KR20140060516A - 스크래치 또는 마모 손상 후 자가-복구 표면 특성을 갖는 외부 용도를 위한 중합체성 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중합체성 물질로 제조된 복합 성형체의 표면 개선법 및 태양광 설비에서의 그의 용도에 관한 것이다. 이러한 태양광 설비는 태양 방사선을 집속하기 위한 태양광 반사체, 가요성 광기전 복합 필름 또는 태양 방사선을 집속하기 위한 CPV 렌즈 (집속형 광기전 렌즈)일 수 있다. 표면 개선법은 가교성 플루오르화 중합체, 예를 들어 PFEVE (폴리플루오로에틸렌 알킬 비닐 에테르)를 기재로 하는 자가-복구 코팅이다. 이러한 코팅은 우수한 광학 특성을 나타내고, 외부 용도에서, 특히 태양광 용도에서, 매우 긴 기간에 걸쳐 사용될 수 있으며, 자정 특성을 나타내고, 특히 코팅은 기계적 손상 - 예컨대 스크래치에 대해 자가-복구된다.

Description

스크래치 또는 마모 손상 후 자가-복구 표면 특성을 갖는 외부 용도를 위한 중합체성 물질 {POLYMERIC MATERIALS FOR EXTERNAL APPLICATIONS WITH SELF-HEALING SURFACE PROPERTIES AFTER SCRATCHES OR ABRASION DAMAGE}
본 발명은 중합체성 물질로 제조된 복합 성형물의 표면 개선법 및 태양광 시스템에서의 그의 용도에 관한 것이다. 이러한 태양광 시스템은 태양 방사선을 집속하기 위한 태양광 반사체, 가요성 광기전 복합 필름, 또는 태양 방사선을 집속하기 위한 CPV (집속형 광기전) 렌즈일 수 있다.
표면 개선법은 가교성 플루오로중합체, 예를 들어 PFEVE (폴리플루오로에틸렌 알킬비닐 에테르)를 기재로 하는 자가-복구 코팅을 포함한다. 이러한 코팅은 우수한 광학 특성을 나타내고, 야외 용도에서, 보다 구체적으로 태양광 용도에서, 매우 긴 시간 기간에 걸쳐 사용될 수 있으며, 자정 특성을 나타내고, 특히 기계적 손상 - 예컨대 스크래치에 대해 자가-복구된다.
선행 기술의 태양광 반사체에서의 중합체성 복합 성형물은 충분한 수명과 관련하여 단점을 갖는다. 특히 20년 이상의 기간에 걸친 야외 용도에서, 기존의 유리 거울 뿐만 아니라, 특히 중합체 층을 기재로 하는 복합 성형물은 표면의 손상, 예컨대 스크래칭에 민감하다. 이는, 예를 들어 바람에 의해 소용돌이 치는 모래, 또는 브러시를 사용한 세정에 의해 야기될 수 있다.
이러한 문제는 폴리실록산, 예컨대 에스디씨 테크놀로지즈 주식회사 (SDC Techologies Inc.)로부터의 크리스탈코트(CRYSTALCOAT)™ MP-100, 둘 다 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈 (Momentive Performance Materials)로부터의 AS 400 - SHP 401 또는 UVHC3000K로 코팅함으로써 해결될 수 있다. 야외 지역에서의 20년 이상의 기간에 걸친 장기 용도에서, 이와 같은 적용은 특히 태양광 반사체 또는 광기전력 전지에 필요하지만, 그러나 이러한 물질은 충분한 내마모성을 나타내는 데 실패하였다.
표면 보호를 개선하려는 목적을 가지고, US 5,118,540에서는 플루오로카본 중합체, 예컨대 PVDF를 기재로 하는 내마모성 및 내습성 필름을 부착시킨다. UV 흡수 시약 및 마모 억제제는 둘 다 필름을 증착된 폴리에스테르 지지 필름의 금속 표면에 연결시키는 접착 층의 일부분이다. 이 접착 층은, 앞에서 착수한 이중 (메트)아크릴레이트 코팅에 대한 것과 동일한 방식으로, 각각의 마모 억제제를 UV 흡수 시약으로부터 분리하기 위해 두 개의 상이한 층으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이와 같은 코팅은 스크래칭에 대해 충분한 장기 안정성을 나타내지 못한다.
또 다른 선행-기술 해결책은 무기 내스크래치성 코팅이다. EP 1 629 053에서는 내후성 필름으로서 용도를 발견한 필름 라미네이트의 코팅을 위해, 1 ㎛ 미만의 직경을 갖는 이산화규소 입자 또는 산화알류미늄 입자를 포함한, 이러한 한 코팅을 개시한다. 그러나, 이와 같은 무기 코팅은 태양열 발전소에서의 통상적인 조건 하에, 이들의 내구성이 비교적 짧은, 즉 몇 년 이하인 단점을 갖는다. 매우 더운 그리고 - 특히 - 건조한 환경에서 비사, 또는 심지어 모래 폭풍, 또는 기타 기후 조건은 이러한 코팅에 마모를 초래한다.
