本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种功能树脂及其在聚烯烃材料中的应用。
背景技术：
太阳光中的紫外线是高分子材料产生光老化的主要原因。绝大部分高分子材料吸收紫外线后，会引发氧化、降解，破坏分子内的化学键，使其断裂、交联，导致材料的物理机械性能发生改变，如变色、表面龟裂、粉化、力学性能、光学性能和电学性能的劣化。因此，要添加光稳定剂以抑制材料的光降解过程，延长其使用寿命。
伴随着光伏行业的蓬勃发展，新型封装材料开始在光伏市场占据一席之地，聚烯烃材料就是其中的典型代表。聚烯烃材料在光伏封装上，主要用作聚烯烃胶膜、背板粘结层用聚烯烃薄膜等。聚烯烃胶膜因其化学成分稳定、水汽阻隔性优、耐候性强等特点，以及在双玻组件应用中具有的独特优势，可替代eva胶膜作为封装胶膜。此外，聚烯烃材料因其环境友好、绝缘阻水等特点，可作为太阳能电池背板的粘结层，制成聚烯烃背板。
由于聚烯烃材料为非极性聚合物，与小分子添加剂相容性较差，添加剂容易迁移，尤其是光稳定剂的迁出，会影响到聚烯烃材料产品质量。聚烯烃材料用于光伏封装时，光稳定剂向膜表面迁移会使产品保存性出现问题，降低封装后粘结牢度，同时，在光伏组件使用过程中还会使封装进一步劣化，影响到封装的可靠性以及光伏组件的使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种功能树脂、聚烯烃材料、及其制备方法和应用，该功能树脂具有优异的抗迁移特性，与聚烯烃材料相容性良好，为聚烯烃材料提供优异的耐紫外特性。本发明还要提供这种功能树脂在光伏用聚烯烃封装材料上的应用，这种应用不影响聚烯烃材料界面的粘结力，同时又赋予聚烯烃材料优异的保存性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种功能树脂，所述功能树脂的组成及质量份数为：
聚烯烃树脂100份，
交联剂0.1份-1份，
含反应性基团的光稳定剂1份-10份。
上述功能树脂，所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯辛烯共聚物或乙烯丁烯共聚物中的一种或几种。
上述功能树脂，所述交联剂为有机过氧化物交联剂中的一种或几种。
上述功能树脂，所述含反应性基团的光稳定剂为含双键或丙烯酰基基团的反应型受阻胺类光稳定剂(r-hals)。
上述功能树脂，所述含反应性基团的光稳定剂为4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(atmp)、4-甲基丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(mtmp)、4-甲基丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇酯(mpmp)或4-丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇酯(apmp)中的一种。
一种制备上述功能树脂的方法，包括以下步骤：
将聚烯烃树脂、交联剂和含反应性基团的光稳定剂在混料机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到功能树脂，所述双螺杆挤出机的挤出温度为160℃-240℃。
一种聚烯烃材料，所述聚烯烃材料的组分中包含上述的功能树脂。
上述聚烯烃材料，所述聚烯烃材料中的各组分及质量份数为：
聚烯烃树脂100份
功能树脂1份-10份；功能树脂可优选3份-5份。
本发明还提供一种太阳能电池背板，所述太阳能电池背板包含一种聚烯烃材料层，所述背板的结构为耐候层/基材/聚烯烃材料层，所述聚烯烃材料层的组分及质量份数为：
聚烯烃树脂100份，
功能树脂1份-10份，所述功能树脂优选3份-5份。
本发明还提供一种太阳能电池用封装胶膜，所述封装胶膜为聚烯烃材料，所述聚烯烃材料的的组分及质量份数为：
聚烯烃树脂100份，
功能树脂1份-10份；所述功能树脂优选3份-5份。
本发明与现有技术相比：
(1)本发明公开的功能树脂，加入了有机过氧化物交联剂和含反应性基团的光稳定剂，含反应性基团的光稳定剂在有机过氧化物交联剂的引发下，接枝到聚烯烃树脂上，制备的功能树脂具有优异的抗迁移特性，加入高分子材料中不会迁移到高分子材料的表面。
(2)本发明公开的聚烯烃材料，在聚烯烃材料配方中加入了功能树脂，能够排除或减缓聚烯烃材料的光化学反应的可能性，阻止或延迟光老化过程，提高了聚烯烃的耐紫外性能。
(3)本发明公开的聚烯烃材料，在聚烯烃材料配方中加入的功能树脂，功能树脂与聚烯烃树脂的相容性良好，并且功能树脂不会迁移到聚烯烃材料的表面，所以聚烯烃材料的保存稳定性好。
(4)本发明公开的聚烯烃材料，在聚烯烃材料配方中加入功能树脂，功能树脂已经提前接枝到聚烯烃树脂上，即使在高温高湿环境老化中也不会迁移到聚烯烃材料的表面，所以不会影响聚烯烃材料的界面性能，因而聚烯烃材料的粘结性能优异，并且湿热老化后的粘结性能保持良好。
具体实施方式
