JP5722174B2 - 太陽電池用バックシート、及び、太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池用バックシート、及び、太陽電池モジュールに関する。
ポリエステルは、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。そのうち、電気絶縁用途として、近年では特に、太陽電池の裏面保護用シート(いわゆるバックシート)などの太陽電池用途が注目されている。
その一方、ポリエステルは通常、その表面にカルボキシ基や水酸基が多く存在しており、水分が存在する環境条件下では加水分解反応を起こしやすく、経時で劣化する傾向がある。例えば太陽電池モジュールが一般に使用される設置環境は、屋外等の常に風雨に曝されるような環境であり、加水分解反応が進行しやすい条件に曝されるため、ポリエステルを太陽電池用途に適用するときには、ポリエステルの加水分解性が抑制されていることは重要な性状の一つである。
ところで、太陽電池素子は、一般的に、エチレン・酢酸ビニル共重合体系(EVA系)樹脂が用いられる封止材により覆われている。太陽電池を保護するためには、バックシートが封止材と接着し、太陽電池素子を含む封止材を支えることが重要である。従って、バックシートと、封止材との接着性は高いことが好ましい。
例えば、バックシートの表面にコロナ処理、火炎処理などの表面処理を行うことで、互いの密着性を一時的に高めることができるが、表面処理後の経時変化で密着性が低下したり、表面処理したバックシートがブロッキングを起こす場合がある。
そのため、バックシートに、封止材との接着性をもたらせる機能性層、いわゆる易接着性層を形成することがある。この場合、易接着性層を有するバックシートは、バックシート本来の機能を発現しつつ、易接着性層の機能も発現することが求められる。
上記状況に関連する技術として、優れた機械的性質、耐熱性、耐湿性を有しながら、封止材であるEVAとの接着性、及び密着性もたせることを目的として、ポリエステルフィルムおよびそのうえに塗設された樹脂皮膜からなり、樹脂皮膜は塗液をフィルムに塗布して形成され、塗液は固形分100重量%あたり10〜100重量%の架橋剤(A)を含有する太陽電池裏面保護膜用易接着性ポリエステルフィルムが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、生産効率に優れると共に、白色顔料が層中に均一に存在し、各層間の密着性に優れた太陽電池バックシート用フィルムを得ることを目的として、基材フィルムの少なくとも片面に、白色顔料、水系バインダー、及び無機酸化物フィラーを含有する白色層用水系組成物の塗布膜からなる白色層と、水系バインダーを含有する接着保護層用水系組成物の塗布膜からなる接着保護層と、を有する構成とすることが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
また、耐熱性と耐加水分解性に優れた太陽電池用ポリエステルフィルムを得ることを目的として、カルボキシル末端基濃度が13eq/ton以下であり、示差走査熱量測定(DSC)により求められる微少吸熱ピーク温度Tmeta(℃)を220℃以下とする構成とすることが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2006−152013号公報 特開2011−146659号公報 国際公開第2010/110119号
しかしながら、特許文献1〜3に記載のフィルムでは、封止材に対する接着性は得られても、易接着性層と基材との密着性を得ることができなかった。そのため、太陽電池素子を含む封止材を支えることが不十分となり、太陽電池を保護するというバックシート本来の機能を十分に発現することができなかった。
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、耐候性に優れ、かつ、易接着性層と基材との密着性に優れる太陽電池用バックシート、及び、長期に亘り安定的な発電性能が得られる太陽電池モジュールを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
<1> 示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである基材と、前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する塗布層と、前記塗布層上に設けられ、樹脂バインダーを主成分として含有する易接着性層と、を有し、前記アクリル樹脂の酸価をA、前記カルボジイミド架橋剤の等量をBとするとき、前記アクリル樹脂に対する前記カルボジイミド架橋剤の質量比X(前記カルボジイミド架橋剤/前記アクリル樹脂)が、前記Aと前記Bとの積ABとの間で、下記式(1)を満たす太陽電池用バックシートである。
0.8AB)/56100 < X <(2.0AB)/56100 ・・・(1)
> 前記無機微粒子が、酸化スズを主成分とし、前記易接着性層中の前記無機微粒子の含有量が、前記バインダーの全質量に対して、50質量%〜500質量%である前記<1>に記載の太陽電池用バックシートである。
> 太陽光が入射する透明性の基板と、前記基板の一方の側に配された太陽電池素子と、該太陽電池素子の前記基板が配された側と反対側に配された前記<1>又は前記<2>に記載の太陽電池用バックシートと、を備えた太陽電池モジュールである。
本発明によれば、耐候性に優れ、かつ、易接着性層と基材との密着性に優れる太陽電池用バックシートが提供される。また、
本発明によれば、長期に亘り安定的な発電性能が得られる太陽電池モジュールが提供される。
2軸延伸機の一例を上面から示す上面図である。
以下、本発明の太陽電池用バックシートについて詳細に説明し、該説明をもとに本発明の太陽電池モジュールについても説明する。
<太陽電池用バックシート>
本発明の太陽電池用バックシートは、示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである基材と、前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する塗布層と、前記塗布層上に設けられ、樹脂バインダーを主成分として含有する易接着性層と、を有して構成されたものである。
以下、「示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである基材」を、「本発明の基材」とも称し、「ポリエチレンテレフタレートフィルム」は、単に「PETフィルム」とも称する。
また、「アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する塗布層」を、「特定塗布層」とも称する。
ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの耐候性(主として、耐加水分解性)は、延伸後に結晶化させて熱固定する場合の熱固定温度が一般に230℃〜240℃程度と高かったために不充分であったところ、耐加水分解性の向上の観点からは、熱固定時での熱固定温度は膜温で210℃以下に制御されることが有効である。
ところが、熱固定温度を210℃以下に下げて設定すると、耐候性は改良されるものの、基材であるPETフィルムと、基材上の易接着性層との密着性が損なわれる問題があった。一方、熱固定温度を210℃よりも高くすることで、基材と易接着性層との密着性を向上することができるものの、基材自体の耐候性が損なわれた。
これに対し、基材として、示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、基材と、樹脂バインダーを主成分として含有する易接着性層との間に、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する塗布層を設けることで、耐候性を損ねずに、基材と易接着性層との密着性を向上することができる。この理由は定かではないが、次の理由によるものと考えられる。
ここで、まず、「示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度」について説明する。
2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムは、一般に、原料であるPET原料を、押出機を用いて溶融押出して未延伸フィルムを得た後、未延伸フィルム(「原反」とも称される)をある方向(方向Aとする)に延伸し、さらに、方向Aと異なる方向(通常、直行する方向)に延伸して得られる。未延伸フィルムの延伸において、未延伸フィルムを延伸した後、延伸したまま未延伸フィルムを加熱して時間を置くことで、フィルム中のPET分子の配列を促し、フィルムの物性を制御し易い。このように、未延伸フィルムを延伸したまま加熱して時間を置くことを、熱固定という。
本発明における「示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度」とは、2軸延伸されたPETフィルムについてDSC測定したときに、最初に現れるピークの温度であり、一般に、熱固定時におけるポリエステルフィルムの最高到達膜面温度(熱固定温度)に相当する。従って、2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの、示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃であるということは、すなわち、ポリエステルフィルムの最高到達膜面温度(熱固定温度)を160℃〜225℃として熱固定をして、基材を製造したことに相当する。
既述のように、熱固定温度を210℃以下とすると、従来は、耐候性は改良されるものの、基材であるPETフィルムと、基材上の易接着性層との密着性が損なわれた。しかし、本発明の基材上に、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する塗布層(特定塗布層)が設けられていることで、基材上の易接着性層との密着性を、特定塗布層が補完し、密着性を向上すると考えられる。
これは、基材であるPETフィルム上に、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤、及び無機微粒子を含有する塗布液を塗布することで、アクリル樹脂が有するカルボキシ基が、カルボジイミド架橋剤と反応して、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分を形成し、さらには、PETフィルムが有するカルボキシ基とも反応して、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分を形成するため、特定塗布層と、基材との密着性に優れるものと考えられる。
さらに、特定塗布層中のアクリル樹脂を含むバインダーと、易接着性層が含有する樹脂バインダーとは、互いに樹脂のバインダーである点で性質が似るため、特定塗布層と易接着性層との密着性は良いと考えられる。
従って、熱固定温度が210℃以下に相当するプレピーク温度が210℃以下の2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを基材としても、基材と易接着性層との密着性に優れるものと考えられる。
ただし、本発明においては、プレピーク温度が160℃未満であると、熱固定温度が低く過ぎて熱固定が不充分となるため、プレピーク温度は160℃以上としている。
一方、既述のように、熱固定温度が210℃よりも高い場合に相当するプレピーク温度が210℃よりも高い2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを基材とすると、基材と易接着性層との密着性は良くなるものの、従来は、基材の耐候性を損ね易かった。
しかし、本発明の基材上に、特定塗布層が設けられていることで、基材耐候性を、特定塗布層が補完し、耐候性を向上すると考えられる。
ここで、基材(PET)の耐候性(主として、耐加水分解性)は、PETが水分に曝され、加熱されることにより生じ易い。従来のように、易接着性層と基材との密着性が不十分であったときは、太陽電池用バックシートが屋根の上等に設置され、直射日光を浴び、雨曝しになったときに、易接着性層と基材と間に水分が入り込み、日光により加熱されることにより、加水分解が進行したものと考えられる。
これに対し、本発明の太陽電池用バックシートは、上記のとおり、基材であるPETフィルム上に、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤、及び無機微粒子を含有する塗布液を塗布することで、アクリル樹脂を含むバインダーとカルボジイミド架橋剤との反応による架橋構造部分を形成すると共に、基材(PET)とカルボジイミド架橋剤との反応による架橋構造部分を形成すると考えられる。
すなわち、本発明の基材と、特定塗布層とは、架橋構造部分により強固に結ばれ、密着しているため、雨曝しになったとしても、易接着性層と基材と間に水分が入り込む余地がないと考えられる。本発明においては、特定塗布層と易接着性層とは、基材の少なくとも一方の面に設けられていればよいが、基材の両面に、特定塗布層と易接着性層とが設けられていれば、なおのこと基材が水分から守られ、耐候性は向上すると考えられる。
従って、熱固定温度が210℃よりも高い場合に相当するプレピーク温度が210℃より高い2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを基材としても、基材の耐候性に優れるものと考えられる。
ただし、本発明においては、プレピーク温度が225℃を超えると、本発明における塗布層を設けていても、もはや耐候性を補完できないため、プレピーク温度は225℃以下としている。
よって、示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃の2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを基材として用いる場合に、太陽電池用バックシートの構成を既述の構成とすることで、耐候性に優れ、かつ、易接着性層と基材との密着性に優れる太陽電池用バックシートとすることができると考えられる。
なお、基材の耐久性を向上させるために、基材の原料であるPET原料として、PETの酸価を低くした固相重合PETを用いることもできるが、固相重合に関わる製造工程が増えることになる。本発明の太陽電池用バックシートの構成であれば、基材の原料を加工する手間を省くことができ、生産効率も良い。
以下本発明の太陽電池用バックシートが有する基材、塗布層、及び易接着性層について、詳細に説明する。
〔基材〕
本発明にける基材は、示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである。
2軸延伸とは、未延伸フィルムをある方向(方向A)に延伸した後、方向Aと異なる方向(通常は方向Aと直行する方向)に延伸することをいい、ポリエチレンテレフタレートフィルムが2つの方向に延伸されていることを意味する。
2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムの製造方法の詳細は、後述するが、ポリエステルフィルムは、一般に、長尺状の未延伸フィルムを、長さ方向に搬送しながら、未延伸フィルムの搬送方向(MD;Machine Direction)に延伸する縦延伸と、未延伸フィルムの搬送方向と直交する方向(TD;Transverse Direction)に延伸する横延伸とを行なう。
既述のように、「示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度」とは、2軸延伸されたPETフィルムについて、示差走査熱量測定 (DSC;Differential scanning calorimetry)をしたときに、最初に現れるピークの温度であり、一般に、熱固定時におけるポリエステルフィルムの最高到達膜面温度(熱固定温度)に相当する。
本発明において、プレピーク温度は、示差走査型熱量計〔(株)島津製作所製、DSC−50〕を用いて、常法により求められる値である。
