一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜及其制备方法，其特征是：该薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯制备的双向拉伸聚酯薄膜及其涂敷在该膜两侧表面的聚氨酯型涂层组成，聚酯薄膜厚度150～250μm，聚氨酯型涂层厚度均为0.09～0.27μm。聚氨酯型胶由水溶性聚氨酯乳液、纳米硅溶胶、表面活性剂、流平剂、消泡剂、固化剂和去离子水组成。聚酯切片经挤出机融熔铸片、纵向拉伸成膜后，采用在线涂布方式将聚氨酯型胶涂敷在该膜的两个表面上，再经横向拉伸、烘干交联固化和热定型而制得聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜。本发明薄膜可用作太阳能电池背板膜或其它需低水汽透过率聚酯薄膜。
【专利说明】一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机高分子化合物及其制备，涉及一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜及其制备方法。本发明制备的聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜适用于制造太阳能电池背板膜或其他需低水汽透过率的聚酯薄膜制品。
【背景技术】
[0002]应用于太阳能电池背板膜制造的聚酯薄膜材料，作为太阳能电池组件的基础材料之一，其重要的作用之一是使聚酯薄膜材料具有低水汽透过率，以提高太阳能电池的使用寿命，该研究工作一直受到人们的高度重视。在此领域许多研究采用不同的方法来解决太阳能聚酯薄膜水汽阻隔性，绝缘性，尺寸稳定性，耐湿热老化性以及阻燃性。CN103022192A公开了采用阻隔层、耐水解层、高反射率耐水解层等多层复合制作的一种高反射率太阳能电池背板膜用聚酯薄膜，其250 μ m高反射率太阳能电池背板膜用聚酯薄膜的水蒸气透过率达到1.2g/m2.天(38°C，湿度90%)的水平。但该技术方案存在如下缺陷:(I)多层结构需要胶粘层，而胶粘层易于老化，直接导致太阳能背板聚酯薄膜性能不稳定；(2)结构复杂，导致加工复杂、还使生产成本增加。
【发明内容】
[0003]本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜及其制备方法。本发明可以有效解决现有太阳能电池背板膜用聚酯薄膜在使用过程中的水汽透过率高、阻隔性差、绝缘性差的问题。提供一种太阳能电池背板膜用的聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜(简称:聚氨酯型涂层膜)产品及其制备方法。
[0004]本发明的内容是:一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜，其特征是:该薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET)或聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(简称PEN)制备的双向拉伸聚酯薄膜及其涂敷在该膜两侧表面的聚氨酯型涂层组成，聚酯薄膜厚度150?250 μ m，聚氨酯型涂层厚度均为0.09?0.27 μ m。
[0005]本发明的内容中:所述聚氨酯型涂层是在聚酯切片经挤出机融熔铸片、纵向拉伸成膜后，采用在线涂布方式将聚氨酯型胶涂敷在该膜的两个表面上，再经横向拉伸、烘干交联固化和热定型而得到的涂层。
[0006]本发明的另一内容是:一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜的制备方法，其特征是包括下列步骤:
[0007]a、制备聚氨酯型胶:
[0008]在可称重量的配制容器中，加入45重量份的去离子水，在搅拌下加入15?45重量份含聚氨酯树脂30% (质量百分比含量)的水溶性聚氨酯乳液，继续搅拌30分钟后，再滴加(极微量)PH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺，使水溶性聚氨酯乳液的pH=9，搅拌下依次加入1.62?4.86重量份纳米硅溶胶、0.5?I重量份表面活性剂、0.2?0.5重量份流平剂、
0.2?0.5重量份消泡剂，最后加入0.225?1.08重量份固化剂，再加入去离子水至总物料达到100重量份，再次滴加(极微量)N, N- 二甲基乙醇胺调pH至9，再搅拌30分钟，制得聚氨酯型胶；
[0009]所述纳米硅溶胶为纳米级二氧化硅乳液，可以是美国GRACE公司的LUDOX TM-50
牌号产品；
[0010]所述表面活性剂为改性有机硅氧烷，可以是美国空气化工产品公司的Dynol?604牌号产品；
[0011]所述流平剂为异丙醇；
[0012]所述消泡剂为有机硅聚醚共聚物，可以是德国TEGO公司的TEGO?FoameX825牌号
