JP6980803B2 - 粘着テープ - Google Patents

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Description

本発明は、例えば太陽電池等の発電装置において部材を固定する用途に有用な粘着テープに関する。
近年、温室効果ガスや環境汚染対策が必要とされている中で、低炭素社会の実現やエネルギーの国内安定供給のために、原油,石炭,天然ガス等の化石エネルギーに代替するエネルギーの開発が進められている。その中で、太陽光発電は、代替エネルギーの一つとして広がり続けている。太陽光発電の発電方法は様々あるが、発電効率が高い集光型太陽光発電が、日射量の多いサンベルト地帯向けに注目を集めている。
集光型太陽光発電は、太陽光を集光レンズを通して発電素子に集め電力に変換する発電方式であり、発電素子には高い熱がかかる。このとき発生した熱エネルギーの多くは電力に変換されるが、変換されない熱エネルギーは発電素子自体の温度を上昇させ、発電素子の変換効率を低下させる場合がある。さらに、太陽光発電装置は、長期間高温に晒されるので、部分的な絶縁不良やスポットの発熱により、発火が起こり得る。特に発電効率の高い集光型では、よりその危険性が高まる。
集光型太陽光発電装置の発電部を筐体に固定させる際は、粘着テープを使用することが作業性の点から好ましい。そして、発電素子の温度上昇を抑制するためには、粘着テープに熱伝導性を付与する必要がある。熱伝導性の粘着テープとしては、金属基材の表面に熱伝導性粒子を含む粘着剤を形成した粘着テープが代表的である。しかし、熱伝導性粒子を粘着剤に配合すると、粘着特性が低下する傾向にある。
また、先に述べた発火を防止するためには、粘着テープに難燃性を付与することが望ましい。難燃性を付与するためには、粘着テープの粘着剤に、例えば、ハロゲン系、有機リン系、窒素含有化合物(メラミン系)、金属水酸化物、アンチモン系、赤リン系等の難燃剤を配合して、粘着テープに難燃性を付与する方法が考えられる。しかし、ハロゲン系難燃剤は、焼却時に有毒な含ハロゲン系ガスを発生したり、金属を腐食させたりする。酸化アンチモンは、人体に悪影響を及ぼす恐れがあると指摘されている。金属水酸化物や窒素化合物は、粘着剤中に大量に配合しなければ難燃効果が得られず、粘着特性を低下させる。赤リン系難燃剤は、焼却時に有害なホスフィンガスを発生する。ポリリン酸アンモニウムやポリリン酸メラミン等のイオン性難燃剤は、耐電解腐食性を低下させる原因となる。液状リン酸エステル系難燃剤は、粘着剤層を可塑化して凝集力を低下させる。リン酸エステル系難燃剤は、粘着剤層表面に難燃剤が析出して、粘着特性を低下させ、外観を損ねる。すなわち、いずれの難燃剤についても問題を有している。したがって、難燃剤を使用せずに粘着テープに難燃性を付与できる方法があれば、それが理想的である。
特許文献1では、導電性フィラーと、赤リン、縮合リン酸エステル、メラミンシアヌレート等の特定の難燃剤とを含有する導電性接着性組成物が開示されている。そして、この導電性接着性組成物は高い難燃性と導電性を有すると説明されている。しかし、このような難燃剤を使用することは先に述べた理由から望ましくない。さらに、難燃剤(無機材料)と導電性フィラーの両方を添加するので無機材料全体の添加量が多くなり、粘着特性が低下し、長期間の使用に耐えられないと考えられる。
特許文献2では、難燃剤を含有せず、特定の2種の樹脂を含有する薄い粘着剤層を有する難燃粘着シートが開示されている。そして、この難燃粘着シートは優れた難燃性と高い粘着力を有すると説明されている。しかし、この難燃粘着シートは粘着剤層を薄くすることによって難燃性を付与したものなので、十分な接着性を発現しない恐れがある。例えば太陽光発電装置等の用途に粘着テープを使用する場合は、高温に曝されても高い粘着力を長期間維持する必要がある。しかし、この特許文献2の粘着シートのように粘着層が薄いと、粘着層が僅かに劣化しただけで粘着力が低下するので好ましくない。また特許文献2では、熱伝導性については検討されていない
特開2004−231792号公報 国際公開第2013/042560号
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決する為になされたものである。すなわち本発明の目的は、難燃性、熱伝導性及び接着性に優れる粘着テープを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、導電性基材の厚さと粘着剤層の総厚さとのバランスを調整し、且つ導電性フィラーの含有量を調整することが非常に有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の一形態は、導電性フィラーを含む粘着剤層を導電性基材の両面に有する粘着テープであって、
粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が2未満であり、
導電性基材の厚さ(A)が40μm以上であり、粘着剤層の総厚さ(B)が10μm以上、200μm以下であり、
