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JP5575680B2 - ポリエステル樹脂組成物及びその製造方法、ポリエステルフィルム、並びに太陽電池発電モジュール - Google Patents

ポリエステル樹脂組成物及びその製造方法、ポリエステルフィルム、並びに太陽電池発電モジュール Download PDF

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Description

本発明は、ポリエステル樹脂組成物及びその製造方法、ポリエステルフィルム、並びに太陽電池発電モジュールに関する。
ポリエステル樹脂は、その機械的特性、耐熱性、電気的特性の点から、各種分野に汎用されている。例えば、ポリエステル樹脂を用いて構成されたフィルムは、太陽電池発電モジュール、照明用フィルム、農業用シートなどの屋外用途に適用でき、かかる適用形態においては、常に風雨に曝されるような環境に置かれることから、高い耐候性能を備えていることが必要とされる。
特に、近年は、地球環境の保護の観点から、太陽光を電気に変換する太陽光発電が注目されている。この太陽光発電に用いられる太陽電池発電モジュールは、太陽光が入射するガラスの上に、(封止材)/太陽電池素子/封止材/バックシートがこの順に積層された構造を有するものである。
太陽電池発電モジュールは、風雨や直射日光に曝される過酷な使用環境下でも、数十年もの長期間に亘って発電効率などの電池性能を保持できるよう、高い耐候性能を備えていることが必要とされる。このような耐候性能を与えるためには、太陽電池発電モジュールを構成するバックシートや素子を封止する封止材などの諸材料も耐候性が求められる。
太陽電池発電モジュールを構成するバックシートには、一般に、ポリエステル樹脂などの樹脂材料が使用されている。ポリエステルには、通常カルボキシル基末端が自己触媒として働き、水分が存在する環境では加水分解を起こしやすく、経時で劣化する傾向にある。そのため、屋外等の常に風雨に曝されるような環境に置かれる太陽電池発電モジュールに用いられるポリエステル樹脂には、その加水分解性が抑えられていることが求められる。
また、太陽電池発電モジュール用途以外の屋外用途に適用されるポリエステル樹脂についても、同様に、加水分解性が抑えられていることが求められる。
ポリエステル樹脂の重合方法としては、アンチモン触媒を用いた重合方法が中心に検討されてきたが、環境に対応したチタン触媒を用いる動きがある。チタン触媒を用いたポリエステル樹脂組成物及び該組成物を用いたポリエステルフィルムに関しては、下記特許文献1では、チタン触媒とリン化合物とを用いて、その量を調整することで、耐加水分解性や耐候性などの耐環境性が改良されたポリエステルフィルムが得られることが開示されている。また、下記特許文献2では、チタン触媒とリン化合物とを用い、触媒起因の異物を低減させたポリエステル樹脂組成物及びフィルムについて開示されている。下記特許文献3では、その参考例2において、チタン触媒と燐化合物とを用いた耐熱性ポリエステルフィルムについて開示されている。
しかし、特許文献1〜3に開示されるポリエステルフィルムは、耐加水分解性、生産性が不充分であるという問題があり、また、該ポリエステルフィルムを、太陽電池発電モジュール用に用いる場合には、耐電圧が不充分であるという問題もある。
特開2007−204538号公報 特開2004−19075号公報 特許第3396995号明細書
本発明は、前記の状況に鑑みなされたものであり、耐加水分解性に優れたポリエステル樹脂組成物及びその製造方法を提供することを課題とするものである。
また、本発明は、耐加水分解性に優れたポリエステル樹脂組成物を含むポリエステルフィルムを提供することを課題とする。
また、本発明は、長期に亘り安定的な発電性能が得られる太陽電池発電モジュールを提供することを課題とする。
前記課題を達成するための具体的手段は、以下の通りである。
<1> ポリエステル樹脂と、触媒由来のチタン化合物及びリン化合物と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属と、を含み、前記金属及び前記チタン化合物は前記リン化合物の添加前に添加されることで含有されており、且つ、下記式(1)及び式(2)で示される関係を満足するポリエステル樹脂組成物。
0.10<Ti/P<0.20 ・・・(1)
[式(1)中、Ti/Pは、ポリエステル樹脂組成物におけるチタン元素とリン元素との含有量比(質量基準)を示す。]
0.0090<ΔIV≦0.0185(dl/g/hr) ・・・(2)
[式(2)中、ΔIVは、225℃、50Paの条件下におけるポリエステル樹脂組成物の単位時間当たりの極限粘度の上昇値を示す。]
<2> 前記チタン化合物が、有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体である前記<1>に記載のポリエステル樹脂組成物。
<3> 前記リン化合物が、下記式(3)で表される化合物である前記<1>又は<2>に記載のポリエステル樹脂組成物。
(RO)P=O ・・・(3)
[式(3)中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を表す。]
<4> 前記チタン化合物及び前記リン化合物の含有量が、チタン元素換算値及びリン元素換算値で、下記式(4)及び式(5)で示される関係を満足する前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
1ppm<チタン元素換算値≦30ppm ・・・(4)
50ppm<リン元素換算値≦90ppm ・・・(5)
<5> ポリエステル樹脂組成物に含まれる末端COOH量が25eq/t以下である前記<1>〜<4>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
<6> 体積固有抵抗値をR(Ω・m)としたときの常用対数値(LogR)が、6.9以下である前記<1>〜<5>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
<7> 更に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属を、質量基準で、50ppm以上含有する前記<1>〜<6>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
<8> ジカルボン酸成分とジオール成分とをエステル化反応により反応させてエステル化反応生成物を得る工程(A)と、該エステル化反応生成物を重縮合反応させて重縮合物を得る工程(B)を有し、
前記工程(A)におけるエステル化反応が終了する前であってチタン化合物とアルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む化合物とを添加した後の反応液に、下記式(1)及び下記式(2)で示される関係を満足するようにリン化合物を添加するポリエステル樹脂組成物の製造方法。
0.10<Ti/P<0.20 ・・・(1)
[式(1)中、Ti/Pは、ポリエステル樹脂組成物におけるチタン元素とリン元素との含有量比(質量基準)を示す。]
0.0090<ΔIV≦0.0185(dl/g/hr) ・・・(2)
[式(2)中、ΔIVは、225℃、50Paの条件下におけるポリエステル樹脂組成物の単位時間当たりの極限粘度の上昇値を示す。]
<9> 前記工程(A)におけるエステル化反応が終了する前において、前記チタン化合物を添加した後の反応液に、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む化合物を添加し、前記金属を含む化合物の添加後の反応液に、前記リン化合物を添加する前記<8>に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
<10> 前記リン化合物の添加が、前記リン化合物を前記ジオール成分を含む溶液に25℃で溶解させた添加溶液を、前記工程(A)が終了する前の反応液に添加することで行われる前記<8>又は<9>に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
<11> 前記添加溶液中の前記リン化合物の含有量が、溶液の全質量に対し、1質量%以上10質量%以下である前記<10>に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
<12> 重合温度が280℃を超えない前記<8>〜<11>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
<13> 前記工程(B)により得られた重縮合物を固相重合する工程(C)を有する前記<8>〜<12>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
<14> 前記固相重合が1Pa以上1000Pa以下で行われる前記<13>に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
<15> 前記固相重合が窒素雰囲気下で行われる前記<13>又は<14>に記載の製造方法。
<16> 前記<8>〜<15>のいずれか1項に記載の製造方法により得られたポリエステル樹脂組成物。
<17> 前記<1>〜<7>、及び<16>のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物を含み、且つ厚みが250μm以上500μm以下であるポリエステルフィルム。
<18> 太陽電池用ポリエステルフィルムである前記<17>に記載のポリエステルフィルム。
<19> 温度85℃、相対湿度85%の雰囲気下で保存した場合において、保存後の破断伸度が保存前の破断伸度に対して50%となる保存時間が、4000時間以上である前記<17>又は<18>に記載のポリエステルフィルム。
<20> 前記<17>〜<19>のいずれか1項に記載のポリエステルフィルムを備えた太陽電池発電モジュール。
本発明によれば、耐加水分解性に優れたポリエステル樹脂組成物及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、耐加水分解性に優れたポリエステル樹脂組成物を含むポリエステルフィルムを提供することができる。
また、本発明によれば、長期にわたり安定的な発電性能が得られる太陽電池発電モジュールを提供することができる。
太陽電池発電モジュールの構成例を示す概略断面図である。
以下、本発明のポリエステル樹脂組成物及びその製造方法、ポリエステルフィルム、並びにこれを用いた太陽電池発電モジュールについて、詳細に説明する。
<ポリエステル樹脂組成物及びその製造方法>
本発明のポリエステル樹脂組成物は、ポリエステル樹脂と、触媒由来のチタン化合物及びリン化合物と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属と、を含み、前記金属及び前記チタン化合物は前記リン化合物の添加前に添加されることで含有されており、且つ、下記式(1)及び式(2)で示される関係を満足することを特徴とする。
0.10<Ti/P<0.20 ・・・(1)
[式(1)中、Ti/Pは、ポリエステル樹脂組成物におけるチタン元素とリン元素との含有量比(質量基準)を示す。]
0.0090<ΔIV≦0.0185(dl/g/hr) ・・・(2)
[式(2)中、ΔIVは、225℃、50Paの条件下におけるポリエステル樹脂組成物の単位時間当たりの極限粘度の上昇値を示す。]
本発明のポリエステル樹脂組成物の製造において、触媒として用いられるチタン化合物は、エステル化及びエステル交換反応の触媒活性能が高く、また、加水分解反応(エステル化反応の逆反応)の触媒能も有する化合物である。このため、ポリエステル樹脂組成物に、触媒由来のチタン化合物が活性能を有した状態で含まれる場合、当該組成物に含まれるポリエステル樹脂の加水分解を促進してしまう傾向がある。
しかし、本発明においては、触媒由来のチタン化合物と共にリン化合物が含有され、且つ前記式(1)及び式(2)で示される関係が満足されていることで、ポリエステル樹脂組成物中に含まれるチタン化合物の触媒活性が充分に失活して、耐加水分解性が向上したものと推測している。ここで、式(2)は、触媒活性が失活したことを示す指標であり、小さければ小さいほど、耐加水分解性は向上することを意味する。
更に、本発明のポリエステル樹脂組成物は、その好適な製造方法(本発明の製造方法)を適用して、リン化合物を、溶融重合中に適切なタイミングで、適量添加して得ることにより、チタン化合物の触媒能を、特に効果的に失活させることができるため、触媒由来のチタン化合物を含有するポリエステル樹脂組成物であるにも関わらず、極めて高い耐加水分解性を有する。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、前記式(1)で示される関係を満足することを要する。ポリエステル樹脂組成物におけるチタン元素とリン元素との含有量比(Ti/P)は、より好ましくは、0.11以上0.19以下であり、更に好ましくは、0.13以上0.17以下である。前記式(1)に示される関係を満足しない場合、即ち、Ti/Pが、0.10以下であると、リン化合物によるチタン化合物の触媒活性の失活が過剰となり、重合速度が極めて低下し、生産性が低下する。また、Ti/Pが、0.20以上であると、リン化合物によるチタン化合物の触媒活性の失活が不足し、重合速度は早い一方、製造されたポリエステル樹脂組成物中においてもチタン化合物の触媒活性が高くなり、ポリエステル樹脂組成物の耐加水分解性が劣ることとなる。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、前記式(1)で示される関係を満足すると共に、前記式(2)で示される関係を満足することを要する。前記式(2)で示される関係は、ポリエステル樹脂組成物に含まれるチタン化合物の触媒活性が失活していることを示す指標となる。
