JP5930549B2 - 不燃フィルム、不燃フィルム用分散液、不燃フィルムの製造方法、太陽電池バックシート、フレキシブル基板、及び、太陽電池 - Google Patents

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Description

本発明は、柔軟性及び耐湿性に優れ、高い機械的強度を有する不燃フィルムに関する。また、本発明は、該不燃フィルムの製造に用いる不燃フィルム用分散液、該不燃フィルム用分散液を用いる不燃フィルムの製造方法、並びに、該不燃フィルムを用いてなる太陽電池バックシート、及び、フレキシブル基板に関する。更に、該太陽電池バックシートを用いてなる太陽電池に関する。
近年、機械分野、電子機器分野で小型化、薄膜化、高機能化に伴いフレキシブルかつ耐熱性、耐薬品性、耐加水分解性、難燃性、不燃性、寸法安定性、水蒸気バリア性に優れた、高機能なフィルムが求められている。特に建築材料、車両用材料、電気製品用材料については、製品の安全性や信頼性を保証するために不燃材料が求められている。
不燃フィルムとしては、例えば、フッ素樹脂を用いたフィルムや薄板ガラスが開発されているが、フッ素樹脂は高価である上、熱膨張係数が大きいため寸法安定性に乏しく、更に最高使用温度が200℃前後と低く、高温での使用ができないという欠点がある。また、薄板ガラスは安価で耐熱性や耐湿性は非常に優れるものの、柔軟性が充分ではない。
一般的に多く用いられているポリイミドフィルム等のプラスチックフィルムは柔軟であるものの、耐湿性や耐熱性に乏しく、近年、合成樹脂と無機化合物との混合によって更に高機能なフィルムを作製する試みが多くなされている。しかしながら、無機化合物の配合量を増加させるにつれて耐湿性や耐熱性が向上するものの、反対に柔軟性や機械的強度に劣るものとなるため、不燃性、柔軟性、耐湿性に優れ、高い機械的強度を有するフィルムを製造することは困難であった。
また、ポリイミド樹脂に粘土等の無機化合物を用いたフィルムが報告されているが、無機化合物は一般的にポリイミド樹脂と均一に混合されず、無機化合物が分離するため均一なフィルムが得られない。特許文献1〜4には、ポリイミドと無機化合物の均一な分散液を得るために、添加物として粘土の層間イオンを有機イオンに交換したものを調製して作製したフィルムが開示されているが、粘土に有機物を含むため、作製されたフィルムは耐熱性が低く、炎にさらすと燃焼するという欠点がある。
また、特許文献5、6には、不揮発成分が不燃フィルム用分散液の全体量の5重量%以下という希薄な分散液を用いて作製したフィルムが開示されているが、無機化合物含量が全不揮発成分の8重量%以下のフィルムしか得られておらず、有機成分が大多数を占めるため、不燃性に劣るものであった。
更に、特許文献7には、無機化合物の含有量が全不揮発成分に対して90重量%以上であるフィルムが開示されている。特許文献7に開示されているフィルムは、不揮発成分が全体量の1重量%以下という希薄な分散液を用いて作製している。しかしながら、多量の分散媒の除去が必要なため生産性が悪く、更に、得られたフィルムは破れやすく、機械的強度が低いため扱いにくいという問題がある。
一方、特許文献8には、少なくとも2層以上の基材をポリウレタン系接着剤にて貼り合わせた積層体からなる太陽電池バックシートにおいて、85℃、85%RHの環境下での促進試験において、ポリウレタン系接着剤の耐久性を向上する技術が開示されている。しかしながら、特許文献8に開示されている技術を用いても、接着剤を用いているため、耐久性は充分ではなかった。
特開2003−340919号公報 特開2002−322292号公報 特開2003−342471号公報 特許第3744634号公報 特表2010−533213号公報 特表2010−533362号公報 特開2006−77237号公報 特開2008−4691号公報
本発明は、柔軟性及び耐湿性に優れ、高い機械的強度を有する不燃フィルムを提供することを目的とする。また、本発明は、該不燃フィルムの製造に用いる不燃フィルム用分散液、該不燃フィルム用分散液を用いる不燃フィルムの製造方法、並びに、該不燃フィルムを用いてなる太陽電池バックシート、及び、フレキシブル基板を提供することを目的とする。更に、該太陽電池バックシートを用いてなる太陽電池を提供することを目的とする。
本発明は、水不溶性無機化合物と耐熱性合成樹脂とを含有する不燃フィルムであって、前記水不溶性無機化合物の含有量が不燃フィルムの全重量に対して30重量%以上90重量%以下であり、前記水不溶性無機化合物は層状ケイ酸塩鉱物を含有し、UL94規格VTM試験において、燃焼性分類がVTM−0であり、JIS−K5600−5−1(1999)に準拠した円筒形マンドレル法による耐屈曲性試験において、フィルムの割れの起こるマンドレル直径が10mm以下である不燃フィルムである。
以下に本発明を詳述する。
本発明の不燃フィルムは、水不溶性無機化合物を含有する。
なお、本発明において前記「水不溶性」とは、20℃の水100mlへの溶解度が1.0g未満であるものをいう。
前記水不溶性無機化合物としては、例えば、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、及び、窒化物からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。なかでも、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物であることがより好ましく、水蒸気透過度を減少させる観点から、層状ケイ酸塩鉱物であることが更に好ましい。
前記層状ケイ酸塩鉱物としては、例えば、天然物又は合成物の雲母、タルク、カオリン、パイロフィライト、セリサイト、バーミキュライト、スメクタイト、ベントナイト、スチーブンサイト、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ノントロナイト等が挙げられる。これらの中でも、低コストで均一な不燃フィルムを作製できることから、タルク、カオリン、パイロフィライト、非膨潤性雲母、セリサイト等の非膨潤性粘土鉱物が好ましく、タルク、カオリン、パイロフィライト、及び、非膨潤性雲母からなる群から選択される少なくとも一種であることがより好ましい。
前記シリカアルミナ化合物としては、ゼオライト、ムライト等が挙げられる。
前記シリカ化合物としては、ワラステナイト、ガラスビーズ等が挙げられる。
前記アルミニウム化合物としては、例えば、スピネル、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム(アルミナ)、ホウ酸アルミニウム等が挙げられる。前記アルミニウム化合物は、得られる不燃フィルムの線膨張係数を低くする観点から、前記層状ケイ酸塩鉱物と併用することが好ましく、タルクと併用することがより好ましく、前記アルミニウム化合物としてアルミナを用い、かつ、タルクと併用することが更に好ましい。
前記カルシウム化合物としては、例えば、炭酸カルシウム等が挙げられる。
前記窒化物としては、例えば、窒化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられる。
前記水不溶性無機化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記水不溶性無機化合物の平均粒子径によっても得られる不燃フィルムの性質が変わるため、水不溶性無機化合物は、粒子径を選択した上で使用することが好ましい。
前記水不溶性無機化合物の平均粒子径の好ましい下限は0.1μm、好ましい上限は50μmである。前記水不溶性無機化合物の平均粒子径が0.1μm未満であると、得られる不燃フィルムの機械的強度が弱くなることがある。前記水不溶性無機化合物の平均粒子径が50μmを超えると、得られる不燃フィルムが表面の平坦性に劣るものとなることがある。前記水不溶性無機化合物の平均粒子径のより好ましい下限は0.2μm、より好ましい上限は20μm、更に好ましい下限は0.5μm、更に好ましい上限は15μmである。
なお、前記水不溶性無機化合物の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布計等を用いて粒度分布を測定することにより求めることができる。
また、例えば、タルクやゼオライト等の比誘電率の低いものを選択すると、低誘電率の不燃フィルムを作製することも可能となる。
本発明の不燃フィルムの比誘電率は、用途にもよるが、例えば、フレキシブルプリント基板に用いる場合は4以下が好ましく、3以下がより好ましく、2.5以下が更に好ましい。
前記水不溶性無機化合物の含有量の下限は、不燃フィルムの全重量に対して30重量%である。前記水不溶性無機化合物の含有量が30重量%未満であると、得られるフィルムの水蒸気透過度や線膨張係数が高くなるだけでなく、フィルムの燃焼性も高くなる。また、得られるフィルムの熱収縮率を低くする観点から、前記水不溶性無機化合物の含有量の好ましい下限は35重量%、より好ましい下限は40重量%、更に好ましい下限は50重量%、特に好ましい下限は60重量%である。前記水不溶性無機化合物の含有量の上限は、不燃フィルムの全重量に対して90重量%である。前記水不溶性無機化合物の含有量が90重量%を超えると、得られるフィルムが機械的強度に劣るものとなる。前記水不溶性無機化合物の含有量の好ましい上限は85重量%、より好ましい上限は80重量%、更に好ましい上限は70重量%である。
本発明の不燃フィルムは、耐熱性合成樹脂を含有する。
前記耐熱性合成樹脂は、スーパーエンジニアリングプラスチック(スーパーエンプラ)を指し、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等が挙げられる。なかでも、製膜性、耐熱性、及び、機械的強度に優れることから、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群より選択される少なくとも1種が好適に使用される。
なお、耐熱性の観点から、前記耐熱性合成樹脂は、シクロヘキサン環等の飽和環式炭化水素を含まない構造であることが好ましい。得られる不燃フィルムが特に耐熱性に優れるものとなることから、前記耐熱性合成樹脂は、芳香環を含む構造であることがより好ましく、芳香族ポリイミド樹脂、芳香族ポリアミドイミド樹脂、及び、芳香族ポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。
また、水蒸気透過度を減少させる観点から、ポリベンゾオキサゾール樹脂を含むことが好ましい。
