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CN113337245A - 一种脱醇型光伏组件密封胶及其制备方法 - Google Patents

一种脱醇型光伏组件密封胶及其制备方法 Download PDF

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CN113337245A CN202110846734.1A CN202110846734A CN113337245A CN 113337245 A CN113337245 A CN 113337245A CN 202110846734 A CN202110846734 A CN 202110846734A CN 113337245 A CN113337245 A CN 113337245A
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Abstract

本发明公开一种脱醇型光伏组件密封胶及其制备方法，该光伏组件密封胶加入了自制的多官能遥爪低聚硅氧烷以及改性硅氧烷增粘剂，交联剂分子结构成遥爪状能够很好的与主体聚合物进行反应，具有一定的分子长度及部分亲水性的结构能防止表干后交联结构密集从而水分不能进入难以达到深层固化，含有稳定的苯环结构能够提高被降解的活化能，维持在苛刻环境的密封胶粘接强度；分子结构含多官能团的多硅氧链节的增粘剂既能增加主体聚合物与其它组分的相容性，增加与多种基材的粘接性，其中的亲水基团又能加速水分的进入从而提高深度固化。通过这两种自制的交联剂和增粘剂与其他组分组合后即可实现抗老化持久性粘接及深度固化的脱醇型光伏组件密封胶。

Description

一种脱醇型光伏组件密封胶及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏组件用硅酮密封胶技术领域，特别是一种太阳能光伏组件用脱醇型单组份密封胶及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，为了防止空气中的水和氧气进入太阳能光伏电池组件，造成组件中的硅电池片氧化，必须对光伏电池组件的边框的间隙采用粘接密封性和耐候性良好的密封胶进行密封。而且硅酮密封胶的主链为硅氧键，其键能高于紫外线的键能，在固化后形成的交联网状聚合物具有优异的耐候和耐老化性能。
目前大部分光伏组件厂还是使用脱酮肟型有机密封胶用于组件的边框密封和接线盒粘接。然而，脱肟型在其硫化时会放出小分子的酮肟，对铜、铅、和锌等金属有腐蚀性，对太阳能组件中的锡铜条以及PC也会产生接触腐蚀。而且酮肟对人体及水质都有一定的危害。脱醇型密封胶黏剂释放的为小分子甲醇，乙醇对人体基本没有危害。
为此，一篇公开号为CN107267112A的中国发明专利公开了一种太阳能光伏用单组分硅酮结构密封胶及其制备方法，密封胶的原料配比：α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份、烷氧基硅树脂30～80份、气相白炭黑5～30份、交联剂4～20份、硅烷偶联剂1～4份、催化剂0.2～6份；其中α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的粘度在5～100Pa.S。制备步骤包括：(1)将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、烷氧基硅树脂加入真空捏合机内，在温度100～150℃、真空度为-0.095MPa以下，脱水共混捏合120～360min，冷却得基料；(2)将气相白炭黑、交联剂、硅烷偶联剂、催化剂分别加入装有上述基料的动力行星搅拌机内，真空度-0.095MPa以下，转速600～1500rpm下搅拌150～240min 制得太阳能光伏组件用单组分硅酮结构密封胶。其改良了树脂配方和偶联剂配比，其拥有更好的黏结性和相容性,并在强度方面有较大的提升，提高了光伏建筑的安全性；所述的烷氧基树脂为一种特殊的补强树脂,有利于密封胶的强度提高。
另一篇公开号为CN108059945A的中国发明专利公开了一种用于光伏双玻组件的有机硅密封胶及其制备方法，该有机硅密封胶以重量份计，包括以下原料组分：烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷100份、活性纳米碳酸钙50-80份、改性的气相白炭黑5-10份、硅油增塑剂2-20份、交联剂10-15份、催化剂1-5份、附着力促进剂2-4份。该有机硅密封胶强度高，弹性好，对基材的粘接性能优异，具有极佳的耐候性能，在长期的盐雾、紫外线、高温高湿的环境中性能保持率超过80％，适用于光伏双玻组件的结构粘接与密封。
