本发明属于包装复合制备原料技术领域，具体涉及一种红外反射聚烯烃薄膜及其制备方法和应用。
背景技术：
地球上接收到的太阳光线光谱按波长不同可以分为三大部分，各部分占有的总能量比例是不一样的，紫外区(uv)：280nm～380nm，占地球接收到的太阳总能量的5％；可见光区(vis)：380-780nm，占地球接收到的太阳总能量约45％；红外区(ir)：780nm-2500nm，占地球接收到太阳总能量的50％，其中大部分能量集中在780nm-1100nm，即短波近红外区范围内。太阳能电池就是吸收400-1100nm波长范围的太阳光产生电流，随着人们对节能环保要求，如何更高效率的利用太阳光能量成为光伏行业一直的研究方向。
目前市面上有白色背板、黑色背板和透明背板等，白色背板中含有二氧化钛能反射90％的可见光和红外光，能够有效的利用太阳光，并有效地降低组件温度，但是颜色过于单一。而透明背板的应用目前受限太多，所以黑色背板也越来越受到市场的青睐，但是现有的黑色背板中使用的颜料几乎全为炭黑，能够吸收几乎所有的可见光和红外光，导致组件升温降低发电效率。要提高黑色背板的反射率，不能提高可见光部分的反射率，否则就改变了背板的颜色，所以设计一种能够在红外区尤其是近红外区能够反射的背板尤为重要。
cn109713069a提供一种黑色高反射太阳能电池背板及其制备方法，包括由上至下依次设置的耐候层、粘结层、pet基体层和黑色功能涂料层。通过黑色功能涂料层，及不同反射率pet底材的选择，在取得美观效果的同时，红外波段也具有很高的反射率，增加了太阳热的反射效率，降低了组件温度，提高了电池片的发电效率。但是该黑色高反射太阳能电池背板使用功能涂层的背板水汽透过率和抗紫外性能有待于进一步提高。
cn110861376a公开了一种透明背板膜用聚烯烃膜及其制备方法。所述红外反射聚烯烃薄膜包括依次层叠的复合层、芯层和热封层；所述聚烯烃膜虽然具有很好的机械性能和加工性，还具有优异的抗紫外性、高透光性和绝缘性，与pet剥离强度高，与eva的粘结强度好。然而该透明背板膜用聚烯烃膜无法在红外区尤其是近红外区能够反射。
因此，开发一种能够在红外区尤其是近红外区能够反射的背板提高黑色背板的反射率显得尤为重要。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种红外反射聚烯烃薄膜及其制备方法和应用，所述红外反射聚烯烃薄膜在红外区具有很高的反射率，制成的背板在780-1100nm波段的反射率能达到40-60％，且具有优异的耐紫外性和阻水性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种红外反射聚烯烃薄膜，所述红外反射聚烯烃薄膜包括依次层叠的复合层、芯层和热封层；
所述复合层的制备原料包括：聚烯烃树脂和加工助剂；
所述芯层的制备原料包括：聚烯烃树脂、红外反射颜料、紫外光稳定剂和抗氧剂；
所述热封层的制备原料包括：聚烯烃树脂和加工助剂。
在本发明中，所述红外反射聚烯烃薄膜包括依次层叠的复合层、芯层和热封层，所述复合层为聚烯烃树脂层，复合层要与pet复合，要求有适度的表面张力，复合强度要足够高，同时提供较高水汽阻隔性能；中间的芯层为聚烯烃树脂、红外反射颜料和紫外光稳定剂的共混改性材料，使薄膜在红外区具有很高的反射率，且具有优异的耐紫外性和水汽阻隔性能，满足了太阳能电池组件在高湿地区下的安全稳定使用；热封层与复合层同样为聚烯烃树脂层，从而进一步保障了红外反射聚烯烃薄膜在红外区反射率的统一，而且聚烯烃树脂易进行封合且封合强度高。
优选地，所述红外反射聚烯烃薄膜的厚度为50-150μm。例如可以是50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm等。
优选地，所述复合层、芯层和热封层的厚度比为1:(2-3):(1-2)，优选为1:(2-3):1。
其中，“2-3”例如可以是2、2.2、2.4、2.6、2.8、3等；
其中，“1-2”例如可以是1、1.2、1.4、1.6、1.8、2等。
优选地，以所述复合层的制备原料的总质量为100％计，所述复合层的制备原料按质量百分含量计包括：聚烯烃树脂80-99.9％和加工助剂0.1-20％。
以所述复合层的制备原料的总质量为100％计，所述聚烯烃树脂的含量为80-99.9％，例如可以是80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、98％、99％、99.5％、99.9％等。
以所述复合层的制备原料的总质量为100％计，所述加工助剂的含量为0.1-20％，例如可以是0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.5％、3％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％等。
优选地，所述复合层的制备原料还包括红外反射颜料、紫外光稳定剂和抗氧剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述红外反射颜料的添加量占复合层的制备原料总质量的1-10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。
优选地，所述紫外光稳定剂的添加量占复合层的制备原料总质量的0.5-1％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。
