CN114775918B - 一种屋面光伏防水卷材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种屋面光伏防水卷材及其制备方法，属于光伏防水卷技术领域。所述防水卷材包括防裂聚烯烃防水层、粘胶剂层、柔性薄膜光伏电池层和防污层；所述防水层包括以下原料：聚丙烯、丙烯‑乙烯‑丁烯共聚物、含巯基有机硅油、改性聚丙烯纤维和抗氧化剂；含巯基有机硅油的引入提高了防水层的防水性能，引入的改性聚丙烯纤维能够在基料中均匀分散，利用聚丙烯纤维抗裂能力，提高了防水层的防裂性能，且该改性聚丙烯纤维表面富含双键和五甲基哌啶结构，在五甲基哌啶结构作用下，经辐照，使得改性聚丙烯纤维表面的双键、聚烯烃中的双键与含巯基有机硅油中的巯基发生光诱导点击反应，提高了防水层体系中的交联度，进一步提高防水层的防裂性能。
Description
技术领域
本发明属于光伏防水卷技术领域，具体地，涉及一种屋面光伏防水卷材及其制备方法。
背景技术
屋面是光伏发电在建筑上的首选位置。目前屋面光伏发电主要采取安装晶硅光伏电池板的形式，晶硅光伏电池板安装在建筑屋面上通常采用利用自重或增加压重，直接安放在屋面上，或是采用固定件穿透屋面卷材防水层，和屋面结构层固定。上述两种晶硅光伏电池板安装方式均破坏屋顶的对防水层。因此，近些年开发出第二代光伏电池——非晶硅等太阳能光伏薄膜电池组件。其具有质轻体薄；柔韧性好、可绕曲，适合于各种特殊异性表面；弱光、散射光、漫射光吸收能力强；铺装简便易行，可与任何基底复合粘结等特点。目前已有相关技术将非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池组件在防水屋面现场与TPO、EPDM、三元乙丙橡胶防水卷材或热塑性聚烯烃类防水卷材改性沥青等防水卷材相粘结，形成光伏防水卷材屋面，既可以利用光伏电池近些光能转换，又能达到屋面防水的作用。
但是，光伏电池在光能转换过程会发热，致使周围环境的温度变化较大，会加速防水卷材的老化，以及开裂，造成屋面光伏防水卷材防水性能的丧失。
因此，本发明提供了一种老化性能优且防开裂性能好的防水卷材，以满足光伏防水卷材的应用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种屋面光伏防水卷材及其制备方法，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种屋面光伏防水卷材，包括防裂聚烯烃防水层、粘胶剂层、柔性薄膜光伏电池层和防污层。
进一步地，所述防裂聚烯烃防水层，包括以下重量份原料：40-75份聚丙烯、10-25份丙烯-乙烯-丁烯共聚物、10-22份含巯基有机硅油、1.2-6份改性聚丙烯纤维、0.5-3.5份抗氧化剂。
进一步地，所述含巯基硅油为3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、十甲基环五硅氧烷和六甲基二硅氧烷为水解底物，在酸性条件下，水解形成。
具体地，所述包括含巯基硅油包括以下步骤制成：
将3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、十甲基环五硅氧烷和六甲基二硅氧烷混合均匀，然后同时缓慢滴加36wt%盐酸和去离子水，滴加完后，在70 -90℃下保温反应至透明，降温至室温，加入饱和碳酸钠的乙醇水混合溶液洗涤，取油层，真空蒸馏，得含巯基硅油。
进一步地，所述改性聚丙烯纤维包括以下步骤制成：
将聚丙烯纤维浸入二甲苯中，搅拌下，加入氧化剂，并在氮气保护下，加热至50-60℃，搅拌氧化30-50min，再升温至70-80℃，搅拌氧化30-40min，旋蒸去除溶剂，然后避光下，加入三(2-羟乙基)异氰尿酸三丙烯酸酯、端双键五甲基哌啶、偶氮二异丁氰和二甲苯的混合溶液，继续搅拌反应1-1.5h，停止反应，冷却至室温，过滤，乙醇洗，烘干，得改性聚丙烯纤维，其中，聚丙烯纤维、氧化剂、二甲苯的用量比为10g:0.5-1g:300mL，氧化剂为过氧苯甲酰，三(2-羟乙基)异氰尿酸三丙烯酸酯的加入质量为聚丙烯纤维质量的20-30%，端双键五甲基哌啶的加入质量为聚丙烯纤维质量的10-15%，偶氮二异丁氰的加入质量为三（2-羟乙基）异氰尿酸三丙烯酸酯和端双键五甲基哌啶总质量的0.5-2%。
