JP5847629B2 - ポリエステルフィルムの製造方法 - Google Patents
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- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Description
<1>
原料樹脂を供給する原料供給口と溶融樹脂を押し出す押出口とを有するシリンダ及び前記シリンダ内に回転可能に配設された2本のスクリュを備えた二軸押出機と、前記二軸押出機から押し出された溶融樹脂を吸入し、ポリエステル製膜機に溶融樹脂を吐出するギアポンプと、を備えたポリエステル製造装置を用い、
前記原料供給口からシリンダに供給される原料樹脂の供給方向におけるシリンダ壁の温度を(TgPol−10)℃以下の温度範囲〔TgPolは、ポリエステルを含む原料樹脂のガラス転移温度(℃)を表すである。〕に調節しながら、樹脂温度が(TgPol−10)℃以上(TgPol+65)℃以下であって且つ含水率が200ppm以下のポリエステル樹脂100質量部と固体状の末端封止材0.3〜2.5質量部とを、押出機の同一供給口からシリンダ内に供給し、前記ギアポンプの吸入側圧力を1.0MPa以上3.0MPa以下とすることで、前記押出口からポリエステル樹脂の溶融押出を行なう工程と、溶融押出されたポリエステル樹脂をシート状に製膜する工程と、を有するポリエステルフィルムの製造方法である。
<3> 前記原料供給口における酸素濃度が10%未満である前記<1>又は前記<2>に記載のポリエステルフィルムの製造方法である。
<4> 前記シリンダは、前記原料供給口の樹脂押出方向下流側に少なくとも1つの樹脂混練部材を備え、前記原料供給口と該原料供給口から最短距離に位置する樹脂混練部材との間の中間位置から樹脂押出方向上流側のシリンダ壁の温度が、前記末端封止材の融点(Tmc)以上かつポリエステル樹脂の融点(TmPol)以下である前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載のポリエステルフィルムの製造方法である。
<5> 前記シリンダに供給する際の前記樹脂温度が、(TgPol−10)℃以上(TgPol+35)℃以下である前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載のポリエステルフィルムの製造方法である。
<6> 前記末端封止材が、カルボジイミド化合物である前記<1>〜前記<5>のいずれか1つに記載のポリエステルフィルムの製造方法である。
<7> 前記ポリエステル樹脂が、ポリエチレンテレフタレートである前記<1>〜前記<6>のいずれか1つに記載のポリエステルフィルムの製造方法である。
本発明によれば、耐加水分解性が高く長期での耐久性能に優れた太陽電池用保護シートが提供される。さらに、
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。
本発明のポリエステルフィルムの製造方法は、ポリエステル製造装置において、原料供給口からシリンダに供給される原料樹脂の供給方向におけるシリンダ壁の温度を(TgPol−10)℃以下の温度範囲に調節しながら、樹脂温度が(TgPol−10)℃以上(TgPol+65)℃以下であって且つ含水率が200ppm以下のポリエステル樹脂100質量部と末端封止材0.3〜2.5質量部とを、押出機の同一供給口からシリンダ(バレルともいう)内に供給し、ギアポンプの吸入側圧力を1.0MPa以上3.0MPa以下に調節することで、押出口から樹脂の溶融押出を行なう工程(以下、「溶融押出工程」という。)と、溶融押出されたポリエステル樹脂をシート状に製膜する工程(以下、「製膜工程」という。)と、を少なくとも設けて構成されている。
ここで、前記TgPolは、ポリエステルを含む原料樹脂のガラス転移温度(℃)を表す。
本発明で使用される前記ポリエステル製造装置は、二軸押出機と、二軸押出機から押し出された溶融樹脂を吸入し、フィルム形成装置に吐出するギアポンプとを備えており、前記二軸押出機は、原料樹脂を供給する原料供給口及び溶融樹脂を押し出す押出口を有するシリンダと、シリンダ内に回転可能に配設された2本のスクリュとを備えている。
ポリエステル製造装置に供給された末端封止材含有のポリエステル原料を溶融混練し、押出口から樹脂を押出す溶融押出工程において、ポリエステル樹脂の溶融押出を下記(1)〜(3)のもとで行なう構成にする。
(1)原料供給口からシリンダに供給される原料樹脂の供給方向におけるシリンダ壁の温度を、(TgPol−10)℃以下の温度範囲に調節する
