JP2016113588A - 積層シート用接着剤 - Google Patents
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Abstract
Description
積層シートは長期にわたって屋外に曝されるので、積層シート用接着剤には優れた耐久性能が要求される。積層シート用接着剤の中でも、特に太陽光を電力に変換する太陽電池用途の接着剤には、通常の積層シート用接着剤よりも高いレベルの耐久性能が望まれる。
図3に示されるように、太陽電池用途の場合、バックシートと称される積層シート10は、封止材20、太陽電池セル30、ガラス板40と一緒に太陽電池モジュール1を構成する。
積層シート用接着剤の一例として、特許文献1〜3は、イソシアネート化合物とポリオール化合物とを配合して得られたウレタン系接着剤を開示する。いずれの文献も、イソシアネート化合物と配合する成分として、水酸基を末端に有するジエン重合体(変性ゴム)が提示する。
本発明は、一の要旨において、アクリルポリオールとイソシアネート化合物とを混合することで得られるウレタン樹脂を含み、ジエン重合体に由来する化学構造を有し、該ジエン重合体はガラス転移温度が−40℃以下である、積層シート用接着剤を提供する。
本発明は、他の態様において、ジエン重合体は、(i)ビニル基を含み、更に(ii)ビニレン基及び(iii)ビニリデン基から選択される少なくとも1種を含み、(i)〜(iii)の合計を基準として、(i)ビニル基が75モル%以下である、積層シート用接着剤を提供する。
本発明は、更なる態様において、イソシアネート化合物が脂肪族イソシアネートおよび脂環式イソシアネートから選択される少なくとも1種を含む、積層シート用接着剤を提供する。
本発明は、好ましい要旨において、上述の太陽電池バックシートを用いて得られる、太陽電池モジュールを提供する。
積層シート(積層体)を製造する際、フィルム養生後の接着強度及び高温高湿下で長期的な耐加水分解性の双方に優れ、更に低温時の接着性にも優れる。
本発明の積層シート用接着剤を用いて得られる積層シートは、太陽電池バックシートとして好適である。
本発明に係るウレタン樹脂は、アクリルポリオールと、イソシアネート化合物の反応によって得られるポリマーであって、ウレタン結合を有する。ウレタン樹脂は、後述するジエン重合体、シラン化合物、その他成分を含有してもよい。ジエン重合体やシラン化合物、その他成分は、アクリルポリオールとイソシアネート化合物とを混合する際に添加しても良いし、アクリルポリオールとイソシアネート化合物との反応が完了した後、ウレタン樹脂に後添加しても差し支えない。
本発明において、「アクリルポリオール」とは、水酸基を有する(メタ)アクリレートの付加重合反応によって得られる化合物をいい、「側鎖」にエステル結合を有する。
「アクリルポリオール」は、水酸基を有する(メタ)アクリレートの単独重合体でも、水酸基を有する(メタ)アクリレートと「その他の重合性単量体」との共重合体であってもよいが、接着強度等の観点から、水酸基を有する(メタ)アクリレートと「その他の重合性単量体」との共重合体であることが好ましい。アクリルポリオールの水酸基がイソシアネート基と反応する。
重合性単量体中アクリロニトリルは、重合性単量体100重量部当たり、1〜40重量部であることが好ましく、5〜35重量部であることがより好ましく、5〜25重量部であることが特に好ましい。アクリロニトリル量が上記範囲にあることによって、塗工適性、フィルムへの養生後の接着性に優れた積層シート用接着剤が得られる。
本発明では具体的には、下記式(ii)で算出される。
(ii):水酸基価=(水酸基を有する(メタ)アクリレートの重量/水酸基を有する(メタ)アクリレートの分子量)×水酸基を有する(メタ)アクリレート単量体1モルに含まれる水酸基のモル数×KOHの式量×1000/アクリルポリオールの重量
イソシアネート化合物としては、脂肪族イソシアネート、脂環式イソシアネート、芳香族イソシアネートが挙げられ、本発明が目的とする積層シート用接着剤を得ることができる限り、特に限定されるものではない。
尚、本明細書では、芳香環は環状の炭化水素鎖に含まれない。