优选地，所述抗氧剂的添加量占复合层的制备原料总质量的0.5-1％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。
优选地，以所述芯层的制备原料质量为100％计，所述芯层的制备原料包括：聚烯烃树脂75-95％、红外反射颜料1-20％、紫外光稳定剂0.5-5％和抗氧剂0.5-1％。
以所述芯层的制备原料质量为100％计，所述聚烯烃树脂的含量为75-95％，例如可以是75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％等。
以所述芯层的制备原料质量为100％计，所述红外反射颜料的含量为1-20％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％等。
以所述芯层的制备原料质量为100％计，所述紫外光稳定剂的含量为0.5-5％，例如可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％等。
以所述芯层的制备原料质量为100％计，所述抗氧剂的含量为0.5-1％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。
优选地，以所述热封层的制备原料质量为100％计，以所述热封层的制备原料质量为100％计，所述热封层的制备原料按质量百分含量计包括：聚烯烃树脂60-99.9％和加工助剂0.1-40％。
以所述热封层的制备原料质量为100％计，所述聚烯烃树脂的含量为60-99.9％，例如可以是60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.9％等。
以所述热封层的制备原料质量为100％计，所述加工助剂的含量为0.1-40％，例如可以是0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％等。
优选地，所述热封层的制备原料还包括红外反射颜料、紫外光稳定剂或抗氧剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述红外反射颜料的添加量占热封层的制备原料总质量的1-10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。
优选地，所述紫外光稳定剂的添加量占热封层的制备原料总质量的0.5-1％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。
优选地，所述抗氧剂的添加量占热封层的制备原料总质量的0.5-1％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％等。
优选地，所述复合层、芯层和热封层的制备原料中的聚烯烃树脂独立地选自线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或茂金属聚乙烯中的任意一种或至少两种的组合，优选为线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的组合或茂金属聚乙烯和低密度聚乙烯的组合。
优选地，所述聚烯烃树脂选自线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的组合，所述线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的质量比为(6-9):(1-4)；
其中，“6-9”例如可以是6、6.5、7、7.5、8、8.5、9等；
其中，“1-2”例如可以是1、1.2、1.4、1.6、1.8、2等。
优选地，所述聚烯烃树脂选自茂金属聚乙烯和低密度聚乙烯的组合，所述茂金属聚乙烯和低密度聚乙烯的质量比为(6-9):(1-4)；
其中，“6-9”例如可以是6、6.5、7、7.5、8、8.5、9等；
其中，“1-4”例如可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4等。
优选地，所述聚烯烃树脂的熔融指数为1-5g/10min，例如可以是1g/10min、1.5g/10min、2g/10min、2.5g/10min、3g/10min、3.5g/10min、4g/10min、4.5g/10min、5g/10min等。
优选地，所述复合层和热封层的制备原料中的加工助剂独立地选自ppa助剂和/或开口剂。
优选地，所述开口剂为二氧化硅开口剂。
优选地，所述复合层、芯层和热封层的制备原料中的红外反射颜料独立地选自
优选地，所述复合层、芯层和热封层的制备原料中的紫外光稳定剂独立地选自uv3529和/或光稳定剂622。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的红外反射聚烯烃薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合层、芯层和热封层的制备原料分别进行共混，分别得到得到复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子；
(2)将步骤(1)得到的复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子进行熔融塑化，挤出、定型，得到所述红外反射聚烯烃薄膜。
优选地，步骤(1)所述共混在双螺杆挤出机进行。
优选地，步骤(1)所述共混的温度为150-250℃，例如可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃等。
优选地，步骤(2)所述熔融塑化采用多层共挤出流延设备和/或吹膜设备进行。
优选地，步骤(2)所述熔融塑化的温度为170-250℃，例如可以是170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃等。
优选地，步骤(2)所述定型为冷却定型。
优选地，步骤(2)后还包括步骤(3)：将所述红外反射聚烯烃薄膜进行电晕处理，收卷缠绕得到成品。
优选地，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合层、芯层和热封层的制备原料分别分别进行混合后，再经双螺杆挤出机在150-250℃下进行共混改性造粒，分别得到复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子；
(2)将步骤(1)得到的复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子经多层共挤出流延设备和/或吹膜设备于170-250℃条件下熔融塑化，经模头挤出，冷却定型，得到所述红外反射聚烯烃薄膜；
(3)将步骤(2)得到的红外反射聚烯烃薄膜进行电晕处理，收卷缠绕得到成品。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的红外反射聚烯烃薄膜在制备太阳能电池黑色背板膜中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述红外反射聚烯烃薄膜在红外区具有很高的反射率，制成的背板在780-1100nm波段的反射率能够达到40-60％，且具有优异的耐紫外性，其耐紫外性能高达330kwh/m2以上，以及优异的阻水性能，水蒸气透过率仅为2-5g/(m2·24h)。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实施例中各组分原料的来源如下所示：线性低密度聚乙烯(赛科ll0220aa)、低密度聚乙烯(2420h中壳)、茂金属聚乙烯(m4707ep)、ppa助剂(7m1813)。
实施例1
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，所述红外反射聚烯烃薄膜包括依次层叠的复合层、芯层和热封层，所述聚烯烃膜厚度为70μm，复合层厚度为20μm，芯层厚度为30μm，热封层厚度为20μm，各层制备原料具体包括以下成分：
本实施例提供的红外反射聚烯烃薄膜制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合层、芯层和热封层的制备原料分别放入高速混合机中混合均匀，再分别经双螺杆挤出机在180℃下进行共混改性造粒，得到复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子；
(2)将步骤(1)得到的复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子在多层共挤出流延设备中230℃条件下熔融塑化后，经过模头挤出，冷却定型，得到所述红外反射聚烯烃薄膜；
(3)将步骤(2)得到的红外反射聚烯烃薄膜进行电晕处理，收卷缠绕得到成品。
实施例2
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，所述红外反射聚烯烃薄膜包括依次层叠的复合层、芯层和热封层，所述聚烯烃膜厚度为60μm，复合层厚度为15μm，芯层厚度为30μm，热封层厚度为15μm，各层制备原料具体包括以下成分：
本实施例提供的红外反射聚烯烃薄膜制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合层、芯层和热封层的制备原料分别放入的高速混合机中混合均匀，再分别经双螺杆挤出机在200℃下进行共混改性造粒，得到复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子；
(2)将步骤(1)得到的复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子在多层共挤出流延设备中230℃条件下熔融塑化后，经过模头挤出，冷却定型，得到所述红外反射聚烯烃薄膜；
(3)将步骤(2)得到的红外反射聚烯烃薄膜进行电晕处理，收卷缠绕得到成品。
实施例3
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，所述红外反射聚烯烃薄膜包括依次层叠的复合层、芯层和热封层，所述聚烯烃膜厚度为100μm，复合层厚度为25μm，芯层厚度为50μm，热封层厚度为25μm，各层制备原料具体包括以下成分：
本实施例提供的红外反射聚烯烃薄膜制备方法包括以下步骤：
(1)将所述复合层、芯层和热封层的制备原料分别放入高速混合机中混合均匀，再经双螺杆挤出机在250℃下进行共混改性造粒，得到复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子；
(2)将步骤(1)得到的复合层复配粒子、芯层复配粒子和热封层复配粒子在多层共挤出吹膜设备中190℃条件下熔融塑化后，经过模头挤出，冷却定型，得到所述红外反射聚烯烃薄膜；
(3)将步骤(2)得到的红外反射聚烯烃薄膜进行电晕处理，收卷缠绕得到成品。
实施例4