前記ポリイミド樹脂は、下記式(1)の繰り返し構造を有する化合物であり、ポリアミドイミド樹脂は、下記式(2)の繰り返し構造を有する化合物であり、前記ポリベンゾオキサゾール樹脂は、下記式(3)の繰り返し構造を有する化合物である。
式(1)中、Rは4価であり、ベンゼン環を一つ又は二つ有する有機基である。なかでも、Rは下記式(4)に示す構造であることが好ましく、前記ポリイミド樹脂は、Rとして下記式(4)に示す構造を単独で有するものであってもよいし、2種類以上有する共重合体であってもよい。
式(2)中、Rは3価であり、ベンゼン環を一つ又は二つ有する有機基である。なかでも、Rは下記式(5)に示す構造であることが好ましく、前記ポリアミドイミド樹脂は、Rとして下記式(5)に示す構造を単独で有するものであってもよいし、2種類以上有する共重合体であってもよい。
式(3)中、Rは4価であり、ベンゼン環を一つ又は二つ有する有機基である。なかでも、Rは下記式(4)に示す構造であることが好ましく、前記ポリベンゾオキサゾール樹脂は、Rとして下記式(4)に示す構造を単独で有するものであってもよいし、2種類以上有する共重合体であってもよい。
式(1)、式(2)、及び、式(3)中、Rは2価でありベンゼン環を一つ又は二つ有する有機基である。なかでも、Rは下記式(6)に示す構造であることが好ましく、前記ポリイミド樹脂、前記ポリアミドイミド樹脂、及び、前記ポリベンゾオキサゾール樹脂は、Rとして下記式(6)に示す構造を単独で有するものであってもよいし、2種類以上有する共重合体であってもよい。
なかでも、得られる不燃フィルムが安価で機械的強度に優れるものとなることから、R、R、及び、Rは、下記式(7)に示す構造であることが好ましい。前記ポリイミド樹脂、及び、前記ポリベンゾオキサゾール樹脂は、R、Rとして下記式(7)に示す構造を単独で有するものであってもよいし、2種類以上有する共重合体であってもよい。また、前記ポリアミドイミド樹脂は、R、Rとして下記式(7)に示す構造を単独で有するものであってもよいし、2種類以上有する共重合体であってもよい。
また、前記耐熱性合成樹脂は、前記ポリイミド樹脂、前記ポリベンゾオキサゾール樹脂、及び、前記ポリアミドイミド樹脂の少なくとも2種からなる共重合体でもよい。
本発明の不燃フィルムは、機械的強度を上げるため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等のカップリング剤を含有していてもよい。
前記シラン系カップリング剤としては、例えば、アミノ系シランカップリング剤、ウレイド系シランカップリング剤、ビニル系シランカップリング剤、メタクリル系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤及びイソシアネート系シランカップリング剤等が挙げられる。
前記チタネート系カップリング剤としては、例えば、少なくとも炭素数1〜60のアルキレート基を有するチタネート系カップリング剤、アルキルホスファイト基を有するチタネート系カップリング剤、アルキルホスフェート基を有するチタネート系カップリング剤もしくはアルキルパイロホスフェート基を有するチタネート系カップリング剤等が挙げられる。
前記カップリング剤は、事前に水不溶性無機化合物と混合させて作用させておいてもよいし、後述する不燃性フィルム用分散液に混合しても良い。
前記カップリング剤の使用量は、水不溶性無機化合物の全重量に対して好ましい下限は0.1重量%、好ましい上限は3.0重量%である。前記カップリング剤の使用量が0.1重量%未満であると、カップリング剤を使用する効果が充分に発揮されないことがある。前記カップリング剤を、3.0重量%を超えて使用しても、使用量に見合った効果が得られないことがある。前記カップリング剤の使用量のより好ましい下限は0.5重量%、より好ましい上限は2.0重量%である。
本発明の不燃フィルムの厚みは、10μm以上であることが好ましい。不燃フィルムの厚みが10μm未満であると、機械的強度が弱く、取り扱いが困難になることがある。不燃フィルムの厚みは20μm以上であることがより好ましい。
また、本発明の不燃フィルムの厚みは、250μm以下であることが好ましい。不燃フィルムの厚みが250μmより大きいと、硬くなり曲げ強度が低下することがある。不燃フィルムの厚みは200μm以下であることがより好ましい。
本発明の不燃フィルムは、UL94規格薄手材料垂直燃焼試験(VTM試験)において、燃焼性分類がVTM−0である。なお、前記VTM試験は、フィルム試験片を円筒状に巻き、クランプに垂直に取付け、20mmの大きさの炎による3秒間接炎を2回行い、その燃焼挙動により表1に示した燃焼性分類の判定を行うものである。
本発明の不燃フィルムにおいて、UL94規格VTM試験を行う際のフィルム厚みは100μm以下であることが好ましく、80μm以下であることがより好ましい。
また、本発明の不燃フィルムは、UL94規格垂直燃焼試験(V試験)において、燃焼性分類がV−0であることが好ましい。なお、前記V試験は、試験片クランプに垂直に取付け、20mmの大きさの炎による10秒間接炎を2回行い、その燃焼挙動により表2に示した燃焼性分類の判定を行うものである。
更に、本発明の不燃フィルムは、UL94規格125mm垂直燃焼試験(5V試験)において、燃焼性分類が5V−A又は5V−Bであることが好ましい。なお、前記5V試験は、短冊試験片をクランプに垂直に取付け、125mmの大きさの炎による5秒間接炎を5回行い、その燃焼挙動により燃焼性分類の判定を行い、更に、平板試験片を水平に保持し、下方から125mmの大きさの炎の5秒間接炎を5回行い、その燃焼挙動により表3に示した燃焼性分類の判定を行うものである。
本発明の不燃フィルムは、国土交通省令第151号「鉄道に関する技術上の基準を定める法令」に基づく鉄道車両用材料燃焼試験の「不燃性」に該当するものであることが好ましい。
本発明の不燃フィルムは、ISO5660−1に準拠したコーンカロリーメーターによる発熱性試験において、加熱開始後20分間の総発熱量がサンプル面積に対して8MJ/m以下であり、加熱開始後20分間の最大発熱速度が、サンプル面積に対して300kW/m以下であり、かつ、試験開始から着火するまでの時間が60秒以上であることが好ましい。
本発明の不燃フィルムは、350℃で30分間加熱した場合における熱収縮率が0.6%以下であることが好ましい。前記熱収縮率が0.6%を超えると、電気材料等の用途に用いることが困難となる。前記熱収縮率は、0.3%以下であることがより好ましく、0.2%以下であることが更に好ましく、0.1%以下であることが特に好ましい。
本発明の不燃フィルムは、50〜250℃における線膨張係数が5.0×10−5/℃以下であることが好ましい。前記線膨張係数が5.0×10−5/℃を超えると金属等と貼り合わせて用いることが困難となる。前記線膨張係数は、4.0×10−5/℃以下であることがより好ましく、3.0×10−5/℃以下であることが更に好ましい。
本発明の不燃フィルムの引裂強度は、25N/mm以上であることが好ましい。前記引裂強度が25N/mm未満であると、フィルムが破れやすくなり、取扱いが困難となる。前記引裂強度は、30N/mm以上であることがより好ましく、40N/mm以上であることが更に好ましい。
なお、本明細書において前記引裂強度は、JIS K7128−1に準拠した測定法によって求められる値である。
本発明の不燃フィルムの引っ張り強度は、25N/mm以上であることが好ましい。前記引っ張り強度が25N/mm未満であると、フィルムが破れやすくなり、取扱いが困難となる。前記引っ張り強度は、30N/mm以上であることがより好ましく、40N/mm以上であることが更に好ましい。
なお、本明細書において前記引っ張り強度は、JIS K7127−1に準拠した測定法によって求められる値であり、引っ張り強度試験機を用い、つかみ間隔80mm、引っ張り速度20mm/分の条件で測定される。
本発明の不燃フィルムは、JIS−K5600−5−1(1999)に準拠した円筒形マンドレル法による耐屈曲性試験において、フィルムの割れの起こるマンドレル直径が10mm以下であることが好ましい。前記フィルムの割れの起こるマンドレル直径が10mmを超えると、柔軟性に劣るものとなることがある。前記フィルムの割れの起こるマンドレル直径は、8mm以下であることがより好ましく、5mm以下であることが更に好ましく、4mm以下であることが特に好ましい。
本発明の不燃フィルムは、絶縁破壊電圧が20kV/mm以上であることが好ましい。前記絶縁破壊電圧が20kV/mm未満であると、電気材料等の用途に用いることが困難となる。前記絶縁破壊電圧は、25kV/mm以上であることがより好ましく、30kV/mm以上であることが更に好ましい。
本発明の不燃フィルムは、IEC61730−2:2004 11.1項に準じた部分放電試験を行った際の部分放電電圧が少なくとも700V以上であることが好ましい。前記部分放電電圧が700V未満であると、電解集中が起こりフィルムの局所的な劣化が起こるため、電気材料に用いることが困難となる。前記部分放電電圧は1000V以上がより好ましく、1500V以上であることが更に好ましく、2000V以上であることが特に好ましい。
本発明の不燃フィルムは、40℃、90%RHの環境下での水蒸気透過度が20g/m・day以下であることが好ましい。前記40℃、90%RHでの水蒸気透過度が20g/m・dayを超えると、電気材料等の用途に用いることが困難となる。前記40℃、90%RHでの水蒸気透過度は、10g/m・day以下であることがより好ましく、5g/m・day以下であることが更に好ましい。
本発明の不燃フィルムにおける、40℃の水に24時間浸漬した後の吸水率は、2.0重量%以下であることが好ましい。前記吸水率が2.0重量%を超えると、電気材料等の用途に用いることが困難となる。前記吸水率は、1.0重量%であることがより好ましい。
本発明の不燃フィルムにおける、40℃、RH90%の環境下に24時間放置した後の吸湿率は、2.0重量%以下であることが好ましい。前記吸湿率が2.0重量%を超えると、電気材料等の用途に用いることが困難となる。前記吸湿率は、1.0重量%以下であることがより好ましい。
本発明の不燃フィルムは、85℃、85%RHの過湿状態での耐候性試験で少なくとも500時間保管しても表面や断面に変色や剥離の変化が無いことが好ましい。前記耐候性試験において、500時間以下で変化が現れるものは、太陽電池等、屋外用途での使用が困難となる。前記耐候性試験で表面や断面に変色や剥離の変化が現れる時間は、1000時間以上であることが好ましく、2000時間以上であることがより好ましく、3000時間以上であることが更に好ましい。
