JP2013528241A - 低不飽和および任意のビニルシランを有するポリオレフィンコポリマーを含む電子素子モジュール - Google Patents

低不飽和および任意のビニルシランを有するポリオレフィンコポリマーを含む電子素子モジュール Download PDF

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Abstract

電子素子モジュールであって、当該電子素子モジュールがA.少なくとも1つの電子素子、例えば、太陽電池、並びにB.前記電子素子の少なくとも1つの表面と緊密に接触しているポリマー材料であって、前記ポリマー材料が、(1)約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物を含み、前記組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくは前記エチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が単一DSC融解ピークを含むことができ;前記エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができ、(2)場合によっては、ビニルシランを含み、(3)場合によっては、フリーラジカル開始剤、例えば、ペルオキシドもしくはアゾ化合物、または光開始剤、例えば、ベンゾフェノンを含み、並びに(4)場合によっては、助剤を含む。
【代表図】図1

Description

本出願は、2010年5月26日に出願された米国仮出願番号第61/348,483号からの優先権を主張し、この仮出願はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。本出願はまた、2009年7月6日に出願された米国仮出願番号第61/222,371号;2006年9月20日に出願された米国特許出願番号第60/826,328号;および2006年11月15日に出願された米国特許出願番号第60/865,965号にも関連し、これらの開示は米国審査手続の目的のために参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明は電子素子モジュールに関する。ある形態においては、本発明は電子素子、例えば、太陽電池または光起電力(PV)セル、および保護ポリマー材料を含む電子素子モジュールに関し、別の形態においては、本発明は、保護ポリマー材料が、約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数(Comonomer Distribution Constant)で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物であり、この組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくはエチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;エチレン系ポリマー組成物が単一DSC融解ピークを含むことができ;エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができる。さらに別の形態においては、本発明は電子素子モジュールを製造する方法に関する。
ポリマー材料は、太陽電池(光起電力セル)、液晶パネル、エレクトロルミネッセンス素子およびプラズマディスプレイユニットをはじめとする1以上の電子素子を含むモジュールの製造に一般的に使用されている。これらモジュールは多くの場合、1以上の基体、例えば、1以上のガラスカバーシートと組み合わされた、多くの場合2つの基体(これら基体の一方または双方がガラス、金属、プラスチック、ゴムまたは他の材料を含んで成る)の間に配置された電子素子を含む。このポリマーざいりょうは典型的にはこのモジュールの封止剤またはシーラント剤として使用され、またはこのモジュールの設計に応じて、このモジュールのスキン層成分として、例えば、太陽電池モジュールのバックスキンとして使用される。これら目的のための典型的なポリマー材料には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、セルロースアセタート、エチレン−酢酸ビニルコポリマー(EVA)並びにイオノマーが挙げられる。
米国特許出願公開第2001/0045229A1号は電子素子モジュールの構築における使用が意図されるポリマー材料に望まれる多くの特性を特定している。これら特性には、(i)外部環境、例えば、水分および空気への、特に長期間にわたる曝露からその素子を保護すること;(ii)機械的衝撃に対する保護;(iii)電子素子および基体に対する強い接着;(iv)容易な処理、例えば、シーリング;(v)良好な透明性、特に、光または他の電磁放射線が重要である用途、例えば、太陽電池モジュールにおける透明性;(vi)効果の際のポリマー収縮から生じる機械的応力からのその電子素子の保護を伴う短い硬化時間;(vii)高い電気抵抗、存在するとしても導電性がほとんどないこと;並びに(viii)低コストが挙げられる。特定の用途においてこれら特性の全てについて最大の性能をもたらすポリマー材料は一つもなく、通常は、特定の用途に対して最も重要な特性の性能、例えば、透明性および環境に対する保護を最大化し、その用途について二番目に重要な特性、例えば、硬化時間およびコストを犠牲にするトレードオフがなされる。ポリマー材料の組み合わせも、ブレンドとして、またはモジュールの別々の構成要素として使用される。
光起電力(PV)モジュールにおける使用のための封止膜を作成するために、高含有量(28〜35重量%)の酢酸ビニルモノマーに由来する単位を有するEVAコポリマーが一般的に使用される。例えば、国際公開第95/22844号、第99/04971号、第99/05206号および2004/055908号を参照。EVA樹脂は典型的には紫外(UV)光添加剤で安定化され、それらは典型的には、約80〜90℃の温度に対する耐熱性および耐クリープ性を向上させるために、ペルオキシドを用いて太陽電池積層プロセス中に架橋される。しかし、EVA樹脂はいくつかの理由のために、理想的なPVセル封止膜材料を下回る。例えば、EVA膜は、UV光の影響下でのEVA樹脂の化学分解のせいで、強い太陽光において徐々に暗くなる。この変色は、環境への4年間しか経っていない曝露の後で太陽モジュールの出力の30%を超える低下をもたらしうる。EVA樹脂は水分も吸収して、分解の影響を受ける。
上述のようにおよびそれに加えて、EVA樹脂は典型的にはUV添加剤で安定化され、かつ高温、例えば、80〜90℃での耐熱および耐クリープ性を向上させるためにペルオキシドを用いる太陽電池積層および/または封止プロセス中に架橋される。しかし、UV放射線を吸収するEVA分子構造中のC=O結合、および硬化後のシステム中に残留するペルオキシド架橋剤の存在のせいで、UV誘起分解に対してEVAを安定化させるために添加剤パッケージが使用される。残留ペルオキシドは、発色団の発生の原因である主たる酸化剤であると考えられている(米国特許第6,093,757号)。酸化防止剤、UV安定化剤、UV吸収剤などの添加剤はEVAを安定化するが、同時にこの添加剤パッケージが360ナノメートル(nm)未満のUV波長をブロックしうる。
光起電力モジュール効率は光起電力セル効率および封止剤を通過する太陽光波長に応じて決定される。太陽電池の効率に対する最も基本的な制限の一つはその半導体材料のバンドギャップ、すなわち、結合した価電子帯からモバイル伝導帯へ電子を引き上げるのに必要なエネルギーである。バンドギャップより小さなエネルギーを有する光子は吸収されることなくモジュールを通る。バンドギャップより高いエネルギーを有する光子は吸収されるが、その過剰なエネルギーが無駄になる(熱として散逸される)。光起電力セル効率を増大させるために、「タンデム」セルまたはマルチジャンクションセルが使用されて、エネルギー変換のための波長範囲を広くする。さらに、非晶質シリコン、テルル化カドミウムまたはセレン化ガリウムインジウム銅のような多くの薄膜技術において、半導体材料のバンドギャップは単結晶シリコンのとは異なっている。これら光起電力セルは360nm未満の波長に対して光を電気に変換するであろう。これら光起電力セルについては、PVモジュールを効率的に維持するために、360nm未満の波長を吸収することができる封止剤が必要とされる。
米国特許第6,320,116号および第6,586,271号はこれらポリマー材料の別の重要な特性、特に太陽電池モジュールの構築に使用されるこれら材料を教示する。この特性は耐熱クリープ性、すなわち、温度の結果として期間にわたるポリマーの永続的な変改に対する耐性である。耐熱クリープ性は、概して、ポリマーの融解温度に直接比例する。建築用途における使用のために設計された太陽電池モジュールあ、多くの場合、90℃以上の温度での熱クリープに対する優れた耐性を示す必要がある。低い融解温度を有する材料、例えば、EVAについては、それをより高い耐熱クリープ性にするためにそのポリマー材料を架橋することが多くの場合必要である。
架橋、特に化学的架橋は、一つの課題、例えば、熱クリープに取り組みつつ、他の課題を作り出す場合がある。例えば、EVAは、太陽電池モジュールの構築に使用される一般的なポリマー材料であり、これはむしろ低い融点を有するが、多くの場合、有機ペルオキシド開始剤を用いて架橋される。これは熱クリープ問題に対処するが、それは腐蝕の問題を生じさせ、すなわち、全架橋はめったになく、充分に達成されるとしても、これはEVA中に残留ペルオキシドを残す。この残っているペルオキシドは、例えば、電子素子モジュールの寿命にわたる酢酸の放出によって、EVAポリマーおよび/または電子素子の酸化および分解を促進することができる。さらに、EVAへの有機ペルオキシドの添加は、早すぎる架橋を回避するために、注意深い温度制御を必要とする。
ペルオキシド開始架橋についての別の潜在的な問題は処理装置の金属表面上への架橋した材料の蓄積である。押出実行中に、全ての金属フロー表面において高い滞留時間を経験する。押出時間のより長い期間にわたって、金属表面において架橋された材料が形成する場合があり、かつその装置のクリーニングを必要とする場合がある。ゲル形成、すなわち、処理装置の金属表面上でのポリマーのこの架橋を最小限にする現在のプラクティスは低い処理温度を使用することであり、これはひいては押出製品の生産速度を低下させる。
電子素子モジュールの製造において使用するためのポリマー材料の選択に重要であり得る一つの別の特性は、熱可塑性、すなわち、軟化され、成型され、および成形される能力である。例えば、ポリマー材料がフレームのないモジュールにおけるバックスキン層として使用されるべきものである場合には、それは米国特許第5,741,370号に記載されるように積層中に熱可塑性を示すべきである。しかし、この熱可塑性は効果的な耐熱クリープ性を犠牲にして得られてはならない。
米国特許出願公開第2001/0045229A1号明細書 国際公開第95/22844号パンフレット 国際公開第99/04971号パンフレット 国際公開第99/05206号パンフレット 国際公開第2004/055908号パンフレット 米国特許第6,093,757号明細書 米国特許第6,320,116号明細書 米国特許第6,586,271号明細書 米国特許第5,741,370号明細書
一実施形態においては、本発明は電子素子モジュールであり、当該電子素子モジュールが
A.少なくとも1つの電子素子、並びに
B.前記電子素子の少なくとも1つの表面と緊密に接触しているポリマー材料であって、前記ポリマー材料が、(1)約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数(Comonomer Distribution Constant)で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物を含み、前記組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくは前記エチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が単一DSC融解ピークを含むことができ;前記エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができ、(2)場合によっては、ビニルシラン、例えば、ビニルトリエトキシシラン、またはビニルトリメトキシシランを前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも0.1重量%の量で含み、(3)フリーラジカル開始剤、例えば、ペルオキシドもしくはアゾ化合物、または光開始剤、例えば、ベンゾフェノンを、前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含み、並びに(4)場合によっては、助剤(co−agent)を前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含む。
「緊密に接触している(in intimate contact)」などの用語は、コーティングが基体と接触しているのと同様に、ポリマー材料が素子または他の物品の少なくとも1つの表面と接触しており、ポリマー材料と素子の面との間に隙間または空間があるとしてもわずかであり、並びに前記材料が素子の面への良好〜優れた接着を示すことを意味する。電子素子の少なくとも1つの面にポリマー材料を適用するための押出または他の方法の後で、その材料は典型的には、透明もしくは不透明、および可撓性または剛性であり得る膜を形成しおよび/または硬化する。電子素子が、太陽光に対するアクセスが妨げられていないまたは最小限にしか妨げられていないことを必要とするか、または使用者がそれ、例えば、プラズマディスプレイユニットから情報を読むのを可能にする太陽電池または他の素子である場合には、その素子のアクティブまたは「ビジネス」表面を覆うその材料のその部分は高度に透明である。
このモジュールは1以上の他の構成要素、例えば、1以上のガラスカバーシートをさらに含むことができ、およびこれら実施形態においては、ポリマー材料は通常は、電子素子とガラスカバーシートとの間にサンドウィッチ構造で配置される。ポリマー材料が電子素子と反対側のガラスカバーシートの表面に膜として適用される場合には、ガラスカバーシートのその表面と接触しているその膜の表面は滑らかまたは不均一、例えば、エンボス化されているかまたはテクスチャ化されていてよい。