WO 2010/078105에서는, 부가적으로 플루오로중합체 또는 폴리실리콘으로 제조된 오염-방지 코팅과 조합될 수 있는, 중합체성 기재의 내스크래치성 코팅을 갖는 태양광 반사체를 서술한다. 내스크래치성을 개선하는 것으로 주어진 코팅 물질은 열가소성 폴리우레탄 (예를 들어 루브리졸(Lubrizol)로부터의 테코플렉스(TECOFLEX)®) 또는 가교성 폴리실록산 (예를 들어 캘리포니아 하드코팅 회사 (California Hardcoating Co.)로부터의 페르마-뉴(PERMA-NEW) 6000)이다. 두 코팅 모두 하드코팅으로서 알려진 유형을 갖는다. 앞에서 사전에 서술된 바와 같이, 사막에서 또는 스텝 위에서 일어나는 그와 같은 장기적인 강렬한 노출 하에, 이러한 시스템은 또한 스크래칭 또는 마모를 겪게 된다. 더욱이, 폴리실록산은 이러한 강렬한 장기 노출 하에서 최적의 UV 안정성을 갖지 못한다.
목적
한 목적은 태양광 시스템, 보다 구체적으로는 태양광 반사체, 가요성 광기전 시스템 또는 CPV 렌즈를 위한 획기적인 표면 개선책을 제공하는 것이었다. 이러한 표면 개선책은 15년이 넘는 기간에 걸쳐 야외 용도에서 스크래칭 및 관련된 효율 감소에 대응하는 데 목적이 있다.
추가의 목적은 적어도 선행 기술에 부합하는 광학 특성 및 내후성을 갖는 이러한 표면 개선책을 갖춘 태양광 시스템을 제공하는 것이었다.
부가적 목적은, 특히 예를 들어 사하라 또는 미국 남서부에서 발생하는 그와 같은 강한 일사량 하에서 태양광 반사체용 복합 성형물의 장기 안정성을 보장하는 것이었다.
이는 보다 구체적으로 295 내지 380 ㎚의 UV 파장 스펙트럼에 대하여 이들 복합 성형물의 표면-마감 층의 고유 안정성 및 필터링 효율에 관하여 적용된다.
더욱이, 또 다른 목적은 제조하고 적용하기에 간단하고 비용-효과적인 태양광 시스템을 위한 표면 개선책을 제공하는 것이었다.
목적의 성취
선행 기술 및 장기 적용을 위한 그 안에 서술된 부적절한 기술적 해결책에 비추어, 본 발명은 당업자에 의해 쉽게 예측할 수 없는 방식으로, 장기간에 걸쳐 개선된 표면 품질을 갖는 복합 성형물을 제공하는 데 성공한다. 이는 자가-복구 특성을 가진 외부 층을 갖는, 태양광 에너지 생성의 태양광 시스템에 사용하기 위한 복합 성형물의 제공에 의해 달성된다.
"자가-복구 특성"이란 용어는 본 발명의 맥락에서, 특히 열 또는 전자기 방사, 예컨대 UV 방사에의 노출시, 스크래치 또는 작은 크랙은 막히도록 물질의 표면에서 변화를 유발하는 한편 동시에, 동일한 노출 하에서, - 예를 들어, 그의 광학 특성, 층 두께 및 그의 층 전반의 분포와 관련하여 - 층의 기본 형태는 변하게 하지 않는, 플라스틱 층의 능력을 나타낸다. 예를 들어, 이와 같은 자가-복구 층은, 예를 들면 강한 반-데르-발스(van-der-Waals) 상호작용, 수소 결합 또는 이온 결합에 의해 물리적으로 가교된 시스템을 포함한다. 에너지의 공급을 통해, 이 가교는 부분적으로 풀릴 수도 있고 나중에 연결될 수도 있다. 이 변형예에서, 에너지의 공급은 열 또는 전자기 방사에 의한 것일 수 있다.
특히 적합한 한 변형예에서, 놀랍게도 외부 층의 자가-복구 물질은 10 내지 70℃, 바람직하게는 20 내지 60℃의 유리 전이 온도를 갖는다. 이 경우에 상기 물질은 바람직하게는 비가역적으로 가교된다.
따라서, 가교도는 바람직하게는 첫 번째로, 상기 물질의 유리 전이 온도를 초과한 각각의 사슬 분절이 특정 이동도를 가지며, 두 번째로 생성된 코팅이 충분히 단단하고 내마모성이도록 하는 것이다.
