ES2619847T3 - Uso de una composición de poliorganosiloxano curable como encapsulante para un módulo de célula solar - Google Patents

Uso de una composición de poliorganosiloxano curable como encapsulante para un módulo de célula solar Download PDF

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Abstract

Uso de una composición de poliorganosiloxano curable como encapsulante para un módulo fotovoltaico, comprendiendo dicha composición: (A) al menos un poliorganosiloxano que tiene al menos dos restos hidrocarbilo insaturados, (B) al menos un poliorganohidrógenosiloxano que tiene al menos siete átomos de Si, en el que la relación molar de grupos SiH a todos los átomos de Si es de más de 0,55, (C) al menos un catalizador de hidrosililación, (D) opcionalmente al menos un promotor de la adhesión, (E) opcionalmente al menos una carga de refuerzo, en la que la relación molar del total de grupos SiH en el componente (B) con respecto al total de los restos hidrocarbilo insaturados en el componente (A) en la formulación es de entre 1,2 y 4.

Description

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Los índices se refieren a viscosidades adecuadas como se definen más adelante y describen polímeros sin ningún disolvente para un ajuste de la viscosidad.
Los poliorganosiloxanos ramificados preferidos (A2) y (A3) tienen por lo general una mayor concentración de grupos R1
5 insaturados . Los polímeros ramificados (A3) se describen por ejemplo en el documento US 5109095. Preferentemente, los polímeros ramificados ricos en vinilo (A3) tienen un intervalo de
D:T > 10:1, preferentemente > 33:1 y/o, respectivamente (M:Q) = 0,6-4:1, tal como por ejemplo, [M0,7M*0,05Q]10-500 (1j).
Todos estos polímeros pueden prepararse por cualquiera de los métodos convencionales para preparar polidiorganosiloxanos terminados en triorganosiloxano. Por ejemplo, una relación adecuada de los silanos hidrolizables apropiados, por ejemplo, vinildimetilclorosilano, trimetilclorosilano, tetraclorosilano, metiltriclorosilano y dimetildiclorosilano o sus correspondientes alcoxisilanos, puede cohidrolizarse y condensarse. Pueden realizarse otras vías de reacción como alternativa sobre reacciones de equilibrio de 1,3-diviniltetraorganodisiloxano, por
15 ejemplo divinildimetildifenilsiloxano o diviniltetrametilsiloxano simétricos, que proporcionan los grupos terminales del polidiorganosiloxano, que pueden equilibrarse con un polidiorganosiloxano apropiado, por ejemplo, octametilciclotetrasiloxano, en presencia de un catalizador ácido o básico.
En una realización preferida, el componente polimérico (A) es una mezcla de polímeros de fórmula (1 a) y/o de fórmula (1 d) y/o (1j) con lo que la mezcla tiene un contenido en alquenilo en promedio de preferentemente por debajo del 2 % en moles de todas las unidades siloxi de la mezcla (A), con lo que el polímero (A1) está presente en una cantidad mayor que (A2) o (A3).
Las viscosidades de los polidiorganosiloxanos (A) definidas anteriormente para los fines de la presente invención, se 25 refieren preferentemente a la parte del poliorganosiloxano esencialmente libre de polidiorganosiloxanos cíclicos (menos del 1 % en peso, preferentemente el 0,5 % en peso medido durante 1 h a 150 ºC 20 mbar).
El grado de polimerización promedio Pn de las unidades de siloxano (M, D, T, Q) del polímero (A), medido mediante la medición GPC frente a patrón de poliestireno sobre la base del promedio del número de peso molar Mn está preferentemente en el intervalo de Pn > 10 a 2000, el intervalo más preferido es de 40 a 1000. Las viscosidades de dichos polímeros están en el intervalo de 10 a 100.000 mPa.s a 25 ºC a una velocidad de cizallamiento de D = 1 s-1 , más preferentemente de 40 a 50.000 mPa.s.
En una realización preferida el polímero o polímeros (A) tienen una viscosidad de más de 15.000 mPa.s a 25 ºC a 35 una velocidad de cizallamiento de D = 1 s-1, con el fin de garantizar una viscosidad suficientemente alta de la composición de encapsulante, lo que es ventajoso en el sellado de junturas más grandes.
