ITMI20120522A1 - Composizione sigillante - Google Patents

Description

COMPOSIZIONE SIGILLANTE

La presente invenzione riguarda una composizione sigillante per l’isolamento di dispositivi sensibili alla permeazione di umidità dall’ambiente esterno.

E’ noto che le strutture isolanti per i dispositivi sensibili all’umidità vengono realizzate con l’ausilio di composizioni sigillanti aventi un basso tasso di trasmissione del vapore acqueo.

In particolare, à ̈ noto che la funzionalità dei pannelli fotovoltaici può venire ridotta in caso di permeazione di umidità all’intero del pannello. Per prevenire tale permeazione, sono quindi note strutture isolanti per dispositivi fotovoltaici comprendenti una pluralità di lastre, in vetro o altro materiale impermeabile all’umidità, collegate nella zona di bordo per mezzo di un distanziatore in materiale metallico. Tra i lati del distanziatore rivolti verso le lastre in vetro e le superfici interne delle lastre viene impiegata una composizione sigillante avente lo scopo di formare una barriera contro l’ingresso delle molecole di umidità all’interno del pannello fotovoltaico, ed anche quello di prevenire la fuoriuscita di eventuali gas contenuti nel pannello.

Le composizioni sigillanti utilizzate nei pannelli fotovoltaici, nonché in altri dispositivi sensibili all’umidità, sono sottoposte a cicli termici, per esempio nelle fasi di produzione dei pannelli o dispositivi. Rappresenta pertanto un vantaggio l’ottenimento di formulazioni con stabilità termodinamica sino a temperature di 120-130°C.

Le composizioni sigillanti note comprendono generalmente polimeri olefinici modificati con silani in qualità di promotori di adesione.

La pubblicazione internazionale WO2009/036752 descrive una composizione sigillante primaria comprendente:

a) dal 30% al 60% in peso, preferibilmente dal 40% al 50% in peso di polimeri olefinici aventi peso molecolare medio numerico compreso tra 400 e 600.000 D, preferibilmente tra 5.000 e 300.000 D;

b) dal 2% al 35% in peso, preferibilmente dal 5% al 25% in peso di un polimero modificato;

c) dal 5% al 40% in peso, preferibilmente dal 10% al 30% in peso di cariche inerti;

d) dal 5% al 25% in peso, preferibilmente dal 10% al 15% in peso di assorbitori di umidità; e

e) da 0% a 3% in peso di agenti di conservazione, in particolare agenti antiossidanti o agenti schermanti dai raggi UV.

Come polimeri olefinici ad alto peso molecolare, viene descritto l’uso di poliisobutilene, polibutene, gomma butilica (poliisobutilene-isoprene), copolimeri a blocchi di stirene, in particolare SBS, SIS, SEBS, SEPS, SIBS, SPIS, anche in forma modificata e copolimeri e/o terpolimeri di α-olefine amorfi.

Come polimeri modificati, viene descritto l’uso di poliolefine modificate con silani.

La pubblicazione internazionale WO2011/047185 descrive una composizione sigillante per dispositivi fotovoltaici avente la seguente composizione:

a) poliolefine insature o reattive o loro combinazioni in una quantità da circa 10% a 80% in peso rispetto alla composizione;

b) polimeri olefinici o loro combinazioni in quantità da circa 5% a circa 80% in peso rispetto alla composizione;

c) almeno una carica in quantità da circa 10% a circa 60% in peso rispetto alla composizione totale;

d) almeno un assorbitore di umidità in una quantità da circa 2,5% a circa 25% in peso rispetto alla composizione totale; e

e) almeno un agente di conservazione comprendente un antiossidante e/o uno stabilizzante UV in una quantità da circa 0,1% a circa 3% in peso della composizione totale.

La composizione comprende inoltre preferibilmente un polimero modificato con silani in quantità dal 5% al 30% in peso della composizione totale.