式(2)で示される極限粘度の上昇値(ΔIV)は、0.0090を超え0.0185(dl/g/hr)以下であることが必要であり、より好ましくは0.0165以上0.0183以下、さらに好ましくは0.0170以上0.0182以下である。
ここで、本明細書における極限粘度(IV:Intrinsic Viscosity)とは、溶液粘度(η)と溶媒粘度(η0)の比ηr(=η/η0;相対粘度)から1を引いた比粘度(ηsp=ηr-1)を濃度で割った値を、濃度がゼロの状態に外挿した値である。IVは、1,1,2,2−テトラクロルエタン/フェノール(=2/3[質量比])混合溶媒中の25℃での溶液粘度から求められる。
また、本明細書における極限粘度の上昇値(ΔIV)は、225℃、50Paの条件下で、30hr、固相重合行った後のIVから、ΔIV={IV(固相重合後)−IV(固相重前)}/30により算出した値である。
本発明のポリエステル樹脂組成物が含むポリエステル樹脂は、原料物質として、ジカルボン酸成分とジオール成分とを用いて、これらの成分を重縮合することにより得られる。
なお、本発明のポリエステル樹脂組成物を得るための好適な製造方法(本発明のポリエステル樹脂組成物の製造方法)の詳細については後述する。
ポリエステル樹脂の原料物質として用いられるジカルボン酸成分としては、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸、ダイマー酸、エイコサンジオン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸等の脂肪族ジカルボン酸類、アダマンタンジカルボン酸、ノルボルネンジカルボン酸、イソソルビド、シクロヘキサンジカルボン酸、デカリンジカルボン酸、などの脂環族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、フェニルエンダンジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、フェナントレンジカルボン酸、9,9’−ビス(4−カルボキシフェニル)フルオレン酸等の芳香族ジカルボン酸などのジカルボン酸もしくはそのエステル誘導体が挙げられる。
ジカルボン酸成分としては、芳香族ジカルボン酸の少なくとも1種が用いられる場合が好ましい。より好ましくは、ジカルボン酸成分のうち、芳香族ジカルボン酸を主成分として含有する。なお、「主成分」とは、ジカルボン酸成分に占める芳香族ジカルボン酸の割合が80質量%以上であることをいう。
ポリエステル樹脂の原料物質として用いられるジオール成分としては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール等の脂肪族ジオール類、シクロヘキサンジメタノール、スピログリコール、イソソルビドなどの脂環式ジオール類、ビスフェノールA、1,3−ベンゼンジメタノール,1,4−ベンゼンジメタノール、9,9’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、などの芳香族ジオール類等が挙げられる。
また、ジオール成分としては、脂肪族ジオールの少なくとも1種が用いられる場合が好ましい。脂肪族ジオールとして、エチレングリコールを含むことができ、好ましくはエチレングリコールを主成分として含有する。なお、主成分とは、ジオール成分に占めるエチレングリコールの割合が80質量%以上であることをいう。
上記の如き、ジカルボン酸成分及びジオール成分を用いて得られるポリエステル樹脂の中でも、本発明におけるポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン−2,6−ナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)が好ましく、さらに好ましいものは、樹脂のコストパフォーマンスに優れるPETである。
(チタン化合物)
本発明におけるチタン化合物は、ポリエステル樹脂組成物の製造において重合触媒として機能するものである。
本発明における特に好ましいチタン化合物としては、有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体が挙げられる。該有機キレートチタン錯体が配位子として有する有機酸としては、例えば、クエン酸、乳酸、トリメリット酸、リンゴ酸等を挙げることができる。中でも、クエン酸又はクエン酸塩を配位子とする有機キレート錯体がより好ましい。
例えば、クエン酸を配位子とする有機キレートチタン錯体を用いた場合、微細粒子等の異物の発生が少なく、他のチタン化合物に比べ、重合活性と色調の良好なポリエステル樹脂が得られる。更に、クエン酸キレートチタン錯体を用いる場合でも、エステル化反応の段階で添加することにより、エステル化反応後に添加する場合に比べ、重合活性と色調が良好で、末端カルボキシル基の少ないポリエステル樹脂が得られる。この点については、チタン触媒はエステル化反応の触媒効果もあり、エステル化段階で添加することでエステル化反応終了時におけるオリゴマー酸価が低くなり、以降のエステル交換反応がより効率的に行なわれること、またクエン酸を配位子とする錯体はチタンアルコキシド等に比べて加水分解耐性が高く、エステル化反応過程において加水分解せず、本来の活性を維持したままエステル交換反応の触媒として効果的に機能するものと推定される。
また、一般に、ポリエステル樹脂は、末端カルボキシル基量が多いほど耐加水分解性が悪化することが知られており、上記のごときチタン化合物を用いることによって、末端カルボキシル基量が少なくなることで、耐加水分解性の向上が期待される。
クエン酸キレートチタン錯体としては、例えば、ジョンソン・マッセイ社製のVERTEC AC−420など市販品として容易に入手可能である。
本発明におけるチタン化合物は、以下に示す他のチタン化合物であってもよい。他のチタン化合物は、これらのみが含有されていてもよいし、前記有機キレートチタン錯体と併用されていてもよい。他のチタン化合物は、有機キレートチタン錯体と併用することが好ましい。
他のチタン化合物としては、酸化物、水酸化物、アルコキシド、カルボン酸塩、炭酸塩、蓚酸塩、及びハロゲン化物等が挙げられる。
他のチタン化合物の例としては、テトラ−n−プロピルチタネート、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネートテトラマー、テトラ−t−ブチルチタネート、テトラシクロヘキシルチタネート、テトラフェニルチタネート、テトラベンジルチタネート等のチタンアルコキシド、チタンアルコキシドの加水分解により得られるチタン酸化物、チタンアルコキシドと珪素アルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドとの混合物の加水分解により得られるチタン−珪素もしくはジルコニウム複合酸化物、酢酸チタン、蓚酸チタン、蓚酸チタンカリウム、蓚酸チタンナトリウム、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸−水酸化アルミニウム混合物、塩化チタン、塩化チタン−塩化アルミニウム混合物、チタンアセチルアセトナート等が挙げられる。
チタン化合物は、1種のみであっても、2種以上が併用されていてもよい。
(リン化合物)
本発明におけるリン化合物としては、置換基として芳香環を有しない5価のリン酸エステルの少なくとも一種が好適である。該5価のリン酸エステルとしては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリ−n−ブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリス(トリエチレングリコール)、リン酸メチルアシッド、リン酸エチルアシッド、リン酸イソプロピルアシッド、リン酸ブチルアシッド、リン酸モノブチル、リン酸ジブチル、リン酸ジオクチル、リン酸トリエチレングリコールアシッド等が挙げられる。
5価のリン酸エステルの中でも、炭素数3以下の低級アルキル基を置換基として有するリン酸エステル〔下記式(3)で表される化合物〕が好ましく、具体的には、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが特に好ましい。
(RO)P=O ・・・(3)
特に、チタン化合物として、クエン酸又はその塩が配位するキレートチタン錯体を触媒として用いる場合、5価のリン酸エステルの方が3価のリン酸エステルよりも重合活性、色調が良好であり、更に炭素数2以下の5価のリン酸エステルを添加する態様の場合に、重合活性、色調、耐熱性のバランスを特に向上させることができる。
本発明のポリエステル樹脂組成物が含むチタン化合物及びリン化合物の含有量(質量基準)は、チタン元素換算値及びリン元素換算値で、下記式(4)及び式(5)に示される関係を満足することが好ましい。
1ppm<チタン元素換算値≦30ppm ・・・(4)
50ppm<リン元素換算値≦90ppm ・・・(5)
なお、ポリエステル樹脂組成物におけるチタン化合物及びリン化合物の含有量は、これらの化合物に由来するチタン及びリンの各元素量を、高分解能型高周波誘導結合プラズマ−質量分析(HR-ICP-MS;SIIナノテクノロジー社製AttoM)を用いて定量し、得られた結果から含有量[ppm]を算出することにより得られる。
チタン化合物の含有量は、より好ましくは3ppm以上20ppm以下であり、さらに好ましくは5ppm以上15ppm以下であり、特に好ましくは5ppm以上10ppm以下である。
また、リン化合物の含有量は、より好ましくは60ppm以上80ppm以下であり、さらに好ましくは65ppm以上75ppm以下である。
ポリエステル樹脂組成物に含まれるチタン化合物及びリン化合物の含有量が、式(4)及び式(5)の関係を満たすことで、重合活性と耐加水分解性のバランスを向上させることができる。
リン化合物は、1種のみであっても、2種以上が併用されていてもよい。
(特定金属化合物)
本発明のポリエステル樹脂組成物は、アルカリ金属(例えば、ナトリウム、カリウム等)、アルカリ土類金属(例えば、マグネシウム、等)、鉄族、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属を含む化合物(以下、適宜「特定金属化合物」とも称する。)を、質量基準で、50ppm以上含有することが、高い静電印加性を付与する観点から好ましい。
特定金属化合物の含有量としては、好ましくは50ppm以上100ppm以下であり、より好ましくは60ppm以上90ppm以下であり、さらに好ましくは70ppm以上80ppm以下である。
特定金属化合物は、1種のみであっても、2種以上が併用されていてもよい。
なお、ポリエステル樹脂組成物における特定金属化合物の含有量は、特定金属化合物に含まれる各金属元素量を、高分解能型高周波誘導結合プラズマ−質量分析(HR-ICP-MS;SIIナノテクノロジー社製AttoM)を用いて定量し、得られた結果から含有量[ppm]を算出することにより得られる。
特定金属化合物の中でも、静電印加性を付与する観点からは、マグネシウム化合物が好ましい。また、マグネシウム化合物を含めることにより、ポリエステル樹脂組成物の着色が効果的に抑制され、優れた色調、耐熱性を有するポリエステル樹脂組成物となる。
マグネシウム化合物としては、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムアルコキシド、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウム等のマグネシウム塩が挙げられる。中でも、エチレングリコール等のジオール成分への溶解性の観点から、酢酸マグネシウムが最も好ましい。
本発明のポリエステル樹脂組成物に含まれる末端COOH基量は、該組成物を用いて得られたポリエステルフィルムも同様に、好ましくは25eq/t以下、より好ましくは1eq/t以上20eq/t以下であり、さらに好ましくは3eq/t以上15eq/t以下,特に好ましくは5eq/t以上10eq/t以下の量である。
ここで、「末端COOH量」とは、ポリエステル樹脂がその分子構造の末端に有するカルボンキシ基(−COOH)の量を意味する。
ポリエステル樹脂組成物に含まれる末端COOHの量が、上記範囲であることで、耐加水分解性を向上しつつ,フィルムの押出し・延伸・塗布適性を付与でき,さらに他フィルムとの密着性も良好である。
本明細書における末端COOH量は、H. A. Pohl, Anal. Chem. 26 (1954) p.2145に記載の方法に従って、滴定法にて測定される値である。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、該組成物を用いて得られたポリエステルフィルムも同様に、体積固有抵抗値をRとしたときの常用対数値(LogR)が、好ましくは6.9以下、より好ましくは6.7以下、更に好ましくは6.5以下である。
LogRが6.9以下であることで、本発明のポリエステル樹脂組成物を用いてフィルム化する際に、静電印加が掛かりやすく、フィルムの厚みムラを低減させることができる。また、そのようなフィルムは、太陽電池の保護フィルム等として用いた場合に、耐電性が高く、好ましい。
本明細書における体積固有抵抗値(R)は、下記の測定方法により測定した値である。
<体積固有抵抗値Rの測定方法>
ジカルボン酸成分及びジオール成分のエステル化反応、エステル交換反応(重縮合)を経て得られたポリエステル樹脂組成物を、ペレット<断面:長径約4mm、短径約2mm、長さ:約3mm>として、該ペレットを真空乾燥機で乾燥、結晶化させた後、15gを秤量して試験管に入れ、290℃のオイルバス中にて溶融させる。そこに、測定用電極を挿入し、体積固有抵抗値をデジタルマルチメーター(岩通計測社製)にて読み取る。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、光安定化剤、酸化防止剤などの添加剤を更に含有することができる。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、光安定化剤が添加されていることが好ましい。光安定化剤を含有することで、紫外線劣化を防ぐことができる。光安定化剤としては、紫外線などの光線を吸収して熱エネルギーに変換する化合物、ポリエステル樹脂組成物が光吸収して分解して発生したラジカルを捕捉し、分解連鎖反応を抑制する材料などが挙げられる。
