JP2011528294A - ガラス/ポリオレフィンフィルム積層構造を作製する方法 - Google Patents

ガラス/ポリオレフィンフィルム積層構造を作製する方法 Download PDF

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Abstract

(i)ガラス層、(ii)第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン(PO)層、(iii)触媒層、及び(iv)第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層を含み、各層が反対側を向く対外表面を有する積層構造が、
A.第1PO層の1つの対外表面を、ガラス層の1つの対外表面に;
B.触媒層を、第1PO層のガラス層と接着接触している対外表面と反対側の第1PO層の対外表面に;及び
C.第2PO層を、触媒層の第1PO層と接着接触している対外表面と反対側の触媒層の対外表面に、
接着接触させて貼り付ける工程を含む方法により調製される。
【選択図】図2

Description

本出願は、内容全体を参照により本明細書に組み込む、2008年7月15日出願の米国特許出願第61/080,849号の優先権を主張する。
本発明は積層構造に関する。一態様において、本発明は、ガラスとポリオレフィンフィルムとの積層構造に関し、一方、他の態様において、本発明は光起電性モジュールに関する。さらに他の態様において、本発明は、ポリオレフィンフィルムがガラスに接着接触している積層構造を作製する方法に関し、一方、さらに他の態様において本発明は、ポリオレフィンフィルムがシランで架橋され、かつガラスに対する良好な接着を示す積層構造を作製する方法に関する。
光起電性の(PV)パネルにおける封入剤用に現在最も使われている材料は、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)である。光学的透明性、成形性及び低原価が、その望ましい品質のなかにある。典型的PVパネルを構築する積層化工程中に、EVA封入剤は有機過酸化物の作用により化学的に架橋される。封入剤としてのEVAの主要な欠点は、周囲湿気との反応により加水分解を受け易く、それが酢酸を生成する結果となり、酢酸はまたPV電池を損傷し得ることである。結果として、EVAで作製されたPVパネルは、寿命は短く許容されない。
エチレン−オクテン共重合体などの低密度ポリオレフィンは、光学的透明性、成形性及び低原価(EVAよりさらに低い)を含む封入剤の要件の多くを満足させ、それに加えて、加水分解により侵されない。しかしながら、改質されていないポリオレフィンは、ガラスに対する接着が十分でなく、上昇した温度における機械的強度も十分でない。
トリアルコキシシラン官能基を含有するように改質されたポリオレフィンは、ガラスに対して許容される接着を示し、それは、PVパネルを構築する積層化工程中に、樹脂中のアルコキシシラン基とガラスの表面に自然に生じるシラノール基とが、樹脂とガラスとの間に丈夫で加水分解に安定なシロキサン結合を形成する非触媒的縮合反応を起こすからである。しかしながら、そのような封入剤でも、上昇した温度では機械的強度が十分でない。
トリアルコキシシラン基を含有するポリオレフィンは、触媒の存在下に水と反応してシラノール官能基を形成し、これもまた触媒の存在下において、これらの基がさらに互いに反応してシロキサン架橋を形成するであろう。通常、これら2つの反応は、触媒が存在しないと非常にゆっくりと起こる。これらの反応の触媒には、酸又は塩基のいずれもがなり得る。ルイス酸は、架橋を誘導するのによく使用される。架橋された封入剤は、上昇した温度で、非常に良好な機械的強度を有するが、ガラスに対して貧弱な接着性を示す。これは、ガラス表面との反応に必要な、封入剤の表面におけるアルコキシシラン基の一部がシロキサン基に変換されて、シロキサン基はガラス表面と反応性がないからである。したがって、封入剤の表面においてシロキサン基に変換されたアルコキシシラン基が多ければ多いほど、封入剤のガラス表面に対する接着は劣る。
これら及びその他の理由で、PVパネルなどの積層ガラス/ポリオレフィンフィルムの積層構造の産業は、アルコキシシラン基を含有するポリオレフィンが架橋され、かつガラスに対して良好な接着を示す構造を調製する方法を開発することに継続的に関心を有している。
本発明によると、ポリマーフィルム又は封入剤はアルコキシシラン基を含有するポリオレフィンであり、ポリオレフィンフィルムとガラスとの積層構造、例えば、PVパネルを構築する積層化工程中にアルコキシシラン基の架橋を促進する触媒は、架橋工程が樹脂本体内で進行し、ポリオレフィンフィルムをガラスに接着する工程は樹脂の表面で進行し得るように制御された様式で適用される。フィルムが成形されるときに押出し機に架橋触媒を添加すると、フィルム全体にわたる触媒の均一な分布が生じ、これに続く結果として、ガラスに対する良好な接着を有しないフィルムが生じる。しかしながら、ガラスに接触することになるフィルム表面から離して触媒を添加することにより、上昇した温度における良好な接着及び良好な機械的強度が得られる。
一実施形態において、本発明は、(i)反対側を向く第1対外表面及び第2対外表面を有し、アルコキシシラン含有ポリオレフィン(PO)を含む第1層、及び(ii)反対側を向く第1対外表面及び第2対外表面を有し、第1層のアルコキシシラン含有POの架橋を促進する触媒を含む第2層を含み、第1層の1つの対外表面は第2層の1つの対外表面と接着接触している積層構造である。
一実施形態において、本発明は、積層構造を作製する方法であり、この構造は、(i)ガラス層、(ii)アルコキシシランを含有する第1PO層、(iii)触媒層、及び(iv)アルコキシシランを含有する第2ポリオレフィン層を含み、各層は反対側を向く対外表面を有し、またこの方法は、
A.第1PO層の1つの対外表面をガラス層の1つの表面に;
B.触媒層を、第1PO層のガラス層と接着接触している対外表面と反対側の第1PO層の対外表面に;及び
