CN104403241A - 太阳能电池背板用改性pvdf基材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池背板用改性PVDF基材及其制备方法，该改性PVDF基材包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦60～90份、PVDF30～100份、苄基三丁基氯化铵30～100份、聚乙烯醇缩丁醛20～60份、聚四氟乙烯70～100份、氯甲基苯乙烯40～60份、酒石酸钠40～70份、聚磷酸盐30～100份、邻苯二甲酸酯类40～80份、脂肪族胺类20～50份。制备方法：将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入剩余组分，反应7～10h；干燥挤出，冷却铸片；拉伸定型。本发明的PVDF与水的亲和力降低，减少水增速的形成，防止基材的降解老化。

Description

太阳能电池背板用改性PVDF基材及其制备方法
技术领域
    本发明涉及太阳能电池背板领域，尤其涉及一种太阳能电池背板用改性PVDF基材及其制备方法。
背景技术
    太阳能背板位于太阳能电池板的背面，以氟树脂跨国企业（如日本旭硝子、大金和法国阿科玛等）开发生产的PVDF、CTFE、PTFE树脂为主体树脂制备的氟碳涂料，广泛应用于桥梁、大厦、铁路、通信设施的表面防护上，并经受了40年以上的户外严酷考验，表现出极佳的耐候性能。同时，目前包括低温等离子体改性技术、辐照改性技术、真空等离子体化学接枝技术在内的材料表面改性技术已较为成熟。因此，将氟碳涂料、PET表面改性技术、氟涂层表面改性技术等应用于太阳电池背膜的开发，从而实现不使用胶粘剂并具有优异长期耐候性能的低成本高品质涂覆型背膜产品是完全可行的，也是今后背膜材料发展和国产化的必由之路。由于国内复胶型背膜制造企业在主要原材料和核心技术方面不具备成本和质量的优势，造成产品整体的核心竞争力与利润空间较低。
    申请号为2012102564391，名称为“一种太阳能电池背板及制备方法”的中国专利申请公开了一种太阳能电池背板，其特征在于太阳能电池背板为对称结构，中间为聚对苯二甲酸乙二醇酯层40，由中间向外依次为粘结剂层30、氧化硅层20和氟塑料层10。该发明所述太阳能电池背板具有气体透过率和水透过率低的特点，同时具有耐碱性、耐侯性、机械强度高的特点。该发明含氟，容易造成环境污染，而且成本较高。
    申请号为2013106903110，名称为“一种太阳能电池背板及其制造方法”的中国专利申请公开了一种太阳能电池背板及其制造方法，包括中间的基材层，所述基材层的上、下两面均设有含氟膜；所述含氟膜和基材层之间通过粘合层连接；其中，所述基材层由以下重量份数的组分组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80-90份，抗紫外添加剂5-15份；所述含氟膜由以下重量份数的组分组成：聚偏氟乙烯70-80份，聚甲基丙烯酸甲酯5-10份，二氧化钛5-10份，氧化铋1-2份。该发明方法制备的太阳能电池背板结构简单合理，阻隔性能优良。该发明的抗紫外添加剂仅能抗紫外线，对于外界的湿热环境的抵抗力较低。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种太阳能电池背板用改性PVDF基材及其制备方法，太阳能电池背板用改性PVDF基材耐湿热性能强。
本发明采用以下技术方案：
太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦60～90份、PVDF 30～100份、苄基三丁基氯化铵30～100份、聚乙烯醇缩丁醛20～60份、聚四氟乙烯70～100份、氯甲基苯乙烯40～60份、酒石酸钠40～70份、聚磷酸盐30～100份、邻苯二甲酸酯类40～80份、脂肪族胺类20～50份。
    作为对本发明的进一步改进，太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦70～80份、PVDF 40～80份、苄基三丁基氯化铵40～90份、聚乙烯醇缩丁醛30～50份、聚四氟乙烯80～90份、氯甲基苯乙烯50～55份、酒石酸钠50～60份、聚磷酸盐40～80份、邻苯二甲酸酯类50～70份、脂肪族胺类30～40份。
    作为对本发明的进一步改进，太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦75份、PVDF 60份、苄基三丁基氯化铵70份、聚乙烯醇缩丁醛40份、聚四氟乙烯85份、氯甲基苯乙烯53份、酒石酸钠55份、聚磷酸盐60份、邻苯二甲酸酯类60份、脂肪族胺类35份。
    作为对本发明的进一步改进，聚磷酸盐是焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠中的一种或几种的混合物。
    作为对本发明的进一步改进，邻苯二甲酸酯类是邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异丁酯中的一种或几种的混合物。
    作为对本发明的进一步改进，脂肪族胺类是二氨基环己烷、亚甲基双环己烷胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种的混合物。
本发明还提供了一种太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法。
