JP5845625B2 - 太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物 - Google Patents
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Description
太陽電池はモジュールとして屋外に配置されることが多く、このモジュールは、一般的に、透光板の受光面と反対側の面に太陽電池素子を配設してなる太陽電池パネルと、太陽電池パネルの取付用フレームとで構成されている。また太陽電池パネルと取付用フレームとの固着に使用されるシール材として、低透湿性でかつ安価であることから、例えば、ブチルゴム系が用いられている(例えば、特許文献1〜2参照)。
しかしながら、これらのシール材は、直射日光等の高温下での強度低下により、軟化してフレームから露出(はみ出)して外観を損なう問題があり、その結果、雨水等の浸入により電池機能が阻害される問題があった。
一方、ホットメルトブチルを変性することなくそのまま用いて、耐熱性を向上させること等を目的として、ホットメルトブチル、数平均分子量が500〜50,000であり主鎖の側鎖および/または末端に特定の式で示される加水分解性シリル基を有するオリゴマーを主成分とする硬化性組成物が提案されている。
本発明において、シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の結晶化温度が80〜130℃であることによって耐熱性に優れ養生時間を短くすることができる。また、このように養生時間を短縮することによって、本発明の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物を用いて得られる硬化物に耐熱性を早く発現させることができる。
また本発明の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物は、塗布性、耐熱性が良好で、高温下での剪断強度、熱時圧縮クリープが良好となり、太陽電池パネルの取付用フレームからシール材がはみ出るのを抑制し、雨水等の浸入を抑制することができる。
1. ブチルゴムと、結晶化温度が80〜130℃のシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体とを含有する太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
2. 前記部分結晶性ポリオレフィン重合体の含有量が、前記ブチルゴム100質量部に対して20〜350質量部である上記1に記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
3. 更に、前記ブチルゴム100質量部に対して触媒を0.01〜7.0質量部含有する上記1または2に記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
4. 更に、充填剤を含有する上記1〜3のいずれかに記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
5. 前記ブチルゴムの含有量が、当該太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物に含有される有機物の全質量の7〜25質量%である上記1〜4のいずれかに記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
6. 上記1〜5のいずれかに記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物を用いてセルとフレームとを接着させた太陽電池モジュール。
本発明の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物(以下、単に「本発明のシーリング剤組成物」ともいう。)は、ブチルゴムと、結晶化温度が80〜130℃のシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体とを含有する組成物である。
本発明のシーリング剤組成物に含有されるブチルゴムは特に限定されない。本発明のシーリング剤組成物はブチルゴムを含有することによって透湿度を抑制することできる。ブチルゴムとしては、例えば、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(例えば、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴム等)が挙げられる。
本発明のシーリング剤組成物は、ブチルゴム以外に、本発明の目的を損なわない範囲で、例えば、天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(IR)、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、各種ポリブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)等のジエン系ゴム;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、クロロスルフォン化ポリエチレン等の非ジエン系ゴム等をさらに配合することができる。
本発明のシーリング剤組成物に含有されるシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体は、その結晶化温度が80〜130℃である。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体はシリル基と主鎖としての部分結晶性ポリオレフィンとを有する重合体である。
本発明において、部分結晶性ポリオレフィン重合体とは、結晶性オレフィンモノマーと非晶性オレフィンモノマーとを含有した単量体によって形成されるポリマーを意味する。これらモノマーの比率がシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の結晶化温度に影響する。
