CN109206653A - 用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能封装材料技术领域，尤其是一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法；（1）将原料加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为80‑100℃，螺杆转速为20‑30rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜；（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜；本发明中添加了抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂，防止组合物在共混挤出过程中的过渡热氧化降解发黄，从而从封装膜的生产开始，就有效的防止封装膜变黄老化，同时也提高了封装膜在使用过程中受到太阳光辐射后老化变黄的能力。

Description

用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能封装材料技术领域，尤其是一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法。
背景技术
太阳能是一种洁净能源，其开发和利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的近似无限性，是人类理想的替代能源。为了充分有效利用太阳能，人们发明了多种太阳能材料。按性能和用途上大致上可分为光电转换材料、光热转换材料、光化学能转换材料及光能调控变色材料。目前人们日常生活及生产过程中用的最广泛的就是光电及光热转换材料。
太阳能光电转换材料即太阳能电池以半导体材料为基础，利用光伏效应把太阳辐射能转化为电能。太阳能电池组件的结构从上到下大体上可分为5层，分别为玻璃、高分子封装胶、半导体电池片、高分子封装胶及高分子背材。在室外恶劣的气候环境中，高分子封装胶会很快老化变黄，甚至脱胶龟裂，使电池组件破裂受到气候侵蚀，进而使电池组件的光电转换效率大大下降或者是短路损坏而失效。因此，为了提高太阳能电池的使用效率及寿命，太阳能电池组件的高分子封装胶材料是太阳能光利用不可忽视的部件。经过人们的长期的实践及研究，乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)成为了太阳能电池组件封装材料的首选。用EVA封装的太阳能电池组件具有高透光性、粘接强度强、绝缘性高及热稳定性好等优点。但是由于太阳辐射的存在，光伏组件在使用过程中内部可能达到65℃(或更高)的温度，因此使用的封装材料必须具有优良的机械和耐蠕变性能。目前市场上使用最多的封装材料，例如专利JP19870174967所述的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)，其交联之后除了满足上述性能外，还具有良好的透光率(90％以上)，能满足光伏组件封装的一般要求。但是，在长期的太阳辐射作用下，EVA会发生分解，释放出乙酸腐蚀电池片；老化后表现出显著的黄变，导致光伏组件的输出功率下降。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中不足，提供一种抗老化性能强，不会影响光伏组件的输出功率的用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，
（1）将改性聚烯烃树脂91-95份、交联剂0.5-4.5份、硅烷偶联剂0.8-2.8份、抗氧剂0.12-0.36份、紫外光吸收剂0.12-0.25份、光稳定剂0.2-0.8份、分散剂0.02-0.08份、引发剂0.01-0.03份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为80-100℃，螺杆转速为20-30rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的18-22%；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为10-40％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
进一步的，所述引发剂选用过氧化氢异丙苯、过氧化环己酮、叔丁基过氧化氢、过氧化氢二异丙苯、过氧乙酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化苯甲酰//N，N-二乙基苯胺中的一种或两种混合。
进一步的，所述交联剂包括主交联剂和交联助剂，所述交联剂选用过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯、2，2-双（叔茂基过氧）-丁烷和1,1-双（叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷）、邻叔丁基-邻-（2-乙基己基）-单-过氧化碳酸酯中的一种，所述交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯。
进一步的，所述偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷。
进一步的，所述抗氧剂选用四[β-（3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]十八烷基醇酯、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯。
进一步的，所述紫外光吸收剂选自成分2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种。
进一步的，所述光稳定剂选用受阻胺光稳定剂。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
1、本发明中添加了甲基丙烯酰氧基硅烷作为偶联剂，该偶联剂可以直接共混入组合物中，为了保证其在树脂中长期存在不析出，也可将其与上述自由基型引发剂一起加入组合物中，在熔融挤出的过程中接枝到基体树脂。
2、本发明的改性聚烯烃树脂中双键占不饱和聚烯烃总重量的18-22%，可以延长由引发剂夺氢后产生的大分子自由基寿命，有效降低接枝过程中的降解和交联副反应程度，提高组合物与引发剂、有机硅烷偶联剂共混物中有机硅烷偶联剂的接枝率，有效降低引发剂和单体添加量节约生产成本，并降低聚合物接枝后的单体残余量，提高组合物的持久粘接性能，由于接枝反应所需的引发剂和单体均为极性化合物，其残留会导致聚合物的绝缘性能下降，因此降低引发剂、单体的添加量和残余量会提高组合物的电绝缘性能，并通过挤出工艺的控制，使部分双键得以保留，在后续的组件层压过程中进行部分交联，进一步提高组合物的热机械性能。
3、本发明中添加了抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂，防止组合物在共混挤出过程中的过渡热氧化降解发黄，从而从封装膜的生产开始，就有效的防止封装膜变黄老化，同时也提高了封装膜在使用过程中受到太阳光辐射后老化变黄的能力，延长了封装膜的抗老化时间，从而降低了对光伏组件电池输出功率的影响。
