CN104559080A - 一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物及其应用 - Google Patents

一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物及其应用。热塑性聚酯/聚乙烯组合物是由以下重量份的组份制成：热塑性聚酯20~80份、聚乙烯20~80份、增容剂2？~20份、抗氧剂0.1~2份；其中，热塑性聚酯和聚乙烯的总量为100份。所获得的一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物是一种均一相的复合材料，兼具热塑性聚酯和聚乙烯的优良性能。本发明的意义在于，由本发明的热塑性聚酯/聚乙烯组合物制得的聚酯/聚乙烯合金材料兼备PBT和PE各自的优点，使其性能得到了较大的改善，大大提高了合金薄膜材料的尺寸稳定性、拉伸性能，具有耐高温、抗紫外耐候性、耐水解性和生产成本低廉等优点。

Description

一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物及其应用
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及太阳能电池背板上的一种材料，尤其涉及一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物及其应用。
背景技术
世界常规能源供应短缺危机日益严重，仅以石油为例，至2009年底全球已证实的储量可供开采时间仅为45.7年。并且，化石能源的过度开发利用已成为自然环境污染和威胁人类身体健康的主要元凶之一。据欧盟联合研究中心预测，到2050年，可再生能源的比例将超过传统能源，约占52％，其中太阳能占1/2强，约28％，到本世纪末，可再生能源的比例将占到86％，而太阳能将占据其中的约67％。
太阳能光伏发电以其无污染、可持续、总量大、分布广、利用形式多样等优点构成了太阳能能源战略中的重要组成部分。其中，当前以硅元素为主体的半导体太阳能电池——晶硅太阳能电池占据着主导地位。晶硅太阳能电池的主要构造为由高透明前板、封装膜、银浆或铝浆导线、多晶或单晶硅片、封装膜和电池背板等多层结构形成的叠层结构，将这些材料通过加热层压的方式成型，使用密封胶条和边框组装后，配上接线盒即可得到晶硅太阳能电池组件。其中，背板的主要作用表现为优良的电气绝缘性、机械稳定性、抵抗外界环境侵蚀、耐候性、低水汽透过率，用于保护和支撑电池片，对晶硅太阳能电池的性能具有重要的影响。
太阳能电池背板主要分为以下两类，一种是以含氟聚合物为基础的背板，一种是全聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)结构的背板。其中，含氟聚合物背板的耐紫外线性能优异，但是含氟聚合物存在价格高、生产设备投资成本高、回收再利用困难等问题，这极大的阻碍了太阳能电池的推广发展。而全PET结构的背板相对于含氟背板价格较低，但是仍存在着抗水解性能和耐紫外线能力较差的缺点，并且由于PET结晶速率慢、结晶不完善且不均匀，需要对生产的薄膜进行双向拉伸以提高其性能，而这也会提高了PET薄膜的生产成本。因为光伏产业的最终目标是在没有政府补贴的情况下实现电能平价上网，因此，任何PV光伏背板的性能必须与其生产成本来一起评估——如果不能满足光伏产业的成本效益目标，性能再好聚合物背板也没有广泛的使用价值。
聚酯树脂材料具有吸水率低、尺寸稳定性佳、介电强度高、耐化学品和耐候性优异等优点，一直以来作为工程用塑料收到了关注，广泛应用在汽车部件、电气、电子、通讯工业。聚乙烯(PE)属于烷烃惰性聚合物，具有良好的化学稳定性、介电损耗低、介电强度大、水汽渗透率低等优点。基于以上考虑，本发明提供了一种聚酯和聚乙烯合金材料薄膜的制备方法，以代替传统太阳能电池背板，从而达到降低光伏背板成本的目标。
发明内容
本发明提供了一种具有优良的尺寸稳定性、耐水解性、机械性能和耐候性的聚酯/聚乙烯合金薄膜，以达到取代传统增强PET或者含氟背板的目的，从而降低太阳能电池背板的制备成本。其具有优良的耐水解性、耐候性、热稳定性、电气绝缘性，更重要的是其制备成本低廉。
本发明提供了一种利用该热塑性聚酯/聚乙烯组合物制成的聚酯/聚乙烯合金材料。
一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物，所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物是由以下重量份的组份制成：热塑性聚酯20～80份、聚乙烯20～80份、增容剂2～20份、抗氧剂0.1～2份；其中，热塑性聚酯和聚乙烯的总量为100份。所获得的一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物是一种均一相的复合材料，兼具热塑性聚酯和聚乙烯的优良性能。
作为优选，所述热塑性聚酯选自聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)。
本发明所述的聚乙烯为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)或任意两者以上的混合物，本发明优选为高密度聚乙烯(HDPE)。
本发明所述的增容剂是一种既可以与聚酯反应，又可以与聚乙烯具有良好相容性的一类物质，所述增容剂选自乙烯丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯丙烯酸甲酯(EMA-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯丙烯酸丁酯(EBA-GMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-醋酸乙烯酯(EVA-GMA)、马来酸酐接枝改性乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA-MAH)、马来酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
本发明所述的抗氧剂可以是硫代二丙酸二月桂酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、亚磷酸酯三(2,4-二特丁基苯基)酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯或N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的一种或两种以上的混合物。
一种聚酯/聚乙烯合金材料，该材料的制备方法如下：所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机的熔融塑化温度设置为245-270℃，螺杆主机转速为200-400RPM，物料在螺杆中的停留时间为10-200秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺获得的薄膜或片材。
由本发明的热塑性聚酯/聚乙烯组合物制得的聚酯/聚乙烯合金材料兼备PBT和PE各自的优点，使其性能得到了较大的改善，大大提高了合金薄膜材料的尺寸稳定性、拉伸性能，具有耐高温、抗紫外耐候性、耐水解性和生产成本低廉等优点。
一种所述的聚酯/聚乙烯合金材料在制备太阳能电池背板方面的应用，该聚酯/聚乙烯合金材料代替三层结构太阳能电池背板的中的普通聚酯层，或者是取代二层结构太阳能电池背板中增强型聚酯层。
本发明采用了可反应相容剂，利用原位反应改善了PBT与PE之间的界面状态，提高了PBT和PE的相容性，从而得到了具有优良的尺寸稳定性、耐水解性机械性能和耐候性的热塑性聚酯/聚乙烯组合物，该组合物既可以代替三层结构太阳能电池背板的中聚酯层，又可以取代二层结构太阳能电池背板中增强型聚酯层，降低太阳能电池背板的制备成本，从而达到降低光伏发电成本的目的。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
本发明采用反应性增容的技术，通过调节聚酯、聚乙烯(PE)、增容剂、抗氧剂的比例，合适的工艺条件，在双螺杆挤出机中共混反应而制得具有优良机械性能、耐候性、耐水解性和尺寸稳定性高性能的聚酯和聚乙烯(PE)合金材料薄膜片材，具体技术方案如下：
首先按照重量计，取聚酯20～80份、PE 80～20份、增容剂2～20份、抗氧剂0.1～2份。然后，在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成50-200μm的薄膜片材。
对比例1
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯80份，聚乙烯20份，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中，螺杆的熔融塑化温度设置为245℃，螺杆主机转速为300RPM，物料在螺杆中的停留时间为20秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成100μm的薄膜片材。
实施例1
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸已二醇酯20份，聚乙烯80份，2份甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯丙烯酸丁酯(EBA-GMA)，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168。
首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中，螺杆的熔融塑化温度设置为245℃，螺杆主机转速为300RPM，物料在螺杆中的停留时间为20秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成100μm的薄膜片材。
实施例2
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯40份，聚乙烯60份，10份马来酸酐接枝改性乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA-MAH)，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中，螺杆的熔融塑化温度设置为245℃，螺杆主机转速为300RPM，物料在螺杆中的停留时间为20秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成100μm的薄膜片材。
实施例3
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丙二醇酯30份，聚乙烯70份，15份甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-醋酸乙烯酯(EVA-GMA)，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中，螺杆的熔融塑化温度设置为245℃，螺杆主机转速为300RPM，物料在螺杆中的停留时间为20秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成100μm的薄膜片材。
实施例4
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯80份，聚乙烯20份，15份马来酸二丁酯，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中，螺杆的熔融塑化温度设置为245℃，螺杆主机转速为300RPM，物料在螺杆中的停留时间为20秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成100μm的薄膜片材。
实施例5
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯80份，聚乙烯20份，15份甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯丙烯酸甲酯(EMA-GMA)，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中，螺杆的熔融塑化温度设置为245℃，螺杆主机转速为300RPM，物料在螺杆中的停留时间为20秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺将干燥后的粒子制备成100μm的薄膜片材。
本发明薄膜片材的力学性能按照ASTM D882-83标准进行样条的制备和测试，耐热性能按照ASTM D1204标准进行测试，本发明的对比例和实施例的样品测试性能见表1(测试方向均为纵向)。
表1
从以上的数据表格中可以看出添加相容剂后，材料的机械性能、耐热性能、耐水解性和耐候性能均获得了极大的提高。因此，本发明的一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物是一种优良的太阳能电池背板替代材料，对于太阳能光伏发电成本的降低具有重大的意义。上述各实施例制得的薄膜片材可以代替三层结构太阳能电池背板的中的普通聚酯层，或者是取代二层结构太阳能电池背板中增强型聚酯层。