另一篇公开号为CN109181623A的中国发明专利公开了一种快速固化光伏组件用硅酮密封胶及其制备方法，包括以下组分的物质制备而成：烷氧基封端聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、补强剂、阻燃剂、触变剂、交联剂、偶联剂和第一催化剂，其中交联剂为多官能度聚硅氧烷，偶联剂为仲胺类硅烷偶联剂，第一催化剂为鳌合型钛酸酯催化剂。该发明通过多官能度聚硅氧烷作为交联剂，和仲胺类硅烷偶联剂、鳌合型钛酸酯催化剂以及阻燃剂进行复配，能够得到适用于多种粘结材料、粘结强度优异的快速固化且不易黄变的快速固化光伏组件用硅酮密封胶一种由烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷，补强剂，触变剂，特殊结构交联剂，仲胺类偶联剂和两类催化剂制备了一种快速固化的光伏组件用密封胶。
另一篇公开号为CN110982448A的中国发明专利公开了一种脱醇型RTV 硅橡胶密封胶，该发明将氨基硅烷与含乙烯基的硅氮烷反应制备得到了一种新型的脱醇型RTV硅橡胶增粘剂，可用于制备脱醇型RTV硅橡胶(比如密封胶和灌封胶)。以该增粘剂制备的脱醇型RTV硅橡胶，其对基材的粘接性能明显高于普通的脱醇型RTV硅橡胶，对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚碳酸酯 (PC)，聚苯硫醚(PPS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，高冲击强度聚苯乙烯 (HIPS)、丙烯酸树脂等难粘材料具有优异的粘接性能。
以上现有技术均是针对强度方面的改进，尚未有针对抗老化下的持久性粘接和深度固化的脱醇型硅酮密封胶。
发明内容
在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
为了针对光伏组件环境苛刻的需求，发明了一种适用于光伏组件的持久性粘接脱醇型密封胶，并采用一种改进的制备方法，使其制作简单，原料易得，成品能达到深层固化并且在老化条件下持久性粘接，以很好的解决现有的技术问题。
根据本申请的一个方面，提供一种脱醇型光伏组件密封胶，包括以下组份的物质组成：
Figure BDA0003180873190000041
其中，所述偶联剂为胺类催化剂，所述催化剂选用钛酸酯或钛的螯合物；所述交联剂为自制的多官能遥爪低聚硅氧烷，所述多官能遥爪低聚硅氧烷的结构式为：
Figure BDA0003180873190000042
其中R选自-(OCH3)，-(OC2H5),- (OSiCH3),-(OSiC2H5)中的一种，m选自1-10的整数(优选2-8中的整数)。
进一步优选的，所述增粘剂为自制的改性硅氧烷，所述改性硅氧烷的结构式为
Figure BDA0003180873190000043
其中n选自1-10的整数(优选2-8中的整数)。增粘剂含硅氧链节与主体和其他组分相容性好，特殊的杂环结构能提高对多种基材的附着力。
所述多官能遥爪低聚硅氧烷交联剂在链端具备多反应基团，分子结构成遥爪状能够很好的与主体聚合物进行反应，含有稳定的苯环结构能够提高被降解的活化能，具有一定的分子长度及部分亲水性的结构能防止表干后交联结构密集从而水分不能进入难以达到深层固化。偶联剂采用胺类硅烷偶联剂能够提高密封胶的粘接性。
进一步优选的，所述的a,w二羟基聚二甲基硅氧烷在常温常压(25℃， 101KPa)下的粘度为50Pa*s-80Pa*s,所述稀释剂在常温常压(25℃，101KPa) 下的粘度为5Pa*s-15Pa*s。
进一步优选的，所述增强填料为粒径10um-15um的硅微粉，粒径为15um -30um的纳米碳酸钙，粒径1um-5um的微粉碳酸钙，粒径5um-20um的滑石粉中的一种或几种；
进一步优选的，所述胺类偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷，N-β(氨乙基)N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，苯氨基甲基三甲氧基硅烷中的一种
进一步优选的，所述触变剂为比表面积为50m2/g-150m2/g的气相白炭黑。
进一步优选的，所述催化剂为四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)，双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯，钛酸正丁酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和钛酸叔丁酯的乙酰丙酮螯合物中的一种。
根据本申请的另一方面，提供一种脱醇型光伏组件密封胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将a,w-二羟基局二甲基硅氧烷，增强填料，触变剂，加入真空捏合机中，在温度120-180℃，真空度在-0.090MPa下，加热并捏合处理2-3h，冷却得到半成品；
