CN117843906A - 一种光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，包括多元醇组分和异氰酸酯组分，所述多元醇组分包括聚醚多元醇、芳香族耐水解聚酯多元醇、扩链剂、催化剂、消泡剂、内脱模剂、浸润剂，所述异氰酸酯组分为多苯基多甲基异氰酸酯。本发明具有以下有益效果：在聚氨酯组合物的原料中添加芳香族耐水解聚酯多元醇，与常规聚醚多元醇搭配使用，在提高聚氨酯组合物耐水性的同时，使固化物力学性能优异；选用合适的浸润剂，通过配方设计，降低聚氨酯树脂体系混合粘度，提高聚氨酯体系对玻纤的浸润性，使得光伏边框表面质量优异。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物。
背景技术
太阳能电池组件(或称光伏组件)是将太阳能转化为电能的重要设备。光伏边框是用于固定光伏组件的重要部件，它能够保护光伏组件，避免光伏组件被腐蚀或者被风力破坏。光伏边框的材质要求包括强度高、重量轻、外观美观，成本低等。目前太阳能光伏边框支架常用材料有铝合金、镀锌钢、复合材料，其中铝合金材料最为普及，但铝合金边框和镀锌钢边框的制造需消耗大量金属资源，成本高，因而，复合材料边框的发展潜力巨大。
不饱和聚酯机械性能较差，不耐腐蚀，并且含有苯乙烯，对环境污染较大；环氧树脂含有芳香醚键，耐候性差，固化慢，生产效率极低；聚氨酯具有固化速度快，耐候性好等优点，故是光伏边框复材用树脂材料的最优选择。
目前应用于复材的拉挤聚氨酯体系多采用常规聚醚多元醇组合，搭配催化剂及内脱膜剂等助剂，其耐水解性、力学性能以及对玻纤的浸润性均不能满足光伏边框这种异型件的使用要求。
如专利CN114591479A公开了采用异氰酸酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇以及扩链剂、交联剂、发泡剂、匀泡剂、增料及偶联剂等助剂的聚氨酯拉挤成型边框的聚氨酯体系，该体系采用发泡体系成型，成型后产品力学性能较差。专利CN110172134A公开了采用聚酯多元醇、植物油多元醇、脱模剂、除水剂、催化剂、填料、紫外线吸收剂、防老剂的一种耐水解聚氨酯树脂及其拉挤成型树脂复合材料的制备方法，该体系采用分子筛作为除水剂，制备的聚氨酯树脂会出现沉淀，同时树脂体系粘度较大，获得了边框产品浸润性较差，表面有发白问题。专利CN106700015A公开了异氰酸酯、组合聚醚多元醇、聚碳酸酯二元醇、扩链剂、防老化助剂、内脱模剂、凝胶催化剂的一种用于拉挤成型的聚氨酯体系，该体系未使用除水剂，异氰酸酯对水十分敏感，拉挤成型过程中与微弱的水分反应生产二氧化碳，从而影响复材质量。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，包括：多元醇组分和异氰酸酯组分，所述多元醇组分包括聚醚多元醇、芳香族耐水解聚酯多元醇、扩链剂、催化剂、消泡剂、内脱模剂、浸润剂，所述异氰酸酯组分为多苯基多甲基异氰酸酯。
优选的是，所述聚醚多元醇包括分子量400～1000的二官能度聚醚多元醇a，分子量400～1000的三官能度聚醚多元醇b，分子量5000～8000的二官能度聚醚多元醇c，分子量100～300的二官能度聚醚多元醇d；所述分子量400～1000的二官能度聚醚多元醇a为蓝星东大DDL400、DDL600、DDL1000中的一种或多种，所述分子量400～1000的三官能度聚醚多元醇b为德信联邦DMN400、DMN450、DMN500、DMN550、DMN700中的一种或多种，所述分子量5000～8000的二官能度聚醚多元醇c为德信联邦PPG5000、PPG6000、PPG8000中的一种或多种，所述分子量100～300的二官能度聚醚多元醇d为蓝星东大PPG200、PPG300中的一种或多种。
优选的是，所述多元醇组分中分子量400～1000的二官能度聚醚多元醇a:分子量400～1000的三官能度聚醚多元醇b:分子量5000～8000的二官能度聚醚多元醇c:分子量100～300的二官能度聚醚多元醇d:芳香族耐水解聚酯多元醇:扩链剂:消泡剂:催化剂:内脱模剂:浸润剂的质量比为3～10:40～80:4～10:5～20:10～30:1～6:0.01～1:0.01～0.5:1～4:0.1～2，所述多元醇组分的制备方法为：先向搅拌器中加入上述比例的聚醚多元醇、芳香族耐水解聚酯多元醇和扩链剂，300rpm搅拌速度下搅拌30～60min，然后再向其中加入上述比例的催化剂、消泡剂、内脱模剂、浸润剂，搅拌均匀得到多元醇组分。
优选的是，所述多苯基多甲基异氰酸酯为PM-130、PM-200、M20S、44V20L、MR-200、PM-400中的一种或多种，所述多苯基多甲基异氰酸酯用量为所述多元醇组分中聚醚多元醇和芳香族耐水解聚酯多元醇当量的1.0～1.1倍。
优选的是，所述芳香族耐水解聚酯多元醇为脂肪族二元酸、芳香族二元酸等酸类，以及直链二元醇、含侧基二元醇、三元醇等醇类在升温条件下进行酯化和缩聚反应制得，脂肪族二元酸为乙二酸、己二酸、癸二酸、壬二酸中的一种或多种，芳香族二元酸为苯酐、对苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或多种，直链二元醇为丁二醇、乙二醇、二乙二醇中的一种或多种；侧基二元醇为新戊二醇、甲基丙二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、一缩二丙二醇中的一种或多种，三元醇为甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷中的一种或多种；所述芳香族耐水解聚酯多元醇为NJ-310、PS-315S中的一种或多种。
优选的是，所述扩链剂为醇类扩链剂和/或醇胺类扩链剂，醇类扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷中的一种或多种，醇胺类扩链剂为二乙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种。
