JP5840967B2 - 樹脂組成物とその製造方法、ポリエチレンテレフタレートフィルム及び太陽電池モジュール用バックシート - Google Patents
樹脂組成物とその製造方法、ポリエチレンテレフタレートフィルム及び太陽電池モジュール用バックシート Download PDFInfo
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Description
しかし、特許文献1〜3に記載のポリカルボジイミドをポリエステルの末端封止剤として用いたマスターペレットを用いて製造した二軸配向ポリエステルフィルムは、未だ耐加水分解性の改善が十分ではないのが実情であった。また、さらに耐加水分解性を高めるための方策について、これらの文献には示唆がなかった。
[2] [1]に記載の樹脂組成物は、前記ポリカルボジイミドの分解率が1〜30%であることが好ましい。
[3] 少なくともポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドを含む原料組成物を、少なくとも1つのバレル、スクリューおよびベントを有する2軸混練機に投入する工程と、前記原料組成物を前記2軸混練機内で溶融混合する工程を含み、前記2軸混練機のスクリュー回転数が80〜170rpmになるように制御し、前記2軸混練機のバレルの最高温度(Tmax)が下記式(1)を満たすように制御することを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
式(1)
Tm−5℃≦Tmax≦Tm+15℃
(式(1)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tmaxはバレルの最高温度(単位:℃)を表す。)
[4] [3]に記載の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機のスクリュー回転数が80〜150rpmになるように制御することが好ましい。
[5] [3]または[4]に記載の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機が前記バレルとして前記原料組成物が投入されるC1バレルと、該C1バレルの下流に配置された少なくとも1つのその他のバレルを含み、前記C1バレルの温度がポリカルボジイミドの融点より10℃以上低くなるように制御することが好ましい。
[6] [3]〜[5]のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機が前記バレルとして前記原料組成物が投入されるC1バレルと、該C1バレルの下流に隣接して配置されたC2バレルと、該C2バレルの下流に隣接して配置されたC3バレルを少なくとも含み、前記C3バレル以降のバレルの最低温度(Tmin)が下記式(2)を満たすことが好ましい。
式(2)
Tm−15℃≧Tmin≧Tm−65℃
(式(2)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tminはバレルの最低温度(単位:℃)を表す。)
[7] [3]〜[6]のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率が150ppm以下であることが好ましい。
[8] [3]〜[7]のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの温度が160℃以下であることが好ましい。
[9] [3]〜[8]のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機が2つ以上のベントを有することが好ましい。
[10] [3]〜[9]のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法で製造されたことを特徴とする樹脂組成物。
[11] [1]、[2]および[10]のいずれか一項に記載の樹脂組成物を添加して作製されたことを特徴とするポリエチレンテレフタレートフィルム。
[12] [11]に記載のポリエチレンテレフタレートフィルムを含むことを特徴とする太陽電池モジュール用バックシート。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明の樹脂組成物は、少なくともポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドを反応させて得られるポリマーを含み、前記ポリカルボジイミドの分解率が1〜40%であることを特徴とする。
また、本発明の樹脂組成物は、前記ポリエチレンテレフタレートがすべてポリカルボジイミドと反応した前記ポリマーとなっておらず、前記ポリエチレンテレフタレートが含まれていてもよい。
なお、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば、本発明の樹脂組成物には、各種添加剤、例えば、相溶化剤、可塑剤、耐候剤、酸化防止剤、熱安定剤、滑剤、帯電防止剤、増白剤、着色剤、導電剤、紫外線吸収剤、難燃剤、難燃助剤、顔料および染料などが添加されてもよい。
本発明の樹脂組成物に含まれる、ポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドを反応させて得られるポリマーについて説明する。
前記ポリエチレンテレフタレートは、高分子の途中に、−COO−結合、又は、−OCO−結合を有する。また、ポリエチレンテレフタレートの末端基は、OH基、COOH基又はこれらが保護された基(ORX基、COORX基(RXは、アルキル基等任意の置換基)であって、芳香族二塩基酸又はそのエステル形成性誘導体と、ジオール又はそのエステル形成性誘導体と、から合成される線状飽和ポリエステルである。前記ポリエチレンテレフタレートとしては、例えば、特開2010−235824号公報に記載のものを適宜用いることができる。
前記ポリカルボジイミドとは、(−N=C=N−)で表される構造(カルボイジイミド基)を有する化合物であり、例えば、適当な触媒の存在下に、有機イソシアネートを加熱し、脱炭酸反応で製造できる。数平均分子量が18000以上のポリカルボジイミドが用いられることが好ましい。ポリカルボジイミドの数平均分子量は、ポリカルボジイミド粉末をクロロホルム、テトラヒドロフラン(THF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)及びヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)から選ばれる単一溶媒または2種以上の混合溶媒に溶解し、GPCを用いて分子量分布曲線のカーブを測定することで、ポリスチレンスタンダードから得た数平均分子量を用いることができる。
