JP2013528951A - 均質ポリオレフィンコポリマーおよび接着性増強グラフトポリマーの膜を含む電子素子モジュール - Google Patents

均質ポリオレフィンコポリマーおよび接着性増強グラフトポリマーの膜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、(1)0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;125以下の全不飽和/100,000炭素;3以下の長鎖分岐/1000炭素;5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素を有し、前記ビニル−3含有量およびビニル基測定が、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定される、エチレンインターポリマー、(2)グラフト化されたビニルシラン、(3)場合によって、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%の量のフリーラジカル開始剤または光開始剤、並びに(3)場合によっては、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%の量の助剤、を含む前記ポリマー材料、を含む電子素子モジュール。
【代表図】図1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2010年6月4日に出願された米国仮出願番号第61/351,577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、2007年9月18日に出願された米国特許出願番号第11/857,208号(これは、2006年9月20日に出願された米国特許出願番号第60/826,328号の利益を主張する);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電子素子モジュールに関し、当該モジュールにおいては、保護ポリマー材料が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、このポリマー材料においては、エチレンおよび少なくとも1種のアルファ−オレフィンのコポリマーが接着を増強させるためのグラフト化されたシラン成分を含み、かつ、0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;125以下の全不飽和/100,000炭素;3以下の長鎖分岐/1000炭素;5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素を有し、前記ビニル−3含有量およびビニル基測定は、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定される。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(光起電力セルとも称される)、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。このポリマー材料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を安定化しうるが、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形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は、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む一方で、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エチレンおよび少なくとも1種のアルファ−オレフィンのインターポリマーと、グラフト化されたシランとを含み、前記インターポリマーが0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;125以下の全不飽和/100,000炭素;3以下の長鎖分岐/1000炭素;5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素を有し、前記ビニル−3含有量およびビニル基測定は、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定される。
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)アクリルオキシ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のためのグラフト化されたシランを提供するのに好ましいシランである。
ポリマー材料は好ましくは、下記式に従う、ビニル基対全オレフィン基の比率を有する:
VG/TOG>(コモノマーモルパーセンテージ/0.1)×10×0.8
式中、a=−0.24、VG=ビニル基、およびTOG=全オレフィン基。
ポリマー材料は好ましくは約10〜約125全不飽和/100,000炭素;および、3以下の長鎖分岐/1000炭素;および15以下のGI200ゲル評定を有することもできる。
ポリマー材料は、ビニル量:全不飽和量の比率が少なくとも0.2:1、好ましくは少なくとも0.3:1、より好ましくは少なくとも約0.4:1から約0.8:1までであるビニル量および全不飽和量を有していてもよく、並びにポリマー材料が5未満のビニル−3含有量/100,000炭素を有していてもよい。ポリマー材料は5未満のビニル−3含有量/100,000炭素を有していてもよい。
本発明の別の実施形態は、本明細書において開示される少なくとも1種のエチレン系ポリマーであって、このエチレン系ポリマーの少なくとも一部分が架橋されているか官能化されている、少なくとも1種のエチレン系ポリマーを含むかまたはこれから製造される組成物である。
別の実施形態には、0.9g/cm以下の全体ポリマー密度;125以下の全不飽和/100,000炭素;15以下のGIゲル評定;5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;並びに、ビニル量:全不飽和量が0.4:1〜0.8:1であるビニル量および全不飽和量を有するエチレン系ポリマーを含む光起電力膜が挙げられる。
「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、例えば、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対向する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ベースのポリマーである。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)防止剤、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)モジュールと緊密に接触している表面である以外は、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るが、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)エチレンインターポリマーであって、前記エチレンインターポリマーが0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;125以下の全不飽和/100,000炭素;および15以下のGI200ゲル評定;3以下の長鎖分岐/1000炭素;5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素を有し、前記ビニル−3含有量およびビニル基測定は、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定される、エチレンインターポリマーを含み、(2)グラフト化されたシランを含み、(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、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エチレンインターポリマーを含み、前記エチレンインターポリマーが0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;125以下の全不飽和/100,000炭素;および15以下のGI200ゲル評定;3以下の長鎖分岐/1000炭素;5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素を有し、前記ビニル−3含有量およびビニル基測定は、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定され、グラフト化されたシラン、例えば、ビニルトリエトキシシランもしく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約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、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)などが挙げられる。