導電性フィラーの含有量が粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して80質量部以上、150質量部以下である
粘着テープである。
本発明の他の形態は、
導電性フィラーを含む粘着剤層を導電性基材の両面に有する粘着テープであって、
粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が2未満であり、
導電性基材の厚さ(A)が40μm未満であり、粘着剤層の総厚さ(B)が10μm以上、80μm未満であり、
導電性フィラーの含有量が粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して80質量部以上、300質量部以下である
粘着テープである。
本発明の粘着テープは、難燃性と熱伝導性に優れている。しかも、長時間高い粘着力を維持することができるほど高い接着性を有する。したがって、そのような特性が必要な分野における様々な用途、例えば発電装置、特に集光型太陽光発電装置において、発電部を筐体に固定させる用途に有用である。
<粘着剤層>
本発明に用いる粘着剤層は、導電性基材の両面に設けられる。粘着剤層に用いる粘着剤は、特に限定されない。具体例としては、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ウレタン系粘着剤等が挙げられる。中でも、安価で且つ耐熱性に優れる点から、アクリル系粘着剤が好ましい。
アクリル系粘着剤を構成するアクリル系共重合体(Ac)の種類は特に制限されないが、炭素原子数が1〜3のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Ac1)、炭素原子数が4〜12のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Ac2)、カルボキシル含有モノマー(Ac3)、水酸基含有モノマー(Ac4)、及び、酢酸ビニル(Ac5)をポリマー鎖の構成成分として含むアクリル系共重合体が好ましい。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Ac1)の具体例としては、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)アクリレートが挙げられる。中でも、メチル(メタ)アクリレートが好ましい。(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Ac1)の含有量は、アクリル系共重合体(Ac)の構成成分(単量体単位)100質量%中、好ましくは20質量%以下、より好ましくは16質量%以下、特に好ましくは2〜15質量%である。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Ac2)の具体例としては、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレートが挙げられる。中でも、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートが好ましい。(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Ac2)の含有量は、アクリル系共重合体(Ac)の構成成分(単量体単位)100質量%中、好ましくは50〜97質量%であり、より好ましくは65〜90質量%である。
カルボキシル基含有モノマー(Ac3)の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、2−カルボキシ−1−ブテン、2−カルボキシ−1−ペンテン、2−カルボキシ−1−ヘキセン、2−カルボキシ−1−ヘプテンが挙げられる。中でも、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、アクリル酸がより好ましい。カルボキシル含有モノマー(Ac3)の含有量は、アクリル系共重合体(Ac)の構成成分(単量体単位)100質量%中、好ましくは3.5〜15質量%、より好ましくは7〜12質量%である。
水酸基含有モノマー(Ac4)の具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートが挙げられる。水酸基含有モノマー(Ac4)の含有量は、アクリル系共重合体(Ac)の構成成分(単量体単位)100質量%中、好ましくは0.01〜2質量%であり、より好ましくは0.05〜0.5質量%である。
酢酸ビニル(Ac5)の含有量は、アクリル系共重合体(Ac)の構成成分(単量体単位)100質量%中、好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは1〜4質量%である。
アクリル系共重合体(Ac)を得る為の重合方法は特に限定されないが、ポリマー設計が容易な点からラジカル溶液重合が好ましい。またアクリル系共重合体(Ac)とそのモノマーとからなるアクリルシロップをまず調製し、このアクリルシロップに架橋剤と追加の光重合開始剤を配合して重合させても良い。
