JP6066357B2 - 多層フィルム及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明の具現例は、多層フィルム、その製造方法、光電池用裏面シート及び光電池モジュールに関する。
最近、地球環境問題と化石燃料の枯渇などによる新再生エネルギー及びクリーンエネルギーに対する関心が高まっていて、そのうち太陽光エネルギーは、環境汚染問題及び化石燃料枯渇問題を解決することができる代表的な無公害エネルギー源として注目されている。
太陽光発電原理が適用される光電池は、太陽光を電気エネルギーに切り替える素子であって、太陽光を容易に吸収することができるように外部環境に長期間露出しなければならないので、セルを保護するための様々なパッケージングが行われ、ユニット(unit)形態で製造され、このようなユニットを光電池モジュール(Photovoltaic Modules)という。
光電池モジュールは、長期間外部環境に露出した状態でも光電池を安定的に保護することができるように、耐候性及び耐久性に優れた裏面シートを使用しなければならない。光電池用裏面シートは、光電池封止材として使用されるエチレンビニルアセテート(EVA、ethylene vinyl acetate)と接合され、光電池のセルを物理的に保護すると共に、セル内部への水分浸透を防止し、電気的に絶縁を維持し、光電池モジュールが25年以上出力特性の低下なしに作動することができるようにする役目をする。したがって、光電池用裏面シートは、UV抵抗性、耐候性に優れていて、使用期間中に機械的特性、水分遮断性、電気絶縁性などの低下が少ない、すなわち、長期信頼性が優秀ではなければならない。
このような特性を満足するために、現在は、PET(Polyethylene Terephtalate)フィルムの両面にPVF(Polyvinyl Fluoride)フィルムを積層した3層構造の製品が幅広く使用されている。しかし、従来技術の場合、製造方法が複雑であり、PETフィルムとPVFフィルムを接着するための接着層が水分によって加水分解される問題があり、長期信頼性で界面接着力を維持させにくい問題が発生している。
また、最近、PVFフィルムの代わりに、PVDF(Polyvinylidene Fluoride)やCTFE(Chlorotrifluoro ethylene)、ECTFE(Ethylene Chlorotrifluoro ethylene)などの他のフッ素重合体をフィルム加工して製造された光電池用裏面シートの比率が次第に増加しているが、フッ素重合体の場合、接着力が良くない問題が相変らず存在する。
したがって、長期間接着力を維持し、優れた耐久性及び耐候性を有しながらも、製造方法が簡単で、製造費用を節減することができ、光電池モジュールの生産性及び品質を向上させることができる光電池用裏面シートに対する要求が続いている。
本発明の具現例は、多層フィルム、その製造方法、光電池用裏面シート、及び光電池モジュールを提供する。
本発明の一具現例は、基材(substrate)及びフッ素重合体コーティング層を含む多層フィルムであって、上記多層フィルムが上記基材とフッ素重合体コーティング層との間にフッ素重合体と相溶性を有するプライマー層を含み、上記フッ素重合体コーティング層でプライマーの段階的分布(Gradation)が現われる多層フィルムを提供する。
また、本発明の他の具現例は、基材上にフッ素重合体と相溶性を有するプライマーコーティング液をコーティングし、プライマー層を形成する段階と、上記プライマー層上に相溶化剤(Compatibilizer)を含まないフッ素重合体コーティング用組成物をコーティングする段階とを含み、プライマー層のコーティング及びフッ素重合体のコーティング後、上記2つの層間の拡散が発生し、接着力が向上する多層フィルムの製造方法を提供する。
本発明の具現例による多層フィルムは、例えば、多様な光電池モジュールの裏面シート(back sheet)として使用されることができる。
本発明の具現例による多層フィルムは、プライマー層及びフッ素重合体コーティング層を含むことによって、各層間の物質の相互拡散によって物質の段階的分布(Gradation)を形成し、基材に近いプライマー層の場合、プライマーの比率を高くし、フッ素重合体コーティング層の表面に近くなるほどフッ素の比率を高め、耐候性に優れていると同時に、接着力に優れた多層フィルムを提供することができる。また、上記多層フィルムは、低沸点溶媒を使用して低い乾燥温度で低費用に製造することができ、生産性を高め、熱変形または熱衝撃などによる製品の品質低下を防止することができる。このような多層フィルムは、例えば、光電池用裏面シートなどに有用に使用され、長期間外部環境に露出しても、優れた耐久性を有する光電池モジュールを提供することができる。
図1は、本発明の1つの例示による多層フィルムを示す断面図である。 図2は、本発明の1つの例示による多層フィルムを示す断面図である。 図3は、実施例1及び2の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを示す。 図4は、フッ素重合体単一層に対するATR FTIRスペクトルを示す。 図5は、実施例3〜5の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを示す。 図6は、実施例6〜8の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを示す。 図7は、実施例6及び比較例4の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを対比して示す。 図8は、実施例7及び比較例5の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを対比して示す。 図9は、実施例8及び比較例6の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを対比して示す。 図10は、比較例7の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを示す。 図11は、比較例8の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを示す。 図12は、比較例9の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを示す。 図13は、実施例7の多層フィルムに対するフッ素重合体コーティング層の表面層、中問層及び内部層のATR FTIRスペクトルを対比して示す。
以下、添付の図面を参照して本発明の具現例を具体的に説明する。本発明を説明するにあたって、関連した公知の汎用的な機能または構成に対する詳細な説明を省略する。また、添付の図面は、本発明の理解を助けるための概略的なものであって、本発明をさらに明確に説明するために説明と関系ない部分を省略し、図面において様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、図面に表示された厚さ、サイズ、比率などによって本発明の範囲が制限されない。
本発明の一具現例による多層フィルムは、基材(substrate)及びフッ素重合体コーティング層を含む多層フィルムであって、上記多層フィルムが上記基材とフッ素重合体コーティング層との間にフッ素重合体と相溶性を有するプライマー層を含み、上記フッ素重合体コーティング層でプライマーの段階的分布(Gradation)が現われることを特徴とする。
上記多層フィルムは、基材、プライマー層及びフッ素重合体コーティング層を順に含み、上記プライマー層及びフッ素重合体コーティング層がいずれもコーティングによって形成されたものであって、上記プライマー層の上部にすぐフッ素重合体コーティング層を含む。上記フッ素重合体コーティング層を形成するフッ素重合体コーティング用組成物にプライマーに対応する相溶化剤(Compatibilizer)が含まれていないにもかかわらず、製造後に多層フィルムの表面層であるフッ素重合体コーティング層に拡散したプライマーが現われることができ、フッ素重合体コーティング層内に拡散したプライマーは、プライマー層に近い領域からフッ素重合体コーティング層の表面に近い領域まで段階的な分布(Gradation)を有する。これは、上記プライマーの拡散による結果であって、これにより、上記多層フィルムの界面接着力がさらに向上するようになる。
本発明者は、基材に近い層は、できるだけ基材との接着力に優れた非フッ素成分の相溶化剤の比率を高めて接着力を向上させ、外部に露出する、基材から遠くなる表面層には、できるだけフッ素の比率を高めて耐候性を高めた構造が理想的であることに着目した。現在まで知られた方法によっては、このような理想的な構造を提供するためには、フッ素の比率がそれぞれ異なるように様々なフッ素フィルムを製造した後、互いに接着して多層構造を提供しなければならないので、製造工程が複雑で、煩雑になる問題が発生した。これより、本発明者は、従来技術とは異なって、接着層の代わりに基材上にフッ素重合体と相溶性に優れたプライマー層をコーティングにより形成し、そのすぐ上にフッ素重合体をコーティングすることによって、全体的に工程を簡素化しながらも、耐候性及び接着力において理想的な効能を提供した。
すなわち、本発明の具現例による多層フィルムは、2つの層間の物質の拡散による接着を利用したものであって、2つの層間の物質が接触に引き続いて、分子鎖の相互拡散により界面がなくなり、接着が行われる性質を利用してフッ素含量を異にした様々な層のフッ素フィルムの形成なしにフッ素重合体単一コーティング層及びその下部のプライマーコーティング層のフッ素重合体と相溶性に優れたプライマー間の相互拡散によって物質の段階的分布(Gradation)が形成されるようにしたものである。これにより、基材に近いプライマーコーティング層の場合、プライマーの比率を高くし、フッ素重合体コーティング層の表面には、フッ素の比率を高めて、耐候性に優れていると同時に、接着力に優れた多層フィルムを製造することができる。