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。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92%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グラム/平方メートル/日(g/m・日)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。
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。
エチレンインターポリマーとも称され、そして以下により具体的に説明される、本発明の実施に有用なポリオレフィンコポリマーは、概して、約0.90g/ccより大きい、または約0.90g/ccより小さい、または約0.90g/ccに等しい、好ましくは約0.89g/cc未満、より好ましくは約0.885g/cc未満、さらにより好ましくは約0.88g/cc未満、およびさらにより好ましくは約0.875g/cc未満の密度を有する。ポリオレフィンコポリマーは典型的には約0.85g/ccを超える、より好ましくは約0.86g/ccを超える密度を有する。密度はASTM D−792に手順によって測定される。低密度ポリオレフィンコポリマーは、一般的に、非晶質、可撓性で、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なポリオレフィンコポリマーは、ASTM D−882−02の手順によって測定して、約150mPa未満、好ましくは約140mPa未満、より好ましくは約120mPa未満、さらにより好ましくは約100mPa未満の2%割線弾性係数(secant modulus)を有する。ポリオレフィンコポリマーは典型的には、0より大きい2%割線弾性係数を有するが、この弾性係数がより低くなると、このコポリマーが本発明における使用に適合するのがより良好になる。割線弾性係数は応力−歪み線図の原点および目標の点でのこの曲線の交点からの線の傾きであり、それは、その線図の非弾性領域におけるある材料の剛性を記載するために使用される。低弾性係数ポリオレフィンコポリマーは、応力下で安定性を提供する、例えば、収縮または応力下でのクラックをより少ししか生じさせない傾向があるので、低弾性係数ポリオレフィンコポリマーは本発明における使用に特に良好に適合する。
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、およ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、当該インターポリマーの重量を基準にして約50重量%未満、好ましくは約45重量%未満、より好ましくは約40重量%未満、さらにより好ましくは約35重量%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。
本発明において有用なオレフィン系インターポリマーの種類のより具体的な例には、以下でより詳細に説明されるであろうような、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))、およびエク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。
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てよい:(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重量パーセント、好ましくは少なくとも約75重量パーセント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。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(MI、ASTM D−1238(190C/2.16kg)の手順で測定する)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、通常は直後に、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のために重要である。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。
上述のように、グラフト化されたシラン成分は本発明に従って使用される組成物中に使用され、かつポリオレフィンコポリマーを効果的に架橋し、そして増強した接着を提供するであろうあらゆるシランによって提供されうる。特許請求される発明の好ましい実施形態においては、グラフト化されるビニルシラングラフトは、以下に記載されるようなグラフト化処理または技術(そこでは、コポリマーの少なくとも一部分がグラフト化されたビニルシランを伴って提供される)にポリオレフィンコポリマーまたはエチレンコポリマーをかけることによって、以下に記載されるように製造される。この技術分野の実施者に知られているように、この様式で、グラフト化しおよびポリマーにグラフト化することとなった後に使用されるビニルもしくは不飽和シランはもはや技術的には、それらがもやは不飽和でないという点で「ビニル」シランではないが、ビニルシランに由来することおよびビニルシランの残部であることに基づいて、グラフト化されたビニルシランと依然として称される場合がある。別の実施形態においては、別個の適合性ビニルシラングラフト化ポリマーが製造され、そしてポリマー材料のポリオレフィンコポリマーに添加される。
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)アクリルオキシアリル基、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。加水分解性基の例には、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)アクリルオキシ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、グラフト化効率、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部あたりの部、重量%)、好ましくは少なくとも0.7(樹脂100部あたりの部、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。これらは以下でより詳細に論じられる。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化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。
シランをグラフト化させおよび/またはポリオレフィンコポリマーを架橋させるために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号に記載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広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広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、フェノール系化合物、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、典型的には、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広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。
