(57)【要約】  本発明は、異なる粒子サイズを持った熱伝導性粒子の充填剤混合物に関するものである。少なくとも一つのポリマー及び異なる粒子サイズを持った熱伝導充填剤粒子を有するポリマー組成物であり、ポリマー組成物内に熱伝導充填剤として硫化亜鉛（ＺｎＳ）粒子を使用する。
2021519830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性ＺｎＳ粒子からなる充填剤混合物であって、該熱伝導性ＺｎＳ粒子の充填剤混合物は、粗い粒子、中間粒子及び小さな粒子から選択された、三つの粒子サイズ範囲のうち少なくとも二つの粒子サイズの範囲のＺｎＳ粒子を有し、
前記粒子サイズは、粗い粒子のｄ５０が、１．５から１．０μｍ、好ましくは１．４から１．２μｍの範囲であり、中間粒子のｄ５０が、０．７から０．５μｍ、好ましくは０．６から０．５μｍの範囲であり、小さな粒子のｄ５０が、０．４５から０．１５μｍ、好ましくは０．４から０．２μｍの範囲であり、
前記粒子の混合物において、最も大きな前記ｄ５０範囲の粒子は、前記粒子混合物の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは４０重量％−８０重量％、より好ましくは５０重量％−８０重量％である。
【請求項２】
請求項１記載の熱伝導性ＺｎＳ粒子からなる充填剤混合物であって、前記ＺｎＳ粒子は、三つの異なる粒子サイズの範囲を持ったＺｎＳ粒子を有し、前記粒子の混合物において、最も大きな前記ｄ５０範囲の粒子は、前記粒子の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは４０重量％−８０重量％、より好ましくは５０重量％−６０重量％である。
【請求項３】
請求項１記載の熱伝導性ＺｎＳ粒子からなる充填剤混合物であって、前記ＺｎＳ粒子は、二つの異なる粒子サイズの範囲を持ったＺｎＳ粒子を有し、前記粒子の混合物において、より大きな前記ｄ５０の範囲の粒子は、前記粒子の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは５０重量％−８０重量％、より好ましくは６５重量％−８０重量％である。
【請求項４】
請求項３記載の熱伝導性ＺｎＳ粒子からなる充填剤混合物であって、粗いＺｎＳ粒子は、前記粒子の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは５０重量％−８０重量％、より好ましくは６５重量％−８０重量％であり、小さなＺｎＳ粒子は、前記粒子の全ての重量に対して、８０重量％−２０重量％、好ましくは５０重量％−２０重量％、より好ましくは３５重量％−２５重量％である。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の充填剤混合物を、ポリマーに対する添加剤又はポリマーとの混合物とて使用する、使用方法。
【請求項６】
熱伝導性ポリマー組成物であって、該組成物は、少なくとも一つのポリマー及び請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の充填剤混合物からなり、充填率は、前記熱伝導性ポリマー組成物の全重量に対して、前記充填剤混合物が、好ましくは５０から８０％の充填率、より好ましくは５０から７０％の充填率である。
【請求項７】
請求項６記載の熱伝導性ポリマー組成物であって、該ポリマーは、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ＡＢＳ、ポリラクチド、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリオキシメチレン、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレン又は、それらの混合物からなるグループから選択された熱可塑性ポリマーである。
【請求項８】
請求項６又は７記載の熱伝導性ポリマー組成物であって、該組成物は、更に、表面処理剤、界面活性剤、消泡剤、粘度調整剤から選択された少なくとも一つを有する。
【請求項９】
請求項６乃至８のうちいずれか１項記載の熱伝導性ポリマー組成物の製造方法であり、該方法は、以下のステップからなる：
（ａ）請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の、異なる粒子サイズを持ったＺｎＳ粒子からなる熱伝導性ＺｎＳ粒子の充填剤混合物を供給するステップ、
（ｂ）ステップ（ａ）の充填剤混合物をポリマーに混ぜ合わせ、任意的に成形体を形成するか又は物をコーティングするステップ。
【請求項１０】
