JP7374312B2 - 封止材フィルム用組成物およびそれを含む封止材フィルム - Google Patents

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Description

本出願は、2020年4月16日付けの韓国特許出願第2020-0046025号、2020年8月19日付けの韓国特許出願第2020-0103862号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、体積抵抗および光透過率に優れたエチレン/α-オレフィン共重合体を含む封止材フィルム用組成物、およびそれを用いた封止材フィルムに関する。
地球環境の問題、エネルギー問題などが益々深刻化する中、クリーンで且つ枯渇の恐れがないエネルギー生成手段として、太陽電池が注目されている。太陽電池を建物の屋根などの屋外で用いる場合、モジュールの形態で用いることが一般的であるが、太陽電池モジュールの製造時には、結晶型太陽電池モジュールを得るために、太陽電池モジュール用保護シート(表面側透明保護部材)/太陽電池封止材/結晶型太陽電池素子結晶型太陽電池素子/太陽電池封止材/太陽電池モジュール用保護シート(裏面側保護部材)の順に積層して製造する。
太陽電池封止材として、一般に、エチレン/酢酸ビニル共重合体やエチレン/α-オレフィン共重合体などが用いられている。また、太陽電池封止材には、長期間の耐候性が求められる点から、通常、添加剤として光安定剤が含まれており、ガラスで代表される表面側透明保護部材や裏面側保護部材の密着性を考慮して、通常、シランカップリング剤なども含まれている。しかし、エチレン/酢酸ビニル共重合体などを太陽電池封止材の構成材料として用いる場合、エチレン/酢酸ビニル共重合体が分解して発生する酢酸ガスなどの成分が太陽電池素子に影響を与える可能性が懸念される。
また、最近の太陽光発電の普及に伴い、メガソーラーなどの発電システムの大規模化が進んでおり、伝送損失を低めるなどの目的で、システム電圧の高電圧化の動きもある。システム電圧が上昇することで、太陽電池モジュールではフレームとセルの電位差が大きくなる。すなわち、太陽電池モジュールのフレームは一般に接地されており、太陽電池アレイのシステム電圧が600V~1000Vになると、電圧が最も高くなるモジュールでは、フレームとセルの電位差がそのままシステム電圧の600V~1000Vになり、高電圧が印加された状態で日中に発電を維持することになる。また、ガラスは封止材と比べて電気抵抗が低く、フレームを介してガラスとセルの間にも高電圧が発生する。すなわち、日中に発電している状況下で、直列接続されたモジュールは、セルとモジュール、およびセルとガラス面の電位差が接地側から順に大きくなり、最も大きい所では、システム電圧の高電圧の電位差がほぼ維持される。このような状態で使用された太陽電池モジュールの中では、出力が大きく低下し、特性劣化が起こるPID(Potential Induced Degradation)現象が発生した結晶系発電素子を使用したモジュールの例も報告されている。よって、この問題を解決すべく、太陽電池素子に直接接している太陽電池封止材には、さらに高い固有体積抵抗率が求められている。
電気抵抗としても知られている体積抵抗または比抵抗(ρ)は、物質1mの対向する面間の電気抵抗と定義されるが、この体積抵抗が、上記の適用先の何れでも予め決定された範囲内で再現可能であり、かつ永久的な成形製品を得ることが重要である。高電圧電力ケーブル用電気絶縁材料分野において、高圧加工した低密度ポリエチレン、架橋結合されたポリエチレンなどが、優れた電気的特性によって広く用いられてきた。高圧電力ケーブルが有する問題の1つは、電力伝達中に発現する電力損失である。電力損失の減少は、絶縁材料の高圧特性、特に、体積抵抗を増大させることで達成されることができる。しかし、電力ケーブル用絶縁材料は、内部の伝導体付近においては電流を通過させて発生させた熱により高温(約90℃)まで加熱されるが、外部の伝導体付近は常温に維持され、従来のポリエチレンは、電流の流れによって内部伝導体付近で著しい体積抵抗の降下を示す。
このように、体積抵抗に優れ、太陽電池封止材などの高い絶縁性が求められる物質として広く活用可能なエチレン/α-オレフィン共重合体の開発が依然として必要とされている状況である。
韓国特許公開2018-0063669
本発明の目的は、優れた体積抵抗および光透過率がともに実現され、絶縁材として有用に活用可能な封止材フィルム用組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記封止材フィルム用組成物の製造方法、および前記封止材フィルム用組成物を用いて製造された封止材フィルムを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、下記(a)~(c)の条件を満たすエチレン/α-オレフィン共重合体を含む封止材フィルム用組成物を提供する。
(a)密度が0.85~0.89g/cc;
(b)示差走査熱量計(DSC、Differential Scanning Calorimetry)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶融温度(Tm)が40~90℃;および
(c)前記溶融温度(Tm)と、クロス分別クロマトグラフィー(CFC、Cross-Fractionation Chromatography)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶離温度(Te)が、下記式1を満たす。
[式1]
35℃<Tm-Te<65℃
また、本発明は、前記封止材フィルム用組成物を含む封止材フィルムを提供する。
本発明で定義した条件を全て満たすエチレン/α-オレフィン共重合体を含む封止材フィルム用組成物は、高い体積抵抗を有し、絶縁性に優れるため、電気電子産業分野で多様な用途に広く利用可能であり、特に、太陽電池モジュールに使用した時に、PID現象をできる限り遅延させ、高い光透過率を示して、優れたモジュール効率を実現することができる。
以下、本発明が容易に理解されるように、本発明をより詳細に説明する。
本発明の説明および請求の範囲で用いられている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈すべきである。
封止材フィルム用組成物
本発明の封止材フィルム用組成物は、下記(a)~(c)の条件を満たすエチレン/α-オレフィン共重合体を含むことを特徴とする。
(a)密度が0.85~0.89g/cc;
(b)示差走査熱量計(DSC、Differential Scanning Calorimetry)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶融温度(Tm)が40~90℃;および
(c)前記溶融温度(Tm)と、クロス分別クロマトグラフィー(CFC、Cross-Fractionation Chromatography)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶離温度(Te)が、下記式1を満たす。
[式1]
35℃<Tm-Te<65℃
本発明は、体積抵抗が高くて優れた電気絶縁性を示す封止材フィルム用組成物に関する。本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、DSCにより測定された溶融温度と、CFCにより測定された溶離温度との差が特定範囲を満たすことで、体積抵抗が高く、かつ光透過率に優れることを特徴とする。
具体的に、前記エチレン/α-オレフィン共重合体は、後述のように、化学式1および化学式2で表される遷移金属化合物を混合して触媒として用いることで製造されるが、化学式1で表される遷移金属化合物は、触媒の構造的な特徴上、α-オレフィン系単量体の導入が困難であって、高密度領域の共重合体が製造される傾向性を示し、化学式2で表される遷移金属化合物は、多量のα-オレフィンが導入可能であるため超低密度領域の重合体(エラストマー)も製造することができる。よって、前記2つの遷移金属化合物は、それぞれ単独で使用した時に、α-オレフィン系単量体を混入させる共重合性が異なる。
これらの混合組成物を触媒として用いて製造された前記エチレン/α-オレフィン共重合体は、α-オレフィン系単量体が多量混入された低密度領域と、α-オレフィン系単量体が少量混入された高密度領域がともに存在する共重合体であり、Tm-Te値が一定値以上であるが、これは、高結晶性領域と低結晶性領域が両方とも含有されていて、結晶性分布が広くて自由体積(free volume)が少ないということを意味し、したがって、重合体の電荷モビリティ(mobility)が低いため、体積抵抗が高く示される。また、Tm-Te値が高すぎる場合には、却って低結晶性領域により体積抵抗が低下し、高結晶性領域により光透過率も低下する。そのため、本発明では、優れた体積抵抗および光透過率をともに実現できる適切な範囲のTm-Te値を導出し、これを満たすエチレン/α-オレフィン共重合体を用いた封止材フィルム用組成物を開発した。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、密度が0.85~0.89g/ccの範囲の低密度である重合体であり、具体的に、前記密度は、0.850g/cc以上、0.860g/cc以上、または0.870g/cc以上であってもよく、0.890g/cc以下、または0.880g/cc以下であってもよい。この際、前記密度は、ASTM D-792に準じて測定された密度を意味し得る。
