KR20240075475A - 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 태앙전지용 봉지재 - Google Patents
에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 태앙전지용 봉지재 Download PDFInfo
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Abstract
0.857 내지 0.874g/mL의 밀도를 가지는 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 0.875 내지 0.903g/mL의 밀도를 가지는 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 포함하는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물 및 가교제를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물, 및 상기 수지 조성물로부터 제조된 태양전지용 봉지재를 제공한다.
Description
본 발명은 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 태앙전지용 봉지재에 관한 것이다.
최근 신재생 에너지 시장의 확대와 함께 태양광 시장도 폭발적으로 성장하고 있다. 그 중 올레핀 소재가 태양광 패널의 봉지재로 널리 사용되고 있다.
현재 가장 범용되는 봉지재로는, 광전지 또는 광전지 어레이를 강유전체에 부착하고, 캡슐화하기 위해 EVA(ethylene vinyl acetate)계 소재를 들 수 있다. 그러나, EVA는 유리 및 모듈의 타 부품과의 접착성이 떨어지고, 이에 따라, 광전지 모듈을 장기간 사용하게 되면, 모듈의 각 층 간에 박리가 쉽게 유발되고, 이로 인해 모듈의 효율 저하나, 수분 침투에 의한 부식을 유발한다.
또한, EVA는 자외선(UV) 등에 대한 내성이 떨어져서, 장기간 사용될 경우 탈색 또는 변색되는 문제나 PID(Potential Induced Degradation) 문제 등이 발생하여, 역시 모듈의 효율을 저하시킨다. 또한, EVA로 제조된 봉지재는, 경화시에 응력이 발생하여, 모듈에 손상을 주는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 최근에는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 사용이 각광받고 있으며, 본 소재는 태양광 에너지를 생산하는 셀을 보호하는 동시에 유리 및 백시트와 접착성을 부여하여 수분 및 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하고 있다.
그러나, 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 역시 개선해야 할 문제점이 있다. 그 중 하나가 가교 속도인데 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 EVA에 비해 상대적으로 가교 속도가 느려 기존 모듈 제조 공정을 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제품에 적용할 경우에 느린 가교 속도 때문에 가교가 제대로 일어나지 않아 접착에 문제가 생기는 현상이 있다. 이를 보완하는 방법으로 고온에서 장시간 성형하는 것이 제안되고 있으나, 이 경우, 황변 또는 열수축 등의 변형이 일어날 우려가 있다.
따라서, 에틸렌-알파-올레핀 공중합체를 저온에서도 가급적 빠른 시간 내에 가교가 일어날 수 있도록 하는 방법이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지용 봉지재로 사용되는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체에 있어서 고온, 고압에서 수행되는 가교과정에서 요구되는 시간을 단축할 수 있는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물, 태양전지 봉지재용 수지 조성물을 제공하며, 또한, 상기 수지 조성물로부터 제조된 태양전지용 봉지재를 제공하고자 한다.
본 발명은 0.857 내지 0.874g/mL의 밀도를 가지는 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 0.875 내지 0.903g/mL의 밀도를 가지는 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 포함 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물을 제공한다.
상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 1 내지 5g/10min의 용융지수(MI)를 가지고, 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 5 내지 30g/10min의 용융지수를 가질 수 있다.
상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 밀도 차이는 0.005g/mL 이상일 수 있다.
상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 TGIC 분석시에 50 내지 75℃의 제1 용출온도에서 나타나는 제1 피크와 90 내지 110℃의 제2 용출온도에서 나타나는 제2 피크를 가질 수 있다.
상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 0.860 내지 0.900g/mL의 밀도를 가질 수 있다.
본 발명은 상기 방법으로 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물 및 가교제를 포함하는 태양전지용 봉지재용 수지 조성물을 제공한다.
상기 수지 조성물은 가교에 소요되는 시간이 21.5분 이상 23.5분 이하일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 수지 조성물로부터 제조된 태양전지용 봉지재를 제공한다.
본 발명에 따른 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 기존 태양광 봉지재로 사용되던 고분자 수지에 비해 접착성이 우수하고 동일한 가교도에 도달하기까지의 속도가 빨라, 태양광 패널 제작에 있어 작업 시간을 현저히 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물의 TGIC 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물의 TGIC 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물의 TGIC 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따르면, 태양전지 봉지재로 사용될 수 있는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물을 제공하고자 하는 것으로서, 2종 이상의 분지쇄 분포를 갖는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물을 제공한다.
