CN111763286B - 一种封装材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种封装材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种封装材料及其制备方法和用途，所述封装材料包括如下组分：基体树脂、主交联剂和助交联剂；所述基体树脂包括乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和乙烯‑不饱和羧酸共聚物；所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为10‑20％，不饱和羧酸单元的质量百分含量为10‑20％。所述封装材料是通过将各组分混合后，用挤出机共混挤出的方法制备得到。本发明提供的封装材料在保证较高的透光率的同时，还具有良好的粘结性能，且不易分解脱酸，能够有效减少羧酸对材料的腐蚀，适合用于光伏组件的封装。

Description

一种封装材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于封装胶技术领域，具体涉及一种封装材料及其制备方法和用途。
背景技术
近年来，随着光伏技术的改进，使得双玻太阳能组件得到迅速发展。相对于传统的单玻组件，双玻组件采用光伏玻璃代替背板，大幅度提升了组件抗水汽、耐腐蚀、防火、防砂磨损等性能，同时由于双玻组件具有一定的透光性，可用于农/渔光互补及一般的建筑物上，扩展了太阳能光伏组件的应用范围。
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是乙烯和醋酸乙烯酯(VA)的无规共聚物，极性VA单元的引入，使得其相较于聚乙烯具有更好的透明性、柔韧性和耐冲击性，在包装膜、热熔胶、涂料、电线电缆等领域均有广泛的应用。EVA胶膜是一种以EVA为主体树脂，通过添加交联剂及其他助剂而形成的封装胶膜，具有熔点低、流动性好、透明度高、层压工艺成熟等优点，是目前光伏组件最常用的封装材料。
但是EVA中的VA单元是一种弱极性结构，通常还需要添加偶联剂以增强EVA胶膜对玻璃和背板的粘接强度。另外EVA水蒸汽透过率和吸水率较大，耐候性较差，用于光伏组件上需要进行封边，然而在正常使用过程中也仍然会有水汽透过。光伏组件用的EVA中醋酸乙烯酯单元质量含量通常为28-33％，醋酸乙烯酯单元在水的作用下易分解生成醋酸，腐蚀电池片和背板。在光伏组件中慢慢积累的醋酸是大部分光伏组件质量问题的重要诱因。日本Chemitox实验室将电池片浸泡在一定浓度的稀醋酸溶液中观察银栅线的变化，发现醋酸可以逐步将电池片表面的银栅线腐蚀变窄。而随着银栅线的变窄，光伏组件的发电效率逐渐下降。此外，EVA分解还会一定程度上影响其透光率，从而影响光伏组件的发电效率。
因此，鉴于EVA胶膜在光伏组件封装中的缺陷，在本领域有待研发一种具有良好透明性、更好的粘结性能，且不易分解脱酸的封装胶膜。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种封装材料及其制备方法和用途。相较于EVA胶膜，本发明提供的封装材料在保证较高的透光率的同时，还具有良好的粘结性能，且不易分解脱酸，适合用于光伏组件的封装。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种封装材料，包括如下组分：基体树脂、主交联剂和助交联剂；
所述基体树脂包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-不饱和羧酸共聚物；
所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为10-20％，不饱和羧酸单元的质量百分含量为10-20％。
本发明采用具有特定醋酸乙烯酯单元和不饱和羧酸单元含量的基体树脂代替EVA制备封装材料，由于不饱和羧酸单元带有强极性的羟基，对极性表面具有更好的界面结合力，而且不饱和羧酸单元的引入减少了醋酸乙烯酯单元的含量，因此，得到的封装材料在保证透光率的同时，既减少了醋酸乙烯酯单元分解脱酸的风险，又增强了对玻璃等基材的粘结强度。
本发明中，所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等。
所述基体树脂中不饱和羧酸单元的质量百分含量可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等。
本发明中，基体树脂中醋酸乙烯酯单元和不饱和羧酸单元的含量需要保持在上述范围内，当基体树脂中的醋酸乙烯酯单元含量过多，不饱和羧酸单元含量过少时，会导致醋酸乙烯酯脱酸，腐蚀双面电池片；当醋酸乙烯酯单元含量过少，不饱和羧酸单元含量过多时，一方面会导致封装材料的水蒸气透过率和吸湿性急剧增大，同样引起醋酸乙烯酯分解脱酸，另一方面会导致成本太高。
作为本发明的优选技术方案，所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元与不饱和羧酸单元的总质量百分含量为28-33％；例如可以是28％、28.5％、29％、29.5％、30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％或33％等。
当基体树脂中醋酸乙烯酯单元与不饱和羧酸单元的总含量过低时，得到的封装材料易结晶，透光率较低，粘结力较差；当醋酸乙烯酯单元与不饱和羧酸单元的总含量过高时，得到的封装材料熔点较低，流动性大，在热压过程中容易流出，不利于加工生产。
