[发明专利]一种有机硅灌封胶制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电子聚合物材料领域，涉及一种有机硅灌封胶制备方法及其应用与应用。

背景技术

有机硅橡胶具有非常优异的耐温特性、耐候性、耐紫外辐射、介电性能、生理惰性、低表面张力和低表面能，非常适合于起密封及保护作用的封装材料。其主要的应用领域是太阳能光伏组件框架和背板接线盒的粘接密封部位，以及接线盒灌封，为光伏产品在户外环境下的应用提供有效保护和热控制。目前美国、日本、德国在硅橡胶原料的制备技术、催化剂选择和提高制品性能等诸多工艺方面取得了许多的进展，并且有不少产品问世，但国内在这方面研究相对薄弱。

目前，市场上光伏组件灌封胶包括缩合型和硅氢加成型。缩合型灌封胶为湿气固化，湿度可以提高固化速度，具有粘接性能较好、成本低、催化剂不会中毒等优势，但存在固化时有小分子产生、固化速度较慢、强度相对较差和收缩率较大等问题。例如，道康宁PV-7321缩合型灌封胶，粘结性能优异、价格低且不存在催化剂中毒等问题，但须室温固化72h，邵氏硬度(Shore A)为31，固化收缩率也较大。加成型灌封胶的固化机理为硅氢加成，加热可以提高固化速度，具有固化速度相对较快、无小分子产生、收缩率小和强度好等优势，但须使用易中毒的铂催化剂、粘接性能一般，成本较高。例如，道康宁PV-7010加成型灌封胶，室温固化90-100分钟或加热固化数分钟(50℃下10-15分钟或75℃下2-5min)即可，肖氏硬度(Shore OO)为60；PV-7030R加成型灌封胶，室温固化3.25小时或加热固化数分钟(50℃下18.5分钟或75℃下4.3分钟)即可，肖氏硬度(Shore OO)为67。这两种也都存在着须使用重金属铂催化剂，一方面价格昂贵，成本高；另一方面反应活性较高，易与含硫、氮、磷、卤素等化合物发生反应中毒而失效，影响催化活性，通常要特殊合成及改性铂催化剂提高其稳定性及与有机硅的相容性。

近年来，许多研究学者致力于其它有机硅封装体系的研发，希望通过环保快速的紫外固化方式取代现有的硅氢加成体系，主要集中在UV引发双键的交联方式和UV引发“巯基-烯基”的点击化学加成反应，两种均为自由基聚合机制。

例如，中国专利CN 101747860制备出一种紫外固化单组份有机硅封装胶，以丙烯酸酯聚硅烷为基体，加入光敏剂，在紫外照射快速固化，极大提高了封装效率，但存在着双键紫外交联反应活性低的问题，难以高效固化，进而影响有机硅封装胶的力学性能。美国Ruby Chakraborty研究组制备出甲基丙烯酸官能化的聚硅氧烷，UV下在自由基光引发剂的作用下进行固化，对材料的粘弹性质和氧气透过率进行了评价，也存在难以高效固化和力学性能较差的问题。美国专利US 7521015 B2采用丙烯酸氨酯或甲基丙烯酸氨酯和多硫醇进行“巯基-烯基”点击化学紫外固化技术，制备出具有高折光指数及高透光率的灌封光学材料，折光指数在1.45-1.75之间，透光率在85％-90％之间，但该光学材料不含有机硅，耐热性较差；US6669873同样采用类似方式所得的灌封胶也同样存在耐热性能较差的问题。韩国Byeong-Soo Bae小组将“巯基-烯基”点击化学固化技术引入有机硅封装体系中，提高了固化效率，但固化只能发生有机硅材料的表面，未被紫外光照的有机硅材料内部难发生交联，交联度低造成材料透光率不高及力学性能较差。

发明内容

在保证较高性能的前提下，为了克服现有硅氢加成灌封体系使用易中毒的铂催化剂、污染环境和成本较高的缺点，同时改善粘结性和介电性能，本发明的首要目的在于提供一种不使用铂催化剂、能快速紫外固化、成本低、粘结性电绝缘性和介电性能优异的有机硅光伏组件灌封胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的高性能快速有机硅灌封胶。该灌封胶是利用硅醇缩合反应合成出环氧基硅氧烷单体和硅醇类化合物的共聚物，将环氧基团引入到硅氧烷聚合物侧链上，利用环氧基团的阳离子聚合反应通过紫外交联技术使材料成型固化，达到避免使用铂金属催化剂、改善粘结性和介电性能以及实现环保快速紫外固化的目标。

本发明的再一目的在于提供上述有机硅灌封胶的应用。

为达到上述目的，本发明的一个技术方案提供了一种有机硅灌封胶的制备方法，包含以下步骤：(1)将环氧基二烷氧基硅氧烷、二烷氧基硅氧烷、一元硅醇、硅二醇类化合物混合，加入催化剂，升温至50-100℃进行缩合反应2-6小时，冷却后过滤，减压蒸除低沸物，得到环氧基硅氧烷聚合物；(2)将步骤(1)所得环氧基硅氧烷聚合物与阳离子光引发剂、补强白炭黑混合，避光保存，得到有机硅灌封胶。