JPWO2014061669A1 - 硬化シート、それを有する積層体、及びその積層体の製造方法 - Google Patents

硬化シート、それを有する積層体、及びその積層体の製造方法 Download PDF

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Abstract

エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリエチレンを含む積層体形成用シートを硬化した硬化シートであって、ポリエチレンの含有量が多い場合でも接着耐久性に優れ、十分な柔軟性を有する硬化シート、及びこれを有する積層体を提供する。積層体を構成する硬化シートであり、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む組成物からなる積層体形成用シートを架橋硬化してなる硬化シートであって、 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲であり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体が海相であり、前記ポリエチレンが島相である海島構造を有することを特徴とする硬化シート、及びこれを有する積層体。

Description

本発明は、太陽電池や合わせガラス等の積層体において、これらを接着一体化する積層体形成用シート(太陽電池用封止膜や合わせガラス用中間膜等)を硬化した硬化シート、それを有する積層体に関する。
従来から、エチレン−酢酸ビニル共重合体(以下、EVAともいう)を主成分として含む組成物からなるシート(EVAシート)は、安価であり、高い透明性を有することから、合わせガラス用中間膜や太陽電池用封止膜等として利用されている。合わせガラス用中間膜としては、図2に示すように、ガラス板11A及び11Bの間に挟持され、耐貫通性や破損したガラスの飛散防止等の機能を発揮する。太陽電池用封止膜としては、図3に示すように、太陽電池用セル24とガラス基板等からなる表面側透明保護部材21との間、及び太陽電池用セル24と裏面側保護部材(バックカバー)22との間に配置され、絶縁性の確保や機械的耐久性の確保等の機能を発揮する。
近年、耐熱性、耐クリープ性、及び耐水蒸気透過性の向上等の目的で、EVA等のエチレン系共重合体と、ポリエチレン(以下、PEともいう)等のポリオレフィンとを含有する封止膜用組成物又は封止用シートが開発されている(特許文献1、2)。
特開2001−332750号公報 特開2010−059277号公報
しかしながら、本発明者らの検討によると、特許文献1又は2に記載されたようなEVAとポリエチレンとを混合した組成物からなる太陽電池用封止膜や合わせガラス用中間膜等の積層体形成用シート、特にポリエチレンの含有量が多い積層体形成用シートを用いて太陽電池や合わせガラス等の積層体を作製した場合、積層体形成用シートが加熱圧着工程等により硬化された硬化シートの接着耐久性や柔軟性が低下し、積層体の耐久性が不十分になる場合があることが分かった。
従って、本発明の目的は、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリエチレンを含む積層体形成用シートを硬化した硬化シートであって、ポリエチレンの含有量が多い場合でも接着耐久性に優れ、十分な柔軟性を有する硬化シート、それを有する積層体、及びその積層体の製造方法を提供することにある。
上記目的は、積層体を構成する硬化シートであり、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む組成物からなる積層体形成用シートを架橋硬化してなる硬化シートであって、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲であり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体が海相であり、前記ポリエチレンが島相である海島構造を有することを特徴とする硬化シートによって達成される。
エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)とポリエチレン(PE)が混合された積層体形成用シートが、EVA成分が海相(連続相)であり、PE成分が島相である海島構造を維持した状態で架橋硬化した硬化シートは、EVAとPEが共連続構造を示す状態で硬化した場合や、PE成分が海相でEVA成分が島相の状態で硬化した場合と比べて、EVAの架橋硬化による接着力や柔軟性を十分に発揮することができ、接着耐久性に優れ、十分な硬さを有する硬化シートとすることができる。
本発明の硬化シートの好ましい態様は以下の通りである。
(1)前記ポリエチレンからなる島相の平均径((平均長径(l)+平均短径(d))/2)が、40μm以下である。
(2)前記ポリエチレンからなる島相の平均アスペクト比(平均長径(l)/平均短径(d))が、40以下である。
これらにより、更にEVAの架橋硬化による接着力等を発揮することができ、更に接着耐久性に優れた硬化シートとすることができる。また、更にPEの配合比を高くすることができる。
(3)前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜6:4の範囲である。
(4)合わせガラス用中間膜又は太陽電池用封止膜の硬化物である。
また、本発明の目的は、本発明の硬化シートを有する積層体によって達成される。
本発明の積層体は、EVAにPEを配合することにより耐熱性、耐クリープ性及び耐水蒸気透過性等が向上され、且つEVAと同様な接着耐久性等を有する本発明の硬化シートを有している。即ち、本発明の積層体は、本発明の硬化シートにより接着一体化されており、耐候性、耐久性に極めて優れた積層体である。
