CN101981117A - 热熔组合物、密封材料和太阳能电池 - Google Patents

热熔组合物、密封材料和太阳能电池 Download PDF

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Abstract

公开了一种热熔组合物，其特征在于包括(a)一种丁基橡胶和(b)至少一种选自氢化萜酚、苯乙烯改性萜烯和氢化萜烯的物质。所述热熔组合物可用作用于密封太阳能电池的密封材料。

Description

热熔组合物、密封材料和太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种热熔组合物、一种密封材料和一种太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是一种将光能转化为电的发电系统，其特征为可连续发电而无需任何燃料、其中无可拆卸部分因而维护性能较好、不排放温室效应气体如二氧化碳、以及可安装在屋顶或墙壁上而无需较大空间等。利用这些特征，太阳能电池被安装在诸如宇宙空间、山区和孤岛等难以采用其他发电和供电方法的地方。此外，太阳能电池还作为清洁发电系统而安装在办公室和家庭中。
太阳能电池通过用金属框和玻璃保护一个称作电池的太阳能电池元件从而形成一块板来制备。使用多种树脂在所述金属框和玻璃间形成一个密封层，所述树脂的一个已知实例为热熔树脂(见专利文献1)。对于对金属和玻璃的密合性以及施加负载时的应力松弛性而言，热熔树脂比其他树脂更好。
现有技术文件
专利文件1：日本未审查专利申请公开文本NO.2006-290943
发明内容
发明要解决的问题
在常规热熔组合物中，密合性不足，因而当短时间内对其施加重负载时，会发生粘结失败，当连续对其施加负载时，会发生界面剥离。
另外，常规热熔组合物有时会污染用作太阳能电池中的太阳能电池填充材料的EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂)板(使其变黄)。一旦EVA受到污染，太阳能电池的外观会变差，并且太阳能电池的发电效率会降低。
由此作出的本发明的一个目的是提供一种热熔组合物、一种密封材料和一种太阳能电池，所述热熔组合物对金属、玻璃等具有改进的密合性，并且不易污染EVA板等。
解决所述问题的方案
本发明的热熔组合物包括(a)丁基橡胶和(b)一种或多种选自氢化萜酚、苯乙烯改性萜烯和氢化萜烯的物质。
本发明的热熔组合物对金属、玻璃等具有优良的密合性。因此，例如当使用本发明的热熔组合物作为密封材料来密封由金属、玻璃等制成的元件间的缝隙时，可以形成一种密封结构，即使在使所述元件分离的方向上施加负载的情况下，该密封结构也不易破坏。
另外，即使待密封的元件具有不同的热膨胀系数，例如其中一个元件为金属，另一个为玻璃，也可通过使用本发明的热熔组合物作为密封材料而降低由于热膨胀系数的不同而导致的劣化。因此，所述密封结构不易受到破坏。
另外，与常规热熔组合物相比，即使也接触EVA板，本发明的热熔组合物也不易使EVA板变黄(污染)。例如，当使用本发明的热熔组合物作为密封材料用于使用EVA板作为填充材料的太阳能电池时，可减少EVA板变黄(污染)，从而可避免太阳能电池外观变差。当使用本发明的热熔组合物作为密封材料时，还可防止由EVA板变黄导致的太阳能电池发电效率降低。
太阳能电池可具有例如图1所示的结构。太阳能电池10包括玻璃板1、嵌入了电池2的EVA板3和以层状堆积的背板4、和附着在背板4下面的接线盒7。即，使用EVA板3作为太阳能电池10中电池2的填充材料。
所述太阳能电池10还包括在外部保持玻璃1、EVA板3和背板4的铝制框架6，玻璃1、EVA板3和背板4与铝制框架6之间的缝隙用由本发明的热熔组合物构成的密封材料5密封。如图1所示，尽管密封材料5与EVA板3接触，但密封材料5不易使EVA板3变黄(污染)。
本发明的热熔组合物可广泛用于其它多种已使用常规热熔组合物的应用中，例如用于密封幕墙、汽车灯和建筑物的玻璃开口元件。
混入上述丁基橡胶以使热熔组合物具有密封性能、耐候性、耐水性、耐热性、减震性等。丁基橡胶优选具有20至90的门尼(Mooney)粘度和约0.5至约5.0的不饱和度。
上述组分(b)(一种或多种选自氢化萜酚、苯乙烯改性萜烯和氢化萜烯的物质)可改进所述热熔组合物的密合性。通过将组分(b)混入其中，本发明的热熔组合物带来增加的密合性和不会污染基质材料如EVA的效果。作为组分(b)，可仅混入氢化萜酚、苯乙烯改性萜烯和氢化萜烯之一，或可混入其中的两种或三种。相对于整个本发明的热熔组合物，组分(b)的混合量优选在总计10至45重量％的范围内。
