CN107554019A

CN107554019A - 一种三层共挤出聚乙烯薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN107554019A
Application number: CN201710723346.8A
Authority: CN
Inventors: 甄万清; 王鹏; 聂福; 朱圣才
Original assignee: Jiaxing Gaozhenggao Polymer Material Co Ltd
Current assignee: Jiaxing Gaozhenggao Polymer Material Co Ltd
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明公开了一种三层共挤出耐候聚乙烯薄膜及其制备方法，三层共挤出耐候聚乙烯薄膜由内层、中层、外层三层结构共挤出而成，所述内层和所述外层均为粘结层，所述中层为紫外线阻隔层，采用三层流涎共挤出或三层吹膜共挤出方法制备得到，本发明三层共挤出聚乙烯薄膜中，内外层均为PE层，与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙烯‑醋酸乙烯共聚物（EVA）有良好的粘结性能，有利于薄膜与保护部件的表面牢固粘接；中层通过加入白色无机填料阻碍紫外线并利用紫外吸收剂来吸收紫外线，具有优异的耐候性与水汽阻隔性。

Description

一种三层共挤出聚乙烯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种三层共挤出聚乙烯薄膜及其制备方法。

背景技术

中国光伏产能和市场容量均居世界第一，市场之大毋庸置疑。含氟背板以其卓越的性能广泛应用于光伏组件，正常的光伏背板服役期是25年，国内含氟背板的市场占有率达到70％以上，但20-30年之后面临大量背板的退役，该怎样处理也是一个巨大的问题。

对氟材料的回收上，国际上至今尚未有一套较为理想和成熟的降解方式。采取各种处理方式，都无法让其无害化处理。含氟背板，如果采用填埋处理，会带来水和土壤的严重污染；如果采用焚烧处理，会挥发剧毒物质，危害子孙后代。意味着十几年之后，巨量的光伏产品的回收，尤其是氟材料的回收，将成我们无法回避、且必须面对的现实，犹如当前承受巨大回收压力的电子产品和汽车产品现状。另外，虽然含氟薄膜在各种性能上具有较大优势，但其价格高昂，另外还存在与EVA粘接力低等问题。现在亟需研制出一种无氟背板薄膜。

本发明要解决的技术问题是：研制开发一种无氟背板薄膜及其制备方法，具体是指一种三层共挤出白色耐候聚乙烯薄膜及其制备方法，该薄膜具有优良的耐候、阻隔紫外、阻水隔气等性能，更关键的是该薄膜便于在使用后回收处理，对环境无污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种无氟背板薄膜即一种三层共挤出聚乙烯薄膜及其制备方法，上述薄膜耐候、阻隔紫外、阻隔水汽性能优良，而且易于回收处理，环境友好无污染。

为实现上述目的，本发明是通过下列技术方案实现的：

一种三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，所述聚乙烯薄膜自下而上依次由内层、中层、外层三层结构共挤出而成，所述内层和所述外层均为粘接层，所述中层为紫外线阻隔层。

优选的，所述内层的厚度为2～20微米，所述中层的厚度为6～60微米，所述外层的厚度为2～20微米。

优选的，所述内层和所述外层皆包括以下重量份的原料：

聚乙烯 97～99.95份；

紫外吸收剂 0.1～2份；

抗氧剂 0.05～1份；

所述中层包括以下重量份的原料：

优选的，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的任意一种或多种，聚乙烯的熔融指数为1～30g/10min、2.16kg、190℃。

优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫酯类抗氧剂中的一种或多种。

优选的，所述白色无机填料为钛白粉、硫酸钡、立德粉、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。

优选的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种；所述润滑剂为石蜡、硬脂酸及其盐、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

优选的，所述紫外吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、取代丙烯腈类、三嗪类与受阻胺类紫外吸收剂中的一种或多种。

本发明还提供了一种三层共挤出耐候聚乙烯薄膜的制备方法，制备步骤如下：

1)按照内层、中层和外层的原料配比分别经过高速混合机混合，投入到双螺杆挤出机进行熔融、分散与挤出造粒，分别得到内层、中层与外层聚乙烯改性料；

2)将内层、中层与外层聚乙烯改性料分别投入三层共挤流涎机或吹膜机的三台单螺杆挤出机内，在160～210℃进行熔化输送，并汇流至流涎模头或吹膜模头，模头温度为170～220℃，经模头挤出后拉伸、冷却定型，切边收卷，得到所述三层共挤出耐候聚乙烯薄膜。