〔TgPol:ポリエステルを含む原料樹脂のガラス転移温度(℃);以下同様。〕
(2)樹脂温度が(TgPol−10)℃〜(TgPol+65)℃であって、含水率が200ppm以下のポリエステル樹脂100質量部と、末端封止材0.3〜2.5質量部と、を押出機の同一供給口からシリンダ(バレル)内に供給する
(3)ギアポンプの吸入側圧力を1.0MPa〜3.0MPaに調節する
これにより、押出生成されるポリエステル樹脂のAVバラツキが抑えられ、膜体(シートやシートを延伸処理したフィルムなど)における破断伸度半減時間のバラツキが小さく抑えられる。その結果、ポリエステルフィルムとした際に高い耐加水分解性が得られ、長期での耐久性能に優れたものとなる。したがって、耐加水分解性が高く長期での耐久性能に優れた太陽電池用保護シートを提供することができ、太陽電池モジュールを作製したときには、長期に亘り安定的な発電性能を確保することができる。
まず、本発明で使用されるポリエステル製造装置について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るポリエステル製造装置の構成例を概略的に示したものである。また、図2は、図1のポリエステル製造装置を構成する二軸押出機の構成例をその断面により概略的に示している。
図1に示すように、本実施形態のポリエステル製造装置は、二軸押出機100と、その押出口(押出機出口ともいう)14の溶融樹脂押出方向下流に設けられたギアポンプ44と、ギアポンプ44から吐出された溶融樹脂をフィルタリングするフィルタ42と、吐出された溶融樹脂を製膜するポリエステル製膜機であるダイ40と、を設けて構成されている。また、二軸押出機100には、その原料供給口12にポリエステル原料を定量供給するためのPET定量供給機32及び封止材定量供給機34が接続されている。
溶融押出法を利用してポリエステルフィルムを製造する場合に使用する押出機については、一般にスクリュの数により単軸と多軸とに大別される。多軸の押出機としては、二軸押出機(二軸スクリュ押出機)が広く使用されている。
シリンダ10は、原料樹脂を供給するための原料供給口12と、加熱溶融された樹脂が押し出される押出機出口14とを有している。
シリンダ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。
本実施形態では、ベント16A,16Bの2つが設けられているが、ベントの配置については、脱気効率との関係からその開口面積や個数を適正にすることが求められる。二軸押出機100は、1箇所以上のベントを有していることが望ましい。なお、ベントの数が多過ぎると、溶融樹脂がベントから溢れ出るおそれと滞留劣化異物が増加する懸念があるので、ベントは1箇所又は2箇所であることが好ましい。
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については、押出機100(シリンダ10)の内部に落下する場合があり、落下すると製品に異物として顕在化する可能性があるため、落下しないようにすることが重要である。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一般的に用いられる。
また、ベントを複数箇所に設けることで、原料水分量が2000ppm程度の場合でも、50ppm以下に乾燥した樹脂を単軸で押出した場合と同様の押出しが可能である。
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は、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。
酸素濃度の調整は、原料供給口を有する供給部に不活性ガス(例えば窒素ガス)を導入する方法、真空引きする方法等により行なうことができる。
シリンダ10内には、140mm以上のスクリュ径Dを有し、モータ及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140mm以上となる大型の二軸押出機では、大量生産が可能である一方、溶融ムラが生じ易く、物性バラツキを伴ないやすい。しかし、本発明によれば140mm以上のスクリュ径Dを備えた大型の二軸押出機を用いる場合でも、溶融ムラが抑制されるともに、加熱による末端COOHの増加を抑制することができる。これにより、最終的に作製されるポリエステルフィルムの物性バラツキが抑えられる。スクリュ径Dは、大量生産の観点から、150mm以上が好ましく、より好ましくは160〜200mmである。
2つのスクリュの回転方向もそれぞれ同方向と異方向に分かれる。異方向回転型のスクリュは、同方向回転型のスクリュよりも混練効果が高い。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。
