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CN110499124A - 用于形成密封胶的组合物、其在光伏领域中的应用及光伏组件 - Google Patents

用于形成密封胶的组合物、其在光伏领域中的应用及光伏组件 Download PDF

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CN110499124A
CN110499124A CN201910803591.9A CN201910803591A CN110499124A CN 110499124 A CN110499124 A CN 110499124A CN 201910803591 A CN201910803591 A CN 201910803591A CN 110499124 A CN110499124 A CN 110499124A
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CN
China
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composition
sealant
olefin polymer
silane
thixotropic agent
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靳加彬
姜凱
周光大
林建华
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Zhejiang Forster New Material Research Institute Co Ltd
Hangzhou First Applied Material Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Forster New Material Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种用于形成密封胶的组合物、其在光伏领域中的应用及光伏组件。该组合物包括烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物和触变剂。在烯烃聚合物和硅烷改性烯烃聚合物体系中加入触变剂，这使得上述组合物在制备密封胶及后续密封胶的涂布过程中均具有良好的触变性能。良好的触变性能能够大大降低层压过程中密封胶出现气泡的几率。同时上述组合物形成密封胶还具有热稳定性能高、高强度紫外线下抗降解性能和成本低等优点。在此基础上，上述组合物形成的密封胶具有优异的水汽阻隔性能、热稳定性和紫外线下抗降解性能以及成本低等优点，能够满足光伏领域对于产品户外环境中长期稳定性的要求。

Description

用于形成密封胶的组合物、其在光伏领域中的应用及光伏 组件
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体而言，涉及一种用于形成密封胶的组合物、其在光伏领域中的应用及光伏组件。
背景技术
目前光伏组件一般是由光转换材料和封装材料层叠在一起组成的光电装置。现有的商品化的光伏组件的光转换部分基本都是基于刚性的晶硅电池或者刚性、柔性的薄膜电池。对于晶硅电池组件而言，水汽是影响组件寿命的重要因素。水汽的侵入会导致PIB效应。对于薄膜组件而言，其工艺原理一般是将碲化镉、非晶硅或者铜-铟-硒类化合物沉积到玻璃、金属板或者柔性薄膜上面制备而成。这类光转换材料对于水汽有更高的水汽敏感性，伴随着水汽的侵入其发电效率出现大面积的衰减，影响薄膜组件的应用。
组件在层压过程当中，目前普遍使用的层压机为上下两层腔室的结构，加热层一般位于下层。在层压过程中，特别是双玻组件的层压过程中，由于玻璃在层压机中受热不均导致的翘曲会导致组件边缘出现应力不均，最终出现气泡和脱层问题的发生，并难以起到阻水的作用，影响了丁基胶的使用寿命。
为了提高丁基胶的阻水性，现有文献报道了一种光伏组件密封用阻水胶，该阻水胶中加入了高吸水性树脂，通过高吸水性树脂锁住水分并形成凝胶屏障，从而有效提高了上述阻水胶的水汽阻隔性能。但该光伏组件密封用阻水胶的缺点为制备成本较高。因而有必要提供一种兼具高水汽阻隔性能和低成本的密封胶组合物。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于形成密封胶的组合物、其在光伏领域中的应用及光伏组件，以解决现有的密封胶无法满足高水汽阻隔性能和低成本的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种用于形成密封胶的组合物，该组合物包括烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物和触变剂。
进一步地，按重量份计，上述组合物包括：100份烯烃聚合物、(10～25)份硅烷改性烯烃聚合物和(15～30)触变剂。
进一步地，上述组合物还包括补强填料、惰性填料和抗氧剂组成的组中的一种或多种；优选地，按重量份计，该组合物还包括(1～8)份补强填料、(25～45)份惰性填料和(0.2～0.8)份抗氧剂。
进一步地，按重量份计，上述组合物包括100份烯烃聚合物、(15～22)份硅烷改性烯烃聚合物、(20～28)触变剂、(1～5)份补强填料、(25～35)份惰性填料和(0.3～0.7)份抗氧剂。
进一步地，触变剂选自有机膨润土、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡组成的组中的一种或多种。
