KR20230080723A - 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제조방법, 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 태앙전지용 봉지재 - Google Patents
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Abstract
주촉매로 전이금속 화합물 및 조촉매로 고상의 보레이트 화합물 및 액상의 보레이트 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 중합하는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 제조방법, 상기 방법으로 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 및 가교제를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 상기 수지 조성물로부터 제조되며, 두께 0.6mm 기준으로 광투과도가 90% 이상인 태양전지용 봉지재을 제공한다.
Description
본 발명은 폴리에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제조방법, 태양전지 봉지재용 수지 조성물 및 태앙전지용 봉지재 에 관한 것이다.
최근 신재생 에너지 시장의 확대와 함께 태양광 시장도 폭발적으로 성장하고 있다. 그 중 올레핀 소재가 태양광 패널의 봉지재로 널리 사용되고 있다.
현재 가장 범용되는 봉지재로는, 광전지 또는 광전지 어레이를 강유전체에 부착하고, 캡슐화하기 위해 EVA(ethylene vinyl acetate)계 소재를 들 수 있다. 그러나, 상기 EVA는 유리 및 모듈의 타 부품과의 접착성이 떨어지고, 이에 따라, 광전지 모듈을 장기간 사용하게 되면, 모듈의 각 층간에 박리가 쉽게 유발되고, 이로 인해 모듈의 효율 저하나, 수분 침투에 의한 부식을 유발한다.
또한, 현재까지 알려진 봉지재는 자외선(UV) 등에 대한 내성이 떨어져서, 장기간 사용될 경우 탈색 또는 변색되는 문제나 PID(Potential Induced Degradation) 문제 등이 발생하여, 역시 모듈의 효율을 저하시킨다. 또한, EVA계와 같은 소재로 제조된 봉지재는, 경화시에 응력이 발생하여, 모듈에 손상을 주는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 최근에는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 사용이 각광받고 있으며, 본 소재는 태양광 에너지를 생산하는 셀을 보호하는 동시에 유리 및 백시트와 접착성을 부여하여 수분 및 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하고 있다.
그러나, 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 역시 개선해야 할 문제점이 있다. 그 중 하나가 가교 속도인데 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 EVA에 비해 상대적으로 가교 속도가 느려 기존 모듈 제조 공정을 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제품에 적용할 경우에 느린 가교 속도 때문에 가교가 제대로 일어나지 않아 접착에 문제가 생기는 현상이 있다. 이를 보완하는 방법으로 고온에서 장시간 성형하는 것이 제안되고 있으나, 이 경우, 황변 또는 열수축 등의 변형이 일어날 우려가 있다.
따라서, 에틸렌-알파-올레핀 공중합체를 저온에서도 가급적 빠른 시간 내에 가교가 일어날 수 있도록 하는 방법이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지용 봉지재로 사용되는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체에 있어서 고온, 고압에서 수행되는 가교과정에서 요구되는 시간을 단축할 수 있는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 제조방법, 태양전지 봉지재용 수지 조성물을 제공하며, 또한, 상기 수지 조성물로부터 제조된 태양전지용 봉지재를 제공하고자 한다.
본 발명은 주촉매로 전이금속 화합물 및 조촉매로 고상의 보레이트 화합물 및 액상의 보레이트 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 중합하는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 제조방법을 제공한다.
상기 고상의 보레이트 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
[W]+[Z(Rc)4]-
(상기 화학식 2에서, [W]+는 양이온성 루이스 산; 또는 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스 산이고, Z는 13족 원소이고, Rc는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C6-C20)아릴기; 할로겐, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C1-C20)알킬기이다.).
상기 액상의 보레이트 화합물은 N,N-디헥사데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 및 N,N-디테카데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종일 수 있다.
상기 전이금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, M은 4족 전이금속이고; Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)알킬, (C2-C20)알케닐, (C2-C20)알키닐, (C6-C20)아릴, (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴, (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬, (C1-C20)알킬아미도, (C6-C20)아릴아미도 또는 (C1-C20)알킬리덴이고; R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 또는 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬실릴이고; 상기 R1과 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며, 상기 R3와 R4는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, 상기 R5 내지 R10 중에서 2 이상이 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며; R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬실릴; (C1-C20)알콕시; 또는 (C6-C20)아릴옥시이며; 상기 R11과 R12 또는 R12와 R13은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.)
본 발명은 상기 방법으로 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 및 가교제를 포함하는 태양전지용 봉지재용 수지 조성물을 제공한다.
상기 수지 조성물은 가교에 소요되는 시간이 20분 이하이다.
