ES2344966T3 - Modulo de dispositivo electronico que comprende un copolimero multibloques de etileno. - Google Patents
Modulo de dispositivo electronico que comprende un copolimero multibloques de etileno. Download PDFInfo
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Abstract
Un módulo de dispositivo electrónico que comprende: A. Al menos un dispositivo electrónico, y B. Un material polímero en contacto íntimo con al menos una superficie del dispositivo electrónico, en donde el material polímero comprende un copolímero multibloque de etileno caracterizado por (a) una distribución de pesos moleculares superior a 1,3, (b) una densidad inferior a 0,90 g/cm3, (c) un módulo secante de 2% inferior a 150 MPa medido según la norma ASTM D-882-02, (d) un punto de fusión inferior a 125ºC, (e) un contenido de α-olefina de al menos 10% en peso e inferior a 80% en peso con respecto al peso del copolímero, y (f) una temperatura de transición vítrea Tg inferior a -35ºC.
Description
Módulo de dispositivo electrónico que comprende
un copolímero multibloques de etileno.
Esta invención se refiere a módulos de
dispositivos electrónicos que comprenden un dispositivo electrónico,
por ejemplo una célula solar o fotovoltaica (siglas inglesas PV), y
un material polímero protector que es un copolímero multibloque de
etileno. Aún en otro aspecto, la invención se refiere a un método
para fabricar un módulo de dispositivo electrónico.
\vskip1.000000\baselineskip
Comúnmente se emplean materiales polímeros en la
fabricación de módulos que comprenden uno o más dispositivos
electrónicos que incluyen, aunque sin quedar limitados a éstos,
células solares (también conocidas como células fotovoltaicas),
paneles de cristal líquido, dispositivos electroluminiscentes y
unidades de pantalla de plasma. Los módulos comprenden a menudo un
dispositivo electrónico en combinación con uno o más sustratos, por
ejemplo una o más láminas cobertoras de vidrio, a menudo situadas
entre dos sustratos en donde uno de los sustratos, o ambos,
comprenden vidrio, metal, plástico, caucho u otro material. Los
materiales polímeros se emplean típicamente como encapsulantes o
hermetizantes del módulo, o bien, dependiendo del diseño del módulo,
como un componente de la capa superficial del módulo, por ejemplo
una capa superficial trasera en un módulo de célula solar. Los
materiales polímeros para estos fines incluyen resinas de silicona,
resinas epoxídicas, resinas de poli(vinilbutiral), acetato
de celulosa, copolímero de etileno-acetato de vinilo
(EVA) e ionómeros.
La publicación de solicitud de patente de EE.UU.
2001/0045229 A1 identifica diversas propiedades deseables en
cualquier material polímero que esté destinado al uso en la
construcción de un módulo de dispositivo electrónico. Estas
propiedades incluyen (i) la protección del dispositivo frente a la
exposición al entorno exterior, por ejemplo la humedad y el aire,
en particular durante largos períodos de tiempo (ii) la protección
frente a choques mecánicos, (iii) fuerte adhesión al dispositivo
electrónico y sustratos, (iv) fácil elaboración, incluido el cierre
hermético o sellado, (v) buena transparencia, en particular en
aplicaciones en las cuales es importante la luz u otra radiación
electromagnética, por ejemplo módulos de células solares, (vi)
tiempos de curado cortos, con protección del dispositivo
electrónico frente al esfuerzo mecánico resultante de la contracción
del polímero durante el curado, (vii) elevada resistencia eléctrica
con escasa o nula conductancia eléctrica, y (viii) bajo coste.
Ningún material polímero proporciona un comportamiento óptimo en
todas estas propiedades en una aplicación particular dada, y
generalmente se aceptan soluciones de compromiso a fin de maximizar
el comportamiento en las propiedades más importantes para una
aplicación en particular, por ejemplo la transparencia y la
protección frente al entorno, a expensas de propiedades que tienen
una importancia secundaria para la aplicación, por ejemplo el
tiempo de curado y el coste. También se emplean combinaciones de
materiales polímeros, sea en forma de mezcla o bien como
componentes separados del módulo.
Para preparar película encapsulante para uso en
módulos fotovoltaicos (PV) se utilizan comúnmente copolímeros de
EVA con un elevado contenido (de 28 a 35% en peso) de unidades
derivadas del monómero de acetato de vinilo. Véanse, por ejemplo,
los documentos WO 95/22844, 99/04971, 99/05206 y 2004/055908.
Típicamente, las resinas EVA se estabilizan con aditivos para la
luz ultravioleta (UV), y se reticulan típicamente durante el proceso
de estratificación de la célula solar, mediante el empleo de
peróxidos con el fin de mejorar la resistencia al calor y a la
fluencia hasta un temperatura entre 80 y 90ºC. Sin embargo, las
resinas EVA no son el material ideal para película encapsulante
para células PV, por diversas razones. Por ejemplo, la película EVA
se oscurece progresivamente con la exposición a la luz solar
intensa porque la resina EVA se degrada químicamente bajo la
influencia de la luz UV. Esta decoloración puede originar una
pérdida superior al 30% en el rendimiento energético del módulo
solar después de un tiempo tan corto como cuatro años de exposición
al entorno. Las resinas EVA también absorben humedad y están
sujetas a descomposición.
Además, y tal como se ha indicado antes, las
resinas EVA se estabilizan típicamente con aditivos para UV, y se
reticulan durante el proceso de estratificación y/o encapsulación de
la célula solar, mediante el empleo de peróxidos con el fin de
mejorar la resistencia al calor y a la fluencia hasta temperaturas
elevadas, por ejemplo de 80 a 90ºC. Sin embargo, debido a la
presencia de enlaces C=O en la estructura molecular del EVA, que
absorben radiación UV, y a la presencia de agente reticulante de
peróxido residual en el sistema después del curado, se emplea un
paquete de aditivos para estabilizar el EVA frente a la degradación
inducida por UV. Se cree que el peróxido residual es el reactivo
oxidante primario responsable de la generación de cromóforos
(véase, por ejemplo, el documento
US-B-6,093,757). Los aditivos tales
como antioxidantes, estabilizantes frente a UV, absorbentes UV y
otros pueden estabilizar el EVA, pero al mismo tiempo el paquete de
aditivos puede bloquear longitudes de onda UV por debajo de 360
nanómetros (nm).
La eficacia del módulo fotovoltaico depende de
la eficacia de la célula fotovoltaica y de la longitud de onda de
la luz solar qua atraviesa el encapsulante. Una de las limitaciones
más fundamentales para la eficacia de una célula solar es la banda
prohibida de su material semiconductor, es decir, la energía
requerida para llevar un electrón desde la banda de valencia ligada
hasta la banda de conducción móvil. Los fotones con energía
inferior a la banda prohibida pasan a través del módulo sin ser
absorbidos. Los fotones con energía superior a la banda prohibida
son absorbidos, pero su exceso de energía es desperdiciado (se
disipa como calor). Para aumentar la eficacia de una célula
fotovoltaica, se utilizan células "en tándem" o multiunión con
el fin de ensanchar el intervalo de longitudes de onda para la
conversión de energía. Además, en muchas de las tecnologías de
película delgada tales como silicio amorfo, telururo de cadmio, o
seleniuro de cobre-indio-galio, la
banda prohibida de los materiales semiconductores es diferente a la
del silicio monocristalino. Estas células fotovoltaicas convierten
luz en electricidad para longitudes de onda inferiores a 360 nm.
Para estas células fotovoltaicas se necesita un encapsulante que
pueda absorber longitudes de onda inferiores a 360 nm, a fin de
mantener la eficacia del módulo PV.
Los documentos
US-B-6,320,116 y 6,586,271 enseñan
otra propiedad importante de estos materiales polímeros, en
particular aquellos materiales utilizados en la construcción de
módulos de células solares. Esta propiedad es la resistencia a la
fluencia térmica, es decir, la resistencia a la deformación
permanente de un polímero con el paso del tiempo, como consecuencia
de la temperatura. En general, la resistencia a la fluencia térmica
es directamente proporcional a la temperatura de fusión de un
polímero. Los módulos de células solares diseñados para el uso en
aplicaciones arquitectónicas a menudo necesitan mostrar excelente
resistencia a la fluencia térmica a temperaturas de 90ºC o
superiores. Para materiales con bajas temperaturas de fusión, por
ejemplo el EVA, a menudo es necesaria la reticulación del material
polímero para proporcionarle una resistencia a la fluencia térmica
superior.
La reticulación, en particular la reticulación
química, aunque soluciona un problema, por ejemplo la fluencia
térmica, puede crear otros problemas. Por ejemplo, el EVA, un
material polímero común utilizado en la construcción de módulos de
células solares, y que tiene un punto de fusión bastante bajo, es
reticulado frecuentemente mediante el empleo de un iniciador de
peróxido orgánico. Aunque esto corrige el problema de la fluencia
térmica, crea un problema de corrosión, es decir, raramente o nunca
se consigue la reticulación total, y ello deja peróxido residual en
el EVA. Este peróxido remanente puede favorecer la oxidación y
degradación del polímero de EVA y/o del dispositivo electrónico,
por ejemplo a través de la liberación de ácido acético a lo largo
de la vida del módulo de dispositivo electrónico. Además, la adición
de peróxido orgánico al EVA requiere un cuidadoso control de la
temperatura, para evitar una reticulación prematura.
Otro problema potencial que surge con la
reticulación iniciada por peróxidos es la acumulación de material
reticulado sobre las superficies metálicas del equipo de
fabricación. Durante los procesos de extrusión, en todas las
superficies metálicas donde existe flujo, se producen elevados
tiempos de permanencia. Al cabo de largos períodos de tiempo de
extrusión, se puede formar material reticulado sobre las superficies
metálicas, y ello requiere la limpieza del equipo. La práctica
actual para minimizar la formación de gel, es decir, esta
reticulación de polímero sobre las superficies metálicas del equipo
de fabricación, es emplear bajas temperaturas de trabajo, lo cual a
su vez disminuye la velocidad de producción del producto
extruido.
