一种多功能封装胶膜及其制备方法与流程

本发明属于封装胶膜技术领域，涉及一种多功能封装胶膜及其制备方法。

背景技术：

封装材料在组件中起到粘接保护等作用，光伏组件所用电池片越来越多，各种电池片的性能不一样，对封装胶膜的需求也不一样；比如p型电池片需要高抗pid性能的胶膜；配圆焊带的异质结电池片需要表面不滑的胶膜，cigs的电池片怕热，需要低温层压等。对封装胶膜的要求越来越高，单层胶膜或者单种材料难以满足封装要求。对多层结构的胶膜以及各种材料共混所制备的胶膜需求越来越多。随着要求使用年限的增加，对封装胶膜的剥离力衰减要求越来越大，需要湿热老化后封装胶膜剥离力维持一个很高的值。现有技术为了提高封装胶膜的剥离力，在加入硅烷偶联剂作为第一硅烷的基础上会引入其他的硅烷化合物作为第二硅烷，但是很多第二硅烷的加入可能会降低交联速度。

目前，可做封装胶膜的材料有很多，比如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)、乙烯-α-烯烃共聚物(poe)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(emma)、乙基-甲基丙烯酸酯共聚物(ema)、乙烯-丙烯酸共聚物(eaa)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、离子聚合物等材料，各种材料的性能不一样；poe具有高阻水功能、抗pid功能；eva具有高透光率高交联速度等优点；pvb内聚力大，适合bipv建筑等功能。但是，poe也有一定的不足，随着mbb多主栅技术，poe表面摩擦系数小，极性低，造成容易导致电池片并片滑移，因为poe极性小，造成助剂容易析出，导致储存期短，poe交联速度较乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)慢，影响生产效率。同时poe价格远高于eva，给光伏发电成本造成压力。常规poe胶膜的剥离力较小，其剥离力耐湿热老化后的能力较弱。常规封装材料eva胶膜能够在一定程度上增加组件的可靠性，但对于常规封装的高效新型电池及组件，可靠性问题不容忽视，对封装材料提出了更严苛的要求。

cn110079244a一种太阳能电池封装材料及由它形成的胶膜，所述封装材料包含以下组分：a)66-99.5重量％的乙烯共聚物，b)0.5-0.6重量％的有机过氧化物，c)0.1-3重量％的烷氧基硅烷低聚物，以及d)任选的0-30重量％的其他助剂；其中各组分重量百分比的加和为100％；以及所述烷氧基硅烷低聚物为烷氧基硅烷均聚物、共聚物或其混合物，其平均分子量为300-2000g/mol。该发明的封装胶膜有显著提高的体积电阻率，对玻璃、背板具有长久的粘结力，但是其抗pid性能有待进一步提高。但是，该发明的烷氧基硅烷低聚物加入可能会降低交联速度。

另外，现有技术的多层胶膜，各层胶膜所用的基体(除助剂外的)材料为单一材料。其产品在实际生产过程中，良率较低，边角料无法回收利用。

因此，很有必要开发一种具有优异的耐剥离力衰减性能和抗pid性能的多功能封装胶膜及其制备方法，以满足对不同功能的封装胶膜的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能封装胶膜及其制备方法，制得的多功能封装胶膜具有优异的耐剥离力衰减性能和抗pid性能。

本发明的目的之一在于提供一种多功能封装胶膜，为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能封装胶膜，按质量百分比计，所述多功能封装胶膜包含90-99％的聚合物和1-10％的助剂，所述助剂包含硅烷低聚物。

本发明的多功能封装胶膜，助剂中添加的硅烷低聚物，与其他助剂协同作用，可使多功能封装胶膜具有优异的耐剥离力衰减性能和抗pid性能，并且硅烷低聚物的加入没有降低交联速度。

需要说明的是，所述多功能封装胶膜的多功能是指封装胶膜具有剥离力耐湿热老化性能、抗pid性能，可以缩短层压时间、可以光固化(降低能耗)、层压外观好。

所述硅烷低聚物为一种硅烷的低聚物、两种硅烷的低聚物或三种硅烷的低聚物。

优选地，所述一种硅烷的低聚物的化学式如式1，式1为：

其中，r1为烷烃基、烯烃基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、甲基丙烯酰氧烷基、含硫烃基、酯基、羟基、异氰酸酯基、脲基或季氨烃基中的任意一种，烯烃基优选为乙烯基；x为烷氧基、乙酰氧基、过氧化叔丁基、羟基、卤基或卤代烷烃基中的任意一种，烷氧基优选为乙氧基、甲氧基、2-甲氧乙氧基、甲基二乙氧基或甲基二甲氧基；当x为烷氧基、乙酰氧基、过氧化叔丁基时，x’比x少一氧原子；当x为羟基、卤基或卤代烷烃基时，x’为氢基；优选地，m为2-10中的任意一整数，例如m为2、3、4、5、6、7、8、9或10。优选地，两种硅烷的低聚物的化学式如式2，式2为：

