CN111534237A - 一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：乙烯‑辛烯共聚物100份、光引发剂0.5‑2份、热引发剂0.8‑2.0份、二官能度丙烯酸酯单体1‑3份、三官能度丙烯酸酯单体0.5‑1.5份、增粘偶联剂0.5‑2.0份、抗氧化剂0.2‑0.6份。本发明采用乙烯‑辛烯共聚物，结合二官能度丙烯酸酯单体、三官能度丙烯酸单体的混配，同时将光引发剂和热引发剂搭配使用，可实现光、热两次固化制得聚烯烃光伏封装胶膜，固化温度较低，且耐候性好，无气泡，长期使用不会出现脱胶现象，减少了薄膜太阳能电池外观不良的现象。

Description

一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池封装材料技术领域，尤其涉及一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
背景技术
随着我国光伏发电行业发展迅猛，以太阳能电池为代表的细分领域受到越来越多的关注，目前硅材料太阳能电池占据了光伏组件约90％的市场份额。在光伏行业仍以晶硅电池为主流的背景下，薄膜太阳能电池凭借其自身独特优势，实现快速发展。薄膜技术被认为是新一代太阳能电池技术，相对于晶硅电池，薄膜太阳能电池具有材料消耗少、制备能耗低、成本下降空间大等优势，并且薄膜太阳能电池性能稳定、抗辐射能力强，光电转化效率已经接近目前市场上主流多晶硅太阳能电池。同时，在产业化和应用方面，薄膜太阳能电池步伐也在加快，具有可透光、可调整色彩、可弯曲、可粘贴安装、温度系数低等特点的薄膜太阳能电池，现已实现批量生产，与建筑物、消费电子、汽车、无人机等多领域实现跨界融合。
由于耐候性等性能的严苛要求，目前薄膜太阳能电池主要是聚烯烃胶膜封装，但是聚烯烃胶膜在使用过程中也出现了大量问题，集中表现为组件外观不良，主要体现为气泡较多、长期使用过程中胶膜易脱胶等。从胶膜方面分析，薄膜组件制备工艺一般分为两步：层压贴合工艺和高温高压釜成型工艺。当采用低温层压工艺时，因常规聚烯烃胶膜的交联度和粘结力较低，与焊带、汇流带等贴合不均匀，容易产生微泡，此时再经高温高压釜高温高压固化，容易在焊带、汇流带等部位出现大量气泡；当采用高温层压工艺时，由于薄膜组件一般为异形组件，有一定的曲面，这导致聚烯烃胶膜在电池片表面非常容易出现气泡。目前业界主要采用热塑性聚烯烃胶膜、多层复合胶膜、模具层压工艺等不同方案来解决上述气泡、脱胶的外观不良问题，但这些改进都存在着生产良品率和效率低等问题，改良效果不够好，严重影响薄膜太阳能电池的推广应用。如中国专利CN103275628公开了一种太阳能电池封装胶膜，利用乙烯-辛烯共聚物作为主体材料，添加适量的交联固化剂、增粘剂等助剂制备热塑性电池封装胶膜，虽然提高了胶膜的粘结性能，但对封装胶膜的气泡、脱胶的外观不良问题的改良效果并不显著。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有太阳能电池封装胶膜存在气泡、脱胶的外观不良的缺陷和不足，提供一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，采用乙烯-辛烯共聚物，结合二官能度丙烯酸酯单体、三官能度丙烯酸单体的混配，同时将光引发剂和热引发剂搭配使用，所述的光热双固化的聚烯烃封装胶膜通过实现光、热两次固化制得聚烯烃光伏封装胶膜，固化温度较低，聚烯烃光伏封装胶膜具有良好的耐候性，且无气泡，长期使用不会出现脱胶现象，可减少薄膜太阳能电池的外观不良现象。
本发明的另一目的是提供一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计的如下组分制备而成：
Figure BDA0002450193420000021
Figure BDA0002450193420000031
本发明基于乙烯-辛烯共聚物，采用了二官能度丙烯酸酯单体、三官能度丙烯酸单体的混配，两者相互促进，相互配合；其中，二官能度丙烯酸酯单体的活性较高，与乙烯-辛烯共聚物的亲和性较好，主要用于UV固化，降低UV固化所需的能量；三官能度丙烯酸酯单体对交联度的提升效果最好，主要用于热固化，提高聚烯烃封装胶膜最终的交联度。本发明的光热双固化的聚烯烃封装胶膜采用光引发剂和热引发剂搭配使用，可实现光热双固化，在较低温度下就能制得聚烯烃光伏封装胶膜。
进一步地，所述乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为10-20g/10min。乙烯-辛烯共聚物直接影响聚烯烃复合材料的光、热两次固化交联的效果，以及聚烯烃光伏封装胶膜的耐候性，若乙烯-辛烯共聚物熔融指数较高，虽然经光、热固化后外观无明显不良，但交联度较低，导致耐候性不足。若乙烯-辛烯共聚物熔融指数较低，则经光、热固化后外观易出现空洞，难以满足批量化生产的需求。
优选地，所述二官能度丙烯酸酯单体为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙氧基化(2)新戊二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
优选地，所述三官能度丙烯酸酯单体为三异丙基异三聚氰酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异氰酸酯、异氰脲酸三烯丙酯中的至少一种。
优选地，所述光引发剂为安息香二甲醚、1-羟基酮、二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、硫代苯基-对氧氮环丙酮、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一种。
