CN114163932A - 离子型树脂封装胶膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离子型树脂封装胶膜的制备方法，所述的制备方法在制膜设备中加入金属的氧化物或氢氧化物、不饱和羧酸、引发剂、其他助剂和基体树脂，流延或者压延成膜。其中金属的氧化物或氢氧化物与不饱和羧酸通过离子化反应原位生成不饱和羧酸金属盐。在本发明提供离子型树脂封装胶膜的制备方法中，引入的不饱和羧酸金属盐和乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物或聚烯烃弹性体有较好的相容性，通过引发剂的引发在乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物或弹性体中形成网络结构，既能产生高的体积电阻率，同时保持胶膜良好的光学性能。本发明的制备方法简单，生产效率高，成本低，并且可以实现大规模生产。

Description

离子型树脂封装胶膜的制备方法
技术领域
本发明涉及胶膜技术领域，更具体地，是指一种光伏组件或者夹胶玻璃的封装胶膜的制备方法。
背景技术
光伏乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或聚烯烃弹性体(POE)胶膜是一种热固性有粘性的胶膜，其放置于光伏组件或者夹胶玻璃中间使用。由于光伏EVA或POE胶膜在粘着力、耐久性、光学特性等方面具有的优越性，使得它被越来越广泛的应用于电流组件以及各种光学产品。光伏EVA或POE胶膜虽然占组件整体成本的很少一部分，但却与组件可靠性息息相关，技术要求较高。因此从成本控制、工艺路线等方面考虑，优化光伏EVA配方使其具有抗电势诱导衰减(PID)性能成为最现实可行的方法之一。目前出现的组件的各种失效问题都或多或少与光伏EVA或POE胶膜有关系，关于光伏胶膜配方，国内外也在不断研究改进中。但是关于PID形成机理至今还没有明确，对于晶硅组件猜测是由于钠离子迁移导致，低电势的电子传导，外界的活泼金属离子穿透SIN从而改变并联电阻，填充因子FF会明显降低。目前，PIDFree被许多组件厂和电池厂作为卖点之一，许多光伏组件用户也开始只接受PIDFree的组件。行业内也积极尝试各种技术，如CN201310089748.9通过添加金属离子捕捉剂，降低金属离子的迁移率，来提高光伏组件的抗PID特性，但是由于这类的金属离子捕捉剂熔点高，无法均匀分散在基体树脂中，只能以大粒径的颗粒状存在，影响透光率和雾度。
因此急需一种方法在提高胶膜抗PID性能的同时，又能保证高透光率和低雾度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开一种离子型树脂封装胶膜的制备方法，在提高胶膜抗PID性能的同时，又保证高的透光性，并且具有优异的与玻璃的粘接力，保证其在夹层玻璃中使用的安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体如下：
本发明公开了一种离子型树脂封装胶膜的制备方法，所述的制备方法为在制膜设备中加入金属的氧化物或氢氧化物、不饱和羧酸、引发剂、其他助剂和基体树脂，流延或者压延成膜。
在离子型树脂封装胶膜的制备方法中，包括基体树脂含量为50～99％，金属的氧化物或氢氧化物含量为0.01～40％，不饱和羧酸含量为0.01～40％，引发剂含量为0.01～5％，其他助剂含量为0.01～5％，以质量含量总量100份计。
进一步地，所述的基体树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或弹性体；所述的弹性体包括橡胶弹性体和聚烯烃弹性体，橡胶弹性体包括但不限于天然橡胶(NR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氢化苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的一种或多种。
进一步地，所述的金属氧化物或氢氧化物包括但不限于金属镁、锌、铜、锂、钠、钾的氧化物或氢氧化物中的一种或多种；
进一步地，所述的不饱和羧酸为含烯键和炔键的羧酸，包括但不限于甲基丙烯酸、丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、肉桂酸、丁炔二酸和马来酸等的一种或多种。
进一步地，所述的引发剂为可以光引发或者热引发产生自由基的引发剂。
进一步地，所述的其他助剂为助交联剂、抗氧剂、硅烷偶联剂中的一种或多种。
在本发明提供的离子型树脂封装胶膜的制备方法中，金属的氧化物或氢氧化物与不饱和羧酸在基体树脂中原位反应，生成了不饱和羧酸金属盐，这种方法生成的不饱和羧酸金属盐的粒径非常小，在基体树脂中均匀分布，用该方法制得的胶膜透光率低、雾度高。另外，用该法原位生成的不饱和羧酸金属盐与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或弹性体有较好的相容性，胶膜在使用时通过引发剂引发自由基反应，从而在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或弹性体中形成网络结构，能产生高的体积电阻率，提升组件的抗PID性能。此外，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或弹性体的网络结构还可限制不饱和羧酸金属盐的迁移扩散，防止不饱和羧酸金属盐团聚形成粒径较大的颗粒从而劣化胶膜的透光率和雾度。
具体实施方式
为更好的理解本发明的内容，下面对本发明的具体实施方法作进一步说明。
本发明的实施例提供一种离子型树脂封装胶膜的制备方法，所述的制备方法为在制膜设备中加入金属的氧化物或氢氧化物、不饱和羧酸、引发剂、其他助剂和基体树脂，流延或者压延成膜。
在离子型树脂封装胶膜的制备方法中，包括基体树脂含量为50～99％，金属的氧化物或氢氧化物含量为0.01～40％，不饱和羧酸含量为0.01～40％，引发剂含量为0.01～5％，其他助剂含量为0.01～5％，以质量含量总量100份计。