본 발명의 외부 층은 바람직하게는, 임의로 추가의 아주반트와 제제화되는 가교성 플루오로중합체를 기재로 하여 구성된다. 용액 중합체 또는 수성 분산액으로서 사용될 수 있는 가교성 플루오로중합체가 본 맥락에서 특히 바람직하다.
가교성 플루오로중합체의 예로는, 예를 들어 비닐리덴 디플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌 및 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 부티레이트의 블록 삼원공중합체, 또는 테트라플루오로에틸렌 및 히드록시알킬 비닐 에테르의 공중합체가 있다. 후자는, 예를 들어 헥사(메톡시메틸)멜라민으로 경화될 수 있다. 이들 중합체 중 어떤 것에 대해서도 지금까지 코팅이 자가-복구 특성을 가질 것이라고 공지되어 있지 않았다.
이러한 특성을 갖는, 본 발명의 외부 층을 대표하는 물질의 특히 바람직한 한 예는, - 놀랍게도 - 예를 들어 아사히 글래스 케미컬스(Asahi Glass Chemicals)에 의해 명칭 루미플론(LUMIFLON)® 하에 시판되는, 그와 같은 폴리(플루오로에틸렌 알킬비닐 에테르) (PFEVE)이다.
PFEVE는 일반적으로 한편으로는 트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌 또는 트리플루오로클로로에틸렌, 그리고 다른 한편으로는 비닐 에테르의 공중합체를 포함하는 것으로 이해된다. 이러한 공중합체에서, 플루오로에틸렌 단위 및 비닐 에테르 단위는 대체로 사슬에 교대로 혼입된다. 공중합된 비닐 에테르는 일반적으로 일부가 부가적인 관능기를 가질 수 있는 다른 화합물의 혼합물이 된다. 이러한 관능기는, 안료의 더 효과적인 분산에 적합한 극성 기, 예컨대 예를 들어 산 기 뿐만 아니라, 특히 가교성 기, 예컨대 이중 결합, 히드록실 기 또는 에폭시 기일 수 있다.
본 발명과 관련해서, 특히 놀랍게도, PFEVE-기재 코팅이, 더욱 특히 태양광 용도의 조건 특징 하에서 자가-복구 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
더욱이, PFEVE가 완전히 무정형이기 때문에, 상응하는 제제 및 코팅은 우수한 광학 특성 및 높은 투명도를 갖는다. 또한, PFEVE는 심지어 극한 조건 하에서도, 매우 장기간에 걸쳐 매우 우수한 풍화 안정성을 갖는다. 그 때 PFEVE-기재 코팅은 극히 UV-저항성이고, 또한 예를 들어 대기 수분의 형태에서, 대기 산소 및 물에 대해서 매우 우수한 배리어 특성을 갖는다.
외부 자가-복구 층은 0.5 ㎛ 내지 200 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 150 ㎛, 보다 바람직하게는 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는다.
태양광 에너지 생성을 위한 시스템에 있어서, 자가-복구 층을 특징으로 하는, 본 발명의 획기적인 복합 성형물은, 특히 광학 특성에 대해서, 선행 기술에 비해 유리한 점으로서, 하기 특성을 조합해서 갖는다:
본 발명의 복합 성형물의 투명한 부분은 특히 색이 중성이고 수분의 영향 하에 흐릿해지지 않는다. 또한 복합 성형물은 탁월한 풍화 안정성을 나타내고, 서술한 플루오로중합체-기재 표면을 갖춘 경우, 예를 들어 모든 상업적으로 통상적인 세정 제품에 대해 매우 우수한 내약품성을 갖는다. 이러한 측면은 또한 장기간에 걸친 태양광 반사의 보유력에도 기여한다.
본 발명의 물질은 또한 특히 많은 일조 시간 및 특히 강렬한 일사량을 갖는 장소에서, 예컨대 미국 남서부 또는 사하라에서, 예를 들어 태양광 반사체에서, 15년 이상, 바람직하게는 실제로 20년 이상, 보다 바람직하게는 25년 이상의 매우 오랜 기간에 걸쳐 사용될 수 있다. 특히 이러한 기후 조건 하에서, 자가-복구 층은 특히 오래-지속되는 우수한 표면 품질과 이에 따른 - 오랜 사용 기간에 걸친 - 태양광 에너지 생성을 위한 시스템의 높은 효율을 야기한다.
본 발명의 복합 성형물은 특히 표면이 기계 부하 하에 있을 때 자가-복구 특성을 갖는다. 이는 심지어 잦은 모래폭풍 또는 흙먼지 함량이 높은 바람이 있는 지역에서도, 또는 표면을 브러시로 자주 세정하는 경우에도 태양광 시스템의 수명을 연장시킨다.