C.第2PO層を、触媒層の第1PO層と接着接触している対外表面と反対側の触媒層の対外表面に、
接着接触させて貼り付けることを含む。
これらの層は、互いに任意の順で貼り付けることができ、例えば、触媒層が第1PO層に貼り付けられる前に、第2PO層を触媒層に貼り付けることができ、又は第1PO層がガラスに貼り付けられる前に、触媒層を第1PO層に貼り付けることもできる。
一実施形態において、触媒は、PO層のガラスと接着することになる対外表面と反対側にある第1PO層の表面上に塗布、噴霧又は擦りつけることができる。触媒は純物質として適用することもでき、又は溶媒中に溶解、不活性担体中に分散若しくは乳化することもできる。
一実施形態において、触媒は、アルコキシシラン官能基で改質されていないポリオレフィンを含む薄いフィルム内に均一に分布することができる。このフィルムは、多層積層構造の1層として貼り付けられる。したがって、例えば、PVパネルを構築する積層化工程において、第1PO層がガラスに貼り付けられ、次に、触媒を含有する薄いフィルムが第1PO層に接触して配置されて、一方の側にガラス、他方の側に触媒含有フィルム、中央部に第1PO層というサンドイッチ構造が形成される。触媒は、薄いフィルムから第1PO層中に拡散することができて架橋を触媒する。触媒を含有するフィルムは架橋されておらず、それは溶融したポリマーに触媒を添加することにより調製することができる。フィルムは、上昇した温度で積層構造の機械的強度に悪影響を及ぼさないように、十分薄く押し出される。
一実施形態において、本発明は、上記の方法により作製される積層構造である。積層構造は、とりわけ、PVパネル若しくはモジュール、又は太陽電池、又は安全ガラス、又は断熱ガラス等の形態をとることができる。
図1は、第4層が触媒層である5層の積層構造の例示である。
図2は、圧縮成形のための構成の略図を例示する。
図3は、POフィルム層のガラスへの接着に対する触媒濃度の影響を記録したグラフである。
図4は、温度の関数としての、架橋されたPO及びEVAのDMTA比較結果を記録したグラフである。
本開示における数の範囲は近似的であり、したがって、特に断らない限り範囲外の値も含み得る。数の範囲は、任意の低い方の値と任意の高い方の値との間に少なくとも2単位の隔たりがある限り、低い方及び高い方から1単位きざみで含む全ての値を含む。例として、組成、物性、若しくは他の特性又は工程のパラメータ、例えば、分子量、粘度、メルトインデックス、温度などが、100から1,000までであれば、それは、100、101、102、その他の個々の全ての値、及び、100から144まで、155から170まで、197から200までなどの部分範囲が、明示されて数え上げられたことが意図される。1未満であるか又は1を超えて端数を含む値(例えば、1.1、1.5、その他)を含む範囲については、1単位が、0.0001、0.001、0.01又は0.1であると適宜みなされる。10未満の単一の桁数を含む範囲(例えば、1から5まで)については、1単位は通常0.1であるとみなされる。これらは具体的に意図されるものの例に過ぎず、挙げられた最低値と最高値との間の数値の全ての可能な組合せが、本開示において明示して記述されたとみなされることとする。数の範囲は、本開示の中で、とりわけ、密度、メルトインデックス、PO樹脂中のアルコキシシラン基量、及び種々の調合物中の含有成分の相対量について示される。
「含む」という用語及びその派生語は、如何なる追加の成分、工程又は手順の存在も、それが具体的に開示されていてもいなくても、排除することを意図しない。どのような疑義も避けるために、「含む」という用語の使用により主張される任意の工程又は組成物は、特に断らない限り、任意の追加の工程、設備、添加物、補助材、又は化合物を、ポリマー状であるか否かに関わらず含むことができる。対照的に、「から本質的になる」という用語は、それに続く任意の叙述の範囲から、操作性にとって本質的でないものを例外として、如何なる他の成分、工程又は手順も排除する。「からなる」という用語は、具体的に述べられていないか又は列挙されていない如何なる成分、工程又は手順も排除する。「又は」という用語は、特に断らない限り、列挙された要素を個々に並びに任意の組合せで指す。
「組成物」及び類似の用語は2つ以上の材料の混合物を意味する。組成物には、反応前、反応及び反応後の混合物が含まれ、後半の混合物は、反応生成物及び副生物並びに反応混合物の未反応成分、及びもしあれば、反応前の又は反応混合物の1つまたは複数の成分から形成された分解生成物を含む。
「ブレンド」、「ポリマーブレンド」及び類似の用語は、2つ以上のポリマーの組成物を意味する。そのようなブレンドは、混和性であってもなくてもよい。そのようなブレンドは、相分離していてもいなくてもよい。そのようなブレンドは、透過電子分光法、光散乱、X線散乱、及び当技術分野において知られている任意の他の方法により決定される1つまたは複数の領域の配置を含んでも含まなくてもよい。ブレンドは積層ではないが、積層の1つまたは複数の層がブレンドを含んでもよい。
「ポリマー」は、同一であるか又は相違する種類のモノマーを重合することにより調製される高分子化合物を意味する。ポリマーという総称は、したがって、通常1種類のモノマーのみから調製されるポリマーを指して使用されるホモポリマー、及び下で定義する共重合体という用語を包含する。それは、全ての形態の共重合体、例えば、ランダム、ブロック、その他の共重合体も包含する。「エチレン/α−オレフィンポリマー」、「プロピレン/α−オレフィンポリマー」及び「シランコポリマー」という用語は、下で説明する共重合体を表す。
「共重合体」は、少なくとも2種の異なるモノマーの重合により調製されるポリマーを意味する。この総称は、2種の異なるモノマーから調製されるポリマーを指して通常使用されるコポリマー、及び3種以上の異なるモノマーから調製されるポリマー、例えば、ターポリマー、テトラポリマー、その他を含む。
「触媒量」及び類似の用語は、2種以上の反応物の間の反応速度を、識別可能な程度に促進するのに十分な触媒の量を意味する。
