JP6096220B2 - ゴム含有グラフト重合体粉体、並びにそれを含有する太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜 - Google Patents

ゴム含有グラフト重合体粉体、並びにそれを含有する太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜 Download PDF

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Description

本発明は、ゴム含有グラフト重合体粉体、該ゴム含有グラフト重合体粉体及びポリビニルアセタールを含有する太陽電池用封止材、及びそれを用いた太陽電池モジュールに関する。また、ゴム含有グラフト重合体粉体及びポリビニルアセタール樹脂を含有する合わせガラス用中間膜及びこれを用いた合わせガラスに関する。
近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の面から、太陽光を電気エネルギーに直接、変換する太陽電池が広く使用され、さらなる開発が進められている。
太陽電池としては、結晶系シリコン太陽電池、薄膜系シリコン、カドミウム・テルル太陽電池、CIGS太陽電池、CIS太陽電池等が挙げられる。これら太陽電池は一般的に、ガラス基板等の表面側保護部材、太陽電池セル及び裏面側保護部材等が封止材を介して封止した構成とされており、さらにフレームで補強され施工される。
上記封止材の原料として、熱可塑性樹脂であるポリビニルブチラール(PVB)樹脂を用いることが提案されている(特許文献1及び2参照)。PVB樹脂は熱可塑性樹脂であるため、流動開始温度での粘性が高く、ラミネートする際にガラス端部から樹脂が流れ出て装置やガラス端面を汚す心配が少ない。そして、力学的な観点からも、PVB樹脂を用いた封止材はガラスに対する接着性及び耐貫通性に優れている。さらには、架橋工程を必要としないため、ロール・トゥ・ロール・プロセスによる太陽電池モジュールの製造が可能である。
しかしながら、特許文献1及び2に記載の封止材は、一般的にロールへの巻き取りなどの取り扱い性を向上させるために、PVBに加えて必須成分として多量の可塑剤を含んでいる。この可塑剤により封止材の透湿度が上昇しやすくなるため、高温高湿下で長期間使用すると、金属成分が腐食されることにより太陽電池モジュールが変色し、発電効率が低下することがあった。一方で、耐腐食性を低減させるために可塑剤量を減らすと、取扱い性や耐衝撃性が不十分となる問題があった。
従来は、このような発電効率の低下を防ぐために、太陽電池モジュールの端部をシール材で封止し、さらにフレームで覆うといった耐水シール処理が施されていた。フレームの価格は一般的には封止材の2〜4倍程度であり、フレームレスでの施工は太陽電池のコストダウンに非常に有用であり、検討が行われている(非特許文献1)。その達成手段の一つとして、耐腐食性が改善された封止材が所望されている。しかし、現行のフレームレスモジュールは、耐衝撃性が不十分なため、裏面に補強構造が必要であり、高価な熱強化ガラスが使用されており、さらなるコストダウンが課題であった。また、更なる耐久性の改善が望まれている。
また、PVBが中間膜に用いられる合わせガラスにおいても、遮熱材料、エレクトロクロミック材料等の機能性材料が併用される場合には、同様に酸性成分による機能性材料の腐食が問題となることがあり、耐腐食性が改善された合わせガラス用中間膜が所望されている。
このような中、ゴム含有グラフト重合体粉体を使用した合わせガラス用樹脂組成物が知られている(例えば、特許文献3)。しかしながら、特許文献3に開示されたアクリル系ゴム含有グラフト重合体粉体を含む合わせガラス用樹脂組成物はなお耐衝撃性に改善の余地があった。さらに、ゴム含有グラフト重合体粉体を用いた場合であっても、太陽電池用封止材や合わせガラス用中間膜とした際には、耐腐食性に劣る問題があった。また、結晶系シリコン太陽電池、CIGS、CIS太陽電池においては受光面側に封止材を使用する場合が多く、光線透過率が高い(透明性に優れる)ことは重要な要求性能のひとつである。
特開2006−13505号公報 国際公開第2009/151952号 特開2003−40654号公報
「ザ ソーラー スタンダード(THE SOLAR STANDARD)第1号」、[Online]、2008年5月、アプライド マテリアルズ(APPLIED MATERIALS)、[2010年6月検索]、インターネット<URL:http://www.appliedmaterials.com/products/assets/newsletters/solar_newsletter_may2008_japan.pdf>
本発明は、耐腐食性、耐衝撃性、透明性、耐候性及び経済性に優れる太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜を得ることのできるゴム含有グラフト重合体粉体を提供することを目的とする。また、前記ゴム含有グラフト重合体粉体及びポリビニルアセタールを含有する太陽電池用封止材及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。さらに、本発明は、前記ゴム含有グラフト重合体粉体及びポリビニルアセタールを含有する合わせガラス用中間膜及び合わせガラスを提供することを目的とする。
上記目的は、下記式(1):
Figure 0006096220
[式(1)中、A(単位:KOHmg/g)は、ゴム含有グラフト重合体粉体を10倍の質量の85℃の熱水に250時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前のゴム含有グラフト重合体粉体の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が0.10KOHmg/g以下である、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜用のポリビニルアセタール用ゴム含有グラフト重合体粉体を提供することにより達成される。
前記ゴム含有グラフト重合体粉体が、共役ジエン(x1)及びアルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)を含む単量体(x)を重合させて得られるゴム状重合体の存在下で、ビニル単量体をグラフト重合し、これを凝固して得られるものであることが好ましい。
前記単量体(x)が、共役ジエン(x1)25〜75質量%、アルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)75〜25質量%及び共重合可能な他の単量体(x3)0〜5質量%を含むことが好ましい。
前記ゴム含有グラフト重合体粉体は、乳化重合により得られたゴム含有グラフト重合体ラテックスに、アルカリ土類金属イオンを含有する凝析剤を供給して凝固させて製造されることが好ましい。
前記ゴム含有グラフト重合体粉体は、弱酸系乳化剤を用いた乳化重合により得られたゴム含有グラフト重合体ラテックスに、アルカリ土類金属イオンを含有する凝析剤を供給して凝固させて製造されることが好ましい。
前記弱酸系乳化剤は、脂肪酸系乳化剤であることが好ましい。
前記ゴム含有グラフト重合体ラテックスの体積平均粒子径は0.13〜0.80μmであることが好ましい。
また、本発明の目的は、ポリビニルアセタール及び前記ゴム含有グラフト重合体粉体を含有する太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜を提供することにより達成される。
ポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有することが好ましい。
前記ポリビニルアセタールにより作製したフィルムと前記ゴム含有グラフト重合体粉体により作製したフィルムとの屈折率差が0.02以下であり、厚さ2.8mmのガラスを太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の両面に接着させた積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ2mから落下させた場合に貫通しないことが好ましい。
厚さ2.8mmのガラスを太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の両面に接着させた積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ3mから落下させた場合に貫通しないことが好ましい。
また、本発明の目的は、下記式(2):
Figure 0006096220
[式(2)中、B(単位:KOHmg/g)は、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜を10倍の質量の85℃の熱水に1000時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が3.00KOHmg/g以下である、ポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有する太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜を提供することにより達成される。
本発明の目的は、前記太陽電池用封止材又は前記合わせガラス用中間膜を用いた太陽電池又は合わせガラスを提供することにより達成される。
本発明によれば、耐腐食性、耐衝撃性、透明性、耐候性及び経済性に優れる太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜を得ることのできるゴム含有グラフト重合体粉体を提供できる。また、前記ゴム含有グラフト重合体粉体及びポリビニルアセタールを含有する太陽電池用封止材及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供できる。さらに、本発明は、前記ゴム含有グラフト重合体粉体及びポリビニルアセタールを含有する合わせガラス用中間膜及び合わせガラスを提供できる。
一般的な薄膜系シリコン太陽電池モジュールの断面図の一例である。 ガラスへの接着性を測定するために使用される圧縮せん断強さ測定ジグである。 ガラスへの接着性を測定するために使用される圧縮せん断強さ測定ジグである。
[ゴム含有グラフト重合体粉体]
本発明のゴム含有グラフト重合体粉体は、下記式(1):
Figure 0006096220
[式(1)中、A(単位:KOHmg/g)は、ゴム含有グラフト重合体粉体を10倍の質量の85℃の熱水に250時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前のゴム含有グラフト重合体粉体の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が0.10KOHmg/g以下であり、酸性成分溶出量が0.07KOHmg/g以下であることが好ましく、0.05KOHmg/g以下であることがより好ましい。当該熱水試験後の酸性成分溶出量が0.10KOHmg/gを超えると、ポリビニルアセタール樹脂と混合して使用する際にポリビニルアセタール樹脂の高温高湿下での分解が促進され、結果として太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜が黄変しやすくなる。また、金属成分の腐食による太陽電池モジュールの変色が起こりやすく、結果として太陽電池モジュールの出力が低下するおそれがある。なお、熱水試験後の酸性成分溶出量は、負の値にもなり得るが、通常は0KOHmg/g以上である。