前記ポリカルボジイミドの融点は、50〜200℃であることが好ましく、 100 〜 180 ℃であることがより好ましく、155〜160℃であることが特に好ましい。
ポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドを反応させて得られるポリマーの構造について説明する。
前記ポリエステルに、カルボジイミドを配合させ、反応させることで、前記ポリエステルの末端に前記ポリカルボイミドから選ばれる少なくとも一種が結合した部位を含むポリマーが合成される。
例えば、ポリエチレンテレフタレートのCOOH(COORX)末端基に、ポリカルボジイミドが結合する場合には、以下のスキームで表される反応が起こると考えられる。
しかしながら、原料ポリエチレンテレフタレートの末端が封止される前に加水分解が進むと、カルボジイミドが大幅に分解されることとなる。具体的には、下記の反応(B)にしたがって原料ポリエチレンテレフタレートが加水分解されると、分子量の小さいポリエチレンテレフタレートが生じることとなり、ポリエチレンテレフタレートの1トン当たりのカルボキシル基量が大幅に増えることとなる。そのため、反応(A)に供給されるポリエチレンテレフタレートの末端基の当量が増えることとなり、末端封止に必要となるポリカルボジイミドの量も増加する。また、ポリカルボジイミドの消費量が増え、イソシアネートの生成量も増加してしまうこととなる。
また、イソシアネートが多く含まれる樹脂組成物をマスターペレットとして用いると、ポリエチレンテレフタレートフィルムを製膜するときのプロセスの汚染が起きたり、泣き出しによって得られるポリエチレンテレフタレートフィルムの面状の悪化や、太陽電池モジュール用ポリマーシートに用いたときにおける層間の密着性の問題が生じたりする。
なお、生成した分子量がある程度大きなイソシアネートは、さらに水分やポリエチレンテレフタレートやその他遊離酸と反応して、低分子のイソシアネートに分解されることがあり、低分子のイソシアネートは揮散し易い。
これに対し、本発明の樹脂組成物は、前記ポリカルボジイミドの分解率が1〜40%である。本発明の樹脂組成物はポリカルボジイミドの分解率が低いため、すなわちポリエチレンテレフタレートの末端封止が十分である。そのため、本発明の樹脂組成物をマスターペレットとして用いると、耐加水分解性が良好なポリエチレンテレフタレートフィルムを得ることができる。
また、本発明の樹脂組成物はポリカルボジイミドの分解率が低いため、すなわち含まれるイソシアネート量が少ない。そのため、本発明の樹脂組成物をマスターペレットとして用いると、耐加水分解性が良好なポリエチレンテレフタレートフィルムを製膜するときにおいて、イソシアネートガスの揮散によるプロセスの汚染が少なくなり、増粘やゲル生成によるフィルム表面への泣き出しも少ないために得られるポリエチレンテレフタレートフィルムの面状が良好となる。また、このような本発明のポリエチレンテレフタレートフィルムを太陽電池モジュール用ポリマーシートに用いると、層間の密着性の問題が少なくなり、特に湿熱経時後の層間の密着性を大きく改善することができる。
本発明の樹脂組成物の製造方法は、少なくともポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドを含む原料組成物を、少なくとも1つのバレル、スクリューおよびベントを有する2軸混練機に投入する工程と、前記原料組成物を前記2軸混練機内で溶融混合する工程を含み、前記2軸混練機のスクリュー回転数が80〜170rpmになるように制御し、前記2軸混練機のバレルの最高温度(Tmax)が下記式(1)を満たすように制御することを特徴とする。
式(1)
Tm−5℃≦Tmax≦Tm+15℃
(式(1)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tmaxはバレルの最高温度(単位:℃)を表す。)
溶融混合する工程では、2軸押出機を用いて混合する。
バレル最高温度を下限値以上に制御することで、溶融粘度が大きくなり過ぎず、未溶融部が少なくなり、本発明の樹脂組成物の生産安定性を向上させることができる。
前記2軸混練機のバレルの最高温度(Tmax)は、下記式(1’)を満たすように制御することが、カルボジイミドの分解率を低減する観点からより好ましい。
式(1’)
Tm−5℃≦Tmax≦Tm+10℃
(式(1’)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tmaxはバレルの最高温度(単位:℃)を表す。)
本発明の樹脂組成物の製造方法では、前記2軸混練機のスクリュー回転数が80〜150rpmになるように制御することがカルボジイミドの分解率をより低減する観点からより好ましい。
本発明では、前記2軸混練機が2つ以上のベントを有することが好ましい。ベント数が2つ以上であると、ポリエステルの分解を抑制することでポリカルボジイミドの反応率を低減することができ、またポリカルボジイミド自身の加水分解を低減することができ、イソシアネートガス量も低減することができる。ベント数は2個であることがより好ましい。なお、前記2軸混練機におけるベントの位置については特に制限はない。ニーディングを有するバレルを配置する場合は、ニーディングを有するバレルよりも下流のバレルに設けることが好ましい。なお、前記2軸混練機はニーディング部としてニーディングセグメントもしくはニーディングロータなどのスクリュー構成を有することが好ましい。
それぞれのスクリューの回転方向は、同方向でも異方向でもいずれでもよい。
本発明の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率が150ppm以下であることが好ましい。
前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率が150ppm以下であると、ポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドの分解を抑制することができる。そのため、発生するイソシアネートガス量も抑制することができる。前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率は120ppm以下であることがより好ましい。