El documento
US-A-6,077,907 describe piezas de
poliolefina moldeadas con estabilidad dimensional mejorada a
temperaturas elevadas y rigidez mejorada, que se producen mediante
el moldeo por soplado o el moldeo por inyección de 60 a 99,9% en
peso de polímeros de propileno no modificados A y de 40 a 0,1% en
peso de polímeros de propileno modificados B. Las aplicaciones
especificadas para las piezas de poliolefina incluyen componentes
para equipo eléctrico y electrónico. En un ejemplo, se prepara una
poliolefina que tiene un índice de fluidez de 11,5 g/10 minutos a
230ºC/2,16 kg y una densidad de 0,92 g/cm^{3} a 25ºC mediante la
extrusión en estado fundido de una mezcla que contiene 15% en peso
de polipropileno modificado; 55% en peso de copolímero de
polipropileno con un contenido de 4,2% en peso de etileno; 30% en
peso de mezcla de reactor que tiene un contenido de etileno de 33%
en moles y que consiste en un copolímero cristalino de
propileno-etileno y un copolímero de
etileno-propileno elástico.
Otra propiedad que puede ser importante en la
selección de un material polímero para uso en la fabricación de un
módulo de dispositivo electrónico es la termoplasticidad, es decir,
la capacidad de ser reblandecido, moldeado y conformado. Por
ejemplo, si el material polímero va a ser empleado como una capa
superficial trasera en un módulo sin marco, debe presentar
termoplasticidad durante la estratificación, tal como se describe en
el documento US-B-5,741,370. No
obstante, esta termoplasticidad no debe obtenerse a costa de la
resistencia real a la fluencia.
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización, la invención es un módulo de
dispositivo electrónico que comprende:
- A.
- Al menos un dispositivo electrónico, y
- B.
- Un material polímero en contacto íntimo con al menos una superficie del dispositivo electrónico, comprendiendo el material polímero (i) un copolímero multibloque de etileno tal como se define más adelante en este documento, (ii) opcionalmente, iniciador de radicales libres, por ejemplo un peróxido o compuesto azo, o un fotoiniciador, por ejemplo benzofenona, en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero, y (iii) opcionalmente, un co-agente en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero.
\newpage
En otra realización, la invención es un módulo
de dispositivo electrónico que comprende:
- A.
- Al menos un dispositivo electrónico, y
- B.
- Un material polímero en contacto íntimo con al menos una superficie del dispositivo electrónico, comprendiendo el material polímero (i) un copolímero multibloque de etileno tal como se define más adelante en este documento, y (ii) un vinilsilano, por ejemplo viniltrietoxisilano o viniltrimetoxisilano, en una cantidad de al menos 0,1% en peso basada en el peso del copolímero, (iii) un iniciador de radicales libres, por ejemplo un peróxido o compuesto azo, o un fotoiniciador, por ejemplo benzofenona, en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero, y (iv) opcionalmente, un co-agente en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero.
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"En contacto íntimo" y expresiones
similares significan que el material polímero está en contacto con
al menos una superficie del dispositivo u otro artículo, de una
manera similar a como un revestimiento está en contacto con un
sustrato, por ejemplo hay una pequeña o nula separación o espacio
entre el material polímero y la cara del dispositivo, y el material
presenta una adhesión de buena a excelente a la cara del
dispositivo. Después de la extrusión u otro método de aplicar el
material polímero a al menos una superficie del dispositivo
electrónico, el material típicamente forma y/o cura para formar una
película que puede ser tanto transparente como opaca, y tanto
flexible como rígida. Si el dispositivo electrónico es una célula
solar u otro dispositivo que requiera un acceso sin obstrucciones o
con una mínima obstrucción a la luz solar o para permitir a un
usuario leer información en el mismo, por ejemplo una unidad de
pantalla de plasma, entonces la parte del material que cubra la
superficie activa o "de trabajo" del dispositivo debe ser muy
transparente.
El módulo puede comprender además otro u otros
más componentes, tales como otra u otras más láminas cobertoras de
vidrio, y en estas realizaciones, el material polímero está situado
usualmente entre el dispositivo electrónico y la lámina cobertora
de vidrio en una configuración tipo emparedado. Si el material
polímero se aplica como una película a la superficie de la lámina
cobertora de vidrio contraria al dispositivo electrónico, entonces
la superficie de la película que está en contacto con la superficie
de la lámina cobertora de vidrio puede ser lisa o irregular, por
ejemplo provista de relieve o de textura.
Típicamente, el copolímero multibloque de
etileno es un copolímero de etileno y
\alpha-olefina con (a) una fracción molecular que
eluye entre 40ºC y 130ºC cuando es fraccionada empleando el
fraccionamiento por efluente con temperatura creciente (TREF,
siglas de Temperature Rising Effluent Fractionation), caracterizada
porque la fracción tiene un índice de bloques de al menos 0,5 y
hasta 1, y una distribución de pesos moleculares (MWD, siglas de
Molecular Weight Distribution) (PDI, Mw/Mn) superior a 1,3, o bien
(b) un índice de bloques promedio mayor que cero y hasta 1,0, y una
MWD superior a 1,3. El copolímero multibloque de etileno empleado
en esta invención tiene (a) una distribución de pesos moleculares
superior a 1,3, (b) una densidad inferior a 0,90 g/cm^{3}, (c) un
módulo secante de 2% inferior a 150 megaPascales (MPa), medido según
la norma ASTM D-882-02, (d) un
punto de fusión inferior a 125ºC, (e) un contenido de
\alpha-olefina de al menos 10 e inferior a 80% en
peso basado en el peso del copolímero, y (f) una Tg inferior a
-35ºC. Puede tener un índice de fluencia (MI, siglas de Melt Index)
inferior a 100 gramos por 10 minutos (g/10 min.). El material
polímero puede encapsular por completo al dispositivo electrónico,
o bien puede estar en contacto íntimo sólo con una parte del mismo,
por ejemplo encapsular parcialmente al dispositivo o estar
estratificado a una superficie facial del dispositivo. Además, al
menos una película adicional puede estar interpuesta entre el
material polímero y el dispositivo electrónico. Opcionalmente, el
material polímero puede comprender además un inhibidor de
reticulación prematura y, dependiendo de la aplicación para la cual
esté destinado el módulo, de la composición química del copolímero
y de otros factores, el copolímero puede quedar sin reticular o ser
reticulado. Si se reticula, lo es hasta
que contiene menos de 70 por ciento de extraíbles en xileno, medido de acuerdo con la norma ASTM 2765-95.
que contiene menos de 70 por ciento de extraíbles en xileno, medido de acuerdo con la norma ASTM 2765-95.
En otra realización, la invención es el módulo
de dispositivo electrónico tal como se ha descrito en las dos
realizaciones precedentes, con la excepción de que el material
polímero en contacto íntimo con al menos una superficie del
dispositivo electrónico es un material co-extruido
en el cual al menos una capa superficial exterior (i) no contiene
peróxido para la reticulación, y (ii) es la superficie que entra en
contacto íntimo con el módulo. Típicamente, esta capa superficial
exterior presenta una buena adhesión al vidrio. Esta capa
superficial exterior de material co-extruido puede
comprender cualquier polímero de una serie de diferentes polímeros,
pero es típicamente el mismo polímero que el polímero de la capa que
contiene peróxido, aunque sin el peróxido. Esta realización de la
invención permite el uso de mayores temperaturas de elaboración que,
a su vez, permiten mayores cadencias de producción sin una
indeseada formación de gel en el polímero encapsulante a causa del
contacto prolongado con las superficies metálicas del equipo de
fabricación. En otra realización, el producto extruido comprende al
menos tres capas en las cuales la capa superficial en contacto con
el módulo electrónico no contiene peróxido, y la capa que contiene
peróxido es una capa interior.
Un módulo de dispositivo electrónico de la
invención puede ser fabricado por un método que comprende los pasos
de:
- A.
- Proveer al menos un dispositivo electrónico, y
- B.
- Poner en contacto al menos una superficie del dispositivo electrónico con un material polímero que comprende (i) un copolímero multibloque de etileno, (ii) opcionalmente, un iniciador de radicales libres, por ejemplo un peróxido o compuesto azo, o un fotoiniciador, por ejemplo benzofenona, en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero, y (iii) opcionalmente, un co-agente en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero.
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Un módulo de dispositivo electrónico de la
invención puede ser fabricado por un método que comprende los pasos
de:
- A.
- Proveer al menos un dispositivo electrónico, y
- B.
- Poner en contacto al menos una superficie del dispositivo electrónico con un material polímero que comprende (i) un copolímero multibloque de etileno, (ii) un vinilsilano, por ejemplo viniltrietoxisilano o viniltrimetoxisilano, en una cantidad de al menos 0,1% en peso basada en el peso del copolímero, (iii) un iniciador de radicales libres, por ejemplo un peróxido o compuesto azo, o un fotoiniciador, por ejemplo benzofenona, en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero, y (iv) opcionalmente, un co-agente en una cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero.
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En una variante de estos dos métodos, el módulo
comprende además al menos una capa cobertora translúcida dispuesta
aparte de una superficie facial del dispositivo, y el material
polímero está interpuesto en una relación de cierre hermético entre
el dispositivo electrónico y la capa cobertora. La capa cobertora
puede ser rígida, por ejemplo vidrio, o flexible, por ejemplo una
película polímera. La expresión "en una relación de cierre
hermético" y similares significa que el material polímero se
adhiere bien tanto a la capa cobertora como al dispositivo
electrónico, típicamente a al menos una superficie facial de cada
uno, y que une las dos con escasa o nula distancia o espacio entre
los dos componentes del módulo (distintas de las distancias o
espacios que puedan existir entre el material polímero y la capa
cobertora como resultado del material polímero aplicado a la capa
cobertora en forma de una película provista de relieve o de textura,
o de que la capa cobertora en sí esté provista de relieve o de
textura de otro modo).
Además, en ambos métodos, el material polímero
puede comprender además un inhibidor de la reticulación prematura,
y el método puede incluir opcionalmente un paso en el cual se
reticula el copolímero, por ejemplo bien sea poniendo en contacto
el dispositivo electrónico y/o la lámina cobertora de vidrio con el
material polímero en condiciones reticulantes, o exponiendo el
módulo a condiciones reticulantes después de haber formado el
módulo, de manera tal que el copolímero poliolefínico contenga menos
de 70 por ciento de extraíbles solubles en xileno, medidos según la
norma ASTM 2765-95. Las condiciones reticulantes
incluyen el calor (por ejemplo, una temperatura de al menos 160ºC),
radiación (por ejemplo, al menos 15 megarad en el caso de haz de
electrones, ó 0,05 Julios/cm^{2} en el caso de luz UV), humedad
(por ejemplo una humedad relativa de al menos 50%), etc.
