CN115181409B - 一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。本发明的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：聚碳酸酯38.5‑77.8％、聚亚苯基砜树脂20‑50％、扩链剂0.5‑3％、玻璃微珠或玻璃粉1‑5％、助剂0.7‑3.5％；其中，所述扩链剂为环氧类扩链剂。本发明的改性聚碳酸酯复合材料，透明性高、膨胀系数低，耐温性和收缩性能得到改善。
Description
技术领域
本发明涉及改性聚碳酸酯复合材料技术领域，尤其涉及一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
光伏组件的背板(Backsheet)是用在太阳能组件背面、直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，其应具备卓越的耐长期老化(湿热、干热、紫外)、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能，起到支撑组件、隔绝水汽和氧气的作用，能经受全球各地十分复杂而迥异的户外环境考验。
光伏背板由空气面从外至内分别为：氟膜保护层-粘结层-支撑层膜-粘结层-内面保护层。其中，最外层的氟膜保护层无疑承担着耐老化、耐绝缘、耐水气等作用，保护支撑层不受紫外线、风沙、水等侵蚀，从而延缓组件的降解速度，使其核心硅晶组件能够支撑长时间的环境考验。因此，位于最外层的光伏背板膜就需要具有一定的耐候性，尤其要考虑温度、水蒸气、紫外线等因素的影响。
支撑层膜要求具备高透明性，保证光线能尽可能的入射到硅晶组件的表面，将光能转化为电能，支撑层优选的材料要求具备优良的高透明性以及足够的强度。在与粘结层、氟膜保护层及硅晶片一起层压的过程中，保证低收缩率，防止过大的热收缩率导致硅晶片之前相连的导线由于收缩率过大出现断裂损坏。
现有技术中采用双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料材质做支撑，但由于双向拉伸PET膜太薄，无法实现足够厚的片材，没有足够的强度，因此无法实现支撑的功能，所以优选用聚碳酸酯(PC)厚板，采用挤出压延的生产工艺加工，但使用PC材料存在的缺陷是片材收缩率太大，在加工光伏背板的过程中，由于热收缩率与硅晶片相连的导线收缩比不同，层压后冷却过程中收缩导致连线断裂。
CN113462160A公开了一种TLCP改性的聚亚苯基砜/聚碳酸酯复合材料及制备方法，其中，所述TLCP改性的聚亚苯基砜/聚碳酸酯复合材料，按质量分数计，包括：聚亚苯基砜树脂50-70％；聚碳酸酯10-25％；TLCP5-10％；玻璃纤维5-10％；助剂0-5％。该发明所制备的TLCP改性的聚亚苯基砜/聚碳酸酯复合材料能够克服现有的聚亚苯基砜材料的熔点和粘度高不利于加工成型的缺陷，有利于大规模推广使用。但是，该复合材料的透明性和收缩性能有待进一步提高。
CN112322019A公开了一种高硬度透明阻燃PC材料及其制备方法。该PC材料包括以下重量百分比的组分：聚碳酸酯76.5-94.6％、表面改性的低熔点透明玻璃粉5-20％、扩链剂0.1-2％、抗氧剂0.1-0.5％、紫外线吸收剂0.1-0.5％、分散剂0.1-0.5％。该材料通过加入表面改性的低熔点透明玻璃粉、扩链剂，在不影响材料透明度的同时可大幅度提高PC材料的表面硬度，实现达到表面硬度2H标准，并赋予材料优异的阻燃性能，在材料燃烧的过程中，低熔点玻璃粉熔融形成的玻璃层可以起到隔离火焰的作用，火焰熄灭后还能够保持材料形状保持不变，但是，该材料的收缩性能同样有待提高。
因此，开发一种透明度高、收缩性能好的聚碳酸酯复合材料很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法和应用，该发明的改性聚碳酸酯复合材料，透明性高、膨胀系数低，耐温性和收缩性能得到改善。
本发明的目的之一在于提供一种改性聚碳酸酯复合材料，为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
其中，所述扩链剂为环氧类扩链剂。
本发明的改性聚碳酸酯复合材料，采用聚碳酸酯作为基体材料，添加聚亚苯基砜树脂(PPSU)、扩链剂、玻璃微珠或玻璃粉以及助剂，在保证聚碳酸酯高透明性的前提下，提升了聚碳酸酯的耐温性，同时降低了聚碳酸酯的热收缩率，降低了聚碳酸酯的热膨胀系数，有效解决了热缩拉断的问题；具体地，用耐高温的PPSU材料做为合金，提高了PC材料的耐温性能，不影响响透明度，以保持材料的热稳定性；添加扩链剂与玻璃微珠或玻璃粉，降低了PC材料的收缩率与热膨胀系数；在做光伏背板层压时，避免了从高温层压降后，产品降至室温过程中，由于PC材质的高收缩率导致的导线拉断问题。
具体的，一种改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
聚碳酸酯的重量百分比为38.5-77.8％，例如为38.5％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、77.5％、77.8％等。
聚亚苯基砜树脂的重量百分比为20-50％，例如为20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％等。
扩链剂的重量百分比为0.5-3％，例如为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％或3％等。若扩链剂的用量太多，多于3％，会使材料粘度过大，影响流动性，不利于成膜；若扩链剂的用量太少，少于0.5％，会使材料的分子量提升的不足，起不到增强尺寸稳定性的功能。
玻璃微珠或玻璃粉的重量百分比为1-5％，例如为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等。
助剂的重量百分比为0.7-3.5％，例如为0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5等。
其中，所述扩链剂为环氧类扩链剂。选择环氧类扩链剂，它是含有环氧官能团的丙烯酸与苯乙烯共聚物，分子链上的活性环氧基团和热塑性工程塑料的反应基团(如：羟基、羧基、氨基、硫醚基)发生链接反应，形成支链化分子结构，并在合成、加工、重复加工和回收过程中重新偶合降解的分子链，提高重均分子量，从而提高或恢复材料的机械性能、热性能、加工性能和光学的平衡性；还可使得回收塑料的性能接近原生料的性能。
