CN107541173B - 一种太阳能背板胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能背板胶粘剂及其制备方法，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇60‑90份，聚碳酸酯二元醇10‑40份，偶联剂0.05‑1份，固化剂3.5‑6.5份和交联剂0.1‑1份。该胶粘剂是以羟基丙烯酸树脂和聚碳酸酯为主的双组分聚氨酯胶粘剂，具有优异的耐高温水解性能，能满足在环境苛刻的条件下的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶粘剂，具体来说是一种太阳能背板胶粘剂及其制备方法。
背景技术
太阳能电池作为新能源因对环境友好，近年来一直被大力发展。其中出于保护电池单元组件的目的，其保护板被称为太阳能背板，其结构通常由氟膜，聚酯膜等多种膜材通过胶粘层复合而成，但由于在长期户外使用中，胶粘剂会因其被水解导致粘合强度随时间推移下降的情况，而无法保持强的粘合强度，导致外观不良或开胶，最终使太阳能电池板发电效率较低，已报道的胶粘剂种类通常有聚氨酯类，环氧类，聚碳酸酯类等。
近年来越来越多的大型太阳能组件在中国的沿海以及西部沙漠等地区使用安装，因为这些地区能获得充足光照时间，但这些同时可能会面临高温高湿的极致苛刻的气候变化，另外随着全球气温的变暖，对其保护电池用途的太阳能背板的性能要求越来越高，常规的胶粘剂已经不能满足在极致苛刻的条件使用的要求。
日本专利JP4416047B采用特定的聚酯多元醇来改善耐久性的室外用聚氨酯胶粘剂，该专利公开了通过特定的聚酯多元醇作为胶粘剂原料来改善胶粘剂耐水解性，可以用于太阳能电池背板。
日本专利JPA2003-32424A公开了一种通过芳香族和脂肪族化合物共合制备聚酯多元醇，并以此为原料制备一种双组分聚氨酯胶粘剂，具有较好的耐水解性，可用于太阳能电池封装板。
上述专利虽然公开了以聚酯多元醇为主的双组分聚氨酯类胶粘剂，具有较好的耐水解性以及对氟膜和聚酯膜有很好的粘合强度，但由于太阳能电池板对使用环境的要求越来越苛刻，以及使用年限的要求越来越持久，文献中的胶粘剂已不能完全满足行业要求，尤其不能从根本解决聚酯主体结构的胶粘剂耐高温水解性较差，导致胶水发粘甚至开胶的问题。
发明内容
为了解决胶粘剂耐高温水解性差的技术问题，本发明提供了一种太阳能背板胶粘剂及其制备方法，该胶粘剂是以羟基丙烯酸树脂和聚碳酸酯为主的双组分聚氨酯胶粘剂，具有优异的耐高温水解性能，能满足在环境苛刻的条件下的使用要求。
本发明为了实现上述发明目的，采用如下技术方案：
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇60-90份，聚碳酸酯二元醇10-40份，偶联剂0.05-1份，固化剂3.5-6.5份和交联剂0.1-1份。
本发明配方中的聚丙烯酸酯多元醇占主剂的质量比60-90%，高质量比有助于提高胶粘剂的初期强度，但耐水解性能下降；聚碳酸酯二元醇主剂中的质量比例为10-40%，高比例可以提高耐水解性但初期强度降低；适量的偶联剂有助于改善配方的耐水解性；适量的交联剂可改善因为水解而导致胶层发粘，强度降低以及开胶的问题。
本发明所述的聚丙烯酸酯多元醇是指甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸环己酯（CHMA）、甲基丙烯酸丁酯（BMA）、甲基丙烯酸－2-羟乙酯(HEMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(ST)、丙烯酸环己酯(CHA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)中的任意多种的组合。
优选地，所述的聚丙烯酸酯多元醇中脂肪族比例占40-80%，芳香族占20-60%，脂肪族可以使提高氟膜的剥离强度，芳香族可以改善耐高温水解性能，二者平衡可得到既有优异的剥离强度又能保证其高温耐水解性能。
本发明所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为10000-400000。
本发明所述聚碳酸酯二元醇的分子量为1000-4000。
本发明所述的偶联剂为硅烷偶联剂，能很好地改善配方的耐水解性。
本发明所述的交联剂为聚碳化二亚胺，明显改善因为水解而导致胶层发粘，强度降低以及开胶的问题。
本发明所述的固化剂为脂肪族异氰酸酯和脂环族异氰酸酯中的一种或者两种的组合，具有很好的耐黄变性能。
优选地，所述的固化剂中不挥发组分的质量分数为60-100％。可以控制其组分黏度保证其优异的涂工性能。
