JP6479990B2 - 光架橋性エチレン系樹脂組成物 - Google Patents
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Description
また、従来の発泡シートを梱包用のクッション材として用いた場合においても、内容物が微細またはもろい場合は、傷つき防止のため発泡シートの表面に柔軟性の向上が求められる。
発泡シートの柔軟化のために、発泡シート樹脂組成物に柔軟成分としてエチレン・α−レフィン共重合体やエチレン・極性モノマー共重合体等のエチレン系共重合体をブレンドした樹脂組成物も検討されている。しかし、このような樹脂組成物は有機過酸化物を含むため成形温度等の成形条件に制約が発生してしまう。
また、発泡シートに柔軟層を積層することも考えられるが、熱プレスまたは真空ラミネーター等を用いた高温での処理が必要となり、発泡セルがつぶされシール性が不十分になる傾向にあった。
ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が55以上95以下であるエチレン系共重合体と、
光架橋開始剤と、
架橋助剤と、
を含み、
上記架橋助剤の含有量が、上記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.1質量部以上2.0質量部未満である光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[2]
上記エチレン系共重合体が下記要件a1)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を含む上記[1]に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
a1)ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.860g/cm3以上0.895g/cm3以下である
[3]
上記エチレン系共重合体が下記要件b1)を満たすエチレン・極性モノマー共重合体(b)を含む上記[1]に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
b1)上記エチレン・極性モノマー共重合体(b)中の極性モノマー単位の含有量が8質量%以上35質量%以下である
[4]
上記光架橋開始剤がベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾイン、ベンゾイン誘導体、α−ヒドロキシアルキルフェノン類、オキシムエステル類、およびアントラキノン誘導体から選択される一種または二種以上を含む、上記[1]乃至[3]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[5]
上記光架橋開始剤がベンゾフェノンおよびベンゾフェノン誘導体から選択される少なくとも一種を含む上記[4]に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[6]
下記方法により算出されるゲル分率が30%以上である上記[1]乃至[5]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
(方法)
上記光架橋性エチレン系樹脂組成物を120℃で5分間混練し、120℃、0MPaで3分プレスし、120℃、10MPaで2分プレスし、冷却プレスにて10MPaで3分プレスすることで、厚さ0.5mmのシートを得る。次いで、得られた上記シートを10cm×10cmのサイズに裁断した後、295〜450nmの紫外線を照射強度100mW/cm2で10分間照射し、架橋シートを作製する。得られた上記架橋シート約1g(秤量値をA(g))に対して沸騰トルエンでのソックスレー抽出を10時間行い、得られた抽出液を30メッシュのステンレスメッシュでろ過し、上記ステンレスメッシュを110℃にて8時間減圧乾燥を行い、上記ステンレスメッシュ上の残存量B(g)を算出し、下記式を用いてゲル分率を算出する。
ゲル分率(質量%)=100×B/A
[7]
上記架橋助剤が、ジビニル芳香族化合物、シアヌレート化合物、ジアリル化合物、アクリレート化合物、トリアリル化合物、オキシム化合物およびマレイミド化合物から選択される一種または二種以上を含む、上記[1]乃至[6]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[8]
上記架橋助剤がシアヌレート化合物を含む、上記[7]に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[9]
上記エチレン系共重合体が以下の要件c1)をさらに満たす上記[1]乃至[8]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
c1)ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるMFRが0.1g/10分以上50g/10分以下である
[10]
上記エチレン系共重合体の含有量が、上記光架橋性エチレン系樹脂組成物全体を100質量%としたとき、50質量%以上である上記[1]乃至[9]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[11]
上記光架橋開始剤の含有量が、上記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.05質量部超過5.0質量部以下である上記[1]乃至[10]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[12]
下記方法により測定されるHAZEメーターにおける全光線透過率が80%以上である上記[1]乃至[11]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
(方法)
上記光架橋性エチレン系樹脂組成物を120℃で5分間混練し、120℃、0MPaで3分プレスし、120℃、10MPaで2分プレスし、冷却プレスにて10MPaで3分プレスすることで、厚さ0.5mmのシートを得る。次いで、得られた上記シートを白板ガラスで挟み、真空ラミネーターで100℃、真空下で2分プレスし、100℃、0.04MPaで3分プレスを行い、積層体を得る。得られた上記積層体に対し295〜450nmの紫外線を光量照射強度100mW/cm2で10分間照射し、架橋積層体を作製する。次いで、得られた上記架橋積層体の全光線透過率をJIS K7361−1に準じてHAZEメーターにより測定する。
[13]
