CN114958294A - 耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,采用的原料包括α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷、填料碳酸钙a、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂γ‑氨丙基三乙氧基硅烷及γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂。耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,包括如下两个步骤。本发明不需要使用封端剂及封端催化剂对α,ω‑二羟基聚二甲基硅氧烷进行改性封端,工艺简单,成本较低,添加的交联剂均为市场可容易购买得到的,不需要自制交联剂,成本更低,更利于工业化生产,通过对填料pH的选择,制备出的成品不仅具有优异的粘接性能和机械性能,还具有优异的耐高温高湿性能,由此为太阳能电池有效应用起到了有利技术支持。

Description

耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶及制备工艺
技术领域
本发明涉及胶粘剂技术领域,特别是一种耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶及制备工艺。
背景技术
太阳能光伏发电技术在保障国家能源安全,实现“碳达峰、碳中和”目标及推进工业可持续发展方面可以发挥重要作用。光伏组件在实际用时需要隔绝空气中的水和氧气,防止其中硅电池片被氧化而失效,因此封装时需要使用密封胶对其边框间隙进行密封。目前光伏组件生产中广泛使用的密封胶主要还是以脱酮肟型有机硅密封胶为主,但其硫化过程中释放出的小分子丁酮肟对金属铜以及PC材质的光伏接线盒具有腐蚀作用,并且是一种有毒有害物质,已被欧盟REACH法规列为致癌物质。而脱醇型有机硅密封胶(单组分脱醇型密封胶)硫化过程释放的是小分子甲醇或乙醇,没有腐蚀作用,对人和环境的影响很小,没有类似针对丁酮肟的禁止性法规。比如我国专利号CN113956840A的专利,其公开了一种脱醇型室温硫化硅橡胶密封剂及其制备方法(属于单组分脱醇型密封胶),该有机硅密封胶由以下组分组成(以重量计):α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份,封端剂0.5-4份,封端催化剂0.01-0.1份,二甲基硅油10-30份,补强填料80-150份,交联剂3-8份,硅烷偶联剂0.5-3份,湿气固化催化剂0.5-5份;该有机硅密封胶具有优异的耐高温高湿和储存性能。再比如,我国专利号CN113337245B的专利,其公开了一种脱醇型光伏组件密封胶及其制备方法(也属于单组分脱醇型密封胶),该有机硅密封胶由以下组分组成(以重量计):α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷70-100份,稀释剂1-20份,增强填料70-140份,触变剂2-5份,交联剂2-8份,偶联剂1-5份,增粘剂1-3份,催化剂1-3份,该有机硅密封胶实现了抗老化、持久性粘接及深度固化的优点。
虽然现有包括公开专利的单组分脱醇型密封胶技术中,在常温下具有优异的粘接性能和机械性能,但其耐高温高湿性能差,长时间处于高温高湿环境下时粘结性能和拉升强度会迅速衰减;具体原因如下,由于硅橡胶作为一种易水解橡胶,在使用过程中空气中的水汽易与其反应使其水解;并且在与氧气共同作用下会使其分子链上侧甲基发生氧化降解,进一步诱发分子链“回咬”而断裂,且在碳酸钙碱性环境下更容易催化该系列老化反应的进行,综上,现有的单组分脱醇型密封胶实际应用中还存在较大的问题。
发明内容
为了克服现有单组分脱醇型密封胶由于配方及制备工艺所限,存在如背景所述弊端,本发明提供了一种基于现有的单组分脱醇型密封胶应用的原料及制备工艺,通过对配方的调整以及填料(改性碳酸钙)pH值的调控来降低最终产品体系内环境的碱性,从而达到降低实际应用中产品老化反应速率的目的,制备的单组分脱醇型密封胶不仅具有优异的粘接性能和机械性能,还具有优异的耐高温高湿性能,由此为太阳能电池板有效应用起到了有利技术支持的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶及制备工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其特征在于,采用的原料包括α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷、填料碳酸钙a、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂;所述α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷、填料碳酸钙a、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂的分量如下,α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷计100份、碳酸钙a计80-170份、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷计计1-10份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.3-2份、催化剂1-7份;所述催化剂为钛酸酯催化剂。
进一步地,所述α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷25℃时粘度为0.1-100Pa·s,分子量为25000-140000。
进一步地,所述填料碳酸钙pH范围为8-9.5。
进一步地,所述交联剂采用甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷其中一种或两种。
进一步地,所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷其中一种或两种。
耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,其特征在于包括如下流程,步骤A:将α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷,填料碳酸钙a加入到动力混合机中,加热至100-140℃,抽真空至真空度为-0.085-0.095MPa,脱水处理1-3h后冷却至50℃以下得到基料;步骤B:将交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂加入到步骤A所得基料中,在真空度为-0.085-0.095MPa,温度小于50℃条件下搅拌0.5-1h混合均匀得到产品。
进一步地,所述步骤A中,加热温度优选120℃,真空度优选-0.09MPa,脱水处理时间优选为2h。
进一步地,所述步骤B中,真空度优选-0.09MPa,条件下搅拌处理1h。
本发明有益效果是:本发明相较于现有的单组分脱醇型密封胶技术,不需要使用封端剂及封端催化剂对α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷进行改性封端,工艺简单,成本较低,所添加的交联剂均为市场可容易购买得到的,不需要自制交联剂,成本更低,更利于工业化生产,通过对填料(碳酸钙)pH的选择,制备出的成品不仅具有优异的粘接性能和机械性能,还具有优异的耐高温高湿性能,由此为太阳能电池板有效应用起到了有利技术支持。综上,本发明具有好的应用前景。
具体实施方式
耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其采用的原料包括α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷、填料碳酸钙a、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂。α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷25℃时粘度为0.1-100Pa·s,分子量为25000-140000。填料碳酸钙pH范围为8-9.5。交联剂采用甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷其中一种或两种。偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷其中一种或两种。
耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,实施例1中,将α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷100份,填料碳酸钙a(pH=8.5)150份加入到动力混合机中,加热至120℃,抽真空至真空度为-0.09MPa、然后脱水处理2h后冷却至50℃以下得到基料,将交联剂甲基三甲氧基硅烷5份,乙烯基三甲氧基硅烷1份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份,催化剂4份加入到上述基料中,在真空度为-0.09MPa,温度小于50℃条件下搅拌混合均匀得到产品。
耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,实施例2中,将α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷100份,填料碳酸钙a(pH=8.6)150份加入到动力混合机中,加热至120℃,抽真空至真空度为-0.09MPa、然后脱水处理2h后冷却至50℃以下得到基料,将交联剂甲基三甲氧基硅烷5份,乙烯基三甲氧基硅烷1份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份,催化剂4份加入到上述基料中,在真空度为-0.09MPa,温度小于50℃条件下搅拌混合均匀得到产品。
耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,实施例3中,将α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷100份,填料碳酸钙a(pH=8.6)100份加入到动力混合机中,加热至120℃,抽真空至真空度为-0.09MPa脱水处理2h后冷却至50℃以下得到基料,将交联剂甲基三甲氧基硅烷5份,乙烯基三甲氧基硅烷1份,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份,催化剂4份加入到上述基料中,在真空度为-0.09MPa,温度小于50℃条件下搅拌混合均匀得到产品。
本发明应用的碳酸钙:聚其硅氧烷的极性很低,分子间作用力很小,单独使用强度难以满足实际需求,而纳米碳酸钙分子与聚硅氧烷分子之间的各种相互作用力可以对材料起到很好的补强作用;本实施例中选用的pH为8-9.5的纳米碳酸钙制成的产品内部环境更接近于中性,在使用过程中具有更好的耐湿热性能。采用的交联剂:具有三个或以上水解性官能团的硅烷或聚硅氧烷,能将聚硅氧烷联结成网状结构。采用的偶联剂含有亲有机和亲无机的两种功能基团,可以把两种不同性质结构和亲和力相差大的界面连接在一起,既可以提高纳米碳酸钙分子与聚硅氧烷分子的相互作用,更可以提供对各种不同材料界面优异的粘结性能。采用的催化剂能促进交联剂水解基团的水解和交联。
以下是采用实施例1、2、3制备的成品,和对比例1、2的性能对比,其中,对比例1制备的原料及工艺和实施例1完全一样,区别在于所用的填料碳酸钙d为(pH=9.7);对比例2:原料和制备工艺与实施例1相同,区别在于所用的填料碳酸钙e为(pH=9.51)。
Figure BDA0003759562600000051
表中可见,本发明相较于对比例1、2,无论是硬度、拉伸度、断裂伸长率性能都有显著提高,本发明通过对配方的调整以及填料(改性碳酸钙)pH的调控来降低最终产品体系内环境的碱性,从而达到降低老化反应速率的目的,制备的单组分脱醇型密封胶不仅具有优异的粘接性能和机械性能,还具有优异的耐高温高湿性能,在PCT老化测试中具有很高的保持率,为太阳能电池板有效应用起到了有利技术支持。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其特征在于,采用的原料包括α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷、填料碳酸钙a、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂;所述α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷、填料碳酸钙a、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂的分量如下,α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷计100份、碳酸钙a计80-170份、交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷计计1-10份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.3-2份、催化剂1-7份;所述催化剂为钛酸酯催化剂。
2.根据权利要求1所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其特征在于,α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷25℃时粘度为0.1-100Pa·s,分子量为25000-140000。
3.根据权利要求1所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其特征在于,填料碳酸钙pH范围为8-9.5。
4.根据权利要求1所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其特征在于,交联剂采用甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷其中一种或两种。
5.根据权利要求1所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶,其特征在于,偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷其中一种或两种。
6.根据权利要求1所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,其特征在于,包括如下流程,步骤A:将α,ω二羟基聚二甲基硅氧烷,填料碳酸钙a加入到动力混合机中,加热至100-140℃,抽真空至真空度为-0.085-0.095MPa,脱水处理1-3h后冷却至50℃以下得到基料;步骤B:将交联剂甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷、偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、催化剂加入到步骤A所得基料中,在真空度为-0.085-0.095MPa,温度小于50℃条件下搅拌0.5-1h混合均匀得到产品。
7.根据权利要求6所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,其特征在于,步骤A中,加热温度优选120℃,真空度优选-0.09MPa,脱水处理时间优选为2h。
8.根据权利要求6所述的耐湿热光伏组件用单组份脱醇型有机硅密封胶的制备工艺,其特征在于,步骤B中,真空度优选-0.09MPa,条件下搅拌处理1h。
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