CN114474929A - 一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法 - Google Patents

一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环烯烃共聚物透明光伏背板技术领域，特别是一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法：为解决现有涂覆型含氟透明背板耐候性差、含有毒氟元素、层间剥离强度低等问题，本发明提供一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法。所述的透明光伏背板从电池端到空气端依次包括：透明透明内层、透明共聚物基层和耐候层。该背板具有优异的透光率、耐候性和层间剥离强度，无需胶黏剂且成本低。该背板适用于双面光伏组件，制备工艺简单，性价比高，市场前景广阔。

Description

一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法
技术领域
本发明属光伏背板制备方法技术领域，具体而言，涉及一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法。
背景技术
光伏背板是光伏组件的关键部件之一，因其位于光伏组件背面的最外层，直接暴露在外部环境中，必须具备优异的耐候性（耐紫外辐射、抗老化等）、水汽阻隔和电气绝缘等性能，才能确保光伏组件在户外多变环境下长期稳定运行。透明光伏背板主要用于双玻光伏组件背面封装，而双玻组件是高效组件主流技术之一，在国内外应用广泛。透明光伏背板不仅需要满足高透光率(高于90％)和足够的机械强度，而且需要满足光伏组件25年户外使用的要求。目前关于透明背板的研究有：专利CN209000937 U中提到一种高阻水透明背板，水汽透过率低于1g/m2·day，透光率大于90％，但其属于含氟背板，对环境有一定的潜在风险；
专利CN110271254A中提到一种聚烯烃基透明光伏背板及其应用，包含透明聚烯烃内层、第一胶水层、透明PET基材层、第二胶水层和透明含氟聚合物耐候层。此结构也是目前光伏行业常见的透明背板结构。专利CN105428445A中也提出一种透明背板包括耐候层、两层透明涂料层和氟膜层，其间还包含抗UV胶水。虽然此种结构容易批量生产，且生产成本较低，但在户外长期使用过程中，此类多层结构存在分层和加速老化的潜在诱因。
同时，为了防止户外长期使用过程中，组件背面因刮伤和磨损导致的透明度下降，专利CN209641671U中提到了一种耐磨型透明背板，是在KPC或EPC结构透明背板的基础上，在空气侧涂覆含氟型耐摩擦涂料或者含硅型耐摩擦涂料。专利CN112786724A公开了一种高耐候性、低水汽透过率的透明光伏背板，包括PET主体基材，所述PET的表面通过粘合层复合有包括PVDF 基膜的氟膜，在经过表面处理后的透明PVDF基膜表面涂布紫外截止涂料，然后在PET表面涂布粘合层，然后将涂布有紫外截止涂料的PVDF基膜与PET粘合，熟化静置分切后得到透明光伏背板成品。通过紫外截止涂层和水蒸汽屏蔽涂层的组合使用在氟膜内表面和PET外表面形成功能性保护层。类似上述几种背板结构，所有涂层都有一个潜在风险，即与基底的粘结牢固度问题和涂层本身的加速老化风险。
在光伏背板制备技术中，不得不提到一种非粘接技术——即三层共挤型背板。如专利CN112928176A中提到的一种三层共挤无胶透明太阳能光伏背板，包括透明内层、透明中层和透明外层。内层和中层的制备原料至少都包括聚烯烃；外层的制备原料至少包括聚烯烃、乙烯甲基丙烯酸离聚物。这是一种典型的聚烯烃背板，虽然生产工艺简单，无胶黏剂，层间剥离强度增加，但仍然存在抗紫外等环境老化问题。
发明内容
针对现有透明背板技术中存在的以上潜在风险和问题，本发明提供一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法。本发明所采用的技术方案是：
一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，自电池侧到空气侧（自上而下）依次包括透明内层、透明共聚物基层，透明耐候层；所述透明共聚物基层位于透明内层和透明耐候层中间；所述透明内层的制备原料至少包括聚烯烃；所述透明共聚物基层的制备原料至少包括一种聚烯烃和一种环烯烃聚合物；所述耐候层的制备原料至少包括聚烯烃和环烯烃的共聚物。
优选地，所述聚烯烃包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)以及聚丙烯(PP)、聚4-甲基-1-戊烯（TPX）中的一种或几种。
优选地，所述透明内层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50-90份，环烯烃聚合物（COC）1-20份，TPX 1-10份。
优选地，所述透明共聚物基层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50-80份，环烯烃聚合物（COC）1-50份，TPX 1-20份。
优选地，所述官能化环烯烃共聚物（COC）包括乙烯-降冰片烯共聚物、乙叉降冰片烯共聚物的一种或两种。
优选地，上面所述透明光伏背板的主体结构是通过挤出机将内层和基层二层共挤成型。
优选地，所述透明耐候层是在透明聚合物基层靠近空气侧的表面，通过在线伽玛射线照射在基材背表面生成自由基团，再将这些自由基团重新接枝共聚合形成稳定的表面耐候层。
与现有技术相比，本发明有以下的有益效果：
