CN103289582B - 交联型的poe太阳能光伏组件用封装胶膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交联型的POE太阳能光伏组件用封装胶膜的配方及制备方法。这种封装胶膜的主要成份为硅烷接枝的POE树脂，同时还含有交联剂、交联助剂、抗老化剂等助剂。其制备方法为先制备硅烷接枝的POE树脂，再将接枝的POE与助剂均匀混合后通过挤出机流延得到本发明的胶膜。经抽真空和热层压后，该胶膜的交联度可以达到70%以上。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏组件封装胶膜配方及其制备领域，特别涉及太阳能光伏组件用胶膜的技术领域，具体是指一种交联型的POE太阳能光伏组件用胶膜。
背景技术
太阳能光伏组件需要用合适的胶膜进行封装，以保护电池片和连接线。最常见的胶膜是EVA胶膜，成分是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和少量的交联剂、交联助剂、抗老化剂和其它功能助剂。EVA胶膜的VA（醋酸乙烯酯）含量大于25%VA。而含量大于25%的EVA生产难度大，供应商不多，主要供应商有美国杜邦公司、日本三井公司、新加坡TPC公司、韩国湖石化学公司、台湾台塑公司、台聚公司等。由于EVA的分子链上有醋酸乙烯酯链段，EVA胶膜长时间使用，易发生光热老化现象，引起EVA降解产生乙酸并发生黄变，由此降低透光率和发电效率，影响了组件的长期使用寿命。找到一个办法替代或部分替代EVA树脂成为当务之急。
聚烯烃弹性体POE是乙烯和丁烯或辛烯共聚物，分子链为饱和的碳碳键，结构十分稳定，具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能。由于丁烯或辛烯使POE不易结晶，所以其透光率也很高。但由于POE分子链上没有极性基团，所以POE与玻璃没有粘结力。目前，提高聚烯烃材料与玻璃和背板的拉拔力的方法主要有接枝极性单体或与极性化合物混合等。美国专利US5281670A公开了通过接枝马来酸配来提高聚烯烃的粘结性能。中国专利CN102850947A公开了POE与接枝极性官能团的聚烯烃共混，以提高POE的粘结力。目前市场上的太阳能光伏组件用的POE胶膜即是通过以上方法制成。
目前的POE光伏组件用胶膜没有对POE进行交联。由于POE本身的熔点很低，在50-80摄氏度之间，所以POE胶膜是通过添加PE（聚乙烯）来提高其耐热性和耐撕裂性，用于改性的PE的熔点在110度附近。与交联型的EVA胶膜相比较，未交联的POE耐热温度低，永久变形大。而太阳能光伏组件的使用温度可能会达到80摄氏度甚至90度，已经高于或接近两者的熔点，所以未交联的POE胶膜在实际使用中受到很多的限制。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术中的缺点，提供一种交联型的POE太阳能光伏组件用封装胶膜。该胶膜在光伏组件制造时的层压中能够和EVA胶膜一样交联。交联后POE内部形成网络结构，其永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高，完全能够取代太阳能光伏组件用EVA胶膜。
为了实现上述目的，本发明的交联型POE胶膜采用了如下的技术方案：
所述交联型POE太阳能光伏组件用封装胶膜为主要成份是硅烷接枝的POE树脂，同时还含有交联剂、交联助剂、抗氧化剂等助剂。
所述POE是乙烯和丁烯或辛烯的共聚物。
所述硅烷接枝的POE树脂方法为将POE与硅烷偶联剂0.3-3%、交联剂0.05-1%均匀混合。然后将混合物在双螺杆挤出机中混炼造粒，得到硅烷接枝的POE树脂。
所述硅烷偶联剂是硅氧烷偶联剂，其是指带有有机官能团的硅烷，其通式为RSiX3，式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如具有接枝能力的乙烯基和具有极性的氨基、甲基丙烯酰氧基、缩水甘油基、环氧基、酰胺基、氨丙基，马来酸酐基等基团；X代表能够水解的基团。
所述交联剂是有机过氧化物。有机过氧化物为含有过氧基(—O—O—)的化合物，受热后—O—O—键断裂，分裂成两个相应的自由基，从而引发交联反应。分子式是R1-O-O-R2或R1-O-O-R2-O-O-R3。R1、R2可以是芳基、烷基或酰基，R3可以是芳基、烷基或酯基。如过氧化苯甲酰（BP0）、过氧化二异丙苯（DCP）、二（叔丁基过氧基）二异丙苯（BIPB）、叔丁基过氧化苯甲酸酯（TBPB）、叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯（TEBC）、n-丁基-4，4-二叔丁基过氧基戊酸酯1，1-二叔丁基过氧基-3，3，5-三甲基环乙烷等。
将上述获得的产物与交联剂、交联助剂、抗老化剂等助剂混合均匀，经挤出机混炼后通过T形模具挤出流延成膜。加工温度根据POE的流动性，较佳的，设定在70～140℃流延成膜，冷却后牵引收卷，即为本发明的POE胶膜。
所述交联剂为有机过氧化物。较佳地，所述交联剂的含量为0.3%至3%。
所述的助交联剂指橡胶交联时使用的能提高交联度、延长焦烧时间的参与交联反应的助剂。其带有反应性基团，并在交联反应中成为交联网络的一部分。交联助剂通常为含有两个以上反应性官能基团的化合物。常用的橡胶交联助剂有三烯丙基异三聚氰酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等。较佳地，所述交联助剂含量为0.05%～3%。
所述POE胶膜含有抗老化剂。所述抗老化剂是光稳定剂和抗氧剂。光稳定剂和抗氧剂可以选择苯酮类、水杨酸类、苯并三唑类、受阻氨类衍生物、三嗪类、有机磷酸酯或亚磷酸酯等。较佳地，所述抗老化剂的含量为0.01%至1%。
