CN111440528A - 耐候涂料、耐候涂层、光伏背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光伏背板用液体涂料技术领域，具体涉及一种耐候涂料、耐候涂层、光伏背板及其制备方法。本耐候涂料包括以下重量份数的原料：主体树脂：30‑65份；颜填料：30‑60份；活性稀释剂：5‑20份；以及助剂：2‑10份。改善了耐候涂料的流动性和黏度，适于对光伏背板的印刷网格区进行涂覆，通过电子束交联固化后形成耐候涂层，与光伏用EVA的剥离强度高，涂层不易分层，具有涂层厚度均匀、附着力好、耐老化等优点。
Description
技术领域
本发明属于光伏背板用液体涂料技术领域，具体涉及一种耐候涂料、耐候涂层、光伏背板及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种可再生、清洁无污染的新兴能源，正在逐渐被大范围地推广应用。光伏组件发电作为太阳能的一种利用形式，现已进入千家万户，分布式户用光伏、大型光伏发电基地、渔光互补、光伏建筑一体化(BIPV)等都是当下主流的应用形式。光伏背板作为组件的背面支撑和保护层，其关系到组件的发电效率及应用形式。不同颜色的背板应用于不同的组件中，当下主流的背板颜色主要有白色、黑色、透明、彩色等多种颜色。
为了满足组件厂对组件效率及外观要求，可在背板的网格区域印刷不同的颜色。如透明背板的网格区域印刷白色涂层，可实现组件发电效率的提升；白色背板的网格区域印刷黑色、红色、银色等颜色，高散热的黑色背板也可在网格区域印刷白色、红色、蓝色等颜色，这种背板即称之为网格背板，这种应用形式可满足客户对组件外观及性价比需求。
背板的网格区域主要是在背板上电池片所覆盖区域之外的区域，即电池片与电池片以及电池片与边框之间的间隙在背板上所对应的区域，按照电池片的排布，其印刷的位置及大小会有所不同。为了组件厂在封装时操作的可行性，背板上的印刷区域需在上述间隙区域的基础上向电池片覆盖区域延伸1-5mm，以避免组件层压时背板的偏移而导致非印刷区域显露，出现外观差异及发电效率降低的问题。
发明内容
本发明提供了一种耐候涂料、耐候涂层、光伏背板及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐候涂料，包括以下质量份数的原料：主体树脂：30-65份；颜填料：30-60份；活性稀释剂：5-20份；以及助剂：2-10份。
第二方面，本发明提供了一种采用电子束固化耐候涂料形成的耐候涂层。
第三方面，本发明提供了一种光伏背板，包括：背板基体、设于背板基体上的印刷网格区、覆盖在印刷网格区且如前所述的耐候涂层。
第四方面，本发明提供了一种光伏背板的制备方法，包括：制备耐候涂料；将耐候涂料涂覆在背板基体上的印刷网格区；电子束交联固化；以及等离子电晕处理。
本发明的有益效果是，本发明的耐候涂料、耐候涂层、光伏背板及其制备方法通过将主体树脂、颜填料、活性稀释剂、助剂作为原料进行配比，改善了耐候涂料的流动性和黏度，适于对光伏背板的印刷网格区进行涂覆，通过电子束交联固化后形成耐候涂层，与光伏用EVA的剥离强度高，涂层不易分层，具有涂层厚度均匀、附着力好、不易老化等优点。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的光伏背板的制备工艺流程图；
图2是本发明的印刷网格区在光伏背板上的位置示意图；
图3本发明的耐候涂料的固化交联过程示意图；
图2中：印刷网格区1、电池片区2。
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，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一部分：
现有的光伏背板，其网格区域一般涂覆传统热固型聚氨酯涂料，烘烤温度高达160-180℃，烘烤时间2-5分钟，甚至需要几天时间才能彻底干燥，生产效率低，且对背板自身会产生收缩变形甚至变色，组件厂在使用时会有背板尺寸不足的风险以及外观颜色差异。为此，本发明提供一种耐候涂料，包括以下质量份数的原料：主体树脂：30-65份；颜填料：30-60份；活性稀释剂：5-20份；以及助剂：2-10份。
可选的，所述耐候涂料包括以下质量份数的原料：主体树脂：48份；颜填料：46份；活性稀释剂：12份；以及助剂：6份。
