CN102177019A - 氟聚合物叠层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种氟聚合物叠层材料，该叠层材料包括：可以是具有极性官能度的改性的氟聚合物的一个第一基片，以及一个第二基片。这些基片是在适合于发生叠层的升高的温度下叠层的并且随后用辐射例如紫外线辐射、γ辐射和/或电子束进行处理。

Description

氟聚合物叠层材料
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求了2008年8月28日提交的名称为“将氟聚合物层叠层到非氟聚合物层上的方法”的美国序列号61/092,549(代理人案卷号190375/US(0-5279))以及2009年8月28日提交的名称为“氟聚合物叠层材料”的美国专利序列号12/548/769的权益，它们的内容均通过引用以其全文结合在此。
发明领域
本发明总体上涉及具有至少一个氟聚合物层的叠层材料，以及用于它们的制造的方法，这些叠层材料作为包装材料是有用的。
发明背景
多层的膜或叠层材料是尝试将不同材料的特性合并以提供一种相比单独的材料而言改进的性能的构造。此类特性包括对于多种要素(例如水)的阻挡耐受性、切穿耐受性、耐候性和/或电绝缘。直至本发明为止，此类叠层材料经常导致特性的不平衡、是昂贵的、或是难以处理或加工的。在具体的应用中，例如在一个光电的前面薄层中，需要良好的层间粘合。此外，没有额外的防护时这些内层随着该叠层材料的寿命可能不是十分耐用的。
在电气和电子领域中的尖端设备要求将这些不同设备的部件加以保护而免受湿气以及类似物的作用。例如，必须对光电池以及包括光电池的太阳能电池板加以保护而免受可以负面地影响电池的功能或所产生的电的传导的要素(尤其是湿气)。此外，在多种较复杂的设备中，应该将例如计算机、电视、无线电、电话以及其他电子设备中的电路板加以保护而免受湿气的作用。在过去，湿气问题的解决方案使用金属箔片作为蒸汽或湿气的阻挡层。然而金属箔片(如果在叠层材料中存在的话)必须与这种电子部件绝缘以避免干扰性能。先前的使用金属箔片的叠层材料典型地展示了比所希望的更低水平的介电强度，而其他使用金属箔片层的叠层材料还易受其他环境条件的影响。
薄的多层膜在许多应用中是有用的，特别是当该多层膜的一个层的特性补充了另一个层的特性时，从而为该多层膜提供在单层膜中不能获得的特性或品质。先前的多层膜仅为用于电子器件的多层膜提供了所希望的两种品质其中之一。
因此，具体地对于一种多层膜仍然存在需要，该多层膜提供了可以保护一个光电器件的一种良好粘合的氟聚合物前面层。
发明简述
本发明出人意料地提供了叠层材料、以及制备此种叠层材料的方法，这些叠层材料和方法克服了本领域中已知的一项或多项缺点。已经发现了有可能制造并且使用具有多种特性(例如适合于用于电子器件的包装材料)的叠层材料。这些叠层材料帮助保护这些部件免受于热、湿度、化学物质、辐射、物理损害以及一般的磨损。此种包装材料帮助使这些电子器件的有源部件/电路电绝缘。此外，此类材料对电子器件(例如光电器件)提供了保护性的缓冲，提供了抗污特性、耐化学品性和/或是透明的。透明度是本发明的叠层材料可以提供的一个重要优点，因为这允许太阳能穿透封装该光电器件的前面层。
在一个方面，本发明提供了一种氟聚合物叠层材料，该叠层材料包括：可以是具有极性官能度的改性的氟聚合物的一个第一基片，以及一个第二基片。将这些基片在适合于发生叠层的升高的温度下叠层并且随后用高能辐射例如紫外线辐射、γ辐射和/或电子束进行处理。
在另一方面，本发明提供了一种制备氟聚合物叠层材料的方法，包括以下步骤：
提供一个第一基片，该第一基片包括具有极性官能度的一种改性的氟聚合物；
提供一个第二基片；
使该第一以及第二基片在适合于提供一种叠层材料的升高的温度下接触；并且
使用辐射，例如紫外线辐射、γ辐射和/或电子束处理来处理该叠层材料。
在这些叠层材料的不同实施方案中，典型的改性的氟聚合物包括PVDF、VDF共聚物、THV、ECTFE、FEP和ETFE。在一个特定的方面，该氟聚合物在叠层之前通过电晕放电(等离子体)进行处理而改性。具体地，该预处理可以是在一种有机溶剂(例如丙酮)存在时。
该第二基片可以是具有适合与该改性的氟聚合物于在此描述的条件下相互作用的能力的任何材料。此类材料包括但不限于，例如天然或合成的聚合物类，包括：聚乙烯(包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、等)、聚丙烯，例如无规聚丙烯、尼龙(聚酰胺)、EPDM、聚酯、聚碳酸酯、乙烯-丙烯弹性体共聚物、聚苯乙烯(包括间同立构的聚苯乙烯)、乙烯-苯乙烯共聚物、乙烯-苯乙烯与其他C3-C20烯烃(例如丙烯)的三聚物、乙烯或丙烯与丙烯酸或甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯的共聚物、乙烯丙烯共聚物、聚α烯烃熔融粘合剂，例如包括像乙烯乙酸乙酯(EVA)、乙烯丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)；离聚物类(酸功能化的聚烯烃，总体上作为一种金属盐被中和)，酸功能化的聚烯烃、聚氨酯类，包括例如TPU、烯烃弹性体、热塑性硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛或它们的混合物。
合适的离聚物包括但不限于在商品名(DuPont)和
Figure BDA0000054887450000032
