一种光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油及其制备方法与流程

1.本发明涉及光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油及该水性调墨油的制备方法以及该水性调墨油在光伏背板玻璃釉料中的应用。


背景技术：

2.双玻光伏组件由前板玻璃、背板玻璃和太阳能电池片等组成，电池片之间由导线串、并联汇集到引线端形成光伏电池组件，特别适用于相对苛刻的气候环境中，如湿度较高地区的光伏电站。为有效提升双玻组件效率，除使用eva和poe等白色封装材料外，还可将光伏玻璃釉料涂覆于背板玻璃上。
3.光伏玻璃釉料由玻璃粉、钛白粉、调墨油等部分组成，其中，调墨油中的高分子树脂作为粘合剂，在丝印时承载釉料体系于背板玻璃上，热固化(180～220℃)后提供良好的附着力。调墨油影响了玻璃粉、钛白粉等相互之间的适应性、丝网印刷性以及釉料的储存性。
4.现有的技术方案中，光伏玻璃釉料所使用的调墨油大多数气味大、不环保，热固化(180～220℃)后与玻璃基板的附着力差等问题，且需使用溶剂清洗，使用综合成本高，挥发性的vocs含量较高，对人类和环境有着极大的危害。


技术实现要素：

5.为克服现有技术方案的缺陷，本发明的目的在于提供一种改进的水性调墨油，其所采用的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂为均相一步法制备得到，对玻璃粉和钛白粉均具有较好的润湿性，进而增加整个体系的相容度，提升了配制白色釉料的分散、研磨效率。
6.本发明采用以下的技术方案：
7.一种光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油，按重量份计，所述光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油包括如下原料成分：醇醚溶剂60
‑
80份、有机硅改性水溶性丙烯酸树脂20
‑
40份、流变防沉剂1
‑
5份和分散剂1
‑
5份；所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂通过均相一步法制备得到，所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的固含量为55
±
1％，粘度为10000
±
2000mpa
·
s(25
±
1℃)。该粘度范围的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂，在保证有效粘合物数量的基础上，配置出粘度适中的水性调墨油，加入定量范围的玻璃粉和钛白粉等功能性填料后，制备得到釉料，保证釉料体系的整体粘度。
8.根据本发明的一些优选实施方面，按重量份计，所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂包括如下原料成分：
[0009][0010]
根据本发明的一些优选实施方面，所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂通过如下方法制备得到：
[0011]
将丙烯酸单体和/或丙烯酸酯单体、苯乙烯、有机硅单体、分子量调节剂及部分引发剂进行混合，混合均匀后滴加至温度为140
‑
150℃的部分醇醚溶剂中，滴加的时间控制在6
‑
8h，且滴加完毕后保温反应1
‑
2h；将剩余引发剂加入体系中，继续反应1
‑
2h；降温至70
‑
80℃，继续加入剩余醇醚溶剂，混合均匀；通过有机胺中和剂调节体系的ph值为8
‑
9，得到所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂。
[0012]
根据本发明的一些优选实施方面，所述部分醇醚溶剂占所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂原料中醇醚溶剂总量的40
‑
60％；所述部分引发剂占所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂原料中引发剂总量的80
‑
95％。将醇醚溶剂分两次加入，其目的在于减少有机硅改性水溶性丙烯酸树脂合成过程的加热时间，同时降低冷却时间以及冷却水使用量，进而降低生产过程的能耗。将引发剂分两次加入，其目的在于二次补加的引发剂在140
‑
150℃引发，将残余单体再次聚合，进而提高有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的转化率。
[0013]
上述的制备方法具有如下的两个优势：
[0014]
(1)先将丙烯酸单体和/或丙烯酸酯单体、苯乙烯、有机硅单体、分子量调节剂及部分引发剂等混合均匀，在均相的条件下滴加到反应釜中，其整体过程通过丙烯酸(酯)、苯乙烯、乙烯基等双键的断裂与聚合使得分子链增加，同时通过分子量调节剂(链转移剂)控制聚合分子量，使得均相一步法得到的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂粘度相对较低。该方法相对于预先合成硅溶胶或者预先聚合丙烯酸树脂的方式来说，工艺简化，将有机硅单体和其他原料预先混合均匀，再滴加至醇醚溶剂中反应，与丙烯酸(酯)单体、苯乙烯同步进行双键的断裂与聚合，有机硅单体均一度更佳。且有机硅能够降低表面能，对玻璃粉和钛白粉均具有较好的润湿性，进而增加整个釉料体系的相容度，提升了配制白色釉料的分散、研磨效率。