优选的，所述步骤(1)中，混合温度为10～50℃，混合转速为300～1000rpm，混合时间为5～40min，挤出温度为120～210℃，螺杆转速为200～600rpm。

本发明的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜与现有技术的含氟耐候薄膜相比，具有下述有益效果：本发明的三层共挤出白色耐候聚乙烯薄膜具有三层结构，内外层是改性的聚乙烯材料，与光伏背板中的PET、EVA等材料有良好的粘结性能，有利于薄膜与保护部件的表面牢固粘接，同时具有优异的耐候性与水汽阻隔性；中层含有紫外吸收剂与无机填料，尤其是钛白粉，因此薄膜能够有效地阻隔紫外线。在成本上，聚乙烯比传统的氟树脂价格更低，更适合大面积推广和应用。更重要的是，在回收处理上，聚乙烯材料相较于含氟材料更易于无污染处理且处理更本更低。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜结构示意图。

附图标记说明：1-聚乙烯薄膜；11-内层；12-中层；13-外层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图和最佳实施例对本发明作进一步说明：

实施例1～4是四种不同的内、中、外层薄膜配方(参见表1～3)。各实施例中采用的原料如下：

(1)聚乙烯(PE)：熔融指数为6(g/10min，5kg，190℃)的低密度聚乙烯和熔融指数为22(g/10min，5kg，190℃)的线性低密度聚乙烯按照9:1比例混合。

(2)白色无机填料：钛白粉商品名为：CR-834，供应商为：科美基颜料有限公司；粉体平均粒径为0.2～0.3微米。

(3)偶联剂：硅烷偶联剂，牌号KH-560，供应商为：道康宁。

(4)抗氧剂：商品名为：抗氧剂-1098，供应商为：德国BASF公司。

(5)紫外吸收剂：商品名为：UV-234,供应商为：德国BASF公司。

(6)润滑剂：58°石蜡(粒状)，供应商为：上海石化。

实施例1～4采用的内、中、外层薄膜配方如表1～3所示。

表1 实施例1～4内层薄膜配方(重量份数：份)

组分	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					聚乙烯	99	97	98	98
抗氧剂	0.5	1	0.1	0.5
					紫外吸收剂	0.5	2	1.9	1.5

表2 实施例1～4中层薄膜配方(重量份数：份)

组分	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					聚乙烯	70	80	90	60
钛白粉	20	10	5	30
					偶联剂	2	3	1	3
抗氧剂	1	1.5	0.5	1
					紫外吸收剂	2	1.5	1.5	1
润滑剂	5	4	2	5

表3 实施例1～4外层薄膜配方(重量份数：份)

组分	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					聚乙烯	97	99	98	98
抗氧剂	0.5	0.1	0.3	0.4
					紫外吸收剂	2.5	0.9	1.7	1.6

按表1～3中的配方按照下述步骤制备三层共挤出白色耐候聚乙烯薄膜改性料：

1)将聚乙烯、钛白粉、偶联剂、抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂等原料分别按照内、中、外层原料配比后经过高速混合机混合，混合温度为10～50℃，混合转速300～1000rpm，混合时间5～40min，投入到双螺杆挤出机进行熔融、分散与挤出造粒，挤出温度为120～210℃，螺杆转速为200～600rpm，分别得到内层、中层与外层聚乙烯改性料；

2)将内层、中层与外层聚乙烯改性料分别投入三层共挤流涎机或吹膜机的三台单螺杆机挤出机内，在160～210℃进行熔化输送，并汇流至流涎模头或吹膜模头，模头温度为170～220℃，经模头挤出后拉伸、冷却定型，切边收卷，从而得到所述三层共挤出白色耐候聚乙烯薄膜。

实施例1～4高混机和双螺杆的温度和转速条件见表4～6。

表4 实施例1～4内层薄膜改性料高混机和双螺杆的温度和转速

工艺条件	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					混合转速(rpm)	300	350	400	450
混合时间(min)	10	8	7	5
					混合温度(℃)	12	13	12	15
双螺杆挤出机温度(℃)	170	165	160	165
					双螺杆挤出机转速(rpm)	300	350	450	400