市售的氢化萜酚产品的实例有YS Polyster TH 130和YSPolyster UH 115(商品名，均由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)。苯乙烯改性萜烯市售产品的一个实例为YS Resin To 115(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)。
市售的氢化萜烯产品的实例有Clearon P 115、Clearon M 115和Clearon K 110(商品名，均由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)。特别地，Clearon M 115和Clearon K 110是氢化萜烯中的苯乙烯改性氢化萜烯。
本发明的热熔组合物还可混入苯乙烯嵌段共聚物。混入苯乙烯嵌段共聚物以确保热熔组合物的弹性、粘合力或对基质材料的密合性等。为确保弹性和粘合力，苯乙烯嵌段共聚物适合的平均分子量为30000至500000。苯乙烯嵌段共聚物的实例有苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、α-甲基苯乙烯-丁二烯-α-甲基苯乙烯嵌段共聚物、α-甲基苯乙烯-异戊二烯-α-甲基苯乙烯嵌段共聚物；及其氢化和改性产物，如苯乙烯-乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEEPS)、和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)。
当混入苯乙烯嵌段共聚物时，相对于整个热熔组合物，丁基橡胶和苯乙烯嵌段共聚物的混合量优选选自分别为20至35重量％和3至15重量％的范围，以获得密封性能、耐候性、耐水性、耐热性、减震性等与弹性和粘合力之间的良好平衡。
优选还向本发明的热熔组合物中添加蜡或液体树脂以控制其在熔化过程中的流动性和粘着性。液体蜡的一个具体实例为石蜡，而液体树脂的具体实例为液体聚丁二烯和液体聚丁烯。
除了上述组分，可将诸如滑石、粘土、二氧化硅、碳酸钙、二氧化钛和空心填充剂等填充材料混入本发明的热熔组合物中。尤其是，空心填充剂具有改进填充性能、降低重量和调节流动性的作用，还具有不易沉降的特性。填充材料的具体实例有平均粒径为100μm以下且表观比重为1.0以下的玻璃微珠、珠光体、二氧化硅珠、氧化铝珠、碳珠和硅铝酸盐珠。其中，就可用性、成本等而言，优选二氧化硅珠。
此外，当需要耐热老化性能时，可添加抗氧化剂。抗氧化剂的实例有基于铜的抗氧化剂、基于铜盐的抗氧化剂、基于卤化铜的抗氧化剂、基于磷的抗氧化剂、基于酚的抗氧化剂、基于位阻胺的抗氧化剂、基于硫的抗氧化剂、基于内酯的抗氧化剂、芳香族胺、和金属钝化剂如螯合剂。
基于酚的抗氧化剂的实例有2，6-二叔丁基酚衍生物、2-甲基-6-叔丁基酚衍生物、3-(3，5-二丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、4，4-亚丁基-二(6-叔丁基-间甲酚)、季戊四醇基-四{3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯}、2-{1-(2-羟基-3，5-二叔戊基苯基)-乙基}-4，6-二叔戊基苯基丙烯酸酯等。
基于磷的抗氧化剂的实例有三(2，4-二叔丁基苯基)磷酸酯、环新戊烷四(2，4-二叔丁基苯基)磷酸酯、二硬脂基戊烷赤藓醇二磷酸酯、磷酸二氢钠、磷酸氢钠等。
基于位阻胺的抗氧化剂的实例有二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、1，2，3，4-四(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶氧基羰基)丁烷、琥珀酸二甲酯-1-(2-羟基乙基-4-羟基-2，2，6，6-四甲基哌啶)缩聚物、1-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)-1，1-二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶氧基羰基)戊烷、N，N-二(3-氨基丙基)乙二胺、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、二(辛酰基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯等。
