KR20120074608A - 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 관한 것으로, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물로서, 상기 에틸렌-비닐아세테이트는, 용융지수가 10~30g/10분, 비닐아세테이트 함량이 15~35중량%, 분자량분포가 3~5, 중량평균분자량이 65,000~95,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 12~18%, 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~22% 및 100℃에서의 용융점도가 2,000~4,000Pa?s인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물, 이를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재 및 태양전지 모듈을 제공하여, 접착성, 투명성, 가교도, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성 등 제반 물성이 우수하면서도, 일반 모듈 뿐만 아니라 BIPV 모듈에 적용 시에도 수지 유동성이 낮아서 전?후면 커버 밖으로 밀려나오는 현상이 적고, 이형지도 필요하지 않으며, 취급도 용이하여 생산성 저하 문제까지 해결할 수 있는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공하고, 또한, 상기 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물로서, 태양전지 모듈 봉지재, 특히, 건자재일체형 태양전지(BIPV) 모듈에 적용 시 내구성, 생산성 등이 우수한 물성을 갖는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 문제에 대하여 전세계적으로 관심이 높아지고 있으며, 이산화탄소의 배출 억제를 위해 여러 가지 노력이 지속적으로 이루어지고 있다. 화석 연료의 소비량의 증대는 대기중 아산화탄소의 증가를 가져오고, 그에 따른 온실 효과에 의해 지구의 기온이 상승되는 등 지구 환경에 중대한 영향을 미친다. 이러한 환경 문제를 해결하기 위하여 신재생에너지 개발에 관심이 집중되고 있으며, 특히 태양에너지를 이용한 태양광 발전은 차세대 에너지 사업으로 각광을 받고 있다.
한편, 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광의 에너지를 직접 전기로 바꾸는 태양광 발전 셀로 이루어져 있으며, 셀 내의 실리콘계의 반도체에서 전기를 발생시킨다. 이때, 상기 셀을 그대로의 상태로 사용하지는 않으며, 일반적으로 수 내지 수십 장의 셀을 직렬 또는 병렬로 배선하여 모듈을 제조한다. 상기 모듈에 태양광이 입사하는 면을 유리면으로 덮고, 열가소성 수지, 특히 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체로 이루어진 봉지재로 간격을 메우고, 이면에 배면시트를 배치한다.
이러한 봉지재 제조시 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 가장 많이 사용하며, 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 봉지재에 이용할 경우, 외부 환경에 노출 시 수분 등으로부터 태양전지 모듈을 보호하고, 투명도 등에서 우수한 장점을 갖게 되나, 자외선에 대한 내후성이 떨어져 자외선에 노출 시 황변이 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 황변은 색이 누렇게 변하는 현상으로, 태양전지의 태양광 흡수 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 장기간 사용 시에 접착성이 떨어져 내구 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
또한, 태양전지는 건물의 외벽 또는 태양광을 직접 받는 외부 시설에 설치되어 외부 환경에 항상 노출되어 있으므로, 장기간 사용에 적합하도록 접착성, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성 등의 특성이 요구된다. 이러한 단점을 극복하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적인 태양전지 모듈은, 전면 커버로서 유리가 사용되고, 후면 커버로서 배면 시트(back sheet)가 사용되는 형태(glass-to-sheet type)를 갖는다. 최근에는 건물의 창호나 외벽, 천장 등에 직접 태양전지를 장착할 수 BIPV 모듈(building integrated photovoltaic module)이 새롭게 주목 받으며 유럽 등 선진국을 중심으로 그 수요가 급증하고 있는데, 이러한 BIPV 모듈은 전면과 후면에 모두 유리를 사용하는 형태(glass-to-glass type)를 특징으로 한다.
