CN109337260A - 一种透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法 - Google Patents

一种透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能光伏电池背板膜等技术领域，尤其涉及一种透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法。该方法以聚偏氟乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯为基体树脂，通过添加抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂、增白剂、无机粉料等在高混机中进行混合，然后再由双螺杆挤出机挤出造粒制备而成。太阳能背板一般采用白色聚偏氟乙烯膜为空气面保护层，随着双面发电技术的发展，透明背板需要耐候的透明氟膜作为空气面保护层。本发明针对透明背板设计了一种透明原料所制成的聚偏氟乙烯薄膜，为双面发电组件提供了新的组合形式，相比传统双玻组件而言不易开裂，加工简单，重量更轻，在太阳能背板薄膜加工领域具有良好的应用前景。

Description

一种透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种聚偏氟乙烯薄膜，尤其涉及一种透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法。
背景技术
随着太阳能发电技术的发展，行业对整个产业提出了更严苛的降本增效要求。传统电池的工艺将电池效率带到瓶颈，双面发电技术逐渐被人们所关注。未来双面组件的产能也将得到大幅度提高。现有的双玻技术由于存在易碎、重量大的缺点，在推广中遇到较大阻力。透明背板因为结构和传统背板相似，应用到双面电池组件中具有较大的优势，因此会成为双面组件的较佳选择。
作为透明背板中最重要的空气面耐候保护膜，透明氟膜对透明背板的耐候性起到关键作用。目前可供选择的透明氟膜有聚氟乙烯（PVF）薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）薄膜、聚三氟氯乙烯（PCTFE）薄膜、四氟乙烯-六氟丙烯-聚偏氟乙烯三元共聚物（THV）薄膜等，这些氟膜由于自身垄断、加工困难等特点难以大面积推广，性价比更高的聚偏氟乙烯（PVDF）透明薄膜成为背板用耐候透明氟膜的最佳选择。本发明研究了不同配方组成的透明聚偏氟乙烯膜的各项基本性能及耐老化性能，具有高可见光透过率、高紫外阻隔率的特点，且老化后光学性能良好，无黄变现象。
发明内容
本发明旨在改变传统白色耐候聚偏氟乙烯保护膜，提供一种透明的具有高透光率高紫外阻隔的耐候聚偏氟乙烯薄膜的制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：其主要成分为聚偏氟乙烯树脂、乙烯四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂、增白剂、无机粉料，该混合物的质量百分比为：
聚偏氟乙烯 85%~100%
乙烯四氟乙烯共聚物 0~10%
聚甲基丙烯酸甲酯 0~10%
紫外吸收剂 0.1%~4%
无机粉料 0.01%~0.2%
抗氧剂 0.1%~1%
光稳定剂 0.1%~2%
增白剂 0~0.5%。
根据本发明的另一个实施例，进一步所述的紫外吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类、取代丙烯腈类中的一种或多种。较优的，为苯并三唑类和三嗪类的混合物。
根据本发明的另一个实施例，进一步，所述的紫外吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)苯并三氮唑或者2-（4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基）-5-己基氧基-苯酚或者6-(2-苯并三氮唑基)-4-叔戊基-6'-叔丁基-4'-甲基-2,2'-亚甲基二酚、2,2,6,6-四甲基哌啶-2-羟基苯基苯并三唑中的一种或多种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的无机粉料为氧化镁或氧化锌中的一种或多种。较优的，氧化镁和氧化锌纯度均大于98%，且氧化镁为重质氧化镁，粒径为0.3-20微米；氧化锌为纳米级。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂中的一种或多种。较优的，为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。较优的，为低分子量和高分子量HALS的混合物。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的增白剂为4，4-双（2-二甲氧基苯乙烯基）联苯。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括薄膜的制造方法是：
第一步，混料：将配好的物料放入高速混合机中，高混机转速控制在500-1000rpm之间，高混机内温度控制在50~80℃，高速混合5~20min后将物料放出；
第二步，造粒：将混合好的物料放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机的加工温度设置在170~230℃，螺杆转速为50~200rpm。
第三步，成膜：将造好的原料放入单螺杆流延机中挤出流延成膜，加工温度控制在180~250℃，螺杆转速在30~150rpm，冷却辊温度控制在0~20℃。
本发明的有益效果是：本发明采用聚偏氟乙烯为原料，加入少量乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯作为改性树脂提高粘接性，并添加具有协同增效作用的紫外吸收剂及光稳定剂赋予透明聚偏氟乙烯薄膜高紫外阻隔效果，且保证了较高的可见光透过率，无机粉料的加入降低了透明聚偏氟乙烯薄膜老化后黄变的风险，让该种透明聚偏氟乙烯薄膜能满足透明背板的各项要求。
具体实施方式
本发明采用聚偏氟乙烯为原料，加入少量乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯作为改性树脂提高粘接性，并添加具有协同增效作用的紫外吸收剂及光稳定剂赋予透明聚偏氟乙烯薄膜高紫外阻隔效果，且保证了较高的可见光透过率，无机粉料的加入降低了透明聚偏氟乙烯薄膜老化后黄变的风险，让该种透明聚偏氟乙烯薄膜能满足透明背板的各项要求。其主要成分为聚偏氟乙烯树脂、乙烯四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂、增白剂、无机粉料，该混合物的质量百分比为：
聚偏氟乙烯 85%~100%
乙烯四氟乙烯共聚物 0~10%