以下に、上記熱水試験後の酸性成分溶出量の測定方法について説明する。まずは、測定対象となるゴム含有グラフト重合体粉体5gを水50mL中に浸漬し、85℃で250時間浸漬処理する。250時間浸漬処理後にゴム含有グラフト重合体粉体を浸漬していた水を三角フラスコにうつす。その際、ゴム含有グラフト重合体粉体を浸漬していた容器を水1mLにより洗浄を2回行い、回収する。回収した水の酸価をJIS K6728:1977年の規定に準じて測定し(但し、滴定液としては、0.02mol/Lの水酸化ナトリウムを用い、滴定後に、滴定された水酸化ナトリウムのモル数と等モルの水酸化カリウムの質量に換算する。また、ブランク測定には50mLのイオン交換水を用いる)、得られた酸価(単位:KOHmg/g)に当該水の質量(単位:g)を乗じた値をA1(単位:KOHmg)とする。そして、上記のA1を、浸漬前のゴム含有グラフト重合体粉体の質量5gで除した値を上記A(単位:KOHmg/g)とする。
本発明においては、下記式(3):
Figure 0006096220
で表される、ゴム含有グラフト重合体粉体の酸性成分含有量が高い場合であっても、ゴム含有グラフト重合体粉体の上記熱水試験後の酸性成分溶出量が、上記範囲を満たしていればよい。従来、上記熱水試験後の酸性成分溶出量が本願特定の範囲内であるゴム含有グラフト重合体粉体は知られていなかった。本発明は、ゴム含有グラフト重合体粉体の酸性成分含有量よりも、上記熱水試験後の酸性成分溶出量が、特に太陽電池用封止材の耐腐食性、耐候性に与える影響が大きいことを見出したものである。ゴム含有グラフト重合体粉体自体の酸性成分含有量は、以下のようにして測定することができる。
まずは、測定対象となるゴム含有グラフト重合体粉体5gをエタノール45mL、水5mLの混合溶媒中に浸漬し、室温で15時間攪拌する。その後、ゴム含有グラフト重合体粉体を浸漬していた混合液を三角フラスコにうつす。その際、ゴム含有グラフト重合体粉体を浸漬していた容器をエタノール1mLにより洗浄を2回行い、回収する。回収した混合液の酸価をJIS K6728:1977年の規定に準じて測定し、得られた酸価(単位:KOHmg/g)に当該混合液の質量(単位:g)を乗じた値をC1(単位:KOHmg)とする。そして、上記のC1を、浸漬前のゴム含有グラフト重合体粉体の質量5gで除した値を上記C(単位:KOHmg/g)とする。
上記式(1)で示される熱水試験後の酸性成分溶出量を上記範囲とするためには、ゴム含有グラフト重合体を得る際の乳化剤を選択する方法、ゴム含有グラフト重合体を凝固する際の凝析剤を選択する方法、ゴム含有グラフト重合体を凝固した後に洗浄する方法など、様々な方法を用いることができるが、操作の簡便さの点で、ゴム含有グラフト重合体を凝固する際の凝析剤を選択する方法、ゴム含有グラフト重合体を凝固した後に洗浄する方法が好ましい。
本発明において、ゴム含有グラフト重合体粉体とは、下記に示すゴム状重合体の存在下で、ビニル単量体をグラフト重合し、これを凝固して得られるものである。
[ゴム状重合体]
本発明におけるゴム状重合体は、アクリル酸アルキルエステル及び/又は共役ジエンを重合させることにより得られる。バランスよく衝撃強度と耐候性に優れるゴム状重合体が得られる点で、共役ジエン(x1)とアルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)とを含む単量体(x)を重合させて得られるものであることが好ましい。共役ジエン(x1)としては、1,3−ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、3−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、2−フェニル−1,3−ブタジエン、1−フェニル−1,3−ブタジエン、1,3−ジフェニル−1,3−ブタジエン、1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン、2,3−ジフェニルブタジエン、1,3−シクロヘキサジエンなどが挙げられる。
アルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)としては、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸−2−エチルヘキシルなどが挙げられる。アルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を併用してもよい。特に、耐候性や屈折率の調整の容易さなどの理由から、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシルが好ましい。
単量体(x)は、共役ジエン(x1)とアルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)の他に、これらの単量体と共重合可能な他の単量体(x3)を含んでも良い。これらの単量体と共重合可能な他の単量体(x3)としては、メタクリル酸メチル等のメタクリル酸アルキルエステルやアクリルニトリル等の単官能性単量体、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジアクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等の多官能性単量体が挙げられる。共重合可能な他の単量体(x3)は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を併用してもよい。
単量体(x)の組成は、単量体(x)の全量を100質量%として、共役ジエン(x1)1〜99質量%、アルキル基の炭素数2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)1〜99質量%及び共重合可能な他の単量体(x3)0〜10質量%であることが好ましく、共役ジエン(x1)25〜75質量%、アクリル酸アルキルエステル(x2)25〜75質量%及び共重合可能な他の単量体(x3)0〜5質量%であることがより好ましく、共役ジエン(x1)40〜50質量%、アクリル酸アルキルエステル(x2)50〜60質量%及び共重合可能な他の単量体(x3)0〜5質量%であることが最も好ましい。上記範囲の組成であることで、耐衝撃性及び耐候性に優れた成形品を得ることができる。
ゴム状重合体は公知の乳化重合法で得ることができる。たとえば上記単量体(x)と乳化剤及び水の混合体を所定の温度とした後、重合開始剤を添加することにより得られる。
乳化剤としては、公知の乳化剤を用いることができ、弱酸系乳化剤を用いることが好ましく、脂肪酸系乳化剤を用いることがさらに好ましい。後述するゴム含有グラフト重合体粉体について、式(1)で示される熱水試験後の酸性成分溶出量を所定範囲とするためには、ゴム含有グラフト重合体を凝固する際、ゴム含有グラフト重合体に残存した乳化剤と凝固に用いる凝析剤から生成する塩が、イオン化しにくいものとなるように乳化剤及び凝析剤を選択することが重要であり、弱酸系乳化剤と、凝析剤としてアルカリ土類金属イオンを含む凝析剤の組み合わせ、より好ましくは脂肪酸系乳化剤とアルカリ土類金属イオンを含む凝析剤の組み合わせが、熱水試験後の酸性成分溶出量を小さくできる点で好ましい。
弱酸系乳化剤とは、乳化剤のうち、弱酸と強塩基からなる塩であるものをいう。弱酸系乳化剤としては、オクタン酸カリウム、デカン酸カリウム、ラウリン酸カリウム、パルミチン酸カリウムなどの脂肪酸カリウム、オクタン酸ナトリウム、デカン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウムなどの脂肪酸ナトリウムなどの脂肪酸系乳化剤;N−ラウロイルザルコシン酸ナトリウム、アルケニルコハク酸ジカリウム、ロジン酸石鹸などが挙げられる。これらの乳化剤は1種を単独で使用することもできるし、2種以上を併用してもよい。この中でも、取り扱いやすさ、入手しやすさなどの理由から、脂肪酸系乳化剤、N‐ラウロイルザルコシン酸ナトリウムを用いることが好ましく、特にN−ラウロイルザルコシン酸ナトリウムを用いることが好ましい。
重合開始剤としては過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の熱分解型開始剤、又はクメンハイドロパーオキサイド、三級ブチルハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物と鉄化合物、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートとの組み合わせであるレドックス型開始剤が用いられる。エチレンジアミン四酢酸ナトリウムの代わりにピロリン酸ナトリウム、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートの代わりにデキストロースを用いることもできる。
重合の際には分子量調整等の目的で、メルカプタン等の連鎖移動剤を使用してもよい。
単量体(x)を乳化重合して得られるゴム状重合体ラテックス〔I〕の体積平均粒子径としては、0.12〜0.60μmの範囲であることが好ましく、0.15〜0.50μmであることがより好ましい。ゴム状重合体ラテックス〔I〕の体積平均粒子径がこの範囲内であれば、耐衝撃性に優れ、外観が良好な太陽電池用封止材又はガラス用中間膜を得ることができる。体積平均粒子径の測定方法は特に限定されないが、動的光散乱法や濁度法による測定が便利である。
[肥大化、及び肥大化剤]
ゴム状重合体は、ゴム含有グラフト重合体粉体の体積平均粒子径を好ましい範囲とするために、ゴム状重合体ラテックス〔I〕に対して、肥大化剤を添加することで粒子の肥大化を行い、肥大化ゴム状重合体ラテックス〔I′〕を得ることができる。
肥大化剤は公知のものから任意に選択することができるが、酸基含有共重合体(A)及び/又は酸素酸塩(B)を用いることが好ましい。
酸基含有共重合体(A)は、不飽和酸、アクリル酸アルキルエステル及びその他の共重合可能な単量体を重合したものが好ましい。
酸基含有共重合体(A)の重合に用いられる不飽和酸は、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ケイヒ酸、ソルビン酸及びp−スチレンスルホン酸から選ばれた少なくとも1種からなる。なかでも、入手しやすさ、および取り扱いやすさの点で、アクリル酸、メタクリル酸が好ましい。
酸基含有共重合体(A)の重合に用いられるアクリル酸アルキルエステルとしては、アルキル基の炭素数が1〜12の少なくとも1種のアクリル酸アルキルエステルが好ましい。酸基含有共重合体(A)の重合に用いられるアクリル酸アルキルエステルの具体例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリルなどが挙げられる。
その他の共重合可能な単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン誘導体及びアクリロニトリル等が挙げられる。
酸基含有共重合体(A)に用いる単量体の割合としては、酸基含有共重合体(A)に用いる単量体の全量を100質量%として、不飽和酸3〜40質量%、アクリル酸アルキルエステル97〜35質量%及びその他の共重合可能な単量体0〜40質量%が好ましく、不飽和酸5〜35質量%、アクリル酸アルキルエステル95〜30質量%及びその他の共重合可能な単量体0〜35質量%がより好ましい。組成が上記範囲内にあることで、肥大化を行う際のラテックスの安定性が優れ、肥大化して得られるゴム状重合体の体積平均粒子径を制御しやすい。
酸基含有共重合体(A)は、前記組成の単量体混合物を、公知の乳化重合法によって重合することにより得ることができる。
