(57)【要約】【課題】成形性、強度、流動性に優れ、コストが低く、かつ、高い熱伝導性を有する高熱伝導性樹脂組成物を提供することを目的とする。【解決手段】マトリックス樹脂１００重量部に対して、高熱伝導性樹脂粒子１００〜２５０重量部を含有する高熱伝導性樹脂組成物であって、前記高熱伝導性樹脂粒子は、樹脂粒子と前記樹脂粒子の表面に形成された熱伝導率１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のフィラーからなる高熱伝導性フィラー層とからなる高熱伝導性樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス樹脂１００重量部に対して、高熱伝導性樹脂粒子１００〜２５０重量部を含有する高熱伝導性樹脂組成物であって、
前記高熱伝導性樹脂粒子は、樹脂粒子と前記樹脂粒子の表面に形成された熱伝導率１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のフィラーからなる高熱伝導性フィラー層とからなる
ことを特徴とする高熱伝導性樹脂組成物。
【請求項２】
前記高熱伝導性樹脂粒子は、樹脂粒子１００重量部に対して、熱伝導率１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のフィラー１．５〜２０重量部を含有することを特徴とする請求項１記載の高熱伝導性樹脂組成物。
【請求項３】
樹脂粒子の融点がマトリックス樹脂の融点より１０〜１００℃高いことを特徴とする請求項１又は２記載の高熱伝導性樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形性、強度、流動性に優れ、コストが低く、かつ、高い熱伝導性を有する高熱伝導性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油資源の枯渇等の問題から、新エネルギーの開発や省エネルギー技術の探索が非常に活発に進められている。このうち、太陽熱・地熱・下水熱等の低エネルギー熱源を利用するものとして、ヒートポンプが挙げられる。ヒートポンプは、パイプに熱交換媒体を通し、パイプ内外の熱交換によって採熱を行うメカニズムを有する。このようなヒートポンプに用いるパイプとしては、熱源の温度がボイラー等に比べて低温であることから、熱伝導率の高い金属製のパイプが用いられてきた。しかしながら、金属製のパイプには継手が必要となるため、漏水の危険性がある。
【０００３】
そのため、継手なく長尺で施工することができる樹脂製のパイプを用いることが検討されているが、樹脂は金属と比べて熱伝導性に劣るという問題がある。そこで、樹脂に高い熱伝導性を付与すべく、熱伝導率の大きい充填材を樹脂に配合する方法が検討されている。
このように、樹脂に充填材を配合すると、樹脂の熱伝導率を効果的に向上させることができるのは、マトリックス樹脂中に熱伝導性を有するフィラーからなる伝熱経路が構築されるためと考えられる。すなわち、熱伝導性を有するフィラーの充填量を増すごとに、フィラー同士の接触が多くなり、樹脂中において一端から他端までフィラーによる伝熱経路が構築されることによって、熱伝導性は急激に上昇することとなると考えられる。
【０００４】
このような方法として、例えば、特許文献１には、熱可塑性樹脂に熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、特定の粒径を有する金属／金属酸化物粉末６０重量％以上を添加してなる組成物が開示されている。しかしながら、この方法では、充填材の配合量の割に熱伝導率を向上させる効果が低く、最高でも１．１Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率しか得られず、樹脂単体の５倍程度である。また、充填材の配合量を大きくすると、急激な流動性の低下、材料強度の低下をもたらし、現実的な使用に耐えないという問題が生じていた。
また、例えば、特許文献２には、金属酸化物と繊維強化材を併用した組成物を用いた放熱板が開示されている。しかしながら、この方法でも、充填材の配合量を大きくすると、急激な流動性の低下、材料強度の低下をもたらすという問題があった。
【０００５】
更に、例えば、特許文献３、４及び５には、黒鉛化率が高い特定の炭素繊維と黒鉛粉末を配合して熱伝導率を向上させたポリアリーレンスルフィド（ＰＡＳ）組成物が開示されている。黒鉛粉末を過剰に充填すると、流動性及び強度の低下をもたらすのに対し、黒鉛化率の高い炭素繊維を充填することにより、流動性及び強度の低下を抑えつつ、熱伝導率の向上を図っている。
しかしながら、この方法では、４Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を得るには、黒鉛化率の高い炭素繊維の配合量を多くする必要があるため、成形収縮率の異方性が大きくなり、得られる成形品に反りが発生しやすくなるという問題があった。