光安定化剤として好ましくは、紫外線などの光線を吸収して熱エネルギーに変換する化合物である。このような光安定化剤を組成物中に含有することで、長期間継続的に紫外線の照射を受けても、ポリエステル樹脂組成物により構成されたフィルムによる部分放電電圧の向上効果を長期間高く保つことが可能になったり、該フィルムの紫外線による色調変化、強度劣化等が防止される。
紫外線吸収剤としては、例えば、有機系紫外線吸収剤、無機系紫外線吸収剤、及びこれらの併用が挙げられ、ポリエステル樹脂の他の特性が損なわれない範囲であれば、特に限定されることなく好適に用いることができる。一方、紫外線吸収剤は、耐湿熱性に優れ、ポリエステル樹脂組成物中に均一分散できることが望まれる。
紫外線吸収剤の例としては、有機系の紫外線吸収剤として、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系等の紫外線吸収剤及びヒンダードアミン系等の紫外線安定剤などが挙げられる。具体的には、例えば、サリチル酸系のp−t−ブチルフェニルサリシレート、p−オクチルフェニルサリシレート、ベンゾフェノン系の2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、ビス(2−メトキシ−4−ヒドロキシ−5−ベンゾイルフェニル)メタン、ベンゾトリアゾール系の2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2,2’−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−(2Hベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]、シアノアクリレート系のエチル−2−シアノ−3,3’−ジフェニルアクリレート)、トリアジン系として2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(ヘキシル)オキシ]−フェノール、ヒンダードアミン系のビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、コハク酸ジメチル・1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物、そのほかに、ニッケルビス(オクチルフェニル)サルファイド、及び2,4−ジ・t−ブチルフェニル−3’,5’−ジ・t−ブチル−4’−ヒドロキシベンゾエート、などが挙げられる。
これらの紫外線吸収剤のうち、繰り返し紫外線吸収に対する耐性が高いという点で、トリアジン系紫外線吸収剤がより好ましい。なお、これらの紫外線吸収剤は、上述の紫外線吸収剤単体で、ポリエステル樹脂組成物に添加してもよいし、有機系導電性材料や、非水溶性樹脂に紫外線吸収剤能を有するモノマーを共重合させた形態で導入してもよい。
光安定化剤のポリエステル樹脂組成物中における含有量は、ポリエステル樹脂組成物の全質量に対して、0.1質量%以上10質量%以下が好ましく、より好ましくは0.3質量%以上7質量%以下であり、さらに好ましくは0.7質量%以上4質量%以下である。これにより、長期経時での光劣化によるポリエステル樹脂の分子量低下を抑止できる。
以上説明した本発明のポリエステル樹脂組成物は、以下に説明する本発明のポリエステル樹脂組成物の製造方法により、製造することが好ましい。
本発明のポリエステル樹脂組成物の製造方法は、ジカルボン酸成分とジオール成分とをエステル化反応により反応させてエステル化反応生成物を得る工程(A)と、該エステル化反応生成物を重縮合反応させて重縮合物を得る工程(B)を有し、前記工程(A)におけるエステル化反応が終了する前であってチタン化合物とアルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む化合物とを添加した後の反応液に、前記式(1)及び前記式(2)で示される関係を満足するようにリン化合物を添加してポリエステル樹脂組成物を得ることを特徴とする。
なお、以下では、工程(A)及び工程(B)を、溶融重合工程と総称する場合がある。
〜工程(A)(エステル化工程)〜
工程(A)では、ジカルボン酸成分とジオール成分とをエステル化反応により反応させてエステル化反応生成物を得る。
工程(A)で用いるジカルボン酸成分及びジオール成分として、前述したジカルボン酸成分及びジオール成分が用いられる。
工程(A)におけるジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化は、ジカルボン酸成分とジオール成分とを、チタン化合物を含む触媒の存在下で反応させることにより行う。
工程(A)では、まず初めに、ジカルボン酸成及びジオール成分を、リン化合物及び任意成分であるマグネシウム化合物の添加に先立って、チタン化合物と混合する。有機キレートチタン錯体等のチタン化合物は、エステル化反応に対しても高い触媒活性を持つので、エステル化反応を良好に行なわせることができる。
工程(A)におけるチタン化合物の添加態様としては、ジカルボン酸成分とジオール成分とチタン化合物とを同時に混合する態様、ジカルボン酸成分とジオール成分とチタン化合物との混合物を予め調製し、該混合物にチタン化合物を添加する態様、等が挙げられる。混合は、その方法に特に制限はなく、従来公知の方法により行なうことが可能である。
ジオール成分(例えば、エチレングリコール)の使用量は、ジカルボン酸成分(例えばテレフタル酸)及び必要に応じそのエステル誘導体の1モルに対して、1.015〜1.50モルの範囲であるのが好ましい。該使用量は、より好ましくは1.02〜1.30モルの範囲であり、更に好ましくは1.025〜1.10モルの範囲である。該使用量は、1.015以上の範囲であると、エステル化反応が良好に進行し、1.50モル以下の範囲であると、例えばエチレングリコールの2量化によるジエチレングリコールの副生が抑えられ、融点やガラス転移温度、結晶性、耐熱性、耐加水分解性、耐候性など多くの特性を良好に保つことができる。
ジカルボン酸成分とジオール成分は、これらが含まれたスラリーを調製し、これを(A)工程に連続的に供給することにより導入することができる。
工程(A)においては、エステル化反応が終了する前であってチタン化合物を添加した後の反応液に、前記式(1)及び前記式(2)で示される関係を満足するようにリン化合物を添加することを要する。
ここで、「エステル化反応が終了する前」とは、反応槽が減圧されて下記工程(B)が開始する前を意味する。減圧下でリン化合物を添加すると、リン化合物が、反応液に混合することなく、反応系外に飛んでしまうので好ましくない。
リン化合物は、具体的には、減圧13.3×10−3MPaを越えて、より好ましくは、66.5×10−2MPa以上、特に好ましくは、1.01×10−1MPa(大気圧)以上で添加することが好ましい。
工程(A)で用いられるリン化合物としては、前述したリン化合物が用いられる。
リン化合物の添加態様としては、リン化合物は反応液に直接添加する態様であってもよいが、(1)チタン化合物(触媒)は、リン化合物とエチレングリコール等のジオール成分の反応物によって、触媒活性が効率的に失活すること、(2)ポリエステル原料に均一分散すること、(3)連続生産中におけるリン化合物の濃度変動を抑制できること、を考慮して、リン化合物をジオール成分を含む溶液に25℃(常温)で溶解させた添加溶液を調製し、該添加溶液を反応液に添加する態様が好ましい。
添加溶液におけるリン化合物の含有量としては、上述したチタン化合物の触媒活性失活、分散性の観点から、溶液の全質量に対し、1質量%以上10質量%以下が好ましく、より好ましくは1質量%以上7.5質量%以下であり、さらに好ましく1.5質量%以上5質量%以下である。
リン化合物を溶解させる溶液の温度としては、0℃以上60℃以下であることが好ましく、特に好ましくは25℃(常温)であることが、リン化合物とエチレングリコール等のジオール成分との混合液が、原料に均一分散できる点、反応槽の温度維持の点から、好ましい。
工程(A)において特定金属化合物を添加する場合には、前記リン化合物を添加する前の反応液に、前記した特定金属化合物を添加する。
反応液への特定金属化合物の添加は、前記リン化合物を添加する前であればよいが、前記チタン化合物を添加した後であって、前記リン化合物の添加する前における添加が、特定金属化合物に由来した異物を抑制できる点から好ましい。
工程(A)においては、触媒成分であるチタン化合物と、添加剤であるリン化合物及び特定金属化合物であるマグネシウム化合物とを、下記式(i)から算出される値Zが下記の関係式(ii)を満たすように、添加して反応させる場合が特に好ましい。
ここで、P含有量はリン化合物全体に由来するリン量であり、Ti含有量は、チタン化合物全体に由来するチタン量である。
このように、チタン化合物を含む触媒系でリン化合物及びマグネシウム化合物の併用を選択し、その添加タイミング及び添加割合を制御することによって、チタン化合物の触媒活性を適度に高く維持しつつも、黄色味の少ない色調が得られ、重合反応時やその後の製膜時(溶融時)などで高温下に曝されても黄着色を生じ難い耐熱性を付与することができる。
(i)Z=5×(P含有量[ppm]/P原子量)−2×(Mg含有量[ppm]/Mg原子量)−4×(Ti含有量[ppm]/Ti原子量)
(ii)0≦Z≦+5.0
式(i)及び式(ii)で示される関係は、リン化合物はチタン化合物に作用するのみならず、マグネシウム化合物とも相互作用することから、3者のバランスを定量的に表現する指標となるものである。
式(i)は、反応可能な全リン量から、マグネシウムに作用するリン分を除き、チタンに作用可能なリンの量を表現したものである。値Zが正の場合は、チタンを阻害するリンが余剰な状況にあり、逆に負の場合はチタンを阻害するために必要なリンが不足する状況にあるといえる。反応においては、Ti、Mg、Pの各原子1個は等価ではないことから、式中の各々のモル数に価数を乗じて重み付けを施してある。
本発明においては、特殊な合成等が不要であり、安価でかつ容易に入手可能なチタン化合物、リン化合物、マグネシウム化合物を用いて、反応に必要とされる反応活性を持ちながら、色調及び熱に対する着色耐性に優れたポリエステル樹脂を得ることができる。
前記式(ii)において、重合反応性を保った状態で、色調及び熱に対する着色耐性をより高める観点から、+1.5≦Z≦+5.0を満たす場合が好ましく、+1.5≦Z≦+4.0を満たす場合が好ましく、+1.5≦Z≦+3.0を満たす場合がより好ましい。
工程(A)の好ましい態様としては、ジカルボン酸成分として芳香族ジカルボン酸を用い、ジオール成分として脂肪族ジオールを用いて、1ppm以上30ppm以下のクエン酸又はクエン酸塩を配位子とするキレートチタン錯体をチタン化合物として添加後、該キレートチタン錯体の存在下に、60ppm以上90ppm以下(より好ましくは70ppm以上80ppm以下)の弱酸のマグネシウム塩を添加し、該添加後にさらに、60ppm以上80ppm以下(より好ましくは65ppm以上75ppm以下)の、芳香環を置換基として有しない5価のリン酸エステルを添加する態様が挙げられる。
工程(A)は、少なくとも2個の反応器を直列に連結した多段式装置を用いて、エチレングリコールが還流する条件下で、反応によって生成した水又はアルコールを系外に除去しながら実施することができる。
また、工程(A)は、一段階で行なってもよいし、多段階に分けて行なってもよい。
工程(A)を一段階で行なう場合、反応温度は230〜260℃が好ましく、240〜250℃がより好ましい。圧力は1.0kg/cm〜5.0kg/cm(0.1MPa〜0.5MPa)が好ましく、より好ましくは2.0kg/cm〜5.0kg/cm(0.2MPa〜0.5MPa)である。
工程(A)を多段階に分けて行なう場合、例えば、2段階で行う場合であれば、第一反応槽の反応温度は230℃〜260℃が好ましく、より好ましくは240℃〜250℃であり、圧力は1.0kg/cm〜5.0kg/cm(0.1MPa〜0.5MPa)が好ましく、より好ましくは2.0kg/cm〜3.0kg/cm(0.2MPa〜0.3MPa)である。第二反応槽の反応温度は230℃〜260℃が好ましく、より好ましくは245℃〜255℃であり、圧力は0.5kg/cm〜5.0kg/cm(0.05MPa〜0.5MPa)、より好ましくは1.0kg/cm〜3.0kg/cm(0.1MPa〜0.3MPa)である。さらに3段階以上に分けて実施する場合は、中間段階の反応条件は、前記第一反応槽と最終反応槽の間の条件に設定するのが好ましい。
このように、本発明のポリエステル樹脂組成物の製造方法では、チタン化合物を反応液に添加した後、任意成分である特定金属化合物及びリン化合物を添加し、且つ添加されたチタン化合物に由来するチタン元素とリン化合物に由来するリン元素の含有量比が、前記式(1)の関係を満たしていることで、ポリエステル樹脂が重合される際に必要な触媒活性をチタン化合物に確保しながらも、重合が終了した際においては、チタン化合物の触媒活性を充分に失活させることができるため、得られたポリエステル樹脂組成物は優れた耐加水分解性を示すものと考えている。
また、本発明において、工程(A)において、チタン化合物、リン化合物、及び任意に成分である特定金属化合物の総てを反応液に添加しても、所望の効果が得られることから、ポリエステル樹脂組成物の生産性も向上する。
