CN115873549B - 一种单组分阻水密封胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单组分阻水密封胶及其制备方法和应用，所述单组分阻水密封胶的原料包括硅烷改性聚烯烃、异氰酸酯预聚体、增塑剂、稳定剂、触变剂和填料的组合，采用上述特定组分进行互相搭配，可以使得到的单组分阻水密封胶兼具优异的粘结密封性能、阻水性能和力学性能，对未做特殊表面处理的光伏组件中的背板、铝合金边框、玻璃等基材均具有良好的粘接效果，且可取代当前光伏组件中丁基胶带与硅胶的组合，进而有效简化了光伏组件的加工工艺流程，有效降低了生产成本，具有重要研究价值。该密封胶可用于光伏组件边框封边、接线盒粘接、接线盒灌封等领域。
Description
技术领域
本发明属于密封剂技术领域，具体涉及一种单组分阻水密封胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着能源向绿色的不断转型，以风电、光伏为代表的清洁可再生能源的应用市场规模持续扩大，“碳中和”发展理念已经成为全球共识，整个光伏产业链都将从中受益，目前已经有多家研究机构对未来市场规模给出了积极预期，特别地，随着光伏项目的日益增多，土地资源的日趋紧缺，对高效电池、组件的需求也在不断增加，越来越多的项目开始选用n型高效双面组件，在n型诸高效双面组件的多技术路线中，HJT凭借更少的生产工序、更高的背面率、更低的温度系数等优势成为关注的重点。
但是，相比于PERC电池片，HJT电池片的TCO非晶/微晶对紫外光、酸及湿热环境更为敏感，极易引起电池片功率衰减甚至失效。目前，用于HJT组件封装的方案为“丁基胶+硅胶”的组合方式，具体操作为先对待封装组件边缘贴一圈丁基胶带，然后加热贴合，最后在丁基胶上打一层硅胶粘接；丁基橡胶阻水值为0.25g/(m2·day)，硅胶阻水值为84g/(m2·day)；硅胶提供粘接固定，丁基胶提供阻水功能。例如CN102214716A公开了一种光伏组件及其制备方法，该光伏组件包括：包括基板和密封于所述基板侧边的密封部；所述基板包括依次设置的：钢化玻璃面板、面胶膜、电池片、背胶膜、钢化玻璃背板，所述钢化玻璃面板和钢化玻璃背板的厚度均为2mm；所述密封部为丁基胶、硅胶或胶带。该光伏组件具有较好的抗冲击性能和柔韧性，无需包覆铝边框且常温可弯曲。该密封阻水方案虽然可以达到较好的阻水效果，但却存在原料成本价格高昂，施工工艺繁琐，生产效率低等缺陷。
因此，开发一种粘结密封性能优异且生产工艺简单的单组分阻水密封胶，是本领域急需解决的技术问题。
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单组分阻水密封胶及其制备方法和应用，所述单组分阻水密封胶对光伏组件中的背板、铝合金边框以及玻璃等基材均具有良好的粘接密封性能，同时还具有优异的阻水特性，且生产工艺简单，仅需一步自动化施胶即可完成密封，有效提高了光伏组件的生产效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种单组分阻水密封胶，所述单组分阻水密封胶的原料按照重量份包括如下组分：
其中，所述硅烷改性聚烯烃可以为70重量份、80重量份、90重量份、100重量份或110重量份等。
所述异氰酸酯预聚体可以为70重量份、80重量份、90重量份、100重量份或110重量份等。
所述增塑剂可以为80重量份、100重量份、120重量份、140重量份、160重量份、180重量份、200重量份或220重量份等。
所述稳定剂可以为0.7重量份、0.9重量份、1.1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.7重量份、1.9重量份、2.1重量份或2.3重量份等。
所述填料可以为10重量份、40重量份、80重量份、120重量份、160重量份或200重量份等。
本发明提供的单组分阻水密封胶的原料包括特定份数的硅烷改性聚烯烃、异氰酸酯、增塑剂、稳定剂、触变剂和填料的组合，采用上述特定组分进行互相搭配，可以使得到的单组分阻水密封胶兼具优异的粘结密封性能、阻水性能和力学性能，应用于光伏组件时，对光伏组件中的背板、铝合金边框、玻璃等基材具有良好粘接效果；同时本发明提供的单组分阻水密封胶加工工艺流程简单，可取代当前光伏组件中丁基胶带与硅胶的组合，进而提高了生产效率，降低了生产成本。
优选地，所述硅烷改性聚烯烃的制备原料包括包括聚烯烃多元醇、含异氰酸酯基的硅烷偶联剂和第一催化剂的组合。
优选地，所述第一催化剂包括三亚乙基二胺、环己基甲基叔胺、二甲基乙醇胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡或钛酸四丁酯中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述异氰酸酯预聚体的制备原料包括聚合多元醇、多异氰酸酯和第二催化剂的组合。
优选地，所述聚合多元醇包括聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇、聚丙烯酸多元醇、聚烯烃多元醇、聚碳酸酯二醇、蓖麻油多元醇、蓖麻油衍生物多元醇、、大豆油多元醇、棕榈油多元醇、松香酯多元醇、、脂肪酸二聚体二醇或二聚体聚酯二醇中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述多异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮异氰酸酯、六亚甲基异氰酸酯、二环己基甲烷异氰酸酯、液化MDI、TDI三聚体、TDI-TMP加成物、HDI三聚体、HDI缩二脲或IPDI三聚体中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述第二催化剂包括三亚乙基二胺、环己基甲基叔胺、二甲基乙醇胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡或钛酸四丁酯中任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述硅烷改性聚烯烃的制备方法包括：先将聚烯烃多元醇投入反应釜中，升温至100～150℃，真空脱水1.5～3h，然后降温至50～90℃，加入含异氰酸酯基的硅烷偶联剂和催化剂继续开动搅拌，真空反应3～5h，即得所述硅烷改性聚烯烃。
优选地，所述异氰酸酯预聚体的制备方法包括：聚合多元醇投入反应釜中，升温至100～150℃，真空脱水1.5～3h，然后降温至50～90℃，加入多异氰酸酯及催化剂，打开真空继续搅拌反应2～6h，即得异氰酸酯的预聚体。
优选地，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二脂、邻苯二甲酸二异癸酯、己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、环氧大豆油、环氧硬脂酸辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三辛酯或石油碳酸苯酯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地于，所述稳定剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酰异氰酸酯、氧化钙、氧化钡或分子筛中的任意一种或至少两种的组合，具体还可以选择拜耳Additive TI、拜耳Additive OF或巴斯夫CH-6中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述触变剂包括气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土、高岭土、凹凸棒土或氢化蓖麻油中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述填料包括氢氧化铝、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、二氧化硅、钛白粉、碳酸钙、重晶石粉、沉淀硫酸钡、云母粉或硅灰石中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述单组分阻水密封胶的原料还包括第三催化剂、防老剂或粘结促进剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述单组分阻水密封胶中第三催化剂的含量为0～0.5重量份，例如0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份或0.45重量份等。
优选地，所述第三催化剂包括三亚乙基二胺、二甲基乙醇胺、辛酸亚锡、二硅酸二丁基锡、N-乙基吗啡啉、N,N’-二甲基哌嗪、N-甲氧基吗啉、异辛酸钾、乙酸钾、油酸钾、钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯中的任意一种或中至少两种的组合。
优选地，所述单组分阻水密封胶中防老剂的含量为0.5～2.5重量份，例如0.7重量份、0.9重量份、1.1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.7重量份、1.9重量份、2.1重量份或2.3重量份等。
作为本发明的优选技术方案，在单组分阻水密封胶中添加特定份数的防老剂，可以大幅度提升单组分阻水密封胶的老化性能，使其经高温高湿PCT加速老化48h后，仍具有优异的力学性能和阻水性能，保证了光伏组件在恶劣的自然环境下能长期稳定运行。
优选地，所述防老剂包括4-异丙基二苯基碳化二亚胺、缩水甘油醚类环氧化合物或双酚A缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述单组分阻水密封胶中粘结促进剂的含量为0.5～2.5重量份，例如0.7重量份、0.9重量份、1.1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.7重量份、1.9重量份、2.1重量份或2.3重量份等。
优选地，所述粘结促进剂包括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、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或者至少两种的组合。
第二方面，本方提供一种如第一方面所述单组分阻水密封胶的制备方法，所述制备方法包括：将硅烷改性聚烯烃、异氰酸酯预聚体、增塑剂、触变剂、填料、任选地粘结促进剂和任选地防老剂进行混合，脱水处理，降温后加入稳定剂和任选地第三催化剂进行混合，得到所述单组分阻水密封胶。
优选地，所述脱水处理的温度为100～150℃，例如105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃或145℃等。
优选地，所述脱水处理的时间为2～3h，例如2.2h、2.4h、2.6h或2.8h等。
优选地，所述脱水处理在真空度低于-0.09MPa(例如-0.1MPa、-0.11MPa、-0.12MPa、-0.13MPa、-0.14MPa或-0.15MPa等)的条件下进行。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法具体包括：将硅烷改性聚烯烃、异氰酸酯预聚体、增塑剂、触变剂、填料、任选地粘结促进剂和任选地防老剂混合呈均匀膏状后，升温至100～150℃，在转速为300～500rpm(例如320rpm、340rpm、360rpm或380rpm等)的搅拌条件以及真空度低于-0.09MPa的条件下脱水处理2～3h，降温至50～60℃(例如52℃、54℃、56℃或58℃等)后加入稳定剂和任选地第三催化剂混合均匀，得到所述单组分阻水密封胶。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的单组分阻水密封剂在光伏组件中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的单组分阻水密封胶的原料包括特定份数的硅烷改性聚烯烃、异氰酸酯、增塑剂、稳定剂、触变剂和填料的组合，采用上述特定组分进行互相搭配，可以使得到的单组分阻水密封胶具有优异的粘结密封性能，粘接剪切强度＞1.5MPa，且对未做特殊表面处理的光伏组件中的背板、铝合金边框、玻璃等基材均具有良好的粘接效果。