上記エチレン・α−オレフィン共重合体(a)がさらに以下の要件a1')およびa2)を満たす上記[2]に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
a1')ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.865g/cm3以上0.884g/cm3以下である
a2)ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が60以上85以下である
[14]
上記エチレン・極性モノマー共重合体(b)がエチレン・酢酸ビニル共重合体を含む上記[3]に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[15]
シート状である上記[1]乃至[14]いずれか一つに記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
[16]
上記[15]に記載のシート状の光架橋性エチレン系樹脂組成物と、シート状の上記光架橋性エチレン系樹脂組成物とは異なる樹脂シート、金属基板、および透光性基板から選択される一種または二種以上のシート状部材とが積層されてなる積層体。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が55以上95以下であるエチレン系共重合体と、光架橋開始剤と、架橋助剤と、を含み、前記架橋助剤の含有量が、前記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.1質量部以上2.0質量部未満である。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物に用いられるエチレン系共重合体のASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度は55〜95であり、好ましくは60〜95であり、より好ましくは63〜90である。
エチレン系共重合体のショアA硬度は、エチレン系共重合体のエチレン単位の含有割合や密度を制御することにより、調整することができる。すなわち、エチレン単位の含有割合が高く密度が高いエチレン系共重合体は、ショアA硬度が高くなる。一方、エチレン単位の含有割合が低く密度が低いエチレン系共重合体は、ショアA硬度が低くなる。
ショアA硬度が上記上限値以下であると、光架橋性エチレン系樹脂組成物の柔軟性が向上し、パッキン等に用いる際のシール性が向上する。また、光架橋性エチレン系樹脂組成物の架橋性も向上し、クリープ性や耐熱性が良好となる。
ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるエチレン系共重合体のメルトフローレ−ト(MFR)は、好ましくは0.1〜50g/10分であり、より好ましくは0.5〜40g/10分、さらに好ましくは1.0〜35g/10分、特に好ましくは5.0〜25g/10分である。エチレン系共重合体のMFRは、重合反応の際の重合温度、重合圧力、並びに重合系内の共重合モノマーのモノマー濃度と水素濃度のモル比率等を調整することにより、調整することができる。
一方、MFRが上記上限値以下であると、分子量が高くなるためチルロール等のロール面への付着が起こり難くなり、剥離が容易となるため均一な厚みのシート成形がより容易となる。さらに、架橋性エチレン系樹脂組成物の架橋性が向上し、クリープ性がより良好となったり、パッキンとして使用した際に反発性が十分となり繰り返しのシール性がより良好となったりする。
本実施形態における光架橋性エチレン系樹脂組成物に用いられるエチレン・α−オレフィン共重合体は、エチレンと、炭素数3〜20のα−オレフィンとを共重合することによって得られる。α−オレフィンとしては、通常、炭素数3〜20のα−オレフィンを1種類単独でまたは2種類以上を組み合わせて用いることができる。中でも好ましいのは、炭素数が10以下であるα−オレフィンであり、とくに好ましいのは炭素数が3〜8のα−オレフィンである。このようなα−オレフィンの具体例としては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン等を挙げることができる。中でも、入手の容易さからプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−オクテンが好ましい。なお、エチレン・α−オレフィン共重合体はランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよいが、柔軟性の観点からランダム共重合体が好ましい。
ASTM D1505に準拠して測定されるエチレン・α−オレフィン共重合体の密度が、好ましくは0.860〜0.895g/cm3であり、より好ましくは0.863〜0.895g/cm3であり、さらに好ましくは0.865〜0.890g/cm3である。
エチレン・α−オレフィン共重合体の密度は、エチレン単位の含有割合とα−オレフィン単位の含有割合とのバランスにより調整することができる。すなわち、エチレン単位の含有割合を高くすると結晶性が高くなり、密度の高いエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。一方、エチレン単位の含有割合を低くすると結晶性が低くなり、密度の低いエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を太陽電池封止材として用いた場合には、ASTM D1505に準拠して測定されるエチレン・α−オレフィン共重合体の密度が、好ましくは0.865〜0.884g/cm3であり、より好ましくは0.866〜0.883g/cm3であり、さらに好ましくは0.866〜0.880g/cm3であり、特に好ましくは0.867〜0.880g/cm3である。エチレン・α−オレフィン共重合体の密度は、エチレン単位の含有割合とα−オレフィン単位の含有割合とのバランスにより調整することができる。すなわち、エチレン単位の含有割合を高くすると結晶性が高くなり、密度の高いエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。一方、エチレン単位の含有割合を低くすると結晶性が低くなり、密度の低いエチレン・α−オレフィン共重合体を得ることができる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を太陽電池封止材として用いた場合には、ASTM D2240に準拠して測定される、エチレン・α−オレフィン共重合体のショアA硬度は好ましくは60〜85であり、より好ましくは62〜83、さらに好ましくは62〜80、特に好ましくは65〜80である。エチレン・α−オレフィン共重合体のショアA硬度は、エチレン・α−オレフィン共重合体のエチレン単位の含有割合や密度を御することにより、調整することができる。すなわち、エチレン単位の含有割合が高く、密度が高いエチレン・α−オレフィン共重合体は、ショアA硬度が高くなる。一方、エチレン単位の含有割合が低く、密度が低いエチレン・α−オレフィン共重合体は、ショアA硬度が低くなる。
エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる、エチレンに由来する構成単位の含有割合は、好ましくは78〜93mol%であり、より好ましくは79〜93mol%であり、さらに好ましくは80〜90mol%である。エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる、炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位(以下、「α−オレフィン単位」とも記す)の含有割合は、好ましくは7〜22mol%であり、より好ましくは7〜21mol%であり、さらに好ましくは10〜20mol%である。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を太陽電池封止材として用いた場合には、エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる、エチレンに由来する構成単位の含有割合は、好ましくは80〜90mol%であり、より好ましくは80〜88mol%であり、さらに好ましくは82〜88mol%であり、とくに好ましくは82〜87mol%である。エチレン・α−オレフィン共重合体に含まれる、炭素数3〜20のα−オレフィンに由来する構成単位(以下、「α−オレフィン単位」とも記す)の含有割合は、好ましくは10〜20mol%であり、より好ましくは12〜20mol%であり、さらに好ましくは12〜18mol%、とくに好ましくは13〜18mol%である。
エチレン・α−オレフィン共重合体は、以下に示す種々のメタロセン化合物を触媒として用いて製造することができる。メタロセン化合物としては、例えば、特開2006−077261号公報、特開2008−231265号公報、特開2005−314680号公報等に記載のメタロセン化合物を用いることができる。ただし、これらの特許文献に記載のメタロセン化合物とは異なる構造のメタロセン化合物を使用してもよいし、二種以上のメタロセン化合物を組み合わせて使用してもよい。
メタロセン化合物を用いる重合反応としては、例えば以下に示す態様を好適例として挙げることができる。
本実施形態における光架橋性エチレン系樹脂組成物に用いられるエチレン・極性モノマー共重合体としては、例えば、エチレン・(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸メチル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸プロピル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸ブチル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸ヘキシル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル共重合体、エチレン・(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン・マレイン酸ジメチル共重合体、エチレン・マレイン酸ジエチル共重合体、エチレン・フマル酸ジメチル共重合体、エチレン・フマル酸ジエチル共重合体等のエチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体;エチレン・(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン・マレイン酸共重合体、エチレン・フマル酸共重合体、エチレン・クロトン酸共重合体等のエチレン・不飽和カルボン酸共重合体およびそれらの塩;エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・プロピオン酸ビニル共重合体、エチレン・酪酸ビニル共重合体、エチレン・ステアリン酸ビニル共重合体等のエチレン・ビニルエステル共重合体:エチレン・スチレン共重合体等から選択される一種または二種以上を挙げることができる。
光架橋開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体、チオキサントン、チオキサントン誘導体、ベンゾイン、ベンゾイン誘導体、α−ヒドロキシアルキルフェノン類、α−アミノアルキルフェノール類、アシルホスフィノキサイド類、アルキルフェニルグルオキシレート類、ジエトキシアセトフェノン、オキシムエステル類、チタノセン化合物、アントラキノン誘導体からなる群より選択される一種または二種以上を用いることができる。中でも、ベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾイン、ベンゾイン誘導体、α−ヒドロキシアルキルフェノン類、オキシムエステル類、アントラキノン誘導体が、架橋性がより良好な点で好ましく、ベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体、アントラキノン誘導体がさらに好ましく、ベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体が、透明性も良好なため最も好ましい。
ベンゾフェノン誘導体の中でも2―ヒドロキシベンゾフェノンは、後述するように紫外線吸収剤として用いられ、光を熱エネルギーに変換する作用を有する。本発明の光架橋開始剤は、2位に水酸基を有しないベンゾフェノン誘導体が望ましい。
ベンゾフェノンおよびベンゾフェノン誘導体の好ましい例として、ベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、4−フェノキシベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−メチルベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン等を挙げることができる。
アントラキノン誘導体の好ましい例として、2−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、1−クロロアントラキノン等を挙げることができる。
なお、本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を発泡シート樹脂組成物とブレンドして例えば押出成形をすることにより、発泡シートに柔軟性を付与することができる。
