KR101666577B1 - 태양광모듈 백시트용 백색필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양광모듈 백시트용 백색필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광모듈용 백색필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 폴리에스테르수지로 이루어진 매트릭스수지와, 고분자 수지와 무기입자를 컴파운딩한 마스터배치를 용융 압출하여 제조한 필름에 관한 것이다.

Description

태양광모듈 백시트용 백색필름 및 이의 제조방법{White film for Solar Cell Module and Manufacturing method thereof}
본 발명은 태양광모듈 백시트용 백색필름에 관한 것으로, 종래 불소필름/PET필름/불소필름으로 적층되던 구조에서, 모두 폴리에스테르 필름으로 대체하는 새로운 필름에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지는 실리콘이나 각종 화합물에서 출발, 솔라셀(Solar cell) 형태가 되면 전기를 낼 수 있게 된다. 그러나 하나의 셀로는 충분한 출력을 얻지 못하므로 각각의 셀을 직렬 혹은 병렬 상태로 연결해야 하는데 이렇게 연결된 상태를 '태양광 모듈'이라 부른다.
태양광 모듈은 태양 광원 측면에서부터 유리, 에바(에틸렌비닐아세테이트, EVA), 솔라셀, 에바(에틸렌비닐아세테이트, EVA), 백 시트(back sheet)순으로 적층되어 구성된다. 백 시트는 모듈 맨 아래에 적층되어 먼지, 충격, 습기를 차단하여 솔라셀을 보호하는 역할을 하는 것으로, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이 많이 사용되고 있으며, 리본은 전류를 흘려보내는 통로로 사용되므로 구리에 은이나 주석납으로 코팅된 소재가 이용된다.
태양광 모듈용 백시트는 태양전지 모듈의 가장 뒷면에 붙여 셀을 보호하는 핵심 소재다. 내구·내후·절연·투습방지성 등의 특성이 필요해 일반적으로 불소필름과 PET필름을 적층하여 제조한다.
일반적으로 백시트의 외곽층은 내후성과 내구성이 우수한 불소필름이 사용된다. 현재 듀폰이 1961년 개발한 PVF수지로 제조된 테들러(Tedlar) 필름이 주로 사용되고 있으나, 가격이 높고, 공급 부족 현상으로 일부 업체들은 PET 등 다른 필름으로 대체해 사용하기도 한다.
에바(EVA)는 1970년 나사(NASA)와 듀폰이 인공위성에 사용되는 태양전지용 재료로 공동 개발했다. 현재 태양전지용 봉지재(封止材:Sealing)의 표준으로 사용된다. 일본 업체 (Mitsui 화학, Bridgestone)가 세계 시장의 70% 이상을 장악하고 있다. 태양전지 내부에서 셀(Cell)의 봉합 및 충진 역할을 한다. 강도, 투명성, 절연성이 우수하다.
폴리에스터(Polyethylene Telephthalate:PET) 필름은 일정한 두께와 물성을 가진 면상의 필름을 사용하며, 강도가 우수하여 백시트의 기본 골격을 이룬다. 물리적, 화학적, 기계적, 광학적으로 우수한 특성을 갖고 있어 식품포장재 및 사무용품에서 반도체, 디스플레이 등 첨단 전기 전자 제품에 이르기까지 널리 사용된다. 최근에는 내구성과 내후성이 뛰어나 태양전지용 백시트에 사용이 늘고 있다.
유리는 빛의 반사를 방지하는 역할을 하도록 철분이 적게 들어간 것을 활용하거나 패턴의 형성 또는 반사 방지 코팅을 하기도 한다.
종래, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입의 백시트는 Tedlar필름과 PET필름을 적층하기 위하여 각각 접착제를 통하여 적층하는 공정이 필요하며, 또한 백시트와 봉지재인 에바(EVA) 필름을 접착을 하기 위해서 폴리우레탄 접착제 등을 이용하여 접착시키는 단계가 추가로 필요하였다. 기존 백시트에 사용되는 Tedlar필름은 가격이 고가이므로 현재 백시트의 제조공정 비용의 80% 이상을 차지하고 있어 백시트의 비용을 상승시키는 원인이 되고 있다.
