本應(yīng)用涉及木塑復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種增強(qiáng)竹塑復(fù)合材料相容性的應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

竹塑復(fù)合材料(bambooplasticcomposite,簡(jiǎn)稱bpc)兼具竹材和塑料的特點(diǎn)，質(zhì)量輕、尺寸穩(wěn)定、綠色環(huán)保，同時(shí)具備耐水耐候等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于普通物流器具和鋪裝板材為主的初級(jí)產(chǎn)品；戶外景觀和內(nèi)飾材料為主的中級(jí)產(chǎn)品以及精細(xì)化整體部件、重型結(jié)構(gòu)型部件和集約化成套建筑為主的高級(jí)產(chǎn)品。

然而竹材極具親水性的表面和具有疏水性表面的熱塑性塑料復(fù)合時(shí)，最大的難點(diǎn)就是克服界面相容性問題。目前增加界面相容性（以下簡(jiǎn)稱增容）的常用方法是用物理和化學(xué)方法對(duì)原料表面進(jìn)行改性，但在提高復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，也會(huì)降低竹塑復(fù)合材料的性能。偶聯(lián)劑的引入，為竹塑復(fù)合界面改性提供了新方向，常用偶聯(lián)劑有鋁酸酯、鈦酸酯、馬來酸酐等。但這些偶聯(lián)劑加入的同時(shí)還各種添加助劑的加入以及嚴(yán)格的反應(yīng)條件限制，因而此類改性方法往往制備過程的復(fù)雜，反應(yīng)條件苛刻。

海洋作為地球資源最豐富的區(qū)域，其數(shù)量驚人的生物種類為人類篩選新型的生物材料提供了可能。貽貝（mussel）可自身分泌某種特殊物質(zhì)使個(gè)體牢固的附著在海水中的礁體、船只等各種固體表面。海洋貝內(nèi)這種高強(qiáng)度、高韌性、高耐水及粘附多樣性、生物相容性的特點(diǎn)最初被應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。而隨著技術(shù)的不斷成熟，這種物質(zhì)目前已大量用于海洋工程、生物醫(yī)藥、表面化學(xué)等領(lǐng)域粘合劑與涂層材料研發(fā)?；诤Ｑ筘愵惻c巖石等固體材料間的超強(qiáng)粘附現(xiàn)象與竹塑復(fù)合材料界面膠合需求的高度契合，以及眾多領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，為海洋貝類超強(qiáng)粘附的關(guān)鍵功能單元多巴放生衍生物多巴胺在竹塑復(fù)合材料上的應(yīng)用提供了充分的理論依據(jù)。

多巴胺（dopamine，3,4-二羥基苯丙胺），多巴的兒茶酚衍生物，多巴胺具有多巴的鄰苯二酚基官能團(tuán)，具有很高的反應(yīng)活性，既可以作為接枝改性的起點(diǎn)，與各類基體材料形成化學(xué)鏈接，也可以作為一個(gè)二次反映平臺(tái)。當(dāng)與極性、親水的高表面能基材（如植物纖維、玻璃、金屬）作用時(shí)，多巴分子呈現(xiàn)出酚羥基、氨基親近基材，而苯環(huán)、碳?xì)浠鶊F(tuán)遠(yuǎn)離基材的構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)良好的浸潤(rùn)；而與低非極性、疏水的低表面能基材（如高密度聚乙烯hdpe、聚丙烯pp、聚氯乙烯pvc）作用時(shí)，多巴分子則呈現(xiàn)出苯環(huán)、碳?xì)浠鶊F(tuán)親近基材，酚羥基、氨基遠(yuǎn)離基材的構(gòu)象，同樣實(shí)現(xiàn)良好的浸潤(rùn)。

所以將多巴胺引入到竹粉/高密度聚乙烯復(fù)合材料（hdpe）有望成為克服竹塑復(fù)合材料界面相容性問題的一個(gè)新的解決方案，實(shí)現(xiàn)竹塑復(fù)合材料產(chǎn)品性能的有效提升。

但因?yàn)槎喟桶纷陨淼娜芙庑院头€(wěn)定性尚存不足，因此本發(fā)明采用多巴胺衍生物鹽酸多巴胺，該物質(zhì)性能更穩(wěn)定，使用操作更加簡(jiǎn)便，成本相對(duì)較低，具有更好的實(shí)現(xiàn)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于技術(shù)背景中提出的問題，本發(fā)明提出了引入鹽酸多巴胺改性竹粉，并與高密度聚乙烯和潤(rùn)滑劑高速混合造粒，利用鹽酸多巴胺特殊的化學(xué)構(gòu)造在在極性、親水表面與非極性、疏水表面進(jìn)行構(gòu)想調(diào)節(jié)，從而達(dá)到增加竹塑界面相容性的目的，提升了產(chǎn)品性能。

本發(fā)明提出一種基于多巴胺增強(qiáng)的竹塑復(fù)合材料的制備方法。其中，竹粉原料粒徑約60目，竹粉與高密度聚乙烯質(zhì)量配比為1:1或3:2，鹽酸多巴胺添加量為竹粉的0.2-0.5wt%，此外，體系中還伴隨添加1%潤(rùn)滑劑。采用共混改性、擠出造粒、模壓成型“三步法”制備復(fù)合材料。原料高速混合20min，雙螺桿擠出機(jī)五區(qū)溫度分別設(shè)置為130℃、140℃、145℃、145℃、135℃，造粒機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速20r/min，加料速度12r/min，熱壓溫度170℃，壓力4mpa熱壓機(jī)上熱壓9分鐘，再經(jīng)過冷壓壓力4mpa，冷壓時(shí)間12分鐘壓出復(fù)合材料板材。