(Exxon Mobil)下已知的那些。
合适的热塑性的硅氧烷包括但不限于在商品名(Wacker)下已知的那些。
合适的TPU材料包括但不限于在商品名
Figure BDA0000054887450000034
(BASF)、and
Figure BDA0000054887450000036
(Bayer)、
Figure BDA0000054887450000037
(Lubrizol)、
Figure BDA0000054887450000038
Figure BDA0000054887450000039
(Huntsmann)下已知的那些。
合适的聚烯烃聚合物包括但不限于一种C2-20 α-烯烃的乙烯或丙烯共聚物，更具体地，该α-烯烃是选自下组：乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯，以及它们的共混物或组合。合适的实例包括但不限于以下商品名称的例子：
Figure BDA00000548874500000310
Figure BDA00000548874500000311
(Dow Chemicals)、
Figure BDA00000548874500000312
(Mitsui Chemicals)、
Figure BDA00000548874500000313
(Exxon Mobil)、(Basell)、
Figure BDA00000548874500000315
(Nova)、
Figure BDA00000548874500000316
(Mitsui)。
应该理解本发明的叠层材料可以包括从2层至约12层的材料。例如，这种叠层材料可以重复一个第一层和一个第二层的铺层，诸如此类。此外，不同的层的组合在此包括例如，一个第一层、一个第二层、一个不同于该第一或第二层的第三层以及一个不同于该第一、第二或第三层的第四层，等等。同样，这种铺层对于所设想的应用可以按需要来重复。
本发明还提供了制备贯穿该说明而指出的叠层材料的方法。
尽管披露了多个实施方案，但是从以下详细说明中对于本领域的普通技术人员来说本发明的仍有其他实施方案将变得清楚。如将清楚的是，本发明能够在不同的显而易见的方面有变更，所有这些变化均未背离本发明的精神和范围。因此，这些详细说明应被认为在本质上是说明性的而非限制性的。
详细说明
在聚合物的类别中，氟聚合物是独特的材料，因为它们表现出一个出色的特性范围，例如高透明度、良好的介电强度、高纯度、化学惰性、低摩擦系数、高热稳定性、优异的耐候性，以及UV耐受性。氟聚合物时常被用在要求高性能的应用中，其中时常要求以上特性的组合。然而，由于它们的低表面能，氟聚合物难以被大多数(如果不是所有的话)非氟聚合物材料(液体亦或固体)湿润。
随后，氟聚合物遇到的一个常见的问题是难以粘合到非氟聚合物的表面上。再次，这一问题特别是对于其中至少一个层不是氟聚合物的氟聚合物复合叠层材料是挑战性的。
本发明提供了新颖的叠层材料以及通过使用合适的材料结合一个叠层过程跟随使用紫外(UV)光进行的处理来制备叠层材料的方法。总体上，本发明的叠层材料包括一个含有改性的氟聚合物的第一基片以及适合于叠层到该第一基片上的一个第二层。
术语“改性的氟聚合物”旨在包括本体改性的或表面改性的或两者均有的氟聚合物。本体氟聚合物改性包括将包括或接枝在该氟聚合物主链中或包括或接枝到该氟聚合物主链上的极性官能度包含在内。这种类型的改性的氟聚合物材料可以与一个未改性的氟聚合物层以及一个非氟聚合物层结合使用或用作基础氟聚合物层。例如，马来酸酐改性的ETFE适合于将尼龙粘合到一个未处理过的ETFE基片上。
氟聚合物的表面改性是提供一种在本发明中有用的改性的氟聚合物的另一种方式。总体上，亲水的官能度被附接到该氟聚合物表面上，从而使之更易于湿润并且提供了化学结合的机会。存在使一个氟聚合物表面功能化的几种方法，包括化学蚀刻、物理-机械蚀刻、等离子体蚀刻、电晕处理、化学气相沉积、或它们的任意组合。在一个实施方案中，该化学蚀刻包括钠氨(sodium ammonia)或钠萘(sodium naphthalene)。另一个示例性的物理-机械蚀刻可以包括喷砂以及使用硅石的空气喷磨。在另一个实施方案中，等离子体蚀刻包括反应性等离子体，例如氢气、氧气、乙炔、甲烷以及它们与氮气、氩气和氦气的混合物。电晕处理可以包括活性烃蒸汽例如：酮类(例如丙酮)、醇类、对氯苯乙烯、丙烯腈、丙二胺、无水氨、苯乙烯磺酸、四氯化碳、四亚乙基五胺、环己胺、钛酸四异丙酯、癸胺、四氢呋喃、二乙基三胺、叔丁胺、乙二胺、甲苯-2，4-二异氰酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、三乙基四胺、己烷、三乙胺、甲醇、乙酸乙烯酯、甲基异丙基胺、乙烯基丁基醚、甲基丙烯酸甲酯、2-乙烯基吡咯烷酮、甲基乙烯基酮、二甲苯或它们的混合物。
一些技术使用包括这些方法其中之一的步骤的组合。例如，表面活化可以通过在一种受激发的气体种类的存在下的等离子体或电晕来完成。例如，c-处理是指在一种溶剂(例如丙酮)的存在下通过电晕处理将表面改性的方法。
不受理论所限制，还发现了本发明的新颖的方法提供了在一种改性的氟聚合物和一种非氟聚合物界面(或一个第二改性的氟聚合物)之间的强的层间粘合。在一种方式中，氟聚合物以及非氟聚合物的成形物是各自单独形成的。随后，将该氟聚合物成形物通过在以下美国专利号中描述的处理方法进行表面处理：3,030,290；3,255,099；3,274,089；3,274,090；3,274,091；3,275,540；3,284,331；3,291,712；3,296,011；3,391,314；3,397,132；3,485,734；3,507,763；3,676,181；4,549,921；和6,726,979，出于所有目的将其传授内容通过引用以其全文结合在此。然后，将产生的改性的氟聚合物以及非氟聚合物的成形物一起接触(例如通过热叠层)以形成一种复合叠层材料。最后，将该复合叠层材料使用在UVA、UVB和/或UVC范围内的波长经受UV辐射。
