CN103694949A - 太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料及其制备 - Google Patents

太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料及其制备方法，制备方方包括如下步骤：（1）制备A组分：将100质量份乙烯基硅油、10～20质量份填料和30～60质量份阻燃剂加入真空捏合机内，在100～150℃、真空度-0.1～-0.06MPa条件下，共混60～100分钟，冷却后用三辊机研磨3次，之后加入0.2～0.5质量份催化剂；（2）制备B组分：将0.5～10质量份含氢硅油、0.2～0.5质量份抑制剂、2～8质量份有机硅增粘剂混合搅拌均匀；（3）将步骤1制得的A组分和步骤2制得的B组分按照质量比100:（2～10）混合均匀，在真空度-0.1～-0.06MPa下脱泡10～30分钟，得到用于太阳能光伏组件的无卤阻燃导热有机硅密封材料。本发明制备的密封材料具有良好的耐湿性，对被密封件的粘结强度高，阻燃效果优异。

Description

太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料及其制备
技术领域
本发明涉及密封材料技术领域，特别涉及一种太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料及制备方法。
背景技术
太阳能光伏产业自20世纪80年代以来持续高速发展。太阳能电池板，也称为“光伏组件”，简称PV组件，是太阳能光伏发电系统中的核心部分之一。它是由预先排列好的一组晶体硅电池，被层压在超薄、透明、高强度玻璃和密封底层之间而构成。若干组光伏组件用密封胶安装固定在框架上组成太阳能电池板，有机硅密封胶是太阳能光伏组件不可缺少的重要辅助材料。由于太阳能光伏组件是直接暴露于外部环境的，光、热、风霜、雨、雪等气象因素对太阳能光伏组件的使用寿命产生重要影响。因此，相应的对应用于太阳能光伏组件的密封材料也提出了较高的要求。既要求其具有良好的耐湿性、耐候性，同时具有阻燃与导热的功能。本领域技术人员对太阳能光伏组件的有机硅密封材料进行了积极研究以获得更好的性能，如公开号为CN102181264B的中国专利申请公开了一种高性能光伏组件用有机硅密封胶。
虽然现有的用于太阳能光伏组件的有机硅密封材料已取得了一些改善，但是在耐湿性能、阻燃导热性能等方面还有待进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料制备方法，该方法制备的密封材料其具有良好的耐湿性，对被密封件的粘结强度高，同时具有优异的阻燃效果。
本发明达到其目的采用的技术方案如下：
一种太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备A组分：将100质量份乙烯基硅油、10～20质量份填料和30～60质量份阻燃剂加入真空捏合机内，在100～150℃、真空度-0.1～-0.06MPa条件下，共混60～100分钟，冷却后用三辊机研磨3次，之后加入0.2～0.5质量份催化剂，制得A组分；
（2）制备B组分：将0.5～10质量份含氢硅油、0.2～0.5质量份抑制剂、2～8质量份有机硅增粘剂混合搅拌均匀，得B组分；
（3）将步骤1制得的A组分和步骤2制得的B组分按照质量比100:（2～10）混合均匀，在真空度-0.1～-0.06MPa下脱泡10～30分钟，得到用于太阳能光伏组件的无卤阻燃导热有机硅密封材料；
其中，所述填料为氧化铝、碳化硅晶须按照质量比（3:7）～（9:1）复配而成；所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝按照（1:8）～（7:2）的质量比复配而成；所述催化剂为铂催化剂；所述有机硅增粘剂为含氢硅油和单体通过硅氢加成制备得到。
所述有机硅增粘剂为含氢硅油和单体在铂催化剂的催化下进行硅氢加成制备得到的，制备步骤如下：将100质量份单体、100质量份甲苯和0.5-5质量份铂催化剂加入烧瓶，搅拌，滴加10-100质量份含氢硅油，然后升温至60～110℃，反应3～6小时，在80～150℃、真空度-0.1～-0.06MPa条件下减压脱除溶剂和可挥发性低分子化合物，得有机硅增粘剂；其中，制备有机硅增粘剂所用的铂催化剂其铂含量为5-40质量ppm。
优选的，所述单体为丙烯酸、丙烯酸酯单体中的一种或两种。
所述乙烯基硅油为端乙烯基聚二甲基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、端乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述乙烯基硅油的乙烯基质量百分含量为0.1～0.6%，25℃时粘度为200～5000mPa·s。
步骤1中所用的铂催化剂的铂含量为1000～6000质量ppm。
所述铂催化剂选自氯铂酸、铂与烯烃的络合物或铂与不饱和硅氧烷的络合物中的一种或多种。
所述B组分中的含氢硅油的含氢量为0.08～1.3wt%。本发明添加优选的含氢硅油不仅起到交联剂的作用，而且还补充了有机硅增粘剂中硅氢的不足。
所述B组分中的抑制剂为乙炔环己醇或2-甲基-3-丁炔-2-醇的一种或两种。
本发明第二方面提供一种由上文所述的制备方法制得的太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料。
