KR20220024580A - 열 전도성 실리콘 조성물 - Google Patents
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Abstract
(A) 분자당 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 액체 유기폴리실록산; (B) 5 내지 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제; (C) 0.1 μm 이상 5 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제; 및 (D) 카르바실라트란 유도체를 포함하고, 선택적으로 (E) 분자당 적어도 하나의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기실록산 및/또는 (F) 하이드로실릴화 반응 촉매를 추가로 포함하는 열 전도성 실리콘 조성물이 개시된다. 조성물은 다량의 열 전도성 충전제를 함유하여 높은 열전도도를 나타냄에도 불구하고 탁월한 저장 안정성 및 취급성을 나타낸다.
Description
본 발명은 열 전도성 실리콘 조성물에 관한 것이며, 더 구체적으로는 다량의 열 전도성 충전제를 함유하여 높은 열전도도를 나타냄에도 불구하고 탁월한 저장 안정성 및 취급성을 나타내는 열 전도성 실리콘 조성물에 관한 것이다.
하이드로실릴화 반응에 의해 경화될 수 있는 열 전도성 실리콘 조성물은 탁월한 내열성을 갖는 열 전도성 실리콘 재료를 형성하므로 다양한 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 열 전도성 실리콘 조성물로서, 특허 문헌 1은 유기폴리실록산, 10 μm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 수산화알루미늄 분말, 산화알루미늄 분말, 백금 또는 백금 화합물, 및 경화제를 포함하는 열 전도성 실리콘 고무 조성물을 기술한다.
특허 문헌 2는 0.5 내지 5 μm의 평균 입자 크기를 갖는 수산화알루미늄 분말 및 6 내지 20 μm의 평균 입자 크기를 갖는 수산화알루미늄 분말을 포함하는 1 내지 15 μm의 (혼합 후) 평균 입자 크기를 갖는 수산화알루미늄 분말 혼합물, 유기폴리실록산, 및 0.5 내지 100 μm의 평균 입자 크기를 갖는 산화알루미늄 분말을 포함하는 열 전도성 실리콘 그리스 조성물을 기술한다.
특허 문헌 3은 분자당 적어도 2개의 알케닐 기를 갖는 유기폴리실록산, 분자당 적어도 2개의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기하이드로겐폴리실록산, 70 질량% 이상의 수산화알루미늄 분말로 구성된 열 전도성 충전제, 및 백금계 촉매를 포함하는 열 전도성 실리콘 조성물을 기술한다.
특허 문헌 4는 분자당 적어도 2개의 알케닐 기를 갖는 유기폴리실록산, 분자당 적어도 2개의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기하이드로겐폴리실록산, 25 질량% 이상의 알루미나 및 60 질량% 이상의 수산화알루미늄 분말로 구성된 열 전도성 충전제, 및 백금계 촉매를 포함하는 열 전도성 실리콘 조성물을 기술한다.
그러한 열 전도성 실리콘 조성물은, 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기폴리실록산 및 백금-염기 촉매가 하나의 파트 내에 존재하지 않고, 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기폴리실록산이 백금-염기 촉매와는 상이한 파트에 존재하는 2개의 파트로 제조된다.
그러한 열 전도성 실리콘 조성물의 열전도도를 증가시키기 위해, 조성물 내의 수산화알루미늄의 함량이 증가되어야 한다. 그러나, 이는 실리콘 조성물의 각각의 파트의 저장 안정성 및 취급성의 관점에서 문제를 야기하며, 즉, 수산화알루미늄이 실리콘 조성물로부터 침전되어 케이크가 된다.
한편, 특허 문헌 5는 분자당 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 유기폴리실록산, 양측 분자 사슬 단말에만 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 SiH-작용성 다이오르가노폴리실록산, 분자당 적어도 3개의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기폴리실록산, 카르바실라트란 유도체, 및 백금 촉매를 포함하는 실리콘 고무 조성물을 기술한다.
그러나, 상기의 문헌은 5 내지 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 수산화알루미늄 분말 및 0.1 μm 이상 5 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 수산화알루미늄을 포함하는 열 전도성 실리콘 조성물을 구체적으로 언급하지는 않는다. 또한, 상기의 문헌은 다량의 열 전도성 충전제를 함유하여 높은 열전도도를 나타냄에도 불구하고 탁월한 저장 안정성 및 취급성을 나타내는 열 전도성 실리콘 조성물에 대해서는 관심이 없다.
본 발명의 목적은 다량의 열 전도성 충전제를 함유하여 높은 열전도도를 나타냄에도 불구하고 탁월한 저장 안정성 및 취급성을 나타내는 열 전도성 실리콘 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 열 전도성 실리콘 조성물은
(A) 25℃에서 10 내지 100,000 ㎟/s의 동점도를 갖고 분자당 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 액체 유기폴리실록산 100 질량부;
(B) 5 내지 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 100 내지 500 질량부;
(C) 0.1 μm 이상 5 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 10 내지 100 질량부; 및
(D) 하기 일반식:
(상기 식에서, R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이고, R2는 동일하거나 상이한 수소 원자 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R3은 동일하거나 상이하며 하기 일반식:
-R6-SiR4 a (OR5)(3-a)
-R7-O-R8
로 표시되는 기로부터 선택되고, R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R5는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R6은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 또는 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌옥시알킬렌 기이고, R7은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기이고, R8은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 아실 기이고, "a"는 0, 1 또는 2임)으로 표시되는 카르바실라트란 유도체 0.1 내지 5 질량부를 포함한다.
조성물에서, 성분 (B)는 전형적으로 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택된다.
조성물에서, 성분 (C)는 전형적으로 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택된다.
조성물에서, 성분 (B) 및 성분 (C)는 전형적으로 성분 (A)의 존재 하에 표면 처리제로 표면 처리되고, 이어서 성분 (D)가 성분 (A) 내지 성분 (C)의 혼합물에 첨가된다.
표면 처리제는 전형적으로 헥사메틸다이실라잔, 테트라메틸 다이비닐 다이실라잔, 메틸 트라이메톡시실란, 비닐 트라이메톡시실란 또는 다이클로로 다이메틸실란으로부터 선택된다.
조성물에서, 성분 (D)는 전형적으로 하기 식으로 표시되는 카르바실라트란 유도체이다:
열 전도성 실리콘 조성물은 파트 (I)을 형성하기 위해 (E) 분자당 적어도 하나의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부에 대해 1 내지 30 질량부의 양으로 포함할 수 있고, (G) 25℃에서 1 내지 100 ㎟/s의 동점도를 갖고 알케닐 기 및 규소 원자-결합된 수소 원자가 없는 액체 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부당 1 내지 30 질량부의 양으로 추가로 포함할 수 있다.