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。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
一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，
（1）将改性聚烯烃树脂91份、交联剂0.5份、硅烷偶联剂0.8份、抗氧剂0.12份、紫外光吸收剂0.12份、光稳定剂0.2份、分散剂0.02份、引发剂0.01份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为80℃，螺杆转速为20rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的18%；其中，引发剂选用过氧化氢异丙苯；交联剂包括主交联剂和交联助剂，交联剂选用过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯，交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯；偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷；抗氧剂选用四[β-（3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]十八烷基醇酯；紫外光吸收剂为成分2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑；光稳定剂选用受阻胺光稳定剂；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为10％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
实施例2
一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，
（1）将改性聚烯烃树脂95份、交联剂4.5份、硅烷偶联剂0.8份、抗氧剂0.12份、紫外光吸收剂0.12份、光稳定剂0.2份、分散剂0.02份、引发剂0.01份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为80℃，螺杆转速为20rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的18%；其中，引发剂选用过氧化环己酮，交联剂包括主交联剂和交联助剂，交联剂选用2，2-双（叔茂基过氧）-丁烷和1,1-双（叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷），交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯；偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷；抗氧剂选用四[β-（3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]十八烷基醇酯；紫外光吸收剂选用2，4-二羟基二苯甲酮；光稳定剂选用受阻胺光稳定剂；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为20％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
实施例3
一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，
（1）将改性聚烯烃93份、交联剂2.5份、硅烷偶联剂1.8份、抗氧剂0.24份、紫外光吸收剂0.18份、光稳定剂0.5份、分散剂0.05份、引发剂0.02份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为90℃，螺杆转速为25rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的20%；其中，引发剂选用过氧化氢异丙苯和过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯的混合物，其质量比为1:1；交联剂包括主交联剂和交联助剂，交联剂选用邻叔丁基-邻-（2-乙基己基）-单-过氧化碳酸酯，交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯；偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷；抗氧剂选用双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯；紫外光吸收剂选自成分2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑；光稳定剂选用受阻胺光稳定剂；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为30％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
实施例4
一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，
（1）将改性聚烯烃树脂93份、交联剂2.5份、硅烷偶联剂1.8份、抗氧剂0.12份、紫外光吸收剂0.12份、光稳定剂0.2份、分散剂0.02份、引发剂0.01份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为900℃，螺杆转速为25rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的20%；其中，引发剂选用过氧化氢二异丙苯和过氧化苯甲酰//N，N-二乙基苯胺的混合物，其质量比为1:1；交联剂包括主交联剂和交联助剂，交联剂选用1,1-双（叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷），交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯；偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷；抗氧剂选用双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯；紫外光吸收剂选用2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；光稳定剂选用受阻胺光稳定剂；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为25％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
实施例5
一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，
