JP5770693B2 - ポリエステルフィルムの製造方法、ポリエステルフィルム、太陽電池用保護シート、及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、水分率が0.01〜0.10%、固有粘度IVが0.50〜0.90のポリエステルチップを露点−12℃以下の空気または不活性ガスによるパージによってチップ水分率を0.01〜0.10%に保つように乾燥した後、溶融押出し、長手方向および幅方向に二軸延伸するポリエステルフィルムの製造方法が開示されている。
また、末端封止剤を含むリサイクルポリエステル材料と末端封止剤が含まれていないリサイクルポリエステル材料を併用する方法が考えられるが、末端封止剤を含まないリサイクルポリエステル材料は、通常、極限粘度(IV)が高く、末端カルボキシル基量(AV)が高いため、製造されるポリエステルフィルムの物性が変動し易い。
また、リサイクルポリエステル材料中に残存するカルボジイミド化合物を真空乾燥して低減させる方法が考えられるが、リサイクルポリエステル材料を真空乾燥させる工程が別途必要となり、製造コストの上昇を招くことになる。
<1> カルボジイミド化合物を含むリサイクルポリエステル材料に、露点が−25℃以下であり、且つ、イソシアネート濃度が0.01ppm〜100ppmである空気又は不活性ガスを接触させて乾燥させることにより前記カルボジイミド化合物を失活させるリサイクル材料乾燥工程と、
ポリエステル樹脂を50〜95質量部、前記乾燥させたリサイクルポリエステル材料を5〜50質量部、及びカルボジイミド化合物を配合した原料を押出機により溶融混練して溶融樹脂を押出す溶融押出工程と、
前記押出機から押出した溶融樹脂をフィルム状に成形してカルボジイミド化合物を0.1〜2.0質量%含有するポリエステルフィルムを成形するフィルム成形工程と、
を有するポリエステルフィルムの製造方法。
<2> 前記リサイクル材料乾燥工程において前記リサイクルポリエステル材料を135〜180℃で乾燥させる<1>に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
<3> 前記ポリエステル樹脂及び前記リサイクルポリエステル材料の少なくとも一方が、1,4−シクロヘキサンジメタノール由来の構造を、ジオール成分由来の構造全量に対して、0.1〜20モル%または80〜100モル%含む1,4−シクロヘキサンジメタノール系ポリエステルを含む<1>又は<2>に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
<4> 前記リサイクルポリエステル材料に含まれるカルボジイミド化合物及び前記原料に配合される前記カルボジイミド化合物の少なくとも一方が、カルボジイミド基を1個有し、その第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている環状構造を含む環状カルボジイミド化合物である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
<5> <1>〜<4>のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法により作製されたポリエステルフィルム。
<6> <5>に記載のポリエステルフィルムを含む太陽電池用保護シート。
<7> <6>に記載の太陽電池用保護シートを備えた太陽電池モジュール。
リサイクルポリエステル材料中のカルボジイミド化合物を失活させる方法として、湿熱、光、アルカリなどで処理することが考えられるが、ポリエステル樹脂自体も分解してしまうおそれがある。しかし、カルボジイミド化合物の加水分解速度はポリエステル樹脂の加水分解速度よりも極めて大きいため、この加水分解速度の違いを利用することで、加水分解速度が大きいカルボジイミド化合物を優先的に分解することができる。さらに、カルボジイミド化合物に対して同様の失活効果を持つイソシアネートガスを利用することでリサイクルポリエステル材料中のカルボジイミド化合物をさらに効果的に失活(分解)することができる。
本発明では、原料の一部として、カルボジイミド化合物を含むリサイクルポリエステル材料(以下、単に「リサイクル材料」と言う場合がある。)を用いる。
カルボジイミド化合物を含むリサイクルポリエステル材料としては、例えば、末端封止剤としてカルボジイミド化合物を用いたポリエステルフィルムを製造する際、厚みが相対的に大きくなった部分や横延伸時にクリップされた部分など、製品フィルムとしては使用できないため切除して回収したポリエステル片が挙げられる。