通常、エチレン/α-オレフィン共重合体の密度は、重合時に用いられる単量体の種類と含量、重合度などの影響を受けるが、共重合体の場合、共単量体の含量による影響を大きく受ける。この際、共単量体の含量が多いほど低密度のエチレン/α-オレフィン共重合体が製造されることができ、共単量体が共重合体中に導入され得る含量は、触媒固有の共重合性に依存する。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、化学式1および化学式2で表される化合物を触媒として用いて製造された共重合体であり、上記の低密度を示し、その結果、優れた加工性を示すことができる。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、示差走査熱量計(DSC、Differential Scanning Calorimetry)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶融温度(Tm)と、クロス分別クロマトグラフィー(CFC、Cross-Fractionation Chromatography)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶離温度(Te)が、下記式1を満たす。
[式1]
35℃<Tm-Te<65℃
ここで、溶融温度は、温度に対する熱流量で表現されるDSC曲線において最も高いピークの最高点温度を意味し、溶離温度は、温度に対する溶出量(dC/dT)で表現されるCFC溶出曲線において最も高いピークの最高点温度を意味する。
前記クロス分別クロマトグラフィー(CFC、Cross-Fractionation Chromatography)とは、昇温溶出分別(TREF、Temperature Rising Elution Fractionation)とゲル濾過クロマトグラフィー(GPC、Gel Filtration Chromatography)を組み合わせた方法であり、これによりエチレン/α-オレフィン共重合体の結晶性分布を測定することができる。具体的に、エチレン/α-オレフィン共重合体を溶媒に完全に溶解させた高温の試料溶液を、不活性担体を充填したカラム中に注入し、カラムの温度を降下させて試料を充填剤の表面に付着させた後、前記カラム中にo-ジクロロベンゼンを流しながらカラムの温度を徐々に上昇させる。各温度で溶出されるオレフィン系共重合体の濃度を検出し、同時に各温度で溶出した成分を分画(fraction)毎にオンラインからGPCに送ってクロマトグラムを得た後、溶出成分の結晶性が高いほど溶出温度も高くなるため、溶出温度とエチレン/α-オレフィン共重合体の溶出量(重量%)の関系を求めることで、エチレン/α-オレフィン共重合体の結晶性分布が分かる。
前記Tm-Te値が35℃以下である場合、共重合体中の高結晶性領域の含量が低いため、体積抵抗が低下するという問題が発生し得る。また、前記Tm-Te値が65℃以上である場合、共重合体の結晶性分布が過度に広くなって、高結晶性領域により光透過率が低下し、低結晶性領域により体積抵抗が低下するという問題が発生し得る。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、示差走査熱量計(DSC、Differential Scanning Calorimetry)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶融温度(Tm)が40~90℃である。具体的に、前記溶融温度は、40℃以上、50℃以上、55℃以上、60℃以上、61℃以上、90℃以下、80℃以下、75℃以下、70℃以下、68℃以下であってもよい。
前述のように、本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、前記式1で表されるTm-Te値を満たすとともに、密度が0.85~0.89g/ccであり、溶融温度(Tm)が40~90℃であることを特徴とする。上記の式1を満たしても、密度や溶融温度(Tm)値が上記の範囲を外れて過度に高く示される場合には、光透過率が低下するという問題が発生し得る。したがって、本発明で定義した(a)~(c)の条件を全て満たす時に、優れた体積抵抗および光透過率をともに実現し、例えば、太陽電池の封止材フィルムなどの用途への使用に好適な物性を示すことになる。
また、前記溶離温度(Te)は10~50℃、具体的に、10℃以上、15℃以上、20℃以上、25℃以上、50℃以下、40℃以下、35℃以下、30℃以下であってもよい。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、1.5~2.5の狭い分子量分布(MWD、Molecular Weight Distribution)を有する。より具体的に、前記分子量分布は、1.5以上、1.7以上、1.8以上、2.0以上であってもよく、2.5以下、2.4以下、2、3以下、2.2以下であってもよい。
通常、2種以上の単量体が重合される場合、分子量分布が増加し、その結果、衝撃強度と機械的物性などが減少し、ブロッキング現象などが起こる可能性がある。特に、触媒毎に単量体の重合性が異なるため、触媒の種類によって、最終的に製造される重合体の分子量が影響を受けるが、2種以上の触媒を混合して重合反応に用いる場合に、各触媒の重合性の差が大きいと、重合体の分子量分布も広くなるという問題がある。
共重合体の架橋特性、衝撃強度、機械的物性などの低下を防止すべく、分子量分布を狭くするために、重合反応時に適正量の水素を投入することで、重合体鎖で任意にβ-水素脱離(β-hydride elimination)反応が起こることを防止し、水素投入により均一な終結(termination)反応を誘導することが可能である。この場合、水素投入によって共重合体の重量平均分子量とメルトインデックスが低くなる傾向があるため、触媒構造が重量平均分子量とメルトインデックスに与える固有特性と、水素投入による分子量分布の減少効果をともに奏することができる範囲で、適切な触媒の種類と水素投入量を決定する必要がある。
上記の点を考慮して、本発明では、後述のように、化学式1で表される遷移金属化合物および化学式2で表される遷移金属化合物を混合して触媒として使用するとともに、最適含量の水素を投入しながら製造したため、上述の範囲の狭い分子量分布を有し、かつ架橋特性、衝撃強度、機械的物性などの低下を防止するとともに、体積抵抗と光透過率は高く示される特徴がある。
前記重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、Gel Permeation Chromatography)により分析されるポリスチレン換算分子量であり、前記分子量分布はMw/Mnの比から計算されることができる。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、重量平均分子量(Mw)が40,000~150,000g/molであってもよい。具体的に、前記重量平均分子量は、40,000g/mol以上、45,000g/mol以上、50,000g/mol以上であってもよく、150,000g/mol以下、130,000g/mol以下、100,000g/mol以下、90,000g/mol以下、80,000g/mol以下であってもよい。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、メルトインデックス(Melt Index、MI、190℃、2.16kg荷重条件)が1~100dg/分であってもよい。具体的に、前記メルトインデックスは、1dg/分以上、2dg/分以上、3dg/分以上、または4dg/分以上であってもよく、100dg/分以下、50dg/分以下、20dg/分以下、15dg/分以下であってもよい。
前記メルトインデックスが1dg/分未満である場合には、高い負荷によって生産速度が低下する恐れがあり、メルトインデックスが100dg/分を超える場合には、フィルムの成形が困難であって封止材フィルムなどに使用時に適しないという問題が発生し得る。
本発明の封止材フィルム用組成物に含まれているエチレン/α-オレフィン共重合体は、エチレンとα-オレフィン系単量体を共重合して製造されたものであり、この際、共重合体中のα-オレフィン系単量体に由来の部分を意味する前記α-オレフィンは、C4~C20のα-オレフィン、具体的に、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-エイコセンなどが挙げられ、これらのうち1種単独または2種以上の混合物であってもよい。
