KR20140021537A - 신규 태양광 집광 장치 - Google Patents

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KR20140021537A
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solar
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요헨 아케르만
우베 눔리히
그랜트 비. 라폰테인
마이클 토마스 파시어브
앤드류 제이. 바움러
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에보니크 룀 게엠베하
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Abstract

본 발명은 라미네이트화된 태양광 집광 장치, 및 중합체 물질로부터의 그의 제조에 관한 것이다. 본 발명의 태양광 집광 장치는 광기전 시스템 또는 태양열 에너지 시스템에 사용될 수 있다. 본 발명의 태양광 집광 장치는 프레넬 렌즈를 포함하며, 그의 형상 구조에 관계없이 태양 전지 또는 흡수기 유닛과 같은 대상체에의 태양 방사선의 효율적인 집광을 가능하게 한다. 이는 예를 들면 집광형 광기전장치 (CPV)에서 사용되는 바와 같은 고-성능 태양 전지 분야, 그리고 마찬가지로 집광 태양열 에너지 시스템 (CSP)에서 사용되는 흡수기와 관련된다. 본 발명은 특히 상기 라미네이트화 태양광 집광 장치용 UV- 및 풍화-안정화제 패키지의 광학적 수명 및 내후성의 향상, 및 탈라미네이트화의 방지를 위한 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 태양광 집광 장치의 내스크래치성, 방오 특성, 항-반사 특성 및 화학물질 내성과 관련된 표면 마감에 관한 것이다.

Description

신규 태양광 집광 장치 {NEW SOLAR CONCENTRATION DEVICES}
본 발명은 라미네이트화된 태양광 집광 장치, 및 중합체 물질로부터의 그의 제조에 관한 것이다. 본 발명의 태양광 집광 장치는 광기전 시스템 또는 태양열 에너지 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명의 태양광 집광 장치는 프레넬(Fresnel) 렌즈를 포함하며, 그의 형상 구조에 관계없이 태양 전지 또는 흡수기 유닛과 같은 대상체로의 태양 방사선의 효율적인 집광을 가능하게 한다. 이는 예를 들면 집광형 광기전장치(concentrated photovoltaics) (CPV)에서 사용되는 바와 같은 고-성능 태양 전지 분야, 그리고 마찬가지로 집광형 태양열 에너지 시스템 (CSP)에서 사용되는 흡수기와 관련된다.
본 발명은 특히 상기 라미네이트화 태양광 집광 장치용 UV- 및 풍화-안정화제 패키지의 광학적 수명 및 내후성의 향상, 그리고 탈라미네이트화의 방지를 위한 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 태양광 집광 장치의 내스크래치성, 방오 특성, 항-반사 특성 및 화학물질 내성과 관련된 표면 마감에 관한 것이다.
프레넬 렌즈는 1800년대 이후 도처에 존재하는 것으로서, 프로젝션 TV, 오버헤드 프로젝터, 자동차 헤드램프, 등대 등에 사용되어 왔다. 최근에는, 에너지를 전기로 전환하는 광기전 태양광 수용장치에 태양광 에너지를 집속시키는 데에 프레넬 렌즈가 사용되고 있다.
광학 소자가 양각된 필름의 강성, 내후성 및 내마모성과 같은 특성들을 향상시키기 위해서는, 양각된 필름을 지지 필름에 라미네이팅하는 것이 바람직하다. 대부분의 목적에 있어서 보통은 얇은 지지 필름이면 충분하다. 그러나, 프레넬 렌즈가 태양광 집광기에 사용되는 경우에는, 프레넬 렌즈의 강성을 증가시켜 그것이 태양광 집광기에 용이하게 설치될 수 있도록 하기 위하여, 두꺼운 시트 기판에 프레넬 필름을 라미네이팅하는 것이 바람직하다.
라미네이트화된 프레넬 렌즈를 제조하기 위한 바람직한 방법으로서, 열적 라미네이트화가 제안된 바 있다. 오프-라인 열적 라미네이트화는 박막을 사용하여 수행될 수 있으나, 프레넬 필름과 같은 후막에서는 문제가 된다. 이는 프레넬 필름을 두꺼운 시트에 열적으로 결합시키는 것이 다량의 열을 필요로 하는데, 이와 같은 열은 보통 광학 구조를 파괴하기 때문이다.
US 5,945,042 및 US 6,375,776에 개시되어 있는 바와 같은 온-라인 라미네이트화 방법은 얇은 양각 필름 및 얇은 캐리어(carrier) 필름을 사용하여 우수하게 수행된다. 특허 '042는 특히 양각된 필름이 10 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 가지며, 캐리어 필름의 두께가 일반적으로 35 내지 150 ㎛ 범위라고 개시하고 있다.
벤츠(Benz)의 US 특허 5,656,209에서, 아크릴 기판을 사용한 프레넬 렌즈와 같은 두꺼운 양각 시트의 온-라인 제조에 대해 개시된 바 있다. 벤츠의 '209는 고점도 성형 화합물 및 저점도 성형 화합물의 공압출을 위하여 설계된 3 롤 연마 적층을 사용한 선형 프레넬 렌즈의 제조 방법을 기술하고 있다. 이 특허는 그 전체가 본원에 개재된다. 벤츠의 '209가 프레넬 렌즈를 제조하기 위한 온-라인 공정을 제공하고 있기는 하지만, 해당 공정에 의해 제조되는 렌즈는 가장자리가 덜 선명한 것으로 밝혀졌다.
다른 한편으로, WO 2009/121708은 양각된 구조의 완전성을 손상시키지 않는, 중합체 시트에 대한 양각된 광학 구조를 갖는 필름의 열적 라미네트화 방법에 대해 기술하고 있다.
선행 기술상의 대부분의 공정들이 라미네이트화 공정 및 프레넬 렌즈 구조의 품질에 초점이 맞추어져 있는 반면, 광학적 수명 및 내후성을 향상시키는 것, 및 탈라미네이트화를 방지하는 것에 대해서는 아직 충분한 해결책이 발견되지 않고 있다.
본 발명의 목적은 광기전 용도 (CPV) 또는 태양열 에너지 용도 (CSP)를 갖는 시스템에서 사용하기 위한 신규한 태양광 집광 장치를 제공하는 것이다. 상기한 바와 같은 공지 태양광 집광 장치의 단점들이 방지되거나 적어도 최소화되어야 한다.
신규 집광기는 바람직하게는 10년 이상의 수명, 및 선행 기술에 비해 향상된 환경적 영향에 대한 안정성을 가져야 한다. 구체적인 문제를 말하자면, 사용 기간이 사막 조건 하에서 20년 이상이어야 한다.
본 발명의 다른 목적은 덜 비싸고 더 에너지-효율적이며 간단하고 빠른 방식으로 수행될 수 있으며 덜 복잡한 세부계획을 필요로 하는, 선행 기술에 비해 매우 간단한 제조 방법을 제공하는 것이다.
명시적으로 언급되지 않은 다른 목적들은 하기하는 상세한 설명, 청구범위 및 실시예의 전체적인 맥락에서 드러난다.
드디어 놀랍게도, 라미네이트화 프레넬 렌즈의 캐리어 층 및/또는 라미네이트화 프레넬 렌즈에 적용되는 UV 차단 층에서의 특정 UV 차단 패키지의 사용이 기존 집광기 설계의 기술된 단점들을 방지하는 것을 돕는다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 라미네이트화 태양광 집광 장치는 물론, 본 발명의 청구범위, 상세한 설명 및 실시예에서 추가 정의되는 바와 같은 본 발명의 태양광 장치는 향상된 내후성을 나타낸다.
본 발명 태양광 집광 장치의 기계적 특성은 전체 사용 기간에 걸쳐 매우 우수한데, 다시 말하자면 사용 동안의 분자 질량 감소가 최소화되고, 중합체 층으로부터의 충격 개질제의 분해 또는 소실이 최소화되거나 방지된다.
본 발명의 라미네이트화 태양광 집광 장치는 매우 우수한 내열성을 나타내며, 그것은 본 발명 태양광 장치의 효율을 향상시켜 준다.
US 특허 5,656,209에 개시되어 있는 바와 같은 공압출 프레넬 렌즈에 비해 프레넬 구조의 표면 품질이 훨씬 더 우수한데, 이는 본 발명에 따른 장치의 효율을 더욱 향상시킨다.
또한, 본 발명의 신규 집광기는 특히 광학적 특성과 관련하여 선행 기술에 대비한 장점으로서 조합된 하기의 특성들을 가진다: 본 발명 집광기의 구성요소들은 특히 색상-중립적이며, 수분의 영향하에서 흐려지지 않는다. 집광기는 또한 뛰어난 내후성을 나타내며, 임의의 마감의 경우에는 예컨대 시중의 모든 세척 조성물에 대하여 매우 우수한 화학물질 내성을 나타낸다. 이러한 측면 역시 오랜 기간 동안 태양광 집광을 유지하는 데에 기여한다. 세척을 용이하게 하기 위하여, 표면은 방오 특성을 가질 수 있다. 또한, 표면은 임의로 내마모성 및/또는 내스크래치성이다.
본 발명의 방법은 본 발명 프레넬 렌즈의 연속식 제조를 가능하게 하며, 본 발명 라미네이트의 층 구조 또는 층 두께의 면에서 매우 융통성이 있다. 그 결과, 상당한 경제적 장점이 달성되었다.
이에 따른 본 발명의 주제는 광원 방향에서 볼 때 적어도 하기 층:
- 중합체 캐리어 층 (3)
- 하나 이상의 프레넬 렌즈(들)를 형성하는 광학 구조가 양각된 제1 표면을 가지며, 직접적으로 또는 접착제 층 (2)을 통해 캐리어 층 (3)에 결합된 제2 표면을 갖는 중합체 필름 (1)
으로 이루어지며,
여기서 캐리어 층 (3)이 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하고/거나, 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하는 UV 차단 중합체 층 (5)이 직접적으로 또는 접착제 층 (4)을 통해 캐리어 층 (3)의 광원을 향하는 표면에 결합되는 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치이다.
본 발명의 또 다른 실시양태는
하나 이상의 본 발명에 따른 태양광 집광 장치 및 하나 이상의 태양 전지를 포함하는 CPV 소자이거나, 또는
하나 이상의 본 발명에 따른 태양광 집광 장치 및 하나 이상의 열 흡수기 유닛을 포함하는 CSP 소자인
것을 특징으로 하는 태양광 장치이다.