在一个方面，将该氟聚合物基片的表面使用电晕放电进行处理，其中将电极区域使用丙酮、四氢呋喃、甲基乙基酮、乙酸乙酯、乙酸异丙酯或乙酸丙酯蒸气浸没。
电晕放电是通过在两个间隔的电极之间存在的气态介质的电容交换而产生的，其中至少一个电极通过一个介电阻挡层与该气态介质绝缘。电晕放电因为其电容性质在某种程度上被限制为交流电来源。它是一种高电压低电流现象，其中电压典型地以千伏测量并且电流典型地以毫安测量。电晕放电可以在宽的电压和频率范围上保持。从0.2至10大气压的压力总体上限定了电晕放电操作的限度并且大气压总体上是优选的。可以合适地使用范围从20Hz至100MHz的频率：特别是从500Hz，尤其是3000Hz至10MHz的范围。
当使用介电阻挡层来使两个间隔的电极各自与该气态介质绝缘时，这种电晕放电现象时常被称为无电极放电，而当使用一个单一介电阻挡层而仅使一个电极与该气态介质绝缘时，产生的电晕放电时常被称为半电晕放电。术语“电晕放电”贯穿本说明书用来表示两种类型的电晕放电，即，无电极放电和半电晕放电两者。
在另一方面，将该氟聚合物基片的表面使用等离子体进行处理。术语“等离子体增强的化学气相沉积”(PECVD)在本领域是已知的并且是指一种将从气态(蒸气)至固态的薄膜沉积到一个基片上的方法。在该过程中涉及到一些化学反应，这些反应在生成反应气体的等离子体之后发生。该等离子体总体上是通过RF(AC)频率或两个电极之间的DC放电产生的，其中在这些电极之间放置了该基片并且该空间充满了反应气体。等离子体是其中显著百分比的原子或分子被电离从而产生反应性的离子、电子、基团以及UV辐射的任何气体。
该真空室包含两个传导性电极，它们在该室中在3英寸内、优选在2英寸内，更优选在1英寸内或更小而彼此相对地放置。一个电极被连接到一个RF电源上并且另一个电极被接地。作为替代方案，可以使用一个DC离子源将等离子体点火。该聚合物基片被置于和接地电极相接触。
该真空室被进一步连接到一种气化液体源上，该源包括丙酮、四氢呋喃、甲基乙基酮、乙酸乙酯、乙酸异丙酯或乙酸丙酯或它们的混合物。与这些气体的连接典型地是通过质量流量计。在一个配置中，该RF驱动的电极是一个喷头电极，用于注入工艺气体。这种喷头概念导致在整个表面上非常好的气体注入的均匀性。
当到达了基础室压力之后，可以首先引入氢气，接着将一种第二气体(或气体的组合)以不同的比例引入该室中。对于这个第一步骤(预处理)，按以上指定的参数仅将氢气引入。总体上不存在第二气体，但是代替氢气，有可能使用氩气、氧气、氨气(NH3)或氦气作为预处理气体。一种或多种这些气体的混合物在本发明的范围内。
该等离子体可以通过RF电源点火，产生约40KHz至约2.45GHz的频率。作为替代方案，可以使用一个DC离子源将等离子体点火。
总体上，将该基片使用一种等离子体进行处理，该等离子体是四氢呋喃、甲基乙基酮、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丙酯或它们的混合物。
总体上，该第一基片具有的厚度在约0.2密尔至约20密尔之间，在约1密尔(0.001英寸)和约10密尔之间，更特别的是在约2密尔和约5密尔之间并且特别是在约0.5和约2密尔之间。
该第二基片可以具有任何厚度。总体而言，该第二基片具有的厚度在约1密尔和50密尔之间，更优选在约10密尔和约30密尔之间并且特别是在约15和约25密尔之间。
本发明的叠层材料可以被用来保护(特别是)电子部件免受湿气、气候、热、辐射、物理损害和/或使该部件绝缘。保护电子部件的例子包括但不限于用于包装基于晶体硅的厚的光电模块，基于非晶态硅、CIGS、或CdTe的光电模块，LED，LCDs，印刷电路板，柔性显示器以及印刷线路板。
根据本发明的制备叠层材料的方法在此提供了几项出人意料的超出已知材料的优点。首先，本发明不要求粘合剂。其次，保持了透明度并且还实现了UV稳定性。第三，因为不存在另外的粘合材料，所以在该叠层材料中少包括了一个可以影响透明度的相。
在本说明书和权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放的术语并且应解释为是指“包括但不限于......”。这些术语包括更具限制性的术语“基本上由......构成”以及“由......构成”。
必须指出，如在此以及在所附权利要求中使用的，除非上下文另外明确地确定，否则单数形式“一种/一个(a/an)”、以及“该(the)”包括复数指代。同样地，这些术语“一种”、“一个或多个”以及“至少一个”在此能够可互换地使用。还应该指出术语“包含”、“包括”、“其特征为”以及“具有”能够可互换地使用。
除非另外定义，在此使用的所有技术的和科学的术语都具有与由本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。出于所有的目的，在此确切提及的所有公开物和专利都通过引用以其全文结合在此，包括说明和披露化学品、仪器、统计分析以及方法论(它们在可能与本发明相关而使用的公开物中进行了报告)。在本说明书中引用的所有参考文献均应被认为表明了本领域的技术水平。在此任何事物都不应解释为是承认本发明没有资格由于在先发明而先于此类披露。
