CN110713798B - 一种光伏组件用快速交联封装胶膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件用快速交联封装胶膜，它包括以下重量份的组分：0～30质量份的基体树脂，30～100质量份的第一改性树脂，0～50质量份的第二改性树脂，0.01～3质量份的有机过氧化物，0.02～2质量份的硅烷偶联剂，0.005～2质量份的光稳定剂，0～20质量份的颜料。加入带有活性基团的第一改性树脂和第二改性树脂，加快层压时胶膜的交联速度，用辐照预处理后，进一步缩短层压时间，提高组件制作效率。

Description

一种光伏组件用快速交联封装胶膜及制备方法
技术领域
本发明属于光伏封装材料领域，涉及一种光伏组件用快速交联封装胶膜及其制备方法。
背景技术
在环境污染日益加剧，资源短缺问题日益严重的今天，寻找可再生、环境友好的绿色能源已成为必然趋势。光伏发电因其自身特点越来越受到青睐，近年来发展非常迅，如何进一步提高光伏组件工作效率和降低组件的制作成本成为了行业的迫切诉求。
为了保证胶膜的阻隔性能、力学性能、抗热蠕变性能等，要求组件层压后封装胶膜的达到一定的交联度。最新版的中国光伏行业协会标准中规定，EVA的交联度要大于75％，POE 的交联度要大于60％。为实现这一目标，目前常用的方法是在胶膜中添加交联剂和助交联剂 (架桥剂)，高温下交联剂比如有机过氧化物分解产生自由基，引发基体树脂和助交联剂发生交联反应。但是交联体系需要较长的反应时间，严重降低了组件制作效率，增加了组件制作成本。
为了提高交联速率，可以选择活性更高的交联剂或者提高交联剂、助交联剂的比例。但是容易出现层压气泡、交联助剂吸收困难等问题。而助交联剂为多官能团小分子，极性较强，在封装胶膜，特别是POE封装胶膜中分散困难，交联剂产生的自由基无法及时有效地引发基体树脂和助交联剂反应，减缓了交联速度。同时，小分子助交联剂在EVA或者POE中的不均匀分散，会导致胶膜层压后交联不均匀，影响组件性能。另外，助交联剂与基体树脂之间较差的相容性，使得助交联剂在流延和储存过程中容易往胶膜表面迁移，导致胶膜滑甚至性能下降等问题。有报道通过引入一些极性官能团的方法改善POE粒子对助交联剂的吸收，但是效果甚微。
发明内容
本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种快速交联光伏组件封装胶膜。通过辐射处理，让胶膜使用前已具有一定的交联度，同时，巧妙利用改性树脂，取代常用的小分子助交联剂。第一改性树脂接枝了两个或两个以上的活性基团，它们之间可以相互反应或者可以与第二改性树脂上的活性官能团反应，实现层压过程中胶膜的交联。这种方法彻底解决了小分子助交联剂的在基体树脂中分散不佳，相容性差带来的问题。活性基团和活性官能团在胶膜内充分混合分散，层压过程中快速反应，大大提高交联速度，缩短层压时间，提高组件制作效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种光伏组件用快速交联封装胶膜，其特征在于，它包括以下重量份的组分：0～30质量份的基体树脂，30～100质量份的第一改性树脂， 0～50质量份的第二改性树脂，0.01～3质量份的有机过氧化物，0.02～2质量份的硅烷偶联剂， 0.005～2质量份的光稳定剂，0～20质量份的颜料。所述第一改性树脂是至少含有两个活性基团的乙烯与醋酸乙烯酯、丙烯、丁烯、己烯或辛烯共聚物中的一种或者多种按任意比混合。其中活性基团选自氨基、羧基、羟基、巯基、酸酐基、磺酸基、环氧基、氰基、异氰酸酯基、硅烷偶联基、酰氯基。
进一步地，所述的活性官能团通过单体参与共聚或者自由基引发的接枝反应的方式引入第一改性树脂分子链，其含量为0.05％～15wt％。
进一步地，，所述胶膜的厚度为0.01～1mm.
