一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物及其製備方法與流程
2023-11-03 13:48:17
本發明涉及太陽能電池組件，具體是用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物及其製備方法。
背景技術：
眾所周知，太陽能是最豐富的可再生能源，利用太陽能發電是人類開發利用太陽能發展的重要途徑之一。目前，太陽能發電系統通常由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池、逆變器等組成。太陽能背板位於太陽能電池板的背面，對電池片起保護和支撐作用，一般具有可靠的絕緣性、阻水性、機械性能、耐老化性能(耐紫外光老化、耐溼熱老化)，是太陽能電池組件不可或缺的組成部分。
目前，太陽能背板材料主要有：tpt太陽能背板，bbf太陽能背板，tpe太陽能背板，ape太陽能背板，eva太陽能背板；其中tpt太陽能背板和bbf太陽能背板主要是含氟材料通過三層共擠製備，tpe太陽能背板、ape太陽能背板和eva太陽能背板主要為熱塑性聚合物通過改性來製備的高性能材料，其結構基本都是為多層複合結構，其生產工藝複雜，電絕緣性、粘接性差，容易脆化。
cn102365172a公開了一種新型的添加了金紅石型二氧化鈦粒子的層壓聚酯膜，但是其與相鄰的eva膠膜的粘結力無法保證，並且由於材料結構特徵，聚酯樹脂難以克服吸水率高，耐溼熱老化性能差(脆化)的缺陷，很難達到太陽能背板的性能要求。
cn103066141a公開了一種太陽能背板及其製備方法，從內到外包括內表層、芯層和外表層，所述內表層以及外表層由聚醯胺樹脂、填料以及添加劑製成；所述芯層由改性聚丙烯樹脂組合物製成；所述改性聚丙烯樹脂組合物包括聚丙烯樹脂、接枝聚乙烯、添加劑、填料。該發明需要通過三層共擠技術來實現材料的製備，在大規模生產時對生產裝置及工藝要求高，不利於快速方面生產。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物及其製備方法，該組合物具有更加優異的機械性能、耐溼熱老化性以及機械絕緣性。
為了實現上述目的，本發明提供的組合物由以下重量配比的成分組成：
聚丙烯：40～80％；
聚醯胺：5～30％；
聚烯烴彈性體：2～15％；
引發劑：0.1～1.0％；
接枝單體：0.5～5.0％；
增強填料：0～30％；
添加劑：0～5％
所述聚丙烯選自均聚聚丙烯、丙烯與其它c2-20的α-烯烴形成的無規共聚物或嵌段共聚物中的至少一種，或者至少兩種的混合物；所述聚丙烯的熔融指數(mi)在2.16kg載荷下230℃時應為0.5～100g/10min，為0.5～30g/10min時效果最佳；
所述聚醯胺選自尼龍6、尼龍66、尼龍612中一種，或者至少兩種的混合物；所述聚醯胺的相對粘度為2.1～3.3，端氨基含量為40～50g/kg；
所述聚烯烴彈性體選自乙烯-辛希共聚物、丙烯基彈性體中一種，或者至少兩種的混合物，乙烯含量應大於或等於50％；
所述引發劑選自過氧化異丙苯(dcp)、過氧化苯甲醯(bpo)、2,5-二甲基-2,5-雙(過氧化叔丁基)己烷(雙2,5)、三烯丙基異氰酸酯(taic)、2,2,6,6-四甲基氧化哌啶醇(tempo)的至少一種，或者至少兩種的混合物；
所述接枝單體選自順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯、富馬酸、馬來酸二異丙酯、衣康酸、檸康酸及其酐、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種，或者至少兩種的混合物；
所述增強填料選自玻纖、碳纖、滑石、碳酸鈣或納米二氧化鈦，其中玻纖平均長度為3mm，滑石粉或納米二氧化鈦粒徑應≥2500目；
所述添加劑選自抗氧劑、紫外吸收劑和光穩定劑中的一種或幾種。
優選地，該組合物由以下重量配比的成分組成：
聚丙烯：65～70％；
聚醯胺：10～15％；
聚烯烴彈性體：5～10％；
引發劑：0.3～0.8％；
接枝單體：1.0～3.5％；
增強填料：5.0～15％；
添加劑：0.5～1.5％
優選地，所述引發劑為雙2,5與taic的混合物，二者的重量比為3:1。
優選地，所述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑168的混合物，二者的重量比為1:1。
優選地，所述光穩定劑為光穩定劑622，所述紫外吸收劑為uv-327，二者的重量比為1:1。
本發明效果最佳的組合物重量配比是：
pph(聚丙烯)：65％；
pa6(聚醯胺)：15％；
poe(聚烯烴彈性體)：5％；
重量比為3:1的雙2,5和taic混合物：0.5％；
mah：3.5％；
玻纖：10％；
重量比為1:1:1:1的抗氧劑1010、抗氧劑168、uv-327、光穩定劑622：1％。