中でも、前記α-オレフィンは、1-ブテン、1-ヘキセン、または1-オクテンであってもよく、好ましくは1-ブテン、1-ヘキセン、またはこれらの組み合わせであってもよい。
また、前記エチレン/α-オレフィン共重合体において、α-オレフィンの含量は上記の物性要件を満たす範囲内で適宜選択されることができ、具体的には、0超過99モル%以下、または10~50モル%であってもよいが、これに制限されない。
前述のエチレン/α-オレフィン共重合体は、下記化学式1および化学式2で表される遷移金属化合物を含む触媒組成物の存在下で、エチレンおよびα-オレフィン系単量体を重合するステップを含む製造方法により製造されることができる。
Figure 0007374312000001
前記化学式1中、
は、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数1~20のアルコキシ;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアリールアルコキシ;炭素数7~20のアルキルアリール;または炭素数7~20のアリールアルキルであり、
およびRは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミド;または炭素数6~20のアリールアミドであり、
およびRは、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、
~Rは、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、
前記R~Rのうち互いに隣接する2つ以上は、互いに連結されて環を形成してもよく、
は、Si、C、N、P、またはSであり、
は、Ti、Hf、またはZrであり、
およびXは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアルキルアリール;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミノ;または炭素数6~20のアリールアミノであり、
Figure 0007374312000002
前記化学式2中、
10は、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数1~20のアルコキシ;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアリールアルコキシ;炭素数7~20のアルキルアリール;または炭素数7~20のアリールアルキルであり、
11a~R11eは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数1~20のアルコキシ;または炭素数6~20のアリールであり、
12は、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアルキルアリール;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミド;または炭素数6~20のアリールアミドであり、
13およびR14は、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、
15~R18は、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、
前記R15~R18のうち互いに隣接する2つ以上は、互いに連結されて環を形成してもよく、
は、Si、C、N、P、またはSであり、
は、Ti、Hf、またはZrであり、
およびXは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアルキルアリール;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミノ;または炭素数6~20のアリールアミノである。
具体的に、前記化学式1中、Rは、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数1~20のアルコキシ;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアリールアルコキシ;炭素数7~20のアルキルアリール;または炭素数7~20のアリールアルキルであり、より具体的に、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソブチル、t-ブチル、イソプロピル、シクロヘキシル、ベンジル、フェニル、メトキシフェニル、エトキシフェニル、フルオロフェニル、ブロモフェニル、クロロフェニル、ジメチルフェニル、またはジエチルフェニルであってもよい。
具体的に、前記化学式1中、前記RおよびRは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミド;または炭素数6~20のアリールアミドであり、より具体的に、前記RおよびRは、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;または炭素数7~20のアリールアルキルであってもよい。
具体的に、前記化学式1中、前記RおよびRは、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、より具体的に、炭素数1~6のアルキルであってもよい。より具体的に、前記RおよびRは、メチル、エチル、またはプロピルであってもよい。
具体的に、前記化学式1中、前記R~Rは、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルである。より具体的に、前記R~Rは、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して、水素またはメチルであってもよい。
前記R~Rのうち互いに隣接する2つ以上は、互いに連結されて炭素数5~20の脂肪族環または炭素数6~20の芳香族環を形成してもよく、前記脂肪族環または芳香族環は、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、または炭素数6~20のアリールで置換されてもよい。
具体的に、前記化学式1中、Qは、Si、C、N、P、またはSであり、より具体的にQはSiであってもよい。
具体的に、前記化学式1中、Mは、Ti、Hf、またはZrであってもよい。
具体的に、前記化学式1中、XおよびXは、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアルキルアリール;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミノ;または炭素数6~20のアリールアミノであってもよい。
また、前記化学式1で表される化合物は、下記化学式のうち何れか1つで表される化合物であってもよい。
Figure 0007374312000003
Figure 0007374312000004
Figure 0007374312000005
Figure 0007374312000006
Figure 0007374312000007
Figure 0007374312000008
その他にも、前記化学式1で定義された範囲で、多様な構造を有する化合物であってもよい。
また、前記化学式2中、前記R10は、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数1~20のアルコキシ;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアリールアルコキシ;炭素数7~20のアルキルアリール;または炭素数7~20のアリールアルキルであり、より具体的に、前記R10は、水素;炭素数1~20または炭素数1~12のアルキル;炭素数1~20のアルコキシ;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアリールアルコキシ;炭素数7~20のアルキルアリール;または炭素数7~20のアリールアルキルであってもよい。
具体的に、前記化学式2中、R11a~R11eは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数1~20のアルコキシ;または炭素数6~20のアリールであり、より具体的に、水素;ハロゲン;炭素数1~12のアルキル;炭素数3~12のシクロアルキル;炭素数2~12のアルケニル;炭素数1~12のアルコキシ;またはフェニルであってもよい。
具体的に、前記化学式2中、R12は、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアルキルアリール;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミド;または炭素数6~20のアリールアミドであり、より具体的に、水素;ハロゲン;炭素数1~12のアルキル;炭素数3~12のシクロアルキル;炭素数2~12のアルケニル;またはフェニルであってもよい。
