KR20200070328A - 광전지 봉지재 필름용 폴리올레핀 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 (A) 폴리올레핀 중합체; (B) 유기 과산화물; (C) 실란 커플링제 및 (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하는 경화성 조성물로 제조된 봉지재 필름에 관한 것이다.

Description

광전지 봉지재 필름용 폴리올레핀 조성물
본 개시는 광전지(PV) 봉지재(encapsulant) 필름용 폴리올레핀 중합체 조성물에 관련된 것이다. 한 양태에서, 본 개시는 봉지재 필름을 형성하는데 보다 짧은 공정 시간을 제공하는 폴리올레핀 중합체 조성물에 관련된 것이다. 또 다른 양태에서, 본 개시는 폴리올레핀 중합체 조성물을 포함하는 PV 봉지재 필름 및 이를 포함하는 전자 소자에 관련된 것이다.
대체 에너지에 대한 세계적인 수요는 지난 10 년에 걸쳐 태양 전지판 및 PV 모듈 생산에서의 큰 증가를 가져왔다. 태양 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 태양 전지(또한 PV 셀로 불림)는 매우 파손되기 쉬워, 내구성이 있는 봉지재 필름에 둘러싸여 있어야 한다. 봉지재 필름의 2가지 주요 기능은 (1) 태양 전지를 유리 커버 시트(coversheet) 및 백 시트(backsheet)에 접합시키고, (2) 환경 응력(예를 들어, 습기, 온도, 충격, 진동, 전기 절연 등)으로부터 PV 모듈을 보호하는 것이다. 현재 봉지재 필름은, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)가 봉지재 필름에 요구되는 특성들의 양호한 균형을 나타내기 때문에, 주로 EVA로 제조된다. EVA는 불포화 카르복실산 에스테르 공단량체가 비닐 카르복실레이트인, 에틸렌/불포화 카르복실산 에스테르 공중합체의 한 유형이다.
에틸렌/불포화 카르복실산 에스테르 공중합체가 아닌, 폴리올레핀 엘라스토머(POE)와 같은 특정한 폴리올레핀 중합체가, 봉지재 필름을 형성하기 위한 EVA에 대한 대안으로서 확인되었으며, 이는 EVA와 비교하여, 예를 들어 전기 저항률, 습윤 및 열 안정성, 및 내후성에서 이점을 갖는다. 하지만, 통상적인 POE-기반 조성물은 EVA-기반 조성물에 비해 봉지재 필름을 형성하는데 더 긴 공정 시간을 갖는다. 결과적으로, 당업계는 경화, 접착력, 부피 저항률 등에 대하여 양호한 성능을 유지하면서, 봉지재 필름을 형성하는데 짧은 공정 시간을 제공하는 신규한 POE-기반 조성물에 대한 필요성을 인식하고 있다.
특정 실시형태에서, 본 개시는 봉지재 필름을 형성하기 위한 경화성 조성물에 관련된 것으로, 이 조성물은
폴리올레핀 중합체;
유기 과산화물;
실란 커플링제; 및
하기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제;의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하며,
[R1,R2SiN(R3)2/2]n (I), 상기 식에서 아래 첨자 n은 3 이상의 정수이고; 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C4)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C4)알킬, 페닐, 또는 R1이다.
추가의 실시형태에서, 본 개시는 하기의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하는 봉지재 필름에 관련된 것으로,
폴리올레핀 중합체;
유기 과산화물;
실란 커플링제; 및
하기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제;의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하며,
[R1,R2SiN(R3)2/2]n (I), 상기 식에서 아래 첨자 n은 3 이상의 정수이고; 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C4)알케닐이고; 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C4)알킬, 페닐, 또는 R1이다.
도 1은, 예시적인 광전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는, 본 개시의 특정 실시예에 대한 침지 시간 대 침지율(soaking percentage) 곡선이다.
정의
주기율표에 대한 언급은 1990-1991 년 CRC Press, Inc.에 의해 출판된 것이다. 주기율표에서의 원소의 족에 대한 언급은 족의 번호 매기기에 대한 새로운 표기법에 의한 것이다.
미국 특허 관행상, 임의의 참조된 특허, 특허 출원 또는 공보는 특히 정의의 개시(본 명세서에 구체적으로 제공된 임의의 정의와 상충되지 않는 범위까지) 및 당업계의 일반 지식과 관련하여 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다(또는 이의 상응하는 미국 버전이 참고로 포함됨).
본원에 개시된 수치 범위는 상한 및 하한 값을 포함하는 이로부터의 모든 값을 포함한다. 명시적 값을 포함하는 범위(예를 들어, 1 또는 2 또는 3 내지 5 또는 6 또는 7)의 경우, 2개의 명시적 값 사이의 임의의 하위범위도 포함된다(예를 들어, 1 내지 2, 2 내지 6, 5 내지 7, 3 내지 7, 5 내지 6 등).
문맥으로부터 암시적이거나 당업계에서 통상적인 것에 반대로 언급되지 않는 한, 모든 부(part) 및 백분율은 중량을 기준으로 하며, 모든 시험 방법은 본 개시의 출원 일자로서 현행의 것이다.
다르게 언급되지 않는 한, 모든 시험 방법은 본 개시사항의 출원일에 통용되는 것이다.
"블렌드," "중합체 블렌드" 및 유사한 용어는 둘 이상의 중합체의 조성물을 의미한다. 그러한 블렌드는 혼화성일 수도 아닐 수도 있다. 그러한 블렌드는 상분리될 수도 상분리되지 않을 수도 있다. 그러한 블렌드는 투과 전자 분광법, 광 산란, X-선 산란, 및 도메인 구성(domain configuration)을 측정 및/또는 확인하는 데 사용되는 임의의 다른 방법으로 결정될 때, 하나 이상의 도메인 구성을 함유할 수도 함유하지 않을 수도 있다. 블렌드는 라미네이트가 아니지만, 하나 이상의 라미네이트 층이 블렌드를 함유할 수 있다.
본원에 사용될 때, "조성물"은 조성물을 포함하는 물질의 혼합물뿐만 아니라 조성물의 물질로부터 형성된 반응 생성물 및 분해 생성물을 포함한다.
용어 "포함하는", "함유하는", "갖는" 및 이들의 파생어는, 임의의 추가 성분, 단계 또는 절차의 존재가 구체적으로 개시되어 있는지의 여부와는 상관없이, 이들을 배제하고자 하는 것은 아니다. 의심의 여지를 피하기 위해, 용어 "포함하는"의 사용을 통해 청구된 모든 조성물은, 달리 언급되지 않는 한, 중합체성인지 여부에 관계없이, 임의의 추가적인 첨가제, 보조제 또는 화합물을 포함할 수 있다. 대조적으로, 용어 "~로 본질적으로 이루어진"은, 실시 가능성에 필수적이지 않은 것을 제외하고, 임의의 다른 구성 요소, 단계 또는 절차를 임의의 계속되는 열거 범위에서 배제한다. 용어 "~로 이루어진"은, 구체적으로 열거되지 않은 임의의 구성 요소, 단계 또는 절차를 배제한다. 용어 "또는"은, 달리 언급되지 않는 한, 개별적으로의 열거된 구성원뿐만 아니라 임의의 조합으로의 열거된 구성원을 지칭한다. 단수 형태의 사용은 복수 형태를 포함하며, 그 반대도 마찬가지이다.
"직접 접촉하다"는, 제1 층이 제2 층에 바로 인접하여 위치하고, 제1 층과 제2 층 사이에 어떠한 개재 층도 개재 구조도 존재하지 않는 층 구성을 나타낸다.
용어 "보조 작용제"는, 가교를 증진시키는 화합물, 즉, 경화 보조 작용제를 의미한다.
용어 "보조 작용제", "보조-작용제", "가교 보조 작용제" 및 "가교 보조-작용제"는 본원에서 상호 교환적으로 사용된다. "통상적인 보조 작용제"는, 가교를 증진시키고, 각각의 백본 또는 고리 하부구조에 탄소 원자를 함유하는 비(非)고리형 또는 고리형 화합물이다. 따라서, 통상적인 보조 작용제의 백본 또는 고리 하부구조는 탄소를 기반으로 한다(탄소계 하부구조). 대조적으로, 규소계 보조 작용제는 가교를 증진시키고, 각각의 백본 또는 고리 하부구조에 규소 원자를 함유하는 비고리형 또는 고리형 화합물이다.
화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 고리형 규소계 보조 작용제이다. POE-기반 조성물에서 통상적인 보조 작용제의 사용은 최신 기술을 대표한다.
용어 "경화" 및 "가교"는 가교된 생성물 (네트워크 중합체)을 형성하는 것을 의미하는 것으로 본원에서 상호 교환적으로 사용된다.
본원에 사용된 바, "중합체"는, 동일하거나 상이한 유형의 단량체를 중합하여 제조된 중합체성 화합물이다. 따라서, 일반 용어 중합체는, 용어 동종중합체(오로지 하나의 유형의 단량체로 제조된 중합체를 나타내는데 사용되며, 단, 미량의 불순물이 중합체 구조에 혼입될 수 있음이 이해됨), 및 본원에 정의된 바와 같은 용어 혼성중합체를 포함한다. 미량의 불순물, 예를 들어 촉매 잔류물은 중합체에 및/또는 중합체 내에 혼입될 수 있다.
본원에 사용된 바, "혼성중합체"는, 적어도 2가지 상이한 유형의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 나타낸다. 따라서, 일반 용어 혼성중합체는, 공중합체(2 가지 상이한 유형의 단량체로 제조된 중합체를 나타내는데 사용됨), 및 2 가지 초과의 상이한 유형의 단량체로 제조된 중합체를 포함한다.
