CN107141619A - 一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，它主要由聚异丁烯、活性聚异丁烯、橡胶交联剂、硅烷改性烯烃聚合物、补强填料、白色填料、干燥剂和抗氧剂按照质量比100：5‑10：0.1‑0.3：5‑30：2‑8：20‑40：5‑10：0.1‑0.5混炼挤出得到；少量活性聚异丁烯和交联剂在挤出成型过程中局部交联形成稀疏网状结构，保留聚异丁烯柔软性的前提下增加了材料的韧性，极大改善聚异丁烯材料的冷流性能。本发明水汽透过率小于0.1g/m2/24h，使得组件的水汽阻隔性能大幅度提升，有效延长组件使用寿命；本发明还具有良好的热稳定性能和高紫外强度下抗降解性能，可以满足光伏产品户外环境长期稳定性的要求。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件背板材料领域，涉及一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板。
背景技术
伴随着全球化的能源紧缺和环境问题，光伏能源以其清洁无污染获得了世界各国的重视，作为一种补充能源，光伏电站的建设在世界范围内如火如荼。目前全球光伏电站装机总容量已经接近80GW，已经在全球能源结构中占有重要的比重。目前随着光伏行业的不断发展和全球性的经济下行的趋势的影响，世界各国对于光伏能源的补助力度也在不断下降，导致光伏组件的成本压力越来越大，平均到光伏产业的各个环节，降低组件各个模块的成本同时提高产品使用年限是大势所趋。
光伏组件一般是由光转换材料以及封装材料层叠在一起组成的光电装置。现有的单玻组件是光伏组件中应用范围最广，技术和成本较为成熟的产品。目前的单玻组件一般都采用含有氟碳材料的PET背板作为外层隔绝材料，以应对光伏组件户外耐候性能的要求。但是常规的氟碳背板一般采用含有大量溶剂的氟碳涂料涂布或者复合而成，生产工艺较为复杂并且会有污染性废气产生。同时目前的PET背板材料水汽透过率一般都会达到2g/(m2.24h)以上。对于晶硅电池组件而言，PID效应是组件功率稳定性面临的重要难题之一。PID效应是指光伏面板在长时间工作后性能会发生逐渐衰减的反应。PID效应最容易在潮湿的环境下发生，且其活跃程度与潮湿程度相关。对于光伏组件PET类背板材料而言，后期在使用过程中，随着户外紫外、湿热等因素的影响，背板的水汽透过率会发生不断增大，对于组件的保护效果会大大降低。
因此开发一种具有更高的水汽阻隔性能同时耐候性良好的的背板材料，延长组件的使用寿命，对于光伏新能源产品的开发与推广具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的光伏组件背板材料水汽阻隔性能较差，导致组件在户外使用过程中水汽侵蚀导致的功率严重下降的问题，提供一种聚异丁烯背板。本发明聚异丁烯背板的水汽透过率小于0.1g/m2/24h，隔绝水汽进入组件内部。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，所述聚异丁烯背板通过以下方法制备得到：
(1)将聚异丁烯、活性聚异丁烯、橡胶交联剂、硅烷改性烯烃聚合物、补强填料、白色填料、干燥剂和抗氧剂按照质量比100：5-10：0.1-0.3：5-30：2-8：20-40：5-10：0.1-0.5取材；
(2)将聚异丁烯、活性聚异丁烯、橡胶交联剂、补强填料、白色填料、干燥剂和抗氧剂加入捏合机中，升温至110-140℃，捏合25-45分钟；再加入改性烯烃聚合物，继续混炼捏合20-40分钟；
(3)将经步骤2中混炼好的材料，放入丁基胶挤出机中挤出成型，挤出温度为100-150℃，再与离型纸复合后收卷备用。
进一步地，所述聚异丁烯背板的厚度为150-500微米。
进一步地，所述的聚异丁烯的数均分子量约为10000-120000。
进一步地，所述的活性聚异丁烯的数均分子量约为500-3000。
进一步地，所述橡胶交联剂为树脂类硫化剂。
进一步地，所述的硅烷改性烯烃聚合物由硅烷偶联剂改性的聚丙烯、聚异丁烯、聚异丁烯-异戊二烯、茂金属催化的乙烯基共聚物中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量约为1000-500000。所述硅烷偶联剂结构通式为YSiX3，其中，Y为非水解基团，选自链烯基、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基；X为可水解基团，选自OMe、OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3。所述改性的方法为高温熔融解枝法或溶剂体系解枝法。
进一步地，所述的补强填料为白炭黑；所述的白炭黑为气相法白炭黑，平均原始粒径约为5-50纳米。
进一步地，所述的白色填料由钛白粉、滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙中的一种或者几种按任意配比混合得到。
进一步地，所述的干燥剂由3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、无水氯化钙、无水硫酸镁中的一种或者几种按任意配比混合得到。
