CN114410071A - 一种高性能pet基膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能PET基膜及其制备方法，由聚酯基料和功能母料进行混合，经干燥、熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理、热处理以及裁剪制备而成，所述功能母料由聚酯母料、功能填料和功能助剂组成，所述功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，所述功能助剂为硅烷偶联剂KH590改性的埃洛石纳米管，功能填料介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒具有良好的吸收和反射紫外光的能力，功能助剂硅烷偶联剂KH590改性的埃洛石纳米管可以与功能填料形成互穿网络结构，从而提高PET基膜的力学性能，因此，本发明制备的高性能PET基膜具有抗紫外能力强、与EVA粘结性好且力学性能优异的特点。
Description
【技术领域】
本发明涉及太阳能电池背板领域，具体涉及一种高性能PET基膜及其制备方法。
【背景技术】
随着工业化的不断进行，以石油为代表的的石化资源不断被消耗，同时对于环境造成大量污染。因此，发展可持续清洁能源已成为迫切需求。太阳能电池因其可持续、清洁等优点，受到了人们的不断重视。背板作为太阳能电池结构中重要一个组成部分，起着支撑、绝缘和保护等功能。目前太阳能电池背板大多采用PET基材料，但是其目前仍存在一些问题：耐水解能力差、抗紫外能力较差、与EVA粘结性较差等，这些问题限制了太阳能电池长寿命工作。
在申请号201720559062.5的发明专利中介绍了一种聚酯薄膜太阳能电池背板，由耐紫外线的第一聚酯薄膜耐候层、用于耐水解的第二聚酯薄膜耐候层以及用于与太阳能EVA膜粘接的涂布层组成，该背板有着较好的耐候性能，但是其制备工艺复杂，难以大规模生产。在申请号CN201510564404.8的发明专利中介绍了一种抗紫外聚酯膜，其由聚酯切片、含受阻胺侧基的聚酯共聚物、紫外光吸收剂、金红石型二氧化钛和热稳定剂组成，其具有优良的紫外光稳定性和优秀的力学性能，然而其含受阻胺侧基的聚酯共聚物合成方案难度过大，同时聚合时使用的三氧化二锑等锑系催化剂有致癌等风险，不利于环保以及人体健康。
综上所述，制备抗紫外能力强、与EVA粘结性好且力学性能优异的PET基膜对于长寿命太阳能电池生产有着重要意义。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种高性能PET基膜及其制备方法，具有抗紫外能力强、与EVA粘结性好且力学性能优异的特点。
为实现上述目的，本发明提出了一种高性能PET基膜，由聚酯基料和功能母料进行混合，经干燥、熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理、热处理以及裁剪制备而成，所述功能母料由80～100重量份聚酯母料以及5～10重量份功能填料和5～10重量份功能助剂组成，所述功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，所述功能助剂为硅烷偶联剂KH590改性的埃洛石纳米管。
作为优选，所述功能母料按照如下方法制备：将相应重量份的聚酯母料、功能填料以及功能助剂置于真空干燥箱中于100～120℃条件下干燥6～24h；将干燥好的聚酯母料、功能填料以及功能助剂放入转矩流变仪的密炼机中共混0.5～3h，共混温度为250～260℃，得到功能母料。
作为优选，所述聚酯基料为FG720和FG730中的一种或两种混合。
作为优选，所述聚酯母料为FG610、FG611和FG612中的一种或两种以上混合。
作为优选，所述介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒按照如下方法制备：将羧基介孔聚苯乙烯微球和去离子水混合配制成质量分数为5～25％的分散液，在1500～3000r/min室温条件下搅拌分散15～30min；向所得的分散液中加入氧化锌，在500～1500r/min条件下搅拌加热升温至50～85℃，继续搅拌分散15～60min，其中氧化锌的加入量占介孔聚苯乙烯微球质量的50～80％；继续向分散液中加入0.1～1mol/L浓度氢氧化钠溶液反应30～120min，氢氧化钠溶液的加入量占分散液质量的0.5～2％；将所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于60～120℃条件下干燥6～24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料。