通过二层共挤成型工艺，可以将主要原料成分几乎相同、但原料配比不同的内层和基层结合为一个整体，一方面能够增加内层与封装材料的相容性，另一方面基层材料具有良好的透明性、耐热性、水蒸汽气密性和刚性等；最核心的技术特点是，利用成熟的伽马射线接枝聚合工艺，可以在最外层表面形成性能稳定的耐候层，无需胶黏剂，结构简单，工艺时间短，不仅增强了背板的户外耐候能力，同时可以保持良好的透明性和整体牢固度。
附图说明
在附图中：
图1为本发明的改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板示意图；
图中，1为透明内层，2为透明共聚物基层，3为透明耐候层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
此外，当描述本发明的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
本发明的第一方面提供了一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，所述透明光伏背板包括透明内层、透明共聚物基层，透明耐候层；所述透明共聚物基层位于透明内层和透明耐候层中间；所述透明内层的制备原料至少包括聚烯烃；所述透明共聚物基层的制备原料至少包括一种聚烯烃和一种环烯烃聚合物；所述耐候层的制备原料至少包括聚烯烃和环烯烃的共聚物。
在一些优选的实施方式中，所述聚烯烃包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)以及聚丙烯(PP)、聚4-甲基-1-戊烯（TPX）中的一种或几种。
在一些优选的实施方式中，所述聚烯烃包括PP与TPX的混合。PP是很具有代表性的聚烯烃弹性体，成本低，有侧链甲基可以供后续接枝反应；TPX的绝缘性好，体积电阻率与聚四氟乙烯相仿，且耐腐蚀，是替代氟树脂的良好背板材料；同时TPX的熔点高达240℃，共混后能够综合两者优势的作用，提升背板的耐冲击和耐高温等性能。
对于具有多层结构的光伏背板，如果每层的主要成分并不相同或主要成分的含量差别过大，会增加共挤一次成型过程中层与层之间结合的难度，另一方面，不同层之间也会因为不同成分的热膨胀系数各异，而在使用过程中容易引起层间应力集中，造成分层甚至开裂，降低使用寿命。为了避免这些问题，在一些优选的实施方式中，本发明所述的透明光伏背板内层和基层所使用的主要原料成分基本相同，均为PP、COC和TPX的混合。
在一些优选的实施方式中，所述透明内层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50-90份，环烯烃聚合物（COC）1-20份，TPX 1-10份。增加PP的含量是为了与EVA或者POE等封装材料更加相容，结合更加牢固，防止背板脱层。
在一些优选的实施方式中，所述透明共聚物基层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50-80份，环烯烃聚合物（COC）1-50份，TPX 1-20份。基层主要是要具备良好的透光性，绝缘性以及尺寸稳定性能等，提高COC的占比有利于利用其低双折射率、低吸水性、高刚性等优良性能；提高TPX的份额有助于提升背板的绝缘性和耐腐蚀性能；能够提高其耐老化性以及产品稳定性。
为了提高光伏背板的透明度，在一些优选的实施方式中，所述PP为高透明PP，为了更有利于挤出成型，在一些优选的实施方式中，所述PP 235℃/1.85kg的溶体流动速率为10-20g/10min。
在一些优选的实施方式中，，所述官能化环烯烃共聚物（COC）包括乙烯-降冰片烯共聚物、乙叉降冰片烯共聚物的一种或两种。
为了提高或者实现一些特定性能，在一些优选的实施方式中，在任意一层的制备原料中可微量增加一些助剂，同时为了不影响光伏背板的透明性，所述助剂均为透明助剂。例如为了提高背板的耐候性，在一些优选的实施方式中，在透明聚合物基层靠近空气侧的表面增加一些抗氧剂如TPP等，并通过在线伽玛射线照射在基材背表面生成自由基团，再将这些自由基团重新接枝共聚合形成稳定的表面耐候层。
本发明还提供了一种二层共挤无胶透明光伏背板的制备方法，所述二层共挤无胶透明光伏背板通过挤出机挤出成型。高温挤出过程中，层与层间的分子相互渗透形成粘结层，这样不用胶水即可实现层与层的紧密结合。与抗UV胶水等层间结合方式相比，共挤成型工艺能够显著提高层与层之间的结合强度，提高光伏背板的使用寿命。
在一些优选的实施方式中，上面所述透明光伏背板的主体结构是通过挤出机将内层和基层二层共挤成型。
所述透明光伏背板的制备方法包括以下步骤：
1、按配方，将PP、TPX和COC和一些助剂混合均匀并通过双螺杆挤出机多次混合均匀得到透明内层物料和透明共聚物基层物料；
2、将透明内层物料、透明共聚物基层物料分别加入到挤出机的螺杆中，然后，同时在螺杆挤出机中熔融挤出，挤出的二层熔融物料进入复合模具；
3、在复合模具内，对二层熔融物料进行降温，使熔融物料降至同一温度后共挤得到复合薄膜，再经过在线伽马射线照射接枝聚合工艺、冷却、牵引、收卷得到所述透明光伏背板。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。另外，如果没有其它说明，所用原料都来自行业市场销售渠道。
实施例（一）
实施例1提供了一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，所述透明光伏背板包括透明内层、透明共聚物基层，透明耐候层；所述透明共聚物基层位于透明内层和透明耐候层中间。
所述透明内层的制备原料，按重量份计算，包括PP 80份，环烯烃聚合物（COC）15份，TPX 5份。
所述透明共聚物基层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50份，环烯烃聚合物（COC）50份，TPX 5份。
