CN107031162A - 一种光伏背板用聚酯膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏背板用聚酯膜，所述光伏背板用聚酯膜包含耐候层和阻隔层，耐候层和阻隔层所用聚酯原料为芳香族聚酯；耐候层所用芳香族聚酯含量为0.50％以下，耐候层含有占耐候层总重量0.05％～5％的二氧化硅粒子和占耐候层总重量0.1％～2％的封端剂；阻隔层含有纳米级无机粒子和微米级无机粒子；耐候层与阻隔层的厚度比为1:5～1:15。所述光伏背板用聚酯膜具有优异的耐候性和阻隔性，可广泛应用于和光伏电池行业。
Description
技术领域
本发明涉及聚酯膜领域，尤其涉及一种光伏背板用聚酯膜。
背景技术
聚酯膜(PET膜)因成本较低，且具有优异的机械性能、绝缘性能、耐化学性等优势，被广泛应用于光伏电池行业。其主要用于光伏电池的背板中，对电池内在组件起到支撑保护的作用。
因光伏电池长期放置在室外自然环境中使用，要求各个组件都要有很好的耐候性。而作为用于电池背面直接暴露在空气中光伏背板，还要求具有良好的阻隔性，能够阻止水蒸气和其它腐蚀性物质透过背板进入电池内部，对内部元件进行破坏。而聚酯膜作为光伏背板的主体部分，要求具有优异的耐候性和阻隔性。
早期国内外光伏背板使用的都是普通聚酯膜，虽有机械性能、绝缘性能和耐化学性等优势，但在耐候性和阻隔性方面有明显的不足。近几年，随着新能源市场和光伏电池技术的快速发展，光伏电池对各个组件的性能也提出了更高的要求。对于光伏背板用聚酯膜而言，其本身就先天不足的耐候性和阻隔性就成了亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够满足光伏电池行业使用要求的具有优异耐候性和阻隔性的光伏背板用聚酯膜。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种光伏背板用聚酯膜，所述光伏背板用聚酯膜包含耐候层和阻隔层，耐候层位于阻隔层的两侧，所述光伏背板用聚酯膜包含耐候层和阻隔层，耐候层位于阻隔层的两侧，耐候层和阻隔层所用聚酯原料为芳香族聚酯，耐候层所用芳香族聚酯中低分子物质含量为0.50％以下，耐候层含有二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子重量占耐候层总重量的0.05％～5％，耐候层含有封端剂，所述封端剂重量占耐候层总重量0.1％～2％，阻隔层含有纳米级无机粒子和微米级无机粒子，耐候层与阻隔层的厚度比为1:5～1:15。所述二氧化硅粒子的粒径为3μm～10μm。
所述封端剂为碳化二亚胺类化合物。
所述纳米级无机粒子粒径为20nm～400nm。
所述纳米级无机粒子为二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种。
所述纳米级无机粒子的重量占阻隔层总重量的0.5％～15％。
所述微米级无机粒子粒径为1μm～5μm。
所述微米级无机粒子为二氧化钛、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种。
所述微米级无机粒子重量占阻隔层总重量的0.1％～5％。
与现有技术相比，本发明通过在光伏背板用聚酯膜的中间层(即阻隔层)添加纳米级无机粒子和微米级无机粒子(即微米级无机粒子)，提高了光伏背板用聚酯膜的阻隔性，且不影响其机械性能；光伏背板用聚酯膜的表层(即耐候层)使用低分子物质含量较少的芳香族聚酯，同时添加非金属氧化物粒子SiO2和封端剂，减少表层(即耐候层)中降解反应的活性基团，从而提高光伏背板用聚酯膜的耐候性。
附图说明
图1是本发明的光伏背板用聚酯膜的结构示意图。
图中各标号分别表示为：1.耐候层；2.阻隔层；3.二氧化硅粒子；4.微米级无机粒子；5.纳米级无机粒子。
具体实施方式
本发明中，所述的耐候层和阻隔层所用得聚酯原料为芳香族聚酯，其中，合成芳香族聚酯的芳香族二酸，可以是对苯二甲酸、对苯二乙酸、对萘二甲酸等，优选对苯二甲酸和对萘二甲酸，更优选对苯二甲酸；合成芳香族聚酯的二元醇主要是碳原子数是2～4的脂肪族二醇，可以是乙二醇、丙二醇、丁二醇等，优选乙二醇和丁二醇，更优选乙二醇。除了上述成分外，脂肪族聚酯的合成过程中还可以是加入少量的间苯二甲酸、邻苯二甲酸、环己烷二甲醇、双酚B或2，6－萘二甲酸等改性物质。综合考虑机械性能、结晶性能等各项性能和加工性，适合本发明的芳香族聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
