CN111320958B - 一种太阳能光伏背板用uv/热双固化粘合剂及其制备方法 - Google Patents
一种太阳能光伏背板用uv/热双固化粘合剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂及其制备方法，其中，太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂由下列重量份配比的原料组合而成：50‑70份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、1‑5份的聚碳酸酯二元醇、1‑5份的超支化型增粘树脂、20‑40份的活性稀释剂、1‑5份的多官能度异氰酸酯化合物、0.1‑2份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和1‑2份的助剂。本发明制得的太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂具有低固化收缩率、低膨胀系数、无析出等特点，可在紫外线辐射固化、固定后，紫外线照射不到的地方可在低温下进一步固化。本发明制得的产品适用于太阳能光伏背板的层间粘接，具有良好的粘接强度和抗环境侵蚀能力，耐候性能、抗老化性能得到了有效的提高。
Description
技术领域
本发明涉及胶粘技术领域，具体涉及一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂及其制备方法。
背景技术
在光伏组件中，通常会设置太阳能光伏背板来保护太阳能电池单元的长效性，这就要求背板必须长时间具备优异的耐侯性、耐热性、抗水解性和湿气阻隔性等。常见的光伏背板大多采用“三明治”结构，即氟膜/PET/氟膜三层薄膜结构，各层薄膜之间采用一层胶粘剂进行粘合，所以胶粘剂的性能在背板中起了关键性的作用，直接影响着背板乃至组件的寿命。
太阳能光伏背板的层间粘接通常是使用溶剂型胶粘剂、熔融固化型胶粘剂或一些特殊反应型胶粘剂来完成的。目前，使用最普遍的是溶剂型胶粘剂，大部分是通过烘道加热的方法除去胶粘剂中的有机溶剂，从而使胶粘剂“固化”，产生一定的初始粘接强度，再在特定温度下的烘房中熟化2-4天，形成最终的粘接强度。整个过程中大量的有机溶剂污染物会挥发到大气中，且能耗较高。熔融固化型胶粘剂，主要是将热塑性高分子在反应釜中加热成高分子熔融体，其在浸润被粘膜材表面后再通过冷却发生固化、粘接。该过程能耗较大，且易受温度影响。一些特殊反应型胶粘剂，如湿固型胶粘剂、厌氧胶等，也存在使用环境要求较高、操作要求高、固化较慢等问题。因此，发展低污染、低能耗、工艺操作简单、快固化、高性能的光伏背板用胶粘剂成为当前研究的首要任务。
众所周知，光固化型胶粘剂由于具有低能耗、快固化、不排放挥发性有机化合物、设备简单、可高速自动化生产等优点，得到了广泛的工业应用。但光固化型胶粘剂也存在着一些固有缺点，如固化深度不够、阴影部分无法固化、固化对象形状不规则时应用受到限制等。越来越多的研究将光固化与其他固化方式(如热固化、湿气固化等)相结合，来达到取长补短、相辅相成的效果。但两种不同固化方式下制得的胶粘剂，如何能形成均一的、高度交联的聚合物网络结构，并由此赋予更高的的粘接性能，将更符合工业应用的需求，是我们的研究重点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
实现本发明目的的技术方案是：一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，由下列重量份配比的原料组合而成：50-70份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、1-5份的聚碳酸酯二元醇、1-5份的超支化型增粘树脂、20-40份的活性稀释剂、1-5份的多官能度异氰酸酯化合物、0.1-2份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和1-2份的助剂，所述支化型改性聚酯丙烯酸酯由下列重量份配比的原料制备而成：20-30份的脂肪族二元酸、20-40份的芳香族二元酸、20-40份的脂肪族二元醇、5-20份的脂环族二元醇、5-10份的支化单体、5-15份的丙烯酸类单体、0.01-0.1份的催化剂和0.1-1份的阻聚剂。
上述技术方案所述脂肪族二元酸采用己二酸、癸二酸、1,4-环己烷二甲酸、顺酐和四氢苯酐的一种或两种以上组合物；所述芳香族二元酸采用对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸和邻苯二甲酸酐中的一种或两种以上组合物；所述脂肪族二元醇采用乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇、三甲基戊二醇和二乙二醇中的一种或两种以上组合物；所述脂环族二元醇采用环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、氢化双酚A和螺环二醇中的一种或两种以上组合物；所述支化单体采用丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟乙基乙烷、季戊四醇和二羟甲基丙酸中的一种或两种以上组合物；所述丙烯酸类单体采用丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；所述催化剂采用钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯中的一种；所述阻聚剂采用对苯醌、对苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚和2，5-二叔丁基对苯二酚中的一种或两种以上组合物。