"프로필렌계", "프로필렌계 중합체", "폴리프로필렌" 등의 용어는, 중합된 프로필렌 단량체를 (중합 가능한 단량체의 총량을 기준으로) 50 중량 백분율 (중량%) 내지 100 중량% 함유하고, 선택적으로, 적어도 하나의 공단량체를 함유할 수 있는 중합체를 나타낸다. 이러한 용어는 프로필렌 동종중합체 및 프로필렌 혼성중합체(프로필렌 및 하나 이상의 공단량체로부터 유도된 단위, 예컨대 프로필렌/알파-올레핀 혼성중합체를 의미함)를 포함한다.
"에틸렌계", "에틸렌계 중합체", "폴리에틸렌" 등의 용어는, 중합된 에틸렌 단량체를 (중합 가능한 단량체의 총량을 기준으로) 50 중량% 내지 100 중량% 함유하고, 선택적으로, 적어도 하나의 공단량체를 함유할 수 있는 중합체를 나타낸다. 이러한 용어는 에틸렌 동종중합체 및 에틸렌 혼성중합체(에틸렌 및 하나 이상의 공단량체로부터 유도된 단위, 예컨대 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 의미함)를 포함한다.
본원에 사용된 바, "알파-올레핀"은, 1 차 (알파) 위치에 에틸렌성 불포화를 갖는 탄화수소 분자이다. 예를 들어, 본원에 사용된 바, "(C3-C20)알파-올레핀"은, (i) 오로지 하나의 에틸렌성 불포화(이러한 불포화는 제1 탄소 원자와 제2 탄소 원자 사이에 위치함), 및 (ii) 적어도 3개의 탄소 원자, 또는 3 내지 20개의 탄소 원자를 포함하는 탄화수소 분자로 구성된 탄화수소 분자이다. 예를 들어, 본원에 사용된 바, (C3-C20) 알파-올레핀은 H2C=C(H)-R을 나타내며, 여기서 R은 직쇄 (C1-C18)알킬기이다. (C1-C18)알킬기는, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 1가 미치환된 포화된 탄화수소이다. R의 비제한적인 예는, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실 및 옥타데실이다. (C3-C20) 알파-올레핀의 비제한적인 예에는, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-도데센, 및 이러한 단량체 중 2가지 이상의 혼합물이 포함된다. (C3-C20) 알파-올레핀은 시클로헥산 또는 시클로펜탄과 같은 고리형 구조를 가질 수 있어, 3-시클로헥실-1-프로펜 (알릴 시클로헥산) 및 비닐 시클로헥산과 같은 알파-올레핀을 생성할 수 있다. (C3-C20) 알파-올레핀은 에틸렌 단량체와 함께 공단량체로서 사용될 수 있다.
용어 "에틸렌 함유 중합체"는, H2C = CH2에서 유도된 반복 단위를 함유하는 거대분자를 의미한다.
"폴리올레핀 엘라스토머" 또는 "POE"는, 중합된 알파-올레핀 단량체(에틸렌 포함)를 50 중량% 이상 함유하는 엘라스토머 중합체를 나타낸다. "폴리올레핀 엘라스토머"는, 비제한적으로, 본원에 기재된 에틸렌계 중합체 및 프로필렌계 중합체를 포함한다. 본원에 사용된 바, 용어 "폴리올레핀 엘라스토머"는, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 공중합체를 배제한다.
"비(非)극성 중합체" 등의 용어는, 영구 쌍극자를 갖지 않는, 즉, 양성 말단 및 음성 말단을 갖지 않으며, 헤테로원자 및 작용기가 없는 중합체를 나타낸다. "작용기" 및 유사한 용어는 특정 화합물에 그의 특징적인 반응을 제공하는 것을 담당하는 모이어티 또는 원자단을 지칭한다. 작용기의 비-제한적인 예는 헤테로 원자-함유 모이어티, 산소-함유 모이어티(예: 알코올, 알데히드, 에스테르, 에테르, 케톤 및 퍼옥사이드 기) 및 질소-함유 모이어티(예: 아마이드, 아민, 아조, 이미드, 이민, 나이트레이트(nitrate), 니트릴 및 나이트라이트(nitrite) 기)를 포함한다. "헤테로원자"는, 탄소 또는 수소 이외의 원자이다.
"광전지", "PV 셀" 등의 용어는, 당업계에 공지된 임의의 몇 가지 무기 또는 유기 유형의 광전지 효과 재료를 하나 이상 함유하는 구조를 의미한다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 태양 전지 효과 재료는 결정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 구리 인듐 갈륨(다이) 셀레나이드(CIGS), 구리 인듐 셀레나이드(CIS), 카드뮴 텔루라이드, 갈륨 아세나이드, 염료-감응 물질 및 유기 광전지 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 공지된 태양 전지 효과 재료를 포함한다. 도 1에 제시된 바와 같이, PV 셀은 전형적으로 라미네이트 구조에 이용되며, 입사광을 전류로 전환시키는 적어도 하나의 광반응성 표면을 갖는다. 태양 전지는 이 분야의 전문가에게 잘 알려져 있으며 전지(들)을 보호하고 이들의 다양한 용도의 환경, 전형적으로 실외 용도로 이를 사용할 수 있도록, 태양 전지 모듈로 일반적으로 패키지된다. PV 전지는 본질적으로 가요성 또는 강성일 수 있으며, 태양 전지 효과 재료 및 이의 제조에 적용되는 임의의 보호 코팅 표면 재료뿐만 아니라 적합한 배선 및 전자 구동 회로를 포함한다.
"태양 전지 모듈," "PV 모듈" 및 유사한 용어는 PV 전지를 포함하는 구조를 지칭한다. PV 모듈은 또한 커버 시트, 전면 봉지재 필름, 후면 봉지재 필름 및 백 시트를 포함할 수 있으며, 여기서 PV 셀은 전면 봉지재 필름과 후면 봉지재 필름 사이에 샌드위치되어 있다.
"실온"은, 약 20 내지 약 25℃의 온도 범위를 나타낸다.
"추가 가공", "추가로 가공된" 등의 용어는, 비제한적으로, 컴파운딩(compounding), 블렌딩, 용융 블렌딩, 압출(예를 들어, 필름 압출), 혼련, 흡수, 사출 및 성형(예를 들어, 사출 성형, 압축 성형, 중공 성형 등)을 포함하는 폴리올레핀의 제조 공정 단계를 나타낸다. 적합한 컴파운딩 장비의 비제한적인 예에는, 내부 배치 혼합기(예를 들어, BANBURY 및 BOLLING 내부 혼합기), 및 연속식 단축 또는 이축 혼합기 (예를 들어, FARREL 연속식 혼합기, BRABENDER 단축 혼합기, WERNER 및 PFLEIDERER 이축 혼합기 및 BUSS 혼련 연속식 압출기)가 포함된다. 이용되는 혼합기의 유형 및 혼합기의 작동 조건은 점도, 부피 저항률 및 압출된 표면 평활성과 같은 조성물의 특성에 영향을 미칠 수 있다.
현재, 봉지재 필름은 주로 EVA로 제조된다. 하지만, 봉지재 필름에 제공할 수 있는 특정한 이점(비제한적으로, 전기 저항률, 습윤 및 열 안정성 및 내후성을 포함함)으로 인해, EVA-기반 조성물을 EVA를 포함하지 않는 폴리올레핀 중합체 조성물 (예를 들어, 본원에 정의된 바와 같은 폴리올레핀 엘라스토머 (POE))로 대체하는 것에 대한 관심이 크다. 하지만, POE-기반 봉지재 필름을 형성하는데 있어서의 어려움은 EVA-기반 봉지재 필름의 형성에 비해 긴 가공 시간이다. 구체적으로, EVA-기반 또는 POE-기반 봉지재 필름을 형성하는 공정에서, 초기 단계는 EVA 또는 POE를 경화 패키지(과산화물, 실란 커플링제 및 가교 보조-작용제를 포함함)로 침지시키는 것일 수 있다. POE의 경우, 이러한 초기 침지 단계는, 통상적인 경화 패키지를 사용할 때, EVA(예를 들어, 약 1 시간)에 비해 훨씬 긴 시간(예를 들어, 최대 16 시간)이 걸릴 수 있다. 따라서, POE에 대한 보다 긴 침지 시간은 POE-기반 봉지재 필름을 형성하기 위한 생산성을 상당히 제한하고, 제조 비용을 증가시킨다. 이를 위해, 본 개시는 통상적인 가교 보조-작용제(예를 들어, 트리알릴 이소시아누레이트(TAIC))가 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제로 대체될 때, 경화 패키지로 POE를 침지시키는데 요구되는 시간의 놀랍고도 예상치 못한 단축을 제공한다.
조성물
본 개시의 조성물("본 발명의 조성물")은, (A) 폴리올레핀 중합체; (B) 유기 과산화물; (C) 실란 커플링제; 및 (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하는, 봉지재 필름을 형성하기 위한 경화성 조성물이다.
(A) 폴리올레핀 중합체
본 발명의 조성물은 폴리올레핀 중합체를 포함한다. 특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 폴리올레핀 중합체를 80 중량% 내지 99.99 중량%(예를 들어, 80 중량% 내지 99.88 중량%, 85 중량% 내지 99.88 중량%, 88 중량% 내지 99.88 중량%, 90 중량% 내지 99 중량%, 95 중량% 내지 99 중량%, 97 중량% 내지 99 중량%, 97.50 중량% 내지 98.50 중량%, 및/또는 97.75 중량% 내지 98.25 중량%) 포함한다. 또 다른 방식으로, 특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 폴리올레핀 중합체를 80 중량% 또는 85 중량% 또는 88 중량% 또는 90 중량% 또는 95 중량% 또는 97 중량% 또는 97.50 중량% 또는 97.75 중량% 내지 98.25 중량% 또는 98.5 중량% 또는 99 중량% 또는 99.88 중량% 또는 99.99 중량% 포함한다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 본원에 정의된 바와 같은 폴리올레핀 엘라스토머이다. 추가의 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 비극성 폴리올레핀 엘라스토머이다.