本发明所述的耐候层所用聚酯低分子物质含量为0.50％以下，优选0.30％以下。聚酯中的低分子物质是影响光伏背板用聚酯膜耐候性的关键因素。在聚酯加工成光伏背板用聚酯膜过程中的高温熔融状态下，大量的低分子物质会加速聚酯的降解。制成光伏背板用聚酯膜之后，这些低分子物质还会加速聚酯的结晶与脆化，最终造成光伏背板用聚酯膜的耐候性较差。较普通聚酯，低分子物质含量为0.50％以下的聚酯制成的光伏背板用聚酯膜的耐候性具有明显的优势。
需要说明的是，本发明阻隔层也可以使用耐候层所用聚酯。
本发明所述的耐候层含有占耐候层总重量0.05％～5％的二氧化硅粒子，优选0.1％～3％。二氧化硅粒子作为一种无机非金属氧化物，提高光伏背板用聚酯膜表面爽滑性和加工性的同时，不会对耐候层的聚酯产生催化降解或者黄变的作用。如果耐候层二氧化硅粒子含有占耐候层总重量低于0.05％，光伏背板用聚酯膜的表面爽滑性不足，不利于加工；如果耐候层二氧化硅粒子含有占耐候层总重量超过5％时，会使光伏背板用聚酯膜在后期老化过程中表面出现粉末等的粉化现象，而且会降低光伏背板用聚酯膜的机械性能。
本发明所述的耐候层二氧化硅粒子的粒径为3μm～10μm，优选3μm～5μm。在此粒径范围内的二氧化硅粒子，能够为光伏背板用聚酯膜表面提供足够的爽滑性，有利于光伏背板用聚酯膜的加工；同时提供合适的粗糙度，有利于光伏背板用聚酯膜后期进行涂布使用时涂布液的铺展，以及提高涂布液固化后的附着性。当二氧化硅粒子粒径小于3μm时，则会光伏背板用聚酯膜表面爽滑性不足，也不利于光伏背板用聚酯膜的后期涂布加工；当二氧化硅粒子粒径大于10μm时，则会由于粒径过大造成粒子易脱落，影响光伏背板用聚酯膜的加工和后期使用，同时有可能会造成光伏背板用聚酯膜生产设备的堵塞。
本发明所述的耐候层含有占耐候层总重量0.1％～2％的封端剂，优选0.1％～1％。封端剂可以与聚酯碳链末端的羧基、以及聚酯水解新产生的羧基自由基反应，中断聚酯水解反应的连续进行。有效减少聚酯的降解，提高光伏背板用聚酯膜的耐候性。当封端剂含量占耐候层总重量小于0.1％时，由于量太小无法尽可能多的中断聚酯水解反应，当封端剂含量占耐候层总重量大于2％时，则很可能会降低光伏背板用聚酯膜的阻燃性和绝缘性，同时由于封端剂属于小分子，耐候层含量过高，易产生析出，影响光伏背板用聚酯膜的加工与使用。
本发明所述的封端剂为碳化二亚胺类化合物。作为碳化二亚胺类化合物，可以举出二异丙基碳化二亚胺、二环己基碳化二亚胺、四异丙基苯碳化二亚胺、二(2,6-二异丙基苯基)碳化二亚胺、二[4-(1-甲基-1-苯基乙基)-2,6-二异丙基苯基]碳化二亚胺、二(4-苯氧基-2,6-二异丙基苯基)碳化二亚胺、二(4-叔丁基-2,6-二异丙基苯基)碳化二亚胺以及各种碳化二亚胺的聚合物等。从耐温性、与PET的相容性和加工性考虑，优选单体结构的二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺或碳化二亚胺多聚体的聚[次氮基甲烷四次氮基[2,4,6-三(1-甲乙基)-1,3-亚苯基]]。
本发明所述的阻隔层含有纳米级无机粒子和微米级无机粒子。
阻隔层添加纳米级无机粒子，在光伏背板用聚酯膜的加工过程中作为晶核，可以提高聚酯的结晶速率和结晶度。更为重要的是，利用添加纳米级无机粒子提高光伏背板用聚酯膜结晶度的同时，可以防止结晶晶体过大而使聚酯膜产生脆性。而提高光伏背板用聚酯膜的结晶度，能够使聚酯分子更为有序致密的排列，从而提高光伏背板用聚酯膜的阻隔性。从这种功能考虑，纳米级无机粒子粒径为20nm～500nm，优选20nm～350nm。从纳米级无机粒子对光伏背板用聚酯膜绝缘性、耐候性、以及加工型的影响这方面考虑，可以选择为二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种混合，优选二氧化硅。
本发明所述的纳米级无机粒子的添加量占阻隔层总重量的0.5％～15％。如果添加量低于阻隔层总重量的0.5％，则无法有效提高光伏背板用聚酯膜的结晶速率和结晶度；如果添加量高于阻隔层总重量的15％，可能会造成纳米级无机粒子的团聚，同时使光伏背板用聚酯膜的结晶度过高，脆性增加，影响其机械性能和耐候性。