所述的交联型POE太阳能光伏组件封装胶膜与光伏玻璃抽真空、热层压后可以获得大于70%的交联度。较佳地，层压温度在140-180℃之间，层压时间在8分钟到20分钟之间。
所述的交联型POE太阳能光伏组件封装胶膜的厚度可以是任何合适的厚度。较佳地，所述交联型POE胶膜的厚度为0.2～1mm。
所述的交联型POE太阳能光伏组件封装胶膜的透光率在交联后达到85%以上。较佳地，透光率大于89%。
本发明的有益效果在于：通过将主要组分为硅烷接枝的POE树脂与交联剂、交联助剂、抗老化剂等以合适的比例和工艺制备出交联型的POE太阳能电池封装胶膜，其各项性能接近EVA胶膜。因其不含乙酸，耐老化性能更优异，比EVA胶膜能更好保证了太阳能光伏组件的长期使用寿命。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
实施例1:
| 成分 | 比例 |
| POE树脂（乙烯与丁烯的共聚物） | 96% |
| 乙烯基三甲氧基硅烷 | 2% |
| γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷 | 1% |
| 交联剂2,5一二甲基一2,5双(叔丁基过氧)己烷 | 1% |
将以上材料在双螺杆中造粒制备硅烷接枝的POE树脂A，加工温度为200℃。然后按以下配方通过衣架T型模挤出成膜，温度为100℃。膜的厚度为0.2毫米。
| 成分 | 比例 |
| 硅烷接枝POE树脂A | 98% |
| 过氧化物交联剂DCP | 1% |
| 交联助剂三烯丙基异三聚氰酸酯 | 0.5% |
| 抗老化剂 | 0.5% |
实施例2：
| 成分 | 比例 |
| POE树脂（乙烯-辛烯共聚物） | 99.65% |
| 过氧化物交联剂DCP | 0.05% |
| 乙烯基三甲氧基硅烷 | 0.3% |
将以上材料在双螺杆中造粒制备硅烷接枝的POE树脂B，加工温度为180℃。然后将以下材料直接混合均匀，按以下配方通过衣架T型模挤出成膜，温度为90℃。膜的厚度0.5毫米。
| 成分 | 比例 |
| POE树脂B | 96.39% |
| 过氧化物交联剂TBEC | 0.3% |
| 三聚氰酸三烯丙酯 | 3% |
| γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷 | 0.5% |
| 抗老化剂 | 0.01% |
实施例3：
| 成分 | 比例 |
| POE（乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物1：1的混合物） | 96.95% |
| γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷 | 3% |
| 过氧化物交联剂TEBC | 0.05% |
将以上材料在双螺杆中造粒制备硅烷接枝的POE树脂C，温度为170℃。然后按以下配方通过衣架T型模挤出成膜，温度为115℃。膜的厚度1毫米。
| 成分 | 比例 |
| POE树脂C | 95.9% |
| 过氧化物交联剂TEBC | 3% |
| 交联助剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯 | 0.1% |
| 抗老化剂 | 1% |
测试以上三个配方的胶膜和TPE结构的背板（3M公司生产的BBF类型背板）及玻璃的拉拔力。粘接工艺为在150～160℃抽真空5分钟层压15分钟，使用太阳能电池组件用专用层压机。测试时按如下结构：光伏玻璃、交联型POE胶膜（上述实施例）、TPE结构背板（3M公司生产的BBF背板）。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 交联度（%） | 84 | 70 | 87 |
| 和背板粘结力（牛顿/厘米） | >65 | >60 | >70 |
| 和玻璃粘结力（牛顿/厘米） | >60 | >55 | >40 |
| 透光率（%） | >91 | >90 | >87 |
| 紫外老化1000小时，颜色变化 | <1 | <2 | <1 |
| 85%湿度85℃老化1000小时，颜色变化 | <2 | <2 | <1 |
因此，本发明的交联型POE太阳能光伏组件封装胶膜，基本符合太阳能光伏组件对胶膜的要求。由于其分子为饱和的碳碳键，所以其耐老化黄变性能比EVA更为优异，可以保证太阳能电池更长的使用寿命。综上，本发明的交联型POE太阳能光伏组件用胶膜设计独特，构思巧妙，可以作为太阳能光伏组件中的胶膜使用。其制备流程简单，适合大规模生产。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (4)
1.一种交联型的POE太阳能光伏组件用封装胶膜，由POE树脂与0.3～3％硅烷偶联剂、0.05～1％的交联剂均匀混合并在双螺杆挤出机中混炼造粒，得到硅烷接枝的POE树脂，将所述硅烷接枝的POE树脂与0.3～3％交联剂、0.1～3％交联助剂、0.01～1％抗老化剂和其它少量功能助剂混合均匀，再通过挤出机流延得到所述封装胶膜；
所述的硅烷接枝的POE树脂为硅烷接枝的聚烯烃弹性体；
所述的POE树脂为乙烯和丁烯或辛烯的共聚物。
2.根据权利要求1所述的交联型POE太阳能光伏组件封装胶膜，其特征在于，在适当的抽真空热层压条件下，其交联度可以达到70％以上。
3.根据权利要求1所述的交联型的POE太阳能光伏组件封装胶膜，其特征在于，胶膜的厚度在0.1到1毫米之间。
4.根据权利要求1所述的交联型的POE太阳能光伏组件封装胶膜，其特征在于，胶膜交联后的透光率大于85％。
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