일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 에틸렌성 단량체 단위 50 내지 100 중량%, (C3-C20) 알파-올레핀 유래 공단량체 단위 50 내지 0 중량%, 및 선택적으로 디엔계 공단량체 단위 20 내지 0 중량%를 포함하는 에틸렌계 중합체이며, 여기서 총 중량 백분율은 100 중량%이다. 디엔 공단량체 단위를 제조하는데 사용된 디엔은 1,3-부타디엔, 1,5-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 디시클로펜타디엔, 또는 비닐 노르보르넨일 수 있다.
일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 프로필렌계 단량체 단위 50 내지 100 중량%, 에틸렌계 또는 (C4-C20) 알파-올레핀 유래 공단량체 단위 50 내지 0 중량%, 및 선택적으로 디엔계 공단량체 단위 20 내지 0 중량%를 포함하는 프로필렌계 중합체이며, 여기서 총 중량 백분율은 100 중량%이다. 디엔 공단량체 단위를 제조하는데 사용된 디엔은 1,3-부타디엔, 1,5-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 디시클로펜타디엔, 또는 비닐 노르보르넨일 수 있다.
일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 (C3-C20)알파-올레핀 단량체 단위를 99 내지 100 중량% 함유하는 폴리((C3-C20)알파-올레핀) 동종중합체, 또는 적어도 2가지 상이한 (C3-C20)알파-올레핀 단량체/공단량체 단위를 99 내지 100 중량% 함유하는 폴리((C3-C20)알파올레핀) 공중합체이다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체이다. 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체는 랜덤 또는 블록 혼성중합체일 수 있다. 블록 혼성중합체는 다중블록 공중합체 및 이중블록 공중합체를 포함한다. 적합한 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체의 비제한적인 예에는, 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/1-부텐 및 에틸렌/부텐/1-옥텐 혼성중합체가 포함된다. 일부 실시형태에서, 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체이다. 적합한 에틸렌/알파-올레핀 공중합체의 비제한적인 예에는, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/1-헥센 공중합체 및 에틸렌/1-옥텐 공중합체가 포함된다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 프로필렌/알파-올레핀 혼성중합체이며, 여기서 "알파-올레핀"은 에틸렌을 포함한다. 일부 실시형태에서, 프로필렌/알파-올레핀 혼성중합체는 프로필렌/알파-올레핀 공중합체이다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 0.850 g/cc 내지 0.900 g/cc(예를 들어, 0.855 g/cc 내지 0.900 g/cc, 0.860 g/cc 내지 0.900 g/cc, 0.865 g/cc 내지 0.900 g/cc, 0.870 g/cc 내지 0.890 g/cc, 0.875 g/cc 내지 0.890 g/cc, 0.875 g/cc 내지 0.885 g/cc 및/또는 0.880 g/cc 내지 0.885 g/cc)의, ASTM D792에 따른 밀도를 갖는다. 또 다른 방식으로, 폴리올레핀 중합체는 0.850 g/cc 또는 0.855 g/cc 또는 0.860 g/cc 또는 0.865 g/cc 또는 0.870 g/cc 또는 0.875 g/cc 또는 0.880 g/cc 내지 0.885 g/cc 또는 0.890 g/cc 또는 0.900 g/cc의, ASTM D792에 따른 밀도를 갖는다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 1 g/10분 내지 100 g/10분(예를 들어, 1 g/10분 내지 75 g/10분, 1 g/10분 내지 50 g/10분, 1 g/10분 내지 45 g/10분, 1 g/10분 내지 40 g/10분, 1 g/10분 내지 35 g/10분, 1 g/10분 내지 30 g/10분, 5 g/10분 내지 25 g/10분, 10 g/10분 내지 25 g/10분, 15 g/10분 내지 25 g/10분, 15 g/10분 내지 20 g/10분 및/또는 18 g/10분 내지 20 g/10분)의, ASTM D1238(190℃/2.16 kg)에 따른 용융 지수 (MI)를 갖는다. 또 다른 방식으로, 특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 1 g/10분 또는 5 g/10분 또는 10 g/10분 또는 15 g/10분 또는 18 g/10분 내지 20 g/10분 또는 25 g/10분 또는 30 g/10분 또는 35 g/10분 또는 40 g/10분 또는 45 g/10분 또는 50 g/10분 또는 75 g/10분 또는 100 g/10분의, ASTM D1238(190℃/2.16 kg)에 따른 용융 지수를 갖는다.
일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 40℃ 내지 125℃의 용융점을 갖는다. 일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 40℃ 또는 45℃ 또는 50℃ 또는 55℃ 내지 60℃ 또는 65℃ 또는 70℃ 또는 80℃ 또는 90℃ 또는 95℃ 또는 100℃ 또는 110℃ 또는 120℃ 또는 125℃의 용융점을 갖는다.
일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 -35℃ 내지 -100℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 일부 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체의 유리 전이 온도(Tg)는 -35℃ 또는 -40℃ 또는 -45℃ 또는 -50℃ 내지 -80℃ 또는 -85℃ 또는 -90℃ 또는 -95℃ 또는 -100℃이다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 비극성 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체이다.
특정 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체는 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는 에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체이다:
0.850 g/cc 또는 0.855 g/cc 또는 0.860 g/cc 또는 0.865 g/cc 또는 0.870 g/cc 또는 0.875 g/cc 또는 0.880 g/cc 내지 0.885 g/cc 또는 0.890 g/cc 또는 0.900 g/cc의 밀도;
1 g/10분 또는 5 g/10분 또는 10 g/10분 또는 15 g/10분 또는 18 g/10분 내지 20 g/10분 또는 25 g/10분 또는 30 g/10분 또는 35 g/10분 또는 40 g/10분 또는 45 g/10분 또는 50 g/10분 또는 75 g/10분 또는 100 g/10분의 용융 지수; 및/또는
40℃ 또는 45℃ 또는 50℃ 또는 55℃ 내지 60℃ 또는 65℃ 또는 70℃ 또는 80℃ 또는 90℃ 또는 95℃ 또는 100℃ 또는 110℃ 또는 120℃ 또는 125℃의 용융점(Tm).
폴리올레핀 중합체는 상기 실시형태 중 2개 이상의 블렌드 또는 조합일 수 있다. 폴리올레핀 중합체는 또한 하나 이상의 다른 중합체와 블렌딩되거나 이로 희석될 수 있다.
폴리올레핀 중합체는 당업계에 공지된 임의의 적합한 공정에 의해 제조될 수 있다. 폴리올레핀 중합체를 제조하기 위한 임의의 통상적인 또는 이후에 발견된 제조 방법이 본 개시의 폴리올레핀 중합체를 제조하는데 이용될 수 있다. 적합한 제조 방법은, 비제한적으로 지글러-나타(Ziegler-Natta), 크롬 산화물, 메탈로센, 구속된 기하구조, 후메탈로센 촉매를 포함하는 하나 이상의 중합 촉매를 사용하여 수행되는 배위 중합 공정 또는 고압 중합 공정과 같은 하나 이상의 중합 반응을 포함한다. 적합한 온도는 0℃ 내지 250℃, 또는 30℃ 또는 200℃이다. 적합한 압력은 대기압(101 kPa) 내지 10,000 기압(대략 1,013 메가파스칼("MPa"))이다. 대부분의 중합 반응에서, 이용되는 촉매 대 중합 가능한 올레핀(단량체/공단량체)의 몰비는 10-12:1 내지 10-1:1 또는 10-9:1 내지 10-5:1이다.
폴리올레핀 중합체의 비제한적인 예에는, The Dow Chemical Company의 ENGAGETM 폴리올레핀 엘라스토머, The Dow Chemical Company의 AFFINITYTM 폴리올레핀 플라스토머, The Dow Chemical Company의 INFUSETM 올레핀 블록 공중합체, The Dow Chemical Company의 INTUNETM PP-기반 올레핀 블록 공중합체, Exxon Chemical Company의 EXACTTM 수지, Mitsui Chemicals의 TAFMERTM 수지, LG Chemical의 LUCENETM 수지, Eastman Chemical Company의 EASTOFLEXTM 수지 및 The Dow Chemical Company의 FLEXOMERTM 수지가 포함된다.
(B) 유기 과산화물
본 발명의 조성물은 유기 과산화물을 포함한다. 특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 유기 과산화물을 0.1 중량% 내지 3 중량%(예를 들어, 0.1 중량% 내지 2.5 중량%, 0.1 중량% 내지 2 중량%, 0.5 중량% 내지 1.5 중량% 및/또는 1 중량% 내지 1.5 중량%) 포함한다. 또 다른 방식으로, 본 발명의 조성물은 유기 과산화물을 0.1 중량% 또는 0.5 중량% 또는 1 중량% 내지 1.5 중량% 또는 2 중량% 또는 2.5 중량% 또는 3 중량% 포함한다.
특정 실시형태에서, 유기 과산화물은 탄소 원자, 수소 원자 및 2개 이상의 산소 원자를 함유하고, 적어도 하나의 -O-O- 기를 가지며, 단, 하나 초과의 -O-O- 기가 존재하는 경우, 각각의 -O-O- 기가 하나 이상의 탄소 원자를 통해 또 다른 -O-O- 기에 간접적으로 결합되어 있는 분자, 또는 이러한 분자의 집합이다.