En otra variante de los métodos, el dispositivo
electrónico está encapsulado, es decir, completamente rodeado o
encerrado dentro del material polímero. En otra variante de los
métodos, la capa cobertora es tratada con un agente copulante de
silano, por ejemplo
\gamma-aminopropiltrietoxisilano. Aún en otra
variante de los métodos, el material polímero comprende además un
polímero de injerto para intensificar su propiedad adhesiva con
relación a uno o ambos del dispositivo electrónico y la capa
cobertora. Típicamente, el polímero de injerto se prepara in
situ simplemente injertando el copolímero multibloque de etileno
con un compuesto orgánico insaturado que contenga un grupo
carbonilo, por ejemplo, anhídrido maleico.
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La Figura 1 es una representación esquemática de
una realización de un módulo de dispositivo electrónico de esta
invención, es decir, un módulo fotovoltaico (PV) rígido.
La Figura 2 es una representación esquemática de
otra realización de un módulo de dispositivo electrónico de esta
invención, es decir, un módulo PV flexible.
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El término "polímero" incluye tanto
homopolímeros convencionales, es decir polímeros homogéneos
preparados a partir de un único monómero, como copolímeros
(denominados indistintamente interpolímeros), que significan
polímeros preparados por reacción de al menos dos monómeros o que,
de otro modo, contengan segmentos o bloques químicamente
diferenciados incluso aunque estén formados por un único monómero.
Más específicamente, el término "polietileno" incluye
homopolímeros de etileno y copolímeros de etileno y una o más
\alpha-olefinas C_{3-8} en las
cuales el etileno comprende al menos 50 por ciento en moles. El
término "cristalino", si se emplea, se refiere a un polímero
que presenta una transición de primer orden o punto de fusión
cristalino (Tm) determinado por calorimetría de barrido diferencial
(siglas inglesas DSC) o una técnica equivalente. El término se puede
usar de forma indistinta con el término "semicristalino". El
término "amorfo" se refiere a un polímero que carece de un
punto de fusión cristalino determinado por DSC o una técnica
equivalente.
El término "copolímero multibloque" o
"copolímero segmentado" y términos similares se refieren a un
polímero que comprende dos o más regiones o segmentos químicamente
distintos (denominados "bloques") preferiblemente unidos de
forma lineal, es decir un polímero que comprende unidades
químicamente diferenciadas que están unidas
extremo-con-extremo con respecto a
la funcionalidad etilénica polimerizada, en lugar de en una forma
ramificada o injertada. En una realización preferida, los bloques
se diferencian en la cantidad o tipo de comonómero incorporado, la
densidad, el grado de cristalinidad, el tamaño de grano cristalino
atribuible a un polímero de dicha composición, el tipo o grado de
tacticidad (isotáctico o sindiotáctico), la regiorregularidad o
regioirregularidad, la cantidad de ramificación (que incluye la
ramificación de cadena larga o híper-ramificación),
la homogeneidad o cualquier otra propiedad física o química. En
comparación con los copolímeros de bloques de la técnica anterior,
que incluyen copolímeros producidos por adición secuencial de
monómeros, catalizadores variables o técnicas de polimerización
aniónica, los copolímeros multibloque utilizados en la práctica de
esta invención se caracterizan por distribuciones exclusivas de
polidispersidad de los polímeros (PDI ó Mw/Mn ó MWD), distribución
de longitud de los bloques y/o distribución de número de bloques,
debido, en una realización preferida, al efecto del agente o
agentes de intercambio en combinación con múltiples catalizadores
utilizados en su preparación. Más específicamente, cuando se
producen en un procedimiento continuo, los polímeros presentan de
forma deseable un PDI de 1,7 a 3,5, preferiblemente de 1,8 a 3, más
preferiblemente de 1,8 a 2,5 y lo más preferiblemente de 1,8 a 2,2.
Cuando se producen en un procedimiento en lotes o
semi-lotes, los polímeros presentan de manera
deseable un PDI de 1,0 a 3,5, preferiblemente de 1,3 a 3, más
preferiblemente de 1,4 a 2,5 y lo más preferiblemente de 1,4 a
2.
El copolímero multibloque de etileno es un
copolímero multibloque que comprende etileno y uno o más comonómeros
copolimerizables, en los cuales el etileno comprende una pluralidad
de las unidades de monómero polimerizadas de por lo menos un bloque
o segmento en el polímero, preferiblemente al menos 90 por ciento,
más preferiblemente al menos 95 por ciento, y lo más
preferiblemente al menos 98 por ciento en moles del bloque. En base
al peso total del polímero, los copolímeros multibloque de etileno
utilizados en la práctica de la presente invención preferiblemente
tienen un contenido de etileno de 25 a 97 por ciento, más
preferiblemente de 40 a 96 por ciento, aún más preferiblemente de
55 a 95 por ciento, y lo más preferiblemente de 65 a 85 por
ciento.
Puesto que los segmentos o bloques distinguibles
respectivos formados a partir de dos o más monómeros están unidas
en cadenas poliméricas individuales, el polímero no puede ser
fraccionado por completo usando técnicas de extracción selectiva
convencionales. Por ejemplo, los polímeros que contienen regiones
que son relativamente cristalinas (segmentos de alta densidad) y
regiones que son relativamente amorfas (segmentos de densidad
inferior) no pueden ser extraidos selectivamente o fraccionados
usando disolventes diferentes. En una realización preferida, la
cantidad de polímero extraíble mediante el empleo de, o bien un éter
dialquílico o bien un disolvente de alcano, es inferior a 10 por
ciento, preferiblemente inferior a 7 por ciento, más preferiblemente
inferior a 5 por ciento, y lo más preferiblemente inferior a 2 por
ciento, del peso total del polímero.
Además, los copolímeros multibloque empleados en
la práctica de la invención poseen convenientemente una PDI que se
ajusta a una distribución de Schutz-Flory más bien
que a una distribución de Poisson. El uso del procedimiento de
polimerización descrito en el documento WO 2005/090427 y en el
documento USSN 11/376,835 da como resultado un producto que tiene
tanto una distribución polidispersa de los bloques como una
distribución polidispersa de los tamaños de los bloques. Esto
produce la formación de productos poliméricos que tienen propiedades
físicas mejoradas y distinguibles. Los beneficios teóricos de una
distribución polidispersa de los bloques han sido previamente
modelizados y discutidos en Potemkin, Physical Review E (1998) 57
(6), páginas 6902-6912, y Dobrynin, J. Chem.Phvs.
(1997) 107 (21), páginas 9234-9238.
En otra realización, los copolímeros de la
invención, especialmente aquellos elaborados en un reactor de
polimerización en solución continuo, poseen la distribución más
probable de las longitudes de los bloques. Los polímeros más
preferidos utilizados en la práctica de esta invención son
copolímeros multibloque que contienen 4 o más bloques o segmentos,
incluidos los bloques terminales. En una realización de esta
invención, los copolímeros multibloque de etileno tienen:
- (a)
- una MwMn de 1,7 a 3,5, al menos un punto de fusión, Tm, en grados centígrados y una densidad, d, en gramos/centímetro cúbico, en donde los valores numéricos de Tm y d corresponden a la relación:
Tm > -2002,9
+ 4538,5(d) -
2422,2(d)^{2},
- o bien
- (b)
- una Mw/Mn de 1,7 a 3,5, y se caracterizan por un calor de fusión, \DeltaH en J/g, y un valor de delta, \DeltaT, en grados centígrados definido como la diferencia de temperatura entre el pico de DSC mayor y el pico de CRYSTAF mayor, teniendo los valores numéricos de \DeltaT y \DeltaH las siguientes relaciones:
\DeltaT >
-0,1299(\DeltaH) + 62,81 para \DeltaH mayor que cero y
hasta 130
J/g
\DeltaT
\geq 48ºC para \DeltaH mayor que 130
J/g,
- donde el pico de CRYSTAF se determina usando al menos 5 por ciento del polímero acumulado, y si es menor que 5 por ciento del polímero tiene un pico de CRYSTAF identificable, entonces la temperatura CRYSTAF es 30ºC; o bien
- (c)
- una recuperación elástica, Re, en tanto por ciento para una deformación de 300 por ciento y 1 ciclo medida con una película moldeada por compresión del interpolímero de etileno/\alpha-olefina, y tiene una densidad, d, en gramos/centímetro cúbico, donde los valores numéricos de Re y d satisfacen la siguiente relación cuando el interpolímero de etileno/\alpha-olefina está esencialmente libre de fase reticulada:
Re > 1481 +
1629(d);
- o bien
- (d)
- una fracción de peso molecular que eluye entre 40ºC y 130ºC cuando se fracciona usando TREF, caracterizada porque la fracción tiene un contenido molar de comonómero por lo menos 5 por ciento mayor que el de una fracción de interpolímero al azar de etileno comparable que eluye entre las mismas temperaturas, donde dicho interpolímero al azar de etileno comparable tiene el mismo comonómero o comonómeros y tiene un índice de fusión, densidad y contenido molar de comonómero (en base a la totalidad del polímero) dentro de 10 por ciento de aquel del interpolímero etileno/\alpha-olefina; o bien
- (e)
- tiene un módulo de almacenamiento a 25ºC, G'(25ºC), y un módulo de almacenamiento a 100ºC, G' (100ºC), donde la relación de G'(25ºC) a G'(100ºC) se sitúa en el intervalo de 1:1 a 9:1.
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El interpolímero de
etileno/\alpha-olefina puede también tener:
- (a)
- una fracción molecular que eluye entre 40ºC y 130ºC cuando se fracciona usando TREF, caracterizada porque la fracción tiene un índice de bloques de al menos 0,5 y hasta 1; o bien
- (b)
- un índice medio de bloques mayor que cero y hasta 1,0.
