CN108753184A - 一种光伏封装用硅烷接枝poe胶膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光伏封装胶膜及其制备领域，特别涉及一种硅烷接枝POE光伏封装胶膜及其制备方法；所述硅烷接枝POE胶膜的质量份组成如下：乙烯‑辛烯共聚物树脂100份，硅烷接枝单体0.3‑3份，引发剂0.05‑0.25份，改性树脂5‑20份，共接枝单体0.05‑0.25份，相容剂0.5‑4份，紫外光稳定剂0.05‑0.3份，紫外光吸收剂0.05‑0.3份，抗氧剂0.1‑0.6份；本发制备的POE光伏封装用胶膜，能够同时应用于柔性薄膜光伏组件和传统晶硅光伏组件，能够解决气泡、未融和老化过程中抗热蠕变差的问题，缩短组件层压时间，降低封装次品率，提高组件生产效率，降低生产成本。

Description

一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜及制备方法
技术领域
本发明属于光伏封装胶膜及其制备领域，特别涉及一种硅烷接枝POE光伏封装胶膜及其制备方法。
背景技术
传统的太阳能光伏组件用封装胶膜主要是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA)胶膜，且胶膜中的VA（醋酸乙烯脂）含量需要大于25%。太能光伏组件在室外长期使用的过程中，由于受到水汽渗透和光热老化的作用，EVA分子链段中的VA链段会发生降解，释放出醋酸，产生气泡、脱层和黄变现象，降低胶膜的透光率和体积电阻率，使电池片上的电势降低，从而降低组件的发电效率，缩短组件的使用寿命。
聚烯烃弹性体（POE）中不存在不饱和键，和受到光热作用易发生分解的基团，结构十分稳定，因此，与EVA胶膜相比，POE胶膜具有更长久的稳定性。且POE胶膜具有更高的体积电阻率和超级水汽阻隔性，其制作的组件具有更优异的抗PID效果和更低的漏电流性能，因此能够大幅度提高光伏组件在室外的使用寿命。
市场上现有的光伏封装用POE胶膜主要分为两款：交联型和非交联型。交联型POE胶膜市场上主要以斯威克、福斯特、3M、三井化学为代表。在柔性薄膜光伏组件上，由于交联型POE胶膜交联后硬度比较高，无法应用。在传统晶硅光伏组件上，由于交联型POE胶膜配方中加入了较多的助剂，且需要在组件生产过程中的层压机上完成交联反应，因此组件生产层压过程中容易产生气泡和未融问题，且需要较长的层压时间来完成交联反应使交联度合格，从而增加了封装次品率，降低了生产效率，增加了生产成本。非交联型POE胶膜市场上主要以陶氏化学、DNP和三井化学为代表。现有的非交联型POE胶膜在传统晶硅光伏组件上，虽然可以解决气泡问题，但是在老化过程中仍然容易出现抗热蠕变较差的问题，无法应用于传统晶硅光伏组件。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中不足，提供一种封装次品率低、组建生产效率高的硅烷接枝POE光伏封装胶膜，本发明的另一个目的是提供硅烷接枝POE光伏封装胶膜制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，所述硅烷接枝POE胶膜的质量份组成如下：乙烯-辛烯共聚物树脂100份，硅烷接枝单体0.3-3份，引发剂0.05-0.25份，改性树脂5-20份，共接枝单体0.05-0.25份，相容剂0.5-4份，紫外光稳定剂0.05-0.3份，紫外光吸收剂0.05-0.3份，抗氧剂0.1-0.6份。
优选的，所述乙烯-辛烯共聚物树脂的熔体流动速率为1g/10min—20g/10min，透光率＞85%，体积电阻率≥1.0×1014，熔融温度为50—100℃。
优选的，所述硅烷接枝单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，所述引发剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
优选的，所述的改性树脂为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂（SEBS）或聚氨酯弹性体树脂（TPU）中的一种或两种，透光率＞85%，体积电阻率≥1.0×1014，熔融温度为140-185℃。
优选的，所述的共接枝单体为苯乙烯、二乙烯基苯、三丙烯基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪中的一种或几种。
优选的，所述的相容剂为POE接枝马来酸酐、POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种。
优选的，所述的紫外光稳定剂为:3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、三（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）亚磷酸酯、双（1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯中的一种或几种。
优选的，所述的紫外光吸收剂为2,2’-亚甲基双（6-（2H-苯并三唑-2-基）-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2,2-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-苯并三唑-2-基-4,6-二叔丁基苯酚、水杨酸、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、2-（2H-苯丙苯并三唑-2-羟基）-4-（叔丁基-6-仲丁基）苯酚中的一种或几种。
优选的，所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、4，4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。
制备一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）按配比将引发剂、硅烷接枝单体、改性树脂、相容剂、部分乙烯-辛烯共聚物树脂混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；
（2）按配比将剩余乙烯-辛烯共聚物树脂、抗氧剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；
（3）按配比将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
1、本发明的体系中加入了高熔融温度的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂或聚氨酯弹性体树脂，从而提高了POE胶膜的总体熔融温度，解决了老化过程中POE胶膜容易出现的抗热蠕变较差的问题；
2、本发明的体系中加入了POE接枝马来酸酐或POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯相容剂，从而在胶膜加工过程中促进了苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂或聚氨酯弹性体树脂和极性助剂小分子与非极性POE树脂的相容；
