(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ホウ素；
金属酸化物；および
シラン添加剤のブレンド物を含み、
前記シラン添加剤が、ブロック化メルカプトシラン、チオカルボキシラートシラン、又はその２種以上の組み合わせから選ばれる、充填剤組成物。
【請求項２】
前記窒化ホウ素が１５重量パーセントから７５重量パーセントの量で存在し；前記金属酸化物が５重量パーセントから８０重量パーセントの量で存在し；前記シラン添加剤が０．１重量パーセントから６重量パーセントの量で存在する、請求項１に記載の充填剤組成物。
【請求項３】
前記窒化ホウ素が、窒化ホウ素小板、窒化ホウ素凝集体またはそれらの混合物から選ばれる、請求項１または２に記載の充填剤組成物。
【請求項４】
前記窒化ホウ素が、（ｉ）０．３ミクロンから２００ミクロンの粒径を有する小板、または（ｉｉ）５ミクロンから５００ミクロンの平均粒径を有する窒化ホウ素凝集体を含む、請求項１から３のいずれかに記載の充填剤組成物。
【請求項５】
前記金属酸化物が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる、請求項１から４のいずれかに記載の充填剤組成物。
【請求項６】
ガラス繊維、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、タルク、雲母、珪灰石、粘土、窒化アルミニウム、黒鉛、またはアルミニウム、銅、青銅もしくは黄銅の金属粉末もしくは薄片、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる追加の充填剤成分をさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の充填剤組成物。
【請求項７】
前記追加の充填剤成分が、０．１重量パーセントから３０重量パーセントの量で存在する、請求項６に記載の充填剤組成物。
【請求項８】
２重量パーセントから２０重量パーセントの量のガラス繊維またはガラスフレークをさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の充填剤組成物。
【請求項９】
熱伝導性組成物であって、高分子材料；および
前記高分子材料中に分散した熱伝導性充填剤組成物を含み、
前記熱伝導性充填剤組成物が、窒化ホウ素、金属酸化物およびシラン添加剤のブレンド物を含み、
前記シラン添加剤が、ブロック化メルカプトシラン、チオカルボキシラートシラン、又はその２種以上の組み合わせから選ばれる、熱伝導性組成物。
【請求項１０】
２．０Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率を有する、請求項９に記載の熱伝導性組成物。
【請求項１１】
前記熱伝導性組成物の全重量の５８重量％以下の合計濃度の熱伝導性充填剤組成物、または前記熱伝導性組成物の３５体積（ｖ／ｖ）％以下の熱伝導性充填剤組成物を含む、請求項９または１０のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１２】
窒化ホウ素小板、窒化ホウ素凝集体またはそれらの組み合わせから選ばれる窒化ホウ素を含む、請求項９から１１のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１３】
前記熱伝導性組成物の４１重量％以下の濃度の窒化ホウ素を含む、請求項９から１２のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１４】
前記熱伝導性充填剤組成物の合計体積分率が、前記熱伝導性組成物全体の４５体積パーセント以下である、請求項１２または１３に記載の熱伝導性組成物。
【請求項１５】
前記熱伝導性充填剤組成物中に、前記窒化ホウ素が１５重量パーセントから７５重量パーセントの量で存在し；前記金属酸化物が５重量パーセントから８０重量パーセントの量で存在し；前記シラン添加剤が０．１重量パーセントから６重量パーセントの量で存在する、請求項９から１４のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１６】
前記窒化ホウ素が、窒化ホウ素粒子、窒化ホウ素凝集体またはそれらの混合物から選ばれる、請求項９から１５のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１７】
前記窒化ホウ素が、(ｉ)０．３ミクロンから２００ミクロンの粒径を有する小板、または（ｉｉ）５ミクロンから５００ミクロンの平均粒径を有する窒化ホウ素凝集体を含む、請求項１２から１６のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１８】
前記金属酸化物が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる、請求項９から１７のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項１９】
前記熱伝導性充填剤組成物が、ガラス繊維、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、タルク、雲母、珪灰石、粘土、窒化アルミニウム、黒鉛、またはアルミニウム、銅、青銅もしくは黄銅の金属粉末、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる追加の充填剤成分をさらに含む、請求項９から１８のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項２０】
前記熱伝導性充填剤組成物が、０重量パーセントから２０重量パーセントの量のガラス繊維またはガラスフレークをさらに含む、請求項９から１４のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項２１】
前記組成物が、３．５：１以下の面内熱伝導率と厚さ方向伝導率の比を有する、請求項９から２０のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項２２】
１９Ｊ／ｍ以上のノッチ付きアイゾット衝撃値、８０００ｐｓｉ以上の引張強度値、および／または０．８％以上の破断時歪み値を有する、請求項９から２１のいずれかに記載の熱伝導性組成物。
【請求項２３】
Ｌ*、ａ*、ｂ*スケールで９０を超えるＬ*、−１．３から１．３のａ*、および−２．５から２．５のｂ*の色を有する、請求項１から８のいずれかに記載の充填剤組成物。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１２年９月１９日に出願された「熱伝導性プラスチックを製造するための熱伝導性プラスチック組成物、押出装置および方法」と題する米国特許仮出願第６１／７０２，７８７号明細書、および２０１３年３月１４日に出願された「熱伝導性プラスチックを製造するための熱伝導性プラスチック組成物、押出装置および方法」と題する米国特許出願第１３／８２９，２２５号明細書の利益を主張し、そのそれぞれは全体を参照により本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、熱伝導性プラスチック組成物、押出機スクリュー構成、および熱可塑性組成物を押出加工する方法を提供する。本発明は、窒化ホウ素充填剤材料を含む組成物を提供する。熱伝導性プラスチック組成物およびそれから形成された物品は、面内および厚さ方向ともに優れた熱伝導率を示すことができる。
【背景技術】
【０００３】
様々な電子および光電子デバイスの熱管理は、そのようなデバイスにおいて直面する厳しい課題のためにますます注目を引いている。サイズを縮小し機能を高める傾向は、パーソナルな携帯用電子デバイスにおいて継続している。出力密度、したがって放散する必要のある熱の密度は著しく増加し、そのデバイスにおける良好な熱管理の提供に対して難しい課題となる。同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）としても知られる光電子デバイスにおいて、電力消費およびルーメン出力が絶えず増加している。また、熱管理の問題は、例えば、自動車における電子コンポーネント、ハイブリッド車用の充電式バッテリーシステムおよび逆変換装置などの他の用途において広く一般的である。不十分であるか効果がない熱管理は、デバイスの性能および長期信頼性に強く有害な影響をもたらす恐れがある。
【０００４】
現在、ＬＥＤ系の電球は、古い電球を置き換えるために使用されており、従来の「エジソン」ソケットにはまるように設計されている。エジソンソケットのみにＬＥＤ電球をはめることは熱管理の課題を悪化させるが、それは熱放散が自然対流によって限定されているからである。したがって、ＬＥＤ電球は、廃熱を効率的に十分に放散する、よく設計されたヒートシンクを必要とする。非効率的な熱管理は、ＬＥＤの接合温度（Ｔj）によって示される、ＬＥＤのより高い動作温度をもたらす。接合温度が１１５℃から１３５℃に上がると、ＬＥＤの使用寿命（３０％の光出力を失うのにかかる時間、すなわちＢ７０に達する時間として定義される）は、可能性として８０，０００時間から２０，０００時間に減少する恐れがある。
【０００５】
アルミニウムヒートシンクは、他の電子デバイスに使用されるヒートシンクとの類似性に基づく、ＬＥＤ用途に対する当然の選択である。しかしながら、ＬＥＤ電球用のアルミニウムヒートシンクの使用は幾つかの課題を提示する。課題の１つは、エジソンソケットからヒートシンクを電気的に絶縁することである。金属ヒートシンクとソケットの間の何らかの電気接続またはリークは、据え付け中に非常に危険になる恐れがある。別の課題はヒートシンクの複雑な形状であり、熱フィン形状のダイキャスティングは困難でありコストのかかる二次的機械加工作業を必要とする場合があるからである。アルミニウムヒートシンクはまた極めて重くなり得、電球の重量を、そしてその結果電球の輸送のコストを著しく増大させる恐れがある。最後に、アルミニウムヒートシンクは、消費者によって望まれる表面仕上げを滑らかにし、色を与えるために塗料の仕上げ工程を必要とする。
【０００６】