酸素酸塩(B)は、元素の周期律表で第IIIB〜第VIB族の第2及び第3周期に属する元素群の中から選ばれた元素を含む酸素酸のアルカリ金属塩若しくはアルカリ土類金属塩、又は亜鉛、ニッケル及びアルミニウムの塩の中から選ばれた少なくとも一種以上の酸素酸塩(B)であることが好ましい。このような酸素酸塩(B)の例としては、硫酸、硝酸、リン酸等とカリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、ニッケル、アルミニウムとの塩が挙げられる。酸素酸塩(B)は、肥大化を行う際の粒子径制御の行いやすいさ、入手しやすさ、及び取り扱いやすさの点で、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウムなどが好ましい。
これらの酸基含有共重合体(A)及び酸素酸塩(B)は、それぞれ1種を単独で使用してもよく、また2種以上を併用してもよい。
これらの酸基含有共重合体(A)及び酸素酸塩(B)を各単独で用いる場合、酸基含有共重合体ラテックスの添加量はポリマーの固形分としてゴム状重合体100質量部当り0.1〜5質量部が好ましく、0.5〜3質量部がより好ましい。また、酸素酸塩(B)の添加量は、ゴム状重合体100質量部当り0.1〜5質量部が好ましく、0.1〜4質量部がより好ましい。酸基含有共重合体(A)及び酸素酸塩(B)をこれらの範囲で添加することでゴム状重合体ラテックス〔I〕の肥大化がより効率的に行われ、得られる肥大化ゴム状重合体ラテックス〔I′〕の安定性も大幅に向上する。
酸基含有共重合体(A)を用いて肥大化処理を行う場合、ゴム状重合体ラテックス〔I〕のpHは7以上であることが好ましい。pH値が酸性側にある場合には、酸基含有共重合体ラテックスを添加しても肥大化効率が低く、本発明の目的とする組成物を有利に製造することができない場合がある。
得られた肥大化ゴム状重合体ラテックス〔I′〕の体積平均粒子径としては、0.12〜0.60μmの範囲であることが好ましく、0.15〜0.50μmであることがより好ましい。肥大化ゴム状重合体ラテックス〔I′〕の体積平均粒子径がこの範囲内であれば、耐衝撃性に優れ、外観が良好な太陽電池用封止材又はガラス用中間膜を得ることができる。体積平均粒子径の測定方法は特に限定されないが、動的光散乱法や濁度法による測定が便利である。
[ゴム含有グラフト重合体]
ゴム含有グラフト重合体は、前記ゴム状重合体の存在下でビニル単量体をグラフト重合して得られるものである。ゴム含有グラフト重合体は、例えば、ゴム状重合体ラテックス〔I〕又は肥大化ゴム状重合体ラテックス〔I′〕の存在下、ビニル単量体をグラフト重合して得ることができる。
グラフト重合に用いるビニル単量体は、ゴム含有グラフト重合体のガラス転移温度や屈折率に合わせて適宜選択することが可能である。取り扱いのしやすさや屈折率の調整のしやすさの観点から、メタクリル酸メチルと、アルキル基の炭素数が1〜8のアクリル酸アルキルエステル及び/又はスチレンからなる単量体混合物を用いるのが好ましい。
アルキル基の炭素数が1〜8のアクリル酸アルキルエステルは、具体的にはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸−2−エチルヘキシルなどが挙げられる。なかでも、屈折率の調整のしやすさや入手のしやすさなどの点で、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルが好ましい。
前記単量体混合物の組成は、グラフト部を構成する単量体100質量%あたり、メタクリル酸メチル50〜100質量%、並びに、アルキル基の炭素数が1〜8のアクリル酸アルキルエステル及び/又はスチレン0〜50質量%であることが好ましい。これらの単量体は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を併用してもよい。上記範囲の組成であることで、透明性に優れた太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜を得ることができる。
ゴム含有グラフト重合体は、公知の乳化重合法により得ることができる。たとえば、前記ゴム状重合体の存在下、乳化剤を添加し、所定の温度に保ちながら前記単量体及び重合開始剤の混合物を添加しながら重合させることでゴム含有グラフト重合体を得ることができる
乳化剤は、ゴム状重合体を重合する際の乳化剤と同じものを使用することができる。乳化剤としては、公知の乳化剤を用いることができ、凝析剤としてアルカリ土類金属イオンを含む凝析剤と組み合わせることで、熱水試験後の酸性成分溶出量を小さくできる点で、弱酸系乳化剤が好ましく、脂肪酸系乳化剤がより好ましい。中でも、取り扱いやすさ、入手しやすさなどの理由から、特にN−ラウロイルザルコシン酸ナトリウムを用いることが好ましい。
重合開始剤は、ゴム状重合体を重合する際の重合開始剤と同じものを使用することができる。
重合の際には分子量調整等の目的で、メルカプタン等の連鎖移動剤を使用してもよい。
ビニル単量体は、ゴム状重合体100質量部に対して10〜1000質量部とすることが好ましく、20〜800質量部とすることがより好ましい。ビニル単量体を10質量部以上にすることで流動性、加工性が良好となり、1000質量部以下とすることで耐衝撃性に優れたゴム含有グラフト重合体が得られる。
また、ゴム状重合体ラテックス〔I〕又は肥大化ゴム状重合体ラテックス〔I′〕の存在下、ビニル単量体をグラフト重合して得られるゴム含有グラフト重合体ラテックスの体積平均粒子径は、耐衝撃性向上の観点から、0.13μm〜0.80μmが好ましく、0.15〜0.70μmがより好ましい。体積平均粒子径の測定方法は例えば動的光散乱法や濁度法による方法が便利である。
[ゴム含有グラフト重合体粉体]
グラフト重合の完了後、得られたラテックスからゴム含有グラフト重合体粉体を回収するには、必要に応じて酸化防止剤などの添加剤を加えた後、凝析剤の水溶液を使用する公知の方法で凝固させる。
凝析剤は特に限定されず、公知のものを使用できる。弱酸系乳化剤との組み合わせにより、ゴム含有グラフト重合体粉体について、式(1)で示される熱水試験後の酸性成分溶出量を所定範囲とできることから、アルカリ土類金属イオンを含む凝析剤を使用することが好ましい。
アルカリ土類金属イオンを含む凝析剤としては、酢酸カルシウム、塩化カルシウムなどが挙げられる。この中でも、取り扱いやすさの観点から特に酢酸カルシウムを用いるのが好ましい。
凝固により得た粉を脱水・洗浄後、乾燥させることにより粉末として得られる。
ゴム含有グラフト重合体粉体について、式(1)で示される熱水試験後の酸性成分溶出量を所定範囲とするためには、生成する塩がイオン化しにくいものとなるよう乳化剤及び凝析剤の組み合わせを選択するほか、洗浄工程で十分に塩やイオンを洗い流すなどの手法を用いることができる。
洗浄工程では、得られる粉の質量に対して5倍以上、好ましくは10倍以上の脱イオン水で洗浄することが好ましい。粉の質量に対して5倍以上の脱イオン水で洗浄を行うことで、凝固の工程で生成する塩やイオンを十分に洗い流すことができ、酸の発生を抑制することが可能となる。
また、残存するイオンを除去し、粉のpHを弱アルカリ性に保つことを目的として、炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸水素二カリウム、炭酸水素アンモニウムなどの水溶液で予備洗浄を行った後に脱イオン水による洗浄を行っても良い。
太陽電池用封止材又はガラス中間膜の耐衝撃性をより一層向上させる観点から、上記ゴム含有グラフト重合体粉体のガラス転移温度は−10℃以下であることが好ましく、−20℃以下であることがより好ましく、−30℃以下であることがさらに好ましい。上記ゴム含有グラフト重合体粉体のガラス転移温度の下限は特に限定されないが、ゴム含有グラフト重合体粉体のガラス転移温度は、−200℃以上であることが好ましく、−150℃以上であることがより好ましい。ガラス転移温度の測定方法は、後述する実施例と同様に、JIS K 7244−4:1999年に基づいて測定し、tanδのピーク値を採用した。
また、本発明の合わせガラス用中間膜を建築用途に使用する場合は、合わせガラス用中間膜の透明性も重要である。合わせガラス用中間膜の透明性を維持する観点からは、ゴム含有グラフト重合体粉体とポリビニルアセタール樹脂との屈折率の差が0.02以下であることが好ましく、0.01以下であることがより好ましく、0.005以下であることが特に好ましい。そのため、ゴム含有グラフト重合体粉体が目的の屈折率となるよう、グラフト重合の工程でアクリル酸アルキルエステル及び/又はスチレンを共重合させるなどして、屈折率を適切に調整することが重要である。
また、上記ゴム含有グラフト重合体粉体の含有量は太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の耐衝撃性向上の観点から、ポリビニルアセタール樹脂100質量部に対して、1〜100質量部であることが好ましく、3〜80質量部であることがより好ましく、5〜60質量部であることがさらに好ましい。ゴム含有グラフト重合体粉体の含有量が1質量部より少ないと耐衝撃性の改善効果が小さい傾向にある。一方、ゴム含有グラフト重合体粉体の含有量が100質量部を超えると、ガラスとの接着力が低下したり、得られる太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の流動性も低下しラミネートが難しくなる傾向にあり、好ましくない。ゴム含有グラフト重合体粉体の添加量については、用いるポリビニルアセタール樹脂の組成、平均重合度等により適宜選択すればよい。
[ポリビニルアセタール]
本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜は、ポリビニルアセタールを含有する。その含有割合は40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることがさらに好ましい。ポリビニルアセタールの含有割合が40質量%未満であると、耐腐食性及びガラスへの接着性が不十分となる傾向となる。また、本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜においては、本発明の趣旨に反しない限り、ポリビニルアセタール以外の樹脂と混合することも可能であり、ポリビニルアセタールとそれ以外の樹脂との積層体を太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜とすることも可能である。また、無機物(酸化チタン、タルク等)を混合することも可能である。
ポリビニルアセタールとしては平均アセタール化度40〜90モル%のものが好ましい。平均アセタール化度が40モル%未満であると、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の吸水率が高くなるため、好ましくない。平均アセタール化度が90モル%を超えると、ポリビニルアセタールを得るための反応時間に長時間を要し、反応プロセス上、好ましくないことがある。平均アセタール化度は、より好ましくは60〜85モル%であり、耐水性の観点からさらに好ましくは65〜80モル%である。なお、上記平均アセタール化度は、後述のポリビニルアセタールにおけるビニルアセタール成分に基づく。
ポリビニルアセタールは、ポリビニルアセタール中のビニルアセテート成分が20モル%以下のものが好ましく、5モル%以下のものがより好ましく、2モル%以下のものがさらに好ましい。ビニルアセテート成分が20モル%を超えると、ポリビニルアセタールの製造時にブロッキングを起こして製造が困難となり、また高温高湿下において、アセテート基が加水分解してカルボキシル基に変性される可能性があるため好ましくない。