本発明の不燃フィルムは、不燃フィルム用分散液を調製する工程1と、調製した不燃フィルム用分散液を基板上に展開して静置する工程2と、該基板上に展開した不燃フィルム用分散液から分散媒を除去してフィルム状に成形し、該基板上からフィルムを分離する工程3を有する方法により、製造することができる。このような不燃フィルムの製造方法もまた、本発明の1つである。
本発明者らは、不揮発成分の含有量、及び、不揮発成分中の水不溶性無機化合物の含有割合が特定の範囲内にある分散液を用いることにより、従来は困難であった、柔軟性及び耐湿性に優れ、高い機械的強度を有する不燃フィルム(本発明の不燃フィルム)を製造することができることを見出した。
また、本発明の不燃フィルムの製造方法では、安価な水不溶性無機化合物を用いることができ、更に、分散液から揮発させる分散媒の量を少なくすることができるため、生産性も高い。
本発明の不燃フィルムの製造方法では、前記工程1において、前記不燃フィルム用分散液として、分散媒と、不揮発成分である水不溶性無機化合物並びに耐熱性合成樹脂及び/又は耐熱性合成樹脂の前駆体とを含有し、前記水不溶性無機化合物の含有量が不揮発成分の全重量に対して30重量%以上90重量%以下であり、かつ、不揮発成分の含有量が不燃フィルム用分散液の全重量に対して18重量%を超え65重量%以下である分散液を調製する。このような不燃フィルム用分散液もまた、本発明の1つである。
なお、本明細書において前記「不揮発成分」とは、常圧で沸点を持たない、又は、沸点が300℃以上のものを指す。本発明の不燃フィルム用分散液における水不溶性無機化合物、耐熱性合成樹脂については、本発明の不燃フィルムと同様のものであるため、その説明を省略する。
前記耐熱性合成樹脂としては、上述した本発明の不燃フィルムと同様のものが挙げられる。
前記耐熱性合成樹脂の前駆体としては、例えば、ポリアミド酸が挙げられ、該ポリアミド酸をイミド化又はオキサゾール化することにより、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂又はポリベンゾオキサゾール樹脂が得られる。前記ポリアミド酸をイミド化又はオキサゾール化する方法としては、例えば、ポリアミド酸を加熱閉環してイミド化又はオキサゾール化する方法、ポリアミド酸を化学閉環してイミド化する方法、ポリイミド酸を化学閉環してイミド化した後、更に加熱しオキサゾール化する方法が挙げられる。
前記ポリアミド酸を加熱閉環してイミド化又はオキサゾール化する方法は特に限定されず、例えば、上記ポリアミド酸を分散媒中に分散させて、120〜400℃で0.5〜10時間加熱する方法が挙げられる。
本発明の不燃フィルム用分散液に耐熱性合成樹脂の前駆体を配合する場合、前記耐熱性合成樹脂の前駆体の含有量の好ましい下限は2重量%、好ましい上限は45重量%である。前記耐熱性合成樹脂の前駆体の含有量が2重量%未満であると、得られる不燃フィルムの機械的強度が弱くなることがある。前記耐熱性合成樹脂の前駆体の含有量が45重量%を超えると、得られる不燃フィルムの耐熱性が低くなることがある。前記耐熱性合成樹脂の前駆体の含有量のより好ましい下限は5重量%、より好ましい上限は30重量%である。
前記分散媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、n−デカン等の炭化水素系溶媒や、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール系溶媒や、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチル−イソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒や、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルプロピオンアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒や、ジエチルエーテル、メチル−tertブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶媒や、ベンゼン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン、トルエン、o−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、フェノール、p−クロロフェノール、o−クロロフェノール、o−クレゾール等のベンゼン系溶媒や、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホラン等の含硫黄系溶媒等を使用することができる。なお、添加物が析出しない程度の量であれば、前記分散媒として水を使用してもよい。なかでも、耐熱性合成樹脂の溶解性が高くなることから、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、及び、スルホランからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらの分散媒は単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。
本発明の不燃フィルム用分散液における前記水不溶性無機化合物の含有量の下限は、不揮発成分の全重量に対して30重量%である。前記水不溶性無機化合物の含有量が30重量%未満であると、得られるフィルムの水蒸気透過度や線膨張係数が高くなるだけでなく、フィルムの燃焼性も高くなる。前記水不溶性無機化合物の含有量の好ましい下限は35重量%、より好ましい下限は40重量%、更に好ましい下限は50重量%、特に好ましい下限は60重量%である。
本発明の不燃フィルム用分散液における前記水不溶性無機化合物の含有量の上限は、不揮発成分の全重量に対して90重量%である。前記水不溶性無機化合物の含有量が90重量%を超えると、得られるフィルムが機械的強度に劣るものとなる。前記水不溶性無機化合物の含有量の好ましい上限は85重量%、より好ましい上限は80重量%、更に好ましい上限は70重量%である。
本発明の不燃フィルム用分散液における不揮発成分の含有量は、18重量%を超え65重量%以下である。前記不揮発成分の含有量が18重量%以下では不燃フィルム用分散液が不均一になり、均一なフィルムが得られなくなる。また、前記不揮発成分の含有量が65重量%より多いと不燃フィルム用分散液の粘度が上がりすぎて、製膜できなくなる。前記不揮発成分の含有量は、20重量%を超え55重量%以下であることが好ましく、25重量%を超え45重量%以下であることがより好ましい。
本発明の不燃フィルム用分散液における不揮発成分の割合は、熱重量測定(TG)や示差熱−熱重量同時測定(TG−DTA)やエバポレーター等を用いて真空蒸発により溶媒を除去し、残存した固形物の重量から求めることができる。
前記工程2において、分散液を基板上に展開する方法としては、ドクターブレードやバーコーター等を用いて膜状に塗布する方法等が挙げられる。
前記工程2において、基板上に展開する分散液の厚みは50μm以上であることが好ましい。前記分散液の厚みが50μm未満であると、得られる不燃フィルムが薄くなり、機械的強度が弱くなることがある。前記分散液の厚みのより好ましい下限は100μm、更に好ましい下限は150μmである。
前記分散液を展開する基板としては、分散液と基板との相溶性や濡れ性、乾燥後の剥離性の観点から、ガラス製、ポリエチレンテレフタレート製、ポリイミド製、ポリエチレン製、又は、ポリプロピレン製のものが好ましい。
前記工程3において、基板上に展開した不燃フィルム用分散液から分散媒を除去する方法としては、種々の固液分離方法、例えば、遠心分離、ろ過、真空乾燥、凍結真空乾燥、加熱蒸発法や、これらの方法の組み合わせが可能である。これらの方法のうち、例えば、分散液を容器に流し込む加熱蒸発法を用いる場合、基板上に塗布された分散液を、水平を保った状態で、強制送風式オーブンで20〜150℃の温度条件下、好ましくは、30〜120℃の温度条件下で0.5〜24時間程度、好ましくは2〜12時間乾燥することにより、フィルムが得られる。
不燃フィルム用分散液に耐熱性合成樹脂の前駆体を配合した場合は、得られたフィルムを更に電気炉等を使用し加熱することにより、不燃フィルムを得ることができる。具体的には例えば、耐熱性合成樹脂の前駆体としてポリアミド酸を配合した場合、前記で得られたフィルムを120〜400℃で0.5〜10時間熱処理することにより、不燃フィルムを得ることができる。
本発明の不燃フィルムは、フィルムを2層以上積層させ一体化した積層体であってもよい。
前記積層体を構成する各層のフィルムは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
なお、前記積層体の各層のフィルムにおいて、水不溶性無機化合物の含有量は特に限定されない。即ち、積層体の全重量に対して水不溶性無機化合物の含有量が不燃フィルム30重量%以上90重量%以下であり、かつ、積層体に対するUL94規格VTM試験において、燃焼性分類がVTM−0であれば、本発明の不燃フィルムとして問題なく使用できる。
このような積層体としては、例えば、水不溶性無機化合物を含有するポリイミドフィルムの両面に、水不溶性無機化合物を含有しないポリイミドフィルムを積層させることにより、柔軟性を向上させた積層体等が挙げられる。
前記積層体の製造方法としては、前記不燃フィルムの製造方法における工程3で不燃フィルム用分散液から分散媒を除去して作製したフィルムを基板として、更に前記工程1〜3における分散媒の除去までと同様の方法を所定の回数行い、必要に応じて電気炉等で加熱する方法等が挙げられる。
本発明の不燃フィルムは柔軟性、耐湿性、及び、電気絶縁性に優れ、高い機械的強度を有することから、太陽電池バックシートに使用することができる。このような太陽電池バックシートもまた、本発明の1つである。
本発明の太陽電池バックシートを用いてなる太陽電池もまた、本発明の1つである。本発明の太陽電池バックシートは柔軟性、耐湿性、及び、電気絶縁性に優れ、高い機械的強度を有するため、これを用いた本発明の太陽電池は、耐久性、耐候性に優れるものなる。また、通常、太陽電池バックシートは、複数の樹脂層からなる多層構造を有するため、長期に亙って使用すると樹脂層間を接着する接着剤層等が劣化するという問題があった。しかしながら、本発明の不燃フィルムは単層又は2層以上積層させ一体化した積層体で太陽電池バックシートに用いることができるため、このような太陽電池の経年劣化を抑制することができる。