El contenido en alquenilo de los componentes (A) puede determinarse en el presente documento por medio de RMN 1H -véase A.L. Smith (ed.): The Analytical Chemistry of Silicones, J. Wiley & Sons 1991 vol. 112 págs. 356 y siguientes, en Chemical Analysis ed. por J.D. Winefordner.
Componente (B) -reticulante
El componente (B) es al menos un poliorganohidrógenosiloxano que tiene al menos siete átomos de Si, en el que la 45 relación molar de grupos SiH para todos los átomos de Si es de más de 0,55, preferentemente > 0,6, aún más preferentemente > 0,7, particularmente preferido de 0,7 a 0,95.
Los poliorganohidrógenosiloxanos adecuados (B) que comprenden unidades de SiH pueden describirse formalmente mediante la fórmula general (2),
[M1a2D1b2T1c2Qd2R9e2]m2 (2)
en la que las unidades de siloxi
55 M1 = M, como se ha definido anteriormente o M **, D1 = D, como se define anteriormente o D **, T1 = T, como se define anteriormente o T **, Q como se ha definido anteriormente, R9 como se define anteriormente, M ** = HR2SiO1/2, D ** = HRSiO2/2, T ** = HSiO3/2, a2 = 0,01 -10 preferentemente = 2 -5, mucho más preferentemente = 2 b2 = 0 -1000 preferentemente = 10
imagen6500 c2 = 0 -50 preferentemente = 0 d2 = 0 -1 preferentemente = 0 o 1, mucho más preferentemente = 0
65 e2 = 0 -3 preferentemente = 0 m2 = 1 -1000, preferentemente = 1 -500, mucho más preferentemente = 1,
7
imagen7
imagen8
imagen9
Como ya se ha explicado anteriormente, los fosfitos específicos utilizadas de acuerdo con la invención interactúan con los compuestos de metales de transición convencionales a través de reacciones de intercambio de ligando, lo que influye en la actividad de hidrosililación del catalizador para proporcionar, sorprendentemente, un excelente equilibrio entre la estabilidad de almacenamiento por un lado y la reactividad a temperaturas elevadas tras el curado.
5 Componente (D):
La composición de poliorganosiloxano curable que se utiliza en la invención comprende opcionalmente al menos un promotor de adhesión (D). 10 El componente (D) se selecciona preferentemente entre al menos uno de
(D1): al menos un organosiloxano, que comprende al menos un grupo alcoxi sililo, (D2): al menos un organosilano, que comprende al menos un grupo alcoxi sililo, 15 (D3): al menos un compuesto orgánico aromático que tenga al menos dos restos aromáticos y al menos un grupo reactivo en la hidrosililación.
El componente (D1) es preferentemente un poliorganosiloxano que comprende al menos una unidad seleccionada entre el grupo que consiste en
20 RHSiO2/2 y R5(R)SiO2/2, en los que R es como se ha definido anteriormente y puede ser idéntico o diferente, R5 se selecciona entre el grupo que consiste en un grupo alifático insaturado con hasta 14 átomos de carbono, un grupo alifático con hasta 14 átomos de carbono, un grupo que contiene cianurato y un grupo que contiene isocianurato y un grupo que contiene
25 isocianurato, y
que comprende adicionalmente al menos una unidad de fórmula (3):
O2/2(R)Si-R4-SiRd(OR3)3-d (3) 30 en la que
R es como se ha definido anteriormente y puede ser idéntico o diferente, R3 se selecciona entre H (hidrógeno) y radicales alquilo que tienen de 1 a 6 átomos de carbono y pueden ser
35 idénticos o diferentes, R4 es un radical hidrocarbilo difuncional opcionalmente sustituido con hasta 15 átomos de carbono, que puede contener uno o más heteroátomos seleccionados entre átomos de O, N y S y que está unido a los átomos de silicio a través de un enlace Si-C y d es de 0 a 2.
