WO2009151029A1 - 封止材料およびそれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基
[重合体ブロックA]:芳香族ビニル化合物単位を50質量%以上含有する重合体ブロック
[重合体ブロックB]:共役ジエン化合物単位を50質量%以上含有し、その1,2-結合含量および3,4-結合含量の合計が30~90%の範囲内である重合体ブロック
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基
本発明の封止材料は、(i)成分:ポリプロピレン、(ii)成分:水添ジエン系重合体、および(iii)成分:特定の官能基を有する重合体(官能基含有重合体)を構成成分とし、前記(i)成分を0~60質量部、前記(ii)成分を40~100質量部(合計量100質量部)に対し、前記(iii)成分を1~100質量部含有する。以下、構成成分ごとに説明する。
本発明の封止材料は、ポリプロピレン(以下、「(i)成分」と表記する場合がある。)を構成成分として含有する。(i)成分を構成成分とすることにより耐熱性や成形加工性が向上する傾向にある。
本発明の封止材料は、ポリプロピレン((i)成分)に加えて、水添ジエン系重合体(以下、「(ii)成分」と記す場合がある。)を構成成分として含有する。(ii)成分を構成成分とすることにより柔軟となり封止性に優れる。本発明で使用する水添ジエン系重合体((ii)成分)は、芳香族ビニル化合物由来の繰り返し単位および共役ジエン系化合物由来の繰り返し単位を含むことが好ましい。
(但し、(A):重合体ブロックA、(B):重合体ブロックB、x:2以上の整数、Y:カップリング剤残基、を示す)
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基
製法(a)は、共役ジエン化合物を単独で、或いは、共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物を、有機アルカリ金属化合物の存在下でブロック共重合し、その共重合体を水素添加して得る方法である。また、任意に、得られた水素添加ジエン系重合体に、下記一般式(1)で示される(メタ)アクリロイル基含有化合物、下記一般式(2)で示されるエポキシ基含有化合物及び無水マレイン酸からなる群から選択される少なくとも1種を、溶液中ないしは押し出し機等の混練機中で反応させても良い。
製法(b)は、共役ジエン化合物を単独で、或いは、共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物を、下記一般式(3)又は(4)で示される、アミノ基を有する有機アルカリ金属化合物の存在下でブロック共重合した後、その共重合体を水素添加する方法である。
製法(c)は、共役ジエン化合物を単独で、或いは、共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物を、下記一般式(5)又は(6)に示される、アミノ基を有する不飽和単量体と、有機アルカリ金属化合物の存在下でブロック共重合した後、その重合体を水素添加する方法である。
製法(d)は、共役ジエン化合物を単独で、或いは、共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物を、有機アルカリ金属化合物の存在下でブロック共重合し、得られた共重合体の活性点に下記一般式(7)で示されるアルコキシシラン化合物を反応させた後、その重合体を水素添加する方法である。
製法(e)は、共役ジエン化合物を単独で、或いは、共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物を、有機アルカリ金属化合物の存在下でブロック共重合し、得られた共重合体の活性点に、エポキシ化合物又はケトン化合物又は上記一般式(3)~(7)を除く含窒素化合物を反応させた重合体とした後、その重合体を水素添加する方法である。
本発明の封止材料は、ポリプロピレン((i)成分)、水添ジエン系重合体((ii)成分)に加えて、官能基含有重合体(以下、「(iii)成分」と表記する場合がある。)を構成成分として含有する。(iii)成分を混合することによって、太陽電池素子やガラス等の上下の各保護材と接着性が向上する。
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基
