JP5889611B2 - 太陽電池バックシート用接着剤 - Google Patents
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Description
太陽電池のバックシートとして、更に性能を向上するために、これらのフィルムを積層した積層体も使用される。
フィルムの積層方法として、ドライラミネート法が一般的であり、接着剤13にはフィルム11及び12に対して十分な接着性を有することが要求される。
バックシート10は、封止材20、太陽電池セル30及びガラス板40等と一緒に太陽電池モジュール1を構成する(図3参照)。
特許文献3は、特定のアクリルポリオールを接着剤原料とすることで、初期接着性と長期耐久性が良好な太陽電池バックシートが製造されることを開示する。
アクリルポリオールとイソシアネート化合物との反応で得られるウレタン樹脂を含み、
アクリルポリオールは、重合性単量体が重合することで得られ、重合性単量体は、水酸基を有する単量体及びその他の単量体を有し、水酸基を有する単量体はヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを含み、その他の単量体はアクリロニトリル及び(メタ)アクリル酸エステルを含む、太陽電池バックシート用接着剤を提供する。
本発明は、他の態様において、アクリルポリオールは、ガラス転移温度が20℃以下である上記太陽電池バックシート用接着剤を提供する。
本発明は、好ましい態様において、アクリルポリオールは、水酸基価が0.5〜45mgKOH/gである上記太陽電池バックシート用接着剤を提供する。
本発明は、好ましい要旨において、上記太陽電池バックシートを用いて得られる太陽電池モジュールを提供する。
優れた耐加水分解性を維持したまま、十分なフィルムへの初期密着性を有し、養生後の初期接着性、高温下での接着性が向上し、総合的なバランスに優れる。
本発明の太陽電池バックシート用接着剤は、アクリルポリオールのガラス転移温度が20℃以下である場合、フィルムへの初期密着性、養生後の初期接着性が更に向上して、より好適な接着剤となる。
本発明の太陽電池バックシート用接着剤は、アクリルポリオールの水酸基価が0.5〜45mgKOH/gである場合、耐加水分解性、高温下での接着性が著しく向上し、より好ましい。
本発明に係るウレタン樹脂は、アクリルポリオールとイソシアネート化合物との反応によって得られるポリマーであって、ウレタン結合を有する。アクリルポリオールの水酸基がイソシアネート基と反応する。
「水酸基を有する単量体」は、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを含み、1種類のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを使用しても、2種以上のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを組み合わせて使用してもよい。また、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート以外の水酸基を有する単量体とを併用してもよい。
「ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート以外の水酸基を有する重合性単量体」として、例えば、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等を例示できる。
「アクリロニトリル」とは一般式:CH2=CH−CNで表される化合物であり、アクリルニトリル、アクリル酸ニトリル、シアン化ビニルとも呼ばれる。
(i):1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn
[前記式(i)中、Tgはアクリルポリオールのガラス転移温度を示し、W1、W2、・・・Wnは各単量体の質量分率を示し、Tg1、Tg2、・・・Tgnは対応する各単量体の単独重合体のガラス転移温度を示す。]
メチルメタクリレート:105℃
n−ブチルアクリレート:−54℃
エチルアクリレート:−20℃
メタクリル酸2−ヒドロキシエチル:55℃
アクリル酸2-ヒドロキシエチル:−15℃
グリシジルメタクリレート:41℃
アクリロニトリル:130℃
スチレン:105℃
本発明では具体的には、下記式(ii)で算出される。