열 전도성 실리콘 조성물은 파트 (II)를 형성하기 위해 (F) 촉매량의 하이드로실릴화 반응 촉매를 포함할 수 있고, (G) 25℃에서 1 내지 100 ㎟/s의 동점도를 갖고 알케닐 기 및 규소 원자-결합된 수소 원자가 없는 액체 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부당 1 내지 30 질량부의 양으로 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 경화성 열 전도성 실리콘 조성물은 상기 파트 (I) 및 상기 파트 (II)를 포함하며, 조성물은
(A) 25℃에서 10 내지 100,000 ㎟/s의 동점도를 갖고 분자당 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 액체 유기폴리실록산 100 질량부;
(B) 5 내지 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 100 내지 500 질량부;
(C) 0.1 μm 이상 5 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 10 내지 100 질량부;
(D) 하기 일반식:
(상기 식에서, R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이고, R2는 동일하거나 상이한 수소 원자 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R3은 동일하거나 상이하며 하기 일반식:
-R6-SiR4 a (OR5)(3-a)
-R7-O-R8
로 표시되는 기로부터 선택되고, R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R5는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R6은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 또는 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌옥시알킬렌 기이고, R7은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기이고, R8은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 아실 기이고, "a"는 0, 1 또는 2임)으로 표시되는 카르바실라트란 유도체 0.1 내지 5 질량부;
(E) 분자당 적어도 하나의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기실록산 1 내지 30 질량부; 및
(F) 촉매량의 하이드로실릴화 반응 촉매를 포함한다.
조성물에서, 성분 (B)는 전형적으로 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택된다.
조성물에서, 성분 (C)는 전형적으로 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택된다.
경화성 열 전도성 실리콘 조성물은 (G) 25℃에서 1 내지 100 ㎟/s의 동점도를 갖고 알케닐 기 및 규소 원자-결합된 수소 원자가 없는 액체 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부당 1 내지 30 질량부의 양으로 포함할 수 있다.
본 발명의 열 전도성 실리콘 조성물은 다량의 열 전도성 충전제를 함유하여 높은 열전도도를 나타냄에도 불구하고 탁월한 저장 안정성 및 취급성을 나타낸다.
정의
용어 "포함하는" 또는 "포함하다"는 본 명세서에서 "구비한", "구비하다", "본질적으로 이루어지다(이루어진)" 및 "이루어지다(이루어진)"의 개념을 의미하고 포괄하기 위해 가장 넓은 의미로 사용된다. 예시적인 예를 열거하기 위한 "예를 들어", "예컨대", "~와 같은" 및 "비롯한"의 사용은 단지 열거된 예로만 제한되지 않는다. 따라서, "예를 들어" 또는 "~와 같은"은 "예를 들어, 그러나 이로 한정되지 않는" 또는 "~와 같은, 그러나 이로 한정되지 않는"을 의미하며, 다른 유사하거나 동등한 예를 포괄한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 기기 분석으로 측정되거나 샘플 취급의 결과로서의 수치 값의 작은 변화(minor variation)를 합리적으로 포함하거나 설명하는 역할을 한다. 그러한 작은 변화는 수치 값의 ±(0 내지 25)%, ±(0 내지 10)%, ±(0 내지 5)%, 또는 ±(0 내지 2.5)% 정도일 수 있다. 추가로, 용어 "약"은 값의 범위와 관련될 때 모든 수치 값에 적용된다. 더욱이, 용어 "약"은 심지어 분명하게 언급되지 않는 경우에도 수치 값에 적용될 수 있다.
첨부된 청구범위는 상세한 설명에 기재된 명확하고 특정한 화합물, 조성물 또는 방법에 한정되지 않으며, 이들은 첨부된 청구범위의 범주 내에 속하는 특정 실시 형태들 사이에서 변화될 수 있음이 이해되어야 한다. 다양한 실시 형태의 특정 특징 또는 태양을 기술함에 있어서 본 명세서에서 필요로 하는 임의의 마쿠쉬 군(Markush group)과 관련하여, 상이한, 특별한, 및/또는 예기치 않은 결과가 개별 마쿠쉬 군의 각각의 구성원으로부터 모든 다른 마쿠쉬 구성원들과는 독립적으로 얻어질 수 있음이 이해되어야 한다. 마쿠쉬 군의 각각의 구성원은 개별적으로 및/또는 조합적으로 필요로 하게 될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 내의 구체적인 실시 형태에 대한 적절한 지지를 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 형태를 기술함에 있어서 필요로 하는 임의의 범위 및 하위 범위는 첨부된 청구범위의 범주 내에 독립적으로 그리고 집합적으로 속하고, 모든 범위 - 본 명세서에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도 상기 범위 내의 정수 및/또는 분수 값을 포함함 - 를 기술하고 고려하는 것으로 여겨짐이 이해되어야 한다. 당업자는 열거된 범위 및 하위 범위가 본 발명의 다양한 실시 형태를 충분히 기술하고 가능하게 하며, 그러한 범위 및 하위 범위는 관련된 절반, 1/3, 1/4, 1/5 등으로 추가로 세분될 수 있음을 용이하게 인식한다. 단지 한 예로서, "0.1 내지 0.9의" 범위는 아래쪽의 1/3, 즉 0.1 내지 0.3, 중간의 1/3, 즉 0.4 내지 0.6, 및 위쪽의 1/3, 즉 0.7 내지 0.9로 추가로 세분될 수 있으며, 이는 첨부된 청구범위의 범주 내에 개별적으로 및 집합적으로 속하며, 개별적으로 및/또는 집합적으로 필요로 하게 될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 내의 구체적인 실시 형태에 대한 적절한 지지를 제공할 수 있다. 또한, 범위를 한정하거나 수식하는 언어, 예를 들어 "이상", "초과", "미만", "이하" 등과 관련하여, 그러한 언어는 하위 범위 및/또는 상한 또는 하한을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 다른 예로서, "10 이상"의 범위는 본질적으로 10 이상 내지 35의 하위 범위, 10 이상 내지 25의 하위 범위, 25 내지 35의 하위 범위 등을 포함하며, 각각의 하위 범위는 개별적으로 및/또는 집합적으로 필요로 하게 될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 내의 구체적인 실시 형태에 대한 적절한 지지를 제공한다. 마지막으로, 개시된 범위 내의 개별 수치가 필요로 하게 될 수 있으며, 이는 첨부된 청구범위의 범주 내의 구체적인 실시 형태에 대한 적절한 지지를 제공한다. 예를 들어, "1 내지 9의" 범위는 다양한 개별 정수, 예컨대 3뿐만 아니라 소수점(또는 분수)을 포함하는 개별 수치, 예컨대 4.1을 포함하는데, 이들은 필요로 하게 될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범주 내의 구체적인 실시 형태에 대한 적절한 지지를 제공할 수 있다.