アクリル系共重合体(Ac)の製造には、本発明の効果を損なわない範囲で、成分(Ac1)〜(Ac5)以外のモノマーを共重合させても良い。
アクリル系共重合体(Ac)は、さらに架橋剤を含有することが好ましい。架橋剤は、アクリル系共重合体(Ac)と反応して架橋構造を形成する為に配合される化合物である。特に、アクリル系共重合体(Ac)のカルボキシル基及び/又は水酸基と反応し得る化合物が好ましく、イソシアネート系架橋剤がより好ましい。イソシアネート系架橋剤の具体例としては、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート及びこれらの変性プレポリマー等が挙げられる。これらは二種以上を併用しても良い。
架橋剤の配合量は、アクリル系共重合体(Ac)100質量部に対して、好ましくは0.02〜2質量部以上、より好ましくは0.03〜1質量部、特に好ましくは0.3〜0.9質量部である。
本発明の効果を損なわない範囲内において、アクリル系共重合体(Ac)以外の樹脂成分を併用することも出来る。具体例としては、ロジン系粘着付与剤、テルペン樹脂、石油系樹脂、テルペンフェノール系樹脂、スチレン系樹脂等の粘着付与樹脂が挙げられる。
本発明に用いる粘着剤層は、導電性フィラーを含む。導電性フィラーは、粘着テープに難燃性及び熱伝導性を付与するための成分である。導電性フィラーの種類は特に制限されず、粘着剤組成物に使用可能なことが知られている公知の導電性フィラーを使用できる。導電性フィラーを構成する材料の具体例としては、ニッケル、銅、クロム、金、銀等の金属又はその合金若しくは変性物、カーボンー、グラファイトが挙げられる。また樹脂表面に金属を被覆した導電性樹脂フィラーも使用できる。二種以上の導電性フィラーを併用しても良い。中でも、金属フィラーが好ましく、ニッケル系導電性粒子、銅系導電性粒子がより好ましく、ニッケル系が最も好ましい。
導電性フィラーの形状は特に制限されず、フィラメント状、スパイク状、フレーク状、球状等の公知の形状の導電性フィラーを使用できる。中でも、導電性フィラー同士の接点が多くなり易く電気抵抗値が安定する点から、フィラメント状、スパイク状、フレーク状が好ましく、フィラメント状、スパイク状がより好ましい。導電性フィラーのサイズは特に制限されず、公知のサイズのものを使用すれば良い。一般に、導電性フィラーの平均粒径は、好ましくは0.01〜100μm、より好ましくは1〜50μm、特に好ましくは5〜40μmである。
導電性フィラーの含有量は、粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して45質量部以上であり、好ましくは45質量部以上、300質量部以下、より好ましくは80質量部以上、250質量部以下である。
また、導電性フィラーの好ましい含有量は、導電性基材の厚さ(A)及び粘着剤層の総厚さ(B)によっても異なる。例えば導電性基材が比較的厚い場合は、導電性フィラーの含有量が比較的少なくても粘着テープに十分な難燃性及び熱伝導性を付与できるが、粘着剤層も比較的厚い場合は導電性フィラーの含有量は比較的多くすることが好ましい。一方、導電性基材が比較的薄い場合は、導電性フィラーの含有量は比較的多い方が好ましいが、粘着剤層も比較的薄い場合は導電性フィラーの含有量を比較的少なくしなければならないことがある。ただし粘着剤層が比較的薄くても導電性フィラーの含有量を比較的多くすることが可能ならば、多くすることも好ましい。具体的には、導電性基材の厚さ(A)が40μm以上(例えば40μm以上、500μm以下)であり、粘着剤層の総厚さ(B)が10μm以上、200μm以下である場合は、導電性フィラーの含有量は、粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して、好ましくは45質量部以上、300質量部以下、より好ましくは80質量部以上、250質量部以下である。一方、導電性基材の厚さ(A)が40μm未満(例えば3μm以上、40μm未満)であり、粘着剤層の総厚さ(B)が10μm以上、80μm未満である場合は、導電性フィラーの含有量は、粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して、好ましくは45質量部以上、300質量部以下、より好ましくは50質量部以上、200質量部以下、特に好ましくは90質量部以上、200質量部以下である。
粘着剤層は、本発明の目的を損なわない範囲内において、さらにシランカップリング剤、酸化防止剤、防錆剤、粘着付与剤、可塑剤、軟化剤、金属不活性剤、顔料等の添加剤を含有していても良い。
粘着剤層は、必ずしも難燃剤を含む必要はなく、難燃剤を含まない場合であっても優れた難燃性を有する。したがって本発明においては、粘着剤層が難燃剤を含まない態様が好ましい。ただし、難燃剤を含むことによる問題が生じない場合は、難燃剤を含んでいても構わない。
<導電性基材>
