CN110128767A - 低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法 - Google Patents

低析出高紫外阻隔的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，尤其涉及一种透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法。该方法的配方主要由聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、无机纳米紫外吸收剂、抗氧剂、分散剂等为主。该透明聚偏氟乙烯薄膜的制造方法分三步：第一步，将聚甲基丙烯酸甲酯、有机溶剂、无机纳米紫外吸收剂、分散剂制作成溶液，第二步：将该溶液注入挤出机中进行造粒，获得高紫外阻隔的母粒；第三步，将该母粒添加到聚偏氟乙烯树脂中挤出流延制造成所需的透明聚偏氟乙烯薄膜。本发明针对双面电池的透明背板设计了一种高效的聚偏氟乙烯薄膜，该薄膜具有极佳的紫外阻隔性能，同时拥有良好的可见光透过率，特别是经过老化后该薄膜光学性能保持率优良。

Description

低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种双面发电组件的背板保护材料，尤其涉及一种低析出高紫外阻隔透明聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法，在各种老化后保持较好的紫外阻隔能力的同时，光透过率也具有很高的保持率。
背景技术
太阳能发电技术经过多年的发展已经取得了一系列重大的突破，从电池类型的变化到封装材料的优化，太阳能电池的发电功率不断得到提高。太阳能电池的结构也在变革，从传统的单玻组件到现在的双玻组件，双面发电的双玻组件将电池的发电功率带到了更高的水平。但是双玻组件由于其自身较重且易碎等特点，在实际应用中相比传统单玻组件存在很多缺点。适用于单玻组件的透明背板在解决双玻组件这些缺点的同时，保留了双面发电的高效特点，越来越受到人们的关注。
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。透明氟膜目前比较有应用前景的有聚氟乙烯（PVF）和聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜。聚氟乙烯由于其加工的特殊工艺和技术一直被国外巨头所垄断，成本较高，在商业化大规模应用方面有较大阻力。而聚偏氟乙烯由于其较高的性价比和多变性成为背板用耐候透明氟膜的最佳选择。现有的透明聚偏氟乙烯薄膜是用添加有机紫外吸收剂来实现高紫外阻隔能力，但是老化后这种有机助剂会析出到薄膜表面影响薄膜的可见光透过率。
发明内容
本发明主要目的是解决添加有机小分子紫外吸收剂的透明聚偏氟乙烯薄膜在各项老化后紫外阻隔快速下降，可见光透过率大幅降低的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：采用无机纳米紫外吸收剂实现透明聚偏氟乙烯薄膜的紫外阻隔功能，且可见光透过率几乎不受影响。无机纳米氧化物老化后几乎没有降解，故紫外阻隔效果的保持率非常优异。
该透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜为聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、无机纳米紫外吸收剂、抗氧剂、分散剂的混合物，其质量百分配比为：
聚偏氟乙烯 90%~100%
聚甲基丙烯酸甲酯 0 ~10%
无机纳米紫外吸收剂 0.1%~4%
抗氧剂 0.01%~2%
分散剂 0.01%~2%
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的无机纳米紫外吸收剂为纳米氧化锌或纳米氧化铈中的一种或多种，纳米氧化锌和纳米氧化铈粒径在5~100nm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的无机纳米紫外吸收剂为纳米氧化锌和纳米氧化铈的混合物，纳米氧化锌和纳米氧化铈的粒径在10~30nm之间。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的无机纳米紫外吸收剂通过溶剂及分散剂混合研磨，制作成纳米分散液。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的溶剂为水、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、丁酮、二甲苯中的一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的分散剂为无机类、有机类或有机和无机复合分散剂中的一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的聚甲基丙烯酸甲酯为通过溶剂溶化制成的溶液，溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种。
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，
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
透明的耐候聚偏氟乙烯薄膜的制造方法是：
第一步，混料：将配好的纳米无机紫外吸收剂分散液、聚甲基丙烯酸甲酯溶液及抗氧剂放入搅拌机中进行混合，搅拌机转速控制在10-300r/min之间，搅拌机内温度控制在10~70℃，混合2~8h。
第二步，造粒：将混合好的溶液注入双螺杆挤出机中挤出，挤出机的加工温度设置在130~230℃，螺杆转速为50~200rpm，挤出过程中通过抽真空回收溶剂，真空度在-0.06~-0.1MPa之间，挤出的料条通过水冷却后切粒。
第三步，成膜：将造好的聚甲基丙烯酸甲酯母粒与聚偏氟乙烯树脂按一定比例混合后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0~100℃。
本发明的有益效果是：本发明采用聚偏氟乙烯为原料，通过添加纳米无机紫外吸收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。纳米无机氧化物紫外吸收剂不易降解，但其容易团聚，很难均匀分散在树脂中，通过特殊的加工工艺使透明聚偏氟乙烯薄膜具有持久的耐老化和紫外阻隔效果，且不会随着老化析出到薄膜表面从而降低可见光透过率，使该透明聚偏氟乙烯薄膜能满足透明背板的各项要求，采用新型的无机纳米复合材料技术，通过无机纳米紫外吸收剂赋予透明氟膜高紫外阻隔能力并在老化后几乎不析出，保持了优良的可见光透过率，相比传统方式具有很明显的优势。
具体实施方式
纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象和各种波长光的吸收带有宽化现象，利用这两个性质可制备具有紫外光吸收功能的纳米复合材料，即制作的纳米无机紫外吸收剂分散液。
无机纳米粒子由于粒径小，表面非配对原子多，凝聚力高而易自身团聚，形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。这些团聚体的形成使得纳米颗粒不能以其单一的纳米颗粒均匀分散，不能发挥其应有的纳米粒子效应，失去了应有的对聚合物性能的改善作用。本发明通过将纳米粒子在与PVDF树脂相容性良好的PMMA树脂的溶液中进行分散，大大降低了直接共混加工产生的团聚问题，这种特殊的纳米分散加工方式赋予了最终产品良好的紫外阻隔效果，并预防了其失效风险。
实施例1
第一步，混料：
将38%的纳米氧化锌，60%的乙酸丁酯，2%的硅酸钠混合搅拌，制作成纳米无机紫外吸收剂分散液；
将10%的PMMA、89%的乙酸丁酯和1%的抗氧剂混合，其中抗氧剂为1010和168的混合物，混合比例为1:1，在100℃下混合搅拌制作成PMMA溶液；
将重量分数8%的纳米无机紫外吸收剂分散液与重量分数92%的PMMA溶液混合搅拌，在70℃的温度和200r/min的搅拌速率下混合6 h。
第二步，造粒：
将第一步搅拌均匀的溶液注入双螺杆挤出机中进行造粒，挤出机的温度设置为200℃，挤出转速为80rpm，挤出机的真空度为-0.1MPa，制作成纳米氧化锌和PMMA复合的紫外阻隔母粒。
第三步，成膜：
将此紫外阻隔母粒与PVDF树脂按质量分数分别为8%和92%的比例混合均匀后放入流延挤出机中流延成膜。流延机的挤出温度设置为210℃，冷却辊温度为60℃，挤出速度为70rpm。
实施例2
第一步，混料：
将38%的纳米氧化锌，60%的乙酸丁酯，2%的硅酸钠混合搅拌，制作成纳米无机紫外吸收剂分散液；
将20%的PMMA、79%的乙酸丁酯和1%的抗氧剂混合，其中抗氧剂为1010和168的混合物，混合比例为1:1，在100℃下混合搅拌制作成PMMA溶液；
将重量分数5%的纳米氧化锌分散液与重量分数95%的PMMA溶液混合搅拌。
第二步，造粒：
将第一步搅拌均匀的溶液在70℃的温度和200r/min的搅拌速率下混合6 h，搅拌均匀后注入双螺杆挤出机中进行造粒。挤出机的温度设置为230℃，挤出转速为100rpm，挤出机的真空度为-0.08MPa，制作成纳米氧化锌和PMMA复合的紫外阻隔母粒。
第三步，成膜：
将此紫外阻隔母粒与PVDF树脂按质量分数分别为8%和92%的比例混合均匀后放入流延挤出机中流延成膜，流延机的挤出温度设置为210℃，冷却辊温度为60℃，挤出速度为70rpm。
实施例3
第一步，混料：
将20%的纳米氧化锌，18%的纳米氧化铈，60%的乙酸丁酯，2%的硅酸钠混合搅拌，制作成纳米氧化锌分散液；
将10%的PMMA、89%的乙酸丁酯和1%的抗氧剂混合，其中抗氧剂为1010和168的混合物，混合比例为1:1，在100℃下混合搅拌制作成PMMA溶液；
将重量分数10%的纳米氧化锌分散液与重量分数90%的PMMA溶液混合搅拌，在70℃的温度和200r/min的搅拌速率下混合6 h。
第二步，造粒：
将第一步搅拌均匀的溶液搅拌均匀后注入双螺杆挤出机中进行造粒。挤出机的温度设置为200℃，挤出转速为60rpm，挤出机的真空度为-0.1MPa，制作成纳米氧化锌、纳米氧化铈和PMMA复合的紫外阻隔母粒。
第三步，成膜：
将此紫外阻隔母粒与PVDF树脂按质量分数分别为10%和90%的比例混合均匀后放入流延挤出机中流延成膜。流延机的挤出温度设置为200℃，冷却辊温度为80℃，挤出速度为100rpm。