进一步地，所述抗氧剂由芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂的一种或者几种按任意配比混合得到。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1.本发明具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，通过在配方中加入少量活性聚异丁烯并在后续挤出过程中局部交联形成网络结构的方式，改善了聚异丁烯材料本身具有的冷流性能，增加材料的塑料韧性，使其成为很好的背板材料；同时不发生交联的非活性聚异丁烯可以使得材料保持原有的柔软性能。加工挤出得到的的聚异丁烯背板材料具有极低的水汽透过率(小于0.1g/m2/24h)，可以使得组件的水汽阻隔性能大幅度提升，有效延长组件使用寿命；同时在通过调节白色填料的加入比例，使得白色背板的光反射率满足组件要求。所述的白色聚异丁烯背板在制作过程中无需使用含有氟碳材料的树脂或者涂料，生产过程完全无溶剂，环保高效；同时所得到的背板可以按照现有的组件层压工艺进行层压，具有很好的兼容性。
2.本发明具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板具有良好的热稳定性能和高紫外强度下抗降解性能以及较高的体积电阻率，有效满足光伏组件对于产品的绝缘和耐候性能的要求，可以保证光伏产品户外环境长期稳定性的要求。
具体实施方式
本发明具有超低水汽透过率的聚异丁烯(PIB)背板，通过使用水汽阻隔性能优异的聚异丁烯作为背板材料，同时调节白色填料组分的比例，平衡各组分之间的比例，可以满足光伏组件对于背板材料光反射率和阻水耐候性能的要求。所述的白色聚异丁烯背板无需固化，不需要使用含有氟碳成分的材料，加工过程无需溶剂，环保高效，层压工艺可以与现有的组件制作工艺匹配，简单实用。
下面结合实施例对本发明做出详细的解释，但是保护范围不限于实施例。
实施例1：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至110℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合40分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在150um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
实施例2：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至120℃，捏合25分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合30分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在500um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
实施例3：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至140℃，捏合25分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合20分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在250um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
实施例4：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至120℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合30分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在200um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
实施例5：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至130℃，捏合30分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合40分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在180um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
实施例6：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至120℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合30分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在270um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
实施例7：
操作步骤：
1)原料的混炼：
按照上述拟定的原料配方将原料加入混炼机中，升温至120℃，捏合45分钟，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯-异戊二烯，继续密炼捏合30分钟。
2)挤出收卷过程：
将经步骤A中混炼好的材料，趁热放入丁基胶挤出机中，控制挤出温度为140℃左右，按照所需宽度挤出成型，控制厚度在250um左右，然后与离型纸复合后收卷备用。
对比例：
市场上购买的两种主流的光伏背板A(涂覆型)和B(覆膜型)。
各项性能采用如下测试方法：
1.基本性能测试，包括体积电阻率、与EVA的剥离强度、水汽透过率。
