KR20100138990A

KR20100138990A - 핫멜트 조성물, 시일재, 및 태양전지

Info

Publication number: KR20100138990A
Application number: KR1020107021926A
Authority: KR
Inventors: 토모히코 사토; 토모야 나카무라; 카츠히사 사토
Original assignee: 아이카고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-12-31
Also published as: JP2010106229A; ES2424761T3; CN101981117B; EP2258769A4; US20110023944A1; CN101981117A; WO2009119589A1; EP2258769A1; TWI461516B; TW200946657A; JP5254858B2; EP2258769B1

Abstract

본 발명의 핫멜트 조성물은, (a) 부틸고무, 및 (b) 수소화 테르펜페놀, 스티렌 개질된 테르펜, 및 수소화 테르펜으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 핫멜트 조성물은, 태양전지의 시일을 용도로 하는 시일재로서 사용할 수 있다.

Description

핫멜트 조성물, 시일재, 및 태양전지{HOT-MELT COMPOSITION, SEALING MATERIAL, AND SOLAR BATTERY}

본 발명은, 핫멜트 조성물, 시일재, 및 태양전지에 관한 것이다.

태양전지는 광 에너지를 전력으로 변환하는 발전장치로서, 연료 등을 필요로 하지 않고 지속적으로 발전(發電)할 수 있으며, 가동부가 없어 유지관리(maintenance)성이 우수하며, 이산화탄소 등의 온실효과가스를 배출하지 않으며, 지붕이나 벽에 설치가 가능하여 공간을 차지하지 않는 등의 우수한 특징을 가진다. 태양전지는, 이와 같은 특징을 이용하여, 우주공간, 산악지대, 외딴섬과 같이 다른 발전 및 급전방법이 곤란한 장소에 설치되어 있다. 또한, 태양전지는, 깨끗한 발전장치로서, 사업소나 가정에도 설치되어 있다.

태양전지는, 셀이라 불리는 태양전지소자를 금속 프레임과 유리로 보호하며, 패널화하여 제조되고 있다. 금속 프레임과 유리 간의 시일에는 여러 가지 수지가 이용되고 있는데, 그 수지 중 하나로서, 핫멜트 수지가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 핫멜트 수지는, 금속 및 유리에 대한 밀착성이나, 하중이 가해졌을 때의 응력(應力) 완화 성능에 있어서, 다른 수지에 비해 우수하다.

일본 특허공개공보 제2006-290943호

그러나, 종래의 핫멜트 조성물은, 단시간에 큰 하중이 가해졌을 경우에는 응집 파괴가 생기고, 연속적으로 하중이 가해졌을 경우에는, 계면박리가 발생하는 등, 밀착성이 충분하지 않았다.

또한, 태양전지에서는, 태양전지 셀의 충전재로서 EVA(에틸렌-초산비닐공중합수지) 시트가 사용되고 있는데, 종래의 핫멜트 조성물은, EVA 시트를 오염(황변)시키는 경우가 있었다. EVA 시트가 오염되면, 태양전지의 외관이 손상될 뿐만 아니라, 태양전지의 발전효율이 저하되어 버린다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 금속이나 유리 등에 대한 밀착성이 우수하며, EVA 시트 등의 오염이 쉽게 일어나지 않는 핫멜트 조성물, 시일재, 및 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 핫멜트 조성물은,

(a) 부틸고무, 및 (b) 수소화 테르펜페놀, 스티렌 개질된 테르펜, 및 수소화 테르펜으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핫멜트 조성물은, 금속이나 유리 등에 대한 밀착성이 우수하다. 이 때문에, 본 발명의 핫멜트 조성물을, 예컨대, 금속이나 유리 등으로 이루어진 부재 사이의 틈을 시일하는 시일재로서 사용하면, 부재를 분리하는 방향의 하중이 가해진 경우에도 쉽게 파손되지 않는 시일구조를 형성할 수 있다.

또한, 시일하는 부재 중 일방이 금속으로 이루어지고, 타방이 유리로 이루어진 경우와 같이, 부재 간에 열팽창계수가 서로 다른 경우라도, 본 발명의 핫멜트 조성물을 시일재로서 이용하면, 열팽창계수의 차이에 기인하는 왜곡을 완화시킬 수 있어, 시일구조가 쉽게 파손되지 않는다.