본 발명은 또한 상기 수지 조성물로부터 제조된 태양전지 봉지재로서, 두께 0.6mm 기준으로 광투과도가 90% 이상인 태양전지용 봉지재를 제공한다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 기존 태양광 봉지재로 사용되던 고분자 수지에 비해 동일한 가교도에 도달하기까지의 속도가 빨라 태양광 패널 제작에 있어 작업 시간을 현저히 단축할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조된 폴리에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 TGIC 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 폴리에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 TGIC 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 폴리에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 TGIC 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따르면, 태양전지 봉지재로 사용될 수 있는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 제공하고자 하는 것으로서, 2종 이상의 분지쇄 분포를 갖는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체를 제공한다.
본 발명의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 메탈로센 촉매로서 통상적으로 사용되는 전이금속 화합물을 주촉매로 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 중합될 수 있다.
상기 전이금속 화합물은 특별히 한정하지 않으며, 메탈로센 촉매로서 올레핀 중합에 사용되는 전이금속 화합물이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 전이금속 화합물로서는 이에 한정하는 것은 아니지만, 하기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물을 주촉매 화합물로 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
M은 4족 전이금속이고;
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)알킬, (C2-C20)알케닐, (C2-C20)알키닐, (C6-C20)아릴, (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴, (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬, (C1-C20)알킬아미도, (C6-C20)아릴아미도 또는 (C1-C20)알킬리덴이고;
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 또는 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬실릴이고; 상기 R1과 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며, 상기 R3와 R4는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, 상기 R5 내지 R10 중에서 2 이상이 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며;
R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬실릴; (C1-C20)알콕시; 또는 (C6-C20)아릴옥시이며; 상기 R11과 R12 또는 R12와 R13은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물은 아미도 리간드와 오르소-페닐렌이 축합 고리를 형성하고, 상기 오르소-페닐렌에 결합한 5각 고리 파이-리간드가 티오펜 헤테로 고리에 의해 융합된 새로운 구조의 리간드를 포함한다. 그에 따라, 상기 전이금속 화합물은 티오펜 헤테로 고리가 융합되지 않은 전이금속 화합물에 비하여, 에틸렌 알파-올레핀의 공중합 활성이 높은 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 있어서, 상기 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함하는 치환기로 치환된 것일 수 있는데, 상기와 같은 치환기로 치환될 경우 담체의 표면에 담지시키는데 보다 유리할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 있어서, 상기 M은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물에 있어서, 상기 Q1 및 Q2 는 각각 독립적으로 할로겐 또는 (C1-C20)알킬인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 염소 또는 메틸일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물에 있어서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 (C1-C20)알킬일 수 있고, 바람직하게는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸일 수 있고, 다만 R3 및 R4 중 적어도 하나는 메틸이고, R5는 메틸일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물에 있어서, 상기 R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 및 R13은 각각 수소인 것이 바람직하다.
상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물은 상기와 같은 치환기들을 포함하는 것이 금속 주위의 전자적, 입체적 환경 제어를 위해 선호된다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 전이금속 화합물 전구체로부터 얻을 수 있다:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 및 R13은 각각 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
여기서, 상기 화학식 3으로 표시되는 전이금속 화합물 전구체는 (i) 하기 화학식 4로 표시되는 테트라하이드로퀴놀린 유도체를 알킬리튬과 반응시킨 후 이산화탄소를 첨가하여 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 (ii) 하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 알킬리튬을 반응시킨 후, 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 첨가하고 산 처리하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다:
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
상기 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 및 R13은 각각 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
다만, 상기 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6에서, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 (C1-C20)알킬일 수 있고, 바람직하게는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸일 수 있고, 다만 R3 및 R4 중 적어도 하나는 메틸이고, R5는 메틸일 수 있다. 또한, 상기 R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 및 R13은 각각 수소인 것이 바람직하다. 이를 통해 출발 물질의 접근성 및 반응성을 확보할 수 있고, 제조될 화학식 1의 전이금속 화합물의 전자적 및 입체적 환경을 제어하는데 유리하다.
화학식 3으로 표시되는 전구체 화합물의 제조에 있어서, 상기 (i) 단계는 상기 화학식 4로 표시되는 테트라하이드로퀴놀린 유도체를 알킬리튬과 반응시킨 후 이산화탄소를 첨가하여 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물로 전환하는 반응으로, 이는 공지된 문헌(Tetrahedron Lett. 1985, 26, 5935; Tetrahedron 1986, 42, 2571; J. Chem. SC. Perkin Trans. 1989, 16.)에 기술된 방법에 따라 수행할 수 있다.