シリンダ10の周囲には、温度制御手段30が設けられている。本実施形態の二軸押出機100では、図2に示すように、シリンダ10が原料供給口12から押出機出口14に向けて長手方向に9つの領域に分割されており、樹脂押出方向上流側から7つの領域には加熱装置C1〜C7が、樹脂押出方向下流側から2つの領域には冷却装置C8〜C9が配設されて温度制御手段30を構成している。このようにシリンダ10の周囲は、分割して配置された加熱装置C1〜C7及び冷却装置C8〜C9によって加熱ゾーンC1〜C7と冷却ゾーンC8〜C9に区画され、シリンダ10内を領域(ゾーン)ごとに所望の温度に制御できるようになっている。なお、図2では、シリンダを長手方向に9ゾーンに分割し、ゾーン毎に温度制御できる構造を例に示したが、領域(ゾーン)の数はこれに限られるものではなく、目的等に応じて任意に領域(ゾーン)の数を選択することができる。
シリンダ10の押出機出口14には、ポリエステル製膜機として、押出機出口14から押出された溶融樹脂をシート状(帯状)に吐出するためのダイ40と、吐出されたシートを冷却するための図示しない冷却ロール(チルロール)とが設けられている。溶融樹脂は、ダイ40からシート状にして冷却ロールに送られ、冷却されることでシートに製膜される。このようにして、未延伸のポリエステルシートが得られる。
二軸押出機100の押出機出口14の溶融樹脂押出方向下流には、駆動歯車と被動歯車で流量調節するギアポンプ44が設けられている。両歯車が駆動されてもよい。押出機100とポリエステル製膜機であるダイ40との間にギアポンプ44を設けることで、押出量の変動が減少し、ダイ40に一定量の樹脂が供給されることになり、厚み精度が向上する。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による押出安定化が図られている態様が好ましい。
シリンダ内に供給された原料樹脂は、温度制御手段30による加熱のほか、スクリュ20A,20Bの回転に伴なう樹脂同士の摩擦、及び樹脂とスクリュ20A,20Bやシリンダ10との間の摩擦などによる発熱によって溶融されると共に、スクリュの回転に伴なって押出機出口14に向けて徐々に移動する。このとき、シリンダ内に配設されたニーディングディスク24A,24Bにより原料樹脂の溶融、混練が促進される。すなわち、加熱ゾーンC1〜C7のうち、ゾーンC1で加熱が開始され、ニーディングディスク24A,24Bが配設された加熱ゾーンC4,C6は樹脂混練を担う混練部として、加熱ゾーンC2〜C3,C5,C7は主に樹脂を溶融搬送する搬送部として機能する。
ベント16A,16Bを通じて真空引きをすることで、シリンダ内の樹脂中の水分等の揮発成分を効率的に除去することができる。ベント圧力が低過ぎると溶融樹脂がシリンダ10の外に溢れ出るおそれがあり、ベント圧力が高過ぎると揮発成分の除去が不十分となり、得られたフィルムの加水分解が生じ易くなるおそれがある。溶融樹脂がベント16A,16Bから溢れ出ることを防ぐとともに揮発成分を選択的に除去する観点から、ベント圧力は1.333Pa〜666.5Pa(0.01Torr〜5Torr)とすることが好ましく、1.333Pa〜533.2Pa(0.01Torr〜4Torr)とすることがより好ましい。
シリンダ内で原料樹脂を加熱溶融し、押出機出口14を出た後、ダイ40からシート状に押出されるまでの平均滞留時間を10分〜20分とすることが好ましい。原料樹脂を加熱溶融して、押出機100の押出機出口14を出てからダイ40から押出されるまでの平均滞留時間が10分以上であると、未溶融樹脂の残留が少なく抑えられる。また、該平均滞留時間が20分以下であると、熱分解による末端COOH量の増加を防ぐことができ、より優れた耐加水分解性が得られる。このような観点から、原料樹脂を加熱溶融して押出機出口14から押出された後の平均滞留時間は、10分〜15分がより好ましい。
なお、平均滞留時間は下記の式で定義される。
平均滞留時間(秒)={押出機下流配管容積[cm3]×溶融体密度[g/cm3]×3600/1000}/押出量[kg/h]
上記のように原料樹脂をシリンダ内で加熱溶融する一方、温度制御手段30によりシリンダ10の押出機出口14側の内壁がポリエステル樹脂(原料樹脂)の融点Tm(℃)以下の冷却ゾーン(温調部)となるように温調制御する。冷却ゾーンにおいて、シリンダ10の押出機出口14に近い壁面温度を原料樹脂の融点Tm(℃)以下に制御すれば、樹脂が過剰に加熱されて末端COOH量が増加することを防ぐことができる。末端COOH量の増加を確実に抑制する観点から、冷却ゾーンにおける温度は、(Tm−100)℃〜Tm℃の範囲内が好ましく、(Tm−50)℃〜(Tm−10)℃の範囲内がより好ましい。
