JP5512759B2 - 2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
樹脂フィルムの代表的なものとして挙げられるポリエステルフィルムは、近年、電気絶縁用途や光学用途などの種々の用途に適用されている。電気絶縁用途としては、特に太陽電池の裏面保護用シート(いわゆるバックシート)等の太陽電池用途への応用が注目されている。
<1> 熱可塑性樹脂をシート状に溶融押出を行ない、キャスティングドラム上で冷却して熱可塑性樹脂シートを製膜するシート製膜工程と、製膜された熱可塑性樹脂シートを長手方向に縦延伸する縦延伸工程と、縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを把持部材で把持して長手方向に直交する幅方向に横延伸する横延伸工程と、を含むと共に、
横延伸工程は、縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを延伸可能な温度に予熱する予熱工程と、予熱された熱可塑性樹脂シートを長手方向と直交する幅方向に緊張を与えて横延伸する延伸工程と、縦延伸及び横延伸により得られた熱可塑性樹脂フィルムを加熱し、結晶化させて熱固定する熱固定工程と、熱固定された熱可塑性樹脂フィルムの緊張を緩和し、残留歪みを除去する熱緩和工程と、熱緩和後の熱可塑性樹脂フィルムを冷却する冷却工程とを含み、
熱固定工程及び熱緩和工程の少なくとも一方は、隣り合う把持部材の把持間隔を狭めながら熱可塑性樹脂フィルムを、その長手方向に下記式(1)で表される収縮率が3%以上8%以下となり、前記熱固定工程及び前記熱緩和工程での合計の前記収縮率が5%以上8%以下となる範囲で収縮処理し、
熱固定工程及び熱緩和工程での合計の収縮処理時間は10秒以上60秒以下であり、
延伸工程での横延伸の終了時点から、収縮率を満たすように収縮処理を行なう区間でフィルム膜面温度が最高到達温度に達するまでのフィルム膜面温度の平均上昇速度が、0.6℃/秒以上4.5℃/秒以下の範囲であり、
把持部材の長さBと、隣接する把持部材の間隔を狭める前の把持間隔Aとが、下記式(2)で表される関係式を満たす、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法である。
[{ (A+B)−(C+B)}/(A+B)]×100 ・・・式(1)
0.06≦ A/(A+B) ≦0.15 ・・・式(2)
<3> 熱固定工程又は熱緩和工程の少なくとも一方は、フィルム膜面における最高到達温度(以下、最高到達膜面温度ともいう。)を160℃以上210℃以下の範囲に制御する<1>又は<2>に記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法である。
<4> 熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレートを含み、熱可塑性樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレートを含むポリエステルフィルムである<1>〜<3>のいずれか1つに記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法である。
<5> 横延伸工程後の熱可塑性樹脂フィルムの厚みが180μm以上400μm以下である<1>〜<4>のいずれか1つに記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法である。
本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法は、熱可塑性樹脂をシート状に溶融押出を行ない、キャスティングドラム上で冷却して熱可塑性樹脂シートを製膜するシート製膜工程と、製膜された熱可塑性樹脂シートを長手方向(MD;Machine Direction)に縦延伸する縦延伸工程と、縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを把持部材(例えば延伸クリップ)で把持して長手方向に直交する幅方向(TD;Transverse Direction)に横延伸する横延伸工程とを少なくとも設けて構成されると共に、横延伸工程は、縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを延伸可能な温度に予熱する予熱工程と、予熱された熱可塑性樹脂シートを長手方向と直交する幅方向に緊張を与えて横延伸する延伸工程と、縦延伸及び横延伸により得られた熱可塑性樹脂フィルムを加熱し、結晶化させて熱固定する熱固定工程と、熱固定された熱可塑性樹脂フィルムの緊張を緩和し、残留歪みを除去する熱緩和工程と、熱緩和後の熱可塑性樹脂フィルムを冷却する冷却工程とを設けて構成されたものである。このうち、
熱固定工程及び熱緩和工程の少なくとも一方において、隣り合う把持部材の把持間隔を狭めながら熱可塑性樹脂フィルムを、その長手方向に下記式(1)で表される収縮率が3%以上8%以下となり、熱固定工程及び熱緩和工程での合計の収縮率が5%以上8%以下となる範囲で収縮処理が施され、
[{ (A+B)−(C+B)}/(A+B)]×100 ・・・式(1)
熱固定工程及び熱緩和工程での合計の収縮処理時間を、10秒以上60秒以下とすると共に、延伸工程での横延伸の終了時点から、収縮率を満たすように収縮処理を行なう区間における最高到達温度に達するまでのフィルム膜面温度の平均上昇速度を、0.6℃/秒以上4.5℃/秒以下の範囲とし、把持部材の長さBと、隣接する把持部材の間隔を狭める前の把持間隔Aとが、下記式(2)で表される関係式を満たして構成する。
したがって、熱可塑性樹脂フィルムの耐加水分解性と寸法安定性とを両立するには、例えば、フィルムに緊張を与え、ポリマー分子の分子鎖間の距離は縮めないようにすることが考えられる。
≪式(1)≫
[{ (A+B)−(C+B)}/(A+B)]×100
A:隣接する把持部材間の間隔を狭める前の把持間隔(mm)
B:把持部材のフィルム長手方向における長さ(mm)
C:隣接する把持部材間を狭めた後の把持間隔(mm)
このとき、熱緩和で緊張が解かれることで耐加水分解性は悪化傾向になるが、その際のフィルム収縮率を3%以上8%以下として収縮処理する際の処理時間と、延伸工程での横延伸終了時点から収縮処理時に最高到達温度に達するまでのフィルム膜面温度の平均上昇速度とを所定の範囲に調節することで、樹脂フィルムの寸法安定性を高く維持しつつ、耐加水分解性に優れたものとすることができる。
本発明における横延伸工程は、後述する縦延伸工程での縦延伸後の熱可塑性樹脂フィルムを長手方向に直交する幅方向に横延伸する。本工程では、この横延伸を、縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを延伸可能な温度に予熱する予熱工程と、予熱された熱可塑性樹脂シートを長手方向と直交する幅方向に緊張を与えて横延伸する延伸工程と、縦延伸及び横延伸により得られた熱可塑性樹脂フィルムを加熱し、結晶化させて熱固定する熱固定工程と、熱固定された熱可塑性樹脂フィルムの緊張を緩和し、残留歪みを除去する熱緩和工程と、熱緩和後の熱可塑性樹脂フィルムを冷却する冷却工程と、を設けて行なう。
本発明における横延伸工程では、上記構成で熱可塑性樹脂フィルムが横延伸される態様であれば、その具体的な手段は制限されない。本工程は、上記構成をなす各工程の処理が可能な各区間(具体的には、予熱する予熱ゾーン、横延伸する延伸ゾーン、熱固定する熱固定ゾーン、緊張を緩和する熱緩和ゾーン、及び冷却する冷却ゾーン)を備えた横延伸装置を用いて好適に行なうことができる。
図1に示すように、横延伸装置100は、横延伸テンターであり、1対の環状レール60a及び60bと、各環状レールに取り付けられ、レールに沿って移動可能な把持部材として延伸クリップ2a〜2pとを備えている。環状レール60a及び60bは、ポリエステルフィルム200を挟んで互いに対称配置されており、延伸クリップ2a〜2pでポリエステルフィルム200を握持し、レールに沿って移動させることによりフィルム幅方向に延伸可能なようになっている。
延伸クリップ2a〜2pは、各々独立に、リニアモーター等により移動速度を変化させることができる。延伸クリップの移動速度を変化させることにより、後述するように、横延伸するのみならず、MD方向における緩和が施される。
以下では、延伸クリップ2a〜2pを総じて「延伸クリップ2」と称することがある。
予熱工程では、後述する縦延伸工程で縦延伸した後の熱可塑性樹脂フィルムを延伸可能な温度に予熱する。例えば、図1に示すように、予熱部10においてポリエステルフィルム200を予熱する。予熱部10では、熱可塑性樹脂フィルムを横延伸する前に予め加熱し、熱可塑性樹脂フィルムの横延伸を容易に行なえるようにする。
