ホウ素化合物、好ましくは窒化ホウ素である。
【００４０】
一つの好ましい実施形態ではフィラーは六方晶形状である。
【００４１】
本発明のナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、１種類又は複数種類の熱可塑性ポリマーを含む。熱可塑性ポリマーは、任意の熱可塑性ポリマーであることができる。熱可塑性ポリマーは、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリル樹脂、セルロイド、酢酸セルロース、環状オレフィンコポリマー、エチレン−酢酸ビニル、エチレンビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アイオノマー、液晶ポリマー、ポリオキシメチレン、ポリアクリラート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタラート、ポリカプロラクトン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタラート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタラート、ポリカーボナート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、塩素化ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリメチルメタクリラート、ポリメチルペンテン、ポリフェニレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリトリメチレンテレフタラート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、及びスチレン−アクリロニトリル、又はこれらの組み合わせを含む。
【００４２】
好ましくは熱可塑性ポリマーは、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリトリメチレンテレフタラート、ポリカーボナート、ポリアミド、ポリフタルアミド、及びポリエーテルエーテルケトン、又はこれらの組み合わせである。
【００４３】
熱可塑性ポリマーは、結晶性、半結晶性、又は非晶質であることができる。
【００４４】
好ましい実施形態ではナノダイヤモンド及び少なくとも１種類のフィラーは、そのナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料が高い熱伝導率を有するように、その少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー中に均一に分布している。
【００４５】
本発明の第二の態様によれば、本発明は、ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の製造方法に関する。
【００４６】
ナノダイヤモンド粒子、少なくとも１種類のフィラー、及び少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーは混練りされ、高温で成形されてナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料を形成する。
【００４７】
混練及び成形は高温で行われる。その温度は、使用される熱可塑性ポリマーに左右される。
【００４８】
本発明の一実施形態では、ポリフェニレンスルフィドの場合、２９０から３３５℃の間の温度を使用することができる。
【００４９】
成形は、射出成形、圧縮成形、及び回転成形などの任意の既知の手法で行うことができる。好ましくは成形は射出成形である。
【００５０】
ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、物品、ペレット、及び粉末などの様々な形態であることができる。
【００５１】
本発明の第三の態様によれば、本発明は、ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料の使用法に関する。
【００５２】
ナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料は、熱発生源を含む用途／装置で使用される。そのような用途／装置は、例えば電子デバイス及び自動車である。
【実施例】
【００５３】
下記において本発明を実施例によってより詳細に記述することにする。これら実施例の目的は特許請求の範囲を減縮することではない。
【００５４】
［実施例１］
［材料］
［ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）］