本発明の積層体は、前記硬化シートが、少なくとも2枚の基板の間に挟持された構造を有することが好ましい。このような構造は本発明の硬化シートの接着耐久性が十分に発揮される構造である。
また、本発明の積層体は、合わせガラス又は太陽電池であることが好ましい。
更に、本発明の目的は、本発明の積層体の製造方法であって、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む組成物からなり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲であり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体が海相であり、前記ポリエチレンが島相である海島構造を有する積層体形成用シートと、他の積層体用材料とを積層し、未硬化の積層体を形成する工程、及び前記未硬化の積層体を加熱して、前記積層体形成用シートを架橋硬化する工程を含み、前記加熱を130〜175℃の温度条件で、加熱開始5分後の前記積層体形成用シート中のエチレン−酢酸ビニル共重合体のゲル分率が、15〜70%となるように行うことを特徴とする積層体の製造方法によって達成される。
本発明の積層体を製造する際に、本発明の硬化シートが得られるように、EVA、PE及び有機過酸化物を含む組成物から形成された、EVAが海相であり、PEが島相である海島構造を有する積層体形成用シートを用いた場合であっても、その積層体形成用シートを含む積層体を加熱して架橋硬化する段階で、積層体形成用シート中のPEの分子拡散が生じ、PEの島相が肥大化したり、PEが連続相化したりする場合がある。その場合、硬化後の積層体において、本発明の硬化シートが得られず、耐候性、耐久性に劣る積層体になり得る。
本発明の積層体の製造方法においては、架橋硬化工程における加熱温度を上記の範囲とし、加熱開始後5分後のEVAのゲル分率を上記の範囲となるようにゲル分率の上昇速度を調整している。これにより、積層体形成用シート中のPEの分子拡散が生じ易い温度に上昇したときに、EVAの流動性が適度に低下するため、PEの島相の肥大化を抑制することができ、更に加熱を続けて架橋硬化させることにより、EVAの海相、PEの島相の海島構造を維持したまま本発明の硬化シートを有する積層体を製造することができる。EVAのゲル分率の上昇速度は、有機過酸化物の種類及び配合量により調整できる。
本発明の積層体の製造方法の好ましい態様は以下の通りである。
(1)前記有機過酸化物が、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート又は2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサンである。これらの有機過酸化物は、上記加熱温度範囲において、上記加熱時間におけるEVAのゲル分率を上記範囲とするのに適している。
(2)前記有機過酸化物の含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体100質量部に対して、0.2〜4.0質量部である。
本発明によれば、EVAにPEを配合することにより耐熱性等が向上され、且つ接着耐久性に優れ、十分な柔軟性を有する合わせガラス用中間膜の硬化物や、太陽電池用封止膜の硬化物等の硬化シートが得られる。従って、本発明の硬化シートを有する合わせガラス及び太陽電池等の積層体は、耐候性、耐久性に極めて優れた積層体であるといえる。
本発明の硬化シートの海島構造を説明するための概略断面図である。 一般的な合わせガラスの概略断面図である。 一般的な太陽電池の概略断面図である。
[硬化シート]
以下に本発明の硬化シートについて、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の硬化シートの海島構造を説明するための概略断面図であり、図1(a)はEVAとPEとが共連続構造である状態を示し、図1(b)はEVAが海相(連続相)であり、PEが島相である海島構造である状態を示し、図1(c)はPE成分が海相であり、EVA成分が島相である海島構造である状態を示す。
EVAとPEを含む樹脂組成物からなる積層体形成用シートを有機過酸化物等の架橋剤により架橋硬化させた硬化シートにおいては、図1(a)のようなEVA成分とPE成分とが共連続構造を有している状態、図1(b)のようなEVA成分が海相であり、PE成分が島相である海島構造を有する状態、及び図1(c)のようなPE成分が海相であり、EVA成分が島相である海島構造を有する状態で硬化している場合があり得る。これらは、後述するように、積層体形成用シートを製造する際の樹脂組成物のEVAとPEの配合比、これらの混合状態、有機過酸化物の種類や配合量、及び架橋硬化温度条件等によって変化し得る。
本発明の硬化シートは、EVAのPEに対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲であり、EVAとPEが図1(b)で示すように、EVA成分が海相でPE成分が島相である海島構造の状態で硬化していることを特徴とする。PEの配合比が上記の範囲の場合、上述の通り、積層体形成用シートの製造条件や架橋硬化条件によって、上記の図1(a)〜(c)の状態を形成し得る。その内、本発明の状態(図1(b))で架橋硬化した硬化シートは、図1(a)のEVAとPEが共連続構造の状態で硬化した硬化シートや、図1(c)のPE成分が海相でEVA成分が島相の海島構造の状態で硬化した硬化シートに比べて、EVAの架橋硬化による接着力や柔軟性を十分に発揮されるので、接着耐久性に優れ、十分な柔軟性を有する硬化シートとすることができる。
