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CN102958996B - 太阳能电池密封材料用树脂组合物、太阳能电池密封材料及使用其的太阳能电池组件 - Google Patents

太阳能电池密封材料用树脂组合物、太阳能电池密封材料及使用其的太阳能电池组件 Download PDF

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CN102958996B CN201180030929.3A CN201180030929A CN102958996B CN 102958996 B CN102958996 B CN 102958996B CN 201180030929 A CN201180030929 A CN 201180030929A CN 102958996 B CN102958996 B CN 102958996B
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Abstract

提供了一种太阳能电池密封材料用树脂组合物。所述树脂组合物包含乙烯·α-烯烃共聚物和有机过氧化物、硅烷偶联剂等,并具有优异的耐热性、透明性和柔软性并且还具有刚性和交联效率之间的良好平衡。还提供一种太阳能电池密封材料和一种太阳能电池组件。所述太阳能电池密封材料用树脂组合物包含具有以下特性(a1)至(a5)的乙烯·α-烯烃共聚物组分(A),还包含有机过氧化物(B)和/或硅烷偶联剂组分(C)。(a1)密度为0.860-0.920g/cm3;(a2)通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比(Mz/Mn)为8.0以下;(a3)在100℃下测量的在2.43×10s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 1)为1.2×105泊以上;(a4)在100℃下测量的在2.43×102s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 2)为2.0×104泊以上;和(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)满足式(a)。

Description

太阳能电池密封材料用树脂组合物、太阳能电池密封材料及使用其的太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池密封材料用树脂组合物(resincomposition for a solar cell encapsulant)、太阳能电池密封材料及使用其的太阳能电池组件,更具体地,本发明涉及如下太阳能电池密封材料用树脂组合物、太阳能电池密封材料及使用其的太阳能电池组件,所述太阳能电池密封材料用树脂组合物包含乙烯·α-烯烃共聚物以及有机过氧化物或硅烷偶联剂等,并且具有优异的耐热性、透明性、柔软性和对玻璃基板的粘合性以及刚性和交联效率之间的良好平衡。
背景技术
在全球环境问题如二氧化碳增加的仔细观察中,光伏发电以及水力、风力或地热等的有效利用再次引起关注。
光伏发电是使用封装的太阳能电池组件的光伏发电,所述封装的太阳能电池组件通常通过将硅、镓-砷或铜-铟-硒等的太阳能电池元件用上部透明保护材料和下部基板保护材料保护并且将所述太阳能电池元件和所述保护材料用树脂制密封材料固定来获得,并且由于其可以以分散的状态配置在需要电力的场所,尽管与水力或风力等相比,光伏发电规模较小,但促进了目标在于发电效率等的性能提高和降低价格的研究开发。此外,通过采取补贴安装成本的政策,如国家或地方政府采取的住宅光伏发电系统的引进促进事业,已经逐渐推进了光伏发电的普及。然而,其进一步普及要求更进一步降低成本,因此,以逐步的方式持续努力,从而不仅开发使用新型材料代替常规型硅或镓-砷的太阳能电池元件,而且进一步降低了太阳能电池组件的生产成本。
作为构成太阳能电池组件的太阳能电池密封材料的必要条件,要求良好的透明性,以致不降低太阳能电池的发电效率和确保太阳光的入射量。此外,太阳能电池组件通常安装在户外,这由于长时间暴露于太阳光导致升高了温度。为了避免如由于温度升高导致的树脂制密封材料的流动产生的组件变形这样的问题,太阳能电池组件应当是具有耐热性的太阳能电池组件。此外,薄型化趋势逐年推进以降低太阳能电池元件的材料成本,并且还要求密封材料的柔软性更加优异。
目前,作为太阳能电池组件中的太阳能电池元件的密封材料,考虑到柔软性或透明性等,已经采用具有高含量的乙酸乙烯酯的乙烯·乙酸乙烯酯共聚物作为树脂组分,其中组合使用有机过氧化物作为交联剂(例如,参见专利文献1)。
此外,在太阳能电池元件的密封作业中,太阳能电池元件用树脂制密封材料覆盖,然后将其加热几分钟至十几分钟以暂时粘合,并且在烘箱中所述有机过氧化物分解的高温下加热处理几分钟至1小时以粘合(例如,参见专利文献2)。
然而,为了抑制太阳能电池组件的生产成本,已经要求进一步缩短在密封作业中需要的时间,并且提出一种太阳能电池密封材料,其由结晶度为40%以下的非结晶性或者低结晶性的α-烯烃共聚物代替乙烯·乙酸乙烯酯共聚物作为密封材料的树脂组分而组成(参见专利文献3)。在该专利文献3中,已经示例了通过将有机过氧化物混合至非结晶性或者低结晶性的乙烯·丁烯共聚物,使用异型挤出机(profile extruder)在100℃的加工温度下的片的生产,然而,由于低的加工温度,没有获得充分的生产性。
在太阳能电池组件中还存在以下情况,其中组件可能由于以下原因而变形:由于如上所述的户外安装而导致的长时间暴露于太阳光引起的温度升高、随后导致玻璃基板和树脂制密封材料之间的粘合强度降低、树脂制密封材料从玻璃基板分离并且在树脂制密封材料与玻璃基板之间的空间中浸入空气或水分。专利文献1记载了将硅烷偶联剂共混至密封树脂,然而,其涉及使用柔性基板如氟碳树脂膜的太阳能电池组件,而且未详细阐明硅烷偶联剂。以上专利文献2还记载了将硅烷偶联剂共混至密封树脂,然而,其涉及使用EVA膜和FRP基板的太阳能电池组件,并且与基板的粘合性不足。
此外,作为太阳能电池组件的密封材料,已经提出包含满足以下中一个以上要求的聚烯烃共聚物的聚合物材料:(a)密度为小于约0.90g/cc,(b)根据ASTM D-882-02测量的2%正割模量为小于约150兆帕(mPa),(c)熔点为低于约95℃,(d)α-烯烃含量基于聚合物的重量为约15-50重量%,(e)Tg为低于约-35℃和(f)S CBDI为至少约50(参见专利文献3)。
在太阳能电池组件中,伴随着太阳能电池元件的薄型化,也存在太阳能电池密封材料变得更薄的趋势。在此情况下,存在当从太阳能电池密封材料的上部保护材料侧或下部保护材料侧对其施加冲击时导致的配线容易断裂的问题。为了改善该问题,要求增加密封材料的刚性,然而,当增加刚性时,专利文献4的聚合物材料具有恶化交联效率的问题。
如上所述,常规技术并未提供具有优异的生产性、耐热性、透明性、柔软性和对玻璃基板的粘合性的树脂组合物。
引用列表
专利文献
专利文献1:JP-A-9-116182
专利文献2:JP-A-2003-204073
专利文献3:JP-A-2006-210906
专利文献4:JP-A-2010-504647
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的是提供如下太阳能电池密封材料用树脂组合物、使用其的太阳能电池密封材料及太阳能电池组件,所述太阳能电池密封材料用树脂组合物包含乙烯·α-烯烃共聚物以及有机过氧化物或硅烷偶联剂等,并且具有优异的耐热性、透明性、柔软性。
用于解决问题的方案
本发明人已经深入研究了解决上述问题的方法并且获得以下知识:具有优异的耐热性、透明性、柔软性的太阳能电池密封材料可以通过选择使用茂金属催化剂等聚合的并且具有特定的密度、分子量分布和熔体粘度特性的乙烯·α-烯烃共聚物作为树脂组分,并且通过将与有机过氧化物或硅烷偶联剂共混的树脂组分用于该聚合物而获得,通过使用该太阳能电池密封材料用树脂组合物,可以显著提高太阳能电池组件的生产性,并且由此完成本发明。
即,根据本发明的第一方面,提供一种太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于包括以下组分(A)和组分(B)。
组分(A):具有以下特性(a1)至(a5)的乙烯·α-烯烃共聚物:
(a1)密度为0.860-0.920g/cm3
(a2)通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比,(Mz/Mn),为8.0以下
(a3)在100℃下测量的在2.43×10s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 1)为1.2×105泊以上
