CN107383799A - 一种聚对苯二甲酸丁二醇酯‑聚偏氟乙烯合金专用料 - Google Patents

一种聚对苯二甲酸丁二醇酯‑聚偏氟乙烯合金专用料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯‑聚偏氟乙烯合金专用料。其组分按重量份数为：聚聚对苯二甲酸丁二醇酯5‑95份、聚偏氟乙烯5‑95份、增容剂2～20份、抗氧剂0.1～2份、无机填料10‑20份。由本发明制备的一种对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)/聚偏氟乙烯(PVDF)合金薄膜，既有聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜紫外阻隔能力优、透水率低、耐水解性好的特点，又具有聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)薄膜成本低、易降解回收利用的优点，此新型外层保护材料对于光伏背板行业具有极其重要的意义。

Description

一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及太阳能电池背板上的一种材料，尤其涉及一种具有优良耐水解性、耐候性和优良的力学性能的聚酯合金薄膜材料。
背景技术
世界常规能源供应短缺危机日益严重，仅以石油为例，至2009年底全球已证实的储量可供开采时间仅为45.7年。并且，化石能源的过度开发利用已成为自然环境污染和威胁人类身体健康的主要元凶之一。据欧盟联合研究中心预测，到2050年，可再生能源的比例将超过传统能源，约占52％，其中太阳能占1/2强，约28％，到本世纪末，可再生能源的比例将占到86％，而太阳能将占据其中的约67％。
太阳能光伏发电以其无污染、可持续、总量大、分布广、利用形式多样等优点构成了太阳能能源战略中的重要组成部分。其中，当前以硅元素为主体的半导体太阳能电池——晶硅太阳能电池占据着主导地位。晶硅太阳能电池的主要构造为由高透明前板、封装膜、银浆或铝浆导线、多晶或单晶硅片、封装膜和电池背板等多层结构形成的叠层结构，将这些材料通过加热层压的方式成型，使用密封胶条和边框组装后，配上接线盒即可得到晶硅太阳能电池组件。其中，背板的主要作用表现为优良的电气绝缘性、机械稳定性、抵抗外界环境侵蚀、耐候性、低水汽透过率，用于保护和支撑电池片，对晶硅太阳能电池的性能具有重要的影响。
太阳能电池背板主要分为以下两类，一种是以含氟聚合物为基础的背板，一种是全聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)结构的背板。其中，含氟聚合物背板的耐紫外线性能优异，但是含氟聚合物存在价格高、生产设备投资成本高、回收再利用困难等问题，这极大的阻碍了太阳能电池的推广发展。而全PET结构的背板相对于含氟背板价格较低，但是仍存在着抗水解性能和耐紫外线能力较差的缺点，并且由于PET结晶速率慢、结晶不完善且不均匀，需要对生产的薄膜进行双向拉伸以提高其性能，而这也会提高了PET薄膜的生产成本。因此，开发一种即有聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜优良紫外阻隔能力、透水率低、耐水解性好，又具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜成本低、易降解回收利用，此新型外层保护材料对于光伏背板行业具有极其重要的意义。
聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂材料具有吸水率低、尺寸稳定性佳、介电强度高、耐化学品和耐候性优异等优点，一直以来作为工程用塑料收到了关注，其注塑部件广泛应用在汽车部件、电气、电子、通讯工业。基于以上考虑，本发明提供了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚偏氟乙烯合金薄膜的专用料，以代替传统太阳能电池背板外层的保护材料，从而达到降低光伏背板成本的目标。
发明内容
本发明的目的是提供了一种具成本低、尺寸稳定性好、耐水解性、机械性能和耐候性优良的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚偏氟乙烯合金薄膜，以达到取代传统增强BO-PET或者含氟背膜的目的，从而降低太阳能电池背板的制备成本。本发明提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚偏氟乙烯合金薄膜其具有优良的耐水解性、耐候性、热稳定性、电气绝缘性、成本更低的优点，更重要的是其易回收利用，对环境危害远低于聚偏氟乙烯。
为达到以上目标，本发明采用反应性增容的技术，通过调节聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、增容剂、抗氧剂、无机填料的比例，通过合适的工艺条件，在双螺杆挤出机中共混反应而制得高性能的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚偏氟乙烯合金专用料，具体技术方案如下：
一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，合金专用料的原料组分按重量份数包括：聚对苯二甲酸丁二醇酯5-95份、聚偏氟乙烯5-95份、增容剂2-20份、抗氧剂0.1-2份与无机填料10-20份。
然后，在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过流延工艺制得厚度10-200μm的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚偏氟乙烯合金薄膜片材。
作为优选，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯，其特征粘度为0.5-1.3dl/g。
作为优选，所述聚偏氟乙烯重均分子量为20-150万。
作为优选，所述的增容剂是官能团接枝改性的丙烯酸类的嵌段共聚物，其各组分比例之和为100％。其中官能团包括甲基丙烯酸缩水甘油酯(-GMA)、马来酸酐(-MAH)或氨基(-NH2)中的一种或其混合物，其在丙烯酸类的嵌段共聚物中的含量为1-10％。丙烯酸类的嵌段共聚物包括丙烯酸或丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物、乙基丙烯酸或乙基丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物中的两种或两种以上形成的嵌段共聚物，丙烯酸类嵌段共聚物中各组分比例之和为90-99％。
作为优选，官能团包括甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐或氨基中的一种或几种。
作为优选，丙烯酸类的嵌段共聚物包括丙烯酸或丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物、乙基丙烯酸或乙基丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物中的两种或两种以上形成的嵌段共聚物。
作为优选，增溶剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性甲基丙烯酸甲酯(MMA-g-GMA)、氨基接枝改性甲基烯丙烯酸丁酯(MBA—g-NH2)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸甲酯共聚物(MBA-MA-g-GMA)、马来酸酐接枝改性甲基丙烯酸甲酯(MMA-g-MAH)。
作为优选，所述无机填料为纳米级二氧化硅、纳米级碳酸钙或纳米级钛白粉，所述无机填料的平均粒径为1-500纳米。
作为优选，所述的抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、亚磷酸酯三(2,4-二特丁基苯基)酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯或N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺一种或几种的混合物。
作为优选，聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料的加工方式包括中空吹塑制备、流延制备或压延；制备的薄膜片材的厚度为10-200μm。
本发明的有益效果是：本发明采用了可反应相容剂，利用原位反应改善了PBT与PVDF之间的界面状态，提高了PBT和PVDF的相容性，从而得到了具有优良的尺寸稳定性、耐水解性、机械性能和耐候性的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)/聚偏氟乙烯(PVDF)合金薄膜。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
聚对苯二甲酸丁二醇酯，其特征粘度为0.5-1.3dl/g。
聚偏氟乙烯重均分子量为20-150万。
对比例一
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯80份，聚偏氟乙烯20份，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168，10份纳米钛白粉。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过流延工艺将干燥后的粒子制备成30μm的薄膜片材。
实施例一
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯95份，聚偏氟乙烯5份，2份甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性甲基丙烯酸甲酯(MMA-g-GMA)，0.05份抗氧剂1010和0.05份抗氧剂168，10份纳米二氧化钛无机填料。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过流延工艺将干燥后的粒子制备成10μm的薄膜片材。
实施例二
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯50份，聚偏氟乙烯50份，10份氨基接枝改性甲基烯丙烯酸丁酯(MBA—g-NH2)，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168，15份纳米二氧化硅。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过流延工艺将干燥后的粒子制备成30μm的薄膜片材。
实施例三
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯20份，聚偏氟乙烯80份，15份甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸甲酯(MBA-MA-g-GMA)，0.2份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168，20份纳米碳酸钙。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过流延工艺将干燥后的粒子制备成50μm的薄膜片材。
实施例四
原料组分按重量计：聚对苯二甲酸丁二醇酯5份，聚偏氟乙烯95份，20份马来酸酐接枝改性甲基丙烯酸甲酯(MMA-g-MAH)，1.2份抗氧剂1010和0.8份抗氧剂168，20份纳米二氧化钛。首先按照上述配方秤取物料，并在高速混合机中将上述物质混合均匀，然后将混合均匀的混合物在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，最后通过流延工艺将干燥后的粒子制备成200μm的薄膜片材。
本发明的力学性能按照ASTM D882-83标准进行样条的制备和测试，耐热性能按照ASTM D1204标准进行测试，本发明的对比例子和实施例子的样品测试性能见下表(测试方向均为MD向)：