表5 实施例1～4中层薄膜改性料高混机和双螺杆的温度和转速

工艺条件	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					混合转速(rpm)	500	700	600	900
混合时间(min)	35	15	20	10
					混合温度(℃)	25	35	30	45
双螺杆挤出机温度(℃)	190	185	170	180
					双螺杆挤出机转速(rpm)	300	350	500	400

表6 实施例1～4外层薄膜改性料高混机和双螺杆的温度和转速

工艺条件	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					混合转速(rpm)	300	330	380	400
混合时间(min)	9	7	6	5
					混合温度(℃)	14	15	12	13
双螺杆挤出机温度(℃)	165	160	170	175
					双螺杆挤出机转速(rpm)	400	450	380	350

采用太阳能光伏电池背板膜中含氟薄膜与PET、EVA基材板粘结力的测试方法测试实施例1～4制备的三层共挤出白色耐候聚乙烯薄膜1～4样品的粘结力。同时对薄膜样品的水蒸气透过率、紫外辐照老化后黄变指数进行了测试，对比样是常规25微米单层聚偏氟乙烯薄膜，测试结果总结于下表：

表7 样品1～4的性能测试结果

上述测试结果表明本发明的制备的三层共挤出白色耐候聚乙烯薄膜具备下述有益效果：

1)内层11和外层13粘结性能优于单层膜，与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)有良好的粘结性能，有利于薄膜与保护部件的表面牢固粘接，具有更大的粘结力；

2)中层12紫外阻隔层能够有效地阻隔紫外照射，三层膜经紫外辐照老化后黄变指数显著小于单层膜，因此三层膜耐紫外老化性能优于单层膜，通过加入白色无机填料阻碍紫外线并利用紫外吸收剂来吸收紫外线，具有优异的耐候性与水汽阻隔性；

3)由于PE具有优良的阻隔水汽的作用，三层膜水蒸汽透过率明显低于单层膜。

综上所述，本发明提供的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜在成本上，聚乙烯比传统的氟树脂价格更低，适合大面积推广和应用。再者，在回收处理上，聚乙烯材料相较于含氟材料更易于无污染处理且处理更本更低。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明所作的等效变换，均在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述聚乙烯薄膜（1）自下而上依次由内层（11）、中层（12）、外层（13）三层结构共挤出而成，所述内层（11）和所述外层（13）均为粘接层，所述中层（12）为紫外线阻隔层。

2.根据权利要求1所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述内层（11）的厚度为2～20微米，所述中层（12）的厚度为6～60微米，所述外层（13）的厚度为2～20微米。

3.根据权利要求1所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述内层（11）和所述外层（13）皆包括以下重量份的原料：

聚乙烯 97～99.95份；

紫外吸收剂 0.1～2份；

抗氧剂 0.05～1份；

所述中层（12）包括以下重量份的原料：

聚乙烯 60～90份；

白色无机填料 5～30份；

偶联剂 0.05～5份；

抗氧剂 0.05～1份；

紫外吸收剂 0.05～5份；

润滑剂 0.05～5份。

4. 根据权利要求3所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的任意一种或多种，聚乙烯的熔融指数为1～30 g/10min、2.16kg、190℃。

5.根据权利要求3所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫酯类抗氧剂中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述白色无机填料为钛白粉、硫酸钡、立德粉、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。

7.根据权利要求3所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜,其特征在于：所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或多种；所述润滑剂为石蜡、硬脂酸及其盐、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。

8.根据权利要求3所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述紫外吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、取代丙烯腈类、三嗪类与受阻胺类紫外吸收剂中的一种或多种。

9.权利要求1～8任一项所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：

1）按照内层（11）、中层（12）和外层（13）的原料配比分别经过高速混合机混合，投入到双螺杆挤出机进行熔融、分散与挤出造粒，分别得到内层、中层与外层聚乙烯改性料；

2）将内层（11）、中层（12）与外层（13）聚乙烯改性料分别投入三层共挤流涎机或吹膜机的三台单螺杆机挤出机内，在160～210℃进行熔化输送，并汇流至流涎模头或吹膜模头，模头温度为170～220℃，经模头挤出后拉伸、冷却定型，切边收卷，得到所述三层共挤出耐候聚乙烯薄膜。

10.根据权利要求9所述的三层共挤出耐候聚乙烯薄膜，其特征在于：所述步骤（1）中，混合温度为10～50℃，混合转速为300～1000rpm，混合时间为5～40min，挤出温度为120～210℃，螺杆转速为200～600rpm。