KR20140071167A - 올레핀 아이오노머 수지 조성물 - Google Patents

올레핀 아이오노머 수지 조성물 Download PDF

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KR20140071167A
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Abstract

본 발명의 구현예들은 올레핀 아이오노머 수지 조성물, 봉지재 및 광전자 장치에 관한 것으로, 각종 광전자 장치의 봉지재로 사용되어 그 장치에 포함되는 전면 기판 및 이면 시트와 우수한 접착력을 나타내는 수지 조성물을 제공할 수 있다. 또한 광전자 장치에서 캡슐화되는 광전자 소자 또는 배선 전극 등과 같은 부품 및 작업 환경에 악영향을 미치지 않고 장치 제조의 작업성 및 경제성 등을 우수하게 유지할 수 있는 올레핀 수지 조성물을 제공할 수 있다.

Description

올레핀 아이오노머 수지 조성물{Olefin Ionomer Resin Composition}
본 발명의 구현예들은 올레핀 아이오노머 수지 조성물, 광전자 장치용 봉지재 및 광전자 장치에 관한 것이다.
광전지(Photovoltaic cell), 발광다이오드(LED: Light emitting diode) 또는 유기 발광다이오드(Organic LED) 등과 같은 광전자 장치(Optoelectronic device)는 장치의 광 방출 또는 광 감지 부위를 캡슐화(Encapsulation)하는 봉지재(Encapsulant)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 태양전지 모듈은 통상적으로 수광 기판인 투명 전면 기판, 봉지재, 광기전력 소자, 봉지재 및 이면 시트를 적층한 다음, 적층체를 진공 흡인하면서 가열 압착하는 라미네이션(lamination)법으로 제조할 수 있다.
태양전지 모듈에 사용되는 봉지재로는 가공성, 시공성 및 비용 등의 관점에서 EVA(ethylene-vinyl acetate) 수지가 가장 많이 사용된다.
그러나, EVA 수지는 전면 기판 또는 이면 시트 등과 같이 광전자 장치에 포함되어 봉지재와 접촉하는 요소와의 접착 강도가 낮다. 따라서, 모듈이 옥외에서 장기간 노출되면, 층간 박리가 쉽게 일어난다는 문제가 있다. 또한, EVA 수지를 포함하는 봉지재를 사용하여 태양전지 모듈을 제조하는 과정에서는 가열 압착 조건에 따라서는 EVA 수지가 열분해되어 초산 가스 등이 발생할 수 있다. 이와 같은 초산 가스는 작업 환경을 악화시킬 뿐만 아니라 태양전지 모듈에 포함되는 광기전력 소자 또는 전극 등에 나쁜 영향을 미치고 또한 모듈의 열화 및 발전 효율의 저하 등을 유발하는 문제가 있다.
따라서, 장기 접착 특성이 향상된 광전자 장치용 봉지재에 대한 요구는 지속되고 있다.
본 발명의 구현예들은 접착 강도가 향상된 올레핀 아이오노머 수지 조성물, 광전자 장치용 봉지재 및 이를 포함하는 광전자 장치를 제공한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 올레핀 수지, 비닐기를 포함하는 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물, 금속 화합물 및 라디칼 개시제를 포함하는 올레핀계 아이오노머 수지 조성물로서, 상기 에폭시계 화합물의 함량은 상기 전체 올레핀계 아이오노머 수지 조성물 중 고형분 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 0.3 중량부이고, 상기 금속 화합물의 함량은 상기 전체 올레핀계 아이오노머 수지 조성물 중 고형분 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.1 중량부인 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 양상은 상기 수지 조성물을 포함하는 광전자 장치용 봉지재에 관한 것이다. 상기 수지 조성물은 올레핀 수지, 비닐기를 포함하는 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물, 금속 화합물 및 라디칼 개시제를 포함하여 추후 광전자 장치의 제조 시 올레핀 수지에 그래프팅된 관능기와 전면 기판 또는 이면 시트와의 상호작용을 촉진시켜 접착력을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 양상은 상기 봉지재를 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 각종 광전자 장치의 봉지재로 사용되어, 그 장치에 포함되는 전면 기판 및 이면 시트와 우수한 접착력, 특히 장기 접착 특성 및 내열성이 향상된 올레핀 아이오노머 수지 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 광전자 장치에서 캡슐화되는 광전자 소자 또는 배선 전극 등과 같은 부품 및 작업 환경에 악영향을 미치지 않고, 장치 제조의 작업성 및 경제성 등을 우수하게 유지할 수 있는 올레핀 아이오노머 수지 조성물 및 봉지재를 제공할 수 있다.
도 1 및 2는, 본 발명의 하나의 예시에 따른 광전자 장치인 태양전지 모듈을 예시적으로 나타내는 단면도이다.
이하에서 본 발명의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.