进一步地，触变剂为有机膨润土和氢化蓖麻油的混合物；优选地，在触变剂中，有机膨润土和氢化蓖麻油的重量比为1:(1～3)。
进一步地，烯烃聚合物选自聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶和聚丁烯组成的组中的一种或多种；硅烷改性烯烃聚合物选自硅烷偶联剂改性的聚异丁烯、硅烷偶联剂改性的无定型α聚烯烃和硅烷偶联剂改性的茂金属催化的乙烯基共聚物组成的组中的一种或多种；优选地，烯烃聚合物的数均分子量为15000～80000；硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量为8000～400000。
进一步地，补强填料选自炭黑和/或白炭黑；惰性填料选自滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙和高岭土组成的组中的一种或多种；抗氧剂选自芳香胺类抗氧剂和/或受阻酚类抗氧剂。
为了实现上述目的，本发明另一个方面还提供了一种光伏组件，光伏组件包括上述组合物形成的密封胶。
本发明又一个方面还提供了一种上述组合物在光伏领域中的应用。
应用本发明的技术方案，在烯烃聚合物和硅烷改性烯烃聚合物体系中加入触变剂，这使得上述组合物在制备密封胶及后续密封胶的涂布过程中均具有良好的触变性能。良好的触变性能能够大大降低层压过程中密封胶出现气泡的几率。同时上述组合物形成密封胶还具有热稳定性能高、高强度紫外线下抗降解性能和成本低等优点。在此基础上，上述组合物形成的密封胶具有优异的水汽阻隔性能、热稳定性和紫外线下抗降解性能以及成本低等优点，能够满足光伏领域对于产品户外环境中长期稳定性的要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了采用实施例1中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；以及
图2示出了采用实施例2中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图3示出了采用实施例3中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图4示出了采用实施例4中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图5示出了采用实施例5中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图6示出了采用实施例6中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图7示出了采用实施例7中制得的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图8示出了采用对比例1中密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图；
图9示出了采用对比例2中的密封胶经层压形成的玻璃模拟组件的外观图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的密封胶存在无法兼具高水汽阻隔性能和低成本的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于形成密封胶的组合物，该组合物包括烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物和触变剂。
在烯烃聚合物和硅烷改性烯烃聚合物体系中加入触变剂，这使得上述组合物在制备密封胶及后续密封胶的涂布过程中均具有良好的触变性能。良好的触变性能能够大大降低层压过程中密封胶出现气泡的几率。同时上述组合物形成密封胶还具有热稳定性能高、高强度紫外线下抗降解性能和成本低等优点。在此基础上，上述组合物形成的密封胶具有优异的水汽阻隔性能、热稳定性和紫外线下抗降解性能以及成本低等优点，能够满足光伏领域对于产品户外环境中长期稳定性的要求。
具有上述组合物形成密封胶具有优异的水汽阻隔性能、热稳定性和紫外线下抗降解性能。为了进一步提高其综合性能，在一种优选的实施例中，按重量份计，上述组合物包括：100份烯烃聚合物、(10～25)份硅烷改性烯烃聚合物和(15～30)触变剂。将上述组合物中各组分的用量限定在上述范围内能够更好地发挥三者的协同作用，提高其形成的密封胶的触变性，从而能够进一步提高其水汽阻隔性和耐蠕变性能。
上述组合物中可以加入本领域常用的助剂组分，如补强填料、惰性填料和抗氧剂等。补强填料和惰性填料的加入有利于提高上述组合物形成的密封胶的力学性能，如抗压性能。抗氧化剂的加入有利于提高上述组合物形成的密封胶的耐候性和稳定性。优选地，按重量份计，组合物还包括(1～8)份补强填料、(25～45)份惰性填料和(0.2～0.8)份抗氧剂。
为了提高密封胶的综合性能，在一种优选的实施例中，按重量份计，组合物包括100份烯烃聚合物、(15～22)份硅烷改性烯烃聚合物、(20～28)触变剂、(1～5)份补强填料、(25～35)份惰性填料和(0.3～0.7)份抗氧剂。
在一种优选的实施例中，触变剂包括但不限于有机膨润土、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡组成的组中的一种或多种。相比于其它触变剂，采用上述几种触变剂的稳定性和流变效果更加优异，同时还有利于提高涂布过程中密封胶的涂覆均匀性。更优选地，触变剂为有机膨润土和氢化蓖麻油的混合物。为了进一步提高上述组合物形成的密封胶的综合性能，进一步优选地，在触变剂中，有机膨润土和氢化蓖麻油的重量比为1:(1～3)。
