CN103059664A - 一种单组分水性氟涂料和太阳能电池背膜 - Google Patents

Abstract

一种单组分水性氟涂料和太阳能电池背膜，所述涂料的组分及其重量份为：水性氟乳液100～190份，固化剂55～110份，聚合物填料2.5～5份，助溶剂0.5～3份，水20～70份。本发明涂料固化后形成的涂层交联度较高，铅笔硬度在H级以上，与PET附着力高，耐丁酮的擦试性能达200次以上，能够满足太阳能电池背膜生产的需要。

Description

一种单组分水性氟涂料和太阳能电池背膜

技术领域

本发明涉及一种单组分水性氟涂料和太阳能电池背膜。

背景技术

光伏组件中太阳能电池背膜作为重要的组成部分用于保护电池片。涂布型太阳能电池背膜因具有成本低、高耐候的特点，成为近年来发展的重点。双组份水性氟涂料因活化期短，在背膜的生产中难以进行大规模生产化，研究活化期较长的单组份水性氟涂料可以克服双组份水性氟涂料的缺点。

目前，市场上出售的FEVE和PVDF单组分水性氟涂料均为热塑性氟涂料，它们能够在建筑内外墙涂料、钢结构的装饰与防腐涂装上使用。由于其存在涂层的硬度低、耐丁酮擦试差、与PET的附着力较差等缺点，无法满足太阳能电池背膜的需要。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有技术存在的不足之处，提供一种单组份水性氟涂料。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种太阳能电池背膜。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种单组分水性氟涂料，所述的水性氟涂料的组分及其重量份为：

水性氟乳液 100～190份，

固化剂 55～110份，

聚合物填料 2.5～5份，

助溶剂 0.5～3份，

水 20～70份。

上述单组分水性氟涂料中，所述的水性氟乳液中含有氟树脂和丙烯酸类树脂。

上述单组分水性氟涂料中，所述的含氟树脂可以是偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯中的一种或几种，还可以是三氟氯乙烯-烯烃共聚物。

上述单组分水性氟涂料中，所述的固化剂为封端基异氰酸酯和氨基树脂的混合物，封端基异氰酸酯和氨基树脂之间的重量比9：1～15：1。

上述单组分水性氟涂料中，所述的聚合物填料可以是平均粒径为1～4μm的丙烯酸酯聚合物颗粒、聚丙烯酸酯聚合物颗粒、含氟乙烯基聚合物颗粒或聚酰胺颗粒。

上述单组分水性氟涂料中，所述的助溶剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮或二丙酮醇。

一种太阳能电池背膜，包括基材、耐候层和粘接层，所述的耐候层由单组分水性氟涂料涂覆在基材表面经固化而得到。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明通过对组分的选择，以及对各组分之间用量比例的调整，使涂料固化后形成的涂层交联度较高，铅笔硬度在H级以上，与PET附着力为0级，耐丁酮的擦试性能达200次以上，涂层无变化；能够满足太阳能电池背膜生产的需要。

2.本发明提供的太阳能电池背膜中的耐侯层由单组分水性氟涂料直接涂覆在基材的表面，不需加入底涂，减少了生产工序，降低了生产成本，提高工作效率，并且满足太阳能电池组件的要求。

具体实施方式

一般用于太阳能电池背膜的基材是聚酯，例如，它可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）树脂、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）树脂等构成的单层或多层薄膜。从热稳定性、电绝缘性、成本等评价，最佳选择为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜。根据太阳能电池背膜的用途不同，可选择不同厚度、不同颜色的基材。

本发明的水性氟乳液中含有氟树脂和丙烯酸类树脂，其中，氟树脂可以是偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，还可以是三氟氯乙烯-乙烯酯共聚物。优选为偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，三氟氯乙烯-乙烯酯共聚物。最佳选为偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、三氟氯乙烯-乙烯酯共聚物。

本发明的水性氟乳液中的丙烯酸类树脂具有高耐候性，可以是丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丙酯共聚物等，优选丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物，更优选丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物。具有可反应官能团的丙烯酸类树脂与固化剂反应形成高交联度的分子链，提高了与PET基材的附着性能；同时与氟树脂分子链形成分子链水平的混合，丙烯酸类树脂分子链受到氟树脂分子链的保护，从而提高涂层整体的耐候性能。