阻隔层添加微米级无机粒子，可以提高光伏背板用聚酯膜的不透明度，提高光伏背板用聚酯膜加工成光伏电池的光利用率。从这点考虑，微米级无机粒子粒径为1μm～5μm，优选1μm～3μm。从微米级无机粒子对光伏背板用聚酯膜绝缘性、耐候性、以及加工型的影响这方面考虑，可以选择为二氧化钛、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种混合，可以优选光折射率最高的二氧化钛。考虑到微米级无机粒子在阻隔层中与纳米级无机离子的叠加作用，添加量占阻隔层总重量的0.1％～5％为佳。
综合考虑光伏背板用聚酯膜对耐候性、阻隔性、机械性能，以及不透明性等性能的要求，本发明中耐候层与阻隔层的厚度比为1:5～1:15，耐候层与阻隔层的厚度可通过两层的物料配比、挤出拉伸时的辊速和拉伸倍率来实现。
在本发明中，为了使二氧化硅粒子、封端剂、纳米级无机粒子和微米级无机粒子在光伏背板用聚酯膜加工过程中更好地分散效果，需要将这些添加剂分别制成母料。方法如下：按重量百分比，将40％～80％干燥后的纯净聚酯切片和20％～60％的二氧化硅粒子、封端剂、纳米级无机粒子或者微米级无机粒子，分别由不同的进料口进入到双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机中熔融状态下进行表面挤出造粒，制成母料。考虑到母料制备过程聚酯特性粘度会有一定降低，建议制备母料所用纯净聚酯切片为特性粘度为0.75dl/L以上的固相增粘切片。
本发明中，在不损害发明效果的前提下，可以根据需要添加适量的添加剂，如抗热氧降解剂、紫外光吸收剂、稳定剂、荧光增白剂等。
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不局限于此。
实施例实施方法：
将对苯二甲酸和乙二醇按100:66重量比投入反应釜中，加入占总重量0.5％比例的乙二醇锑作为催化剂，在乙二醇蒸汽氛围中搅拌升温至240℃～255℃进行酯化。酯化完成后，继续升温至275℃～280℃，并减压至反应釜真空度35Pa以下进行缩聚反应3.5小时。出料切粒，得到特性粘度为0.55dl/g～0.59dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
将此聚对苯二甲酸乙二醇酯投入到干燥转鼓中，排出空气抽真空，干燥转鼓内真空度达到25Pa以下后，升温至160℃预结晶1.5h，再升温至240℃～248℃进行固相增粘12～16小时，即可得到低分子物质含量为0.50％以下的聚酯切片(即下面各例中的聚酯切片①)。
低分子物质含量的测试方法：将PET粒子放入烘箱充分干燥后称取质量，记作萃取前重量(g)，将其放入索氏提取器中用沸腾二甲苯萃取24小时，将PET粒子取出冲洗干净，充分干燥后称取质量，记作萃取后重量(g)。
在具有挤出机(A)和挤出机(B)的多层共挤制膜设备上，为了形成耐候层，将预混好的母料①、母料②和聚酯切片①在165℃条件下鼓风干燥6h，供给挤出机(A)，在280℃条件下熔融挤出，导入T型模头。为了形成阻隔层，同步将预混好的母料③、母料④和聚酯切片②在165℃条件下鼓风干燥6h，供给挤出机(B)，在280℃条件下熔融挤出，导入T型模头。
在T型模头内，按照耐候层在阻隔层两面的a/b/a三层结构，将两组熔体进行层叠合流，呈片状流于表面温度为20℃的转动冷鼓上，从而获得未经拉伸的层叠铸片膜。将层叠铸片膜在80℃～110℃下进行预热，并在红外加热条件下利用两辊转速不同快速进行纵向(长度方向)拉伸2.9～3.2倍，在25℃～40℃条件下冷却后获得纵拉膜。用夹具夹住纵拉膜的两边将其送入横拉箱，经过100℃～115℃预热之后，在115℃～150℃条件下连续将纵拉膜沿横向(宽度方向)拉伸3.3倍～4.0倍，在200℃～240℃条件下热处理定型10s，逐渐冷却后进行牵引收卷，最终得到耐候层和阻隔层结构为a/b/a的聚酯膜，测其透光率、拉伸强度、断裂伸长率、水汽透过率和加速湿热老化(Pressure Cooker Test，简写PCT)后的强度保持率及伸长率保持率。
其中，母料①为耐候层用含量50％的二氧化硅母料(广东彩艳)；
母料②为含量20％的Stabaxol P100母料(德国莱茵聚碳化二亚胺)；
母料③为阻隔层用含量50％的纳米级无机粒子母料，具体到实施例为：
实施例1中母料③为纳米级二氧化硅母料(广东彩艳)，
实施例2中母料③为纳米级二氧化钛母料(广东彩艳)，