종래의 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지 조성물의 경우, 전면 유리와 배면 시트가 사용되는 일반적인 형태(Glass-to-back sheet type)의 모듈에는 적합하나, 전면과 후면에 모두 유리를 사용하는 BIPV 모듈에서 전면 유리, 태양전지, 후면 유리 사이에 봉지재를 각각 배열하여 고온 및 진공 상태에서 라미네이팅 공정을 시행할 때, 기존의 용융점도가 낮은 수지가 용융되면서 전?후면 유리 밖으로 밀려나오게 되면서 수지 손실 및 트리밍 공정 등의 후작업이 필요하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 끈적이는 특성이 있어서 롤에 감긴 상태에서 서로 들러붙어 떼어내기 힘들어 별도의 이형지를 사용해야 할 뿐 만 아니라, 작업시 취급도 어려워 생산성이 저하되는 단점이 있었다.
국제공개특허 제WO2006/070793호는, 비정성 또는 저결정성의 α-올레핀계 공중합체 또는 그 조성물을 태양전지 봉지재에 적용함으로써, 가교공정을 생략하여 생산성을 개선하였으나, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 주성분으로 하는 봉지재에 비해 가격이 매우 높고, 투명성이 낮으며, 경도가 높은 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2007-0063800호는, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 나노 복합재를 분산시켜 안정성을 높였으나, 가격이 상승되고, 광투과율이 낮아져 태양전지 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
일본국 공개특허 제2008-311537호는, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 주성분으로 하는 중간층과 그 양면에 에틸렌 메타 아크릴산 에스테르 공중합체를 주성분으로 하는 외층을 적층하여, 접착의 안정성을 개선하였으나, 세트 제조 방법이 어려우며, 서로 다른 물질이 층을 이루므로 광투과율이 낮아져 태양전지 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2009-0112315호는, 용융지수와 비닐아세테이트 함량이 서로 다른 3개의 시트층을 적층하여 자외선 차단율 및 내구성을 개선하였으나, 용융점도가 낮아 모듈 제조 시 수지 유동의 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 접착성, 투명성, UV 안정성, 내열안정성 및 고온고습안정성 등 제반 물성이 우수하면서도, 태양전지 모듈 제조 시 수지 유동성이 낮아서, 특히, BIPV 모듈에 적용 시 전?후면 유리 밖으로 밀려나오는 현상이 적고, 이형지도 필요하지 않으며, 취급도 용이하여 생산성 저하 문제까지 해결하여, 우수한 특성을 갖는 태양전지 모듈 봉지재 제조를 위한 최적 물성을 구비한 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
(1) 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물로서, 상기 에틸렌-비닐아세테이트는, 용융지수가 10~30g/10분, 비닐아세테이트 함량이 15~35중량%, 분자량분포가 3~5, 중량평균분자량이 65,000~95,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 12~18%, 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~22% 및 100℃에서의 용융점도가 2,000~4,000Pa?s인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공한다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 태양전지 모듈은 건자재일체형 태양전지(building integrated photovoltaic module; BIPV) 모듈인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공한다.
본 발명은 또 다른 문제 해결을 위하여,
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재를 제공하며,
(4) 상기 (3)의 태양전지 봉지재를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재 및 태양전지 모듈에 따르면, 접착성, 투명성, 가교도, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성 등 제반 물성이 우수하면서도, 일반 모듈 뿐만 아니라 BIPV 모듈에 적용 시에도 수지 유동성이 낮아서 전?후면 커버 밖으로 밀려나오는 현상이 적고, 이형지도 필요하지 않으며, 취급도 용이하여 생산성 저하 문제까지 해결할 수 있는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.