为提高涂层的性能，本发明中采用的固化剂为封端基异氰酸酯和氨基树脂的混合物，封端基异氰酸酯和氨基树脂均为水溶性。单一采用水性封端基异氰酸酯作为固化剂，耐紫外老化和湿热老化后的附着力明显下降；单一采用水性氨基树脂作为固化剂，湿热老化后的涂层表面严重破损。所以采用水性封端基异氰酸酯和水性氨基树脂的混合物作为固化剂的办法，解决了涂层耐紫外老化和湿热老化后的性能问题。本发明中，封端基异氰酸酯与氨基树脂之间的重量比为9：1～15：1，能够达到涂层交联性能要求。

为了解决含氟树脂在水中的分散问题，本发明的涂料体系中，除水外还使用了少量的助溶剂，通过水和助溶剂的组合使用，将含氟树脂均匀分散成稳定的体系，提高涂层的交联密度，从而提高涂层的硬度和耐溶剂擦试性能。适合本发明的助溶剂与水和氟树脂均有相溶能力，它可以选自如二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮、二丙酮醇、二丙二醇甲醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯等；优选二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、丙二醇丙醚和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种，优选二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮或二丙酮醇。

为提高进一步提高含氟聚合物层的硬度，本发明的含氟聚合物层中含有聚合物填料，这些聚合物填料可以是丙烯酸酯聚合物颗粒、聚丙烯酸酯聚合物颗粒、含氟乙烯基聚合物颗粒、聚酰胺颗粒等，其平均粒径为1～4μm，颗粒可以是规则的球形，也可以是片状、棒状或其它不规则形状，颗粒的尺寸可以是均匀的也可以是不规则分布的。

本发明中，可根据需要加入不同颜料制备成不同颜色的涂料，可以加入耐候性较好的金红石型钛白粉、耐候性较好的水性碳黑或其它颜料，以适应不同装饰的需要。

本发明中，可根据不同光泽度的需要加入水性或水溶两用的消光粉，可根据需要制成不同程度光泽度的涂层。

本发明中，水性氟涂料中各组份及其重量分数为：

水性氟乳液 100～190 ，

固化剂 55～110，

聚合物填料 2.5～5，

助溶剂 0.5～3，

水 20～70 ，

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

水性氟乳液928W 140份，

封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL XP 2706 60份，

氨基树脂FY5100 5份，

聚四氟乙烯粉2μm 3份，

水 30份，

二丙二醇甲醚（DPM） 1份，

在装有搅拌装置的容器中加入30份的水和1份二丙二醇甲醚（DPM），搅拌均匀，然后再依次加入140份的水性氟乳液928W（乐凯胶片股份公司制）、60份的封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL XP 2706（ Bayer Materialscience制）、5份的氨基树脂FY5100(玉山县方宇贸易有限公司)和3份的聚四氟乙烯粉依（烟台云开化工有限责任公司制，平均粒径为2μm），搅拌均匀，过滤，得到单组分水性氟涂料。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经凹版涂布法涂布单组分水性氟涂料，在160℃干燥固化3分钟，得到25μm的水性含氟聚合物层；再在基材的另一侧通过复合粘贴厚度70微米的聚醋酸乙烯酯（EVA）粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例2

水性氟乳液ZH-01 100份，

封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL 5335 49.5份，

氨基树脂Cymel 325 5.5份，

丙烯酸酯聚合物颗粒 2.5份，

水 20份，

二丙二醇乙醚（DPE） 0.5份，

在装有搅拌装置的容器中加入20份水和0.5份的二丙二醇乙醚（DPE），搅拌均匀，然后依次加入100份的水性氟乳液ZH-01（常熟三爱富中昊制）、49.5份的封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL 5335（ Bayer Materialscience制）、5.5份的氨基树脂Cymel 325(美国氰特公司制)和2.5份的丙烯酸酯聚合物颗粒（Solvay solexis制，平均粒径1μm），，搅拌20分钟至均匀，过滤，得到单组分水性氟涂料。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经凹版涂布法涂布单组分水性氟涂料，得到25μm的水性含氟聚合物层；再在PET基材的另一面复合粘接或挤出流延300微米的聚乙烯醇缩丁醛粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例3

