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JP7645759B2 - Evaluation method for surface treatment fillers - Google Patents
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Description

本発明は、表面処理フィラーの新規な評価方法に関するものである。詳しくは、走査型プローブ顕微鏡により、探針を所定の振幅で加振させつつ粒子表面を走査して位相像を得ることにより、表面処理フィラーを評価する方法に関するものである。 The present invention relates to a new method for evaluating surface-treated fillers. More specifically, the present invention relates to a method for evaluating surface-treated fillers by scanning the particle surface while vibrating a probe at a predetermined amplitude using a scanning probe microscope to obtain a phase image.

無機フィラーと樹脂とを複合化した樹脂複合材料は、例えば放熱材料などの幅広い分野で使用されている。その際、無機フィラーと樹脂とのなじみを向上させることを目的として、表面処理を行った無機フィラー(表面処理フィラー)を使用することが一般的である。表面処理を行うことにより、無機フィラーの樹脂への充填性が向上し、無機フィラーを樹脂中に均一に分散させた樹脂複合材料を製造することが容易となる。表面処理フィラーは、表面処理がされていない無機フィラー(未処理フィラー)と表面処理剤とを反応させ、粒子の表面に表面処理剤由来の被覆物が形成されることで得られる。 Resin composite materials, which are a composite of inorganic filler and resin, are used in a wide range of fields, such as heat dissipation materials. In order to improve the compatibility between the inorganic filler and the resin, it is common to use inorganic fillers that have been surface-treated (surface-treated fillers). By performing surface treatment, the filling ability of the inorganic filler into the resin is improved, making it easier to manufacture resin composite materials in which the inorganic filler is uniformly dispersed in the resin. Surface-treated fillers are obtained by reacting inorganic fillers that have not been surface-treated (untreated fillers) with a surface treatment agent, and forming a coating derived from the surface treatment agent on the surfaces of the particles.

ここで、無機フィラーが放熱材料に配合される熱伝導性フィラーである場合、表面処理を行って充填性を高めることは高い熱伝導率を有する樹脂複合材料を得るために有効な方法である。しかしながら、適切な表面処理がなされない場合、例えば表面処理剤に由来する被覆物が粒子表面に均一に分布していない場合には、表面処理の効果が十分に発揮されない場合がある。例えば、被覆物の分布が不均一で表面処理されていない部分が存在する場合は、樹脂とのなじみが十分に向上しないため、高い充填性が得られにくくなる。また、熱伝導性フィラーの粒子表面に過剰な被覆物の層が存在する場合には、該過剰な被覆物の層が熱パスを分断してしまい、充填性を高めても樹脂組成物の熱伝導率が期待したほど向上しないこともある。そのため、表面処理熱伝導性フィラーの製造においては、得られる表面処理フィラーの表面処理が適切に行われているかどうかを確認すること、特には粒子表面における被覆物の分布を考慮した評価を行うことが重要になる。 Here, when the inorganic filler is a thermally conductive filler to be mixed into the heat dissipation material, surface treatment to enhance the filling property is an effective method for obtaining a resin composite material with high thermal conductivity. However, if the surface treatment is not performed appropriately, for example, if the coating derived from the surface treatment agent is not uniformly distributed on the particle surface, the effect of the surface treatment may not be fully exerted. For example, if the distribution of the coating is uneven and there are parts that are not surface-treated, the compatibility with the resin is not sufficiently improved, making it difficult to obtain high filling property. In addition, if an excessive layer of coating is present on the particle surface of the thermally conductive filler, the excessive layer of coating may interrupt the heat path, and the thermal conductivity of the resin composition may not be improved as much as expected even if the filling property is increased. Therefore, in the production of surface-treated thermally conductive filler, it is important to confirm whether the surface treatment of the obtained surface-treated filler is performed appropriately, and in particular, to evaluate it taking into account the distribution of the coating on the particle surface.

表面処理粒子の表面処理状態を評価することが方法としては、例えば、特許文献1~3の方法が提案されている。 Methods proposed for evaluating the surface treatment state of surface-treated particles include those described in, for example, Patent Documents 1 to 3.

特許文献1では、表面処理フィラーを加熱して有機物である表面処理剤由来の被覆物を燃焼させ、その際の熱的変化を測定することで表面処理フィラーの表面処理状態を評価する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for evaluating the surface treatment state of a surface-treated filler by heating the filler to burn off the coating derived from the surface treatment agent, which is an organic substance, and measuring the thermal changes that occur during the process.