本发明的功能树脂中，功能树脂的组成及质量份数为：聚烯烃树脂100份，交联剂0.1份-1份，含反应性基团的光稳定剂1份-10份。其中，聚烯烃树脂是指聚乙烯、聚丙烯、乙烯辛烯共聚物、乙烯丁烯共聚物中的一种或几种；交联剂选用有机过氧化物交联剂中的一种或几种。交联剂的质量份数为0.1份-1份。如果交联剂的用量小于0.1份，则在双螺杆挤出机中交联剂分解产生的自由基浓度过低，光稳定剂与聚烯烃树脂接枝反应的程度较低，甚至出现不反应的现象。如果交联剂的用量大于1份，则在反应过程中，除了接枝反应程度较高外，聚烯烃树脂本身也会出现明显的交联，反应较难控制。
本发明的含反应性基团的光稳定剂为含双键或丙烯酰基基团的反应型受阻胺类光稳定剂(r-hals)，如4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(atmp)、4-甲基丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(mtmp)、4-甲基丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇酯(mpmp)、4-丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇酯(apmp)等。
本发明的含反应性基团的光稳定剂的质量份数为1份-10份。当光稳定剂添加量小于1时，有机过氧化物分解产生的自由基会较多的甚至绝大部分与聚烯烃树脂反应，促使聚烯烃树脂发生交联。当光稳定剂添加量大于10时光稳定剂较难反应完全，残余的未反应光稳定剂残存在体系中，在后期使用中仍存在迁移等问题。
上述功能树脂的制备是在双螺杆挤出机中进行的，其步骤为：
按比例将聚烯烃树脂、交联剂和含反应性基团的光稳定剂在混料机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到功能树脂，所述双螺杆挤出机的挤出温度为160℃-240℃。挤出温度低于160℃，则反应速率过慢，反应程度过低，同时可能有较多的光稳定剂残余；挤出温度高于240℃，则反应速率过快，树脂有交联、焦烧的风险存在。
在聚烯烃材料的组分中，100质量份的聚烯烃树脂添加1质量份-10质量份的功能树脂，优选添加3质量份-5质量份。当所述功能树脂添加量少于1份时，其在体系中混炼效果较差，分散不均匀，影响到性能的均一性。而当所述功能树脂添加量大于10份时，除了会带来较高的经济成本以外，还会影响到体系的其他参数诸如粘结力、透光率等性能，等等。
上述聚烯烃材料，可用作光伏聚烯烃胶膜或者光伏背板粘结层用聚烯烃薄膜。
本发明制备的太阳能电池背板，背板中包含一种聚烯烃材料层，所述背板的结构为耐候层/基材/聚烯烃材料层，所述聚烯烃材料层的组分及质量份数为聚烯烃树脂100份，功能树脂1份-10份，所述功能树脂优选3份-5份。所述背板的其它层为本领域的常规材料层。
本发明的聚烯烃材料还可用于封装胶膜，所述聚烯烃材料的的组分及质量份数为聚烯烃树脂100份，功能树脂1份-10份，所述功能树脂优选3份-5份。
本发明中的聚烯烃材料不限于光伏用聚烯烃胶膜、光伏背板用聚烯烃薄膜。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详述，但本发明的实施方式却不限于此。
实施例1-3、对比例1为功能树脂添加到聚烯烃胶膜中使用，实施例4、5、对比例2为功能树脂添加到光伏背板粘结层的聚烯烃薄膜中使用。
实施例1
将0.1质量份的二-叔丁基过氧化异丙基苯(bibp)作为有机过氧化物交联剂和1质量份的4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(atmp)作为光稳定剂加入100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8407)中混合均匀，将混合物加入到双螺杆挤出机中进行接枝，温度控制为240℃，挤出物经水下切粒、干燥，即得功能树脂a。
100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8137)、0.7质量份的过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(tbpin)作为有机过氧化物交联剂和0.7质量份的三烯丙基异三聚氰酸酯(taic)作为交联促进剂混合均匀，再将0.1质量份的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(汽巴精化irgafos-168)作为抗氧剂、0.2质量份的乙烯基三甲氧基硅烷(道康宁z-6300)作为硅烷偶联剂和10质量份的功能树脂a添加到上述混合物中。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.5mm的聚烯烃胶膜。
实施例2
将1质量份的二-叔丁基过氧化异丙基苯(bibp)作为有机过氧化物交联剂和10质量份的4-甲基丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(mtmp)作为光稳定剂加入100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8407)中混合均匀，将混合物加入到双螺杆挤出机中进行接枝，温度控制为195℃，挤出物经水下切粒、干燥，即得功能树脂b。