为了提高光伏背板的透明度，在一些优选的实施方式中，所述PP为高透明PP，为了更有利于挤出成型，在一些优选的实施方式中，所述PP 235℃/1.85kg的溶体流动速率为10-20g/10min，购自宁波台塑，牌号为5250T。
所述官能化环烯烃共聚物（COC），购自鸿程塑化，牌号为Topas 8007F-600。所述TPX购自日本三井化学，牌号为MLL411。
实施例1还提供了一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板的制备方法，包括以下步骤：
1、按配方，将PP、TPX和COC和一些助剂混合均匀并通过双螺杆挤出机多次混合均匀得到透明内层物料和透明共聚物基层物料；
2、将透明内层物料、透明共聚物基层物料分别加入到挤出机的螺杆中，然后，同时在螺杆挤出机中熔融挤出，温度控制在260℃；挤出的二层熔融物料进入复合模具；
3、在复合模具内，对二层熔融物料进行降温，当熔融物料降至190℃后共挤得到复合薄膜，再经过在线伽马射线照射接枝聚合工艺、冷却、牵引、收卷得到所述透明光伏背板。
实施例（二）
实施例1提供了一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，所述透明光伏背板包括透明内层、透明共聚物基层，透明耐候层；所述透明共聚物基层位于透明内层和透明耐候层中间。
所述透明内层的制备原料，按重量份计算，包括PP 70份，环烯烃聚合物（COC）20份，TPX 5份。
所述透明共聚物基层的制备原料，按重量份计算，包括PP 55份，环烯烃聚合物（COC）45份，TPX 7份。
为了提高光伏背板的透明度，在一些优选的实施方式中，所述PP为高透明PP，为了更有利于挤出成型，在一些优选的实施方式中，所述PP 235℃/1.85kg的溶体流动速率为10-20g/10min，购自宁波台塑，牌号为5250T。
所述官能化环烯烃共聚物（COC），购自鸿程塑化，牌号为Topas 8007F-600。所述TPX购自日本三井化学，牌号为MLL411。
实施例1还提供了一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板的制备方法，包括以下步骤：
1、按配方，将PP、TPX和COC和一些助剂混合均匀并通过双螺杆挤出机多次混合均匀得到透明内层物料和透明共聚物基层物料；
2、将透明内层物料、透明共聚物基层物料分别加入到挤出机的螺杆中，然后，同时在螺杆挤出机中熔融挤出，温度控制在255℃；挤出的二层熔融物料进入复合模具；
3、在复合模具内，对二层熔融物料进行降温，当熔融物料降至185℃后共挤得到复合薄膜，再经过在线伽马射线照射接枝聚合工艺、冷却、牵引、收卷得到所述透明光伏背板。
性能评价
1、透光率测试
对以上实施例制备的透明光伏背板采用分光光度仪UV-3600i-Plus测试透光率是否高于90％，结果见表1。
2、层间剥离力测试
对以上实施例制备的透明光伏背板采用塑料拉力试验机GL6502进行层间剥离力测试，结果见表1。
3、抗紫外性能
对以上实施例制备的透明光伏背板，根据IEC61215: 2005标准进行光伏背板可靠性、质量和安全性测试，紫外辐照量15kwh/m2, 结果见表1。
表1.
实施例 透光率/% 层间剥离强度（N/cm） 抗紫外老化能力
实施例1 92 15 达标
实施例2 91 18 达标
通过上述实施例可以得知，本发明提供了一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，所述透明光伏背板具有较高的透光率，较强的层间结合力，同时具有抗紫外老化性能。
特别指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，自电池侧到空气侧依次包括透明内层、透明共聚物基层，透明耐候层；所述透明内层的制备原料至少包括聚烯烃；所述透明共聚物基层的制备原料至少包括一种聚烯烃、一种环烯烃共聚物；所述耐候层的制备原料至少包括聚烯烃和环烯烃的共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，所述聚烯烃包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)以及聚丙烯(PP)、聚4-甲基-1-戊烯（TPX）中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，所述透明内层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50-90份，环烯烃聚合物（COC）1-20份，TPX 1-10份。
4.根据权利要求1所述的一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，所述透明共聚物基层的制备原料，按重量份计算，包括PP 50-80份，环烯烃聚合物（COC）1-50份，TPX 1-20份。
5.根据权利要求1所述的一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，所述环烯烃共聚物（COC）包括乙烯-降冰片烯共聚物、乙叉降冰片烯共聚物的一种或两种。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，所述透明光伏背板的主体结构是通过挤出机将内层和基层二层共挤成型。
7.根据权利要求6所述的一种改性官能化环烯烃共聚物透明光伏背板及其制备方法，其特征在于，所述透明耐候层是在透明聚合物基层靠近空气侧的表面，通过在线伽玛射线照射在基材背表面生成自由基团，再将这些自由基团重新接枝共聚合形成稳定的表面耐候层。
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