典型的には、ポリマー材料はエチレン系ポリマーである。ポリマー材料は電子素子を完全に封止することができるかまたは、それはその一部分のみで緊密に接触していてよく、例えば、素子の一表面に積層されていてよい。場合によっては、ポリマー材料は、スコーチ(scorch)阻害剤、およびそのモジュールが意図される用途に応じて、コポリマーおよび他の因子の化学組成物をさらに含むことができ、このコポリマーは非架橋のままであってよく、または架橋されていてもよい。架橋されている場合には、それがASTM2765−95で測定される場合に約85パーセント未満のキシレン可溶性抽出物を含む様に架橋される。
別の実施形態においては、本発明は、電子素子の少なくとも1つの表面と緊密に接触しているポリマー材料が共押出された材料であり、そこでの少なくとも1つの外側スキン層が(i)架橋のためのペルオキシドを含んでおらず、かつ(ii)モジュールと緊密の接触している表面であることを除いた、上記2つの実施形態に記載される電子素子モジュールである。典型的には、この外側スキン層はガラスに対する良好な接着性を示す。この共押出された材料のこの外側スキンは多くの様々なポリマーのいずれか1種を含むことができるが、典型的には、ペルオキシド含有層のポリマーと同じであって、ペルオキシドを含まないポリマーである。本発明のこの実施形態はより高い処理温度の使用を可能にし、これはひいては、処理装置の金属表面との長期間の接触に起因する封止ポリマーにおける望まれないゲル形成無しで、より速い生産速度を可能にする。別の実施形態においては、押出された生成物は少なくとも3層を含み、その3層においては、電子モジュールに接触しているスキン層はペルオキシドを含まず、かつペルオキシド含有層がコア層である。
別の実施形態においては、本発明は電子素子モジュールを製造する方法であって、当該方法は
A.少なくとも1種の電子素子を提供する工程、並びに
B.前記電子素子の少なくとも1つの表面をポリマー材料と接触させる工程であって、前記ポリマー材料が、(1)約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物を含み、前記組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくは前記エチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が単一DSC融解ピークを含むことができ;前記エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができ、(2)場合によっては、ビニルシランを含み、(3)フリーラジカル開始剤、例えば、ペルオキシドもしくはアゾ化合物、または光開始剤、例えば、ベンゾフェノンを、前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含み、並びに(4)場合によっては、助剤(co−agent)を前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含む工程を含む。
さらなる実施形態においては、本発明は、電子素子モジュールを製造する方法であって、当該方法は
A.少なくとも1種の電子素子を提供する工程、並びに
B.前記電子素子の少なくとも1つの表面をポリマー材料と接触させる工程であって、前記ポリマー材料が、(1)約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数(Comonomer Distribution Constant)で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物を含み、前記組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくは前記エチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が単一DSC融解ピークを含むことができ;前記エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができ、(2)場合によっては、ビニルシラン、例えば、ビニルトリエトキシシラン、またはビニルトリメトキシシランを前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも0.1重量%の量で含み、(3)フリーラジカル開始剤、例えば、ペルオキシドもしくはアゾ化合物、または光開始剤、例えば、ベンゾフェノンを、前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含み、並びに(4)場合によっては、助剤(co−agent)を前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含む工程を含む。
これら2つの方法の実施形態の双方の変法においては、モジュールが、素子の一表面から離れて配置された少なくとも1つの半透明カバー層をさらに含み、およびポリマー材料が電子素子とこのカバー層との間に密封関係で挿入されている。「密封関係で」および同様の用語はポリマー材料がカバー層と電子素子との双方に、典型的には、それぞれの少なくとも一表面に良好に接着し、かつ存在するとしても2つのモジュール構成要素間の隙間または空間(エンボス化またはテクスチャ化された膜の形態のカバー層にポリマー材料が適用されている、またはカバー層自体がエンボス化またはテクスチャ化されている結果としてポリマー材料とカバー層との間に存在しうる隙間または空間以外)を少ししか伴わずに、それがこれら2つを一緒に結合することを意味する。
さらに、これら方法の実施形態の双方において、ポリマー材料は、スコーチ防止剤をさらに含むことができ、並びにこの方法は場合によっては、コポリマーが架橋される工程、例えば、架橋条件下で電子素子および/もしくはガラスカバーシートをポリマー材料と接触させる工程、またはモジュールが形成された後で、ポリオレフィンコポリマーがASTM2765−95で測定して約85パーセント未満のキシレン可溶性抽出物を含むような架橋条件にモジュールをかけることを含むことができる。架橋条件には熱(例えば、少なくとも約160℃の温度)、放射線(例えば、Eビームによる場合には少なくとも約15メガ−rad、またはUV光による場合には0.05ジュール/cm)、水分(例えば、少なくとも約50%の相対湿度)が挙げられる。
これら方法の実施形態における別の変法においては、電子素子はポリマー材料で封止され、すなわち、完全に囲まれるかまたは封入される。これら実施形態についての別の変法においては、ガラスカバーシートがシランカップリング剤、例えば、アミノプロピルトリエトキシシランで処理される。これら実施形態についてのさらなる別の変法においては、ポリマー材料は、電子素子およびガラスカバーシートの一方または双方に対するその接着特性を増大させるために、グラフトポリマーをさらに含む。典型的には、グラフトポリマーは、ポリオレフィンコポリマーをカルボニル基を含む不飽和有機化合物、例えば、無水マレイン酸で単純にグラフト化することによってその場で形成される。
別の実施形態においては、本発明は、その膜が(i)400〜1100ナノメートル(nm)の波長範囲にわたって90%以上の透過率、および(ii)38℃でかつ100%相対湿度(RH)で約50グラム/平方メートル/日(g/m・日)未満、好ましくは約15未満の水蒸気透過速度(WVTR)を有することで特徴付けられるエチレン/非極性α−オレフィンポリマー膜である。
別の実施形態においては、本発明は、約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物であって、この組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有するエチレン系ポリマー組成物である。好ましくは、このエチレン系ポリマー組成物は約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含む。このエチレン系ポリマー組成物は少なくとも2のZSVRを有することができる。このエチレン系ポリマー組成物は20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができる。このエチレン系ポリマー組成物は二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができる。このエチレン系ポリマー組成物は、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができる。このエチレン系ポリマー組成物は単一DSC融解ピークを含むことができる。このエチレン系ポリマー組成物は約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができる。
新規ポリマー組成物を含む製造された物品も意図され、特に少なくとも1つの膜層の形態である。他の実施形態には、新規ポリマー組成物および少なくとも1種の天然または合成ポリマーを含む熱化組成配合物が挙げられる。
エチレン系ポリマー組成物は少なくとも部分的に(少なくとも5重量%ゲルで)架橋されている。
図1は本発明の電子素子モジュールの一実施形態、すなわち、剛性光起電力(PV)モジュールの概略図である。 図2は本発明の電子素子モジュールの別の実施形態、すなわち、可撓性PVモジュールの概略図である。 図3はCFEからピーク温度、半値幅およびメジアン温度を得るための概略図である。 図4はCFEのいくつかの実施例および比較例のグラフである。
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーは0.9gm/cm以上の密度を有することができるが、約0.9g/cm未満、好ましくは約0.89g/cm未満、より好ましくは約0.885g/cm未満、さらにより好ましくは約0.88g/cm未満、およびさらにより好ましくは約0.875g/cm未満の密度を有していてもよい。ポリオレフィンコポリマーは典型的には約0.85gm/cmを超える、より好ましくは約0.86gm/cmを超える密度を有する。低密度ポリオレフィンコポリマーは、一般的に、非晶質、可撓性および良好な光学特性、例えば、可視およびUV光の高い透過率並びに低いヘイズ(haze)を有するとして特徴付けられる。
本発明の実施に有用であってかつメタロセン触媒またはコンストレインド構造(constrained geometry)触媒のようなシングルサイト触媒を用いて製造されるポリオレフィンコポリマーは、典型的には、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、御yほびさらにより好ましくは約75℃未満の融点を有する。マルチサイト触媒、例えば、チーグラー−ナッタおよびフィリップス触媒を用いて製造されたポリオレフィンコポリマーについては、融点は典型的には約125℃未満、好ましくは約120℃未満、より好ましくは約115℃未満、およびさらにより好ましくは約110℃未満である。融点は、例えば、米国特許第5,783,638号に記載されるような示差走査熱量測定法(DSC)によって測定される。低融点を有するポリオレフィンコポリマーは多くの場合、本発明のモジュールの製造に有用である望ましい可撓性および熱可塑性特性を示す。
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーには、当該インターポリマーの重量を基準にして約15、好ましくは少なくとも約12、さらにより好ましくは少なくとも約25重量%のα−オレフィン含有量を有するエチレン/α−オレフィンインターポリマーが挙げられる。これらインターポリマーは典型的には、当該引退ポリマーの重量を基準にして約50未満、好ましくは約45未満、より好ましくは約40未満、さらにより好ましくは約35未満のα−オレフィン含有量を有する。α−オレフィン含有量は、ランドオール(Randall)(Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29(2&3))に記載される手順を使用する13C核磁気共鳴(NMR)スペクトル分析によって測定される。一般的には、このインターポリマーのα−オレフィン含有量が大きくなると、密度がより小さくなりかつインターポリマーがより非晶質になって、そしてこのことは結果的にモジュールの保護ポリマー成分の望ましい物理的および化学的特性となる。
α−オレフィンは好ましくはC3−20線状、分岐または環式α−オレフィンである。用語「インターポリマー」とは少なくとも2種類のモノマーから製造されたポリマーをいう。それには、例えば、コポリマー、ターポリマーおよびテトラポリマーが挙げられる。C3−20α−オレフィンの例には、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−ヘキサデセンおよび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またはシクロペンタンのような環式構造を含んでいても良く、結果的に3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリルシクロヘキサン)およびビニルシクロヘキサンのようなα−オレフィンでありうる。この用語の古典的な意味のα−オレフィンではないが、本発明の目的のためには、特定の環式オレフィン、例えば、ノルボルネンおよび関連するオレフィンがα−オレフィンであって、そして上述のα−オレフィンの一部分または全部の代わりに使用されうる。同様に、スチレンおよびその関連するオレフィン(例えば、α−メチルスチレンなど)が、本発明の目的のためには、α−オレフィンである。しかし、アクリル酸およびメタクリル酸並びにそれらのそれぞれのイオノマー、並びにアクリラートおよびメタクリラートは、本発明の目的のためには、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、エチレン/スチレンなどが挙げられる。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/アクリラートまたはメタクリラート、エチレン/酢酸ビニルなど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−オクテンおよびエチレン/ブテン/スチレンが挙げられる。コポリマーはランダムまたはブロックであることができる。