本発明のシーリング剤組成物は、結晶化温度が80〜130℃のシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体を含有することによって、塗布性、耐熱性が良好で、さらに耐熱性が発現するための養生時間を短縮することができる。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体が有するシリル基としては例えば、−Si(OR1)nR2 3-n(式中、R1、R2は炭素数1〜20の炭化水素基を表し、nは1〜3の整数である。)が挙げられる。具体的には例えば、ジメチルメトキシシリル基、ジエチルエトキシシリル基のようなジアルキルアルコキシシリル基;メチルジメトキシシリル基、エチルジエトキシシリル基のようなアルキルジアルコキシシリル基;トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基のようなトリアルコキシシリル基が挙げられる。シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体はシリル基によって反応(湿気硬化)することができる。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の主鎖を構成するオレフィンの重合体としては、例えば、上記オレフィンの単独重合体;エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブチレン共重合体、エチレン−プロピレン−イソブチレン共重合体のような上記オレフィンの共重合体;エチレン以外のオレフィンとエチレンとの共重合体;オレフィンと、これと共重合可能な他の単量体(例えばブタジエン、1,4−ヘキサジエン、7−メチル−1,6‐オクタジエン、1,8−ノナジエン、1,9−デカジエンなどのような共役および非共役ジエン類、または、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、ノルボルネン、ジシクロペンタジエンなどの様な環状オレフィン)の共重合体が挙げられる。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の主鎖は、耐熱性により優れるという観点から、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブチレン共重合体、エチレン−プロピレン−イソブチレン共重合体のような上記オレフィンの共重合体が好ましい。
シリル基と、シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の主鎖との結合は、単結合、有機基を介する結合であればよい。
シリル基と有機基とが結合した構造としては、例えば、下記式(1)で表される基が挙げられる。
−(CH2−CH2)x−(CH(CH3)−CH2)y−(CH(C2H5)−CH2)z−(C2H4−Si(OR1)3)w (1)
(式中、R1は炭素数1〜3のアルキル基を表す。また、x、yおよびzはそれぞれ独立に0以上の整数を表し、x、yおよびzのいずれかは1以上の整数を表す。また、wは1以上の整数を表す。)
本発明において、シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の結晶化温度は80〜130℃である。結晶化温度は養生時間をより短縮でき、耐熱性により優れ、硬度を上げる観点から、85〜130℃であるのが好ましく、90〜120℃であるのがより好ましい。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の230℃におけるMFR(メルトフローレート)は、組成物の塗布温度(170〜210℃)における塗布性に優れるという観点から、0.2〜1000g/10minであるのが好ましく、50〜800g/10minであるのがより好ましい。
またシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体としては市販品を用いることができ、その具体例としては、三菱化学社製リンクロン、エボニックデグサ社製ベストプラスト等が挙げられる。
ここで、透湿度とは、一定時間に単位面積の膜状物質を通過する水蒸気の量をいい、透湿度が低いことにより、雨水のみならず水蒸気の侵入も抑制することができ、太陽電池の電池機能が阻害されることをより防ぐことができる。
なお、本発明において透湿度は、後述する実施例でも示すように、透湿度はJIS Z0208−1976の「防湿包装材料の透湿度試験方法」で規定するカップ法により測定された。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体の量は、本発明のシーリング剤組成物の透湿度が低くなる理由から、ブチルゴム100質量部に対して200質量部以下であるのが好ましく、150質量部以下であるのがより好ましい。
本発明のシーリング剤組成物は、硬化性を良好に確保できる理由から、更に触媒を含有するのが好ましい。触媒は無機物であるのが好ましい態様の1つとして挙げられる。無機物としては、金属を含むもの(有機金属化合物であってもよい。)が挙げられる。
上記触媒(無機物)としては、錫触媒(有機錫触媒)であるのが好ましく、その具体例としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫フタレート、ジブチル錫ジオクタノエート、ジブチル錫ビス(2−エチルヘキサノエート)、ジブチル錫ビス(メチルマレエート)、ジブチル錫ビス(エチルマレエート)、ジブチル錫ビス(ブチルマレエート)、ジブチル錫ビス(オクチルマレエート)、ジブチル錫ビス(トリデシルマレエート)、ジブチル錫ビス(ベンジルマレエート)、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ビス(エチルマレエート)、ジオクチル錫ビス(オクチルマレエート)、ジブチル錫ジメトキサイド、ジブチル錫ビス(ノニルフェノキサイド)、ジブテニル錫オキサイド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ビス(アセチルアセトナート)、ジブチル錫ビス(エチルアセトアセトナート)、ジブチル錫オキサイドとシリケート化合物との反応物、ジブチル錫オキサイドとフタル酸エステルとの反応物等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記触媒の含有量は、上記ブチルゴム100質量部に対して、0.01〜7質量部であるのが好ましく、0.07〜7.0質量部であるのがより好ましく、0.1〜1.5質量部であるのがさらに好ましい。
