CN117447941A - 丁基胶及其制备方法、光伏组件和电子元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种丁基胶及其制备方法、光伏组件和电子元件。该丁基胶的材料包括异丁烯组合物30～60份、填料20～40份、增粘树脂4～10份；其中，聚异丁烯组合物包括质量比为(0.5～1.5):(0.5～1.5)的第一聚异丁烯和第二聚异丁烯，第一聚异丁烯的粘均分子量为400000～500000，施陶丁格指数为120～160Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为50000～90000，施陶丁格指数为30～60Jo*[cm3/g]。本申请提供的丁基胶，不仅具备优异的耐蠕变性能，而且具有极低的水透过率和耐紫外老化性能，有效满足了高温高湿环境下的机械性能要求，具有广阔的应用前景。

Description

丁基胶及其制备方法、光伏组件和电子元件
技术领域
本发明涉及胶粘剂技术领域，具体而言，涉及一种丁基胶及其制备方法、光伏组件和电子元件。
背景技术
丁基胶因分子结构中的大量侧甲基结构紧密有序排列而比其他高分子有更好的阻水性，逐渐应用于各个密封领域，典型的是中空玻璃密封胶。随着高效太阳能电池的不断发展，对水汽的阻隔要求也越来越高，太阳能方面的丁基胶需求也越来越大。
现有技术中的丁基胶通常包括不具有反应活性的热塑性丁基橡胶以及具有反应活性的反应型密封胶。其中热塑性丁基橡胶的阻气性好，但是耐热性较差，超过80℃就会变软，导致不能满足高温高湿环境下的机械性能要求。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种丁基胶及其制备方法、光伏组件和电子元件，以解决现有技术中的丁基胶通常包括热塑性丁基橡胶以及反应型密封胶，无法满足高温高湿环境下的机械性能要求的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种丁基胶，该丁基胶的材料按质量份数计，包括聚异丁烯组合物30～60份、填料20～40份、增粘树脂4～10份；其中，聚异丁烯组合物包括第一聚异丁烯和第二聚异丁烯，且两者的质量比为(0.5～1.5):(0.5～1.5)，该第一聚异丁烯的粘均分子量为400000～500000，施陶丁格指数为120～160Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为50000～90000，施陶丁格指数为30～60Jo*[cm3/g]。
进一步地，填料包括气相二氧化硅、轻质碳酸钙、炭黑、陶土、高岭土、滑石粉中的至少一种。
进一步地，填料的粒径为0.01～0.5μm。
进一步地，增粘树脂包括酚醛树脂、石油树脂、氢化石油树脂、萜烯树脂、聚烯烃树脂中的至少一种。
进一步地，丁基胶的材料还包括按质量份数计的助剂0.1～2份。
进一步地，助剂包括补强剂、抗老剂、防老剂或光稳定剂中的至少一种。
进一步地，聚异丁烯组合物中，第一聚异丁烯和第二聚异丁烯的质量比为1:(0.5～1.5)。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了上述丁基胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将第一聚异丁烯、第二聚异丁烯、填料、增粘树脂、可选的助剂混合，得到丁基胶。
进一步地，该混合为真空捏合，该真空捏合的温度为100～150℃，真空度为-0.08～0.1MPa。
进一步地，真空捏合在真空捏合机中进行。
进一步地，所述制备方法包括：先将第一聚异丁烯和第二聚异丁烯共混，得到聚异丁烯组合物，再将聚异丁烯组合物、填料、增粘树脂、可选的助剂通过真空捏合混合，得到丁基胶。
根据本发明的第三个一方面，提供了一种光伏组件，该光伏组件包括封装材料，该封装材料为上述第一方面提供的丁基胶。
根据本发明的第四个方面，提供了一种电子元件，该电子元件包括供电单元，该供电单元包括第三方面提供的光伏组件。
应用本申请的技术方案，本申请采用第一聚异丁烯和第二聚异丁烯适当搭配的聚异丁烯组合物作为主体，与填料以及增粘树脂相互配合作为丁基胶的材料，不仅具备优异的耐蠕变性能，而且具有极低的水透过率和耐紫外老化性能，有效满足了高温高湿环境下的机械性能要求，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中丁基胶通常包括不具有反应活性的热塑性丁基橡胶以及具有反应活性的反应型密封胶，其中热塑性丁基橡胶的阻气性好，但是耐热性较差，超过80℃就会变软，导致存在不能满足高温高湿环境下的机械性能要求的问题。为了解决该问题，本申请提供了一种丁基胶及其制备方法、光伏组件和电子元件。
在本申请的第一种典型实施方式中，提供了一种丁基胶，该丁基胶的材料按照质量份数计，包括聚异丁烯组合物30～60份、填料20～40份、增粘树脂4～10份；其中，聚异丁烯组合物包括第一聚异丁烯和第二聚异丁烯，且两者的质量比为(0.5～1.5):(0.5～1.5)；该第一聚异丁烯的粘均分子量为400000～500000，施陶丁格指数为120～160Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为50000～90000，施陶丁格指数为30～60Jo*[cm3/g]。