リサイクルポリエステル材料の極限粘度(IV)はリサイクル材料の配合量にもよるが、リサイクル材料のIVが高過ぎると溶融押出時の溶融粘度が高くなり、せん断発熱量が大きくなって、熱分解を進めてAV値を増加させ、フィルムの耐加水分解性が低下するおそれがある。一方、リサイクルポリエステル材料のIVが小さ過ぎるとフィルムの力学物性が不十分となるおそれがある。これらの観点から、リサイクルポリエステル材料の極限粘度(IV)は0.50〜1.05であることが好ましく、0.60〜0.90であることがさらに好ましい。
リサイクル材料とポリエステル樹脂との間の極限粘度の差ΔIVは、押出時の吐出安定性(厚み斑)の観点から、0.4以下であることが好ましく、0.02〜0.20であることがより好ましい。
リサイクルポリエステル材料の末端カルボキシル基量(AV)は、リサイクル材料の配合量にもよるが、リサイクル材料のAVが大き過ぎるとフィルムの耐加水分解性能が不十分となるおそれがある。そのため、リサイクルポリエステル材料のAVは3〜20当量/トンであることが好ましく、4〜15当量/トンであることがさらに好ましい。
なお、本明細書中において、「当量/トン」(「eq/ton」、「eq/t」とは1トンあたりのモル当量を表す。
リサイクルポリエステル材料に含まれるカルボジイミド化合物の含有量は、0.1〜2質量%が好ましく、0.2〜1.5質量%がより好ましい。リサイクル材料に含まれるカルボジイミド化合物の含有量が0.1質量%未満であればリサイクル材料として利用した場合実害がなく、2質量%を超える場合は、乾燥時のイソシアネートガスでは失活しきれず、品質が維持できない。
また、リサイクルポリエステル材料の融点は、リサイクル材料の配合量にもよるが、リサイクル材料の融点が高過ぎると溶融押出の際に未溶融成分が含まれてフィルムの機械的強度を低下させるおそれがある。そのため、リサイクルポリエステル材料の融点は、280℃〜320℃の範囲であることが好ましい。
ポリエステル樹脂を50〜95質量部、前記乾燥によりカルボジイミド化合物を失活させたリサイクルポリエステル材料を5〜50質量部、及びカルボジイミド化合物を配合した原料を押出機により溶融混練して溶融樹脂を押出す。なお、カルボジイミド化合物の配合量は、最終的に製造されるポリエステルフィルムに含まれるカルボジイミド化合物の含有量が0.1〜2質量%となる配合量にする。
原料となる上記ポリエステル樹脂の物性としては、例えば、極限粘度(IV)が0.65〜0.85dl/gであり、末端カルボキシル基量(AV)が15〜45当量/トンであるポリエステル樹脂が挙げられる。
原料樹脂の極限粘度(IV)は、重合方式および重合条件によって調整することができる。具体的には、液相重合の後に固相重合を行う際、処理温度、処理時間、処理雰囲気水分、酸素濃度の調節によって極限粘度(IV)が0.65〜0.85dl/gのポリエステル樹脂を得ることができる。
ポリエステル樹脂の溶融押出工程では、せん断で発熱し易く、熱分解により末端カルボキシル基量が増加し易いが、IVが0.65〜0.85dl/gにあるポリエステル樹脂を用いれば、加熱溶融部において原料樹脂を十分混練して極端なせん断発熱を起こさせることなく、溶融させることができるとともに、末端カルボキシル基量の増加を効果的に抑制することができる。
本発明で用いるポリエステル樹脂は、極限粘度(IV)が0.55〜1.2dl/gであることが好ましく、0.6〜1.1dl/gであることがさらに好ましい。
ポリエステル樹脂の末端COOH量(AV)は、重合方式および重合条件によって調整することができる。具体的には、液相重合の後に固相重合を行う際、処理温度、処理時間、処理雰囲気水分、酸素濃度の調節によって末端カルボキシル基量(AV)が3〜55当量/トンのポリエステル樹脂を得ることができる。
ポリエステル原料樹脂のAVが3当量/トン未満であると、分子鎖の直線性が高まり結晶化し易くなり、溶融時のせん断発熱量が高くなりAV値の増加、極限粘度の低下があり、55当量/トンを超えると、耐加水分解性が不十分となるおそれがある。
本発明で用いるポリエステル樹脂の末端カルボキシル基量(AV)は3〜55当量/トンであることが好ましく、5〜50当量/トンであることがさらに好ましい。
本発明で用いるポリエステル樹脂の融点(Tm)は、250℃〜300℃の範囲であることが好ましく、255℃〜295℃の範囲であることがより好ましい。なお、ポリエステル樹脂の融点Tmは示差走査熱量測定により求められる値である。
ポリエステルを重合する際のエステル化反応において、触媒としてチタン(Ti)系化合物を用い、Ti添加量が元素換算値で、1ppm以上30ppm以下、より好ましくは2ppm以上20ppm以下、さらに好ましくは3ppm以上15ppm以下の範囲で重合を行なうことが好ましい。この場合、本発明のポリエステルフィルムには、1ppm以上30ppm以下のチタンが含まれる。