进一步地，所述端双键五甲基哌啶包括以下步骤制成：
将五甲基哌啶醇、三乙胺和二氯甲烷混合均匀，0℃、搅拌下缓慢滴加丙烯酰氯和二氯甲烷的混合溶液，加毕升至室温，搅拌反应5-6h，停止反应，用水洗，有机相旋转蒸，得端双键五甲基哌啶，其中，丙烯酰氯、五甲基哌啶醇、三乙胺的摩尔比为1.2-1.4:1:1.2-1.4。
进一步地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比1-2:1:1-1.5混合组成。
进一步地，所述粘胶剂层为聚氨酯黏胶剂。
进一步地，所述防污层为聚碳酸酯型聚氨酯涂料层，其中，聚碳酸酯型聚氨酯涂料包括以下重量份原料：10-25份聚碳酸酯二醇、5-10份聚醚多元醇、6-15份二异氰酸酯、0.01-0.1份催化剂、1-2.5份防污剂、0.5-1.2份扩链剂、0.1-0.5份消泡剂、0.2-1份紫外光吸收剂、12-25份水。
进一步地，所述催化剂为有机锡催化剂，如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡中的一种或几种任意比的混合物。
进一步地，所述防污剂为三氯苯基马来酰亚胺。
进一步地，所述扩链剂为二羟甲基丙酸。
进一步地，所述消泡剂为有机消泡剂。
进一步地，所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类紫外光吸收剂。
一种屋面光伏防水卷材的制备方法，包括如下步骤：
一、防裂聚烯烃防水层的制备：将聚丙烯、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、端氨基有机硅油和含巯基有机硅油加入双螺旋挤出机中，熔融共混，然后加入改性聚丙烯纤维和抗氧化剂，继续熔融共混，再经挤出、压光、回火、辐照、牵引、收卷，得防裂聚烯烃防水层；
二、防污层涂料的制备：将聚碳酸酯二醇、聚醚多元醇、二异氰酸酯、和催化剂在60-90℃下搅拌2-4h，然后降温至60-70℃加入防污剂、扩链剂、消泡剂、紫外光吸收剂和水，搅拌4-6h，降至室温，得；
三、组装：将聚氨酯胶粘剂将柔性薄膜光伏电池层底部粘结到防裂聚烯烃防水层的表面，经过辊压和层压机抽真空处理，使两层之间紧密粘合，然后在柔性薄膜光伏电池层的表面喷涂防污层涂料，经固化，即得屋面光伏防水卷材。
本发明的有益效果：
为解决背景技术中的问题，采用聚丙烯、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、含巯基有机硅油、改性聚丙烯纤维和抗氧化剂为防裂聚烯烃防水层的原料，其中，含巯基有机硅油的引入提高了防水层的防水性能，引入的改性聚丙烯纤维能够在基料中均匀分散，利用聚丙烯纤维抗裂能力，提高了防水层的防裂性能，最为重要的是该改性聚丙烯纤维表面富含双键和五甲基哌啶结构，其中，五甲基哌啶结构具有吸收紫外光的作用，一方面，提高了防水层的耐紫外光性能，另一方面，可发挥光引发剂的作用，经辐照，使得改性聚丙烯纤维表面的双键、聚烯烃中的双键与含巯基有机硅油中的巯基发生光诱导点击反应，生成硫醚结构，而硫醚结构相较与醚结构具有更好的韧性、耐热性、粘结性和抗氧性，一方面提高了防水层体系中的交联度，进一步提高防水层的防裂性能，另一方面提高了防水层的弹性和抗氧化能力；综上所述，本发明提供的防裂聚烯烃防水层具有优异的防裂性能和耐老化性能；
其次，本发明采用在防污层的原料中引入防污剂，为一种能抑制苔藓生长的防污剂，可以有效防止苔藓类在防水卷材表面附生，避免因苔藓泽光而造成光伏发电池发电效率的降低。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
所述含巯基硅油的制备：
将0.3mol 3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、0.76mol十甲基环五硅氧烷和0.01mol六甲基二硅氧烷混合均匀，然后同时缓慢滴加10g 36wt%盐酸和0.25mol去离子水，滴加完后，在80℃下保温反应至透明，降温至室温，加入饱和碳酸钠的乙醇水混合溶液洗涤，取油层，真空蒸馏，得含巯基硅油。