一方、前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率がある程度高いことで、ポリカルボジイミドがホッパーの根元で溶融して、ポリエチレンテレフタレートを融着させることを抑制でき、生産安定性が良好となる。前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率は80ppm以上であることが好ましい。
前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの温度は、60℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましい。
マスターペレットとして本発明の樹脂組成物を製造する場合、ポリカルボジイミドの初期投入量は樹脂組成物全体に対して1〜30質量%であることが好ましく、1〜25質量%であることがより好ましく、5〜20質量%であることが特に好ましい。
本発明の樹脂組成物の製造方法は、前記2軸混練機が前記バレルとして前記原料組成物が投入されるC1バレルと、該C1バレルの下流に配置された少なくとも1つのその他のバレルを含み、前記C1バレルの温度がポリカルボジイミドの融点より10℃以上低くなるように制御することが好ましい。
前記C2バレルの温度は、前記C1バレルの温度以上であることが好ましく、後述する第3のバレルの温度以下であることが好ましい。
前記2軸混練機が有する前記バレルは4〜10個であることが特に好ましく、6〜8個であることがより特に好ましい。
式(2)
Tm−15℃≧Tmin≧Tm−65℃
(式(2)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tminはバレルの最低温度(単位:℃)を表す。)
前記C3バレル以降のバレルの最低温度(Tmin)がTm−65℃以上であることが、マスターペレットを安定して製造する観点から好ましい。一方、前記C3バレル以降のバレルの最低温度(Tmin)がTm−15℃以下であることが、ポリエチレンテレフタレートの分解率を低減することができ、ポリカルボジイミドの分解率を抑制できる観点から好ましい。
前記C3バレル以降のバレルの最低温度(Tmin)は、下記式(2’)を満たすことが得られるポリエチレンテレフタレートフィルムの面状を改善する観点からより好ましい。
式(2’)
Tm−15℃≧Tmin≧Tm−55℃
(式(2’)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tminはバレルの最低温度(単位:℃)を表す。)
本発明の樹脂組成物はペレット状に成形されることが、後述するポリエチレンテレフタレートフィルムの製造時の取り扱いの観点から好ましい。ペレット状に成形する方法としては特に制限はないが、例えば前記2軸混練機からストランド状に押出した後、水冷、カッティングし、ペレット化することが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、造粒もしくは粉砕してペレットや粉末の形態にして、このペレットや粉末を、ポリエステル樹脂などに希釈配合して別の所望の形状の金型を配置した成形機に投入して所望の成形品を得ることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムに成形することが好ましい。
本発明のポリエチレンテレフタレートフィルムは、本発明の樹脂組成物を添加して作製されたことを特徴とする。
本発明のポリエチレンテレフタレートフィルムは、上述の構造を有する前記ポリマーを含有することが好ましい。
本発明のポリエチレンテレフタレートフィルムの厚みは、用途によって異なるが、太陽電池モジュール用バックシートの部材として用いる場合には、25μm〜300μmであることが好ましく、120μm以上300μm以下であることがより好ましい。厚みが25μm以上であることで、十分な力学強度が得られ、300μm以下とすることで、コスト上、有利である。
(フィルム形成工程)
フィルム形成工程においては、本発明の樹脂組成物の樹脂組成物に含まれる前記ポリエチレンテレフタレートおよび前記ポリマー(溶融体)をギアポンプや濾過器を通し、その後、ダイを介して冷却ロールに押出し、これを冷却固化させることで(未延伸)フィルムを形成することができる。なお、押出された溶融体は、静電印加法を用いて冷却ロールに密着させることができる。この際、冷却ロールの表面温度は、おおよそ10℃〜40℃とすることができる。
前記フィルム形成工程によって形成された(未延伸)フィルムは、延伸工程において、延伸処理を施すことができる。前記延伸工程においては、冷却ロールで冷却固化させた(未延伸)フィルムに1つまたは2つの方向に延伸されることが好ましく、2つの方向に延伸されることがより好ましい。前記2つの方向への延伸(二軸延伸)は、長手方向(MD:Machine Direction)の延伸(以下「縦延伸」ともいう)及び幅方向(TD:Transverse Direction)の延伸(以下、「横延伸」ともいう)であることが好ましい。当該縦延伸、横延伸は各々1回で行っても良く、複数回に亘って実施してもよく、同時に縦、横に延伸してもよい。
前記延伸処理は、フィルムのガラス温度(Tg)℃〜(Tg+60)℃で行うのが好ましく、より好ましくはTg+3℃〜Tg+40℃、さらに好ましくはTg+5℃〜Tg+30℃である。
延伸倍率(%)=100×{(延伸後の長さ)−(延伸前の長さ)}/(延伸前の長さ)
150℃熱収縮率(%)=100×(300−L)/300
また、熱収縮率が正の場合は縮みを、負は伸びを表わす。
また、本発明のフィルムは、その上に、COOH、OH、SO3H、NH2及びその塩から選ばれる少なくとも一つの官能基を含む塗布層を設けた積層体として用いることもできる。本発明のフィルムは、前記合成工程において合成されたポリマーを含むことから、上述のような官能基を有する層との接着性に優れる。
本発明の太陽電池モジュール用バックシートは、本発明のポリエチレンテレフタレートフィルムを含むことを特徴とする。
また、これらの塗設前に表面処理(火炎処理、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理等)を実施してもよい。さらに、粘着剤を用いて貼り合わせることも好ましい。