特許文献2では、表面処理フィラー(水酸化マグネシウム)の懸濁液に酸を滴下した際のpHの変化を観測することにより、表面処理状態を評価する方法が開示されている。この方法では、表面処理が均一で粒子の露出表面が少ないほどpHの低下速度が速くなるため、被覆状態を正確に評価できるとされている。 Patent Document 2 discloses a method for evaluating the surface treatment state by observing the change in pH when acid is dropped into a suspension of a surface-treated filler (magnesium hydroxide). With this method, it is said that the more uniform the surface treatment and the less exposed surface of the particles, the faster the rate of pH decrease, making it possible to accurately evaluate the coating state.

特許文献3では、シランカップリング剤(表面処理剤)による表面処理が施された表面処理フィラーをアルコール中に浸漬することで、シランカップリング剤中のアルコキシ基を有するアルコール生成させ、これをガスクロマトグラフ分析により定量することで、フィラーとシランカップリング剤との反応過程・反応率を定量的に精度良く評価することができるとされている。 In Patent Document 3, it is said that by immersing a surface-treated filler that has been surface-treated with a silane coupling agent (surface treatment agent) in alcohol, an alcohol containing the alkoxy group in the silane coupling agent is generated, and this is quantified by gas chromatographic analysis, the reaction process and reaction rate between the filler and the silane coupling agent can be quantitatively and accurately evaluated.

しかしながら特許文献1~3のような従来の評価方法では、被覆物の分布を確認することは出来ず、表面処理フィラーにおける被覆物の分布を考慮した評価を十分に行うことが困難であった。そのため、例えば上記のような表面処理熱伝導性フィラーにおける過剰な被覆物の層が熱伝導性に及ぼす悪影響について高い精度で知るためには、実際に樹脂複合材料を製造して熱伝導率を測定するしかなく、評価に手間がかかっていた。 However, with conventional evaluation methods such as those described in Patent Documents 1 to 3, it is not possible to confirm the distribution of the coating, making it difficult to adequately perform evaluations that take into account the distribution of the coating in the surface-treated filler. Therefore, in order to know with high accuracy the adverse effect that an excess layer of coating in the above-mentioned surface-treated thermally conductive filler has on thermal conductivity, for example, the only way is to actually manufacture a resin composite material and measure its thermal conductivity, which is a time-consuming evaluation.

特開2001-85806号公報JP 2001-85806 A 特開2003-83950号公報JP 2003-83950 A 特開2004-108932号公報JP 2004-108932 A

前記のように、従来の表面処理状態の評価方法では、被覆物の分布についての評価を十分に行うことが困難であった。そこで本発明では、表面処理フィラーにおける被覆物の分布の評価、特には被覆物の均一性について評価することが出来る評価方法を提供することを課題とする。 As mentioned above, it was difficult to adequately evaluate the distribution of the coating using conventional methods for evaluating the state of surface treatment. Therefore, the objective of the present invention is to provide an evaluation method that can evaluate the distribution of the coating in surface-treated fillers, and in particular the uniformity of the coating.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を行った結果、走査型プローブ顕微鏡の探針を所定の振幅で加振させつつ表面処理粒子の粒子表面を走査して位相像を得ることにより、被覆物の分布を評価することが可能であることを見出した。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems and discovered that it is possible to evaluate the distribution of coatings by scanning the particle surfaces of surface-treated particles while vibrating the probe of a scanning probe microscope at a predetermined amplitude to obtain a phase image.

即ち本発明は、表面処理フィラーの評価方法であって、走査型プローブ顕微鏡の探針を所定の振幅で加振させつつ前記表面処理熱伝導性フィラーの粒子表面を走査して位相像を得る工程を含む、表面処理フィラーの評価方法である。 That is, the present invention is a method for evaluating a surface-treated filler, which includes a step of scanning the particle surface of the surface-treated thermally conductive filler while vibrating the probe of a scanning probe microscope at a predetermined amplitude to obtain a phase image.

