本发明涉及家用电器材料的技术领域，具体涉及一种家用电器用pc阻燃复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚碳酸树脂(pc)是一种综合性能优越的工程塑料，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料之一，具有优异的冲击韧性、尺寸稳定性、电气绝缘性、耐候性和无毒性等优点。基于pc材料的优异性能，现今已广泛应用于家用电器、汽车、办公设备、医疗保健等多个领域。在家用电器用pc材料生产中，常常需要添加其他辅助材料，如玻璃纤维、光屏蔽剂、绝缘剂等，从而达到实际生产中需要的各项性能指标要求。
二氧化钛作为一种性能优异的无机紫外光屏蔽剂和吸收剂，不仅能够散射进入材料内部的紫外光，而且还可通过电子跃迁有效吸收紫外光能量，在高分子材料的耐紫外光老化改性领域已获得广泛应用。而纳米二氧化钛基于其较大的表面积，可以增加与紫外光的接触面积，使其光屏蔽性大大提高。而纳米二氧化钛中晶型最稳定的金红石型纳米二氧化钛也被逐渐应用。
现有技术中，已有将二氧化钛添加到家用电器用pc复合材料中，以提高家用电器用pc复合材料的光屏蔽性。如公告号为cn103408914b的中国发明专利公开了一种用于家用电器的改性pc复合材料及制备方法，其家用电器的改性pc复合材料的配方为：pc：78份、mbs：7份、二氧化钛：5份、玻璃纤维：8份、无卤阻燃剂fr-2025：0.2份、抗滴落剂ptfe：0.3份、抗氧剂1076：0.2份、光稳定剂770：0.2份、偶联剂pets：0.8份。其家用电器的改性pc复合材料的制备方法为：(1)先将pc放入烘箱在120℃烘240分钟，之后将pc、mbs、tio2按照规定质量份数加入到高速混合机混料，搅拌均匀之后，加入规定质量份数的阻燃剂、抗滴落剂、抗氧剂、光稳定剂和偶联剂后，混合均匀；(2)将上述物料加入到双螺杆挤出机中,挤出过程中在玻璃纤维口处加入处理后的玻璃纤维进行挤出；其中，双螺杆挤出机各区温度为，一段：210-215℃；二段：230-245℃；三段：240-255℃；机头220-230℃；挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机造粒。
通过上述工艺，能够制备光屏蔽性提高的家用电器用pc复合材料。但是受二氧化钛自身性质的影响，使上述工艺存在如下缺陷：二氧化钛受其制备方法的影响，其颗粒表面带有大量羟基而显亲水性，导致二氧化钛在家用电器用pc复合材料内部容易团聚和分相，使家用电器用pc复合材料各部分的光屏蔽性不均一。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种家用电器用pc阻燃复合材料，能够使原料中的纳米二氧化钛分布均匀，从而提高家用电器用pc复合材料的光屏蔽性的均匀度。
本发明的第二个目的在于提供一种家用电器用pc阻燃复合材料的制备方法。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其由包含以下重量份的原料配制而成：pc61.9-76.6％、玻璃纤维8-12％、光屏蔽剂0.1-2％、阻燃剂0.3-0.5％、增韧剂0.2-0.8％、抗氧剂5-10％、光稳定剂0.3-0.8％、偶联剂0.5-2.0％、绝缘剂4-15％；所述光屏蔽剂为有机改性纳米金红石型二氧化钛。
通过采用上述技术方案，二氧化钛表面带有大量的羟基，表现为亲水性，在家用电器用pc阻燃复合材料内部易团聚，使其分布不均；本发明采用有机改性纳米金红石型二氧化钛，通过在纳米金红石型二氧化钛表面进行有机改性，使纳米金红石型二氧化钛由原来的亲水性转变为疏水性，根据相似相溶原理，有机改性纳米金红石型二氧化钛可以均匀分布在家用电器用pc阻燃复合材料内，从而使家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性提高并且比较均一。
作为优选方案，所述原料的重量份为pc64-68％、玻璃纤维10-11％、有机改性纳米金红石型二氧化钛0.7-1％、阻燃剂0.3-0.4％、增韧剂0.3-0.5％、抗氧剂7-9％、光稳定剂0.5-0.6％、偶联剂1-1.7％；绝缘剂10-14％。
通过采用上述技术方案，有机改性纳米金红石型二氧化钛的添加量在0.7-1％的范围内时，家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性最好，有机改性纳米金红石型二氧化钛的添加量大于1％时，对应的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性无明显增加。
作为优选方案，所述有机改性纳米金红石型二氧化钛为硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂a151通过共价键与纳米金红石型二氧化钛表面的羟基反应，实现对纳米金红石型二氧化钛的有机改性。
作为优选方案，所述硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛通过以下步骤制得：1)以去离子水为溶剂，配制浓度为2-5mol/l的钛酸四丁酯溶液；
2)在3-5mol/l的硝酸溶液中，以每小时150-200ml的速度滴加步骤1)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后反应4-6h，得到悬浮液a，滴加的钛酸四丁酯溶液与硝酸溶液的体积比为1:1-1:3；
3)在步骤2)得到的悬浮液a中通过添加氨水将悬浮液a的ph调节至2-3，然后加入体积为悬浮液a体积7-10倍的无水乙醇，得到混合液b；