【０００６】
これに対して、例えば、特許文献６、７、８及び９には、熱可塑性樹脂に、樹脂の可塑化温度で溶融しうる低融点金属と、低融点金属を樹脂中に分散させるための金属フィラーを添加してなる高熱伝導性樹脂組成物が開示されている。この方法によれば、従来に比べ、金属フィラーの配合量を減らすことが可能となる。
しかしながら、この方法では、マトリックス樹脂中に低融点の金属フィラーが存在することによって、マトリックス樹脂が劣化してしまうという問題生じている。また、この方法では、水等の液体に接するパイプ等に使用する用途には適さないという問題があった。
従って、成形性、強度、流動性等に優れ、かつ、熱伝導性に優れる樹脂が求められている。
【特許文献１】特開平５−８６２４６号公報
【特許文献２】特開２００１−１５１９０５号公報
【特許文献３】特開平２−１６３１３７号公報
【特許文献４】特開平９−１５７４０３号公報
【特許文献５】特開２００２−１２９０１５号公報
【特許文献６】特開平６−１９６８８４号公報
【特許文献７】特開２００２−３８２９号公報
【特許文献８】特開２００６−２２１３０号公報
【特許文献９】特開２００２−２１２４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記現状に鑑み、成形性、強度、流動性に優れ、コストが低く、かつ、高い熱伝導性を有する高熱伝導性樹脂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】
【０００８】
本発明は、マトリックス樹脂１００重量部に対して、高熱伝導性樹脂粒子１００〜２５０重量部を含有する高熱伝導性樹脂組成物であって、前記高熱伝導性樹脂粒子は、樹脂粒子と前記樹脂粒子の表面に形成された熱伝導率１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のフィラーからなる高熱伝導性フィラー層とからなる高熱伝導性樹脂組成物である。
以下に本発明を詳述する。
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、所定のフィラーを用いて樹脂粒子の表面に高熱伝導性フィラー層を形成した高熱伝導性樹脂粒子を、マトリックス樹脂中に高充填することによって、使用するフィラーの量を極めて少量に抑えることができるため、成形性、強度、流動性を高め、コストを低く抑えることができるとともに、熱伝導性に優れた高熱伝導性樹脂組成物を製造することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明によって得られる高い熱伝導性は、マトリックス樹脂中において、樹脂粒子表面に高熱伝導性フィラー層が形成された高熱伝導性樹脂粒子同士がその球面で接触することによって、フィラーからなる伝熱経路が構築されることによるものと考えられる。従来は、マトリックス樹脂中において、フィラーが無秩序に分散・分配していたため、伝熱経路を構築するために多くのフィラーを必要としたのに対し、本発明では、樹脂粒子表面にフィラー層を形成することによって、略球形の樹脂粒子表面に秩序的な伝熱経路が構築されるため、樹脂粒子表面に層を形成する程度のフィラーの量で足り、使用するフィラーの量を劇的に低減することができることとなり、高い熱伝導性を実現するとともに、高い成形性、強度、流動性、低コストを実現することが可能となる。
【００１１】
図１は、本発明の高熱伝導性樹脂組成物の熱伝導機構を説明する模式図である。図１に示すように、高熱伝導性樹脂組成物１は、マトリックス樹脂２中に、高熱伝導性樹脂粒子３を含有する構成を有する。高熱伝導性樹脂粒子３は、樹脂粒子４の表面に、フィラーからなる高熱電導性フィラー層５が形成されている構成を有する。マトリックス樹脂２中において、高熱伝導性樹脂粒子３同士が接触することによって、高熱伝導性樹脂粒子３の表面に形成されたフィラー５同士が接触し、伝熱経路が構築され高い熱伝導性を実現する。
【００１２】
上記マトリックス樹脂としては特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂が好ましい。
上記熱可塑性樹脂としては特に限定されず、例えば、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ポリプロピレン等が挙げられる。
【００１３】
上記樹脂粒子としては特に限定されず、具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ＡＥＳ、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
【００１４】