특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 단위 중량부는 중량 비율을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 수지 조성물은 올레핀 수지, 비닐기를 포함하는 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물, 금속 화합물 및 라디칼 개시제를 포함한다.
상기 올레핀 수지는 올레핀으로 분류될 수 있는 수지라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 4-페닐-1-부텐, 6-페닐-1-헥센, 2-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-부텐, 4-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-헥센, 5-메틸-1-헥센, 3,3-디메틸-1-펜텐, 3,4-디메틸-1-펜텐, 4,4-디메틸-1-펜텐 또는 비닐시클로헥산 등의 α-올레핀류, 1,3-부타디엔, 1,4-부타디엔, 1,5-헥사디엔 등의 디엔류, 헥사플루오로프로펜, 테트라플루오로에틸렌, 2-플루오로프로펜, 플루오로에틸렌, 1,1-디플루오로에틸렌, 3-플루오로프로펜, 트리플루오로에틸렌 또는 3,4-디클로로-1-부텐 등의 할로겐 치환 α-올레핀, 시클로펜텐, 시클로헥센, 노르보넨, 5-메틸노르보넨, 5-에틸노르보넨, 5-프로필노르보넨, 5,6-디메틸노르보넨 또는 5-벤질노르보넨 등의 고리상 올렌핀류에서 선택되는 1종 이상의 올레핀계 단량체의 단독 중합체 또는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 공중합체는 동일한 조성의 단량체(들)로부터 제조 되었더라도 배열의 형태가 상이한 중합체를 모두 포함한다. 본 발명의 구현예들에 따른 공중합체는 용도에 따라 수지 조성물의 점도 또는 물성을 적절하게 조절하기 위하여 상기 공중합체의 배열을 랜덤형태, 교차형태, 블록형태 또는 상이한 세그먼트 등으로 조절하여 사용할 수 있다.
상기 올레핀 수지는 예를 들면, 에틸렌 중합체, 프로필렌 중합체 또는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체일 수 있고, 하나의 구현예에서는 에틸렌 중합체일 수 있다.
본 명세서에서, 「에틸렌 중합체」는 주성분으로 에틸렌을 중합된 형태로 포함하는 폴리올레핀을 의미하며, 구체적으로 에틸렌의 단일 중합체(homopolymer)는 물론, 적어도 50 mol% 이상의 에틸렌을 중합 단위로 포함하면서 3개 이상의 탄소 원자를 가지는 올레핀 단량체 또는 그 외의 다른 공단량체를 중합 단위로 함께 포함하고 있는 공중합체(copolymer)를 의미할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 에틸렌 중합체는 저밀도 에틸렌 중합체, 중밀도 에틸렌 중합체, 고밀도 에틸렌 중합체, 초저밀도 에틸렌 중합체, 극초저밀도 에틸렌 중합체 및 직쇄상 저밀도 에틸렌 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
측쇄가 많은 에틸렌 중합체는, 일반적으로 밀도가 낮고, 측쇄가 적은 에틸렌 중합체는, 일반적으로 밀도가 높다. 또한, 측쇄가 많을수록 그래프팅의 효율이 높아진다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에서는 불포화 실란 화합물 및 에폭시계 화합물이 그래프팅되는 올레핀 수지로 측쇄가 많은 저밀도의 에틸렌 중합체를 사용할 수 있고, 이를 통해 그래프팅의 효율을 높여 봉지재의 점착력을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 구현예들에서는 구체적으로 밀도가 약 0.85 g/cm3 내지 0.96 g/cm3 또는 약 0.85 g/cm3 내지 0.92 g/cm3인 폴리에틸렌을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리에틸렌은, 용융지수(MFR, Melt Flow Rate)가 190℃에서 약 1.0 g/10분 내지 약 50.0 g/10분, 약 1.0 g/10분 내지 30.0 g/10분, 또는 약 10.0 g/10분 내지 20.0 g/10분일 수 있다. 이러한 범위의 MFR을 가질 경우, 예를 들어, 상기 올레핀 아이오노머 수지 조성물이 봉지재로 사용되는 경우에서 우수한 성형성 등을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 수지 조성물에 포함되는 불포화 실란 화합물은 하기 화학식 1의 불포화 실란 화합물로, 라디칼 개시제에 의해 폴리올레핀과 같은 올레핀 수지에 그래프팅(grafting)되어 실란 변성 올레핀 수지를 제조할 수 있다.
[화학식 1]
DSi(X)mY(3-m)
상기 화학식 1에서, D는 규소원자에 결합된 것으로서 알케닐을 나타내고, X는 규소 원자에 결합되어 있는 반응성 관능기를 나타내고, Y는 규소 원자에 결합되어 있는 비반응성 관능기를 나타내며, m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
상기 화학식 1의 D는 비닐, 알릴, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 헥세닐, 사이클로헥세닐 또는 γ-메타크릴옥시프로필 등일 수 있고, 일례로 비닐일 수 있다.