본 발명의 열 전도성 실리콘 조성물을 상세히 설명할 것이다.
성분 (A)는 본 발명의 조성물의 주성분이며, 분자당 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 유기폴리실록산이다. 알케닐 기의 예에는 비닐 기, 알릴 기, 부테닐 기, 펜테닐 기, 헥세닐 기, 헵테닐 기, 옥테닐 기, 노네닐 기, 데세닐 기, 운데세닐 기, 및 도데세닐 기가 포함되며, 이들 중 비닐 기가 바람직하다. 또한, 성분 (A)에서 알케닐 기 이외에 규소 원자에 결합하는 기의 예에는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 예를 들어 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 아이소프로필 기, 부틸 기, 아이소부틸 기, tert-부틸 기, 펜틸 기, 네오펜틸 기, 헥실 기, 사이클로헥실 기, 헵틸 기, 옥틸 기, 노닐 기, 데실 기, 운데실 기, 및 도데실 기; 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 예를 들어 페닐 기, 톨릴 기, 자일릴 기, 및 나프틸 기; 7 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아르알킬 기, 예를 들어 벤질 기, 페네틸 기, 및 페닐프로필 기; 및 이들 기의 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자, 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 치환된 기가 포함된다. 게다가, 성분 (A)에서 규소 원자는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 소량의 하이드록실 기 또는 알콕시 기, 예를 들어 메톡시 기 또는 에톡시 기를 가질 수 있다.
성분 (A)의 분자 구조의 예에는 직쇄 구조, 부분적으로 분지된 직쇄 구조, 분지쇄 구조, 환형 구조 및 3차원 망상(reticular) 구조가 포함된다. 성분 (A)는 이러한 분자 구조를 갖는 1종의 유기폴리실록산일 수 있거나, 또는 이러한 분자 구조를 갖는 2종 이상의 유기폴리실록산의 혼합물일 수 있다.
성분 (A)의 예는 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸폴리실록산, 양측 분자 말단에서 다이메틸비닐실록시 기로 캡핑된 다이메틸폴리실록산, 양측 분자 말단에서 메틸페닐비닐실록시 기로 캡핑된 다이메틸폴리실록산, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸페닐실록산의 공중합체, 양측 분자 말단에서 다이메틸비닐실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸페닐실록산의 공중합체, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸비닐실록산의 공중합체, 양측 분자 말단에서 다이메틸비닐실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸비닐실록산의 공중합체, 양측 분자 말단에서 다이메틸비닐실록시 기로 캡핑된 메틸 (3,3,3-트라이플루오로프로필) 폴리실록산, 양측 분자 말단에서 실라놀 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸비닐실록산의 공중합체, 양측 분자 말단에서 실라놀 기로 캡핑된 다이메틸폴리실록산, 양측 분자 말단에서 실라놀 기로 캡핑된 다이메틸실록산과 메틸페닐실록산의 공중합체, 화학식: CH3SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 및 화학식: (CH3)2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위로 이루어진 유기폴리실록산, 화학식: C6H5SiO3/2로 표시되는 실록산 단위 및 화학식: (CH3)2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위로 이루어진 유기폴리실록산, 화학식: (CH3)3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식: CH3SiO3/2로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식: (CH3)2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위로 이루어진 유기폴리실록산, 화학식: (CH3)3SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식: (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2로 표시되는 실록산 단위, 화학식: CH3SiO3/2로 표시되는 실록산 단위, 및 화학식: (CH3)2SiO2/2로 표시되는 실록산 단위로 이루어진 유기폴리실록산; 및 이들 중 둘 이상의 조합을 포함한다.
또한, 성분 (A)의 25℃에서의 동점도는 약 10 내지 약 100,000 ㎟/s의 범위, 바람직하게는 10 내지 50,000 ㎟/s의 범위, 대안적으로 10 내지 10,000 ㎟/s의 범위, 대안적으로 50 내지 10,000 ㎟/s의 범위이다. 이는 성분 (A)의 동점도가 전술한 범위의 하한 이상일 때, 실리콘 조성물을 경화시켜 얻어지는 실리콘 생성물의 기계적 특성이 개선되고, 성분 (A)의 동점도가 전술한 범위의 상한 이하일 때 실리콘 조성물의 취급성이 개선되기 때문이다.
성분 (B)는 약 5 내지 약 50 μm의 평균 입자 크기, 바람직하게는 약 5 내지 약 40 μm의 평균 입자 크기, 대안적으로 약 5 내지 약 30 μm의 평균 입자 크기, 대안적으로 약 10 내지 약 40 μm의 평균 입자 크기, 대안적으로 약 10 내지 약 20 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제이다. 이는 성분 (B)의 평균 입자 크기가 상기 범위 내에 있을 때 실리콘 조성물의 열 전도성 특성이 개선되기 때문이다.
성분 (B)는 제한되지 않지만, 바람직하게는 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택된다.
성분 (B)의 함량은 성분 (A) 100 질량부에 대해 약 100 내지 약 500 질량부의 범위, 바람직하게는 약 100 내지 약 400 질량부의 범위, 대안적으로 약 100 내지 약 300 질량부의 범위, 대안적으로 약 150 내지 약 300 질량부의 범위, 대안적으로 약 150 내지 약 250 질량부의 범위이다. 이는, 성분 (B)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상일 때 실리콘 조성물의 열 전도성 특성이 개선되고, 성분 (B)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하일 때 경화성 실리콘 조성물의 취급성이 개선되기 때문이다.
성분 (C)는 0.1 μm 이상 약 5 μm 미만의 평균 입자 크기, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 4 μm의 평균 입자 크기, 대안적으로 약 0.1 내지 약 3 μm의 평균 입자 크기, 대안적으로 약 0.5 내지 약 4 μm의 평균 입자 크기, 대안적으로 약 0.5 내지 약 3 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제이다. 이는 성분 (C)의 평균 입자 크기가 상기 범위 내에 있을 때 실리콘 조성물의 열 전도성 특성이 개선되기 때문이다.
성분 (C)는 제한되지 않지만, 바람직하게는 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택된다.
성분 (C)의 함량은 성분 (A) 100 질량부에 대해 약 10 내지 약 100 질량부의 범위, 바람직하게는 약 20 내지 약 100 질량부의 범위, 대안적으로 약 30 내지 약 100 질량부의 범위, 대안적으로 약 40 내지 약 100 질량부의 범위, 대안적으로 약 50 내지 약 100 질량부의 범위이다. 이는, 성분 (C)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상일 때 실리콘 조성물의 열 전도성 특성이 개선되고, 성분 (D)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하일 때 경화성 실리콘 조성물의 취급성이 개선되기 때문이다.