应用本申请的技术方案，本申请采用第一聚异丁烯和第二聚异丁烯适当搭配的聚异丁烯组合物作为主体，与填料以及增粘树脂相互配合作为丁基胶的材料，不仅具备优异的耐蠕变性能，而且具有极低的水透过率和耐紫外老化性能，有效满足了高温高湿环境下的机械性能要求，具有广阔的应用前景。
聚异丁烯本身水汽透过率极低，本申请采用高分子量的第二聚异丁烯与中分子量的第一聚异丁烯共混，可以兼顾高分子聚合物的热稳定性和耐蠕变性。由于第二聚异丁烯的分子量较大，在紫外光下有更好的耐候性，不易分解和迁移，而其中搭配的中分子量的第一聚异丁烯可以改善整体胶的粘接性能，促进高分子量聚异丁烯与填料和增粘树脂的更好的混合，让物料更加紧实。本申请提供的丁基胶不采用低分子量的聚异丁烯为原料，可有效降低低分子量聚异丁烯在热老化时出现的迁徙和分解，所以耐候性更好。
在本申请提供的丁基胶材料中，聚异丁烯组合物的质量份数如为30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份或任意两个数值组成的范围值；填料的质量份数如为20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、40份或任意两个数值组成的范围值；增粘树脂的质量份数如为4份、4.5份、5份、6份、7份、8份、9份、10份或任意两个数值组成的范围值。聚异丁烯组合物中，第一聚异丁烯与第二聚异丁烯的质量比如为0.5:0.5、0.5:0.8、0.5:1.0、0.5:1.2、0.5:1.5、1:0.5、1:0.8、1:1.2、1:1.5、1.5:0.5、1.5:1或任意两个数值组成的范围值；第一聚异丁烯的粘均分子量如为400000、410000、420000、430000、450000、460000、480000、500000或任意两个数值组成的范围值；施陶丁格指数如为120Jo*[cm3/g]、125Jo*[cm3/g]、130Jo*[cm3/g]、140Jo*[cm3/g]、145Jo*[cm3/g]、150Jo*[cm3/g]、155Jo*[cm3/g]、160Jo*[cm3/g]或任意两个数值组成的范围值；第二聚异丁烯的粘均分子量如为50000、51000、52000、55000、58000、60000、65000、70000、75000、80000、85000、90000或任意两个数值组成的范围值；施陶丁格指数如为30Jo*[cm3/g]、35Jo*[cm3/g]、40Jo*[cm3/g]、45Jo*[cm3/g]、50Jo*[cm3/g]、55Jo*[cm3/g]、60Jo*[cm3/g]或任意两个数值组成的范围值。
为了进一步提高丁基胶在高温高湿环境下的机械性能，优选第一聚异丁烯和第二聚异丁烯的质量比如为0.8～1:0.8～1.2。尤其是当第一聚异丁烯的粘均分子量为420000～460000，施陶丁格指数为125～140Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为55000～75000，施陶丁格指数为35～45Jo*[cm3/g]，形成的丁基胶在高温高湿环境具备更为优异的机械性能。
[填料]
在本申请中，填料的具体类型不作具体限制，本领域常用的填料均可，包括但不限于气相二氧化硅、轻质碳酸钙、炭黑(普通炭黑和/或白炭黑)、陶土、高岭土或滑石粉中的任意一种或两种以上形成的混合物。
为了进一步提高填料在丁基胶中分散均匀性，优选填料的粒径为0.01～0.5μm(如0.01μm、0.02μm、0.05μm、0.08μm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm等)。
[增粘树脂]
上述增粘树脂的具体类型不作限制，胶粘剂领域常用增粘树脂均可，包括但不限于酚醛树脂、石油树脂、氢化石油树脂、萜烯树脂、聚烯烃树脂中的任意一种或两种以上的混合物。
[助剂]
为了进一步增强该丁基胶的综合性能，优选该丁基胶的材料还包括按质量份数计的助剂0.1～2份(如0.1份、0.2份、0.5份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份、1.8份、2.0份或任意两个数值组成的范围值)。
助剂的具体类型不作具体限制，包括但不限于补强剂、抗老剂、防老剂或光稳定剂中的任意一种或两种以上的混合助剂。
补强剂、抗老剂、防老剂或光稳定剂各自为本领域常用市售购买得到，在此不再赘述。
在本申请的第二种典型实施方式中，还提供了该丁基胶的制备方法，该制备方法包括：将第一丁异丁烯、第二聚异丁烯、填料、增粘树脂和可选的助剂混合，得到丁基胶。
本申请提供的丁基胶的制备方法工艺简单，易于操作，适用于规模化大生产，有利于降低生产成本。
为了进一步提高该丁基胶的制备效率，优选上述混合为真空捏合，该真空捏合的温度为100～150℃，真空度为-0.08～-0.1MPa。
上述真空捏合的温度如为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃或任意两个数值组成的范围值；真空度如为-0.08、-0.09、-0.1MPa或任意两个数值组成的范围值。
在一些实施例中，真空捏合在真空捏合机中进行。
为了进一步提高丁基胶的性能稳定性，在一些实施例中，该制备方法包括：步骤S1，将第一聚异丁烯、第二聚异丁烯共混，得到聚异丁烯组合物；步骤S2，将聚异丁烯组合物、填料、增粘树脂以及可选的助剂通过真空捏合混合，得到该丁基胶。
在本申请的第三种典型实施方式中，还提供了一种光伏组件，该光伏组件包括封装材料，该封装材料的材料为本申请第一种典型实施方式提供的丁基胶。