本発明の封止材料には、その物性を損なわない限りにおいて、(i)成分、(ii)成分、および(iii)成分以外の副次的添加物を加えることができる。副次的添加物としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、有機過酸化物、シランカップリング剤、各種充填材、滑剤、可塑剤、着色防止剤、着色剤、抗菌剤、核形成剤、帯電防止剤等を挙げることができる。
本発明の封止材料シートは、前記構成成分を溶融混合してシート成形することにより、極めて容易に製造することができる。混合、成形の方法や装置は、特に限定されないが、押出機やバンバリーミキサーなどでの混合、押出Tダイ成形やカレンダ成形でシート成形することが工業的に有利で好ましい。この際の溶融混合成形温度としては150~250℃の範囲内とすることが好ましい。
本発明の封止材料を説明するのに先立って、その原料となる(ii)成分[官能基含有水素添加ジエン系重合体]を合成した。その合成方法を合成例として示す。なお、(ii)成分の物性値については以下の方法により測定し、評価した。
赤外分析法を用い、ハンプトン法により算出した。
四塩化炭素を溶媒として用い、270MHz、1H-NMRスペクトルから算出した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、商品名:HLC-8120、東ソー社製)を用いてポリスチレン換算の重量平均分子量を求めた。
JIS K7210に記載の方法に準拠して、230℃、21.2N荷重の条件で測定した。
「官能基含量」とは、重合体中の官能基の割合を意味し、下記式(9)により表すことができる。
四塩化炭素を溶媒として用い、270MHz、1H-NMRスペクトルから算出した。
窒素置換された内容積50リットルの反応容器に、シクロヘキサン(25kg)、テトラヒドロフラン(750g)およびスチレン(500g)を加え、50℃からの断熱重合を行った。反応完結後、温度を20℃として1,3-ブタジエン(4,250g)を添加し、更に断熱重合を行った。30分後、スチレン(250g)を添加し、更に重合を行った。
窒素置換された内容積50リットルの反応容器に、2,2,5,5-テトラメチル-1-(3-リチオプロピル)-1-アザ-2,5-ジシラシクロペンタン(14.5g)をさらに加えた以外は上記合成例1と同様にして、構造がA-B-A型の官能基含有水素添加ジエン系重合体を得た(以下、「ii-2」と記す。)。
窒素置換された内容積50リットルの反応容器に、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン21.3gをさらに加えて、重合活性末端に付加した以外は上記合成例1と同様にして、構造がA-B-A型の官能基含有水素添加ジエン系重合体を得た(以下、「ii-3」と記す。)。
(実施例1)
(i)成分として、ポリプロピレン20質量部、(ii)成分として、前記〔1〕で合成した「ii-1」80質量部並びに(iii)成分(無水マレイン酸変性ポリプロピレン;三洋化成工業社製、商品名:ユーメックス1010)10質量部を各々真空乾燥機により十分に水分率を減少させた後、混合し、直径40mmφ押出機(池貝社製)を用いて230℃で混練してペレット化した。得られたペレットをTダイ押出成形機を用いて230℃で0.5mm厚みのシートとして実施例1の太陽電池素子封止材料を得た。その評価結果を表2に示す。
(i)成分、(ii)成分、(iii)成分の種類及び量を表2に記載したように変更したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例2~6、比較例1~5の太陽電池素子封止材料を得た。その結果を表2に示す。
(i)成分として、ポリプロピレン40質量部、(ii)成分として、前記〔1〕で合成した「ii-2」60質量部並びに(iii)成分(エチレン・グリシジルメタクリレート 商品名:ボンドファーストCG5004、住友化学工業社製)5質量部を各々真空乾燥機により十分に水分率を減少させた後、有機化酸化物(ジクミルパーオキサイド 商品名:パークミルD、日本油脂製)、シランカップリング剤(ビニルトリメトキシシラン 商品名:KBM1003、信越化学工業社製)を加えて混合し、直径45mmφ二軸押出機(池貝社製)を用いて200℃で混練してペレット化した。得られたペレットをTダイ押出成形機を用いて230℃で0.5mm厚みのシートとして実施例1の太陽電池素子封止材料を得た。その評価結果を表2に示す。
