CN107090186A - 一种基于多巴胺增强的竹塑复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多巴胺增强的竹塑复合材料的制备方法。所述方法为采用多巴胺衍生物盐酸多巴胺，将处理好的竹粉中加入盐酸多巴胺并充分预混合，再加入热塑性塑料高密度聚乙烯HDPE和润滑剂PE蜡高速混合并投入挤出机中挤出并造粒，即可得到性能改善后的竹塑复合材料，后续通过模压工艺可制得一定规格的板材。本发明中，竹塑复合材料质量配比为，竹粉50‑60%，高密度聚乙烯50‑40%，盐酸多巴胺用量为竹粉质量数的0.2‑0.5wt%，润滑剂PE蜡1%。经测试，盐酸多巴胺可对竹纤维的直接改性，增加了竹塑复合材料力学性能。这种方法简便，有效降低传统方法在增容竹塑复合材料时出现的剂量把握不精确，反应条件苛刻以及降低材料性能等副作用。通过本发明方法获得的复合材料性能优良，物理性能满足LY/T 2565‑2015要求,同时制品满足低碳环保绿色产品理念。

Description

一种基于多巴胺增强的竹塑复合材料的制备方法
技术领域
本应用涉及木塑复合材料制造技术领域，特别涉及一种增强竹塑复合材料相容性的应用方法。
背景技术
竹塑复合材料(Bamboo Plastic composite,简称BPC)兼具竹材和塑料的特点，质量轻、尺寸稳定、绿色环保，同时具备耐水耐候等优良特性，广泛应用于普通物流器具和铺装板材为主的初级产品；户外景观和内饰材料为主的中级产品以及精细化整体部件、重型结构型部件和集约化成套建筑为主的高级产品。
然而竹材极具亲水性的表面和具有疏水性表面的热塑性塑料复合时，最大的难点就是克服界面相容性问题。目前增加界面相容性（以下简称增容）的常用方法是用物理和化学方法对原料表面进行改性，但在提高复合材料界面结合强度的同时，也会降低竹塑复合材料的性能。偶联剂的引入，为竹塑复合界面改性提供了新方向，常用偶联剂有铝酸酯、钛酸酯、马来酸酐等。但这些偶联剂加入的同时还各种添加助剂的加入以及严格的反应条件限制，因而此类改性方法往往制备过程的复杂，反应条件苛刻。
海洋作为地球资源最丰富的区域，其数量惊人的生物种类为人类筛选新型的生物材料提供了可能。贻贝（Mussel）可自身分泌某种特殊物质使个体牢固的附着在海水中的礁体、船只等各种固体表面。海洋贝内这种高强度、高韧性、高耐水及粘附多样性、生物相容性的特点最初被应用于医药领域。而随着技术的不断成熟，这种物质目前已大量用于海洋工程、生物医药、表面化学等领域粘合剂与涂层材料研发。基于海洋贝类与岩石等固体材料间的超强粘附现象与竹塑复合材料界面胶合需求的高度契合，以及众多领域的成熟应用，为海洋贝类超强粘附的关键功能单元多巴放生衍生物多巴胺在竹塑复合材料上的应用提供了充分的理论依据。
多巴胺（dopamine，3,4-二羟基苯丙胺），多巴的儿茶酚衍生物，多巴胺具有多巴的邻苯二酚基官能团，具有很高的反应活性，既可以作为接枝改性的起点，与各类基体材料形成化学链接，也可以作为一个二次反映平台。当与极性、亲水的高表面能基材（如植物纤维、玻璃、金属）作用时，多巴分子呈现出酚羟基、氨基亲近基材，而苯环、碳氢基团远离基材的构象，实现良好的浸润；而与低非极性、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）作用时，多巴分子则呈现出苯环、碳氢基团亲近基材，酚羟基、氨基远离基材的构象，同样实现良好的浸润。
所以将多巴胺引入到竹粉/高密度聚乙烯复合材料（HDPE）有望成为克服竹塑复合材料界面相容性问题的一个新的解决方案，实现竹塑复合材料产品性能的有效提升。
但因为多巴胺自身的溶解性和稳定性尚存不足，因此本发明采用多巴胺衍生物盐酸多巴胺，该物质性能更稳定，使用操作更加简便，成本相对较低，具有更好的实现价值。
发明内容
基于技术背景中提出的问题，本发明提出了引入盐酸多巴胺改性竹粉，并与高密度聚乙烯和润滑剂高速混合造粒，利用盐酸多巴胺特殊的化学构造在在极性、亲水表面与非极性、疏水表面进行构想调节，从而达到增加竹塑界面相容性的目的，提升了产品性能。
本发明提出一种基于多巴胺增强的竹塑复合材料的制备方法。其中，竹粉原料粒径约60目，竹粉与高密度聚乙烯质量配比为1:1或3:2，盐酸多巴胺添加量为竹粉的0.2-0.5wt%，此外，体系中还伴随添加1%润滑剂。采用共混改性、挤出造粒、模压成型“三步法”制备复合材料。原料高速混合20min，双螺杆挤出机五区温度分别设置为130℃、140℃、145℃、145℃、135℃，造粒机主机转速20r/min，加料速度12r/min，热压温度170℃，压力4MPa热压机上热压9分钟，再经过冷压压力4MPa，冷压时间12分钟压出复合材料板材。
本发明有益效果。
本发明依托海洋贝类超强粘附的特性契合竹塑复合材料界面相容性提升的需求，基于生物启发式的增容构想，通过多巴胺类物质盐酸多巴胺实现了竹塑复合材料的增容效果，对提升复合材料的各项性能指标具有很大意义。
利用盐酸多巴胺改性竹粉制备的竹塑复合材料，拉伸强度和弯曲强度提高明显，拉伸模量和弯曲模量也有一定幅度的提升，材料的抵抗形变能力变强，其中当盐酸多巴胺的添加量在0.5wt%时，弯曲模量比对照组提高了多达27.78%，对竹塑复合材料的尺寸稳定性的提高有明显效果。材料性能经测试满足LY/T 2565-2015标准。
具体实施方式。
本发明以盐酸多巴胺为改性剂，制备竹粉／高密度聚乙烯复合材料。技术路线见附图１。
（1）材料。
竹粉：60目，来自毛竹，竹材加工剩余物经粉碎研磨获取，购于德清县林牌木粉有限公司。在在105℃条件下风干8h，保持含水率3%以内。
高密度聚乙烯(HDPE):：5000S，密度0.95g/cm3，熔融温度131℃。
盐酸多巴胺：购于上海麦克林生化科技有限公司。
润滑剂PE蜡：购于巩义市泰力化工贸易有限公司。
（2）制造与检测设备。
高速混合机，SHR-10A，张家港市亿利机械有限公司。
同向双螺杆挤出机，KESUNKS20，昆山科信橡塑机械有限公司。
远红外电热鼓风干燥箱，TH-681Y-5，中古苏州台华烘箱设备有限公司。
高速多功能粉碎机，CS-2000，武义海纳电器有限公司。
万能试验压机，BY 602×2/2 100T，苏州新协力机器制造有限公司。
冷压机，CGYJ-100，石家庄灿高高频机械有限公司。
电子万能试验机，AG-IS 100kN，日本岛津有限公司。
冲击试验机，XJJ-5，承德市科承试验机有限公司 。
X射线衍射仪：Bruker D8 ADVANCE，德国布鲁克仪器公司。
（3）加工方法。
1.处理后的竹粉保持松散状态，与高密度聚乙烯按1:1混合，加入竹粉质量0.2-0.5wt%的盐酸多巴胺和1%PE蜡润滑剂在高速混合机中，充分混合20min。
2.设定适合的双螺杆挤出机五区温度，以及主机转速和加料速度，得到条状竹粉/高密度聚乙烯复合材料，后放入高速多功能粉碎机中切割成粒。
采用预制好的模具，模具三视图见附图2。将造好的粒倒入设计好的270×270×3mm模具中，铺设均匀，在表层喷洒一层脱模剂以防加工过程中粘板，经过预压、热压和冷压，制备出竹塑复合板材。过程中热压冷压时间设置合适。再将板材切割成检测所需试样，试样切割图见附图3。
附图说明：图1为改性竹粉制备竹粉/高密度聚乙烯复合板材的工艺路线，图2为模具的三视图，图3为测试样本图解。