試験に使用されたＰＰＳは、ＰＰＳ銘柄Ｆｏｒｔｒｏｎ  ０２０３Ｂ６（粉末ＰＰＳ）であり、これは市販されている。
【００５５】
［窒化ホウ素］
実施例で使用された窒化ホウ素は、会社Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ及び他の商業的供給源から入手できる１０μｍ六方晶窒化ホウ素粉末である。
【００５６】
［Ｂｌｅｎｄ  Ｎｕｅｖｏ］
「Ｂｌｅｎｄ  Ｎｕｅｖｏ」と名付けられた製品（会社Ｃａｒｂｏｄｅｏｎから入手できる）は、六方晶黒鉛分及び球形ナノダイヤモンド粒子の両方を含有する。ナノダイヤモンド結晶サイズは４〜６ｎｍである。固相でのナノダイヤモンド含量は≧５０ｗｔ％である。「Ｂｌｅｎｄ  Ｎｕｅｖｏ」は市販されている。「Ｂｌｅｎｄ  Ｎｕｅｖｏ」のナノダイヤモンド粒子は、デトネーションナノダイヤモンドである。
【００５７】
［Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ］
「Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ」と名付けられた製品（会社Ｃａｒｂｏｄｅｏｎから入手できる）のナノダイヤモンド結晶サイズは４〜６ｎｍである。ナノダイヤモンド含量は≧９７ｗｔ％である。「Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ」は市販されている。「Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ」のナノダイヤモンド粒子は、デトネーションナノダイヤモンドである。
【００５８】
［コンパウンド］
表１に試験されたコンパウンドを示す。
【００５９】
【表１】
2018100412.tif 000002
【００６０】
［加工］
混練はＸｐｌｏｒｅ１５小型混練機で行い、また試験片はＴｈｅｒｍｏ−Ｈａａｋｅ  Ｍｉｎｉｊｅｔを用いて射出成形した。専用の金型（５×２３×２３ｍｍ）をＭｉｎｉｊｅｔ用に購入した。後続の熱伝導率分析のために各シリーズについて２個の類似の複合材料を作製した。
【００６１】
フィラー、ナノダイヤモンド、及び熱可塑性ポリマーを混練機中に入れた。混練及び成形の温度は３１５℃（ＧＦ−１に関しては２９５℃、またＧＦ−２に関しては３３０℃）であった。混練中のスクリュー回転速度は１００ｒｐｍであり、また混練時間は最低５分であった。金型の温度は１３５℃であった。Ｍｉｎｉｊｅｔの場合、１０００バールでの充填時間は５秒であり、７００バールでの冷却時間は１５秒であった。すべての材料を混練前に乾燥した（ＰＰＳ：乾式空気乾燥器中で２時間／１２０℃、Ｂｌｅｎｄ  Ｎｕｅｖｏ及びＭｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ：加熱炉中で最低１４時間／２００℃）。
【００６２】
［分析］
主要な試験は熱伝導率（膜厚方向）であった。
【００６３】
熱伝導率の測定は膜厚方向熱伝導率の測定であり、環境制御された室（２３℃／５０ＲＨ％）中で行った。試料をわずかに磨いた。測定は、Ｈｏｔ  Ｄｉｓｋ  ｍａｃｈｉｎｅ及びセンサーＣ５４６５（レーダー  ３，１８９ｍｍ）で行った。すべての試料を、少なくとも２つの電力−時間の組み合わせ手法を使用して測定した。出力データを使用して熱伝導率を計算した。微調整法（Ｆｉｎｅ  Ｔｕｒｎｅｄ  ｍｅｔｈｏｄ）を利用した。各コンパウンドに対して使用された電力−時間の組み合わせを表２に示す。
【００６４】
【表２】
2018100412.tif 000003
【００６５】
［結果］
結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】
2018100412.tif 000004
【００６７】
熱伝導率は、４０ｗｔ％の窒化ホウ素＋５ｗｔ％のＢｌｅｎｄ  ＮｕｅｖｏをＰＰＳにおいて使用した場合に最良の結果が得られた。表３は、窒化ホウ素−ＰＰＳコンパウンドの熱伝導率が、窒化ホウ素の一部をナノダイヤモンドで置き換えた場合に増大したことを示している。
【００６８】
［実施例２］
［材料］
［ポリアミド−６６（ＰＡ−６６）］
試験に使用されたＰＡ−６６は、ＰＡ−６６銘柄Ｚｙｔｅｌ  １３５Ｆ（粉末ＰＡ−６６）であり、これは市販されている。
【００６９】
［窒化ホウ素］
実施例で使用された窒化ホウ素は、ＥＳＫ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  ＧｍｂＨから入手できる１５μｍ六方晶窒化ホウ素粉末Ｂｏｒｏｎｉｄ（登録商標）ＴＣＰ０１５−１００である。
【００７０】
［Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ］
「Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ」と名付けられた製品（会社Ｃａｒｂｏｄｅｏｎから入手できる）は、ナノダイヤモンド粒子表面を高度にアミンで官能基化された球形ナノダイヤモンド粒子を含有する。ナノダイヤモンド結晶サイズは４〜６ｎｍである。固相でのナノダイヤモンド含量は≧９７ｗｔ％である。「Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ」は市販されている。「Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ」のナノダイヤモンド粒子は、デトネーションナノダイヤモンドである。
【００７１】
［Ｖｏｘ  Ｐ］
「Ｖｏｘ  Ｐ」と名付けられた製品（会社Ｃａｒｂｏｄｅｏｎから入手できる）は、主にカルボン酸で官能基化されたナノダイヤモンド表面を有する球形のナノダイヤモンド粒子を含有する。ナノダイヤモンド結晶サイズは４〜６ｎｍである。固相でのナノダイヤモンド含量は≧９７ｗｔ％である。「Ｖｏｘ  Ｐ」は市販されている。「Ｖｏｘ  Ｐ」のナノダイヤモンド粒子は、デトネーションナノダイヤモンドである。
【００７２】
［Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐ］
「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐ」と名付けられた製品（会社Ｃａｒｂｏｄｅｏｎから入手できる）は、主に水素で官能基化されたナノダイヤモンド表面を有する球形ナノダイヤモンド粒子を含有する。ナノダイヤモンド結晶サイズは４〜６ｎｍである。固相でのナノダイヤモンド含量は≧９７ｗｔ％である。「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐ」のナノダイヤモンド粒子は、デトネーションナノダイヤモンドである。
【００７３】
［加工］
混練はＸｐｌｏｒｅ１５小型混練機で行い、また試験片はＴｈｅｒｍｏ−Ｈａａｋｅ  Ｍｉｎｉｊｅｔを用いて射出成形した。専用の金型（２５×２３×３ｍｍ）をＭｉｎｉｊｅｔ用に購入した。後続の熱伝導率及び密度の分析のために各シリーズについて３個の類似の複合材料を作製した。
【００７４】
試料１〜２：窒化ホウ素粉末及びＰＡ−６６熱可塑性ポリマーを混練機中に入れた。混練及び成形の温度は２９０℃であった。混練中のスクリュー回転速度は１００ｒｐｍであり、また混練時間は最低５分であった。金型の温度は７０℃であった。Ｍｉｎｉｊｅｔの場合、８００バールでの充填時間は５秒であり、５００バールでの冷却時間は１５秒であった。試料の総重量は、それぞれ１１ｇであり、また総フィラー添加量は、２０ｗｔ％（試料１）又は４５ｗｔ％（試料２）のどちらかであった。試料１及び２は、窒化ホウ素フィラーのみを含有する参照試料である。
【００７５】
試料３：試料１〜２で述べたと同様の条件を適用してＰＡ−６６熱可塑性ポリマーを混練機中に入れた。試料３は、フィラーを含有しない参照試料である。
【００７６】
試料９〜１６：ナノダイヤモンド粉末及びＰＡ−６６熱可塑性ポリマーを試料１〜２で述べたと同様に混練した。次いで、類似の後続のステップと同様に、窒化ホウ素フィラーを混ぜてナノダイヤモンド含有ＰＡ−６６にした。またここで、その混練は、試料１〜２で述べたと同様に行われた。試料の総重量は、それぞれ１１ｇであり、また総フィラー添加量は、２０ｗｔ％又は４５ｗｔ％のどちらかであった。試料の総フィラー添加量が、調製される試料の２０ｗｔ％の場合、その窒化ホウ素フィラー添加量を、試料の総重量の１８．５から１９．９ｗｔ％の間で変え、そのナノダイヤモンド濃度を０．１から１．５ｗｔ％の間で変えた。試料の総フィラー添加量が、調製される試料の４５ｗｔ％の場合、その窒化ホウ素フィラー添加量を、試料の総重量の４３．５から４４．９ｗｔ％の間で変え、そのナノダイヤモンド濃度を０．１から１．５ｗｔ％の間で変えた。
【００７７】
試料１７、１８、１９、２３、２４、２５、２９、３１、３３：ナノダイヤモンド粉末及び窒化ホウ素フィラーを、Ｒｅｔｚｃｈ  １００  ＰＭ１００ボールミル用具（３０分間、２００ｒｐｍ、ウルフラムカーバイドボール（１０ｍｍ）、ウルフラムカーバイド容器）を使用してボールミル粉砕によって混ぜ合わせた。得られた窒化ホウ素−ナノダイヤモンド粉末混合物を混練機中に入れた。混練中のスクリュー回転速度は１００ｒｐｍであり、また混練時間は最低５分であった。試料の総重量は、それぞれ１１ｇであり、また総フィラー添加量は、２０ｗｔ％又は４５ｗｔ％のどちらかであった。試料の総フィラー添加量が、調製される試料の２０ｗｔ％の場合、その窒化ホウ素フィラー添加量を、試料の総重量の１８．５から１９．９ｗｔ％の間で変え、そのナノダイヤモンド濃度を、０．１から１．５ｗｔ％の間で変えた。試料の総フィラー添加量が、調製される試料の４５ｗｔ％の場合、その窒化ホウ素フィラー添加量を、試料の総重量の４３．５から４４．９ｗｔ％の間で変え、そのナノダイヤモンド濃度を０．１から１．５ｗｔ％の間で変えた。