女口
广叩；
[0013]所述固化剂为水分散异氰酸盐或异氰酸酯，可以是日本三井化学的TAKENATEWD-726牌号产品或德国拜耳公司的BayhyduH 305牌号产品；
[0014]b、制备聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜:
[0015]将干燥后的聚酯切片加入挤出机在265?300°C温度下融熔，经挤出机模具唇口挤出，在12?20°C冷鼓上铸片，并以6?13m/分钟速度进入3?5m长、65?95°C的纵向拉伸段拉伸3.0±0.8倍后，此时经纵向拉伸的聚酯薄膜以13.2?49.4m/分钟的速度进入冷却电晕段，用I?3秒钟冷却至15?45°C,进行电晕处理，经纵向拉伸和电晕处理的聚酯薄膜进入在线涂布装置，采用凹版辊涂的涂布方式将步骤a制备的聚氨酯型胶对其进行涂布，涂布后的聚酯薄膜两侧涂层厚度分别为0.09?0.27 μ m，经纵向拉伸、电晕处理和涂布后的聚酯薄膜进入5?9m长、温度100?135°C的预热段除去水分，然后在8?12m长、温度135?155°C的横向拉伸段拉伸3.0±0.8倍，再经温度在10?16m长、210?240°C的热定型段定型0.1?1.3分钟，使涂层交联固化形成致密的涂层，再经60?80°C、0.1?I分钟和在室温下两个阶段的冷却后收卷，即制得聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜；
[0016]所述聚酯切片是聚对苯二甲酸乙二醇酯切片或聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯切片；
[0017]本发明的另一内容中:步骤b所述制得的聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜中，所述聚酯薄膜厚度为150?250 μ m、所述聚氨酯型涂层厚度为0.09?0.27 μ m ;所述聚氨酯型涂层厚度可以通过调整涂布辊与聚酯薄膜相对速度，以及压辊和涂布辊的间隙距离来控制。
[0018]本发明的另一内容中:步骤a所述含聚氨酯树脂30% (质量百分比含量)的pH为
7.5?10、粒径为50?200nm，TgS 30?85°C，断裂伸长率在300?800%以上；可以是自制水溶性聚氨酯乳液或使用日本三井化学公司的TAKELAC? W-5030牌号水溶性聚氨酯乳液
女口
广叩ο
[0019]所述自制水溶性聚氨酯乳液的制备如下:采用现有技术，以聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、聚乙二醇、三乙胺、去离子水为原料，制备出水溶性聚氨酯乳液。该水溶性聚氨酯乳液呈乳白色、附着力优异、柔韧性好、成膜后无色透明、强度高。
[0020]与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果:
[0021](I)本发明使用的水溶性聚氨酯树脂含有一定数量的极性基团，具有良好的拉伸性能，优异的韧性及成膜性能；涂层干燥后，与聚酯薄膜基体的附着性好(达到O级)，具有突出的耐水性，满足环保要求；
[0022](2)本发明采用双向拉伸和在线涂布；将水溶性聚氨酯涂布在聚酯薄膜表面，解决水汽经聚酯薄膜透过率高的问题，经此方法制得的聚氨酯型涂层膜水汽透过率可达到
0.89g/m2.天(38°C，湿度 90%)；
[0023](3)本发明的聚氨酯型涂层膜涂层厚度0.09~0.27 μ m，厚度均匀。该涂层具有较高的表面张力和耐水性， 粘结性能好，印刷性能优异；
[0024](4)到目前为止，尚未发现采用将聚酯片材先纵向拉伸并经在线涂布方式在聚酯薄膜上涂敷一层水熔性聚氨酯树脂阻水胶层后，再经横向拉伸并热定型，制备的用于太阳能电池背板膜的低水汽透过率聚酯薄膜及其制备方法；采用本发明制备的太阳能电池用背板膜具有低水汽透过率，良好的粘结性，优异的阻隔性，可有效提高背板膜的使用寿命以及工作效率；
[0025](5)本发明采用双向拉伸和在线涂布，没有改变聚酯薄膜本身性能，生产效率高、易于控制、成本低廉，产品制备工艺简单，实用性强。
【具体实施方式】
[0026]下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0027]第一部分聚氨酯型胶的制备
[0028]实施例1~14的聚氨酯型胶制备基本工艺:
[0029]在可称重量的配制容器中，加入45重量份的去离子水，在搅拌下加入15~45重量份含聚氨酯树脂30%的水溶性聚氨酯乳液，继续搅拌30分钟后，再滴加极微量pH调节剂N, N- 二甲基乙醇胺，使水溶性聚氨酯乳液的pH=9，搅拌下依次加入1.62~4.86重量份纳米硅溶胶、0.5~I重量份表面活性剂、0.2~0.5重量份流平剂、0.2~0.5重量份消泡剂，最后加入0.225~1.08重量份固化剂，再加入去离子水至总物料达到100重量份，再次滴加极微量N，N- 二甲基乙醇胺调pH至9，再搅拌30分钟，制得聚氨酯型胶。