「架橋量」及び類似の用語は、架橋条件下で組成物若しくはブレンド中に少なくとも検出可能な量の架橋を与えるのに十分な量の架橋剤若しくは照射若しくは湿分又は任意の他の架橋化合物若しくはエネルギーを意味する。
「層」は、連続的に若しくは不連続的に広がったか又は表面を覆う単一層、コーティング又は薄層を意味する。
「多層」は少なくとも2層を意味する。
「対外表面」、「平面」及び類似の用語は、相接する層の向かい合っている隣接の表面と接触している層の表面を意味する。対外表面はエッジ面と区別される。方形の層は2つの対外表面と4つのエッジ面とを含む。円形の層は2つの対外表面と1つの連続したエッジ面とを含む。
「接着接触して」及び類似の用語は、1つの層の1つの対外表面と他の層の1つの対外表面とが互いに触れ合って結合接触しており、その結果、両層の接触している対外表面を損傷せずに1つの層を他の層に対して除去し得ないことを意味する。
ポリオレフィン樹脂
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーは、グラフト前に、立方センチメートル当たりのグラム(g/cm3)で0.91未満、好ましくは0.905未満、より好ましくは0.89未満、さらにより好ましくは0.88未満及びさらにより好ましくは0.875未満の密度を通常は有する。ポリオレフィンコポリマーは、0.85g/cm3を超え、好ましくは0.855g/cm3を超え及びより好ましくは0.86g/cm3を超える密度を通常は有する。密度はASTM D−792の手順により測定される。低密度ポリオレフィンコポリマーは、半結晶性、柔軟性として一般に特徴づけられ、優れた光学的性質、例えば、可視及びUV光の高い透過率及び低い曇り価を有する。
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーは、グラフト前には、10分当たりのグラム(g/10分)で0.10を超える、好ましくは1を超えるメルトインデックスを通常は有する。ポリオレフィンコポリマーは、g/10分で75未満及び好ましくは10未満のメルトインデックスを通常は有する。メルトインデックスは、ASTM D−1238の手順(190℃/2.16kg)により測定される。
本発明の実施に有用なメタロセン触媒などのシングルサイト触媒又は拘束幾何形状触媒を用いて作製されたポリオレフィンコポリマーは、グラフト前に、約95℃未満、好ましくは約90℃未満、より好ましくは約85℃未満、さらにより好ましくは約80℃未満、及びさらにより好ましくは約75℃未満の融点を通常は有する。マルチサイト触媒(例えば、チーグラー・ナッタ及びフィリップス触媒)を用いて作製されたポリオレフィンコポリマーについて、融点は典型的には125℃から127℃までである。融点は、例えば、米国特許第5,783,638号に記載されているように示差走査熱量測定法(DSC)により測定される。低融点のポリオレフィンコポリマーは、本発明のモジュールの製作に有用な望ましい柔軟性及び熱可塑性をしばしば示す。
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーは、共重合体の重量に基づいて約15との間、好ましくは少なくとも約20、及びさらにより好ましくは少なくとも約25重量パーセント(wt%)のα−オレフィン含有率を有するエチレン/α−オレフィン共重合体を含む。これらの共重合体は、共重合体の重量に基づいて、約50wt%未満、好ましくは約45wt%未満、より好ましくは約40wt%未満及びさらにより好ましくは約35wt%未満のα−オレフィン含有率を通常は有する。α−オレフィン含有率は、Randall(Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29(2&3))に記載されている手順を使用して13C核磁気共鳴(NMR)分光法により測定される。一般的に、共重合体のα−オレフィン含有率が大きいほど、共重合体の密度は低く、非晶質は多くなる。
α−オレフィンは、C3-20の直鎖、分岐又は環状のα−オレフィンであることが好ましい。C3-20のα−オレフィンの例としては、プロペン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、及び1−オクタデセンが挙げられる。α−オレフィンはシクロヘキサン又はシクロペンタンなどの環構造も含むことができて、その結果、3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリルシクロヘキサン)及びビニルシクロヘキサンなどのα−オレフィンとなる。用語の古典的意味のα−オレフィンではないが、本発明の目的にとって、ノルボルネン及び関連オレフィンなどのある種の環状オレフィンはα−オレフィンであり、上記のα−オレフィンの一部又は全部の代わりに使用することができる。同様に、スチレン及びその関連オレフィン(例えば、α−メチルスチレン、その他)は本発明の目的にとってα−オレフィンである。しかしながら、アクリル系及びメタクリル酸及びそれらそれぞれのイオノマー、並びにアクリレート及びメタクリレートは、本発明の目的にとってα−オレフィンではない。実例となるポリオレフィンコポリマーには、エチレン/プロピレン、エチレン/ブテン、エチレン/1−ヘキセン、エチレン/1−オクテン、及びエチレン/スチレン等が含まれる。エチレン/アクリル酸(EAA)、エチレン/メタクリル酸(EMA)、エチレン/アクリレート又はメタクリレート、及びエチレン/酢酸ビニル等は本発明のポリオレフィンコポリマーではない。実例となるターポリマーには、エチレン/プロピレン/1−オクテン、エチレン/プロピレン/ブテン、エチレン/ブテン/1−オクテン、及びエチレン/ブテン/スチレンが含まれる。コポリマーはランダム又はブロック性であってよい。