实施例2
端双键五甲基哌啶的制备：
将0.1mol五甲基哌啶醇、0.12mol三乙胺和50mL二氯甲烷混合均匀，0℃、搅拌下缓慢滴加0.12mol丙烯酰氯和50mL二氯甲烷的混合溶液，加毕升至室温，搅拌反应5h， 停止反应，用水洗，有机相旋转蒸，得端双键五甲基哌啶。
实施例3
端双键五甲基哌啶的制备：
将0.1mol五甲基哌啶醇、0.14mol三乙胺和50mL二氯甲烷混合均匀，0℃、搅拌下缓慢滴加0.14mol丙烯酰氯和50mL二氯甲烷的混合溶液，加毕升至室温，搅拌反应6h， 停止反应，用水洗，有机相旋转蒸，得端双键五甲基哌啶。
实施例4
改性聚丙烯纤维的制备：
将10g聚丙烯纤维浸入300mL二甲苯中，搅拌下，加入0.5g氧化剂，并在氮气保护下，加热至50℃，搅拌氧化50min，再升温至70℃，搅拌氧化40min，旋蒸去除溶剂，然后避光下，加入2g三(2-羟乙基)异氰尿酸三丙烯酸酯、1g实施例2制备的端双键五甲基哌啶、0.015g偶氮二异丁氰和二甲苯的混合溶液，继续搅拌反应1h，停止反应，冷却至室温，过滤，乙醇洗，烘干，得改性聚丙烯纤维，其中，氧化剂为过氧苯甲酰。
实施例5
改性聚丙烯纤维的制备：
将10g聚丙烯纤维浸入300mL二甲苯中，搅拌下，加入1g氧化剂，并在氮气保护下，加热至60℃，搅拌氧化30min，再升温至80℃，搅拌氧化30min，旋蒸去除溶剂，然后避光下，加入3g三（2-羟乙基）异氰尿酸三丙烯酸酯、1.5g实施例3制备的端双键五甲基哌啶、0.09g偶氮二异丁氰和二甲苯的混合溶液，继续搅拌反应1.5h，停止反应，冷却至室温，过滤，乙醇洗，烘干，得改性聚丙烯纤维，其中，氧化剂为过氧苯甲酰。
实施例6
一种屋面光伏防水卷材的制备：
一、准备原料：防裂聚烯烃防水层，包括以下重量份原料：40份聚丙烯、25份丙烯-乙烯-丁烯共聚物、10份实施例1制备的含巯基有机硅油、1.2份实施例3制备的改性聚丙烯纤维、0.5份抗氧化剂；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比1:1:1混合组成；
粘胶剂层为聚氨酯黏胶剂，为西卡聚氨酯粘胶剂；
防污层包括以下重量份原料：10份聚碳酸酯二醇、10份聚醚多元醇、6份二异氰酸酯、0.01份催化剂、1份防污剂、0.5份扩链剂、0.1份消泡剂、0.2份紫外光吸收剂、12份水；催化剂为二月桂酸二丁基锡；所述防污剂为三氯苯基马来酰亚胺；所述扩链剂为二羟甲基丙酸；所述消泡剂为有机消泡剂；所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类紫外光吸收剂；
二、防裂聚烯烃防水层的制备：将聚丙烯、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、端氨基有机硅油和含巯基有机硅油加入双螺旋挤出机中，熔融共混，然后加入改性聚丙烯纤维和抗氧化剂，继续熔融共混，再经挤出、压光、回火、辐照、牵引、收卷，得防裂聚烯烃防水层；
三、防污层涂料的制备：将聚碳酸酯二醇、聚醚多元醇、二异氰酸酯、和催化剂在60℃下搅拌4h，然后降温至60℃加入防污剂、扩链剂、消泡剂、紫外光吸收剂和水，搅拌6h，降至室温，得；
四、组装：将聚氨酯胶粘剂将柔性薄膜光伏电池层底部粘结到防裂聚烯烃防水层的表面，经过辊压和层压机抽真空处理，使两层之间紧密粘合，然后在柔性薄膜光伏电池层的表面喷涂防污层涂料，经固化，即得屋面光伏防水卷材。
实施例7
一种屋面光伏防水卷材的制备：
一、准备原料：防裂聚烯烃防水层，包括以下重量份原料：55份聚丙烯、15份丙烯-乙烯-丁烯共聚物、16份实施例1制备的含巯基有机硅油、3份实施例3制备的改性聚丙烯纤维、2份抗氧化剂；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比2:1:1混合组成；
粘胶剂层为聚氨酯黏胶剂，为西卡聚氨酯粘胶剂；
