ES2624954T3 - Lámina posterior para módulos fotovoltaicos rígidos - Google Patents

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ES2624954T3 ES10755025.3T ES10755025T ES2624954T3 ES 2624954 T3 ES2624954 T3 ES 2624954T3 ES 10755025 T ES10755025 T ES 10755025T ES 2624954 T3 ES2624954 T3 ES 2624954T3
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Abstract

Una lámina posterior que comprende una lámina multicapa coextrudida que comprende: i) una capa interna que comprende una resina de poliolefina; ii) una capa central que comprende una resina de polipropileno, una mezcla de una resina de polipropileno y un polipropileno injertado con anhídrido maleico (MAH-g-PP), o una estructura multicapa de resina de polipropileno/MAH-g-PP; iii) una capa externa que comprende un poli(fluoruro de vinilideno) injertado con anhídrido maleico (MAH-g- PVDF), una mezcla de un poli(fluoruro de vinilideno (PVDF) y un MAH-g-PVDF, o una estructura multicapa de PVDF/MAH-g-PVDF; iv) una primera capa ligante entre la capa central y la capa externa; y v) una segunda capa ligante opcional entre la capa central y la capa interna.

Description

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La capa central puede comprender también pigmentos de color, típicamente blanco. Un pigmento adecuado es pigmento blanco AMPACET 11343 y puede añadirse en cantidades de aproximadamente 8% basado en el peso de la capa interna. Otros componentes opcionales incluyen estabilizadores UV tales como 0,6% en peso de CYASORB UV 3853 PP5, 0,3% en peso de CYASORB THT 2001, 0,2% en peso de UVINAL 5050H, 0,1% en peso de TINUVIN 770 y 0,025% en peso de IRGANOX 1010, todos los porcentajes basados en el peso de resina de poliolefina. La capa central típicamente tiene un grosor entre aproximadamente 25,4 m (1 mil) y aproximadamente 381 m (15 mil), preferiblemente entre aproximadamente 25,4 m (1 mil) y aproximadamente 127 m (5 mil).
La tercera capa, o capa externa, proporciona resistencia a la intemperie, protección ambiental y al vapor de agua. La capa externa puede comprender un poli(fluoruro de vinilideno) injertado con anhídrido maleico (MAH-g-PVDF), una mezcla de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) y un MAH-g-PVDF, o una estructura multicapa PVDF/MAH-g-PVDF.
La capa externa puede comprender también pigmentos de color, típicamente blanco. Un pigmento adecuado es concentrado blanco KynarFlex™ (de Chromatics) y puede añadirse en cantidades de aproximadamente 10% basado en el peso de la capa interna. Otros componentes opcionales incluyen estabilizadores UV y antioxidantes. La capa externa típicamente tiene un grosor entre aproximadamente 25,4 m (1 mil) y aproximadamente 127 m (5 mil).
La lámina posterior es coextrudida con una capa ligante entre la capa central y la capa externa. También puede estar presente una capa ligante entre la capa central y la capa interna (o la capa encapsulante si o está presente capa interna en una forma de realización). La capa ligante comprende un copolímero o terpolímero que tiene una funcionalidad metacrilato de glicidilo (GMA), que puede reaccionar con un anhídrido maleico. La capa ligante también comprende un polímero modificado por tal funcionalidad que incluye metacrilato de glicidilo (GMA), una amina, etc. El copolímero comprende un copolímero de etileno-metacrilato de glicidilo (E-GMA). El terpolímero comprende un terpolímero de etileno-acrilato de metilo-metacrilato de glicidilo (E-MA-GMA). Copolímeros de E-GMA y terpolímeros de E-MA-GMA están disponibles de forma comercial. Copolímeros de E-GMA adecuados incluyen copolímeros de etileno-metacrilato de glicidilo LOTADER AX8840. Terpolímeros de E-MA-GMA adecuados incluyen terpolímeros de etileno-acrilato de metilo-metacrilato de glicidilo LOTADER AX8950.
