CN116515224A - 一种轻质光伏组件封装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质光伏组件封装材料及其制备方法，包括如下组分：聚丙烯酸树脂、固化剂、固化促进剂、阻燃剂、耐刮擦剂和其他助剂。本发明通过引入有机硅基团修饰的丙烯酸酯，提升了材料的耐候性；同时，与耐刮擦剂配合，在降低树脂表面能的同时，增加整个体系的柔性，使得材料的弯曲挠度变大。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件领域，特别涉及一种轻质光伏组件封装材料及其制备方法。
背景技术
在光伏组件中，单晶硅电池其转化效率高，在光伏组件中的应用一直是主流。在单晶硅电池中，因玻璃隔水性好、厚度精度高，耐候性优、满足光伏面板耐热性要到150℃以上的需求，其目前仍然是主流的封装材料。
为了满足轻量化、耐挤压性能，目前已经有公司尝试使用塑胶层压膜或耐热的热固复合材料来替代部分玻璃封装市场。
CN 108589319老虎表面技术新材料有限公司通过挤出共混好的粉末涂料，挤出、磨粉、后再经过涂敷在连续纤维上，再交联固化，得到热固透明复合材料，应用在光伏表面的封装上，但在长期户外使用过程中，表面因丙烯酸酯特殊的耐磨性差的特性，表面会提前被划伤，进而影响光的通过效率，影响材料的耐久性。
CN 110629557A上迈新能源科技有限公司通过将热固粉末防止在热压设备中，进行热压，在纤维布上完成交联，具有优异的耐候及耐紫外性能。但在使用时，内部不仅要有隔水的氟膜，表面还需要多封一层耐候、阻燃氟膜，来达到耐刮及耐脏污的效果，工艺复杂，成本较高。
CN 115466565A江苏天合蓝途新能源科技有限公司通过特殊的聚氨酯改性丙烯酸酯结构，经过一次固化定型，二次固化增强的方式，制备出抗老化、抗冲击，防火的复合材料，但其防火性能低，仍然无法独立在建筑或声屏障领域使用，在封装阶段，还需表面阻燃优化。
CN 115109488A安徽美佳新材料股份有限公司通过使用含氟结构的丙烯酸酯，并且加入二氧化钛的制备出耐候、低表面能的粉末涂料，其合成复杂、成本高而且透明性差，无法用在透明的光伏面板上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质光伏组件封装材料及其制备方法，通过引入有机硅基团修饰的丙烯酸酯，提升了材料的耐候性；同时，与耐刮擦剂配合，在降低树脂表面能的同时，增加整个体系的柔性，使得材料的弯曲挠度变大。
本发明提供了一种轻质光伏组件封装材料，按重量份数，包括如下组分：
其中，所述聚丙烯酸树脂由丙烯酸酯A、丙烯酸酯B、甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、甲基丙烯酸甲酯MMA、甲基丙烯酸异丁酯BA按质量比1-2:1-2:2-3:4-6:1-2反应而得；所述丙烯酸酯A为有机硅基团修饰的丙烯酸酯。
所述有机硅基团修饰的丙烯酸酯结构为乙烯基三甲氧基硅烷和丙烯酸缩水甘油酯。
所述丙烯酸酯B为甲基丙烯酸环己酯。
所述聚丙烯酸树脂的环氧当量500～550g/eq，数均分子量为6000～8000，分子量分布1.63。
所述固化剂为十二烷二酸；所述固化促进剂为乙基三苯基溴化磷。
所述阻燃剂为三氟甲基磺酸咪唑、N,N-甲基咪唑或乙烯基苯基咪唑。
所述耐刮擦剂包括3-5份的耐刮擦剂A和0.5-2份的耐刮擦剂B；其中，所述耐刮擦剂A为无定型有机硅，所述耐刮擦剂B为气相二氧化硅。
所述无定形有机硅球结构为R3-(Si-O)-(SiR2-O)m-(SiAr2-O)n-(Si-O)-R3二脂肪基硅氧烷及二芳香基硅氧烷共聚物，其中脂肪基团为环氧丙基构成,m＝10～20，芳香基为甲基苯基，n＝20～30，中值粒径30μm，折射率为1.49。
所述气相二氧化硅的细孔容积0.44ml/g，平均直径2.5nm，粒径<5μm，BET比表面积700m2/g，吸油值95ml/100g，折射率为1.46。
所述其他助剂包括紫外吸收剂、抗氧剂和润滑剂中的至少一种。
所述紫外吸收剂为UV1577；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为PETS。
本发明还提供了一种轻质光伏组件封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丙烯酸酯A、丙烯酸酯B、甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、甲基丙烯酸甲酯MMA、甲基丙烯酸异丁酯BA按质量比1-2:1-2:4-6:1-2与甲苯进行混合，加入与单体总质量的比例为100:3-4引发剂，在80-90℃下反应3-4h，得到聚丙烯酸树脂；
聚丙烯酸树脂凝胶含量在50％～60％之间；测试方法为使用四氢呋喃进行抽提，凝胶含量Gel％＝(M1-M2)/M1；其中，M1为抽提前质量，M2为抽提后质量；
(2)按配比，将聚丙烯酸树脂和其他组分加入到双螺杆挤出机中，于150℃熔融挤出，使用低温粉碎机，粉碎粒径低于200μm粉末，得到轻质光伏组件封装材料。
所述步骤(1)中的单体总质量是指丙烯酸酯A、丙烯酸酯B、甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、甲基丙烯酸甲酯MMA、甲基丙烯酸异丁酯BA的质量之和。
所述步骤(1)中的引发剂为偶氮二异丁腈。
本发明还提供了一种轻质光伏组件封装材料在单晶硅电池中的应用。
本发明的封装材料通过喷涂在玻璃纤维布上作为一层层状材料，提高柔性光伏单晶硅组件耐刮擦、耐候性，进而达到替代单晶硅电池中的玻璃的目的。
