CN114921209B - 一种环氧树脂胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂胶粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种环氧树脂胶粘剂及其制备方法，所述环氧树脂胶粘剂包括环氧树脂、氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、固化剂、稀释剂和促进剂，通过环氧树脂和SEBS形成互穿网络结构，二者起到协同作用，同时通过加入一定量的LiN(CF3SO2)2，使得环氧树脂胶粘剂制得的样品在温度为100℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，拉伸剪切强度≥30Mpa，冲击强度≥20KJ/m2、透光率≥88％。

Description

一种环氧树脂胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环氧树脂胶粘剂领域，尤其涉及一种高透光、高粘结强度和高韧性的环氧树脂胶粘剂及其制备方法。
背景技术
在能源问题和环境污染问题不断加剧的今天，发展光伏发电是落实国家节能减排、发展低碳经济要求的重要战略。光伏发电所用的太阳能具有普遍性、清洁性、长久性等特点，属于可再生能源。近几年全球光伏发电量占比持续提升，根据数据，预计2030年全球光伏累计装机量有望达到1721GW(2018-2030年复合增速约11％)，到2050年将进一步增加至4670GW，光伏发电在总发电量中的占比将在2030年达到13％，2050年达到25％，光伏发电有望在未来成为主要的发电方式之一。
双玻光伏组件顾名思义就是指由两片玻璃和太阳能电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集到引线端所形成的光伏电池组件。相对于传统单玻光伏组件，它具有正面、背面都可受光发电、发电增益最高达30％。而且双玻组件不需要铝框，大大降低了发生PID衰减的可能性。双玻组件双面透光及不用铝制外框的结构特点，对背板部分的粘接材料提出了新要求。
现有技术常用的粘接材料有双组分聚氨酯胶和单组分硅胶，为了满足背板粘接材料的高粘接能力、耐老化耐候能力，通常需要在在基础胶体系中加入大量添加剂，其副作用是严重影响胶体的透光性。在单玻光伏组件中透光性是没有特别要求的，但在双玻光伏组件中，低透的粘接体系会严重影响电池板利用太阳光的转化效率。
因此，针对上述问题，亟待寻求一种既能保证高粘接强度和高耐老化性能，又能保证高透光性能的新型粘接材料。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的一个目的是，提供一种环氧树脂胶粘剂及其制备方法，旨在解决双玻光伏组件中所用胶粘剂同时具有高粘结强度、高耐老化性能和高透光性能的技术问题。该环氧树脂胶粘剂可以保证双玻光伏组件在长时间户外照射情况下，仍然保持较佳的粘结性能、力学性能和透光性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种环氧树脂胶粘剂，包括如下组分及其质量百分含量：
环氧树脂35％-60％
氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)10％-25％
双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)20.05％-3％
固化剂15％-30％
稀释剂1％-15％
促进剂0.05％-5％
所述环氧树脂胶粘剂制得的样品在温度为100℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，拉伸剪切强度≥30Mpa，冲击强度≥20KJ/m2、透光率≥88％。
优选地，所述环氧树脂胶粘剂制得的样品在温度为100℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，拉伸剪切强度≥35Mpa，冲击强度≥25KJ/m2、透光率≥90％。
所述环氧树脂选自氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚P型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一种或多种；
所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)的数均分子量为5～10万，氢化程度≥98％；
所述固化剂选自双氰胺、甲基六氢邻苯二甲酸酐和甲基纳迪克酸酐中的一种或多种；
所述促进剂选自咪唑、叔胺盐或有机脲中的一种或多种；
所述稀释剂选自苯基缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、1，4丁二醇二缩水甘油醚、1，6己二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种或多种。
本发明的第二个目的是提供一种环氧树脂胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：称取物料：
按上述配方称取环氧树脂、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、固化剂、稀释剂和促进剂；
S2：物料混合：
将所述环氧树脂和稀释剂放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)，室温搅拌均匀，再加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、固化剂和促进剂，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