상기에서 반응성 관능기(X)는 가수분해될 수 있는 관능기로, 구체적으로는, 알콕시기, 페녹시기, 알킬티오기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 할로겐기, 아민기 또는 알킬렌옥시티오기일 수 있다. 이 경우, 알콕시기의 예로는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 들 수 있으며, 아실옥시기의 예로는 탄소수 1 내지 12의 아실옥시기를 들 수 있고, 알킬티오기의 예로는, 탄소수 1 내지 12의 알킬티오기를 들 수 있으며, 알킬렌옥시티오기의 예로는, 탄소수 1 내지 12의 알킬렌옥시티오기를 들 수 있다.
하나의 구현예에서는, 상기 화학식 1에서의 X가 알콕시기일 수 있으며, 구체적으로는 탄소수 1 내지 12, 또는 탄소수 1 내지 8의 알콕시기일 수 있으며, 다른 구현예들에서는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기일 수 있고, 예를 들면 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기 또는 부톡시기 등을 들 수 있으며, 예를 들어 일부 구현예들에서 메톡시기 또는 에톡시기 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 비반응성 관능기는, 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기(aralkyl group)일 수 있다. 상기에서 알킬기는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기일 수 있다. 또한, 상기 Y에서 아릴기는 탄소수 6 내지 18, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 예를 들면 페닐기일 수 있고, 아랄킬기는 탄소수 7 내지 19, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬, 예를 들면 벤질기일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 m은, 1 내지 3의 정수이고, 일부 구현예에서는 3일 수 있다.
상기 화학식 1의 불포화 실란 화합물의 구체적인 예는 비닐 알콕시 실란일 수 있다. 예를 들어, 상기 불포화 실란 화합물은 비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리프로폭시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 비닐트리부톡시 실란, 비닐트리펜톡시 실란, 비닐트리페녹시 실란, 또는 비닐트리아세톡시 실란 등을 들 수 있고, 일례로는 이 중 비닐트리메톡시 실란 또는 비닐트리에톡시 실란을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 구현예들에 따른 수지 조성물은 상기 화학식 1의 불포화 실란 화합물을 상기 전체 올레핀계 아이오노머 수지 조성물 중 고형분 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10.0 중량부 또는 0.5 내지 5.0 중량부로 포함할 수 있다. 이러한 범위에서 올레핀 아이오노머 수지 조성물의 접착성, 예를 들면, 유리 기판, 이면 시트 등에 대한 접착성을 우수하게 유지할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 수지 조성물에 포함되는 에폭시계 화합물은 라디칼 개시제에 의해 폴리올레핀과 같은 올레핀 수지에 그래프팅(grafting)되어 에폭시 변성 올레핀 수지를 제조할 수 있다. 상기 에폭시 변성 올레핀 수지는 에폭시 관능기 또는 히드록시기를 말단 또는 측쇄에 일부 포함할 수 있다. 본 발명의 구현예들에서 상기 올레핀 아이오노머 수지 조성물은 상기 에폭시계 화합물을 포함함으로써 추후 상기 올레핀 아이오노머 수지 조성물로 제조한 봉지재 시트의 계면 접착성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 올레핀 수지에 그래프팅된 에폭시계 화합물은 올레핀 수지에 에폭시 관능기를 제공하며, 에폭시 고리가 일정 온도에서 개환되어 히드록시기로 전환됨으로써, 히드록시기와 같은 작용기를 제공한다. 이와 같은 히드록시기 등이 예를 들면, 이면 시트 또는 유리 기판 표면과의 물리적 또는 화학적 상호작용을 유도하여 봉지재의 접착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 올레핀 수지에 그래프팅된 에폭시계 화합물 중 에폭시 고리가 개환되어 제공되는 히드록시기는 후술할 금속 양이온으로 중화됨으로써, 예를 들어, 봉지재로 사용하는 경우에서의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 에폭시계 화합물은 조성물에 포함되는 다른 성분, 예를 들면, 후술하는 바와 같은 UV 안정제 등에도 악영향을 미치지 않고, 전체적인 조성물의 물성을 의도한 대로 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서 사용가능한 에폭시계 화합물은 에폭시기를 함유하고 있는 화합물이라면 특별히 제한되지 않는다.