具体的に、前記化学式2中、R13およびR14は、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、より具体的に、水素;または炭素数1~12のアルキルであってもよい。
具体的に、前記化学式2中、R15~R18は、それぞれ独立して、水素;炭素数1~20のアルキル;炭素数3~20のシクロアルキル;炭素数6~20のアリール;または炭素数2~20のアルケニルであり、より具体的に、水素;炭素数1~12のアルキル;または炭素数3~12のシクロアルキル、または水素;またはメチルであってもよい。
具体的に、前記化学式2中、前記R15~R18のうち互いに隣接する2つ以上は、互いに連結されて環を形成してもよい。
具体的に、前記化学式2中、Qは、Si、C、N、P、またはSであり、より具体的に、QはSiであってもよい。
具体的に、前記化学式2中、XおよびXは、それぞれ独立して、水素;ハロゲン;炭素数1~20のアルキル;炭素数2~20のアルケニル;炭素数6~20のアリール;炭素数7~20のアルキルアリール;炭素数7~20のアリールアルキル;炭素数1~20のアルキルアミノ;または炭素数6~20のアリールアミノであり、具体的に、水素;ハロゲン;炭素数1~12のアルキル;炭素数3~12のシクロアルキル;または炭素数2~12のアルケニルであってもよく、より具体的に、水素;または炭素数1~12のアルキルであってもよい。
また、前記化学式2で表される化合物は、具体的に、下記化学式で表される化合物のうち何れか1つであってもよい。
Figure 0007374312000009
Figure 0007374312000010
Figure 0007374312000011
Figure 0007374312000012
Figure 0007374312000013
Figure 0007374312000014
Figure 0007374312000015
Figure 0007374312000016
Figure 0007374312000017
Figure 0007374312000018
前記化学式1および化学式2で表される遷移金属化合物のモル比は、1:0.5~1:8、1:1~1:7、1:1~1:5、1:1~1:4であってもよいが、これに制限されない。
前述のように、本発明で用いる化学式1および化学式2で表される遷移金属化合物は、それぞれ共単量体の混入能が異なる2種の遷移金属化合物を混合して用いており、これにより、本発明で定義した条件を全て満たすことで、優れた体積抵抗と光透過率を示す。
前記重合反応は、前記触媒組成物の存在下で水素を連続的に投入し、エチレンおよびα-オレフィン系単量体を連続重合させることで行われることができ、具体的に、水素を5~100cc/分で投入しながら行われることができる。
前記水素ガスは、重合初期における遷移金属化合物の急激な反応を抑え、重合反応を終結する役割をする。そのため、かかる水素ガスの使用および使用量の調節により、狭い分子量分布を有するエチレン/α-オレフィン共重合体が効果的に製造されることができる。
例えば、前記水素は、5cc/分以上、または7cc/分以上、または10cc/分以上、または15cc/分以上、または19cc/分以上投入されてもよく、100cc/分以下、または50cc/分以下、または45cc/分以下、または35cc/分以下、または29cc/分以下投入されてもよい。上記の条件で投入する際に、製造されたエチレン/α-オレフィン共重合体が本発明における物性的特徴を実現することができる。
投入される水素ガスの含量が5cc/分未満である場合には、重合反応の終結が均一に行われず、所望の物性を有するエチレン/α-オレフィン共重合体の製造が困難となる恐れがあり、100cc/分を超える場合には、終結反応が過度に早く起こり、分子量が非常に低いエチレン/α-オレフィン共重合体が製造される恐れがある。
また、前記重合反応は100~200℃で行われることができ、上記の水素の投入量とともに重合温度を制御することで、エチレン/α-オレフィン共重合体中の結晶性分布と分子量分布をより容易に調節することができる。具体的に、前記重合反応は、100~200℃、120~180℃、130~170℃、または130~150℃で行われてもよいが、これに制限されない。
本発明において、前記化学式1および/または化学式2の遷移金属化合物を活性化するために、触媒組成物に助触媒をさらに用いてもよい。前記助触媒は、13族金属を含む有機金属化合物であり、具体的には、下記化学式3~5から選択される1種以上を含んでもよい。
[化学式3]
-[Al(R19)-O]
前記化学式3中、
19は、それぞれ独立して、ハロゲンラジカル;炭素数1~20のヒドロカルビルラジカル;またはハロゲンで置換された炭素数1~20のヒドロカルビルラジカルであり、
aは2以上の整数であり、
[化学式4]
D(R19
前記化学式4中、
Dは、アルミニウムまたはホウ素であり、
19は、それぞれ独立して、ハロゲンラジカル;炭素数1~20のヒドロカルビルラジカル;またはハロゲンで置換された炭素数1~20のヒドロカルビルラジカルであり、
[化学式5]
[L-H][Z(A)または[L][Z(A)
前記化学式5中、
Hは水素原子であり、
Zは13族元素であり、
Aは、それぞれ独立して、1以上の水素原子が置換基で置換されてもよい炭素数6~20のアリール;または炭素数1~20のアルキルであり、
前記置換基は、ハロゲン;炭素数1~20のヒドロカルビル;炭素数1~20のアルコキシ;または炭素数6~20のアリールオキシであり、
前記[L-H]は、トリメチルアンモニウム;トリエチルアンモニウム;トリプロピルアンモニウム;トリブチルアンモニウム;ジエチルアンモニウム;トリメチルホスホニウム;またはトリフェニルホスホニウムであり、
前記[L]は、N,N-ジエチルアニリニウム;またはトリフェニルカルボニウムである。
より具体的に、前記化学式3の化合物は、直鎖状、球状、または網状に繰り返し単位が結合されたアルキルアルミノキサン系化合物であってもよく、具体的な例としては、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、またはtert-ブチルアルミノキサンなどが挙げられる。
また、前記化学式4の化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ-s-ブチルアルミニウム、トリシクロペンチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリイソペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、エチルジメチルアルミニウム、メチルジエチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、トリ-p-トリルアルミニウム、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジメチルアルミニウムエトキシド、トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリイソブチルボロン、トリプロピルボロン、またはトリブチルボロンなどが挙げられ、特に、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、またはトリイソブチルアルミニウムであってもよいが、これに制限されない。
また、前記化学式5の化合物としては、三置換されたアンモニウム塩、またはジアルキルアンモニウム塩、三置換されたホスホニウム塩の形態のボレート系化合物が挙げられる。より具体的な例としては、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリ(n-ブチル)アンモニウムテトラフェニルボレート、メチルテトラデシクロオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N-ジエチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N-ジメチル(2,4,6-トリメチルアニリニウム)テトラフェニルボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(n-ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(2級-ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジエチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチル(2,4,6-トリメチルアニリニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレート、トリ(n-ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6-,テトラフルオロフェニル)ボレート、ジメチル(t-ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジエチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレート、またはN,N-ジメチル-(2,4,6-トリメチルアニリニウム)テトラキス-(2,3,4,6-テトラフルオロフェニル)ボレートなどの三置換されたアンモニウム塩の形態のボレート系化合物;ジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、またはジシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのジアルキルアンモニウム塩の形態のボレート系化合物;またはトリフェニルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、またはトリ(2,6-,ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどの三置換されたホスホニウム塩の形態のボレート系化合物などが挙げられるが、これに制限されない。