基材のプレピーク温度が160℃未満であると、熱固定温度が低過ぎて熱固定が充分に行なえず、本発明の基材上に、特定塗布層を有していても、基材と易接着性層との密着性を補完することができない。また、基材のプレピーク温度が225℃を超えると、IV値は高まるものの、耐加水分解性が低下し、本発明の基材上に、特定塗布層を有していても、耐候性を補完することができない
2軸延伸PETフィルムのDSCで測定されるプレピーク温度は、205℃〜225℃であることが好ましい。
−固有粘度(IV)−
また、本発明の基材を構成するPETフィルムは、固有粘度(IV;Intrinsic Viscosity)が0.75dL/g以上であることが好ましい。PETフィルムのIVが0.75dL/g以上であると、PETの結晶化が進みにくく、PETフィルム面にキズができにくい。
PETフィルムの耐加水分解性をより高めて耐候性を向上させる観点から、IV値としては、0.78dL/g以上が好ましく、0.80dL/g以上がより好ましい。
−酸価(AV)−
本発明の基材を構成するPETフィルムは、酸価(AV;Acid Value)としては、5eq/トン〜21eq/トンが好ましい。酸価は、6eq/トン〜20eq/トンがより好ましく、7eq/トン〜19eq/トンが更に好ましい。酸価は、「末端カルボキシ基濃度」または「末端COOH量」とも称される。
なお、本明細書中において、「eq/トン」は1トンあたりのモル当量を表す。
AVは、PETフィルム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、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される値である。
−熱収縮率−
さらに、本発明の基材の熱収縮率(加熱条件:150℃で30分間の加熱)は、2.0%以下であることが好ましい。熱収縮率は、後述するように、横延伸工程における熱固定及び/又は熱緩和の各工程での加熱温度(T熱固定及び/又はT熱緩和)を制御することによって上記範囲に調整することができる。
本発明の太陽電池用バックシートは、基材と易接着性層との密着性に優れ、基材の熱収縮の影響を受け難いが、PETは一般に、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、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。本発明の基材の熱収縮率が上記範囲内であることで、本発明の基材に塗布形成された特定塗布層のひび割れを防止することができ、より基材と易接着性層との密着性を強靭なものとすることができる。
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。
なお、本発明における熱収縮率とは、150℃で30分間の処理前後でのPETフィルムの収縮率(単位%;=処理後のフィルム長/処理前のフィルム長×100)である。
−基材の厚み−
本発明の基材の厚みとしては、180μm〜350μmであることが好ましく、200μm〜320μmがより好ましく、200μm〜290μmが更に好ましい。
−ポリエチレンテレフタレートフィルムの分子構造−
2軸延伸後のポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)を構成するPETは、ジカルボン酸成分とジオール成分とを共重合させて合成されるものである。ジカルボン酸成分及びジオール成分の詳細については、後述する。また、PETは、カルボン酸基の数(a)と水酸基の数(b)との合計(a+b)が3以上である多官能モノマー(以下、「3官能以上の多官能モノマー」又は単に「多官能モノマー」ともいう。)に由来する構成単位を含むものであることが好ましい。
PETは、後述のように、例えば(A)ジカルボン酸成分と(B)ジオール成分とを周知の方法でエステル化反応及び/又はエステル交換反応させることによって得ることができ、更に好ましくは、これに3官能以上の多官能モノマーを共重合させて得られる。ジカルボン酸成分、ジオール成分、及び多官能モノマー等の例示や好ましい態様などの詳細については、後述する通りである。
〜多官能モノマーに由来の構成単位〜
カルボン酸基の数(a)と水酸基の数(b)との合計(a+b)が3以上である多官能モノマーに由来の構成単位としては、後述するように、カルボン酸基の数(a)が3以上のカルボン酸並びにこれらのエステル誘導体や酸無水物等、水酸基数(b)が3以上の多官能モノマー、並びに「一分子中に水酸基とカルボン酸基の両方を有し、カルボン酸基の数(a)と水酸基の数(b)との合計(a+b)が3以上であるオキシ酸類」などを挙げることができる。これらの例示及び好ましい態様などの詳細については、後述する通りである。
また、前記カルボン酸のカルボキシ末端、又は前記「一分子中に水酸基とカルボン酸基の両方を有する多官能モノマー」のカルボキシ末端に、l−ラクチド、d−ラクチド、ヒドロキシ安息香酸などのオキシ酸類及びその誘導体、そのオキシ酸類が複数個連なったもの等を付加させたものも好適である。
これらは、一種単独で用いても、必要に応じて、複数種を併用してもよい。
PETは、前記3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位の含有比率が、PET分子中の全構成単位に対して、0.005モル%以上2.5モル%以下であることが好ましい。多官能モノマーに由来の構成単位の含有比率は、より好ましくは0.020モル%以上1モル%以下であり、更に好ましくは0.025モル%以上1モル%以下であり、更に好ましくは0.035モル%以上0.5モル%以下であり、特に好ましくは0.05モル%以上0.5モル%以下であり、最も好ましくは0.1モル%以上0.25モル%以下である。
PET分子中に3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位が存在することで、3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位からポリエステル分子鎖を枝分かれされた構造が得られ、PET分子間の絡み合いを促すことができる。その結果、高温高湿環境下に曝されてポリエステル分子が加水分解し分子量が低下しても、PET分子間に絡み合いが形成されていることにより、PETフィルムの脆化が抑制され、より優れた耐候性が得られる。さらに、このような絡み合いは、熱収縮の抑制にも有効である。これは、上記のPET分子の絡み合いによりPET分子の運動性が低下するため、熱で分子が収縮しようとしても収縮できず、PETフィルムの熱収縮が抑制されるものと推定される。
また、3官能以上の多官能モノマーを構成単位として含むことにより、エステル化反応後の重縮合において用いられなかった官能基がPETフィルム上に塗布形成される塗布層中の成分と水素結合、共有結合することで、塗布層とPETフィルムとの密着性がより良好に保たれ、剥離の発生を効果的に防ぐことができる。本発明の太陽電池用バックシートは、易接着性層が、例えばEVA等の封止材と密着されるが、屋外等の風雨に曝されるような環境下に長時間置かれた場合においても、剥がれ難い良好な密着性が得られる。
したがって、3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位の含有比率が0.005モル%以上であることで、耐候性、低熱収縮性、及びPETフィルム上に塗布形成される特定塗布層との密着力がさらに向上し易い。また、3官以上の多官能モノマーに由来の構成単位の含有比率が2.5モル%以下であることで、3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位は嵩高いため、結晶形成し難くなるのが抑制される。その結果として、結晶を介して形成される低移動成分の形成を促し、加水分解性が低下するのを抑制することができる。さらに、3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位の嵩高さにより、フィルム表面の微細凹凸量が増えるためアンカー効果が発現しやすく、PETフィルムと特定塗布層との密着が向上する。また、当該嵩高さにより、増加する自由体積(分子間の隙間)が抑制され、大きな自由体積中をPET分子がすり抜けることで発生する熱収縮を抑制することができる。また、3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位の添加過剰に伴なうガラス転移温度(Tg)の低下も抑制され、耐候性が低下防止にも有効である。
〜末端封止剤に由来する構造部分〜
PETフィルムは、更に、オキサゾリン系化合物、カルボジイミド化合物、及びエポキシ化合物から選ばれる末端封止剤に由来する構造部分を有していることが好ましい。なお、「末端封止剤に由来する構造部分」とは、末端封止剤がPET分子末端のカルボン酸と反応して末端に結合している構造をさす。
末端封止剤がPETフィルム中に含められると、末端封止剤はPET分子末端のカルボン酸と反応し、PET分子末端に結合して存在するため、PETフィルムの酸価(末端COOH量)を、既述の好ましい範囲など所望とする値に安定的に維持し易くなる。すなわち、末端カルボン酸により促進されるPETの加水分解が抑制され、耐候性を高く保つことができる。また、PET分子末端に結合して分子鎖の末端部分が嵩高くなり、フィルム表面の微細凹凸量が増えるため、アンカー効果が発現しやすくなり、PETフィルムと該フィルム上に塗布形成される特定塗布層との密着が向上する。さらに、末端封止剤は嵩高く、PET分子が自由体積中をすり抜けて移動するのが抑制される。その結果、分子の移動を伴なう熱収縮を抑制する効果も有する。
なお、末端封止剤とは、PET分子末端のカルボキシ基と反応し、ポリエステルのカルボキシル末端量を減少させる添加剤である。
末端封止剤は、1種単独で用いられていてもよく、2種以上を組合せて用いてもよい。
末端封止剤は、PETフィルムの質量に対して、0.1質量%〜5質量%の範囲で含有されていることが好ましく、より好ましくは0.3質量%〜4質量%であり、さらに好ましくは0.5質量%〜2質量%である。
PETフィルム中における末端封止剤の含有比率が0.1質量%以上であることで、特定塗布層との密着が良好になると共に、AV低下効果による耐候性向上を達成できる上、低熱収縮性も付与することができる。また、PETフィルム中における末端封止剤の含有比率が5質量%以下であると、塗布層との密着が良好になると共に、末端封止剤の添加によりPETのガラス転移温度(Tg)の低下が抑制され、これによる耐候性の低下や熱収縮の増加を抑制することができる。これは、Tgが低下した分、相対的にPETの反応性が増加することで生じる加水分解性の増加を抑制したり、Tg低下で増加するPET分子の運動性が増加し易くなることで生じる熱収縮が抑制されるためである。
本発明における末端封止剤としては、カルボジイミド基、エポキシ基、及びオキサゾリン基を有する化合物が好ましい。末端封止剤の具体例としては、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン系化合物などを好適に挙げることができる。
カルボジイミド基を有する前記カルボジイミド化合物は、1官能性カルボジイミドと多官能性カルボジイミドがある。1官能性カルボジイミドとしては、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、t−ブチルイソプロピルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ジ−t−ブチルカルボジイミド及びジ−β−ナフチルカルボジイミドなどが挙げられ、好ましくはジシクロヘキシルカルボジイミドやジイソプロピルカルボジイミドである。
また、多官能性カルボジイミドとしては、重合度3〜15のポリカルボジイミドが好ましい。ポリカルボジイミドは、一般に「−R−N=C=N−」等で表される繰り返し単位を有し、前記Rは、アルキレン、アリーレン等の2価の連結基を表す。このような繰り返し単位としては、例えば、1,5−ナフタレンカルボジイミド、4,4'−ジフェニルメタンカルボジイミド、4,4'−ジフェニルジメチルメタンカルボジイミド、1,3−フェニレンカルボジイミド、2,4−トリレンカルボジイミド、2,6−トリレンカルボジイミド、2,4−トリレンカルボジイミドと2,6−トリレンカルボジイミドの混合物、ヘキサメチレンカルボジイミド、シクロヘキサン−1,4−カルボジイミド、キシリレンカルボジイミド、イソホロンカルボジイミド、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−カルボジイミド、メチルシクロヘキサンカルボジイミド、テトラメチルキシリレンカルボジイミド、2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド及び1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−カルボジイミドなどが挙げられる。
カルボジイミド化合物は、熱分解によるイソシアネート系ガスの発生が抑えられる点で、耐熱性の高いカルボジイミド化合物が好ましい。耐熱性を高めるためには、分子量(重合度)が高いほど好ましく、より好ましくは、カルボジイミド化合物の末端を耐熱性の高い構造にすることが好ましい。また、ポリエステル原料樹脂を溶融押出する温度を下げることで、カルボジイミド化合物による耐候性の向上効果及び熱収縮の低減効果がより効果的に得られる。
カルボジイミド化合物を用いたPETフィルムは、温度300℃で30分間保持した際のイソシアネート系ガスの発生量が0〜0.02質量%であることが好ましい。イソシアネート系ガスの発生量が0.02質量%以下であると、PETフィルム中に気泡(ボイド)が生成され難く、したがって応力集中する部位が形成されにくいため、PETフィルム内に生じやすい破壊や剥離を防ぐことができる。これにより、隣接する材料との間の密着が良好になる。
ここで、イソシアネート系ガスは、イソシアネート基をもつガスであり、例えば、ジイソプロピルフェニルイソシアネート、1,3,5−トリイソプロピルフェニルジイソシアネート、2−アミノ−1,3,5−トリイソプロピルフェニル−6−イソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、及びシクロヘキシルイソシアネートなどが挙げられる。
エポキシ基を有する前記エポキシ化合物としては、好ましい例として、グリシジルエステル化合物やグリシジルエーテル化合物などが挙げられる。
グリシジルエステル化合物の具体例としては、安息香酸グリシジルエステル、t−Bu−安息香酸グリシジルエステル、P−トルイル酸グリシジルエステル、シクロヘキサンカルボン酸グリシジルエステル、ペラルゴン酸グリシジルエステル、ステアリン酸グリシジルエステル、ラウリン酸グリシジルエステル、パルミチン酸グリシジルエステル、ベヘン酸グリシジルエステル、バーサティク酸グリシジルエステル、オレイン酸グリシジルエステル、リノール酸グリシジルエステル、リノレイン酸グリシジルエステル、ベヘノール酸グリシジルエステル、ステアロール酸グリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、フタル酸ジグリシジルエステル、ナフタレンジカルボン酸ジグリシジルエステル、メチルテレフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、コハク酸ジグリシジルエステル、セバシン酸ジグリシジルエステル、ドデカンジオン酸ジグリシジルエステル、オクタデカンジカルボン酸ジグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル及びピロメリット酸テトラグリシジルエステル等を挙げられる。
また、グリシジルエーテル化合物の具体例としては、フェニルグリシジルエ−テル、O−フェニルグリシジルエ−テル、1,4−ビス(β,γ−エポキシプロポキシ)ブタン、1,6−ビス(β,γ−エポキシプロポキシ)ヘキサン、1,4−ビス(β,γ−エポキシプロポキシ)ベンゼン、1−(β,γ−エポキシプロポキシ)−2−エトキシエタン、1−(β,γ−エポキシプロポキシ)−2−ベンジルオキシエタン、2,2−ビス−[р−(β,γ−エポキシプロポキシ)フェニル]プロパン及び2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパンや2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)メタンなどのビスフェノールとエピクロルヒドリンの反応で得られるビスグリシジルポリエーテルなどが挙げられる。