上記樹脂粒子は、粒径の好ましい下限が１０μｍ、好ましい上限が２００μｍである。１０μｍ未満であると、比表面積が増大し、高い熱伝導性を得るために、樹脂粒子表面に高熱電導性フィラー層を形成するために多量のフィラーを用いる必要が生じたり、樹脂粒子とマトリックス樹脂との間の接触面積が増大することから、樹脂の流動性が著しく低下したり、樹脂粒子同士が接触する程度に、樹脂粒子をマトリックス樹脂に充填することが難しくなったりする等の問題が発生することがある。２００μｍを超えると、樹脂粒子とマトリックス樹脂の界面での亀裂が発生しやすくなることがある。
より好ましい上限は３０μｍである。
【００１５】
上記樹脂粒子の融点は、上記マトリックス樹脂の融点より高いことが好ましく、融点の温度差の好ましい下限は１０℃、好ましい上限は１００℃である。１０℃未満であると、樹脂粒子とマトリックス樹脂と混練する際に、樹脂粒子が融解してしまうため、マトリックス樹脂中に秩序的な伝熱経路を構築することが困難となることがある。１００℃を超えると、樹脂粒子の表面にフィラーからなる高熱伝導性フィラー層を形成することが困難となることがある。
上記樹脂粒子の融点は、上記マトリックス樹脂の融点に対して２０〜１００℃高いことがより好ましい。上記樹脂粒子の融点は、上記マトリックス樹脂の融点に対して６０〜１００℃高いことが更に好ましい。
【００１６】
このような融点を有する上記マトリックス樹脂と上記樹脂粒子との組み合わせとしては、例えば、ＬＤＰＥ（融点１１３℃）−ポリプロピレン（融点１６０℃）系等が挙げられる。
【００１７】
上記フィラーは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、充分な熱伝導性が得られないことがある。
なお、本明細書において、熱伝導率は、迅速型熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業社製）によって測定することができる。
【００１８】
上記フィラーとしては特に限定されず、例えば、銀、銅、アルミ等の金属からなるものであってもよいが、金属以外からなるものが好ましい。
上記フィラーが金属以外からなるものを用いることによって、金属によるマトリックス樹脂の劣化の問題を防止し、本発明の高熱伝導性樹脂組成物が水等と接触する用途に用いられる場合であっても好適に使用することができる。
【００１９】
上記金属以外からなるフィラーとしては特に限定されず、例えば、炭素繊維、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、酸化マグネシウム、チッ化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、シリカ等が挙げられる。なかでも、カーボンブラックが好ましい。
【００２０】
上記高熱伝導性樹脂粒子において、上記高熱伝導性フィラー層として含有される上記フィラーの含有量としては、上記樹脂粒子１００重量部に対して、好ましい下限が１．５重量部、好ましい上限が２０重量部である。１．５重量部未満であると、樹脂粒子の表面全体に高熱伝導性フィラー層を形成することができないことがある。２０重量部を超えると、余分なフィラーによってマトリックス樹脂の流動性が低下し、高熱伝導性樹脂粒子の高充填を阻害することがある。
【００２１】
上記高熱伝導性樹脂粒子は、更に、表面処理剤からなる層が形成されていてもよい。
上記表面処理剤からなる層が形成されることによって、フィラーの磨耗の低減、フィラーの固着化、樹脂粒子とマトリックス樹脂との親和性向上等を図ることができる。
上記表面処理剤としては特に限定されず、例えば、ポリシロキサン等を用いることができる。
【００２２】
上記樹脂粒子の表面に上記高熱伝導性フィラー層を形成する方法としては特に限定されず、従来公知の方法を用いることができるが、例えば、高速回転型ミキサー等を用いて、樹脂粒子とフィラーとを混合し、樹脂粒子とフィラーとを衝突させることによって機械的に接着させる方法が好ましい。
上記高熱伝導性樹脂粒子に、上記表面処理剤からなる層を形成する方法としては特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。
【００２３】
本発明の高熱伝導性樹脂組成物において、上記高熱伝導性樹脂粒子の含有量は、マトリックス樹脂１００重量部に対して、下限が１００重量部、上限が２５０重量部である。１００重量部未満であると、高い熱伝導性が得られないことがある。２５０重量部を超えると、成形性、強度、流動性等が低下してしまうことがある。
【００２４】
上記マトリックス樹脂と上記高熱伝導性樹脂粒子とを混練する方法としては特に限定されず、従来公知の混練機、押出機等を使用した方法を用いることができる。
上記押出機としては、スクリューにニーディング部を有さないものが好ましい。ニーディング部を有すると、高熱伝導性樹脂粒子同士の摩擦により、樹脂粒子表面からフィラーが脱離を引き起こすことがある。このようなフィラーの脱離を引き起こさないように、剪断速度を調整することが好ましい。