优选地，所述热引发剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、叔丁基过氧化2-乙基已基碳酸酯、叔丁基过氧基甲酸2-乙基已基酯、碳过氧酸-O,O-(1,1-二甲基乙基)-O-(2-乙基己基)酯、叔丁基过氧化异丁酯、1,1-二叔丁基过氧化环己烷中的至少一种。
优选地，所述增粘偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
优选地，所述抗氧化剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇)癸二酸酯、丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-苯并三氮唑、1-(甲基)-9-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)葵二酸酯中的至少一种。
本发明还保护上述光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.将乙烯-辛烯共聚物、光引发剂、热引发剂、二官能度丙烯酸酯单体、三官能度丙烯酸酯单体、增粘偶联剂和抗氧剂进行预混合，得到预混料；
S2.将步骤S1得到的预混料投入到单螺杆流延机，在80-100℃下流延，将流延出的胶膜经过压花、冷却、牵引、除静电和收卷后，制得聚烯烃封装胶膜。
上述制得的聚烯烃封装胶膜在使用时，还需要进行光热固化，固化后可制得聚烯烃光伏封装胶膜，用作太阳能电池封装胶膜。
进一步地，还包括固化的步骤S3：将聚烯烃封装胶膜经80-100℃层压机贴合后，在300-500W光强的高压汞灯或卤素灯下辐照1-3min，然后在145-155℃的高温高压釜中热固化10-15min，即可完成固化，制得光热固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的光热双固化的聚烯烃封装胶膜采用乙烯-辛烯共聚物为基材，相比于EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)等更难以进行UV固化，通常需要更高的UV固化能量，而这时会大量消耗丙烯酸酯类交联剂，进而导致二次热固化时交联度不足，且容易出现气泡。本发明设计并优化了乙烯-辛烯共聚物的双固化体系，基于乙烯-辛烯共聚物，采用了二官能度丙烯酸酯单体、三官能度丙烯酸单体的混配；二官能度丙烯酸酯单体的活性较高，与乙烯-辛烯共聚物的亲和性较好，主要用于UV固化，降低UV固化所需的能量，三官能度丙烯酸酯单体对交联度的提升效果最好，主要用于热固化，提高聚烯烃封装胶膜最终的交联度，二官能度丙烯酸酯单体和三官能度丙烯酸单体的搭配，很好的解决了乙烯-辛烯共聚物光热双固化的难题。
2、本发明采用光引发剂和热引发剂搭配使用，高压汞灯辐照后，交联度达20％-40％，再经热固化使最终交联度达到80％-90％；在较低温度下就能实现光热双固化的聚烯烃封装胶膜的固化，制得聚烯烃光伏封装胶膜，聚烯烃光伏封装胶膜的耐候性好，外观性好，无气泡，长期使用不会出现脱胶现象，减少了薄膜太阳能电池的外观不良的现象。
3、本发明的光热双固化的聚烯烃封装胶膜在应用时只需增加一步光热固化工艺即可制得聚烯烃光伏封装胶膜，但比常规的太阳能电池封装胶膜的组件成品率高，兼顾了薄膜太阳能电池组件较高的生产效率和较好的封装工艺，降低了生产成本，有利于薄膜太阳能电池组件的大规模推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：
乙烯-辛烯共聚物100份；
二苯甲酮0.5份；
叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯0.8份；
二缩三丙二醇二丙烯酸酯1份；
三异丙基异三聚氰酸酯1.5份；
乙烯基三乙氧硅烷0.5份；
丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物0.2份。
其中，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为10g/10min。
上述光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.将乙烯-辛烯共聚物、二苯甲酮、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三异丙基异三聚氰酸酯、乙烯基三乙氧硅烷和丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物进行预混合，得到预混料；
S2.将步骤S1得到的预混料投入到单螺杆流延机，在80-100℃下流延，将流延出的胶膜经过压花、冷却、牵引、除静电和收卷后，制得聚烯烃封装胶膜；
S3.将上述步骤S2制得的聚烯烃封装胶膜经90℃层压机贴合后，在400W光强的高压汞灯下辐照3min，再在145℃的高温高压釜中固化15min，制得光热固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
实施例2
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：
乙烯-辛烯共聚物100份；
硫代苯基-对氧氮环丙酮1.0份；
叔丁基过氧化2-乙基已基碳酸酯2.0份；
新戊二醇二丙烯酸酯1.0份；
三烯丙基异三聚氰酸酯0.8份；
乙烯基三甲氧硅烷2.0份；
双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇)癸二酸酯0.3份。
其中，乙烯-辛烯共聚物熔融指数为14g/10min。