一方、チタン化合物の添加よりも前にリン化合物を反応液に添加した場合、重合時に必要とされる触媒活性と重合終了時における触媒の充分な失活の双方を得ることができない。例えば、リン化合物、特定金属化合物、チタン化合物の順に反応液に添加した場合には、リン化合物が、チタン化合物に先立って特定金属化合物の触媒活性を失活してしまうため、重合が終了した際におけるチタン化合物の失活が不充分となる。また、リン化合物、チタン化合物、特定金属化合物の順に反応液に添加した場合には、リン化合物がチタン化合物を失活させすぎてしまい、重合速度の遅くなり生産性が低下する。
前掲した特許文献1(特開2007―204538)の段落番号[0021]には、「重合工程でリン化合物を添加すると、重合速度が遅くなり、生産性の悪化を招いたり、重合時間が長くなってかえって黄色味が強くなったり、末端カルボキシル基量が増加する等の問題が発生することがある。」と記載されているように、従来の技術では、チタン化合物を用いてポリエステル樹脂を製造する際の重合工程におけるリン化合物の添加は成し得なかった。しかし、本発明においては、チタン化合物及びリン化合物を添加するに際して、適切な量のリン化合物を、特定のタイミングで添加することで、上記の従来の技術では成し得なかった問題を解決することができる。特に、本発明においては、Ti/P<0.20の関係に示されるように、従来に比し多量のリン化合物を用いることができる。一方、従来の技術では、重合工程にてこのような多量のリン化合物を添加することは成し得ていなかった。
〜工程(B)(エステル交換反応工程)〜
工程(B)では、工程(A)により得られたエステル化反応生成物をエステル交換反応させて重縮合物を得る。
工程(B)は、1段階で行なってもよいし、多段階に分けて行なうようにしてもよい。
工程(A)で生成したオリゴマー等のエステル化反応生成物は、引き続いてエステル交換反応に供される。この反応は、多段階の反応槽に供給することにより好適に行なうことが可能である。
工程(B)の反応温度及び反応槽における反応物の滞留時間は、工程(B)で得られる重縮合物の末端COOH濃度に影響を及ぼす。具体的には、反応温度を低くした方が、より末端COOH濃度が少なくなるため、ポリエステル樹脂組成物及びこれにより得られるフィルムの耐加水分解性はより優れたものとなる。一方で、(B)工程における反応温度を低くすると、エステル交換反応の進行が遅くなるため、反応槽における反応物の滞留時間を長くする必要があり、この場合、ポリエステル樹脂組成物の生産性については低下する傾向となる。
よって、例えば、工程(B)を、1段階の反応槽で行い、かつ、ポリエステル樹脂組成物及びこれにより得られる耐加水分解性の更なる向上をより重視した場合には、反応温度は、255℃〜280℃が好ましく、より好ましくは260℃〜275℃であり、滞留時間は、1時間〜4時間が好ましく、より好ましくは,1.5時間〜2.5時間であり、圧力は、10torr〜0.01torr(1.33×10−3MPa〜1.33×10−6MPa)が好ましく、より好ましくは、5torr〜0.1torr(6.67×10−4MPa〜1.33×10−6MPa)である。
また、例えば、工程(B)を、1段階の反応槽で行い、かつ、生産性の更なる向上をより重視した場合には、反応温度は、270℃〜290℃が好ましく、より好ましくは275℃〜285℃であり、滞留時間は、1時間〜3時間が好ましく、より好ましくは1時間〜1.5時間であり、圧力は、10torr〜0.1torr(1.33×10−3MPa〜1.33×10−5MPa)が好ましく、より好ましくは5torr〜0.5torr(6.67×10−4MPa〜6.67×10−5MPa)である。
また、例えば、工程(B)を、3段階の反応槽で行なう場合であれば、ポリエステル樹脂組成物の生産性の更なる向上をより重視した場合には、第一反応槽は、反応温度が255℃〜280℃が好ましく、より好ましくは265℃〜275℃であり、圧力が100torr〜10torr(13.3×10−3MPa〜1.3×10−3MPa)が好ましく、より好ましくは50torr〜20torr(6.67×10−3MPa〜2.67×10−3MPa)であって、第二反応槽は、反応温度が265℃〜285℃が好ましく、より好ましくは270℃〜280℃であり、圧力が20torr〜1torr(2.67×10−3MPa〜1.33×10−4MPa)が好ましく、より好ましくは10torr〜3torr(1.33×10−3MPa〜4.0×10−4MPa)であって、最終反応槽内である第三反応槽は、反応温度が270℃〜290℃が好ましく、より好ましくは275℃〜285℃であり、圧力が10torr〜0.1torr(1.33×10−3MPa〜1.33×10−5MPa)が好ましく、より好ましくは5torr〜0.5torr(6.67×10−4MPa〜6.67×10−5MPa)である態様が好ましい。また、第一反応槽から第三反応槽における各反応物の滞留時間は、各々0.3時間〜1時間が好ましく、合計の滞留時間は、1時間〜2時間であることが好ましい。
一方、ポリエステル樹脂組成物及びこれにより得られるフィルムの耐加水分解性の更なる向上をより重視する場合には、第三反応槽での反応温度を、好ましくは260℃〜280℃、より好ましくは260℃〜270℃に変更し、第一反応槽から第三反応槽における各反応物の滞留時間は、各々0.5時間〜2時間が好ましく、合計の滞留時間は、1.5時間〜2.5時間であることが好ましい。
工程(B)において得られた重縮合物は、ペレット状などの小片形状の形状にしてもよい。
本発明の製造方法においては、(A)工程及び(B)工程を有し、且つ、チタン化合物、リン化合物、及び、特定金属化合物としてマグネシウム化合物を用いることにより、チタン原子(Ti)、マグネシウム原子(Mg)、及びリン原子(P)を含むと共に、下記式(i)から算出される値Zが、下記の関係式(ii)を満たすポリエステル樹脂組成物を得ることができる。
(i)Z=5×(P含有量[ppm]/P原子量)−2×(Mg含有量[ppm]/Mg原子量)−4×(Ti含有量[ppm]/Ti原子量)
(ii)0≦Z≦+5.0
このようなポリエステル樹脂組成物は、0≦Z≦+5.0を満たすものであることで、Ti、P、及びMgの3元素のバランスが適切に調節されているので、重合反応性を保った状態で、色調と耐熱性(高温下での黄着色の低減)とに優れ、かつ高い静電印加性を維持することができる。また、本発明では、コバルト化合物や色素などの色調調整材を用いずに高い透明性を有し、黄色味の少ないポリエステル樹脂を得ることができる。
前記式(i)は、既述のように、リン化合物、マグネシウム化合物、及びリン化合物の3者のバランスを定量的に表現したものであり、反応可能な全リン量から、マグネシウムに作用するリン分を除き、チタンに作用可能なリンの量を表したものである。値Zが+0未満、つまりチタンに作用するリン量が少な過ぎると、チタンの触媒活性(重合反応性)は高まるが、耐熱性が低下し、得られるポリエステル樹脂の色調は黄色味を帯び、重合後の例えば製膜時(溶融時)にも着色し、色調が低下する。また、値Zが+5.0を超える、つまりチタンに作用するリン量が多過ぎると、得られるポリエステルの耐熱性及び色調は良好なものの、触媒活性が低下しすぎ、生成性に劣る。
本発明においては、上記同様の理由から、前記式(ii)は、+1.5≦Z≦+5.0を満たす場合が好ましく、+1.5≦Z≦+4.0を満たす場合が好ましく、+1.5≦Z≦+3.0を満たす場合がより好ましい。
Ti、Mg、及びPの各元素の測定は、高分解能型高周波誘導結合プラズマ−質量分析(HR-ICP-MS;SIIナノテクノロジー社製AttoM)を用いてポリエステル樹脂中の各元素を定量し、得られた結果から含有量[ppm]を算出することにより行なうことができる。
また、本発明の製造方法により得られるポリエステル樹脂組成物は、更に、下記の関係式(iii)で表される関係を満たすものであることが好ましい。
重縮合後にペレットとしたときのb値 ≦ 4.0 ・・・(iii)
重縮合して得られたポリエステル樹脂をペレット化し、該ペレットのb値が4.0以下であることにより、黄色味が少なく、透明性に優れる。b値が3.0以下である場合、Ge触媒で重合したポリエステル樹脂と遜色ない色調になる。
b値は、色味を表す指標となるものであり、スガ試験機(株)製のSMカラーメーターを用いて計測される値である。
更に、得られるポリエステル樹脂組成物は、下記の関係式(iv)で表される関係を満たしていることが好ましい。
色調変化速度[Δb/分]≦ 0.15 ・・・(iv)
重縮合して得られたポリエステル樹脂ペレットを、300℃で溶融保持した際の色調変化速度[Δb/分]が0.15以下であることにより、加熱下に曝された際の黄着色を低く抑えることができる。これにより、例えば押出機で押し出して製膜する等の場合に、黄着色が少なく、色調に優れたフィルムを得ることができる。
前記色調変化速度は、値が小さいほど好ましく、0.10以下であることが特に好ましい。
色調変化速度は、熱による色の変化を表す指標となるものであり、下記方法により求められる値である。すなわち、ポリエステル樹脂組成物のペレットを、射出成形機(例えば東芝機械(株)製のEC100NII)のホッパーに投入し、シリンダ内(300℃)で溶融保持させた状態で、その保持時間を変更してプレート状に成形し、このときのプレートb値をスガ試験機(株)製のSMカラーメーターにより測定する。b値の変化をもとに変化速度[Δb/分]を算出する。
〜工程(C)(固相重合工程)〜
本発明の製造方法においては、工程(C)として、溶融重合工程である、工程(A)及び工程(B)を経ることにより得られた重縮合物を用いて、更に、固相重合を行うことが好ましい。
固相重合を行うことにより、末端COOH量の低下、環状三量体の低下、重合度(極限粘度)の増加を行うことができる。
固相重合は、連続法(加熱した筒の中に樹脂を入れ、これを加熱しながら所定の時間滞流させながら筒中を通過させて、順次送り出す方法)でもよく、バッチ法(容器内に樹脂を入れ、この中で所定の時間熱を与えながら撹拌する方法)でもよい。
固相重合の温度は、170℃以上240℃以下が好ましく、より好ましくは180℃以上230℃以下であり、さらに好ましくは180℃以上220℃以下である。温度が上記範囲内であると、分解反応を抑制し、末端COOHを効率的に低下できるため、耐加水分解性を達成する上で好ましい。
また、固相重合の時間は、5時間以上100時間以下が好ましく、より好ましくは10時間以上75時間以下であり、さらに好ましくは15時間以上50時間以下である。時間が上記範囲内であると、生産性を確保しながら、十分に末端COOHを低下できるため好ましい。
固相重合を行う際の圧力は、1Pa以上1000Pa以下が好ましく、より好ましくは1Pa以上500Pa以下であり、更に好ましくは5Pa以上500Pa以下である。固相重合を行う際の圧力が上記範囲内であると、真空ポンプのメンテナンスの頻度が少なく、連続生産性に優れるため好ましい。
固相重合は、真空中あるいは窒素雰囲気下で行なうことが好ましく、ペレット物性(IV、末端COOH量、結晶化度、色味)のバラツキを抑制できる点からは、窒素雰囲気下で行うことがより好ましい。
なお、固相重合は、例えば、特許2621563号、特許3121876号、特許3136774号、特許3603585号、特許3616522号、特許3617340号、特許3680523号、特許3717392号、特許4167159号等に記載の方法を参照して実施することができる。
上記の製造方法により好ましく製造される本発明のポリエステル樹脂組成物は、耐加水分解性に優れていることから、フィルム状、シート状、板状、繊維状、等の各種形状に成形して、耐加水分解性が要求される各種用途に好適に用いることができる。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、特に、耐候性が求められる屋外用途のポリエステルフィルム又はポリエステルシートとして好適に用いられる。屋外用途のポリエステルフィルム又はポリエステルシートとしては、例えば、太陽電池発電モジュールが備えるバックシート、照明用フィルム、農業用シート、などが挙げられ、特に、太陽電池発電モジュールが備えるバックシートに好適である。
<ポリエステルフィルム及びその製造方法>
以下、本発明のポリエステル樹脂組成物の好適な適用態様の一つであるポリエステルフィルム(本発明のポリエステルフィルム)及びその製造方法について説明する。
本発明のポリエステルフィルムは、前述した本発明のポリエステル樹脂組成物を含み、且つ厚みが250μm以上500μm以下であることを特徴とする。なお、本発明のポリエステルフィルムの厚みは、延伸完了後の厚みである。
ポリエステルフィルムは、一般に、厚みが増すに伴なって耐加水分解性が悪化し、例えば、風雨や直射日光に曝されるような過酷な使用環境下おける長期使用に耐えない傾向にある。
一方、本発明のポリエステル樹脂組成物を適用したポリエステルフィルムは、優れた耐加水分解性を有することから、250μm以上500μm以下といった比較的厚いフィルム厚とした場合においても、長期経時での劣化が抑制される。
したがって、本発明のポリエステルフィルムは、例えば、太陽電池発電モジュールとして構成した場合において、所望の発電性能を長期に亘って安定的に得ることができる。
本発明のポリエステルフィルムは、雰囲気下で保存した場合において、保存後の破断伸度が保存前の破断伸度に対して50%となる保存時間(破断伸度保持率半減期)が、4000時間以上であることが好ましい。破断伸度保持率半減期は、より好ましくは4500時間以上、更に好ましくは、5000時間以上である。
本明細書における破断伸度(%)は、ポリエステルフィルムから、サンプルを1cm×20cmの大きさに切り出し、該サンプルを、チャック間5cm、20%/分にて引っ張って求められた値である。
