CN102936483A - 单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，属于高分子材料技术领域。其是由以下按重量份数配比的原料构成：107硅油100份、补强填料10-200份、硅烷偶联剂0.1-1份、催化剂0.01-0.5份和交联剂5-7份。 优点： 具有优异的涂层固化速度；由于拉伸强度和断裂伸长率分别可达大于2MPa和200-500%，因此具有极致的力学性能；由于在150℃下经1000h不黄变并且不开裂，因此具有拔萃的抗老化性能；可理想地适用于太阳能组件边框的密封；提供的制备方法，工艺步骤简短，能满足工业化放大生产要求。

Description

单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，并且还涉及其制备方法。

背景技术

已有技术中普遍将单组份脱肟型硅胶（也称单组份脱酮肟型硅胶）用作太阳能光伏组件的密封胶，这种密封胶需要凭借空气中的水份与交联剂反应而使硅胶固化，但是由于空气中的水份渗透到硅胶中的速度较为缓慢，因此导致单组份脱肟型硅胶深层固化时间冗长，影响太阳能光伏组件的组装效率。并且在通常情况下这种胶的胶层最大固化深度为2-4㎜，如果超过4㎜，那么需要分两次施胶，从而更加影响太阳能光伏组件的组装效率。

使用双组份硅酮密封胶可以解决深层固化速度缓慢的问题，这种胶的技术信息可在中国专利文献中见诸，例如授权公告号CN101768421B推荐的“太阳能光伏组件用双组份硅酮密封胶及其制备方法”，又如CN102516927A提供的“太阳能光伏组件封装用双组份灌封胶及其制备方法”，等等。这种双组份硅酮胶虽然具备前述的深层固化速度快的建树，但是在施胶时即在使用时需要依赖混合装置将两个组份（业界习惯称A组份和B组份）混匀后方可使用，因此使用不便并且使用成本大，尤其，如果两个组份的混合有失均匀，那么还会影响对太阳能光伏组件的封装效果。

关于单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶的技术信息在公开的中国专利文献中不乏见诸，典型的如公开号CN101654609A介绍的“太阳能组件用单组份硅酮密封胶及其制备方法”，其组成按重量份数为：端羟基聚二甲基硅氧烷50-60份、碳酸钙补强剂55-60份、二醋酸二丁基锡催化剂0.5-1份、甲基硅烷偶联剂55-60份和乙烯基硅烷偶联剂1-2份；如，CN101792653A披露有“丙烯酸酯改性太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法”，该密封胶由以下重量份比的原料构成：α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷90份、丙烯酸酯10-15份、催化剂A0.5-0.8份、催化剂B0.8-1.2份、活性碳酸钙20-30份、硅微粉25-60份、气相白炭黑4-6份、交联剂11-15份、硅烷偶联剂2-3份和增塑剂5-8份。

依据上述CN101654609A和CN101792653A的配方可知，当要制备密封胶时，先将107硅油（端羟基聚二甲基硅氧烷）和作为补强剂的碳酸钙混合，再加入交联剂和偶联剂，然而由于107硅油和补强剂都有可以与交联剂反应的羟基，于是，为了能使107硅油上的羟基全部与交联剂反应，因此这两项专利申请方案均加入了过量的交联剂和偶联剂（CN101654609A中偶联剂的重量份数在配方中达55-60份；CN101792653A中交联剂和偶联剂的含量之和为13-18份），而所有交联剂和硅烷偶联剂都有能够与水反应的官能团（交联剂含有丁酮肟基，偶联剂含有甲氧基或乙氧基），消耗大量的水分，又因为水份在硅胶中渗透速度是一定的，所以同样时间水份渗透到密封胶中的深度就浅，从而导致该产品深层固化速度非常慢，即固化深度浅。

还如CN102618209A公布有“一种光伏组件用单组份醇型密封胶及其制备工孔”，其配方按重量份数为：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份和催化剂0.001-15份。该专利申请方案中涉及的脱醇型密封胶在户外长期使用时会黄变，影响密封胶的外观和性能，所以目前太阳能组件用的密封胶普遍使用脱肟型密封胶。

鉴于上述已有技术，本申请人作了积极而有益的探索，形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于显著提高水份在胶中的渗透速度而藉以增进固化深度、有利于改善拉伸强度和断裂伸长率而藉以体现极致的力学性能和有益于避免黄变而藉以体现优异的抗老化性能的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶。

本发明的另一任务在于提供一种单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶的制备方法，该方法具有工艺步骤简短并且工艺要求不苛刻而藉以满足工业化放大生产要求，并且由该方法制备的密封胶能够保障其所述固化速度快、固化深度深、力学性能优异以及抗老化性能理想的技术效果的全面体现。