마지막으로, 본 발명은 UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치의 태양광 장치, 특히 CSP 또는 CPV 장치를 제조하기 위한 용도에 관한 것이다.
본 발명을 더 상세하게 기술하기 전에, 중요한 용어들을 정의한다.
이하에서, "중합체 층" 및 "층"이라는 용어에는 중합체를 기재로 하는 플레이트, 시트, 필름, 코팅 시스템 또는 코팅이 포함된다. 그와 같은 층은 원칙적으로 1 ㎛ 내지 2 cm 사이의 두께를 가질 수 있다.
(메트)아크릴레이트라는 용어는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트는 물론, 양자의 조합도 포괄한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 집광기는 0.5 mm 내지 50 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 25 mm, 보다 바람직하게는 2 내지 20 mm, 특히 바람직하게는 3 mm 내지 10 mm의 총 두께를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면서, 본 발명에 따른 바람직한 태양광 집광 장치를 하기에 상세하게 기술한다.
중합체 필름 (1)
양각된 프레넬 렌즈 구조를 갖는 중합체 필름의 제조에 대해서는 당업계에 잘 알려져 있는데, 예를 들면 모두 그 전체가 본원에 참조로서 개재되는 US 5,656,209, WO 01/196000 및 WO 2010/097263에 기술되어 있다. 적절한 필름은 또한 예컨대 쓰리엠 코포레이션(3M Corp.)으로부터 시중에서 구입가능하다.
그것이 양각된 프레넬 렌즈 구조 및 충분한 투명도를 가져야 한다는 사실에도 불구하고, 중합체 필름 (1)의 각 제조 방법을 위한 물질에 특별한 제한은 없다. 예컨대, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 시클릭 올레핀 중합체, 폴리스티렌, 폴리비닐리덴디플루오라이드, 폴리우레탄, 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체를 포함하는 중합체 필름 (1)이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 WO 2010/097263에 기술되어 있는 바와 같은 중합체로 제조된 중합체 필름 (1)이다.
필름 (1)의 프레넬 렌즈 구조는 바람직하게는 정사각형 또는 직사각형이지만, 임의의 다른 원하는 형상을 가질 수도 있다. 또 다른 바람직한 버젼에서, 필름 (1)은 선형 프레넬 렌즈로 이루어지며, 필름의 길이를 따라 패턴이 연속된다. 필름의 두께에 특별한 제한이 부과되는 것은 아니지만, 그것은 바람직하게는 0.01 내지 10 mm, 바람직하게는 0.025 내지 2 mm, 보다 바람직하게는 0.025 내지 1 mm, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.75 mm, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm 또는 5 내지 0.9 mm의 범위일 수 있다. 중합체 필름 (1)은 또한 격자 패턴으로 배열된 대략 4" 내지 36" × 4" 내지 36"의 정사각형 개별 렌즈들로 구성될 수 있다 (도 2 참조).
중합체 필름 (1)은 첨가제, 바람직하게는 열 안정화제, 충격 개질제, UV 흡수제, UV 안정화제, 이형제, 윤활제, 또는 용융흐름 또는 화학물질 및 크레이즈 내성을 향상시키는 첨가제를 포함할 수 있다. 그와 같은 첨가제들에 대해서는 당업계에 알려져 있다.
중합체 캐리어 층 (3)
캐리어 층 (3)은 고도로 투명한 (공)중합체 또는 상이한 중합체들의 블렌드로 제조된다. 그것은 바람직하게는 시트의 형태로 적용된다. 바람직한 중합체에는 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 PETG, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 플루오로중합체 및 폴리(메트)아크릴레이트가 포함된다. 특히 바람직한 것은 PMMA 또는 플루오로중합체로서, 상기 플루오로중합체는 예를 들면 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)이다. 특히, UV 차단 층 (5)에 대하여 하기하는 바와 같은 PMMA 또는 PVDF-중합체가 사용될 수 있다.
캐리어 층 (3)은 단일층, 또는 상이한 중합체들의 다중층 시스템일 수 있다. 다중층 시스템의 한 가지 예는 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 층으로 이루어진 시스템이다. 다중층 시스템에서, 개별 첨가제들은 하나 이상의 이러한 층들 사이에 균질하게 분포되거나 및/또는 서로 별개로 분포된다.
캐리어 층 (3)은 바람직하게는 하기하는 바와 같이 풍화 안정성을 향상시키기 위한 첨가제 및/또는 열 안정화제를 포함할 수 있다. 특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니나, 본 발명자들은 UV 방사선이 아크릴 사슬 개방을 개시한다는 의견을 가지고 있다. 그러나, UV 차단된 캐리어 층 (3)에서는, 사슬이 개방된다 하더라도, 열 안정화제가 사슬의 "연속해제(unzipping)"를 중지/최소화한다. 따라서, 특히 바람직하게는, 캐리어 층 (3)에는, UV 차단 층 (5)이 사용되거나, 및/또는 열 안정화제만이 존재하거나 및/또는 UV 안정화제가 존재하지 않는다. 이는 더 경제적이며 효과적인 시스템을 제공한다. 적합한 열 안정화제에 대해서는 당업계에 알려져 있다.
캐리어 층 (3)은 충격 개질제, 특히 부틸 아크릴레이트 기재의 충격 개질제를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, UV 차단 층 (5)에 대하여 하기하는 바와 같은 충격 개질제가 사용될 수 있다. 캐리어 층 (3)에 첨가될 경우, 그와 같은 개질제는 필름 (1)과 층 (3)의 열적 라미네이트의 결과적인 뒤틀림을 상당히 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니나, 필름 (1)의 기제 중합체 수지가 그의 취성을 감소시키고 롤에의 권취를 용이하게 하는 충격 개질제를 포함하고 있을 수 있다. 캐리어 층 (3)의 기제 중합체가 충격 개질제를 포함하지 않는 경우, 그것은 필름과 상이한 열 팽창 계수를 가진다. 캐리어 층 (3)이 냉각될 때, 층 (3)과 필름 (1)은 상이한 최종 크기로 수축됨으로써 뒤틀림을 야기한다. 캐리어 층 (3) 기판에 대한 충격 개질제의 도입은 필름 (1)과 층 (3) 사이의 열 팽창 계수 차이를 감소시키고, 그에 따라 뒤틀림을 상당히 감소시킨다.
조성에 관계없이, 고도로 투명한 캐리어 층 (3)은 바람직하게는 0.1 mm 내지 50 mm 범위, 바람직하게는 0.5 내지 25 mm 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 20 mm 범위, 특히 바람직하게는 2 내지 20 mm, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 10 mm 및 2 내지 7 mm 범위의 총 두께를 가진다.
고도 투명 중합체 층의 두께는 전체적인 렌즈 크기와 관련하여 중요한데, 더 큰 렌즈는 (추가적인 지지 시스템이 제공되지 않는 한) 더 큰 두께를 필요로 한다. 이는 중합체 크립(creep)으로 인한 바람 하중, 눈 하중 또는 그 자체 중량하에서의 렌즈 뒤틀림을 방지해주는 적정한 경성도를 보장한다. 렌즈의 뒤틀림은 렌즈와 태양광 수용장치 사이 거리의 변화를 초래하게 된다. 이는 불량한 광 집속으로 인하여 시스템 효율에 부정적인 영향을 주게 된다. 또한, 렌즈 두께는 렌즈가 우박으로부터의 손상을 견디기에 충분한 충격 강도를 가지기에 충분해야 한다.
안정화제 패키지 (광 안정화제 )
본 발명의 라미네이트화 태양광 집광 장치는 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하는 특별한 UV 차단 패키지에 의해 UV 차단된다. 상기 패키지는 캐리어 층 (3)에 첨가될 수 있거나, 및/또는 상기 UV 차단 패키지를 포함하는 UV 차단 층 (5)이 캐리어 층 (3)을 피복하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 UV 차단 태양광 집광 장치의 특별한 구성요소는 집광기의 긴 수명 및 풍화 안정성에 기여하는 UV 차단 패키지이다. 더 구체적으로, 본 발명에 따라 제조되는 라미네이트화 태양광 집광 장치는 선행 기술에 비해 상당히 향상된 그의 UV 안정성 및 그와 관련하여 더 길어진 수명에 있어서 뛰어나다. 예컨대 본 발명의 물질은 15년 이상, 바람직하게는 심지어는 20년 이상, 보다 바람직하게는 25년 이상의 매우 긴 기간 동안 특히 긴 일조 시간 수 및 특히 강렬한 태양 방사선을 갖는 장소, 예를 들면 남서 USA 또는 사하라에서 태양광 집광기에 사용될 수 있다.
광 안정화제에 대해서는 잘 알려져 있으며, 예를 들면 문헌 [Hans Zweifel, Plastics Additives Handbook, Hanser Verlag, 5th Edition, 2001, p. 141 ff]에 상세하게 기술되어 있다. 광 안정화제에는 UV 흡수제, UV 안정화제 및 자유-라디칼 포집제가 포함되는 것으로 양해된다.
UV 흡수제는 예를 들면 치환 벤조페논, 살리실산 에스테르, 신남산 에스테르, 옥사닐리드, 벤즈옥사지논, 히드록시페닐벤조트리아졸, 트리아진 또는 벤질리덴말로네이트의 군에서 유래할 수 있다.
가장 잘 알려져 있는 대표적인 UV 안정화제/자유-라디칼 포집제는 입체 장애 아민 (장애 아민 광 안정화제, HALS)의 군에 의해 제공된다.
UV 차단 패키지의 개별 첨가제들은 본 발명 태양광 집광 장치의 하나 이상 층들 사이에 균질하게 분포되거나 및/또는 서로 별개로 분포될 수 있다.
