CN104277759A - 耐老化型太阳能光伏组件密封材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料及其制备方法。按重量份计它的组分如下：聚有机基硅氧烷100份，增塑剂5～20份，填料50～150份，吸水剂0.2～5份，含紫外线吸收剂的膏状物1～10份，交联剂1～15份，增粘剂0.1～5份，催化剂0.1～1份。本发明向组分中添加含紫外线吸收剂的膏状物，所制得的产品经紫外老化测试后力学性能下降幅度小于5％，对光伏电池铝边框粘接力好并且对EVA胶膜及电池电路无腐蚀；提供的制备方法工艺简单、设备要求不苛刻，实现单组份太阳能电池组件密封胶的优异的耐紫外老化性能和固化速度快的技术效果。

Description

耐老化型太阳能光伏组件密封材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料及其制备方法。本发明具体涉及一种耐老化性好、粘接强度高、密封粘接性能好、储存稳定性高、弹性伸缩能力强的室温硫化(RTV)有机硅密封材料及其制备方法。

背景技术

有机硅密封胶是太阳能光伏组件中不可缺少的重要辅助材料，用于粘接框架与接线盒。太阳能光伏组件直接暴漏与外界，这对光伏组件密封胶提出了更高的性能要求：具有良好的耐候能力；能够耐受高低温环境的考验；防潮和抗环境腐蚀能力；良好的粘接性能；抗机械冲击和抗震能力；良好的绝缘和阻燃性能。除此之外还要提高其抗紫外线和抗氧化性。但目前市场上生产的太阳能电池组件用有机硅密封胶经紫外老化后往往强度和硬度下降严重，对背板材料初始可粘接但经过紫外老化测试后粘接性能下降。

有关太阳能电池组件密封胶的专利文献较多，例如申请公开号为CN101353563A的专利公开了一种用于太阳能电池组件的单组份硅酮密封胶及其制造方法，采用甲基三异丁酮肟基硅烷和乙烯基三异丁酮肟基硅烷做交联剂，KH-550和KH-560做偶联剂，石油树脂和特选填料，制得耐气候黄变、防水性能更长久、水蒸气透过率低、防止霉菌生长的光伏组件密封胶，但选用的甲基三异丁酮肟基硅烷和乙烯基三异丁酮肟基硅烷的生产技术被霍尼韦尔所垄断，原料成本偏高；

申请公布号为CN101717582A的专利公开了一种光伏组件用双组份室温硫化硅橡胶，采用有机铋和有机钛复合催化剂改善抗老化性能，包装成A、B组分，固化速度更易满足工艺要求，但实际使用时需先将A、B组分按比例混合，给操作者带来不便；

申请公布号CN101775217A的专利公开了一种室温硫化有机聚硅氧烷组合物和制备方法，方案中提及要添加紫外线吸收剂，但并未涉及紫外光吸收剂的选择、搭配和使用方法；

申请公布号为CN102268234A的专利公开了一种太阳能电池组件用硅酮双组份密封胶及其注胶工艺，选用无机阻燃剂和光稳定剂搭配使用，制得对玻璃、铝材、背板材料粘接良好、胶体耐黄变的光伏组件密封胶，但没有具体考察密封胶的耐紫外老化性能。

或许有人会提出这样的质疑：硅酮密封胶本身就具有良好的耐紫外老化性，根本不需要额外添加紫外线吸收剂。与聚氨酯密封胶、丙烯酸酯密封胶等相比，硅酮体系在耐紫外老化方面确实较好，但太阳能电池组件直接暴漏于外界，且使用寿命以25年为目标，因此，对太阳能电池组件密封胶的耐紫外老化性能提出了更严苛的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料及其制备方法。

耐老化型太阳能光伏组件密封材料，按重量份计它的组分如下：

(A)端羟基聚二甲基硅氧烷    100份，

(B)增塑剂                  5～20份，

(C)填料                    50～150份，

(D)吸水剂                  0.2～5份，

(E)含紫外线吸收剂的膏状物  1～15份，

(F)交联剂                  1～15份，

(G)增粘剂                  0.1～5份，

(H)催化剂                  0.1～1份。

所述的端羟基聚二甲基硅氧烷，25℃时黏度优选为10000～80000mPa·s；

所述的增塑剂为二甲基硅油，25℃时黏度优选为100～1000mPa·s；

所述的填料为碳酸钙、白炭黑、钛白粉、氢氧化铝、氧化铝、氧化锌、硅微粉、白刚玉、方英石、高岭土、膨润土中的两种或多种混合。

所述的吸水剂为氯化钙、氯化镁、分子筛、硅氮烷、烷氧基硅羧酸酯、硅烷偶联剂中的一种或多种。

所述的紫外线吸收剂为无机填料、二苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类、水杨酸酯类、有机镍络合物中的一种或多种，优选二苯甲酮类和受阻胺类两种配合使用。