ポリビニルアセタールは、通常ビニルアセタール成分、ビニルアルコール成分及びビニルアセテート成分から構成されており、これらの各成分量は、例えば、JIS K 6728:1977年「ポリビニルブチラール試験方法」や核磁気共鳴法(NMR)に基づいて測定することができる。
ポリビニルアセタールが、ビニルアセタール成分以外の成分を含む場合は、通常ビニルアルコールの成分量とビニルアセテートの成分量を測定し、ポリビニルアセタールの全量からこれらの両成分量を差し引くことで、残りのビニルアセタール成分の量を算出できる。
本発明で使用されるポリビニルアセタールとしては、ポリビニルアルコールに後述のアルデヒド類を反応させてなるものを用いることができる。このようなポリビニルアセタールは、公知の方法により製造することができる。
ポリビニルアセタールの原料として用いられるポリビニルアルコールとしては、例えば、ビニルエステル系単量体を重合し、得られた重合体をけん化することによって得ることができる。ビニルエステル系単量体を重合する方法としては、溶液重合法、塊状重合法、懸濁重合法、乳化重合法など、従来公知の方法を適用することができる。重合開始剤としては、重合方法に応じて、アゾ系開始剤、過酸化物系開始剤、レドックス系開始剤などが適宜選ばれる。けん化反応は、従来公知のアルカリ触媒又は酸触媒を用いる加アルコール分解、加水分解などが適用でき、この中でもメタノールを溶剤とし苛性ソーダ(NaOH)触媒を用いる、けん化反応が簡便であり最も好ましい。
得られるポリビニルアセタールのビニルアセテートの量を上記範囲に設定することが好ましいため、原料となるポリビニルアルコールのけん化度は80モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましく、98モル%以上であることがさらに好ましい。
上記ビニルエステル系単量体としては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オレイン酸ビニル、安息香酸ビニルなどが挙げられるが、これらの中でも酢酸ビニルが好ましい。また、上記ビニルエステル系単量体を重合する場合、本発明の主旨を損なわない範囲でα−オレフィン等の他の単量体と共重合させることもできる。
ポリビニルアセタールの原料となるポリビニルアルコールとしては、平均重合度100〜5000のものが好ましく、400〜3000のものがより好ましく、600〜2500のものがさらに好ましく、700〜2300のものが特に好ましく、750〜2000のものが最も好ましい。ポリビニルアルコールの平均重合度が低すぎると、得られる太陽電池モジュールの耐貫通性、耐クリープ物性、特に85℃、85%RHのような高温高湿条件下での耐クリープ物性が低下することがある。一方、平均重合度が5000を超えると樹脂膜の成形が難しくなることがある。また、得られる太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜のラミネート適性を向上させ、外観に一層優れた太陽電池モジュール又は合わせガラスを得るためには、可塑剤を添加しない系においてはポリビニルアルコールの平均重合度が1500以下であることが好ましく、1100以下であることがより好ましく、1000以下であることがさらに好ましい。また可塑剤を添加する系においては、より高い平均重合度のポリビニルアルコールを使用することが好ましく、2500以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましい。なお、ポリビニルアセタールの平均重合度は、原料であるポリビニルアルコールの平均重合度と一致するため、上記したポリビニルアルコールの好ましい平均重合度はポリビニルアセタールの好ましい平均重合度と一致する。
ポリビニルアルコールの平均重合度は、例えば、JIS K 6726「ポリビニルアルコール試験方法」に基づいて測定することができる。
ポリビニルアセタールの製造に用いる溶媒は特に制限されないが、工業的に大量に製造する上で、水を用いることが好ましく、ポリビニルアルコールを反応前に予め高い温度、例えば90℃以上の温度で十分に溶解しておくことが好ましい。また、ポリビニルアルコールを溶解した水溶液の濃度は、5〜40質量%が好ましく、6〜20質量%がより好ましく、特に7〜15質量%が好ましい。ポリビニルアルコールを溶解した水溶液の濃度が低すぎると生産性が悪く、一方、水溶液の濃度が高すぎると、反応中の撹拌が困難となること、またポリビニルアルコールの分子間水素結合によるゲル化が起こり、反応にむらができるので好ましくない。
上記ポリビニルアルコールの水溶液に、アルデヒド類を添加して反応させることによりポリビニルアセタールを製造することができるが、その際に用いられる触媒としては、有機酸及び無機酸のいずれでもよく、例えば、酢酸、p−トルエンスルホン酸、塩酸、硝酸、硫酸、炭酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸、硝酸及び硫酸が、十分な反応速度が達成されることと、反応後の洗浄が容易であることから好ましく、取り扱い性が容易なことから硝酸がさらに好ましい。触媒を添加した後のポリビニルアルコール水溶液における触媒の濃度は、用いる触媒の種類によるが、塩酸、硫酸及び硝酸の場合、0.01〜5mol/Lであることが好ましく、0.1〜2mol/Lであることがより好ましい。触媒の濃度が低すぎると反応速度が遅く、目的のアセタール化度、目的の物性のポリビニルアセタールを得るのに時間がかかるため好ましくない。一方、触媒の濃度が高すぎると、アセタール化反応を制御することが困難であると共に、アルデヒドの3量体が生成しやすくなるため好ましくない。
ここで、アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ベンズアルデヒドなどが使用される。炭素数1〜12のアルデヒド化合物が好ましく、炭素数1〜6の飽和アルキルアルデヒド化合物がさらに好ましく、炭素数1〜4の飽和アルキルアルデヒド化合物が特に好ましく、中でも、太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜の力学物性の観点から、ブチルアルデヒドが好ましい。また、アルデヒド類は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。特に、ポリビニルアセタールのガラス転移温度を制御することができる点で、ブチルアルデヒドとアセトアルデヒドを併用することが好ましい。さらに、多官能アルデヒド類やその他の官能基を有するアルデヒド類などを全アルデヒド類の20質量%以下の範囲で少量併用してもよい。
アセタール化反応の手順としては公知の方法が挙げられ、例えば、ポリビニルアルコールの水溶液に上記触媒を添加してから上記アルデヒド類を添加する方法、上記アルデヒド類を先に添加した後に上記触媒を添加する方法が挙げられる。また、添加するアルデヒド類又は触媒を、一括添加、逐次添加又は分割添加する方法や、触媒又はアルデヒド類を含む溶液にポリビニルアルコール水溶液とアルデヒド類又は触媒の混合溶液を添加する方法も挙げられる。
アセタール化反応の反応温度としては特に制限はないが、太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜の耐腐食性を向上させるために、反応後に洗浄しやすい多孔質状のポリビニルアセタールを生成させる観点から、反応の途中でポリビニルアセタール粒子が析出するまでは0〜40℃の比較的低温で反応を行うことが好ましく、5〜20℃で反応を行うことがより好ましい。反応温度が40℃を超えると、ポリビニルアセタールが融着し、多孔質となりにくくなるおそれがある。0〜40℃の比較的低温で反応を行った後は、反応を追い込んで生産性を上げるため、反応温度を50〜80℃とすることが好ましく、65〜75℃とすることがより好ましい。
アセタール化反応を行った後に残存するアルデヒド類及び触媒を除去する方法としては、公知の方法が挙げられる。反応により得られたポリビニルアセタールは、アルカリ化合物により中和されるが、中和前に、ポリビニルアセタール中に残存するアルデヒド類をできるだけ除去しておくことが好ましい。このため、アルデヒド類の反応率が高くなる条件で反応を追い込む方法、水又は水/アルコール混合溶媒等により十分に洗浄する方法、化学的にアルデヒドを処理する方法が有用である。中和に使用されるアルカリ化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物やアンモニア、トリエチルアミン、ピリジン等のアミン系化合物が挙げられる。これらの中でも、ガラスとの接着性への影響が小さいアルカリ金属の水酸化物が特に好ましい。
上述の方法により得られるポリビニルアセタールは、水の存在下、酸により分解してアルデヒド類を生じるため、アルカリタイター値が正の値になるよう調整することが好ましい。アルカリ中和後のポリビニルアセタールのアルカリタイター値は、0.1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。アルカリタイター値が0.1未満であると、加水分解しやすくなるおそれがあり、逆にアルカリタイター値が30を超えると、ポリビニルアセタールのシート製造時に着色が起こりやすくなるおそれがある。ここで、アルカリタイター値とは、100gのポリビニルアセタール中のアルカリ成分を中和滴定するのに要する0.01mol/L塩酸量(mL)である。
また、上述の方法により得られるポリビニルアセタールの酸価は、0.50KOHmg/g以下であることが好ましく、0.30KOHmg/g以下であることがより好ましく、0.10KOHmg/g以下であることがさらに好ましく、0.06KOHmg/g以下であることが特に好ましい。ポリビニルアセタールの酸価が0.50KOHmg/gを超えると、得られる太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜において、酸性成分量が多いことに起因する着色が発生したり、得られる太陽電池モジュールの電極が腐食し、寿命を低下させる原因となることがある。ここで、ポリビニルアセタールの酸価は、JIS K6728:1977年に準じて測定した値である。
[その他の添加剤]
本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、可塑剤、接着力調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、ブロッキング防止剤、顔料、染料、機能性無機化合物等を、必要に応じてさらに含んでいてもよい。
本発明の太陽電池用封止剤又は合わせガラス用中間膜が、可塑剤を含有する場合、その含有量は、ポリビニルアセタール100質量部に対して0〜40質量部以下であることが好ましい。可塑剤は主に流動性改善、耐衝撃性改善の目的で使用する。可塑剤が40質量部より多くなるとフィルムの力学物性が低下し、ハンドリングが難しくなるので好ましくない。また、太陽電池用封止材用途においては可塑剤に不純物として含まれる酸性成分の量が増加したり、可塑化効果により透湿度が上昇して水が浸入しやすくなったりして、高温高湿下での太陽電池モジュールの出力低下や変色といった問題が生じるおそれがあるため好ましくない。よって太陽電池用封止材用途においては、可塑剤の含有量は、ポリビニルアセタール100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、2質量部以下であることがさらに好ましく、0質量部であってもよい(つまり、可塑剤を使用しなくてもよい)。