本発明の評価方法によれば、表面処理フィラーにおける被覆物の分布を簡便に評価することが出来る。その結果、例えば、表面処理熱伝導性フィラーにおける過剰な被覆物の層の有無について評価を行い、表面処理熱伝導性フィラーを使用した樹脂複合材料において、高い熱伝導率が得られない虞がある表面処理熱伝導性フィラーを、従来よりも簡便に選別することが可能となる。 The evaluation method of the present invention allows for easy evaluation of the distribution of coatings in surface-treated fillers. As a result, for example, it is possible to evaluate the presence or absence of an excess layer of coating in a surface-treated thermally conductive filler, and to more easily select surface-treated thermally conductive fillers that may not provide high thermal conductivity in a resin composite material using the surface-treated thermally conductive filler.

本明細書において、表面処理剤によって表面処理をされたフィラーを「表面処理フィラー」、前記表面処理フィラーが表面処理される前のフィラー、もしくはこれと製造条件が同等のフィラーを「表面処理フィラーに対応する未処理フィラー」(単に「未処理フィラー」と称することもある)と称する。また、表面処理フィラー中の粒子を「表面処理粒子」、未処理フィラー中の粒子を「未処理粒子」と称する。表面処理粒子表面に存在する表面処理剤由来の有機物を「被覆物」、該被覆物を形成するための原料を「表面処理フィラーに対応する表面処理剤」(単に「表面処理剤」と称することもある)と称する。 In this specification, a filler that has been surface-treated with a surface treatment agent is referred to as a "surface-treated filler," and a filler before the surface treatment of the surface-treated filler or a filler manufactured under the same conditions is referred to as an "untreated filler corresponding to the surface-treated filler" (sometimes simply referred to as an "untreated filler"). Furthermore, particles in a surface-treated filler are referred to as "surface-treated particles," and particles in an untreated filler are referred to as "untreated particles." The organic matter derived from the surface treatment agent present on the surface of the surface-treated particles is referred to as a "coating," and the raw material for forming the coating is referred to as a "surface treatment agent corresponding to the surface-treated filler" (sometimes simply referred to as a "surface treatment agent").

本発明の評価方法によって評価する表面処理フィラーは特に限定されず、例えば、表面処理された、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などに対して本発明の評価方法を適用することが可能である。表面処理フィラーの粒径は特に限定されないが、粒径が小さいと評価が難しくなり、粒径が大きいと評価に時間を要することから、粒径は0.5μm~100μmであることが好ましく、1.0μm~10μmであることがより好ましい。 There are no particular limitations on the surface-treated filler to be evaluated by the evaluation method of the present invention, and the evaluation method of the present invention can be applied to, for example, surface-treated silica, alumina, aluminum nitride, boron nitride, and the like. The particle size of the surface-treated filler is not particularly limited, but since a small particle size makes evaluation difficult and a large particle size requires a long time for evaluation, the particle size is preferably 0.5 μm to 100 μm, and more preferably 1.0 μm to 10 μm.

また、表面処理剤も特に限定されず、公知のものが利用可能であり、例えば、シランカップリング剤などを挙げることが出来る。 The surface treatment agent is not particularly limited, and any known agent can be used, such as a silane coupling agent.

走査型プローブ顕微鏡は、探針を測定対象の表面をなぞるように動かしながら走査させ、探針と測定対象の相互作用を検出することによって、測定対象の表面状態を評価する装置である。本発明の評価方法では、前記探針を所定の振幅で加振させつつ表面処理粒子の粒子表面を走査して測定を行い、位相像を得る。探針を所定の振幅で加振させた位相に対する試料表面を走査した際の位相を比較すると、柔らかい部分を走査した場合には探針の粒子表面への吸着による位相の遅れが大きく、硬い部分を走査した場合は位相の遅れが小さいことから、得られた位相像から該部分の硬さの程度を評価することが出来る。そして、表面処理粒子においては、被覆物が多く存在する部分は柔らかいので、この測定により得られた位相像から、粒子表面の被覆物の分布を評価することが出来ると推察される。 A scanning probe microscope is a device that evaluates the surface condition of a measurement object by scanning the surface of the measurement object while moving the probe to trace it and detecting the interaction between the probe and the measurement object. In the evaluation method of the present invention, the particle surface of the surface-treated particle is scanned while the probe is vibrated at a predetermined amplitude, and a phase image is obtained. When comparing the phase when the sample surface is scanned with the phase when the probe is vibrated at a predetermined amplitude, the phase delay due to the adsorption of the probe to the particle surface is large when a soft part is scanned, and the phase delay is small when a hard part is scanned, so the degree of hardness of the part can be evaluated from the obtained phase image. And, since the part of the surface-treated particle where a lot of coating is present is soft, it is presumed that the distribution of coating on the particle surface can be evaluated from the phase image obtained by this measurement.