本申请提供的光伏组件采用本申请提供的丁基胶作为封装材料，不仅能够耐热性和抗紫外老化性能，而且在高温高湿下仍具有优异的稳定性，有效延长了光伏组件的使用寿命。
在本申请的第四种典型实施方式中，还提供了一种电子元件，该电子元件包括供电单元，该供电单元包括上述第三种典型实施方式提供的光伏组件。
本申请提供的电子元件采用丁基胶封装的光伏组件作为供电单元，具备更为优异的供电稳定性，更利于延长电子元件的使用寿命。
下面将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
本实施例提供了一种丁基胶，该丁基胶的材料按质量份数计，包括聚异丁烯组合物50份，填料40份，增粘树脂8份，助剂2份，其中，聚异丁烯组合物由第一聚异丁烯和第二聚异丁烯组合成，且两者的质量比为0.8:1；第一聚异丁烯的粘均分子量为450000，施陶丁格指数为140Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为70000，施陶丁格指数为45Jo*[cm3/g]，填料为粒径0.01～0.5μm的炭黑和碳酸钙(两者质量比为2：1)，增粘树脂为萜烯树脂(型号为T100)，助剂为抗氧化剂1076和168(两者的质量比为1:1)。
该丁基胶按照以下步骤制备得到：
(1)将第一聚异丁烯、第二聚异丁烯共混，得到聚异丁烯组合物；
(2)将聚异丁烯组合物、填料增粘树脂以及助剂通过真空捏合混合均匀，得到该丁基胶；其中，真空粘合的温度为140℃，真空度为-0.1MPa。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，第一聚异丁烯的粘均分子量为450000，施陶丁格指数为140Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为70000，施陶丁格指数为45Jo*[cm3/g]，且两者的质量比为0.5:1.5。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，第一聚异丁烯的粘均分子量为450000，施陶丁格指数为140Jo*[cm3/g]，第二聚异丁烯的粘均分子量为70000，施陶丁格指数为45Jo*[cm3/g]，且两者的质量比为1.5:0.5。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，第一聚异丁烯分子量是500000，陶丁格指数为160Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第一聚异丁烯
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，第一聚异丁烯分子量是400000，陶丁格指数为120Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第一聚异丁烯
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，第二聚异丁烯分子量是50000，陶丁格指数为30Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第一聚异丁烯
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于，第二聚异丁烯分子量是90000，陶丁格指数为60Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第一聚异丁烯。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于，聚异丁烯组合物由高分子量聚异丁烯、中分子量聚异丁烯以及低分子量聚异丁烯组成，且三者的质量比为35:30:35，其中，高分子量聚异丁烯的数均分子量为500000，中分子量聚异丁烯的数均分子量为50000，低分子量聚异丁烯的数均分子量为5000。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于，第一聚异丁烯和第二聚异丁烯的质量比为1:4。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于，第一聚异丁烯和第二聚异丁烯的质量比为4:1。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于，采用粘均分子量为300000，施陶丁格指数为80Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第一聚异丁烯。
对比例5
本对比例与实施例1的不同之处在于，采用粘均分子量为600000，施陶丁格指数为175Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第一聚异丁烯。
对比例6
本对比例与实施例1的不同之处在于，采用粘均分子量为40000，施陶丁格指数为25Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第二聚异丁烯。
对比例7
本对比例与实施例1的不同之处在于，采用粘均分子量为95000，施陶丁格指数为70Jo*[cm3/g]的聚异丁烯替换第二聚异丁烯。
对比例8
本对比例与实施例1的不同之处在于，聚异丁烯组合物的用量为70份，填料15份，增粘树脂4份，助剂1份。
