JP6783661B2 - 架橋性フルオロポリマー - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2014年2月28日に出願の欧州特許出願第14157171.1号に対する優先権を主張するものであり、この出願の全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
本発明は、架橋性フルオロポリマーの製造方法、前記架橋性フルオロポリマーおよびそれから得られる架橋したフルオロポリマー、前記架橋性フルオロポリマーまたは前記架橋したフルオロポリマーを含むフィルム、ならびに様々な用途での前記架橋したフルオロポリマーフィルムの使用に関する。
太陽電池パネルは、それらが、大気二酸化炭素または大気中の他の危険なガスの増加を引き起こすことなく光起電力効果によってクリーンな再生可能エネルギーを発生させることができるので、ここ数年精力的に研究されつつある。
太陽電池パネルは、商業的および住宅用途で発電し、電力を供給するためのより大きい光起電力システムの構成要素として用いることができる。
商業および家庭用途向けの様々な太陽電池パネルが提案されてきた。
太陽電池パネルは典型的には、電気的に接続され、そして支持構造上に取り付けられた太陽光発電モジュール一式で構成されている。光起電力モジュールは、太陽電池のパッケージされた相互接続アセンブリである。
太陽電池は典型的には、例えば金属またはガラス製であり得る基材と、前記基材上に配置された半導体活性層と、前記半導体活性層上に配置された透明および/または導電層とを含む。
工業的太陽電池は典型的には、単結晶シリコン、多結晶性シリコン、非晶質シリコン、CuInSe、CuInS、GaAs、CdS/CuS、CdS/CdTe、CdS/InP、およびCdTe/CuTe−ベースの多接合材料システムからできた半導体活性層を含む。
つい最近、他の技術が光起電力応用の分野で出現しつつあり、その中に、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池(DSSC)および量子ドット太陽電池を挙げることができる。
特に、色素増感太陽電池(DSSC)は、従来型光起電力デバイスの潜在的な代替手段になるためのそれらの低い生産コストおよび高いエネルギー変換効率のために現在高い関心を集めつつある。
太陽電池で使用するのに好適な組成物でのフルオロポリマー材料の使用は既に、当技術分野で公知である。
特に、太陽電池モジュールで使用するのに好適な保護フィルムとして光学的に透明なフルオロポリマーでできたトップコート層を含むフィルムを使用することは既に公知である。
保護フィルムは、熱、湿気から、および輸送中のあらゆる可能な環境暴露またはリスクから太陽電池モジュールを保護するために太陽電池モジュールで必要とされている。保護フィルムは典型的には、太陽光が太陽電池モジュール活性層に達することを可能にするために光学的に透明である。
しかし、当技術分野で公知のフルオロポリマーフィルムは、太陽電池の作動が危うくなるようにフィルム表面への機械的ストレスがフィルム透明性の損失をもたらすヘイズ効果を発生させるという欠点を有する。太陽電池モジュールは普通は、長時間自然環境に曝されるので、その保護フィルムを形成する材料は、それがいかなる可能な事象(雨、霰、風、砂など)からも太陽電池を保護することができるように優れた硬度、耐摩耗性および衝撃強度を有することが必須である。
さらに、当技術分野で公知のフルオロポリマー保護フィルムのいくつかは、太陽電池へのそれらの接合を確実にするために接着剤または特定の処理剤のいずれかの使用を必要とする。
また、DSSC、光シャッター、二次電池および超コンデンサなどのいくつかの電気化学デバイスにおいて、液体電解質の存在が、液体溶媒の漏洩および蒸発、付着色素の可能な脱着および対電極の腐食などのいくつかの問題を引き起こし、それらは、これらのデバイスの長期性能および実用的使用を制限する。
液体電解質の代わりに固体またはゲル材料を使用することによって液体電解質の蒸発および漏洩を低減するために、いくつかの方法が提案されてきた。主要な代替手段としては、レドックス対を組み込んだゲル材料が挙げられる。しかし、固体およびゲル電解質のイオン拡散および導電率特性は通常、液体電解質のそれ未満である。
フルオロポリマーへの(メタ)アクリル含有モノマーの組み込みによって、増加した分子量を有利にも有するフルオロポリマー網状構造へ容易に架橋し得る(メタ)アクリル変性フルオロポリマーを成功裡に製造することが可能であることが今見いだされた。
それによって提供される架橋したフルオロポリマーは、改善された耐化学薬品性および改善された機械的特性を両方とも有利に示すことが見いだされた。
第1の例において、本発明は、架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]の製造方法であって、前記方法が、
(A)フッ化ビニリデン(VDF)ならびに(I)および(II):
−C(O)−O−R (I)
−O−R (II)
(式中、Rは、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)
のいずれかの末端基を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含む少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]と、
(B)式(III)〜(V):
C=C(R)−C(O)−O−T (III)
C=C(R)−C(O)−NH−C(O)−O−T (IV)
C=C(R)−Z−C(O)−O−T (V)
(式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Tは、少なくとも1つの官能基を含むC〜C10炭化水素末端基であり、Zは、式(j)および(jj):
−NH−X−O−C(O)− (j)、および
−NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
のいずれかの結合基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基である)
のいずれかの少なくとも1つの(メタ)アクリル化合物[化合物(MA)]と
を反応させる工程を含む方法に関する。
本発明による架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]の製造方法は有利には、少なくとも1つのポリマー(F)のモノマー(H)中の式(I)および(II)のいずれかの末端基を、式(III)〜(V)のいずれかの少なくとも1つの化合物(MA)の末端基T中の官能基と反応させる工程を含む。
第2の例において、本発明は、本発明の方法によって得られる架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]に関する。
本発明の架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]は典型的には、フッ化ビニリデン(VDF)および式(III−A)〜(V−A):
−O−C(O)−C(R)=CR (III−A)
−O−C(O)−NH−C(O)−C(R)=CR (IV−A)
−O−C(O)−Z−C(R)=CR (V−A)
のいずれかの末端基(E)を含むペンダント側鎖を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマーH’]に由来する繰り返し単位を含み、式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Zは、式(j)および(jj):
−NH−X−O−C(O)− (j)、および
−NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
のいずれかの結合基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基である。
第3の例において、本発明は、
− 少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]と、
− 架橋助剤および架橋開始剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤と
を含む架橋性組成物[組成物(CC)]に関する。
第4の例において、本発明は、架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]の製造方法であって、前記方法が、
(i)基材を提供する工程と、
(ii)少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む液体組成物[組成物(L)]を提供する工程と、
(iii)工程(ii)で提供された組成物(L)を、工程(i)で提供された基材の少なくとも1つの表面上へ塗布し、それによってフィルムを提供する工程と、
(iv)任意選択的に、工程(iii)で提供されたフィルムを乾燥させる工程と
を含む方法に関する。
本発明の目的のためには、用語「フィルム」は、その長さまたはその幅のいずれかよりも小さい厚さを有する材料のフラットピースを意味することを意図する。
本発明はしたがってまた、本発明の方法によって得られる架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]に関する。
架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は典型的には、少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む。
架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は好ましくは、2重量%〜90重量%、好ましくは2重量%〜70重量%、より好ましくは2重量%〜50重量%の少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む。
本発明の目的のためには、用語「液体組成物[組成物(L)]」は、大気圧下に20℃で液体状態の少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]を含む組成物を意味することを意図する。
好適な溶媒(S)の非限定的な例としては、とりわけ、ポリマー(F)を溶解させることができるものが挙げられる。
本発明の第1実施形態によれば、架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]の製造方法は、
(i−1)基材を提供する工程と、
(ii−1)少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む液体組成物[組成物(L)]を提供する工程と、
(iii−1)工程(ii−1)で提供された組成物(L)を、工程(i−1)で提供された基材の少なくとも1つの表面上へ塗布し、それによってフィルムを提供する工程と、
(iv−1)工程(iii−1)で提供されたフィルムを乾燥させる工程と
を含む。
本発明のこの第1実施形態の方法によって得られる架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は典型的には、いかなる有機溶媒[溶媒(S)]も含まない。
本発明の第2実施形態によれば、架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]の製造方法は、
(i−2)基材を提供する工程と、
(ii−2)少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む液体組成物[組成物(L)]を提供する工程と、
(iii−2)工程(ii−2)で提供された組成物(L)を、工程(i−2)で提供された基材の少なくとも1つの表面上へ塗布し、それによってフィルムを提供する工程と
を含む。
本発明のこの第2実施形態の方法によって得られる架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は典型的には、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]をさらに含む。
本発明のこの第2実施形態の方法によって得られる架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は好ましくは、
− フィルム(FC)の総重量に対して、2重量%〜20重量%の少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]と、
− フィルム(FC)の総重量に対して、80重量%〜98重量%の少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]と