또한, 상기 (ii) 단계에서 상기 화학식 5로 표시되는 화합물에 알킬리튬을 반응시킴으로써 탈양성자 반응을 유발하여 오르소-리튬 화합물을 생성하며, 이어서 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시키고 산을 처리함으로써 상기 화학식 3으로 표시되는 전이금속 화합물 전구체를 얻을 수 있다.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물에 알킬리튬을 반응시켜 오르소-리튬 화합물을 생성하는 반응은 공지된 문헌(Organometallics 2007, 27, 6685 또는 대한민국 공개특허 제2008-0065868호)에 기술된 방법에 따라 수행될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 생성된 오르소-리튬 화합물에 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시키고 산을 처리함으로써 상기 화학식 3으로 표시되는 전이금속 화합물 전구체를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 공지된 다양한 방법을 통해 제조될 수 있다. 하기 반응식 1은 그 중 일 예를 보여주는 것으로, 한 단계의 반응만으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 가격이 저렴한 출발물질을 사용하여, 본 발명의 화학식 3의 전이금속 화합물 전구체를 쉽고 경제적으로 제조할 수 있다(J. Organomet. Chem., 2005, 690, 4213).
[반응식 1]
한편, 상기 방법을 통해 얻어진 상기 화학식 3으로 표시되는 전이금속 화합물 전구체로부터 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물을 합성하기 위해서는 공지된 다양한 방법들을 이용할 수 있다. 상기 화학식 3으로 표시되는 전이금속 화합물 전구체에 약 2당량의 알킬리튬을 첨가하여 탈양성자 반응을 유도함으로써, 사이클로펜타디에닐 음이온과 아마이드 음이온의 다이리튬 화합물을 제조한 후, 여기에 (Q1)(Q2)MCl2를 투입하여 약 2당량의 LiCl를 제거하는 방법으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 M(NMe2)4 화합물을 반응시켜 약 2 당량의 HNMe2를 제거하여 Q1과 Q2가 동시에 NMe2인 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물을 얻고, 여기에 Me3SiCl 또는 Me2SiCl2를 반응시켜 NMe2 리간드를 염소 리간드로 바꿀 수 있다.
본 발명의 촉매 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물과 함께 조촉매를 포함한다. 상기 조촉매는 상기 전이금속 화합물을 활성화시키는 역할을 하는 것으로서, 상온에서 고상인 보레이트 화합물과 액상인 보레이트 화합물을 혼합하여 조촉매로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 상온에서 고상인 보레이트 화합물은 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
[W]+[Z(Rc)4]-
상기 화학식 2에서, [W]+는 양이온성 루이스 산; 또는 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스 산이고, Z는 13족 원소이고, Rc는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C6-C20)아릴기; 할로겐, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C1-C20)알킬기이다.
화학식 2로 표시되는 보레이트 화합물은 상기 주촉매인 전이금속 화합물의 활성을 고려할 때, 상기 [W]+가 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스 산인 경우, 디메틸아닐리늄 양이온이고, [W]+가 양이온성 루이스 산인 경우, [(C6H5)3C]+이고, 상기 [Z(Rc)4]-는 [B(C6F5)4]-인 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
화학식 2로 표시되는 고상의 보레이트 화합물로는 특별히 한정되지 않으나, [W]+가 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스산인 경우의 비제한적인 예로는 트리페닐카르베늄 보레이트, 트리메틸암모늄 테트라페닐보레이트, 메틸디옥타데실암모늄 테트라페닐보레이트, 트리에틸암모늄 테트라페닐보레이트, 트리프로필암모늄 테트라페닐보레이트, 트리(n-부틸)암모늄 테트라페닐보레이트, 메틸테트라데시클로옥타데실암모늄 테트라페닐보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라페닐보레이트, N,N-디에틸아닐리늄 테트라페닐보레이트, N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐리늄)테트라페닐보레이트, 트리메틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디테트라데실암모늄 테트라키스(펜타페닐)보레이트, 메틸디옥타데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리에틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리프로필암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리(n-부틸)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리(2급-부틸)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디에틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐리늄)테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리메틸암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 트리에틸암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 트리프로필암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 트리(n-부틸)암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 디메틸(t-부틸)암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디에틸아닐리늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸-(2,4,6-트리메틸아닐리늄)테트라키스-(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 디옥타데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 디테트라데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 디시클로헥실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리페닐포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디옥타데실포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디(옥타데실)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디(테트라데실)-암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리이틸 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다. 상기 조촉매는 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 화학식 2로 표시되는 화합물로서, [W]+가 양이온성 루이스산인 경우의 비제한적인 예로는, 트리알킬포스포늄, 디알킬옥소늄, 디알킬술포늄 및 카르보늄염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 트리알킬포스포늄은 비제한적인 예로, 트리페닐포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리(o-톨릴포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 또는 트리(2,6-디메틸페닐)포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
상기 디알킬옥소늄은 비제한적인 예로, 디페닐옥소늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 디(o-톨릴)옥소늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 또는 디(2,6-디메틸페닐 옥소늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
상기 디알킬술포늄은 비제한적인 예로, 디페닐술포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 디(o-톨릴)술포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 또는 비스(2,6-디메틸페닐)술포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
상기 카르보늄염은 비제한적인 예로, 트로필륨 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리페닐메틸 카르베늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 또는 벤젠(디아조늄)테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
한편, 상기 상온에서 액상인 조촉매는 이에 한정하는 것은 아니지만, N,N-디헥사데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디테카데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트와 같은 보레이트 화합물을 들 수 있으며, 이들은 [W]+가 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스산과 동일한 역할을 하고, 상기 고상의 조촉매와 대비하여 반응성이 보다 우수하다.
