散熱性涂料組合物和散熱性涂膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供液態(tài)或糊狀的散熱性涂料組合物以及將該散熱性涂料組合物涂布于發(fā)熱性物品后進行加熱固化而得到的散熱性涂膜，所述散熱性涂料組合物是適用于發(fā)熱性物品的散熱性涂料組合物，該散熱性涂料組合物的特征在于，其含有紅外線吸收性粘結(jié)劑樹脂(A)、紅外線吸收性無機顆粒(B)和有機溶劑，對于(A)成分和(B)成分的比例而言，基于兩種成分的合計為100體積％，(A)成分為10～70體積％以及(B)成分為90～30體積％，并且滿足權(quán)利要求1中所規(guī)定的條件1、2和3。
【專利說明】散熱性涂料組合物和散熱性涂膜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及散熱性涂料組合物和由該組合物得到的散熱性涂膜。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，電氣設(shè)備、電子設(shè)備、光學(xué)設(shè)備等產(chǎn)品向高性能化、小型化、便攜化發(fā)展， 這種情況下，產(chǎn)品內(nèi)部的發(fā)熱量趨于增大。例如家電產(chǎn)品的情況下，隨著印刷布線基板的高 密度安裝化、微處理器的高速化，單位部件單元的耗電量顯著增大，發(fā)熱量也相應(yīng)地增加。 因此，自然而然地需要針對像這些產(chǎn)品這樣的發(fā)熱性物品的散熱解決方案。
[0003] 此處的散熱解決方案是指如下方法：通過組合熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射這樣的傳熱 方法，用于使熱能從產(chǎn)品內(nèi)部的熱源（高溫范圍）向外界（低溫范圍）輸送、釋放。
[0004] 現(xiàn)有的散熱解決方案主要著眼于熱傳導(dǎo)和對流，例如采用了如下方法：使來自熱 源的熱能傳導(dǎo)至由鋁、銅制作的散熱板的內(nèi)部，使傳遞至其表面的熱能與冷卻風(fēng)扇等進行 強制對流。但是，由于產(chǎn)品的高性能化、小型化，導(dǎo)致在產(chǎn)品內(nèi)部難以確保設(shè)置物理性散熱 單元（散熱板、冷卻風(fēng)扇等）的空間。另外，隨著產(chǎn)品的小型化、致密化，為了避免微細的異 物、塵垢的影響而傾向于采用完全密閉型的殼體（外殼），但這種情況下也不能期待對流所 帶來的散熱效果。除此以外，從其美觀性、經(jīng)濟性的觀點出發(fā)，多數(shù)情況下散熱板或冷卻風(fēng) 扇的尺寸、形態(tài)受到限制。
[0005] 因此，從熱輻射的觀點出發(fā)，迄今為止提出了多種散熱性涂料的方案。此處的散熱 性涂料是指通常在具有與基材的密合性的粘結(jié)劑樹脂中混配可吸收、輻射熱能的無機顆粒 而成的物質(zhì)，能夠大面積化，對發(fā)熱性物品（被散熱物品）的形狀沒有限制，而且易于施工， 因此一直被廣泛應(yīng)用在電氣設(shè)備、電子設(shè)備、光學(xué)設(shè)備等中。
[0006] 然而，對于現(xiàn)有的散熱性涂料而言，為了在整個波段或盡量寬廣的波段輻射熱能， 多數(shù)情況按照使涂膜的積分輻射率接近黑體的輻射率（=1)的方式進行設(shè)計。例如，在專 利文獻1中，作為在紅外線整個波段表現(xiàn)出接近黑體的紅外線散熱效率的涂料，公開了混 配有將波段相互不同的3種以上的過渡元素氧化物的粉末進行混合燒結(jié)、破碎而成的顆粒 的散熱性涂料組合物。但是，理論上從發(fā)熱性物品輻射的紅外線（電磁波）并不是在全波 長均放出恒定量的能量，其具有依賴于波長的能量密度分布，而該波長由溫度所確定，并且 在紅外線全波長表現(xiàn)出接近黑體的紅外線輻射效率的散熱性涂料也可吸收來自外界的電 磁波，因此并不適合只在特定的溫度范圍實施散熱解決方案即可的產(chǎn)品。
[0007] 因此，例如在專利文獻2中，作為在家電產(chǎn)品等的殼體、散熱板等中所要求的在 150°C左右以下的溫度范圍中能夠提高熱輻射性的涂料，提出了在各種粘結(jié)劑樹脂中混配 作為至少在波長6 ii m處熱輻射率為60%以上的顏料的炭黑和作為在波長12 ii m處熱輻射 率為60%以上的顏料的二氧化鈦而成的散熱性涂料組合物。該涂料著眼于家電產(chǎn)品等的殼 體、散熱板依照所謂的普朗克分布律產(chǎn)生在波長為8?10 y m的程度的范圍具有輻射能量 密度峰值的熱（電磁波），其是將互補該波長范圍內(nèi)的輻射特性的兩種顏料組合而成的涂 料。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開昭61-64765號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特開2002-226783號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的問題