上記可塑剤の酸価は0.50KOHmg/g以下であることが好ましく、0.30KOHmg/g以下であることがより好ましく、0.10KOHmg/g以下であることがさらに好ましく、0.06KOHmg/g以下であることが特に好ましい。可塑剤の酸価が0.50KOHmg/gを超える場合、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜が着色したり、分解ガスを生じたりすることがあり、それによって得られる太陽電池モジュールの寿命が短くなったり、合わせガラス用中間膜の長期耐久性が低下するおそれがある。ここで、可塑剤の酸価は、JIS K6728:1977年に準じて測定した値である。
可塑剤としては特に制限はないが、例えば、トリエチレングリコール−ジ(2−エチルヘキサノエート)(3GO)、テトラエチレングリコール−ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジ−(2−ブトキシエチル)−アジピン酸エステル(DBEA)、ジ−(2−ブトキシエチル)−セバシン酸エステル(DBES)、ジ−(2−ブトキシエチル)−アゼライン酸エステル、ジ−(2−ブトキシエチル)−グルタル酸エステル、ジ−(2−ブトキシエチル)−フタル酸エステル、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−アジピン酸エステル(DBEEA)、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−セバシン酸エステル(DBEES)、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−アゼライン酸エステル、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−グルタル酸エステル、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−フタル酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエチル)−アジピン酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエチル)−セバシン酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエチル)−アゼライン酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエチル)−グルタル酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエトキシエチル)−アジピン酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエトキシエチル)−セバシン酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエトキシエチル)−アゼライン酸エステル、ジ−(2−ヘキソキシエトキシエチル)−グルタル酸エステル、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸−ジイソノニルエステル(DINCH)などが挙げられる。これらの中でも、可塑剤の分子を構成する炭素原子数と酸素原子数の和が28よりも高い可塑剤であることが好ましい。可塑剤の分子を構成する炭素原子数と酸素原子数の和が28以下となると、特に、高温高湿下で熱分解や加水分解が発生して酸価が大きくなり、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜における酸の濃度が高くなる傾向にある。例えば、トリエチレングリコール−ジ(2−エチルヘキサノエート)(3GO)、テトラエチレングリコール−ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−アジピン酸エステル(DBEEA)、ジ−(2−ブトキシエトキシエチル)−セバシン酸エステル(DBEES)、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸−ジイソノニルエステル(DINCH)などが好ましく挙げられる。これらの中でも、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の耐腐食性を低下させることなく、少量で、所望の可塑効果を得ることができる点から、トリエチレングリコール−ジ(2−エチルヘキサノエート)(3GO)、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸−ジイソノニルエステル(DINCH)が好ましい。このような可塑剤は1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
接着力調整剤としては、例えば、国際公開第03/033583号に開示されているものを使用することができ、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩が好ましく使用され、例えば、カリウム、ナトリウム、マグネシウム等の塩が挙げられる。上記塩としてはオクタン酸、ヘキサン酸、酪酸、酢酸、ギ酸等のカルボン酸等の有機酸の塩;塩酸、硝酸等の無機酸の塩などが挙げられる。接着力調整剤の最適な添加量は、使用する添加剤により異なるが、得られる太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜のガラスへの接着力が、パンメル試験(Pummel test;国際公開第03/033583号等に記載)において、一般には3〜10となるように調整することが好ましく、特に高い耐貫通性を必要とする場合は3〜6、高いガラス飛散防止性を必要とする場合は7〜10となるように調整することが好ましい。高いガラス飛散防止性が求められる場合は、接着力調整剤を添加しないことも有用な方法である。そして、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜のガラスとの接着性を向上させるための各種添加剤としてはシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤の添加量は、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の質量を基準にして0.01〜5質量%であることが好ましい。
酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤が挙げられ、これらの中でもフェノール系酸化防止剤が好ましく、アルキル置換フェノール系酸化防止剤が特に好ましい。これらの酸化防止剤は単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。酸化防止剤の配合量は、ポリビニルアセタール100質量部に対して0.001〜5質量部であることが好ましく、0.01〜1質量部であることがより好ましい。
紫外線吸収剤としては、公知のものを用いることができ、例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤が挙げられる。紫外線吸収剤の添加量は、ポリビニルアセタールに対して質量基準で10〜50,000ppmであることが好ましく、100〜10,000ppmがより好ましい。また、紫外線吸収剤は1種を単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
光安定剤としてはヒンダードアミン系のもの、例えば、株式会社ADEKA製「アデカスタブLA−57(商品名)」が挙げられる。
機能性無機化合物としては、例えば、光反射材料、光吸収材料、熱伝導性改良材料、電気特性改良材料、ガスバリア性改良材料、力学物性改良材料が挙げられる。
[太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜]
本発明の太陽電池用封止材及び合わせガラス用中間膜の製造方法は特に限定されないが、上記のポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有し、必要に応じてこれに所定量の可塑剤、及び/又は他の添加剤を配合し、均一に混練した後、押出し法、カレンダー法、プレス法、キャスティング法、インフレーション法等、公知の製膜方法によりシートを作製し、これを太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜とすることができる。
公知の製膜方法の中でも特に押出機を用いてシートを製造する方法が好適に採用される。押出し時の樹脂温度は150〜250℃が好ましく、170〜230℃がより好ましい。樹脂温度が高くなりすぎるとポリビニルアセタールが分解を起こし、揮発性物質の含有量が多くなりやすい。逆に樹脂温度が低すぎると、やはり揮発性物質の含有量が多くなりやすい。揮発性物質を効率的に除去するために、押出機のベント口から減圧により、揮発性物質を除去することが好ましい。
本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜においては、該太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜に対して、塩素の含有量が50ppm以下であることが重要であり、30ppm以下であることが好ましく、10ppm以下であることがより好ましく、6ppm以下であることが特に好ましく、3ppm以下であることが最も好ましい。塩素の含有量が50ppmを超える場合は、高温高湿下での金属成分の腐食による太陽電池モジュールの変色が起こりやすくなり、結果として太陽電池モジュールの出力が低下する。一方、塩素の含有量の下限値は特に限定されないが、製法上の理由から0.1ppmである。塩素量の測定方法は、後述する実施例と同様に、電位差滴定法にて測定することができる。具体的には、0.001mol/Lの硝酸銀水溶液を滴下溶液に用い、電気伝導度の変化による滴定量から、上記太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜における塩化物イオン濃度を求め、塩素の含有量とすることができる。
このように、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜における塩素の含有量を上記範囲とするためには、例えば、使用されるポリビニルアセタールにおける塩素の含有量を少なくする方法が挙げられ、具体的には、ポリビニルアルコールをアルデヒド類でアセタール化する際に用いる触媒として、非塩素系触媒を用いる方法が例示される。非塩素系触媒としては上述のものが使用されるが、十分な反応速度となること、反応後の洗浄が容易であることから硫酸または硝酸が好ましく、特に取り扱い性が容易なことから硝酸がより好ましい。また、塩酸等の塩素系触媒を用いる場合であっても、アセタール化して得られたポリビニルアセタールをろ過後及び/又は中和後、水等を用いて繰り返し洗浄することで、塩素の含有量を低減させることも可能である。
本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜は、下記式(2):
Figure 0006096220
