一种高可靠性的聚烯烃光伏背板及其制备方法与流程

1.本发明涉及太阳能光伏背板领域，ipc分类号为c08，具体涉及一种高可靠性的聚烯烃光伏背板及其制备方法。


背景技术：

2.光伏组件长期处于严苛的环境老化应力下，比如紫外辐射、极端温度、冷热循环、湿度等，都会影响光伏组件的粘结性能、抗紫外能力、机械强度，降低光伏组件的使用寿命，影响组件运行及安全性，光伏背板作为光伏组件的保障材料，是决定光伏组件可靠性的关键要素之一。传统的pet背板易水解，高温高湿环境下易开裂脱层，且氟膜层难于回收。聚烯烃(po)背板能够有效改善光伏背板的耐候性，使光伏背板在严苛环境下仍然能够发挥保护作用，但聚烯烃背板由于聚烯烃和助剂种类和牌号众多，配方组分和含量、乃至设备工艺没有正确优化时，产品仍然容易出现开裂、脱层问题，极大程度上影响了聚烯烃背板的声誉和推广。以及，现有的聚烯烃背板采用共挤工艺对复合层进行定型时，无法兼顾背板的可靠性和尺寸精密度，所得背板的厚度较大，无法满足精密化光伏组件的使用需求。
3.专利cn202110147235.3公开了一种高效冷却降温的太阳能光伏背板及其制备方法，太阳能光伏背板包括po内层和po外层；po内层的制备原料包括聚烯烃基料和填充剂，所制得太阳能光伏背板具有高效冷却降温的作用且兼具优异的散热、绝缘性，但其耐水解性不佳。
4.专利cn201610649820.2公开一种太阳能光伏背板及其制备方法，太阳能光伏背板包括粘结膜层、胶水层、中间pet层和外层pet层，所制得太阳能光伏背板具有良好的机械性能、耐水解、耐高温性，但光伏背板厚度较大，无法很好的满足精密化光伏组件的使用需求。


技术实现要素：

5.本发明第一方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，所述聚烯烃光伏背板的结构包括po内层和po外层。
6.优选的，所述po内层的厚度为100-300μm。
7.优选的，所述po外层的厚度为100-300μm。
8.优选的，所述po内层的制备原料包括：按照重量份计，pe基料92-104份，紫外线吸收剂0.03-2份，抗老剂0.1-1.5份。
9.优选的，所述po外层的制备原料包括：按照重量份计，po基料82-104份，光稳定剂0.01-1份，抗氧剂0.1-1.2份，填料3-12份，偶联剂0.5-3份。
10.优选的，所述pe基料包括lldpe、ldpe、hdpe、mdpe、cpe、pex中的一种或几种的组合。
11.进一步优选的，所述pe基料为lldpe(线性低密度聚乙烯)。
12.优选的，所述lldpe的熔融指数为1-5g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa。
13.优选的，所述紫外线吸收剂包括uv-531、uv-1164、uv326、uv-944、uv-770、uv-1577
中的一种或几种的组合。
14.进一步优选的，所述紫外吸收剂优选为uv-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)和uv-1164(2-[4,6-双(2,4-二甲苯基)-2-(1,3,5-三嗪基)5-辛氧基苯酚)复配，uv-531和uv-1164的重量比为1：(0.5-2)。
[0015]
优选的，所述抗老剂包括受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯类抗老剂、胺类抗老剂、杂环类抗老剂中的一种或几种的组合。
[0016]
优选的，所述抗老剂为受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的复配，受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的重量比为0.5-2：0.7-1.5。
[0017]
优选的，所述受阻酚类抗老剂包括bht、抗氧剂1010、抗氧剂2246、抗氧剂1076、抗氧剂1024中的一种。
[0018]
优选的，所述亚磷酸酯抗老剂包括抗氧剂168、亚磷酸三苯酯、亚磷酸一苯二异辛酯、亚磷酸二苯酯、亚磷酸二苯一异癸酯中的一种或几种的组合。
[0019]
优选的，所述po基料包括pp、pe、poe、pb、pmp中的一种或几种的组合。
[0020]
进一步优选的，所述po基料为pp(聚丙烯)，pe(聚乙烯)和poe(聚乙烯辛烯共弹性体)的复配，pp，pe和poe的重量比为0.5-2：0.7-1.7：2-4。
[0021]
优选的，所述pp的熔融指数为3-12g/10min，屈服拉伸强度为20-40mpa。
[0022]
优选的，所述poe的熔融指数为5-20g/10min，断裂伸长率为600-900％。
[0023]
本技术人经过大量实验探究发现，当采用特定的po内层和po外层作用，能够极大程度上提升聚烯烃背板的环境耐受性。尤其是当采用熔融指数为1-5g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa的lldpe作为po内层基料，配合特定的pp、pe、poe作为po外层基料，能够形成多层次保护屏障，一方面兼具了和eva胶膜的附着结合，另一方面能够形成高致密性的聚烯烃外层结构，提高背板机械强度，同时稳定有效地抵御水汽、化学品、冷/热空气的渗透，抑制背板材料在高温、高湿度条件下的失效、老化，延缓背板衰减速度，提高背板材料耐水解性能。
[0024]