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安定化剤には、膜に組み込まれて追加の保護を提供することも可能なUV吸収剤が挙げられる。吸収剤の例には、これに限定されないが、ベンゾフェノン型吸収剤、例えば、シアソーブUV−531、ベンゾトリアゾール型吸収剤、例えば、シアソーブUV−5411、トリアジン型吸収剤、例えば、シアソーブUV−1164、およびオキサナリド型吸収剤、例えば、チヌビン312が挙げられうる。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系物質(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うる。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、前記素子の両表面を覆う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。透明性の別の測定は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体(thin film photovoltaic)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PV21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1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。保護膜が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。
定義
使用される場合、用語「組成物」は、当該組成物を構成する材料の混合物、並びに組成物の材料から形成される反応生成物および分解生成物も含む。
使用される場合、用語「ブレンド」または「ポリマーブレンド」は、2種以上のポリマーの緊密な物理的(すなわち、反応ではない)混合物を意味する。ブレンドは混和性(分子レベルで相分離していない)であってよいし、または混和性でなくてもよい。ブレンドは相分離していてもよいし、または相分離していなくてもよい。ブレンドは、透過型電子顕微鏡観察、光散乱、x線散乱および当該技術分野において既知の他の方法で決定されるような、1以上のドメイン形態を含んでいても良いし、または含んでいなくても良い。ブレンドは、2種以上のポリマーをマクロレベルで(例えば、樹脂を溶融ブレンドするかまたはコンパウンディングする)、またはミクロレベルで(例えば、同じ反応器内で同時形成する)物理的混合することによって生じうる。
用語「線状」とは、ポリマーのポリマー骨格が測定可能なまたは確認できる長鎖分岐を欠いているポリマーをいい、例えば、当該ポリマーは平均0.01未満の長鎖分岐/1000炭素で置換されている。
用語「ポリマー」とは、同じ種類かまたは異なる種類かに関わらず、モノマーを重合することによって製造される高分子化合物をいう。よって、総称としてのポリマーは、1種類のみのモノマーから製造されるポリマーを指すために通常使用される用語「ホモポリマー」、および定義されるような用語「インターポリマー」を包含する。用語「エチレン/α−オレフィンポリマー」は記載されるようなインターポリマーを表す。
用語「インターポリマー」とは、少なくとも2種類の異なるモノマーの重合によって製造されるポリマーをいう。総称としてのインターポリマーは、2種類の異なるモノマーから製造されるポリマーを指すために通常使用されるコポリマー、および2種類より多い異なる種類のモノマーから製造されるポリマーを包含する。
用語「エチレンベースの(ethylene−based)ポリマー」とは、(重合性モノマーの合計量を基準にして)50モルパーセントを超える重合されたエチレンモノマーを含み、および場合によっては、少なくとも1種のコモノマーを含むことができるポリマーをいう。
用語「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」とは、(重合性モノマーの合計量を基準にして)50モルパーセントを超える重合されたエチレンモノマーおよび少なくとも1種のα−オレフィンを含むインターポリマーをいう。
用語「エチレン系(ethylenic)ポリマー」とは、エチレンベースのポリマーと少なくとも1種の高度に長鎖分岐したエチレンベースのポリマーとの結合から生じるポリマーをいう。
試験方法
密度
密度(g/cm)はASTM−D 792−03、方法Bに従って、イソプロパノール中で測定される。標本は、測定前の熱平衡を達成するための23℃で8分間のイソプロパノール浴中でのコンディショニングの後で、成形の1時間以内に測定される。この標本はASTM D−4703−00アネックスAに従って、手順Cについての、約190℃での5分間の当初加熱期間および15℃/分の冷却速度で圧縮成形される。この標本は「触って冷たいと感じるまで」冷却を続けつつ、この圧縮で45℃まで冷却される。
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」勾配である)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。決定される値はピーク融解温度(T)、ピーク結晶化温度(T)、融解熱(H)(ジュール/グラム)、および下記式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:
結晶度%=((H)/(292J/g))×100。
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)150℃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装置も備えている。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。
分析昇温溶出分別(Analytical Temperature Rising Elution Fractionation;ATREF)
分析昇温溶出分別分析(ATREF)によって高密度フラクション(パーセント)が測定される。ATREF分析は米国特許第4,798,081号およびワイルド(Wilde)L.;ライル(Ryle)T.R.;ノベロック(Knobeloch)D.C.;ピート(Peat)I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers、Journal of Polymer Science,20,441−455(1982)に記載される方法に従って行われる。分析される組成物はトリクロロベンゼンに溶解させられ、そして不活性担体(ステンレススチールショット)を収容するカラム内で、その温度を0.1℃/分の冷却速度で20℃までゆっくりと下げることによって結晶化させる。このカラムは赤外検出器を備える。次いで、溶出溶媒(トリクロロベンゼン)の温度を1.5℃/分の割合で20から120℃までゆっくりと上げることによって、この結晶化したポリマーサンプルをカラムから溶出させることによってATREFクロマトグラム曲線が生じさせられる。溶出したポリマーの粘度平均分子量(Mv)が測定され、報告される。ATREFプロットは短鎖分岐分布(SCBD)プロットおよび分子量プロットを有する。このSCBDプロットは3つのピーク(高結晶フラクションについての1つ(典型的には90℃を超える)、コポリマーフラクションについての1つ(典型的には30〜90℃)、およびパージフラクションについての1つ(典型的には30℃未満))を有する。この曲線はコポリマーフラクションと高結晶フラクションとの間に谷も有する。Thcはこの谷の最も低い温度である。高密度(HD)フラクション%はThcより上での曲線下の面積である。MvはATREFからの粘度平均分子量である。Mhcは、Thcより上のフラクションについての平均Mvである。Mcは60〜90℃のコポリマーの平均Mvである。Mpは全ポリマーの平均Mvである。
高速昇温溶出分別(F−TREF)
高速−TREFは、光散乱(LS)検出器(プレシジョンディテクターインコーポレーティド、アムハースト、マサチューセッツ州)およびコンポジショナルモードのIR−4赤外検出器を備えたポリマーChARによるクリステックス(Crystex)装置(ポリマーChAR、スペイン)を用いて、オルトジクロロベンゼン(ODCB)中で、行われうる。
F−TREFを試験する際には、40mlのODCBを収容するクリステックス反応容器に120mgのサンプルが入れられ、160℃で60分間にわたって機械的に攪拌しつつ保持され、サンプル溶解を達成する。このサンプルはTREFカラムにロードされる。次いで、このサンプル溶液は2つの段階で冷却される:(1)40℃/分で160℃から100℃まで、および(2)ポリマー結晶化プロセスが開始させられる、0.4℃/分で100℃から30℃まで。次いで、このサンプル溶液は、30℃で30分間、一定温度で保持される。この昇温溶出プロセスは1.5℃/分での30℃から160℃までで、0.6ml/分の流量で始まる。サンプルロード容積は0.8mlである。サンプル分子量(Mw)は、IR−4検出器の測定センサからのシグナルに対する15°または90°LSシグナルの比率として計算される。このLS−MW較正定数はポリエチレン規格基準局SRM1484aを用いることによって得られる。溶出温度は実際のオーブン温度として報告される。TREFと検出器との間の配管遅延容積は報告されるTREF溶出温度において説明される。
予備昇温溶出分別(P−TREF)
