CN106675465A - 一种用于太阳能的粘胶剂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物，其组成质量百分比为：聚酯改性丙烯酸树脂30～50%；聚酯树脂30～45%；异氰酸酯固化剂5～40%。本发明使用2‑亚甲基‑1,3‑二氧环庚烷与丙烯酸单体反应，得到主链含有较多酯键的改性丙烯酸树脂，该改性的丙烯酸树脂能够与聚酯有很好的混溶性，搭配使用，能够大大提高胶黏剂同时对于PET膜、PVF膜或者EVA膜的附着力，从而大大提高背板胶黏剂的使用性能。

Description

一种用于太阳能的粘胶剂组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物及其制备方法。
背景技术
太阳能电池中，背面保护片（背板）通常设置在太阳能电池的背面，对太阳能电池单元起到保护和支撑作用，并且具有耐候性、抗水性、耐热性、湿气阻隔性和气体阻隔性等各种优异的物理性能，有效地防止了介质尤其是水，氧，腐蚀性气液体等对太阳能电池片的影响，从而降低太阳能电池性能退化的程度，起到延长太阳能电池寿命的作用。
目前通常用到的背板结构有TPT结构和TPE 结构，其中，TPT 结构指PVF(聚氟乙烯)薄膜/PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜/PVF(聚氟乙烯)薄膜结构；而TPE结构指PVF(聚氟乙烯)薄膜/PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜/EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)薄膜结构，三层薄膜间用胶黏剂粘接。一般的聚酯胶黏剂与PVF(聚氟乙烯)和EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)膜的黏结性不够，丙烯酸树脂与PVF(聚氟乙烯)膜以及EVA膜的附着力很好，但是却与聚酯膜附着力一般，而且一般聚酯胶黏剂与丙烯酸树脂混合后相容性较差，不能很好的配合使用。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种用于太阳能的粘胶剂组合物及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物，其组成质量百分比为：聚酯改性丙烯酸树脂30～50%；聚酯树脂30～45%；异氰酸酯固化剂5～40%。
优选地，所述聚酯改性丙烯酸树脂数均分子量为10000-500000，玻璃化转变温度为-25-15℃。
优选地，所述聚酯树脂数均分子量为5000-50000，玻璃化转变温度为0-25℃。
一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物的制备方法，包括如下步骤，
S1、聚酯改性丙烯酸树脂的合成，通过2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷与丙烯酸酯单体进行自由基共聚反应制得，所述2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷的摩尔量占合成聚酯改性丙烯酸树脂的单体总摩尔量的30-50%，所述丙烯酸酯单体摩尔量占合成聚酯改性丙烯酸树脂的单体总摩尔量的50-70%；
S2、聚酯树脂的合成，由含环状结构的二元酸和脂肪族二元酸与二元醇反应制备；
所述含环状结构的二元酸为芳香族二元酸或脂环族二元酸，所述含环状结构的二元酸的摩尔量占总酸摩尔含量的20-50%，所述脂肪族二元酸的总摩尔量占总酸摩尔含量的50-80%;
S3、异氰酸酯固化剂的合成，所述异氰酸酯固化剂为脂肪族异氰酸酯化合物，或脂肪族异氰酸酯化合物和脂环族异氰酸酯化合物组成；
S4、将S1、 S2、S3中制得的物质按比例混合，形成黏合剂。
优选地，所述丙烯酸酯单体选自：异冰片基丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸丁酯中的两种或以上的任意组合。
本发明的有益效果：通过合成主链含有很多酯键的改性丙烯酸树脂与聚酯胶黏剂相混合，起到改善二者之间的相容性的作用，并能更好的黏合PVF(聚氟乙烯（PolyvinylFluoride）)薄膜、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate）)薄膜、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物（Ethylene-vinyl Acetate Copolymer）)薄膜，使太阳能电池背板具有良好的抗环境侵蚀能力、绝缘能力等特性，从而延长太阳能电池的使用寿命，提高光电转换效率。该制备方法工艺过程短、操作简单，能够大规模工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例具体阐述下本发明的技术方案。