また、発泡シートに本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を押出ラミしたり;本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートに発泡シート樹脂組成物を押出ラミしたり;発泡シートのセルがつぶれないような低温で、本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートと発泡シートを熱プレスまたは真空ラミネーターを用いてラミネートしたりすること等により、本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートと発砲シートとの積層体を形成することができ、その結果、発泡シートに柔軟性を付与することができる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、架橋性をより向上させる観点から、架橋助剤を含む。
上記架橋助剤としては、例えば、ジビニル芳香族化合物、シアヌレート化合物、ジアリル化合物、アクリレート化合物、トリアリル化合物、オキシム化合物およびマレイミド化合物から選択される一種または二種以上を用いることができる。これらの中でも、架橋性が良好な点から、シアヌレート化合物が好ましい。
シアヌレート化合物としては、例えば、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート等が挙げられる。
ジアリル化合物としては、例えば、ジアリルフタレート等が挙げられる。
トリルアリル化合物としては、例えば、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル等が挙げられる。
オキシム化合物としては、例えば、p−キノンジオキシム、p−p'−ジベンゾイルキノンジオキシム等が挙げられる。
マレイミド化合物としては、例えば、m−フェニレンジマレイミド等が挙げられる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、後述するように樹脂組成物をシート状に成型加工した後、紫外線ないし可視光を照射して架橋させることができる。上記した架橋助剤であると、樹脂シートが固形状態を保ったままでも架橋反応が進行しやすいため、好ましい。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、さらにシランカップリング剤を含んでもよい。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物中のシランカップリング剤の含有量は、エチレン系共重合体100質量部に対して、0.1〜5質量部であることが好ましく、0.1〜4質量部であることがより好ましく、0.1〜3質量部であることが特に好ましい。
一方、シランカップリング剤の含有量が上記上限値以下であると、コストと性能のバランスがよく、透湿性の低下も防止できる。また、太陽電池封止材として用いた場合に、表面側透明保護部材、セル、電極、裏面側保護部材との密着性が良好となり、接着性も向上する。また、シランカップリング剤自体が縮合反応を起こし、太陽電池封止材に白い筋として存在し、製品外観が悪化することを抑制できる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、さらに有機過酸化物を含んでもよい。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物中の有機過酸化物の含有量は、エチレン系共重合体100質量部に対して、好ましくは1.0質量部未満であり、より好ましくは0.8質量部未満であり、さらに好ましくは0.5質量部未満である。
本実施形態の電子線架橋性エチレン系樹脂組成物中の有機過酸化物の含有量の下限は特に限定されないが、例えば、0.01質量部以上である。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、紫外線吸収剤、光安定化剤、および耐熱安定剤から選択される少なくとも一種の添加剤をさらに含有してもよい。これらの添加剤の配合量は、エチレン系共重合体100質量部に対して、0.005〜5質量部であることが好ましい。さらに、上記三種から選ばれる少なくとも二種の添加剤を含有することが好ましく、とくに、上記三種の全てが含有されていることが好ましい。上記添加剤の配合量が上記範囲にあると、光架橋の架橋反応を阻害することなく、耐候安定性、および耐熱安定性等を向上する効果を十分に確保できるので好ましい。
紫外線吸収剤は光を吸収し、光による架橋開始を阻害することがある。そのため、上記した紫外線吸収剤は配合量をエチレン系共重合体100質量部に対して、0.5質量部以下とすることが望ましい。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、以上詳述した諸成分以外の各種成分を、本発明の目的を損なわない範囲において、適宜含有させることができる。例えば、上記エチレン系共重合体以外の各種ポリオレフィン、スチレン系やエチレン系ブロック共重合体、プロピレン系重合体等が挙げられる。これらは、上記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.0001〜50質量部、好ましくは0.001〜40質量部含有されていてもよい。また、ポリオレフィン以外の各種樹脂、および/または各種ゴム、可塑剤、充填剤、顔料、染料、帯電防止剤、抗菌剤、防黴剤、難燃剤、架橋助剤、および分散剤等から選ばれる一種以上の添加剤を適宜含有することができる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、下記方法により算出されるゲル分率が30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、60%以上であることがさらに好ましく、65%以上であることが特に好ましい。本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物の上記ゲル分率の上限値は特に限定されないが、例えば、95%以下が好ましく、90%以下がより好ましい。
上記ゲル分率が上記下限値以上であると、光架橋性エチレン系樹脂組成物の架橋物の耐熱性がより良好となる。一方、ゲル分率が上記上限値以下であると、光架橋性エチレン系樹脂組成物の架橋物の柔軟性がより良好となる。
(方法)