[0015]
(2)将体系的温度降低至70
‑
80℃，再加入剩余的醇醚溶剂继续搅拌混合均匀。通过这样的方式可以减少有机硅改性水性丙烯酸树脂合成过程的加热时间，同时降低冷却时间及冷却水的使用量，进而降低生产过程的能耗。
[0016]
根据本发明的一些优选实施方面，所述丙烯酸(酯)单体为丙烯酸单体和/或丙烯酸酯单体。所述丙烯酸单体为丙烯酸；所述丙烯酸酯单体为叔碳酸缩水甘油酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种；所述有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷和/或3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
[0017]
根据本发明的一些优选实施方面，所述分子量调节剂(链转移剂)为2,4
‑
二苯基
‑4‑
甲基
‑1‑
戊烯甲基苯乙烯线性二聚体；所述引发剂为二叔丁基过氧化物和/或二特戊基过氧化物；所述ph调节剂为有机胺中和剂，所述有机胺中和剂为二甲基乙醇胺和/或2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇。
[0018]
根据本发明的一些优选实施方面，所述光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油中的醇醚溶剂和/或有机硅改性水溶性丙烯酸树脂中的醇醚溶剂选自二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、三丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚和三丙二醇丁醚的一种或多种。
[0019]
根据本发明的一些优选实施方面，所述光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油中的流变防沉剂为气相二氧化硅、有机膨润土、改性聚脲溶液和乙基纤维素的一种或多种。
[0020]
根据本发明的一些优选实施方面，所述光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油中的分散剂为水性高分子聚合物，如赢创tego 755w。
[0021]
本发明还提供了一种如上所述的光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备方法，包括如下步骤：
[0022]
(1)所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的制备：
[0023]
将丙烯酸单体和/或丙烯酸酯单体、苯乙烯、有机硅单体、分子量调节剂及部分引发剂进行混合，混合均匀后滴加至温度为140
‑
150℃的部分醇醚溶剂中，滴加的时间控制在6
‑
8h，且滴加完毕后保温反应1
‑
2h；将剩余引发剂加入体系中，继续反应1
‑
2h；降温至70
‑
80℃，加入剩余醇醚溶剂，混合均匀；通过ph调节剂调节体系的ph值为8
‑
9，得到所述有机硅改性水溶性丙烯酸树脂；
[0024]
(2)光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备：
[0025]
搅拌条件下，将醇醚溶剂、有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和流变防沉剂混合均匀，升温至80
‑
90℃，待有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和流变防沉剂完全溶解后降温至40
‑
50℃，将分散剂加入体系中，混合均匀，得到所述光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油。
[0026]
通过上述制备方法制备得到的光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油固含量为3
±
1％；粘度为100
‑
500mpa
·
s(25
±
1℃)。
[0027]
在本发明的一些实施例中，具体包括如下步骤：
[0028]
(1)有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的制备：
[0029]
(a)保持反应釜洁净无水，按重量份计，加入20
‑
40份的醇醚溶剂，反应釜中通入氮气并保持，冷凝管中通入冷却水，将醇醚溶剂加热至140
‑
150℃。
[0030]
(b)另取分散釜，按重量份计，依次加入10
‑
15份叔碳酸缩水甘油酯、5
‑
10份丙烯酸羟乙酯、1
‑
5份甲基丙烯酸甲酯、3
‑
6份丙烯酸、5
‑
10份甲基丙烯酸异冰片酯、25
‑
35份丙烯酸丁酯、10
‑
20份苯乙烯、5
‑
10份有机硅单体、1
‑
2份分子量调节剂(链转移剂)、2
‑
5份引发剂；搅拌混合均匀，搅拌转速为200