사용될 수 있는 통상적인 UV 흡수제는 290 내지 370 nm의 파장 범위에서 높은 흡수율을 갖는 기를 함유하는 내중합성 UV 흡수제이다. 바람직한 것은 0.002 중량% 농도의 클로로포름 (분광학용 품질) 중 용액의 5 mm 두께 층 형태에서의 UV 흡수율이 10 % 이상인 단량체이다. 적합한 화합물의 예는 2-히드록시벤조페논, 히드록시아세토페논, 시아노-β,β-비페닐, 히드록시벤조산 에스테르, 옥사닐리드, p-아미노벤조산 에스테르 또는 6,8-디알킬-4-옥소-5-크로마닐 군의 유도체들이다. 이러한 단량체들에 존재하며 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 에틸렌계 불포화 기는 바람직하게는 아크릴, 메타크릴, 알릴 또는 비닐 기이다.
적합한 단량체의 예는 하기이다: 2-(시아노-β,β-비페닐아크릴로일옥시)에틸-1-메타크릴레이트, 2-(2'-히드록시-3'-메타크릴아미도메틸-5'-옥틸페닐)벤조트리아졸, 2-히드록시-4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시)프로폭시벤조페논, 2-(알파-시아노-β,β-비페닐아크릴로일옥시)에틸-2-메타크릴아미드, 2-히드록시-4-메타크릴로일옥시벤조페논, 2-히드록시-4-아크릴로일옥시에틸옥시벤조페논, N-(4-메타크릴로일페놀)-N'-(2-에틸페닐)옥사미드, 비닐 4-에틸-알파-시아노-β-페닐신나메이트, 2-(2-히드록시-5-비닐페닐)-2-벤조트리아졸.
본 발명 태양광 집광 장치의 층에서의 UV 흡수 단량체의 선택되는 비율은 유리하게는 호일 층이 파장이 290 내지 370 nm인 입사 UV 방사선 중 98 % 이상을 흡수하기에 충분하도록 높은 것일 수 있다. 여기에 필요한 농도는 층 두께 및 단량체의 유효성에 따라 달라진다. 그것은 일반적으로는 층의 제조에 사용되는 단량체의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 2 중량%이다.
공중합성 UV 흡수제는 이동하지 않는다는 단점을 가진다. 풍화 과정 동안, UV 광 및 풍화에 노출되는 상부 층에서는 점점 더 UV 흡수제가 고갈되어 가지만, 비사용 UV 흡수제가 확산되어 그것을 대체할 수 없는데, 분자가 중합체의 성분으로서 고정되어 있고, 층이 UV 방사선의 공격 및 풍화로부터 보호되지 않기 때문이다.
반면, 비-공중합성 UV 흡수제의 사용은 필연적인 표면으로의 UV 흡수제의 이동을 가능하게 한다. 그러나, 그와 동시에, 가공, 예컨대 압출 동안의 플라스틱 성형물로부터의 이동성 UV 흡수제의 누출은 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 본원에서 바람직한 것은 비휘발성 광 안정화제의 사용이다. 휘발성은 DIN ISO 11358에 따라 TGA에서의 중량 손실에 의해 측정될 수 있다. 본원에서 바람직한 것은 공기 중에서 20℃/분의 가열 속도로 순수 물질상에서 상기 시험을 수행하였을 때, 240℃ 초과, 바람직하게는 270℃ 초과, 특히 바람직하게는 300℃ 초과의 온도에서 2 %의 중량 손실을 나타내는 광 안정화제이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, UV 차단 패키지는 하기의 성분들 중 2종 이상을 포함한다:
A) 벤조트리아졸 유형의 UV 흡수제,
B) 트리아진 유형의 UV 흡수제,
C) UV 안정화제, 바람직하게는 HALS 화합물.
성분 A) 및 B)는 개별 물질 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 본 발명의 라미네이트에는, 1종 이상의 UV 흡수제 성분이 존재해야 한다. 성분 C)는 본 발명의 라미네이트에 반드시 존재한다.
성분 A: 벤조트리아졸 유형의 UV 흡수제
사용될 수 있는 벤조트리아졸 유형 UV 흡수제의 예는 2-(2-히드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-[2-히드록시-3,5-디(알파,알파-디메틸벤질)페닐]-벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디-tert-부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-부틸-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3,5-디-tert-아밀페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-5-tert-부틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-히드록시-3-sec-부틸-5-tert-부틸페닐)벤조트리아졸 및 2-(2-히드록시-5-tert-옥틸페닐)벤조트리아졸, 페놀, 2,2'-메틸렌비스[6-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)]이다.
벤조트리아졸 유형 UV 흡수제의 사용량은 각 층을 제조하는 데에 사용되는 단량체의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% 내지 6 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.5 중량% 내지 4 중량%이다. 벤조트리아졸 유형의 상이한 UV 흡수제들의 혼합물을 사용하는 것 역시 가능하다.
성분 B: 트리아진 유형의 UV 흡수제
또한, 2-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-5-헥실옥시페놀과 같은 트리아진 역시 UV 안정화제로서 혼합물에 사용될 수 있다.
트리아진의 사용량은 각 층을 제조하는 데에 사용되는 단량체의 중량을 기준으로 0.0 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.2 중량% 내지 3 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%, 특별히 바람직하게는 0.5 중량% 내지 2 중량%이다. 상이한 트리아진들의 혼합물을 사용하는 것 역시 가능하다.
성분 C: UV 안정화제
본원에서 자유-라디칼 포집제/UV 안정화제로 언급될 수 있는 예는 HALS (장애 아민 광 안정화제(Hindered Amine Light Stabilizer))로 알려져 있는 입체 장애 아민이다. 그것은 페인트 및 플라스틱, 특히 폴리올레핀 플라스틱에서 노후화 현상을 억제하는 데에 사용될 수 있다 (문헌 [Kunststoffe, 74 (1984) 10, pp. 620-623]; [Farbe + Lack, Volume 96, 9/1990, pp. 689-693]). HALS 화합물에 존재하는 테트라메틸피페리딘 기가 안정화 효과를 담당한다. 이와 같은 종류의 화합물은 피페리딘 질소상에 치환이 없거나, 또는 다르게는 피페리딘 질소상에 알킬 또는 아실 기에 의한 치환을 가질 수 있다. 입체 장애 아민은 UV 영역에서 흡수를 하지 않는다. 그것은 형성된 자유 라디칼을 포집하지만, UV 흡수제는 그렇게 할 수 없다. 안정화 효과를 가지며 혼합물의 형태로 사용될 수도 있는 HALS 화합물의 예는 하기이다: 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 세바케이트, 8-아세틸-3-도데실-7,7,9,9-테트라메틸-1,3,8-트리아자스피로(4,5)-데칸-2,5-디온, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 숙시네이트, 폴리(N-β-히드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-히드록시피페리딘 숙시네이트) 또는 비스(N-메틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 세바케이트.
HALS 화합물의 사용량은 각 층을 제조하는 데에 사용되는 단량체의 중량을 기준으로 0.0 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 중량% 내지 3 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.2 중량% 내지 2 중량%이다. 상이한 HALS 화합물들의 혼합물을 사용하는 것 역시 가능하다.
더불어 사용될 수 있는 다른 공동안정화제는 상기한 HALS 화합물들, 디술파이트, 예컨대 나트륨 디술파이트, 및 입체 장애 페놀 및 포스파이트이다.
"태양열 에너지 용도"에 관련되는 태양 방사선의 파장 스펙트럼은 300 nm 내지 2500 nm의 범위이다. 그러나, 400 nm 미만, 특히 375 nm 미만의 범위는 집광기의 수명을 연장하기 위하여 여과 제거됨으로써, 375 nm 또는 400 nm 내지 2500 nm의 "유효 파장 범위"가 보존되도록 해야 한다. 본 발명에 따라 사용되는 UV 흡수제와 UV 안정화제의 혼합물은 광범위한 파장 스펙트럼 (300 nm - 400 nm)에 걸쳐 안정하고 오래 지속되는 UV 차단을 나타낸다.
본 발명의 라미네이트는 UV 차단 층 (5) 형태의 UV 차단 패키지를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명자들은 각각 중합체 층으로부터의 충격 개질제에서 문제가 되는 본 발명 태양광 집광 장치 사용 동안의 중합체 층의 분자 질량의 감소를 각각 최소화할 필요가 없다는 점에서, 이와 같은 구성이 특히 유리하다는 것을 발견하였다.
UV 차단 패키지가 캐리어 층 (3)에 첨가되는 대안에 비교한 이와 같은 대안의 또 다른 장점은 층 (5)가 보통 층 (3)에 비해 더 얇기 때문에, 동일한 효과를 달성하는 데에 요구되는 UV 흡수제 및 안정화제의 양이 더 적다는 것이다.
UV 차단 층 (5)으로 사용될 수 있는 적절한 필름의 UV 차단에 대해서는 예를 들면 각각 하기에서 더 상세하게 기술될 예정인 WO 2007/073952 (에보니크 룀(Evonik Rohm)) 또는 DE 10 2007 029 263 A1 또는 WO 2007/074138에서 찾아볼 수 있다. 상기 모든 문헌들은 그 전체가 참조로서 개재된다.
UV 차단 층 (5)
바람직한 UV 차단 층 (5)은 투명한 단일층 또는 다중층 (다중-하위층)의 플라스틱 호일로 이루어지며, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트 (PMMA) 또는 폴리메틸 (메트)아크릴레이트 (PMMA)와 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)를 각 경우에 적어도 하나의 하위층에 포함하거나, 또는 PMMA 및 PVDF를 혼합물로서 적어도 하나의 하위층에 포함한다.
UV 차단 층 (5)은 바람직하게는 10 내지 250 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 40 내지 120 ㎛, 특히 바람직하게는 50 내지 90 ㎛ 범의의 두께를 가질 수 있다.
UV 안정화 패키지 이외의 상기 층 (5)의 특히 바람직한 성분은 하기하는 바와 같은 PMMA 기재 플라스틱 및 PVDF 중합체이다:
폴리메틸 메타크릴레이트 플라스틱은 일반적으로 메틸 메타크릴레이트를 포함하는 혼합물의 자유-라디칼 중합에 의해 수득된다. 이러한 혼합물은 일반적으로 단량체 중량 기준 40 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 특히 바람직하게는 80 중량% 이상의 메틸 메타크릴레이트를 포함한다.