따라서 제조단가를 낮추기 위하여 가격이 높고, 수급이 원활하지 못한 불소필름을 사용하지 않으면서도 불소필름을 사용하는 것과 같은 효과를 발현하기 위한 연구가 시도되고 있다.
본 발명은 기존 불소수지를 이용하는 경우 가격상승 및 수급이 원활하지 못한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리에스테르수지로 이루어진 태양광모듈 백시트용 백색필름을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 태양광모듈 백시트로 사용하기 위해 내후성이 우수하며, 반사율이 우수하여 솔라셀로 광을 돌려보내 광 효율이 증가되며, 내가수분해성이 우수한 백색필름을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 반사율이 550nm 가시광선에서 95% 이상인 광학특성을 만족하기 위해 무기입자의 함량을 증가하면서도 공정성이 우수한 백색필름을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
본 발명은 태양광모듈 백시트용 백색필름에 관한 것으로, 종래 Tedlar필름/PET필름/Tedlar필름으로 적층되던 구조에서 폴리에스테르필름으로만 이루어진 필름으로 대체하기 위한 발명으로, 본 발명의 백색필름으로 이루어지거나, 본 발명의 백색필름을 한층 이상 포함하는 태양광모듈 백시트용 백색필름에 관한 것이다.
본 발명자들은 종래 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)필름의 양면에 불소필름을 접착하여 사용하던 백시트를 전체 폴리에스테르수지로 이루어진 필름으로 대체하기 위하여 연구한 결과, 빛을 차단하여 솔라셀로 되돌려 줌으로써 광효율을 높이기 위한 고반사성, 불소 필름을 대체하기 위한 내후성 및 내가수분해성을 모두 만족해야 한다. 특히 고반사성 물성을 만족하기 위해서는 무기입자를 포함해야 하며, 무기입자의 함량을 조절함으로써 반사율을 높일 수 있으나 무기입자의 함량이 목적으로 하는 반사율을 만족시키기 위하여 20 중량% 이상 사용되는 경우 반사율은 높아지나 불행히도 필름 제조 시 공정상에 문제가 발생함을 알게 되었다.
구체적으로, 상기 공정상의 문제점에 대하여 설명하면, 폴리에스테르 필름의 제조 시 일반적으로 폴리에스테르수지와 무기입자를 혼합하여 폴리에스테르수지의 용융온도와 유사한 온도 범위에서 용융압출한 후, 다이를 통하여 용융물을 압출하고 20 ~ 30℃의 캐스팅롤에서 급냉하여 결정화된 미연신 시트로 제조하는데, 이때 캐스팅롤에서 급냉하는 과정에서 무기입자가 많이 사용되는 경우 무기입자의 열전달이 너무 빨라 캐스팅롤에 접하는 면과 반대면의 결정화 진행 속도 차이에 의해 필름에 크랙이 발생하는 공정상의 문제가 있다.
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하면서 반사율이 높은 백색필름을 제조하기 위하여 연구한 결과, 열전달계수가 폴리에스테르 매트릭스 수지에 비하여 낮은 고분자수지를 무기입자의 표면에 도포되도록 하기 위하여 마스터배치를 제조하여 사용함으로써, 많은 양의 무기입자가 고르게 분산됨과 동시에 열전도도를 제어하여 결정화 속도를 지연시킴으로써 필름에의 입자함량이 최대 30 중량%의 높은 함량으로 사용해서 반사율이 높은 백색필름을 제조할 수 있으면서도 제막 공정성이 개선됨을 발견하게 되어 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 상기 무기입자와 열전도도가 폴리에스테르 매트릭스 수지에 비하여 낮은 고분자수지를 컴파운딩하여 마스터배치로 제조하여 사용하는데 특징이 있다.