本発明のポリエステルフィルムは、太陽電池モジュールを構成する場合に太陽電池素子が封止剤で封止された電池側基板の該封止材と向き合う側に、易接着性層を有していることが好ましい。封止剤(特にエチレン−酢酸ビニル共重合体)を含む被着物(例えば太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の封止剤の表面)に対して接着性を示す易接着性層を設けることにより、バックシートと封止材との間を強固に接着することができる。具体的には、易接着性層は、特に封止材として用いられるEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)との接着力が10N/cm以上、好ましくは20N/cm以上であることが好ましい。
さらに、易接着性層は、太陽電池モジュールの使用中にバックシートの剥離が起こらないことが必要であり、そのために易接着性層は高い耐湿熱性を有することが望ましい。
本発明における易接着性層はバインダーの少なくとも1種を含有することができる。
バインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。中でも、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。好ましいバインダーの例として、以下のものを挙げることができる。
前記ポリオレフィンの例として、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)が挙げられる。前記アクリル樹脂の例として、ジュリマーET−410、同SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)が挙げられる。また、前記アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例として、セラネートWSA1060、同WSA1070(ともにDIC(株)製)、及びH7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)が挙げられる。
前記バインダーの量は、0.05〜5g/m2の範囲が好ましく、0.08〜3g/m2の範囲が特に好ましい。バインダー量は、0.05g/m2以上であることでより良好な接着力が得られ、5g/m2以下であることでより良好な面状が得られる。
本発明における易接着性層は、微粒子の少なくとも1種を含有することができる。易接着性層は、微粒子を層全体の質量に対して5質量%以上含有することが好ましい。
微粒子としては、シリカ、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化錫等の無機微粒子が好適に挙げられる。特にこの中でも、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性の低下が小さい点で、酸化錫、シリカの微粒子が好ましい。
微粒子の粒径は、10〜700nm程度が好ましく、より好ましくは20〜300nm程度である。粒径が前記範囲の微粒子を用いることにより、良好な易接着性を得ることができる。微粒子の形状には特に制限はなく、球形、不定形、針状形等のものを用いることができる。
微粒子の易接着性層中における添加量としては、易接着性層中のバインダー当たり5〜400質量%が好ましく、より好ましくは50〜300質量%である。微粒子の添加量は、5質量%以上であると、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性に優れており、1000質量%以下であると、易接着性層の面状がより良好である。
本発明における易接着性層は、架橋剤の少なくとも1種を含有することができる。
架橋剤の例としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。湿熱経時後の接着性を確保する観点から、これらの中でも特にオキサゾリン系架橋剤が好ましい。
前記オキサゾリン系架橋剤の具体例として、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2,2’−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2、2’−ヘキサメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス−(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス−(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィド等が挙げられる。さらに、これらの化合物の(共)重合体も好ましく利用することができる。
また、オキサゾリン基を有する化合物として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS500、同WS700(いずれも日本触媒化学工業(株)製)等も利用できる。
架橋剤の易接着性層中における好ましい添加量は、易接着性層のバインダー当たり5〜50質量%が好ましく、より好ましくは20〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であることで良好な架橋効果が得られ、反射層の強度低下や接着不良が起こりにくく、50質量%以下であることで塗布液のポットライフをより長く保てる。
本発明における易接着性層には、必要に応じて、更にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、シリカ等の公知のマット剤、アニオン系やノニオン系などの公知の界面活性剤などを添加してもよい。
本発明の易接着性層の形成方法としては、易接着性を有するポリマーシートをポリエステルフィルムに貼合する方法や塗布による方法があるが、塗布による方法は、簡便でかつ均一性の高い薄膜での形成が可能である点で好ましい。塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の方法を利用することができる。塗布に用いる塗布液の溶媒としては、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
また、易接着性層を塗布により形成する場合は、本発明の製造方法において述べたとおり、熱処理後の乾燥ゾーンにおいて塗布層の乾燥と熱処理を兼ねることが好ましい。なお、後述する着色層やその他の機能性層を塗布により形成する場合も同様である。
本発明における易接着性層の厚みには特に制限はないが、通常は0.05〜8μmが好ましく、より好ましくは0.1〜5μmの範囲である。易接着性層の厚みは、0.05μm以上であることで必要とする易接着性が得られやすく、8μm以下であることで面状をより良好に維持することができる。
