一种无溶剂太阳能电池背板用胶粘剂及其制备方法与流程

本发明涉及适用于太阳能电池背板po/pet和pvdf/pet的粘接剂，具体的说是一种无溶剂太阳能电池背板用胶粘剂及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能电池背板是光伏发电设备的重要组成部分，主要起到电绝缘、阻挡水分、保护电池片的作用，位于太阳能电池板的背面。目前生产工艺下的太阳能电池背板分为复合型和涂覆型。复合型是将具有不同功能的多层材料使用胶黏剂复合在一起，一般外层保护层使用pvdf提供优良的耐候性能，基膜使用pet提供一定的强度，内层使用po或eva起到一定的缓冲作用；涂覆型是在基材表面涂覆上一层氟碳涂料，用含氟涂层提供耐候能力。

2、目前用于粘接太阳能电池背板各层材料的胶黏剂均为溶剂型胶黏剂。溶剂型胶黏剂在储存及使用时有发生火灾或爆炸的风险，溶剂挥发也会对使用人员身体造成伤害，对环境造成污染。此外，溶剂型胶黏剂在涂布后需要将溶剂烘干再进行复合，烘干溶剂的过程需要一定的时间严重限制了生产效率，且后续将溶剂回收或处理也需要成本。

3、而无溶剂型胶黏剂由于不含溶剂，储存及使用过程中安全性更好，无需烘干及回收溶剂使得产线速度显著提高，复合成本降低。随着国内企业环保意识的增强及国家政策的限制，无溶剂型胶粘剂将提供一种新的粘接解决方案。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种提高无溶剂型太阳能电池背板用粘合剂的耐湿热性能，使得粘合剂可以耐受pct(pressure cooker test)老化96小时或双85老化3000小时的无溶剂太阳能电池背板用胶粘剂及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

3、一种无溶剂太阳能电池背板用胶粘剂，由主剂、固化剂两种组分组成，主剂为含共聚型聚酯多元醇，固化剂为多元醇与异氰酸酯反应生成的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体；其中，固化剂中异氰酸酯基与主剂中羟基的物质的量比为1.2-1.8：1。

4、当异氰酸酯基与羟基的物质的量比过大时，剩余的异氰酸酯基会与水分继续反应，产生二氧化碳气体影响胶黏剂的耐水及耐高温性能，异氰酸酯基与羟基的物质的量比过小时，胶黏剂固化不完全影响粘接性能，层间剥离强度较小。

5、所述多元醇为水分含量在400ppm以下的共聚型聚酯多元醇及聚醚多元醇；其中，主剂和固化剂中使用的共聚型聚酯多元醇，分子量为500～4000，结构单元中含有脂肪族环状结构，优选地，为700-2500，结构单元中含有脂肪族环状结构；固化剂中使用的聚醚多元醇时，其分子量为500～4000，优选地，为700-2500。如多元醇分子过小，则所需固化时间较长，固化后力学性能较差；多元醇分子量过大会造成成品胶黏剂粘度过高，难以实现应用。

6、所述共聚型聚酯多元醇为将多元酸单体和多元醇单体混合并缓慢升温至220-230℃，充入氮气保护，进行酯化反应并出水，至出水量达到理论出水量即判定酯化反应结束；继续升温使体系温达到230-240℃，保持真空度-0.09～-0.1mpa反应2-4h，即得到水分含量在400ppm以下共聚型聚酯多元醇。

7、上述醇酸比1.2-1.6:1。

8、聚酯多元醇需测定酸值及羟值，并用以下公式计算聚酯多元醇的分子量。

9、

10、其中，羟基物质的量测定方式按照hg/t 2709-95聚酯多元醇中羟值的测定方式进行测定，酸值物质的量测定方式按照hg/t 2708-95聚酯多元醇中酸值的测定方式进行测定。如制备聚酯多元醇单体均为二元酸及二元醇，则聚酯多元醇的官能度为2。

11、所述多元酸单体选自1,2-环己烷二甲酸，1,2-环己烷二甲酸酐(六氢邻苯二甲酸酐)，1,3-环己烷二甲酸，1,4-环己烷二甲酸，1.6-己二酸，1,9-壬二酸，1,10-癸二酸中的一种或多种；其中脂肪环族多元酸结构单元需达到聚酯多元醇总体质量的20wt％以上，优选为30wt％以上，可以表现出更加优异的耐高温及耐水解性能，在高温高湿下能够保持良好的粘接能力。

12、所述多元醇单体选自1,2-环己二醇，1,3-环己二醇，1,4-环己二醇，1,4-环己烷二甲醇，2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇，3-甲基-1,5-戊二醇，2-甲基-1,3-丙二醇，2,2-二甲基-1,3-丙二醇(新戊二醇)，三羟甲基丙烷中的一种或多种。