胶黏剂组合物的合成
实例一
1）、聚酯改性丙烯酸树脂的制备：
将3.64kg2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷、3.9kg甲基丙烯酸丁酯、7.22kg甲基丙烯酸三氟乙酯以及16g引发剂偶氮二异丁腈，溶解于50L甲苯中，加入反应釜中，混合均匀，然后在氮气的保护下，升温到60-70℃反应2h。用正己烷沉淀提纯后，真空干燥得到聚酯改性丙烯酸树脂。
2）、聚酯树脂的制备：
将1.66kg 对苯二甲酸、4.15kg 间苯二甲酸、12.2kg壬二酸、3.4kg 乙二醇、8.8kg 1,6-己二醇、4.4g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，得到聚酯树脂。
将制备得到的聚酯改性丙烯酸树脂、聚酯树脂与异氰酸酯化合物（拜耳N3300）按照质量比45:40:15的比例混合，溶解于乙酸乙酯中，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。
实例二
1）、聚酯改性丙烯酸树脂的制备：
将4.56kg 2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷、2.52kg甲基丙烯酸三氟乙酯、6.36kg甲基丙烯酸月桂酯、4.17kg异冰片基丙烯酸酯以及16g引发剂偶氮二异丁腈，溶解于50L甲苯中，加入反应釜中，混合均匀，然后在氮气的保护下，升温到60-70℃反应2h。用正己烷沉淀提纯后，真空干燥得到聚酯改性丙烯酸树脂。
2）、聚酯树脂的制备：
将2.49kg 对苯二甲酸、2.58kg 1,4-环己烷二甲酸、10.2kg己二酸、3.7kg 乙二醇、7.3kg新戊二醇、4.4g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，得到聚酯树脂。
将制备得到的聚酯改性丙烯酸树脂、聚酯树脂与异氰酸酯化合物（拜耳N3300）按照质量比50:40:10的比例混合，溶解于乙酸乙酯中，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。
实例三
1）、聚酯改性丙烯酸树脂的制备：
将5.13kg2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷、3.1kg甲基丙烯酸丁酯、3.6kg丙烯酸月桂酯、4.17kg异冰片基丙烯酸酯以及16g 引发剂偶氮二异丁腈，溶解于50L甲苯中，加入反应釜中，混合均匀，然后在氮气的保护下，升温到60-70℃反应2h。用正己烷沉淀提纯后，真空干燥得到聚酯改性丙烯酸树脂。
2）、聚酯树脂的制备：
将1.66kg 对苯二甲酸、5.8kg 间苯二甲酸、10.3kg壬二酸、3.7kg 乙二醇、7.3kg新戊二醇、5.6g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。得到聚酯树脂。
将制备得到的聚酯改性丙烯酸树脂、聚酯树脂与异氰酸酯化合物（拜耳N3300）按照质量比45:40:15的比例混合，溶解于乙酸乙酯中，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。
实例四
1）、聚酯改性丙烯酸树脂的制备：
将5.7kg2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷、3.9kg甲基丙烯酸丁酯、1.7kg甲基丙烯酸三氟乙酯、3.6kg丙烯酸月桂酯以及16g引发剂偶氮二异丁腈，溶解于50L甲苯中，加入反应釜中，混合均匀，然后在氮气的保护下，升温到60-70℃反应2h。用正己烷沉淀提纯后，真空干燥得到聚酯改性丙烯酸树脂。
2）、聚酯树脂的制备：
将2.5kg间苯二甲酸、2.6kg 1,4-环己烷二甲酸、14.7kg癸二酸、5.0kg 乙二醇、5.9kg1,6-己二醇、5.6g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，得到聚酯树脂。
将制备得到的聚酯改性丙烯酸树脂、聚酯树脂与异氰酸酯化合物（拜耳N3300）按照质量比40:40:20的比例混合，溶解于乙酸乙酯中，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。
对比例
1）、丙烯酸树脂的制备：
将4.8kg苯乙烯、3.9kg甲基丙烯酸丁酯、1.7kg甲基丙烯酸三氟乙酯、3.6kg丙烯酸月桂酯以及16g 引发剂偶氮二异丁腈，溶解于50L甲苯中，加入反应釜中，混合均匀，然后在氮气的保护下，升温到60-70℃反应2h。用正己烷沉淀提纯后，真空干燥得到丙烯酸树脂。
2）、聚酯树脂的制备：