請求項９記載の熱伝導性ポリマー組成物の製造方法であり、該ポリマーは、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ＡＢＳ、ポリラクチド、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリオキシメチレン、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレン又は、それらの混合物から選択された熱可塑性ポリマーである。
【請求項１１】
請求項６から８のうちいずれか１項記載の熱伝導性ポリマー組成物又は、請求項９又は１０記載の方法に基づいて得られる熱伝導性ポリマー組成物を、放熱物の製造又は物をコーティングするために使用する方法。
【請求項１２】
請求項６から８のうちいずれか１項記載の熱伝導性ポリマー組成物又は、請求項９又は１０記載の方法に基づいて得られる熱伝導性ポリマー組成物を、押し出し工程で使用する方法。
【請求項１３】
請求項６から８のうちいずれか１項記載の熱伝導性ポリマー組成物から製造されるか、又は該ポリマー組成物でコーティングされた物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる粒子サイズを持った熱伝導性充填剤粒子の充填剤混合物に関わり、ポリマー組成物は、少なくとも一つの熱意可塑性ポリマーを有し、熱伝導性充填剤粒子は、ポリマーマトリクス内で分散した異なる粒子の大きさを持っている。また、本発明は、硫化亜鉛(ZnS)粒子混合物を、ポリマー組成物内で熱伝導性充填剤として使用すること及び、熱伝導性充填剤粒子を含んだポリマー組成物から、又は該組成物でコートされて製造された物に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路、発光ダイオード（LED）、パワーエレクトロニクス、ディスプレイ及び太陽光発電などのマイクロエレクトロニクスの分野では、放熱の問題が増大している。電子装置の効率はその運転温度に直接影響を受ける。装置や電子素子の運転温度を下げることで、これらの装置の寿命を伸ばし、効率を向上させることができる。しばしば、金属からなる従来の伝導材料は、電子素子の設計の自由度を妨げる低い成形性及び生産性などの欠点から不適切であり、金属の電気伝導度は全く望ましいものではない。
【０００３】
LED等の電子部品に関しては、数千時間の寿命が保証されている。LEDの温度を下げることでこうした成果が達成されているが、これらは多くの場合、LED装置の構造中にアルミニウム層を使用することで達成されている。今日、殆どの電子装置、例えば、自動機器又は電池、スマートフォン、ラップトップ又はLEDランプは、熱伝導性ではあるが同時に電気的に絶縁された熱可塑性物質から作られている。熱可塑性物質の熱伝導性は、通常、ポリマーに熱伝導性で、電気絶縁性の繊維又は添加剤をポリマーに導入することで行われ、該物質は電気絶縁性が維持される。装置の内側に電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂を使用することは、電子機器の、製造工程の低減、サイズの縮小、軽量化及び熱伝導の効率化に寄与するが、熱伝達が必要となる場所が生じる。
【０００４】
熱可塑性樹脂の熱伝導性を高めるために一般的に使用される、充填剤／添加剤は、窒化ホウ素(BN)、 ZnS、 Al2O3、黒鉛又はアルミノケイ酸塩である。窒化ホウ素は２９６Kで１００−１６０W/m・kの熱伝導率であり、その六方晶系及び血小板のような形状により異方性を持った挙動を持つ。即ち、窒化ホウ素の熱伝導率は、一つの方向が他の方向よりも高く、このことがBNを含んだポリマーを製品に塗布する場合の不利な点となっている。ZnS は、熱伝導率が、２９６Kで、２７W/m・kであり、その熱伝導率の等方性とモース硬度が３程度と低いことから、多くの用途に適している。また、ZnSは最もソフトな白の顔料であり、グラスファイバ補強プラスチックにも使用することができる。ZnSは、酸化アルミニウムの熱伝導率(30 W/m・K)に近いが、酸化アルミニウムのようにざらついてはいない。アルミノケイ酸塩は中程度のざらつきで、熱伝導率は14 W/m・Kであり、時々熱伝導添加剤としても使用される。
【０００５】
従来の技術では、熱的伝導性充填剤を含んだいくつかの熱可塑性材料が知られている。
【０００６】
WO2007053571A2は、マトリックス材料及び熱伝導性充填剤からなる熱伝導性材料を教示している。熱伝導性充填剤は、第１の熱伝導性微粒子材料と第２の熱伝導性微粒子材料の混合物から構成される。第１及び第２の熱伝導性微粒子材料は、銀、アルミニウム、銅、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、銀がコーティングされた銅、銀がコーティングされたアルミニウム、銅がコーティングされたアルミニウム及びダイヤモンドからなるグループから選択される。
【０００７】