本发明中，所述聚碳酸酯的熔融指数为3-10g/10min。
本发明中，所述环氧类扩链剂为巴斯夫的ADR-4400和/或ADR-4468。
本发明中，以助剂重量百分比为0.7-3.5％计，所述助剂包含0.5-2％的抗水解剂、0.1-0.5％的抗氧剂和0.1-1％的光稳定剂。例如抗水解剂的重量百分比为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％等；抗氧剂的重量百分比为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％等；光稳定剂的重量百分比为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。
本发明中，所述抗水解剂为N,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
本发明中，所述抗氧剂为环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔丁基酚)、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯中的任意一种或至少两种的混合物。所述混合物典型但非限制的组合为环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔丁基酚)的混合物，环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯的混合物，2,2′-亚乙基双(4,6-二叔丁基酚)、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯的混合物，环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔丁基酚)、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯的混合物。
本发明中，所述光稳定剂为双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、光稳定剂119和[[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]甲基]丁基丙二酸二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)酯中的任意一种或至少两种的混合物。所述混合物典型但非限制的组合为双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、光稳定剂119的混合物，双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、[[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]甲基]丁基丙二酸二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)酯的混合物，光稳定剂119和[[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]甲基]丁基丙二酸二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)酯的混合物，双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、光稳定剂119和[[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]甲基]丁基丙二酸二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)酯的混合物。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：按配比将聚碳酸酯、聚亚苯基砜树脂、扩链剂、玻璃微珠或玻璃粉、助剂混合，挤出造粒，得到所述改性聚碳酸酯复合材料。
所述挤出在挤出机中进行，所述挤出机分九区加热，第一至九区的温度为245-255℃、265-275℃、275-285℃、275-285℃、275-285℃、280-290℃、280-290℃、275-285℃、275-285℃。模头温度为270-285℃，主机螺杆转速为700-800r/min。
本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的改性聚碳酸酯复合材料的应用，将所述改性聚碳酸酯复合材料用于光伏背板的制备。
具体的，将所述改性聚碳酸酯复合材料利用三辊压延生产出的薄膜或片材制备成光伏背板支撑层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的改性聚碳酸酯复合材料，透明性高、膨胀系数低，耐温性和收缩性能得到改善。具体的，制得的改性聚碳酸酯复合材料成膜性良好，Tg为153-165℃，透光率为85-90％，145℃热收缩率为-0.01～-0.06％，线膨胀系数为0.05×10-5-0.36×10-5/℃。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：按配比将聚碳酸酯、聚亚苯基砜树脂、扩链剂、玻璃微珠或玻璃粉、助剂混合，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到改性聚碳酸酯复合材料，其中，第一至九区的温度为250℃、270℃、275℃、285℃、285℃、290℃、290℃、285℃、285℃，模头温度为280℃，主机螺杆转速为750r/min。
实施例2
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例3
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例4
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例5
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例6
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例7