ポリエステルフィルムの極限粘度(IV:Intrinsic Viscosity)は、0.6以上0.9以下の範囲であるのが好ましく、より好ましくは0.63以上0.85以下、さらに好ましくは0.65以上0.8以下である。IVが0.6以上であると、ポリエステルの分子量を所望範囲に保て、ポリエステルフィルムを多層構成とした際において、他層との密着界面で凝集破壊なく良好な密着を得ることができる。また、IVが0.9以下であると、製膜中における溶融粘度が良好であり、剪断発熱によるポリエステルの熱分解が抑制され、酸価(Acid Value;AV値)を低く抑えることができる。
本発明のポリエステルフィルムの製造方法は、前述した本発明のポリエステル樹脂組成物の製造方法において、工程(C)を実施し、該工程(C)後のポリエステル樹脂組成物を溶融混練し、口金から押出すことにより、厚みが250μm以上500μm以下であるポリエステルフィルムを成形する成形工程を備えて構成されることが好ましい。
本発明のポリエステルフィルムの製造方法においては、本発明のポリエステル樹脂組成物のみを用いてもよいし、本発明のポリエステル樹脂組成物と、他のポリエステル樹脂組成物(例えば市販のポリエステル樹脂組成物)を併用してもよい。
−成形工程−
成形工程では、工程(C)を経た後のポリエステル樹脂組成物を溶融混練し、口金(押出ダイ)から押出すことにより、ポリエステルフィルムを成形する。本工程において、厚みが250μm以上500μm以下であるポリエステルフィルムが得られる。
成型工程は、より具体的には、工程(C)後のポリエステル樹脂組成物を溶融混練し、口金から押出す溶融混練・押出工程と、未延伸ポリエステルフィルムを冷却固化する冷却固化工程と、冷却固化後の未延伸フィルムを延伸する延伸工程と、により構成される。
〜溶融混練・押出工程〜
溶融は、工程(C)後のポリエステル樹脂組成物を乾燥し、残留水分を100ppm以下にした後、押出し機を用いて溶融することができる。
溶融温度は、250℃以上320℃以下が好ましく、260℃以上310℃以下がより好ましく、270℃以上300℃以下がさらに好ましい。押出し機は、1軸でも多軸でもよい。熱分解による末端COOHの発生をより抑制できる点で、押出し機内を窒素置換して行なうのがより好ましい。
溶融された樹脂(メルト)は、ギアポンプ、濾過器等を通して、押出ダイから押出す。このとき、単層で押出してもよいし、多層で押出してもよい。
〜冷却固化工程〜
押出ダイから押出されたメルトは、チルロール(冷却ロール)を用いて固化することができる。このとき、チルロールの温度は、10℃以上80℃以下が好ましく、より好ましくは15℃以上70℃以下、さらに好ましくは20℃以上60℃以下である。さらに、メルトとチルロールとの間で密着性を高め、冷却効率を上げる観点からは、チルロールにメルトが接触する前に静電気を印加しておくことが好ましい。さらに、チルロール反対面から冷風を当てたり、冷却ロールを接触させ、冷却を促すことも好ましい。これにより、厚手フィルム(具体的には、延伸後の厚みが250μm以上のフィルム)であっても、効果的に冷却が行なえる。
なお、冷却が不充分な場合には、球晶が発生しやすく、これが延伸ムラを引き起こし、厚みムラを発生させることがある。
〜延伸工程〜
上記工程の後には、作製された押出フィルム(未延伸フィルム)を2軸延伸することにより本発明のポリエステルフィルムを好適に作製することができる。
具体的には、未延伸のポリエステルフィルムを、70℃以上140℃以下の温度に加熱されたロール群に導き、長手方向(縦方向、すなわちフィルムの進行方向)に3倍以上5倍以下の延伸率で延伸し、20℃以上50℃以下の温度のロール群で冷却することが好ましい。続いて、フィルムの両端をクリップで把持しながらテンターに導き、80℃以上150℃以下の温度に加熱された雰囲気中で、長手方向に直角な方向(幅方向)に3倍以上5倍以下の延伸率で延伸する。
延伸率は、長手方向と幅方向それぞれ3倍以上5倍以下とするのが好ましい。また、その面積倍率(縦延伸倍率×横延伸倍率)は、9倍以上15倍以下であることが好ましい。面積倍率が9倍以上であると、得られる二軸延伸積層フィルムの反射率や隠蔽性、フィルム強度が良好であり、また面積倍率が15倍以下であると、延伸時の破れを回避することができる。
二軸延伸する方法としては、上述のように、長手方向と幅方向の延伸とを分離して行なう逐次二軸延伸方法のほか、長手方向と幅方向の延伸を同時に行なう同時二軸延伸方法のいずれであってもよい。
得られた二軸延伸フィルムの結晶配向を完了させて、平面性と寸法安定性を付与するために、引き続きテンター内にて、好ましくは原料となる樹脂のガラス転移温度(Tg)以上融点(Tm)未満の温度で1秒以上30秒以下の熱処理を行ない、均一に徐冷後、室温まで冷却する。一般に、熱処理温度(Ts)が低いとフィルムの熱収縮が大きいため、高い熱寸法安定性を付与するためには、熱処理温度は高い方が好ましい。しかしながら、熱処理温度を高くし過ぎると配向結晶性が低下し、その結果形成されたフィルムが耐加水分解性に劣ることがある。そのため、本発明のポリエステルフィルムの熱処理温度(Ts)としては、40℃≦(Tm−Ts)≦90℃であるのが好ましい。より好ましくは、熱処理温度(Ts)を50℃≦(Tm−Ts)≦80℃、更に好ましくは55℃≦(Tm−Ts)≦75℃とすることが好ましい。
更には、本発明のポリエステルフィルムは、太陽電池発電モジュールを構成するバックシートとして用いることができるが、モジュール使用時には雰囲気温度が100℃程度まで上昇することがあるため、熱処理温度(Ts)としては、160℃以上Tm−40℃(但し、Tm−40℃>160℃)以下であるのが好ましい。より好ましくは170℃以上Tm−50℃(但し、Tm−50℃>170℃)以下、更に好ましくはTsが180℃以上Tm−55℃(但し、Tm−55℃>180℃)以下である。
また必要に応じて、幅方向あるいは長手方向に3〜12%の弛緩処理を施してもよい。
(機能性層)
本発明のポリエステルフィルムは、易接着性層、UV吸収層、白色層などの機能性層を少なくとも1層設けて構成することができる。例えば、1軸延伸後及び/又は2軸延伸後のポリエステルフィルムに下記の機能性層を塗設してもよい。塗設には、ロールコート法、ナイフエッジコート法、グラビアコート法、カーテンコート法等の公知の塗布技術を用いることができる。また、これらの機能層の塗設前に、ポリエステルフィルムに対して、表面処理(火炎処理、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理等)を実施してもよい。さらに、これらの機能層は、本発明のポリエステルフィルムに、粘着剤を用いて貼り合わせることも好ましい。
−易接着性層−
本発明のポリエステルフィルムは、太陽電池モジュールを構成する場合に、太陽電池素子が封止材で封止された電池側基板の該封止材と向き合う側に、易接着性層を有していることが好ましい。易接着性層を設けることにより、バックシートと封止材との間を強固に接着することができる。具体的には、易接着性層は、特に封止材として用いられるEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)との接着力が10N/cm以上、好ましくは20N/cm以上であることが好ましい。
さらに、易接着性層は、太陽電池モジュールの使用中にバックシートの剥離が起こらないことが必要であり、そのために易接着性層は高い耐湿熱性を有することが望ましい。
(1)バインダー
易接着性層はバインダーの少なくとも1種を含有することができる。
バインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。中でも、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが、バインダーとして好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。好ましいバインダーの例として、以下のものを挙げることができる。
ポリオレフィンの例として、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)が挙げられる。前記アクリル樹脂の例として、ジュリマーET−410、同SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)が挙げられる。また、アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例として、セラネートWSA1060、同WSA1070(ともにDIC(株)製)、及びH7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)が挙げられる。
易接着性層中のバインダーの量は、0.05g/m〜5g/mの範囲が好ましく、0.08g/m〜3g/mの範囲が特に好ましい。バインダー量は、0.05g/m以上であることでより良好な接着力が得られ、5g/m以下であることでより良好な面状が得られる。
(2)微粒子
易接着性層は、微粒子の少なくとも1種を含有することができる。易接着性層は、微粒子を層全体の質量に対して5質量%以上含有することが好ましい。
微粒子としては、シリカ、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化錫等の無機微粒子が好適に挙げられる。特にこの中でも、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性の低下が小さい点で、酸化錫、シリカの微粒子が好ましい。
微粒子の粒径は、10nm〜700nm程度が好ましく、より好ましくは20nm〜300nm程度である。粒径が前記範囲の微粒子を用いることにより、良好な易接着性を得ることができる。微粒子の形状には特に制限はなく、球形、不定形、針状形等のものを用いることができる。
微粒子の易接着性層中における添加量としては、易接着性層中のバインダー当たり5〜400質量%が好ましく、より好ましくは50〜300質量%である。微粒子の添加量は、5質量%以上であると、湿熱雰囲気に曝されたときの接着性に優れており、400質量%以下であると、易接着性層の面状がより良好である。
(3)架橋剤
易接着性層は、架橋剤の少なくとも1種を含有することができる。
架橋剤の例としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。湿熱経時後の接着性を確保する観点から、これらの中でも特にオキサゾリン系架橋剤が好ましい。
オキサゾリン系架橋剤の具体例として、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2,2’−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2、2’−ヘキサメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス−(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス−(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィド等が挙げられる。さらに、これらの化合物の(共)重合体も好ましく利用することができる。
また、オキサゾリン基を有する化合物として、エポクロスK2010E、同K2020E、同K2030E、同WS500、同WS700(いずれも(株)日本触媒製)等も用いることができる。
架橋剤の易接着性層中における好ましい添加量は、易接着性層のバインダー当たり5〜50質量%が好ましく、より好ましくは20〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であることで良好な架橋効果が得られ、反射層の強度低下や接着不良が起こりにくく、50質量%以下であることで塗布液のポットライフをより長く保てる。
(4)添加剤
易接着性層には、必要に応じて、更にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、シリカ等の公知のマット剤、アニオン系やノニオン系などの公知の界面活性剤などを添加してもよい。
(5)易接着性層の形成方法
易接着性層の形成方法としては、易接着性を有するポリマーシートをポリエステルフィルムに貼合する方法や塗布による方法がある。塗布による方法は、簡便でかつ均一性の高い薄膜での形成が可能である点で好ましい。塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の方法を利用することができる。塗布に用いる塗布液の溶媒としては、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
(6)物性
易接着性層の厚みには特に制限はないが、通常は0.05μm〜8μmが好ましく、より好ましくは0.1μm〜5μmの範囲である。易接着性層の厚みは、0.05μm以上であることで必要とする易接着性が得られやすく、8μm以下であることで面状をより良好に維持することができる。
また、易接着性層は、ポリエステルフィルムとの間に着色層(特に反射層)が配置された場合の該着色層の効果を損なわない観点から、透明性を有していることが好ましい。
−紫外線吸収層−
本発明のポリエステルフィルムには、紫外線吸収剤を含む紫外線吸収層が設けられてもよい。紫外線吸収層は、ポリエステルフィルム上の任意の位置に配置することができる。
紫外線吸収剤は、アイオノマー樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、セルロースエステル樹脂等とともに、溶解、分散させて用いることが好ましく、400nm以下の光の透過率を20%以下にするのが好ましい。
−着色層−
本発明のポリエステルフィルムには、着色層を設けることができる。着色層は、ポリエステルフィルムの表面に接触させて、あるいは他の層を介して配置される層であり、顔料やバインダーを用いて構成することができる。
着色層の第一の機能は、入射光のうち太陽電池セルで発電に使われずにバックシートに到達した光を反射させて太陽電池セルに戻すことにより、太陽電池モジュールの発電効率を上げることにある。第二の機能は、太陽電池モジュールをオモテ面側から見た場合の外観の装飾性を向上することにある。一般に太陽電池モジュールをオモテ面側から見ると、太陽電池セルの周囲にバックシートが見えており、バックシートに着色層を設けることにより装飾性を向上させることができる。