尚、芳香環は、二つ以上のベンゼン環が縮環していてもよい。
これらのイソシアネート化合物は、単独で又は組み合わせて使用することができる。
本明細書では、ジエン重合体とは、二つのエチレン性二重結合を有するジエン単量体が重合することで得られる化合物をいう。本発明の積層シート用接着剤は、ジエン重合体に由来する化学構造を有するので、低温時の接着性に優れる。
ジエン重合体は、本発明の目的とする積層シート用接着剤に悪影響を与えない限り、官能基を有してもよい。更に、後述するように、炭素原子間の二重結合が少なくとも一部又は全部水素添加されて飽和してもよい。
上述のポリジエンポリオールは、上記のジエン重合体の分子末端を公知の方法により水酸基に変性することにより得ることができる。
ポリジエンポリオールは、二重結合が水素添加された水素添加物であってよく、二重結合の水素添加率は、適宜選択することができる。
なお、水酸基価は、JIS K 1557−1のA法またはB法に準拠するアセチル化
法やフタル化法などから求めることができる。
ジエン重合体のガラス転移温度が上記範囲にあるので、本発明の積層シート用接着剤は低温時の接着性および高温高湿下で長期的な耐加水分解性に優れる。
(i)ビニル基が上記範囲で存在する場合、本発明の積層シート用接着剤は、高温高湿下で長期的な耐加水分解性に優れる。
ジエン重合体の(i)ビニル基の割合(モル%)は、1H−NMR(Bruker Biospin社製 AVANCEIII−600(商品名))を測定することで得られるビニル基、ビニレン基及びビニリデン基の各々のプロトンのピークの積分比を用いて算出することができる。
ジエン重合体の数平均分子量は、アクリルポリオールの重量平均分子量と同様、GPCで測定される。ジエン重合体の数平均分子量が上記範囲である場合、本発明の積層シート用接着剤は、フィルムへの養生後の接着強度に優れる。
ジエン重合体がポリジエンポリオールの場合、アクリルポリオール及びイソシアネート化合物と一緒に添加し、ウレタン樹脂を形成する。この場合、ウレタン樹脂がジエン重合体に由来する化学構造を有することになる。
シラン化合物として、例えば、(メタ)アクリロキシアルキルトリアルコキシシラン類、(メタ)アクリロキシアルキルアルキルアルコキシシラン類、ビニルトリアルコキシシラン類、ビニルアルキルアルコキシシラン類、エポキシシラン類、メルカプトシラン類及びイソシアヌレートシラン類を用いることができるが、これらのシラン化合物のみに限定されることはない。
「(メタ)アクリロキシアルキルアルキルアルコキシシラン類」として、例えば、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシエチルメチルジメトキシシラン等を例示できる。
「ビニルアルキルアルコキシシラン類」として、例えば、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルエチルジ(メトキシエトキシ)シラン、ビニルジメチルメトキシシラン、ビニルジエチル(メトキシエトキシ)シラン等を例示できる。
「メルカプトシラン類」として、例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等を例示できる。
「イソシアヌレートシラン類」として、例えば、トリス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)イソシアヌレート等を例示できる。
本発明の積層シート用接着剤は、シラン化合物を有することで、フィルムへの養生後の接着強度がさらに優れたものとなる。
「その他の成分」を、積層シート用接着剤に添加する時期は、本発明の目的に悪影響を与えない限り、特に制限されるものではない。その他の成分は、例えば、ウレタン樹脂を合成する際に、アクリルポリオール及びイソシアネート化合物と一緒に添加しても良く、また、まずアクリルポリオールとイソシアネート化合物とを反応させてウレタン樹脂を合成した後に添加してもよい。
「粘着付与樹脂」として、例えば、スチレン系樹脂、テルペン系樹脂、脂肪族石油樹脂、芳香族石油樹脂、ロジンエステル、アクリル樹脂及びポリエステル樹脂(ポリエステルポリオールを除く)等を例示できる。