延伸工程では、予熱工程で予熱された熱可塑性樹脂フィルムを長手方向(MD方向)と直交する幅方向(TD方向)に緊張を与えて横延伸する。例えば、図1に示すように、延伸部20では、予熱されたポリエステルフィルム200を、少なくともポリエステルフィルム200の長手方向と直交するTD方向に横延伸して熱可塑性樹脂フィルムに緊張を与える。
また、熱可塑性樹脂フィルムの面積延伸倍率(各延伸倍率の積)は、延伸前の熱可塑性樹脂フィルムの面積の6倍〜18倍が好ましく、8倍〜17.5倍であることがより好ましく、10倍〜17倍であることがさらに好ましい。
また、熱可塑性樹脂フィルムの横延伸時の膜面温度(以下、「横延伸温度」ともいう。)は、熱可塑性樹脂フィルムのガラス転移温度をTgとするとき、Tg−10℃以上Tg+100℃であることが好ましく、より好ましくはTg℃以上Tg+90℃以下、さらに好ましくはTg+10以上Tg+80℃である。
熱固定工程では、既に縦延伸及び横延伸が施された後の熱可塑性樹脂フィルムを加熱し、結晶化させて熱固定する。例えば、図1に示すように、熱固定部30において、緊張が与えられたポリエステルフィルム200に対して、加熱を行なう。
なお、熱固定とは、延伸部20において熱可塑性樹脂フィルムに緊張を与えたまま、特定の温度で加熱し、結晶化させることをいう。
MD収縮は、収縮率が所定範囲を満たして寸法安定性及び耐加水分解性を満足すれば、熱固定工程又は後述の熱緩和工程のいずれで行なってもよく、例えば熱固定工程でMD収縮を施す場合には、後述の熱緩和工程では必ずしもMD収縮を施す必要はない。また、熱固定工程ではMD収縮を施さず、熱緩和工程でのみMD収縮が施されるようにしてもよい。熱固定工程と熱緩和工程の両方において、MD収縮を行なうようにしてもよい。
[{ (A+B)−(C+B)}/(A+B)]×100 ・・・式(1)
式(1)で表される収縮率は、熱固定工程及び後述の熱緩和工程の両方の収縮率の合計として3%以上8%以下とすればよい。
収縮率としては、上記同様の理由から、好ましくは4%以上6%以下である。
0.06≦ A/(A+B) ≦0.15 ・・・式(2)
上記の中でも、間隙の割合〔A/(A+B)〕は、上記同様の理由から、0.07以上0.13以下が好ましい。
把持部材の長さBとしては、上記同様の理由から、110mm以上125mm以下の範囲が好ましい。
収縮処理時間は、上記同様の理由から、10秒以上40秒以下が好ましく、より好ましくは15秒以上30秒以下である。
横延伸の終了時点とは、フィルムが延伸ゾーンの出口に到達して横延伸を終了した時点であり、例えば図1に示す装置では延伸部20から熱固定部30に入る位置をさす。
平均上昇速度としては、1.0℃/秒以上4.2℃/秒以下が好ましく、より好ましくは、1.3℃/秒以上4.0℃/秒以下である。
熱緩和工程は、熱固定工程で熱固定された熱可塑性樹脂フィルムの緊張を緩和(熱緩和)し、フィルムの残留歪みを除去する。これにより、フィルムの寸法安定性が向上する。また、熱緩和工程では、熱固定工程において熱可塑性樹脂フィルムの長手方向(MD)に収縮処理(MD収縮)が施されない場合、MD収縮が施される。MD収縮を施すことで、既述のように、フィルムの寸法安定性及び耐加水分解性がともに向上する。
具体的には、熱緩和工程において、把持部材の長さBと把持間隔Aとは、式(2)で表される関係を満たすことが好ましく、中でも、A/(A+B)の比が0.07以上0.13以下であることが好ましい。
また、把持部材の長さBは、100mm以上140mm以下が好ましく、更には110mm以上125mm以下がより好ましい。
収縮処理(MD収縮)は、既述の熱固定工程及び熱緩和工程での合計の収縮処理時間が10秒以上60秒以下となるように行なわれ、好ましくは10秒以上40秒以下であり、より好ましくは15秒以上30秒以下である。
平均上昇速度は、0.6℃/秒以上4.5℃/秒以下とする。好ましい平均昇温速度は、1.0℃/秒以上4.2℃/秒以下であり、より好ましくは1.3℃/秒以上4.0℃/秒以下である。
冷却工程では、熱緩和工程で熱緩和した後の熱可塑性樹脂フィルムを冷却する。
例えば図1に示す態様では、冷却部50において、熱緩和部40を経た熱可塑性樹脂フィルムが冷却される。熱固定部30や熱緩和部40で加熱された熱可塑性樹脂フィルムを冷却することにより、熱可塑性樹脂フィルムの形状が固定化される。
ここで、冷却部出口とは、ポリエステル200が冷却部50から離れるときの、冷却部50の端部をいい、熱可塑性樹脂フィルムを把持する把持部材2(図1では、把持部材2j及び2l)が、熱可塑性樹脂フィルムを離すときの位置をいう。
冷却工程で冷却された熱可塑性樹脂フィルムは、TD方向両端の把持部材で把持された把持部分をカットし、ロール状に巻き取られる。
予熱部20において熱可塑性樹脂フィルムの幅方向(TD)の両端部を、片端部につき、少なくとも2つの把持部材を用いて把持する。例えば、熱可塑性樹脂フィルムの幅方向(TD)の片端部の一方を把持部材2a及び2bで把持し、他方を把持部材2c及び2dで把持する。次いで、把持部材2a〜2dを移動させることにより、予熱部20から冷却部50まで熱可塑性樹脂フィルムを搬送する。
〔シート製膜工程〕
シート製膜工程では、熱可塑性樹脂の原料(好ましくはポリエステル原料樹脂)をシート状に溶融押出を行ない、キャスティングドラム上で冷却して熱可塑性樹脂シート(好ましくはポリエステルシート)を製膜する。本発明においては、熱可塑性樹脂シートのうち、固有粘度(IV)が0.70dL/g以上0.80dL/g以下のポリエステルシートが好適に製膜される。
ポリエステルは、単独重合体でもよいし、共重合体でもよい。また、ポリエステルに他の種類の樹脂、例えばポリイミド等を少量ブレンドしたものであってもよい。
本発明における熱可塑性樹脂としては、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートが好ましい。
(ポリエステル原料樹脂)
ポリエステル原料樹脂は、ポリエステルフィルムの原料となり、ポリエステルを含んでいる材料であれば、特に制限されず、ポリエステルのほかに、無機粒子や有機粒子のスラリーを含んでいてもよい。また、ポリエステル原料樹脂は、触媒由来のチタン元素を含んでいてもよい。
ポリエステル原料樹脂に含まれるポリエステルの種類は特に制限されない。
ジカルボン酸成分と、ジオール成分とを用いて合成してもよいし、市販のポリエステルを用いてもよい。
(A)多価カルボン酸成分としては、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸、ダイマー酸、エイコサンジオン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸等の脂肪族ジカルボン酸類、アダマンタンジカルボン酸、ノルボルネンジカルボン酸、イソソルビド、シクロヘキサンジカルボン酸、デカリンジカルボン酸、などの脂環族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、フェニルインダンジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、フェナントレンジカルボン酸、9,9’−ビス(4−カルボキシフェニル)フルオレン酸等の芳香族ジカルボン酸などのジカルボン酸もしくはそのエステル誘導体が挙げられる。
また、(B)ジオール成分として、脂肪族ジオールの少なくとも1種が用いられる場合が好ましい。脂肪族ジオールとして、エチレングリコールを含むことができ、好ましくはエチレングリコールを「主成分」として含有する。なお、「主成分」とは、ジオール成分に占めるエチレングリコールの割合が80質量%以上であることをいう。
Ti系触媒の例としては、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートテトラマー、テトラ−t−ブチルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラベンジルチタネート等のチタンアルコキシド、チタンアルコキシドの加水分解により得られるチタン酸化物、チタンアルコキシドと珪素アルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドとの混合物の加水分解により得られるチタン−珪素もしくはジルコニウム複合酸化物、酢酸チタン、蓚酸チタン、蓚酸チタンカリウム、蓚酸チタンナトリウム、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸−水酸化アルミニウム混合物、塩化チタン、塩化チタン−塩化アルミニウム混合物、チタンアセチルアセトナート、有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体、等が挙げられる。
ポリエステル原料樹脂に含まれるチタン元素の量が1ppm以上であると、ポリエステルの重量平均分子量(Mw)が上がり、熱分解しにくい。そのため、押出機内で異物が軽減される。ポリエステル原料樹脂に含まれるチタン元素の量が50ppm以下であると、Ti系触媒が異物となり難く、ポリエステルシートの延伸の際に延伸ムラが軽減される。