聚甲基丙烯酸甲酯 0 ~10%
紫外吸收剂 0.1%~4%
无机粉料 0.01%~0.2%
抗氧剂 0.1%~1%
光稳定剂 0.1%~2%
增白剂 0~0.5%。
紫外吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类、取代丙烯腈类中的一种或多种，
较优的，为苯并三唑类和三嗪类的混合物。
优选例
紫外吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)苯并三氮唑或者2-（4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基）-5-己基氧基-苯酚或者6-(2-苯并三氮唑基)-4-叔戊基-6'-叔丁基-4'-甲基-2,2'-亚甲基二酚、2,2,6,6-四甲基哌啶-2-羟基苯基苯并三唑中的一种或多种。优选的苯并三唑类紫外吸收剂与PVDF树脂的相容性较好且湿热老化后不发黄；优选的三嗪类紫外吸收剂具有较好的热稳定性及很强的低波段紫外吸收功能。
无机粉料为氧化镁或氧化锌中的一种或多种。
优选例
无机粉料的氧化镁和氧化锌纯度均大于98%，且氧化镁为重质氧化镁，粒径为0.3-20微米，氧化锌为纳米级。高纯度的重质氧化镁在添加量极低的情况下具有抗湿热老化黄变的功效，且能吸收部分材料分解的强酸。纳米级的氧化锌相比传统氧化锌具有比表面积大、化学活性高，具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线的性能。
抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂中的一种或多种。
优选例
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂的复配，通过一定比例混合后，两种抗氧剂发生协同作用，拥有比单一抗氧剂更好的效果。
光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，
优选例
受阻胺类光稳定剂为低分子量和高分子量HALS的混合物。高分子量的HALS具有低挥发及少量迁移的效果，通过和低分子量HALS混合后，两者可发生协同增效的作用。
增白剂为4，4-双（2-二甲氧基苯乙烯基）联苯。
薄膜的制造方法是：
第一步，混料：将配好的物料放入高速混合机中，高混机转速控制在500-1000rpm之间，高混机内温度控制在50~80℃，高速混合5~20min后将物料放出；
第二步，造粒：将混合好的物料放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机的加工温度设置在170~230℃，螺杆转速为50~200rpm。
第三步，成膜：将造好的原料放入单螺杆流延机中挤出流延成膜，加工温度控制在180~250℃，螺杆转速在30~150rpm，冷却辊温度控制在0~20℃。
实施例1：
用电子秤准确称取以下质量百分比的原料：聚偏氟乙烯树脂95份，聚甲基丙烯酸甲酯5份、紫外吸收剂1.25份、抗氧剂0.3份、无机粉料0.1份、光稳定剂0.3份。将以上混合物放入高混机中高速混合10 min后放出，高混机的温度控制在60℃。
将以上混合物放入双螺杆挤出机中造粒制备聚偏氟乙烯颗粒，挤出机的加工温度如下：
一区/℃ 二区/℃ 三区/℃ 四区/℃ 五区/℃ 六区/℃ 七区/℃ 八区/℃ 九区/℃ 机头/℃
180 190 190 190 190 190 190 190 190 200
双螺杆挤出机的螺杆转速为150 r/min，控制物料温度在200℃~250℃，机头压力为1~10 MPa，即可得到所需改性颗粒。
将造好的粒料放入流延机中挤出成膜，流延机温度设定如下：
流延挤出机螺杆转速为80rpm，机头压力在10~40MPa之间。控制流延膜线速度为35 m/min，得到厚度为30μm的透明氟膜。
实施例2：
用电子秤准确称取以下质量百分比的原料：聚偏氟乙烯树脂100份、紫外吸收剂1.25份、抗氧剂0.3份、无机粉料0.1份、光稳定剂0.3份。将以上混合物放入高混机中高速混合10min后放出，高混机的温度控制在60℃。
将以上混合物放入双螺杆挤出机中造粒制备聚偏氟乙烯颗粒，挤出机的加工温度如下：
一区/℃ 二区/℃ 三区/℃ 四区/℃ 五区/℃ 六区/℃ 七区/℃ 八区/℃ 九区/℃ 机头/℃
180 190 190 190 190 190 190 190 190 200
双螺杆挤出机的螺杆转速为150 r/min，控制物料温度在200℃~250℃，机头压力为1~10 MPa，即可得到所需改性颗粒。
将造好的粒料放入流延机中挤出成膜，流延机温度设定如下：
流延挤出机螺杆转速为80rpm，机头压力在10~40MPa之间。控制流延膜线速度为35 m/min，得到厚度为30μm的透明氟膜。
实施例3：
用电子秤准确称取以下质量百分比的原料：聚偏氟乙烯树脂97份、聚甲基丙烯酸甲酯3份、紫外吸收剂2份、抗氧剂0.3份、光稳定剂0.3份。将以上混合物放入高混机中高速混合10min后放出，高混机的温度控制在60℃。
将以上混合物放入双螺杆挤出机中造粒制备聚偏氟乙烯颗粒，挤出机的加工温度如下：
一区/℃ 二区/℃ 三区/℃ 四区/℃ 五区/℃ 六区/℃ 七区/℃ 八区/℃ 九区/℃ 机头/℃
180 190 190 190 190 190 190 190 190 200
双螺杆挤出机的螺杆转速为150 r/min，控制物料温度在200℃~250℃，机头压力为1~10 MPa，即可得到所需改性颗粒。
将造好的粒料放入流延机中挤出成膜，流延机温度设定如下：
流延挤出机螺杆转速为80rpm，机头压力在10~40MPa之间。控制流延膜线速度为35 m/min，得到厚度为30μm的透明氟膜。
实施例4：
用电子秤准确称取以下质量百分比的原料：聚偏氟乙烯树脂90份、乙烯四氟乙烯共聚物5份、聚甲基丙烯酸甲酯5份、抗氧剂0.3份。将以上混合物放入高混机中高速混合10 min后放出，高混机的温度控制在60℃。
将以上混合物放入双螺杆挤出机中造粒制备聚偏氟乙烯颗粒，挤出机的加工温度如下：
一区/℃ 二区/℃ 三区/℃ 四区/℃ 五区/℃ 六区/℃ 七区/℃ 八区/℃ 九区/℃ 机头/℃
180 190 190 190 190 190 190 190 190 200
双螺杆挤出机的螺杆转速为150 r/min，控制物料温度在200℃~250℃，机头压力为1~10 MPa，即可得到所需改性颗粒。
将造好的粒料放入流延机中挤出成膜，流延机温度设定如下：
流延挤出机螺杆转速为80rpm，机头压力在10~40MPa之间。控制流延膜线速度为35 m/min，得到厚度为30μm的透明氟膜。
实施例测试结果如下：
通过对比实施例1~4的透明聚偏氟乙烯薄膜可以发现，实施例1和实施例2添加了无机粉料后，PCT和紫外老化的黄变值都相对较小，而实施例3和实施例4的黄变值超出了可接受范围。通过对比实施例3和实施例4，发现没有添加紫外吸收剂及光稳定剂的薄膜基本没有紫外阻隔能力。