プラスチックはヒートシンク用のアルミニウムに対する魅力的な代替になり得る。プラスチックは、電気的に絶縁し、射出成型により複雑なヒートシンク構造により適用可能であり、軽量であり、美学的なまたはブランド化の要求を満たすために自由に着色することができる。プラスチックはまた幾つかの部分を統合する可能性を提示し、そのため電球全体の組立体をより単純にすることができる。しかし、プラスチックは、非常に不十分な熱伝導率（一般にわずかおよそ０．２Ｗ／ｍＫ）を有し、これは、典型的なダイカストアルミニウム合金（およそ２００Ｗ／ｍＫ）のそれよりほぼ２桁低い。したがって、プラスチックは、一般に、熱管理の課題に適合するには十分ではない。
【０００７】
多くの場合、充填剤が、独自の複合材料を製造するためにプラスチックに添加される。例えば、ガラス繊維のような補強充填剤がプラスチックの機械的性質を改善するために加えられる。同様に、黒鉛、カーボンブラックまたはカーボンナノチューブさえも含む他の炭素形態が、最近、電気伝導性プラスチック系材料を製造するためにプラスチックに加えられる。黒鉛および金属粉末も熱伝導率を増強するために時には使用されるが、しかし、これは、通常、電気伝導率をも増加させる。それは、これらの特性が通常相伴うためである。しかしながら、例えば、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素（六方晶または立方体の形態）などの幾つかのセラミック材料は、それらが良好な熱伝導体かつ電気絶縁体であるので、プラスチックを含む熱伝導性でなお電気絶縁性の処方物を製造する好機を提示している。
【０００８】
窒化ホウ素プラスチック複合体が提案されているが、窒化ホウ素／プラスチック複合体には幾つかの欠点がある。窒化ホウ素は、ともに配合されるプラスチック樹脂より５から４０倍コストがかかり得る、またアルミニウム合金と比較して相対的に高価な材料である。性能の観点からは、窒化ホウ素／プラスチック複合体の面内熱伝導率は、例えば２５−６０重量％（１５−４５体積％）を超える窒化ホウ素の高い装填率でさえわずかおよそ２−１０Ｗ／ｍＫである。また、窒化ホウ素は非常に不活性で、樹脂によって容易に濡れない。このことは、充填剤とマトリクスの間の不完全な界面および大きな熱抵抗をもたらし、その影響を受けて複合体の熱伝導率を低下させ、したがって必要な熱伝導率を達成するのに必要とするＢＮ装填率がより高くなる。より高い充填剤装填率は、これらの複合体のコストを押し上げ、熱管理用途において著しくコスト競争力を下げる。充填剤と樹脂の間の不十分な界面はまた複合体の不十分な物理的性質をもたらす。したがって、高い熱伝導率および最適の物理的性質を達成するために濡れの問題に取り組むことは避けられなくなる。
【０００９】
しかしながら、たとえ熱伝導性プラスチックの熱伝導率がアルミニウム金属ほど高くなくても、ＬＥＤ電球における熱管理用途、および他の対流が限定された用途については十分であることに留意することは重要である。窒化ホウ素／プラスチック複合体の固有の異方性は、また、厚さ方向熱伝導率が用途にとって重要である幾つかのその用途において、窒化ホウ素／プラスチック複合体の適用可能性を限定し得る問題になる恐れがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様において、本発明は熱伝導性プラスチック組成物を提供する。本組成物はポリマーマトリクスおよび熱伝導性充填剤を含む。一実施形態において、本組成物は約５Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率を有する。一実施形態において、本組成物は約１Ｗ／ｍＫ以上の厚さ方向熱伝導率を有する。一実施形態において、本組成物は、約３．５：１以下の面内熱伝導率と厚さ方向伝導率の比を有する。
【００１１】
一実施形態において、熱伝導性充填剤は窒化ホウ素である。一実施形態において、窒化ホウ素は、小板状窒化ホウ素、窒化ホウ素の凝集体、またはその組み合わせから選ぶことができる。別の実施形態において、充填剤の組み合わせは優れた熱伝導率を示す組成物を提供するために用いられる。なお別の実施形態において、本組成物は、熱伝導率を高め、熱伝導性充填剤の濃度を極小化させる官能基化添加剤を含む。
【００１２】
一実施形態において、本発明は、窒化ホウ素、金属酸化物およびシランのブレンド物を含む充填剤組成物を提供する。一実施形態において、充填剤組成物は、窒化ホウ素、金属酸化物、シラン、およびガラス繊維のブレンド物である。一実施形態において、金属酸化物は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、二酸化チタン、二酸化ジルコニウムまたはその２種以上の組み合わせである。
【００１３】
一態様において、本発明は、窒化ホウ素；金属酸化物；およびシランのブレンド物を含む充填剤組成物を提供する。
【００１４】
一実施形態において、充填剤組成物中に、窒化ホウ素は約１５重量パーセントから約７５重量パーセントの量で存在し；金属酸化物は約５重量パーセントから約８０重量パーセントの量で存在し；シランは約０．１重量パーセントから約６重量パーセントの量で存在する。一実施形態において、充填剤組成物中に、窒化ホウ素は約２５重量パーセントから約７０重量パーセントの量で存在し；金属酸化物は約１５重量パーセントから約７５重量パーセントの量で存在し；シランは約０．５重量パーセントから約５重量パーセントの量で存在する。一実施形態において、充填剤組成物中に、窒化ホウ素は約３０重量パーセントから約７０重量パーセントの量で存在し；金属酸化物は約２０重量パーセントから約５０重量パーセントの量で存在し；シランは約１重量パーセントから約３．５重量パーセントの量で存在する。
【００１５】
一実施形態において、窒化ホウ素は、窒化ホウ素粒子、窒化ホウ素凝集体またはその混合物から選ばれる。一実施形態において、窒化ホウ素は、０．３ミクロンから約２００ミクロンの粒径を有する小板を含む。一実施形態において、窒化ホウ素は、約５ミクロンから約５００ミクロンの平均粒径を有する窒化ホウ素凝集体を含む。一実施形態において、組成物は、ナノチューブまたはナノシートを含むがこれらに限定されないナノスケールの窒化ホウ素材料を含むことができる。
【００１６】
一実施形態において、金属酸化物は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、またはその２種以上の組み合わせから選ばれる。
【００１７】
一実施形態において、シランは、アルカクリルオキシシラン、ビニルシラン、ハロシラン、メルカプトシラン、チオカルボキシラートシラン、ブロック化メルカプトシラン、またはその２種以上の組み合わせから選ばれる。一実施形態において、シランは、３−オクタノイルチオ−１−プロピルトリエトキシシラン；ビニルトリス（２−メトキシ−エトキシ）シラン；ガンマ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、またはその２種以上の組み合わせから選ばれる。
【００１８】
一実施形態において、充填剤組成物は、ガラス繊維、ガラスフレーク、粘土、剥離した粘土、炭酸カルシウム、タルク、雲母、珪灰石、粘土、剥離した粘土、銀、アルミナ、窒化アルミニウム、金属硫化物（例えば硫化亜鉛）、黒鉛、もしくはアルミニウム、銅、青銅もしくは黄銅の金属粉末もしくは薄片、またはそれらの２種以上の組み合わせ；銅、アルミニウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、炭素、黒鉛などの金属、セラミックもしくは炭素形態の繊維もしくはウィスカー、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる追加の充填剤成分をさらに含む。一実施形態において、充填剤組成物は、カーボンナノチューブ、グラフェン、窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノシート、酸化亜鉛ナノチューブなどの１種または複数のナノスケール充填剤、またはその２種以上の組み合わせをさらに含む。一実施形態において、追加の充填剤成分は、約０．１重量パーセントから約３０重量パーセントの量で存在する。
【００１９】
一実施形態において、充填剤組成物は、約２重量パーセントから約２０重量パーセントの量のガラス繊維またはガラスフレークを含む。
【００２０】
一実施形態において、充填剤組成物は、Ｌ*,ａ*,ｂ*空間において、Ｄ６５光源を用いて２度または１０度の視野で、少なくとも８５のＬ*値、−１．５から１．５の間のａ*値、および−３．０から３．０の間のｂ*値が測定される色を有する。一実施形態において、充填剤の色は、Ｌ*が９０を超え、ａ*が−１．３から１．３の間にあり、ｂ*が−２．５から２．５の間である。一実施形態において、充填剤の色は、Ｌ*が９２を超え、ａ*が−１．０から１．０の間にあり、ｂ*が−２．０から２．０の間である。
【００２１】
別の態様において、本発明は、熱伝導性組成物であって、高分子材料；および高分子材料中に分散した熱伝導性充填剤組成物を含み、前記熱伝導性充填剤組成物は、窒化ホウ素、金属酸化物およびシランのブレンド物を含み、熱伝導性組成物は、約２Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率、約０．９Ｗ／ｍＫ以上の厚さ方向熱伝導率、またはその両方を有する熱伝導性組成物を提供する。
【００２２】
一実施形態において、熱伝導性組成物は３．５Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率を有する。一実施形態において、熱伝導性組成物は５Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率を有する。
【００２３】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、組成物の全重量の約５８重量％以下の熱伝導性充填剤の合計濃度を有する。
【００２４】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、組成物の約４０体積（ｖ／ｖ）％以下の熱伝導性充填剤の全体含有率を有する。
【００２５】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、組成物の約４１重量％以下；組成物の約３７重量％以下；組成物の約３１重量％以下；組成物の約２５重量％以下；さらに組成物の約２３重量％以下の窒化ホウ素濃度を有する。