作为优选，所述硅烷偶联剂KH590改性的埃洛石纳米管按照如下方法制备：将埃洛石纳米管分散于甲苯溶液中，其中埃洛石纳米管占甲苯溶液质量的1～3％；将硅烷偶联剂KH590加入上述分散溶液中，在油浴温度120℃下以1000～2000r/min条件下搅拌5～10h，其中硅烷偶联剂KH590占溶液质量的1～2％；停止反应后洗涤、过滤，将滤饼置于干燥箱中于50～80℃条件下干燥12～24h，得到功能助剂。
作为优选，所述功能母料由90重量份聚酯母料以及5重量份功能填料和5重量份功能助剂组成。
作为优选，所述功能母料由80重量份聚酯母料以及10重量份功能填料和10重量份功能助剂组成。
一种上述技术方案所述的高性能PET基膜的制备方法，包括以下步骤：将聚酯基料、功能母料混合原料送入挤出机内，在250～280℃温度下经挤出机熔融挤出厚片，用30～40℃温度的铸片辊对膜片冷却铸片，对膜片进行纵向拉伸，拉伸温度为100～120℃，拉伸倍率为2.4～3.2倍，然后进行横向拉伸，横拉温度为80～110℃，拉伸倍率是2.2～2.8倍，经双向拉伸后再分别在180～200℃以及150～170℃温度下进行薄膜热定型，最后收卷制得高性能PET基膜。
本发明的有益效果：(1)本发明的高性能PET基膜由聚酯基料和功能母料经熔融挤出、冷却铸片、拉伸定型、热处理以及裁剪制备而成，其制备工艺简单、易操作，适合于工业化生产；
(2)功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，介孔聚苯乙烯微球对纳米氧化锌的负载有效地改善了纳米氧化锌的分散性，增强了纳米氧化锌与聚酯基体间的相容性，改善了界面结合强度；
(3)功能填料中聚苯乙烯微球的介孔结构可以使得入射光发生漫反射，降低入射光强度，同时当紫外线照射到纳米氧化锌材料时，处于价带上的电子便会吸收紫外线的能量而被激发跃迁到导带上，同时在价带上产生空穴电子对，进而达到降低紫外光强度的作用，从而提高了PET薄膜的抗紫外性能；
(4)功能助剂硅烷偶联剂KH590表面修饰的埃洛石纳米管由于其特殊的一维纳米结构，可以与功能填料形成互穿网络结构，从而提升PET基膜的力学性能。
【具体实施方式】
本发明实施例采用的化学试剂均为市购：
聚酯基料为FG720和FG730以及聚酯母料为FG610、FG611和FG612购自中石化仪征化纤有限责任公司；羧基介孔聚苯乙烯微球粒径为3～10um购自安瑞禧生物科技有限公司；埃洛石纳米管购自于阿拉丁生物科技有限公司；硅烷偶联剂KH590购自于浩禾科技公司。
实施例1：
所述功能母料由90重量份聚酯母料FG610以及5重量份功能填料和5重量份功能助剂经挤出造粒而得，具体制备方法如下：
(1)将相应重量份的聚酯母料、功能填料以及功能助剂置于真空干燥箱中于100℃条件下干燥6h；
(2)将干燥好的聚酯母料、功能填料以及功能助剂放入转矩流变仪的密炼机中共混0.5h，共混温度为250℃，得到功能母料。
功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，具体制备方法如下：
(1)将羧基介孔聚苯乙烯微球和去离子水混合配制成质量分数为5％的分散液，在1500r/min室温条件下搅拌分散15min；
(2)向步骤(1)所得的分散液中加入氧化锌，在500r/min条件下搅拌加热升温至50℃，继续搅拌分散15min，其中氧化锌的加入量占介孔聚苯乙烯微球质量的50％；
(3)向步骤(2)所得的分散液中加入0.1mol/L浓度氢氧化钠溶液反应30min，氢氧化钠溶液的加入量占分散液质量的0.5％；
(4)将步骤(3)所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于60℃条件下干燥6h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用。
功能助剂为硅烷偶联剂KH590表面修饰的埃洛石纳米管，具体制备方法如下：
将埃洛石纳米管分散于甲苯溶液中，其中埃洛石纳米管占甲苯溶液质量的1％；
将硅烷偶联剂KH590加入上述分散溶液中，在油浴温度120℃下以1000r/min条件下搅拌5h，其中硅烷偶联剂KH590占溶液质量的1％；
停止反应后洗涤、过滤，将滤饼置于干燥箱中于50℃条件下干燥12h，得到功能助剂，备用。
高性能PET基膜由聚酯基料FG720、功能母料经熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理、热处理以及裁剪制备，其制备方法为：将聚酯基料FG720、功能母料混合原料送入挤出机内，在250℃温度下经挤出机熔融挤出厚片，用30℃温度的铸片辊对膜片冷却铸片，对膜片进行纵向拉伸，拉伸温度为100℃，拉伸倍率为2.4倍，然后进行横向拉伸，横拉温度为80℃，拉伸倍率是2.2倍，经双向拉伸后再分别在180℃以及150℃温度下进行薄膜热定型，最后收卷制得高性能PET基膜。
实施例2：
所述功能母料由80重量份聚酯母料FG611以及10重量份功能填料和10份功能助剂经挤出造粒而得，具体制备方法如下：