또한, 본 발명에서 사용되는 표면 개선책은 태양광 에너지 생성을 위한 시스템의 기하학적 및 기술적 구성과 관계없이 자가-복구 층의 형태에서 적용될 수 있다. 논의중인 시스템으로는, 예를 들어 가요성 필름, 가변성 패널 또는 심지어 몇몇 ㎝의 두께를 갖는 시트가 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 성형물은, 특히 빗물, 대기 수분 또는 이슬에 대해 특별한 수분 안정성을 갖는다. 결과적으로 수분의 영향 하에 지지 층으로부터의 반사 코팅의 박리에 대해 알려진 민감성을 나타내지 않는다. PFEVE-기재 코팅은 물에 대해 특히 우수한 배리어 효과를 갖는다.
또한, PFEVE-기재 코팅은 산소에 대해 특히 우수한 배리어 효과를 나타낸다. 따라서, 본 발명의 복합 성형물에서, 이와 같은 코팅은 태양광 반사체에서의 은 층 또는 광기전력 전지에서의 반도체 층을 산화로부터 지켜주는 추가의 이점을 갖는다.
또한, 자가-복구 특성 외에, PFEVE-기재 코팅은 특히 이미 그 자체가 매우 우수한 내스크래치성 및 내마모성을 갖고, 따라서 이 효과는 본 발명의 특히 바람직한 복합 성형물의 긴 수명에 부가적으로 기여하게 된다.
상세한 설명
본 발명의 복합 성형물의 제조 방법
이미 서술한 태양광 시스템 복합 성형물 외에, 본 발명의 일부분은 또한 신규한 방법을 통한 이들의 제조이다. 이 방법에서, 50 중량% 초과의 정도까지 PMMA 또는 PMMA-함유 중합체 혼합물로 이루어진 하나 이상의 층을 갖는, 아직까지 코팅되지 않은 복합 성형물을, PFEVE-기재 제제로써 0.5 ㎛ 내지 200 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 150 ㎛, 보다 바람직하게는 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께로 코팅한다.
사용되는 방법은 보다 구체적으로는 유기 용액 중 PFEVE를, 추가의 제제화 구성성분과 함께, 복합 성형물에 "유기졸(organosol)"로서 적용하고, 적용된 층을 후속적으로 건조시키는 방법이다. 본원에서는 코팅을 예를 들어 나이프 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅, 커튼 코팅 또는 분무 코팅에 의해 수행한다. PFEVE-기재 층을 건조 공정과 동시에 가교한다.
PFEVE는 바람직하게는 OH 기를 가지며, 예를 들어 폴리이소시아네이트, 예컨대 HDI, 또는 HDI 기재 폴리이소시아네이트와 가교된다.
이러한 적합한 한 가교제의 예로는 바이엘(Bayer)로부터의 데스모두르(Desmodur)® BL 3175가 있다. 가교를 촉진하기 위해 적합한 가교 촉매, 예컨대 디부틸주석 디라우레이트 (DBTDL)를 부가적으로 첨가할 수 있다. 이와 같은 시스템에서 가교제의 양은 OH 기 대 NCO 기의 비율이 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 0.8 내지 1.2, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.1이 되도록 하는 양이다. OH-관능성 중합체의 경우, 이들은 바람직하게는 20 내지 120 ㎎ KOH/g, 보다 바람직하게는 30 내지 110 ㎎ KOH/g의 OH 가를 갖는다.
가교 반응에 필요한 두 관능기 사이의 이러한 비율, 및 사용된 중합체에서의 관능기의 분율을, 또한 상이한 가교 메카니즘을 갖는 다른 시스템으로 바꿔 놓을 수 있다.
예를 들어 주어진 이러한 수치는, 특히 HDI 축합물 및 DBTDL을 포함한 시스템에 관한 것이다. 특정 분자량 또는 관능가의 수에 있어서 더 크게 벗어나는 성분을 포함한 다른 시스템에서는, 명시된 제한 범위를 그에 따라 맞춰야 한다.
이 코팅 공정 단계를 미리제조된 코팅되지 않은 복합 성형물 위에 코팅 유닛에서 수행할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 코팅을 또한 복합 성형물의 제조 직후에 인-라인으로 수행할 수도 있다. 이들의 다층 필름 실시양태에서, 복합 성형물은 라미네이션에 의해 제조된다. 그러한 경우에 전술한 코팅 유닛은 라미네이팅 유닛의 인-라인 하류에 놓이고, 이는 코팅되는 갓 제조된 복합 성형물이 된다.
이미 앞서 상기에서 서술한 바와 같이, PFEVE-기재 층에 후속적으로 임의로 하나 이상의 추가의 기능성 층을 제공할 수 있다.