【００７８】
すべての材料を混練前に乾燥した（ＰＡ−６６：乾式空気乾燥器中で２時間／１２０℃、Ｍｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ及びＶｏｘ  Ｐ：加熱炉中で最低１４時間／１２０℃）。
【００７９】
［分析］
製造したＰＡ−６６放熱コンパウンド試料の熱伝導率（λ）は、ＥＳＫ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  ＧｍｂＨでレーザフラッシュ法（ＩＳＯ  １８７５５；ＬＦＡ  ４４７、Ｎｅｔｚｓｃｈ  ＧｍｂＨ）によって測定され、標準試料としてＰｙｒｏｃｅｒａｍが使用された（５回の測定及びその平均）。測定された値は熱拡散率ａであり、この値は３つの空間方向、すなわちｘ、ｙ、及びｚ方向で測定される（膜厚方向＝試料のｚ方向、成形方向に平行な面内＝試料のｙ方向、成形方向に直角な面内＝試料のｘ方向）。測定は室温（２５℃）で行った。試料密度（ρ）はアルキメデスの方法によって測定した。試料のｚ方向の測定値を使用して非熱Ｃｐを計算した。この密度ρ、Ｃｐ、及びａを使用することによりλ＝ａ・Ｃｐ・ρに従って熱伝導率を計算した。
【００８０】
［結果］
結果を表４にまとめる。密度測定値の誤差は±０．００２ｇ／ｃｍ3、熱拡散率測定値の誤差は±５％、また計算されたＣｐの誤差は最高で１５％である。各試料の比熱の値はｘ、ｙ、ｚ方向で同一であった。したがって各特定の試料に対して１個のみの値が示される。
【００８１】
【表４】
2018100412.tif 000005
【００８２】
これら結果から、ナノダイヤモンド材料のほんの微量の添加が、面内（ｘ及びｙ）及び膜厚方向の両方の熱伝導率を顕著に向上させることができることが分かる。また、ナノダイヤモンド材料をコンパウンド中に導入する方法が、製品の最終の熱伝導特性に影響を与える。得られるフィラー混合物を熱可塑性ポリマーそのものに導入する前にナノダイヤモンドフィラーを窒化ホウ素フィラーと一緒にボールミル粉砕によって粉砕することは、多くの場合、それらフィラーを熱可塑性マトリックスに別々に加える方法と比べて熱伝導性を向上させることを示した。ＰＡ−６６マトリックスに０．１ｗｔ％のＭｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ粉末を加え、続いて１９．９ｗｔ％のＢｏｒｏｎｉｄ窒化ホウ素フィラーを加えた場合には熱伝導率の測定可能な向上は見られなかった（試料９）が、膜厚方向で６．８％の平均熱伝導率（ｘ、ｙ）の向上及び５％を超える熱伝導率全体（ｘ、ｙ、ｚ）の向上を検出することができた（試料１７）。ＰＡ−６６ポリマーに０．１ｗｔ％のＭｏｌｔｏ  Ｎｕｅｖｏ粉末を４４．９ｗｔ％の窒化ホウ素フィラーと一緒に加えた（一緒にボールミル粉砕した）とき（試料２３）、２４．９％の熱伝導率全体（ｘ、ｙ、ｚ）の向上を得ることができた。この場合、膜厚方向の熱伝導率の向上は２５．１％であった。対応する試料（１３）は熱伝導率の実質的な向上を示さなかった。また、１８．５ｗｔ％の窒化ホウ素フィラーと一緒に微量のＶｏｘ  Ｐ（１．５ｗｔ％）をボールミル粉砕して添加することにより、すべての測定される熱伝導率を向上（面内の平均熱伝導率において１９．４％及び全体の平均熱伝導率において１７．９％）させることができたが、後のフィラー添加によって調製した試料１２は、熱伝導率の小幅な向上をもたらしたに過ぎなかった。水素化ナノダイヤモンド粉末「Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐ」を使用した場合（試料３３）、その結果は、試料２９の場合の同様に条件付けされた「Ｖｏｘ  Ｐ」の結果と一致した。
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月23日(2018.1.23)
【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】
０．０１〜８０ｗｔ％のナノダイヤモンド粒子、
１〜９０ｗｔ％の少なくとも１種類のフィラー、及び
５〜８０ｗｔ％の少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー
を含むナノダイヤモンド含有熱可塑性熱複合材料。
【外国語明細書】
2018100412000001.pdf