이와 같이, 고상의 보레이트 화합물 조촉매와 액상의 보레이트 화합물 조촉매를 함께 사용함으로써 고분자의 광투과율, 내충격성, 내수분성, 강성 등의 물성을 일정하게 유지하면서 가교 시간을 비약적으로 단축시킬 수 있다.
상기 고상의 보레이트 화합물 조촉매와 액상의 보레이트 화합물 조촉매의 혼합비는 3 내지 7:7 내지 3의 비율로 혼합할 수 있다. 상기 혼합비를 벗어는 경우에는 고분자의 물성을 저하시키거나, 가교 시간을 충분히 단축시킬 수 없다.
상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물 및 상기와 같은 조촉매 화합물의 혼합 사용을 통해 촉매를 제조할 수 있으며, 이때 촉매 제조방법으로는 하기 예시된 방법을 이용할 수 있다.
화학식 1의 Q1 및 Q2가 알킬 라디칼인 경우 전이금속 화합물과 고상의 보레이트 화합물 조촉매 및 액상의 보레이트 화합물 조촉매를 접촉시켜 촉매를 제조할 수 있다.
한편, 상기 조촉매 화합물의 첨가량은 상기 주촉매 화합물의 첨가량 및 상기 조촉매 화합물을 충분히 활성화시키는데 필요한 양 등을 고려하여 결정할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 조촉매 화합물은 상기 주촉매 화합물에 대하여 1:1~100,000, 바람직하게는 1:1~10,000, 더욱 바람직하게는 1:1~5,000의 몰비로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 조촉매 화합물은 주촉매 화합물인 전이금속 화합물, 예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 주촉매 화합물에 대하여 1:1~100, 바람직하게는 1:1~10, 더욱 바람직하게는 1:1~4의 몰비로 포함될 수 있다.
나아가, 상기 고상의 보레이트 조촉매 화합물과 액상의 보레이트 조촉매 화합물을 혼합 사용과 함께, 필요에 따라서 다음의 화학식 7로 표시되는 조촉매 화합물 및 화학식 8로 표시되는 조촉매 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 조촉매를 더 포함할 수 있다.
[화학식 7]
-[Al(Ra)-O]n-
상기 화학식 7에서, Ra는 각각 독립적으로 할로겐; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C20)하이드로카르빌기이고, n은 2 이상의 정수이다.
[화학식 8]
Q(Rb)3
상기 화학식 8에서, Q는 알루미늄 또는 보론이고, Rb는 각각 독립적으로 할로겐; 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 (C1-C20)하이드로카르빌기이다.
상기 화학식 7로 표시되는 '단위'는 화합물 내에서 [ ] 내의 구조가 n개 연결되는 구조로, 화학식 7로 표시되는 단위를 포함하는 경우라면 화합물 내의 다른 구조는 특별히 한정하지 않으며, 화학식 7의 반복 단위가 서로 연결된 클러스터형 예컨대, 구상의 화합물일 수 있다.
상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 알킬알루미녹산이라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직한 예로는 메틸알루미녹산, 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산, 부틸알루미녹산 등이 있으며, 특히 바람직한 화합물은 메틸알루미녹산이다.
