CN102618209A - 一种光伏组件用单组份醇型密封胶及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于有机硅类室温硫化硅酮密封胶，特别涉及一种光伏组件用单组份醇型密封胶及其制备工艺，适用于光伏组件铝材边框的密封，背板与边框的填充密封及接线盒的粘结。光伏组件用单组份醇型密封胶由以下成分配比而成：聚硅氧烷基础聚合物：10～100份；α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：0.1～50份；导热填料：0～500份；阻燃填料：0～300份；补强填料：0.1～500份；硅烷交联剂：0.5～10份；硅烷增粘剂：0.5～10份；铂或铂络合物：0～10份；催化剂：0.001～15份。本发明具有粘结性优异、固化速度快、吸水率低、性能优越等优点。

Description

一种光伏组件用单组份醇型密封胶及其制备工艺

技术领域：

本发明属于有机硅类室温硫化硅酮密封胶，特别涉及一种光伏组件用单组份醇型密封胶及其制备工艺，适用于光伏组件铝材边框的密封，背板与边框的填充密封及接线盒的粘结。

背景技术：

近几年，国家一直在提倡建设节约型社会、倡导节能减排、倡导低碳环保，在这样的大环境下，太阳能产业的出现到发展成为一种政策下的必然趋势。技术不的断升级也成为太阳能产业最有利的支撑。太阳能电池是太阳能产业中的一种新技术，它利用硅等半导体的量子效应，直接把太阳的可见光转变为电能。太阳能电池的核心部件为硅晶片。为保证硅晶片的光电效能及寿命，工业上会将其密封在光伏组件内部，而组件的铝边框、汇流线及接线盒等就需要用专用的密封粘结剂进行的粘结密封，避免空气中水和氧气等进入。

硅酮密封胶具有优越的耐紫外线和大气老化，在阳光、雨、雪和季节气候变换等恶劣环境中能保持30年不龟裂、不变脆、不变质的优越耐久性能以及广阔的温度范围具有50％的位移能力，并且还具备优异的电绝缘性等特点，因此十分适合用于太阳能光伏组件的封装密封。

目前用于光伏组件的单组份密封胶，固化速度慢，组件的养护时间长，影响效率。太阳能光伏组件要求密封胶应具有良好的耐高温性能及良好的阻燃导热性能，并保持良好的电绝缘性能。目前应用于光伏组件的硅酮密封胶没有涉及阻燃导热以及电绝缘等的性能。

CN101353563A提供一种太阳能电池组件用单组份硅酮密封胶，但是产品属于肟型硅酮密封胶，固化过程挥发的丁酮肟对某些金属，例如铜、铅、锌等有腐蚀作用。CN101760172 A，单组份脱醇型有机硅密封剂。提出了耐“双85”性能的光伏组件用胶，填补了光伏组件市场空白，但其未进一步提出光伏组件用胶其它关键性能，包括阻燃导热性能、电绝缘性能、吸水率等。现有产品利用硅油作为增塑剂，可能存在增塑剂迁移影响光伏组件性能的问题。目前公开的光伏组件的硅酮密封胶专利中，鲜有兼顾到上述的各项性能。市面上能符合要求的胶粘剂品种更是寥寥无几。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于光伏组件用单组份醇型密封胶，其粘结性优异、耐高温高湿性能优异、且阻燃导热和电绝缘性良好，固化速度快、操作方便。

本发明是通过以下技术手段实现的：配方：

光伏组件用单组份醇型密封胶由以下成分配比而成：

聚硅氧烷基础聚合物：10～100份

α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：0.1～50份

导热填料：0～500份

阻燃填料：0～300份

补强填料：0.1～500份

硅烷交联剂：0.5～10份

硅烷增粘剂：0.5～10份

铂或铂络合物：0～10份

催化剂：0.001～15份

其中，所述的聚硅氧烷基础聚合物由α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、α、ω-三甲氧硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-缩水甘油醚氧丙基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-氨丙基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷至少一种构成；

上述聚硅氧烷基础聚合物中，α、ω-三甲氧硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-缩水甘油醚氧丙基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-氨丙基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷是由α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷封端改性制备而成；

所述的α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：分子式为

其中R1为Me、Et、Ph或Vinyl，R2为Me货Et，y＝1～3，粘度在10～20000mPa.s；

所述的导热填料为氧化锌、氧化铝、氮化铝、碳化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅及上述物质经表面处理产物至少一种；

所述的阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三聚氰胺氰尿酸及上述物质经表面处理产物至少一种；

所述的补强填料为碳酸钙、MQ硅树脂、白炭黑、硅微粉、云母粉、膨润土或滑石粉至少一种；

所述的交联剂为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚硅酸乙酯、正硅酸丙酯至少一种；

所述的增粘剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-正丁基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、双(三甲氧基硅丙基)氨、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷至少一种；

所述的铂或铂络合物为铂黑、氯铂酸、氯铂酸-乙烯基硅氧烷络合物、氯铂酸-石蜡络合物至少一种；

所述的催化剂为钛酸异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯的乙酰乙酸乙酯螯合物、钛酸异丙酯的乙酰丙酮螯合物，二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡中至少一种。