[式(2)中、B(単位:KOHmg/g)は、測定対象となる太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜を、10倍の質量の85℃の熱水に1000時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が3.00KOHmg/g以下であることが好ましく、1.00KOHmg/g以下であることがより好ましく、0.50KOHmg/g以下であることが、さらに好ましい。当該熱水試験後の酸性成分溶出量が3.00KOHmg/gを超えると、高温高湿下での金属成分の腐食による太陽電池モジュールの変色が起こりやすくなり、結果として太陽電池モジュールの出力が低下するおそれがあるため、好ましくない。また太陽電池用封止材の黄変が顕著となるため、好ましくない。なお、熱水試験後の酸性成分溶出量は、負の値にもなり得るが、通常は0KOHmg/g以上である。
以下に、上記熱水試験後の酸性成分溶出量の測定方法について説明する。まずは、測定対象となる太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜5gを水50mL中に浸漬し、85℃で1000時間浸漬処理する。1000時間浸漬処理後に取り出した後の水の酸価をJIS K6728:1977年の規定に準じて測定し(但し、滴定液としては、0.02mol/Lの水酸化ナトリウムを用い、滴定後に、滴定された水酸化ナトリウムのモル数と等モルの水酸化カリウムの質量に換算する、またブランク測定には50mLのイオン交換水を用いる)、得られた酸価(単位:KOHmg/g)に当該水の質量(単位:g)を乗じた値をB1(単位:KOHmg)とする。そして、上記のB1を、浸漬前の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の質量5gで除した値を上記B(単位:KOHmg/g)とする。
上記式(2)で示される熱水試験後の酸性成分溶出量を上記範囲とするためには、本発明に使用される太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜用のポリビニルアセタール用ゴム含有グラフト重合体粉体における、式(1)で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が0.10KOHmg/g以下であることが好ましく、0.07KOHmg/g以下であることがより好ましく、0.05KOHmg/g以下であることがさらに好ましい。
さらにはポリビニルアセタールに含まれる酸性成分を低減することが重要であり、例えば、アセタール化の酸触媒を十分に中和洗浄して取り除いたり、pH調整用緩衝剤を添加したりする方法が挙げられる。また、可塑剤の使用量を少なくすることによっても酸性成分を低減することができる。これらの中でも、pH調整用緩衝剤を添加することにより、熱水浸漬中の脱アセタール化反応及びその後の酸化反応が抑制され、結果として酸性成分の発生を抑制することが可能となるため好ましい。
pH調整用緩衝剤としては公知のものが使用でき、例えば、クエン酸−クエン酸塩緩衝剤(クエン酸とクエン酸ナトリウム等)、酢酸−酢酸塩緩衝剤(酢酸と酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム等)、酪酸−酢酸塩緩衝剤(酪酸と酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム等)クエン酸−リン酸塩緩衝剤(クエン酸とリン酸水素二ナトリウム等)、リン酸塩−リン酸塩緩衝剤(リン酸二水素ナトリウムとリン酸水素二ナトリウム等)、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン−塩酸緩衝剤、グリシン−水酸化ナトリウム緩衝剤、炭酸塩−重炭酸塩緩衝剤(炭酸ナトリウムと重炭酸ナトリウム等)が挙げられる。どの緩衝剤を使用するかは接触する金属、金属酸化物の耐腐食性に応じて適宜選択すればよいが、pH5〜9の範囲の緩衝剤が好ましく、特に酢酸−酢酸塩緩衝剤、酪酸−酢酸塩緩衝剤、リン酸塩−リン酸塩緩衝剤がpH値、取り扱い性及びコストの観点から好ましい。
上記pH調整用緩衝剤の添加量は特に限定されないが、ポリビニルアセタールの質量に基づいてに対して1〜50,000ppmであることが好ましく、5〜10,000ppmであることがより好ましく、10〜5,000ppmであることがさらに好ましく、15〜2,000ppmであることが特に好ましい。
また、本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜は、厚さ2.8mmのガラスを両面に接着させた積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ2mから落下させた場合に貫通しないことが好ましい。鋼球を高さ2mから落下させた場合に貫通するような太陽電池用封止材を用いると、得られる太陽電池モジュールの耐衝撃性が十分でなく、太陽電池モジュールが安全性適合認定(IEC61730−2)のMST32衝撃破壊試験に不合格になるおそれがあるため、好ましくない。
また、本発明の太陽電池用封止剤は、ガラスへの接着性にも優れるため、デラミネーションしにくい特徴があり、太陽電池モジュールとして有用である。ガラスへの接着性は、例えば圧縮せん断強さにて評価できる。
圧縮せん断強さは、図2及び図3に示す圧縮せん断強さ測定ジグを使用して測定される。まず、ガラス23及びガラス22に封止材(太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜)21がはさまれた合わせガラスサンプル24(縦25mm×横25mm)を作製する。
合わせガラスサンプル24は、ジグ(下部)31の凹部31aに置かれる(図3参照)。ジグ(下部)31は、地面と平行な平面に設置されており、凹部31aを有する斜面は、地面に対して角度45度の傾斜を有するものである。凹部31aはこの斜面に対して垂直に窪んでいる。凹部31aの凹みの形状と合わせガラスサンプル24の底面の形状は、同じ25mm×25mmの正方形であり、合わせガラスサンプル24は、凹部31aに引っ掛かることなく設置することが可能である。合わせガラスサンプル24を構成するガラス23は、凹部31aで、ジグ(下部)31と接する。
凹部31aの深さは、合わせガラスサンプル24の厚さよりは浅く、合わせガラスサンプル24の上部、すなわちガラス22からなる部分は、ジグ(下部)31の斜面31bよりも上側に突出している。ジグ(下部)31と同様に、ジグ(上部)32の凹部32aの凹みの形状は、合わせガラスサンプル24の底面の形状と同じ縦25mm×横25mmの正方形であり、斜面31bから突出したガラス22は、ジグ(上部)32の凹部32aと接し、係合することが可能である。なお、ジグ(上部)32は、圧縮せん断試験機のクロスヘッドに固定されているが、凹部32aを有する斜面が、ジグ(下部)31の斜面と同様に、地面に対して角度45度の傾斜を有するように、圧縮せん断試験機のクロスヘッドに固定されている。凹部32aはこの斜面に対して垂直に窪んでいる。
圧縮せん断試験機のクロスヘッドに固定されたジグ(上部)32は、凹部32aが合わせガラスサンプル24のガラス22に接触するまで、地面に対して垂直方向に2.5mm/minの速度で下げられる(図3参照)。ジグ(上部)32の凹部32aが、合わせガラスサンプル24の上部と係合した後も、クロスヘッドは2.5mm/minの速度で下げられる。その結果、合わせガラスサンプル24には、せん断応力がかかり、ある時点で封止材21と、ガラス22或いはガラス23は、接着破損が引き起こされる。ここで測定の対象となる圧縮せん断強さは、接着破損を引き起こした時点でのせん断応力をいう。合わせガラスサンプル24を6つ用意し、6回同じ試験を行って、その平均値を、その封止材の接着強さとすることができる。6回同じ試験を行って平均値を取った場合、通常、その誤差は、数%程度に収まることがわかっている。
圧縮せん断強さ試験を行うための合わせガラスサンプル24の作製方法としては、例えば、市販のフロートガラス(厚さ3mm、大きさ縦25mm×横25mm)2枚に封止材21を挟んだうえで、真空バック法(条件:30℃から160℃に60分間で昇温し、その後160℃で30分間保持)を採用して作製する方法が挙げられる。
また、本発明の太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜は表面にメルトフラクチャー、エンボスなど、従来公知の方法で凹凸構造を形成することが好ましい。メルトフラクチャー、エンボスの形状は特に限定されず、従来公知のものを採用することができる。
また、太陽電池用封止材の膜厚は特に限定されないが、20〜10,000μmが好ましく、100〜3,000μmがより好ましく、200〜1,000μmがさらに好ましい。合わせガラス用中間膜の膜厚は特に限定されないが、20〜10,000μmが好ましく、100〜3,000μmがより好ましい。太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の膜厚が薄すぎると、太陽電池モジュール又は合わせガラスを作製する際にうまくラミネートできないことがあり、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の膜厚が厚すぎるとコストが高くなるため好ましくない。
本発明の太陽電池用封止材は、太陽電池セルと表面側透明保護部材及び/又は裏面側保護部材との間を封止して太陽電池モジュールを形成するための封止材として使用できる。このような太陽電池モジュールとしては、種々のタイプのものを例示することができる。例えば、表面側透明保護部材/表面封止材/太陽電池セル/裏面封止材/裏面側保護部材のように太陽電池セルを両側から封止材で挟む構成のもの、表面側透明保護部材/太陽電池セル/封止材/裏面側保護部材のような構成のもの(スーパーストレート構造)、表面側透明保護部材/封止材/太陽電池セル/裏面側保護部材のような構成のもの(サブストレート構造)を挙げることができる。
太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルとしては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系、ガリウム・砒素、CIGS、カドミウム・テルルなどの周期律表III−V族やII−VI族化合物半導体系、色素増感、有機薄膜などの有機系等の各種太陽電池セルが挙げられる。
例えば、太陽電池セルとして薄膜系シリコンを用いた太陽電池モジュールは、図1に例示するように、表面側透明保護部材であるガラス基板11と裏面側保護部材(バックカバー)であるガラス基板16との間に、ポリビニルブチラールを含む封止材15を介して、シリコン発電素子などの太陽電池セルを封止したスーパーストレート構成となっていてもよい。ここで、太陽電池セルとは、透明電極層12と、光電変換ユニット13と、裏面電極14とからなる部分を指す。光電変換ユニット13は、例えば、p型層13aとしてp層のアモルファスSi膜、i型層13bとしてi層のアモルファスSi膜、n型層13cとしてn層のアモルファスSi膜から構成される。そして、耐腐食性に優れる本発明の太陽電池用封止材は、封止材15と接触している裏面電極14が銀、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属層であるような場合、すなわち、太陽電池用封止材の少なくとも一部が金属層と接触している場合に、より一層、金属成分の腐食を低減できるという効果が発揮されやすい点から有用である。
太陽電池モジュールを構成する表面側透明保護部材としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素含有樹脂等が挙げられる。これらの中でも、水分バリア性及びコストの面からガラスが好ましい。また、裏面側保護部材としては、金属や各種熱可塑性樹脂フィルムなどの単層又は多層のシートを挙げることができ、具体的には、錫、アルミ、ステンレススチールなどの金属、ガラス等の無機材料、ポリエステル、無機物蒸着ポリエステル、フッ素含有樹脂、ポリオレフィンなどの単層又は多層のシートを挙げることができる。これらの中でも、水分バリア性及びコストの面からガラスが好ましい。