「可塑剤」として、例えば、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソノニルアジペート、ジオクチルアジペート及びミネラルスピリット等を例示できる。
「難燃剤」として、例えば、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、アンチモン系難燃剤及び、金属水酸化物系難燃剤等を例示できる。
積層シート用接着剤の粘度は、回転粘度計(TOKIMEC社製BM型)等を用いて測定される。固形分が40%の溶液粘度が、4,000mPa・s未満であることが好ましい。固形分が40%の溶液粘度が、4,000mPa・s未満である場合、接着剤の塗工適性を良好に維持することができるので、粘度を下げるためにさらに溶剤を加えることが不要である。従って、溶媒を更に加えることで低い固形分濃度で塗工して、積層シートの外観をより低下させて、積層シートの生産性を低下させる可能性が低下する。
図1は、本発明の太陽電池バックシートの断面図である。太陽電池バックシート10は、2枚のフィルムとその間の太陽電池バックシート用接着剤13から形成されており、2枚のフィルム11及び12は、太陽電池バックシート用接着剤13によって貼り合わされている。フィルム11及び12は、同一の材料であっても、異なる材料であってもよい。図1では、2枚のフィルム11及び12は、貼り合わされているが、3枚以上のフィルムが貼り合わされていてもよい。
合成例1(A1)アクリルポリオール(ポリマー1)
攪拌翼、温度計、及び還流冷却管を備えた四つ口フラスコに、酢酸エチル(和光純薬(株)製)100重量部を仕込み、約80℃で還流させた。このフラスコ内に2,2−アゾビスイソブチロニトリルを重合開始剤として1.0重量部加え、表1に示す量の単量体の混合物を1時間30分かけてフラスコ内に連続的に滴下した。さらに1時間加熱した後、2,2−アゾビスイソブチロニトリルを0.2重量部加えて1時間反応させる工程を4回繰り返して、不揮発分(固形分)が50.0重量%のアクリルポリオール(ポリマー1)の溶液を得た。
ポリマー1を製造するための単量体混合物の組成及び得られたポリマー1の物性を表1に示す。
表1に示すように、アクリルポリオールの合成に用いた単量体混合物の組成を変更して、合成例1と同様の方法で(A2)ポリマー2及び(A3)ポリマー3を得た。得られたポリマー2及び3の物性を表1に示す。
・メチルメタクリレート(MMA):和光純薬(株)製
・ブチルアクリレート(BA):和光純薬(株)製
・アクリロニトリル(AN):和光純薬(株)製
・2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA):和光純薬(株)製
・スチレン(St):和光純薬(株)製
(A’4)ポリエステルポリオール(ヘンケルジャパン社製のLOCKTITE LIOFOL LA2790(商品名)、Tg:−12℃、水酸基価:13.6mgKOH/g)
上述の成分(A)と、以下に示す成分(B)、成分(C)及び成分(D)とを配合して、積層シート用接着剤を製造した。
(B1)脂肪族イソシアネート化合物1(ヘキサメチレンジイソシアネート3量体:住化バイエルウレタン社製のスミジュールN3300(商品名))
(B2)脂肪族イソシアネート化合物2(キシレンジイソシアネート:三井化学社製のタケネート500(商品名))
(B’3)芳香族イソシアネート化合物3(トルエンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体:東ソー(旧日本ポリウレタン)社製のコロネートL(商品名))
(C1)ポリイソプレンポリオール1(出光興産社製のPoly ip(商品名)、Tg:−57℃、ビニル基の割合:10mol%)
(C2)ポリブタジエンポリオール2(出光興産社製のPoly bd R−45HT(商品名)、Tg:−75℃、ビニル基の割合:22mol%)
(C3)ポリブタジエンポリオール3(出光興産社製のPoly bd R−15HT(商品名)、Tg:−70℃、ビニル基の割合:22mol%)
(C4)ポリブタジエンポリオール4(CRAY VALLEY HSC社製のKrasol LBHP3000(商品名)、Tg:−45℃、ビニル基の割合:65mol%)