폴리메틸 메타크릴레이트의 제조를 위한 이러한 혼합물은 메틸 메타크릴레이트와 공중합가능한 다른 (메트)아크릴레이트를 포함할 수도 있다. (메트)아크릴레이트라는 표현에는 메타크릴레이트 및 아크릴레이트, 그리고 양자의 혼합물이 포함된다. 이러한 단량체에 대해서는 잘 알려져 있다. 그 중에서도 특히, 포화 알콜로부터 유래하는 (메트)아크릴레이트, 예컨대 메틸 아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, tert-부틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, 펜틸 (메트)아크릴레이트 및 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트; 및 또한 불포화 알콜로부터 유래하는 (메트)아크릴레이트, 예컨대 올레일 (메트)아크릴레이트, 2-프로피닐 (메트)아크릴레이트, 알릴 (메트)아크릴레이트, 비닐 (메트)아크릴레이트; 및 또한 아릴 (메트)아크릴레이트, 예컨대 벤질 (메트)아크릴레이트 또는 페닐 (메트)아크릴레이트 (각 경우에 여기서의 아릴 라디칼은 비치환일 수 있거나, 4개 까지의 치환체를 가질 수 있음); 시클로알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 3-비닐시클로헥실 (메트)아크릴레이트, 보르닐 (메트)아크릴레이트; 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 3-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 3,4-디히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트; 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 예컨대 1,4-부탄디올 (메트)아크릴레이트, 에테르 알콜의 (메트)아크릴레이트, 예컨대 테트라히드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 비닐옥시에톡시에틸 (메트)아크릴레이트; (메트)아크릴산의 아미드 및 니트릴, 예컨대 N-(3-디메틸아미노프로필) (메트)아크릴아미드, N-(디에틸포스포노) (메트)아크릴아미드, 1-메타크릴로일아미도-2-메틸-2-프로판올; 황-함유 메타크릴레이트, 예컨대 에틸술피닐에틸 (메트)아크릴레이트, 4-티오시아네이토부틸 (메트)아크릴레이트, 에틸술포닐에틸 (메트)아크릴레이트, 티오시아네이토메틸 (메트)아크릴레이트, 메틸술피닐메틸 (메트)아크릴레이트, 비스((메트)아크릴로일옥시에틸) 술피드; 다관능성 (메트)아크릴레이트, 예컨대 트리메틸로일프로판 트리(메트)아크릴레이트가 있다.
중합 반응은 일반적으로 공지의 자유-라디칼 개시제에 의해 개시된다. 바람직한 개시제로는 특히 당업자에게 잘 알려져 있는 아조 개시제, 예컨대 AIBN 및 1,1-아조비스시클로헥산카르보니트릴, 그리고 퍼옥시 화합물, 예컨대 메틸 에틸 케톤 퍼옥시드, 아세틸아세톤 퍼옥시드, 디라우릴 퍼옥시드, tert-부틸 2-에틸퍼헥사노에이트, 케톤 퍼옥시드, 메틸 이소부틸 케톤 퍼옥시드, 시클로헥산온 퍼옥시드, 디벤조일 퍼옥시드, tert-부틸 퍼옥시벤조에이트, tert-부틸퍼옥시 이소프로필 카르보네이트, 2,5-비스(2-에틸헥사노일퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, tert-부틸 2-에틸퍼옥시헥사노에이트, tert-부틸 3,5,5-트리메틸퍼옥시헥사노에이트, 디큐밀 퍼옥시드, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 큐밀 히드로퍼옥시드, tert-부틸 히드로퍼옥시드, 비스(4-tert-부틸시클로헥실)퍼옥시디카르보네이트, 상기언급된 화합물들 중 2종 이상의 서로간의 혼합물, 및 상기언급된 화합물의 언급되지는 않았으나 역시 자유 라디칼을 형성할 수 있는 화합물과의 혼합물이 있다.
중합될 조성물은 상기한 (메트)아크릴레이트뿐만 아니라, 메틸 메타크릴레이트 및 상기언급된 (메트)아크릴레이트와 공중합가능한 다른 불포화 단량체도 포함할 수 있다. 이러한 것으로는 특히 1-알켄, 예컨대 1-헥센, 1-헵텐; 분지형 알켄, 예컨대 비닐시클로헥산, 3,3-디메틸-1-프로펜, 3-메틸-1-디이소부틸렌, 4-메틸-1-펜텐; 아크릴로니트릴; 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트; 스티렌, 측쇄에 알킬 치환체를 갖는 치환 스티렌, 예컨대 α-메틸스티렌 및 α-에틸스티렌, 고리에 알킬 치환체를 갖는 치환 스티렌, 예컨대 비닐톨루엔 및 p-메틸스티렌, 할로겐화 스티렌, 예컨대 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌, 트리브로모스티렌 및 테트라브로모스티렌; 헤테로시클릭 비닐 화합물, 예컨대 2-비닐피리딘, 3-비닐피리딘, 2-메틸-5-비닐피리딘, 3-에틸-4-비닐피리딘, 2,3-디메틸-5-비닐피리딘, 비닐피리미딘, 비닐피페리딘, 9-비닐카르바졸, 3-비닐카르바졸, 4-비닐카르바졸, 1-비닐이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, N-비닐피롤리돈, 2-비닐피롤리돈, N-비닐피롤리딘, 3-비닐피롤리딘, N-비닐카프로락탐, N-비닐부티로락탐, 비닐옥솔란, 비닐퓨란, 비닐티오펜, 비닐티올란, 비닐티아졸 및 수소화 비닐티아졸, 비닐옥사졸 및 수소화 비닐옥사졸; 비닐 에테르 및 이소프레닐 에테르; 말레산 유도체, 예컨대 말레산 무수물, 메틸말레산 무수물, 말레이미드, 메틸말레이미드; 그리고 디엔, 예컨대 디비닐벤젠이 있다.
이러한 공단량체들의 일반적으로 사용되는 양은 단량체의 중량을 기준으로 0 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 0 중량% 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 0 중량% 내지 20 중량%이며, 여기서 화합물들은 개별적으로, 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다.
또한 바람직한 것은 중합성 성분으로서 하기를 포함하는 조성물의 중합에 의해 수득가능한 폴리(메트)아크릴레이트를 사용한 호일이다:
a. > 50 중량% 내지 99.9 중량%의 메틸 메타크릴레이트,
b. 0.1 중량% 내지 < 50 중량%의, C1-C4 알콜로부터 유래하는 에스테르 라디칼을 갖는 아크릴레이트,
c. 0 중량% 내지 10 중량%의, 단량체 a. 및 b.와 공중합가능한 단량체.
또한 바람직한 것은 중합성 성분으로서 하기를 포함하는 조성물의 중합에 의해 수득가능한 폴리(메트)아크릴레이트를 사용한 호일이다:
a. 78 중량% 내지 92 중량%의 메틸 메타크릴레이트,
b. 8 중량% 내지 12 중량%의, C1-C4 알콜로부터 유래하는 에스테르 라디칼을 갖는 아크릴레이트,
c. 0 중량% 내지 10 중량%의, 단량체 a. 및 b.와 공중합가능한 단량체.
놀랍게도, 8 내지 12 중량% 범위의 공동아크릴레이트(coacrylate) 비율의 사용, 바람직하게는 그와 같은 양의 n-부틸 아크릴레이트를 사용하는 것이 호일의 본질적인 안정성을 지금까지 알려져 있던 정도를 초과하여 현저하게 상승시킨다는 것이 발견되었다. 따라서, 이것은 용이하게 예상가능한 것이 아니었다. 선택된 공동아크릴레이트 비율이 증가할수록, 호일의 안정성은 증가한다. 또한 한계 값을 초과하는 증가는 다시 불리해지는데, 추가적인 공동아크릴레이트 비율이 크래킹(cracking) 억제의 어떠한 유의성 있는 증가도 초래하지 않기 때문이다.
중합체의 사슬 길이는 분자량 조절제 존재하에서의 단량체 혼합물의 중합에 의해 조정될 수 있는데, 그 구체적인 예는 그와 같은 목적으로 공지되어 있는 메르캅탄, 예컨대 n-부틸 메르캅탄, n-도데실 메르캅탄, 2-메르캅토에탄올 또는 2-에틸헥실 티오글리콜레이트, 또는 펜타에리트리톨 테트라티오글리콜레이트인 바; 상기 분자량 조절제의 일반적인 사용량은 단량체 혼합물을 기준으로 0.05 내지 5 중량%로서, 단량체 혼합물을 기준으로 바람직한 것은 0.1 내지 2 중량%의 양이며, 특히 바람직한 것은 0.2 내지 1 중량%의 양이다 (예를 들면 문헌 [H. Rauch-Puntigam, Th. Volker, "Acryl- und Methacrylverbindungen" ["Acrylic and Methacrylic Compounds"], Springer, Heidelberg, 1967]; [Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, [Methods of Organic Chemistry], Vol. XIV/1, page 66, Georg Thieme, Heidelberg, 1961], 또는 [Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, pages 296 et seq., J. Wiley, New York, 1978] 참조).
상기 폴리(메트)아크릴레이트는 바람직하게는 충격 개질제를 사용하는 것에 의해 충격-내성이 되어 있다.
바람직한 한 변형예에서, 충격 개질제의 양은 호일 (5) 중 폴리(메트)아크릴레이트 및 충격 개질제 전체를 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%이다.
또 다른 바람직한 변형예에서, 호일 (5)의 충격-개질된 폴리(메트)아크릴레이트 플라스틱은 폴리(메트)아크릴레이트 매트릭스 20 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 70 중량%, 및 평균 입자 직경이 10 내지 150 nm인 (예를 들면 초원심분리법을 사용한 측정치) 엘라스토머 입자 80 중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 70 중량% 내지 30 중량%로 이루어진다.
상기 폴리(메트)아크릴레이트 및 충격 개질제는 바람직하게는 쉘이 이후의 호일 (5)에서 중합체로 이루어진 매트릭스를 형성하는 코어-쉘 중합체로부터 유래한다.
폴리(메트)아크릴레이트 매트릭스에 분산되어 있는 상기 엘라스토머 입자는 바람직하게는 연질 엘라스토머 상을 사용하고 거기에 결합된 경질 상을 사용하는 코어를 가진다.
충격-개질 폴리(메트)아크릴레이트 플라스틱 (imPMMA)은 메틸 메타크릴레이트 단위 80 중량% 이상, 및 또한 경우에 따라 메틸 메타크릴레이트와 공중합가능한 단량체 단위 0 중량% 내지 20 중량%로부터 중합되는 매트릭스 중합체 부분, 그리고 가교된 폴리(메트)아크릴레이트를 기재로 하며 매트릭스에 분산되어 있는 충격 개질제 부분으로 이루어진다.