本發(fā)明有益效果。

本發(fā)明依托海洋貝類超強(qiáng)粘附的特性契合竹塑復(fù)合材料界面相容性提升的需求，基于生物啟發(fā)式的增容構(gòu)想，通過多巴胺類物質(zhì)鹽酸多巴胺實(shí)現(xiàn)了竹塑復(fù)合材料的增容效果，對(duì)提升復(fù)合材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)具有很大意義。

利用鹽酸多巴胺改性竹粉制備的竹塑復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度提高明顯，拉伸模量和彎曲模量也有一定幅度的提升，材料的抵抗形變能力變強(qiáng)，其中當(dāng)鹽酸多巴胺的添加量在0.5wt%時(shí)，彎曲模量比對(duì)照組提高了多達(dá)27.78%，對(duì)竹塑復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性的提高有明顯效果。材料性能經(jīng)測(cè)試滿足ly/t2565-2015標(biāo)準(zhǔn)。

具體實(shí)施方式。

本發(fā)明以鹽酸多巴胺為改性劑，制備竹粉／高密度聚乙烯復(fù)合材料。技術(shù)路線見附圖１。

（1）材料。

竹粉：60目，來自毛竹，竹材加工剩余物經(jīng)粉碎研磨獲取，購(gòu)于德清縣林牌木粉有限公司。在在105℃條件下風(fēng)干8h，保持含水率3%以內(nèi)。

高密度聚乙烯(hdpe):：5000s，密度0.95g/cm3，熔融溫度131℃。

鹽酸多巴胺：購(gòu)于上海麥克林生化科技有限公司。

潤(rùn)滑劑pe蠟：購(gòu)于鞏義市泰力化工貿(mào)易有限公司。

（2）制造與檢測(cè)設(shè)備。

高速混合機(jī)，shr-10a，張家港市億利機(jī)械有限公司。

同向雙螺桿擠出機(jī)，kesunks20，昆山科信橡塑機(jī)械有限公司。

遠(yuǎn)紅外電熱鼓風(fēng)干燥箱，th-681y-5，中古蘇州臺(tái)華烘箱設(shè)備有限公司。

高速多功能粉碎機(jī)，cs-2000，武義海納電器有限公司。

萬能試驗(yàn)壓機(jī)，by602×2/2100t，蘇州新協(xié)力機(jī)器制造有限公司。

冷壓機(jī)，cgyj-100，石家莊燦高高頻機(jī)械有限公司。

電子萬能試驗(yàn)機(jī)，ag-is100kn，日本島津有限公司。

沖擊試驗(yàn)機(jī)，xjj-5，承德市科承試驗(yàn)機(jī)有限公司。

x射線衍射儀：brukerd8advance，德國(guó)布魯克儀器公司。

（3）加工方法。

1.處理后的竹粉保持松散狀態(tài)，與高密度聚乙烯按1:1混合，加入竹粉質(zhì)量0.2-0.5wt%的鹽酸多巴胺和1%pe蠟潤(rùn)滑劑在高速混合機(jī)中，充分混合20min。

2.設(shè)定適合的雙螺桿擠出機(jī)五區(qū)溫度，以及主機(jī)轉(zhuǎn)速和加料速度，得到條狀竹粉/高密度聚乙烯復(fù)合材料，后放入高速多功能粉碎機(jī)中切割成粒。

采用預(yù)制好的模具，模具三視圖見附圖2。將造好的粒倒入設(shè)計(jì)好的270×270×3mm模具中，鋪設(shè)均勻，在表層噴灑一層脫模劑以防加工過程中粘板，經(jīng)過預(yù)壓、熱壓和冷壓，制備出竹塑復(fù)合板材。過程中熱壓冷壓時(shí)間設(shè)置合適。再將板材切割成檢測(cè)所需試樣，試樣切割圖見附圖3。

附圖說明：圖1為改性竹粉制備竹粉/高密度聚乙烯復(fù)合板材的工藝路線，圖2為模具的三視圖，圖3為測(cè)試樣本圖解。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多巴胺增強(qiáng)的竹塑復(fù)合材料的制備方法。所述方法為采用多巴胺衍生物鹽酸多巴胺，將處理好的竹粉中加入鹽酸多巴胺并充分預(yù)混合，再加入熱塑性塑料高密度聚乙烯HDPE和潤(rùn)滑劑PE蠟高速混合并投入擠出機(jī)中擠出并造粒，即可得到性能改善后的竹塑復(fù)合材料，后續(xù)通過模壓工藝可制得一定規(guī)格的板材。本發(fā)明中，竹塑復(fù)合材料質(zhì)量配比為，竹粉50?60%，高密度聚乙烯50?40%，鹽酸多巴胺用量為竹粉質(zhì)量數(shù)的0.2?0.5wt%，潤(rùn)滑劑PE蠟1%。經(jīng)測(cè)試，鹽酸多巴胺可對(duì)竹纖維的直接改性，增加了竹塑復(fù)合材料力學(xué)性能。這種方法簡(jiǎn)便，有效降低傳統(tǒng)方法在增容竹塑復(fù)合材料時(shí)出現(xiàn)的劑量把握不精確，反應(yīng)條件苛刻以及降低材料性能等副作用。通過本發(fā)明方法獲得的復(fù)合材料性能優(yōu)良，物理性能滿足LY/T?2565?2015要求,同時(shí)制品滿足低碳環(huán)保綠色產(chǎn)品理念。

技術(shù)研發(fā)人員：胡小霞;林健勇;陳政豪;李茗;張雙保;宋偉;楊澤勛;王翠翠;洪國(guó)畫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京林業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.25
技術(shù)公布日：2017.08.25