CN115477867A - 颜料组合物、涂料组合物、背板及其制备方法、光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏组件的光伏背板涂层技术领域，尤其涉及颜料组合物、涂料组合物、背板及其制备方法、光伏组件，颜料组合物，含有颜料微粒和有机溶剂，其中颜料微粒具有核壳结构，核壳结构的核包含有有机颜料，壳至少由内壳层和外壳层构成，内壳层和外壳层为高分子聚合物层，内壳层包覆核，外壳层包覆内壳层；涂料组合物包含有上述颜料组合物；背板包括基材层和上述涂料组合物在基材层至少一侧形成的层状物；光伏组件，采用了上述背板。其中，涂料具有优异的分散稳定性、着色强度以及遮盖性，且制备方法简单，还具有耐湿热迁移性，达到长久的锁色效果。

Description

颜料组合物、涂料组合物、背板及其制备方法、光伏组件

技术领域

本发明涉及光伏组件的光伏背板涂层技术领域，尤其涉及一种颜料组合物、涂料组合物、背板及其制备方法、光伏组件。

技术背景

随着对新能源开发需求的增大，利用太阳能进行光伏发电作为一种成熟的应用技术备受重视，其作为一种环保清洁能源，不仅具有稳定的发电效率，且具有较长的生命周期。

光伏发电技术中，通常应用黑色背板，而黑色背板主要通过黑色膜片如聚氟乙烯、聚偏氟乙烯等复合基材或普通黑色涂层如含墨粉、石墨烯、碳纳米管等填料的涂层涂布基材来实现，其主要存在以下技术缺陷：反光率低，导热性差，会提高组件的运行温度，进而降低组件发电功率。

另外亦有通过无机金属铁铬黑、铜铬黑、铁锰黑、铬钴铁黑、镍铬黑、铬黑、钛铁黑等无机材料作为黑色背板颜料成分的现有技术，如申请公布号为CN 113299782 A的中国发明专利公开了一种带有高反射率黑色网格的透明背板及其制备方法，其中颜填料基本采用无机材料，该类颜填料虽然有比较好的颜色稳定性，但仍存在如下技术缺陷：黑度不够，同时其存在较多生产工艺的缺陷，不易砂磨分散，涂料体系易沉降，涂料主剂难保存等。

目前也有尝试使用单一或不同颜色的有机颜料进行混色搭配制备黑色色浆，但是其有机颜料只是以分散状态在使用介质中使用着色，由于粒径小，小颗粒间存在一定的分子间作用力和范德华力，比较容易聚集成大颗粒，同时在树脂体系中，在高温、高湿度情况下，有机颜料存在一定程度颜色迁移，因此其耐候锁色性较差。

因此，提供一种易分散、耐候锁色性能好的涂料对于光伏发电领域而言十分必要。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请发明人对涂料中的分子形态进行了改进，以期改善背板的耐候锁色性能，进而得到性能更优的光伏组件，本发明的发明目的之一是提供一种颜料组合物，目的之二是提供包含该颜料组合物的涂料组合物，目的之三是提供一种包含有使用该涂料形成层状物的背板，目的之四是提供采用了该背板的光伏组件，目的之五是提供背板的制备方法。

具体的技术方案在下方分别予以说明：

颜料组合物，包含有颜料微粒和有机溶剂a，

所述颜料微粒具有核壳结构；

所述核壳结构的核包含有有机颜料；用于光伏背板的颜料可以为有机颜料或无机颜料，出于反光率、导热性、绝缘性、黑度等因素的综合考虑，本申请优选有机颜料。所述有机颜料为颜料红、颜料蓝、颜料黄中的一种或多种的组合物，该组合物可以经复配形成黑色的颜料，也可以直接采用黑色有机颜料。进一步地，在本申请的基础上，也可以根据光伏组件的外观要求，选用其他兼具色彩美观颜色的颜料，构成彩色组件。