优选地，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为28-33％；例如可以是28％、28.5％、29％、29.5％、30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％或33％等。
优选地，所述乙烯-不饱和羧酸共聚物中不饱和羧酸单元的质量百分含量为28-33％；例如可以是28％、28.5％、29％、29.5％、30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％或33％等。
需要说明的是，当乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯单元的含量过高，或者乙烯-不饱和羧酸共聚物中不饱和羧酸单元的含量过高时，相应共聚物的熔点较低，流动性大，在热压过程中容易流出，不利于加工生产。因此，本发明中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯单元含量、乙烯-不饱和羧酸共聚物中不饱和羧酸单元的含量分别优选为上述比例。
作为本发明的优选技术方案，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重均分子量为50000-60000；例如可以是50000、51000、52000、53000、54000、55000、56000、57000、58000、59000或60000等。
优选地，所述乙烯-不饱和羧酸共聚物的重均分子量为50000-60000；例如可以是50000、51000、52000、53000、54000、55000、56000、57000、58000、59000或60000等。
作为本发明的优选技术方案，所述不饱和羧酸是含3-10个(例如3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等)碳原子的不饱和羧酸。
优选地，所述不饱和羧酸为丙烯酸。
作为本发明的优选技术方案，所述主交联剂占所述基体树脂的重量百分比为0.4-0.7％；例如可以是0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％或0.7％等。
优选地，所述主交联剂为过氧化物。
优选地，所述主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯和/或过氧化异丁酸叔丁酯。
作为本发明的优选技术方案，所述助交联剂占所述基体树脂的重量百分比为0.2-0.6％；例如可以是0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或0.6％等。
优选地，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
作为本发明的优选技术方案，所述封装材料还包括占所述基体树脂重量0.1-0.3％(例如0.1％、0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.25％、0.28％或0.3％等)的偶联剂。
通过添加偶联剂，能够进一步提高封装材料与玻璃间的粘结强度。
优选地，所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和/或3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述封装材料还包括占所述基体树脂重量0.1-0.5％(例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等)的自由基捕获剂。
优选地，所述自由基捕获剂为受阻胺类光稳定剂。示例性地，可以采用聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}(光稳定剂944)。
优选地，所述封装材料还包括占所述基体树脂重量0.1-0.5％(例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等)的紫外线吸收剂。
优选地，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类光稳定剂。示例性地，可以采用2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑。
作为本发明的优选技术方案，所述封装材料包括如下组分：
基体树脂，和占所述基体树脂重量0.4-0.7％的主交联剂、0.2-0.6％的助交联剂、0.1-0.3％的偶联剂、0.1-0.5％的自由基捕获剂以及0.1-0.5％的紫外线吸收剂；
所述基体树脂包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)；
所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元(VA)的质量百分含量为10-20％，丙烯酸单元(AA)的质量百分含量为10-20％，且醋酸乙烯酯单元(VA)和丙烯酸单元(AA)的总质量百分含量为28-33％。
第二方面，本发明提供一种上述封装材料的制备方法，所述制备方法为：将所述封装材料包含的各组分混合，然后共混挤出，得到所述封装材料。
优选地，在共混挤出后还对挤出物进行流延、冷却、分切和卷取工序。
优选地，所述共混挤出的温度为70-80℃；例如可以是70℃、72℃、73℃、75℃、76℃、78℃或80℃等。