유기 과산화물은 화학식 RO-O-O-RO의 모노퍼옥시드일 수 있으며, 여기서 각각의 RO는 독립적으로 (C1-C20)알킬기 또는 (C6-C20)아릴기이다. 각각의 (C1-C20)알킬기는 독립적으로 미치환되거나, 1 또는 2개의 (C6-C12)아릴기로 치환된다. 각각의 (C6-C20)아릴기는 미치환되거나, 1 내지 4개의 (C1-C10)알킬기로 치환된다. 대안적으로, 유기 과산화물은 화학식 RO-O-O-R-O-O-RO의 디퍼옥시드일 수 있으며, 여기서 R은 (C2-C10)알킬렌, (C3-C10)시클로알킬렌 또는 페닐렌과 같은 2가 탄화수소 기이고, 각각의 RO는 상기 정의된 바와 같다.
적합한 유기 과산화물의 비제한적인 예에는, 디큐밀 퍼옥시드; 라우릴 퍼옥시드; 벤조일 퍼옥시드; 3차 부틸 퍼벤조에이트; 디(3차-부틸) 퍼옥시드; 큐멘 히드로퍼옥시드; 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸-퍼옥시)헥신-3; 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸-퍼옥시)헥산; 3차 부틸 히드로퍼옥시드; 이소프로필 퍼카르보네이트; 알파,알파'-비스(3차-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠; t-부틸퍼옥시-2-에틸헥실-모노카르보네이트; 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,5,5-트리메틸 시클로헥산; 2,5-디메틸-2,5-디히드록시퍼옥시드; t-부틸큐밀퍼옥시드; 알파,알파'-비스(t-부틸퍼옥시)-p-디이소프로필 벤젠; 비스(1,1-디메틸에틸) 퍼옥시드; 비스(1,1-디메틸프로필) 퍼옥시드; 2,5-디메틸-2,5-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시) 헥산; 2,5-디메틸-2,5-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시) 헥신; 4,4-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시) 발레르산; 부틸 에스테르; 1,1-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산; 벤조일 퍼옥시드; tert-부틸 퍼옥시벤조에이트; 디-tert-아밀 퍼옥시드 ("DTAP"); 비스(알파-t-부틸-퍼옥시이소프로필) 벤젠 ("BIPB"); 이소프로필큐밀 t-부틸 퍼옥시드; t-부틸큐밀퍼옥시드; 디-t-부틸 퍼옥시드; 2,5-비스(t부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산; 2,5-비스(t-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥신-3,1,1-비스(t부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산; 이소프로필큐밀 큐밀퍼옥시드; 부틸 4,4-디(tert-부틸퍼옥시) 발레레이트; 디(이소프로필큐밀) 퍼옥시드 등이 포함된다.
적합한 상업적으로 입수 가능한 유기 과산화물의 비제한적인 예에는, AkzoNobel의 TRIGONOX(R) 및 ARKEMA의 LUPEROX(R)이 포함된다.
(C) 실란 커플링제
본 발명의 조성물은 실란 커플링제를 포함한다. 특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 실란 커플링제를 0.01 중량% 내지 2 중량%(예를 들어, 0.05 중량% 내지 1.5 중량%, 0.1 중량% 내지 1 중량%, 0.15 중량% 내지 0.5 중량%, 0.2 중량% 내지 0.4 중량% 및/또는 0.25 중량% 내지 0.3 중량%) 포함한다. 또 다른 방식으로, 본 발명의 조성물은 실란 커플링제를 0.01 중량% 또는 0.05 중량% 또는 0.1 중량% 또는 0.15 중량% 또는 0.2 중량% 또는 0.25 중량% 내지 0.3 중량% 또는 0.4 중량% 또는 0.5 중량% 또는 1 중량% 또는 1.5 중량% 또는 2 중량% 포함한다.
일부 실시형태에서, 실란 커플링제는 적어도 하나의 알콕시기를 함유한다. 적합한 실란 커플링제의 비제한적인 예에는, γ-클로로프로필 트리메톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 비닐-트리스-(β-메톡시)실란, 알릴트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, β-(3,4-에톡시-시클로헥실)에틸 트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필 트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시실란 및 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트가 포함된다.
일부 실시형태에서, 실란 커플링제는 비닐 트리메톡시실란 또는 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트 또는 알릴트리메톡시실란이다.
(D) 보조-작용제
본 발명의 조성물은 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함한다: [R1,R2SiN(R3)2/2]n (I), 여기서, 아래 첨자 n은 3 이상의 정수이고; 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C4)알케닐이고; 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C4)알킬, 페닐 또는 R1이다.
특정 실시형태에서, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 하기의 제한 중 어느 하나에 의해 추가로 설명된다: (i) 아래 첨자 n은 3임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임.
특정 실시형태에서, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 하기의 제한 중 어느 하나에 의해 추가로 설명된다: (i) 아래 첨자 n은 4임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임.
특정 실시형태에서, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 하기의 제한 중 어느 하나에 의해 추가로 설명된다: (i) 아래 첨자 n은 5 또는 6임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임.
특정 실시형태에서, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 알케닐-관능성 모노시클릭 유기실라잔이다.
특정 실시형태에서, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 교대 배열로 배치된 규소 및 질소 원자로 구성된 단일 고리 하부구조; 및 불포화 유기기; 및 선택적으로 H, 포화된 또는 방향족 치환기를 함유하는 분자 또는 이러한 분자의 집합이며, 여기서 적어도 2개의 불포화 유기기가 존재하고, 고리 하부구조에서 적어도 2개의 규소 원자는 각각 이에 결합된 적어도 하나의 불포화 유기기를 갖고, 불포화 유기기를 고려한 후, 규소 원자 및 질소 원자의 임의의 나머지 원자가는 H, 포화된 또는 방향족 치환기에 결합된다.
화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 6-원 고리 (n = 3), 8-원 고리 (n = 4), 10-원 고리 (n = 5) 또는 12-원 고리 (n = 6)로 구성되는 모노시클릭 유기실라잔일 수 있다. 고리 하부구조는 화학식 (I)의 단위들로 구성된다: [R1,R2SiN(R3)2/2]n (I), 여기서, 아래 첨자 n, R1 R2 및 R3은 상기 정의된 바와 같다. 각각의 [R1,R2SiN(R3)2/2]n 단위에서, R1 및 R2 기는 이의 규소 원자에 결합되고, R3은 이의 질소 원자에 결합된다. 일부 양태에서, R1 및 R2는 동일하고, 대안적으로 상이하다.
특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물의 보조-작용제는 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔으로만 구성된다.
본 발명의 조성물에서 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔의 양은 가교 유효량일 수 있다. 용어 "가교 유효량"은, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔에서 유도된 다가 가교기를 통해 폴리올레핀 거대분자를 가교시킬 수 있는 환경 하에서 충분한 양(예를 들어, 중량%)을 의미한다. 상기 환경은 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔의 로딩(loading) 수준(중량%), 과산화물 경화 실시형태에서의 유기 과산화물의 로딩 수준(중량%) 또는 방사선 조사 경화 실시형태에서의 방사선량을 포함할 수 있다. 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔의 가교 유효량은, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이 없는 비교 조성물보다, 유기 과산화물의 특정 로딩 수준(중량%)에서 또는 방사선 조사의 특정 방사선량 수준에서 보다 큰 가교 정도를 제공한다. 상기 환경은 또한, 존재하는 경우, 본 발명의 조성물에 존재하는 다른 성분 또는 임의의 선택적 첨가제의 총량에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 조성물의 보조-작용제의 가교 유효량을 결정함에 있어서, 가교의 존재는 이동식 다이 유량계(moving die rheometer(MDR))를 사용하여 토크(torque)의 증가에 의해 검출될 수 있다. 일부 양태에서, 가교의 존재는 용매 추출율(Ext%)로서 검출될 수 있다. Ext% = W1/Wo*100%(여기서, W1은 추출 후 중량이고, Wo은 추출 전 본래 질량이고, / 는 나누기를 의미하고, *는 곱하기를 의미함). 가교된 폴리올레핀 생성물에서 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔의 불포화 유기기(예를 들어, R1)의 탄소-탄소 이중 결합의 부재 또는 감소된 수준 ((A) 폴리올레핀 중합체와의 커플링으로 인해)은, 탄소-13 또는 규소-29 핵 자기 공명(13C-NMR 분광법 및/또는 29Si-NMR) 분광법에 의해 검출될 수 있다.
특정 실시형태에서, 본 개시의 조성물은 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를, 0.01 중량% 내지 5 중량%(예를 들어, 0.05 중량% 내지 4.5 중량%, 0.1 중량% 내지 4 중량%, 0.15 중량% 내지 3.5 중량%, 0.2 중량% 내지 3 중량%, 0.25 중량% 내지 2.5 중량%, 0.3 중량% 내지 2 중량%, 0.35 중량% 내지 1.5 중량%, 0.4 중량% 내지 1.25 중량%, 0.45 중량% 내지 1 중량%, 0.5 중량% 내지 1 중량% 등) 포함한다. 또 다른 방식으로, 본 개시의 조성물은 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를, 0.01 중량% 또는 0.05 중량% 또는 0.1 중량% 또는 0.15 중량% 또는 0.2 중량% 또는 0.25 중량% 또는 0.3 중량% 또는 0.35 중량% 또는 0.4 중량% 또는 0.45 중량% 또는 0.5 중량% 내지 1 중량% 또는 1.25 중량% 또는 1.5 중량% 또는 2 중량% 또는 2.5 중량% 또는 3 중량% 또는 3.5 중량% 또는 4 중량% 또는 4.5 중량% 또는 5 중량% 포함한다.