可选的，所述耐候涂料包括以下质量份数的原料：主体树脂：33份；颜填料：53份；活性稀释剂：9份；以及助剂：3.5份。
可选的，所述主体树脂包括但不限于：环氧丙烯酸酯预聚物、聚酯丙烯酸酯预聚物、聚氨酯丙烯酸酯预聚物、单体三丙二醇二丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、五乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯、β-羧乙基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰酸酯三丙烯酸酯中的一种或多种组合。主体树脂是涂层的主要成膜物，是涂层中的连续相，对涂层的性能起主要作用；主体树脂的结构中都含有C＝C键，在电子束的作用下产生自由基，从而引起链增长、链终止，使涂层网状交联固化，形成致密的涂层。
可选的，所述颜填料包括但不限于：钛白粉、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、膨润土、高岭土、白炭黑、炭黑、玻璃微珠、陶瓷粉、消光粉、铝粉、石墨烯、铜铬黑、铁铬黑、酞青蓝、钴蓝、氧化铁红、镉红、镉黄、锌铁黄、钴绿、钴铬绿中的一种或多种组合。所述颜填料主要起遮盖、赋色、改变流变性、填充等作用。颜填料在网格区域可赋予相应的颜色外观，并提升反射率；部分具有触变性的颜填料可以改变涂料的流变性，便于在网格区域进行丝网印刷，且不使涂料流淌溢出相应区域，相比非触变性涂料，涂层厚度更可控。
可选的，所述活性稀释剂包括但不限于：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-β-羟乙酯、丙烯酸-β-羟丙酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊酯酸二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、一缩乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二乙烯基醚、4-羟丁基乙烯基醚、十二烷基乙烯基醚中的一种或多种组合。所述活性稀释剂可以改善涂料的粘度和溶解性，实现其可涂布性，帮助成膜物质/颜填料/助剂转移到被涂布物表面上，同时活性稀释剂在电子束的作用下参与各组分的交联反应，不产生溶剂挥发。
可选的，所述助剂包括但不限于流平剂、消泡剂、分散剂、增粘树脂中的一种或多种组合。其中流平剂包括但不限于丙烯酸流平剂、有机硅流平剂中的至少一种，流平剂可以影响漆膜表面张力，促使涂料在干燥过程中形成一个平整、均匀的涂层，改善涂料对底材的渗透性，减少涂刷时产生的斑点、痕迹等外观瑕疵；带有可反应性双键的流平剂也可参与电子束固化反应，而不产生迁移。消泡剂包括但不限于有机硅消泡剂、聚醚消泡剂中的至少一种，消泡剂能降低涂料表面张力，防止涂料在搅拌时产生气泡，最终导致网格区域的涂料在印刷过程中漆膜表面产生破泡等外观瑕疵；增粘树脂包括但不限于氢化松香树脂、氢化萜烯树脂、聚酯改性松香增粘树脂中的至少一种，增粘树脂可增加网格区域的涂层与底材涂层的附着力以及与EVA的粘接力，满足客户在组件层叠后真空热压后的性能需求。
通常，见图2，光伏背板的印刷网格区1主要是在背板上电池片2所覆盖区域之外的区域，按照电池片2的排布，其印刷位置和大小会有所不同。如表1所示，传统热固型涂料的烘烤温度、流动性、黏度不适合印刷网格区，其组分也不适合电子束固化，这就导致传统热固型涂料很难适用于涂覆在印刷网格区，并通过电子束固化。
表1耐候涂料与传统热固型涂料的性能对比表
因此，本发明针对光伏背板的印刷网格区，设计一种适于电子束固化的耐候涂料，通过将主体树脂、颜填料、活性稀释剂、助剂作为原料配比反应性液体，以一定剂量的电子束为辐射能量，高能电子束与耐候涂料的分子相互作用，使主体树脂中的单体或低聚物分解成自由基(即高能电子束引发产生自由基)，该自由基与单体或低聚物中的C＝C双键反应，形成增长链(即聚合过程)，连锁聚合产生交联，形成网状结构，使反应性液体产生固化交联，诱导反应性液体快速转变成固体，即耐候涂层。其中图3显示了耐候涂料的固化过程，包括：高能电子束引发产生自由基；单体或低聚物的聚合过程，链增长；以及连锁聚合产生交联，形成网状结构。通过各原料的比例调配改善了耐候涂料的性能，既可以满足印刷网格区对于耐候涂料性能的涂覆要求，又可以通过电子束交联固化后形成耐候涂层，大大提高印刷生产效率，实现印刷涂层的低温固化，解决在背板印刷上涂料热固化中存在的问题。具体的，所述电子束例如但不限于帘状电子束，其辐照剂量为20-40kGy，线速20-50米/min。
