一种聚合物可逆互锁网络胶膜、其制备方法和应用

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种聚合物可逆互锁网络胶膜、其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着常规能源的日益匮乏，新型能源开发的重要性和必要性日益突出，太阳能电池产业也随之快速发展。大多数太阳能电池封装是通过eva胶膜在热压时固化交联来实现粘接的。eva胶膜需要同时粘接玻璃和tpt含氟背板两种性质完全不同的基材。对于玻璃基材一般通过添加硅烷偶联剂来实现；对于低表面能的tpt含氟背板，需要对tpt含氟背板的表面进行等离子体处理，进而提高其粘接效果。此外，由于太阳能电池的寿命有限，所以太阳能电池的回收处理也是目前需要考虑的问题之一。目前，太阳能电池回收方法主要是依赖于无机酸溶剂和高温焚烧，该方法能耗大、污染重、成本高。且由于eva胶膜粘接后无法脱粘，导致难以完整的回收硅片和玻璃等基础材料，则进一步增加了成本。因此，如何在同时粘接玻璃和tpt含氟背板的基础上实现环保高效的脱粘回收成为了关键问题。

2、由于tpt含氟背板的表面能非常低，需要对其进行润湿才能实现粘接，所以要选择低表面能的物质才实现与tpt含氟背板的粘接。玻璃粘接则不需要低表面能。将两种或多种聚合物混合在一起使用，可以实现不同功能的整合优化。为实现该目的，现有技术中多采用同步法、分步法、乳胶法、热塑法等将其制备成互穿网络聚合物(ipn)。ipn是通过不同网络之间发生机械缠结而实现的强迫增容。但由于两种网络本质上并不相容，同步ipn会存在交联速率的差异，进而导致ipn中仍存在微米或纳米级别的微观相分离。这种相分离会阻碍材料力学性能的提升，影响材料的最终性能。互锁网络的出现克服了ipn中微观相分离的问题，实现了分子水平上的真正互溶。中国发明专利cn 201810866569.4公开了一种动态拓扑互锁双网络，通过聚氨酯动态可逆交联网络和聚丙烯酸酯动态可逆交联网络的动态共价键交联，在网络的复合过程中使交联的网络动态交换倾向于解离状态，同时使各网络充分混合，然后再使网络的动态共价键重新结合，得到动态拓扑互锁双网络，然而，仅比初始单网络的力学性能较强，不具备基材诱导自分层效应和应用于太阳能电池背板同时粘接玻璃和tpt含氟背板两种不同基材的功能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种聚合物可逆互锁网络胶膜、其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种聚合物可逆互锁网络胶膜，按重量百分比计，包含以下组分：含动态双硫键的交联聚合物a 50％-75％和含动态硼酸酯键的交联聚合物b 25％-50％；

4、所述交联聚合物a包含以下重量份数的制备原料：二异氰酸酯单体24-30份、二元醇单体45-55份、二硫键单体8-11份、三羟基交联剂2-4份和金属氯化物0.6-0.9份。

5、互锁网络是两种自适应网络在一定条件下进行混合缠结和重建互锁，通过网络间的作用力抑制微观相分离，实现不同材料的分子级别的均匀共混。本发明的聚合物可逆互锁网络胶膜与基材诱导自分层结合，通过互锁网络赋予胶膜内部的优异耗散力学性能，保证胶膜的粘附内聚强度；且两侧通过基材诱导分层，使界面处以对应匹配的组分为主，保证了胶膜的粘附强度。聚合物可逆互锁网络胶膜内部含有大量动态键，可以使其进行多次粘接使用。当太阳能电池达到寿命时，可以在合适的条件下打开聚合物可逆互锁网络胶膜内部的动态键，进而实现胶膜的便捷回收。聚合物可逆互锁网络胶膜中的两种交联聚合物的配比不仅会影响到互锁网络的形成和性能，而且还会影响到自分层的效果，本发明通过对配比进行合理优化，最终得到的聚合物可逆互锁网络胶膜的耗散性能优于两个交联聚合物，且在界面处均富集为最适合的粘接组分(玻璃界面为交联聚合物b组分，tpt含氟背板界面为交联聚合物a组分)，同时保证内聚强度和粘附强度。