(a4)在100℃下测量的在2.43×102s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 2)为2.0×104泊以上
(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)满足下式(a),
式(a):N≥-0.67×E+53
(其中,N表示通过NMR测量的基于主链和侧链中的总计每1000个碳原子的分支数,E表示根据ISO1184-1983测量的片的拉伸弹性模量)
组分(B):硅烷偶联剂。
此外,根据本发明的第二方面,提供在第一方面中的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)满足下式(a')
式(a'):-0.67×E+80≥N≥-0.67×E+53
(其中,N表示通过NMR测量的基于主链和侧链中的总计每1000个碳原子的分支数,E表示根据ISO1184-1983测量的片的拉伸弹性模量)。
此外,根据本发明的第三方面,提供一种太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于包括以下组分(A)和组分(B)。
组分(A):具有以下特性(a1)至(a4)和(a6)的乙烯·α-烯烃共聚物:
(a1)密度为0.860-0.920g/cm3
(a2)通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比,(Mz/Mn),为8.0以下
(a3)在100℃下测量的在2.43×10s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 1)为1.2×105泊以上
(a4)在100℃下测量的在2.43×102s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 2)为2.0×104泊以上
(a6)流速比(FR):作为在190℃下在10kg载荷下的MFR测量值的I10和作为在190℃下在2.16kg载荷下的MFR测量值的I2.16的比(I10/I2.16)为低于7.0
组分(B):硅烷偶联剂。
此外,根据本发明的第四方面,提供在第三方面中的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于特性(a6)的流速比(FR)为5.0-6.2。
此外,根据本发明的第五方面,提供在第一至第四方面中任一方面的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(B)的含量为0.01-5重量份。
此外,根据本发明的第六方面,提供在第一至第五方面中任一方面的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于以相对于100重量份所述组分(A)为0.2-5重量份的量包含以下组分(C)。
组分(C):有机过氧化物
此外,根据本发明的第七方面,提供在第一至第六方面中任一方面的根据权利要求1-3所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于以相对于100重量份所述组分(A)为0.01-2.5重量份的量包括以下组分(D)。
组分(D):受阻胺型光稳定剂。
此外,根据本发明的第八方面,提供在第一至第七方面中的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于所述组分(A)是乙烯·1-丁烯共聚物或者乙烯·1-己烯共聚物。
发明的效果
因为本发明的太阳能电池密封材料用树脂组合物具有存在特定的密度、分子量分布和熔体粘度特性的乙烯·α-烯烃共聚物作为主要组分,向其共混硅烷偶联剂提供对玻璃基板的良好的粘合性,并且还由于共混有机过氧化物,在将该树脂组合物片料成型时,乙烯·α-烯烃共聚物通过在相对短的时间内交联而具有充分的粘合强度以及刚性和交联效率之间的良好平衡、作为太阳能电池密封材料的组件的容易形成,并且能够降低生产成本。此外,其良好的压延性(calendering property)提高生产性。此外,所得太阳能电池组件的透明性、柔软性或耐候性等优异,并且期望保持长期稳定的转换效率。附图说明
图1是示出规定树脂组合物中的组分(A)的分支数和片状树脂组合物的拉伸弹性模量之间的关系的式(a)的范围的图。
具体实施方式
1.太阳能电池密封材料用树脂组合物
本发明的太阳能电池密封材料用树脂组合物(下文中可以简称为树脂组合物)包含以下乙烯·α-烯烃共聚物(A)以及有机过氧化物(B)和/或硅烷偶联剂(C)。
(1)组分(A)
在本发明中要使用的组分(A)是具有以下特性(a1)至(a4)的乙烯·α-烯烃共聚物,并且还更优选具有特性(a5)和/或(a6)的乙烯·α-烯烃共聚物。
(a 1)密度为0.860-0.920g/cm3
(a2)通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比,(Mz/Mn),为8.0以下
(a3)在100℃下测量的在2.43×10s-1剪切速率下的熔体粘度(η*1)为1.2×105泊以上
(a4)在100℃下测量的在2.43×102s-1剪切速率下的熔体粘度(η*2)为2.0×104泊以上
(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)满足下式(a)。
式(a):N≥-0.67×E+53
(其中,N表示通过NMR测量的基于主链和侧链中的总计每1000个碳原子的分支数,E表示根据ISO1184-1983测量的片的拉伸弹性模量)
(a6)流速比(FR):作为在190℃下在10kg载荷下的MFR测量值的I10和作为在190℃下在2.16kg载荷下的MFR测量值的I2.16的比(I10/I2.16)为低于7.0。
(i)组分(A)的单体组成
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物是乙烯和α-烯烃的无规共聚物,其中源自乙烯的组成单元是主要组分。
要用作共聚单体的α-烯烃是具有优选3-12个碳原子的α-烯烃。具体地,其包括丙烯、1-1-丁烯-戊烯、1-1-己烯-辛烯、1-庚烯、4-甲基-戊烯-1、4-甲基-1-己烯或4,4-二甲基-戊烯-1等。该乙烯·α-烯烃共聚物的具体实例包括乙烯·丙烯共聚物、乙烯·1-丁烯共聚物、乙烯·1-己烯共聚物、乙烯·1-辛烯共聚物或乙烯·4-甲基-戊烯-1共聚物等。在这些之中,乙烯·1-丁烯共聚物和乙烯·1-己烯共聚物是优选的。此外,α-烯烃可以是一种或两种以上的组合。在通过组合两种α-烯烃获得的三元共聚物的情况下,其包括乙烯·丙烯·1-己烯三元共聚物、乙烯·1-丁烯·1-己烯三元共聚物、乙烯·丙烯·1-辛烯三元共聚物或乙烯·1-丁烯·1-辛烯三元共聚物等。
作为共聚单体,可以将二烯化合物如1,5-己二烯、1,6-庚二烯、1,7-辛二烯、1,8-壬二烯和1,9-癸二烯以少量共混至α-烯烃。这些二烯化合物的共混提供长链分支,这降低乙烯·α-烯烃共聚物的结晶性并提高其透明性、柔软性或粘合性等,以及提高机械强度,这是因为它们也作为分子间交联剂。此外,因为长链分支的末端基团是不饱和基团,因此能够容易产生借助有机过氧化物的交联反应、或者与含酸酐基团化合物或含环氧基团化合物的共聚反应或接枝反应。
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物的α-烯烃的含量为5-40重量%,优选10-35重量%,更优选15-30重量%。在该范围内的含量提供良好的柔软性和耐热性。
此处的α-烯烃含量为在以下条件下通过13C-NMR方法测量的值:
设备:JEOL-GSX270,由JOEL Ltd.制造
浓度:300mg/2mL
溶剂:邻二氯苯
(ii)组分(A)的聚合催化剂和聚合方法
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物能够使用齐格勒催化剂、钒催化剂或茂金属催化剂等,优选钒催化剂或茂金属催化剂,和更优选茂金属催化剂来生产。生产方法包括高压离子聚合法、气相法、溶液法或浆料法(slurry method)等。
茂金属催化剂没有特别限定,然而,该催化剂包括如下的催化剂:将茂金属化合物如与具有环戊二烯基骨架的基团等配位的锆化合物,促进剂用作催化剂组分。市售产品包括由JapanPolyethylene Corp.生产的HARMOREX(注册商标)系列和Kernel(注册商标)系列;由Prime Polymer Co.,Ltd生产的Evolue(注册商标)系列;由Sumitomo Chemical Co.,Ltd生产的Excellen(注册商标)GMH系列和Excellen(注册商标)FX系列。作为钒催化剂,包括具有可溶性钒化合物和有机铝卤化物作为催化剂组分的催化剂。