本発明の太陽電池の一例を表す断面模式図を図1に示す。
図1に示すように、本発明の太陽電池1は、光起電力により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2を有しており、該太陽電池素子2は封止剤3によって封止されている。また、本発明の太陽電池1は、太陽光を受ける側の表面に光透過性基板4を有し、光透過性基板4と反対側の面に、本発明の太陽電池バックシート5を有する。
上記太陽電池素子2としては、光起電力により光エネルギーを電気エネルギーに変換できるものであれば特に限定されず、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体(3−5族、2−6族、その他)等を用いることができ、なかでも、多結晶シリコンが好ましい。
上記封止剤3としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−脂肪族不飽和カルボン酸共重合体、エチレン−脂肪族カルボン酸エステル共重合体、あるいはこれらのけん化物等を含む封止剤が挙げられる。
上記光透過性基板4は太陽電池1の太陽光を受ける側の最表層に位置するため、透明性に加え、耐候性、撥水性、耐汚染性、機械強度等に優れることが好ましい。
上記光透過性基板4の材料としては、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等からなる樹脂製の基板や、ガラス基板等が挙げられ、なかでも、耐候性及び耐衝撃性に優れ、安価に作製することができることからガラス基板が好ましい。また、特に耐侯性が優れることから、フッ素樹脂も好適に用いられる。
本発明の太陽電池1を製造する方法は特に限定されないが、例えば、光透過性基板4、太陽電池素子2が封止された封止剤3、本発明の太陽電池バックシート5の順に重ねて真空ラミネートする方法等が挙げられる。
更に、本発明の不燃フィルムは高い柔軟性及び機械的強度、低い線膨張係数を有することから、フレキシブル基板に使用することができる。フレキシブル基板としては、例えば、フレキシブルプリント基板等が挙げられる。このようなフレキシブル基板もまた、本発明の1つである。
本発明によれば、柔軟性及び耐湿性に優れ、高い機械的強度を有する不燃フィルムを提供することができる。また、本発明によれば、該不燃フィルムの製造に用いる不燃フィルム用分散液、該不燃フィルム用分散液を用いる不燃フィルムの製造方法、並びに、該不燃フィルムを用いてなる太陽電池バックシート、及び、フレキシブル基板を提供することができる。更に、該太陽電池バックシートを用いてなる太陽電池を提供することができる。
本発明の太陽電池の一例を表す断面模式図である。 実施例14で作製した不燃フィルムを用いて作製した太陽電池モジュールの(a)表面及び(b)裏面の写真である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
(実施例1)
(不燃フィルム用分散液の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)6.0g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が61.9重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が37.3重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
なお、「U−ワニスA」に含まれるポリアミド酸は、下記式(8)の繰り返し構造単位を有する芳香族系ポリアミド酸である。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリプロピレン製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが400μmとなるように塗布した。ポリプロピレン製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで50℃の温度条件で10時間乾燥して、ポリプロピレン製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリプロピレン製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で30分熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が61.9重量%である厚さ80μmの不燃フィルムを得た。
(実施例2)
タルクの配合量を2.7gとしたこと以外は実施例1と同様にして、全不揮発成分に対するタルクの割合が42.2重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が28.2重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を用い、実施例1と同様にして、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が42.2重量%である厚さ80μmの不燃フィルムを得た。
(実施例3)
(不燃フィルム用分散液1の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)3.0g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)37.6g(ポリアミド酸7.0g、N−メチル−2−ピロリドン30.6g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って攪拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が30.0重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が24.6重量%である均一な不燃フィルム用分散液1を得た。
(不燃フィルム用分散液2の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)6.0g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)21.5g(ポリアミド酸4.0g、N−メチル−2−ピロリドン17.5g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って攪拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が60.0重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が36.4重量%である均一な不燃フィルム用分散液2を得た。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液1を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが100μmとなるように塗布した。ポリエチレンテレフタレート製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで120℃の温度条件で1時間乾燥した。次に該シートをオーブンより取り出し、不燃フィルム用分散液2を該シートの不燃フィルム用分散液1が塗布された面上にドクターブレードを用いて厚みが400μmとなるように塗布、積層した。該シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで140℃の温度条件で2時間乾燥した。次に該シートをオーブンより取り出し、不燃フィルム用分散液1を該シートの不燃フィルム用分散液2が塗布された面上にドクターブレードを用いて厚みが100μmとなるように塗布した。該シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで150℃の温度条件で1時間乾燥し、ポリエチレンテレフタレート製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリエチレンテレフタレート製シートから剥離し、順に、200℃で5分、350℃で30分熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が50.0重量%である厚さ120μmの不燃フィルムを得た。得られた不燃フィルムは、層の重量に対するタルクの割合が30.0重量%である厚さ20μmの第1層と、層の重量に対するタルクの割合が60.0重量%である厚さ80μmの第2層と、層の重量に対するタルクの割合が30.0重量%である厚さ20μmの第3層との3つの層を積層させたものであり、各層が一体化したものである。
(実施例4)
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機及び温度計を備えた2L容の反応容器に4,4−ジアミノジフェニルエーテル70.1g(0.35モル)、p−フェニレンジアミン37.8g(0.35モル)、及び、N,N−ジメチルアセトアミド1273.9gを仕込み、50℃で溶解させた。次いで、反応容器に無水ピロメリット酸152.7g(0.70モル)を、温度を45〜50℃に保ちながら、2時間かけて添加した。同温度で30分間撹拌した後、4.2重量%の無水フタル酸のN,N−ジメチルアセトアミド溶液7.4g(0.002モル)を加えて反応を停止させ、濃度16.9%、粘度5.8Pa・sのポリアミド酸ワニス1541.9gを得た。
(不燃フィルム用分散液の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)7.0g、及び、合成したポリアミド酸ワニス17.8g(ポリアミド酸3.0g、N,N−ジメチルアセトアミド14.8g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が70.0重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が40.3重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが500μmとなるように塗布した。ポリエチレンテレフタレート製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで80℃の温度条件で2時間乾燥して、ポリエチレンテレフタレート製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリエチレンテレフタレート製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で1時間熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が70.0重量%である厚さ110μmの不燃フィルムを得た。
