CN114957932B - 一种光伏太阳能硅片切割用塑料板及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏太阳能硅片切割用塑料板及其制备方法与应用，涉及太阳能电池加工技术领域。本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板包含如下重量份的成分：脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸25～35份、呋喃聚酯65～75份、聚己二酸聚乙二醇酯4～8份和抗氧剂0.2～0.5份。本发明通过对成分进行选择，制备出的塑料板具有良好的韧性、硬度，并且使用过程中不易掉片，使用完成后易脱胶，并且所述塑料板对环境较为友好，具有优良的综合性能。

Description

一种光伏太阳能硅片切割用塑料板及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及太阳能电池生产技术领域，尤其涉及一种光伏太阳能硅片切割用塑料板及其制备方法与应用。

背景技术

早期太阳能级硅片砂浆悬浮切割采用的是玻璃板进行硅锭与钢质工件板之间的粘接，玻璃板参与切割过程，切割后的玻璃板可以进行回收，重新熔炼成剥离板，循环使用，但是玻璃板切割线损大，自身材质硬脆，韧性不足，容易在切割过程中断裂破损，同时随着金刚线切割的逐步替代，形成的线缝宽度越来越小，硅片尺寸减薄，参与切割的板材形成的锯条也越来越薄，因此出现了树脂材质的板材，早期以环氧材质板材居多，但是其不能回收使用，使用的同时会产生大量的固废，后续又被工程塑料材质为主的板材替代，目前常规使用的板材多为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(简称ABS)、聚苯乙烯(简称PS)、聚碳酸乙烯酯(简称PC)等材料组成，该类材质可以配合新的塑料母粒，按一定比例混合，进行挤出成型，得到含回收料的塑料板材，但是该类板材即使能循环使用，每次使用过程中和循环处理过程，也均会形成一定量的固体废弃物，该类废弃物因其生物降解性能差，成为行业今后扩大产业规模的一项技术瓶颈，同时现有大量使用的塑料板材仍在切割过程中存在切割过程难浸润造成热量难带出，导致板材局部形变，发生卡线等问题，严重制约着硅片金刚线切割的产能和工艺与辅料的变革。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种光伏太阳能硅片切割用塑料板及其制备方法与应用，所述塑料板具有良好的韧性、硬度，并且使用过程中掉片率低，使用完后易脱胶，其主体材料可生物降解。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种光伏太阳能硅片切割用塑料板，包含如下重量份的成分：脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸25～35份、呋喃聚酯65～75份、聚己二酸聚乙二醇酯4～8份和抗氧剂0.2～0.5份。

本发明选用的材料具有良好的生物降解性，采用脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸树脂材料可以改善聚乳酸的材料表面能，聚氧乙烯链段的引入还能增加材料的亲水性能，改善板材的亲水性，切割过程中更利于喷淋水液的带入，同时又能提高硅棒粘接胶水在板材上的粘接氢键作用力，提升粘接力，不容易发生掉片，而脂肪醇链端的引入，使树脂表面有一定的润滑效果，可以降低切割过程中板材对钢线的运行阻力。此外，本发明添加聚己二酸聚乙二醇酯，通过高分子量的聚乙二醇链端增强亲水性，改善塑料板与硅棒粘接胶的粘接力，同时还能提高水润湿能力，可以更好的将切割过程的循环喷淋水带入切割线缝中间，达到带出切割过程中的碎屑、带出切割过程中的摩擦热量、增加切割过程中的流体润滑能力等作用。此外，呋喃聚酯具有良好的耐热性，切割过程中可以降低塑料板的变形率，提高塑料板的使用寿命。本发明通过选用脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸、呋喃聚酯、聚己二酸聚乙二醇酯复配，制备出的塑料板具有良好的韧性、硬度，在硅片的切割过程中不易卡线，不易变形，切割效率高。

优选地，所述塑料板包含如下重量份的成分：脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸28～32份、呋喃聚酯67～73份、聚己二酸聚乙二醇酯5～7份和抗氧剂0.2～0.5份。研究发现，当各成分的配比符合上述限定时，塑料板的稳定性更好，切割过程中变形率、卡线断线率低。

优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸包含正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸、异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸中的至少一种，所述正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的结构式如式(I)所示，所述异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的结构式如式(II)所示：

其中，R1为正构烷基，所述正构烷基为C8～C14直链烷基；R2为异构烷基，所述异构烷基为异构八碳烷基、异构十碳烷基、异构十二碳烷基、异构十四碳烷基中的任意一种；n、u为80～120的整数，m、v为8～15的整数。此处的异构指碳骨架的异构。

通过脂肪醇聚氧乙烯醚对聚乳酸进行改性，可以提高聚乳酸材料的韧性，避免切割过程中塑料板破碎。

进一步优选地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸包含正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸和异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸；所述n、u为90～100的整数，所述m、v为10～12的整数；所述正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸和异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的摩尔比为1：(2～5)。以正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸和异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸复配可以兼顾塑料板的耐热性以及切割效率，当正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的占比过多时，切割效率相对较低，当异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的占比过多时，切割过程中，塑料板的变形率更高。此外，聚乳酸和聚氧乙烯醚的聚合物对性能也具有较大的影响，当其符合上述限定时，塑料板具有更好的综合性能。