其中，r1与r2独立地选自烷烃基、烯烃基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、甲基丙烯酰氧烷基、含硫烃基、酯基、羟基、异氰酸酯基、脲基或季氨烃基中的任意一种，烯烃基优选为乙烯基；x与y独立地选自烷氧基、乙酰氧基、过氧化叔丁基、羟基、卤基或卤代烷烃基中的任意一种，烷氧基优选为乙氧基、甲氧基、2-甲氧乙氧基、甲基二乙氧基或甲基二甲氧基；当y为烷氧基、乙酰氧基、过氧化叔丁基时，y’比y少一氧原子；当y为羟基、卤基或卤代烷烃基时，y’为氢基；

优选地，m为1-10中的任意一个整数，例如m为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10；n为1-10中的任意一个整数，例如n为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。

优选地，三种硅烷的低聚物的化学式如式3，式3为：

其中，r1、r2、r3独立地选自烷烃基、烯烃基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、甲基丙烯酰氧烷基、含硫烃基、酯基、羟基、异氰酸酯基、脲基或季氨烃基中的任意一种，烯烃基优选为乙烯基；x、y、z独立地选自烷氧基、乙酰氧基、过氧化叔丁基、羟基、卤基或卤代烷烃基中的任意一种，烷氧基优选为乙氧基、甲氧基、2-甲氧乙氧基、甲基二乙氧基或甲基二甲氧基；当z为烷氧基、乙酰氧基、过氧化叔丁基时，z’比z少一氧原子；当z为羟基、卤基或卤代烷烃基时，z’为氢基；优选地，m为1-10中的任意一个整数，例如m为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10；n为1-10中的任意一个整数，例如n为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10；q为1-10中的任意一个整数，例如q为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。

按所述多功能封装胶膜总质量百分比为100％计，所述助剂包含如下组分：

主交联剂的质量百分比为0.2-1.1wt％，例如主交联剂的质量百分比为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％或1.1wt％等。所述主交联剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯(tbec)、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯(taec)、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷或过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化2-乙基己酸叔戊酯、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔戊酯(tap)、过氧化异丙基碳酸叔丁酯(tbic)、1,1-双(叔戊基过氧)环己烷中的任意一种或至少两种的混合物。

交联促进剂的质量百分比为0.2-2wt％，例如交联促进剂的质量百分比为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％或2wt％等。优选地，所述交联促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯助交联剂、三聚氰酸三丙烯酯助交联剂或丙烯酸酯类助交联剂中的任意一种或至少两种的混合物。

光引发剂的质量百分比为0-3wt％，例如光引发剂的质量百分比为0、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％或3wt％等。优选地，所述光引发剂为苯偶姻及其衍生物类光引发剂、苯偶酰及其衍生物类光引发剂、苯乙酮衍生物类光引发剂、α-羟基酮衍生物类光引发剂、α-胺基酮衍生物类光引发剂、酰基磷氧化物类光引发剂、含硫光引发剂、二苯甲酮及其衍生物类光引发剂、硫杂蒽酮及其衍生物类光引发剂、蒽醌及其衍生物类光引发剂、芳基重氮盐类光引发剂、二芳基碘鎓盐类光引发剂、三芳基硫鎓盐光引发剂、芳茂铁盐光引发剂、樟脑醌光引发剂或钛茂类光引发剂中的任意一种或至少两种的混合物。

硅烷偶联剂的质量百分比为0.05-1wt％，例如硅烷偶联剂的质量百分比为0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1wt％等。优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基类硅烷偶联剂、氯烃基类硅烷偶联剂、氨烃基类硅烷偶联剂、环氧烃基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酰氧烷基类硅烷偶联剂、含硫烃基类硅烷偶联剂、拟卤素类硅烷偶联剂或季氨烃基类硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的混合物。