(実施例5)
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機及び温度計を備えた2L容の反応容器に4,4−ジアミノジフェニルエーテル140.1g(0.70モル)、及び、N,N−ジメチルアセトアミド1603.0gを仕込み、50℃で溶解させた。次いで、反応容器に無水ピロメリット酸74.5g(0.34モル)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物99.8g(0.34モル)を、温度を45〜50℃に保ちながら、2時間かけて添加した。同温度で60分間撹拌した後、4.2重量%の無水フタル酸のN,N−ジメチルアセトアミド溶液7.4g(0.002モル)を加えて反応を停止させ、濃度16.3%、粘度5.8Pa・sのポリアミド酸ワニス1924.8gを得た。
(不燃フィルム用分散液の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)6.1g、及び、合成したポリアミド酸ワニス25.0g(ポリアミド酸4.1g、N,N−ジメチルアセトアミド20.9g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が59.8重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が32.8重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが700μmとなるように塗布した。ポリエチレンテレフタレート製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで80℃の温度条件で2時間乾燥して、ポリエチレンテレフタレート製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリエチレンテレフタレート製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で1時間熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が59.8重量%である厚さ90μmの不燃フィルムを得た。
(実施例6)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)2.8g、アルミナ(昭和電工社製、「A−42−2」)2.8g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)、N−メチル−2−ピロリドン4.2gをプラスチック製密閉容器にとり、実施例1と同様に混合と撹拌を行い、全不揮発成分に対する水不溶性無機化合物(タルク+アルミナ)の割合が60.2重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が31.2重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが700μmとなるように塗布したこと以外は実施例1と同様にして、タルクとアルミナとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対する水不溶性無機化合物(タルク+アルミナ)の割合が60.2重量%である厚さ100μmの不燃フィルムを得た。
(実施例7)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)1.6g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)をプラスチック製密閉容器にとり、実施例1と同様に混合と撹拌を行い、全不揮発成分に対するタルクの割合が30.2重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が24.5重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みを700μmとなるように塗布したこと以外は実施例1と同様にして、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が30.2重量%である厚さ90μmの不燃フィルムを得た。
(実施例8)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)14.9g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)、N−メチル−2−ピロリドン11.3gをプラスチック製密閉容器にとり、実施例1と同様に混合と撹拌を行い、全不揮発成分に対するタルクの割合が80.1重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が40.3重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みを700μmとなるように塗布したこと以外は実施例1と同様にして、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が80.1重量%である厚さ90μmの不燃フィルムを得た。
(実施例9)
カオリン(イメリス社製、「XP01−6100」)5.6g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)、N−メチル−2−ピロリドン2.8gをプラスチック製密閉容器にとり、実施例1と同様に混合と撹拌を行い、全不揮発成分に対する水不溶性無機化合物の割合が60.2重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が32.7重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが700μmとなるように塗布したこと以外は実施例1と同様にして、カオリンとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対する水不溶性無機化合物の割合が60.2重量%である厚さ110μmの不燃フィルムを得た。
(実施例10)
非膨潤性雲母(ヤマグチマイカ社製、「SJ−010」)5.6g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)、N−メチル−2−ピロリドン3.2gをプラスチック製密閉容器にとり、実施例1と同様に混合と撹拌を行い、全不揮発成分に対する水不溶性無機化合物の割合が60.2重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が32.3重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが700μmとなるように塗布したこと以外は実施例1と同様にして、非膨潤性雲母とポリイミド樹脂とからなり、全重量に対する水不溶性無機化合物の割合が60.2重量%である厚さ100μmの不燃フィルムを得た。
(実施例11)
アルミナ(昭和電工社製、「A−42−2」)5.6g、及び、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)、N−メチル−2−ピロリドン1.2gをプラスチック製密閉容器にとり、実施例1と同様に混合と撹拌を行い、全不揮発成分に対する水不溶性無機化合物の割合が60.2重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が34.7重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが700μmとなるように塗布したこと以外は実施例1と同様にして、アルミナとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対する水不溶性無機化合物の割合が60.2重量%である厚さ110μmの不燃フィルムを得た。
(実施例12)
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機及び温度計を備えた200mL容の反応容器に3,3’−ジヒドロキシベンジジン6.49g(0.030モル)、及び、N,N−ジメチルアセトアミド126.9gを仕込み、室温で溶解させた。次いで、0℃に冷却し、無水ピロメリット酸1.96g(0.0090モル)、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物6.18g(0.021モル)を0〜10℃で2時間かけて添加し、30分撹拌した。その後、室温で24時間撹拌し、濃度10.2%のポリアミド酸ワニス141.5gを得た。
(不燃フィルム用分散液の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)9.2g、及び、合成したポリアミド酸ワニス60.0g(ポリアミド酸6.1g、N,N−ジメチルアセトアミド53.9g)、N,N−ジメチルアセトアミド15.0gをプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が60.1重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が18.2重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが1000μmとなるように塗布した。ポリエチレンテレフタレート製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで80℃の温度条件で2時間乾燥して、ポリエチレンテレフタレート製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリエチレンテレフタレート製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で1時間熱処理して、タルクとポリベンゾオキサゾール樹脂からなり、全重量に対するタルクの割合が60.1重量%である厚さ70μmの不燃フィルムを得た。
(実施例13)
