CN103194029B - 一种低氟太阳能电池保护膜及其制备方法 - Google Patents

一种低氟太阳能电池保护膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低氟太阳能电池保护膜及其制备方法。该低氟太阳能电池保护膜原料质量份组成如下：氟树脂40-55份，以氟树脂质量计，添加有硅烷偶联剂0.5-4.5wt%、有机过氧化物0.01-0.6wt%、交联催化剂0.01-0.8wt%；无机填料10-45份，改性树脂10-40份，润滑剂0.01-1.0份，功能助剂0-2份；采用挤出流延或吹膜的方式制成含氟薄膜。本发明还提供低氟太阳能电池保护膜的制备方法，该方法制备的太阳能电池保护膜含氟量低，具有优异的抗紫外老化特性、耐湿和耐候性，同时提高了膜的力学性能，且节约成本。

Description

一种低氟太阳能电池保护膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池保护膜技术领域，特别涉及一种低氟太阳能电池保护膜。
技术背景
太阳能电池背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，需具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性能。由于背板在光伏组件中起着决定太阳能电池使用寿命的重要作用，近年来随着光伏行业的兴起，背板行业也成为人们关注的热点。太阳能光伏电池背板目前比较常用的结构有TPT结构和TPE结构，其中T指杜邦公司的Tedlar薄膜，成分为聚氟乙烯（PVF）薄膜、P指聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜，E指乙烯-醋酸乙烯树脂（EVA）薄膜，三层薄膜间用合适的粘结剂粘结。TPT结构指PVF薄膜/PET薄膜/PVF薄膜结构，TPE结构指PVF薄膜/PET薄膜/EVA薄膜结构。但是，其中的PVF加工困难，制备工艺复杂，成本较高，常用的PVF在国际上基本被美国杜邦公司垄断。因此，现有技术有提出采用另外的氟膜来代替PVF膜，中国专利文件CN101582459A（CN200910053911.X）提供一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和第二耐候层，第一耐候层和第二耐候层均为聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层，结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，第一粘接层和第二粘接层是聚氨酯胶层、聚丙烯酸酯胶层或环氧胶层。
目前大多数改性聚偏氟乙烯合金层中含氟聚合物的含量较高，因此能够保证膜的性能，含氟聚合物的含量高致使膜的成本较高。不利于工业化生产和大规模市场推广应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种含氟量低、性能优良、成本低的太阳能电池保护膜。
本发明的技术方案如下：
低氟太阳能电池保护膜，采用挤出流延或吹膜的方式制成含氟薄膜，原料质量份组成如下：
氟树脂40-55份，以氟树脂质量计，添加有硅烷偶联剂0.5-4.5wt%、有机过氧化物0.01-0.6wt%、交联催化剂0.01-0.8wt%；
无机填料10-45份，改性树脂10-40份，润滑剂0.01-1.0份，功能助剂0-2份；
所述氟树脂为乙烯-三氟氯乙烯共聚物，所述的无机填料为含钛、铝、锡、硅元素的氧化物，所述的改性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸乙酯；所述的功能助剂为抗氧剂、抗老化剂、光稳定剂、光吸收剂之一或组合；
所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，所述有机过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP）或过氧化二苯甲酰，所述交联催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、月桂酸马来酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺化乙酰、甲苯磺酸、甲苯磺化乙酰中的一种或几种。
根据本发明优选的，所述的乙烯-三氟氯乙烯共聚物为乙烯、三氟氯乙烯与含氟乙烯基单体的共聚物，乙烯和三氟氯乙烯在共聚物中的摩尔比例为：40～60：40～60，乙烯和三氟氯乙烯在共聚物中所占的摩尔比例之和为90～99.9%，所述含氟乙烯基单体在共聚物中所占的摩尔比之和为0.1～10%。所述含氟乙烯基单体选自以下单体中的一种或者多种：全氟异丙氧基丁基乙烯、氟代烷基乙烯、全氟正丙基乙烯基醚、CH2=CH-Rf、CF2=CH-Rf、CH2=CF-Rf、CF=CF2-Rf、CF=CF2-0-Rf，其中Rf为2-10个碳原子的全氟烷烃基。
所述的硅烷偶联剂优选为乙烯基三甲氧基硅烷；
所述的有机过氧化物优选为过氧化二异丙苯（DCP）；
所述交联催化剂优选为二丁基锡二月桂酸酯；
所述无机填料为纳米级的二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝。
所述的改性树脂优选为聚甲基丙烯酸甲酯；
所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、乙撑双硬脂酸酰胺、天然石蜡、合成石蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯腊中的任意一种或任意几种组合。
所述的功能助剂中抗氧剂、光稳定剂、光吸收剂均按本领域常规选择。抗氧剂选自受阻酚类，光稳定剂选自受阻胺类，光吸收剂选自苯酮类或苯并三唑类。所述的功能助剂的进一步优选如下：抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂BHT；光稳定剂770或光稳定剂622LD；光吸收剂UV-P或光吸收剂UV-O。
根据本发明，优选的，低氟太阳能电池保护膜，原料质量份组成如下：
氟树脂为乙烯-三氟氯乙烯共聚物40-50份，以氟树脂质量计，添加有有机过氧化物过氧化二异丙苯0.1-0.3wt%、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷1.5-2.5wt%和交联催化剂二丁基锡二月桂酸酯0.1-0.4wt%；
无机填料为TiO210-40份，改性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯10-30份，润滑剂0.1-1.0份，功能助剂0.5-2份。
本发明所述的低氟太阳能电池保护膜的制备方法，原料配比如上所述，步骤如下：