또한, 본 발명의 핫멜트 조성물은, 종래의 핫멜트 조성물에 비해, EVA 시트와 접촉하더라도, 그것을 쉽게 황변(오염)시키지 않는다. 예컨대, EVA 시트를 태양전지 셀의 충전재료로 하는 태양전지에 있어서, 본 발명의 핫멜트 조성물을 시일재로서 이용하면, EVA 시트의 황변(오염)을 저감시킬 수 있고, 그 결과, 태양전지의 외관이 손상되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 핫멜트 조성물을 시일재로서 이용하면, EVA 시트의 황변에 기인하는 태양전지의 발전효율의 저하를 방지할 수 있다.

태양전지로서는, 예컨대, 도 1에 나타낸 구조를 가지는 것이 있다. 태양전지(10)는, 유리(1), 셀(2)을 내포하는 EVA 시트(3), 및 백시트(4)를 적층시킨 구조를 가지고 있으며, 백시트(4)의 하측에는 단자 박스(7)가 부착되어 있다. 즉, 태양전지(10)에서는, EVA 시트(3)가 셀(2)의 충전재료로서 이용되고 있다.

또한, 태양전지(10)는, 유리(1), EVA 시트(3), 및 백시트(4)를 외측에서 유지시키는 알루미늄 프레임(6)을 구비하고 있으며, 유리(1), EVA 시트(3), 및 백시트(4)와, 알루미늄 프레임(6)의 사이는, 본 발명의 핫멜트 조성물로 이루어진 시일재(5)에 의해 시일되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 시일재(5)는, EVA 시트(3)와 접촉되어 있지만, EVA 시트(3)를 쉽게 황변(오염)시키지 않는다.

본 발명의 핫멜트 조성물은, 그 밖에도, 커튼월(curtain wall), 자동차 램프, 건축물의 유리 개구 부재의 시일 등, 종래의 핫멜트 조성물이 이용되어 왔던 각종 용도에 널리 적용할 수 있다.

상기 부틸고무는, 핫멜트 조성물에 시일성, 내후성, 내수성, 내열성, 충격흡수성 등을 부여할 목적으로 배합된다. 부틸고무로서는, 무니(Mooney)점도가 20∼90이고, 불포화도가 0.5∼5.0정도인 것이 바람직하다.

상기 (b)성분(수소화 테르펜페놀, 스티렌 개질된 테르펜, 및 수소화 테르펜으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종류 이상)은, 핫멜트 조성물의 밀착성을 향상시킨다. 본 발명의 핫멜트 조성물은, (b)성분을 배합함으로써, 밀착성이 높을 뿐만 아니라, EVA 등의 기재(基材)를 오염시키지 않는 효과를 나타낸다. 상기 (b)성분으로서, 수소화 테르펜페놀, 스티렌 개질된 테르펜, 및 수소화 테르펜 중 1종류만을 배합해도 되고, 2종류 또는 3종류를 배합해도 된다. (b) 성분의 배합량은, 핫멜트 조성물 전체에 대해, 합계 10∼45중량%의 범위가 바람직하다.

수소화 테르펜페놀의 시판제품으로서, YS 폴리스터(Polyster) TH130, YS 폴리스터 UH115(모두 상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조) 등을 들 수 있다.

스티렌 개질된 테르펜의 시판제품으로서, YS 레진 To115(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조) 등을 들 수 있다.

수소화 테르펜의 시판제품으로서, 클리어론(Clearon) P115, 클리어론 M115, 클리어론 K110(모두 상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조) 등을 들 수 있다. 특히, 클리어론 M115, 클리어론 K110은, 수소화 테르펜 중, 스티렌 개질된 수소화 테르펜이다.

본 발명의 핫멜트 조성물은, 추가로 스티렌계 블록 공중합체를 배합할 수 있다. 스티렌계 블록 공중합체는, 핫멜트 조성물에, 탄성, 응집력, 기재에 대한 밀착성 등을 확보하기 위해 배합된다. 탄성 및 응집력을 확보하기 위해서는, 평균 분자량이 30,000∼500,000인 것이 적합하다. 스티렌계 블록 공중합체로서는, 예컨대, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체(SIS), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SEBS), α-메틸스티렌-부타디엔-α-메틸스티렌 블록 공중합체, α-메틸스티렌-이소프렌-α-메틸스티렌 블록 공중합체 등이나, 이들의 수소화 개질물, 예컨대, 스티렌-에틸렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌 블록 공중합체(SEEPS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체(SEPS) 등을 들 수 있다.