특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하며, 단, 상기 조성물에는 포스파젠 염기가 없다(즉, 결여되어 있다). 특정 실시형태에서, 본 발명의 조성물에는 임의의 개환 촉매가 없다. 추가의 실시형태에서, 폴리올레핀 중합체가 에틸렌 함유 중합체이고, (화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔의) 아래 첨자 n이 4인 경우, 본 발명의 조성물은 산화알루미늄, 규산알루미늄, 규산칼슘, 규산마그네슘, 실리카, 이산화티타늄 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 무기 충전제를, 24 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 22 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 20.0 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 15 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 10 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 전혀 함유하지 않는다. 추가의 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 Al을 함유하는 고체, Ca을 함유하는 고체, Mg을 함유하는 고체, Si를 함유하는 고체, Ti을 함유하는 고체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 임의의 무기 충전제를, 20 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 15 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 10 중량% 이상 함유하지 않고, 대안적으로 전혀 함유하지 않는다. 추가의 실시형태에서, 본 발명의 조성물에는 실세스퀴옥산, 대안적으로 임의의 실록산이 없다. 일부 양태에서, 본 발명의 조성물에는 실세스퀴옥산 및 상기 언급된 무기 충전제의 군 중 어느 하나가 없다.
특정 실시형태에서, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔은 통상적인 보조-작용제의 특정한 제한을 극복한다. 예를 들어, 통상적인 보조-작용제는 전형적으로 폴리올레핀 조성물에서 제한된 용해성 또는 혼화성을 갖는다. 이는 조성물에서 보조-작용제의 최대 로딩 수준을 제한한다. 이는 또한 보조-작용제를 바람직하지 않게 조성물의 표면(예를 들어, 펠릿의 표면)으로 이동시켜, 조성물의 저장 수명을 제한한다. 통상적인 보조-작용제는 또한 다른 문제를 제기한다. 예를 들어, 경화 시, 이는 가교 정도가 불충분한 가교된 생성물을 생성할 수 있다. 또는, 특정 제조 작업에 사용되기에는 조성물이 너무 느리게 경화될 수 있다. 또는, 조성물은 조기에 경화될 수 있다(즉, 사출 성형 및 필름 압출 동안 스코치(scorch)될 수 있음). 놀랍지 않게, 이러한 문제는 폴리올레핀이 사용되는 통상적인 보조-작용제의 구조를 제한해왔다.
전형적으로, 통상적인 보조-작용제는 2개 이상의 올레핀계 가교기에 결합된 통상적인 하부구조 기를 포함한다. 통상적인 하부구조 기는, 각각, 백본 또는 고리 탄소 원자, 및 선택적으로, 규소 원자가 아닌, 질소 및/또는 산소 원자를 함유하는 백본 또는 고리를 포함하는 비고리형 또는 고리형 다가 기이다.
(E) 선택적인 첨가제
일 실시형태에서, 본 조성물은 하나 이상의 선택적인 첨가제를 포함한다. 적합한 첨가제의 비제한적인 예에는, 항산화제, 블로킹 방지제, 안정화제, 착색제, 자외선 (UV) 흡수제 또는 안정화제, 난연제, 상용화제, 충전제, 입체장애 아민 안정화제, 트리 지연제(tree retardant), 메틸 라디칼 소거제, 스코치 지연제(scorch retardant), 조핵제, 카본 블랙 및 가공 보조제가 포함된다.
선택적 첨가제는, 본 발명의 조성물의 총 중량을 기준으로, 0 또는 0.01 중량% 또는 0.1 중량% 초과 내지 1 중량% 또는 2 중량% 또는 3 중량% 또는 5 중량%의 양으로 존재한다.
봉지재 필름
특정 실시형태에서, 본 개시는 (A) 폴리올레핀 중합체, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제 및 (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하는 경화성 조성물을 포함하는 봉지재 필름에 관한 것이다. 일부 실시형태에서, 경화성 조성물은 봉지재 필름의 전체를 형성한다.
특정 실시형태에서, 본 개시는 (A) 폴리올레핀 중합체, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제 및 (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하는 봉지재 필름에 관한 것이다. 일부 실시형태에서, 가교된 중합체 조성물은 봉지재 필름의 전체를 형성한다.
특정 실시형태에서, 본 개시는 경화성 조성물 또는 가교된 중합체 조성물을 포함하는 봉지재 필름의 형성 방법에 관한 것이다. 특정 실시형태에서, (A) 폴리올레핀 중합체, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제, (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 및 임의의 선택적 첨가제는, 당업계에 공지된 임의의 방법(예를 들어, 침지, 컴파운딩 등)을 통해, 임의의 순서로 또는 동시에 첨가되거나, 서로 조합될 수 있다. 일부 실시형태에서, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제, (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 및 임의의 선택적 첨가제가 예비 혼합되고, 예비 혼합물이 당업계에 공지된 임의의 방법을 통해, 추가 가공(예를 들어, 컴파운딩, 압출, 성형 등) 전 또는 동안 (A) 폴리올레핀 중합체에 첨가된다. 일부 실시형태에서, (A) 폴리올레핀 중합체의 건조 펠릿이 예비 혼합물(즉, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제, (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 및 임의의 선택적 첨가제로 구성된 경화 패키지)에 침지된 후, 침지된 펠릿이 추가로 가공(예를 들어, 컴파운딩, 압출, 성형 등)된다. 특정 실시형태에서, 본 개시의 가교된 중합체 조성물 및 봉지재 필름은 필름 압출 또는 압축 성형에 의해 형성된다.
일부 실시형태에서, 본 개시는 (a) (A) 폴리올레핀 중합체를 예비 혼합물로 침지시켜 침지된 폴리올레핀 중합체를 형성하는 단계 - 여기서, 예비 혼합물은 (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제 및 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 (D) 보조-작용제를 포함함 - 를 포함하는, 봉지재 필름의 형성 방법에 관한 것이다. 추가의 실시형태에서, 단계 (a)는 0℃ 내지 100℃(예를 들어, 5℃ 내지 75℃, 10℃ 내지 50℃, 15℃ 내지 45℃, 20℃ 내지 40℃ 등)의 온도에서 수행된다. 추가의 실시형태에서, 단계 (a)는 0분 내지 250분(예를 들어, 0분 내지 225분, 25분 내지 200분, 50분 내지 200분, 50분 내지 190분 등)의 지속기간(즉, 침지 시간)동안 수행된다.
통상적인 보조-작용제(예를 들어, 트리알릴 이소시아누레이트 (TAIC))를 포함하는 경화 패키지로 침지된 폴리올레핀 중합체의 건조 펠릿은, 펠릿의 완전한 침지를 위해 긴 침지 시간(최대 16 시간)을 필요로 하며, 이는 생산성을 제한하고, 제조 비용을 증가시킨다. 본원에 정의된 바, "완전한 침지"는, 90% 초과 내지 100%(예를 들어, 93% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 98% 이상 등)의 침지율을 나타낸다. 본원에 정의된 바, "침지율"은 하기를 나타낸다: (X3 - X2)/X1*100%(여기서, X1은 예비 혼합물 (유기 과산화물, 실란 커플링제 및 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제로 구성됨)의 총 중량이고, X2는 침지 단계 (a) 전 폴리올레핀 중합체의 건조 펠릿의 중량이고, X3은 특정 침지 시간 동안의 침지 단계 (a) 후 폴리올레핀 중합체의 펠릿의 중량이고, / 는 나누기를 나타내고, * 는 곱하기를 나타냄).
놀랍게도, 통상적인 보조-작용제가 화학식 (I)의 모노시클릭 실라잔을 포함하는 보조-작용제로 대체되는 경우, (A) 폴리올레핀 중합체의 완전한 침지에 요구되는 침지 시간은 유의하게 감소된다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 90% 초과의 침지율은, 공정의 단계 (a)가 실온에서 190분 미만의 지속기간 동안 수행되는 경우에 달성될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 99% 이상의 침지율은, 공정의 단계 (a)가 실온에서 225분 미만의 지속기간 동안 수행되는 경우에 달성될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 97% 이상의 침지율은, 공정의 단계 (a)가 40℃에서 50분 이하의 지속기간 동안 수행되는 경우에 달성될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 99% 초과의 침지율은, 공정의 단계 (a)가 40℃에서 80분 이하의 지속기간 동안 수행되는 경우에 달성될 수 있다.
나아가, 예상치 못하게도, 통상적인 보조-작용제가 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제로 대체되는 경우, 봉지재 필름을 형성하는데 요구되는 다른 성능(예를 들어, 경화 성능, 접착력, 부피 저항률 등)이 유지 또는 개선된다.
특정 실시형태에서, (A) 폴리올레핀 중합체의 침지된 펠릿은 추가 가공(예를 들어, 컴파운딩, 압출, 성형 등)동안 경화된다. 따라서, 특정 실시형태에서, 봉지재 필름의 형성 방법은, (2) 침지된 폴리올레핀 중합체를 경화시키고 추가로 가공하여, 봉지재 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 이와 관련하여, 침지된 폴리올레핀 중합체의 추가 가공 동안의 온도는 80℃, 또는 90℃ 내지 100℃, 또는 110℃, 또는 120℃, 또는 130℃, 또는 140℃, 또는 150℃, 또는 160℃, 또는 170℃이다.