上述光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，步骤S1的组分进行了替换，步骤S2流延温度调整为100℃，步骤S3调整为在150℃高温高压釜中固化12min，制得光热固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
实施例3
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：
乙烯-辛烯共聚物100份；
苯甲酰甲酸甲酯1.3份；
叔丁基过氧基甲酸2-乙基已基酯1.4份；
二丙二醇二丙烯酸酯2.5份；
1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮1.2份；
3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷0.7份；
1-(甲基)-9-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)葵二酸酯0.5份。
其中，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为16g/10min。
上述光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，步骤S1的组分进行了替换，步骤S2流延温度调整为90℃，步骤S3调整为在155℃的高温高压釜中固化10min，即得光热固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
实施例4
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：
乙烯-辛烯共聚物100份；
安息香二甲醚2份；
叔丁基过氧基甲酸2-乙基已基酯2份；
己二醇二丙烯酸酯3份；
1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮1.2份；
3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷2份；
1-(甲基)-9-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)葵二酸酯0.6份。
其中，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为16g/10min。
上述光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法实施例1相同，区别在于，步骤S1的组分进行了替换，步骤S2流延温度调整为90℃，步骤S3调整为在155℃的高温高压釜中固化10min，即得光热固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
对比例1
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：
乙烯-辛烯共聚物100份；
苯甲酰甲酸甲酯1.2份；
叔丁基过氧基甲酸2-乙基已基酯1.4份；
二丙二醇二丙烯酸酯2.6份；
3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷0.7份；
1-(甲基)-9-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)葵二酸酯0.5份。
其中，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为16g/10min。
本对比例光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，步骤S1的组分进行了替换，步骤S2流延温度调整为90℃，步骤S3调整为在155℃的高温高压釜中固化10min，即得固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
对比例2
一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，由按照重量份计算的如下组分制备而成：
乙烯-辛烯共聚物100份；
苯甲酰甲酸甲酯1.2份；
叔丁基过氧基甲酸2-乙基已酯1.4份；
1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮2.6份；
3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷0.7份；
1-(甲基)-9-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)葵二酸酯0.5份。
其中，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为16g/10min。
本对比例光热双固化的聚烯烃封装胶膜的制备方法与对比例1相同，区别在于，步骤S1的组分进行了替换，步骤S3调整为在150℃的高温高压釜中固化12min，即得固化后的封装胶膜。
对比例3
本对比例光热双固化的聚烯烃封装胶膜的组分和制备方法与实施例1相同，区别在于，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为30g/10min。
对比例4
本对比例光热双固化的聚烯烃封装胶膜的组分和制备方法与实施例1相同，区别在于，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为5g/10min。
性能测试
