CN115073633A - 一种聚乙烯醇缩醛树脂及其制备方法 - Google Patents
一种聚乙烯醇缩醛树脂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及C08F,更具体地,本发明涉及一种聚乙烯醇缩醛树脂及其制备方法。所述树脂的制备原料包括聚乙烯醇、醛、固体粉末、酸性催化剂;所述固体粉末为多孔性固体粉末。本发明提供一种聚乙烯醇缩醛树脂,通过添加多孔性固体粉末,进一步促进缩醛率的增加,得到更高粘度和分子量的聚乙烯醇缩醛树脂,当用于光伏组件封装时,具有高的粘结强度。此外,本发明通过一定粒径的固体粉末的添加,还有利于改善PVB树脂的润滑性、高温和化学稳定性,促进固体粉末的抗氧化和老化能力,可用于户外光伏封装材料。且通过选用合适的多孔性材料,并控制其粒径,发明人发现,沉淀得到的颗粒尺寸均匀,当用于光伏封装时,可提高耐晒和耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及C08F,更具体地,本发明涉及一种聚乙烯醇缩醛树脂及其制备方法。
背景技术
通过聚乙烯醇和醛缩合可得到多种聚乙烯醇缩丁醛树脂,如聚乙烯醇缩丁醛PVB等,因为其缩合产生的环状结构,和支链结构有利于提高柔性的同时,促进力学性能的提高,除建筑、航空、日用等领域外,还可用于光伏电池的封装。
当用于光伏组件时,相比于常用的EVA材料,PVB等具有更高的热稳定性和耐老化性能,且因为PVB为热塑性材料,还可通过熔融回收光伏组件中电池组件,可降低成本,其中当PVB用于封装时,需要具有较高的粘度,但目前聚乙烯醇缩醛等制备过程中,如通过沉淀法制备过程中,难以得到高粘度的缩醛树脂。
此外,在制备过程中,随着缩醛率增加,PVB沉淀出来的颗粒内部有较多未反应的羟基或催化剂,影响缩醛率的增加,也容易造成交联或缩醛分布均匀性下降,影响封装时的透光性等性能。
发明内容
为了解决上述问题,本发明第一个方面提供了一种聚乙烯醇缩醛树脂,所述树脂的制备原料包括聚乙烯醇、醛、固体粉末、酸性催化剂;所述固体粉末为多孔性固体粉末。
本发明不对聚乙烯醇做具体限定,为聚乙烯醇缩醛制备常用聚乙烯醇,如平均聚合度为500-3000,醇解度87-99%的聚乙烯醇,不做具体限定。
在一种实施方式中,所述醛为C1~C6醛,可列举的有,甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、己醛等。
在一种实施方式中,所述固体粉末的成分包括氧,和硅、镁、铝中至少一种。优选为无机矿物,可列举的有,硅藻土、沸石粉、麦饭石粉、坡缕石粉、膨润土、海泡石、氧化铝、蒙脱土、滑石。
在一种实施方式中,所述固体粉末的粒径为30-100μm,可列举的有,30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。
在一种实施方式中,所述固体粉末为有机化合物改性固体粉末。
在一种实施方式中,所述有机化合物选自有机铵、有机硫酸盐、有机磺酸盐中的一种或多种。
作为有机铵的实例,可列举的有,十六烷基三甲基溴(氯)化铵、十八烷基三甲基溴(氯)化铵、十六烷基二甲基苄基溴(氯)化铵、氯化十六烷基吡啶;作为有机硫酸盐的实例,可列举的有,十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠;作为有机磺酸盐的实例,可列举的有,十二烷基苯磺酸钠等。优选为有机铵,本发明不对有机铵做具体限定。
本发明所述有机化合物改性固体粉末可通过购买或自制,当自制时,为本领域熟知的制备方法制备得到,本发明不对有机化合物和固体粉末的用量做具体限定,如将固体粉末加入有机化合物水溶液中,在20~100℃反应、过滤、洗涤得到,当购买时,可列举的有,有机膨润土、十六烷基三甲基溴化铵改性沸石、十六烷基三甲基溴化铵改性硅藻土等,不做具体限定。
在一种实施方式中,所述酸性催化剂为无机酸催化剂和/或有机酸催化剂。作为无机酸催化剂的实例,可列举的有,盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液,作为有机酸催化剂的实例,可列举的有,对甲苯磺酸溶液、甲酸溶液、乙酸溶液等。本发明所述酸性催化剂的质量浓度为15~30wt%,可列举的有,15wt%、20wt%、25wt%、30wt%。所述质量浓度为酸性催化剂中无机酸或有机酸占无机酸或有机酸水溶液的质量百分数。
在一种实施方式中,所述树脂的制备原料按重量份计,包括聚乙烯醇100份、醛50-70份、固体粉末0.05~1.5份和酸性催化剂10-50份。
在一种实施方式中,所述固体粉末占聚乙烯醇的0.05~1.5wt%,优选为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%、0.7wt%、1wt%、1.2wt%、1.5wt%。
在一种实施方式中,所述树脂的制备原料还包括水。
在一种实施方式中,所述树脂中水的重量份为400-2000份。
本发明第二个方面提供了一种所述的聚乙烯醇缩醛树脂的制备方法,包括:
将聚乙烯醇加入水中混合后,加入固体粉末和酸性催化剂,混合后,加入醛反应,得到所述聚乙烯醇缩醛树脂。
在一种实施方式中,所述树脂的制备方法包括:将聚乙烯醇加入水中,在85℃-95℃混合后,依次加入固体粉末混合、酸性催化剂混合后,降温,滴加醛,保温、升温保温后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
(1)本发明提供一种聚乙烯醇缩醛树脂,通过添加多孔性固体粉末,在聚乙烯醇和醛发生缩合的过程,利用其多孔吸附性,促进了聚乙烯醇黏附在固体粉末表面,从而使得初始缩醛反应在固体粉末表面,而随着缩醛率的增加,水溶性下降的过程中,利用固体粉末对PVB的吸附,可减少PVB对酸性催化剂的缠绕或者对未反应的PVA的屏蔽,进一步促进缩醛率的增加,得到更高粘度和分子量的聚乙烯醇缩醛树脂,当用于光伏组件封装时,具有高的粘结强度。
(2)且发明人发现,随分子量增加,树脂形成的封装膜的透光率下降,而本发明通过控制固体粉末的粒径和用量,可促进缩醛率和粘度的同时,还可减少分子量带来的透光率下降的幅度,这可能是因为通过控制粉末粒径,可调节聚乙烯醇吸附在固体粉末上的比例和厚度,减少和醛反应的位阻的同时,也有利于提高缩醛分布均匀性,从而进一步促进缩醛反应的缩醛度和醛的利用率的同时,提高形成膜的均匀性,避免透光率的进一步下降。