优选的，所述光稳定剂包括苯并三唑类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂、有机镍盐类光稳定剂中的一种。
[0025]
优选的，所述光稳定剂为苯并三唑类光稳定剂。
[0026]
优选的，所述苯并三唑类光稳定剂包括basf tinuvin 326、uv234、uv328、uv320、uv326、uv5411、uv327中的一种或多种的组合。
[0027]
进一步优选的，所述苯并三唑类光稳定剂为basf tinuvin 326。
[0028]
优选的，所述抗氧剂包括三(4-壬基酚)亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种的组合。
[0029]
优选的，所述偶联剂包括乙氧基硅氧烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、甲基硅氧烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。
[0030]
优选的，所述填料包括钛白粉、硫酸钙、硅酸钙、气相二氧化硅中的一种或多种的组合。
[0031]
进一步优选的，所述填料为钛白粉；更进一步优选，所述钛白粉的压实密度为50-160g/l，平均粒径为10-25nm。
[0032]
进一步探究发现，当采用压实密度为50-160g/l，平均粒径为10-25nm的钛白粉作为填料，能够抑制有机助剂在基材中的逸散损失，促进光稳定剂对不同波段uv的吸收，抑制
背板支撑结构在光照下的自由基作用，赋予背板持久的光稳定性能。同时意外发现，当紫外吸收剂选择uv-531和uv-1164复配，光稳定剂为苯并三唑类光稳定剂时，聚烯烃背板结构中的原料相容性强，聚合物分子链裹挟小分子助剂形成稳固的三维结构，光伏背板不仅具有优异的机械性能，且能够在极薄的厚度规格下发挥持久耐水解、耐黄变的效果，聚烯烃背板的可靠性显著提升。
[0033]
本发明第二方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板的制备方法，具体步骤包括：
[0034]
(1)：将pe基料、紫外线吸收剂、抗老剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒a；
[0035]
(2)：将po基料、光稳定剂、抗氧剂、填料、偶联剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒b；
[0036]
(3)：分别将步骤(1)得到的母粒a和步骤(2)得到的母粒b转移至双螺杆挤出机的a通道和b通道中，熔融塑化后通过矩形口型模具共挤，得到膜材成品。
[0037]
优选的，所述步骤(1)中造粒的温度为180-270℃。
[0038]
优选的，所述步骤(2)中造粒的温度为150-300℃。
具体实施方式
[0039]
实施例1
[0040]
实施例1提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，所述聚烯烃光伏背板的结构包括po内层和po外层。
[0041]
所述po内层的厚度为150μm。
[0042]
所述po外层的厚度为150μm。
[0043]
所述po内层的制备原料包括：按照重量份计，pe基料98.2份，紫外线吸收剂0.8份，抗老剂1份。
[0044]
所述po外层的制备原料包括：按照重量份计，po基料92.5份，光稳定剂0.5份，抗氧剂1份，填料4份，偶联剂1份。
[0045]
所述pe基料为lldpe，牌号：dfda-7042，购自扬子石化，熔融指数为2g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa。
[0046]
所述紫外吸收剂为uv-531和uv-1164复配，uv-531和uv-1164的重量比为1：0.5，uv-531，cas号为1843-05-6，uv-1164，cas号为2725-22-6。
[0047]
所述抗老剂为受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的复配，受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的重量比为0.7：0.8。
[0048]
所述受阻酚类抗老剂为bht，cas号为128-37-0。
[0049]
所述亚磷酸酯抗老剂为抗氧剂168，cas为31570-04-4。
[0050]
所述po基料为pp，pe和poe的复配，pp，pe和poe的重量比为0.7：0.8：2.5。
[0051]
所述pp具体为韩国lg聚丙烯seetec pp r3410，熔融指数为8.0g/10min，屈服拉伸强度为26.5mpa。
[0052]
所述pe，品牌为美国陶氏，牌号：hdpe 05962b，熔融指数为5g/10min，屈服强度为28mpa。
[0053]
所述poe，品牌为美国陶氏，牌号：8130，熔融指数为13g/10min，断裂伸长率为800％。
[0054]
所述光稳定剂为basf tinuvin 326，品牌：巴斯夫，cas号为3896-11-5。
[0055]
所述抗氧剂为双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，cas号为26741-53-7。
[0056]
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，cas号为919-30-2。