La capa ligante puede comprender también estabilizadores UV y antioxidantes tales como 0,6% en peso de CYASORB UV 3853 PP5, 0,3% en peso de CYASORB THT 2001, 0,2% en peso de UVINAL 5050H, 0,1% en peso de TINUVIN 770 y 0,025% en peso de IRGANOX 1010, todos los porcentajes basados en el peso de resina de poliolefina. Cada capa ligante típicamente tiene un grosor entre aproximadamente 1,27 m (0,05 mil) y aproximadamente 50,8 m (2 mil).
En algunas formas de realización, una capa ligante a base de E-GMA se usa en combinación con una capa primaria que comprende un polímero injertado con anhídrido maleico (MAH). Esta forma de realización mejora la unión entre las capas debido a que el MAH reacciona con el E-GMA para formar una fuerte unión química. Para reducir costes pueden usarse mezclas del polímero injertado con MAH con un polímero injertado con otro que no sea MAH. La FIG. 1a muestra una sección de una lámina posterior de esta forma de realización. Las FIGS. 1b y 1c muestran alternativas de esta forma de realización en la que una o más de las capas primarias están divididas en múltiples capas para reducir costes al tener una capa separada de polímero injertado con MAH en contacto con la capa ligante.
Las FIGS. 2a, 2b y 2c muestran estructuras resultantes para la lámina posterior basadas en los segmentos mostrados en las FIGS. 1a, 1b y 1c, respectivamente.
Las estructuras de lámina posterior mostradas en las FIGS. 2a, 2b y 2c pueden simplificarse adicionalmente en algunas formas de realización eliminando la capa interna y reemplazando la misma con una película encapsulante, como se muestra en las FIGS. 3a, 3b y 3c. La película encapsulante puede ser un polímero EVA o uno funcionalizado con silano, tal como elastómero de olefina injertado con silano o copolímero multibloque injertado con silano.
En relación a los interpolímeros multibloque de olefina útiles en la práctica de la invención, estos se describen en el contexto de copolímeros multibloque de etileno en el entendimiento de que estos copolímeros son ejemplos de los interpolímeros multibloque de olefina en general.
Los copolímeros multibloque de etileno se preparan con dos catalizadores que incorporan cantidades diferentes de comonómero, y estos copolímeros tienen una relación en peso de bloques de 95:5 a 5:95. Los polímeros elastoméricos tienen deseablemente 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 α-olefina de 10 a 80 por ciento, basado en el peso total del polímero. Además preferiblemente, los polímeros elastoméricos multibloque de la presente forma de 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 α-olefina de 10 a 40 por ciento, basado en el peso total del polímero. Polímeros preferidos son polímeros de alto peso molecular, que tienen un peso molecular promedio en peso (Mw) de 10.000 a aproximadamente 2.500.000, preferiblemente de 20.000 a 500.000, más preferiblemente de 20.000 a 350.000; una polidispersidad menor de 3,5, preferiblemente menor de 3 y tan baja como aproximadamente 2; y una viscosidad Mooney (ML (1+4)125 C.) de 1 a
250. Más preferiblemente tales polímeros tienen un contenido de etileno de 65 a 75 por ciento, un contenido de
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dieno de 0 a 6 por ciento y un contenido de α-olefina de 20 a 35 por ciento
Los copolímeros multibloque de etileno útiles en la práctica de la presente invención tienen una densidad menor de aproximadamente 0,90, preferiblemente menor de aproximadamente 0,89, más preferiblemente menor de aproximadamente 0,885, incluso más preferiblemente menor de aproximadamente 0,88 e incluso más preferiblemente menor de aproximadamente 0,875 g/cm3. Los copolímeros multibloque de etileno tienen típicamente una densidad mayor de aproximadamente 0,85, y más preferiblemente mayor de aproximadamente 0,86, g/cm3. La densidad se mide por el procedimiento de la norma ASTM D-792. Los copolímeros multibloque de etileno de baja densidad están caracterizados generalmente como amorfos, flexibles y con buenas propiedades ópticas, por ejemplo, alta transmisión de luz visible y UV y baja opacidad.