성분 (B) 및 성분 (C)는 전형적으로 성분 (A)의 존재 하에, 바람직하게는 60 내지 250℃에서 가열 하에 또는 100 내지 200℃에서 가열 하에 표면 처리제로 표면 처리된다.
표면 처리제는 제한되지 않지만, 유기다이실라잔, 알케닐 기-함유 알콕시실란, 알킬 기-함유 알콕시실란, 알콕시-작용성 올리고실록산, 환형 폴리오르가노실록산, 하이드록실-작용성 올리고실록산, 유기클로로실란, 또는 이들 중 적어도 2개의 임의의 조합으로 예시된다. 유기다이실라잔은 헥사메틸다이실라잔, 1,3-다이비닐-트라이메틸다이실라잔, 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 알케닐 기-함유 알콕시실란은 비닐 트라이메톡시실란, 메틸비닐 다이메톡시실란, 알릴 트라이메톡시실란, 알릴메틸 다이메톡시실란, 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 알킬 기-함유 알콕시실란은 메틸 트라이메톡시실란, 헥실 트라이메톡시실란, 옥틸 트라이에톡시실란, 데실 트라이메톡시실란, 도데실 트라이메톡시실란, 테트라데실 트라이메톡시실란, 옥타데실 트라이메톡시실란, 옥타데실 트라이에톡시실란, 또는 이들 중 적어도 2개의 임의의 조합일 수 있다. 알콕시-작용성 올리고실록산은 (CH3O)3Si[(OSi(CH3)2]C8H17, (CH3O)3Si[(OSi(CH3)2]10C8H17, (CH3O)3Si[(OSi(CH3)2]C12H25, (CH3O)3Si[(OSi(CH3)2]10C12H25, 또는 이들 중 적어도 2개의 임의의 조합일 수 있다. 하이드록실-작용성 올리고실록산은 다이메틸 실록산 또는 메틸 페닐 실록산일 수 있다. 유기클로로실란은 메틸트라이클로로실란, 다이에틸다이클로로실란, 또는 트라이메틸클로로실란일 수 있다.
표면 처리제의 양은 성분 (B) 및 성분 (C)를 처리하기에 충분한 임의의 양이다. 특정 양은 선택된 특정 처리제 및 처리될 성분 (B) 및 성분 (C)에 대한 미처리 열 전도성 충전제의 표면적 및 양과 같은 요인에 따라 달라질 수 있다. 처리 유효량은 성분 (A) 내지 성분 (C)의 질량을 기준으로 0.01 질량% 내지 20 질량%, 대안적으로 0.1 질량% 내지 15 질량%, 대안적으로 0.5 질량% 내지 5 질량%의 범위일 수 있다.
성분 (D)는 하기 일반식으로 표시되는 카르바실라트란 유도체이다:
상기 식에서, R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이다. 알킬 기는 메틸 기, 에틸 기 및 프로필 기로 예시되지만, 경제적 효율 및 내열성의 관점에서 메틸 기가 바람직하다. 알콕시 기는 메톡시 기, 에톡시 기 및 프로폭시 기로 예시된다.
상기 식에서, R2는 동일하거나 상이한 수소 원자 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다. 알킬 기는 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 및 헥실 기로 예시되지만, 경제적 효율 및 내열성의 관점에서 메틸 기가 바람직하다.
상기 식에서, R3은 동일하거나 상이하며 하기 일반식으로 표시되는 기로부터 선택된다:
-R6-SiR4 a (OR5)(3-a)
-R7-O-R8.
상기 식에서, R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다. 알킬 기는 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 부틸 기, 펜틸 기 및 헥실 기로 예시되지만, 메틸 기가 바람직하다.
상기 식에서, R5는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다. 알킬 기는 메틸 기, 에틸 기 및 프로필 기로 예시된다.
상기 식에서, R6은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기 또는 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌옥시알킬렌 기이다. 알킬렌 기는 에틸렌 기, 프로필렌 기, 부틸렌 기, 펜틸렌 기, 헥실렌 기, 헵틸렌 기 및 옥틸렌 기로 예시되지만, 경제적 효율의 관점에서 에틸렌 기 및 프로필렌 기가 바람직하다. 알킬렌옥시알킬렌 기는 에틸렌옥시에틸렌 기, 프로필렌옥시에틸렌 기, 부틸렌옥시프로필렌 기 및 프로필렌옥시프로필렌 기로 예시되지만, 경제적 효율의 관점에서 에틸렌옥시프로필렌 기 및 프로필렌옥시프로필렌 기가 바람직하다.
상기 식에서, R7은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기이다. 알킬렌 기는 에틸렌 기, 프로필렌 기, 부틸렌 기, 펜틸렌 기, 헥실렌 기, 헵틸렌 기 및 옥틸렌 기로 예시되지만, 경제적 효율의 관점에서 에틸렌 기 및 프로필렌 기가 바람직하다.
상기 식에서, R8은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기, 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 아실 기이다. 알킬 기는 비닐 기, 알릴 기, 부테닐 기, 펜테닐 기 및 헥세닐 기로 예시되지만, 알릴 기가 바람직하다. 아실 기는 아세틸 기, 프로피오닐 기, 아크릴 기, 메타크릴 기, 부티릴 기, 아이소부티릴 기로 예시되지만, 아세틸 기가 바람직하다.
상기 식에서, "a"는 0, 1 또는 2이고, 바람직하게는 0 또는 1이다.
성분 (D)에 대한 카르바실라트란 유도체는 하기 화학식으로 표시되는 화합물로 예시된다:
그러한 카르바실라트란 유도체를 합성하기 위한 방법이 알려져 있다. 일본 특허 제3831481 B2호 및 미국 특허 제8,101,677 B2호의 개시 내용은 카르바실라트란 유도체의 제조를 보여주기 위해 본 명세서에 참고로 포함된다.
성분 (D)의 함량은 성분 (A) 내의 유기폴리실록산 100 중량부에 대해 약 0.1 내지 약 5 질량부의 양, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 3 질량부의 양, 대안적으로 약 0.1 내지 약 2 질량부의 양이다. 이는, 성분 (D)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상일 때 실록산 조성물의 요변성 특성이 개선되고, 성분 (D)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하일 때 실록산 재료의 열 전도성 특성이 개선되기 때문이다.