Claims (4)

1.一种基于多巴胺增强的竹塑复合材料的制备方法，其特征在于：它包括多巴胺类型、增强竹塑复合材料的处理方法和竹塑复合材料的制备过程。
2.权利要求1所述的多巴胺增强竹塑复合材料的多巴胺类型，其特征在于：所述的多巴胺类型为其衍生物中的盐酸多巴胺。
3.权利要求1所述的多巴胺增强竹塑复合材料的处理方法，其特征在于：所述竹粉筛选至60目，在105℃条件下风干8h，降低竹粉的含水率至3%以内；随后将竹粉与高密度聚乙烯按（50-60）%：（50-40）%配比备料，加处理后的竹粉至混合机中，填加入竹粉质量0.2-0.5wt%的多巴胺，高速混合，高密度聚乙烯和润滑剂高速混合均匀。
4.权利要求1中竹塑复合材料的制备过程，其特征在于：将双螺杆挤出机五区温度分别设置为130℃、140℃、145℃、145℃、135℃，造粒机主机转速20r/min，加料速度12r/min，得到条状竹粉/HDPE复合材料；挤压出来的竹塑复合材料经过粉碎后，在一定尺寸的模具中，铺设均匀，并在表层喷洒一层脱模剂，经热压机预热3分钟后，放入热压温度170℃，压力4MPa热压机上热压9分钟，再经过冷压压力4MPa，冷压时间12分钟压出复合材料板材。
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