昇温溶出分別方法(TREF)は、ポリマーを予備的に分別するために使用されることができ(P−TREF)、かつカラム寸法、溶媒および温度プログラムを含むワイルドL.;ライルT.R.;ノベロックD.C.;ピートI.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers、J.Polym.Sci.,20,441−455(1982)から得られる。カラムからポリマーが溶出するのを監視するために、赤外(IR)吸光度検出器が使用される。別個に温度プログラムされた液体浴(カラムロードのための1つ、およびカラム溶出のための1つ)も使用される。
サンプルは約0.5%の2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを含むトリクロロベンゼン(TCB)中に、160℃で、磁気攪拌棒を用いて攪拌を提供しつつ、溶解させることによって準備される。サンプルロードは約150mg/カラムである。125℃でのロードの後で、カラムおよびサンプルは約72時間にわたって25℃まで冷却される。次いで、冷却されたサンプルおよびカラムは第2の温度のプログラム可能な浴に移され、25℃で4ml/分の一定のTCBフローで平衡化される。温度を約0.33℃/分で上昇させる線形温度プログラムが開始させられ、約4時間で102℃の最大温度を達成する。
IR検出器の出口に回収ボトルを置くことによってフラクションが手作業で集められる。より前のATREF分析に基づいて、第1フラクションが56〜60℃で集められる。その後の小さなフラクション(サブフラクションと称される)は、4℃ごとに、92℃まで、次いで2℃ごとに102℃まで集められる。サブフラクションは、そのサブフラクションが集められる溶出温度の中点で呼ばれる。
サブフラクションは、多くの場合、試験を行うための中点温度の範囲によって、より長いフラクションに集められる。フラクションは、試験目的のためにより長いフラクションにさらに一緒にされうる。
各サブフラクションについての溶出温度範囲の平均およびサンプルの全重量に対するサブフラクションの重量に基づいて、各フラクションについての重量平均溶出温度が決定される。重量平均温度は以下のように決定される:
Figure 2013528951
式中、T(f)は狭いスライスまたはセグメントの中点温度であり、およびA(f)はそのセグメントの面積であり、そのセグメントにおけるポリマーの量に比例する。
データはデジタル的に記録され、エクセル(マイクロソフトコーポレーション;レッドモンド、ワシントン州)スプレッドシートを用いて処理される。このスプレッドシートプログラムを用いて、TREFプロット、ピーク最大温度、フラクション重量パーセンテージ、およびフラクション重量平均温度が計算された。
ヘイズはASTM−D 1003に従って決定される。
光沢45°はASTM−2457に従って決定される。
エルメンドルフ引裂き抵抗はASTM−D 1922に従って測定される。
ダート衝撃強さはASTM−D 1709−04、方法Aに従って測定される。
C13 NMRコモノマー含有量
ポリマー組成を決定するためのNMR分光分析方法を使用することがよく知られている。ASTM D 5017−96、J.C.ランドール(Randall)ら「NMR and Macromolecules」ACSシンポジウムシリーズ247、J.C.ランドール、Ed.,Am.Chem.Soc.,ワシントンD.C.、1984、チャプター9、およびJ.C.ランドール「Polymer Sequence Determination」Academic Press,ニューヨーク(1977)はNMR分光分析によるポリマー分析の一般的な方法を提示する。
H核磁気共鳴(NMR)により決定される残留不飽和
H NMR実験についてのサンプルはポリマーを標準NMRチューブ内で溶媒混合物、テトラクロロエタン−d/ペルクロロエチレン(50/50 v/v)に溶解させることにより調製された。次いで、このチューブは、ポリマーが完全に溶解するまで、115℃に設定された加熱ブロックにおいて加熱された。H NMRスペクトルはバリアンイノーバ(Varian Inova)600MHzスペクトロメータにおいてブロードバンドインバースプローブを用いてとられた。各サンプルについては、2つの実験が行われた。第1のものは標準シングルパルスH NMR実験であり、溶媒ピークに対して相対的にポリマーピークを定量する。第2のものはプレサチューレート(presaturated)H NMR実験であり、ポリマー骨格ピーク(〜1.4ppm)を抑制する。次いで、同じ溶媒ピークを参照することによって末端基が定量された。以下の取得パラメータが使用された:5緩和遅延(relaxation delay)、8μsの90度パルス、2s取得時間、0.5秒プレサチュレーション時間でsatpwr=1、128〜256スキャン。スペクトルは4ppmを中心にされ、10000Hzのスペクトル幅である。全ての測定は、110±1℃でサンプルスピニングなしでとられた。H NMRスペクトルは溶媒(残留プロトン化テトラクロロエタン)の共鳴ピークの5.99ppmを参照された。
Figure 2013528951
ポリマーのゲル評定
ゲル
GI200試験の方法/説明
押出機:モデルOCS ME20(OCSオプティカルコントロールシステムズGMbH ウルナーフェルド(Wullener Feld)36,58454ヴィッテン、ドイツ国から入手可能)または同等物。
Figure 2013528951
キャスト膜ダイ:リボンダイ、150×0.5mm(OCSオプティカルコントロールシステムズGMbHから入手可能)または同等物。
エアナイフ:膜をチルロールに固定するためのOCSエアナイフ(OCSオプティカルコントロールシステムズGMbHから入手可能)または同等物。
キャスト膜チルロールおよび巻き取りユニット:OCSモデルCR−8(OCSオプティカルコントロールシステムズGMbHから入手可能)または同等物。
Figure 2013528951
ゲルカウンター:照明ユニット、CCD検出器およびイメージプロセッサからなり、ゲルカウンターソフトウェアバージョン3.65e 1991−1999を使用するOCS FS−3ラインゲルカウンター(OCSオプティカルコントロールシステムズGMbHから入手可能)または同等物。OCS FS−5ゲルカウンターは同等物である。
瞬間GI200
注:GIは「ゲルインデックス」を表す。GI200は直径200μm以上の全てのゲルを含む。
瞬間GI200は1分析サイクルにおけるサイズクラスの全ての面積の合計である:

=ΣAT,j,k
k=1
ここで、
=分析サイクルjについての瞬間GI200(mm/24.6cm
4=サイズ条項(clauses)の全数
GI200
GI200は最後の20個の瞬間GI200値のトレイリング(trailing)平均として定義される:
20
<X>=ΣX/20
j=1
ここで、
<X>=GI200(mm/24.6cm
一つの分析サイクルは膜の24.6cmを検査する。対応する面積は、76μmの膜厚さについては0.324mであり、38μmの膜厚さについては0.647mである。
ゲル含有量測定:
単独のまたは組成物中に含まれているエチレンインターポリマーが少なくとも部分的に架橋されている場合には、架橋の程度は所定の期間にわたって溶媒中に組成物を溶解させ、そしてゲルもしくは抽出不能成分のパーセントを計算することによって測定されうる。ゲルパーセントは通常、架橋レベルの増大と共に増加する。
長鎖分岐/1000炭素:
エチレンホモポリマー中での長鎖分岐の存在は13C核磁気共鳴(NMR)分光法を使用することにより決定されることができ、ランドールにより説明される方法(Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,V.2&3,285−297)を用いて定量化される。エチレン/1−オクテンインターポリマーをはじめとするエチレンポリマー中での長鎖分岐の存在を決定するのに有用な他の既知の技術が存在する。2つのこの代表的な方法は、低角度レーザー光散乱検出器と一緒になったゲル浸透クロマトグラフィ(GPC−LALLS)、およびディフェレンシャル粘度計検出器と一緒になったゲル浸透クロマトグラフィ(GPC−DV)である。長鎖分岐検出のためのこれら技術の使用および基になる理論は文献に充分に文書化されている。例えば、ジム(Zimm)G.H.およびストックメイヤー(Stockmayer)W.H.,J.Chem.Phys.,17,1301(1949)、およびラジン(Rudin)A.「Modern Methods of Polymer Characterization」John Wiley&Sons,ニューヨーク(1991)103〜112を参照。
本発明のエチレン系ポリマー:
本発明において有用なエチレン系ポリマーは比較的高分子量で、比較的低密度のポリマーであって、既知のメタロセン触媒化エチレン系ポリマーと比較して、ポリマー鎖における(A)比較的低い不飽和の全量、および(B)全不飽和基に対して比較的高比率のビニル基の独特の組み合わせを有するポリマーである。この組み合わせが、低いゲルが重要である最終使用用途(膜など)のためにはより低いゲル、より良好な長鎖ポリマー安定性、および架橋を必要とする最終使用用途のためにはその架橋のより良好な制御を生じさせ、それぞれの場合において、一方で、他の性能特性の良好なバランスを維持していると考えられる。