このような助触媒の使用により、最終的に製造されたエチレン/α-オレフィン共重合体の分子量分布がより均一になり、重合活性が向上することができる。
前記助触媒は、前記化学式1および/または化学式2の遷移金属化合物の活性化が十分に進むように、適切な含量で用いられることができる。
本発明において、前記化学式1および/または化学式2の遷移金属化合物は、担体に担持された形態で用いられることができる。
前記化学式1および/または化学式2の遷移金属化合物が担体に担持される場合、遷移金属化合物および担体の重量比は、1:10~1:1,000、より具体的には1:10~1:500であってもよい。上記の範囲の重量比で担体および遷移金属化合物を含む場合、最適の形状を示すことができる。また、前記助触媒がともに担体に担持される場合、助触媒と担体の重量比は、1:1~1:100、より具体的には1:1~1:50であってもよい。前記重量比で助触媒および担体を含む場合、触媒活性が向上し、また、製造される重合体の微細構造が最適化されることができる。
一方、前記担体としては、シリカ、アルミナ、マグネシア、またはこれらの混合物などが使用可能であり、または、これらの物質を高温で乾燥して表面の水分を除去することで、表面に反応性の大きいヒドロキシ基またはシロキサン基を含む状態で用いられてもよい。また、前記高温乾燥された担体は、NaO、KCO、BaSO、およびMg(NOなどの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、または硝酸塩成分をさらに含んでもよい。
前記担体の乾燥温度は、200~800℃が好ましく、300~600℃がより好ましく、300~400℃が最も好ましい。前記担体の乾燥温度が200℃未満である場合には、水分が多すぎて表面の水分と助触媒が反応することになり、800℃を超える場合には、担体の表面の気孔が合わされて表面積が減少し、また、表面に多くのヒドロキシ基が無くなってシロキサン基のみが残ることになり、助触媒との反応サイトが減少するため好ましくない。
また、前記担体の表面のヒドロキシ基の量は、0.1~10mmol/gが好ましく、0.5~5mmol/gである際に、より好ましい。前記担体の表面におけるヒドロキシ基の量は、担体の製造方法および条件または乾燥条件、例えば、温度、時間、真空、またはスプレー乾燥などにより調節することができる。
また、前記重合反応時には、反応器内の水分を除去するための有機アルミニウム化合物がさらに投入され、その存在下で重合反応が進行されることができる。このような有機アルミニウム化合物の具体的な例としては、トリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムハライド、アルキルアルミニウムジハライド、アルミニウムジアルキルヒドリド、またはアルキルアルミニウムセスキハライドなどが挙げられ、より具体的な例としては、Al(C、Al(CH、Al(C、Al(CH、Al(i-CH、Al(C17、Al(C1225、Al(C)(C1225、Al(i-C)(C1225、Al(i-CH、Al(i-C、(CAlCl、(i-CAlCl、または(CAlClなどが挙げられる。かかる有機アルミニウム化合物は、反応器に連続的に投入されてもよく、適切な水分の除去のために、反応器に投入される反応媒質1kg当たりに約0.1~10モルの割合で投入されてもよい。
また、重合圧力は、約1~約100Kgf/cm、好ましくは約1~約50Kgf/cm、より好ましくは約5~約30Kgf/cmであってもよい。
また、担体に担持された形態で遷移金属化合物が用いられる場合、前記遷移金属化合物は、炭素数5~12の脂肪族炭化水素溶媒、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、およびこれらの異性体とトルエン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどの塩素原子で置換された炭化水素溶媒などに溶解または希釈してから投入されてもよい。これに用いられる溶媒は、少量のアルキルアルミニウムで処理することで、触媒毒として作用する少量の水または空気などを除去して用いることが好ましく、助触媒をさらに用いて行うことも可能である。
封止材フィルムおよび太陽電池モジュール
また、本発明は、前記封止材フィルム用組成物を含む封止材フィルムを提供する。
本発明の封止材フィルムは、前記封止材フィルム用組成物をフィルム状またはシート状に成形することで製造することができる。このような成形方法は特に制限されず、例えば、Tダイ工程または押出などの通常の工程によりシート化またはフィルム化して製造することができる。例えば、前記封止材フィルムの製造は、前記封止材フィルム用組成物を用いた変性樹脂組成物の製造、およびフィルム化またはシート化工程が互いに連結されている装置を用いて、インサイチュー(in situ)工程により行うことができる。
前記封止材フィルムの厚さは、光電子装置における素子の支持効率および破損可能性、装置の軽量化や作業性などを考慮して、約10~2,000μm、または約100~1,250μmに調節してもよく、具体的な用途に応じて変わり得る。
また、本発明は、前記封止材フィルムを含む太陽電池モジュールを提供する。本発明において、太陽電池モジュールは、直列または並列に配置された太陽電池セルにおける間隔を前記本発明の封止材フィルムで埋め、太陽光がぶつかる面にはガラス面を配置し、裏面はバックシートで保護する構成を有し得るが、これに制限されず、当該技術分野において封止材フィルムを含んで製造された太陽電池モジュールの多様な種類と形態が何れも本発明に適用可能である。
前記ガラス面としては、外部の衝撃から太陽電池を保護し、破損を防止するために強化ガラスが使用可能であり、太陽光の反射を防止し、太陽光の透過率を高めるために、鉄成分の含量が低い低鉄強化ガラス(low iron tempered glass)を用いてもよいが、これに制限されない。
前記バックシートは、太陽電池モジュールの裏面を外部から保護する耐候性フィルムであり、例えば、フッ素系樹脂シート、アルミニウムなどの金属板または金属箔、環状オレフィン系樹脂シート、ポリカーボネート系樹脂シート、ポリ(メタ)アクリル系樹脂シート、ポリアミド系樹脂シート、ポリエステル系樹脂シート、耐候性フィルムとバリアフィルムをラミネート積層した複合シートなどが挙げられるが、これに制限されない。
その他にも、本発明の太陽電池モジュールは、前述の封止材フィルムを含むことを除き、当該技術分野において公知の方法により制限されずに製造可能である。
本発明の太陽電池モジュールは、体積抵抗に優れた封止材フィルムを用いて製造されたものであって、封止材フィルムにより太陽電池モジュール中の電子が移動して外部に電流が流出されることを防止することができるため、絶縁性が悪化してリーク電流が発生し、モジュールの出力が急激に低下するPID(Potential Induced Degradation)現象を著しく抑えることができる。
実施例
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。しかし、下記実施例は、本発明を例示するためのものであって、これらにのみ本発明の範囲が限定されるのではない。
[遷移金属化合物の製造]
合成例1
(1)リガンド化合物の製造
<N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-ジメチルシランアミンの合成>
100mlのシュレンクフラスコに、化学式3の化合物4.65g(15.88mmol)を定量して添加した後、これにTHF80mlを投入した。常温でtBuNH(4eq、6.68ml)を投入した後、常温で3日間反応させた。反応後、THFを除去した後、ヘキサンで濾過した。溶媒乾燥後、黄色液体を4.50g(86%)の収率で得た。
1H-NMR(in CDCl3, 500 MHz): 7.99(d, 1H), 7.83(d, 1H), 7.35(dd, 1H), 7.24(dd, 1H), 3.49(s, 1H), 2.37(s, 3H), 2.17(s, 3H), 1.27(s, 9H), 0.19(s, 3H), -0.17(s, 3H).