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例8
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为ADR-4468。
实施例9
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
实施例10
本实施例的改性聚碳酸酯复合材料，按重量百分比计，包含如下组分：
环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)0.3％
双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯0.3％；
其中，聚碳酸酯为三菱厂家生产的型号为S-1000R，聚亚苯基砜树脂为苏威PPSUR-5900，扩链剂为巴斯夫的ADR-4400。
对比例1
本对比例的改性聚碳酸酯复合材料，与实施例1的区别之处在于，扩链剂替换为胺类扩链剂N，N-二羟基(二异丙基)苯胺(HPA)，其他的与实施例1的均相同。
对比例2
本对比例的改性聚碳酸酯复合材料，与实施例1的区别之处在于，未添加扩链剂，减少的扩链剂平均增加至其他组分中，以保证总量不变，其他的与实施例1的均相同。
对比例3
本对比例的改性聚碳酸酯复合材料，与实施例1的区别之处在于，扩链剂的用量为5％，增加的扩链剂平均从其他组分中扣除，以保证总量不变，其他的与实施例1的均相同。
对比例4
本对比例的改性聚碳酸酯复合材料，与实施例1的区别之处在于，抗水解剂的用量为大于3％，增加的扩链剂平均从其他组分中扣除，以保证总量不变，其他的与实施例1的均相同。
对比例5
本对比例的改性聚碳酸酯复合材料，与实施例1的区别之处在于，玻璃微珠的用量为6％，增加的扩链剂平均从其他组分中扣除，以保证总量不变，其他的与实施例1的均相同。
将实施例1-10与对比例1-5制得的复合材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
其中，透光性的测试参照GB/T2410-2008进行，热膨胀系数的测试参照TMA热析法测试。
表1
由表1数据可以看出，本发明的改性聚碳酸酯复合材料，透明性高、膨胀系数低，耐温性和收缩性能得到改善。具体的，制得的改性聚碳酸酯复合材料成膜性良好，Tg为153-165℃，透光率为85-90％，145℃热收缩率为-0.01～-0.06％，线膨胀系数为0.05×10-5-0.36×10-5/℃。
对比例1更换了扩链剂的种类，产品的透光率受到了影响，不利于产品用于光伏面板，影响光效。
对比例2不用扩链剂后，材料的热膨胀系数明显会增大，不利于光伏面的使用。
对比例3过多增加扩链剂的用量，有利于热膨胀系数的减小，但是增加了成本，并且扩链剂增大了PC料的粘度，不利于成膜性，难加工。
对比例4过多增加抗水解剂的用量，有利于热膨胀系数的减小，但是增加了成本，并且抗水解剂也增大了PC料的粘度，不利于成膜性，难加工。
对比例5过多增加玻璃微珠的用量，有利于热膨胀系数的减小，但是增加了成本，过多的玻璃微珠会降低产品的透光率，不利于产品用于光伏面板，影响光效。
通过实施例和对比例的验证，通过复合耐高温的PPSU，添加扩链剂、抗水解剂及玻璃微珠等助剂，有效的减小了热膨胀系数，提高了产品的热收缩率及耐温性，有利于应用于光伏面板的寿命及稳定性。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，按重量百分比计，包含如下组分：
聚碳酸酯 38.5-77.8%
聚亚苯基砜树脂 20-50%
扩链剂 0.5-3%
玻璃微珠或玻璃粉 1-5%
助剂 0.7-3.5%；
其中，所述扩链剂为环氧类扩链剂；
所述环氧类扩链剂为巴斯夫的ADR-4400和/或ADR-4468；
以助剂的重量百分比为0.7-3.5%计，所述助剂包含0.5-2%的抗水解剂、0.1-0.5%的抗氧剂和0.1-1%的光稳定剂。
2.根据权利要求1所述的改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯的熔融指数为3-10g/10min。
3.根据权利要求1所述的改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述抗水解剂为N,N'-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
4.根据权利要求1所述的改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯) 、2,2′-亚乙基双(4,6-二叔丁基酚)、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯中的任意一种或至少两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的改性聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、光稳定剂119和[[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]甲基]丁基丙二酸二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)酯中的任意一种或至少两种的混合物。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的改性聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：按配比将聚碳酸酯、聚亚苯基砜树脂、扩链剂、玻璃微珠或玻璃粉、助剂混合，挤出造粒，得到所述改性聚碳酸酯复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出在挤出机中进行，所述挤出机分九区加热，第一至九区的温度为245-255 ℃、265-275 ℃、275-285 ℃、275-285 ℃、275-285 ℃、280-290 ℃、280-290 ℃、275-285 ℃、275-285 ℃。
8.一种如权利要求1-5任一项所述的改性聚碳酸酯复合材料的应用，其特征在于，将所述改性聚碳酸酯复合材料用于光伏背板的制备。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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