(iii)组分(A)的特性
(a1)密度
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物的密度优选0.860-0.920g/cm3、更优选0.870-0.915g/cm3、并且还更优选0.875-0.910g/cm3。乙烯·α-烯烃共聚物的密度低于0.860g/cm3导致在加工之后片的粘连(blocking),而密度超过0.920g/cm3提供加工之后过高的片的刚性,导致难以操作。
为了调节聚合物密度,采取适当调节例如α-烯烃的含量、聚合温度或催化剂量的方法。应当注意的是,乙烯·α-烯烃共聚物的密度根据JIS-K6922-2:1997附录(在低密度聚乙烯的情况下)测量(23℃)。
(a2)Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比(Mz/Mn)。
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物具有8.0以下、优选5.0以下、更优选4.0以下的通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比(Mz/Mn)。此外,Mz/Mn为2.0以上,优选2.5以上,和更优选3.0以上。然而,Mz/Mn超过8.0恶化透明性。调节Mz/Mn在预定范围内可以通过选择适合的催化剂体系的方法等进行。
应当注意的是,Mz/Mn的测量通过凝胶渗透色谱法(GPC)在以下条件下进行:
装置:GPC 150C型,由Waters Co.,Ltd.制造。
检测器:1A红外光谱仪(测量波长为3.42μm),由MIRAN
Co.,Ltd制造。
柱:三套由Showa Denko K.K.制造的AD 806M/S。(柱的校正通过测量由Tosoh Corp.生产的单分散聚苯乙烯(A500、A2500、F1、F2、F4、F10、F20、F40和F288各自的0.5mg/ml溶液)进行,并将洗脱体积(eluted volume)和分子量的对数值用二次方程式近似。此外,将样品的分子量使用聚苯乙烯和聚乙烯的粘度方程换算为聚乙烯的分子量。此处,聚苯乙烯的粘度方程的系数为α=0.723和log K=-3.967,而聚乙烯的粘度方程的系数为α=0.733和log K=-3.407。)
测量温度:140℃
浓度:20mg/10mL
注入体积:0.2mL
溶剂:邻二氯苯
流速:1.0ml/分钟
应当注意的是,由于Z均分子量(Mz)对于高分子量组分的平均分子量具有大的贡献,因此与Mw/Mn相比,Mz/Mn提供了容易确认高分子量组分的存在。高分子量组分是影响透明性的因素,因此高分子量组分的增加恶化透明性。此外,还观察到交联效率恶化的趋势。因此,越小的Mz/Mn越是优选的。
(a3)、(a4)熔体粘度
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物应当具有在100℃下测量的在特定范围内的剪切速率。关注在100℃下测量的剪切速率的原因是因为估计将相关温度下的组合物转换为产品时对于产品的影响。
即,在2.43×10sec-1剪切速率下的熔体粘度(η* 1)为1.2×105泊以上,优选1.3×105泊以上,更优选1.4×105泊以上,进一步优选1.5×105泊以上,进一步更优选1.6×105泊以上。优选熔体粘度(η* 1)为9.0×105泊以下,并且还更优选5.0×105泊以下。在此范围内的熔体粘度(η* 1)提供在低温下在低速成型时良好的生产性,并且在加工成产品时不产生问题。
熔体粘度(η* 1)通过乙烯·α-烯烃共聚物的熔体流速(MFR)或分子量分布是可调节的。熔体流速值的降低倾向于增大熔体粘度(η* 1)。当其它性质如分子量分布不同时,大小关系可能逆转,然而,通过将MFR(JIS-K6922-2:1997附录(在190℃下,在21.18N的载荷下))设定在优选0.1-2.5g/10分钟、更优选0.5-2.3g/10分钟、还更优选0.7-2.0g/10分钟和最优选0.8-1.5g/10分钟时,熔体粘度(η* 1)倾向于容易调节在预定范围内。
此外,在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物应当具有在100℃下测量的在2.43×102sec-1剪切速率下的熔体粘度(η* 2)为2.0×104泊以上、优选2.1×104泊以上、更优选2.2×104泊以上、还更优选2.3×104泊以上和最优选2.4×104泊以上。优选熔体粘度(η* 2)为9.0×104泊以下并且还更优选5.0×104泊以下。在此范围内的熔体粘度(η* 2)提供了在低温下在低速成型时良好的生产性,并且在加工成产品时不产生问题。
此处,熔体粘度(η* 1)、(η* 2)是通过使用直径为1.0mm和L/D=10的毛细管的毛细管流变仪获得的测量值。
设定两种剪切速率的原因是为了在低速和高速成型时对产品表面的影响小的情况下在各个成型速度区域中获得类似的产品。
此外,在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物具有η* 1和η* 2的比(η* 1* 2)为优选8.0以下、更优选7.0以下、还更优选6.8以下和特别优选6.5以下。η* 1和η* 2的比(η* 1* 2)优选1.5以上,更优选2.0以上,还更优选3.0以上和特别优选4.0以上。在上述范围内的(η* 1* 2)提供在低速成型和高速成型时对于片表面的小的影响,因此是优选的。
(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物中,优选分支数(N)和拉伸弹性模量(E)满足下式(a)。
式(a):N≥-0.67×E+53
(其中,N表示通过NMR测量的基于主链和侧链中的总计每1000个碳原子的分支数;E表示根据ISO1184-1983测量的片的拉伸弹性模量)。
在本说明书中,源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)可以参考例如E.W.Hansen,R.Blom和O.M.Bade,Polymer,第36卷,第4295页(1997)从C-NMR光谱计算。
树脂组合物中的组分(A)的分支数和片状树脂组合物的拉伸弹性模量之间的关系由图1中的图所示。由本发明规定的式(a)的范围是比直线高的区域。在该范围内提供了树脂组合物的刚性和交联效率之间的良好平衡并且因此优选获得本发明的太阳能电池密封材料,而低于该区域的区域因该平衡的劣化而使得难以获得本发明的太阳能电池密封材料。
在太阳能电池组件中,伴随着制造更薄的太阳能电池元件的膜,还存在制造更薄的太阳能电池密封材料的膜的趋势。在作为更薄的膜制造的太阳能电池密封材料中,由于当从上部保护材料侧或下部保护材料侧对其施加冲击时配线容易断裂,因此需要增加密封材料的刚性。刚性的增加恶化交联效率,因此,需要通过使用具有高分子链的一定高的分支度的共聚物并由此提高在交联之前共聚物的流动性而作为具有提高的成型性的材料使用。在本发明中,通过选择其中源自乙烯·α-烯烃共聚物的共聚单体的分支数(N)具有满足式(a)的聚合物结构,能够使得刚性和交联效率之间的平衡良好。
与本发明有关的乙烯·α-烯烃共聚物可以通过使用如上所述的催化剂的共聚反应生产,然而,通过选择要共聚的原料单体的组成比或催化剂的种类,可以容易地调节在高聚合物链中的分支度。对于要满足式(a)的在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物,在乙烯·α-烯烃共聚物中的共聚单体优选选自丙烯、1-丁烯或1-己烯。此外,优选使用气相法和高压法生产乙烯·α-烯烃共聚物,特别地,更优选选择高压法。
更具体地,通过固定E而增加或减少N可以通过主要改变要与乙烯共聚的共聚单体的碳原子数的方法实现。优选通过以下来生产乙烯·α-烯烃共聚物:混合1-丁烯或1-己烯以使相对于乙烯的量变为60-80重量%,使用茂金属催化剂,并且使它们在130-200℃的聚合温度下反应。以此方式,可以适当调节乙烯·α-烯烃共聚物的分支数N,并且可以获得具有40MPa以下、在由式(a)表示的范围内的所得片的拉伸弹性模量E的乙烯·α-烯烃共聚物。
在本发明中,特性(a5)的关系式优选由下式(a')表示。此外,特性(a5)的关系式更优选为下式(a″),特别优选为下式(a″′)。满足这些条件提供了树脂组合物的刚性和交联效率之间的又更良好的平衡。
式(a'):-0.67×E+100≥N≥-0.67×E+53
式(a″):-0.67×E+80≥N≥-0.67×E+53
式(a″′):-0.67×E+75≥N≥-0.67×E+54
(a6)流速比(FR)