を含む。
基材の選択は特に制限されず、フィルム(FC)は、前記基材を含む単一アセンブリとして直接製造することができるかまたは組成物(L)を前記基材の表面上へ塗布することによって製造することができ、基材から前記フィルム(FC)を取り外し、個別化することができると理解される。
基材は、単層基材であってもよいしまたは、外層がガラス、ポリマーおよび金属からなる群から選択される材料でできている多層基材であってもよい。
第5の例において、本発明は、架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]を架橋させる工程を含む、架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の製造方法に関する。
本発明はしたがってさらに、本発明の方法によって得られる架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]に関する。
架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は典型的には、少なくとも1つの架橋したフルオロポリマー[ポリマー(FCC)]を含む。
架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は有利には、ポリマー(FC)のペンダント側鎖を架橋させることによって得られる。
架橋したフルオロポリマー[ポリマー(FCC)]は典型的には、ポリマー(FC)によって得られるフルオロポリマー鎖からなる1つもしくは複数のフルオロポリマー領域およびポリマー(FC)のペンダント側鎖の架橋によって得られる炭化水素鎖からなる1つもしくは複数の炭化水素領域を含む。
本発明の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の架橋密度の測定は、任意の好適な方法によって行うことができる。架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は典型的には、特有の温度で好適な溶媒中で膨潤し、質量の変化または容積の変化のいずれかが測定される。架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の架橋密度が高ければ高いほど、前記溶媒中での架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の膨潤はより大きい。
本発明の第1実施形態によれば、架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の製造方法は、
(i−1)基材を提供する工程と、
(ii−1)少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む液体組成物[組成物(L)]を提供する工程と、
(iii−1)工程(ii−1)で提供された組成物(L)を、工程(i−1)で提供された基材の少なくとも1つの表面上へ塗布し、それによってフィルムを提供する工程と、
(iv−1)工程(iii−1)で提供されたフィルムを乾燥させる工程と、
(v−1)工程(iv−1)で提供されたフィルムを架橋させる工程と
を含む。
本発明のこの第1実施形態の方法によって得られる架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は典型的には、いかなる有機溶媒[溶媒(S)]も含まない。
本発明の第2実施形態によれば、架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の製造方法は、
(i−2)基材を提供する工程と、
(ii−2)少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む液体組成物[組成物(L)]を提供する工程と、
(iii−2)工程(ii−2)で提供された組成物(L)を、工程(i−2)で提供された基材の少なくとも1つの表面上へ塗布し、それによってフィルムを提供する工程と、
(iv−2)工程(iii−2)で提供されたフィルムを架橋させる工程と
を含む。
本発明のこの第2実施形態の方法によって得られる架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は典型的には、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]をさらに含む。
本発明の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は特に、太陽電池モジュールで使用するのに特に好適である。
本発明の方法の好ましい実施形態によれば、本発明の方法の工程(i)下で、基材は、光起電力モジュールである。
第6の例において、本発明はしたがって、
(i’)光起電力モジュールを提供する工程と、
(ii’)少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または架橋性組成物[組成物(CC)]を含む液体組成物[組成物(L)]を提供する工程と、
(iii’)工程(ii’)で提供された組成物(L)を、工程(i’)で提供された光起電力モジュールの少なくとも1つの表面上へ塗布し、それによってフィルムを提供する工程と、
(iv’)任意選択的に、工程(iii’)で提供されたフィルムを乾燥させる工程と、
(v’)工程(iii’)または工程(iv’)のいずれかにおいて提供されたフィルムを架橋させる工程と
を含む太陽電池モジュールの製造方法に関する。
溶媒(S)は好ましくは、
(a)式(DE−I)のジエステルおよび式(EA−I)のエステル−アミド:
−OOC−Zde−COO−R (DE−I)
−OOC−Zea−CO−NR (EA−I)
(式中:
− 互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは独立して、C〜C20炭化水素基からなる群から選択され、
− 互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは独立して、水素、C〜C36炭化水素基(場合により置換された、RおよびRは、それらが結合している窒素原子を含む環状部分の一部であってもよいと理解され、前記環状部分は場合により置換されているおよび/または場合により1つもしくは2つ以上の追加のヘテロ原子を含む)、ならびにそれらの混合物からなる群から選択され、
− 互いに等しいかもしくは異なる、ZdeおよびZeaは独立して、鎖状もしくは分岐C〜C10二価アルキレン基である);
(b)脂肪族、脂環式または芳香族エーテルオキシド、より具体的には、ジエチルオキシド、ジプロピルオキシド、ジイソプロピルオキシド、ジブチルオキシド、メチルテルチオブチルエーテル(methyltertiobutylether)、ジペンチルオキシド、ジイソペンチルオキシド、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル ベンジルオキシド;ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF);
(c)エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルなどのグリコールエーテル;
(d)エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコールエーテルエステル;
(e)メチルアルコール、エチルアルコール、ジアセトンアルコールなどのアルコール;
(f)アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン;および
(g)イソプロピルアセテート、n−ブチルアセテート、メチルアセトアセテート、ジメチルフタレート、g−ブチロラクトンなどの鎖状または環状エステル;
(h)N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドおよびN−メチル−2−ピロリドンなどの鎖状または環状アミド、ならびに
(i)ジメチルスルホキシド
からなる群から選択される。
溶媒(S)はより好ましくは、上に定義されたような式(DE−I)のジエステルおよび式(EA−I)のエステルアミドからなる群から選択される。
式(DE−I)および(EA−I)中、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは好ましくは、C〜C20アルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキアリール、C〜C20アリールアルキル基、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
表現「C〜C20アルキル」は、その通常の意味に従って用いられ、それはとりわけ、1〜20個の炭素原子を、好ましくは1または2〜10個の炭素原子を有する鎖状、環状、分岐の飽和炭化水素鎖を包含する。
表現「C〜C20アリール」は、その通常の意味に従って用いられ、それはとりわけ、6〜12個の炭素原子を含む、芳香族単環もしくは多環基、好ましくは単環もしくは二環基、好ましくはフェニルまたはナフチル基を包含する。
表現「C〜C20アリールアルキル」は、その通常の意味に従って用いられ、それは、とりわけベンジル基などの、置換基として、1つもしくは2つ以上の芳香族単環もしくは多環基を含む鎖状、分岐もしくは環状の飽和炭化水素基を包含する。
表現「C〜C20アルキルアリール」は、その通常の意味に従って用いられ、それは、置換基として、1つもしくは2つ以上のアルキル基、例えば、1〜14個の炭素原子、好ましくは1つまたは2〜10個の炭素原子を有する1つもしくは2つ以上の鎖状、環状、分岐の飽和炭化水素鎖を含む芳香族単環もしくは多環基を包含する。
式(DE−I)および(EA−I)中、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは好ましくは、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、terブチル、sec−ブチル、2−エチル−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、シクロペンチル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、2−エチルヘキシル、sec−ヘプチル、3−メチル−ヘキシル、4−メチル−ヘキシル、1−エチル−ペンチル、2−エチル−ペンチル、3−エチル−ペンチル、n−オクチル、イソオクチル、3−メチル−ヘプチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、シクロヘキシル、フェニルおよびベンジル基からなる群から選択される。
式(EA−I)中、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは好ましくは、C〜C20アルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキアリール、C〜C20アリールアルキル基からなる群から選択され、すべての前記基は、場合により1つもしくは2つ以上の置換基を含み、場合により1つもしくは2つ以上のヘテロ原子を有し、そしてRおよびRの両方と、それらが結合している窒素原子とを含む環状部分について、前記環状部分は場合により、1つもしくは2つ以上のヘテロ原子、例えば酸素原子または追加の窒素原子を含む。
式(EA−I)中、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRはより好ましくは、メチル、エチル、ヒドロキシエチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、terブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ヘキシルおよびシクロヘキシル基からなる群から、最も好ましくはメチル、エチルおよびヒドロキシエチル基からなる群から選択される。
本発明の第1実施形態によれば、式(DE−I)中のZdeおよび式(EA−I)中のZeaは、分岐C〜C10二価アルキレン基である。
この第1実施形態によれば、式(DE−I)中のZdeおよび式(EA−I)中のZeaは好ましくは、
− 式MG−CH(CH)−CH−CH−またはMG−CH−CH−CH(CH)−のZMG基、
− 式ES−CH(C)−CH−、またはES−CH−CH(C)−のZES基および
− それらの混合物
からなる群から選択される。
この第1実施形態の変形によれば、組成物(L)は、
(a’)式(DE−I’)の少なくとも1つのジエステル、式(DE−I’’)の少なくとも1つのジエステルおよび、任意選択的に、式(DE−I’’’)の少なくとも1つのジエステル;または
(b’)式(EA−I’)の少なくとも1つのエステル−アミド、式(EA−I’’)の少なくとも1つのエステル−アミドおよび、任意選択的に、式(EA−I)の少なくとも1つのエステル−アミド;または
(c’)(a’)と(b’)との組み合わせ
を含み、
ここで:
− (DE−I’)は、R−OOC−ZMG−COO−Rであり、
− (EA−I’)は、R−OOC−ZMG−CO−NRであり、
− (DE−I’’)は、R−OOC−ZES−COO−Rであり、
− (EA−I’’)は、R−OOC−ZES−CO−NRであり;そして
− (DE−I’’’)は、R−OOC−(CH−COO−Rであり、
式中:
− ZMGは、式MG−CH(CH)−CH−CH−またはMG−CH−CH−CH(CH)−のものであり、
− ZESは、式ES−CH(C)−CH−、またはES−CH−CH(C)−のものであり;そして
式中、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは独立して、C〜C20アルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキアリール、C〜C20アリールアルキル基からなる群から選択され;
− 互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは、C〜C20アルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキアリール、C〜C20アリールアルキル基からなる群から選択され、すべての前記基は、場合により1つもしくは2つ以上の置換基を含み、場合により1つもしくは2つ以上のヘテロ原子を有し、そしてRおよびRの両方と、それらが結合している窒素原子とを含む環状部分について、前記環状部分は場合により、1つもしくは2つ以上のヘテロ原子、例えば酸素原子または追加の窒素原子を含む。
上述の式(DE−I’)、(DE−I’’)、(DE−I’’’)、(EA−I)、(EA−I’)および(EA−I’’)中、RおよびRは好ましくはメチル基であり、一方、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは好ましくは、メチル、エチルおよびヒドロキシエチル基からなる群から選択される。
この変形によれば、組成物(L)は、
(y)
− 70重量%〜95重量%の式(DE−I’)のジエステル、
− 5重量%〜30重量%の式(DE−I’’)のジエステル、および
− 0〜10重量%の、上に定義されたような、式(DE−I’’’)のジエステル
から本質的になるジエステル混合物;または
(yy)
− 70重量%〜95重量%の式(EA−I’)のエステル−アミド、
− 5重量%〜30重量%の式(EA−I’’)のエステル−アミド、および
− 0〜10重量%の、上に定義されたような、式(EA−I)のエステル−アミド
から本質的になるエステル−アミド混合物;または
(yyy)上に定義されたような、(y)と(yy)との混合物
を含んでもよい。
式(DE−I)中のZdeおよび/または式(EA−I)中のZeaが分岐している、有用なジエステルベースの混合物の非限定的な例は、商品名RHODIASOLV(登録商標)IRISで商業的に入手可能である。
RHODIASOLV(登録商標)IRIS溶媒は、エチルコハク酸ジメチルおよび2−メチルグルタル酸ジメチルから本質的に(80重量%超)なるジエステルの混合物である。
本発明の第2実施形態によれば、式(DE−I)中のZdeおよび式(EA−I)中のZeaは、C〜C10鎖状二価アルキレン基である。
この第2実施形態の変形によれば、組成物(L)は、
(k)式(DE−I)の少なくとも1つのジエステル、式(DE−I)の少なくとも1つのジエステルおよび式(DE−I)の少なくとも1つのジエステル;または
(kk)式(EA−I)の少なくとも1つのエステル−アミド、式(EA−I)の少なくとも1つのエステル−アミドおよび式(EA−I)の少なくとも1つのエステル−アミド;または
(kkk)(k)と(kk)との組み合わせ
を含み、
ここで:
− (DE−I)は、R−OOC−(CH−COO−Rであり、
− (DE−I)は、R−OOC−(CH−COO−Rであり、
− (DE−I)は、R−OOC−(CH−COO−Rであり、
− (EA−I)は、R−OOC−(CH−CO−NRであり、
− (EA−I)は、R−OOC−(CH−CO−NRであり、
− (EA−I)は、R−OOC−(CH−CO−NRであり、
式中、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは独立して、C〜C20アルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキアリール、C〜C20アリールアルキル基であり;
− 互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは、C〜C20アルキル、C〜C20アリール、C〜C20アルキアリール、C〜C20アリールアルキル基からなる群から選択され、すべての前記基は、場合により1つもしくは2つ以上の置換基を含み、場合により1つもしくは2つ以上のヘテロ原子を有し、そしてRおよびRの両方と、それらが結合している窒素原子とを含む環状部分について、前記環状部分は場合により、1つもしくは2つ以上のヘテロ原子、例えば酸素原子または追加の窒素原子を含む。
上述の式(DE−I)、(DE−I)、(DE−I)、(EA−I)、(EA−I)および(EA−I)中、RおよびRは好ましくはメチル基であり、一方、互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは好ましくは、メチル、エチルおよびヒドロキシエチル基からなる群から選択される。
この第2実施形態のある種の好ましい変形によれば、組成物(L)は、
(I)アジピン酸ジメチル、グルタル酸ジメチルおよびコハク酸ジメチルから本質的になるジエステル混合物;または
(II)HCOOC−(CH−CO−N(CH、HCOOC−(CH−CO−N(CH、およびHCOOC−(CH−CO−N(CHから本質的になるエステル−アミド混合物;または
(III)アジピン酸ジエチル、グルタル酸ジエチルおよびコハク酸ジエチルのジエステル混合物;または
(IV)HOOC−(CH−CO−N(CH、HOOC−(CH−CO−N(CH、およびHOOC−(CH−CO−N(CHから本質的になるエステル−アミド混合物;または
(V)アジピン酸ジイソブチル、グルタル酸ジイソブチルおよびコハク酸ジイソブチルの混合物;または
(VI)HOOC−(CH−CO−N(CH、HOOC−(CH−CO−N(CH、およびHOOC−(CH−CO−N(CHから本質的になるエステル−アミド混合物;または
(VII)それらの混合物
を含んでもよい。
セクション(l)下で上にリストされた変形の例示的な実施形態は、
− 9重量%〜17重量%のアジピン酸ジメチル
− 59重量%〜67重量%のグルタル酸ジメチル、および
− 20重量%〜28重量%のコハク酸ジメチル
から本質的になるジエステル混合物である。
式(DE−I)中のZdeおよび/または式(EA−I)中のZeaが鎖状である、有用なジエステルベースの混合物の非限定的な例は、商品名RHODIASOLV(登録商標)RPDEで商業的に入手可能である。
RHODIASOLV(登録商標)RPDE溶媒は、グルタル酸ジメチルおよびコハク酸ジメチルから本質的に(70重量%超)なるジエステルの混合物である。
本発明の組成物に使用することができる式(DE−I)のジエステルは、とりわけ欧州特許出願公開第1991519A号明細書(RHODIA OPERATIONS)2008年11月19日の教示に従って製造することができる。本発明の組成物に使用することができる式(EA−I)のエステル−アミドは、とりわけ国際公開第2011/154661号パンフレット(RHODIA OPERATIONS)2011年12月15日および米国特許出願公開第2011/0166025号明細書(RHODIA OPERATIONS)2011年7月7日の教示に従って製造することができる。
組成物(L)は、ジメチルスルホキシド(DMSO)および、任意選択的に、DMSOとは異なる1つもしくは複数の有機溶媒(S)をさらに含んでもよい。
組成物(L)がDMSOを含む場合、式(DE−I)の1つもしくは複数のジエステルおよび/または式(E−I)の1つもしくは複数のエステル−アミドとDMSOとの間の重量比は、典型的には1:99〜99:1の、好ましくは20:80〜80:20の、より好ましくは70:30〜30:70のものである。
組成物(L)が、DMSOとは異なる1つもしくは複数の有機溶媒(S)をさらに含む場合、前記組成物(L)中の有機溶媒(S)の量は、組成物(L)の総重量に対して、典型的には50重量%よりも低い、好ましくは25重量%よりも低い。
本発明の方法の工程(iii)下で、組成物(L)は、典型的には、キャスティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、ドクターブレーディング、スロットダイコーティング、グラビアコーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、スクリーン印刷、ブラシ、スキージー、泡アプリケータ、カーテンコーティングおよび真空コーティングからなる群から選択される加工技術を用いることによって、工程(i)で提供された基材の少なくとも1つの表面上へ塗布される。
本発明の方法の工程(iv)下で、工程(iii)で提供されたフィルムは、存在する場合、典型的には60℃〜200℃を含む温度で、好ましくは100℃〜180℃を含む温度で乾燥させられる。
架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は典型的には、UV線下のUV処理または熱処理のいずれかにより架橋させられる。
架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は有利には、UV線下のUV処理によって架橋させられる。
本発明の目的のためには、用語「UV線」は、可視光の波長よりも短い、しかし軟X線よりも長い波長の電磁放射線を意味することを意図する。それは、近UV(380〜200nm波長;省略形:NUV)、遠または真空UV(200〜10nm;省略形:FUVまたはVUV)、および極UV(1〜31nm;省略形:EUVまたはXUV)に細分することができる。200nm〜380nmの波長を有するNUVが、本発明の方法において好ましい。単色光か多色光かのいずれを用いることができる。
UV線は、任意の好適なUV線源によって本発明の架橋プロセスで提供することができる。本発明の方法のための好ましいUV線源は、水銀照明である。励起水銀蒸気から放射されるエネルギーのかなりの部分は、スペクトルの紫外部分にあることが知られている。低圧放電の場合には、供給される全エネルギーの半分超が、253.7nmで短波UV領域において放射される。高圧ランプは、365.0nmで長波UV領域においてそれらのエネルギーの約10%を放射するが、かなりの量がまた、より短い波長でも放射される。
UV処理は有利には、0℃〜150℃、好ましくは15℃〜60℃に含まれる温度で実施される。
熱処理は典型的には、60℃〜150℃、好ましくは100℃〜135℃に含まれる温度で実施される。
本発明の架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は有利には、光学的に透明である。
本発明の目的のためには、用語「光学的に透明な」とは、架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]が入射電磁放射線を散乱することなくそこを通過させることを意味する。
架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は有利には、約100nm〜約2500nmの、好ましくは約400nm〜約800nmの波長を有する入射電磁放射線に対して光学的に透明である。
架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は典型的には、15μm〜250μm、好ましくは20μm〜200μm、より好ましくは25μm〜150μmに含まれる厚さを有する。
本発明の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は有利には、光学的に透明である。
架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は有利には、約100nm〜約2500nmの、好ましくは約400nm〜約800nmの波長を有する入射電磁放射線に対して光学的に透明である。
本発明はまた、太陽電池モジュールでの保護フィルムとしての少なくとも1つの架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の使用に関する。
本発明の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は有利には、光放射線への良好な透明性、耐化学薬品性および耐酸化性、水不浸透性、異なる基材への完全な接着性を確実にし、そして同時に、太陽電池モジュールでの保護フィルムとして好適にも使用されるための優れた機械的特性を提供することが分かった。
本発明はしたがってさらに、上に定義されたような少なくとも1つの光起電力モジュールと少なくとも1つの保護フィルムとを含む太陽電池モジュールに関する。
光起電力モジュールは典型的には、導電性基材と光学的に透明な導電層との間に挟まれた半導体光活性層を含む。
本発明の目的のためには、用語「導電性基材」は、光起電力モジュールならびに下側電極用のベース部材を意味することを意図する。その材料の例としては、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシート、鉛めっきスチール、および樹脂フィルム、ならびにそれらの上に導電性層が形成されたセラミックスおよびガラスが挙げられる。上記の導電性基材上に、裏側反射層が、金属層、金属酸化物層、またはそれらの積層から形成され得る。金属層は、Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cuなどから形成することができる。金属酸化物層は、ZnO、TiO、SnO、In−SnO(ITO)などから形成することができる。金属層および金属酸化物層は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、または類似の方法によって形成され得る。
本発明の目的のためには、用語「半導体光活性層」は、光電気変換特性に恵まれた、そして光起電力変換を行うことができる層を意味することを意図する。そのような半導体光活性層を形成するために使用される具体的な材料としては、単結晶シリコン半導体、非単結晶シリコン半導体(例えば非晶質シリコン(a−Si)半導体または多結晶シリコン半導体)、CuInSe、CuInS、GaAs、CdS/CuS、CdS/CdTe、CdS/InP、およびCdTe/CuTeなどの化合物半導体および接合体、ならびにポリフェニレンビニレン、銅フタロシアニン(青色または緑色有機顔料)およびカーボンフラーレンのようなポリマーおよび小分子化合物などの有機半導体が挙げられる。
上記の半導体のいずれかで形成される半導体光活性層は一般に、「pn接合」、「pin接合」またはショトキー(Schottky)接合の積層構造を有する。
本発明の目的のためには、用語「導電性層」は、上側電極(すなわち、受光表面)を意味することを意図する。光学的に透明な導電性層で使用するのに好適な材料の具体的な例としては、In、SnO、In−SnO(ITO)、ZnO、TiO、CdSnO、とりわけフッ素ドープされた酸化スズ(SnO:F、または「FTO」)、ドープされた酸化亜鉛(例えば:ZnO:Al)のような、高濃度の不純物でドープされた結晶性半導体層、および例えば透明なポリマーマトリックス中に埋め込まれたカーボンナノチューブ網状構造のような、可撓性有機導体が挙げられる。
この層は、抵抗加熱蒸着、スパッタリング、吹き付け、化学蒸着(CVD)、不純物拡散、および類似の方法によって形成され得る。可撓性有機導体の場合には、積層、キャスティング、押出などの、典型的なポリマー加工技術がまた利用可能である。
グリッド型集電極が、発生電流を効率的に集めるために光学的に透明な導電性層上に提供されてもよい。集電極で使用するのに好適な材料の具体的な例としては、Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu、Sn、およびそれらの合金、ならびに銀ペーストなどの導電性ペーストが挙げられる。集電極は、マスクパターンを用いるスパッタリング、抵抗加熱、およびCVD;金属フィルム堆積およびパターン化のためのその後のエッチング;光支援CVDによる直接グリッド電極パターン形成;グリッド電極のネガティブパターンマスクの形成およびその後の金属めっき;導電性ペーストでの印刷、金属ワイヤの接合、および類似の方法によって形成され得る。導電性ペーストは一般に、ポリマーバインダー中の銀、金、銅、ニッケル、カーボンなどの粉末の分散系を含む。ポリマーバインダーとしては、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ゴム、ウレタン樹脂、およびフェノール樹脂が挙げられる。さもなければ、Cuなどの金属製のワイヤが、透明な導電層上に提供されてもよい。
太陽電池モジュールは一般に、光電流を抽出するための出力端子を備えている。出力端子は典型的には、それぞれ、導電基材および集電極と電気接続している。銅タブなどの金属片を、スポット溶接またははんだ付けによって導電基材に接続された、導電基材側での出力端子として使用することができる。他方では、金属は、導電ペーストまたははんだによって集電極に電気接続されてもよい。
太陽電池モジュールは典型的には、バック層をさらに含む。
本発明の目的のためには、用語「バック層」は、光起電力モジュールの導電基材と外装との間の電気絶縁性を維持することができる層を意味することを意図する。バック層は一般に、光起電力モジュールの導電基材との十分な電気絶縁性を確実にする可撓性材料でできている。
所望の電圧または電流に応じて光起電力モジュールを直列にまたは並列に接続することができる、上に定義されたような複数の太陽電池モジュールが提供されてもよい。
組成物(L)は、少なくとも1つの電解質塩をさらに含んでもよい。
本発明の方法によって得られる架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]はしたがって、少なくとも1つの電解質塩をさらに含んでもよい。
組成物(L)が少なくとも1つの電解質塩を含む場合、フィルム(FC)は典型的には、本発明の第2実施形態に従った方法によって得られる。
組成物(L)が少なくとも1つの電解質塩を含む場合、本発明の第2実施形態の方法によって得られるフィルム(FC)は典型的には、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]および少なくとも1つの電解質塩を含む組成物(L)をさらに含む。
フィルム(FC)の架橋によって得られる架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]はしたがってまた、少なくとも1つの電解質塩をさらに含んでもよい。
本発明の目的のためには、用語「電解質塩」は、導電性イオンを含む金属塩を意味することを本明細書では意図する。
様々な金属塩が電解質塩として用いられ得る。組成物(L)中で安定であり、そしてそれに可溶性である金属塩が一般に使用される。
好適な電解質塩の非限定的な例としては、とりわけ、MeI、Me(PF、Me(BF、Me(CIO、Me(ビス(オキサラト)ボレート)(「Me(BOB)」)、MeCFSO、Me[N(CFSO、Me[N(CSO、RがC、C、CFOCFCFであるMe[N(CFSO)(RSO)]、Me(AsF、Me[C(CFSO、Me(式中、Meは、金属、好ましくは遷移金属、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、より好ましくはMeは、Li、Na、K、Csであり、nは、前記金属の原子価であり、典型的にはnは、1または2である)、およびレドックス電解質が挙げられる。
電解質塩は好ましくは、次のもの:LiI、LiPF、LiBF、LiCIO、リチウムビス(オキサロト)ボレート(「LiBOB」)、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、RがC、C、CFOCFCFであるMe[N(CFSO)(RSO)]、LiAsF、LiC(CFSO、Liおよびそれらの組み合わせ、ならびにヨウ素/三ヨウ化物、ジスルフィド/チオレートおよびトリス(2,2’−ビピリジン)コバルト(II/III)レドックス対などのレドックス電解質から選択される。
したがって、第7の例において、本発明はまた、電気化学デバイスでの高分子電解質としての少なくとも1つの電解質塩をさらに含む少なくとも1つの架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の使用に関する。
電気化学デバイスでの高分子電解質として使用するのに好適な架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は典型的には、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]および少なくとも1つの電解質塩を含む組成物(L)をさらに含む。
電気化学デバイスでの高分子電解質として使用するのに特に好適な架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は好ましくは、
− フィルム(FCC)の総重量に対して、2重量%〜20重量%の、ポリマー(FC)によって得られるフルオロポリマー鎖からなる1つもしくは複数のフルオロポリマー領域およびポリマー(FC)のペンダント側鎖の架橋によって得られる炭化水素鎖からなる1つもしくは複数の炭化水素領域と、
− フィルム(FCC)の総重量に対して、80重量%〜98重量%の、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]および少なくとも1つの電解質塩を含む少なくとも組成物(L)と
を含む。
電解質塩は典型的には、0.01M〜5Mの濃度で少なくとも1つの溶媒(S)を含む組成物(L)中に存在する。
本発明の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]は、電気化学デバイスの製造中およびそれの運転中の両方で効果的に液体電解質を有利に組み込み、そして保持することが分かった。
好適な電気化学デバイスの非限定的な例としては、色素増感太陽電池、光シャッター、二次電池およびコンデンサが挙げられる。
本発明はしたがってさらに、上に定義されたような高分子電解質を含む色素増感太陽電池に関する。
色素増感太陽電池は典型的には、光起電力モジュールが典型的には、光学的に透明な導電層でできたフロント電極と、色素層をさらに含む半導体光活性層と、本発明の高分子電解質セパレータとバック電極とを含む、上に定義されたような太陽電池モジュールである。
好適な色素の非限定的な例としては、とりわけ、ルテニウムトリス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレ−ト)などのルテニウムおよびオスミウムベースの色素、ルテニウムシスジアクアビス(2,2’−ビピリジル−4,4’−ジカルボキシレ−ト)などのルテニウムシス−ジアクアビピリジル錯体、亜鉛テトラ(4−カルボキシフェニル)ポルフィリンなどのポルフィリン類、鉄−ヘキサシアニド錯体などのシアニド類およびフタロシアニン類が挙げられる。
色素増感太陽電池の光起電力モジュールは一般に、光学的に透明な導電層でできたフロント電極と半導体光活性層(前記半導体光活性層は、色素層でコートされている)とを組み立て、そして色素層とバック電極との間のギャップを本発明の高分子電解質で満たすことによって製造される。
ポリマー(F)は典型的には、フッ化ビニリデン(VDF)ならびに式(I)および(II):
−C(O)−O−R (I)
−O−R (II)
(式中、Rは、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)
のいずれかの末端基を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマー(H)]
の重合によって得られる。
ポリマー(F)は、水性懸濁重合法または水性乳化重合法のいずれかにより製造することができる。
ポリマー(F)は好ましくは、
− 水、
− 少なくとも1つの界面活性剤、および
− 任意選択的に、少なくとも1種の非官能性パーフルオロポリエーテル油
を含む重合媒体中で、少なくとも1種のラジカル開始剤の存在下で、フッ化ビニリデン(VDF)、上に定義されたような少なくとも1つのモノマー(H)ならびに、任意選択的に、1つまたは複数の他のフッ素化モノマー[モノマー(F)]および/または水素化モノマー[モノマー(H)]の水性乳化重合によって製造される。
重合圧力は、典型的には10バール〜45バール、好ましくは15バール〜40バール、より好ましくは20バール〜35バールの範囲である。
当業者は、とりわけ使用されるラジカル開始剤を考慮して重合温度を選ぶであろう。重合温度は一般に、80℃〜140℃、好ましくは95℃〜130℃を含む範囲で選択される。
上に詳述されたような乳化重合法は、当技術分野で記載されてきた(例えば、米国特許第4990283号明細書(AUSIMONT SPA(IT))1991年2月5日、米国特許第5498680号明細書(AUSIMONT SPA)1996年3月12日および米国特許第6103843号明細書(AUSIMONT SPA)2000年8月15日を参照されたい)。
ポリマー(F)は有利には、フッ化ビニリデン(VDF)および少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位の直鎖状配列を含む鎖状ポリマー[ポリマー(F)]である。
ポリマー(F)はしたがって典型的には、グラフトポリマーと区別できる。
ポリマー(F)は有利には、フッ化ビニリデン(VDF)および少なくとも1つのモノマー(H)に由来するランダムに分布した繰り返し単位の直鎖状配列を含むランダムポリマー[ポリマー(F)]である。
本出願人は、ポリマー(F)が、熱安定性および機械的特性などのポリマー(F)の他の傑出した特性を損なうことなく、ポリマー(F)中のモノマー(H)の低いレベルでさえも、それによって提供されるポリマー(FC)の架橋能力へのモノマー(H)の影響を有利にも最大限にすることを見いだした。
表現「ランダムに分布した繰り返し単位」は、モノマー(H)シーケンス(前記シーケンスは、VDFに由来する2つの繰り返し単位間に含まれている)の平均数(%)と、少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位の全平均数(%)との間のパーセント比を意味することを意図する。
少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位のそれぞれが分離されている、すなわちモノマー(H)に由来する繰り返し単位がVDFの2つの繰り返し単位の間に含まれている場合には、モノマー(H)シーケンスの平均数は、少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位の平均総数に等しく、その結果少なくとも1つのモノマー(H)に由来するランダムに分布した繰り返し単位の分率は100%である:この値は、少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位の完全ランダム分布に相当する。したがって、少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位の総数に対して少なくとも1つのモノマー(H)に由来する分離された繰り返し単位の数が大きければ大きいほど、少なくとも1つのモノマー(H)に由来するランダムに分布した繰り返し単位の分率の百分率値はより高くなるであろう。
ポリマー(F)はしたがって典型的には、ブロックポリマーと区別できる。
ポリマー(F)は典型的には、前記ポリマー(F)の繰り返し単位の総モルに対して、少なくとも70モル%、好ましくは少なくとも80モル%、より好ましくは少なくとも90モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は好ましくは、前記ポリマー(F)の繰り返し単位の総モルに対して、0.01モル%〜10モル%の少なくとも1つのモノマー(H)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、フッ化ビニリデン(VDF)とは異なる少なくとも1つのフッ素化モノマー[モノマー(F)]に由来する繰り返し単位をさらに含んでもよい。
用語「フッ素化モノマー[モノマー(F)]」とは、少なくとも1個のフッ素原子を含むエチレン性不飽和モノマーを意味することを本明細書では意図する。
好適なモノマー(F)の非限定的な例としては、とりわけ下記:
− テトラフルオロエチレン(TFE)およびヘキサフルオロプロピレン(HFP)などのC〜Cパーフルオロオレフィン;
− 式CH=CH−Rf0(式中、Rf0は、C〜Cパーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレン;
− クロロトリフルオロエチレン(CTFE)などのクロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−C〜Cフルオロオレフィン;
− パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)およびパーフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE)などの、式CF=CFORf1(式中、Rf1は、C〜Cパーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルビニルエーテル;
− 式CF=CFOX(式中、Xは、1つまたは複数のエーテル基を有するC〜C12オキシアルキル基またはC〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基、例えばパーフルオロ−2−プロポキシ−プロピル基である)の(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル;
(vi)式CF=CFOCFORf2(式中、Rf2は、C〜C(パー)フルオロアルキル基、例えば−CF、−C、−C、または、1つまたは複数のエーテル基を有するC〜C(パー)フルオロオキシアルキル基、例えば−C−O−CFである)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
− 式CF=CFOY(式中、Yは、C〜C12アルキル基もしくは(パー)フルオロアルキル基、C〜C12オキシアルキル基および1つまたは複数のエーテル基を有するC〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基であり、Yは、その酸、酸ハライドまたは塩形態で、カルボン酸またはスルホン酸基を含む)の官能性(パー)フルオロオキシアルキルビニルエーテル;
− フルオロジオキソール、特にパーフルオロジオキソール
が挙げられる。
最も好ましいモノマー(F)は、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)、テトラフルオロエチレン(TFE)およびヘキサフルオロプロピレン(HFP)である。
少なくとも1つの他のモノマー(F)が存在する場合、本発明のポリマー(F)は、前記ポリマー(F)の繰り返し単位の総モル数に対して、典型的には2モル%〜20モル%、好ましくは3モル%〜18モル%、より好ましくは4モル%〜15モル%の前記モノマー(F)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、モノマー(H)とは異なる少なくとも1つの水素化モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位をさらに含んでもよい。
用語「水素化モノマー[モノマー(H)]」とは、少なくとも1個の水素原子を含み、フッ素原子を含まないエチレン性不飽和モノマーを意味することを本明細書では意図する。
用語「少なくとも1つのフッ素化モノマー[モノマー(F)]」は、ポリマー(F)が1つまたは2つ以上のフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含んでもよいことを意味すると理解される。下記において、表現「フッ素化モノマー」は、本発明の目的のためには、複数形および単数形の両方で理解される、すなわち、それらが、上に定義されたような1つまたは2つ以上のフッ素化モノマーの両方を意味すると理解される。
用語「少なくとも1つの水素化モノマー[モノマー(H)]」は、ポリマー(F)が1つまたは2つ以上の水素化モノマーに由来する繰り返し単位を含んでもよいことを意味すると理解される。下記において、表現「水素化モノマー」は、本発明の目的のためには、複数形および単数形の両方で理解される、すなわち、それらが、上で定義されたような1つまたは2つ以上の水素化モノマーの両方を意味すると理解される。
ポリマー(F)は、半結晶性であっても非晶質であってもよい。
用語「半結晶性」は、ASTM D3418−08に従って測定されるように10〜90J/gの、好ましくは30〜60J/gの、より好ましくは35〜55J/gの融解熱を有するポリマーを意味することを本明細書では意図する。
用語「非晶質」は、ASTM D3418−08に従って測定されるように5J/g未満の、好ましくは3J/g未満の、より好ましくは2J/g未満の融解熱を有するポリマーを意味することを本明細書では意図する。
本発明のポリマー(F)のメルトフローインデックス(MFI)は、最終部品(例えば、フィルムまたはシート)を得るために選択される加工技術に関連して当業者によって選択されるであろう。
それにもかかわらず、ポリマー(F)は、有利には1〜50g/10分、好ましくは2〜30g/10分のASTM D1238(230℃、5Kg)に従って測定されるようなMFIを有するであろうと一般に理解される。
当業者は、ポリマー(FC)の使用の目標分野で必要とされる架橋密度を考慮してモノマー(H)に由来する繰り返し単位の適当な濃度を選択するであろう。それにもかかわらず、適切な架橋密度は、モノマー(H)に由来する繰り返し単位の量が、ポリマー(F)の繰り返し単位の総モルに対して、好ましくは少なくとも0.05モル%、より好ましくは少なくとも0.1モル%、さらに一層好ましくは少なくとも0.5モル%、さらにより好ましくは少なくとも1モル%である場合に有利に得られることが理解される。
モノマー(H)に由来する繰り返し単位の量は、ポリマー(F)の繰り返し単位の総モルに対して、好ましくは最大8モル%、より好ましくは最大7モル%、さらに一層好ましくは最大5モル%、さらにより好ましくは最大3モル%であろうことがまた理解される。
モノマー(H)は有利には、モノマー(H)である。
モノマー(H)は典型的には、式(I−A)の(メタ)アクリルモノマーおよび式(II−A)のビニルエーテルモノマー:
(式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Rは、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基であり、R’は、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)
からなる群から選択される。
モノマー(H)は好ましくは、上で定義されたような式(I−A)に従う。
モノマー(H)はより好ましくは、式(I−B):
(式中、R’およびR’は水素原子であり、R’は、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、R’’は、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)
に従う。
式(I−A)のモノマー(H)の非限定的な例としては、とりわけ、アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチルヘキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。
モノマー(H)はさらに一層好ましくは、下記:
− 式:
のアクリル酸(AA)、
− 式:
のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、
− 式:
のいずれかの2−ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA)、
− およびそれらの混合物
から選択される。
(メタ)アクリル化合物[化合物(MA)]は好ましくは、式(III’)〜(V’):
R’R’C=C(R’)−C(O)−O−T’ (III’)
R’R’C=C(R’)−C(O)−NH−C(O)−O−T’ (IV’)
R’R’C=C(R’)−Z’−C(O)−O−T’ (V’)
(式中、R’およびR’は水素原子であり、R’は、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、T’は、酸素、窒素および硫黄からなる群から選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む少なくとも1つの官能基を含むC〜C10鎖状もしくは分岐炭化水素末端基であり、Z’は、式(j)および(jj):
−NH−X−O−C(O)− (j)、および
−NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
のいずれかの結合基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基である)
のいずれかのものである。
式(III)〜(V)のいずれかの(メタ)アクリル化合物[化合物(MA)]の末端基T中の官能基は典型的には、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、イソシアネート基、カルボン酸基、アミン基、アリールエーテル基およびアルコキシシラン基からなる群から選択される。
化合物(MA)はより好ましくは、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、1−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(2−エトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、(3−メタクリルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−メタクリルオキシプロピル)ジメチルメトキシシラン、および(3−アクリルオキシプロピル)−トリメトキシシランからなる群から選択される。
架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]の製造方法は好ましくは、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]を含む液体媒体中で実施される。
架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]の製造方法は好ましくは、少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明の目的のためには、用語「活性化剤」は、ポリマー(F)の式(I)および(II)のいずれかの少なくとも1つの末端基と少なくとも1つの化合物(MA)との反応を活性化させることができる化合物を意味することを意図する。
本発明の方法の第1の好ましい実施形態によれば、本方法は、少なくとも1つのポリマー(F)(ここで、モノマー(H)は、Rが水素原子である、式(I)の末端基を含む)と、式(III)〜(V)(式中、Tは、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、好ましくはエチレンオキシド基、およびアミン基、好ましくは第一級アミン基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかの少なくとも1つの化合物(MA)とを反応させる工程を含む。
本発明のこの第1の好ましい実施形態の第1変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、塩化チオニル、二塩化オキサリルおよび無機酸からなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明のこの第1の好ましい実施形態の第2変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つの環状アルキルエーテル基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、アルキルアンモニウムハライドからなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明のこの第1の好ましい実施形態の第3変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのアミン基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、塩化チオニルおよび二塩化オキサリルからなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明の方法の第2の好ましい実施形態によれば、本方法は、少なくとも1つのポリマー(F)(ここで、モノマー(H)は、Rが少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である、式(I)および(II)のいずれかの末端基を含む)と、式(III)〜(V)(式中、Tは、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、好ましくはエチレンオキシド基、イソシアネート基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかの少なくとも1つの化合物(MA)とを反応させる工程を含む。
本発明のこの第2の好ましい実施形態の第1変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、有機スルホニルハライドからなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明のこの第2の好ましい実施形態の第2変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つの環状アルキルエーテル基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、アルキルアミン、好ましくは第三級アルキルアミンからなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明のこの第2の好ましい実施形態の第3変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのイソシアネート基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、有機スズ化合物からなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明のこの第2の好ましい実施形態の第4変形によれば、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのカルボン酸基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する場合、本方法は典型的には、無機酸からなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される。
本発明の架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]は好ましくは、フッ化ビニリデン(VDF)ならびに式(VI)〜(X):
−C(O)−O−Y−E (VI)
−C(O)−NH−Y−E (VII)
−[C(O)]−O−R−O−Y−E (VIII)
−[C(O)]−O−R−O−C(O)−NH−Y−E (IX)
−[C(O)]−O−R−O−C(O)−O−Y−E (X)
のいずれかのペンダント側鎖を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマー(H’)]に由来する繰り返し単位を含み、式(VI)〜(X)中、Yは、少なくとも1つの官能基を任意選択的に含む、C〜C10炭化水素結合基であり、Rは、少なくとも1つのヒドロキシル基を任意選択的に含む、C〜C炭化水素基であり、nは、0または1であり、Eは、式(III−A)〜(V−A):
−O−C(O)−C(R)=CR (III−A)
−O−C(O)−NH−C(O)−C(R)=CR (IV−A)
−O−C(O)−Z−C(R)=CR (V−A)
のいずれかの末端基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Zは、式(j)および(jj):
−NH−X−O−C(O)− (j)、および
−NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
のいずれかの官能基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基である。
式(VI)〜(X)のいずれかのペンダント側鎖の結合基Y中の好適な官能基の非限定的な例としては、とりわけ、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、イソシアネート基、カルボン酸基、アミン基、アリールエーテル基およびアルコキシシラン基が挙げられる。
本発明の架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]はより好ましくは、フッ化ビニリデン(VDF)ならびに式(VI’)〜(X’):
−C(O)−O−Y’−E’ (VI’)
−C(O)−NH−Y’−E’ (VII’)
−[C(O)]n’−O−R’−O−Y’−E’ (VIII’)
−[C(O)]n’−O−R’−O−C(O)−NH−Y’−E’ (IX’)
−[C(O)]n’−O−R’−O−C(O)−O−Y’−E’ (X’)
のいずれかのペンダント側鎖を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマー(H’)]に由来する繰り返し単位を含み、式(VI’)〜(X’)式中、Y’は、少なくとも1つの官能基を任意選択的に含む、C〜C10鎖状もしくは分岐炭化水素結合基であり、R’は、少なくとも1つのヒドロキシル基を任意選択的に含む、C〜C炭化水素基であり、n’は、0または1であり、E’は、式(III’−A)〜(V’−A):
−O−C(O)−C(R’)=CR’R’ (III’−A)
−O−C(O)−NH−C(O)−C(R’)=CR’R’ (IV’−A)
−O−C(O)−Z’−C(R’)=CR’R’ (V’−A)
のいずれかの末端基であり、式(III’−A)〜(V’−A)中、R’およびR’は水素原子であり、R’は、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Z’は、式(j)および(jj):
−NH−X−O−C(O)− (j)、および
−NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
のいずれかの結合基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基である。
本発明の架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]はさらに一層好ましくは、
− フッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と、
− 前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、0.01モル%〜10モル%の少なくとも1つのモノマー(H’)に由来する繰り返し単位と
を含む。
ポリマー(FC)は典型的には、前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、少なくとも70モル%、好ましくは少なくとも80モル%、より好ましくは少なくとも90モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(FC)は、前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、好ましくは少なくとも0.05モル%、より好ましくは少なくとも0.1モル%、さらに一層好ましくは少なくとも0.5モル%、さらにより好ましくは少なくとも1モル%の量で少なくとも1つのモノマー(H’)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(FC)は、前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、好ましくは最大8モル%、より好ましくは最大7モル%、さらに一層好ましくは最大5モル%、さらにより好ましくは最大3モル%の量で少なくとも1つのモノマー(H’)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、フッ化ビニリデン(VDF)とは異なる少なくとも1つのフッ素化モノマー[モノマー(F)]に由来する繰り返し単位をさらに含んでもよい。
少なくとも1つの他のモノマー(F)が存在する場合、本発明のポリマー(FC)は、前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モル数に対して、典型的には2モル%〜20モル%、好ましくは3モル%〜18モル%、より好ましくは4モル%〜15モル%の前記モノマー(F)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(FC)は、モノマー(H’)とは異なる少なくとも1つの水素化モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位をさらに含んでもよい。
本発明の方法によって得られるポリマー(FC)は、典型的に回収され、次に乾燥させられる。
乾燥は、改善雰囲気下で、例えば、不活性ガス下で、典型的にはとりわけ湿気を除いて(0.001%v/v未満の水蒸気含有量)行うことも、または真空下で行うこともできる。
乾燥は、室温(約25℃)でまたは25℃を超える温度で行うことができ、この後者の条件が一般に好ましい。
乾燥条件下に、化合物(MA)の種類の関数としてとりわけ水またはアルコールであり得る、少なくとも1つのポリマー(F)と少なくとも1つの化合物(MA)との反応によって生成した低分子量副生物は、ポリマー(FC)から少なくとも部分的に除去され、恐らく、熱と副生物除去との複合作用によって、前記少なくとも1つのポリマー(F)と前記少なくとも1つの化合物(MA)との追加の反応をさらに促進すると理解される。
当業者は、とりわけ、ポリマー(FC)を架橋させないことを考慮して乾燥温度を選択するであろう。
ポリマー(FC)は有利には、自己架橋を受け得る、すなわち、それはいかなる追加の架橋助剤および/または架橋開始剤の不在下にも硬化させることができるが、
− 少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]と、
− 架橋助剤および架橋開始剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤と
を含む架橋性組成物[組成物(CC)]を使用することが一般に好ましい。
架橋助剤は典型的には、式(XI):
−O−C(O)−C(R)=CR (XI)
(式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基である)
の少なくとも2つの末端基を含むポリ(メタ)アクリル化合物[化合物(PMA)]である。
化合物(PMA)は好ましくは、上に定義されたような式(I)の最大6つの末端基を含む。
化合物(PMA)はより好ましくは、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシル化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリス(アクリロオキシエチル)イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートおよびカプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートからなる群から選択される。
架橋開始剤は、光開始剤[開始剤(PI)]または熱開始剤[開始剤(TI)]であってもよい。
UV線の用量は、光開始剤[開始剤(PI)]のタイプおよび濃度の関数として当業者によって調節されることとなり;一般に、良好な結果は、少なくとも2J/cmの、好ましくは少なくとも5J/cmの放射線用量で得られた。
改善された硬化速度を達成し、そして分解反応を最小限にするために、架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]は、実質的に酸素を含まない雰囲気下でUV線を受けてもよい。典型的には、UV処理は、窒素雰囲気下で実施される。
光開始剤[開始剤(PI)]は典型的には、アルファ−ヒドロキシケトン、フェニルグリオキシレート、ベンジルジメチルケタール、アルファ−アミノケトンおよびビスアシルホスフィンからなる群から選択される。
アルファ−ヒドロキシケトンの中に、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパノンおよび2−ヒドロキシ−1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−メチル−1−プロパノンを挙げることができる。
フェニルグリオキシレートの中に、ベンゾイルギ酸メチル、オキシ−フェニル−酢酸2−[2−オキソ−2−フェニル−アセトキシ−エトキシ]−エチルエステルおよびオキシ−フェニル−酢酸2−[2−ヒドロキシ−エトキシ]−エチルエステルを挙げることができる。
ベンジルジメチルケタールの中に、アルファ,アルファ−ジメトキシ−アルファ−フェニルアセトフェノンを挙げることができる。
アルファ−アミノケトンの中に、2−ベンジル2−(ジメチルアミノ)−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノンおよび2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−(4−モルホリニル)−1−プロパノンを挙げることができる。
ビスアシルホスフィンの中に、ジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−ホスフィンオキシドを挙げることができる。
開始剤(PI)の中で、室温で液体であるものが好ましい。
特に良好な結果を与えるクラスの開始剤(PI)は、アルファ−ヒドロキシケトンのもの、具体的には2−ヒドロキシ−2メチルプロピルフェノンであった。
組成物(CC)中の開始剤(PI)の量は、特に制限されない。それは、組成物(CC)の総重量に対して、0.01重量%〜10重量%を含む量で一般に使用されるであろう。本発明の実施形態によれば、組成物(CC)は、組成物(CC)の総重量に対して、3重量%〜7重量%を含む量で少なくとも1つの開始剤(PI)を含む。
熱開始剤[開始剤(TI)]は典型的には、有機過酸化物からなる群から選択される。
組成物(CC)は恐らく、それらが光透過率を妨げないという条件で、さらなる添加剤および原料を含み得る。
参照により本明細書に援用される特許、特許出願、および刊行物のいずれかの開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合、本記載が優先するものとする。
本発明はこれから、以下の実施例に関連してより詳細に説明されるが、実施例の目的は、例示的なものであるにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
原材料
− 0.70モル%のHEAを含有するVDF−HEAポリマー[ポリマー(F−1)]
− 0.70モル%のAAを含有するVDF−AAポリマー[ポリマー(F−2)]
総平均モノマー(H)含有率の測定
ポリマー(F)中の総平均モノマー(H)含有率は、酸−塩基滴定によって測定した。1.0gのフルオロポリマーの試料を、約70℃の温度でアセトンに溶解させた。それに5mlの水を、ポリマーの凝固を避けるために激しい攪拌下に滴々添加した。酸性度の完全な中和までの0.01Nの濃度を有する水性NaOHでの滴定を次に、約−170mVでの中性転移で(with neutrality transition)、実施した。
実施例1:架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC−1)]の製造
9280g/当量のEW(2.7ミリ当量−CHCHOH;10.8アクリレート鎖/100000g/モル)を有するポリマー(F−1)(25g)を、85℃で350mlのメチルエチルケトンに溶解させ、還流冷却器、滴下漏斗、温度計および機械撹拌機を備えた、前もって火炎乾燥させた3つ口丸底フラスコに入れた。この溶液を75℃に加熱し、次に2−イソシアナトエチルメタクリレート(420mg、2.7ミリモル遊離−NCO)および触媒量(遊離−NCOに対して0.1モル%)のジ−tert−ブチルスズビスラウレート(10mlメチルエチルケトンに前もって溶解させた)を1分でそれに滴下した。無色透明の均一溶液が得られ、それを15時間75℃および800rpmで攪拌した。反応の進行を、残留−NCO基を定量的に測定するFT−IRによって監視した。転化が完了したらすぐに、粗混合物を1リットルの蒸留HOに注いだ。ポリマーは、白色固体として沈澱した。そのようにして得られたポリマーを次に、ブフナー漏斗上で追加の2リットルの蒸留HOで洗浄した。ポリマーを最後に、5時間60℃および20mmHg残圧で加熱オーブン中で乾燥させ、それによって24.1gの粉末状の、白色固体を得た。
転化率(出発アクリレートコモノマーの):FT−IR測定に基づいて96.6モル%。
活性サイト:10.4アクリレートサイト/100000g/モル(ポリマー(FC−1)の)。
EW:9430g/当量。
ウレタン−アクリレート変性:2.78%w/w
単離収率:95%。
実施例2:架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC−2)]の製造
9259g/当量のEW(0.216ミリ当量−COOH;8アクリレート鎖/100000g/モル)を有するポリマー(F−2)(2.0g)を、磁気攪拌機、冷却器、温度計および滴下漏斗を備えた、250mlの4つ口ガラス反応フラスコ中で20mlの酢酸エチルに溶解させた。反応器を、激しく攪拌しながら不活性雰囲気(N)中に置き、ポリマー(F−2)が完全に溶解するまで55℃に加熱した。反応器を次に20℃に冷却し、酢酸エチル(5ml)中の塩化チオニル(0.256g、2.16ミリモル)とピリジン(17μl、0.216ミリモル)との混合物を10分でそれに滴下した。混合物を次に、不活性雰囲気(N)下に3時間激しく攪拌しながら75℃に加熱し、マイクロガスコレクタを用いて発生HClガスの容積を測定することによってPVDFのカルボン酸基のアシルクロリド基への転化を追跡した。転化が完了したらすぐに、そのようにして得られた粗混合物を、副生物を除去するために0.2μmのPFPE膜で圧力下に濾過し、次に70℃および100mmHg残圧でロータリーエバポレーターで濃縮した。濃縮固体を15mlの酢酸エチルに溶解させ、不活性雰囲気(N)下に3時間激しく攪拌しながら75℃に加熱した。2mlの酢酸エチルに溶解させたヒドロキシプロピルアクリレート異性体(0.28g、2.16ミリモル)の混合物を約5分でそれに滴下した。HCl発生が停止したらすぐに、粗混合物を追加の5時間75℃で攪拌した。粗ポリマー混合物を次に、70℃および18mmHgの残圧で濃縮した。得られた固体ポリマーを最後に、酢酸エチルおよびCHClで洗浄し、4時間65℃で真空オーブン中で乾燥させ、それによって1.66gの淡黄色の、粉末状ポリマーを得た。
転化率(出発アクリルコモノマーの):60モル%。
単離収率:83%
EW:9401g/当量。
活性サイト:6.5アクリレートサイト/100000g/モル
ウレタン−アクリレート変性:1.67%w/w
比較例1
ポリマー(F1)(0.5g)を、20℃で20mlの酢酸エチルに溶解させた。混合物をペトリ皿に入れ、それに50mlのメチレン−4−4’ビスシクロヘキシルイソシアネート(0.02ミリモル、0.04ミリ当量−NCO)の10%v/v溶液および触媒としての10mlのジ−tert−ブチルスズビスラウレートの2%溶液を添加した。そのようにして得られた混合物を、大気圧で3時間55℃でオーブン中で加熱した。熱反応後に、溶媒を蒸発させ、ウレタン共有結合を持った架橋したポリマーからできたフィルムを、10mlの蒸留HOを添加することによってペトリ皿から回収した。湿ったフィルムを、50℃および10mmHg残圧で真空オーブン中で乾燥させた。それによって提供されたフィルムは、ポリマー(F1)が可溶性であった酢酸エチルおよびアセトンなどの他の溶媒に可溶ではなく、このようにフィルムを形成するポリマーが好適にも架橋していることを裏付けた。
実施例1および2のポリマー(FC−1)および(FC−2)を使用するフィルムの製造およびその架橋
実施例1および2に従って得られたポリマーのいずれかの試験体を、40℃の温度で3時間の攪拌後に、10重量%の濃度有する溶液を得るためにリン酸トリエチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびシクロペンタノンを含有する混合物に溶解させた。
(A)スピンコーティング
そのようにして得られた溶液をLaurell WS−650 LITE SERIESスピンコータ中に装着し、基材としてのシリコンウエハー上の非常に薄いポリマー層を得るためにシリコンウエハー基材上へ2000rpmの速度でスピンコーティングした。そのように得られたポリマー層を20分間85℃で乾燥させた。それぞれの実施例について、シリコンウエハー上の2つのポリマーフィルムを調製した。
それによって得られた試料はすべて、均質であった。試料の厚さは、Filmetrics F20装置を用いて測定した。
(B)架橋
得られたポリマーフィルムを、UV処理または熱処理にのいずれかによる架橋にかけた。
熱処理は、そのようにして得られたフィルムの試料を、20分間約125℃の温度で通風オーブン中で維持することにあった。
UV処理については、得られたフィルムの試料を、手順(A)に従って、しかし実施例1および2に従って得られたポリマーのいずれかと、架橋開始剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤とを含む組成物を使用して、各10秒の3工程に相当する30秒間試料を搬送する移動ベルトを備えたUVランプに基づく半自動クロスリンカー装置に通した。
