JP5254858B2 - ホットメルト組成物、シール材、及び太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、ホットメルト組成物、シール材、及び太陽電池に関する。

太陽電池は光エネルギーを電力に変換する発電装置であり、燃料等を必要とせず持続的に発電できる、可動部がなくメンテナンス性に優れる、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しない、屋根や壁に設置可能で場所を取らない等の特長を有する。太陽電池は、その特長を利用し、宇宙空間、山岳地、離島のように他の発電、給電方法が困難な場所に設置されている。また、太陽電池は、クリーンな発電装置として、事業所や家庭にも設置されている。

太陽電池は、セルと呼ばれる太陽電池素子を金属フレームとガラスとで保護し、パネル化して製造されている。金属フレームとガラスとのシールには様々な樹脂が用いられているが、その樹脂の一つとして、ホットメルト樹脂が知られている（特許文献１参照）。ホットメルト樹脂は、金属及びガラスへの密着性や、荷重がかかった際の応力緩和性能において、他の樹脂に比較して優れている。

特開２００６−２９０９４３号公報

しかしながら、従来のホットメルト組成物は、短時間に大きな荷重がかかった場合には凝集破壊が生じてしまい、連続的に荷重がかかった場合には、界面剥離が発生するなど、密着性が十分ではなかった。

また、太陽電池では、太陽電池セルの充填材としてＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）シートが使用されているが、従来のホットメルト組成物は、ＥＶＡシートを汚染（黄変）してしまうことがあった。ＥＶＡシートが汚染されると、太陽電池の外観が損なわれ、また、太陽電池の発電効率が低下してしまう。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、金属やガラス等に対する密着性に優れ、ＥＶＡシート等の汚染が起こりにくいホットメルト組成物、シール材、及び太陽電池を提供することを目的とする。

本発明のホットメルト組成物は、
（ａ）ブチルゴムと、（ｂ）水添テルペンフェノールとを含有することを特徴とする。

本発明のホットメルト組成物は、金属やガラス等に対する密着性に優れている。そのため、本発明のホットメルト組成物を、例えば、金属やガラス等から成る部材間の隙間をシールするシール材として使用すれば、部材を引き離す方向の荷重がかかった場合でも破損しにくいシール構造を形成できる。

また、シールする部材の一方が金属から成り、他方がガラスから成る場合のように、部材間で熱膨張係数が異なる場合でも、本発明のホットメルト組成物をシール材として用いれば、熱膨張係数の違いに起因する歪みを緩和することができ、シール構造が破損しにくい。

さらに、本発明のホットメルト組成物は、従来のホットメルト組成物と比べ、ＥＶＡシートと接触しても、それを黄変（汚染）させにくい。例えば、ＥＶＡシートを太陽電池セルの充填材料としている太陽電池において、本発明のホットメルト組成物をシール材として用いれば、ＥＶＡシートの黄変（汚染）を低減することができ、その結果として、太陽電池の外観が損なわれてしまうことを防止できる。また、本発明のホットメルト組成物をシール材として用いれば、ＥＶＡシートの黄変に起因する太陽電池の発電効率の低下を防止することができる。

太陽電池としては、例えば、図１に示す構造を有するものがある。太陽電池１０は、ガラス１、セル２を内包するＥＶＡシート３、及びバックシート４を積層した構造を有しており、バックシート４の下側には端子ボックス７が取り付けられている。すなわち、太陽電池１０では、ＥＶＡシート３がセル２の充填材料として用いられている。

また、太陽電池１０は、ガラス１、ＥＶＡシート３、及びバックシート４を外側から保持するアルミ枠６を備えており、ガラス１、ＥＶＡシート３、及びバックシート４と、アルミ枠６との間は、本発明のホットメルト組成物からなるシール材５によりシールされている。図１に示すように、シール材５は、ＥＶＡシート３と接触しているが、ＥＶＡシート３を黄変（汚染）させにくい。

本発明のホットメルト組成物は、その他、カーテンウォール、自動車のランプ、建築物のガラス開口部材のシールなど、従来のホットメルト組成物が用いられてきた各種用途に広く適用できる。

前記ブチルゴムは、ホットメルト組成物にシール性、耐候性、耐水性、耐熱性、衝撃吸収性等を付与することを目的に配合される。ブチルゴムとしては、ムーニー粘度が２０〜９０であって、不飽和度０．５〜５．０程度のものが好ましい。