4)在步骤3)的混合液b中，以150-200ml的速度滴加硅烷偶联剂a-151，滴加的硅烷偶联剂a-151的量与钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯的固含量比为1:1，边滴加边搅拌，滴加完毕后，继续搅拌反应2-3h，然后离心得到沉淀a；
5)将沉淀a进行洗涤，然后进行干燥，即可得到硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛。
通过采用上述技术方案，在酸性条件下滴加钛酸四丁酯溶液，钛酸四丁酯在酸性条件下进行水解形成金红石型二氧化钛，然后在纳米金红石型二氧化钛的悬浮液中添加硅烷偶联剂a-151，可以硅烷偶联剂a-151与纳米金红石型二氧化钛表面的羟基反应，使纳米金红石型二氧化钛进行改性。
作为优选方案，将所述步骤5)中的沉淀a先用去离子水进行洗涤2-3次，然后用无水乙醇进行洗涤2-3次，然后在50-70℃下进行干燥即可得到硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛。
通过采用上述方案，通过用乙醇洗涤，可将去离子水进行置换，再将无水乙醇进行烘干即可，无水乙醇比水较易烘干，可节省烘干时间。
作为优选方案，所述步骤2)中的反应温度为45-60℃。
通过采用上述方案，温度过低时，反应速度过慢，温度过高时，硝酸分解过快，不利于酸性条件的维持，并且造成硝酸的浪费。
本发明的第二个目的是提供一种家用电器用pc阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将pc、玻璃纤维、光屏蔽剂、阻燃剂、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂和绝缘剂混合均匀，形成混合料a；
2)将步骤1)中的混合料a在260-280℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得家用电器用pc复合材料。
通过采用上述技术方案，先将家用电器用pc阻燃复合材料的各个原料进行混匀，再将混匀后的混合料a经熔融混炼挤出、冷却造粒，可制得家用电器用pc复合材料。
作为优选方案，在步骤1)中对玻璃纤维进行如下预处理：
以无水乙醇为溶剂，配制偶联剂溶液，所述无水乙醇与所述偶联剂的体积比为1:1，随后，将玻璃纤维放置在配制好的偶联剂溶液中浸泡1h，玻璃纤维与偶联剂的质量比为98:2，随后将其在100℃下烘干即可。
通过采用上述技术方案，通过对玻璃纤维的预处理，可以对玻璃纤维表面带有偶联剂，使玻璃纤维较容易分散在pc阻燃复合材料中。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)通过添加硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛制备的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性良好；在添加的添加硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛中的二氧化钛固含量为80.1％时，其对应的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性可达到6.6％，与现有技术相比，二氧化钛的添加量减少，并且其光屏蔽性有较明显的提高。
(2)本发明采用的光屏蔽剂随着加入量增加，其光屏蔽性呈上升趋势，但在加入量到达1％以上时，其对应的家用电器用pc复合材料的光屏蔽性增加不明显，在光屏蔽剂添加量为1％的光屏蔽性效果最佳，并且光屏蔽剂在家用电器用pc复合材料内分布均匀，使家用电器用pc复合材料的各个部分的光屏蔽性比较均匀，有利于提高家用电器用pc复合材料的品质。
(3)在酸性条件下滴加钛酸四丁酯溶液，钛酸四丁酯在酸性条件下进行水解形成金红石型二氧化钛，并且在水解后形成的金红石型二氧化钛悬浮液中直接加入硅烷偶联剂a151进行改性，可以减少将金红石型二氧化钛与分散剂分离再分散进行改性的步骤，在制备时间上大大减少。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
原料
本发明的光屏蔽剂采用有机改性金红石型纳米二氧化钛，通过硅烷偶联剂a151对金红石型纳米二氧化钛进行改性，其制备步骤如制备例1-3所示；阻燃剂采用fr-2025，选自东莞市星原化工有限公司；增韧剂tfl-205h，选自南京福聚化工有限公司；抗氧剂采用抗氧剂1076，选自上海凯茵化工；光稳定剂采用770，选自上海凯茵化工；偶联剂采用kh560，选自曲阜晨光化工有限公司；绝缘剂采用聚四氟乙烯，选自永工密封件有限公司。
制备例1
有机改性金红石型纳米二氧化钛，即硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛的制备：
1)以去离子水为溶剂，配制浓度为2mol/l的钛酸四丁酯溶液；
2)在浓度为3mol/l的硝酸溶液中以每小时150ml的速度滴加步骤1)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后搅拌反应4h，得到悬浮液a，钛酸四丁酯溶液与硝酸溶液的体积比为1:1，其中反应温度为45℃；
3)在步骤2)中的悬浮液a中通过添加质量浓度为25％的浓氨水将悬浮液a的ph调节至2，然后加入体积为悬浮液a体积7倍的无水乙醇，得到混合液b；
4)在步骤3)的混合液b中，以150ml的速度滴加硅烷偶联剂a-151，硅烷偶联剂a-151的质量与钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯的质量比为1:1，边滴加边搅拌，滴加完毕后，继续搅拌反应2h，在转速为4000r/min的转速下离心5min，得到沉淀a；