防污层包括以下重量份原料：15份聚碳酸酯二醇、6份聚醚多元醇、12份二异氰酸酯、0.05份催化剂、1.5份防污剂、0.8份扩链剂、0.3份消泡剂、0.6份紫外光吸收剂、18份水；催化剂为辛酸亚锡；所述防污剂为三氯苯基马来酰亚胺；所述扩链剂为二羟甲基丙酸；所述消泡剂为有机消泡剂；所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类紫外光吸收剂；
二、防裂聚烯烃防水层的制备：将聚丙烯、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、端氨基有机硅油和含巯基有机硅油加入双螺旋挤出机中，熔融共混，然后加入改性聚丙烯纤维和抗氧化剂，继续熔融共混，再经挤出、压光、回火、辐照、牵引、收卷，得防裂聚烯烃防水层；
三、防污层涂料的制备：将聚碳酸酯二醇、聚醚多元醇、二异氰酸酯、和催化剂在80℃下搅拌3h，然后降温至70℃加入防污剂、扩链剂、消泡剂、紫外光吸收剂和水，搅拌5h，降至室温，得；
四、组装：将聚氨酯胶粘剂将柔性薄膜光伏电池层底部粘结到防裂聚烯烃防水层的表面，经过辊压和层压机抽真空处理，使两层之间紧密粘合，然后在柔性薄膜光伏电池层的表面喷涂防污层涂料，经固化，即得屋面光伏防水卷材。
实施例8
一种屋面光伏防水卷材的制备：
一、准备原料：防裂聚烯烃防水层，包括以下重量份原料：75份聚丙烯、10份丙烯-乙烯-丁烯共聚物、22份实施例1制备的含巯基有机硅油、6份实施例3制备的改性聚丙烯纤维、3.5份抗氧化剂；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂1076按照质量比2:1:1.5混合组成；
粘胶剂层为聚氨酯黏胶剂，为西卡聚氨酯粘胶剂；
防污层包括以下重量份原料：10-25份聚碳酸酯二醇、5-10份聚醚多元醇、6-15份二异氰酸酯、0.01-0.1份催化剂、1-2.5份防污剂、0.5-1.2份扩链剂、0.1-0.5份消泡剂、0.2-1份紫外光吸收剂、12-25份水；催化剂为二醋酸二丁基锡；所述防污剂为三氯苯基马来酰亚胺；所述扩链剂为二羟甲基丙酸；所述消泡剂为有机消泡剂；所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类紫外光吸收剂；
二、防裂聚烯烃防水层的制备：将聚丙烯、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、端氨基有机硅油和含巯基有机硅油加入双螺旋挤出机中，熔融共混，然后加入改性聚丙烯纤维和抗氧化剂，继续熔融共混，再经挤出、压光、回火、辐照、牵引、收卷，得防裂聚烯烃防水层；
三、防污层涂料的制备：将聚碳酸酯二醇、聚醚多元醇、二异氰酸酯、和催化剂在90℃下搅拌2h，然后降温至70℃加入防污剂、扩链剂、消泡剂、紫外光吸收剂和水，搅拌4h，降至室温，得；
四、组装：将聚氨酯胶粘剂将柔性薄膜光伏电池层底部粘结到防裂聚烯烃防水层的表面，经过辊压和层压机抽真空处理，使两层之间紧密粘合，然后在柔性薄膜光伏电池层的表面喷涂防污层涂料，经固化，即得屋面光伏防水卷材。
对比例1
一种屋面光伏防水卷材的制备：
与实施例6相比，将防裂聚烯烃防水层原料中的改性聚丙烯纤维替换成下述步骤制成的改性聚丙烯纤维，其余相同：
将10g聚丙烯纤维浸入300mL二甲苯中，搅拌下，加入0.5g氧化剂，并在氮气保护下，加热至50℃，搅拌氧化50min，再升温至70℃，搅拌氧化40min，旋蒸去除溶剂，然后避光下，加入1g实施例2制备的端双键五甲基哌啶、0.01g偶氮二异丁氰和二甲苯的混合溶液，继续搅拌反应1h，停止反应，冷却至室温，过滤，乙醇洗，烘干，得改性聚丙烯纤维，其中，氧化剂为过氧苯甲酰。
对比例2
一种屋面光伏防水卷材的制备：
与实施例7相比，将防裂聚烯烃防水层原料中的改性聚丙烯纤维替换成下述步骤制成的改性聚丙烯纤维，其余相同：
将10g聚丙烯纤维浸入300mL二甲苯中，搅拌下，加入1g氧化剂，并在氮气保护下，加热至60℃，搅拌氧化30min，再升温至80℃，搅拌氧化30min，旋蒸去除溶剂，然后避光下，加入1.5g实施例3制备的端双键五甲基哌啶、0.04g偶氮二异丁氰和二甲苯的混合溶液，继续搅拌反应1.5h，停止反应，冷却至室温，过滤，乙醇洗，烘干，得改性聚丙烯纤维，其中，氧化剂为过氧苯甲酰。