本発明の硬化シートにおいて、海島構造を構成するPEからなる島相の形態(形状、大きさ等)については特に制限はない。島相の形状は、例えば、断面形状として、円形、楕円形、矩形等の多角形、角丸矩形等の角丸多角形、又はこれらが組み合わさった形状等が挙げられる。島相の大きさについては、例えば、図1(b)においては、断面形状を円形又は楕円形として示しているが、島相の平均長径(l)と平均短径(d)の平均値を平均径とした場合、PEからなる島相の平均径((平均長径(l)+平均短径(d))/2)が40μm以下であることが好ましい。これにより更にEVAの架橋硬化による接着力等を発揮することができる。また、島相を密にすることにより、更にPEの配合比が高い硬化物とすることができる。島相の平均径は、30μm以下が更に好ましく、20μm以下が特に好ましい。また、下限値としては1μm以上が好ましく、3μm以上が更に好ましい。島相の大きさは、大き過ぎると共連続構造に近い性質が生じ、硬化物の接着耐久性が低下する恐れがあり、小さ過ぎると硬化前のシートの粘度が高くなり加工性が低下する恐れがある。
なお、島相の平均径は、島相の断面形状が多角形や角丸多角形等の場合は、長手方向の最大距離を長径とし、幅方向の最大距離を短径として平均長径(l)及び平均短径(d)を算出する。
また、PEからなる島相の平均アスペクト比(平均長径(l)/平均短径(d))は大き過ぎると、共連続構造に近い性質が生じ、硬化物の接着耐久性が低下する恐れがあるため、40以下であることが好ましい。これにより、更にPEの配合比が高い硬化物とすることができる。島相の平均アスペクト比は、1〜20がより好ましく、1〜10が更に好ましく、1〜5が特に好ましい。
これらの数値は、例えば、樹脂組成物の断面を透過型電子顕微鏡で1000倍等に拡大した写真、あるいは樹脂組成物の断面をAFM(原子間力顕微鏡)により弾性率マッピングした写真から、任意にサンプリングした部分における島相について測定して算出することができる。
本発明の硬化シートにおいて、EVAのPEに対する質量比(EVA:PE)は、3:7〜8:2であるが、PEを配合することによる耐熱性、耐クリープ性、耐水蒸気透過性の向上等の効果が十分に得られ、且つ上記の海島構造による優れた接着耐久性等の効果が得られることから、PEの配合比が高いことが好ましい。従って、EVA:PEは、3:7〜4:6が好ましく、3:7〜5:5が特に好ましい。
本発明の硬化シートとしては、積層体の形成に用いられ、積層体を接着一体化している硬化シートであれば、どのような用途のものでも良い。特に耐候性、耐久性が要求される屋外で使用されるものが好ましく、特に、合わせガラス中間膜又は太陽電池用封止膜の硬化物であることが好ましい。これらの用途についての詳細は後述する。
[積層体]
本発明の硬化シートは、積層体を構成し、積層体の一部として硬化された硬化物である。従って、本発明は、本発明の硬化シートを有する積層体にもある。
本発明の積層体は、本発明の硬化シートを有していれば、どのような構造でも良く、適宜、種々の基板や塗工層等の積層体用材料が組み合わされ、接着一体化された積層体である。本発明の硬化シートの接着耐久性が十分に発揮されるので、本発明の硬化シートが、少なくとも2枚の基板の間に挟持された構造を有することが好ましい。これらの用途についての詳細は後述する。
[積層体の製造方法]
本発明の積層体は、本発明の硬化シートを有するので、本発明の積層体を製造する場合、本発明の硬化シートが得られるような製造方法を行う必要がある。EVA成分が海相であり、PE成分が島相である海島構造を有する本発明の硬化シートを得るため、通常、EVA、PE、有機過酸化物を含む組成物からなる積層体形成用シート(未硬化)においても、同様な海島構造を有するように製造する。しかしながら、EVAが海相であり、PEが島相である海島構造を有する積層体形成用シートを用いた場合であっても、その積層体形成用シートを含む積層体を加熱して架橋硬化する段階で、積層体形成用シート中のPEの分子拡散が生じ、PEの島相が肥大化したり、PEが連続相化したりする場合がある。その場合、硬化後の積層体において、本発明の硬化シートが得られず、耐候性、耐久性に劣る積層体になり得る。
そこで、本発明の積層体の製造方法は、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む組成物からなり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲(好ましくは3:7〜4:6、更に好ましくは3:7〜5:5の範囲)であり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体が海相であり、前記ポリエチレンが島相である海島構造を有する積層体形成用シートと、他の積層体用材料(ガラス板等の基板、保護部材、太陽電池用セル等)とを積層し、未硬化の積層体を形成する工程、及び前記未硬化の積層体を加熱して、前記積層体形成用シートを架橋硬化する工程を含み、前記加熱を130〜175℃の温度条件で、加熱開始5分後の前記積層体形成用シート中のエチレン−酢酸ビニル共重合体のゲル分率が、15〜70%となるように行うことを特徴とする。
未硬化の積層体の架橋硬化工程における加熱温度を130〜175℃とすることで、架橋工程時間を短くすることで生産性を向上することができ、且つ加熱開始後5分後のEVAのゲル分率が15〜70%となるように、EVAのゲル分率の上昇速度を調整することにより、積層体形成用シートの温度が、シート中のPEの分子拡散が生じ易い温度(100℃〜120℃)に上昇したときに、EVAの流動性を適度に低下させることができる。
このEVAの流動性の低下により、PEの分子拡散を妨げ、PEの島相の肥大化や連続相化を抑制することができる。加熱開始5分後のEVAのゲル分率が15%より低い場合は、PEの肥大化を阻止できず、70%より大きい場合は架橋が速く進み過ぎ、発泡してしまう場合がある。加熱開始後5分後のゲル分率は、25〜60%が好ましい。