（1）将氟树脂分两组，分别与硅烷偶联剂和有机过氧化物经挤出机制备母料A、与交联催化剂经挤出机制备母料B，使母料A、母料B中氟树脂含量之和为原料配比中氟树脂的总量。母料A与母料B中氟树脂的质量比为（90～98）：（2～10）。
（2）将母料A和母料B的混合，再与无机填料、改性树脂、润滑剂及功能助剂混合经挤出流延或吹膜方式制成含氟薄膜，并经85±5℃水浴9～10小时完成交联。
优选的，制成含氟薄膜的厚度为20-40μm。
硅烷偶联剂是具有特殊结构的有机硅化合物，它极易与无机材料产生牢固的化学键，又能与有机高分子材料产生良好的结合，赋予材料更好地机械性能、电气性能、耐水性、耐热性和防腐性等。本发明提供的太阳能电池保护膜，通过添加硅烷偶联剂、有机过氧化物在熔融挤出的条件下产生剪切热使聚合物完成接枝过程，然后在交联催化剂作用下85±5℃水浴10小时完成聚合物的交联反应，使氟膜在较低的含量下仍具有优异的抗紫外老化特性、优异的耐湿、耐候性能，同时提高了膜的力学强度，且节约成本，对太阳能电池行业有非常重要的意义。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明作进一步说明，但不仅限于此。实施例中的物料百分比均为质量百分比。
实施例1：
低氟太阳能电池保护膜，原料质量份组成：氟树脂乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）54份、纳米级TiO2粉26份、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）18份、聚乙烯蜡1.0份、功能助剂1.0份（其中，抗氧剂1010：光稳定剂770：光吸收剂UV-P质量比为0.3：0.3：0.4）；制成膜厚度为30μm。
所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物中三氟氯乙烯成份占摩尔百分含量为43.8wt%，乙烯成份占摩尔百分含量为54.2wt%，全氟异丙氧基丁基乙烯成份占摩尔百分含量为2.0wt%。
在母料A添加硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷2.3wt%，有机过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP）0.2wt%；在母料B添加交联催化剂为二丁基锡二月桂酸酯0.3wt%。
制备方法如下：
（1）取氟树脂的95%、硅烷偶联剂和有机过氧化物经双螺杆挤出造粒，得母料A。
（2）取氟树脂的5%和交联催化剂按上述的比例经双螺杆挤出造粒，得母料B。
（3）将母料A和母料B混合后与纳米级TiO2粉、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯蜡及功能助剂（抗氧剂1010、光稳定剂770、光吸收剂UV-P）按照上述的比例经挤出流延或吹膜方式制成厚度为30μm含氟薄膜,并经85±5℃水浴10小时完成交联。
实施例2：如实施例1所述，所不同的是：改变氟膜中主要成分乙烯-三氟氯乙烯共聚物的组成，以及与纳米级TiO2粉、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的质量比例（如表1）。
实施例2中乙烯-三氟氯乙烯共聚物中三氟乙烯成份占摩尔百分含量为47.3wt%；乙烯成份占摩尔百分含量为51.5wt%；氟代烷基乙烯成分占摩尔百分含量为1.2wt%。
实施例3：如实施例1所述，所不同的是：改变氟膜中主要成分乙烯-三氟氯乙烯共聚物的组成，以及纳米级TiO2粉、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的质量比例（如表1）。
乙烯-三氟氯乙烯共聚物中三氟氯乙烯成份占摩尔百分含量为51.3wt%；乙烯成份占摩尔百分含量为46.5wt%；全氟正丙基乙烯基醚的摩尔百分含量为2.2wt%。全氟正丙基乙烯基醚的摩尔百分含量为2.2wt%。
对比例1：参照样1，不添加硅烷偶联剂、有机过氧化物和交联催化剂，其他成分及制备方法与实施例1相同，氟膜中物料的质量比例如下表1所示。
表1、氟膜中物料比例
所述的氟膜是指本发明低氟太阳能电池保护膜或对比例的氟太阳能电池保护膜。
以上实施例1-3和参照样1制备的氟膜按下表2中的标准检测可知，本发明氟膜机械性能优异，耐老化性能好，结果列于表2。
表2、产品性能
实施例4：
低氟太阳能电池保护膜，原料质量份组成：含氟树脂乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）49份与无机填料SiO229份、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）20份、润滑剂石蜡0.6份、功能助剂1.4份，厚度为25μm。功能助剂为0.3份抗氧剂1076、0.2份光稳定剂622LD和0.2份光吸收剂UV-O组成。
乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的各单体比例和实施例1相同。
在母料A添加硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷1.8wt%,有机过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP）0.3wt%;在母料B添加交联催化剂二丁基锡二月桂酸酯0.2t%；制备步骤如实施例1。
实施例5：
低氟太阳能电池保护膜，原料质量份组成：含氟树脂乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）44份与无机填料Al2O332份、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）22份、润滑剂氯化聚乙烯0.5份、功能助剂1.5份，厚度为20μm。功能助剂为抗氧剂BHT、光稳定剂770、光吸收剂UV-O各0.5份的混合。
在母料A添加硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷2.0wt%，有机过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP）0.1wt%；在母料B添加交联催化剂二丁基锡二月桂酸酯0.3wt%；
乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的各单体比例和实施例1相同。
对比例2：参照样2不添加硅烷偶联剂、有机过氧化物和交联催化剂，其他成分与实施例4相同。
以上实施例4-5和参照样2制备的氟膜按下表3中的标准检测可知，本氟膜机械性能优异，耐老化性能好，结果列于表3。
表3、产品性能

