JP6057708B2 - ポリフッ化ビニリデンでコーティングされた耐候性基板 - Google Patents
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Description
a.外部透明グレージング材料と;
b.封入された相互接続太陽電池と;
c.環境に曝露された面または両面がポリフッ化ビニリデン(PVDF)と非官能化アクリル樹脂の混合物を含む分散フルオロポリマー組成物でコーティングされた基板を有するバックシートと、
を有する、太陽光電池モジュールに関する。
a)外部透明グレージング材料と;
b)封入された相互接続太陽電池と;
c)環境に曝露された面または両面が分散官能化フルオロポリマー組成物でコーティングされている基板を有するバックシートと;
を有する太陽光電池モジュールに関する。
また、一側面において本発明は以下の発明を包含する。
(発明1)
a)外部透明グレージング材料と;
b)封入された相互接続太陽電池と;
c)環境に曝露された面または両面がフルオロポリマーと非官能化アクリル樹脂の混合物を含む分散フルオロポリマー組成物でコーティングされた支持基板を含むバックシートと、
を含む、太陽光電池モジュール。
(発明2)
前記フルオロポリマー組成物がポリフッ化ビニリデンホモポリマーまたはコポリマーを含む、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明3)
前記PVDF組成物がポリフッ化ビニリデンホモポリマー、ポリフッ化ビニリデンコポリマー、少なくとも10重量パーセントがPVDFであるPVDFポリマーと相溶性ポリマーのブレンド、および最小PVDF含有量が10%であるアクリル変性ポリマーから選択される、発明2に記載の太陽光電池モジュール。
(発明4)
前記PVDFが非官能化PVDFである、発明2に記載の太陽光電池モジュール。
(発明5)
前記分散フルオロポリマー組成物が架橋結合を含まない、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明6)
前記フルオロポリマーとアクリル樹脂の混合物が、相互貫入ポリマー網目構造の形をしている、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明7)
前記バックシート基板が下処理されたまたは下処理されていない基板である、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明8)
前記下処理された基板が、コロナ処理または接着剤化合物のコーティングにより下処理されている、発明7に記載の太陽光電池モジュール。
(発明9)
前記バックシートが、最も外側の層内に前記フルオロポリマー組成物を有しかつエチレン酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、アルミニウムまたは反応性ポリエチレン類からなる群から選択された少なくとも1つのバリヤ層をさらに含む多層構造である、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明10)
前記フルオロポリマー組成物が、2〜30重量パーセントの1つ以上の無機顔料または充填材をさらに含む、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明11)
前記フルオロポリマーが1〜29重量パーセントのヘキサフルオロプロペンを有するPVDFコポリマーである、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明12)
前記フルオロポリマー組成物が、水性または溶媒分散コーティングとして塗布される、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明13)
前記バックシート基板がポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート基板である、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明14)
前記バックシート基板がさらに官能性ポリオレフィンを含む、発明1に記載の太陽光電池モジュール。
(発明15)
a)外部透明グレージング材料と;
b)封入された相互接続太陽電池と;
c)両面または環境に曝露された面が官能化フルオロポリマーを含むフルオロポリマー組成物でコーティングされている基板を含むバックシートと;
を含む太陽光電池モジュール。
(発明16)
前記官能化フルオロポリマーが5〜100重量パーセントの無水マレイン酸グラフトコポリマーを含む、発明15に記載の太陽光電池モジュール。
(発明17)
前記フルオロポリマー組成物が、非官能化アクリル樹脂化合物をさらに含む、発明16に記載の太陽光電池モジュール。
(発明18)
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)と非官能化アクリル樹脂の分散を含むフルオロポリマー組成物で1つ以上の面がコーティングされた基板を含む建築構造物。
PVDFホモポリマー樹脂(PMMA較正に基づきMw450K、Mn130Kのエマルジョンポリマー)およびアクリルコポリマー(Rohm and Haas製PARALOID B44)を用いて、分散コーティングを調合した。表2の調合物を、塗料シェーカー中で4mmのガラスビーズ125gと30分間混合した。コーティングを、下処理したPET膜に塗布した。コーティングを室温で10分間フラッシング処理し、その後200℃(392°F)で10分間焼成した。結果として平滑な白色コーティングを得た。このコーティングを100°Fの水に1週間の浸漬、そして85°F/85%RHで1000時間の放置の両方によりテストし、その後クロスハッチ接着力試験(ASTM D3359テープ試験による接着力測定(Measuring Adhesion by Tape Test))を行った。このコーティングは接着力試験に合格した(表17を参照のこと)。D3359試験では、100個の小さい升目を作る特殊な切断工具を用いて垂直なクロスカットを行なう。テープを貼付し剥離して升目の除去を試みる。試験において、テープにより除去された升目の数を計数した。20個超(20%)の升目が剥れた場合、コーティングは不良と判断されることになる。剥離された升目が20%未満である場合、コーティングは接着試験に合格したとみなした。この試験は、コーティングを85℃で85%の相対湿度に1000時間曝露した(湿潤加熱曝露)後に全ての後続実施例についてテストするために使用した。
