CN109666448A - 一种光伏组件用脱醇型密封胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种光伏组件用脱醇型密封胶及其制备方法。本发明光伏组件用脱醇型密封胶由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷80‑100份、填料20‑30份、阻燃剂4‑6份、钛白色浆3‑5份、除水剂1.5‑2.5份、交联剂2‑4份、有机锡螯合物催化剂0.4‑0.6份和复配偶联剂0.8‑1.2份。本发明光伏组件用脱醇型密封胶制备步骤如下：（1）按重量份称量各原材料；（2）将多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷、填料、阻燃剂和钛白色浆加到真空捏合机内脱水共混捏合4‑5h，冷却至室温；（3）向冷却后的基胶加除水剂、交联剂、有机锡螯合物催化剂和复配偶联剂，充分混合即可。本发明光伏组件用脱醇型密封胶具有固化时间短、粘接强度高、耐老化性能好的特点。

Description

一种光伏组件用脱醇型密封胶及其制备方法
技术领域
本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种光伏组件用脱醇型密封胶及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电系统是指利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。太阳能电池板，也称为“光伏组件”，简称PV组件，是太阳能光伏发电系统中的核心部分之一。光伏组件的结构自上而下的顺序是超白玻璃-密封剂-硅晶片-密封剂-TPT(含氟塑料膜)或铝合金背衬材料。为了防止空气中的水和氧气进入太阳能光伏电池组件，造成组件中的硅晶片氧化，导致硅晶片转换率降低，必须对光伏电池组件的边框间隙采用粘结密封性和耐候性良好的密封胶进行密封处理，在电源转换盒的壳体四周也必须采用密封胶进行粘结固定密封，以保护线路板，延长使用寿命。
光伏组件的发电寿命一般设计为25-30年，在此期间，要经受曝晒、风吹、雨和雪等恶劣的气候环境，要满足如此严苛的使用条件，具备卓越的耐紫外线和耐大气老化性能的有机硅材料是很好的选择。此外，对光伏组件厂商而言，要结合现场施胶及使用环境，选择与各种光伏组件用材料相容性好，没有不良反应，深层固化较快，贮存性能稳定的有机硅密封胶。从机理上，脱醇型有机硅密封胶因其与光伏电池组件所用的其他材料具有良好的相容性及低毒性更适合光伏电池组件使用。但是目前绝大多数脱醇型硅酮密封胶是以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，甲基三甲氧基硅烷为交联剂，钛络合物为催化剂，配上填料与其他助剂制备而成。例如公开号为CN108624281A的发明专利公开的一种高性能光伏组件用有机硅密封胶及其制备方法及公告号为CN104194712B的发明专利公开的太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，都存在深层硫化速率慢，容易导致黄变，生产过程中会出现粘度高峰，制备的密封胶贮存性较差等缺点。
由于脱酮肟型有机硅密封胶具有贮存稳定性较好，深层固化较快的特点，目前广泛应用于光伏组件的边框密封和接线盒粘接。公开号为CN104610907A的发明专利公开了一种单组份脱肟型室温硫化硅橡胶密封剂及其制备方法，公开号为CN103305181A的发明专利公开了一种太阳能组件用单组分脱肟型密封胶。然而，脱肟型有机硅密封胶在光伏组件中的局限性也是显而易见的，比如，其硫化过程放出的小分子为丁酮肟，丁酮肟会腐蚀太阳能组件中的镀锌铜条，且丁酮肟对聚碳酸酯也有腐蚀作用，会使材料出现裂纹，所以不能用于PC材质的接线盒。此外，光伏电池组件厂的生产车间是密封防尘的，丁酮肟会富积在生产环境中，危害生产人员的健康。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固化时间短、粘接强度高、耐老化性能好的光伏组件用脱醇型密封胶及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种光伏组件用脱醇型密封胶，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷80-100份、填料20-30份、阻燃剂4-6份、钛白色浆3-5份、除水剂1.5-2.5份、交联剂2-4份、有机锡螯合物催化剂0.4-0.6份和复配偶联剂0.8-1.2份。
优选地，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷90份、填料25份、阻燃剂5份、钛白色浆4份、除水剂2份、交联剂3份、有机锡螯合物催化剂0.5份和复配偶联剂1份。
优选地，所述多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷是由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷在氨基甲酸铵的存在条件下与烷氧基硅烷反应制得，在25℃时的粘度为5800-6200mPa·s。