추가의 실시형태에서, 하기 논의되는 바와 같이, 라미네이션(lamination)과 같은 다른 단계까지 경화를 회피 또는 제한하는 것이 바람직하다. 유기 과산화물의 조기 가교 및/또는 조기 분해는 유리 접착력이 감소된 봉지재 필름을 생성할 수 있다. 즉, 경화성 조성물을 포함하는 봉지재 필름은 라미네이션될 때까지 반응성을 유지하며, 이 시점에서 가교가 완결되고, 봉지재 필름의 가교된 중합체 조성물은 폴리올레핀 중합체, 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제의 반응 생성물이 된다. 따라서, 추가의 실시형태에서, 봉지재 필름의 형성 방법은, (2) 침지된 폴리올레핀 중합체를 추가로 가공하여, 경화성 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 후속 단계는, 비제한적으로, 경화성 필름을 경화시켜 봉지재 필름을 형성하는 단계, 또는 라미네이션 단계 동안 경화성 필름을 경화시켜 봉지재 필름을 형성하는 단계를 포함한다.
따라서, 침지된 폴리올레핀 중합체를 추가로 가공하기 위한 온도는 유기 과산화물의 분해 온도보다 낮을 수 있다. 일부 실시형태에서, 침지된 폴리올레핀 중합체의 추가 가공 동안의 온도는 80℃, 또는 90℃ 내지 100℃, 또는 110℃, 또는 120℃이다.
본원에 논의된 바와 같은 경화는, (A) 폴리올레핀 중합체를 (D) 보조-작용제와 반응시켜 가교된 생성물을 형성하는 방식으로, 본 발명의 조성물에의 경화 유효 방사선량의 방사선 조사 및/또는 본 발명의 조성물의 경화 효과 온도에서의 가열을 통한 자유 라디칼 경화일 수 있다. 가교 유효량의 화학식 (I)를 갖는 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제와, 경화 유효 방사선량 또는 경화 유효 온도, 및 임의의 다른 목적하는 반응 조건(예를 들어, 압력 또는 불활성 가스 분위기)의 조합은, 본 발명의 조성물을 경화시키고, 봉지재 필름의 가교된 중합체 조성물을 제조하는데 충분하다. 방사선 조사원은 전자빔, 감마선, 자외선 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
예상외로, 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하는 본 발명의 조성물은 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이 없는 비교의 폴리올레핀 조성물에 비하여 가교와 관련된 특성을 개선시키거나 유지한다. 이러한 특성은, 경화 속도를 나타내는, 가교된 폴리올레핀 생성물에서 90% 가교를 달성하는데 걸리는 시간("t90"); 가교된 폴리올레핀 생성물에서 가교 정도를 나타내는, 보다 큰 최대 토크 값("MH"); 압출 동안 폴리올레핀 조성물의 조기 경화(예를 들어, 압출기 후 작업 대신 압출기에서의 경화)에 대한 내성을 나타내는, 스코치까지의 시간("ts1"); 및/또는 폴리올레핀 조성물 내의 보조-작용제의 적합성 및/또는 용해도를 나타내는, 일정 시간에 걸친 폴리올레핀 조성물의 저장 동안 보조-작용제의 "유출(sweat out)" 없이 보다 높은 농도로 폴리올레핀 조성물에로 로딩되는 보조-작용제의 능력을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
봉지재 필름 1: 일 실시형태에서, 봉지재 필름은 (A) 폴리올레핀 중합체, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제 및 (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하는 경화성 조성물(또는 이의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물)로 구성된다.
봉지재 필름 2: 일 실시형태에서, 봉지재 필름은 하기를 포함하는 경화성 조성물(또는 하기의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물)로 구성된다: (A) 폴리올레핀 중합체 80 중량%, 또는 85 중량%, 또는 88 중량%, 또는 90 중량%, 또는 95 중량%, 또는 97 중량%, 또는 97.50 중량%, 또는 97.75 중량% 내지 98.25 중량%, 또는 98.5 중량%, 또는 99 중량%, 또는 99.88 중량%, 또는 99.99 중량%, (B) 유기 과산화물 0.1 중량%, 또는 0.5 중량%, 또는 1 중량% 내지 1.5 중량%, 또는 2 중량%, 또는 2.5 중량%, 또는 3 중량%, (C) 실란 커플링제 0.01 중량%, 또는 0.05 중량%, 또는 0.10 중량%, 또는 0.15 중량%, 또는 0.20 중량%, 또는 0.25 중량% 내지 0.3 중량%, 또는 0.4 중량%, 또는 0.5 중량%, 또는 1 중량%, 또는 1.5 중량%, 또는 2 중량%, (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 0.01 중량%, 또는 0.05 중량%, 또는 0.10 중량%, 또는 0.15 중량%, 또는 0.20 중량%, 또는 0.25 중량%, 또는 0.30 중량%, 또는 0.35 중량%, 또는 0.40 중량%, 또는 0.45 중량%, 또는 0.50 중량% 내지 1 중량%, 또는 1.25 중량%, 또는 1.5 중량%, 또는 2 중량%, 또는 2.5 중량%, 또는 3 중량%, 또는 3.5 중량%, 또는 4 중량%, 또는 4.5 중량% 또는 5 중량%. 성분 (A), (B), (C), (D) 및 임의의 선택적인 첨가제의 총량은 조성물의 100 wt%가 되는 것으로 이해된다.
봉지재 필름 3: 일 실시형태에서, 봉지재 필름은 하기를 포함하는 경화성 조성물(또는 하기의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물)로 구성된다: (A) 폴리올레핀 중합체 95 중량% 내지 99 중량%, (B) 유기 과산화물 0.5 중량% 내지 2 중량%, (C) 실란 커플링제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%, (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 0.2 중량% 내지 1 중량%. 성분 (A), (B), (C), (D) 및 임의의 선택적인 첨가제의 총량은 조성물의 100 wt%가 되는 것으로 이해된다.
특정 실시형태에서, 본 개시의 봉지재 필름은 부피 저항률 및 유리 접착력에 대하여 하기에 논의되는 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는, 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른다.
특정 실시형태에서, 봉지재 필름은 실온에서, 1.0*1014 ohm-cm 내지 1.0*1018 ohm-cm (예를 들어, 1.0*1015 ohm-cm 내지 1.0*1018 ohm-cm, 1.0*1016 ohm-cm 내지 1.0*1018 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 1.0*1018 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 10.0*1017 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 8.0*1017 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 7.0*1017 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 6.0*1017 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 5.0*1017 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 4.0*1017 ohm-cm, 1.0*1017 ohm-cm 내지 3.0*1017 ohm-cm, 1.5*1017 ohm-cm 내지 2.5*1017 ohm-cm, 1.6*1017 ohm-cm 내지 2.1*1017 ohm-cm, 등)의 부피 저항률을 갖는 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른다. 특정 실시형태에서, 봉지재 필름은 실온에서 1.0*1014 ohm-cm 초과(예를 들어, 1.0*1015 ohm-cm 초과, 1.0*1016 ohm-cm 초과, 1.0*1017 ohm-cm 초과, 1.5*1017 ohm-cm 초과, 1.6*1017 ohm-cm 이상, 2.1*1017 ohm-cm 이상, 등) 의 부피 저항률을 갖는 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른다.
특정 실시형태에서, 봉지재 필름은 60℃에서 1.0*1014 ohm-cm 내지 1.0*1018 ohm-cm (예를 들어, 1.0*1015 ohm-cm 내지 1.0*1017 ohm-cm, 1.0*1015 ohm-cm 내지 1.0*1016 ohm-cm, 1.0*1015 ohm-cm 내지 20.0*1015 ohm-cm, 2.0*1015 ohm-cm 내지 15.0*1015 ohm-cm, 3.0*1015 ohm-cm 내지 10.0*1015 ohm-cm, 4.0*1015 ohm-cm 내지 9.0*1015 ohm-cm, 5.0*1015 ohm-cm 내지 8.0*1015 ohm-cm, 5.5*1015 ohm-cm 내지 7.5*1015 ohm-cm, 5.6*1015 ohm-cm 내지 7.3*1015 ohm-cm, 등)의 부피 저항률을 갖는 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른다. 특정 실시형태에서, 봉지재 필름은 60℃에서 1.0*1014 ohm-cm 초과(예를 들어, 1.0*1015 ohm-cm 초과, 5.0*1015 ohm-cm 초과, 5.6*1015 ohm-cm 이상, 6.0*1015 ohm-cm 이상, 6.5*1015 ohm-cm 이상, 7.0*1015 ohm-cm 이상, 7.3*1015 ohm-cm 이상, 등)의 부피 저항률을 갖는 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른다.
특정 실시형태에서, 봉지재 필름은 60 N/cm 초과(예를 들어, 70 N/cm 초과, 80 N/cm 초과, 90 N/cm 초과, 100 N/cm 초과 등)의 유리 접착력을 갖는 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른다.
본 개시의 봉지재 필름은 임의의 두께를 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 봉지재 필름은 본 발명의 조성물로 구성된 단일 층인 하나의 층이다. 일 실시형태에서, 봉지재 필름은 둘 이상의 층을 가지며, 적어도 하나의 층은 본 조성물로 구성된다.
전자 소자
본 개시의 봉지재 필름은 전자 소자 모듈을 구성하는데 사용된다. 봉지재 필름은 전자 소자에 하나 이상의 "스킨(skin)"으로서 사용되며, 즉, 예를 들어 전면 봉지재 필름 또는 후면 봉지재 필름, 또는 전면 봉지재 필름 및 후면 봉지재 필름 둘 모두(예를 들어, 소자가 재료 내에 완전히 동봉된 것)로서, 전자 소자의 한쪽 또는 양쪽 표면에 적용된다.