在现有技术的封装胶膜中，为了改善抗PID性能，往往将颗粒状的金属离子捕捉剂直接混入制膜的基体树脂原料中。由于这样的金属离子捕捉剂熔点高，无法均匀分散在基体树脂中，只能以大粒径的颗粒状存在，不利地影响所制成的膜的透光率和雾度。因此，在本发明之前，现有技术的封装胶膜如果包含足够含量的金属离子捕捉剂，需要以牺牲光学性能作为代价，无法获得透光率≥85％，雾度≤5％。
发明人发现，如果不饱和羧酸金属盐以原位生成的方式添加到封装胶膜中，则所生成的不饱和羧酸金属盐能够均匀分散在胶膜的基体树脂中，使得胶膜能够保持优异的光学性能。
作为以原位生成方式添加不饱和羧酸金属盐的实施方式，可以在制膜的基体树脂原料中添加相应的不饱和羧酸和能够与不饱和羧酸反应生成不饱和羧酸金属盐的含金属离子碱性化合物，如金属氢氧化物、金属氧化物。不饱和羧酸和含金属离子碱性化合物在与基体树脂熔融共混的条件下发生反应，生成不饱和羧酸金属盐。原位生成的不饱和羧酸金属盐能够均匀的分散在基体树脂中。
在本发明的一些实施例中，不饱和羧酸金属盐的平均粒径可≤900nm，或≤130nm，或≤25nm，甚至≤2nm。
在一些实施例中，金属氧化物或氢氧化物选自金属镁、锌、铜、锂、钠、钾的氧化物或氢氧化物中的一种或多种；
在一些实施例中，不饱和羧酸选自甲基丙烯酸、丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、肉桂酸、丁炔二酸和马来酸等的一种或多种。
在一些实施例中，引发剂选自可以光引发或者热引发产生自由基的引发剂。引发剂的示例包括有机过氧化物，烷基苯酮类引发剂，偶氮化合物等。
在封装胶膜用于光伏组件封装时，引发剂可产生自由基以引发自由基反应，从而使基体树脂形成网络结构，能产生高的体积电阻率，提升组件的抗PID性能。
在一些实施例中，根据本发明的封装胶膜的体积电阻率≥1.0*1014Ω·cm。可选地，根据本发明的封装胶膜的体积电阻率≥1.0*1015Ω·cm，或甚至≥1.0*1016Ω·cm。
此外，这样的网络结构还可限制不饱和羧酸金属盐的迁移扩散，防止不饱和羧酸金属盐在封装胶膜使用过程中团聚形成粒径较大的颗粒从而劣化胶膜的透光率和雾度。
实施例
材料
除非特别指明，下面具体实施例中使用的材料均通过商购获得，并直接使用。
实施例1
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：50％
不饱和羧酸：40％丙烯酸
金属的氧化物或氢氧化物：8％氢氧化镁
引发剂：0.5％2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮
助交联剂：0.5％2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪
硅烷偶联剂：0.5％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
抗氧剂：0.5％2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚
按照所设计的实验配方称料，称料完成后加入塑料挤出机的料斗中进行挤出流延成膜，塑料挤出机的温度为90℃，挤出时间15min，所得的胶膜记作S1。
实施例2
橡胶弹性体：50％三元乙丙橡胶
不饱和羧酸：6％肉桂酸
金属的氧化物或氢氧化物：40％氧化镁
引发剂：1.5％2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮
助交联剂：2.0％2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪
硅烷偶联剂：0.4％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
抗氧剂：0.1％2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚
按照所设计的实验配方称料，称料完成后加入塑料挤出机的料斗中进行挤出流延成膜，塑料挤出机的温度为70℃，挤出时间15min，所得的胶膜记作S2。
实施例3
橡胶弹性体：60％氢化苯乙烯丁二烯嵌段共聚物
不饱和羧酸：20％丙烯酸
金属的氧化物或氢氧化物：10％氧化锌
引发剂：5％2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮
助交联剂：3％2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪
硅烷偶联剂：1％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
抗氧剂：1％2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚
按照所设计的实验配方称料，称料完成后加入塑料挤出机的料斗中进行挤出压延成膜，塑料挤出机的温度为110℃，挤出时间25min，所得的胶膜记作S3。
实施例4
聚烯烃：99％乙烯-辛烯共聚物
不饱和羧酸：0.01％甲基丙烯酸
金属的氧化物或氢氧化物：0.01％氧化锌
引发剂：0.01％2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮
助交联剂：0.03％2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪
硅烷偶联剂：0.02％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
抗氧剂：0.02％2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚
按照所设计的实验配方称料，称料完成后加入塑料挤出机的料斗中进行挤出压延成膜，塑料挤出机的温度为140℃，挤出时间15min，所得的胶膜记作S4。
对比例
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：92％