【００２５】
本発明の高熱伝導性樹脂組成物の用途としては特に限定されないが、例えば、太陽熱利用ヒートポンプ、地熱利用ヒートポンプ、下水熱利用ヒートポンプ等に使用されるパイプ等に好適に用いられる。このようなパイプとして利用されることによって、高い熱伝導性を発揮して効率的な熱交換を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、強度、流動性、成形性等に優れ、コストが低く、かつ、高い熱伝導性を有する高熱伝導性樹脂組成物を提供することができる。また、金属以外からなるフィラーを用いることによって、水等に接触するパイプ等の用途に好適に用いることが可能な高熱伝導性樹脂組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
ハイブリダイゼーションシステム（ＮＨＳ−１型、奈良機械製作所社製）を用いて、樹脂粒子（ホモポリプロピレン  Ｈ１００Ｍ、融点約１６０℃、プライムポリマー社製）１００重量部に対して、カーボンブラック（アセチレンブラック粒状品、電気化学社製）３重量部を添加し、樹脂粒子表面にカーボンブラックからなる層を形成して、高熱伝導性樹脂粒子を作製した。
マトリックス樹脂（ＬＤＰＥ  ＬＦ４４０ＨＢ、融点約１１３℃、日本ポリエチレン社製）１００重量部に対して、作製した高熱伝導性樹脂粒子１００重量部を予備混合し、従来公知の方法にて１４０℃の条件で混練し、樹脂組成物を得た。その後、得られた樹脂組成物を用いて、ホットプレス機によって１４０℃の条件で、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍのサンプルを成形した。
得られたサンプルについて、迅速型熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業社製）にて熱伝導率を測定したところ、０．３２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２９】
（比較例１）
カーボンブラックを添加しなかった以外は、実施例１と同様にして、サンプルを成形した。
得られたサンプルについて、迅速型熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業社製）にて測定したところ、熱伝導率は０．２２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３０】
（比較例２）
マトリックス樹脂（ＨＤＰＥ  ＨＥ６０６３、融点約１３０℃、Ｂｏｒｅａｌｉｓ社製）２００重量部に対して、カーボンブラック（アセチレンブラック粒状品、電気化学社製）３重量部を添加し、従来公知の方法にて１４０℃の条件で混練し、樹脂組成物を得た。その後、得られた樹脂組成物を用いて、ホットプレス機によって１４０℃の条件で、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍのサンプルを成形した。
得られたサンプルについて迅速型熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業社製）にて熱伝導率を測定したところ、０．４３９Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３１】
（比較例３）
カーボンブラックを添加しなかった以外は、比較例２と同様にして、サンプルを成形した。
得られたサンプルについて、迅速型熱伝導率計（ＱＴＭ−５００、京都電子工業社製）にて測定したところ、熱伝導率は０．４０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３２】
実施例１及び比較例１によれば、樹脂成分２００重量部に対してフィラー３重量部を添加することによって、約５０％の熱伝導率の向上が見られた。
比較例２及び比較例３によれば、樹脂成分２００重量部に対してフィラー３重量部を添加することによって、約１０％の熱伝導率の向上が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、成形性、強度、流動性に優れ、コストが低く、かつ、高い熱伝導性を有する高熱伝導性樹脂組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の高熱伝導性樹脂組成物の熱伝導機構を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  高熱伝導性樹脂組成物
２  マトリックス樹脂
３  高熱伝導性樹脂粒子
４  樹脂粒子
５  高熱電導性フィラー層
【図１】
2008069284.tif 000002