[0030]实施例1:
[0031]本发明低水汽透过率涂层的聚氨酯型胶制备配方1:
[0032]
材料项目采用材料)丨抑:(kg) 去离子水(先)?Μ)+去离./.水45 水溶性聚試酯乳液H制15 纳米硅溶胶LUDOX TM-501.62
表_觅.性剂DynoP16040.8
流平剂界W醇0.2 消泡剂TEGO? Foamex 8250.2 III 化剂BayhydurlOS0.225 山离子水(补充域)去离子水36,955
pH调节剂微茕忽略不计[0033]以上述配方并采用实施例1~14的聚氨酯型胶制备基本工艺配制成聚氨酯型胶
l#o
[0034]实施例2:
[0035]本发明低水汽透过率涂层的聚氨酯型胶制备配方2:
[0036]
【权利要求】
1.一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜，其特征是:该薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯制备的双向拉伸聚酯薄膜及其涂敷在该膜两侧表面的聚氨酯型涂层组成，聚酯薄膜厚度150?250 μ m,聚氨酯型涂层厚度均为0.09?0.27 μ m。
2.按权利要求1所述的聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜，其特征是:所述聚氨酯型涂层是在聚酯切片经挤出机融熔铸片、纵向拉伸成膜后，采用在线涂布方式将聚氨酯型胶涂敷在该膜的两个表面上，再经横向拉伸、烘干交联固化和热定型而得到的涂层。
3.一种聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜的制备方法，其特征是包括下列步骤: a、制备聚氨酯型胶: 在可称重量的配制容器中，加入45重量份的去离子水，在搅拌下加入15?45重量份含聚氨酯树脂30%的水溶性聚氨酯乳液，继续搅拌30分钟后，再滴加pH调节剂N，N- 二甲基乙醇胺，使pH=9，搅拌下依次加入1.62?4.86重量份纳米硅溶胶、0.5?I重量份表面活性剂、0.2?0.5重量份流平剂、0.2?0.5重量份消泡剂，最后加入0.225?1.08重量份固化剂，再加入去离子水至总物料达到100重量份，再次滴加N，N- 二甲基乙醇胺调pH至9，再搅拌30分钟，制得聚氨酯型胶； 所述纳米硅溶胶为纳米级二氧化硅乳液； 所述表面活性剂为改性有机硅氧烷； 所述流平剂为异丙醇； 所述消泡剂为有机硅聚醚共聚物； 所述固化剂为水分散异氰酸盐或异氰酸酯； b、制备聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜: 将干燥后的聚酯切片加入挤出机在265?300°C温度下融熔，经挤出机模具唇口挤出，在12?20°C冷鼓上铸片，并以6?13m/分钟速度进入3?5m长、65?95°C的纵向拉伸段拉伸3.0±0.8倍后，此时经纵向拉伸的聚酯薄膜以13.2?49.4m/分钟的速度进入冷却电晕段，用I?3秒钟冷却至15?45°C,进行电晕处理，经纵向拉伸和电晕处理的聚酯薄膜进入在线涂布装置，采用凹版辊涂的涂布方式将步骤a制备的聚氨酯型胶对其进行涂布，涂布后的聚酯薄膜两侧涂层厚度分别为0.09?0.27 μ m，经纵向拉伸、电晕处理和涂布后的聚酯薄膜进入5?9m长、温度100?135°C的预热段除去水分，然后在8?12m长、温度135?155°C的横向拉伸段拉伸3.0±0.8倍，再经温度在10?16m长、210?240°C的热定型段定型0.1?1.3分钟，使涂层交联固化形成致密的涂层，再经60?80°C、0.1?I分钟和在室温下两个阶段的冷却后收卷，即制得聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜； 所述聚酯切片是聚对苯二甲酸乙二醇酯切片或聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯切片。
4.按权利要求3所述聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜的制备方法，其特征是:步骤b所述制得的聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜中，所述聚酯薄膜厚度为150?250 μ m、各聚氨酯型涂层厚度均为0.09?0.27 μ m。
5.按权利要求3或4所述聚氨酯型涂层低水汽透过率聚酯薄膜的制备方法，其特征是:步骤a所述含聚氨酯树脂30%的pH为7.5?10、粒径为50?200nm，Tg为30?85°C，断裂伸长率在300?800%以上。
【文档编号】C09D175/04GK103738026SQ201310740008
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】李明勇, 徐秀桃, 罗春明, 刘洪乐, 王明, 许显成, 朱东海 申请人:四川东方绝缘材料股份有限公司