CN112646542A - 一种太阳能光伏组件双组分结构胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能光伏组件双组分结构胶及其制备方法，是由以下质量分数的成分制备而成的，A组分：羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，烷基封端的聚二甲基硅氧烷20‑60份，聚甲基硅氧烷2‑20份，无机填料80‑200份，B组分：黑色浆100份，交联剂40‑90份，偶联剂10‑50份，除水剂1‑15份，填料0.5‑5份，催化剂0.05‑2份，所述双组分结构胶具有优异的耐老化性，粘接性，加工方便等优点。

Description

一种太阳能光伏组件双组分结构胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双组分结构胶及其制备方法，具体涉及到太阳能光伏组件双组分结构胶，属于有机硅结构胶粘接领域。
背景技术
太阳能光伏发电是指利用光伏半导体材料的光生伏打效应而将太阳能转化为直流电能的设施。光伏设施的核心是太阳能电池板。用来发电的半导体材料主要有：单晶硅、多晶硅、非晶硅及碲化镉等。由于近年来各国都在积极推动可再生能源的应用，光伏产业的发展十分迅速。自太阳能电池问世以来，使用材料、技术上的不断进步，以及制造产业的发展成熟，都驱使光伏系统的价格变得更加便宜。不仅如此，许多国家投入大量研发经费推进光伏的转换效率，给与制造企业财政补贴。更重要的，上网电价补贴政策以及可再生能源比例标准等政策极大地促进了光伏在各国的广泛应用。
由于光伏发电行业近年来在我国快速发展，使得相应的硅胶产业也得到相应的发展，常见的硅胶有单组份密封胶以及双组分灌封胶，但是在组件与挂钩的粘接用结构胶相对较少。光伏组件对于结构胶的要求比较苛刻，因光伏组件工作环境除接受户外的高温、雨水、强紫外线等恶劣环境外，还必须要保证被粘接固定的组件能经受住一定等级的强风的考验，因此太阳能发电用有机硅结构胶除具备室温下优良的拉伸粘接强度外还需双85老化处理后依旧有良好的拉伸粘接强度。在性能方面主要要求光伏组件有机硅结构胶具有良好的力学强度、双85老化后胶体具有良好的强度和优异的粘接性能，对双85老化处理后具有良好拉伸粘接强度的报道较少，相应的技术指标主要参照GB/T29595执行。
如申请公开号为CN 105505297A的专利公布了一种耐黄变单组分脱醇型太阳能光伏组件密封胶及其制备方法，其采用环氧基硅氧烷偶联剂与氨烃基硅氧烷偶联剂反应后制备的增粘剂得到的密封胶在双85老化后具有优异的耐黄变性能，并未研究双85老化后的拉伸粘接强度，且该单组分脱醇型RTV型密封胶与双组分产品相比而言深层固化速度慢，其主要用途为光伏组件边框的防水密封。从使用角度出发不适合太阳能组件的生产工艺，从性能角度出发不适合做直接暴露在户外的结构性粘接。
申请公开号为CN101768421A的专利公布了一种太阳能光伏组件用双组分硅酮密封胶及其制备方法，其主要研究双85老化后胶料的耐黄变性能，而经过双85老化处理1000h后的拉伸粘接性未做研究。
申请公开号为CN102936483A的专利公布了一种单组分有机硅太阳能光伏组件用密封胶及其制备方法，其制备的单组分密封胶经过150℃老化1000h后具有优异的耐黄变性能，而未提及双85老化1000h后的拉伸粘接强度。光伏组件用有机硅密封胶在使用环境上与太阳能光伏组件用有机硅结构胶有较高的相似度，都需要长期暴露在户外使用。光伏组件密封胶主要起防水密封作用，组件结构胶主要起支撑粘接固定作用。因此对于强度以及老化后的粘接要求都要高于密封胶。
目前国内长期使用的密封胶以及硅酮建筑胶由于使用环境因素不能完全满足光伏组件粘接的需求。本发明设计的光伏组件玻璃和铝挂钩或边框间的结构粘接，胶体直接暴露在外部环境中，相比密封胶和建筑胶来说要求更为苛刻。因光伏组件行业要求组件在户外使用年限在25年以上，因此在拉伸强度和粘接上对于结构胶有更高的要求，需要在双85老化1500h后依旧具有良好的粘接性。因此开发耐老化粘接性良好的光伏组件结构胶就显得很有必要了。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明目的在于解决光伏组件双组分结构胶在老化后出现的脱粘问题，提供一种强度较高而且在双85老化1500h后依旧对光伏组件所用玻璃材料和阳极氧化铝材料有良好的粘接性，不会出现脱粘问题。满足光伏组件在户外各类自然环境下能够长期使用的目的。
本发明的技术方案如下：
一种太阳能光伏组件双组分结构胶，由以下重量份数的组分制备而成：
A组分
Figure BDA0002854967120000021
B组分
Figure BDA0002854967120000022
Figure BDA0002854967120000031
所述黑色浆包括有：
炭黑 10-50份
烷基封端的聚二甲基硅氧烷 100份
其中所述的羟基封端的聚二甲基硅氧烷的粘度为10000-50000cps，烷基封端的聚二甲基硅氧烷粘度为50-500cps，聚甲基硅氧烷结构由(CH3)3SiO1/2链节摩尔分数1％-6％，(CH3)2SiO(CH3)2SiO链节摩尔分数34％-94％，CH3SiO3/2链节摩尔分数5％-60％构成，其粘度为500-2000cps。