Ti系化合物の量が1ppm以上であると、重合速度が速くなり、好ましいIVが得られる。また、Ti系化合物の量が30ppm以下であると、末端COOHを上記の範囲を満足するように調節することが可能であり、また良好な色調が得られる。
また、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。
また、前記PETとしては、ゲルマニウム(Ge)化合物、アンチモン(Sb)化合物、アルミニウム(Al)化合物、及びチタン(Ti)化合物から選ばれる1種又は2種以上を用いて重合されるPETが好ましく、より好ましくはTi化合物を用いたものである。
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。
また、一般に、末端カルボキシル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、本発明の添加方法によって末端カルボキシル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。
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樹脂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樹脂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樹脂を提供できる。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樹脂が得られる。
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を用いることができる。本発明における5価のリン酸エステルとしては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリ−n−ブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリス(トリエチレングリコール)、リン酸メチルアシッド、リン酸エチルアシッド、リン酸イソプロピルアシッド、リン酸ブチルアシッド、リン酸モノブチル、リン酸ジブチル、リン酸ジオクチル、リン酸トリエチレングリコールアシッド等が挙げられる。
マグネシウム化合物を含めることにより、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。
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、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。
このようなポリエステルフィルムに、カルボン酸基と水酸基との合計が3以上である構成成分(以下、「≧3官能成分」と記す場合がある。)、あるいは、イソシアネート化合物、カルボジイミド化合物、又はエポキシ化合物の少なくとも1種類の末端封止剤を含むことが好ましい。これらの「≧3官能成分」、「末端封止剤」は単独で使用しても良く、組合せて使用しても良い。
ポリエステルフィルム中の≧3官能成分が存在することで、重縮合に使用されなかった官能基が、塗布層中の成分と水素結合、共有結合することでより密着を向上させることができる。
前記CHDM系ポリエステルは、1,4−シクロヘキサンジメタノール由来の構造をジオール成分由来の構造全量に対して、0.1〜20モル%または80〜100モル%含むことが好ましく、0.5モル%以上16モル%以下または83モル%以上98モル%以下含むことがより好ましく、1モル%以上12モル%以下または86モル%以上96モル%以下含むことが特に好ましい。
このようにCHDM由来の構造が低い領域(0.1〜20モル%)、高い領域(80〜100モル%)の二つの領域が存在するのは、この領域においてポリエステルが結晶構造を取りやすく、高い力学強度及び耐熱性を発揮し易いためである。
これらのCHDM系ポリエステルを用いることにより、耐加水分解性に優れ、さらに力学強度及び耐熱性を有するポリエステルフィルムを製造することができる。
前記CHDM系ポリエステルのジカルボン成分として、少なくともテレフタル酸由来の構造を含むことが好ましい。
本発明では前記CHDM系ポリエステルのジカルボン酸成分にテレフタル酸以外にイソフタル酸(IPA)を加えてもよい。好ましいIPA量は全ジカルボン酸中0モル%以上15モル%以下が好ましく、より好ましくは0モル%以上12モル%以下、さらに好ましくは0モル%以上9モル%以下である。
原料の一部(末端封止剤)として、カルボジイミド基を有するカルボジイミド化合物を用いる。
なお、ポリエステル樹脂の末端封止剤としては、カルボジイミド化合物以外に、例えば、オキサゾリン化合物、エポキシ化合物があるが、カルボジイミド化合物は、比較的少量で封止効果を発揮するとともに、未反応成分がフィルム成形後にも高い封止反応(所謂、待伏せ効果)を奏する。