所述核壳结构的壳至少由内壳层和外壳层构成，所述内壳层和外壳层为高分子聚合物层，所述内壳层包覆所述核，所述外壳层包覆所述内壳层；

所述内壳层为共聚物层 ，共聚单体的竞聚率小于0.6。限定共聚单体的竞聚率小于0.6，单体间的竞聚率比较低，更易生成交替结构的规整的共聚物，有利于增加包裹密度；此外，交替结构中各共聚单体残留链段的摩尔占比近似相同，而这种交替结构共聚物相比于无规或嵌段共聚物能够最大限度的综合各共聚单体的性能优势。根据共聚物动力学组成分布曲线，交替共聚物的反应过程更易控制，通过各组分添加量容易调控共聚物的组成分布。

优选的，所述共聚单体包括苯乙烯、（甲基）丙烯酸酯、（甲基）丙烯腈、（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸羟基酯中的至少一种。聚苯乙烯具有高透光和耐磨硬度的特点，苯乙烯单体会以范德华力和同平面的π-π作用稳定吸附在颜料表面；选用苯乙烯作为共聚单体可以改善颜料组合物的耐磨性和抗压性。丙烯酸酯类聚合物色浅、透明度高、耐候性好，在紫外线照射下不易分解或黄变，选用丙烯酸酯类单体不会影响内核颜料本身的色泽鲜艳程度；此外，丙烯酸树脂为背板涂层常用主体树脂，选用丙烯酸酯类单体可以进一步增强颜料组合物在涂层中的相容性和分散性，减少聚集和沉降。丙烯酰胺原料丰富，价格低廉，聚合工艺成熟，选用丙烯酰胺类单体制备的壳层硬度大、耐热性好。聚丙烯酸羟基酯类壳层极性更大，与极性基团之间形成氢键作用，分散性更好。进一步，形成内壳层共聚物的聚合方法可选用任何常见的聚合方式如乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合和本体聚合，优选溶液聚合，虽对聚合单体有一定选择性，但不需乳液聚合、悬浮聚合的后续处理，制备简单，较本体聚合而言反应热效应低，反应过程更可控。

优选的，所述外壳层为均聚物层和/或共聚物层，聚合单体包括苯乙烯、（甲基）丙烯酸酯、（甲基）丙烯腈、（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸羟基酯中的至少一种。所述外壳层可以为单层或者多层；其组成物和内壳层可以相同或者不同。优选地，所述外壳层包括丙烯酸单体自聚层、聚丙烯酸与异氰酸酯交联层中的至少一种。当所述外壳层为丙烯酸酯单体自聚层时，外壳层制备过程需要添加丙烯酸单体，丙烯酸单体进一步消耗内壳层聚合过程中多余的引发剂在内壳层外形成外壳层；当所述外壳层为聚丙烯酸与异氰酸酯交联层时，则可以直接添加丙烯酸树脂，部分丙烯酸树脂与涂料组合物中的异氰酸酯类型固化剂发生交联反应形成进一步包裹，其余丙烯酸树脂同时可以作为涂料组合物的主体树脂。

优选的，内核颜料和外壳聚合物的质量比为0.25-4。外壳聚合物质量过大，包裹密度过大，一定程度上影响颜料本身颜色的显现，影响背板涂层的鲜艳程度；且颜料微粒整体粒径过大，涂层厚度也需要相应增大，不利于背板薄型化的要求。包裹密度过少则达不到锁色的目的。

颜料组合物中的微粒通过多层壳的核壳结构，具有易于分散的优势，且可达到多密度包裹的目的，使用该条件下形成的有机颜料色浆于涂料中，具有高的存储稳定性，着色强度，遮盖性及耐湿热迁移性，涂层近乎达到永久锁色的要求。

涂料组合物，包含有上述任一技术方案所述的颜料组合物10-60份，还包含有：

主体树脂20-70份；

异氰酸酯类固化剂1-20份；

助剂0.5-30份。

所述助剂包括消光粉、紫外助剂、分散剂、流平剂、填料等涂料中常规助剂，可根据实际情况选择。

优选的，所述树脂为聚四氟乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂、热塑性含氟树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂、硅橡胶树脂中的一种或多种。所述主体树脂可以是含氟树脂，保证背板的耐候性；也可以是其他单种无氟树脂或多种无氟树脂复配作为主体树脂，消除含氟背板报废处理过程中对环境和人体的不利影响，更符合环境友好的要求。