触媒成分であるチタン化合物として、有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体の少なくとも1種が用いられることが好ましい。有機酸としては、例えば、クエン酸、乳酸、トリメリット酸、リンゴ酸等を挙げることができる。中でも、クエン酸又はクエン酸塩を配位子とする有機キレート錯体が好ましい。
また、一般に、末端カルボキシ基量が多いほど耐加水分解性が悪化することが知られており、上記の添加方法によって末端カルボキシ基量が少なくなることで、耐加水分解性の向上が期待される。
このようなチタン化合物の例としては、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートテトラマー、テトラ−t−ブチルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラベンジルチタネート等のチタンアルコキシド、チタンアルコキシドの加水分解により得られるチタン酸化物、チタンアルコキシドと珪素アルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドとの混合物の加水分解により得られるチタン−珪素もしくはジルコニウム複合酸化物、酢酸チタン、蓚酸チタン、蓚酸チタンカリウム、蓚酸チタンナトリウム、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸−水酸化アルミニウム混合物、塩化チタン、塩化チタン−塩化アルミニウム混合物、チタンアセチルアセトナート等が挙げられる。
これにより、重合時の着色及びその後の溶融製膜時における着色が少なくなり、従来のアンチモン(Sb)触媒系のポリエステルに比べて黄色味が軽減され、また、透明性の比較的高いゲルマニウム触媒系のポリエステルに比べて遜色のない色調、透明性を持ち、しかも耐熱性に優れたポリエステルを提供できる。また、コバルト化合物や色素などの色調調整材を用いずに高い透明性を有し、黄色味の少ないポリエステルが得られる。
5価のリン化合物として、置換基として芳香環を有しない5価のリン酸エステルの少なくとも一種が用いられる。例えば、炭素数2以下の低級アルキル基を置換基として有するリン酸エステル〔(OR)3−P=O;R=炭素数1又は2のアルキル基〕が挙げられ、具体的には、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが特に好ましい。
ポリエステルにマグネシウム化合物を含めることにより、ポリエステルの静電印加性が向上する。この場合に着色がおきやすいが、本発明においては、着色を抑え、優れた色調、耐熱性が得られる。
マグネシウム化合物としては、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムアルコキシド、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウム等のマグネシウム塩が挙げられる。中でも、エチレングリコールへの溶解性の観点から、酢酸マグネシウムが最も好ましい。
(i)Z=5×(P含有量[ppm]/P原子量)−2×(Mg含有量[ppm]/Mg原子量)−4×(Ti含有量[ppm]/Ti原子量)
(ii)0≦Z≦+5.0
これは、リン化合物はチタンとの作用のみならずマグネシウム化合物とも相互作用することから、3者のバランスを定量的に表現する指標となるものである。
式(i)は、反応可能な全リン量から、マグネシウムに作用するリン分を除き、チタンに作用可能なリンの量を表現したものである。値Zが正の場合は、チタンを阻害するリンが余剰な状況にあり、逆に負の場合はチタンを阻害するために必要なリンが不足する状況にあるといえる。反応においては、Ti、Mg、Pの各原子1個は等価ではないことから、式中の各々のモル数に価数を乗じて重み付けを施してある。
エステル化反応を一段階で行なう場合、エステル化反応温度は230〜260℃が好ましく、240〜250℃がより好ましい。
エステル化反応を多段階に分けて行なう場合、第一反応槽のエステル化反応の温度は230〜260℃が好ましく、より好ましくは240〜250℃であり、圧力は1.0〜5.0kg/cm2が好ましく、より好ましくは2.0〜3.0kg/cm2である。第二反応槽のエステル化反応の温度は230〜260℃が好ましく、より好ましくは245〜255℃であり、圧力は0.5〜5.0kg/cm2、より好ましくは1.0〜3.0kg/cm2である。さらに3段階以上に分けて実施する場合は、中間段階のエステル化反応の条件は、第一反応槽と最終反応槽の間の条件に設定するのが好ましい。
重縮合は、エステル化反応で生成されたエステル化反応生成物を重縮合反応させて重縮合物を生成する。重縮合反応は、1段階で行なってもよいし、多段階に分けて行なうようにしてもよい。
エステル化反応により重合した後に、さらに固相重合することにより、ポリエステルフィルムの含水率、結晶化度、ポリエステルの酸価、すなわち、ポリエステルの末端カルボキシ基の濃度(Acid Value;AV)、固有粘度(Interisic Viscosity;IV)を制御す
ることができる。
したがって、縦延伸及び横延伸に適用するポリエステルフィルムの原料であるポリエステルは、固有粘度が0.70dL/g以上0.80dL/g以下であることが好ましく、さらに触媒(Ti触媒)由来のチタン原子を含有することが好ましい。
固有粘度(IV)の求め方については、既述した通りである。
ポリエステルの固相重合は、連続法(タワーの中に樹脂を充満させ、これを加熱しながらゆっくり所定の時間滞流させた後、順次送り出す方法)でもよく、バッチ法(容器の中に樹脂を投入し、所定の時間加熱する方法)でもよい。
固相重合は、真空中あるいは窒素雰囲気下で行なうことが好ましい。
ポリエステルの固相重合温度は、150℃以上250℃以下、より好ましくは170℃以上240℃以下、さらに好ましくは180℃以上230℃以下であることが好ましい。温度が上記範囲内であると、ポリエステルの酸価(AV)がより低減する点で好ましい。
また、固相重合時間は、1時間以上100時間以下が好ましく、より好ましくは5時間以上100時間以下、さらに好ましくは10時間以上75時間以下、特に好ましくは15時間以上50時間以下である。固相重合時間が上記範囲内であると、ポリエステルの酸価(AV)と固有粘度(IV)とを好ましい範囲に容易に制御できる。
本発明におけるシート製膜工程では、上記のようにして得られるポリエステル原料樹脂を溶融押出し、さらに冷却してポリエステルシートを製膜する。
ポリエステル原料樹脂の溶融押出は、例えば、1本又は2本以上のスクリューを備えた押出機を用い、ポリエステル原料樹脂の融点以上の温度に加熱し、スクリューを回転させて行なう。ポリエステル原料樹脂は、加熱及びスクリューによる混練により、押出機内で溶融してメルトとなる。また、押出機内での熱分解(ポリエステルの加水分解)を抑制する観点から、押出機内を窒素置換して、ポリエステル原料樹脂の溶融押出しを行なうことが好ましい。
溶融されたポリエステル原料樹脂(メルト)は、ギアポンプ、濾過器等を通して、押出ダイから押出す。押出ダイは、単に「ダイ」とも称する〔JIS B8650:2006、a)押出成形機、番号134参照〕。
このとき、メルトは、単層で押出してもよいし、多層で押出してもよい。
キャスト処理により得られるシート状のポリエステル製膜体の厚みは、0.5mm〜5mmであることが好ましく、0.7mm〜4.7mmであることがより好ましくは、0.8mm〜4.6mmであることがさらに好ましい。
シート状のポリエステル製膜体の厚みを5mm以下とすることで、メルトの蓄熱による冷却遅延を回避し、また、0.5mm以上とすることで、押出しから冷却までの間に、ポリエステル中のOH基やCOOH基がポリエステル内部に拡散され、加水分解発生の要因となるOH基及びCOOH基がポリエステル表面に露出することを抑制する。
冷却手段は、上記の中でも、連続運転時のシート表面へのオリゴマー付着防止の観点から、冷風による冷却及びキャストドラムを用いた冷却の少なくとも一方が好ましい。さらには、押出機から押出されたメルトを冷風で冷却すると共に、メルトをキャストドラムに接触させて冷却することが特に好ましい。
本発明の縦延伸工程では、シート製膜工程で製膜された熱可塑性樹脂シート(好ましくはポリエステルシート)を長手方向に縦延伸する。
また、縦横の延伸倍率の積で表される面積延伸倍率は、延伸前の熱可塑性樹脂シートの面積の6倍〜18倍が好ましく、8倍〜17.5倍であることがより好ましく、10倍〜17倍であることがさらに好ましい。
熱可塑性樹脂シートの延伸時の縦温度(以下、「縦延伸温度」とも称する)は、熱可塑性樹脂シートのガラス転移温度をTgとするとき、Tg−20℃以上Tg+50℃であることが好ましく、より好ましくはTg−10℃以上Tg+40℃以下、さらに好ましくはTg以上Tg+30℃である。