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Los monómeros adecuados para ser usados en la
preparación de los copolímeros multibloque de etileno utilizados en
la práctica de la presente invención incluyen etileno y uno o más
monómeros polimerizables por adición distintos de etileno. Los
ejemplos de comonómeros adecuados incluyen
\alpha-olefinas de cadena lineal o ramificada de
3 a 30 átomos de carbono, preferiblemente 3 a 20 átomos de carbono,
tales como propileno, 1-buteno,
1-penteno,
3-metil-1-buteno,
1-hexeno,
4-metil-1- -penteno,
3-metil-1-penteno,
1-octeno, 1-deceno,
1-dodeceno, 1-tetradeceno,
1-hexadeceno, 1-octadeceno y
1-eicoseno; ciclo-olefinas de 3 a 30
átomos de carbono, preferiblemente 3 a 20 átomos de carbono, tales
como ciclopenteno, ciclohepteno, norborneno,
5-metil-2-norborneno,
tetraciclododeceno, y
2-metil-1,4,5,8- -dimetano-1,2,3,4,4a,5,8,8a-octahidronaftaleno;
di- y poliolefinas, tales como butadieno, isopreno,
4-metil-1,3-pentadieno,
1,3-pentadieno, 1,4-pentadieno,
1,5-hexadieno, 1,4-hexadieno,
1,3-hexadieno, 1,3-octadieno,
1,4-octadieno, 1,5-octadieno,
1,6-octadieno, 1,7-octadieno,
etilidenonorborneno, vinilnorborneno, diciclopentadieno,
7-metil-1,6-octadieno,
4-etilideno-8-metil-1,7-nonadieno
y
5,9-dimetil-1,4,8-decatrieno;
compuestos vinílicos aromáticos tales como mono- o
polialquilestirenos (entre ellos estireno,
o-metilestireno, m-metilestireno,
p-metilestireno,
o,p-dimetilestireno, o-etilestireno,
m-etilestireno y p-etilestireno), y
derivados que contienen grupos funcionales, tales como
metoxiestireno, etoxiestireno, ácido vinilbenzoico, vinilbenzoato
de metilo, acetato de vinilbencilo, hidroxiestireno,
o-cloroestireno, p-cloroestireno,
divinilbenceno, 3-fenilpropeno,
4-fenilpropeno,
\alpha-metilestireno, cloruro de vinilo,
1,2-difluoroetileno,
1,2-dicloroetileno,
tetrafluoro-etileno, y
3,3,3-trifluoro-1-propeno.
Otros copolímeros multibloque de etileno que se
pueden utilizar en la práctica de esta invención son los
interpolímeros elastoméricos de etileno, una
\alpha-olefina C_{3-20},
especialmente propileno y, opcionalmente, uno o más monómeros de
dieno. Las \alpha-olefinas preferidas para ser
usadas en este modo de realización de la presente invención están
representadas por la fórmula CH_{2}=CHR*, en donde R* es un grupo
alquilo lineal o ramificado con 1 a 12 átomos de carbono. Los
ejemplos de \alpha-olefinas adecuadas incluyen,
pero sin quedar limitados a éstos, propileno, isobutileno,
1-buteno, 1-penteno,
1-hexeno,
4-metil-1-penteno y
1-octeno. Una \alpha-olefina
particularmente preferida es el propileno. Los polímeros con base de
propileno se denominan generalmente en la técnica polímeros EP o
EPDM. Dienos adecuados para usarlos en la preparación de dichos
polímeros, especialmente polímeros de multibloque de tipo EPDM,
incluyen dienos conjugados o no conjugados, de cadena lineal o
ramificada, cíclicos o policíclicos que contienen de 4 a 20 átomos
de carbono. Los dienos preferidos incluyen
1,4-pentadieno, 1,4-hexadieno,
5-etiliden-2-norborneno,
diciclopentadieno, ciclohexadieno y
5-butiliden-2-norborneno.
Un dieno particularmente preferido es el
5-etiliden-2-norborneno.
Puesto que los polímeros que contienen dieno
comprenden segmentos o bloques alternados que contienen cantidades
mayores o menores del dieno (inclusive nada) y
\alpha-olefina (inclusive nada), la cantidad total
de dieno y \alpha-olefina se puede reducir sin
perder las propiedades subsiguientes del polímero. Es decir, como
los monómeros de dieno y \alpha-olefina están
preferentemente incorporados en un tipo de bloque del polímero en
lugar de estar incorporados de manera uniforme o aleatoria a lo
largo del polímero, se usan más eficazmente, y en consecuencia se
puede controlar mejor la densidad de reticulación del polímero.
Estos elastómeros reticulables y los productos curados presentan
propiedades ventajosas, entre ellas una mayor resistencia a la
tracción y una mejor recuperación elástica.
Convenientemente, los copolímeros multibloque de
etileno están elaborados con dos catalizadores que incorporan
diferentes cantidades de comonómero, y estos copolímeros tienen una
relación en peso de bloques desde 95:5 hasta 5:95. Los polímeros
elastoméricos tienen convenientemente un contenido de etileno de 20
a 90 por ciento, opcionalmente un contenido de dieno de 0,1 a 10
por ciento, y un contenido de \alpha-olefina de 10
a 80 por ciento, basados en el peso total del polímero.
Preferiblemente además, los polímeros multibloque elastoméricos de
esta realización tienen un contenido de etileno de 60 a 90 por
ciento, un contenido de dieno de 0,1 a 10 por ciento, y un
contenido de \alpha-olefina de 10 a 40 por ciento,
basados en el peso total del polímero. Los polímeros preferidos son
polímeros de alto peso molecular, que tienen un peso molecular
promedio en peso (Mw) de 10.000 to 2.500.000, preferiblemente de
20.000 a 500.000, más preferiblemente de 20.000 a 350.000; una
polidispersidad inferior a 3,5, más preferiblemente inferior a 3,0;
y una viscosidad Mooney (ML (1+4)125ºC) de 1 a 250. Más
preferiblemente dichos polímeros tienen un contenido de etileno de
65 a 75 por ciento, un contenido de dieno de 0 a 6 por ciento y un
contenido de \alpha-olefina de 20 a 35 por
ciento.
Los copolímeros multibloque de etileno útiles en
la práctica de esta invención tienen una densidad inferior a 0,90
g/cm^{3}, preferiblemente inferior a 0,89 g/cm^{3}, más
preferiblemente inferior a 0,885 g/cm^{3}, incluso más
preferiblemente inferior a 0,88 g/cm^{3}, e incluso más
preferiblemente inferior a 0,875 g/cm^{3}. Los copolímeros
multibloque de etileno tienen típicamente una densidad superior a
0,85 g/cm^{3}, y más preferiblemente superior a 0,86 g/cm^{3}.
La densidad se mide mediante el procedimiento de la norma ASTM
D-792. Los copolímeros multibloque de etileno de
baja densidad se caracterizan en general por ser amorfos, flexibles
y por tener buenas propiedades ópticas, por ejemplo, alta
transmisión de luz UV y visible, y baja turbidez.
Los copolímeros multibloque de etileno empleados
en la práctica de esta invención tienen un módulo secante de 2%
inferior a 150 MPa, preferiblemente inferior a 140 MPa, más
preferiblemente inferior a 120 MPa, e incluso más preferiblemente
inferior a 100 MPa, medido por el procedimiento de la norma ASTM
D-882-02. Los copolímeros
multibloque de etileno tienen típicamente un módulo secante de 2%
mayor que cero, pero cuanto más bajo sea el módulo, mejor se
adaptará el copolímero para el uso en esta invención. El módulo
secante es la pendiente de una línea, trazada desde el origen de un
diagrama de esfuerzo/deformación, que intersecta la curva en un
punto de interés, y se utiliza para describir la rigidez de un
material en la región inelástica del diagrama. Los copolímeros
multibloque de etileno de bajo módulo están particularmente bien
adaptados para el uso en esta invención, ya que proporcionan
estabilidad bajo esfuerzo, es decir, son menos propensos al
agrietamiento bajo esfuerzo o contracción.
Los copolímeros multibloque de etileno empleados
en la práctica de esta invención tienen un punto de fusión
inferior a 125. El punto de fusión se mide por el método de
calorimetría diferencial de barrido (DSC) descrito en el documento
WO 2005/090427 (US2006/0199930). Los copolímeros multibloque de
etileno con bajo punto de fusión presentan a menudo deseables
propiedades de flexibilidad y termoplasticidad útiles en la
fabricación de los módulos de esta invención.
Los copolímeros multibloque de etileno empleados
en la práctica de esta invención, y su preparación y empleo, están
descritos con mayor detalle en los documentos WO 2005/090427,
US2006/0199931, US2006/0199930, US2006/0199914, US2006/0199912,
US2006/0199911, US2006/0199910, US2006/0199908,
US2006/0199907,
US2006/0199906, US2006/0199905, US2006/0199897, US2006/0199896, US2006/0199887, US2006/0199884,
US2006/0199872, US2006/0199744, US2006/0199030, US2006/0199006 y US2006/0199983.
US2006/0199906, US2006/0199905, US2006/0199897, US2006/0199896, US2006/0199887, US2006/0199884,
US2006/0199872, US2006/0199744, US2006/0199030, US2006/0199006 y US2006/0199983.
Debido a la exclusiva estructura composicional
de los copolímeros multibloque de etileno empleados en la práctica
de esta invención, estos materiales a menudo no requieren
reticulación para conseguir las propiedades deseadas de un
componente de polímero protector en un módulo de dispositivo
electrónico, en particular con respecto a la fluencia térmica y al
módulo. En circunstancias en las cuales el copolímero multibloque de
etileno tenga una densidad particularmente baja, por ejemplo
inferior a 0,86 g/cm^{3}, o un punto de fusión, por ejemplo,
inferior a 120ºC, estos copolímeros se curan o se reticulan
típicamente en el momento del contacto o después, usualmente poco
tiempo después, de que se haya construido el módulo. Para polímeros
de baja densidad y/o bajo módulo, la reticulación es importante
para el comportamiento dentro de su función de proteger el
dispositivo electrónico frente al entorno. Específicamente, la
reticulación incrementa la resistencia a la fluencia térmica de
tales polímeros y la durabilidad del módulo en términos de
resistencia al calor, al impacto y a los disolventes. Si se desea
reticulación, ésta puede lograrse mediante uno cualquiera de
diversos métodos, por ejemplo mediante el empleo de iniciadores
térmicamente activados, por ejemplo peróxidos y compuestos azo;
fotoiniciadores, por ejemplo benzofenona; técnicas con radiación
distinta de la luz solar y la luz UV, por ejemplo haces de
electrones y de rayos X; vinilsilanos, por ejemplo, viniltrietoxi- ó
viniltrimetoxi-silano; y curado por humedad.