前記オキサゾリン化合物としては、オキサゾリン基を有する化合物の中から適宜選択して用いることができるが、その中ではビスオキサゾリン化合物が好ましい。
ビスオキサゾリン化合物としては、例えば、2,2'−ビス(2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−エチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4,4'−ジエチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−プロピル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−ブチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−ヘキシル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−シクロヘキシル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−ベンジル−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'−o−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2'−p−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2'−p−フェニレンビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2'−m−フェニレンビス(4−メチル−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)、2,2'−エチレンビス(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'−デカメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2'−エチレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2'−テトラメチレンビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2'−9,9'−ジフェノキシエタンビス(2−オキサゾリン)、2,2'−シクロヘキシレンビス(2−オキサゾリン)及び2,2'−ジフェニレンビス(2−オキサゾリン)等を例示することができる。これらの中では、PETとの反応性が良好で耐候性の向上効果が高い観点から、2,2'−ビス(2−オキサゾリン)が最も好ましい。
ビスオキサゾリン化合物は、本発明の効果を損なわない限り、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明において、前述又は後述する、3官能以上の多官能モノマー、末端封止剤は、それぞれ一種単独で用いてもよいし、これら両方を組み合わせて用いてもよい。
本発明の基材の製造方法については、後に詳細に説明する。
〔塗布層(特定塗布層)〕
本発明の太陽電池用バックシートが有する塗布層(特定塗布層)は、既述の本発明の基材の少なくとも一方の面に設けられた層であり、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する。
更に、必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤等を含有していてもよい。
特定塗布層は、本発明の基材の少なくとも一方の面に設けられている。すなわち、本発明の基材表面の片面に設けられていてもよいし、両面に設けられていてもよい。
−アクリル樹脂を含むバインダー−
特定塗布層が含有するバインダーは、少なくともアクリル樹脂を含んでいればよく、さらに、アクリル樹脂以外の樹脂を含んでいてもよい。
特定塗布層中のバインダーは、後述するカルボジイミド架橋剤と反応するカルボキシ基を含み、耐久性に優れるアクリル樹脂を少なくとも含有することで、カルボジイミド架橋剤によって架橋され、屋外で雨曝しにされるような湿熱環境下においても優れた耐久性を有する層となることができる。
アクリル樹脂としては、公知のアクリル単量体を用いて得るアクリル樹脂であればよい。また、アクリル単量体以外のアクリル単量体を共重合成分として含むこともでき、このようなアクリル単量体としては、(メタ)アクリル酸エステル類としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、アセトキシエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、2−(2−メトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体のモノメチルエーテル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
併用し得る他の樹脂としては、ポリエステル、ウレタン樹脂(ポリウレタン)、アクリル樹脂(ポリアクリル)、オレフィン樹脂(ポリオレフィン)、ビニルアルコール樹脂(ポリビニルアルコール)、シリコーン樹脂等が挙げられる。
特定塗布層が含有するアクリル樹脂は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。また、アクリル樹脂と併用し得る他の樹脂も、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
特定塗布層中のバインダーの含有量は、後述するカルボジイミド架橋剤との質量比を考慮して決定することが好ましいが、0.02g/m〜0.1g/mであることが好ましい。バインダーの含有量を上記範囲とすることで、本発明の効果をより向上することができる。
また、アクリル樹脂以外の樹脂を併用する場合は、特定塗布層に含まれる全バインダー中のアクリル樹脂の含有量は、全バインダー質量に対して、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。さらには、特定塗布層に含まれる全バインダーがアクリル樹脂であることが好ましい。
−カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分−
特定塗布層は、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分を含有する。
特定塗布層は、後述するように、特定塗布層を形成するための塗布液を、本発明の基材上に塗布して得た塗布膜を乾燥することにより形成することができる。特定塗布層を形成するための塗布液中には、少なくとも、既述のアクリル樹脂を含むバインダーと、カルボジイミド架橋剤と、後述する無機微粒子とを含有しておく必要がある。当該塗布液中のカルボジイミド架橋剤は、バインダー中のアクリル樹脂と反応し、特定塗布層が形成されたときには、特定塗布層は、バインダーとバインダーとを架橋する架橋構造部分を含有している。かかる架橋構造部分は、カルボジイミド架橋剤に由来する構造部分である。
耐久性に優れたアクリル樹脂を含むバインダー同士が架橋することにより、特定塗布層が湿熱環境下においても優れた耐久性を有する層となることは上述のとおりである。
本発明では、さらに、カルボジイミド架橋剤は、本発明の基材であるPETフィルムが有する末端カルボキシ基とも反応するため、特定塗布層中のバインダーとPETフィルムとまでもが架橋し、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分を有することになる。かかる特定塗布層中のバインダーとPETフィルムとの架橋が、易接着性層と基材との優れた密着性に大きく寄与する。また、特定塗布層中の耐久性に優れたバインダーとPETフィルムとの架橋により、基材と易接着性層との間に水分が入り込みにくくなり、基材の耐候性を維持すると考えられる。
カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分を構成するカルボジイミド架橋剤としては、既述の本発明の基材であるPETフィルムが含有し得るカルボジイミド化合物が挙げられ、具体的には、1官能性カルボジイミドと多官能性カルボジイミドがある。
1官能性カルボジイミドとしては、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、t−ブチルイソプロピルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ジ−t−ブチルカルボジイミド及びジ−β−ナフチルカルボジイミドなどが挙げられ、好ましくはジシクロヘキシルカルボジイミドやジイソプロピルカルボジイミドである。
また、多官能性カルボジイミドとしては、重合度3〜15のポリカルボジイミドが好ましい。ポリカルボジイミドは、一般に「−R−N=C=N−」等で表される繰り返し単位を有し、前記Rは、アルキレン、アリーレン等の2価の連結基を表す。このような繰り返し単位としては、例えば、1,5−ナフタレンカルボジイミド、4,4'−ジフェニルメタンカルボジイミド、4,4'−ジフェニルジメチルメタンカルボジイミド、1,3−フェニレンカルボジイミド、2,4−トリレンカルボジイミド、2,6−トリレンカルボジイミド、2,4−トリレンカルボジイミドと2,6−トリレンカルボジイミドの混合物、ヘキサメチレンカルボジイミド、シクロヘキサン−1,4−カルボジイミド、キシリレンカルボジイミド、イソホロンカルボジイミド、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−カルボジイミド、メチルシクロヘキサンカルボジイミド、テトラメチルキシリレンカルボジイミド、2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミド及び1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−カルボジイミドなどが挙げられる。
特定塗布層が含有するカルボジイミド架橋剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
特定塗布層中のカルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分の含有量は、既述のバインダー中のアクリル樹脂との質量比を考慮して決定することが好ましく、後述する式(1)を満たす範囲であることが好ましい。
なお、特定塗布層中のカルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分の含有量は、特定塗布層を形成するための塗布液に含有する量に相当する。従って、特定塗布層を形成するための塗布液中のカルボジイミド架橋剤の含有量は、後述する式(1)から決定される範囲の量とすることが好ましい。
−無機微粒子−
特定塗布層は、無機微粒子を含有する。
特定塗布層が無機微粒子を含有することで、太陽電池用バックシートが有する基材と易接着性層との密着力を高めることができる。
特定塗布層が含有し得る無機微粒子は特に制限されず、例えば、クレー、マイカ、酸化チタン、酸化スズ、炭酸カルシウム、カリオン、タルク、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイド状シリカ、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ及びジルコニア等が挙げられる。
中でも、シリカ(湿式、乾式、及びコロイド状を含む)、酸化チタン、アルミナ、及び酸化スズが好ましく、湿熱雰囲気に晒されたときの接着性の低下が小さいことから、酸化錫またはシリカが好ましい。その中でも特に、酸化スズが好ましい。
酸化スズは、シリカに比較して、粒子形状が不定形であることが多く相対的に表面性が大きいこと、また2次粒子、3次粒子を形成して、複雑な粒塊をつくりやすい傾向にあり、結果として、酸化スズ粒子とバインダー樹脂との結合が、シリカ粒子のそれと比較して強く保持されているものと考えられる。
また、特定塗布層が、アクリル樹脂と、酸化スズと、カルボジイミド架橋剤とを含有する塗布液を用いて、本発明の基材上に塗布形成されることで、易接着性層と本発明の基材との密着性に、特に優れることを見出した。
特定塗布層が含有し得る無機微粒子は、1種でも、2種以上でもよいが、2種以上の無機微粒子を用いる場合は、そのうち少なくとも1種は酸化スズであることが好ましく、さらに、無機微粒子の主成分が、酸化スズであることが好ましい。ここで、主成分とは、酸化スズが、特定塗布層中の無機微粒子の全質量に対して、50質量%を超える質量であることをいい、無機微粒子の全質量に対する酸化スズの割合は、70質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。
特定塗布層が含有し得る無機微粒子は、酸化スズ1種であることが特に好ましい。
特定塗布層中の無機微粒子の含有量は、特定塗布層中のバインダーの全質量に対して、50質量%〜500質量%であることが好ましい。このとき、無機微粒子は、酸化スズが主成分であることが好ましい。
特定塗布層中の無機微粒子の含有量が、特定塗布層中のバインダーの全質量に対して、50質量%以上であることで、耐候性、および、易接着性層と基材との密着性を向上することができる。
また、一般に、無機微粒子の含有量が、同層中に含まれるバインダーの全質量に対して100質量%以上となる高濃度であると、隣接する層との密着性を損ね易い。しかし、特定塗布層が含有するバインダー、カルボジイミド架橋剤、及び無機微粒子の組み合わせにより優れた密着性を有するため、無機微粒子を高濃度とすることができ、500質量%まで含有することができる。特に、アクリル樹脂と、カルボジイミド架橋剤と、酸化スズとの組み合わせは、易接着性層と本発明の基材との密着性に特に優れるため、無機微粒子の主成分が酸化スズである場合には、バインダーに対する無機微粒子の含有量が500質量%であっても、易接着性層と本発明の基材との密着性に優れる。
バインダーに対する無機微粒子の含有量が500質量%以下であれば、特定塗布層が粉っぽくなりにくく、易接着性層と本発明の基材との密着性を損ね難い。
特定塗布層中の無機微粒子の含有量は、特定塗布層中のバインダーの全質量に対して、100質量%〜400質量%であることがより好ましく、150質量%〜300質量%であることがさらに好ましい。
無機微粒子の粒径は、特に制限されないが、密着性の観点から10nm〜700nm程度が好ましく、より好ましくは20nm〜300nm程度である。また、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。
−式(1)−
本発明の太陽電池用バックシートは、特定塗布層中のアクリル樹脂の酸価をA、カルボジイミド架橋剤の等量をBとするとき、アクリル樹脂に対するカルボジイミド架橋剤の質量比X(カルボジイミド架橋剤/アクリル樹脂)が、AとBとの積AB(=A×B)との間で、下記式(1)を満たすことが好ましい。
(0.8AB)/56100 < X <(2.0AB)/56100 ・・・(1)
アクリル樹脂の酸価Aは、アクリル樹脂1g中に存在する遊離脂肪酸を中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数である。
カルボジイミド架橋剤の等量Bは、カルボジイミド基1モルを含むカルボジイミド化合物のg数である。
式(1)において、「56100」は、アクリル樹脂の酸価の測定に用いる水酸化カリウム(KOH)の重量平均分子量56.1に1000を乗じた値(56.1×1000=56100)を表し、「AB/56100」は、アクリル樹脂中の酸のモル数とカルボジイミド架橋剤中のカルボジイミド基のモル数が等量となるアクリル樹脂とカルボジイミド架橋剤の比率を表す。