보다 구체적으로 본 발명은
폴리에스테르수지로 이루어진 매트릭스수지와, 고분자 수지와 무기입자를 컴파운딩한 마스터배치를 용융 압출하여 제조한 필름으로,
상기 매트릭스수지와 고분자수지의 열전도도가 하기 식 1을 만족하는 태양광모듈 백시트용 백색필름에 관한 것이다.
[식 1]
Kp ≤ Km - Rint
(상기 식 1에서, Kp는 무기입자를 둘러싼 고분자수지의 열전도도이고, Km은 매트릭스 수지의 열전도도이며 Rint은 매트릭스수지와 무기입자를 둘러싼 고분자수지 계면의 열전달저항도이다.)
또한 본 발명은 상기 백색필름을 한 층 이상 구비하는 태양광모듈 백시트도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한 본 발명의 태양광모듈 백시트는 상기 백색필름의 일면 또는 양면에 금속증착층을 더 포함하는 것도 가능하다.
또한 본 발명의 태양광모듈 백시트용 백색필름의 제조방법은
a) 폴리에스테르수지로 이루어진 매트릭스수지 마스터배치를 제조하는 단계;
b) 하기 식 1을 만족하는 고분자 수지와 무기입자를 컴파운딩한 마스터배치를 제조하는 단계;
[식 1]
Kp ≤ Km - Rint
(상기 식 1에서, Kp는 무기입자를 둘러싼 고분자수지의 열전도도이고, Km은 매트릭스 수지의 열전도도이며 Rint은 매트릭스수지와 무기입자를 둘러싼 고분자수지 계면의 열전달저항도이다.)
c) 상기 a)단계에서 제조한 매트릭스수지 마스터배치와 b)단계에서 제조한 마스터배치를 혼합하여 용융하는 단계;
d) 상기 c)단계의 용융물을 티다이를 통해 압출하여 냉각롤에서 미연신 시트를 제조하는 단계;
e) 상기 시트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계; 및
f) 열고정 및 이완하는 단계;
를 포함한다.
이하는 본 발명의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 상기 매트릭스 수지는 필름을 이루는 물질로, 본 발명에서는 폴리에스테르수지를 사용한다.
상기 폴리에스테르수지는 주쇄 중의 주요한 결합인 모노머 잔기와 모노머 잔기를 결합하는 공유결합이 에스테르 결합으로 이루어지는 고분자의 총칭으로서, 통상, 디카르본산 화합물과 디하이드록시 화합물 또는 디카르본산에스테르 유도체와 디히드록시 화합물을 축합 중합시킴에 의해서 얻을 수 있다.
여기서, 디카르본산 화합물로는, 예를 들어, 테레프탈산, 2,6-나프탈렌디카르본산, 이소프탈산, 디페닐디카르본산, 디페닐설폰디카르본산, 디페녹시에탄디카르본산, 5-나트륨설포이소프탈산, 프탈산 등의 방향족 디카르본산, 수산, 호박산, 아디핀산, 세바신산, 다이머산, 말레인산, 푸마르산 등의 지방족 디카르본산, 시클로헥산디카르본산 등의 지환족 디카르본산, 파라옥시안식향산 등의 옥시카르본산 등을 들 수가 있다.
또한, 디카르본산에스테르 유도체로는, 상기 디카르본산 화합물의 에스테르화물, 예를 들어 테레프탈산디메틸, 테레프탈산디에틸, 테레프탈산2-하이드록시에틸메틸에스테르, 2,6-나프탈렌디카르본산디메틸, 이소프탈산디메틸, 아디핀산디메틸, 말레인산디메틸, 다이머산디메틸 등을 들 수가 있다.
상기 하이드록시 화합물로는, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜 등의 지방족 하이드록시 화합물, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 등의 폴리옥시알킬렌글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올 등의 지환족 디하이드록시 화합물, 비스페놀 A, 비스페놀 S 등의 방향족 디하이드록시 화합물 등을 들 수가 있다.