조성물은 조성물의 경화성을 개선하기 위해 파트 (I)을 형성하도록 (E) 분자당 적어도 하나의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기실록산을 포함할 수 있다. 성분 (E)에서 수소 원자 이외에 규소 원자에 결합하는 기의 예에는, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 예를 들어 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 아이소프로필 기, 부틸 기, 아이소부틸 기, tert-부틸 기, 펜틸 기, 네오펜틸 기, 헥실 기, 사이클로헥실 기, 헵틸 기, 옥틸 기, 노닐 기, 데실 기, 운데실 기, 및 도데실 기; 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 예를 들어 페닐 기, 톨릴 기, 자일릴 기, 및 나프틸 기; 7 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아르알킬 기, 예를 들어 벤질 기, 페네틸 기, 및 페닐프로필 기; 및 이들 기의 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자, 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 치환된 기가 포함된다. 게다가, 성분 (E)에서 규소 원자는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 소량의 하이드록실 기 또는 알콕시 기, 예를 들어 메톡시 기 또는 에톡시 기를 가질 수 있다.
성분 (E)의 분자 구조의 예에는 직쇄, 부분 분지형 직쇄, 분지쇄, 환형, 및 3차원 망상 구조가 포함되며, 분자 구조는 바람직하게는 부분 분지형 직쇄, 분지쇄, 또는 3차원 망상 구조이다.
그러한 성분 (E)의 예에는 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 메틸하이드로겐폴리실록산, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산-메틸하이드로겐실록산 공중합체, 양측 분자 말단에서 다이메틸하이드로겐실록시 기로 캡핑된 다이메틸폴리실록산, 양측 분자 말단에서 다이메틸하이드로겐실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산-메틸하이드로겐실록산 공중합체, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 메틸하이드로겐실록산-다이페닐실록산 공중합체, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 메틸하이드로겐실록산-다이페닐실록산-다이메틸실록산 공중합체, (CH3)2HSiO1/2 단위 및 SiO4/2 단위로 이루어진 공중합체, (CH3)2HSiO1/2 단위, SiO4/2 단위 및 (C6H5)SiO3/2 단위로 이루어진 공중합체, 및 이들의 2종 이상의 혼합물이 포함된다.
성분 (E)의 함량은 성분 (A) 100 질량부에 대해 1 내지 30 질량부의 범위, 바람직하게는 1 내지 25 질량부의 범위, 대안적으로 1 내지 20 질량부의 범위, 대안적으로 5 내지 25 질량부의 범위이다. 이는, 성분 (E)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하일 때 실리콘 재료의 기계적 특성이 우수한 한편, 성분 (E)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상일 때 조성물의 경화성이 우수하기 때문이다.
조성물은 본 조성물의 경화를 가속하기 위해 파트 (II)를 형성하도록 (F) 하이드로실릴화 촉매를 포함할 수 있다. 성분 (F)의 예에는 백금족 원소 촉매 및 백금족 원소 화합물 촉매가 포함되며, 구체적인 예에는 백금계 촉매, 로듐계 촉매, 팔라듐계 촉매, 및 이들의 2종 이상의 조합이 포함된다. 특히, 본 조성물의 경화가 극적으로 가속될 수 있다는 점에서 백금계 촉매가 바람직하다. 이들 백금계 촉매의 예에는 미분화된 백금; 백금흑; 염화백금산, 알코올-개질된 염화백금산; 염화백금산/다이올레핀 착물; 백금/올레핀 착물; 백금/카르보닐 착물, 예를 들어 백금 비스(아세토아세테이트), 및 백금 비스(아세틸아세토네이트); 염화백금산/알케닐실록산 착물, 예를 들어, 염화백금산/다이비닐테트라메틸 다이실록산 착물, 및 염화백금산/테트라비닐 테트라메틸 사이클로테트라실록산 착물; 백금/알케닐실록산 착물, 예를 들어 백금/다이비닐테트라메틸 다이실록산 착물, 및 백금/테트라비닐 테트라메틸 사이클로테트라실록산 착물; 염화백금산과 아세틸렌 알코올의 착물; 및 이들의 2종 이상의 혼합물이 포함된다. 특히, 본 조성물의 경화가 가속될 수 있다는 점에서 백금-알케닐실록산 착물이 바람직하다.
백금-알케닐실록산 착물에 사용되는 알케닐실록산의 예에는 1,3-다이비닐-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐사이클로테트라실록산, 알케닐실록산 올리고머(이들 알케닐실록산의 메틸 기 중 일부가 에틸 기, 페닐 기 등으로 치환됨), 및 알케닐실록산 올리고머(이들 알케닐실록산의 비닐 기가 알릴 기, 헥세닐 기 등으로 치환됨)가 포함된다. 특히, 생성되는 백금-알케닐실록산 착물의 안정성이 양호하다는 점에서 1,3-다이비닐-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산이 바람직하다.
백금-알케닐실록산 착물의 안정성을 향상시키기 위하여, 이들 백금-알케닐실록산 착물을 알케닐실록산 올리고머, 예를 들어 1,3-다이비닐-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산, 1,3-다이알릴-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산, 1,3-다이비닐-1,3-다이메틸-1,3-다이페닐다이실록산, 1,3-다이비닐-1,1,3,3-테트라페닐다이실록산, 또는 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐사이클로테트라실록산 또는 유기실록산 올리고머, 예를 들어 다이메틸실록산 올리고머에 용해시키는 것이 바람직하며, 상기 착물을 알케닐실록산 올리고머에 용해시키는 것이 특히 바람직하다.
성분 (F)의 함량은 본 조성물의 경화를 가속하기 위한 촉매량이지만, 바람직하게는 본 조성물에 대한 질량 단위로 이 성분 중 약 0.01 내지 약 1,000 ppm의 백금족 금속의 양이다. 구체적으로, 이 함량은 바람직하게는 본 조성물에 대한 질량 단위로 성분 (F) 내에 백금족 금속의 함량이 약 0.01 내지 약 500 ppm의 범위, 대안적으로 약 0.1 내지 100 ppm의 범위가 되는 양이다. 이는, 성분 (F)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상일 때 조성물의 경화성이 우수한 한편, 성분 (F)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하일 때 경화물의 착색이 억제되기 때문이다.
본 조성물은 (G) 분자 내에 알케닐 기 및 규소 원자-결합된 수소 원자가 없는 유기실록산을 포함할 수 있다. 성분 (G)에서 규소 원자에 결합하는 기의 예에는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 예를 들어 메틸 기, 에틸 기, 프로필 기, 아이소프로필 기, 부틸 기, 아이소부틸 기, tert-부틸 기, 펜틸 기, 네오펜틸 기, 헥실 기, 사이클로헥실 기, 헵틸 기, 옥틸 기, 노닐 기, 데실 기, 운데실 기, 및 도데실 기; 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아릴 기, 예를 들어 페닐 기, 톨릴 기, 자일릴 기, 및 나프틸 기; 7 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 아르알킬 기, 예를 들어 벤질 기, 페네틸 기, 및 페닐프로필 기; 및 이들 기의 수소 원자 중 일부 또는 전부가 불소 원자, 염소 원자, 또는 브롬 원자와 같은 할로겐 원자로 치환된 기가 포함된다. 게다가, 성분 (G)에서 규소 원자는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 소량의 하이드록실 기 또는 알콕시 기, 예를 들어 메톡시 기 또는 에톡시 기를 가질 수 있다.