由于电子束固化对材料具有穿透性，可以穿透透明和不透明的材料，而材料的质量密度对电子束的影响较大。所以对于不同密度、不同涂覆厚度的涂层，可以适当调整电子束的加速电压，使其在涂层中达到足够的能量，以实现涂层的充分交联固化。一般耐候涂料的涂覆厚度3-50μm时，在只需1/10秒即可使耐候涂料彻底干燥固化在光伏背板表面，大大提高了生产效率。
进一步，本发明提供了一种采用电子束固化耐候涂料形成的耐候涂层。
进一步，本发明提供了一种光伏背板(即网格背板)，包括：背板基体、设于背板基体上的印刷网格区、覆盖在印刷网格区且如前所述的耐候涂层。
可选的，所述背板基体包括但不限于白色背板、黑色背板、透明背板、彩色背板等，其EVA贴合侧为等离子电晕处理过的含氟或非氟聚氨酯耐候涂层。进一步，见图1，本发明提供了一种光伏背板的制备方法，包括：制备耐候涂料；将耐候涂料涂覆在背板基体上的印刷网格区；电子束交联固化；以及等离子电晕处理，其输出功率：3-6KW，处理效果(电晕值)：≥50达因值。
可选的，所述耐候涂料涂覆的方式包括丝网印刷或凹版印刷。
可选的，所述耐候涂层的厚度(即耐候涂料固化干燥后的厚度)为3-50μm，可选为13μm、32μm、43μm。
可选的，所述制备耐候涂料的方法包括：将主体树脂、颜填料、活性稀释剂、助剂按照比例混合，在分散机下高速分散均匀，制成半成品涂料，其转速为500-1500转/min，分散时间30-60min，搅拌料温≤50℃；将半成品涂料通过盘式砂磨机进行研磨，砂磨机转速为1000-1500转/min，流量为600-1000kg/h，出口料温≤50℃，控制砂磨机内锆珠的粒径为
最终涂料研磨至细度≤5μm，即为耐候涂料。
第二部分：
实施例1
按照表2所示的原料配方进行涂料配制、搅拌、研磨，搅拌转速为1000转/min，搅拌时间为30min，研磨转速为1000转/min，流量为800kg/h，研磨3遍。将所制备的白色涂料通过丝网印刷的方式转移到一块透明背板的胶膜粘接面，进行电子束固化，电子束辐照剂量25kGy；然后进行表面等离子电晕处理，制成光伏背板。
表2实施例1的原料配方
实施例2
按照表3所示的原料配方进行涂料配制、搅拌、研磨，搅拌转速为1500转/min，搅拌时间为30min，研磨转速为1000转/min，流量为500kg/h，研磨5遍。将所制备的黑色涂料通过丝网印刷的方式转移到一块白色背板的胶膜粘接面；进行电子束固化，电子束辐照剂量30kGy；然后进行表面等离子电晕处理，制成光伏背板。
表3实施例2的原料配方
实施例3
按照表4所示的原料配方进行涂料配制、搅拌、研磨，搅拌转速为1500转/min，搅拌时间为30min，研磨转速为1000转/min，流量为500kg/h，研磨5遍。将所制备的黑色涂料通过丝网印刷的方式转移到一块透明背板的胶膜粘接面；进行电子束固化，电子束辐照剂量30kGy；然后进行表面等离子电晕处理，制成光伏背板。
表4实施例3的原料配方
实施例4
按照表5所示的原料配方进行涂料配制、搅拌、研磨，搅拌转速为1500转/min，搅拌时间为30min，研磨转速为1000转/min，流量为500kg/h，研磨5遍。将所制备的黑色涂料通过丝网印刷的方式转移到一块透明背板的胶膜粘接面；进行电子束固化，电子束辐照剂量30kGy；然后进行表面等离子电晕处理，制成光伏背板。
表5实施例4的原料配方
实施例5
按照表6所示的原料配方进行涂料配制、搅拌、研磨，搅拌转速为1500转/min，搅拌时间为30min，研磨转速为1000转/min，流量为500kg/h，研磨5遍。将所制备的黑色涂料通过丝网印刷的方式转移到一块透明背板的胶膜粘接面；进行电子束固化，电子束辐照剂量30kGy；然后进行表面等离子电晕处理，制成光伏背板。
表6实施例5的原料配方
实施例6
按照表7所示的原料配方进行涂料配制、搅拌、研磨，搅拌转速为1500转/min，搅拌时间为30min，研磨转速为1000转/min，流量为500kg/h，研磨5遍。将所制备的白色涂料通过丝网印刷的方式转移到一块透明背板的胶膜粘接面；进行电子束固化，电子束辐照剂量30kGy；然后进行表面等离子电晕处理，制成光伏背板。
