TWI480166B - 多層膜及其製備方法 - Google Patents

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Yoon Kyung Kwon
Hyun Cheol Kim
Hyun Seong Ko
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Lg Chemical Ltd
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Description

多層膜及其製備方法
本申請案優先權追溯至於2011年10月21日向韓國專利局提出之韓國專利第10-2011-0108022號申請案以及2012年10月19日向韓國專利局提出之韓國專利第10-2012-0116629號申請案,其中該些案所揭露之內容全部併入本案參考。
本發明係關於一種多層膜、形成其之方法、一種用於光伏打電池之背板、及一光伏打模組。
近年來,因全球暖化問題即石化燃料耗盡,可再生及清潔能源逐漸受到關注,據此,以太陽能作為一代表性無汙染能源備受注目,其可解決環境污染及石化燃料耗盡之問題。
光伏打電池係應用太陽能發電原理於一裝置,以將太陽光轉換成電能。由於光伏打電池需暴露於外在環境中以便長時間吸收太陽光,因此其係透過多種封裝製程形成單元型態,以保護該電池。該單元係指為一光伏打模組。
當長期曝露於外在環境下時,該光伏打模組應 以具有優異耐候性及耐久性以穩定地保護該光伏打電池。該用於光伏打電池之背板係與使用作為光伏打封裝材料之乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate,EVA)接觸,從而物理性保護該光伏打電池,防止濕氣滲入該電池並保持電性絕緣。因此,該光伏打模組可操作25年以上而無輸出特性劣化的問題。據此,於使用過程中,該用於光伏打電池之背板應具有優異的抗紫外線性及耐候性,以及優異的長期可靠性,其包括機械特性,防濕氣性及電絕緣性。
為了滿足前述特性,迄今,一製造為三層結構之產品被廣泛地使用,其中,一聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)膜係堆疊於一聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)膜之兩面上。然而,該習知技術具有複雜的製造方法與以濕氣水解一黏著層以將該PET膜黏著至該PVF膜之問題,因此,其難以保持界面黏著強度之長期可靠性。
此外,近年來,光伏打電池之背板已逐漸地使用藉由處理其他氟聚合物(如:聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、膜形態之氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)或乙烯氯三氟乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene,ECTFE)取代該PVF膜,但該氟聚合物仍有低黏著強度之問題。
由於這些理由,光伏打電池之背板可具有優異耐久性及耐候性,同時長期保持黏著強度,因簡易製造方法而降低製造成本,且提高光伏打模組之產率及品質,仍 有其需求。
本發明係提供一多層膜、形成其之方法、一用於光伏打電池之背板及一光伏打模組。
本發明之一態樣係提供一種多層膜,包括:一基板;以及一氟聚合物塗佈層。該多層膜包括一底漆層,其具有與一氟聚合物之相容性,且界於該基材及該氟聚合物塗佈層之間,且該氟聚合物塗佈層呈現一底漆梯度。
本發明之另一態樣係提供一種形成多層膜之方法,其包括:於塗佈一底漆層及一氟聚合物後,因該底漆層及該氟聚合物間之擴散作用,該多層膜具有一提高之黏著強度,該方法包括:形成一底漆層,其藉由塗佈一底漆塗佈溶液於一基板上,且該底漆塗佈溶液與一氟聚合物具有相容性;以及塗佈一用以塗佈一氟聚合物之組成物於該底漆層上,且該氟聚合物不包括一相容劑。於塗佈該底漆層及該氟聚合物後,於兩層間發生擴散,從而提高黏著強度。
根據本發明之示例型實施例之多層膜可使用於各種光伏打模組中作為一背板。
10,20‧‧‧多層膜
11‧‧‧基板
12,12a,12b‧‧‧底漆層
13,13a,13b‧‧‧塗佈層
將藉由參考隨附圖式詳細描述示例型實施例,而對於本領域技術人員更清楚本發明上述及其他目的、特 徵及優點。
圖1及圖2係為根據本發明示例型實施例之多層膜之剖視圖。
圖3係本發明實施例1及2之多層膜之全反射衰減紅外光譜圖。
圖4係氟聚合物單層之全反射衰減紅外光譜圖。
圖5係本發明實施例3至5之多層膜之全反射衰減紅外光譜圖。
圖6係本發明實施例6至8之多層膜之全反射衰減紅外光譜圖。
圖7係本發明實施例6及比較例4之多層膜之全反射衰減紅外光譜比較圖。
圖8係本發明實施例7及比較例5之多層膜之全反射衰減紅外光譜比較圖。
圖9係本發明實施例8及比較例6之多層膜之全反射衰減紅外光譜比較圖。
圖10至12係比較例7至9之多層膜之全反射衰減紅外光譜圖。
圖13係本發明實施例7多層膜之氟聚合物之表層、中間層及內層之全反射衰減紅外光譜比較圖。
以下,將詳細描述本發明示例型實施例。然而,本發明不應僅限於以下所揭示之實施例,且可以各種形式 實施。為使本領域技術人員能體現並實踐本發明,將描述下列實施例。
雖然第一、第二等術語可用以描述各種元件,然這些元件不應被該些術語所限制。該些術語僅用以分辨元件。例如,一第一元件可標示為一第二元件,且類似地,一第二元件可標示為一第一元件,而不悖離示例型實施例之範疇。術語「及/或」包括一或複數個關聯所列出項目之任何及全部組合。
應當了解的是,當一元件係指為「連接」或「耦合」至另一元件時,其可為直接連接或耦合至其他元件,或者可存在中間元件。反之,當一元件係指為「直接連接」或「直接耦合」至其他元件時,將不存在中間元件。
使用於此之術語僅為描述特定實施例之目的,並不意圖限制示例型實施例。除非上下文清楚地另有說明,單數形式「一」、「一個」和「該」旨在也包括複數形式。應更了解的是,當術語「包括」、「包含」、及/或「含有」使用於此時,在指定的特徵,整數,步驟,操作,元件,組件及/或其群組的存在下,並不排除存在或添加一個或多個其他特徵,整數,步驟,操作,元件,組件及/或其群組。
參考隨附圖式,本發明示例型實施例將詳細描述於下。為協助了解本發明,在整個圖式描述中,相同數字係指相同元件,且相同元件之描述將不再重複。
根據本發明一示例型實施例之多層膜包括一基板及一氟聚合物塗佈層,且一底漆層,其具有與一氟聚 合物之相容性並界於該基材及該氟聚合物塗佈層之間,且於該氟聚合物塗佈層中之一底漆係呈現梯度分布。
該多層膜依序包括一基板、一底漆層、及一氟聚合物塗佈層。該底漆層及該氟聚合物塗佈層兩者係藉由塗佈而形成,且該氟聚合物塗佈層係直接形成於該底漆層上。透過用來塗佈一氟聚合物,以形成該氟聚合物塗佈層之組成物,其並不包括一對應於一底漆之相容劑,一底漆擴散至該氟聚合物塗佈層中,該氟聚合物塗佈層為該多層膜之表層,可於形成該氟聚合物塗佈層後呈現,且由於該底漆之擴散,從靠近該底漆層之區域至靠近該氟聚合物塗佈層表面之區域,擴散至該氟聚合物塗佈層之底漆具有一梯度。據此,該多層膜更能提高界面黏著強度。
發明人已發現一理想結構,其中,一靠近基板之層係藉由提高一無氟組成物之相容劑之比例,盡可能具有對基板之優異黏著強度,而一遠離基板之表層係暴露於外在環境中,藉由盡可能提高氟之比例以提高其耐候性。根據前述習知方法,提供這樣的理想結構,因應透過形成幾層具有不同氟比例之氟化物膜並相互黏著每一層膜而提供一多層結構,其製備流程係複雜且困難。因此,發明人塗佈一具有與氟聚合物優異相容性之底漆層於基板上,取代一黏著層,然後塗佈該氟聚合物於其.上,不同於習知技術,從而簡化一製程並提供耐候性及黏著強度之理想效果。
換言之,根據本發明示例型實施例之多層膜之 黏著係根據兩層間之材料擴散。材料梯度透過與氟聚合物單塗佈層具有優異相容性之底漆層以及底層的底漆塗佈層之氟聚合物間之界面擴散而形成,不形成幾層具有不同氟含量之氟化物層,因當兩層間材料相互接觸時,分子鏈中之相互擴散,層間界面係被移除,從而該些層係相互黏著。據此,可透過提高於靠近基板之底漆塗佈層中之底漆比例,及提高氟聚合物塗佈層表面上之氟比例,而形成同時具有優異耐候性及黏著強度之多層膜。
相較於習知添加相容劑至一氟聚合物層,以改善氟聚合物層黏著強度之方法,該分別包含一底漆層及一氟聚合物層之結構,如本發明示例型實施例之多層膜,其具有優異耐久性且使用廣泛的材料。當該氟聚合物與該相容劑於溶劑中之溶解度不同時,該相容劑可添加至該氟聚合物層便有其使用限制,意即,相較於當單獨使用該氟聚合物時,該相容劑不容易溶解於氟聚合物易於溶解之溶劑,反之亦然。此外,當於該氟聚合物及該相容劑一同溶解於一特定溶劑或共溶劑後該氟聚合物及該相容劑間之相容性係降低,由於在氟聚合物塗佈溶液終產生層分離,其可能難以均勻地形成一塗佈層。既然於塗佈該塗佈溶液後,即便於該氟聚合物塗佈溶液中不產生層分離,因該氟聚合物及該相容劑間之相分離,均勻塗佈外觀可能無法達成,或者,透光度可能降低或提高黏著強度之效應因霧度增加而被抵銷,使用一與氟聚合物具有高度相容性之相容劑便有其所需。