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物优选具有低于7.0的流速比(FR),即作为在190℃下在10kg载荷下的MFR测量值的I10和作为在190℃下在2.16kg载荷下的MFR测量值的I2.16的比(I10/I2.16)。应当注意的是,熔体流速比(MFR)是根据JIS-K7210-1999测量的值。
已知FR与乙烯·α-烯烃共聚物的分子量分布和长链分支的量具有密切关系。在本发明中,在满足上述要求(a 1)-(a4)的聚合物中,使用在190℃下在10kg载荷下的MFR测量值(I10)和在190℃下在2.16kg载荷下的MFR测量值(I2.16)的比(I10/I2.16)为低于7.0的该聚合物。具有特征在于此类长链分支的聚合物结构的共聚物的使用提供刚性和交联效率的良好平衡。另一方面,7.0以上的FR倾向于恶化作为太阳能电池密封材料交联时的交联效率。
在本发明中要使用的乙烯·α-烯烃共聚物的FR低于7.0,优选低于6.5和更优选低于6.3。应当注意的是,FR低于5.0在获得作为太阳能电池密封材料的充分的刚性方面有难度。特性(a6)的流速比(FR)最优选5.0-6.2。
(2)组分(B)
在本发明中的组分(B)的有机过氧化物用于主要交联组分(A)。
作为有机过氧化物,可以使用分解温度(半衰期为1小时下的温度)为70-180℃、特别地90-160℃的有机过氧化物。作为这样的有机过氧化物,包括例如叔丁基过氧异丙基碳酸酯、叔丁基过氧基-2-乙基己基碳酸酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化二枯基、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二叔丁基、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔-3、1,1-二(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧基)环己烷、甲乙酮过氧化物、2,5-二甲基己基-2,5-二过氧化苯甲酸酯、过氧化氢叔丁基、对甲烷过氧化氢、过氧化苯甲酰、对氯过氧化苯甲酰、过异丁酸叔丁酯、羟基庚基过氧化物(hydroxyheptyl peroxide)、过氧化环己酮。
组分(B)的共混比基于100重量份组分(A)优选为0.2-5重量份、更优选0.5-3重量份、还更优选1-2重量份。组分(B)的共混比低于以上范围倾向于不能提供交联或者倾向于在交联时需要更长的时间,比例高于以上范围提供不充分的分散和倾向于提供不均匀的交联度。
(3)组分(C)
在本发明的树脂组合物中要使用的组分(C)是硅烷偶联剂,并且其主要用于提高太阳能电池上部保护材料和太阳能电池元件之间的粘合强度。
作为本发明中的硅烷偶联剂,包括例如γ-氯丙基三甲氧基硅烷;乙烯基三氯硅烷;乙烯基三乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷;乙烯基-三-(β-甲氧基乙氧基)硅烷;γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷;β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷;γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷;乙烯基三乙酰氧基硅烷;γ-巯基丙基三甲氧基硅烷;γ-氨丙基三甲氧基硅烷;N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等。优选乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
这些硅烷偶联剂以相对于100重量份乙烯·α-烯烃共聚物为0.01-5重量份、优选0.01-2重量份、更优选0.05-1重量份的量使用。
(4)受阻胺型光稳定剂(D)
在本发明中,优选将受阻胺型光稳定剂共混至树脂组合物。受阻胺型光稳定剂是捕获对聚合物有害的自由基种类并且抑制新自由基产生的受阻胺型光稳定剂。作为受阻胺型光稳定剂,存在从低分子量型至高分子量型的许多种化合物,并且都可以使用而没有特殊限制,只要其为常规已知的受阻胺型光稳定剂即可。
作为低分子量型受阻胺型光稳定剂,包括以下:由70重量%双(2,2,6,6-四甲基-1-(辛氧基)-4-哌啶基)癸二酸酯(分子量:737)、1,1-二甲基乙基过氧化氢和辛烷的反应产物以及30重量%聚丙烯组成的低分子量型受阻胺型光稳定剂;双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)[[3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟苯基]甲基]丁基丙二酸酯(分子量:685);双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸甲酯的混合物(分子量:509);双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(分子量:481);四(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯(分子量:791);四(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯(分子量:847);2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯和三癸基-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯的混合物(分子量:900);1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯和三癸基-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯的混合物(分子量:900)等。
作为高分子量型受阻胺型光稳定剂,包括以下:聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}](分子量:2,000-3,100);丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物(分子量:3100-4000);N,N',N″,N″′-四-(4,6-双-(丁基-(N-甲基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨基)-三嗪-2-基)-4,7-二氮杂癸烷-1,10-二胺(分子量:2286)与上述丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物的混合物;二丁胺-1,3,5-三嗪-N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基-1,6-六亚甲基二胺和N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丁胺的缩聚物(分子量:2600-3400),和环状氨基乙烯基化合物与乙烯的共聚物,所述环状氨基乙烯基化合物如4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-1-乙基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-1-丙基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-1-丁基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲基丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲基丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶、4-甲基丙烯酰氧基-1-乙基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲基丙烯酰氧基-1-丁基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丁烯酰氧基(crotonoyloxy)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丁烯酰氧基-1-丙基-2,2,6,6-四甲基哌啶;等。以上受阻胺型光稳定剂可以单独使用或者通过混合两种以上使用。