13、所述主剂为将一种或多种水分含量在400ppm以下的共聚型聚酯多元醇升温至60～80℃，在氮气保护下加入助剂，混合均匀后即得主剂组分。

14、其中，水分含量采用卡尔费休式水分测定仪测定，若测定值大于400ppm，则需要对多元醇进行脱水预处理。预处理的方法为将共聚型聚酯多元醇加入至反应容器内，升温至100～120℃保持真空度-0.09～-0.1mpa。间隔一段时间测定水分含量，直至水分含量在400ppm以下。

15、所述助剂为抗氧化剂，抗水解剂、光稳定剂及硅烷偶联剂，其中，抗氧化剂，抗水解剂、光稳定剂及硅烷偶联剂分别占共聚型聚酯多元醇质量的0.02-0.5wt％、0.1-2wt％、0.1-2wt％、0.02-0.5wt％。

16、所述抗氧化剂主要包括阻酚类抗氧化剂，其作用机理是通过捕获有机物分解时产生的自由基，以阻止后续自由基链式反应，从而有效节制有机物分子降解、黄变的发生。在本发明中，抗氧化剂的加入能够提升胶粘剂的耐热氧化及耐光氧化性能。可选自basf市售产品irganox 1010、irganox 1076、irganox 1098、irganox 245、irganox 1330、irganox3114，并可配合其它类型的抗氧化剂，如irgafos 168、irgafos 38、irgafos 126、irganoxps 802等共同使用。

17、所述抗水解剂主要包括碳化二亚胺类抗水解剂，主要与水解产生的羧基作用，产生交联的同时抑制羧基的水解促进作用。可选rheinchemie市售产品stabaxol 1lf、stabaxol mtc、stabaxol p、stabaxol p200，nisshinbo市售产品carbodilite v-02b、carbodilite v-05，上海朗亿新材市售产品hymax 220，hymax 1010中的一种或多种。

18、所述光稳定剂的主要作用包括转化有害紫外线、捕获受光照激活的自由基。可选自basf市售产品chimassorb 81、chimassorb 944、chimassorb2020、tinuvin 326、tinuvin328、tinuvin 329、tinuvin 234、tinuvin 360、tinuvin 1577ff、tinuvin 1600、uvinul4050ff中的一种或多种。

19、所述硅烷偶联剂包括但不限定于乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基二甲氧基甲基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)甲基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)甲基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、n-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

20、所述固化剂为将一种或多种水分含量在400ppm以下的聚醚多元醇或共聚型聚酯多元醇加入至反应容器内，升温至60～80℃，在氮气保护下加入异氰酸酯，升温至80-100℃维持0.5～4h后加入催化剂，继续反应至体系内异氰酸酯基含量不再下降，得到固化剂组分；其中，多元醇与异氰酸酯的质量比为0.5-2：1，催化剂用量为原料(多元醇与异氰酸酯)总质量的0.02wt％-0.1wt％。

21、异氰酸酯添加量过少时，固化剂组分的粘度会过大，影响产品应用工艺；异氰酸酯添加量过多时，固化剂组分分子量较小，实际应用中所需固化时间较长，固化后力学性能较差。

22、其中，异氰酸酯基物质的量按照gb/t 29493.6-2013聚氨酯预聚物中异氰酸酯基含量的测定方式进行测定。

23、所述固化剂所使用的聚醚多元醇选自聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇，端羟基聚丁二烯中的一种或多种。

24、所述固化剂组分中异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、氢化二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。

25、所述固化剂组分中催化剂选自辛酸锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、氯化锡中的一种或多种。

26、一种所述的无溶剂太阳能电池背板用胶粘剂的制备方法，将上述记载主剂、固化剂混合；其中，固化剂中异氰酸酯基与主剂中羟基的物质的量比为1.2-1.8：1。

27、一种所述的无溶剂太阳能电池背板用胶粘剂的应用，所述无溶剂胶粘剂适用于可耐受pct加速老化(121℃，饱和湿度)96小时的太阳能电池背板。本发明所具有的优点：

28、本发明胶粘剂由主剂和固化剂两部分组成。其中，固化剂主要由异氰酸酯封端的共聚型聚酯多元醇及聚醚多元醇混合物组成；主剂主要由共聚型聚酯多元醇及助剂组成。

29、从总体上看，该胶黏剂主体结构中聚酯组分较多，在共聚型聚酯的合成中采用了含脂肪环族结构的单体，且其余组成部分含有较多侧链，在强化胶黏剂主体结构刚性的同时起到保护酯基降低水解速率的目的。其使用至太阳能电池背板，常态及pct老化96小时后，po/pet和pvdf/pet层间均具有较高的剥离强度，几乎没有黄变，可完全满足高性能太阳能背板用胶粘剂的应用性能要求。