专利名称：防湿层封装混合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及防湿层封装混合物(moisture barrier potting compound),且更尤其用于太阳能应用、固态仪表和具有水敏感性部件的其它应用的防湿层封装混合物。背景
本部分的陈述仅仅提供涉及本发明公开内容的背景信息，并且可以构成现有技术或可以不构成现有技术。在许多电气装置中，例如固态装置(例如仪表读取器和光伏装置或太阳能模块)中，各种物理因素可以影响电气装置的性能。特定的物理因素及其强度可针对给定的应用而显著变化。例如，在固态装置(例如掩埋式(in-ground)水表读取器)中，透湿是常见的问题，因为该装置掩埋在冰冻线之下。在位于屋面结构或框架外侧的太阳能模块的情况下，物理因素包括冰雹碰撞、风和雪载荷以及湿气侵袭。固态装置中的湿气侵袭尤其成问题，因为湿气可以腐蚀固态装置内的金属接触件和部件。一种解决方案是使用封装混合物来覆盖或密封固态装置。封装混合物保护固态装置以免渗透湿气、化学品和颗粒。然而，存在以下持久需要就防湿层保护而言改善封装混合物的特性，同时仍提供一种混合物，其粘度允许该混合物充分地流动以覆盖或密封固态装置而不过度加热该混合物。概述
本发明提供防湿层封装组合物。该组合物包括烯烃聚合物、蜡、硅烷、抗氧化剂和填料。平衡这些组分以制备具有合意性质的封装混合物，所述性质包括湿气渗透率(MVTR)、流动、应用的温度和硬度。防湿层封装组合物可以用于任何固态装置，所述固态装置包括太阳能模块中的金属线(wire)和接线盒(junction box)密封剂。在防湿层封装组合物的一个实例中，烯烃聚合物包括聚异丁烯、聚丁烯、无定形丁烯或富含丙烯的聚乙烯、或它们的组合中的一种。在防湿层封装组合物的另一个实例中，蜡是聚乙烯蜡。该蜡可以具有约50°C至200°C的软化点或熔点。在防湿层封装组合物的又一个实例中，抗氧化剂包括四[亚甲基(3，5- 二叔丁基羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷。在防湿层封装组合物的又一个实例中，硅烷包括3- (2-氨基乙基)-氨基丙基三甲
氧基娃烧。在防湿层封装组合物的又一个实例中，该填料包括二氧化钛、碳酸钙、热解法二氧化硅和炭黑中的至少一种。在防湿层封装组合物的又一个实例中，该组合物具有每24小时少于约0. 3 g/m2的MVTR。
进一步的特征、优点和适用范围将从本文提供的描述中变得明显。应理解，该描述和具体实例旨在仅用于说明目的而非旨在限制本发明公开内容的范围。附图
本文所描述的附图仅用于说明目的而非旨在以任何方式限制本发明公开内容的范围。图中的部件(components)不必定按比例,而是将重点放在说明本发明的原理。在附图中图I是具有根据本发明原理的封装混合物组合物(potting compound composition)的示例性太阳能模块的一部分的侧截面视图(side cross sectional view)；
图2是具有根据本发明原理的封装混合物组合物的另一种示例性太阳能模块的侧截面视图3是示例性固态装置的侧视图4是示例性固态装置的俯视图5是具有根据本发明原理的封装混合物组合物的示例性固态装置的侧截面视图；和图6是以根据本发明原理的封装混合物组合物涂布的固态电路板的侧视图。详述
以下描述在性质上仅仅是示例性的，且不旨在限制本发明的公开内容、应用、或用途。参考
图1，具有根据本发明原理的防湿层封装混合物的示例性太阳能模块一般由参考号10表示。太阳能模块10可以采取各种形式而不背离本发明的范围，并且一般包括多个光伏电池12,所述光伏电池12位于由第一基材14和第二基材16所限定的腔室13内。应理解，在太阳能模块10中可以采用许多(any number of)光伏电池12。光伏电池12可操作，以通过日光照到(striking)光伏电池12上而产生电流。因此，光伏电池12可以采取各种形式而不背离本发明的范围。例如，光伏电池12可以是具有碲化镉(Cd-Te)、非晶硅、或铜-铟-联硒化物(CulnSe2)的层的薄膜电池。或者，光伏电池12可以是包埋于沉积在锗或另一种基材上的层合薄膜或砷化镓中的晶体硅晶片。可以采用的其它类型的光伏电池12包括具有共轭聚合物、以及包括湿金属氧化物和固体金属氧化物在内的染料敏化金属氧化物的有机半导体电池。光伏电池12可以是刚性或挠性的。以串联或并联或串联与并联的组合来连接光伏电池12。