WO2007/149783A1は、熱伝導ポリマー化合物を開示する。該化合物は、熱可塑性ポリマーマトリクス及びそれに分散された硫化亜鉛及びサーマルカーボンブラック粒子からなる。任意的に、補強充填剤又は第２のポリマー又は両方が存在する。任意的に、白い硫化亜鉛及び黒い熱的微粒子によるグレイスケール特性を生かして着色剤が用いられる。該化合物は、押し出し又はモールドされて熱を逃がす物品となる。
【０００８】
WO2012/088207A2は、熱可塑性ポリマー及び充填剤からなるモールドされた熱可塑性物質が開示されている。そこでは一つ以上の熱伝導性の充填剤が使用され、それらはフッ化カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ベーマイト、片状黒鉛及び炭素繊維からなるグループから独立的に選択されたものである。好ましくは、熱伝導性の充填剤は、粒子の大きさが約５〜１００ミクロンの片状黒鉛であり、ポリマーの押し出し特性を向上させるためには、好ましくは約２０〜８０ミクロンのものがよい。
【０００９】
ポリマーの熱伝導性に影響を与える異なるアプローチが、WO2015/36941A1に開示されている。該書類は、一つ以上のートポリマー及び一つ以上の熱伝導性の充填剤から構成された、混合された熱可塑性ポリマー組成物に関するものである。より詳細には、ＷＯ公報は、以下の（ａ）〜（ｄ）からなる混合された熱可塑性ポリマー組成物を開示する。（ａ）２０重量％〜８０重量％の第１のポリカーボネートポリマー成分、（ｂ）１重量％〜３０重量％の第２のポリカーボネートポリマー成分であって、該第２のポリカーボネートポリマー成分は、分岐鎖ポリカーボネートポリマーである、（ｃ）１重量％〜３０重量％の少なくとも一つのポリカーボネート−ポリシロキサン共重合成分、及び（ｄ）約５０％までの熱伝導性の充填剤成分である。ここで、混合された熱可塑性組成物のモールドされたサンプルは、０．４W/m・k以上の平面通過熱伝導率（a through-plane thermal conductivity）を有し、混合された熱可塑性組成物のモールドされたサンプルは約1.0 W/m・k以上の面内熱伝導率（an in-plane thermal conductivity）−ASTM  E１４６１に基づいて決定された−を有する。組成物内の熱伝導性の充填剤は、AlN、 Al4C3、 Al2O3、AlON、 MgSiN2、 SiC、 Si3N4、黒鉛、膨張化黒鉛、グラフェン、炭素繊維、ZnS、 CaO、 MgO、 ZnO、 TiO2、 H2Mg3(SiO3)4、 CaCO3、 Mg(OH)2、 雲母、 BaO、 ガンマ-AlO(OH)、 アルファ-AlO(OH)、 Al(OH)3、 BaSO4、 CaSiO3、 ZrO2、 SiO2、ガラスビーズ、グラスファイバ、MgO・Al2O3、 CaMg(CO3)2、及び粘度から選択されたものであってよく、又はそれらの組み合わせであってよい。しかし、熱伝導性の充填剤の何らかの特性への言及は特に無いものである。
【００１０】
Appl. Nanoscience  ２０１５、６９７で、ZnS/PMMA（ＰＭＭＡ＝ポリ（メタクリル酸メチル））、ここでZnS充填剤材料はナノサイズの粒子である、が述べられている。非定常平面熱源（ＴＰＳ）技術が、３０〜１２０℃の範囲におけるZnS/PMMAナノ複合材料の有効熱伝導率の決定に使用された。結果は、ガラス転移温度までは、有効熱伝導率は上昇する挙動を見せ、それ以降は、鎖の伸張（the straightening of chains）及びvacant siteフォノン散乱（vacant site scattering of phonons）のそれぞれにより、一定になる。
【００１１】
WO2016120760A1は、高い熱伝導率の黒鉛を含んだポリマー組成物の製造及びその使用に関するものである。組成物はグラファイトフレートレット（graphite platelets）に加えて一つ以上の添加剤からなるものが開示されている。少なくとも一つの添加剤は、熱伝導率が約１０から３０W/m・kの範囲の熱伝導率を持った、少なくとも一つの熱伝導性の充填剤が約１０wt.%から約６０wt.%の量を有する。前記少なくとも一つの添加剤は、AlN、Al4C3、 Al2O3、 BN、 AlON、 MgSiN2、 SiC、 Si3N4、黒鉛、膨張化黒鉛、ZnS、 CaO、 MgO、 ZnO、 TiO2、 CaCO3、雲母、BaO、 BaSO4、 CaSiO3、CaSO4、 ZrO2、 SiO2、グラスビーズ、MgO・xAl2O3、 CaMg(CO3)2、セラミックコート黒鉛、粘度、タルク又はそれらの組み合わせから構成される。
【００１２】
WO2017111945は、易焼結性熱伝導性充填剤粒子、分散剤及びシリコンポリマーマトリクスからなるポリマー熱伝導性材料（ＰＴＩＭ）を教示しているが、熱伝導性の充填剤粒子は、銀、金、銅及びそれらの混合物を必須構成とし、銀コーティングされた銅、金コーティングされた銅、銀コーティングされたアルミニウム、金コーティングされたアルミニウム及びそれらの混合物からなるグループから選択された金属から構成される。上記した充填剤を焼結することで、ポリマー熱伝導性材料の熱伝導率を上げることができ、結果として、より大きな平均充填剤粒径サイズによってもたらされるより低い熱抵抗を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