背板，包括基材层和上述任一条所述的涂料组合物在基材层至少一侧形成的层状物。

优选的，所述层状物的L值为0~30，a值为-10~10，b值为-10~10。所述层状物的颜色呈现为黑色，对光线具有高反射性，可以将光线再次反射到电池片上二次利用。优选层状物的颜色和电池片接近，有助于组件的美观性。

所述基材层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜等聚酯膜、聚烯烃膜、聚碳酸酯膜、聚乙烯-丙烯酸酯膜、聚乙烯-甲基丙烯酸酯膜、聚氨酯膜、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物膜、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物膜、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚烯烃膜。

光伏组件，采用了上述技术方案所述的背板。

上述背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①将颜料分散于有机溶剂a中，形成分散液；

②将所述分散液、共聚单体、引发剂混合，发生聚合反应形成内壳层，得到一次包覆色浆；

所述聚合反应条件为：在60-80℃的反应温度下进行，并在到达所述反应温度时，加入引发剂，反应5-7h；

③在所述一次包覆色浆中添加主体树脂、外壳层树脂和/或外壳层聚合单体、助剂、引发剂、有机溶剂b、固化剂和催化剂，搅拌，形成涂布液；

④在基材层的至少一侧涂布所述涂布液，固化，得到所述背板。

优选的，所述有机溶剂a和有机溶剂b各自独立的选自乙醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、二甲苯、丁酮中的一种或多种。

为了增强分散液的匀质效果，步骤②在进行一次包覆反应前，先对所述分散液进行研磨，使颜料的粒径更加均匀，同时可以去除颜料表面包覆的一些杂质。

为了防止氧气对反应物或聚合物的氧化作用、防止减缓反应速度以及增加链转移反应导致的支化结构增多、分子量分布增大等，所述一次包裹反应在氮气脱气的条件下进行。

使用有机颜料制备高反黑涂层时，由于有机颜料的粒径小、表面能大且易团聚，其分散性、存储稳定和使用便利性均较差，有机颜料因是以未经改性的状态分散于涂层中，因此，在光伏背板户外长达25年高温高湿的应用中，使用有机颜料制备的高反黑有色背板会存在大概率的脱色或变色的可能。

本文于有机溶液中，通过选择竞聚率差值小于0.6的单体共聚形成结构规整的高分子共聚物壳层对多种有机颜料（颜料红、黄、蓝等）的表面进行初步包裹改性，同时增设单层或多层的高分子均聚物或共聚物形成外壳层，可保证达到多密度包裹，使用该条件下形成的颜料组合物于背板涂料中，具有高的存储稳定性，着色强度，遮盖性及耐湿热迁移性，涂层近乎达到永久锁色的要求。

综上所述，本发明所述的技术方案具有以下主要的有益效果：

本发明实施例所述的颜料组合物具有优异的分散稳定性、着色强度以及遮盖性，且制备方法简单；

此外，含有该颜料组合物的涂料及光伏背板还具有耐湿热迁移性，达到长久的锁色效果。

进一步地或者更细节的有益效果将在具体实施方式中结合具体实施例进行说明。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的解释：

本申请实施例的技术方案所面临的核心技术问题来源于发明人对现有技术中背板涂层锁色性差原因所进行的深入分析。

因此，在现有技术的基础上，如何改善背板的耐候锁色性能是发明人亟需解决的技术问题。

需要说明的是，实施例并不构成对本发明权利要求保护范围的限制，根据实施例所提供/证明的技术构思，所属技术领域技术人员能够合理预期的技术方案均应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