由光伏电池12产生的电流经由母线或其它导电材料或层18被传递至经由第二基材16中的开口 22离开太阳能模块10的金属线或导线20。导线20与接线盒24连通，以便将由太阳能模块10产生的电流分配至电源电路。第一基材14 (或前面板)形成自可操作以允许日光的波长从中通过的材料。例如，第一基材14是玻璃或塑料薄膜，例如聚氟乙烯。选择第二基材16 (或后面板)来向太阳能模块10提供额外强度。例如，第二基材16是塑料，例如氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)、聚(乙烯-共聚-四氟乙烯)(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚(四氟乙烯)(PTFE)、以及这些物质与其它聚合材料的组合。通过层合层26包封光伏电池12，所述层合层26例如是可交联的乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。然而，应理解，可以采用其它层合物或包封剂而不背离本发明的范围。层合层26用于部分包封光伏装置12来保护光伏装置12免受污染和免受环境(影响)，以及将基材14、16粘附在一起。边缘框架28位于第一基材14与第二基材16之间的太阳能模块10的边缘或周边附近。边缘框架28可以具有各种宽度。使用粘附密封剂(例如热熔丁基(hot-melt butyl))将边缘框架28密封至层合层26。封装混合物30配置在基材16的开口 22内，以便密封导线20和开口 22。封装混合物30具有低的湿气渗透性(MVT)、低的导电率以及在应用温度下良好的流平和流动性能。封装混合物30具有使得封装混合物30容易在开口 22内施加的粘度。封装混合物30可延展 性还使得封装混合物30是顺从的，以致导线20的移动不破坏封装混合物30的密封。另外，将封装混合物30配置在接线盒24内，以密封任何开口并保护内部连接件(connections)不透湿。转向图2，使用封装混合物30的另选(alternate)太阳能模块由参考号10’表示。太阳能模块10’包括位于由第一基材14’和第二基材16’所限定的腔室13’内的多个光伏电池12’。应理解，在太阳能模块10’中可以采用许多光伏电池12’。边缘密封17’围绕太阳能模块10’的周边或边缘而配置在第一基材14’与第二基材16’之间。边缘密封17’可操作，以将基材14’和16’粘附在一起，并密封腔室13’。可用惰性气体填充腔室13’。光伏电池12’可操作，以通过日光照到光伏电池12’上而产生电流。因此，光伏电池12’可以采取各种形式而不背离本发明的范围。例如，光伏电池12’可以是具有碲化镉(Cd-Te)、非晶硅、或铜-铟-联硒化物(CulnSe2)的层的薄膜电池。或者，光伏电池12’可以是包埋于沉积在锗或另一种基材上的层合薄膜或砷化镓中的晶体硅晶片。可以采用的其它类型的光伏电池12’包括具有共轭聚合物、以及包括湿金属氧化物和固体金属氧化物在内的染料敏化金属氧化物的有机半导体电池。光伏电池12’可以是刚性或挠性的。以串联或并联或串联与并联的组合来连接光伏电池12’。由光伏电池12’产生的电流经由母线或其它导电材料或层18’被传递至经由边缘密封17’中的开口 22’离开太阳能模块10’的金属线或导线20’。导线20’与外部连接器23’连通。外部连接器23’与接线盒24’连通，以便将由太阳能模块10’产生的电流分配至电源电路。接线盒24’可以位于太阳能模块10’的侧面或顶部。第一基材14’(或前面板)形成自可操作以允许日光的波长从中通过的材料。例如，第一基材14’是玻璃或塑料薄膜，例如聚氟乙烯。选择第二基材16’(或后面板)来向太阳能模块10’提供额外强度。例如，第二基材16是塑料，例如玻璃或氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)、聚(乙烯-共聚-四氟乙烯)(ETFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚(四氟乙烯)(PTFE)、以及这些物质与其它聚合材料的组合。用粘合带或层26’将光伏电池12’粘附至后基材16’。粘合带26’可以采取各种形式而不背离本发明的范围。将封装混合物30配置在边缘密封17’的开口 22’内，以便密封导线20’和开口22’。封装混合物30具有低的湿气渗透性(MVT)、低的导电率以及特定的粘度。