上述太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应7～10h；
（2）干燥使混合物的含水率为10～30ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
    作为对本发明的进一步改进，步骤（1）的反应温度为320℃，反应时间为8h。
    作为对本发明的进一步改进，步骤（1）的酒石酸钠和聚磷酸盐在50min内加完。
    作为对本发明的进一步改进，步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
    作为对本发明的进一步改进，步骤（2）的混合物含水率为25ppm。
PVDF，聚偏氟乙烯，外观为半透明或白色粉体或颗粒，分子链间排列紧密，又有较强的氢键，氧指数为46%，不燃，结晶度65%～78%，密度为1.17～1.79g/cm3,熔点为172℃,热变形温度112～145℃,长期使用温度为-40～150℃。
    原理：四丁基氯化膦可以降低PVDF与水的亲和力，减少水增速的形成，防止分子主链的降解，提高耐湿热性。
有益效果
    本发明的四丁基氯化膦明显提高了基材的耐湿热性能，使PVDF与水的亲和力降低，减少水增速的形成，防止基材的降解老化。本发明的水汽透过性为2.4～2.6g/m2·day，黄变指数Δb=2.1～2.4，而且在湿热条件下不易脱层变黄。
具体实施方式
    下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
实施例1
    太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦75份、PVDF 60份、苄基三丁基氯化铵70份、聚乙烯醇缩丁醛40份、聚四氟乙烯85份、氯甲基苯乙烯53份、酒石酸钠55份、聚磷酸盐60份、邻苯二甲酸酯类60份、脂肪族胺类35份。
聚磷酸盐是质量比为1：3：1的焦磷酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠的混合物。
邻苯二甲酸酯类是质量比为1：2：1的邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异丁酯的混合物。
脂肪族胺类是质量比为2：1：1的二氨基环己烷、亚甲基双环己烷胺、四乙烯五胺的混合物。
上述太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至320℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应8h；
（2）干燥使混合物的含水率为25ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
步骤（1）的酒石酸钠和聚磷酸盐在50min内加完。
步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
实施例2
太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦60份、PVDF 30份、苄基三丁基氯化铵30份、聚乙烯醇缩丁醛20份、聚四氟乙烯70份、氯甲基苯乙烯40份、酒石酸钠40份、聚磷酸盐30份、邻苯二甲酸酯类40份、脂肪族胺类20份。
聚磷酸盐是质量比为1：1：1的焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠的混合物。
邻苯二甲酸酯类是邻苯二甲酸丁苄酯。
脂肪族胺类是三乙烯四胺。
上述太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应7h；
（2）干燥使混合物的含水率为10～30ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
实施例3
太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦90份、PVDF 100份、苄基三丁基氯化铵100份、聚乙烯醇缩丁醛60份、聚四氟乙烯100份、氯甲基苯乙烯60份、酒石酸钠40份、聚磷酸盐30份、邻苯二甲酸酯类40份、脂肪族胺类20份。
聚磷酸盐是质量比为5：2：1的焦磷酸钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠的混合物。
邻苯二甲酸酯类是质量比为1：3的邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二异丁酯的混合物。
脂肪族胺类是质量比为1：5：1的二氨基环己烷、二乙烯三胺、三乙烯四胺的混合物。
上述太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应10h；
（2）干燥使混合物的含水率为10～30ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
实施例4
太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦70份、PVDF 40份、苄基三丁基氯化铵40份、聚乙烯醇缩丁醛30份、聚四氟乙烯80份、氯甲基苯乙烯50份、酒石酸钠50份、聚磷酸盐40份、邻苯二甲酸酯类50份、脂肪族胺类30份。
聚磷酸盐是质量比为1：1：1的焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠的混合物。