上述组合物中，烯烃聚合物和硅烷改性烯烃聚合物可以选用本领域常用的种类。在一种优选的实施例中，烯烃聚合物包括但不限于聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶和聚丁烯组成的组中的一种或多种；硅烷改性烯烃聚合物包括但不限于硅烷偶联剂改性的聚异丁烯、硅烷偶联剂改性的无定型α聚烯烃和硅烷偶联剂改性的茂金属催化的乙烯基共聚物组成的组中的一种或多种。更优选地，烯烃聚合物的数均分子量为15000～80000；硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量为8000～400000。
上述组合物中，补强填料、惰性填料和抗氧剂可以选用本领域常用的种类。在一种优选的实施例中，补强填料包括但不限于炭黑和/或白炭黑；惰性填料选自滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙和高岭土组成的组中的一种或多种；抗氧剂选自芳香胺类抗氧剂和/或受阻酚类抗氧剂。
本申请另一方面还提供了一种光伏组件，光伏组件包括上述组合物形成的密封胶。
上述组合物形成的密封胶具有优异的水汽阻隔性能、热稳定性和紫外线下抗降解性能以及成本低等优点，因而将其应用于制备光伏组件能够大大提高其光电性能，同时还能够降低其制备成本，便于工业化推广。
本申请又一方面还提供了一种上述组合物在光伏领域中的应用。
上述组合物形成的密封胶具有优异的水汽阻隔性能、热稳定性和紫外线下抗降解性能以及成本低等优点，因而将其应用于制备光伏领域中具有较高的经济价值和应用前景。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
表1
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表1的原料配方，先将聚丙烯、有机膨润土、炭黑N330以及滑石粉、云母和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的无定型α聚烯烃206，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例2
表2
组分 比例(％，重量)
聚异丁烯B30 100
硅烷改性的聚异丁烯 20
有机膨润土 18
炭黑N770 5
云母:硅酸镁:氧化铝＝1:1:1 30
抗氧剂1010:1076＝1:1 0.4
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表2的原料配方，先将聚异丁烯B30、有机膨润土、炭黑N770以及云母、硅酸镁、抗氧剂(1010和1076)加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例3
表3
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表3的原料配方，先将丁基橡胶1751、氢化蓖麻油、炭黑N330、疏水白炭黑R812以及氧化铝、轻质碳酸钙和抗氧剂(1098和168)加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例4
表4
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表4的原料配方，先将PIB2400、聚酰胺蜡、炭黑N330以及轻质碳酸钙、高岭土和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的茂金属催化的乙烯基共聚物，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例5
表5
组分 比例(％，重量)
聚异丁烯B50:丁基橡胶065＝4:1 100
硅烷改性的聚异丁烯 15
有机膨润土 18
炭黑N770:白炭黑R812＝1:1 5
滑石粉:轻质碳酸钙:高岭土＝0.5:1:1 30
抗氧剂1010 0.2
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表5的原料配方，先将聚异丁烯B50、丁基橡胶065、有机膨润土、炭黑N770、白炭黑R812以及滑石粉、轻质碳酸钙、高岭土和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例6
表6
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表6的原料配方，先将聚异丁烯B10、丁基橡胶、有机膨润土和氢化蓖麻油、炭黑N330、滑石粉、云母、轻质碳酸钙和抗氧剂1076和168加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的聚异丁烯，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例7
表7
操作步骤：
1)阻水胶原料的密炼、捏合：
按照表7的原料配方，先将聚异丁烯B15、丁基橡胶065、聚酰胺蜡、炭黑N770、云母、轻质碳酸钙和抗氧剂1010加入捏合机中，升温至150℃，捏合45min，然后再加入硅烷改性的硅烷改性的茂金属催化的乙烯基共聚物，继续密炼捏合30min。将捏合好的胶料，趁热通过保温球阀管路放入特定性状的耐高温离型纸桶，备用。
2)涂布成型：