이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물의 성분인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는, 에틸렌(ethylene) 및 비닐아세테이트(vinyl acetate; VA)의 공중합 반응에 의해 제조되는 고분자이다. 일반적으로 비닐아세테이트의 함량이 증가할수록 필름의 탄성률과 열접착온도는 낮아지는 반면, 충격강도, 인열강도 및 투과도는 증가한다. 이러한 비닐아세테이트의 함량이 에틸렌-비닐아세테이트 총 중량에 대하여 15중량% 이상인 것은 주로 접착제 또는 왁스류의 베이스 수지로 사용된다. 또한, 필름용으로는 비닐아세테이트가 18중량% 정도 함유된 에틸렌-비닐아세테이트가 유연포장용으로 가장 많이 사용되는데, 이는 필름이 저온에서도 유연성이 있고 저온 열접착성과 핫택성(hot tack: 열접착 직후의 접착강도)이 좋기 때문이다. 본 발명에서는 이러한 비닐아세테이트의 함량을 에틸렌-비닐아세테이트 총 중량에 대하여 15~35중량% 포함되고, 바람직하게는 24~30중량% 포함된다. 상기 비닐아세테이트 함량이 15중량% 미만일 경우 투명성이 낮아져 태양전지의 효율이 저하될 수 있고, 35중량%를 초과할 경우수지의 녹는점이 낮아지고, 기체의 투과성이 좋아져 태양전지 셀을 보호하기 어려우며, 끈적거림 현상이 심해져 취급이 용이하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 분자량분포는 3~5로서, 상기 분자량분포(Molecular weight distribution; MWD)는 합성고분자가 갖는 특성으로, 대부분의 합성고분자는 다양한 크기를 갖는 분자들의 조합이므로 분자량분포가 생긴다. 고분자는 분자량에 의해 물성이 달라지며, 같은 분자량이라도 분자량분포에 의해 물리적 성질, 유변학적 성질, 기계적 성질이 달라진다. 따라서, 합성고분자의 분자량은 중량평균분자량(Mw)으로써 표기된다. 이때, 본 발명에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트의 중량평균분자량은 65,000~90,000인 것을 특징으로 한다. 상기 중량평균분자량이 65,000 미만일 경우 봉지재의 용융점도가 낮아질 수 있고, 90,000을 초과할 경우 가공성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 12~18%이고, 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~22%인 것이 특징으로 한다. 상기 중량분자량 10,000 이하 분율이 12% 미만일 경우 접착성이 급격히 저하될 수 있고, 18%를 초과할 경우 내열성 및 가교도가 저하될 수 있다. 또한 상기 중량분자량 100,000 이하 분율이 15% 미만일 경우 65,000~95,000의 중량평균분자량을 유지하기 어려울 수 있고, 22%를 초과할 경우 T-다이 압출성형기에서의 가공성 및 생산성이 급격히 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 용융지수는 10~30g/10분인 것이 특징으로 한다. 상기 용융지수가 10g/10분 미만일 경우 T-다이 압출성형기에서 낮은 흐름성으로 인해 가공성이 떨어지고, 30g/10분을 초과할 경우 용융점도가 너무 낮아져서 수지가 용융될 때 태양전지 모듈 전?후면 커버 밖으로 밀려나오게 되면서 수지 손실 및 트리밍 공정 등의 후작업이 필요할 수 있게 된다. 또한, 55g/10분을 초과할 경우 수지의 강도가 미흡하여 태양전지 봉지용 수지로 사용하기에 적당하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 용융점도는 100℃에서 2,000~4,000Pa?s인 것을 특징으로 한다. 상기 용융점도가 2,000Pa?s 미만일 경우 수지의 유동성이 과도하여 용융 시 BIPV 모듈의 전?후면 유리 밖으로 밀려나오는 현상이 발생할 수 있으며, 4,000Pa?s를 초과할 경우 가공성이 급격히 저하되어 생산성이 낮아질 수 있다.