(1)顔料
着色層は、顔料の少なくとも1種を含有することができる。顔料は、2.5g/m〜8.5g/mの範囲で含有されるのが好ましい。より好ましい顔料含有量は、4.5g/m〜7.5g/mの範囲である。顔料の含有量が2.5g/m以上であることで、必要な着色が得られやすく、光の反射率や装飾性をより優れたものに調整することができる。顔料の含有量が8.5g/m以下であることで、着色層の面状をより良好に維持することができる。
顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、群青、紺青、カーボンブラック等の無機顔料、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等の有機顔料が挙げられる。これら顔料のうち、入射する太陽光を反射する反射層として着色層を構成する観点からは、白色顔料が好ましい。白色顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、カオリン、タルクなどが好ましい。
顔料の平均粒径としては、0.03〜0.8μmが好ましく、より好ましくは0.15〜0.5μm程度である。顔料の平均粒径が前記範囲内であると、光の反射効率がより良好に保たれる。
入射した太陽光を反射する反射層として着色層を構成する場合、顔料の反射層中における好ましい添加量は、用いる顔料の種類や平均粒径により変化するため一概には言えないが、1.5〜15g/mが好ましく、より好ましくは3〜10g/m程度である。添加量は、1.5g/m以上であることで必要な反射率が得られやすく、15g/m以下であることで反射層の強度をより一層高く維持することができる。
(2)バインダー
着色層は、少なくとも1種のバインダーを含有することができる。バインダーを含む場合の量としては、前記顔料に対して、15〜200質量%の範囲が好ましく、17〜100質量%の範囲がより好ましい。バインダーの量は、15質量%以上であることで着色層の強度を一層良好に維持することができ、200質量%以下であることで反射率や装飾性を一層良好に維持することができる。
着色層に好適なバインダーとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。バインダーは、耐久性の観点から、アクリル樹脂、ポリオレフィンが好ましい。また、アクリル樹脂として、アクリルとシリコーンとの複合樹脂も好ましい。好ましいバインダーの例として、以下のものが挙げられる。
前記ポリオレフィンの例としては、ケミパールS−120、同S−75N(ともに三井化学(株)製)などが挙げられる。前記アクリル樹脂の例としては、ジュリマーET−410、SEK−301(ともに日本純薬工業(株)製)などが挙げられる。前記アクリルとシリコーンとの複合樹脂の例としては、セラネートWSA1060、WSA1070(ともにDIC(株)製)、H7620、H7630、H7650(ともに旭化成ケミカルズ(株)製)等を挙げることができる。
(3)添加剤
着色層には、バインダー及び顔料以外に、必要に応じて、さらに架橋剤、界面活性剤、フィラー等を添加してもよい。
架橋剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤を挙げることができる。架橋剤の着色層中における添加量は、着色層のバインダーあたり5〜50質量%が好ましく、より好ましくは10〜40質量%である。架橋剤の添加量は、5質量%以上であることで良好な架橋効果が得られ、着色層の強度や接着性を高く維持することができ、また50質量%以下であることで、塗布液のポットライフをより長く維持することができる。
界面活性剤としては、アニオン系やノニオン系等の公知の界面活性剤を利用することができる。界面活性剤の添加量は、0.1〜15mg/mが好ましく、より好ましくは0.5〜5mg/mが好ましい。界面活性剤の添加量は、0.1mg/m以上であることでハジキの発生が効果的に抑制され、また、15mg/m以下であることで接着性に優れる。
さらに、着色層には、上記の顔料とは別に、シリカ等のフィラーなどを添加してもよい。フィラーの添加量は、着色層のバインダーあたり20質量%以下が好ましく、より好ましくは15質量%以下である。フィラーを含むことにより、着色層の強度を高めることができる。また、フィラーの添加量が20質量%以下であることで、顔料の比率が保てるため、良好な光反射性(反射率)や装飾性が得られる。
(4)着色層の形成方法
着色層の形成方法としては、顔料を含有するポリマーシートをポリエステルフィルムに貼合する方法、ポリエステルフィルム成形時に着色層を共押出しする方法、塗布による方法等がある。このうち、塗布による方法は、簡便でかつ均一性の高い薄膜での形成が可能である点で好ましい。塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターなどの公知の方法を利用することができる。塗布に用いられる塗布液の溶媒としては、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。しかし、環境負荷の観点から、水を溶媒とすることが好ましい。
溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
(5)物性
着色層は、白色顔料を含有して反射層として構成されることが好ましい。反射層である場合の550nmの光反射率としては、75%以上であるのが好ましい。反射率が75%以上であると、太陽電池セルを素通りして発電に使用されなかった太陽光をセルに戻すことができ、発電効率を上げる効果が高い。
反射層の厚みは、1〜20μmが好ましく、より好ましくは1.5〜10μm程度である。膜厚が1μm以上である場合、必要な装飾性や反射率が得られやすく、20μm以下であると面状がより良好に保たれる。
−下塗り層−
本発明のポリエステルフィルムには、下塗り層を設けることができる。下塗り層は、例えば、着色層が設けられるときには、着色層とポリエステルフィルムとの間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層は、バインダー、架橋剤、界面活性剤等を用いて構成することができる。
下塗り層中に含有するバインダーとしては、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリオレフィン等が挙げられる。下塗り層には、バインダー以外にエポキシ系、イソシアネート系、メラミン系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤、アニオン系やノニオン系等の界面活性剤、シリカ等のフィラーなどを添加してもよい。
下塗り層を塗布形成するための方法や用いる塗布液の溶媒には、特に制限はない。
塗布方法としては、例えば、グラビアコーターやバーコーターを利用することができる。前記溶媒は、水でもよいし、トルエンやメチルエチルケトンのような有機溶媒でもよい。溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
塗布は、2軸延伸した後のポリエステルフィルムに塗布してもよいし、1軸延伸後のポリエステルフィルムに塗布してもよい。この場合、塗布後に初めの延伸と異なる方向に更に延伸してフィルムとしてもよい。さらに、延伸前のポリエステルフィルムに塗布した後に、2方向に延伸してもよい。
下塗り層の厚みは、0.05μm〜2μmが好ましく、より好ましくは0.1μm〜1.5μm程度の範囲が好ましい。膜厚が0.05μm以上であることで必要な接着性が得られやすく、2μm以下であることで、面状を良好に維持することができる。
−フッ素系樹脂層・Si系樹脂層−
本発明のポリエステルフィルムには、フッ素系樹脂層及びSi系樹脂層の少なくとも一方を設けることが好ましい。フッ素系樹脂層やSi系樹脂層を設けることで、ポリエステル表面の汚れ防止、耐候性向上が図れる。具体的には、特開2007−35694号公報、特開2008−28294号公報、WO2007/063698明細書に記載のフッ素樹脂系塗布層を有していることが好ましい。
また、テドラー(DuPont社製)等のフッ素系樹脂フィルムを張り合わせることも好ましい。
フッ素系樹脂層及びSi系樹脂層の厚みは、各々、1μm以上50μm以下の範囲が好ましく、より好ましくは3μm以上40μm以下の範囲である。
−無機層−
本発明のポリエステルフィルムには、無機層が設けられることも好ましい。
本発明のポリエステルフィルムは、無機層が設けられた形態も好ましい。無機層を設けることで、ポリエステルへの水やガスの浸入を防止する、防湿層やガスバリア層として機能を与えることができる。無機層は、ポリエステルフィルムの表裏いずれに設けてもよいが、防水、防湿等の観点から、ポリエステルフィルムの電池側基板と対向する側(着色層や易接着層の形成面側)とは反対側に好適に設けられる。
無機層の水蒸気透過量(透湿度)は、10g/m・d〜10−6g/m・dが好ましく、より好ましくは10g/m・d〜10−5g/m・dであり、さらに好ましくは10g/m・d〜10−4g/m・dである。
このような透湿度を有する無機層を形成するには、以下のような乾式法が好ましく用いられる。
乾式法によりガスバリア性の無機層(以下、ガスバリア層ともいう。)を形成する方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、誘導加熱蒸着、及びこれらにプラズマやイオンビームによるアシスト法などの真空蒸着法、反応性スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ECR(電子サイクロトロン)スパッタリング法などのスパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的気相成長法(PVD法)、熱や光、プラズマなどを利用した化学的気相成長法(CVD法)などが挙げられる。中でも、真空下で蒸着法により膜形成する真空蒸着法が好ましい。
ここで、ガスバリア層を形成する材料が無機酸化物、無機窒化物、無機酸窒化物、無機ハロゲン化物、無機硫化物などを主たる構成成分とする場合は、形成するガスバリア層の組成と同一の材料を直接揮発させて基材などに堆積させることも可能であるが、この方法で行なう場合には、揮発中に組成が変化し、その結果、形成された膜が均一な特性を呈さない場合がある。そのため、1)揮発源として形成するバリア層と同一組成の材料を用い、無機酸化物の場合は酸素ガスを、無機窒化物の場合は窒素ガスを、無機酸窒化物の場合は酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを、無機ハロゲン化物の場合はハロゲン系ガスを、無機硫化物の場合は硫黄系ガスを、それぞれ系内に補助的に導入しながら揮発させる方法、2)揮発源として無機物群を用い、これを揮発させながら、無機酸化物の場合は酸素ガスを、無機窒化物の場合は窒素ガスを、無機酸窒化物の場合は酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを、無機ハロゲン化物の場合はハロゲン系ガスを、無機硫化物の場合は硫黄系ガスを、それぞれ系内に導入し、無機物と導入したガスを反応させながら基材表面に堆積させる方法、3)揮発源として無機物群を用い、これを揮発させて、無機物群の層を形成させた後、それを無機酸化物の場合は酸素ガス雰囲気下、無機窒化物の場合は窒素ガス雰囲気下、無機酸窒化物の場合は酸素ガスと窒素ガスの混合ガス雰囲気下、無機ハロゲン化物の場合はハロゲン系ガス雰囲気下、無機硫化物の場合は硫黄系ガス雰囲気下で保持することにより無機物層と導入したガスを反応させる方法、等が挙げられる。
これらのうち、揮発源から揮発させることが容易であるという点で、2)又は3)がより好ましく用いられる。さらには、膜質の制御が容易である点で2)の方法が更に好ましく用いられる。また、バリア層が無機酸化物の場合は、揮発源として無機物群を用い、これを揮発させて、無機物群の層を形成させた後、空気中で放置することで、無機物群を自然酸化させる方法も、形成が容易であるという点で好ましい。
また、アルミ箔を貼り合わせてバリア層として使用することも好ましい。厚みは、1μm以上30μm以下が好ましい。厚みは、1μm以上であると、経時(サーモ)中にポリエステルフィルム中に水が浸透し難くなって加水分解を生じ難く、30μm以下であると、バリア層の厚みが厚くなり過ぎず、バリア層の応力でフィルムにベコが発生することもない。
(太陽電池発電モジュール)
本発明の太陽電池発電モジュールは、既述の本発明のポリエステルフィルム(バックシートを含む)を備えたものであり、好ましくは更に、太陽光が入射する側の透明性の基板(例:ガラス基板など)、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子、太陽電池素子を封止する封止材などを用いて構成される。
太陽電池発電モジュールは、例えば、図1に示されるように、電気を取り出すリード配線(不図示)で接続された発電素子(太陽電池素子)3をエチレン・酢酸ビニル共重合体系(EVA系)樹脂等の封止材2で封止し、これを、ガラス等の透明基板4と、本発明のポリエステルフィルムを備えたバックシート1とで挟んで互いに張り合わせることにより構成されてもよい。
太陽電池素子としては、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、銅−インジウム−ガリウム−セレン、銅−インジウム−セレン、カドミウム−テルル、ガリウム−砒素などのIII−V族やII−VI族化合物半導体系など、各種公知の太陽電池素子を適用することができる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