优选地，所述呋喃聚酯为聚(2,5-呋喃二甲酸丙二醇酯)、聚(2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯)、聚(2,5-呋喃二甲酸二乙二醇酯)、聚(2,5-呋喃二甲酸二丙二醇酯)中的至少一种；所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。呋喃聚酯具有良好的耐高温性能，并且与大多数树脂都具有良好的混溶性，但其抗氧化性能稍差，添加抗氧剂后可以改善塑料板的综合性能。

进一步优选地，所述抗氧剂为酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的复配物；所述酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的质量比为1:(2～3)。通过对抗氧剂的成分进行优选，塑料板的力学性能可以得到改善。

优选地，所述聚乙二醇的平均分子量为2000～8000。进一步优选地，所述聚乙二醇的平均分子量为4000～6000。通过控制聚乙二醇的平均分子量在上述范围内，可以保证塑料板具有较好的强度、硬度、耐温性，既不易变形，切割效率也更高。

同时，本发明还公开了一种上述光伏太阳能硅片切割用塑料板的制备方法及其在太阳能电池生产加工过程中的应用，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将物料混合，加入双螺杆挤出机中熔融共混、挤出造粒，得到粒料；

(2)将粒料加入挤出压延机中挤压拉板，定长切割，得到所述塑料板。

优选地，所述步骤(1)中，双螺杆挤出机的温度为230～260℃，所述步骤(2)中，挤出压延机的温度为220～240℃，拉板速率为1～5m/min。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过选用可生物降解以及具有一定亲水性的成分制备塑料板，解决了环保问题，并且提升了塑料板被切割液浸润的能力，切割过程中可以带走热量，使塑料板不易变形、出现卡线的问题。另外，通过对成分进行选择，可以保证塑料板具有较高的韧性和适中的硬度，便于切割；并且在切割过程中不易掉片，切割结束后易脱胶。

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。

实施例及对比例中使用的材料如下：

正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的结构式如下：

正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1：R1为正癸基，n为100，m为12；

正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸2：R1为正庚基，n为100，m为12；

异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的结构式如下：

异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1：R2为2-乙基辛基，u为100，v为12；

异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸2：R2为2-乙基辛基，u为80，v为12；

呋喃聚酯：聚(2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯)，其结构式如下：

x为200；

己二酸：上海凯茵化工有限公司；

聚乙二醇1：PEG-6000，江苏省海安石油化工厂；

聚乙二醇2：PEG-8000，江苏省海安石油化工厂；

聚乙二醇3：PEG-2000，江苏省海安石油化工厂；

聚乙二醇4：PEG-4000，江苏省海安石油化工厂；

抗氧剂1010：市售；

抗氧剂DSTP：市售；

对甲苯磺酸：市售；

胶水：双组分胶水，南宁珀源能源材料有限公司；

切割液：金刚线切割液NS-1型，苏州德比光伏新材料科技有限公司；

硅片：尺寸182mm*182mm、片厚120μm；

乳酸：市售。

聚己二酸聚乙二醇酯的制备方法如下：

将聚乙二醇加入己二酸中，搅拌均匀，加入对甲苯磺酸，在140℃下反应3h，脱水，得到聚己二酸聚乙二醇酯；聚乙二醇、己二酸、对甲苯磺酸的摩尔比为1:1:0.0075。

实施例1～9

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板，其配方如表1所示，制备方法如下：

(1)将脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸、呋喃聚酯、聚己二酸聚乙二醇酯、抗氧剂加入双螺杆挤出机中，熔融共混、挤出造粒，得到粒料；双螺杆挤出机的温度为230～260℃；

(2)将粒料加入挤出压延机中，在220～240℃下挤出压延，拉板速率为1m/min，铣切，清洗，得到所述塑料板。

对比例1

一种光伏太阳能硅片切割用塑料板，其配方如表1所示，制备方法与实施例1相同。

表1(重量份)

实施例10

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，以正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸2替代正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1。

实施例11

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，以异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸2替代异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1。

实施例12

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，将异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1全部替换为正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1。

实施例13

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，将正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1全部替换为异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸1。

实施例14

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，制备聚己二酸聚乙二醇酯时使用的聚乙二醇为PEG8000。

实施例15

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，制备聚己二酸聚乙二醇酯时使用的聚乙二醇为PEG2000。

实施例16

本发明所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的一种实施例，本实施例与实施例3的区别仅在于，制备聚己二酸聚乙二醇酯时使用的聚乙二醇为PEG4000。

对比例2

一种光伏太阳能硅片切割用塑料板，与实施例3的区别仅在于，以聚乳酸替代脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸，聚乳酸的聚合物与脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸中聚乳酸的聚合物相同。