本発明において有用なオレフィン性共重合体のより具体的な例としては、超低密度ポリエチレン(VLDPE)(例えば、The Dow Chemical Company製のエチレン/1−ヘキセンポリエチレンであるFLEXOMER(登録商標))、均一に分岐した鎖状のエチレン/α−オレフィンコポリマー(例えば三井化学株式会社によるTAFMER(登録商標)及びExxon Chemical CompanyによるEXACT(登録商標))、均一に分岐した実質的に鎖状のエチレン/α−オレフィンポリマー(例えば、The Dow Chemical Companyから入手し得るポリエチレンであるAFFINITY(登録商標)及びENGAGE(登録商標))、及び米国特許第7,355,089号に記載されているもの(例えば、The Dow Chemical Companyから入手し得るINFUSE(登録商標))などのオレフィンブロックコポリマーが挙げられる。より好ましいポリオレフィンコポリマーは、均一に分岐した鎖状、及び実質的に鎖状のエチレンコポリマーである。実質的に鎖状のエチレンコポリマーが特に好ましく、より完全には米国特許第5,272,236号、第5,278,272号及び第5,986,028号に記載されている。
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーは、プロピレン、ブテン及び他のアルケンを主成分とするコポリマー、例えば、プロピレンから誘導される大多数の単位と他のα−オレフィン(エチレンを含む)から誘導される少数の単位とを含むコポリマーも含む。本発明の実施に有用な典型的プロピレンポリマーは、The Dow Chemical Companyから入手し得るVERSIFY(登録商標)ポリマー及びExxonMobil Chemical Companyから入手し得るVISTAMAXX(登録商標)ポリマーを含む。
上に挙げた任意のオレフィン性共重合体のブレンドも、本発明で使用することができ、ポリオレフィンコポリマーは、ポリマーが、(i)相互に混和性であり、(ii)他のポリマーが、ポリオレフィンコポリマーの望ましい性質、例えば、光学的性質及び低弾性率に、もしあったとしても小さい影響しか有せず、及び(iii)本発明のポリオレフィンコポリマーがブレンドの少なくとも約70、好ましくは少なくとも約75及びより好ましくは少なくとも約80重量パーセントを構成する程度に、1種または2種以上の他のポリマーとブレンドされ得るか又はそれで希釈され得る。
本発明の積層構造の第1及び第2のアルコキシシラン含有PO層に使用されるPO樹脂は、いうまでもなく、アルコキシシラン基を含有する。典型的には、アルコキシシラン基はPO樹脂にグラフトされる。ポリオレフィンコポリマーに効果的にグラフトして架橋させ、かつガラスへの接着に至る任意のシランは、本発明の実施に使用することができる。適当なシランは、ビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキセニル又はγ−(メタ)アクリロキシアリル基などのエチレン性不飽和ヒドロカルビル基、及び、例えば、ヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシ、又はヒドロカルビルアミノ基などの加水分解性基を含む不飽和シランを含む。加水分解性基の例として、メトキシ、エトキシ、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロピオニルオキシ、及びアルキル又はアリールアミノ基が挙げられる。好ましいシランは、ポリマーにグラフトすることができる不飽和アルコキシシランである。これらのシラン及びそれらの調製方法は、より完全に米国特許第5,266,627号に記載されている。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びこれらのシランの混合物は、本発明において使用するために好ましいシラン架橋剤である。
あるいは、シランコポリマー、例えば、SILINK(商標)というポリ(エチレン−co−ビニルトリメトキシシラン)コポリマーは、アルコキシシラン基を用いてグラフトされた若しくは他の方法で改質されたエチレンポリマーの代わりに又はそれと組み合せて使用することができる。
ポリオレフィン骨格にグラフトされる基として、又はシランコポリマーにおけるポリマー鎖に組み込まれる単位としてのいずれかで、本発明の実施で使用されるシラン架橋剤の量は、ポリオレフィン又はシランコポリマーの本来の性質、シラン、処理条件、グラフト効率、最終用途、及び同様な要因に依存して大きく変化し得るが、通常、コポリマーの重量に基づいて少なくとも0.2wt%、好ましくは少なくとも0.5wt%で使用される。利便性及び経済性の考慮が、通常、本発明の実施に使用されるシラン架橋剤の最大量に対する2つの主な制限であり、典型的には、シラン架橋剤の最大量は、コポリマーの重量に基づいて5wt%を超えず、好ましくは3wt%を超えない。
アルコキシシランを含有するPOの層を2つ以上含む実施形態において、各層におけるアルコキシシランの量は同一であっても相違していてもよく、各層は同一の又は相違するアルコキシシランを含むことができて、例えば、1つの層においてPOはビニルトリメトキシシランでグラフトされ、一方他の層において同一若しくは相違するPOがビニルエトキシシランでグラフトされてよく、又は1つの層においてPOはビニルメトキシシランでグラフトされ、一方他の層はポリ(エチレン−co−ビニルトリメトキシシラン)コポリマーを含むことができる。一実施形態において、1つの層におけるアルコキシシランの量は、他の層における、又は他の層(複数)の少なくとも1つにおけるアルコキシシランの少なくとも2倍、3倍又は4倍である。
シラン架橋剤は、典型的には、フリーラジカル開始剤、例えば過酸化物及びアゾ化合物の存在で、又はイオン化放射線照射その他により、任意の従来の方法によりPOポリマーにグラフトされる。有機開始剤が好ましく、例えば、過酸化ジクミル、過酸化ジ−tert−ブチル、過安息香酸t−ブチル、過酸化ベンゾイル、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルペルオクトエート、メチルエチルケトン過酸化物、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、過酸化ラウリル、及び過酢酸tert−ブチルなどの過酸化物開始剤のいずれか1種が好ましい。適当なアゾ化合物は、アゾビスイソブチロニトリルである。開始剤の量は変化し得るが、通常、少なくとも0.02phr、好ましくは少なくとも0.03phrの量で存在する。通常、開始剤は0.15phrを超えず、好ましくは約0.10phrを超えない。シラン架橋剤の開始剤に対する比も、大きく変化し得るが、典型的な架橋剤:開始剤比は、10:1から150:1との間、好ましくは18:1と100:1との間である。