[実施例1]
1.ポリエステル樹脂組成物の作製
(溶融重合工程)
−工程(A)−
第一エステル化反応槽に、高純度テレフタル酸4.7トンとエチレングリコール1.8トンを90分かけて混合してスラリー形成させ、3800kg/hの流量で連続的に第一エステル化反応槽に供給した。更にクエン酸がTi金属に配位したクエン酸キレートチタン錯体(VERTEC AC−420、ジョンソン・マッセイ社製)のエチレングリコール溶液を連続的に供給し、反応槽内温度250℃、攪拌下で平均滞留時間約4.3時間で反応を行なった。このとき、クエン酸キレートチタン錯体は、Ti添加量が元素換算値で9ppmとなるように連続的に添加した。このとき、得られたオリゴマーの酸価は600eq/トンであった。
この反応物を第二エステル化反応槽に移送し、攪拌下、反応槽内温度250℃で、平均滞留時間で1.2時間反応させ、酸価が200eq/トンのオリゴマーを得た。第二エステル化反応槽は内部が3ゾーンに仕切られており、第2ゾーンから酢酸マグネシウムのエチレングリコール溶液を、Mg添加量が元素換算値で75ppmになるように連続的に供給し、続いて第3ゾーンから、リン酸トリメチルのエチレングリコール溶液を、P添加量が元素換算値で65ppmになるように連続的に供給した。
以上により、エステル化反応生成物を得た。
なお、リン酸トリメチルのエチレングリコール溶液は、25℃のエチレングリコール液に、25℃のリン酸トリメチル液を加え、25℃で2時間攪拌することにより調製した。(溶液中のリン化合物含有量:3.8質量%)
−工程(B)−
工程(A)で得られたエステル化反応生成物を連続的に第一重縮合反応槽に供給し、攪拌下、反応温度270℃、反応槽内圧力20torr(2.67×10−3MPa)で、平均滞留時間約1.8時間で重縮合(エステル交換反応)させた。
更に、反応物を、第一重縮合反応槽から、第二重縮合反応槽に移送し、この反応槽において攪拌下、反応槽内温度276℃、反応槽内圧力5torr(6.67×10−4MPa)で滞留時間約1.2時間の条件で反応(エステル交換反応)させた。
次いで、反応物を、第二重縮合反応槽から、更に第三重縮合反応槽に移送し、この反応槽では、反応槽内温度278℃、反応槽内圧力1.5torr(2.0×10−4MPa)で、滞留時間1.5時間の条件で反応(エステル交換反応)させ、反応物(ポリエチレンテレフタレート(PET))を得た。
次に、得られた反応物を、冷水にストランド状に吐出し、直ちにカッティングしてポリエステル樹脂組成物のペレット<断面:長径約4mm、短径約2mm、長さ:約3mm>を作製した。また、このペレットを180℃で真空乾燥した後、シリンダ内にスクリュを備えた一軸混練押出機の原料ホッパーに投入し、押し出すことによりフィルム成形することができる。
得られたポリエステル樹脂組成物について、高分解能型高周波誘導結合プラズマ−質量分析(HR-ICP-MS;SIIナノテクノロジー社製AttoM)を用いて以下に示すように測定した結果、Ti=9ppm、Mg=75ppm、P=60ppmであった。Pは当初の添加量に対して僅かに減少しているが、重合過程において揮発したものと推定される。
(固相重合工程)
−工程(C)−
上記で得られたペレットを用いて、回転型真空重合装置を用いて、50Paの減圧下、210℃で30時間加熱処理を行った。その後、真空重合装置内に、25℃の窒素ガスを流し、ペレットを25℃まで、冷却し、ポリエステル樹脂組成物を得た。
<ポリエステル樹脂組成物の評価>
実施例1にて得られたポリエステル樹脂組成物を用いて、末端COOH基量、ΔIV、LogRを、以下に示す方法により測定した。
以上の結果を表1に示す。
(末端COOH基量)
実施例1において、工程(A)及び(B)(溶融重合工程)により得られたポリエステル樹脂組成物、及び、更に工程(C)(固相重合工程)を経た後のポリエステル樹脂組成物の各々について、H. A. Pohl, Anal. Chem. 26 (1954) 2145に記載の方法に従って、滴定法にて末端COOH基量を測定した。具体的には、ポリエステル樹脂組成物を、ベンジルアルコールに205℃で溶解し、フェノールレッド指示薬を加え、水酸化ナトリウムの水/メタノール/ベンジルアルコール溶液で滴定を行った。
(IV値)
工程(A)及び(B)(溶融重合工程)により得られたポリエステル樹脂組成物のペレット、及び、更に工程(C)(固相重合工程)を経た後のポリエステル樹脂組成物のペレットの各々を、1,1,2,2−テトラクロルエタン/フェノール(=2/3[質量比])の混合溶液に溶解させ、ウベローデ型粘度計を用いて25℃での相対粘度ηを測定し、この相対粘度から求めた比粘度(ηsp)と濃度cからηsp/cを求め、3点法により極限粘度(IV値)を算出した。
(ΔIV値)
ΔIV値は、実施例1にて工程(A)乃至工程(C)を経て得られたポリエステル樹脂組成物のペレット(断面:長径約4mm、短径約2mm、長さ:約3mm)について、225℃、50Paの条件下における極限粘度(IV)を前述の測定方法により測定し、単位時間当たりの上昇値を算出することにより得た。
(LogR)
実施例1にて得られたポリエステル樹脂組成物の体積固有抵抗値R(Ω・m)を、前述の測定方法により測定し、得られた測定値の常用対数値をLogRとした。
2.ポリエステルフィルムの作製
−押出成形−
上記のように固相重合を終えたペレットを、含水率20ppm以下に乾燥させた後、直径50mmの1軸混練押出し機のホッパーに投入し、270℃で溶融して押出した。この溶融体(メルト)をギアポンプ、濾過器(孔径20μm)を通した後、ダイから20℃の冷却ロールに押出し、非晶性シートを得た。なお、押出されたメルトは、静電印加法を用い冷却ロールに密着させた。
−延伸−
上記方法で冷却ロール上に押出し、固化した未延伸フィルムに対し、以下の方法で逐次2軸延伸を施し、厚み175μmのポリエステルフィルムを得た。
<延伸方法>
(a)縦延伸
未延伸フィルムを周速の異なる2対のニップロールの間に通し、縦方向(搬送方向)に延伸した。なお、予熱温度を95℃、延伸温度を95℃、延伸倍率を3.5倍、延伸速度を3000%/秒として実施した。
(b)横延伸
縦延伸した前記フィルムに対し、テンターを用いて下記条件にて横延伸した。
<条件>
・予熱温度:110℃
・延伸温度:120℃
・延伸倍率:3.9倍
・延伸速度:70%/秒
−熱固定・熱緩和−
続いて、縦延伸及び横延伸を終えた後の延伸フィルムを下記条件で熱固定した。さらに、熱固定した後、テンター幅を縮め下記条件で熱緩和した。
<熱工程条件>
・熱固定温度:215℃
・熱固定時間:2秒
<熱緩和条件>
・熱緩和温度:210℃
・熱緩和率:2%
−巻き取り−
熱固定及び熱緩和の後、両端を10cmずつトリミングした。その後、両端に幅10mmで押出し加工(ナーリング)を行なった後、張力25kg/mで巻き取った。なお、幅は1.5m、巻長は2000mであった。
以上のようにして、本発明及び比較用のPETフィルム及びPENフィルム(以下、総じて「サンプルフィルム」という。)を作製した。
<ポリエステルフィルム評価>
実施例1にて得られたポリエステルフィルムを用いて、破断伸度保持率半減期(hr)を以下に示す方法により測定した。
以上の結果を表1に示す。
(破断伸度保持率半減期(hr))
破断伸度保持率半減期の評価は、実施例1にて得られたポリエステルフィルムに対して、85℃、相対湿度85%の条件で保存処理(加熱処理)を行い、保存後のポリエステルフィルムが示す破断伸度(%)が、保存前のポリエステルフィルムが示す破断伸度(%)に対して50%となる保存時間を測定することで評価した。破断伸度の測定方法の詳細は、前記の通りである。
破断伸度保持率半減期が長い程、ポリエステル樹脂組成物、及びこれを用いて得られたポリエステルフィルムの耐加水分解性が優れていることを示す。
3.太陽電池用バックシートの作製
実施例1で作製したポリエステルフィルムを用いて太陽電池が備えるバックシートを作製した。
作製したポリエステルフィルムの片面に、下記の(i)反射層と(ii)易接着性層をこの順で塗設した。
(i)反射層(着色層)
まず初めに、下記組成の諸成分を混合し、ダイノミル型分散機により1時間分散処理して顔料分散物を調製した。
<顔料分散物の処方>
・二酸化チタン ・・・39.9部
(タイペークR−780−2、石原産業(株)製、固形分100質量%)
・ポリビニルアルコール ・・・8.0部
(PVA−105、(株)クラレ製、固形分10%)
・界面活性剤(デモールEP、花王(株)製、固形分:25%)・・・0.5部
・蒸留水 ・・・51.6部
次いで、得られた顔料分散物を用い、下記組成の諸成分を混合することにより反射層形成用塗布液を調製した。
<反射層形成用塗布液の処方>
・上記の顔料分散物 ・・・71.4部
・ポリアクリル樹脂水分散液 ・・・17.1部
(バインダー:ジュリマーET410、日本純薬工業(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・2.7部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物(架橋剤)・・・1.8部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%)
・蒸留水 ・・・7.0部
上記より得られた反射層形成用塗布液をサンプルフィルムにバーコーターにより塗布し、180℃で1分間乾燥して、二酸化チタン塗布量が6.5g/mの反射層(白色層)を形成した。
(ii)易接着性層
下記組成の諸成分を混合して易接着性層用塗布液を調製し、これをバインダー塗布量が0.09g/mになるように反射層の上に塗布した。その後、180℃で1分間乾燥させ、易接着性層を形成した。
<易接着性層用塗布液の組成>
・ポリオレフィン樹脂水分散液 ・・・5.2部
(バインダー:ケミパールS75N、三井化学(株)製、固形分:24質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・7.8部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・オキサゾリン化合物 ・・・0.8部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分25質量%)
・シリカ微粒子水分散物 ・・・2.9部
(アエロジルOX−50、日本アエロジル(株)製、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・83.3部
次に、ポリエステルフィルムの反射層及び易接着性層が形成されている側と反対側の面に、下記の(iii)下塗り層、(iv)バリア層、及び(v)防汚層をポリエステルフィルム側から順次、塗設した。
(iii)下塗り層
下記組成の諸成分を混合して下塗り層用塗布液を調製し、この塗布液をポリエステルフィルムに塗布し、180℃で1分間乾燥させ、下塗り層(乾燥塗設量:約0.1g/m)を形成した。
<下塗り層用塗布液の組成>
・ポリエステル樹脂 ・・・1.7部
(バイロナールMD−1200、東洋紡(株)製、固形分:17質量%)
・ポリエステル樹脂 ・・・3.8部
(ペスレジンA-520、高松油脂(株)製、固形分:30質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・1.5質量%
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・カルボジイミド化合物 ・・・1.3部
(カルボジライトV−02−L2、日清紡(株)製、固形分:10質量%)
・蒸留水 ・・・91.7部
(iv)バリア層
続いて、形成された下塗り層の表面に下記の蒸着条件にて厚み800Åの酸化珪素の蒸着膜を形成し、バリア層とした。
<蒸着条件>
・反応ガス混合比(単位:slm):ヘキサメチルジシロキサン/酸素ガス/ヘリウム=1/10/10
・真空チャンバー内の真空度:5.0×10−6mbar
・蒸着チャンバー内の真空度:6.0×10−2mbar
・冷却・電極ドラム供給電力:20kW
・フィルムの搬送速度 :80m/分
(v)防汚層
以下に示すように、第1及び第2防汚層を形成するための塗布液を調製し、バリア層の上に第1防汚層用塗布液、第2防汚層用塗布液の順に塗布し、2層構造の防汚層を塗設した。
<第1防汚層>
−第1防汚層用塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、第1防汚層用塗布液を調製した。
<塗布液の組成>
・セラネートWSA1070(DIC(株)製)・・・45.9部
・オキサゾリン化合物(架橋剤)・・・7.7質量部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・2.0部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・反射層で用いた顔料分散物 ・・・33.0部
・蒸留水 ・・・11.4部
−第1防汚層の形成−
得られた塗布液を、バインダー塗布量が3.0g/mになるように、バリア層の上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて第1防汚層を形成した。
−第2防汚層用塗布液の調製−
下記組成中の成分を混合し、第2防汚層用塗布液を調製した。
<塗布液の組成>
・フッ素系バインダー:オブリガード(AGCコーテック(株)製)・・・45.9部
・オキサゾリン化合物 ・・・7.7部
(エポクロスWS−700、日本触媒(株)製、固形分:25質量%;架橋剤)
・ポリオキシアルキレンアルキルエーテル ・・・2.0部
(ナロアクティーCL95、三洋化成工業(株)製、固形分:1質量%)
・前記反射層用に調製した前記顔料分散物 ・・・33.0部
・蒸留水 ・・・11.4部
−第2防汚層の形成−
調製した第2防汚層用塗布液を、バインダー塗布量が2.0g/mになるように、バリア層上に形成された第1防汚層の上に塗布し、180℃で1分間乾燥させて第2防汚層を形成した。