所述的二苯甲酮类包括2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮中的一种。

所述的受阻胺类包括光稳定剂622、光稳定剂770、光稳定剂292中的一种。

所述的二苯甲酮类与受阻胺类两者的为1∶15～8∶1，优选1∶10～5∶1。

所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、甲基三丙酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的一种或多种，优选为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的两种或多种。

所述的增粘剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、丙烯咸氧及硅烷、巯基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂中的两种或多种，优选为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的两种或多种。

所述的催化剂为单烷基有机锡化合物、二烷基有机锡化合物、三烷基有机锡化合物、无机锡化合物、四烷基有机锡化合物及它们的螯合物中的一种或多种。

本发明中优选二苯甲酮类和受阻胺类共同作为紫外线吸收剂，因为这两种紫外线吸收剂无毒，迁移性小，并且和硅橡胶相容性好，同时能有效的提高单个紫外线吸收剂的抗老化效果。

本发明所述紫外线吸收剂膏状物的制备方法，将紫外线吸收剂分散于适量端羟基聚二甲基硅氧烷中，在捏合机中于80～120℃下真空处理1～2小时得到膏状物。紫外线吸收剂占膏状物的重量百分比含量为70％--90％。

本发明还包括一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料的制备方法，步骤包括：

1)将端羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂和填料在搅拌机中，混合原位脱水3～4小时，温度100～120℃，真空-0.09～0.1MPa，得到基础胶料；

2)将基础胶料降温至40℃以下，加入交联剂，真空密闭下混和8～10分钟；

3)然后加入吸水剂、含紫外线吸收剂的膏状物、增粘剂和催化剂，混合8～10分钟，真空脱除气泡和反应中生成的部分低分子物质后，即得到储存稳定好的耐老化型太阳能光伏组件密封材料。

本发明的有益效果是：选择热处理过的紫外线吸收剂，尤其是二苯甲酮类和受阻胺类紫外线吸收剂，制备出的光伏组件密封胶，经紫外老化测试，抗老化性能好，且力学性能下降幅度小于5％，对光伏电池铝边框和背板的粘接力好；提供的制备方法工艺简单设备要求不苛刻，实现单组份太阳能电池组件密封胶的优异的耐紫外老化性能的技术效果。

具体实施方式

下面通过实施例对本方面做具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据本发明做出非本质的改进和调整。

实施例1

选用黏度为10000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷，黏度为350mPa·s的二甲基硅油，其组分如下：

组分	用量
		端羟基聚二甲基硅氧烷	100
二甲基硅油	8
		碳酸钙	70
氧化铝	20
		气相白炭黑	5
氯化钙	2
		2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮	2
光稳定剂770	8
		甲基三丁酮肟基硅烷	3
乙烯基三丁酮肟基硅烷	7
		γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷	1
γ-氨丙基三甲氧基硅烷	1
		辛酸亚锡	0.2

先将2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮与光稳定剂770按配比分散于适量端羟基聚二甲基硅氧烷中，在捏合机中于80～120℃下真空处理1～2小时，降温得到含紫外线吸收剂的膏状物。

将黏度为10000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷100份和8份黏度为350mPa·s的二甲基硅油、填料加入搅拌釜中，在90～110℃，-0.09～0.1MPa真空条件下搅拌2～4h后降温至40℃以下，依次加入上述份数的氯化钙、含紫外线吸收剂的膏状物、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、辛酸亚锡在真空条件下搅拌均匀，制得耐老化型太阳能光伏组件密封材料。

实施例2

选用黏度为选用黏度为20000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷，黏度为1000mPa·s的二甲基硅油，其组分如下：

组分	用量
		端羟基聚二甲基硅氧烷	100
二甲基硅油	15
		碳酸钙	90
氧化铝	20
		硅微粉	8
氯化镁	0.5
		2，4-二羟基二苯甲酮	4
光稳定剂292	5
		甲基三丁酮肟基硅烷	8
四丁酮肟基硅烷	2
		γ-巯基丙基三甲氧基硅烷	1
γ-氨丙基三甲氧基硅烷	1
		二月桂酸二丁基锡	0.2

按照上述实施例1所述方法制得耐老化型太阳能光伏组件密封材料。

实施例3

选用黏度为选用黏度为80000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷，黏度为350mPa·s的二甲基硅油，其组分如下：

组分	用量
		端羟基聚二甲基硅氧烷	100
二甲基硅油	20
		碳酸钙	80
氢氧化铝	20
		氧化锌	5

硅氮烷	3
		2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮	8
光稳定剂622	2
		甲基三丁酮肟基硅烷	4
甲基三丙酮肟基硅烷	6
		γ-巯基丙基三甲氧基硅烷	1
γ-氨丙基三甲氧基硅烷	1
		二乙酰丙酮基二丁基锡	0.8

按照上述实施例1所述方法制得耐老化型太阳能光伏组件密封材料。

对比例1

选用黏度为选用黏度为20000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷，黏度为350mPa·s的二甲基硅油，其组分如下：

组分	用量
		端羟基聚二甲基硅氧烷	100
二甲基硅油	20
		碳酸钙	100
氢氧化铝	20
		气相白炭黑	8
钛白粉	2
		2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮	6
甲基三丁酮肟基硅烷	4
		乙烯基三丁酮肟基硅烷	6
γ-巯基丙基三甲氧基硅烷	1
		γ-氨丙基三甲氧基硅烷	1
二乙酸二丁基锡	0.3

按照上述实施例1所述方法制得耐老化型太阳能光伏组件密封材料。产品性能测试结果见表1。

对比例2

选用黏度为选用黏度为10000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷，黏度为1000mPa·s的二甲基硅油，其组分如下：

组分	用量
		端羟基聚二甲基硅氧烷	100
二甲基硅油	20
		碳酸钙	70
氢氧化铝	20
		硅微粉	8
钛白粉	2
		光稳定剂292	9
甲基三丁酮肟基硅烷	4
		甲基三丙酮肟基硅烷	6
γ-巯基丙基三甲氧基硅烷	1
		γ-氨丙基三甲氧基硅烷	1
辛酸亚锡	0.5

按照上述实施例1所述方法制得耐老化型太阳能光伏组件密封材料。

对比例3

选用黏度为选用黏度为10000mPa·s的羟基封端聚二甲基硅氧烷，黏度为1000mPa·s的二甲基硅油，其组分如下：

组分	用量
		端羟基聚二甲基硅氧烷	100
二甲基硅油	20
		碳酸钙	70
氢氧化铝	20
		气相白炭黑	8
钛白粉	2
		甲基三丁酮肟基硅烷	4
乙烯基三丁酮肟基硅烷	6
		γ-巯基丙基三甲氧基硅烷	1
γ-氨丙基三甲氧基硅烷	1
		二乙酸二丁基锡	0.5

按照上述实施例1所述方法制得耐老化型太阳能光伏组件密封材料。

产品性能测试结果见表1。

表1性能参数表

Claims (15)

1.一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，按重量份计它的组分如下：

(A)端羟基聚二甲基          100份，

(B)增塑剂                  5～20份，

(C)填料                    50～150份，

(D)吸水剂                  0.2～5份，

(E)紫外线吸收剂的膏状物    1～10份，

(F)交联剂                  1～15份，

(G)增粘剂                  0.1～5份，

(H)催化剂                  0.1～1份。

2.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的端羟基聚二甲基硅氧烷，在25℃时粘度为5000～100000mPa·s，优选为10000～80000mPa·s。

3.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的增塑剂为二甲基硅油，在25℃时粘度为50～3000Pa·s，优选为100～1000Pa·s。

4.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的填料为碳酸钙、白炭黑、钛白粉、氢氧化铝、氧化铝、氧化锌、硅微粉、白刚玉、方英石、高岭土、膨润土中的两种或多种混合。

5.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的吸水剂为氯化钙、氯化镁、分子筛、硅氮烷、烷氧基硅羧酸酯、硅烷偶联剂中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的密封材料，其特征在于所述的紫外线吸收剂膏状物是将紫外线吸收剂分散于适量的端羟基聚二甲基硅氧烷，在捏合机中于80-120℃下真空处理1-2小时得到的膏状物。

7.根据权利要求1或6所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的紫外线吸收剂为无机填料、二苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类、水杨酸酯类、有机镍络合物中的一种或多种，优选二苯甲酮类和受阻胺类的紫外线吸收剂的组合。

8.根据权利要求7所述密封材料，其特征在于，所述的二苯甲酮类包括2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮中的一种。

9.根据权利要求6所述密封材料，其特征在于，所述的受阻胺类包括光稳定剂622、光稳定剂770、光稳定剂292中的一种。

10.根据权利要求6所述密封材料，其特征在于，所述的二苯甲酮类与受阻胺类两者的为1∶15～8∶1，优选1∶10～5∶1。

11.如权利要求1或6-10任一所述的密封材料，其特征在于所述的紫外线吸收剂膏状物中紫外线吸收剂的重量百分比含量为70％--90％。

12.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、甲基三丙酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的一种或多种，优选为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷和四丁酮肟基硅烷中的两种或多种。

13.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的增粘剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、丙烯咸氧及硅烷、巯基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂中的两种或多种，优选为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的两种或多种。

14.根据权利要求1所述的一种耐老化型太阳能光伏组件密封材料，其特征在于，所述的催化剂为单烷基有机锡化合物、二烷基有机锡化合物、三烷基有机锡化合物、无机锡化合物、四烷基有机锡化合物及它们的螯合物中的一种或多种。

15.一种如权利要求1-14所述耐老化型太阳能光伏组件密封材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1)将端羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂和填料在搅拌机中，混合原位脱水3～4小时，温度100～120℃，真空-0.09～0.1MPa，得到基础胶料；

2)将基础胶料降温至40℃以下，加入交联剂，真空密闭下混和8～10分钟；

3)然后加入吸水剂、含紫外线吸收剂的膏状物、增粘剂和催化剂，混合8～10分钟，真空脱除气泡和反应中生成的部分低分子物质后，即得到储存稳定好的耐老化型太阳能光伏组件密封材料。