스티렌계 블록 공중합체를 배합할 경우, 시일성, 내후성, 내수성, 내열성, 충격흡수성 등과, 탄성 및 응집력을 양립시키기 위해, 부틸고무와 스티렌계 블록 공중합체의 배합량은, 각각, 핫멜트 조성물 전체에 대해 20∼35중량%, 3∼15중량%의 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 핫멜트 조성물은, 용융시의 유동성이나 점착성을 제어하기 위해, 추가로, 왁스나 액상수지를 첨가하는 것이 바람직하다. 왁스의 구체적인 예로서는 파라핀 왁스를 들 수 있고, 액상수지의 구체적인 예로서는 액상 폴리부타디엔이나 액상 폴리부텐 등을 들 수 있다.

본 발명의 핫멜트 조성물에는, 상술한 각 성분 이외에, 탈크(talc), 점토(clay), 실리카(silica), 탄산칼슘, 산화티탄, 중공필러(filler) 등의 충전재를 배합할 수 있다. 특히 중공필러는, 충전성의 향상, 경량화, 유동성의 조정 등과 같은 기능을 가지는 동시에, 쉽게 침강되지 않는다는 특징이 있다. 충전제의 구체적인 예로서, 평균 입자직경이 100㎛ 이하이고, 겉보기 비중이 1.0 이하인 유리마이크로벌룬, 펄라이트, 실리카벌룬, 알루미나벌룬, 카본벌룬, 알루미노실리케이트벌룬 등을 들 수 있는데, 이들 중에서는, 실리카벌룬이 입수성이나 비용 등의 면에서 바람직하다.

또한, 내열노화성이 필요한 경우에는, 산화방지제를 첨가할 수 있다. 산화방지제로서는, 구리계 산화방지제, 구리염계 산화방지제, 할로겐화 구리계 산화방지제, 인계 산화방지제, 페놀계 산화방지제, 힌더드 아민(Hindered amine)계 산화방지제, 유황계 산화방지제, 락톤계 산화방지제, 방향족 아민, 킬레이트화제 등의 금속불활성화제를 들 수 있다.

페놀계 산화방지제로서는, 예컨대, 2,6-디-t-부틸페놀유도체, 2-메틸-6-t-부틸페놀유도체, 옥타데실-3-(3,5-디부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 4,4-부틸리덴-비스(6-t-부틸-m-크레졸), 펜타에리스리틸·테트라키스{3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트}, 2-{1-(2-히드록시-3,5-디-t-펜틸페닐)-에틸}-4,6-디-t-펜틸페닐아크릴레이트 등을 들 수 있다.

인계 산화방지제로서는, 예컨대, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트, 사이클릭네오펜탄테트라비스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트, 디스테아릴펜탄에리스리톨디포스페이트, 인산2수소나트륨, 인산1수소2나트륨 등을 들 수 있다.

힌더드 아민계 산화방지제로서는, 예컨대, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트, 1,2,3,4-테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜옥시카르보닐)부탄, 숙신산디메틸-1-(2-히드록실에틸-4-히드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 중축합체, 1-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-1,1-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜옥시카르보닐)펜탄, N,N-비스(3-아미노프로필)에틸렌디아민, 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘, 비스(옥틸론(octylon)-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 등을 들 수 있다.

본 발명의 핫멜트 조성물은, EVA 시트의 황변을 촉진시키기 쉬운 물질(예컨대, 페놀 개질된 테르펜 등)을 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 「실질적으로 포함하지 않는다」란, EVA 시트의 황변을 발생시키지 않을 정도의 극히 미량을 포함하는 경우도 포함된다.

본 발명의　핫멜트 조성물은, 상기 각 배합성분을 밴버리 혼합기(Banbury mixer), 가열 반죽기(kneader), 1축 압출기(extruder), 2축 압출기 등으로 혼합반죽함으로써 제조할 수 있다.

도 1은 태양전지(10)의 구성을 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠으나, 본 발명은 이러한 실시예에 제한되는 것이 아니다.

(실시예 1)

1. 핫멜트 조성물의 제조

표 1 및 표 2에 기재된 배합비로, 「배합」란에 기재된 각 성분을, 시그마 블레이드형 반죽기로 가열 혼합하여, 실시예 1-1∼1-13 및 비교예 R1의 핫멜트 조성물을 얻었다.