优选地，所述填料是超微细补强粉体填料，选自碳酸钙、石英粉或硅藻土三者中的一种，其粒径范围是1.6μm-2μm。
优选地，所述阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
优选地，所述钛白色浆是将锐钛型钛白粉与粘度为500mPa·s的二甲基硅油按照体积比3:2均匀混合制成。
优选地，所述除水剂为乙烯基三甲氧基硅烷、无水氯化钙或氧化钙中的一种，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷。
优选地，所述复配偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷按照质量比1:1的复配。
本发明还提供了一种该光伏组件用脱醇型密封胶的制备方法，由以下制备步骤组成：
（1）按重量份称量各原材料，并单独存放，以多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷的重量为基础，其它原料进行折算后称取；
（2）将多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷、填料、阻燃剂和钛白色浆加入到真空捏合机内，于温度120-140℃、真空度0.085-0.095MPa的条件下脱水共混捏合4-5h，冷却至室温得到基胶；
（3）将冷却后的基胶在一定条件下依次加入除水剂、交联剂、有机锡螯合物催化剂和复配偶联剂，按照一定搅拌速率和搅拌时间充分混合后制得光伏组件用脱醇型密封胶。
优选地，步骤（3）所述一定条件为真空或充氮环境，所述搅拌速率为300-400r/min，所述搅拌时间为50-60min。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的光伏组件用脱醇型密封胶采用多烷氧基硅基封端的聚二甲基硅氧烷作为基胶原料,可避免α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷与钛酸酯螯合物形成凝胶、稠化的过程；本发明的光伏组件用脱醇型密封胶添加了除水剂,可除去基胶中残存的羟基及填料等带入的水分,改进胶料的贮存稳定性；本发明的光伏组件用脱醇型密封胶采用有机锡螯合物催化剂，避免了胶料中游离醇在有机金属催化剂存在下与聚硅氧烷发生平衡化反应形成无交联功能的(CH3O)( CH3) 2SiO1/2端基,提高了胶体的交联性能。
（2）本发明的光伏组件用脱醇型密封胶添加了交联剂，避免了制胶过程中的增稠或加速老化时的增稠，提高了贮存的稳定性；其次，交联剂作为小分子物质，在未固化时，能够对胶体起到稀释润滑作用，提高了胶体的挤出作业性能。但是，若烷氧基官能团数量相对于羟基已经过剩，随着交联剂含量的增加，烷氧基官能团就越多，在固化时，表面层的烷氧基也就越多，这些烷氧基在水分子作用下完成全部彼此交联需要的时间就越长，导致表干时间、消黏时间和深层固化时间也相应增加，本发明通过大量试验偶然确定了交联剂添加量的最佳范围，使得本发明的光伏组件用脱醇型密封胶具有较佳的固化速率、贮存稳定性以及挤出作业性能。
（3）由于光伏组件密封胶需要接触和粘接的材料除了玻璃和铝材之外还有接线盒（PPO材质）、电池背板（TPT、TPE和KPK等）、导线及导线外皮、汇流条（镀锌铜条）、导电膜和夹胶片（PVB、EVA等），这对密封胶的粘接性和相容性提出了较高要求，本发明通过对含有不同官能基团的偶联剂进行大量试验确定了采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷的复配作为偶联剂，使得本发明的光伏组件用脱醇型密封胶具有较短的表干时间、消黏时间和深层固化时间，且与其他材料相容性较好，不会产生不良的物理化学反应，耐黄变性能较好。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种光伏组件用脱醇型密封胶，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷90份、粒径为1.6μm的超微细补强碳酸钙粉体20份、氢氧化铝4份、钛白色浆3份、乙烯基三甲氧基硅烷1.5份、甲基三甲氧基硅烷2份、有机锡螯合物催化剂0.4份和复配偶联剂0.8份。
本实施例所述多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷是由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷在氨基甲酸铵的存在条件下与烷氧基硅烷反应制得，在25℃时的粘度为5800mPa·s。
本实施例所述钛白色浆是将锐钛型钛白粉与粘度为500mPa·s的二甲基硅油按照体积比3:2均匀混合制成。
本实施例所述复配偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷按照质量比1:1的复配。
本实施例还提供了一种该光伏组件用脱醇型密封胶的制备方法，由以下制备步骤组成：
（1）按重量份称量各原材料，并单独存放，以多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷的重量为基础，其它原料进行折算后称取；