本発明におけるブレンドされる成分として有用なオレフィン系インターポリマーのより具体的な例には、極低密度ポリエチレン(VLDPE)(例えば、ザダウケミカルカンパニーによって製造されるフレキソマー(FLEXOMER(登録商標))エチレン/1−ヘキセンポリエチレン)、均質に分岐した線状エチレン/α−オレフィンコポリマー(例えば、三井石油化学工業によるタフマー(TAFMER(登録商標))、およびエキソンケミカルカンパニーによるイクサクト(EXACT(登録商標)))、並びに均質に分岐した実質的に線状のエチレン/α−オレフィンポリマー(例えば、ザダウケミカルカンパニーから入手可能なアフィニティー(AFFINITY(登録商標))およびエンゲージ(ENGAGE(登録商標))ポリエチレン)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質に分岐した線状のおよび実質的に線状のエチレンコポリマーである。実質的に線状のエチレンコポリマーが特に好ましく、そして米国特許第5,272,236号、第5,278,272号、および第5,986,028号により充分に記載されている。
本発明の実施におけるブレンドされる成分として有用なポリオレフィンコポリマーには、プロピレン、部練および他のアルケンベースのコポリマー、例えば、プロピレンから生じる過半量の単位および別のα−オレフィン(エチレンも包含する)から生じる半量未満の単位を含むコポリマーも挙げられる。本発明の実施に有用な典型的なポリプロピレンには、ザダウケミカルカンパニーから入手可能なバーシファイ(VERSIFY(登録商標))ポリマー、およびエキソンモービルケミカルカンパニーから入手可能なビスタマックス(VISTAMAXX(登録商標))ポリマーが挙げられる。
上記オレフィン系インターポリマーのいずれのブレンドも本発明において使用されることができ、かつポリオレフィンコポリマーは下記に示される程度まで1種以上の他のポリマーとブレンドされまたは1種以上の他のポリマーで希釈される:(i)これらポリマーが互いに混和性であり、(ii)他のポリマーがポリオレフィンコポリマーの所望の特性、例えば、光学および低弾性率に、影響があるとしても、影響をほとんど及ぼさず、並びに(iii)本発明のポリオレフィンコポリマーがこのブレンドの少なくとも約70、好ましくは少なくとも約75およ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。好ましくはないが、EVAコポリマーは希釈ポリマーの1種であり得る。
本発明の実施において有用なポリオレフィンコポリマーは、ASTM D−3418−03の手順を用いて示差走査熱力測定法(DSC)によって測定して、約−35℃未満、好ましくは約−40℃未満、より好ましくは約−45℃未満、さらにより好ましくは約−50℃未満のTgを有する。さらに、典型的には、本発明の実施において使用されるポリオレフィンコポリマーは約100(g/10分)未満、好ましくは約75(g/10分)未満、より好ましくは約50(g/10分)未満、さらにより好ましくは約35(g/10分)未満のメルトインデックスも有する。典型的な最小MIは約1であり、より典型的にはそれは約5である。
本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーはSCBDI(短鎖分岐分布インデックス;Short Chain Branch Distribution Index)またはCDBI(組成分布分岐インデックス;Composition Distribution Branch Index)(メジアン合計モルコモノマー含有量の50パーセント内のコモノマー含有量を有するポリマー分子の重量パーセントとして定義される)を好ましくは有する。ポリマーのCDBIは、例えば、米国特許第4,798,081号および第5,008,204号に記載されるような、またはワイルド(Wild)ら、Journal of Polymer Science,Poly.Phys.Ed.,第20巻441ページ(1982)に記載されるような温度上昇溶離分画(temperature rising elution fractionation)(本明細書においては、TREFと略される)のような当該技術分野で既知の技術から得られるデータから容易に計算される。本発明の実施において使用されるポリオレフィンコポリマーについてのSCBDIまたはCDBIは典型的には、約50パーセントを超え、好ましくは約60パーセントを超え、より好ましくは約70パーセントを超え、さらにより好ましくは約80パーセントを超え、最も好ましくは約90パーセントを超える。
本発明の実施において使用されるポリマー材料は約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまでの、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物であって、当該組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくは前記エチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が単一DSC融解ピークを含むことができ;前記エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができる;エチレン系ポリマー組成物である。
本発明の実施において使用されるポリオレフィンコポリマーの低密度および弾性率のせいで、これらコポリマーは典型低的には、接触の時点で、またはモジュールが構築された後で、通常な直後に、硬化されまたは架橋される。架橋は、電子素子を環境から保護するその機能におけるコポリマーの性能について重要である。具体的には、架橋はコポリマーの耐熱クリープ性およびモジュールの熱、衝撃および溶媒耐性の点で耐久性を増大させる。架橋は多数の様々な方法のいずれかによって、例えば、熱活性化開始剤、例えば、ペルオキシドおよびアゾ化合物;光開始剤、例えば、ベンゾフェノン;放射線技術、例えば、太陽光、UV光、Eビームおよびx線;ビニルシラン、例えば、ビニルトリ−エトキシまたはビニルトリメトキシシラン;および水分硬化の使用によってもたらされうる。
本発明の実施において使用されるフリーラジカル開始剤には、比較的不安定でかつ少なくとも2つのラジカルに容易に分解する熱活性化化合物が挙げられる。この種の化合物の代表はペルオキシド、特に有機ペルオキシドおよびアゾ開始剤である。架橋剤として使用されるこのフリーラジカル開始剤の中で、ジアルキルペルオキシドおよびジペルオキシケタール開始剤が好ましい。これら化合物はEncyclopedia of Chemical Technology、第三版、第17巻、27〜90ページ(1982)に記載されている。
ジアルキルペルオキシドの群においては、好ましい開始剤は:ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−アミルペルオキシ)−ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−アミルペルオキシ)ヘキシン−3、α,α−ジ[(t−ブチルペルオキシ)−イソプロピル]−ベンゼン、ジ−t−アミルペルオキシド、1,3,5−トリ−[(t−ブチルペルオキシ)−イソプロピル]ベンゼン、1,3−ジメチル−3−(t−ブチルペルオキシ)ブタノール、1,3−ジメチル−3−(t−アミルペルオキシ)ブタノールおよびこれら開始剤の2種以上の混合物である。
ジペルオキシケタール開始剤の群においては、好ましい開始剤は:1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン n−ブチル、4,4−ジ(t−アミルペルオキシ)バレラート、エチル 3,3−ジ(t−ブチルペルオキシ)ブチラート、2,2−ジ(t−アミルペルオキシ)プロパン、3,6,6,9,9−ペンタメチル−3−エトキシカルボニルメチル−1,2,4,5−テトラオキサシクロノナン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルペルオキシ)−バレラート、エチル−3,3−ジ(t−アミルペルオキシ)−ブチラートおよびこれら開始剤の2種以上の混合物である。
他のペルオキシド開始剤、例えば、00−t−ブチル−0−ヒドロゲン−モノペルオキシスクシナート;00−t−アミル−0−ヒドロゲン−モノペルオキシスクシナートおよび/またはアゾ開始剤、例えば、2,2’−アゾビス−(2−アセトキシプロパン)も架橋ポリマーマトリックスを提供するために使用されうる。他の適するアゾ化合物には、米国特許第3,862,107号および第4,129,531号に開示されたものが挙げられる。2種以上のフリーラジカル開始剤の混合物も、本発明の範囲内の開始剤として一緒に使用されることができる。さらに、フリーラジカルは、剪断エネルギー、熱または放射線から形成しうる。
本発明の架橋性組成物中に存在するペルオキシドまたはアゾ開始剤の量は広範囲に変動しうるが、最小量は所望の範囲の架橋を提供するのに充分な量である。開始剤のその最小量は典型的には、架橋されるポリマー(1種類または複数種)の重量を基準にして少なくとも約0.05重量%、好ましくは少なくとも約0.1重量%、より好ましくは少なくとも約0.25重量%である。これら組成物中に使用される開始剤の最大量は高範囲に変動しうるが、それは典型的には、望まれる架橋の望まれる程度、効率およびコストのような要因によって決定される。その最大量は典型的には、架橋されるポリマー(1種類または複数種)の重量を基準にして約10重量%未満、好ましくは約5重量%未満、より好ましくは約3重量%未満である。
電磁放射線、例えば、太陽光、紫外(UV)光、赤外(IR)放射線、電子ビーム、ベータ線、ガンマ線、x線およびニュートロン線によるフリーラジカル架橋開始が使用されてもよい。放射線は、一緒になってかつ架橋することができるポリマーラジカルを生じさせることにより、架橋に影響を及ぼすと考えられる。The Handbook of Polymer Foams and Technology(ポリマー発泡体および技術のハンドブック)、上記、198〜204ページはさらなる技術を提供する。元素硫黄はジエン含有ポリマー、例えば、EPDMおよびポリブタジエンのための架橋剤として使用されうる。コポリマーを硬化させるのに使用される放射線の量は、コポリマーの化学組成、存在する場合には開始剤の組成および量、放射線の特性などによって変動するであろうが、UV光の典型的な量は少なくとも約0.05ジュール/cm、より典型的には少なくとも約0.1ジュール/cm、さらにより典型的には少なくとも約0.5ジュール/cmであり、およびEビーム放射線の典型的な量は少なくとも約0.5メガラド、より典型的には少なくとも約1メガラド、さらにより典型的には少なくとも約1.5メガラドである。
硬化または架橋をもたらすのに太陽光またはUV光が使用される場合には、典型的にかつ好ましくは1種以上の光開始剤が使用される。この光開始剤には、有機カルボニル化合物、例えば、ベンゾフェノン、ベンゾアントロン、ベンゾインおよびこれらのアルキルエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ、2フェニルアセトフェノン、p−フェノキシジクロロアセトフェノン、2−ヒドロキシシクロヘキシルフェノン、2−ヒドロキシイソプロピルフェノン、および1−フェニルプロパンジオン−2−(エトキシカルボキシル)オキシムが挙げられる。これら開始剤は既知の方法でかつ既知の量で、例えば、典型的にはコポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%、より典型的には少なくとも約0.1重量%、さらにより典型的には約0.5重量%で使用される。
硬化または架橋をもたらすのに水分、すなわち、水が使用される場合には、典型的にかつ好ましくは1種以上の加水分解/縮合触媒が使用される。このような触媒には、ルイス酸、例えば、ジブチルスズジラウラート、ジオクチルスズジラウラート、第一スズオクトノアート、およびヒドロゲンスルホナート、例えば、スルホン酸が挙げられる。
フリーラジカル架橋性助剤、すなわち促進剤または共開始剤(co−initiator)には、多官能性ビニルモノマーおよびポリマー、トリアリルシアヌラートおよびトリメチロールプロパントリメタクリラート、ジビニルベンゼン、ポリオールのアクリラートおよびメタクリラート、アリルアルコール誘導体、並びに低分子量ポリブタジエンが挙げられる。硫黄架橋性促進剤には、ベンゾチアジルジスルフィド、2−メルカプトベンゾチアゾール、銅ジメチルジチオカルバマート、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィドおよびテトラメチルチウラムモノスルフィドが挙げられる。
これら助剤は既知の量で既知の方法で使用される。助剤の最小量は典型的には、架橋されるポリマー(1種類または複数種)の重量を基準にして少なくとも約0.05重量%、好ましくは少なくとも約0.1重量%、より好ましくは少なくとも約0.5重量%である。これら組成物中に使用される助剤の最大量は高範囲に変動することができ、そしてそれは典型的には、望まれる架橋の望まれる程度、効率およびコストのような要因によって決定される。その最大量は典型的には、架橋されるポリマー(1種類または複数種)の重量を基準にして約10重量%未満、好ましくは約5重量%未満、より好ましくは約3重量%未満である。
熱化組成材料の架橋、すなわち、硬化を促進するために熱活性化されるフリーラジカル開始剤を使用する困難性の1つは、プロセス全体における硬化が望まれる実際のフェイズの前のコンパウンディングおよび/または処理中に、それらが早すぎる架橋、すなわち、スコーチを開始させうることである。ミリング、バンバリーまたは押出のようなコンパウンディングの従来の方法によって、時間−温度関連性が結果的に、フリーラジカル開始剤が熱分解を受け、これがひいては架橋反応を開始させ、この架橋反応が配合されたポリマーの塊中にゲル粒子を作り出す場合がある条件を生じさせる場合に、スコーチが起こる。これらゲル粒子は最終生成物の均質性に悪影響を及ぼしうる。さらにその上に、過剰なスコーチは、材料が効率的に処理されることができず、バッチ全体が廃棄されることが起こりうる可能性を伴うほどその材料のプラスチック特性を低減させる場合がある。