表7实施例6的原料配方
实施例7
本实施例7对实施例1-3制备的光伏背板和传统热固型涂料涂覆固化的光伏背板(传统背板)进行检测，其测试结果如表8所示。
表8光伏背板的性能对比
可以看出，本发明的光伏背板通过在印刷网格区涂覆耐候涂料，并通过电子束固化，其固化时间大大缩短，背板的收缩率变化微乎其微，且耐候涂层的附着力、与EVA的剥离强度等都得到有效的提升，其原因在于，通过电子束固化以及涂料配方的搭配，涂层的交联密度得到有效控制，且无热烘烤，背板的收缩率近乎为零，促使涂层在印刷以后与底材有效附着，且湿热老化1000h后亦无明显衰减；相比于传统的热固化配方，配方中所添加的增粘树脂可与底材上的涂层和光伏密封胶EVA分子形成化学极性键结合，可有效提升层间附着力和所印刷涂层与EVA的剥离强度。
综上所述，本耐候涂料、耐候涂层、光伏背板及其制备方法通过将主体树脂、颜填料、活性稀释剂、助剂作为原料进行配比，改善了耐候涂料的流动性和黏度，适于对光伏背板的印刷网格区进行涂覆，通过电子束交联固化后形成耐候涂层，与光伏EVA的剥离强度高，涂层不易分层，具有涂层厚度均匀、附着力好、不易老化等优点。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种耐候涂料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
主体树脂：30-65份；
颜填料：30-60份；
活性稀释剂：5-20份；以及
助剂：2-10份。
2.根据权利要求1所述的耐候涂料，其特征在于，
所述主体树脂包括：环氧丙烯酸酯预聚物、聚酯丙烯酸酯预聚物、聚氨酯丙烯酸酯预聚物、单体三丙二醇二丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、五乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯、β-羧乙基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三（2-羟乙基）异氰酸酯三丙烯酸酯中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的耐候涂料，其特征在于，
所述颜填料包括：钛白粉、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、膨润土、高岭土、白炭黑、炭黑、玻璃微珠、陶瓷粉、消光粉、铝粉、石墨烯、铜铬黑、铁铬黑、酞青蓝、钴蓝、氧化铁红、镉红、镉黄、锌铁黄、钴绿、钴铬绿中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的耐候涂料，其特征在于，
所述活性稀释剂包括：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-β-羟乙酯、丙烯酸-β-羟丙酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊酯酸二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、一缩乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二乙烯基醚、4-羟丁基乙烯基醚、十二烷基乙烯基醚中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的耐候涂料，其特征在于，
所述助剂包括流平剂、消泡剂、分散剂、增粘树脂中的一种或多种组合。
6.一种采用电子束固化耐候涂料形成的耐候涂层。
7.一种光伏背板，其特征在于，包括：
背板基体、设于背板基体上的印刷网格区、覆盖在印刷网格区且如权利要求6所述的耐候涂层。
8.根据权利要求7所述的光伏背板，其特征在于，
所述耐候涂料涂覆的方式包括丝网印刷或凹版印刷。
9.根据权利要求7所述的光伏背板，其特征在于，
所述耐候涂层的厚度为3-50μm。
10.一种光伏背板的制备方法，其特征在于，包括：
制备耐候涂料；
将耐候涂料涂覆在背板基体上的印刷网格区；
电子束交联固化；以及
离子电晕处理。
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