なお、「熱可塑性樹脂シートの長手方向(搬送方向、MD)と直交する方向(TD)」とは、熱可塑性樹脂シートの長手方向(搬送方向、MD)と垂直(90°)をなす方向を意図するものであるが、機械的な誤差などから実質的に長手方向(すなわち搬送方向)に対する角度が90°とみなせる方向(例えば、MD方向に対し90°±5°の方向)が含まれる。
本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムは、既述の本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法により熱可塑性樹脂を2軸延伸して作製されるものである。
また、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムは、他の素材を貼合して重層構造を有する複数層フィルムであってもよい。複数層フィルムは、ダイスから異種材料を共押し出ししたもの、あるいは他フィルムと貼り合わせたもの、あるいは横延伸する前までに異素材をコーティングしたものなど特に限定されるものではない。
縦延伸及び横延伸に供するポリエステルフィルムの原料であるポリエステルは、固有粘度が0.70dL/g以上0.76dL/g以下であることが好ましい。また、このポリエステルは、さらに触媒(Ti触媒)由来のチタン原子を含有することが好ましい。
一般にポリエステルのような熱可塑性樹脂は、ガラスに比べて、熱膨張係数や吸湿膨張係数が大きいために温湿度変化で応力がかかりやすく、ひび割れや層の剥がれを招来しやすい傾向がある。熱収縮率を範囲内にすることで、ポリエステルフィルム等の熱可塑性樹脂フィルムに貼り付けられた機能性のシートの剥離を防ぎ、フィルム上に塗布形成した層のひび割れ等を防止することができる。本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムでは、既述の本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法によることで、熱収縮率が達成される。熱収縮率は、特に、横延伸工程における熱固定及び熱緩和の各工程における加熱処理条件(T熱固定及び/又はT熱緩和)を制御することで、2.0%以下に抑えられる。
上記の中でも、熱収縮率は、1.0%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましい。
AVは、ポリエステルの末端カルボン酸の量を示し、末端カルボン酸の存在は、ポリエステルの加水分解反応に対して触媒反応を示す。そのため、AVが20当量/トン以下であることで、耐久性(耐湿熱性)を向上させることができる。また、AVの下限が2当量/トン以上であると、隣接層との密着が良好である。
なお、「当量/トン」は、1トンあたりのモル当量を表す。
また、AVは、ポリエステルをベンジルアルコール/クロロホルム(=2/3;体積比)の混合溶液に完全溶解させ、指示薬としてフェノールレッドを用いて、これを基準液(0.025N KOH−メタノール混合溶液)で滴定し、その適定量から末端カルボン酸基の量(eq/トン)が算出される。
また、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムがポリエステルフィルムの場合、耐加水分解性の観点からは、横延伸工程後の厚みは180μm以上が好ましく、180μm以上400μm以下がより好ましく、180μm以上350μm以下が更に好ましく、200μm以上320μm以下が更に好ましく、200μm以上290μm以下が特に好ましい。厚みが180μm以上の比較的厚手に製膜されたときには、耐加水分解性が低下しやすいところ、本発明においては耐加水分解性に優れたものとなる。
本発明の太陽電池用バックシートは、既述の本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムを設けて構成されており、この2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムに更に、被着物に対して易接着性を有する易接着性層、紫外線吸収層、光反射性の白色層などの機能性層を設けて構成することができる。既述の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルム(特にポリエステルフィルム)を備えるので、長期使用時において安定した耐久性能を示す。
また、これらの塗設前に表面処理(火炎処理、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理等)を実施してもよい。さらに、粘着剤を用いて貼り合わせることも好ましい。
本発明の太陽電池用バックシートは、太陽電池モジュールを構成する場合に、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの、太陽電池素子が封止剤で封止された電池側基板の該封止材と向き合う側に、易接着性層を有していることが好ましい。封止剤(特にエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA))を含む被着物(例えば太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の封止剤の表面)に対して接着性を示す易接着性層を設けることにより、バックシートと封止材との間を強固に接着することができる。具体的には、易接着性層は、特に封止材として用いられるEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)との接着力が10N/cm以上、好ましくは20N/cm以上であることが好ましい。
さらに、易接着性層は、太陽電池モジュールの使用中にバックシートの剥離が起こらないことが必要であり、そのために易接着性層は高い耐湿熱性を有することが望ましい。
易接着性層は、バインダーの少なくとも1種を含有することができる。バインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。中でも、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。好ましいバインダーの例として、以下のものを挙げることができる。
ポリオレフィンの例として、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)が挙げられる。アクリル樹脂の例として、ジュリマーET−410、同SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)が挙げられる。また、アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例として、セラネートWSA1060、同WSA1070(ともにDIC(株)製)、及びH7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)が挙げられる。
バインダーの量は、0.05〜5g/m2の範囲が好ましく、0.08〜3g/m2の範囲が特に好ましい。バインダー量は、0.05g/m2以上であることでより良好な接着力が得られ、5g/m2以下であることでより良好な面状が得られる。
易接着性層は、微粒子の少なくとも1種を含有することができる。易接着性層は、微粒子を層全体の質量に対して5質量%以上含有することが好ましい。
微粒子としては、シリカ、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化錫等の無機微粒子が好適に挙げられる。特にこの中でも、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性の低下が小さい点で、酸化錫、シリカの微粒子が好ましい。
微粒子の粒径は、10〜700nm程度が好ましく、より好ましくは20〜300nm程度である。粒径が範囲の微粒子を用いることにより、良好な易接着性を得ることができる。微粒子の形状には特に制限はなく、球形、不定形、針状形等のものを用いることができる。
微粒子の易接着性層中における添加量としては、易接着性層中のバインダー当たり5〜400質量%が好ましく、より好ましくは50〜300質量%である。微粒子の添加量は、5質量%以上であると、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性に優れており、1000質量%以下であると、易接着性層の面状がより良好である。
易接着性層は、架橋剤の少なくとも1種を含有することができる。架橋剤の例としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。湿熱経時後の接着性を確保する観点から、これらの中でも特にオキサゾリン系架橋剤が好ましい。