反之,相較於當該相容劑混合於該氟聚合物塗佈層,於包含一分離的氟聚合物塗佈層及一分離的底層底漆層之本發明示例型實施例中,底漆之使用限制較少,即便當該氟聚合物及該底漆於溶劑中之溶解度間有所差異,或該相容性有點下降,從而可使用廣泛的底漆。
再者,於添加並混合相容劑至該氟聚合物塗佈溶液之方法中,由於該氟聚合物及該相容劑需同時溶解後形成一塗佈層,因此,該氟聚合物及該相容劑應溶解於相似的溶劑系統,並且該相容劑應與該氟聚合物具有高度相容性,以形成均勻的塗佈層。反之,於本發明示例型實施例中,由於氟聚合物塗佈層係形成該底漆層上,係分別準備該氟聚合物塗佈溶液及該底漆塗佈溶液,且也分別形成該些塗佈層。因此,該氟聚合物塗佈溶液及該底漆塗佈溶液之溶解度並不需要彼此類似,且相容性之限制也相對減少,從而可選擇的底漆範圍變廣。
具體而言,當該塗佈層藉由混合無氟成分組成且對於基板有優異的黏著強度之相容劑至該氟聚合塗佈溶液時,無法使一氟聚合物及該相容劑具有梯度擴散之效應。因此,呈現於該氟聚合物塗佈層表面之相容劑比例係增加,且難以確保該多層膜之耐久性。當該相容劑比例降低,以確保耐候性時,則無法確保足夠的黏著強度。反之,如本發明示例型實施例,當形成一分離的氟聚合物塗佈層於對於基板有優異黏著強度之底漆層上時,由於底漆之梯度擴散效應,具有優異黏著強度之底漆比例於該氟聚合物塗佈 層及該底漆層間是增加的,並且創造一靠近氟聚合物塗佈層表面(意即,遠離該底漆層)之氟聚合物比例增加的梯度,從而更提高耐候性及耐久性,因此達成黏著強度及耐候性之特色。
可能可藉由控制該氟聚合物塗佈層厚度、氟聚合物之玻璃轉移溫度、熔點、軟化點、結晶度及分子量,以及氟聚合物塗佈溶液之溶劑控制界於該氟聚合物及該底漆間之梯度擴散效應。當該氟聚合物之玻璃轉移溫度、熔點、軟化點、結晶度及分子量較低時,氟聚合物之流動性係增加,因此可增加擴散效應,並且當該氟聚合物塗佈溶液之溶劑對於該底漆有高溶解度時,亦可增加擴散效應。
此外,當該底漆層之厚度、底漆之玻璃轉移溫度、熔點、軟化點、結晶度及分子量、底漆塗佈溶液之溶劑、底漆塗佈層之硬化程度、及該底漆層及該氟聚合物間之相容性受到控制,則可控制底漆之梯度擴散速率。意即,當該底漆層之厚度較大且該底漆之玻璃轉移溫度、熔點、軟化點、結晶度及分子量降低時,可提高該擴散效應,且藉由部分硬化該底漆之方法,可控制該擴散效應或提高界於該基板及該底漆層間之黏著強度。
當界於該底漆及該氟聚合物間之相容性高時,可提高該擴散效應,而當界於該底漆及該氟聚合物間之相容性低時,該擴散效應則可被減少。
此外,於形成該底漆層之後,可藉由於塗佈氟聚合物之乾燥溫度及時間控制該擴散效應。當該氟聚合物 具有一較高的乾燥溫度或較長的乾燥時間時,可提高該擴散效應,更具體來說,具有一高結晶度及熔點(Tm )之氟聚合物可於透過乾燥條件之擴散效應上有較大的影響。
結構上,為提供一梯度擴散效應,在塗佈與氟聚合物有優異相容性之底漆前,一分離的底漆層可形成於該基板上。例如,一水溶性丙烯酸底漆層可先形成於基板上,或可使用一底漆處理之基板。
於根據本發明示例型實施例之多層膜中,透過一對於基板有優異黏著強度,且不包含於該氟聚合物塗佈層中並由無氟成分組成之相容劑,藉由底漆之梯度擴散效應進入該氟聚合物塗佈層表面之底漆之擴散可藉由一紅外光光譜觀察。於一例中,根據全反射衰退(attenuated total reflectance,ATR)法之傅立葉紅外光光譜術(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)(係參照為ATR FTIR)為一用於研究材料表面之技術,其透過比較分析一藉由使用兩面鏡子反射來自材料之紅外光之波長及原始波長。於此,既然每一材料具有一獨特波長範圍,且基於材料含量光譜強度會變化,該材料可進行定性定量分析。藉由IR光譜之觀察可分辨從最外表面到幾微米內之成分。
包括於根據本發明示例型時失利之多層膜之基板之特定種類並不特別受限,且可使用本領域習知之各種材料,並根據所需功能等而選擇。
於本發明之一實施例中,該基板可為一金屬或聚合物膜片。於此,該金屬可為鋁或鐵,而該聚合物膜片 可為一聚酯系膜片、聚醯胺系膜片、或一聚亞醯胺系膜片。其中這些,一般使用聚酯系膜片,但本發明並不以此為限。該聚酯系膜片可為,但不僅限於此,一單層、一堆疊層或一聚對苯二甲酸二甲酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、或聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate,PBT)之共擠壓產物。此外,如有所需,可使用具有提高水解抗性特性之聚酯系膜片。
該基板可具有一厚度,約為50至500微米,或100至300微米。藉由控制該基板厚度於上述範圍中,可使該多層膜保持優異的電絕緣性質、濕氣屏障性質、機械性質及可操作性。然而,該基板之厚度並不限於上述範圍,而可根據需要適當地控制。
該基板可進行一高頻火花放電處理,如:電暈或電漿處理;熱處理;火焰處理;耦合劑處理;錨固劑處理;或使用氣相路易斯酸(如:BF3)、硫酸或高溫氫氧化鈉之化學活化處理。
為更提高濕氣屏障特性,一無機氧化物,如二氧化矽或氧化鋁可沉積於該基板上。在此情況下,該沉積處理層也可進行如上述之火花放電處理、火焰處理、耦合劑處理、錨固劑處理、或化學活化處理,以更進一步提高黏著強度。
根據本發明示例型實施例之多層膜包括設置於該基板及該氟聚合物塗佈層間之一底漆層。更詳細地說, 該氟聚合物塗佈層係直接塗佈於該底漆層上,且該底漆層與氟聚合物塗佈層之氟聚合物有相容性,且該底漆層與該基板及該氟聚合物塗佈層之間有黏著強度。該底漆層係藉由塗佈一與該氟聚合物有相容性之底漆塗佈溶液於該基板上而形成。
該底漆包括與該氟聚合物具有相容性之主鏈骨架,且該氟聚合物塗佈層係形成於該底漆層上。
使用於此之術語「與A具有相容性之B」意指B係易於與A混合或內部擴散。
只要具有上述性質,該底漆之主鏈骨架並不特別限制,且可為至少一選自由(甲基)丙烯酸系主鏈骨架((meth)acryl-based main chain backbone)、胺基甲酸酯系主鏈骨架(urethane-based main chain backbone)、醚碸系主鏈骨架(ether sulfone-based main chain backbone)、醚亞胺系主鏈骨架(ether imine-based main chain backbone)、醯胺系主鏈骨架(amide-based main chain backbone)、聚酯系主鏈骨架(polyester-based main chain backbone)、脂肪族聚酯系主鏈骨架(aliphatic polyester-based main chain backbone)、聚酯胺基甲酸酯系主鏈骨架(polyester urethane-based main chain backbone)、(甲基)丙烯醯胺系主鏈骨架((meth)acrylamide-based main chain backbone)、尿素系主鏈骨架(urea-based main chain backbone)、聚碳酸酯系主鏈骨架(polycarbonate-based main chain backbone)、以及一由包含(甲基)丙烯酸系單體((meth)acryl-based monomer)、(甲基)丙烯醯 胺系單體((meth)acrylamide-based monomer)、或乙烯系單體作為主要成分之單體混合物所誘導之自由基加成聚合物之主鏈骨架所組成之群組,且較佳地,至少一選自由丙烯系主鏈骨架(acryl-based main chain backbone)、聚酯系主鏈骨架(polyester-based main chain backbone)、脂肪族聚酯系主鏈骨架(aliphatic polyester-based main chain backbone)、(甲基)丙烯醯胺系主鏈骨架((meth)acrylamide-based main chain backbone)、以及一由包含丙烯系單體(acryl-based monomer)或(甲基)丙烯醯胺系單體((meth)acryl-based monomer)或(甲基)丙烯醯胺系單體((meth)acrylamide-based monomer)作為主要成分之單體混合物所誘導之自由基加成聚合物之主鏈骨架所組成之群組。
該底漆層具有足夠的相容性,以呈現對後述之包含於氟聚合物塗佈層之氟聚合物以及前述之基板之黏著強度。該底漆層即該氟聚合物塗佈層皆以一塗佈方法形成,從而因發生於對應層之分子鏈中之交互擴散而移除其間之界面。意即,於該多層膜之形成過程中,於該底漆層即該氟聚合物塗佈層間之界面,交互擴散係發生於包含於該氟聚合物塗佈層之氟聚合物即該底漆之間。據此,藉由分子鏈糾纏及凡得瓦力之物理交互作用,可預期產生於氟聚合物塗佈層之成分之分子鏈及底漆層之成分間,從而提高該黏著強度。如此,可黏著該兩層而無一黏著劑,且可解決因習知界面黏著劑之耐久性問題。
