JP2013074170A - 易接着層組成物、及びそれを用いた易接着性裏面保護シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この易接着性裏面保護シートは、一又は複数の層からなる太陽電池モジュール用裏面保護シートの片面に易接着層が形成されており、前記易接着層は、以下の易接着層組成物からなる。a)架橋性主剤樹脂が、b)ポリイソシアネート化合物、により架橋されている架橋樹脂と、c)シランカップリング剤と、d)有機金属配位化合物と、を含有し、c)シランカップリング剤は、c1)メルカプト基含有シランカップリング剤、及び/又は、c2)エポキシ基含有シランカップリング剤である。この易接着性裏面保護シートは、ポリエチレン系樹脂を含む封止材との接着性に優れる。
【選択図】図1
Description
まず初めに本発明に係る易接着層組成物について説明する。本実施形態の易接着層組成物は、裏面保護シート基材層の表面に易接着層を形成するために用いられるものであり、該易接着層に太陽電池モジュール用裏面保護シートとして、好ましい接着性と耐ブロッキング性を付与しうるものである。
易接着層組成物は、a)架橋性主剤樹脂(以下単に主剤樹脂とも言う)と、b)ポリイソシアネート化合物と、c)シランカップリング剤と、d)有機金属配位化合物と、を含み、更に、c)シランカップリング剤は、c1)メルカプト基含有シランカップリング剤、或いは、c2)エポキシ基含有シランカップリング剤のいずれか、又は、それら2種のシランカップリング剤の混合物である組成物である。
架橋性主剤樹脂として用いることができるものとして、例えば、架橋性置換基含有アクリル樹脂、或いはポリオール系化合物、架橋性置換基含有ウレタン樹脂、架橋性置換含有フッ素樹脂、架橋性置換基含有ビニル樹脂、架橋性置換基含有オレフィン樹脂等が挙げられる。架橋樹脂が架橋アクリル樹脂の場合、例えば、主剤樹脂が架橋性置換基含有アクリル樹脂であり、これとポリイソシアネート化合物との反応によって架橋アクリル樹脂が得られる。また、架橋樹脂が架橋ウレタン樹脂の場合、例えば、主剤樹脂がポリオールであり、これとポリイソシアネート化合物(概念としてイソシアネート基末端のウレタンプレポリマーを含む)との反応によって架橋ウレタン樹脂が得られる。本明細書においては、ポリイソシアネート化合物で架橋されて硬化する前の樹脂化合物のことを「架橋性主剤樹脂(又は単に主剤樹脂)」と言い、易接着層に含まれる樹脂、すなわち硬化して易接着層を形成した樹脂と区別する。以下、各構成材料について説明する。
主剤樹脂の一例となる架橋性置換基含有アクリル樹脂(以下単に、アクリル樹脂とも言う。)について説明する。主剤樹脂として用いられるアクリル樹脂は、ポリイソシアネート化合物と反応するための架橋性置換基を複数有し、ポリイソシアネート化合物と反応して架橋されることにより、硬化して強固な被膜を形成する。ここで、架橋性置換基としては、水酸基、アミノ基、カルボキシル基等が挙げられる。主剤樹脂は、溶剤可溶性の樹脂又は溶剤に分散可能な樹脂から選択される。入手性及び架橋反応性の観点から、架橋性置換基は水酸基であることが好ましい。好ましい水酸基価の範囲は5から100である。
主剤樹脂は、ポリイソシアネート化合物と反応するための水酸基を複数有し、ポリイソシアネート化合物と反応して架橋されることにより、硬化して強固な被膜を形成する。主剤樹脂は、溶剤可溶性の樹脂又は溶剤に分散可能な樹脂から選択される。主剤樹脂としては従来のポリオール系化合物を使用することができる。例えば、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール等が挙げられ、単独若しくは複数種使用される。これらの中でもポリカーボネート系ポリオールが好ましく用いられ、特に常温で液体のポリカーボネート系ポリオールが好ましい。ウレタン結合中に反応性基として活性水素基を有するため、他の樹脂と比較すると低い水酸基価で架橋することができる。好ましい水酸基価の範囲は0から50である。