‑
300r/min，搅拌时间为30
‑
40min；将上述混合溶液(混合单体、分子量调节剂(链转移剂)及引发剂形成的均相体系)滴加到步骤(a)的反应釜中，滴加时间为6
‑
8h，温度控制在140
‑
150℃；滴加完毕后保温反应1
‑
2h，温度控制在140
‑
150℃。
[0031]
(c)按重量份计，加入0.1
‑
0.3份引发剂到步骤(a)的反应釜中，继续反应1
‑
2h，温度控制在140
‑
150℃。
[0032]
(d)降温到70
‑
80℃，按重量份计，加入20
‑
40份的醇醚溶剂，搅拌混合均匀，搅拌转速为400
‑
500r/min，搅拌时间为20
‑
30min。
[0033]
(e)滴加10
‑
15％质量浓度的ph调节剂，调整ph值为8.0
‑
9.0，搅拌转速为400
‑
500r/min，搅拌时间为20
‑
30min，得到有机硅改性水溶性丙烯酸树脂。
[0034]
(2)光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油制备：
[0035]
搅拌条件下，按重量份计，将60
‑
80份的醇醚溶剂、20
‑
40份的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和1
‑
5份的流变防沉剂依次投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌转速为200
‑
300r/min，保持搅拌并升温至80
‑
90℃，待完全溶解后降温冷却。保持搅拌并降温至40
‑
50℃，将1
‑
5份的分散剂投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌时间为20
‑
30min，得到光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油。
[0036]
本发明还提供了一种如上所述的光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油在光伏背板玻璃用水性环保白色釉料中的应用。水性环保白色釉料由玻璃粉、钛白粉、调墨油等部分组成，其中，调墨油中的高分子树脂(有机硅改性水溶性丙烯酸树脂)作为粘合剂，在丝印时承载釉料体系于背板玻璃上，热固化(180～220℃)后提供良好的附着力。光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油中所用的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂，对玻璃粉和钛白粉均具有较好的润湿性，进而增加整个体系的相容度，提升了配制白色釉料的分散、研磨效率。
[0037]
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优势：本技术的光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油，采用了均相一步法制备的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂，相对于预先合成硅溶胶或者预先聚合丙烯酸树脂的方式来说，工艺简化，将有机硅单体和其他原料预先混合均匀，再滴加至醇醚溶剂中反应，与丙烯酸(酯)单体、苯乙烯同步进行双键的断裂与聚合，有机硅单体均一度更佳。且有机硅能够降低表面能，对玻璃粉和钛白粉均具有较好的润湿性，进而增加整个体系的相容度，提升了配制白色釉料的分散、研磨效率。有机硅改性水溶性丙烯酸树脂合成后段，将体系的温度降低至70
‑
80℃，再加入剩余的醇醚溶剂继续搅拌混合均匀。通过这样的方式可以减少有机硅改性水性丙烯酸树脂合成过程的加热时间，同时降低冷却时间及冷却水的使用量，进而降低生产过程的能耗。
具体实施方式
[0038]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0039]
实施例1
[0040]
本实施例中光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备包括如下步骤：
[0041]
(1)有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的制备：
[0042]
(a)保持反应釜洁净无水，按重量份计，加入40份的醇醚溶剂，反应釜中通入氮气并保持，冷凝管中通入冷却水，将醇醚溶剂加热至140℃。
[0043]
(b)另取分散釜，按重量份计，依次加入10份叔碳酸缩水甘油酯、5份丙烯酸羟乙酯、3份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯酸、10份甲基丙烯酸异冰片酯、25份丙烯酸丁酯、15份苯乙烯、5份有机硅单体、2份分子量调节剂(链转移剂)、3.5份引发剂；搅拌混合均匀，搅拌转速为300r/min，搅拌时间为40min；将上述混合溶液滴加到步骤(a)的反应釜中，滴加时间为6h，温度控制在140℃；滴加完毕后保温反应2h，温度控制在140℃。
[0044]
(c)按重量份计，加入0.2份引发剂到步骤(a)的反应釜中，继续反应2h，温度控制在140℃。
