本发明属于封装材料技术领域，具体涉及一种光伏组件专用封装材料及其制备方法。
背景技术
在当前社会，能源矛盾与环境问题越来越凸显，发展各类清洁能源是必然趋势。近年来，光伏行业快速发展，技术更新逐步加快，目前光伏行业正向产品多元化发展，高可靠性、高功率、低安装成本的各种功能组件研究开发已成为光伏组件发展的一种方向。
太阳能光伏发电依靠太阳电池把光能直接转变为电能。作为光伏领域运用的封装材料，要求其具备抗紫外、抗老化等性能。
目前常见的背膜材料并没有阻燃性。现有的阻燃背板是主要基于覆膜型的阻燃背板，现有技术公开号为cn103262259a通过将制成阻燃的结晶矿物质硅酸盐薄片附着至含氟聚合物膜上，达到阻燃效果，但是制作工艺上较为繁琐复杂，且阻燃片材与基底材料或者内部封装层的粘结力差，单独的阻燃层耐候能力差。而添加普通阻燃剂的双面涂覆的阻燃背板，因为老化过程中的阻燃剂的迁移，导致涂层的附着力等级降低，甚至涂层会脱落。
技术实现要素：
本发明提供了一种光伏组件专用封装材料及其制备方法，解决了背景技术中的问题，本发明所述的光伏组件专用封装材料原料之间相互协同作用，不仅制造成本低，而且满足抗紫外、抗老化、抗冲击、防火等光伏行业技术标准要求。
为了解决现有技术存在的问题，采用如下技术方案：
一种光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂20～30份、聚丙烯腈粉末25～35份、钛酸丁酯10～20份、聚醚多元醇13～24份、甲基乙氧基硅油6～9份、二氨基环己烷5～7份、改性纳米金刚石4～8份、硅丙树脂6～11份、光稳定剂2～4份、紫外线吸收剂1～3份、热稳定剂2～4份、阻燃剂3～5份。
优选的，所述光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂22～28份、聚丙烯腈粉末27～31份、钛酸丁酯14～18份、聚醚多元醇15～20份、甲基乙氧基硅油7～8份、二氨基环己烷5.7～6.3份、改性纳米金刚石5～8份、硅丙树脂7～10份、光稳定剂2.5～3.6份、紫外线吸收剂1.6～2.1份、热稳定剂2.5～3.2份、阻燃剂3.9～4.3份。
优选的，所述光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂25份、聚丙烯腈粉末30份、钛酸丁酯16份、聚醚多元醇18份、甲基乙氧基硅油7.7份、二氨基环己烷6.2份、改性纳米金刚石7份、硅丙树脂9份、光稳定剂3.1份、紫外线吸收剂1.8份、热稳定剂2.9份、阻燃剂4.2份。
优选的，所述改性纳米金刚石的制备方法如下：
（1）选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰8的质量百分比注入浓度为80～90%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗4次，送入烘干室中加温到170℃进行干燥备用；
（2）将钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤（1）处理后的纳米金刚石一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为2000r/min，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发；
（3）取出步骤（2）所得的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石。
优选的，所述光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸正十六酯、三（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）亚磷酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯中的任一种。
优选的，所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇diol-2000、聚醚三元醇330n、聚醚三元醇3050中的任一种。
优选的，所述热稳定剂为铅盐稳定剂和稀土稳定剂中的任一种。
优选的，所述阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺中的任一种。
一种制备所述光伏组件专用封装材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂，备用；
（2）将双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇一起置于反应釜中机械搅拌，边搅拌加热，加热至80～90℃，停止加热，继续搅拌60～90分钟，得混合物a；
（3）向混合物a中依次加入甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、硅丙树脂，加热至70～80℃，密封混炼20～40分钟，得混合物b；
（4）向混合物b中加入改性纳米金刚石、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂及阻燃剂，搅拌混合均匀，然后微波处理3～6分钟，再进行脱气处理，即得所述光伏组件专用封装材料。
优选的，所述步骤（4）中脱气处理的时间为90分钟。
本发明与现有技术相比，其具有以下有益效果：
本发明所述的光伏组件专用封装材料采用双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂等作为原料，原料之间相互协同作用，不仅制造成本低，而且在满足抗紫外、抗老化、抗冲击、防火等光伏行业技术标准要求的前提下，同时，所述的光伏组件专用封装材料具有良好的储存稳定性，通过将其用于制造太阳能电池，能够通过缩短加工时间来实现低成本化。并且，该封装材料能够大幅减少起粒的产生且透明度良好。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂20份、聚丙烯腈粉末25份、钛酸丁酯10份、聚醚多元醇13份、甲基乙氧基硅油6份、二氨基环己烷5份、改性纳米金刚石4份、硅丙树脂6份、光稳定剂2份、紫外线吸收剂1份、热稳定剂2份、阻燃剂3份。
其中，所述改性纳米金刚石的制备方法如下：
（1）选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰8的质量百分比注入浓度为80%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗4次，送入烘干室中加温到170℃进行干燥备用；