优选地，所述的脂肪族异氰酸酯为1，6-二异氰酸酯基己烷的三聚体或者亚二甲苯基二异氰酸酯。脂肪族异氰酸酯具有优异的耐黄变性能，使其在长期使用中能保持持久的粘接强度，以上两种特定的异氰酸酯可以提高其耐水解和防止在太阳光照射下发生剥离强度下降的现象。
优选地，所述的脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体。具有耐黄变性能，同时可以有利于初始粘接强度的改良。
本发明提供了该太阳能背板胶粘剂的制备方法：按配方量称取聚丙烯酸酯多元醇、聚碳酸酯二元醇、偶联剂和交联剂作为原料，并将原料与乙酸乙酯混合，得到不挥发组分50%的混合溶液，加入配方量的固化剂，混合均匀后，加入乙酸乙酯稀释，得到不挥发组分为30%的溶液。
本发明还提供了该太阳能背板胶粘剂的使用方法：将胶粘剂涂布在聚酯膜上，使溶剂充分挥发后，再与氟膜复合；在将胶粘剂涂布该聚酯膜的另一面，再与氟膜复合，得到3层的复合膜；将制得的复合膜在50度条件下固化7天，使胶粘层完全固化，得到太阳能背板。
本发明的有益效果在于：
1、传统的以聚酯多元醇为主体的胶粘剂在苛刻条件下，其耐水解性随时间推移强度而下降，在高温高湿条件下，由于聚酯水解而导致胶粘剂强度下降，出现太阳能背板开胶现象。本发明太阳能背板胶粘剂以聚丙烯酸酯多元醇，聚碳酸酯为主体的双组分聚氨酯胶粘剂体系，耐高温水解性能优良，太阳能电池组件能在更加苛刻的条件下使用，具有耐高温高湿的优良性能，被大大地改善了耐湿热性能，并且有很长的使用寿命。
2、本发明配方通过加入硅烷化试剂和聚碳化二亚胺助剂，使胶粘剂的耐水解性能大大得到改善，可以在温度120℃，湿度100％RH的条件下120小时后仍然保持很好的剥离强度，而且在130℃，湿度100％RH的极限苛刻条件下，仍然保持很好的剥离强度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。
实施例1
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇60份，聚碳酸酯二元醇10份，偶联剂0.05份，固化剂3.5份和交联剂0.1份。
实施例2
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇90份，聚碳酸酯二元醇40份，偶联剂1份，固化剂6.5份和交联剂1份。
所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为10000。
所述聚碳酸酯二元醇的分子量为1000。
实施例3
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇75份，聚碳酸酯二元醇25份，硅烷偶联剂0.3份，固化剂5份和聚碳化二亚胺0.4份。
所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为400000。
所述聚碳酸酯二元醇的分子量为4000。
实施例4
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇80份，聚碳酸酯二元醇30份，硅烷偶联剂0.4份，脂肪族异氰酸酯5.5份和聚碳化二亚胺0.5份。
所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为300000。
所述聚碳酸酯二元醇的分子量为3000。
所述的脂肪族异氰酸酯为1，6-二异氰酸酯基己烷的三聚体。
实施例5
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇85份，聚碳酸酯二元醇35份，硅烷偶联剂0.5份，脂环族异氰酸酯4份和聚碳化二亚胺0.6份。
所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为350000。
所述聚碳酸酯二元醇的分子量为2000。
实施例6
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇70份，聚碳酸酯二元醇20份，硅烷偶联剂0.6份，脂环族异氰酸脂环族异氰酸和酯脂肪族异氰酸酯6份和聚碳化二亚胺0.7份。
所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为200000。
所述聚碳酸酯二元醇的分子量为3000。
所述的脂肪族异氰酸酯为1，6-二异氰酸酯基己烷的三聚体。
所述的脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体。
实施例7