이들 중에서도, 디카르본산 화합물로서는 테레프탈산, 2,6-나프탈렌디카르본산, 이소프탈산 등을 바람직하게 사용할 수 있고, 디하이드록시 화합물로서는 네오펜틸글리콜, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 폴리테트라메틸렌글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 바람직하게 사용할 수가 있다.
그 중에서도 특히, 테레프탈산 또는 테레프탈산디메틸과 에틸렌글리콜로 이루어지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 매트릭스 수지 내 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 첨가제는 바람직하게는 1종 이상의 무기입자 및 UV 안정제, 산화 방지제, 내열 안정제 등을 함유하는 하는 것이 바람직하다. 또한 필름의 반사율 및 백색도를 향상시키기 위해 형광 증백제를 포함 할 수도 있다.
본 발명에서 상기 무기입자는 솔라셀을 통과한 빛을 반사하여 셀로 돌려보내 광 효율을 증가시키고, 백시트를 이루는 PET필름에 투과되는 UV를 차단하여 PET의 광분해를 억제하는 역할을 한다. 구체적으로 예를 들면, 이산화티탄(아나타제형, 루틸형), 탄산칼슘, 황산바륨, 탄산칼슘, 탄산 마그네슘, 탄산 아연, 산화아연, 산화 마그네슘, 인산 칼슘, 실리카, 알루미나, 탈크, 카올린 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 이산화티탄을 사용하고, 더욱 바람직하게는 루틸형의 이산화티탄을 사용하는 것이 광흡수 영역이 장파장 쪽으로 쉬프트하여 광촉매 활성이 떨어져 UV에 의한 광분해를 억제 하므로 바람직하다. 그 함량은 상기 전체 백색필름 함량 중 10 ~ 30 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 10 중량% 미만으로 사용하는 경우 반사율이 낮아 단층필름으로 백시트에 적용하기 곤란하며, 30 중량%를 초과하여 사용하는 경우 캐스팅 시트의 높은 결정화 진행으로 시트가 브리틀하고 잘 깨져 연신하기가 매우 곤란하여 제막 안정성이 크게 떨어질 수 있다. 또한 충분한 반사율을 갖는 필름이 된다 하더라도 태양전지 백시트용으로 쓰일 때 필름 표면에서 디라미네이션이 발생할 가능성이 높아지므로 백시트의 품질을 저하시킨다.
또한 상기 무기입자는 평균입경이 0.1 ~ 5.0㎛, 특히 바람직한 것은 0.1 ~ 3.0㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 0.1㎛ 미만인 경우 미세 입자들의 재 응집 현상으로 인한 분산성 불량을 초래하여 필름 제막 공정의 필터가 자주 막혀 조업성이 크게 떨어지며, 3.0㎛이상인 경우 입도가 너무 커져 연신 공정 시 파단 등 조업성이 불량하고 표면 요철 증가에 의한 광택이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명에서 상기 무기입자와 컴파운딩되어 마스터배치를 이루는 고분자수지는 매트릭스수지인 폴리에스테르수지에 비하여 열전도도가 낮은 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는 하기 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
Kp ≤ Km - Rint
(상기 식 1에서, Kp는 무기입자를 둘러싼 고분자수지의 열전도도이고, Km은 매트릭스 수지의 열전도도이며 Rint은 매트릭스수지와 무기입자를 둘러싼 고분자수지 계면의 열전달저항도이다.)
본 발명에서 상기 화학식 1의 범위를 벗어나는 경우는 용융시트 내의 입자에 의한 열전달이 빨라 냉각롤을 지나는 과정에서 시트가 잘 깨지지만 상기 화학식을 만족하는 범위에서는 열전달에 의한 결정화 진행 속도를 효과적으로 제어하여 시트 냉각에서 연신에 이르는 공정성이 우수하며 광반사율이 높은 백색필름을 제조할 수 있다. 본 발명에서 상기 고분자수지는 매트릭스 수지로 사용되는 폴리에스테르수지의 열전도도에 대하여 매트리스 수지와 무기입자계면의 열전달저항도의 차보다 작은 범위인 고분자수지라면 제한되지 않고 사용 가능하다.