[0057]
所述填料为钛白粉，来源于河北拓鹏化工有限公司，规格为325目。
[0058]
本发明第二方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板的制备方法，具体步骤包括：
[0059]
(1)：将pe基料、紫外线吸收剂、抗老剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒a；
[0060]
(2)：将po基料、光稳定剂、抗氧剂、填料、偶联剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒b；
[0061]
(3)：分别将步骤(1)得到的母粒a和步骤(2)得到的母粒b转移至双螺杆挤出机的a通道和b通道中，熔融塑化后通过矩形口型模具共挤，得到膜材成品。
[0062]
所述步骤(1)中造粒的温度为210℃。
[0063]
所述步骤(2)中造粒的温度为220℃。
[0064]
实施例2
[0065]
实施例2提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，所述聚烯烃光伏背板的结构包括po内层和po外层。
[0066]
所述po内层的厚度为200μm。
[0067]
所述po外层的厚度为200μm。
[0068]
所述po内层的制备原料包括：按照重量份计，pe基料97.6份，紫外线吸收剂1.2份，抗老剂1.2份。
[0069]
所述po外层的制备原料包括：按照重量份计，po基料90.2份，光稳定剂0.8份，抗氧剂1份，填料6份，偶联剂2份。
[0070]
所述pe基料为lldpe，牌号：dfda-7042，购自扬子石化，熔融指数为2g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa。
[0071]
所述紫外吸收剂为uv-531和uv-1164复配，uv-531和uv-1164的重量比为1：0.5，uv-531，cas号为1843-05-6，uv-1164，cas号为2725-22-6。
[0072]
所述抗老剂为受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的复配，受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的重量比为1：1。
[0073]
所述受阻酚类抗老剂为bht，cas号为128-37-0。
[0074]
所述亚磷酸酯抗老剂为抗氧剂168，cas为31570-04-4。
[0075]
所述po基料为pp，pe和poe的复配，pp，pe和poe的重量比为1：1：3。
[0076]
所述pp具体为韩国lg聚丙烯seetec pp r3410，cas号为9010-79-1，熔融指数为8.0g/10min，屈服拉伸强度为26.5mpa。
[0077]
所述pe，品牌为美国陶氏，牌号：hdpe 05962b，熔融指数为5g/10min，屈服强度为28mpa。
[0078]
所述poe，品牌为美国陶氏，牌号：8130，熔融指数为13g/10min，断裂伸长率为
800％。
[0079]
所述光稳定剂为basf tinuvin 326，品牌：巴斯夫，cas号为3896-11-5。
[0080]
所述抗氧剂为双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，cas号为26741-53-7。
[0081]
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，cas号为919-30-2。
[0082]
所述填料为钛白粉，来源于河北拓鹏化工有限公司，规格为325目。
[0083]
本发明第二方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板的制备方法，具体步骤包括：
[0084]
(1)：将pe基料、紫外线吸收剂、抗老剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒a；
[0085]
(2)：将po基料、光稳定剂、抗氧剂、填料、偶联剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒b；
[0086]
(3)：分别将步骤(1)得到的母粒a和步骤(2)得到的母粒b转移至双螺杆挤出机的a通道和b通道中，熔融塑化后通过矩形口型模具共挤，得到膜材成品。
[0087]
所述步骤(1)中造粒的温度为210℃。
[0088]
所述步骤(2)中造粒的温度为220℃。
[0089]
对比例1
[0090]
对比例1提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，所述聚烯烃光伏背板的结构包括po内层和po外层。
[0091]
所述po内层的厚度为150μm。
[0092]
所述po外层的厚度为150μm。
[0093]
所述po内层的制备原料包括：按照重量份计，pe基料92份，紫外线吸收剂2份，抗老剂2份。
[0094]
所述po外层的制备原料包括：按照重量份计，po基料93.5份，光稳定剂0.5份，抗氧剂1份，填料2份，偶联剂1份。
[0095]
所述pe基料为lldpe，牌号：dfda-7042，购自扬子石化，熔融指数为2g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa。
