CN116891624A - 可降解组合物及其制备方法、光伏组件边框和光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种可降解组合物及其制备方法、光伏组件边框和光伏组件。该可降解组合物包括如下质量份数的各组分：50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯。在该各组分的质量范围内，以生物降解塑料为主体材料，热塑性聚氨酯对生物降解塑料进行改性，可以使得可降解组合物在具备可生物降解的性能的同时具有较高的冲击强度性能。
Description
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种可降解组合物及其制备方法、光伏组件边框和光伏组件。
背景技术
随着光伏行业的不断发展，光伏组件的应用范围逐渐扩大。在户外环境中运行时，光伏组件的内部较易产生水汽。传统的光伏组件边框为金属材料边框，当水汽渗入光伏组件中时，会导致金属光伏组件边框的导电率上升，使得光伏组件的泄漏电流增大，从而造成光伏组件的电势诱导衰减（PID）效应，影响光伏组件的发电量。
为了提高光伏组件边框的抗PID效应的能力，采用塑料光伏组件边框代替金属光伏组件边框可能是一个较好的解决方案。然而，传统的塑料光伏组件边框存在难以降解、冲击强度较低等缺陷。
发明内容
基于此，有必要提供一种可降解组合物及其制备方法、光伏组件边框和光伏组件。该可降解组合物能够制备同时具备可生物降解，且冲击强度较高的光伏组件边框。
第一方面，本申请提供一种可降解组合物，包括如下质量份数的各组分：
50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯。
在一些实施例中，所述生物降解塑料包括聚乳酸、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚羟基烷酸酯、聚己内酯和聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种。
在一些实施例中，还包括质量份数为0.5份~3份的无机填充材料。
在一些实施例中，所述无机填充材料包括纳米二氧化硅、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯-纳米二氧化硅杂化材料和还原氧化石墨烯-纳米二氧化硅杂化材料中的至少一种。
在一些实施例中，所述无机填充材料按质量百分比计占所述生物降解塑料的1%~3%。
在一些实施例中，所述可降解组合物还包括质量份数为0.5份~2份的抗氧剂。
在一些实施例中，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂168和抗氧剂164中的至少一种。
在一些实施例中，所述抗氧剂按质量百分比计占所述生物降解塑料的1%~2%。
第二方面，本申请提供一种可降解组合物的制备方法，包括：
将质量份数分别为50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯混合造粒。
第三方面，本申请提供一种光伏组件边框，通过上述任一的可降解组合物或上述的制备方法制备的可降解组合物制备而成。
在一些实施例中，还包括阻隔膜，所述阻隔膜位于所述光伏组件边框的外表面。
在一些实施例中，所述阻隔膜的材料包括乙烯-乙烯醇共聚物、聚偏二氯乙烯、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在一些实施例中，所述阻隔膜的厚度为5μm~15μm。
在一些实施例中，还包括抗紫外层，所述抗紫外层位于所述阻隔膜的外表面。
在一些实施例中，所述抗紫外层的材料包括聚偏二氟乙烯、氟碳树脂、聚四氟乙烯、氧化钛、氧化锌和氧化铈中的至少一种。
在一些实施例中，所述抗紫外层的厚度为5μm~15μm。
第四方面，本申请提供一种光伏组件，包括上述任一的光伏组件边框。
上述可降解组合物包括质量份数分别为50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯。在该各组分的质量份数范围内，以生物降解塑料为主体材料，热塑性聚氨酯对生物降解塑料进行改性，可以使得可降解组合物在具备可生物降解的性能的同时具有较高的冲击强度性能。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的光伏组件边框结构示意图。
附图标记说明
1、第一长边框；2、第一短边框；3、角码；4、第二长边框；5、第二短边框。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请一实施例提供了一种可降解组合物，包括如下质量份数的各组分：
50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯。在该各组分的质量范围内，以生物降解塑料为主体材料，热塑性聚氨酯对生物降解塑料进行改性，可以使得可降解组合物在具备可生物降解的性能的同时具有较高的冲击强度性能。
可选地，生物降解塑料的份数为50份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份、72份、74份、76份、78份、80份、82份、84份、86份、88份或90份。