(i)成分、(ii)成分、(iii)成分の種類及び量を表2に記載したように変更したことを除いては、実施例8と同様にして、実施例9の太陽電池素子封止材料を得た。その結果を表2に示す。
[(i)成分]:ポリプロピレン(商品名:BC6C、日本ポリプロ社製)
[(ii-1)成分]:前記〔1〕で合成した「ii-1」
[(ii-2)成分]:前記〔1〕で合成した「ii-2」
[(ii-3)成分]:前記〔1〕で合成した「ii-3」
[(iii)成分]:無水マレイン酸変性ポリプロピレン(商品名:ユーメックス1010、三洋化成工業社製)
太陽電池素子封止材料の物性値を以下の方法により測定し、評価した。その結果を表2に示す。
本明細書中、全光線透過率とは、JIS-K7105(光線透過率及び全光線反射率)に準拠して測定した値を示す。この全光線透過率は、日本電色工業製のヘイズメーター(商品名:「NDH 2000」)を用いて測定した。
0.5mm厚みのシートサンプルを5mm厚みの透明ガラス板に挟み、200℃に温調したプレスにてシート厚みが0.3mmになるように圧着して積層体を作成した。この積層体を冷却した後に、ガラスとシートサンプル間を手で剥がしてその剥がれ具合を観察し、下記2段階で評価した。
良好:接着性良好、不良:接着性不良
0.5mm厚みのシートサンプルを5mm厚みの透明ガラス板に挟み、200℃に温調したプレスにてシート厚みが0.3mmになるように圧着して積層体を作成した。この積層体を冷却した後に、100℃で60°に傾斜して、シートが溶融してガラスからずれないかを100時間まで観察し、下記2段階で評価した。
良好:ずれなし、不良:ずれあり
柔軟性の指標として、JIS K6253に準拠して測定した。
表2から実施例1~9の太陽電池素子封止材料はいずれも、全光線透過率、ガラスに対する接着性、60度傾斜試験および硬度のバランスの良好な特性を備えていることが分かる。
Claims (10)
- (i)成分:ポリプロピレン、(ii)成分:水添ジエン系重合体、および(iii)成分:下記官能基群Xから選択される少なくとも1種の官能基を有する重合体であって前記(ii)成分とは異なる重合体(官能基含有重合体)を構成成分とし、
前記(i)成分を0~60質量部、前記(ii)成分を40~100質量部(合計量100質量部)に対し、前記(iii)成分を1~100質量部含有する封止材料。
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基 - 前記(ii)成分が、下記重合体ブロックAおよび下記重合体ブロックBを含む重合体とし、前記(ii)成分を構成する下記共役ジエン化合物単位の二重結合の少なくとも80%が水素添加された水素添加ジエン系重合体である請求項1に記載の封止材料。
[重合体ブロックA]:芳香族ビニル化合物単位を50質量%以上含有する重合体ブロック
[重合体ブロックB]:共役ジエン化合物単位を50質量%以上含有し、その1,2-結合含量および3,4-結合含量の合計が30~90%の範囲内である重合体ブロック - 前記(ii)成分が、下記官能基群Xから選択される少なくとも1種の官能基を有する水素添加ジエン系重合体(官能基含有水素添加ジエン系重合体)である請求項1または2に記載の封止材料。
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基 - 前記(iii)成分が、下記官能基群Xから選択される少なくとも1種の官能基を有する官能基含有オレフィン系重合体である請求項1~3のいずれか一項に記載の封止材料。
[官能基群X]:カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、イソシアネート基及びオキサゾリン基 - 前記(iii)成分が、酸無水物基含有プロピレン系重合体またはエチレン・グリシジルメタクリレート共重合体である請求項4に記載の封止材料。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の封止材料を用いた封止材料シート。
- 一方の面に熱可塑性樹脂および/または金属が積層された請求項6に記載の封止材料シート。
- 前記封止材料が太陽電池の封止材料として用いられる請求項1~5のいずれか一項に記載の封止材料。
- 前記封止材料シートが太陽電池の封止材料として用いられる請求項6または7に記載の封止材料シート。
- 請求項6または7に記載の封止材料シートを用いた太陽電池モジュール。
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