CN113736395A - 一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料；由主剂和固化剂组成，其中，所述主剂包括如下组分：氟碳树脂、丙烯酸树脂、无机填料、分散剂、催化剂、溶剂；所述固化剂包括如下组分：异氰酸酯聚合体。本发明添加了低细度的纳米填料，在提高涂层耐紫外老化性能的同时也保证了较好的透明度，解决现有透明涂层耐紫外性较差的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于粘结涂料技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料。
背景技术
常规太阳能电池组件中的电池单元被夹在太阳光入射侧的正面玻璃与安置在背面的太阳能背板之间，并通过封装材料(通常为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)树脂)进行密封。为了保障太阳能电池组件的使用寿命，因此需要背板具有较好的耐候性及与EVA胶层间高的密封性。
鉴于双面光伏发电组件和光伏建筑一体化的发展需要，透明太阳能电池背板的应用愈发广泛，对其性能也提出了较高的严格。该类背板不仅需要满足常规产品所具备的电气绝缘性、阻湿性能和耐候性，还需具备高透光性和耐紫外性能。目前市场上的透明背板产品主要为透明PET型背板，因其具有优异的耐热性、耐化学药品性和机械特性，且价格低廉，而选作背板的支撑基膜。然而由于聚酯材料与EVA树脂存在较大的极性差异，使其两者难以直接粘合，因此需要通过中间粘结层将两者接合。封装材料与背板间的粘结性包含聚酯基膜与粘结层间的界面和封装材料和粘结层间的界面，因此需同时提高这两个界面间的性能才能保证组件的密封性。根据粘结层类型，透明背板主要分为复合型(常见KPK和TPT)和涂覆型。其中复合型背板由于利用氟膜作为粘结层因而制造成本高，且氟膜与EVA的粘结性较差，此外还需通过胶水将氟膜与聚酯基膜进行粘合在高湿热环境中易出现老化剥离问题。涂覆型背板是具有耐候性的含氟树脂材料复合或涂布到聚酯基膜上烘干固化而成。现有大多数技术专利(CN201410411372、CN201610531615等)中所提及的粘结层虽然满足耐候性和透光率，但其产品成本高，此外使用过程中依旧存在背板脱层的风险，耐紫外性较差。
发明内容
本发明提供了一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料，满足性能要求如粘合性、耐紫外线性能、透光性及耐候性，且成本低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，由主剂和固化剂组成，所述主剂包括如下组分：10-30重量份的氟碳树脂，10-30重量份的丙烯酸树脂，2-15重量份的无机填料，0.2-1重量份的催化剂，0.2-2重量份的润湿分散剂、20-50重量份的无水稀释剂；所述固化剂包含50-70重量份的异氰酸酯固化剂和30-50重量份的无水稀释剂。使用前，按照固化剂中异氰酸酯基与主剂中羟基的物质的量之比0.8-1.4:1来将双组分进行预混合，即可得到高耐候粘结涂料。
进一步的，所述氟碳树脂选自溶剂可溶型的偏氯乙烯型、三氟氯乙烯型、四氟氯乙烯型氟碳树脂中的一种或两种按照任意配比混合而成。所用氟碳树脂的羟值为50-70mgKOH/g，酸值≤10mgKOH/g，固含量≥55％，氟含量约为15-35wt％。
进一步的，所述丙烯酸树脂包括(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸羟乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸正辛酯-丙烯酸羟乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸2-乙基己酯-丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸酯-(甲基)丙烯酸十八酯-丙烯酸羟乙酯共聚物中的一种或两种多种按照任意配比混合组成。其中最为优选为(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸2-乙基己基-丙烯酸羟乙酯。
进一步的，所述无机填料由碳酸钙、氧化锌、二氧化硅、碳酸镁、蜡粉、高岭土、硫酸钡、炭黑、滑石粉、陶瓷微粉、白刚玉、氧化铝的一种或者多种按任意配比混合组成。
进一步的，所述无机填料经功能型偶联剂处理，所述功能型偶联剂包括铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝-锆酸酯偶联剂、铝-钛酸酯偶联剂中的一种或多种按任意配比混合组成。其中最为优选为铝-锆酸酯偶联剂处理过的金红石型二氧化钛。
进一步的，所述无机填料粒径为100～1000nm。纳米级填料粒径小，既能反射或漫射紫外线，并且，部分种类填料甚至能吸收紫外线，也保证在涂料中的分散稳定性。
进一步的，所述催化剂为金属化合物催化剂；所述金属化合物催化剂包括辛酸亚锡、二月桂酸二丁锡、二月桂酸二辛基锡、单丁基三异辛酸锡、异辛酸锌中的一种或多种按任意配比混合组成。
进一步的，所述润湿分散剂由含酸性基团的共聚体溶液、丙烯酸嵌段共聚物、羟基官能团羧酸酯类、高度枝化结构聚酯类、多元胺的嵌段共聚物溶液中的一种或多种按照任意配比混合组成。其中最为优选为含酸性基团的共聚体溶液，如毕克化学BYK111等。
进一步的，主剂和固化剂中的无水稀释剂分别为下列一种或两种以上溶剂按照任意配比混合：甲苯、二甲苯、乙酸正丁酯、乙酸乙酯、丁酮、环己酮、甲乙酮、丙二醇甲醚乙酸酯。更优选为下列一种或两种以上的混合：甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、丁酮、丙二醇甲醚乙酸酯。