(1)将相应重量份的聚酯母料、功能填料以及功能助剂置于真空干燥箱中于120℃条件下干燥24h；
(2)将干燥好的聚酯母料、功能填料以及功能助剂放入转矩流变仪的密炼机中共混3h，共混温度为260℃，得到功能母料。
功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，具体制备方法如下：
(1)将羧基介孔聚苯乙烯微球和去离子水混合配制成质量分数为25％的分散液，在3000r/min室温条件下搅拌分散30min；
(2)向步骤(1)所得的分散液中加入氧化锌，在1500r/min条件下搅拌加热升温至85℃，继续搅拌分散60min，其中氧化锌的加入量占介孔聚苯乙烯微球质量的80％；
(3)向步骤(2)所得的分散液中加入1mol/L浓度氢氧化钠溶液反应120min，氢氧化钠溶液的加入量占分散液质量的1.2％；
(4)将步骤(3)所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于120℃条件下干燥24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用。
功能助剂为硅烷偶联剂KH590表面修饰的埃洛石纳米管，具体制备方法如下：
将埃洛石纳米管分散于甲苯溶液中，其中埃洛石纳米管占甲苯溶液质量的3％；
将硅烷偶联剂KH590加入上述分散溶液中，在油浴温度140℃下以2000r/min条件下搅拌10h，其中硅烷偶联剂KH590占溶液质量的2％；
停止反应后洗涤、过滤，将滤饼置于干燥箱中于80℃条件下干燥24h，得到功能助剂，备用。
高性能PET基膜由聚酯基料FG730、功能母料经熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理、热处理以及裁剪制备，其制备方法为：将聚酯基料FG730、功能母料混合原料送入挤出机内，在280℃温度下经挤出机熔融挤出厚片，用40℃温度的铸片辊对膜片冷却铸片，对膜片进行纵向拉伸，拉伸温度为120℃，拉伸倍率为3.2倍，然后进行横向拉伸，横拉温度为110℃，拉伸倍率是2.8倍，经双向拉伸后再分别在200℃以及170℃温度下进行薄膜热定型，最后收卷制得高性能PET基膜。
实施例3：
所述功能母料由90重量份聚酯母料FG612以及5重量份功能填料和5份功能助剂经挤出造粒而得，具体制备方法如下：
(1)将相应重量份的聚酯母料、功能填料以及功能助剂置于真空干燥箱中于120℃条件下干燥24h；
(2)将干燥好的聚酯母料、功能填料以及功能助剂放入转矩流变仪的密炼机中共混3h，共混温度为250℃，得到功能母料。
功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，具体制备方法如下：
(1)将羧基介孔聚苯乙烯微球和去离子水混合配制成质量分数为5％的分散液，在1500r/min室温条件下搅拌分散15min；
(2)向步骤(1)所得的分散液中加入氧化锌，在500r/min条件下搅拌加热升温至50℃，继续搅拌分散15min，其中氧化锌的加入量占介孔聚苯乙烯微球质量的50％；
(3)向步骤(2)所得的分散液中加入0.1mol/L浓度氢氧化钠溶液反应30min，氢氧化钠溶液的加入量占分散液质量的2％；
(4)将步骤(3)所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于120℃条件下干燥24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用。
功能助剂为硅烷偶联剂KH590表面修饰的埃洛石纳米管，具体制备方法如下：
将埃洛石纳米管分散于甲苯溶液中，其中埃洛石纳米管占甲苯溶液质量的1％；
将硅烷偶联剂KH590加入上述分散溶液中，在油浴温度120℃下以2000r/min条件下搅拌5h，其中硅烷偶联剂KH590占溶液质量的2％；
停止反应后洗涤、过滤，将滤饼置于干燥箱中于80℃条件下干燥12h，得到功能助剂，备用。
高性能PET基膜由聚酯基料FG730、功能母料经熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理、热处理以及裁剪制备，其制备方法为：将聚酯基料FG730、功能母料混合原料送入挤出机内，在250℃温度下经挤出机熔融挤出厚片，用40℃温度的铸片辊对膜片冷却铸片，对膜片进行纵向拉伸，拉伸温度为100℃，拉伸倍率为2.4倍，然后进行横向拉伸，横拉温度为110℃，拉伸倍率是2.8倍，经双向拉伸后再分别在200℃以及150℃温度下进行薄膜热定型，最后收卷制得高性能PET基膜。
实施例4：
高性能PET基膜制备方法同实施例2，只是不含有功能母料。
实施例5：
高性能PET基膜制备方法同实施例2，只是不含有功能助剂。
实施例6：
高性能PET基膜制备方法同实施例2，只是不含有功能填料。
实施例7：