Claims (10)

1.一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，合金专用料的原料组分按重量份数包括：聚对苯二甲酸丁二醇酯5-95份、聚偏氟乙烯5-95份、增容剂2-20份、抗氧剂0.1-2份与无机填料10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯，其特征粘度为0.5-1.3dl/g。
3.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，所述聚偏氟乙烯重均分子量为20-150万。
4.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，所述增容剂是官能团接枝改性的丙烯酸类的嵌段共聚物。
5.根据权利要求4所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，官能团包括甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐或氨基中的一种或其混合物。
6.根据权利要求4所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，丙烯酸类的嵌段共聚物包括丙烯酸或丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物、乙基丙烯酸或乙基丙烯酸烷基C1-C4酯类聚合物中的两种或两种以上形成的嵌段共聚物。
7.根据权利要求1或4所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，增溶剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性甲基丙烯酸甲酯、氨基接枝改性甲基烯丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸甲酯共聚物或马来酸酐接枝改性甲基丙烯酸甲酯。
8.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，所述无机填料为纳米级二氧化硅、纳米级碳酸钙或纳米级钛白粉，所述无机填料的平均粒径为1-500纳米。
9.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，所述的抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、亚磷酸酯三(2,4-二特丁基苯基)酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯或N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺一种或几种的混合物。
10.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料，其特征在于，聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚偏氟乙烯合金专用料的加工方式包括中空吹塑制备、流延制备或压延；制备的薄膜片材的厚度为10-200μm。
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