Los copolímeros multibloque de etileno útiles en la práctica de la presente invención tienen típicamente un punto de fusión menor de aproximadamente 125. El punto de fusión se mide por el método de calorimetría de barrido diferencial (DSC) descrito en el documento WO 2005/090427 (US2006/0199930). Los copolímeros multibloque de etileno con un bajo punto de fusión presentan con frecuencia propiedades deseables de flexibilidad y termoplasticidad útiles en la fabricación de los módulos de la presente invención.
Los copolímeros multibloque de etileno usados en la práctica de la presente invención, y su preparación y uso, se describen con más detalle en los documentos USP 7,355,089, 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.
La lámina posterior multicapa se forma por coextrusión, que es una técnica bien conocida en la técnica. Técnicas de producción de película multicapa se describen en The Enciclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Tercera Edición, John Wiley & Sons, Nueva York, 1981, Vol. 16, páginas 416-417 y Vol. 18, páginas 191-192; Packaging Foods With Plastics, de Wilmer A. Jenkins and James P. Harrington (1991), páginas 19-27; “Coextrusion Basics” de Thomas I. Butler, Film Extrusion Manual: Process, Materials, Properties páginas 31-80 (publicado por TAPPI Press (1992)); “Coextrusion For Barrier Packaging,” de W.J. Schrenk and C.R. Finch, Society of Plastics Engineers RETEC Proceedings, Junio 15-17 (1981), páginas 211-229; K.R. Osborn and W.A. Jenkins; y Plastic Films, Technology and Packaging Applications (Technomic Publishing Co., Inc. (1992)), cuyas descripciones se incorporan en la presente memoria por referencia.
Después de la fabricación, la película multicapa de la presente invención puede orientarse (fuera de línea o en una operación continua) usando métodos y procedimientos bien conocidos en la técnica. Para orientar la película pueden usarse procedimientos de orientación biaxial tales como marcos de estiramiento transversal, “burbuja atrapada” y “doble burbuja”. Técnicas adecuadas se describen en la patente de Estados Unidos número 3.456.044 (Pahlke); patente de Estados Unidos número 4.865.902 (Golike et al.); patente de Estados Unidos 4.352.849 (Mueller); patente de Estados Unidos 4.820.557 (Warren); patente de Estados Unidos 4.927.708 (Herran et al.); patente de Estados Unidos 4.963.419 (Lustig et al.); y patente de Estados Unidos 4.952.451 (Mueller), cuyas descripciones se incorporan en la presente memoria por referencia.
Ejemplos
Las láminas posteriores se preparan por coextrusión de películas multicapa. Las películas tienen una capa interna de ULDPE ATTANE 4202 que tiene una densidad relativa de 0,915 (medida según la norma ASTM D792) y un índice de fluidez (I2) de 3,2 g/10 min (medido según la norma ASTM D1238, Condición 190°C/2,16 kg). Las películas tienen una capa central de polipropileno (bien resinas de polipropileno INSPIRE D118,01 o INSPIRE D118,02, ambas disponibles de The Dow Chemical Company). El Ejemplo 1 tiene una capa externa de resina de polipropileno (bien resinas de polipropileno INSPIRE D118,01 o INSPIRE D118,02) y los siguientes etabilizadores UV y antioxidantes: 0,6% en peso de CYASORB UV 3853 PP5, 0,3% en peso de CYASORB THT 2001, 0,2% en peso de UVINAL 5050H, 0,1% en peso de TINUVIN 770, y 0,025% en peso de IRGANOX 1010, todos los porcentajes basados en el peso de resina de polipropileno. El Ejemplo 2 tiene una capa externa de resina PVDF KYNAR 710-PLT. El Ejemplo 3 tiene una capa externa de una mezcla 50:50 de resina PVDF KYNAR 710-PLT y resina PMMA modificada con caucho PLEXIGLAS HFI7-101. El Ejemplo 4 tiene una capa externa de resina PMMA modificada con caucho PLEXIGLAS HFI7-101. Todos los Ejemplos 1-4 tienen capas ligantes entre la capa interna y la capa central y la capa externa, en los que las capas ligantes son una mezcla 50:50 de resina de acrilato de etil metilo (EMA) LOTRYL 24MA005 (24% de acrilato de metilo, 0,5 g/10 min MI) y resina EMA LOTRYL 28MA07 (28% de acrilato de metilo, 7 g/10 min (I2)).