本发明的第三个目的是提供一种环氧树脂胶粘剂在双玻光伏组件中的应用，具体为将所述环氧树脂胶粘剂用于双玻光伏组件中的太阳能电池片与双侧玻璃之间的粘结介质。特别是所述环氧树脂胶粘剂用于提高双玻光伏组件中胶粘剂透光率的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明人创造性地选择环氧树脂作为双玻光伏组件中胶粘剂的主体树脂，同时采用热塑性弹性体氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)作为增韧组分，一方面环氧树脂提供胶粘剂的粘结部分，SEBS由于不含不饱和键且其具有柔性链段，提供胶粘剂的韧性和耐老化性能。
(2)本发明人创造性地发现，环氧树脂和SEBS在胶粘剂体系中具有协同作用，这可能是因为环氧树脂和SEBS分子链间形成互穿网络IPN结构，有效提高了胶粘剂的拉伸剪切强度、冲击性能及耐老化性能。
(2)本发明人创造性地发现，在环氧树脂胶粘剂中引入一定量的双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2，出乎意料的起到了改善环氧树脂胶粘剂透光性能和长期户外使用后的透光率保持率。这可能是因为：LiN(CF3SO2)2具有正负离子，加入胶粘剂体系中可以促使其它物料均匀分散，减少光的散射和折射，提高了胶粘剂的透光率。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
各原料选择如下：
环氧树脂选为氢化双酚A型环氧树脂，氢化E-51；
氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)的数均分子量为5～10万，氢化程度≥98％；
固化剂为双氰胺；
促进剂为咪唑；
稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
实施例1
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
SEBS 10％
LiN(CF3SO2)2 1％
双氰胺25％
乙二醇二缩水甘油醚12％
咪唑2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
实施例2
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
SEBS 15％
LiN(CF3SO2)2 1％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 7％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
实施例3
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
SEBS 20％
LiN(CF3SO2)2 1％
双氰胺25％
乙二醇二缩水甘油醚 2％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
实施例4
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 45％
SEBS 20％
LiN(CF3SO2)2 1％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 7％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS、，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
实施例5
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 40％
SEBS 20％
LiN(CF3SO2)2 1％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 12％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
实施例6
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
SEBS 20％
LiN(CF3SO2)2 0.5％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 2.5％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
实施例7
环氧树脂胶粘剂的制备：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
SEBS 20％
LiN(CF2SO2)2 1.5％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 1.5％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
对比例1
环氧树脂胶粘剂的制备(未添加SEBS)：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
LiN(CF3SO2)2 1％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 22％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，再加入LiN(CF3SO2)2、双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
对比例2
环氧树脂胶粘剂的制备(未添加LiN(CF3SO2)2)：
第一步，按照以下质量百分比准备各原料：
氢化E-51 50％
SEBS 20％
双氰胺 25％
乙二醇二缩水甘油醚 3％
咪唑 2％
第二步，将氢化E-51和乙二醇二缩水甘油醚放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入SEBS，室温搅拌均匀，再加入双氰胺和咪唑，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