하나의 구현예에 따르면, 상기 에폭시계 화합물은 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 에폭시알킬(메타)아크릴레이트 및 에폭시시클로알킬 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 에폭시계 화합물은 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 에폭시메틸(메타)아크릴레이트, 에폭시에틸 (메타)아크릴레이트, 에폭시프로필(메타)아크릴레이트, 에폭시부틸 (메타)아크릴레이트, 에폭시이소프로필(메타)아크릴레이트 및 3,4-에폭시시클로헥실메틸 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 에폭시기를 포함하는 에폭시 화합물은 상기 올레핀계 아이오노머 수지 조성물 중 고형분 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 0.3 중량부, 또는 0.01 내지 0.1 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 중량 비율에서 수지 조성물의 물성을 효과적으로 조절하고, 봉지재로의 사용시 전면 기판 및 이면 시트와의 접착력을 높이며, 수지 조성물에 포함되는 다른 첨가제의 활성도 우수하게 유지할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 아이오노머 수지 조성물은 금속화합물을 상기 올레핀계 아이오노머 수지 조성물 중 고형분 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.1 중량부, 또는 0.03 내지 0.05 중량부로 포함한다. 상기 금속화합물은 금속 이온으로 해리되어 실란 변성 올레핀 수지 또는 변성 올레핀 수지에 포함되는 히드록시기 등의 작용기들을 중화시킬 수 있다.
본 명세서에서, 「작용기의 중화」는 올레핀 수지에 그래프팅된 불포화 실란 화합물 및/또는 에폭시계 화합물의 에폭시기가 일정 온도에서 가수분해 또는 개환됨에 따라 전환되는 히드록시기 등의 작용기와 금속 양이온 간의 이온 가교 결합을 의미한다.
상기 올레핀 수지에 그래프팅되는 히드록시기 등의 작용기와 금속 이온이 이온 가교 결합을 형성함으로써, 공정 중 열이 가해질 때에는 가교결합이 끊어져 가공성을 향상시키면서도 이후에 냉각되면 다시 이온이 가교되어 견고해져 기계적 물성을 향상시킬 수도 있다.
상기와 같은 금속화합물로는 특별히 제한되는 것은 아니나, 아연화합물, 리튬화합물, 베릴륨화합물, 구리화합물, 나트륨화합물, 마그네슘화합물, 은화합물, 카드뮴화합물, 칼륨화합물, 칼슘화합물, 수은화합물, 바륨화합물, 스칸듐화합물, 타이타늄화합물, 바나듐화합물, 크롬화합물, 망간화합물, 철화합물, 코발트화합물, 니켈화합물, 지르코늄화합물, 팔라듐화합물, 하프늄화합물, 백금화합물, 금화합물, 알루미늄화합물 및 세륨화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 화합물은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 산화리튬, 산화베릴륨, 산화바륨, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화아연, 산화구리, 산화마그네슘, 산화은, 산화카드뮴, 산화수은, 탄산베릴륨, 탄산아연, 탄산칼슘, 탄산바륨, 탄산나트륨, 스테아린산아연, 글루콘산아연, 염화아연, 아세트산아연수화물, 염화바륨, 산화망간, 스테아르산아연일 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 아이오노머 수지 조성물은 라디칼 개시제를 포함한다. 상기 라디칼 개시제는 상기 올레핀 수지에 불포화 실란 화합물 및 에폭시계 화합물이 그래프트되는 반응을 개시하는 역할을 할 수 있다.
상기 라디칼 개시제로는 비닐기의 라디칼 중합을 개시할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 유기 과산화물, 히드로과산화물 또는 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 구체적으로는, t-부필큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-3-헥신 등의 디알킬 퍼옥사이드류; 큐멘 히드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 히드로 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드로퍼옥시)헥산, t-부틸히드로퍼옥사이드 등의 히드로 퍼옥사이드류; 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드 등의 디아실퍼옥사이드류; t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)-3-헥신 등의 퍼옥시 에스터류; 및 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드 등의 케톤 퍼옥사이드류, 라우릴 퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등의 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 라디칼 개시제는 상기 올레핀계 아이오노머 수지 조성물 중 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 1 중량부, 또는 0.05 중량부 내지 0.1 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 아이오노머 수지 조성물은, 필요에 따라서 광안정제, UV 흡수제 및 열안정제 등으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 광안정제는, 상기 조성물이 적용되는 용도에 따라서 올레핀 아이오노머 수지의 광열화 개시의 활성종을 포착하여, 광산화를 방지하는 역할을 할 수 있다. 사용할 수 있는 광안정제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 힌더드 아민계 화합물 또는 힌더드 피페리딘계 화합물 등과 같은 공지의 화합물을 사용할 수 있다.