その後、更に上記温度で加熱を続けてシートを架橋硬化させることにより、EVAが海相であり、PEが島相である海島構造を維持したまま、本発明の硬化シートを有する積層体を製造することができる。架橋硬化後のEVAのゲル分率は80%以上が好ましい。なお、加熱処理は加圧下で行ってもよい。この際、積層体を1.0×10Pa〜5.0×10Paの圧力で加圧しながら行うのが好ましい。加熱時間は特に制限はないが、10分〜60分が好ましい。加熱時間が短過ぎると架橋が不十分となる場合があり、加熱時間が長過ぎると各積層体用材料の劣化の恐れがある。
上記架橋硬化工程における加熱温度は、130〜170℃が好ましく、140〜160℃が更に好ましい。加熱温度が低過ぎると、PEの分子拡散が進みやすく、PEの島相が肥大化する恐れがあり、加熱温度が高過ぎると、有機過酸化物の急速な分解により発泡の恐れがあり、各積層体用材料のラミネート前に架橋硬化が生じて接着性が低下する場合がある。
EVAのゲル分率の上昇速度は、後述のように、有機過酸化物の種類及び配合量等により調整することができる。
以下に、本発明の硬化シート、積層体、及び積層体の製造方法に用いられる積層体形成用シートに係る組成物の材料について詳述する。
[ポリエチレン]
本発明において、ポリエチレン(PE)は、JISに規定される通り、エチレンを主体とする重合体であり、エチレンの単独重合体、エチレンと5モル%以下の炭素数3以上のα−オレフィン例えばブテン−1、ヘキセン−1、4―メチルペンテン−1、オクテン−1等との共重合体、エチレンと官能基に炭素、酸素、および水素だけを有する1モル%以下の非オレフィン単量体との共重合体を含む(JISK6922−1:1997附属書参照)。PEは一般に、その密度によって分類され、高密度ポリエチレン(HDPE(又はPE−HD))、低密度ポリエチレン(LDPE(又はPE−LD))、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE(又はPE−LLD)等が挙げられる。PEとしてはどのようなものでも良いが、比較的融点が低く、結晶化度が低い低密度ポリエチレン及び/又は直鎖状低密度ポリエチレンから選択される1種以上のポリエチレンからなることが好ましい。
LDPEは、一般に、100〜350MPaの高圧下で有機過酸化物等のラジカル発生剤の存在下でエチレンを重合して得られる長鎖分岐を有するもので、その密度は、一般に、0.910g/cm3以上0.930g/cm3未満である。LLDPEは、一般に、チーグラー型触媒、フィリップス触媒、メタロセン型触媒等の遷移金属触媒の存在下にエチレンとα−オレフィンとを共重合して得られるもので、その密度(JIS K 7112に準ずる。以下同じ)は、一般に0.910〜0.940g/cm3、好ましくは0.910〜0.930g/cm3である。これらは、市販のものを適宜用いることができる。
[エチレン−酢酸ビニル共重合体]
本発明において、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)における酢酸ビニルの含有率は、通常、EVAの質量に対して20〜45質量%である。EVAの酢酸ビニル単位の含有量が低い程、得られる硬化シートが硬くなる傾向がある。酢酸ビニルの含有量が20質量%未満では、本発明の硬化シートの透明性、柔軟性が充分でない恐れがある。また、45質量%を超えると、カルボン酸、アルコール、アミン等が発生し積層体における他の部材等との界面で発泡が生じ易くなるおそれがある。
本発明において、硬化シートに十分な柔軟性と適度な硬さを付与するためには、EVAにおける酢酸ビニルの含有率は、20〜40質量%が好ましく、更に22〜35質量%が好ましい。
また、EVAのメルトフローレート(MFR)(JIS−K7210に従う)は、1.0g/10分以上が好ましい。MFRは、1.0〜50.0g/10分が更に好ましく、特に4.0〜30.0g/10分が好ましい。なお、MFRは、190℃、荷重21.18Nの条件で測定されたものである。
本発明においては、EVAに加えて、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸共重合体、前記エチレン−不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基の一部又は全部が上記金属で中和されたアイオノマー、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸イソブチル共重合体、エチレン−アクリル酸n−ブチル共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸イソブチル−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸n−ブチル−メタクリル酸共重合体のようなエチレン−不飽和カルボン酸エステル−不飽和カルボン酸共重合体及びそのカルボキシル基の一部又は全部が上記金属で中和されたアイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体のようなエチレン−ビニルエステル共重合体等のエチレン−極性モノマー共重合体、ポリビニルアセタール系樹脂(例えば、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール(PVB樹脂)、変性PVB)、及び塩化ビニル樹脂を副次的に使用しても良い。
[有機過酸化物]
有機過酸化物は、架橋剤として、EVAやPEの架橋構造を形成することができ、本発明の硬化シートの強度、接着性及び耐久性を向上することができるものである。
前記有機過酸化物としては、100℃以上の温度で分解してラジカルを発生するものであれば、どのようなものでも使用することができる。特に、半減期10時間の分解温度が70℃以上のものが好ましい。