熱伝導性の充填剤粒子を持ったポリマー全体の特性はなお、不十分であり、改良された熱伝導性及び機械的及び外見的な特性を満足するポリマー組成物の提供が必要とされる。この問題は、本発明の製造法の提供により解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
驚くべきことに、発明者は、本発明の請求項で規定した割合の異なる粒子サイズのＺｎＳ粒子を含んだ独創的な熱可塑性組成物が、優れた熱伝導性と機械的な特性を示すことを発見した。
【００１５】
コスト効率の良い熱管理のための電気的に絶縁されたポリマーの熱伝導率を向上させるために、硫化亜鉛粒子を含んだ熱可塑性ポリマー組成物が本発明に基づいて、提供される。
【００１６】
より詳細には、本発明は、異なる粒子サイズを有する熱伝導性ＺｎＳ粒子の充填剤混合物に関するものであり、
熱伝導性ＺｎＳ粒子の充填剤混合物は、ｄ５０が、１．５から１．０μｍ、好ましくは１．４から１．２μｍの粗い粒子、ｄ５０が、０．７から０．５μｍ、好ましくは０．６から０．５μｍの中間粒子、ｄ５０が、０．４５から０．１５μｍ、好ましくは０．４から０．２μｍの小さな粒子の、三つの異なるサイズ範囲の粒子の少なくとも二つの粒子サイズ範囲のＺｎＳ粒子を有し、
前記粒子の混合物において、最も大きな前記ｄ５０範囲の粒子は、前記粒子混合物の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは４０重量％−８０重量％、より好ましくは５０重量％−８０重量％である。
【００１７】
三つの異なる粒子サイズ範囲を持ったＺｎＳ粒子を有するＺｎＳ粒子混合物の場合、粒子混合物において、最も大きな前記ｄ５０範囲の粒子の割合は、前記粒子の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは４０重量％−８０重量％、より好ましくは５０重量％−６０重量％である。
【００１８】
二つの異なる粒子サイズ範囲を持ったＺｎＳ粒子を有するＺｎＳ粒子混合物の場合、最も大きな前記ｄ５０範囲の粒子の割合は、前記粒子の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは５０重量％−８０重量％、より好ましくは６５重量％−８０重量％である。
【００１９】
二つの異なるＺｎＳ粒子サイズ範囲、即ち、粗い粒子と小さな粒子サイズ範囲を持ったＺｎＳ粒子を有するＺｎＳ粒子混合物であり、粗いＺｎＳ粒子は、前記粒子の全ての重量に対して、２０重量％−８０重量％、好ましくは５０重量％−８０重量％、より好ましくは６５重量％−８０重量％であり、小さなＺｎＳ粒子は、前記粒子の全ての重量に対して、８０重量％−２０重量％、好ましくは５０重量％−２０重量％、より好ましくは３５重量％−２５重量％であることが好ましい。
【００２０】
本発明の観点から、「粗い」、「中間」、「小さな」という用語は、「粗い」粒子（ｄ５０が、１．５から１．０μｍ、好ましくは１．４から１．２μｍ）＞「中間」粒子（ｄ５０が、０．７から０．５μｍ、好ましくは０．６から０．５μｍ）＞「小さな」粒子（ｄ５０が、０．４５から０．１５μｍ、好ましくは０．４から０．２μｍ）の順の粒子サイズを定義するものと理解されるべきである。通常、本発明のＺｎＳ粒子混合物のいずれかの粒子サイズの範囲にける粒子サイズ分布は、ｄ５０値が定義された範囲にある限り、それほど重要ではないが、これら粒子サイズ範囲は重ならないか、わずかに重なる程度であれば、都合が良い。粗いＺｎＳ粒子及び小さなＺｎＳ粒子の混合物が与えられるべきである。本発明の充填剤混合物にとって、ＺｎＳ粒子サイズ範囲における粒子サイズ分布が広くないほうが好ましい。即ち、粒子の８０％を構成する粒子サイズのｄ９０／１０値が、d５０値の二倍以下の範囲にあるべきである。
【００２１】
ｄ５０値は、ｄ５０値より大きなサイズを持った粒子が５０％で、ｄ５０値より小さなサイズを持った粒子が５０％である、数平均値を示す。ｄ５０値は、１．０ｇサンプルを５０ｍｌのPDO/Cal.中で、１０分間超音波／攪拌した後、ＣＰＳディスク遠心式粒子径分布測定装置Model DC 2400で測定した。
【００２２】
（ｄ９０／１０）値は、粒子の１０から９０％が見つかる粒子サイズ分布を示す。（ｄ９０／１０）値が小さくなればなるほど粒子サイズ分布が狭くなり、最小粒子又はもっとも粗い粒子のパーセントが低くなる。
【００２３】
好ましくは、熱伝導性粒子の充填剤混合物は、粗い粒子が１．０から１．５μｍの範囲からなる。
【００２４】