매트릭스 중합체는 구체적으로 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 메틸 메타크릴레이트 단위 80 중량% 내지 100 중량%, 바람직하게는 90 중량% 내지 99.5 중량%, 그리고 경우에 따라 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 다른 공단량체, 예컨대 C1-C4-알킬 (메트)아크릴레이트, 특히 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 또는 부틸 아크릴레이트 0 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 12 중량%로 이루어진다. 매트릭스 중합체의 분자량이 증가할수록, UV 차단 호일의 내후성은 향상된다.
본 발명의 구체적인 한 실시양태에서, 호일은 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해 측정하였을 때의 폴리(메트)아크릴레이트의 중량-평균 분자량 Mw ≥ 80 000 g/mol을 특징으로 한다. 폴리(메트)아크릴레이트의 중량-평균 분자량 Mw는 더욱 바람직하게는 역시 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해 측정하였을 때 ≥ 120 000 g/mol이다. 본 발명의 목적상, 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해 측정하였을 때 폴리(메트)아크릴레이트의 중량-평균 분자량 Mw가 ≥ 140 000 g/mol인 경우, 더욱 더 큰 내후성을 갖는 호일을 달성하는 것이 가능하다. 매트릭스의 평균 (중량-평균) 분자량 Mw는 일반적으로 80 000 g/mol 내지 200 000 g/mol의 범위이다 (매트릭스 PMMA에서의 모든 Mw 측정에 있어서, Mw는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 보정 표준으로서의 폴리메틸 메타크릴레이트를 참조하여 측정됨). 그러나, 특히 우수한 내후성은 각 경우에 PMMA 보정 표준에 대비한 GPC에 의해 측정하였을 때, 매트릭스 중합체가 80 000 g/mol 내지 180 000 g/mol 범위, 바람직하게는 108 000 g/mol 내지 180 000 g/mol 범위, 보다 바람직하게는 122 000 g/mol 내지 180 000 g/mol 범위의 평균 분자량 Mw (중량-평균)를 갖는 호일에서 수득된다. GPC법과 함께, 분자량 Mw의 측정을 위한 또 다른 방법의 예는 광-산란법이다 (예를 들면 문헌 [H.F. Mark et al., Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, 2nd Edition, Vol. 10, pages 1 et seq., J. Wiley, 1989] 참조).
바람직한 것은 85 중량% 내지 99.5 중량%의 메틸 메타크릴레이트, 및 0.5 중량% 내지 15 중량%의 메틸 아크릴레이트로 구성되며, 경우에 따라 0-12 중량% 중 임의 비율의 부틸 아크릴레이트를 갖는 공중합체이다 (여기서 양은 100 중량%의 중합성 성분 기준임). 특히 유리한 공중합체는 메틸 메타크릴레이트 90 중량% 내지 99.5 중량%, 및 메틸 아크릴에이트 0.5 중량% 내지 10 중량%의 공중합에 의해 수득가능하며, 경우에 따라 0 중량% 내지 10 중량% 중 임의 비율의 부틸 아크릴레이트를 갖는 것들이다 (여기서 양은 100 중량%의 중합성 성분 기준임). 더욱 바람직한 것은 메틸 메타크릴레이트 92.5 중량% 내지 97.5 중량%, 및 메틸 아크릴에이트 2.5 중량% 내지 7.5 중량%로부터 수득가능하며, 경우에 따라 0 중량% 내지 7 중량% 중 임의 비율의 부틸 아크릴레이트를 갖는 공중합체이다 (여기서 양은 100 중량%의 중합성 성분 기준임). 비캣 연화점(Vicat softening point) VSP (ISO 306-B50)는 90℃ 이상의 영역, 바람직하게는 95℃ 내지 112℃일 수 있다.
충격 개질제 및 매트릭스 중합체는 용융물로서 압출기에서 혼합되어 충격-개질 폴리메타크릴레이트 성형 조성물을 생성시킬 수 있다. 배출되는 물질은 일반적으로 펠릿을 생성시키기 위하여 쵸핑된다(chopped). 이것은 압출 또는 사출 성형에 의해 추가 가공됨으로써 시트, 호일 또는 사출-성형 부품과 같은 성형물을 생성시킬 수 있다.
호일 (5) 중 폴리메타크릴레이트 매트릭스는 예를 들면 2- 또는 3-쉘 구조를 갖는 (바람직한 것은 2-쉘 충격 개질제의 사용임) 코어-쉘 중합체일 수 있는 충격 개질제를 포함한다.
폴리메타크릴레이트 플라스틱용 충격 개질제에 대해서는 잘 알려져 있다. 예를 들면 EP-A 0 113 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 및 EP-A 0 683 028이 충격-개질된 폴리메타크릴레이트 성형 조성물의 제조 및 구조에 대해 기술하고 있다.
폴리메타크릴레이트 매트릭스에는, 1 중량% 내지 35 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 3 중량% 내지 15 중량%, 특히 5 중량% 내지 12 중량%의, 가교된 중합체 입자로 이루어진 엘라스토머 상인 충격 개질제가 존재한다. 충격 개질제는 비드(bead) 중합 또는 유화 중합에 의해 원래 알려져 있는 방식으로 수득된다.
가장 간단한 경우에서, 포함되는 물질은 평균 입자 크기가 10 nm 내지 150 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 100 nm, 특히 30 nm 내지 90 nm의 범위인, 비드 중합에 의해 수득되는 가교 입자이다. 이것은 일반적으로 40 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량% 내지 70 중량%의 메틸 메타크릴레이트, 20 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 25 중량% 내지 35 중량%의 부틸 아크릴레이트, 및 0.1 중량% 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 1 중량%의 가교 단량체, 예컨대 다관능성 (메트)아크릴레이트, 예컨대 알릴 메타크릴레이트, 그리고 경우에 따라 다른 단량체, 예컨대 0 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 C1-C4-알킬 메타크릴레이트, 예컨대 에틸 아크릴레이트 또는 부틸 메타크릴레이트, 바람직하게는 메틸 아크릴레이트, 또는 다른 비닐계 중합성 단량체, 예컨대 스티렌으로 이루어진다.
바람직한 충격 개질제는 2- 또는 3-층 코어-쉘 구조를 가지며 유화 중합에 의해 수득될 수 있는 중합체 입자이다 (예를 들면 EP-A 0 113 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 및 EP-A 0 683 028 참조). 그러나, 본 발명은 10 nm 내지 150 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 120 nm, 특히 바람직하게는 50 nm 내지 100 nm 범위인 이러한 유화 중합체의 적합한 입자 크기를 요한다.
하나의 코어 및 2개의 쉘을 갖는 3-층 또는 3-상 구조가 하기와 같이 생성될 수 있다. 맨 안쪽의 (경질) 쉘은 예를 들면 본질적으로 메틸 메타크릴레이트, 적은 비율의 공단량체, 예컨대 에틸 아크릴레이트, 및 약간의 가교제, 예컨대 알릴 메타크릴레이트로 구성될 수 있다. 중간 (연질) 쉘은 예를 들면 부틸 아크릴레이트, 및 경우에 따라 스티렌으로 구성될 수 있는 반면, 최외곽 (경질) 쉘은 본질적으로 매트릭스 중합체와 동일하며, 그에 따라 매트릭스에 대한 상용성 및 우수한 연결을 초래한다. 충격 개질제 중 폴리부틸 아크릴레이트의 비율은 충격-개질 작용에 결정적인데, 바람직하게는 20 중량% 내지 40중량%의 범위, 특히 바람직하게는 25 중량% 내지 35 중량%의 범위이다.
여기에 제한되는 것은 아니나, 특히 호일 제조에 있어서 바람직한 것은 EP 0 528 196 A1에 원리가 알려져 있으며 하기로 이루어진 2-상 충격-개질 중합체인 시스템의 사용이다:
a1) 10 중량% 내지 95 중량%의, 유리 전이 온도 T mg가 70℃를 상회하며 하기로 이루어진 응집성 경질 상(coherent hard phase):
a11) 80 중량% 내지 100 중량% (a1 기준)의 메틸 메타크릴레이트 및
a12) 0 중량% 내지 20 중량%의, 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 1종 이상의 다른 에틸렌계 불포화 단량체, 및
a2) 90 중량% 내지 5 중량%의, 유리 전이 온도 T mg가 -10℃ 미만이며 경질 상 중에 분포되어 있고 하기로 이루어진 인성 상(tough phase):
a21) 50 중량% 내지 99.5 중량%의 C1-C10-알킬 아크릴레이트 (a2 기준)
a22) 0.5 중량% 내지 5 중량%의, 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 2개 이상의 에틸렌계 불포화 라디칼을 갖는 가교 단량체 및
a23) 경우에 따라, 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 다른 에틸렌계 불포화 단량체
(여기서 경질 상 a1) 중 15 중량% 이상은 인성 상 a2)에 대한 공유 결합을 가짐).
상기 2-상 충격 개질제는 예를 들면 DE-A 38 42 796에 기술되어 있는 바와 같이 수중에서의 2-단계 유화 중합 반응에 의해 제조될 수 있다. 제1 단계에서는, 인성 상 a2) 가 제조되는데, 50 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 초과의 저급 알킬 아크릴레이트로 구성됨으로써 해당 상에 -10℃ 미만의 유리 전이 온도 T mg를 제공한다. 사용되는 가교 단량체 a22)는 디올의 (메트)아크릴레이트, 예컨대 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 또는 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 2개의 비닐 또는 알릴 기를 갖는 방향족 화합물, 예컨대 디비닐벤젠, 또는 2개의 에틸렌계 불포화 라디칼을 가지며 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 다른 가교제, 예컨대 그라프트-결합제로서의 알릴 메타크릴레이트를 포함한다. 예로서 언급될 수 있으며, 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 3개 이상의 불포화 기, 예컨대 알릴 기 또는 (메트)아크릴 기를 갖는 가교제는 트리알릴 시아누레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 그리고 펜타에리트리틸 테트라아크릴레이트 및 펜타에리트리틸 테트라메타크릴레이트이다. US 4,513,118에 이와 관련한 다른 예들이 제시되어 있다.
