CN106520049A - 一种聚酯胶黏剂及其制备方法与在太阳能背板上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚酯胶黏剂，其特征在于：所述胶黏剂的组成及含量（质量百分比）为，80‑95%聚酯、5‑20%异氰酸酯化合物，所述聚酯由不含芳香结构的酸和醇通过催化剂酯化反应生成，所述酸包括脂肪族酸和脂环族酸及二元酸构成，所述脂肪族酸为1,4‑环己烷二甲酸，所述脂环族酸为1,4‑丁二酸。使用脂肪族酸1,4‑环己烷二甲酸以及脂环族酸1,4‑丁二酸代替芳香酸来合成太阳能背板胶黏剂，避免了由于苯环吸收紫外线引起的聚酯降解影响。在保持其它性能外，达到了提升耐候性的目标，大大的提高了背板胶黏剂的使用性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种聚酯胶黏剂及其制备方法与在太阳能背板上的应用。
背景技术
太阳能电池组件常年安装在户外，大气中的水汽和阳光中的紫外侵蚀会直接导致太阳能电池组件光电转化率的下降，严重的导致太阳能电池组件寿命的终止。
一般，在太阳能电池中，通常在与太阳光照射的表面相对的表面上设置背面保护片( 背板) 以保护太阳能电池单元，并且要求所述背板具有各种优异的物理性能，如耐侯性、抗水性、耐热性、湿气阻隔性和气体阻隔性，以将太阳能电池的长期性能退化抑制到最小程度。背板大多采用“三明治”结构，即三层薄膜结构，各层之间采用一层胶黏剂进行粘合，由于背板胶黏剂要长期经受太阳光照射，受到紫外线的照射，可能加速降解老化，以至于失效。所以胶黏剂在背板中起了关键性的作用，胶黏剂的好坏直接影响着背板的寿命。
目前常用的聚酯胶黏剂主要使用芳香族酸如对苯二甲酸，间苯二甲酸或者邻苯二甲酸等制备而得，但由于芳香族酸酸含有苯环，苯环会吸收紫外线，加快胶黏剂的降解老化。
本专利通过使用无芳香族单体的聚酯组成的胶黏剂组合物能够大大减少该部分的影响，同时保持良好的粘附性以及其它抗性。
发明内容
本发明提供了一种聚酯胶黏剂及其制备方法与在太阳能背板上的应用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
所述胶黏剂的组成及含量（质量百分比）为， 80-95%聚酯、5-20%异氰酸酯化合物，所述聚酯由不含芳香结构的酸和醇通过催化剂酯化反应生成，所述酸包括脂肪族酸和脂环族酸及二元酸构成，所述酸包括脂肪族酸和脂环族酸及二元酸构成， 所述脂肪族酸为1,4-环己烷二甲酸，所述脂环族酸为1,4-丁二酸。
优选地，所述聚酯的特性粘度为0.3～0.6，酸值1～3mg KOH/g，羟值5～20mg KOH/g，玻璃化转变温度-10～20度。
优选地，所述异氰酸酯化合物为六亚甲基二异氰酸酯的加成物，异佛尔酮二异氰酸酯的加成物，环己基甲烷二异氰酸酯的加成物中的一种或一种以上组合物。
优选地，所述的一种聚酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备聚酯；
S11、将占所有酸摩尔量的40～60%的1,4-环己烷二甲酸，20～30%的1,4-丁二酸，10～40%的二元酸、占所有醇摩尔量30～50%的1,6-己二醇、25～35%的羟基特戊酸新戊二醇单酯以及15～45%的二元醇和催化剂投入到反应釜中混匀，所述催化剂占所有投料质量0.03～0.05%，所述醇酸比为1.2～1.7；
S12、将温度升到220～255℃之间进行酯化反应，反应结束后，然后升温到250～280℃之间，减压条件下缩聚制备而得；
S2、溶解聚酯，并与异氰酸酯化合物混合搅拌，制得胶黏剂溶液。
优选地，所述S11中二元酸为戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十三烷二酸中的一种或一种以上组合物。