前記有機過酸化物としては、本発明の積層体の製造方法における加熱温度、貯蔵安定性の観点から例えば、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、tert−ヘキシルパーオキシピバレート、tert−ブチルパーオキシピバレート、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ジ−n−オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、スクシニックアシドパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、tert−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、4−メチルベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、m−トルオイル+ベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−tert−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、tert−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert−ブチルパーオキシマレイックアシド、tert−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルヘキサン、tert−ブチルパーオキシラウレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(メチルベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジ−メチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン等が挙げられる。有機過酸化物は1種でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
有機過酸化物として、特に、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサンが好ましい。これらの有機過酸化物は、本発明の積層体の製造方法において、上記加熱温度範囲、上記加熱時間におけるEVAのゲル分率を所定の範囲とするのに適しており、より接着耐久性の高い硬化シートを得ることができる。
前記有機過酸化物の含有量は特に制限はないが、EVA及びPEの混合物100質量部に対して、好ましくは0.2〜4.0質量部、より好ましくは0.2〜3.0質量部であることが好ましい。特に、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネートの場合は、EVA及びPEの混合物100質量部に対して0.2〜2.0質量部が好ましく、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサンの場合は、EVA及びPEの混合物100質量部に対して0.5〜4.0質量部が好ましい。
本発明において、上記積層体形成用シートの組成物は、EVA、PE及び有機過酸化物に加えて、必要に応じて、架橋助剤、接着向上剤、可塑剤等を添加することができる。
[架橋助剤]
架橋助剤は、EVAのゲル分率を向上させ、本発明の硬化シートの接着性及び耐久性を向上させることができる。
前記架橋助剤の含有量は、EVA及びPEの混合物100質量部に対して、一般に10質量部以下、好ましくは0.1〜5質量部、更に好ましくは0.1〜2.5質量部で使用される。これにより、更に接着性に優れる硬化シートが得られる。
前記架橋助剤(官能基としてラジカル重合性基を有する化合物)としては、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の3官能の架橋助剤の他、(メタ)アクリルエステル(例、NKエステル等)の単官能又は2官能の架橋助剤等を挙げることができる。なかでも、トリアリルシアヌレートおよびトリアリルイソシアヌレートが好ましく、特にトリアリルイソシアヌレートが好ましい。
[接着向上剤]
接着向上剤としては、シランカップリング剤を用いることができる。これにより、本発明の硬化シートの接着力を、更に向上させることができる。前記シランカップリング剤としては、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを挙げることができる。これらシランカップリング剤は、単独で使用しても、又は2種以上組み合わせて使用しても良い。なかでも、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが特に好ましく挙げられる。
前記シランカップリング剤の含有量はEVA及びPEの混合物100質量部に対して0.1〜0.7質量部、特に0.3〜0.65質量部であることが好ましい。
[可塑剤]
可塑剤としては、トリスイソデシルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト等のホスファイトやリン酸エステル等のリン含有化合物、アジピン酸エーテルエステル、トリメリテートn−オクチル、フタル酸ジオクチル、アジピン酸ジヘキシル、セバシン酸ジブチル等の多塩基酸のエステル、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジソブチレート、トリエチレングリコール−ジ−2−エチルブチレート、テトラエチレングリコールジヘプタノエート、トリエチレングリコールジペラルゴネート等の多価アルコールのエステル、エポキシ化脂肪酸アルキルエステル等が使用できる。
[その他]
