CN116179046A - 一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了提供了一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料及其制备工艺，按照重量份计，其制备原料包括：主体树脂50‑70份，活性单体30‑60份，光引发剂2‑10份，分散剂1‑5份，溶剂20‑30份，增强填料0‑2份，附着力促进剂4‑9份。该工艺制备过程简单，制得的涂覆料耐磨和耐老化性能良好，使用时直接涂覆于光伏背板上，在光照下即时固化，不需要电晕处理，使用方便，在干燥、风沙大的地区，依然能够满足25年使用寿命的要求。

Description

一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及涂料技术领域(IPC分类号为C09D4/06)，尤其涉及一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料及其制备工艺。

背景技术

光伏电站如雨后春笋般在祖国大地各个角落上大兴土木，至今热度丝毫未减。

光伏背板是光伏组件的重要组成成分，在户外环境下主要用于保护太阳能电池组件抵抗光湿热等环境影响因素对封装胶膜、电池片等材料的侵蚀，起到耐候绝缘保护作用。由于背板位于光伏组件背面的最外层，直接与外部环境相接触，因而其须具备优异的耐高低温、耐紫外辐照、耐老化和水汽阻隔、电气绝缘等性能，以满足太阳能电池组件25年的使用寿命。

同时光伏电站的建造位置的影响也进一步限定了背板的性能要求，如沿海或海上的光伏电站要求光伏背板具有优异的耐酸雾性能，防止高盐水雾腐蚀材料；荒漠中的光伏电站则要求光伏背板具有耐磨性，防止风沙侵蚀材料。因背板材料限制，这些性能很大程度上需要依靠涂料实现。但纯铜涂料的粘结性能不足以在恶劣环境下牢牢涂覆在光伏背板上，需要进行电晕处理，但电晕后的涂料易老化，影响防护性能。

现有技术CN107652734A公开了一种光伏电池背板耐刮擦涂料，通过优化树脂、增强填料及交联改性剂等原料添加和制备工艺，提高了光伏背板的耐老化、耐酸雾、耐磨性能。但增强填料的添加降低了涂料的粘结能力，需要电晕处理才能提高涂料的附着力。

本发明目的在于提供一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料及其制备工艺，以解决现有光伏背板涂覆料耐候性能、粘接性能差和易老化的问题。该方法制备过程简单，制得的涂覆料耐磨和耐老化性能良好，使用时直接涂覆于光伏背板上，在光照下即时固化，不需要电晕处理，使用方便，在干燥、风沙大的地区，依然能够满足25年使用寿命的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，按照重量份计，其制备原料包括：主体树脂50-70份，活性单体30-60份，光引发剂2-10份，分散剂1-5份，溶剂20-30份，增强填料0-2份，附着力促进剂4-9份。

优选的，所述主体树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等丙烯酸酯类树脂中的一种或几种的组合。

进一步优选的，所述环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯，分子量为12000-17000，酸值为5mg KOH/g，粘度为30-60ps。

更优选的，所述主体树脂为环氧树脂和双酚A环氧丙烯酸酯的组合。

最优选的，所述环氧树酯为硫橡胶改性环氧树脂。

申请人发现使用硫橡胶改性环氧树脂可以改善耐候性涂覆料的耐紫外性能，并且还能减少涂覆料表面微裂纹产生的不耐湿热问题，降低光伏背板涂层鼓泡的可能性。申请人在实验过程中发现，引入双酚A环氧丙烯酸酯的涂层在长时间紫外照射下容易产生裂纹，原因是高分子材料吸收紫外光照的热量引起化学键的解离，造成分子链断裂，高分子材料老化降解，通过在体系中引入巯基封端的聚硫橡胶可以进一步改性环氧树脂，减少紫外光照射引起的老化裂纹现象。猜测可能的原因是，引入巯基封端的聚硫橡胶，涂层体系在固化成膜时，具有自修复能力的二硫键结构同时分布于树脂颗粒内部及粒子融合界面，使环氧树脂具有一定的自修复能力。当高分子涂层在使用过程中产生裂纹，材料自身在受到损伤处形成流动相，流动相扩散融合后发生物理化学反应，修复反应后流动相填平损伤。对微裂纹形成弥合作用，弥补裂纹，延长涂层的使用寿命，防止裂纹的进一步发生。

优选的，所述活性单体为多官能团丙烯酸酯，选自多元醇类丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯丁酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或几种的组合。

进一步优选的，所述活性单体为多元醇类丙烯酸酯。

申请人发现主体树脂为环氧树脂和双酚A环氧丙烯酸酯的组合，双酚A环氧丙烯酸酯的分子量为12000-17000，酸值为5mg KOH/g，活性单体为多元醇类丙烯酸酯时，制备的涂料形成涂层硬度高，耐刮擦效果好，涂层具有良好的耐热性，可以防止温度过高造成光伏背板的发电效率下降。申请人在实验过程中发现，光伏背板在接收到过量的太阳光后会发生过热，导致太阳能电池的发电效率下降，影响太阳能电池的工作效率，环氧树脂中含有活泼的环氧基团，可以形成三维网状结构，双酚A环氧丙烯酸酯的引入进一步提高了交联密度和固化强度，形成的涂层具有较佳的耐热性能，在使用过程中涂层可以吸收部分光线，减少紫外线到光伏背板上的投射量，从而缓解光伏背板的工作压力，维持合适的紫外线吸收转化率，减少过热引起的发电效率下降问题。申请人进一步发现双酚A环氧丙烯酸酯的引入会导致涂层的硬度过大，脆性高，通过限定酸值为5-7mg KOH/g与多元醇丙烯酸酯发生改性反应，引入能够旋转的柔性链段可以缓解涂层的脆性，增加涂层韧性，从而实现良好的耐刮擦效果。

更优选的，所述多元醇类丙烯酸酯选自季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种的组合。

最优选的，所述多元醇类丙烯酸酯为季戊四醇四丙烯酸酯。

优选的，所述光引发剂为自由基光引发剂，选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或几种的组合。

优选的，所述增强填料选自碳酸钙、沉淀硫酸钡、气相二氧化硅、硅酸镁铝、二氧化钛、氧化锌中的一种或几种的组合。

进一步优选的，所述增强填料为二氧化钛。

优选的，所述附着力促进剂选自改性聚酯树脂、改性羟基聚醚树脂、环氧树脂、偶联剂中的一种或几种的组合。

进一步优选的，所述附着力促进剂为偶联剂。

更优选的，所述附着力促进剂为硅烷偶联剂。

申请人发现硅烷偶联剂先在无水乙醇中进行水解作用，然后对二氧化钛进行硅烷偶联剂改性，可以改善二氧化钛和环氧树脂之间的界面结合性能，使二氧化钛在环氧树脂中分散均匀，避免二氧化钛往环氧树脂表面迁移，在后期使用中出现颗粒脱落问题。申请人在实验过程中发现，二氧化钛与环氧树脂之间的结合效果不佳，通过引入硅烷偶联剂对二氧化钛进行改性可以增加二氧化钛与环氧树脂之间的界面结合性，猜测可能的原因是：硅烷偶联剂与二氧化钛表面上的羟基发生脱水缩合反应，将共价键引入二氧化钛表面，二氧化钛表面的共价键可以与环氧树脂发生反应，在二氧化钛和环氧树脂之间形成化学键结合，增加二氧化钛与环氧树脂间的结合力，防止二氧化钛往环氧树脂表面的迁移，避免在后期使用中由于涂层老化出现颗粒脱落的问题。