スコーチを最小限にする方法の1つは組成物へのスコーチ防止剤の導入である。例えば、英国特許第1,535,039号は、ペルオキシド硬化エチレンポリマー組成物のためのスコーチ防止剤としての有機ヒドロペルオキシドの使用を開示する。米国特許第3,751,378号は、様々なコポリマー配合物中での長いムーニー(Mooney)スコーチ時間を提供するための多官能性アクリラート架橋性モノマーに組み込まれるスコーチ遅延剤としてのN−ニトロソジフェニルアミンまたはN,N’−ジニトロソ−パラ−フェニルアミンの使用を開示する。米国特許第3,202,648号はポリエチレンのためのスコーチ防止剤としての亜硝酸イソアミル、亜硝酸tert−デシルなどのようなニトリットの使用を開示する。米国特許第3,954,907号はスコーチに対する保護としてモノマー性ビニル化合物の使用を開示する。米国特許第3,335,124号は芳香族アミン、フェニール系化合物、メルカプトチアゾール化合物、ビス(N,N−二置換−チオカルバモイル)スルフィド、ヒドロキノンおよびジアルキルジチオカルバマート化合物の使用を記載する。米国特許第4,632,950号は1種類の金属塩が銅をベースにしている、二置換ジチオカルバミン酸の2種類の金属塩の混合物の使用を開示する。
フリーラジカル、特に、ペルオキシド開始剤含有組成物における使用のための一般的に使用されるスコーチ防止剤の1種は、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルであり、ニトロキシル2、またはNR1、または4−オキシピペリドール、またはタノール、またはテンポール、またはtmpn、またはおそらく最も一般的には4−ヒドロキシ−TEMPO、またはさらにより簡単にh−TEMPOとも称される。4−ヒドロキシ−TEMPOの添加は、融解処理温度における架橋性ポリマーのフリーラジカル架橋を「クエンチング」することによってスコーチを最小限にする。
本発明の組成物において使用されるスコーチ防止剤の好ましい量は組成物の他の成分、特にフリーラジカル開始剤の量および性質によって変化するであろうが、1.7重量パーセント(重量%)ペルオキシドと共にポリオレフィンコポリマーのシステムにおいて使用されるスコーチ防止剤の最小量は、ポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.01重量%、好ましくは少なくとも約0.05重量%、より好ましくは少なくとも約0.1重量%、最も好ましくは少なくとも約0.15重量%である。スコーチ防止剤の最大量は高範囲に変動することができ、そしてそれは他のものよりもコストおよび効率に依存する。1.7重量%のペルオキシドと共にポリオレフィンコポリマーのシステムにおいて使用されるスコーチ防止剤の典型的な最大量は、コポリマーの重量を基準にして約2重量%を超えず、好ましくは約1.5重量%を超えず、より好ましくは約1重量%を超えない。
ポリオレフィンコポリマーに効率的にグラフトしおよび架橋するであろうシランが本発明の実施において使用されうる。適するシランには、エチレン性不飽和ヒドロカルビル基、例えば、ビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキセニルまたは(−(メタ)アクリロイルアリル基、並びに加水分解性基、例えば、ヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシまたはヒドロカルビルアミノ基、を含む不飽和シランが挙げられる。加水分解基の例には、メトキシ、エトキシ、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロプリオニルオキシおよびアルキルもしくはアリールアミノ基が挙げられる。好ましいシランは、ポリマー上にグラフトされうる不飽和アルコキシシランである。これらシランおよびその製造方法は米国特許第5,266,627号により充分に記載されている。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、(−(メタ)アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、およびこれらシランの混合物が本発明における使用に好ましいシラン架橋剤である。充填剤が存在する場合には、好ましくはこの架橋剤はビニルトリエトキシシランを含む。
本発明の実施において使用されるシラン架橋剤の量はポリオレフィンコポリマー、シラン、処理条件、グラフト効率、最終用途、および同様の因子に応じて広く変動しうるが、典型的には、コポリマーの重量を基準にして少なくとも0.5(樹脂100部あたり重量%)、好ましくは少なくとも0.7(樹脂100部あたり重量%)が使用される。簡便性および経済性の考慮が、通常、本発明の実施において使用されるシラン架橋剤の最大量の2つの主要限定事項であり、そして典型的には、シラン架橋剤の最大量はコポリマーの重量を基準にして5重量%を超えず、好ましくは2重量%を超えない。
シラン架橋剤は任意の従来の方法によって、典型的には、フリーラジカル開始剤、例えば、ペルオキシドおよびアゾ化合物の存在下で、またはイオン化放射線などによってポリオレフィンコポリマーにグラフトされる。上述のもののいずれか、例えば、ペルオキシドおよびアゾ開始剤のような有機開始剤が好ましい。開始剤の量は変動しうるが、それは典型的にはポリオレフィンコポリマーの架橋について上述した量で存在する。
任意の従来の方法が、シラン架橋剤をポリオレフィンコポリマーにグラフトさせるために使用されうるが、1つの好ましい方法は、バス(Buss)ニーダーのような反応器押出機の第一段階においてこれら2つを開始剤とブレンドすることである。このグラフト化条件は変動しうるが、融解温度は、滞留時間および開始剤のハーフライフに応じて、典型的には160〜260℃、好ましくは190〜230℃である。
本発明の別の実施形態においては、1以上のガラスカバーシートへの接着を、これらシートが電子素子モジュールの構成要素である程度まで増大させるために、ポリマー材料はグラフトポリマーをさらに含む。グラフトポリマーはポリマー材料のポリオレフィンコポリマーと適合性であり、かつモジュールの構成要素としてのポリオレフィンコポリマーの性能を有意に悪化させないるあらゆるグラフトポリマーであり得るが、典型的には、グラフトポリマーはグラフトポリオレフィンポリマーであり、より典型的には、ポリマー材料のポリオレフィンコポリマーと同じ組成のものであるグラフトポリオレフィンコポリマーである。この負ラフと添加剤は典型的には、ポリオレフィンコポリマーの少なくとも一部分がグラフト化材料でグラフト化されるような、そのポリオレフィンコポリマーをグラフト化試薬およびグラフト化条件に単純にかけることによってその場で製造される。
少なくとも1つのエチレン性不飽和、少なくとも1つのカルボニル基(−C=O)を含み、かつポリマー、具体的には、ポリオレフィンポリマー、より具体的にはポリオレフィンコポリマーにグラフト化するであろう任意の不飽和有機化合物が、グラフト化材料として本発明のこの実施形態において使用されうる。少なくとも1つのカルボニル基を含む化合物の代表はカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸エステル、並びにそれらの金属化および非金属化双方の塩である。好ましくは、この有機化合物はカルボニル基と共役したエチレン性不飽和を含む。代表的な化合物には、マレイン酸、フマル酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、α−メチルクロトン酸およびケイヒ酸、並びにそれらの無水物、エステルおよび塩誘導体が、存在する場合には、挙げられる。マレイン酸無水物は、少なくとも1つのエチレン不飽和および少なくとも1つのカルボニル基を有す好ましい不飽和有機化合物である。
グラフトポリマーの不飽和有機化合物含有量は、ポリマーおよび有機化合物の合計重量を基準にして少なくとも約0.01重量%、好ましくは少なくとも約0.05重量%である。不飽和有機化合物の最大含有量は便利さのために変動しうるが、典型的には、それは、約10重量%を超えず、好ましくはそれは約5重量%を超えず、より好ましくはそれは約2重量%を超えない。
この不飽和有機化合物は、米国特許第3,236,917号および第5,194,509号に教示されるもののような任意の既知の技術によってポリマーにグラフト化されることができる。例えば、この917号特許においては、ポリマーはツーロールミキサーに導入されそして60℃の温度で混合される。次いで、この不飽和有機化合物はフリーラジカル開始剤、例えば、ベンゾイルペルオキシドなどと共に添加され、グラフト化が完了するまでこれら成分は30℃で混合される。この509号特許においては、反応温度がより高い、例えば、210〜300℃であり、かつフリーラジカル開始剤が使用されないかもしくは低減された濃度で使用されることを除いて、手順は同様である。
混合装置として二軸脱気(twin−screw devolatilizing)押出機を使用することによるグラフト化の別の好ましい方法が米国特許第4,950,541号に教示されている。これら反応物質が融解する温度で、かつフリーラジカル開始剤の存在下で、押出機内で、ポリマーおよび不飽和有機化合物が混合され、反応させられる。好ましくは、不飽和有機化合物は押出機内の圧力下で維持されるゾーンに注入される。
本発明のポリマー材料は他の添加剤も含むことができる。例えば、このような他の添加剤には、UV安定化剤および処理安定化剤、例えば、三価リン化合物が挙げられる。このUV安定化剤は、PVモジュールによって吸収されうる電磁放射線の波長を低下させる(例えば、360nm未満まで)のに有用であり、そして、ヒンダードフェノール、例えば、シアソーブ(Cyasorb)UV2908およびヒンダードアミン、例えば、シアソーブUV3529、ホスタビン(Hostavin)N30、ユニビル(Univil)4050、ユニビン(Univin)5050、キマソーブ(Chimassorb)UV119、キマソーブ944LD、チヌビン(Tinuvin)622LDなどが挙げられる。このリン化合物には、ホスホニト(PEPQ)およびホスフィット(ウェストン(Weston)399、TNPP,P−168およびドバーフォス(Doverphos)9228)が挙げられる。UV安定化剤の量は典型的には約0.1〜0.8%、好ましくは約0.2〜0.5%である。処理安定化剤の量は典型的には約0.02〜0.5%、好ましくは約0.05〜0.15%である。
さらに他の添加剤には、これに限定されないが、酸化防止剤(例えば、ヒンダードフェノール(例えば、チバガイギーコーポレーションによって製造されるイルガノックス(Irganox(登録商標))1010)、粘着性添加剤(cling additive)、例えば、PIB、抗ブロック剤、抗スリップ剤、顔料、帯電防止剤および充填剤(用途について透過性が重要である場合には透明)が挙げられる。インプロセス(in−process)添加剤、例えば、ステアリン酸カルシウム、水なども使用されうる。これらおよび他の潜在的な添加剤が、当該技術分野において一般的に知られている方法および量で使用される。
本発明のポリマー材料は、当該技術分野、例えば、米国特許第6,586,271号、米国特許出願公開第2001/0045229A1号、国際公開第66/05206号および国際公開第99/04971号に教示されるものなどにおいて知られている封止材料と同じ量を用いて同じ方法で電子素子モジュールを構築するのに使用される。これら材料は電子素子の「スキン」(すなわち、その素子の一方もしくは双方の表面に適用される)として使用されることができか、またはその素子がその材料内に全体的に封入される封止剤としてる使用されうる。典型的には、ポリマー材料は、そのポリマー材料から形成される膜の層が最初にその素子の一方の表面に適用され、そして次いで、その素子の他の表面に適用される1以上の積層技術によって素子に適用される。別の実施形態においては、ポリマー材料は融解形態で素子上に押出され、その素子上で凝結させられる。本発明のポリマー材料は素子の表面に対して良好な接着を示す。
ある実施形態においては、電子素子モジュールは(i)少なくとも1つの電子素子、典型的には、線状または平面パターンに配列された複数のその素子、(ii)少なくとも1つのガラスカバーシート、典型的には、前記素子の両表面上のガラスカバーシート、並びに(iii)少なくとも1種のポリマー材料を含む。このポリマー材料は典型的にはガラスカバーシートと素子との間に配置され、かつこのポリマー材料は前記素子および前記シートの双方に対して良好な接着を示す。この素子が特定の形態の電磁放射線、例えば、太陽光、赤外線、紫外線などへのアクセスを必要とする場合には、ポリマー材料はその放射線に対して良好な、典型的には優れた透明性、例えば、UV−可視分光法で測定して(約250〜1200ナノメートルの波長範囲における吸収を測定して)90パーセントを超える、好ましくは95パーセントを超える、さらにより好ましくは97パーセントを超える透過率を示す。透明性の別の方法はASTM D−1003−00の内部ヘイズ方法である。透明性が電子素子の駆動のために必要とされない場合には、ポリマー材料は不透明フィラーおよび/または顔料を含んでいても良い。
図1においては、剛性PVモジュール10は、本発明の実施において使用されるポリオレフィンコポリマーを含む透明保護層または封止剤12によって囲まれまたは封止された光起電力セル11を含む。ガラスカバーシート13はPVセル11上に配置された透明保護層の部分の前側表面を覆う。バックスキンまたは裏側シート14、例えば、第二のガラスカバーシートまたは任意の種類の別の基体は、PVセル11の裏側表面上に配置される透明保護層12の部分の裏側表面を支える。バックスキン層14は、それが対向するPVセルの表面が太陽光に対して反応性でない場合には、透明である必要はない。この実施形態においては、保護層12はPVセル11を封止する。これら層の厚さは、絶対的なものにおいてもおよび互いに対して相対的なものでも、本発明には重要ではなく、このモジュールの全体的な設計および目的に応じて広く変動することができる。保護層12についての典型的な厚さは約0.125〜約2ミリメートル(mm)の範囲であり、並びに、ガラスカバーシートおよびバックスキン層については約0.125〜約1.25mmの範囲である。電子素子の厚さも広く変動しうる。
図2においては、可撓性PVモジュール20は、本発明の実施において使用されるポリオレフィンコポリマーを含む透明保護層または封止剤22が上に重ねられている薄膜光起電力21を含む。ガラス/上層23は薄膜PV21上に配置される透明保護層の部分の前側表面を覆う。可撓性バックスキンまたは裏側シート24、例えば、第二の保護層または任意の種類の別の可撓性基体が、薄膜PV21の底表面を支える。バックスキン層24は、それが支持する薄膜セルの表面が太陽光に対して反応性でない場合には、透明である必要はない。この実施形態においては、保護層21は薄膜PVセル21を封止していない。典型的な剛性または可撓性PVセルモジュールの全体的な厚さは典型的には約5〜約50mmの範囲であろう。