Los iniciadores de radical libres utilizados en
la práctica de esta invención incluyen cualquier compuesto
térmicamente activado que sea relativamente inestable y se escinda
fácilmente en al menos dos radicales. Son representativos de esta
clase de compuestos los peróxidos, en particular los peróxidos
orgánicos, y los iniciadores azo. De los iniciadores de radicales
libres empleados como agentes reticulantes, se prefieren los
iniciadores de peróxidos de dialquilo y diperoxicetales. Estos
compuestos están descritos en la Encyclopedia of Chemical
Technology, tercera edición, volumen 17, páginas
27-90. (1982).
En el grupo de los peróxidos de dialquilo, los
iniciadores preferidos son: peróxido de dicumilo, peróxido de
di-t-butilo, peróxido de
t-butilcumilo,
2,5-dimetil-2,5- -di(t-butilperoxi)-hexano,
2,5-dimetil-2,5-di(t-amilperoxi)-hexano,
2,5-dimetil-2,5-
-di(tbutilperoxi)hexino-3,
2,5-dimetil-2,5-di(t-amilperoxi)hexino-3,
\alpha,\alpha-di[(t-butilperoxi)-isopropil]benceno,
peróxido de di-t-amilo,
1,3,5-tri-[(t-butilperoxi)-isopropil]benceno,
1,3-dimetil-3-(t-butilperoxi)butanol,
1,3-dimetil-3-(t-amilperoxi)butanol
y mezclas de dos o más de estos iniciadores.
En el grupo de los iniciadores de diperoxicetal,
los iniciadores preferidos son:
1,1-di(t-butilperoxi)-3,3,5-trimetilciclohexano,
1,1-di(t-butilperoxi)ciclohexano,
4,4- -di(t-amilperoxi)valerato
de n-butilo,
3,3-di(t-butilperoxi)butirato
de etilo,
2,2- -di(t-amilperoxi)-propano,
3,6,6,9,9-pentametil-3-etoxicarbonilmetil-1,2,4,5-tetraoxa-ciclononano,
4,4-bis(t-butilperoxi)-valerato
de n-butilo,
3,3-di(t-amilperoxi)-butirato
de etilo y mezclas de dos o más de estos iniciado-
res.
res.
También se pueden utilizar otros iniciadores de
peróxido, por ejemplo
O-hidrógeno-monoperoxisuccinato de
OO-t-butilo;
O-hidrógeno-monoperoxisuccinato de
OO-t-amilo y/o iniciadores azo, por
ejemplo
2,2'-azobis-(2-acetoxipropano),
para proporcionar una matriz de polímero reticulado. Otros
compuestos azo adecuados incluyen los descritos en los documentos
US-B-3,862,107 y 4,129,531. También
se pueden emplear mezclas de dos o más iniciadores de radicales
libres junto con el iniciador dentro del ámbito de esta invención.
Además, se pueden formar radicales libres por energía de
cizalladura, calor o radiación.
La cantidad de iniciador de peróxido o azo
presente en las composiciones reticulables de esta invención puede
variar en gran medida, pero la cantidad mínima es aquella que es
suficiente para proporcionar el grado de reticulación deseado. La
cantidad mínima de iniciador es típicamente al menos 0,05% en peso,
preferiblemente al menos 0,1% en peso, y más preferiblemente al
menos 0,25% en peso, basada en el peso del polímero o polímeros que
han de ser reticulados. La cantidad máxima de iniciador utilizada en
estas composiciones puede variar en gran medida, y viene
determinada típicamente por factores tales como el coste, la
eficacia y el grado deseado de reticulación. Típicamente, la
cantidad máxima es inferior a 10% en peso, preferiblemente inferior
a 5% en peso, y más preferiblemente inferior a 3% en peso, basada
en el peso del polímero o polímeros que han de ser reticulados.
También se puede emplear la iniciación por
radicales libres a través de la radiación electromagnética, por
ejemplo la luz solar, luz ultravioleta (UV), radiación infrarroja
(IR), haz de electrones, rayos beta, rayos gamma, rayos X y rayos
de neutrones. Se cree que la radiación efectúa la reticulación
generando radicales poliméricos, que pueden combinarse y
reticularse. El Handbook of Polymer Foams and Technology, véase más
arriba, proporciona enseñanzas adicionales en sus páginas
198-204. Se puede emplear azufre elemental como
agente reticulante para polímeros que contengan dieno, tales como
EPDM y polibutadieno. La cantidad de radiación utilizada para curar
el copolímero variará con la composición química del copolímero, la
composición y la cantidad de iniciador, en caso de haberlo, la
naturaleza de la radiación, y aspectos similares, pero una cantidad
típica de luz UV es al menos 0,05 Julios/cm^{2}, más típicamente
al menos 0,1 Julios/cm^{2}, e incluso más típicamente al menos
0,5 Julios/cm^{2}, y una cantidad típica de radiación de haz de
electrones es al menos 0,5 megarad, más típicamente al menos 1
megarad, e incluso más típicamente al menos 1,5 megarad.
Si se utiliza luz solar o luz UV para producir
el curado o reticulación, de manera típica y preferible se emplean
uno o más fotoiniciadores. Tales fotoiniciadores incluyen compuestos
carbonílicos orgánicos tales como benzofenona, benzantrona,
benzoína y sus alquil-éteres,
2,2-dietoxiacetofenona,
2,2-dimetoxi-2-fenilacetofenona,
p-fenoxi-dicloroacetofenona,
2-hidroxiciclohexilfenona,
2-hidroxiisopropilfenona, y
1-fenil-propanodiona-2-(etoxicarboxil)oxima.
Estos iniciadores son utilizados de manera conocida y en cantidades
conocidas, por ejemplo típicamente al menos 0,05% en peso, más
típicamente al menos 0,1% en peso, e incluso más típicamente en
torno a 0,5% en peso, basadas en el peso del copolímero.
Si se utiliza humedad, es decir, agua, para
producir el curado o reticulación, de manera típica y preferible se
utilizan uno o más catalizadores de hidrólisis/condensación. Tales
catalizadores incluyen ácidos de Lewis tales como dilaurato de
dibutilestaño, dilaurato de dioctilestaño, octanoato estannoso, y
sulfonatos de hidrógeno tales como el ácido sulfónico.
Los co-agentes de reticulación
por radicales libres, es decir promotores o
co-iniciadores, incluyen monómeros y polímeros
vinílicos multifuncionales, cianurato de trialilo y trimetacrilato
de trimetilolpropano, divinilbenceno, acrilatos y metacrilatos de
polioles, derivados de alcohol alílico, y polibutadieno de bajo peso
molecular. Los promotores de reticulación con azufre incluyen
disulfuro de benzotiazilo, 2-mercaptobenzotiazol,
dimetilditiocarbamato de cobre, tetrasulfuro de
dipentametilentiuram, disulfuro de tetrabutiltiuram, disulfuro de
tetrametiltiuram y monosulfuro de tetrametiltiuram.
Estos co-agentes son utilizados
en cantidades conocidas y de maneras conocidas. La cantidad mínima
de co-agente es típicamente al menos 0,05% en peso,
preferiblemente al menos 0,1% en peso, y más preferiblemente al
menos 0,5% en peso, basada en el peso del polímero o polímeros que
han de ser reticulados. La cantidad máxima de
co-agente utilizada en estas composiciones puede
variar en gran medida, y viene determinada típicamente por factores
tales como el coste, la eficacia y el grado deseado de reticulación.
Típicamente, la cantidad máxima es inferior a 10% en peso,
preferiblemente inferior a 5% en peso, y más preferiblemente
inferior a 3% en peso, basada en el peso del polímero o polímeros
que han de ser reticulados.
Una dificultad que se presenta con el uso de
iniciadores de radicales libres activados térmicamente para
favorecer la reticulación, es decir, el curado, de materiales
termoplásticos consiste en que, durante la preparación de la mezcla
y/o la elaboración, pueden iniciar prematuramente la reticulación
antes de la verdadera fase dentro del proceso global en la cual se
desea que se produzca el curado. Con métodos convencionales de
preparación de la mezcla, tales como la molienda, el uso de
aparatos Banbury, o la extrusión, la reticulación prematura se
produce cuando la relación tiempo-temperatura da
lugar a un estado en el cual el iniciador de radicales libres
experimenta descomposición térmica, la cual, a su vez, inicia una
reacción de reticulación que puede crear partículas de gel en la
masa del polímero mezclado. Estas partículas de gel pueden afectar
de manera adversa a la homogeneidad del producto final. Además, una
reticulación prematura excesiva puede reducir las propiedades
plásticas del material en una medida tal que no pueda ser
adecuadamente elaborado, cabiendo la posibilidad de que se pierda
todo el lote.
Un método para minimizar la reticulación
prematura consiste en incorporar inhibidores de la reticulación
prematura en las composiciones. Por ejemplo, la patente británica
1,535,039 describe el empleo de hidroperóxidos orgánicos como
inhibidores de la reticulación prematura para composiciones de
polímero de etileno curadas con peróxido. El documento
US-B-3,751,378 describe el empleo de
N-nitroso-difenilamina ó
N,N'-dinitroso-parafenilamina como
retardantes de la reticulación prematura incorporados a un monómero
reticulante de acrilato polifuncional, con el fin de proporcionar
largos tiempos de reticulación prematura Mooney en diversas
formulaciones de elastómero. El documento
US-B-3,202,648 describe el empleo de
nitritos tales como nitrito de isoamilo, nitrito de
tert-decilo, y otros, como inhibidores de
reticulación prematura para polietileno. El documento
US-B-3,954,907 describe el empleo
de compuestos vinílicos monómeros como protección contra la
reticulación prematura. El documento
US-B-3,335,124 describe el empleo de
aminas aromáticas, compuestos fenólicos, compuestos de
mercaptotiazol, sulfuros de bis(tiocarbamoil
N,N-disustituido), hidroquinonas y compuestos de
dialquilditiocarbamato. El documento
US-B-4,632,950 describe el empleo de
mezclas de dos sales metálicas de ácido ditiocarbámico disustituido,
en donde una sal metálica está basada en cobre.
