49●高耐久性接着剤の特性
四日市研究所
四日市研究所
四日市研究所

機能高分子Ｇ
企画開発Ｇ
機能高分子Ｇ

竹本新美
森

有光
佳治
勝朗

フロントシート（ガラス）

1．はじめに太陽電池セル

太陽電池はクリーンエネルギーの 1 つとして注目を封止材（EVA樹脂）集めているが、更なる普及には発電効率の向上だけでバックシートなく、信頼性向上や長寿命化が重要と考えられている 1）。

図１

太陽電池モジュールの代表的構成

広く普及している結晶シリコン系太陽電池モジュールは、図１のように結晶シリコンセルを樹脂封止し、表面をガラス、裏面をバックシートで挟んだ構造が一電気絶縁層般的である。バックシートは、太陽電池セルを保護す防湿層る役割を担い、信頼性や寿命を左右する重要な部材の接着層耐候層1 つである。
バックシートには、電気絶縁性、防湿性、耐候性
図２が要求され、これら多岐にわたる要求を満たすため、バックシートの代表的構成

PET フィルムやフッ素系フィルム等を貼り合せた様々な層構成が提案されており、各フィルムの貼り合せに2）ベースとすることにより、高温・高湿下でも安定な耐は接着剤が用いられている（図２） 。バックシートは、久性を有し、各種基材との接着性に優れた高耐久性接20 年以上の耐久性が必要とされ、汎用の接着剤を用着剤を開発した（図３）。加えて、従来の接着剤はオいてバックシートを貼り合せると経時で接着強度が低リゴマーをベースとしたものが主流であるが、本接着下するという問題があり 3）4）、高度な耐久性を有する剤は高耐久性に優位な高分子量のポリマーをベースと接着剤が切望されている。

し、ベースポリマー、硬化剤及び触媒の配合を最適化することにより、常温エージング性とポットライフを2．高耐久化に向けたアプローチ［1］従来技術
バックシートの各フィルムの貼り合せには、一般的にエステル系ウレタン接着剤が用いられてきた 5）。エ両立させることに成功した。

3．高耐久性接着剤の特性［1］性状

ステル系ウレタン接着剤は、主鎖中のエステル結合に高耐久性を有する新規接着剤の性状を表１に示す。

より基材との高い接着性が発現する一方で、高温・高新規接着剤は主剤と硬化剤からなる 2 液型接着剤であ湿下で加水分解が生じ、接着性が低下するといった課

り、主剤は、トルエンを溶媒とした透明液体である。

題があり、高温・高湿下でも安定な高耐久性接着剤がまた、新規接着剤は、一般的な 2 液型接着剤と同様に必要とされていた。

ドライラミネーション加工が可能である。

［2］当社のアプローチ
エステル系ウレタン接着剤はポリマーの主鎖中のエステル結合が高温・高湿下において、加水分解することにより、接着強度の低下を招くと考えられている。
そこで我々は、主鎖に安定な骨格を有し、側鎖に接着性に優れた極性基を有する極性ポリオレフィンを

表１

新規接着剤の性状

主剤
硬化剤
トルエン
−溶剤
透明液体 淡黄色液体
外観
15100
固形分［wt％］
約 2,000
粘度［mPa・s、25℃］ 約 50

TOSOH Research & Technology Review Vol.57（2013）50a）一般的なエステル系ウレタン接着剤
分子切断
⇒強度低下

エステル結合高温・高湿下b）新規接着剤
主鎖が安定⇒強度保持

高温・高湿下極性基⇒高接着性

図３

高耐久化に向けたアプローチ［2］接 着 性

表２

各接着剤の接着性

新規接着剤の PET フィルム及びアルミニウムシー
接着強度［N ／ 25mm］
PET
アルミニウムフィルム
シート
新規接着剤
1630
エステル系ウレタン接着剤716
剥離方法：T 型剥離（PET フィルム）
180°剥離（アルミニウムシート）
剥離速度：100mm ／ min

トに対する接着強度を測定した結果を表２にまとめ接着剤た。PET フィルムには、太陽電池バックシートに用いられている高い耐久性を有する PET フィルム（高耐久 PET フィルム）を使用し、アルミニウムシートには汎用のシートを使用した。
新規接着剤は、耐久 PET フィルム及びアルミニウムシートの両方に対して高い接着性を示し、一般的な新規接着剤及び一般的なエステル系ウレタン接着剤

エステル系ウレタン接着剤よりも高い接着強度を示しを用いて PET フィルム及びアルミニウムシートを貼た。

り合せ、貼り合せたサンプルの DHT を行い、4,000 時間後までの接着強度を評価した（図４）。

［3］耐 久 性

一般的なエステル系ウレタン接着剤は、試験開始（1）ダンプヒート試験（DHT）

500 時間で接着強度が低下し、試験片表面にべたつき

太陽電池モジュールの耐久性は、様々な方法により
6）試験され 、国際規格（IEC）や日本工業規格（JIS）
7）8）成分が析出し、接着剤の加水分解の進行が示唆された。
一方、新規接着剤は試験開始 4,000 時間後でも高い接ヒート試験（DHT、Damp Heat Test）があり、通常着強度を保持しており、試験片の外観変化もなく耐久85℃、85％RH、1000 時間の条件で促進試験が行われる。