オキサゾリン系架橋剤の具体例として、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2,2’−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2、2’−ヘキサメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス−(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス−(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィド等が挙げられる。さらに、これらの化合物の(共)重合体も好ましく利用することができる。また、オキサゾリン系架橋剤は、市販品として例えばエポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS500、同WS700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等が利用できる。
架橋剤の易接着性層中における好ましい添加量は、易接着性層のバインダー当たり5〜50質量%が好ましく、より好ましくは20〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であることで良好な架橋効果が得られ、反射層の強度低下や接着不良が起こりにくく、50質量%以下であることで塗布液のポットライフをより長く保てる。
本発明における易接着性層には、必要に応じて、更にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、シリカ等の公知のマット剤、アニオン系やノニオン系などの公知の界面活性剤などを添加してもよい。
易接着性層の形成は、易接着性を有するポリマーシートを2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムに貼合する方法や塗布による方法を適用できるが、簡便かつ均一性の高い薄膜での形成が可能な点で塗布による方法が好ましい。塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の方法を利用できる。塗布液に用いる溶媒は、水のほかトルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよい。
易接着性層は、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムとの間に着色層(特に反射層)が配置された場合の着色層の効果を損なわない点から、透明性であるのが好ましい。易接着性層の厚みは、通常は0.05〜8μm程度であり、好ましくは0.1〜5μmである。易接着性層の厚みは、0.05μm以上であると必要とする易接着性が得られやすく、8μm以下であると面状をより良好に維持することができる。
本発明の太陽電池用バックシートは、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの上に紫外線吸収剤を含む紫外線吸収層が設けられてもよい。紫外線吸収層は、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルム上の任意の位置に配置することができる。
紫外線吸収剤には、例えば、有機系紫外線吸収剤、無機系紫外線吸収剤、及びこれらの併用が挙げられ、有機系の紫外線吸収剤として、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、シアノアクリレート系等の紫外線吸収剤、及びヒンダードアミン系等の紫外線安定剤などが挙げられる。繰り返し紫外線吸収に対する耐性が高いという点で、トリアジン系紫外線吸収剤がより好ましい。紫外線吸収剤は、アイオノマー樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、セルロースエステル樹脂等とともに、溶解、分散させて用いることが好ましく、400nm以下の光の透過率を20%以下にするのが好ましい。
本発明の太陽電池用バックシートは、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの上に着色層を設けて構成することができる。着色層は、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの表面に接触させて、あるいは他の層を介して配置される層であり、顔料やバインダーを用いて構成することができる。
着色層は、顔料の少なくとも1種を含有することができる。顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、群青、紺青、カーボンブラック等の無機顔料、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等の有機顔料が挙げられる。これら顔料のうち、入射する太陽光を反射する反射層として着色層を構成する観点からは、白色顔料が好ましい。白色顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルクなどが好ましい。
顔料の平均粒径は、0.03〜0.8μmが好ましく、より好ましくは0.15〜0.5μm程度である。平均粒径が範囲内であると、光の反射効率に優れる。
顔料の含有量は、必要な着色が得られやすく層の面状がより良好である点で、1.5〜15g/m2が好ましく、2.5〜8.5g/m2がより好ましい。
着色層は、バインダーの少なくとも1種を含有することができる。バインダーを含む場合の量は、顔料に対して、15〜200質量%の範囲が好ましく、17〜100質量%の範囲がより好ましい。バインダーの量は、15質量%以上であることで着色層の強度を一層良好に維持でき、200質量%以下であることで反射率や装飾性が低下する。
着色層に好適なバインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。バインダーは、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。バインダーの具体例としては、ポリオレフィンの例として、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)などが、アクリル樹脂の例として、ジュリマーET−410、SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)などが、アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例として、セラネートWSA1060、WSA1070(ともにDIC(株)製)、H7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)等が挙げられる。
着色層には、バインダー及び顔料以外に、必要に応じて、さらに架橋剤、界面活性剤、フィラー等を添加してもよい。
架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。架橋剤の着色剤中における添加量は、着色層のバインダーあたり5〜50質量%が好ましい。
界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤が挙げられる。界面活性剤の着色層中における添加量は、0.1〜15mg/m2が好ましい。
フィラーとしては、上記の顔料とは異なるシリカ等が挙げられる。フィラーの添加量は、着色層のバインダーあたり20質量%以下が好ましい。
着色層の形成は、顔料を含有するポリマーシートを2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムに貼合する方法、ポリエステルシート製膜時に着色層を共押出しする方法、塗布による方法等により行なえる。塗布による方法は、簡便かつ均一性の高い薄膜での形成が可能である点で好ましい。塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の方法が挙げられる。塗布液に用いる溶媒は、水のほかトルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒でもよく、環境負荷の点で水が好ましい。
着色層は、白色顔料を含有して白色層(光反射層)として構成されることが好ましく、その場合の550nmの光反射率が75%以上であるのが好ましい。反射率が75%以上であると、太陽電池セルを素通りして発電に利用されなかった太陽光がセルに戻され、発電効率が向上する。
白色層(光反射層)の厚みは、1〜20μmが好ましい。厚みは、1μm以上であると必要な装飾性や反射率が得られやすく、20μm以下であると面状に優れる。
2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムには、下塗り層を設けることができる。下塗り層は、例えば、着色層が設けられるときには、着色層と2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムとの間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層は、バインダー、架橋剤、界面活性剤等を用いて構成することができる。