一種製備所述的用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物的方法，包括以下步驟：首先，將聚丙烯、聚醯胺、聚烯烴彈性體、引發劑、接枝單體和添加劑加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中，同時將增強填料通過螺杆側餵料口加入到螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；最後，經過水冷卻、切粒機造粒工藝，得到改性聚丙烯組合物。
通過上述技術方案，製備的改性聚丙烯組合物可經過直接的單層擠出或通過三層共擠等加工方法直接製備太陽能(電池)背板，該組合物不僅具有優良的耐低溫衝擊性能，而且還具有優異的耐高低溫、耐老化和電絕緣性，可用於製造太陽能電池組件。
由於上述技術方案的採用，與現有技術相比，本發明具有如下優點：
1.本發明開發了一種新的用於太陽能背板的樹脂組合物，以聚丙烯樹脂為主體，以接枝劑接枝聚乙烯增韌劑進行增韌，獲得的最終產品在具有優良的耐低溫衝擊性的同時，也具有耐老化，尤其是耐溼熱老化的性能，同時具有低飽和吸水率、低水蒸氣透過率以及優異的電絕緣性，可用於製造太陽能背板。
2.通過本發明公開的改性聚丙烯樹脂組合物製備的太陽能背板在具有優良層間剝離力的同時，也具有耐高溫溼熱老化的性能，同時與eva層以及矽膠具有良好的粘接性，可用於製造太陽能電池組件。
3.本發明的製備方法簡單易行，成本較低，適於推廣應用。
本發明的其它特徵和優點將在具體實施方式部分予以詳細說明。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
本發明中，聚丙烯、聚醯胺和聚烯烴彈性體是聚合物樹脂基體，其中聚醯胺因其獨特的醯胺結構單元(-conh-)，具有較高的拉伸強度、衝擊強度，優異的耐磨、自潤滑性能。在引發劑和熔融狀態下，涉及發生以下化學反應：(1)聚丙烯與接枝單體的接枝反應，生產的極性單體接枝聚丙烯可以起到粘結劑和相容劑作用；(2)聚烯烴彈性體在引發劑條件下的交聯反應，生產的微交聯poe及其凝膠網絡結構，可以起到組合物增韌的作用，使其具有優異的抗低溫衝擊和耐高溫溼熱老化性能；(3)接枝單體或接枝單體接枝的聚丙烯與聚醯胺之間反應，生成長分子鏈結構，進一步改善聚丙烯體系相容性，提高綜合性能。另外，抗氧劑、復配型穩定劑的加入，不僅可以有效地抑制該組合物的熱氧化降解，而且可以有效地防止材料的黃變和性能老化，抑制或減弱光降解作用，提高耐光老化性能。
以下實施例和對比例中，材料性能的測試按照以下標準進行：
按照gb/t1040-2006進行塑料拉伸性能測試、按照iso178-93進行彎曲性能測試、按照iso180-93進行缺口衝擊強度、按照gb/t1034-2008進行材料飽和吸水率測試、按照gb/t21529-2008進行水蒸氣透過率測試熱氧老化、按照gb/t7141-2008測性材料熱老化試驗方法、按照gb/t1410-2006進行體積電阻率測試。
實施例1
本實施例說明本發明的改性聚丙烯組合物的製備方法，所有物質重量為100重量份。
首先，將50份聚丙烯(pph，l5e89，mi＝3.0g/10min，2.16kg，230℃)、20份聚醯胺(pa6，1013b，mi＝15g/10min，2.16kg，230℃)、5份聚烯烴彈性體(poe，8150，mi＝0.5g/10min，2.16kg，190℃)、0.5份引發劑(雙2,5：taic＝3:1)、3.5份接枝單體(馬來酸酐，mah)和1份填加劑(0.25份抗氧劑1010、0.25份抗氧劑168、0.25份uv-327、0.25份與光穩定劑622)加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；
其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中，同時將20份增強填料滑石(808a，2500目)通過螺杆側餵料口加入到螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；
最後，經過水冷卻、風乾、切粒機造粒等工藝，得到一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物。
實施例2
首先，將50份聚丙烯(pph，l5e89，mi＝3.0g/10min，2.16kg，230℃)、15份聚醯胺(pa6，1013b，mi＝15g/10min，2.16kg，230℃)、5份聚烯烴彈性體(poe，8150，mi＝0.5g/10min，2.16kg，190℃)、0.5份引發劑(雙2,5：taic＝3:1)、3.5份接枝單體(馬來酸酐，mah)和1份填加劑(0.25份抗氧劑1010、0.25份抗氧劑168、0.25份uv-327、0.25份與光穩定劑622)加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；