进一步地，，所述基体树脂为乙烯与醋酸乙烯酯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯或辛烯共聚物中的一种或者多种按任意比混合。基体树脂的熔融指数为0.5～45g/10min。
进一步地，所述第二改性树脂是含有一个活性官能团的乙烯与醋酸乙烯酯、丙烯、丁烯、己烯或辛烯共聚物中的一种或者多种按任意比混合。其中活性官能团选自氨基、羧基、羟基、巯基、酸酐基、磺酸基、环氧基、氰基、异氰酸酯基、硅烷偶联基、酰氯基。
进一步地，所述的有机过氧化物可以是下列中的一种或者多种按任意比例混合：叔丁基过氧化碳酸异丙酯、2,5-二甲基-2,5-(双叔丁过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、 1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔戊基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1- 双(叔戊基过氧)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧)环己烷、2,2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、2,5-二甲基2,5-二甲基2,5-二甲基2,5-双(苯甲酰过氧)-己烷、过氧化碳酸叔戊酯、过氧化3,3,5三甲基己酸叔丁酯的一种或多种按任意配比混合组。所述的硅烷偶联剂可是下列中的一种或者多种按任意比例混合：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基) 硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷、3-氨丙基三甲基硅烷。所述光稳定剂由双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、4-(甲基)丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶与α-烯类单体聚合得到的接枝共聚物、4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇、3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、葵二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇和三(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯。
进一步地，所述的颜料可以是下列中的一种或者多种按照任意比例混合：二氧化钛、氧化锌、中空玻璃珠、三氧化二铝、掺铝氧化锌、氧化铟锡、氧化二锑、碳酸钙、硫酸钡、蒙脱土、高岭土、滑石粉、长石粉、炭黑、铜铬黑。
进一步地，其特征在于，该方法具体为：按照5～50质量份的基体树脂、15～70质量份的第一改性树脂、15～70质量份的第二改性树脂、0.01～3质量份的有机过氧化物、0.02～2质量份的硅烷偶联剂、0.005～2质量份的光稳定剂、0～20质量份颜料的比例充分混合后加入挤出机，经过T型模头流延成膜，经过辐射或热交联后得到光伏组件用辐射预处理快速交联封装胶膜。
进一步地，所述辐照预处理的的辐照强度为辐射强度为5～100KGY，辐照后胶膜的交联度为2％～70％，
进一步地，所述辐射交联的方法可以是α射线、β射线、γ射线、X射线、中子射线或者高能电子束。
进一步地，所述热交联方式可以是红外加热、烘道加热、模头加热或微波加热，加热温度为100℃～300℃，加热后胶膜的交联度为2％～70％。
本发明的有益效果是，巧妙地利用改性树脂取代小分子助交联剂，彻底解决了助交联剂在树脂内分散不佳、相容性不好带来的问题。实现活性基团和活性官能团分子级的分散，在胶膜内充分混合分散，大大提高胶膜的交联反应，再配合辐射或热预处理，可以缩短组件层压时间，有效提高组件制作效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例。
实施例1
包括以下质量份的组分：8份熔融指数为5g/10min的POE，牌号C5070D(SABICInnovative Plastics)，40份含有15.0％氨基和7.0％羧基乙烯辛烯共聚物改性树脂，40份含有 8.0％羟基的乙烯辛烯共聚物改性树脂，0.55份叔丁基过氧化碳酸异丙酯，0.5份乙烯基三乙氧基硅烷，0.04份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，12份钛白粉，辐照强度为20KGY，记为S-1。
实施例2