상기 UV 흡수제는, 조성물의 용도에 따라서, 태양광 등으로부터의 자외선을 흡수하여, 분자 내에서 무해한 열 에너지로 변환시켜, 올레핀 아이오노머 수지 중의 광열화 개시의 활성종이 여기되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 사용할 수 있는 UV 흡수제의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 아크릴니트릴계, 금속 착염계, 힌더드 아민계, 초미립자 산화 티탄 또는 초미립자 산화 아연 등의 무기계 UV 흡수제 등의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 열안정제의 예로는, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스테르 아인산, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포네이트 및 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리쓰리톨디포스파이트 등의 인계 열안정제; 8-히드록시-5,7-디-tert-부틸-푸란-2-온과 o-크실렌과의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제를 들 수 있고, 상기 중 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 올레핀 수지 조성물에서, 상기 광안정제, UV 흡수제 및/또는 열안정제의 함량은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 첨가제의 함량은, 수지 조성물의 용도, 첨가제의 형상이나 밀도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있고, 통상적으로 수지 조성물의 전체 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 5 중량부의 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 아이오노머 수지 조성물은, 상기 첨가제 이외에도, 수지 성분이 적용되는 용도에 따라, 해당 분야에서 공지되어 있는 다양한 첨가제를 적절히 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예들은 상기와 같은 올레핀 아이오노머 수지 조성물을 포함하는 봉지재에 관계한다. 상기 올레핀 아이오노머 수지 조성물은 다양한 광전자 장치(optoelectronic device)에서 소자를 캡슐화하는 봉지재(Encapsulant)로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 승온 라미네이션 공정 등에 적용되는 산업용 소재로도 사용될 수 있다.
상기 광전자 장치용 봉지재는 상기 올레핀 아이오노머 수지 조성물을 그래프팅 압출 반응시켜 제조되는 변성 올레핀 수지를 포함한다. 상기 변성 올레핀 수지에는 실란 변성 올레핀 수지 및 에폭시 변성 올레핀 수지가 포함될 수 있으며, 실란 변성 및 에폭시 변성을 모두 포함하는 올레핀 수지도 포함된다.
상기 실란 변성 올레핀 수지는 올레핀 수지에 상기 화학식 1로 표시되는 불포화 실란 화합물이 그래프팅되어 형성되는 것으로, 예를 들면, 하기 화학식 2로 표시되는 반응성 실릴기를 가지는 올레핀 수지일 수 있다.
[화학식 2]
Si(X)mY(3-m)
상기 화학식 2에서, X는 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서, 알콕시기, 페녹시기, 알킬티오기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 할로겐기, 아민기 또는 알킬렌옥시티오기 또는 상기 중 어느 하나의 가수분해물을 나타내고,
Y는 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기를 나타내며,
m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
본 명세서에서, 「반응성 실릴기」는 다른 관능기와 물리적 또는 화학적 상호 작용이 가능한 반응성 관능기를 가지거나, 또는 그러한 관능기를 제공할 수 있는 작용기를 가지는 실릴기를 의미한다.
상기 에폭시 변성 올레핀 수지는 올레핀 수지에 상기 에폭시계 화합물이 그래프팅되어 형성되는 것으로, 예를 들면, 에폭시계 화합물로부터 유래된 에폭시 반응기를 그래프팅된 상태로 가지는 올레핀 수지일 수 있으며, 에폭시 관능기가 개환되어 전환되는 히드록시기를 포함할 수도 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 봉지재는, 필요에 따라서 변성 올레핀 수지 외의 비변성 올레핀 수지를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같은 비변성 올레핀 수지의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 올레핀 수지로서, 에틸렌 중합체를 사용할 수 있고, 예를 들어, 올레핀 수지의 변성 단계에서 사용되는 올레핀 수지와 동일한 수지를 사용할 수도 있다.
상기 비변성 올레핀 수지의 함량은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 물성을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 올레핀 수지는, 상기 변성 올레핀 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 중량부 내지 3000 중량부, 또는 90 중량부 내지 1000 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다.
상기 봉지재에는 올레핀 수지 조성물 및 각 성분이 그 상태로 균일하게 혼합되어 있는 상태로 포함되어 있을 수도 있고, 가열 용융 압출, T 다이 성형 등의 다양한 성형 방법에 의하여 성형되어 있는 상태로 포함되어 있을 수도 있다.
상기 봉지재의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 시트 또는 필름 형상일 수 있다. 이 경우, 상기 봉지재의 두께는, 소자의 지지 효율 및 파손 가능성, 장치의 경량화나 작업성 등을 고려하여, 약 10 ㎛ 내지 2,000 ㎛, 또는 약 100 ㎛ 내지 1250 ㎛으로 조절할 수 있다. 그러나, 봉지재의 두께는, 적용되는 구체적인 용도에 따라서 변경될 수 있다.
상기와 같은 봉지재를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에 따르면, 상기 봉지재를 제조하는 방법은 상기의 올레핀 아이오노머 수지 조성물을 그래프팅 압출 반응시켜 변성 올레핀 수지를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 그런 뒤, 상기 변성 올레핀 수지에 비변성 올레핀 수지를 추가로 첨가한 후, 필름 또는 시트 형상으로 성형하는 단계를 포함하여 광전자 장치용 봉지재를 제조할 수 있다. 성형단계에서는 예를 들어, T 다이 공정 또는 압출 등과 같은 통상적인 공정으로 시트화 또는 필름화하여 봉지재를 제조할 수 있다.