Los Ejemplos 1-4 se estratifican a diferentes películas encapsulantes sobre una capa base de MADICO PHOTO-MARK TPE. También se estratifican del mismo modo para comparación dos productos comerciales, MADICO PHOTO-MARK TPE e ISOVOLTA TPT. Los resultados de adhesión se muestran en la Tabla 1. En la prueba de estratificación también se evalúan otras láminas posteriores, las mismas que las de los Ejemplos 1-4 salvo porque la capa externa es HDPE, pero los resultados no se muestran en la Tabla 1. Las láminas posteriores estratificadas también se evalúan para determinar la contracción, pegajosidad, desestratificación, ondulación/enrrolamiento, arrugas, adhesión al encapsulante y estética general.
Las películas de prueba con capas externas de HDPE no se comportan bien en el proceso de estratificación porque no soportan la temperatura de 140-150°C y se queda la marca de la lámina de cobertura de Teflón. Las láminas posteriores con PMMA modificado con caucho (no mezclado con PVDF) no se comportan bien en la prueba de estratificación debido a un alto grado de ondulación y se queda la maca de la lámina de cobertura de Teflón. Las películas con capas externas basadas en PP, PVDF o mezcla de PVDF/PMMA modificado con caucho se comportan bien en el proceso de estratificación porque las películas parecen la misma antes y después de la estratificación sin posibles cambios estéticos, ondulación, textura superficial, color o tamaño (sin contracción visible).
TABLA 1 – Prueba de adhesión de la estratificación
Encapsulante
Lámina posterior Carga al máximo, N (lbf) Carga media entre límites, N (lbf)
A
Ejemplo 1 49,4 (11,1) 32,9 (7,4)
A
Ejemplo 2 77,4 (17,4) 58,7 (13,2)
A
Ejemplo 3 81,0 (18,2) 61,4 (13,8)
A
MADICO PHOTO-MARK TPE 264,2 (59,4) 250,0 (56,2)
A
ISOVOLTA TPT 20,5 (4,6) 15,1 (3,4)
B
Ejemplo 1 114,8 (25,8) 101,4 (22,8)
B
Ejemplo 2 73,8 (16,6) 56,0 (12,6)
B
Ejemplo 3 80,1 (18,0) 62,3 (14,0)
B
MADICO PHOTO-MARK TPE 295,4 (66,4) 253,1 (56,9)
B
ISOVOLTA TPT 36,5 (8,2) 31,1 (7,0)
EVA
Ejemplo 1 119,7 (26,9) 104,5 (23,5)
EVA
Ejemplo 2 74,3 (16,7) 65,4 (14,7)
EVA
Ejemplo 3 78,7 (17,7) 62,7 (14,1)
EVA
MADICO PHOTO-MARK TPE 200,5 (45,0) 181,5 (40,8)
EVA
ISOVOLTA TPT 204,2 (45,9) 142,8 (32,1)
10 El concepto para mejorar la adhesión entre PVDF y PP es que añadir los polímeros injertados con MAH a capas de PVDF y PP y usar E-GMA como capa ligante creará las uniones químicas fuertes entre PVDF injertado con MAH y E-GMA y entre PP injertado con MAH y E-GMA. MAH reaccionará con GMA. Se prepararon tres películas multicapa (3 capas), Ejemplos 5, 6 y 7, en una línea de moldeado de 25,4 cm (10 pulgadas). Las estructuras de capa, condiciones de proceso y adhesión entre capas se muestran en las Tablas 2, 3 y 4, respectivamente.