此外,透過一偶極-偶極作用力,可更增強該 凡得瓦力。據此,於本發明之一實施例中,該底漆更包括一官能基,其可導入至一主鏈內部、聚合物之側鏈或末端。意即,該底漆包括一聚合物,其包含一與該氟聚合物有相容性之主鏈骨架,且一官能基導入該主鏈骨架內部、側鏈或末端;一聚合物,其包含一與該氟聚合物有相容性之主鏈骨架,且與一能夠提供官能基之化合物交連,或一包含一與該氟聚合物有相容性之主鏈骨架之聚合物以及一官能基或能夠提供其之化合物之混合物。
於本發明示例型實施例中,官能基之種類並不特別限制。例如,該官能基可提高對該氟聚合物塗佈層之黏著強度,其係因為藉由高偶極矩之氟聚合物之C-F2鍵結之偶極-偶極作用力而達成。據此,藉由藉由包含於氟聚合物塗佈層之氟聚合物之C-F2鍵結之偶極與底漆之官能基之偶極間之作用力,可更增強其凡得瓦力。意即,當該氟聚合物塗佈層及該底漆層界又一彼此優異之相容性與一偶極-偶極作用力而內部擴散時,可預期以更增強一物理或化學交互作用,從而提高一黏著強度。
此外,該化學或物理交互作用可更提高一黏著強度,如:氫鍵、離子鍵或共價鍵,其形成於包含於位於氟聚合物塗佈層中之氟聚合物之官能基及底漆層之官能基之間,其中,該氟聚合物塗佈層為一表層、一填充劑或一分散劑。
該官能基可為至少一選自由羧基(carboxyl group)、磺酸基(sulfonic acid group)、氮丙啶基(aziridine group)、酸酐基(acid anhydride group)、胺基(amine group)、異氰酸酯基(isocyanate group)、三聚氰胺基(cyanuramide group)、環氧基(epoxy group)、烴基(hydroxyl group)、酯官能基(ester functional group)、碳酸酯官能基(carbamate functional group)、醯胺基(amide group)、尿素基(urea group)、亞醯胺基(imide group)、磷酯基(phosphate group)、磷酸基(phosphoric acid group)、咢唑啉基(oxazoline group)、氰基(cyano group)、氰酸酯基(cyanate group)、及亞胺基(imine group)所組成之群組,但並不僅限於此。
於本發明示例型實施例中,能夠導入或提供於一主鏈骨架之官能基之材料種類並不特別限制,且本領域眾所周知之化合物可用以導入一對應官能基。該化合物可為(甲基)丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl(meth)acrylate)、烷基(甲基)丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl alkyl(meth)acrylate)、(甲基)丙烯酸((meth)acrylic acid)、烷基(甲基)丙烯酸異氰酸酯(isocyanato alkyl(meth)acrylate)、(甲基)丙烯酸烴基烷基酯(hydroxyalkyl(meth)acrylate)、順丁烯二酸酐(maleic acid anhydride)、p-甲苯磺酸(p-toluene sulfonic acid)、磷酸(phosphoric acid)、(甲基)丙烯醯胺((meth)acrylamide)、(甲基)丙烯腈((meth)acrylonitrile)、或(甲基)丙烯烷基胺基烷基酯(alkylaminoalkyl(meth)acrylate)。該官能基可藉由聚合該化合物與一聚合物之主鏈之聚合而導入,或者在一適當條件下,以一加成反應接枝該化合物至一側鏈或該化合物之主鏈末端,或使用該化合物交連該聚合物;在這些情況下, 該化合物可於該底漆層中與一聚合物混合,從聚合物分離出來。能夠導入所需官能基至一聚合物之各種方法為本領域習知,且其所有方法皆可應用於本發明示例型實施例中。
根據本發明另一示例型實施例,該底漆層可更包括一硬化劑。藉由包含一硬化劑,以控制底漆之擴散效果,且可提高該底漆層之黏著強度。
可使用於本發明示例型實施例之硬化劑並不特別受限,但可包括一能夠與PET基模表面之烴基或羧基形成一化學鍵結之官能基,或硬化該底漆層之官能基。該硬化劑可至少一選自由三聚氰胺化合物(melamine compound)、咢唑啉化合物(oxazoline compound)、含有氮丙啶基(aziridine group)之化合物、異氰酸酯化合物(isocyanate compound)、胺基化合物(amine compound)、及醯胺基化合物(amide compound)所組成之群組。
於本發明一示例型實施例中,該底漆層可具有一厚度約為10至5,000奈米、50至2,000奈米、或150至2,000奈米,但該厚度可根據所需黏著性質及表層氟聚合物之種類而適當地變化。
根據本發明示例型實施例之多層膜包括該氟聚合物塗佈層,其形成於該底漆層上。詳細的說,該包含氟聚合物之氟聚合物塗佈層係藉由一塗佈塗佈溶液之方法而形成於該底漆層上,該塗佈溶液係藉由溶解一氟聚合物於一溶劑(如:具有低沸點)而準備之,而非透過使用黏著劑 堆疊藉由澆鑄或擠壓法準備之膜片於該基板或底漆層上。
於本發明一示例型實施例中,該氟聚合物塗佈層包括一具有非結晶區且結晶度低於60%之氟聚合物。當藉由塗佈形成該包含該氟聚合物之層時,可有效進行底漆層之內部擴散,從而可最大化增強黏著強度之效果。此外,當形成該氟聚合物時,於該氟聚合物塗佈層形成過程中可使用一低沸點之溶劑,進而提高產品產率及確保優異品質。
於本發明一示例型實施例中,具有非結晶區之氟聚合物可具有一結晶度,其為低於55%、50%或以下、或10%至50%。使用於此之術語「結晶度」係指包含於整個樹脂中的結晶區域之百分比,且可藉由一習知方法(如:微差掃描熱分析法)測量其之。例如,根據微差掃描熱分析法之該氟聚合物結晶度之量測可以下列步驟進行:升溫速率設定為每分鐘10℃;於第二溫度上升操作中測量一熔化熱(heat of fusion,△Hf);接著,基於具有100%結晶度之聚偏二氟乙烯之熔化熱(△Hf=105 J/g),可測量每一聚合物之結晶度。
具有上述結晶度之氟聚合物可於氟聚合物製程中係藉由共聚合一適當的共聚單體而製備,以分解氟聚合物之元素之規則排列,或於一分枝聚合物形式中聚合該聚合物。此外,該氟聚合物塗佈層之結晶度可藉由混合至少兩個氟聚合物而達成。
具有非結晶區之氟聚合物之特定種類並不特 別限制;該氟聚合物可為一單一聚合物、共聚物或其混合物,其包括至少一單體選自由聚合型態之偏二氟乙烯(vinylidene fluoride,VDF)、氟乙烯(vinyl fluoride,VF)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene,TFE)、六氟丙烯(hexafluoropropylene,HFP)、氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)、三氟乙烯(trifluoroethylene)、六氟異丁烯(hexafluoroisobutylene)、全氟丁基乙烯(perfluorobutylethylene)、全氟(甲基乙烯醚)(perfluoro(methylvinylether),PMVE)、全氟(乙基乙烯醚)(perfluoro(ethylvinylether),PEVE)、全氟(丙基乙烯醚)(perfluoro(propylvinylether),PPVE)、全氟(己基乙烯醚)(perfluoro(hexylvinylether),PHVE)、全氟-2,2-二甲基-1,3-噁唑(perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole,PDD)、及全氟-2-亞甲基-4-甲基-1,3-二氧戊環(perfluoro-2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane,PMD)所組成之群組。
於本發明一示例型實施例中,該氟聚合物可為一單一聚合物或包含聚合型態之氟乙烯之共聚物;一單一聚合物或包含聚合型態之偏二氟乙烯之共聚物;或包含其至少兩者之混合物。