보다 구체적으로 본 발명의 예를 들면, 상기 폴리에스테르수지가 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(열전도도 0.20~0.26)인 경우, 상기 고분자수지는 60~120℃의 유리전이온도를 가지는 폴리에스터계열 수지(열전도도 0.18~0.24)를 사용하는 것이 좋다.
상기 마스터배치는 고분자수지 100 중량부에 대하여, 무기입자를 30 ~ 70 중량부로 포함하는 것이 필름 제조 시 마스터배치 적용 사용량 감소에 따른 필름 제조 원가 절감에 유리하다.
다음으로 본 발명의 태양광모듈 백시트용 백색필름을 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 백색필름의 제조방법은
a) 폴리에스테르수지로 이루어진 매트릭스수지 마스터배치를 제조하는 단계;
b) 하기 식 1을 만족하는 고분자 수지와 무기입자를 컴파운딩한 마스터배치를 제조하는 단계;
[식 1]
Kp ≤ Km - Rint
(상기 식 1에서, Kp는 무기입자를 둘러싼 고분자수지의 열전도도이고, Km은 매트릭스 수지의 열전도도이며 Rint은 매트릭스수지와 무기입자를 둘러싼 고분자수지 계면의 열전달저항도이다.)
c) 상기 a)단계에서 제조한 매트릭스수지 마스터배치와 b)단계에서 제조한 마스터배치를 혼합하여 용융하는 단계;
d) 상기 c)단계의 용융물을 티다이를 통해 압출하여 냉각롤에서 미연신 시트를 제조하는 단계;
e) 상기 시트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계; 및
f) 열고정 및 이완하는 단계;
를 포함한다.
본 발명에서 상기 c)단계에서 용융온도는 폴리에스테르수지의 용융점 부근에서 용융압출하는 것이 바람직하며, 폴리에스테르수지가 폴리에틸렌테레프탈레이트인 경우 280 ~ 290℃에서 용융하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 무기입자를 상기 마스터배치로 제조하여 투입하는 경우, 매트릭스 수지와의 분산성 및 혼화성이 우수하며, 필름 제조 시 무정형으로 고분자수지가 코팅된 형태의 무기입자가 필름 내에 고르게 분포되므로 무기입자의 열전달이 효율적으로 제어될 뿐만 아니라 백색도가 더욱 우수한 백색필름을 제조할 수 있다.
보통 285℃의 용융 온도를 가지는 수지는 260 ~ 280℃의 T-Die를 통해 압출되어 20 ~ 30℃ 범위의 냉각롤을 거치며, 이 냉각롤(캐스팅 롤) 내 체류시간은 20 ~ 40초인 것이 바람직하다. 이 체류시간이 짧으면 시트의 냉각이 부족해 캐스팅 시트의 결정화가 많이 진행되어 종방향 연신이 불량해지며, 체류시간이 길어지면 생산 속도의 저하 뿐 아니라 T-Die에서 나온 융용 압출수지의 적채 현상으로 종방향 두께가 나빠진다.
연신단계는 시트를 80 ~ 100℃의 예열 롤을 통과하면서 500 ~ 900℃ 사이의 IR 히터 비접촉 조사에 의하여 기계방향(MD)으로 2.0 ~ 4.0배 연신하여 20 ~ 35℃로 냉각하고, 100 ~ 125℃에서 다시 예열 후 125 ~ 140℃ 연신 온도로 폭방향(TD) 으로 3.0 ~ 4.0배 2축 연신하는 것이 바람직하다.