また、本発明において、積層体形成用シートの用途により、上記の材料の他の添加剤を使用しても良い。例えば、合わせガラス用中間膜や太陽電池用封止膜として使用する場合、種々の物性(機械的強度、接着性、透明性等の光学的特性、耐熱性、耐光性、架橋速度等)の改良あるいは調整のため、必要に応じて、アクリロキシ基含有化合物、メタクリロキシ基含有化合物、エポキシ基含有化合物、紫外線吸収剤、光安定剤、及び/又は老化防止剤などの各種添加剤を添加してもよい。
[積層体形成用シートの製造方法]
上述のように、EVA成分が海相であり、PE成分が島相である海島構造を有する本発明の硬化シートを得るために、通常、積層体形成用シート(未硬化)についても同様な海島構造を有するように製造する。積層体形成用シートの製造方法は、特に制限はないが、特にPEの配合比が高い場合は、上述の海島構造が形成され難いので、積層体形成用シートの組成物の混練工程の条件を制御することが好ましい。
例えば、EVA及びPEを混練する際に、EVAの粘度VEVA[Pa・s]に対してPEの粘度VPE[Pa・s]が0.1〜20倍となる条件下で混練されて得られることが好ましい。この条件でEVA及びPEを混練した場合、よりPEの配合比が高い、海島構造を有する組成物とすることができる。特にPEの配合比がEVAの配合比より高い組成物の場合、上記混練条件において、EVAの粘度VEVA[Pa・s]に対するPEの粘度VPE[Pa・s]は、更に1倍より大きく20倍以下が好ましく、更に2〜15倍が好ましく、特に4〜13倍が好ましい。これにより、PE成分よりEVA成分がよく流れることになるため、少ないEVA配合量でも良く流れてEVAのみが連続相を形成しやすくなる。これにより更にPEの配合比が高い海島構造を有する組成物とすることができる。
また、上記の条件において、EVAの粘度VEVAは、1000〜50000Pa・sが好ましく、更に2000〜20000Pa・sが好ましい。一方、PEの粘度VPEは、20000〜120000Pa・sが好ましく、更に30000〜50000Pa・sが好ましい。これらの樹脂の粘度は、例えば、キャピラリーレオメータ-を用い、せん断速度6.1s−1、温度は実際の加工温度にて測定することができる。この粘度から上記の粘度比が算出できる。
また、上記海島構造を形成する条件として、EVA及びPEを混練する際のせん断速度は、10〜1500s-1が好ましい。これにより、PEの島相を更に密に形成することができ、更にPEの配合比が高い、海島構造を有する組成物とすることができる。上記混練条件において、せん断速度は、更に100〜1000s-1が好ましく、特に200〜800s-1が好ましい。
上述の硬化シートの海島構造における好ましいPEの島相の形状を得るために、この積層体形成用シートの組成物の段階で、PEの島相の平均径((平均長径(l)+平均短径(d))/2)を、40μm以下、更に5〜30μm、特に10〜20μmとするのが好ましく、PEの島相の平均アスペクト比(平均長径(l)/平均短径(d))を、40以下、更に1〜30、特に1〜10とすることが好ましい。これらの数値も、硬化シートにおけるPEの島相の形状と同様に測定して算出することができる。
混練工程は、どのような装置で行っても良い。例えば、EVA、PE及び有機過酸化物、並びに必要に応じて上記の各材料をスーパーミキサー(高速流動混合機)、二軸混練機、遊星歯車式混練機、単軸押出機等に投入し、好ましくは上記の条件下で混練する。
積層体形成用シートは、上述の混練工程で得られた積層体形成用シートの組成物を、シート状に製膜することで得られる。
即ち、上記組成物を、必要に応じてロール練り等の二次混練を行った後、通常の押出成形、又はカレンダ成形(カレンダリング)等により成形してシート状物を得る方法により製造することができる。製膜時の加熱温度は、有機過酸化物が反応しない或いはほとんど反応しない温度とすることが好ましい。例えば、50〜120℃、特に40〜100℃とするのが好ましい。積層体形成用シートの厚さは、特に制限されず、用途によって適宜設定することができる。一般に、50μm〜2mmの範囲である。
[用途]
本発明の硬化シートは、上述のように積層体を構成する硬化シートであれば、どのような用途でも良いが、PEを含むことで耐熱性等が付与され、且つ接着耐久性に優れているので、耐候性、耐久性が要求される屋外で使用されるものが好ましく、特に合わせガラス用中間膜又は太陽電池用封止膜の硬化物であることが好ましい。
合わせガラス用中間膜の硬化物としては、通常、2枚の透明基板の間に挟持され、合わせガラスを接着一体化している硬化物である。
合わせガラスの製造は、例えば、図2に示したように、中間膜12(上記積層体形成用シート(未硬化))を2枚の透明基板11A及び11Bの間に狭持して、得られた積層体を脱気した後、加熱下に押圧する方法などが用いられる。これらの工程は、例えば、真空袋方式、ニップロール方式等を用いて行われる。これにより、中間膜12が硬化して、中間膜12と透明基板11A及び11Bとを接着一体化することができる。中間膜12の硬化物を本発明の硬化シートとし、合わせガラスを本発明の積層体とするためには、上述の積層体の製造方法の条件に準じて行うことが好ましい。例えば、上記積層体を80〜120℃の温度で予備圧着し、130〜175℃で10〜60分で加熱処理し、且つ加熱開始5分後の前記積層体形成用シート中のEVAのゲル分率が、15〜70%となるように加熱する。また、加熱処理は加圧下で行ってもよい。このとき、積層体を1.0×10Pa〜5.0×10Paの圧力で加圧しながら行うのが好ましい。架橋後の冷却は一般に室温で行われるが、特に、冷却は速いほど好ましい。
前記透明基板は、例えば珪酸塩ガラス、無機ガラス板、無着色透明ガラス板などのガラス板の他、プラスチックフィルムを用いてもよい。前記プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム、ポリエチレンブチレートフィルムを挙げることができ、PETフィルムが好ましい。透明基板の厚さは、0.05〜20mm程度が一般的である。