第三方面，本发明提供一种上述封装材料的用途，所述封装材料用于光伏组件，尤其是用于双玻组件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用具有特定醋酸乙烯酯单元和不饱和羧酸单元含量的基体树脂代替EVA制备封装材料，由于不饱和羧酸单元带有强极性的羟基，对极性表面具有更好的界面结合力，而且不饱和羧酸单元的引入减少了醋酸乙烯酯单元的含量，因此，得到的封装材料在保证透光率的同时，既减少了醋酸乙烯酯单元分解脱酸的风险，又增强了对玻璃等基材的粘结强度；将其用于光伏组件的封装，能够有效减少光伏组件脱层、腐蚀现象的发生，延长光伏组件的寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例和对比例中采用的基体树脂均由EVA树脂和EAA树脂通过挤出机共混挤出得到，具体成分如下：
基体树脂1：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比8:24组成；
基体树脂2：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比12:20组成；
基体树脂3：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比14:18组成；
基体树脂4：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比16:16组成；
基体树脂5：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比18:14组成；
基体树脂6：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比20:12组成；
基体树脂7：由EVA(VA含量32wt％)和EAA(AA含量32wt％)按质量比24:8组成；
基体树脂8：由EVA(VA含量20wt％)和EAA(AA含量20wt％)按质量比1:1组成；
基体树脂9：由EVA(VA含量26wt％)和EAA(AA含量26wt％)按质量比1:1组成；
基体树脂10：由EVA(VA含量28wt％)和EAA(AA含量28wt％)按质量比1:1组成；
基体树脂11：由EVA(VA含量33wt％)和EAA(AA含量33wt％)按质量比1:1组成；
基体树脂12：由EVA(VA含量40wt％)和EAA(AA含量40wt％)按质量比1:1组成。
实施例1
本实施例提供一种封装材料，包括如下组分：
组分 名称 重量份数
基体树脂 基体树脂3 100
主交联剂 过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯 0.6
助交联剂 三烯丙基异氰脲酸酯 0.2
将上述各组分的混合物加入挤出机中，在90℃下共混挤出，挤出物经过流延、冷却、分切和卷取工序，即可得到所述封装材料。
实施例2
本实施例提供一种封装材料，包括如下组分：
组分 名称 重量份数
基体树脂 基体树脂4 100
主交联剂 过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯 0.4
助交联剂 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯 0.6
偶联剂 γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷 0.1
将上述各组分的混合物加入挤出机中，在90℃下共混挤出，挤出物经过流延、冷却、分切和卷取工序，即可得到所述封装材料。
实施例3
本实施例提供一种封装材料，包括如下组分：
组分 名称 重量份数
基体树脂 基体树脂5 100
主交联剂 过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯 0.5
助交联剂 三烯丙基异氰脲酸酯 0.4
偶联剂 γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷 0.3
自由基捕获剂 光稳定剂944 0.1
紫外线吸收剂 2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑 0.5
将上述各组分的混合物加入挤出机中，在90℃下共混挤出，挤出物经过流延、冷却、分切和卷取工序，即可得到所述封装材料。
实施例4
本实施例提供一种封装材料，包括如下组分：
Figure BDA0002015830480000081
Figure BDA0002015830480000091
将上述各组分的混合物加入挤出机中，在90℃下共混挤出，挤出物经过流延、冷却、分切和卷取工序，即可得到所述封装材料。
实施例5-8
与实施例4的区别在于，将基体树脂2分别替换为基体树脂3-6。
实施例9-13
与实施例4的区别在于，将基体树脂2分别替换为基体树脂8-12
对比例1
与实施例4的区别在于，将基体树脂2替换为基体树脂1。
对比例2
与实施例4的区别在于，将基体树脂2替换为基体树脂7。
对比例3
与实施例4的区别在于，将基体树脂2替换为EVA(VA含量为32wt％)
分别采用上述实施例1-13和对比例1-3提供的封装材料制备双玻组件，具体方法如下：将玻璃板、封装材料、电池片方阵、封装材料和玻璃板按次序层叠，抽真空，在145℃下层压15min，使封装材料交联固化，得到双玻组件。
按照IEC 61215-2005的方法测定封装材料的透光率，以及其与玻璃间的剥离强度；然后将双玻组件在85℃、85％RH的环境中处理2000h(DH2000)，测定剥离强度，并观察电池片是否有脱层、腐蚀现象，结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0002015830480000092
Figure BDA0002015830480000101