3、本发明的配方和加工工艺制备的POE胶膜为非交联体系，能够同时应用于柔性薄膜光伏组件和传统晶硅光伏组件；
4、本发明的配方和加工工艺制备的POE胶膜中引发剂、硅烷接枝单体、共接枝单体和相容剂在加工过程中已基本消耗完，残留较少，因此在组件层压过程中不会产生气泡和未融现象；
5、本发明的体系中加入的共接枝单体可以大幅度提高硅烷的接枝率，从而增大POE胶膜与背板、玻璃的粘结强度，防止光伏组件使用过程中出现脱层现象。
6、本发制备的POE光伏封装用胶膜，能够同时应用于柔性薄膜光伏组件和传统晶硅光伏组件，能够解决气泡、未融和老化过程中抗热蠕变差的问题，缩短组件层压时间，降低封装次品率，提高组件生产效率，降低生产成本。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但是这些实施例不是对本发明保护范围的限制，以下所有实施例的组分配比全部以质量分数计。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
（1）将95份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.3份乙烯基三甲氧基硅烷、0.05份过氧化二异丙苯、10份聚氨酯弹性体树脂（透光率＞90%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为145℃）、0.1份三丙烯基异氰脲酸酯、0.5份POE接枝马来酸酐混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；（2）将5份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.1份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、0.1份2-苯并三唑-2-基-4,6-二叔丁基苯酚、0.1份β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；（3）将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
表1列出了POE胶膜的性能测试结果
实施例2
（1）将95份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.5份乙烯基三甲氧基硅烷、 0.1份过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、20份苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂（透光率＞90%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为155℃）、0.1份三丙烯基异氰脲酸酯、0.1份二乙烯基苯、1.5份POE接枝马来酸酐混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；（2）将5份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.05份双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、0.05份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.6份四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.1份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；（3）将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
表1列出了POE胶膜的性能测试结果
实施例3
（1）将95份POE树脂（熔体流动速率为3g/10min，透光率＞85%，体积电阻率＞1.0×1014，熔融温度为97℃）、3份乙烯基三乙氧基硅烷、 0.25份双叔丁基过氧化二异丙基苯、5份聚氨酯弹性体树脂（透光率＞90%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为145℃）、5份苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂（透光率＞90%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为155℃）、0.2份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2.5份POE接枝马来酸酐、1.5份POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；（2）将5份POE树脂（熔体流动速率为3g/10min，透光率＞85%，体积电阻率＞1.0×1014，熔融温度为97℃）、0.3份双（1-辛氧基 -2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、0.3份 2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、0.1份2，6-二叔丁基对甲酚、0.1份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；（3）将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
表1列出了POE胶膜的性能测试结果
对比例1
（1）将95份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.5份乙烯基三甲氧基硅烷、 0.1份过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、 0.1份三丙烯基异氰脲酸酯、0.1份二乙烯基苯、1.5份POE接枝马来酸酐混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；（2）将5份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.1双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.1份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；（3）将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
表1列出了POE胶膜的性能测试结果
对比例2