(2)本发明提供的单组分阻水密封胶还具有优异的阻水性能，阻水值高达1～5g/(m2·Day)，可取代当前光伏组件中丁基胶带与硅胶的组合，有效减少、简化了光伏组件的加工工艺流程，降低了生产成本。
(3)本发明提供的单组分阻水密封胶通过在制备原料中添加防老剂，还具有优异的老化性能，经高温高湿PCT加速老化48h后，产品的力学性能、阻水性能依然良好，保证了光伏组件在恶劣的自然环境下能长期稳定运行。
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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
一种硅烷改性聚烯烃，其制备方法包括：将210重量份的聚烯烃多元醇(日本曹达、GI-3000)先在120℃环境下抽真空2h，然后在抽真空条件下降温至80℃，撤去真空，加入29重量份的3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和0.02质量份的二月桂酸二丁基锡，在80℃下反应4h，得到所述硅烷改性聚烯烃。
制备例2
一种异氰酸酯预聚体，其制备方法包括：将1190重量份的聚烯烃多元醇(克雷威利、Poly bd R45V)先在120℃环境下抽真空2h，然后在抽真空条件下降温至60℃，撤去真空，加入222重量份的异佛尔酮二异氰酸酯和0.04重量份的二月桂酸二丁基锡，在60℃下反应6h，得到所述异氰酸酯预聚体。
实施例1
一种单组分阻水密封胶，所述单组分阻水密封胶的原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的单组分阻水密封胶的制备方法包括：称取硅烷改性聚烯烃(制备例1)、异氰酸酯预聚体(制备例2)、邻苯二甲酸二辛酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、4-异丙基二苯基碳化二亚胺、气相二氧化硅和氢氧化铝添加入行星搅拌机中，分散至外观无明显颗粒且呈均匀膏状后，升温至120℃，开搅拌至500rpm，抽真空<-0.09MPa，脱水2h，然后降温至50℃，在氮气保护下逐步加入乙烯基三甲氧基硅烷和三亚乙基二胺搅拌均匀，分装出料，得到所述单组分阻水密封胶。
实施例2
一种单组分阻水密封胶，其与实施例1的区别仅在于，采用钛白粉替换氢氧化铝，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例3
一种单组分阻水密封胶，其与实施例1的区别仅在于，采用碳酸钙替换氢氧化铝，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例4
一种单组分阻水密封胶，其与实施例1的区别在于，采用邻己二酸二辛酯替换邻苯二甲酸二辛酯，采用钛白粉替换氢氧化铝，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种单组分阻水密封胶，其与实施例1的区别在于，采用磷酸三甲苯酯替换邻苯二甲酸二辛酯，采用钛白粉替换氢氧化铝，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种单组分阻水密封胶，所述单组分阻水密封胶的原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的单组分阻水密封胶的制备方法与实施例1相同。
实施例7
一种单组分阻水密封胶，其原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的单组分阻水密封胶的制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种单组分阻水密封胶，其原料按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的单组分阻水密封胶的制备方法与实施例1相同。
对比例2
一种单组分阻水密封胶，其与实施例1的区别仅在于，不添加乙烯基三甲氧基硅烷，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种单组分阻水密封胶，其与实施例1的区别仅在于，不添加气相二氧化硅，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
将单组分阻水密封胶涂覆在铝合金和背板膜之间，在25℃下固化7天，以及在PCT下老化48H后分别进行如下测试；备注：PCT老化测试即样品在121℃的蒸汽环境中进行耐高温高湿测试，PCT老化48H相当于85℃、85％湿度环境下老化2000H。
(1)剪切强度：按照《GB/T 7124-2008》提供的测试方法进行测试；
(2)断裂延伸率：按照《GB/T528》提供的测试方法进行测试；
(3)阻水值：按照《GB/T 26253-2010》提供的测试方法进行测试。
按照上述测试方法对实施例1～7和对比例1～3提供的单组分阻水密封胶进行测试，测试结果如表1所示：
表1
根据表1数据可以看出：本发明实施例提供的单组分阻水密封胶对光伏组件中的背板膜与铝合金边框具有良好的粘接密封性能，可以保证组件结构安全牢靠，同时还具有优异的阻水特性，能保证HJT电池片的TCO非晶/微晶在高湿热环境下，电池片功率不衰减；PCT48H加速老化后产品性能基本保持不变，保证光伏组件在恶劣自然环境下具有长的使用寿命。
相比于实施例而言，对比例1提供的单组分阻水密封胶的粘接性能下降较大，断裂延伸率大幅提升，但阻水性能亦大幅降低。
相比于实施例1而言，对比例3和对比例4提供的单组分阻水密封胶粘接性能下降明显，阻水特性无明显变化。
以上对比例提供的单组分阻水密封胶性能均不能满足客户对产品的需求标准。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种单组分阻水密封胶及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。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。
Claims (19)
1.一种单组分阻水密封胶，其特征在于，所述单组分阻水密封胶的原料按照重量份包括如下组分：
所述硅烷改性聚烯烃的制备原料包括聚烯烃多元醇、含异氰酸酯基的硅烷偶联剂和第一催化剂的组合；