シラン架橋剤をPOポリマーにグラフトするために任意の従来の方法を使用することができるが、1つの好ましい方法は、Buss混練器などの反応押出し機における第1段階で前記の二者を開始剤とブレンドすることである。グラフト条件は変化し得るが、溶融温度は、滞留時間及び開始剤の半減期に依存して、通常160と260℃との間、好ましくは190と230℃との間である。
本発明のポリマー材料は、硬化促進剤以外の又はそれに加えて添加剤を含むことができる。例えば、そのような他の添加剤には、UV安定剤及び3価リン化合物などの処理安定剤が含まれる。UV安定剤は、積層構造、例えば、PVモジュールにより吸収され得る電磁放射線の波長を短くする(例えば、360nm未満)のに有用であり、Cyasorb UV2908などの立体障害フェノール及びCyasorb UV3529、Hostavin N30、Univil 4050、Univin 5050、Chimassorb UV 119、Chimassorb 944 LD、及びTinuvin 622 LDなどの立体障害アミンを含む。リン化合物は、ホスホナイト(PEPQ)及びホスフィット(Weston 399、TNPP、P−168及びDoverphos 9228)を含む。UV安定剤の量は、通常約0.1から0.8%まで、好ましくは約0.2から0.5%までである。処理安定剤の量は、通常約0.02から0.5%まで、好ましくは約0.05から0.15%までである。
さらに他の添加剤としては、抗酸化剤(例えば、Ciba Geigy Corp.製のIrganox(登録商標)1010などの立体障害フェノール性化合物)、粘着添加剤(例えば、ポリイソブチレン)、粘着防止剤、滑り止め、顔料及び充填剤(透明性が用途にとって重要であれば透明な)が含まれるが、これらに限定されない。工程添加剤には、例えばステアリン酸カルシウム、水、その他も使用することができる。これらの及び他の可能性のある添加剤は、当技術分野において一般的に知られている様式および量で使用される。
ガラス
通常の意味で、ガラスは、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アクリルガラス、糖ガラス、アイシングラス(Muscovy−ガラス)、又はアルミニウムオキシナイトライドを含むが、これらに限定されない窓、多くの瓶、又は眼鏡に使用されるような硬く、脆く、透明な固体のことである。技術的な意味で、ガラスは、結晶化せずに剛直な状態に冷却された無機溶融生成物である。多くのガラスは、それらの主成分及びガラス形成材としてシリカを含む。
純二酸化ケイ素(SiO2)ガラス(水晶、又はその多結晶形である砂と同じ化合物)は、UV光を吸収せず、この領域において透明性を必要とする用途に使用される。水晶の大きい天然の単結晶は純粋な二酸化ケイ素であり、破砕して高品質の特殊ガラスとして使用される。水晶の殆ど100%純粋な形態である合成非晶質シリカは、最も高価な特殊ガラスのための原料である。
積層構造のガラス層は、限定されないが、通常は、窓ガラス、板ガラス、ケイ酸ガラス、薄板ガラス、フロートガラス、着色ガラス、例えば、太陽熱を制御する含有成分を含んでもよい特殊ガラス、銀などのスパッタ金属でコートされたガラス、アンチモンスズ酸化物及び/又はインジウムスズ酸化物でコートされたガラス、E−ガラス、SOLEX(商標)ガラス(ペンシルバニア州PittsburghにあるPPG Industriesから入手し得る)及びTOROGLASS(商標)の1つである。あるいは、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリアクリレート、エチレンノルボルネンなどの環状ポリオレフィン、メタロセン触媒によるポリスチレン及びこれらの材料の2種以上の混合物を含む、剛直又は柔軟なシートであってよいガラス層。
触媒
硬化は架橋触媒で促進され、この機能を提供する任意の触媒を、本発明の実施に使用することができる。本発明の実施に使用される触媒は、1wt%未満、好ましくは約5000ppm未満、より好ましくは2500ppm未満、及び100ppmのような低い濃度で架橋反応を触媒する十分な強度のルイス若しくはブレーンステッド酸又は塩基である。触媒は、積層構造を構築するために使用される条件下で分解に対して抵抗性である。触媒は、積層化工程中及び後に、PO樹脂を通って十分急速に拡散し、アルコキシシラン基に接触することが好ましい。触媒は、積層構造、例えば、光起電性の電池の性能を、構造の有用な寿命中に、乱さない又は劣化させないことが好ましい。触媒は、PO樹脂のガラスに対する接着を妨害しない又は劣化させないことが好ましい。芳香族スルホン酸、有機スズ化合物、有機チタン化合物、有機亜鉛化合物、及び有機ジルコニウム化合物を含むが、これらに限定されない多くの材料が、当業者に知られた触媒として作用し得る。具体的な例として、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジブチルスズジラウレート及びKenrich Petrochemicalsにより商品名Ken−React NZ01で工業的に製造されているネオペンチル(ジアリロキシ)ジルコニウムトリネオデカノエートが挙げられる。