【００２６】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、組成物全体の約４５体積パーセント以下の充填剤の全体体積分率を有する。
【００２７】
一実施形態において、熱伝導性組成物は少なくとも１０Ｗ／ｍＫの面内熱伝導率を有する。
【００２８】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、１７Ｊ／ｍ以上；２０Ｊ／ｍ以上；２５Ｊ／ｍ以上；３０Ｊ／ｍ以上；さらに３５Ｊ／ｍ以上のノッチ付きアイゾット衝撃値を有する。
【００２９】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、７０００ｐｓｉ以上；８０００ｐｓｉ以上；さらに９０００ｐｓｉ以上の引張強度値を有する。
【００３０】
一実施形態において、熱伝導性組成物は、０．８％以上；１．０％以上；さらに１．３％以上の破断時歪み値を有する。
【００３１】
別の態様において、本発明は、熱伝導性組成物からの成形物品を提供する。なお別の態様において、本発明は、熱伝導性組成物から形成された成形物品を含む熱管理組立体を提供する。
【００３２】
本組成物は、窒化ホウ素などの高価な熱伝導性充填剤の相対的に低い装填率でさえ面内方向、厚さ方向またはその両方において良好な熱伝導率を示すことができる。このことにより、著しく低減されたコストで熱伝導性組成物の製造が可能になる。本組成物はまた良好な電気抵抗率および絶縁耐力を示す。一実施形態において、体積抵抗は少なくとも１０12オーム−ｃｍであり、表面抵抗率は少なくとも１０12オーム／スクエアである。一実施形態において、絶縁耐力は、少なくとも２５０Ｖ／ミル（１ミル＝０．００１インチ）である。一実施形態において、絶縁耐力は少なくとも７５０Ｖ／ミルである。
【００３３】
別の態様において、本発明は、熱伝導性プラスチック組成物を押出加工する方法を提供する。本発明は、一態様において、窒化ホウ素／プラスチック組成物の製造にまつわる問題を克服するシステムおよび方法を提供する。特に、窒化ホウ素は、プラスチックと配合するのが困難になる恐れがあり、プラスチックマトリクスによく分散させることができない。このために、押出機の供給口で材料が詰まり、分散していない窒化ホウ素粉末のスラグがダイ出口をふさぐ場合がある。本発明は、これらの問題を避けることができる押出機スクリュー構成、およびその使用方法を提供する。本押出機スクリュー構成はまた、窒化ホウ素凝集体のプラスチック組成物への加工を可能にすることができる。従来のスクリューは、通常、凝集体の破壊または分解を引き起こす。本押出機スクリューを使用して、窒化ホウ素凝集体を充填剤として用い、等方性挙動（すなわち、良好な面内および厚さ方向の伝導率）を示すプラスチック組成物を提供することができる。
【００３４】
一実施形態において、本発明は、シャベルエレメントを備えるスクリューを介して押出機スクリューへ窒化ホウ素粒子を導入する工程を含む。一実施形態において、本発明は、熱伝導性組成物を製造する方法であって、高分子材料を押出機へ導入する工程と；熱伝導性充填剤材料を押出機へ導入する工程と；高分子材料および熱伝導性充填剤材料を含む溶融ブレンド物を形成する工程とを含み、ここで、押出機は、押出機および押出機スクリューへ材料を導入するための入口を備え、押出機スクリューは、入口の下流に混練エレメントの区分および混練エレメントの下流にフラクショナル混合エレメント（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｍｉｘｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の区分を備える、方法を提供する。
【００３５】
一態様において、本発明は、熱伝導性組成物を製造する方法であって、高分子材料を押出機へ導入する工程と；熱伝導性充填剤材料を押出機へ導入する工程と；高分子材料および熱伝導性充填剤材料を含む溶融ブレンド物を形成する工程と；溶融物を押出加工して押出物を形成する工程とを含み、ここで、押出機は、押出機へ材料を導入するための入口および押出機スクリューを備え、押出機スクリューは、前記入口の下流に位置する混練エレメントの区分と、前記混練エレメントの下流に、フラクショナル混合エレメント、スクリュー混合エレメント、タービン混合エレメント、撹拌機エレメント、またはそれらの２種以上の組み合わせの区分とを備える、方法を提供する。
【００３６】
別の態様において、本発明は、高分子材料；および高分子材料に分散した熱伝導性充填剤を含む熱伝導性組成物を提供し、前記組成物は約２Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率、約０．５Ｗ／ｍＫ以上の厚さ方向熱伝導率、またはその両方を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態による熱伝導性プラスチック材料の加工に適する押出機の概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態によるプロセスに使用することができる押出機スクリューの一実施形態である。
【図３】本発明の別の実施形態によるプロセスに使用することができる押出機スクリューの一実施形態である。
【図４】本発明の一実施形態によるプロセスに使用することができる押出機スクリューの一実施形態である。
【図５】本発明の実施形態による熱伝導性プラスチック材料の加工に適する押出機システムの概略上面図である。
【図６】プラスチック組成物を加工するための従来の押出機スクリューの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図は本発明の可能な実施形態の単なる例であり、本発明の範囲を限定するようには意図されない。本発明の他の態様はさらに説明され、以下の記載を考慮して理解される。
【００３９】
熱伝導性プラスチック組成物
熱伝導性プラスチック組成物はポリマーマトリクスおよび熱伝導性充填剤を含む。一実施形態において、熱伝導性プラスチック組成物は、ポリマーマトリクスおよび窒化ホウ素材料を含む。別の実施形態において、本組成物は複数の熱伝導性充填剤を含む。また別の実施形態において、官能基化添加剤は熱伝導性充填剤とともに使用される。
【００４０】
ポリマーマトリクス
ポリマーマトリクス材料は、特定の目的または意図した用途の要望に応じて任意の高分子または樹脂材料を含むことができる。一実施形態において、高分子／樹脂材料は熱可塑性材料であってもよい。別の実施形態において、高分子／樹脂材料は熱硬化性材料であってもよい。適切な高分子材料の例としては、ポリカーボネート；アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）（Ｃ8Ｈ8Ｃ4Ｈ6Ｃ3Ｈ3Ｎ）；ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレンアロイ（ＰＣ−ＡＢＳ）；ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）；ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）；ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）；ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）；ポリフェニレンエーテル；ポリスチレンを含む変性ポリフェニレンエーテル；液体結晶高分子；ポリスチレン；スチレン−アクリロニトリルコポリマー；ゴム強化ポリスチレン；ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；アクリル酸およびメタクリル酸のアルキルエステルのポリマーおよびコポリマーなどのアクリル樹脂；スチレン−メタクリル酸メチルコポリマー；スチレン−メタクリル酸メチル−ブタジエンコポリマー；ポリメタクリル酸メチル；メタクリル酸メチル−スチレンコポリマー；ポリ酢酸ビニル；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリエーテルイミド；ポリアリレート；ポリアミドイミド；ポリ塩化ビニル；塩化ビニル−エチレンコポリマー；塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー；ポリイミド、ポリアミド；ポリエチレンなどのポリオレフィン；超高分子量ポリエチレン；高密度ポリエチレン；直鎖低密度ポリエチレン；ポリエチレンナフタラート；ポリエチレンテレフタラート；ポリプロピレン；塩素化ポリエチレン；エチレンアクリル酸コポリマー；ポリアミド、例えば、ナイロン６、ナイロン６，６など；フェニレンオキシド樹脂；フェニレンスルフィド樹脂；ポリオキシメチレン；ポリエステル；ポリ塩化ビニル；塩化ビニリデン／塩化ビニル樹脂；およびポリスチレンなどのビニル芳香族樹脂；ポリ（ビニルナフタレン）；ポリ（ビニルトルエン）；ポリイミド；ポリアリールエーテルエーテルケトン；ポリフタルアミド；ポリエーテルエーテルケトン；ポリアリールエーテルケトン、ならびにそれらの２種以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４１】
ポリマーマトリクス材料の選択は、熱伝導性プラスチックが使用される用途の特定の要件に依存し得る。例えば、耐衝撃性、引張強度、動作温度、熱変形温度、バリア特性などの特性はすべて、ポリマーマトリクス材料の選択によって影響を受ける。
【００４２】