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述复合层厚度为15μm，芯层厚度为40μm，热封层厚度为15μm，各层制备原料含量及制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，将所述复合层的制备原料中的茂金属聚乙烯替换为线性低密度聚乙烯，将所述热封层的制备原料中的茂金属聚乙烯也替换为线性低密度聚乙烯，各层其他制备原料含量及制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，将所述芯层的制备原料中的线性低密度聚乙烯替换为茂金属聚乙烯，各层其他制备原料含量及制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述复合层厚度为10μm，芯层厚度为50μm，热封层厚度为10μm，各层制备原料含量及制备方法同实施例1。
实施例8
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述复合层厚度为20μm，芯层厚度为20μm，热封层厚度为30μm，各层制备原料含量及制备方法同实施例1。
实施例9
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述红外反射聚烯烃薄膜的每层的制备原料聚烯烃树脂中均不添加茂金属聚乙烯或线性低密度聚乙烯，仅添加低密度聚乙烯，即所述复合层中含低密度聚乙烯93.5％，所述芯层中含低密度聚乙烯89.5％，所述热封层中含低密度聚乙烯92.5％，各层其他制备原料含量及制备方法同实施例1。
实施例10
本实施例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述红外反射聚烯烃薄膜的每层的制备原料聚烯烃树脂中均不添加低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，仅添加茂金属聚乙烯，即所述复合层中含茂金属聚乙烯93.5％，所述芯层中含茂金属聚乙烯89.5％，所述热封层中含茂金属聚乙烯92.5％，各层其他制备原料含量及制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述芯层不含红外反射颜料，所述线性低密度聚乙烯含量为70％，各层其他制备原料含量及制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述芯层不含紫外光稳定剂，所述线性低密度聚乙烯含量为60.5％，各层其他制备原料含量及制备方法同实施例1。
对比例3
本对比例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述复合层、芯层和热封层全都不含紫外光稳定剂，所述聚烯烃膜厚度为70μm，复合层厚度为20μm，芯层厚度为30μm，热封层厚度为20μm，各层制备原料具体包括以下成分：
本对比例提供的红外反射聚烯烃薄膜制备方法同实施例1。
对比例4
本对比例提供一种红外反射聚烯烃薄膜，与实施例1的区别仅在于，所述复合层、芯层和热封层全都不含红外反射颜料，所述聚烯烃膜厚度为70μm，复合层厚度为20μm，芯层厚度为30μm，热封层厚度为20μm，各层制备原料具体包括以下成分：
本对比例提供的红外反射聚烯烃薄膜制备方法同实施例1。
试验例1
背板性能测试
在250μm厚的反射率为90％的pet其中一侧涂布胶水，复合25μm厚的的聚氟乙烯(pvf薄膜)；另一侧也涂布胶水，复合上述实施例1-10制备的聚烯烃薄膜和对比例1-4制备的聚烯烃薄膜，经熟化后得到太阳能电池背板，测其性能。其中，反射率：按iec62805-2的规定检测，水蒸气透过率：按照gb/t26253的规定检测，紫外老化测试设备条件为：光伏行业标准紫外试验箱，紫外光谱分布符合iec61215相关规定，测试温度65℃。背板性能具体测试结果如表1所示。
表1
由表1的测试数据可知，本发明所述红外反射聚烯烃薄膜制成的背板在780-1100nm波段的反射率能达到40-60％，且具有优异的耐紫外性，其耐紫外性能高达330kwh/m2，以及优异的阻水性能，水蒸气透过率为2-5g/(m2·24h)。
由实施例1与实施例5、6的对比可知，本发明所述红外反射聚烯烃薄膜复合层、芯层和热封层的聚烯烃树脂均采用茂金属聚乙烯和低密度聚乙烯复配时，其制成的背板水蒸气透过率下降明显，阻水能力得到显著提升。由实施例1与实施例7、8的对比可知层厚比会导致红外反射率和水蒸气透过率性能的波动。由实施例1与实施例9的对比可知，仅使用低密度聚乙烯制备得到的红外反射聚烯烃薄膜，其制成的背板水蒸气透过率为5.6g/(m2·24h)，阻水性能较差。由实施例1与实施例10的对比可知，不含低密度聚乙烯制备而成的背板，其在780-1100nm波段的反射率的平均值虽然能达到40％，但由于红外反射颜料分散不均匀，导致薄膜外观不光洁，当在该红外反射聚烯烃薄膜取不同点时的测得的反射率不一致。由实施例1与对比例1和4的对比可知，缺少红外反射颜料，制成的背板在780-1100nm波段的反射率明显下降。由实施例1与对比例2和3的对比可知，缺少紫外光稳定剂，制成的背板耐紫外性能下降明显。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的红外反射聚烯烃薄膜及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。