(2)遷移金属化合物の製造
Figure 0007374312000019
50mlのシュレンクフラスコに、前記リガンド化合物(1.06g、3.22mmol/1.0eq)およびMTBE16.0mL(0.2M)を入れて先に撹拌させた。-40℃でn-BuLi(2.64ml、6.60mmol/2.05eq、2.5M in THF)を入れ、常温で一晩反応させた。その後、-40℃でMeMgBr(2.68ml、8.05mmol/2.5eq、3.0M in ジエチルエーテル)をゆっくりと滴下した後、TiCl(2.68ml、3.22mmol/1.0eq、1.0M in トルエン)を順に入れて常温で一晩反応させた。その後、反応混合物を、ヘキサンを用いてセライト(Celite)を通過することで濾過した。溶媒乾燥後、褐色固体を1.07g(82%)の収率で得た。
1H-NMR(in CDCl3, 500 MHz): 7.99(d, 1H), 7.68(d, 1H), 7.40(dd, 1H), 7.30(dd, 1H), 3.22(s, 1H), 2.67(s, 3H), 2.05(s, 3H), 1.54(s, 9H), 0.58(s, 3H), 0.57(s, 3H), 0.40(s, 3H), -0.45(s, 3H).
合成例2-1
(1)リガンド化合物の製造
<N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(2-メチルフェニル)シランアミンの合成>
(i)クロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(2-メチルフェニル)シランの製造
250mLのシュレンクフラスコに、1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン2.0g(1.0eq、9.985mmol)とTHF50mLを入れ、n-BuLi 4.2mL(1.05eq、10.484mmol、2.5M in ヘキサン)を-30℃で滴下した後、常温で一晩撹拌した。撹拌したLi-complex THF溶液を、ジクロロ(O-トリルメチル)シラン2.46g(1.2eq、11.982mmol)とTHF30mLが入ったシュレンクフラスコに-78℃でカニューレーションした後、常温で一晩撹拌した。撹拌後、真空乾燥した後、ヘキサン100mLで抽出した。
(ii)N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(2-メチルフェニル)シランアミンの製造
抽出したクロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(2-メチルフェニル)シラン4.0g(1.0eq、10.0mmol)をヘキサン10mLで撹拌した後、t-BuNH 4.2mL(4.0eq、40.0mmol)を常温で投入した後、常温で一晩撹拌した。撹拌後、真空乾燥した後、ヘキサン150mLで抽出した。溶媒乾燥後、べたつきのある液体4.26g(99%、dr=1:0.83)を得た。
1H-NMR(CDCl3, 500 MHz): δ 7.95(t, 2H), 7.70(d, 1H), 7.52(d, 1H), 7.47-7.44(m, 2H), 7.24-7.02(m, 9H), 6.97(t, 1H), 3.59(s, 1H), 3.58(s, 1H), 2.50(s, 3H), 2.44(s, 3H), 2.25(s, 3H), 2.16(s, 3H), 2.06(s, 3H), 1.56(s, 3H), 1.02(s, 9H), 0.95(s, 9H), -0.03(s, 3H), -0.11(s, 3H)
(2)遷移金属化合物の製造
Figure 0007374312000020
250mLの丸底フラスコに、前記化学式2-3のリガンド化合物(4.26g、10.501mmol)をMTBE53mL(0.2M)に入れて撹拌させた。-40℃でn-BuLi(8.6mL、21.52mmol、2.05eq、2.5M in ヘキサン)を入れ、常温で一晩撹拌した。
その後、-40℃でMeMgBr(8.8mL、26.25mmol、2.5eq、3.0M in ジエチルエーテル)をゆっくりと滴下した後、TiCl(10.50mL、10.50mmol)を順に入れ、常温で一晩撹拌した。その後、反応混合物をヘキサンを用いて濾過した。濾過液にDME(3.3mL、31.50mmol)を入れ、溶液をヘキサンで濾過、濃縮して黄色固体3.42g(68%、dr=1:0.68)を得た。
1H NMR(CDCl3, 500 MHz): δ 7.83(d, 1H), 7.80(d, 1H), 7.74(d, 1H), 7.71(d, 1H), 7.68(d, 1H), 7.37(d, 1H), 7.31-6.90(m, 9H), 6.84(t, 1H), 2.54(s, 3H), 2.47(s, 3H), 2.31(s, 3H), 2.20(s, 3H), 1.65(s, 9H), 1.63(s, 9H), 1.34(s, 3H), 1.00(s, 3H), 0.98(s, 3H), 0.81(s, 3H), 0.79(s, 3H), 0.68(s, 3H), 0.14(s, 3H), -0.03(s, 3H)
合成例2-2
(1)リガンド化合物の製造
<N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(フェニル)シランアミンの合成>
(i)クロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(フェニル)シランの製造
250mLのシュレンクフラスコに、1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン10g(1.0eq、49.925mmol)とTHF100mLを入れ、n-BuLi 22mL(1.1eq、54.918mmol、2.5M in ヘキサン)を-30℃で滴下した後、常温で3時間撹拌した。撹拌したLi-complex THF溶液を、ジクロロ(メチル)(フェニル)シラン8.1mL(1.0eq、49.925mmol)とTHF70mLが入ったシュレンクフラスコに-78℃でカニューレーションした後、常温で一晩撹拌した。撹拌後、真空乾燥した後、ヘキサン100mLで抽出した。
(ii)N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(フェニル)シランアミンの製造
抽出したクロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(フェニル)シランヘキサン溶液100mLにt-BuNH 42mL(8eq、399.4mmol)を常温で投入した後、常温で一晩撹拌した。撹拌後、真空乾燥した後、ヘキサン150mLで抽出した。溶媒乾燥後、黄色固体13.36g(68%、dr=1:1)を得た。
1H NMR(CDCl3, 500 MHz): δ 7.93(t, 2H), 7.79(d,1H), 7.71(d,1H), 7.60(d, 2H), 7.48(d, 2H), 7.40~7.10(m, 10H, aromatic), 3.62(s, 1H), 3.60(s, 1H), 2.28(s, 6H), 2.09(s, 3H), 1.76(s, 3H), 1.12(s, 18H), 0.23(s, 3H), 0.13(s, 3H)
(2)遷移金属化合物の製造
Figure 0007374312000021
