CN114032022B - 光伏透明背板用外层透明自修复涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光伏背板技术领域，具体涉及一种光伏透明背板用外层透明自修复涂层及其制备方法。所述光伏背板用自修复涂层，包括：弹性体聚合物：45～150份；氟树脂：10～50份；流平剂：0.3～0.5份；粉料：2～8份；分散剂：0.02～0.10份；抗氧剂：0.18～0.70份；UV助剂：4～10份；聚异氰酸酯固化剂：25～50份；溶剂：20～60份；其中所述弹性体聚合物以端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯为主链，以六亚甲基二异氰酸酯为中间段，分子链两端以山梨醇多缩水甘油醚封端。本发明的光伏背板用自修复涂层,通过对自修复材料的合成应用和配方设计，使得涂层具有自修复特性，在不降低透明背板耐候性的前提下，实现了透明背板外层涂层的耐磨性的提升。

Description

光伏透明背板用外层透明自修复涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏背板技术领域，具体涉及一种光伏透明背板用外层透明自修复涂层及其制备方法。
背景技术
近几年，随着太阳能光伏的逐渐推广，双面电池组件的应用也越来越广。
双面电池组件顾名思义就是正、反面都能发电的组件。当太阳光照到双面组件的时候，会有部分光线被周围的环境反射到双面组件的背面，这部分光可以被电池背面吸收，从而提高电池对光线的利用效率，组件的发电功率可提高20-40％。
而目前常规的双面双玻电池组件是由两块玻璃、EVA或POE胶膜和太阳能电池硅片，经过层压机高温层压组成复合层，电池片之间由焊带、汇流条将电子汇集到引线端所形成的双玻组件。
与双玻组件相比，透明背板在双面电池组件上的应用有着不可替代的优势，如重量更轻，货运成本低，组件成品碎片率更低、可返修等。
发明内容
本发明提供了一种光伏透明背板用外层透明自修复涂层及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏背板用自修复涂层，包括以下质量份的各组分：弹性体聚合物：45～150份；氟树脂：10～50份；流平剂：0.3～0.5份；粉料：2～8份；分散剂：0.02～0.10份；抗氧剂：0.18～0.70份；UV助剂：4～10份；聚异氰酸酯固化剂：25～50份；溶剂：20～60份；其中所述弹性体聚合物以端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯为主链，以六亚甲基二异氰酸酯为中间段，分子链两端以山梨醇多缩水甘油醚封端。
又一方面，本发明还提供了一种光伏背板用自修复涂层的制备方法，包括以下步骤：先将溶剂和分散剂混合后，再依次加入粉料、无机UV助剂搅拌分散，使粉料稳定悬浮而不沉淀，制得分散浆；将弹性体聚合物、氟树脂、流平剂、抗氧剂、有机UV助剂混合后，加入所述分散浆，搅拌分散后，制得涂料半成品；向所述涂料半成品中加入聚异氰酸酯固化剂，搅拌分散后，制得涂料成品；将所述涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，烘烤、固化成膜后，进行电晕处理，熟化后，制得自修复透明背板外层涂层。
本发明的有益效果是，本发明的光伏背板用自修复涂层,通过对自修复材料的合成应用和配方设计，使得涂层具有自修复特性，实现了透明背板外层涂层的耐磨性的提升。
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。
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用自修复涂层的制备工艺流程图。
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。
由于双玻组件是由玻璃作为组件的最外层，当玻璃受到损坏时，无法进行修复，造成成本高昂，且循环利用性不佳。本发明提供了一种用于透明背板的外层透明涂料，可以实现透明背板外层透明涂层的自修复功能，以提高双面电池组件的使用寿命及光线利用率。