図1および2に記載されるモジュールは任意の多くの様々な方法、典型的には、膜もしくはシート共押出方法、例えば、インフレーションフィルム、修飾インフレーションフィルム、カレンダリングおよびキャスティング、並びに積層によって構築されることができる。一方法および図を参照すると、保護層14はPVセルの上表面上にポリオレフィンコポリマーをまず押出して、かつこの最初の押出の押出と同時またはその後で、同じもしくは異なるポリオレフィンコポリマーをこのセルの裏側表面上に押出すことによって形成される。保護層がPVセルに取り付けられた後で、ガラスカバーシートおよびバックスキン層が任意の従来の方法で、例えば、押出、積層などで、この保護層に、接着剤を用いるかまたは用いずに取り付けられうる。保護層の、外側表面のいずれかもしくは双方、すなわち、PVセルと接触している表面と反対側の表面は、ガラスおよびバックスキン層に対する接着性を増大させるためにエンボス化または別の処理がなされうる。図2のモジュールは同様の方法で構築されうるが、ただし、バックスキン層は、PVセルに対する保護層の取り付け前または後で、接着剤を用いるかまたは用いずに、PVセルに直接取り付けられる。
樹脂製造
全ての原料(エチレン、1−オクテン)およびプロセス溶媒(エキソンモービルコーポレーションから市販されている商標イソパー(Isopar)Eの狭い沸点範囲の高純度イソパラフィン溶媒)は反応環境に導入する前に、モレキュラーシーブで精製される。水素は高純度グレードとして加圧シリンダーにおいて供給され、さらなる精製をされない。反応器モノマーフィード(エチレン)流れは機械式コンプレッサによって750psigでの反応圧力を超えるまで加圧される。溶媒およびコモノマー(1−オクテン)フィードは機械式容積型ポンプによって750psigでの反応圧力を超えるまで加圧される。個々の触媒成分は、精製された溶媒(IsoperE)で手作業で特定の成分濃度までバッチ希釈され、そして750psigでの反応圧力を超えるまで加圧される。全ての反応フィード流れはマスフローメータで測定され、コンピュータ自動化バルブ制御システムで独立して制御される。
連続溶液重合反応器は2つの液体を満たし、非断熱で、等温で、循環しおよび独立制御され、一連の形態で駆動するループからなる。それぞれの反応器は全ての新たな溶媒、モノマー、コモノマー、水素および触媒成分フィードの独立制御を有する。各反応器への一緒にされた溶媒、モノマー、コモノマーおよび水素フィードは、このフィード流れを熱交換器を通すことによって5℃〜50℃のどこでも、典型的には40℃に独立して温度制御される。重合反応器への新たなコモノマーフィードは3つの選択肢のうちの1つにコモノマーを添加するように手作業で位置合わせされる:第一の反応器、第二の反応器、または一般的な溶媒、次いでその溶媒フィード分割に比例して両方の反応器に分ける。それぞれの重合反応器への新たなフィードの全てが、それぞれの注入位置の間に等しい反応器容積をほぼ有するように反応器あたり2カ所の位置で反応器に注入される。新たなフィードは典型的には、各インジェクタが全ての新たなフィードマスフローの半分を受け取るように制御される。特に設計された注入針を通して複数の触媒成分が重合反応器に注入され、そしてそれぞれは、反応器の前に接触時間を持つことなく、反応器の同じ相対位置に別々に注入される。主たる触媒成分フィードは特定のターゲットで反応モノマー濃度を維持するようにコンピュータ制御される。2つの共触媒成分は主触媒成分に対して計算された具体的なモル比に基づいて供給される。それぞれの新たな注入位置の直後で、フィード流れは、循環している重合反応器内容物と、ケニクス(Kenics)静的混合要素で混合される。各反応器の内容物は、かなりの反応熱を除去する役割の熱交換基に連続的に循環させられ、そして冷却側の温度は特定の温度での等熱反応環境を維持するための役割を果たす。それぞれの反応器ループの周りの循環はスクリューポンプによって提供される。第1の重合反応器からの流出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分および融解したポリマーを含む)は第1の反応器ループを出て、制御バルブ(特定のターゲットでの第1の反応器の圧力を維持するための役割を果たす)を通って、同様の設計の第2の重合反応器に注入される。この流れがこの反応器を出る際に、それが水と接触させられて、反応を停止させる。さらに、酸化防止剤のような様々な添加剤この点で添加されうる。この流れは、次いで、別の一連のケニクス静的混合要素を通されて、触媒キル(kill)および添加剤を均一に分散させる。
添加剤添加の後で、流出物(溶媒、モノマー、コモノマー、水素、触媒成分および融解したポリマーを含む)は、ポリマーを他の低沸点反応成分から分離するための準備において、熱交換器を通ってその流れ温度を上げる。次いで、その流れは二段階分離および脱気システムに入り、そこでは、溶媒、水素並びに未反応モノマーおよびコモノマーからポリマーが取り出される。再利用される流れは反応器に再び入る前に精製される。この分離されかつ脱気されたポリマー融解物は、ポンプで水面下ペレット化のために特に設計されたダイを通されて、均一な固体ペレットに切り出され、乾燥させられ、そしてホッパに移される。当初ポリマー特性の検証の後で、この固体ポリマーペレットが手作業で貯蔵のための箱に入れられる。それぞれの箱は典型的には〜1200ポンドのポリマーペレットを保持している。
脱気工程において取り出された非ポリマー部分は、ほとんどのエチレン(エチレンはこのシステムからベント分解ユニットに取り出される(それは製造ユニットにおいて再利用される))を分離する装置の様々な構成部分を通る。溶媒のほとんどは精製床を通った後で反応器に再循環させられる。この溶媒は依然としてその中に未反応のコモノマーを有している場合があり、これは反応器に再び入る前に新たなコモノマーで強化される。このコモノマーの強化は生成物密度制御方法の必須部分である。この再利用溶媒は依然として幾分かの水素を有することができ、水素は次いでポリマー分子量ターゲットを達成するために新たな水素で強化される。触媒流れ中の溶媒キャリアおよび市販のグレートのコモノマーの部分である少量の溶媒のせいで、非常に少量の溶媒が副生成物としてこのシステムに残る。
Figure 2013528241
Figure 2013528241
RIBS−2のCAS名称:アミン,ビス(水素化タロウアルキル)メチル、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(1−)
DOC−6114のCAS名称:ジルコニウム,[2,2’’’−[1,3−プロパンジイルビス(オキシ−O)]ビス[3”,5,5”−トリス(1,1−ジメチルエチル)−5’−メチル[1,1’:3’,1”−ターフェニル]−2’−オラト−O]]ジメチル−,(OC−6−33)−
MMAO=修飾メチルアルミノキサン
試験方法
密度
密度が測定されるサンプルはASTM D1928に従って調製される。測定は、ASTM D792、方法Bを用いて、1時間以内のサンプル加圧で製造される。
メルトインデックス
メルトインデックスすなわちIはASTM D1238、条件190℃/2.16kgに従って測定され、そして10分間あたりで溶出したグラム数で報告される。I10はASTM D1238、条件190℃/10kgに従って測定され、そして10分間あたりで溶出したグラム数で報告される。
DSC結晶性
広範囲の温度にわたるポリマーの融解および結晶化挙動を測定するために示差走査熱量測定(DSC)が使用されうる。この分析を行うために、例えば、RCS(冷蔵冷却システム)およびオートサンプラーを備えたTAインスツルメンツQ1000DSCが使用される。試験中は、50ml/分の窒素パージガスフローが使用される。各サンプルは約175℃で薄膜に融解加圧され;次いで、その融解したサンプルは室温(〜25℃)まで空気冷却される。3〜10mgで6mm直径の標本が冷却されたポリマーから取り出され、秤量され、軽量アルミニウム皿(約50mg)内に入れられ、丸められ閉じ込められる。次いで、分析が行われて、その熱特性を測定する。
サンプルの熱挙動は、熱フロー対温度プロファイルを作り出すためにサンプル温度に傾斜を付けて上げ下げすることにより決定される。第1に、サンプルは、その熱履歴を除去するために、180℃に素早く加熱され、そして3分間にわたって同じ温度に保持される。次いで、このサンプルは10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却され、−40℃で3分間にわたって同じ温度に保持される。次いで、このサンプルは10℃/分の加熱速度で150℃まで(これは「第2の加熱」勾配)加熱される。この冷却および第2の加熱曲線が記録される。冷却曲線は結晶化の開始から−20℃までをベースライン終点に設定することによって分析される。加熱曲線は−20℃から融解の終わりまでをベースライン終点に設定することによって分析される。決定される曲線はピーク融解温度(T)、ピーク結晶化温度(T)、融解熱(H)(ジュール/グラム)、および式Iを用いたポリエチレンサンプルについての計算結晶度%である:
Figure 2013528241
融解熱(H)およびピーク融解温度は第2の加熱曲線から報告される。ピーク結晶化温度は冷却曲線から決定される。
動的粘弾性分析(Dynamic Mechanical Spectroscopy;DMS)周波数掃引
25mm平行プレートを備えたTAインスツルメンツARESレオメータを用いて、窒素パージ下で、融解レオロジー、一定温度周波数掃引が行われた。周波数掃引は全てのサンプルについて190℃で、2.0mmのギャップで、10%の一定負荷で行われた。周波数インターバルは0.1〜100ラジアン/秒であった。応力応答は振幅および位相の観点から分析され、そこから貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)および動的溶融粘度(η)が計算された。
ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)
GPCシステムは、オンボード示差屈折計(RI)を備えたウォーターズ(マサチューセッツ州ミルフォード)150C高温クロマトグラフ(他の適する高温GPC装置には、ポリマーラボラトリーズ(英国、シュロップシャー)モデル210およびモデル220が挙げられる)から成っている。追加の検出器には、ポリマーChAR(スペイン、バレンシア)からのIR4赤外検出器、(マサチューセッツ州、アムハースト)精密検出器(Precision Detectors)2−アングルレーザー光散乱検出器モデル2040、およびビスコテック(Viscotek)(テキサス州、ヒューストン)150R 4−キャピラリー得溶液ビスコメータが挙げられうる。最後に2つの独立した検出器および少なくとも1つの最初の検出器を備えたGPCが場合によっては、「3D−GPC」と称され、一方では、用語「GPC」は単独では、一般的には、従来のGPCをいう。サンプルに応じて、計算目的のために、15度の角度または90度の角度の光散乱検出器が使用される。データ収集はビスコテックトリSECソフトウェア、バージョン3および4−チャンネルビスコテックデータマネジャーDM400を用いて行われる。このシステムはポリマーラボラトリーズ(英国、シュロップシャー)からのオンライン溶媒脱ガスシステムも備えている。4本の30cm長さのショウデックス(Shodex)HT803 13ミクロンカラム、または20ミクロン混合孔サイズ充填の4本の30cmポリマーラボカラム(ミックスA、LS、ポリマーラボ)のような適する高温GPCカラムが使用されうる。サンプルカルセルコンパートメントは140℃で操作され、そしてカラムコンパートメントは150℃で操作される。サンプルは50ミリリットルの溶媒中0.1グラムのポリマーの濃度で調製される。クロマトグラフ溶媒およびサンプル調製溶媒は200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含んでいる。両方の溶媒は窒素でスパージされる。ポリエチレンサンプルは160℃で4時間にわたって穏やかに攪拌される。インジェクション容積は200マイクロリットルである。GPCを通る流量は1ml/分に設定される。
実施例を実行する前に、21種類の狭い分子量分布ポリスチレン標準物質で実施することによって、GPCカラムセットは較正される。これら標準物質の分子量(MW)は580〜8,400,000グラム/モルの範囲であり、これら標準物質は6つの「カクテル」混合物中に含まれる。それぞれの標準物質混合物は個々の分子量の間に少なくとも10の間隔を有する。この標準物質混合物はポリマーラボラトリーズ(英国、シュロップシャー)から購入される。ポリスチレン標準物質は、1,000,000グラム/モル以上の分子量については50mLの溶媒中0.025g、および1,000,000グラム/モル未満の分子量については50mLの溶媒中0.05gで調製される。ポリスチレン標準物質は80℃で、30分間にわたって穏やかに攪拌された。狭い標準物質の混合物が最初に、そして分解を最小限にするために最も高い分子量成分から順に実施される。ポリスチレン標準ピーク分子量は、ポリスチレンおよびポリエチレンについて後に言及されるマーク−ホウインク(Mark−Houwink)Kおよびa(場合によってはαとも称される)値を用いて、ポリエチレンMに変換される。この手順のデモンストレーションについては実施例のセクションを参照。
3D−GPCを用いて、すでに言及されたのと同じ条件を用いて適するポリエチレン標準から、絶対重量平均分子量(Mw,Abs)および固有粘度も独立して得られる。これら狭い線状ポリエチレン標準はポリマーラボラトリーズ(英国、シュロップシャー;製品番号PL2650−0101およびPL2650−0102)から得られうる。