幾つかの実施形態において、ポリマーマトリクス材料は、１種または複数のポリアミドの熱可塑性ポリマーマトリクスを含むことができる。ポリアミドポリマーは、主鎖にアミド結合（−−ＮＨＣＯ−−）を含有する高分子であり、摂氏約３００度未満の温度で加熱溶融することができる。適切なポリアミド樹脂の具体例としては、ポリカプロアミド（ナイロン６）、ポリテトラメチレンアジポアミド（ナイロン４６）、ポリヘキサメチレンアジポアミド（ナイロン６６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６１０）、ポリヘキサメチレンドデカミド（ナイロン６１２）、ポリウンデカメチレンアジポアミド（ナイロン１１６）、ポリウンデカンアミド（ナイロン１１）、ポリドデカンアミド（ナイロン１２）、ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタルアミド（ナイロンＴＭＨＴ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド（ナイロン６１）、ポリヘキサメチレンテレフタル／イソフタルアミド（ナイロン６Ｔ／６１）、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ナイロン９Ｔ）、ポリビス（４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンＰＡＣＭ１２）、ポリビス（３−メチル−４−アミノシクロヘキシル）メタンドデカミド（ナイロンジメチルＰＡＣＭ１２）、ポリメタキシリレンアジポアミド（ナイロンＭＸＤ６）、ポリウンデカメチレンテレフタルアミド（ナイロン１１Ｔ）、ポリウンデカメチレンヘキサヒドロテレフタルアミド（ナイロン１１Ｔ（Ｈ））、ならびにその共重合ポリアミドおよび混合ポリアミドが挙げられるが、これらに限定されない。これらの中でも、ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭＸＤ６、ならびにそれらの共重合ポリアミドおよび混合ポリアミドは、利用可能性、取り扱いのしやすさなどの点において良い例である。
【００４３】
基剤高分子樹脂を、例えば耐衝撃性、ＵＶ安定性、難燃性などの他の特性を改変するために熱伝導性充填剤またはシラン添加剤以外に他の充填剤または添加剤を用いて改変するかまたは付与することができることは理解されよう。
【００４４】
熱可塑性材料を製造するための用途に関して、本発明の態様および実施形態が論じられるが、本明細書において論じられ記載される加工方法、熱伝導性充填剤およびシラン添加剤は、シリコーン、エポキシ、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂などを含むがこれらに限定されない熱硬化性樹脂を用いる用途に容易に置き換えることができることが理解されよう。
【００４５】
熱伝導性充填剤
熱伝導性プラスチック組成物は熱伝導性充填剤を含む。組成物が複数の熱伝導性充填剤を含むことができることは理解されよう。一実施形態において、熱伝導性充填剤は、特定の目的または用途のために要望に応じて選ぶことができる。一実施形態において、熱伝導性充填剤は、窒化ホウ素、シリカ、ガラス繊維、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムなどの金属酸化物、炭酸カルシウム、タルク、雲母、珪灰石、粘土、剥離した粘土、アルミナ、窒化アルミニウム、黒鉛、金属粉末（例えば、アルミニウム、銅、青銅、黄銅など）、またはそれらの２種以上の組み合わせから選ばれる。一実施形態において、熱伝導性充填剤は、低い電気伝導率を有するか、または電気絶縁体である。
【００４６】
一実施形態において、熱伝導性プラスチック組成物は窒化ホウ素を含む。適切な窒化ホウ素材料の例は、窒化ホウ素粒子、窒化ホウ素凝集体またはその混合物を含む。窒化ホウ素粒子は一般に小板形態を示す。一実施形態において、窒化ホウ素は、０．３から約２００ミクロンの粒径、および約０．２５から約１００ｍ2／グラムの表面積を有する小板であってもよい。一実施形態において、小板状窒化ホウ素粒子は、約０．５から１５０ミクロン；約１から約１００ミクロン、約１０から９０ミクロン；約２０から７５ミクロン；さらに約４０から６０ミクロンの粒径を有する。別の実施形態において、熱伝導性プラスチック組成物は窒化ホウ素凝集体を含む。凝集体は、約５から約５００ミクロンの平均粒径、および約０．２５から約５０ｍ2／グラムの表面積を有することができる。一実施形態において、小板状窒化ホウ素粒子は、約１０から４００ミクロン；約２０から約３００ミクロン、約３０から２００ミクロン；約４０から１５０ミクロン；さらに約５０から１００ミクロンの粒径を有する。粒径は、堀場ＬＡ３００粒径分布分析計を使用して測定することができ、分析される（例えば、ＢＮ）粒子は必要とする透過率を満たすように調節された量で導入される。２、３滴の２％Ｒｈｏｄａｐｅｘ  ＣＯ−４３６を粉末の分散を改善するために加えることができ、粒径は、３秒の超音波処理後、レーザー回折を使用して測定することができる。測定から得られる粒径分布は、体積基準でプロットすることができ、Ｄ９０は、分布の第９０百分位数を表す。
【００４７】
一実施形態において、窒化ホウ素小板状充填剤は、アスペクト比（粒子の最大寸法と最小寸法の比として定義される）は、少なくとも２０：１；少なくとも３０：１；少なくとも４０：１；少なくとも５０：１；さらに少なくとも１００：１を有する。別の実施形態において、窒化ホウ素凝集体充填剤は、５：１、３：１、またはさらに２：１以下のアスペクト比を有する。適切な窒化ホウ素材料は、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズから入手可能な小板状窒化ホウ素および窒化ホウ素凝集体を含む。一実施形態において、窒化ホウ素は、組成物に加えられる熱伝導性充填剤の大半を含む。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。
【００４８】
本組成物は、米国特許第７，７２３，４１９号明細書が要求する膨張黒鉛または炭素繊維黒鉛などの追加の添加剤の添加をせずに優れた厚さ方向組成物を示すことができる。一実施形態において、本組成物は、窒化ホウ素充填剤から本質的になることができる。別の実施形態において、本組成物は、膨張黒鉛または他の炭素系充填剤を実質的に含まない。
【００４９】
一実施形態において、充填剤材料は、材料理論密度の約３５％以下；材料理論密度の約３３％以下；さらに材料理論密度の約３０％以下のタップ密度を有する。一実施形態において、充填剤材料は、約０．３ｇ／ｃｃから約０．８ｇ／ｃｃ；約０．４ｇ／ｃｃから約０．７ｇ／ｃｃ；さらに０．４５ｇ／ｃｃから０．７ｇ／ｃｃの範囲の粉末タップ密度を有する窒化ホウ素凝集体を含む。別の実施形態において、充填剤材料は、０．２ｇ／ｃｃから０．７ｇ／ｃｃの粉末タップ密度を有する窒化ホウ素小板を含む。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。
【００５０】
一実施形態において、本組成物は、熱伝導性充填剤成分として、１種または複数のガラス繊維、ガラスフレーク、粘土、剥離した粘土、または他の高アスペクト比の繊維、ロッドまたは薄片を含む。一実施形態において、ガラス繊維は、少なくとも２０；少なくとも３０；少なくとも４０；少なくとも５０；少なくとも１００のアスペクト比を有する。一実施形態において、ガラスフレークは、少なくとも４０；少なくとも５０；少なくとも６０のアスペクト比を有する。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。一実施形態において、ガラス繊維は、対象とする樹脂との適合性を改善するために任意の表面処理またはサイジングされていてもよい。適切な例は、サイジングして様々な樹脂との適合性を改善したジョンズ・マンビルからのＳｔａｒＳｔｒａｎ（登録商標）およびＴｈｅｒｍｏＦｌｏｗ（登録商標）のチョップドガラス繊維製品である。
【００５１】
添加剤
一実施形態において、熱伝導性組成物は、例えば、シラン添加剤などの官能基化添加剤を含む。一実施形態において、シラン添加剤は、アルカクリルオキシシラン、ビニルシラン、ハロシラン（例えば、クロロシラン）、メルカプトシラン、ブロック化メルカプトシラン、チオカルボキシラートシラン、またはその２種以上の組み合わせから選ぶことができる。一実施形態において、熱伝導性組成物は、約１から約５重量％のシラン；約１．５から約４重量％；さらに約２．７から約３．７重量％の充填剤を含むことができる。
【００５２】
一実施形態において、シランは、Ｙ−Ｒ1−Ｓｉ（Ｒ2）n（Ｒ3）3-n［式中、ＹはＲ4Ｒ5Ｎ−、Ｒ7Ｒ8Ｎ−Ｒ6−ＮＲ4−、またはＲ11Ｒ10Ｎ−Ｒ9−Ｒ7Ｎ−Ｒ6−ＮＲ4−を表し；または、ＹおよびＲ1（Ｙ−Ｒ1）はいずれもビニル基、アルキル基、フェニル基、３，４−エポキシシクロヘキシル基、ハロゲン原子、メルカプト基、イソシアナート基、チオカルボキシラート基、置換されていてもよいグリシジル基、グリシドキシ基、置換されていてもよいビニル基、メタクリルオキシ基（ＣＨ2＝Ｃ（ＣＨ3）ＣＯＯ−）、アクリロキシ基（ＣＨ2＝ＣＨＣＯＯ−）、ウレイド基（ＮＨ2ＣＯＮＨ−）、置換されていてもよいメタクリル基、置換されていてもよいエポキシ基、置換されていてもよいホスホニウムハライド基、置換されていてもよいアンモニウムハライド基、または置換されていてもよいアクリル基を表し；Ｒ4、Ｒ5、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ10およびＲ11は独立して水素原子またはＣ1-6アルキル基を表し；Ｒ6およびＲ9は独立してＣ2-6アルキレン基を表し；Ｒ1は単結合、アルキレン基またはフェニレン基であり；または、Ｒ1およびＹ（Ｙ−Ｒ1）はいずれもビニル基を表し；各Ｒ2は独立してアルキル基またはフェニル基を表し；各Ｒ3は独立してヒドロキシ基またはアルコキシ基を表し；ｎは０から２の整数である。］によって表すことができる。
【００５３】
適切なビニルシランは、式：Ｒ12ＳｉＲl3nＹ（3-n）［式中、Ｒ12は、エチレン型不飽和のヒドロカルビル、ヒドロカルビロキシまたは（メタ）アクリロキシヒドロカルビル基であり、Ｒ13は脂肪族飽和のヒドロカルビル基であり、Ｙは独立して加水分解性有機基であり、ｎは０、１または２である。］を有するものを含む。一実施形態において、Ｙは、メトキシ、エトキシ、プロポキシおよびブトキシなどの１から６個の炭素原子を有するアルキルのアルコキシ基である。一実施形態において、Ｒ12は、ビニル、アリル、イソプレニル、ブテニル、シクロヘキシルまたはγ−（メタ）アクリロキシプロピルから選ぶことができ；Ｙはメトキシ、エトキシ、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロピオニルオキシ、またはアルキルアミノまたはアリールアミノ基から選ぶことができ；Ｒ13は、存在する場合、メチル、エチル、プロピル、デシルまたはフェニル基から選ぶことができる。
【００５４】
一実施形態において、シランは、式ＣＨ2＝ＣＨＳｉ（ＯＡ）3 （２）［式中、Ａは１から８個の炭素原子、および一実施形態において１から４個の炭素原子を有するヒドロカルビル基である。］の化合物である。
【００５５】
一実施形態において、シランは、オクタノイルチオ−１−プロピルトリエトキシシラン；ビニルトリス（２−メトキシ−エトキシ）シラン；ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ガンマ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、またはその２種以上の組み合わせから選ばれる。適切なシランの例としては、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズから入手可能で、商品名ＮＸＴの下に販売されているものが挙げられるが、これらに限定されない。ＮＸＴは、チオカルボキシラートシランであり、より広範な種類のブロック化メルカプトシランの例である。適切なシランは、また、米国特許第６，６０８，１２５号明細書；第７，０７８，５５１号明細書；第７，０７４，８７６号明細書；および第７，３０１，０４２号明細書に記載されているものを含む。
【００５６】
シラン添加剤は、組成物の加工中のどの時点でも添加することができる。一実施形態において、シラン添加剤は、押出工程においてどの時点でも押出工程中にインサイチュで添加することができる。別の実施形態において、シランは、押出機または他の加工設備への導入前に充填剤または充填剤組成物に添加される。
【００５７】
シランに加えて、様々な他の種類の官能基化添加剤を、充填剤と樹脂マトリクスの間の界面を改善するために添加することができる。官能基化添加剤の他の例は、チタナートおよびジルコナート（例えば、ＫｅｎｒｉｃｈによるＫｅｎ−ｒｅａｃｔ）などの有機金属化合物、アルミナート、超分散剤（例えばルーブリゾールによるソルスパース）、マレイン化ポリブタジエン樹脂またはスチレン無水マレイン酸コポリマー（例えば、Ｃｒａｙ  Ｖａｌｌｅｙからのもの）などのマレイン化オリゴマー、脂肪酸またはワックスおよびその誘導体、ならびにイオン性または非イオン性の界面活性剤を含む。これらの官能基化添加剤は、充填剤の１重量％から約１５重量％；または約３−１２重量％；さらに充填剤の約５から１０重量％で使用されてもよい。
【００５８】
一実施形態において、窒化ホウ素および金属酸化物などの充填剤材料ならびにシラン添加剤は、樹脂組成物へ配合する場合、別々の成分として加えることができる。熱伝導性組成物中に含むことができる各成分の量は、本明細書においてさらに記載される。
【００５９】
充填剤組成物
他の実施形態において、充填剤成分は、１種または複数のそれぞれの充填剤成分を含む充填剤組成物の一部として加えることができる。一態様において、充填剤材料は、窒化ホウ素、シラン、および任意の１種または複数の他の充填剤材料のブレンド物として与えられる。
【００６０】
一実施形態において、充填剤は、窒化ホウ素材料およびシランのブレンド物として提供される。窒化ホウ素およびシランは上記のもののいずれであってもよい。窒化ホウ素は、シランを窒化ホウ素材料と混合することによりシランで処理することができる。シランの濃度は、窒化ホウ素の約０．１重量パーセントから約６重量パーセント；約０．５重量パーセントから約５重量パーセント；約１重量パーセントから約４重量パーセント；さらに約２重量パーセントから約３重量パーセントであってもよい。
【００６１】
一実施形態において、熱伝導性充填剤は、窒化ホウ素、金属酸化物、シラン添加剤、および場合によって、他の充填剤材料のブレンド物または複合体として与えられる。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約２０重量パーセントから約７０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約５重量パーセントから約７５重量パーセントの量の金属酸化物；および約０．１重量パーセントから約６重量パーセントの量のシラン添加剤を含む、ブレンドした組成物を含む。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約５重量パーセントから約６０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約１５重量パーセントから約６０重量パーセントの量の金属酸化物；約０．５重量パーセントから約５重量パーセントの量のシラン添加剤を含む、ブレンドした組成物を含む。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約３０重量パーセントから約５０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約２０重量パーセントから約５０重量パーセントの量の金属酸化物；約１重量パーセントから約３．５重量パーセントの量のシラン添加剤を含む、ブレンドした組成物を含む。一実施形態において、熱伝導性充填剤組成物は、約３５重量パーセントから約４５重量パーセントの量の窒化ホウ素；約３０重量パーセントから約４０重量パーセントの量の金属酸化物；約１．５重量パーセントから約２．５重量パーセントの量のシラン添加剤を含む、ブレンドした組成物を含む。なお別の実施形態において、熱伝導性充填剤は、約５重量パーセントから約４０重量パーセントの量の窒化ホウ素；約５重量パーセントから約５０重量パーセントの量の金属酸化物；約１重量パーセントから約４重量パーセントの量のシラン添加剤を含む、ブレンドした組成物を含む。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。
【００６２】
ブレンドした充填剤組成物は、ガラス繊維、ガラスフレーク、粘土、剥離した粘土、または他の高アスペクト比の繊維、ロッドもしくは薄片、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、マグネシア、チタニア、炭酸カルシウム、タルク、雲母、珪灰石、アルミナ、窒化アルミニウム、黒鉛、金属粉末（例えば、アルミニウム、銅、青銅、黄銅など）、炭素、黒鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化亜鉛の繊維もしくはウィスカー、例えばカーボンナノチューブ、グラフェン、窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノシート、酸化亜鉛ナノチューブなどのナノスケール繊維、またはその２種以上の組み合わせを含む他の充填剤成分を場合によって含む。追加の充填剤成分は、約０から約３０重量パーセント；約０．１重量パーセントから約３０重量パーセント；約１重量パーセントから約２５重量パーセント；約５重量パーセントから約２０重量パーセント；さらに約１０から約１５重量パーセントの量でブレンドした充填剤中に存在することができる。
【００６３】
一実施形態において、ブレンドした充填剤組成物は、窒化ホウ素、金属酸化物、シラン添加剤、およびガラス繊維またはガラスフレークを含む。本明細書において使用する場合、「ガラス繊維」はまたガラスフレークを指すことができ、ガラスフレークを包含する。
【００６４】
複合体またはブレンドした充填剤組成物は、充填剤組成物中の様々な成分を混合する任意の適切な方法によって調製することができる。一実施形態において、窒化ホウ素、金属酸化物、および任意選択の追加の充填剤が、ブレンダー中で一緒に混合され、シラン添加剤はブレンダーへ導入される。複合体またはブレンドした充填剤組成物は、成分材料の実質的に均一な混合物またはブレンド物にすることができる。例えば、これらのブレンド物は、ブレンダーへ液体を導入する設備を有するＶ型ブレンダーで実行することができる。様々な型の増圧バーを、様々な充填剤の最適な混合用のＶ型ブレンダーについて選ぶことができる。ブレンダーは、脆弱な充填剤（窒化ホウ素凝集体、セラミックまたはガラス繊維など）の一体性を保持するために、ブレンドサイクルの全体または一部に関して運転される増圧バーがない単純なタンブラーとして運転することができる。他の適切な例はリボンブレンダー、パドルブレンダー、タンブラーなどであってもよい。
【００６５】
窒化ホウ素およびシラン（および任意選択の他の充填剤材料、例えば、金属酸化物）のブレンド物は、樹脂組成物への導入前に処理してシランを充填剤材料に共有結合で結合することができる。これは、シランを加水分解し加水分解したシランが充填剤表面と反応することを可能にする条件に、窒化ホウ素およびシランのブレンドを供することにより行うことができる。一実施形態において、ブレンドした充填剤の処理は、湿気および熱へ材料を曝露することによって実行することができる。いかなる特定の理論にも束縛されないが、窒化ホウ素およびシランのブレンド物を含む充填剤の熱処理は、充填剤上でシランの縮合を引き起こし、化学的に反応させ、シランは充填剤表面と結合することができる。本発明者らは、樹脂組成物における使用の前にブレンドした充填剤組成物を熱処理することによって、組成物の熱伝導率を改善することができることを見いだした。ブレンドした充填剤は、樹脂組成物の加工中に、シランを充填剤材料に結合可能な温度に曝露することができるが、充填剤材料に結合していないシラン材料は、可能性として高い加工温度で蒸発することができる。
【００６６】
一実施形態において、窒化ホウ素およびシランのブレンド物は、５０℃で７２時間の対流オーブンでの加熱によって処理することができる。別の実施形態において、窒化ホウ素、金属酸化物および任意選択のガラス繊維およびシランを含む充填剤ブレンド物は６０℃で４時間熱処理することができる。一実施形態において、熱処理は８０℃２時間である。一実施形態において、熱処理は制御された湿度条件下で実行される。一実施形態において、熱処理は５０℃および相対湿度５０％で２４時間実行される。
【００６７】
充填剤組成物は、特定の目的または意図した用途のために要望に応じて着色することができる。一実施形態において、充填剤組成物は外観が白色である。本明細書において使用される場合、Ｌ*,ａ*,ｂ*空間において、充填剤組成物が、Ｄ６５光源、および２度または１０度視野で測定され、Ｌ*が９０を超え、ａ*が−１．３から１．３の間であり、ｂ*が−２．５から２．５の間である色を有する場合、「白色」であると考えられる。一実施形態において、充填剤の色は、Ｌ*が９２を超え、ａ*が−１．０から１．０の間にあり、ｂ*が−２．０から２．０の間にあるようものである。他の色が最終樹脂製品の用途に応じて提供されてしてもよい。一実施形態において、充填剤組成物は、少なくとも８５のＬ*値、−１．５から１．５の間のａ*値；および−３．０から３．０の間のｂ*値を有する。色は任意の適切な方法によって測定することができる。一実施形態において、色は、ミノルタ分光光度計モデルＣＭ２００２を用いて測定される。粉末は、光源および検出器を覆うのに十分に大きな清浄な石英ビーカーに入れ、測定用装置の上に置く。装置は標準Ｄ６５光源を使用し、その測定は２°または１０°視野のいずれかを用いて行う。
【００６８】
熱伝導性樹脂組成物
熱伝導性プラスチック組成物は、約２０から約８０重量％のポリマーマトリクス；約３０から約７０重量％のポリマーマトリクス；約３５から約６５重量％のポリマーマトリクス；さらに約４２から約５８重量％のポリマーマトリクス、および約２０から約８０重量％の熱伝導性充填剤；約２５から約６５重量％の熱伝導性充填剤；約３０から約５８重量％の熱伝導性充填剤；さらに約３５から約５５重量％の熱伝導性充填剤を含むことができる。一実施形態において、熱伝導性充填剤材料の合計濃度は、約６０重量％以下；約５５重量％以下；さらに約５０重量％以下である。体積パーセント（ｖ／ｖ）による組成物中のポリマーマトリクスの体積は、２０％から約９０％；３０％から約８０％；４０％から約７０％；さらに３５％から約６５％の範囲であってもよく、熱伝導性充填剤の体積は、１０％から約８０％；１５％から約６５％；２０％から約５０％；さらに２５％から約４５％の範囲であってもよい。厚さ方向熱伝導率は、組成物に基づく理論比熱容量（Ｃp）値を用いレーザーフラッシュ方法（ＡＳＴＭ  Ｅ  １４６１）を使用して成型ゲートから離れたＡＳＴＭ標準ドッグボーンのつまみ部分の中央で測定される。面内熱伝導率は、厚さ方向測定法と同一の位置からの積層試料を構成することにより測定され、ここでドッグボーン試料の面内の熱伝導率を流れの方向または流れの向きに垂直のいずれかに測定することができるように、積層試料が構成される。引張特性はインストロンＵＴＭで、衝撃強度はＴＭＩ  Ｉｍｐａｃｔ  ＴｅｓｔｅｒでＡＳＴＭ標準Ｄ６３８およびＤ２５６にそれぞれ従って測定される。実験室規模の実験に関しては、配合はブラベンダー・プラスチコーダー・バッチミキサーで行われる。配合試料は＜０．４ｍｍに圧縮成型され、面内熱伝導率は、特殊な試料ホルダーおよび面内マスク（ネッチ・インストルメンツ）を使用して、修正レーザーフラッシュ法を使用して測定される。所与の組成物に関して、面内熱伝導率を測定する両方法は同等の結果を与える。
【００６９】
一実施形態において、本組成物は、約２０重量％から約６０重量％；約２５重量％から約５０重量％；さらに約３０重量％から約４２重量％の量の窒化ホウ素を含む。一実施形態において、熱伝導性組成物は約３０から約４０重量％の窒化ホウ素を含む。一実施形態において、窒化ホウ素充填剤は窒化ホウ素凝集体を含む。一実施形態において、窒化ホウ素充填剤は窒化ホウ素小板を含む。一実施形態において、本組成物は、２６．２重量％の小板ＢＮ、１３．４重量％の酸化亜鉛および１５．４重量％のガラス繊維を含み、残りは樹脂である。一実施形態において、本組成物は２０重量％のＢＮおよび３０重量％のガラス繊維を含む。一実施形態において、本組成物は２４重量％のＢＮおよび３０重量％のガラス繊維を含む。一実施形態において、組成物は３５重量％のＢＮおよび２０重量％のガラス繊維を含む。一実施形態において、本組成物は、３１．２重量％のＢＮ、１９．４重量％のＺｎＯ、および２．３重量％のＧＦを含む。一実施形態において、本組成物は２０重量％のＢＮおよび５０重量％のＺｎＯを含む。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、数値を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。
【００７０】
一実施形態において、熱伝導性プラスチック組成物は、熱伝導性充填剤として、窒化ホウ素、酸化亜鉛などの金属酸化物、シラン、酸化マグネシウム、および任意のガラス繊維またはガラスフレークを含む。一実施形態において、本組成物は、約３０から約４０重量％の窒化ホウ素、約５から約２０重量％の金属酸化物、酸化亜鉛、約０．１重量％から約５重量％のシラン、および０から約１０重量％のガラス繊維またはガラスフレークを含む。熱伝導性プラスチック組成物中の充填剤成分、例えば、窒化ホウ素、金属酸化物、シラン、ガラス繊維などの量は、充填剤成分が別々にまたはブレンドした充填剤組成物の一部として加えられるかどうかに関係なく、最終のプラスチック組成物の量を指す。
【００７１】
熱伝導性組成物は優れた熱伝導率を示すことができる。一実施形態において、熱伝導性組成物は、約２Ｗ／ｍＫ以上；約３．５Ｗ／ｍＫ以上；約５Ｗ／ｍＫ以上；さらに約１０Ｗ／ｍＫ以上の面内熱伝導率を有する。一実施形態において、熱伝導性組成物は窒化ホウ素凝集体を含み約０．８Ｗ／ｍＫ以上；約０．９Ｗ／ｍＫ以上；約１．０Ｗ／ｍＫ以上；１．３Ｗ／ｍＫ以上；さらに約１．５Ｗ／ｍＫ以上の厚さ方向熱伝導率を有する。一実施形態において、熱伝導性組成物は、約３．５：１以下；約３．２５：１以下；約３：１以下；さらに約２．５：１以下の面内熱伝導率対厚さ方向熱伝導率を有する。
【００７２】
本組成物の密度は、特定の目的または意図した使用の要望に応じて調節することができる。一実施形態において、本組成物は、約１．７ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する。
【００７３】
熱伝導性プラスチックを押出加工する押出機スクリューおよび方法
熱伝導性組成物および前記組成物から形成された物品は、例えば、押出配合工程などの混合、ブレンドおよび配合の技法を使用して製造することができる。プラスチック材料の押出配合は、一般に押出機スクリューを用いて高分子組成物をブレンドしダイに向けて材料を運ぶ。スクリューは、一軸スクリューまたは二軸スクリューを含むがこれらに限定されない。二軸スクリューは、同方向回転型二軸スクリュー、異方向回転型二軸スクリュー、同方向回転噛み合い型二軸スクリューなどを含むことができる。一実施形態において、押出配合工程は、二軸スクリュー配合押出機を使用することができる。
【００７４】
図１は、本発明の態様による使用に適する押出機システム１００の概略図である。押出機１００は、高分子材料および充填剤が導入され、配合されまたはブレンドされて溶融物となり運搬される空洞１１２を画定するハウジング１１０を含む。押出機は、入口または供給口１２２の上に位置するホッパー１２０を備える。高分子材料は、一般にホッパー１２０を介して押出機へ導入される。本明細書においてさらに詳細に論じるように、窒化ホウ素を含む充填剤材料は、ホッパー１２０経由で押出機へ導入することができる。押出機は、高分子材料を運びブレンドするためのスクリュー１３０を備える。スクリューの態様は、本明細書においてより詳しくさらに記載される。押出機は、ストランドダイまたはプロファイルのような型またはダイへの材料の導入前に、加工中押出機空洞中に蓄積する圧力を放出するための、またはシステムを再加圧するための、大気ベント１４０および真空ベント１５０などのベントを含む他のコンポーネントを備えることができる。押出機は、またホッパー１２０の下流位置で押出機へ材料を導入するために、要望に応じて他の入口ポートまたはサイドフィーダを備えることができる。スクリューは、高分子材料を押出機経由で出口ポート１６０に運ぶ。ここで、高分子材料は押出機を出て、所望形状のプラスチック製品を形成するための型穴１７０へ導入される。一実施形態において、配合プラスチック材料は、押出機をストランドダイ経由で出て、例えば、直径約１ｍｍから約５ｍｍの連続ストランドを生じ、次いで、これはペレタイザーに供給されてペレットを作る。射出成型または圧縮成型などの二次作業において、ペレットは、次に、最終の所望形状へ形成することができる。
【００７５】
単純に運搬エレメントおよび混練エレメントを含む従来の汎用スクリュー構成を使用する、窒化ホウ素のプラスチック組成物への配合では、特に充填剤装填率がより高いと、ポリマーマトリクスへの窒化ホウ素充填剤の不十分な分散、供給口での材料の詰まり、脈動およびダイ出口の閉そくをもたらすことがわかった。
【００７６】
一実施形態において、窒化ホウ素を含む熱伝導性プラスチック組成物を配合するためのスクリュー構成は、窒化ホウ素粒子が押出機へ導入される位置にシャベルエレメントを備える。一実施形態において、窒化ホウ素充填剤は、高分子材料と共に押出機へ導入することができ、押出機スクリューは、入口に隣接してまたはその近くに（例えば図１の押出機のホッパー１２０および供給口１２２の近傍に）シャベルエレメントを備えるように構成される。一実施形態において、押出機は、主押出機本体へ材料を運搬するためのサイドフィーダ中に別々のスクリューを含むサイドフィーダを備えることができる。一実施形態において、サイドフィーダスクリューは、主押出機中の高分子ミックスへ窒化ホウ素材料を運搬するためのシャベルエレメントを備える。別の実施形態において、スクリュー構成は、高分子ミックスへの充填剤材料の分散を容易にするために、１対のフラクショナルローブ混合エレメント（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｌｏｂｅ  ｍｉｘｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）（ＦＭＥ）、撹拌機エレメント、スクリュー混合エレメント、タービン混合エレメント、またはその２種以上の組み合わせをさらに備える。一実施形態においてスクリューが１対または複数対の前進および逆進ＦＭＥを備える。別の実施形態において、スクリューは撹拌機エレメントを備える。適切なスクリューエレメントはＳｔｅｅｒ  Ａｍｅｒｉｃａから入手可能である。
【００７７】
図２は、窒化ホウ素充填剤を含む熱伝導性プラスチック組成物の配合で使用されるスクリュー構成の一実施形態を説明する。図２において、窒化ホウ素充填剤は入口１２２経由で押出機へ導入される。スクリュー２００は、入口１２２で、またはその近くの位置にシャベルエレメント２１０を備え、シャベルエレメント区分は入口の下流に延在する。スクリューは、押出機に沿って材料を運搬するための、シャベルエレメントの下流に運搬エレメント２１２の区分を備える。混練エレメント２１４の区分は、プラスチック材料を溶融し混練するために設けられる。スクリューは、フラクショナルローブ混合エレメント２１６の区分をさらに備える。図２に示すように、フラクショナルローブ混合エレメント２１６は、前進式フラクショナル混合エレメントを有する区分２１６ａ、および逆進式フラクショナル混合エレメントを含む区分２１６ｂを備える。混練エレメント２１４はプラスチックを溶融するのに適しているが、混練区分は、高分子溶融物全体にわたって充填剤を十分に分散させなくてもよい。フラクショナル混合エレメント２１６は、高分子溶融物中の窒化ホウ素粒子の分散を助けることがわかった。図２のスクリューは、ＦＭＥ  ２１６に隣接する中立混練ブロックの区分２１８をさらに備える。中立混練ブロックは、さらに分散を容易にし、ＦＭＥブロックでの溶融物の滞留時間を増加させて材料の良好な分散を保証することができる。
【００７８】
一実施形態において、スクリューの混練エレメント区分は、スクリューエレメントの長さの約１０％から約２０％；スクリューの長さの約１２％から約１８％；さらにスクリューの長さの約１３％から約１６％であってもよい。
【００７９】
図３−５は、熱伝導性プラスチック組成物の加工で使用される押出機システムの他の実施形態を示す。図３に示すように、システムはスクリュー構成３００を備える。このシステムおよびスクリュー構成は、高分子材料が押出機へ導入される位置からおよび下流から、充填剤材料が別々に導入される材料を製造する方法に適している。図３に示すように、スクリュー３００は、入口１２２の下流に位置する混練エレメント３１２の区分、および混練エレメントの下流に位置するフラクショナル混合エレメント３１６の区分を備える。フラクショナル混合エレメント区分は、前進式フラクショナル混合エレメントを有する区分３１６ａおよび逆進式フラクショナル混合エレメントの区分３１６ｂを備える。スクリュー３００は、フラクショナル混合エレメント３１６に隣接しておよびその下流に、スクリュー混合エレメント３１８およびタービン混合エレメント３２０を備える。押出機システムは、押出機へ熱伝導性充填剤を導入するためのサイドフィーダ１８０（図５）を備える。
【００８０】
図４は、本発明の態様に伴う使用のためのスクリュー構成の別の実施形態を示す。スクリュー３５０は、運搬エレメント３５２、３５６および３５８、ならびに混練エレメント３５６を備える。図４のスクリューは、図３のスクリュー３００に含まれるフラクショナル混合エレメントの代わりに撹拌機エレメント３６０を備える。本出願人らは、撹拌機エレメントが、窒化ホウ素凝集体を分解せずに、高分子材料との充填剤材料の良好な混合をもたらしてポリマーマトリクス内の充填剤材料の良好な分散を可能にすることを見いだした。スクリュー３５０は、スクリュー混合エレメント３６２およびタービンエレメント３６４をさらに備える。
【００８１】
適切なスクリューが、図２−４の実施形態に限定されず、様々なスクリューエレメントを切り替えることができることは理解されよう。例えば、一実施形態において、図２と同様のスクリューを備えることができるが、フラクショナル混合エレメントを撹拌機エレメントと置き換えることができる。さらに、これらの構成において使用されるシャベルエレメントは、シングルローブ（ｓｉｎｇｌｅ  ｌｏｂｅ）を有してもよく、または、バイローブ（ｂｉ−ｌｏｂｅｄ）であってもよい。ＦＭＥは、エレメントでピーク剪断を極小化するか、または、エレメントにわたって相対的に一様な剪断を与える他の等価のエレメントと置き換えることができる。ＦＭＥは四つのローブ（ｌｏｂｅ）を有することができるが、しかし恐らく三つのローブ（ｌｏｂｅ）、または五つ以上のローブ（ｌｏｂｅ）を有し得る。凝集体の分解が問題ではない小板状窒化ホウ素等級を加工しつつ、ＦＭＥの上流または下流のいずれかにフラクショナル混練ブロック（ＦＫＢ）を加えることにより、その分散をさらに改善することができる。分散は、多重ＦＭＥ、またはＦＭＥ、ＳＭＥおよびＴＭＥの多重セットを加えることによっても改善することができる。
【００８２】
図５に示すように、サイドフィーダは、ホッパー１２０および入口１２２の下流に、ならびに混練エレメント３１２の下流に位置する。サイドフィーダは、押出機ハウジング１１２に材料を導入するためのフィーダーポート１８４を備える。サイドフィーダは、フィーダーポート１８４経由で押出機へ充填剤材料を運搬するためのスクリューエレメント１８２を備えることができる。サイドフィーダスクリュー１８２は、主押出機本体へ熱伝導性充填剤材料を運搬するためのシャベルエレメントを備える。（本発明者らは図５−１８０および１８２を以下に回すことができるか？）
【００８３】
一実施形態において、窒化ホウ素凝集体を含む組成物を加工するために、図３−５で図示するような押出機システムが用いられる。高分子の溶融および混練のために用いられる混練エレメントに窒化ホウ素凝集体をさらすと、凝集体の分解を引き起こす場合があり、これらの材料の等方的挙動を低下または破壊することがあることがわかった。特定の用途において、成型品は面内および厚さ方向ともに良好な熱伝導率を示すことが望ましい。図３および４の押出機システムは、混練エレメントの作用によって高分子溶融物の形成を可能にする。次いで、窒化ホウ素凝集体は、混練区分中で溶融物を形成するのに必要とする力にさらすことなく、高分子溶融物へ導入し分散することができる。このことによって、窒化ホウ素凝集体が凝集体として維持されることが可能になり、良好な面内および厚さ方向の熱伝導率を有する組成物を与える。
【００８４】
押出機スクリューの速度は、特定の目的または意図した使用の要望に応じて選択することができる。スクリュー速度は、材料が押出機経由で運搬される速度、プラスチックおよび充填剤が感じる剪断速度および剪断応力の程度を制御するために使用することができ、材料の混合に影響を与えることができる。高い厚さ方向熱伝導率を有するプラスチック組成物は、本発明の態様および実施形態によるスクリュー構成を使用して窒化ホウ素凝集体を加工することによって大きいスクリュー速度でさえ得ることができることがわかった。実施形態において、４０ｍｍ二軸押出機のスクリュー速度は、約１００ＲＰＭから約１，０００ＲＰＭ；約１５０ＲＰＭから約８００ＲＰＭ；約２００ＲＰＭから約６００ＲＰＭ；さらに約３００ＲＰＭから約５００ＲＰＭであってもよい。一実施形態において、スクリュー速度は、約１００ＲＰＭから約５００ＲＰＭであってもよい。別の実施形態において、スクリュー速度は約１００ＲＰＭから約４５０ＲＰＭである。なお別の実施形態において、スクリュー速度は、約１００ＲＰＭ、約１５０ＲＰＭ、約４００ＲＰＭ、約５００ＲＰＭ、さらに約８００ＲＰＭである。スクリュー速度は、スクリューの端での先端速度に基づき他の押出機サイズに応じて比例し得る。本明細書および特許請求の範囲中の他の箇所のように、ここでも、範囲を組み合わせて新規または非開示の範囲を形成することができる。小板状窒化ホウ素等級が使用される場合、上記の実施形態はまた良好な分散および高い面内熱伝導率を可能にする。複数の熱伝導性充填剤または補強充填剤を含む処方物において、上記実施形態は、セラミックまたはガラス繊維などの砕けやすい充填剤の形状の保持を可能にする。
【００８５】
上で論じた押出スクリュー構成の詳細に加えて、押出機の他の属性は、商業上実現可能な製品のために必要な最終製品性能または工程処理能力の実現において役割を果たすことができる。そのような２つの主要因は、バレルとスクリューの間の直径比および許容度である。Ｄ0／Ｄiと呼ばれる直径比は、スクリューの外径と内径の比であり、押出機で材料を加工するのに利用可能な自由体積を決定する。直径比が大きいほど、押出機において利用可能な自由体積は大きく、設備のより高い処理能力につながる。高い処理能力は、費用効果的な製品を製造するのに重要な加工費を極小化する。スクリュー対バレルの許容度は、押出機中の高剪断環境に合った材料の分画を決める。許容度が窮屈（小さい）ほど、工程中に高い剪断を感じる材料の分画は少ない。
【００８６】
一実施形態において、押出はＳｔｅｅｒ  ＯＭｅｇａ系列４０ｍｍ押出機で実行される。ＯＭｅｇａ系列は１．７１のＤ0／Ｄi比を有し、当業界で一般に使用される１．４９または１．５５の比より著しく高い。１．７１の比は、１．４９または１．５５の比を有する同様のサイズの設備より速くより高い処理能力を可能にする。ＯＭｅｇａ系列はまた、スクリューとバレルの間の非常に窮屈な許容度を有する。４０ｍｍバレルにおいては、スクリュー外径は３９．７ｍｍであり、バレルとスクリューの間の両側で０．１５ｍｍの隙間に相当し、一般に使用される０．３−０．５ｍｍの許容度より著しく窮屈である。この窮屈な許容度は、あるとしても、材料の無視できる分画のみが、スクリューとバレルの間の隙間である、押出機中で最も高い剪断速度帯域であることを確かにする。
【００８７】
押出工程の温度は、加工される高分子材料および充填剤材料に基づいて選択することができる。
【００８８】
物品
熱可塑性組成物、およびそのような組成物を製造する方法は、様々に応用して使用することができる成型品を形成するのに使用することができる。物品は、特定の目的または意図した使用の要望に応じて様々な形態に成形することができる。一実施形態において、物品は、照明組立体、蓄電池システム、センサーおよび電子コンポーネント、スマートフォン、ＭＰ３プレーヤー、携帯電話などの携帯用電子機器、コンピュータ、テレビなどを含む様々な用途における熱管理のためのヒートシンク構造の一部を形成することができる。
【００８９】
本技術の態様は詳細な記載および様々な実施形態に関して記載されているが、さらに本発明の態様は以下の実施例を考慮してさらに理解することができる。実施例は、本発明の可能な実施形態をさらに説明するためにのみあり、本発明または添付された特許請求の範囲を限定するようには意図されない。
実施例
【００９０】