자가-복구 층에서의 임의적인 아주반트
바람직하게는 가교성 플루오로중합체를 기재로 하고 보다 바람직하게는 PFEVE를 기재로 하는 자가-복구 층은 추가의 아주반트를 포함할 수 있다. 이들은, 첫 번째로 UV 안정제 및/또는 UV 흡수제, 예컨대 더 구체적으로는 HALS 화합물 (고 입체 장애 아민), 및 또한 트리아진-기재 UV 흡수제일 수 있다. 두 번째로, 특히, 무기 나노입자, 특히 산화규소의 무기 나노입자를 또한, 내스크래치성 및 내마모성을 더 개선하기 위해 혼합시킬 수 있다. 이 경우 40 중량% 이하, 바람직하게는 30 중량% 이하의 이들 나노입자가 있을 수 있다. 본원에서는 이들 나노입자가 광-굴절 특성을 갖지 않고, 중합체 매트릭스를 흐릿하게 만들지 않는 것이 중요하다.
추가의 (무기) 층
외부 PFEVE-기재 층 위에, 본 발명의 복합 성형물은 임의로 부가적으로 표면 특성의 추가의 개선을 위해 매우 얇은 무기 코팅을 가질 수 있다. 이 추가의 코팅은, 예를 들어 추가의 내스크래치성 코팅, 전도성 층, 오염-방지 코팅 및/또는 반사-증가 층, 또는 기타 광학적 기능성 층일 수 있다. 이러한 추가의 층은 예를 들어 물리적 증착 (PVD) 또는 화학적 증착 (CVD)에 의해 적용될 수 있다.
추가의 내스크래치성 코팅은 내스크래치성의 추가의 개선을 위해 임의로 적용될 수 있다. 그러나, 이것은 일반적으로 본 발명의 복합 성형물의 우수한 품질을 제공하는 데 필요하지 않다. 내스크래치성 코팅은, 예를 들어 PVD 또는 CVD에 의해 직접 적용되는, 산화규소 층일 수 있다.
임의적인 전도성 층은 예를 들어 산화 인듐 주석 (일반적으로 ITO로 약칭함)의 금속-산화물 층이다. 이 층의 목적은 정전하를 방지하는 것이다. 이는, 예를 들어 먼지 유인력과 관련하여, 태양광 시스템의 작동 동안, 뿐만 아니라 복합 성형물의 가공처리 동안에 큰 이점을 갖는다. ITO 이외에, 예를 들어 안티모니-도핑된 또는 불소-도핑된 주석 산화물, 및 또한 알루미늄-도핑된 아연 산화물을 또한 사용할 수 있다.
세정을 가능하게 하기 위해, 복합 성형물의 표면에 오염-방지 코팅으로 알려진, 방오성 또는 먼지-파괴성 코팅이 부가적으로 제공될 수 있다. 이 코팅 또한 PVD 또는 CVD에 의해 적용될 수 있다.
태양 방사선의 UV 성분에 의한 적절한 여기 이후에, 이산화티타늄의 적용은 표면 포자 및 조류의 촉매적 분해를 야기한다.
광학적 기능성 층은, 결국 바람직하게는 태양광 반사체에서 사용될 수 있는 반사-증가 유전체 층이다. 이러한 층은, 예를 들어 이산화규소 및 이산화티타늄 층이 교대로 나오게 하여 구성된다. 그러나, 또한 플루오린화마그네슘, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 황화아연 또는 산화프라세오디뮴 티타늄을 사용할 수 있다. 이들의 구성에 따라, 이 층은 또한 내스크래치성 코팅으로 작용할 수 있고/있거나 동시에 UV-반사성일 수 있다. 본 발명의 또 다른 가능한 변형예에서, 추가의, 비교적 얇은, 극히 내마모성인 층은 자가-복구 층 위에 위치한다. 이 추가의 층은 특히 경질의, 바람직하게는 5 ㎛ 미만, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0 ㎛의 두께를 갖는 열경화성 층이다. 이 층은 예를 들어 폴리실라잔 제제로부터 제조될 수 있다.
더 낮은 열가소성 지지 층, 자가-복구 층 형태의 더 얇은 중간 가교층, 및 매우 얇은 외부 극경질 열경화성 층을 포함한, 이와 같은 실시양태를, 또한 구배 코팅이라 부른다. 이와 같은 시스템은 추가의 내스크래치성 및 표면 안정성을 제공한다.
용도의 상세한 설명
본 발명의 복합 성형물은 특히 세 가지 다른 바람직한 실시양태에서 사용될 수 있다.
첫 번째 바람직한 실시양태에서, 복합 성형물은 태양광 집열기 시스템의 태양광 반사체이다.