성분 (G)의 분자 구조의 예에는 직쇄, 부분 분지형 직쇄, 분지쇄, 환형, 및 3차원 망상 구조가 포함되며, 분자 구조는 바람직하게는 부분 분지형 직쇄, 분지쇄, 또는 3차원 망상 구조이다.
그러한 성분 (G)의 예에는 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산, 양측 분자 말단에서 다이메틸하이드록시실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 메틸페닐실록산, 양측 분자 말단에서 트라이메틸실록시 기로 캡핑된 다이메틸실록산-메틸페닐실록산 공중합체, 및 이들의 2종 이상의 혼합물이 포함된다.
성분 (G)의 함량은 제한되지 않지만, 성분 (A) 100 질량부에 대해 바람직하게는 약 1 내지 약 100 질량부, 대안적으로 약 5 내지 약 100 질량부, 대안적으로 약 1 내지 약 50 질량부의 양이다. 이는, 성분 (G)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상이면 조성물의 점도가 감소될 수 있고, 성분 (H)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하이면 실리콘 재료의 기계적 특성이 개선되기 때문이다.
본 조성물은, 주위 온도에서의 가용 시간을 연장시키고 저장 안정성을 개선하기 위해, (H) 하이드로실릴화 반응 억제제를 포함할 수 있다. 성분 (H)의 예에는 아세틸렌 알코올, 예컨대 1-에티닐-사이클로헥산-1-올, 2-메틸-3-부틴-2-올, 2-페닐-3-부틴-2-올, 2-에티닐-아이소프로판-2-올, 2-에티닐-부탄-2-올 및 3,5-다이메틸-1-헥신-3-올; 실릴화 아세틸렌 알코올, 예컨대 트라이메틸 (3,5-다이메틸-1-헥신-3-옥시) 실란, 다이메틸 비스(3-메틸-1-부틴-옥시) 실란, 메틸비닐 비스(3-메틸-1-부틴-3-옥시) 실란 및 ((1,1-다이메틸-2-프로피닐)옥시)트라이메틸실란; 불포화 카르복실산 에스테르, 예컨대 다이알릴 말레에이트, 다이메틸 말레에이트, 다이에틸 푸마레이트, 다이알릴 푸마레이트 및 비스(2-메톡시-1-메틸에틸) 말레에이트, 모노-옥틸말레에이트, 모노-아이소옥틸말레에이트, 모노-알릴 말레에이트, 모노-메틸 말레에이트, 모노-에틸 푸마레이트, 모노-알릴 푸마레이트 및 2-메톡시-1-메틸에틸말레에이트; 엔-인 화합물, 예컨대 2-아이소부틸-1-부텐-3-인, 3,5-다이메틸-3-헥센-1-인, 3-메틸-3-펜텐-1-인, 3-메틸-3-헥센-1-인, 1-에티닐 사이클로헥센, 3-에틸-3-부텐-1-인 및 3-페닐-3-부텐-1-인; 및 이들의 2종 이상의 혼합물이 포함된다.
성분 (H)의 함량은 본 조성물에 대한 질량 단위로 이 성분 중 0.1 내지 10, 000 ppm의 양이다. 구체적으로, 이 함량은 본 조성물에 대한 질량 단위로 이 성분 중 바람직하게는 약 1 내지 약 5,000 ppm의 양, 대안적으로 약 10 내지 약 500 ppm의 양이다. 이는, 성분 (H)의 함량이 전술한 범위의 하한 이상일 때 본 조성물의 저장 안정성이 우수한 한편, 성분 (H)의 함량이 전술한 범위의 상한 이하일 때 본 조성물의 저온에서의 경화성이 우수하기 때문이다.
본 조성물은 보강 및/또는 비보강 충전제를 포함할 수 있다. 충전제의 예에는 미분된 처리 또는 미처리 침강 또는 건식 실리카; 침강 또는 중질 탄산칼슘, 탄산아연; 점토, 예를 들어 미분된 카올린; 석영 분말; 규산지르코늄; 규조토; 규회석; 엽랍석; 및 금속 산화물, 예를 들어 건식 또는 침강 이산화티타늄, 산화세륨, 산화마그네슘 분말, 산화아연, 및 산화철 중 하나 이상이 포함된다. 충전제에는 또한 유리 섬유; 활석; 알루미나이트; 황산칼슘(경석고); 석고; 황산칼슘; 탄산마그네슘; 수산화마그네슘(수활석); 흑연; 황산바륨의 형태인 중정석; 탄산구리, 예를 들어, 공작석; 탄산니켈, 예를 들어 자라카이트(zarachite); 탄산바륨, 예를 들어, 위더라이트(witherite); 탄산스트론튬, 예를 들어, 스트론티아나이트(strontianite), 또는 유사한 무기 충전제가 포함된다.
보강 및/또는 비보강 충전제의 함량은 제한되지 않지만, 성분 (A) 100 질량부에 대해 바람직하게는 약 1 내지 약 200 질량부, 대안적으로 약 5 내지 약 150 질량부, 대안적으로 약 10 내지 약 150 질량부의 양이다. 이는, 보강 및/또는 비보강 충전제의 함량이 전술한 범위의 하한 이상이면 실리콘 재료의 내열성 및 기계적 특성이 개선될 수 있고, 보강 및/또는 비보강 충전제의 함량이 전술한 범위의 상한 이하이면 조성물의 점도가 감소될 수 있기 때문이다.
본 발명의 열 전도성 실리콘 조성물은 주위 온도에서 모든 성분들을 조합함으로써 제조될 수 있다. 종래 기술에 기재된 임의의 혼합 기술 및 장치가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 사용되는 특정 장치는 최종 조성물 및 성분들의 점도에 의해 결정될 것이다. 조기 경화를 피하기 위하여, 혼합 동안 성분들을 냉각시키는 것이 바람직할 수 있다.
실시예
실시예 및 비교예를 사용하여 본 발명의 열 전도성 실리콘 조성물을 이하에서 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 하기에 열거된 실시예의 설명에 의해 제한되지는 않는다.