包括以下质量份的组分：30份熔融指数为15g/10min的聚烯烃弹性体，牌号C13060D (SABIC Innovative Plastics)，15份含有8.0％羧基和3.0％异氰酸酯基的乙烯和戊烯共聚物改性树脂，50份含有3.0％羟基和的乙烯戊烯共聚物改性树脂，0.40份过氧化3,3,5三甲基己酸叔丁酯，0.5份乙烯基三甲氧基硅烷，0.08份4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇，10份二氧化硅， 5份钛白粉，辐照强度为100KGY记为S-2。
实施例3
包括以下质量份的组分：20份熔融指数为30g/10min的聚烯烃弹性体，牌号C30070D (SABIC Innovative Plastics)，40份含有1.0％异氰酸酯基和2.0％氨基的乙烯丁烯共聚物改性树脂，35份含有3.0％羧基基的乙烯丁烯共聚物改性树脂，0.65份1,1-双(过氧化叔丁基)-3,3,5- 三甲基环己烷，0.5份乙烯基三乙氧基硅烷，0.02份4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇，5份硫酸钡，辐照强度为50KGY，记为S-3。
实施例4
包括以下质量份的组分：10份熔融指数为0.5g/10min的聚烯烃弹性体，牌号8150(Dow)， 60份含有4.5％酸酐基和2.5％氨基的乙烯和己烯共聚物改性树脂，20份含有1.2％氨基的乙烯和己烯共聚物改性树脂，0.35份1,1-双(过氧化叔丁基)-3,3,5-三甲基环己烷，0.5份乙烯基三甲氧基硅烷，0.005份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，10份中空玻璃珠，辐照强度为5KGY记为S-4。
实施例5
包括以下质量份的组分：15份熔融指数为5g/10min的聚烯烃弹性体，牌号8200(Dow)， 70份含有1.0％羟基和1.3％异氰酸酯基乙烯戊烯共聚物改性树脂，10份含有0.5％磺酸基的乙烯戊烯共聚物改性树脂，0.1份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.8份乙烯基三乙酰氧基硅烷， 0.02份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，5份氧化锌，辐照强度为30KGY，记为S-5。
实施例6
包括以下质量份的组分：5份熔融指数为5g/10min的聚烯烃弹性体，牌号8200(Dow)， 55份含有3.0％硅烷偶联基和1.5％羧基的乙烯戊烯共聚物改性树脂，35份含有1.2％巯基的乙烯戊烯共聚物改性树脂，0.5份2,2-双(叔丁基过氧)丁烷，1.0份乙烯基三甲氧基硅烷，0.07 份4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇，5份钛白粉和5份氧化锌，辐照强度为40KGY，记为S-6。
实施例7
包括以下质量份的组分：10份熔融指数为10g/10min的聚烯烃弹性体8200(Dow)和C30070D(SABIC Innovative Plastics)的混合物，65份含有0.05％羟基和2.0％酰氯基的乙烯丁烯共聚物改性树脂，20份含有3.5％氨基的乙烯丁烯共聚物改性树脂，0.55份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.5份乙烯基三甲氧基硅烷，0.05份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，5份三氧化二铝，辐照强度为30KGY，记为S-7。
实施例8
包括以下质量份的组分：10份熔融指数为10g/10min的聚烯烃弹性体8200(Dow)和C30070D(SABIC Innovative Plastics)的混合物，65份含有3.5％氨基和1.0％环氧基团的乙烯丁烯共聚物改性树脂，20份含有2.0％羧基的乙烯丁烯共聚物改性树脂，0.55份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.5份乙烯基三甲氧基硅烷，0.05份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，5份钛白粉，辐照强度为30KGY，记为S-8。
实施例9
包括以下质量份的组分：9.5份熔融指数为20g/10min的聚烯烃弹性体8200(Dow)和 C30070D(SABIC Innovative Plastics)的混合物，90份含有2.0％酰氯基团和1.5％氨基的乙烯辛烯共聚物改性树脂，0.5份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.2份乙烯基三乙氧基硅烷，0.08 份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，0.5份炭黑，辐照强度为30KGY，记为S-9。
实施例10
包括以下质量份的组分：100份含有1.5％异氰酸酯基团和1.0％羟基的乙烯辛烯共聚物改性树脂，0.5份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.2份乙烯基三甲氧基硅烷，0.08份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，辐照强度为35KGY，记为S-10。