변성 올레핀 수지의 제조방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 올레핀 수지, 상기 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물 및 금속 화합물을 포함하는 올레핀 아이오노머 수지 조성물을 반응기에 첨가하고, 혼합한 뒤, 적절한 라디칼 개시제의 존재 하에서 가열 용융을 통해 그래프팅 압출 반응함으로써 변성 올레핀 수지를 제조할 수 있다.
상기 변성 올레핀 수지가 제조되는 반응기의 종류는 가열 용융 또는 액상 상태의 반응물을 반응시켜 목적하는 수지를 제조할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 반응기는 압출기 또는 호퍼를 구비한 실린더일 수 있다. 이러한 반응기를 사용하는 경우 예를 들면, 압출기를 통해 가열 용융된 올레핀 수지에 액상의 비닐기를 포함하는 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물, 금속 화합물 및 라디칼 개시제를 투입하여 압출 가공하거나 또는 호퍼에서 올레핀 수지, 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물 및 금속화합물과 라디칼 개시제를 혼합하여 투입한 후에 실린더 내에서 가열 용융하여 반응시킴으로써 변성 올레핀 수지를 제조할 수도 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 수지 조성물에서 실란 변성 올레핀 수지 및/또는 에폭시 변성 올레핀 수지와 금속 양이온은 상기의 가열, 용융 및 압출의 과정 또는 그 이전의 과정에서 부분치환 또는 이온 가교 결합이 이뤄질 수 있다. 상기 이온 가교 결합을 통해 가교된 작용기와 금속 양이온은 공정 중 열이 가해지면 가교결합이 끊어져 열접착성이 나타나 가공성이 향상되고, 이후 냉각되면 다시 이온이 가교되어 견고해진다. 따라서, 이를 통해 본 발명의 구현예들에 따른 수지 조성물을 포함하는 봉지재, 접착시트, 수지 등에서 접착력을 우수하게 유지하면서도, 기계적 물성 및 내열성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 제조된 변성 올레핀 수지에 비변성 올레핀 수지, 첨가제 등을 첨가하여 봉지재를 제조할 수 있다. 본 발명의 구현예들에서 봉지재를 제조하기 위한 변성 올레핀 수지, 비변성 올레핀 수지, 첨가제들은, 반응기 내로 그대로 투입되거나, 또는 마스터 배치(master batch)의 형태로 투입되어 혼합될 수 있다. 상기에서 마스터 배치는 투입하고자 하는 물질을 고농도로 농축하여 분산시켜 놓은 펠릿(pellet) 형상의 원료를 의미한다. 하나의 예시에서는, 압출 또는 사출 등의 방법으로 플라스틱 원료를 가공 성형함에 있어서, 원료 및/또는 첨가제를 마스터 배치 형태로 첨가하는 경우 완성 제품에 특정 기능의 원료 및/또는 첨가제를 효율적으로 도입할 수 있다.
상기의 방법에서 반응기의 구체적인 종류 및 설계, 가열 용융, 혼합 또는 반응의 온도 및 시간 등의 조건이나 마스터 배치의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 사용되는 원료 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예들은 또한 전술한 올레핀 아이오노머 수지 조성물로부터 제조되는 봉지재에 의해 캡슐화되어 있는 광전자 소자를 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다.
캡슐화되는 광전자 소자는, 예를 들면, 광전지, 발광다이오드 또는 유기 발광다이오드 등의 광 방출 또는 광 감지 부위일 수 있다.
상기 광전자 장치의 구체적인 구조 또는 본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 수지 조성물을 사용하여 광전자 소자를 캡슐화하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 해당 장치에 따라서 목적에 맞도록 적용하면 된다.
예를 들어, 상기 광전자 장치가 광전지일 경우, 상기 광전자 장치는, 도 1 또는 2에 나타난 바와 같이, 전면 기판(11, 21), 이면 시트(12, 22) 및 상기 전면 기판(11, 21)과 이면 시트(12, 22)의 사이에서 봉지재(14(a), 14(b), 24)에 의해 캡슐화되어 있는 광기전력 소자(13, 23)를 포함하는 태양전지 모듈일 수 있고, 이 경우 상기 봉지재는 본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 수지 조성물로부터 제조된 것일 수 있다.