なお、カルボジイミド架橋剤のカルボジイミド等量Bは、200〜500であることが好ましい。
−界面活性剤−
特定塗布層は、さらに界面活性剤を含有していてもよい。
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。特定塗布層中の界面活性剤の含有量は、0.1mg/m〜15mg/mが好ましく、より好ましくは0.5mg/m〜5mg/mである。
特定塗布層を形成するための塗布液に、上記範囲の量で界面活性剤が含まれていることで、ハジキの発生を抑えて良好に層形成ができるため、本発明の効果をより高めることができる。
−その他の添加剤−
特定塗布層には、本発明の目的を損なわない範囲内において、各種添加剤を含有していてもよい。かかる添加剤としては、例えば、紫外線吸収剤、光安定剤、及び酸化防止剤等が挙げられる。
−特定塗布層の形成方法−
特定塗布層は、バインダー、架橋剤、無機微粒子、及びその他必要に応じて含まれる成分を既述の含有量となるように含有する特定塗布層形成用の塗布液を、本発明の基材の少なくとも一方の面に塗布することにより形成される。
塗布方法としては、例えば、グラビアコーター、バーコーターなどの公知の塗布方法を利用することができる。
塗布液は、塗布溶媒として水を用いた水系でもよいし、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶媒を用いた溶剤系でもよい。中でも、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。塗布溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。好ましい塗布溶媒の例として、水、水/メチルアルコール=95/5(質量比)等がある。
なお、本発明の基材に塗布液を塗布する前に、基材表面に対して、硫酸クロム酸混液による酸エッチング処理、ガス炎による火炎処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、グロー放電処理等の表面処理を施してもよい。
特定塗布層の厚みは特に制限されないが、0.2μm〜8.0μmであることが好まく、0.5μm〜6.0μmであることが好ましい。
なお、特定塗布層は1層のみの単層で構成されていてもよいし、2層以上の多層であってもよい。特定塗布層が多層である場合は、多層で構成される特定塗布層の全厚みが0.2μm〜8.0μmであることが好ましい。
〔易接着性層〕
本発明の太陽電池用バックシートは、既述の特定塗布層上に、易接着性層を有する。
易接着性層は、少なくとも1種の樹脂バインダーを主成分として含有する。
「樹脂バインダーを主成分として含有する」とは、易接着性層が、樹脂バインダーを、易接着性層の固形分質量の50質量%を超える割合で含有することをいう。
易接着性層が含有し得る樹脂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。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を用いてもよい。中でも、耐久性の観点から、アクリル樹脂、及びポリオレフィンが好ましく、アクリル樹脂を含有する特定塗布層との密着性の観点から、アクリル樹脂がより好ましい。
易接着性層中の樹脂バインダーの量は、0.05g/m〜5g/mの範囲が好ましく、0.08g/m〜3g/mの範囲が特に好ましい。バインダー量は、0.05g/m以上であることでより良好な接着力が得られ、5g/m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、さらに架橋剤由来の架橋構造部分を含有していることが好ましい。
架橋構造部分を構成する架橋剤の例としては、エポキシ系架橋剤、イソシアネート架橋剤、メラミン架橋剤、カルボジイミド架橋剤、オキサゾリン架橋剤等の架橋剤が挙げられる。これらの中でもエポキシ系架橋剤が好ましい。市販のエポキシ系架橋剤を用いてもよく、例えば、ナガセケムテックス(株)製、デナコールEX−614B等が挙げられる。
架橋剤由来の架橋構造部分の易接着性層中における含有量は、易接着性層中のバインダー全質量に対して5質量%〜50質量%が好ましく、より好ましくは20質量%〜40質量%である。架橋構造部分の含有量が、5質量%以上であることで良好な架橋効果が得られ、易接着性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、易接着性層を塗布形成する場合に、塗布液のポットライフをより長く保つことができる。
なお、易接着性層中の架橋剤に由来する架橋構造部分の含有量は、易接着性層を形成するための塗布液に含有する量に相当する。従って、易接着性層を形成するための塗布液中の架橋剤の含有量は、当該塗布液中のバインダー全質量に対して、5質量%〜50質量%とすることが好ましい。
易接着性層は、必要に応じて更に、微粒子や、他の添加剤を含有していてもよい。
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挙げられる。
他の添加剤としては、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が挙げられる。
−易接着性層の形成方法−
易接着性層は、少なくとも1種の樹脂バインダーを主成分として含有するシート状の部材であっても、少なくとも1種の樹脂バインダーを主成分として含有する易接着性層形成用塗布液により特定塗布層上に塗布形成される塗布層であってもよい。少なくとも1種の樹脂バインダーを主成分として含有するシート状の部材とする場合は、特定塗布層にそのまま貼り合わせるか、特定塗布層と部材との間に、公知の接着剤を付与することにより貼り合わせてもよい。
塗布による方法は、簡便で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。
易接着性層を形成するための塗布液中の樹脂バインダーや、必要に応じて含み得る架橋剤は、既述の含有量となるように塗布液中に含有していればよい。
塗布液の塗布方法としては、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することができる。塗布に用いる塗布液の溶媒としては、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
〔他の層〕
太陽電池用バックシートは、本発明の基材の少なくとも一方の面に、既述の特定塗布層と、易接着性層とを有すればよいが、さらに、日光を反射する反射層や、太陽電池用バックシートに意匠性をもたらす着色層を有していてもよい。
反射層には、例えば、酸化チタン等の白色顔料が含まれていればよく、また、着色層には、一般に、黒色顔料や青色顔料等が含まれている。
本発明の太陽電池用バックシートは、上記のとおり、本発明の基材と、特定塗布層と、既述の易接着性層とを備えていることで、耐候性と密着性とを両立することができる。
従って、本発明の太陽電池用バックシートは、湿熱環境下での破断伸度保持率が高い。例えば、120℃、相対湿度100%(100%RHとも記載する)環境下で48時間静置する加速試験前後における破断伸度保持率は、20%〜90%の範囲である。
上記破断伸度保持率は、具体的には、次のように算出する。
まず、上記加速試験をする前の太陽電池用バックシートと、上記加速試験をした後の太陽電池用バックシートとについて、それぞれJIS−K7127に準拠した方法により破断伸度測定する。加速試験前の太陽電池用バックシートの破断伸度をL、加速試験後の太陽電池用バックシートの破断伸度をLとしたとき、下記式(L)から算出される。
破断伸度保持率〔%〕=(L/L)×100 ・・・式(L)
<基材の製造方法>
本発明の基材は、既述のプレピーク温度を有し得る方法であればいずれの方法により作製されてもよい。本発明においては、例えば、以下に示す本発明の基材の製造方法により最も好適に作製することができる。
以下、本発明の基材の製造方法について具体的に説明する。
本発明の基材の製造方法は、PET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PETフィルムを成形するフィルム成形工程と、成形された前記PETフィルムを長手方向に縦延伸する縦延伸工程と、前記縦延伸後のPETフィルムを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少なくとも設けて構成されると共に、
前記横延伸工程は、縦延伸後のPETフィルム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PETフィルム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を行なった後の前記PETフィルムの最高到達膜面温度を160℃〜225℃の範囲に加熱して熱固定する熱固定工程と、前記熱固定されたPETフィルムを加熱し、PETフィルムの緊張を緩和する熱緩和工程と、熱緩和後のPET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。
以下、本発明のPETフィルムの製造方法の詳細を、フィルム成形工程、縦延伸工程、及び横延伸工程の工程ごとに、それぞれ詳細に説明する。
〔フィルム成形工程〕
フィルム成形工程では、PET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(「チルロール」、「冷却ロール」とも称される)上で冷却してPETフィルムを成形する。本発明においては、固有粘度(IV)が0.75dL/g以上のPETフィルムが好適に成形される。
PET原料樹脂を溶融押出する方法、及びPET原料樹脂については、特に限定されないが、PET原料樹脂の合成に用いる触媒や、重合方法等により固有粘度を所望の固有粘度とすることができる。
まず、PET原料樹脂について説明する。
(PET原料樹脂)
PET原料樹脂は、PETフィルムの原料となり、PETを含んでいる材料であれば、特に制限されず、PET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、PET原料樹脂は、触媒由来のチタン元素を含んでいてもよい。
PET原料樹脂に含まれるPET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PETを用いてもよい。
PETを合成する場合は、例えば、(A)ジカルボン酸成分と、(B)ジオール成分とを、周知の方法でエステル化反応及び/又はエステル交換反応させることによって得ることができる。
(A)ジ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、フェニルエ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、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。
(B)ジオール成分としては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール等の脂肪族ジオール類、シクロヘキサンジメタノール、スピログリコール、イソソルビドなどの脂環式ジオール類、ビスフェノールA、1,3―ベンゼンジメタノール,1,4−ベンセンジメタノール、9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、などの芳香族ジオール類等のジオール化合物が挙げられる。
前記(A)ジカルボン酸成分として、芳香族ジカルボン酸の少なくとも1種が用いられる場合が好ましい。より好ましくは、ジカルボン酸成分のうち、芳香族ジカルボン酸を主成分として含有する。芳香族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分を含んでもよい。このようなジカルボン酸成分としては、芳香族ジカルボン酸などのエステル誘導体等である。
なお、「芳香族ジカルボン酸を主成分として含有する」とは、ジカルボン酸成分に占める芳香族ジカルボン酸の割合が80質量%以上であることをいう。
また、前記(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。
ジオール成分(例えばエチレングリコール)の使用量は、ジカルボン酸成分(特に前記芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸))及び必要に応じそのエステル誘導体の1モルに対して、1.015〜1.50モルの範囲であるのが好ましい。該使用量は、より好ましくは1.02〜1.30モルの範囲であり、更に好ましくは1.025〜1.10モルの範囲である。該使用量は、1.015以上の範囲であると、エステル化反応が良好に進行し、1.50モル以下の範囲であると、例えばエチレングリコールの2量化によるジエチレングリコールの副生が抑えられ、融点やガラス転移温度、結晶性、耐熱性、耐加水分解性、耐候性など多くの特性を良好に保つことができる。
本発明におけるPET原料樹脂は、カルボン酸基の数(a)と水酸基の数(b)との合計(a+b)が3以上である多官能モノマーを共重合成分(3官能以上の構成成分)として含むことが好ましい。「多官能モノマーを共重合成分(3官能以上の構成成分)として含む」とは、多官能モノマーに由来の構成単位を含むことを意味する。
カルボン酸基の数(a)と水酸基の数(b)との合計(a+b)が3以上である多官能モノマーに由来の構成単位としては、以下に示すカルボン酸に由来の構成単位が挙げられる。
カルボン酸基の数(a)が3以上のカルボン酸(多官能モノマー)の例として、3官能の芳香族カルボン酸としては、例えば、トリメシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、アントラセントリカルボン酸等が、3官能の脂肪族カルボン酸としては、例えば、メタントリカルボン酸、エタントリカルボン酸、プロパントリカルボン酸、ブタントリカルボン酸等が、4官能の芳香族カルボン酸としては、例えば、ベンゼンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、アントラセンテトラカルボン酸、ペリレンテトラカルボン酸等が、4官能の脂肪族カルボン酸として、例えば、エタンテトラカルボン酸、エチレンテトラカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、アダマンタンテトラカルボン酸等が、5官能以上の芳香族カルボン酸として、例えば、ベンゼンペンタカルボン酸、ベンゼンヘキサカルボン酸、ナフタレンペンタカルボン酸、ナフタレンヘキサカルボン酸、ナフタレンヘプタカルボン酸、ナフタレンオクタカルボン酸、アントラセンペンタカルボン酸、アントラセンヘキサカルボン酸、アントラセンヘプタカルボン酸、アントラセンオクタカルボン酸等が、5官能以上の脂肪族カルボン酸として、例えば、エタンペンタカルボン酸、エタンヘプタカルボン酸、ブタンペンタカルボン酸、ブタンヘプタカルボン酸、シクロペンタンペンタカルボン酸、シクロヘキサンペンタカルボン酸、シクロヘキサンヘキサカルボン酸、アダマンタンペンタカルボン酸、アダマンタンヘキサカルボン酸等が挙げられる。
本発明においては、これらのエステル誘導体や酸無水物等が例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、上述のカルボン酸のカルボキシ末端に、l−ラクチド、d−ラクチド、ヒドロキシ安息香酸などのオキシ酸類及びその誘導体、そのオキシ酸類が複数個連なったもの等を付加させたものも好適に用いられる。
これらは、1種単独で用いても、必要に応じて、複数種を併用してもよい。
水酸基数(b)が3以上の多官能モノマーの例として、3官能の芳香族化合物としては、例えば、トリヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシナフタレン、トリヒドロキシアントラセン、トリヒドロキシカルコン、トリヒドロキシフラボン、トリヒドロキシクマリンが、3官能の脂肪族アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、プロパントリオールが、4官能の脂肪族アルコールとしては、例えば、ペンタエリスリトール等が挙げられる。また、上述の化合物の水酸基末端にジオール類を付加させた化合物も好ましく用いられる。