（2）将钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤（1）处理后的纳米金刚石一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为2000r/min，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发；
（3）取出步骤（2）所得的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石。
其中，所述光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸正十六酯。
其中，所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇diol-2000。
其中，所述热稳定剂为铅盐稳定剂。
其中，所述阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐。
一种制备所述光伏组件专用封装材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂，备用；
（2）将双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇一起置于反应釜中机械搅拌，边搅拌加热，加热至80℃，停止加热，继续搅拌60分钟，得混合物a；
（3）向混合物a中依次加入甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、硅丙树脂，加热至70℃，密封混炼20分钟，得混合物b；
（4）向混合物b中加入改性纳米金刚石、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂及阻燃剂，搅拌混合均匀，然后微波处理3分钟，再进行脱气处理，即得所述光伏组件专用封装材料。
其中，所述步骤（4）中脱气处理的时间为90分钟。
实施例2
本实施例涉及一种光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂30份、聚丙烯腈粉末35份、钛酸丁酯20份、聚醚多元醇24份、甲基乙氧基硅油9份、二氨基环己烷7份、改性纳米金刚石8份、硅丙树脂11份、光稳定剂4份、紫外线吸收剂3份、热稳定剂4份、阻燃剂5份。
其中，所述改性纳米金刚石的制备方法如下：
（1）选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰8的质量百分比注入浓度为90%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗4次，送入烘干室中加温到170℃进行干燥备用；
（2）将钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤（1）处理后的纳米金刚石一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为2000r/min，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发；
（3）取出步骤（2）所得的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石。
其中，所述光稳定剂为三（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）亚磷酸酯。
其中，所述聚醚多元醇选自聚醚三元醇330n。
其中，所述热稳定剂为稀土稳定剂。
其中，所述阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺。
一种制备所述光伏组件专用封装材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂，备用；
（2）将双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇一起置于反应釜中机械搅拌，边搅拌加热，加热至80～90℃，停止加热，继续搅拌60～90分钟，得混合物a；
（3）向混合物a中依次加入甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、硅丙树脂，加热至70～80℃，密封混炼20～40分钟，得混合物b；
（4）向混合物b中加入改性纳米金刚石、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂及阻燃剂，搅拌混合均匀，然后微波处理6分钟，再进行脱气处理，即得所述光伏组件专用封装材料。
其中，所述步骤（4）中脱气处理的时间为90分钟。
实施例3
本实施例涉及一种光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂22份、聚丙烯腈粉末27份、钛酸丁酯14份、聚醚多元醇15份、甲基乙氧基硅油7份、二氨基环己烷5.7份、改性纳米金刚石5份、硅丙树脂7份、光稳定剂2.5份、紫外线吸收剂1.6份、热稳定剂2.5份、阻燃剂3.9份。
其中，所述改性纳米金刚石的制备方法如下：
（1）选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰8的质量百分比注入浓度为82%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗4次，送入烘干室中加温到170℃进行干燥备用；
（2）将钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤（1）处理后的纳米金刚石一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为2000r/min，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发；
（3）取出步骤（2）所得的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石。
其中，所述光稳定剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯。
其中，所述聚醚多元醇选自聚醚三元醇3050。
其中，所述热稳定剂为铅盐稳定剂。
其中，所述阻燃剂为三聚氰胺。
一种制备所述光伏组件专用封装材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂，备用；
（2）将双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇一起置于反应釜中机械搅拌，边搅拌加热，加热至82℃，停止加热，继续搅拌70分钟，得混合物a；
（3）向混合物a中依次加入甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、硅丙树脂，加热至73℃，密封混炼25分钟，得混合物b；
（4）向混合物b中加入改性纳米金刚石、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂及阻燃剂，搅拌混合均匀，然后微波处理4分钟，再进行脱气处理，即得所述光伏组件专用封装材料。
其中，所述步骤（4）中脱气处理的时间为90分钟。
实施例4
本实施例涉及一种光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂28份、聚丙烯腈粉末31份、钛酸丁酯18份、聚醚多元醇20份、甲基乙氧基硅油8份、二氨基环己烷6.3份、改性纳米金刚石8份、硅丙树脂10份、光稳定剂3.6份、紫外线吸收剂2.1份、热稳定剂3.2份、阻燃剂4.3份。
其中，所述改性纳米金刚石的制备方法如下：
（1）选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰8的质量百分比注入浓度为85%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗4次，送入烘干室中加温到170℃进行干燥备用；
（2）将钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤（1）处理后的纳米金刚石一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为2000r/min，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发；
（3）取出步骤（2）所得的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石。
其中，所述光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸正十六酯。
其中，所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇diol-2000。
其中，所述热稳定剂为铅盐稳定剂。
其中，所述阻燃剂为三聚氰胺。
一种制备所述光伏组件专用封装材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂，备用；
（2）将双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇一起置于反应釜中机械搅拌，边搅拌加热，加热至85℃，停止加热，继续搅拌75分钟，得混合物a；
（3）向混合物a中依次加入甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、硅丙树脂，加热至75℃，密封混炼30分钟，得混合物b；
（4）向混合物b中加入改性纳米金刚石、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂及阻燃剂，搅拌混合均匀，然后微波处理5分钟，再进行脱气处理，即得所述光伏组件专用封装材料。
其中，所述步骤（4）中脱气处理的时间为90分钟。
实施例5
本实施例涉及一种光伏组件专用封装材料，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂25份、聚丙烯腈粉末30份、钛酸丁酯16份、聚醚多元醇18份、甲基乙氧基硅油7.7份、二氨基环己烷6.2份、改性纳米金刚石7份、硅丙树脂9份、光稳定剂3.1份、紫外线吸收剂1.8份、热稳定剂2.9份、阻燃剂4.2份。
其中，所述改性纳米金刚石的制备方法如下：
（1）选用粒径≤500nm的纳米金刚石，放入小型反应釜中，按纳米金刚石︰浓硫酸＝1︰8的质量百分比注入浓度为87%的浓硫酸进行酸洗，加热至70℃，保温3小时，然后滤去酸液，取出纳米金刚石，再用纯净水清洗4次，送入烘干室中加温到170℃进行干燥备用；
（2）将钛酸酯偶联剂和98%浓度的无水乙醇与步骤（1）处理后的纳米金刚石一起放入恒温水槽中边加热边高速搅拌，搅拌速度为2000r/min，水槽温度不超过80℃，搅拌1小时使之充分混合，对纳米金刚石进行表面改性处理，搅拌完成后，把水槽加热到100℃，使乙醇充分挥发；
（3）取出步骤（2）所得的纳米金刚石，放入烘箱内进行烘干，烘干温度为140℃，烘干时间为5小时，然后将烘干后的混合物在干燥室内静置24小时，进行干燥，最后使用球磨粉碎，粉碎1小时，使用600目筛网筛分，制成改性纳米金刚石。
其中，所述光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸正十六酯。
其中，所述聚醚多元醇选自聚醚三元醇330n。
其中，所述热稳定剂为稀土稳定剂。
其中，所述阻燃剂为氰尿酸三聚氰胺。
一种制备所述光伏组件专用封装材料的方法，包括以下步骤：
（1）按上述配方称取双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂，备用；
（2）将双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇一起置于反应釜中机械搅拌，边搅拌加热，加热至87℃，停止加热，继续搅拌85分钟，得混合物a；
（3）向混合物a中依次加入甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、硅丙树脂，加热至78℃，密封混炼35分钟，得混合物b；
（4）向混合物b中加入改性纳米金刚石、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂及阻燃剂，搅拌混合均匀，然后微波处理4分钟，再进行脱气处理，即得所述光伏组件专用封装材料。
其中，所述步骤（4）中脱气处理的时间为90分钟。
对比例
市售的双面涂覆阻燃背板压合一层普通eva的背部封装材料。
分被对实施例1～5所述的封装材料和对比例所述的材料性能进行测试，测试结果如下表：
从上述表格可以看出，本发明所述的封装材料具有很高的阻燃性，与封装层具有很大的粘结力，老化后附着力保持率高。
综上所述，本发明所述的光伏组件专用封装材料采用双酚a型环氧树脂、聚丙烯腈粉末、钛酸丁酯、聚醚多元醇、甲基乙氧基硅油、二氨基环己烷、改性纳米金刚石、硅丙树脂、光稳定剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂等作为原料，原料之间相互协同作用，不仅制造成本低，而且在满足抗紫外、抗老化、抗冲击、防火等光伏行业技术标准要求的前提下，同时，所述的光伏组件专用封装材料具有良好的储存稳定性，通过将其用于制造太阳能电池，能够通过缩短加工时间来实现低成本化。并且，该封装材料能够大幅减少起粒的产生且透明度良好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。