[0013] 本發(fā)明的目的在于，作為針對各種發(fā)熱性物品的散熱解決方案，提供能夠形成在 該物品所發(fā)熱的特定熱能波段中具有高散熱效率的涂膜的涂料組合物以及由該組合物得 到的散熱性涂膜。
[0014] 用于解決問題的手段
[0015] 如上所述，對于現(xiàn)有公知的散熱性涂料而言，均只著眼于在涂料中混配的無機顆 粒吸收并輻射紅外線的波段，關(guān)于與它們組合的粘結(jié)劑樹脂的紅外線吸收特性和紅外線輻 射特性對無機顆粒的紅外線吸收特性和紅外線輻射特性有何種影響沒有進行研究。
[0016] 在此，無機顆粒的紅外線吸收光譜和粘結(jié)劑樹脂的紅外線吸收光譜大范圍相互重 疊時，即使無機顆粒吸收并輻射來自熱源的輻射能量，但其輻射能量也會被粘結(jié)劑樹脂再 吸收，因此涂膜整體的散熱效率顯著降低。這種現(xiàn)象可以通過與輻射能量相關(guān)的所謂的基 爾霍夫定律來說明，即容易放出某一頻率的電磁波（換而言之，某一波長的紅外線）的物質(zhì) 容易吸收相同頻率的電磁波。
[0017] 本發(fā)明人著眼于與無機顆粒和粘結(jié)劑樹脂之間的熱交換相關(guān)的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)選擇各 自紅外線吸收光譜在與需要散熱解決方案的溫度范圍相對應(yīng)的特定熱能波段中以一定限 度相重疊的粘結(jié)劑樹脂和無機顆粒的組合，由此能夠得到可提供在作為目標的特定溫度范 圍具有高散熱效率的涂膜的涂料組合物。
[0018] 本發(fā)明人基于上述全新見解，進一步進行了各種研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。即本發(fā) 明提供如下所示的散熱性涂料組合物和散熱性涂膜。
[0019] 1. 一種液態(tài)或糊狀的散熱性涂料組合物，其是適用于發(fā)熱性物品的散熱性涂料組 合物，該散熱性涂料組合物的特征在于，其含有紅外線吸收性粘結(jié)劑樹脂（A)、紅外線吸收 性無機顆粒（B)和有機溶劑，對于（A)成分和（B)成分的比例而言，基于兩種成分的合計為 100體積％，（A)成分為10?70體積％以及⑶成分為90?30體積％，并且滿足下述條 件1、2和3。
[0020] 條件I : (A)成分和⑶成分均吸收從上述發(fā)熱性物品輻射的波段入s彡X彡入1 的紅外線。
[0021] 條件2 : (A)成分的紅外吸收光譜和（B)成分的紅外線吸收光譜按照滿足下述數(shù)學(xué) 式⑴的條件互補。
[0022] [數(shù) 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種液態(tài)或糊狀的散熱性涂料組合物，其是適用于發(fā)熱性物品的散熱性涂料組合 物，該散熱性涂料組合物的特征在于，其含有紅外線吸收性粘結(jié)劑樹脂（A)、紅外線吸收性 無機顆粒（B)和有機溶劑，對于（A)成分和（B)成分的比例而言，基于兩種成分的合計為 100體積％，㈧成分為10?70體積％以及⑶成分為90?30體積％，并且滿足下述條 件1、2和3， 條件1 :㈧成分和⑶成分均吸收從所述發(fā)熱性物品輻射的波段λ s彡λ彡λ i的紅 外線； 條件2 : (A)成分的紅外吸收光譜和（B)成分的紅外線吸收光譜按照滿足下述數(shù)學(xué)式 (1)的條件互補， [數(shù)1] OLimi 〇 - I ~ - 3-6 Cl) FWHM(ftf+FWHM(ir OLlfrei 數(shù)學(xué)式⑴中，F(xiàn)WHM00表示㈧成分的紅外線吸收光譜中出現(xiàn)在所述波段 λ s彡λ彡λ i的吸收峰的半峰全寬（μ m)，F(xiàn)WHM(B)表示⑶成分的紅外線吸收光譜中出現(xiàn) 在所述波段λ s < λ < λ i的吸收峰的半峰全寬（μ m)，0L(A_B)表示所述波段λ s < λ彡λ 1 中的FWHM00與FWHM(B)的重疊部分的寬度（ym); 條件3:所述波段λ彡A1是以下述數(shù)學(xué)式（2)表示的黑體輻射的能量密度分 布式中符合下述情況的波段：將作為由所述發(fā)熱性物品的溫度所決定的理論值的熱輻射通 量能量密度最大值記為qAp時，從所述發(fā)熱性物品輻射的屬于紅外線的電磁波的能量密度 達到理論上q Ap的90%以上的值（cu >0.9qAp)，其中，所述λ p是使能量密度達到最大值 的波長， [數(shù)2] q = - --7~~ (2) A Kj expb/AT-l 數(shù)學(xué)式（2)中，qA表示熱輻射通量的能量密度，λ表示從所述發(fā)熱性物品輻射的電磁 波的波長（μπι)，T表示所述發(fā)熱性物品的溫度（K)，a表示常數(shù)3.741Χ1014, b表示常數(shù) 1. 349 XKT2。
2. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分由選自由無機顆粒（BI)、無 機顆粒（B2)、無機顆粒（B3)、……和無機顆粒（Bn) (η表示整數(shù)）組成的組中的兩種以上 的顆粒構(gòu)成，并且滿足下述條件4， 條件4:兩種以上的（B)成分的各紅外線吸收光譜彼此按照滿足下述數(shù)學(xué)式（3)的條 件的方式互補， [數(shù)3] Σ OL|_| ΤΙ：：：：：：：................................::-一 =i〇.6 (3) Σ FWHM__Z 0[_ 數(shù)學(xué)式⑶中，F(xiàn)WHM(Bn)表示（Bn)成分的紅外線吸收光譜中出現(xiàn)在所述波段 λ s彡λ彡λ i的吸收峰的半峰全寬（μ m)，〇L(Bn)表示（Bn)成分的FWHM(Bn)在所述波段 入3彡λ彡A1中的重疊部分的寬度（μπι)。
3. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分由無機顆粒（BI)和無機顆 粒（B2)這兩種構(gòu)成，并且滿足下述條件5， 條件5 :兩種（B)成分的各紅外線吸收光譜彼此按照滿足下述數(shù)學(xué)式（4)的條件的方 式互補， [數(shù)4] OS -----：-蕓0.6 (4) FlIH 關(guān)雜-Ol_M2| 數(shù)學(xué)式⑷中，F(xiàn)WHM(B1)表示（BI)成分的紅外線吸收光譜中出現(xiàn)在所述波段 λ3彡λ彡A1的吸收峰的半峰全寬（μπι)，F(xiàn)WHM(B2)表示（B2)成分的紅外線吸收光譜 中出現(xiàn)在所述波段λ彡A 1的吸收峰的半峰全寬（μπι)，〇L(B1_B2)表示所述波段 λ s彡λ彡λ i中的FWHM(B1)與FWHM(Ba的重疊部分的寬度（μ m)。
4. 如權(quán)利要求3所述的散熱性涂料組合物，其中，（BI)成分與（B2)成分的體積比為 (BI) : (B2) = 9. 5 :0· 5 ?2 :8。
5. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，（A)成分還滿足下述條件6， 條件6 :(A)成分的紅外線吸收峰內(nèi)，在所述波段λ彡λι出現(xiàn)的部分的面積與 在該波段外出現(xiàn)的部分的面積的比例滿足下述數(shù)學(xué)式（5)的條件， [數(shù)5] S/+V， 〇=：= "7 . .. =0.35 \5< 數(shù)學(xué)式（5)中，Sa表示（A)成分的紅外線吸收光譜在所述波段λ3 < λ < λι出現(xiàn)的 峰面積，SA'表示（A)成分的紅外線吸收光譜在3 μ m < λ < λ s的波段出現(xiàn)的峰面積，SA" 表示（A)成分的紅外線吸收光譜在λ 1 < λ < 13 μ m的波段出現(xiàn)的峰面積。
6. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分還滿足下述條件7， 條件7 :(B)成分的紅外線吸收峰內(nèi)，在所述波段λ < λι出現(xiàn)的部分的面積與 在該波段外出現(xiàn)的部分的面積的比例滿足下述數(shù)學(xué)式￠)的條件， [數(shù)6] S: +S;， ........................................................................；---圖:圓:-^0.35 (6) S,+SB +S, 數(shù)學(xué)式（6)中，Sb表示（B)成分的紅外線吸收光譜在所述波段λ3 < λ < λι出現(xiàn)的 峰面積，Sb'表示（B)成分的紅外線吸收光譜在3 μ m < λ < λ s的波段出現(xiàn)的峰面積，SB" 表示（B)成分的紅外線吸收光譜在λ 1 < λ < 13 μ m的波段出現(xiàn)的峰面積。
7. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，（A)成分為選自由丙烯酸類樹脂、非 胺改性環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、胺改性環(huán)氧樹脂、胺/氨基甲酸酯改性環(huán)氧樹脂、有機硅改性 丙烯酸類樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、聚烯烴樹脂和氟樹脂組成的組中的至少一種。