상기와 같은 광전자 장치는 목적하는 구조에 따라서 전면 기판, 봉지재, 광기전력 소자 및 이면 시트 등을 적층하고, 이어서 이를 일체로서 진공 흡인하면서 가열 압착하는 라미네이션법 등의 통상의 성형법으로 제조할 수 있다. 이 경우, 상기 라미네이션법의 공정 조건은 특별히 제한되지 않으며, 통상적으로 90℃ 내지 230℃, 또는 110℃ 내지 200℃의 온도에서 1분 내지 30분, 또는 1분 내지 10분 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 의한 올레핀 수지 조성물의 경우, 압출 과정을 거치면서 화학적으로 불안정해진 실란 변성 올레핀 수지의 반응성 실릴기, 예를 들어 메톡시실릴기(Si-O-CH3) 또는 에폭시 변성 올레핀 수지의 에폭시 고리가 상기와 같은 라미네이션 등의 모듈화 과정에서 가수분해 또는 개환되어 실라놀기(Si-OH) 또는 히드록시기로 전환되게 되며, 광전자 장치의 전면 기판 표면의 히드록시기 등의 잔기와 탈수축합에 의한 화학적 공유 결합을 형성하여 높은 접착력을 나타낼 수 있다.
뿐만 아니라, 근래 많이 사용되는 불소중합체를 함유하는 표면층을 갖는 이면 시트와의 계면에서도 불소와 실라놀기 또는 히드록시기가 수소 결합을 형성함으로써 종래 봉지재와 달리 높은 계면 접착력을 나타낼 수 있다.
상기에서, 사용될 수 있는 전면 기판, 이면 시트 및 광기전력 소자 등의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 전면 기판은, 통상적인 판유리; 또는 유리, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름을 적층한 투명 복합 시트일 수 있고, 이면 시트는 알루미늄 등과 같은 금속, 불소계 수지 시트, 내후성 필름과 배리어 필름 등을 적층한 복합 시트일 수 있으며, 불소중합체를 함유하는 표면층을 갖는다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름의 양면에 불소중합체 층이 형성된 다층 필름일 수 있다. 또한, 상기 광기전력 소자는, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 계열의 활성층 또는 화학증착(CVD) 등에 의해 형성된 박막 활성층일 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
변성 폴리에틸렌 제조
밀도가 0.870 g/cm3이고, MFR이 190℃에서 5 g/10분인 폴리에틸렌 중합체 98 중량부, 비닐 트리메톡시 실란(vinyltrimethoxysilane) 1.716 중량부, 글리시딜메타크릴레이트 0.064 중량부, 산화아연 0.018 중량부 및 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane) 0.1 중량부를 압출기 내에서 혼합한 후, 200℃에서 가열 용융 교반하여, 상기 비닐트리메톡시실란 및 글리시딜메타크릴레이트가 그래프팅되어 있는 변성 폴리에틸렌을 제조하였다.
봉지재의 제조
밀도가 0.870 g/cm3이고, MFR이 190℃에서 5 g/10분인 폴리에틸렌 67 중량부, 상기에서 제조한 변성 폴리에틸렌 33 중량부, 힌더드 아민계 광안정제 1 중량부, 벤조페논계 UV 흡수제 1 중량부, 인계 열안정제 0.5 중량부 및 산화 방지제 0.5 중량부를 텀블링 믹서기를 이용하여 혼합 후 압출기로 투입하고, 이어서 이 혼합물을 단축 압축기(φ 19mm) 및 T 다이스(폭: 150 mm)를 가지는 필름 성형기의 호퍼에 투입하고, 압출 온도 180℃, 취출 속도 3 m/min에서 가공하여 두께가 약 450 ㎛인 시트상의 봉지재를 가공하였다.
광전지 모듈의 제조
판유리(두께: 약 8 mm), 상기에서 제조된 두께 500 ㎛의 봉지재, 결정계 실리콘 웨이퍼 광기전력 소자, 상기 제조된 두께 500 ㎛의 봉지재 및 이면 시트(두께 38 ㎛의 폴리불화비닐 수지 시트, 두께 30 ㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 시트 및 두께 38 ㎛의 폴리불화비닐 수지 시트의 적층 시트)를 이 순서로 적층하고, 진공 라미네이터에서 150℃로 15분 동안 압착하여 광전지 모듈을 제작하였다.
실시예 2
변성 폴리에틸렌의 제조 시, 에폭시 화합물로서 글리시딜 메타크릴레이트 0.086 중량부를 사용하고, 산화아연의 함량을 0.024 중량부로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1에 준한 방식으로 충진재 및 광전지 모듈을 제조하였다.
실시예 3
변성 폴리에틸렌의 제조 시, 에폭시 화합물로서 글리시딜 메타크릴레이트 0.13 중량부를 사용하고, 산화아연의 함량을 0.036 중량부로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1에 준한 방식으로 충진재 및 광전지 모듈을 제조하였다.