包含於共聚物中之共聚單體於聚合型態之種類並不特別限制;該共聚單體可為六氟丙烯(hexafluoropropylene,HFP)、氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene, TFE)、三氟乙烯(trifluoroethylene)、六氟異丁烯(hexafluoroisobutylene)、全氟丁基乙烯(perfluorobutylethylene)、全氟(甲基乙烯醚)(perfluoro(methylvinylether),PMVE)、全氟(己基乙烯醚)(perfluoro(hexylvinylether),PHVE)、全氟-2,2-二甲基-1,3-噁唑(perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole,PDD)、及全氟-2-亞甲基-4-甲基-1,3-二氧戊環(perfluoro-2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane,PMD)之一者或至少兩者,但並不僅限於此,且較佳為六氟丙烯及氯三氟乙烯之至少一者。
例如,該氟聚合物可為聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF),其包含至少一共聚單體選自由聚合型態之六氟丙烯(hexafluoropropylene,HFP)、氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene,TFE)、三氟乙烯(trifluoroethylene)、六氟異丁烯(hexafluoroisobutylene)、全氟丁基乙烯(perfluorobutylethylene)、全氟(甲基乙烯醚)(perfluoro(methylvinylether),PMVE)、全氟(己基乙烯醚)(perfluoro(hexylvinylether),PHVE)、全氟-2,2-二甲基-1,3-噁唑(perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole,PDD)、及全氟-2-亞甲基-4-甲基-1,3-二氧戊環(perfluoro-2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane,PMD)所組成之群組。
基於該共聚物之總重量,於該共聚物中的共聚 單體含量可約為0.5wt%至50wt%、1 wt%至40 wt%、7 wt%至40 wt%、10 wt%至30 wt%、或10 wt%至20 wt%。在此共聚單體含量範圍中,可確保該多層膜之耐久性及耐候性,並且可誘導有效內部擴散及低溫乾燥。
於本發明示例型實施例中,該氟聚合物可具有50,000至1,000,000之重量平均分子量。該重量平均分子量為一藉由凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography,GPC)測量標準聚苯乙烯之轉換值。於本發明示例型實施例中,當如上述控制該樹脂之重量平均分子量,可確保優異的溶解度及其他物理性質。
該氟聚合物可具有80至175℃或120至165℃之熔點。於本發明示例型實施例中,當該樹脂之熔點控制在80℃或以上時,可防止發生於使用該多層膜之轉移;當該樹脂之熔點控制在175℃或以下時,可控制該熔劑之溶解度,並且可增強塗佈層表面之光澤度。
如有所需,根據本發明示例型實施例之氟聚合物塗佈層更可於前述氟聚合物中包括一非結晶樹脂。例如,當使用非結晶樹脂與氟聚合物之摻合物時,與上述底漆層之交互作用及包含對一低沸點溶劑溶解度之可加工性可被更加最大化。使用於此之術語「非結晶樹脂」包含一整個結構具有非結晶性之樹脂,以及一樹脂,其中,部分該樹脂具有一結晶區,只要非結晶區較該結晶區更佔優勢。
可用於本發明示例型實施例之非結晶樹脂種類並不特別限制,且該非結晶樹脂可為聚合型態之丙烯系 樹脂(acryl-based resin)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)、苯乙烯-(甲基)丙烯腈共聚物(styrene-(meth)acrylonitrile copolymer)、苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物(styrene-maleic acid anhydride copolymer)、環烯烴共聚物(cycloolefin polymer)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碸(polysulfone)、聚醚碸(polyethersulfone)、及聚芳香酯(polyarylate)之一或至少兩者之混合物,但不以此為限,較佳可為一無反應性丙烯系樹脂。
該丙烯系樹脂可為一單一聚合物或包含一或聚合型態之甲基丙烯酸甲酯(methyl(meth)acrylate),,、甲基丙烯酸乙酯(ethyl(meth)acrylate)、甲基丙烯酸丙酯(propyl(meth)acrylate)、甲基丙烯酸丁酯(butyl(meth)acrylate)、甲基丙烯酸((meth)acrylic acid)、甲基丙烯酸異冰片酯(isobornyl(meth)acrylate)之至少兩者之共聚物。此外,在某些情況下,為控制一玻璃轉移溫度及分子量分佈,可使用一包含一或上述單體之至少兩者之丙烯系樹脂;以及至少一共聚單體,如:聚合型態之環己基馬來醯亞胺(cyclohexyl maleimide)、甲基苯乙烯(methyl styrene)、或(甲基)丙烯腈((meth)acrylonitrile)。
當以一包括至少兩種於聚合型態之單體之共聚物形式準備該非結晶樹脂時,共聚單體之種類及含量可控制以考量所需非結晶度而無特別限制。
於本發明示例型實施例中,當該氟聚合物塗佈 層包括一非結晶樹脂,該氟聚合物塗佈層可包括50重量份或以上之氟系樹脂,以及50重量份或以下之非結晶樹脂。也就是說,該氟聚合物塗佈層可包括70至97重量份之氟系樹脂及3至30重量分之非結晶樹脂。當該些樹脂之重量比例控制於上述範圍中,組成該氟聚合物塗佈層之成分可具有適當的結晶度,可有效地進行底漆層之內部擴散,且該多層膜可具有優異的物理性質,如耐久性及耐候性。
除非特別定義,使用於此之單位「重量份」係指成分間之重量比例。
該氟聚合物塗佈層更可包括一顏料或填充劑以控制該氟聚合物塗佈層之顏色或不透明度或是其他目的,以及上述成分。於此,所使用之顏料及填充劑可為一金屬氧化物,如:二氧化鈦(titanium dioxide,TiO2)、二氧化矽(silica)、或氧化鋁(alumina);一碳黑顏料,如:碳酸鈣(calcium carbonate)、硫酸鋇(barium sulfate)、或碳黑(carbon black);或呈現不同顏色之顏料成分,但本發明並不僅限於此。因包含於每一層分之獨特官能基,隨著該氟聚合物塗佈層之控制顏色或不透明度之獨特效果,上述之顏料或填充劑也可作為進一步提高於氟聚合物塗佈層及底漆層之內部擴散之界面黏著強度。基於該氟聚合物塗佈層固含量,該顏料之含量可為60 wt%或以下,但本發明並不僅限於此。
該氟聚合物塗佈層可更包括一習知成分,如:紫外光安定劑、熱安定劑、分散劑或阻障粒子。
於本發明示例型實施例中,包括此一組成物之 氟聚合物塗佈層,其可具有3至50微米或10至30微米之一厚度,但該厚度可根據目的而變化。
圖1及圖2顯示根據本發明示例型實施例之多層膜。如圖1所示,一多層膜10可包括:一基板11;一底漆層12,其形成於該基板之一表面上;以及一氟聚合物塗佈層13,其形成於該底漆層12上。或者,如圖2所示,一多層膜20可包括:底漆層12a及12b,其形成於一基板11之兩面上;以及氟聚合物塗佈層13a及13b,其各自獨立形成於底漆層12a及12b上。
根據本發明示例型實施例之多層膜可更包括一形成於該底漆層及該基板間之分離層,以提高一黏著強度。於一基膜之製造過程中之拉伸製程前,或者在拉伸過程中,透過一線中方法且無特別限制,可進行形成該額外底漆層之方法。並且,在考慮到製程及環境的情況下,可使用一可溶解於水中之水溶性底漆。然而上述方法一般係藉由一基膜製造機進行,其通常於200℃或以上之高溫下進行以硬化該底漆。因此,當使用一有機溶劑時,上述方法在消防及環境友善方面之風險可能不適合。
此外,如有所需,根據本發明示例型實施例之多層膜可更包括各種本領域習知之功能性層。該功能性層可為一黏著層或一絕緣層。例如,如上所述,該底漆層及該氟聚合物塗佈層係形成於該基板之一表面上,且於該基板之另一面上,可依序形成一黏著層及一絕緣層。該黏著層或絕緣層可藉由各種本領域習知之方法而形成。例如, 該絕緣層可為一層乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinylacetate,EVA)或線性低密度聚乙烯(linear low-density polyethylene,LDPE)。該層EVA或LDPE作為一絕緣層且也可用於提高對一封裝材料之黏著強度,降低製造成本、並保持優異的再加工性。
本發明之另一示例型實施例係提供一形成多層膜之方法。於塗佈一底漆層及一氟聚合物層後,因兩層間之內部擴散,該多層膜具有增強之黏著強度。該方法包括形成一底漆層,其藉由塗佈一與氟聚合物具有相容性之底漆塗佈溶液於一基板上;以及塗佈一用以塗佈一氟聚合物之組成物於該底漆層上,其中,該組成物不包含一相容劑。