또한 상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 알킬 금속 화합물로서 특별히 한정되지 않으며, 이의 비제한적인 예로는 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리프로필알루미늄, 트리부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리-s-부틸알루미늄, 트리시클로펜틸알루미늄, 트리펜틸알루미늄, 트리이소펜틸알루미늄, 트리헥실알루미늄, 트리옥틸알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트리페닐알루미늄, 트리-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드, 디메틸알루미늄에톡시드, 트리메틸보론, 트리에틸보론, 트리이소부틸보론, 트리프로필보론, 트리부틸보론 등이 있다. 상기 전이금속 화합물의 활성을 고려할 때, 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄 및 트리이소부틸알루미늄로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 주촉매 화합물 및 상기 보레이트 화합물 조촉매를 포함하는 본 발명의 촉매는 담체를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 담체로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 촉매의 제조에 사용되는 무기 또는 유기 소재의 담체가 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 담체는 SiO2, Al2O3, MgO, MgCl2, CaCl2, ZrO2, TiO2, B2O3, CaO, ZnO, BaO, ThO2, SiO2-Al2O3, SiO2-MgO, SiO2-TiO2, SiO2-V2O5, SiO2-Cr2O3, SiO2-TiO2-MgO, 보오크사이트, 제올라이트, 전분(starch), 사이클로덱스트린(cyclodextrine), 또는 합성고분자일 수 있다.
바람직하게는, 상기 담체는 표면에 히드록시기를 포함하는 것으로서, 실리카(SiO2), 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3) 및 실리카-마그네시아(SiO2-MgO)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 담체에 상기 주촉매 화합물 및 상기 조촉매 화합물을 포함하는 촉매를 담지시키는 방법으로는 수분이 제거된(dehydrated) 담체에 상기 주촉매 화합물을 직접 담지시키는 방법; 상기 담체를 상기 조촉매 화합물로 전처리한 후 상기 주촉매 화합물을 담지시키는 방법; 상기 담체에 상기 주촉매 화합물을 담지시킨 후 상기 조촉매 화합물로 후처리하는 방법; 상기 주촉매 화합물과 상기 조촉매 화합물을 반응시킨 후 상기 담체를 첨가하여 반응시키는 방법 등이 사용될 수 있다.
상기 담지 방법에서 사용 가능한 용매는 방향족 탄화수소계 용매, 방향족 탄화수소계 용매, 할로겐화 지방족 탄화수소계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 지방족 탄화수소계 용매는 비제한적인 예로, 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 헵탄(heptane), 옥탄(octane), 노난(nonane), 데칸(decane), 운데칸(undecane) 또는 도데칸(dodecane) 등을 들 수 있다.
상기 방향족 탄화수소계 용매로는 비제한적인 예로, 벤젠(benzene), 모노클로로벤젠(nonochlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 트리클로로벤젠(trichlorobenzene), 또는 톨루엔(toluene) 등을 들 수 있다.
상기 할로겐화 지방족 탄화수소계 용매는 비제한적인 예로, 디클로로메탄(dichloromethane), 트리클로로메탄(trichloromethane), 디클로로에탄(dichloroethane), 또는 트리클로로에탄(trichloroethane) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 담지 방법은 -70 내지 200℃, 바람직하게는 -50 내지 150℃, 보다 바람직하게는 0 내지 100℃의 온도 하에서 수행되는 것이 담지 공정의 효율 측면에서 유리하다.
한편, 본 발명의 에틸렌, 알파-올레핀의 중합 반응은 슬러리상(Slurry Phase), 액상(Solution Phase), 기상(Gas Phase) 또는 괴상(Bulk Phase)에서 실시될 수 있다.
상기 중합 반응이 액상 또는 슬러리상에서 실시될 경우에는 용매 또는 에틸렌, 알파-올레핀 단량체 자체를 매질로 사용할 수 있다.
중합 반응시 사용 가능한 용매는 지방족 탄화수소계 용매, 방향족 탄화수소계 용매, 할로겐화 지방족 탄화수소계 용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 지방족 탄화수소계 용매는 비제한적인 예로, 부탄(butane), 이소부탄(isobutane), 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 헵탄(heptane), 옥탄(octane), 노난(nonane), 데칸(decane), 운데칸(undecane), 도데칸(dodecane), 시클로펜탄(cyclopentane), 메틸시클로펜탄(methylcyclopentane), 또는 시클로헥산(cyclohexane) 등을 들 수 있다.
상기 방향족 탄화수소계 용매는 비제한적인 예로, 벤젠(benzene), 모노클로로벤젠(monochlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 트리클로로벤젠(trichlorobenzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 또는 클로로벤젠(chlorobenzene) 등을 들 수 있다.
상기 할로겐화 지방족 탄화수소 용매는 비제한적인 예로, 디클로로메탄(dichloromethane), 트리클로로메탄(trichloromethane), 클로로에탄(chloroethane), 디클로로에탄(dichloroethane), 트리클로로에탄(trichloroethane), 또는 1,2-디클로로에탄(1,2-cichloroethane) 등을 들 수 있다.