采用本发明的方法制备密封材料，其配方体系中添加的有机硅增粘剂为含氢硅油和丙烯酸酯单体和/或丙烯酸单体通过硅氢加成制备而成的，这种有机硅增粘剂含有多个极性功能基团，有助于提高密封材料的粘结性能；同时，密封材料配方体系中添加氢氧化镁和氢氧化铝按照特定比例复配而成的阻燃剂，以及氧化铝、碳化硅晶须按照一定配比形成的填料，在该配方体系，有机硅增粘剂、阻燃剂、填料、以及其他组分按特定配比相互作用、协同，使制得的密封材料不仅粘结性能优异，而且具有很好的耐湿性能，同时还具有优异的导热性能和阻燃性能，阻燃等级达到UL94V-0，同时避免了卤毒害物的产生，更加环保安全；密封材料的热导率达到0.8W/m·K以上，体积电阻率为1.0×1015Ω·cm以上。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
1、本发明制备密封材料时所用的有机硅增粘剂为含氢硅油和丙烯酸酯单体和/或丙烯酸单体在铂催化剂的催化下进行硅氢加成反应得到的，这种有机硅增粘剂含有多个功能基团，大大提高了密封材料的粘结性能。本发明的密封材料配方中，有机硅增粘剂和其他组分按特定比例相互作用，制得密封材料不仅粘结性能优异，而且具有很好的耐湿性能，浸水后的拉伸粘结性大于或等于0.15MPa，界面破坏小于5%。
2、本发明制备的密封材料耐水性能优良，且阻燃性能好，阻燃等级达到UL94V-0，热导率良好，达到0.8W/m·K以上，体积电阻率达到1.0×1015Ω·cm以上。因此，本发明制备的密封材料综合性能优异，不仅具有良好的耐水性能，还具有很好的阻燃和导热性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1：有机硅增粘剂I的制备
将100质量份丙烯酸、100质量份甲苯和0.5质量份质量铂催化剂加入烧瓶，搅拌，滴加20质量份含氢硅油，然后升温至85℃，反应3小时，在100℃、真空度-0.08～-0.07MPa下，减压脱除溶剂和可挥发性低分子化合物，至无低沸物蒸出，得有机硅增粘剂I。所用铂催化剂的铂含量为5质量ppm。
实施例2：有机硅增粘剂II的制备
将100质量份丙烯酸酯、100质量份甲苯和2质量份铂催化剂加入烧瓶，搅拌，滴加50质量份含氢硅油，然后升温至100℃，反应5小时，在120℃、真空度-0.1～-0.09MPa下，减压脱除溶剂和可挥发性低分子化合物，至无低沸物蒸出，得有机硅增粘剂II。所用铂催化剂的铂含量为20质量ppm。
实施例3：有机硅增粘剂III的制备
将100质量份丙烯酸和丙烯酸酯混合物、100质量份甲苯和4质量份铂催化剂加入烧瓶，搅拌，滴加100质量份含氢硅油，然后升温至110℃，反应6小时，在140℃、真空度-0.09～-0.08MPa下，减压脱除溶剂和可挥发性低分子化合物，至无低沸物蒸出，得有机硅增粘剂III。所用铂催化剂的铂含量为35质量ppm。
其中，所述丙烯酸和丙烯酸酯的混合物是按质量比1:1混合而成。
实施例4：太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料I的制备实施例
按照如下步骤制备密封材料：
（1）制备A组分：将100质量份乙烯基硅油、10质量份填料和30质量份阻燃剂加入真空捏合机内，在100℃，真空度-0.08～-0.07MPa下，共混60分钟，冷却后用三辊机研磨3次，加入0.2质量份铂催化剂，制得A组分；
（2）制备B组分：将0.5质量份含氢硅油、0.2质量份抑制剂、2质量份有机硅增粘剂I混合搅拌均匀，得B组分；
（3）将步骤1制得的A组分和步骤2制得的B组分按照质量比100:2混合均匀，在真空度-0.08～-0.07MPa下脱泡10分钟，得到太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料I。
其中，所述乙烯基硅油为乙烯基质量百分含量为0.1%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷，25℃时粘度为2000mPa·s；所述填料为氧化铝、碳化硅晶须按照质量比3:7复配而成，所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝按照1:8的质量比复配而成；所述催化剂为铂含量为1000质量ppm的氯铂酸；所述含氢硅油的含氢量为0.08wt%；所述抑制剂为乙炔环己醇。
制得的有机硅密封材料I其性能检测结果见下表1所示。
实施例5：太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料II的制备实施例
按照如下步骤制备密封材料：
（1）制备A组分：将100质量份乙烯基硅油、15质量份填料和50质量份阻燃剂加入真空捏合机内，在130℃，真空度-0.09～-0.08MPa下，共混80分钟，冷却后用三辊机研磨3次，加入0.3质量份铂催化剂，制得A组分；
（2）制备B组分：将0.8质量份含氢硅油、0.3质量份抑制剂、5质量份有机硅增粘剂II混合搅拌均匀，得B组分；
（3）将步骤1制得的A组分和步骤2制得的B组分按照质量比100:5混合均匀，在真空度-0.09～-0.08MPa下脱泡20分钟，得到太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料II。
其中，所述乙烯基硅油为乙烯基百分含量为0.1%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷与二甲基二乙氧基硅烷按4:6的质量比混合而成，25℃时粘度为3000mPa·s；所述填料为氧化铝、碳化硅晶须按照质量比6:4复配而成，所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝按照3:6的质量比复配而成；所述催化剂为铂含量为3000质量ppm的铂与烯烃的络合物；所述含氢硅油的含氢量为0.1wt%；所述抑制剂为2-甲基-3-丁炔-2-醇。