氟聚合物：
术语“氟聚合物”在本领域是已知的并且旨在包括例如聚四氟乙烯，四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，四氟乙烯-全氟(烷基乙烯基醚)共聚物(例如四氟乙烯-全氟(丙基乙烯基醚))，FEP(氟化的乙烯丙烯共聚物)，聚氟乙烯，聚偏二氟乙烯，以及氟乙烯、氯三氟乙烯、和/或偏二氟乙烯(即VDF)与一种或多种烯键式不饱和单体的共聚物，这些单体是例如烯类(如乙烯、丙烯、丁烯、以及1-辛烯)、氯烯烃类(如氯乙烯和氯氟烯烃)、氯氟烯烃类(如氯三氟乙烯、3-氯五氟丙烯、二氯二氟乙烯、以及1，1-二氯氟乙烯)、氟代烯烃类(例如三氟乙烯、四氟乙烯(即TFE)、1-氢五氟丙烯、2-氢五氟丙烯、六氟丙烯(即HFP)、以及氟乙烯)、全氟烷氧基烷基乙烯基醚类(如CF3OCF2CF2CF2OCF＝CF2)、全氟烷基乙烯基醚类(例如CF3OCF＝CF2和CF3C2CF2OCF＝CF2)、全氟-1，3-间二氧杂环戊烯类(如在U.S专利申请号4,558,142(Squire)中所描述的那些)、氟化的二烯烃类(例如全氟二烯丙基醚或全氟-1，3-丁二烯)、以及它们的组合。
这些氟聚合物可以是可熔融加工的，例如在聚偏二氟乙烯的情况下；偏二氟乙烯的共聚物；四氟乙烯、六氟乙烯、以及偏二氟乙烯的共聚物(例如由Dyneon，LLC在商品名称“THV”下销售的那些)；四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物；以及其他可熔融加工的氟塑料；或该氟聚合物不是可熔融加工的，例如在聚四氟乙烯的情况下，TFE和低水平的氟化的乙烯基醚的共聚物)，以及固化的氟弹性体。
有用的氟聚合物包括具有HFP和VDF单体单元的那些共聚物。
有用的氟聚合物还包括HFP、TFE和VDF(即THV)的共聚物。这些聚合物可以具有例如在从至少约2、10或20重量百分比至高达30、40或甚至50重量百分比范围内的VDF单体单元，以及在从至少约5、10或15重量百分比至约20、25或甚至30重量百分比范围内的HFP单体单元，其中该聚合物的其余重量是TFE单体单元。可商购的THV聚合物的例子是由Dyneon，LLC在以下商品名称下销售的那些：“DYNEON THV 2030GFLUOROTHERMOPLASTIC”、“DYNEON THV 220FLUOROTHERMOPLASTIC”、“DYNEON THV 340CFLUOROTHERMOPLASTIC”、“DYNEON THV 415FLUOROTHERMOPLASTIC”、“DYNEON THV 500AFLUOROTHERMOPLASTIC”、“DYNEON THV 610GFLUOROTHERMOPLASTIC”、或“DYNEON THV 810GFLUOROTHERMOPLASTIC”。
其他有用的氟聚合物还包括乙烯、TFE和HFP的共聚物。这些聚合物可以具有例如在从至少约2、10或20重量百分比至高达30、40或甚至50重量百分比范围内的乙烯单体单元，以及在至少约5、10或15重量百分比至约20、25或甚至30重量百分比范围内的HFP单体单元，该聚合物的其余重量是TFE单体单元。此种聚合物是由Dyneon，LLC在以下商品名称下销售的，例如：“DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC HTE”(例如“DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC HTE X 1510”或“DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC HTE X 1705”)。
另外的可商购的含偏二氟乙烯的氟聚合物包括，例如，具有商业名称的那些氟聚合物；如由Atofina，Philadelphia，Pa出售的“KYNAR”(例如，“KYNAR 740”)；如由Ausimont USA，Morristown，N.J.出售的“HYLAR”(例如，“HYLAR 700”)；以及由Dyneon，LLC出售的“FLUOREL”(例如，“FLUOREL FC-2178”)。偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物也是有用的。这些包括例如由Arkema出售的KYNARFLEX(例如KYNARFLEX 2800或KYNARFLEX 2550)。
可商购的氟乙烯氟聚合物包括例如那些由E.I.du Pont de Nemours & Company，Wilmington，Del.在商品名称“TEDLAR”下出售的氟乙烯的均聚物。
有用的氟聚合物还包括四氟乙烯和丙烯的共聚物(TFE/P)。这些共聚物具有例如在从至少约20、30或40重量百分比至约50、65或甚至80重量百分比范围内的TFE单体单元，该聚合物的其余重量是聚乙烯单体单元。此种聚合物是可商购的，例如在以下商品名称下：由Dyneon，LLC出售的“AFLAS”(例如“AFLAS TFE ELASTOMER FA 100H”、“AFLAS TFE ELASTOMER FA 150C”、“AFLAS TFE ELASTOMER FA 150L”、或“AFLAS TFE ELASTOMER FA 150P”)或由E.I.du Pont de Nemours & Company，Wilmington，Del.出售的“VITON”(例如“VITON VTR-7480”或“VITON VTR-7512”)。