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機及び温度計を備えた200mL容の反応容器に3,3’−ジヒドロキシベンジジン3.24g(0.015モル)、4,4−ジアミノジフェニルエーテル3.00g(0.015モル)、及び、N,N−ジメチルアセトアミド65.8gを仕込み、室温で溶解させた。次いで、0℃に冷却し、無水ピロメリット酸1.96g(0.0090モル)、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物6.18g(0.021モル)を0〜10℃で2時間かけて添加し、30分撹拌した。その後、室温で24時間撹拌し、濃度17.9%のポリアミド酸ワニス80.2gを得た。
(不燃フィルム用分散液の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)10.7g、及び、合成したポリアミド酸ワニス40.0g(ポリアミド酸7.2g、N,N−ジメチルアセトアミド32.8g)、N,N−ジメチルアセトアミド18.0gをプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が59.8重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が26.1重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが600μmとなるように塗布した。ポリエチレンテレフタレート製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで80℃の温度条件で2時間乾燥して、ポリエチレンテレフタレート製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリエチレンテレフタレート製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で1時間熱処理して、タルクと、ポリベンゾオキサゾール樹脂とポリイミド樹脂の共重合樹脂からなり、全重量に対するタルクの割合が59.8重量%である厚さ60μmの不燃フィルムを得た。
(比較例1)
全不揮発成分に対するタルクの割合が61.7重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が18.0重量%となるように、タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)6.0g、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g、及び、N−メチル−2−ピロリドン28.0gをプラスチック製密閉容器にとった。振とう機で激しく振とうしたが、静置して数分後にタルクが沈殿し、均一な分散液は得られなかった。
更に実施例1と同様にしてフィルムの作製を試みたが、タルクが沈み均一なフィルムが得られなかった。
(比較例2)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)18.5g、18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)10.0g(ポリアミド酸1.9g、N−メチル−2−ピロリドン8.1g)、及び、N−メチル−2−ピロリドン14.0gをプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が90.7重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が48.0重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリプロピレン製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが250μmとなるように塗布した。ポリプロピレン製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで50℃の温度条件で10時間乾燥して、ポリプロピレン製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリプロピレン製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で30分熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が90.7重量%である厚さ70μmの不燃フィルムを得た。
(比較例3)
18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)50.0g(ポリアミド酸9.3g、N−メチル−2−ピロリドン40.7g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で脱泡モード(2200rpm)を10分間行った。次に底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリプロピレン製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが750μmとなるように塗布した。ポリプロピレン製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで50℃の温度条件で10時間乾燥して、ポリプロピレン製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリプロピレン製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で30分熱処理して、水不溶性無機化合物を含有しない厚さ80μmのポリイミド樹脂フィルムを得た。
(比較例4)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)6.0g、及び、18.0重量%N−メトキシメチル化ナイロンのアルコール溶液(ナガセケムテックス社製、「トレジンFS−350」)20.0g(N−メトキシメチル化ナイロン3.6g、アルコール16.4g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が62.5重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が36.9重量%である分散液を得た。
得られた分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリプロピレン製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが500μmとなるように塗布した。ポリプロピレン製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで50℃の温度条件で10時間乾燥して、ポリプロピレン製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリプロピレン製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で60分熱処理して、タルクとナイロン樹脂からなり、全重量に対するタルクの割合が62.5重量%である厚さ120μmの白色フィルムを得た。
(比較例5)
18.6重量%ポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン溶液(宇部興産社製、「U−ワニスA」)20.0g(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン16.3g)をプラスチック製密閉容器にとり、全体量が10.0gになるまで60℃のオーブンに入れ溶媒を蒸発させ、37.2重量%のポリアミド酸N−メチル−2−ピロリドン溶液(ポリアミド酸3.7g、N−メチル−2−ピロリドン6.3g)とした。そこへタルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)8.6gを加え、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対する水不溶性無機化合物の割合が69.9重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が66.1重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
得られた不燃フィルム用分散液は、流動性がほとんどなかったため塗布ができず、フィルムを作製することができなかった。
(比較例6)
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機及び温度計を備えた500mL容の反応容器に3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物29.4g(0.10モル)、及び、N,N−ジメチルアセトアミド80.8gを仕込み、室温で溶解させた。次いで、0℃に冷却し、4,4−ジアミノジシクロヘキシルメタン21.0g(0.10モル)、及び、N,N−ジメチルアセトアミド37.0gを混合したものを0〜25℃で2時間かけて添加した。その後、室温で1週間撹拌し、4.2重量%の無水フタル酸のN,N−ジメチルアセトアミド溶液0.7g(0.0002モル)を加えて反応を停止させ、濃度29.8%、粘度10Pa・sのポリアミド酸ワニス168.9gを得た。
(フィルム用分散液の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクMS−K」)2.0g、及び、合成したポリアミド酸ワニス20.0g(ポリアミド酸6.0g、N,N−ジメチルアセトアミド14.0g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、全不揮発成分に対するタルクの割合が25.0重量%、分散液の全体量に対する不揮発成分の割合が36.4重量%である均一な不燃フィルム用分散液を得た。
(フィルムの作製)