下塗り層は、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルム(好ましくは2軸延伸後のポリエステルフィルム)に塗布により好適に形成される。下塗り層の厚みは、0.05μm〜2μmが好ましい。
本発明の太陽電池用バックシートには、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの上にフッ素系樹脂層及びケイ素系(Si系)樹脂層の少なくとも一方が設けられていることが好ましい。フッ素系樹脂層やSi系樹脂層を設けることで、ポリエステル表面の汚れ防止、耐候性向上が図れる。具体的には、特開2007−35694号公報、特開2008−28294号公報、WO2007/063698明細書に記載のフッ素樹脂系塗布層を有していることが好ましい。また、テドラー(DuPont社製)等のフッ素系樹脂フィルムを張り合わせることも好ましい。
フッ素系樹脂層及びSi系樹脂層の厚みは、各々1μm以上50μm以下が好ましく、より好ましくは1μm以上40μm以下の範囲であり、更に好ましくは1μm以上10μm以下である。
本発明の太陽電池用バックシートには、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの上に、更に、無機層が設けられた形態も好ましい。無機層を設けることで、ポリエステルへの水やガスの浸入を防止する防湿性やガスバリア性の機能を与えることができる。無機層は、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの表裏いずれに設けてもよいが、防水、防湿等の観点から、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの電池側基板と対向する側(着色層や易接着層の形成面側)とは反対側に好適に設けられる。
このような透湿度を有する無機層を形成するには、乾式法が好適である。乾式法によりガスバリア性の無機層を形成する方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、誘導加熱蒸着、及びこれらにプラズマやイオンビームによるアシスト法などの真空蒸着法、反応性スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ECR(電子サイクロトロン)スパッタリング法などのスパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的気相成長法(PVD法)、熱や光、プラズマなどを利用した化学的気相成長法(CVD法)などが挙げられる。中でも、真空下で蒸着法により膜形成する真空蒸着法が好ましい。
これらのうち、揮発源からの揮発が容易である点で、2)又は3)が好ましい。さらには、膜質の制御が容易である点で2)が好ましい。また、バリア層が無機酸化物の場合は、揮発源として無機物群を用い、これを揮発させて無機物群の層を形成後、空気中で放置することで無機物群を自然酸化させる方法が形成容易の観点から好ましい。
太陽電池モジュールは、一般に、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子を、太陽光が入射する透明性の基板と既述の本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルム(好ましくはポリエステルフィルム;太陽電池用バックシート)との間に配置して構成されている。具体的な実施態様として、電気を取り出すリード配線(不図示)で接続された発電素子(太陽電池素子)をエチレン・酢酸ビニル共重合体系(EVA系)樹脂等の封止剤で封止し、これを、ガラス等の透明基板と、本発明の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルム(好ましくはポリエステルフィルム;太陽電池用バックシート)との間に挟んで互いに張り合わせることによって構成される態様に構成されてもよい。
<ポリエステル原料樹脂の合成>
以下に示すように、テレフタル酸及びエチレングリコールを直接反応させて水を留去し、エステル化した後、減圧下で重縮合を行なう直接エステル化法を用いて、連続重合装置によりポリエステル(Ti触媒系PET)を得た。
第一エステル化反応槽に、高純度テレフタル酸4.7トンとエチレングリコール1.8トンを90分かけて混合してスラリー形成させ、3800kg/hの流量で連続的に第一エステル化反応槽に供給した。更にクエン酸がTi金属に配位したクエン酸キレートチタン錯体(VERTEC AC−420、ジョンソン・マッセイ社製)のエチレングリコール溶液を連続的に供給し、反応槽内温度250℃、攪拌下、平均滞留時間約4.3時間で反応を行なった。このとき、クエン酸キレートチタン錯体は、Ti添加量が元素換算値で9ppmとなるように連続的に添加した。このとき、得られたオリゴマーの酸価は600当量/トンであった。
上記で得られたエステル化反応生成物を連続的に第一重縮合反応槽に供給し、攪拌下、反応温度270℃、反応槽内圧力20torr(2.67×10−3MPa)で、平均滞留時間約1.8時間で重縮合させた。
得られたポリマーは、IV=0.65dL/g、末端カルボキシ基の量(AV)=22当量/トン、融点=257℃、溶液ヘイズ=0.3%であった。IV及びAVの測定は、以下に示す方法により行なった。
上記のようにして得たポリエステルのペレットを、バッチ法で固相重合を実施した。すなわち、ポリエステルのペレットを容器に投入した後、真空にして撹拌しながら、150℃で予備結晶化処理し、その後200℃で30時間の固相重合反応を行なった。
以上のようにして、ポリエステル原料樹脂を得た。
−シート製膜工程−
上記で得たポリエステル原料樹脂(PET樹脂A)を含水率20ppm以下に乾燥させた後、直径113mmの1軸混練押出機のホッパーに投入した。PET樹脂Aは、300℃で溶融し、下記押出条件により、ギアポンプ、濾過器(孔径20μm)を介してダイから押出した。
<押出条件>
溶融樹脂の押出条件は、圧力変動を1%、溶融樹脂の温度分布を2%とした。
具体的には、押出機のバレルにおける背圧を、押出機のバレル内平均圧力に対して1%高い圧力とし、押出機の配管温度を、押出機のバレル内平均温度に対して2%高い温度として加熱した。
IVは、未延伸ポリエステルシートを、1,1,2,2−テトラクロルエタン/フェノール(=2/3[質量比])混合溶媒に溶解し、該混合溶媒中の25℃での溶液粘度から求めた。
AVは、未延伸ポリエステルシートをベンジルアルコール/クロロホルム(=2/3;体積比)の混合溶液に完全溶解させ、指示薬としてフェノールレッドを用い、これを基準液(0.025N KOH−メタノール混合溶液)で滴定し、その適定量から算出した。 Tgは、JIS K 7121に準じた測定により求めた。
得られた未延伸PETシートについて、以下の方法で逐次2軸延伸することにより延伸し、厚み250μmの2軸延伸ポリエステルフィルム(2軸延伸PETフィルム)を作製した。
未延伸PETシートを周速の異なる2対のニップロールの間に通し、下記条件で長手方向(搬送方向)に延伸した。
予熱温度 :80℃
縦延伸温度:90℃
縦延伸倍率:3.4倍
縦延伸応力:12MPa
縦延伸したPETフィルム(縦延伸PETフィルム)に対し、図1に示す構造を有する横延伸テンターを用いて、下記条件にて延伸した。
予熱温度:130℃とし、延伸可能なように加熱した。
予熱された縦延伸PETフィルムを、縦延伸した方向(長手方向)と直交するフィルム幅方向に下記の条件にて緊張を与え、横延伸した。
<条件>
・延伸温度(横延伸温度) :140℃
・延伸倍率(横延伸倍率) :4.4倍
・延伸応力(横延伸応力) :18MPa
・延伸ゾーンの出口におけるフィルム膜面温度:138℃
熱固定ゾーンのフィルム加熱風の温度設定、風速を調整し、フィルム膜面の熱固定最高到達温度(T熱固定)を下記表1に示す温度(193℃)に調整した。ここでは、フィルム長手方向(MD)における収縮処理(MD収縮)を行なわなかった。
<熱固定条件>
収縮率:0%、長手方向(ΔS):0%、長手方向における収縮処理時間:0秒
熱固定ゾーンと同様に、フィルム膜面温度を調整し、フィルム膜面の熱緩和最高到達温度(T熱緩和)を下記表1に示す温度(198℃)に調整した。また、フィルム幅方向(TD)について下記表1に示す収縮率で緩和処理を施すと共に、フィルム長手方向(MD)について下記表1に示す収縮率、処理時間で収縮処理(MD収縮)を施した。
本実施例では、長手方向(MD)の収縮を行なっている熱緩和ゾーンにおいて、フィルム膜面の最高到達温度(最高到達膜面温度)は198℃に到達し、延伸ゾーン出口からこの最高膜温度に到達するまでの時間は34秒であった。したがって、平均上昇速度は1.8であった。
<熱緩和条件>