其中,作为受阻胺型光稳定剂,优选使用聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}](分子量:2,000-3,100);丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物(分子量:3100-4000);N,N',N″,N″′-四-(4,6-双-(丁基-(N-甲基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨基)-三嗪-2-基)-4,7-二氮杂癸烷-1,10-二胺(分子量:2286)与上述丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物的混合物;二丁胺-1,3,5-三嗪-N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基-1,6-六亚甲基二胺和N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丁胺的缩聚物(分子量:2600-3400);环状氨基乙烯基化合物与乙烯的共聚物。这是因为在产品的使用时可以防止受阻胺型光稳定剂随着时间而渗出。此外,考虑到易于制备组合物,优选使用熔点为60℃以上的受阻胺型光稳定剂。
在本发明中,受阻胺型光稳定剂的含量相对于100重量份以上乙烯·α-烯烃共聚物设定在0.01-2.5重量份,优选0.01-1.0重量份,更优选0.01-0.5重量份,还更优选0.01-0.2重量份,和最优选0.03-0.1重量份。
通过设定以上含量在0.01重量份以上,能够获得充分的稳定化效果,而通过将其设定在2.5重量份以下,可以抑制由于受阻胺型光稳定剂的过量添加导致的树脂的变色。
此外,将以上有机过氧化物(B)和以上受阻胺型光稳定剂(D)的重量比(B:D)设定为1:0.01-1:10,优选1:0.02-1:6.5。以此方式,可以显著抑制树脂的黄变。
(5)交联助剂
此外,可以将交联助剂共混至本发明的树脂组合物中。交联助剂促进交联反应并且对于提高乙烯·α-烯烃共聚物的交联度是有效的,作为其具体实例,可以示例多不饱和化合物如多烯丙基化合物和多(甲基)丙烯酰氧基化合物。
更具体地,可以包括多烯丙基化合物如异氰脲酸三烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯或马来酸二烯丙酯;多(甲基)丙烯酰氧基化合物如乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯;和二乙烯基苯;等。可以将交联助剂以相对于100重量份组分(A)为约0-5重量份的比共混。
(6)紫外线吸收剂
可以将紫外线吸收剂共混至本发明的树脂组合物中。作为紫外线吸收剂,可以包括各种类型如二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类和水杨酸酯类。
二苯甲酮类紫外线吸收剂可以包括,例如,2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-2'-羧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正十二烷氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正十八烷氧基二苯甲酮、2-羟基-4-苄氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-5-硫代二苯甲酮(sulfobenzophenone)、2-羟基-5-氯二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2,2'-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮或2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮,等。
苯并三唑类紫外线吸收剂是羟苯基取代的苯并三唑化合物,可以包括,例如,2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-3,5-二甲基苯基)苯并三唑、2-(2-甲基-4-羟苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-3-甲基-5-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)苯并三唑或2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)苯并三唑等。此外,三嗪类紫外线吸收剂包括2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)苯酚或2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-(己氧基)苯酚等。水杨酸酯类包括水杨酸苯酯或水杨酸对辛基苯酯等。
这些紫外线吸收剂以相对于100重量份乙烯·α-烯烃共聚物为0-2.0重量份、优选0.05-2.0重量份、更优选0.1-1.0重量份、还更优选0.1-0.5重量份和最优选0.2-0.4重量份的量共混。
(7)其它添加组分
在不损害本发明目的的范围内可以将其它添加的任意组分共混在树脂组合物中。此类任意添加的组分包括用于通常的聚烯烃类树脂材料中的抗氧化剂、结晶成核剂、透明性提高剂、润滑剂、着色剂、分散剂、填料、荧光增白剂、紫外线吸收剂、光稳定剂等。
此外,为了提供柔软性等,在不损害本发明目的的范围内,也可以将橡胶类化合物以相对于100重量份的以上树脂组合物为3-75重量份的量共混至树脂组合物中,所述橡胶类化合物如通过使用齐格勒类或茂金属类催化剂聚合获得的结晶性乙烯·α-烯烃共聚物;和/或乙烯·α-烯烃弹性体如EBR或EPR;或苯乙烯类弹性体如SEBS或氢化苯乙烯嵌段共聚物等。再有,为了提供熔融张力等,也可以以3-75重量份共混通过高压法生产的低密度聚乙烯。
2.太阳能电池密封材料
本发明的太阳能电池密封材料(下文中可简称为密封材料)是使用以上树脂组分制备的太阳能电池密封材料,并且其通过将以上树脂组合物造粒或成片来使用。
可以将本发明的太阳能电池密封材料造粒,然而,其可以通过成型为厚度通常为约0.1-1mm的片状使用。厚度小于0.1mm提供弱的强度和不充分的粘合,而厚度大于1mm可能产生由透明性降低导致的问题。优选厚度为0.1-0.8mm。
片状太阳能电池密封材料可以通过已知的片料成型法,如使用压延机的压延成型生产。所述压延成型是通过辊压树脂材料、同时使用加热辊熔融和将其通过多个辊来制备片的方法。
在压延时,在将硅烷偶联剂和交联剂添加至乙烯·α-烯烃共聚物,并且如果需要的话,将添加剂如受阻胺型光稳定剂和进一步的交联助剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、光稳定剂预先干混用于熔融捏合之后,使用输送机输送捏合的物质以供给至混合辊。在该干混中,可以以母料形式使用部分或全部添加剂。此外,也可以使用通过以下获得的此类树脂组合物:使用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、班伯里混合机或捏合机等预先将部分或全部添加剂熔融混合至非结晶性的α-烯烃类共聚物。
将使用混合辊捏合的捏合物质使用输送机输送,并使用在80-130℃下加热的四个压延辊辊压,将辊压的片使用取出辊来取出。其后,使用冷却辊冷却辊压的片,冷却的片可以使用卷绕机卷绕。
3.太阳能电池组件
在本发明中,太阳能电池组件可以通过使用以上太阳能电池密封材料、密封所述太阳能电池元件和还再用保护材料固定来生产。
作为该太阳能电池组件,可示例各种类型。例如,可以示例具有其中将太阳能电池元件用密封材料从其两侧夹持的组成的太阳能电池组件,所述组成如上部透明保护材料/密封材料/太阳能电池元件/密封材料/下部保护材料;具有其中密封材料和上部透明保护材料形成于太阳能电池元件上的组成的太阳能电池组件,所述太阳能电池元件形成于下部基板保护材料的内周面上;具有其中密封材料和下部保护材料形成于太阳能电池元件上的组成的太阳能电池组件,所述太阳能电池元件形成于上部透明保护材料的内周面上,例如,其中无定形太阳能电池元件通过在氟碳树脂型透明保护材料上溅射等来制备的太阳能电池组件;等。
太阳能电池元件不特别限定,可以使用各种类型的太阳能电池元件,如硅型例如单晶硅、多晶硅或无定形硅;镓-砷、铜-铟-硒或镉-碲等的第III-V族和第II-VI族化合物半导体型。在本发明中,优选使用玻璃作为基板的太阳能电池元件。