另外，可将封装混合物30配置在接线盒24内，以密封任何开口并保护接线盒24的内部连接件不透湿。现在转向图3和图4，一般由参考号100来表示采用本发明的封装混合物30的固态装置的另一个实例。在所提供的实例中，固态装置100是水表，能够将其配置在冰冻线之下的地下，并且可操作，以与接收器电连通，以便测量家庭或商业用水量。装置100 —般包括限定内空腔104的外壳102。外壳100可以采取各种形状和尺寸，并且具有许多连接器、凸缘、隆起物、支撑元件、以及专门针对特定操作条件和装置100的设计要求的加强肋。外壳102包括覆盖空腔104的盖子或其它部件106。固态电路板108位于外壳102的空腔104内。固态电路板108由固体材料构建，并且其中电子、或其它电荷载体被完全封闭在固体材料内。在所提供的实例中，固态电路板108包括电源110 (例如电池包)和与多个电路(未示出)相互连接的连接器112。连接器112穿过盖子106中的开口 114延伸出外壳102。为了保护固态装置100不透湿，以使得固态电路板108被包封的任何方式来将封装混合物30施加于固态装置100。例如，参考图5，将固态电路板108配置在外壳102的空腔104内，并且然后用封装混合物30填充空腔104。封装混合物30完全覆盖并包封固态电路板108。在另选(alternate)实例(示于图6中)中，在放置在外壳102内之前，固态电路板108用封装混合物30覆盖。同样，封装混合物30完全覆盖并包封固态电路板108。在不背离本发明的范围的情况下，可以将封装混合物30浸溃、喷雾、或以其它方式施加于固态电路板108。可以在约100°C至约200°C的温度范围下施加封装混合物30。除了上文提供的实例以外，封装混合物30用于任何对湿气敏感的装置，例如轮胎压力传感器、窗口密封件、金属线密封件等。封装混合物30的组合物包括烯烃聚合物、聚乙烯蜡、硅烷、抗氧化剂和填料。平衡这些组分，以制备具有合意性质的封装混合物，所述性质包括湿气渗透率(MVTR)、应用温度下的良好流动、以及在使用温度(例如125°C )下无流挂。 使用ASTM F-1249，通过MOCON测试器来测量湿气渗透率。封装混合物30的组合物的MVTR优选为每24小时少于O. 3 g/m2。对于一些实施方案，例如用于太阳能模块的实例，使用ASTM D2202-73，用Boeing流挂测试夹具来测量Boeing流挂。封装混合物30的Boeing流挂优选在125°C下少于约O. 15英寸。使用ASTM D2452，用Brookfield粘度计来测量粘度。封装混合物30的组合物在300 °F下具有大约50，000 cps的粘度。为了更容易理解本发明，对以下实施例进行参考，所述实施例旨在说明本发明，但不限制其范围。实施例I。
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权利要求
1.1、防湿层封装混合物，其包含a)含量占总混合物的约40重量％至约95重量％的至少一种烯烃聚合物；b)含量占总混合物的约O.I重量％至约15重量％的至少一种硅烷；c)含量占总混合物的约2重量％至30重量％的至少一种蜡；d)含量占总混合物的约O.I重量％至约4重量％的至少一种抗氧化剂；和e)含量占总混合物的约O.I重量％至约20重量％的至少一种填料。
2.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种烯烃聚合物选自聚异丁烯、聚丁烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、丁基橡胶(聚异丁烯-异戊二烯)、苯乙烯嵌段共聚物、以及它们的组合。
3.权利要求2所述的封装混合物，其中所述至少一种烯烃聚合物是聚异丁烯、聚丁烯、或它们的组合。
4.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种烯烃聚合物是聚烯烃、氟化聚合物、或它们的组合。
5.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种蜡是聚乙烯蜡。
6.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种蜡具有约50°C至约200°C的软化点/熔点。