实施例11
包括以下质量份的组分：20份熔融指数为5g/10min的乙烯-醋酸乙烯共聚物，45份含有 1.0％羧基和1.0％羟基的乙烯-醋酸乙烯共聚物改性树脂，30份含有1.2％氨基的乙烯-醋酸乙烯共聚物改性树脂，0.5份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份乙烯基三乙酰氧基硅烷，0.02 份4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇，5份钛白粉，辐照强度为30KGY，记为S-11。
实施例12
包括以下质量份的组分：20份熔融指数为5g/10min的乙烯-醋酸乙烯共聚物，45份含有 1.0％羧基和1.0％羟基的乙烯-醋酸乙烯共聚物改性树脂，30份含有1.2％氨基的乙烯-醋酸乙烯共聚物改性树脂，0.5份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份乙烯基三乙酰氧基硅烷，0.02 份4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇，5份钛白粉，加热温度为100℃，记为S-12。
实施例13
包括以下质量份的组分：20份熔融指数为10g/10min的乙烯-醋酸乙烯共聚物，45份含有1.0％羧基和1.0％羟基的乙烯-醋酸乙烯共聚物改性树脂，30份含有1.2％氨基的乙烯-醋酸乙烯共聚物改性树脂，0.5份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份乙烯基三乙酰氧基硅烷， 0.02份4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇，5份钛白粉，加热温度为300℃，记为S-13。
对比例1
包括以下质量份的组分：8份熔融指数为5g/10min的POE，牌号C5070D(SABICInnovative Plastics)，40份含有15.0％氨基和7.0％羧基乙烯辛烯共聚物改性树脂，40份含有 8.0％羟基的乙烯辛烯共聚物改性树脂，0.55份叔丁基过氧化碳酸异丙酯，0.5份乙烯基三乙氧基硅烷，0.04份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，12份钛白粉，未经过辐照预处理，记为C-1
对比例2
包括以下质量份的组分：30份熔融指数为5g/10min的POE，牌号C5070D(SABICInnovative Plastics)，50份含有8.0％羟基的乙烯辛烯共聚物改性树脂，0.55份叔丁基过氧化碳酸异丙酯，0.5份乙烯基三乙氧基硅烷，0.04份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯， 20份钛白粉，辐照强度为20KGY，记为C-2。对比例3
包括以下质量份的组分：95份熔融指数为20g/10min的聚烯烃弹性体8200(Dow)和C30070D(SABIC Innovative Plastics)的混合物，0.55份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.6 份三烯丙基异氰尿酸酯，0.5份乙烯基三甲氧基硅烷，0.05份3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯，5份三氧化二铝，未辐照预处理，记为C-3。
通过上述实施例得到的封装胶膜应用于太阳能电池组件的封装，经下述测试方法进行评价，评价结果列于表1：
1.封装胶膜的交联度
测试方法参照标准GB/T 29848《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》。
2.封装胶膜与玻璃的剥离强度
测试方法参照标准GB/T 29848《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》。
3.恒定耐湿热老化性能
测试方法参照标准GB/T 29848《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》，试验温度为85℃，试验相对湿度为85％，老化时间为1000h。试验前后按照国标GB 2409《塑料黄色指数试验方法》测定黄变指数(ΔYI)。
表1：评价结果
Figure BDA0001728960960000071
由上表1的测试结果可见，根据本发明方案制备的胶膜，交联速度明显快于常规胶膜，可以缩短组件的层压时间，大大提高组件生产效率，降低成本。同时该封装胶膜保持了很好的耐候性，能保证组件长期高效工作，是一种理想的高分子封装材料。

Claims (9)