将经步骤A捏合好的成型的阻水胶从离型纸桶中取出，放入丁基胶涂布机中，并将胶缸和胶头温度设定为130℃。离型纸桶尺寸匹配胶缸形状尺寸。根据实际需求，可以将胶体挤出并与离型纸复合后做成常规的胶带产品或者直接根据需求现场将胶体实时涂布。
实施例8
与实施例6的区别为：触变剂为有机膨润土和氢化蓖麻油的混合物，重量比为1:3。
实施例9
与实施例6的区别为：触变剂为有机膨润土和聚酰胺蜡的混合物，重量比为1:3。
实施例10
与实施例6的区别为：触变剂为有机膨润土和氢化蓖麻油的混合物，重量比为1:0.5。
实施例11
与实施例6的区别为：密封胶的组成见表8。
表8
对比例1
市场上购买的两种主流的光伏专用密封胶带产品A。
对比例2
市场上购买的两种主流的光伏专用密封胶带产品B。
实施例及对比例中使用的产品型号及厂家见表9。
表9
各项性能采用如下测试方法：
1.产品外观检测：无明显气泡、凹坑，产品细腻，颜色均一为合格。
2.耐候性能测试：按照GB/T2423.3试验方法进行，恒定湿热85±2℃、85％±2％RH下老化3000h外观无鼓泡、无粉化、无流淌即为合格。
3.耐紫外光辐照性能：按照国际电工委员会标准IEC61345规定要求进行紫外辐照老化测试。试验条件：试样表面温度60±5℃；波长为280-400nm范围，辐照强度为15KW.h/m2，测试样不出现开裂以及变黄以及表面无油状挥发物为合格。
4.耐蠕变性能：将样品制成直径为5cm的小球，放置在105度烘箱当中，48小时后测试小球底部的直径大小确定胶体的耐蠕变性能，以确定触变剂的抗蠕变性能，单位为cm，直径越大代表抗蠕变性能越差，一组为3个，取测量值的平均。
5.层压效果试验，将得到的丁基胶，一定温度下压制成细条，控制厚度和宽度为0.7mm和1cm，分别搭配市售的EVA胶膜进行层压，观察层压后组件外观，使用10cm×10cm的玻璃模拟组件。测试结果见图1至9。
实验测试结果见表10。
表10
由图1至9可知：经过耐候性能测试以及耐紫外光辐照性能测试后，本发明实施例中样品老化后均没有出现鼓泡，而对比例1和2中的样品出现了鼓泡。同时为了观察密封胶的阻水性能，在层压板中加入了水分测试试纸(图中的灰色方块，遇水变色)。经过上述测试后，水分测试试纸并没有变色，这表明采用本申请中的组合物制得的密封胶具有良好的阻水性能。同时由表10中数据可知，经耐候性能测试、耐紫外光辐照性能测试和耐蠕变性能测试后，在耐候性能和耐紫外光辐照性能方面，采用本申请中的组合物制得的密封胶与现有的密封胶产品的性能相当，但是采用本申请中的组合物制得的密封胶的耐蠕变性能更加优异。由此可见，采用本申请实施例1至11中密封胶制得的层压组件对于过度压合导致的气泡具有很好的控制，且具有很好的层压性能、热稳定性能和紫外抗降解性能，可以满足光伏领域对于产品野外环境长期稳定性的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于形成密封胶的组合物，其特征在于，所述组合物包括烯烃聚合物、硅烷改性烯烃聚合物和触变剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，按重量份计，所述组合物包括：100份所述烯烃聚合物、(10～25)份所述硅烷改性烯烃聚合物和(15～30)所述触变剂。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括补强填料、惰性填料和抗氧剂组成的组中的一种或多种；
优选地，按重量份计，所述组合物还包括(1～8)份所述补强填料、(25～45)份所述惰性填料和(0.2～0.8)份所述抗氧剂。
4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，按重量份计，所述组合物包括100份所述烯烃聚合物、(15～22)份所述硅烷改性烯烃聚合物、(20～28)所述触变剂、(1～5)份所述补强填料、(25～35)份所述惰性填料和(0.3～0.7)份所述抗氧剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述触变剂选自有机膨润土、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述触变剂为有机膨润土和氢化蓖麻油的混合物；
优选地，在所述触变剂中，所述有机膨润土和所述氢化蓖麻油的重量比为1：(1～3)。
7.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述烯烃聚合物选自聚丙烯、聚异丁烯、丁基橡胶和聚丁烯组成的组中的一种或多种；所述硅烷改性烯烃聚合物选自硅烷偶联剂改性的聚异丁烯、硅烷偶联剂改性的无定型α聚烯烃和硅烷偶联剂改性的茂金属催化的乙烯基共聚物组成的组中的一种或多种；
优选地，所述烯烃聚合物的数均分子量为15000～80000；所述硅烷改性烯烃聚合物的数均分子量为8000～400000。
8.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述补强填料选自炭黑和/或白炭黑；
所述惰性填料选自滑石粉、云母、硅酸镁、氧化铝、轻质碳酸钙和高岭土组成的组中的一种或多种；
所述抗氧剂选自芳香胺类抗氧剂和/或受阻酚类抗氧剂。
9.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括权利要求1至8中任一项所述的组合物形成的密封胶。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物在光伏领域中的应用。
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