申请人发现，当硅烷偶联剂与二氧化钛的重量比为(4-5)：1时，控制二氧化钛与环氧树脂界面的结合性能优良的同时维持较佳的耐湿热和耐紫外性能。申请人在实验过程中发现，硅烷偶联剂和二氧化钛需要控制在优选的重量比范围内才能维持涂层具有良好的耐湿热和耐紫外老化效果。猜测可能的原因是：超出优选的重量比，在二氧化钛和环氧树脂连接界面处形成过量的化学基团，增大界面极性，在湿热环境中界面处会吸收极性水分子，造成水汽进入涂层的交联网络中，破坏高分子涂料的分子键，造成材料老化。并且申请人进一步发现，硅烷偶联剂与二氧化钛超出优选的重量比范围，界面处的环氧树脂在紫外光照射下容易发生降解，反而降低了环氧树脂与二氧化钛的结合效果。

并且，申请人还发现与硅烷偶联剂结合后会降低二氧化钛表面的结合位点，当涂层发生微裂纹时，不利于巯基封端的聚硫橡胶改性环氧树脂发生修复反应弥合裂缝，因此只有在优选的重量比下，可以实现界面结合性能和耐候性的平衡。

本发明中所述的分散剂种类不做特殊限定，优选为圣诺普科SN5040分散剂。

本发明中所述的溶剂种类不做特殊限定，优选为无水乙醇。

本发明另一方面提供了一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料的制备工艺，包括以下步骤：

S1、将主体树脂、活性单体、分散剂、附着力促进剂、增强填料加入反应釜中混合均匀搅拌；

S2、将光引发剂和溶剂混合均匀后，加入步骤S1的反应釜中，继续搅拌反应，出料即得。

优选的，所述步骤S1搅拌操作中调节搅拌时间为20-40min，反应温度为30-60℃。

优选的，所述步骤S2搅拌操作中调节搅拌时间为60-120min，反应温度为30-50℃。

有益效果

1、本发明所述耐候性涂覆料可以直接涂覆于光伏背板上，在光照下即时固化，使用方便。

2、本发明所述耐候性涂覆料与pet背板的附着力牢固，PET不需要经过电晕处理即可实现牢固涂覆，简化了加工步骤。

3、本发明所述耐候性涂覆料具有良好的耐磨性和耐老化性能，适用于干燥，风沙大的地区，依然能够满足25年使用寿命的要求。

具体实施方式

实施例

实施例1

实施例1提供了一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，按重量份计，其制备原料包括：主体树脂60份(其中硫橡胶改性环氧树脂40份，双酚A环氧丙烯酸酯20份)，季戊四醇四丙烯酸酯40份，2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮5份，分散剂3份，无水乙醇25份，二氧化钛1.5份，硅烷偶联剂7份。

所述硫橡胶改性环氧树脂选自汾阳堂(上海)实业有限公司的聚硫橡胶改性环氧树脂。

所述双酚A环氧丙烯酸酯选自济宁中坚化工有限公司的JZ-101Q型(分子量为12000-17000，酸值为≤5mg KOH/g，粘度为30-60ps)。

所述季戊四醇四丙烯酸酯选自长兴化学工业(中国)有限公司的EM241型。

所述2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮选自南京米兰化工有限公司的光引发剂1173。

所分散剂选自圣诺普科的SN5040型分散剂。

所述无水乙醇选自沧州海岳化工有限公司。

所述二氧化钛选自南京保克特新材料有限公司的PTT-P30型。

所述硅烷偶联剂选自南京罗恩硅材料有限公司的硅烷偶联剂KH550。

一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料的制备工艺，包括以下步骤：

S1、将主体树脂、活性单体、分散剂、附着力促进剂、增强填料加入反应釜中混合均匀搅拌30min，反应温度为40℃；

S2、将光引发剂和溶剂混合均匀后，加入步骤S1的反应釜中，在40℃下继续搅拌反应90min，出料即得。

对比例1

对比例1的实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中添加主体树脂为硫橡胶改性环氧树脂60份。

对比例2

对比例2的实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中添加主体树脂为双酚A环氧树脂40份、双酚A环氧丙烯酸酯20份。