한편, 본 발명의 중합 반응에서 상기 촉매의 첨가량은 슬러리상, 액상, 기상 또는 괴상 공정에서 따라 단량체의 중합 반응이 충분히 일어날 수 있는 범위 내에서 결정될 수 있으므로, 특별히 제한하지 않는다.
다만 본 발명에 따르면, 상기 촉매의 첨가량은 단량체의 단위 부피(L)당 상기 주촉매 화합물에서 중심금속(M)의 농도를 기준으로 10-8 내지 1mol/L, 바람직하게는 10-7 내지 10-1mol/L, 더욱 바람직하게는 10-7 내지 10-2mol/L일 수 있다.
또한, 본 발명의 중합 반응은 배치식(batch type), 반연속식(semi-continuous type) 또는 연속식(continuous type) 반응으로 이루어지며, 바람직하게는 연속식 반응일 수 있다.
본 발명의 중합 반응의 온도 및 압력 조건은 적용하고자 하는 반응의 종류 및 반응기의 종류에 따라 중합 반응의 효율을 고려하여 결정할 수 있으나, 중합 온도가 100 내지 200℃, 바람직하게는 120 내지 160℃일 수 있으며, 압력이 1 내지 3000기압, 바람직하게는 1 내지 1000기압일 수 있다.
<에틸렌-알파-올레핀 공중합체>
본 발명의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 상기 전이금속 화합물을 포함하는 주촉매 및 2종의 조촉매 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 에틸렌-알파-올레핀 공중합체의 제조방법에 의해 제조된다.
상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 주촉매 화합물 및 상기 2종의 조촉매 화합물을 포함하는 촉매 조성물을 사용하여 에틸렌, 알파-올레핀 단량체의 중합 활성을 높이고, 고분자량을 나타낼 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 상기와 같은 촉매 조성물, 특히, 2종의 조촉매 화합물을 포함하는 촉매 조성물을 사용함으로써 2 이상의 분지쇄 분포를 갖는다.
구체적으로, 본 발명의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 TGIC 분석시에 35 내지 70℃의 제1 용출온도에서 나타나는 제1 피크와 70 내지 110℃의 제2 용출온도에서 나타나는 제2 피크를 갖는다.
이때, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 1,000,000, 바람직하게는 50,000 내지 800,000, 더욱 바람직하게는 230,000 내지 500,000일 수 있다.
또한, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 분자량 분포(Mw/Mn)가 1 내지 10, 바람직하게는 1.5 내지 8, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 6일 수 있다.
또한, 상기 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 밀도가 0.850 내지 0.920g/mL일 수 있다.
본 발명의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는 가교시에 소요되는 시간을 현저히 단축시킬 수 있어, 기존 태양광 봉지재로 사용되던 고분자 수지에 비해 동일한 가교도에 도달하기까지의 속도가 빨라 태양광 패널 제작시에 작업 시간을 약 50% 줄일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 및 가교제를 포함하는 수지 조성물을 가교하는 경우에 가교에 소요되는 시간은 20분 이하일 수 있다.
상기 가교제로는 올레핀/알파-올레핀 공중합체의 가교에 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 예를 들어, 상기 가교제는 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산 또는 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸 시클로헥산을 사용할 수 있으며, 이들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
나아가, 가교조제를 더 포함할 수 있다. 상기 가교조제로는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 트리비닐벤젠, 디비닐벤젠, 트리비닐프로판 및 트리비닐시클헥산을 들 수 있으며, 이들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명에서 제공되는 에틸렌-알파-올레핀 공중합체를 사용하여 태양광 봉지제를 제조하는 경우에, 0.6mm의 두께를 갖는 필름을 기준으로 90% 이상의 투과도를 가져 태양광 봉지재로서 적합하게 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<합성예 1>
주촉매 화합물 (2)의 합성
하기 반응식 2에 의하여 화합물 (1)로부터 전이금속 화합물 (2)를 합성하였다. 구체적인 합성 과정은 다음과 같다.
[반응식 2]
먼저 화합물 (1) 0.58g(1.79mmol)이 용해되어 있는 디에틸에테르 용액 10 mL에 -30℃에서 메틸리튬 1.63g(3.55mmol, 1.6M 디에틸에테르 용액)을 적가하였다(i 단계).
i) 단계에서 얻어진 용액을 상온에서 밤새도록 교반한 후 -30℃로 온도를 낮추고, 상기 용액에 Ti(NMe2)2Cl2 0.37g(1.79mmol)을 한꺼번에 첨가하였다(ii 단계).
ii) 단계에서 얻어진 용액을 3시간 동안 교반한 다음 진공 펌프를 이용하여 용매를 모두 제거하여 고체 생성물을 얻었다. 그 결과 붉은색 고체화합물 (2) 0.59 g이 얻어졌다(수율 75%).