均一な材料を得るために、熱伝導性粒子の填剤混合物は、ＺｎＳから構成されている、従来は、ｄ５０が、０．２−０．４μｍの中央値を持った粒子からなる小さなＺｎＳ粒子が、熱伝導性粒子として使用されていた。
【００２５】
ＺｎＳは、卓越した電気絶縁特性を示し、窒化ホウ素を単独で使用した場合に比して、何らの異方性効果もない適度な熱伝導性を示す。更に、ＺｎＳは、極めて柔らかいので、異なる種類のポリマー中に使用することが出来、グラスファイバ補強プラスチックにも使用可能である。多様な異なる熱伝導性添加剤の中でも、ＺｎＳは白い顔料で有り、それは色及び色付けの柔軟性に関して多くの利点をエンドユーザーのシステムにもたらす。こうして本発明のＺｎＳ粒子の充填剤混合物は、射出成形に特に効果的であり、熱可塑性プラスチックポリマーにＢＮよりもより多くの量を、劣化させることなく加えることが出来る。ポリマーに対する本発明のＺｎＳ粒子混合物の充填量は、粒子サイズ及び表面処理によるが、充填されるポリマー重量の８０重量％、又はそれ以上が可能であるが、ある実施例では、充填されるポリマーの７０重量％、又はそれ以上である。
【００２６】
窒化ホウ素は良好な熱伝導率を有するが、窒化ホウ素は異方性効果、即ち、窒化ホウ素の熱伝導率はポリマー内でのＢＮ粒子の配列に依存することを、ここで注目しておくべきである。このことは射出成形行程の場合に特に問題となる。そこではＢＮ粒子は射出方向に平行に揃えられ、その結果、射出方向と直角な方向の熱伝導率は、射出方向の熱伝導率よりも低下する。更に、ＢＮ粒子をポリマーに充填する際には、ポリマーのＢＮ粒子負荷が充填されたポリマーの重量の５０重量％を越えると、ポリマーが脆くなることから限界がある。
【００２７】
別の実施例では、粗い粒子／中間粒子／小さな粒子の内の二つの粒子サイズからなる粒子を持った粒子混合物は、熱伝導率値及び機械的な特性を十分に満足させる。
【００２８】
これらの特性は、熱伝導性粒子の充填剤混合物について任意的に向上させることが出来る。それは、粗い粒子／中間粒子／小さな粒子の三つの粒子サイズ全てを含んだ粒子からなる粒子混合物である。
【００２９】
充填剤混合物は、熱可塑性ポリマー又は、繊維などの補強材を任意的に加えた、いくつかのポリマーの混合物に対する添加剤として特に適している。
【００３０】
そうした熱伝導性ポリマー組成物は、少なくとも一つの熱可塑性ポリマー及び上記した充填剤混合物からなり、充填率は、熱伝導性ポリマー組成物の全重量に対して、前記充填剤混合物が、好ましくは５０から８０％の充填率、より好ましくは５０から７０％の充填率である。
【００３１】
熱伝導性ポリマー組成物は、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ＡＢＳ、ポリラクチド、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリオキシメチレン、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリスチレン及びポリテトラフルオロエチレン又は、それらの混合物からなるグループから選択されたポリマーである。
【００３２】
熱伝導性ポリマーは、更に、表面処理剤、界面活性剤、粘度調整剤、流動性向上剤、衝撃改質剤（impact modifying agents）及び熱伝導性ポリマーの技術分野において共通に使用される他の添加剤から選択された少なくとも一つを有してもよい。
【００３３】
充填剤混合物のＺｎＳ粒子は、別な化合物で有機的に表面改質されていてもよい。本発明によれば、表面改質剤は、任意的に一つ以上の官能基を有しても良く、例えば、ヒロドキシ、アミノ、カルボキシル、エポキシ、ビニル、メタクリレート及び／又はイソシアネート基、チオール、アルキル  チオカルボキシレート（alkyl thiocarboxylates）、ｄｉ−及び／又はポリスルフィド基である。表面改質剤は、化学的及び／又は物理的に粒子表面と結合することが出来る。化学的な結合は、共有結合又はイオン結合である。双極子−双極子又はファンデルワース結合が物理的な結合として可能である。表面改質剤は、好ましくは共有結合又は物理的な双極子−双極子結合による結合である。本発明よれば、粒子は、反応性Si-H部分、エポキシ基を持った反応性シラン、又はSi-OR部分を持った他の反応性ポリシロキサンで前処理されて、粒子の表面を追加的に改変し及び／又はポリマー内での粒子の分散性を増大させるようにしてもよい。
【００３４】
本発明は、また、熱伝導性の熱可塑性樹脂ポリマー組成物の製造に関する方法に関するものであり、該方法は、以下のステップからなる：
（ａ）異なる粒子サイズを持ったＺｎＳ粒子からなる熱伝導性ＺｎＳ粒子の充填剤混合物を供給するステップ、ここで粒子混合物は、ｄ５０が、１．５から１．０μｍ、好ましくは１．４から１．２μｍの粗い粒子、ｄ５０が、０．７から０．５μｍ、好ましくは０．６から０．５μｍの中間粒子、ｄ５０が、０．４５から０．１５μｍ、好ましくは０．４から０．２μｍの小さな粒子の、三つの粒子サイズ範囲の粒子のうち、少なくとも二つの粒子サイズ範囲の熱伝導性粒子を有し、