硅烷低聚物0.1～4wt％，例如硅烷低聚物的质量百分比为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％或4wt％等。所述硅烷低聚物可以是一种硅烷的低聚物，也可以是两种硅烷的低聚物，还可以是三种硅烷的低聚物。结构如上所述。

离子捕捉剂的质量百分比为0～3wt％，例如离子捕捉剂的质量百分比为0、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％或3wt％等。优选地，所述离子捕捉剂为黄原酸酯类离子捕捉剂、二硫代氨基甲酸盐类衍生物、在水存在下表现出阳离子交换特性的不溶性无机化合物或者具有离子交换功能的阳离子交换树脂和或阴离子交换树脂中的任意一种或至少两种的混合物。

优选地，所述不溶性无机化合物为二价金属氧化物、三价金属氧化物、四价金属氧化物、五价金属氧化物、六价金属氧化物、七价金属氧化物或磷酸金属盐中的任意一种或至少两种的混合物。

优选地，所选离子交换树脂为苯乙烯系离子交换树脂和/或丙烯酸系离子交换树脂；所述不溶性无机化合物更优选为二氧化硅、磷酸锆和/或磷酸钛。

抗氧剂的质量百分比为0.05～0.5wt％，例如抗氧剂的质量百分比为0.05wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％等。优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂或金属钝化剂类抗氧剂中的任意一种或至少两种的混合物。

光稳定剂的质量百分比为0.05～0.5wt％，例如光稳定剂的质量百分比为0.05wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％等。优选地，所述光稳定剂为光屏蔽剂类光稳定剂、淬灭剂类光稳定剂、自由基捕获剂类光稳定剂或氢过氧化分解剂类光稳定剂中的任意一种或至少两种的混合物。

紫外光吸收剂的质量百分比为0～0.5wt％，例如紫外光吸收剂的质量百分比为0、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％或0.5wt％等。优选地，所述紫外光吸收剂为苯酮类紫外光吸收剂、苯并三唑类紫外光吸收剂、水杨酸酯类紫外光吸收剂、取代丙烯腈类紫外光吸收剂或三嗪类紫外光吸收剂中的任意一种或至少两种的混合物。

作为优选方案，所述多功能封装胶膜为单层封装胶膜，所述单层封装胶膜包含90-99％的聚合物和1-10％的助剂，所述聚合物为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙基-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、离子聚合物或聚氨酯中的任意一种或至少两种的混合物。

作为优选方案，所述多功能封装胶膜为多层封装胶膜，所述多层封装胶膜包含至少两层封装胶膜，每一层所述封装胶膜包含90-99％的聚合物和1-10％的助剂，所述聚合物为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙基-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、离子聚合物或聚氨酯中的任意一种或至少两种的混合物。

作为优选方案，所述多层封装胶膜包括由上至下依次设置的上表层和下表层。

所述多层封装胶膜的交联度≥70％。优选地，所述多层封装胶膜的可见光透光率≥85％。

优选地，所述多层封装胶膜的层数为2～5层，例如多层封装胶膜的层数为2层、3层、4层或5层。

本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的多功能封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：按配比将聚合物和助剂混合，经共挤、淋膜或复合成型，得到所述多功能封装胶膜。

单层封装胶膜可以选择挤出流延、挤出压延、密练压延、行星挤出机压延等方法制备得到。

本发明的多功能封装胶膜根据助剂的选择可以做成光固化或者光/热混合固化，这样胶膜可以实现无工装层压，降低了生产成本(降低能耗、缩短时间)，提高生产效率。

作为本发明的优选方案，所述多功能封装胶膜为多层封装胶膜，所述多层封装胶膜的共挤成型的制备方法包括如下步骤：按配比将各层原料混合，在设定好温度的各自挤出机分别挤出，经分配器分配，模头定型，辊筒压花，得到所述多层封装胶膜。

优选地，所述多层封装胶膜的淋膜成型的制备方法包括如下步骤：按配比将各层原料混合，先将中间层在挤出机挤出，中间层的表面为光面，其余各层按顺序依次在中间层的上下表面进行淋膜，辊筒压花，得到所述多层封装胶膜。

优选地，所述多层封装胶膜的复合成型的制备方法包括如下步骤复合成型，包括如下步骤：按配比将各层原料混合，将各层分别在挤出机中单独挤出成设定厚度的单层膜，各层膜按照设定结构一次层叠，在复合辊上进行复合及辊筒压花，得到所述多层封装胶膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的多功能封装胶膜，具有优异的耐剥离力衰减性能和抗pid性能，其中，dh3000h与玻璃的剥离力≥70n/cm，剥离力衰减小，pid192h后光伏组件正面功率衰减0.8-2.1％，背面功率衰减1.3-2.8％。