上述技术方案所述聚碳酸酯二元醇采用日本旭化成聚碳酸酯二元醇T5651或T5652中的一种。
上述技术方案所述超支化型增粘树脂为带有多反应活性位点的、低粘度的超支化大分子。
上述技术方案所述活性稀释剂采用甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或两种以上组合物。
上述技术方案所述多官能度异氰酸酯化合物采用3官能以上的聚异氰酸酯化合物。
上述技术方案所述光引发剂采用2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮或苯甲酰甲酸甲酯中的一种或两种以上组合物。
上述技术方案所述凝胶催化剂采用二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、二烷基锡二马来酸酯、硫醇二辛基锡中的一种或两种以上组合物。
上述技术方案所述助剂采用分散剂、流平剂、消泡剂、抗氧化剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
本发明还提供一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、合成支化型改性聚酯丙烯酸酯：按配比将所述脂肪族二元酸、所述芳香族二元酸、所述脂肪族二元醇、所述脂环族二元醇、所述支化单体以及所述催化剂投入反应釜中，在160-240℃下、在常压下、在保护气体存在下发生酯化缩聚反应，聚合到特定粘度下，降温至140℃，加入所述丙烯酸类单体和所述阻聚剂继续反应至终点，制备得到所述支化型改性聚酯丙烯酸酯；所述特定粘度是指5-50P(185℃，5#转子)，5-50P(200℃，5#转子)，20-60P(235℃，6#转子)。
S2、按配比将所述支化型改性聚酯丙烯酸酯、所述聚碳酸酯二元醇、所述超支化型增粘树脂、所述活性稀释剂、所述光引发剂、所述凝胶催化剂和所述助剂加入真空搅拌机中，真空搅拌混合30-50min；
S3、按配比将所述多官能度异氰酸酯化合物继续加入真空搅拌机中，真空搅拌混合10-20min，制得胶粘剂产品。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
本发明的太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂由支化型改性聚酯丙烯酸酯、聚碳酸酯二元醇、增粘树脂、活性稀释剂、多官能度异氰酸酯化合物、光引发剂、凝胶催化剂以及助剂配置制成，具有快固化、粘接强度高、抗环境侵蚀能力强等优势；支化型改性聚酯丙烯酸酯由脂肪族多元酸、芳香族二元酸、脂肪族多元醇、脂环族多元醇、支化单体、丙烯酸类单体、催化剂和阻聚剂制备而成，通过原料种类搭配和比例调整，可以控制胶粘剂的力学行为和老化行为，使得本发明产品的耐候性能、抗老化性能等得到较大提高，并且可延伸应用于其他领域。
本发明的太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂中，支化型改性聚酯丙烯酸酯和活性稀释剂中含有的C＝C不饱和双键可以利用紫外光(UV)进行快速固化，形成初步交联网络达到初始粘接强度，避免了大量溶剂的挥发和热能的消耗。进一步地，通过热固化，高分链上含有的羟基与异氰酸酯官能团能在凝胶催化剂的作用下进一步固化生成氨基甲酸酯键。最终固化后的胶粘剂既具有聚丙烯酸酯卓越的耐候性和光学性能，又具有聚氨酯的高剥离强度、高粘附力、优良的耐低温性能和柔韧性等，是一种综合性能优良的粘接胶。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
(实施例1)
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，具体由下列重量份配比的原料组合而成：50份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、5份的聚碳酸酯二元醇、5份的超支化型增粘树脂、35份的活性稀释剂、2份的异氰酸酯化合物、2份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和1份的助剂，其中，支化型改性聚酯丙烯酸酯由下列重量份配比的原料制备而成：28份的脂肪族多元酸、26份的芳香族二元酸、23份的脂肪族二元醇、10份的脂环族二元醇、6份的支化单体、7份的丙烯酸单体、0.02份的催化剂和0.2份的阻聚剂。
其中，所述凝胶催化剂采用二丁基锡二月桂酸酯。所述异氰酸酯化合物采用德国拜耳N3390。
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、合成支化型改性聚酯丙烯酸酯：按配比将所述多元酸、多元醇、支化单体以及酯化催化剂投入反应釜中，在160-240℃下、在常压下、在保护气体存在下发生酯化缩聚反应，聚合到特定粘度下，降温至140℃，加入丙烯酸单体和阻聚剂继续反应至终点，制备得到所述支化型改性聚酯丙烯酸酯。
S2、按配比将支化型改性聚酯丙烯酸酯、聚碳酸酯二元醇、增粘树脂、活性稀释剂、光引发剂、凝胶催化剂和助剂加入真空搅拌机中，真空搅拌混合30-50min。
S3、按配比将N3390继续加入真空搅拌机中，真空搅拌混合10-20min，制得粘接胶产品。
将粘接胶产品按10g每平米的量涂覆在PET背板材上，形成粘接面，然后，在UV(300mJ/cm2)灯下照射5s后，将PVDF膜贴合在粘接面上，形成复合层，再在室温下放置2天后，裁剪复合层多条，根据ASTMG155老化测试标准，分别做剥离强度测试、紫外老化后剥离强度测试以及耐湿热性老化测试，测试结果为剥离强度为优、紫外老化后剥离强度为优、耐侯性为良、耐湿热性老化为优。