以上のようにして、ポリエステルフィルムの一方の側に反射層及び易接着層を有し、他方の側に下塗り層、バリア層、及び防汚層を有するバックシートを作製した。
4.太陽電池の作製
上記のようにして作製したバックシートを用い、特開2009−158952号公報の図1に示す構造になるように透明充填剤に貼り合わせ、太陽電池発電モジュールを作製した。このとき、バックシートの易接着性層が、太陽電池素子を包埋する透明充填剤に接するように貼り付けた。
[実施例2〜17、参考例18、比較例1〜6]
実施例1においてポリエステル樹脂組成物を作製した際の条件を、以下に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜17、参考例18、比較例1〜6のポリエステル樹脂組成物を作製した。更に、得られた各ポリエステル樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして、ポリエステルフィルム、太陽電池用バックシート、及び太陽電池を作製した。
さらに、実施例2〜17、参考例18、比較例1〜6について、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表1に示した。
なお、表1中、比較例1及び比較例2のΔIVは、工程(B)を実施したものの、後述する所期のIVには達しなかったポリエステル樹脂を用いて測定した値である。
また、表1中、エチレングリコール及び1,4−ブタンジオールについては、それぞれ「EG」及び「BD」と略号にて表示した。
<実施例2>
工程(A)におけるチタン化合物、マグネシウム化合物(酢酸マグネシウム)、及びリン化合物の添加順序を、マグネシウム化合物、チタン化合物、及びリン化合物をこの順に逐次添加する添加順序に変更した。
<実施例3>
工程(A)におけるチタン化合物、マグネシウム化合物、及びリン化合物の添加順序を、チタン化合物とマグネシウム化合物を同時に添加した後、リン化合物を添加する添加順序に変更した。
<実施例4〜7>
工程(A)に用いたチタン化合物及びリン化合物の量を、表1に示す量となるように変更した。
<実施例8>
工程(A)に用いた添加溶液の調製において、エチレングリコールにリン化合物を添加する際の温度を、25℃から80℃に変更した。
<実施例9、10>
工程(A)に用いた添加溶液の調製において、添加溶液におけるリン化合物の含有量を表1に示す量に変更した。
<実施例11>
工程(B)における第三重縮合反応槽の温度を、表1に示す温度に変更し、滞留時間を1.7時間に変更した。
<実施例12>
工程(B)における第三重縮合反応槽の温度を、表1に示す温度に変更し、滞留時間を2.3時間に変更した。
<実施例13、14>
工程(B)における第三重縮合反応槽の温度を、表1に示す温度に変更し、滞留時間を2.3時間に変更し、更に、工程(C)における固相重合条件を、表1に示すように変更した。なお、実施例14における固相重合は、常圧下、N雰囲気にて行った。
<実施例15>
工程(B)における第三重縮合反応槽の温度を、表1に示す温度に変更し、更に、工程(C)における固相重合条件を、表1に示すように変更した。
<実施例16>
工程(A)で用いた原料中、ジカルボン酸成分を、テレフタル酸から2,6−ナフタリンジカルボン酸に変更して、得られるポリエステル樹脂をPEN樹脂とした。
<実施例17>
工程(A)で用いた原料中、ジオール成分を、エチレングリコールから1,4−ブタンジオールに変更して、得られるポリエステル樹脂をPBT樹脂とした。
参考例18>
工程(A)に用いたチタン化合物及びリン化合物の量を、表1に示す量となるように変更して、チタン化合物及びリン化合物の順に逐次添加し、マグネシウム化合物は添加しなかった。
<比較例1>
工程(A)におけるチタン化合物、マグネシウム化合物、及びリン化合物の添加順序を、リン化合物、チタン化合物、及びマグネシウム化合物をこの順に逐次添加する添加順序に変更した。
その結果、工程(B)において、反応時間を実施例1の2倍にしても、IV=0.29しか重合度が上がらず、目標のIV=0.64に達しなかった。そのため、工程(B)のペレット化・工程(C)・製膜・延伸を行うことができず、フィルム化ができなかった。
<比較例2>
工程(A)におけるチタン化合物、マグネシウム化合物、及びリン化合物の添加順序を、チタン化合物、リン化合物、及びマグネシウム化合物をこの順に逐次添加する添加順序に変更した。
その結果、工程(B)において、反応時間を実施例1の2倍にしても、IV=0.28しか、重合度が上がらず、目標のIV=0.64に達しなかった。そのため、工程(B)のペレット化・工程(C)・製膜・延伸を行うことができず、フィルム化できなかった。
<比較例3>
工程(A)におけるチタン化合物、マグネシウム化合物、及びリン化合物の添加順序を、リン化合物、マグネシウム、及びチタン化合物をこの順に逐次添加する添加順序に変更した。
<比較例4>
工程(A)におけるチタン化合物、マグネシウム化合物、及びリン化合物の添加順序を、マグネシウム化合物、リン化合物、及びチタン化合物をこの順に逐次添加する添加順序に変更した。
<比較例5〜6>
工程(A)に用いたリン化合物の量を、表1に示す量となるように変更した。
その結果、工程(B)において、反応時間を実施例1の2倍にしても、IV=0.21しか、重合度が上がらず、目標のIV=0.64に達しなかった。そのため、工程(B)のペレット化・工程(C)・製膜・延伸を行うことが出来ず、フィルム化できなかった。
[比較例7〜9]
比較例7については特開2007−204538号公報の実施例1と同様にして、比較例8については特開2004−197075号公報の実施例3と同様にして、比較例9については特許第3396995号明細書の参考例2と同様にして、ポリエステル樹脂組成物及びポリエステルフィルムを作製した。
さらに、比較例7〜9について、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表1に示した。
[比較例10]
実施例1の工程(A)において、マグネシウム化合物及びリン化合物を用いなかった以外は、実施例1と同様にしてポリエステル樹脂組成物を作製した。得られたポリエステル樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして、ポリエステルフィルム、太陽電池用バックシート、及び太陽電池を作製した。
さらに、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表1に示した。
[比較例11]
実施例1の工程(A)において、リン化合物を用いなかった以外は、実施例1と同様にしてポリエステル樹脂組成物を作製した。得られたポリエステル樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして、ポリエステルフィルム、太陽電池用バックシート、及び太陽電池を作製した。
さらに、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表1に示した。
表1に示される結果から、各実施例にて得られたポリエステル樹脂組成物を用いて得られたポリエステルフィルム(実施例のポリエステルフィルム)は、比較例との対比において、耐加水分解性に優れたものであることが分る。このことは、実施例のポリエステルフィルムを適用した太陽電池用ポリエステルフィルムは優れた耐候性を有し、そのような太陽電池用ポリエステルフィルムを備えた太陽電池発電モジュールは、長期に亘り安定的な発電性能が得られることを意味する。
1・・・バックシート
2・・・封止材
3・・・太陽電池素子

Claims (20)

  1. ポリエステル樹脂と、触媒由来のチタン化合物及びリン化合物と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属と、を含み、前記金属及び前記チタン化合物は前記リン化合物の添加前に添加されることで含有されており、且つ、下記式(1)及び式(2)で示される関係を満足するポリエステル樹脂組成物。
    0.10<Ti/P<0.20 ・・・(1)
    [式(1)中、Ti/Pは、ポリエステル樹脂組成物におけるチタン元素とリン元素との含有量比(質量基準)を示す。]
    0.0090<ΔIV≦0.0185(dl/g/hr) ・・・(2)
    [式(2)中、ΔIVは、225℃、50Paの条件下におけるポリエステル樹脂組成物の単位時間当たりの極限粘度の上昇値を示す。]
  2. 前記チタン化合物が、有機酸を配位子とする有機キレートチタン錯体である請求項1に記載のポリエステル樹脂組成物。
  3. 前記リン化合物が、下記式(3)で表される化合物である請求項1又は請求項2に記載のポリエステル樹脂組成物。
    (RO)P=O ・・・(3)
    [式(3)中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を表す。]
  4. 前記チタン化合物及び前記リン化合物の含有量(質量基準)が、チタン元素換算値及びリン元素換算値で、下記式(4)及び式(5)で示される関係を満足する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
    1ppm<チタン元素換算値≦30ppm ・・・(4)
    50ppm<リン元素換算値≦90ppm ・・・(5)
  5. ポリエステル樹脂組成物に含まれる末端COOH量が25eq/t以下である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
  6. 体積固有抵抗値をR(Ω・m)としたときの常用対数値(LogR)が、6.9以下である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
  7. 前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属を、質量基準で、50ppm以上含有する請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物。
  8. ジカルボン酸成分とジオール成分とをエステル化反応により反応させてエステル化反応生成物を得る工程(A)と、該エステル化反応生成物をエステル交換反応させて重縮合物を得る工程(B)を有し、
    前記工程(A)におけるエステル化反応が終了する前であってチタン化合物とアルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む化合物とを添加した後の反応液に、下記式(1)及び下記式(2)で示される関係を満足するようにリン化合物を添加するポリエステル樹脂組成物の製造方法。
    0.10<Ti/P<0.20 ・・・(1)
    [式(1)中、Ti/Pは、ポリエステル樹脂組成物におけるチタン元素とリン元素との含有量比(質量基準)を示す。]
    0.0090<ΔIV≦0.0185(dl/g/hr) ・・・(2)
    [式(2)中、ΔIVは、225℃、50Paの条件下におけるポリエステル樹脂組成物の単位時間当たりの極限粘度の上昇値を示す。]
  9. 前記工程(A)におけるエステル化反応が終了する前において、前記チタン化合物を添加した後の反応液に、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン、錫、鉛及び亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属を含む化合物を添加し、前記金属を含む化合物の添加後の反応液に、前記リン化合物を添加する請求項8に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
  10. 前記リン化合物の添加が、前記リン化合物を前記ジオール成分を含む溶液に25℃で溶解させた添加溶液を、前記工程(A)が終了する前の反応液に添加することで行われる請求項8又は請求項9に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
  11. 前記添加溶液中の前記リン化合物の含有量が、溶液の全質量に対し、1質量%以上10質量%以下である請求項10に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
  12. 重合温度が280℃を超えない請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
  13. 前記工程(B)により得られた重縮合物を固相重合する工程(C)を有する請求項8〜12のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
  14. 前記固相重合が1Pa以上1000Pa以下で行われる請求項13に記載のポリエステル樹脂組成物の製造方法。
  15. 前記固相重合が窒素雰囲気下で行われる請求項13又は請求項14に記載の製造方法。
  16. 請求項8〜請求項15のいずれか1項に記載の製造方法により得られたポリエステル樹脂組成物。
  17. 請求項1〜7、及び16のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂組成物を含み、且つ厚みが250μm以上500μm以下であるポリエステルフィルム。
  18. 太陽電池用ポリエステルフィルムである請求項17に記載のポリエステルフィルム。
  19. 温度85℃、相対湿度85%の雰囲気下で保存した場合において、保存後の破断伸度が保存前の破断伸度に対して50%となる保存時間が、4000時間以上である請求項17又は請求項18に記載のポリエステルフィルム。
  20. 請求項17〜請求項19のいずれか1項に記載のポリエステルフィルムを備えた太陽電池発電モジュール。
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