これらは、1種単独で用いても、必要に応じて、複数種を併用してもよい。
また、上記以外の他の多官能モノマーとして、一分子中に水酸基とカルボン酸基の両方を有し、カルボン酸基の数(a)と水酸基の数(b)との合計(a+b)が3以上であるオキシ酸類も挙げられる。このようなオキシ酸類の例としては、ヒドロキシイソフタル酸、ヒドロキシテレフタル酸、ジヒドロキシテレフタル酸、トリヒドロキシテレフタル酸などを挙げることができる。
また、これらの多官能モノマーのカルボキシ末端に、l−ラクチド、d−ラクチド、ヒドロキシ安息香酸などのオキシ酸類及びその誘導体、そのオキシ酸類が複数個連なったもの等を付加させたものも好適に用いられる。
これらは、1種単独で用いても、必要に応じて、複数種を併用してもよい。
本発明におけるPET原料樹脂においては、前記多官能モノマーに由来の構成単位のPET原料樹脂中における含有比率が、PET原料樹脂中の全構成単位に対して、0.005モル%以上2.5モル%以下であることが好ましい。多官能モノマーに由来の構成単位の含有比率は、より好ましくは0.020モル%以上1モル%以下であり、更に好ましくは0.025モル%以上1モル%以下であり、更に好ましくは0.035モル%以上0.5モル%以下であり、特に好ましくは0.05モル%以上0.5モル%以下であり、最も好ましくは0.1モル%以上0.25モル%以下である。
PET原料樹脂中に3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位が存在することで、上記したように、最終的にPETフィルムを成形した場合において、重縮合に用いられなかった官能基がPETフィルム上に塗布形成される塗布層(特定塗布層)中の成分と水素結合、共有結合することで、塗布層とPETフィルムとの密着性がより良好に保たれ、剥離の発生を効果的に防ぐことができる。また、3官能以上の多官能モノマーに由来の構成単位からPET分子鎖を枝分かれされた構造が得られ、PET分子間の絡み合いを促すことができる。
エステル化反応及び/又はエステル交換反応には、従来から公知の反応触媒を用いることができる。該反応触媒としては、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、亜鉛化合物、鉛化合物、マンガン化合物、コバルト化合物、アルミニウム化合物、アンチモン化合物、チタン化合物、リン化合物などを挙げることができる。通常、PETの製造方法が完結する以前の任意の段階において、重合触媒としてアンチモン化合物、ゲルマニウム化合物、チタン化合物を添加することが好ましい。このような方法としては、例えば、ゲルマニウム化合物を例に取ると、ゲルマニウム化合物粉体をそのまま添加することが好ましい。
例えば、エステル化反応工程は、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとを、チタン化合物を含有する触媒の存在下で重合する。このエステル化反応工程では、触媒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を用いると共に、工程中に少なくとも、有機キレートチタン錯体と、マグネシウム化合物と、置換基として芳香環を有しない5価のリン酸エステルとをこの順序で添加する過程を設けて構成される。
まず初めに、芳香族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールを、マグネシウム化合物及びリン化合物の添加に先立って、チタン化合物である有機キレートチタン錯体を含有する触媒と混合する。有機キレートチタン錯体等のチタン化合物は、エステル化反応に対しても高い触媒活性を持つので、エステル化反応を良好に行なわせることができる。このとき、ジカルボン酸成分及びジオール成分を混合した中にチタン化合物を加えてもよいし、ジカルボン酸成分(又はジオール成分)とチタン化合物を混合してからジオール成分(又はジカルボン酸成分)を混合してもよい。また、ジカルボン酸成分とジオール成分とチタン化合物とを同時に混合するようにしてもよい。混合は、その方法に特に制限はなく、従来公知の方法により行なうことが可能である。
より好ましいPETは、ゲルマニウム(Ge)系触媒、アンチモン(Sb)系触媒、アルミニウム(Al)系触媒、及びチタン(Ti)系触媒から選ばれる1種又は2種以上を用いて重合されるものが好ましく、より好ましくはTi系触媒である。
前記Ti系触媒は、反応活性が高く、重合温度を低くすることができる。そのため、特に重合反応中にPETが熱分解し、COOHが発生するのを抑制することが可能である。すなわち、Ti系触媒を用いることで、熱分解の原因となるPETの末端カルボン酸の量を低減することができ、異物形成を抑制することができる。PETの末端カルボン酸の量を低減しておくことで、PETフィルムを製造した後に、PETフィルムが熱分解することを抑制することもできる。
前記Ti系触媒としては、酸化物、水酸化物、アルコキシド、カルボン酸塩、炭酸塩、蓚酸塩、有機キレートチタン錯体、及びハロゲン化物等が挙げられる。Ti系触媒は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、二種以上のチタン化合物を併用してもよい。
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。
PETを重合する際において、触媒としてチタン(Ti)化合物を、チタン元素換算値で1ppm以上50ppm以下、より好ましくは2ppm以上30ppm以下、さらに好ましくは3ppm以上15ppm以下の範囲で用いて重合を行なうことが好ましい。この場合、PET原料樹脂には、1ppm以上50ppm以下のチタン元素が含まれる。
PET原料樹脂に含まれるチタン元素の量が1ppm以上であると、PET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。PET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、PETシートの延伸の際に延伸ムラが軽減される。
[チタン化合物]
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。
例えばクエン酸を配位子とするキレートチタン錯体を用いた場合、微細粒子等の異物の発生が少なく、他のチタン化合物に比べ、重合活性と色調の良好なPETが得られる。更に、クエン酸キレートチタン錯体を用いる場合でも、エステル化反応の段階で添加する方法により、エステル化反応後に添加する場合に比べ、重合活性と色調が良好で、末端カルボキシ基の少ないPETが得られる。この点については、チタン触媒はエステル化反応の触媒効果もあり、エステル化段階で添加することでエステル化反応終了時におけるオリゴマー酸価が低くなり、以降の重縮合反応がより効率的に行なわれること、またクエン酸を配位子とする錯体はチタンアルコキシド等に比べて加水分解耐性が高く、エステル化反応過程において加水分解せず、本来の活性を維持したままエステル化及び重縮合反応の触媒として効果的に機能するものと推定される。
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。
前記クエン酸キレートチタン錯体としては、例えば、ジョンソン・マッセイ社製のVERTEC AC−420など市販品として容易に入手可能である。
芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジオールは、これらが含まれたスラリーを調製し、これをエステル化反応工程に連続的に供給することにより導入することができる。
また、チタン化合物としては、有機キレートチタン錯体以外には一般に、酸化物、水酸化物、アルコキシド、カルボン酸塩、炭酸塩、蓚酸塩、及びハロゲン化物等が挙げられる。本発明の効果を損なわない範囲であれば、有機キレートチタン錯体に加えて、他のチタン化合物を併用してもよい。
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。
本発明においては、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとを、チタン化合物を含有する触媒の存在下で重合するとともに、チタン化合物の少なくとも一種が有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体であって、有機キレートチタン錯体とマグネシウム化合物と置換基として芳香環を有しない5価のリン酸エステルとをこの順序で添加する過程を少なくとも含むエステル化反応工程と、エステル化反応工程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工程と、を設けて構成されているPETの製造方法により作製されるのが好ましい。
この場合、エステル化反応の過程において、チタン化合物として有機キレートチタン錯体を存在させた中に、マグネシウム化合物を添加し、次いで特定の5価のリン化合物を添加する添加順とすることで、チタン触媒の反応活性を適度に高く保ち、マグネシウムによる静電印加特性を付与しつつ、かつ重縮合における分解反応を効果的に抑制することができるため、結果として着色が少なく、高い静電印加特性を有するとともに高温下に曝された際の黄変色が改善されたPETが得られる。
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PET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PET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PET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PETが得られる。
このPETは、透明性に関する要求の高い用途(例えば、光学用フィルム、工業用リス等)に利用が可能であり、高価なゲルマニウム系触媒を用いる必要がないため、大幅なコスト低減が図れる。加えて、Sb触媒系で生じやすい触媒起因の異物の混入も回避されるため、製膜過程での故障の発生や品質不良が軽減され、得率向上による低コスト化も図ることができる。
エステル化反応させるにあたり、チタン化合物である有機キレートチタン錯体と添加剤としてマグネシウム化合物と5価のリン化合物とをこの順に添加する過程を設けることが好ましい。このとき、有機キレートチタン錯体の存在下、エステル化反応を進め、その後はマグネシウム化合物の添加を、リン化合物の添加前に開始することができる。
[リン化合物]
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)−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。
リン化合物の添加量としては、P元素換算値が50ppm以上90ppm以下の範囲となる量が好ましい。リン化合物の量は、より好ましくは60ppm以上80ppm以下となる量であり、さらに好ましくは60ppm以上75ppm以下となる量である。
[マグネシウム化合物]
PETにマグネシウム化合物を含めることにより、PET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。
マグネシウム化合物の添加量としては、高い静電印加性を付与するためには、Mg元素換算値が50ppm以上となる量が好ましく、50ppm以上100ppm以下の範囲となる量がより好ましい。マグネシウム化合物の添加量は、静電印加性の付与の点で、好ましくは60ppm以上90ppm以下の範囲となる量であり、さらに好ましくは70ppm以上80ppm以下の範囲となる量である。
エステル化反応工程においては、触媒成分である前記チタン化合物と、添加剤である前記マグネシウム化合物及びリン化合物とを、下記式(i)から算出される値Zが下記の関係式(ii)を満たすように、添加して溶融重合させる場合が特に好ましい。ここで、P含有量は芳香環を有しない5価のリン酸エステルを含むリン化合物全体に由来するリン量であり、Ti含有量は、有機キレートチタン錯体を含むTi化合物全体に由来するチタン量である。このように、チタン化合物を含む触媒系でのマグネシウム化合物及びリン化合物の併用を選択し、その添加タイミング及び添加割合を制御することによって、チタン化合物の触媒活性を適度に高く維持しつつも、黄色味の少ない色調が得られ、重合反応時やその後の製膜時(溶融時)などで高温下に曝されても黄着色を生じ難い耐熱性を付与することができる。
(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に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。
前記式(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。
本発明においては、特殊な合成等が不要であり、安価でかつ容易に入手可能なチタン化合物、リン化合物、マグネシウム化合物を用いて、反応に必要とされる反応活性を持ちながら、色調及び熱に対する着色耐性に優れたPETを得ることができる。
前記式(ii)において、重合反応性を保った状態で、色調及び熱に対する着色耐性をより高める観点から、+1.0≦Z≦+4.0を満たす場合が好ましく、+1.5≦Z≦+3.0を満たす場合がより好ましい。
本発明における好ましい態様として、エステル化反応が終了する前に、芳香族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールに、Ti元素換算値で1ppm以上30ppm以下のクエン酸又はクエン酸塩を配位子とするキレートチタン錯体を添加後、該キレートチタン錯体の存在下に、Mg元素換算値で60ppm以上90ppm以下(より好ましくは70ppm以上80ppm以下)の弱酸のマグネシウム塩を添加し、該添加後にさらに、P元素換算値で60ppm以上80ppm以下(より好ましくは65ppm以上75ppm以下)の、芳香環を置換基として有しない5価のリン酸エステルを添加する態様が挙げられる。
上記において、キレートチタン錯体(有機キレートチタン錯体)とマグネシウム塩(マグネシウム化合物)と5価のリン酸エステルとの各々について、それぞれ全添加量の70質量%以上が、前記順序で添加される態様が好ましい。
エステル化反応は、少なくとも2個の反応器を直列に連結した多段式装置を用いて、エチレングリコールが還流する条件下で、反応によって生成した水又はアルコールを系外に除去しながら実施することができる。
また、上記したエステル化反応は、一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/cmが好ましく、より好ましくは2.0〜3.0kg/cm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/cm、より好ましくは1.0〜3.0kg/cm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、前記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−
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。
エステル化反応で生成したオリゴマー等のエステル化反応生成物は、引き続いて重縮合反応に供される。この重縮合反応は、多段階の重縮合反応槽に供給することにより好適に行なうことが可能である。
例えば、3段階の反応槽で行なう場合の重縮合反応条件は、第一反応槽は、反応温度が255〜280℃、より好ましくは265〜275℃であり、圧力が100〜10torr(13.3×10−3〜1.3×10−3MPa)、より好ましくは50〜20torr(6.67×10−3〜2.67×10−3MPa)であって、第二反応槽は、反応温度が265〜285℃、より好ましくは270〜280℃であり、圧力が20〜1torr(2.67×10−3〜1.33×10−4MPa)、より好ましくは10〜3torr(1.33×10−3〜4.0×10−4MPa)であって、最終反応槽内における第三反応槽は、反応温度が270〜290℃、より好ましくは275〜285℃であり、圧力が10〜0.1torr(1.33×10−3〜1.33×10−5MPa)、より好ましくは5〜0.5torr(6.67×10−4〜6.67×10−5MPa)である態様が好ましい。