1.一种光伏组件用快速交联封装胶膜，其特征在于，它包括以下重量份的组分：0～30质量份的基体树脂，30～100质量份的第一改性树脂，0～50质量份的第二改性树脂，0.01～3质量份的有机过氧化物，0.02～2质量份的硅烷偶联剂，0.005～2质量份的光稳定剂，0～20质量份的颜料；其中，所述第一改性树脂是至少含有两个活性基团的乙烯与醋酸乙烯酯、丙烯、丁烯、己烯或辛烯共聚物中的一种或者多种按任意比混合；所述活性基团选自氨基、羧基、羟基、巯基、磺酸基、氰基、异氰酸酯基、硅烷偶联基、酰氯基；所述第二改性树脂是含有一个活性官能团的乙烯与醋酸乙烯酯、丙烯、丁烯、己烯或辛烯共聚物中的一种或者多种按任意比混合；其中活性官能团选自氨基、羧基、羟基、巯基、磺酸基、氰基、异氰酸酯基、硅烷偶联基、酰氯基；第一改性树脂上的活性基团之间可以相互反应或者可以与第二改性树脂上的活性官能团反应。
2.根据权利要求1所述的光伏组件用快速交联封装胶膜，其特征在于，所述的活性基团通过单体参与共聚或者自由基引发的接枝反应的方式引入第一改性树脂分子链，其含量为0.05wt％～15wt％。
3.根据权利要求1所述的光伏组件用快速交联封装胶膜，其特征在于，所述胶膜的厚度为0.01～1mm。
4.根据权利要求1所述的光伏组件用快速交联封装胶膜，其特征在于，所述基体树脂为乙烯与醋酸乙烯酯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯或辛烯共聚物中的一种或者多种按任意比混合；基体树脂的熔融指数为0.5～45g/10min。
5.根据权利要求1所述的光伏组件用快速交联封装胶膜，其特征在于，所述的有机过氧化物是下列中的一种或者多种按任意比例混合：叔丁基过氧化碳酸异丙酯、2,5-二甲基-2,5-(双叔丁过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔戊基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔戊基过氧)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧)环己烷、2,2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、2,5-二甲基2,5-二甲基2,5-二甲基2,5-双(苯甲酰过氧)-己烷、过氧化碳酸叔戊酯、过氧化3,3,5三甲基己酸叔丁酯；所述的硅烷偶联剂是下列中的一种或者多种按任意比例混合：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷、3-氨丙基三甲基硅烷；所述光稳定剂由双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、4-(甲基)丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶与α-烯类单体聚合得到的接枝共聚物、4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇、3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、葵二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇和三(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯；所述的颜料是下列中的一种或者多种按照任意比例混合：二氧化钛、氧化锌、中空玻璃珠、三氧化二铝、掺铝氧化锌、氧化铟锡、氧化二锑、碳酸钙、硫酸钡、蒙脱土、高岭土、滑石粉、长石粉、炭黑、铜铬黑。
6.一种权利要求1所述的光伏组件用快速交联封装胶膜的制备方法，其特征在于，该方法具体为：按照0～30质量份的基体树脂、30～100质量份的第一改性树脂、0～50质量份的第二改性树脂、0.01～3质量份的有机过氧化物、0.02～2质量份的硅烷偶联剂、0.005～2质量份的光稳定剂、0～20质量份颜料的比例取材，充分混合后加入挤出机，经过T型模头流延成膜，经过辐射或热交联后得到光伏组件用快速交联封装胶膜。
7.根据权利要求6所述的光伏组件用快速交联封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述辐射的辐射强度为5～100KGY，辐照后胶膜的交联度为2％～70％。
8.根据权利要求7所述的光伏组件用快速交联封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述辐射的方法是α射线、β射线、γ射线、X射线、中子射线或者高能电子束。
9.根据权利要求6所述的光伏组件用快速交联封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述热交联的方法是红外加热、烘道加热、模头加热或微波加热，加热温度为100℃～300℃，加热后胶膜的交联度为2％～70％。
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