根據本發明示例型實施例之形成多層膜之方法,其特徵在於藉由塗佈形成所有的底漆層及氟聚合物層。於此,塗佈方法並不特別限制,且任何一種能夠形成塗佈層之方法,包括:平版印刷、凹版塗佈、輥塗佈及刀緣塗佈(knife-edge coating),皆可使用。
例如,該底漆層可藉由塗佈一與該氟聚合物有相容性之底漆塗佈溶液於該基板上而形成,並且於該預定條件下乾燥該塗佈層。
該底漆可為一具有如上所述之主鏈骨架之聚合物、一具有官能基導入其主鏈骨架之聚合物、或具有主鏈骨架之聚合物及具有官能基之化合物所形成之混合物。該塗佈溶液可藉由溶解或份散該聚合物於一適當的有機溶 劑或水相溶劑中而準備。該有機溶劑可為一個或一由甲基乙基酮(methylethylketone)、乙醇(ethanol)、異丙醇(isopropanol)、甲苯(toluene)、乙基醋酸酯(ethyl acetate)、丁基醋酸酯(butyl acetate)及環己烷(cyclohexanol)之至少兩者所形成之混合物;而該水相溶劑可為水。
如有所需,各種添加劑更可包括於該塗佈溶液中。例如,如上所述,該底漆塗佈溶液可包括一硬化劑。由於該硬化劑,可控制底漆之擴散效果,且可提高該底漆層之黏著強度。
於製備方法中可使用之基板之特定種類係如上所述,且該基板更可進行適當地沉積處理、電漿處理、電暈處理、底漆、錨固劑或偶合劑處理、或熱處理。
於本發明示例型實施例中,該底漆層係藉由上述方法而形成,且該氟聚合物塗佈層係藉由塗佈而形成。一形成氟聚合物塗佈層之塗佈溶液可藉由於一溶劑中溶解或分散每一用以形成上述氟聚合物塗佈層之成分而製備,且該溶劑具有相對低之沸點,如,200℃或以下。該溶劑沸點之較低限制並不特別限制。當該氟聚合物具有一非結晶區或混合一非結晶樹脂時,其可有效地溶解於該具有相對低沸點之溶劑。據此,於本發明示例型實施例中,既然於該多層膜之形成過程中不需高溫乾燥製程,可降低產品成本,可防止於高溫乾燥過程中可能發生之基板熱轉移或熱衝擊,並且可提高產品品質。
上述溶劑可為,但並不僅限於此,一個或一由 丙酮(acetone)、甲基乙基酮(methylethylketone,MEK)、二甲基甲醯胺(dimethylformamide,DMF)及二甲基乙醯胺(dimethyl acetamide,BMAC)之至少兩者所組成之混合物。
此外,該用於塗佈該氟聚合物之組成物可為一水相分散塗佈組成物。例如,可塗佈一包含氟聚合物分散於水中之水溶性分散液,且在此情況下,該水溶性分散液可包括一分散劑。
於本發明示例型實施例中,用以形成氟聚合物塗佈層之塗佈溶液可更同時與該氟聚合物包括各種添加劑,例如:顏料、填充劑、紫外光安定劑、分散劑、或熱安定劑。每一添加劑可與該氟聚合物等溶解於一溶劑中,或者與一由前述成分分離出之包含氟聚合物之溶劑混合,再製備為研磨液形式。
於本發明示例型實施例中,一製備塗佈溶液之方法或包括於該塗佈溶液之成分比例並不特別限制,且各種本領域習知方法皆可適用。
於本發明示例型實施例中,使用該氟聚合物塗佈溶液之方法並不特別限制,且可基於前述用以形成一底漆層之塗佈方法而進行。具體而言,於該塗佈操作中,該塗佈溶液之溶劑導致該底漆層之表面膨潤,從而可促進該底漆層級該氟聚合物塗佈層間之內部擴散。
於本發明示例型實施例中,於每一層之塗佈製程後,更可執行一乾燥塗佈層之操作。乾燥操作之條件並不特別限制,且該乾燥操作可於200℃或以下,或約100 至180℃下進行30秒至30分鐘,或1至10分鐘。當如上述控制該乾燥條件時,可預防生產成本的增加,且可預防因熱轉移或熱衝擊造成產品品質劣化。此外,根據該乾燥條件,底漆於該氟聚合物塗佈層中的擴散層度可受到控制。例如,當該氟聚合物之乾燥溫度較高時,或其乾燥時間較長時,可提高其擴散效果。此外,當該氟聚合物具有較高結晶度及高熔點(Tm)時,根據該乾燥條件之擴散效果之影響可較大。
再者,提供一具有優異黏著強度且不使用額外黏著劑或黏著層之多層膜,可控制該底漆層或該氟聚合物塗佈層之厚度,並且當該底漆層較厚且該氟聚合物塗佈層較薄時,底漆之擴散效應變得較大。此外,藉由控制該底漆及其自身之氟聚合物之玻璃轉移溫度、熔點、軟化點或分子量,可控制擴散之程度。再者,當該氟聚合物之結晶度較低時,可易於產生該擴散,並且根據用於每一層之塗佈溶液之溶劑之相容性,可控制該擴散程度。
本發明之又一示例型實施例係直接提供一用於包含該多層膜之光伏打電池之背板,以及一包含用於一光伏打電池之背板之光伏打模組。光伏打模組之結構並不特別限制,只要其包括做為一背板之多層膜。該光伏打模組可具有各種本領域習知之結構。
一般而言,一光伏打模組可包括一透明的頂發射基板、一背板、及一藉由封裝材料封裝於頂發射層及背板間之光伏打電池,或一排列為串聯或並聯之光伏打電池 陣列。
於此,組成該光伏打電池或光伏打電池陣列之活化層代表性例子可為一結晶性或非結晶性矽晶圓,或一半導體化合物,如:CIGS或CTS。
根據本發明示例型實施例之多層膜可包括一句有前述活化層之模組,從而可應用至各種本領域習知之光伏打模組而無任何限制。在此情況下,並不特別限制組成該模組之方法,或其他材料種類。
將參照根據本發明之實施例及不根據本發明之比較例更詳細描述本發明。然而,本發明之範疇不應僅限於下列實施例。
於實施例及比較例中,係以如下述之測量試片之物理性質:
1. 180度剝離強度
根據ASTM D1897,藉由將試片切割為10mm之寬度,並以4.2 mm/sec之速率在180°之剝離角度測量一剝離強度。
2. 百格測試黏著強度
根據ASTM D3002/D3359之劃格測試(cross-cut test)標準進行一劃格測試。具體而言,一試片係藉由使用一刀片於水平及垂直方向上劃切為間距1mm之11行,從而形成各自獨立具有長寬為1 mm x 1 mm之100個方形之網格。之後,Nichiban所產之CT-24黏貼膠帶黏貼至該網格形成的表面並撕下,測量並根據下列規範評估隨著該膠帶撕下之 表面狀態。
<評估百格測試黏附強度之規範>
5B:無撕下區域。
4B:基於總表面積,撕下區域之面積不超過5%。
3B:基於總表面積,撕下區域之面積為5至15%。
2B:基於總表面積,撕下區域之面積為15至35%。
1B:基於總表面積,撕下區域之面積為35至65%。
0B:幾乎所有區域皆從表面撕下。
3. 壓力鍋測試(Pressure Cooker Test,PCT)
於形成實施例及比較例之每一多層膜,其中,於一基板兩面上係塗佈一氟聚合物,之後,係置於一保持2大氣壓,121℃及100% R.H之烘箱25、50、或75小時。
4. 全反射衰減紅外光光譜(Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy,ATR FTIR Spectrum)
底漆擴散至氟聚合物塗佈層之程度係透過一全反射衰減紅外光光譜測量。該全反射衰減法係用以研究一材料之表面,並使用一紅外光光譜儀於樣品之氟聚合物塗佈層表面上進行。
實施例1 底漆之製備
於一氮氣氣氛下,將400g甲苯(toluene)置於1L反應器中,溫度保持在100℃,且於一3頸反應器中準備16g苯乙烯、76g甲基丙烯酸甲酯、24g丙烯酸丁酯、及84g甲基丙烯酸縮水甘油酯之單體。於30g甲苯中溶解10g之偶氮系起始劑,V-65,以準備一起使劑溶液於一側。該起始劑溶液係於2小時內緩慢滴入,並且,於開始滴入起始劑後3分鐘,開始於2小時30分鐘內緩慢滴入該單體。於基於滴入起始劑開始時間後5小時終止該反應,從而獲得一底漆,意即,一丙烯酸共聚物。
底漆塗佈溶液之製備
所準備之底漆及咢唑啉硬化劑(Nippon Shokubai公司生產,WS-500,固含量:40%)係以10:1之比例混合,並且該混合物係稀釋於一重量比1:1之甲基乙基酮及乙醇之混合溶劑中,以具有5%之底漆固含量,從而製備一底漆塗佈溶液。
用以形成氟聚合物塗佈層之塗佈溶液之製備
70g之偏氟乙烯(vinylidene fluoride,VDF)及氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)共聚物(P(VDF-CTFE)),其具有25%之結晶度及165℃之熔點,以及30g之VDF及六氟丙烯(hexafluoropropylene,HFP)之共聚物(P(VDF-HFP)),其具有24%之結晶度及130℃之熔點,兩者係溶於400g之N,N-二甲基甲醯胺中,從而準備一第一塗佈溶液。
此外,從前述溶液中分離,將0.6g之顏料分散劑,BYK111(BYK),及60g之二氧化鈦(titanium dioxide,TiPure TS6200,Dupont公司生產)添加至20g之DMF中,並且加入50g粒徑0.3毫米之鋯珠。結果混合物係以1,000rpm之轉速攪拌1小時,並完全移除鋯珠,從而準備一研磨料。
80.6g之研磨料係添加至前述準備之第一塗佈溶液並攪拌,從而製備一氟聚合物塗佈溶液。