6、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜的优选实施方式，所述交联聚合物b包含以下重量份数的制备原料：丙烯酸酯单体70-90份、丙烯酸类单体20-25份、含羟基的丙烯酸酯单体180-220份、含硼酸的交联剂2-4份和自由基聚合引发剂0.08-0.2份。

7、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜的优选实施方式，所述二异氰酸酯单体为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

8、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜的优选实施方式，所述二元醇单体为聚四氢呋喃二元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚乳酸二元醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的至少一种。

9、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜的优选实施方式，所述二硫键单体为2-羟乙基二硫醚、2,2-二氨基二苯二硫醚、4,4-二氨基二苯二硫醚中的至少一种；所述三羟基交联剂为三乙醇胺或甘油；所述金属离子为锌离子、锆离子、钙离子、铁离子中的至少一种。

10、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜的优选实施方式，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯中的至少一种。

11、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜的优选实施方式，所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述含硼酸的交联剂为1,4-苯二硼酸或硼砂；所述自由基聚合引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸钾、过氧化苯甲酰中的至少一种。

12、第二方面，本发明还提供了上述聚合物可逆互锁网络胶膜的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)分别取所述含动态双硫键的交联聚合物a和含动态硼酸酯键的交联聚合物b，粉碎、溶胀、搅拌，得溶液a和溶液b；

14、(2)在60℃-80℃和氩气气氛条件下，将所得溶液a和溶液b混合、搅拌、烘干，即成。

15、本发明中聚合物可逆互锁网络胶膜的制备工艺有效的避免了微观相分离，实现了耗散性能的最优化。

16、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述的聚合物可逆互锁网络胶膜的制备方法，步骤(1)中，所述溶胀的时间为1h-2h；所述搅拌的时间为10min-20min。

17、作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述的聚合物可逆互锁网络胶膜的制备方法，步骤(2)中，所述混合条件为：在80℃和氩气保护下混合搅拌20min，旋蒸除去大部分溶剂后放入80℃烘箱烘干至恒重。

18、第三方面，本发明将所述的聚合物可逆互锁网络胶膜在太阳能电池体系封装和脱粘回收中应用。

19、本发明中的聚合物可逆互锁网络胶膜的使用方法实现了基材诱导自分层效应，使两种不同基材侧均聚集为最佳润湿组分，充分保证了粘接界面的粘附强度。聚合物可逆互锁网络胶膜内部含有大量动态键，在合适的条件下，可以打开其动态键，实现胶膜的便捷回收，进行多次粘接使用。

20、如所述的聚合物可逆互锁网络胶膜在太阳能电池体系封装中应用，包括以下步骤：

21、(1)取所述的聚合物可逆互锁网络胶膜，剪碎、热压，制成平整膜片；

22、(2)将平整膜片的正反面涂布溶剂，置于两种基材之间，加热超声0.5h-3.5h，于60℃-150℃条件下真空热压5min-60min，即成。

23、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜在太阳能电池体系封装中应用的优选实施方式，在步骤(2)中，所述涂布的溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、四氢呋喃中的至少一种。

24、作为本发明所述聚合物可逆互锁网络胶膜在太阳能电池体系封装中应用的优选实施方式，在步骤(2)中，所述加热超声时间为0.5h-2h，所述真空热压的温度为100℃-130℃，时间为5min-30min。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

26、本发明选用两种不同动态键制备了聚合物可逆互锁网络胶膜，使胶膜的耗散力学性能达到最优化，充分保证了胶膜内部的粘接内聚强度；在溶剂、温度和压力辅助下的操作，实现了基材诱导自分层效应，使两种不同基材侧均聚集为最佳润湿组分，充分保证粘接界面的粘附强度；综合起来从界面到内部，全面的保证了粘接效果，在不破坏基材的基础上同时实现玻璃和tpt含氟背板两种不同基材的强力粘接。聚合物可逆互锁网络胶膜中的可逆共价键平衡反应，能促进胶膜的回收和重复粘接，降低电池成本，减少电子垃圾，提高利用率。