邻苯二甲酸酯类是邻苯二甲酸二环己酯。
脂肪族胺类是二氨基环己烷。
上述太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应8h；
（2）干燥使混合物的含水率为10～30ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
实施例5
太阳能电池背板用改性PVDF基材，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦80份、PVDF 80份、苄基三丁基氯化铵90份、聚乙烯醇缩丁醛50份、聚四氟乙烯90份、氯甲基苯乙烯55份、酒石酸钠60份、聚磷酸盐80份、邻苯二甲酸酯类70份、脂肪族胺类40份。
聚磷酸盐是六偏磷酸钠。
邻苯二甲酸酯类是质量比为1：1：1的邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异丁酯的混合物。
脂肪族胺类是亚甲基双环己烷胺。
上述太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应9h；
（2）干燥使混合物的含水率为10～30ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
对比例1
与实施例1相同，不同在于：不加四丁基氯化膦。
性能测试
对实施例和对比例的产品进行性能测试，结果见表1。
黄变指数Δb：单位：无。检测标准：ASTM E313-05（UV照射1000h）。
水汽透过性：单位：g/m2·day。检测标准：ASTM F-1249（38℃，100%RH）。
耐湿热老化：试验条件为温度85℃、RH85%，时间2000h。观察脱层、变黄情况。
表1
结论：对比例1的水汽透过性为4.3g/m2·day，黄变指数Δb=5.3，湿热条件下易脱层变黄。实施例的水汽透过性为2.4～2.6g/m2·day，黄变指数Δb=2.1～2.4，湿热条件下不易脱层变黄。本发明的四丁基氯化膦明显提高了基材的耐湿热性能，使PVDF与水的亲和力降低，减少水增速的形成，防止分子主链的降解。

Claims (10)

1.太阳能电池背板用改性PVDF基材，其特征在于，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦60～90份、PVDF 30～100份、苄基三丁基氯化铵30～100份、聚乙烯醇缩丁醛20～60份、聚四氟乙烯70～100份、氯甲基苯乙烯40～60份、酒石酸钠40～70份、聚磷酸盐30～100份、邻苯二甲酸酯类40～80份、脂肪族胺类20～50份。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材，其特征在于，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦70～80份、PVDF 40～80份、苄基三丁基氯化铵40～90份、聚乙烯醇缩丁醛30～50份、聚四氟乙烯80～90份、氯甲基苯乙烯50～55份、酒石酸钠50～60份、聚磷酸盐40～80份、邻苯二甲酸酯类50～70份、脂肪族胺类30～40份。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材，其特征在于，包括以下重量份计的组分：四丁基氯化膦75份、PVDF 60份、苄基三丁基氯化铵70份、聚乙烯醇缩丁醛40份、聚四氟乙烯85份、氯甲基苯乙烯53份、酒石酸钠55份、聚磷酸盐60份、邻苯二甲酸酯类60份、脂肪族胺类35份。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材，其特征在于，聚磷酸盐是焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材，其特征在于，邻苯二甲酸酯类是邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异丁酯中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材，其特征在于，脂肪族胺类是二氨基环己烷、亚甲基双环己烷胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种的混合物。
7.基于权利要求1所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将四丁基氯化膦、PVDF、苄基三丁基氯化铵、聚乙烯醇缩丁醛、聚四氟乙烯、氯甲基苯乙烯、邻苯二甲酸酯类、脂肪族胺类混合均匀，加热至300～350℃，缓慢加入酒石酸钠和聚磷酸盐，保持温度反应7～10h；
（2）干燥使混合物的含水率为10～30ppm，挤出，冷却铸片；
（3）拉伸定型。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，其特征在于，步骤（1）的反应温度为320℃，反应时间为8h。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，其特征在于，步骤（1）的酒石酸钠和聚磷酸盐在50min内加完。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池背板用改性PVDF基材的制备方法，其特征在于，步骤（2）的冷却温度为15～35℃。
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