8. 如權(quán)利要求7所述的散熱性涂料組合物，其中，所述丙烯酸類樹脂為（甲基）丙烯酸 烷基酯-苯乙烯系丙烯酸類樹脂。
9. 如權(quán)利要求7所述的散熱性涂料組合物，其中，所述非胺改性環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán) 氧樹脂。
10. 如權(quán)利要求7所述的散熱性涂料組合物，其中，所述三聚氰胺樹脂為丁基化三聚氰 胺樹脂。
11. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，所述波段AsS λ < A1為 6·7μπι< 入 <lL5um〇
12. 如權(quán)利要求11所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分為選自由非多孔質(zhì)二氧化 硅、多孔質(zhì)二氧化硅、石英、高嶺土、氟化鈣、氫氧化鋁、膨潤土、滑石、金屬硅化物和云母組 成的組中的至少一種的無機顆粒與選自由鎂橄欖石和堇青石組成的組中的至少一種的無 機顆粒的組合。
13. 權(quán)利要求12所述的散熱性涂料組合物，其中，前者無機顆粒與后者無機顆粒的體 積比為9. 5 :0. 5?2 :8。
14. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，所述波段λ < A1為 6. 35 μ m ^ λ ^ 10. 5 μ m〇
15. 如權(quán)利要求14所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分為選自由非多孔質(zhì)二氧化 硅、多孔質(zhì)二氧化硅、氮化硼、石英和高嶺土組成的組中的至少一種的無機顆粒與選自由氟 化鈣、氫氧化鋁、膨潤土、滑石、金屬硅化物、云母和堇青石組成的組中的至少一種的無機顆 粒的組合。
16. 如權(quán)利要求14所述的散熱性涂料組合物，其中，前者無機顆粒與后者無機顆粒的 體積比為9. 5 :0. 5?2 :8。
17. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，所述波段λ < A1為 5·0μπι< λ <9.65um〇
18. 如權(quán)利要求17所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分為選自由氮化硼和氫氧化 鋅組成的組中的至少一種的無機顆粒與選自由非多孔質(zhì)二氧化硅、多孔質(zhì)二氧化硅、石英、 高嶺土和氟化鈣組成的組中的至少一種的無機顆粒的組合。
19. 如權(quán)利要求18所述的散熱性涂料組合物，其中，前者無機顆粒與后者無機顆粒的 體積比為9. 5 :0. 5?2 :8。
20. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，（B)成分的平均一次粒徑為0. 1? 50 μ m〇
21. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，該散熱性涂料組合物還含有著色顏 料（C)，所述著色顏料（C)不包括屬于（B)成分的物質(zhì)。
22. 如權(quán)利要求21所述的散熱性涂料組合物，其中，（C)成分為選自由二氧化鈦、炭黑 和氧化鐵組成的組中的至少一種。
23. 如權(quán)利要求21所述的散熱性涂料組合物，其中，（C)成分的平均一次粒徑為（B)成 分的平均一次粒徑的0.01%?10%，并且（C)成分的中值徑D50為Ιμπι以下。
24. 如權(quán)利要求21所述的散熱性涂料組合物，其中，以㈧成分和⑶成分的合計100 體積％為基準，（C)成分的含量為0. 5體積％?30體積％。
25. 如權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物，其中，有機溶劑包含芳香族烴。
26. -種散熱性涂膜，其是將權(quán)利要求1所述的散熱性涂料組合物涂布于發(fā)熱性物品 后，進行加熱、固化而得到的。
【文檔編號】C09D201/00GK104321394SQ201380022665
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月2日
【發(fā)明者】巖村榮治, 小林理規(guī), 兩角靖孝, 高橋尚彌 申請人:荒川化學(xué)工業(yè)株式會社, 朋諾株式會社