一种太阳能背板胶粘剂，按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇75份，聚碳酸酯二元醇25份，硅烷偶联剂0.7份，脂环族异氰酸和酯脂肪族异氰酸酯5份和聚碳化二亚胺0.8份。
所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为50000。
所述聚碳酸酯二元醇的分子量为3500。
所述的脂肪族异氰酸酯为亚二甲苯基二异氰酸酯。
所述的脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体。
本发明太阳能背板胶粘剂的制备方法：按配方量称取聚丙烯酸酯多元醇、聚碳酸酯二元醇、偶联剂和交联剂作为原料，并将原料与乙酸乙酯混合，得到不挥发组分50%的混合溶液，加入配方量的固化剂，混合均匀后，加入乙酸乙酯稀释，得到不挥发组分为30%的溶液。
本发明太阳能背板胶粘剂的使用方法：将胶粘剂涂布在聚酯膜上，使溶剂充分挥发后，再与氟膜复合；在将胶粘剂涂布该聚酯膜的另一面，再与氟膜复合，得到3层的复合膜；将制得的复合膜在50度条件下固化7天，使胶粘层完全固化，得到太阳能背板。
本发明所述的聚丙烯酸酯多元醇是指甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸－2-羟乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸环己酯、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任意多种的组合。其中，脂肪族比例占40-80%，芳香族占20-60%。
本发明通过以下方法合成聚丙烯酸酯多元醇：
多口烧瓶配备搅拌，温度计，回流冷凝管，滴液漏斗，加入丁酮和偶氮二异丁腈，加热至80度，然后分别滴加苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸环己酯，保持80度条件反应2小时得到60%不挥发组分的聚丙烯酸酯多元醇的溶液。
本发明的太阳能背板胶粘剂的耐水解性能测试
对比例为常规的聚氨酯胶粘剂，工艺条件如下：
条件1：双85实验（温度85℃，湿度85％RH）
条件2: Pressure cooker test（PCT）实验 (温度120℃，湿度100％RH)
条件3: Pressure cooker test（PCT）实验 (温度130℃，湿度100％RH)
介绍本发明方法制备的物质实现上述目的的定性或定量实验数据。
条件1（N/15mm）：
条件2（N/15mm）：
条件3（N/15mm）：
Claims (8)
1.一种太阳能背板胶粘剂，其特征在于：按重量计，包括以下原料：聚丙烯酸酯多元醇60-90份，聚碳酸酯二元醇10-40份，偶联剂0.05-1份，固化剂3.5-6.5份和交联剂0.1-1份，所述聚丙烯酸酯多元醇的分子量为10000-400000，所述聚碳酸酯二元醇的分子量为1000-40000。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能背板胶粘剂，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能背板胶粘剂，其特征在于：所述的交联剂为聚碳化二亚胺。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能背板胶粘剂，其特征在于：所述的固化剂为脂肪族异氰酸酯和脂环族异氰酸酯中的一种或者两种的组合。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能背板胶粘剂，其特征在于：所述的脂肪族异氰酸酯为1，6-二异氰酸酯基己烷的三聚体或者亚二甲苯基二异氰酸酯。
6.根据权利要求4所述的一种太阳能背板胶粘剂，其特征在于：所述的脂环族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体。
7.根据权利要求1所述太阳能背板胶粘剂的制备方法，其特征在于：按配方量称取聚丙烯酸酯多元醇、聚碳酸酯二元醇、偶联剂和交联剂作为原料，并将原料与乙酸乙酯混合，得到不挥发组分50％的混合溶液，加入配方量的固化剂，混合均匀后，加入乙酸乙酯稀释，得到不挥发组分为30％的溶液。
8.根据权利要求1所述太阳能背板胶粘剂的使用方法，其特征在于：将胶粘剂涂布在聚酯膜上，使溶剂充分挥发后，再与氟膜复合；在将胶粘剂涂布该聚酯膜的另一面，再与氟膜复合，得到3层的复合膜；将制得的复合膜在50℃条件下固化7天，使胶粘层完全固化，得到太阳能背板。
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