Claims (1)

1.一种低氟太阳能电池保护膜，采用挤出流延或吹膜的方式制成含氟薄膜，其特征在于原料质量份组成如下：
氟树脂40-55份，以氟树脂质量计，添加有硅烷偶联剂0.5-4.5wt%、有机过氧化物0.01-0.6wt%、交联催化剂0.01-0.8wt%；
无机填料10-45份，改性树脂10-40份，润滑剂0.01-1.0份，功能助剂0-2份；
所述氟树脂为乙烯-三氟氯乙烯共聚物，所述的无机填料为含钛、铝、锡、硅元素的氧化物，所述的改性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸乙酯；所述的功能助剂为抗氧剂、抗老化剂、光稳定剂、光吸收剂之一或组合；
所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，所述有机过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP）或过氧化二苯甲酰，所述交联催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、月桂酸马来酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺化乙酰、甲苯磺酸、甲苯磺化乙酰中的一种或几种；
所述的乙烯-三氟氯乙烯共聚物为乙烯、三氟氯乙烯与含氟乙烯基单体的共聚物，乙烯和三氟氯乙烯在共聚物中的摩尔比例为：40~60：40~60，乙烯和三氟氯乙烯在共聚物中所占的摩尔比例之和为90~99.9%，所述含氟乙烯基单体在共聚物中所占的摩尔比之和为0.1~10%；其中，所述含氟乙烯基单体选自以下单体中的一种或者多种：全氟异丙氧基丁基乙烯、全氟正丙基乙烯基醚、CH2=CH-Rf、CF2=CH-Rf、CH2=CF-Rf，其中Rf为2-10个碳原子的全氟烷烃基。
2.如权利要求1所述的低氟太阳能电池保护膜，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述的有机过氧化物为过氧化二异丙苯（DCP）；所述交联催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。
3.如权利要求1所述的低氟太阳能电池保护膜，其特征在于，所述无机填料为纳米级的二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝；所述的改性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯；所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸丁酯、乙撑双硬脂酸酰胺、天然石蜡、合成石蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡中的任意一种或任意几种组合。
4.如权利要求1所述的低氟太阳能电池保护膜，其特征在于，所述的功能助剂中，抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂BHT；光稳定剂选自光稳定剂770或光稳定剂622LD；光吸收剂选自光吸收剂UV-P或光吸收剂UV-O。
5.如权利要求1所述的低氟太阳能电池保护膜，其特征在于，原料质量份组成如下：
氟树脂为乙烯-三氟氯乙烯共聚物 40-50份，以氟树脂质量计，添加有有机过氧化物过氧化二异丙苯0.1-0.3wt%、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷1.5-2.5wt%和交联催化剂二丁基锡二月桂酸酯0.1-0.4wt%；
无机填料为TiO2  10-40份，改性树脂为聚甲基丙烯酸甲酯 10-30份，润滑剂0.1-1.0份，功能助剂0.5-2份。
6.权利要求1~5任一项所述的低氟太阳能电池保护膜的制备方法，步骤如下：
（1）将氟树脂分两组，分别与硅烷偶联剂和有机过氧化物经挤出机制备母料A、与交联催化剂经挤出机制备母料B，使母料A、母料B中氟树脂含量之和为原料配比中氟树脂的总量；母料A与母料B中氟树脂的质量比为（90~98）：（2~10）；
（2）将母料A和母料B混合，再与无机填料、改性树脂、润滑剂及功能助剂混合经挤出流延或吹膜方式制成含氟薄膜，并经85±5℃水浴9~10小时完成交联。
7.如权利要求6所述的低氟太阳能电池保护膜的制备方法，其特征在于，制成含氟薄膜的厚度为20-40μm。
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