作为构成太阳能电池组件的上部保护材料,可以示例玻璃、丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、聚酯或含氟树脂等。此外,下部保护材料是金属或各种热塑性树脂膜的单层或多层片等,例如可以示例包括锡、铝、不锈钢的金属,无机材料如玻璃、聚酯、用无机物质气相沉积的聚酯、含氟树脂或聚烯烃等的单层或多层保护膜。对此类上部和/或下部保护材料,可以进行底涂处理以提高与密封材料的粘合性。在本发明中,作为上部保护材料,优选玻璃。
在生产太阳能电池组件时,具有前述组成的组件可以通过预先制备本发明的密封材料的片,并且将其在用于将密封材料的树脂组合物熔融的温度例如150-200℃下压粘(press-adhere)的方法形成。此外,通过采用通过本发明密封材料的挤出涂布来层压太阳能电池元件或上部保护材料或下部保护材料的方法,可以一步中生产太阳能电池组件而不单独片料成型。因此,使用本发明的密封材料能够显著改进组件的生产性。
另一方面,在生产太阳能电池组件时,通过在有机过氧化物基本上不分解和本发明的密封材料熔融这样的温度下将太阳能电池元件或所述密封材料暂时粘合至保护材料,接着通过升高温度,可以进行充分粘合和乙烯·α-烯烃共聚物的交联。在此情况下,为了获得具有良好的耐热性如密封材料层的熔点(DSC法)为85℃以上和在150℃下的贮存弹性模量为103Pa以上的太阳能电池组件,优选进行交联以获得在密封材料层中的凝胶分数(通过将1g样品浸入100ml二甲苯中、在110℃下加热24小时,然后测量通过用20目的金属筛过滤的未熔融部分的质量分数获得)为50-98%、优选约70-95%。
应当注意的是,在专利文献3中,将从通过在100重量份的非结晶或低结晶性的乙烯·丁烯共聚物中混合作为有机过氧化物的1.5重量份2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷和作为交联助剂的2重量份异氰脲酸三烯丙酯获得的混合物使用异型挤出机,在100℃的加工温度下来生产厚度为0.5mm的片(实施例3)。然而,选择此组成不能提供由于低的加工温度导致的充分的生产性。
在太阳能电池元件的密封作业中,存在以下方法:将太阳能电池元件用以上本发明的密封材料覆盖,接着通过在有机过氧化物不分解的温度下加热约几分钟至十分钟而将其暂时粘合,然后通过在烘箱中有机过氧化物分解的约150-200℃的高温下加热处理5分钟至30分钟等来将其粘合。
实施例
以下将参考实施例具体给出对本发明的说明,然而,本发明不应限于这些实施例。应当注意的是,在实施例和比较例中使用的评价方法和树脂如下。
1.树脂性质的评价方法
(1)熔体流速(MFR):乙烯·α-烯烃共聚物的MFR根据JIS-K6922-2:1997附录(在190℃下,在21.18N的载荷下)测量。
(2)密度:如上所述,乙烯·α-烯烃共聚物的密度根据JIS-K6922-2:1997附录(在23℃下,在低密度聚乙烯的情况下)测量。
(3)Mz/Mn:如上所述,其通过GPC测量。
(4)熔体粘度:根据JIS-K7199-1999,使用由Toyo SeikiSeisaku-sho Ltd.制造的Capillograph 1-B并且使用在100℃的设定温度下具有D=1mm、L/D=10的毛细管测量在剪切速率为2.43×10sec-1下的熔体粘度(η* 1)和在剪切速率为2.43×102sec-1下的熔体粘度(η* 2)。
(5)分支数:聚合物中的分支数(N)通过NMR在以下条件下测量,并且共聚单体量作为基于主链和侧链的总计每1000个碳原子的数量来测定。
装置:由Bruker BioSpin K.K.制造的AVANCE III cryo-400MHz溶剂:邻二氯苯/氘代溴苯=8/2混合溶液
<样品量>
460mg/2.3ml
<C-NMR>
*H-去偶化并且存在NOE
*累积数量:256次扫描(256scans)
*倾斜角:90度
*脉冲间隔:20秒
*AQ(并入时间):5.45秒,D1(等待时间)=14.55秒
(6)FR:根据JIS-K7210-1999,计算在190℃下在10kg载荷下的MFR测量值(I10)和在190℃下在2.16kg载荷下的MFR测量值(I2.16)的比(I10/I2.16)以用作FR。
2.挤出成型物(片)的评价方法
(1)压延性
在熔融捏合所述树脂组合物之后,将其供给至压延机,并且使用压延辊挤出为片状形式。将压延辊的温度设定在100℃下,并将旋转速度设定在10m/分钟。在此情况下,压延性的评价标准如下:对于能够使用压延辊成形的情况,良好的压延性(○);另一方面,对于不能够成形的情况,不良的压延性(×)。
(2)雾度(Haze)
其使用厚度为0.7mm的压片根据JIS-K7136-2000测量。将压片放入填充有由Kanto Chemical Co.,Inc.生产的特级液体石蜡的玻璃池中以测量雾度。所述压片通过将其在160℃的温度条件下的热压机中贮存30分钟以交联来制备。雾度值越小显示越好的性质。
(3)透光率
其使用厚度为0.7mm的压片根据JIS-K7136-1997测量。将压片放入填充有由Kanto Chemical Co.,Inc.生产的特级液体石蜡的玻璃池中以测量透光率。所述压片通过将其在160℃的温度条件下的热压机中贮存30分钟以交联来制备。
透光率为80%以上,优选85%以上,还优选90%以上。
(4)拉伸弹性模量
使用在160℃下交联30分钟得到的厚度为0.7mm的压片根据ISO1184-1983测量拉伸弹性模量。应当注意的是,在拉伸速度为1mm/分钟、试验片宽度为10mm和夹具之间的距离为100mm的条件下在伸长率为1%下测定拉伸弹性模量。值越小显示越优异的柔软性。
(5)耐热性
其通过在160℃下交联30分钟的片和在150℃下交联30分钟的片的凝胶分数评价。凝胶分数越高显示更多进行交联并且评价为具有更高的耐热性。在耐热性的评价中凝胶分数为70重量%以上的片评价为“○”。应当注意的是,凝胶分数通过以下计算:精确称量约1g有关的片(relevant sheet),将其浸入100cc二甲苯中,将其在110℃下处理24小时,干燥过滤之后的残余物,精确称量并且除以在处理前的重量。
(6)与玻璃的粘合性
使用尺寸为7.6cm×2.6cm和厚度为1mm的载玻片。将树脂组合物与载玻片接触,并且在160℃的条件下使用压机(pressmachine)进行加热30分钟。将其在23℃的气氛下放置24小时之后进行评价,当用手将树脂从载玻片剥离时评价为[×],和当其不剥离时评价为[○]。
3.使用的原料
(1)组分(A):乙烯·α-烯烃共聚物
使用在以下<生产例1>中聚合的乙烯和1-己烯的共聚物(PE-1)、在<生产例2>中聚合的乙烯和1-丁烯的共聚物(PE-2)、在<生产例3和4>中聚合的乙烯和1-己烯的共聚物(PE-3)(PE-4)、在<生产例5>中聚合的乙烯、丙烯和1-己烯的共聚物(PE-9)和商购可得的乙烯·α-烯烃共聚物(PE-5)(PE-6)(PE-7)(PE-8)。性质示于表1。
(2)有机过氧化物:2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(Luperox 101,由Arkema-Yoshitomi Co.Ltd.生产)
(3)硅烷偶联剂:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM503,由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.生产)
(4)受阻胺型光稳定剂:丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物(TINUVIN 622LD,由BASF AG.生产)
(5)紫外线吸收剂:2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYTECUV531,由Sun Chemical Co.Ltd.生产)
<生产例1>
(i)催化剂的制备
用于生产乙烯和1-己烯的共聚物的催化剂通过在JP-A-7-508545中记载的方法制备。即,向2.0mmol配合物二甲基亚甲硅基双(4,5,6,7-四氢茚基)二甲基铪中,添加基于以上配合物等摩尔量的三(五氟苯基)硼,并且通过用甲苯稀释至10L,制备催化剂溶液。
(ii)聚合
使用内容积为1.5L的搅拌型高压釜型连续反应器,在维持反应器内部的压力在130MPa下,将作为原料气体的乙烯和1-己烯的混合物以1-己烯的组成为72重量%的方式以40kg/小时的速度连续供给。此外,通过调节其供给量从而维持聚合温度在114℃下连续供给以上催化剂溶液。聚合物的生产量为每小时约1.5kg。在完成反应之后,获得1-己烯含量为24重量%、MFR为1.0g/10分钟、密度为0.880g/cm3和Mz/Mn为3.7的乙烯·1-己烯共聚物(PE-1)。