本発明の具現例による多層フィルムのように、別途のプライマー層及びフッ素重合体コーティング層を含む構造の場合は、従来、フッ素重合体層の接着力増進のためにフッ素重合体層に相溶化剤を添加する方法に比べて耐久性に優れていて、使用することができる物質の範疇が広くなる。フッ素重合体層に相溶化剤を添加する場合には、フッ素重合体単独で行われる場合に比べてフッ素重合体と相溶化剤の溶媒との間の溶解度の差が発生する場合、すなわちフッ素重合体がよく溶解する溶媒に相溶化剤がよく溶解しないか、その反対の場合には、使用上制約が発生することができる。また、特定溶媒や共溶媒にフッ素重合体と相溶化剤を一緒に溶解しても、フッ素重合体と相溶化剤との間の相溶性が劣化する場合、フッ素重合体コーティング液上で層分離が発生し、均一なコーティング層の形成が難しいことがある。フッ素重合体コーティング液上で層分離が発生しないとしても、コーティング液の塗布後、フッ素重合体と相溶化剤との間の相分離が発生し、均一なコーティング外観が得られないか、またはヘイズが増加し、透過度が低下するか、接着力の上昇効果が相殺されることができる問題が発生することができるので、必ずフッ素重合体と相溶性が良い相溶化剤のみを使用しなければならない短所がある。
これとは異なって、フッ素重合体単独コーティング層と別にその下部のプライマー層を含む本発明の具現例では、フッ素重合体とプライマーの溶媒との間の溶解度の差が発生するか、相溶性が多少低下しても、使用に制約が大きくないため、フッ素重合体コーティング層に相溶化剤を混合して使用する場合に比べて使用可能なプライマーの範囲は非常に広い。
しかも、フッ素重合体コーティング液に相溶化剤を添加して混合する方法は、フッ素重合体と相溶化剤を同時に溶解し、コーティング層を形成しなければならないので、フッ素重合体と相溶化剤が類似の溶媒システムで溶解しなければならないし、相溶性が良い場合、均一なコーティング層を形成することができる。一方、本発明の具現例では、プライマー層の上にフッ素重合体コーティング層を形成するので、フッ素重合体コーティング液とプライマーコーティング液をそれぞれ別に準備し、コーティング層をそれぞれ別に形成するので、必ずフッ素重合体コーティング液とプライマーコーティング液との間の溶解度が類似しなくてもよく、相溶性による制約が少ないので、選択することができるプライマーの範囲が非常に広くなる。
特に、フッ素重合体コーティング液に基材との接着力に優れた非フッ素成分の相溶化剤を混合してコーティング層を形成する場合、フッ素重合体及び相溶化剤の段階的拡散効果を与えることができないので、フッ素重合体コーティング層の表面に存在する相溶化剤の比率が高くなって、多層フィルムの耐久性確保がそれほど難しくなり、耐候性確保のために相溶化剤の比率を低減する場合、十分な接着力を確保することができない。これとは異なって、本発明の具現例のように、基材との接着力に優れたプライマー層の上部に別途のフッ素重合体コーティング層を形成する場合、プライマーの段階的拡散効果によってフッ素重合体コーティング層においてプライマー層との界面側は接着力が良いプライマーの比率が高く形成され、フッ素重合体コーティング層の表面に行くほど(すなわち、プライマー層から遠くなるほど)フッ素重合体の比率が高くなった段階的分布(Gradation)が形成され、耐候性及び耐久性をさらに向上させることができ、接着力及び耐候性の特性を同時に達成することができる。
フッ素重合体とプライマーとの間の段階的拡散効果の調節は、フッ素重合体コーティング層の厚さ、フッ素重合体のガラス転移温度、溶融温度、軟化点、結晶化度、分子量、フッ素重合体コーティング液の溶剤などの調節を通じて可能である。フッ素重合体のガラス転移温度、溶融温度、軟化点、結晶化度、分子量が低いほど、フッ素重合体の移動度(mobility)が増加するので、拡散効果を高めることができ、フッ素重合体コーティング液の溶剤がプライマーとの溶解度が良い場合、拡散効果を高めることができる。
また、プライマー層の厚さ、プライマーのガラス転移温度、溶融温度、軟化点、分子量、プライマーコーティング液の溶剤、プライマーコーティング層の硬化度、プライマー層とフッ素重合体との相溶性などを調節することによって、プライマーの段階的拡散速度を調節することも可能である。すなわち、プライマー層の厚さが厚いほど、プライマーのガラス転移温度、溶融温度、軟化点、分子量が低いほど拡散効果を高めることができ、プライマーを部分的に硬化させる方法によって拡散効果を調節するか、または基材とプライマー層との間の接着力を向上させることができる。
プライマーとフッ素重合体との間の相溶性が良い場合、拡散効果が大きくなる一方、フッ素重合体とプライマーとの間の相溶性が低下するほど拡散効果を低減することができる。
また、プライマー層の形成後、フッ素重合体コーティング過程で乾燥温度と乾燥時間によって拡散効果を調節することができる。フッ素重合体の乾燥温度が高いか、乾燥時間が長くなるほど拡散効果を高めることができ、特に結晶化度が高く、溶融温度(Tm)が高いフッ素重合体の場合、乾燥条件による拡散効果の影響が大きくなることができる。
構造的には、段階的拡散効果を与えるために、フッ素重合体と相溶性に優れたプライマーコーティング工程以前に別途のプライマー層を基材に形成することもできる。例えば、基材に水系アクリルプライマー層などをあらかじめ形成するか、基材にプライマー処理されたものを使用してもよい。
本発明の具現例による多層フィルムは、フッ素重合体コーティング層に基材と接着力に優れた非フッ素成分の相溶化剤を含まないにもかかわらず、上記のようなプライマーの段階的拡散効果によってフッ素重合体コーティング層の表面にプライマーが拡散することを赤外線スペクトルを通じて観察することができる。一例として、ATR(Attenuated Total Reflectance)法によるFTIR分光法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)は、物質の表面を研究するのに使用され、その原理は、2つの鏡を利用して赤外線を物質に反射させて探知される波長を元々の波長と比較して分析する技法である。この際、物質ごとに固有の波長範囲を有し、その含量に比例してスペクトルの強度が異なるので、定性及び定量分析が可能である。上記赤外線分光法によって観察される成分は、最外表面から数μmに分布することができる。
本発明の具現例による多層フィルムに含まれる基材(substrate)の具体的な種類は、特に制限されず、この分野で公知された多様な素材を使用することができ、要求される機能、用途などによって選択されることができる。
本発明の1つの例示で、上記基材は、各種金属または重合体シートであることができる。上記で金属の例としては、アルミニウム、鉄などを挙げることができ、重合体シートの例としては、ポリエステル系シート、ポリアミド系シートまたはポリイミド系シートなどを挙げることができ、このうちポリエステル系シートを使用することが一般的であるが、これに制限されるものではない。ポリエステル系シートの例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)などの単一シート、積層シートまたは共押出物などを挙げることができるが、これに制限されるものではない。また、必要に応じて耐加水分解特性が向上したポリエステル系シートを使用することができる。
基材の厚さは、約50μm〜500μmの範囲にあり得、または100〜300μmの範囲にあり得る。基材の厚さを上記のように調節し、多層フィルムの電気絶縁性、水分遮断性、機械的特性及び取り扱い性などを優秀に維持することができる。但し、基材の厚さが前述した範囲に制限されるものではなく、これは、必要に応じて適切に調節されることができる。
上記基材には、コロナ処理またはプラズマ処理のような高周波数のスパーク放電処理;熱処理;火炎処理;カップリング剤処理;アンカー剤処理または気相ルイス酸(例えば、BF)、硫酸または高温水酸化ナトリウムなどを使用した化学的活性化処理などが行われていてもよい。
また、基材には、水分遮断特性などの追加的な向上の観点で、ケイ素酸化物またはアルミニウム酸化物のような無機酸化物が蒸着されていてもよい。この場合、蒸着処理層上に、接着力をさらに向上させるために前述したスパーク放電処理、火炎処理、カップリング剤処理、アンカー剤処理または化学的活性化処理が行われていてもよい。
本発明の具現例による多層フィルムは、上記基材とフッ素重合体コーティング層との間にプライマー層を含む。具体的に、上記フッ素重合体コーティング層は、プライマー層のすぐ上にコーティングされ、上記プライマー層は、フッ素重合体コーティング層に含まれるフッ素重合体と相溶性を有し、基材とフッ素重合体コーティング層との間の接着力を確保する。上記プライマー層は、上記基材上にフッ素重合体と相溶性を有するプライマーコーティング液をコーティングすることによって形成される。
上記プライマーは、フッ素重合体と相溶性を有する主鎖骨格を含み、上記フッ素重合体コーティング層は、上記プライマー層上に形成される。
本明細書で用語「Aと相溶性を有するB」は、A及びBが互いによく混合されるか、または相互拡散がよく行われる物性を意味する。