本発明において有用な新規ポリマーは、エチレンと、少なくとも0.1モルパーセントの1種以上のコモノマー、好ましくは少なくとも1種のα−オレフィンコモノマーとのインターポリマーである。α−オレフィンコモノマー(1種もしくは複数種)は、例えば、3〜20個の炭素原子を有することができる。好ましくは、α−オレフィンコモノマーは3〜8個の炭素原子を有することができる。代表的なα−オレフィンコモノマーには、これに限定されないが、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、3−エチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセンおよび1−エイコセンが挙げられる。
本発明のエチレン系ポリマーの製造
本発明のポリマー材料における使用のための、本明細書においてエチレンインターポリマーおよび/またはポリオレフィンコポリマーとも交換可能に称される、エチレン系ポリマーの製造のためには、溶液相重合プロセスが使用されうる。典型的には、このプロセスは充分に攪拌された反応器内、例えば、ループ反応器またはスフェア反応器内で約150〜約300℃、好ましくは約160℃〜約180℃の温度で、かつ約30〜約100psi、好ましくは約30〜約750psiの圧力で起こる。このプロセスにおける滞留時間は典型的には、約2〜約20分、好ましくは約10〜約20分である。エチレン、溶媒、触媒および1種以上のコモノマーが反応器に連続的に供給される。典型的な溶媒には、これに限定されないが、イソパラフィンが挙げられる。例えば、このような溶媒は、エクソンモービルケミカルカンパニー、ヒューストン、テキサス州からのイソパー(ISOPAR)Eの名前で市販されている。得られるエチレンベースのポリマーおよび溶媒の混合物は、次いで、この反応器から取り出され、そしてポリマーが分離される。溶媒は典型的には溶媒回収ユニット、すなわち、熱交換基および気液分離装置ドラムで回収されて、そして重合システムに再循環させられる。
本発明の新規ポリマーの製造に使用するのに適する触媒には、特定の種類の重合プロセス、例えば、溶液重合、スラリー重合または気相重合プロセスにおいてこのようなポリマーを製造するのに適している化合物または化合物の組み合わせが挙げられる。
ある実施形態においては、本発明のエチレン系ポリマーは下記式に対応する多価アリールオキシエーテルの金属錯体である重合触媒を使用する溶液重合プロセスで製造される:
Figure 2013528951
式中、MはTi、HfまたはZr、好ましくはZrであり;
Arは各出現について独立して、置換C9−20アリール基であり、ここで、この置換基は、各出現について独立して、アルキル、シクロアルキルおよびアリール基、並びにそれらのハロ−、トリヒドロカルビルシリル−およびハロヒドロカルビル−置換誘導体からなる群から選択されるが、ただし、少なくとも1つの置換基はその置換基が結合しているアリール基との共平面性を欠く;
は各出現について独立して、C2−20アルキレン、シクロアルキレンもしくはシクロアルケニレン基、またはそれらの不活性(inertly)置換誘導体であり;
21は各出現について独立して、水素、ハロ、ヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリル、トリヒドロカルビルシリルヒドロカルビル、アルコキシもしくはジ(ヒドロカルビル)アミノ基(水素を数えずに50原子以下のもの)である。
は各出現について独立して、水素、ハロ、ヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリル、トリヒドロカルビルシリルヒドロカルビル、アルコキシもしくはアミノ(水素を数えずに50原子以下のもの)、または、同じアリーレン環上の2つのR基が一緒になって、もしくは同じもしくは異なるアリーレン環上のR基とR21基とが一緒になって、当該アリーレン基に2つの位置で結合している二価リガンド基を形成しているか、または2つの異なるアリーレン環を一緒にしており;並びに
は各出現について独立して、ハロ、もしくはヒドロカルビル、もしくはトリヒドロカルビルシリル基(水素を数えずに20原子以下のもの)であるか、または2つのR基は一緒になってヒドロカルビレン、ヒドロカルバジイル、ジエン、もしくはポリ(ヒドロカルビル)シリレン基である。
この多価アリールオキシエーテル金属錯体およびその合成は、米国特許出願公開第2004/0010103号に開示される合成手順を使用する、国際公開第2007/136496号または国際公開第2007/136497号に記載されている。そのなかで、好ましい多価アリールオキシエーテル金属錯体は、国際公開第2007/136496号における実施例1として、および国際公開第2007/136497号における実施例A10として開示されるものである。好ましい多価アリールオキシエーテル金属錯体の使用に適する助触媒(cocatalyst)および重合条件も国際公開第2007/136496号または国際公開第2007/136497号に開示されている。
金属錯体重合触媒は1種以上の助触媒、好ましくはカチオン形成性助触媒、強ルイス酸またはこれらの組み合わせと一緒にすることによって活性化されて、活性触媒組成物を形成することができる。使用に適する助触媒には、ポリマーもしくはオリゴマーアルミノキサン、特に、メチルアルミノキサン、並びに不活性、適合性、非配位性のイオン形成性化合物が挙げられる。いわゆる修飾メチルアルミノキサン(MMAO)またはトリエチルアルミニウム(TEA)も助触媒としての使用に適する。この修飾アルミノキサンを製造するための技術の1つが米国特許第5,041,584号(クラポ(Crapo)ら)に開示されている。アルミノキサンは米国特許第5,542,199号(ライ(Lai)ら);第4,544,762号(カミンスキー(Kaminsky)ら);第5,015,749号(シュミット(Schmidt)ら);および第5,041,585号(ダベンポート(Deavenport)ら)に開示されるように製造されることも可能である。
本発明のポリマーブレンドまたはコンパウンド:
本発明のポリマー組成物を形成するために、様々な天然もしくは合成ポリマー、および/または他の成分が、本発明の新規ポリマーとブレンドされまたはコンパウンドされうる。本実施形態のエチレン系ポリマーとブレンドするのに適するポリマーには、熱可塑性および非−熱可塑性のポリマー、例えば、天然および合成ポリマーが挙げられる。適する合成ポリマーには、エチレンベースのポリマー、例えば、高圧、フリーラジカル低密度ポリエチレン(LDPE)、およびチーグラー−ナッタ触媒を用いて製造されたエチレンベースのポリマー、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)、および不均質線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、および極低密度ポリエチレン(VLDPE)、並びにマルチプルリアクターエチレン系ポリマー(チーグラー−ナッタPEとメタロセンPEとの「リアクター内」ブレンド、例えば、米国特許第6,545,088(コルタマーら);第6,538,070(カードウェルら);第6,566,466号(パリクら);第5,844,045(コルタマーら);第5,869,575号(コルタマーら);および第6,448,341(コルタマーら)に開示される生成物)が挙げられる。線状エチレンベースのポリマーの市販の例には、アタネ(ATTANE(商標))超低密度線状ポリエチレンコポリマー、ダウレックス(DOWLEX(商標))ポリエチレン樹脂、およびフレキソマー(FLEXOMER(商標))極低密度ポリエチレン(全てはザダウケミカルカンパニーから入手可能)が挙げられる。他の適する合成ポリマーには、ポリプロピレン(耐衝撃性改質ポリプロピレン、イソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリピロピレンおよびランダムエチレン/プロピレンコポリマーの双方)、エチレン/ジエンインターポリマー、エチレン−酢酸ビニル(EVA)、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、耐衝撃性改質ポリスチレン、ABS、スチレン/ブタジエンブロックコポリマーおよびこれらの水素化誘導体(SBSおよびSEBS)、並びに熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。均質オレフィンベースのポリマー、例えば、エチレンベースのもしくはプロピレンベースのプラストマーもしくはエラストマーも本発明のエチレン系ポリマーを用いて製造されるブレンドもしくはコンパウンドにおける成分として有用であり得る。均質メタロセン触媒化エチレンベースのプラストマーもしくはエラストマーの市販の例には、アフィニティ(AFFINITY(商標))ポリオレフィンプラストマーおよびエンゲージ(ENGAGE(商標))ポリオレフィンエラストマー(両方ともザダウケミカルカンパニーから入手可能)が挙げられ、および均質プロピレンベースのプラストマーおよびエラストマーの市販の例にはバーシファイ(VERSIFY(商標))パフォーマンスポリマー(ザダウケミカルカンパニーから入手可能)およびビスタマックス(VISTAMAX(商標))ポリマー(エクソンモービルケミカルカンパニーから入手可能)が挙げられる。