本発明の評価方法で使用する走査型プローブ顕微鏡は、上記測定を行うことが出来れば特に限定されない。 The scanning probe microscope used in the evaluation method of the present invention is not particularly limited as long as it can perform the above measurements.

本発明の評価方法で使用する探針の種類は、特に限定されないが、高い分解能を得るために、探針先端の曲率半径が5~100nmであることが好ましい。 The type of probe used in the evaluation method of the present invention is not particularly limited, but in order to obtain high resolution, it is preferable that the radius of curvature of the probe tip is 5 to 100 nm.

本発明の評価方法において、測定試料を走査型プローブ顕微鏡に設置する方法は上記測定を行うことが出来れば特に限定されないが、例えば、揮発性溶媒に粒子を分散させて分散液を調整した後、マイカ基板に前記分散液を滴下し、揮発性溶媒を揮発させることで作製した測定用基板を、導電性カーボンテープで走査型プローブ顕微鏡の試料台に固定することで行うことが出来る。前記揮発性溶媒は、測定対象となる粒子を分散させることが可能であり、且つ前記粒子と反応することがなければ特に限定されず、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン、ジエチルエーテル、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル、ヘキサン、2-メチルペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン、オクタン、2,2,4-トリメチルペンタン、石油エーテルなどのアルカン、ギ酸エチル、ギ酸ブチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどのエステル、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレンなどを使用することが出来る。 In the evaluation method of the present invention, the method of placing the measurement sample on the scanning probe microscope is not particularly limited as long as the above measurement can be performed. For example, the measurement can be performed by dispersing particles in a volatile solvent to prepare a dispersion liquid, dropping the dispersion liquid on a mica substrate, and volatilizing the volatile solvent to prepare a measurement substrate, and then fixing the measurement substrate to the sample stage of the scanning probe microscope with conductive carbon tape. The volatile solvent is not particularly limited as long as it can disperse the particles to be measured and does not react with the particles. For example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, and butanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, ethers such as diethyl ether, dioxane, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and tetrahydrofuran, alkanes such as hexane, 2-methylpentane, heptane, cyclohexane, octane, 2,2,4-trimethylpentane, and petroleum ether, esters such as ethyl formate, butyl formate, ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate, benzene, toluene, xylene, and naphthalene can be used.

本発明の評価方法では、探針を先端に有するカンチレバーを取り付けたカンチレバーホルダーを、走査型プローブ顕微鏡に取り付けた後、カンチレバーを共振周波数で加振させ、試料表面を走査した際のカンチレバーの高さの変位、位相のズレを検出し画像化することで試料表面の位相の変化を確認することが可能となる。なお、探針の振幅及びゲインは、粒子の凹凸像が得られるように調整すれば良い。 In the evaluation method of the present invention, a cantilever holder with a cantilever having a probe at its tip is attached to a scanning probe microscope, and the cantilever is then vibrated at its resonant frequency. The height displacement and phase shift of the cantilever when scanning the sample surface are detected and imaged, making it possible to confirm the change in phase of the sample surface. The amplitude and gain of the probe can be adjusted so that a roughness image of the particles can be obtained.

本発明の評価方法では、表面処理フィラー中の表面処理粒子の表面全体にわたって探針を走査させることにより、表面処理粒子の表面の硬さの分布を確認することが出来、この硬さ分布から被覆物の均一性について評価を行うことが可能である。得られたデータから表面処理粒子の硬さの分布を評価する方法は特に限定されないが、例えば位相の遅れをコントラストで示した位相像を確認することで行うことが出来る。 In the evaluation method of the present invention, the probe is scanned over the entire surface of the surface-treated particles in the surface-treated filler, thereby making it possible to confirm the distribution of hardness on the surface of the surface-treated particles, and to evaluate the uniformity of the coating from this hardness distribution. There are no particular limitations on the method for evaluating the hardness distribution of the surface-treated particles from the obtained data, but it can be done, for example, by checking a phase image that shows the phase delay in contrast.