Tuttavia, l’entità dell’effetto di promozione dell’adesione generato dai polimeri modificati con silani dipende dagli altri componenti della composizione sigillante nonché dai materiali da sigillare. Pertanto, le composizioni sigillanti comprendenti polimeri modificati con silani hanno una applicabilità limitata in relazione ai materiali di destinazione.

Inoltre, nonostante gli sforzi compiuti finora, continua ad esistere la necessità di una composizione sigillante avente una elevata stabilità termica ed un basso tasso di trasmissione del vapore acqueo (MVT).

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire una composizione sigillante esente dagli inconvenienti sopra menzionati ed avente una elevata stabilità termica ed un basso tasso di trasmissione del vapore acqueo (MVT). Detto scopo viene conseguito con una composizione sigillante le cui caratteristiche principali sono specificate nella prima rivendicazione, un uso le cui caratteristiche sono specificate nella rivendicazione 9, ed un pannello solare le cui caratteristiche sono specificate nella rivendicazione 11. Altre caratteristiche della composizione, dell’uso e del pannello sono specificate nelle restanti rivendicazioni.

La composizione secondo la presente invenzione comprende:

- una poliolefina modificata con anidride maleica;

- un copolimero etilene-ottene;

- un copolimero etilene-vinil acetato;

- almeno una carica inerte;

- almeno un assorbitore di umidità; e

- almeno un agente di conservazione stabilizzante o antiossidante. Preferibilmente, nella composizione secondo la presente invenzione i sopraelencati componenti costituiscono almeno il 95% del peso della composizione complessiva, da utilizzare come sigillante nel processo produttivo di un dispositivo sensibile all’umidità.

Gli inventori hanno trovato che la selezione dei componenti sopra indicati, ed in particolare la combinazione di una poliolefina modificata con anidride maleica ed un copolimero etilene-ottene, consente di ottenere una composizione avente una ottima efficacia sigillante indipendentemente dalla presenza di poliolefine modificate con silani. Secondo un aspetto dell’invenzione, quindi, la composizione oggetto della presente invenzione non comprende poliolefine modificate con silani.

Inoltre, le composizioni secondo la presente invenzione presentano una elevata stabilità termica ed un basso tasso di trasmissione del vapore acqueo (MVT).

Inoltre, la presenza di un copolimero etilene-vinil acetato induce un incremento delle proprietà di adesione in seguito all’applicazione di uno sforzo a compressione anche dopo raffreddamento dell’adesivo sigillante.

Nella composizione secondo la presente invenzione il rapporto in peso tra le quantità di detto copolimero etilene-ottene e di detta poliolefina modificata con anidride maleica à ̈ vantaggiosamente compreso tra 1: 1 e 10:1, più preferibilmente tra 3:1 e 8:1, ancora più preferibilmente tra 4:1 e 6:1.

Preferibilmente, detta poliolefina modificata con anidride maleica à ̈ un copolimero di polietilene/polipropilene innestato con anidride maleica avente un indice di MFI (acronimo inglese per “Melt flow index†) maggiore di 1 g/10 min e una densità tra 0.87 e 0.96 g/cc . L’indice di MFI à ̈ un parametro che identifica la fluidità del materiale polimerico allo stato fuso ad una specifica temperatura e con una definita pressione applicata e che può essere valutato in conformità della procedura internazionale nota come ISO 1133, analogamente alla densità delle stesse composizioni generalmente valutate secondo la procedura internazionale ASTM D 792.

Preferibilmente detto copolimero etilene /ottene à ̈ caratterizzato da un grado di cristallinità compreso tra il 10 e il 35%, più preferibilmente tra 13 e 25%, da una densità tra 0.86 e 0.90 g/cc e da un indice MFI pari o superiore a 5 g/10 min .

Preferibilmente, detto copolimero etilene-vinil acetato possiede un alto contenuto di vinil acetato (maggiore di 30%in peso) ed ha un indice MFI maggiore di di 30 g/10 min .