なお、押出機出口14における樹脂温度ToutがTm+30℃以下となるようにすることが好ましい。ただし、押出機出口14における樹脂温度Toutが低過ぎると溶融樹脂の一部が固化するおそれもあるため、押出機出口14における樹脂温度ToutはTm〜(Tm+25)℃以下とすることがより好ましく、(Tm+10)℃〜(Tm+20)℃とすることがさらに好ましい。
ダイ40からメルト(溶融樹脂)を押出した後、例えば冷却ロールに接触させるまでの間(エアギャップ)は、湿度を5%RH〜60%RHに調整することが好ましく、15%RH〜50%RHに調整することがより好ましい。エアギャップでの湿度を上記範囲にすることで、フィルム表面のCOOH量やOH量を調節することが可能である。また、低湿度に調節することで、フィルム表面のカルボン酸量を減少させることができる。
なお、シートの厚みは、2mm〜8mmが好ましく、より好ましくは2.5mm〜7mmであり、さらに好ましくは3mm〜6mmである。厚みを厚くすることで、押出されたメルトがガラス転移温度(Tg)以下に冷却するまでの所要時間を長くすることができる。この間に、フィルム表面のCOOH基はポリエステル内部に拡散され、表面COOH量を低減することができる。
なお、「eq/t」は、1トンあたりのモル当量を表す。
−溶融押出工程−
本発明の溶融押出工程では、ポリエステル樹脂と末端封止材とを含む原料を原料供給口からシリンダに供給し、二軸押出機により溶融押出を行なう。
ここで、TgPolは、ポリエステルを含む原料樹脂のガラス転移温度(℃)を表す。
シリンダ壁の温度は、原料供給口から原料樹脂がシリンダに供給される方向に位置する壁の温度を計測することで得られる温度である。計測は、例えばシリンダ壁内部又はシリンダ内壁面に温度検出センサ(熱電対など)を配置することにより行なえる。
前記シリンダ壁の温度は、前記同様の理由から、(TgPol−20)℃以下の温度範囲が好ましく、常温(20〜30℃)以上(TgPol−20)℃以下の温度範囲に調節されるのが好ましい。
原料供給口からの距離が最短の樹脂混練部材(第1混練部)と原料供給口との間(搬送部)の中間位置から樹脂押出方向上流側(搬送部前半)の領域は、具体的には押出口先端からスクリュ軸方向に17.5D〜40Dの範囲が好ましく、この領域での温度がTmc以上TmPol以下であることが好ましい。
原料供給口と該原料供給口から最短距離にある樹脂混練部材との間のシリンダ壁の温度としては、前記同様の理由から、(末端封止材のTmc+10)℃以上、かつ(ポリエステル樹脂のTmPol−10)℃以下がより好ましい。
ポリエステル樹脂に対する末端封止材の含有比率としては、0.3/100〜2/100が好ましく、より好ましくは0.3/100〜1.5/100の範囲である。
前記樹脂温度としては、(TgPol−10℃)以上(TgPol+40℃)以下が好ましく、より好ましくは(TgPol−10℃)以上(TgPol+35℃)以下である。
前記含水率は、耐加水分解性の点では、少ないほど好ましく、より好ましくは150ppm以下であり、更に好ましくは100ppm以下である。
ギアポンプの吸入側圧力は、上記同様の理由から、1.1MPa以上2.5MPa以下が好ましい。
原料樹脂は、ポリエステルフィルムを製膜するためのポリエステル樹脂を作製するための原料であり、ポリエステルを含有する材料であれば特に制限はない。原料樹脂は、ポリエステルのほか、無機粒子や有機粒子などを含むものとすることができる。また、原料樹脂は、触媒由来のチタン元素を含んでいてもよい。
原料樹脂に含まれるポリエステルの種類は、特に制限されるものではなく、例えば、ジカルボン酸成分とジオール成分とを用いて合成されたものでもよいし、市販のポリエステルを用いてもよい。
IVが高いほど混練によって発熱し易く、末端COOHが増加し易いが、本発明の方法によれば、二軸押出機を使用するため、加熱溶融部において原料樹脂を十分混練して溶融させることができるとともに、冷却ゾーンにおいて過剰な加熱を抑制し、末端COOHの増加を抑制することができる。なお、原料樹脂の極限粘度IVが0.7dL/g以上であると、原料の末端COOHを少なくするに有利であり、フィルム品質を良好に維持することができる。また、極限粘度IVが0.9dL/g以下であると、二軸押出機による場合に末端COOHの増加が抑えられ、フィルム品質が良好に保たれる。原料樹脂のIVは、好ましくは0.70〜0.85dL/gであり、さらに好ましくは0.70〜0.80dL/gである。