本发明的任务是这样来完成的，一种单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其是由以下按重量份数配比的原料构成：107硅油100份、补强填料10-200份、硅烷偶联剂0.1-1份、催化剂0.01-0.5份和交联剂5-7份。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的107硅油是粘度为5000-80000CP的双端羟基聚二甲基硅氧烷。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的补强填料为碳酸钙、气相白炭黑或二氧化硅，其中：所述碳酸钙和二氧化硅的粒径为3000-5000目的粉体并且含水量小于0.1%，而所述的气相白炭黑是由气相法合成的并且含水率为小于0.6%的二氧化硅。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的硅烷偶联剂为KH792、KH560和/或550。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的催化剂为有机锡催化剂。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的有机锡催化剂为二丁基二醋酸锡或二丁基二月桂酸锡。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷或四丁酮肟基硅烷。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，包括以下步骤：

A）制备107封端硅油，将按重量份数称取的107硅油100份和交联剂5-7份投入反应容器中反应,并且控制反应温度和反应时间,在反应结束后升温并且抽真空,以抽去未反应的交联剂,控制升温温度和控制抽真空时间,抽真空后在保护气体的保护下冷却至室温，得到107封端硅油；

B）制备成品，将由步骤A）得到的107封端硅油与按重量份数称取的补强填料10-20份混合后进行抽真空搅拌，并且控制抽真空的真空度和搅拌时间，接着加入按重量份数称取的硅烷偶联剂0.1-1份和催化剂0.01-0.5份，并且继而抽真空搅拌，控制继而抽真空的真空度和控制继而搅拌时间，然后通入保护气体至常压后包装，得到成品即得到单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤A）中所述的控制反应温度和反应时间是将反应温度控制为75-85℃，将反应时间控制为110-130min；所述的控制升温温度是将升温温度控制为135-145℃，所述的控制抽真空时间是将抽真空时间控制为55-65min，所述抽真空的真空度低于-0.1MPa；所述的保护气体为氮气。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤B）中所述的控制抽真空的真空度是控制真空度低于-0.1MPa，所述控制搅拌时间是将搅拌时间控制为18-22min；所述的控制继而抽真空的真空度是控制真空度低于-0.1MPa，所述的控制继而搅拌时间是将继而搅拌时间控制为18-22min；所述的保护气体为氮气。

本发明提供的技术方案施胶深度5㎜可在24h内完成固化，而已有技术中的单组份脱肟型胶24h固化2.5㎜，因此具有优异的涂层固化速度；由于拉伸强度和断裂伸长率分别可达大于2MPa和200-500%，因此具有极致的力学性能；由于在150℃下经1000h不黄变并且不开裂，因此具有拔萃的抗老化性能；可理想地适用于太阳能组件边框的密封；提供的制备方法，工艺步骤简短，能满足工业化放大生产要求。

具体实施方式

实施例1：

A）制备107封端硅油（也可称合成107封端硅油），将按重量份数称取的并且粘度为5000CP的双端羟基聚二甲基硅氧烷100份和甲基三丁酮肟基硅烷5份投入反应容器内，在搅拌状态下并且在80℃的反应温度下反应120min，在反应结束后升温至140℃并且抽真空至真空度低于-0.1MPa，抽真空时间为60min，以抽去未反应的交联剂即抽去未反应的甲基三丁酮肟基硅烷，抽真空后在氮气保护气体下冷却至室温，得到107封端硅油；

B）制备成品，将由步骤A）得到的107封端硅油与按重量份数称取的粒径为5000目并且含水量即含水率小于0.1%的碳酸钙10份混合后进行抽真空搅拌，抽真空的真空度为-0.1MPa，搅拌20min，接着加入按重量份数称取的KH792 0.5份和二丁基二月桂酸锡0.05份，并且继而抽真空搅拌，抽真空的真空度低于-0.1MPa，继而搅拌的时间为20min，然后由氮保护气体破真空后，包装，得到成品，即得到单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶。

实施例2：

A）制备107封端硅油（也可称合成107封端硅油），将按重量份数称取的并且粘度为5000CP的双端羟基聚二甲基硅氧烷100份和甲基三丁酮肟基硅烷7份投入反应容器内，在搅拌状态下并且在75℃的反应温度下反应130min，在反应结束后升温至135℃并且抽真空至真空度低于-0.1MPa，抽真空时间为65min，以抽去未反应的交联剂即抽去未反应的甲基三丁酮肟基硅烷，抽真空后在氮气保护气体下冷却至室温，得到107封端硅油；

B）制备成品，将由步骤A）得到的107封端硅油与按重量份数称取的粒径为3000目并且含水量即含水率小于0.1%的碳酸钙100份混合后进行抽真空搅拌，抽真空的真空度为-0.1MPa，搅拌18min，接着加入按重量份数称取的KH792 0.3份和二丁基二月桂酸锡0.03份，并且继而抽真空搅拌，抽真空的真空度低于-0.1MPa，继而搅拌的时间为22min，然后由氮保护气体破真空后，包装，得到成品，即得到单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶。