可选地，热塑性聚氨酯（TPU）的份数为5份、6份、7份、8份、9份、10份、12份、14份、16份、18份、20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份或50份。
在一些实施例中，还包括质量份数为0.5份~3份的无机填充材料。可选地，无机填充材料的份数为0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份或3份。添加无机填充材料能够增强生物降解塑料与热塑性聚氨酯两相界面的结合强度，进一步提高可降解组合物的力学强度。在该无机填充材料的质量份数范围内，使用该可降解组合物能够制备同时具有可生物降解以及较好的力学性能的光伏组件边框。
在一些实施例中，无机填充材料包括纳米二氧化硅（nano-SiO2）、氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（rGO）、氧化石墨烯-纳米二氧化硅杂化材料（GO-nano-SiO2）和还原氧化石墨烯-纳米二氧化硅杂化材料（rGO-nano-SiO2）中的至少一种。
在一些实施例中，热塑性聚氨酯按质量百分比计占生物降解塑料的10%~100%。可选地，热塑性聚氨酯按质量百分比计占生物降解塑料的10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%或100%。
在一些实施例中，生物降解塑料包括聚乳酸（PLA）、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）、聚羟基烷酸酯（PHA）、聚己内酯（PCL）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）中的至少一种。
在一些实施例中，无机填充材料按质量百分比计占生物降解塑料的1%~3%。在该无机填充材料的质量百分比范围内，无机填充材料的分散效果较好，且对生物降解塑料与热塑性聚氨酯两相界面的结合强度的增强效果较好。可选地，无机填充材料按质量百分比计占生物降解塑料的1%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2%、2.2%、2.4%、2.6%、2.8%或3%。
在一些实施例中，还包括质量份数为0.5份~2份的抗氧剂。抗氧剂的添加能够减缓可降解组合物受到空气中的氧气的氧化而导致的老化。在该抗氧剂的质量份数的范围内，抗氧剂减缓可降解组合物受到空气中的氧气的氧化的效果较好。可选地，可降解组合物还包括质量份数为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份。
在一些实施例中，抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂168和抗氧剂164中的至少一种。
在一些实施例中，抗氧剂按质量百分比计占生物降解塑料的1%~2%。可选地，抗氧剂按质量百分比计占生物降解塑料的1%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%或2%。
在一些实施例中，可降解组合物包括如质量份数的各组分：
50份~90份的生物降解塑料、5份~50份的热塑性聚氨酯以及0.5份~3份的无机填充材料。
在一些实施例中，可降解组合物包括如质量份数的各组分：
50份~90份的生物降解塑料、5份~50份的热塑性聚氨酯、0.5份~3份的无机填充材料以及0.5份~2份的抗氧剂。
在一些实施例中，可降解组合物包括如下组分：
生物降解塑料、按质量百分比计占生物降解塑料的10%~100%的热塑性聚氨酯、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~3%的无机填充材料、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~2%的抗氧剂。
在一些实施例中，可降解组合物为如下组分：
生物降解塑料、按质量百分比计占生物降解塑料的10%~100%的热塑性聚氨酯、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~3%的无机填充材料、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~2%的抗氧剂。
本申请又一实施例提供一种可降解组合物的制备方法，包括：
将质量份数分别为50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯混合造粒。
在一些实施例中，可降解组合物的制备方法包括：
将质量份数依次为50份~90份的生物降解塑料、5份~50份的热塑性聚氨酯及0.5份~3份的无机填充材料混合造粒。
在一些实施例中，可降解组合物的制备方法包括：
将质量份数依次为50份~90份的生物降解塑料、5份~50份的热塑性聚氨酯及0.5份~3份的无机填充材料混合后进行挤出造粒。
在一些实施例中，挤出造粒的温度为170℃~190℃。可选地，挤出造粒的温度为170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃、180℃、181℃、182℃、183℃、184℃、185℃、186℃、187℃、188℃、189℃或190℃。
在一些实施例中，可降解组合物的制备方法包括：