多検出器オフセットの決定のための体系的なアプローチがバルク、マウリー(Balke、Mourey)(マウリーおよびバルク、Chromatography Polym.,チャプター12(1992);バルク、シチラツアクル(Thitiratsakul)、ロイ(Lew)、チェン(Cheung)、マウリー、Chromatography Polym.,チャプター13(1992))らによって発表されたのと同じ方法で、ダウ1683ブロードポリスチレン(アメリカンポリマースタンダーズコーポレーション;オハイオ州、メンター)またはその等価物から得られるトリプル検出器ログ(Mおよび固有粘度)を、狭いポリスチレン標準較正曲線から得られる狭い標準カラム較正に最適化して行われる。検出器容積オフセット決定の主要因である分子量データはチム(Zimm)(チムB.H.、J.Chem.Phys.,16,1099(1948))およびクラトチビル(Kratochvil)(クラトチビル,P.、ポリマー溶液からの古典的な光散乱(Classical Light Scattering from Polymer Solutions)、エルセビア、オックスフォード、ニューヨーク(1987))によって発表されたのと同じ方法で得られる。分子量の決定に使用される全体的な注入濃度は適切な線状ポリエチレンホモポリマーまたはポリエチレン標準物質の1つから得られる質量検出器定数および質量検出器面積から得られる。計算分子量は、0.104の、屈折率濃度係数dn/dcおよび言及されたポリエチレン標準物質の1種以上から得られる光散乱定数を用いて得られる。一般的には、質量検出器応答および光散乱定数は、約50,000ダルトンを超える分子量を有する線状標準物質から決定されるべきである。粘度計較正は製造者によって説明される方法を用いて、あるいは標準参照材料(Standard Reference Materials;SRM)1475a、1482a、1483または1484aのような適切な線状標準物質の発表された値を用いて達成されうる。クロマトグラフィ濃度は第2ビリアル係数効果に取り組むこと(分子量に対する濃度効果)をなくするのに充分低いと仮定される。
3D−GPCによるg’
サンプルポリマーについてのインデックス(g’)は、SRM1475aホモポリマーポリエチレン(または等価参照物)を用いて上のゲル浸透クロマトグラフィ方法に記載される光散乱検出器、粘度検出器および濃度検出器を最初に較正することによって決定される。光散乱検出器および粘度計検出器オフセットは、較正において記載される様な濃度検出器に対して決定される。ベースラインは光散乱クロマトグラム、粘度計クロマトグラムおよび濃度クロマトグラムから引かれ、そして次いで、積分ウィンドウは、屈折率クロマトグラムから検出可能なポリマーの存在を示す光散乱および粘度計クロマトグラムにおける低分子量保持容積範囲の全てを積分するのを確実にする様に設定される。線状ホモポリマーポリエチレンは、SRM1475a標準物質のような広い分子量ポリエチレン参照物質を注入し、データファイルを計算し、並びに各クロマトグラフスライスについて固有粘度(IV)および分子量(Mw)(それぞれ、光散乱検出器および粘度検出器から得られる)、並びにRI検出器質量定数から決定される濃度を記録することにより、マーク−ホウインク(MH)線状参照ラインを確立するために使用される。サンプルの分析について、サンプルマーク−ホウインク線を得るために、各クロマトグラフスライスについての手順が繰り返される。いくつかのサンプルについては、より低い分子量、固有粘度および分子量データが、測定された分子量および固有粘度が漸近的に線状ホモポリマーGPC較正曲線に近づくように外挿される必要がある場合がある。この目的を達成するために、多くの高度に分岐したエチレン系ポリマーサンプルは、長鎖分岐インデックス(g’)較正を始める前に、短鎖分岐の貢献について説明するために、線状参照線がわずかにシフトされることを必要とする。
g−プライム(g’)はそれぞれの分岐したサンプルのクロマトグラフスライス(i)について計算され、式2に従う分子量(M)を測定する:
Figure 2013528241
式中、この計算は、線状参照サンプルにおける等価分子量MでのIV線状参照,jを利用する。言い換えれば、サンプルIVスライス(i)および参照IVスライス(j)は同じ分子量(M=M)を有する。簡単にするために、IV線状参照,jスライスは、参照マーク−ホウインクプロットの5次多項式フィットから計算される。このIV比率、すなわち、g’は光散乱データにおけるシグナル−対−ノイズ制限のせいで、3,500を超える分子量でのみ得られる。各データスライス(i)におけるサンプルポリマー(B)に沿った分岐の数は、0.75の粘度シールディング(viscosity shielding)イプシロン因子を仮定して、式3を用いて決定されうる。
Figure 2013528241
最終的に、全てのスライス(i)にわたるポリマーにおける1000炭素あたりの平均LCBf量は式4を用いて決定されうる:
Figure 2013528241
3D−GPCによるgpcBR分岐インデックス
3D−GPC設定においては、ポリエチレンおよびポリスチレン標準物質が、これら2つのポリマー種、ポリスチレンおよびポリエチレンのそれぞれについて独立して、マーク−ホウインク定数Kおよびαを測定するために使用されうる。これらは、以下の方法の適用におけるウィリアムスおよびワードポリエチレン等価分子量を精緻化するために使用されうる。
gpcBR分岐インデックスは上述のような光散乱検出器、粘度検出器および濃度検出器をまず較正することによって決定される。次いで、光散乱クロマトグラム、粘度クロマトグラムおよび濃度クロマトグラムからベースラインが引かれる。次いで、屈折率クロマトグラムから検出可能なポリマーの存在を示す光散乱クロマトグラムおよび粘度計クロマトグラムにおける低分子量保持容積範囲の全ての積分を確実にするために積分ウィンドウが設定される。次いで、すでに記載されたようなポリエチレンおよびポリスチレンマーク−ホウインク定数を確立するために、線状ポリエチレン標準物質が使用される。これら定数を得たら、この2つの値が使用されて、式5および6に示されるように、溶出容積の関数として、ポリエチレン分子量およびポリエチレン固有粘度についての2つの従来の線形参照較正(cc)を構築する:
Figure 2013528241
および
Figure 2013528241
gpcBR分岐インデックスは長鎖分岐の特徴付けのためのロバスト法である。ヨー(Yau)、ワラセ(Wallace)W.「3D−GPC使用の例−ポリオレフィン特徴付けのためのTREF(Examples of Using 3D−GPC−TREF for Polyolefin Characterization)」Macromol.Symp.,2007,257,29−45を参照。このインデックスは、ポリマー検出器面積および面積ドット積に有利な、分岐頻度計算およびg’値の決定において伝統的に使用されてきたスライスごとの3D−GPC計算を回避する。3D−GPCデータから、ピーク面積方法を用いて光散乱(LS)検出器によってサンプルバルクMを得ることができる。この方法はg’決定に必要とされるような濃度検出器シグナル全体にわたる光散乱検出器シグナルのスライスごとの比率を回避する。
Figure 2013528241
式7における面積計算はより多くの精密さを提供するが、なぜなら、全体のサンプル面積として、それは検出器ノイズ、並びにベースラインおよび積分限界についてのGPC設定によって引き起こされる変動に対してかなり感受性が低いからである。より重要なことには、検出器容積オフセットによってピーク面積計算は影響されない。同様に、式8に示される面積方法によって高精密サンプル固有粘度(IV)が得られる:
Figure 2013528241
式中、DPはオンライン粘度計から直接モニターされる差圧シグナルを表す。
gpcBR分岐インデックスを決定するために、サンプルポリマーについての光散乱溶出面積が使用されて、そのサンプルの分子量を決定する。サンプルポリマーについての粘度検出器溶出面積が使用されて、そのサンプルの固有粘度(IVまたは[η])を決定する。
最初に、SRM1475aまたは等価物のような線形ポリエチレン標準物質サンプルについての分子量および固有粘度が、溶出容積の関数として、式9および10によって、分子量および固有粘度の双方についての従来の較正を用いて決定される:
Figure 2013528241
および
Figure 2013528241
gpcBR分岐インデックスを決定するために式11が使用される:
Figure 2013528241
式中、[η]は測定された固有粘度であり、[η]ccは従来の較正からの固有粘度であり、Mは測定された重量平均分子量であり、並びにMw,ccは従来の較正の重量平均分子量である。式(7)を使用する光散乱(LS)によるMwは一般的に絶対Mwと称され;一方で、従来のGPC分子量較正曲線を使用する式(9)からのMw,ccは多くの場合、ポリマー鎖Mwと称される。下付き「cc」を有する全ての統計学的値はそのそれぞれの溶出容積、上述のような対応する従来の較正、並びに質量検出器応答から得られる濃度(C)を用いて決定される。この下付のない値は、質量検出器、LALLS、および粘度計面積に基づいて測定された値である。KPEの値は、線状参照サンプルがゼロのgpcBR測定値を有するまで、繰り返して調節される。例えば、この特定の場合におけるについての最終値およびgpcBRの決定のためのLog Kは、ポリエチレンについてはそれぞれ0.725および−3.355であり、ポリスチレンについてはそれぞれ0.722および−3.993である。
Kおよびα値が決定されたら、分岐したサンプルを用いてこの手順が繰り返される。分岐したサンプルは、最良の「cc」較正値として最終マーク−ホウインク定数を使用し、かつ式10〜14を適用して分析される。
gpcBRの解釈は簡単である。線状ポリマーについては、LSおよび粘度計によって測定される値が従来の較正標準に近いであろうから、式14から計算されたgpcBRはゼロに近いであろう。分岐したポリマーについては、gpcBRは、特に高レベルのLCBを使用する場合には、ゼロより大きいであろうが、なぜなら、測定されたポリマーMは計算Mw,ccより大きいであろうしかつ計算IVccは測定されたポリマーIVよりも高いであろうからである。実際、gpcBR値は、ポリマー分岐の結果としての分子サイズ収縮効果のせいで、フラクショナルIV変化を表す。0.5または2.0のgpcBR値はそれぞれ、等しい重量の線状ポリマー分子に対して50%および200%の水準のIVの分子サイズ収縮効果を意味するであろう。
これら具体的な例については、g’インデックスおよび分岐頻度計算と比較してgpcBRを使用する利点は、gpcBRのより高い精度に起因する。gpcBRインデックス決定に使用される全てのパラメータは良好な精度を伴って得られ、かつ濃度検出器からの高分子量での低い3D−GPC検出器応答によって悪影響を受けない。検出器容積アライメントにおける誤差もpgcBRインデックス決定の精度に影響しない。他の特定の場合においては、Mモーメントを決定するための他の方法が上記技術に対して好ましい場合がある。
他に示されるか、文脈から黙示的であるか、または当該技術分野における従来のものである場合を除いて、全ての部およびパーセンテージは重量を基準にする。
全ての用途、出版物、特許、試験手順、および引用される他の文書、例えば、優先権書類は、そのような開示がこの開示された組成物および方法と矛盾しない程度まで、かつそのような組み込みが許容されるすべての権限について、参照によって完全に組み込まれる。
CEF方法
結晶化溶離分画(Crystallization Elution Fractionation;CEF)(スペインのポリマーカー(PolymerChar)(Bモンラバルら、Macromol.Symp.257,71〜79(2007)))を用いてコモノマー分布分析が行われる。600ppmの酸化防止剤ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を伴うオルト−ジクロロベンゼン(ODCB)が溶媒として使用される。160℃で2時間にわたって、4mg/mlで浸透させて、オートサンプラーを用いてサンプル調製が行われる(他に特定されない限りは)。インジェクション容積は300μlである。CEFの温度プロファイルは:110℃から30℃まで3℃/分で結晶化、30℃で5分間熱平衡化、30℃から140℃まで3℃/分で溶離である。結晶化中の流量は0.052ml/分である。溶離中の流量は0.50ml/分である。データは1つのデータ点/秒で集められた。CEFカラムはザダウケミカルカンパニーによって125um±6%(MO−SCI特殊製品)のガラスビーズを1/8インチステンレス管に充填される。ガラスビーズは、ザダウケミカルカンパニーからの要求によってMO−SCI特殊によって酸洗浄される。カラム容積は2 06mlである。ODCB中のNIST標準参照物質線状ポリエチレン1475a(1.0mg/ml)およびエイコサン(2mg/ml)を用いることによってカラム温度較正が行われる。NIST線状ポリエチレン1475aが101.0℃でピーク温度を有しかつエイコサンが30.0℃でピーク温度を有するように、溶出加熱速度を調節することによって温度は較正される。NIST線状ポリエチレン1475a(1.0mg/ml)およびヘキサコンタン(フルカ、プルム(purum)、97.0%以上、1mg/ml)の混合物でCEFカラム分解能が計算される。ヘキサコンタンとNISTポリエチレン1475aとのベースライン分離が達成される。ヘキサコンタンの面積(35.0〜67.0℃)対NIST1475a67.0〜110.0℃の面積は50対50であり、35.0℃未満の可溶性画分の量は1.8重量%未満である。
CEFカラム分解能は以下のように定義される:
Figure 2013528241
カラム分解能は6.0である。
CDC方法
CEFによってコモノマー分布プロファイルからコモノマー分布定数(CDC)が計算される。CDCはコモノマー分布インデックスをコモノマー分布形状因子(Comonomer Distribution Shape Factor)で割って、100をかけたものとして定義される(式12)。
Figure 2013528241
コモノマー分布インデックスは35.0〜119.0℃で0.5のメジアンコモノマー定数(Cメジアン)から1.5のCメジアンの範囲のコモノマー定数を有するポリマー鎖の全重量分率を表す。コモノマー分布形状因子は、コモノマー分布プロファイルの半値幅を、ピーク温度(Tp)からのコモノマー分布プロファイルの標準偏差で割った比率として定義される。
CDCは以下のステップに従って計算される:
式13に従ってCEFから0.200℃の温度ステップで、35.0℃から119.0℃までのそれぞれの温度(T)での重量分率(w(T))を得る。
Figure 2013528241
0.500の累積重量分率での平均温度(T平均)を計算する(式14)
Figure 2013528241
コモノマー含有量較正曲線を用いて、メジアン温度(Tメジアン)での対応するメジアンコモノマー含有量をモル%単位で(Cメジアン)計算する。
Figure 2013528241