底漆層之形成
前述準備之底漆塗佈溶液係塗佈於一聚對苯二甲酸二甲酯(poly(ethylene terephthalate,PET,厚度:250微米,Skyrol SG00L,SKC)膜上。此塗佈係藉由使用一具有間距為6.86微米之繞線棒(Mayer bar)進行。於塗佈後,該塗佈膜係於溫度約180℃之烘箱中乾燥約1分鐘,從而形成一厚度為0.3微米之底漆層。
氟聚合物塗佈層之形成
前述所準備之氟聚合物塗佈層係透過使用一塗抹器塗佈於該底漆塗佈層上,並藉由控制間距以具由約20微米之乾燥厚度,且已塗佈之基板係於180℃之烘箱中乾燥約2分鐘,從而形成一氟聚合物塗佈層。之後,以相同方式於相對具有已塗佈之基板表面之相對一面上塗佈一氟聚合物塗佈層,從而形成一多層膜,其藉由一底漆層於PET片之兩面上形成一氟聚合物塗佈層。
實施例2
除了氟聚合物塗佈層厚度控制為10微米之外, 一多層膜係藉由如實施例1所述之方法而形成。
實施例3
除了於底漆塗佈溶液準備過程中,底漆及咢唑啉硬化劑(Nippon Shokubai公司生產,WS-500,固含量:40%)改為9:2.5,且底漆固含量為5%之外,一多層膜係藉由如實施例1所述之方法而形成。
實施例4
除了於底漆塗佈溶液準備過程中,底漆之固含量為20%,且底漆層厚度為1.4微米之外,一多層膜係藉由如實施例3所述之方法而形成。
實施例5
除了於底漆塗佈溶液準備中,底漆之固含量為40%,且底漆層厚度為2.7微米之外,一多層膜係藉由如實施例3所述之方法而形成。
比較例1
除了於基板上形成一氟聚合物塗佈層而不形成一底漆層,且用於實施例1中的底漆及咢唑啉硬化劑係添加至氟聚合物塗佈溶液中作為一相容劑之外,一多層膜係藉由如實施例1所述之方法形成。添加至氟聚合物塗佈溶液之相容劑之比例係藉由轉換根據如表1所示之底漆層厚度之相容劑含量計算而得,且使用這樣含量的相容劑之底漆層厚度為0.3微米。
比較例2
除了於基板上形成一氟聚合物塗佈層而不形成一底漆層,且用於實施例3中的底漆及咢唑啉硬化劑係添加至氟聚合物塗佈溶液中作為一相容劑之外,一多層膜係藉由如實施例3所述之方法形成。添加至氟聚合物塗佈溶液之相容劑之比例係藉由轉換根據如表1所示之底漆層厚度之相容劑含量計算而得,且使用這樣含量的相容劑之底漆層厚度為0.3微米。
比較例3
除了於基板上形成一氟聚合物塗佈層而不形成一底漆層,且用於實施例4中的底漆及咢唑啉硬化劑係添加至氟聚合物塗佈溶液中作為一相容劑之外,一多層膜係藉由如實施例4所述之方法形成。添加至氟聚合物塗佈溶液之相容劑之比例係藉由轉換根據如表1所示之底漆層厚度之相容劑含量計算而得,且使用這樣含量的相容劑之底漆層厚度為1.4微米。
試驗例1
於壓力鍋測試後,於形成於實施例1至5及比較例1及3之多層膜上,進行180度剝離強度及百格測試。詳細地說,每一多層膜係於2大氣壓、121℃、及100%R.H.的條件下,放置25、50、或75小時,並進行180度剝離強度及百格測試以評估剝離強度之變化。評估結果係列於表2及表3。
如表2及表3所示,其可證實,不論底漆層之厚度,根據本發明實施例包含底漆層之多層膜獲得良好的黏著強度,且即便於75小時壓力鍋測試後,仍顯示優異的黏著強度。同時,其可證實,當作為相容劑之丙烯酸共聚物添加至一氟聚合物塗佈層而非底漆層時,其黏著強度會顯著地降低。據此,當形成該可相容底漆層時,相較於相容劑添加至氟聚合物塗佈層中,其可證實能獲得一較佳之界面黏著強度。
試驗例2
圖3顯示實施例1及2之多層膜之全反射衰減紅外光光譜,其係測量該氟聚合物塗佈層之表面。作為一例,圖4係顯示一對應之氟聚合物單層且無底漆層之全反射衰減紅外光光譜結果。
請參考圖3及圖4,其可證實,於根據本發明實施例之多層膜中,於該氟聚合物塗佈層表面上,也可在波數約1700至1750觀察到於圖4中無法觀察到的丙烯酸共聚物之紅外光光譜。該全反射衰減紅外光光譜可偵測從表面約5微米深之材料,且即便於實施例1及2之多層膜係藉由塗佈含有丙烯酸共聚物之底漆及不含有丙烯酸共聚物之底漆而形成,於圖3中觀察到丙烯酸共聚物紅外光光譜意指因底漆之擴散效應,於該氟聚合物塗佈層中可觀察到該丙烯酸共聚物之微弱光譜。也就是說,藉由該全反射衰減紅外光光譜可證實該底漆可擴散至從該氟聚合物塗佈層起約至少5微米之深度。
此外,透過實施例1及2之光譜,其可證實,藉由改變於具有相同厚度之底漆層上之氟聚合物塗佈層之厚度可控制該底漆之擴散效果。意即,其可證實,於氟聚合物塗佈層厚度較大之實施例1中,於氟聚合物塗佈層表面上所呈現之底漆比例較低於氟聚合物塗佈層厚度相對小之實施例2。據此,其可證實當氟聚合物塗佈層厚度較小時,於氟聚合物塗佈層表面所呈現之底漆比例,也就是透過擴散運送,是增加的。
試驗例3
圖5顯示實施例3至5之多層膜之全反射衰減紅外光光譜,其係測量該氟聚合物塗佈層之表面。
請參考圖5,其可證實,於根據本發明實施例3至5之多層膜中,於該氟聚合物塗佈層表面上,也可在波 數約1700至1750觀察到於圖4中無法觀察到的丙烯酸共聚物之紅外光光譜。此外,透過實施例3至5之光譜,其可證實雖然氟聚合物塗佈層具有相同厚度,但藉由改變底漆層之厚度能控制該底漆之梯度擴散效果。意即,其可證實於底漆層厚度較小之實施例3中,於該氟聚合物塗佈層表面上所呈現之底漆比例較低於底漆層厚度相對較大之實施例5。據此,其可證實當該底漆層具有較大的厚度,可增加氟聚合物塗佈層表面所呈現之底漆之比例。
實施例6至8
除了使用丙烯酸共聚物(甲基丙烯酸甲酯:甲基丙烯酸縮水甘油酯:丙烯酸丁酯=40:40:20),且其分子量為53,000、26,000、或8,000作為一底漆取代使用於實施例4之丙烯酸共聚物之外,一多層膜係藉由如實施例4所述之方法形成。
比較例4至6
除了以實施例6至8之丙烯酸共聚物各自獨立取代使用於該氟聚合物塗佈溶液之丙烯酸共聚物之外,該些多層膜係藉由如比較例3所述之方法形成。
比較例7至9
除了以苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copclymer,LG化學公司生產,LG411)、聚乙烯醋酸酯(polyvinylacetate,PVA)樹脂(Sekisui生產,KS5Z)、或羧基末端的丙烯腈丁二烯橡膠(carboxyl-terminated acrylonitrile butadiene rubber,Nippon zeon生產,Nipol 1072)取代使用於實施例1之丙烯酸共聚物及咢唑啉硬化劑,並於一底漆塗佈溶液之準備中,稀釋於甲基乙基酮中以具有20%之固含量,從而形成一厚度為1.4微米之底漆層之外,一多層膜係藉由如實施例1所述之方法形成。
試驗例4
於壓力鍋測試後,於形成於實施例6至8及比較例4至9之多層膜上,進行180度剝離強度及百格測試。詳細地說,每一多層膜係於2大氣壓、121℃、及100%R.H.的條件下,放置25、50、或75小時,並進行180度剝離強度及百格測試以評估剝離強度之變化。評估結果係列於表4至表6中。
如表4及表5所示,其可證實於包含底漆層之實施例6至8中,雖然使用具有不同分子量之底漆,可獲得良好的黏著強度,然而於比較例4至6,其中,用於該底漆塗佈溶液之丙烯酸共聚物及該硬化劑係添加於該氟聚合物塗佈溶液中而無一分離的底漆層,無法獲得足夠的界面黏著強度。
此外,如表6所示,其可證實於包含具有與該氟聚合物不相容之底漆層之比較例7至9中,無法產生該氟聚合物及該底漆間之擴散,因此無法獲得足夠的界面黏著強度。
試驗例5
圖6係顯示實施例6至8之多層膜之全反射衰減紅外光光譜,其係測量該氟聚合物塗佈層之表面。此外,圖7至圖9係顯示相較於實施例6至8之比較例4至6之多 層膜之全反射衰減紅外光光譜。再者,圖10至圖12係顯示比較例7至9之多層膜之全反射衰減紅外光光譜。
請參考圖6,可證實當底漆分子量降低時,係更提高底漆之擴散效果。因此,可以看到該底漆之梯度擴散效果可藉由控制底漆分子量而控制。
此外,請參考圖7至圖9,比較各自獨立施加於底漆層及氟聚合物塗佈層之丙烯酸共聚物具有相同含量之實施例與比較例,可證實在含有該底漆層之實施例中,呈現於該氟聚合物塗佈層表面之丙烯機比例較低於含有於氟聚合物塗佈層中作為相容劑之丙烯酸共聚物之比較例。意即,其可看到,根據分別徒步該氟聚合物及該底漆之實施例,呈現於該氟聚合物塗佈層表面上之丙烯酸共聚物之比例可因該做為一底漆材料之丙烯酸共聚物之梯度而於該氟聚合物塗佈層中降低,從而相較於使用氟聚合物及丙烯酸共聚物之混合物之比較例,其更增強該多層膜之耐候性。
請參考圖10至圖12,其可證實,如比較例7至9,當包含該具有與該氟聚合物不相容之底漆層時,不會觀察到該丙烯酸共聚物之特徵峰,且可看到其不會發生界於氟聚合物及不相容底漆層間之界面擴散效果。
試驗例6
圖13顯示實施例7之多層膜之氟聚合物層之表層、中間層及內層之全反射衰減紅外光光譜。於此,該全反射衰減紅外光量測係藉由測量該氟聚合塗佈層之表層 之全反射衰減紅外光、測量該氟聚合塗佈層之中間層之全反射衰減紅外光、與測量該氟聚合塗佈層之內層之全反射衰減紅外光而執行。於圖13中,該氟聚合物塗佈層之表層係表示為A,該中間層係表示為B,及該靠近底漆層之內層係表示為C。