（1）将95份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.5份乙烯基三甲氧基硅烷、 0.1份过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、15份苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂（透光率＞90%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为155℃）、1.5份POE接枝马来酸酐混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；（2）将5份POE树脂（熔体流动速率为16g/10min，透光率＞91%，体积电阻率＞1.0×1015，熔融温度为76℃）、0.1双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.1份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；（3）将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
表1列出了POE胶膜的性能测试结果
表1 实施例和对比例样品的性能测试数据表
实验项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例2 对比例1 测试标准或方法
拉伸强度/MPa 10.73 9.46 20.53 8.52 9.15 GB/T 13022-1991
断裂伸长率/% 871.54 810.32 692.88 892.10 831.76 GB/T 13022-1991
体积电阻率/（Ω.cm） ＞1X1015 ＞1X1015 ＞1X1014 ＞1X1015 ＞1X1015 GB/T 1410-1989
紫外区透光率 ＞70 ＞70 ＞63 ＞72 ＞70 280-380nm
可见区透光率 ＞89 ＞89 ＞83 ＞90 ＞89 380-1100nm
胶膜与玻璃的剥离强度（N/cm） 201.10 223.39 183.41 267.73 116.04 ASTM D903-98
紫外老化黄变指数（ΔYI） ＜2 ＜1 ＜2 ＜1 ＜1 60kwh/m2
双85湿热老化 不脱层 不脱层 不脱层 脱层 不脱层 RH85%，85℃，1000h
综上所述：1、体系中加入了高熔融温度的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂或聚氨酯弹性体树脂，从而提高了POE胶膜的总体熔融温度，解决了老化过程中POE胶膜容易出现的抗热蠕变较差的问题；
2、体系中加入了POE接枝马来酸酐或POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯相容剂，从而在胶膜加工过程中促进了苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂或聚氨酯弹性体树脂和极性助剂小分子与非极性POE树脂的相容；
3、该配方和加工工艺制备的POE胶膜为非交联体系，能够同时应用于柔性薄膜光伏组件和传统晶硅光伏组件；
4、该配方和加工工艺制备的POE胶膜中引发剂、硅烷接枝单体、共接枝单体和相容剂在加工过程中已基本消耗完，残留较少，因此在组件层压过程中不会产生气泡和未融现象；
5、体系中加入的共接枝单体可以大幅度提高硅烷的接枝率，从而增大POE胶膜与背板、玻璃的粘结强度，防止光伏组件使用过程中出现脱层现象。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述硅烷接枝POE胶膜的质量份组成如下：乙烯-辛烯共聚物树脂100份，硅烷接枝单体0.3-3份，引发剂0.05-0.25份，改性树脂5-20份，共接枝单体0.05-0.25份，相容剂0.5-4份，紫外光稳定剂0.05-0.3份，紫外光吸收剂0.05-0.3份，抗氧剂0.1-0.6份。
2.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述乙烯-辛烯共聚物树脂的熔体流动速率为1g/10min—20g/10min，透光率＞85%，体积电阻率≥1.0×1014，熔融温度为50—100℃。
3.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述硅烷接枝单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述引发剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述的改性树脂为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体树脂（SEBS）或聚氨酯弹性体树脂（TPU）中的一种或两种，透光率＞85%，体积电阻率≥1.0×1014，熔融温度为140-185℃。
6.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述的共接枝单体为苯乙烯、二乙烯基苯、三丙烯基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述的相容剂为POE接枝马来酸酐、POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述的紫外光稳定剂为:3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、三（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）亚磷酸酯、双（1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述的紫外光吸收剂为2,2’-亚甲基双（6-（2H-苯并三唑-2-基）-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2,2-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-苯并三唑-2-基-4,6-二叔丁基苯酚、水杨酸、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、2-（2H-苯丙苯并三唑-2-羟基）-4-（叔丁基-6-仲丁基）苯酚中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、4，4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。
11.制备如权利要求1-10中任一项所述的一种光伏封装用硅烷接枝POE胶膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）按配比将引发剂、硅烷接枝单体、改性树脂、相容剂、部分乙烯-辛烯共聚物树脂混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出接枝母粒，备用；
（2）按配比将剩余乙烯-辛烯共聚物树脂、抗氧剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂混合均匀，倒入双螺杆挤出机中，160-220℃制备出助剂母粒，备用；
（3）按配比将接枝母粒和助剂母粒混合均匀，倒入到单螺杆挤出流延机中，160-220℃挤出物经流延、压花、冷却、牵引、收卷工序即可得所述胶膜。
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