자유-라디칼 중합을 할 수 있으며 a23)으로 언급되는 에틸렌계 불포화 단량체는 예를 들면 아크릴산 또는 메타크릴산, 또는 다르게는 상기에는 언급되지 않았으나 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 이들의 알킬 에스테르일 수 있으며, 여기서 알킬 라디칼은 선형, 분지형 또는 시클릭일 수 있다. 또한, a23)은 자유-라디칼 중합을 할 수 있으며 알킬 아크릴레이트 a21)과 공중합가능한 다른 지방족 공단량체들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상당 비율의 방향족 공단량체, 예컨대 스티렌, 알파-메틸스티렌 또는 비닐톨루엔은 배제할 수 있는데, 이들은 - 특히 풍화와 관련하여 - 성형 조성물의 원치 않는 특성으로 이어지기 때문이다.
제1 단계에서 인성 상이 제조될 때에는, 입자 크기 및 그의 다분산도를 설정함에 있어서 신중하게 주의를 기울여야 한다. 여기서 인성 상의 입자 크기는 본질적으로 유화제의 농도에 따라 달라진다. 입자 크기는 시드 라텍스(seed latex)의 사용에 의해 유리하게 조절될 수 있다. 평균 (중량-평균) 입자 크기가 130 nm 미만, 바람직하게는 70 nm 미만이며 입자-크기 다분산도 P80이 0,5 미만 (P80은 초원심분리에 의해 측정되는 입자-크기 분포의 누적 평가로부터 측정되며, 그 관계는 하기이고: P80 = [(r90-r10)/r50]-1, 여기서 r10, r50, r90 = 입자 반경의 10, 50, 90 %보다는 더 크고 입자 반경의 90, 50, 10 %보다는 더 작은 값인 평균 누적 입자 반경임), 바람직하게는 0.2 미만인 입자는 수성 상을 기준으로 0.15 내지 1.0 중량%의 유화제 농도를 사용하여 달성된다. 이는 특히 음이온계 유화제에 적용되는데, 특히 바람직한 그 예는 알콕실화 및 술페이트화 파라핀이다. 사용되는 중합 개시제의 예는 수성 상을 기준으로 0.01 중량% 내지 0.5 중량%의 알칼리 금속 퍼옥소디술페이트 또는 암모늄 퍼옥소디술페이트이며, 중합 반응은 20 내지 100℃의 온도에서 개시된다. 바람직한 것은 산화환원 시스템의 사용으로써, 그 예는 20 내지 80℃ 온도에서의 0.01 중량% 내지 0.05 중량%의 유기 히드로퍼옥시드, 및 0.05 내지 0.15 중량%의 나트륨 히드록시메틸술피네이트로 이루어진 조합이다.
그중 15 중량% 이상이 인성 상 a2)에 대한 공유 결합을 갖는 경질 상 a1)의 유리 전이 온도는 70℃ 이상이며, 이와 같은 상은 전적으로 메틸 메타크릴레이트로 구성될 수 있다. 20 중량%까지의 자유-라디칼 중합을 할 수 있는 1종 이상의 다른 에틸렌계 불포화 단량체가 경질 상에 공단량체 a12)로서 존재할 수 있는데, 여기서 사용되는 알킬 (메트)아크릴레이트, 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 아크릴레이트의 양은 유리 전이 온도가 상기 언급된 유리 전이 온도 미만이 되지 않도록 하는 양이다.
제2 단계로, 경질 상 a1)의 중합 역시 통상적인 보조제, 예를 들면 인성 상 a2)의 중합에도 사용되었던 것들을 사용하여 에멀젼 중에서 진행된다.
UV 차단 호일 (5)은 PVDF 중합체를 포함할 수도 있다. 본 발명의 목적에 사용되는 PVDF 중합체는 폴리비닐리덴 플루오라이드이며, 이것은 일반적으로 투명하며 반결정질이고 열가소성인 플루오로플라스틱이다. 폴리비닐리덴 플루오라이드의 기본 단위는 비닐리덴 플루오라이드이며, 이것은 고순도의 수중에서 조절되는 압력 및 온도 조건 하에 특정 촉매에 의해 반응 (중합)됨으로써 폴리비닐리덴 플루오라이드를 생성시킨다. 비닐리덴 플루오라이드는 다시 예를 들면 개시 물질로서의 수소 플루오라이드 및 메틸클로로포름으로부터 전구체로서의 클로로디플루오로에탄에 의해 수득가능하다. 본 발명의 목적상, 원칙적으로 소정 상업용 등급의 PVDF를 사용함으로써 우수한 성공률을 수득하는 것이 가능하다. 이러한 것으로는 아르케마(Arkema) 사에 의해 제조되는 키나르(Kynar)® 등급, 디네온(Dyneon)사에 의해 제조되는 디네온® 등급, 및 또한 솔베이(Solvay) 사에 의해 제조되는 솔레프(Solef)® 등급이 있다.
극히 고성능인 풍화-차단 호일 (5)은 본 발명의 UV 안정화제 및 UV 흡수제 패키지와 함께, 1:0.01 내지 1:1 (w/w) 비의 폴리(메트)아크릴레이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 본 발명 범위의 양으로 본 발명 호일 중에 PMMA/PVDF의 조합을 사용하는 것에 의해 수득될 수 있다.
바람직한 한 변형예에서, 본 발명의 층 (5)는 단일-층 호일이다. 이와 같은 저-비용 변형예는 단일 층에서의 PMMA와 PVDF의 블렌드를 특징으로 한다.
이러한 실시양태는 단일-층 풍화-차단 호일 (5)로서 매우 특히 중요하다. 다른 바람직한 것은 호일 (5)이 1:0.15 내지 1:0.40 (w/w)의 비, 바람직하게는 1:0.15 내지 1:0.30 (w/w)인 비로 폴리(메트)아크릴레이트와 폴리비닐리덴 플루오라이드의 혼합물을 포함하는 변형예이다.
또 다른 바람직한 변형예에서, 본 발명의 호일 (5)은 다중층 호일이다. 이는 그것이 하나를 초과하는 하위층을 가지며, 2개 이상인 상기 하위층들이 개별 하위층의 조성에 있어서 서로 다르다는 것을 의미한다. 따라서, 하나의 층은 PMMA를 포함할 수 있으며, 또 다른 층은 PVDF를 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 생각할 수 있는 모든 조합을 포함하는 것이어서, 예를 들어 하나의 층은 PMMA/PVDF로 이루어진 블렌드를 포함할 수 있는 반면, 복합재의 제2의 층은 PMMA만을, 또는 PVDF만을 포함할 수 있다. 다양한 물질로 이루어진 추가 층을 첨가하는 것에 의해 다른 적절한 특성의 조정이 달성될 수도 있다.
호일이 2개 이상의 하위층을 포함하고, 그 중 하나 이상은 폴리(메트)아크릴레이트로 구성되며 다른 하나 이상은 폴리비닐리덴 플루오라이드로 이루어진 것을 특징으로 하는 실시양태는 다중층 풍화-차단 호일로서 매우 특히 중요하다. 다른 바람직한 것은 하나는 폴리(메틸) 메타크릴레이트 층이고 다른 것은 폴리비닐리덴 플루오라이드 층인 2개의 하위층으로 이루어진 호일이다.
하나를 초과하는 하위층으로 이루어진 언급된 호일 복합재는 원래 알려져 있는 호일-제조 공정에 의해 수득가능하다. 바람직한 한 실시양태에서, 복합재는 공압출에 의해 수득가능하다. 그러나, 예를 들면 접착 촉진제를 사용하거나 사용하지 않는 라미네이트화 공정 역시 생각할 수 있다.
바람직한 다른 호일 복합재는 서로에 대한 접착성을 상승시키기 위하여 양 층이 블렌드를 포함하는 것들이다. 예를 들면, 외부 PMMA 층은 순수 PVDF의 층에 대한 우수한 접착성을 확보하기 위하여 부수적인 비율의 PVDF를 포함할 수 있다.
모노필름, 또는 하나를 초과하는 하위층을 갖는 필름 형태인 UV 차단 층 (5)은 어떠한 원하는 두께로도 제조될 수 있다. 여기서 결정적인 인자는 항상 기판에 제공되는 뛰어난 내후성, 및 또한 극히 높은 수준의 풍화 차단과 연계된 외부 필름의 높은 투명도이다.
단일층 또는 다중층 외부 필름은 원래 알려져 있는 방법을 통해 제조되는데, 그 예는 편평-필름 다이를 통한 압출, 취입-필름(blown-film) 압출, 또는 용액 캐스팅이다.
표면 보호 층 (7)
표면 보호 층 (7)이 바람직하게는 표면 코팅 층 (7)으로서 적용될 수 있다. 본 발명의 문맥에서 "표면 코팅"이라는 용어는 표면 스크래치를 감소시키기 위하여, 및/또는 내마모성을 향상시키기 위하여, 및/또는 방오 코팅, 및/또는 항-반사 특성을 갖는 코팅으로서 적용되는 코팅에 대한 집합적인 용어로 양해된다. 항-반사 특성은 그에 의해 총 광 투과를 증가시키는 것이다.
내스크래치성 또는 내마모성을 향상시키기 위해서는, 폴리실록산, 예컨대 SDC 테크놀로지스(Technologies) Inc. 사의 크리스탈코트(CRYSTALCOAT)™ MP-100, 모두 모멘티브 퍼포먼스 머티어리얼즈(Momentive Performance Materials) 사의 것인 AS 400-SHP 401 또는 UVHC3000K가 사용될 수 있다. 이러한 코팅 제제들은 예를 들면 롤-코팅, 나이프-코팅 또는 유동-코팅에 의해 집광기의 고도로 투명한 중합체 층의 표면에 적용된다.
방오 코팅에 대한 더 정확한 세부사항은 문헌에서 찾아볼 수 있거나, 또는 당업자에게 알려져 있다.
접착제 층
임의로, 본 발명 라미네이트의 각 개별 층들 사이에는, 접착제 층이 존재할 수 있다. 더 정확하게는, 접착제 층은 하기에 존재할 수 있다:
* 중합체 필름 (1)과 캐리어 층 (3) 사이 ⇒ 접착제 층 (2), 및/또는
* 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5) 사이 ⇒ 접착제 층 (4), 및/또는
* UV 차단 층 (5)과 표면 보호 층 (7) 사이 ⇒ 접착제 층 (6), 및/또는
* 다중층의 층들인 (3) 및/또는 (5)의 개별 층들 사이.