上記プライマーの主鎖骨格は、上記のような性質を示す限り、特に制限されず、例えば、(メタ)アクリル系主鎖骨格;ウレタン系主鎖骨格;エーテルスルホン系主鎖骨格;エーテルイミン系主鎖骨格;アミド系主鎖骨格;ポリエステル系主鎖骨格;脂肪族ポリエステル系主鎖骨格;ポリエステルウレタン系主鎖骨格;(メタ)アクリルアミド系主鎖骨格;ユリア系主鎖骨格;ポリカーボネート系主鎖骨格;及び(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリルアミド系単量体またはビニル系単量体を主成分として含む単量体混合物から誘導されるフリーラジカル付加重合体の主鎖骨格よりなる群から選択された1つ以上であることができ、このうちアクリル系主鎖骨格;ポリエステル系主鎖骨格;脂肪族ポリエステル系主鎖骨格;(メタ)アクリルアミド系主鎖骨格;及びアクリル系単量体または(メタ)アクリルアミド系単量体を主成分として含む単量体混合物から誘導されるフリーラジカル付加重合体の主鎖骨格よりなる群から選択された1つ以上であることができるが、これに制限されるものではない。
上記プライマー層は、後述するフッ素重合体コーティング層に含まれるフッ素重合体及び前述した基材との接着力が充分に発揮され得る程度に相溶性を有し、2つの層がすべてコーティング方法によって形成されることによって、各層の分子鎖の相互拡散(inter−diffusion)により界面がなくなる。すなわち、多層フィルムの形成過程で、プライマー層及びフッ素重合体コーティング層の界面では、フッ素重合体コーティング層に含まれるフッ素重合体とプライマーとの間の相互拡散が起きる。これにより、フッ素重合体コーティング層の成分とプライマー層の成分の分岐鎖との間に絡み合い(chain entanglement)及びファンデルワールス引力などによる物理的相互作用が発生し、これによって接着力が向上するものと予測されることができる。したがって、2つの層間が別途の接着剤なしに接着可能になり、従来、界面接着剤によって発生した耐久性問題を解決することができる。
また、ファンデルワールス引力は、双極子間の相互作用(dipole−dipople interaction)によってさらに増加されることができる。したがって、本発明の1つの例示で、上記プライマーは、官能基をさらに含み、高分子主鎖の内部、側鎖または末端に官能基を導入することができる。すなわち、上記プライマーは、フッ素重合体と相溶性を有する主鎖骨格を含み、上記主鎖骨格の内部、その側鎖または末端に官能基が導入されている高分子;またはフッ素重合体と相溶性を有する主鎖骨格を含み、官能基を提供することができる化合物で架橋されている高分子を含むか、またはフッ素重合体と相溶性を有する主鎖骨格を含む高分子及び官能基またはそれを提供することができる化合物を混合した形態で含むことができる。
本発明の具現例で、上記官能基の種類は、特に制限されるものではなく、例えば、高い双極子モーメント(dipole moment)を有し、フッ素重合体のC−F結合の双極子との相互作用を通じてフッ素重合体コーティング層との接着力を向上させることができるものを使用することができる。これにより、ファンデルワールス引力は、フッ素重合体コーティング層に含まれるフッ素重合体のC−F結合の双極子とプライマーの官能基の双極子の相互作用によってさらに増加されることができる。すなわち、フッ素重合体コーティング層及びプライマー層が互いに対する優れた相溶性及び各双極子の相互作用によって相互拡散した状態で物理的または化学的相互作用がさらに増大され、これにより、接着力が向上するものと予測することができる。
また、表面層であるフッ素重合体コーティング層に含まれるフッ素重合体、フィラーまたは分散剤に含まれる作用性基とプライマー層の官能基との間に形成される水素結合、イオン結合または共有結合のような化学的または物理的相互作用が接着力をさらに向上させることができる。
上記官能基は、カルボキシル基、スルホン酸基、アジリジン基、酸無水物基、アミン基、イソシアネート基、シアヌルアミド基(cyanuramide)、エポキシ基、ヒドロキシ基、エステル官能基、カルバメート官能基、アミド基、ユリア基、イミド基、ホスフェート基、リン酸基、オキサゾリン基、シアノ基、シアネート基及びイミン基よりなる群から選択された1つ以上であることができ、特にカルボキシル基、スルホン酸基、酸無水物基、アミン基、エポキシ基、ヒドロキシ基、オキサゾリン基、及びシアノ基よりなる群から選択された1つ以上であることができるが、これに制限されるものではない。
本発明の具現例において上記官能基を主鎖骨格に導入するか、または提供することができる物質の種類は、特に制限されず、対応する官能基を導入することができるものであって、当業界に広く公知されている化合物を使用することができる。このような化合物の例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、イソシアネートアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、マレイン酸無水物、p−トルエンスルホン酸、リン酸、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリルまたはアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。上記のような化合物を高分子主鎖の重合時に一緒に重合させるか、または適切な付加反応条件で主鎖の側鎖または末端にグラフティングなどの方法で導入する方法;または上記のような化合物を使用して高分子を架橋させる方法などで官能基の導入が可能であり、場合によっては、上記化合物は、高分子とは別に上記プライマー層に上記高分子と混合した状態で含まれていてもよい。当業界では、高分子に目的する官能基を導入することができる多様な方法が公知されており、本発明の具現例では、このような方式がすべて適用されることができる。
本発明の他の具現例では、上記プライマー層は、硬化剤をさらに含むことができる。硬化剤を含むことによって、プライマーの拡散効果を調節することができ、プライマー層の接着力を向上させることができる。
本発明の具現例で使用することができる硬化剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、PET基材フィルム表面のヒドロキシ基やカルボキシル基と化学結合を形成することができるか、またはプライマーの官能基を硬化させることができる官能基を含むことができ、これには、メラミン化合物、オキサゾリン化合物、アジリジン基を含む化合物、イソシアネート化合物、アミン化合物及びアミド化合物よりなる群から選択された1つ以上を例示することができる。
本発明の具現例でプライマー層は、約10nm〜5,000nm、50nm〜2,000nm、または約150nm〜2,000nmの厚さを有することができるが、これは、目的とする接着性及び表面層のフッ素重合体の種類などによって適切に変更されることができる。
本発明の具現例による多層フィルムは、プライマー層上に形成されるフッ素重合体コーティング層を含む。具体的には、フッ素重合体を含むフッ素重合体コーティング層が、鋳造法(casting method)または押出方式で製造されたシートを基材またはプライマー層に接着剤などを使用してラミネートされる方式ではない、溶媒、例えば低い沸点を有する溶媒にフッ素重合体を溶解して製造されたコーティング液をプライマー層にコーティングする方式で形成されることを意味する。
本発明の具現例においてフッ素重合体コーティング層は、非結晶性領域を有し、結晶化度が60%未満のフッ素重合体を含む。上記のようなフッ素重合体を含む層をコーティングで形成することによって、プライマー層との相互拡散作用が効果的に進行され、接着力の向上効果を極大化することができる。また、上記のようなフッ素重合体を使用することによって、後述するフッ素重合体コーティング層の形成過程で沸点が低い溶媒を使用することができ、これにより、乾燥工程を低温で進行することができ、製品の生産性を向上させ、優れた品質を確保することができる。
本発明の具現例で非結晶性領域を有するフッ素重合体は、結晶化度が55%未満、50%以下または10%〜50%であることができる。本明細書で用語「結晶化度」は、全体樹脂に含まれる結晶質領域の百分率(重量基準)を意味し、これは、示差走査熱量分析(Differential Scanning Calorimetry)などのような公知の方法で測定することができる。例えば、示差走査熱量分析法によるフッ素重合体の結晶化度測定は、次のように行われることができる。昇温速度は、分当たり10℃に設定し、2次昇温過程で融解熱(heat of fusion、△Hf)を測定し、100%結晶化度を有するポリビニリデンフルオライド融解熱(△Hf=105J/g)を基準として、各重合体の結晶化度を求めることができる。
前述したような結晶化度を有するフッ素重合体は、フッ素重合体の製造時に適切な共単量体を共重合させて、フッ素重合体の規則的な元素配列を解除させるか、または重合体を分枝重合体(branched polymer)形態で重合させて製造することができる。また、フッ素重合体コーティング層の結晶化度は、2種以上のフッ素重合体の混合により達成することができる。
非結晶性領域を有するフッ素重合体の具体的な種類は、特に制限されず、例えば、ビニリデンフルオライド(VDF、Vinylidene Fluoride)、ビニルフルオライド(VF、Vinyl Fluoride)、テトラフルオロエチレン(TFE、Tetrafluoroethylene)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP、Hexafluoropropylene)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE、chlorotrifluoroethylene)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン、ペルフルオロブチルエチレン、ペルフルオロメチルビニルエーテル(PMVE、perfluoro(methylvinylether))、ペルフルオロエチルビニルエーテル(PEVE、perfluoro(ethylvinylether))、ペルフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE)、ペルフルオロヘキシルビニルエーテル(PHVE)、ペルフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール(PDD)及びペルフルオロ−2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン(PMD)よりなる群から選択された1つ以上の単量体を重合された形態で含む単独重合体、共重合体またはこれらの混合物であることができる。