水性氟乳液ZB-F600 190份，

封端基异氰酸酯ELASTRON SF-2840D 100份，

氨基树脂Cymel 327 10份，

聚酰胺颗粒 3份，

水 70份，

丙二醇丁醚 2份，

在装有搅拌装置的容器中加入70份水和2份助溶剂丙二醇丁醚，搅拌均匀，然后依次加入190份的水性氟乳液ZB-F600（大连振邦公司制）、100份的封端基异氰酸酯ELASTRON SF-2840D（日本第一工业制药株式会社制）、10份的氨基树脂Cymel 327(美国氰特公司制)和3份的聚酰胺颗粒粉（上海焦耳蜡业有限公司制，平均粒径4μm），搅拌20分钟至均匀，过滤，得到单组分水性氟涂料。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经凹版涂布法涂布单组分水性氟涂料，在160℃干燥3分钟，得到25μm的水性含氟聚合物层；再在基材的另一侧通过复合粘贴厚度5微米的聚醋酸乙烯酯（EVA）粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例4

水性氟乳液925W 170份，

封端基异氰酸酯ELASTRON F-2921E 80份，

水性氨基树脂 5.5份，

聚四氟乙烯粉 4份，

水 50份，

二丙酮醇 3份，

在装有搅拌装置的容器中加入50份水和3份助溶剂二丙酮醇，搅拌均匀，然后依次加入170份的水性氟乳液925W（乐凯胶片集团公司制）、80份的封端基异氰酸酯ELASTRON F-2921E（日本第一工业制药株式会社制）、5.5份的水性氨基树脂(济南乾来环保技术有限公司制)和4份的聚四氟乙烯粉（北京华通瑞驰材料科技有限公司制，平均粒径3.5μm），搅拌20分钟至均匀，过滤，得到单组分水性氟涂料。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经凹版涂布法涂布得到单组分水性氟涂料，得到25μm的水性含氟聚合物层；同样的方法，在基材PET膜的另一侧涂布本实例的水性氟树脂，得到20μm的水性含氟聚合物层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

对比例

在厚度为250µm的PET（四川东方绝缘材料股份有限公司）基材上一面分别涂布、固化干厚25µm上海衡峰公司FC-W350涂料，另一面涂热固性粘合剂（Hexion制）后热压贴合厚度为40µm的聚醋酸乙烯酯（EVA）粘接层薄膜（杭州福斯特光伏材料股份有限公司），得到对比样品。

	铅笔硬度	耐候性测试	涂层附着力	耐丁酮擦试	粘合强度（N/cm）
						实施例1	H	通过	0	200+	85
实施例2	H	通过	0	200+	87
						实施例3	H	通过	0	200+	90
实施例4	H	通过	0	200+	80
						对比例	HB	通过	全部脱落	30	80

。

表中：

1.硬度测试

依据标准参照GB/T6739-2006 进行测试

2. 耐候性能测试：

使用Q-Sum Xe-3-H型氙灯耐候老化试验箱，依据标准ISO 4892-2进行测试。

3.涂层附着力测试：

依据标准GB/T 9286-88进行测试。

4.耐丁酮擦试

依据标准ASTM D5402-2006测试。

5.与封装材料的粘合性能测试：

依据标准GB/T 2790测试。

Claims (7)

1.一种单组分水性氟涂料，其特征在于，所述的水性氟涂料的组分及其重量份为：

水性氟乳液 100～190份，

固化剂 55～110份，

聚合物填料 2.5～5份，

助溶剂 0.5～3份，

水 20～70份。

2.根据权利要求1所述的单组分水性氟涂料，其特征在于，所述的水性氟乳液中含有氟树脂和丙烯酸类树脂。

3.根据权利要求2所述的单组分水性氟涂料，其特征在于，所述的含氟树脂可以是偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯中的一种或几种，还可以是三氟氯乙烯-烯烃共聚物。

4.根据权利要求3所述的单组分水性氟涂料，其特征在于，所述的固化剂为封端基异氰酸酯和氨基树脂的混合物，封端基异氰酸酯和氨基树脂之间的重量比9：1～15：1。

5.根据权利要求4所述的单组分水性氟涂料，其特征在于，所述的聚合物填料可以是平均粒径为1～4μm的丙烯酸酯聚合物颗粒、聚丙烯酸酯聚合物颗粒、含氟乙烯基聚合物颗粒或聚酰胺颗粒。

6.根据权利要求5所述的单组分水性氟涂料，其特征在于，所述的助溶剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮或二丙酮醇。

7.一种太阳能电池背膜，包括基材、耐候层和粘接层，其特征在于，所述的耐候层由权利要求1～6所述的单组分水性氟涂料涂覆在基材表面经固化而得到。