표 1 및 표 2에 있어서, 부틸 065(상품명, 니혼부틸 가부시키가이샤 제조)는, 부틸고무이다. 셉톤(Septon) 2063(상품명, 가부시키가이샤 쿠라레 제조)은, 스티렌계 블록 공중합체(SEPS)이다. YS 레진 To115(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조)는, 스티렌 개질된 테르펜이다. 클리어론(Clearon) P-115(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조), 클리어론 M-115(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조), 클리어론 K-110(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조)은, 각각, 수소화 테르펜이다. HV-300(상품명, 신닛뽄세키유카가쿠 가부시키가이샤 제조)은, 액상 폴리부텐이다. 비스콜(Viscol) 550-P(상품명, 산요카세이고교 가부시키가이샤 제조)는, 파라핀 왁스이다. 1,3-비스(아미노프로필)테트라메틸디실록산(APDS)은, 실란 커플링제이다. 스밀라이저(Sumilizer) GA-80(상품명, 스미토모카가쿠 가부시키가이샤 제조)은, 페놀계 산화방지제이다. 이르가포스(Irgafos) 168(상품명, 치바가이기샤 제조)은, 인계 산화방지제이다. 에스코레즈(Escorez) ECR-235E(상품명, 토넥스 가부시키가이샤 제조)는, 석유수지(지환식(脂環式) 점착부여수지)이다.

2. 핫멜트 조성물이 나타내는 효과

(1) 실시예 1-1∼1-13의 핫멜트 조성물은, 알루미늄이나 유리에 대한 밀착성이 우수하다. 이것은, 이하의 실험으로 뒷받침된다.

알루미늄 프레임에 형성된 홈부(홈의 폭: 5mm, 홈의 깊이: 7mm, 길이방향에 있어서의 홈의 길이: 50mm)에, 실시예 1-1∼1-13 및 비교예 R1의 핫멜트 조성물을, 홈부가 묻히도록 도포하고, 23℃, 50%RH의 분위기 하에서 1일 동안 방치하였다.

그런 다음, 상기 알루미늄 프레임을 100℃의 항온기 내에 10분 동안 정치(靜置)한 후, 항온기에서 꺼내어, 즉시 두께 3mm, 가로폭 25mm, 높이 50mm인 유리판을 알루미늄 프레임의 홈부(핫멜트 조성물이 충전되어 있음)에 3mm의 깊이까지 삽입하였다. 알루미늄 프레임 및 유리판을 냉각하고, 23℃, 50%RH 분위기 하에서 3일 동안 양생하여, 시험체를 제작하였다. 인장속도 20mm/min으로 시험체의 유리판을 홈부로부터 인발(drawing)하여, 핫멜트 수지로 이루어진 시일재를 강제로 파괴하고, 그 파괴상태를 관찰하였다.

이하의 기준으로, 핫멜트 조성물의 밀착성을 평가하였다.

○ : 전면(全面) 응집 파괴

△ : 응집 파괴와 계면 박리가 혼재

Ｘ : 전면 계면 박리

평가결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타내었다.

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1∼1-13의 핫멜트 조성물의 평가결과는 ○ 또는 △로, 밀착성이 우수하였다. 이에 반해, 비교예 R1의 핫멜트 조성물의 평가결과는 Ｘ로, 밀착성이 뒤떨어졌다.

(2) EVA 오염성

실시예 1-1∼1-13의 핫멜트 조성물은, EVA 시트와 접촉하더라도, 그것을 쉽게 황변(오염)시키지 않는다. 이것은, 이하의 실험으로 뒷받침된다.

유리에 접착된 EVA 시트 상에, 실시예 1-1∼1-13 및 비교예 R1의 핫멜트 조성물을 접착하였다. 핫멜트 조성물의 크기는, 직경 3mm, 두께 2mm로 하였다. 이 상태로 85℃, 85%RH의 분위기 하에서 1,000시간 동안 방치하고, EVA 시트의 황변 유무를, 이하의 기준에 의해 평가하였다.

○ : 현저한 황변이 없다

Ｘ : 현저한 황변이 있다

그 결과를 상기 표 1 및 표 2에 나타내었다.

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1∼1-13의 핫멜트 조성물의 평가결과는 ○로, EVA를 오염시키는 일은 없었다.

(실시예 2)

1. 핫멜트 조성물의 제조

표 3에 기재된 배합비로, 「배합」란에 기재된 각 성분을, 시그마 블레이드형 반죽기로 가열 혼합하여, 실시예 2-1∼2-6 및 비교예 R2∼R4의 핫멜트 조성물을 얻었다.