（1）将改性聚烯烃树脂93份、交联剂2.5份、硅烷偶联剂2.8份、抗氧剂0.36份、紫外光吸收剂0.25份、光稳定剂0.8份、分散剂0.08份、引发剂0.03份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为80-100℃，螺杆转速为20-30rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的22%；其中，引发剂选用过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯；交联剂包括主交联剂和交联助剂，交联剂选用1,1-双（叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷），交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯；偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷；抗氧剂选用双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯；紫外光吸收剂选用2，4-二羟基二苯甲酮；光稳定剂选用受阻胺光稳定剂；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为30％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
性能测试：
1.粘结性能
按GB/T8808-88试验方法，测试本实施例1-5的聚烯烃封装胶膜与组件前后板的粘结力。
2.体积电阻率
将封装胶膜在层压机中经过加热层压后，按标准GB/T1410-2006测试体积电阻率。测试电压为100V，测试时间为120s。
3.耐湿热老化性能
按GB/T2423.3试验方法进行湿热老化实验
试验条件：温度85℃，湿度85％，时间3000h。
性能表征方法：
1)黄变指数(△YI)按GB2409-80《塑料黄色指数试验方法》进行分析。
2)按GB/T2410测试湿热老化前后试样的透光率，并按a式计算透光率保持率；
3)按GB/T8808-88测试湿热老化后试样的粘结力，并按a式计算粘结力保持率。
4.耐紫外光辐射性能
按国际电工委员会标准 IEC61345 规定进行紫外辐射老化性能测试。
试验条件 ：试样表面温度 60±5℃，波长为 280-400nm，辐射强度为 15KWh/m2，辐照时间为 1000h。
性能表征方法 ：
A:黄变指数 ( △ YI) 按 GB2409-80《塑料黄色指数试验方法》进行分析 ；
实施例1-5中的封装膜按上述方法的测试结果如下。
对比例为常规EVA封装胶膜。
表1 实施例1-5的常规性能
表2 实施例1-5中的耐老化性能
1、本发明中添加了甲基丙烯酰氧基硅烷作为偶联剂，该偶联剂可以直接共混入组合物中，为了保证其在树脂中长期存在不析出，也可将其与上述自由基型引发剂一起加入组合物中，在熔融挤出的过程中接枝到基体树脂。
2、本发明的改性聚烯烃树脂中双键占不饱和聚烯烃总重量的18-22%，可以延长由引发剂夺氢后产生的大分子自由基寿命，有效降低接枝过程中的降解和交联副反应程度，提高组合物与引发剂、有机硅烷偶联剂共混物中有机硅烷偶联剂的接枝率，有效降低引发剂和单体添加量节约生产成本，并降低聚合物接枝后的单体残余量，提高组合物的持久粘接性能，由于接枝反应所需的引发剂和单体均为极性化合物，其残留会导致聚合物的绝缘性能下降，因此降低引发剂、单体的添加量和残余量会提高组合物的电绝缘性能，并通过挤出工艺的控制，使部分双键得以保留，在后续的组件层压过程中进行部分交联，进一步提高组合物的热机械性能。
3、本发明中添加了抗氧剂、紫外光吸收剂和光稳定剂，防止组合物在共混挤出过程中的过渡热氧化降解发黄，从而从封装膜的生产开始，就有效的防止封装膜变黄老化，同时也提高了封装膜在使用过程中受到太阳光辐射后老化变黄的能力，延长了封装膜的抗老化时间，从而降低了对光伏组件电池输出功率的影响。
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 (7)

1.一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：
（1）将改性聚烯烃树脂91-95份、交联剂0.5-4.5份、硅烷偶联剂0.8-2.8份、抗氧剂0.12-0.36份、紫外光吸收剂0.12-0.25份、光稳定剂0.2-0.8份、分散剂0.02-0.08份、引发剂0.01-0.03份加入搅拌装置内，混合均匀，然后加入单螺杆挤出机中进行反应挤出，控制螺杆挤出机的挤出温度为80-100℃，螺杆转速为20-30rpm，再通过挤出、流延、冷却成膜，所述改性聚烯烃树脂为含有双键的不饱和聚烯烃，其中双键占不饱和聚烯烃总重量的18-22%；
（2）在步骤（1）中制得的封装膜的一侧表面进行辐射处理，使得该侧表面的改性聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的改性聚烯烃树脂未经交联且所述改性聚烯烃树脂的整体交联度为10-40％，最后通过裁切、收卷工序，得到所述用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：所述引发剂选用过氧化氢异丙苯、过氧化环己酮、叔丁基过氧化氢、过氧化氢二异丙苯、过氧乙酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化苯甲酰//N，N-二乙基苯胺中的一种或两种混合。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：所述交联剂包括主交联剂和交联助剂，所述交联剂选用过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯、2，2-双（叔茂基过氧）-丁烷和1,1-双（叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷）、邻叔丁基-邻-（2-乙基己基）-单-过氧化碳酸酯中的一种，所述交联助剂选用三烯丙基异氰脲酸酯。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：所述偶联剂选用甲基丙烯酰氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂选用四[β-（3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]十八烷基醇酯、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯。
6.根据权利要求1所述的用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：所述紫外光吸收剂选自成分2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的用于太阳能电池组件的聚烯烃封装膜的制备方法，其特征在于：所述光稳定剂选用受阻胺光稳定剂。
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