そして、表面処理フィラー中の複数の粒子を測定することで、該表面処理フィラーとしての性状を把握することが出来る。表面処理フィラーとしての性状を把握するために測定する表面処理粒子の数は特に限定されないが、多くの粒子を測定した方が評価精度を高めることができることから、フィラー500g当たり5個以上であることが好ましく、10個以上であることがより好ましい。 The properties of the surface-treated filler can be understood by measuring multiple particles in the surface-treated filler. There is no particular limit to the number of surface-treated particles measured to understand the properties of the surface-treated filler, but since measuring a larger number of particles can improve evaluation accuracy, it is preferable to measure 5 or more particles per 500 g of filler, and more preferably 10 or more particles.

なお、本発明の評価方法を行うことで、粒子表面の凹凸像も同時に得られる。被覆物が過剰に存在する個所は周囲よりも高くなっていることが多いため、前記凹凸像による評価を併せて行っても良い。 By carrying out the evaluation method of the present invention, a roughness image of the particle surface can also be obtained at the same time. Since areas where an excess of coating material is present are often higher than the surrounding area, evaluation using the roughness image may also be carried out.

本発明の評価方法により、表面処理フィラーにおいて、粒子表面における被覆物の均一性を評価することが可能となる。これにより、従来よりも容易に表面処理フィラーの品質管理を行ったり、製造条件の検討を行ったりすることが可能となる。 The evaluation method of the present invention makes it possible to evaluate the uniformity of the coating on the particle surface of surface-treated fillers. This makes it easier than ever to control the quality of surface-treated fillers and to consider manufacturing conditions.

本評価方法により被覆物の均一性を評価することで、例えば、粒子表面の一部が表面処理されておらず樹脂とのなじみが悪く高充填性が得られない可能性があるフィラーや、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在する可能性があるフィラーを選別することができる。これにより、表面処理フィラーの品質管理を効率的に行うことが可能となる。具体的には、例えば樹脂充填用の熱伝導性フィラーにおいて高充填性と高熱伝導性の双方が要求される場合には、本評価方法を行い、被覆物の分布が不均一であった場合には、高充填性と高熱伝導性の少なくともどちらか一方は十分ではない可能性が高く、要求を満たさないものであると判断することが出来る。 By evaluating the uniformity of the coating using this evaluation method, it is possible to select fillers that may not be highly packed because part of the particle surface is not surface-treated and therefore does not blend well with the resin, or fillers that may have an excessive layer of coating that reduces thermal conductivity. This makes it possible to efficiently control the quality of surface-treated fillers. Specifically, for example, when both high packing and high thermal conductivity are required for a thermally conductive filler to be filled into resin, this evaluation method is used, and if the distribution of the coating is uneven, it can be determined that at least one of the high packing and high thermal conductivity is likely to be insufficient and does not meet the requirements.

なお、例えば熱伝導性フィラーで高熱伝導性は必要であるが、想定される樹脂への充填量が少なく高充填性が不要である場合には、粒子表面の一部が表面処理されておらず樹脂とのなじみが悪く高充填性が得られないフィラーは要求を満たすものである一方で、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在するフィラーは要求を満たさないものである。このような場合、本発明の評価方法のみではこれら二つの状態を区別することは困難であるが、表面処理フィラーに十分な量の被覆物が存在することを確認できる評価(例えば、表面処理フィラーの炭素量やM値など)と本発明の評価方法を組み合わせることで、判断の確度を高めることが出来る。具体的には、本発明の評価において被覆物の不均一であると判断したフィラーについて、炭素量やM値によって表面処理状態の評価を行い、表面処理が十分にされている場合には高充填性は得られるが過剰な被覆物層が存在するため高熱伝導性は得られない要求を満たさないフィラーであると判断し、表面処理が十分にされていない場合には粒子表面の一部が表面処理されていないために被覆物の分布が不均一になっており、過剰な被覆物の層は存在しないため高熱伝導性が得られる要求を満たすフィラーである高いと判断することも可能である。 For example, if a thermally conductive filler requires high thermal conductivity but the expected amount of filling into the resin is small and high filling is not necessary, a filler with a part of the particle surface that is not surface-treated and does not blend well with the resin and does not provide high filling will meet the requirement, while a filler with an excessive layer of coating that causes a decrease in thermal conductivity will not meet the requirement. In such a case, it is difficult to distinguish between these two states using only the evaluation method of the present invention, but the accuracy of the judgment can be increased by combining an evaluation that can confirm that a sufficient amount of coating is present on the surface-treated filler (for example, the carbon amount or M value of the surface-treated filler) with the evaluation method of the present invention. Specifically, for fillers that are determined to have an uneven coating in the present evaluation, the surface treatment state is evaluated based on the carbon content and M value, and if the surface is sufficiently treated, it is determined that the filler does not meet the requirements for high packing, but does not have high thermal conductivity due to the presence of an excessive coating layer, and if the surface is not sufficiently treated, part of the particle surface is not surface treated, resulting in uneven distribution of the coating, and it is possible to determine that the filler meets the requirements for high thermal conductivity, as there is no excessive coating layer.