한편, 본 발명에 다른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 고압 오토클레이브(autoclave) 반응기에서 제조된 폴리에틸렌인 것이 바람직하다. 상기 공중합체는 상기 반응기 이외에 고압 튜블라(tubular) 반응기에서도 제조된 것을 사용할 수도 있으나, 비닐아세테이트의 함량을 높이는데 한계가 있어, 고투명성이 요구되는 태양전지 모듈 봉지재용으로 사용하기에는 적합하지 않다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재를 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재는 일례를 들면, a) 65~85중량%의 에틸렌 및 15~35중량%의 비닐아세테이트를 고압 오토클레이브 반응기에서 공중합 반응시켜 10~30/10분의 용융지수, 15~35중량%의 비닐아세테이트 함량, 3~5의 분자량분포 및 65,000~95,000의 중량평균분자량을 갖는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 제조하는 단계; b) 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 100중량부에 가교제 0.5~2중량부, 산화방지제 0.01~0.05중량부 및 붙음방지제 0.05~0.15중량부를 혼합하는 단계; 및 c) 상기 혼합물을 성형기를 이용하여 120~180℃에서 가교시켜 봉지재를 제조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. 이때, 본 발명의 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 다양한 태양전지 모듈 봉지재에 적용하기 위해, 일반적인 폴리에틸렌 첨가제를 본 발명의 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 열 및 광 안정제, 대전방지제, 윤활제, 블록킹방지제, 방부제, 가공조제, 슬립제, 안료, 난연제, 발포제 등을 첨가할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 상기 태양전지 모듈 봉지재는 에틸렌-비닐아세테이트를 이용하므로 높은 접착성, 투명성, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성은 물론, 모듈 제조 시 수지 유동성이 낮아서 특히 BIPV 모듈 생산 시 전?후면 유리 밖으로 밀려나오는 현상이 적고, 이형지도 필요하지 않으며, 취급도 용이한 태양전지 모듈 봉지재를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 태양전지 모듈 봉지재를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은 전면 커버, 후면 커버, 태양전지, 봉지재 및 연결 단자를 포함할 수 있다. 이때, 착색제, 산화방지제, 변색방지제 등이 추가로 사용될 수 있으며, 상기 봉지재는 전면 커버와 전지 사이 및 후면 커버와 전지 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 태양전지 모듈의 제조는 당해 기술 분야에 알려진 일반적인 방법에 의해 제조될 수 있으며, 사용되는 태양전지 셀은 비정질 실리콘형, 결정질 실리콘형, 화합물계, 염료 감음형, 유기물계 등의 모든 형태의 태양전지가 가능하나 바람직하게는 결정질 실리콘형 태양전지를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물에 사용되는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는, 가공성이 우수하면서도 높은 접착성을 갖게 된다. 한편, 이러한 공중합체를 태양전지 모듈 봉지재에 적용하게 되면, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 녹는점이 55~70℃이기 때문에 고온의 태양열을 흡수할 경우 녹아 내리는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 봉지재를 가교시키는데, 이때 높은 접착성을 갖는 공중합체를 사용할 경우, 다른 봉지재에 비하여 가교도가 낮아도 고정시킬 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지 모듈 봉지재는 접착성이 우수한 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 이용하므로 봉지재의 제조 시 가교제 첨가량을 줄일 수 있어, 원가 절감의 효과도 있게 된다. 또한, 태양전지 모듈 제조 시 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 가교 온도를 낮추어 가교 시간을 절약할 수 있으므로 에너지 절약 및 생산성 향상 효과도 기대할 수 있다. 뿐만 아니라, 접착성이 우수하여 태양전지 모듈 봉지재를 얇게 제조하여도 접착강도를 유지할 수 있으므로 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.
실시예
1
먼저, 본 발명에 따른 태양전지 봉지용 수지 조성물에 사용될 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 하기와 같이 제조하였다. 오토클레이브 반응기의 압력을 1,550kg/㎤, 상부온도를 230℃ 및 하부온도를 270℃로 설정한 후, 1,600kg/㎤의 고압으로 압축된 에틸렌 가스 및 비닐아세테이트 단량체를 상기 반응기에 7개 영역으로 나누어 투입하여 중합하였다. 중합개시제는 하이드로카본으로 희석한 후, 유압구동식 프런져 펌프(plunger pump)를 사용하여 반응기 상부에 t-부틸-퍼옥시벤조에이트를 투입하고, 하부에는 디-t-부틸퍼옥사이드를 투입하였다. 이때, 반응기의 교반 속도를 920rpm으로 하여 교반하였다. 반응 후, 중합된 에틸렌-비닐아세테이트 중합체를 18인치 단축 압출기로 14ton/h의 속도로 압출하여 펠렛상으로 제조하였다. 상기의 방법으로 온도 및 압력, 반응기 내의 체류 시간 등을 조절하여 용융지수 15g/10분, 비닐아세테이트 함량 28중량%, 중량평균분자량 69,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 17.0% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 16.8%인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 제조하였다.