Come cariche inerti, la composizione secondo la presente invenzione può comprendere gessi, silicati, ossidi di silicio e nero fumo di carbone. Preferibilmente la composizione secondo l’invenzione comprende una miscela di talco e nero di carbone. In modo particolarmente vantaggioso, viene utilizzata una miscela di talco e nero di carbone in proporzione in peso compresa tra 6:1 e 8:1.

Come assorbitori di umidità, possono essere utilizzati i composti comunemente utilizzati nelle composizioni sigillanti per isolamento di dispositivi, per esempio polveri di uno o più composti scelti nel gruppo formato da ossidi di metalli alcalino terrosi ed aluminosilicati. Gli ossidi di metalli alcalino terrosi sono preferibilmente scelti tra gli ossidi di calcio, stronzio, bario, magnesio. Preferibilmente, come assorbitori di umidità vengono utilizzati ossido di calcio e ossido di magnesio.

Gli agenti di conservazione preferibilmente utilizzati nella composizione secondo la presente invenzione sono scelti nel gruppo formato da fenoli stericamente impediti, ammine impedite e composti mercaptanici.

Secondo una forma realizzativa preferita dell’invenzione, la composizione sigillante comprende:

- detta poliolefina modificata con anidride maleica in quantità compresa tra 5% e 20% in peso, più preferibilmente tra 8% e 10% in peso, rispetto al peso complessivo della composizione;

- detto copolimero etilene-ottene in quantità compresa tra 40% e 60% in peso, più preferibilmente tra 50% e 55% in peso, rispetto al peso complessivo della composizione;

- detto copolimero etilene-vinil acetato in quantità compresa tra 0,5% e 5% in peso, più preferibilmente tra 1% e 4% in peso, rispetto al peso complessivo della composizione.

- detta almeno una carica inerte in quantità compresa tra 2% e 30% in peso, più preferibilmente tra 4% e 10% in peso, rispetto al peso complessivo della composizione;

- detto almeno un assorbitore di umidità in quantità compresa tra 20% e 40% in peso, più preferibilmente tra 25% e 35% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; e

- detto almeno un agente di conservazione in quantità compresa tra 0,5% e 5% in peso, più preferibilmente tra 1% e 3% in peso, rispetto al peso complessivo della composizione.

La composizione secondo la presente invenzione comprende inoltre vantaggiosamente almeno un ritardante di fiamma, preferibilmente costituito da diidrossido di magnesio.

Tale ritardante di fiamma à ̈ presente nella composizione secondo una forma realizzativa preferita dell’invenzione in quantità compresa tra 0,5% e 3% in peso rispetto al peso complessivo della composizione.

La composizione sigillante secondo l’invenzione può essere formulata in una unica miscela utilizzabile come tale, oppure in due pre-miscele da miscelare immediatamente prima dell’utilizzo da parte dell’utente finale.

La composizione sigillante secondo la presente invenzione viene vantaggiosamente utilizzata per fabbricare strutture di isolamento per qualsiasi dispositivo sensibile all’umidità, come per esempio dispositivi elettronici, dispositivi fotosensibili, dispositivi medicali con particolare riferimento a pacemaker, dispositivi organici elettroluminescenti, con particolare riferimento ai dispositivi OLED ed OLET, nonchà ̈ nei pannelli solari comprendenti almeno una cella fotovoltaica.

In un suo aspetto, l’invenzione si riferisce inoltre ad un pannello solare comprendente almeno una cella fotovoltaica interposta tra almeno un primo substrato ed almeno un secondo substrato, ad esempio una lastra in vetro, metallo o altro materiale impermeabile all’umidità. Tra detto primo substrato e detto secondo substrato à ̈ disposta una composizione secondo la presente invenzione in qualità di sigillante, oltre ad eventuali ulteriori elementi come un distanziatore in materiale metallico.