なお、「当量/トン」は、1トンあたりのモル当量を表す。
原料樹脂の嵩比重とは、粉末を一定容積の容器の中に一定状態で入れる等して、所定形状にした粉末の質量を、そのときの体積で除算して求められる比重(単位体積あたりの質量)をいい、嵩比重が小さいほど嵩張る。
上記の中でも、押出時の発熱の抑制により末端COOHの増加をより抑える点で、原料樹脂の嵩比重は0.7〜0.75の範囲が特に好ましい。
前記ジカルボン酸又はそのエステル誘導体としては、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又はそのエステル誘導体が挙げられる。
Ti系触媒の量は、1ppm以上であると好ましいIVが得られ、30ppm以下であると、末端COOHを低く抑えることができ、耐加水分解性の向上に有利である。
ポリエステル原料樹脂に末端封止材を添加することにより、ポリエステル樹脂の耐加水分解性が向上する。末端封止材は、固体状態で原料樹脂と同時に供給されることで、熱分解、加水分解を抑えながら原料樹脂に均一に混合しやすく、溶融に伴う劣化を抑制することができる。加えて更に、末端封止材の比率、ポリエステル樹脂の温度及び含水率、並びにギアポンプの吸入側圧力を上記範囲に調整することにより、耐加水分解性、具体的には耐加水分解性を示す指標となるAV値、破断伸度等の物性のバラツキを低減することができる。
Tgcが(TgPol−20)℃以上であることで、ポリエステル樹脂(特にポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンナフタレート)との親和性が良好に維持され、安定した供給を保持するのに有効である。また、Tgcが(TgPol+20)℃以下であることで、溶融混練時にポリエステル樹脂と共に溶融しやすく、ポリエステル樹脂との混合がより均一に行なわれる。
末端封止材のTgcは、(TgPol−20)℃以上(TgPol+10)℃以下の範囲がより好ましい。
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。その中でも、より好ましい末端封止材は、下記一般式(1)で表されるポリカルボジイミドである。この化合物はカルボジイミド基の反応性が高く、効率よくポリエステル末端と反応するためである。
炭素数1〜7のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、ヘプチル等が挙げられ、炭素数2〜5のアルキル基が好ましい。また、nとしては、下記重量平均分子量(Mw)を満たす範囲の整数であるのが好ましい。
ポリカルボジイミドは、例えば、適当な触媒の存在下に、有機イソシアネートを加熱し、脱炭酸反応させることで製造できる。ポリカルボジイミドの重量平均分子量としては、ポリカルボジイミド粉末を、クロロホルム、テトラヒドロフラン(THF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)及びヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)から選ばれる溶媒に溶解し、GPCを用いて分子量分布曲線のカーブを測定することで、ポリスチレンスタンダードから求めることができる。ポリカルボジイミドの重量平均分子量は、各素材の添加量や反応時間を選択することで制御することができる。
また、市販品としては、ラインケミージャパン社製の「スタバクゾール」などを用いることができる。
また、特開2011−153209に記載の環状構造を有するカルボジイミドを使用することも好ましい。
前記エポキシ化合物の好ましい例としては、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。
前記オキサゾリン化合物としては、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の具体例としては、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)等が挙げられる。これらの中では、ポリエステルとの反応性の観点から、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)が最も好ましく用いられる。ビスオキサゾリン化合物は、本発明の目的を損なわない範囲であれば、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。
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。