本発明の一具現例で、上記フッ素重合体は、ビニルフルオライドを重合された形態で含む単独重合体または共重合体;またはビニリデンフルオライドを重合された形態で含む単独重合体または共重合体;または上記のうち2種以上を含む混合物であることができる。
上記で共重合体に重合された形態で含まれることができる共単量体の種類は、特に制限されず、例えば、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン(TFE)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン、ペルフルオロブチルエチレン、ペルフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)、ペルフルオロヘキシルビニルエーテル(PHVE)、ペルフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール(PDD)及びペルフルオロ−2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン(PMD)などの1種または2種以上を挙げることができ、一例としては、ヘキサフルオロプロピレン及びクロロトリフルオロエチレンなどの1つ以上であることができるが、これに制限されるものではない。
例えば、上記フッ素重合体は、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン(TFE)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン、ペルフルオロブチルエチレン、ペルフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)、ペルフルオロヘキシルビニルエーテル(PHVE)、ペルフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール(PDD)及びペルフルオロ−2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン(PMD)よりなる群から選択された1つ以上の共単量体を重合された形態で含むポリビニリデンフルオライド(PVDF、Polyvinylidene Fluoride)であることができる。
上記共重合体内の共単量体の含量は、例えば、全体共重合体の重量を基準として約0.5重量%〜50重量%、1重量%〜40重量%、7重量%〜40重量%、10重量%〜30重量%、または10重量%〜20重量%であることができる。このような共単量体の範囲内で多層フィルムの耐久性及び耐候性などを確保しながら、効果的な相互拡散作用及び低温乾燥を誘導することができる。
本発明の具現例で上記フッ素重合体は、50,000〜1,000,000の重量平均分子量を有することができる。上記重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatograph)で測定される標準ポリスチレンの換算数値である。本発明の具現例では、樹脂の重量平均分子量を上記のように調節し、優れた溶解度及びその他物性を確保することができる。
上記フッ素重合体は、また、融点が80℃〜175℃、または120℃〜165℃であることができる。本発明の具現例では、樹脂の融点を80℃以上に調節し、多層フィルムの使用過程での変形を防止することができ、また、融点を175℃以下に調節し、溶媒に対する溶解度を調節し、コーティング面の光沢を向上させることができる。
本発明の具現例のフッ素重合体コーティング層は、必要に応じて上記のようなフッ素重合体とともに非結晶性樹脂をさらに含むことができる。このように、非結晶性樹脂とのブレンドを使用することによって、前述したプライマー層との相互作用及び低沸点溶媒に対する溶解性を含む工程性をさらに極大化することができる。本明細書で用語「非結晶性樹脂」には、樹脂の全体構造が非結晶性を有する場合は勿論、樹脂の一部に結晶質領域が存在しても、非結晶性領域がさらに優勢に存在し、樹脂が全体的に非結晶性を示す場合をも含む。
本発明の具現例で使用することができる非結晶性樹脂の種類は、特に制限されず、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、スチレン−(メタ)アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレリン酸共重合体、シクロオレフィン重合体、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンまたはポリアリレートの1種または2種以上の混合を挙げることができ、このうち非反応性アクリル系樹脂を使用することができるが、これに制限されるものではない。
上記でアクリル系樹脂の例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸及びイソボルニル(メタ)アクリレートなどの1種または2種以上を重合された形態で含む、単独重合体または共重合体を挙げることができる。また、場合によって、ガラス転移温度及び分子量分布などの制御のために、上記のうち1種または2種以上の単量体;及びシクルロヘキシルマレイミド、メチルスチレンまたは(メタ)アクリロニトリルなどの1つ以上の共単量体を重合された形態で含むアクリル系樹脂を使用することができる。
上記非結晶性樹脂が2種以上の単量体を重合された形態で含む共重合体の形態の場合、共単量体の種類及び含量は、特に制限されず、目的する非結晶性を考慮して調節されることができる。
本発明の具現例でフッ素重合体コーティング層が非結晶性樹脂を含む場合、フッ素重合体コーティング層は、フッ素系樹脂を50重量部以上で含み、非結晶性樹脂を50重量部以下で含むことができる。またはフッ素系樹脂70重量部〜97重量部及び非結晶性樹脂3重量部〜30重量部を含むことができる。樹脂間の重量比率を上記のように制御し、フッ素重合体コーティング層を構成する成分が適切な結晶化度を有し、プライマー層との相互拡散が効果的に進行され、多層フィルムが優れた耐久性及び耐候性などの物性を示すようにすることができる。
本明細書では、特に別途規定しない限り、単位「重量部」は、各成分間の重量比率を意味する。
上記フッ素重合体コーティング層は、前述した成分に、さらに、フッ素重合体コーティング層の色相や不透明度の調節またはその他目的のために、顔料または充填剤をさらに含むことができる。この時に使用されることができる顔料または充填剤の例としては、二酸化チタン(TiO)、シリカまたはアルミナなどのような金属酸化物、炭酸カルシウム、硫酸バリウムまたはカーボンブラックなどのような黒色顔料または他の色相を示す顔料成分などを挙げることができるが、これに制限されるものではない。上記のような顔料または充填剤は、フッ素重合体コーティング層の色相や不透明度を制御する固有の効果とともに、各成分が含む固有の作用基によってフッ素重合体コーティング層及びプライマー層の相互拡散時に界面接着力をさらに改善する作用をすることができる。上記顔料の含量は、フッ素重合体コーティング層の固形物を基準として60重量%以下であることができるが、これに限定されるものではない。
上記フッ素重合体コーティング層は、また、UV安定化剤、熱安定化剤、分散剤または障壁粒子のような通常的な成分をさらに含むこともできる。
本発明の具現例で上記のような成分を含むフッ素重合体コーティング層は、厚さが約3μm〜50μmまたは10μm〜30μmであることができるが、これは、目的に応じて変更されることができる。
添付の図1及び図2は、本発明の具現例による多層フィルムを例示的に示す図である。図1に示されたように、多層フィルム10は、基材11;上記基材の一面に形成されたプライマー層12及び上記プライマー層12上に形成されたフッ素重合体コーティング層13を含むか、または図2に示されたように、多層フィルム20が基材11の両面に形成されたプライマー層12a、12b及び上記それぞれのプライマー層12a、12b上に形成されたフッ素重合体コーティング層13a、13bを含むことができる。
本発明の具現例の多層フィルムは、接着力向上のために上記プライマー層と基材との間に別途のプライマー層をさらに含むことができる。追加されるプライマー層の形成方法は、特別な制限がないが、基材フィルムの製造過程で延伸工程の前に処理されることができるか、延伸工程内でインライン方式で形成されることができ、工程的な側面と環境的な側面を考慮して水に溶解して塗布することができる水系プライマーを使用することができる。これは、基材フィルムの製造メーカで一般的に行われるものであって、このようなプライマーの硬化のために200℃以上の高温で処理する場合が多くて、有機溶剤を使用する場合、火災の危険と環境親和的な側面でも好ましくないからである。