이와 같은 복합 성형물은, 이 첫 번째 바람직한 실시양태에서, 특히 태양 대향 측에서 시작하는, 적어도 하기 층을 갖는다:
자가-복구 층,
제1 지지 층,
임의적인 제2 지지 층,
제2 지지 층의 배면 상의 은, 은 합금 또는 알루미늄의 반사 코팅, 및
복합 성형물의 윗면 또는 배면 위에 또는 반사 코팅의 윗면 위에 위치할 수 있는, 임의적인 추가의 PVD- 또는 CVD-적용된 코팅.
자가-복구 코팅이 없는, 보다 구체적으로 PFEVE-기재 코팅이 없는 이와 같은 태양광 반사체는, 예를 들어 WO 2011/012342 또는 WO 2011/045121에서 발견된다.
특히 바람직한 한 변형예는 출원 번호 102011077878.0을 갖는 독일 특허 출원에서 발견된다. PFEVE 층의 형태에서 본 발명의 코팅에 의해 보충된 경우, 이 복합 성형물은, 태양 대향 측에서 시작하는, 적어도 하기 층을 갖는다:
PFEVE-기재 층,
50 중량% 초과의 정도까지 PMMA 또는 PMMA-함유 중합체 혼합물로 이루어지고 6 ㎛ 내지 10 ㎝의 두께를 갖는 제1 지지 층,
0.5 ㎛ 내지 2 ㎝의 두께를 갖는, 폴리카르보네이트 또는 폴리에스테르의 제2 지지 층,
PVD 또는 CVD에 의해 적용된, 제2 지지 층의 배면 상의 은, 은 합금 또는 알루미늄의 반사 코팅, 및
임의적인 추가의 PVD- 또는 CVD-적용된 코팅.
두 번째, 바람직한 실시양태에서, 복합 성형물은 광기전 시스템을 위한 배리어 필름이다. 자가-복구 층이 없는, 이러한 배리어 필름은, 특히 WO 2011/086272, WO 2010/133427 또는 출원 번호 102010038288.4를 갖는 독일 특허 출원에 기재되어 있다. 본 발명에 따라, 이와 같은 배리어 필름은, 이 실시양태에서, 바람직하게는 태양 대향 측에서 시작하는, 하기 구성을 갖는다:
PFEVE-기재 층,
50 중량% 초과의 정도까지 PMMA 또는 PMMA-함유 중합체 혼합물로 이루어지고 50 내지 400 ㎛의 두께를 갖는 제1 캐리어 층,
20 내지 80 ㎛의 두께를 갖는 접착 층, 바람직하게는 에틸렌-아크릴레이트 핫멜트 층,
100 내지 400 ㎛의 두께를 갖는, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀의 제2 지지 층, 및
10 내지 100 ㎚의 두께를 갖는 SiOx 층.
이들 층의 하나 이상은 또한 라미네이트에서 여러 번 존재할 수 있다. 더욱이 존재하는 부가적인 층이 또한 있을 수 있다.
세 번째 바람직한 실시양태에서, 복합 성형물은 태양광 집열기 또는 CPV 광기전 시스템을 위한 특수한 렌즈를 포함한다. 자가-복구 층이 없는, 이와 같은 렌즈는, 예를 들어 출원 번호 102011003311.4를 갖는 독일 특허 출원에 기재되어 있다.
본 실시양태에서 태양 방사선은 2차원 기하구조의 광기전력 전지 위로, 및 또한 스털링 (Stirling) 엔진 위로 또는 태양광 집열기 시스템의 2차원 열 흡수기 위로 집속될 수 있다.
이러한 서술한 복합 성형물의 실시양태 외에, 본 발명은 또한 일반적으로 태양광 에너지 생성을 위한 시스템에서의 본 발명의 복합 성형물의 용도를 포함한다. 보다 구체적으로 본 발명은 가요성 광기전력 전지에서의 배리어 필름으로서의, 또는 태양광 집열기 시스템 또는 광기전 시스템에서의 CPV 렌즈로서의, 또는 태양광 반사체에서 태양 방사선을 집속하기 위한, 본 발명의 복합 성형물의 용도를 포함한다.
모든 실시양태에 있어서 편평한 시트 또는 그밖에 바람직한 곡선 형태를 만들 수 있고, 이들을 태양광 에너지 생성을 위한 시스템에 설치할 수 있다. 집속기를 제조한 후 그리고 이들을 후속적으로 크기별로 절단한 후 성형을 수행할 수 있는데, 성형은, 예를 들어 냉간 굽힘 또는 열간 성형으로 수행하며, 냉간 굽힘 공정이 바람직하다.