前記（ｂ）成分（水添テルペンフェノール）は、ホットメルト組成物の密着性を向上させる。本発明のホットメルト組成物は、（ｂ）成分を配合することにより、密着性が高いことに加えて、ＥＶＡ等の基材を汚染することがないという効果を奏する。（ｂ）成分の配合量は、ホットメルト組成物全体に対して、合計１０〜４５重量％の範囲が好ましい。

水添テルペンフェノールの市販品として、ＹＳポリスターＴＨ１３０、ＹＳポリスターＵＨ１１５（全てヤスハラケミカル株式会社製、商品名）等が挙げられる。

本発明のホットメルト組成物は、さらに、スチレン系ブロック共重合体を配合することができる。スチレン系ブロック共重合体は、ホットメルト組成物に、弾性、凝集力、基材への密着性等を確保するために配合される。弾性、凝集力を確保するためには、平均分子量が３００００〜５０００００のものが適している。スチレン系ブロック共重合体としては、例えば、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、α−メチルスチレン−ブタジエン−α−メチルスチレンブロック共重合体、α−メチルスチレン−イソプレン−α−メチルスチレンブロック共重合体等や、これらの水素添加変性物、例えば、スチレン−エチレン−（エチレン−プロピレン）−スチレンブロック共重合体（ＳＥＥＰＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）等が挙げられる。

スチレン系ブロック共重合体を配合する場合、シール性、耐候性、耐水性、耐熱性、衝撃吸収性等と、弾性、凝集力とを両立させるため、ブチルゴムとスチレン系ブロック共重合体の配合量は、それぞれ、ホットメルト組成物全体に対して２０〜３５重量％、３〜１５重量％の範囲で選択することが好ましい。

本発明のホットメルト組成物は、溶融時の流動性や粘着性を制御するため、さらに、ワックスや液状樹脂を添加することが好ましい。ワックスの具体例としてパラフィンワックスが挙げられ、液状樹脂の具体例として液状ポリブタジエンや液状ポリブテン等が挙げられる。

本発明のホットメルト組成物には、上述した各成分の他に、タルク、クレー、シリカ、炭酸カルシウム、酸化チタン、中空フィラー等の充填材を配合できる。特に中空フィラーは、充填性の向上、軽量化、流動性の調整等の機能を有するとともに、沈降しにくいという特徴がある。充填剤の具体例として、平均粒子径が１００μｍ以下、見かけ比重が１．０以下のガラスマイクロバルーン、パーライト、シリカバルーン、アルミナバルーン、カーボンバルーン、アルミノシリケートバルーン等が挙げられるが、これらの中では、シリカバルーンが入手性、コスト面などの点で好ましい。

また、耐熱老化性が必要な場合には、酸化防止剤を添加することができる。酸化防止剤としては、銅系酸化防止剤、銅塩系酸化防止剤、ハロゲン化銅系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、ヒンダートアミン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ラクトン系酸化防止剤、芳香族アミン、キレート化剤等の金属不活性化剤が挙げられる。

フェノール系酸化防止剤としては、例えば、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール誘導体、２−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール誘導体、オクタデシル−３−（３，５−ジブチル−４−ビトロキシフェニル）プロピオネート、４，４−ブチリデン−ビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、ペンタエリスリチル・テトラキス｛３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート｝、２−｛１−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ペンチルフェニル）−エチル｝−４，６−ジ−ｔ−ペンチルフェニルアクリレート等が挙げられる。

リン系酸化防止剤としては、例えば、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフェイト、サイクリックネオペンタンテトラビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニルホスフェイト、ドステアリルペンタンエリスリトールジホスフェイト、リン酸２水素ナトリウム、リン酸１水素２ナトリウム等が挙げられる。

ヒンダートアミン系酸化防止剤としては、例えば、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）セバケート、１，２，３，４−テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルオキシカルボニル）ブタン、コハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシルエチル−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合体、１−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−１，１−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジルオキシカルボニル）ペンタン、Ｎ，Ｎ−ビス（３−アミノプロピル）エチレンジアミン、４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、ビス（オクチロン−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート等が挙げられる。

本発明のホットメルト組成物は、ＥＶＡシートの黄変を促進しやすい物質（例えば、フェノール変性テルペン等）を実質的に含まないことが好ましい。ここでいう「実質的に含まない」とは、ＥＶＡシートの黄変を生じさせない程度の極く微量を含む場合も包含される。