本発明のシーリング剤組成物は、吐出作業性を向上させる観点から、更に熱可塑性エラストマーを含有するのが好ましい。
上記熱可塑性エラストマーとしては、例えば、塩化ビニル系、オレフィン系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリスチレン系、シリコーン系、フッ素系、ウレタン系等のエラストマー樹脂が挙げられる。
上記熱可塑性エラストマーの含有量のこの範囲であると、本発明のシーリング剤組成物の高温下での吐出作業性がより良好となる。
上記熱可塑性エラストマーとしては市販品を用いることができ、その具体例としては、実施例で使用したSEPS(商品名:セプトン2063、クラレ社製)等が挙げられる。
APAOの数平均分子量(ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレン換算で求められたもの)は、溶融粘度を下げる観点からに優れるという観点から、3,000〜40,000であるのが好ましく、5,000〜20,000であるのがより好ましい。
APAOの量は、塗布性に優れるという観点から、ブチルゴム100質量部に対して、20〜300質量部であるのが好ましく、50〜200質量部であるのがより好ましい。
上記充填剤の含有量は、上記ブチルゴム100質量部に対して、100〜400質量部であるのが好ましく、150〜300質量部であるのがより好ましい。
このような可塑剤または軟化剤の含有量は、上記ブチルゴム100質量部に対して、50~200質量部であるのが好ましく、50〜150質量部であるのがより好ましい。
接着付与剤の含有量は、上記ブチルゴム100質量部に対して、0.1〜10質量部であるのが好ましい。
このような粘着付与剤の含有量は、上記ブチルゴム100質量部に対して、50〜200質量部であるのが好ましい。
酸化防止剤としては、具体的には、例えば、ブチルヒドロキシトルエン(BHT)、ブチルヒドロキシアニソール(BHA)が挙げられる。
帯電防止剤としては、具体的には、例えば、第四級アンモニウム塩;ポリグリコール、エチレンオキサイド誘導体等の親水性化合物が挙げられる。
安定剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系化合物、トリアゾール系化合物等が挙げられる。
本発明のシーリング剤組成物においては、これらの各種添加剤は適宜、組み合わせて用いることができる。
本発明のシーリング剤組成物を適用することができる被着体着体としては、例えば、ガラス、金属、プラスチック、ゴム、熱可塑性エラストマーが挙げられる。
本発明のシーリング剤組成物の溶融温度は通常170〜210℃とすることができる。
図1は、本発明の太陽電池モジュールの基本構成の一例を示す模式断面図である。
図1において、本発明の太陽電池モジュール1は、透明基板2、太陽電池素子3および支持部材4がこの順に積層されて一体化されたセル5と、フレーム6とを有するものであって、セル5およびフレーム6を本発明のシーリング剤組成物7で接着するものである。
ブチルゴム100質量部に対して、下記第1表に示す各成分を同表に示す組成(質量部)で配合し、万能かくはん機で均一に分散してシーリング剤組成物を得た。
得られた各シーリング剤組成物について、以下のようにして、粘度、剪断強度、熱時圧縮クリープおよび透湿度を測定した。その結果を下記第1表に示す。
上記のようにして得られたシーリング剤組成物の190℃における粘度を回転粘度計を使用して1rpmの条件下で測定した。
<剪断強度>
上記のようにして得られた各シーリング剤組成物をホットメルトシーラント塗布用のメルトガンを用いて190℃の条件下で溶融させてアルミニウム板に打設し、養生なし、又は、50℃、95%RH(相対湿度)で7日間養生した後の硬化物の最大引張応力(Tmax)[N/cm2]を剪断強度として、JIS A1439:2004に記載された方法に準じて20℃と80℃にて測定した。
80℃での剪断強度が6(N/cm2)以上であれば、高温での破断強度に優れ、太陽電池パネルの取付用フレームからシール材がはみ出るのを抑制することができる。
熱時圧縮クリープの測定方法について添付の図面を用いて以下に説明する。
図2は熱時圧縮クリープの測定方法を模式的に示す概略図である。
まず、熱時圧縮クリープの測定に使用されるサンプルについて説明する。
図2(a)において、サンプル29はアルミニウム板21とガラス板23との間に本発明のシーリング剤組成物25とを有する。サンプル29はアルミニウム板21にシーリング剤組成物25を打設し、シーリング組成物25の上にガラス板23を置いて積層体とする。シーリング剤組成物25の塗布面積は縦2.5cm、横1.2cmとする。得られたサンプル29(積層体)を50℃、95%RH(相対湿度)で3日間、7日間養生させたもの、養生なしのものを熱時圧縮クリープの測定用のサンプルとして使用する。
熱時圧縮クリープの測定方法は、まず、上記のようにして得られたサンプル29の上に1kgの重り27を載せて、重り27を載せた直後のシーリング剤組成物(接着剤層)25の厚さT1を測定する。
次に、サンプル29の上に重り27を載せた状態で、これを100℃の条件下に1時間置き、図2(b)に示す、1時間後のシーリング剤組成物(接着剤層)25の厚さT2を測定する。
得られたT1、T2を下記式に当てはめて変形率(%)を算出し、得られた変形率を熱時圧縮クリープ(%)とした。
変形率(%)=(1−T2/T1)×100