实施例3：

仅将步骤A）中的双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度改为2000CP，将交联剂改用重量份数为5.5份的乙烯基三丁酮肟基硅烷，将反应温度和时间分别改为85℃和110min，将反应结束后的升温温度改为145℃，将抽真空时间改为55min；仅将步骤B）中的补强填料改用由气相法合成的并且含水率小于0.6%的二氧化硅，该二氧化硅的重量份数为200份，将抽真空搅拌的时间改为22min，将硅烷偶联剂改用KH792与KH560的组合，其中，KH792的重量份数为0.3份，而KH560的重量份数为0.4份，将催化剂二丁基二醋酸锡的重量份数改为0.02份，将继而搅拌的时间改为18min，其余均同对实施例1的描述。

实施例4：

仅将步骤A）中的双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度改为5500CP，并且将交联剂改用重量份数为6份的四丁酮肟基硅烷；将步骤B）中的补强填料改用粒径为4000目并且含水率小0.1%的粉体二氧化硅，二氧化硅的重量份数为150份，将硅烷偶联剂改用KH550，并且重量份数为0.1份，将催化剂的重量份数改为0.01份，其余均同对实施例1的描述。

实施例5：

仅将步骤A）中的双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度改为80000CP，并且将交联剂四丁酮肟基硅烷的重量份数改为6.5份；仅将步骤B）中的补强填料改用由气相法合成的并且含水水率小0.6%的二氧化硅，该二氧化硅的重量份数为50份，将硅烷偶联剂改用重量份数各为0.33份的KH792、KH560和KH550（合计0.99份），将催化剂的重量份数改为0.5份，其余均同对实施例1的描述。

对由上述实施例1至5得到的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶进行性能测试：

为了考察制得的单组份深层固化快有机硅太阳能组件胶的深层固化速度，将胶打在用聚四氟乙烯制成的斜槽内，固化24小时后观察胶的固化深度；在PE膜（聚乙烯膜）上打上2mm厚的胶，在温度为25℃湿度为50%的环境下固化，观察胶片能从PE膜上剥离的时间。为了考察制得的单组份深层固化快有机硅太阳能组件胶的力学性能，在PE膜上打上2mm厚的胶，在温度为25℃湿度为50%的环境下固化72小时后，按GB/T528-1988进行拉伸强度测试。

测试结果：

Claims (10)

1.一种单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于其是由以下按重量份数配比的原料构成：107硅油100份、补强填料10-200份、硅烷偶联剂0.1-1份、催化剂0.01-0.5份和交联剂5-7份。

2.根据权利要求1所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于所述的107硅油是粘度为5000-80000CP的双端羟基聚二甲基硅氧烷。

3.根据权利要求1所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于所述的补强填料为碳酸钙、气相白炭黑或二氧化硅，其中：所述碳酸钙和二氧化硅的粒径为3000-5000目的粉体并且含水量小于0.1%，而所述的气相白炭黑是由气相法合成的并且含水率为小于0.6%的二氧化硅。

4.根据权利要求1所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于所述的硅烷偶联剂为KH792、KH560和/或550。

5.根据权利要求1所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于所述的催化剂为有机锡催化剂。

6.根据权利要求5所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于所述的有机锡催化剂为二丁基二醋酸锡或二丁基二月桂酸锡。

7.根据权利要求1所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶，其特征在于所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷或四丁酮肟基硅烷。

8.一种如权利要求1所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A）制备107封端硅油，将按重量份数称取的107硅油100份和交联剂5-7份投入反应容器中反应,并且控制反应温度和反应时间,在反应结束后升温并且抽真空,以抽去未反应的交联剂,控制升温温度和控制抽真空时间,抽真空后在保护气体的保护下冷却至室温，得到107封端硅油；

B）制备成品，将由步骤A）得到的107封端硅油与按重量份数称取的补强填料10-20份混合后进行抽真空搅拌，并且控制抽真空的真空度和搅拌时间，接着加入按重量份数称取的硅烷偶联剂0.1-1份和催化剂0.01-0.5份，并且继而抽真空搅拌，控制继而抽真空的真空度和控制继而搅拌时间，然后通入保护气体至常压后包装，得到成品即得到单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶。

9.根据权利要求8所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，其特征在于步骤A）中所述的控制反应温度和反应时间是将反应温度控制为75-85℃，将反应时间控制为110-130min；所述的控制升温温度是将升温温度控制为135-145℃，所述的控制抽真空时间是将抽真空时间控制为55-65min，所述抽真空的真空度低于-0.1MPa；所述的保护气体为氮气。

10.根据权利要求8所述的单组份有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，其特征在于步骤B）中所述的控制抽真空的真空度是控制真空度低于-0.1MPa，所述控制搅拌时间是将搅拌时间控制为18-22min；所述的控制继而抽真空的真空度是控制真空度低于-0.1MPa，所述的控制继而搅拌时间是将继而搅拌时间控制为18-22min；所述的保护气体为氮气。