进一步的，所述异氰酸酯固化剂为脂肪族异氰酸酯低聚体。所述脂肪族异氰酸酯低聚体包括1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)缩二脲中的一种或两种以上按照任意比混合。异氰酸酯固化剂用无水稀释剂稀释后使用。其中最为优选为1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明通过在粘结涂料中加入低粒径(100-1000nm)的经过表面处理的纳米填料，在保证了较好的透光度的条件下，明显提高了紫外屏蔽率，提高了成品背板的耐紫外老化性能；
2)本发明提供了一款高耐候性的涂料来作为透明太阳能电池背板的粘结层，所用丙烯酸树脂侧链中含有较长碳链，能增强与EVA树脂的分子链间缠绕，此外丙烯酸树脂主链中的酯键基团较多，有利于提高其在聚酯基膜的附着力；同时聚酯基膜经电晕处理后，表面含有大量的羟基和羧基活性集体团，可通过乙组分中的异氰酸酯固化剂与粘结层形成化学键合，进一步增强粘结层与聚酯基膜的粘附性；
3)本发明中所制备的涂料能兼顾自身与聚酯基膜和封装材料的粘结性，剥离强度高，优异的耐候性和耐久性，同时丙烯酸酯的引入大幅降低涂料的制作成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中的主剂可通过如下方法制备获得：称取无水稀释剂，依次加入氟碳树脂、改性丙烯酸树脂、无机填料和润湿分散剂，高速分散均匀后，倒入至砂磨机中，碾磨至颗粒细度≤2μm；再加入催化剂，补加无水稀释剂至固含量50％，机械混合均匀，过滤，密封灌装于干燥容器。
本发明的高耐候粘结涂料在太阳能组件上的具体用途为：将所述粘结涂料涂布在聚酯基膜上，制备高粘结性背板；再将所制备的高粘结性背板通过封装材料与电池组件进行层压。所述聚酯基膜的平均厚度为100-300μm，所用材料主要为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；所述封装材料主要为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。
所述聚酯基膜在涂覆粘结涂料前需进行表面处理，可选火焰处理、大气压等离子体处理、电晕处理、低压等离子体处理、紫外线处理等；此外优选电晕处理，时间为1-10s；涂布方式可选滚涂、喷涂、浸涂和刷涂；涂布厚度5-30μm，固化温度为150-200℃，固化时间5-15min。
实施例1
本实施例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(上海圣威贸易有限公司SW-5570) | 30 |
| 丙烯酸树脂(三菱化学7765) | 17.3 |
| 纳米TiO2(北京德科岛金科技有限公司DK-TiO2-T30Q) | 2 |
| 润湿分散剂(毕克化学BYK111) | 0.2 |
| 二月桂酸二丁锡(济南海源化工有限公司T12) | 0.5 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| HDI三聚体(万华化学HT-100) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/10。
注：本实施例以及实施例2的纳米TiO2以及以下实施例3、4的纳米氧化锌均分别经铝-锆酸酯偶联剂浸渍处理。
实施例2
本实施例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(东氟化工ZHM-2) | 10 |
| 丙烯酸树脂(博立尔化工有限公司BM51) | 30 |
| 纳米TiO2(北京德科岛金科技有限公司DK-TiO2-T30Q) | 8 |
| 润湿分散剂(励欧化工材料有限公司NEO-1015) | 1 |
| 辛酸亚锡催化剂(南通遐迩化工有限公司) | 1 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| HDI三聚体(济川百川化工有限公司) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/8。
实施例3
本实施例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(大金氟化工有限公司GK570) | 27.5 |
| 丙烯酸树脂(高明同德化工ACR6730) | 10 |
| 纳米氧化锌(北京德科岛金DK-ZnO-15) | 10 |
| 润湿分散剂(仕展材料有限公司9220) | 2 |
| 辛酸亚锡催化剂(南通遐迩化工) | 0.5 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| IPDI三聚体(赢创德固赛B1358A) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/10。
实施例4
本实施例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(万博涂料化工有限公司L101) | 25 |
| 丙烯酸树脂(高明同德化工ACR6730) | 15 |
| 纳米ZnO(杭州恒纳新材料有限公司HN-J90) | 10 |
| 润湿分散剂(毕克化学BYK-163) | 0.8 |
| 三异辛酸催化剂(南通遐迩化工有限公司) | 0.5 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| IPDI三聚体(德国拜耳公司Z4470BA) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/15。
对比例1
本对比例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(万博涂料化工有限公司L101) | 25 |
| 丙烯酸树脂(高明同德化工ACR6730) | 15 |
| 纳米ZnO(无偶联剂处理) | 10 |
| 润湿分散剂(毕克化学BYK-163) | 0.8 |