また、本発明においては、金属の腐食による変色をより一層抑制するため、太陽電池モジュールの端部をシリコーンゴム、ブチルゴム等で耐水シール処理することができる。しかし、コスト削減の観点からは端部を耐水シール処理することなく、フレームレスの構成で使用することが好ましい。本発明の太陽電池用封止材は耐腐食性に優れるため、このような、フレームレス構成での使用において特に有用である。また、耐衝撃性にも優れるため、フレームレス構成とした場合でも、高価な熱強化ガラスを使用する必要もない。
太陽電池モジュールの製造に当たっては、本発明の太陽電池用封止材のシートを予め作っておき、太陽電池用封止材が溶融する温度で圧着するという従来公知の方法によって、すでに述べたような構成のモジュールを形成することができる。
真空ラミネータ装置を用いる場合は、例えば、太陽電池モジュールの製造に用いられる公知の装置を使用し、1〜30,000Paの減圧下、100〜200℃、特に130〜170℃の温度でラミネートする方法が挙げられる。具体的には、真空バッグ又は真空リングを用いる場合には、例えば、欧州特許第1235683号明細書に記載されているように、約20,000Paの圧力下、130〜170℃でラミネートするのがよい。
ニップロールを用いる場合は、例えば、ポリビニルアセタールの流動開始温度以下の温度で1回目の仮圧着をした後、さらに流動開始温度に近い条件で仮圧着する方法が挙げられる。具体的には、赤外線ヒーターなどで30〜100℃に加熱した後、ロールで脱気し、さらに50〜150℃に加熱した後ロールで圧着させればよい。
仮圧着後に付加的に行われるオートクレーブ工程は、太陽電池モジュールの厚さや構成にもよるが、例えば、約1〜1.5MPaの圧力下、130〜155℃の温度で約2時間実施される。
本発明の太陽電池モジュールは、窓、壁、屋根、サンルーム、防音壁、ショーウィンドー、バルコニー、手すり等の部材、会議室などの仕切りガラス部材、及び家電製品の部材等として使用することもできる。また、大量に設置することで太陽光発電所へも適用できる。
本発明の合わせガラスは、無機ガラス又は有機ガラスからなる2枚以上のガラスの間に本発明の合わせガラス用中間膜を挿入し、積層したものである。特に、本発明の合わせガラス用中間膜は透明性、耐荷重特性、耐候性、耐衝撃性、さらには耐腐食性に優れるため、このような合わせガラス用中間膜の少なくとも一部が機能性材料と接触している合わせガラスにも有用である。
機能性材料としては、金属を含むものが好ましく、例えば、熱センサー、光センサー、圧力センサー、薄膜静電容量センサー、液晶表示フィルム、エレクトロクロミック機能膜、遮熱材料、エレクトロルミネッセンス機能膜、発光ダイオード、カメラ、ICタグ、アンテナ、及びそれらを接続するための電極、配線等が挙げられる。
本発明の合わせガラス用中間膜を用いて合わせガラスを作製する際に使用するガラスは特に限定されず、フロート板ガラス、磨き板ガラス、型板ガラス、網入り板ガラス、熱線吸収板ガラスなどの無機ガラスのほか、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートなどの従来公知の有機ガラス等が使用でき、これらは無色、有色、又は透明、非透明のいずれであってもよい。このようなガラスは1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、ガラスの厚さは特に限定されないが、100mm以下であることが好ましい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた原料や成分の評価方法は以下の通りである。
本製造例、実施例及び比較例で用いたポリビニルアルコール(PVA)、作製したポリビニルブチラール(PVB)、製造又は使用されたゴム含有グラフト重合体、及び太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜の測定は、以下の方法に従った。
(PVAの平均重合度)
JIS K6726:1994年の規定に基づき測定した。なお、PVB樹脂の平均重合度は、原料となるポリビニルアルコールの平均重合度と一致する。結果を表1に示す。
(PVBのビニルアセテート成分の量)
JIS K6728:1977年の規定に基づき測定した。
(PVBのビニルアルコール成分の量)
JIS K6728:1977年の規定に基づき測定した。また、PVBのビニルアセテート成分の量、PVBのビニルアルコール成分の量からPVBのアセタール化度を求めた。結果を表1に示す。
(PVBのアルカリタイター値)
PVBのエタノール溶液を塩酸で滴定し、PVB100gあたりの中和滴定に要する0.01mol/Lの塩酸量(アルカリタイター値:mL)で評価した。結果を表1に示す。
(PVBの酸価)
JIS K6728:1977年の規定に基づき測定した。結果を表1に示す。
(PVBの屈折率)
JIS K 7142のA法に基づいて測定した。結果を表1に示す。
(ゴム含有グラフト重合体粉体の屈折率)
JIS K 7142に基づいて測定した。結果を表2に示す。
(ゴム含有グラフト重合体粉体のガラス転移温度)
JIS K 7244−4:1999年の規定に基づいて測定し、tanδのピーク値を採用した。結果を表2に示す。
(ゴム含有グラフト重合体のモノマー転化率)
重合により得られたゴム含有グラフト重合体ラテックス1gをアセトン10gで希釈した試料を、ガスクロマトグラフ(機種名「7890」、アジレント・テクノロジー株式会社製)、カラム(商品名「HP−5」、内径0.25mm、長さ30m、膜厚0.25μm、アジレント・テクノロジー株式会社製)を用い、ラテックス中に残存する単量体成分量を測定し、残存する単量体成分量から単量体成分の重合率を算出した。内部標準物質としてはメチルイソブチルケトンを用いた。結果を表2に示す。
(ゴム含有グラフト重合体ラテックスの体積平均粒子径)
大塚電子株式会社製の粒子径測定器ELS800を用いて、ゴム含有グラフト重合体ラテックスの粒子径を測定した。ゴム含有グラフト重合体ラテックスの濃度はおよそ0.1%に調製し、必要に応じて更に希釈して測定に供した。結果を表2に示す。
(製造例1 ゴム含有グラフト重合体粉体−1)製造方法
(ゴム状重合体の製造)
1,3−ブタジエンを除く物質については、その中に含まれる酸素を窒素で置換し、実質上重合反応を阻害しない状態とした。その後、アクリル酸ブチル55部、1,3−ブタジエン45部、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド0.2部、牛脂酸カリウム1部、乳化剤として、N−ラウロイルザルコシン酸ナトリウム0.5部、ピロリン酸ナトリウム0.5部、硫酸第一鉄0.005部、デキストロース0.3部、脱イオン水200部をオートクレーブに仕込み、50℃で9時間かけて重合を行った。その結果、モノマー転化率97%前後、体積平均粒子径0.07〜0.08μmのゴム状重合体ラテックスが得られた。
(肥大化用酸基含有共重合体ラテックスの製造)
硫酸第一鉄0.003部、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム0.009部、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.3部、牛脂酸カリウム1.725部、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム2.5部及び脱イオン水200部を反応容器に加え、内温を60度に昇温したあと、アクリル酸ブチル85部、メタクリル酸15部及びクメンヒドロパーオキシド0.5部からなる混合物を、2時間にわたり連続滴下で投入して重合させた。さらに2時間撹拌を続けることにより、モノマー転化率97%以上の酸基含有共重合体ラテックスを得た。
(グラフト共重合体の製造)
ゴム状重合体のポリマー固形分100部を含むゴム状重合体ラテックスを入れた反応容器に、脱イオン水90部を加え、内温を40度に昇温したあと、4.5%水酸化ナトリウム水溶液によりpHを7〜8に調整した。その後、酸基含有共重合体ラテックス1部を加えて30分保持間した後、硫酸ナトリウム0.35部を加えてさらに10分間保持することによって肥大化ゴム質共重合体を得た。このときの体積平均粒子径は0.22μmであった。
これにナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.15部、硫酸第一鉄0.000044部、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム0.00013部、及びN−ラウロイルザルコシン酸ナトリウム0.5部を加え、内温を80℃に昇温した後、メタクリル酸メチル45部、アクリル酸メチル5部、N−オクチルメルカプタン0.07部及び三級ブチルハイドロパーオキサイド0.062部からなる混合物を、内温が60度に達した時点で添加を始め、1時間にわたり連続滴下で投入して重合させた。さらに30分間撹拌を続けることにより、メタクリル酸メチルの転化率はほぼ100%に達した。得られたゴム含有グラフト重合体ラテックスの体積平均粒子径は0.31μmであった。得られた重合体ラテックスを50℃の0.83%酢酸カルシウム水溶液に、水溶液2に対してラテックス1の割合で投入し、90℃で5分間加熱して凝固させ、洗浄・脱水後、60℃で24時間乾燥させることにより、白色粉末のゴム含有グラフト重合体粉体−1を得た。
ゴム含有グラフト重合体粉体−1の熱水試験後の酸性成分溶出量を本明細書に記載の測定方法により測定したところ、0.04KOHmg/gであった。また、ゴム含有グラフト重合体粉体−1の酸性成分含有量を本明細書に記載の測定方法により測定したところ、1.12KOHmg/gであった。ゴム含有グラフト重合体粉体の屈折率を測定したところ、1.49であった。また、ゴム含有グラフト重合体粉体のガラス転移温度を測定したところ、−58℃であった。
(製造例2 ポリビニルアセタール)
撹拌機を取り付けた2m反応器に、PVA(平均重合度1000、けん化度99モル%)の7.5質量%水溶液1700kg、ブチルアルデヒド74.6kg及び2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール0.13kgを仕込み、全体を14℃に冷却した。ここに、濃度20質量%の硝酸水溶液160.1Lを添加して、PVAのブチラール化を開始した。添加終了後から10分後に昇温を開始し、90分かけて65℃まで昇温し、さらに120分反応を行った。その後、室温まで冷却して析出したPVBをろ過後、PVBに対して10倍量のイオン交換水で10回洗浄した。その後、0.3質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いて十分に中和を行い、さらにPVBに対して10倍量のイオン交換水で10回洗浄し、脱水した後、乾燥させ、PVB(PVB−1)を得た。得られたPVBの分析結果を表1に示す。
(製造例3 ポリビニルアセタール)
撹拌機を取り付けた2m反応器に、PVA(平均重合度1000、けん化度99モル%)の7.5質量%水溶液1700kg、ブチルアルデヒド80.0kg及び2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール0.13kgを仕込み、全体を14℃に冷却した。ここに、濃度20質量%の硝酸水溶液160.1Lを添加して、PVAのブチラール化を開始した。添加終了後から10分後に昇温を開始し、90分かけて65℃まで昇温し、さらに120分反応を行った。その後、室温まで冷却して析出したPVBをろ過後、PVBに対して10倍量のイオン交換水で10回洗浄した。その後、0.3質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いて十分に中和を行い、さらにPVBに対して10倍量のイオン交換水で10回洗浄し、脱水した後、乾燥させ、PVB(PVB−2)を得た。得られたPVBの分析結果を表1に示す。