7.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种硅烷选自3-(2-氨基乙基)-氨基丙基三甲氧基硅烷、DFDA-5451NT (来自陶氏化学公司的硅烷接枝PE)、DFDA_5481NT (来自陶氏化学公司的湿固化催化剂)、无定形聚ct烯烃(例如Vestoplast 206、Vestoplast2412)、烷氧基硅烷、氨基硅烷、和它们的组合。
8.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种硅烷是3-(2-氨基乙基)_氨基丙基二甲氧基娃烧。
9.权利要求I所述的封装混合物，其中所述抗氧化剂选自四[亚甲基(3，5-二叔丁基羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷、受阻酚、受阻胺、硫醚、巯基化合物、亚磷酸酯、苯并三唑类、二苯甲酮类、抗臭氧剂、和它们的组合。
10.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种抗氧化剂是四[亚甲基(3，5-二叔丁基羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷。
11.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种填料选自二氧化钛、碳酸钙、热解法二氧化硅、炭黑、和它们的组合。
12.权利要求I所述的封装混合物，其中所述至少一种填料是炭黑。
13.权利要求I所述的封装混合物，其还包含干燥剂和水清除剂中的至少一种，其含量为约O. 1%至约10%，其中所述干燥剂和水清除剂中的至少一种选自密西西比石灰、分子筛、或无水无机盐。
14.权利要求I所述的封装混合物，其中所述封装混合物具有每24小时少于约O.3 g/m2的湿气渗透率。
15.太阳能模块，其包含第一基材；第二基材；配置在所述第一基材与所述第二基材之间的至少一个光伏电池，由所述至少一个光伏电池产生的电流被传递至穿过所述太阳能模块中的开口离开的导线；和配置在所述太阳能模块的所述开口内，以密封所述导线和所述开口的封装混合物，其中所述封装混合物包括至:少一种烯烃聚合物；至:'P一种娃烧；至:少一种蜡；至:少一种抗氧化剂；和至I少一种填料。
16.权利要求15所述的太阳能模块，其中所述至少一种烯烃聚合物的含量占总混合物的约40重量％至约95重量％，所述至少一种硅烷的含量占总混合物的约O. I重量％至15重量％，所述至少一种蜡的含量占总混合物的约2重量％至30重量％ ;所述至少一种抗氧化剂的含量占总混合物的约O. I重量％至4重量％，并且所述至少一种填料的含量占总混合物的约O. I重量％至20重量％。
17.权利要求15所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块中的所述开口是所述第一基材或所述第二基材中的开口。
18.权利要求15所述的太阳能模块，其还包含边缘密封，其围绕所述太阳能模块的周边配置在所述第一基材和所述第二基材之间，以形成防湿气层来阻碍湿气到达所述至少一个光伏电池，其中所述太阳能模块中的所述开口是在所述边缘密封中的开口。
19.固态装置，其包含限定内空腔的外壳；位于所述外壳内的电路板；和封装混合物，其包封所述电路板以形成防湿层来保护所述电路板不透湿，其中所述封装混合物包括至少一种烯烃聚合物；至少一种娃烧；至少一种蜡；至少一种抗氧化剂；和至少一种填料。
20.权利要求19所述的固态装置，其中所述至少一种烯烃聚合物的含量占总混合物的约40重量％至约95重量％，所述至少一种硅烷的含量占总混合物的约O. I重量％至10重量％，所述至少一种蜡的含量占总混合物的约2重量％至30重量％，所述至少一种抗氧化剂的含量占总混合物的约O. I重量％至4重量％，并且所述至少一种填料的含量占总混合物的约O. I重量％至10重量％。
全文摘要
防湿层封装组合物包括烯烃聚合物、聚乙烯蜡、硅烷、抗氧化剂和填料。平衡这些组分以制备具有合意性质的封装混合物，所述性质包括湿气渗透率(MVTR)、粘度、应用的温度和在使用温度下无流挂。防湿层封装组合物可以用于任何固态装置，所述固态装置包括太阳能模块中的金属线和接线盒密封剂。
文档编号H01L23/28GK102939651SQ201080065974
公开日2013年2月20日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年2月2日
发明者S.沃德, H.L.昂 申请人:阿德科产品公司