5)将沉淀a用去离子水和无水乙醇依次洗涤3次，50℃下进行烘干后，得到有机改性金红石型纳米二氧化钛，即硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛。
制备例2
有机改性金红石型纳米二氧化钛，即硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛的制备：
1)以去离子水为溶剂，配制浓度为2.5mol/l的钛酸四丁酯溶液；
2)在浓度为4mol/l的硝酸溶液中以每小时170ml的速度滴加步骤1)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后搅拌反应6h，得到悬浮液a，钛酸四丁酯溶液与硝酸溶液的体积比为1:2，其中反应温度为50℃；
3)在步骤2)中的悬浮液a中通过添加质量浓度为25％的浓氨水将悬浮液a的ph调节至2.5，然后加入体积为悬浮液a体积8.5倍的无水乙醇，得到混合液b；
4)在步骤3)的混合液b中，以170ml的速度滴加硅烷偶联剂a-151，硅烷偶联剂a-151的质量与钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯的质量比为1:1，边滴加边搅拌，滴加完毕后，继续搅拌反应2.5h，在转速为5000r/min的转速下离心5min，得到沉淀a；
5)将沉淀a用去离子水和无水乙醇依次洗涤3次，60℃下进行烘干后，得到有机改性金红石型纳米二氧化钛，即硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛。
制备例3
有机改性金红石型纳米二氧化钛，即硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛的制备：
1)以去离子水为溶剂，配制浓度为5mol/l的钛酸四丁酯溶液；
2)在浓度为5mol/l的硝酸溶液中以每小时200ml的速度滴加步骤1)中的钛酸四丁酯溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后搅拌反应5h，得到悬浮液a，钛酸四丁酯溶液与硝酸溶液的体积比为1:3，其中反应温度为60℃；
3)在步骤2)中的悬浮液a中通过添加质量浓度为25％的浓氨水将悬浮液a的ph调节至3，然后加入体积为悬浮液a体积10倍的无水乙醇，得到混合液b；
4)在步骤3)的混合液b中，以200ml的速度滴加硅烷偶联剂a-151，硅烷偶联剂a-151的质量与钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯的质量比为1:1，边滴加边搅拌，滴加完毕后，继续搅拌反应3h，在转速为6000r/min的转速下离心5min，得到沉淀a；
5)将沉淀a用去离子水和无水乙醇依次洗涤2次，70℃下进行烘干后，得到有机改性金红石型纳米二氧化钛，即硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛。
硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛中二氧化钛的固含量为80.1％，其测定方法如下：
1)将硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛在240℃下进行煅烧2h；
2)硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛煅烧后的质量为硅烷偶联剂a151改性金红石型纳米二氧化钛中二氧化钛的固含量；
玻璃纤维的预处理：
以无水乙醇为溶剂，配制偶联剂溶液，这里偶联剂采用kh560，无水乙醇与硅烷偶联剂的体积比为1:1，随后，将玻璃纤维放置在配制好的硅烷偶联剂溶液中浸泡1h，玻璃纤维与偶联剂的质量比为98:2，随后将其在100℃下，烘干5h。
实施例1
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其实施例1各组分含量见表1中所示，实施例1的制备步骤具体为：
1)将pc、玻璃纤维、光屏蔽剂、阻燃剂、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂和绝缘剂混合均匀，形成混合料a，光屏蔽剂采用制备例1中的有机改性金红石型纳米二氧化钛；
2)将步骤1)中的混合料a加入双螺旋挤出机中，在260℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒，即得家用电器用pc复合材料。
实施例2
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其实施例2各组分含量见表1中所示，光屏蔽剂采用制备例2中的有机改性金红石型纳米二氧化钛，实施例2的制备步骤与实施例1的不同之处在于，混合料a的熔融温度为270℃。
实施例3
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其实施例3各组分含量见表1中所示，光屏蔽剂采用制备例3中的有机改性金红石型纳米二氧化钛，实施例3的制备步骤与实施例1的不同之处在于，混合料a的熔融温度为280℃。
实施例4
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其实施例4各组分含量见表1中所示，光屏蔽剂采用制备例2中的有机改性金红石型纳米二氧化钛，实施例4的制备步骤与实施例1的不同之处在于，混合料a的熔融温度为275℃。
实施例5
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其实施例5各组分含量见表1中所示，光屏蔽剂采用制备例3中的有机改性金红石型纳米二氧化钛，实施例5的制备步骤与实施例1的不同之处在于，混合料a的熔融温度为270℃。
实施例6-9
