一种硅烷自交联封装胶膜及制备方法

技术领域

本发明涉及封装胶膜，具体为一种硅烷自交联封装胶膜及制备方法。

背景技术

目前封装胶膜主要有两大类交联型和非交联型，交联型的基体树脂POE或EVA以过氧化物为交联剂，为保证交联度需增加大量的交联助剂，交联过程需要较高的层压温度较长的层压时间，层压过程中易出现气泡等缺陷。且交联后硬度较高，易造成电池片隐裂。非交联型POE胶膜在使用过程中易出现热斑、垂直蠕变等问题。

硅烷交联是在引发剂的作用下含有双键的乙烯基硅烷先接枝到聚烯烃分子链上形成硅烷接枝聚合物，硅烷接枝聚合物在水和催化剂的作用下发生水解缩合通过SI-O-SI的链接使聚烯烃中形成三维交联网络结构。硅烷交联具有设备投资少、生产效率高、成本低、工艺简单等优点正在越来越多地被应用。但是硅烷交联聚乙烯通常采用二步法工艺需要长时间浸泡在温水中或者是水蒸气中才能完成这限制了硅烷交联在封装胶膜上的使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种降低胶膜的成本和优化生产工序的一种硅烷自交联封装胶膜及其制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种硅烷自交联封装胶膜，封装胶膜的原料按质量份计包括：基体树脂100份，不饱和硅烷0.5～5份，引发剂0.01～1份，抗氧剂0.01～1份，紫外吸收剂0～1份，光稳定剂0.1～1份，产水剂母粒1～10份，催化剂母粒1～15份。

作为优选，所述基体树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中的一种或几种；熔融指数为2～40g/10min、熔点为50～100℃。

作为优选，所述不饱和硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基硅氧烷基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙基硅氧烷基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷低聚物中的一种或者多种烷中的一种或几种。

作为优选，所述引发剂为过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化乙烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧乙酸叔丁酯、叔丁基过氧化-3,5,5-三甲基己酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、2-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二甲基丙烯酸二乙二醇酯一种或多种的一种或几种。

作为优选，所述紫外吸收剂为苯酮类或三嗪类，其中的任意一种或多种的组合，具体为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(4,6-双( 2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-辛氧基酚、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三氮唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑、2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-特辛基)苯基苯并三氮唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三氮唑、2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)、2-(2’-羟基-3’,5’-二枯基苯基)苯并三氮唑中的一种或几种。

作为优选，所述光稳定剂为双（2,2,6,6-四甲基-４-哌啶基）癸二酸酯、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基酯化物、双（1，2，2，6，6-五甲基-4–哌啶基）癸二酸酯、单（1，2，2，6，6-五甲基-4–哌啶基）癸二酸酯、聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-双[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二胺[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}、聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][2-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-氨基]-亚己基-[4-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚氨基]}、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、N,N'''-1,2-乙二基二[N-[3-[[4,6-二[丁基(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)氨基]-1,3,5-三嗪-2-基]氨基]丙基]-N,N''-二丁基-N,N''-二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚的一种或几种。

作为优选，所述抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸] 季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）苯、1,3,5-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）-1,3,5-三嗪-2,4,6 (1H,3H,5H)-三酮、N,N’-六亚甲基双（3，5-二叔丁基- 4-羟基苯丙酰胺）1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,2'-亚硫基乙二醇双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇双二亚磷酸酯、硫代二丙酸双十二醇酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的一种或几种。

作为优选，所述产水剂母粒由以下组分制成的：基体树脂100份和产水剂1-10份；上述组分充分混合之后经单或双螺杆挤出造粒脱除水分为自产水母粒，挤出温度为80-130℃。

作为优选，所述产水剂为硬脂酸/氧化锌、磷酸二氢钠、乙酸锌、硫酸锌、十二水合硫酸铝钾的一种或几种。

作为优选，所述催化剂母粒由以下组分制成的：基体树脂100份和催化剂1-5份，上述组分充分混合之后经单或双螺杆挤出造粒脱除水分为催化剂母粒，挤出温度为80-130℃。