次に、ポリイソシアネート化合物について説明する。ポリイソシアネート化合物は、1分子中にイソシアネート基を2個以上有する化合物である。上記のように、ポリイソシアネート化合物は、主剤樹脂を架橋して硬化(高分子量化)させ、易接着層に含まれる樹脂を形成させる。このとき、ポリイソシアネート化合物は、主剤樹脂とともに易接着層に含まれる樹脂の一部となる。ポリイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族系、脂環式系、芳香族系、芳香族−脂肪族系等が挙げられるが、易接着層が長期間に亘って外部環境に曝されることに伴う着色を抑制するという観点からは、脂肪族系、脂環式系のポリイソシアネート化合物が好ましく使用される。
次に、シランカップリング剤について説明する。本発明の易接着層組成物では、易接着層に好ましい接着性と耐ブロッキング性を付与するために、易接着層組成物に添加するシランカップリング剤を、c1)メルカプト基含有シランカップリング剤(以下、メルカプト系シランカップリング剤ともいう。)、或いは、c2)エポキシ基含有シランカップリング剤(以下、エポキシ系シランカップリング剤ともいう。)に限定した点に特徴がある。シランカップリング剤の種類をこの2種に限定することにより、従来、易接着層の形成用の添加剤として広く用いられていたイソシアネート系シランカップリング剤を用いた場合に問題となっていた剤の経時変化に起因する接着性等の向上効果のばらつきを解消することができる。
メルカプト系シランカップリング剤とは、一般式[R1−Si(OR2)3](R1はメルカプトアルキル基を、R2はアルキル基をそれぞれ表わす)で表されるものであり、例としては、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、6−メルカプトヘキサトリメトキシシラン等があげられる。尚、メルカプト系のシランカップリング剤は特に限定されず、公知のシランカップリング剤を好適に用いることができる。例えば、「KBM802」、「KBM803」(いずれも信越シリコーン株式会社製)があり、市場から容易に入手できる。
エポキシ系シランカップリング剤とは、一般式[R3−Si−R4(3−m)R5m](mは1〜3の整数を表し、R3はエポキシ基を表し、R4はアルキル基を表し、R5はアルコキシ基を表す)で表されるものであり、例としては、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、等が挙げられる。これらは単独又は2種以上使用してもよい。尚、エポキシ系のシランカップリング剤は特に限定されず、公知のシランカップリング剤を好適に用いることができる。例えば、「KBM303」、「KBM402」、「KBM403」「KBE402」、「KBE403」(いずれも「信越シリコーン株式会社」製)があり、市場から容易に入手できる。
次に有機金属配位化合物について説明する。有機金属配位化合物はキレート化剤とも呼ばれ架橋剤として硬化に寄与すると推定される。特に上記シランカップリング剤と併用することで接着強度が著しく向上する。また、併せて、易接着層の耐ブロッキング性を良好なものとすることもできる。
易接着層組成物には、易接着層に、耐候性、耐光性、耐熱性、耐湿性、難燃性等を付与するためのその他の添加剤が必要に応じて添加される。又、易接着層組成物は通常、硫黄剤に添加してコーティング液として、積接着層の形成に用いられるが、その他の添加剤は、易接着層組成物を含むコーティング液の安定性、塗工性、乾燥性、耐ブロッキング性等を向上させるためにも必要に応じて添加される。
易接着性裏面保護シートについて説明する。本実施形態の易接着性裏面保護シートは、裏面保護シート基材層と、該裏面保護シート基材層の表面に形成される易接着層とを含んで形成される太陽電池モジュール用の裏面保護シートである。
易接着性裏面保護シートを構成する裏面保護シート基材層は、その表面に、上記において説明した易接着層組成物によって易接着層が形成されることにより、易接着性裏面保護シートとなる。
易接着層はいわゆるプライマー層であり、易接着性裏面保護シートの少なくとも一方の最表面にポリイソシアネート化合物による架橋樹脂として形成されている。この易接着層は、上記において説明した易接着層組成物を含むコーティング液を、裏面保護シート基材層の表面に塗布し、塗布されたコーティング液から被膜を形成させることにより形成される。
[コーティング液及び易接着層の形成]
易接着層は、上記の裏面保護シート基材層上に塗布されたコーティング液から溶剤を乾燥させ、コーティング液に含まれる主剤樹脂がポリイソシアネート化合物によって架橋することにより形成される。コーティング液には主剤樹脂を溶解又は分散するための有機系の溶剤が含まれる。