进一步的，所述无机填料选自硅微粉、沉淀白炭黑、气相二氧化硅、重质碳酸钙、轻质碳酸钙的一种或几种的混合物。
进一步的，所述黑色浆为烷基封端聚二甲基硅氧烷与炭黑的混合物，其中炭黑质量比例为5-40％。
进一步的，所述交联剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷、正硅酸丙脂、聚甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物。
进一步的，所述偶联剂选自氨烃基硅烷偶联剂是γ―氨丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N―β―(氨乙基)―γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N―β―(氨乙基)―γ―氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-正丁基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅、双-[3-(三甲氧基硅)-丙基]-胺、γ-脲基丙三甲氧基硅烷中的一种或几种组合物。
进一步的，所述除水剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷及十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
进一步的，所述催化剂选自钛酸异丙酯、钛酸丁酯、二醋酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡中的一种。
进一步的，所述炭黑为普通炭黑。
进一步的，双组分结构胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、A组分的制备
将羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，烷基封端的聚二甲基硅氧烷20-60份，聚甲基硅氧烷2-20份，无机填料80-200份在真空条件下分散混合均匀制得A组分；
S2、B组分的制备
将黑色浆100份，交联剂40-90份，填料0.5-5份，混合均匀后，在加入偶联剂10-50份，除水剂1-15份，催化剂0.05-2份混合均匀，在真空条件下分散制得B组分；
S3、A、B组分混合
A、B组分在室温条件下按A：B＝10-15:1的质量比混合均匀后使用。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明中，通过选取纳米碳酸钙为主要填料，并添加适量的白炭黑与较高粘度的羟基封端的聚二甲基硅氧烷和低粘度烷基封端的聚二甲基硅氧烷以及交联剂偶联剂等混合而成，这样的搭配使得交联密度不至于过大让胶体固化后能有较强的韧性，能较好的提高胶体的拉伸强度和良好的断裂伸长率，能够承受较大的载荷，且耐磨性、耐疲劳、耐腐蚀和耐老化性，在预期寿命内性能稳定，适用于承受强力的结构件粘接的胶粘剂。
(2)本发明中，采用一定比例的高官能团数的硅氧烷作为交联剂，采用该类交联剂配合适当的白炭黑和活性碳酸钙做补强粉料、多种氨基偶联剂及其他交联剂后有如下好处：其一、该类交联剂可参与反应的官能团较多，固化后对多种基材具有良好的粘接性，本发明制备的结构胶对玻璃、铝型材等基材粘接性良好；其二、交联剂和各类氨基偶联剂提供了较大数量的可反应性官能团可较大幅提高对基材的粘接力，从而提高结构胶耐湿热老化后的拉伸粘接性；由于加入了一定数量的高官能度的交联剂使得胶体交联度高韧性有所欠缺，为了弥补结构胶韧性不足的问题，采用了一定量特定粘度的聚甲基硅氧烷添加到A组分中，因其有与基胶类似的反应型结构所以可以作为增塑剂使用，且其本身与基胶有良好的相容性，因此在结构胶胶体固化后能起到增韧的作用，且特定粘度的聚甲基硅氧烷本身优异的耐久性和对光和热的稳定性更有助于结构胶在双85老化后依旧能表现出较好的强度和粘接性，从而极大的提高了结构胶的耐老化性。从而使得结构胶在双85 1500h老化后能同时具备高官能度交联剂提供的强度和特定粘度的聚甲基硅氧烷提供的韧性，在使用中结构胶具有优良的耐湿热性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
A组分制备
将粘度为20000cps的羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100cps烷基封端的聚二甲基硅氧烷30份，粘度为1000cps聚甲基硅氧烷5份，活性纳米碳酸钙120份在真空条件下分散混合均匀制得A组分。
B组分制备
将黑色浆100份，交联剂50份，偶联剂30份，除水剂5份，填料2份，催化剂1份混合均匀，均在真空条件下分散制得B组分。
所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷，偶联剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷，除水剂为乙烯基三甲氧基硅烷，填料为气相二氧化硅，催化剂为钛酸异丙酯。