本発明のポリマー組成物には、1種以上の他の成分との組み合わせ(例えば、ブレンドもしくはコンパウンド、例えば、反応生成物)での本発明のエチレン系ポリマーを含むもしくはこれらから製造される組成物が挙げられ、この他の成分には、これらに限定されないが、天然もしくは合成材料、ポリマー、添加剤、強化剤、発火防止添加剤、充填剤、ワックス、粘着付与剤、酸化防止剤、安定化剤、着色剤、エキステンダー、架橋剤、発泡剤および/または可塑剤が挙げられうる。このポリマー組成物は熱可塑性ポリオレフィン(TPO)、熱可塑性エラストマー(TPE)、熱可塑性加硫物(TPV)および/またはスチレン系/エチレン系ポリマーブレンドを含むことができる。TPEおよびTPVは本発明の1種以上のエチレン系ポリマー(例えば、これらの官能化誘導体)と、任意のエラストマー(例えば、従来のブロックコポリマー、特に、SBSもしくはSEBSブロックコポリマー、またはEPDM、または天然ゴム)および場合によっては、架橋剤もしくは加硫剤とをブレンドまたはコンパウンドすることによって製造されうる。本発明のTPOポリマー組成物は本発明のエチレン系ポリマーの1種以上と、1種以上のポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン)とをブレンドもしくはコンパウンドすることによって製造されるであろう。本発明のTPEポリマー組成物は本発明のエチレン系ポリマーの1種以上と、1種以上のエラストマー(例えば、スチレン系ブロックコポリマー、またはオレフィンブロックコポリマー、例えば、米国特許第7,355,089号(チャンら)に開示される)とをブレンドもしくはコンパウンドすることによって製造されるであろう。本発明のTPVポリマー組成物は本発明のエチレン系ポリマーの1種以上と、1種以上の他のポリマーおよび加硫剤とをブレンドもしくはコンパウンドすることによって製造されるであろう。上記ポリマー組成物は成形物品を形成し、および場合によっては、その得られた成形物品を架橋するのに使用されうる。異なる成分を使用する同様の手順は米国特許第6,797,779号(Ajbaniら)にすでに開示されている。
加工助剤:
本発明のある形態においては、可塑剤のような加工助剤もポリマー組成物中に含まれていてもよい。これら助剤には、限定されないが、フタラート(例えば、フタル酸ジオクチルおよびフタル酸ジイソブチル)、天然オイル(例えば、ラノリン、およびパラフィン、ナフテンオイルおよび芳香族オイル(石油精製から得られる))、並びにロジンもしくは石油フィードストックからの液体樹脂が挙げられる。加工助剤として有用なオイルの典型的な種類には、カイドール(KAYDOL(登録商標))オイル(ケムツラ(Chemtura)コーポレーション;ミドルベリ、コネチカット州)およびシェルフレックス(SHELLFLEX(登録商標))371ナフテンオイル(シェルルブリカンツ;ヒューストン、テキサス州)のような白色鉱油が挙げられる。別の適するオイルはタフロ(TUFFLO(登録商標))オイル(リオンデルルブリカンツ;ヒューストン、テキサス州)である。
安定化剤および他の添加剤:
本発明のある形態においては、エチレン系ポリマーは1種以上の安定化剤、例えば、酸化防止剤、例えば、イルガノックズ(IRGANOX(登録商標))1010およびイルガフォス(IRGAFOS(登録商標))168(チバスペシャルティケミカルズ、グラットブルグ、スイス国)で処理される。一般的には、ポリマーは押出または他の溶融プロセスの前に1種以上の安定化剤で処理される。例えば、コンパウンドされたポリマー組成物は、200〜600wppmの1種以上のフェノール系酸化防止剤、および/または800〜1200wppmのホスフィット系酸化防止剤、および/または300〜1250wppmのステアリン酸カルシウムを含むことができる。本発明の別の形態においては、他のポリマー系添加剤、帯電防止剤、顔料、染料、核形成剤(nucleating agent)、充填剤、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、潤滑剤、安定化剤、煙抑制剤、粘度調節剤および/または抗ブロッキング剤がポリマー組成物中にブレンドされまたはコンパウンドされる。ポリマー組成物は、例えば、エチレン系ポリマーの重量を基準にして、合計重量で10パーセント未満の1種以上のこのような添加剤を含むことができる。
他の添加剤:
充填剤(例えば、有機もしくは無機粒子、例えば、ナノサイズ粒子、例えば、クレイ、タルク、二酸化チタン、ゼオライト、粉体金属)、有機もしくは無機繊維(例えば、炭素繊維、窒化ケイ素繊維、スチールワイヤまたはメッシュ、およびナイロンまたはポリエステルコード)、粘着付与剤、ワックス、帯電防止剤、およびオイルエキステンダー(例えば、パラフィン系オイル、またはナフテレン系(naphthelenic)オイル)をはじめとする様々な他の添加剤およびアジュバントが、場合によっては、他の天然および/または合成ポリマーと組み合わせて、本発明のエチレン系ポリマーとブレンドされまたはコンパウンドされることができ、ポリマー組成物を形成することができる。
架橋剤:
本発明のエチレン系ポリマーを完全にもしくは部分的に架橋することが望まれる最終使用用途のためには、様々な架橋剤が使用されうる。いくつかの適する架橋剤ツァイフェルハンス(Zeifel Hans)ら「Plastics Attidives Handbook」ハンサーガードナーパブリッシャーズ、オハイオ州、シンシナチ、第5版、チャプター14、725〜812ページ(2001);Encyclopedia of Chemical Technology、第17巻、第2版、インターサイエンスパブリッシャーズ(1968);およびダニエルシールン(Daniel Seern)「Organic Peroxides」第1巻、ウイリーインターサイエンス(1970)に開示されている。適する架橋剤の非限定的な例には、ペルオキシド、フェノール類、アジド、アルデヒドアミン反応生成物、置換尿素、置換グアニジン;置換キサンタート;置換ジチオカルバマート;硫黄含有化合物、例えば、チアゾール、スルフェンアミド、チウラミジスルフィド、パラキノンジオキシム、ジベンゾパラキノンジオキシム、硫黄;イミダゾール;シラン;およびこれらの組み合わせが挙げられる。適する有機ペルオキシド架橋剤の非限定的な例には、アルキルペルオキシド、アリールペルオキシド、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボナート、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタール、環式ペルオキシドおよびこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態においては、有機ペルオキシドはジクミルペルオキシド、t−ブチルイソプロピリデンペルオキシベンゼン、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、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、t−ブチル−クミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルペルオキシ)ヘキシンまたはこれらの組み合わせである。ある実施形態においては、有機ペルオキシドはジクミルペルオキシドである。有機ペルオキシド架橋剤に関する追加の教示はC.P.パーク(Park)「Polyolefin Foam」チャプター9、Handbook of Polymer Foams and Technology、D.クレンプナー(Klempner)およびK.C.フリッシュ(Frisch)編、ハンサーパブリッシャーズ、198〜204ページ、ミュンヘン(1991)に開示される。適するアジド架橋剤の非限定的な例には、アジドホルマート、例えば、テトラメチレンビス(アジドホルマート);芳香族ポリアジド、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジアジド;およびスルホンアジド、例えば、p,p’−オキシビス(ベンゼンスルホニルアジド)が挙げられる。アジド架橋剤の開示は米国特許第3,284,421号および第3,297,674号に認められうる。ある実施形態においては、架橋剤はシランである。