高性能PET基膜制备方法同实施例2，只是功能填料仅为羧基介孔聚苯乙烯微球。
实施例8：
高性能PET基膜的制备方法同实施例2，只是功能填料仅为纳米氧化锌。
实施例9：
高性能PET基膜的制备方法同实施例2，只是功能助剂仅为埃洛石纳米管。
高性能PET基膜的力学性能的测试参照国家标准GB/T 13022-1991；抗紫外性能的测试参照国家标准IEC 61215-2005。结果如表1所示。
表1实施例1-9所制的高性能PET基膜的主要性能指标
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高性能PET基膜，其特征在于：由聚酯基料和功能母料进行混合，经干燥、熔融、过滤、挤出、冷却铸片、双轴拉伸、定型处理、热处理以及裁剪制备而成，所述功能母料由80～100重量份聚酯母料以及5～10重量份功能填料和5～10重量份功能助剂组成，所述功能填料为介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒，所述功能助剂为硅烷偶联剂KH590改性的埃洛石纳米管。
2.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述功能母料按照如下方法制备：
将相应重量份的聚酯母料、功能填料以及功能助剂置于真空干燥箱中于100～120℃条件下干燥6～24h；
将干燥好的聚酯母料、功能填料以及功能助剂放入转矩流变仪的密炼机中共混0.5～3h，共混温度为250～260℃，得到功能母料。
3.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述聚酯基料为FG720和FG730中的一种或两种混合。
4.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述聚酯母料为FG610、FG611和FG612中的一种或两种以上混合。
5.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述介孔聚苯乙烯微球负载纳米氧化锌微粒按照如下方法制备：
将羧基介孔聚苯乙烯微球和去离子水混合配制成质量分数为5～25％的分散液，在1500～3000r/min室温条件下搅拌分散15～30min；向所得的分散液中加入氧化锌，在500～1500r/min条件下搅拌加热升温至50～85℃，继续搅拌分散15～60min，其中氧化锌的加入量占介孔聚苯乙烯微球质量的50～80％；继续向分散液中加入0.1～1mol/L浓度氢氧化钠溶液反应30～120min，氢氧化钠溶液的加入量占分散液质量的0.5～2％；将所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于60～120℃条件下干燥6～24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料。
6.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述硅烷偶联剂KH590改性的埃洛石纳米管按照如下方法制备：
将埃洛石纳米管分散于甲苯溶液中，其中埃洛石纳米管占甲苯溶液质量的1～3％；将硅烷偶联剂KH590加入上述分散溶液中，在油浴温度120℃下以1000～2000r/min条件下搅拌5～10h，其中硅烷偶联剂KH590占溶液质量的1～2％；停止反应后洗涤、过滤，将滤饼置于干燥箱中于50～80℃条件下干燥12～24h，得到功能助剂。
7.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述功能母料由90重量份聚酯母料以及5重量份功能填料和5重量份功能助剂组成。
8.如权利要求1所述的一种高性能PET基膜，其特征在于：所述功能母料由80重量份聚酯母料以及10重量份功能填料和10重量份功能助剂组成。
9.一种权利要求1～8任意一项所述的高性能PET基膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酯基料、功能母料混合原料送入挤出机内，在250～280℃温度下经挤出机熔融挤出厚片，用30～40℃温度的铸片辊对膜片冷却铸片，对膜片进行纵向拉伸，拉伸温度为100～120℃，拉伸倍率为2.4～3.2倍，然后进行横向拉伸，横拉温度为80～110℃，拉伸倍率是2.2～2.8倍，经双向拉伸后再分别在180～200℃以及150～170℃温度下进行薄膜热定型，最后收卷制得高性能PET基膜。
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| CN103483782A (zh) * | 2013-09-03 | 2014-01-01 | 陈曦 | 一种多用途聚酯薄膜及其制备方法 |
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