所述的聚硅氧烷基础聚合物改性的工艺流程为：在反应釜中加入100份α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，温度控制在60～120℃，真空度为0.06～0.1MPa，脱水0.5～1小时；解除真空，按加入0.01～1份四甲基氢氧化铵、氢氧化钾或冰醋酸、二丁胺至少一种及0.1～5份正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷任意一种，温度控制在40～120℃，搅拌1～24小时，制成端烷氧基封端聚二甲基硅氧烷。

当然配方还可以优选为：

聚硅氧烷基础聚合物：100份

α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：10～50份

导热填料：50～300份

阻燃填料：50～150份

补强填料：10～150份

硅烷交联剂：5～10份

硅烷增粘剂：2～8份

铂或铂络合物：0～2份

催化剂：0.1～8份；

配方还能为：

聚硅氧烷基础聚合物：100份

α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：10份

导热填料：100～300份

阻燃填料：50～100份

补强填料：50～150份

硅烷交联剂：10份

硅烷增粘剂：3份

铂或铂络合物：0.8份

催化剂：6.1份。

制备工艺：

制备工艺分为以下步骤：

a、导热填料和阻燃填料表面处理

将0.5～10份表面处理剂包括KH550、A151、KH570、钛酸正丁酯、钛酸正丙酯、异丙基三异十八钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、四异丙基二(亚磷酯二辛酯)钛酸酯任意一种，完全溶于5～30份乙酸乙酰乙酯中，制成表面处理剂溶液；然后将100份填料加入到反应釜中，开始搅拌，再将0.5-30份表面处理剂溶液滴加入反应釜中，滴加时间控制在0.5-1h，然后升温至80-150℃，抽空搅拌0.5-3h，真空度为0.06～0.1MPa。

b、光伏组件专用胶制备

将基础聚合物与填料加入真空捏合机中，温度控制在60～160℃，真空度为0.06～0.1MPa，共混脱水1～10小时，制成基胶，然后移入高速混合机中。在室温下，将硅烷交联剂、硅烷增粘剂、铂或铂络合物、催化剂和增塑剂加入高速分散机中，与基胶抽空搅拌。真空度为0.04～0.1MPa，转速为50～1000rpm，搅拌时间为15～120分钟。

本发明具有以下优点：

a.粘结性优异：一方面采用特殊增粘剂，大大提高密封剂与组件材料的粘结性；一方面采用氨基烷氧基封端或环氧烃基酮肟基封端，体系固化时产生的氨类物质也增加体系的粘结性。采用烷氧基聚硅氧烷作为增塑剂，也可以提高密封胶的粘结性。

b.电绝缘性能、阻燃导热性良好：通过选择特别的导热填料，以及工艺上进行粒径配比的调整和其表面的处理等方法，本专利提供的太阳能光伏组件专用胶可达阻燃最高级别UL94 V-0，同时很很好的兼顾到导热性能及电气绝缘性能。

c.固化速度快：通过对有机锡及其螯合物和钛酸酯及其螯合物等催化剂的改进，大大的提高的深度固化速度，从而缩短组件的养护期，提高组件的生产效率。使用封端聚二甲基硅氧烷的深层固化速度有一定的提高。

d.吸水率低：

对导热填料和阻燃填料进行表面处理，并且部分添加MQ硅树脂作为补强填料，有效降低了硅橡胶的吸水率。从而，有效的防止水汽透过密封胶进入组件内部，保证光伏组件的光电转化率，延长组件的寿命。

e.性能优越

物理性能卓越，拉伸粘结性强，弹性好；经双“85”老化后外观基本保持不黄变，性能基本无下降。

f.醇型：固化过程脱出微量物质为醇类低分子，对基材无腐蚀。

具体实施方式：

下面给出实施例以对本发明进行具体描述，有必要在此指出以下实施例只用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

将50份α、ω-端羟基聚二甲基硅氧烷，50份α、ω-氨丙基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷，100份经表面处理后的氧化铝，50份活性氢氧化铝、10份MQ硅树脂和100份活性碳酸钙加入真空捏合机中，温度控制在150℃，真空度为0.1MPa，共混脱水4小时，制成基胶，然后移入高速混合机中。在室温下，将10份α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷、10份甲基三甲氧基硅烷、0.8份铂络合物和1份双(三甲氧基硅丙基)氨、2份γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、6份钛酸异丙酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和0.1份二丁基二月桂酸锡加入高速分散机中，与基胶抽空搅拌。真空度为0.1MPa，转速为50rpm，搅拌时间为60分钟。

性能测试结果如表1所示。可以看出，密封胶具有力学性能、电性能、导热性能和阻燃性能等综合性能。

实施例2：配比和工艺同实施例1，配方中不添加铂-乙烯基硅氧烷络合物。与实施例1相比，不添加铂或铂络合物，其阻燃性能下降至V1级。因此，添加少量的铂可以对阻燃性能有比较高的提升，可以达到UL94-V0级。

实施例3：配比和工艺同实施例1，将100份氧化铝替换成200份氮化硼。性能测试结果如表1所示，与实施例1相比，使用氮化硼代替氧化铝，其导热性能有一定的提高，导热系数从0.4W/m·K增加到0.6W/m·K。