また、本発明における易接着性層は、ポリエステルフィルムとの間に着色層(特に反射層)が配置された場合の該着色層の効果を損なわない観点から、透明性を有していることが好ましい。
本発明のポリエステルフィルムには、着色層を設けることができる。着色層は、ポリエステルフィルムの表面に接触させて、あるいは他の層を介して配置される層であり、顔料やバインダーを用いて構成することができる。
本発明における着色層は、顔料の少なくとも1種を含有することができる。顔料は、2.5〜8.5g/m2の範囲で含有されるのが好ましい。より好ましい顔料含有量は、4.5〜7.5g/m2の範囲である。顔料の含有量が2.5g/m2以上であることで、必要な着色が得られやすく、光の反射率や装飾性をより優れたものに調整することができる。顔料の含有量が8.5g/m2以下であることで、着色層の面状をより良好に維持することができる。
入射した太陽光を反射する反射層として着色層を構成する場合、顔料の反射層中における好ましい添加量は、用いる顔料の種類や平均粒径により変化するため一概には言えないが、1.5〜15g/m2が好ましく、より好ましくは3〜10g/m2程度である。添加量は、1.5g/m2以上であることで必要な反射率が得られやすく、15g/m2以下であることで反射層の強度をより一層高く維持することができる。
本発明における着色層は、バインダーの少なくとも1種を含有することができる。バインダーを含む場合の量としては、前記顔料に対して、15〜200質量%の範囲が好ましく、17〜100質量%の範囲がより好ましい。バインダーの量は、15質量%以上であることで着色層の強度を一層良好に維持することができ、200質量%以下であることで反射率や装飾性が低下する。
着色層に好適なバインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。バインダーは、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。好ましいバインダーの例として、以下のものが挙げられる。
前記ポリオレフィンの例としては、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)などが挙げられる。前記アクリル樹脂の例としては、ジュリマーET−4
10、SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)などが挙げられる。前記アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例としては、セラネートWSA1060、WSA1070(ともにDIC(株)製)、H7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)等を挙げることができる。
本発明における着色層には、バインダー及び顔料以外に、必要に応じて、さらに架橋剤、界面活性剤、フィラー等を添加してもよい。
着色層の形成方法としては、顔料を含有するポリマーシートをポリエステルフィルムに貼合する方法、ポリエステルフィルム成形時に着色層を共押出しする方法、塗布による方法等がある。このうち、塗布による方法は、簡便でかつ均一性の高い薄膜での形成が可能である点で好ましい。塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の方法を利用することができる。塗布に用いられる塗布液の溶媒としては、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。しかし、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。
溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
着色層は、白色顔料を含有して白色層(光反射層)として構成されることが好ましい。反射層である場合の550nmの光反射率としては、75%以上であるのが好ましい。反射率が75%以上であると、太陽電池セルを素通りして発電に使用されなかった太陽光をセルに戻すことができ、発電効率を上げる効果が高い。
本発明のポリエステルフィルムには、下塗り層を設けることができる。下塗り層は、例えば、着色層が設けられるときには、着色層とポリエステルフィルムとの間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層は、バインダー、架橋剤、界面活性剤等を用いて構成することができる。
塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターを利用することができる。前記溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
下塗り層の厚みは、0.05μm〜2μmが好ましく、より好ましくは0.1μm〜1.5μm程度の範囲が好ましい。膜厚が0.05μm以上であることで必要な接着性が得られやすく、2μm以下であることで、面状を良好に維持することができる。
本発明のポリエステルフィルムには、フッ素系樹脂層及びケイ素系(Si系)樹脂層の少なくとも一方を防汚層として設けることが好ましい。フッ素系樹脂層やSi系樹脂層を設けることで、ポリエステル表面の汚れ防止、耐候性向上が図れる。具体的には、特開2007−35694号公報、特開2008−28294号公報、WO2007/063698明細書に記載のフッ素樹脂系塗布層を有していることが好ましい。
また、テドラー(DuPont社製)等のフッ素系樹脂フィルムを張り合わせることも好ましい。
本発明の太陽電池モジュールは、本発明のポリエステルフィルムまたは本発明のバックシートを含むことを特徴とする。
本発明の太陽電池モジュールは、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子を、太陽光が入射する透明性の基板と既述の本発明のポリエステルフィルム(太陽電池用バックシート)との間に配置して構成されている。基板とポリエステルフィルムとの間は、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂(いわゆる封止材)で封止して構成することができる。
<1>ポリエチレンテレフタレートの合成
−工程(A)−