本発明における製膜工程では、前記溶融押出工程でシリンダから押出されたポリエステル樹脂をシート状に製膜する。本工程では、溶融体(メルト)を、ギアポンプ、フィルタを通した後、ダイから冷却(チル)ロールに押出す。これを冷却固化することで、未延伸シートが形成される。
なお、溶融体(メルト)は、静電印加法を用いて冷却ロールに密着させることができる。このとき、冷却ロールの表面温度は、10℃〜40℃の範囲とすることができる。
本発明のポリエステルフィルムの製造方法では、前記溶融押出工程及び前記製膜工程を経て得られたポリエステルシートを延伸して、フィルムを作製する延伸工程が好適に設けられる。
延伸倍率(%)=100×{(延伸後の長さ)−(延伸前の長さ)}/(延伸前の長さ)
前記熱収縮率(150℃)は、下記の方法で求められる。すなわち、
長さ350mm(測定方向)、幅50mmのサンプル片を切り出し、サンプル片の長手方向の両端近傍に300mm間隔で標点を付す。これを、150℃の温度に温調されたオーブン内におき、その一端を固定し他端を固定しない状態で30分間放置する。その後、室温で標点間距離を測定する。このときの長さをL(mm)とする。測定されたLの値を用い、下記式から熱収縮率が求められる。なお、熱収縮率は、その値が正の場合は縮みを、負の場合は伸びを表す。
熱収縮率(%)=[(300−L)/300]×100
本発明の太陽電池用保護シートは、既述の本発明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を有している。本発明の太陽電池用保護シートは、既述の本発明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が用いられるので、所望とする耐加水分解性をそなえ、ひいては耐候性に優れている。
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。
本発明の太陽電池モジュールは、既述の本発明の太陽電池用保護シートを太陽電池用バックシートとして設けて構成されている。すなわち、太陽電池モジュールは、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既述の本発明の太陽電池用バックシートとを備えている。本発明の太陽電池用保護シートを備えた太陽電池モジュールは、既述の本発明のポリエステルフィルムを有していることで、優れた耐加水分解性を示し、長期に亘り安定的な発電性能が得られる。
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が配された素子構造部分を、太陽光が直接入射する側に配置された透明性のフロント基材と、本発明の太陽電池用バックシートとの間に配置し、フロント基材とバックシートとの間において、太陽電池素子を含む素子構造部分(例えば太陽電池セル)をエチレン−ビニルアセテート(EVA)系等の封止材を用いて封止、接着した構成になっている。
−ポリエステル製造装置−
図1に示すポリエステル製造装置を準備し、押出機として、図2に示すように、PET定量供給機32及び封止材定量供給機34が取り付けられた原料供給口12と、2つのベント16A,16Bとが設けられたシリンダ10内に下記構成のスクリュ20A,20Bを備え、シリンダ10の周囲にはシリンダ長手方向(スクリュの回転軸方向)に9つのゾーンに分割して温度制御を行なうことができるヒータ(温度制御手段)30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100を用意した。
<二軸押出機の構成>
(a)スクリュ
・スクリュ径D:180mm
・長さL[mm]/スクリュ径D[mm]:31.5(シリンダ1ゾーンの幅(スクリュ軸方向の長さ):3.5D)
・スクリュ形状:
第1ベント直前に可塑化混練部(ニュートラルニーディング2D、逆スクリュ1D)
第2ベント直前に脱気促進混練部(ニュートラルニーディング2D)
・スクリュ回転数:90rpm
(b)吐出量:3000kg/h
(c)シリンダ温度
C1ゾーン:下記表1に記載,C2ゾーン:下記表1に記載,C3ゾーン:270℃,C4ゾーン:270℃,C5ゾーン:270℃,C6ゾーン:270℃,C7ゾーン:270℃,C8ゾーン:270℃,C9ゾーン:250℃
ここで、C1ゾーンは、原料供給口12側の1番目のゾーンである。
(d)PET定量供給機,封止材定量供給機:スクリュ式
(e)ホッパー:Y字型(2種類の原料を同じ供給口に供給)
<二軸押出機以外の構成>
(f)ギアポンプ:2ギアタイプ
(g)フィルタ:金属繊維焼結フィルタ(孔径20μm)
(h)ダイ:リップ間隔4mm
(1)原料樹脂