引发剂：1.5％2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮
助交联剂：3％2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪
硅烷偶联剂：3.5％γ-氨基丙基三乙氧基硅烷
按照所设计的实验配方称料，称料完成后加入塑料挤出机的料斗中进行挤出流延成膜，塑料挤出机的温度为90℃，挤出时间15min，所得的胶膜记作普通型乙烯-醋酸乙烯酯胶膜D1
乙烯-辛烯共聚物：81％
引发剂：1.5％2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮
助交联剂：3％2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪
硅烷偶联剂：4.5％γ-氨基丙基三乙氧基硅烷
按照所设计的实验配方称料，称料完成后加入塑料挤出机的料斗中进行挤出流延成膜，塑料挤出机的温度为90℃，挤出时间15min，所得的胶膜记作普通型聚烯烃弹性体胶膜D2
为了更好地证明本发明的有益效果，这里给出两个对比例，分别为普通型乙烯-醋酸乙烯酯胶膜(记作D1)、普通型聚烯烃弹性体胶膜(记作D2)。
性能测试
对实施例1～4胶膜中不饱和羧酸金属盐粒径、雾度、透光率、体积电阻率、剥离强度进行测试。对层压结构1～5中雾度、透光率、抗PID性能进行测试。
性能测试方案
1.不饱和羧酸金属盐粒径
采用透射电镜切片法测粒径，取少量样品均匀分散在乙醇溶液中，将样品滴加在铜网表面，并将铜网上的样品烘干。铜网完全干燥后，将铜网放入测试仪器中，在不同的倍率下观察不饱和羧酸金属盐的粒径。
2.雾度
取100mm*100mm的胶膜一块、玻璃两块，按照玻璃/胶膜/玻璃的顺序放入层压机中层压，层压工艺为145℃，层压压力为70kPa，18分钟。使用高精度雾度测定仪按照GB/T2410测试。
3.透光率
取100mm*100mm的胶膜两块，将两块胶膜重叠放入层压机中层压，层压工艺为145℃，层压压力为70kPa，18分钟，冷却后取长6cm,宽3cm。使用紫外分光光度计测试，取380-1100nm之间的平均值为最终数据。按照GB/T 29848标准进行测试。
4.体积电阻率
取100mm*100mm的胶膜两块，将胶膜重叠，置于层压机中层压，层压工艺为145℃，层压压力为70kPa，18分钟，冷却后测试体积电阻率。按照GB/T 29848标准进行测试。
5.剥离强度
取200mm*300mm的胶膜两块，将胶膜重叠，按照玻璃-胶膜-胶膜-背板依次放好后，置于层压机中层压，层压工艺为145℃，层压压力为70kPa，18分钟，冷却后按照15mm的宽幅割5条，在室温下，以10mm/s的速度剥离，测试胶膜与玻璃之间的剥离强度。按照GB/T 29848标准进行测试。
6.抗PID性能
准备两片胶膜，两块玻璃、一个电池片(包括焊带和汇流带)，按照玻璃-胶膜-电池片-胶膜-玻璃依次放好模拟成一个小组件，将小组件放入层压机中层压，层压工艺为145℃，层压压力为70kPa，18分钟。待小组件冷却后，将小组件放入PID老化箱中，测试条件为：温度85℃，湿度85％，压力1500V，时间192H。按照GB/T 29848标准进行测试。
测试结果如表1和表2所示
表1实施例S1～S2与对比例的性能测试结果
Figure BDA0002678650580000071
实施例S1～S4于乙烯-醋酸乙烯酯烯烃胶膜相比雾度降低，透光率升高；实施例S1～S24与普通乙烯-醋酸乙烯酯胶膜D1和普通聚烯烃弹性体胶膜D2相比体积电阻率和剥离强度明显提高。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征在于，在制膜设备中加入金属的氧化物或氢氧化物、不饱和羧酸、引发剂、其他助剂和基体树脂，流延或者压延成膜。
2.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是基体树脂含量为50～99％，金属的氧化物或氢氧化物含量为0.01～40％，不饱和羧酸含量为0.01～40％，引发剂含量为0.01～5％，其他助剂含量为0.01～5％，以质量含量总量100份计。
3.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是所述基体树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或弹性体；所述弹性体包括橡胶弹性体和聚烯烃弹性体，橡胶弹性体包括天然橡胶(NR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氢化苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是所述其他助剂为助交联剂、抗氧剂、硅烷偶联剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是所述的金属氧化物或氢氧化物包括金属镁、锌、铜、锂、钠、钾的氧化物或氢氧化物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是所述的不饱和羧酸为含烯键和炔键的羧酸。
7.根据权利要求6所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是所述的不饱和羧酸包括甲基丙烯酸、丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、肉桂酸、丁炔二酸和马来酸等的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是所述的引发剂为可以光引发或者热引发产生自由基的引发剂。
9.根据权利要求1所述的离子型树脂封装胶膜的制备方法，其特征是用该方法制得的胶膜的透光率≥85％，雾度≤5％，体积电阻率≥1.0*1014Ω·cm。
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