一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物及其制备方法与流程

文档序号:11229493

本发明涉及太阳能电池组件,具体是用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物及其制备方法。



背景技术:

众所周知,太阳能是最丰富的可再生能源,利用太阳能发电是人类开发利用太阳能发展的重要途径之一。目前,太阳能发电系统通常由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池、逆变器等组成。太阳能背板位于太阳能电池板的背面,对电池片起保护和支撑作用,一般具有可靠的绝缘性、阻水性、机械性能、耐老化性能(耐紫外光老化、耐湿热老化),是太阳能电池组件不可或缺的组成部分。

目前,太阳能背板材料主要有:TPT太阳能背板,BBF太阳能背板,TPE太阳能背板,APE太阳能背板,EVA太阳能背板;其中TPT太阳能背板和BBF太阳能背板主要是含氟材料通过三层共挤制备,TPE太阳能背板、APE太阳能背板和EVA太阳能背板主要为热塑性聚合物通过改性来制备的高性能材料,其结构基本都是为多层复合结构,其生产工艺复杂,电绝缘性、粘接性差,容易脆化。

CN 102365172A公开了一种新型的添加了金红石型二氧化钛粒子的层压聚酯膜,但是其与相邻的EVA胶膜的粘结力无法保证,并且由于材料结构特征,聚酯树脂难以克服吸水率高,耐湿热老化性能差(脆化)的缺陷,很难达到太阳能背板的性能要求。

CN 103066141A公开了一种太阳能背板及其制备方法,从内到外包括内表层、芯层和外表层,所述内表层以及外表层由聚酰胺树脂、填料以及添加剂制成;所述芯层由改性聚丙烯树脂组合物制成;所述改性聚丙烯树脂组合物包括聚丙烯树脂、接枝聚乙烯、添加剂、填料。该发明需要通过三层共挤技术来实现材料的制备,在大规模生产时对生产装置及工艺要求高,不利于快速方面生产。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物及其制备方法,该组合物具有更加优异的机械性能、耐湿热老化性以及机械绝缘性。

为了实现上述目的,本发明提供的组合物由以下重量配比的成分组成:

聚丙烯:40~80%;

聚酰胺:5~30%;

聚烯烃弹性体:2~15%;

引发剂:0.1~1.0%;

接枝单体:0.5~5.0%;

增强填料:0~30%;

添加剂:0~5%

所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、丙烯与其它C2-20的α-烯烃形成的无规共聚物或嵌段共聚物中的至少一种,或者至少两种的混合物;所述聚丙烯的熔融指数(MI)在2.16kg载荷下230℃时应为0.5~100g/10min,为0.5~30g/10min时效果最佳;

所述聚酰胺选自尼龙6、尼龙66、尼龙612中一种,或者至少两种的混合物;所述聚酰胺的相对粘度为2.1~3.3,端氨基含量为40~50g/kg;

所述聚烯烃弹性体选自乙烯-辛希共聚物、丙烯基弹性体中一种,或者至少两种的混合物,乙烯含量应大于或等于50%;

所述引发剂选自过氧化异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷(双2,5)、三烯丙基异氰酸酯(TAIC)、2,2,6,6-四甲基氧化哌啶醇(TEMPO)的至少一种,或者至少两种的混合物;

所述接枝单体选自顺丁烯二酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、富马酸、马来酸二异丙酯、衣康酸、柠康酸及其酐、乙烯基琥珀酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种,或者至少两种的混合物;

所述增强填料选自玻纤、碳纤、滑石、碳酸钙或纳米二氧化钛,其中玻纤平均长度为3mm,滑石粉或纳米二氧化钛粒径应≥2500目;

所述添加剂选自抗氧剂、紫外吸收剂和光稳定剂中的一种或几种。

优选地,该组合物由以下重量配比的成分组成:

聚丙烯:65~70%;

聚酰胺:10~15%;

聚烯烃弹性体:5~10%;

引发剂:0.3~0.8%;

接枝单体:1.0~3.5%;

增强填料:5.0~15%;

添加剂:0.5~1.5%

优选地,所述引发剂为双2,5与TAIC的混合物,二者的重量比为3:1。

优选地,所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物,二者的重量比为1:1。

优选地,所述光稳定剂为光稳定剂622,所述紫外吸收剂为UV-327,二者的重量比为1:1。

本发明效果最佳的组合物重量配比是:

PPH(聚丙烯):65%;

PA6(聚酰胺):15%;

POE(聚烯烃弹性体):5%;

重量比为3:1的双2,5和TAIC混合物:0.5%;

MAH:3.5%;

玻纤:10%;

重量比为1:1:1:1的抗氧剂1010、抗氧剂168、UV-327、光稳定剂622:1%。

一种制备所述的用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物的方法,包括以下步骤:首先,将聚丙烯、聚酰胺、聚烯烃弹性体、引发剂、接枝单体和添加剂加入高速混合机中进行混合3~5分钟;其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中,同时将增强填料通过螺杆侧喂料口加入到螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;最后,经过水冷却、切粒机造粒工艺,得到改性聚丙烯组合物。

通过上述技术方案,制备的改性聚丙烯组合物可经过直接的单层挤出或通过三层共挤等加工方法直接制备太阳能(电池)背板,该组合物不仅具有优良的耐低温冲击性能,而且还具有优异的耐高低温、耐老化和电绝缘性,可用于制造太阳能电池组件。

由于上述技术方案的采用,与现有技术相比,本发明具有如下优点:

1.本发明开发了一种新的用于太阳能背板的树脂组合物,以聚丙烯树脂为主体,以接枝剂接枝聚乙烯增韧剂进行增韧,获得的最终产品在具有优良的耐低温冲击性的同时,也具有耐老化,尤其是耐湿热老化的性能,同时具有低饱和吸水率、低水蒸气透过率以及优异的电绝缘性,可用于制造太阳能背板。

2.通过本发明公开的改性聚丙烯树脂组合物制备的太阳能背板在具有优良层间剥离力的同时,也具有耐高温湿热老化的性能,同时与EVA层以及硅胶具有良好的粘接性,可用于制造太阳能电池组件。

3.本发明的制备方法简单易行,成本较低,适于推广应用。

本发明的其它特征和优点将在具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。

本发明中,聚丙烯、聚酰胺和聚烯烃弹性体是聚合物树脂基体,其中聚酰胺因其独特的酰胺结构单元(-CONH-),具有较高的拉伸强度、冲击强度,优异的耐磨、自润滑性能。在引发剂和熔融状态下,涉及发生以下化学反应:(1)聚丙烯与接枝单体的接枝反应,生产的极性单体接枝聚丙烯可以起到粘结剂和相容剂作用;(2)聚烯烃弹性体在引发剂条件下的交联反应,生产的微交联POE及其凝胶网络结构,可以起到组合物增韧的作用,使其具有优异的抗低温冲击和耐高温湿热老化性能;(3)接枝单体或接枝单体接枝的聚丙烯与聚酰胺之间反应,生成长分子链结构,进一步改善聚丙烯体系相容性,提高综合性能。另外,抗氧剂、复配型稳定剂的加入,不仅可以有效地抑制该组合物的热氧化降解,而且可以有效地防止材料的黄变和性能老化,抑制或减弱光降解作用,提高耐光老化性能。

以下实施例和对比例中,材料性能的测试按照以下标准进行:

按照GB/T1040-2006进行塑料拉伸性能测试、按照ISO178-93进行弯曲性能测试、按照ISO 180-93进行缺口冲击强度、按照GB/T 1034-2008进行材料饱和吸水率测试、按照GB/T 21529-2008进行水蒸气透过率测试热氧老化、按照GB/T7141-2008测性材料热老化试验方法、按照GB/T 1410-2006进行体积电阻率测试。

实施例1

本实施例说明本发明的改性聚丙烯组合物的制备方法,所有物质重量为100重量份。

首先,将50份聚丙烯(PPH,L5E89,MI=3.0g/10min,2.16kg,230℃)、20份聚酰胺(PA6,1013B,MI=15g/10min,2.16kg,230℃)、5份聚烯烃弹性体(POE,8150,MI=0.5g/10min,2.16kg,190℃)、0.5份引发剂(双2,5:TAIC=3:1)、3.5份接枝单体(马来酸酐,MAH)和1份填加剂(0.25份抗氧剂1010、0.25份抗氧剂168、0.25份UV-327、0.25份与光稳定剂622)加入高速混合机中进行混合3~5分钟;

其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中,同时将20份增强填料滑石(808A,2500目)通过螺杆侧喂料口加入到螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;