請參考圖13,可證實於該氟聚合物塗佈層中,由該氟聚合物塗佈層表面到該基板之丙烯酸共聚物之含量係逐漸增加。意即,可看到於該氟聚合物塗佈層表面中,具有優異耐候性之氟含量係增加的,且於該基板中,具有優異黏著強度之丙烯酸共聚物含量係增加的。因此,其可證實,根據本發明之方法,可提供一呈現底漆之梯度擴散效果之多層膜,其中,該底漆之梯度擴散效果係唯一如上所述之擴散效果之理想類型。
實施例9
除了使用一無反應性丙烯酸共聚物,Rohm & Hass所產之Pararoid B44,作為一底漆外,一多層膜係藉由如實施例3所述之方法形成。
比較例10
除了用於實施例9由Rohm & Hass所產之Pararoid B44係用於取代用於氟聚合物塗佈溶液之丙烯酸共聚物外,一多層膜係藉由如比較例3所述之方法形成。
試驗例11
於壓力鍋測試後,於形成於實施例9及比較例10之多層膜上,進行180度剝離強度及百格測試。詳細地 說,每一多層膜係於2大氣壓、121℃、及100%R.H.的條件下,放置25、50、或75小時,並進行180度剝離強度及百格測試以評估剝離強度之變化。評估結果係列於表7及表8中。
如表7及表8所示,可確認即便使用無反應性丙烯酸共聚物作為一底漆,亦顯示出良好的界面黏著強度,然而當無反應性丙烯酸共聚物包含於該氟聚合物塗佈層,而非於該底漆層時,無法獲得界面黏著強度。
實施例10
一多層膜係藉由如實施例1所述之方法形成。據此,一底漆係透過如實施例1所述之方法而準備,但使用50g之甲基丙烯酸縮水甘油酯(glycidylmethacrylate)及34g之甲基丙烯酸羥基酯(hydroxymethacrylate)準備一底漆,並取代咢唑啉,異氰酸酯(DN980S,oxazoline,isocyanate(DN980S,Aekyung Chemical公司生產)係以丙烯酸共聚物:異氰酸酯比為1:1稀釋於甲基乙基酮中做為一硬化劑。
比較例11
除了用於實施例10之丙烯酸共聚物及硬化劑係用於取代該些用於氟聚合物塗佈層溶液外,一多層膜係藉由如比較例3所述之方法形成。
試驗例8
於壓力鍋測試後,於形成於實施例10及比較例11之多層膜上,進行180度剝離強度及百格測試。詳細地說,每一多層膜係於2大氣壓、121℃、及100%R.H.的條件下,放置25、50、或75小時,並進行180度剝離強度及百格測試以評估剝離強度之變化。評估結果係列於表9及表10中。
如表9及表10所示,可確認即便當該底漆層藉由添加異氰酸酯硬化劑取代咢唑啉硬化劑而形成,亦顯示一良好的界面黏著強度,然而當該異氰酸酯硬化劑包含於該氟聚合物塗佈層中,而非該底漆層中時,不會獲得一界面黏著強度。
實施例11至14
除了以一具有咢唑啉基之丙烯酸共聚物(WS-500)溶解於水中而具有20%、10%、5%、及1%固含量取代使用於實施例1之底漆塗佈溶液之外,一多層膜係藉由如實施例1所述之方法形成。
實施例15
除了以一異氰酸酯化合物(DN980S)取代使用於實施例11之具有咢唑啉基之丙烯酸共聚物(WS-500)作為一底漆外,一多層膜係藉由如實施例11所述之方法形成。
試驗例9
於壓力鍋測試後,於形成於實施例11至15之多層膜上,進行180度剝離強度及百格測試。詳細地說,每一多層膜係於2大氣壓、121℃、及100%R.H.的條件下,放置25、50、或75小時,並進行180度剝離強度及百格測試以評估剝離強度之變化。評估結果係列於表11中。
如表11所示,可確認即便當形成該底漆層而無分離一硬化劑及一底漆時,亦顯示良好的界面黏著強度。
實施例16至18
除了以經水溶性丙烯酸底漆處理之SG82L作為一基板取代該聚酯膜(Skyrol SG00L),且於底漆塗佈溶液 之製備中,透過於甲基乙基酮中稀釋實施例1準備之丙烯酸共聚物以具有固含量20%、10%、或5%之外,一多層膜係藉由如實施例1所述之方法形成。
試驗例10
於壓力鍋測試後,於形成於實施例16至18之多層膜上,進行180度剝離強度及百格測試。詳細地說,每一多層膜係於2大氣壓、121℃、及100%R.H.的條件下,放置25、50、或75小時,並進行180度剝離強度及百格測試以評估剝離強度之變化。評估結果係列於表12中。
如表12所示,可確認該多層膜具有一結構,其藉由塗佈一可相容底漆層於預先形成於該基板上之該水溶性丙烯酸底漆層上而形成,亦能獲得一良好的界面黏著強度。
據此,根據實施例1至18、比較例1至8、及對應之試驗例,可證實當塗佈該底漆層後,形成氟聚合物塗佈層時,可獲得一優異的界面黏著強度,且相較於透過添加一相容劑至該氟聚合物塗佈溶液中以形成該氟聚合物塗佈層且無底漆層而言,其耐久性較佳。此外,可證實相較於使用可相容之底漆而言,當包含一具有與氟聚合物不相容之底漆時,其界面黏著強度會降低。
上述結果係因包含於底漆層及氟聚合物塗佈層間之材料梯度之擴散效果所致。由此事實,可看作是該具有一具有氟聚合物相容性之底漆層之多層膜可同時達到黏著強度及耐久性,並且可透過改變該底漆層厚度、該氟 聚合物塗佈層厚度、底漆之分子量、底漆之種類、及溶劑而控制底漆之梯度擴散程度。
根據本發明示例型實施例之多層膜包括一底漆層及一氟聚合物塗佈層。材料之梯度可透過該些層間之材料界面擴散而創造,從而於該底漆層越靠近基板時,底漆比例係漸增,於底漆層越靠近該氟聚合物塗佈層表面時,一氟比例係漸增。據此,該多層膜可具有優異的耐候性及界面強度。此外,使用低沸點溶劑可於低乾燥溫度及低成本下形成該多層膜,提高產率,並防止產品品質因熱轉移或熱衝擊所致而劣化。如上所述之多層膜係使用於一光伏打電池之背層,從而即便當長期暴露於外在環境時,可提供一具有優異耐久性之光伏打模組。
雖然本發明已參照某些示例性實施例顯出和描述,應當了解的是,本領域技術人員在不悖離如隨附申請專利範圍所定義之本發明的範疇的情況下,可以在其中進行在形式和細節上的各種改變。
10‧‧‧多層膜
11‧‧‧基板
12‧‧‧底漆層
13‧‧‧塗佈層

Claims (29)

  1. 一種多層膜,包括:一基板;一氟聚合物塗佈層;以及一底漆層,其與一氟聚合物具有相容性,且係設於該基材及該氟聚合物塗佈層之間;其中,該氟聚合物塗佈層係呈現出具有梯度分布之一底漆,而且藉由塗佈用於塗佈該氟聚合物之一組成物於該底漆層上所形成,且該組成物不包括一相容劑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該底漆係包括一主鏈骨架,其係與該氟聚合物具有相容性。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多層膜,其中,該主鏈骨架係至少一選自由(甲基)丙烯酸系主鏈骨架((meth)acryl-based main chain backbone)、胺基甲酸酯系主鏈骨架(urethane-based main chain backbone)、醚碸系主鏈骨架(ether sulfone-based main chain backbone)、醚亞胺系主鏈骨架(ether imine-based main chain backbone)、醯胺系主鏈骨架(amide-based main chain backbone)、聚酯系主鏈骨架(polyester-based main chain backbone)、脂肪族聚酯系主鏈骨架(aliphatic polyester-based main chain backbone)、聚酯胺基甲酸酯系主鏈骨架(polyester urethane-based main chain backbone)、(甲基)丙烯醯胺系主鏈骨架((meth)acrylamide-based main chain backbone)、尿素系主鏈骨架(urea-based main chain backbone)、聚碳酸酯系主鏈骨架 (polycarbonate-based main chain backbone)、以及一誘導自包含(甲基)丙烯酸系單體((meth)acryl-based monomer)、(甲基)丙烯醯胺系單體((meth)acrylamide-based monomer)、或乙烯系單體作為主要成分之單體混合物之自由基加成聚合物之主鏈骨架所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之多層膜,其中,該底漆更包括一官能基,其係至少一選自由羧基(carboxyl group)、磺酸基(sulfonic acid group)、氮丙啶基(aziridine group)、酸酐基(acid anhydride group)、胺基(amine group)、異氰酸酯基(isocyanate group)、三聚氰胺基(cyanuramide group)、環氧基(epoxy group)、烴基(hydroxyl group)、酯官能基(ester functional group)、氨基甲酸酯基官能基(carbamate functional group)、醯胺基(amide group)、尿素基(urea group)、亞醯胺基(imide group)、磷酸酯基(phosphate group)、磷酸基(phosphoric acid group)、咢唑啉基(oxazoline group)、氰基(cyano group)、氰酸酯基(cyanate group)、及亞胺基(imine group)所組成之群組。