[0096]
所述紫外吸收剂为uv-531和uv-1164复配，uv-531和uv-1164的重量比为1：0.5，uv-531，cas号为1843-05-6，uv-1164，cas号为2725-22-6。
[0097]
所述抗老剂为受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的复配，受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的重量比为1：1。
[0098]
所述受阻酚类抗老剂为bht，cas号为128-37-0。
[0099]
所述亚磷酸酯抗老剂为抗氧剂168，cas为31570-04-4。
[0100]
所述po基料为pp，pe和poe的复配，pp，pe和poe的重量比为5:1:3。
[0101]
所述pp具体为韩国lg聚丙烯seetec pp r3410，cas号为9010-79-1，熔融指数为8.0g/10min，屈服拉伸强度为26.5mpa。
[0102]
所述pe，品牌为美国陶氏，牌号：hdpe 05962b，熔融指数为5g/10min，屈服强度为28mpa。
[0103]
所述poe，品牌为美国陶氏，牌号：8130，熔融指数为13g/10min，断裂伸长率为800％。
[0104]
所述光稳定剂为basf tinuvin 326，品牌：巴斯夫，cas号为3896-11-5。
[0105]
所述抗氧剂为双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，cas号为26741-53-7。
[0106]
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，cas号为919-30-2。
[0107]
所述填料为钛白粉，来源于河北拓鹏化工有限公司，规格为325目。
[0108]
本发明第二方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板的制备方法，具体步骤包括：
[0109]
(1)：将pe基料、紫外线吸收剂、抗老剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒a；
[0110]
(2)：将po基料、光稳定剂、抗氧剂、填料、偶联剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒b；
[0111]
(3)：分别将步骤(1)得到的母粒a和步骤(2)得到的母粒b转移至双螺杆挤出机的a通道和b通道中，熔融塑化后通过矩形口型模具共挤，得到膜材成品。
[0112]
所述步骤(1)中造粒的温度为210℃。
[0113]
所述步骤(2)中造粒的温度为220℃。
[0114]
对比例2
[0115]
对比例1提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，所述聚烯烃光伏背板的结构包括po内层和po外层。
[0116]
所述po内层的厚度为150μm。
[0117]
所述po外层的厚度为150μm。
[0118]
所述po内层的制备原料包括：按照重量份计，pe基料98.2份，紫外线吸收剂0.8份，抗老剂1份。
[0119]
所述po外层的制备原料包括：按照重量份计，po基料85份，光稳定剂0.5份，抗氧剂1份，填料10份，偶联剂5份。
[0120]
所述pe基料为lldpe，牌号：dfda-7042，购自扬子石化，熔融指数为2g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa。
[0121]
所述紫外吸收剂为uv-531，cas号为1843-05-6。
[0122]
所述抗老剂为受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的复配，受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的重量比为1：1。
[0123]
所述受阻酚类抗老剂为bht，cas号为128-37-0。
[0124]
所述亚磷酸酯抗老剂为抗氧剂168，cas为31570-04-4。
[0125]
所述po基料为pp，pe和poe的复配，pp，pe和poe的重量比为1：1：3。
[0126]
所述pp具体为韩国lg聚丙烯seetec pp r3410，cas号为9010-79-1，熔融指数为8.0g/10min，屈服拉伸强度为26.5mpa。
[0127]
所述pe，品牌为美国陶氏，牌号：hdpe 05962b，熔融指数为5g/10min，屈服强度为28mpa。
[0128]
所述poe，品牌为美国陶氏，牌号：8130，熔融指数为13g/10min，断裂伸长率为800％。
[0129]
所述光稳定剂为basf tinuvin 326，品牌：巴斯夫，cas号为3896-11-5。
[0130]
所述抗氧剂为双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，cas号为26741-53-7。
[0131]
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，cas号为919-30-2。
[0132]