架橋開始剤は、光開始剤(PI)からなる群から選択した。
(C)耐化学薬品性試験:
試料が架橋したかどうかを検証するために、純アセトンを架橋処理後のフィルム上に注いだ;そのような条件での不溶性を、好適な架橋の明らかな証拠であるとみなした。
結果を、ここで以下の表1にまとめる。
ここで上の表1の結果は、実施例1および2に従って得られるものなどの本発明によるポリマー(FC)が、比較例1に従って得られた架橋したポリマーと同じ程度までUV処理または熱処理のいずれかによる架橋に有効であることを十分に実証する。それに反して、VDF−HEAおよびVDF−AAポリマー(前記ポリマーは(メタ)アクリル末端基を含まない)は、架橋を受けない。

Claims (17)

  1. 架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]であって、
    − 前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、少なくとも90モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と、
    − 前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、0.01モル%〜10モル%の式(VI)〜(X):
    −C(O)−O−Y−E (VI)
    −C(O)−NH−Y−E (VII)
    −[C(O)]−O−R−O−Y−E (VIII)
    −[C(O)]−O−R−O−C(O)−NH−Y−E (IX)
    −[C(O)]−O−R−O−C(O)−O−Y−E (X)
    (式中、Yは、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、イソシアネート基、カルボン酸基、アミン基、アリールエーテル基およびアルコキシシラン基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を任意選択的に含む、C〜C10炭化水素結合基であり、Rは、少なくとも1つのヒドロキシル基を任意選択的に含む、C〜C炭化水素基であり、nは、0または1であり、Eは、式(III−A)〜(V−A):
    −O−C(O)−C(R)=CR (III−A)
    −O−C(O)−NH−C(O)−C(R)=CR (IV−A)
    −O−C(O)−Z−C(R)=CR (V−A)
    のいずれかの末端基である)
    のいずれかのペンダント側鎖を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマー(H’)]に由来する繰り返し単位と
    を含み、
    式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Zは、式(j)および(jj):
    −NH−X−O−C(O)− (j)、および
    −NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
    のいずれかの結合基であり、
    式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基であり、
    モノマー(H’ )が、式(I−A)の(メタ)アクリルモノマーおよび式(II−A)のビニルエーテルモノマー:
    (式中、互いに等しいかもしくは異なる、R 、R およびR のそれぞれは独立して、水素原子またはC 〜C 炭化水素基であり、R は、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC 〜C 炭化水素基であり、R’ は、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC 〜C 炭化水素基である)
    からなる群から選択される、架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]。
  2. 請求項1に記載の架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]の製造方法であって、前記方法が、
    (A)少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]であって、
    − 前記ポリマー(FC)の繰り返し単位の総モルに対して、少なくとも90モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と、
    − 前記ポリマー(F)の繰り返し単位の総モルに対して、0.01モル%〜10モル%の式(I)および(II):
    −C(O)−O−R (I)
    −O−R (II)
    (式中、Rは、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)
    のいずれかの末端基を含む少なくとも1つの官能性水素化モノマー[モノマー(H)]に由来する繰り返し単位を含む、ポリマー(F)と、
    (B)式(III)〜(V):
    C=C(R)−C(O)−O−T (III)
    C=C(R)−C(O)−NH−C(O)−O−T (IV)
    C=C(R)−Z−C(O)−O−T (V)
    (式中、互いに等しいかもしくは異なる、R、RおよびRのそれぞれは独立して、水素原子またはC〜C炭化水素基であり、Tは、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、イソシアネート基、カルボン酸基、アミン基、アリールエーテル基、およびアルコキシシラン基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含むC〜C10炭化水素末端基であり、Zは、式(j)および(jj):
    −NH−X−O−C(O)− (j)、および
    −NH−X−NHC(O)O−X’−O−C(O)− (jj)
    のいずれかの結合基であり、式中、互いに等しいかもしくは異なる、XおよびX’は独立して、C〜C20脂肪族基、C〜C40脂環式基およびC〜C50芳香族、アルキル芳香族またはヘテロ芳香族基からなる群から選択される炭化水素基である)
    のいずれかの少なくとも1つの(メタ)アクリル化合物[化合物(MA)]と
    を反応させる工程を含み、
    モノマー(H )が、式(I−A)の(メタ)アクリルモノマーおよび式(II−A)のビニルエーテルモノマー:
    (式中、互いに等しいかもしくは異なる、R 、R およびR のそれぞれは独立して、水素原子またはC 〜C 炭化水素基であり、R は、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC 〜C 炭化水素基であり、R’ は、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC 〜C 炭化水素基である)
    からなる群から選択される、方法。
  3. 前記方法が、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]を含む液体媒体中で実施される、請求項2に記載の方法。
  4. ポリマー(F)中のモノマー(H)が、式(I)(式中、Rは水素原子である)の末端基を含み、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、およびアミン基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する、請求項2または3に記載の方法。
  5. 化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する、請求項に記載の方法であって、前記方法が、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、塩化チオニル、二塩化オキサリルおよび無機酸からなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される方法。
  6. ポリマー(F)中のモノマー(H)が、式(I)および(II)(式中、Rは、少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)のいずれかの末端基を含み、化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、ヒドロキシル基、環状アルキルエーテル基、イソシアネート基およびカルボン酸基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する、請求項2または3に記載の方法。
  7. 化合物(MA)が、式(III)〜(V)(式中、Tは、少なくとも1つのイソシアネート基を含むC〜C10炭化水素末端基である)のいずれかを有する、請求項に記載の方法であって、前記方法が、有機スズ化合物からなる群から選択される少なくとも1つの活性化剤の存在下で実施される方法。
  8. 架橋性組成物[組成物(CC)]であって、
    − 請求項1に記載の少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]と、
    − 架橋助剤および架橋開始剤からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤と
    を含む架橋性組成物[組成物(CC)]。
  9. 請求項1に記載の少なくとも1つの架橋性フルオロポリマー[ポリマー(FC)]または請求項に記載の架橋性組成物[組成物(CC)]を含む架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]。
  10. いかなる有機溶媒[溶媒(S)]も含まない、請求項に記載の架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]。
  11. 少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]をさらに含む、請求項に記載の架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]。
  12. 溶媒(S)が、式(DE−I)のジエステルおよび式(EA−I)のエステル−アミド:
    −OOC−Zde−COO−R (DE−I)
    −OOC−Zea−CO−NR (EA−I)
    (式中:
    − 互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは独立して、C〜C20炭化水素基からなる群から選択され、
    − 互いに等しいかもしくは異なる、RおよびRは独立して、水素、C〜C36炭化水素基(場合により置換された、RおよびRは、それらが結合している窒素原子を含む環状部分の一部であってもよいと理解され、前記環状部分は場合により置換されているおよび/または場合により1つもしくは2つ以上の追加のヘテロ原子を含む)、ならびにそれらの混合物からなる群から選択され、
    − 互いに等しいかもしくは異なる、ZdeおよびZeaは独立して、鎖状もしくは分岐C〜C10二価アルキレン基である)
    からなる群から選択される、請求項11に記載のフィルム(FC)。
  13. 少なくとも1つの電解質塩をさらに含む、請求項11または12に記載の架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]。
  14. 請求項13のいずれか一項に記載の架橋性フルオロポリマーフィルム[フィルム(FC)]を、UV線下のUV処理または熱処理のいずれかにより、架橋させる工程を含む、架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の製造方法。
  15. 少なくとも1つの架橋したフルオロポリマー[ポリマー(FCC)]を含む、請求項14に記載の方法によって得られる架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]。
  16. 請求項15に記載の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の太陽電池モジュールにおける使用。
  17. 電気化学デバイスでの高分子電解質として、少なくとも1つの電解質塩を更に含む、請求項14に記載の架橋したフルオロポリマーフィルム[フィルム(FCC)]の使用。
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