また、太陽電池用封止膜の硬化物としては、通常、表面側透明保護部材と裏面側保護部材との間に、太陽電池用セルを封止し、太陽電池を接着一体化している硬化物である。なお、本発明において、太陽電池用セルの光が照射される側(受光面側)を「表面側」と称し、太陽電池用セルの受光面とは反対面側を「裏面側」と称する。
太陽電池の製造は、例えば、図3に示すように表面側透明保護部材21、表面側封止膜23A、太陽電池用セル24、裏面側封止膜23B及び裏面側保護部材22を積層し、加熱加圧など常法に従って、封止膜23A及び23Bを架橋硬化させる方法などが用いられる。この際、表面側封止膜23A及び/又は裏面側封止膜23Bとして上記積層体形成用シート(未硬化)を用いる。この加熱加圧時に、表面側封止膜23Aおよび裏面側封止膜23Bを架橋させることにより、表面側封止膜23Aおよび裏面側封止膜23Bを介して、表面側透明保護部材21、裏面側保護部材22、および太陽電池用セル24を一体化させて、太陽電池用セル24を封止することができる。表面側封止膜23A及び/又は裏面側封止膜23Bの硬化物を本発明の硬化シートとし、太陽電池を本発明の積層体とするためには、上述の積層体の製造方法の条件に準じて行うことが好ましい。例えば、前記積層体を、真空ラミネータで温度135〜175℃、さらに140〜175℃、特に155〜175℃、脱気時間0.1〜5分、プレス圧力0.1〜1.5kg/cm2、プレス時間10〜60分で加熱圧着し、且つ加熱開始5分後の前記積層体形成用シート中のエチレン−酢酸ビニル共重合体のゲル分率が、15〜70%となるように加熱する。
なお、本発明の硬化シート(太陽電池用封止膜の硬化物)は、図2に示したような単結晶又は多結晶のシリコン結晶系の太陽電池用セルを用いた太陽電池における封止膜の硬化物だけでなく、薄膜シリコン系、薄膜アモルファスシリコン系太陽電池、セレン化銅インジウム(CIS)系太陽電池等の薄膜太陽電池における封止膜の硬化物であっても良い。この場合は、例えば、ガラス基板、ポリイミド基板、フッ素樹脂系透明基板等の表面側透明保護部材の表面上に化学気相蒸着法等により形成された薄膜太陽電池素子層上に、裏面側封止膜、裏面側保護部材を積層し、接着一体化させた構造、裏面側保護部材の表面上に形成された太陽電池素子上に、表面側封止膜、表面側透明保護部材を積層し、接着一体化させた構造、又は表面側透明保護部材、表面側封止膜、薄膜太陽電池素子、裏面側封止膜、及び裏面側保護部材をこの順で積層し、接着一体化させた構造等が挙げられる。
本発明で使用される前記表面側透明保護部材21は、通常珪酸塩ガラスなどのガラス基板であるのがよい。ガラス基板の厚さは、0.1〜10mmが一般的であり、0.3〜5mmが好ましい。ガラス基板は、化学的に、或いは熱的に強化させたものであってもよい。
本発明で使用される前記裏面側保護部材22は、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのプラスチックフィルムが好ましく用いられる。また、耐熱性、耐湿熱性を考慮してフッ化ポリエチレンフィルム、特にフッ化ポリエチレンフィルム/Al/フッ化ポリエチレンフィルムをこの順で積層させたフィルムでも良い。
以下、本発明を実施例により説明する。
[実施例1〜17、比較例1〜5]
(1)積層体形成用シートサンプル及び硬化シートサンプルの調製
EVA、PE及び有機過酸化物を表1に示す各配合量で混練し(混練温度;120℃)、EVAが海相であり、PEが島相の海島構造を有するEVA及びPE混合組成物を調製した。次いで、その組成物をカレンダ成形(成形温度;85℃)により、各積層体形成用シートサンプル(厚さ;0.5mm及び2.0mm)を調製した。
次いで、上記で作製した各積層体形成用シートサンプル(100mm×100mm×2.0mm厚)を2枚の離型PET(厚さ;0.75μm)で挟み、100℃で仮圧着し、オーブン中で、表1に示した温度で加熱した。同じ条件で2個のサンプルを用意し、加熱5分後に一方を取り出し、ゲル分率測定用サンプルとし、もう一方のサンプルは表1に示した時間加熱し、各硬化シートサンプルとした。
(2)評価方法
(i)ゲル分率
各ゲル分率測定用サンプルを200メッシュ金網袋に1g秤量し、ソックスレー抽出器を用い、溶剤(キシレン)で145℃、6時間抽出し、残留物を乾燥し秤量した。初期質量と抽出残留物の乾燥質量からEVAのゲル分率(%)((抽出残留物の乾燥質量/初期質量)×100)を算出した。
(ii)海島構造
各硬化シートサンプルについて、ミクロトーム(leica社製)を用いて断面出しを行い、その断面をAFM(原子間力顕微鏡)(東陽テクニカ社製)にて弾性率マッピングし、EVA及びPEの海島構造を観察した。EVAが海相(連続相)となり、PEが島相となっている場合を○とし、PEが連続相化している場合(共連続相の場合を含む)を×とした。
(iii)PEの島相の平均径、平均アスペクト比
上記硬化シートサンプルの内PEの島相が認められたものについて、二値化画像処理(解像度の観点から、長径が1.2μm以下となる島相はノイズと判断し、除外して算出)を行い、AFM(原子間力顕微鏡)画像の場合は2500μm、光学顕微鏡画像の場合は4900μm中に存在する島相の長径及び短径を測定し、その平均値から平均径((平均長径(l)+平均短径(d))/2)、及び平均アスペクト比(平均長径(l)/平均短径(d))を求めた。
(iv)貯蔵弾性率
2mm厚の各硬化シートサンプルを直径6mmの円形に打ち抜き、貯蔵弾性率評価用サンプルとした。得られたサンプルをARES(TAインスツルメント社製)にて、30℃、10Hz、0.1%歪の条件で測定し、各サンプルの貯蔵弾性率を求めた。貯蔵弾性率が10MPa以下の場合を○、10MPaを超える場合を×とした。