有用的氟聚合物还包括乙烯和TFE(即“ETFE”)的共聚物。这些共聚物具有例如在从至少约20、30或40重量百分比至约50、65或甚至80重量百分比范围内的TFE单体单元，该聚合物的其余重量是丙烯单体单元。此类聚合物是可商购的，例如由Dyneon，LLC在以下商品名称下出售的：“DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC ET 6210J”、“DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC ET 6235”、或“DYNEON FLUOROTHERMOPLASTIC ET 6240J”。
此外，有用的氟聚合物包括乙烯和氯三氟乙烯的共聚物(ECTFE)。商业例子包括来自Solvay Solexis Corp.的Halar 350和Halar 500树脂。这些例子是50∶50的共聚物。
其他有用的氟聚合物实质上包括氯三氟乙烯的均聚物(PCTFE)例如来自Honeywell的Aclar。
只要氟聚合物可以被熔融加工，氟聚合物基片能以任何形式(例如膜、带、片、网片、珠粒、颗粒或一种模制的或成型的物品)提供。
氟聚合物总体上被选择为外层以提供耐化学性、电绝缘性、耐气候性和/或对湿气的阻挡。
在本发明的一个实施方案中，将该氟聚合物的表面在叠层之前通过热处理进行改性。尽管不受理论所限制，我们相信，将极性官能度引至表面上的已知的处理，例如电晕、改性的电晕或等离子体处理对于本发明是有效的并且提供了用于随后通过UV处理进行活化的反应位点。
这种表面改性的氟聚合物可以从几种方法获得，包括但不限于在丙酮气体的存在下对氟聚合物的电晕处理(在DuPont专利3030290中描述的C-处理方法)或者等离子体处理，包括等离子体增强的化学气相沉积。
对于C-处理，这些氟聚合物树脂层没有任何离型衬里并且之后在一种有机气体气氛中暴露于电晕放电中，其中该有机气体气氛包括丙酮或具有四个或更少碳原子的一种醇。丙酮是优选的有机气体。将该有机气体与一种惰性气体混合并且优选的惰性气体是氮气。该丙酮/氮气气氛引起该氟聚合物树脂层对该内层的粘合的增加。
涉及电晕放电处理程序的所有细节在转让给E.I.du Pont de Nemours and Company的一系列美国专利中提供，并且描述在期满的美国专利号3,676,181中，以及Saint-Gobain Performance Plastics Corporation的美国专利号6,726,979中，出于所有的目的将它们的传授内容通过引用以其全文结合在此。所提出的技术的一个例子可以在美国专利号3,676,181(Kowalski)中找到。用于封闭处理设备的气氛是在氮气中的20％丙酮(按体积计)并且是连续的。例如，使该恒定进料的层经受每平方英尺的膜/片表面在0.15和2.5之间的瓦特小时。该氟聚合物可以在该膜/成形物的两侧进行处理以增加粘合。然后可以将该材料置于一个非硅化的离型衬里上进行存储。C-处理后的材料持续1年而没有显著的表面可湿性、黏结性和粘合的损失。
含有极性功能化的共聚单体的氟聚合物也可以用于本发明，并且在叠层之前使用或未使用表面处理都可以是有效的。这些包括例如马来酸酐功能化的氟聚合物，例如来自Asahi的AH2000，或来自Dupont的HT2203，或羰基功能化的氟聚合物。
离聚物类
有用的离聚物包括例如SURLYN PV-4000，或SURLYN 1702(DuPont)。例如，
Figure BDA0000054887450000111
是无规共聚物(乙烯-甲基丙烯酸共聚物)(EMAA)。甲基丙烯酸的并入典型地是较低的(＜15mol.％)。可以用一种合适的阳离子(通常是Na+或Zn+2)将甲基丙烯酸单元中的一些或全部进行中和。
Figure BDA0000054887450000112
是通过乙烯与甲基丙烯酸的共聚反应通过高压自由基反应生产的，这类似于低密度聚乙烯的生产。甲基丙烯酸单元的中和可以通过将适当的碱加入溶液中或加入碱与共聚物的熔融混合物中完成。(参见，例如下图)。
Figure BDA0000054887450000113
聚α烯烃熔融粘合剂：
聚α烯烃熔融粘合剂是本领域内已知的并且包括例如乙烯烯烃共聚物，例如乙烯乙酸乙烯酯、乙烯辛烯、以及乙烯丙烯。
具体地，合适的PAO热熔融粘合剂包括乙烯(E)/乙酸乙烯酯(VA)聚合物。乙烯与乙酸乙烯酯之比可以得到控制并且具有约5％至约40重量％的VA含量的EVA聚合物在本发明中是特别有用的。
本发明的叠层材料可以通过多种方法形成，包括热叠层、挤出涂覆以及挤出叠层。热叠层是指将两个膜接触而同时施加热以及压力的过程。总体上，这是通过将聚合物中的至少一种加热到或加热接近其软化点或熔点而完成的。挤出涂覆是指将一种热塑性聚合物在一个挤出机中熔融并且然后将熔融的聚合物通过一个模具来控制层的厚度并且将其沉积到一个移动的基片上的过程。随着聚合物的冷却，它凝固并且粘合到该基片上。冷却的速度可以使用多种方法(例如冷却辊或气刀)进行控制或加速。该涂层可以作为单层挤出或在一个称为共挤出的过程中通过一个单一的模具同时挤出多个聚合物层作为多个层挤出。挤出叠层是这种方法的一个替代实施方案，其中一种熔融聚合物被挤出涂覆到一个第一基片上并且之后一个第二基片被迅速地施加到该熔融聚合物的暴露表面上。这种熔融聚合物随着它冷却而将两个基片粘合到一起。(参见例如Edward M Petrie，″Adhesion in Extrusion and Coextrusion Processes，″SpecialChem4Adhesives website，July 30，2008)。