40 Los ejemplos de componente (D1) incluyen compuestos de fórmulas (3ª 3d):
imagen10
imagen11
R11
45 es R o R5, en la que R, R3, R4 y R5 son como se han definido anteriormente y pueden ser idénticos o diferentes, s1 = 0 -6, preferentemente 1 t1 = 0 -6, preferentemente 1 o 2 s1 + t1 = 2 -6, preferentemente 2 o 3
50 a condición de que haya al menos un grupo -(OSi(R H)-o -(OSi(R)(R11)-en el compuesto, preferentemente un compuesto de fórmula:
11
imagen12
El componente (D2) se selecciona preferentemente entre compuestos de fórmula (4):
X-(CR62)e-Y-(CH2)eSIRd(OR3-d
5 en la que
X se selecciona entre el grupo que consiste en halógeno, pseudohalógeno, grupo alifático insaturado con hasta 14 átomos de carbono, grupo alifático que contiene un grupo epoxi con hasta 14 átomos de carbono, grupo que contiene cianurato y un grupo que contiene isocianurato,
10 Y se selecciona entre el grupo que consiste en un enlace sencillo, un grupo heteroatómico seleccionado entre -COO-, -O-, -S-, -CONH-, -HN-CO-NH-, R6 se selecciona entre hidrógeno y R es como se ha definido anteriormente, e es 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u 8 y pueden ser idénticos o diferentes, R es como se ha definido anteriormente y puede ser idéntico o diferente,
15 R3 es como se ha definido anteriormente y puede ser idéntico o diferente, d es 0, 1, o 2.
Los ejemplos preferidos del componente (D2) incluyen:
imagen13
El componente (D2) además de actuar como promotor de adhesión, puede servir además como agente de 30 tratamiento de superficie in-situ para la carga (E). Se prefiere utilizar mezclas de silanos del componente (D2) para obtener propiedades de adhesión aceptables a costes reducidos.
El componente (D3) se selecciona preferentemente entre compuestos de fórmula (3i):
13
imagen14
en la que 5 r es 0 o 1, R7
puede ser el mismo o diferente grupo, que se selecciona entre el grupo que consiste en un átomo de
hidrógeno, un grupo hidroxilo, un átomo de halógeno, un grupo alquilo, grupo alquenilo, grupo alcoxi, grupo
alqueniloxi, grupo alquenilcarboniloxi y un grupo arilo, y
10 un grupo de fórmula Ef-Si(OR)3-dRd, en la que R es igual o diferente y d es como se ha definido anteriormente,
un grupo de fórmula -O-Si(R)2R1, en la que R y R1 son como se han definido anteriormente,
15 un grupo de fórmula Ef-Si(R)2H, en la que R se define como anteriormente,
en la que e es un grupo orgánico divalente con hasta 8 átomos de carbono y 0 a 3 grupos hetero atómicos seleccionado entre -O-, -NH-, C=O y -C(=O)O-, y
20 f es 0 o 1,
y Z se selecciona entre los siguientes grupos:
imagen15
imagen16
imagen17
en la que R8 se selecciona entre el grupo de un átomo de hidrógeno, un átomo de halógeno o un grupo alquilo sustituido o sin sustituir, grupo arilo, grupo alquenilo y grupo alquinilo y 30 g es un número positivo de al menos 2,
en la que al menos uno de los grupos seleccionados entre R7 y R8 es reactivo en la hidrosililación.
35 Los componentes (D3) preferidos incluyen:
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14
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imagen24
Glymo = glicidoxipropiltrimetoxisilano, (C2H3O)CH2O(CH2)3Si(OCH3)3
Los encapsulantes se prepararon como se ha descrito en los Ejemplos 1 y 2 habiendo incorporado aprox. 14,7 % de carga, el polisiloxano terminado en vinilo con una viscosidad de 10 Pas, 12 ppm de platino, 100 ppm de ECH y las cantidades de reticulantes y promotores de adhesión que se enumeran en la tabla 3.