100mLのシュレンクフラスコに、前記化学式2-4のリガンド化合物4.93g(12.575mmol、1.0eq)とトルエン50mL(0.2M)を入れ、n-BuLi 10.3mL(25.779mmol、2.05eq、2.5M in ヘキサン)を-30℃で滴下した後、常温で一晩撹拌した。撹拌後、MeMgBr12.6mL(37.725mmol、3.0eq、3.0M in ジエチルエーテル)を滴下した後、TiCl 13.2mL(13.204mmol、1.05eq、1.0M in トルエン)を順に入れ、常温で一晩撹拌した。撹拌後、真空乾燥した後、ヘキサン150mLで抽出し、50mLまで溶媒を除去した後、DME4mL(37.725mmol、3.0eq)を滴下してから常温で一晩撹拌した。さらに真空乾燥した後、ヘキサン150mLで抽出した。溶媒乾燥後、褐色固体2.23g(38%、dr=1:0.5)を得た。
1H NMR(CDCl3, 500 MHz): δ 7.98(d, 1H), 7.94(d, 1H), 7.71(t, 6H), 7.50~7.30(10H), 2.66(s, 3H), 2.61(s, 3H), 2.15(s, 3H), 1.62(s, 9H), 1.56(s, 9H), 1.53(s, 3H), 0.93(s, 3H), 0.31(s, 3H), 0.58(s, 3H), 0.51(s, 3H), -0.26(s, 3H), -0.39(s, 3H)
合成例2-3
(1)リガンド化合物の製造
<N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(2-エチルフェニル)(メチル)シランアミンの合成>
(i)クロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(2-エチルフェニル)(メチル)シランの製造
100mLのシュレンクフラスコに、1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン2g(1eq、9.99mmol)とTHF50mLを入れ、n-BuLi 4mL(1eq、9.99mmol、2.5M in ヘキサン)を-30℃で滴下した後、常温で一晩撹拌した。撹拌したLi-complex THF溶液を、ジクロロ(2-エチルフェニル)(メチル)シラン2.19mL(1.0eq、9.99mmol)とTHF50mLが入ったシュレンクフラスコに-78℃でカニューレーションした後、常温で一晩撹拌した。撹拌後、真空乾燥した後、ヘキサン60mLで抽出し、さらに真空乾燥した後、ヘキサンで洗浄してアイボリー色の固体3.83g(99%、dr=1:1)を得た。
(ii)N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(2-エチルフェニル)(メチル)シランアミンの製造
100mLの丸底フラスコに、クロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(2-エチルフェニル)(メチル)シラン3.87g(10.1mmol)を定量して添加した後、これにヘキサン40mLを投入した。常温でt-BuNH(10eq、10.5mL)を投入した後、常温で2日間反応させた。反応後、ヘキサンを除去した後、ヘキサンで濾過した。溶媒乾燥後、黄色固体3.58g(84.4%、dr=1:0.8)を得た。
1H-NMR(CDCl3, 500 MHz): δ 7.98(t, 2H), 7.71(d, 1H), 7.55(d, 1H), 7.52(d, 1H), 7.48(d, 1H), 7.30(t, 1H), 7.26-7.22(m, 3H), 7.19(dd, 2H), 7.12-7.06(m, 3H), 7.00(t, 1H), 3.08-2.84(m, 4H) 3.05-2.84(m, 2H), 2.28(s, 3H), 2.20(s, 3H), 2.08(s, 3H), 1.62(s, 3H), 1.26-1.22(m, 6H), 1.06(s, 9H), 0.99(s, 9H), 0.05(s, 3H), -0.02(s, 3H)
(2)遷移金属化合物の製造
Figure 0007374312000022
50mLのバイアルに、前記リガンド化合物(1.74g、4.14mmol/1.0eq)およびトルエン20.7mL(0.2M)を入れて撹拌した。-40℃でn-BuLi(3.48mL、8.7mmol/2.1eq、2.5M in ヘキサン)を入れ、常温で一晩撹拌した。その後、-40℃でMeMgBr(4.14mL、12.42mmol/3.0eq、3.0M in ジエチルエーテル)をゆっくりと滴下した後、TiClDME(1.1g 4.14mmol/1.0eq)を順に入れ、常温で一晩撹拌した。溶媒乾燥後、反応混合物をヘキサンを用いて濾過した。その後、濾過液にDME(1.29mL、12.42mmol/3eq)を入れて常温で一晩撹拌した。溶媒乾燥後、ヘキサンを用いて濾過し、黄色固体335mg(16.3%、dr=1:0.8)を得た。
1H NMR(CDCl3, 500 MHz): δ 7.90(d, 1H), 7.85(d, 1H), 7.74(d, 1H), 7.71(d, 1H), 7.40(d, 1H), 7.37(d, 1H), 7.27(d, 1H), 7.23(t, 2H), 7.17(t, 2H), 7.13(t, 2H), 7.06(t, 1H), 7.01(t, 1H), 6.86(t, 1H), 2.97-2.91(m, 2H), 2.90-2.82(m, 2H), 2.33(s, 3H), 2.22(s, 3H), 1.96(s, 3H), 1.68(s, 9H), 1.66(s, 9H), 1.38(s, 3H), 1.32(t, 3H), 1.24(t, 3H), 1.07(s, 3H), 0.88(s, 3H), 0.85(s, 3H), 0.72(s, 3H), 0.19(s, 3H), 0.01(s, 3H)
比較合成例1
Figure 0007374312000023
前記化合物は、韓国特許公開2015-0034653に記載の方法により合成して使用した。
[エチレン/α-オレフィン共重合体の製造]
製造例1
1.5Lの連続工程反応器に、ヘキサン溶媒を5.0kg/h、1-ブテンを0.95kg/hで投入しながら130℃で予熱した。トリイソブチルアルミニウム化合物(Tibal;0.050mmol/分)、前記合成例1および合成例2-1で得た遷移金属化合物を3:7のモル比で混合した混合物(0.120μmol/分)、ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート助触媒(0.144μmol/分)を同時に反応器に投入した。次いで、前記反応器内にエチレン(0.87kg/h)および水素ガス(23cc/分)を投入し、89barの圧力で、連続工程で130℃に60分以上維持させて共重合反応を進行することで、共重合体を得た。その後、真空オーブンで12時間以上乾燥した後、物性を測定した。
製造例2~4、比較製造例1~6
重合条件を下記表1のように変更したことを除き、製造例1と同様にエチレン/α-オレフィン共重合体を製造した。
Figure 0007374312000024
[エチレン/α-オレフィン共重合体の分析]
実験例1
前記製造例および比較製造例で製造したエチレン/α-オレフィン共重合体に対して、下記の方法により物性を測定して表2に示した。
(1)密度(Density)
ASTM D-792に準じて測定した。
(2)メルトインデックス(MI2.16、Melt Index)
ASTM D-1238(条件E、190℃、2.16Kg荷重)に準じて測定した。
(3)溶融温度(Tm、Melting Temperature)