次に、本発明の太陽電池モジュールの一例について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の太陽電池モジュールについて、その層構成の一例を示す断面図である。本発明の太陽電池モジュール1は、入射光の受光面側から、透明前面基板2、前面側封止材層3、太陽電池素子4、裏面側封止材層5、及び裏面保護シート6が順に積層されている。本発明の太陽電池モジュール1は、裏面保護シート6として上記の易接着性裏面保護シートを使用する。
架橋性主剤樹脂(アクリルポリオール樹脂):Tg40℃、酸価6、水酸基価19、重量平均分子量17000。
ポリイソシアネート化合物(HDI系硬化剤):(製品名FG700、株式会社DNPファインケミカル製):主剤樹脂100質量部対する質量割合が29.5質量%、NCO/OH比が4.4となるように配合した。
有機金属配位化合物(アルミニウムトリスアセチルアセトネート):(製品名アルミキレートA(W)、川研ファインケミカル社製):架橋性主剤樹脂とポリイソシアネート化合物との合計量に対する質量割合が3.1質量%となるように配合した。
シランカップリング剤1(表1において「メルカプト」と表記):3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(製品名KBM803、信越シリコーン株式会社製)。
シランカップリング剤2(表1において「エポキシ」と表記):3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン(製品名KBE−403、信越シリコーン株式会社製)。
シランカップリング剤3(表1において「イソシア」と表記):3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(製品名KBE−9007、信越シリコーン株式会社製)。
:シランカップリング剤1〜3については、表1に記載の通りの配合とし、合計の添加量が、架橋性主剤樹脂とポリイソシアネート化合物との合計量に対する質量割合で、4.6質量%となるように配合した。
溶剤:トルエン:メチルエチルケトン=1:1の混合液
A:開栓後、初めて使用するもの
B:開栓後、1月保存後のもの
C:開栓後、3月保存後のもの
封止材シート:下記のシラン変性透明樹脂と耐候性マスターバッチと重合開始剤コンパウンド樹脂の質量比が20:5:80となるようにブレンドした樹脂を押し出し温度210℃で厚さ200μmになるように成膜した弱架橋性を有するLLDPE樹脂。
シラン変性透明樹脂:密度0.881g/cm3であり、190℃でのMFRが2g/10分であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレン(M−LLDPE)98質量部に対して、ビニルトリメトキシシラン2質量部と、ラジカル発生剤(反応触媒)としてのジクミルパーオキサイド0.1質量部とを混合し、200℃で溶融、混練し、密度0.884g/cm3、190℃でのMFRが1.8g/10分であるシラン変性透明樹脂。
耐候性マスターバッチ:密度0.880g/cm3のチーグラー直鎖状低密度ポリエチレンを粉砕したパウダー100質量部に対して、ベンゾフェノール系紫外線吸収剤3.8質量部とヒンダードアミン系光安定化剤5質量部と、リン系熱安定化剤0.5質量部とを混合して溶融、加工し、ペレット化したマスターバッチ。
重合開始剤コンパウンド樹脂:密度0.880g/cm3、190℃でのMFRが3.1g/10分のM−LLDPEペレット100質量部に対して、t−アミル−パーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート0.1質量部を含浸させコンパウンドペレットした樹脂。
実施例1〜3、比較例の試料を用いた接着性評価用のサンプルについて、初期接着性及び耐久接着性(耐加水分解性)を評価した。評価は以下の方法で測定した数値に基づいて行った。
(初期接着性試験:剥離試験)
各評価用のサンプルについて、剥離強度(N)を15mm幅の180度ピールにて接着性について初期値及び各耐久試験実施後の値を測定した。測定には、剥離試験装置(「株式会社エー・アンド・デイ」社製、商品名「TENSILON RTG−1210」)を用いて、180度ピールにて剥離条件50mm/minで25℃にて測定を行い、4回の測定の平均値を採用した。結果を表1に示す。