得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリエチレンテレフタレート製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが500μmとなるように塗布した。ポリエチレンテレフタレート製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで80℃の温度条件で2時間乾燥して、ポリエチレンテレフタレート製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリエチレンテレフタレート製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で1時間熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が25.0重量%である厚さ80μmのフィルムを得た。
<評価>
実施例1〜13で得られた不燃フィルムについて以下の評価を行った。結果を表4〜6に示した。
なお、フィルムの作製ができなかった比較例1及び比較例5については以下の評価は行わず、比較例6で得られたフィルムについては耐屈曲性の評価を行い、比較例3で得られたフィルムについては熱収縮率及び線膨張係数の評価を行い、比較例4、比較例6で得られたフィルムについてはVTM試験による燃焼性分類及びV試験による燃焼性分類の評価を行った。
(VTM試験による燃焼性分類)
得られた不燃フィルムについて、UL94規格による薄手材料垂直燃焼試験(VTM試験)を行った。
表1に示した各判定基準において、各試験片(長さ約200mm、幅50mm)を5枚使用した。炎の大きさは20mmとした。
なお、接炎時間は3秒間とし、接炎後の残炎時間をそれぞれ測定した。また、火が消えると同時に2回目の接炎を3秒間行って、1回目と同様にして、接炎後の残炎時間をそれぞれ測定した。更に、落下する火種により試験片の下に置いた綿が発火するか否かについても同時に評価した。また、標線は試験片の下端から125mmの位置にあり、標識用綿は試験片の下端から300mm下方に配置した。
VTM試験において、燃焼性分類としては、VTM−0が最高のものであり、VTM−1、VTM−2となるに従って難燃性が低下することを示す。ただし、VTM−0〜VTM−2のランクのいずれにも該当しないものは不合格とした。
なお、比較例4、比較例6で得られた不燃フィルムについて、同様にしてVTM試験を実施した結果、不合格であった。
(V試験による燃焼性分類)
得られた不燃フィルムについて、UL94規格による垂直燃焼試験(V試験)を行った。
表2に示した各判定基準において、各試験片(長さ127mm、幅13mm)を5枚使用した。炎の大きさは20mmとした。
なお、接炎時間は10秒間とし、接炎後の残炎時間をそれぞれ測定した。
また、火が消えると同時に2回目の接炎を10秒間行って、1回目と同様にして、接炎後の残炎時間をそれぞれ測定した。更に、落下する火種により試験片の下に置いた綿が発火するか否かについても同時に評価した。
1回目と2回目の燃焼時間、及び綿の発火の有無等から、UL−94V規格に従って燃焼性分類を判定した。V試験において、燃焼性分類としてはV−0が最高のものであり、V−1、V−2となるに従って難燃性が低下することを示す。ただし、V−0〜V−2のランクのいずれにも該当しないものは不合格とした。
なお、比較例4、比較例6で得られた不燃フィルムについて、同様にしてV試験を実施した結果、不合格であった。
(5V試験による燃焼性分類)
得られた不燃フィルムについて、UL94規格による125mm垂直燃焼試験(5V試験)を行った。
表3に示した各判定基準において、試験片(長さ127mm、幅13mm)を使用した。炎の大きさは125mmとした。
なお、接炎時間は5秒間とし、接炎後の残炎時間をそれぞれ測定した。
また、火が消えると同時に2回目の接炎を5秒間行って、1回目と同様にして、接炎後の残炎時間をそれぞれ測定した。これを5回繰り返した。更に、落下する火種により試験片の下に置いた綿が発火するか否かについても同時に評価した。
1回目から5回目の燃焼時間、及び、綿の発火の有無等から、UL−94、5V規格に従って燃焼性分類を判定した。これらを合格するものについて、更に、平板燃焼試験を行った。
平板燃焼試験の評価において、平板試験片(長さ150mm、幅150mm)を使用した。炎の大きさは125mmとした。
なお、接炎時間は5秒間とし、火が消えると同時に2回目の接炎を5秒間行って、これを5回繰り返した。接炎後に平板試験片の穴あきの有無を確認した。穴あきの無いものについて5V−A、穴あきの確認されたものについては5V−Bとして評価した。
(不燃性の評価)
国土交通省令第151号「鉄道に関する技術上の基準を定める法令」に基づく鉄道車両用材料燃焼試験に準拠して、得られた不燃フィルムから作製した試験片(長さ257mm、幅182mm)の短辺が上下にくるようにして45°傾斜に保持し、燃料容器(鉄製、厚さ0.8mm、直径17.5mm、高さ7.1mm)の底の中心が、試験片の下面の中心の垂直下方25.4mmの位置となるように、台に載せ、純エチルアルコール0.5mLを入れて着火し、燃料が燃えつきるまで放置し、燃焼性をアルコールの燃焼中と燃焼後とに分け、燃焼中はサンプルへの着火、着炎、煙及び火勢を観察し、燃焼後は残炎、残じん、炭化及び変形状態を調べた。
試験片に着火がなく、発煙が少なく、又、エチルアルコールの燃焼後、変色が試験片の縁に達していない場合は「極難燃性」とし、変色の大きさが100mm以内の場合は「不燃性」として判定した。
(コーンカロリーメーター試験)
(総発熱量、最大発熱速度、及び、着火開始時間の評価)
得られた不燃フィルムについて、ISO5660−1に準拠したコーンカロリーメーター試験機(東洋精機製作所社製、「コーンカロリーメーターIII」)を用いて、加熱開始後20分間の総発熱量(MJ/m)、加熱開始後20分間の最大発熱速度(kW/m)、加熱開始後から着火するまでの時間(秒)を測定した。
(熱収縮率)
得られた不燃フィルムから、幅5mm、長さ10mmの試験片を作製し、TMA装置(島津製作所社製、「TMA−60」)を用い、引っ張りモ−ド、荷重1.0gの条件で、室温から10℃/分で昇温し、350℃で30分間保持した後、10℃/分で冷却した。冷却後、60℃における昇温前後の伸縮率の変化から熱収縮率を測定した。
なお、比較例3で得られたポリイミド樹脂フィルムについて、同様にして熱収縮率を測定した結果、1.6%であった。
(線膨張係数)
得られた不燃フィルムから、幅5mm、長さ10mmの試験片を作製し、TMA装置(島津製作所社製、「TMA−60」)を用い、引っ張りモ−ド、荷重1.0g、10℃/分の条件で、50〜250℃における線膨張係数を測定した。
なお、比較例3で得られたポリイミド樹脂フィルムについて、同様にして線膨張係数を測定した結果、3.5×10−5−1であった。
(耐屈曲性)
得られた不燃フィルムについて、JIS−K5600−5−1に準拠した方法で耐屈曲性(円筒形マンドレル法)試験を実施した。試験方法は、1〜25mm径マンドレルを使用し、一つの試験片に対して大きい直径のマンドレルから小さいマンドレルへと順に試験し、フィルム割れやひび割れの初めて起こるマンドレル直径を示した。1mmのマンドレルでも割れの生じなかったフィルムについては1mm以下とした。
なお、比較例2で得られた不燃フィルムについて、同様にして耐屈曲性試験を実施した結果、25mmであった。
(引裂強度)
得られた不燃フィルムについて、JIS K7128−1に準拠した測定法で引裂強度を測定した。サンプルサイズ150mm×50mmに不燃フィルムを切断し、更に切断した不燃フィルムの中心部分から長手方向に75mm切断し、スリットを作製した。卓上形精密万能試験機(島津製作所社製、「AGS−J」)を用いて、引裂速度200mm/分の引裂速度で引裂伝播抵抗値を測定した。引裂伝播抵抗値は、引裂開始の20mmと引裂終了前の5mmを除外し、残り50mmの引裂強さの平均値を算出することにより求めた。測定本数は、1実施例あたり5本とし、それぞれの値(a1〜a5)の平均値を算出し、求める引裂強度とした。
(引張強度)
得られた不燃フィルムから、幅40mmの試験片を作製し、卓上形精密万能試験機(島津製作所社製、「AGS−J」)を用い、つかみ間隔40mm、引っ張り速度200mm/分の条件で引っ張り試験を行い、破断強度を測定した。
(絶縁破壊電圧)
JIS C2110に準拠した方法で絶縁破壊電圧を測定した。陽極として厚み100μm、10cm角のアルミ箔電極、陰極として真鍮性25mmφの電極を用い、この間に不燃フィルムをはさみ、直流高圧安定化電源(春日電気社製)を用いて、100V/秒の速度で昇圧しながら電圧を印加し、電流が10mA以上流れた場合を絶縁破壊したものとした。その時の電圧を測定点のフィルム厚みで割った値を絶縁破壊強度とし、5点測定した時の中央値で示した。
(水蒸気透過度)
JIS K 7126 A法(差圧法)に準じた差圧式のガスクロ法により、ガスや蒸気等の透過率や透湿度の測定が可能なガス・蒸気透過率測定装置(GTRテック社製)を用いて、40℃、90%RHの条件で不燃フィルムの水蒸気透過度の測定を行った。
(吸水率)
得られた不燃フィルムを約0.2g採取し、質量を0.1mg単位まで正確に秤量した(この時の質量をWとする)。次いで、40℃の水浴中に24時間静置し、その後の質量を測定し、これをWとして、以下の式を用いて吸水率を求めた。
吸水率(重量%)=((W−W)/W)×100
(吸湿率)
得られた不燃フィルムを約0.2g採取し、質量を0.1mg単位まで正確に秤量した(この時の質量をWとする)。次いで、40℃で90RH%の雰囲気下に24時間静置し、その後の質量を測定し、これをWとして、以下の式を用いて吸湿率を求めた。
吸湿率(重量%)=((W−W)/W)×100
(耐候性試験)
得られた不燃フィルムを85℃、85%RHに維持された恒温恒湿槽に入れて静置し、表1に示した時間が経過した後、取り出して外観等を確認した。その結果、表面や断面に変色や剥離が見られなかった場合を「〇」、表面や断面に変色や剥離が見られた場合を「×」として耐候性を評価した。
(実施例14)
実施例1で得られた不燃フィルム用分散液を、底面が平坦であり、底面の形状が長方形であるポリプロピレン製シートに、ドクターブレードを用いて厚みが300μmとなるように塗布した。ポリプロピレン製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで50℃の温度条件で10時間乾燥して、ポリプロピレン製シート上にフィルムを形成した。このポリプロピレン製シート上に成形したフィルム上に、再度、実施例1で得られた不燃フィルム用分散液を、ドクターブレードを用いて厚みが300μmとなるように塗布した。ポリプロピレン製シートを水平に保った状態で、強制送風式オーブンで50℃の温度条件で10時間乾燥して、ポリプロピレン製シート上にフィルムを形成した。このフィルムをポリプロピレン製シートから剥離し、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、350℃で30分熱処理して、タルクとポリイミド樹脂とからなり、全重量に対するタルクの割合が61.9重量%である厚さ120μmの不燃フィルムを得た。