所述异氰酸酯预聚体的制备原料包括聚合多元醇、多异氰酸酯和第二催化剂的组合；
所述聚合多元醇包括聚烯烃多元醇；
所述稳定剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、对甲苯磺酰异氰酸酯、氧化钙、氧化钡或分子筛中的任意一种或至少两种的组合；
所述触变剂包括气相二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述第一催化剂包括三亚乙基二胺、环己基甲基叔胺、二甲基乙醇胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡或钛酸四丁酯中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述聚合多元醇还包括聚四氢呋喃多元醇、聚己内酯多元醇、聚丙烯酸多元醇、聚碳酸酯二醇、蓖麻油多元醇、大豆油多元醇、棕榈油多元醇、松香酯多元醇、脂肪酸二聚体二醇或二聚体聚酯二醇中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述多异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮异氰酸酯、六亚甲基异氰酸酯、二环己基甲烷异氰酸酯、液化MDI、TDI三聚体、TDI-TMP加成物、HDI三聚体、HDI缩二脲或IPDI三聚体中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述第二催化剂包括三亚乙基二胺、环己基甲基叔胺、二甲基乙醇胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡或钛酸四丁酯中任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、环氧大豆油、环氧硬脂酸辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯或磷酸三辛酯中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述填料包括氢氧化铝、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、二氧化硅、钛白粉、碳酸钙、重晶石粉、沉淀硫酸钡、云母粉或硅灰石中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述单组分阻水密封胶的原料还包括第三催化剂、防老剂或粘结促进剂中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求8所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述单组分阻水密封胶中第三催化剂的含量为0～0.5重量份。
10.根据权利要求8所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述第三催化剂包括三亚乙基二胺、二甲基乙醇胺、辛酸亚锡、二硅酸二丁基锡、N-乙基吗啡啉、N,N’-二甲基哌嗪、N-甲氧基吗啉、异辛酸钾、乙酸钾、油酸钾、钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯中的任意一种或中至少两种的组合。
11.根据权利要求8所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述单组分阻水密封胶中防老剂的含量为0.5～2.5重量份。
12.根据权利要求8所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述防老剂包括4-异丙基二苯基碳化二亚胺。
13.根据权利要求8所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述单组分阻水密封胶中粘结促进剂的含量为0.5～2.5重量份。
14.根据权利要求8所述的单组分阻水密封胶，其特征在于，所述粘结促进剂包括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、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或者至少两种的组合。
15.一种如权利要求1～14任一项所述单组分阻水密封胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将硅烷改性聚烯烃、异氰酸酯预聚体、增塑剂、触变剂、填料、任选地粘结促进剂和任选地防老剂进行混合，脱水处理，降温后加入稳定剂和任选地第三催化剂进行混合，得到所述单组分阻水密封胶。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述脱水处理的温度为100～150℃。
17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述脱水处理的时间为2～3h。
18.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述脱水处理在真空度低于-0.09MPa的条件下进行。
19.一种如权利要求1～14任一项所述的单组分阻水密封剂在光伏组件中的应用。
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| CN111154445A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-15 | 杭州之江新材料有限公司 | 一种双组份防水密封胶 |
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2022
- 2022-12-29 CN CN202211710248.8A patent/CN115873549B/zh active Active
Patent Citations (6)
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