66%のメタクリル酸メチル、31%のアクリル酸エチル、3%のメタクリル酸の非反応性アクリル組成および70:30のPVDFホモポリマー:アクリル樹脂比で、参照により本明細書に援用されている米国特許第6680357号明細書中の表1の比較例の方法にしたがって、AMF分散を調製した。分散を、pH約8.0までアンモニア水で中和し、この分散は37.7wt%という固形分含有量を有していた。分散は、160〜170℃の範囲内の広い結晶溶融ピークで、乾燥ポリマー上で32ジュール/グラムという最初の熱DSC溶融エンタルピーを有していた。
以下の表5に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。これは、分散コーティングのために潜伏性溶媒の混合物を使用できることの実証を目的とするものである。これらの溶媒は「活性」溶媒とはみなされず、室温ではPVDF樹脂を目に見えて膨潤させることはない。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後10分間200℃で焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表6に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表7に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表8に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表9に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表7参照)。
以下の表10に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表11に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
本発明における他の市販のPMMA系アクリル樹脂の使用を実証するために、以下の調合物を調製し、実施例1の方法によりPET膜上にコーティングした。コーティングは焼成後平滑で欠陥がなく、接着試験に不合格となることなく1000時間の湿潤湿気(damp humidity)曝露に合格した。
以下の表13に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表14に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表15に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として90:10のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
以下の表16に記載されている混合溶媒ブレンドを用いてPVDF−アクリル樹脂分散コーティングを調合した。このブレンドは、溶媒として10:90のイソホロン対シクロヘキサノン比を用いて、実施例1で記載されている通りに調製したものである。調合物を、下処理したPET膜(SKC SH22)上にコーティングし、室温で10分間蒸発させ、その後200℃で10分間焼成した。冷却後、コーティングは、クロスハッチ試験により100%の接着力を示した。コーティングしたシートを湿気(85%、85C、Thermotron曝露ユニット)に曝露することで、追加試験を実施した。この種の湿気曝露は、単純な浸漬試験に比べてより一般的な性能試験である。1000時間の曝露の後、コーティングは100%の接着力を保持していた(表17参照)。
この実施例では、実施例11〜14において前述した官能性PVDF樹脂を、単独で(完全に溶解した)溶液として、アクリル樹脂と顔料が添加された状態で使用してよい。この実施例を実施するためには、10〜30%の濃度でNMPまたはDMACなどの活性溶媒中の官能性PVDF樹脂の溶液を調製し、顔料と共に適切な量のアクリル樹脂中にブレンドする必要がある。下表18は、提案された調合物の例を示す。
この実施例では、実施例11〜14と同様に、実施例11〜14において前述した官能性PVDF樹脂をPVDF分散調合物とブレンドするために(完全に溶解した)溶液として使用してよい。このアプローチは、分散調合物中に乾燥した官能性PVDF樹脂をブレンドすることの代替案である。この実施例を実施するためには、10〜30%の濃度でNMPまたはDMACなどの活性溶媒中の官能性PVDF樹脂の溶液を調製し、典型的な分散調合物とブレンドする必要がある。下表19は、提案された調合物の例を示す
以下の通りにPVDF−アクリル樹脂ハイブリッド分散を調製した:PVDFコポリマーフルオロポリマーラテックス:(樹脂組成は75/25wt%のVF2/HFPであり、光散乱によるラテックス粒径は140nm、固形分は41wt%)を、入手した状態のまま使用した。この分散は、乾燥ポリマー上で17.5ジュール/グラムの第1の熱DSC溶融エンタルピーを有し、103℃の主要結晶溶融ピークを有していた。VAZO(登録商標)−67(Du pont)、POLYSTEP B7ラウリル硫酸アンモニウム(STEPAN、30wt%水溶液)も、入手した状態のまま使用する。メタクリル酸メチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸およびアクリル酸エチルは、Aldrich製であり、入手した状態のまま使用した。
この好ましい適用方法においては、アクリル共樹脂と顔料を伴う(実施例1に記載の)PVDFホモポリマー樹脂の調合物を、170〜180℃の温度範囲内でのコーティングに適した溶媒中でブレンドする。こうして下表22内の調合物を調製し、5ミルの湿潤厚みで、下処理済みPET膜(SKC SH81)上にコーティングした。コーティングを周囲温度で1分間素早く蒸発させてから、170℃で1分間焼成した。典型的な商業的生産ライン上での実際の曝露時間を模倣するように、さらに低い温度およびさらに短かいフラッシング処理および焼成時間を設計した。乾燥したコーティングをその後1000時間、湿潤加熱(85/85)に曝露したが、接着力不良はなかった(実施例18−1〜18−6)。