一実施形態において、触媒は、第1PO層のガラスと接着している表面とは反対側にある第1PO層の表面上に塗布、噴霧、擦りつけ又は他の方法で適用することができる。触媒は純物質として適用することもでき、又は場合により、溶媒中に溶解、不活性担体中に分散若しくは乳化することもできる。触媒がガラス層に適用されて、その結果第1PO層上に触媒層を形成した後、触媒層の第1PO層と接触している表面と反対側にある触媒層の表面に第2PO層が貼り付けられる。その結果生じる積層物は、ガラス、第1シラン含有POフィルム、触媒、及び第2シラン含有POフィルムの層を含む多層構造である。この構造において、触媒はフィルム層全体にわたって拡散することができて、架橋を触媒し、第1PO層のシラン基とガラス層のシラン基との間の反応に殆ど干渉せず、もし干渉しても僅かである。
他の実施形態において、触媒は、アルコキシシラン官能基により改質されていないポリオレフィンで作製された薄いフィルム中に、均一に分布することができて、このフィルムは、多層積層構造の1層として適用される。この実施形態の好ましい変形において、触媒を含有するフィルムのポリオレフィンは、積層構造の第1及び第2PO層を形成する、アルコキシシラン基で改質された同じポリオレフィンである。したがって、積層構造を構築する積層化工程において、アルコキシシラン基を含有するポリオレフィンはガラスと接触して置かれ、触媒を含有する薄いフィルムはシランを含有するフィルムと接触して置かれて、ガラスを1つの側に、触媒を含むフィルムを他の側に、及びシランを含有するフィルムを中央に有するサンドイッチ構造が形成される。触媒は薄いフィルムからシランを含有するフィルム中に拡散することができて架橋を触媒する。触媒を含有するフィルムは、押出し機中で溶融したポリマーに触媒を添加することにより調製することができる。この特定のフィルム層は架橋されていないので、フィルムは、十分に薄く、例えば、0.1ミリメートル(mm)と2mmとの間、好ましくは0.2mmと2mmとの間、より好ましくは0.3mmと0.5mmとの間に調製され、その結果、上昇した温度で構造の機械的強度に悪影響はないであろう。
架橋後のアルコキシシランを含有するポリオレフィンコポリマーは、ASTM D−2765により測定して、少なくとも40パーセント、好ましくは少なくとも50パーセント及びより好ましくは少なくとも60パーセント及びさらにより好ましくは少なくとも70パーセントのゲル含有率を有する。通常、ゲル含有率は90パーセントを超えない。
積層構造
本発明の積層構造は、(i)ガラス層、(ii)第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン(PO)層、(iii)触媒層、及び(iv)第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層を含む構造である。これらの構造は、多数の異なった方法のいずれか1つにより構築することができる。例えば1つの方法において、構造は、層の上に単に造られた層であり、例えば、第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン層が任意の適当な様式でガラスに貼り付けられ、続いて触媒層が第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン層に貼り付けられ、続いて第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層が触媒層に貼り付けられる。触媒層の第1アルコキシシラン含有ポリオレフィンへの貼り付け、及び第2アルコキシシラン含有ポリオレフィンの触媒層への貼り付けは、当技術分野において知られている任意の工程、例えば、押出し、カレンダー加工、溶液キャスト又は射出成形により行うことができる。他の方法においては、第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン層及び第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層と触媒層とが多層構造に形成されて、次にそれがガラス層に貼り付けられる。
本発明の実施に使用されるポリマー材料、即ち、第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン及び第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層は、当技術分野において知られている封入剤材料、例えば、米国特許第6,586,271号、米国特許出願公開第2001/0045229号、国際公開第99/05206号及び国際公開第99/04971号において教示されるものなどと同じ様式で及び同じ量を使用して、電子デバイスのモジュール、例えば、光起電性電池又は太陽電池を構築するために使用することができる。これらの材料は、電子デバイスの「外皮」、即ち、デバイスの一方又は両方の対外表面に貼り付けられた「外皮」として使用することができ、又はデバイス全体をその材料で封入する封入剤として使用することができる。通常、ポリマー材料は、上記の層上層の技法によりデバイスに適用されるが、別の方法では、第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン層と第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層との間にサンドイッチされた触媒層を含む多層積層構造が先ず調製され、次に第1層をデバイスの1つの対外表面に貼り付け、それからデバイスの他の対外表面に貼り付け、続いてガラスカバーを既に電子デバイスに接着している多層積層構造の一方又は両方の表面に貼り付けることができる。
他の実施形態において、本発明の実施で使用されるポリマー材料は、当技術分野において知られているのと同じ様式で、安全ガラスを構築するために使用することができる。この用途において、通常は、第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン層と第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層との間にサンドイッチされた触媒層を含む多層積層構造が先ず調製されて、1枚のガラスに積層される。これに続いて、2枚目のガラスを、多層積層構造、即ち、ポリマーフィルムの開放されている対外表面に積層する。あるいは、ポリマーフィルムを、第1ガラス層の対外表面の一方の上に層上層で造ることもできる。