상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 혼합하여 제조될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 서로 다른 밀도를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 0.857 내지 0.874g/mL의 밀도를 가지고, 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 0.875 내지 0.903g/mL의 밀도를 가질 수 있다. 0.857 내지 0.874g/mL의 밀도의 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 0.875 내지 0.903g/mL의 밀도를 가지는 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체가 혼합되어 제조된 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 기존 태양광 봉지재로 사용되던 고분자 수지에 비해 접착성이 우수하고 동일한 가교도에 도달하기까지의 속도가 빨라, 태양광 패널 제작에 있어 작업 시간을 현저히 단축할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 밀도와 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 밀도는 0.005g/mL 이상 차이날 수 있다. 만약 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 밀도와 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 밀도가 0.005g/mL 미만으로 차이나는 경우, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 결합 분포가 유사하여, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 구분되지 않아 혼합되지 않고, 하나의 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체가 될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 1 내지 5g/10min의 용융지수(MI)를 가지고, 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 5 내지 30g/10min의 용융지수를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 컴파운딩(compounding)하여 혼합함으로써 제조될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 컴파운딩은 예를 들어, 트윈압출기를 통해 수행될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 30:70 내지 70:30의 혼합비로 제조될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 0.860 내지 0.900g/mL의 밀도를 가질 수 있다. 만약 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물이 0.900g/mL 초과의 밀도를 가질 경우, 에틸렌 함량이 높아 균일한 혼합이 이루어지지 않고, 얇고 투명한 필름을 성형하기 어려울 수 있다. 만약 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물이 0.860g/mL 미만의 밀도를 가질 경우, 공단량체의 함량이 높아 균일한 혼합이 이루어지지 않고, 끈적이는 성질이 강해 필름을 성형하기 어려울 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 1 내지 30g/10min의 용융지수를 가질 수 있다. 만약 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물이 30g/10min 초과의 용융지수를 가질 경우, 흐름성이 매우 높아 균일한 혼합이 이루어지지 않고, 분자량이 낮아 필름이 찢어질 수 있다. 만약 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물이 1g/10min 미만의 용융지수를 가질 경우, 흐름성이 낮아 균일한 혼합이 이루어지지 않고, 분자량이 높아 얇은 필름의 성형이 어려울 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 TGIC 분석시에 50 내지 75℃의 제1 용출온도에서 나타나는 제1 피크와 90 내지 110℃의 제2 용출온도에서 나타나는 제2 피크를 갖는다.
이때, 상기 제1 피크는 공중합체가 풍부하여 접착성이 우수한 특성을 가지며, 상기 제2 피크는 상대적으로 공중합체는 적지만 가교가 잘 일어나는 특성을 갖는다.
본 발명의 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물은 가교시에 소요되는 시간을 현저히 단축시킬 수 있어, 기존 태양광 봉지재로 사용되던 고분자 수지에 비해 동일한 가교도에 도달하기까지의 속도가 빨라 태양광 패널 제작시에 작업 시간을 약 50% 줄일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 및 가교제를 포함하는 수지 조성물을 가교하는 경우에 가교에 소요되는 시간은 시간이 21.5 내지 23.5분일 수 있다.
상기 가교제로는 올레핀/알파-올레핀 공중합체의 가교에 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 예를 들어, 상기 가교제는 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산 또는 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸 시클로헥산을 사용할 수 있으며, 이들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
나아가, 가교조제를 더 포함할 수 있다. 상기 가교조제로는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 트리비닐벤젠, 디비닐벤젠, 트리비닐프로판 및 트리비닐시클헥산을 들 수 있으며, 이들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명에서 제공되는 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물을 사용하여 태양광 봉지재를 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
밀도 0.865g/mL 및 용융지수 5g/10min을 가지는 제1 에틸렌-1-옥텐 공중합체 및 밀도 0.877g/mL 및 용융지수 20g/10min을 가지는 제2 에틸렌-1-옥텐 공중합체를 트윈압출기를 통해 컴파운딩하여 펠렛을 제작하였다.
이에 의해 밀도 0.873g/mL 및 용융지수 14g/10min을 가지는 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물 A를 제조하였다.
실시예 2
밀도 0.865g/mL 및 용융지수 5g/10min을 가지는 제1 에틸렌-1-옥텐 공중합체 및 밀도 0.877g/mL 및 용융지수 5g/10min을 가지는 제2 에틸렌-1-옥텐 공중합체를 트윈압출기를 통해 컴파운딩하여 펠렛을 제작하였다.
이에 의해 밀도 0.870g/mL 및 용융지수 5g/10min을 가지는 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물 B를 제조하였다.
비교예 1
밀도 0.877g/mL 및 용융지수 14g/10min을 가지는 에틸렌-1-옥텐 공중합체를 단독으로 사용하였다.
이에 의해 밀도 0.877g/mL 및 용융지수 14g/10min을 가지는 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 D를 제조하였다.
비교예 2
밀도 0.870g/mL 및 용융지수 5g/10min을 가지는 에틸렌-1-옥텐 공중합체를 단독으로 사용하였다.
이에 의해 밀도 0.870g/mL 및 용융지수 5g/10min을 가지는 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 D를 제조하였다.