ここで、粗い粒子、中間粒子及び小さな粒子はＺｎＳからなり、
（ｂ）ステップ（ａ）の充填剤混合物をポリマーに混ぜ合わせ、任意的に物をコーティングすることを含んだ、成形体を形成するステップ。
【００３５】
行程中において、ポリマーは、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ＡＢＳ、ポリラクチド、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリオキシメチレン、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリスチレン、ポリエステル及びポリテトラフルオロエチレン又は、それらの混合物からなるグループから選択してもよい。
【００３６】
本発明の熱伝導性ポリマー組成物は、放熱物の製造又は物をコーティングするために、特にＬＥＤ製品及び技術分野において特に有効に使用することができる。
【００３７】
窒化ホウ素を使用することに対して、ＺｎＳを使用する主な利点は、以下のようである。
−最終的な熱可塑性樹脂組成物の機械的特性の向上、
−熱伝導率の等方性、
−熱硬化性プラスチックに、窒化ホウ素に比して好都合なより長い硬化時間を与える、中程度の熱伝導率、
−８０％に達する、好ましくは７０％に達する、ＺｎＳの高い充填率。これは例えば、窒化ホウ素などの充填剤では、これらの充填剤を含んだ熱可塑性樹脂組成物のもろさにより、不可能である。
−ＺｎＳの白さによる樹脂組成物に対する良好な色付け、
−ＺｎＳが、例えば、窒化ホウ素など、他の充填剤に比してとても安価であることによるコスト効果。
【００３８】
発明者は、ポリマー組成物の熱伝導率は、充填剤組成物そのものによるばかりでなく、充填剤の粒子の大きさ及び形状にも影響を受けることを見いだした。充填剤粒子間の良好な接触が保証されなければならない。このような粒子間の良好な接触は、良好な熱伝導率を達成するうえで必要である。本発明は、熱伝導性ポリマー組成物を、放熱物の製造又は物をコーティングするために使用すること及びそれで得られた物にも関連する。
【００３９】
本発明によれば、熱伝導性ポリマー組成物は、中間及び／又は小さなサイズの粒子、好ましくは粗い粒祖及び小さなサイズの粒子を持った粗い粒子の熱伝導性充填剤を有する。粗い粒祖と小さな粒子の組み合わせが、単一サイズの粒子だけに比して、良好な熱伝導率を示す。
【００４０】
非限定的な実施例では、１．２−１．４μｍの粒子サイズの中央値を持ったＺｎＳの粗い粒子と、０．２−０．４μｍの粒子サイズの中央値を持ったＺｎＳの粒子からなる熱可塑性組成物が、粗いＺｎＳ粒子だけの熱可塑性ポリマー組成物よりも良好な熱伝導率を示した。
【００４１】
任意的に、熱可塑性ポリマー組成物は、異なる中央値粒子サイズｄ５０を持った、中間及び小さなサイズのＺｎＳ粒子を持った、粗いＺｎＳ粒子からなる。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、添付した図面及びそれに続く例によって更に示される。図面は、以下のようなものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、ＢＮ、従来技術比較のＺｎＳ粒子及び本発明の異なる粒子サイズ分布でのＺｎ混合物のそれぞれ、で満たされた異なるポリマーテスト試料の、間接熱伝導率測定結果。
【図２】図２は、２５，５０及び７５℃での異なるポリアミドテスト試料組成物の熱伝導率。
【００４４】
間接熱伝導率測定については、時間経過に伴うポリマーテストサンプルの温度上昇を、℃で測定したものである。直接熱伝導率測定については、熱伝導率をW/mKで直接測定した。
【００４５】
本発明の実施例では、中程度のＺｎＳ粒子又は粗いＺｎＳ粒子は、0.2-0.4 μmの範囲のメディアン粒径サイズｄ５０を持った小さなＺｎＳ粒子を、650°C to 750°Cで４時間までの時間、か焼することで得ることが出来る。小さな粒子とより大きな粒子を混ぜることで、本発明の強化された熱伝導率を持ったＺｎＳ充填剤混合物を得ることが出来る。
【００４６】
表１は、ＰＡ６でのＺｎＳ粒子の本発明と比較例のサンプルのメルトボリュームレイト（ＭＶＲ）を示すものである。最も高いＭＶＲは、粗い粒子を混ぜたＰＡ６の場合であり、本発明の異なる粒子サイズのＺｎＳを混ぜたＰＡ６は、わずかにより低いＭＶＲを示している。これに対して、従来の粒子をだけを混ぜたＰＡ６サンプルは非常に低いメルトボリュームレイトを示す。より高いＭＶＲは、一般的な産業的押し出し及び注入モールド行程において高い生産性を示す。
【００４７】
表１は、異なるサンプルでの、ＺｎＳを持ったポリマー組成物のメルトボリュームレイトを示す。