실시예
예비 단계 1
UV-안정화를 위해 2% CGX 006 및 0.6% 키마소르브(Chimasorb) 119를 함유한, 0.125 ㎜의 플렉시글라스(Plexiglas) 7H PMMA, 및 0.025 ㎜의 마크롤론(Makrolon) 2607 폴리카르보네이트로 이루어진 0.15 ㎜ 두께의 복합 필름을, 어댑터 공압출에 의해 제조하였다.
이후에 플라즈마-보조 스퍼터링 조작에 의해, 복합 필름의 폴리카르보네이트 측에 반사 코팅을 적용하였고, 여기서 반사 코팅은 폴리카르보네이트 필름에서 보았을 때, 하기 순서, 0.5 ㎚ ZAO (아연 알루미늄 산화물), 100 ㎚ Ag 및 50 ㎚ Cu로 구성되었다.
비교 실시예
25 중량%의 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 반응 희석액을 도입하고 계속해서 교반하면서 0.1 중량%의 Byk UV 3510 (유동 제어 첨가제), 2.5 중량%의 이르가큐어(Irgacure) 184 (광개시제), 2.0 중량%의 티누빈(Tinuvin) 400 (UV 흡수제) 및 0.4 중량%의 티누빈 123 (HALS 화합물)과 혼합하였다. 이어서 70 중량%의 에베크릴(Ebecryl) 1290 우레탄 아크릴레이트를 넣어 생성된 혼합물이 투명하고 균일해질 때까지 600 rpm의 교반 속도로 혼합하였다.
코팅 물질을 12 ㎛ 와이어 닥터를 사용하여, 표준 조건 하에, 예빈 단계 1로부터 얻은 기재의 PMMA 측에 적용하였다. 500 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 질소 분위기 하에, Fe-도핑된 수은 램프에 의해, 135 W/㎝에서 3 m/min의 벨트 속도를 가지고 경화 및 건조를 수행하였다.
본 발명의 실시예
28.9 중량%의 루미플론(Lumiflon) LF-9716 (PFEVE)을 12.4 중량% 에틸 에톡시프로피오네이트 및 37.3 중량% 부틸 아세테이트의 용매 혼합물에 도입하고, 계속해서 교반하면서 0.0013 중량%의 DBTDL (디부틸주석 디라우레이트; 가교 촉매), 3.4 중량%의 티누빈 400 (UV 흡수제) 및 1.1 중량%의 티누빈 123 (HALS 화합물)과, 생성된 혼합물이 균일하고 투명해질 때까지 혼합하였다. 이어서 16.9 중량%의 데스모두르 N 3300 (폴리이소시아네이트, 가교제)을 10분 동안 교반함으로써 혼입시켰다.
코팅 물질을 40 ㎛ 와이어 닥터를 사용하여, 표준 조건 하에, 예빈 단계 1로부터 얻은 기재의 PMMA 측에 적용하였다. 건조 및 예비 경화를 강제-통풍 오븐에서 80℃에서 2시간 동안 수행하였다. 정확히 10 분 후, 코팅은 점착성이 없어졌다. 후속적 경화를 실온에서 7일 동안 또는 80℃에서 2시간 동안 수행하였다.
시험 결과
1. 자가-복구 품질의 시험:
a.) 샘플에 DIN 52348의 샌드 트리클(sand trickle) 시험 (3 ㎏의 샌드)을 실시하였다.
b.) 후속적으로 TSR-디렉트 (25 mrad 열림각)를 ASTM G 159에 따라 측정하였다.
c.) 이후에 55℃에서 2일 동안 열 조건화 (사막 기후에서의 중합체성 태양광 거울의 전형적인 작동 온도 범위) 및 2차 TSR-디렉트 측정을 실시하였다.
결과: 비교 실시예는 마모 손상으로부터의 회복이 나타나지 않았고, 한편 본 발명에 따라 제조된 샘플은 손상으로부터 68% 회복이 나타났다.
2. 1 - 3 N 스크래치 힘을 사용한 스크래치 경도 조사
절차: 시험 전에, 샘플을 표면-세정하였다. 보쉬(Bosch)로부터의 0.75 ㎜ 시험 팁, ACC 112 트롤리 및 다양한 압축 스프링을 사용하는 ZHT 2092 젠트너(Zehntner) 경도 시험 스크라이브로 시험을 수행하였다. 다른 한정된 압축 스프링을 사용하여, 다른 힘을 가지고, 샘플 시편 위에서 직선으로 시험 팁을 끌었다.