样品制备与性能测试：
拉伸剪切性能测试样品制备和性能测试：将实施例1-6，对比例1-2的环氧树脂胶粘剂均匀涂覆于两组铝片上，铝片尺寸为100mm(长)/25mm(宽)/1.5mm(厚)，每块被粘试片的整个宽度上涂胶，涂胶长度为12.5mm，涂胶典型厚度为0.2mm，将铝片两两粘接，确保两粘接试片精确对齐，尽可能使胶层厚度均匀一致。
将涂覆好胶粘剂的铝片放置在温度85℃的烘箱中1h固化成型；之后将其中一组铝片按照GB/T 7124-2008测试老化试验前的拉伸剪切性能；
再将另一组铝片粘结片放置在温度为i00℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，取出按照GB/T 7124-2008测试老化试验后的拉伸剪切性能。
冲击强度测试样品制备与性能测试：将实施例1-6，对比例1-2的环氧树脂胶粘剂均匀涂覆于两组铝片-铝片试样上，铝片-铝片试样采用的尺寸为25mm×25mm×10mm与45mm×25mm×20mm相互粘接，确保两粘接试片精确对齐，尽可能使胶层厚度均匀一致。
将涂覆好胶粘剂的铝片放置在温度85℃的烘箱中1h固化成型；之后将其中一组铝片按照GB/T 6328-1999《胶粘剂剪切冲击强度试验方法》测试老化试验前的冲击强度；
再将另一组铝片粘结片放置在温度为100℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，取出按照GB/T 6328-1999《胶粘剂剪切冲击强度试验方法》测试老化试验后的冲击强度。
透光率测试样品制备和性能测试：将实施例1-6，对比例1-2的环氧树脂胶粘剂均匀涂覆于玻璃基材上，之后放置在温度85℃的烘箱中1h固化成型。
待组合物固化完全后，使用紫外可见分光光度计(Carry 5000，美国安捷伦科技有限公司)，在550nm的可见光范围中测试老化实验前的透光率。
之后将样品放置在温度为i00℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，取出按照上述方法测试老化试验后的透光率。
拉伸剪切强度、冲击强度和透光率测试结果具体见表1。
表1
Figure BDA0003677034640000081
Figure BDA0003677034640000091
对比表1中实施例1-7与对比例1可知，环氧树脂胶粘剂中加入SEBS可以改善环氧树脂胶粘剂老化前后的粘结性能和韧性，体现为拉伸剪切强度和冲击强度的提高。
对比表1中实施例1-7与对比例2可知，环氧树脂胶粘剂中加入LiN(CF3SO2)2可以改善环氧树脂胶粘剂老化前后的透光性能，体现为透光率的提高和高保持率。
对比表1中实施例1-3与对比例1可知，随着环氧树脂胶粘剂中SEBS含量的增加，胶粘剂的粘结性能和韧性均得到了改善。对比表1中实施例3-5可知，随着环氧树脂胶粘剂中环氧树脂含量的增加，胶粘剂的粘结性能和韧性均得到了改善。可见，环氧树脂和SEBS具有协同作用，二者复配共同改善了胶粘剂的粘结性能和韧性。
对比表1中实施例2，6-7可知，随着胶粘剂中LiN(CF3SO2)2含量的增加，胶粘剂透光性能得到了进一步的改善，透光率老化前后保持率也得到了提高。
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技术性范围。

Claims (3)

1.一种环氧树脂胶粘剂，其特征在于，包括如下组分及其质量百分含量：
环氧树脂 35％-60％
氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS) 10％-25％
双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2 0.05％-3％
固化剂 15％-30％
稀释剂 1％-15％
促进剂 0.05％-5％
所述环氧树脂胶粘剂制得的样品在温度为100℃、湿度为95％的高温高湿箱中，静置1500h后，拉伸剪切强度≥30Mpa，冲击强度≥20KJ/m2、透光率≥88％。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂胶粘剂，其特征在于，所述环氧树脂选自氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚P型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一种或多种；
所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)的数均分子量为5～10万，氢化程度≥98％；
所述固化剂选自双氰胺、甲基六氢邻苯二甲酸酐和甲基纳迪克酸酐中的一种或多种；
所述促进剂选自咪唑、叔胺盐或有机脲中的一种或多种；
所述稀释剂选自苯基缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种或多种。
3.一种权利要求1-2任一项所述环氧树脂胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：称取物料：
按上述配方称取环氧树脂、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、固化剂、稀释剂和促进剂；
S2：物料混合：
将所述环氧树脂和稀释剂放入容器中室温下搅拌均匀，之后加入氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)，室温搅拌均匀，再加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、固化剂和促进剂，室温搅拌均匀，真空脱泡得到所述环氧树脂胶粘剂。
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