(3i)既知の量のコモノマー含有量を有する一連の参照材料を使用することによって、コモノマー含有量較正曲線が構築される。狭いコモノマー分布(35.0〜119.0℃でのCEFにおける単一モードコモノマー分布)を有し、0.0モル%〜7.0モル%のコモノマー含有量範囲で、35,000〜115,000の重量平均Mw(従来のGPCによる)を有する11種の参照材料がCEFで、CEF実験セクションに特定されるのと同じ実験条件で分析される。
(3ii)コモノマー含有量較正はそれぞれの参照材料のピーク温度(T)およびそのコモノマー含有量を用いることによって計算される。この較正はRは相関定数である。
コモノマー分布インデックスは0.5メジアンから1.5メジアンまでの範囲のコモノマー定数を有する全重量分率である。Tメジアンが98.0℃よりも高い場合には、コモノマー分布インデックスは0.95と定義される。
35.0℃〜119.0℃で最も高いピーク(2つのピークが同じである場合には、最も低い温度ピークが選択される)について各データポイントをサーチすることによって、CEFコモノマー分布プロファイルから最大ピーク高さが得られる。半値幅は最大ピーク高さの半分での前側温度と後側温度との間の温度差として定義される。最大ピークの半分での前側温度は35.0℃から前方に向かってサーチされるが、一方で、最大ピークの半分での後側温度は119.0℃から戻る方にサーチされる。ピーク温度の差が各ピークの半値幅の合計の1.1倍以上である、充分に特定された二峰性分布の場合においては、そのポリマーの半値幅は各ピークの半値幅の相加平均として計算される。
温度の標準偏差(Stdev)は式16に従って計算される:
Figure 2013528241
コモノマー分布プロファイルの実施例(実施例3 08C16R04)が図3に示される。
B.クリープゼロ剪断粘度測定方法:
ゼロ−剪断粘度は、190℃で25mm直径平行板を用いて、AR−G2応力制御レオメータ(TAインスツルメンツ;デラウェア州、ニューカッスル)において行われたクリープ試験によって得られた。レオメータオーブンはゼロ化固定の前に少なくとも30分間試験温度に設定される。試験温度においては、圧縮成形サンプルディスクがこれら板の間に挿入され、5分間平衡化される。次いで、上側板が所望の試験ギャップ(1.5mm)の上方50μmまで下げられる。余分な材料が除かれ、上側板が所望のギャップまで下げられる。測定は5L/分の流量での窒素パージ下で行われる。デフォルトクリープ時間は2時間に設定される。
定常状態剪断速度がニュートン領域(Newtonian region)にあるほど充分低いことを確実にするために、20Paの一定の低剪断応力が全てのサンプルに適用される。得られる定常状態剪断速度は、この検討におけるサンプルについては、10−3〜10−4−1の範囲である。定常状態はlog(J(t))対log(t)(ここで、J(t)はクリープコンプライアンスであって、tはクリープ時間である)のプロットの最後の10%タイムウィンドウにおける全てのデータについて線形回帰を採用することによって決定される。線形回帰の傾きが0.97より大きい場合には、定常状態は到達されていると見なされ、次いでクリープ試験は停止させられる。この試験における全ての場合において、この傾きは2時間以内にこの基準を満たす。定常状態剪断速度は、ε対t(ここで、εは歪みである)のプロットの最後の10%タイムウィンドウにおけるデータポイントの全ての線形回帰の傾きから決定される。ゼロ剪断粘度は、適用される応力の定常状態剪断速度に対する比率から決定される。
クリープ試験中にサンプルが分解しているかどうかを決定するために、0.1〜100rad/sでの同じ標本についてのクリープ試験の前および後で、小振幅振動(small amplitude oscillatory)剪断試験が行われる。これら2つの試験の複素粘度値が比較される。0.1rad/sでのこの粘度値の差が5%より大きい場合には、このサンプルはクリープ試験中に分解したと見なされ、そしてその試験は破棄される。
C.ZSVR定義:
ゼロ剪断粘度比(ZSVR)は、以下の式において示されるような、等しい重量平均分子量(Mw−gpc)での、分岐したポリエチレン材料のゼロ剪断粘度(ZSV)の線状ポリエチレン材料のZSVに対する比率として定義される。
Figure 2013528241
このZSV値は上記方法による190℃でのクリープ試験から得られる。Mw−gpc値は、上述のような従来のGPC方法によって決定される。線状ポリエチレンのZSVとそのMw−gpcとの間の相関は一連の線状ポリエチレン参照材料に基づいて確立された。ZSV−Mw相関についての説明は、ANTEC手続:カルジャラ、テレサP.;サムラー、ロバートL.;マンガス、マークA.;ハツリット、ロニーG.;ジョンソン、マークS.;ハーゲン、チャールスM.,Jr.;ヒュアン、ジョーW.L.;リチェック、ケネスN.ポリオレフィン中の低水準の長鎖分岐の検出(Detection of low levels of long−chain branching in polyolefins)、Annual Technical Conference−Society of Plastics Engineers(年次技術大会−プラスチック技術者協会)(2008)、第66回、887−891に認められうる。
1H NMR方法
3.26gのストック溶液が、10mmNMRチューブ内の0.133gのポリオレフィンサンプルに添加される。このストック溶液はテトラクロロエタン−d2(TCE)およびペルクロロエチレン(50:50、w:w)の混合物であり、0.001MのCr3+を伴う。チューブ内のこの溶液はN2で5分間パージされて、酸素の量を低減させる。キャップされたこのサンプルチューブは室温で一晩置かれて、ポリマーサンプルを膨潤させる。このサンプルは110℃で振とうしつつ溶解させられる。このサンプルは不飽和に寄与しうる添加剤、例えば、エルカミドのようなスリップ剤を含まない。
1H NMRは、ブルカー(Bruker)AVANCE400MHzスペクトロメータにおいて、10mmクリオプローブを用いて120℃で実施される。
不飽和を得るために2つの実験:対照実験および二重プレ飽和実験:が行われる。
対照実験については、データはLB=1Hzの指数ウィンドウ関数で処理され、ベースラインは7から−2ppmに修正された。TCEの残留1Hからのシグナルは100に設定され、対照実験におけるポリマー全体からのシグナルとして−0.5から3ppmまでの積分「I合計」が使用される。ポリマー中のCH基の数、NCHは以下のように計算される:
NCH=I合計/2
二重プレ飽和実験については、データはLB=1Hzの指数ウィンドウ関数で処理され、ベースラインは6.6から4.5ppmに修正された。TCEの残留1Hからのシグナルは100に設定され、不飽和についての対応する積分(Iビニレン、Iトリ置換、IビニルおよびIビニリデン)が、以下の図に示される領域に基づいて積分された。ビニレン、トリ置換、ビニルおよびビニリデンについての不飽和単位の数が計算される:
Nビニレン=Nビニレン/2
Nトリ置換=Iトリ置換
Nビニル=Iビニル/2
Nビニリデン=Iビニリデン/2
不飽和単位/1,000,000炭素が以下のように計算される:
Nビニレン/1,000,000C=(Nビニレン/NCH1,000,000
Nトリ置換/1,000,000C=(Nトリ置換/NCH1,000,000
Nビニル/1,000,000C=(Nビニル/NCH1,000,000
Nビニリデン/1,000,000C=(Nビニリデン/NCH1,000,000
不飽和NMR分析についての要件には:定量の水準が、10mm高温クリオプローブ、3.9重量%のサンプルで、200スキャン(対照実験を実施するための時間を含む1時間未満のデータ蓄積)で、Vd2について、0.47±0.02/1,000,000炭素(Vd2構造については、Macromolecules,第38巻、6988、2005)が挙げられる。定量の水準は0のシグナル対ノイズ比として定義される。
化学シフト参照は、TCT−d2からの残留プロトンからの1Hシグナルについて6.0ppmに設定される。対照はZGパルス、TD 32768、NS 4、DS 12、SWH 10,000Hz、AQ 1.64s、D1 14sで行われる。二重プレ飽和実験が、修飾パルスシークエンス、O1P 1.354ppm、O2P 0.960ppm、PL9 57db、PL21 70db、TD 32768,NS 200、DS 4、SWH 10,000Hz、AQ 1.64s、D1 1s、D13 13sで行われる。
ゲル含有量
ゲル含有量は、キシレン中で、ASTM D2765−01 方法Aに従って決定される。サンプルはカミソリの刃を用いて必要なサイズに切り出される。
膜試験条件
以下の物理的特性が製造された膜について測定される:
合計(全体)、表面および内部ヘイズ:内部ヘイズおよび全体ヘイズについて測定されたサンプルはASTM D1003に従ったサンプルでありかつそれに従って調製される。内部ヘイズは、膜の両面に鉱油を用いる屈折率マッチングによって得られた。ヘイズガードプラス(Hazegard Plus)(BYK−ガードナーUSA;コロンビア、MD)が試験のために使用される。表面ヘイズは全体ヘイズと内部ヘイズとの間の差として、式17に示されるように決定される。表面ヘイズは膜の表面粗さに関連する傾向があり、その膜では表面粗さが増加するにつれて表面が増大する。表面ヘイズ対内部ヘイズ比は式18に示されるように、表面ヘイズ値を内部ヘイズ値で割ったものである。
ヘイズ=内部ヘイズ+表面ヘイズ (式17)
S/I=表面ヘイズ/内部ヘイズ (式18)
45°光沢:ASTM D−2457。
MDおよびCDエルメンドルフ引裂き強さ:ASTM D−1922
MDおよびDC引っ張り強さ:ASTM D−882
ダート衝撃強さ:ASTM D−1709
穿刺力(Puncture Strength):穿刺(puncture)はインストロンモデル(Instron Model)4201において、シンテック(Sintech)テストワークスソフトウェアバージョン3.10を用いて測定される。標本サイズは6”×6”であり、平均穿刺値を決定するために4回の測定がなされる。膜は、膜製造の後40時間かつASTM制御実験室において少なくとも24時間にわたってコンディショニングされる。12.56”平方の丸められた標本ホルダーを伴って100 lbロードセルが使用される。穿刺プローブは7.5”の最大移動長さを有する1/2”直径の研磨されたステンレス鋼ボールである。ゲージ長さは存在せず;このプローブは標本にできるだけ近いが接触してはいない。使用されるクロスヘッド速度は10”/分である。厚さは標本の中央で測定される。ソフトウェアによって穿刺を決定するために、膜の厚さ、移動するクロスヘッド距離、およびピーク負荷が使用される。穿刺プローブは各標本の後で、キムワイプを用いて清浄化される。
他に示されない限りは、全ての部およびパーセンテージは重量基準である。
具体的な実施形態
Figure 2013528241
Figure 2013528241
Figure 2013528241
比較例1=Exceed(エクシード)1018(1g/10分のIおよび0.918g/cmの密度を有するエチレン/ヘキセンコポリマー)およびExceed3512(3.5g/10分のIおよび有するエチレン/ヘキセンコポリマー)の50/50ブレンド。
比較例2=ELITE(エリート)5400G(1g/10分のIおよび0.916g/cmの密度を有するエチレン/オクテンコポリマー)。
比較例3=ELITE(エリート)5500G(1.5g/10分のIおよび0.914g/cmの密度を有するエチレン/オクテンコポリマー)。
Figure 2013528241
Figure 2013528241
Figure 2013528241
以下の予言的実施例が本発明をさらに説明する。
膜製造:
全ての樹脂が、コリン(Collin)3層インフレーションフィルム上に製造される単層膜に吹き込まれる。このインフレーションフィルムラインはシングルフライトスクリューを備えた3本溝付き供給押出機(25:30:25mm)からなる。全てのスクリューの長さ/直径(L/D)比は25:1である。インフレーションフィルムラインは60mmのダイを有し、デュアルリップエアリング冷却システムを備え、20:40:60:80:20メッシュのスクリーンパックコンフィグレーションを有する。全ての膜は1mil厚さで製造される。
実施例A
実施例1のポリエチレン80重量%、無水マレイン酸(MAH)修飾エチレン/1−オクテンコポリマー(エンゲージ(ENGAGE(登録商標))8400 約1重量%のMAHの量でグラフト化され、かつ約1.25g/10分の修飾後MIおよび約0.87g/ccの密度を有するポリエチレン)20重量%、1.5重量%のルペルソール(Lupersol(登録商標))101、0.8重量%のトリ−アリルシアヌラート、0.1重量%のチマソーブ(Chimassorb(登録商標))944、0.2重量%のナウガード(Naugard(登録商標))P、並びに0.3重量%のシアソーブ(Cyasorb(登録商標))UV531を含むブレンドから、単層15mil厚さの保護膜が製造される。押出中の膜の早すぎる架橋を回避するために、膜形成中の溶融温度は約120℃未満に保たれる。次いで、この膜は、太陽電池モジュールを製造するために使用される。この膜は、約150℃の温度でスーパーストレート、例えば、ガラスカバーシート、および太陽電池の前側表面に、次いで太陽電池の裏側表面およびバックスキン材料、例えば、別のガラスカバーシートまたは他の基体に積層される。この保護膜は、次いで、その膜が実質的に架橋されるのを確実にするであろう条件にかけられる。
実施例B:ブレンドが90重量%の実施例1および10重量%の無水マレイン酸(MAH)修飾エチレン/1−オクテン(エンゲージ(ENGAGE(登録商標))8400 約1重量%のMAHの量でグラフト化され、かつ約1.25g/10分の修飾後MIおよび約0.87g/ccの密度を有するポリエチレン)を含んでいたことを除いて、実施例Aの手順が繰り返され、かつ押出中の膜の早すぎる架橋を回避するために、膜形成中の溶融温度が約120℃未満に保たれた。
実施例C:ブレンドが97重量%の実施例3および3重量%のビニルシラン(無水マレイン酸修飾ENGAGE(登録商標)8400ポリエチレンを含んでいない)を含んでいたことを除いて実施例Aの手順が繰り返され、かつ押出中の膜の早すぎる架橋を回避するために、膜形成中の溶融温度が約120℃未満に保たれた。
配合物および処理手順:
ステップ1:アドヘアスクリュー(Adhere Screw)を備えたZSK−30押出機を使用して、増幅(Amplify)を伴ってまたは伴わずに、樹脂および添加剤パッケージを混ぜ合わせる。