【表１】
2021519830.tif 000003
【００４８】
表２は、1.2−1.3 μmのメディアン粒径サイズｄ５０を持った粒子を７０重量％及び0.2−0.4 μmのメディアン粒径サイズｄ５０を持った粒子を３０重量％のZnS混合物からなる、本発明のZnS充填剤材料を含んだ、ポリ塩化ビニル組成物の発色特性（the colorimetric properties）を示す。本発明の粗い粒子と小さな粒子の組み合わせは、可塑化ＰＶＣ−ｐの分野で良好なカラーパフォーマンスを示すことがわかる。即ち、高い明るさＬ＊及び高い相対的な明るくする力（a high relative brightening power）を示している。
【００４９】
表２は、本発明のＺｎＳ混合粒子を混ぜたポリ塩化ビニル（ＰＶＣ−ｐ）のカラー値（Color values）を示す。
【表２】
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【００５０】
表3に示すように、５０重量％の窒化ホウ素が充填されたテスト試料と非充填ＰＡ６ウルトラミッドＢ３Ｓ  Ｎａｔｕｒポリマーからの試料を比較すると、本発明の異なるメディアン粒径サイズ（Ｗ粗い；Ｗ小さいの重量比＝７：３）のＺｎＳ粒子の混合物が５０重量％充填された試料は、高い引張強さ（75.1 Mpa）及び引張応力（74.9 Mpa）を示している。５０％の本発明のＺｎＳ混合物で充填されたテスト試料の引張強さは、非充填のＰＡ６ウルトラミッドＢ３Ｓ  Ｎａｔｕｒ（８７．８ＭＰａ）と５０％の窒化ホウ素が充填されたテスト試料の間の値である。試料の破断時の引張応力は、明らかに非充填のＰＡ６ウルトラミッドＢ３Ｓ  Ｎａｔｕｒ（５９．９ＭＰａ）及び５０％の窒化ホウ素が充填されたテスト試料（５６．１ＭＰａ）よりも良好である。異なる粒子サイズの本発明のＺｎＳ粒子が７０％充填されたテスト試料は、単一の粒子サイズのＺｎＳ粒子で充填されたテスト試料と比較してわずかに良好な結果を示している。
【００５１】
表３は、窒化ホウ素、ＺｎＳ及び本発明の材料が充填された異なるポリアミドテスト試料の機械的な特性を示す（ＩＳＯ５２７に準処）
【表３】
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【００５２】
本発明のＺｎＳ充填材料混合物は、各ＺｎＳ成分の粒子サイズばかりか、それらの間の割合によって最適化することが出来る。表４に示すように、本発明の第１サンプル（Ｒ１、Ｒはレシピを表し、Ｒ１は第１レシピを示す）は、粗いものと小さなＺｎＳ粒子からなる本発明のＺｎＳ粒子混合物を示す。第２サンプル（Ｒ２）では、ＺｎＳ混合物は粗いものと中程度の粒子からなる。第３サンプル（Ｒ３）では、実施例は、三つの粒子サイズからなる。すべてのサンプルの間接熱伝導率について７０％の充填率でテストされた（図１）。
他の可能性としては、粗いものと小さな粒子を７：３で混ぜたＺｎＳ粒子混合物である。
【００５３】
表４は、粗いもの、中間及び小さな粒子の異なる割合を持った本発明のＺｎＳ粒子混合物を示す。
【表４】
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【００５４】
図１に示すように、本発明のＺｎＳ粒子混合物が７０％充填されたテスト試料は、従来のＺｎＳ粒子が７０％充填されたテスト試料よりも驚異的に良好な熱伝導性を示している。ポリアミドテスト試料で示した実施例Ｒ３（７０％充填）は、ポリアミドテスト試料Ｒ１（７０％充填）及びＲ２（７０％充填）と比較して明らかに一番の熱伝導性を示している。結果は、図２にも示す。
【００５５】
表５は、異なるＺｎＳ粒子を混ぜた多様なＰＡ６テスト試料の２５℃、５０℃及び７５℃での熱伝導率の測定結果を示す。充填材料無し又はＢＮを充填したテスト試料の熱伝導率を比較のためにリストした。本発明の異なる粒子サイズのＺｎＳ粒子混合物を混ぜたテスト試料は、従来技術のＺｎＳ微粒子を同じ充填率で混ぜたテスト試料よりもよりよい熱伝導性を示した（５０重量％、７０重量％それぞれで）ことが分かる。 
【００５６】
表５は、多様なＰＡテスト試料に関する熱伝導率の測定を示す。
【表５】
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こうして、本発明のＺｎＳ粒子の二つの異なるサイズを持ったＺｎＳ充填物粒子の混合物を使用することで、明らかに熱伝導率が向上した熱可塑性ポリマー組成物が提供される。
【００５７】
例
以下の例は、本発明を説明する目的で使用するものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５８】
１．２−１．４μｍのｄ５０を持った粗いＺｎＳ粒子の準備