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該底漆層更包括一硬化劑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該底漆層之厚度係為10奈米至5,000奈米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物塗佈層具有一非結晶區,且包括一結晶度低於60%之氟聚合物。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物係包括一單一聚合物、一共聚物、或其混合物,其包括至少一單體選自由聚合型態之二氟乙烯(vinylidene fluoride,VDF)、氟乙烯(vinyl fluoride,VF)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene,TFE)、六氟丙烯(hexafluoropropylene,HFP)、氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)、三氟乙烯(trifluoroethylene)、六氟異丁烯(hexafluoroisobutylene)、全氟丁基乙烯(perfluoro butylethylene)、全氟(甲基乙烯基醚)(perfluoro(methylvinylether),PMVE)、全氟(乙基乙烯基醚)(perfluoro(ethylvinylether),PEVE)、全氟(丙基乙烯基醚)(perfluoro(propylvinylether),PPVE)、全氟(己基乙烯基醚)(perfluoro(hexylvinylether),PHVE)、全氟-2,2-二甲基-1,3-噁唑(perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole,PDD)、以及全氟-2-甲烯-4-甲基-1,3-二氧戊烷(perfluoro-2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane,PMD)所組成之群組。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物係為一包括聚合型態氟乙烯之單一聚合物或共聚合物,或者一包括聚合型態二氟乙烯之單體或共聚合物。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物係為聚二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF),其包括至少一共聚單體係選自由聚合型態之六氟丙烯(hexafluoropropylene,HFP)、氯三氟乙烯(chlorotrifluoroethylene,CTFE)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene, TFE)、三氟乙烯(trifluoroethylene)、六氟異丁烯(hexafluoroisobutylene)、全氟(甲基乙烯基醚)(perfluoro(methylvinylether),PMVE)、全氟(己基乙烯基醚)(perfluoro(hexylvinylether),PHVE)、全氟-2,2-二甲基-1,3-噁唑(perfluoro-2,2-dimethyl-1,3-dioxole,PDD)、以及全氟-2-甲烯-4-甲基-1,3-二氧戊烷(perfluoro-2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane,PMD)所組成之群組。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物之重量平均分子量係為50,000至1,000,000。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物之熔點係為80至175℃。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之多層膜,其中,該共聚單體係佔總共聚物之0.5至50wt%。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物塗佈層更包括至少一選自由顏料、填充劑、紫外線安定劑、熱安定劑、分散劑、及阻障粒子所組成之群組。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該氟聚合物塗佈層之厚度係為3至50微米。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該基板係為鋁、鐵、或一聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、或聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate,PBT)之單層、堆疊層或共擠壓產物。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,至少一表面處理係選自由電漿處理、電暈處理、底漆處理、錨固劑處理、及耦合劑處理所組成之群組,且於該基板之至少一面上執行一熱處理。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜,其中,該基板之厚度係為50至500微米。
  19. 一種形成如申請專利範圍第1至18項所述之多層膜之方法,於塗佈一底漆層及一氟聚合物後,因該底漆層及該氟聚合物間之擴散作用,而使該多層膜黏著強度增強,其中,該方法包括:形成一底漆層,其係將一底漆塗佈溶液塗佈於一基板上,該底漆塗佈溶液係與一氟聚合物具有相容性;以及將一塗佈氟聚合物用之組成物塗佈於該底漆層上,且該氟聚合物不包括一相容劑。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法,其中,該用以塗佈一氟聚合物之組成物具有一非結晶區,且其包括一結晶度低於60%之氟聚合物、及一沸點為200℃或以下之溶劑。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中,該沸點為200℃或以下之溶劑係包括至少一選自由丙酮(acetone)、甲基乙基酮(methylethylketone)、二甲基甲醯胺(dimethylformamide)、及二甲基乙醯胺(dimethylacetamide)所組成之群組。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之方法,其中,該底漆係包括一主鏈骨架,其係與該氟聚合物具有相容性。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之方法,其中,該底漆塗佈溶液更包括一硬化劑。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之方法,其中,該硬化劑係至少一選自由三聚氰胺化合物(melamine compound)、咢唑啉化合物(oxazoline compound)、異氰酸酯化合物(isocyanate compound)、氮丙碇化合物(aziridine compound)、胺化合物(amine compound)、及醯胺化合物(amide compound)所組成之群組。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之方法,更包括:將該底漆層及該氟聚合物層完成塗佈後,乾燥各層。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法,其中,係於溫度200℃或以下,乾燥30秒至30分鐘。
  27. 如申請專利範圍第19項所述之方法,更包括:於該基材之至少一面上進行電漿處理、電暈處理、底漆處理、錨固劑處理、耦合劑處理、或熱處理。
  28. 一種用於一光伏打電池之背板,其包括如申請專利範圍第1項所述之多層膜。
  29. 一種光伏打模組,其包括如申請專利範圍第28項所述之用於一光伏打電池之背板。
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