上記光架橋性エチレン系樹脂組成物を120℃で5分間混練し、120℃、0MPaで3分プレスし、120℃、10MPaで2分プレスし、冷却プレスにて10MPaで3分プレスすることで、厚さ0.5mmのシートを得る。次いで、得られた上記シートを10cm×10cmのサイズに裁断した後、295〜450nmの紫外線を照射強度100mW/cm2で10分間照射し、架橋シートを作製する。得られた上記架橋シート約1g(秤量値をA(g))に対して沸騰トルエンでのソックスレー抽出を10時間行い、得られた抽出液を30メッシュのステンレスメッシュでろ過し、上記ステンレスメッシュを110℃にて8時間減圧乾燥を行い、上記ステンレスメッシュ上の残存量B(g)を算出し、下記式を用いてゲル分率を算出する。
ゲル分率(質量%)=100×B/A
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、下記方法により測定されるHAZEメーターにおける全光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがとくに好ましい。全光線透過率が上記下限値以上であると、得られるシートの透明性がより良好となる。また、本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を太陽電池封止材として用いた場合、得られる太陽電池モジュールはより一層高い光発電量を得ることができる。
(方法)
上記光架橋性エチレン系樹脂組成物を120℃で5分間混練し、120℃、0MPaで3分プレスし、120℃、10MPaで2分プレスし、冷却プレスにて10MPaで3分プレスすることで、厚さ0.5mmのシートを得る。次いで、得られた上記シートを白板ガラスで挟み、真空ラミネーターで100℃、真空下で2分プレスし、100℃、0.04MPaで3分プレスを行い、積層体を得る。得られた上記積層体に対し295〜450nmの紫外線を光量照射強度100mW/cm2で10分間照射し、架橋積層体を作製する。次いで、得られた上記架橋積層体の全光線透過率をHAZEメーターにより測定する。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物の光架橋は、従来公知の紫外線による光架橋法を用いることができる。光源としては、紫外用蛍光灯、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、カーボンアーク、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を挙げられる。照射強度は、20mW/cm2以上が好ましい。
また、光架橋性エチレン系樹脂組成物からなるシートの厚みや透過率により、照射強度および照射時間を変更することで、シートの架橋度を調整することが可能である。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物は、その全体形状がシート状であることも好ましい実施形態の一つである。光架橋性エチレン系樹脂組成物により構成されたシートの層の厚みは、通常0.01〜1.5mm、好ましくは、0.05〜1.2mm、より好ましくは0.1〜1.0mm、さらに好ましくは0.2〜1mm、特に好ましくは0.3〜0.9mm、最も好ましくは0.3〜0.8mmである。厚みがこの範囲内であると、紫外線照射による光架橋がより容易となる。
これらの中でも、以下の方法が最も好ましい実施形態である。はじめに、エチレン系共重合体と、光架橋開始剤と、必要に応じて、架橋助剤と、シランカップリング剤と、有機過酸化物と、紫外線吸収剤と、光安定化剤と、耐熱安定剤と、さらに必要に応じてその他添加剤とを、例えば、ポリ袋等の袋の中で人力でのブレンドや、ヘンシェルミキサー、タンブラー、スーパーミキサー等の攪拌混合機を用いてブレンドする。次いで、得られた光架橋性エチレン系樹脂組成物を、例えば、押出シート成形機のホッパーに投入し、溶融混練を行いつつ押出シート成形を行い、シート状の光架橋性エチレン系樹脂組成物を得る。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物はシート状とし、シート状の光架橋性エチレン系樹脂組成物と、シート状の光架橋性エチレン系樹脂組成物とは異なる樹脂シート、金属基板、および透光性基板等から選択される一種または二種以上のシート状部材(その他の層とも呼ぶ。)と、を積層することで積層体として用いることも好ましい態様の一つである。シート状の光架橋性エチレン系樹脂組成物とは異なる樹脂シートとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等により構成された樹脂シートが挙げられる。金属基板としては、シリコン基板、アルミニウム基板、銀基板、銅基板等が挙げられる。透光性基板としては、ガラス等が挙げられる。
光架橋性エチレン系樹脂組成物により構成された層と、その他の層との位置関係にはとくに制限はなく、本発明の目的との関係で好ましい層構成が適宜選択される。すなわち、その他の層は、2以上の光架橋性エチレン系樹脂組成物により構成された層の間に設けられてもよいし、積層体の最外層に設けられてもよいし、それ以外の箇所に設けられてもよい。また、光架橋性エチレン系樹脂組成物により構成された層の片面にのみその他の層が設けられてもよいし、両面にその他の層が設けられてもよい。その他の層の層数にとくに制限はなく、任意の数のその他の層を設けることができるし、その他の層を設けなくともよい。
その他の層を設ける場合における本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物により構成された層と他の層との積層方法についてはとくに制限はないが、キャスト成形機、押出シート成形機、インフレーション成形機、射出成形機等の公知の溶融押出機を用いて共押出して積層体を得る方法、あるいは予め成形された樹脂シート、金属基板、および透光性基板等から選択される一種または二種以上のシート状部材(その他の層とも呼ぶ。)の層上に光架橋性エチレン系樹脂組成物の層を溶融または加熱ラミネートして積層体を得る方法が好ましい。なお、加熱ラミネートする場合は、その他の層の形状が損なわれない程度であれば、加圧をすることができる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物の用途は特に限定されないが、太陽電池封止材として用いることが好ましい。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物を太陽電池封止材として用いた場合にも、エンボスを有することが有用である。また、太陽電池封止材として用いる場合には、光の透過を向上させるためにエンボスを消す必要がある。エンボスを消すためには、真空ラミネーターあるいはプレス成形機を用いて、例えば、ガラス/太陽電池封止材/太陽電池素子/太陽電池封止材/ガラスの構成で、真空ラミネーターであれば、80〜150℃程度の温度で、真空圧10Torr以下の条件で3〜6分間真空・加熱し;次いで、大気圧による加圧を1〜15分間程度行い、エンボス形状を消し上記積層体を一体化する。エンボスを有することで、太陽電池封止材(太陽電池封止材シート)の貯蔵弾性率を低下させるため、太陽電池封止材シートと太陽電池素子とを仮ラミネートする時に太陽電池素子等に対するクッションとなって、太陽電池素子の破損を防止することができる。