(3)此外,本发明通过一定粒径的固体粉末的添加,还有利于改善PVB树脂的润滑性、高温和化学稳定性,促进固体粉末的抗氧化和老化能力,可用于户外光伏封装材料。且通过选用合适的多孔性材料,并控制其粒径,发明人发现,沉淀得到的颗粒尺寸均匀,当用于光伏封装时,可提高耐晒和耐水性。
(4)另外,发明人也发现,当使用有机化合物,如有机铵等对固体粉末进行改性时,可在更低用量的情况下,得到高缩醛度、醛利用率和高粘度的固体粉末,且有利于进一步减少透光率的下降幅度,这可能是因为通过对固体粉末进行有机化改性,降低了固体粉末对水和酸性催化剂、羟基吸附的能力,促进了聚乙烯醇链舒展的同时,有利于醛对聚乙烯醇的进攻,提高缩醛程度和分布均匀性,从而促进得到高粘度,合适透光率的树脂材料。
(5)且发明人发现,本发明提供的原料简单,制备方法,有利于提高生产效率,促进聚乙烯醇缩醛的大批量生产。
具体实施方式
实施例
实施例1
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂,包括以下重量份数的原料:固体粉末有机膨润土0.1份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸10份、水400份。其中:有机膨润土的粒径为30μm;聚乙烯醇选用PVA 1799(PVA 1799中的17表示PVA的平均聚合度为1700,99表示PVA的醇解度为99%)。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入85℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例2
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末有机膨润土0.3份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。其中:有机膨润土的粒径为80μm;聚乙烯醇选用PVA1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入95℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例3
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末有机膨润土0.5份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。其中:有机膨润土的粒径为65μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入90℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例4
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末有机膨润土0.7份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。其中:有机膨润土的粒径为65μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入85℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例5
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末有机膨润土1.0份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸50份、水2000份。其中:有机膨润土的粒径为100μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入95℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例6
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末膨润土0.5份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。其中:膨润土的粒径为50μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入90℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例7
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末硅藻土0.5份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%磷酸30份、水1200份。其中:硅藻土的粒径为65μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入85℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例8
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末沸石粉0.5份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。其中:沸石粉的粒径为65μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入80℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例9
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末麦饭石粉0.5份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%硝酸30份、水1200份。其中:麦饭石粉的粒径为30μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入90℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例10