[0045]
(d)降温到80℃，按重量份计，加入40份的醇醚溶剂，搅拌混合均匀，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min。
[0046]
(e)滴加10％质量浓度的ph调节剂，调整ph值为8.0，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为20min，得到有机硅改性水溶性丙烯酸树脂。
[0047]
(2)光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备：
[0048]
搅拌条件下，按重量份计，将60份的醇醚溶剂、32.5份的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和5份的流变防沉剂依次投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌转速为300r/min，保持搅拌并升温至90℃，待完全溶解后降温冷却。保持搅拌并降温至50℃，将2.5份的分散剂投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌时间为20min，得到光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油。
[0049]
实施例2
[0050]
本实施例中光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备包括如下步骤：
[0051]
(1)有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的制备：
[0052]
(a)保持反应釜洁净无水，按重量份计，加入40份的醇醚溶剂，反应釜中通入氮气并保持，冷凝管中通入冷却水，将醇醚溶剂加热至150℃。
[0053]
(b)另取分散釜，按重量份计，依次加入15份叔碳酸缩水甘油酯、5份丙烯酸羟乙酯、5份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯酸、5份甲基丙烯酸异冰片酯、35份丙烯酸丁酯、15份苯乙烯、5份有机硅单体、1.5份分子量调节剂(链转移剂)、4份引发剂；搅拌混合均匀，搅拌转速为300r/min，搅拌时间为30min；将上述混合溶液滴加到步骤(a)的反应釜中，滴加时间为6h，温度控制在150℃；滴加完毕后保温反应2h，温度控制在150℃。
[0054]
(c)按重量份计，加入0.3份引发剂到步骤(a)的反应釜中，继续反应2h，温度控制在150℃。
[0055]
(d)降温到70℃，按重量份计，加入40份的醇醚溶剂，搅拌混合均匀，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min。
[0056]
(e)滴加15％质量浓度的ph调节剂，调整ph值为9.0，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min，得到有机硅改性水溶性丙烯酸树脂。
[0057]
(2)光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备：
[0058]
搅拌条件下，按重量份计，将70份的醇醚溶剂、25份的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和3份的流变防沉剂依次投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌转速为300r/min，保持搅拌并升温至85℃，待完全溶解后降温冷却。保持搅拌并降温至50℃，将2份的分散剂投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌时间为25min，得到光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油。
[0059]
实施例3
[0060]
本实施例中光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备包括如下步骤：
[0061]
(1)有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的聚合制备：
[0062]
(a)保持反应釜洁净无水，按重量份计，加入40份的醇醚溶剂，反应釜中通入氮气并保持，冷凝管中通入冷却水，将醇醚溶剂加热至145℃。
[0063]
(b)另取分散釜，按重量份计，依次加入12份叔碳酸缩水甘油酯、10份丙烯酸羟乙酯、5份甲基丙烯酸甲酯、3份丙烯酸、10份甲基丙烯酸异冰片酯、30份丙烯酸丁酯、10份苯乙
烯、8份有机硅单体、2份分子量调节剂(链转移剂)、5份引发剂；搅拌混合均匀，搅拌转速为300r/min，搅拌时间为30min；将上述混合溶液滴加到步骤(a)的反应釜中，滴加时间为8h，温度控制在145℃；滴加完毕后保温反应2h，温度控制在145℃。
[0064]
(c)按重量份计，加入0.3份引发剂到步骤(a)的反应釜中，继续反应1h，温度控制在145℃。
[0065]