Un inhibidor de reticulación prematura para uso
en composiciones que contienen iniciadores de radicales libres, en
particular de peróxido, utilizado habitualmente es el
4-hidroxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-oxilo,
denominado también nitroxil 2, NR 1,
4-oxipiperidol, tanol, tempol, tmpn, o, lo que
probablemente es más común, 4-hidroxi- -TEMPO
o simplemente h-TEMPO. La adición de
4-hidroxi-TEMPO minimiza la
reticulación prematura "desactivando" la reticulación por
radicales libres del polímero reticulable a las temperaturas de
elaboración de la masa fundida.
La cantidad preferida de inhibidor de la
reticulación prematura empleada en las composiciones de esta
invención variará con la cantidad y naturaleza de los demás
componentes de la composición, en particular del iniciador de
radicales libres, pero típicamente la cantidad mínima de inhibidor
de la reticulación prematura utilizado en un sistema de elastómero
de poliolefina con 1,7 por ciento en peso (% en peso) de peróxido es
al menos 0,01% en peso, preferiblemente al menos 0,05% en peso, más
preferiblemente al menos 0,1% en peso y lo más preferiblemente al
menos 0,15% en peso, basado en el peso del polímero. La cantidad
máxima de inhibidor de la reticulación prematura puede variar en
gran medida, y es más una función del coste y la eficiencia que
otros aspectos. La cantidad máxima típica de inhibidor de la
reticulación prematura empleada en un sistema de copolímero
multibloque de etileno con 1,7% en peso de peróxido no supera el 2%
en peso, preferiblemente no supera el 1,5% en peso y más
preferiblemente no supera el 1% en peso, basada en el peso del
polímero.
En la práctica de esta invención se puede
emplear cualquier silano que se injerte eficazmente al copolímero
multibloque de etileno y lo reticule. Los silanos adecuados incluyen
silanos insaturados que comprenden un grupo hidrocarbilo
etilénicamente insaturado, tal como un grupo vinilo, alilo,
isopropenilo, butenilo, ciclohexenilo o
\gamma-(met)acriloxi alilo, y un grupo hidrolizable, tal
como, por ejemplo, un grupo hidrocarbiloxi, hidrocarboniloxi o
hidrocarbilamino. Los ejemplos de grupos hidrolizables incluyen
grupos metoxi, etoxi, formiloxi, acetoxi, propioniloxi y alquil- o
arilamino. Son silanos preferidos los alcoxisilanos insaturados que
se pueden injertar sobre el polímero. Estos silanos y su método de
preparación están descritos con mayor detalle en el documento
US-B-5,266,627. Los reticulantees de
silano preferidos para el uso en esta invención son
viniltrimetoxisilano, viniltrietoxisilano,
\gamma-(met)acriloxipropiltrimetoxisilano, y mezclas de
estos silanos. Si está presente material de carga, entonces el
reticulante incluye preferiblemente viniltrietoxisilano.
La cantidad de reticulante de silano empleado en
la práctica de esta invención puede variar en gran medida,
dependiendo de la naturaleza del copolímero multibloque de etileno,
del silano, de las condiciones de elaboración, de la eficacia de
injerto, de la aplicación final, y de factores similares, pero
típicamente se emplea al menos 0,1% en peso, preferiblemente al
menos 1% en peso. Las consideraciones de conveniencia y economía son
usualmente las dos limitaciones principales que existen sobre la
cantidad máxima de reticulante de silano utilizada en la práctica
de esta invención, y típicamente la cantidad máxima de reticulante
de silano no supera 5% en peso, y preferiblemente no supera 3% en
peso, basada en el peso del copolímero multibloque de etileno.
El reticulante de silano es injertado en el
copolímero multibloque de etileno por cualquier método convencional,
típicamente en presencia de un iniciador de radicales libres, por
ejemplo peróxidos y compuestos azo, o mediante radiación ionizante,
etc. Se prefieren iniciadores orgánicos, tales como los antes
descritos, por ejemplo los iniciadores de peróxido y azo. La
cantidad de iniciador puede variar, pero típicamente está presente
en las cantidades antes descritas para la reticulación del
copolímero multibloque de etileno.
\newpage
Aunque se puede usar cualquier método
convencional para injertar el reticulante de silano al copolímero
multibloque de etileno, un método preferido es mezclar los dos con
el iniciador en la primera etapa de un reactor extrusor tal como
una amasadora Buss. Las condiciones de injerto pueden variar, pero
las temperaturas de la masa fundida se sitúan de forma típica entre
160ºC y 260ºC, preferiblemente entre 190ºC y 230ºC, dependiendo del
tiempo de residencia y de la semivida del iniciador.
En otra realización de la invención, el material
polímero comprende además un polímero de injerto para incrementar
la adhesión a una o más láminas cobertoras de vidrio en tanto que
estas láminas sean componentes del módulo de dispositivo
electrónico. Aunque el polímero de injerto puede ser cualquier
polímero de injerto compatible con el copolímero multibloque de
etileno del material polímero y que no comprometa de manera
significativa el comportamiento del copolímero como componente del
módulo, típicamente el polímero de injerto es un polímero
poliolefínico de injerto, y más típicamente, un copolímero
multibloque de etileno de injerto que tiene la misma composición
que el copolímero multibloque de etileno del material polímero. Este
aditivo de injerto se prepara típicamente in situ
simplemente sometiendo al copolímero multibloque de etileno a
reaccionantes de injerto y a condiciones injertantes, de manera tal
que al menos una porción del copolímero multibloque de etileno
queda injertada con el material de injerto.
En esta realización de la invención se puede
utilizar como material de injerto cualquier compuesto orgánico
insaturado que contenga al menos una insaturación etilénica (por
ejemplo, al menos un enlace doble), al menos un grupo carbonilo
(-C=O), y que se injerte a un polímero, en particular a un polímero
poliolefínico, y más en particular a un copolímero multibloque de
etileno. Son representativos de compuestos que contienen al menos
un grupo carbonilo los ácidos carboxílicos, anhídridos, ésteres y
sus sales, tanto metálicas como no metálicas. Preferiblemente, el
compuesto orgánico contiene insaturación etilénica conjugada con un
grupo carbonilo. Los compuestos representativos incluyen ácido
maleico, fumárico, acrílico, metacrílico, itacónico, crotónico,
\alpha-metil crotónico y cinámico, y sus derivados
de anhídridos, ésteres y sales, en caso de haberlos. El anhídrido
maleico es el compuesto orgánico insaturado preferido que contiene
al menos una insaturación etilénica y al menos un grupo
carbonilo.
El contenido de compuesto orgánico insaturado
del polímero de injerto es al menos 0,01% en peso, y preferiblemente
al menos 0,05% en peso, basado en el peso combinado del polímero y
el compuesto orgánico. La cantidad máxima de contenido de compuesto
orgánico insaturado puede variar a conveniencia, pero típicamente no
excede de 10% en peso, preferentemente no excede de 5% en peso, y
más preferentemente no excede de 2% en peso.
El compuesto orgánico insaturado puede ser
injertado al polímero mediante cualquier técnica conocida, tales
como las enseñadas en los documentos
US-B-3,236,917 y 5,194,509. Por
ejemplo, en la patente '917 el polímero es introducido en una
mezcladora de doble rodillo y se mezcla a una temperatura de 60ºC.
Después se añade el compuesto orgánico insaturado junto con un
iniciador de radicales libres, tal como, por ejemplo, peróxido de
benzoílo, y los componentes se mezclan a 30ºC hasta que se completa
el injerto. En la patente '509, el procedimiento es similar salvo
que la temperatura de reacción es superior, por ejemplo, de 210 a
300ºC, y no se emplea iniciador de radicales libres, o si se
emplea, es a una concentración reducida.
En el documento de patente
US-B-4,950,541 se enseña un método
de injerto alternativo y preferido, que emplea un extrusor
desvolatilizante de doble husillo como aparato mezclador. El
polímero y el compuesto orgánico insaturado se mezclan y reaccionan
dentro del extrusor a temperaturas a las cuales los reaccionantes
están fundidos, y en presencia de un iniciador de radicales libres.
Preferiblemente, el compuesto orgánico insaturado es inyectado a
una zona dentro del extrusor mantenida a presión.
Los materiales polímeros de esta invención
pueden comprender también otros aditivos. Por ejemplo, estos otros
aditivos incluyen estabilizantes frente a UV y estabilizantes de
proceso tales como compuestos de fósforo trivalentes. Los
estabilizantes frente a UV son útiles para disminuir la longitud de
onda de la radiación electromagnética que puede ser absorbida por
un módulo PV (por ejemplo, a menos de 360 nm), e incluyen fenoles
impedidos tales como Cyasorb UV2908 y aminas impedidas tales como
Cyasorb UV 3529, Hostavin N30, Univil 4050, Univin 5050, Chimassorb
UV 119, Chimassorb 944 LD, Tinuvin 622 LD y similares. Los
compuestos de fósforo incluyen fosfonitos (PEPQ) y fosfitos (Weston
399, TNPP, P-168 y Doverphos 9228). La cantidad de
estabilizante UV se sitúa típicamente de 0,1 a 0,8%, y
preferiblemente de 0,2 a 0,5%. La cantidad de estabilizante de
proceso se sitúa típicamente de 0,02 a 0,5%, y preferiblemente de
0,05 a 0,15%.
Otros aditivos adicionales incluyen, pero sin
quedar limitados a éstos, antioxidantes (por ejemplo, compuestos
fenólicos impedidos (por ejemplo Irganox® 1010, fabricado por Ciba
Geigy Corp.), aditivos de agarre, por ejemplo PIB, agentes
anti-bloqueo, agentes
anti-deslizamiento, pigmentos y cargas
(transparentes si la transparencia es importante para la
aplicación). También se pueden emplear aditivos de proceso, por
ejemplo estearato cálcico, agua, etc. Estos y otros aditivos
potenciales se utilizan de la manera y en la cantidad que es
comúnmente conocida en la técnica.