本明細書に開示されるエチレン/α−オレフィンインターポリマーまたはポリマーに効果的にグラフトするおよび/またはこれらを架橋することができるあらゆるシランが使用されうる。適するシラン架橋剤の比限定的な例には、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ガンマ−(メタ)アクリルオキシアリル基、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および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。適する加水分解性基の非限定的な例には、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、アルキルおよびアリールアミノ基が挙げられる。他の実施形態においては、これらシランはインター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。これらシランのいくつか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。架橋剤の量は、架橋されるエチレン系ポリマーまたはポリマー組成物の性質、具体的な使用される架橋剤、処理条件、グラフト化開始剤の量、最終用途および他の要因に応じて広く変化しうる。例えば、ビニルトリメトキシシラン(VTMOS)が使用される場合には、VTMOSの量は一般的には、架橋剤およびエチレン系ポリマーまたはポリマー組成物の合計重量を基準にして、少なくとも約0.1重量パーセント、少なくとも約0.5重量パーセント、または少なくとも約1重量パーセントである。
最終使用用途:
本発明のエチレン系ポリマーは様々な従来の熱可塑性物質製造プロセスに使用されることができ、有用な物品、例えば、少なくとも1つの膜層を含む物品、例えば、単層膜、または多層膜中の少なくとも1層(これら膜はキャスト、インフレーション(blown)、カレンダーまたは押出コーティングプロセスによって製造されることができる);並びに上記物品のいずれかを用いて製造される複合体もしくは積層物構造などを製造することができる。
本発明のエチレン系ポリマーは(単独で、または他の成分とのブレンドもしくはコンパウンドで)様々な膜、例えば、これに限定されないが、キャストストレッチ膜、並びにシーラント(熱シーリング膜など)に使用されうる。
全ての出願、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、かつ組み込みが許容されるすべての権限のために、参照によって完全に組み込まれる。
実施例
全ての原料(エチレン、1−オクテン)およびプロセス溶媒(エク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系溶媒)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525psig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525psig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(IsoparE)で手作業で特定の成分濃度までバッチ希釈され、そして525psig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るループからなる。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。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に通すことによって5℃〜50℃のどこでも、典型的には25℃に温度制御される。重合反応器への新たなコモノマーフィードは溶媒フィードと共に供給される。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。特別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つの助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(フィードまたは触媒)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が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、ポリマーを他のより低い沸点の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揮システムに入り、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揮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。
脱揮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目標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を出る。
他のことが示されるか、文脈からの黙示または当該技術分野における慣習がない限りは、全ての部およびパーセンテージは重量を基準にする。
比較サンプルA〜Dおよびサンプル1〜4:
既知のメタロセン触媒を使用して調製される4種類のエチレン−オクテンポリマー(比較サンプルA〜D)の特性を、本発明に従って使用するのに適したエチレンインターポリマーの実施例である4種類のエチレン−オクテンポリマー(サンプル1〜4)の特性と比較するために、8種類のエチレン系ポリマーが調製される。表1はこれらコポリマーのそれぞれを生じさせるために使用される重合条件を記載し、その条件は、同等のメルトインデックス(I2)および密度を有するポリマーのペア(例えば、比較サンプルAおよびサンプル1が1つのペアである)を生じさせるように設定されている。
Figure 2013528951
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−kO)]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−kO]]ジメチル−,(OC−6−33)−
MMAO=修飾メチルアルミノキサン
CGC1301のCAS番号:199876−48−7および200074−30−2
Figure 2013528951
Figure 2013528951
以下の予言的実施例5および6が本発明をさらに説明する。
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。
実施例5:
97重量%のサンプル1、3重量%のビニルシラン、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%のキマソーブ(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を含む組成物から、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。1つの膜層が、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、次いで第2の層が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。
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、樹脂および添加剤パッケージをコンパウンドする。
ステップ2:ステップ2からの材料を4時間、最大100°F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 2013528951
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.)「Silanes 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ている。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。接着強さはインストロン装置を用いて測定される。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5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 2013528951
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.)「Silanes 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6:コポリマーポリエチレンベースの封止膜
実施例4(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6に記載される。