此外,将PE-1在160℃-0kg/cm2下预加热3分钟之后,将其在160℃-100kg/cm2下加压5分钟,接着通过将其用设定在30℃下的冷却压榨机、在100kg/cm2的条件下冷却10分钟,获得厚度为0.7mm的压片。作为根据ISO1184-1983进行其拉伸弹性模量的测量的结果,其为17MPa。
该乙烯·1-己烯共聚物(PE-1)的特性示于表1。
<生产例2>
通过改变在生产例1中聚合时的单体组成和聚合温度来进行聚合以获得示于表1的组成、密度和熔体粘度。在完成反应之后,获得1-丁烯含量=35重量%、MFR=1.0g/10分钟、密度=0.870g/cm3和Mz/Mn=3.5的乙烯·1-丁烯共聚物(PE-2)。与在生产例1中类似,作为进行其拉伸弹性模量的测量的结果,发现其为8MPa。该乙烯·1-丁烯共聚物(PE-2)的特性示于表1。
<生产例3>
除了将在生产例1中聚合时1-己烯的组成改变为72重量%和聚合温度改变为122℃以外,通过与生产例1类似的方法进行聚合。聚合物的生产量为每小时约2.1kg。在完成反应之后,获得1-己烯含量=24重量%、MFR=2.2g/10分钟、密度=0.880g/cm3和Mz/Mn=3.7的乙烯·1-己烯共聚物(PE-3)。与在生产例1中类似,作为进行其拉伸弹性模量的测量的结果,发现其为17MPa。该乙烯·1-己烯共聚物(PE-3)的特性示于表1。
<生产例4>
除了将在生产例1中聚合时1-己烯的组成改变为75重量%和聚合温度改变为150℃以外,通过与生产例1类似的方法进行聚合。聚合物的生产量为每小时约4.3kg。在完成反应之后,获得1-己烯含量=24重量%、MFR=35g/10分钟、密度=0.880g/cm3和Mz/Mn=3.7的乙烯·1-己烯共聚物(PE-4)。与在生产例1中类似,作为进行其拉伸弹性模量的测量的结果,发现其为34MPa。该乙烯·1-己烯共聚物(PE-4)的特性示于表1。
<生产例5>
通过改变生产例1中聚合时的单体组成和聚合温度进行聚合,从而获得示于表1的组成、密度和熔体粘度。在完成反应之后,获得丙烯含量=14.4重量%、1-己烯含量=11.9重量%、MFR=1.0g/10分钟、密度=0.870g/cm3和Mz/Mn=3.5的乙烯·丙烯·1-己烯共聚物(PE-9)。与在生产例1中类似,作为进行其拉伸弹性模量的测量的结果,发现其为8MPa。该乙烯/丙烯/1-己烯共聚物(PE-9)的特性示于表1。
(实施例1)
向100重量份乙烯和1-己烯的共聚物(PE-1),共混1.5重量份作为有机过氧化物的2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(Luperox 101,由ARKEMA-YO SHITOMI,Ltd.生产)和0.05重量份作为受阻胺型光稳定剂的丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物(TINUVIN 622LD,由BASF生产)。在使用班伯里混合机熔融捏合树脂组合物之后,将其供给至压延机,并且使用压延辊挤出成型为片状形式。将压延辊的温度设定在100℃,和将旋转速度设定在10m/分钟。
在160℃-0kg/cm2的条件下将所得的片预加热3分钟之后,将其在160℃-100kg/cm2的条件下加压27分钟(在160℃下压制成型30分钟),然后通过将其用设定在30℃下的冷却压榨机在100kg/cm2的条件下冷却10分钟,制备厚度为0.7mm的压片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。
此外,对于耐热性的单独评价,在150℃-0kg/cm2的条件下将片预加热3分钟之后,将其在150℃-100kg/cm2的条件下加压27分钟(在150℃下压制成型30分钟),然后通过将其用设定在30℃下的冷却压榨机在100kg/cm2的条件下冷却10分钟,制备厚度为0.7mm的压片。评价结果示于表2。
(实施例2)
除了在实施例1中使用PE-2代替PE-1以外,与在实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表2。
(实施例3)
除了在实施例1中使用PE-3代替PE-1以外,与在实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表2。
(实施例4)
除了在实施例3中进一步添加0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYTEC UV531,由Sun Chemical Co.Ltd.生产)作为紫外线吸收剂以外,与在实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表2。
(实施例5)
除了在实施例1中使用PE-9代替PE-1以外,与在实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表2。
(比较例1)
除了不使用有机过氧化物以外,与实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量、耐热性和粘合性。评价结果示于表2。
(比较例2)
除了使用比较用PE-4(乙烯·1-辛烯共聚物)代替实施例1中的PE-1以外,尝试与实施例1中类似地压延成型。然而,由于不充分的熔融张力压延成型是不可行的。
(比较例3)
除了使用PE-5(乙烯·1-丁烯共聚物,Tufmer A4085S,由Mitsui Chemical Co.,Inc.生产)代替PE-1以外,尝试与实施例1中类似地压延。然而,由于不充分的熔融张力压延成型是不可行的。
(比较例4)
除了使用PE-6(乙烯·1-辛烯共聚物,Engage 8100,由DowChemical Co.,Ltd.生产)代替PE-1以外,与实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表2。该片具有不良的交联效率,导致不良的耐热性。
(比较例5和6)
除了使用PE-7(乙烯·1-辛烯共聚物,由Dow Chemical Co.,Ltd.生产;ENGAGE-8200)或PE-8(乙烯·1-辛烯共聚物,由DowChemical Co.,Ltd.生产;ENGAGE-8400)代替PE-1以外,尝试与实施例1中类似地压延成型。然而,由于不充分的熔融张力压延成型是不可行的。
(实施例6)
向100重量份乙烯和1-己烯的共聚物(PE-1),共混0.3重量份作为硅烷偶联剂的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM-503,由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd生产)、1.5重量份作为有机过氧化物的2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(Luperox 101,由ARKEMA YOSHITOMI,LTD生产)和0.05重量份作为受阻胺型光稳定剂的丁二酸二甲酯和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合产物(TINUVIN 622LD,由BASF生产)。在使用班伯里混合机熔融捏合树脂组合物之后,将其供给至压延机,并且使用压延辊挤出成型为片状形式。将压延辊的温度设定在100℃,和将旋转速度设定在10m/分钟。
将所得的片在160℃-0kg/cm2的条件下预加热3分钟之后,将其在160℃-100kg/cm2的条件下加压27分钟(在160℃下压制成型30分钟),然后通过将其用设定在30℃下的冷却压榨机在100kg/cm2的条件下冷却10分钟,制备厚度为0.7mm的压片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。
此外,对于耐热性的单独评价,将片在150℃-0kg/cm2的条件下预加热3分钟之后,将其在150℃-100kg/cm2的条件下加压27分钟(在150℃下压制成型30分钟),然后通过将其用设定在30℃下的冷却压榨机在100kg/cm2的条件下冷却10分钟,制备厚度为0.7mm的压片。评价结果示于表2。
(实施例7)
除了在实施例6中使用PE-2代替PE-1以外,类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表3。
(实施例8)
除了在实施例6中使用PE-3代替PE-1以外,类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表3。
(实施例9)