이와 같은 목적으로 사용되는 접착제 시스템은, 그의 조성 면에서, 서로 접착제-결합될 2개 층들의 접착 특성에 의해 결정된다. 또한, 접착제 시스템은 장수 성능에 기여하고, 인접 층들의 부정적인 상호작용을 방지해야 한다.
일부 상황하에서는, 광학적 특성 역시 대단히 중요하다. 접착제 층은 고도로 투명해야 한다. 적합한 예는 특히 아크릴레이트 접착제이다.
특히 바람직한 것은 접착제 층 (2)이 존재하지 않는, 즉 중합체 필름 (1)과 캐리어 층 (3)이 열적으로 라미네이트화된 본 발명의 라미네이트이다. 그와 같은 라미네이트의 제조에 대해서는 그 전체가 참조로서 개재되는 WO 2009/121708에 기술되어 있다. 상기 방법은 하나 이상의 프레넬 렌즈(들)를 형성하는 광학 구조가 양각된 제1 표면 및 반대측의 제2 표면을 갖는 필름 (1)을 제공하는 단계; 상기 필름 (1)을 한 쌍의 라미네이트화 롤의 맞물림 지점(nip point)으로 안내하는 단계; 캐리어 층 (3) 또는 UV 차단 캐리어 층 또는 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)의 라미네이트 또는 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)의 공압출물을 맞물림 지점에 공급하는 단계로서, 층 (1)에 결합될 층 (3) 표면의 표면 온도가 중합체 시트와 필름 사이의 열적 결합을 가능하게 하는 데에 유효한 것인 단계; 및 중합체 시트를 필름의 제2 표면에 라미네이팅하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 접착제나 추가적인 열을 필요로 하지 않는다. 필름 자체가 아닌 다른 추가적인 오염과 관련하여서는 최소한의 공급원이 존재한다. 요구되는 추가적인 장비는 제작하기가 비교적 간단하며 저렴하다.
지금부터, 도 3 및 4를 참조하여, 상기 방법에 대한 세부사항을 기술하기로 한다.
도면을 참조하면, 먼저 도 3은 양각된 필름 (1)을 중합체 시트 (3)상에 라미네이팅하는 것과 관련된 방법 및 장치를 도시하는 개략도를 나타낸다. 작업 흐름의 방향을 나타내는 화살표 머리부 (100)를 사용하여 도식에 나타낸 바와 같이, 중합체 시트 (3)와 필름 (1)은 2개 칼렌다 롤 (10) 및 (11)의 맞물림 지점 (12)으로 공급되어 서로 결합된다. 양 칼렌다 롤은 저온의 경질 금속 롤이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 필름 (1)은 프레넬 구조가 양각되어 있는 제1 표면 (16), 및 중합체 시트 (3)에 라미네이팅되어야 하는 제2 표면 (15)을 가지고 있다. 필름 (1)은 어떠한 공지의 방법에 의해서도 양각될 수 있으며, 라미네이트화 전에는 주변 온도이다. 필름 (1)은 시중의 공급원으로부터 입수될 수도 있다. 다시 도 3을 참조하면, 한 실시양태에서, 필름 (1)은 롤 (8)에서 제공되어, 하나 이상의 안내 롤 (9)을 통해 맞물림 지점 (12)으로 공급된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 예컨대 안내 롤 (9')을 오프세팅하는 것에 의해 필름 (1)이 상이한 각도에서 맞물림 지점 (12)로 공급될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 중합체 시트 (3)는 통상적인 시트 압출 방법으로부터 제조된다. 그리고 시트가 아직 고온이어서 유연성일 때 그것이 맞물림 지점 (12)으로 공급됨으로써, 필름 (1)의 표면 (15)과 가까이 접촉하게 된다 (도 4). 맞물림 지점 (12)에서의 중합체 시트 (3)의 온도는 라미네이트화의 성공에 중요하다. 표면 온도가 너무 낮으면, 결합이 이루어지지 않게 된다. 표면 온도가 너무 높을 경우에는, 필름 (1)의 광학 구조가 파괴될 것이다. 중합체 시트 (3)가 시트 (3)와 필름 (1) 사이의 열적 결합을 보장하면서도, 동시에 필름 (1)의 광학 구조의 완전성을 유지하는 데에 효과적인 표면 온도를 가짐을 알 수 있다. 3 mm PMMA 중합체 시트 (3)의 경우, 작업 지점에서의 대표적인 표면 온도는 약 120℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 140℃ 내지 160℃의 범위이다.
필름 (1)이 맞물림 지점 (12)에서 중합체 시트 (3)와 가까이 접촉하게 된 후에는, 열적 결합이 이루어짐으로써 필름 (1)이 시트 (3)에 라미네이팅된다. 라미네이트화 동안 외부 열은 필요하지 않다. 열적 결합에 필요한 열은 시트 (3)로부터의 내부 열에 의해 제공된다. 라미네이트화 과정 동안, 필름 (1)의 표면 온도는 광학 구조의 뒤틀림을 방지하기 위하여 그의 유리 전이 온도 미만으로 유지된다.
라미네이트화 후, 라미네이트는 이어서 다수의 냉각 롤을 포함하는 냉각 구역 (14)으로 안내된다. 라미네이트가 공칭 22℃의 실온으로 냉각된 후에는, 최종 생성물이 예컨대 말단 지점의 플라잉 톱(flying saw)에 의해 절단된다.
또 다른 바람직한 선택사항으이며, 본 발명의 라미네이트는 접착제 층 (2)을 포함하는데, 바람직한 접착제는 용매 시멘트(solvent cement)이다. 특히, 염소화 용매가 다량 함유된 제제는 낮은 가연성 및 아크릴 층으로의 빠른 확산으로 인한 가공상의 장점을 가질 수 있다. 또한, 당업계 영역에 알려져 있는 바와 같은 아크릴에이트를 기재로 하는 접착제가 바람직하다. 접착제로서 특히 바람직한 것은 에보니크 룀 GmbH 사에서 아크리픽스(ACRIFIX)®라는 상표명으로 시중에서 구입가능한 메틸렌클로리드 또는 시멘트, 또는 IPS 사의 제품인 웰드-온(Weld-On)®, 그리고 다른 제조자들의 유사 제품이다.
코팅 층 (2), (4) 또는 (6) 중 하나에 사용될 수 있는 다른 접착제는 서로 접착될 기판에 따라, 그리고 접착제 층의 투명도에 부과되는 엄격한 요건에 의해 선택될 수 있다. PMMA와 PET 조합의 경우, 용융 접착제가 바람직하다. 그와 같은 용융 접착제의 예는 에틸렌-비닐 아세테이트 핫멜트(hotmelt) (EVA 핫멜트) 또는 아크릴레이트 에틸렌 핫멜트이다. 아크릴레이트-에틸렌 핫멜트가 바람직하다.
PET 필름, 또는 폴리에스테르 또는 폴리올레핀 필름은 예를 들면 EVA 또는 아크릴레이트-에틸렌을 기재로 하는 2K-PU 점착제, 용융 접착제에 의해 서로 결합될 수 있다.
다른 적합한 접착제들은 당업계에 알려져 있다.
접착제 층은 1 내지 100 ㎛ 사이, 바람직하게는 2 내지 80 ㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다.
본 발명 라미네이트의 제조 방법에 대해서는 당업자에게 잘 알려져 있다. 복합재 제조 방법의 예는 라미네이트화 및/또는 (공동)압출 코팅이다. 바람직한 선택사항은 하기이다:
I) UV 차단 층 (5)과 캐리어 층 (3)을 공압출한 후, 이어서 상기한 바와 같이 열적으로, 또는 접착제 층 (2)을 사용하여 중합체 필름 (1)을 캐리어 층 (3)의 배면에 라미네이팅하는 것,
II) 임의로 접착제 층 (4)을 사용하여 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)을 압출 라미네이팅한 후, 이어서 상기한 바와 같이 열적으로, 또는 접착제 층 (2)을 사용하여 중합체 필름 (1)을 캐리어 층 (3)의 배면에 라미네이팅하는 것,
III) 접착제 층 (2)의 형성 하에 또는 형성 없이, 중합체 필름 (1)을 캐리어 층 (3)에 라미네이팅한 후, 이어서 접착제 층 (4)의 형성 하에 또는 형성 없이, UV 차단 호일 (5)을 캐리어 층 (3)의 광원을 향하는 면에 라미네이팅하는 것,
IV) 바람직하게는 이후의 층 (4) 및 (5)와의 라미네이트화 없이, 접착제 층 (2)의 형성 하에 또는 형성 없이, 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하는 캐리어 층 (3)과 중합체 필름 (1)을 라미네이팅하는 것.
표면 코팅, 즉 층 (7) 및 임의의 (6)은 공지의 기술에 의해 적용될 수 있다.
본 발명에 따라 제조되는 UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치는 바람직하게는 광선을 태양 전지 또는 열 흡수기 유닛으로 집속시키는 트러프(trough) 집광기로 사용된다. 따라서, 본 발명은 하나 이상의 본 발명에 따른 태양광 집광 장치, 및 하나 이상의 태양 전지를 포함하는 CPV 소자는 물론, 하나 이상의 본 발명에 따른 태양광 집광 장치, 및 하나 이상의 열 흡수기 유닛을 포함하는 CSP 소자를 포괄한다.
본 발명에 따른 UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치의 태양광 장치, 특히 CSP 또는 CPV 장치를 제조하기 위한 용도 역시 본 발명의 주제이다.
[도면의 간단한 설명]
도 1은 본 발명 라미네이트화 태양광 집광 장치의 상이한 층들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시양태에 따른 라미네이트화 프레넬 필름의 정면도이다.
도 3은 양각된 필름의 중합체 시트와의 라미네이트화와 관련된 방법 및 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1 장치 중 일부의 확대 개략 단면도이다.