本発明のホットメルト組成物は、上記各配合成分をバンバリーミキサー、加熱ニーダー、１軸エクストルーダー、２軸エクストルーダーなどで混練りすることにより製造することができる。

太陽電池１０の構成を表す断面図である。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

１．ホットメルト組成物の製造
表１及び表２に記載された配合比で、「配合」の欄に記載された各成分を、シグマブレイド型ニーダーで加熱混合して、実施例１―１〜１−１３及び比較例Ｒ１のホットメルト組成物を得た。

表１及び表２において、ブチル０６５（日本ブチル株式会社製、商品名）は、ブチルゴムである。セプトン２０６３（株式会社クラレ製、商品名）は、スチレン系ブロック共重合体（ＳＥＰＳ）である。ＹＳレジンＴｏ１１５（ヤスハラケミカル株式会社製、商品名）は、スチレン変性テルペンである。クリアロンＰ−１１５（ヤスハラケミカル株式会社製、商品名）、クリアロンＭ−１１５（ヤスハラケミカル株式会社製、商品名）、クリアロンＫ−１１０（ヤスハラケミカル株式会社製、商品名）は、それぞれ、水添テルペンである。ＨＶ−３００（新日本石油化学株式会社製、商品名）は、液状ポリブテンである。ビスコール５５０−Ｐ（三洋化成工業株式会社製、商品名）は、パラフィンワックスである。１，３−ビス（アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン（ＡＰＤＳ）は、シランカップリング剤である。スミライザーＧＡ−８０（住友化学株式会社製、商品名）は、フェノール系酸化防止剤である。イルガフォス１６８（チバガイギー社製、商品名）は、リン系酸化防止剤である。エスコレッツＥＣＲ−２３５Ｅ（トーネックス株式会社製、商品名）は、石油樹脂（脂環式粘着付与樹脂）である。

２．ホットメルト組成物が奏する効果
（１）実施例１―１〜１−１３のホットメルト組成物は、アルミやガラスに対する密着性に優れている。このことは、以下の実験で裏付けられる。

アルミフレームに形成された溝部（溝幅５ｍｍ、溝深さ７ｍｍ、長手方向における溝の長さ５０ｍｍ）に、実施例１―１〜１−１３及び比較例Ｒ１のホットメルト組成物を、溝部が埋まるように塗布し、２３℃、５０％ＲＨ雰囲気下で１日間放置した。

次に、上記のアルミフレームを１００℃の恒温器中に１０分間静置した後、恒温器から取り出し、直ちに、厚さ３ｍｍ、横幅２５ｍｍ、高さ５０ｍｍのガラス板をアルミフレームの溝部（ホットメルト組成物が充填されている）に深さ３ｍｍまで挿入した。アルミフレーム及びガラス板を冷却し、２３℃、５０％ＲＨ雰囲気下で３日間養生して、試験体を作製した。引張り速度２０ｍｍ／ｍｉｎで試験体のガラス板を溝部から引き抜いて、ホットメルト樹脂から成るシール材を強制破壊し、その破壊状態を観察した。

以下の基準で、ホットメルト組成物の密着性を評価した。
○：全面凝集破壊
△：凝集破壊と界面はく離とが混在
×：全面界面はく離
評価結果を上記表１及び表２に示す。

表１及び表２に示すように、実施例１―１〜１−１３のホットメルト組成物の評価結果は○又は△であり、密着性に優れていた。それに対し、比較例Ｒ１のホットメルト組成物の評価結果は×であり、密着性に劣っていた。
（２）ＥＶＡ汚染性
実施例１―１〜１−１３のホットメルト組成物は、ＥＶＡシートと接触しても、それを黄変（汚染）させにくい。このことは、以下の実験で裏付けられる。

ガラスに接着されたＥＶＡシート上に、実施例１―１〜１−１３及び比較例Ｒ１のホットメルト組成物を接着した。ホットメルト組成物の大きさは、直径３ｍｍ、厚さ２ｍｍとした。この状態にて８５℃、８５％ＲＨ雰囲気下で１０００時間放置し、ＥＶＡシートの黄変の有無を、以下の基準で評価した。

○：顕著な黄変がない
×：顕著な黄変がある
その結果を上記表１及び表２に示す。

表１及び表２に示すように、実施例１―１〜１−１３のホットメルト組成物の評価結果は○であり、ＥＶＡを汚染することはなかった。

１．ホットメルト組成物の製造
表３に記載された配合比で、「配合」の欄に記載された各成分を、シグマブレイド型ニーダーで加熱混合して、実施例２―１〜２−６及び比較例Ｒ２〜Ｒ４のホットメルト組成物を得た。