100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8137)、0.7质量份的过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(tbpin)作为有机过氧化物交联剂和0.7质量份的三烯丙基异三聚氰酸酯(taic)作为交联促进剂混合均匀，再将0.1质量份的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(汽巴精化irgafos-168)作为抗氧剂、0.2质量份的乙烯基三甲氧基硅烷(道康宁z-6300)作为硅烷偶联剂和1质量份的功能树脂b添加到上述混合物中。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.5mm的聚烯烃胶膜。
实施例3
将0.5质量份的叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(tbec)作为有机过氧化物交联剂和8质量份的4-甲基丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇酯(mpmp)作为光稳定剂加入100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8407)中混合均匀，将混合物加入到双螺杆挤出机中进行接枝，温度控制为220℃，挤出物经水下切粒、干燥，即得功能树脂c。
将0.7质量份的过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(tbpin)作为有机过氧化物交联剂和0.7质量份的三烯丙基异三聚氰酸酯(taic)作为交联促进剂加入100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8137)中混合均匀。再将0.1质量份的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(汽巴精化irgafos-168)作为抗氧剂、0.2质量份的乙烯基三甲氧基硅烷(道康宁z-6300)作为硅烷偶联剂和7质量份的功能树脂c添加到上述混合物中。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.5mm的聚烯烃胶膜。
实施例4
将0.3质量份的二-叔丁基过氧化异丙基苯(bibp)作为有机过氧化物交联剂和6质量份的4-丙烯酰氧基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇酯(apmp)作为光稳定剂加入100质量份的聚丙烯(大韩油化f8277)中混合均匀，将混合物加入到双螺杆挤出机中进行接枝，温度控制为160℃，挤出物经水下切粒、干燥，即得功能树脂d。
将3质量份的功能树脂d、2质量份的白色母(杭州彩标色母粒7710)和5质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8200)加入到100质量份的聚丙烯(大韩油化f8277)中混合均匀。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在220℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.1mm的可用作光伏背板粘结层的聚烯烃薄膜。
实施例5
将0.3质量份的叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(tbec)作为有机过氧化物交联剂和8质量份的4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(atmp)作为光稳定剂加入100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8407)中混合均匀，将混合物加入到双螺杆挤出机中进行接枝，温度控制为180℃，挤出物经水下切粒、干燥，即得功能树脂e。
将5质量份的功能树脂e、2质量份的白色母(杭州彩标色母粒7710)和5质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8200)加入到100质量份的聚丙烯(大韩油化f8277)中混合均匀。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在220℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.1mm的可用作光伏背板粘结层的聚烯烃薄膜。
对比例1