(ii):水酸基価=(水酸基を有する(メタ)アクリレートの重量/水酸基を有する(メタ)アクリレートの分子量)×水酸基を有する(メタ)アクリレート単量体1モルに含まれる水酸基のモル数×KOHの式量×1000/アクリルポリオールの重量
尚、本明細書では、芳香環は環状の炭化水素鎖に含まれない。
尚、芳香環は、二つ以上のベンゼン環が縮環していてもよい。
これらのイソシアネート化合物は、単独で又は組み合わせて使用することができる。
「ヒンダードアミン系化合物」とは、一般にヒンダードアミン系化合物とされるものであり、本発明が目的とする太陽電池バックシート用接着剤を得られる限り、特に制限されるものではない。
シラン化合物として、例えば、(メタ)アクリロキシアルキルトリアルコキシシラン類、(メタ)アクリロキシアルキルアルキルアルコキシシラン類、ビニルトリアルコキシシラン類、ビニルアルキルアルコキシシラン類、エポキシシラン類、メルカプトシラン類及びイソシアヌレートシラン類を用いることができるが、これらのシラン化合物のみに限定されることはない。
「(メタ)アクリロキシアルキルアルキルアルコキシシラン類」として、例えば、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシエチルメチルジメトキシシラン等を例示できる。
「ビニルアルキルアルコキシシラン類」として、例えば、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルエチルジ(メトキシエトキシ)シラン、ビニルジメチルメトキシシラン、ビニルジエチル(メトキシエトキシ)シラン等を例示できる。
「イソシアヌレートシラン類」として、例えば、トリス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)イソシアヌレート等を例示できる。
「その他の成分」を、太陽電池バックシート用接着剤に添加する時期は、目的とする太陽電池バックシート用接着剤が得られる限り、特に制限されるものではない。その他の成分は、例えば、ウレタン樹脂を合成する際に、アクリルポリオール及びイソシアネート化合物と一緒に添加しても良く、また、まずアクリルポリオールとイソシアネート化合物とを反応させてウレタン樹脂を合成した後に添加してもよい。
「粘着付与樹脂」として、例えば、スチレン系樹脂、テルペン系樹脂、脂肪族石油樹脂、芳香族石油樹脂、ロジンエステル、アクリル樹脂及びポリエステル樹脂(ポリエステルポリオールを除く)等を例示できる。
「可塑剤」として、例えば、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソノニルアジペート、ジオクチルアジペート及びミネラルスピリット等を例示できる。
「難燃剤」として、例えば、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、アンチモン系難燃剤及び、金属水酸化物系難燃剤等を例示できる。
太陽電池バックシート用接着剤の粘度は、回転粘度計(TOKIMEC社製BM型)等を用いて測定される。固形分40%での溶液粘度が4,000mPa・s以上ある場合、接着剤の塗工適性が低下し得、粘度を下げるためにさらに溶剤を加える等を行うと、低い固形分濃度で塗工することとなるので、太陽電池バックシートの生産性を低下させる可能性がある。
図1は、本発明の太陽電池バックシートの断面図である。太陽電池バックシート10は、2枚のフィルムとその間の太陽電池バックシート用接着剤13から形成されており、2枚のフィルム11及び12は、太陽電池バックシート用接着剤13によって貼り合わされている。フィルム11及び12は、同一の材料であっても、異なる材料であってもよい。図1では、2枚のフィルム11及び12は、貼り合わされているが、3枚以上のフィルムが貼り合わされていてもよい。
1.アクリルポリオールとイソシアネート化合物との反応で得られるウレタン樹脂を含み、アクリルポリオールは、重合性単量体が重合することで得られ、重合性単量体は、水酸基を有する単量体およびその他の単量体を有し、水酸基を有する単量体はヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを含み、その他の単量体はアクリロニトリルおよび(メタ)アクリル酸エステルを含む太陽電池バックシート用接着剤。
2.アクリロニトリルは、重合性単量体100重量部当たり、1〜40重量部である上記太陽電池バックシート用接着剤。