また、本発明の具現例による多層フィルムは、必要に応じて当業界で公知の多様な機能性層をさらに含むことができる。機能性層の例としては、接着層または絶縁層などを挙げることができる。例えば、基材の一面には、前述したプライマー層及びフッ素重合体コーティング層が形成されており、他の面には、接着層及び絶縁層が順次に形成されていてもよい。接着層または絶縁層は、この分野で公知の多様な方式で形成することができる。例えば、絶縁層は、エチレンビニルアセテート(EVA)または低密度線形ポリエチレン(LDPE)の層であることができる。上記エチレンビニルアセテート(EVA)または低密度線形ポリエチレン(LDPE)の層は、絶縁層としての機能はもちろん、封止材(encapsulant)との接着力を高め、製造費用の節減が可能であり、再作業性(re−workability)を優秀に維持する機能を同時に行うことができる。
本発明の他の具現例は、また、基材上にフッ素重合体と相溶性を有するプライマーコーティング液をコーティングし、プライマー層を形成する段階と、上記プライマー層上に相溶化剤を含まないフッ素重合体コーティング用組成物をコーティングする段階とを含み、プライマー層のコーティング及びフッ素重合体のコーティング後、上記2つの層間の拡散が発生し、接着力が向上する多層フィルムの製造方法に関する。
本発明の具現例による多層フィルムの製造方法は、プライマー層及びフッ素重合体層をすべてコーティングによって形成することを特徴とする。この際、コーティング方式は、特に制限されず、例えば、オフセット、グラビア、ロールコートまたはナイフエッジコートなどを含み、コーティング層を形成することができるものなら、いずれの方式も適用可能である。
例えば、プライマー層の場合、フッ素重合体と相溶性を有するプライマーコーティング液を基材上に塗布した後、所定条件で乾燥させるなどの方式でプライマー層の形成が可能である。
上記プライマーは、前述した主鎖骨格を有する高分子、上記主鎖骨格に導入された官能基を有する高分子または前述した主鎖骨格を有する高分子及び官能基を有する化合物の混合物などであることができ、コーティング液は、上記高分子を適切な有機溶媒または水性溶媒に溶解または分散させて製造することができる。上記有機溶媒としては、メチルエチルケトン、エタノール、イソプロパノール、トルエン、エチルアセテート、ブチルアセテート、シクロへキサノールなどの1種またはそれ以上の混合物を使用することができ、水性溶媒としては、水を使用することができる。
上記コーティング液には、必要に応じてその他多様な添加剤をさらに含むことができる。一例として、前述したように、上記プライマーコーティング液は、硬化剤を含むことができる。硬化剤を含むことによって、プライマーの拡散効果を調節することができ、プライマー層の接着力を向上させることができる。
上記製造方法で使用することができる基材の具体的な種類は、前述した通りであり、上記基材に適切な蒸着処理、プラズマ処理、コロナ処理、プライマー、アンカー剤、カップリング剤処理または熱処理をする段階をさらに行うことができる。
本発明の具現例では、上記のような方式でプライマー層を形成した後、コーティング方式でフッ素重合体コーティング層を形成する。フッ素重合体コーティング層を形成するコーティング液は、前述したフッ素重合体コーティング層を形成する各成分を相対的に低い沸点を有する溶媒、具体的には、沸点が200℃以下の溶媒に溶解または分散させて製造することができる。溶媒の沸点の下限は、特に制限されない。上記フッ素重合体が非結晶性領域を有するか、あるいは非結晶性樹脂と混合することによって、沸点が相対的に低い溶媒に効果的に溶解することができる。これにより、本発明の具現例では、製造過程で高温の乾燥工程が要求されず、製造費用を節減すると同時に、高温乾燥時に誘発することができる基材の熱変形や熱衝撃などを防止し、製品の品質を向上させることができる。
上記のような溶媒の例としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、ジメチルホルムアミド(DMF)またはジメチルアセトアミド(BMAC)などの1種または2種以上の混合を挙げることができるが、これに制限されるものではない。
また、上記フッ素重合体コーティング用組成物は、水分散液コーティング組成物であってもよい。例えば、水に分散したフッ素重合体を含む水分散液でコーティングすることができ、この場合、分散剤が含まれることができる。
本発明の具現例でフッ素重合体コーティング層の形成に適用されるコーティング液には、上記フッ素重合体以外にも、顔料、充填剤、UV安定剤、分散剤または熱安定剤のような多様な添加剤をさらに含むことができる。上記各添加剤は、フッ素重合体などとともに溶媒に溶解されるか、または上記成分とは別に、ミールベイス形態で製造された後、さらに上記フッ素重合体を含む溶媒と混合されることができる。
本発明の具現例でコーティング液の製造方法や、コーティング液に含まれる各成分の比率などは、特に制限されず、この分野に公知されている多様な方式を適切に採用することができる。
本発明の具現例で上記フッ素重合体コーティング液を使用したコーティング方式は、特に制限されず、例えば、前述したプライマー層の形成のためのコーティング方式に準じて行うことができる。特に、このコーティング過程で、コーティング液の溶媒は、プライマー層の表面をスウェリング(swelling)させることによって、プライマー層及びフッ素重合体コーティング層の相互拡散作用を促進することができる。
本発明の具現例では、上記各層のコーティング工程に引き続いて、それぞれのコーティングされたコーティング液を乾燥させる段階をさらに行うことができる。乾燥時の条件は、特に制限されず、例えば、200℃以下または約100℃〜180℃の温度で、約30秒〜30分または約1分〜10分間行われることができる。乾燥条件を上記のように制御し、製造費用の上昇を防止し、熱変形または熱衝撃などによる製品品質の低下を防止することができる。また、乾燥条件によってプライマーのフッ素重合体コーティング層への拡散程度を調節することができ、例えばフッ素重合体の乾燥温度が高いか、乾燥時間が長くなるほど拡散効果を高めることができる。また、結晶化度が高く、溶融温度(Tm)が高いフッ素重合体の場合、乾燥条件による拡散効果の影響が大きくなることができる。
このように、別途の接着剤または接着層を使用することなく、優れた接着力の多層フィルムを提供するために、プライマー層またはフッ素重合体コーティング層の厚さを調節することができ、プライマー層の厚さが厚いほど、フッ素重合体コーティング層の厚さが薄いほどプライマーの拡散効果が大きくなる。また、プライマー及びフッ素重合体物質自体のガラス転移温度、溶融温度、軟化点、分子量などを調節し、拡散程度を調節することができる。その他、フッ素重合体の結晶化度が低いほど拡散が容易であり、各層のコーティング液の溶媒の混和性によって拡散の程度を調節することもできる。
本発明の具現例は、また、上記多層フィルムを含む光電池用裏面シート及び上記光電池用裏面シートを含む光電池モジュールに関する。上記光電池モジュールの構造は、上記多層フィルムを裏面シートとして含んでいる限り、特に制限されず、この分野で公知の多様な構造を有することができる。
通常、光電池モジュールは、透明前面基板、裏面シート及び上記前面基板と裏面シートとの間で封止材によって封止されている光電池または直列または並列に配置された光電池アレイを含むことができる。
上記で光電池または光電池アレイを構成する活性層の例には、代表的に結晶質または非結晶質シリコーンウエハや、CIGSまたはCTSなどのような化合物半導体などを挙げることができる。
本発明の具現例による多層フィルムは、上記のような活性層を有するモジュールを含み、この分野に知られている多様な光電池モジュールに制限なしに適用されることができ、この場合、上記モジュールを構成する方式や、その他素材の種類は、特に制限されない。
以下、本発明による実施例及び本発明によらない比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲が下記提示された実施例によって制限されるものではない。
実施例及び比較例でシートの各物性は、次の方式で測定した。
1.180度剥離強度
剥離強度は、ASTM D1897に準拠して、試験片を10mmの幅にカットした後、4.2mm/secの速度及び180度の剥離強度で剥離しながら測定した。
2.クロス−ハッチ接着力
クロスカット試験基準であるASTM D3002/D3359の規格に準拠して、クロスカットテストを行った。具体的に、試験片を1mmの間隔で横及び縦方向にそれぞれ11列ずつ刀で切って横と縦がそれぞれ1mmである100個の正四角形格子を形成した。その後、Nichiban社のCT−24接着テープを上記カット面に付着した後に取り外すとき、一緒に脱離される面の状態を測定し、下記基準で評価した。
<クロス−ハッチ接着力評価基準>
5B:脱離される面がない場合
4B:脱離されるが全体面積に対して5%以内の場合
3B:脱離されるが全体面積に対して5%〜15%の場合
2B:脱離されるが全体面積に対して15%〜35%の場合
1B:脱離されるが全体面積に対して35%〜65%の場合
0B:ほとんど大部分が脱離される場合
3.PCT(pressure cooker test)
基材を中心に両面がフッ素重合体でコーティングされた実施例及び比較例で製造された多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件が維持されるオーブンに25時間、50時間または75時間放置した後、接着力の変化を観察した。
4.ATR FTIRスペクトル(Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
ATR FTIRスペクトルを通じてフッ素重合体コーティング層へのプライマーの拡散程度を測定した。ATR(Attenuated Total Reflectance)法は、物質の表面を研究するのに使用され、試料のフッ素重合体コーティング層の表面に対して赤外線分光器を使用した。