性能测试

硬度：参考GB/T 2411-2008进行测试；

掉片率：每个样品分别用来切割100个硅片，每组实施例及对比例分别测3个样品，记录平均值。

脱胶时间：将粘结有硅片的塑料板放入10wt.％乳酸溶液中浸泡，记录脱胶时间。

表2

项目	邵氏D硬度	掉片率(％)	脱胶时间(s)
				实施例1	70	1	693
实施例2	77	0.67	642
				实施例3	77	0.33	647
实施例4	76	0.67	646
				实施例5	72	1	665
实施例6	73	1.33	651
				实施例7	72	1.67	663
实施例8	71	2	692
				实施例9	72	2	701
实施例10	71	2.33	650
				实施例11	68	2.33	628
实施例12	81	1	652
				实施例13	75	1.33	651
实施例14	83	1	630
				实施例15	70	1	664
实施例16	77	0.33	647
				对比例1	75	3	628
对比例2	85	2.67	713

由表2可知，实施例1～16的综合性能明显优于对比例1～2，该结果表明，本发明通过对塑料板的成分进行选择，既可解决环保问题，又能保证塑料板具有良好的使用性能。

对比实施例3与对比例1的测试结果可以发现，脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的用量过高，呋喃聚酯的用量过低，塑料板的耐热性降低，掉片率也随之增加。对比实施例3与对比例2的测试结果可以发现，不使用脂肪醇聚氧乙烯醚对聚乳酸进行改性，硅片与塑料板的粘接性会变差，导致掉片率增加，另外，塑料板的硬度过高也会影响切割效率。

另外，对比实施例1～5的性能可以发现，各成分的配比的细微变化也会对塑料板的综合性能产生较大的影响。当脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸、呋喃聚酯、聚己二酸聚乙二醇酯、抗氧剂的质量比为28～32：67～73：5～7：0.2～0.5时，塑料板的综合性能最好，切割过程中不易掉片，并且易脱胶。

对比实施例3与实施例6～7的测试结果可以发现，抗氧剂中酚类抗氧剂与硫代酯类抗氧剂的质量比为1:(2～3)时可协同作用，改善体系的抗氧化性能，提高塑料板的力学性能。另外，对比实施例3、实施例6～9的测试结果可以发现，抗氧剂为酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的复配物时，塑料板的综合性能明显优于仅使用了单一一种抗氧剂的产品。

对比实施例3与实施例10的测试结果可以发现，正构烷基中C含量少，掉片率相对较高，对比实施例3与实施例11的测试结果可以发现，脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸中聚乳酸的聚合度低，抵抗变形的能力相对较差，掉片率也相对较高。

对比实施例3与实施例12的测试结果可以发现，若只使用正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸，浸润性差，热量散失慢，塑料板会存在一定程度的变形，导致掉片率增加；实施例13只使用异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸，稳定性稍差，同样会使塑料板的耐热性变差。

实施例14中制备聚己二酸聚乙二醇酯的分子量过高，实施例15中聚乙二醇的分子量则过高，两者的掉片率都高于实施例3。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种光伏太阳能硅片切割用塑料板，其特征在于，包含如下重量份的成分：脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸25～35份、呋喃聚酯65～75份、聚己二酸聚乙二醇酯4～8份和抗氧剂0.2～0.5份；

所述脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸包含正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸、异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸中的至少一种，所述正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的结构式如式(I)所示，所述异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的结构式如式(II)所示：

其中，R1为正癸基，n为100，m为12；R2为2-乙基辛基，u为100，v为12；

所述呋喃聚酯为聚(2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯)，其结构式如式(III)所示：

其中，x为200；

所述聚己二酸聚乙二醇酯的制备方法为：将聚乙二醇加入己二酸中，搅拌均匀，加入对甲苯磺酸，在140℃下反应3h，脱水，得到聚己二酸聚乙二醇酯；聚乙二醇、己二酸、对甲苯磺酸的摩尔比为1:1:0.0075；所述聚乙二醇的平均分子量为2000～8000。

2.如权利要求1所述的光伏太阳能硅片切割用塑料板，其特征在于，包含如下重量份的成分：脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸28～32份、呋喃聚酯67～73份、聚己二酸聚乙二醇酯5～7份和抗氧剂0.2～0.5份。

3.如权利要求1所述的光伏太阳能硅片切割用塑料板，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸包含正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸和异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸；所述正构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸和异构醇聚氧乙烯醚改性聚乳酸的摩尔比为1：(2～5)。

4.如权利要求1所述的光伏太阳能硅片切割用塑料板，其特征在于，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。

5.如权利要求4所述的光伏太阳能硅片切割用塑料板，其特征在于，所述抗氧剂为酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的复配物；所述酚类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂的质量比为1:(2～3)。

6.一种如权利要求1～5任一项所述光伏太阳能硅片切割用塑料板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将物料混合，加入双螺杆挤出机中熔融共混、挤出造粒，得到粒料；

(2)将粒料加入挤出压延机中挤压拉板，定长切割，得到所述塑料板。

7.一种如权利要求1～5任一项所述光伏太阳能硅片切割用塑料板在太阳能电池生产加工过程中的应用。