2.耐候性能测试：按照GB/T2423.3试验方法进行，恒定湿热85±2℃、85％±2％RH下老化3000h外观无鼓泡、无粉化、无流淌即为合格。
3.耐紫外光辐照性能:按照国际电工委员会标准IEC61345规定要求进行紫外辐照老化测试。试验条件：试样表面温度60±5℃；波长为280-400nm范围，辐照强度为15KW.h/m2，测试样不出现开裂以及变黄以及表面无油状挥发物为合格。
表1：基本性能测试结果
表2：耐候性和耐紫外性能测试结果：
| 名称 | 耐候性能测试 | 耐紫外光辐照性能 |
| 实施例1 | 合格 | 合格 |
| 实施例2 | 合格 | 合格 |
| 实施例3 | 合格 | 合格 |
| 实施例4 | 合格 | 合格 |
| 实施例5 | 合格 | 合格 |
| 实施例6 | 合格 | 合格 |
| 实施例7 | 合格 | 合格 |
| 对比例1 | 少量开裂、背板变脆 | 合格 |
| 对比例2 | 背板变脆，基本合格 | 合格 |
由表1、表2数据可以发现，本发明实施例样品表现除了极低的水汽透过率(数值小于0.1)和优异的耐湿热以及紫外灯老化性能，与常规的PET类型的背板相比，除了在与EVA层的剥离强度方面有微小的差距，其他各个方面性能都要优于PET背板。同时样品在经历长时间的老化测试之后，并没有如同常规的背板材料一样，发生PET变脆、粉化等问题，仍旧可以保持材料本身的柔软性能。通过以上结果可以验证，本发明中的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，制备得到的光伏组件用背板显示了良好的水汽阻隔性能和热稳定性能以及紫外抗降解性能，可以满足光伏领域对于产品野外环境长期稳定性的要求。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的保护范围。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求的保护的范围。
Claims (10)
1.一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述聚异丁烯背板通过以下方法制备得到：
(1)将聚异丁烯、活性聚异丁烯、橡胶交联剂、硅烷改性烯烃聚合物、补强填料、白色填料、干燥剂和抗氧剂按照质量比100：5-10：0.1-0.3：5-30：2-8：20-40：5-10：0.1-0.5取材。
(2)将聚异丁烯、活性聚异丁烯、橡胶交联剂、补强填料、白色填料、干燥剂和抗氧剂加入捏合机中，升温至110-140℃，捏合约25-45分钟；再加入改性烯烃聚合物，继续混炼捏合约20-40分钟。
(3)将经步骤2中混炼好的材料，放入丁基胶挤出机中挤出成型，挤出温度为100-150℃，再与离型纸复合后收卷备用。
2.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述聚异丁烯背板的厚度约为150-500微米。
3.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述的聚异丁烯的数均分子量约为10000-120000。
4.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述的活性聚异丁烯的数均分子量约为500-3000。
5.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述橡胶交联剂为树脂类硫化剂。
6.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述的硅烷改性烯烃聚合物由硅烷偶联剂改性的聚丙烯、聚异丁烯、聚异丁烯-异戊二烯、茂金属催化的乙烯基共聚物中的一种或者几种按任意配比混合得到；所述的硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量约为1000-500000。所述硅烷偶联剂结构通式为YSiX3，其中，Y为非水解基团，选自链烯基、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基；X为可水解基团，选自OMe、OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3。所述改性的方法为高温熔融解枝法或溶剂体系解枝法。
7.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述的补强填料为白炭黑；所述的白炭黑为气相法白炭黑，平均原始粒径约为5-50纳米。
8.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述的白色填料由钛白粉、滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙中的一种或者几种按任意配比混合得到。
9.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述的干燥剂由3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、无水氯化钙、无水硫酸镁中的一种或者几种按任意配比混合得到。
10.根据权利要求1所述的一种具有超低水汽透过率的聚异丁烯背板，其特征在于，所述抗氧剂由芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂的一种或者几种按任意配比混合得到。
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