本発明の方法が有用な他の用途は、断熱ガラスのシール材、ガラスのコーティング(例えば、可視又はUV光遮蔽を提供するための)、及びガラスに対する一般的接着剤を含む。
以下の実施例は本発明をさらに例証する。特に断らない限り、全ての部及びパーセントは重量による。
比較例1及び2
ENGAGE(登録商標)8100樹脂(The Dow Chemical Companyから入手し得る)は、密度が0.87g/cm3及びメルトインデックスが1(ASTM D1238にしたがって測定)のエチレン−オクテンコポリマーである。樹脂を、Ciba Specialties Chemicals Corporationから入手し得る抗酸化剤IRGANOX 1076(登録商標)(オクタデシル3,5−ジ−(tert)−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート))の100ppm、及び表1に名を示した数種の他の添加剤と混合する。
Figure 2011528294
CYASORB UV 531は、Cytec Industries Incから入手し得る光吸収剤(2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン)である。
CHIMASSORB 944 LDは、Ciba Specialty Chemicals Corporationから入手し得るオリゴマー性の立体障害アミンの光安定剤(ポリ[[6−[1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ]−s−トリアジン−2,4−ジイル]−[(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ]−ヘキサメチレン−[(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ])である。
TINUVIN 622 LDも、Ciba Specialty Chemicals Corporationから入手し得る立体障害アミンの光安定剤(ブタン二酸、ジメチルエステル−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−ピペリジンエタノール)である。
WESTON 399は、Chemtura Corporationから入手し得る熱安定剤(亜リン酸トリスノニルフェニル)である。
DOW CORNING Z−6300は、Dow Corning Corporationから入手し得るカップリング剤(ビニルトリメトキシシラン)である。
LUPEROX−101は、Arkema Canada Inc.から入手し得る重合開始剤(2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン(60〜100wt%)、3,3,6,6−テトラメチル−1,2−ジオキサシクロヘキサン(3〜7wt%)、及びジ−tert−ブチルペルオキシド(0.1〜1wt%)の混合物)である。
DBTDLは重合触媒として使用される有機スズのジブチルスズジラウレートである。
ENGAGE(登録商標)8100ペレットを乾燥機中40℃で終夜乾燥する。次にペレット及び添加剤を乾燥状態で混合してドラムに入れ、30分間転回する。次に、シラン及び過酸化物をドラムに注ぎ入れて、全体をさらに15分間転回する。次に、十分混合された材料をフィルム成形のためにフィルム押出し機に仕込む。フィルムはフィルムライン(Killion Singleスクリュー押出し機、24インチシートダイ(Die))上で成形される。加工条件を表2にまとめる。
Figure 2011528294
18〜19ミルの厚さのフィルムを5.3ft/分で押し出した。フィルム試料は、UV照射及び吸湿を避けるためにアルミニウムバッグ中に封じた。ガラスに対する接着及び高温(85℃)における材料強度を試験して、結果を下で報告する。
接着試験に使用された方法は180°剥離試験である。試験試料は、圧縮成形機中加圧下でガラス上にフィルムを置くことにより調製した。所望の接着幅は1.0インチである。試験設定の目的で、テフロン(登録商標)シートをガラスと材料との間に置いて、ガラスとポリマーとを分離する。ガラス/フィルム試料調製の条件は以下の通りである:
1)2000lbsで160℃3分間
2)8000lbsで160℃30分間
3)8000lbsで室温に冷却。
4)試料を枠から取り出し、接着試験前に48時間放置して材料を室温に慣らす。
接着強度は材料試験機(インストロン 5581)を用いて測定する。負荷速度は2インチ/分であり、試験は周囲条件(24℃及び50%RH)で行った。ガラスに対する接着を評価するために安定な剥離領域が必要である(約2インチ)。安定な剥離領域における剥離負荷のフィルム幅に対する比が接着強度として報告される。結果を表3で報告する。
Figure 2011528294
高温における材料強度(引っ張り)を、ASTM D638に従い85℃でダンベル型試料を使用して試験する。負荷速度は2インチ/分である。比較例1は85℃で試験できなかったが、その理由はフィルムがこの温度で柔らかすぎて掴めないためである。比較例2の引っ張り強度(最大応力)は85℃で0.3MPaである。比較例1は、無触媒で押し出されたフィルムはガラスに接着するが、十分な引っ張り強度を有しないことを示す。比較例2は、触媒を含んで押し出されたフィルムは十分な引っ張り強度を有するが、ガラスに接着しないことを示す。
実施例
ENGAGE(登録商標)8200樹脂(The Dow Chemical Companyから入手し得る)は、密度が0.87g/cm3及びメルトインデックスが5(ASTM D1238にしたがって測定)のエチレン−オクテンコポリマーである。それにVTMSをグラフトして、Killion Singleスクリュー押出し機で上記と同様な条件でフィルムに成形する。合計8グラムの重量の5層のVTMSグラフトポリオレフィンフィルムを、図1に示すようにガラスのシート上に置く。触媒(Kenrich Petrochemicalsにより工業的に製造されたネオペンチル(ジアリロキシ)ジルコニウムトリネオデカノエートであるKen−React NZ01)を、図4に示すように注射器を使用して第4層と第5層との間に量を変えて適用する。触媒の最高濃度、20,000ppmを無希釈で適用し、触媒の最低濃度を酢酸エチルに溶解した0.5mLの溶液として適用した。