优选地，所述S11中二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、甲基戊二醇、戊二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇、癸二醇、环己烷二甲醇、环己二醇中的一种或一种以上组合物。
优选地，所述S11中催化剂为Zn、Mn、Mg、Ca、Co醋酸盐、钛酸丁酯、钛酸异丙酯、氨基三乙醇钛、二丁基氧化锡、三氧化二锑、乙二醇锑的一种或一种以上组合物。
一种聚酯胶黏剂应用，所述聚酯胶黏剂应用于太阳能背板的粘结。
本发明的有益效果体现在：使用脂肪族酸1,4-环己烷二甲酸以及脂环族酸1,4-丁二酸代替芳香酸来合成太阳能背板胶黏剂，避免了由于苯环吸收紫外线引起的聚酯降解影响。在保持其它性能外，达到了提升耐候性的目标，大大的提高了背板胶黏剂的使用性能。
具体实施方式
以下结合实施例具体阐述本发明的技术方案。
实施例一
首先，进行聚酯的制备：
将344kg 1,4-环己烷二甲酸、118kg 1,4-丁二酸、202kg癸二酸、204kg 1,6-己二醇、368kg羟基特戊酸新戊二醇单酯、122kg乙二醇、440g钛酸异丙酯投入到反应釜中。用氮气置换排出空气，搅拌升温至220-255℃之间反应。当副产物达到理论值后，升温保持反应温度在250-280℃之间，减压缩聚，达到终点后停止反应，充入氮气消除真空，挤压出料。
所得聚酯：特性粘度I.V. 为0.32，玻璃化温度Tg为 5度，酸值A.V. 为1.5 mgKOH/g，羟值OH.V. 为17 mgKOH/g。
接着，将以上所制得的聚酯溶解于乙酸乙酯溶剂中，然后加入占聚酯质量比例为10%的异氰酸酯化合物（拜耳N3300），高速搅拌混匀；将制得的溶液作为太阳能电池背板用粘合剂。
实施例二
首先，进行聚酯的制备：
将389kg 1,4-环己烷二甲酸、119kg 1,4-丁二酸、150kg壬二酸、319kg 1,6-己二醇、404kg 羟基特戊酸新戊二醇单酯、137kg 新戊二醇、528g 二丁基氧化锡投入到反应釜中，用氮气置换排出空气，搅拌升温，在220-255℃之间反应。当副产物达到理论值后，反应温度在250-280℃，减压缩聚，达到终点后停止反应，充入氮气消除真空，挤压出料。
所得聚酯：I.V.为 0.35，Tg为- 5度，A.V.为 1.5 mgKOH/g，OH.V. 为15 mgKOH/g.
然后将以上所制得的聚酯溶解于乙酸乙酯溶剂中，然后加入占聚酯质量比例为8%的异氰酸酯化合物（拜耳N3300），高速搅拌混匀；最后将制备得到的溶液作为太阳能电池背板用粘合剂。
实施例三
首先，进行聚酯的制备：
将399kg 1,4-环己烷二甲酸、104kg 1,4-丁二酸、162kg癸二酸、274kg 1,6-己二醇、332kg 羟基特戊酸新戊二醇单酯、72kg 乙二醇、74kg 新戊二醇、566g 二丁基氧化锡投入到反应釜中，用氮气置换排出空气，搅拌升温，在220-255℃之间反应。当副产物达到理论值后，控制反应温度在250-280℃，减压缩聚，达到终点后停止反应，充入氮气消除真空，挤压出料。
所得聚酯：I.V. 为0.45，Tg为15度，A.V. 为2 mgKOH/g，OH.V. 为10 mgKOH/g。
然后将以上所制得的聚酯溶解于乙酸乙酯溶剂中，然后加入占聚酯质量比例为6%的异氰酸酯化合物（拜耳Desmodur3390），高速搅拌混匀；最后将制备溶液作为太阳能电池背板用粘合剂。
实施例四
首先，进行聚酯的制备：
将310kg 1,4-环己烷二甲酸、119kg 1,4-丁二酸、53kg戊二酸、150kg壬二酸、345kg 1,6-己二醇、438kg 羟基特戊酸新戊二醇单酯、149g 新戊二醇、528g二丁基氧化锡投入到反应釜中，用氮气置换排出空气，搅拌升温，在220-255℃之间反应。当副产物达到理论值后，控制反应温度在250-280℃，减压缩聚，达到终点后停止反应，充入氮气消除真空，挤压出料。