一官能性カルボジイミドとしては、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およびジ−β−ナフチルカルボジイミドなどが挙げられる。特に好ましくは、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。
結合基(Q)は、下記式(1−1)、(1−2)または(1−3)で表される2〜4価の結合基であることが好ましい。
Ar1又はAr2として表される芳香族基として、それぞれへテロ原子を含んで複素環構造を持っていてもよい、炭素数5〜15のアリーレン基、炭素数5〜15のアレーントリイル基、炭素数5〜15のアレーンテトライル基が挙げられる。アリーレン基(2価)として、フェニレン基、ナフタレンジイル基などが挙げられる。アレーントリイル基(3価)として、ベンゼントリイル基、ナフタレントリイル基などが挙げられる。アレーンテトライル基(4価)として、ベンゼンテトライル基、ナフタレンテトライル基などが挙げられる。これらの芳香族基は置換されていても良い。置換基として、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜15のアリール基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基などが挙げられる。
s又はkが10を超えると、環状カルボジイミド化合物は合成上困難となり、コストが大きく上昇する場合が発生するためである。かかる観点よりs又はkで表される整数は好ましくは0〜3の範囲が選択される。なお、sまたはkが2以上であるとき、繰り返し単位としてのX1、あるいはX2が、他のX1、あるいはX2と異なっていてもよい。
これら脂肪族基は置換基を含んでいてもよく、置換基として、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜15のアリール基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミド基、ヒドロキシル基、エステル基、エーテル基、アルデヒド基などが挙げられる。
本発明で用いる環状カルボジイミド化合物として下記式(2)で表される化合物(以下、「環状カルボジイミド化合物(a)」ということがある。)を挙げることができる。
かかる環状カルボジイミド化合物(a)としては、以下の化合物が挙げられる。
さらに、本発明で用いる環状カルボジイミド化合物として下記式(3)で表される化合物(以下、「環状カルボジイミド化合物(b)」ということがある。)を挙げることができる。
Qbは、下記式(3−1)、(3−2)または(3−3)で表される3価の結合基であることが好ましい。
Yは、単結合、二重結合、原子、原子団またはポリマーであることが好ましい。Yは結合部であり、複数の環状構造がYを介して結合し、式(3)で表される構造を形成している。
かかる環状カルボジイミド化合物(b)としては、下記化合物が挙げられる。
環状カルボジイミド化合物(c)は、下記式(4)で表される化合物である。
脂肪族基、脂環族基、及び芳香族基は、式(1)で説明したものと同じである。但し、式(4)の化合物において、Qcは4価である。従って、これらの基の内の一つが4価の基であるか、二つが3価の基である。
Qcは、下記式(4−1)、式(4−2)又は式(4−3)で表される4価の結合基であることが好ましい。
かかる環状カルボジイミド化合物(c)としては、下記化合物を挙げることができる。
環状カルボジイミド化合物は、特開2011−256337号公報の段落番号[0075]に記載の方法などに基づいて合成することができる。
溶融押出に用いる原料としては、上記ポリエステル樹脂、リサイクルポリエステル材料、カルボジイミド化合物のほか、カルボジイミド化合物以外の末端封止剤、光安定化剤、酸化防止剤などの添加剤を、本発明の効果を損なわない範囲で更に含有することができる。
これらの紫外線吸収剤のうち、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。なお、これらの紫外線吸収剤は、上述の紫外線吸収剤単体でフィルムに添加してもよいし、有機系導電性材料や、非水溶性樹脂に紫外線吸収剤能を有するモノマーを共重合させた形態で導入してもよい。
溶融混練に使用する押出機は特に限定されず、単軸押出機、二軸押出機などを使用することができるが、二軸押出機を好適に用いることができる。