<점도>
브룩필드 싱크로-렉트릭(Brookfield Synchro-lectric) 점도계와 같은 회전 점도계를 사용하여 점도를 측정하였다. 실질적으로 모든 측정된 재료는 사실상 비-뉴턴성(non-Newtonian)이기 때문에, 상이한 스핀들 또는 속도를 사용하여 얻어지는 결과들 사이에는 어떠한 상관관계도 예상되어서는 안 된다. 결과는 일반적으로 센티푸아즈 단위로 보고된다. 이 방법은 ASTM D 1084: HBDV-III, NO. 3 SPINDLE, AT 100 RPM에 기초한다.
<쇼어 A 경도>
경화성 열 전도성 실리콘 조성물을 공기 순환 오븐 내에서 120℃에서 1시간 동안 열 경화시킴으로써 경화된 실리콘 재료를 얻었다. 경화된 실리콘 재료를 듀로미터 측정을 위해 두께가 6 mm 이상이 되도록 적층하였다. 25℃에서의 경화된 실리콘 재료의 쇼어 A 경도를 시험 방법[ASTM D2240-05(2010)(고무 특성 듀로미터 경도에 대한 표준 시험 방법(Standard Test Method for Rubber Property Durometer Hardness))]에 따라 결정하였다.
<접착력>
접착력은 중첩 전단 라미네이트를 분리하는 데 필요한 당김(pull)의 양을 측정함으로써 결정한다. 시험 방법[ASTM 1002: Add Mix A & B(1:1) and degas by using vacuum]에 따라 25℃에서의 경화된 실리콘 재료의 접착력을 결정하였다. 8개의 중첩 전단 Al 패널(앨클래드(Alclad) 2024T3, 1 인치 x 3 인치(2.5 cm x 7.6 cm) 및 알려진 두께, 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 큐 패널 컴퍼니(Q Panel Company))을 세정한다. IPA를 사용하여, 4개의 패널을 주형의 하부 수준에 놓고, 혼합된 샘플을 각각의 패널에 적용하고, 규정된 갭(0.9 mm)을 제공하도록 각각의 패널 위에 제2 패널을 직접 놓은 다음, 120℃ 오븐에 1시간 동안 넣는다. 샘플이 경화된 후(접합 면적이 10 mm*25.4 mm임) 샘플을 꺼내고 시험 샘플의 가장자리로부터 임의의 여분의 재료를 트리밍한 다음, 인스트론(Instron) 장비로 시험한다. 결과를 제곱인치당 파운드 단위로 보고한다. 접착 파괴 또는 응집 파괴의 양을 추정한다.
<침전 확인(Settle check)>
제시된 재료에 대한 침전 확인은 표준 방법이 아니다. 절차는 하기와 같이 설명될 수 있다: 5 ㎏ 재료를 5 L 페일(pail)에 넣고, 용기를 일정 기간(1M/3M…) 동안 RT에서 유지한 다음, 각각의 계획된 시점에 재료 침전을 확인한다. 침전 확인을 위해, 자(ruler)를 사용하여 용기 안의 재료에 담그고, 그 자가 경질 재료 층에 닿았을 때 멈추고, 자의 표시(H1)를 연질 재료 높이로서 읽는다. 제2 단계는 자를 페일 바닥까지 완전히 담가서 전체 재료 층 높이(H2)를 얻는 것이다. 하드-케이킹(hard-caking) 침전 층은 H = H2 - H1로서 달성될 수 있다.
실시예 및 비교예에서 하기 성분들을 사용하여 열 전도성 실리콘 조성물을 제조하였다.
성분 (a-1): 약 450 ㎟/s의 점도를 갖고 양측 분자 사슬 말단에서 다이메틸비닐실록시 기로 말단 블로킹된 다이메틸폴리실록산.
성분 (a-2): 약 70 ㎟/s의 동점도를 갖고 양측 분자 사슬 말단에서 다이메틸비닐실록시 기로 말단 블로킹된 다이메틸폴리실록산.
성분 (b-1): 약 15 μm의 평균 입자 직경을 갖는 수산화알루미늄 분말
성분 (c-1): 약 1 μm의 평균 입자 직경을 갖는 수산화알루미늄 분말
성분 (d-1): 하기 화학식으로 표시되는 카르바실라트란 유도체:
성분 (e-1): 약 7 ㎟/s의 동점도를 갖고 양측 분자 사슬 말단에서 트라이메틸실록시 기로 말단 블로킹된 다이메틸실록산 메틸하이드로겐실록산 코-올리고머.
성분 (e-2): 약 65 ㎟/s의 동점도를 갖고 양측 분자 사슬 말단에서 다이메틸하이드로겐실록시 기로 말단 블로킹된 다이메틸폴리실록산.
성분 (f-1): 1,3-다이에테닐-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산 용액 중 1,3-다이에테닐-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산과의 백금 착물(백금 함량 = 0.1 질량%).
성분 (g-1): 1,1,1,3,3,5,5,7,7,7-데카메틸테트라실록산
메틸트라이메톡시실란
3-아크릴옥시프로필 트라이메톡시실란
1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐테트라사이클로실록산
[실시예 1]
1185 질량부의 성분 (a-1), 1610 질량부의 성분 (a-2) 및 119 질량부의 메틸 트라이메톡시실란을 실온에서 혼합기에서 조합하였다. 다음으로, 2489 질량부의 성분 (c-1)을 혼합물과 10분 동안 조합하였다. 다음으로, 총 5808 질량부의 성분 (b-1)을 3회에 나누어 혼합물과 80분 동안 조합하였다. 다음으로, 혼합물을 혼합하고, 질소 가스 분위기에서 실온으로부터 120℃까지 가열한 다음, 감압 하에서 120℃에서 1시간 동안 혼합하였다. 다음으로, 혼합물을 감압 하에서 40℃까지 냉각시켰다. 마지막으로, 742 질량부의 성분 (a-2), 23.7 질량 부피의 성분 (d-1), 24.65 질량부의 성분 (f-1), 및 300 질량부의 성분 (g-1)을 20분 동안 조합하여 열 전도성 실리콘 조성물 (1)을 생성하였다. 열 전도성 실리콘 조성물 (1)의 특징을 결정하였고 그 결과를 표 1에 열거하였다.