将实施例1-4中的聚烯烃光伏封装胶膜按照《GBT 29848-2018光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》进行性能测试，封装后的组件样品翘曲高度为1cm，详细性能测试结果如表1，把实施例1-4制得的样品通过制样后层压观察外观有无气泡的现象。
表1实施例1-4的聚烯烃光伏封装胶膜以及对比例1-4的固化封装胶膜测试结果
Figure BDA0002450193420000101
从表1可以看出，本发明实施例1-4的聚烯烃光伏封装胶膜具有很好的产品特性，固化成型后薄膜太阳能电池组件无气泡、无脱胶等外观不良现象，且具有良好的耐候性，大大提升了薄膜太阳能电池组件的成品率和聚烯烃光伏封装胶膜的使用性能；进而有效提高薄膜太阳能电池组件的生产效率，降低生产成本，有利于薄膜太阳能电池组件的大规模推广应用。再进一步进行后续的光热双固化的步骤，可以制得光热双固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。对比例1没有添加三官能度丙烯酸酯单体，对比例2没有添加二官能度丙烯酸酯单体，结果显示，对比例1和2的聚烯烃光伏封装胶膜存在较多气泡，光、热固化后的交联度较低，对应的固化效果较差，且耐候性降低，说明二官能度丙烯酸酯单体和三官能度丙烯酸酯单体混配直接影响到光热双固化的聚烯烃封装胶膜的光、热两次固化交联的效果，以及聚烯烃光伏封装胶膜的耐候性。对比例3使用更高熔融指数的乙烯-辛烯共聚物，结果显示，虽然经光、热固化后外观无明显不良，但交联度较低，导致耐候性不足，对比例4使用更低熔融指数的乙烯-辛烯共聚物，结果显示，聚烯烃封装胶膜存在较多的气泡，耐候性不足，说明合适的乙烯-辛烯共聚物直接影响光热双固化的聚烯烃封装胶膜的光、热两次固化交联的效果，以及聚烯烃光伏封装胶膜的耐候性。
上述实施方式仅为本发明专利的优选实施方式，不能以此来限定本发明专利保护的范围，本领域的技术人员在本发明专利的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明专利所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种光热双固化的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，包括如下按照重量份计算的组分制备而成：
Figure FDA0002450193410000011
2.根据权利要求1所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述乙烯-辛烯共聚物的熔融指数10-20g/10min。
3.根据权利要求1或2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述二官能度丙烯酸酯单体为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙氧基化(2)新戊二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述三官能度丙烯酸酯单体为三异丙基异三聚氰酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异氰酸酯、异氰脲酸三烯丙酯中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述光引发剂为安息香二甲醚、1-羟基酮、二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、硫代苯基-对氧氮环丙酮、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述热引发剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、叔丁基过氧化2-乙基已基碳酸酯、叔丁基过氧基甲酸2-乙基已基酯、碳过氧酸-O,O-(1,1-二甲基乙基)-O-(2-乙基己基)酯、叔丁基过氧化异丁酯、1,1-二叔丁基过氧化环己烷中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述增粘偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述抗氧化剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇)癸二酸酯、丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-苯并三氮唑、1-(甲基)-9-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)葵二酸酯中的至少一种。
9.权利要求1-8任一项所述的聚烯烃封装胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将乙烯-辛烯共聚物、光引发剂、热引发剂、二官能度丙烯酸酯单体、三官能度丙烯酸酯单体、增粘偶联剂和抗氧剂进行预混合，得到预混料；
S2.将步骤S1得到的预混料投入到单螺杆流延机，在80-100℃下流延，将流延出的胶膜经过压花、冷却、牵引、除静电和收卷后，制得聚烯烃封装胶膜。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括固化的步骤S3：将聚烯烃封装胶膜经80-100℃层压机贴合后，在300-500W光强的高压汞灯或卤素灯下辐照1-3min，然后在145-155℃的高温高压釜中热固化10-15min，即可完成固化，制得光热固化后的聚烯烃光伏封装胶膜。
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