[ 실시예 ]
실시예 1
다수 원형 프레넬 렌즈의 양각된 패턴을 갖는 개질된 아크릴 필름 (1)을 접착제 층 (2) 없이 반-용융 아크릴중합체 시트 (3)에 라미네이팅하였다. 필름 (1)은 미네소타 미네아폴리스 소재 3M 컴패니(Company)사의 제품이었다. 양각된 필름을 롤에 제공한 후, 롤로부터 칼렌다 롤 쌍의 맞물림 지점으로 공급하였다. 중합체 시트 (3)는 통상적인 시트 압출 방법을 사용하여 형성된 것이었다. 필름 (1)이 라미네이팅되는 아크릴 시트 (3)는 3 mm 두께이었으며, 라미네이트화 지점에서 148℃ 내지 150℃의 표면 온도를 가졌다. 칼렌다 롤 쌍 사이의 간극은 적용되는 필름이 작용 지점에서 아크릴 중합체와 완전히 접촉되는 것을 보장하기에 충분한 압력을 제공하도록 조정하였다. 양각된 패턴의 선명도를 유지하기 위해서는, 양각 표면의 온도가 그의 유리 전이 온도 미만으로 유지되는 것이 중요하다. 최종 롤과 홀-오프(haul-off) 롤의 속도 비는 시트 (3) 및 필름 (1) 라미네이트가 실온으로 냉각되면서 뒤틀리게 되는 것으로부터 양각 프레넬 렌즈를 보호하기 위하여, 0.980 내지 1.00의 비로 유지하였다.
실시예 2
형성되는 시트에 적용되는 필름 (1)에 연속 선형 프레넬 패턴이 양각되었다는 것 이외에는, 실시예 1에서 개시된 것과 방법이 동일하였다.
실시예 3
하기로 이루어진 두께 56 ㎛의 PMMA 호일 (5)을 사용하며, 통상적인 방법에 의해 이와 같은 혼합물을 압출함으로써, UV 차단 호일 (5)을 생성시킨다:
a) 87.85 중량%의, 전체 조성이 하기와 같은 EP 0 528 196에 따른 2-상 충격 개질제로 이루어진 중합체:
61.35 중량%의 MMA
37.1 중량%의 부틸 아크릴레이트
0.36 중량%의 에틸 아크릴레이트
0.66 중량%의 알릴 메타크릴레이트
0.53 중량%의 도데실 메르캅탄 (상기 단량체들 기준),
b) 10 중량%의, 룀 GmbH 사로부터 입수가능한 플렉시글라스(PLEXIGLAS)® 7H,
c) 1.0 중량%의 티누빈(Tinuvin) 360 (시바(Ciba) SC 사의 벤조트리아졸을 기재로 하는 UV 흡수제),
0.75 중량%의 CGX UVA 006 (시바 SC 사의 트리아진을 기재로 하는 UV-흡수제),
0.4 중량%의 키마소르브(Chimassorb) 119.
다음에, 상기 호일 (5)을 실시예 1 및 2의 생성물에 라미네이팅한 후, 수득되는 생성물을 시험한다. 생성물은 통상적인 프레넬 렌즈에 비해 향상된 풍화 거동을 나타내었다.

Claims (14)

  1. 태양 광원에서 볼 때 적어도 하기 층:
    - 중합체 캐리어 층 (3), 및
    - 하나 이상의 프레넬 렌즈(들)를 형성하는 광학 구조가 양각된 제1 표면을 가지며, 직접적으로 또는 접착제 층 (2)을 통해 중합체 층 (3)에 결합된 제2 표면을 갖는 중합체 필름 (1)
    을 포함하며,
    여기서 캐리어 층 (3)이 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하고/거나, 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하는 UV 차단 중합체 층 (5)이 직접적으로 또는 접착제 층 (4)을 통해 캐리어 층 (3)의 광원을 향하는 표면에 결합된 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 직접적으로 또는 접착제 층 (6)을 통해 UV 차단 층 (5)의 광원을 향하는 표면에 결합되거나, 직접적으로 또는 접착제를 통해 캐리어 층 (3)의 광원을 향하는 표면에 결합되며, 방오성 및/또는 내스크래치성 및/또는 내마모성-향상 및/또는 항-반사 특성을 갖는 추가적인 중합체 표면 보호 층 (7)을 포함하는 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치.
  3. 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)을 공압출한 후, 접착제 층 (2)의 형성 하에 또는 형성 없이 중합체 필름 (1)을 캐리어 층 (3)의 배면에 라미네이팅하는 단계, 또는
    접착제 층 (4)의 형성 하에 또는 형성 없이 압출 라미네이팅을 통해 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)을 라미네이팅한 후, 접착제 층 (2)의 형성 하에 또는 형성 없이 중합체 필름 (1)을 캐리어 층 (3)의 배면에 라미네이팅하는 단계, 또는
    접착제 층 (2)의 형성 하에 또는 형성 없이 캐리어 층 (3)과 중합체 필름 (1)을 라미네이팅한 후, 접착제 층 (4)의 형성 하에 또는 형성 없이 UV 차단 층 (5)을 캐리어 층 (3)의 광원을 향하는 면에 라미네이팅하는 단계, 또는
    접착제 층 (2)의 형성 하에 또는 형성 없이, 1종 이상의 UV 흡수제 및 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하는 캐리어 층 (3)과 중합체 필름 (1)을 라미네이팅하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 따른 UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 캐리어 층 (3)과 중합체 필름 (1)의 라미네이트가 접착제 층 없이 형성되며, 하기 단계:
    - 광학 구조가 양각된 제1 표면 및 반대측의 제2 표면을 갖는 필름 (1)을 제공하는 단계;
    - 상기 필름 (1)을 한 쌍의 라미네이트화 롤의 맞물림 지점으로 안내하는 단계;
    - 캐리어 층 (3) 또는 UV 차단 캐리어 층 (3), 또는 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)의 라미네이트, 또는 캐리어 층 (3)과 UV 차단 층 (5)의 공압출물을 상기 맞물림 지점에 공급하며, 상기 캐리어 층 (3)은 상기 캐리어 층 (3)과 상기 중합체 필름 (1) 사이의 열적 결합을 가능하게 하기에 유효한, 필름 (1)에 결합될 표면의 표면 온도를 갖는 것인 단계; 및
    - 상기 캐리어 층 (3)을 상기 중합체 필름 (1)의 상기 제2 표면에 라미네이팅하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 필름 (1)이 부가된 정사각형 또는 직사각형의 프레넬 렌즈 패턴을 포함하거나,
    중합체 필름 (1)이 격자 패턴으로 정렬된 정사각형의 개별 프레넬 렌즈들의 매트릭스를 포함하거나,
    상기 필름 (1)이 필름의 길이를 따라 패턴이 연속되는 선형 프레넬 렌즈로서 구성된
    것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 접착제 층 (2)이 용매 시멘트, 바람직하게는 염소화 용매가 다량 함유된 제제인 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 필름 (1)이 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 시클릭 올레핀 중합체, 폴리스티렌, 폴리비닐리덴디플루오라이드, 폴리우레탄, 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체로 이루어지고/거나,
    캐리어 층 (3)이 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 PETG, 플루오로중합체 및/또는 PMMA 기재 필름 또는 시트 및/또는 2-층 PMMA/PVDF 필름 또는 시트, 및/또는 PMMA/PVDF 블렌드로 제조된 필름 또는 시트이고/거나,
    UV 차단 층 (5)이 투명한 단일층 또는 다중층 (다중-하위층)의 플라스틱 호일로 이루어지며, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트 또는 폴리메틸 (메트)아크릴레이트와 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각 경우에 적어도 하나의 하위층에 포함하거나, 또는 폴리메틸 (메트)아크릴레이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 혼합물로서 적어도 하나의 하위층에 포함하는
    것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어 층 (3) 및/또는 UV 차단 층 (5)이 1종 이상의 트리아진 및 1종 이상의 벤조트리아졸로 이루어진 UV 흡수제들의 혼합물을 포함하며, HALS 화합물 또는 다양한 HALS 화합물들의 혼합물인 1종 이상의 UV 안정화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  9. 제8항에 있어서, UV 안정화제와 UV 흡수제의 혼합물이 하기 양:
    0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 4 중량%의 벤조트리아졸-유형 UV 흡수제,
    0.1 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%의 트리아진-유형 UV 흡수제, 및
    0.1 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% 내지 2 중량%의 HALS-유형 UV 안정화제
    로 이루어지며, 각 양은 각 층을 제조하는 데에 사용된 단량체들의 중량을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    UV 차단 층 (5)이 중량비 1:0.01 내지 0.3:1, 바람직하게는 1:0.1 내지 0.4:1의 폴리(메트)아크릴레이트 및 폴리비닐리덴 플루오라이드로 이루어지며, UV 안정화제 및 UV 흡수제를 포함하거나, 또는
    UV 차단 층 (5)이 2개의 하위층을 포함하며, 그 중 하나는 폴리(메트)아크릴레이트로 이루어지고 다른 하나는 폴리비닐리덴 플루오라이드로 이루어진 하위층인
    것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 필름 (1)이 0.01 내지 10 mm, 바람직하게는 0.025 내지 2 mm, 보다 바람직하게는 0.025 내지 1 mm, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.75 mm, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm 또는 5 내지 0.9 mm 범위의 두께를 가지고/거나,
    캐리어 시트 (3)가 0.1 mm 내지 50 mm 범위, 바람직하게는 0.5 내지 25 mm 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 20 mm 범위, 특히 바람직하게는 2 내지 20 mm 범위, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 10 mm 및 2 내지 7 mm 범위의 두께를 가지고/거나,
    중합체 UV 차단 층 (5) 필름이 10 내지 250 ㎛ 범위, 보다 바람직하게는 40 내지 120 ㎛, 특히 바람직하게는 50 내지 90 ㎛ 범위의 두께를 갖는
    것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어 층 (3)이 1종 이상의 열 안정화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치 또는 방법.
  13. 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 태양광 집광 장치 및 하나 이상의 태양 전지를 포함하는 CPV 소자이거나,
    제1항, 제2항 및 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 태양광 집광 장치 및 하나 이상의 열 흡수 소자를 포함하는 CSP 소자인
    것을 특징으로 하는 태양광 장치.
  14. 태양열 장치, 특히 CSP 장치를 제조하거나, 또는 광기전 장치, 특히 CPV 장치를 제조하기 위한, 제1항, 제2항 및 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 UV 차단 라미네이트화 태양광 집광 장치의 용도.
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