有益效果
(1)本发明通过引入有机硅基团修饰的丙烯酸酯，提升了材料的耐候性并降低了材料的表面能；同时，与耐刮擦剂配合，在降低树脂表面能的同时，增加整个体系的柔性，使得材料的弯曲挠度变大，提升材料柔性。
(2)本发明的聚丙烯酸树脂通过GMA丙烯酸酯含量，来控制产品的交联度，其耐热性提高到160℃以上，提高材料耐热性能。
(3)本发明使用对透明性及光性能影响较小的有机硅微球及透明增韧剂，来改善聚丙烯酸树脂耐冲击、耐磨性及表面耐脏污性；
(4)本发明通过添加对透光性影响较小及添加量低的离子液体阻燃剂，在不影响透光的前提下达到GB/T8624 B1阻燃。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
丙烯酸酯A：SLMA，丸红株式会社；
丙烯酸酯B：CHMA，丸红株式会社；
单体GMA：市售；
单体MMA：甲基丙烯酸甲酯，市售；
单体BA：甲基丙烯酸异丁酯，市售；
引发剂：偶氮二异丁腈，市售；
固化剂：十二烷二酸，市售；
固化促进剂：乙基三苯基溴化磷，市售；
阻燃剂：三氟甲基磺酸咪唑，诺为新材料(杭州)有限责任公司；
耐刮擦剂A：无定型有机硅微球，X-52-875；信越；
耐刮擦剂B：气相二氧化硅，SYLYSIA730，富士化学株式会社；
紫外吸收剂：UV1577，市售。
抗氧剂：质量比为1:1的抗氧剂1076和抗氧剂168，市售。
润滑剂：PETS，市售。
各实施例及对比例的材料通过如下过程制备得到：
(1)将丙烯酸酯A、丙烯酸酯B、甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、甲基丙烯酸甲酯MMA、甲基丙烯酸异丁酯BA按质量比1-2:1-2:4-6:1-2与甲苯进行混合，加入与单体总质量的比例为100:3引发剂，在80-90℃下反应3-4h，得到聚丙烯酸树脂；
(2)按配比，将聚丙烯酸树脂和其他组分加入到双螺杆挤出机中，于150℃熔融挤出，得到轻质光伏组件封装材料。
实施例和对比例配比及测试结果如下：
由上述实验结果可知，对比例1和2相对于实施例4，当不添加耐刮擦剂A或耐刮擦剂B时，表面铅笔硬度虽然提高，但其真实耐磨性较差，在使用过程中易损伤，影响透光率。对比例3相对于实施例4，当不添加阻燃剂时，产品无阻燃效果。对比例4相对于实施例4，其耐磨性降低，这是因为丙烯酸酯B柔性高，但其表面能较丙烯酸酯A高，因Si含量降低，所以耐磨变差，尽管有耐磨助剂，但表面仍然易被划伤。对比例5相对于实施例4，其负责柔性的丙烯酸酯B降低，其耐磨性提升，但是其弯曲挠度降低，无法应用在产品上。
Claims (10)
1.一种轻质光伏组件封装材料，其特征在于：按重量份数，包括如下组分：
其中，所述聚丙烯酸树脂由丙烯酸酯A、丙烯酸酯B、甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、甲基丙烯酸甲酯MMA、甲基丙烯酸异丁酯BA按质量比1-2:1-2:2-3:4-6:1-2反应而得；所述丙烯酸酯A为有机硅基团修饰的丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述丙烯酸酯B为甲基丙烯酸环己酯。
3.根据权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述聚丙烯酸树脂的环氧当量500～550g/eq，数均分子量为6000～8000，分子量分布1.63。
4.根据权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述固化剂为十二烷二酸；所述固化促进剂为乙基三苯基溴化磷。
5.根据权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述阻燃剂为三氟甲基磺酸咪唑、N,N-甲基咪唑或乙烯基苯基咪唑。
6.根据权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述耐刮擦剂包括3-5份的耐刮擦剂A和0.5-2份的耐刮擦剂B；其中，所述耐刮擦剂A为无定型有机硅，所述耐刮擦剂B为气相二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述其他助剂包括紫外吸收剂、抗氧剂和润滑剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的轻质光伏组件封装材料，其特征在于：所述紫外吸收剂为UV1577；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为PETS。
9.一种如权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丙烯酸酯A、丙烯酸酯B、甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、甲基丙烯酸甲酯MMA、甲基丙烯酸异丁酯BA按质量比1-2:1-2:4-6:1-2与甲苯进行混合，加入与单体总质量的比例为100:3-4引发剂，在反应釜中80-90℃下反应3-4h，得到半固化的聚丙烯酸树脂；
(2)按配比，将聚丙烯酸树脂和其他组分加入到双螺杆挤出机中，于150℃熔融挤出，使用低温粉碎机，粉碎粒径低于200μm粉末，得到轻质光伏组件封装材料。
10.一种如权利要求1所述的轻质光伏组件封装材料在单晶硅电池中的应用。
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