L’invenzione à ̈ illustrata dai seguenti esempi non limitativi:

ESEMPIO 1

Una composizione polimerica in accordo alla presente invenzione venne ottenuta dal mescolamento di polietilene (1-ottene) tipo DOW Engage® 8411, di una poliolefina modificata con anidride maleica tipo DOW Amplify<TM>TY 1351, di un copolimero random etilene-vinil acetato prodotto attraverso polimerizzazione radicalica ad alta pressione tipo Arkema Evatane® 33-45, e di un agente di conservazione tipo Etileneglicol bis [3,3-bis (3-ter-butil-4-idrossifenil)butirrato] , nelle proporzioni in peso, rispettivamente, di 100:19:6:3.

La miscela così ottenuta venne riscaldata ad una temperatura di circa 220°C in una camera termostatata contenente due utensili controrotanti a cui à ̈ impostato un numero di giri costante (sistema bi-vite) e mantenuta in rotazione per 3 minuti.

Vennero quindi aggiunte una miscela di talco e nero fumo di carbone in rapporto 10:1 ed una miscela di CaO e MgO in rapporto 2:1, rispettivamente per quantità del 6% e del 28% rispetto al peso totale della composizione così ottenuta. La miscela venne mantenuta quindi in rotazione a velocità costante e venne poi aggiunto un ritardante di fiamma in quantità corrispondente al 2% in peso rispetto alla composizione. La temperatura venne incrementata sino a 245°C.

La composizione venne raffreddata e sottoposta a caratterizzazione mediante analisi in calorimetria a scansione differenziale, per valutarne l’intervallo delle temperature di transizione di fase, identificato tra 26 e 137°C in conseguenza della fusione della fase cristallina.

Inoltre, vennero determinate le proprietà di adesione su vetro nel modo seguente. Venne preparato un campione di spessore di 0.3mm attraverso processo di laminazione a 150°C su provini di vetro con sezione di sovrapposizione pari a 25 *10mm. Il campione fu sottoposto ad una prova di trazione, applicando un pre-carico di 1N per 10s (velocità di precarico di 1 mm/min) e quindi una cella di carico da 10 kN (anche questa con una velocità della prova di 1 mm/min).

Il risultato della prova evidenziò una elevata adesione su vetro per uno sforzo minimo di adesione pari a 1250N per uno spessore del provino di 0.3mm.

ESEMPIO 2 - COMPARATIVO

Il processo descritto nell’esempio 1 venne ripetuto con l’unica differenza che non venne aggiunto nessun copolimero etilene-vinilacetato. Venne così preparata una composizione polimerica identica a quella descritta nell’esempio 1, ma priva di copolimero di etilene vinil acetato .

La composizione ottenuta fu sottoposta a Lap shear test al fine di determinarne le proprietà di adesione su vetro. Il risultato della prova evidenziò una elevata adesione su vetro per uno sforzo minimo di adesione pari a 1140N per uno spessore del provino di 0.3mm. Tale valore mostra una riduzione delle proprietà di adesione del 10% rispetto alla formulazione impiegante copolimero etilene-vinil acetato

ESEMPIO 3 - COMPARATIVO

Una composizione polimerica venne ottenuta con il metodo di preparazione descritto nell’esempio 1, ma utilizzando, come unico componente polimerico, poli(isobutilene) avente una massa molare media ponderale di 60.000 g/mol. All’interno di una camera termostatata contenente due utensili controrotanti a cui à ̈ impostato un numero di giri costante, vennero introdotti il summenzionato componente polimerico ed un agente di conservazione, talco, nero di carbone ed ossido di calcio nelle proporzioni in peso analoghe a quelle utilizzate per gli esempi 1 e 2.