・収縮率
横方向(ΔL):下記表1に示す収縮率〔%〕
長手方向(ΔS):下記表1に示す収縮率〔%〕
長手方向における収縮処理時間:下記表1に示す時間〔秒〕
ここで、横方向(ΔL)は、ベースを把持した幅方向のクリップ間距離について、熱緩和部の入口での距離をL2、出口での距離をL3としたときにΔL=[(L2−L3)/L2]×100で示される収縮率である。
・クリップ条件
隙間比率〔A/(A+B)〕:下記表1に示す比率
クリップ長:下記表1に示す長さ〔mm〕
次に、熱緩和後のポリエステルフィルムを65℃の冷却温度にて冷却した。
冷却終了後、ポリエステルフィルムの両端を20cmずつトリミングした。その後、両端に幅10mmで押出し加工(ナーリング)を行なった後、張力25kg/mで巻き取った。
以上のようにして、厚さ250μmの2軸延伸PETフィルムを作製した。
得られた2軸延伸PETフィルムについて、下記評価を行なった。評価結果は、下記表1に示す。
得られた2軸延伸PETフィルムの長手方向(MD)と幅方向(TD)の熱収縮率を下記方法により測定し、これを2軸延伸PETフィルムの寸法安定性を評価する指標とした。具体的には、
2軸延伸PETフィルムを裁断し、TD:30mm、MD:120mmの大きさの試料片Mを作成し、この試料片Mに対して、MD方向に100mmの間隔となるように2本の基準線を入れ、無張力下で150℃の加熱オーブン中に30分間放置した。この放置の後、試料片Mを室温まで冷却して、再び2本の基準線の間隔を測定した。ここでの測定値をA(単位;mm)とし、100×(100−A)/100の式からMDにおける熱収縮率〔%〕を求めた。
また、上記とは別に、2軸延伸PETフィルムを裁断してMD:30mm、TD:120mmの大きさの試料片Lを作成し、この試料片Lに対して、TD方向に100mmの間隔となるように2本の基準線を入れるようにしたこと以外は、試料片Mと同様にして測定を行なうと共に、式からTDにおける熱収縮率〔%〕を求めた。
<評価基準>
A:MDとTDのいずれの熱収縮率も1%以下であった。
B:MDとTDのいずれか一方の熱収縮率が1%を超え、MDとTDのいずれの熱収縮率も2%以下であった。
C:MDとTDのいずれか一方の熱収縮率が2%を超え、MDとTDのいずれの熱収縮率も3%以下であった。
D:MDとTDのいずれか一方の熱収縮率が3%を超えていた。
2軸延伸PETフィルムの耐加水分解性を、2軸延伸ポリエステルフィルムの破断伸度半減時間を指標として評価した。具体的には、
上記で得られた2軸延伸PETフィルムを、温度120℃、相対湿度100%の環境条件で保存し、保存後の2軸延伸PETフィルムが示す破断伸度(%)が、保存前の2軸延伸PETフィルムが示す破断伸度(%)に対して50%となる保存時間〔hr〕を求め、これを破断伸度半減時間とした。また、2軸延伸PETフィルムの破断伸度(%)は、2軸延伸PETフィルムを裁断して1cm×20cmの大きさの試料片Pを作成し、この試料片Pをチャック間5cm、20%/分にて引張試験機で引っ張って求めた。
2軸延伸PETフィルムの耐加水分解性は、破断伸度半減時間が長いほど良好であることを示す
<評価基準>
A:破断伸度半減時間が90hrを超えていた。
B:破断伸度半減時間が85hrを超え90hr以下であった。
C:破断伸度半減時間が80hrを超え85hr以下であった。
D:破断伸度半減時間が80hr未満であった。
上記(1)〜(2)の各評価結果をもとに下記の判定基準に基づいて判定した。
<判定基準>
A:極めて良好(寸法安定性と耐加水分解性のいずれも「A」の評価)
B:良好(寸法安定性と耐加水分解性のいずれも「B」以上の評価)
C:問題なし(寸法安定性と耐加水分解性のいずれも「C」以上の評価)
D:問題あり(寸法安定性と耐加水分解性のいずれか又は両方が「D」の評価)
−顔料分散物の調製−
下記組成中の成分を混合し、その混合物をダイノミル型分散機により1時間、分散処理を施し、顔料分散物を調製した。
<組成>
・二酸化チタン(体積平均粒子径=0.42μm・・・39.9質量%
(タイペークR−780−2、石原産業(株)製、固形分100質量%)
・ポリビニルアルコール ・・・8.0質量%
(PVA−105、(株)クラレ製、固形分:10質量%)
・界面活性剤 ・・・0.5質量%
(デモールEP、花王(株)製、固形分:25質量%)
・蒸留水 ・・・51.6質量%
下記組成中の成分を混合し、反射層用塗布液を調製した。
<組成>
・上記の顔料分散物 ・・・80.0部
・ポリアクリル樹脂水分散液 ・・・19.2部
(バインダー:ジュリマーET410、日本純薬(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・3.0部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物(架橋剤) ・・・2.0部
(エポクロスWS−700、日本触媒化学工業(株)製、固形分:25質量%)
・蒸留水 ・・・7.8部
得られた反射層用塗布液を2軸延伸PETフィルム上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて、着色層として、二酸化チタン量が6.5g/m2の白色層(光反射層)を形成した。
−易接着性層塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、易接着性層用塗布液を調製した。
<組成>
・ポリオレフィン樹脂水分散液 ・・・5.2部
(バインダー:ケミパールS−75N、三井化学(株)製、固形分:24質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・7.8部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物(架橋剤) ・・・0.8部
(エポクロスWS−700、日本触媒化学工業(株)製、固形分:25質量%)
・シリカ微粒子水分散物 ・・・2.9部
(アエロジルOX−50、日本アエロジル(株)製、体積平均粒子径=0.15μm、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・83.3部
得られた塗布液を光反射層の上に、バインダー量が0.09g/m2になるように塗布し、180℃で1分間乾燥させて、易接着性層を形成した。
−バック層塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、バック層用塗布液を調製した。
<組成>
・セラネートWSA−1070(バインダー) ・・・323部
(アクリル/シリコーン系バインダー、DIC(株)製、固形分:40質量%)
・オキサゾリン化合物(架橋剤) ・・・52部
(エポクロスWS−700、日本触媒化学工業(株)製、固形分:25質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(界面活性剤)・・・32部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・蒸留水 ・・・594部
得られたバック層塗布液を、2軸延伸PETフィルムの反射層及び易接着層が形成されていない側に、バインダー量がウェット塗布量で3.0g/m2になるように塗布し、180℃で1分間乾燥させて、乾燥厚み3μmのバック層を形成した。
以上のようにして、バックシートを作製した。
実施例1において、シート製膜工程での製膜の速度、横延伸工程での加熱風温度、風速、及びMD緩和の処理時間を調整したこと以外は、実施例1と同様にして、2軸延伸PETフィルムを作製し評価を行なうと共に、バックシートを作製した。評価結果は、下記表1に示す。
実施例1において、未延伸PETシートのIV、横延伸工程における熱固定部、熱緩和部での熱処理条件、並びにクリップ条件を、下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、2軸延伸PETフィルムを作製し、評価を行なうと共に、バックシートを作製した。評価結果は、下記表1に示す。
なお、未延伸PETシートのIVは、固相重合する時間を変えることで原料樹脂のIVを調整し、溶融押出して成形した未延伸PETシートのIVを調整した。
実施例1において、乾燥させたポリエステル原料樹脂(PET樹脂A)と共に、該PET樹脂Aに対して0.1質量%のシリカ粒子(平均一次粒子径:0.2μm)を1軸混練押出機のホッパーに投入し、溶融して、シリカ粒子含有の未延伸PETシートを得、未延伸PETシートをこのシリカ粒子含有の未延伸PETシートに代えたこと以外は、実施例1と同様にして、2軸延伸PETフィルムを作製し、評価を行なうと共に、バックシートを作製した。評価結果は、下記表1に示す。