3.アクリルポリオールは、ガラス転移温度が20℃以下である上記太陽電池バックシート用接着剤
4.アクリルポリオールは、水酸基価が0.5〜45mgKOH/gである上記太陽電池バックシート用接着剤。
5.上記1〜4のいずれかに記載の太陽電池バックシート用接着剤を用いて得られる太陽電池バックシート。
6.上記5に記載の太陽電池バックシートを用いて得られる太陽電池モジュール。
合成例1(アクリルポリオール(ポリマー1))
攪拌翼、温度計、及び還流冷却管を備えた四つ口フラスコに、酢酸エチル(和光純薬((株)製)150gを仕込み、約80℃で還流させた。このフラスコ内に、重合開始剤として2,2−アゾビスイソブチロニトリルを1g加え、表1に示す量の単量体の混合物を1時間30分かけてフラスコ内に連続的に滴下した。さらに2時間加熱した後、アクリルポリオールの不揮発分(固形分)が40.0重量%の溶液を得た。
アクリルポリオール(ポリマー1)の重合性単量体成分の組成及び得られたポリマー1の物性を表1に示す。
合成例1において、アクリルポリオールの合成に用いる単量体等の組成を表1及び表2に示すように変更したことを除いて、合成例1と同様の方法を用いて、アクリルポリオール(ポリマー2〜ポリマー14)及びアクリルポリマー(ポリマー15)を得た。得られたポリマー2〜15の物性を表1及び表2に示す。
・メチルメタクリレート(MMA):和光純薬(株)製
・ブチルアクリレート(BA):和光純薬(株)製
・エチルアクリレート(EA):和光純薬(株)製
・グリシジルメタクリレート(GMA):和光純薬(株)製
・アクリロ二トリル(AN):和光純薬(株)製
・2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA):和光純薬(株)製
・2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA):和光純薬(株)製
・スチレン(St):和光純薬(株)製
・2,2−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN):大塚化学(株)製
・n−ドデシルメルカプタン(nDM):日油(株)製
ポリマー1〜15のTgは、各ポリマーの原料である“重合性単量体”の単独重合体(ホモポリマー)のガラス転移温度を用いて、上述の式(i)を用いて計算した。
メチルメタクリレート等、各ホモポリマーのTgは、文献値を用いた。
実施例及び比較例で使用した太陽電池バックシート用接着剤の原料を以下に記載する。
アクリルポリオール
表1及び表2に記載したポリマー1〜ポリマー12に対応する。
アクリルポリオール’
アクリルポリオール’は、表2記載のポリマー13、14に対応する。
アクリルポリマーは、表2記載のポリマー15に対応する。
イソシアネート化合物
住化バイエルウレタン社製のスミジュールN3300(商品名):脂肪族イソシアネート(1,6-ジイソシアナトヘキサン(HDI)の3量体)
尚、アクリルポリオールとイソシアネート化合物が反応することでウレタン樹脂が得られる。
<太陽電池バックシート用接着剤の製造>
表3に示すように、83.1gのポリマー1[208gのポリマー1の酢酸エチル溶液(固形分40.0重量%)]、16.9gの住化バイエルウレタン社製のスミジュールN3300(商品名)、を秤量して混合し、接着剤溶液を調整した。この調製液を太陽電池バックシート用接着剤として、以下の試験を行った。
先ず、実施例1の太陽電池バックシート用接着剤を透明ポリエチレンテレフタレート(PET)シート(三菱化学ポリエステルフィルム社製のO300EW36(商品名))に固形分重量が10g/m2となるように塗布し、80℃で10分間乾燥させ、接着剤塗布PETシート1を得た。
太陽電池バックシート用接着剤の評価を以下の方法で行った。評価結果を、表3に示した。
1.フィルムへの初期密着性の評価
室温環境下、接着剤塗布シート1を15mm幅に切りだし、接着剤塗布シート1の接着剤塗布面に、表面処理透明ポリオレフィンフィルム(フタムラ化学社製のリニアローデンシティポリエチレンフィルム LL−XUMN #30(商品名))の表面処理された面を被せ2kgローラーで1往復し貼りあわせた。その後、引っ張り強度試験機(オリエンテック社製のテンシロンRTM-250(商品名))を用いて、室温環境下、引っ張り速度100mm/min、180°の剥離試験を行った。評価基準は以下のとおりである。
◎:剥離強度が1N/15mm以上
○:剥離強度が0.5N/15mm以上1N/15mm未満