（2）将多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷、超微细补强碳酸钙粉体、氢氧化铝和钛白色浆加入到真空捏合机内，于温度120℃、真空度0.085MPa的条件下脱水共混捏合4h，冷却至室温得到基胶；
（3）将冷却后的基胶在真空条件下依次加入乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、有机锡螯合物催化剂和复配偶联剂，按照300 r/min的搅拌速率搅拌50min，充分混合后制得光伏组件用脱醇型密封胶。
实施例2
本实施例提供了一种光伏组件用脱醇型密封胶，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷90份、粒径为1.8μm超微细补强石英粉体25份、氢氧化镁5份、钛白色浆4份、无水氯化钙2份、甲基三甲氧基硅烷3份、有机锡螯合物催化剂0.5份和复配偶联剂1份。
本实施例所述多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷是由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷在氨基甲酸铵的存在条件下与烷氧基硅烷反应制得，在25℃时的粘度为6000mPa·s。
本实施例所述钛白色浆是将锐钛型钛白粉与粘度为500mPa·s的二甲基硅油按照体积比3:2均匀混合制成。
本实施例所述复配偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷按照质量比1:1的复配。
本实施例还提供了一种该光伏组件用脱醇型密封胶的制备方法，由以下制备步骤组成：
（1）按重量份称量各原材料，并单独存放，以多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷的重量为基础，其它原料进行折算后称取；
（2）将多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷、超微细补强石英粉体、氢氧化镁和钛白色浆加入到真空捏合机内，于温度130℃、真空度0.09MPa的条件下脱水共混捏合4.5h，冷却至室温得到基胶；
（3）将冷却后的基胶在充氮环境下依次加入无水氯化钙、甲基三甲氧基硅烷、有机锡螯合物催化剂和复配偶联剂，按照350 r/min的搅拌速率搅拌55min，充分混合后制得光伏组件用脱醇型密封胶。
实施例3
本实施例提供了一种光伏组件用脱醇型密封胶，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷90份、粒径为2μm的超微细补强硅藻土粉体30份、氢氧化铝6份、钛白色浆5份、氧化钙2.5份、甲基三甲氧基硅烷4份、有机锡螯合物催化剂0.6份和复配偶联剂1.2份。
本实施例所述多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷是由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷在氨基甲酸铵的存在条件下与烷氧基硅烷反应制得，在25℃时的粘度为6200mPa·s。
本实施例所述钛白色浆是将锐钛型钛白粉与粘度为500mPa·s的二甲基硅油按照体积比3:2均匀混合制成。
本实施例所述复配偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷按照质量比1:1的复配。
本实施例还提供了一种该光伏组件用脱醇型密封胶的制备方法，由以下制备步骤组成：
（1）按重量份称量各原材料，并单独存放，以多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷的重量为基础，其它原料进行折算后称取；
（2）将多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷、超微细补强硅藻土粉体、氢氧化铝和钛白色浆加入到真空捏合机内，于温度140℃、真空度0.095MPa的条件下脱水共混捏合5h，冷却至室温得到基胶；
（3）将冷却后的基胶在真空条件下依次加入氧化钙、甲基三甲氧基硅烷、有机锡螯合物催化剂和复配偶联剂，按照400 r/min的搅拌速率搅拌60min，充分混合后制得光伏组件用脱醇型密封胶。
对比例1
本对比例采用公开号为CN108624281A的发明专利公开的一种高性能光伏组件用有机硅密封胶。
对比例2
本对比例采用公开号为CN103305181A的发明专利公开了一种太阳能组件用单组分脱肟型密封胶。
对实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2的密封胶进行各项性能测试：（1）表干时间：按GB/T 13477.5-2002标准中的B法进行测试；（2）消黏时间：胶样挤出后，静置一段时间，用手指轻触时，试样表面完全光滑干燥所经历的时间；（3）挤出性：将密封胶在25℃环境下，用直径2.0mm的胶嘴在0.5MPa的压力下挤出，记录1min的出胶质量（g）；（4）拉伸粘结强度：按GB/T 13477.8-2002标准，采用电子万能试验机进行测试；（5）贮存性能：采用加速老化试验来表征（老化条件为70℃/7d，用老化后的表干时间和初始表干时间的百分比来表征）。各项性能测试的结果如下表1所示：