对比例3
一种屋面光伏防水卷材的制备：
与实施例7相比，将防裂聚烯烃防水层原料中的改性聚丙烯纤维删除，其余相同。
实施例9
将实施例6-8和对比例1-2获得的防水层按照GB/T27789进行测试，所得数据如表1所示。
表1
从表1中的数据可以看出，本发明提供光伏防水卷材中的防水层具有优异的防裂性能和耐老化性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：包括防裂聚烯烃防水层、粘胶剂层、柔性薄膜光伏电池层和防污层；
所述防裂聚烯烃防水层包括以下原料：聚丙烯、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、含巯基有机硅油、改性聚丙纤维和抗氧化剂；
所述改性聚丙纤维包括以下步骤制成：
将聚丙烯纤维浸入二甲苯中，搅拌下，加入过氧苯甲酰，并在氮气保护下，加热至50-60℃，搅拌氧化30-50min，再升温至70-80℃，搅拌氧化30-40min，旋蒸去除二甲苯，然后避光下，加入三（2-羟乙基）异氰尿酸三丙烯酸酯、端双键五甲基哌啶、偶氮二异丁氰和二甲苯的混合溶液，继续搅拌反应1-1.5h，经后处理，得改性聚丙烯纤维；
所述端双键五甲基哌啶包括以下步骤制成：
将五甲基哌啶醇、三乙胺和二氯甲烷混合均匀，0℃、搅拌下缓慢滴加丙烯酰氯和二氯甲烷的混合溶液，加毕升至室温，搅拌反应5-6 h， 停止反应，用水洗，有机相旋转蒸，得端双键五甲基哌啶。
2.根据权利要求1所述的一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述防裂聚烯烃防水层包括以下重量份原料：40-75份聚丙烯、10-25份丙烯-乙烯-丁烯共聚物、10-22份含巯基有机硅油、1.2-6份改性聚丙纤维、0.5-3.5份抗氧化剂。
3.根据权利要求1所述的一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述防污层包括以下重量份原料：10-25份聚碳酸酯二醇、5-10份聚醚多元醇、6-15份二异氰酸酯、0.01-0.1份催化剂、1-2.5份防污剂、0.5-1.2份扩链剂、0.1-0.5份消泡剂、0.2-1份紫外光吸收剂、12-25份水。
4.根据权利要求3所述的一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述防污剂为三氯苯基马来酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述聚丙烯纤维、过氧苯甲酰、二甲苯的用量比为10g:0.5-1g:300mL。
6.根据权利要求1所述的一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述三（2-羟乙基）异氰尿酸三丙烯酸酯的加入质量为聚丙烯纤维质量的20-30%，端双键五甲基哌啶的加入质量为聚丙烯纤维质量的10-15%。
7.根据权利要求1所述的一种屋面光伏防水卷材，其特征在于：所述丙烯酰氯、五甲基哌啶醇、三乙胺的摩尔比为1.2-1.4:1:1.2-1.4。
8.根据权利要求1所述的一种屋面光伏防水卷材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
一、防裂聚烯烃防水层的制备：将防裂聚烯烃防水层的原料经熔融挤出、压光、回火、辐照、牵引、收卷，得防裂聚烯烃防水层；
二、防污层涂料的制备：将聚碳酸酯二醇、聚醚多元醇、二异氰酸酯、和催化剂经一次搅拌混合，然后降温至60-70℃加入防污剂、扩链剂、消泡剂、紫外光吸收剂和水，搅拌4-6h，降至室温，得防污层涂料；
三、组装：将聚氨酯胶粘剂将柔性薄膜光伏电池层底部粘结到防裂聚烯烃防水层的表面，经过辊压和层压机抽真空处理，然后在柔性薄膜光伏电池层的表面喷涂防污层涂料，经固化，即得屋面光伏防水卷材。
9.根据权利要求8所述的一种屋面光伏防水卷材的制备方法，其特征在于：步骤一中一次搅拌混合的条件：60-90℃下搅拌2-4h。
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