步骤2：将交联剂，催化剂，偶联剂，稀释剂逐步加入已装入半成品的行星搅拌机内在真空度-0.0090MPa下，转速300-500rpm搅拌1-2h后制得脱醇型光伏组件密封胶。
本发明通过上述方案实现一种脱醇型光伏组件密封胶及其制备方法，通过自制的多官能遥爪低聚硅氧烷作为交联剂，自制的改性硅氧烷作为增粘剂，胺类作为偶联剂和鳌合型钛酸酯作为催化剂以及增强填料组合，得到一种适用多种材料，抗老化持久性粘接及深度固化的脱醇型光伏组件密封胶。
具体实施方式
下面将根据下述实施例来说明本发明的具体实施方案。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
实施例1
本实施例提供一种脱醇型光伏组件密封胶，该密封胶由以下按重量份数计的原料组成：
a,w二羟基聚二甲基硅氧烷100份，二甲基聚硅氧烷10份，增强填料120 份，触变剂5份，交联剂5份，偶联剂3份，增粘剂2份，催化剂2份。
其中，a,w二羟基聚二甲基硅氧烷在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为50Pa*s，所述稀释剂在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为5Pa*s。
增强填料为粒径15um的硅微粉，粒径为50um的纳米碳酸钙和粒径为 5um的微粉碳酸钙组合而成。
触变剂为比表面积为150m2/g的气相白炭黑。
交联剂为多官能遥爪低聚硅氧烷，该多官能遥爪低聚硅氧烷结构式为
Figure BDA0003180873190000071
本实施例中R基团为-(OCH3)，m为整数4。
偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
增粘剂为自制的改性硅氧烷，该改性硅氧烷结构式为：
Figure BDA0003180873190000072
本实施例n选取整数4。
催化剂为双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯，钛酸正丁酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和钛酸叔丁酯的乙酰丙酮螯合物中的一种。
本实施例还给出上述脱醇型光伏组件密封胶的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1：将a,w-二羟基局二甲基硅氧烷，增强填料，触变剂，抗氧化剂加入真空捏合机中，在温度120-180℃，真空度在-0.090MPa下，加热并捏合处理2-3h，冷却得到半成品；
步骤2：将交联剂，催化剂，偶联剂，稀释剂逐步加入已装入半成品的行星搅拌机内在真空度-0.0090MPa下，转速300-500rpm搅拌1-2h后制得脱醇型光伏组件密封胶。
实施例2
本实施例提供一种脱醇型光伏组件密封胶，该密封胶由以下按重量份数计的原料组成：
a,w二羟基聚二甲基硅氧烷100份，二甲基聚硅氧烷10份，增强填料120 份，触变剂5份，交联剂5份，偶联剂3份，增粘剂2份，催化剂2份。
其中a,w二羟基聚二甲基硅氧烷在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为50Pa*s，所述稀释剂在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为5Pa*s。
增强填料为粒径15um的硅微粉，粒径为50um的纳米碳酸钙和粒径为 5um的微粉碳酸钙组合而成。
触变剂为比表面积为150m2/g的气相白炭黑。
交联剂为多官能遥爪低聚硅氧烷，多官能遥爪低聚硅氧烷结构式为
Figure BDA0003180873190000081
其中R基团为-(OC2H5)，m为整数4。
偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
增粘剂为自制的改性硅氧烷，改性硅氧烷结构式为：
Figure BDA0003180873190000082
其中n选取整数4。
催化剂为双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯，钛酸正丁酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和钛酸叔丁酯的乙酰丙酮螯合物中的一种。
上述配方的脱醇型光伏组件密封胶的制备方法包括：
步骤1：将a,w-二羟基局二甲基硅氧烷，增强填料，触变剂，加入真空捏合机中，在温度120-180℃，真空度在-0.090MPa下，加热并捏合处理2-3h，冷却得到半成品；
步骤2：将交联剂，催化剂，偶联剂，稀释剂逐步加入已装入半成品的行星搅拌机内在真空度-0.0090MPa下，转速300-500rpm搅拌1-2h后制得脱醇型光伏组件密封胶。
实施例3
本发明实施例提供一种脱醇型光伏组件密封胶，该密封胶由以下按重量份数计的原料组成：