所述双酚A环氧树脂选自巴陵石化的环氧树脂E44。

对比例3

对比例3的实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中添加活性单体为丙烯酸羟乙酯40份。

所述丙烯酸羟乙酯选自湖北诺纳科技有限公司。

对比例4

对比例4的实施方式同实施例1；不同的是，对比例4中添加增强填料为氧化锌1.5份。

所述氧化锌选自南京保克特新材料有限公司的PTZ-30型。

对比例5

对比例5的实施方式同实施例1；不同的是，对比例5中添加硅烷偶联剂为15份。

对比例6

对比例6的原料比例同实施例1；不同的是，对比例6中步骤S1搅拌操作调节搅拌时间为60min，反应温度为80℃。

对比例7

对比例7的原料比例同实施例1；不同的是，对比例7中步骤S2搅拌操作调节搅拌时间为30min，反应温度为20℃。

性能测试方法

将实施例1和对比例1-7的涂覆料分别涂敷于厚度2cm的玻璃板上，在太阳光下放置室外1分钟完成固化，进行性能测试。

耐老化性能测试：

设置标准色实施例1涂覆后玻璃板中心处颜色，用色差仪记录完成涂覆固化后玻璃板的中心处色差，在户外阳光照射环境下放置500h后，再次记录各玻璃板的中心处色差，将前后色差的差值记录如表1所示。

耐盐雾性能测试：

测试方法参照《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》(GB/T1771-2007)进行，记录涂覆料腐蚀情况，无腐蚀为优，轻微腐蚀为良，严重腐蚀为差。测试结果如表1所示。

耐磨性能测试：

测试方法参照《涂料耐磨性测定落砂法》(GB/T 23988-2009)进行，计算各涂覆料耐磨性(L/μm)。测试结果如表1所示。

附着力性能测试：

测试方法参照《色漆和清漆划格试验》(GB/T 9286-2021)进行，按脱落程度分为0-5共六级，其中0级附着性能最好，5级最差。记录涂覆料脱落情况。测试结果如表1所示。

表1性能测试结果

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Claims (10)

1.一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：按照重量份计，其制备原料包括：主体树脂50-70份，活性单体30-60份，光引发剂2-10份，分散剂1-5份，溶剂20-30份，增强填料0-2份，附着力促进剂4-9份。

2.根据权利要求1中所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：所述主体树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、环氧丙烯酸酯、羟基丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等丙烯酸酯类树脂中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求2中所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：所述环氧丙烯酸酯为双酚A环氧丙烯酸酯，分子量为12000-17000，酸值为5mg KOH/g，粘度为30-60ps。

4.根据权利要求1中所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：所述活性单体为多官能团丙烯酸酯，选自多元醇类烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯丁酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1中所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：所述光引发剂为自由基光引发剂，选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基

-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1中所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：所述增强填料选自碳酸钙、沉淀硫酸钡、气相二氧化硅、硅酸镁铝、二氧化钛中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1中所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料，其特征在于：所述附着力促进剂选自改性聚酯树脂、改性羟基聚醚树脂、环氧树脂、偶联剂中的一种或几种的组合。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的应用于光伏背板中的耐候性涂覆料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将主体树脂、活性单体、分散剂、附着力促进剂、增强填料加入反应釜中混合均匀搅拌；

S2、将光引发剂和溶剂混合均匀后，加入步骤S1的反应釜中，继续搅拌反应，出料即得。

9.根据权利要求8中所述的一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料的制备工艺，其特征在于：所述步骤S1搅拌操作中调节搅拌时间为20-40min，反应温度为30-60℃。

10.根据权利要求8中所述的一种应用于光伏背板中的耐候性涂覆料的制备工艺，其特征在于：所述步骤S2搅拌操作中调节搅拌时间为60-120min，反应温度为30-50℃。