所得聚酯：I.V. 为0.55，Tg为10度，A.V. 为1.2 mgKOH/g，OH.V. 为7 mgKOH/g。
然后将以上所制得的聚酯溶解于乙酸乙酯溶剂中，然后加入占聚酯质量比例为5%的异氰酸酯化合物（拜耳Desmodur3390），高速搅拌混匀；然后使用所得到的制备溶液作为太阳能电池背板用粘合剂
对比实施例
制备聚酯，将332kg对苯二甲酸、163kg间苯二甲酸、202kg癸二酸、284kg1,6-己二醇、368kg羟基特戊酸新戊二醇单酯、112kg乙二醇、528g二丁基氧化锡投入到反应釜中，用氮气置换排出空气，搅拌升温，在220-255℃之间反应。当副产物达到理论值后，控制反应温度在250-280℃，减压缩聚，达到终点后停止反应，充入氮气消除真空，挤压出料。
所得聚酯：I.V. 为0.4，Tg为5度，A.V. 为1.2 mgKOH/g，OH.V. 为10 mgKOH/g。
将以上所制得的聚酯溶解于乙酸乙酯溶剂中，然后加入占聚酯质量比例为6%的异氰酸酯化合物（拜耳Desmodur3390），高速搅拌混匀；然后使用所得到的制备溶液作为太阳能电池背板用粘合剂。
胶黏剂的应用
复合层的制备
将实施例和对比实例中的太阳能电池背板用粘合剂粘合。
聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 片材 (ECOSYAR VE500，东洋纺)，施胶固体含量为10g/m2，然后在 80℃下干燥 10分钟。然后，将表面处理的透明聚偏二氟乙烯 (PVD) 膜(Kyner Film 302PGM TR，阿科玛) 放置在所述 PET 片材的粘合剂涂布表面上，以使所述表面处理的表面与所述粘合剂涂布表面接触，然后使用平面压力机复合，按压压力为1.0MPa ，温度50℃，按压30分钟。在按压的同时，50℃下老化2天，得到复合层。
复合层的性能评价
1）剥离强度测试：
将复合层裁剪为15mm×200mm的片，使用拉伸强度试验机，在25℃，以50mm/min 的试验速度进行 180°剥离试验。
评价标准：
优：剥离强度为 10N/15mm 以上；
良：剥离强度为 6N/15mm 以上且小于 10N/15mm；
差：剥离强度为 1N/15mm 以上且小于 6N/15mm；
2）高温高湿后抗水解性测试：
将复合层裁剪为15mm×200mm的片，放入高压锅中，在121℃、 0.1MPa 的加压环境下暴露25小时，取出；然后在室温环境下老化1天。然后使用拉伸强度试验机，在25℃，以50mm/min的试验速度进行180°剥离试验。
评价标准：
优：剥离强度为 10N/15mm 以上；
良：剥离强度为 6N/15mm 以上且小于 10N/15mm；
差：剥离强度为 1N/15mm 以上且小于 6N/15mm。
3）耐侯性测试：
将复合层裁剪为50mm×150mm的片，使用氙灯耐候测试仪对于复合层进行加速老化测试实验。根据ASTM G155标准，观察光照射后的外观。
评价标准：
优：无异常；
良：轻微裂纹或变色；
差：明显裂纹或变色。
4）光照后剥离强度测试：
将复合层裁剪为50mm×150mm的片，使用氙灯耐候测试仪对于复合层进行加速老化测试实验。根据ASTM G155标准，光照完毕后，然后使用拉伸强度试验机，在25℃下，以50mm/min 的试验速度进行 180°剥离试验。
评价标准：
优：剥离强度为9N/15mm 以上；
良：剥离强度为5N/15mm 以上且小于9N/15mm；
差：剥离强度为 1N/15mm 以上且小于4N/15mm。
5）耐湿热性老化测试：
将复合层裁剪为50mm×150mm的片，放入高温高湿试验箱中，实验条件：湿度为 85％，温度为 85℃，时间为1000小时，进行耐湿热性老化测试，观察外观测量涂膜是否无粉化、不起泡，同时采用划格法测试附着力，没有脱落为合格。