对比例9
本对比例与实施例1的不同之处在于，聚异丁烯组合物的用量为25份，填料60份，增粘树脂10份，助剂5份。
试验例1
将上述实施例以及对比例提供的丁基胶分别进行水透过率、耐蠕变老化性能、高温高湿环境下的剥离强度，结果如下表1所示。
其中，(1)水透过率的测试方法为：水透过率的测试采用水汽透过率测试仪，具体方法参见国标GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定——电解传感器法》。
(2)蠕变测试方法为：丁基胶块制备成宽8mm厚1.2mm胶带，将丁基胶带贴在30*30cm玻璃周围，再覆盖一层玻璃，120℃以上层压10-15min，冷却后，一边玻璃粘接一个钩子，挂在80摄氏度烘箱内，另一边玻璃粘接钩子用于挂上负重1Kg的砝码，7天后测量并记录两款重合玻璃之间出现的蠕变位移，蠕变位移的大小反应胶在该温度下的蠕变性能，位移越大，胶的耐蠕变性越差。
(3)高温高湿环境下的剥离强度的测试方法为：
1)丁基胶片的制备：采用平板硫化仪：取出制备好的丁基胶一小块，放到两片裁剪好的离型膜之间，将离型膜和胶放到加热好的平板硫化仪上，90-120℃以上，5-10MPa热压2-5min，即可得到一片压好的丁基胶片，丁基胶片的厚度根据放置在两片离型膜之间的厚度标尺来控制，厚度为500μm。
2)测试组件制备方法：取一块干净的玻璃，需将丁基胶片两面的离型膜撕下，将其胶覆盖到玻璃上，再在丁基胶片的上表面覆盖一层挠性塑料PET，在层压机中120℃，抽真空，层压15分钟，冷却即可。
3)粘结力测试：采用光伏用胶测试拉力机用拉力机测试1cm宽度下丁基胶与挠性材料PET的180°方向的剥离力。具体方法参见国标：GB T 2790-1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料标准》。
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本申请采用高分子量的第二聚异丁烯与中分子量的第一聚异丁烯共混，兼顾高分子聚合物的热稳定性和耐蠕变性。由于第二聚异丁烯的分子量较大，在紫外光下有更好的耐候性，不易分解和迁移，而其中搭配的中分子量的第一聚异丁烯可以改善整体胶的粘接性能，促进高分子量聚异丁烯与填料和增粘树脂的更好的混合，让物料更加紧实。本申请提供的丁基胶采用第一聚异丁烯和第二聚异丁烯的组合物作为主体，与填料以及增粘树脂为原料，不仅具备优异的耐蠕变性能，而且具有极低的水透过率和耐紫外老化性能，有效满足了高温高湿环境下的机械性能要求，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种丁基胶，其特征在于，所述丁基胶的材料按质量份数计，包括聚异丁烯组合物30～60份、填料20～40份、增粘树脂4～10份；其中，所述聚异丁烯组合物包括第一聚异丁烯和第二聚异丁烯，且两者的质量比为(0.5～1.5):(0.5～1.5)；所述第一聚异丁烯的粘均分子量为400000～500000，施陶丁格指数为120～160Jo*[cm3/g]，所述第二聚异丁烯的粘均分子量为50000～90000，施陶丁格指数为30～60Jo*[cm3/g]。
2.根据权利要求1所述的丁基胶，其特征在于，所述填料包括气相二氧化硅、轻质碳酸钙、炭黑、陶土、高岭土、滑石粉中的至少一种；
优选地，所述填料的粒径为0.01～0.5μm。
3.根据权利要求1所述的丁基胶，其特征在于，所述增粘树脂包括酚醛树脂、石油树脂、氢化石油树脂、萜烯树脂、聚烯烃树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的丁基胶，其特征在于，所述丁基胶的材料还包括按质量份数计的助剂0.1～2份；
优选地，所述助剂包括补强剂、抗老剂、防老剂或光稳定剂中的至少一种。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的丁基胶，其特征在于，所述聚异丁烯组合物中，所述第一聚异丁烯和所述第二聚异丁烯的质量比为(0.8～1):(0.8～1.2)。
6.一种权利要求1至5中任一项所述丁基胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将所述第一聚异丁烯、所述第二聚异丁烯、所述填料、所述增粘树脂、可选的助剂混合，得到所述丁基胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合为真空捏合，所述真空捏合的温度为100～150℃，真空度为-0.08～-0.1MPa；
优选地，所述真空捏合在真空捏合机中进行。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
先将所述第一聚异丁烯和所述第二聚异丁烯共混，得到所述聚异丁烯组合物，再将所述聚异丁烯组合物、所述填料、所述增粘树脂、可选的助剂通过真空捏合混合，得到所述丁基胶。
9.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括封装材料，所述封装材料为权利要求1至5中任一项所述的权利要求1至5中任一项所述的丁基胶。
10.一种电子元件，其特征在于，所述电子元件包括供电单元，所述供电单元包括权利要求9所述的光伏组件。
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