本発明に用いる導電性基材の種類は限定されないが、難燃性及び熱伝導性に優れる点から、金属製基材(特に金属箔)が好ましい。基材を構成する金属の具体例としては、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス、鉄、クロム、チタンが挙げられる。中でも、アルミニウム、銅が好ましい。
<粘着テープ>
本発明の粘着テープは、導電性基材の両面に、導電性フィラーを含む粘着剤層を有する。本発明においては、導電性基材の厚さ(A)と粘着剤層の総厚さ(B)の比(B/A)を調整し、且つ導電性フィラーの含有量を調整することが重要である。粘着剤層の総厚さ(B)とは、導電性基材の両面の2つの粘着剤層の合計厚さを意味する。
導電性基材の厚さ(A)と粘着剤層の総厚さ(B)の比(B/A)は2未満であり、好ましくは0.2以上、1.9以下、より好ましくは0.4以上、1.8以下である。本発明においては、この比(B/A)を適度に低くすることにより、優れた難燃性及び熱伝導性が発現する。なお、比(B/A)が高過ぎても、粘着剤層中の導電性フィラーの含有量を多くすれば難燃性又は熱伝導性が向上する場合がある。しかし、その場合は、多量の導電性フィラーに因って接着性が低下するので好ましくない。
導電性基材の厚さ(A)は特に限定されず、上記の比(B/A)を満たす厚さであれば良い。通常は、導電性基材の厚さ(A)は、好ましくは3μm以上、500μm以下、より好ましくは、5μm以上、300μm以下である。
粘着剤層の厚さ(B)も特に限定されず、上記の比(B/A)を満たす厚さであれば良い。通常は、粘着剤層の厚さ(B)は、好ましくは10μm以上、200μm以下、より好ましくは、20μm以上、100μm以下である。
本発明の粘着テープは、優れた難燃性を有する。具体的には、UL94 HB(水平燃焼試験)に合格する難燃性を有することが好ましい。UL94 HB(水平燃焼試験)の合格基準は、具体的には、燃焼速度が75mm/分以下又は自己消化性を有する、の何れかに適合することである。
粘着剤層は、例えば、粘着剤組成物を導電性基材上に塗布し、加熱により架橋反応させることによって形成出来る。また、粘着剤組成物を離型紙又はその他のフィルム上に塗布し、加熱により架橋反応させて粘着剤層を形成し、この粘着剤層を導電性基材の両面に貼り合せることも出来る。粘着剤組成物の塗布には、例えば、ロールコーター、ダイコーター、リップコーター等の塗布装置を使用できる。塗布後に加熱する場合は、加熱による架橋反応と共に粘着剤組成物中の溶剤も除去できる。
本発明の粘着テープは、難燃性及び熱伝導性が必要な様々な用途に好適に使用することができる。例えば、集光型太陽光発電装置等の発電装置において、発電部を筐体に固定させる用途に使用する発電装置用粘着テープとして非常に有用である。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されない。以下の記載において「部」は質量部を意味する。
なお、実施例3は参考例である。
<製造例1(アクリル系共重合体(Ac)の調製)>
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素ガス導入管を備えた反応装置に、メチルアクリレート10部、2−エチルヘキシルアクリレート73部、n−ブチルアクリレート4.9部、アクリル酸10部、4−ヒドロキシブチルアクリレート0.1部、酢酸ビニル2.0部、酢酸エチル、連鎖移動剤としてn−ドデカンチオール及び過酸化物系ラジカル重合開始剤としてラウリルパーオキサイド0.1部を仕込んだ。反応装置内に窒素ガスを封入し、攪拌しながら窒素ガス気流下で68℃、3時間、次いで78℃、3時間で重合反応させた。その後、室温まで冷却し、酢酸エチルを追加した。これにより、固形分濃度30%のアクリル系共重合体(Ac)を得た。
<実施例1>
製造例1で得たアクリル系共重合体(Ac)の固形分100部に対して、架橋剤、シランカップリング剤、酸化防止剤、及びニッケル系導電性粒子(ヴァーレ社製、商品名ニッケルパウダータイプ123、平均粒径12.5μm)100部を加えて混合し、アクリル系粘着剤組成物を調製した。
この粘着剤組成物を、シリコーン処理された離型紙上に乾燥後の厚みが34μmになるように塗布した。次いで、110℃で溶媒を除去・乾燥すると共に架橋反応させて、粘着剤層を形成した。この粘着剤層を、20μm厚のアルミニウム箔の両面に貼り合せた。そして、40℃で3日間養生して、導電性両面粘着テープを得た。
<実施例2〜7、比較例1〜7>
基材の種類及び厚さ、粘着剤層の厚さ、導電性フィラーの種類及び量を表1及び2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性両面粘着テープを得た。
<評価方法>
以上の実施例及び比較例の粘着テープを以下の方法に従い評価した。結果を表1及び2に示す。
[難燃性]
UL94 HB(水平燃焼試験)において、13mm×125mmのサイズのサンプルを用いて、サンプルを水平に保持した端部に20mm炎を30秒間接炎させる条件で試験を行い、以下の基準で評価した。
「〇」:燃焼速度が75mm/分以下又は自己消化性を有していた。
「×」:燃焼速度が75mm/分を超えた。
[熱伝導性]