优选的是，所述催化剂为二乙酸二丁基锡、标准二月桂酸二丁基锡、标准辛酸亚锡、耐水解型丁基锡、耐水解型环保型辛基锡中、耐水解延迟型辛基锡中的一种或多种。
优选的是，所述所述消泡剂为BYK066、BYK088、BYK060N、BYK-A530中的一种或多种。
优选的是，所述内脱模剂为INT-1948MCH、INT-1968RAC中的一种或多种。
优选的是，所述浸润剂为BYK-9920。
本发明至少包括以下有益效果：在聚氨酯组合物的原料中添加芳香族耐水解聚酯多元醇，与常规聚醚多元醇搭配使用，在提高聚氨酯组合物耐水性的同时，使固化物力学性能优异；选用合适的浸润剂，通过配方设计，降低聚氨酯树脂体系混合粘度，提高聚氨酯体系对玻纤的浸润性，使得光伏边框表面质量优异。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明实施例1量产后最终制得的产品图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
多元醇组分的制备：将5g二官能度聚醚多元醇(DDL1000)，65g三官能度聚醚多元醇(DMN500)，5g二官能度聚醚多元醇(PPG8000)，10g二官能度聚醚多元醇(PPG200)，10g芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)，5g扩链剂(甘油)加入圆底烧瓶，采用实验室用搅拌器在300rpm搅拌速度下搅拌45min，再加入0.03g催化剂(耐水解延迟型丁基锡)，0.1g消泡剂(BYK066N)，3g内脱模剂(INT-1948MCH)，1g浸润剂(BYK-9920)搅拌均匀获得多元醇组份。
异氰酸酯组分的制备：直接采用多苯基多甲基多异氰酸酯(PM200，粘度250mPa.s)用量为99.75g。
实施例2
本实施例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为60g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为15g，其它所有均与实施例1一致。
实施例3
本实施例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为55g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为15g，芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)用量为15g，其它所有均与实施例1一致。
实施例4
本实施例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为50g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为15g，芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)用量为20g，其它所有均与实施例1一致。
实施例5
本实施例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为45g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为20g，芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)用量为25g，其它所有均与实施例1一致。
对比例1
本对比例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为80g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为5g，未添加芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)，其它所有均与实施例1一致。
对比例2
本对比例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为76g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为8g，未添加芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)，扩链剂(甘油)用量为6g，其它所有均与实施例1一致。
对比例3
本对比例中三官能度聚醚多元醇(DMN500)的用量为79g，二官能度聚醚多元醇(PPG200)用量为5g，未添加芳香族耐水解聚酯多元醇(PS-315S)，扩链剂(甘油)用量为6g，其它所有均与实施例1一致。
性能测试：将实施例1～5以及对比例1～3制备得到的多元醇组份和异氰酸酯组份混合均匀后，测定混合粘度、25℃凝胶时间、120℃凝胶时间、150℃凝胶时间和Tg(玻璃化转变温度)，测试结果如表1；然后按照25℃/24h+80℃/2h+120℃/2h的固化制度进行固化后，切割制样，进行力学性能测试(参考标准ISO 527-2)，测试结果如表2。
表1
从表1可以看出，实施例1～5的混合粘度低于对比例1～3，在实际生产时，低粘度的聚氨酯对玻纤有更好的浸润性；高温时(120℃、150℃)实施例1～5的凝胶时间都比对比例1～3短，低温时(25℃)实施例1～5的凝胶时间都比对比例1～3长，符合本产品在低温时凝胶时间长、高温时凝胶时间短的特性；实施例1～5都有较高的Tg(玻璃化转变温度)，而对比例1～3较低，说明实施例1～5更耐高温。
表2
从表2可以看出，实施例1～5除断裂伸长率外的各项力学性能都要优于对比例1～3，实施例1～5断裂伸长率较低是由于其它力学强度的提升，为了达到强度与韧性的平衡。
