(57)【要約】【課題】熱伝導性フィラーとして使用される窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等は容易に加水分解され本来の高熱伝導性を損なう。そのため耐水性を持ち且つ熱伝導性を保持できる表面処理を必要としていた。【解決手段】熱伝導性物質窒化アルミニウム等に対してアルコキシド及び水溶性金属塩を混合、乾燥することで耐水性及び熱伝導性保持を可能とした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性フィラーとして使用される耐水を必要とする物質にアルコキシド類を添加し、水その他溶媒に溶解する金属塩の付与において耐水性を長期的に確保し且つ熱伝導率を高く保持することができる表面処理方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、耐水性を必要とする高熱伝導性物質例えば窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等に対し効果を有する処理液とその処理方法を提案する。
【背景技術】
【０００２】窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等は電気絶縁性に優れ熱伝導率も高く、シリコンと同程度の線熱膨張率を有していることからその粉末フィラーは高い放熱を実現できる熱伝導性材料として利用されている。しかし、下記反応式に示すように、空気中の水分に接触する等でも容易に加水分解されアンモニアの発生や水酸化物の生成で本来の熱伝導性を損なう問題があった。
ＡｌＮ  ＋  ３Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ（ＯＨ）３  ＋  ＮＨ３
ＭｇＯ  ＋  Ｈ２Ｏ    →  Ｍｇ（ＯＨ）２
ＢＮ    ＋  ３Ｈ２Ｏ  →  Ｂ（ＯＨ）３    ＋  ＮＨ３
このような課題を解決するため、それら対象物に耐水付与する技術が開発されており、それに関して既にいくつかの発明が開示されている。【０００３】特許文献１には「炭素質皮膜で被覆した耐水性窒化アルミニウム粉末の製造方法」という名称で、耐水性に優れ、高熱伝導性樹脂及びグリース用フィラーに適した窒化アルミニウム粉末の製造方法、及びその耐水性窒化アルミニウム粉末に関する発明が開示されている。以下、特許文献１に開示された発明を説明する。特許文献１に関わる窒化アルミニウム粉末の製造方法は、耐水性を付与した窒化アルミニウム粉末を製造する方法であって、窒化アルミニウム粉末と有機化合物、又は窒化アルミニウム粉末と有機化合物と炭素単体とを非酸化性ガス中で熱処理し、窒化アルミニウム粉末の表面を炭素質被膜で被覆することを特徴とする。このような構成の窒化アルミニウム粉末の製造方法においては、過熱中に溶融又は気化した炭素源が窒化アルミニウムと接触することで、有機化合物が毛細管現象によって窒化アルミニウム粉末の間隙に浸透する。したがって、窒化アルミニウム粉末の表面が炭素質被膜で被覆された耐水性の高い窒化アルミニウム粉末を製造することができる。【０００４】次に、特許文献２には「窒化アルミニウムの表面処理方法及び表面処理した窒化アルミニウム」という名称で、窒化アルミニウムの焼結体や粉体を、簡便且つ短時間に処理できる窒化アルミニウムの表面処理方法及び表面処理した窒化アルミニウムに関する発明が開示されている。
特許文献２に係る窒化アルミニウムの表面処理方法は、窒化アルミニウムの基材表面に平均一次粒径が３−１０００ｎｍである金属と金属酸化物から選ばれた少なくとも一種の微粒子と金属イオンのうち少なくとも一種を含む表面処理剤を塗布し酸素の存在下で焼成することによって表面処理剤と窒化アルミニウム基材とを化学反応させて基材表面に少なくともアルミン酸塩から構成される連続した酸化物層を形成し、酸化物層の膜厚が０．１−７０μｍであることを特徴とする。
このような構成の窒化アルミニウムの表面処理において表面処理剤と窒化アルミニウムの基材が反応することで基材の強度を劣化させることなく、その酸化物層が強固且つ連続的に形成される。したがって耐水性、耐湿性、耐化学薬品性及び耐プラズマ特性に優れた窒化アルミニウムを簡便に製造することができる。【０００５】特許文献３は酸化マグネシウムにおいてフィラー１００重量部とシリコーンオイルに代表される有機ケイ素化合物０．１〜１０重量部とを含む化合物を１００〜８００℃で加熱することにより耐水性が付与されることが提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５０２８１号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４８０５号公報
【特許文献３】特開２００７−７０６０８  号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】特許文献１に開示された発明において、熱処理する際の加熱温度は１０００℃以上の高温が必要とされるため、ある程度高性能の焼成炉を使用しなければならない。そのため導入や製造コストが高くなるおそれがある。また使用する不活性ガス等に通常含まれる酸素や水蒸気等の不純物によって炭素が消費されるため製造の都度必要な炭素量が左右されることになる。したがって、炭素量の調整が煩雑であるとともに、均一な品質の炭素質被膜で被覆された窒化アルミニウム粉末を常に製造することが困難となる可能性がある。【０００８】次に、特許文献２に開示された発明においては、窒化アルミニウムに表面処理剤を塗布した後、金属又は金属酸化物を真空蒸着し、さらにオーブンによる加熱処理屋焼成温度４００−１０００℃での工程が必要とされる。したがって、特許文献１に開示された発明と同様に導入等が高コストとなるおそれがあるとともに、工程が複雑であり完成までに長時間を必要とするという従来技術の課題を十分に解決できていない可能性がある。【０００９】本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等の高熱伝導性を有する物質に対して十分な耐水性を付与することが可能であり且つ熱伝導性を保持できる処理液とその処理方法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】
【００１０】これら課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明者は当該粉末にアルコキシ基を有するアルコキシドを付与した後、水溶性金属塩を用いることで耐水性を確保できることを見出した。【００１１】その際に分散混合は、大掛かりな焼成炉等を必要とせず、単純な混合器にて解決した。ただし、水中での撹拌であり、最終的に水は不要であるため１００℃〜２００℃程度の熱乾燥を必要とする。
【発明の効果】
【００１２】以上説明したように、本発明の耐水処理方法によれば煩雑な製造工程を有することなく、均一な表面処理を可能とし、耐水性を付与することができる表面処理を提供することが可能であり且つ本来の高熱伝導性も保持することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素等に対しアルコキシ基を有するアルコキシドを必要に応じてアルコール中に混合し、ミキサー等で混合する。対象物質に対して１．０〜３０．０ｗｔ％が好ましい。ただし低添加量では耐水性の効果が発揮しにくくまた、高添加量では耐水性に効果はあるが熱伝導率を大きく損なう可能性がある。ただし粒径依存があるため表面積に対応する添加量を必要とする。アルコキシドとしてはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。アルコキシドチタン、アルミニウム、ジルコニウム等も可能となる。またアルコキシオリゴマーも可能である。シランカップリング剤でもよく例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等が使用できる。
【００１４】混合機は特に限定されるものではないが、市販の混合器、攪拌機等でも良く、好ましくはヘンシェルミキサー、タンブラーミキサー、レーディゲミキサー、ボールミル等である。
【００１５】余分なエタノール等を除去するため１００℃〜１５０℃の温度域において乾燥工程を設ける。
【００１６】乾燥後、水溶性金属塩の水溶液を作成し、該水溶液を耐水性を目的とする粉末と混合する。ここでは、水に溶解するものであれば何でもよい。また該金属塩が他溶媒例えばエタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等溶解する場合は該溶媒溶液にしても構わない。特に水による反応性が高い場合には有効となり得る。金属塩としては例えば塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、酢酸マグネシウム、硝酸アルミニウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム等、若しくはその水和物が挙げられる。
また、水溶液及び溶媒溶液は気体が混和しているものでも良く、窒素、酸素、二酸化炭素等が挙げられる。
【００１７】金属塩を付与した後、１００℃至２００℃において十分に乾燥する。この時、乾燥時間、温度を制御することが重要となる。好ましくは１２０℃至１５０℃が良い。また、アルコキシドを最終的にさらに付与してもその効果を保つことができる。電気伝導率が高くイオン成分が残っている場合、１００℃以上の熱水で洗浄処理することで耐水性を保持することも可能である。
【００１８】以上のように、アルコキシドで処理し、金属塩の水溶液及び溶媒溶液処理することで耐水性に優れた表面処理を得ることができる。
【００１９】本発明の効果につき具体的に窒化アルミニウムの実施例を挙げ説明する。ただし、本発明の構成は以下の例示によって限定されるものではない。
【００２０】
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【００２１】実施例１
エタノール中にコルコート株式会社製エチルシリケート４８（テトラエトキシシラン十量体）を１μｍ窒化アルミニウムに対し２０．０ｗｔ％添加し、窒化アルミニウムとヘンシェルミキサーにて混合し乾燥する。その後硝酸アルミニウム９水和物を水に溶解し０．５％濃度を作成する。必要に応じて炭酸ガスを水溶液に注入してもよい。
乾燥品に硝酸アルミニウム９水和物水溶液または炭酸水溶液を加えヘンシェルミキサーで混合する。均一に混合した後、１５０℃で乾燥し目的の窒化アルミニウム表面処理品を得た
【００２２】実施例２
硝酸アルミニウム９水和物水溶液の濃度を変更した以外は実施例１と同方法で行った。
【００２３】実施例３
ＴＥＯＳ添加量を１０．０ｗｔ％に減量した以外は実施例１と同方法で行った。
【００２４】実施例４
乾燥温度を１２０℃に低下させた以外は実施例１と同方法で行った。
【００２５】実施例５
窒化アルミニウム平均粒子径を２０μｍとしＴＥＯＳ添加量を１０．０ｗｔ％とした以外は実施例１と同方法で行った。
【００２６】実施例６
窒化アルミニウム平均粒子径を５０μｍとしＴＥＯＳ添加量を５．０ｗｔ％にした以外は実施例１と同方法で行った。
【００２７】比較例１〜３
窒化アルミニウム各粒子径における未処理品とした。
【００２８】比較例と実施例についての耐水性、相溶性、熱伝導率に関する実験結果を表２に纏める。
【００２８】（耐水性）
耐水確認方法としては、スクリュー管瓶に表面処理品０．５ｇを蒸留水又はイオン交換水２０ｍｌに入れ、ホットスターラーにて温度１２０℃で２４ｈ加熱し、２４ｈ後のｐＨを測定する。また同時に該水溶液の電気伝導率も２４ｈ後に測定する。電気伝導率測定器としてＨＯＲＩＢＡ製ＬＡＱＵＡｔｗｉｎを使用した。
【００２９】（熱伝導率）
エポキシ樹脂に充填した窒化アルミニウム表面処理品の熱伝導率を測定した。エポキシ樹脂シートは１０ｃｍ×６ｃｍに切断し、熱伝導率計（京都電子工業製ＱＴＭ−５００）にて測定を行った。なお、窒化アルミニウム表面処理品の充填量は５５ｖｏｌ％とした。
【００３０】
【表２】
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【００３１】表２に示すようにＴＥＯＳ十量体及び硝酸アルミニウム炭酸水溶液を添加することで耐水加工することができる。また電気伝導率も窒化アルミニウム未処理品よりも低くなることよりイオンとしてｐＨとの相関がとれる。
【００３２】金属塩水溶液の濃度は低いほうが好ましく、また乾燥処理温度は高いほうが好ましい。
【００３３】耐水が可能な要因としてアルミニウムイオンと耐水性に厳禁である水を敢えて使用することで窒化アルミニウムの分解臨界点を作成し分解直前の窒素に対して新規アルミニウムが吸着または置換することができると考えうる。
【００３４】熱伝導率は未処理品と同等の値を示すことができた。表面処理にＴＥＯＳを用いており、加水分解により水酸基が付与できていることを考慮するとシランカップリング剤等により樹脂への相溶性を高めることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】請求項１記載の発明は、窒化アルミニウムの本来の熱伝導率を損わず十分な耐水性を付与することが可能である。また耐水を必要とする窒化アルミニウム以外の物質、例えば酸化マグネシウム、窒化ホウ素等、容易に加水分解されるものにも同様に効果があると考えられる。または加水分解されるもの以外にも耐水性を付与することで効果を得るもの、例えば金属マグネシウム、金属アルミニウムまたは耐水を必要とする合金においても使用できる。その際、溶媒に溶解し且つ該当する金属イオンを持つものを使用することも可能である。