(実施例1)
プライマーの製造
窒素雰囲気下の1L反応器にトルエン400gを入れ、温度を100℃に維持させた後、3口反応器上にスチレン16g、メチルメタクリレート(MMA)76gとブチルアクリレート(BA)24g及びグリシジルメタクリレート(GMA)84gのモノマーを準備し、他方には、トルエン30gにアゾ系開始剤であるV−65を10g溶かして、開始剤溶液を準備した。上記開始剤溶液を2時間徐々に滴下し、開始剤滴下開始時間3分後にモノマーを滴下し始めて、総2時間30分間徐々に滴下させた。開始剤滴下時間を基準として総5時間後反応を終了し、アクリル共重合体であるプライマーを製造した。
プライマーコーティング液の製造
製造されたプライマーとオキサゾリン硬化剤(日本触媒社WS−500、固形分40%)を10:1の比率で混合させた後、メチルエチルケトンとエタノール重量比1:1混合溶媒でプライマー固形分が5%になるように希釈し、プライマーコーティング液を製造した。
フッ素重合体コーティング層用コーティング液の製造
ジメチルホルムアミド(DMF、N,N−dimethyl formamide)400gに結晶化度が25%であり、溶融温度が165℃であるビニリデンフルオライド(VDF;Vinylidene fluoride)とクロロトリフルオロエチレン(CTFE;Chlorotrifluoro ethylene)の共重合体(P(VDF−CTFE))70g及び結晶化度が24%であり、溶融温度が130℃であるVDFとヘキサフルオロプロピレン(HFP;Hexafluoropropylene)の共重合体(P(VDF−HFP))30gを溶融させて、第1コーティング液を製造した。
また、上記とは別に、DMF 20gに顔料分散剤であるBYK111(BYK社)0.6g及び二酸化チタン(TiPure TS6200、デュポン社)60gを添加させ、さらに直径が0.3mmであるジルコニアビーズ(Zirconia bead)50gを入れた後、1,000rpmの速度で1時間撹拌させた後、ビーズを完全に除去し、ミールベイスを製造した。
製造されたミールベイス80.6gをあらかじめ製造した第1コーティング液に添加し、さらに撹拌し、フッ素重合体コーティング液を準備した。
プライマー層形成
ポリエチレンテレフタレート(PET、poly(ethylene terephthalate)、厚さ:250μm、Skyrol SG00L、SKC社)フィルムの上に上記で製造したプライマーコーティング液を塗布した。上記塗布は、厚さ間隔が6.86μmメイヤーバー(Mayer bar)を利用した。塗布後、約120℃のオーブンで約1分間乾燥させ、厚さ0.3μmのプライマー層を形成した。
フッ素重合体コーティング層形成
上記プライマーコーティング層上に上記で準備したフッ素重合体コーティング液をアプリケータを利用して乾燥後の厚さが約20μmになるように間隔を調節してコーティングした後、コーティングされた基材を180℃のオーブンで約2分間乾燥し、フッ素重合体コーティング層を形成した。その後、フッ素重合体コーティング層の反対面に同じくコーティングを行い、PETシートの両面にプライマー層を介してフッ素重合体コーティング層が形成されている多層フィルムを製造した。
(実施例2)
フッ素重合体コーティング層の厚さを10μmに調節したことを除いて、実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実施例3)
プライマーコーティング液の製造過程でプライマーとオキサゾリン硬化剤(日本触媒社WS−500、固形分40%)の混合比率を9:2.5に変更し、プライマーの固形分が5%になるようにしたことを除いて、実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実施例4)
プライマーコーティング液の製造過程でプライマーの固形分が20%になるようにしてプライマー層の厚さを1.4μmに形成したことを除いて、実施例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実施例5)
プライマーコーティング液の製造過程でプライマーの固形分が40%になるようにしてプライマー層の厚さを2.7μmに形成したことを除いて、実施例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(比較例1)
プライマー層を形成せず、基材上にフッ素重合体コーティング層を形成し、代わりに、実施例1で使用されたプライマー及びオキサゾリン硬化剤をフッ素重合体コーティング液に相溶化剤として添加したことを除いて、実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。フッ素重合体コーティング液への相溶化剤の添加量は、下記表1のようにプライマー層の厚さによる相溶化剤の量を換算し、プライマー層の厚さが0.3μmであるときに使用された分の量を使用した。
(比較例2)
プライマー層を形成せず、基材上にフッ素重合体コーティング層を形成し、代わりに、実施例3で使用されたプライマー及びオキサゾリン硬化剤をフッ素重合体コーティング液に相溶化剤として添加したことを除いて、実施例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。フッ素重合体コーティング液への相溶化剤の添加量は、上記表1のようにプライマー層の厚さによる相溶化剤の量を換算してプライマー層の厚さが0.3μmであるときに使用された分だけの量を使用した。
(比較例3)
プライマー層を形成せず、基材上にフッ素重合体コーティング層を形成し、代わりに、実施例4で使用されたプライマー及びオキサゾリン硬化剤をフッ素重合体コーティング液に相溶化剤として添加したことを除いて、実施例4と同一の方法で多層フィルムを製造した。フッ素重合体コーティング液への相溶化剤の添加量は、上記表1のようにプライマー層の厚さによる相溶化剤の量を換算してプライマー層の厚さが1.4μmであることに使用された分だけの量を使用した。
(実験例1)
上記実施例1〜5及び比較例1及び3の多層フィルムに対して、PCT(Pressure cooker test)を行った後に、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストをそれぞれ行った。具体的には、それぞれの多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件でそれぞれ25時間、50時間または75時間放置した後、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストを行い、剥離力の変化を評価した。評価結果は、下記表2及び表3に記述した。
上記表2及び表3に示されたように、プライマー層を含む本発明の実施例の多層フィルムの場合、プライマー層の厚さと関係なく、良好な接着力が得られることを確認することができ、PCTを75時間進行した後にも、やはり優れた接着力を示した。一方、プライマー層の代わりに、フッ素重合体コーティング層に相溶化剤であるアクリル共重合体を添加した場合、接着力が大きく劣化する点を確認した。したがって、相溶性プライマー層を形成する場合がフッ素重合体コーティング層に相溶化剤を適用する場合に比べてさらに良好な界面接着力を得ることができることを確認することができる。
(実験例2)
上記実施例1〜2の多層フィルムに対して、フッ素重合体コーティング層の表面でATR FTIRスペクトルを測定し、図3に示した。参考例としてプライマー層がないフッ素重合体単独層に対するATR FTIRスペクトル結果を図4に示した。
図3〜図4を参照すれば、本発明の実施例の多層フィルムの場合、フッ素重合体コーティング層の表面で図4では観察されない1700〜1750波長付近のアクリル共重合体の赤外線スペクトルが観察されることを確認することができる。ATR FTIRスペクトルは、表面から約5μm程度までの物質を検出することができるものであって、図3でアクリル共重合体の赤外線スペクトルが観察されるというのは、実施例1〜2でアクリル共重合体を含むプライマー層とアクリル共重合体を含まないフッ素重合体コーティング層をそれぞれコーティングして形成したにもかかわらず、プライマーの拡散効果によってフッ素重合体コーティング層で弱いアクリル共重合体のスペクトルが観察されることを意味するものである。すなわち、少なくともフッ素重合体コーティング層から約5μm深さまでプライマーが拡散しているということをATR FTIRスペクトルを通じて確認することができる。
また、実施例1及び2のスペクトルを通じて、同一の厚さのプライマー層の上にフッ素重合体コーティング層の厚さだけを異にしても、プライマーの拡散効果を調節することができることを確認することができる。すなわち、フッ素重合体コーティング層の厚さが厚い実施例1の場合、フッ素重合体コーティング層の表面に存在するプライマーの比率がフッ素重合体コーティング層の厚さが相対的に薄い実施例2の場合より少ないことを確認することができる。したがって、フッ素重合体コーティング層の厚さが薄いほど、フッ素重合体コーティング層の表面に存在する、すなわち拡散によって移動するプライマーの比率が高くなることを確認することができる。
(実験例3)
上記実施例3〜5の多層フィルムに対して、フッ素重合体コーティング層の表面でATR FTIRスペクトルを測定し、図5に示した。
図5を参照すれば、実施例3〜5の多層フィルムの場合にもやはり、フッ素重合体コーティング層の表面で図4では観察されない1700〜1750波長付近のアクリル共重合体の赤外線スペクトルが観察されることを確認することができる。また、実施例3〜5のスペクトルを通じて、同一の厚さのフッ素重合体コーティング層の場合、プライマー層の厚さを異にしてプライマーの段階的拡散効果を調節することができることを確認することができる。すなわち、プライマー層の厚さが薄い実施例3の場合、フッ素重合体コーティング層の表面に存在するプライマーの比率がプライマー層の厚さが相対的に厚い実施例5の場合より少ないことを確認することができる。したがって、プライマー層の厚さが厚いほど表面に存在するプライマーの比率が高くなることを確認することができる。