性に優れた。

PETとの接着強度［N／25mm］。耐久性試験の 1 つにダンプで規格化されている

20
新規接着剤
16

エステル系ウレタン接着剤

12
DHT試験：85℃、85％RH84001000

2000

3000

4000

5000

DHT試験時間［hr］

図４

PETフィルムに対する接着強度とDHT試験時間の関係

PETとの接着強度［N／25mm］

東ソー研究・技術報告

5120
初期
16PCT72hr後PCT試験：121℃、100％RH、2atm、72hr

128
40

新規接着剤

図５

ALとの接着強度［N／25mm］

第 57 巻（2013）

エステル系
ウレタン接着剤

PCT試験前後でのPETフィルムに対する接着性40
初期PCT72hr後

30

PCT試験：121℃、100％RH、2atm、72hr

20
100

新規接着剤

図６

エステル系
ウレタン接着剤

PCT試験前後でのアルミニウムシートに対する接着性（2）プレッシャークッカー試験（PCT）［4］エージング特性

接着剤の耐久性を更に評価するため、一般に半導体

新 規 接 着 剤 は、 一 般 的 な エ ー ジ ン グ 温 度 で あ る

封止樹脂の耐久性評価に用いられる促進試験である

40℃で 4 日以内にエージングを完了させることが可能

プレッシャークッカー試験（PCT、Pressure Cookerである。また、新規接着剤は低温エージング性にも優Test）により、121℃、100%RH、72 時間での促進試験れ、常温でのエージングも可能である。図７に新規接を行った。

着剤を用いて貼り合せたサンプルを、23℃でエージン

新規接着剤及び一般的なエステル系ウレタン接着剤グを行い、硬化剤の残存率の経時変化を評価した結果を用いて PET フィルム及びアルミニウムシートを貼を示す。FT − IR 測定により硬化剤の残存率を算出しり合せ、貼り合せたサンプルの PCT 前後の接着強度た結果、23℃× 4 日で硬化剤はほぼ消費されており、を測定した（図５、６）。一般的なエステル系ウレタエージングは完了していると考えられる。新規接着剤

ン接着剤は、PCT 後に著しく接着強度が低下したのに対し、新規接着剤は、PCT 後でも高い接着強度をに優れた。
接着剤の耐久性を評価するため、接着剤のゲル分率を測定した結果、新規接着剤は PCT 後でもゲル分率は変化しなかった。このことより、新規接着剤は耐久試験後でも加水分解による分子切断がなく、架橋構造

100硬化剤の残存率［％］保持しており、接着強度の変化はほとんどなく耐久性新規接着剤101が保持されていることが強く示唆され、接着強度が保0持された要因になっていると考えられる。

1234567

エージング日数［日］図７

硬化剤の残存率とエージング日数の関係

TOSOH Research & Technology Review Vol.57（2013）52

粘度上昇率［%］50

試験機：ブルックフィールド型粘度計
試験温度：25℃

新規接着剤

40

粘度上昇率［％］＝30

X時間後の粘度
混合直後の粘度×100

2010004812162024

試験時間［hr］

図８

粘度上昇率と試験時間の関係

1.E＋08

PCT試験前PCT試験後E ［Pa］

1.E＋07

PCT試験：121℃、100％RH、2atm、72hr

引張モード
周波数：1Hz
昇温速度：4℃／min

1.E＋06
1.E＋05
1.E＋04050100150200

温度［℃］

図９

新規接着剤の貯蔵弾性率（E ）の温度依存性のエージングは、23℃という温和な条件で短時間に完価した（図９）。

了することが可能であり、高温エージングのための設

新規接着剤は、150℃以上でも流動せず、真空ラミ備等が不要で、生産性に優れるという特長を有する。

ネートによるモジュール化に対応可能な耐熱性を有していた。さらに、PCT 前後で弾性率にほとんど変化［5］ポットライフ
新規接着剤のポットライフ（可使時間）を、主剤とがなく、PCT 後でも架橋構造が保持されていると考えられる。

硬化剤を混合した後の粘度上昇率をもとに評価した

また、必要に応じて、主剤や硬化剤の配合を変更す（図８）。新規接着剤は、経時で粘度が上昇する傾向にることにより、用途に見合った弾性率、耐熱温度を選あるものの、24 時間経過後でも、粘度上昇率は 30％択することも可能である。

以下に留まり、ポットライフが長いという特長を有する。新規接着剤は、常温でエージングが可能でありながら、ポットライフが長いという 2 つの相反した性能を両立させたハンドリング性に優れる設計となっている。

4．おわりに本報で紹介した新規接着剤は、その優れた耐久性が注目され、太陽電池バックシート用接着剤や電子部品用接着剤をはじめとする高度な耐久性の求められる用［6］耐 熱 性途への展開が期待されている。

通常、バックシートは約 150℃の条件下で、EVAエネルギー分野、電子デバイス分野、航空分野、自封止膜と真空ラミネートしモジュール化されるため、動車分野、建材分野等の信頼性が求められる分野では、150℃の耐熱性が必要とされる。そのため、動的粘弾高耐久性接着剤が求められており、これらの分野への性測定により、新規接着剤の弾性率の温度依存性を評用途展開を図る所存である。

東ソー研究・技術報告

参考文献
１）シーエムシー出版、機能材料、33、3、58 − 66（2013）
２）株式会社東レリサーチセンター、透明封止材、
125 − 144（2011）３）杉本榮一、
MATERIAL STAGE、
9、1、
95 − 100（2009）４）Namsu Kim, Conf Rec IEEE Photovoltaic Spec

Conf , 37, 5, 3166 − 3169（2011）５）内藤真人、接着の技術、32、1、37 − 42（2012）６）川島康司、MATERIAL STAGE、13、3、50 − 53
（2013）
７）IEC61215
８）JIS C 8917

第 57 巻（2013）53