以上性能测试结果对比如表1所示，
表1：性能对比效果表：
| 检测项目 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 对比实施例 |
| 剥离强度 | 优 | 优 | 优 | 优 | 优 |
| 高温高湿后抗水解 | 优 | 优 | 优 | 优 | 优 |
| 耐侯性 | 优 | 优 | 优 | 优 | 差 |
| 光照后剥离强度 | 优 | 优 | 优 | 优 | 差 |
| 耐湿热性老化 | 优 | 优 | 优 | 优 | 优 |
。通过以上对比发现，本发明中的聚酯能够在保持优良的抗性和粘附性同时能大幅度改善耐侯性。
本发明尚有多种具体的实施方式。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种聚酯胶黏剂，其特征在于：所述胶黏剂的组成及含量（质量百分比）为， 80-95%聚酯、5-20%异氰酸酯化合物，所述聚酯由不含芳香结构的酸和醇通过催化剂酯化反应生成，所述酸包括脂肪族酸和脂环族酸及二元酸构成， 所述脂肪族酸为1,4-环己烷二甲酸，所述脂环族酸为1,4-丁二酸。
2.如权利要求1所述的一种聚酯胶黏剂，其特征在于：所述聚酯的特性粘度为0.3～0.6，酸值1～3mg KOH/g，羟值5～20mg KOH/g，玻璃化转变温度-10～20度。
3.如权利要求1所述的一种聚酯胶黏剂，其特征在于：所述异氰酸酯化合物为六亚甲基二异氰酸酯的加成物，异佛尔酮二异氰酸酯的加成物，环己基甲烷二异氰酸酯的加成物中的一种或一种以上组合物。
4.如权利要求1所述的一种聚酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制备聚酯；
S11、将占所有酸摩尔量的40～60%的1,4-环己烷二甲酸，20～30%的1,4-丁二酸，10～40%的二元酸、占所有醇摩尔量30～50%的1,6-己二醇、25～35%的羟基特戊酸新戊二醇单酯以及15～45%的二元醇和催化剂投入到反应釜中混匀，所述催化剂占所有投料质量0.03～0.05%，所述醇酸比为1.2～1.7；
S12、将温度升到220～255℃之间进行酯化反应，反应结束后，然后升温到250～280℃之间，减压条件下缩聚制备而得；
S2、溶解聚酯，并与异氰酸酯化合物混合搅拌，制得胶黏剂溶液。
5.如权利要求4所述的一种聚酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述S11中二元酸为戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十三烷二酸中的一种或一种以上组合物。
6.如权利要求4所述的一种聚酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述S11中二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、甲基戊二醇、戊二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇、癸二醇、环己烷二甲醇、环己二醇中的一种或一种以上组合物。
7.如权利要求4所述的一种聚酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：所述S11中催化剂为Zn、Mn、Mg、Ca、Co醋酸盐、钛酸丁酯、钛酸异丙酯、氨基三乙醇钛、二丁基氧化锡、三氧化二锑、乙二醇锑的一种或一种以上组合物。
8.一种聚酯胶黏剂应用，其特征在于：所述聚酯胶黏剂应用于太阳能背板的粘结。
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