일 실시형태에서, 전자 소자 모듈은 (i) 적어도 하나의 전자 소자, 전형적으로 선형 또는 평면 패턴으로 배열된 복수의 전자 소자, (ii) 적어도 하나의 커버 시트 및 (iii) 본 개시에 따른 적어도 하나의 봉지재 필름을 포함한다. 봉지재 필름은 커버 시트와 전자 소자 사이에 있으며, 봉지재 필름은 전자 소자 및 커버 시트 둘 모두에 대하여 양호한 접착력을 나타낸다.
일 실시형태에서, 전자 소자 모듈은 (i) 적어도 하나의 전자 소자, 전형적으로 선형 또는 평면 패턴으로 배열된 복수의 전자 소자, (ii) 전면 커버 시트, (iii) 전면 봉지재 필름, (iv) 후면 봉지재 필름 및 (v) 백 시트를 포함하며, 여기서 (iii) 전면 봉지재 필름 및 (iv) 후면 봉지재 필름 중 적어도 하나는 본 개시의 봉지재 필름이다. 전자 소자는 전면 봉지재 필름과 후면 봉지재 필름 사이에 샌드위치되어 있으며, 커버 시트 및 백 시트는 전면 봉지재 필름/전자 소자/후면 봉지재 필름 유닛을 둘러싸고 있다.
일 실시형태에서, 커버 시트는 유리, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 또는 불소-함유 수지이다. 추가의 실시형태에서, 커버 시트는 유리이다.
일 실시형태에서, 배면 시트는 유리, 금속 또는 중합체 수지로 구성된 단일 또는 다층 필름이다. 배면 시트는 유리 또는 중합체 수지로 구성된 필름이다. 추가의 실시형태에서, 배면 시트는 불소 중합체 층 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층으로 구성된 다층 필름이다.
일 실시형태에서, 전자 소자는 광전지 또는 태양(PV) 전지이다.
일 실시형태에서, 전자 소자 모듈은 PV 모듈이다.
도 1은 예시적인 PV 모듈을 나타낸다. 강성 PV 모듈 10은 전면 캡슐화제 필름 12a 및 후면 캡슐화제 필름 12b에 의해 둘러싸이거나 캡슐화된 광전지 11 (PV 전지 11)이다. 유리 커버 시트(13)는 PV 전지(11) 위에 배치된 전방 봉지재 필름(12a) 부분의 전방 표면을 커버한다. 배면 시트(14), 예를 들어, 제 2 유리 커버 시트 또는 중합체 기재는 PV 전지(11)의 후방 표면 상에 배치된 후방 봉지재 필름(12b) 부분의 후방 표면을 지지한다. 배면 시트(14)는 반대되는 PV 전지의 표면이 햇빛에 반응하지 않으면 투명할 필요가 없다. 이 실시형태에서, 캡슐화제 필름 12a 및 12b는 PV 전지 11을 완전히 캡슐화한다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 전방 봉지재 필름(12a)은 유리 커버 시트(13)와 직접 접촉하고 후방 봉지재 필름(12b)은 배면 시트(14)와 직접 접촉한다. 전면 캡슐화제 필름 12a 및 후면 캡슐화제 필름 12b 양자 모두가 PV 전지 11에 직접 접촉되도록, PV 전지 11은 전면 캡슐화제 필름 12a와 후면 캡슐화제 필름 12b 사이에 끼워져 있다. 전면 봉지재 필름(12a) 및 후면 봉지재 필름(12b)은 또한 PV 셀(11)이 존재하지 않는 위치에서 서로 직접 접촉되어 있다.
본 개시의 봉지재 필름은 전면 봉지재 필름, 후면 봉지재 필름, 또는 전면 봉지재 필름 및 후면 봉지재 필름 둘 모두 일 수 있다. 일 실시형태에서, 본 개시의 봉지재 필름은 전면 봉지재 필름이다. 또 다른 실시형태에서, 본 개시의 봉지재 필름은 전면 봉지재 필름 및 후면 봉지재 필름 둘 모두이다.
일 실시형태에서, 본 개시의 봉지재 필름(들)은 하나 이상의 라미네이션 기술에 의해 전자 소자에 적용된다. 라미네이션에 걸쳐, 커버 시트는 봉지재 필름의 제1 안면과 직접 접촉되고, 전자 소자는 봉지재 필름의 제2 안면과 직접 접촉된다. 커버 시트는 전방 봉지재 필름의 제 1 안면과 직접 접촉되고, 배면 시트는 후방 봉지재 필름의 제 2 안면과 직접 접촉되고, 전자 소자(들)는 사이에 고정되고, 전방 봉지재 필름의 제 2 안면 및 후방 봉지재 필름의 제 1 안면과 직접 접촉된다.
일 실시형태에서, 라미네이션 온도는 유기 과산화물을 활성화시키고, 조성물을 가교시키기에 충분하며, 즉, 폴리올레핀 중합체, 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제를 포함하는 경화성 조성물은, 가교가 일어날 때, 라미네이션될 때까지 반응성을 유지한다. 가교 동안, 실란 커플링제는 실란 결합에 의해 폴리올레핀 중합체의 2개 이상의 분자 사슬 사이에 화학 결합을 형성한다. "실란 결합"은 구조 -Si-O-Si- 를 갖는다. 각각의 실란 결합은 폴리올레핀 중합체의 2개 이상 또는 3개 이상의 분자 사슬을 연결할 수 있다. 실란 커플링제는 또한 커버 시트의 표면과 상호작용하여, 봉지재 필름과 커버 시트 사이의 접착력을 증가시킨다. 라미네이션 후, 상기 조성물은 폴리올레핀 중합체, 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 보조-작용제의 반응 생성물이다.
일 실시형태에서, 전자 소자를 제조하기 위한 라미네이션 온도는 130℃, 또는 135℃, 또는 140℃, 또는 145℃ 내지 150℃, 또는 155℃ 또는 160℃이다. 일 실시형태에서, 라미네이션 시간은 8분, 또는 10분, 또는 12분, 또는 15분 내지 18분, 20분, 또는 22분, 또는 25분이다.
일 실시형태에서, 본 개시의 전자 소자는 (A) 폴리올레핀 중합체, (B) 유기 과산화물, (C) 실란 커플링제 및 (D) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제의 반응 생성물인 가교된 중합체 조성물로 구성된 봉지재 필름을 포함하며, 봉지재 필름은 60 N/cm 초과(예를 들어, 70 N/cm 초과, 80 N/cm 초과, 90 N/cm 초과, 100 N/cm 초과 등)의 초기 유리 접착력을 갖는다.
일 실시형태에서, 본 개시의 전자 소자는 부피 저항률 및 유리 접착력에 관련된 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는 봉지재 필름 1, 봉지재 필름 2 또는 봉지재 필름 3에 따른 봉지재 필름을 포함한다.
이제, 본 개시의 일부 실시형태가 하기 실시예에 상세하게 기재될 것이다.
실시예
시험 방법
밀도는 ASTM D792에 따라 측정된다. 결과는 입방 센티미터 당 그램(g)(g/cc 또는 g/cm3)으로 기록된다.
유리 전이 온도(Tg)는 ASTM D7028에 따라 측정된다.
용융 지수(MI)는 ASTM D1238(190℃, 2.16 kg)에 따라 측정되고, 10분 당 그램(g/10분)으로 보고된다.
용융점은 ASTM D3418에 따라 측정된다.
가교 또는 경화는 ASTM D5289에 따라 이동식 다이 유량계를 사용하여 시험된다. 이동식 다이 유량계(MDR)에 각각의 샘플 4 그램이 로딩된다. MDR은 150℃에서 25분 동안 실행되고, 샘플에 대하여 주어진 간격에 걸친 시간 대 토크 곡선이 제공된다. 150℃ 온도는 모듈 라미네이션 온도를 나타낸다. 25분 시험 간격 동안 MDR에 의해 가해진 최대 토크(MH)는 dNm으로 보고된다. MH는 일반적으로 25분에 나타내어지는 토크에 해당한다. 토크가 MH의 X%에 도달하는 데 걸리는 시간(tx)은 분으로 나타낸다. tx는 각 수지의 경화 동역학을 이해하기 위한 표준화된 측정이다. MH의 90%에 도달하는데 걸린 시간(T90)이 분으로 기록된다.
유리 접착력 강도(1" 내지 2"의 평균 유리 접착력 강도)는 180° 박리 시험에 의해 측정된다. 각각의 라미네이팅된 샘플(예를 들어, 비교예 및 본 발명의 실시예의 제형)의 백 시트 및 봉지재 필름 층을 통해 절단부가 만들어지고, 각각의 라미네이팅된 샘플은 3개의 1인치 너비 스트립 시편으로 분할된다(스트립이 여전히 유리 층에 부착된 상태로). 180° 박리 시험은 제어된 주변 조건 하에서 Instron TM 5565에서 수행된다. 초기 유리 접착력이 시험되고, 결과는 뉴턴/cm으로 보고된다. 각각의 샘플에 대한 평균 초기 유리 접착력 강도를 얻기 위해 3개의 시편이 시험된다.
부피 저항률은 ASTM D257을 기반으로 하기에 따라 시험된다. Keithley 8009 시험 기기와 조합된, Keithley 6517 B 전위계를 사용하여 측정된다. Keithley 모델 8009 테스트 챔버는 강제 공기 오븐 내부에 위치되고, 고온에서 작동할 수 있다(오븐의 최대 온도는 80℃이다). 누설 전류는 계측기에서 직접 판독되며 다음 방정식을 사용하여 체적 저항률을 계산한다:
Figure pct00001
[식 중, ρ는 부피 저항률(ohm-cm)이고, V는 인가된 전압(볼트)이고, A는 전극 접촉 면적(cm2)이고, I는 누설 전류(amp)이고, t는 샘플의 평균 두께임]. 샘플의 평균 두께를 얻기 위해, 각각의 샘플의 두께가 시험 전에 측정되고, 평균 두께를 얻기 위해 샘플의 5개 지점이 측정된다. 부피 저항률 시험은 실온(RT) 및 60℃에서 1000 볼트에서 수행된다. 평균을 얻기 위해 2개의 압축 성형된 봉지재 필름이 시험된다.