참고로, 표 3에서, YS 폴리스터 U-115(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조)는, 수소화되지 않은 테르펜수지(페놀 개질된 테르펜)이다. YS 폴리스터2115(상품명, 야스하라 케미컬 가부시키가이샤 제조)는, 비스페놀 개질된 테르펜이다.

2. 핫멜트 조성물이 나타내는 효과

(1) 실시예 2-1∼2-6의 핫멜트 조성물은, 알루미늄이나 유리에 대한 밀착성이 우수하다. 이것은, 이하의 실험으로 뒷받침된다.

상기 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 2-1∼2-6 및 비교예 R2∼R4의 핫멜트 조성물의 밀착성을 시험하였다.

평가결과를 상기 표 3에 나타내었다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1∼2-6의 핫멜트 조성물의 평가결과는 ○ 또는 △로, 밀착성이 우수하였다. 이에 반해, (b)성분 대신에 석유수지를 배합한 비교예 R4의 핫멜트 조성물의 평가결과는 Ｘ로, 밀착성이 뒤떨어졌다.

(2) EVA 오염성

실시예 2-1∼2-6의 핫멜트 조성물은, EVA 시트와 접촉하더라도, 그것을 쉽게 황변(오염)시키지 않는다. 이것은, 이하의 실험으로 뒷받침된다.

상기 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 2-1∼2-6 및 비교예 R2∼R4의 핫멜트 조성물의 EVA 오염성을 평가하였다. 그 결과를 상기 표 3에 나타내었다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1∼2-6의 핫멜트 조성물의 평가결과는 ○로, EVA를 오염시키는 일은 없었다. 이에 반해, (b)성분 대신에 페놀 개질된 테르펜이나 비스페놀 개질된 테르펜을 배합한 비교예 R2∼R3의 핫멜트 조성물의 평가결과는 Ｘ로, EVA를 오염시켰다.

(실시예 3)

1. 핫멜트 조성물의 제조

표 4에 기재된 배합비로, 「배합」란에 기재된 각 성분을, 시그마 블레이드형 반죽기로 가열 혼합하여, 실시예 3-1∼3-7 및 비교예 R5∼R7의 핫멜트 조성물을 얻었다.

2. 핫멜트 조성물이 나타내는 효과

(1) 실시예 3-1∼3-7의 핫멜트 조성물은, 알루미늄이나 유리에 대한 밀착성이 우수하다. 이것은, 이하의 실험으로 뒷받침된다.

상기 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 3-1∼3-7 및 비교예 R5∼R7의 핫멜트 조성물의 밀착성을 시험하였다.

평가결과를 상기 표 4에 나타내었다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 3-1∼3-7의 핫멜트 조성물의 평가결과는 ○ 또는 △로, 밀착성이 우수하였다. 이에 반해, (b)성분 대신에 석유수지를 배합한 비교예 R7의 핫멜트 조성물의 평가결과는 Ｘ로, 밀착성이 뒤떨어졌다.

(2) EVA 오염성

실시예 3-1∼3-7의 핫멜트 조성물은, EVA 시트와 접촉하더라도, 그것을 쉽게 황변(오염)시키지 않는다. 이것은, 이하의 실험으로 뒷받침된다.

상기 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 3-1∼3-7 및 비교예 R5∼R7의 핫멜트 조성물의 EVA 오염성을 평가하였다. 그 결과를 상기 표 4에 나타내었다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 3-1∼3-7의 핫멜트 조성물의 평가결과는 ○로, EVA를 오염시키는 일은 없었다. 이에 반해, (b)성분 대신에 페놀 개질된 테르펜이나 비스페놀 개질된 테르펜을 배합한 비교예 R5∼6의 핫멜트 조성물의 평가결과는 Ｘ로, EVA를 오염시켰다.

1 : 유리 2 : 셀
3 : EVA 시트 4 : 백시트
5 : 시일재 6 : 알루미늄 프레임
7 : 단자 박스 10 : 태양전지

Claims

(a) 부틸고무, 및 (b) 수소화 테르펜페놀, 스티렌 개질된 테르펜, 및 수소화 테르펜으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종류 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫멜트 조성물.
제 1항에 기재된 핫멜트 수지로 이루어진 시일재.
제 2항에 있어서,
태양전지의 시일을 용도로 하는 것을 특징으로 하는 시일재.
시일재로서 제 1항에 기재된 핫멜트 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
제 4항에 있어서,
EVA 시트를 태양전지 셀의 충전재료로서 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지.