<TGIC 분석>
Polymer Char 사의 CFC(Cross-Fractionation Chromatography) 장비를 사용하였으며, 분석될 시료를 150
에서 60분 동안 교반시켜 1,2,4-트리클로로벤젠 (2.5 ㎎/mL) 용해시킨 후, 용해된 시료를 1ml/min으로 TGIC(Thermal Gradient Interaction Chromatography; 열구배 상호작용 크로마토그래피) 칼럼에 도입한 후 150
에서 20분 동안 안정화시킨다. 이후 TGIC 칼럼을 20℃/분의 냉각 속도로 35℃까지 냉각시킨다. 35℃부터 130
까지 5
단위로 승온하여 1ml/min의 유속으로 GPC 칼럼으로 용출한다. 이때의 용출 시간은 5분이며, 각 분획당 분석 시간은 20분이다. GPC 칼럼 통과 후 적외선 검출기(IR5)를 사용하여 온도 분획별 용출량, 각 분획에 해당하는 중합체의 분자량 및 분지쇄 분포를 결정한다. 분석 소프트웨어인'CFC calc'를 이용하여 각 분획의 피크 면적을 확인하고, 이때 n-헵탄을 내부 표준물질로 사용한다.
상기 방법으로 실시예 1의 에틸렌-알파 올레핀 공중합체 조성물 및 비교예 1의 에틸렌-알파 올레핀 공중합체의 TGIC 분석을 수행하고, 그에 따른 분석 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물은 65℃에서 제1 피크를 가지며, 100℃에서 제2 피크를 가짐을 알 수 있었다. 이때, 제1 피크는 공중합체가 풍부하여 접착성이 우수한 특성을 가지며, 제2 피크는 상대적으로 공중합체는 적지만 가교가 잘 일어나는 특성을 갖는다.
반면, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물은 90℃에서 피크를 가짐을 알 수 있었다.
실험예
우선 원료 혼합을 위해 니더를 사용하여 120℃에서 실시예 1 및 2의 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물 1kg 및 비교예 1 및 2의 에틸렌-1-옥텐 공중합체 1kg을 처리한 후, 가교제로 디큐밀 퍼옥사이드 10g 및 가교조제로 트리비닐벤젠 5g을 투입하고 가교제 분산을 위해 롤밀을 통해 90 내지 100℃에서 10분간 혼합하였다. 이후, 압출기를 통해 120℃에서 펠렛화하고, 가교율 측정이 가능한 프레스를 이용해 중합체를 가교시켜 POE 가교체를 제조하였다.
이로부터 얻어진 각 가교체의 가교시간 및 투명도를 다음의 측정방법으로 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<물성분석>
가교시간
태양전지 봉지재용 POE 공중합체에 압력을 가하여 가교율이 90% 진행된 시점까지의 시간을 측정한다.
가교율은 유기용제인 자일렌에 추출되지 않고 남아있는 시편 중량의 백분율(%)로서, (100-무게변화율)에 의해 계산된다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 밀도(g/mL)/용융 지수(g/10min) | 0.873/14 | 0.870/5 | 0.877/14 | 0.870/5 |
| 가교 시간(분) | 21.5 | 22.25 | 28.25 | 29.5 |
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물 A 및 B를 사용하는 경우에는 가교시간이 21.5 내지 22.25분으로서, 비교예 1 및 2에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 D 및 E의 가교시간 28.25분 내지 29.5분에 비하여 현저하게 단축되는 것을 확인하였다. 이로부터, 본 발명의 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물을 사용하여 태양전지용 봉지재를 제조하는 경우에는 봉지재로서 요구되는 품질을 유지하면서도 봉지재의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 실시예 1에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물 A의 가교시간이 실시예 2에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 조성물 B의 가교시간이 단축된 것을 확인하였다. 이로부터, 상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체가 밀도만 차이나는 경우보다 밀도 및 용융 지수 모두 차이나는 경우에 가교시간이 단축됨을 알 수 있다.
Claims (8)
- 0.857 내지 0.874g/mL의 밀도를 가지는 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체; 및
0.875 내지 0.903g/mL의 밀도를 가지는 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 포함하는, 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 1 내지 5g/10min의 용융지수(MI)를 가지고,
상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체는 5 내지 30g/10min의 용융지수를 가지는, 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 제1 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 및 상기 제2 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체의 밀도 차이는 0.005g/mL 이상인, 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물. - 제1항에 있어서,
TGIC 분석시에 50 내지 75℃의 제1 용출온도에서 나타나는 제1 피크와 90 내지 110℃의 제2 용출온도에서 나타나는 제2 피크를 가지는, 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물. - 제1항에 있어서,
0.860 내지 0.900g/mL의 밀도를 가지는, 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 조성물. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물 및 가교제를 포함하는, 태양전지 봉지재용 수지 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 수지 조성물은 가교에 소요되는 시간이 21.5 내지 23.5분인, 태양전지 봉지재용 수지 조성물. - 제6항의 수지 조성물로부터 제조된, 태양전지용 봉지재.
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| KR1020220157480A KR20240075475A (ko) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 태앙전지용 봉지재 |
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