本发明的热熔组合物优选基本不含可能促进EVA板变黄的物质(例如酚改性萜烯等)。此处术语“基本不含”包括以不会导致EVA板变黄的极少量包含所述物质的情况。
本发明的热熔组合物可通过在Banbury混合器、加热捏合器、单轴挤出机、双轴挤出机等中捏合上述混合组分制备。
附图说明
图1是示出太阳能电池10结构的横截面视图。
符号说明
1...玻璃、2...电池、3...EVA板、4...背板、5...密封材料、6...铝制框架、7...接线盒、10...太阳能电池
具体实施方式
尽管下文将通过实施方案更详细地描述本发明，但本发明不应限于这些实施方案。
实施方案1
1.热熔组合物的制备
根据表1和表2中所述的混合比，将“混合”栏中列出的组分用sigma桨片捏合机加热混合，以得到实施方案1-1至1-13和比较例R1中的热熔组合物。
表1
Figure BPA00001231101600051
Figure BPA00001231101600061
表2
Figure BPA00001231101600062
Figure BPA00001231101600071
在表1和表2中，Butyl 065(商品名，由Japan Butyl Co.，Ltd.生产)是一种丁基橡胶。Septon 2063(商品名，由Kuraray Co.，Ltd.生产)是一种苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)。YS Resin To 115(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)是一种苯乙烯改性萜烯。Clearon P-115(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)、Clearon M-115(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)和Clearon K-110(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)均为为氢化萜烯。HV-300(商品名，由新日本石油化学公司生产)是一种液体聚丁烯。Viscol 550-P(商品名，由三洋化成工业公司生产)是一种石蜡。1，3-二(氨基丙基)四甲基二硅氧烷(APDS)是一种硅烷偶联剂。Sumilizer GA-80(商品名，由住友化学公司生产)是一种基于酚的抗氧化剂。Irgafos 168(商品名，Chiba-Geigy K.K.)是一种基于磷的抗氧化剂。Escorez ECR-235E(商品名，由Tonex Co.，Ltd.生产)是一种石油树脂(脂环族增粘剂树脂)。
2.热熔组合物带来的有益效果
(1)实施方案1-1至1-13中的热熔组合物对铝和玻璃具有优良的密合性。这通过下述实验证明。
将实施方案1-1至1-13和比较例R1中的每种热熔组合物涂布于在铝制框架中形成的槽(槽宽：5mm，槽深：7mm，槽纵向长度：50mm)中，以充满该槽，并在23℃的温度下和50％RH氛围中放置一天。
接下来，使所述铝制框架在100℃的恒温器中保持10分钟，然后从该恒温器中取出。之后立即将厚度为3mm、宽度为25mm且高度为50mm的玻璃板向所述填充有热熔组合物的铝制框架的槽中插入3mm的深度。将所述铝制框架和玻璃板冷却，并在23℃的温度下和50％RH氛围中固化3天以制备试样。以20mm/min的牵引速度将试样中的玻璃板从所述槽中拉出以强行破坏由热熔树脂制成的密封材料，并观察破坏情况。
根据以下标准评价热熔组合物的密合性。
○：全部粘结破坏
△：同时存在粘结破坏和界面剥离
×：全部界面剥离
评价结果示于上述表1和表2中。
如表1和表2所示，实施方案1-1至1-13中的热熔组合物的评价结果为○或△，这表明有优良的密合性。相反，比较例R1中的热熔组合物的评价结果为×，这表明密合性较差。
(2)EVA污染性
即使也与EVA板接触，实施方案1-1至1-13中的热熔组合物也不易使EVA板变黄(污染)。这通过下述实验证明。