一种家用电器用pc阻燃复合材料，其实施例6-9各组分含量见表1中所示，光屏蔽剂采用制备例2中的有机改性金红石型纳米二氧化钛，实施例6-9的制备步骤与实施例4相同。
表1实施例1-9中家用电器用pc阻燃复合材料的原料组成及含量
对比例1
对比例1的家用电器用pc阻燃复合材料，其各组分含量如实施例4所示，与实施例4的组分含量的不同之处在于，将硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛更换为硅烷偶联剂a151，硅烷偶联剂a151的量与添加的有机改性纳米金红石型二氧化钛的量相同。对比例1的加工操作步骤与实施例4相同。
对比例2
对比例3的家用电器用pc阻燃复合材料，其各组分含量如实施例4所示，与实施例4的组分含量的不同之处在于，将硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛更换为纳米金红石型二氧化钛，纳米金红石型二氧化钛的量与添加的有机改性纳米金红石型二氧化钛中二氧化钛的固含量相同。对比例3的加工操作步骤与实施例4相同。
对比例3
对比例2的家用电器用pc阻燃复合材料，其各组分含量如实施例4所示，与实施例4的组分含量的不同之处在于，硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛的添加量为0。对比例2的加工操作步骤与实施例4相同。
对比例4
公告号为cn103408914b的中国发明专利中的实施例3的家用电器用pc阻燃复合材料。
性能检测试验
分别对实施例1-9和对比例1-4中的家用电器用pc阻燃复合材料进行取样，且进行如下测试，其测试数据如表2所示。
拉伸强度：按照astm/d638进行测试。
弯曲强度：按照astm/d790进行测试。
断裂伸长率：按照astm/d638进行测试。
悬臂梁缺口冲击强度：astm/d256进行测试。
透光率：按照gb2140-80中的方法进行测试。
表2实施例1-9及对比例1-4中家用电器用pc阻燃复合材料的检测结果
从表2中的数据可以看出，添加硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛制备的家用电器用pc阻燃复合材料与对比例4中添加二氧化钛制备的家用电器用pc阻燃复合材料相比，添加硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛制备的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性大大提高。并且对比例4中添加的二氧化钛在达到4％后，其光屏蔽性为30％，本发明添加的硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛中二氧化钛的固含量为80.1％，硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛的添加量为1％时，其光屏蔽性达到了6％。并且添加硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛制备的家用电器用pc阻燃复合材料的拉伸强度、弯曲强度、断裂伸长率、悬臂梁缺口冲击强度等均达到合格。
从实施例1和实施例6的数据可以看出，分别添加制备例1和制备例2中的硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛，对应的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性无明显区别；从实施例3和实施例8的数据可以看出，分别添加制备例3和制备例2中的硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛，对应的家用电器用pc阻燃复合材料在光屏蔽性上无明显区别。说明制备例1-3得到的硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛在性质上无明显区别。
从实施例4和实施例6-9的数据可以看出，随着添加的硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛的量的增加，对应的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性呈上升趋势。从实施例4和实施例9的数据来看，添加的硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛的量达到1％以后，对应的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性提高幅度无明显增大。
从对比例1和对比例3的数据来看，硅烷偶联剂a151对家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性无明显影响。从对比例2和对比例3的数据可以看出，纳米金红石型二氧化钛是影响家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性的主要因素。从实施例4和对比例2的数据可以看出，与添加纳米金红石型二氧化钛相比，添加硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛制备的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性明显提高。从而说明本发明的家用电器用pc阻燃复合材料的光屏蔽性的提高是由于二氧化钛在家用电器用pc阻燃复合材料内部分布均匀导致，与硅烷偶联剂a151改性纳米金红石型二氧化钛中的硅烷偶联剂a151无关。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。