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末坡缕石粉0.5份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。其中:坡缕石粉的粒径为100μm;聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入95℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
实施例11
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:固体粉末沸石粉0.1份、聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%盐酸30份、水1200份。沸石粉的粒径为65μm;聚乙烯醇选用PVA 1799(PVA 1799中的17表示PVA的平均聚合度为1700,99表示PVA的醇解度为99%)。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入80℃水中混合、过滤后,依次加入固体粉末混合、均匀分散,酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
对比例1
本例提供一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括以下重量份数的原料:聚乙烯醇100份、丁醛60份、酸性催化剂20wt%硝酸30份、水1200份。聚乙烯醇选用PVA 1799。
本例还提供如上所述的聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法,包括:将聚乙烯醇加入75℃水中混合、过滤后,加入酸性催化剂混合后,降温至8℃,滴加丁醛,保温30min、升温至60℃保温3h后,得到颗粒状树脂的反应液、过滤、去离子水洗涤、干燥,得到所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
性能评价
1、缩醛率:将实施例提供的聚乙烯醇缩丁醛进行缩醛率测试,具体测试方法为:(1)准确称取0.4g试样于250ml锥形瓶中,加入20ml无水乙醇溶解试样,待完全溶解后,加入10ml浓度为1mol/L的盐酸羟胺溶液;(2)待试样混合均匀后,在锥形瓶上加装球形冷凝器,在95℃水浴中加热,回流冷凝2.5小时;(3)待充分冷却后(一般1小时左右),先加入50mL蒸馏水冲洗冷凝器,洗液并入锥形瓶中,取出锥形瓶冷却至常温。(4)滴加5滴溴酚蓝指示剂,用0.1mol/L的氢氧化钠溶液滴定至溶液颜色由黄--黄绿--绿--绿消失变蓝,作为滴定终点,滴定量为V。(5)做空白试验,滴定量为V0。根据如下公式计算缩醛率:其中:B──丁醛基百分含量,%;m──试样的质量,g;P──试样的纯度,%;V──样品试验中氢氧化钠溶液的用量,ml;V0──空白试验中氢氧化钠溶液的用量,ml;N──氢氧化钠溶液的摩尔浓度,mol/L,平行试验做两个,取其算术平均值作为试验结果,平行试验结果的两值之差不大于0.3%,结果见表1。
2、丁醛利用率:称取实施例提供的聚乙烯醇缩丁醛树脂质量,计算丁醛利用率为72*(m-m0)/(54*m1),其中m为聚乙烯醇缩丁醛质量,m0为聚乙烯醇质量,m1为丁醛质量,结果见表1。
3、粘度:将实施例提供的聚乙烯醇缩丁醛配置成固含量为10%的聚乙烯醇缩丁醛溶液,在25℃下,进行粘度测试,结果见表1。
4、树脂压膜透光率:将实施例提供的聚乙烯醇缩丁醛树脂制备成膜,测试透光率,具体方法为:(1)取两块2mm厚,尺寸为100×100mm2的玻璃,用蒸馏水冲洗干净后晾干,用酒精擦拭干净;称取待测树脂7.5g;将纯树脂粉倒入装有玻璃的工具中,并覆上另外一块玻璃,放入设置温度为180℃的硫化机中,设置温度参考硫化机矫正结果,预热15-20min取下专用工具压片30min将合好的玻璃表,面清理干净,保证合片后的膜厚0.6~0.7mm。(2)目测合片后的杂质,观察无杂质后,用雾度仪测试合片后玻璃透光率,结果见表1。
表1性能表征测试
从实施例可以看出,通过添加固体粉体,有利于本发明聚乙烯醇缩醛的缩醛率和粘度的提高,且得到的树脂粒度均匀,当用于封装材料时,具有较高的粘结强度、耐晒、耐候和耐水性。
Claims (10)
1.一种聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述树脂的制备原料包括聚乙烯醇、醛、固体粉末、酸性催化剂;所述固体粉末为多孔性固体粉末。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述固体粉末的成分包括氧,和硅、镁、铝中至少一种。
3.根据权利要求2所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述固体粉末选自硅藻土、沸石粉、麦饭石粉、坡缕石粉、膨润土、海泡石、氧化铝、蒙脱土、滑石中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述固体粉末的粒径为30-100μm。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述固体粉末为有机化合物改性固体粉末。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述有机化合物选自有机铵、有机硫酸盐、有机磺酸盐中的一种或多种。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述树脂的制备原料按重量份计,包括聚乙烯醇100份、醛50-70份、固体粉末0.05~1.5份和酸性催化剂10-50份。
8.根据权利要求1所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述醛为C1~C6醛。
9.根据权利要求1所述的聚乙烯醇缩醛树脂,其特征在于,所述酸性催化剂为无机酸催化剂和/或有机酸催化剂。
10.一种根据权利要求1~9任意一项所述的聚乙烯醇缩醛树脂的制备方法,其特征在于,包括:
将聚乙烯醇加入水中混合后,加入固体粉末和酸性催化剂,混合后,加入醛反应,得到所述聚乙烯醇缩醛树脂。
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