(C5)ポリブタジエンポリオールの水素添加物5(CRAY VALLEY HSC社製のKrasol HLBHP3000(商品名)、Krasol LBHP3000の水素添化物、Tg:−55℃、ビニル基の割合:2mol%未満)
(C’6)ポリブタジエンポリオール6(日本曹達社製のNISSO PB G2000(商品名)、Tg:−19℃、ビニル基の割合:91mol%)
(C’7)ポリブタジエンポリオール7(日本曹達社製のNISSO PB G1000(商品名)、Tg:−25℃、ビニル基の割合:91mol%)
(C’8)1,2−ポリブタジエン・ホモポリマー8(日本曹達社製のNISSO PB B2000(商品名)、Tg:−29℃、ビニル基の割合:90mol%)
成分(A)および成分(C)のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(エスアイアイナノテクノロジー(株)製のSIIナノテクノロジーDSC6220)を用いて、測定した。10mgの試料のDSC曲線を、10℃/分の昇温速度で測定して、得られたDSC曲線の変曲点を調べた。観察された変曲点の温度を、求めるTgとした。
成分(C)のビニル基の割合は、各々の成分(C)のCDCl3溶液を準備し、その1H−NMRを、Bruker Biospin社製 AVANCEIII−600(商品名)を用いて測定して、得られたピークの積分比からそれぞれ算出した。
ポリブタジエンの場合、δ4.91〜4.97のピークが、1,2−付加体のビニル基[−CH=CH2]の[=CH2]のプロトンに基づくピークであり、δ5.33〜5.40のピークが、1,4−付加体のシス型及びトランス型のビニレン基[−CH=CH−]のプロトンに基づくピークであると考えられた。
ポリイソプレンの場合、δ5.73〜5.75のピークが1,2−付加体のビニル基の[−CH=]のプロトンに基づくピークであり、δ5.11〜5.12のピークが1,4−付加体のシス型及びトランス型の(メチル置換型)ビニレン基[−C(CH3)=CH−]の[=CH−]のプロトンに基づくピークであり、δ4.63〜4.73のピークが3,4−付加体のビニリデン基[−C(=CH2)−]の[=CH2]のプロトンに基づくピークと考えられた。
(D1)3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(EVONIK社製のGLYEO(商品名))
(D2)3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(EVONIK社製のGLYMO(商品名)
表2に示すように、93.5gの(A1)ポリマー1[187.0gの(A1)ポリマー1の酢酸エチル溶液(固形分50.0重量%)]、3.31gの(B1)脂肪族イソシアネート化合物1、1.76gの(B2)脂肪族イソシアネート化合物2、0.47gの(C1)ポリイソプレンポリオール1、及び0.94gの(D1)3−グリシドキシプロピルトリエトキシランを秤量して混合し、さらに固形分が35%になるように酢酸エチル溶液を添加して、実施例1の積層シート用接着剤を製造した。
実施例1に記載した方法と同様の方法を用いて、成分(A)〜(D)を表2〜4に示す配合で混合して、実施例2〜9及び比較例1〜5の積層シート用接着剤を製造した。
実施例1の積層シート用接着剤を透明ポリエチレンテレフタレート(PET)シート(三菱化学社製のポリエステルフィルム:OE300EW36(商品名))に固形分重量が10g/m2となるように塗布し、80℃で5分間乾燥させた。
表面処理PETフィルム(東洋紡社製のシャインビームQ3215(商品名))の表面処理された面をPETシートの接着剤塗布面に被せた。その後、熱ロールプレス機を用いて圧締圧0.9MPa、速度5m/minで両フィルムをプレスして、積層シートを得た。
1.養生後強度の測定
積層シートを50℃下で120時間養生した。養生後、積層シートを15mm幅に切り出し、引張強度試験機(オリエンテック社製のテンシロンRTM−250(商品名))を用いて剥離試験を行い、接着強度を測定した。