図1に示す二軸押出機100は、供給口12及び押出機出口14を有するシリンダー10(バレル)と、シリンダー10内で回転する2つのスクリュ20A,20Bと、シリンダー10の周囲に配置され、該シリンダー10内の温度を制御する温度制御手段30と、を備えている。供給口12の手前には原料供給装置46が設けられている。また、押出機出口14の先には、図2に示すようにギアポンプ44と、フィルタ42と、ダイ40が設けられている。
シリンダー10は原料樹脂を供給するための供給口12と、加熱溶融された樹脂が押し出される押出機出口14を有する。
シリンダー10の内壁面は、耐熱、耐磨耗性、及び腐食性に優れ、樹脂との摩擦が確保可能な素材を用いることが必要である。一般的には内面を窒化処理した窒化鋼が使用されているが、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、ステンレス鋼を窒化処理して用いることもできる。特に耐摩耗性、耐食性を要求される用途では、遠心鋳造法によりニッケル、コバルト、クロム、タングステン等の耐腐食性、耐磨耗性素材合金をシリンダー10の内壁面にライニングさせたバイメタリックシリンダーを用いることや、セラミックの溶射皮膜を形成させることが有効である。
ベント16A,16Bは脱気効率との関係で、開口面積やベントの数を適正にすることが求められる。本発明で用いる二軸押出機100は、1箇所以上のベント16A,16Bを有することが望ましい。なお、ベント16A,16Bの数が多過ぎると、溶融樹脂がベントから溢れ出るおそれ、滞留劣化異物増加の懸念があるので、ベントは1箇所又は2箇所設けることが好ましい。
また、ベント付近の壁面に滞留した樹脂や析出した揮発成分が押出機100(シリンダー10)の内部に落下すると、製品に異物として顕在化する可能性があり、注意が必要である。滞留については、ベント蓋の形状の適正化や、上部ベント、側面ベントの適正な選定が有効であり、揮発成分の析出は、配管等の加熱で析出を防止する手法が用いられる。
例えば、樹脂供給口12を真空化したり、窒素パージを行うことで酸化分解を抑えることができる。
剪断発熱による樹脂分解を抑えるため、押出と脱気が両立できる範囲でニーディング等のセグメントは極力設けないことが好ましい。
また、スクリュ出口(押出機出口)14の圧力が大きいほど剪断発熱が大きくなるため、ベント16A,16Bによる脱気効率と押出の安定性が確保できる範囲内で、押出機出口14の圧力は極力低くすることが好ましい。
シリンダー10内には、モータおよびギアを含む駆動手段21によって回転する2つのスクリュ20A,20Bが設けられている。スクリュ径Dが大きくなるほど、大量生産が可能である一方、溶融ムラが生じ易い。スクリュ径Dは、30〜250mm以下が好ましく、より好ましくは50〜200mm以下である。
2つのスクリュ20A,20Bの回転方向もそれぞれ同方向と異方向に分かれる。異方向回転スクリュ20A,20Bは同方向回転型よりも混練効果が高く、同方向回転型は自己清掃効果を持っているため、押出機内の滞留防止には有効である。
さらに軸方向も平行と斜交があり、強いせん断を付与する場合に用いられるコニカルタイプの形状もある。
加熱溶融部に、ニーディングディスクやローターなどの剪断を付与するセグメントを用いることで、原料樹脂をより確実に溶融することができる。また、逆スクリュやシールリングを用いることにより、樹脂をせき止め、ベント16A,16Bを引く際のメルトシールを形成することができる。例えば、図1に示すように、ベント16A,16B付近に、上記のような原料樹脂の溶融を促進する混練部24A,24Bを設けることができる。
シリンダー10の周囲には、温度制御手段30が設けられている。図1に示す押出機100では、原料供給口12から押出機出口14に向けて長手方向に9つに分割された加熱/冷却装置C1〜C9が温度制御手段30を構成している。このようにシリンダー10の周囲に分割して配置された加熱/冷却装置C1〜C9によって、例えば加熱溶融部C1〜C7と冷却部C8,C9の各領域(ゾーン)に区画し、シリンダー10内を領域ごとに所望の温度に制御することができる。
シリンダー10の押出機出口14には、押出機出口14から押出された溶融樹脂をフィルム状(帯状)に吐出するためのダイ40が設けられている。また、シリンダー10の押出機出口14とダイ40との間には、フィルムに未溶融樹脂や異物が混入することを防ぐためのフィルタ42が設けられている。
厚み精度を向上させるためには、押出量の変動を極力減少させることが重要である。押出量の変動を極力減少させるために押出機100とダイ40との間にギアポンプ44を設けてもよい。ギアポンプ44から一定量の樹脂を供給することにより、厚み精度を向上させることができる。特に、二軸スクリュ押出機を用いる場合には、押出機自身の昇圧能力が低いため、ギアポンプ44による押出安定化を図ることが好ましい。