[評価基準]
○:40N/15mm以上
△:16N/15mm以上、40N/15mm未満
×:16N/15mm未満
(接着耐久性試験:ダンプヒート(D.H.)試験)
JIS C8917に準拠し、試験槽内温度85℃、湿度85%の条件下で各試料の耐久性試験を1000時間行った。試験後の各試料について初期接着性試験と同様の剥離試験を実施した。結果を表1に示す。
○:40N/15mm以上
△:16N/15mm以上、40N/15mm未満
×:16N/15mm未満
厚さ50μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの表面に、表1に記載の組成からなる各コーティング液をバーコーターにて塗工し、塗工されたコーティング液を120℃で2分間乾燥させて基材表面に易接着層を形成した。そして乾燥直後の易接着層表面に、同じPETフィルムを重ね合わせて接触させた状態で50℃で3日間養生したものを、耐ブロッキング性評価用サンプルとした。
上記耐ブロッキング性評価用サンプルの重ね合わせた部分を剥がすことでブロッキング状態を評価する方法で耐ブロッキング性の試験を行い評価した。
[評価基準]
○:易接着層の転移なく、自然にシート同士が剥離する
△:易接着層の転移なく、基材同士の剥離時の若干の密着手ごたえあり
×:易接着層の転移あり、及び/又は、基材同士の剥離時に密着手ごたえあり
2 透明前面基板
3 前面側封止材層
4 太陽電池素子
5 裏面側封止材層
6 裏面保護シート
Claims (8)
- 太陽電池モジュール用裏面保護シートの表面に易接着層を形成する易接着層組成物であって、
a)架橋性主剤樹脂が、b)ポリイソシアネート化合物と、により架橋されている架橋樹脂と、
c)シランカップリング剤と、
d)有機金属配位化合物と、を含有し、
前記c)シランカップリング剤は、c1)メルカプト基含有シランカップリング剤、及び/又は、c2)エポキシ基含有シランカップリング剤からなることを特徴とする易接着層組成物。 - 前記c)シランカップリング剤が、c1)メルカプト基含有シランカップリング剤、及び、c2)エポキシ基含有シランカップリング剤の混合物である請求項1に記載の易接着層組成物。
- 前記a)架橋性主剤樹脂が架橋性置換基含有アクリル樹脂であり、そのガラス転移点(Tg)が25℃以上70℃以下である請求項1又は2に記載の易接着層組成物。
- 前記a)架橋性主剤樹脂と、前記b)ポリイソシアネート化合物との合計量に対して、
前記c)シランカップリング剤を0.1質量%以上10質量%以下含有し、
前記d)有機金属配位化合物を0.1質量%以上7質量%以下含有する、請求項1から3のいずれかに記載の易接着層組成物。 - 一方の面に易接着層が形成されている太陽電池モジュール用裏面保護シートであって、
前記易接着層は、請求項1から4のいずれかに記載の易接着層組成物を含有するコーティング液が、前記太陽電池モジュール用裏面保護シートの片面において被膜形成されたものである易接着性裏面保護シート。 - 請求項1から4のいずれかに記載の易接着層組成物を含有するコーティング液を樹脂基材の一方の面に塗布するコーティング液塗布工程と、
前記コーティング液を皮膜形成することにより易接着層を形成する皮膜形成工程と、を備える易接着性裏面保護シートの製造方法。 - 請求項5に記載の易接着性裏面保護シートと、封止材と、太陽電池素子とが少なくとも一体化されている太陽電池モジュールにおいて、
前記易接着層を介して、前記易接着性裏面保護シートと、ポリエチレン系樹脂を含む前記封止材と、が一体化されている太陽電池モジュール。 - 前記封止材が、少なくとも密度が0.900g/cm3以下の低密度ポリエチレン(LDPE)、及び又は直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)とエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体を含んでなるポリエチレン系樹脂を含む封止材である請求項7に記載の太陽電池モジュール。
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