所述填料为钛白粉，来源于河北拓鹏化工有限公司，规格为325目。
[0133]
本发明第二方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板的制备方法，具体步骤包括：
[0134]
(1)：将pe基料、紫外线吸收剂、抗老剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒a；
[0135]
(2)：将po基料、光稳定剂、抗氧剂、填料、偶联剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒b；
[0136]
(3)：分别将步骤(1)得到的母粒a和步骤(2)得到的母粒b转移至双螺杆挤出机的a通道和b通道中，熔融塑化后通过矩形口型模具共挤，得到膜材成品。
[0137]
所述步骤(1)中造粒的温度为210℃。
[0138]
所述步骤(2)中造粒的温度为220℃。
[0139]
对比例3
[0140]
对比例1提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，所述聚烯烃光伏背板的结构包括po内层和po外层。
[0141]
所述po内层的厚度为150μm。
[0142]
所述po外层的厚度为150μm。
[0143]
所述po内层的制备原料包括：按照重量份计，pe基料96份，紫外线吸收剂0.05份，抗老剂0.1份。
[0144]
所述po外层的制备原料包括：按照重量份计，po基料84份，光稳定剂0.05份，抗氧剂0.5份，填料6份，偶联剂1份。
[0145]
所述pe基料为lldpe，牌号：dfda-7042，购自扬子石化，熔融指数为2g/10min，拉伸屈服强度≥10mpa。
[0146]
所述紫外吸收剂为uv-531和uv-1164复配，uv-531和uv-1164的重量比为1：0.5，uv-531，cas号为1843-05-6，uv-1164，cas号为2725-22-6。
[0147]
所述抗老剂为受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的复配，受阻酚类抗老剂、亚磷酸酯抗老剂的重量比为1：3。
[0148]
所述受阻酚类抗老剂为bht，cas号为128-37-0。
[0149]
所述亚磷酸酯抗老剂为抗氧剂168，cas为31570-04-4。
[0150]
所述po基料为pp，pe和poe的复配，pp，pe和poe的重量比为1：1：3。
[0151]
所述pp具体为韩国lg聚丙烯seetec pp r3410，cas号为9010-79-1，熔融指数为8.0g/10min，屈服拉伸强度为26.5mpa。
[0152]
所述pe，品牌为美国陶氏，牌号：hdpe 05962b，熔融指数为5g/10min，屈服强度为28mpa。
[0153]
所述poe，品牌为美国陶氏，牌号：8130，熔融指数为13g/10min，断裂伸长率为800％。
[0154]
所述光稳定剂为光稳定剂770，品牌：巴斯夫，cas号为52829-07-9。
[0155]
所述抗氧剂为双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯，cas号为26741-53-7。
[0156]
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，cas号为919-30-2。
[0157]
所述填料为钛白粉，来源于河北拓鹏化工有限公司，规格为325目。
[0158]
本发明第二方面提供了一种高可靠性的聚烯烃光伏背板的制备方法，具体步骤包括：
[0159]
(1)：将pe基料、紫外线吸收剂、抗老剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒a；
[0160]
(2)：将po基料、光稳定剂、抗氧剂、填料、偶联剂置于双螺杆挤出机内混合，造粒，制备得到母粒b；
[0161]
(3)：分别将步骤(1)得到的母粒a和步骤(2)得到的母粒b转移至双螺杆挤出机的a通道和b通道中，熔融塑化后通过矩形口型模具共挤，得到膜材成品。
[0162]
所述步骤(1)中造粒的温度为210℃。
[0163]
所述步骤(2)中造粒的温度为220℃。
[0164]
性能测试
[0165]
1.机械强度：
[0166]
根据iec 61216-2005标准，对实施例1-2，对比例1-3所制得一种高可靠性的聚烯烃光伏背板进行拉伸强度、撕裂强度测试。
[0167]
2.可靠性：
[0168]
(1)耐紫外老化性
[0169]
根据iec 61216-2005标准(10.10紫外试验)，对实施例1-2，对比例1-3所制得一种高可靠性的聚烯烃光伏背板进行紫外预处理后，进行紫外老化性测试；紫外辐射为15kwh/m2。
[0170]
评价标准为：测试实施例、对比例所制得背板的断裂伸长保持率k，断裂伸长保持率k越高，表明背板具有越强的耐紫外老化性。
[0171]
(2)耐湿热老化性
[0172]
根据iec 61216-2005标准，对实施例1-2，对比例1-3所制得一种高可靠性的聚烯烃光伏背板，置于测试温度为85℃，测试环境相对湿度85％的试验台中，进行1200h湿热处理，测试完成后，观察聚烯烃光伏背板的外观形态。
[0173]
每个实施例/对比例设置10个平行样品，记录出现背板外表出现破损/开裂/弯曲缺陷的样品个数n，n≤2为优，n＞2为差。
[0174]
表1.性能测试结果
[0175]