이후, 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 100중량부에 가교제인 디큐밀퍼옥사이드 1중량부, 산화방지제인 옥타데실-3-(3,5-디-터셔리 부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 0.02중량부 및 붙음방지제인 올레일 팔미트아미드 0.09중량부를 상온 조건의 헨셀믹서에서 800rpm으로 10분간 믹싱한 후, 프레스 성형기를 이용하여 150 ℃에서 5분간 가교시켜 0.5㎜ 두께의 봉지재를 제조하였다.
실시예
2
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 18g/10분, 중량평균분자량 65,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 17.2% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 17.3%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
실시예
3
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 16g/10분, 중량평균분자량 70,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 13.9% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 19.5%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
실시예
4
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 14g/10분, 비닐아세테이트 함량 27중량%, 중량평균분자량 70,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 15.2% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 18.0%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
실시예
5
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 14g/10분, 비닐아세테이트 함량 29중량%, 중량평균분자량 93,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 12.4% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 15.4%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
비교예
1
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 31g/10분, 비닐아세테이트 함량 33중량%, 중량평균분자량 63,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 14.9% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 17.0%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
비교예
2
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 45g/10분, 비닐아세테이트 함량 33중량%, 중량평균분자량 56,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 11.4% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 15.0%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
비교예
3
실시예 1에서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체가, 용융지수 40g/10분, 비닐아세테이트 함량 32중량%, 중량평균분자량 68,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율 20.1% 및 중량분자량 100,000 이상의 분율 20.9%인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재를 제조하였다.
이상의 실시예 및 비교예에 따른 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 용융지수 (g/10분) |
비닐아세테이트 함량 (wt%) |
평균중량 분자량 (Mw) |
중량분자량 10,000 이하의 분율(%) |
중량분자량 100,000 이상의 분율(%) |
| 실시예 1 | 15 | 28 | 69,000 | 17.0 | 16.8 |
| 실시예 2 | 18 | 28 | 65,000 | 17.2 | 17.3 |
| 실시예 3 | 16 | 28 | 70,000 | 13.9 | 19.5 |
| 실시예 4 | 14 | 27 | 70,000 | 15.2 | 18.0 |
| 실시예 5 | 14 | 29 | 93,000 | 12.4 | 15.4 |
| 비교예 1 | 31 | 33 | 63,000 | 14.9 | 17.0 |
| 비교예 2 | 45 | 33 | 56,000 | 11.4 | 15.0 |
| 비교예 3 | 40 | 32 | 68,000 | 20.1 | 20.9 |
실험예
상기 실시예 및 비교예에 따른 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 봉지재의 물성을 하기 방법에 따라 측정하였다.
1) 용융지수: ASTM D1238에 준하는 측정기를 사용하여, 온도 125℃, 하중 2.16kg 조건에서 MFR(Melt flow rate)을 측정한 후, logMI=0.9394+0.9174logMFR 식으로 환산하여 나타내었다.
2) 비닐아세테이트 함량: Nicolet사의 FT-IR 기기로 측정하여 기준 피크(Peak)인 1980-2090cm-1의 면적과 비닐아세테이트 피크인 580-670cm-1의 면적비를 구하여 함량을 계산하였다.
3) 분자량분포(MWD): Polymer Laborotories사의 GPC-FTIR로 측정하였다. 측정 조건은 K값=14.1, Alpha=0.725, Set Flow Rate=1.00㎖/분, 속도=e.g. 1.2659㎝/s로 하여 수행하였다.
4) 접착성: ASTM D903 법으로 측정하였다.
5) 광투과율: UV-vis spectrophotometer(SHIMADZU, 일본)를 사용하여 ASTM E424법으로 측정하였다.
6) UV 안정성: ASTM G154 법으로 0.89W, 60℃에서 1000시간 동안 측정하였다.
7) 내열안정성: KS M 3026 법으로 90℃의 자연 순환 건조기에 3000시간 동안 방치한 후, 황변 현상을 관찰하였다.
8) 고온고습안정성: KS M 3026 법으로 온도 85℃, 습도 85%에서 3000시간 동안 방치한 후, 황변 현상을 관찰하였다.