1H NMR스펙트럼을 통하여 두 개의 입체화합물이 1:0.8로 존재함을 확인하였다.
1H NMR (C6D6): d 7.12 and 7.09 (d, J = 7.2 Hz, 1H), 6.96 and 6.94 (d, J = 7.2 Hz, 1H), 6.82 and 6.80 (t, J = 7.2Hz,1H),6.47 and 6.46(d, J =7.2Hz,1H), 6.45 and 6.44(d, J = 7.2Hz, 1H), 5.44(m, 1H, NCH),2.76-2.60(m, 1H, CH2), 2.44-2.18 (m, 1H, CH2), 2.28 and 2.22 (s, 3H), 2.09 (s, 3H), 1.74 and 1.65 (s, 3H), 1.88-1.48 (m, 2H, CH2), 1.20 and 1.18 (d, J = 7.2 Hz, 3H), 0.77 and 0.71 (s, 3H, TiMe), 0.49 and 0.40 (s, 3H, TiMe) ppm.
13C{1H} NMR (C6D6): d 159.83, 159.52, 145.93, 144.90, 140.78, 139.93, 139.21, 138.86, 135.26, 131.56, 129.69, 129.57, 127.50, 127.46, 127.38, 127.24, 121.29, 121.16, 120.05, 119.96, 118.90, 118.74, 117.99, 117.74, 113.87, 110.38, 57.91, 55.31, 54.87, 51.68, 50.27, 50.12, 34.77, 27.58, 27.27, 23.10, 22.05, 20.31, 19.90, 16.66, 14.70, 13.11, 12.98, 12.68 ppm. Anal. Calc. (C22H27NSTi): C, 68.56; H, 7.06; N, 3.63. Found: C, 68.43; H, 7.24; N, 3.52%.
실시예 1
상온에서 고압 반응기(내부 용량: 2.8L, 스테인레스 스틸)의 내부를 질소로 치환한 후, 노르말 헥산 1L와 트리아이소부틸알루미늄 2.0mmol을 가한 뒤, 알루미나에 정제한 1-옥텐 250.0mL을 넣었다.
이어서 에틸렌 가스 135.0g을 주입한 후, 반응기 온도를 136℃로 예열하고 상기 합성예 1에서 얻어진 전이금속 화합물 7.5μmol과 트리아이소부틸 알루미늄 187.5μmol의 혼합 용액에 N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트의 고상 조촉매 35.0μmol 및 N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트의 액상 조촉매 15.0μmol의 혼합물을 반응기 내에 주입한 후, 5분 동안 중합 반응을 실시하였다.
중합반응을 진행한 후 온도를 상온으로 낮춘 다음, 여분의 에틸렌을 배출시키고, 용매 속에 분산되어 있는 공중합체를 진공 오븐 내에서 80℃로 건조하였다.
이에 의해 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 A를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 조촉매 및 N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 조촉매를 각각 25.0μmol 및 25.0μmol로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
이에 의해 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 B를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 조촉매 및 N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 조촉매를 각각 15.0μmol 및 35.0μmol로 혼합한 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
이에 의해 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 C를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 조촉매 45.0μmol을 단독으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
이에 의해 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 D를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 조촉매 45.0μmol을 단독으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
이에 의해 최종 에틸렌-1-옥텐 공중합체 E를 제조하였다.
<TGIC 분석>
Polymer Char 사의 CFC(Cross-Fractionation Chromatography) 장비를 사용하였으며, 분석될 시료를 150℃에서 60분 동안 교반시켜 1,2,4-트리클로로벤젠 (2.5 ㎎/mL) 용해시킨 후, 용해된 시료를 1ml/min으로 TGIC(Thermal Gradient Interaction Chromatography; 열구배 상호작용 크로마토그래피) 칼럼에 도입한 후 150℃에서 20분 동안 안정화시킨다. 이후 TGIC 칼럼을 20℃/분의 냉각 속도로 35℃까지 냉각시킨다. 35℃부터 130℃까지 5℃ 단위로 승온하여 1ml/min의 유속으로 GPC 칼럼으로 용출한다. 이때의 용출 시간은 5분이며, 각 분획당 분석 시간은 20분이다. GPC 칼럼 통과 후 적외선 검출기(IR5)를 사용하여 온도 분획별 용출량, 각 분획에 해당하는 중합체의 분자량 및 분지쇄 분포를 결정한다. 분석 소프트웨어인'CFC calc'를 이용하여 각 분획의 피크 면적을 확인하고, 이때 n-헵탄을 내부 표준물질로 사용한다.