Claims (10)

1.一种低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：其主要成分为聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、无机纳米紫外吸收剂、抗氧剂、分散剂，该混合物的质量百分比为：
聚偏氟乙烯树脂 90%~100%
聚甲基丙烯酸甲酯 0 ~10%
无机纳米紫外吸收剂 0.1%~4%
抗氧剂 0.01%~2%
分散剂 0.01%~2%。
2.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的无机纳米紫外吸收剂为纳米氧化锌或纳米氧化铈中的一种或多种，纳米氧化锌和纳米氧化铈粒径在5~100nm。
3.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的无机纳米紫外吸收剂为纳米氧化锌和纳米氧化铈的混合物，纳米氧化锌和纳米氧化铈的粒径在10~30nm之间。
4.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的无机纳米紫外吸收剂通过溶剂及分散剂混合研磨，制作成纳米分散液。
5.如权利要求4所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的溶剂为水、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、丁酮、二甲苯中的一种。
6.如权利要求4所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的分散剂为无机类、有机类或有机和无机复合分散剂中的一种。
7.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的聚甲基丙烯酸甲酯为通过溶剂溶化制成的溶液，溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种。
8.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，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。
9.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明聚偏氟乙烯薄膜，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
10.如权利要求1所述的低析出高紫外阻隔的透明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：将配好的纳米无机紫外吸收剂分散液、聚甲基丙烯酸甲酯溶液及抗氧剂放入搅拌机中进行混合，搅拌机转速控制在10-300r/min之间，搅拌机内温度控制在10~70℃，混合2~8h。
第二步，造粒：将混合好的溶液注入双螺杆挤出机中挤出，挤出机的加工温度设置在130~230℃，螺杆转速为50~200rpm，挤出过程中通过抽真空回收溶剂，真空度在-0.06~-0.1MPa之间，挤出的料条通过水冷却后切粒。
第三步，成膜：将造好的聚甲基丙烯酸甲酯母粒与聚偏氟乙烯树脂按一定比例混合后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0~100℃。
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