モメンティブＢＮ粉末等級およびポリカーボネート（ＰＣ−Ｓａｂｉｃ  Ｌｅｘａｎ  ＨＦ１１１０）またはナイロン（Ｔｅｋｎｏｒ  ＡｐｅｘのＰＡ６−Ｃｈｅｍｌｏｎ  ２１２または２１２Ｈ、ＰＡ６６−Ｃｈｅｍｌｏｎ  １００）のプラスチック材料を含むプラスチック組成物を、Ｓｔｅｅｒ  Ａｍｅｒｉｃａ社のＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｅｎｔｅｒ（ユニオンタウン、オハイオ州）でＳｔｅｅｒ押出機で約４０−５０のＬ／Ｄを有する２０ｍｍおよび４０ｍｍ二軸押出機で配合した。試料をＶａｎ  Ｄｏｒｎ  ５５トン射出成型装置で射出成型して、ＡＳＴＭ標準ドッグボーン（１／８”厚さ）を熱伝導率および引張特性を試験するために、そして、バーを材料の衝撃強度の評価をするために製造する。
【００９１】
熱可塑性樹脂および様々な熱伝導性充填剤を含む熱伝導性組成物を、二軸押出機（直径２０ｍｍまたは４０ｍｍ）で配合し、ＡＳＴＭ標準ドッグボーンを１インチ／ｓでタブゲートを使用して射出成型する。組成物に基づく理論比熱容量（Ｃp）値を使用しレーザーフラッシュ法（ＡＳＴＭ  Ｅ１４６１）を用いて、厚さ方向熱伝導率を、成型ゲートから離れたＡＳＴＭ標準ドッグボーンのつまみ部分の中央で測定する。流れの方向にまたは流れの方向に垂直にドッグボーン試料の面内の熱伝導率を測定することができるように構成された、厚さ方向測定法と同一の位置からの積層物試料を構築することにより、面内熱伝導率を測定する。引張特性はインストロンＵＴＭで、衝撃強度はＴＭＩ  Ｉｍｐａｃｔ  Ｔｅｓｔｅｒで、ＡＳＴＭ標準Ｄ６３８およびＤ２５６にそれぞれ従って測定する。実験室規模の実験に関して、配合は、ブラベンダー・プラスチコーダー・バッチミキサーで実行する。配合試料を＜０．４ｍｍに圧縮成型し、面内熱伝導率は、特殊な試料ホルダーおよび面内マスク（ネッチ・インストルメンツ）を使用して、修正レーザーフラッシュ方法を使用して測定する。
【００９２】
射出成型ドッグボーン試料は、図２−４および６の押出機スクリューを使用して調製する。図２−４のスクリュー構成は、本発明の実施形態を説明する。図６のスクリュー構成４００は、プラスチック材料を押出加工するための従来のスクリュー構成を表し、高分子溶融物を得るための複数の運搬エレメント４１０および混練ブロック区分４２０を備える。図２および５のスクリューを使用して調製した試料は、入口１２２で高分子材料および窒化ホウ素充填剤を導入する。図３および４の１８４で押出機へ充填剤を導入するために使用するサイドフィーダは、シャベルエレメントを含むスクリューを備える。実施例において、図２−４のスクリュー構成はそれぞれ構成１、２および３と呼ばれ、図６のスクリュー構成はＣ１として特定される比較のスクリューである。比較例１−５（Ｃｏｍｐ．１−５）はスクリューＣ１を使用して調製する。実施例１−１７は、本発明の態様および実施形態による非限定的な実施形態を説明する実施例である。
【００９３】
試験例１−３
窒化ホウ素凝集体を含む熱伝導性ポリカーボネート組成物を、表１に示すスクリュー構成および条件を使用して調製する。
【表１】
0006406549.tif 000002
【００９４】
表１に示すように、本技術の態様によるスクリュー構成を使用すると、従来のスクリューを用いて製造されたものより著しく高い厚さ方向熱伝導率を有する組成物が得られた。表１に示されるように、厚さ方向熱伝導率は、本技術の態様によるスクリューを使用して、約１７％から約３６％増加した。Ｄ９０データは、本技術の態様による押出機スクリューを使用すると凝集体サイズのより大きな保持が可能になり、そのため組成物の厚さ方向熱伝導率がより大きくなり得ることを示す。
【００９５】
試験例４−６
ナイロン樹脂および窒化ホウ素充填剤材料を含む熱伝導性組成物を、表２示す組成に従って調製する。
【表２】
0006406549.tif 000003
【００９６】
表２に示すように、本発明の態様による押出機スクリューを使用すると、より高い厚さ方向熱伝導率を有する組成物が得られる。
【００９７】
様々な組成物の面内熱伝導率も評価する。表３は、比較例３−５および試験例３−５の面内熱伝導率、厚さ方向伝導率、および面内伝導率と厚さ方向伝導率の比を示す。
【表３】
0006406549.tif 000004
【００９８】
表３に示すように、本技術の態様による押出機スクリューを使用して形成した組成物は、従来の押出機スクリューを使用して製造されたものに匹敵する面内熱伝導率を示すが、しかし、より高い厚さ方向熱伝導率、および面内熱伝導率と厚さ方向熱伝導率の低い比を有する。
【００９９】
実施例７−１０、１２−１５
以下の表４の実施例７−１０、１２−１５を、ブラベンダー・プラスチコーダー・バッチミキサーを使用して、ナイロン５樹脂に配合して製造する。配合試料を薄膜（約０．３ｍｍ厚さ）に圧縮成型し、面内熱伝導率を、面内試料マスク（ネッチ・インストルメンツ）を使用して修正レーザーフラッシュ法を使用して測定した。
【表４】
0006406549.tif 000005
表４に示すように、５．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を著しく低いＢＮ含有率で達成することができる。ＢＮの価格がガラス繊維または酸化亜鉛の価格のほぼ３０倍であるとすれば、約５０重量％から約３１重量％へのＢＮ含有率の低下は、熱伝導性組成物のコストにおいてほぼ４０％の低減に相当する。実施例７−１０、１２−１５の組成物を、比較例６のコストより約２０％から約５５％低いコストで製造することができる。
【０１００】
試験例１７−２０
試験例１７−２０は、ビニルシラン添加剤を含む、および含まない熱伝導性組成物を示す。プラスチック組成物を、窒化ホウ素充填剤を含むポリカーボネート樹脂から形成する。前記組成物を、図３に記載するスクリュー構成を使用して二軸押出機を使用して配合する。窒化ホウ素濃度およびシラン添加剤濃度を表５に示す。
【表５】
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表５のデータは、シラン添加剤が、５０重量％ＰＴ１００と同等の熱伝導率をわずか４３重量％ＰＴ１００で可能にし、ＢＮ装填率において１４％の低減に相当することを示す。また、４３−４４重量％での粘度は、４０重量％のニートＰＴ１００で予想されるより著しく低く、同等である。
【０１０１】
実施例２３−２４
高い熱伝導率を有する組成物を提供することに加えて、本方法はまた、優れた機械的特性を有する組成物を提供する。実施例２３−２４において、図３で示されるスクリューを使用し、充填剤組成物の３重量パーセント（示す場合）の装填率のＮＸＴシランとともに窒化ホウ素をＰＡ６樹脂に配合し、前述のように射出成型する。表６は、組成物の諸特性を示す。
【表６】
0006406549.tif 000007
【０１０２】
ＣＦ６００およびＨＣＰＬ窒化ホウ素粉末等級は互いに類似しており、表６は、シランの添加およびガラス繊維の使用が、例えば、組成物の衝撃強度および引張強度を含む、組成物の機械的特性を著しく改善することができることを示す。
実施例２５−２６
実施例２５−２６は、ＨＣＰＬ窒化ホウ素、酸化亜鉛、チタニアおよびシランをナイロン樹脂に加え、ブラベンダー・プラスチコーダー・ミキシングボウル中で混合することにより調製する。表７は、樹脂の熱伝導率データを示す。
【表７】
0006406549.tif 000008
【０１０３】
実施例２７−３５
実施例２７−３５は、混合時または配合時に充填剤成分およびシランを樹脂組成物に別々に加えることにより調製する。
【０１０４】
実施例２７−３５は、窒化ホウ素、酸化亜鉛または二酸化チタン、任意のガラス繊維、およびシランを含む、ブレンドした充填剤組成物を用いる。窒化ホウ素がＰＴ１１０である実施例２８および３１を除いて、窒化ホウ素はＣＦ６００窒化ホウ素である。シランはＮＸＴである。液体分注増圧バーを有するＶ型ブレンダーを用いて窒化ホウ素、酸化亜鉛、任意のガラス繊維、およびシランをブレンドすることにより充填剤組成物を調製して、充填剤成分およびシランをブレンドする。次いで、ブレンドした充填剤を樹脂組成物に加えて成型する。実施例２７−３５の成型樹脂は、ブラベンダー・プラスチコーダー・バッチミキサーの使用により調製する。配合試料を薄膜（約０．３ｍｍ厚さ）に圧縮成型し、面内熱伝導率を、面内試料マスク（ネッチ・インストルメンツ）を使用し修正レーザーフラッシュ法を使用して測定した。実施例３３−３５は、図３によるスクリュー構成を用いる二軸押出機を使用して配合し、次いで、射出成型する。表８は組成物の特性を示す。
【表８】
0006406549.tif 000009
【０１０５】
実施例３６−６４
シランで処理した窒化ホウ素充填剤を、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂またはポリプロピレン樹脂の１つに加え、ブラベンダー・プラスチコーダー・ミキシングボウルを使用して混合する。窒化ホウ素はＨＣＰＬ等級である。窒化ホウ素は組成物の４０重量パーセントで装填し、シラン濃度を変化させる。表９−１１は組成物の熱伝導率を示す。
【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【０１０６】
実施例６５−７０
窒化ホウ素、酸化亜鉛、任意のガラス繊維、およびシランを用いて、ブレンドした充填剤組成物を調製する。シランはＮＸＴである。調製されたブレンドした充填剤をナイロン６樹脂に導入する。樹脂に導入する充填剤は、ブレンドした充填剤を事前に熱処理するかまたは熱処理せずに導入される。充填剤組成物は、樹脂へ導入前に５０℃で７２時間、対流オーブン中で熱処理される。表１２は前記組成物の熱伝導率を示す。表１２の前記組成物は、ブラベンダー・プラスチコーダーを用いて配合する。
【表１２】
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【０１０７】
表に示されるように、使用前のブレンドした充填剤組成物を熱処理することにより、樹脂組成物の熱伝導率を改善することができる。
【０１０８】
本発明の実施形態を上に記載したが、言うまでもなく、本明細書を読み理解すれば修正および変更が他の者に考えつくであろう。本発明およびいずれの特許請求の範囲も、特許請求の範囲または均等物の範囲に含まれる限り、修正および変更をすべて含むように意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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