ステップ2:ステップ2からの材料を4時間、最大100Fで乾燥させる(W&Cキャニスター型ドライヤーを使用する)。
ステップ3:ドライヤーからの加熱された材料に溶融したDiCup+シラン+TACを添加し、15分間タンブル(tumble)ブレンドし、そして4時間にわたって浸漬させた。
Figure 2013528241
試験方法および結果:
ガラスとの接着が、シラン処理されたガラスを用いて測定される。ガラス処理の手順は、ゲレストインコーポレーティド(Gelest,Inc.)「Silans and Silicones,Catalog(シランおよびシリコーンカタログ)3000A」における手順からのそれに合わせられる。
溶液をわずかに酸性にするために、約10mLの酢酸が200mLの95%エタノールに添加される。次いで、4mLの3−アミノプロピルトリメトキシシランが攪拌しつつ添加され、シランの〜2%溶液を作成する。この溶液を5分間置いておき、加水分解を開始させ、次いでそれがガラス皿に移される。各板がこの溶液に、穏やかに攪拌しつつ、2分間にわたって沈められ、取り出され、95%エタノールで簡単にすすがれて過剰なシランを除去し、そしてドレインする。これら板は110℃で15分間にわたってオーブン内で硬化させられる。次いで、それらは、アミンの酢酸塩を遊離アミンに変換するために、重炭酸ナトリウムの5%溶液中に2分間浸漬される。それらは水ですすがれ、ペーパータオルで拭って乾燥させられ、そして室温で一晩空気乾燥させられる。
ポリマーとガラスとの間の接着強さを試験する方法は180剥離試験である。これはASTM標準試験ではないが、それはPVモジュールのためのガラスとの接着を試験するために使用される。試験サンプルはガラスの上に未硬化膜を配置し、次いでこの膜を圧縮成型装置内で加圧下で硬化させることにより準備される。この成型されたサンプルは、試験前2日間にわたって実験室条件下に保持される。負荷速度は2in/分であり、かつその試験は周囲条件下で実施される。この試験は、安定な剥離領域が観察された(約2インチ)後で停止させられる。膜幅に対する剥離負荷の比率が接着強さとして報告される。
引張および動的機械的分析(DMA)方法を用いて、硬化膜のいくつかの重要な機械的特性が評価される。引張試験は2in/分の負荷速度で周囲条件下で行われる。DMA方法は−100から120℃まで行われる。
光学特性は以下のように決定される:UV−可視分光法によって、光透過率のパーセントが測定される。それは250nm〜1200nmの波長における吸光度を測定する。内部ヘイズはASTM D1003−61を用いて測定される。
結果は表2に報告される。EVAはエチメックス(Etimex)から入手可能な充分に配合された膜である。
Figure 2013528241
ガラスとの接着はシラン処理ガラスを用いて測定される。ガラス処理の手順は、ゲレストインコーポレーティド(Gelest,Inc.)「Silans and Silicones,Catalog(シランおよびシリコーンカタログ)3000A」における手順からのそれに合わせられる。
溶液をわずかに酸性にするために、約10mLの酢酸が200mLの95%エタノールに添加される。次いで、4mLの3−アミノプロピルトリメトキシシランが攪拌しつつ添加され、シランの〜2%溶液を作成する。この溶液を5分間置いておき、加水分解を開始させ、次いでそれがガラス皿に移される。各板がこの溶液に、穏やかに攪拌しつつ、2分間にわたって沈められ、取り出され、95%エタノールで簡単にすすがれて過剰なシランを除去し、そしてドレインする。これら板は110℃で15分間にわたってオーブン内で硬化させられる。次いで、それらは、アミンの酢酸塩を遊離アミンに変換するために、重炭酸ナトリウムの5%溶液中に2分間浸漬される。それらは水ですすがれ、ペーパータオルで拭って乾燥させられ、そして室温で一晩空気乾燥させられる。
光学特性は以下のように決定される:UV−可視分光法によって、光透過率のパーセントが測定される。それは250nm〜1200nmの波長における吸光度を測定する。内部ヘイズはASTM D1003−61を用いて測定される。
実施例D:ポリエチレン系封止膜
実施例1(ザダウケミカルカンパニーによって製造される)がこの実施例において使用される。100ppmの酸化防止剤(イルガノックス(Irganox)1076)が樹脂中に存在する。機能を追加するかまたは樹脂の長期間安定性を向上させるためにいくつかの添加剤が選択される。それらは、UV吸収剤シアソーブ(Cyasorb)UV531、UV安定化剤キマソーブ(Chimassorb)944LD、酸化防止剤チヌビン(Tinuvin)622LD、ビニルトリメトキシシラン(VTMS)およびペルオキシド(ルペロックス(Luperox)−101)である。この配合の重量パーセントが表3に記載される。
Figure 2013528241
サンプル製造
実施例1のペレットが40℃で一晩ドライヤー内で乾燥させられる。このペレットおよび添加剤は乾燥混合され、ドラム内に入れられ、30分間回転させられる。次いで、シランおよびペルオキシドがそのドラム内に入れられ、さらに15分間回転させられる。この充分に混合された材料が膜キャスティングのための膜押出機に供給される。
膜は膜ライン(単軸押出機、24インチ幅シートダイ)においてキャストされ、そして処理条件は表4にまとめられる。
Figure 2013528241
18〜19mil厚さの膜が5.3フィート/分(ft/min)で確保される。この膜サンプルは、UV照射および水分を回避するために、アルミニウム袋内に密閉される。
試験方法および結果
1.光学特性
この膜の光透過率は、UV可視分光計(パーキンエルマーUV−Vis950、走査二重モノクロメータおよび積分球アクセサリを備える)によって実験される。この分析に使用されるサンプルは15milの厚さを有する。
2.ガラスへの接着
接着試験に使用される方法は180°剥離試験である。これはASTM標準試験ではないが、光起電力モジュールおよび自己積層ガラス用途のためのガラスとの接着を試験するために使用される。試験サンプルは、圧縮成型装置内で加圧下でガラスの上に膜を配置することにより準備される。所望の接着幅は1.0インチである。サンプルを保持するのに使用されるフレームは5インチ×5インチである。テフロン(登録商標)シートがガラスとこの材料との間に配置されて、試験セットアップの目的のために、ガラスとポリマーとを隔てる。ガラス/膜サンプル調製のための条件は以下の通りである:
(1)160℃、3分間、80ポンド/平方インチ(psi)(2000 lbs)
(2)160℃、30分間、320psi(8000 lbs)
(3)320psi(8000 lbs)で室温まで冷却
(4)チェイスからサンプルを取り出し、接着試験前に、48時間、その材料を室温の条件にする。
接着強さは材料試験システム(インストロン(Instron)5581)を用いて測定される。負荷速度は2インチ/分であり、およびこの試験は周囲条件で実施される(24℃および50%RH)。ガラスへの接着を評価するために、安定な剥離領域が必要とされる(約2インチ)。膜幅に対する安定な剥離領域における剥離負荷の割合が接着強さとして報告される。
熱水(80℃)中で1週間老化させたサンプルを用いて、接着強さへの温度および水分の影響が試験される。これらサンプルはガラス上で成形され、次いで、1週間にわたって熱水中に浸漬される。次いで、これらサンプルは、接着試験前に、実験室条件下で2日間にわたって乾燥させられる。これに対して、同じ上述のような市販のEVA膜の接着強さも同じ条件下で評価される。実験膜および市販のサンプルの接着強さが表5に示される。
Figure 2013528241
このサンプルは剥離しなかったが、その代わりに、膜自体の崩壊が始まった。
3.水蒸気透過率(WVTR):
透過分析装置(モコンパーマトラン(Mocon Permatran)Wモデル101K)を用いて水蒸気透過率が測定される。全てのWVTR単位は、38℃および50℃、並びに100%RHで、平均2つの標本で測定された、1平方メートルあたり、1日あたりのグラム数(g/m・日)である。上述の市販のEVA膜も、水分バリア特性を比較するために試験される。本発明の膜および市販の膜厚さは15milであり、そして両方の膜は160℃で30分間硬化させられる。WVTR試験の結果が表6に報告される。
Figure 2013528241
実施例E:
異なるUV安定化剤を使用することによって、UV吸収がシフトさせられることを示すために2組のサンプルが準備される。実施例1が使用され、そして表8は様々なUV安定化剤を含む(全ての量は重量パーセントである)配合物を報告する。これらサンプルは190℃の温度で5分間にわたってミキサーを使用して製造される。圧縮成型装置を用いて16milの厚さを有する膜が製造される。成型条件は160℃で10分間、次いで24℃で30分間冷却することである。ラムダ(Lambda)950のようなUV/可視分光計を用いてUVスペクトルが測定される。結果は様々な種類のUV安定化剤が360nm未満の波長でUV放射線の吸収を可能にすることができることを示す。
Figure 2013528241
UV安定性を試験するために別のサンプルのセットが準備される。再び、ポリオレフィンエラストマー、実施例1がこの試験について選択される。表8は光起電力モジュールのための封止剤ポリマーに望まれ、様々なUV安定化剤、シランおよびペルオキシド、並びに酸化防止剤を含む配合物を報告する。これら配合物はUV吸収を低下させ、かつ同時に長期間UV安定性を維持および向上させるように設計される。
Figure 2013528241
本発明は、上記記載および実施例を通じてかなり詳細に説明されたが、この詳細は例示目的のためであり、特許請求の範囲において記載される本発明の範囲についての制限として解釈されるものではない。上記特定される全ての米国特許、公開された特許出願および許可された特許出願は参照によって本明細書に組み込まれる。
10 剛性PVモジュール
11 光起電力セル
12 封止剤
13 ガラスカバーシート
14 裏側シート
20 可撓性PVモジュール
21 薄膜光起電力
22 封止剤
23 ガラス/上層
24 可撓性裏側シート

Claims (20)

  1. 電子素子モジュールであって、
    当該電子素子モジュールが
    A.少なくとも1つの電子素子、並びに
    B.前記電子素子の少なくとも1つの表面と緊密に接触しているポリマー材料であって、前記ポリマー材料が、(1)約45を超える、より好ましくは50を超える、最も好ましくは95を超え、および400の高さまで、好ましくは200の高さまでのコモノマー分布定数で特徴付けられるエチレン系ポリマー組成物を含み、前記組成物が120未満の全不飽和単位/1,000,000Cを有し、好ましくは前記エチレン系ポリマー組成物が約3以下の長鎖分岐/1000炭素、より好ましくは約0.01〜約3長鎖分岐/1000炭素を含み;前記エチレン系ポリマー組成物が少なくとも2のZSVRを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が20未満のビニリデン不飽和単位/1,000,000Cを含むことによってさらに特徴付けられることができ;前記エチレン系ポリマー組成物が二峰性分子量分布(MWD)または多峰性MWDを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が、パージを除いて、35℃〜120℃の一峰性または二峰性分布を含むコモノマー分布プロファイルを有することができ;前記エチレン系ポリマー組成物が約17,000〜約220,000の重量平均分子量(Mw)を含むことができ、(2)場合によっては、ビニルシランを前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも0.1重量%の量で含み、(3)場合によっては、フリーラジカル開始剤を、前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含み、並びに(4)場合によっては、助剤を前記コポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量で含む;
    電子素子モジュール。
  2. 前記電子素子が太陽電池である請求項1に記載のモジュール。
  3. 前記フリーラジカル開始剤が存在する請求項1に記載のモジュール。
  4. 前記助剤が存在する請求項3に記載のモジュール。
  5. 前記フリーラジカル開始剤がペルオキシドである請求項4に記載のモジュール。
  6. 前記ポリマー材料が前記電子素子の少なくとも1つの表面と緊密に接触している単層膜の形態である請求項1に記載のモジュール。
  7. 前記ポリマー材料がスコーチ防止剤を約0.01〜約1.7重量%の量でさらに含む請求項1に記載のモジュール。
  8. 少なくとも1つのガラスカバーシートをさらに含む請求項1に記載のモジュール。
  9. 前記フリーラジカル開始剤が光開始剤である請求項3に記載のモジュール。
  10. 前記ポリマー材料が、少なくとも1つのエチレン性不飽和および少なくとも1つのカルボニル基を含む不飽和有機化合物でグラフト化されたポリオレフィンポリマーをさらに含む、請求項1に記載のモジュール。
  11. 前記不飽和有機化合物が無水マレイン酸である請求項10に記載のモジュール。
  12. 前記ビニルシランが存在する請求項1に記載のモジュール。
  13. 前記ビニルシランがビニルトリエトキシシランおよびビニルトリメトキシシランの少なくとも1種である請求項12に記載のモジュール。
  14. 前記助剤が存在する請求項13に記載のモジュール。
  15. 前記ポリオレフィンコポリマーが、ASTM2765−95で測定される場合に前記コポリマーが約85パーセント未満のキシレン可溶性抽出物を含むように架橋されている請求項13に記載のモジュール。
  16. 前記ポリマー材料が前記電子素子の少なくとも1つの表面と緊密に接触している単層膜の形態である請求項13に記載のモジュール。
  17. 前記ポリマー材料がスコーチ防止剤を約0.01〜約1.7重量%の量でさらに含む請求項1に3記載のモジュール。
  18. 少なくとも1つのガラスカバーシートをさらに含む請求項13に記載のモジュール。
  19. 前記ポリマー材料が、少なくとも1つのエチレン性不飽和および少なくとも1つのカルボニル基を含む不飽和有機化合物でグラフト化されたポリオレフィンポリマーをさらに含む、請求項13に記載のモジュール。
  20. 前記不飽和有機化合物が無水マレイン酸である請求項19に記載のモジュール。
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