实施例3中母料③为纳米级硫酸钡母料(广东彩艳)，
实施例4中母料③为纳米级碳酸钙母料(广东彩艳)，
实施例5中母料③为纳米级二氧化硅和纳米级二氧化钛1:1混合母料(广东彩艳)，
实施例6中母料③为纳米级硫酸钡和纳米级碳酸钙1:1混合母料(广东彩艳)，
对比例1～对比例2中母料③为纳米级硫酸钡母料(广东彩艳)。
母料④为阻隔层用含量50％的微米级无机粒子母料；具体到实施例为：
实施例1～实施例2中母料④为微米级级二氧化钛母料(广东彩艳)，
实施例3中母料④为微米级硫酸钡母料(广东彩艳)，
实施例4中母料④为微米级碳酸钙母料(广东彩艳)，
实施例5中母料④为微米级二氧化钛和微米级硫酸钡1:1混合母料(广东彩艳)，
实施例6中母料④为微米级硫酸钡和微米级碳酸钙1:1混合母料(广东彩艳)，
对比例1～对比例2中母料④为微米级硫酸钡母料(广东彩艳)。
聚酯切片①为低分子物质含量≤0.50％的聚酯切片；
聚酯切片②为普通聚酯切片(仪征化纤)。
实施例1～实施例6的实施方案详见表一。
对比例1～对比例2的实施方案详见表一。
所有实施例和对比例中，光伏背板用聚酯膜的厚度均为250μm。
表一实施方案
表二：实施例与对比例的结果
表中，各项性能的测试方法如下：
1.透光率：按照GB/T 2410-2008标准测试。
2.拉伸强度和断裂伸长率：按照GB/T13542.2-2009标准测试。
3.水汽透过率：按照GB/T 21529-2008标准测试。
4.强度保持率和伸长率保持率：按照GB/T13542.2-2009标准测试未老化样片的拉伸强度和断裂伸长率，记作“初始值(拉伸强度)”和“初始值(断裂伸长率)”。另取同批次样片放入加速试验老化箱进行加速老化(即PCT老化，条件为121℃、2公斤压力、100％饱和蒸气压)60小时或72小时后，按照GB/T13542.2-2009标准测试老化后样片的拉伸强度和断裂伸长率，记作“老化值(拉伸强度)”和“老化值(断裂伸长率)”。则计算如下：
强度保持率＝老化值(拉伸强度)/初始值(拉伸强度)×100
伸长率保持率＝老化值(断裂伸长率)/初始值(断裂伸长率)×100。
Claims (9)
1.一种光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述聚酯膜包含耐候层和阻隔层，耐候层位于阻隔层的两侧，耐候层和阻隔层所用聚酯原料为芳香族聚酯，耐候层所用芳香族聚酯中低分子物质含量为0.50％以下，耐候层含有二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子重量占耐候层总重量的0.05％～5％，耐候层含有封端剂，所述封端剂重量占耐候层总重量0.1％～2％，阻隔层含有纳米级无机粒子和微米级无机粒子，耐候层与阻隔层的厚度比为1:5～1:15。
2.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述二氧化硅粒子的粒径为3μm～10μm。
3.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述封端剂为碳化二亚胺类化合物。
4.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述纳米级无机粒子粒径为20nm～400nm。
5.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述纳米级无机粒子为二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述的纳米级无机粒子的重量占阻隔层总重量的0.5％～15％。
7.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述的微米级无机粒子粒径为1μm～5μm。
8.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述的微米级无机粒子为二氧化钛、硫酸钡和碳酸钙中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述光伏背板用聚酯膜，其特征在于，所述的微米级无机粒子重量占阻隔层总重量的0.1％～5％。
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