Figure 2011528294
フィルムのガラスに対する接着は加熱したCarverプレスを使用することにより圧縮成形で行った。中央を切り取ったテフロン(登録商標)シート及び金属枠(chase)を清浄化したガラスの上に置き、続いて第4層と第5層との間に触媒を含む5層のフィルムを置く。その構成の略図を図2に示す。圧縮成形手順は以下の通りである:
1.3,000lb、150℃で3分間;
2.8,000lb、150℃で7分間;及び
3.周囲条件で室温に冷却。
接着試験は、周囲条件(24℃及び50%RH)でインストロン試験機を使用して、2インチ/分の負荷速度で実施する。剥離負荷のフィルム幅に対する比(N/mm)を接着強度として報告し、試験は安定な剥離領域が観察された後で停止する。試験結果は図3に示す。ガラスに対する接着は、20,000ppmの濃縮された触媒で消失するが、触媒濃度が2000ppmに減少すると改善される。触媒濃度が1000ppm未満であると、それはさらに改善される。
ARESを10rad/secの周波数及び0.1%の変形で使用することにより動的熱機械分析(DMTA)を行い、固体状態における試料の粘弾性的性質を−100℃から200℃の温度の関数として測定する。無触媒の試料を対照として加え、触媒濃度の異なる2つの試料を比較試験する。硬化したエチレン酢酸ビニル(EVA)を測定基準として試験する。結果を図4に示す。
対照試料の貯蔵弾性率は70℃を超えると低下して、試料の熱による変形のために測定が実施できない。160℃で30分間硬化させた、ASTM D2765により測定してゲル含有率が89.7%の測定基準のEVAは、70℃を超える温度で貯蔵弾性率がプラトーを示した。触媒を添加した2つのVTMS−g−EG8200試料は、硬化したEVAと同様の挙動を示す。これらの2つの試料の架橋は、水中65℃で終夜及び90℃で1日実施する。それらのゲル含有率は同程度、即ち、1000ppmの試料については65.8%、他の試料については63.7%である。接着試験の結果と組み合わせると、1000ppmの触媒は、シラン架橋されたEG8200が熱的及び機械的両方の性質並びにガラスに対する接着を得るために好ましい。
前述の記載、図面及び実施例を通じて本発明をかなり詳細に説明したが、この詳細は例証目的のためである。当業者は、添付の特許請求項の範囲に記載した本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形及び改変をなすことができる。上で引用された全ての米国特許及び公開又は許可された米国特許出願は、引用により本明細書に組み込まれる。

Claims (10)

  1. 積層構造を作製する方法であって、該構造は、(i)ガラス層、(ii)第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン(PO)層、(iii)触媒層、及び(iv)第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層を含み、各層は反対側を向く対外表面を有し、
    A.第1PO層の1つの対外表面をガラス層の1つの対外表面に;
    B.触媒層を、第1PO層のガラス層と接着接触している対外表面と反対側の第1PO層の対外表面に;及び
    C.第2PO層を、触媒層の第1PO層と接着接触している対外表面と反対側の触媒層の対外表面に
    接着接触させて貼り付ける工程を含む方法。
  2. 第1PO層の1つの対外表面上に、触媒を含む組成物を塗布、噴霧又は擦りつけることにより触媒層が適用される、請求項1に記載の方法。
  3. 触媒層が、フィルム内に均一に分布された触媒を含むフィルムである、請求項1に記載の方法。
  4. 第1PO層及び第2PO層が、アルコキシシラン基をグラフトされたポリオレフィンを含み、触媒層のフィルムが、アルコキシシラン基を含まないことを除いて第1PO層及び第2PO層と同じポリオレフィンを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 第1PO層及び第2PO層の少なくとも1つがシランコポリマーを含む、請求項3に記載の方法。
  6. (i)ガラス層、(ii)第1アルコキシシラン含有ポリオレフィン(PO)層、(iii)触媒層、及び(iv)第2アルコキシシラン含有ポリオレフィン層を含み、各層は、反対側を向く対外表面を有する積層構造であって、
    A.第1PO層のガラス層の1つの対外表面と接着接触している1つの対外表面;
    B.第1PO層のガラス層と接着接触している対外表面と反対側の第1PO層の対外表面と接着接触している触媒層の1つの対外表面;及び
    C.触媒層の第1PO層と接着接触している対外表面と反対側の触媒層の対外表面と接着接触している第2PO層の1つの対外表面
    を含む積層構造。
  7. 第1PO層及び第2PO層が、アルコキシシラン基をグラフトされたポリオレフィンを含み、かつ各々はグラフト前に0.91g/cm3未満の密度及び75g/10分未満のメルトインデックスを有したエチレン/α−オレフィンコポリマーを含む、請求項6に記載の積層構造。
  8. 触媒層も、グラフト前に0.91g/cm3未満の密度及び75g/10分未満のメルトインデックスを有したエチレン/α−オレフィンコポリマーを含む、請求項6に記載の積層構造。
  9. 触媒層がルイス若しくはブレーンステッド酸又は塩基を含む、請求項6に記載の積層構造。
  10. PVパネル、太陽電池、安全ガラス又は断熱ガラスの形態にある、請求項6に記載の積層構造。
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