本发明提供了一种光伏背板用自修复涂层，包括以下质量份的各组分：弹性体聚合物：45～150份；氟树脂：10～50份；流平剂：0.3～0.5份；粉料：2～8份；分散剂：0.02～0.10份；抗氧剂：0.18～0.70份；UV助剂：4～10份；聚异氰酸酯固化剂：25～50份；溶剂：20～60份；其中所述弹性体聚合物以端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯为主链，以六亚甲基二异氰酸酯为中间段，分子链两端以山梨醇多缩水甘油醚封端。
具体的，所述弹性体聚合物是本发明涂层的主要成膜物，通过合成改性可以改善端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯在体系中的相容性，提升涂层与PET底材的附着力，同时也可以大幅提升涂层的自修复性和耐磨性。
其中，可选的，所述弹性体聚合物包括以下质量份的各组分：端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯：80～106份；六亚甲基二异氰酸酯：23～45份；山梨醇多缩水甘油醚：18～39份；有机铋催化剂：0.1～0.4份；丙二醇甲醚醋酸酯：88～120份。
本发明提供的弹性体聚合物为端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯、六亚甲基二异氰酸酯、山梨醇多缩水甘油醚、有机铋催化剂、丙二醇甲醚醋酸酯在一定条件下的进行聚氨酯反应而形成的聚合物。
可选的，所述端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯的分子量Mn为1000～4500。
可选的，所述氟树脂为四氟乙烯-乙烯基醚树脂、四氟乙烯-乙烯基酯树脂、三氟氯乙烯-乙烯基醚、三氟氯乙烯-乙烯基酯树脂树脂中的一种或多种；以及所述氟树脂的羟值为50～80mgKOH/g，具体如东氟化工ZHM-2或HLR-6氟树脂、长兴41011氟树脂、大金GK-570氟树脂等；氟树脂的加入可与弹性体聚合物在固化剂的作用下共同交叉交联形成紧密的网状结构，进一步提高涂层耐候性，并使得涂层的自修复性得以长久保持。
可选的，所述粉料为PTFE微粉、PVDF微粉、硅微粉中的一种或多种。将所述粉料加入涂料中，可以避免成品收卷后反粘问题。
可选的，所述溶剂为醋酸丁酯、二甲苯、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种。溶剂能够将有机反应物溶解形成均相体系，使得涂层中的各组分充分均匀反应交联。根据烘烤温度来选择不同沸点的溶剂，以确保涂层不发粘以及有足够的交联固化时间。
可选的，所述流平剂为丙烯酸流平剂、有机硅流平剂、氟硅流平剂以及高沸点溶剂中的一种或多种，具体如BYK-300；流平剂通过有限的相容性迁移到湿膜表面，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。
可选的，所述分散剂为阴离子型润湿分散剂、阳离子型润湿分散剂、非离子型润湿分散剂、两性型润湿分散剂、高分子型超分散剂、受控自由基型超分散剂中的一种或多种，具体如Efka PU 4010；分散剂的加入可以改进粉料粒子表面性质，调整粉料粒子的运动性，从而提高粉料的稳定性，避免凝絮沉降。
可选的，所述抗氧剂为受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯类、硫代二丙酸酯类、硫醇类中的一种或多种，具体如1010或168抗氧剂，因光伏背板长期在户外高温条件下使用，抗氧剂的加入可延缓或抑制弹性体聚合物受热氧化分解，延缓聚合物的老化并延长其使用寿命。
可选的，所述UV助剂分为有机类和无机类两种，其中，有机类为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的一种或多种；有机UV助剂能够吸收紫外线，以及稳定产生的自由基，防止涂层中的有机成分被紫外线破坏降解；无机类UV助剂为纳米氧化锌、纳米二氧化钛中的一种或多种；无机UV助剂能够屏蔽紫外线，纳米微粒之间的尺寸与光波相当或更小，由于尺寸效应导致使导带及价带的间隔增加，故光吸收显著增强。UV助剂的加入可有效保护涂层中弹性体聚合物以及其他组分的分子链，使分子链不易断裂，避免产生涂层黄变、开裂、发粘等问题，以进一步提高涂层的自修复性。