上記のようにして合成されたPETには、光安定化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、易滑剤(微粒子)、核剤(結晶化剤)、結晶化阻害剤などの添加剤を更に含有させてもよい。
PETシートの原料であるPETは、固相重合したペレットであることが好ましい。
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、PETフィルムの含水率、結晶化度、PETの酸価、すなわち、PET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。
本発明においては、PETフィルムの耐加水分解性の観点から、PETの固有粘度(IV)を0.75dL/g以上とすることが好ましい。さらに、PETの固有粘度(IV)は、0.75dL/g以上0.9dL/g以下であることが好ましい。IVが0.75dL/g未満であると、PETの分子運動が阻害されないために結晶化が進みやすい。また、IVは0.9dL/g以下であると、押出機内の剪断発熱によるPETの熱分解が起こり過ぎず、結晶化が抑制され、また、酸価(AV)を低く抑えることができる。中でも、IVは、0.75dL/g以上0.85dL/g以下であることがより好ましく、0.78dL/g以上0.85dL/g以下がより好ましい。
特に、エステル化反応において、Ti触媒を使用し、さらに固相重合して、PETの固有粘度(IV)を、0.75dL/g以上0.9dL/g以下とすることで、PETシートの製造工程における溶融樹脂の冷却工程において、PETが結晶化することを抑制し易い。
したがって、縦延伸及び横延伸に適用するPETフィルムの原料であるPETは、固有粘度が0.75dL/g以上0.9dL/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)は、溶液粘度(η)と溶媒粘度(η0)の比ηr(=η/η0;相対粘度)から1を引いた比粘度(ηsp=ηr−1)濃度で割った値を濃度がゼロの状態に外挿した値である。IVは、ウベローデ型粘度計を用い、PETを1,1,2,2−テトラクロルエタン/フェノール(=2/3[質量比])混合溶媒に溶解させ、25℃の溶液粘度から求められる。
PETの固相重合には、既述のエステル化反応により重合したPET又は市販のPETを、ペレット状などの小片形状にしたものを、出発物質として用いればよい。
PET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。
PET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、PET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、PET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。
固相重合の温度は、170℃以上240℃以下が好ましく、より好ましくは180℃以上230℃以下であり、さらに好ましくは190℃以上220℃以下である。また、固相重合
(溶融押出)
本発明におけるフィルム成形工程では、上記のようにして得られるPET原料樹脂を溶融押出し、さらに冷却してPETフィルムを成形する。
PET原料樹脂の溶融押出は、例えば、1本又は2本以上のスクリュを備えた押出機を用い、PET原料樹脂の融点以上の温度に加熱し、スクリュを回転させて溶融混練しながら行なわれる。PET原料樹脂は、加熱及びスクリュによる混練により、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(PET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、PET原料樹脂の溶融押出しを行なうことが好ましい。押出機は、混練温度が低く抑えられる点で二軸押出機が好ましい。
溶融されたPET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。
PET原料樹脂には、オキサゾリン系化合物、カルボジイミド化合物、及びエポキシ化合物から選ばれる末端封止剤を含めることが好ましい。この場合、フィルム成形工程では、末端封止剤が添加されたPET原料樹脂が溶融混練され、溶融混練時に末端封止剤と反応したPET原料樹脂を溶融押出する。
PET原料樹脂に末端封止剤を含める工程を設けることで、耐候性が向上する上、熱収縮を低く抑えることができる。また、PETフィルムを成形した場合において、PET末端に結合して分子鎖の末端部分が嵩高くなり、フィルム表面の微細凹凸量が増えるため、アンカー効果が発現しやすくなり、PETフィルムと該フィルム上に塗布形成される塗布層との密着が向上する。
末端封止剤の添加時期は、原料の投入から押出までの過程においてPET原料樹脂と共に溶融混練される段階であれば、特に制限はないが、末端封止剤は、原料をシリンダに投入後スクリュでベント口に送られるまでの間に加えられ、原料樹脂と共に溶融混練に供されることが好ましい。例えば、溶融混練を行なうシリンダの原料投入口とベント口との間に末端封止剤を供給する供給口を設け、シリンダ内の原料樹脂に直接加えることができる。このとき、末端封止剤は、加熱混練が開始されているが完全に溶融状態に達していないPET原料樹脂に加えられてもよいし、溶融状態のPET原料樹脂(メルト)に加えられてもよい。
末端封止剤のPET原料樹脂に対する量としては、PET原料樹脂の全質量に対して、0.1質量%以上5質量%以下が好ましい。末端封止剤のPET原料樹脂に対する好ましい量は、0.3質量%以上4質量%以下であり、さらに好ましくは0.5質量%以上2質量%以下である。
末端封止剤の含有比率が0.1質量%以上であることで、AV低下効果による耐候性向上を達成できる上、低熱収縮性及び密着性を付与することができる。また、末端封止剤の含有比率が5質量%以下であると、密着性が向上するほか、末端封止剤の添加によりPETのガラス転移温度(Tg)の低下が抑制され、これによる耐候性の低下や熱収縮の増加を抑制することができる。これは、Tgが低下した分、相対的にPETの反応性が増加することで生じる加水分解性の増加を抑制したり、Tg低下で増加するPET分子の運動性が増加し易くなることで生じる熱収縮が抑制されるためである。
本発明における末端封止剤としては、カルボジイミド基、エポキシ基、及びオキサゾリン基を有する化合物が好ましい。末端封止剤の具体例としては、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン系化合物などを好適に挙げることができる。
カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、及びオキサゾリン系化合物の例示及び好ましい態様等の詳細は、前記「PETフィルム」の項において既述した通りである。
ダイからメルト(PET)をキャスティングドラム上に押出すことで、フィルム状に成形(キャスト処理)することができる。
キャスト処理により得られるフィルム状のPET成形体の厚みは、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。
フィルム状のPET成形体の厚みを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、PET中のOH基やCOOH基がPET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PET表面に露出することを抑制する。
押出ダイから押出されたメルトを冷却する手段は、特に制限されず、メルトに冷風を当てたり、キャストドラム(冷却キャストドラム)に接触させたり、水を霧吹きすればよい。冷却手段は、1つのみ行なってもよいし、2つ以上を組み合わせて行なってもよい。
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。
また、キャストドラム等を用いて冷却されたPET成形体は、剥ぎ取りロール等の剥ぎ取り部材を用いて、キャストドラム等の冷却部材から剥ぎ取られる。
〔縦延伸工程〕
本発明の縦延伸工程では、前記フィルム成形工程で成形されたPETフィルムを長手方向に縦延伸する。
フィルムの縦延伸は、例えば、フィルムを挟む1対のニップロールにフィルムを通して、フィルムの長手方向にフィルムを搬送しながら、フィルムの搬送方向に並べた2対以上のニップロール間で緊張を与えることにより行なうことができる。具体的には、例えば、フィルムの搬送方向上流側に1対のニップロールA、下流側に1対のニップロールBを設置したとき、フィルムを搬送する際に、下流側のニップロールBの回転速度を、上流側のニップロールAの回転速度より速くすることで、フィルムが搬送方向(MD)に延伸される。なお、上流側、下流側、それぞれに、各々独立に、2対以上のニップロールを設置してもよい。また、PETフィルムの縦延伸は、上記ニップロールを備えた縦延伸装置を用いて行なってもよい。
縦延伸工程において、PETフィルムの縦延伸倍率は、2〜5倍であることが好ましく、2.5〜4.5倍であることがより好ましく、2.8〜4倍であることがさらに好ましい。
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PET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。
PETフィルムの延伸時の縦温度(以下、「縦延伸温度」とも称する)は、PETフィルム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、PETフィルムを加熱する手段としては、ニップロール等のロールを用いて延伸する場合は、ロール内部にヒーターや温溶媒を流すことのできる配管を設けることで、ロールに接するPETフィルムを加熱することができる。また、ロールを用いない場合においても、PETフィルムに温風を吹きかけたり、ヒーター等の熱源に接触させ、又は熱源の近傍を通過させることにより、PETフィルムを加熱することができる。
本発明のPETフィルムの製造方法では、縦延伸工程とは別に、後述する横延伸工程を含む。そのため、本発明のPETフィルムの製造方法では、PETフィルムを、PETフィルムの長手方向(搬送方向、MD)と、PETフィルムの長手方向と直交する方向(TD)との少なくとも2軸に延伸することになる。MD方向及びTD方向への延伸は、それぞれ少なくとも1回ずつ行なえばよい。
なお、「PETフィルムの長手方向(搬送方向、MD)と直交する方向(TD)」とは、PETフィルムの長手方向(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。
2軸延伸する方法としては、縦延伸と横延伸とを分離して行なう逐次2軸延伸方法のほか、縦延伸と横延伸を同時に行なう同時2軸延伸方法のいずれであってもよい。縦延伸と横延伸とは、各々独立に2回以上行なってもよく、縦延伸と横延伸の順序は問わない。例えば、縦延伸→横延伸、縦延伸→横延伸→縦延伸、縦延伸→縦延伸→横延伸、横延伸→縦延伸などの延伸態様が挙げられる。中でも縦延伸→横延伸が好ましい。
〔横延伸工程〕
次に、本発明における横延伸工程について詳細に説明する。
本発明における横延伸工程は、縦延伸後のPETフィルムを長手方向に直交する幅方向に横延伸する工程であるが、この横延伸を、縦延伸後のPETフィルム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PETフィルム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を行なった後の前記PETフィルムの最高到達膜面温度を160℃〜225℃の範囲に加熱して熱固定する熱固定工程と、前記熱固定されたPETフィルムを加熱し、PETフィルムの緊張を緩和する熱緩和工程と、熱緩和後のPET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PET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が、上記構成をなす各工程の処理が可能な横延伸装置又は2軸延伸機を用いて行なうことが好ましい。
−2軸延伸機−
図1に示すように、2軸延伸機100は、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2a〜2lとを備えている。環状レール60a及び60bは、PETフィルム200を挟んで互いに対称配置されており、把持部材2a〜2lでPET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。
図1は、2軸延伸機の一例を上面から示す上面図である。
2軸延伸機100は、PETフィルム200を予熱する予熱部10と、PETフィルム200を、矢印MD方向と直交する方向である矢印TD方向に延伸してPETフィルムに緊張を与える延伸部20と、緊張が与えられたPETフィルムに緊張を与えたまま加熱する熱固定部30と、熱固定したPETフィルムを加熱して熱固定したPETフィルムの緊張を緩める熱緩和部40と、熱緩和部を経たPETフィルムを冷却する冷却部50と、からなる領域で構成されている。
環状レール60aには、環状レール60aに沿って移動可能な把持部材2a、2b、2e、2f、2i、及び2jが取り付けられており、また環状レール60bには、環状レール60bに沿って移動可能な把持部材2c、2d、2g、2h、2k、及び2lが取り付けられている。把持部材2a、2b、2e、2f、2i、及び2jは、PETフィルム200のTD方向の一方の端部を把持し、把持部材2c、2d、2g、2h、2k、及び2lは、PETフィルム200のTD方向の他方の端部を把持する。把持部材2a〜2lは、一般にチャック、クリップ等と称される。把持部材2a、2b、2e、2f、2i、及び2jは、環状レール60aに沿って反時計回りに移動し、把持部材2c、2d、2g、2h、2k、及び2lは、環状レール60bに沿って時計回りに移動するようになっている。
把持部材2a〜2dは、予熱部10においてPETフィルム200の端部を把持し、握持したまま環状レール60a又は60bに沿って移動し、延伸部20や、把持部材2e〜2hが位置する熱緩和部40を経て、把持部材2i〜2lが位置する冷却部50まで進行する。その後、把持部材2a及び2bと、把持部材2c及び2dとは、搬送方向順に、冷却部50のMD方向下流側の端部でPETフィルム200の端部を離した後、さらに環状レール60a又は60bに沿って移動し、予熱部10に戻る。このとき、PETフィルム200は、矢印MD方向に移動して順次、予熱部10での予熱工程、延伸部20での延伸工程、熱固定部30での熱固定工程、熱緩和部40での熱緩和工程、冷却部50での冷却工程に供され、横延伸が行なわれる。把持部材2a〜2lの予熱部等の各領域での移動速度が、PETフィルム200の搬送速度となる。
把持部材2a〜2lは、各々独立に、移動速度を変化することができる。
2軸延伸機100は、延伸部20において、PETフィルム200をTD方向に延伸する横延伸を可能とするものであるが、把持部材2a〜2lの移動速度を変化させることにより、PETフィルム200をMD方向にも延伸することができる。すなわち、2軸延伸機100を用いて同時2軸延伸を行なうことも可能である。
PETフィルム200のTD方向の端部を把持する把持部材は、図1では2a〜2lのみを図示したが、PETフィルム200を支えるため、2軸延伸機100は、2a〜2lのほかに図示しない把持部材が取り付けられている。なお、以下において、把持部材2a〜2lを「把持部材2」と総称することがある。
(予熱工程)
予熱工程では、前記縦延伸工程で縦延伸した後のPETフィルムを延伸可能な温度に予熱する。