실험예 1. Glass 에 대한 접착 강도의 측정
상기 실시예 1 내지 3 에서 제조된 광전지 모듈을 접착 라미네이션 후에 85℃, 85% 습도에서 1000 시간 이상 방치한 후 점착력을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
Glass에 대한 접착 접착력 (N/15mm)
실시예 1 99.1
실시예 2 136.4
실시예 3 171.0
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 불포화 실란 화합물 이외에 에폭시 화합물을 추가로 포함하는 변성 올레핀 수지를 아이오노머 수지 조성물에 도입함으로써, 접착 강도가 향상된 봉지재 시트를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1, 2: 광전지 모듈
11, 21: 전면 기판
12, 22: 이면 시트
13, 23: 광기전력 소자
14(a), 14(b), 24: 봉지재

Claims (18)

  1. 올레핀 수지, 하기 화학식 1의 불포화 실란 화합물, 에폭시계 화합물, 금속 화합물 및 라디칼 개시제를 포함하며;
    상기 에폭시계 화합물의 함량은 전체 수지 조성물 중 고형분 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 0.3 중량부이고,
    상기 금속 화합물의 함량은 전체 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 0.1 중량부인 수지 조성물.
    [화학식 1]
    DSi(X)mY(3-m)
    상기 화학식 1에서, D는 규소 원자에 결합된 것으로서 알케닐을 나타내고,
    X는 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서 알콕시기, 페녹시기, 알킬티오기, 아릴옥시기, 아실옥시기, 할로겐기, 아민기 또는 알킬렌옥시티오기를 나타내고,
    Y는 규소 원자에 결합되어 있는 것으로서 수소, 알킬기, 아릴기 또는 아랄킬기를 나타내며,
    m은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시계 화합물은 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 에폭시알킬(메타)아크릴레이트 및 에폭시시클로알킬 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시계 화합물은 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 에폭시메틸(메타)아크릴레이트, 에폭시에틸 (메타)아크릴레이트, 에폭시프로필(메타)아크릴레이트, 에폭시부틸 (메타)아크릴레이트, 에폭시이소프로필(메타)아크릴레이트 및 3,4-에폭시시클로헥실메틸 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속화합물은 아연화합물, 리튬화합물, 베릴륨화합물, 구리화합물, 나트륨화합물, 마그네슘화합물, 은화합물, 카드뮴화합물, 칼륨화합물, 칼슘화합물, 수은화합물, 바륨화합물, 스칸듐화합물, 타이타늄화합물, 바나듐화합물, 크롬화합물, 망간화합물, 철화합물, 코발트화합물, 니켈화합물, 지르코늄화합물, 팔라듐화합물, 하프늄화합물, 백금화합물, 금화합물, 알루미늄화합물 및 세륨화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 올레핀 수지가 에틸렌 중합체를 포함하는 수지 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 에틸렌 중합체는 밀도가 0.85 g/cm3 내지 0.96 g/cm3인 수지 조성물.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 에틸렌 중합체는 용융지수(MFR)가 190℃에서 0.1 g/10분 내지 50 g/10분인 수지 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 불포화 실란 화합물이 비닐 알콕시 실란인 수지 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 불포화 실란 화합물이 비닐트리메톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리프로폭시 실란, 비닐트리이소프로폭시 실란, 비닐트리부톡시 실란, 비닐트리펜톡시 실란, 비닐트리페녹시 실란, 또는 비닐트리아세톡시 실란인 수지 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1의 불포화 실란 화합물이 상기 전체 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10.0 중량부로 포함되는 수지 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 라디칼 개시제는 유기 과산화물, 히드로과산화물 및 아조 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 수지 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 라디칼 개시제가 t-부필큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디-큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-퍼옥시)헥산, 큐멘 히드로퍼옥사이드, 디이소프로필 벤젠 히드로 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(히드로 퍼옥시)헥산, t-부틸 히드로퍼옥사이드, 비스-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, o-메틸벤조일퍼옥사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 아이소 부틸레이트, t-부틸퍼옥시 아세테이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 옥토에이트, t-부틸퍼옥시아이소프로필 카보네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥신, 메티에틸케톤 퍼옥사이드, 사이클로헥사논 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴 및 아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 수지 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 라디칼 개시제는 상기 전체 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 1 중량부로 포함되는 수지 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서, 광안정제, UV 흡수제 및 열안정제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 수지 조성물.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 수지 조성물을 포함하는 광전자 장치용 봉지재.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 봉지재는 실란 변성 올레핀 수지 및 에폭시 변성 올레핀 수지를 포함하는 광전자 장치용 봉지재.
  17. 반응기 내에 제 1 항에 따른 수지 조성물을 첨가하는 단계;
    상기 수지 조성물을 그래프팅 압출 반응시켜 변성 올레핀 수지를 제조하는 단계; 및
    상기 변성 올레핀 수지에 비변성 올레핀 수지를 추가로 첨가한 후, 필름 또는 시트 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 광전자 장치용 봉지재의 제조 방법.
  18. 전면 기판, 제 15 항에 따른 광전자 장치용 봉지재, 광전자 소자 및 이면 시트를 포함하는 광전자 장치.
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