由表1的性能数据可以看出，本发明提供的封装材料具有较高的粘结性能和透光率，醋酸乙烯酯分解脱酸的风险较低，经DH2000处理之后，剥离强度变化较小。当醋酸乙烯酯单元和丙烯酸单元总含量较低时(实施例9-10)，易结晶，封装材料的透光率和粘结力低，另外熔点高，不利于生产；当醋酸乙烯酯单元和丙烯酸单元总含量较高时(实施例13)，虽然封装材料透光率提高，但熔点降低导致流动性变大，不利于加工生产。
当醋酸乙烯酯单元含量过多时(对比例2)，醋酸乙烯酯单元易分解脱酸，腐蚀电池片。当醋酸乙烯酯单元含量过少，丙烯酸单元含量过多时(对比例1)，一方面会导致封装材料的水蒸气透过率和吸湿性急剧增大，同样引起醋酸乙烯酯分解脱酸，另一方面会导致成本太高。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (20)

1.一种透光率为92.8~94.9%的封装材料，其特征在于，所述封装材料包括如下组分：基体树脂、主交联剂和助交联剂；
所述基体树脂包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-不饱和羧酸共聚物；
所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为10-20%，不饱和羧酸单元的质量百分含量为10-20%；
所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元与不饱和羧酸单元的总质量百分含量为30-33%；
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为28-33%；
所述乙烯-不饱和羧酸共聚物中不饱和羧酸单元的质量百分含量为28-33%。
2.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的重均分子量为50000-60000。
3.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述乙烯-不饱和羧酸共聚物的重均分子量为50000-60000。
4.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述不饱和羧酸是含3-10个碳原子的不饱和羧酸。
5.根据权利要求4所述的封装材料，其特征在于，所述不饱和羧酸为丙烯酸。
6.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述主交联剂占所述基体树脂的重量百分比为0.4-0.7%。
7.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述主交联剂为过氧化物。
8.根据权利要求7所述的封装材料，其特征在于，所述主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯和/或过氧化异丁酸叔丁酯。
9.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述助交联剂占所述基体树脂的重量百分比为0.2-0.6%。
10.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
11.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述封装材料还包括占所述基体树脂重量0.1-0.3%的偶联剂。
12.根据权利要求11所述的封装材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和/或3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷。
13.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述封装材料还包括占所述基体树脂重量0.1-0.5%的自由基捕获剂。
14.根据权利要求13所述的封装材料，其特征在于，所述自由基捕获剂为受阻胺类光稳定剂。
15.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述封装材料还包括占所述基体树脂重量0.1-0.5%的紫外线吸收剂。
16.根据权利要求15所述的封装材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类光稳定剂。
17.根据权利要求1-16任一项所述的封装材料，其特征在于，所述封装材料包括如下组分：
基体树脂，和占所述基体树脂重量0.4-0.7%的主交联剂、0.2-0.6%的助交联剂、0.1-0.3%的偶联剂、0.1-0.5%的自由基捕获剂以及0.1-0.5%的紫外线吸收剂；
所述基体树脂包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物；
所述基体树脂中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为10-20%，丙烯酸单元的质量百分含量为10-20%，且醋酸乙烯酯单元和丙烯酸单元的总质量百分含量为28-33%。
18.一种如权利要求1-17任一项所述的封装材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将所述封装材料包含的各组分混合，然后共混挤出，得到所述封装材料。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述共混挤出的温度为70-80℃。
20.一种如权利要求1-17任一项所述的封装材料的用途，其特征在于，所述封装材料用于光伏组件。
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