将0.7质量份的过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(tbpin)作为有机过氧化物交联剂和0.7质量份的三烯丙基异三聚氰酸酯(taic)作为交联促进剂加入100质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8137)中混合均匀。再将0.1质量份的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(汽巴精化irgafos-168)作为抗氧剂、0.2质量份的乙烯基三甲氧基硅烷(道康宁z-6300)作为硅烷偶联剂和0.1质量份的4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(atmp)作为光稳定剂添加到上述混合物中。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.5mm的聚烯烃胶膜。
对比例2
将0.4质量份的4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯(atmp)、2质量份的白色母(杭州彩标色母粒7710)和5质量份的乙烯–辛烯共聚物(陶氏化学engage8200)加入到100质量份的聚丙烯(大韩油化f8277)中混合均匀。将混合均匀的物料加入到熔融挤出流延机上挤出，温度控制在220℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即得膜厚0.1mm的可用作光伏背板粘结层的聚烯烃薄膜。
性能测试方法：
1.紫外老化黄变测试
按照试验架大小裁取准备好玻璃、光伏eva胶膜、光伏tpe背板以及制备的聚烯烃胶膜、聚烯烃薄膜。聚烯烃胶膜按玻璃/两层聚烯烃胶膜/光伏背板的方式，聚烯烃薄膜按玻璃/两层eva胶膜/聚烯烃薄膜的方式分别叠好，放入层压机中进行固化交联，层压机设定145℃，抽真空5min，加压0.06mpa，保压14min，层压完成制得试样。
按gb/t19394-2003规定要求进行紫外辐照老化测试。
a)将试样放入紫外老化试验箱内，其中紫外光的辐照度不超过120w/m2，试验条件如下:
1)试样表面温度60℃±5℃；
2)辐照强度：波长为280nm～320nm范围时，为6kwh/m2；
波长为280nm～400nm范围时，为60kwh/m2。
3)辐照功率累积：按试样表面实际所受的辐照量进行累积，至少每30kwh/m2用辐照计进行紫外功率校准一次。
b)试验前、后对试样使用分光测色仪按astme313进行黄色指数的测量，每块试样测不少于3个点，试样黄色指数取所测点的平均值。记录样品进行紫外老化120kwh测试前后的黄色指数变化差值。
2.湿热老化剥离强度测试
取两块尺寸为300mm×300mm的聚烯烃胶膜，将其夹在尺寸均为300mm×300mm的玻璃和光伏背板之间，放入层压机中进行固化交联，层压机设定145℃，抽真空5min，加压0.06mpa，保压14min，层压完成制得聚烯烃胶膜实验试样。
取两块尺寸为300mm×300mm的eva胶膜，将聚烯烃薄膜夹在两层eva胶膜中间，放入尺寸均为300mm×300mm的玻璃和光伏背板之间，放入层压机中进行固化交联，层压机设定145℃，抽真空5min，加压0.06mpa，保压14min，层压完成制得聚烯烃薄膜实验试样。
按gb/t2423.3试验方法进行湿热老化试验。
a)将试样放入恒定试验箱中，设定试验条件：温度85℃±2℃，相对湿度85％±5％。
b)湿热老化时间达到1000h时，将试样取出。
c)试验前、后对试样在宽度方向每隔5mm将背板/胶膜层切割成宽度为10mm±0.5mm的试样，按gb/t2790试验方法，以100mm/min的拉伸速度在拉力机上测量聚烯烃胶膜与玻璃、聚烯烃薄膜与eva之间的剥离力。取3组试样的算术平均值，精确至0.1n/㎝。记录聚烯烃胶膜与玻璃、聚烯烃薄膜与eva之间剥离强度的前后变化差值。
3.保存期剥离强度测试
将聚烯烃材料密封保存好，存放三个月后，取样层压。
取两块尺寸为300mm×300mm的聚烯烃胶膜，将其夹在尺寸均为300mm×300mm的玻璃和光伏背板之间，放入层压机中进行固化交联，层压机设定145℃，抽真空5min，加压0.06mpa，保压14min，层压完成制得聚烯烃胶膜实验试样。
取两块尺寸为300mm×300mm的eva胶膜，将聚烯烃薄膜夹在两层eva胶膜中间，放入尺寸均为300mm×300mm的玻璃和光伏背板之间，放入层压机中进行固化交联，层压机设定145℃，抽真空5min，加压0.06mpa，保压14min，层压完成制得聚烯烃薄膜实验试样。
对试样在宽度方向每隔5mm将背板/胶膜层切割成宽度为10mm±0.5mm的试样，按gb/t2790试验方法，以100mm/min的拉伸速度在拉力机上测量聚烯烃胶膜与玻璃、聚烯烃薄膜与eva之间的剥离力。取3组试样的算术平均值。记录聚烯烃材料保存三个月前后聚烯烃胶膜与玻璃、聚烯烃薄膜与eva之间剥离强度的的变化差值。
性能测试结果：
表1本发明实施例及对比例检测结果
从表1数据可以看出，通过将功能树脂替代光稳定剂应用于聚烯烃胶膜体系，使得胶膜的耐紫外性增强，同时提升了胶膜在高温高湿环境和保存期内的性能稳定性。紫外老化黄变指数小于2.0，湿热老化后以及保存期内与玻璃的剥离强度保持率明显提升。