また、表面処理フィラーの炭素量やM値などによる評価で、粒子表面に十分な被覆物が存在し高充填性が得られることを確認した後、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在する可能性があるフィラーを選別する目的で、本発明の評価方法を使用することもできる。 In addition, after confirming that sufficient coating is present on the particle surface and high packing properties can be obtained through evaluation of the carbon content and M value of the surface-treated filler, the evaluation method of the present invention can be used to select fillers that may have an excessive layer of coating that may cause a decrease in thermal conductivity.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。評価に使用した試料は以下のとおりである。 The present invention will be specifically explained below using examples, but the present invention is not limited to these examples. The samples used for evaluation are as follows.

窒化アルミニウム粉末
・A1:窒化アルミニウム粉末(表面処理されていない窒化アルミニウム粉末、平均粒子径1μm、株式会社トクヤマ製)
・B1、2:下記の表面処理方法に従ってアルキル系シランカップリング剤S1でA1を処理したもの。B1とB2の炭素分析装置によって測定された炭素量は同等である。
・C1、2:下記の表面処理方法に従ってエポキシ系シランカップリング剤S2でA1を処理したもの。C1とC2の炭素分析装置によって測定された炭素量は同等である。
・D1、2:下記の表面処理方法に従ってメタクリル系シランカップリング剤S3でA1を処理したもの。D1とD2の炭素分析装置によって測定された炭素量は同等である。
・E1、2:下記の表面処理方法に従ってフェニル系シランカップリング剤S4でA1を処理したもの。E1とE2の炭素分析装置によって測定された炭素量は同等である。
Aluminum nitride powder A1: Aluminum nitride powder (non-surface-treated aluminum nitride powder, average particle size 1 μm, manufactured by Tokuyama Corporation)
B1, 2: A1 treated with an alkyl silane coupling agent S1 according to the following surface treatment method. The carbon amounts of B1 and B2 measured by a carbon analyzer are equivalent.
C1, 2: A1 treated with an epoxy-based silane coupling agent S2 according to the following surface treatment method. The carbon amounts of C1 and C2 measured by a carbon analyzer are equivalent.
D1, 2: A1 treated with a methacrylic silane coupling agent S3 according to the following surface treatment method. The carbon amounts of D1 and D2 measured by a carbon analyzer are equivalent.
E1, 2: A1 treated with a phenyl-based silane coupling agent S4 according to the following surface treatment method. The carbon amounts of E1 and E2 measured by a carbon analyzer are equivalent.

<窒化アルミニウム粉末の表面処理方法>
窒化アルミニウム粉末A1を500g、シランカップリング剤を所定量、イソプロピルアルコール600gをガラス製ナスフラスコに入れ、フッ素樹脂製攪拌羽根で30分攪拌した。ロータリーエバポレータにてイソプロピルアルコールを減圧除去した後、100℃で減圧乾燥し、表面処理窒化アルミニウム粉末を得た。得られた表面処理窒化アルミニウム粉末は500g程度であった。
<Surface treatment method for aluminum nitride powder>
500 g of aluminum nitride powder A1, a predetermined amount of silane coupling agent, and 600 g of isopropyl alcohol were placed in a glass eggplant flask and stirred with a fluororesin stirring blade for 30 minutes. After removing the isopropyl alcohol under reduced pressure with a rotary evaporator, the mixture was dried under reduced pressure at 100° C. to obtain a surface-treated aluminum nitride powder. The obtained surface-treated aluminum nitride powder weighed about 500 g.