상기 연신된 시트는 5 ~ 10단의 텐터에서 200 ~ 240℃ 범위에서 열처리 및 이완(Relax)을 할 수 있다. 이완(Relax)은 폭 방향 길이에 대하여 보통 1 ~ 10%를 부여하는데 이렇게 함으로써 필름의 열수축율 및 형태 안정성을 부여하게 된다.
본 발명에서 전체 필름 두께가 50 ~ 250㎛인 것이 바람직하다. 50㎛ 미만인 경우는 충분한 반사율과 내구성ㆍ내후성을 가질 수 없고, 250㎛ 초과인 경우는 반사율의 큰 상승 없이 필름 제조 공정성이 크게 떨어지며 표층에서 디라미네이션이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 백색필름을 한 층 이상 구비하는 태양광모듈 백시트도 본 발명의 범위에 포함된다.
즉, 본 발명의 백색필름을 이용하여 단층으로 이루어진 태양광모듈 백시트도 본 발명의 범위에 포함되며, 본 발명의 백색필름을 한층 이상 포함하는 태양광모듈 백시트도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한 본 발명은 필요에 따라 상기 백색필름의 일면 또는 양면에 금속 증착층을 형성하여 수분배리어성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 금속증착층은 기본적으로 금속의 산화물을 증착한 얇은 막이라면 사용 가능하지만 가격, 효과, 일반성 등에서 규소, 알루미늄 등의 금속의 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 두께는 사용하는 금속, 금속의 산화물의 종류에 따라 다르지만 50 ~ 2000Å, 더 바람직하게는 100 ~ 1000Å의 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 백시트용 백색필름은 입자를 둘러싼 마스터배치 수지의 열전도도 조절을 통해 많은 양의 입자를 작업성에 문제없이 필름에 고르게 분산시킴으로써 반사율이 550nm 가시광선에서 95% 이상 이며 내후성ㆍ내가수분해성이 개선된 공정성이 우수한 백색필름을 제공 할 수 있다.
이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 발명의 물성은 다음과 같이 측정하였다.
1) 내가수분해성
120℃, 100% RH, 2bar 압력의 고온ㆍ고습 조건의 오토클래이브(Autoclave) 안에서 48시간 동안 필름시료를 에이징(Aging) 시키고 2시간 상온 방치 후, 칼로 종방향, 횡방향 으로 각각 잘랐을 때 다음과 같이 평가하였다.
○ : 필름의 칼질 단면이 매끄럽게 잘린다.
△ : 칼질 단면에 아주 미세한 크랙이 발생한다.
X : 칼질 단면에 큰 크랙이 발생하거나 깨져 나간다.
2) 반사율
분광 광도계 (Varian社 UV Spectrophotometers Cary 5000)에 황산바륨 표준백색판을 100%라고 할 때의 상대 반사율로써, 550nm의 가시광선에서 측정한 값이다. 이때 측정각은 3°20"이고 검출기에서 시그널을 검출하는 평균 시간은 0.1s, 분석 데이터의 간격은 1nm, scan 속도는 600nm/min 이다.
3) 내후성
QUV 테스트 후 황변(Yellowing)의 정도를 황색도 (YI ; Yellowness Index)로 측정하여 내후성이 뛰어난 정도를 평가하였다. 필름을 10cm x 10cm 로 자른 후 UV 램프를 99시간 동안 조사하였다. UV 조사 조건은 60℃, 50% RH 분위기에서 310nm에서 1.23W/m2 강도로 99시간 조사 후 UV 조사 전 과 후의 색좌표 측정으로부터 황색도 변화(△YI)값을 구하여 황변 여부를 관찰하였다.
Yellowness Index 측정은 Datacolor社 600TM 모델을 사용하였으며 ASTM E 313 규격을 따른다.