作为优选，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸二丁基锡、辛酸亚锡、有机钛螯合物、十二烷基苯磺酸、十六烷基苯磺酸、萘磺酸、四丙基苯磺酸的一种或几种。

一种硅烷自交联封装胶膜的制备方法，所述制备方法如下：

（1）将硅烷、引发剂、基体树脂按一定比例加入双螺杆挤出机中造粒得到硅烷接枝料，去除水分，加工温度为80-200℃；

（2）将步骤（1）得到的硅烷接枝料与抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂、产水剂母粒、催化剂母粒在混料机中充分混合均匀后，添加进螺杆挤出机，经熔融、塑化，再经计量和模唇压合调整流涎出平整均匀的胶膜，胶膜厚度为0.1mm-1mm；

步骤（2）中的胶膜牵引进入压花辊压合形成花纹，经冷却定型后分切、收卷，按要求包装成成品。

创新点：

添加产水剂，省去常规硅烷交联需要经过水煮的工艺，将硅烷交联的方法应用到太阳能电池光伏封装领域。

因此，本发明的一种硅烷自交联封装胶膜及制备方法，降低组件层压能耗、提高组件层压效率，降低胶膜的成本和优化生产工序。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的产水剂母料由以下重量份数的组分组成：基体树脂100份、产水剂8份、抗氧剂0.5份，上述组分经过高速搅拌机混合后，通过挤出机造粒为自产水母料，造粒温度为80-130℃，其中产水剂为硬脂酸/氧化锌、磷酸二氢钠、乙酸锌、硫酸锌、十二水合硫酸铝钾的一种或几种。

本发明的催化剂母料由以下重量份数的组分组成：基体树脂100份、催化剂2份，抗氧剂0.5份，将上述各组分经过高速搅拌机混合后，通过挤出机造粒为催化剂母料，造粒温度为80-180℃，其中催化剂为二月桂酸二丁基锡、月桂酸马来酸二丁基锡、辛酸亚锡、有机钛螯合物、十二烷基苯磺酸、十六烷基苯磺酸、萘磺酸、四丙基苯磺酸的一种或几种。

实施例1：乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）树脂100份，硅烷1.0份，引发剂0.05份，抗氧剂0.5份，紫外吸收剂0.5份，光稳定剂0.5份，产水剂母粒3份，催化剂母粒5份。其中EVA 树脂的熔指12g/10min，VA含量为30%。

硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷。

引发剂为二叔丁基过氧化物。

紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。

光稳定剂为2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚。

抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸] 季戊四醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

产水剂母粒基体树脂为EVA树脂，产水剂为硬脂酸和氧化锌的混合物，抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸] 季戊四醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

催化剂母粒基体树脂为EVA树脂，催化剂为二月桂酸二丁基锡，抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

一种硅烷自交联封装胶膜的制备方法，物料按照比例配料，将EVA树脂、乙烯基三乙氧基硅烷和二叔丁基过氧化物加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速250rpm，温度180℃，得到硅烷接枝EVA树脂。将硅烷接枝EVA树脂、紫外稳定剂、光稳定剂、催化剂母粒、产水剂母粒、抗氧剂混合均匀加入挤出机，工艺温度80℃流延挤出成型，制得硅烷自交联封装胶膜，将胶膜置于铝箔袋中密封保存。

实施例2：乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）树脂100份，硅烷1.2份，引发剂0.06份，抗氧剂0.5份，紫外吸收剂0.3份，光稳定剂0.3份，产水剂母粒3份，催化剂母粒5份。其中EVA树脂熔是指20g/10min，VA含量为28%。

硅烷为3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基硅氧烷基硅烷。

引发剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯。

光稳定剂为聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。

抗氧剂为2,2'-亚硫基乙二醇双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯和硫代二丙酸双十八醇酯的混合物。

产水剂母粒基体树脂为EVA树脂，产水剂为硬脂酸和氧化锌的混合物，抗氧剂为2,2'-亚硫基乙二醇双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯和硫代二丙酸双十八醇酯的混合物。