将质量份数依次为50份~90份的生物降解塑料、5份~50份的热塑性聚氨酯、0.5份~3份的无机填充材料以及0.5份~2份的抗氧剂混合后进行挤出造粒。
在一些实施例中，可降解组合物的制备方法，包括：
将生物降解塑料、按质量百分比计占生物降解塑料的10%~100%的热塑性聚氨酯、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~3%的无机填充材料、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~2%的抗氧剂混合后进行挤出造粒。
在一些实施例中，可降解组合物的制备方法为：
将生物降解塑料、按质量百分比计占生物降解塑料的10%~100%的热塑性聚氨酯、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~3%的无机填充材料、按质量百分比计占生物降解塑料的1%~2%的抗氧剂混合后进行挤出造粒。
本申请又一实施例提供一种光伏组件边框，通过上述任一的可降解组合物或上述的制备方法制备的可降解组合物制备而成。
在一些实施例中，参照图1，光伏组件边框包括第一长边框1、第一短边框2、角码3、第二长边框4和第二短边框5，第一短边框2的两端分别与第一长边框1的一端和第二长边框4的一端相连接，第二短边框5的两端分别与第一长边框1的另一端以及第二长边框4的另一端相连接，角码3的数量为4个，分别位于两个相邻的短边框和长边框的连接处，以固定相邻的短边框和长边框。
在一些实施例中，第一长边框1、第一短边框2、角码3、第二长边框4和第二短边框5的原材料各自独立地选自上述任一的可降解组合物。
在一些实施例中，还包括阻隔膜，阻隔膜位于光伏组件边框的外表面。阻隔膜可以对光伏组件边框本体进行保护，增强其在环境中的耐受能力，减少光伏组件边框本体和外界环境的直接接触。进一步地，在不再使用光伏组件边框时，将阻隔膜去除即可达到快速降解的目的。
在一些实施例中，阻隔膜的材料包括乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚酰胺（PA）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）中的至少一种。
在一些实施例中，阻隔膜采用粉末喷涂工艺进行制备。
在一些实施例中，阻隔膜的厚度为5μm~15μm。可选地，阻隔膜的厚度为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm。
在一些实施例中，还包括抗紫外层，抗紫外层位于阻隔膜的外表面。抗紫外层可以提高光伏组件边框的抗紫外能力，同时还能够提高光伏组件边框的耐磨性能。
在一些实施例中，抗紫外层的材料包括聚偏二氟乙烯、氟碳树脂、聚四氟乙烯、氧化钛、氧化锌和氧化铈中的至少一种。
在一些实施例中，抗紫外层采用粉末喷涂工艺进行制备。
在一些实施例中，抗紫外层的厚度为5μm~15μm。可选地，抗紫外层的厚度为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm。
本申请又一实施例提供一种光伏组件边框的制备方法，包括：
将上述任一的可降解组合物加热成型并固化，得到光伏组件边框。
在一些实施例中，光伏组件边框的制备方法包括：
将上述任一的可降解组合物加热成型并固化，得到光伏组件边框部件；光伏组件边框部件包括第一长边框、第一短边框、角码、第二长边框和第二短边框；
将光伏组件边框部件拼接得到光伏组件边框。
在一些实施例中，光伏组件边框的制备方法还包括：
于光伏组件边框的外表面制备阻隔膜。
在一些时时丽红，光伏组件边框的制备方法还包括：
于阻隔膜的外表面制备抗紫外层。
本申请又一实施例提供一种光伏组件，包括上述任一的光伏组件边框。
以下为具体实施例
实施例1
将质量份数依次为70份的PHA和30份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例2
将质量份数依次为80份的PLA和20份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例3
将质量份数依次为80份的PLA和20份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为1份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例4
将质量份数依次为70份的PLA和30份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为1份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例5
将质量份数依次为60份的PLA和40份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为1份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例6
将质量份数依次为70份的PBAT和30份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为1份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例7