本実施形態の光架橋性エチレン系樹脂組成物により構成された太陽電池封止材(太陽電池封止材シートとも呼ぶ。)は、太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子を封止するために用いられる。
太陽電池モジュールは、例えば、通常、単結晶シリコン、多結晶シリコン等により形成された太陽電池素子を太陽電池封止材シートで挟み積層し、さらに、表裏両面を保護シートでカバーした結晶型太陽電池モジュールが挙げられる。とくに、太陽電池モジュール用保護シート(透明保護部材)/受光面側封止層/太陽電池素子/裏面側封止層/太陽電池モジュール用保護シート(透明保護部材)という構成が、光架橋を行う上では好ましい構成である。ここで、本実施形態の太陽電池封止材は上記受光面側封止層および裏面側封止層のいずれか一方、あるいは両方を形成するために用いられ、これらの封止層は光架橋性エチレン系樹脂組成物を架橋させることにより形成することができる。
ただし、本発明の好ましい実施形態の1つである太陽電池モジュールは、上記の構成には限定されず、本発明の目的を損なわない範囲で、上記の各層の一部を適宜省略し、または上記以外の層を適宜設けることができる。上記以外の層としては、例えば接着層、衝撃吸収層、コーティング層、反射防止層、裏面再反射層、および光拡散層等を挙げることができる。これらの層は、とくに限定はないが、各層を設ける目的や特性を考慮して、適切な位置に設けることができる。
太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子と、太陽電池素子を挟んで封止する一対の受光面側太陽電池封止材シートと裏面側太陽電池封止材シートを透明保護部材にて挟んだ積層体として備える。
太陽電池素子としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系、ガリウム−砒素、銅−インジウム−セレン、カドミウム−テルル等のIII−V族やII−VI族化合物半導体系等の各種太陽電池素子を用いることができる。
太陽電池モジュールにおいては、複数の太陽電池素子は、導線および半田接合部を備えたインターコネクタを介して電気的に直列に接続されている。
透明保護部材としては、ガラス板;アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素含有樹脂等により形成された樹脂板等が挙げられる。
本実施形態の太陽電池封止材シートは、透明保護部材に対して良好な接着性を示す。
その他保護部材(バックシート)としては、金属や各種熱可塑性樹脂フィルム等の単体もしくは多層のシートが挙げられる。例えば、錫、アルミ、ステンレススチール等の金属;ガラス等の無機材料;ポリエステル、無機物蒸着ポリエステル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィン等により形成された各種熱可塑性樹脂フィルム等が挙げられる。
裏面側保護部材は、単層であってもよく、複層であってもよい。
本実施形態の太陽電池封止材シートは、その他保護部材に対して良好な接着性を示す。
なお、その他保護部材は、光架橋を妨げない範囲において使用することができる。
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法が挙げられる。
まず、インターコネクタを用いて電気的に接続した複数の太陽電池素子を一対の受光面側太陽電池封止材シートと裏面側太陽電池封止材シートで挟み、さらにこれら受光面側太陽電池封止材シートと裏面側太陽電池封止材シートを透明保護部材の間に挟んで積層体を作製する。次いで、積層体に紫外線を照射して、受光面側太陽電池封止材シートと裏面側太陽電池封止材シート、受光面側太陽電池封止材シートと透明保護部材、裏面側太陽電池封止材シートと透明保護部材とを接着する。
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法では、紫外線を照射することにより太陽電池封止材を構成する光架橋性エチレン系樹脂組成物の光架橋をおこない、封止層を形成する。そのため、従来の加熱による熱架橋に比べて太陽電池モジュール製造過程における加熱温度や圧力を低く設定することができる。そのため、太陽電池モジュール製造過程において太陽電池封止材がはみ出し、太陽電池モジュール製造過程において太陽電池素子の割れや、薄膜電極のカケ等の発生を防ぐことができたりする。
[ショアA硬度]
エチレン系共重合体を190℃、加熱4分、10MPaで加圧した後、10MPaで常温まで5分間加圧冷却して3mm厚のシートを得た。得られたシートを用いて、ASTM D2240に準拠してエチレン系共重合体のショアA硬度を測定した。
ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件にてエチレン系共重合体のMFRを測定した。
試料0.35gをヘキサクロロブタジエン2.0mlに加熱溶解させて得られた溶液をグラスフィルター(G2)で濾過した後、重水素化ベンゼン0.5mlを加え、内径10mmのNMRチューブに装入した。日本電子社製のJNM GX−400型NMR測定装置を使用し、120℃で13C−NMR測定を行った。積算回数は8000回以上とした。得られた13C−NMRスペクトルより、共重合体中のα−オレフィン単位の含有割合を定量した。
酢酸ビニル含有量はJIS K6730に準拠して測定し、算出した。
ASTM D1505に準拠して、エチレン系共重合体の密度を測定した。
実施例および比較例で得られた光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートを10cm×10cmのサイズに裁断した後、岩崎電気株式会社製のアイスーパーUVテスターSUV−W151を用いて、295〜450nmの紫外線を照射強度100mW/cm2で10分間照射し、光架橋シートを作製した。作成した光架橋シートサンプル約1gを秤量し(秤量値をA(g))、沸騰トルエンでのソックスレー抽出を10時間行い、30メッシュでのステンレスメッシュでろ過後、メッシュを110℃にて8時間減圧乾燥を行い、メッシュ上の残存量B(g)を算出し、下記式を用いてゲル分率を算出した。
ゲル分率(質量%)=100×B/A
透明ガラス板と、実施例および比較例で得られた光架橋性エチレン系樹脂組成物の厚さ0.5mmのシートサンプルとを積層して、真空ラミネーターで100℃、真空下で2分プレスし、100℃、0.04MPaで3分プレスを行い仮の積層体を形成し、次いで上記と同様に光架橋を行い、透明ガラス板/シートサンプルの積層体である接着強度用サンプルを作製した。この接着強度用サンプルのシートサンプル層を15mm幅に切り、ガラスとの剥離強度(ガラス接着強度)を180度ピールにて測定した。測定には、インストロン社製の引張試験機(商品名「Instron1123」)を使用した。180度ピールにて、スパン間30mm、引張速度30mm/分で23℃にて測定を行い、3回の測定の平均値を採用した。
実施例および比較例で得られた光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートを、波長350〜800nmの範囲内において吸収域を有しない白板ガラスで挟み、真空ラミネーターで100℃、真空下で2分プレスし、100℃、0.04MPaで3分プレスを行い、白板ガラス/シートサンプル/白板ガラスの構成の積層体を得た。得られた積層体に対し295〜450nmの紫外線を光量照射強度100mW/cm2で10分間照射し、光架橋積層体を作製した。
次いで、日本電色工業製のHAZEメーター(商品名「NDH2000」)を使用し、JIS K7361−1に準じて上記光架橋積層体の全光線透過率を測定した。
実施例および比較例で得られた光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートと特開2014−122044号公報の実施例1と同様の方法で作製した発泡シートを所定の形状に切り出した。次いで、各シートを重ねて真空ラミネーター内に仕込み、80℃に温調したホットプレート上に載せて3分間減圧、大気圧下で2分間加熱し積層体を作成した。次いで、光架橋性エチレン系樹脂組成物のシート面から上記ゲル分率の測定と同様の条件で紫外線を照射し、光架橋した積層体を得た。
得られた光架橋積層体を、キャップ(30PPSTD)に装填して、パッキン付きキャップを得た。積層体の光架橋シート面を内容物側に配置した。ここで、上記光架橋積層体をパッキンとした。
720mlのワイン瓶に80℃の水を入れ、パッキン付きキャップをビン口に被せ、キャップシーラー(OCIM社製スーパーエルメティカ)にて打栓圧20kgにて閉栓した。
閉栓後、24時間常温で放置し、15kg・cmの力で開栓した。
15kg・cmの力で閉栓、開栓を200回繰り返し、光架橋積層体の変形を確認し、下記の基準で評価した。
○:光架橋積層体に変形なし
×:光架橋シートまたは発泡シートに変形あり
この密閉性評価により、光架橋性エチレン系樹脂組成物の柔軟性を評価した。
WO2012/046456の合成例6に基づいてエチレン・α−オレフィン共重合体1を合成した。物性を表1に示す。
WO2014/080856の合成例1を参考に、水素供給量を調整し、エチレン・α−オレフィン共重合体2を合成した。物性を表1に示す。
WO2012/046456の合成例3を参考に、1−オクテン供給量を調整し、エチレン・α−オレフィン共重合体3を合成した。物性を表1に示す。
WO2012/046456の合成例2を参考に、1−ブテン供給量、水素供給量を調整し、エチレン・α−オレフィン共重合体4を合成した。物性を表1に示す。
WO2012/046456の合成例3に基づいてエチレン・α−オレフィン共重合体5を合成した。物性を表1に示す。
WO2012/046456の合成例2を参考に、1−ブテン供給量、水素供給量を調整し、エチレン・α−オレフィン共重合体6を合成した。物性を表1に示す。
WO2012/046456の合成例3を参考に、1−オクテン供給量、水素供給量を調整し、エチレン・α−オレフィン共重合体7を合成した。物性を表1に示す。
エチレン・α−オレフィン共重合体1を100質量部に対し、光架橋開始剤として2−エチルアントラキノンを1.2質量部、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレートを1.5質量部配合した。
表2に示す通りの配合とした以外は、実施例1と同様に行い、厚さ0.5mmのシートを得た。得られたシートについての評価結果を表2に示す。
エチレン・α−オレフィン共重合体2を100質量部に対し、光架橋開始剤としてベンゾフェノンを0.7質量部、架橋助剤としてトリアリルイソシアヌレートを1.2質量部、シランカップリング剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを0.5質量部配合した以外は、実施例1と同様に行い、厚さ0.5mmのシートを得た。得られたシートについての評価結果を表3に示す。
表2に示す通りの配合とした以外は、実施例8と同様に行い、厚さ0.5mmのシートを得た。得られたシートについての評価結果を表3に示す。
一方で、比較例1〜7の光架橋性エチレン系樹脂組成物は架橋性(ゲル分率)、柔軟性(積層体での密閉性)、接着強度および透明性(光線透過率)等の各種特性のバランスに劣っていた。
上記密閉性評価における光架橋積層体の作製方法と同じ方法で、実施例2の光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートと、特開2014−122044号公報の実施例1と同様の方法で作製した発泡シートとからなる光架橋積層体を作製した。次いで、得られた光架橋積層体の発泡シートの発泡セルの形状を確認した。光架橋前後で発泡セルの大きさに変化はなかった。
実施例2の光架橋性エチレン系樹脂組成物のシートを上記ゲル分率の測定と同様の条件で光架橋させたシートと、特開2014−122044号公報の実施例1と同様の方法で作製した発泡シートを重ねて真空ラミネーター内に仕込み、150℃に温調したホットプレート上に載せて3分間減圧、大気圧下で5分間加熱し積層体を形成した。真空ラミネート後の発泡セルは、真空ラミネート前の発泡シートの発泡セルに対し小さくなっており、密閉性が低下していた。
Claims (16)
- ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が55以上95以下であるエチレン系共重合体と、
光架橋開始剤と、
架橋助剤と、
を含み、
前記架橋助剤の含有量が、前記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.1質量部以上2.0質量部未満である光架橋性エチレン系樹脂組成物であって、
前記エチレン系共重合体が下記要件b1)を満たすエチレン・極性モノマー共重合体(b)を含み、
前記光架橋開始剤がベンゾフェノン、2位に水酸基を有しないベンゾフェノン誘導体、ベンゾイン、ベンゾイン誘導体、オキシムエステル類、およびアントラキノン誘導体から選択される一種または二種以上を含む光架橋性エチレン系樹脂組成物。
b1)前記エチレン・極性モノマー共重合体(b)中の極性モノマー単位の含有量が8質量%以上35質量%以下である - 前記光架橋開始剤がベンゾフェノンおよびベンゾフェノン誘導体から選択される少なくとも一種を含む請求項1に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 前記エチレン系共重合体の含有量が、前記光架橋性エチレン系樹脂組成物全体を100質量%としたとき、50質量%以上である請求項1または2に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 前記エチレン・極性モノマー共重合体(b)がエチレン・酢酸ビニル共重合体を含む請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が55以上95以下であるエチレン系共重合体と、
光架橋開始剤と、
架橋助剤と、
を含み、
前記架橋助剤の含有量が、前記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.1質量部以上2.0質量部未満である光架橋性エチレン系樹脂組成物であって、
前記エチレン系共重合体が下記要件a1)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を含み、
前記エチレン系共重合体の含有量が、前記光架橋性エチレン系樹脂組成物全体を100質量%としたとき、50質量%以上である光架橋性エチレン系樹脂組成物。
a1)ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.860g/cm3以上0.895g/cm3以下である - 前記エチレン・α−オレフィン共重合体(a)がさらに以下の要件a1')およびa2)を満たす請求項5に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
a1')ASTM D1505に準拠して測定される密度が0.865g/cm 3 以上0.884g/cm 3 以下である
a2)ASTM D2240に準拠して測定されるショアA硬度が60以上85以下である - 前記光架橋開始剤がベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾイン、ベンゾイン誘導体、α−ヒドロキシアルキルフェノン類、オキシムエステル類、およびアントラキノン誘導体から選択される一種または二種以上を含む、請求項5または6に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 前記光架橋開始剤がベンゾフェノンおよびベンゾフェノン誘導体から選択される少なくとも一種を含む請求項7に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 下記方法により算出されるゲル分率が30%以上である請求項1乃至8いずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
(方法)
前記光架橋性エチレン系樹脂組成物を120℃で5分間混練し、120℃、0MPaで3分プレスし、120℃、10MPaで2分プレスし、冷却プレスにて10MPaで3分プレスすることで、厚さ0.5mmのシートを得る。次いで、得られた前記シートを10cm×10cmのサイズに裁断した後、295〜450nmの紫外線を照射強度100mW/cm2で10分間照射し、架橋シートを作製する。得られた前記架橋シート約1g(秤量値をA(g))に対して沸騰トルエンでのソックスレー抽出を10時間行い、得られた抽出液を30メッシュのステンレスメッシュでろ過し、前記ステンレスメッシュを110℃にて8時間減圧乾燥を行い、前記ステンレスメッシュ上の残存量B(g)を算出し、下記式を用いてゲル分率を算出する。
ゲル分率(質量%)=100×B/A - 前記架橋助剤が、ジビニル芳香族化合物、シアヌレート化合物、ジアリル化合物、アクリレート化合物、トリアリル化合物、オキシム化合物およびマレイミド化合物から選択される一種または二種以上を含む、請求項1乃至9いずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 前記架橋助剤がシアヌレート化合物を含む、請求項10に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 前記エチレン系共重合体が以下の要件c1)をさらに満たす請求項1乃至11いずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
c1)ASTM D1238に準拠し、190℃、2.16kg荷重の条件で測定されるMFRが0.1g/10分以上50g/10分以下である - 前記光架橋開始剤の含有量が、前記エチレン系共重合体100質量部に対して、0.05質量部超過5.0質量部以下である請求項1乃至12いずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 下記方法により測定されるHAZEメーターにおける全光線透過率が80%以上である請求項1乃至13いずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
(方法)
前記光架橋性エチレン系樹脂組成物を120℃で5分間混練し、120℃、0MPaで3分プレスし、120℃、10MPaで2分プレスし、冷却プレスにて10MPaで3分プレスすることで、厚さ0.5mmのシートを得る。次いで、得られた前記シートを白板ガラスで挟み、真空ラミネーターで100℃、真空下で2分プレスし、100℃、0.04MPaで3分プレスを行い、積層体を得る。得られた前記積層体に対し295〜450nmの紫外線を光量照射強度100mW/cm2で10分間照射し、架橋積層体を作製する。次いで、得られた前記架橋積層体の全光線透過率をJIS K7361−1に準じてHAZEメーターにより測定する。 - シート状である請求項1乃至14いずれか一項に記載の光架橋性エチレン系樹脂組成物。
- 請求項15に記載のシート状の光架橋性エチレン系樹脂組成物と、
シート状の前記光架橋性エチレン系樹脂組成物とは異なる樹脂シート、金属基板、および透光性基板から選択される一種または二種以上のシート状部材とが積層されてなる積層体。
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