催化剂母粒基体树脂为EVA树脂，催化剂为辛酸亚锡，抗氧剂为2,2'-亚硫基乙二醇双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯和硫代二丙酸双十八醇酯的混合物。

一种硅烷自交联封装胶膜的制备方法，物料按照比例配料，将EVA树脂、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基硅氧烷基硅烷和叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯物加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速250rpm，温度170℃，得到硅烷接枝EVA树脂。将硅烷接枝EVA树脂、光稳定剂、催化剂母粒、产水剂母粒、抗氧剂混合均匀加入挤出机，工艺温度80℃流延挤出成型，制得硅烷自交联封装胶膜，将胶膜置于铝箔袋中密封保存。

实施例3：一种硅烷自交联封装胶膜，包括按照重量份数计的原料组成：

乙烯-辛烯共聚物（POE）树脂100份，硅烷1.5份，引发剂0.06份，抗氧剂0.5份，紫外吸收剂0.2份，光稳定剂0.2份，产水剂母粒3份，催化剂母粒6份。其中POE 树脂熔是指12g/10min，密度为0.870。

硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷。

引发剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯。

紫外光吸收剂为2-(2’-羟基-3’, 5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑。

光稳定剂为双（2,2,6,6-四甲基-４-哌啶基）癸二酸酯。

抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

产水剂母粒基体树脂为POE树脂，产水剂为硬脂酸和氧化锌的混合物，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

催化剂母粒基体树脂为POE树脂，催化剂为二月桂酸二丁基锡，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

一种硅烷自交联封装胶膜的制备方法，物料按照比例配料，将POE树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速300rpm，温度190℃，得到硅烷接枝POE树脂，干燥均化。将硅烷接枝POE树脂、紫外稳定剂、光稳定剂、催化剂母粒、产水剂母粒、抗氧剂混合均匀加入挤出机，工艺温度85℃流延挤出成型，制得硅烷自交联封装胶膜，将胶膜置于铝箔袋中密封保存。

实施例4：一种硅烷自交联封装胶膜，包括按照重量份数计的原料组成：

乙烯-丁烯共聚物（POE）树脂100份，硅烷1.5份，引发剂0.05份，抗氧剂0.5份，紫外吸收剂0.2份，光稳定剂0.2份，产水剂母粒3份，催化剂母粒5份。其中POE树脂熔是指8g/10min，密度为0.870。

硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷。

引发剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化乙烷。

紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。

光稳定剂为聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][2-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-氨基]-亚己基-[4-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚氨基]}。

抗氧剂为1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

产水剂母粒基体树脂为POE树脂，产水剂为十二水合硫酸铝钾，抗氧剂为1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

催化剂母粒基体树脂为POE树脂，催化剂为十二烷基苯磺酸，抗氧剂为1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯的混合物。

一种硅烷自交联封装胶膜的制备方法，物料按照比例配料，将POE树脂、乙烯基三乙氧基硅烷和2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化乙烷加入双螺杆挤出机中挤出造粒，螺杆转速300rpm，温度190℃，得到硅烷接枝POE树脂，干燥均化。将硅烷接枝POE树脂、紫外稳定剂、光稳定剂、催化剂母粒、产水剂母粒、抗氧剂混合均匀加入挤出机，工艺温度85℃流延挤出成型，制得硅烷自交联封装胶膜，将胶膜置于铝箔袋中密封保存。

通过上述实施例得到的封装胶膜应用于太阳能电池组件的封装，经下述测试方法进行评价，评价结果列于表1：

将胶膜按照层压后放置72h后进行测试测试各项性能，放置7天后测试交联度。封装胶膜的测试方法参照标准GB/T29848-2018《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》和NB/T 10200-2019《晶体硅太阳电池组件用聚烯烃弹性体（POE）封装绝缘胶膜》。

表1：评价结果

从上述测试结果可知，本发明的硅烷自交联封装胶膜在放置一段时间之后能达到较高的交联度，可良好的粘结光伏背板及玻璃，并且在湿热及UV老化后，也能保持优异的性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。