PerkinElmer社製の示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimeter、DSC 6000)を用いて、窒素雰囲気下で共重合体の温度を150℃に上昇させて5分間維持した後、-100℃に冷却し、さらに温度を上昇させながらDSC曲線を観察した。この際、昇温速度および冷却速度はそれぞれ10℃/分にした。測定されたDSC曲線において、溶融温度は二番目の昇温時における吸熱ピークの最大点とした。
(4)溶離温度(Te、Elution Temperature)
Polymer Char社のCFC(Cross-Fractionation Chromatography)設備を用いて、o-ジクロロベンゼンを溶媒として-20~130℃の範囲で測定した。具体的に、130℃で共重合体サンプルをo-ジクロロベンゼン溶媒に5.0mg/mLの濃度で溶解させた溶液を0.50℃/分の速度で-20℃に冷却させた後、-20℃から130℃まで1℃/分の昇温速度で加熱および昇温しながら、溶媒であるo-ジクロロベンゼンを0.5mL/分の流速でカラムに流しながら、各温度毎に溶出される重合体の量(重量%)を測定した。溶離温度は、温度に対する溶離分画のグラフを描いた時に、-20℃後に存在するピークにおいて最高点に該当する温度と定義した。
(5)重量平均分子量(Mw)および分子量分布(MWD)
重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)は、生成された共重合体に対して下記のゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography、GPC)分析条件下で測定し、分子量分布はMw/Mnの比から計算した。
-カラム:Agilent Olexis
-溶媒:卜リクロロベンゼン
-流速:1.0ml/分
-試料濃度:1.0mg/ml
-注入量:200μl
-カラム温度:160℃
-検出器(Detector):Agilent High Temperature RI detector
-標準(Standard):ポリスチレン(Polystyrene)(三次関数で補正)
-データプロセッシング(Data processing):Cirrus
Figure 0007374312000025
上記の表2に記載したように、本発明に係る製造例のエチレン/α-オレフィン共重合体は、本発明で定義した密度、Tm、Tm-Te値を全て満たすことを確認した。これに対し、比較製造例1と2はTm-Te値が65℃以上と大きく、比較製造例3~5は35℃以下と小さいため、本発明で定義した式1を満たさず、比較製造例6は、式1の範囲は満たすが、密度およびTm値が本発明の定義に該当しないことが示された。
[封止材フィルムの製造]
実施例1
前記製造例1のサンプル500gに、t-ブチル1-(2-エチルヘキシル)モノパーオキシカーボネート(TBEC)1phr(parts per hundred rubber)、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)0.5phr、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MEMO)0.2phr、封止材フィルム用組成物を製造した。その後、40℃で1時間ソーキング(Soaking)してから15時間エージングした。
その後、マイクロ押出機を用いて、高温架橋にならない程度の低温(押出機のバレル温度100℃以下の条件)で平均厚さ550μmの封止材フィルムを製造した。
実施例2~4、比較例1~6
サンプルとして、それぞれ製造例2~4、比較製造例1~6の共重合体を使用したことを除き、前記実施例1と同様に封止材フィルムを製造した。
[封止材フィルムの分析]
実験例2
2つの離型フィルム(厚さ:約100μm)の間に上記で製造された厚さ550μmの封止材フィルム(15cm×15cm)を入れ、真空ラミネータにて、工程温度150℃、工程時間19分30秒(5分真空/1分加圧/13分30秒圧力を続く)間ラミネートして架橋させた。
その後、下記方法により体積抵抗および光透過率を測定し、下記表3に記載した。
(1)体積抵抗
23±1℃の温度と50±3%の湿度条件で、Agilent 4339B High-Resistance meter(アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いて、1000Vの電圧を60秒間加えながら測定した。
(2)光透過率
550nmでの光透過率を、Shimadzu UV-3600分光光度計を用いて測定した。
-測定モード:transmittance
-波長インターバル:1nm
-測定速度:medium
Figure 0007374312000026
上記の表に示したように、本発明に係る実施例の封止材フィルムは、比較例に比べて高い体積抵抗および光透過率をともに実現できることを確認した。特に、比較例1および2は、Tm-Te値が65℃以上である共重合体を含むため、低結晶性領域により体積抵抗が低下し、高結晶性領域により光透過率も低く示され、比較例3~5は、Tm-Te値が35℃以下である共重合体を含むため、体積抵抗が特に低下していることを確認した。また、比較例6は、式1の範囲は満たすが、密度およびTe値が大きすぎるため、特に光透過率が低く示された。
このように、本発明で定義した密度、Tm、Tm-Te値を満たすエチレン/α-オレフィン共重合体を用いて封止材フィルムを製造する場合、別の添加剤を用いなくても、優れたレベルの体積抵抗および光透過率を実現することができた。

Claims (8)

  1. 下記(a)~(c)の条件を満たすエチレン/α-オレフィン共重合体を含み、
    前記α-オレフィンは、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、および1-エイコセンから構成される群から選択される1種以上を含む、封止材フィルム用組成物:
    (a)密度が0.85~0.89g/cc;
    (b)示差走査熱量計(DSC、Differential Scanning Calorimetry)により得られた曲線において最高点ピークを有する溶融温度(Tm)が6168℃;および
    (c)前記溶融温度(Tm)と、クロス分別クロマトグラフィー(CFC、Cross-Fractionation Chromatography)により、o-ジクロロベンゼンを溶媒として、得られた曲線において最高点ピークを有する溶離温度(Te)が、下記式1を満たし、前記溶離温度(Te)が25~30℃である
    [式1]
    35℃<Tm-Te≦43℃。
  2. 前記エチレン/α-オレフィン共重合体の分子量分布が1.5~2.5である、請求項1に記載の封止材フィルム用組成物。
  3. 前記エチレン/α-オレフィン共重合体のメルトインデックスが1~100dg/分である、請求項1又は2に記載の封止材フィルム用組成物。
  4. 前記エチレン/α-オレフィン共重合体の重量平均分子量が40,000~150,000g/molである、請求項1~のいずれか一項に記載の封止材フィルム用組成物。
  5. 前記α-オレフィンは、エチレン/α-オレフィン共重合体に対して0超過99モル%以下で含まれる、請求項1~のいずれか一項に記載の封止材フィルム用組成物。
  6. 架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤、不飽和シラン化合物、アミノシラン化合物、光安定剤、UV吸収剤、および熱安定剤からなる群から選択される1種以上をさらに含む、請求項1~のいずれか一項に記載の封止材フィルム用組成物。
  7. 請求項1からの何れか一項に記載の封止材フィルム用組成物を含む封止材フィルム。
  8. 請求項に記載の封止材フィルムを含む太陽電池モジュール。
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