本发明提供了一种制备氟聚合物叠层材料的方法。步骤包括：提供一个第一基片，该第一基片包含一种具有极性官能度的改性的氟聚合物；提供一个第二基片；将该第一以及第二基片在适合于提供一种叠层材料的升高的温度下接触；并且使用紫外线辐射或电子束处理该叠层材料。
该方法不含有溶剂并且因此从经济和生态学观点上来看是有利的。
典型地，用于将该第一以及第二基片叠层到一起的升高的温度是至少高于该第二基片的熔点或软化点，并且更普遍的是高于该熔点或软化点约20℃至约50℃。
典型地，两个加热过的基片的叠层是在压力或真空下进行的。这可以通过多种本领域已知的方法完成，例如真空叠层或辊式压机叠层。施加到叠层材料上的典型压力是约15psi至约45psi，尽管它可以更高。当一个光电元件已经与该叠层材料接触时，控制该压力从而使得该光电元件在加工过程中不会被损害。
总体上，当使用一种辊式压机方法时，两个(或多个)基片的叠层是经从约小于一秒至几秒的时间段而完成的。当使用真空叠层时，该过程可以花费约5至约15分钟来完成这两种或更多种材料的叠层。
作为替代方案，叠层潜在地可以在一个辊式压机中完成。所以，对于在一个辊式压机中接触的改性的氟聚合物膜以及非氟聚合物，低压可以是从约1至约10psi，中等压力可以是从约10至约100psi，高压可以是从约100至约500psi，并且在极端情况下，甚至对于钢在钢上的钳口高达约5000psi。
在这两个基片叠层之后，使该叠层材料经受电离辐射，例如紫外光(UV)处理。该叠层材料使用一种合适的能量源(例如600W H-灯泡、H+灯泡或D-灯泡、或一种等离子体)进行辐射。
总体上，当使用一种UV源时，这种改进的氟聚合物层最靠近该UV源。
可以使该叠层材料在UV源下多次通过。
该叠层材料可以使用UV源处理，使得发生从约1至约600秒的总辐射时间，特别是从约30至约420秒并且特别是从约90至约180秒以提供从约20至约4000J/cm2的总用量，特别是从约150至约1860J/cm2并且特别是从约125至约250J/cm2。
形成这种多层片的一种方法是通过将该第二基片挤出涂覆到一种表面改性的氟聚合物上。
基片的粘合力是至少约5N/英寸。合适的范围包括高达约80N/英寸，特别是从约10至约70N/英寸并且特别是从约36至约60N/英寸，如通过ASTM D-903(使用2英寸/min的移动速度的T-剥离试验方法)测量的。
以下从1至33连续列举的段落提供了本发明的多个不同方面。在一个实施方案中，在第一段(1)中，本发明提供了一种制备氟聚合物叠层材料的方法，包括以下步骤：提供一个包含具有极性官能度的改性的氟聚合物的第一基片；提供一个第二基片；将该第一以及第二基片在适合于提供一种叠层材料的升高的温度下接触；并且使用辐射，例如紫外线辐射、γ辐射或电子束来处理该叠层材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一基片的极性官能度是该氟聚合物的聚合物主链的一部分。
3.如段落1所述的方法，其中该第一基片的极性官能度是来自该基片的表面改性。
4.如段落3所述的方法，其中该表面改性是通过电晕放电或等离子体进行的。
5.如段落4所述的方法，其中该电晕处理是在一种溶剂气氛的存在下进行的。
6.如段落5所述的方法，其中该溶剂气氛是酮。
7.如段落1或3至6中任一段所述的方法，其中该第一基片是ETFE、ECTFE、PCTFE、或FEP。
8.如段落1或3至6中任一段所述的方法，其中该第一基片是PVDF或PVF。
9.如段落1至8中任一段所述的方法，其中该第二基片是一种具有极性官能度的改性的氟聚合物。
10.如段落1至6中任一段所述的方法，其中该第二基片是一种烯烃聚合物或其共聚物，一种功能化的聚烯烃、一种离聚物、一种热塑性的硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、一种热塑性氨基甲酸酯或它们的混合物。
11.如段落1至10中任一段所述的方法，其中该第一以及第二基片是在至少高于该第二基片的熔点的一个温度下进行接触的。
12.如段落1至11中任一段所述的方法，其中该叠层材料用辐射例如紫外光进行了多于一次的处理。
13.如段落1至12中任一段所述的方法，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少5N/英寸的粘合强度。
14.如段落1至13中任一段所述的方法，进一步包括提供一种由该第二基片封装的光电器件的步骤。
15.一种光电器件，包括：一个第一基片，该第一基片包括具有极性官能度的一种改性的氟聚合物；一个第二基片，其中该第一以及第二基片提供了用辐射例如紫外线辐射、γ辐射或电子束处理的一种叠层材料；以及一个与该第二基片接触的光电部件。
16.如段落15所述的光电器件，其中该第一基片的极性官能度是该氟聚合物的聚合物主链的一部分。
17.如段落15所述的光电器件，其中该第一基片的极性官能度是来自该基片的表面改性。
18.如段落17所述的光电器件，其中该表面改性是通过电晕放电或等离子体进行的。
19.如段落18所述的光电器件，其中该电晕处理是在一种溶剂气氛的存在下进行的。
20.如段落19所述的光电器件，其中该溶剂气氛是酮。
21.如段落15或17至20中任一段所述的光电器件，其中该第一基片是ETFE、ECTFE、PCTFE、或FEP。