最后,经过水冷却、风干、切粒机造粒等工艺,得到一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物。

实施例2

首先,将50份聚丙烯(PPH,L5E89,MI=3.0g/10min,2.16kg,230℃)、15份聚酰胺(PA6,1013B,MI=15g/10min,2.16kg,230℃)、5份聚烯烃弹性体(POE,8150,MI=0.5g/10min,2.16kg,190℃)、0.5份引发剂(双2,5:TAIC=3:1)、3.5份接枝单体(马来酸酐,MAH)和1份填加剂(0.25份抗氧剂1010、0.25份抗氧剂168、0.25份UV-327、0.25份与光稳定剂622)加入高速混合机中进行混合3~5分钟;

其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中,同时将25份增强填料滑石(808A,2500目)通过螺杆侧喂料口加入到螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;

最后,经过水冷却、风干、切粒机造粒等工艺,得到一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物。

实施例3

首先,将70份聚丙烯(PPH,L5E89,MI=3.0g/10min,2.16kg,230℃)、10份聚酰胺(PA6,1013B,MI=15g/10min,2.16kg,230℃)、5份聚烯烃弹性体(POE,8150,MI=0.5g/10min,2.16kg,190℃)、0.5份引发剂(双2,5:TAIC=3:1)、3.5份接枝单体(马来酸酐,MAH)和1份填加剂(0.25份抗氧剂1010、0.25份抗氧剂168、0.25份UV-327、0.25份与光稳定剂622)加入高速混合机中进行混合3~5分钟;

其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中,同时将10份增强填料玻纤(巨石,508A,3.0mm)通过螺杆侧喂料口加入到螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;

最后,经过水冷却、风干、切粒机造粒等工艺,得到一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物。

实施例4

首先,将65份聚丙烯(PPH,L5E89,MI=3.0g/10min,2.16kg,230℃)、15份聚酰胺(PA6,1013B,MI=15g/10min,2.16kg,230℃)、5份聚烯烃弹性体(POE,8150,MI=0.5g/10min,2.16kg,190℃)、0.5份引发剂(双2,5:TAIC=3:1)、3.5份接枝单体(马来酸酐,MAH)和1份填加剂(0.25份抗氧剂1010、0.25份抗氧剂168、0.25份UV-327、0.25份与光稳定剂622)加入高速混合机中进行混合3~5分钟;

其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中,同时将10份增强填料玻纤(巨石,508A,3.0mm)通过螺杆侧喂料口加入到螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;

最后,经过水冷却、风干、切粒机造粒等工艺,得到一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物。

对比例1

将54份聚丙烯(PPH,L5E89,MI=3.0g/10min,2.16kg,230℃)、15份聚酰胺(PA6,1013B,MI=15g/10min,2.16kg,230℃)、25份增强填料滑石(808A,2500目)、5份聚烯烃弹性体(POE,8150,MI=0.5g/10min,2.16kg,190℃)、1份填加剂(0.25份抗氧剂1010、0.25份抗氧剂168、0.25份UV-327、0.25份与光稳定剂622)加入高速混合机中进行混合3~5分钟;其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中通过螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;最后,经过水冷却、风干、切粒机造粒等工艺,得到一种改性聚丙烯组合物。

对比例2

首先,将69份聚丙烯(PPH,L5E89,MI=3.0g/10min,2.16kg,230℃)、15份聚酰胺(PA6,1013B,MI=15g/10min,2.16kg,230℃)、5份聚烯烃弹性体(POE,8150,MI=0.5g/10min,2.16kg,190℃)、10份增强填料玻纤(巨石,508A,3.0mm)和1份填加剂(0.25份抗氧剂1010、0.25份抗氧剂168、0.25份UV-327、0.25份与光稳定剂622)加入高速混合机中进行混合3~5分钟;其次,将上述混合物加入挤出机下料斗中,通过螺杆挤出机中并共同熔融挤出,双螺杆各区温度设定为从170℃递增至260℃;最后,经过水冷却、风干、切粒机造粒等工艺,得到一种用于太阳能电池背板的改性聚丙烯组合物。

表1实施例与对比例组成与性能表

上述测试结果表明,该改性聚丙烯组合物不仅具有优异的力学性能,而且还具有较好的耐热老化性、绝缘性能、低吸水率和水蒸气透过率,该组合物用于制备太阳能电池组件时具有更好的性能,其中以实施例3和4的效果最佳。

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