図1に示すように、予熱部10においてPETフィルム200を予熱する。予熱部10では、PETフィルム200を延伸する前に予め加熱し、PETフィルム200の横延伸を容易に行なえるようにする。
予熱部終了点における膜面温度(以下、「予熱温度」ともいう。)は、PETフィルム200のガラス転移温度をTgとするとき、Tg−10℃〜Tg+60℃であることが好ましく、Tg℃〜Tg+50℃であることがより好ましい。
なお、予熱部終了点は、PETフィルム200の予熱を終了する時点、すなわち予熱部10の領域からPETフィルム200が離れる位置をいう。
(延伸工程)
延伸工程では、前記予熱工程で予熱されたPET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。
図1に示すように、延伸部20では、予熱されたPETフィルム200を、少なくともPETフィルム200の長手方向と直交するTD方向に横延伸してPETフィルム200に緊張を与える。
延伸部20において、PETフィルム200に与える横延伸のための緊張(延伸張力)は、0.1t/m〜6.0t/mが好ましい。
また、PETフィルム200の面積延伸倍率(各延伸倍率の積)は、延伸前のPETフィルム200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、PETフィルム200の横延伸時の膜面温度(以下、「横延伸温度」ともいう。)は、PETフィルム200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。
既述のように、把持部材2a〜2lは、各々独立に移動速度を変化させることができる。したがって、例えば、予熱部10における把持部材2の移動速度よりも、延伸部20、熱固定部30等の延伸部20MD方向下流側における把持部材2の移動速度を速めることで、PETフィルム200を搬送方向(MD方向)に延伸する縦延伸を併せて行なうことも可能である。横延伸工程でのPETフィルム200の縦延伸は、延伸部20のみで行なってもよいし、後述する熱固定部30、熱緩和部40、又は冷却部50で行なってもよい。複数の箇所で縦延伸を行なってもよい。
(熱固定工程)
熱固定工程では、既に縦延伸及び横延伸が施された後のPETフィルムを、その最高到達膜面温度を160℃〜225℃の範囲に加熱することで熱固定する。
熱固定とは、延伸部20においてPETフィルム200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。
図1に示す熱固定部30において、緊張が与えられたPETフィルム200に対し、PETフィルム200の表面の最高到達膜面温度(本明細書中において、「熱固定温度」ともいう。)が160℃〜225℃の範囲に制御されて加熱が行なわれる。最高到達膜面温度が160℃よりも低いと、PETがほとんど結晶化しないため、PET分子を伸びた状態で固定化することができず、耐加水分解性を高めることができない。また、熱固定温度が225℃よりも高いと、PET分子同士が絡み合った部分で滑りが生じてPET分子が縮んでしまい、耐加水分解性が高められない。換言すれば、最高到達膜面温度が160℃〜225℃となるように加熱することで、PET分子の結晶を配向させて、耐加水分解性が高められる。
熱固定温度は、上記同様の理由から、205℃〜225℃の範囲が好ましい。
なお、最高到達膜面温度(熱固定温度)は、PETフィルム200の表面に熱電対を接触させて測定される値である。
また、熱固定時のフィルムへの加熱は、フィルムの一方の側からのみ行なってもよいし、両側から行なうようにしてもよい。例えば、前記フィルム成形工程で溶融押出後にキャスティングドラム上で冷却されたときには、成形されたPETフィルムは一方の面とその反対側の面とで冷やされ方が異なっているため、フィルムがカールしやすくなっている。そのため、本熱固定工程での加熱を、前記フィルム成形工程でキャスティングドラムと接触させた面に対して行なうようにすることが好ましい。熱固定工程での加熱面をキャスティングドラムと接触させた面、すなわち冷却面とすることで、カールを解消することができる。
このとき、加熱は、熱固定工程での加熱面における加熱直後の表面温度が、加熱面と反対側の非加熱面の表面温度に比べて0.5℃以上5.0℃以下の範囲で高くなるように行なわれることが好ましい。熱固定時の加熱面の温度がその反対側の面より高く、その表裏間の温度差が0.5〜5.0℃であることで、フィルムのカールがより効果的に解消される。カールの解消効果の観点からは、加熱面とその反対側の非加熱面との間の温度差は、0.7〜3.0℃の範囲がより好ましく、0.8℃以上2.0℃以下が更に好ましい。
上記のように熱固定する場合、PETフィルムの厚みが180μm以上350μm以下であるときに、カールの解消効果が大きい。フィルム厚が厚い場合、フィルムの片側からフィルムに温度変化が加えられると、フィルム厚み方向で温度分布が形成されやすく、カールが発生しやすい。例えば、フィルム成形工程で溶融押出されたPETがキャストドラムに接触されると片側から冷却される一方、その反対側の面は例えば雰囲気と接触して放熱はあるものの、一方の面とその反対面とは互いに異なる冷却が進むため、温度差が生じやすい。したがって、PETフィルムの厚みは、180μm以上であると温度差が生じやすいためカールの解消効果が見込まれ、また350μm以下であると、耐加水分解性が良好に保持される点で有利である。
フィルムは、その長手方向と直交する幅方向において、上記のようにクリップ等が取り付けられる等でフィルム端部の温度が低下しやすいため、熱固定時にPETフィルムの幅方向端部を加熱することが好ましい。特に赤外線ヒーター等の輻射加熱器により輻射加熱する態様がより好ましい。
また、熱固定工程において加熱する場合、熱固定部での滞留時間を5秒以上50秒以下とすることが好ましい。滞留時間とは、フィルムが熱固定部内で加熱されている状態が継続している時間である。滞留時間は、5秒以上であると、加熱時間に対する結晶化度変化が小さくなるため幅方向の結晶化度ムラが比較的生じにくくなる点で有利であり、また50秒以下であると、テンターのライン速度を極端に小さくする必要がないため生産性の点で有利である。
中でも、滞留時間は、上記同様の理由から、8秒以上40秒以下が好ましく、10秒以上30秒以下がより好ましい。
本発明においては、熱固定工程に加え、更に、予熱工程、延伸工程、及び熱緩和工程の少なくとも1つにおいて、PETフィルムの幅方向端部を赤外線ヒーター等の輻射加熱器により輻射加熱する態様に構成されてもよい。
(熱緩和工程)
熱緩和工程は、前記熱固定工程で固定されたPETフィルムを加熱し、PETフィルムの緊張を緩和し、残留歪みを除去する。フィルムの寸法安定性を向上すると共に、得られるPETフィルムのIV値が0.75以上であると、耐加水分解性を両立することができる。
図1に示す熱緩和部40において、PETフィルム200の表面の最高到達膜面温度が、熱固定部30におけるPETフィルム200の最高到達膜面温度(T熱固定)よりも5℃以上低い温度となるように、PETフィルム200を加熱して、PETフィルム200に与えられる態様が好ましい。
以下、熱緩和時におけるPETフィルム200の表面の最高到達膜面温度を「熱緩和温度(T熱緩和)」ともいう。
熱緩和部40において、熱緩和温度(T熱緩和)を、熱固定温度(T熱固定)よりも5℃以上低い温度(T熱緩和≦T熱固定−5℃)で加熱して緊張を解く(延伸張力を小さくする)ことで、PETフィルムの寸法安定性をより向上させることができる。
熱緩和が「T熱固定−5℃」以下であると、PETフィルムの耐加水分解性により優れる。また、T熱緩和は、寸法安定性が良好になる点で、100℃以上であることが好ましい。
更には、T熱緩和は、100℃以上で、かつT熱固定よりも15℃以上低い温度領域(100℃≦T熱緩和≦T熱固定−15℃)であることが好ましく、110℃以上で、かつT熱固定よりも25℃以上低い温度領域(110℃≦T熱緩和≦T熱固定−25℃)であることがより好ましく、120℃以上で、かつT熱固定よりも30℃以上低い温度領域(120℃≦T熱緩和≦T熱固定−30℃)であることが特に好ましい。
なお、T熱緩和は、PETフィルム200の表面に熱電対を接触させることで測定される値である。
熱緩和部40においては、少なくともPETフィルム200のTD方向における緩和を行なう。かかる処理により、緊張が与えられたPETフィルム200は、TD方向に縮む。TD方向の緩和は、延伸部20においてPETフィルム200に与えた延伸張力を2%〜90%弱めればよい。本発明においては、40%とすることが好ましい。
(冷却工程)
冷却工程では、前記熱緩和工程で熱緩和した後のPETフィルムを冷却する。
図1に示すように、冷却部50では、熱緩和部40を経たPETフィルム200が冷却される。熱固定部30や熱緩和部40で加熱されたPETフィルム200を冷却することにより、PETフィルム200の形状が固定化される。
冷却部50におけるPET200の冷却部出口の膜面温度(以下、「冷却温度」ともいう。)は、PETフィルム200のガラス転移温度Tg+50℃よりも低いことが好ましい。具体的には、25℃〜110℃であることが好ましく、より好ましくは25℃〜95℃、さらに好ましくは25℃〜80℃である。冷却温度が上記範囲であることで、クリップ把持を解いた後にフィルムが不均一に縮むことを防止することができる。
ここで、冷却部出口とは、PET200が冷却部50から離れるときの、冷却部50の端部をいい、PETフィルム200を把持する把持部材2(図1では、把持部材2j及び2l)が、PETフィルム200を離すときの位置をいう。
なお、横延伸工程における予熱、延伸、熱固定、熱緩和、及び冷却において、PETフィルム200を加熱し、又は冷却する温度制御手段としては、PETフィルム200に温風や冷風を吹きかけたり、PETフィルム200を、温度制御可能な金属板の表面に接触させ、又は前記金属板の近傍を通過させることが挙げられる
(フィルムの回収)
前記冷却工程で冷却されたPETフィルム200は、TD方向両端のクリップで握持された把持部分をカットし、ロール状に巻き取られる。
横延伸工程においては、製造されるPETフィルムの耐加水分解性及び寸法安定性を、より高めるために、次の手法により、延伸したPETフィルムの緩和を行なうことが好ましい。
本発明では、横延伸工程を縦延伸工程の後に行なった後、冷却部50でMD方向の緩和を行なうことが好ましい。すなわち、
予熱部20においてPETフィルム200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、PETフィルム200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PETフィルム200を搬送する。
かかる搬送において、予熱部20におけるPETフィルム200の幅方向(TD方向)の片端部を把持する把持部材2a(2c)と、把持部材2a(2c)に隣接する他の把持部材2b(2d)との間隔よりも、冷却部50におけるPETフィルム200の幅方向の片端部を把持する把持部材2a(2c)と、把持部材2a(2c)に隣接する他の把持部材2b(2d)との間隔を狭めることで、PETフィルム200の搬送速度を小さくする。かかる手法によって、冷却部50でMD方向の緩和を行なうことができる。
PETフィルム200のMD方向の緩和は、熱固定部30、熱緩和部40、及び冷却部50の少なくとも一部において行なうことができる。
上記のように、把持部材2a−2b間の間隔、及び把持部材2c−2d間の間隔を、MD方向上流側よりも下流側で狭めることで、PETフィルム200のMD方向の緩和を行なうことができる。したがって、MD方向の緩和を熱固定部30又は熱緩和部40で行なう場合は、把持部材2a〜2dが熱固定部30又は熱緩和部40に到達したときに、把持部材2a〜2dの移動速度を遅くして、PETフィルム200の搬送速度を小さくし、把持部材2a−2b間の間隔、及び把持部材2c−2d間の間隔を、予熱部における間隔よりも狭めればよい。
このように、横延伸工程において、PETフィルム200のTD方向の延伸(横延伸)及びTD方向の緩和をすると共に、MD方向の延伸(縦延伸)及びMD方向の緩和をすることで、耐加水分解性を向上しつつ、寸法安定性を改良することができる。
<太陽電池用バックシートの製造方法>
本発明の太陽電池用バックシートの製造方法は、示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである基材上の少なくとも一方の面に、アクリル樹脂を含むバインダーと、カルボジイミド架橋剤と、無機微粒子とを少なくとも含有する第1層形成用塗布液を塗布して、第1層を塗布形成する第1層形成工程と、前記第1層上に、樹脂バインダーを主成分として含有する第2層を形成する第2層形成工程とを有して構成される。
なお、本発明の太陽電池用バックシートの製造方法において、第1層とは、既述の特定塗布層に相当し、第2層とは、既述の易接着性層に相当する。
第2層形成工程は、樹脂バインダーを主成分として含有する易接着性のシート状部材を、前記第1層上に貼り合わせて第2層を形成するシート状部材貼り合わせ工程であってもよいし、樹脂バインダーを主成分として含有する塗布液を、前記第1層上に塗布して第2層を塗布形成する塗布形成工程であってもよい。
第1層形成工程に用いる塗布液、すなわち、特定塗布層形成用の塗布液および塗布方法の詳細は記述のとおりである。なお、本発明の基材に塗布液を塗布する前に、基材表面に対して、硫酸クロム酸混液による酸エッチング処理、ガス炎による火炎処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、グロー放電処理等の表面処理を施してもよい。
また、第2層形成工程に用いる易接着性のシート状部材および易接着性のシート状部材の貼り合わせ方法、並びに、易接着性層形成用の塗布液の詳細および塗布方法も記述のとおりである。
<太陽電池モジュール>
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、本発明のポリエステルフィルム(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。
太陽電池素子の例としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、銅−インジウム−ガリウム−セレン、銅−インジウム−セレン、カドミウム−テルル、ガリウム−砒素などのIII−V族やII−VI族化合物半導体系など、各種公知の太陽電池素子を適用することができる。基板とポリエステルフィルムとの間は、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂(いわゆる封止材)で封止して構成することができる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」および「%」は、質量基準である。
<PETの固有粘度(IV)及びPETの酸価(AV)>
実施例および比較例で用いたPET(原料または基材)の固有粘度(IV)及び酸価(AV)は次のようにして得た。
固有粘度(IV)は、PET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。
酸価(AV)は、PET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、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。
〔実施例1〕
(基材の製造)
以下の手順により、太陽電池バックシート用基材フィルムの基材を形成した。
先ず、Tiを触媒として重縮合した固有粘度0.66のポリエチレンテレフタレート(PET)を含水率50ppm以下に乾燥したものを、PET原料(PET原料1)として用いた。なお、PETの含水率は、微量水分計(カールフィッシャー法)を用いて25℃にて測定した値である。
得られたPET原料1を、ヒーター温度を280℃〜300℃に温度設定した押出機に供給し、押出機内で溶融混練した。
溶融樹脂を、ダイから静電印加されたチルロール(冷却ロール)上に吐出し、未延伸フィルム(非結晶ベース)を得た。得られた非結晶ベースを、非結晶ベースの搬送方向(MD)に延伸(縦延伸)した。その後、MDと直交する幅方向(TD)に延伸(横延伸)し、225℃で熱固定して、厚さ125μmのPET基材1を得た。