<評価>
(部分放電試験)
実施例3及び実施例14で得られた不燃フィルムについて、IEC61730−2:2004 11.1項に準じて部分放電試験をそれぞれ10試料について実施した。具体的には、測定装置としてDAC−PD−7(総研電気社製)を用い、以下の測定手順で部分放電電圧を求めた。
その結果、実施例3で得られた不燃フィルムの部分放電電圧は、2531Vであり、実施例12で得られた不燃フィルムの部分放電電圧は、測定限界の3000V以上であった。
測定手順:
1.試料を電極間に設置した。
2.電圧を印加し、部分放電が開始する電圧Uinc(vrms)を測定した。その際の部分放電量は3pCを基準とした。
3.Uincの1.1倍の電圧を10秒間印加し、ついで速やかに部分放電が消失するまで電圧を降下させた。その際の部分放電量は1pC以下を基準とした。部分放電が消失した電圧で60秒間継続させ、部分放電が発生しない場合、その電圧をUext(vrms)として記録し、試験を終了した。
4.以上の操作を10試料に対して行った。試験結果より以下の式に基づき部分放電電圧Usys(VDC)を求めた。
Usys=(Uextの平均−標準偏差)×√2/(1.2×1.25)
(太陽電池モジュールの作製及び性能評価)
6mm幅のタブ線をはんだ付けすることで、156mm角のc−Si2直ストリングス2枚を繋ぎ、太陽電池セルとした。ガラス板(旭硝子社製、40cm角)の上に封止材EVA(サンビック社製、「サンビックFC」、40cm角)を載せ、その上に太陽電池セルを載せた。取付け端子を通すスリットが入った封止材EVAをセルの上に載せ、最後にバックシートとして実施例14で作製したフィルムを載せ、ラミネーターにより130℃で熱圧着した。この熱圧着した板の端部からはみ出したEVAを電気カッターで剥ぎ取り、シール材(東レ・ダウコーニング社製、「SH780シーラント」)を溝に流し込んだアルミフレームを、板の4隅にはめ込み、ビスで取り付けて室温で自然乾燥させ端面をシールした。シール材の乾燥後、バックシート上に端子ボックス(オーナンバ社製)を、取付け端子部を覆うようにして取り付け、室温で自然乾燥させ、その後取り付け端子を端子ボックスにはんだ付けした。その後、ポッティング剤(東レ・ダウコーニング社製、PV−7321)を30g(ベース剤と硬化剤を10:1の割合で混ぜ合せたもの)端子ボックスに流し込み自然乾燥させた。一週間程度静置させた後に端子ボックスのカバーを取り付け、太陽電池モジュールの完成品とした。作製した太陽電池モジュールの(a)表面及び(b)裏面の写真を図2に示した。
得られた太陽電池モジュールの性能評価を行ったところ、I−V特性評価において、モジュールの曲線因子(FF)の値が約0.7となり、太陽電池として問題無い性能であることを確認した。
本発明によれば、柔軟性及び耐湿性に優れ、高い機械的強度を有する不燃フィルムを提供することができる。また、本発明によれば、該不燃フィルムの製造に用いる不燃フィルム用分散液、該不燃フィルム用分散液を用いる不燃フィルムの製造方法、並びに、該不燃フィルムを用いてなる太陽電池バックシート、及び、フレキシブル基板を提供することができる。更に、該太陽電池バックシートを用いてなる太陽電池を提供することができる。
更に、本発明の不燃フィルムは、充分な機械的強度と優れた柔軟性、不燃性を持つフィルムであり、様々な電気材料、機械材料等の部材、例えば、コンデンサー誘電体、各種センサー用基板、電池用絶縁フィルム、コンデンサー用絶縁フィルム、各種積層板、離形フィルム、不燃性布地、不燃性建材、産業用パッキン等として使用可能である。これら分野に新素材を提供し、新技術への発展に貢献できる。
1 太陽電池
2 太陽電池素子
3 封止剤
4 光透過性基板
5 太陽電池バックシート

Claims (23)

  1. 水不溶性無機化合物と耐熱性合成樹脂とを含有する不燃フィルムであって、
    前記水不溶性無機化合物の含有量が不燃フィルムの全重量に対して30重量%以上90重量%以下であり、
    前記水不溶性無機化合物は層状ケイ酸塩鉱物を含有し、
    UL94規格VTM試験において、燃焼性分類がVTM−0であり、
    JIS−K5600−5−1(1999)に準拠した円筒形マンドレル法による耐屈曲性試験において、フィルムの割れの起こるマンドレル直径が10mm以下である
    ことを特徴とする不燃フィルム。
  2. 水不溶性無機化合物は、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、及び、窒化物からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1記載の不燃フィルム。
  3. 層状ケイ酸塩鉱物は、非膨潤性粘土鉱物であることを特徴とする請求項1又は2記載の不燃フィルム。
  4. 非膨潤性粘土鉱物は、タルク、カオリン、パイロフィライト、及び、非膨潤性雲母からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項記載の不燃フィルム。
  5. 耐熱性合成樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の不燃フィルム。
  6. 耐熱性合成樹脂は、芳香族ポリイミド樹脂、芳香族ポリアミドイミド樹脂、及び、芳香族ポリベンゾオキサゾール樹脂からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の不燃フィルム。
  7. フィルムを2層以上積層させ一体化した積層体からなることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の不燃フィルム。
  8. 厚みが10μm以上であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の不燃フィルム。
  9. 40℃、90%RHの環境下での水蒸気透過度が20g/m・day以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の不燃フィルム。
  10. 50〜250℃における線膨張係数が5.0×10−5/℃以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の不燃フィルム。
  11. 国土交通省令第151号「鉄道に関する技術上の基準を定める法令」に基づく鉄道車両用材料燃焼試験の不燃性に該当することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の不燃フィルム。
  12. ISO5660−1に準拠したコーンカロリーメーターによる発熱性試験において、
    加熱開始後20分間の総発熱量がサンプル面積に対して8MJ/m以下であり、
    加熱開始後20分間の最大発熱速度が、サンプル面積に対して300kW/m以下であり、かつ、
    試験開始から着火するまでの時間が60秒以上であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10又は11記載の不燃フィルム。
  13. UL94規格VTM試験において、燃焼性分類がVTM−0となるときのフィルム厚みが100μm以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11又は12記載の不燃フィルム。
  14. 絶縁破壊電圧が20kV/mm以上であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12又は13記載の不燃フィルム。
  15. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13又は14記載の不燃フィルムの製造に用いる不燃フィルム用分散液であって、
    分散媒と、不揮発成分である水不溶性無機化合物並びに耐熱性合成樹脂及び/又は耐熱性合成樹脂の前駆体とを含有し、
    前記水不溶性無機化合物の含有量が不揮発成分の全重量に対して30重量%以上90重量%以下であり、かつ、
    不揮発成分の含有量が不燃フィルム用分散液の全重量に対して18重量%を超え65重量%以下であり、
    前記水不溶性無機化合物は、層状ケイ酸塩鉱物を含有する
    ことを特徴とする不燃フィルム用分散液。
  16. 分散媒は、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、及び、スルホランからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項15記載の不燃フィルム用分散液。
  17. 請求項15又は16記載の不燃フィルム用分散液を調製する工程1と、
    調製した不燃フィルム用分散液を基板上に展開して静置する工程2と、
    該基板上に展開した不燃フィルム用分散液から分散媒を除去してフィルム状に成形し、該基板上からフィルムを分離する工程3とを有することを特徴とする不燃フィルムの製造方法。
  18. 工程2において、基板上に展開する分散液の厚みが50μm以上であることを特徴とする請求項17記載の不燃フィルムの製造方法。
  19. 工程3において、分散媒を除去する際の温度が150℃以下であることを特徴とする請求項17又は18記載の不燃フィルムの製造方法。
  20. 基板は、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレン、又は、ポリプロピレンからなることを特徴とする請求項17、18又は19記載の不燃フィルムの製造方法。
  21. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13又は14記載の不燃フィルムを用いてなることを特徴とする太陽電池バックシート。
  22. 請求項21記載の太陽電池バックシートを用いてなることを特徴とする太陽電池。
  23. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13又は14記載の不燃フィルムを用いてなることを特徴とするフレキシブル基板。
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