(实施例2)
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，具体由下列重量份配比的原料组合而成：58份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、4份的聚碳酸酯二元醇、4份的超支化型增粘树脂、27份的活性稀释剂、4份的异氰酸酯化合物、1.9份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和1份的助剂，其中，支化型改性聚酯丙烯酸酯由下列重量份配比的原料制备而成：25份的脂肪族多元酸、30份的芳香族二元酸、20份的脂肪族二元醇、12份的脂环族二元醇、6份的支化单体、7份的甲基丙烯酸单体、0.02份的催化剂和0.2份的阻聚剂。其中，所述凝胶催化剂采用辛酸亚锡。所述异氰酸酯化合物采用科思创N3300。
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、合成支化型改性聚酯丙烯酸酯：按配比将所述多元酸、多元醇、支化单体以及酯化催化剂投入反应釜中，在160-240℃下、在常压下、在保护气体存在下发生酯化缩聚反应，聚合到特定粘度下，降温至140℃，加入甲基丙烯酸单体和阻聚剂继续反应至终点，制备得到所述改性聚酯丙烯酸酯。
S2、按配比将支化型改性聚酯丙烯酸酯、聚碳酸酯二元醇、增粘树脂、活性稀释剂、光引发剂、凝胶催化剂和助剂加入真空搅拌机中，真空搅拌混合30-50min。
S3、按配比将N3300继续加入真空搅拌机中，真空搅拌混合10-20min，制得粘接胶产品。
将粘接胶产品按10g每平米的量涂覆在PET背板材上，形成粘接面，然后，在UV(300mJ/cm2)灯下照射6s后，将PVDF膜贴合在粘接面上，形成复合层，再在35℃下放置2天后，裁剪复合层多条，根据ASTMG155老化测试标准，分别做剥离强度测试、紫外老化后剥离强度测试以及耐湿热性老化测试，测试结果为剥离强度为优、紫外老化后剥离强度为良、耐侯性为优良、耐湿热性老化为优。
实施例3：
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，具体由下列重量份配比的原料组合而成：66份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、2份的聚碳酸酯二元醇、2份的超支化型增粘树脂、23份的活性稀释剂、4份的异氰酸酯化合物、2份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和1份的助剂，其中，支化型改性聚酯丙烯酸酯由下列重量份配比的原料制备而成：20份的脂肪族多元酸、32份的芳香族二元酸、25份的脂肪族二元醇、9份的脂环族二元醇、6份的支化单体、7份的丙烯酸单体、0.02份的催化剂和1份的阻聚剂。
其中，所述凝胶催化剂采用二醋酸二丁基锡和二烷基锡二马来酸酯的混合物。所述异氰酸酯化合物采用科思创N3300。
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、合成支化型改性聚酯丙烯酸酯：按配比将所述多元酸、多元醇、支化单体以及酯化催化剂投入反应釜中，在160-240℃下、在常压下、在保护气体存在下发生酯化缩聚反应，聚合到特定粘度下，降温至140℃，加入丙烯酸单体和阻聚剂继续反应至终点，制备得到所述支化型改性聚酯丙烯酸酯。
S2、按配比将支化型改性聚酯丙烯酸酯、聚碳酸酯二元醇、增粘树脂、活性稀释剂、光引发剂、凝胶催化剂和助剂加入真空搅拌机中，真空搅拌混合30-50min。
S3、按配比将N3300继续加入真空搅拌机中，真空搅拌混合10-20min，制得粘接胶产品。
将粘接胶产品按10g每平米的量涂覆在PET背板材上，形成粘接面，然后，在UV(300mJ/cm2)灯下照射5s后，将PVDF膜贴合在粘接面上，形成复合层，再在40℃下放置1天后，裁剪复合层多条，根据ASTMG155老化测试标准，分别做剥离强度测试、紫外老化后剥离强度测试以及耐湿热性老化测试，测试结果为剥离强度为良、紫外老化后剥离强度为优、耐侯性为优良、耐湿热性老化为优。
(实施例4)
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，具体由下列重量份配比的原料组合而成：55份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、3份的聚碳酸酯二元醇、3份的超支化型增粘树脂、33份的活性稀释剂、4份的异氰酸酯化合物、1.5份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和0.5份的助剂，其中，支化型改性聚酯丙烯酸酯由下列重量份配比的原料制备而成：20份的脂肪族多元酸、32份的芳香族二元酸、20份的脂肪族二元醇、9份的脂环族二元醇、6份的支化单体、12份的甲基丙烯酸单体、0.02份的催化剂和0.5份的阻聚剂。其中，所述凝胶催化剂采用硫醇二辛基锡。所述异氰酸酯化合物采用科思创N3390。
一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、合成支化型改性聚酯丙烯酸酯：按配比将所述多元酸、多元醇、支化单体以及酯化催化剂投入反应釜中，在160-240℃下、在常压下、在保护气体存在下发生酯化缩聚反应，聚合到特定粘度下，降温至140℃，加入甲基丙烯酸单体和阻聚剂继续反应至终点，制备得到所述支化型改性聚酯丙烯酸酯。
S2、按配比将支化型改性聚酯丙烯酸酯、聚碳酸酯二元醇、增粘树脂、活性稀释剂、光引发剂、凝胶催化剂和助剂加入真空搅拌机中，真空搅拌混合30-50min。