(d)降温到75℃，按重量份计，加入30份的醇醚溶剂，搅拌混合均匀，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min。
[0066]
(e)滴加滴加15％质量浓度的ph调节剂，调整ph值为8.5，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min，得到有机硅改性水溶性丙烯酸树脂。
[0067]
(2)光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备：
[0068]
搅拌条件下，按重量份计，将65份的醇醚溶剂、25份的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和5份的流变防沉剂依次投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌转速为300r/min，保持搅拌并升温至90℃，待完全溶解后降温冷却。保持搅拌并降温至40℃，将5份的分散剂投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌时间为30min，得到光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油。
[0069]
对比例1
[0070]
本对比例中的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂在制备时，采用预先聚合水溶性丙烯酸树脂、完成后补加有机硅单体和剩余醇醚溶剂的方法制备得到，具体如下：
[0071]
(1)有机硅改性水溶性丙烯酸树脂的聚合制备：
[0072]
(a)保持反应釜洁净无水，按重量份计，加入40份的醇醚溶剂，反应釜中通入氮气并保持，冷凝管中通入冷却水，将醇醚溶剂加热至140℃。
[0073]
(b)另取分散釜，按重量份计，依次加入10份叔碳酸缩水甘油酯、5份丙烯酸羟乙酯、3份甲基丙烯酸甲酯、5份丙烯酸、10份甲基丙烯酸异冰片酯、25份丙烯酸丁酯、15份苯乙烯、2份分子量调节剂(链转移剂)、3.5份引发剂；搅拌混合均匀，搅拌转速为300r/min，搅拌时间为40min；将上述混合溶液滴加到步骤(a)的反应釜中，滴加时间为6h，温度控制在140℃；滴加完毕后保温反应2h，温度控制在140℃。
[0074]
(c)按重量份计，加入0.2份引发剂到步骤(a)的反应釜中，继续反应2h，温度控制在140℃。
[0075]
(d)降温到80℃，按重量份计，加入5份有机硅单体和40份的醇醚溶剂，搅拌混合均匀，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为30min。
[0076]
(e)滴加10％质量浓度的ph调节剂，调整ph值为8.0，搅拌转速为400r/min，搅拌时间为20min，得到有机硅改性水溶性丙烯酸树脂。
[0077]
(2)光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油的制备：
[0078]
搅拌条件下，按重量份计，将60份的醇醚溶剂、32.5份的有机硅改性水溶性丙烯酸树脂和5份的流变防沉剂依次投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌转速为300r/min，保持搅拌并升温至90℃，待完全溶解后降温冷却。保持搅拌并降温至50℃，将2.5份的分散剂投放于搅拌釜中，搅拌至均匀，搅拌时间为20min，得到光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油。
[0079]
实施例4
[0080]
将实施例1
‑
3和对比例1中制备得到的光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油按照如下方法制备得到水性白色釉料：将调墨油投放于容器中，开启搅拌，转速为800
‑
1000r/min，
将低熔点玻璃粉和钛白粉依次投放于容器中，搅拌至均匀无结块，搅拌时间为90
‑
120min；调节转速为400
‑
600r/min，将流平剂和消泡剂依次投放于容器中，搅拌至均匀，搅拌时间为20
‑
30min。再通过三辊轧磨，得到水性白色釉料。
[0081]
将实施例1
‑
3和对比例1中的光伏玻璃釉料用环保型水性调墨油对应制备得到的水性白色釉料涂覆至光伏组件背板玻璃上固化或钢化后测试结果如表1所示。
[0082]
表1实施例1
‑
3及对比例1所述测试指标
[0083][0084]
表2的结果表明，实施例1
‑
3中的丝网印刷性、热固化后与光伏玻璃粘结性及附着力均优于对比例1。实施例1
‑
3中的方法相对于预先合成硅溶胶或者预先聚合丙烯酸树脂的方式来说，工艺简化，将有机硅单体和其他原料预先混合均匀，再滴加至醇醚溶剂中反应，与丙烯酸(酯)单体、苯乙烯同步进行双键的断裂与聚合，有机硅单体均一度更佳。且有机硅能够降低表面能，对玻璃粉和钛白粉均具有较好的润湿性，进而增加整个釉料体系的相容度，提升了配制白色釉料的分散、研磨效率。
[0085]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。