なお、表３おいて、ＹＳポリスターＵ−１１５（ヤスハラケミカル株式会社製、商品名）は、未水添テルペン樹脂（フェノール変性テルペン）である。ＹＳポリスター２１１５（ヤスハラケミカル株式会社製、商品名）は、ビスフェノール変性テルペンである。

２．ホットメルト組成物が奏する効果
（１）実施例２―１〜２−６のホットメルト組成物は、アルミやガラスに対する密着性に優れている。このことは、以下の実験で裏付けられる。

前記実施例１と同様に、実施例２―１〜２−６及び比較例Ｒ２〜Ｒ４のホットメルト組成物の密着性を試験した。
評価結果を上記表３に示す。

表３に示すように、実施例２―１〜２−６のホットメルト組成物の評価結果は○又は△であり、密着性に優れていた。それに対し、（ｂ）成分の代わりに石油樹脂を配合した比較例Ｒ４のホットメルト組成物の評価結果は×であり、密着性に劣っていた。
（２）ＥＶＡ汚染性
実施例２―１〜２−６のホットメルト組成物は、ＥＶＡシートと接触しても、それを黄変（汚染）させにくい。このことは、以下の実験で裏付けられる。

前記実施例１と同様に、実施例２―１〜２−６及び比較例Ｒ２〜Ｒ４のホットメルト組成物のＥＶＡ汚染性を評価した。その結果を上記表３に示す。
表３に示すように、実施例２―１〜２−６のホットメルト組成物の評価結果は○であり、ＥＶＡを汚染することはなかった。それに対し、（ｂ）成分の代わりにフェノール変性テルペンやビスフェノール変成テルペンを配合した比較例Ｒ２〜Ｒ３のホットメルト組成物の評価結果は×であり、ＥＶＡを汚染してしまった。

１．ホットメルト組成物の製造
表４に記載された配合比で、「配合」の欄に記載された各成分を、シグマブレイド型ニーダーで加熱混合して、実施例３―１〜３−７及び比較例Ｒ５〜Ｒ７のホットメルト組成物を得た。

２．ホットメルト組成物が奏する効果
（１）実施例３―１〜３−７のホットメルト組成物は、アルミやガラスに対する密着性に優れている。このことは、以下の実験で裏付けられる。

前記実施例１と同様に、実施例３―１〜３−７及び比較例Ｒ５〜Ｒ７のホットメルト組成物の密着性を試験した。
評価結果を上記表４に示す。

表４に示すように、実施例３―１〜３−７のホットメルト組成物の評価結果は○又は△であり、密着性に優れていた。それに対し、（ｂ）成分の代わりに石油樹脂を配合した比較例Ｒ７のホットメルト組成物の評価結果は×であり、密着性に劣っていた。
（２）ＥＶＡ汚染性
実施例３―１〜３−７のホットメルト組成物は、ＥＶＡシートと接触しても、それを黄変（汚染）させにくい。このことは、以下の実験で裏付けられる。

前記実施例１と同様に、実施例３―１〜３−７及び比較例Ｒ５〜Ｒ７のホットメルト組成物のＥＶＡ汚染性を評価した。その結果を上記表４に示す。
表４に示すように、実施例３―１〜３−７のホットメルト組成物の評価結果は○であり、ＥＶＡを汚染することはなかった。それに対し、（ｂ）成分の代わりにフェノール変性テルペンやビスフェノール変成テルペンを配合した比較例Ｒ５〜６のホットメルト組成物の評価結果は×であり、ＥＶＡを汚染してしまった。

１・・・ガラス、２・・・セル、３・・・ＥＶＡシート、４・・・バックシート、
５・・・シール材、６・・・アルミ枠、７・・・端子ボックス、１０・・・太陽電池

Claims (5)

1. （ａ）ブチルゴムと、（ｂ）水添テルペンフェノールとを含有することを特徴とするホットメルト組成物。
2. 請求項１記載のホットメルト組成物から成るシール材。
3. 太陽電池のシールを用途とすることを特徴とする請求項２記載のシール材。
4. シール材として請求項１に記載のホットメルト組成物を用いていることを特徴とする太陽電池。
5. ＥＶＡシートを太陽電池セルの充填材料として用いていることを特徴とする請求項４記載の太陽電池。

Images