其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中，同時將25份增強填料滑石(808a，2500目)通過螺杆側餵料口加入到螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；
最後，經過水冷卻、風乾、切粒機造粒等工藝，得到一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物。
實施例3
首先，將70份聚丙烯(pph，l5e89，mi＝3.0g/10min，2.16kg，230℃)、10份聚醯胺(pa6，1013b，mi＝15g/10min，2.16kg，230℃)、5份聚烯烴彈性體(poe，8150，mi＝0.5g/10min，2.16kg，190℃)、0.5份引發劑(雙2,5：taic＝3:1)、3.5份接枝單體(馬來酸酐，mah)和1份填加劑(0.25份抗氧劑1010、0.25份抗氧劑168、0.25份uv-327、0.25份與光穩定劑622)加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；
其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中，同時將10份增強填料玻纖(巨石，508a，3.0mm)通過螺杆側餵料口加入到螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；
最後，經過水冷卻、風乾、切粒機造粒等工藝，得到一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物。
實施例4
首先，將65份聚丙烯(pph，l5e89，mi＝3.0g/10min，2.16kg，230℃)、15份聚醯胺(pa6，1013b，mi＝15g/10min，2.16kg，230℃)、5份聚烯烴彈性體(poe，8150，mi＝0.5g/10min，2.16kg，190℃)、0.5份引發劑(雙2,5：taic＝3:1)、3.5份接枝單體(馬來酸酐，mah)和1份填加劑(0.25份抗氧劑1010、0.25份抗氧劑168、0.25份uv-327、0.25份與光穩定劑622)加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；
其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中，同時將10份增強填料玻纖(巨石，508a，3.0mm)通過螺杆側餵料口加入到螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；
最後，經過水冷卻、風乾、切粒機造粒等工藝，得到一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物。
對比例1
將54份聚丙烯(pph，l5e89，mi＝3.0g/10min，2.16kg，230℃)、15份聚醯胺(pa6，1013b，mi＝15g/10min，2.16kg，230℃)、25份增強填料滑石(808a，2500目)、5份聚烯烴彈性體(poe，8150，mi＝0.5g/10min，2.16kg，190℃)、1份填加劑(0.25份抗氧劑1010、0.25份抗氧劑168、0.25份uv-327、0.25份與光穩定劑622)加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中通過螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；最後，經過水冷卻、風乾、切粒機造粒等工藝，得到一種改性聚丙烯組合物。
對比例2
首先，將69份聚丙烯(pph，l5e89，mi＝3.0g/10min，2.16kg，230℃)、15份聚醯胺(pa6，1013b，mi＝15g/10min，2.16kg，230℃)、5份聚烯烴彈性體(poe，8150，mi＝0.5g/10min，2.16kg，190℃)、10份增強填料玻纖(巨石，508a，3.0mm)和1份填加劑(0.25份抗氧劑1010、0.25份抗氧劑168、0.25份uv-327、0.25份與光穩定劑622)加入高速混合機中進行混合3～5分鐘；其次，將上述混合物加入擠出機下料鬥中，通過螺杆擠出機中並共同熔融擠出，雙螺杆各區溫度設定為從170℃遞增至260℃；最後，經過水冷卻、風乾、切粒機造粒等工藝，得到一種用於太陽能電池背板的改性聚丙烯組合物。
表1實施例與對比例組成與性能表
上述測試結果表明，該改性聚丙烯組合物不僅具有優異的力學性能，而且還具有較好的耐熱老化性、絕緣性能、低吸水率和水蒸氣透過率，該組合物用於製備太陽能電池組件時具有更好的性能，其中以實施例3和4的效果最佳。