実施例1において、乾燥させたPET樹脂Aを1軸混練押出機(直径113mm)のホッパーに投入して溶融した溶融樹脂と、これとは別に、乾燥させたポリエステル原料樹脂(PET樹脂A)と該PET樹脂Aに対して0.1質量%のシリカ粒子(平均一次粒子径:0.2μm)を直径40mmの1軸混練押出機のホッパーに投入して溶融したシリカ含有溶融樹脂とを、溶融樹脂を中心に3層重層となるように共押出することにより、PET樹脂Aのシートの表裏面に、シリカ含有PET樹脂のシートが積層された未延伸PETシート(シリカ含有PET樹脂/溶融樹脂/シリカ含有PET樹脂)を製膜したこと以外は、実施例1と同様にして、2軸延伸PETフィルムを作製し、評価を行なうと共に、バックシートを作製した。評価結果は、下記表1に示す。
なお、シート製膜工程の製膜条件及び横延伸工程の条件は、実施例1と同様とした。また、シリカ含有PET樹脂のシート厚みを3μmとし、重層された3層の総厚を250μmとした。
実施例1において、「未延伸ポリエステルフィルムの製造」及び「2軸延伸ポリエステルフィルムの製造」を、以下に示す「未延伸ポリプロピレンフィルムの製造」及び「2軸延伸ポリプロピレンフィルムの製造」に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、2軸延伸PPフィルムを作製し、評価を行なうと共に、バックシートを作製した。評価結果は、下記表1に示す。
−シート製膜工程−
ポリプロピレン樹脂(PP樹脂)を直径113mmの1軸混練押出機のホッパーに投入した。PP樹脂は、235℃に溶融し、下記押出条件により、ダイから押出した。
<押出条件>
溶融樹脂の押出条件は、圧力変動を1%、溶融樹脂の温度分布を2%とした。
具体的には、押出機のバレルにおける背圧を、押出機のバレル内平均圧力に対して1%高い圧力とし、押出機の配管温度を、押出機のバレル内平均温度に対して2%高い温度として加熱した。
得られた未延伸PPシートについて、以下の方法で逐次2軸延伸することにより延伸し、厚み100μmの2軸延伸ポリプロピレンフィルム(2軸延伸PPフィルム)を作製した。
未延伸PPシートを周速の異なる2対のニップロールの間に通し、下記条件で長手方向(搬送方向)に延伸した。
予熱温度 :130℃
縦延伸温度:150℃
縦延伸倍率:2.0倍
縦延伸したPPフィルム(縦延伸PPフィルム)に対し、横延伸テンターを用いて、下記条件にて延伸した。
予熱温度:110℃とし、延伸可能なように加熱した。
予熱された縦延伸PPフィルムを、縦延伸した方向(長手方向)と直交するフィルム幅方向に下記の条件にて緊張を与え、横延伸した。
・延伸温度(横延伸温度) :150℃
・延伸倍率(横延伸倍率) :2.5倍
・延伸ゾーンの出口におけるフィルム膜面温度:150℃
熱固定ゾーンのフィルム加熱風の温度設定、風速を調整し、フィルム膜面温度の熱固定最高到達温度(T熱固定)を下記表1に示す温度(160℃)に調整すると共に、下記表1に示す収縮率、処理時間にてフィルム長手方向(MD)において収縮処理(MD収縮)を施した。
<熱固定条件>
・収縮率
長手方向(ΔS):下記表1に示す収縮率〔%〕
長手方向における収縮処理時間:下記表1に示す時間〔秒〕
・クリップ条件
隙間比率〔A/(A+B)〕:下記表1に示す比率
クリップ長:下記表1に示す長さ〔mm〕
熱固定ゾーンと同様に、フィルム膜面温度を調整した。また、フィルム幅方向(TD)について下記表1に示す収縮率で緩和処理を施すと共に、フィルム長手方向(MD)について下記表1に示す収縮率、処理時間で収縮処理(MD収縮)を施した。このときの熱緩和最高到達温度(T熱緩和)は、下記表1に示す温度(162℃)とした。
本実施例では、長手方向(MD)の収縮を行なっている熱緩和ゾーンにおいて、フィルム膜面の最高到達温度(最高到達膜面温度)は162℃に到達し、延伸ゾーン出口からこの最高膜温度に到達するまでの時間は20秒であった。
<熱緩和条件>
・収縮率
横方向(ΔL):下記表1に示す収縮率〔%〕
長手方向(ΔS):下記表1に示す収縮率〔%〕
長手方向における収縮処理時間:下記表1に示す時間〔秒〕
・クリップ条件
隙間比率〔A/(A+B)〕:下記表1に示す比率
クリップ長:下記表1に示す長さ〔mm〕
次に、熱緩和後のポリエステルフィルムを50℃の冷却温度にて冷却した。
冷却終了後、ポリエステルフィルムの両端を20cmずつトリミングした。その後、両端に幅10mmで押出し加工(ナーリング)を行ない、張力5kg/mで巻き取った。
以上のようにして、厚さ100μm、幅120cmの2軸延伸PPフィルムを作製した。
これに対し、ある程度の耐加水分解性を保てても寸法安定性が悪く、逆に熱収縮が小さく抑えられても耐加水分解性が保てず、これらの両立は困難であった。
厚さ3mmの強化ガラスと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、結晶系太陽電池セルと、EVAシート(三井化学ファブロ(株)製のSC50B)と、実施例1〜16で作製したバックシートとをこの順に重ね合わせ、真空ラミネータ(日清紡(株)製、真空ラミネート機)を用いてホットプレスすることによりEVAと接着させ、結晶系の太陽電池モジュールを作製した。このとき、バックシートを、その易接着性層がEVAシートと接触するように配置し、接着は以下に示す方法により行なった。
<接着方法>
真空ラミネータを用い、128℃で3分間の真空引きした後、2分間加圧して仮接着した。その後、ドライオーブンにて150℃で30分間、本接着処理を施した。
10・・・予熱部
20・・・延伸部
30・・・熱固定部
40・・・熱緩和部
50・・・冷却部
60・・・環状レール
100・・・2軸延伸機
200・・・ポリエステルフィルム
Claims (5)
- 熱可塑性樹脂をシート状に溶融押出を行ない、キャスティングドラム上で冷却して熱可塑性樹脂シートを製膜するシート製膜工程と、製膜された前記熱可塑性樹脂シートを長手方向に縦延伸する縦延伸工程と、前記縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを把持部材で把持して前記長手方向に直交する幅方向に横延伸する横延伸工程と、を含むと共に、
前記横延伸工程は、
縦延伸後の熱可塑性樹脂シートを延伸可能な温度に予熱する予熱工程と、
予熱された前記熱可塑性樹脂シートを前記長手方向と直交する幅方向に緊張を与えて横延伸する延伸工程と、
前記縦延伸及び前記横延伸により得られた熱可塑性樹脂フィルムを加熱し、結晶化させて熱固定する熱固定工程と、
前記熱固定された熱可塑性樹脂フィルムの緊張を緩和し、残留歪みを除去する熱緩和工程と、
熱緩和後の熱可塑性樹脂フィルムを冷却する冷却工程と、を含み、
前記熱固定工程及び前記熱緩和工程の少なくとも一方は、隣り合う把持部材の把持間隔を狭めながら熱可塑性樹脂フィルムを、その長手方向に下記式(1)で表される収縮率が3%以上8%以下となり、前記熱固定工程及び前記熱緩和工程での合計の前記収縮率が5%以上8%以下となる範囲で収縮処理し、
前記熱固定工程及び前記熱緩和工程での合計の収縮処理時間は10秒以上60秒以下であり、
前記延伸工程での横延伸の終了時点から、前記収縮率を満たすように前記収縮処理を行なう区間でフィルム膜面温度が最高到達温度に達するまでの前記フィルム膜面温度の平均上昇速度が、0.6℃/秒以上4.5℃/秒以下の範囲であり、
前記把持部材の長さBと、隣接する把持部材の間隔を狭める前の把持間隔Aとが、下記式(2)で表される関係式を満たす、2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
[{ (A+B)−(C+B)}/(A+B)]×100 ・・・式(1)
0.06≦ A/(A+B) ≦0.15 ・・・式(2)
〔式(1)中、Aは、隣接する把持部材間の間隔を狭める前の把持間隔(mm)を表し、Bは、把持部材のフィルム長手方向における長さ(mm)を表し、Cは、隣接する把持部材間を狭めた後の把持間隔(mm)を表す。〕 - 前記把持部材の長さBが、100mm以上140mm以下である請求項1に記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
- 前記熱固定工程又は前記熱緩和工程の少なくとも一方は、フィルム膜面における最高到達温度を160℃以上210℃以下の範囲に制御する請求項1又は請求項2に記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレートを含み、前記熱可塑性樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレートを含むポリエステルフィルムである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
- 前記横延伸工程後の前記熱可塑性樹脂フィルムの厚みが180μm以上400μm以下である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の2軸延伸熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
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