实施例4：配比和工艺同实施例1，配方中采用未经表面处理的氧化铝和氢氧化铝，代替表面处理的氧化铝和氢氧化铝；采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷代替双(三甲氧基硅丙基)氨；并且配方中不添加MQ硅树脂。性能测试结果如表1所示。可以看出，密封胶密封胶的吸水率升高了比较多，而力学性能、电性能、导热性能都有所下降。

表1实施例产品性能测试结果

Claims (5)

1.一种光伏组件用单组份醇型密封胶，其特征在于所述的光伏组件用单组份醇型密封胶由以下成分配比而成：

聚硅氧烷基础聚合物：10～100份

α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：0.1～50份

导热填料：0～500份

阻燃填料：0～300份

补强填料：0.1～500份

硅烷交联剂：0.5～10份

硅烷增粘剂：0.5～10份

铂或铂络合物：0～10份

催化剂：0.001～15份

其中，所述的聚硅氧烷基础聚合物由α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、α、ω-三甲氧硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-缩水甘油醚氧丙基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-氨丙基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷至少一种构成；

上述聚硅氧烷基础聚合物中，α、ω-三甲氧硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-缩水甘油醚氧丙基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-氨丙基二乙氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二甲氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷、α、ω-乙烯基二乙 氧基硅氧基封端聚二甲基硅氧烷是由α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷封端改性制备而成；

所述的α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：分子式为 

其中R1为Me、Et、Ph或Vinyl，R2为Me货Et，y＝1～3，粘度在10～20000mPa.s；

所述的导热填料为氧化锌、氧化铝、氮化铝、碳化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅及上述物质经表面处理产物至少一种；

所述的阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三聚氰胺氰尿酸及上述物质经表面处理产物至少一种；

所述的补强填料为碳酸钙、MQ硅树脂、白炭黑、硅微粉、云母粉、膨润土或滑石粉至少一种；

所述的交联剂为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚硅酸乙酯、正硅酸丙酯至少一种；

所述的增粘剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-正丁基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、双(三甲氧基硅丙基)氨、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷至少一种；

所述的铂或铂络合物为铂黑、氯铂酸、氯铂酸-乙烯基硅氧烷络合物、氯铂酸-石蜡络合物至少一种； 

所述的催化剂为钛酸异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯的乙酰乙酸乙酯螯合物、钛酸异丙酯的乙酰丙酮螯合物，二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡中至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件用单组份醇型密封胶，其特征在于所述的单组份醇型密封胶由以下成分配比而成：

聚硅氧烷基础聚合物：100份

α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：10～50份

导热填料：50～300份

阻燃填料：50～150份

补强填料：10～150份

硅烷交联剂：5～10份

硅烷增粘剂：2～8份

铂或铂络合物：0～2份

催化剂：0.1～8份。

3.根据权利要求1所述的一种光伏组件用单组份醇型密封胶，其特征在于所述的单组份醇型密封胶由以下成分配比而成：

聚硅氧烷基础聚合物：100份

α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷增塑剂：10份

导热填料：100～300份

阻燃填料：50～100份 

补强填料：50～150份

硅烷交联剂：10份

硅烷增粘剂：3份

铂或铂络合物：0.8份

催化剂：6.1份。

4.一种如权利要求1所述的光伏组件用单组份醇型密封胶的制备工艺，其特征在于所述工艺为以下步骤：

a、导热填料和阻燃填料表面处理

将0.5～10份表面处理剂包括KH550、A151、KH570、钛酸正丁酯、钛酸正丙酯、异丙基三异十八钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、四异丙基二(亚磷酯二辛酯)钛酸酯任意一种，完全溶于5～30份乙酸乙酰乙酯中，制成表面处理剂溶液；然后将100份填料加入到反应釜中，开始搅拌，再将0.5-30份表面处理剂溶液滴加入反应釜中，滴加时间控制在0.5-1h，然后升温至80-150℃，抽空搅拌0.5-3h，真空度为0.06～0.1Mpa；

b、光伏组件专用胶制备

将基础聚合物与填料加入真空捏合机中，温度控制在60～160℃，真空度为0.06～0.1MPa，共混脱水1～10小时，制成基胶，然后移入高速混合机中；在室温下，将硅烷交联剂、硅烷增粘剂、铂或铂络合物、催化剂和增塑剂加入高速分散机中，与基胶抽空搅拌；真空度为0.04～0.1MPa，转速为50～1000rpm，搅拌时间为15～120分钟。 

5.根据权利要求1所述的光伏组件用单组份醇型密封胶，其特征在于所述的聚硅氧烷基础聚合物改性的工艺流程为：在反应釜中加入100份α、ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，温度控制在60～120℃，真空度为0.06～0.1MPa，脱水0.5～1小时；解除真空，按加入0.01～1份四甲基氢氧化铵、氢氧化钾或冰醋酸、二丁胺至少一种及0.1～5份正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷任意一种，温度控制在40℃～120℃，搅拌1～24小时，制成端烷氧基封端聚二甲基硅氧烷。