Claims (8)

1.一种透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：其主要成分为聚偏氟乙烯树脂、乙烯四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂、增白剂、无机粉料，该混合物的质量百分比为：
聚偏氟乙烯 85%~100%
乙烯四氟乙烯共聚物 0~10%
聚甲基丙烯酸甲酯 0 ~10%
紫外吸收剂 0.1%~4%
无机粉料 0.01%~0.2%
抗氧剂 0.1%~1%
光稳定剂 0.1%~2%
增白剂 0~0.5%。
2.如权利要求1所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的紫外吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类、取代丙烯腈类中的一种或多种，
较优的，为苯并三唑类和三嗪类的混合物。
3.如权利要求2所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的紫外吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二枯基苯基)苯并三氮唑或者2-（4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基）-5-己基氧基-苯酚或者6-(2-苯并三氮唑基)-4-叔戊基-6'-叔丁基-4'-甲基-2,2'-亚甲基二酚、2,2,6,6-四甲基哌啶-2-羟基苯基苯并三唑中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的无机粉料为氧化镁或氧化锌中的一种或多种，
较优的，氧化镁和氧化锌纯度均大于98%，且氧化镁为重质氧化镁，粒径为0.3-20微米；氧化锌为纳米级。
5.如权利要求1所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂中的一种或多种，
较优的，为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
6.如权利要求1所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，
较优的，为低分子量和高分子量HALS的混合物。
7.如权利要求1所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的增白剂为4，4-双（2-二甲氧基苯乙烯基）联苯。
8.如权利要求1所述的透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜的制造方法，其特征在于：薄膜的制造方法是：
第一步，混料：将配好的物料放入高速混合机中，高混机转速控制在500-1000rpm之间，高混机内温度控制在50~80℃，高速混合5~20min后将物料放出；
第二步，造粒：将混合好的物料放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机的加工温度设置在170~230℃，螺杆转速为50~200rpm。
第三步，成膜：将造好的原料放入单螺杆流延机中挤出流延成膜，加工温度控制在180~250℃，螺杆转速在30~150rpm，冷却辊温度控制在0~20℃。
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