상기 방법으로 실시예 1 및 비교예 1의 에틸렌-알파 올레핀 공중합체의 TGIC 분석을 수행하고, 그에 따른 분석 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체는 50℃에서 제1 피크를 가지며, 85℃에서 제2 피크를 가짐을 알 수 있었다. 이때, 제1 피크는 공중합체가 풍부하여 접착성이 우수한 특성을 가지며, 제2 피크는 상대적으로 공중합체는 적지만 가교가 잘 일어나는 특성을 갖는다.
실험예
우선 원료 혼합을 위해 니더를 사용하여 120℃에서 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 에틸렌-1-옥텐 공중합체 1kg을 처리한 후, 가교제로 디큐밀 퍼옥사이드 10g 및 가교조제로 트리비닐벤젠 5g을 투입하고 가교제 분산을 위해 롤밀을 통해 90 내지 100℃에서 10분간 혼합하였다. 이후, 압출기를 통해 120℃에서 펠렛화하고, 가교율 측정이 가능한 프레스를 이용해 중합체를 가교시켜 POE 가교체를 제조하였다.
이로부터 얻어진 각 가교체의 가교시간 및 투명도를 다음의 측정방법으로 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<물성분석>
1. 가교시간
태양전지 봉지재용 POE 공중합체에 압력을 가하여 가교율이 90% 진행된 시점까지의 시간을 측정한다.
가교율은 유기용제인 자일렌에 추출되지 않고 남아있는 시편 중량의 백분율(%)로서, (100-무게변화율)에 의해 계산된다.
2. 투과율
ASTM D1003에 따라 0.6mm 두께를 갖는 플라스틱 필름의 전광선투과율을 측정하며, 입사개구보다 시편을 크게 절단하여 헤이즈메터(Hazemeter)를 사용하여 측정한다.
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | ||
가교 시간(분) | 12.16 | 14.30 | 15.21 | 25.31 | 29.25 | |
투과도(%) | 0.6T | 91.0 | 91.8 | 90.4 | 91.2 | 90.1 |
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 A 내지 C를 사용하는 경우에는 가교시간이 12.16분 내지 15.21분으로서, 비교예 1 및 2에서 얻어진 에틸렌-1-옥텐 공중합체 D 내지 E의 가교시간 25.31분 내지 29.25분에 비하여 현저하게 단축되는 것을 확인하였다.
그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 에틸렌-1-옥텐 공중합체 A 내지 C로부터 얻어진 성형품은 비교예 1 내지 2의 에틸렌-1-옥텐 공중합체 D 내지 E와 동등한 투명도를 확보하였다.
이로부터, 본 발명의 에틸렌-알파-올레핀 공중합체를 사용하여 태양전지용 봉지제를 제조하는 경우에는 봉지재로서 요구되는 품질을 유지하면서도 봉지재의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있다..
Claims (7)
- 주촉매로 전이금속 화합물 및 조촉매로 고상의 보레이트 화합물 및 액상의 보레이트 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 중합하는 에틸렌-알파-올레핀계 공중합체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고상의 보레이트 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제조방법:
[화학식 2]
[W]+[Z(Rc)4]-
(상기 화학식 2에서,
[W]+는 양이온성 루이스 산; 또는 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스 산이고,
Z는 13족 원소이고,
Rc는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C6-C20)아릴기; 할로겐, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C1-C20)알킬기이다). - 제1항에 있어서, 상기 액상의 보레이트 화합물은 N,N-디헥사데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디옥타데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 및 N,N-디테카데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전이금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 제조방법.
[화학식1]
(상기 화학식 1에서,
M은 4족 전이금속이고;
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)알킬, (C2-C20)알케닐, (C2-C20)알키닐, (C6-C20)아릴, (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴, (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬, (C1-C20)알킬아미도, (C6-C20)아릴아미도 또는 (C1-C20)알킬리덴이고;
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 또는 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬실릴이고; 상기 R1과 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며, 상기 R3와 R4는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, 상기 R5 내지 R10 중에서 2 이상이 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며;
R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬실릴; (C1-C20)알콕시; 또는 (C6-C20)아릴옥시이며; 상기 R11과 R12 또는 R12와 R13은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있다.) - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의해 제조된 에틸렌-알파-올레핀 공중합체 및 가교제를 포함하는 태양전지 봉지재용 수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 수지 조성물은 가교에 소요되는 시간이 20분 이하인 태양전지 봉지재용 수지 조성물.
- 제5항에 따른 수지 조성물로부터 제조된 태양전지용 봉지재로서, 두께 0.6mm 기준으로 광투과도가 90% 이상인 태양전지용 봉지재.
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