可选的，所述聚异氰酸酯固化剂为HDI三聚体、H6XDI加成物、XDI加成物中的一种或多种；聚异氰酸酯固化剂每个分子带有两个以上-NCO活性基团，可与涂料组分中弹性体聚合物、氟树脂等所带有-OH官能团反应形成网状交联结构，同时部分-NCO也会与底材上的极性官能团形成化学键以提升涂层的附着力，固化剂的反应交联特性使得涂层的自修复性得以长久稳定保持。
又一方面，如图1所示，本发明提供了一种光伏背板用自修复涂层的制备方法，包括以下步骤：先将溶剂和分散剂混合后，再依次加入粉料、无机UV助剂搅拌分散，使粉料稳定悬浮而不沉淀，制得分散浆；将弹性体聚合物、氟树脂、流平剂、抗氧剂、有机UV助剂混合后，加入所述分散浆，搅拌分散后，制得涂料半成品；向所述涂料半成品中加入聚异氰酸酯固化剂，搅拌分散后，制得涂料成品；将所述涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，烘烤、固化成膜后，进行电晕处理，熟化后，制得自修复透明背板外层涂层。
其中，所述弹性体聚合物的制备方法，包括以下步骤：将丙二醇甲醚醋酸酯加入反应容器中，升温至90～100℃，依次加入端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯和有机铋催化剂，搅拌分散，制得预分散液；将六亚甲基二异氰酸酯加入所述预分散液中，保温反应后，制得预反应液；将所述预反应液升温至105～110℃，加入山梨醇多缩水甘油醚，搅拌反应后，制得弹性体聚合物。
具体的，制备所述弹性体聚合物的反应机理如下：
Figure BDA0003410254150000061
实施例1
向反应釜中持续通入氮气，排除空气及水汽，将93份丙二醇甲醚醋酸酯加入反应釜中，升温至95℃，依次加入89份端羟基聚丁二烯和0.3份有机铋催化剂，300r/min搅拌0.5h使其分散均匀；待反应釜温度稳定后，将31份六亚甲基二异氰酸酯一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度反应1.5h使其充分反应；再继续升温至110℃，将21份山梨醇多缩水甘油醚一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度2.5h；取样，采用滴定法(二正丁胺)测试NCO含量，待NCO含量≤0.1％即可视为反应终点，自然降温冷却即可出料包装待用。
实施例2
向反应釜中持续通入氮气，排除空气及水汽，将88份丙二醇甲醚醋酸酯加入反应釜中，升温至90℃，依次加入89份氢化端羟基聚丁二烯和0.2份有机铋催化剂，400r/min搅拌0.5h使其分散均匀；待反应釜温度稳定后，将35份六亚甲基二异氰酸酯一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度反应1h使其充分反应；再继续升温至103℃，将18份山梨醇多缩水甘油醚一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度2h；取样，采用滴定法(二正丁胺)测试NCO含量，待NCO含量≤0.1％即可视为反应终点，自然降温冷却即可出料包装待用。
实施例3
向反应釜中持续通入氮气，排除空气及水汽，将120份丙二醇甲醚醋酸酯加入反应釜中，升温至100℃，依次加入89份氢化端羟基聚丁二烯和0.4份有机铋催化剂，200r/min搅拌0.5h使其分散均匀；待反应釜温度稳定后，将45份六亚甲基二异氰酸酯一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度反应2h使其充分反应；再继续升温至108℃，将39份山梨醇多缩水甘油醚一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度3h；取样，采用滴定法(二正丁胺)测试NCO含量，待NCO含量≤0.1％即可视为反应终点，自然降温冷却即可出料包装待用。
实施例4