15 Para el Ejemplo 6, el pelado comenzó en la interfase MAH-g-PVDF/E-GMA. E-GMA se desestratificó de MAH-g-PDVF y también se desestratificó de forma gradual de PP. E-GMA se deformó y desgarró. La desestratificación se propagó en la interfase E-GMA/PP. A 85°C, el pelado comenzó en la interfase MAH-g-PVDF/E-GMA. Para el Ejemplo 7, el pelado comenzó en la interfase MAH-g-PVDF/E-GMA. E-GMA se desestratificó de MAH-g-PVDF y no se desestratificó de PP. E-GMA/PP se deformó. A 85°C, el pelado comenzó en la interfase MAH-g-PVDF/E-GMA. Se
20 observó el mismo mecanismo.
TABLA 2
N.º ID Muestra
Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3
Capa n.º
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Extrusora n.º
B C A B C A B C S
Grosor de la capa, m (mil)
50,8 (2) 12,7 (0,5) 38,1 (1,5) 50,8 (2) 12,7 (0,5) 38,1 (1,5) 50,8 (2) 12,7 (0,5) 38,1 (1,5)
Capa %
50 12,5 37,5 50 12,5 37,5 50 12,5 37,5
Materiales, % en peso
100 100 100 100 100 100 100 100 100
D188,01 PP (8,0 MFR@230°C)
100 100 70
Kynar 710 PVDF (20 MFR@230°C/3,8kg)
100
Kynar ADX 120 MAH-g-PVDF (12,5 MFR@230°C/5kg)
1100 1100
Lotader AX8840 E-GMA (105°C Tm, 5 MI)
100 100 100
Polybond 3200 MAH-g-PP (250 MFR@ 230°C)
30
TABLA 3
Condiciones de procesado
Ejemplo 5 Ejemplo 6 Ejemplo 7
Extrusora n.º
B C A B C A B C A
Temperatura de la extrusora, °C (°F)
198,89 (390) 154,44 (310) 237,78 (460) 198,89 (390) 154,44 (310) 237,78 (460) 198,89 (390) 154,44 (310) 237,78 (460)
RPM de la extrusora
31 15 50 31 15 50 31 15 50
Temperatura del bloque de alimentación, °C (°F)
221,11 (430) 221,11 (430) 221,11 (430)
Temperatura de la boquilla, °C (°F)
221,11 (430) 221,11 (430) 221,11 (430)
Velocidad del cilindro de moldeo, m/min (ft/min)
4,572 (15,0) 3,018 (9,9) 4,08 (13,4)
Temperatura del cilindro de moldeo, °C (°F)
25,55 (78) 25,55 (78) 25,55 (78)
TABLA 4
Muestra
Pelado a 180° (DM) Carga media, N/m (lbf/in) Pelado a 180° (DM) Carga máx., N/m ( lbf/in) Fallo en DM Notas Pelado a 85°C (DM) Carga media, N/m (lbf/in) Pelado a 85°C (DM) Carga máx., N/m (lbf/in) Fallo en DM a 85°C
TPE Photomark
0,17 (1,52) 0,24 (2,13) Desestratificación entre PET & EVA; EVA desgarrado PVF/PET /EVA - -
Ejemplo 5
0,00226 (0,02) 0,0068 (0,06) Desestratificación entre PVDF & E-GMA PP/E-GMA/ PVDF 0,136 (0,12) 0,2034 (0,18) Desestratificación entre PVDF & E-GMA
Ejemplo 6
0,33 (2,9) 0,395 (3,5) E-GMA desestratificado deformado y luego desgarrado PP/E-GMA/M AH-g-PVDF 0,17 (1,5) 0,215 (1,9) E-GMA desestratificado. Deformado y luego desgarrado
Ejemplo 7
>0,27 (2,4) >0,305 (2,7) Desestratificación entre PVDF & E-GMA: PP/E-GMA deformado. Mezcla PP&MA H-g-PP/E-GMA/M AH-g-PVDF >0,2034 (1,8) >0,237 (2,1) Desestratificación entre PVDF & E-GMA; PP/E-E-GMA deformado.
Aunque la invención se ha descrito con considerable detalle a lo largo de la descripción y ejemplos, estos detalles son únicamente con fines ilustrativos y no se constituirán como limitación del ámbito de la invención tal y como se describe en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. imagen1
    imagen2
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