(実施例6〜8)
プライマーとして実施例4で使用したアクリル共重合体の代わりに、メチルメタクリレート/グリシジルメタクリレート/ブチルアクリレートの比率が40:40:20であり、それぞれ重量平均分子量が53,000、26,000または8,000であるアクリル共重合体を使用したことを除いて、実施例4と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(比較例4〜6)
フッ素重合体コーティング液に使用したアクリル共重合体をそれぞれ実施例6〜8のアクリル共重合体に代替したことを除いて、比較例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(比較例7〜9)
プライマーコーティング液の製造過程で実施例1で使用したアクリル共重合体及びオキサゾリン硬化剤の代わりに、それぞれスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(LG化学社、LG411)、ポリビニルアセテート(PVA)樹脂(Sekisui社、KS5Z)、カルボキシル末端アクリロニトリルブタジエンゴム(Nippon zeon社、Nipol1072)をメチルエチルケトンに固形分が20%になるように希釈し、プライマー層の厚さを1.4μmに形成したことを除いて、実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実験例4)
上記実施例6〜8及び比較例4及び9の多層フィルムに対して、PCT(Pressure cooker test)を行った後に、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストをそれぞれ行った。具体的には、それぞれの多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件でそれぞれ25時間、50時間または75時間放置した後、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストを行い、剥離力の変化を評価した。評価結果は、下記表4〜表6に記述した。
上記表4及び表5に示されたように、分子量が異なるプライマーを使用しても、プライマー層を具備する実施例6〜8の場合には、良好な接着力が得られるが、比較例4〜6のように、別途のプライマー層なしにプライマーコーティング液に使用されたアクリル共重合体及び硬化剤をフッ素重合体コーティング液に添加して使用する場合には、界面接着力が充分に得られないことを確認することができる。
また、上記表6に示されたように、フッ素重合体と非相溶性であるプライマー層を含む比較例7〜9の場合にも、フッ素重合体とプライマー間の拡散が起きないため、界面接着力が充分に得られないことを確認することができる。
(実験例5)
上記実施例6〜8の多層フィルムに対して、フッ素重合体コーティング層の表面でATR FTIRスペクトルを測定し、図6に示した。また、上記比較例4〜6の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを測定し、それぞれ実施例6〜8と対比したATR FTIRスペクトルを図7〜図9に示した。また、比較例7〜9の多層フィルムに対するATR FTIRスペクトルを測定し、図10〜図12に示した。
図6を参照すれば、プライマーの分子量が小さくなるにつれて、プライマーの拡散効果がさらに大きくなることを確認することができる。したがって、プライマーの分子量を調節することによって、プライマーの段階的拡散効果を調節することができることが分かる。
また、図7〜図9を参照すれば、同一の量のアクリル共重合体をそれぞれプライマー層及びフッ素重合体コーティング層に適用した実施例及び比較例を対比してみれば、プライマー層を含む実施例の場合がフッ素重合体コーティング層内に相溶化剤としてアクリル共重合体を含む比較例の場合よりフッ素重合体コーティング層の表面に存在するアクリルの比率が少ないことを確認することができる。すなわち、フッ素重合体とプライマーを分離してそれぞれコーティングする実施例の場合が、フッ素重合体とアクリル共重合体を混合して使用する比較例の場合よりプライマー物質であるアクリル共重合体のフッ素重合体コーティング層内の段階的分布を可能にして、フッ素重合体コーティング層の表面に存在するアクリル共重合体の比率を低減することができ、多層フィルムの耐候性をさらに向上させることができることが分かる。
図10〜図12を通じて、比較例7〜9のようにフッ素重合体と非相溶性であるプライマー層を含む場合には、アクリル共重合体のピークが観察されないことを確認することができ、フッ素重合体と非相溶性プライマー層との間の相互拡散効果が起きないことが分かる。
(実験例6)
上記実施例7の多層フィルムに対して、フッ素重合体コーティング層の表面層、中問層及び内部層のATR FTIRスペクトルをそれぞれ測定し、図13に示した。この際、ATR FTIR測定は、フッ素重合体コーティング層の表面層に対してATR FTIRを測定した後、刀で一部の表面層を切り出した後、中問層に対するATR FTIRを測定し、次いで、さらにカットした後、内部層に対するATR FTIRを測定した。図13には、フッ素コーティング層の表面層をA、中問層をB、プライマー層に近い内部層をCで表記した。
図13を参照すれば、フッ素コーティング層の表面から基材に近くなるにつれて、フッ素コーティング層の内部でもアクリル共重合体の含量が増加することを確認することができる。すなわち、フッ素コーティング層の表面に近いほど耐候性に優れたフッ素含量が最も多く、基材に近いほど接着力に優れたアクリル共重合体含量が多くなることが分かる。したがって、本発明の方法によれば、前述したような理想的な形態のプライマーの段階的拡散効果が現われる多層フィルムを提供することができることを確認することができる。
(実施例9)
プライマーとして非反応性アクリル共重合体であるローム・アンド・ハース社のPararoid B44を使用したことを除いて、実施例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(比較例10)
フッ素重合体コーティング液に使用されるアクリル共重合体の代わりに実施例9で使用したロームアンドハース社のPararoid B44を使用したことを除いて、比較例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実験例11)
上記実施例9及び比較例10の多層フィルムに対して、PCT(Pressure cooker test)を行った後に180度剥離強度及びクロス−ハッチテストをそれぞれ行った。具体的には、それぞれの多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件でそれぞれ25時間、50時間または75時間放置した後、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストを行い、剥離力の変化を評価した。評価結果は、下記表7及び表8に記述した。
上記表7及び表8に示されたように、反応性がない非反応性アクリル共重合体をプライマーとして使用した場合にもやはり良好な界面接着力を示すことを確認することができるが、一方、非反応性アクリル共重合体をプライマー層ではないフッ素重合体コーティング層に含む場合には、界面接着力が得られないことを確認することができる。
(実施例10)
プライマー製造過程でグリシジルメタクリレート50g、ヒドロキシメタクリレート34gを使用したことを除いて実施例1と同一の方法でプライマーを製造し、プライマーコーティング液の製造過程で硬化剤としてオキサゾリンの代わりにイソシアネート(DN980S、韓国愛敬油化社)をアクリル共重合体:イソシアネート=1:1の比率でメチルエチルケトンに希釈させたことを除いて、実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(比較例11)
フッ素重合体コーティング液に使用されるアクリル共重合体及び硬化剤の代わりに実施例10で使用したアクリル共重合体及び硬化剤を使用したことを除いて比較例3と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実験例8)
上記実施例10及び比較例11の多層フィルムに対して、PCT(Pressure cooker test)を行った後に180度剥離強度及びクロス−ハッチテストをそれぞれ行った。具体的には、それぞれの多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件でそれぞれ25時間、50時間または75時間放置した後、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストを行い、剥離力の変化を評価した。評価結果は、下記表9及び表10に記述した。
上記表9及び表10に示されたように、オキサゾリン硬化剤の代わりにイソシアネート硬化剤を添加してプライマー層を形成した場合にもやはり良好な界面接着力を示すことを確認することができるが、一方、プライマー層ではないフッ素重合体コーティング層に含む場合には、界面接着力が得られないことを確認することができる。
(実施例11〜14)