Yellowness Index, YI = 100(1-B/G)
G = Greenness = (Y/Yn) X 100
B = Blueness = (Z/Zn) X 100
Y, Z : 측정 물체의 색도좌표 (The Chromaticity coordinates)
Yn, Zn : 완전반사체 (Reflectance = 100%)의 색도좌표
4) 수증기 투과도(수증기 배리어성)
MOCON사의 투습도 시험기를 이용하여 측정하였다. 측정방법은 ASTM F1249 Method(38℃,90% RH)를 이용하여 측정하였다.
5) 열전도도 및 열전달저항도(W/M/K)
ASTM E1530 Guarded Heat Flow Meter Method를 이용하여 측정하였다.
6) 조업성
안정적으로 제막할 수 있는 것을 평가하였으며 하기기준으로 평가하였다.
O : 24시간 이상 안정적으로 제막할 수 있다.
△ : 12시간 이상 24시간 미만 안정적으로 제막할 수 있다.
X : 12시간 이내에 파단 등이 발생하여 안정적으로 제막을 할 수 없다.
[실시예 1]
매트릭스수지 마스터배치 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트수지(열전도도 0.24w/m/k, IV=0.68)마스터배치의 수분함량이 30ppm 이하가 되도록 건조하여 준비하였다.
무기입자 마스터배치 제조
열전도도 0.20인 폴리에스테르 수지(폴리에스터 중합 과정에서 글리콜 유닛에 대해 이소프탈산이 5mol% 공중합된 열전도도 0.20인 공중합 폴리에스테르) 100 중량부에 대하여, 무기입자(평균입경이 0.5㎛인 루틸형 이산화티탄)를 50중량부로 투입, 컴파운딩하여 무기입자 마스터배치를 제조하였다.
백색필름의 제조
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트수지 마스터배치 70 중량%와 무기입자 마스터배치 30중량%를 압출기에 투입하여 285℃로 용융한 후, 티다이를 통하여 압출하면서 20℃의 캐스팅롤(냉각롤)에서 미연신 시트를 제조하였다. 이때 캐스팅롤 내 체류시간은 26.9초이었으며, 캐스팅 속도는 10.5m/min, 에어 챔버의 온도는 18 ℃이었다.
이를 길이방향으로 3배, 폭방향으로 3.4배 연신하고 230℃에서 열고정 및 4.3%의 이완율(Relax)를 거쳐 전체두께가 188㎛인 필름을 제조하였다.
제조된 백색필름의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지 마스터배치 40 중량%, 무기입자 마스터배치를 60중량%로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전체두께가 188㎛인 필름을 제조하였다.
제조된 백색필름의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 무기입자 마스터배치 제조 시 열전도도 0.22w/m/k의 폴리에스테르 수지를 이용하여 마스터배치를 22 중량% 투입하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전체두께가 188인 필름을 제조하였다.
제조된 백색필름의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 4]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전체두께가 188인 필름을 제조한 후, 일면에 알루미나 금속증착층(두께=1000Å)을 형성하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 같이 실시하되 무기입자 마스터배치 제조 시 열전도도가 0.25w/m/k인 폴리에스테르 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전체두께가 188인 필름을 제조하였다.
제조된 백색필름의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
상기 실시예 1과 같이 실시하되 무기입자 마스터배치 제조 시 열전도도가 0.27w/m/k인 폴리에스테르 수지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전체두께가 188인 필름을 제조하였다.
제조된 백색필름의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
매트릭스수지 마스터배치 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트수지(열전도도 0.24w/m/k, IV=0.68)마스터배치의 수분함량이 30ppm 이하가 되도록 건조하여 준비하였다.
무기입자 마스터배치 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트수지(열전도도 0.24w/m/k, IV=0.68) 100 중량부에 대하여, 무기입자(평균입경이 0.5㎛인 루틸형 이산화티탄)를 50중량부로 투입, 컴파운딩하여 무기입자 마스터배치를 제조하였다.