高純度テレフタル酸4.7トンとエチレングリコール1.8トンとを90分間かけて混合してスラリーを形成し、3800kg/hの流量で連続的に第一エステル化反応槽に供給した。次いで、クエン酸がTi金属に配位したクエン酸キレートチタン錯体(「VERTEC AC−420」、ジョンソン・マッセイ社製)のエチレングリコール溶液を連続的に第一エステル化反応槽に供給し、反応槽内温度250℃として攪拌しながら平均滞留時間約4.3時間で反応を行なってオリゴマーを得た。この際、クエン酸キレートチタン錯体は、Ti添加量が元素換算値で9ppmとなるように連続的に添加した。得られたオリゴマーの酸価は550eq/トンであった。
以上により、エステル化反応生成物を得た。
工程(A)で得られたエステル化反応生成物を連続的に第一重縮合反応槽に供給した。
次いで、反応温度270℃・反応槽内圧力20torr(2.67×10-3MPa)でエステル化反応生成物を攪拌しながら、平均滞留時間約1.8時間で重縮合(エステル交換反応)させた。
上記樹脂を170℃で5時間乾燥させた。この後、固相重合槽にペレットを移し、固相重合槽に水蒸気200ppmを含むN2ガスを、樹脂1kgあたり1Nm3/hr流しながら210℃で固相重合した。なお、固相重合時間、N2ガス中に吹き込むエチレングリコール(EG)ガス濃度をかえることで、固有粘度0.78dl/g、カルボン酸価12eq/ton、融点255℃ポリエチレンテレフタレート樹脂を得た。
得られたポリエチレンテレフタレート樹脂をポリエチレンテレフタレート1とした。
なお、固相重合時間を長くすることでAVは低下し、IVは増加する。また、EGガスを多くすることで、AVを低下できる。なお、IVには影響しない。
−押出成形(合成工程・フィルム形成工程)−
上記方法で固相重合したポリエチレンテレフタレート1の90.0質量部に対し、末端封止剤として表1記載のスタバクゾールP400(重量平均分子量26000のポリカルボジイミド化合物、ラインケミージャパン製)10.0質量部を混合し、マスターペレットを調製した。
実施例1で用いた2軸混練押出機は、第1のバレル〜第8のバレルをそれぞれ等間隔で設置した。
前記第1のバレル〜第8のバレル内に全長L=2300mm、直径D=40mmの2軸スクリューを設置した。
前記2軸混練押出機の前記末端封止剤と前記ポリエチレンテレフタレート樹脂が供給されるC1バレルを90℃、C2バレル温度を100℃、C3〜C5バレル温度を270℃、C6〜C7バレル温度を240℃、C8バレル温度を270℃とした。
なお、各バレルの温度は、各バレルのゾーン長の中央部分において、シリンダー内壁近傍に取り付けた温度センサーにより測定した値である。
(カルボジイミド分解率)
ポリエチレンテレフタレートを粉砕した粉とポリカルボジイミドの粉を任意の割合で混合した試料の赤外分光測定を行い、2140cm-1と2960cm-1のピーク強度からポリエチレンテレフタレート中のポリカルボジイミド量の検量線を作成した。
実施例で作製した樹脂組成物(マスターペレット)を粉砕した試料の赤外分光測定を行い、ポリエチレンテレフタレート中のポリカルボジイミド量を算出し、用いたポリカルボジイミドの量に対する分解率を評価した。得られた結果を下記表1に記載した。
得られた実施例1のポリエチレンテレフタレート樹脂組成物のマスターペレットを含水率100ppm以下に乾燥した後、樹脂組成物全体に対して、ポリカルボジイミドの含有量が0.4質量%になるように、マスターペレットの作製時と同じポリエチレンテレフタレート1を用いて混合しながら押出し、未延伸フィルムを得た。なお、ここでいう封止剤の添加量とはポリエチレンテレフタレート樹脂に対する質量%を指す。なお、押出しには2軸押出し機を用い、窒素気流下、280℃で溶融混練し、この溶融体(メルト)をギアポンプ、ろ過器、ダイを通してチルロール上に押出し、厚み2685μm、幅483mmの未延伸フィルムを作製した。
この未延伸フィルムを輻射ヒーターにより膜面温度85℃程度になるまで加熱したのち、長さ方向に3.4倍、続いてテンターに送り込み膜面温度が140℃程度になるまで加熱したのち、垂直方向に4.2倍延伸することで厚み188μm、幅1100mmの2軸延伸フィルムを得た。これを実施例1のポリエチレンテレフタレートフィルムとした。
(ガス)
2軸押出し機のダイから発生する煙、臭いを官能評価し、下記の基準にしたがって揮発性を評価した。得られた結果を下記表1に記載した。
〈基準〉
○:煙・臭いの発生はなかった。
△:煙の発生はなかったが、臭いが発生した
×:煙・臭いが発生した。
4時間連続して製膜した際のポリエチレンテレフタレートフィルムの膜厚変動を評価した。得られた結果を下記表1に記載した。
◎:膜厚変動が5%以内
○:膜厚変動が5〜8%
△:膜厚変動が8〜10%
×:膜厚変動が10%より大きい
(面状)
得られたポリエチレンテレフタレートフィルムを目視で観察し、下記の基準に従って面状を目視評価した。得られた結果を下記表1に記載した。
〈基準〉
○:皺やブツが認められず面状が良好であった。
△:部分的に若干の皺又はブツが認められた。
×:全面に皺又はブツが認められた。
得られたポリエチレンテレフタレートフィルムを120℃、相対湿度100%条件で湿熱処理(サーモ処理)をした際、処理前後での引張破断伸度保持率が50%となった時間を評価した。引張試験はJIS K 7127に則った。
破断伸度保持率[%]=(サーモ処理後の破断伸度)/(サーモ処理前の破断伸度)×100
得られた結果を下記表1に記載した。なお、引張破断伸度保持率が50%となる時間は、180時間以上が実用上必要であり、190時間以上であることが好ましく、200時間以上であることがより好ましい。
得られたポリエチレンテレフタレートフィルムを150℃で48時間加熱処理し、耐熱性評価用ポリエチレンテレフタレートフィルムとした。耐熱性評価用ポリエチレンテレフタレートフィルムの最大強度をS(MPa)とし、180℃で120時間加熱処理した後の最大強度をT(MPa)とした。下記計算式により耐熱性の指標Rを算出し、下記基準で評価した。得られた結果を下記表1に記載した。
R(%)=S/T×100
◎:R(%)が80%以上。
○:R(%)が60〜80%。
×:R(%)が60%より小さい。
実施例1で作製したポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて、太陽電池用バックシートを作製した。
まず、実施例1で作製したポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に、下記の(i)反射層と(ii)易接着性層をこの順で塗設した。
下記組成の諸成分を混合し、ダイノミル型分散機により1時間分散処理して顔料分散物を調製した。
<顔料分散物の処方>
・二酸化チタン ・・・39.9部
(タイペークR−780−2、石原産業(株)製、固形分100質量%)
・ポリビニルアルコール ・・・8.0部