| 三异辛酸催化剂(南通遐迩化工有限公司) | 0.5 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| IPDI三聚体(德国拜耳公司Z4470BA) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/10。
对比例2
本对比例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(万博涂料化工有限公司L101) | 31 |
| 丙烯酸树脂(高明同德化工ACR6730) | 19 |
| 三异辛酸催化剂(南通遐迩化工有限公司) | 0.5 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| IPDI三聚体(赢创德固赛B1358A) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/15。
对比例3
本对比例提供一种用于太阳能电池组件用透明背板的粘结涂料，由主剂和固化剂组成；主剂包括以下成分(重量份)：
| 氟碳树脂(万博涂料化工有限公司L101) | 40 |
| 纳米ZnO(无偶联剂处理) | 10 |
| 润湿分散剂(毕克化学BYK-163) | 0.8 |
| 三异辛酸催化剂(南通遐迩化工有限公司) | 0.5 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
固化剂包括以下成分：
| HDI三聚体(济川百川化工有限公司) | 50 |
| 乙酸丁酯 | 50 |
主剂与固化剂的重量用量比为100/10。
性能测试
测试方法如下：
1、耐湿热老化性能：
按照GB/T2423.3试验方法进行湿热老化测试。实验条件：+85℃，相对湿度85％。实验前后对样张附着力按照ISO-2409-2007的标准进行测试；样张的黄变指数(△YI)按照国家标准GB2409-80进行测定。
2、背板与EVA胶膜的剥离强度
按照国家标准GB/T2790-1995进行测定，记录剥离强度值。
3、耐紫外光照射性能
测试条件：累积照射能量UV150kwh/m2，空气温度60℃，辐照度45w/m2；UV试验时，耐候粘结层对着紫外灯。
表1各实施例与比较例的性能检测结果
比较表1中数据，本发明提供的高粘结性耐候涂料所制备的涂覆型透明太阳能电池背板，与封装材料的剥离强度高，经高温湿热老化200h后仍能保持较高的剥离强度，附着力佳，黄变指数在3以内。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，由主剂和固化剂组成，所述主剂包括如下组分：10-30重量份的氟碳树脂，10-30重量份的丙烯酸树脂，2-15重量份的无机填料，0.2-1重量份的催化剂，0.2-2重量份的润湿分散剂、20-50重量份的无水稀释剂；所述固化剂包含50-70重量份的异氰酸酯固化剂和30-50重量份的无水稀释剂。
2.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述氟碳树脂选自溶剂可溶型的偏氯乙烯型、三氟氯乙烯型、四氟氯乙烯型氟碳树脂中的一种或两种按照任意配比混合而成。
3.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述丙烯酸树脂包括(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸羟乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸正辛酯-丙烯酸羟乙酯共聚物、(甲基)丙烯酸酯-丙烯酸2-乙基己酯-丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸酯-(甲基)丙烯酸十八酯-丙烯酸羟乙酯共聚物中的一种或两种多种按照任意配比混合组成。
4.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述无机填料由碳酸钙、氧化锌、二氧化硅、碳酸镁、蜡粉、高岭土、硫酸钡、炭黑、滑石粉、陶瓷微粉、白刚玉、氧化铝的一种或者多种按任意配比混合组成。
5.如权利要求4所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述无机填料经功能型偶联剂处理，所述功能型偶联剂包括铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝-锆酸酯偶联剂、铝-钛酸酯偶联剂中的一种或多种按任意配比混合组成。
6.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述无机填料粒径为100～1000nm。
7.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述催化剂为金属化合物催化剂；所述金属化合物催化剂包括辛酸亚锡、二月桂酸二丁锡、二月桂酸二辛基锡、单丁基三异辛酸锡、异辛酸锌中的一种或多种按任意配比混合组成。
8.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，所述润湿分散剂由含酸性基团的共聚体溶液、丙烯酸嵌段共聚物、羟基官能团羧酸酯类、高度枝化结构聚酯类、多元胺的嵌段共聚物溶液中的一种或多种按照任意配比混合组成。
9.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，主剂和固化剂中的无水稀释剂分别为下列一种或两种以上溶剂按照任意配比混合：甲苯、二甲苯、乙酸正丁酯、乙酸乙酯、丁酮、环己酮、甲乙酮、丙二醇甲醚乙酸酯。
10.如权利要求1所述用于太阳能电池组件用透明背板的高耐候粘结涂料组合物，其特征在于，使用前，按照固化剂中异氰酸酯基与主剂中羟基的物质的量之比0.8-1.4:1将双组分进行预混合，即可得到所述高耐候粘结涂料组合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211203 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |