一种高强度耐候性纳米复合材料及制备方法和用途技术

本发明专利技术属于光伏材料制备领域，特别涉及一种高强度耐候性纳米复合材料及制备方法和用途。将硅烷、甲酸、乙醇和含氟丙烯酸酯混合并反应，将反应产物过滤烘干，制得含氟POSS；将二氧化硅纳米材料、钛酸酯偶联剂、去离子水、无机盐催化剂和含氟POSS混合均匀，在120～160℃条件下水热反应6～9小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。该材料耐老化性能好、机械强度高，用于制备晶体硅太阳能电池胶层的保护膜，有效地保护了胶层，提高了胶层的耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐候性纳米复合材料及制备方法和用途
本专利技术属于光伏材料制备领域，特别涉及一种高强度耐候性纳米复合材料及制备方法和用途。
技术介绍
煤炭、石油等传统能源是当今社会的主要能源，然而，随着常规能源一天天的消耗以及由此带来的全球污染与气候问题，人们将目光都投向了可再生能源，并希望可再生能源能够改变人类的能源结构，以维持人类的可持续发展。太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。目前人类利用太阳能的方式主要有：光转热、光转热再转电、光直接转电(光伏发电)。其中光伏发电以其清洁性、安全性的特点备受青睐，近年来得到了长足的发展。在目前的各种太阳能电池中，晶体硅太阳能电池的技术最为成熟，因而应用最为广泛。晶体硅太阳能电池具有多层结构，是由透光层、胶层、电池片、胶层、背板依次层压封装而成。其中，透光层一般采用玻璃，胶层通常采用EVA胶膜。太阳能电池胶层的主要作用是用来提高太阳能电池板的整体机械强度，保护晶体硅片，防止硅片老化而影响电池片的使用寿命。短波紫外线是导致几乎所有暴露于户外的材料发生降解的主要原因，胶层必须要具备抵抗任何外界因素特别是短波紫外线带来的破坏作用的能力，但目前胶层存在耐老化性能弱、机械强度不高等缺点，制约了其在太阳能电池领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对目前晶体硅太阳能电池胶层存在的问题，提供一种高强度耐候性纳米复合材料，具有耐老化能力强、机械强度高，用于制备晶体硅太阳能电池胶层的保护膜，以避免胶层受到外界的侵害而丧失应有的功能。本专利技术的技术方案：提供一种高强度耐候性纳米复合材料，所述复合材料的制备方法为：将硅烷、甲酸、乙醇和含氟丙烯酸酯混合并反应，将反应产物过滤烘干，制得含氟POSS；将二氧化硅纳米材料、钛酸酯偶联剂、去离子水、无机盐催化剂和含氟POSS混合均匀，在120～160℃条件下水热反应6～9小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。同时提供这种复合材料的制备方法，具体操作步骤包括：(1)将摩尔比为1:0.5～2：6～9：4～7的硅烷、甲酸、乙醇和含氟丙烯酸酯加入到三口烧瓶中，在80～100r/min、常温条件下反应1小时，将反应产物过滤，在60℃烘箱中放置2小时，制得含氟POSS，其中含氟POSS为固体状的不饱和产物。作为优选，步骤(1)中的硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-一缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷；步骤(1)中的含氟丙烯酸酯为丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸五氟丙酯、甲基丙烯酸八氟戊酯。作为优选，步骤(1)中的甲酸摩尔浓度为4～7％。作为优选，步骤(1)中的硅烷和含氟丙烯酸酯的摩尔比为1:5～6，通过缩小摩尔比的范围，以使反应物中的氟原子数量控制在合理范围。(2)将摩尔比为1:0.2～0.5：10～15：0.05～0.2：1的二氧化硅纳米材料、钛酸酯偶联剂、去离子水、无机盐催化剂和步骤(1)制备的含氟POSS加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在120～160℃条件下水热反应6～9小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。作为优选，步骤(2)中的无机盐催化剂为磷酸盐、硫酸盐中的一种或两种；步骤(2)中的钛酸酯偶联剂为钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯。本专利技术制得的高强度耐候性纳米复合材料用于制备晶体硅太阳能电池胶层的保护膜，将复合材料旋涂在晶体硅太阳能电池透光层上，形成一层晶体硅太阳能电池胶层的保护膜。本专利技术的技术效果：钛酸酯偶联剂一端连接到二氧化硅纳米材料，同时钛酸酯偶联剂中的酯基在无机盐催化剂作用下发生酯交换反应，将POSS基团引入到体系中，形成含有二氧化硅纳米材料和POSS结构的复合材料。二氧化硅纳米材料能吸收、反射和散射短波紫外线，且能透过长波紫外线和可见光，但其容易堆积，分散性较差。POSS是一种含有Si-O-Si键的笼型聚倍半硅氧烷结构，在胶层表面形成大量的纳米级孔隙，可见光可自由通过该结构，避免光能的损失。同时POSS的结构较为疏散，二氧化硅可以均匀地依附在POSS上，大幅度地提高了二氧化硅纳米材料的分散性，发挥了二氧化硅应有的性能。因此制得的复合材料耐老化性能好、机械强度高，有效地保护了胶层，提高了胶层的耐久性。具体实施方式实施例1(1)将1mol乙烯基三乙氧基硅烷、0.5mol摩尔浓度为5％的甲酸、6mol乙醇和4mol丙烯酸六氟丁酯加入到三口烧瓶中，在90r/min、常温条件下反应1小时，将反应产物过滤，在60℃烘箱中放置2小时，制得含氟POSS；(2)将1mol二氧化硅纳米材料、0.2mol钛酸四丁酯、10mol去离子水、0.05mol硫酸钠和1mol步骤(1)制备的含氟POSS加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在140℃条件下水热反应7小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。实施例2(1)将1mol乙烯基三乙氧基硅烷、2mol摩尔浓度为5％的甲酸、9mol乙醇和7mol丙烯酸六氟丁酯加入到三口烧瓶中，在90r/min、常温条件下反应1小时，将反应产物过滤，在60℃烘箱中放置2小时，制得含氟POSS；(2)将1mol二氧化硅纳米材料、0.5mol钛酸四丁酯、15mol去离子水、0.2mol硫酸钠和1mol步骤(1)制备的含氟POSS加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在140℃条件下水热反应7小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。实施例3(1)将1mol乙烯基三乙氧基硅烷、1mol摩尔浓度为5％的甲酸、7mol乙醇和5mol丙烯酸六氟丁酯加入到三口烧瓶中，在90r/min、常温条件下反应1小时，将反应产物过滤，在60℃烘箱中放置2小时，制得含氟POSS；(2)将1mol二氧化硅纳米材料、0.3mol钛酸四丁酯、12mol去离子水、0.1mol硫酸钠和1mol步骤(1)制备的含氟POSS加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在140℃条件下水热反应7小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。对比实施例1不制备含氟POSS，按照实施例1的制备方法，其余操作为：选用1mol二氧化硅纳米材料、0.2mol钛酸四丁酯、10mol去离子水和0.05mol硫酸钠加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在140℃条件下水热反应7小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。对比实施例2不添加实施例1使用的二氧化硅纳米材料，按照实施例1的制备方法，其余操作为：(1)将1mol乙烯基三乙氧基硅烷、0.5mol摩尔浓度为5％的甲酸、6mol乙醇和4mol丙烯酸六氟丁酯加入到三口烧瓶中，在90r/min、常温条件下反应1小时，将反应产物过滤，在60℃烘箱中放置2小时，制得含氟POSS；(2)将0.2mol钛酸四丁酯、10mol去离子水、0.05mol硫酸钠和1mol步骤(1)制备的含氟POSS加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在140℃条件下水热反应7小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。按照GB/T16422.3-2014和GB/T1040.2-2006两个标准评价实施例1-3和对比实施例1-2制备的复合材料的性能，将复合材料作老化处理，目测观察材料颜色的变化，采用分光光度计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度耐候性纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料的制备方法为：将硅烷、甲酸、乙醇和含氟丙烯酸酯混合并反应，将反应产物过滤烘干，制得含氟POSS；将二氧化硅纳米材料、钛酸酯偶联剂、去离子水、无机盐催化剂和含氟POSS混合均匀，在120～160℃条件下水热反应6～9小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐候性纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料的制备方法为：将硅烷、甲酸、乙醇和含氟丙烯酸酯混合并反应，将反应产物过滤烘干，制得含氟POSS；将二氧化硅纳米材料、钛酸酯偶联剂、去离子水、无机盐催化剂和含氟POSS混合均匀，在120～160℃条件下水热反应6～9小时，将反应产物过滤烘干，制得高强度耐候性纳米复合材料。2.一种如权利要求1所述的高强度耐候性纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体操作包括：(1)将摩尔比为1:0.5～2：6～9：4～7的硅烷、甲酸、乙醇和含氟丙烯酸酯加入到三口烧瓶中，在80～100r/min、常温条件下反应1小时，将反应产物过滤，在60℃烘箱中放置2小时，制得含氟POSS；(2)将摩尔比为1:0.2～0.5：10～15：0.05～0.2：1的二氧化硅纳米材料、钛酸酯偶联剂、去离子水、无机盐催化剂和步骤(1)制备的含氟POSS加入到烧杯中，手动搅拌混合均匀后转移至水热反应釜中，在120...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙铁囤，姚伟忠，汤平，
申请(专利权)人：常州亿晶光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32