<フィラーの評価方法>
フィラーを0.005gと、エタノールを10gとを、50mLスクリュー管瓶に入れ、超音波バスで15分間超音波を照射し、試料分散液を作製した。作製した試料分散液をスポイトで採取し、10mm角のマイカ基板に1滴滴下した後、80℃で乾燥させてエタノールを除去して測定用基板を得た。得られた測定用基板を、走査型プローブ顕微鏡(Bruker社製:Dimension Icon)の試料台に、両面テープを使用して固定した。次いで、粒径1μm~10μmの粒子を選択し、カンチレバーを共振周波数で振動させながら探針による走査を行い、高さ像及び位相像を得た。なお、探針の振幅及びゲインは、粒子の凹凸像が得られるように調整した。10個の粒子について位相像を得た後、得られた位相像により評価を行った。
<Filler Evaluation Method>
0.005 g of filler and 10 g of ethanol were placed in a 50 mL screw tube bottle and irradiated with ultrasonic waves for 15 minutes in an ultrasonic bath to prepare a sample dispersion. The prepared sample dispersion was collected with a dropper, dropped onto a 10 mm square mica substrate, and then dried at 80 ° C to remove ethanol to obtain a measurement substrate. The obtained measurement substrate was fixed to the sample stage of a scanning probe microscope (manufactured by Bruker: Dimension Icon) using double-sided tape. Next, particles with a particle size of 1 μm to 10 μm were selected, and the cantilever was scanned with a probe while vibrating at a resonant frequency to obtain a height image and a phase image. The amplitude and gain of the probe were adjusted so that a roughness image of the particles was obtained. After obtaining phase images for 10 particles, evaluation was performed using the obtained phase images.

<熱伝導率の評価>
2液付加反応型のシリコーン樹脂1gとフィラー5gを、メノウ乳鉢を用いて混練し樹脂複合材料を作製した。作製した樹脂複合材料の熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測定し、樹脂複合材料の熱伝導率を評価した。
<Evaluation of thermal conductivity>
A resin composite material was prepared by kneading 1 g of a two-liquid addition reaction type silicone resin and 5 g of a filler in an agate mortar. The thermal conductivity of the prepared resin composite material was measured by a laser flash method to evaluate the thermal conductivity of the resin composite material.

<実施例1>
フィラーB1,B2について、上記フィラーの評価方法に従って評価を行ったところ、フィラーB1の方がフィラーB2よりも位相遅れが見られる個所が少なかった。また、これらのフィラーを配合した樹脂複合材料の熱伝導率を、上記熱伝導率の評価に従って評価したところ、フィラーB1を使用した樹脂複合材料の方が、フィラーB2を使用した樹脂複合材料よりも、高い熱伝導率であった。
フィラーB1とB2は、炭素分析装置によって測定した炭素量が同等であることから、被覆物の量は同等で、どちらも十分な表面処理が行われていると考えられた。しかしながら、本発明の評価方法によると、位相像で差がみられ、フィラーB2の方が被覆物の均一性が低いと考えられ、実際に樹脂組成物を製造して熱伝導率を評価すると、位相遅れが見られたフィラーB2を使用した樹脂組成物の方が、低い熱伝導率を示した。
よって、本発明の評価方法によって、粒子表面に十分な被覆物が存在するフィラーの中から、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在する可能性があるフィラーを選別することが出来たと言える。
Example 1
When fillers B1 and B2 were evaluated according to the above-mentioned filler evaluation method, filler B1 had fewer locations where phase lag was observed than filler B2. Furthermore, when the thermal conductivity of resin composite materials containing these fillers was evaluated according to the above-mentioned thermal conductivity evaluation, the resin composite material using filler B1 had a higher thermal conductivity than the resin composite material using filler B2.
Fillers B1 and B2 had the same amount of carbon measured by a carbon analyzer, so it was believed that the amount of coating was the same and that both had sufficient surface treatment. However, according to the evaluation method of the present invention, differences were observed in the phase images, and it was believed that filler B2 had a lower uniformity of coating. When a resin composition was actually produced and its thermal conductivity was evaluated, the resin composition using filler B2, which showed a phase delay, showed a lower thermal conductivity.
Therefore, it can be said that the evaluation method of the present invention makes it possible to select fillers that may have an excessive coating layer that may cause reduced thermal conductivity from fillers that have a sufficient coating on the particle surface.