AB组分混合
将A,B组分按质量比13:1混合均匀后制备样品测试
实施例2
A组分制备
将粘度为20000cps的羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100cps烷基封端的聚二甲基硅氧烷40份，粘度为1000cps聚甲基硅氧烷5份，活性纳米碳酸钙150份在真空条件下分散混合均匀制得A组分。
B组分制备
将黑色浆100份，交联剂50份，偶联剂30份，除水剂5份，填料2份，催化剂1份混合均匀，均在真空条件下分散制得B组分。
所述交联剂为甲基三乙氧基硅烷，偶联剂为N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、除水剂为乙烯基三乙氧基硅烷，填料为气相二氧化硅，催化剂为二醋酸二丁基锡。
AB组分混合
将A,B组分按质量比13:1混合均匀后制备样品测试。
实施例3
A组分制备
将粘度为20000cps的羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100cps烷基封端的聚二甲基硅氧烷50份，粘度为1000cps聚甲基硅氧烷5份，活性纳米碳酸钙180份在真空条件下分散混合均匀制得A组分。
B组分制备
将黑色浆100份，交联剂50份，偶联剂30份，除水剂5份，填料2份，催化剂1份混合均匀，均在真空条件下分散制得B组分。
所述交联剂为聚甲基三乙氧基硅烷，偶联剂为3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、除水剂为乙烯基三乙氧基硅烷，填料为气相二氧化硅，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
AB组分混合
将A,B组分按质量比13:1混合均匀后制备样品测试。
实施例4
A组分制备
将粘度为20000cps的羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100cps烷基封端的聚二甲基硅氧烷60份，粘度为1000cps聚甲基硅氧烷5份，活性纳米碳酸钙180份在真空条件下分散混合均匀制得A组分。
B组分制备
将黑色浆100份，交联剂50份，偶联剂30份，除水剂5份，填料2份，催化剂1份混合均匀，均在真空条件下分散制得B组分。
所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷，偶联剂为3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、除水剂为乙烯基三甲氧基硅烷，填料为活性纳米碳酸钙，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
将A,B组分按质量比14:1混合均匀后制备样品测试。
实施例5
A组分制备
将粘度为20000cps的羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100cps烷基封端的聚二甲基硅氧烷20份，粘度为1000cps聚甲基硅氧烷5份，活性纳米碳酸钙160份在真空条件下分散混合均匀制得A组分。
B组分制备
将黑色浆100份，交联剂40份，偶联剂30份，除水剂10份，填料2份，催化剂1份混合均匀，均在真空条件下分散制得B组分。
所述交联剂为甲基三乙氧基硅烷，偶联剂为3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、除水剂为乙烯基三乙氧基硅烷，填料为活性纳米碳酸钙，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
AB组分混合
将A,B组分按质量比14:1混合均匀后制备样品测试。
表1测试结果
Figure BDA0002854967120000071
备注:
测试样件为玻璃片和阳极氧化铝片材，对比例1为某市售建筑用双组分硅酮结构胶，对比例2为某市售光伏组件用单组分硅酮密封胶；在对比测试时由于胶样的适用领域不同，其中对比例1中的建筑用双组分结构胶对基材粘接较差经过双85老化后100％脱粘，对比例2中的光伏组件用单组分硅酮密封胶对太阳能组件有一定的粘接性，但双85老化后100％脱粘。
样品的制备与老化：将A组分与B组分按质量比在10-15:1混合，配制成胶按照GB/T13477.8-2002提供的H件制备方法制成H件在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)％环境中固化7天，将固化好的H件在双85老化(温度85℃，湿度85％)1500h。
样品测试：将老化时间到了的H件按照GB/T16776(建筑用硅酮结构密封胶)标准进行拉伸粘接测试。
本发明至少具有以下优点：
(1)本发明中，通过选取纳米碳酸钙为主要填料，并添加适量的白炭黑与较高粘度的羟基封端的聚二甲基硅氧烷和低粘度烷基封端的聚二甲基硅氧烷以及交联剂偶联剂等混合而成，这样的搭配使得交联密度不至于过大让胶体固化后能有较强的韧性，能较好的提高胶体的拉伸强度和良好的断裂伸长率，能够承受较大的载荷，且耐磨性、耐疲劳、耐腐蚀和耐老化性，在预期寿命内性能稳定，适用于承受强力的结构件粘接的胶粘剂。