Figure 0006096220
(実施例1)
製造例2で合成したPVB(PVB−1)100質量部に対して、製造例1で合成したゴム含有グラフト重合体粉体−1を11質量部、PVBの量に基づいてさらにpH調整用緩衝剤として酢酸25ppm及び酢酸マグネシウム175ppm、酸化防止剤400ppmを添加し、混合して得られたペレットを、圧力100kgf/cm、熱板温度200℃にて5分プレスし、厚さ0.76mmのポリビニルブチラールシートを作製した。
1.物性評価(熱水試験後の酸性成分溶出量)
得られたポリビニルブチラールシートについて、本明細書に記載の測定方法により熱水試験後の酸性成分溶出量を測定したところ、0.46KOHmg/gであった。
2.物性評価(ガラスへの接着性)
得られたポリビニルブチラールシートについて、本明細書に記載の方法で、圧縮せん断強さ測定を25℃で実施した。なお、合わせガラスサンプル24として、市販のフロートガラス(厚さ3mm、大きさ縦25mm×横25mm)2枚に上記ポリビニルブチラールシートを挟んだうえで、真空バック法(条件:30℃から160℃に60分間で昇温し、その後160℃で30分間保持)により作製されたもの(6サンプル)を用いた。試験は各サンプルを用いて、6回ずつ行なった。測定結果の平均値は、25℃では33MPaであった。
3.物性評価(ヘイズ)
得られたポリビニルブチラールシートについて、JIS K 7136に基づいて合わせガラスサンプルを用いて測定した。測定結果は、1となった。
4.物性評価(耐貫通性試験)
市販のフロートガラス(厚さ2.8mm、大きさ縦300mm×横300mm)2枚に上記ポリビニルブチラールシートを挟んだうえで、真空ラミネータ(日清紡メカトロニクス株式会社製;1522N)を用いて合わせガラスを作製した。その後、JIS R 3212の耐貫通性試験にて高さ2mから2260gの鋼球を落下させた。その結果、貫通しない(合格である)ことを確認した。次に高さ3mから2260gの鋼球を落下させた。その結果、貫通しない(合格である)ことを確認した。
(実施例2)
PVB−1の代わりにPVB−2を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールシートを作製した。作製したポリビニルブチラールを用いて、実施例1と同様の方法により、酸性成分溶出量、ガラスへの接着性、ヘイズ及び耐貫通性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例1)
ゴム含有グラフト重合体粉体−1の代わりにゴム含有グラフト重合体粉体−C1(アクリル系ゴム含有グラフト重合体粉体、三菱レイヨン株式会社製;メタブレンW377、ガラス転移温度−18℃、酸性成分含有量0.08KOHmg/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールシートを作製した。作製したポリビニルブチラールシートを用いて、実施例1と同様の方法により、酸性成分溶出量、ガラスへの接着性、ヘイズ及び耐貫通性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例2)
ゴム含有グラフト重合体粉体−1の代わりに、ゴム含有グラフト重合体粉体−C2(シリコーン・アクリル複合ゴム含有グラフト重合体粉体、三菱レイヨン株式会社製;メタブレンS2006、ガラス転移温度−39℃、酸性成分含有量0.42KOHmg/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールシートを作製した。作製したポリビニルブチラールシートを用いて、実施例1と同様の方法により、酸性成分溶出量、ガラスへの接着性、ヘイズ及び耐貫通性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例3)
ゴム含有グラフト重合体粉体−1の代わりに、ゴム含有グラフト重合体粉体−C3(ブタジエン系ゴム含有グラフト重合体粉体、三菱レイヨン株式会社製;メタブレンC223A、ガラス転移温度−77℃、酸性成分含有量3.07KOHmg/g)を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールシートを作製した。作製したポリビニルブチラールシートを用いて、実施例1と同様の方法により、酸性成分溶出量、ガラスへの接着性、ヘイズ及び耐貫通性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例4)
ゴム含有グラフト重合体粉体を用いないこと以外は、実施例1と同様にしてポリビニルブチラールシートを作製した。作製したポリビニルブチラールシートを用いて、実施例1と同様の方法により、酸性成分溶出量、ガラスへの接着性、ヘイズ及び耐貫通性を評価した。結果を表2に示す。
Figure 0006096220
実施例と比較例から、本願の規定を満たすゴム含有グラフト重合体粉体を用いたPVBシートは、熱水試験後の酸性成分溶出量が少なく、耐衝撃性、耐腐食性、透明性、耐候性に優れる太陽電池用封止材とすることができることが分かる。実施例1と比較例1を比較すると、実施例1のゴム含有グラフト重合体粉体よりも、比較例2のゴム含有グラフト重合体粉体の酸性成分含有量が小さいにも関わらず、実施例1のPVBシートの熱水試験後の酸性成分溶出量が比較例2のものよりも小さく、耐腐食性、耐候性、耐衝撃性により優れるものであった。
11 ガラス基板
12 透明電極層
13 光電変換ユニット
13a p型層
13b i型層
13c n型層
14 裏面電極
15 封止材
16 ガラス基板
21 封止材
22 ガラス
23 ガラス
24 合わせガラスサンプル
31 圧縮せん断強さ測定ジグ(下部)
31a 凹部
31b 斜面
32 圧縮せん断強さ測定ジグ(上部)
32a 凹部

Claims (18)

  1. 下記式(1):
    Figure 0006096220
    [式(1)中、A(単位:KOHmg/g)は、ゴム含有グラフト重合体粉体を10倍の質量の85℃の熱水に250時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前のゴム含有グラフト重合体粉体の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が0.10KOHmg/g以下であり、
    共役ジエン(x1)及びアルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)を含む単量体(x)を重合させてなるゴム状重合体に対して、ビニル単量体をグラフト重合させてなる、太陽電池用封止材又は合わせガラス用中間膜用のポリビニルアセタール用ゴム含有グラフト重合体粉体。
  2. 前記単量体(x)が、共役ジエン(x1)25〜75質量%、アルキル基の炭素数が2〜8のアクリル酸アルキルエステル(x2)75〜25質量%及び共重合可能な他の単量体(x3)0〜5質量%を含む、請求項に記載のゴム含有グラフト重合体粉体。
  3. 前記ゴム含有グラフト重合体粉体が、ゴム含有グラフト重合体粉体に含まれる乳化剤と、アルカリ土類金属イオンが塩を形成している、請求項1又は2に記載のゴム含有グラフト重合体粉体。
  4. 前記ゴム含有グラフト重合体粉体が、ゴム含有グラフト重合体粉体に含まれる弱酸系乳化剤と、アルカリ土類金属イオンが塩を形成している、請求項に記載のゴム含有グラフト重合体粉体。
  5. 前記弱酸系乳化剤が脂肪酸系乳化剤である請求項に記載のゴム含有グラフト重合体粉体。
  6. 前記ゴム含有グラフト重合体ラテックスの体積平均粒子径が0.13〜0.80μmである請求項1〜のいずれかに記載のゴム含有グラフト重合体粉体。
  7. ポリビニルアセタールと請求項1〜のいずれかに記載のゴム含有グラフト重合体粉体を含有する太陽電池用封止材。
  8. ポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有する請求項に記載の太陽電池用封止材。
  9. 前記ポリビニルアセタールにより作製したフィルムと前記ゴム含有グラフト重合体粉体により作製したフィルムとの屈折率差が0.02以下であり、厚さ2.8mmのガラスを太陽電池用封止材の両面に接着させた積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ2mから落下させた場合に貫通しない請求項7又は8に記載の太陽電池用封止材。
  10. 前記積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ3mから落下させた場合に貫通しない請求項に記載の太陽電池用封止材。
  11. 下記式(2):
    Figure 0006096220
    [式(2)中、B(単位:KOHmg/g)は、太陽電池用封止材を10倍の質量の85℃の熱水に1000時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前の太陽電池用封止材の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が3.00KOHmg/g以下である、ポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有する太陽電池用封止材。
  12. 請求項7〜11のいずれかに記載の太陽電池用封止材を用いた太陽電池。
  13. ポリビニルアセタールと請求項1〜6のいずれかに記載のゴム含有グラフト重合体粉体を含有する合わせガラス用中間膜。
  14. ポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有する請求項13に記載の合わせガラス用中間膜。
  15. 前記ポリビニルアセタールにより作製したフィルムと前記ゴム含有グラフト重合体粉体により作製したフィルムとの屈折率差が0.02以下であり、厚さ2.8mmのガラスを合わせガラス用中間膜の両面に接着させた積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ2mから落下させた場合に貫通しない請求項13又は14に記載の合わせガラス用中間膜。
  16. 前記積層体についてJIS R 3212の耐貫通性試験に準じて、鋼球を高さ3mから落下させた場合に貫通しない請求項15に記載の合わせガラス用中間膜。
  17. 下記式(2):
    Figure 0006096220
    [式(2)中、B(単位:KOHmg/g)は、合わせガラス用中間膜を10倍の質量の85℃の熱水に1000時間浸漬した後に水中に存在する酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量(単位:mg)を、浸漬前の合わせガラス用中間膜の質量(単位:g)で除した値を表す。]で示される熱水試験後の酸性成分溶出量が3.00KOHmg/g以下である、ポリビニルアセタール100質量部に対してゴム含有グラフト重合体粉体1〜100質量部を含有する合わせガラス用中間膜。
  18. 請求項13〜17のいずれかに記載の合わせガラス用中間膜を用いた合わせガラス。
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