除了在实施例6中进一步添加0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYTEC UV531,由Sun Chemical Co.Ltd.生产)作为紫外线吸收剂以外,与在实施例1中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、拉伸弹性模量、耐热性和粘合性。评价结果示于表3。
(实施例10)
除了在实施例6中使用PE-9代替PE-1以外,类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表3。
(比较例7)
除了在实施例6中使用比较用PE-4(乙烯·1-辛烯共聚物)代替PE-1以外,尝试与实施例6中类似地压延成型。然而,由于不充分的熔融张力压延成型是不可行的。
(比较例8)
除了使用PE-5(乙烯·1-丁烯共聚物,Tufmer A4085S,由Mitsui Chemical Co.,Inc.生产)代替PE-1以外,尝试与实施例6中类似地压延成型。然而,由于不充分的熔融张力压延成型是不可行的。
(比较例9)
除了使用PE-6(乙烯·1-辛烯共聚物,Engage 8100,由DowChemical Co.,Ltd.生产)代替PE-1以外,与实施例6中类似地制备片。测量和评价片的压延性、雾度、透光率、拉伸弹性模量和耐热性。评价结果示于表3。该片具有不良的交联效率,导致不良的耐热性。
(比较例10和11)
除了使用PE-7(乙烯·1-辛烯共聚物,Engage 8200,由DowChemical Co.,Ltd.生产)或PE-7(乙烯/1-辛烯共聚物,Engage8400,由Dow Chemical Co.,Ltd.生产)代替PE-1以外,尝试与实施例6中类似地压延成型。然而,由于不充分的熔融张力压延成型是不可行的。
[评价]
结果,如从表2清楚地看到,在实施例1-5中,使用本发明的特定树脂组合物,因此能够挤出成型(压延成型),并且所得的片具有小的雾度,大的透光率,刚性和交联效率之间的优异的平衡。如从表2和3清楚地看到,在实施例6-10中,使用包含偶联剂的树脂组合物,因此所得片也进一步具有对玻璃的优异的粘合性。
另一方面,在比较例1中,因为与本发明不同没有使用有机过氧化物,所以没有实现在160℃下的耐热性。此外,在比较例2、3、5、6、7、8、10和11中,因为使用包含具有在本发明之外的熔体粘度的乙烯·α-烯烃共聚物的树脂组合物,所以压延成型是不可行的。在比较例4中,因为使用包含具有在本发明之外的式(a)和FR的乙烯·1-辛烯共聚物的树脂组合物,所以所得的片显示不良的交联效率,导致差的耐热性。
产业上的可利用性
本发明可用于制造要求透明性、柔软性,以及刚性和交联效率之间的平衡或耐候性等的太阳能电池密封材料,和具有高的发电效率和改进的耐久性的太阳能电池组件。将有机过氧化物共混至树脂组合物提高耐热性,硅烷偶联剂的共混赋予对玻璃基板的良好粘合性,特别地,其作为薄膜太阳能电池或使用玻璃板作为基板的太阳能电池的密封材料是有用的。
应当注意的是,本发明的树脂组合物最适合作为上述太阳能电池密封材料组件,然而,除此以外,其可用于制造挡水板或防水油布(TarpaulinTM)。

Claims (17)

1.一种太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于包括以下组分(A)和组分(B),以及任选的组分(C),
组分(A):具有以下特性(a1)至(a5)的乙烯·α-烯烃共聚物:
(a1)密度为0.860-0.920g/cm3
(a2)通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比,(Mz/Mn),为8.0以下
(a3)在100℃下测量的在2.43×10s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 1)为1.2×105泊以上
(a4)在100℃下测量的在2.43×102s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 2)为2.0×104泊以上
(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)满足下式(a'),
式(a'):-0.67×E+100≥N≥-0.67×E+53
其中,N表示通过NMR测量的基于主链和侧链中的总计每1000个碳原子的分支数;E表示根据ISO1184-1983测量的片的拉伸弹性模量
组分(B):有机过氧化物,
组分(C):硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于(a5)源自聚合物中的共聚单体的分支数(N)满足下式(a”)
式(a”):-0.67×E+80≥N≥-0.67×E+53
其中,N表示通过NMR测量的基于主链和侧链中的总计每1000个碳原子的分支数;E表示根据ISO1184-1983测量的片的拉伸弹性模量。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(B)的含量为0.2-5重量份。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(C)的含量为0.01-5重量份。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于进一步包括以下组分(D):
组分(D):受阻胺型光稳定剂。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(D)的含量为0.01-2.5重量份。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,所述组分(A)是乙烯·丙烯共聚物、乙烯·1-丁烯共聚物或者乙烯·1-己烯共聚物。
8.根据权利要求1或2所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,所述组分(A)是乙烯·丙烯·1-己烯三元共聚物。
9.一种太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于包括以下组分(A)和组分(B),以及任选的组分(C),
组分(A):具有以下特性(a1)至(a4)和(a6)的乙烯·α-烯烃共聚物:
(a1)密度为0.860-0.920g/cm3
(a2)通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的Z均分子量(Mz)和数均分子量(Mn)的比,(Mz/Mn),为8.0以下
(a3)在100℃下测量的在2.43×10s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 1)为1.2×105泊以上
(a4)在100℃下测量的在2.43×102s-1剪切速率下的熔体粘度(η* 2)为2.0×104泊以上
(a6)流速比(FR):作为在190℃下在10kg载荷下的MFR测量值的I10和作为在190℃下在2.16kg载荷下的MFR测量值的I2.16的比(I10/I2.16)为5.0-6.2
组分(B):有机过氧化物,
组分(C):硅烷偶联剂。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(B)的含量为0.2-5重量份。
11.根据权利要求9或10所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(C)的含量为0.01-5重量份。
12.根据权利要求9或10所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于进一步包括以下组分(D):
组分(D):受阻胺型光稳定剂。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,相对于100重量份所述组分(A),所述组分(D)的含量为0.01-2.5重量份。
14.根据权利要求9或10所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,所述组分(A)是乙烯·丙烯共聚物、乙烯·1-丁烯共聚物或者乙烯·1-己烯共聚物。
15.根据权利要求9或10所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物,其特征在于,所述组分(A)是乙烯·丙烯·1-己烯三元共聚物。
16.一种太阳能电池密封材料,其通过将根据权利要求1-15任一项所述的太阳能电池密封材料用树脂组合物造粒或成片而获得。
17.一种太阳能电池组件,其使用根据权利要求16所述的太阳能电池密封材料。
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