・ペレット種:ポリエチレンテレフタレート(融点Tm:257℃、ガラス転移温度TgPol:79℃、極限粘度IV:0.78dL/g、末端COOH量:18当量/トン、ヘンシェルミキサーにて160℃で結晶化)のペレット(PETペレット)
・ペレットサイズ:平均長径=4.5mm、平均短径=1.8mm、平均長さ=4.0mm
(2)末端封止材
・カルボジイミド化合物(スタバクゾールP400、ラインケミージャパン社製、ガラス転移温度Tgc:70℃、融点Tmc:150℃、重量平均分子量Mw:26000)の粉状物
上記のような二軸押出機を用いて、PET定量供給機及び封止材定量供給機によりPETペレットとカルボジイミド化合物とを、下記表1に示す供給量となるように同時にホッパーに投入した。また、PETペレットの投入前にあらかじめPETペレットを加熱乾燥することにより、投入時におけるPETペレットの樹脂温度及び含水量を下記表1に示すように調節した。そして、シリンダ壁の温度を下記表1に示す温度に調節しながら溶融混練し、押出機出口から押出した。溶融押出は、ギアポンプの吸入側圧力を下記表1に示す値に調節して行なった。続いて、押出機出口から押出された溶融体(メルト)を、ギアポンプ、金属繊維フィルタ(孔径20μm)を通した後、ダイから冷却(チル)ロールに押出した。押出されたメルトを静電印加法を用いて冷却ロールに密着させ、未延伸シートを作製した。この冷却ロールは、中空のチルロールを備えており、このチルロール中に熱媒として水を通すことで温調されるようになっている。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)を取り囲み、取り囲んだ中に調湿空気を導入することによって湿度を30%RHに調節した。メルト厚みは、二軸押出機の押出量及びダイのスリット幅を調整することで、3000μmに調節した。
(a)縦延伸
未延伸フィルムを周速の異なる2対のニップロールの間に通し、MD方向(搬送方向)に延伸した。このとき、予熱温度を90℃、延伸温度を90℃、延伸倍率を3.5倍、延伸速度を3000%/秒とした。
(b)横延伸
縦延伸後、テンターを用いて下記条件にて横延伸した。
<条件>
・予熱温度:100℃
・延伸温度:110℃
・延伸倍率:4.2倍
・延伸速度:70%/秒
<熱固定条件>
・熱固定温度:200℃
・熱固定時間:2秒
<熱緩和条件>
・熱緩和温度:195℃
・熱緩和率:5%
(1.AVバラツキ)
上記のようにして作製される二軸延伸PETフィルムから、MD方向において2分間隔で任意に15個の試験片(0.1g)を切り出した。これらの試験片を各々、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。求められた15個の値のうち、最大値から最小値を減算した値(ΔAV)を求め、ΔAVを指標に下記の評価基準にしたがってフィルム内のAVバラツキを評価した。結果を下記表1に示す。
<評価基準>
A:ΔAV<1.5当量/トン
B:ΔAV≧1.5当量/トン
〜2−1.破断伸度半減時間〜
上記のように作製された二軸延伸PETフィルムに対し、120℃、100%RHの雰囲気下でサーモ処理し、サーモ処理後の各PETフィルムの破断伸度とサーモ処理前の各PETフィルムの破断伸度を測定した。破断伸度(%)の測定は、PETフィルムから6mm×115mm(JIS K6251、ダンベル状5号形)のサイズのフィルム片を切り出し、このフィルム片を初期試料長50mm、20%/分にて引っ張って行なった。
得られた測定値をもとに、サーモ処理後の破断伸度をサーモ処理前の破断伸度で除算し、各サーモ処理時間での破断伸度保持率を下記式から求めた。横軸にサーモ時間、縦軸に破断伸度保持率をとってプロットし、これを結んで破断伸度保持率が50%になるまでの熱処理の時間(hr;破断伸度保持率半減期)を求めた。
破断伸度保持率[%]=(120℃、100%RHサーモ処理後の破断伸度)/(サーモ処理前の破断伸度)×100
破断伸度保持率半減期(hr)は、その時間が長いほど、ポリエステルフィルムが耐加水分解性に優れることを示す。破断伸度半減時間は、実用上「A,B」が許容範囲である。結果を下記表1に示す。
<評価基準>
A:175時間以上
B:100時間以上175時間未満
C:100時間未満
上記のようにして作製されるPETフィルムを、MD方向において2分間隔で試験片をサンプリングし、サンプリングした15個の試験片に対し、前記同様の方法で破断伸度を求めた。求められた15個の値のうち、最大値から最小値を減算した値を求め、下記の評価基準にしたがって破断伸度半減時間のバラツキを評価した。結果を下記表1に示す。
<評価基準>
A:30時間未満
B:30時間以上