Figure 2013528951
サンプル製造
サンプル4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。
膜は膜ライン上にキャストされ(単軸押出機、24インチ幅シートダイ)、そして処理条件は表7にまとめられる。
Figure 2013528951
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動車用積層(auto laminate)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ている。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)ケー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8に示される。
Figure 2013528951
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る、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ものが160℃で30分間硬化させられる。WVTR試験の結果が表9に報告される。
Figure 2013528951
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う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3ポリオレフィンエラストマー(POE3、密度0.87g/cc、メルトインデックス0.9)が使用され、そして表10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の厚さを有する薄膜が製造される。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(および/または組み合わせ)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 2013528951
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4(POE4)がこの試験のために選択される。表11は光起電力モジュールのための封止剤ポリマーのために設計される、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 2013528951
実験7
以下の実験は本発明をさらに示す。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。概して、サンプル5について上で説明されたように、
a.0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;
b.125以下の全不飽和/100,000炭素;
c.3以下の長鎖分岐/1000炭素;
d.5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および
e.量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素;
を有するエチレンインターポリマーが使用され、
前記ビニル−3含有量およびビニル基測定は、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定される。このエチレンインターポリマーは5.0の目標メルトインデックス(ASTM D1238 190C 2.16kg)および0.8700の目標密度(ASTM D4703、A1手順C、1時間以内に試験)を有するエンゲージ(ENGAGE)8200として市販されており、概して実施例1において上記したように製造される。次いで、1.6重量%の最終ビニルシラン含有量を有しおよびシアソーブ(Cyasorb)2908およびシアソーブ3529を含む膜を生じさせるために、エチレンインターポリマーが使用される。この膜は膜ライン上での標準キャスト押出(単軸押出機、9インチ幅シートダイ)によっておよび表12にまとめられるような処理条件を用いて製造される。
Figure 2013528951
18〜19mil厚さの膜が3.8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18milの厚さを有する。結果は以下の表13に示される。
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動車用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ている。試験サンプルは、真空積層装置内で加圧下で未処理の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。エッジ効果を除いて、このガラスの中央部分から3つの剥離がなされるのを可能にするために4インチ×5インチの試験クーポンが作られる。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。このクーポンの上表面に標準ポリマーバックシート(テドラー−ポリエステル−EVA構築物)が使用されて、この剥離試験の目的のための封止剤に剛性を提供する。これは試験中にこの膜を引っ掻きから保護し、かつより正確な剥離力の値を提供する。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)150℃、3分間、>990mBar真空
(2)150℃、7分間、1000mBar圧力
(3)積層装置からサンプルを取り出し、室温まで冷却させて、その後接着試験。
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、そして以下の表13に報告される。負荷速度は2インチ/分であり、この試験は周囲条件(24℃および50%RH)で行われる。このガラスへの接着を評価するために、安定な剥離領域(約2インチ)が必要とされる。膜幅に対する安定な剥離領域における剥離負荷の比率が接着強さとして報告される。
Figure 2013528951
これはガラス対する良好な接着および結合、並びに良好な光透過率特性を示す。
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、この詳細は説明の目的のためであり、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 薄膜光起電体
22 封止剤
23 ガラス/上層
24 可撓性裏側シート

Claims (15)

  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、
    (1)a.0.905g/cm以下の全体ポリマー密度;
    b.125以下の全不飽和/100,000炭素;
    c.3以下の長鎖分岐/1000炭素;
    d.5未満のビニル−3含有量/100,000炭素;および
    e.量(8000/M)未満のビニル基の合計数/1000炭素を有し、
    前記ビニル−3含有量およびビニル基測定が、ゲル浸透クロマトグラフィ(145℃)およびH−NMR(125℃)によって測定される、
    エチレンインターポリマー、
    (2)グラフト化されたシラン、
    (3)場合によって、前記インターポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量のフリーラジカル開始剤または光開始剤、並びに
    (4)場合によっては、前記インターポリマーの重量を基準にして少なくとも約0.05重量%の量の助剤、
    を含む前記ポリマー材料、
    を含む、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. 前記グラフト化されたビニルシランが、前記エチレンインターポリマーにグラフト化されている、請求項1に記載のモジュール。
  11. 前記グラフト化されたビニルシランが、別個の適合性グラフトポリマーにグラフト化されており、かつ前記ポリマー材料のエチレンインターポリマーに添加されている、請求項1に記載のモジュール。
  12. 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1に記載のモジュール。
  13. 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1に記載のモジュール。
  14. 前記助剤が存在する請求項1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1に記載のモジュール。
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