剥離試験は、室温環境下(23℃)で24時間以上維持した後、引張速度100mm/min、剥離方向180°の条件で行った。評価基準は以下のとおりである。
○:10N/15mm以上
△:8N/15mm以上、10N/15mm未満
×:8N/15mm未満
上述の方法と同様の方法で作製した積層シートを50℃下で120時間養生した。養生後、積層シートを15mm幅に切り出し、恒温槽付きオートグラフ(島津製作所社製のオートグラフ AGS−X/TCR1A(商品名))で剥離試験を行い、接着強度を測定した。
剥離試験は、5℃で約2時間維持した後、引張速度100mm/min、剥離方向180°の条件で行った。評価基準は以下のとおりである。
○:6N/15mm以上
△:3N/15mm以上、6N/15mm未満
×:3N/15mm未満
加圧蒸気を用いた促進評価法により耐加水分解性を評価した。
上述の方法と同様の方法で作製した積層シートを50℃で120時間養生した。養生後、積層シートを15mm幅に切り出し、ハイプレッシャークッカー(ヤマト科学社製 オートクレーブSP300(商品名))内の121℃、0.1MPa加圧環境下に、48時間放置した。その後、積層シートをハイプレッシャークッカーから取り出し、室温環境下にて一日養生した。養生後、15mm幅に切り出し、8cm長さに切断した試験片を用いて手剥離試験を行った。
手剥離試験とは、機械を用いず、同一の測定者が手で試験片の基材と被着体(又は2枚の被着体、この試験片では、具体的にはPETシートとPETフィルム)を剥離し、その剥離状態で接着剤を評価する試験である。接着剤の接着性が良好に保たれている場合、被着体を剥離する際、被着体又は基材が破壊される(即ち、材料破壊を生じる)。接着剤の接着性が低下している場合、被着体又は基材の材料破壊が起こらずに、接着剤自身の破壊が生じる、又は接着剤と被着体又は基材の間で剥離が生じる。測定者が被着体の剥離長さと材料破壊の状態を目視し、積層シート用接着剤の耐加水分解性を評価した。評価基準は以下のとおりである。
◎:被着体の剥離が0.5cm未満で材料破壊が発生
○:被着体の剥離が0.5cm以上、1.5cm未満で材料破壊が発生
△:被着体の剥離が1.5cm以上、3cm未満で材料破壊が発生
×:被着体の剥離が3cm以上でも材料破壊なし
10 バックシート
11 フィルム
11a 蒸着薄膜
12 フィルム
13 接着剤層
20 封止材(EVA)
30 太陽電池セル
40 ガラス板
50 スペーサ
Claims (7)
- アクリルポリオールとイソシアネート化合物とを混合することで得られるウレタン樹脂を含み、ジエン重合体に由来する化学構造を有しており、
該ジエン重合体はガラス転移温度が−40℃以下である、積層シート用接着剤。 - ジエン重合体は、末端に水酸基を有するポリジエンポリオールを含む請求項1に記載の積層シート用接着剤。
- ジエン重合体は、(i)ビニル基を含み、更に(ii)ビニレン基及び(iii)ビニリデン基から選択される少なくとも1種を含み、
(i)〜(iii)の合計を基準として、(i)ビニル基が75モル%以下である、請求項1または2に記載の積層シート用接着剤。 - アクリルポリオールは重合性単量体が重合することで得られ、
重合性単量体は、水酸基を有する単量体およびその他の単量体を有し、
水酸基を有する単量体はヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを含み、
その他の単量体はアクリロニトリル及び(メタ)アクリル酸エステルを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の積層シート用接着剤。 - イソシアネート化合物が脂肪族イソシアネートおよび脂環式イソシアネートから選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の積層シート用接着剤。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の積層シート用接着剤を用いて得られる、太陽電池バックシート。
- 請求項6に記載の太陽電池バックシートを用いて得られる、太陽電池モジュール。
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