本发明的多功能封装胶膜的制备方法，光固化交联成型或者热/光双固化交联成型降低了生产能耗缩短了层压时间，采用光固化层压工艺或者光/热混合固化层压工艺，可以实现无工装层压，或者无层压辅助设备层压，提高了组件厂层压效率，具有生产操作可行性，可以回收利用边角料，大幅度提高了生产的良率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

实施例1

本实施例的多功能封装胶膜为单层封装胶膜，按质量百分比计，多功能封装胶膜包含如下组分：

其中，硅烷低聚物的结构式为：

本实施例的多功能封装胶膜的制备方法如下：将聚合物和助剂按上述比例混合好后，经设定好温度(螺杆取样60-85℃、模头区域100℃)的挤出压延设备机挤出，经三辊压花定型，制备得到单层封装胶膜。

实施例2

本实施例的多功能封装胶膜为多层封装胶膜，具体为三层结构，上/中/下厚度为1:1:1，上层与下层为同一材料。

上层下层胶膜的配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

其中，中间层的配方如下：ch2

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

实施例3

本实施例的多功能封装胶膜为多层封装胶膜，具体为三层结构，上/中/下厚度为1:2:1，上层与下层为同一材料。

其中，上层下层胶膜的配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

其中，中间层配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

实施例4

本实施例的多功能封装胶膜是单层结构的封装胶膜，按质量百分比计，多功能封装胶膜包含如下组分：

其中，硅烷低聚物的结构式为

实施例5

本实施例的多功能封装胶膜是单层结构的封装胶膜，但是具有光/热混合固化的特性，按质量百分比计，多功能封装胶膜包含如下组分：

其中，硅烷低聚物的结构式为：

实施例6

本实施例的多功能封装胶膜为多层封装胶膜，具体为三层结构，上/中/下厚度为1:1:1，上中下三层都为eva树脂，上层与下层为同一配方，中间层为另一配方。

其中，上层下层胶膜的配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

其中，中间层的配方如下：

实施例7

本实施例的多功能封装胶膜为多层封装胶膜，具体为三层结构，上/中/下厚度为1:3:1，上中下都为poe树脂，上层与下层为同一配方，中层为另外一个配方。

其中，上层下层胶膜的配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

其中，中间层配方如下：

实施例8

本实施例的多功能封装胶膜为多层封装胶膜，具体为两层结构，上/下厚度为1:1，上下两层都为eva树脂，上层下层胶膜的配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

其中，下层的配方如下：

其中，硅烷低聚物的结构式如下：

对比例1

本对比例与实施例2的区别之处在于，不含硅烷低聚物，减少的硅烷低聚物的质量百分比平均加至其他助剂以保证助剂总量不变。

对比例2

本对比例与实施例2的区别之处在于，硅烷低聚物替换为

对比例3

本对比例与实施例2的区别之处在于，助剂中不含硅烷低聚物及离子捕捉剂，减少的硅烷低聚物及离子捕捉剂的质量百分比平均加至其他助剂以保证助剂总量不变。

将实施例1-8与对比例1-3制得的多功能封装胶膜制备成组件进行剥离力性能和抗pid性能测试，测试结果如表1所示。组件结构为玻璃/胶膜/p型电池片/胶膜/玻璃，上下层胶膜采用同等克重同种胶膜，在层压机中145℃、5+15min层压。其中实施例5可以采用光热混合固化。

其中，剥离力性能的测试标准参照gb/t29848-2013进行，抗pid性能的测试标准参照标准iec62804进行。

表1

以实施例1为例，光伏组件经pid192h后，正面功率衰减0.8％，背面功率衰减1.3％。

相对于对比例1未加硅烷低聚物的封装胶膜制成的组件，本发明的组件抗pid性能大幅度提升，且耐剥离力衰减性能也大幅度提升。

对比例2硅烷低聚物替换为其他不含本发明的重复单元的类型后，抗pid性能大幅度和耐剥离力衰减性能也明显降低。

对比例3，未添加硅烷低聚物及离子捕捉剂，抗pid性能大幅度和耐剥离力衰减性能同样也明显降低。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

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