シリンダー内に供給された原料樹脂は融点Tm(℃)以上の温度に加熱されるが、樹脂温度が低過ぎると溶融押出時の溶融が不足し、ダイ40からの吐出が困難になるおそれがあり、樹脂温度が高過ぎると熱分解によって末端COOHが著しく増加して耐加水分解性の低下を招くおそれがある。
熱分解による末端COOHの発生をより抑制できる点で、押出機内を窒素置換して行なうことがより好ましい。
押出機100から押出した溶融樹脂をフィルム状に成形してカルボジイミド化合物を0.1〜2.0質量%含有するポリエステルフィルムを成形する。
まず、押出機100から溶融押出された溶融樹脂(メルト)を、ギアポンプ44、フィルタ42に通してダイ40からキャストロール(冷却ロール)上に帯状に押出して冷却する。
キャストロールの温度は、10℃以上80℃以下が好ましく、より好ましくは15℃以上70℃以下、さらに好ましくは20℃以上60℃以下である。さらに、メルトとキャストロールとの間で密着性を高め、冷却効率を上げる観点からは、キャストロールにメルトが接触する前に静電気を印加しておくことが好ましい。さらに、キャストロール反対面から冷風を当てたり、冷却ロールを接触させ、冷却を促すことも好ましい。これにより、厚手のフィルムであっても、効果的に冷却が行なえる。
冷却ロールによって冷却された未延伸のポリエステルフィルムを長手方向(MD)及び幅方向(TD)にそれぞれ延伸して二軸延伸(縦延伸及び横延伸)を行う。
また、ポリエステルフィルムの強度を向上させる目的で、多段縦延伸、再縦延伸、再縦横延伸、横・縦延伸など公知の延伸フィルムに用いられる延伸を行ってもよい。縦延伸と横延伸の順序を逆にしてもよい。
また、未延伸フィルムを一方向に延伸した後、フィルムの表面に耐候性層、着色層、易接着層などの機能層を塗布によって設け、その後、他の方向に延伸してもよい。
得られた二軸延伸フィルムの結晶配向を完了させて、平面性と寸法安定性を付与するために、引き続きテンター内にて、二軸延伸フィルムの熱固定処理を行い、均一に徐冷後、室温まで冷却する。一般に、熱固定処理温度(Ts)が低いとフィルムの熱収縮が大きいため、高い熱寸法安定性を付与するためには、熱処理温度は高い方が好ましい。しかしながら、熱処理温度を高くし過ぎると配向結晶性が低下し、その結果形成されたフィルムが耐加水分解性に劣ることがある。
本発明では、二軸延伸フィルムの熱固定処理を行う際、150〜250℃とすることが好ましく、180〜240℃とすることがより好ましい。
また必要に応じて、幅方向あるいは長手方向に1〜12%の緩和(弛緩)処理を施してもよい。
熱固定されたポリエステルフィルムは通常Tg以下まで冷却され、ポリエステルフィルム両端のクリップ把持部分をカットし、ロール状に巻き取られる。この際、最終熱固定処理温度以下、Tg以上の温度範囲内で、幅方向及び/または長手方向に1〜12%弛緩処理することが好ましい。
また、冷却は、最終熱固定温度から室温までを毎秒1℃以上100℃以下の冷却速度で徐冷することが寸法安定性の点で好ましい。特に、Tg+50℃からTgまでを、毎秒1℃以上100℃以下の冷却速度で徐冷することが好ましい。冷却、弛緩処理する手段は特
に限定はないが、特に複数の温度領域で順次冷却しながら、これらの処理を行うことが、ポリエステルフィルムの寸法安定性向上の点で好ましい。
上記のような工程を経て、カルボジイミド化合物を0.1〜2.0質量%含有するポリエステルフィルムを製造することができる。
本発明により製造されるポリエステルフィルムは、カルボジイミド化合物を0.1〜2.0質量%含有するため、フィルム成形後においてもカルボジイミド化合物による封止反応が進み、長期に渡って高温高湿度下での高い耐加水分解性を発揮することができる。そのため、本発明により製造されるポリエステルフィルムは、電気電子部材に好適であり、特に、太陽電池用ポリエステルフィルム、具体的には、太陽電池モジュールの太陽光入射側とは反対側の裏面に配置される裏面保護シート(いわゆる太陽電池用バックシート)などの太陽電池用保護シート、バリアフィルム基材等の用途に好適である。
太陽電池モジュールの用途では、電気を取り出すリード配線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が挙げられる。
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。
‐二軸押出機‐
押出機として、図1に示すように2箇所にベントが設けられたシリンダー内に下記構成のスクリュを備え、シリンダーの周囲には長手方向に9つのゾーンに分割して温度制御を行うことができるヒータ(温度制御手段)を備えたダブルベント式同方向回転噛合型の二軸押出機を準備した。
スクリュ径D:65mm
長さL[mm]/スクリュ径D[mm]:31.5(1ゾーンの幅:3.5D)
スクリュ形状:第1ベント直前に可塑化混練部、第2ベント直前に脱気促進混練部