使实施方案1-1至1-13和比较例R1中的每种热熔组合物粘附于EVA板上，所述EVA板粘附于玻璃上。所述热熔组合物具有直径为3mm和厚度为2mm的尺寸。将所述热熔组合物以此状态在85℃的温度下和85％RH氛围中放置1,000小时，然后根据以下标准评价存在/不存在EVA板变黄。
○：没有观察到明显变黄
×：观察到明显变黄
其评价结果示于以上表1和表2中。
如表1和表2所示，实施方案1-1至1-13中的热熔组合物的评价结果为○，这表明没有EVA的污染。
实施方案2
1.热熔组合物的制备
根据表3中所述的混合比，将“混合”栏中列出的组分用sigma桨片捏合机加热混合，以得到实施方案2-1至2-6和比较例R2至R4中的热熔组合物。
表3
Figure BPA00001231101600091
Figure BPA00001231101600101
在表3中，YS Polyster U-115(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)是一种非氢化萜烯树脂(酚改性萜烯)。YS Polyster 2115(商品名，由Yasuhara Chemical Co.，Ltd.生产)是一种双酚改性萜烯。
2.热熔组合物带来的效果
(1)实施方案2-1至2-6中的热熔组合物对铝和玻璃具有优良的密合性。这通过下述实验证明。
以与实施方案1中相同的方式，测试实施方案2-1至2-6和比较例R2至R4中的每种热熔组合物的密合性。
评价结果示于以上表3中。
如表3所示，实施方案2-1至2-6中的热熔组合物的评价结果为○或△，这表明有优良的密合性。相反，混有石油树脂而非组分(b)的比较例R4中的热熔组合物的评价结果为×，这表明密合性较差。
(2)EVA污染性
即使也与EVA板接触，实施方案2-1至2-6中的热熔组合物也不易使EVA板变黄(污染)。这通过下述实验证明。
以与实施方案1中相同的方式，评价实施方案2-1至2-6和比较例R2至R4中的每种热熔组合物的EVA污染性。
评价结果示于以上表3中。
如表3所示，实施方案2-1至2-6中的热熔组合物的评价结果为○，这表明没有EVA的污染。相反，混入酚改性萜烯或双酚改性萜烯而非组分(b)的比较例R2至R3中的热熔组合物的评价结果为×，这表明存在EVA的污染。
实施方案3
1.热熔组合物的制备
根据表4中所述的混合比，将“混合”栏中列出的组分用sigma桨片捏合机加热混合，以得到实施方案3-1至3-7和比较例R5至R7中的热熔组合物。
表4
Figure BPA00001231101600111
Figure BPA00001231101600121
Figure BPA00001231101600131
2.热熔组合物带来的效果
(1)实施方案3-1至3-7中的热熔组合物对铝和玻璃具有优良的密合性。这通过下述实验证明。
以与实施方案1中相同的方式，测试实施方案3-1至3-7和比较例R5至R7中的每种热熔组合物的密合性。
评价结果示于以上表4中。
如表4所示，实施方案3-1至3-7中的热熔组合物的评价结果为○或△，这表明有优良的密合性。相反，混入石油树脂而非组分(b)的比较例R7中的热熔组合物的评价结果为×，这表明密合性较差。
(2)EVA污染性
即使也与EVA板接触，实施方案3-1至3-7中的热熔组合物也不易使EVA板变黄(污染)。这通过下述实验证明。
以与实施方案1中相同的方式，评价实施方案3-1至3-7和比较例R5至R7中的每种热熔组合物的EVA污染性质。
评价结果示于以上表4中。
如表4所示，实施方案3-1至3-7中的热熔组合物的评价结果为○，这表明没有污染EVA。相反，混入酚改性萜烯或双酚改性萜烯而非组分(b)的比较例R5至R6中的热熔组合物的评价结果为×，这表明存在EVA的污染。

Claims (5)

1.一种热熔组合物，其特征在于其包含：
(a)丁基橡胶；和
(b)一种以上选自氢化萜酚、苯乙烯改性萜烯和氢化萜烯的物质。
2.一种密封材料，其由权利要求1所述的热熔树脂形成。
3.权利要求2所述的密封材料，其特征在于所述密封材料用于密封太阳能电池。
4.一种太阳能电池，其特征在于使用权利要求1所述的热熔组合物作为密封材料。
5.权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于使用EVA板作为太阳能电池的填充材料。
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