有机硅改性环氧树脂灌封材料的研究

摘要

太阳能电池环氧树脂灌封材料长期暴露在太阳光下，易变黄、发生老化，从而影响太阳能电池的光电转化效率。为了解决环氧树脂老化问题，通常在环氧树脂中加入光稳定剂和抗氧剂，或者对胺类固化剂进行羟烷基化、氰乙基化改性。但光稳定剂和抗氧剂与环氧树脂的相容性差，在用量为质量分数1％～2％的情况下会析出，直接影响太阳能电池封装材料的透明性。 本文通过用三种有机硅烷对环氧树脂进行化学改性以改善其性能，并探讨了对改性环氧树脂水性化及固化剂D230自乳化的实验条件，研究内容如下： 采用化学共聚改性的方法，分别研究了γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）、乙烯基三甲氧基硅烷（VTMO）和γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）三种有机硅改性环氧树脂的工艺，并且通过抗紫外实验比较了三种有机硅改性环氧树脂的透明性和抗紫外性能，结果表明：当GLYMO的用量为4％，反应温度为100℃，反应时间为5h时，制备的有机硅改性环氧树脂有着较好的透明性和抗紫外性能；通过红外光谱分析可以看出，GLYMO有机硅顺利接枝到环氧树脂分子结构上。 比较了用不同固化剂制备改性环氧树脂灌封材料的性能，探讨了固化剂对固化物耐水性、耐酸碱性以及力学性能的影响。实验结果表明：D230/IPDA固化GLYMO改性环氧树脂的固化物外观无色透明、透光率高；力学性能好，其中断裂强度达47.15Mpa、邵氏硬度达95.18°、冲击强度是25.22kJ/㎡；耐药品性能佳，室温下经水、盐酸、氢氧化钠溶液浸泡72h后，质量变化分别为0.18％、1.21％和0.45％。 通过热分析、抗紫外光老化和耐酸碱性等实验，比较了环氧树脂灌封材料改性前后的各种性能，紫外光照射60min后，改性前后的环氧树脂灌封材料黄度指数变化值△YI分别为11.73％和9.63％；改性后断裂强度、邵氏硬度和冲击强度分别增加了8.49％、8.99％和1.33％；室温下经水、盐酸、氢氧化钠溶液浸泡72h后，改性后环氧树脂灌封材料质量变化率分别减少了30.8％、57.8％、39.2％；玻璃化温度提高了25.9℃；改性后的环氧树脂灌封材料要比未改性灌封材料有着更好的透明性、抗紫外线性能、化学性能和力学性能。 采用在环氧树脂的固化剂--聚氧化丙烯二胺D230的分子链段上接上环氧基团，将亲水性的D230改性成为即亲水又亲油的两亲性化合物，制备出了自乳化型的水性环氧树脂固化剂。以二乙醇胺改性有机硅环氧树脂，保留尽可能多的环氧基，加入醋酸中和成盐后，制得阳离子型环氧树脂体系，研究了水性环氧树脂的制备工艺，通过正交试验得出水性环氧树脂的最优制备条件为：有机硅环氧树脂和二乙醇胺的摩尔比为1.5：1，反应温度为80℃，反应时间为3h，同时通过红外分析对水性环氧树脂进行表征，证明二乙醇胺与环氧基团发生开环加成反应。水性环氧树脂的固化工艺有待后续研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题目的与意义

1.2太阳能电池灌封材料的研究现状

1.2.1聚氨酯灌封材料

1.2.2环氧树脂灌封材料

1.2.3有机硅灌封材料

1.3有机硅改性环氧树脂的研究

1.3.1共混改性环氧树脂

1.3.2共聚改性环氧树脂

1.4水性环氧树脂的研究方法

1.4.1水性环氧树脂的原理和特点

1.4.2水性环氧树脂的主要制备方法

1.5本文的研究内容

第二章有机硅改性环氧树脂的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1主要实验仪器

2.2.2主要试剂

2.3实验方法

2.3.1有机硅改性环氧树脂的制备

2.3.2有机硅改性环氧树脂固化材料的制备

2.3.3透光性的测定

2.3.4抗紫外线实验

2.3.5断裂强度的测定

2.3.6邵氏硬度的测定

2.3.7冲击强度的测定

2.3.8耐酸碱、耐水性能测试

2.3.9材料的玻璃化温度测定

2.3.10红外光谱分析

2.4结果与讨论

2.4.1有机硅烷GLYMO改性环氧树脂

2.4.2有机硅烷VTMO改性环氧树脂

2.4.3有机硅烷KH550改性环氧树脂

2.4.4有机硅改性环氧树脂的透明性和抗紫外线性能

2.4.5固化剂的选择

2.4.6环氧树脂改性前后灌封材料的性能比较

2.4.7有机硅改性环氧树脂的表征

2.5本章小结

第三章 水性有机硅改性环氧树脂的制备初探

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1主要的实验仪器以及试剂

3.2.2实验方法

3.3结果与讨论

3.3.1水性环氧树脂的合成优化

3.3.2水性环氧树脂固化剂的自乳化

3.3水性有机硅改性环氧树脂的表征

3.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