22.如段落15或17至20中任一段所述的光电器件，其中该第一基片是PVDF或PVF。
23.如段落15至22中任一段所述的光电器件，其中该第二基片是一种具有极性官能度的改性的氟聚合物。
24.如段落15至20中任一段所述的光电器件，其中该第二基片是一种烯烃聚合物或其共聚物，一种功能化的聚烯烃、一种离聚物、一种热塑性的硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、一种热塑性氨基甲酸酯或它们的混合物。
25.如段落15至24中任一段所述的光电器件，其中该第一以及第二基片是在至少高于该第二基片的熔点的一个温度下进行接触的。
26.如段落15至25中任一段所述的光电器件，其中该叠层材料用辐射例如γ辐射、紫外光或电子束进行了多于一次的处理。
27.如段落15至26中任一段所述的光电器件，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少5N/英寸的粘合强度。
28.如段落15至27中任一段所述的光电器件，进一步包括提供一种由该第二基片封装的光电器件的步骤。
29.通过如段落1至14中任一段所述的方法制备的叠层材料。
30.如段落29所述的叠层材料，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少约10N/英寸的粘合强度。
31.如段落29所述的叠层材料，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少约25N/英寸的粘合强度。
32.如段落29所述的叠层材料，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少约80N/英寸的粘合强度。
33.如段落29所述的叠层材料，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少约5N/英寸和约45N/英寸之间的粘合强度。
34.一种叠层材料，包括：一个表面处理过的氟聚合物层，其中该氟聚合物层的一个表面包含极性官能度；以及一个第二层，该第二层包括一种烯烃聚合物或其共聚物，一种功能化的聚烯烃、一种离聚物、一种热塑性的硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、一种热塑性氨基甲酸酯或它们的混合物，其中该氟聚合物层的改性的表面通过热量和压力被叠层到该第二层上，其中使该外部氟聚合物表面随后经受辐射。
35.如段落34所述的叠层材料，其中该辐射是UV辐射或电子束。
36.如段落34或35其中之一所述的叠层材料，其中该氟聚合物是ETFE、ECTFE、PCTFE、PVDF、PVF、或FEP。
如段落34至36中任一段所述的叠层材料，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少在约5N/英寸和约8N/英寸之间的粘合强度，例如至少约10、25、40N/英寸以及在其之间的所有值和范围。
本发明将参照以下多个非限制性的实例进一步进行说明。对于本领域的普通技术人员将清楚的是，在不背离本发明的范围时可以对所说明的这些实施方案做出多种改变。因此，本发明的范围不应该限于在本申请中说明的这些实施方案，但仅受限于由权利要求的语言所说明的实施方案以及这些实施方案的等效物。除非另外指明，所有的百分比均为按重量计。
实例
实例1
将一种来自Daikin的未改性的ETFE树脂挤出成一个2密尔的膜并且通过电晕在丙酮蒸气的存下进行表面处理。该膜通过电晕在用氮气覆盖的丙酮蒸气的存在下进行表面处理。使用7.8kW的电源将该膜在电晕电极下以约1mm的距离以每分钟100英尺的速度通过以便释放12-16kW/ft2/min的处理强度或瓦特密度。将由DuPont供应的一种离聚物树脂(等级PV4000)干燥并且使用一个加热过的压机(设置为在15吨下350F)压制出来成为一个7密尔的膜，持续5分钟。然后，将ETFE和离聚物膜使用一个ChemInstruments HL-100热辊式叠层机使用40psi的钳口压力标度盘设置以及2.6fpm的速度在350F下进行热叠层。上部辊是阳极化的特氟纶涂覆的铝。下部辊是用80硬度的硅酮橡胶覆盖的铝。最后，将该叠层材料使用600W/英寸通过由H-灯提供的UV波长进行辐射。将叠层材料置于一个以12英尺/分钟的速率前进的带上，其中该氟聚合物层面向该UV源。该UV源每间隔1英寸宽的缝隙对该样品进行辐射；因此对于每此穿行的辐射时间是约0.4s。使用了总计五次穿行来处理该叠层材料，这使得总辐射时间是约2s并且用量是194J/cm2。通过T剥离试验法(ASTM D-903)使用2英寸每分钟的十字头速度来测量粘合。结果概述在下表1中：
表1
Figure BDA0000054887450000171
表：使用1英寸的条通过T剥离试验以N表示的剥离力。*膜破裂。
因此，确定了当使用c-处理/热叠层/UV辐射的组合时，对于氟聚合物/非氟聚合物层间粘合存在协同作用。
实例2