向反应釜中持续通入氮气，排除空气及水汽，将115份丙二醇甲醚醋酸酯加入反应釜中，升温至93℃，依次加入89份端羟基聚丁二烯和0.1份有机铋催化剂，500r/min搅拌0.5h使其分散均匀；待反应釜温度稳定后，将23份六亚甲基二异氰酸酯一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度反应1.8h使其充分反应；再继续升温至105℃，将27份山梨醇多缩水甘油醚一次性加入反应釜中，保持搅拌速度和反应温度2.7h；取样，采用滴定法(二正丁胺)测试NCO含量，待NCO含量≤0.1％即可视为反应终点，自然降温冷却即可出料包装待用。
实施例5
将45份醋酸丁酯溶剂和0.05份高分子型超分散剂混合并搅拌均匀，依次加入2.25份PVDF微粉和2.25份硅微粉，0.15份纳米氧化锌；加料过程中，将搅拌机转速逐渐升高至2000转/min并保持20min，使粉料分散均匀，稳定悬浮而不沉淀，即完成分散浆的制备。
将140份实施例1中制得的弹性体聚合物、36份氟树脂、0.45份丙烯酸流平剂、0.3份受阻酚类抗氧剂、3.375份三嗪类和1.125份苯并三唑类有机UV助剂混合并1000转/min高速分散10min，再加入上述分散浆，2000转/min高速分散45min，即为涂料半成品。
向涂料半成品中加入38份聚异氰酸酯固化剂，1000转/min搅拌10min并调粘，即为涂料成品；将涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，在150℃烘箱烘烤2min，4.5kW电晕强度下进行电晕处理后，在60℃熟化48h。
实施例6
将24份醋酸丁酯和24份PMA作为溶剂，加入0.1份高分子型超分散剂混合并搅拌均匀，依次加入1.875份PVDF微粉、1.875份PTFE微分和3.75份硅微粉，0.12份纳米氧化锌；加料过程中，将搅拌机转速逐渐升高至2000转/min并保持10min，使粉料分散均匀，稳定悬浮而不沉淀，即完成分散浆的制备。
将122份实施例2中制得的弹性体聚合物、29份氟树脂、0.5份丙烯酸流平剂、0.45份受阻酚类抗氧剂、6份三嗪类有机UV助剂混合并1000转/min高速分散30min，再加入上述分散浆，2000转/min高速分散60min，即为涂料半成品。
向涂料半成品中加入42份聚异氰酸酯固化剂，1000转/min搅拌10min并调粘，即为涂料成品；将涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，在160℃烘箱烘烤2min，4.5kW电晕强度下进行电晕处理后，在60℃熟化48h。
实施例7
将32份PMA溶剂和0.07份高分子型超分散剂混合并搅拌均匀，依次加入2.17份PTFE微粉和4.33份硅微粉，0.1份纳米二氧化钛；加料过程中，将搅拌机转速逐渐升高至2000转/min并保持30min，使粉料分散均匀，稳定悬浮而不沉淀，即完成分散浆的制备。
将132份实施例3中制得的弹性体聚合物、25份氟树脂、0.4份有机硅流平剂、0.36份受阻酚类抗氧剂、4.58份三嗪类和0.92份水杨酸酯类有机UV助剂混合并1000转/min高速分散30min，再加入上述分散浆，2000转/min高速分散30min，即为涂料半成品。
向涂料半成品中加入38份聚异氰酸酯固化剂，1000转/min搅拌10min并调粘，即为涂料成品；将涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，在160℃烘箱烘烤2min，4.5kW电晕强度下进行电晕处理后，在60℃熟化48h。
实施例8
将20份醋酸丁酯溶剂和0.03份高分子型超分散剂混合并搅拌均匀，依次加入1份PVDF微粉和1份硅微粉，0.6份纳米氧化锌；加料过程中，将搅拌机转速逐渐升高至2000转/min并保持20min，使粉料分散均匀，稳定悬浮而不沉淀，即完成分散浆的制备。
将45份实施例4中制得的弹性体聚合物、10份氟树脂、0.3份丙烯酸流平剂、0.2份受阻酚类抗氧剂、2.1份三嗪类和1.3份苯并三唑类有机UV助剂混合并1000转/min高速分散10min，再加入上述分散浆，2000转/min高速分散45min，即为涂料半成品。
向涂料半成品中加入25份聚异氰酸酯固化剂，1000转/min搅拌10min并调粘，即为涂料成品；将涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，在150℃烘箱烘烤2min，4.5kW电晕强度下进行电晕处理后，在60℃熟化48h。