Los materiales polímeros de esta invención se
emplean para construir módulos de dispositivo electrónico de la
misma manera y empleando las mismas cantidades que los materiales
encapsulantes conocidos en la técnica, por ejemplo los enseñados en
el documento US-B-6,586,271, la
publicación de solicitud de patente de EE.UU. US2001/0045229 A1, y
los documentos WO 99/05206 y WO 99/04971. Estos materiales pueden
ser utilizados como "capas superficiales" para el dispositivo
electrónico, es decir se aplican a una o las dos superficies
faciales del dispositivo, o bien como un encapsulante en el cual el
dispositivo está totalmente encerrado dentro del material.
Típicamente, el material polímero se aplica al dispositivo mediante
una o más técnicas de estratificación en las cuales una capa de
película formada a partir del material polímero se aplica
primeramente a una superficie facial del dispositivo, y después a
la otra superficie facial del dispositivo. En una realización
alternativa, el material polímero puede ser extruido en forma
fundida sobre el dispositivo, y dejado solidificar sobre el
dispositivo. Los materiales polímeros de esta invención presentan
buena adhesión a las superficies faciales del dispositivo.
En una realización, el módulo de dispositivo
electrónico comprende (i) al menos un dispositivo electrónico,
típicamente una pluralidad de tales dispositivos dispuestos en una
configuración lineal o plana, (ii) al menos una lámina cobertora de
vidrio, típicamente una lámina cobertora de vidrio sobre ambas
superficies faciales del dispositivo, y (iii) al menos un material
polímero. El material polímero está dispuesto típicamente entre la
lámina cobertora de vidrio y el dispositivo, y el material polímero
presenta buena adhesión tanto hacia el dispositivo como hacia la
lámina. Si el dispositivo requiere acceso a formas específicas de
radiación electromagnética, por ejemplo luz solar, infrarroja,
ultravioleta, etc., el material polímero presenta una buena, y
típicamente excelente, transparencia para esa radiación, por
ejemplo tasas de transmisión superiores a 90 por ciento,
preferiblemente superiores a 95 por ciento e incluso más
preferiblemente superiores a 97 por ciento, medidas mediante
espectroscopía UV-visible (midiendo la absorbancia
en el intervalo de longitudes de onda de 250-1200
nanómetros. Una medida alternativa de la transparencia es el método
de turbidez interna de la norma ASTM D1003-00. Si
la transparencia no es un requisito para el funcionamiento del
dispositivo electrónico, el material polímero puede contener cargas
opacas y/o pigmentos.
En la Figura 1, el módulo PV rígido 10 comprende
la célula fotovoltaica 11 rodeada o encapsulada por la capa
protectora transparente o encapsulante 12 que comprende un
copolímero multibloque de etileno empleado en la práctica de esta
invención. La lámina cobertora de vidrio 13 cubre una superficie
frontal de la porción de la capa protectora transparente dispuesta
sobre la célula PV 11. La capa superficial posterior o lámina
trasera 14, por ejemplo una segunda lámina cobertora de vidrio u
otro sustrato de cualquier clase, soporta una superficie posterior
de la porción de una capa protectora transparente 12 dispuesta sobre
una superficie trasera de la célula PV 11. La capa superficial
posterior 14 no necesita ser transparente si la superficie de la
célula PV a la cual está opuesta no es reactiva a la luz solar. En
esta realización, la capa protectora 12 encapsula la célula PV 11.
El grosor de dichas capas, tanto en un contexto absoluto como
relativo una respecto a la otra, no son críticos para esta
invención y, por tanto, pueden variar dentro de un amplio intervalo,
dependiendo del diseño global y la finalidad del módulo. Los
grosores típicos para la capa protectora 12 se sitúan en el
intervalo de 0,125 a 2 milímetros (mm), y para la lámina cobertora
de vidrio y las capas superficiales posteriores se sitúan en el
intervalo de 0,125 a 1,25 mm. El grosor del dispositivo electrónico
puede variar también en gran medida.
En la Figura 2, el módulo PV flexible 20
comprende la película fotovoltaica delgada 21 cubierta por la capa
protectora transparente o encapsulante 22 que comprende un
copolímero multibloque de etileno empleado en la práctica de esta
invención. La capa superficial superior, o acristalado, 23 cubre una
superficie frontal de la porción de la capa protectora transparente
dispuesta sobre la película PV delgada 21. La capa superficial
posterior o lámina trasera flexible 24, por ejemplo una segunda
lámina cobertora de vidrio u otro sustrato flexible de cualquier
clase, soporta la superficie trasera de la porción de una capa
protectora transparente dispuesta sobre una superficie trasera de
la película PV delgada 21. La capa superficial posterior 24 no
necesita ser transparente si la superficie de la película PV
delgada a la cual está soportando no es reactiva a la luz solar. En
esta realización, la capa protectora 21 no encapsula la película PV
delgada 21. El grosor global de un módulo de células PV rígidas o
flexibles, típica, se situará típicamente en el intervalo de 5 a 50
mm.
Los módulos descritos en las Figuras 1 y 2
pueden ser construidos mediante uno cualquiera de diferentes
métodos, típicamente un método de co-extrusión de
película o lámina tal como de película soplada, película soplada
modificada, calandrado y colada. En un método, y haciendo referencia
a la Figura 1, la capa protectora 12 se forma extruyendo
primeramente un copolímero multibloque de etileno sobre y encima de
la superficie superior de la célula PV, y o bien de manera
simultánea o posterior a la extrusión de esta primera extrusión,
extruyendo el mismo copolímero multibloque de etileno sobre un
polímero diferente sobre y encima de la superficie posterior de la
célula PV. Después de haber unido la película protectora a la célula
PV, se pueden unir la lámina cobertora de vidrio y la capa
superficial trasera, de cualquier manera conveniente, por ejemplo
por extrusión, laminación, etc., a la capa protectora, con o sin un
adhesivo. Una cualquiera o las dos superficies externas, es decir
las superficies opuestas a las superficies en contacto con la célula
PV, de la capa protectora pueden ser matizadas o tratadas de
cualquier otro modo para incrementar la adhesión a la capa de vidrio
y a la capa superficial posterior. El módulo de la Figura 2 puede
ser construido de una manera similar, salvo que la capa superficial
posterior está unida directamente a la célula PV, con o sin un
adhesivo, bien sea antes o después de la unión de la capa
protectora a la célula PV.
Los siguientes ejemplos no limitantes ilustran
adicionalmente la invención. A menos que se indique lo contrario,
todas las partes y porcentajes se dan en peso.
Se prepara una película colada protectora
monocapa de 380 \mum de grosor a partir de una mezcla que
comprende 80% en peso de copolímero multibloque de
etileno/1-octeno (5 MI, densidad global 0,87
g/cm^{3}; 30% de segmento duro, 70% de segmento blando que tiene
una densidad de aproximadamente 0,85 g/cm^{3}), 20% en peso de
etileno/1-octeno (poliolefina ENGAGE® injertada a
un nivel de aproximadamente 1% en peso con MAH y que tiene un MI
post-modificado de aproximadamente 1,25 g/10 min. y
una densidad de aproximadamente 0,87 g/cm^{3}) modificado con
anhídrido maleico (MAH), 0,1% en peso de Chimassorb® 944, 0,2% en
peso de Naugard® P, y 0,3% en peso de Cyasorb® UV 531. Se prepara
un módulo de célula solar empleando un proceso de laminación de
células solares a 150ºC, en el cual la película protectora está
situada entre un superestrato transparente (usualmente vidrio) y la
célula solar, y entre la célula solar y un material de capa
superficial posterior.
\vskip1.000000\baselineskip
Se prepara una película colada protectora
monocapa de 380 \mum de grosor a partir de una mezcla que
comprende 90% en peso de copolímero multibloque de
etileno/1-octeno (5 MI, densidad global 0,87
g/cm^{3}; 30% de segmento duro, 70% de segmento blando que tiene
una densidad de aproximadamente 0,85 g/cm^{3}), 10% en peso de
etileno/1-octeno (poliolefina ENGAGE® injertada a
un nivel de aproximadamente 1% en peso con MAH y que tiene un MI
post-modificado de aproximadamente 1,25 g/10 min. y
una densidad de aproximadamente 0,87 g/cm^{3}) modificado con
anhídrido maleico (MAH), 0,1% en peso de Chimassorb® 944, 0,2% en
peso de Naugard® P, y 0,3% en peso de Cyasorb® UV 531. Se prepara
un módulo de célula solar empleando un proceso de laminación de
células solares a 150ºC, en el cual la película protectora está
situada entre un superestrato transparente (usualmente vidrio) y la
célula solar, y entre la célula solar y un material de capa
superficial posterior.
Paso 1: Úsese una extrusora
ZSK-30 con tornillo Adhere Screw para mezclar la
resina y el paquete de aditivos con Amplify.
Paso 2: Séquese el material del Paso 2 durante 4
horas a un máximo de 38ºC (úsense secaderos de tambor W&C).
La adhesión a vidrio se mide empleando vidrio
tratado con silano. El procedimiento para el tratamiento del vidrio
está adaptado de un procedimiento de Gelest, Inc. "Silanes y
Silicones, Catalog 3000 A".
Se añaden aproximadamente 10 mL de ácido acético
a 200 mL de etanol al 95%, con el fin de acidificar ligeramente la
disolución. Después se añaden, con agitación, 4 mL de
3-aminopropiltrimetoxisilano, para hacer que la
disolución tenga \sim2% de silano. Se deja reposar la disolución
durante 5 minutos para que comience la hidrólisis, y después se
transfiere a una placa de vidrio. Cada placa es sumergida en la
disolución durante 2 minutos con agitación suave, se saca, se
enjuaga brevemente con etanol de 95% para eliminar el exceso de
silano, y se deja secar. Se curan las placas en un horno a 110ºC
durante 15 minutos. Después se empapan durante 2 minutos en una
disolución de bicarbonato sódico al 5%, con el fin de convertir la
sal de acetato de la amina en la amina libre. Se enjuagan con agua,
se secan con una toalla de papel, y se secan al aire a temperatura
ambiente durante una noche.
El método para ensayar la fuerza de adhesión
entre el polímero y el vidrio es el ensayo de despegamiento a 180º.
Este no es un ensayo estándar ASTM, pero se utiliza para probar la
adhesión al vidrio para módulos PV. La muestra de ensayo se prepara
disponiendo película sin curar encima del vidrio, y curando después
la película bajo presión en una máquina de moldeo por compresión.