<実施例2>
フィラーC1,C2について、上記フィラーの評価方法に従って評価を行ったところ、フィラーC1の方がフィラーC2よりも位相遅れが見られる個所が少なかった。また、これらのフィラーを配合した樹脂複合材料の熱伝導率を、上記熱伝導率の評価に従って評価したところ、フィラーC1を使用した樹脂複合材料の方が、フィラーC2を使用した樹脂複合材料よりも、高い熱伝導率であった。
よって、実施例1と同様に、本発明の評価方法によって、粒子表面に十分な被覆物が存在するフィラーの中から、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在する可能性があるフィラーを選別することが出来たと言える。
Example 2
When fillers C1 and C2 were evaluated according to the above-mentioned filler evaluation method, filler C1 had fewer locations where phase lag was observed than filler C2. Furthermore, when the thermal conductivity of resin composite materials containing these fillers was evaluated according to the above-mentioned thermal conductivity evaluation, the resin composite material using filler C1 had a higher thermal conductivity than the resin composite material using filler C2.
Therefore, as in Example 1, it can be said that the evaluation method of the present invention made it possible to select fillers that may have an excessive coating layer that may cause a decrease in thermal conductivity from fillers that have a sufficient coating on the particle surface.

<実施例3>
フィラーD1,D2について、上記フィラーの評価方法に従って評価を行ったところ、フィラーD1の方がフィラーD2よりも位相遅れが見られる個所が少なかった。また、これらのフィラーを配合した樹脂複合材料の熱伝導率を、上記熱伝導率の評価に従って評価したところ、フィラーD1を使用した樹脂複合材料の方が、フィラーD2を使用した樹脂複合材料よりも、高い熱伝導率であった。
よって、実施例1と同様に、本発明の評価方法によって、粒子表面に十分な被覆物が存在するフィラーの中から、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在する可能性があるフィラーを選別することが出来たと言える。
Example 3
Fillers D1 and D2 were evaluated according to the above-mentioned filler evaluation method, and filler D1 had fewer locations where phase lag was observed than filler D2. Furthermore, when the thermal conductivity of resin composite materials containing these fillers was evaluated according to the above-mentioned thermal conductivity evaluation, the resin composite material using filler D1 had a higher thermal conductivity than the resin composite material using filler D2.
Therefore, as in Example 1, it can be said that the evaluation method of the present invention made it possible to select fillers that may have an excessive coating layer that may cause a decrease in thermal conductivity from fillers that have a sufficient coating on the particle surface.

<実施例4>
フィラーE1,E2について、上記フィラーの評価方法に従って評価を行ったところ、フィラーE1の方がフィラーE2よりも位相遅れが見られる個所が少なかった。また、これらのフィラーを配合した樹脂複合材料の熱伝導率を、上記熱伝導率の評価に従って評価したところ、フィラーE1を使用した樹脂複合材料の方が、フィラーE2を使用した樹脂複合材料よりも、高い熱伝導率であった。
よって、実施例1と同様に、本発明の評価方法によって、粒子表面に十分な被覆物が存在するフィラーの中から、熱伝導性を低下させる原因となる過剰な被覆物の層が存在する可能性があるフィラーを選別することが出来たと言える。
Example 4
When fillers E1 and E2 were evaluated according to the above-mentioned filler evaluation method, filler E1 had fewer locations where phase lag was observed than filler E2. Furthermore, when the thermal conductivity of resin composite materials containing these fillers was evaluated according to the above-mentioned thermal conductivity evaluation, the resin composite material using filler E1 had a higher thermal conductivity than the resin composite material using filler E2.
Therefore, as in Example 1, it can be said that the evaluation method of the present invention made it possible to select fillers that may have an excessive coating layer that may cause a decrease in thermal conductivity from fillers that have a sufficient coating on the particle surface.

Claims (1)

表面処理フィラーの評価方法であって、走査型プローブ顕微鏡で探針を所定の振幅で加振させつつ前記表面処理フィラーの粒子表面を走査して、位相の遅れをコントラストで示した位相像を得る工程を含み、前記位相像により、前記表面処理フィラーにおける表面処理粒子の表面の硬さの分布を確認し、被膜物の均一性を評価することを特徴とする、表面処理フィラーの評価方法。 A method for evaluating a surface-treated filler, comprising the steps of: scanning the particle surface of the surface-treated filler while vibrating a probe with a predetermined amplitude using a scanning probe microscope; obtaining a phase image showing a phase delay in contrast ; and using the phase image to confirm the distribution of surface hardness of the surface-treated particles in the surface-treated filler, and to evaluate the uniformity of the coating .
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