백색필름의 제조
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트수지 마스터배치 40 중량%와 무기입자 마스터배치 60중량%를 압출기에 투입하여 285℃로 용융한 후, 티다이를 통하여 압출하면서 20℃의 캐스팅롤(냉각롤)에서 미연신 시트를 제조하였다. 이때 캐스팅롤 내 체류시간은 26.9초이었으며, 캐스팅 속도는 10.5m/min, 에어 챔버의 온도는 18 ℃이었다.
필름 제막 시 연전도도의 제어 없이 다량의 무기입자 사용에 따른 빠른 결정화 속도에 의해 필름에 파단이 발생하여 조업이 불가능하였으며, 이에 따라 필름의 물성 측정이 불가능하였다.
[표 1]
Figure 112011029645349-pat00001
상기 표에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 백색필름은 반사율이 높고, 내가수분해성, 내후성, 수분배리어성 및 조업성이 모두 우수하여 태양광모듈 백시트에 적용이 가능한 것을 알 수 있었다.

Claims (11)

  1. 폴리에스테르수지로 이루어진 매트릭스수지와, 고분자 수지와 무기입자를 컴파운딩한 마스터배치를 용융 압출하여 제조한 필름으로,
    상기 고분자수지는 폴리에스테르수지이며,
    상기 매트릭스수지와 고분자수지의 열전도도가 하기 식 1을 만족하는 백색필름.
    [식 1]
    Kp ≤ Km - Rint
    (상기 식 1에서, Kp는 무기입자를 둘러싼 고분자수지의 열전도도이고, Km은 매트릭스 수지의 열전도도이며 Rint은 매트릭스수지와 무기입자를 둘러싼 고분자수지 계면의 열전달저항도이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기입자는 이산화티탄, 황산바륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산아연, 산화아연, 산화마그네슘, 인산칼슘, 실리카, 알루미나, 탈크, 카올린에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 백색필름.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마스터배치는 고분자수지 100 중량부에 대하여, 무기입자를 30 ~ 70 중량부로 포함하며, 상기 마스터배치는 무기입자의 함량이 전체 필름 중 10 ~ 30 중량%가 되도록 첨가하는 것인 백색필름.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 백색필름.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고분자수지는 유리전이온도가 60~120℃인 폴리에스테르 수지인 백색필름.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 무기입자는 평균입경이 0.1 ~ 5.0㎛인 백색필름.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 백색필름은 전체 필름 두께가 50 ~ 250㎛인 백색필름.
  8. 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항의 백색필름을 한 층 이상 구비하는 태양광모듈 백시트.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 태양광모듈 백시트는 상기 백색필름의 일면 또는 양면에 금속증착층을 더 포함하는 태양광모듈 백시트.
  10. a) 폴리에스테르수지로 이루어진 매트릭스수지 마스터배치를 제조하는 단계;
    b) 하기 식 1을 만족하는 고분자 수지와 무기입자를 컴파운딩한 마스터배치를 제조하는 단계;
    [식 1]
    Kp ≤ Km - Rint
    (상기 식 1에서, Kp는 무기입자를 둘러싼 고분자수지의 열전도도이고, Km은 매트릭스 수지의 열전도도이며 Rint은 매트릭스수지와 무기입자를 둘러싼 고분자수지 계면의 열전달저항도이다.)
    c) 상기 a)단계에서 제조한 매트릭스수지 마스터배치와 b)단계에서 제조한 마스터배치를 혼합하여 용융하는 단계;
    d) 상기 c)단계의 용융물을 티다이를 통해 압출하여 냉각롤에서 미연신 시트를 제조하는 단계;
    e) 상기 시트를 종방향 및 횡방향으로 연신하는 단계; 및
    f) 열고정 및 이완하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 고분자수지는 폴리에스테르수지인 백색필름의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 마스터배치는 고분자수지 100 중량부에 대하여, 무기입자를 30 ~ 70 중량부로 포함하며, 상기 마스터배치는 무기입자의 함량이 전체 필름 중 10 ~ 30 중량%가 되도록 첨가하는 것인 백색필름의 제조방법.
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