△:剥離強度が0.1N/15mm以上0.5N/15mm未満
×:剥離強度が0.1N/15mm未満
フィルム積層物2を15mm幅に切り出し、引っ張り強度試験機(オリエンテック社製のテンシロンRTM-250(商品名))を用いて、室温環境下、引っ張り速度100mm/min、180°の剥離試験を行った。評価基準は以下のとおりである。
◎:剥離強度が10N/15mm以上
○:剥離強度が6N/15mm以上10N/15mm未満
△:剥離強度が1N/15mm以上6N/15mm未満
フィルム積層物2を15mm幅に切り出し、50℃環境下で10時間放置した後、50℃環境下、手剥離試験を行った。評価基準は以下のとおりである。
◎:ポリオレフィンフィルム材破
○:ポリオレフィンフィルムの伸びを伴う剥離
×:ポリオレフィンフィルムの材破や伸びがない状態での剥離
加圧蒸気を用いた促進評価法により評価を行った。フィルム積層物2を15mm幅に切り出し、ハイプレッシャークッカー(ヤマト科学社製 オートクレーブSP300(商品名))を用いて121℃、0.1MPa加圧環境下で100時間および150時間放置した後とりだし、室温環境下にて一日養生した。サンプルのポリオレフィンフィルム及びPETフィルムの浮き、剥がれを目視にて観察した。評価基準は以下のとおりである。
◎:150時間放置後にフィルムの浮き、剥がれなし
○:100〜150時間でフィルムの浮き、剥がれが発生
×:100時間経過するまでにフィルムの浮き、剥がれが発生
実施例1〜12および比較例1〜3の溶液粘度は、回転粘度計(TOKIMEC社製 BM型)を用い、20℃下、スピンドルNo.3、回転数30回転/分で測定した。
◎:500mPa・s未満
○:500mPa・s以上、3000mPa・s未満
△:3000mPa・s以上
太陽電池バックシート用接着剤を表3及び表4に示される組成で、実施例1と同様の方法で製造し、評価した。評価結果を、表3及び表4に示した。
特に、実施例3、7及び9の太陽電池バックシート用接着剤は、塗工に好適な粘度を有し、塗工時におけるフィルムへの初期密着性、養生後のフィルムへの初期接着性、高温下での接着性、耐加水分解性の全てに優れ、太陽電池のバックシート用接着剤として最も適したものとなる。
比較例2の接着剤は、重合性単量体が(メタ)アクリル酸エステルを含まなかったので、フィルムへの初期密着性および耐加水分解性に劣る。
比較例3の接着剤は、重合性単量体が水酸基を有する単量体を含まなかったので、高温下での接着性、耐加水分解性に劣る。
これらの結果から、アクリルポリオールの原料である重合性単量体がヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、アクリロニトリルおよび(メタ)アクリル酸エステルを含むと、太陽電池バックシート用途に適したウレタン接着剤が得られることが立証された。
10 バックシート
11 フィルム
11a 蒸着薄膜
12 フィルム
13 接着剤層
20 封止材(EVA)
30 太陽電池セル
40 ガラス板
50 スペーサ
Claims (6)
- アクリルポリオールとイソシアネート化合物との反応生成物であるウレタン樹脂を含み、
アクリルポリオールは、重合性単量体の重合体であり、
重合性単量体は、水酸基を有する単量体およびその他の単量体を有し、
水酸基を有する単量体はヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを含み、
その他の単量体はアクリロニトリル及び(メタ)アクリル酸エステルを含む、太陽電池バックシート用接着剤。 - アクリロニトリルは、重合性単量体100重量部当たり、1〜40重量部である請求項1に記載の太陽電池バックシート用接着剤。
- アクリルポリオールは、ガラス転移温度が20℃以下である請求項1又は2に記載の太陽電池バックシート用接着剤。
- アクリルポリオールは、水酸基価が0.5〜45mgKOH/gである請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池バックシート用接着剤。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池バックシート用接着剤を介するフィルムの積層体である太陽電池バックシート。
- 請求項5に記載の太陽電池バックシートを用いて作製された太陽電池モジュール。
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