実施例1で使用したプライマーコーティング液の代わりにオキサゾリン基を有するアクリル共重合体(WS−500)を水に溶かして、それぞれ固形分が20%、10%、5%、1%になるように変更したことを除いて実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実施例15)
実施例11で使用したオキサゾリン基を有するアクリル共重合体(WS−500)の代わりにイソシアネート化合物であるDN980Sをプライマーとして使用したことを除いて実施例11と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実験例9)
上記実施例11〜15の多層フィルムに対して、PCT(Pressure cooker test)を行った後に180度剥離強度及びクロス−ハッチテストをそれぞれ行った。具体的には、それぞれの多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件でそれぞれ25時間、50時間または75時間放置した後、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストを行い、剥離力の変化を評価した。評価結果は、下記表11に記述した。
上記表11に示されたように、硬化剤とプライマーを区分して使用せず、プライマー層を形成した場合にもやはり良好な界面接着力を示すことを確認することができる。
(実施例16〜18)
基材としてポリエステルフィルムSkyrol SG00Lの代わりに水系アクリルプライマー処理されているSG82Lを使用し、プライマーコーティング液の製造過程においてはメチルエチルケトンに実施例1で製造したアクリル共重合体をそれぞれ固形分20%、10%または5%で希釈させてプライマー層を形成したことを除いて、実施例1と同一の方法で多層フィルムを製造した。
(実験例10)
上記実施例16〜18の多層フィルムに対して、PCT(Pressure cooker test)を行った後に180度剥離強度及びクロス−ハッチテストをそれぞれ行った。具体的には、それぞれの多層フィルムを2気圧、121℃及び100%R.H.の条件でそれぞれ25時間、50時間または75時間放置した後、180度剥離強度及びクロス−ハッチテストを行い、剥離力の変化を評価した。評価結果は、下記表12に記述した。
上記表12に示されたように、あらかじめ基材上に形成された水系アクリルプライマー層の上に相溶性プライマー層をコーティングして形成した構造の多層フィルムの場合にも、良好な界面接着力を得ることができることを確認することができる。
すなわち、上記実施例1〜18及び比較例1〜比較例8とそれに対する実験例を通じて、プライマー層をコーティングした後、フッ素重合体コーティング層を形成する構造を有する場合がプライマー層なしに相溶性物質をフッ素重合体コーティング液に添加してフッ素重合体コーティング層を形成した場合より界面接着力に優れていると同時に、さらに良好な耐久性を有することを確認することができる。また、フッ素重合体と非相溶性であるプライマーを含むプライマー層を含む場合には、相溶性であるプライマーを使用する場合に比べて界面接着力が劣化することを確認することができる。
上記のような結果は、プライマー層とフッ素重合体コーティング層との間の物質の段階的分布が可能になる拡散効果に起因するものであって、フッ素重合体と相溶性であるプライマー層を有する多層フィルムの場合、接着力及び耐久性を達成することができ、このようなプライマーの段階的拡散程度は、プライマー層の厚さ、フッ素重合体コーティング層の厚さ、プライマーの分子量、プライマーの種類、溶剤などを変更して調節可能であることが分かる。
以上、本発明の例示的な実施例を参照として本発明について詳細に説明したが、これらは、ただ例示的なことに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者ならこれから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができる。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は、添付の特許請求範囲の技術的思想によって定められなければならない。
10、20 多層フィルム
11 基材
12、12a、12b プライマー層
13、13a、13b フッ素重合体コーティング層

Claims (18)

  1. 基材(substrate)及び相溶化剤(Compatibilizer)を含まないフッ素重合体コーティング層を含む多層フィルムであって、
    上記多層フィルムが上記基材と上記フッ素重合体コーティング層との間に、フッ素重合体と相溶性を有する(メタ)アクリル系;ウレタン系;エーテルスルホン系;エーテルイミン系;アミド系;ポリエステル系;脂肪族ポリエステル系;ポリエステルウレタン系;(メタ)アクリルアミド系;ユリア系;ポリカーボネート系主鎖骨格;及び(メタ)アクリル系単量体、(メタ)アクリルアミド系単量体またはビニル系単量体を主成分として含む単量体混合物から誘導されるフリーラジカル付加重合体の主鎖骨格よりなる群から選択された1つ以上からなる主鎖骨格並びに双極子モーメント(dipole moment)を有する官能基を含むプライマーコーティング層を含み、
    さらに上記プライマーコーティング層は、メラミン化合物、オキサゾリン化合物、アジリジン基を含む化合物、イソシアネート化合物、アミン化合物及びアミド化合物よりなる群から選択された1つ以上の硬化剤を含み、
    上記フッ素重合体コーティング層は、ビニルフルオライドを重合された形態で含む共重合体;またはビニリデンフルオライドを重合された形態で含む共重合体;または前記のうち2種以上を含む混合物で、結晶化度が10%〜50%のフッ素系樹脂を含み、
    上記多層フィルムでは、上記フッ素重合体コーティング層でプライマーの段階的分布(Gradation)が現われ、2気圧、121℃及び100%R.H.の条件で75時間放置した後、ASTM D3002/D3359の規格に準拠して測定したクロスカットテストの結果が5Bである、多層フィルム。
  2. 上記官能基がカルボキシル基、スルホン酸基、アジリジン基、酸無水物基、アミン基、イソシアネート基、シアヌルアミド基(cyanuramide)、エポキシ基、ヒドロキシ基、エステル官能基、カルバメート官能基、アミド基、ユリア基、イミド基、ホスフェート基、リン酸基、オキサゾリン基、シアノ基、シアネート基及びイミン基よりなる群から選択された1つ以上である、請求項1に記載の多層フィルム。
  3. 上記プライマーコーティング層の厚さは、10〜5,000nmである、請求項1に記載の多層フィルム。
  4. 上記フッ素重合体の重量平均分子量は、50,000〜1,000,000である、請求項1に記載の多層フィルム。
  5. 上記フッ素重合体の融点が80℃〜175℃である、請求項1に記載の多層フィルム。
  6. 上記フッ素重合体コーティング層は、顔料、充填剤、UV安定剤、熱安定剤、分散剤及び障壁粒子よりなる群から選択された1つ以上をさらに含む、請求項1に記載の多層フィルム。
  7. 上記フッ素重合体コーティング層の厚さは、3〜50μmである、請求項1に記載の多層フィルム。
  8. 上記基材は、アルミニウム、鉄;またはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)の単一シート、積層シートまたは共押出物である、請求項1に記載の多層フィルム。
  9. 上記基材の少なくとも一面にプラズマ、コロナ、プライマー、アンカー剤、カップリング剤処理及び熱処理のうち選択された1つ以上の表面処理が施された、請求項1に記載の多層フィルム。
  10. 上記基材の厚さは、50〜500μmである、請求項1に記載の多層フィルム。
  11. 基材上に、メラミン化合物、オキサゾリン化合物、アジリジン基を含む化合物、イソシアネート化合物、アミン化合物及びアミド化合物よりなる群から選択された1つ以上の硬化剤を含む、フッ素重合体と相溶性を有するプライマーコーティング液をコーティングしてプライマーコーティング層を形成する段階と、
    上記プライマーコーティング層上に相溶化剤を含まないフッ素重合体コーティング用組成物をコーティングする段階とを含み、
    プライマーコーティング層のコーティング及びフッ素重合体のコーティング後、上記2つの層間の拡散が発生し、接着力が向上する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の多層フィルムの製造方法。
  12. 上記フッ素重合体コーティング用組成物は、非結晶性領域を有し、結晶化度が60%未満のフッ素重合体及び沸点が200℃以下の溶媒を含む、請求項11に記載の多層フィルムの製造方法。
  13. 上記沸点が200℃以下の溶媒は、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド及びジメチルアセトアミドよりなる群から選択された1つ以上を含む、請求項12に記載の多層フィルムの製造方法。
  14. 上記プライマーコーティング層のコーティング及びフッ素重合体のコーティング段階に引き続いて、各層を乾燥する段階をさらに行う、請求項11に記載の多層フィルムの製造方法。
  15. 乾燥は、200℃以下の温度で30秒〜30分間行う、請求項14に記載の多層フィルムの製造方法。
  16. 上記基材の少なくとも一面にプラズマ、コロナ、プライマー、アンカー剤、カップリング剤処理または熱処理をする段階をさらに行う、請求項11に記載の多層フィルムの製造方法。
  17. 請求項1に記載の多層フィルムを含む光電池用裏面シート。
  18. 請求項17に記載の光電池用裏面シートを含む光電池モジュール。
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