* Ejemplos comparativo
Tabla 3
Reticulante Promotor de adhesión SiH/SiVi Adhesión después de 1000 h 85 ºC humedad relativa del 85 %
Relación molar SiH/todos Si
[%] [%]
3.1
M2DH 33 0,94 0,64 (B) Glymo Memo 1,0 0,9 0,75 1,9 Sí
3.2
M2DH 27D7 0,75 0,87 (B) Glymo Memo 1,0 0,9 0,75 1,9 Sí
3.3
M2DH 26D9 0,70 0,93 (B) Glymo Memo 1,0 0,9 0,75 1,9 Sí
3.4
M2DH 33DPh 2,9D5,3 0,76 0,93 (B) Glymo Memo 1,0 0,9 0,75 1,9 Sí
3.5*
M2DH 25D25 0,48 1,37 (B) Glymo Memo 1,0 0,9 0,75 1,9 No
3.5
M2DH 33 0,94 0,55 Glymo 0,7 2,0 Sí
3.7 *
M2DH 12D28 0,29 2 Glymo 0,7 2,0 No
3.8
M2DH 33 0,94 0,53 Memo 0,3 1,5 Sí
3.9
M2DH 33DPh 2,9D5,3 0,76 1,07 Memo 0,35 2,0 Sí
Los ejemplos 3.1 a 3.4 muestran una adhesión suficiente en las condiciones de ensayo de 1000 h si 2 o 1, es decir,
10 si al menos los promotores de adhesión de (D2) están presentes, mientras que por ejemplo, el ejemplo 3.5 que tenía un componente (B) con una relación molar de SiH de menos de 0,5 muestra una adhesión insuficiente durante 1000 h a 85 ºC y una humedad del 85 %.
El ejemplo 3.4 muestra, por ejemplo, además, también una buena adhesión a la lámina Tedlar®, es decir,
15 Polyvinilfluorid (PVF DuPont) durante 1000 h. El encapsulante se adhirió en el ensayo inicial y pasó las 1000 horas a 85 ºC y una humedad relativa del 85 % sin ninguna pérdida de adhesión al PVF-papel de aluminio.
Ejemplo 4: Los encapsulantes con un catalizador de metal activable por luz
20 Se mezclaron 52 g de polímero de polidimetilsiloxano terminado en vinilo con una viscosidad de 10 Pa.s a 25 ºC como componente (A) con 29 g de Aerosil 300 tratado con hexametildisilazano obtenido de acuerdo con el proceso de preparación de lotes de carga (F 1). Después, a la mezcla resultante se le añadieron 16,7 g adicionales del polidimetilsiloxano terminado en vinilo que tenía una viscosidad de 10 Pas. Después, se añadieron 0,9 g de Dynasilan GLYMO (glicidoxipropiltrimetoxisilano), 0,25 g de Dynasilan MEMO (metacriloxipropiltrimetoxisilano) como
25 componentes (D2), 1 g de un promotor de adhesión (D1) de acuerdo con la fórmula 3c, 0,9 g de un poli(co-difenilmetilhidrogeno-dimetilsiloxano) terminado en trimetilsililo M2DPh2DH25D4 como componente (B). En una caja de manipulación con guantes oscurecida cerrada herméticamente bajo luz roja o amarilla de una lámpara de bombilla (excluyendo al menos el azul y la luz UV) se mezcló el catalizador de metal activable por luz que era trimetil(metilciclopentadienil)-platino(IV) disuelto en un polidimetilsiloxano terminado en vinil de 1 Pa.s a 25 ºC, con
30 10 g de este componente para establecer una concentración de platino de 24 ppm de Pt en la composición total de este ejemplo. La relación de las unidades DH para todas las unidades de Si en el componente (B) fue de 0,76, la relación SiH:Si-vinilo en este ejemplo fue de 1,9.
La composición se irradió durante 10 segundos a 120 mW/cm2 (= 1200 mJ/cm2) a una distancia de 5 cm con una 35 lámpara UV Panacol UV-H255 tipo LH365E de 250 W 320
405 nm como fuente de luz.
La composición curada se adhiere con una fuerza de desprendimiento de 10 -12 N/mm y fallo cohesivo sobre láminas de PVC (cloruro de polivinilo), PA 6.6 (poliamida), PBT (polibutilentereftalato) después de un almacenamiento de 7 d a 25 ºC.
40 La composición curada se adhiere con una fuerza de desprendimiento de 8 N/mm después de un almacenamiento de 90 min a 25 ºC en vidrio.
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Claims (1)

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