(PVA−105、(株)クラレ製、固形分10%)
・界面活性剤(デモールEP、花王(株)製、固形分:25%) ・・・0.5部
・蒸留水 ・・・51.6部
<反射層形成用塗布液の処方>
・前記の顔料分散物 ・・・71.4部
・ポリアクリル樹脂水分散液 ・・・17.1部
(バインダー:ジュリマーET410、日本純薬工業(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・2.7部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物(架橋剤) ・・・1.8部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%)
・蒸留水 ・・・7.0部
下記組成の諸成分を混合して易接着性層用塗布液を調製し、これをバインダー塗布量が0.09g/m2になるように(i)反射層の上に塗布した。その後、180℃で1分間乾燥させ、(ii)易接着性層を形成した。
<易接着性層用塗布液の組成>
・ポリオレフィン樹脂水分散液 ・・・5.2部
(カルボン酸含有バインダー:ケミパールS75N、三井化学(株)製、固形分:24質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・7.8部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物 ・・・0.8部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分25質量%)
・シリカ微粒子水分散物 ・・・2.9部
(アエロジルOX−50、日本アエロジル(株)製、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・83.3部
下記組成の諸成分を混合して下塗り層用塗布液を調製し、この塗布液をポリエチレンテレフタレートフィルムに塗布し、180℃で1分間乾燥させ、下塗り層(乾燥塗設量:約0.1g/m2)を形成した。
<下塗り層用塗布液の組成>
・ポリエステル樹脂 ・・・1.7部
(バイロナールMD−1200、東洋紡(株)製、固形分:17質量%)
・ポリエステル樹脂 ・・・3.8部
(スルホン酸含有バインダー:ペスレジンA-520、高松油脂(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・1.5部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・カルボジイミド化合物 ・・・1.3部
(カルボジライトV−02−L2、日清紡(株)製、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・91.7部
続いて、形成された下塗り層の表面に下記の蒸着条件にて厚み800Åの酸化珪素の蒸着膜を形成し、バリア層とした。
<蒸着条件>
・反応ガス混合比(単位:slm):ヘキサメチルジシロキサン/酸素ガス/ヘリウム=1/10/10
・真空チャンバー内の真空度:5.0×10-6mbar
・蒸着チャンバー内の真空度:6.0×10-2mbar
・冷却・電極ドラム供給電力:20kW
・フィルムの搬送速度 :80m/分
以下に示すように、第1及び第2防汚層を形成するための塗布液を調製し、前記バリア層の上に第1防汚層用塗布液、第2防汚層用塗布液の順に塗布し、2層構造の防汚層を塗設した。
−第1防汚層用塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、第1防汚層用塗布液を調製した。
<塗布液の組成>
・セラネートWSA1070(DIC(株)製) ・・・45.9部
・オキサゾリン化合物(架橋剤) ・・・7.7部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・2.0部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・反射層で用いた顔料分散物 ・・・33.0部
・蒸留水 ・・・11.4部
得られた塗布液を、バインダー塗布量が3.0g/m2になるように、バリア層の上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて第1防汚層を形成した。
下記組成中の成分を混合し、第2防汚層用塗布液を調製した。
<塗布液の組成>
・フッ素系バインダー:オブリガード(AGCコーテック(株)製) ・・・45.9部
・オキサゾリン化合物 ・・・7.7部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%;架橋剤)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・2.0部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・前記反射層用に調製した前記顔料分散物 ・・・33.0部
・蒸留水 ・・・11.4部
調製した第2防汚層用塗布液を、バインダー塗布量が2.0g/m2になるように、バリア層上に形成された第1防汚層の上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて第2防汚層を形成した。
得られた実施例1の太陽電池モジュール用バックシートに対して、120℃、相対湿度100%の条件で60時間保存した後の密着性を、テープ剥離試験によって評価した。テープ剥離試験は、碁盤目に切り込みを塗布層側の表面からポリエステルフィルム表層まで到達するように入れて実施し、下記の基準に従って評価した。結果を下記表1に示す。
○:剥がれ無し。
△:1割未満の剥離が認められた。
×:1割以上の剥離が認められた。
下記表1に記載の押出機および製造条件で溶融混練した以外は実施例1と同様にして、各実施例および比較例の樹脂組成物(末端封止剤のマスターペレット)を製造した。下記表1中、スタビライザー9000はRaschig GmbH社製の重量平均分子量20000のポリカルボジイミド化合物であり、HMV−8CAは日清紡ケミカル(株)製の数平均分子量約3000のポリカルボジイミド化合物である。また、比較例8および9で用いたPBTは、特開2002−194187号公報にPBT1として記載のポリブチレンテレフタレートフィルムである。
その後、各実施例および比較例の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用い、この末端封止剤のマスターペレットを希釈した樹脂組成物のペレットを用いた以外は実施例1と同様にして、各実施例および比較例のポリエチレンテレフタレートフィルムを製造した。