制得的有机硅密封材料II其性能检测结果见下表1所示。
实施例6：太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料III的制备实施例
按照如下步骤制备密封材料：
（1）制备A组分：将100质量份乙烯基硅油、20质量份填料和60质量份阻燃剂加入真空捏合机内，在150℃，真空度-0.1～-0.09MPa下，共混100分钟，冷却后用三辊机研磨3次，加入0.5质量份铂催化剂，制得A组分；
（2）制备B组分：将1.0质量份含氢硅油、0.5质量份抑制剂、8质量份有机硅增粘剂III混合搅拌均匀，得B组分；
（3）将步骤1制得的A组分和步骤2制得的B组分按照质量比100:10混合均匀，在真空度-0.1～-0.09MPa下脱泡30分钟，得到太阳能光伏组件无卤阻燃导热有机硅密封材料III。
其中，所述乙烯基硅油为乙烯基百分含量为0.6%的端乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，25℃时粘度为4000mPa·s；所述填料为氧化铝、碳化硅晶须按照质量比9:1复配而成，所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝按照7:2的质量比复配而成；所述催化剂为铂含量为6000质量ppm的铂与不饱和硅氧烷的络合物；所述含氢硅油的含氢量为0.12wt%；所述抑制剂为乙炔环己醇与2-甲基-3-丁炔-2-醇按1:1质量比混合而成。
制得的有机硅密封材料III其性能检测结果见下表1所示。
对比例
选取市面上普通的有机硅密封材料作为对比，检测结果见下表1所示。
表1：实施例4～6性能检测结果
结果表明，本发明制备的密封材不仅粘结性能优异，而且具有很好的耐湿性能，浸水后的拉伸粘结性大于或等于0.15MPa，界面破坏小于5%。同时制备的密封材料还具有阻燃性能好的特点，阻燃等级达到UL94V-0，而且热导率良好，达到0.8W/m·K以上，体积电阻率达到1.0×1015Ω·cm以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料的制备方法，其特征在于，包括如
下步骤：
（1）制备A组分：将100质量份乙烯基硅油、10～20质量份填料和30～60质量份阻燃剂加入真空捏合机内，在100～150℃、真空度-0.1～-0.06MPa条件下，共混60～100分钟，冷却后用三辊机研磨3次，之后加入0.2～0.5质量份催化剂，制得A组分；
（2）制备B组分：将0.5～10质量份含氢硅油、0.2～0.5质量份抑制剂、2～8质量份有机硅增粘剂混合搅拌均匀，得B组分；
（3）将步骤1制得的A组分和步骤2制得的B组分按照质量比100:（2～10）混合均匀，在真空度-0.1～-0.06MPa下脱泡10～30分钟，得到太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料；
其中，所述填料为氧化铝、碳化硅晶须按照质量比（3:7）～（9:1）复配而成；所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝按照（1:8）～（7:2）的质量比复配而成；所述催化剂为铂催化剂；所述有机硅增粘剂为含氢硅油和单体通过硅氢加成制备得到。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅增粘剂为含氢硅油和单体在铂催化剂的催化下进行硅氢加成制备得到的，制备步骤如下：将100质量份单体、100质量份甲苯和0.5-5质量份铂催化剂加入烧瓶，搅拌，滴加10-100质量份含氢硅油，然后升温至60～110℃，反应3～6小时，在80～150℃、真空度-0.1～-0.06MPa条件下减压脱除溶剂和可挥发性低分子化合物，得有机硅增粘剂；其中，制备有机硅增粘剂所用的铂催化剂其铂含量为5-40ppm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述单体为丙烯酸、丙烯酸酯单体中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基硅油为端乙烯基聚二甲基硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、端乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基硅油的乙烯基质量百分含量为0.1～0.6%，25℃时粘度为200～5000mPa·s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂催化剂的铂含量为1000～6000ppm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铂催化剂选自氯铂酸、铂与烯烃的络合物或铂与不饱和硅氧烷的络合物中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，B组分中的含氢硅油的含氢量为0.08～1.3wt%。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，B组分中的抑制剂为乙炔环己醇或2-甲基-3-丁炔-2-醇的一种或两种。
10.一种由权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的太阳能光伏组件用无卤阻燃导热有机硅密封材料。
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