Claims (7)

1.一种热塑性聚酯/聚乙烯组合物，其特征在于所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物是由以下重量份的组份制成：热塑性聚酯 20 ~ 80份、聚乙烯20 ~ 80份、增容剂 2 ~ 20份、抗氧剂 0.1~2份；其中，热塑性聚酯和聚乙烯的总量为100份。
2.根据权利要求1所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物，其特征在于：所述热塑性聚酯选自聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）。
3.根据权利要求1所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物，其特征在于：所述增容剂选自乙烯丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯丙烯酸甲酯（EMA-GMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性乙烯丙烯酸丁酯（EBA-GMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-醋酸乙烯酯（EVA-GMA）、马来酸酐接枝改性乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA-MAH）、马来酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物，其特征在于：所述的抗氧剂可以是硫代二丙酸二月桂酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、亚磷酸酯三（2,4-二特丁基苯基）酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）苯、四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（4-羟基苯基-3,5-二叔丁基）丙酸正十八碳醇酯或N,N-双-（3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物，其特征在于：所述的聚乙烯为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯或任意两者以上的混合物。
6.一种聚酯/聚乙烯合金材料，其特征在于该材料的制备方法如下：权利要求1所述的热塑性聚酯/聚乙烯组合物混合均匀后经双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机的熔融塑化温度设置为245-270℃，螺杆主机转速为200-400RPM，物料在螺杆中的停留时间为10-200秒，挤出的物料经过水冷后，切粒得到共混物粒子，最后通过熔融挤出工艺获得的薄膜或片材。
7. 一种权利要求6所述的聚酯/聚乙烯合金材料在制备太阳能电池背板方面的应用，其特征在于：该聚酯/聚乙烯合金材料代替三层结构太阳能电池背板的中的普通聚酯层，或者是取代二层结构太阳能电池背板中增强型聚酯层。
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