熱時圧縮クリープが30%以下である場合、高温下において太陽電池パネルの取付用フレームからシール材がはみ出るのを抑制できるものとする。
<透湿度>
得られた各シーリング剤組成物をJIS Z0208−1976の「防湿包装材料の透湿度試験方法」で規定するカップ法により透湿度を測定した。
・ブチルゴム:JSRブチル065、JSR社製
・APAO:ベストプラスト708(数平均分子量:11500、重量平均分子量:75000、190℃粘度:8±2Pa・s、エボニックデグサ社製)
・可塑剤:DINP、ジェイ・プラス社製
・粘着付与剤:水素添加石油樹脂(エスコレッツ235E、日本石油社製)
・充填剤:重質炭酸カルシウム、丸尾カルシウム社製
・熱可塑性エラストマー:セプトン2063、クラレ社製
・シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体5:数平均分子量:11000、190℃粘度:150Pa・s、結晶化温度72℃、主鎖はエチレンとプロピレンとブチレンとの重合体、シリル基はトリメトキシシリル基、MFR(230℃)400g/10min
・シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体1:数平均分子量:10600、190℃粘度:120Pa・s、結晶化温度80℃、主鎖はエチレンとプロピレンとブチレンとの重合体、シリル基はトリメトキシシリル基、MFR(230℃)450g/10min
・シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体2:リンクロン開発品、三菱化学社製、結晶化温度93℃、主鎖はエチレンとプロピレンとの重合体、シリル基はトリメトキシシリル基、数平均分子量:20700、190℃粘度:510Pa・s、MFR(230℃)150g/10min
・シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体3:リンクロン開発品、三菱化学社製、結晶化温度112℃、主鎖はエチレンとプロピレンとの重合体、シリル基はトリメトキシシリル基、数平均分子量:15500、190℃粘度:330Pa・s、MFR(230℃)200g/10min
・シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体4:リンクロン L951−2、三菱化学社製、結晶化温度112℃、主鎖はエチレンとプロピレンとの重合体、シリル基はトリメトキシシリル基、数平均分子量:100000、190℃粘度:1000Pa・s、MFR(230℃)15g/10min
・シリル化PIB:商品名エピオン303S、カネカ社製、結晶化温度−40℃、主鎖はポリイソブチレン、シリル基はメチルジメトキシシリル基、数平均分子量:10,000、23℃粘度:160Pa・s(プロセスオイル23質量%含有)
・錫触媒:ジ−n−ブチルスズジラウリン酸塩(Stann−BL、三共有機合成社製)
また、結晶化温度が80℃未満のシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体(シリル化APAO)を含有するシーリング剤組成物(比較例2)は、養生時間が長く、このため耐熱性の発現が遅く(養生7日後に80℃の条件下において測定された剪断強度、養生3日後に100℃の条件下で測定された熱時圧縮クリープの性能が実施例1、3、5、6より低い。)、高温下での剪断強度、熱時圧縮クリープが劣り、太陽電池パネルの取付用フレームからシール材がはみ出るのを抑制できないことが分かった。
シリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体を含有せず代わりにシリル化PIBを含有する比較例3は、養生時間が長く、高温下での剪断強度、熱時圧縮クリープが劣り、太陽電池パネルの取付用フレームからシール材がはみ出るのを抑制できないことが分かった。
これに対して実施例1〜6、参考例1は、耐熱性に優れ養生時間が短い。そして、実施例1〜6、参考例1は養生時間が短いことによって優れた耐熱性が早く発現し、高温下での剪断強度、熱時圧縮クリープが良好となり、太陽電池パネルの取付用フレームからシール材がはみ出るのを抑制でき、その結果低透湿性であることが分かった。また塗布温度付近における組成物の粘度が適切であり、塗布性に優れる。
2:透明基板
3:太陽電池素子
4:支持部材
5:セル
6:フレーム
7:本発明のシーリング剤組成物
29:サンプル
21:アルミニウム板
23:ガラス板
25:本発明のシーリング剤組成物、接着剤層
27:重り
T1、T2:厚さ
Claims (5)
- ブチルゴムと、結晶化温度が80〜130℃のシリル化した部分結晶性ポリオレフィン重合体とを含有し、前記部分結晶性ポリオレフィン重合体の230℃におけるメルトフローレートが、150〜1000g/10minであり、前記部分結晶性ポリオレフィン重合体の含有量が、前記ブチルゴム100質量部に対して20〜350質量部である、太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
- 更に、前記ブチルゴム100質量部に対して触媒を0.01〜7.0質量部含有する請求項1に記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
- 更に、充填剤を含有する請求項1又は2に記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
- 前記ブチルゴムの含有量が、当該太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物に含有される有機物の全質量の7〜25質量%である請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池用反応型ホットメルトシーリング剤組成物を用いてセルとフレームとを接着させた太陽電池モジュール。
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