압축 스프링의 프리텐셔닝에 의해 스프링 힘을 조절하고, 경도 시험 스크라이브를 표면 위에 팁과 함께 두고, 시험 기구를 표면 위에서 스프링 압력에 대해 수직으로 가압하였다. 이어서 트롤리를 샘플 위에서 직선으로 약 10 ㎜/s의 속도를 가지고, 본체로부터 끌었다. 이 조작은, 변하는 스프링 힘을 가지고, 시험 표면에 대해 약간의 상처가 보일 때까지 반복해야 하였다. 시험 주기 후, 압축 스프링을 풀어야 하였다.
척도상 슬라이드의 위치는 힘 (N)과 그에 따라 직접적으로 경도에 상응하는 시험 값을 나타냈다. 물질에 대한 가시적 점수가 되었던 최저 힘을 결과로서 사용하였다. 촉각 측정 기구에 의해 임의로 스크래치의 깊이를 측정할 수 있다.
결과: 제한된 노출 내지 브러시 세정을 위해 이러한 방법을 사용하여 적용된 스크래치는 - 55℃에서 2일 동안 열 조건화 후 본 발명에 따른 샘플의 경우에 100%의 정도까지 회복되었다. 이러한 조건 하에서, 비교 샘플은 복원성이 전혀 나타나지 않았다.

Claims (17)

  1. 자가-복구(self healing) 특성을 갖는 외부 층을 갖는 것을 특징으로 하는, 태양광 에너지 생성의 태양광 시스템에 사용하기 위한 복합 성형물.
  2. 제1항에 있어서, 외부 층이 10 내지 70℃의 유리 전이 온도를 가지며 가교된 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부 층이 가교성 플루오로중합체를 기재로 하고 임의적인 아주반트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  4. 제3항에 있어서, PFEVE 기재 외부 층을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 층이 0.5 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 태양광 집열기 시스템을 위한 태양광 반사체인 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  7. 제6항에 있어서, 태양 대향 측에서부터 적어도 하기 층:
    자가-복구 층,
    제1 지지 층,
    임의적인 제2 지지 층,
    제2 지지 층의 배면 상의 은, 은 합금 또는 알루미늄의 반사 코팅, 및
    임의적인 추가의 PVD- 또는 CVD-적용된 코팅, 또는
    추가의 내스크래치성 코팅
    을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  8. 제7항에 있어서, 태양 대향 측에서부터 적어도 하기 층:
    PFEVE-기재 층,
    50 중량% 초과의 정도까지 PMMA 또는 PMMA-함유 중합체 혼합물로 이루어지고 6 ㎛ 내지 10 ㎝의 두께를 갖는 제1 지지 층,
    0.5 ㎛ 내지 2 ㎝의 두께를 갖는, 폴리카르보네이트 또는 폴리에스테르의 제2 지지 층,
    PVD 또는 CVD에 의해 적용된, 제2 지지 층의 배면 상의 은, 은 합금 또는 알루미늄의 반사 코팅, 및
    임의적인 추가의 PVD- 또는 CVD-적용된 코팅, 또는
    열경화성 폴리실라잔 층
    을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 광기전 시스템을 위한 배리어 필름인 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  10. 제9항에 있어서, 태양 대향 측에서부터 적어도 하기 층:
    PFEVE-기재 층,
    50 중량% 초과의 정도까지 PMMA 또는 PMMA-함유 중합체 혼합물로 이루어지고 50 내지 400 ㎛의 두께를 갖는 제1 캐리어 층,
    20 내지 80 ㎛의 두께를 갖는 접착 층, 바람직하게는 에틸렌-아크릴레이트 핫멜트 층,
    100 내지 400 ㎛의 두께를 갖는, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀의 제2 지지 층, 및
    10 내지 100 ㎚의 두께를 갖는 SiOx 층
    을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 태양광 집열기 시스템 또는 CPV 광기전 시스템을 위한 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, PFEVE-기재 층에 부가적으로 추가의 내스크래치성 코팅, 전도성 층, 오염-방지 코팅 및/또는 반사-증가 층 또는 기타 광학적 기능성 층이 제공된 것을 특징으로 하는 복합 성형물.
  13. 50 중량% 초과의 정도까지 PMMA 또는 PMMA-함유 중합체 혼합물로 이루어진 하나 이상의 층을 갖는 복합 성형물을 PFEVE-기재 제제로써 0.5 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는, 태양광 시스템을 위한 복합 성형물의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, PFEVE-기재 제제를 유기 용액의 형태로 복합 성형물에 적용하고 후속적으로 건조시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 코팅을 복합 성형물의 제조 직후에 인-라인으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, PFEVE-기재 층에 후속적으로 추가의 기능성 층을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 태양광 집열기 시스템 또는 광기전 시스템에서의 CPV 렌즈로서의, 또는 가요성 광기전력 전지에서의 배리어 필름으로서의, 또는 태양광 반사체에서 태양 방사선을 집속하기 위한, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 복합 성형물의 용도.
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