ギアポンプ:2ギアタイプ
フィルタ:金属繊維焼結フィルタ(孔径20μm)
ダイ:リップ間隔4mm
ポリエステル樹脂Aとして、触媒としてTi−クエン酸錯体を用いて製造したポリエチレンテレフタレート(極限粘度(IV):0.78dl/g、末端COOH量(AV):15eq/ton、乾燥後の含水率:41ppm)のPETペレットを用意した。
カルボジイミド系末端封止剤Aとして、STABILIZER9000(分子量:約20000、Rhein Chemie社製)を用意した。
リサイクル材料Aとして、ポリエステル樹脂Aを100質量部と末端封止剤Aを1質量部含むリサイクルチップを用意した。
このリサイクルチップを露点−30℃、イソシアネート濃度が0.02ppmである除湿エアーと接触させて160℃で7時間乾燥を行った。これにより、極限粘度(IV):0.62dl/g、末端COOH量(AV):13eq/t、乾燥後の含水率:45ppmであるリサイクル材料Aを得た。
二軸押出機のバレル温度を290℃に、スクリュの回転数を40rpmにそれぞれ設定した。ポリエステル樹脂Aを90質量部、上記乾燥させたリサイクル材料Aを10質量部、末端封止剤Aを0.56質量部で混合した原料を供給口から供給して加熱溶融し溶融押出を行った。
なお、ダイ出口から冷却ロールまでの搬送域(エアギャップ)は、この搬送域を囲い、この中に調湿空気を導入することにより、湿度を30%RHに調節してある。押出機の押出量及びダイのスリット幅の調整により、メルト厚みを平均で約3300μmとした。
次いで、得られた未延伸フィルムの二軸延伸を行った。延伸倍率は、縦延伸:3.4倍、横延伸:4.3倍とした。これにより、厚さ250μmのPETフィルムを得た。
原料及び製造したPETフィルムについて以下の方法により評価を行い、結果を表1に示した。
0.1gの試料をベンジルアルコール10mlに溶解後、さらにクロロホルムを加えて混合溶液を得、これにフェノールレッド指示薬を滴下した。この溶液を、基準液(0.01N KOH−ベンジルアルコール混合溶液)で滴定し、滴下量から末端カルボキシル基量を求めた。
極限粘度(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、ポリエステル樹脂を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た。
リサイクル材の乾燥工程におけるイソシアネートガス濃度は以下の方法によって測定した。
乾燥機内のガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーを使ってガス中の存在量を定量し、濃度を計算した。
リサイクル材の乾燥工程におけるイソシアネート/カルボジイミド濃度比は以下の方法によって求めた。
乾燥前のリサイクル材内のカルボジイミド濃度を赤外吸収により測定した。濃度を振ったサンプルにより、2300cm−1のピーク強度との関係から検量線を作り、リサイクル材の測定ピーク強度を検量線から濃度に換算した。イソシアネートについても同様に赤外吸収により測定した。2150cm−1のピーク強度から検量線を作っておき、濃度に換算した。
これらで得られたイソシアネートとカルボジイミドの濃度から濃度比を算出した。
リサイクル材料及び製造したポリエステルフィルムにそれぞれ含まれるカルボジイミド化合物(未反応成分)については、以下の方法によって測定した。
各材料・フィルムのカルボジイミド濃度を赤外吸収により測定した。濃度を振ったサンプルにより、2300cm−1のピーク強度との関係から検量線を作り、各材料・フィルムの測定ピーク強度を検量線から濃度に換算した。
フィルム中のゲル化物は、以下の方法によって確認した。
フィルムを10cm×5cmに切り出し、ガラス板に貼り付ける。光学顕微鏡(×20)を使って、クロスニコル状態で異物周辺を偏光させて、5mm×5mm角を50視野確認し、ゲル化物(透明で核が視認できない)を確認した。
125℃×100%RH条件で湿熱処理(サーモ処理)をした際、処理前後での引張破断伸度保持率が50%となった時間が150時間以上の場合を○、150時間が未満の場合を×とした。引張試験はJIS K 7127に則った。
破断伸度保持率[%]=(サーモ処理後の破断伸度)/(サーモ処理前の破断伸度)×100
厚み200μmのサンプルをカラーメーター(ND−101D(日本電色工業(株)製))で測定し、フィルムの透過b値が2未満であれば○、2以上であれば×とした。
原料及び押出し条件を表2、表3に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステルフィルムを製造して評価を行った。
原料及び押出し条件を表4に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステルフィルムを製造して評価を行った。