재료
하기 재료가 본 개시의 실시예를 제조하는데 사용된다.
POE: The Dow Chemical Company에서 입수 가능한, 0.880 g/cc의 밀도(ASTM D782) 및 18.0 g/10분의 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 2.16 kg)를 갖는 에틸렌/옥텐 공중합체.
TBEC: tert-부틸퍼옥시 2-에틸헥실 카르보네이트, J&K Scientific Ltd.에서 입수 가능한 유기 과산화물.
VMMS: 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트, Dow Corning에서 입수 가능한 실란 커플링제.
TAIC: 트리알릴 이소시아누레이트, Fangruida Chemicals Co., Ltd.에서 입수 가능한 하기의 구조를 갖는 통상적인 보조-작용제.
Figure pct00002
TMTVCS: 2,4,6-트리메틸-2,4,6-트리비닐시클로트리실라잔, TCI Chemicals에서 입수 가능한 하기의 구조를 갖는 보조-작용제:
Figure pct00003
샘플 제조
침지: 먼저 밀봉 가능한 병에 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 보조-작용제를 표 1에 기재된 목적하는 중량%로 예비 혼합하여, 하기 표 1의 제형에 따라 조성물을 제조하였다. 각각의 조성물에 대한 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 보조-작용제의 총량은 X1로서 기록하였다. 실시예에 따라 (표 1 참조) POE의 건조 펠릿을 칭량한 후 (각각의 조성물에 대한 건조 펠릿의 중량은 X2로서 기록됨), 침지용 병에 넣었다. 경화 패키지(즉, 유기 과산화물, 실란 커플링제 및 보조-작용제)의 펠릿에의 균질한 분배 및 완전한 침지를 보장하기 위해, 병을 1분 동안 흔든 후, 실온에서(RT) 또는 40℃에서 특정 시간 동안(표 2 및 3 참조) 롤러 상에 위치시켰다. 특정 시간(표 2 및 3 참조) 후, 펠릿을 병에서 꺼내고, 사용한 종이에 수분이 확인되지 않을 때까지 종이를 사용하여 펠릿의 표면을 충분히 닦아냈다. 이어서, 닦은 펠릿을 칭량하고, X3으로 기록하였다. 이어서, 상기 논의된 하기 방정식을 통해 침지율을 결정하였다: (X3-X2)/X1*100%.
표 2 및 3은 각각의 실시예에 대하여, 각각, 실온 및 40℃에서, 특정 시간에서 상기 방정식에 의해 결정된 침지율을 제공한다. 이러한 침지율은 또한 도 2의 침지 곡선에 제공되어 있다.
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
표 2 및 3뿐 아니라, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상적인 보조-작용제를 포함하는 조성물은 POE의 완전한 침지를 위해 긴 침지 시간을 필요로 한다. 이러한 조성물은 최신 기술을 대표한다. 놀랍게도, TMTVCS 기반 제형(동일한 양의 보조-작용제, 및 동일한 유기 과산화물 및 실란 커플링제가 포함됨)의 침지 시간(실온에서)은 TAIC 기반 제형의 침지 시간보다 훨씬 짧다. 나아가, 본 발명의 실시예의 경우, 침지 시간은 40℃에서 추가로 감소된다. 따라서, 통상적인 보조-작용제를 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔(예를 들어, TMTVCS)으로 대체하는 것은 침지 시간을 유의하게 감소시켜, 봉지재 필름을 형성하기 위한 전체적인 공정 시간을 단축시키는 것으로 밝혀졌다. 이 외에, 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 다른 중요한 성능 특징이 본 발명의 실시예에서 유지된다.
압축 성형: 침지 후, 침지된 펠릿을 경화시키고, 0.5 mm 봉지재 필름으로 압축 성형하였다. 압축 성형은 유압 프레스를 사용하여 수행하였다. 조성물을 압력의 적용 없이 5분 동안 120℃에서 예열한 후, 탈기시켰다. 그 후, 완전한 경화를 보장하기 위해, 조성물을 150℃의 온도에서 15분 동안 10 MPa에서 가압하였다. 마지막으로, 온도를 실온으로 냉각하고 압력이 해제된다. 이어서, 경화된 압축 성형된 봉지재 필름을 부피 저항률에 대하여 시험하였다.
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 부피 저항률 및 경화 성능에 있어서, TAIC-기반 조성물(이는 최신 기술을 대표함)과 비교하여 유사하거나 개선된 성능을 제공한다. 따라서, 본 개시는 양호한 경화 성능 및 부피 저항률을 유지하면서, 경화 패키지의 POE로의 침지 시간을 유의하게 단축시키는 신규한 POE-기반 조성물을 제공한다.

Claims (17)

  1. 봉지재 필름을 형성하는 경화성 조성물로서, 상기 조성물은
    (a) 폴리올레핀 중합체;
    (b) 유기 과산화물;
    (c) 실란 커플링제; 및
    (d) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제;
    를 포함하며,
    [R1,R2SiN(R3)2/2]n (I), 상기 식에서 아래 첨자 n은 3 이상의 정수이고; 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C4)알케닐이고; 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C4)알킬, 페닐, 또는 R1인, 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 폴리올레핀 중합체 80 중량% 내지 99.88 중량%;
    (b) 유기 과산화물 0.1 중량% 내지 5 중량%;
    (c) 실란 커플링제 0.01 중량% 내지 2 중량%; 및
    (d) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 0.01 중량% 내지 5 중량%;
    의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하는, 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올레핀 중합체가 0.850 g/cc 내지 0.890 g/cc의 밀도(ASTM D792) 및 1.0 g/10분 내지 50.0 g/10분의 용융 지수(ASTM D1238, 190℃/2.16 kg)를 포함하는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체인, 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 하기 (i) 내지 (vi)의 제한: (i) 아래 첨자 n은 3임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임, 중 어느 하나에 의해 추가로 설명되는, 조성물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 하기 (i) 내지 (vi)의 제한: (i) 아래 첨자 n은 4임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임, 중 어느 하나에 의해 추가로 설명되는, 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 하기 (i) 내지 (vi)의 제한: (i) 아래 첨자 n은 5 또는 6임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임, 중 어느 하나에 의해 추가로 설명되는, 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 2,4,6-트리메틸-2,4,6-트리비닐시클로트리실라잔; 1,3,5,7-테트라비닐-1,3,5,7-테트라메틸시클로테트라실라잔; 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 조성물.
  8. 봉지재 필름으로서,
    (a) 폴리올레핀 중합체;
    (b) 유기 과산화물;
    (c) 실란 커플링제; 및
    (d) 하기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제;
    의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하며,
    [R1,R2SiN(R3)2/2]n (I), 상기 식에서 아래 첨자 n은 3 이상의 정수이고; 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C4)알케닐이고; 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C4)알킬, 페닐, 또는 R1인, 봉지재 필름.
  9. 제8항에 있어서,
    (a) 폴리올레핀 중합체 80 중량% 내지 99.88 중량%;
    (b) 유기 과산화물 0.1 중량% 내지 5 중량%;
    (c) 실란 커플링제 0.01 중량% 내지 2 중량%; 및
    (d) 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔을 포함하는 보조-작용제 0.01 중량% 내지 5 중량%;
    의 반응 생성물을 포함하는 가교된 중합체 조성물을 포함하는, 봉지재 필름.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 폴리올레핀 중합체가 0.850 g/cc 내지 0.890 g/cc의 밀도(ASTM D792) 및 1.0 g/10분 내지 50.0 g/10분의 용융 지수(ASTM D1238, 190℃/2.16 kg)를 포함하는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체인, 봉지재 필름.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 하기 (i) 내지 (vi)의 제한: (i) 아래 첨자 n은 3임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임, 중 어느 하나에 의해 추가로 설명되는, 봉지재 필름.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 하기 (i) 내지 (vi)의 제한: (i) 아래 첨자 n은 4임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임, 중 어느 하나에 의해 추가로 설명되는, 봉지재 필름.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 하기 (i) 내지 (vi)의 제한: (i) 아래 첨자 n은 5 또는 6임; (ii) 각각의 R1은 독립적으로 (C2-C3)알케닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 H, (C1-C2)알킬 또는 (C2-C3)알케닐임; (iii) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (iv) 각각의 R1은 비닐이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임; (v) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 독립적으로 (C1-C2)알킬임; (vi) 각각의 R1은 알릴이고, 각각의 R2 및 R3은 메틸임, 중 어느 하나에 의해 추가로 설명되는, 봉지재 필름.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 모노시클릭 유기실라잔이, 2,4,6-트리메틸-2,4,6-트리비닐시클로트리실라잔; 1,3,5,7-테트라비닐-1,3,5,7-테트라메틸시클로테트라실라잔; 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는,
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 실온에서 1.0*1014 ohm-cm 이상의 부피 저항률을 추가로 포함하는, 봉지재 필름.
  16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 60℃에서 1.0*1014 ohm-cm 이상의 부피 저항률을 추가로 포함하는, 봉지재 필름.
  17. 전자 소자 모듈로서,
    전자 소자,
    커버 시트, 및
    제8항 내지 제16항 중 어느 한 항의 봉지재 필름을 포함하는, 전자 소자 모듈.
KR1020207013768A 2017-10-31 2017-10-31 광전지 봉지재 필름용 폴리올레핀 조성물 Active KR102427691B1 (ko)

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