なお、PET基材1の厚さは、以下のようにして求めた。
PET基材1に対して、接触式膜厚測定計(アンリツ社製)を用い、縦延伸した方向(PET基材1の長手方向)に0.5mにわたり等間隔に50点をサンプリングし、さらにフィルム幅方向(長手方向に直交する方向)に、PET基材1の全幅にわたり等間隔(幅方向に50等分)に50点をサンプリングした後、これらの100点の厚みを測定した。これら100点の平均の厚みを求め、PET基材1の厚みとした。
(塗布層および易接着性層の形成)
得られたPET基材1を搬送速度105m/分で搬送し、PET基材1の両面に対して730J/mの条件でコロナ放電処理を行った。
−第1層(塗布層)の形成−
コロナ放電処理を行ったPET基材1の片面に、下記第1層塗布液(1)をバーコート法により乾燥質量が233mg/mとなるように塗布して塗布膜1を得た後、塗布膜1を180℃で1分乾燥して第1層を形成した。
−第1層塗布液(1)の調製−
・ポリアクリルバインダー(バインダー) 19.1部
〔東亜合成化学(株)製、ジュリマーET−410、固形分30%〕
・カルボジイミド化合物(カルボジイミド架橋剤) 9.0部
〔日清紡ケミカル(株)製、カルボジライトV−02−L2、固形分20%〕
・界面活性剤A 15.0部
〔三洋化成工業(株)製、ナロアクティーCL−95の1%水溶液〕
・無機フィラー(無機微粒子) 73.0部
〔三菱マテリアル電子化成(株)製、TDL−1、酸化スズ17%水溶液〕
・蒸留水 全体が1,000部になるように添加
上記組成の成分を混合し、第1層形成用の第1層塗布液(1)を調製した。
−第2層(易接着性層)の形成−
得られた第1層の上に、乾燥重量が65.9mg/mとなるように、下記第2層塗布液(1)をバーコート法により塗布して塗布膜2を得た後、塗布膜2を170℃で1分乾燥することにより第2層を形成した。
−第2層塗布液(1)の調製−
・ポリアクリルバインダー(樹脂バインダー) 21.0部
〔東亜合成化学(株)製、ジュリマーET−410、固形分30%〕
・エポキシ化合物 221.8部
〔ナガセケムテックス(株)製、デナコールEX−614B、固形分1%〕
・界面活性剤A 25.0部
〔三洋化成工業(株)製、ナロアクティーCL−95の1%水溶液〕
・蒸留水 全体が1,000部になるように添加
上記組成の成分を混合し、第2層形成用の第2層塗布液(1)を調製した。
以上のようにして、PET基材1の片面に、PET基材1側から順に、第1層(塗布層)および第2層(易接着性層)が積層された太陽電池バックシート1を得た。
表1に第1層および第2層の成分構成を示す。なお、「第1層(塗布層)」欄において、架橋剤と微粒子の量〔%〕は、層中の全固形分質量に対する質量比である。
<太陽電池バックシートの評価>
−耐候性評価(破断応力、破断伸度)−
太陽電池バックシート1について、120℃、100%RH環境下で48時間静置する加速試験(加速試験1)前後における破断応力と破断伸度とを測定した。破断応力および破断伸度は、太陽電池バックシート1テンシロン万能試験機(STROGRAPH VE50、東洋精機製作所社製)を用いて、JIS−K7127に準拠した方法により引っ張り試験を行い、破断点での応力と伸度を求めた。
加速試験1前の太陽電池用バックシート1の破断伸度をL、加速試験1後の太陽電池用バックシート1の破断伸度をLとしたとき、下記式(L)から破断伸度保持率を算出した。
破断伸度保持率〔%〕=(L/L)×100 ・・・式(L)
また、加速試験1前の太陽電池用バックシート1の破断応力をN、加速試験1後の太陽電池用バックシート1の破断応力をNとしたとき、下記式(N)から破断応力保持率を算出した。
破断応力保持率〔%〕=(N/N)×100 ・・・式(N)
算出された破断伸度保持率と、破断応力保持率とから、下記評価基準に基づき、耐候性を評価した。許容範囲は、ランク3以上に分類されるものである。評価結果を表1に示した。
(評価基準)
5:破断伸度保持率、破断応力保持率がともに80%以上
4:破断伸度保持率、破断応力保持率がともに70%以上80%未満
3:破断伸度保持率、破断応力保持率がともに60%以上70%未満
2:破断伸度保持率、破断応力保持率がともに50%以上60%未満
1:破断伸度保持率、破断応力保持率がともに50%未満
−密着性評価−
接着剤を用いて、太陽電池バックシート1の、易接着性層と基材との密着性を評価した。
まず、太陽電池バックシート1から、長さ120mm、幅50mmの2枚のサンプルを切り出した。太陽電池バックシート1から切り出したサンプルを、試験サンプル(A)と称する。
次に、基材フィルムの厚みを120μmとした以外は同様の方法で易接着性層を設けた剥離試験用フィルムを作製し、長さ120mm、幅50mmの2枚のサンプルを切り出した。剥離試験用フィルムから切り出したサンプルを、試験サンプル(B)と称する。
試験サンプル(A)の易接着性層面に、ウレタン−イソシアネート系接着剤を厚さ5μmで塗布し、試験サンプル(B)の易接着性層面と貼り合わせ、40℃で5日間静置し、硬化させて接着し、接着サンプルを得た。
得られた接着サンプルを幅20mmに裁断し、JIS K6854−2(1999)に準じて、裁断した接着サンプルの、試験サンプル(A)側と試験サンプル(B)側とをそれぞれ把持して、100mm/分の速度で反対方向に引っ張り、180°剥離試験を行った。
なお、180°剥離試験は、105℃、100%RH環境下で48時間静置する加速試験(加速試験2)前の接着サンプルおよび、加速試験2後の接着サンプル各々について行なった。
この際に、剥離力を連続的に測定し、連続的に測定した値のうち最大値を求めた。この試験を、3つの接着サンプルについて行い、それぞれ最大値を測定した。そして、測定された3つの最大値の平均値を、太陽電池バックシート1と接着剤との接着力として得て、太陽電池バックシート1における基材と易接着性層との接着性の指標とした。評価結果を表1に示した。
なお、加速試験2前の接着サンプルについての評価結果を「密着性」欄のA欄に示し、加速試験2後の接着サンプルについての評価結果を「密着性」欄のB欄に示した。
−接着性−
得られた接着力に基づき、以下の評価基準で「接着性」を評価した。実用上許容されるのはレベル3から5に分類されるものである。
5;界面が剥離せずに、試料が破断するもの
4;剥離力が20N以上のもの
3;剥離力が15N以上20N未満のもの
2;剥離力が10N以上15N未満のもの
1;剥離力が10N未満のもの、または、加速試験2中に剥離が起こったもの
〔実施例2〕
実施例1で用いたPET基材1の製造において、未延伸フィルム(非結晶ベース)の熱固定温度を225℃から215℃に変更した他は同様にして、厚さ125μmのPET基材2を得た。
次いで、太陽電池バックシート1の製造において、PET基材1に代えて、PET基材2を用いた他は同様にして、実施例2の太陽電池バックシート2を製造した。
得られた太陽電池バックシート2について、太陽電池バックシート1と同様の評価方法および評価基準にて、耐候性と密着性の評価を行い、表1に評価結果を示した。
〔実施例3〕
実施例1の太陽電池バックシート1の製造において、第1層塗布液(1)を用いる代わりに、下記の第1層塗布液(2)を用いた他は同様にして、実施例3の太陽電池バックシート3を製造した。
得られた太陽電池バックシート3について、太陽電池バックシート1と同様の評価方法および評価基準にて、耐候性と密着性の評価を行い、表1に評価結果を示した。
−第1層塗布液(2)の調製−
・ポリアクリルバインダー(バインダー) 19.1部
〔東亜合成化学(株)製、ジュリマーET−410、固形分30%〕
・カルボジイミド化合物(カルボジイミド架橋剤) 13.5部
〔日清紡ケミカル(株)製、カルボジライトV−02−L2、固形分20%〕
・界面活性剤A 15.0部
〔三洋化成工業(株)製、ナロアクティーCL−95の1%水溶液〕
・無機フィラー(無機微粒子) 73.0部
〔三菱マテリアル電子化成(株)製、TDL−1、酸化スズ17%水溶液〕
・蒸留水 全体が1,000部になるように添加
上記組成の成分を混合し、第1層形成用の第1層塗布液(2)を調製した。
〔実施例4〕
実施例1の太陽電池バックシート1の製造において、第1層塗布液(1)を用いる代わりに、下記の第1層塗布液(3)を用いた他は同様にして、実施例4の太陽電池バックシート4を製造した。
得られた太陽電池バックシート4について、太陽電池バックシート1と同様の評価方法および評価基準にて、耐候性と密着性の評価を行い、表1に評価結果を示した。
−第1層塗布液(3)の調製−
・ポリアクリルバインダー(バインダー) 19.1部
〔東亜合成化学(株)製、ジュリマーET−410、固形分30%〕
・カルボジイミド化合物(カルボジイミド架橋剤) 9.0部
〔日清紡ケミカル(株)製、カルボジライトV−02−L2、固形分20%〕
・界面活性剤A 15.0部
〔三洋化成工業(株)製、ナロアクティーCL−95の1%水溶液〕
・無機フィラー(無機微粒子) 109.5部
〔三菱マテリアル電子化成(株)製、TDL−1、酸化スズ17%水溶液〕
・蒸留水 全体が1,000部になるように添加
上記組成の成分を混合し、第1層形成用の第1層塗布液(3)を調製した。
〔比較例1〕
実施例1で用いたPET基材1の製造において、未延伸フィルム(非結晶ベース)の熱固定温度を225℃から150℃に変更した他は同様にして、厚さ125μmのPET基材101を得た。
次いで、太陽電池バックシート1の製造において、PET基材1に代えてPET基材101を用い、さらに、第1層塗布液(1)を用いる代わりに、下記の第1層塗布液(101)を用いた他は同様にして、比較例1の太陽電池バックシート101を製造した。
得られた太陽電池バックシート101について、太陽電池バックシート1と同様の評価方法および評価基準にて、耐候性と密着性の評価を行い、表1に評価結果を示した。
−第1層塗布液(101)の調製−
・ポリアクリルバインダー(バインダー) 19.1部
〔東亜合成化学(株)製、ジュリマーET−410、固形分30%〕
・オキサゾリン化合物(オキサゾリン系架橋剤) 4.5部
〔エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分25%〕
・界面活性剤A 15.0部
〔三洋化成工業(株)製、ナロアクティーCL−95の1%水溶液〕
・無機フィラー(無機微粒子) 36.5部
〔三菱マテリアル電子化成(株)製、TDL−1、酸化スズ17%水溶液〕
・蒸留水 全体が1,000部になるように添加
上記組成の成分を混合し、第1層形成用の第1層塗布液(101)を調製した。
〔比較例2〕
比較例1の太陽電池バックシート101の製造において、PET基材101に代えてPET基材1を用いた他は同様にして、比較例2の太陽電池バックシート102を製造した。
得られた太陽電池バックシート102について、太陽電池バックシート1と同様の評価方法および評価基準にて、耐候性と密着性の評価を行い、表1に評価結果を示した。
〔比較例3〕
比較例2の太陽電池バックシート102の製造において、第1層塗布液(101)を用いる代わりに、下記の第1層塗布液(102)を用いた他は同様にして、比較例3の太陽電池バックシート103を製造した。第1層塗布液(102)は、特開2011−146659号公報の白色層用水系組成物1の調製を参考に調製したものである。
得られた太陽電池バックシート103について、太陽電池バックシート1と同様の評価方法および評価基準にて、耐候性と密着性の評価を行い、表1に評価結果を示した。
−第1層塗布液(102)の調製−
・ポリアクリルバインダー(バインダー) 7.2部
〔東亜合成化学(株)製、ジュリマーET−410、固形分30%〕
・オキサゾリン化合物(オキサゾリン系架橋剤) 2.0部
〔エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分25%〕
・界面活性剤A 3.0部
〔三洋化成工業(株)製、ナロアクティーCL−95の1%水溶液〕
・シリカフィラー(無機微粒子、体積平均粒径40nm) 1.8部
〔アエロジルOX−50、日本アエロジル(株)製、固形分10%〕
・下記白色顔料分散液1 71.0部
・蒸留水 15.0部
上記組成の成分を混合し、第1層形成用の第1層塗布液(102)を調製した。なお、白色顔料分散液1は、次のようにして調製した。
−前記白色顔料分散液1の調製−
・二酸化チタン(白色顔料、体積平均粒径0.3μm)
〔タイペークR−780−2、石原産業(株)製、固形分100%〕39.7部
・ポリビニルアルコール(水系バインダーB)
〔PVA−105、(株)クラレ製、固形分10%〕 49.7部
・界面活性剤
〔デモールEP、花王(株)製、固形分25%〕 0.5部
・蒸留水 10.1部
上記組成の二酸化チタン、水系バインダーB、及び界面活性剤に、蒸留水を加えて、合計が100%となるように調整した後、ダイノミル型分散器により分散処理を施し、白色顔料分散液1を得た。
<PET基材のプレピーク温度測定>
実施例1〜実施例4および比較例1〜比較例3で用いたPET基材1、2および101について、示差走査型熱量計〔(株)島津製作所製、DSC−50〕を用いて示差走査熱量測定(DSC)を行い、各PET基材のプレピーク温度を測定した。測定結果を表1に示す。
<第1層(塗布層)中のアクリル樹脂とカルボジイミド架橋剤との質量比Xと、アクリル樹脂の酸価Aおよびカルボジイミド等量Bとの関係>
太陽電池用バックシート1〜4の製造に用いた第1層中のアクリル樹脂とカルボジイミド架橋剤との質量比X(「第1層中のカルボジイミド架橋剤の質量」/「第1層中のアクリル樹脂の質量」)、アクリル樹脂の酸価A、及びカルボジイミド等量Bを表1に示した。
表1に示すように、比較例1の太陽電池用バックシート101は、密着性は許容範囲の評価結果となるものの、耐候性については不十分であった。それに対し、実施例1〜実施例4の太陽電池用バックシート1〜4は、いずれも、高耐候性および高密着性を同時に備えることができた。
(実施例5〜実施例8)
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〜実施例4で作製した太陽電池用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1〜4を作製した。このとき、太陽電池用バックシートを、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。
上記で作製した太陽電池モジュール1〜4を発電運転させたところ、いずれも太陽電池として良好な発電性能を示した。
2a〜2l・・・把持部材
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 (3)

  1. 示差走査熱量測定(DSC)で測定されるプレピーク温度が160℃〜225℃である2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである基材と、
    前記基材の少なくとも一方の面に設けられ、アクリル樹脂を含むバインダー、カルボジイミド架橋剤に由来する架橋構造部分、及び無機微粒子を含有する塗布層と、
    前記塗布層上に設けられ、樹脂バインダーを主成分として含有する易接着性層と、
    を有し、
    前記アクリル樹脂の酸価をA、前記カルボジイミド架橋剤の等量をBとするとき、前記アクリル樹脂に対する前記カルボジイミド架橋剤の質量比X(前記カルボジイミド架橋剤/前記アクリル樹脂)が、前記Aと前記Bとの積ABとの間で、下記式(1)を満たす太陽電池用バックシート。
    (0.8AB)/56100 < X <(2.0AB)/56100 ・・・(1)
  2. 前記無機微粒子が、酸化スズを主成分とし、前記塗布層中の前記無機微粒子の含有量が、前記バインダーの全質量に対して、50質量%〜500質量%である請求項1に記載の太陽電池用バックシート。
  3. 太陽光が入射する透明性の基板と、前記基板の一方の側に配された太陽電池素子と、該太陽電池素子の前記基板が配された側と反対側に配された請求項1又は請求項2に記載の太陽電池用バックシートと、を備えた太陽電池モジュール。
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