将质量份数依次为70份的PHA和30份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为2份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例8
将质量份数依次为70份的PBS和30份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为2份的无机填充材料和0.5份的抗氧剂1010，无机填充材料为质量比为1:1的rGO和nano-SiO2，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到可降解组合物作为光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
对比例1
将质量份数为100份的PHA加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为1份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
对比例2
将质量份数为100份的TPU加入开放式双辊机中混合2min后，再加入质量份数为1份的nano-SiO2和0.5份的抗氧剂1010，再反应10min~15min，并在挤出机中挤出造粒，滚筒的温度控制为170℃~190℃，得到光伏组件边框的原材料。
性能测试：
将制备所得的光伏组件边框的原材料进行平板硫化，温度为180℃，压力为15MPa，按照测试标准制备哑铃型拉伸性能测试样品及矩形冲击性能测试样品进行测试。
实施例1~8及对比例1~2中制备所得的可降解组合物制备光伏组件边框时均通过粉末喷涂依次制备有厚度为5μm的EVOH阻隔膜以及厚度为5μm的PVDF抗紫外层。实施例1~8及对比例1~2中制备所得的可降解组合物及其质量份数数据如下表1所示，实施例1~8及对比例1~2中制备所得的可降解组合物的拉伸强度测试结果及冲击强度测试结果如下表2所示：
表1
表2
实施例1~8中制备所得的可降解组合物同时具有可生物降解以及较好的冲击强度的优点。对比例1中可降解组合物仅包含PLA、nano-SiO2和抗氧剂，不包含TPU，其具有可生物降解的性能以及较好的拉伸强度，但冲击强度较差。对比例2中可降解组合物仅包含TPU、nano-SiO2和抗氧剂，其具有较好的拉伸强度及冲击强度，但不具备可生物降解的性能。实施例2~8中制备所得的可降解组合物相较于实施例1包含有无机填充材料，能够进一步提升其冲击强度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。
Claims (13)
1.一种可降解组合物，其特征在于，包括如下质量份数的各组分：
50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯。
2.根据权利要求1所述的可降解组合物，其特征在于，所述生物降解塑料包括聚乳酸、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、聚羟基烷酸酯、聚己内酯和聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的可降解组合物，其特征在于，还包括质量份数为0.5份~3份的无机填充材料。
4.根据权利要求3所述的可降解组合物，其特征在于，所述无机填充材料包括纳米二氧化硅、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯-纳米二氧化硅杂化材料和还原氧化石墨烯-纳米二氧化硅杂化材料中的至少一种；
和/或，所述无机填充材料按质量百分比计占所述生物降解塑料的1%~3%。
5.根据权利要求1~4任一所述的可降解组合物，其特征在于，还包括质量份数为0.5份~2份的抗氧剂。
6.根据权利要求5所述的可降解组合物，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂168和抗氧剂164中的至少一种；
和/或，所述抗氧剂按质量百分比计占所述生物降解塑料的1%~2%。
7.一种可降解组合物的制备方法，其特征在于，包括：
将质量份数分别为50份~90份的生物降解塑料以及5份~50份的热塑性聚氨酯混合造粒。
8.一种光伏组件边框，其特征在于，通过权利要求1~6任一所述的可降解组合物或权利要求7所述的制备方法制备的可降解组合物制备而成。
9.根据权利要求8所述的光伏组件边框，其特征在于，还包括阻隔膜，所述阻隔膜位于所述光伏组件边框的外表面。
10.根据权利要求9所述的光伏组件边框，其特征在于，所述阻隔膜的材料包括乙烯-乙烯醇共聚物、聚偏二氯乙烯、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；
和/或，所述阻隔膜的厚度为5μm~15μm。
11.根据权利要求9~10任一所述的光伏组件边框，其特征在于，还包括抗紫外层；所述抗紫外层位于所述阻隔膜的外表面。
12.根据权利要求11所述的光伏组件边框，其特征在于，所述抗紫外层的材料包括聚偏二氟乙烯、氟碳树脂、聚四氟乙烯、氧化钛、氧化锌和氧化铈中的至少一种；
和/或，所述抗紫外层的厚度为5μm~15μm。
13.一种光伏组件，其特征在于，包括权利要求8~12任一所述的光伏组件边框。
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