La muestra moldeada se mantiene en condiciones de laboratorio
durante dos días antes del ensayo. La fuerza de adhesión se mide con
una máquina Instron. La velocidad de carga es de 5 cm/minuto, y en
ensayo se realiza en condiciones ambientes. El ensayo se detiene
cuando se observa una región despegada estable (aproximadamente 5
cm). La relación entre carga de despegadura y anchura de la
película se expresa como la fuerza de adhesión.
Varias propiedades mecánicas importantes de las
películas curadas se evalúan mediante métodos de tracción y métodos
de análisis mecánico dinámico (siglas inglesas DMA). El ensayo de
tracción se lleva a cabo en condiciones ambientes con una velocidad
de carga de 5 cm/minuto. El método DMA se lleva a cabo a una
temperatura de -100 a 120ºC.
Las propiedades ópticas se determinan de la
manera siguiente: El porcentaje de transmitancia luminosa se mide
mediante espectroscopía UV-visible. Se mide la
absorbancia a la longitud de onda de 250 nm a 1200 nm. La turbidez
interna se mide de acuerdo con la norma ASTM
D1003-61.
Los resultados se muestran en la Tabla 2. El EVA
es una película completamente formulada disponible de Etimex.
Tal como muestran los datos de la Tabla 2, el
copolímero multibloque de etileno/1-octeno
proporcionó un alargamiento en la rotura, resistencia a la tracción
y alargamiento en la rotura a 85ºC muy superiores, en comparación
con el polímero EVA, con escasa disminución de fuerza de adhesión al
vidrio y propiedades ópticas.
\vskip1.000000\baselineskip
Para este Ejemplo se utilizó un copolímero de
bloques de etileno/1-octeno desarrollado por The
Dow Chemical Company. La densidad de esta resina es 0,877
g/cm^{3} y el índice de fusión es 5 g/10 min. (medido basándose
en la norma ASTM D1238, condición 190ºC/2,16 kg). La resina contiene
1000 ppm de antioxidante Irganox-168. Se han
seleccionado varios aditivos con el fin de añadir funcionalidad o
bien mejorar la estabilidad de la resina a largo plazo. Los
aditivos son el absorbente de UV Cyasorb UV 531, el estabilizante
frente a UV Chimassorb 944 LD, el antioxidante Tinuvin 622 LD,
viniltrimetoxisilano (VTMS), y peróxido Luperox-101.
La formulación (en peso) está reflejada en la Tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
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\vskip1.000000\baselineskip
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Se secan a 40ºC durante una noche en un secadero
pellets de copolímero de bloques de
etileno/1-octeno. Se mezclan en seco los pellets y
los aditivos, se ponen en un tambor, y se voltean durante 30
minutos. Después se vierten en el tambor el silano y el peróxido, y
se voltean durante 15 minutos más. Los materiales bien mezclados
son alimentados a una extrusora de película para colada de película.
La película es colada en una línea para película (extrusora de
tornillo único Killion Single Screw Extruder, boquilla de lámina de
0,6 m), y las condiciones de proceso se resumen en la Tabla 6.
\vskip1.000000\baselineskip
Se recoge una película de
460-480 \mum de grueso a un ritmo de 1,8
metros/min. La muestra de película se cierra herméticamente dentro
de una bolsa de aluminio para evitar la irradiación UV y la
humedad.
\vskip1.000000\baselineskip
Se ensayan las siguientes propiedades clave de
la película.
La transmitancia luminosa de la película se
examina mediante un espectrómetro UV-visible (Perkin
Elmer UV-Vis 950 con doble monocromador de barrido
y accesorio de esfera integradora) después de moldear por compresión
la película colada inicial a una temperatura de aproximadamente
150ºC durante 30 minutos y enfriarla rápidamente hasta la
temperatura ambiente colocándola entre dos planchas frías (a 20ºC),
para conseguir un grosor final de película de aproximadamente 380
\mum. Las muestras empleadas en este análisis tienen un grosor de
380 \mum. Se comparan los espectros UV-Visible de
la película con una película comercial adecuada para la misma
aplicación. Ambas películas muestran más de 90% de transmitancia en
todo el intervalo de longitud de onda desde 400 nm hasta 1100
nm.
El método empleado para medir la adhesión es el
ensayo de despegamiento a 180º. Este no es un ensayo estándar ASTM,
pero se ha utilizado para probar la adhesión al vidrio para
aplicaciones de módulos PV y vidrio estratificado para automoción.
La muestra de ensayo se prepara disponiendo la película encima del
vidrio, bajo presión, en una máquina de moldeo por compresión. La
anchura de adhesión deseada son 2,54 cm. Se coloca una lámina de
Teflon entre el vidrio y el material para separar el vidrio del
polímero para los fines de este ensayo. Las condiciones de
preparación de la muestra de vidrio/película son las siguientes:
- 1)
- 60ºC durante 3 minutos a 0,9 toneladas.
- 2)
- 160ºC durante 30 minutos a 3,6 toneladas.
- 3)
- Enfriar hasta temperatura ambiente a 3,6 toneladas.
- 4)
- Sacar la muestra del chasis y dejarla 48 horas para que el material se acondicione a temperatura ambiente antes del ensayo de adhesión.
\vskip1.000000\baselineskip
La fuerza de adhesión se mide con un sistema de
ensayo de materiales (Instron 5581). La velocidad de carga es de 5
cm por minuto, y los ensayos se llevan a cabo en condiciones
ambientes (24ºC y humedad relativa 50%). Se necesita una región
despegada estable (aproximadamente 5 cm) para evaluar la adhesión al
vidrio. La relación entre carga de despegadura en la región
despegada estable y la anchura de la película se expresa como la
fuerza de adhesión.
Se ensaya el efecto de la temperatura y la
humedad sobre la fuerza de adhesión, utilizando muestras envejecidas
en agua caliente (80ºC) durante una semana. Estas muestras habían
sido moldeadas sobre vidrio, y después sumergidas en agua caliente
durante una semana. Después se secaron las muestras en condiciones
de laboratorio durante dos días antes del ensayo de adhesión. Como
comparación, también se evaluó en las mismas condiciones la fuerza
de adhesión de una película comercial. En la Tabla 7 se muestran la
fuerza de adhesión de la película y de una muestra comercial.
La tasa de transmisión de vapor de agua (siglas
inglesas WVTR) se mide por medio de un instrumento de análisis de
permeación (Mocon Permatran W Model 101 K). Las unidades en que se
expresa la WVTR son gramos por metro cuadrado y por día
(g/(m^{2}-día) medidos a 38ºC y 50ºC y humedad
relativa de 100%, como media de dos muestras. También se ensaya
película comercial, a fin de comparar las propiedades de barrera de
humedad. El grosor de la película experimental y el de la película
comercial son 380 \mum, y ambas películas habían sido curadas a
160ºC durante 30 minutos. Los resultados de WVTR se muestran en la
Tabla 8.
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como muestran los datos de WVTR de la Tabla
8, la película de la invención es mucho menos permeable al vapor de
agua que la película comercial.
Aunque la invención se ha descrito con
considerable detalle mediante la memoria descriptiva y los ejemplos
precedentes, este detalle tiene sólo fines de ilustración, y no ha
de considerarse como una limitación sobre el alcance de la
invención tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un módulo de dispositivo electrónico que
comprende:
- A.
- Al menos un dispositivo electrónico, y
- B.
- Un material polímero en contacto íntimo con al menos una superficie del dispositivo electrónico, en donde el material polímero comprende un copolímero multibloque de etileno caracterizado por (a) una distribución de pesos moleculares superior a 1,3, (b) una densidad inferior a 0,90 g/cm^{3}, (c) un módulo secante de 2% inferior a 150 MPa medido según la norma ASTM D-882-02, (d) un punto de fusión inferior a 125ºC, (e) un contenido de \alpha-olefina de al menos 10% en peso e inferior a 80% en peso con respecto al peso del copolímero, y (f) una temperatura de transición vítrea Tg inferior a -35ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un módulo según la reivindicación 1 en donde
el material polímero comprende un iniciador de radicales libres,
y/o un co-agente.
3. Un módulo según la reivindicación 2 en donde
está presente un iniciador de radicales libres en una cantidad de
al menos 0,05% en peso basada en el peso del copolímero.
4. Un módulo según la reivindicación 2 o la
reivindicación 3 en donde el iniciador de radicales libres es un
peróxido.
5. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4 en donde está presente un
co-agente en una cantidad de al menos 0,05% en peso
basada en el peso del copolímero.
6. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el copolímero está reticulado
de manera tal que el copolímero contiene menos de 70 por ciento de
extraíbles solubles en xileno, medido según la norma ASTM
2765-95.
7. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el material polímero está en
la forma de una película monocapa en contacto íntimo con al menos
una superficie facial del dispositivo electrónico.
8. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el material polímero comprende
además un inhibidor de reticulación prematura en una cantidad de
0,01 a 1,7% en peso.
9. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el material polímero comprende
además un polímero poliolefínico injertado con un compuesto
orgánico insaturado que contiene al menos una insaturación
etilénica y al menos un grupo carbonilo.
10. Un módulo según la reivindicación 9 en
donde el compuesto orgánico insaturado es anhídrido maleico.
11. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el copolímero multibloque de
etileno está caracterizado además por al menos uno de (i) una
fracción molecular que eluye entre 40ºC y 130ºC cuando se fracciona
utilizando TREF, caracterizado porque la fracción tiene un
índice de bloques de al menos 0,5 y hasta 1 y una MWD superior a
1,3, y (ii) un índice de bloques promedio mayor que cero y hasta
1,0 y una MWD superior a 1,3.
12. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el material polímero comprende
un vinilsilano en una cantidad de al menos 0,1% en peso basada en
el peso del copolímero y un iniciador de radicales libres en una
cantidad de al menos 0,05% en peso basada en el peso del
copolímero.
13. Un módulo según la reivindicación 12 en
donde el vinilsilano es al menos uno de viniltrietoxisilano y
viniltrimetoxisilano.
14. Un módulo según la reivindicación 13 en
donde el material polímero comprende además un inhibidor de
reticulación prematura en una cantidad de 0,01 a 1,7% en peso.
15. Un módulo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el dispositivo electrónico es
una célula solar.
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