連続流延ライン上でSKC SH 81PET膜上にコーティングを適用するために、実施例18−4に記載されているコーティング調合物を使用した。177℃まで加熱した10フィートのオーブンを通して12インチの膜ロールを引張った。毎分10フィートの速度で走行する移動ウェブに対して35三重らせんグラビアローラーにより、コーティングを適用した。これらの条件下で、厚み20μmの欠陥の無い乾燥コーティングを得た。このコーティングをその後1000時間湿潤加熱曝露によってテストし、クロスハッチ接着試験に付した。
実施例19に記載のコーティングを、オーブンを190℃まで加熱した状態で反復した。この温度で、PET膜は、12インチの当初の幅から10インチまで縮んだ。膜はまた、オーブンの端部で巻き取られた時点で、中央区分内にシワ/ひずみを示した。350°Fで運転した場合、収縮は1インチ未満であり、膜は平滑であった。
実施例18−1の調合およびコーティング条件にしたがって、コーティングを、全てアクリル系プライマーで表面処理されたものである以下の市販のPET膜上に適用した:Mitsubishi 4507、Toray XG232およびKolon Astroll CI320。コーティングは、接着力を喪失することなく、1000時間の湿潤加熱湿度(85℃/85%RH)に合格した。
未下処理PET膜(SKC SG002)にコーティングするために18−1のコーティング調合物を使用した。コーティングおよび湿潤加熱に対する曝露の後、コーティング済みの膜は、48時間で接着試験に不合格であった。
18−1のコーティング調合物を用いて、ウレタン系プライマーで下処理したPET膜にコーティングした。ウレタンは、PMMA系アクリル樹脂に比べてPVDF樹脂との相溶性が低い。コーティングおよび湿潤加熱に対する曝露の後、コーティングは24時間後に接着力を失なった。
高圧コロナ放電により、未下処理PET膜を処理した。処理の直後に、膜にPVDF分散調合物18−4をコーティングし、同じ条件下で焼成した。48時間の湿潤加熱湿気曝露の後、コーティングは接着力試験に不合格であった。
太陽光電池バックシートに対するこれらのコーティングの適合性を実証するため、コーティングされた膜のPET側とガラスの間にEVA(STR製の15295P EVA)の接着層を用いて、コーティングされたPET膜の複数の試料をガラス基板に積層させた。以下のサイクルを用いてP−EnergyラミネータL036A型上で積層を実施した:
ステップ1−100℃から145℃まで上昇させながら10分間真空
ステップ2−加圧下で150℃まで上昇
ステップ3−加圧下で10分間150℃に保持
ステップ4−加圧下でおよそ80℃まで冷却
ステップ5−圧力を解除し試料を取出す
コーティングされたPET膜の試料を、キセノンアーク(ASTM G155)およびQUVB(ASTM G53)を用いた加速風化曝露によりテストした。色(デルタE*)および光沢変化を監視した。高性能耐候性フルオロポリマーコーティングは典型的には、70%超の光沢保持と5000時間のQUVB加速風化の後4未満のデルタE*とを有している。結果を下表にまとめる。
Claims (10)
- a)外部透明グレージング材料と;
b)封入された相互接続太陽電池と;
c)環境に曝露された面または両面が、非官能化ポリフッ化ビニリデンホモポリマーまたはコポリマーと非官能化アクリル樹脂ポリマーの混合物を含む分散フルオロポリマー組成物でコーティングされた支持基板を含むバックシートと、
を含む、太陽光電池モジュールの製造方法であって、
前記方法は:
前記分散フルオロポリマー組成物を分散させた溶媒分散物を前記支持基板に塗布する工程と、
前記分散フルオロポリマー組成物を170℃〜200℃の範囲の温度で硬化させる工程とを含み、
前記溶媒は、前記分散フルオロポリマー組成物を硬化させる温度よりも低い沸点を有する疎水性溶媒、又は前記疎水性溶媒を含む溶媒混合物であり、
前記疎水性溶媒は、25℃で10重量%未満の水中溶解度を有する、太陽光電池モジュールの製造方法。 - 前記分散フルオロポリマー組成物がポリフッ化ビニリデンホモポリマー、ポリフッ化ビニリデンコポリマー、および少なくとも10重量パーセントがPVDFであるPVDFポリマーと相溶性ポリマーのブレンドから選択される、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記分散フルオロポリマー組成物が架橋結合を含まない、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記バックシートが接着剤化合物の層を有する基板である、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記バックシートが、最も外側の層内に前記フルオロポリマー組成物を有しかつエチレン酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、アルミニウムまたは反応性ポリエチレン類からなる群から選択された少なくとも1つのバリヤ層をさらに含む多層構造である、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記フルオロポリマー組成物が、2〜30重量パーセントの1つ以上の無機顔料または充填材をさらに含む、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記フルオロポリマー組成物が1〜29重量パーセントのヘキサフルオロプロペンを有するPVDFコポリマー組成物である、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記バックシートがポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート基板である、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記バックシートがさらに官能性ポリオレフィンを含む、請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
- 前記非官能化アクリルポリマーがPARALOID(登録商標)B44アクリルコポリマーである請求項1に記載の太陽光電池モジュールの製造方法。
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