将一种来自Daikin的未改性的ETFE树脂挤出成一个2密尔的膜并且通过电晕在丙酮蒸气的存在下进行表面处理。将该膜通过电晕在氮气覆盖的丙酮蒸气的存在下进行表面处理。使用7.8kW的电源将该膜在电晕电极下以约1mm的距离并且以每分钟100英尺的速度通过以便提供12-16kW/ft2/min的处理强度或瓦特密度。将由Mitsui提供的等级Notio PN3560的一种聚烯烃树脂(一种聚烯烃弹性体)使用一个加热过的压机(设置为在15吨下350F)压制出来成为一个7密尔的膜，持续5分钟。然后，将ETFE和聚烯烃膜使用一台ChemInstruments HL-100热辊式叠层机使用40psi的钳口压力标度盘设置以及2.6fpm的速度在350F下进行热叠层。上部辊是阳极化的特氟纶涂覆的铝。下部辊是用80硬度的硅酮橡胶覆盖的铝。最后，使用600W的H-灯通过UV波长将该叠层材料进行辐射。将叠层材料置于一个以12英尺/分钟的速率前进的带上，其中该氟聚合物层面向天花板。该UV源每间隔1英寸宽的缝隙对该样品进行辐射；因此对于每次穿行该辐射时间是约0.4s。使用了总计五次穿行来处理该叠层材料，这使得总辐射时间是约2s并且用量是194J/cm2。通过T剥离试验法使用2英寸每分钟的十字头速度来测量粘合。
结果概述在下表2中：
Figure BDA0000054887450000172
表：使用1英寸的条通过T剥离试验以N计的剥离力。*膜破裂。
因此，确定了当使用c-处理/热叠层/UV辐射的组合时，对于氟聚合物/非氟聚合物层间粘合存在协同作用。
尽管已经参照优选的实施方案对本发明进行了说明，但是本领域的普通技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围时在形式和细节上可以作出多种改变。贯穿本说明书引用的所有参考文献，包括背景中的那些，都以其全文结合在此。本领域的普通技术人员将认识到、或仅使用不超出常规的实验就能够确定在此确切说明的本发明的具体实施方案的多个等效方案。这些等效方案旨在包括在以下这些权利要求的范围之中。

Claims (23)

1.一种制备氟聚合物叠层材料的方法，包括以下步骤：
提供一个第一基片，该第一基片包括具有极性官能度的一种改性的氟聚合物；
提供一个第二基片；
使该第一以及第二基片在适合于提供一种叠层材料的升高的温度下接触；
用辐射或电子束处理该叠层材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一基片的极性官能度是该氟聚合物的聚合物主链的一部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中该第一基片的极性官能度是来自该基片的表面改性。
4.如权利要求3所述的方法，其中该表面改性是通过电晕放电或等离子体进行的。
5.如权利要求4所述的方法，其中该电晕处理是在一种溶剂气氛的存在下进行的。
6.如权利要求1所述的方法，其中该第一基片是ETFE、ECTFE、PCTFE、PVDF、PVF、或FEP。
7.如权利要求1所述的方法，其中该第二基片是一种具有极性官能度的改性的氟聚合物。
8.如权利要求1所述的方法，其中该第二基片是一种烯烃聚合物或其共聚物，一种功能化的聚烯烃、一种离聚物、一种热塑性的硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、一种热塑性氨基甲酸酯或它们的混合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少5N/英寸的粘合强度。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括提供一种由该第二基片封装的光电器件的步骤。
11.一种光电器件，包括：
一个第一基片，该第一基片包括具有极性官能度的一种改性的氟聚合物；
一个第二基片，其中该第一以及第二基片提供了用辐射或电子束处理的一种叠层材料；以及
一个与该第二基片接触的光电部件。
12.如权利要求11所述的光电器件，其中该第一基片的极性官能度是该氟聚合物的聚合物主链的一部分。
13.如权利要求12所述的光电器件，其中该第一基片的极性官能度是来自该基片的表面改性。
14.如权利要求13所述的光电器件，其中该表面改性是通过电晕放电或等离子体进行的。
15.如权利要求14所述的光电器件，其中该电晕处理是在一种溶剂气氛的存在下进行的。
16.如权利要求11所述的光电器件，其中该第一基片是ETFE、ECTFE、PCTFE、PVDF、PVF或FEP。
17.如权利要求11所述的光电器件，其中该第二基片是一种具有极性官能度的改性的氟聚合物。
18.如权利要求11所述的光电器件，其中该第二基片是一种烯烃聚合物或其共聚物，一种功能化的聚烯烃、一种离聚物、一种热塑性的硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、一种热塑性氨基甲酸酯或它们的混合物。
19.如权利要求11中任一项所述的光电器件，其中该叠层材料具有通过ASTM D-903测量的至少5N/英寸的粘合强度。
20.如权利要求11中任一项所述的光电器件，进一步包括提供一种由该第二基片封装的光电器件的步骤。
21.一种叠层材料，包括：
一个表面处理过的氟聚合物层，其中该氟聚合物层的一个表面包含极性官能度；以及
一个第二层，该第二层包括一种烯烃聚合物或其共聚物，一种功能化的聚烯烃、一种离聚物、一种热塑性的硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、一种热塑性氨基甲酸酯或它们的混合物，其中该氟聚合物层的改性的表面通过热量和压力被叠层到该第二层上，其中该外部氟聚合物表面随后经受了辐射。
22.如权利要求21所述的叠层材料，其中该辐射是UV辐射或电子束。
23.如权利要求21所述的叠层材料，其中该氟聚合物是ETFE、ECTFE、PCTFE、PVDF、PVF或FEP。
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