環状カルボジイミドとしては、以下の化合物を用いた。
環状カルボジイミド(1)は特開2011−258641号公報の実施例に記載の分子量516の化合物であり、特開2011−258641号公報の参考例1に記載の合成方法を参考に合成した。
環状カルボジイミド(2)は特開2010−285554号公報の実施例に記載の分子量252の化合物であり、特開2010−285554号公報の製造例1に記載の合成方法を参考に合成した。
これらの環状カルボジイミド末端封止剤の構造を以下に示す。
CHDM系ポリエステル樹脂(ポリエステル樹脂C〜L)は以下のように作製した。
第1工程:ジカルボン酸成分としてイソフタル酸(IPA)とテレフタル酸(TPA)、ジオール成分としてシクロヘキサンジメタノール(CHDM)、エチレングリコール(EG)を用い、触媒として酢酸マグネシウム、三酸化アンチモンを150℃、窒素雰囲気下で溶融後、攪拌しながら230〜250℃まで3時間かけて昇温し、メタノールを留出させ、エステル交換反応を終了した。この際、IPA、TPA、CHDM、EGの添加量を変えることでCHDM系ポリエステルを得た。
第2工程:エステル交換反応終了後、リン酸をエチレングリコールに溶解したエチレングリコール溶液を添加した。
第3工程:重合反応を最終到達温度285〜310℃、真空度0.1Torrで行い、ポリエステルを得て、これをペレット化した。
第4工程:一部の水準は、上記で得られたポリエステルペレットを、160℃で6時間乾燥、結晶化した。
CHDM系ポリエステルペレットをヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解した後、1H−NMRにより定量した。標品(CHDM、テレフタル酸、EG、イソフタル酸)を予め測定し、これを用いシグナルを同定した。
得られたイソフタル酸残基の量およびCHDM残基の量を表1に記載した。なお、100モル%−イソフタル酸含率(モル%)がテレフタル酸含率(モル%)であり、100(モル%)−CHDM率(モル%)がEG含率(モル%)である。
この一部の水準は乾燥した後、窒素気流中200〜240℃で24時間、固相重合した
なお、これらのCHDM系ポリエステルのIV、AVは上記の方法で測定し、表1に記載した。
12 供給口
14 押出機出口
16A,16B ベント
20A,20B スクリュ
22 フライト
30 温度制御手段
40 ダイ
42 フィルタ
44 ギアポンプ
46 原料供給装置
100 二軸押出機
C1〜C9 加熱/冷却装置
Claims (7)
- カルボジイミド化合物を含むリサイクルポリエステル材料に、露点が−25℃以下であり、且つ、イソシアネート濃度が0.01ppm〜100ppmである空気又は不活性ガスを接触させて乾燥させることにより前記カルボジイミド化合物を失活させるリサイクル材料乾燥工程と、
ポリエステル樹脂を50〜95質量部、前記乾燥させたリサイクルポリエステル材料を5〜50質量部、及びカルボジイミド化合物を配合した原料を押出機により溶融混練して溶融樹脂を押出す溶融押出工程と、
前記押出機から押出した溶融樹脂をフィルム状に成形してカルボジイミド化合物を0.1〜2.0質量%含有するポリエステルフィルムを成形するフィルム成形工程と、
を有するポリエステルフィルムの製造方法。 - 前記リサイクル材料乾燥工程において前記リサイクルポリエステル材料を135〜180℃で乾燥させる請求項1に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記ポリエステル樹脂及び前記リサイクルポリエステル材料の少なくとも一方が、1,4−シクロヘキサンジメタノール由来の構造を、ジオール成分由来の構造全量に対して、0.1〜20モル%または80〜100モル%含む1,4−シクロヘキサンジメタノール系ポリエステルを含む請求項1又は請求項2に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記リサイクルポリエステル材料に含まれるカルボジイミド化合物及び前記原料に配合される前記カルボジイミド化合物の少なくとも一方が、カルボジイミド基を1個有し、その第一窒素と第二窒素とが結合基により結合されている環状構造を含む環状カルボジイミド化合物である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のポリエステルフィルムの製造方法により作製されたポリエステルフィルム。
- 請求項5に記載のポリエステルフィルムを含む太陽電池用保護シート。
- 請求項6に記載の太陽電池用保護シートを備えた太陽電池モジュール。
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