L’analisi in calorimetria a scansione differenziale mostra una transizione endotermica reversibile dovuta alla fusione di una limitata frazione cristallina tra i 36 e i 120°C fusione. Tale analisi evidenzia che oltre i 120°C il materiale à ̈ completamente fuso con conseguente drastica riduzione delle proprietà meccaniche.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione sigillante per l’isolamento di dispositivi sensibili all’umidità comprendente: - un copolimero etilene-ottene; - una poliolefina modificata con anidride maleica; - un copolimero etilene-vinil acetato; - almeno una carica inerte; - almeno un assorbitore di umidità; e - almeno un agente di conservazione stabilizzante o antiossidante.
2. 2. Composizione secondo la precedente rivendicazione caratterizzata dal fatto che la somma del peso di detti copolimero etilene-ottene, poliolefina modificata con anidride maleica, copolimero etilene-vinil acetato, carica inerte, assorbitore di umidità ed agente di conservazione costituiscono almeno il 95% del peso complessivo della composizione.
3. 3. Composizione secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detta poliolefina modificata con anidride maleica à ̈ un copolimero di polietilene/polipropilene innestato con anidride maleica.
4. 4. Composizione secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che detto copolimero di polietilene/polipropilene innestato con anidride maleica ha un indice Melt Flow Indexsuperiore a 1 g/10 min e una densità tra 0,87 e 0,96 g/cc.
5. 5. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto copolimero etilene /ottene ha un indice Melt Flow Index pari o superiore a 5 g/10 min.
6. 6. Composizione secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto copolimero etilene/vinilacetato possiede un contenuto di vinilacetato superiore al 30 % in peso ed ha un indice di Melt Flow Index superiore a 30 g/10 min.
7. 7. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta almeno una carica inerte comprende una miscela di talco e nero di carbone in proporzione in peso compresa tra 6: 1 e 8:1.
8. 8. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto almeno un assorbitore di umidità comprende polveri di uno o più composti scelti tra ossido di calcio, ossido di stronzio, ossido di bario, ossido di magnesio e aluminosilicati.
9. 9. Composizione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto almeno un assorbitore di umidità comprende ossido di calcio ed ossido di magnesio.
10. 10. Composizione secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un ritardante di fiamma.
11. 11. Composizione secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere: - detta poliolefina modificata con anidride maleica in quantità compresa tra 5% e 20% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto copolimero etilene-ottene in quantità compresa tra 40% e 60% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto copolimero etilene-vinil acetato in quantità compresa tra 0,5% e 5% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detta almeno una carica inerte in quantità compresa tra 2% e 30% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto almeno un assorbitore di umidità in quantità compresa tra 20% e 40% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto almeno un agente di conservazione antiossidante o stabilizzante in quantità compresa tra 0,5% e 5% in peso rispetto al peso complessivo della composizione.
12. 12. Composizione secondo la precedente rivendicazione, caratterizzata dal fatto di comprendere: - detta poliolefina modificata con anidride maleica in quantità compresa tra 8% e 10% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto copolimero etilene-ottene in quantità compresa tra 50% e 55% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto copolimero etilene-vinil acetato in quantità compresa tra 1% e 4% in peso, rispetto al peso complessivo della composizione. - detta almeno una carica inerte in quantità compresa tra 4% e 10% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto almeno un assorbitore di umidità in quantità compresa tra 25% e 35% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; - detto almeno un agente di conservazione antiossidante o stabilizzante in quantità compresa tra 1% e 3% in peso rispetto al peso complessivo della composizione; e - detto almeno un ritardante di fiamma in quantità compresa tra 0,5% e 3% in peso rispetto al peso complessivo della composizione.
13. 13. Uso di una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12 come sigillante in un dispositivo sensibile all’umidità.
14. 14. Uso secondo la precedente rivendicazione in cui tale dispositivo sensibile all’umidità à ̈ un pannello solare comprendente almeno una cella fotovoltaica.
15. 15. Pannello solare comprendente almeno una cella fotovoltaica, almeno un primo substrato ed almeno un secondo substrato, cui caratterizzato dal fatto che tra detto primo substrato e detto secondo substrato à ̈ disposta una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.