a,w二羟基聚二甲基硅氧烷100份，二甲基聚硅氧烷10份，增强填料120 份，触变剂5份，交联剂5份，偶联剂3份，增粘剂2份，催化剂2份。
其中所述的a,w二羟基聚二甲基硅氧烷在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为50Pa*s，所述稀释剂在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为5Pa*s。
增强填料为粒径15um的硅微粉，粒径为50um的纳米碳酸钙和粒径为 5um的微粉碳酸钙组合而成。
触变剂为比表面积为150m2/g的气相白炭黑。
交联剂为多官能遥爪低聚硅氧烷，所述多官能遥爪低聚硅氧烷结构式为
Figure BDA0003180873190000091
其中R基团为-(OCH3)，m为整数8。
偶联剂为苯氨基甲基三甲氧基硅烷。
增粘剂为自制的改性硅氧烷，所述改性硅氧烷结构式为：
Figure BDA0003180873190000092
其中n选取整数4。
催化剂为双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯，钛酸正丁酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和钛酸叔丁酯的乙酰丙酮螯合物中的一种。
上述配方的脱醇型光伏组件密封胶的制备方法为以下步骤：
步骤1：将a,w-二羟基局二甲基硅氧烷，增强填料，触变剂，加入真空捏合机中，在温度120-180℃，真空度在-0.090MPa下，加热并捏合处理2-3h，冷却得到半成品；
步骤2：将交联剂，催化剂，偶联剂，稀释剂逐步加入已装入半成品的行星搅拌机内在真空度-0.0090MPa下，转速300-500rpm搅拌1-2h后制得脱醇型光伏组件密封胶。
实施例4
本发明实施例提供一种脱醇型光伏组件密封胶，该密封胶由以下按重量份数计的原料组成：
a,w二羟基聚二甲基硅氧烷100份，二甲基聚硅氧烷10份，增强填料120 份，触变剂5份，交联剂5份，偶联剂3份，增粘剂2份，催化剂2份。
其中，a,w二羟基聚二甲基硅氧烷在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为50Pa*s，所述稀释剂在常温常压(25℃，101KPa)下的粘度为5Pa*s。
增强填料为粒径15um的硅微粉，粒径为50um的纳米碳酸钙和粒径为 5um的微粉碳酸钙组合而成。
触变剂为比表面积为150m2/g的气相白炭黑。
交联剂为多官能遥爪低聚硅氧烷，多官能遥爪低聚硅氧烷结构式为
Figure BDA0003180873190000101
其中R基团为-(OC2H5)，m为整数8
偶联剂为苯氨基甲基三甲氧基硅烷。
增粘剂为自制的改性硅氧烷，改性硅氧烷结构式为：
Figure BDA0003180873190000111
其中n选取整数8。
催化剂为双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯，钛酸正丁酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和钛酸叔丁酯的乙酰丙酮螯合物中的一种。
上述配方的脱醇型光伏组件密封胶的制备方法为以下步骤：
步骤1：将a,w-二羟基局二甲基硅氧烷，增强填料，触变剂，加入真空捏合机中，在温度120-180℃，真空度在-0.090MPa下，加热并捏合处理2-3h，冷却得到半成品；
步骤2：将交联剂，催化剂，偶联剂，稀释剂逐步加入已装入半成品的行星搅拌机内在真空度-0.0090MPa下，转速300-500rpm搅拌1-2h后制得脱醇型光伏组件密封胶。
对比例1：对比例1与实施例1的不同之处在于：不加入增粘剂，其他配方和制备方法与实施例1的配方和制备方法相同。
对比例2：对比例2与实施例2的不同之处在于：交联剂采用甲基三甲氧基硅烷，其他配方和制备方法与实施例2的配方和制备方法相同。
对比例3：对比例3与实施例3的不同之处在于：交联剂采用甲基三甲氧基硅烷，不加入所述增粘剂，其他配方和制备方法与实施例3的配方和制备方法相同。
本发明脱醇型光伏组件密封胶的性能测试条件如下：
1、热循环老化测试按GB/T9535-1998中的10.11要求进行热循环实验；
2、湿冻老化条件测试按9535-1998的10.13进行湿热循环实验；
3、紫外(UV)老化条件测试按IEC61215:2005中的10.10的规定进行紫外(UV)实验；
4、粘接测试按JG/T465-2014建筑光伏夹层玻璃用封边保护剂中的规定进行实验。
本发明根据上述性能测试条件对优选的实施例1-4和对比例1-2的相关测试数据如下所示：
Figure BDA0003180873190000121
Figure BDA0003180873190000122
紫外老化实验后粘接强度如下：