粒子サイズの中央値がｄ５０＝０．２−０．４μｍのＺｎＳの小さな粒子を５００ｇ、６７０℃で２時間、か焼するか、７１０℃で１時間、か焼する。水で焼き入れし、希硫酸でＺｎＯを除去した後、懸濁液をUltraturrax（登録商標）で処理し、濾過し、オーブンで、１２０℃で２時間乾燥させる。ＺｎＳ粒子は、ピンミリングされ、大きなサイズの粒子が粉砕される。ピンミリングの後、材料は、小さなＺｎＳ粒子（ｄ５０＝０．２−０．４μｍ）と混合し、体積比で７（粗い粒子）：３（小さな粒子）とする。
【００５９】
本発明の異なる粒子サイズを持ったＺｎＳ充填材料の混合物は、ＺｎＳの粗い粒子、中間の粒子及び小さな粒子サイズを多様な割合で混ぜることで用意される。例えば、ＺｎＳの小さな粒子と粗い粒子が１：２の体積比（Ｒ１，表４）、中間のＺｎＳ（ｄ５０＝０．４−０．６μｍ）及びＺｎＳが1：1の比（Ｒ２，表４）、小さな、粗い硫化亜鉛及び中間の硫化亜鉛（ｄ５０＝０．４−０．６μｍ）を、１：２：1の比（Ｒ３、表４）で構成してもよい。
【００６０】
熱可塑性ＰＡ６ポリマー組成物の準備
熱可塑性ポリマーの配合は、Coperion W&P ZSK25を用いて行われた。担体ポリマーＰＡ６Ultramid（登録商標）Ｂ3Ｓは、Fitsch Pulverisetteであらかじめ粉砕され、９０℃で４時間、オーブンにより真空中で乾燥した。上述の成分及びＰＡ６粉末の混合物は、予めポットローラで約３０分間、混ぜ合わされた。押し出しは、温度２４０−２６０℃、回転速度は２５０ＵｐＭ、容量５ｋｇ／ｈで行われた。表面処理添加剤Tego 6875が加えられ、ローラコンベヤ内で一晩中タンブリングされた。
非充填ＰＡ６粉が追加的に押し出された。
【００６１】
テスト試料の作成はArburg Allrounder 220-90-350を用いて行われた。９０℃で４時間の真空下での予備乾燥の後、化合物は、３ｍｍの板状の、小さな幅広のテスト試料（Schulterstaben）に射出整形された。ここで、装置はニードルバルブノズルを装備しており、５０℃の温度で運転された。
【００６２】
ＰＡ６熱可塑性組成物の場合、約１．２ｋｇの各マスターがポリマーＰＡ６で７０重量％の充填率で合成され、３ｍｍの板の小さなバーに押し出された。
【００６３】
機械的な特性のテスト
テスト試料は、ＰＥバッグに射出成形後、直ちに封入され、アクリルガラス容器に室温でテストまで保管された。これで、湿度は全てのテスト試料で等しく低く保つことができた。以下の試験が行われた：シャルピー衝撃試験、三点曲げ試験、引張試験、カラーバリューＣＩＥＬＡＢ。メルトボリュームレイトは、乾燥した粒状のもので、２７５（表では、１９０）℃／２．１６ｋｇで試験された。
【００６４】
テスト方法は以下のように実行された
粒子サイズ
粒子サイズ（ｄ５０値）の決定には、ＣＰＳディスク遠心式粒子径分布測定装置モデルＤＣ２４０００が使用された。試料（0.1ｇ）が、５０ｍｌ  ＰＤＯ／Ｃａｌに加えられ、10分間の攪拌の下、超音波浴で処理された。ＣＰＳの速度は８０００ｒｐｍである。
【００６５】
シャルピー衝撃試験
機械的な衝撃強さを決定する試験は、DIN EN ISO 179に基づいて行われた。テスト試料は射出成形されたものであり、ノッチ（タイプＡ  ０．２５ｍｍ）又は非ノッチのそれぞれについて、振り子ハンマー装置によって、標準温度（２３℃、５０％湿度）で計測された
【００６６】
三点曲げ試験
曲げ試験は、DIN EN ISO 178に基づいて、標準温度（２３℃、５０％湿度）で、Zwick Roell引張り曲げ試験装置で行われた。
【００６７】
引張試験
引張応力及び強さのテストは、DIN EN ISO 527に基づいて、標準温度（２３℃、５０％湿度）で、Zwick Roell引張り曲げ試験装置で行われた。
【００６８】
カラーバリューＣＩＥＬＡＢ
カラーは、X-Rite分光計CE7000（UV及びグロスを含んだD65光源、アパチャー  ２５．４ｍｍ）で反射率モード（reflectance mode）で測定した。受信データは、DIN EN ISO 1664-4に基づいて計算した。
【００６９】
熱伝導率試験
３ｍｍの板の表面温度を加熱中に測定（テスト試料を８０℃に加熱した加熱板上に配置し、直ちに測定プローブを挿入し、表面温度の測定を開始し、数分に亘って１５秒ごとに測定値を記録した）。
【００７０】
メルトボリュームレイト
メルトフローレイト（それぞれのメルトボリュームレイト）は、DIN EN ISO 1133に基づいて、Goerttfert社の装置で測定された。約５ｇの小さなサンプルをその融点以上に加熱し、特定の重さ（ここでは、２．１６ｋｇ）で駆動されるピストンを用いたキャピラリを介して強制的に流す。１０分間のキャピラリを介して流れたメルトフローの重さ（又はそれぞれの容量）がメルトフローレイト（それぞれのメルトボリュームレイト）である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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