−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
得られた塗布液を前記光反射層の上に、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、原料樹脂の温度及び含水量、末端封止材の供給量、ギアポンプの吸入側圧力、原料供給口の酸素濃度、シリンダ温度等の条件を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にしてフィルムを製造すると共にバックシートを作製し、評価を行なった。結果を下記表1に示す。
実施例1において、原料樹脂の温度及び含水量、末端封止材の供給量、ギアポンプの吸入側圧力、原料供給口の酸素濃度、シリンダ温度等の条件を下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にしてフィルムを製造すると共にバックシートを作製し、評価を行なった。結果を下記表1に示す。
これに対し、末端封止材を使用せず又は少量とした比較例1〜2では、破断伸度半減時間の短縮が著しく、フィルム劣化が大きく現れた。また、比較例3〜9では、AVバラツキが大きいことに加え、破断伸度半減時間のバラツキも大きく、安定した耐加水分解性を示すフィルムは得られなかった。
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1〜12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。
12・・・原料供給口
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
32・・・PET定量供給機
34・・・封止材定量供給機
40・・・ダイ
42・・・フィルタ
44・・・ギアポンプ
100・・・二軸押出機
C1〜C7・・・加熱装置
C8〜C9・・・冷却装置
Claims (7)
- 原料樹脂を供給する原料供給口と溶融樹脂を押し出す押出口とを有するシリンダ及び前記シリンダ内に回転可能に配設された2本のスクリュを備えた二軸押出機と、前記二軸押出機から押し出された溶融樹脂を吸入し、ポリエステル製膜機に溶融樹脂を吐出するギアポンプと、を備えたポリエステル製造装置を用い、
前記原料供給口からシリンダに供給される原料樹脂の供給方向におけるシリンダ壁の温度を(TgPol−10)℃以下の温度範囲〔TgPolは、ポリエステルを含む原料樹脂のガラス転移温度(℃)を表す。〕に調節しながら、樹脂温度が(TgPol−10)℃以上(TgPol+65)℃以下であって且つ含水率が200ppm以下のポリエステル樹脂100質量部と固体状の末端封止材0.3〜2.5質量部とを、押出機の同一供給口からシリンダ内に供給し、前記ギアポンプの吸入側圧力を1.0MPa以上3.0MPa以下とすることで、前記押出口からポリエステル樹脂の溶融押出を行なう工程と、
溶融押出されたポリエステル樹脂をシート状に製膜する工程と、
を有するポリエステルフィルムの製造方法。 - 前記末端封止材は、ガラス転移温度(Tgc)が(TgPol−20)℃以上(TgPol+20)℃以下である請求項1に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記原料供給口における酸素濃度が10%未満である請求項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。
- 前記シリンダは、前記原料供給口の樹脂押出方向下流側に少なくとも1つの樹脂混練部材を備え、前記原料供給口と該原料供給口から最短距離に位置する樹脂混練部材との間の中間位置から樹脂押出方向上流側のシリンダ壁の温度が、前記末端封止材の融点(Tmc)以上かつポリエステル樹脂の融点(TmPol)以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記シリンダに供給する際の前記樹脂温度が、(TgPol−10)℃以上(TgPol+35)℃以下である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記末端封止材が、カルボジイミド化合物である請求項1〜請求項5のいずれか1項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が、ポリエチレンテレフタレートである請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
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