得られた各実施例および比較例のポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた以外は実施例1と同様にして、各実施例および比較例の太陽電池モジュール用バックシートを作製した。
各実施例および比較例において、実施例1と同様の評価を行った結果を下記表1に記載した。
なお、本発明は以下の効果を奏することに限定されるものでもないが、各実施例の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用いて各実施例のポリエチレンテレフタレートフィルムを製造すると製膜プロセスにおける汚染も少なく、膜厚変動が少なかった。また、得られた各実施例のポリエチレンテレフタレートフィルムは面状と耐熱性も良好であった。
溶融混練時におけるスクリュー回転数が本発明の上限値を上回るようにして製造した比較例2の樹脂組成物は、カルボジイミド分解率が本発明の上限値を上回っていた。この比較例2の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用いて製造した比較例2のポリエチレンテレフタレートフィルムは、耐加水分解性に劣ることがわかった。
溶融混練時におけるスクリュー回転数が本発明の下限値を下回るようにして製造した比較例3の樹脂組成物は、カルボジイミド分解率が本発明の上限値を上回っていた。この比較例3の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用いて製造した比較例3のポリエチレンテレフタレートフィルムは、耐加水分解性に劣ることがわかった。
溶融混練時におけるバレル最高温度が本発明の上限値を上回るようにして製造した比較例4および5の樹脂組成物は、カルボジイミド分解率が本発明の上限値を上回っていた。この比較例4および5の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用いて製造した比較例4および5のポリエチレンテレフタレートフィルムは、耐加水分解性に劣ることがわかった。
溶融混練時におけるバレル最高温度が本発明の下限値を下回るようにした比較例6では、マスターペレットを作製することができなかった。
本発明の範囲外であるベントを有さない2軸混練機を用いて製造した比較例7の樹脂組成物は、カルボジイミド分解率が本発明の上限値を上回っていた。この比較例7の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用いて製造した比較例7のポリエチレンテレフタレートフィルムは、耐加水分解性に劣ることがわかった。
本発明の範囲外であるポリブチレンテレフタレートを用いた比較例8および9の樹脂組成物を末端封止剤のマスターペレットとして用いて製造した比較例8および9のポリエチレンテレフタレートフィルムは、耐加水分解性に劣ることがわかった。
さらに、各比較例で製造したポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた太陽電池モジュール用バックシートは、いずれも湿熱経時後の密着性に劣ることがわかった。
前記のようにして作製した各実施例の太陽電池モジュール用バックシートを用い、特開2009−158952号公報の図1に示す構造になるように透明充填剤に貼り合わせ、太陽電池モジュールを作製した。このとき、各実施例の太陽電池モジュール用バックシートの易接着性層が、太陽電池素子を包埋する透明充填剤に接するように貼り付けた。
作製した太陽電池モジュールは、長期にわたって、安定して発電できることが確認された。
2 バレル
3 最下流のバレル
Claims (7)
- 少なくともポリエチレンテレフタレートとポリカルボジイミドを含む原料組成物を、少なくとも1つのバレル、スクリューおよびベントを有する2軸混練機に投入する工程と、
前記原料組成物を前記2軸混練機内で溶融混合する工程を含み、
前記2軸混練機のスクリュー回転数が80〜170rpmになるように制御し、
前記2軸混練機のバレルの最高温度(Tmax)が下記式(1)を満たすように制御することを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
式(1)
Tm−5℃≦Tmax≦Tm+15℃
(式(1)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tmaxはバレルの最高温度(単位:℃)を表す。) - 前記2軸混練機のスクリュー回転数が80〜150rpmになるように制御することを特徴とする請求項1に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記2軸混練機が前記バレルとして前記原料組成物が投入されるC1バレルと、該C1バレルの下流に配置された少なくとも1つのその他のバレルを含み、
前記C1バレルの温度がポリカルボジイミドの融点より10℃以上低くなるように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂組成物の製造方法。 - 前記2軸混練機が前記バレルとして前記原料組成物が投入されるC1バレルと、該C1バレルの下流に隣接して配置されたC2バレルと、該C2バレルの下流に隣接して配置されたC3バレルを少なくとも含み、
前記C3バレル以降のバレルの最低温度(Tmin)が下記式(2)を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
式(2)
Tm−15℃≧Tmin≧Tm−65℃
(式(2)中、Tmはポリエチレンテレフタレートの融点(単位:℃)を表し、Tminはバレルの最低温度(単位:℃)を表す。) - 前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの含水率が150ppm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記2軸混練機へ投入する時の前記ポリエチレンテレフタレートの温度が160℃以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記2軸混練機が2つ以上のベントを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
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