上机实验：
按实施例1的参数量产的异氰酸酯组份和多元醇组份分别打入注胶机的A/B罐中，按异氰酸酯指数R＝1.05比例设定多元醇组分和异氰酸酯组分的加入比例。开启拉挤产线设备，上机进行试验初始生产速度为400mm/min，连续运行稳定后，逐步提高速度至1000mm/min，得到如图1所示的最终获得光伏边框产品，其最大拉挤速度达到1000mm/min，光伏边框产品表面质量优异，无发白、掉渣等；而对比例最大拉挤速度为800mm/min，表面有发白、掉渣等。
通过表1、表2和上机实验的结果可知：本发明实施例1～5得到的一种光伏边框复材用耐水解高强度聚氨酯具有优异的性能，耐水解、力学性能优异，混合粘度低，对玻纤有很好的浸润性，能够制备表面质量优异的光伏边框产品；而对比例1～3的聚氨酯未加入芳香族耐水解多元醇，由于异氰酸酯对水十分敏感，在反应时会产生二氧化碳气泡，导致聚氨酯粘度高，生产出的产品表面不光滑、发白、掉渣等。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，包括多元醇组分和异氰酸酯组分，所述多元醇组分包括聚醚多元醇、芳香族耐水解聚酯多元醇、扩链剂、催化剂、消泡剂、内脱模剂、浸润剂，所述异氰酸酯组分为多苯基多甲基异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述聚醚多元醇包括分子量400～1000的二官能度聚醚多元醇a，分子量400～1000的三官能度聚醚多元醇b，分子量5000～8000的二官能度聚醚多元醇c，分子量100～300的二官能度聚醚多元醇d；所述分子量400～1000的二官能度聚醚多元醇a为蓝星东大DDL400、DDL600、DDL1000中的一种或多种，所述分子量400～1000的三官能度聚醚多元醇b为德信联邦DMN400、DMN450、DMN500、DMN550、DMN700中的一种或多种，所述分子量5000～8000的二官能度聚醚多元醇c为德信联邦PPG5000、PPG6000、PPG8000中的一种或多种，所述分子量100～300的二官能度聚醚多元醇d为蓝星东大PPG200、PPG300中的一种或多种。
3.根据权利要求1～2所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述多元醇组分中分子量400～1000的二官能度聚醚多元醇a:分子量400～1000的三官能度聚醚多元醇b:分子量5000～8000的二官能度聚醚多元醇c:分子量100～300的二官能度聚醚多元醇d:芳香族耐水解聚酯多元醇:扩链剂:消泡剂:催化剂:内脱模剂:浸润剂的质量比为3～10:40～80:4～10:5～20:10～30:1～6:0.01～1:0.01～0.5:1～4:0.1～2，所述多元醇组分的制备方法为：先向搅拌器中加入上述比例的聚醚多元醇、芳香族耐水解聚酯多元醇和扩链剂，200～400rpm搅拌速度下搅拌30～60min，然后再向其中加入上述比例的催化剂、消泡剂、内脱模剂、浸润剂，搅拌均匀得到多元醇组分。
4.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述多苯基多甲基异氰酸酯为PM-130、PM-200、M20S、44V20L、MR-200、PM-400中的一种或多种，所述多苯基多甲基异氰酸酯用量为所述多元醇组分中聚醚多元醇和芳香族耐水解聚酯多元醇当量的1.0～1.1倍。
5.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述芳香族耐水解聚酯多元醇为脂肪族二元酸、芳香族二元酸等酸类，以及直链二元醇、含侧基二元醇、三元醇等醇类在升温条件下进行酯化和缩聚反应制得，脂肪族二元酸为乙二酸、己二酸、癸二酸、壬二酸中的一种或多种，芳香族二元酸为苯酐、对苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或多种，直链二元醇为丁二醇、乙二醇、二乙二醇中的一种或多种；侧基二元醇为新戊二醇、甲基丙二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、一缩二丙二醇中的一种或多种，三元醇为甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷中的一种或多种；所述芳香族耐水解聚酯多元醇为NJ-310、PS-315S中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述扩链剂为醇类扩链剂和/或醇胺类扩链剂，醇类扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷中的一种或多种，醇胺类扩链剂为二乙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述催化剂为二乙酸二丁基锡、标准二月桂酸二丁基锡、标准辛酸亚锡、耐水解型丁基锡、耐水解型环保型辛基锡中、耐水解延迟型辛基锡中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述所述消泡剂为BYK066、BYK088、BYK060N、BYK-A530中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述内脱模剂为INT-1948MCH、INT-1968RAC中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的光伏边框用耐水解高强度聚氨酯组合物，其特征在于，所述浸润剂为BYK-9920。
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