S3、按配比将N3390继续加入真空搅拌机中，真空搅拌混合10-20min，制得粘接胶产品。
将粘接胶产品按10g每平米的量涂覆在PET背板材上，形成粘接面，然后，在UV(300mJ/cm2)灯下照射5s后，将PVDF膜贴合在粘接面上，形成复合层，再在50℃下放置12h后，裁剪复合层多条，根据ASTMG155老化测试标准，分别做剥离强度测试、紫外老化后剥离强度测试以及耐湿热性老化测试，测试结果为剥离强度为优、紫外老化后剥离强度为良、耐侯性为优优、耐湿热性老化为优。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。
Claims (7)
1.一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于，由下列重量份配比的原料组合而成：50-70份的支化型改性聚酯丙烯酸酯、1-5份的聚碳酸酯二元醇、1-5份的超支化型增粘树脂、20-40份的活性稀释剂、1-5份的多官能度异氰酸酯化合物、0.1-2份的光引发剂、0.001份的凝胶催化剂和1-2份的助剂，所述支化型改性聚酯丙烯酸酯由下列重量份配比的原料制备而成：20-30份的单体a、20-40份的单体b、20-40份的脂肪族二元醇、5-20份的脂环族二元醇、5-10份的支化单体、5-15份的丙烯酸类单体、0.01-0.1份的催化剂和0.1-1份的阻聚剂；所述单体a采用己二酸、癸二酸、1,4-环己烷二甲酸、顺酐和四氢苯酐的一种或两种以上组合物；所述单体b采用对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸和邻苯二甲酸酐中的一种或两种以上组合物；所述脂肪族二元醇采用乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇、三甲基戊二醇和二乙二醇中的一种或两种以上组合物；所述脂环族二元醇采用环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、氢化双酚A和螺环二醇中的一种或两种以上组合物；所述支化单体采用丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟乙基乙烷、季戊四醇和二羟甲基丙酸中的一种或两种以上组合物；所述丙烯酸类单体采用丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；所述催化剂采用钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯中的一种；所述阻聚剂采用对苯醌、对苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚和2，5-二叔丁基对苯二酚中的一种或两种以上组合物；
所述超支化型增粘树脂为带有多反应活性位点的、低粘度的超支化大分子；
所述太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂的制备方法包括如下步骤：
S1、合成支化型改性聚酯丙烯酸酯：按配比将所述单体a、所述单体b、所述脂肪族二元醇、所述脂环族二元醇、所述支化单体以及所述催化剂投入反应釜中，在160-240℃下、在常压下、在保护气体存在下发生酯化缩聚反应，聚合到特定粘度下，降温至140℃，加入所述丙烯酸类单体和所述阻聚剂继续反应至终点，制备得到所述支化型改性聚酯丙烯酸酯；所述特定粘度是指185℃和5#转子的条件下5-50P、200℃和5#转子的条件下5-50P、235℃和6#转子的条件下20-60P中的一种；
S2、按配比将所述支化型改性聚酯丙烯酸酯、所述聚碳酸酯二元醇、所述超支化型增粘树脂、所述活性稀释剂、所述光引发剂、所述凝胶催化剂和所述助剂加入真空搅拌机中，真空搅拌混合30-50min；
S3、按配比将所述多官能度异氰酸酯化合物继续加入真空搅拌机中，真空搅拌混合10-20min，制得胶粘剂产品。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于：所述聚碳酸酯二元醇采用日本旭化成聚碳酸酯二元醇T5651或T5652中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于：所述活性稀释剂采用甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或两种以上组合物。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于：所述多官能度异氰酸酯化合物采用3官能以上的聚异氰酸酯化合物。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于：所述光引发剂采用2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮或苯甲酰甲酸甲酯中的一种或两种以上组合物。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于：所述凝胶催化剂采用二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、二烷基锡二马来酸酯、硫醇二辛基锡中的一种或两种以上组合物。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏背板用UV/热双固化粘合剂，其特征在于：所述助剂采用分散剂、流平剂、消泡剂、抗氧化剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
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