表1
测试项目 表干时间（min） 消黏时间（min） 挤出性（g/min） 拉伸粘结强度 贮存性能（%）
实施例1 7 17 32 90CF 150
实施例2 8 20 37 90CF 144
实施例3 8 21 36 100CF 141
对比例1 11 23 27 80CF 164
对比例2 10 24 26 80CF 167
从上表1的测试结果可以看出，实施例1、实施例2和实施例3制备所得密封胶的表干时间和消黏时间都要短于对比例1和对比例2制备所得密封胶，说明本发明光伏组件用脱醇型密封胶相比于现有技术的密封胶固化时间较短。实施例1、实施例2和实施例3制备所得密封胶在1min内的挤出质量分别为32g、37g和36g，明显高于对比例1和对比例2的27g和26g，说明本发明光伏组件用脱醇型密封胶相比于现有技术的密封胶具有更好的挤出作业性能。从上表还可以看出实施例1、实施例2和实施例3制备所得密封胶拉伸粘结强度要高于对比例1和对比例2的密封胶。从老化后的表干时间来看，实施例1、实施例2和实施例3制备所得密封胶老化后的表干时间比初始表干时间分别增加了50%、44%和41%，明显低于对比例1的64%和对比例2的67%，说明本发明的密封胶相比现有技术的密封胶具有更好的耐老化性能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷80-100份、填料20-30份、阻燃剂4-6份、钛白色浆3-5份、除水剂1.5-2.5份、交联剂2-4份、有机锡螯合物催化剂0.4-0.6份和复配偶联剂0.8-1.2份。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于，由以下重量份的原料组成：多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷90份、填料25份、阻燃剂5份、钛白色浆4份、除水剂2份、交联剂3份、有机锡螯合物催化剂0.5份和复配偶联剂1份。
3.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于：所述多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷是由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷在氨基甲酸铵存在下与烷氧基硅烷反应制得，在25℃时粘度为5800-6200mPa·s。
4.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于：所述填料是超微细补强粉体填料，选自碳酸钙、石英粉或硅藻土三者中的一种，其粒径范围是1.6μm-2μm。
5.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于：所述阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
6.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于：所述钛白色浆是将锐钛型钛白粉与粘度为500mPa·s的二甲基硅油按照体积比3:2均匀混合制成。
7.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于：所述除水剂为乙烯基三甲氧基硅烷、无水氯化钙或氧化钙中的一种，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷。
8.根据权利要求1或2所述的一种光伏组件用脱醇型密封胶，其特征在于：所述复配偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷按照质量比1:1的复配。
9.一种根据权利要求1或2所述光伏组件用脱醇型密封胶的制备方法，其特征在于，由以下制备步骤组成：
（1）按重量份称量各原材料，并单独存放，以多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷的重量为基础，其它原料进行折算后称取；
（2）将多烷氧基硅基封端聚二甲基硅氧烷、填料、阻燃剂和钛白色浆加入到真空捏合机内，于温度120-140℃、真空度0.085-0.095MPa的条件下脱水共混捏合4-5h，冷却至室温得到基胶；
（3）将冷却后的基胶在一定条件下依次加入除水剂、交联剂、有机锡螯合物催化剂和复配偶联剂，按照一定搅拌速率和搅拌时间充分混合后制得光伏组件用脱醇型密封胶。
10.根据权利要求9所述光伏组件用脱醇型密封胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述一定条件为真空或充氮环境，所述搅拌速率为300-400r/min，所述搅拌时间为50-60min。
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