对上述各实施例中制得的涂层进行相关性能测试，并将数据汇总于表1。
表1各实施例中制得的涂层的性能数据汇总
Figure BDA0003410254150000101
由表1中数据可知，在透光率方面，各实施例中制得的透明背板的透光率与玻璃基本一致，且略高于涂覆和复合型背板；在自修复方面，各实施例中制得的透明背板具有热修复特性，而普通背板不具有自修复特性，本发明对于户外使用及工人安装操作所造成的划伤可进行热修复。
综上所述，本发明提供的光伏背板用自修复涂层,通过对自修复材料的合成应用和配方设计，使得涂层具有自修复特性，实现了透明背板外层涂层的耐磨性的提升。
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 (5)

1.一种光伏背板用自修复涂层，其特征在于，包括以下质量份的各组分：
弹性体聚合物：45～150份；
氟树脂：10～50份；
流平剂：0.3～0.5份；
粉料：2～8份；
分散剂：0.02～0.10份；
抗氧剂：0.18～0.70份；
UV助剂：4～10份；
聚异氰酸酯固化剂：25～50份；
溶剂：20～60份；其中
所述弹性体聚合物以端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯为主链，以六亚甲基二异氰酸酯为中间段，分子链两端以山梨醇多缩水甘油醚封端；
所述氟树脂为四氟乙烯-乙烯基醚树脂、四氟乙烯-乙烯基酯树脂、三氟氯乙烯-乙烯基醚、三氟氯乙烯-乙烯基酯树脂中的一种或多种；以及
所述氟树脂的羟值为50～80mgKOH/g；
所述弹性体聚合物包括以下质量份的各组分：
端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯：80～106份；
六亚甲基二异氰酸酯：23～45份；
山梨醇多缩水甘油醚：18～39份；
有机铋催化剂：0.1～0.4份；
丙二醇甲醚醋酸酯：88～120份；
所述端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯的分子量Mn为1000～4500；
所述弹性体聚合物的制备方法，包括以下步骤：
将丙二醇甲醚醋酸酯加入反应容器中，升温至90～100℃，依次加入端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯和有机铋催化剂，搅拌分散，制得预分散液；
将六亚甲基二异氰酸酯加入所述预分散液中，保温反应后，制得预反应液；
将所述预反应液升温至105～110℃，加入山梨醇多缩水甘油醚，搅拌反应后，制得弹性体聚合物。
2.如权利要求1所述的自修复涂层，其特征在于，
所述粉料为PTFE微粉、PVDF微粉、硅微粉中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的自修复涂层，其特征在于，
所述溶剂为醋酸丁酯、二甲苯、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或多种。
4.一种如权利要求1所述的光伏背板用自修复涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将溶剂和分散剂混合后，再依次加入粉料、无机UV助剂搅拌分散，使粉料稳定悬浮而不沉淀，制得分散浆；
将弹性体聚合物、氟树脂、流平剂、抗氧剂、有机UV助剂混合后，加入所述分散浆，搅拌分散后，制得涂料半成品；
向所述涂料半成品中加入聚异氰酸酯固化剂，搅拌分散后，制得涂料成品；
将所述涂料成品涂覆于已电晕处理的PET单涂品表面，烘烤、固化成膜后，进行电晕处理，熟化后，制得自修复透明背板外层涂层。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
所述弹性体聚合物包括以下质量份的各组分：
端羟基聚丁二烯或氢化端羟基聚丁二烯：80～106份；
六亚甲基二异氰酸酯：23～45份；
山梨醇多缩水甘油醚：18～39份；
有机铋催化剂：0.1～0.4份；
丙二醇甲醚醋酸酯：88～120份。
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