测试方法：

①粒径变化测试方法参照GB1724-1979（1989）《涂料细度测定法》，也可以使用激光粒径测试仪测试涂料粒径；

②Lab值测试采用UltraScan VIS测色仪，在D65/10光源下测试；

③耐磨性测试参照GB/T 23988-2009《涂料耐磨性测定 落砂法》

实施例详述如下：

实施例1-14以及对比例1-5所述的颜料配方见表1：

表1 实施例1-14以及对比例1-5所述的颜料配方

实施例1-14以及对比例1-5所述的涂料组合物配方见表2：

表2 实施例1-14以及对比例1-5所述的涂料组合物配方

实施例1-14以及对比例1-5所述的背板性能参数见表3：

表3 实施例1-14以及对比例1-5所述的背板性能参数

由表1-表3的数据可见：

①内壳共聚单体的竞聚率差异越小，其共聚包裹相对越均匀，对颜料的包裹性越强，涂料主剂粒径无明显变化，可稳定保存，涂层的耐高温迁移颜色变化极小，无目视色差，另涂层耐磨性更强；

②实施例2/5/7/14发现，内外壳质量比越大或者越小（0.25-4.0），对颜料的包裹厚度不当，包裹越厚，其颜料的鲜艳度会明显下降，黑色色度L有明显增大，涂层会发灰发雾状，对颜料包裹越薄，涂层耐高温迁移明显，涂层变色较重，且涂层耐磨性较差；

③对比例1.2和实施例1发现颜料无包裹，或者材料竞聚率差异大，包裹不充分，包裹密度低，其涂料稳定性差，容易团聚，粒径明显变大，且耐高温颜色迁移明显，对比初始样色差大，涂层耐磨性也较差；

④实施例1和对比例5发现，有机颜料经过致密包裹，其涂料稳定性高，耐高温性强，涂层耐磨性好，而无机材料的炭黑，不仅L色度值偏高，黑度不饱和，且粒径增大明显，涂料的稳定性差。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“基础实施例”、“优选实施例”、“其他实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.颜料组合物，其特征在于：包含有颜料微粒和有机溶剂a，

所述颜料微粒具有核壳结构；

所述核壳结构的核包含有有机颜料；

所述核壳结构的壳至少由内壳层和外壳层构成，所述内壳层和外壳层为高分子聚合物层，所述内壳层包覆所述核，所述外壳层包覆所述内壳层；

所述内壳层为共聚物层，共聚单体的竞聚率小于0.6。

2.根据权利要求1所述的颜料组合物，其特征在于：所述共聚单体包括苯乙烯、（甲基）丙烯酸酯、（甲基）丙烯腈、（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸羟基酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的颜料组合物，其特征在于：所述外壳层为均聚物层和/或共聚物层，聚合单体包括苯乙烯、（甲基）丙烯酸酯、（甲基）丙烯腈、（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸羟基酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的颜料组合物，其特征在于：内核颜料和外壳聚合物的质量比为0.25-4。

5.涂料组合物，其特征在于：包含有权利要求1-4中任一条所述的颜料组合物10-60份，还包含有：

主体树脂20-70份；

异氰酸酯类固化剂1-20份；

其余助剂0.5-30份。

6.根据权利要求5所述的涂料组合物，其特征在于：所述树脂为聚四氟乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂、热塑性含氟树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂、硅橡胶树脂中的一种或多种。

7.背板，其特征在于：包括基材层和权利要求5-6中任一条所述的涂料组合物在基材层至少一侧形成的层状物。

8.根据权利要求7所述的背板，其特征在于，所述层状物的L值为0~30，a值为-10~10，b值为-10~10。

9.光伏组件，其特征在于：采用了权利要求8所述的背板。

10.权利要求7-8中任一条所述的背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①将颜料分散于有机溶剂a中，形成分散液；

②将所述分散液、共聚单体、引发剂混合，发生聚合反应形成内壳层，得到一次包覆色浆；

所述聚合反应条件为：在60-80℃的反应温度下进行，并在到达所述反应温度时，加入引发剂，反应5-7h；

③在所述一次包覆色浆中添加主体树脂、外壳层树脂和/或外壳层聚合单体、助剂、引发剂、有机溶剂b、固化剂和催化剂，搅拌，形成涂布液；

④在基材层的至少一侧涂布所述涂布液，固化，得到所述背板。