Figure BDA0003180873190000123
Figure BDA0003180873190000131
热循环老化测试后粘接强度如下：
Figure BDA0003180873190000132
湿冻老化测试后粘接强度如下：
Figure BDA0003180873190000133
由上表实验数据得知，由实施例1-4制得的脱醇型光伏组件密封胶深层固化高，粘接强度优异，对多种材料的粘接强度均表现突出。与对比例1-3的数据而言，实施例1-4在经过多种老化测试后仍能保持优异的粘接强度，能够满足光伏组件在苛刻环境下的持续使用，符合光伏组件密封胶的使用需求
本发明的有益效果为：通过加入自制的多官能遥爪低聚硅氧烷以及自制的改性硅氧烷增粘剂。交联剂分子结构成遥爪状能够很好的与主体聚合物进行反应，具有一定的分子长度及部分亲水性的结构能防止表干后交联结构密集从而水分不能进入难以达到深层固化，含有稳定的苯环结构能够提高被降解的活化能，维持在苛刻环境的密封胶粘接强度；分子结构含多官能团的多硅氧链节的增粘剂既能增加主体聚合物与其它组分的相容性，增加与多种基材的粘接性，其中的亲水基团又能加速水分的进入从而提高深度固化。通过这两种自制的交联剂和增粘剂与其他组分组合后制得一种适用多种材料，抗老化持久性粘接及深度固化的脱醇型光伏组件密封胶。
在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以用相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在上述实施例和示例中，采用了数字组成来表示各个步骤和/ 或单元。本领域的普通技术人员应理解，这些只是为了便于叙述和绘图，而并非表示其顺序或任何其他限定。
尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：包括以下组份的物质：
Figure FDA0003180873180000011
其中，所述偶联剂为胺类催化剂，所述催化剂选用钛酸酯或钛的螯合物；所述交联剂为自制的多官能遥爪低聚硅氧烷，所述多官能遥爪低聚硅氧烷在链端具备多反应基团，分子结构成遥爪状；所述多官能遥爪低聚硅氧烷的结构式为：
Figure FDA0003180873180000012
其中R选自-(OCH3)，-(OC2H5),-(OSiCH3),-(OSiC2H5)中的一种，m选自1-10的整数。
2.根据权利要求1所述的脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：所述增粘剂为自制的改性硅氧烷，所述改性硅氧烷的结构式为
Figure FDA0003180873180000013
其中n选自1-10的整数。
3.根据权利要求1所述的脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：所述的a,w二羟基聚二甲基硅氧烷在常温常压下的粘度范围为50Pa*s-80Pa*s,所述稀释剂在常温常压下的粘度范围为5Pa*s-15Pa*s。
4.根据权利要求1所述的脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：所述增强填料为粒径10um-15um的硅微粉，粒径为15um-30um的纳米碳酸钙，粒径1um-5um的微粉碳酸钙以及粒径5um-20um的滑石粉中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：所述胺类偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、以及苯氨基甲基三甲氧基硅烷中的一种。
6.根据权利要求1所述的脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：所述触变剂为比表面积为50m2/g-150m2/g的气相白炭黑。
7.根据权利要求1所述的脱醇型光伏组件密封胶，其特征在于：所述催化剂为四异丙基二，双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯，钛酸正丁酯的乙酰乙酸乙酯螯合物和钛酸叔丁酯的乙酰丙酮螯合物中的一种。
8.根据权利要求1-7所述的脱醇型光伏组件密封胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将a,w-二羟基局二甲基硅氧烷，增强填料，触变剂，加入真空捏合机中，在温度120-180℃，真空度在-0.090MPa下，加热并捏合处理2-3h，冷却得到半成品；
步骤2：将交联剂，催化剂，偶联剂，稀释剂逐步加入已装入半成品的行星搅拌机内在真空度-0.0090MPa下，转速300-500rpm搅拌1-2h后制得脱醇型光伏组件密封胶。
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