将2.5kg间苯二甲酸、2.6kg 1,4-环己烷二甲酸、14.7kg癸二酸、5.0kg 乙二醇、5.9kg1,6-己二醇、5.6g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。得到聚酯树脂。
将制备得到的聚酯改性丙烯酸树脂、聚酯树脂与异氰酸酯化合物（拜耳N3900）按照质量比：40:40:20的比例混合，溶解于乙酸乙酯中，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。
本发明实施例与对比例参数比对如表1所示。
表1：实施例与对比例树脂参数：
。复合层的制备
将实施例和对比例的太阳能电池背板用粘合剂粘合基材，进行测试。
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℃，按压时间30分钟。在按压的同时，在 50℃下老化2天，得到复合层。
复合层性能测试
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℃和 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℃，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。
6）、混溶性测试
聚酯改性丙烯酸树脂与聚酯树脂在高速搅拌机分散后，静置2h，观察溶液状态，澄清均一为良好，浑浊或者分层为差。
以上测试性能指标如下表所示，
表2：性能比对结果
检测项目 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 对比例
剥离强度 优 优 优 优 良
高温高湿后抗水解 优 优 优 优 差
耐侯性 优 优 优 优 良
光照后剥离强度 优 优 优 优 差
耐湿热性老化 优 优 优 优 差
混溶性 优 优 优 优 差
。通过以上对比，能够发现本方法通过聚酯改性的方法能提高丙烯酸树脂与聚酯树脂的混溶性，从而提高其在太阳能背板的使用性能。
本发明使用2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷与丙烯酸单体反应，得到主链含有较多酯键的改性丙烯酸树脂，该改性的丙烯酸树脂能够与聚酯有很好的混溶性，搭配使用，能够大大提高胶黏剂同时对于PET膜、PVF膜或者EVA膜的附着力，从而大大提高背板胶黏剂的使用性能。
以上列举了几种典型实施方式，需要说明的是，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 (5)

1.一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物，其特征在于：其组成质量百分比为：聚酯改性丙烯酸树脂30～50%；聚酯树脂30～45%；异氰酸酯固化剂5～40%。
2.如权利要求1所述的一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物，其特征在于：所述聚酯改性丙烯酸树脂数均分子量为10000-500000，玻璃化转变温度为-25-15℃。
3.如权利要求1所述的一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物，其特征在于：所述聚酯树脂数均分子量为5000-50000，玻璃化转变温度为0-25℃。
4.一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、聚酯改性丙烯酸树脂的合成，通过2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷与丙烯酸酯单体进行自由基共聚反应制得，所述2-亚甲基-1,3-二氧环庚烷的摩尔量占合成聚酯改性丙烯酸树脂的单体总摩尔量的30-50%，所述丙烯酸酯单体摩尔量占合成聚酯改性丙烯酸树脂的单体总摩尔量的50-70%；
S2、聚酯树脂的合成，由含环状结构的二元酸和脂肪族二元酸与二元醇反应制备；
所述含环状结构的二元酸为芳香族二元酸或脂环族二元酸，所述含环状结构的二元酸的摩尔量占总酸摩尔含量的20-50%，所述脂肪族二元酸的总摩尔量占总酸摩尔含量的50-80%；
S3、异氰酸酯固化剂的合成，所述异氰酸酯固化剂为脂肪族异氰酸酯化合物，或脂肪族异氰酸酯化合物和脂环族异氰酸酯化合物组成；
S4、将S1、 S2、S3中制得的物质按比例混合，形成黏合剂。
5.如权利要求4所述的一种用于太阳能背板的胶黏剂组合物的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸酯单体选自：异冰片基丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸丁酯中的两种或以上的任意组合。
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