(v)初期接着力
上記で作製した各積層体形成用シートサンプル(100mm×100mm×0.5mm厚)の片面を離型PETフィルム(厚さ;0.75μm)、もう一方の面を板ガラス(厚さ;3.2mm)で挟み、100℃で仮圧着し、オーブン中で表1に示した温度で加熱することにより初期接着力評価用サンプルを作製した。得られたサンプルを、ガラス板と積層体形成用シートとの間の一部を剥離し、引張試験機(インストロン社製)を用いて、180°ピール試験(JIS K 6584:1994準拠、30℃、引っ張り速度;100mm/分)により初期接着力を評価した。初期接着力が20N/cm以上の場合を◎、20N/cm未満、15N/cm以上の場合を○、15N/cm未満の場合を×とした。
(vi)接着耐久性(耐久試験後接着力)
上記で作製した初期接着力評価用サンプルと同様なサンプルについて、耐久性試験(85℃、85%RHの条件で1500時間放置)を行った後、上記と同様に接着力を評価した。接着耐久性は、耐久試験後接着力が9.8N/cm以上の場合を○、9.8N/cm未満の場合を×とした。
(評価結果)
評価結果を表1に示す。
Figure 2014061669
表1に示したように、EVAが海相であり、PEが島相である海島構造を有する実施例1〜17の硬化シートは、弾性率、及び接着耐久性がEVAのみの硬化シート(比較例5)に近く、海島構造を有さないEVA、PE混合物からなる比較例1〜4の硬化シートに比べて優れた初期接着力、接着耐久性及び柔軟性を有することが認められた。
また、積層体形成用シート(未硬化)の段階で、上記海島構造を有していても、加熱開始5分後のEVAのゲル分率が15%未満の場合は、PEが連続相化しており、70%を超える場合は、発泡による接着不良が生じており、本発明の積層体の製造方法により、本発明の硬化シートを有する本発明の積層体が得られることが示された。
なお、本発明は上記の実施の形態の構成及び実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々変形が可能である。
本発明により、耐候性、耐久性に優れた合わせガラスや太陽電池を提供することができる。
11A、11B 透明基板
12 中間膜
21 表面側透明保護部材
22 裏面側保護部材
23A 表面側封止膜
23B 裏面側封止膜
24 太陽電池用セル

Claims (11)

  1. 積層体を構成する硬化シートであり、
    エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む組成物からなる積層体形成用シートを架橋硬化してなる硬化シートであって、
    前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲であり、
    前記エチレン−酢酸ビニル共重合体が海相であり、前記ポリエチレンが島相である海島構造を有することを特徴とする硬化シート。
  2. 前記ポリエチレンからなる島相の平均径((平均長径(l)+平均短径(d))/2)が、40μm以下である請求項1に記載の硬化シート。
  3. 前記ポリエチレンからなる島相の平均アスペクト比(平均長径(l)/平均短径(d))が、40以下である請求項1又は2に記載の硬化シート。
  4. 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜6:4の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化シート。
  5. 合わせガラス用中間膜又は太陽電池用封止膜の硬化物である請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化シート。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項の硬化シートを有する積層体。
  7. 前記硬化シートが、少なくとも2枚の基板の間に挟持された構造を有する請求項6に記載の積層体。
  8. 合わせガラス又は太陽電池である請求項6又は7に記載の積層体。
  9. 請求項6〜8のいずれか1項に記載の積層体の製造方法であって、
    エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及び有機過酸化物を含む組成物からなり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)の前記ポリエチレン(PE)に対する質量比(EVA:PE)が、3:7〜8:2の範囲であり、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体が海相であり、前記ポリエチレンが島相である海島構造を有する積層体形成用シートと、他の積層体用材料とを積層し、未硬化の積層体を形成する工程、及び
    前記未硬化の積層体を加熱して、前記積層体形成用シートを架橋硬化する工程を含み、
    前記加熱を130〜175℃の温度条件で、加熱開始5分後の前記積層体形成用シート中のエチレン−酢酸ビニル共重合体のゲル分率が、15〜70%となるように行うことを特徴とする積層体の製造方法。
  10. 前記有機過酸化物が、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート又は2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサンである請求項9に記載の積層体の製造方法。
  11. 前記有機過酸化物の含有量が、前記エチレン−酢酸ビニル共重合体及び前記ポリエチレンの混合物100質量部に対して、0.2〜4.0質量部である請求項9又は10に記載の積層体の製造方法。
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