[실시예 2]
1950 질량부의 성분 (a-1), 464 질량부의 성분 (a-2) 및 59 질량부의 메틸 트라이메톡시실란을 실온에서 혼합기에서 조합하였다. 다음으로, 2497 질량부의 성분 (c-1)을 혼합물과 10분 동안 조합하였다. 다음으로, 총 5827 질량부의 성분 (b-1)을 3회에 나누어 혼합물과 80분 동안 조합하였다. 다음으로, 혼합물을 혼합하고, 질소 가스 분위기에서 실온으로부터 120℃까지 가열한 다음, 감압 하에서 120℃에서 1시간 동안 혼합하였다. 다음으로, 혼합물을 감압 하에서 40℃까지 냉각시켰다. 마지막으로, 24 질량부의 성분 (d-1), 308 질량부의 성분 (e-1), 768.3 질량부의 성분 (e-2), 300 질량부의 성분 (g-1), 30 질량부의 메틸 트라이메톡시실란, 36 질량부의 3-아크릴옥시프로필 트라이메톡시실란, 및 6.5 질량부의 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐테트라사이클로실록산을 20분 동안 조합하여 열 전도성 실리콘 조성물 (2)를 생성하였다. 열 전도성 실리콘 조성물 (2)의 특징을 결정하였고 그 결과를 표 1에 열거하였다.
에이징 전 및 후에 열 전도성 실리콘 조성물 (1) 및 열 전도성 실리콘 조성물 (2)를 1:1의 질량비로 혼합하여 경화성 열 전도성 실리콘 조성물을 제조하였다. 경화성 열 전도성 실리콘 조성물의 실리콘 재료의 특징을 결정하였고 그 결과를 표 1에 열거하였다.
[비교예 1]
성분 (d-1)을 첨가하지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 열 전도성 실리콘 조성물 (3)을 제조하였다. 열 전도성 실리콘 조성물 (3)의 특징을 결정하였고 그 결과를 표 1에 열거하였다.
[비교예 2]
성분 (d-1)을 첨가하지 않은 점을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방식으로 열 전도성 실리콘 조성물 (4)를 제조하였다. 열 전도성 실리콘 조성물 (4)의 특징을 결정하였고 그 결과를 표 1에 열거하였다.
에이징 전 및 후에 열 전도성 실리콘 조성물 (3) 및 열 전도성 실리콘 조성물 (4)를 1:1의 질량비로 혼합하여 경화성 열 전도성 실리콘 조성물을 제조하였다. 경화성 열 전도성 실리콘 조성물의 실리콘 재료의 특징을 결정하였고 그 결과를 표 1에 열거하였다.
[표 1]
본 발명의 열 전도성 실리콘 조성물은 다량의 열 전도성 충전제를 함유하여 높은 열전도도를 나타냄에도 불구하고 탁월한 저장 안정성 및 취급성을 나타낸다. 따라서, 열 전도성 실리콘 조성물은 전기/전자 장치를 위한 열 전도성 재료에서 유용하다.
Claims (13)
- (A) 25℃에서 10 내지 100,000 ㎟/s의 동점도를 갖고 분자당 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 액체 유기폴리실록산 100 질량부;
(B) 5 내지 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 100 내지 500 질량부;
(C) 0.1 μm 이상 5 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 10 내지 100 질량부; 및
(D) 하기 일반식:
(상기 식에서, R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이고, R2는 동일하거나 상이한 수소 원자 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R3은 동일하거나 상이하며 하기 일반식:
-R6-SiR4 a (OR5)(3-a)
-R7-O-R8
로 표시되는 기로부터 선택되고, R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R5는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R6은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 또는 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌옥시알킬렌 기이고, R7은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기이고, R8은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 아실 기이고, "a"는 0, 1 또는 2임)으로 표시되는 카르바실라트란 유도체 0.1 내지 5 질량부를 포함하는, 열 전도성 실리콘 조성물. - 제1항에 있어서, 성분 (B)는 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택되는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제1항에 있어서, 성분 (C)는 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택되는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제1항에 있어서, 성분 (B) 및 성분 (C)는 성분 (A)의 존재 하에 표면 처리제로 표면 처리되고, 이어서 성분 (D)가 성분 (A) 내지 성분 (C)의 혼합물에 첨가되는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 표면 처리제는 헥사메틸다이실라잔, 테트라메틸 다이비닐 다이실라잔, 메틸 트라이메톡시실란, 비닐 트라이메톡시실란 또는 다이클로로 다이메틸실란으로부터 선택되는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제1항에 있어서, 성분 (D)는 하기 화학식으로 표시되는 카르바실라트란 유도체인, 열 전도성 실리콘 조성물:
- 제1항에 있어서, 파트 (I)을 형성하기 위해 (E) 분자당 적어도 하나의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부에 대해 1 내지 30 질량부의 양으로 추가로 포함하는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제1항에 있어서, 파트 (II)를 형성하기 위해 (F) 촉매량의 하이드로실릴화 반응 촉매를 추가로 포함하는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, (G) 25℃에서 1 내지 100 ㎟/s의 동점도를 갖고 알케닐 기 및 규소 원자-결합된 수소 원자가 없는 액체 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부당 1 내지 30 질량부의 양으로 추가로 포함하는, 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제7항에 따른 파트 (I) 및 제8항에 따른 파트 (II)를 포함하는 경화성 열 전도성 실리콘 조성물로서,
(A) 25℃에서 10 내지 100,000 ㎟/s의 동점도를 갖고 분자당 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 적어도 2개의 규소 원자-결합된 알케닐 기를 갖는 액체 유기폴리실록산 100 질량부;
(B) 5 내지 50 μm의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 100 내지 500 질량부;
(C) 0.1 μm 이상 5 μm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 열 전도성 충전제 10 내지 100 질량부;
(D) 하기 일반식:
(상기 식에서, R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 또는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기이고, R2는 동일하거나 상이한 수소 원자 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R3은 동일하거나 상이하며 하기 일반식:
-R6-SiR4 a (OR5)(3-a)
-R7-O-R8
로 표시되는 기로부터 선택되고, R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R5는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R6은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 또는 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌옥시알킬렌 기이고, R7은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기이고, R8은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 기 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 아실 기이고, "a"는 0, 1 또는 2임)으로 표시되는 카르바실라트란 유도체 0.1 내지 5 질량부;
(E) 분자당 적어도 하나의 규소 원자-결합된 수소 원자를 갖는 유기실록산 1 내지 30 질량부; 및
(F) 촉매량의 하이드로실릴화 반응 촉매를 포함하는, 경화성 열 전도성 실리콘 조성물. - 제10항에 있어서, (G) 25℃에서 1 내지 100 ㎟/s의 동점도를 갖고 알케닐 기 및 규소 원자-결합된 수소 원자가 없는 액체 유기실록산을 성분 (A) 100 질량부당 1 내지 30 질량부의 양으로 추가로 포함하는, 경화성 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제10항에 있어서, 성분 (B)는 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택되는, 경화성 열 전도성 실리콘 조성물.
- 제10항에 있어서, 성분 (C)는 수산화알루미늄, 산화알루미늄 또는 산화아연으로부터 선택되는, 경화성 열 전도성 실리콘 조성물.
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