25mm×25mmのサイズのサンプルを用いて、放熱体の間にサンプルを挟み1kgの荷重をかけ、加熱して温度が一定になった時の放熱体の温度差を測定し、以下の基準で評価した。
「〇」:温度差が8℃未満
「×」:温度差が8℃以上
[接着性]
10mm×125mmのサイズのサンプルを用いて、JIS Z 0237の条件及び方法でSUSからなる被着体に対する粘着力(N/10mm)を測定し、以下の基準で評価した。
「〇」:粘着力が2N/10mm以上
「×」:粘着力が2N/10mm未満
[長期接着性]
10mm×125mmのサイズのサンプルを用いて、125℃で100時間促進させたサンプルをJIS Z 0237の条件及び方法でSUSからなる被着体に対する粘着力(N/10mm)を測定し、以下の基準で評価した。
「〇」:粘着力が2N/10mm以上
「×」:粘着力が2N/10mm未満
Figure 0006980803
Figure 0006980803
表1及び2中の略号は以下の通りである。
「AL」:アルミニウム箔
「Cu」:銅箔
「Ac」:製造例1で得たアクリル系粘着剤組成物
「ニッケル」:ニッケル系導電性粒子(ヴァーレ社製、商品名ニッケルパウダータイプ123、平均粒径12.5μm)
「銅」:銅系導電性粒子(福田金属箔社製、商品名 電解粉FCC−115、平均粒径20.4μm)
<評価結果>
表1に示すように、実施例1〜7の粘着テープは、難燃性、熱伝導性、接着性及び長期接着性に優れていた。
一方、表2に示すように、比較例1の粘着テープは、粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が高いので、導電性フィラーの含有量が多いにもかかわらず、熱伝導性が劣っていた。なお、接着性及び長期接着性が劣っていたのは、導電性フィラーの含有量が多過ぎることが原因と考えられる。
比較例2の粘着テープは、導電性フィラーの含有量が少な過ぎるので、難燃性及び熱伝導性が劣っていた。なお、接着性及び長期接着性が優れていたのは、比較例1よりも導電性フィラーの含有量が少ないことが原因と考えられる。
比較例3及び4の粘着テープは、粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が高過ぎるので、難燃性及び熱伝導性が劣っていた。なお、接着性及び長期接着性が優れていたのは、比較例1よりも導電性フィラーの含有量が少ないことが原因と考えられる。
比較例5〜7の粘着テープは、粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が高過ぎ、且つ導電性フィラーの含有量が少な過ぎるので、難燃性及び熱伝導性が劣っていた。なお、接着性及び長期接着性が優れていたのは、比較例1よりも導電性フィラーの含有量が少ないことが原因と考えられる。
本発明の粘着テープは、難燃性、熱伝導性に優れる。しかも、長時間高い粘着力を維持することができるほど高い接着性を有する。したがって、これらの特性が要求される分野、例えば、発電装置の部材固定用途等において非常に有用である。

Claims (9)

  1. 導電性フィラーを含む粘着剤層を導電性基材の両面に有する粘着テープであって、
    粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が2未満であり、
    導電性基材の厚さ(A)が40μm以上であり、粘着剤層の総厚さ(B)が10μm以上、200μm以下であり、
    導電性フィラーの含有量が粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して80質量部以上、150質量部以下である
    粘着テープ。
  2. 導電性フィラーを含む粘着剤層を導電性基材の両面に有する粘着テープであって、
    粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が2未満であり、
    導電性基材の厚さ(A)が40μm未満であり、粘着剤層の総厚さ(B)が10μm以上、80μm未満であり、
    導電性フィラーの含有量が粘着剤層の樹脂成分100質量部に対して80質量部以上、300質量部以下である
    粘着テープ。
  3. 粘着剤層の総厚さ(B)と導電性基材の厚さ(A)との比(B/A)が0.2以上、1.9以下である請求項1または2に記載の粘着テープ。
  4. 導電性基材の厚さ(A)が40μm以上、500μm以下である請求項記載の粘着テープ。
  5. 導電性基材の厚さ(A)が3μm以上、40μm未満である請求項記載の粘着テープ。
  6. 導電性基材が金属基材である請求項1または2に記載の粘着テープ。
  7. 導電性フィラーが金属フィラーである請求項1または2に記載の粘着テープ。
  8. UL94 HB(水平燃焼試験)において、燃焼速度が75mm/分以下又は自己消化性を有する請求項1または2に記載の粘着テープ。
  9. 発電装置用粘着テープである請求項1または2に記載の粘着テープ。
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