9) 가교도 측정: ASTM D2765 법으로 측정하였다.
10) 용융점도 측정: Capillary rheometer(SHIMADZU, 일본)를 사용하여 100℃에서의 용융점도를 측정하였다.
11) 수지 용출 시험: 가로 40㎝, 세로 20㎝ 규격의 유리 2장 사이에 유리와 동일한 규격의 봉지재 2장을 위치시키고, 150℃의 진공 라미네이터에서 15분 경과 후 수지가 유리면 밖으로 용출되어 나온 정도를 8군데에서의 평균 길이를 측정하여 평가하였다.
상기 측정 방법에 따른 물성 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 용융점도 (Pa?s) |
접착성 (N/㎠) |
광투과율(%) | 가교도(%) | UV 안정성 (Δ Y.I) |
내열안정성 (Δ Y.I) |
고온고습 안정성 (Δ Y.I) |
용출수지 평균길이 (㎝) |
| 실시예 1 | 3,250 | 28.6 | 92 | 88.4 | 1.2 | 1.5 | 2.1 | 0.5 |
| 실시예 2 | 2,700 | 26.7 | 91 | 85.5 | 1.5 | 1.7 | 2.3 | 0.7 |
| 실시예 3 | 3,200 | 28.5 | 92 | 91.2 | 1.1 | 1.4 | 2.0 | 0.5 |
| 실시예 4 | 3,450 | 27.3 | 91 | 90.3 | 1.3 | 1.6 | 2.2 | 0.4 |
| 실시예 5 | 2,700 | 28.1 | 91 | 90.7 | 1.2 | 1.7 | 2.1 | 0.7 |
| 비교예 1 | 1,350 | 22.1 | 92 | 90.1 | 1.6 | 1.9 | 2.2 | 1.8 |
| 비교예 2 | 1,160 | 23.8 | 92 | 91.3 | 1.3 | 1.8 | 2.4 | 2.3 |
| 비교예 3 | 1,200 | 25.6 | 87 | 84.2 | 1.9 | 2.3 | 2.8 | 2.0 |
상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 내지 5는 접착성, 흐림도, 가교도, UV 안정성, 내열안정성, 고온고습안정성 등이 우수하면서도 용융점도가 충분히 높아서 BIPV 모듈에 적용 시 전?후면 유리 밖으로 밀려나오는 현상이 상당히 감소되고 끈적이는 성질도 작아져 취급이 용이함을 알 수 있다.
반면, 용융지수가 30g/10분을 초과하면서 중량평균분자량이 65,000 미만인 공중합체를 이용한 비교예 1은 용융점도가 낮아 모듈 가공 시 수지가 전?후면 유리 사이로 밀려나오는 현상이 발생하기 시작하며, 접착성도 저하된다. 또한, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 12% 미만인 공중합체를 이용한 비교예 2는 가공부하가 높아져서 생산성이 떨어지고 접착력도 저하된다. 또한, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 18%를 초과하면서 중량분자량 100,000 이상의 분율이 20%를 초과하는 공중합체를 이용한 비교예 3은 광투과율이 낮고, UV 및 열안정성이 저하되어 태양전지 모듈 봉지용 수지 조성물로 적합하지 않음을 알 수 있다.
Claims (4)
- 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 포함하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물로서,
상기 에틸렌-비닐아세테이트는, 용융지수가 10~30g/10분, 비닐아세테이트 함량이 15~35중량%, 분자량분포가 3~5, 중량평균분자량이 65,000~95,000, 중량분자량 10,000 이하의 분율이 12~18%, 중량분자량 100,000 이상의 분율이 15~22% 및 100℃에서의 용융점도가 2000~4000Pa?s인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지 모듈은 건자재일체형 태양전지(building integrated photovoltaic module; BIPV) 모듈인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물. - 제1항 또는 제2항의 태양전지 모듈 봉지재용 수지 조성물을 포함하는 태양전지 모듈 봉지재.
- 제3항의 태양전지 봉지재를 사용하여 제조된 태양전지 모듈.
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