(2)本发明中，采用一定比例的高官能团数的硅氧烷作为交联剂，采用该类交联剂配合适当的白炭黑和活性碳酸钙做补强粉料、多种氨基偶联剂及其他交联剂后有如下好处：其一、该类交联剂可参与反应的官能团较多，固化后对多种基材具有良好的粘接性，本发明制备的结构胶对玻璃、铝型材等基材粘接性良好；其二、交联剂和各类氨基偶联剂提供了较大数量的可反应性官能团可较大幅提高对基材的粘接力，从而提高结构胶耐湿热老化后的拉伸粘接性；由于加入了一定数量的高官能度的交联剂使得胶体交联度高韧性有所欠缺，为了弥补结构胶韧性不足的问题，采用了一定量特定粘度的聚甲基硅氧烷添加到A组分中，因其有与基胶类似的反应型结构所以可以作为增塑剂使用，且其本身与基胶有良好的相容性，因此在结构胶胶体固化后能起到增韧的作用，且特定粘度的聚甲基硅氧烷本身优异的耐久性和对光和热的稳定性更有助于结构胶在双85老化后依旧能表现出较好的强度和粘接性，从而极大的提高了结构胶的耐老化性。从而使得结构胶在双85 1500h老化后能同时具备高官能度交联剂提供的强度和特定粘度的聚甲基硅氧烷提供的韧性，在使用中结构胶具有优良的耐湿热性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种太阳能光伏组件双组分结构胶，由以下重量份数的组分制备而成：
A组分
Figure FDA0002854967110000011
B组分
Figure FDA0002854967110000012
其中所述的羟基封端的聚二甲基硅氧烷的粘度为10000-50000cps，烷基封端的聚二甲基硅氧烷粘度为50-500cps，聚甲基硅氧烷结构由(CH3)3SiO1/2链节摩尔分数1％-6％，(CH3)2SiO(CH3)2SiO链节摩尔分数34％-94％，CH3SiO3/2链节摩尔分数5％-60％构成，其粘度为500-2000cps。
2.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于：所述无机填料选自硅微粉、沉淀白炭黑、气相二氧化硅、重质碳酸钙、轻质碳酸钙的一种或几种的混合物。
3.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于：所述黑色浆为烷基封端聚二甲基硅氧烷与炭黑的混合物，其中炭黑质量比例为5-40％。
4.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于：所述交联剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷、正硅酸丙脂、聚甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物。
5.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于：所述偶联剂选自氨烃基硅烷偶联剂是γ―氨丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N―β―(氨乙基)―γ―氨丙基三甲氧基硅烷、N―β―(氨乙基)―γ―氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-正丁基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅、双-[3-(三甲氧基硅)-丙基]-胺、γ-脲基丙三甲氧基硅烷中的一种或几种组合物。
6.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于：所述除水剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷及十二烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
7.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于：所述催化剂选自钛酸异丙酯、钛酸丁酯、二醋酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡中的一种。
8.如权利要求书1所述的双组分结构胶，其特征在于，所述炭黑为普通炭黑。
9.如权利要求书1-8中任一所述的双组分结构胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、A组分的制备
将羟基封端的聚二甲基硅氧烷100份，烷基封端的聚二甲基硅氧烷20-60份，聚甲基硅氧烷2-20份，无机填料80-200份在真空条件下分散混合均匀制得A组分；
S2、B组分的制备
将黑色浆100份，交联剂40-90份，填料0.5-5份，混合均匀后，在加入偶联剂10-50份，除水剂1-15份，催化剂0.05-2份混合均匀，在真空条件下分散制得B组分；
S3、A、B组分混合
A、B组分在室温条件下按A：B＝10-15:1的质量比混合均匀后使用。
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