本发明涉及高分子生物改性剂领域，特别涉及一种使用聚多巴胺作为改性剂，增强竹纤维及塑料间界面相容性的技术。
背景技术：
海洋贝类分泌的贝类粘附蛋白具有超强的粘附能力，可以使之牢固附着于礁石、船体等各种固体基材表面，即便是久经海水冲刷也不脱落。3,4-二羟基苯丙氨酸（dopa）是贝类粘附蛋白的主要成分，同时也是一种侧基为儿茶酚官能团的氨基酸。儿茶酚官能团具有化学多功能性和亲多样性，增强了贝类粘附蛋白与基材之间的粘合力和内聚力，是贝类粘附蛋白的主要功能元。
聚丁二酸丁二醇酯是一种工业化应用的可生物降解的聚合物。单一组份的聚丁二酸丁二醇酯在使用过程中存在力学性能差等问题，严重制约了其在工业中的广泛应用。为改善此问题，制备纤维增强复合材料是最常用的方法，常用的纤维包括有机纤维和无机纤维。lifangliu等使用黄麻纤维增强聚丁二酸丁二醇酯，制备复合材料。研究结果表明复合材料的机械强度有了明显改善，当纤维含量为20%时，复合材料具有最优的机械强度和模量。yihezhang等制备玄武岩纤维/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，研究结果表明，随着纤维负载量的增加，材料的拉伸和弯曲性能明显提高。jicailiang等使用碳纤维和聚丁二酸丁二醇酯制备复合材料，经研究后发现复合材料的各项力学性能都有了很大的提高。纵观国内外关于纤维增强复合材料的研究，关于竹纤维的研究少之又少，竹纤维是自然的产物，无毒无害，可在自然环境中完全降解，具有很高的研究价值。
由于纤维素和半纤维素中存在大量的羟基，所以竹子的表面通常具有很强的极性，是亲水的，而塑料的表面是非极性、疏水的。在制备竹纤维/聚丁二酸丁二醇酯复合材料时往往会遇到二者间界面相容性差的问题，较差的界面相容性制约了复合材料的应用和发展，解决竹纤维与塑料之间较差的界面相容性以获得性能优良的可降解生物质复合材料成为了国内外研究的热点。
为改善竹纤维与聚丁二酸丁二醇酯之间界面相容性差的问题，相关研究人员主要研究了通过不同的界面改性剂来改善二者间界面的相容性，增强复合材料的各项性能，现阶段主要采用的改性方法包括碱处理，乙酰化处理，添加硅烷偶联剂以及添加马来酸酐接枝改性处理。这些方法虽然增强了竹纤维与聚丁二酸丁二醇酯之间的界面相容性，但却破坏了竹纤维自身的结构，同时，这些助剂使用后会产生一定的废液，造成环境的破坏。因此，找到一种无毒无害、可生物降解的改性剂迫在眉睫。
受贝类粘附蛋白粘附原理的启发，可以用其来对竹纤维进行改性，从而增强竹纤维和聚丁二酸丁二醇酯之间的结合强度。但是如果直接从贝类中提取贝类粘附蛋白，则不仅操作困难而且成本非常高，不具有可行性，研究者通过对贝类粘附蛋白的结构进行研究，合成了与其具有相同功能单元的仿生改性剂聚多巴胺。song等利用多巴胺来制备一种多功能的氮掺杂石墨烯气凝胶，经研究后发现被聚多巴胺包覆的氧化石墨烯可增加石墨烯片的分散性，并且为其3d结构的组装提供了框架。zhongwang等利用多巴胺改善了蒙脱土与大豆蛋白膜的界面相容性，并通过儿茶酚基团与铁离子的螯合作用增加了聚合物的交联性，获得了具有很强耐水性、热稳定性和机械性能的分离大豆蛋白膜。关于纤维增强复合材料，多巴胺中的儿茶酚官能团会与纤维表面的自由羟基反应形成氢键，聚合物基体被c-h链覆盖，从而增强了复合材料中纤维和塑料基质界面间的粘附力，alainbourmaud等利用聚多巴胺作为改性剂，来增加大麻/左旋聚乳酸复合材料界面间的结合强度，经聚多巴胺改性后，复合材料的抗拉强度等力学性能都明显增强，说明聚多巴胺的使用增加了大麻纤维和左旋聚乳酸的界面结合强度，起到增容的作用。chuangluo等利用聚多巴胺来改善埃洛石纳米管和左旋聚丙交酯界面之间的相容性，制备性能优良的埃洛石纳米管/左旋聚丙交酯复合材料。研究后发现改性后复合材料的各项力学性能和细胞相容性都提升。junyayuan等利用聚多巴胺增强聚四氟乙烯织物纤维和酚醛树脂基质间较差的界面相容性，从而制备性能优异的复合材料。经聚多巴胺改性界面后制得的复合材料与未改性制得的复合材料相比，其界面结合强度明显提升。
技术实现要素：
基于发明背景技术中所述的问题，本发明提出了以聚多巴胺作为界面改性剂，对竹纤维表面进行改性，减小纤维表面的极性，以增强竹纤维及聚丁二酸丁二醇酯界面之间的相容性，制造出一种具有优良性能，不含有毒物质、可生物降解的复合材料。
本发明提出的一种使用聚多巴胺作为界面改性剂，增强竹纤维和聚丁二酸丁二醇酯界面间相容性的应用工艺，其具体步骤主要包含：聚多巴胺对竹粉的改性，以及竹粉/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的模压成型。其最优工艺关键参数为聚多巴胺改性竹粉的浓度为1.0mg/ml，聚合ph值为8.5。制备复合材料的竹粉与聚丁二酸丁二醇酯的质量百分比为50%：50%，热压温度为145℃，热压压力为4mpa，冷压温度为20℃，热压压力为4mpa。
本发明有益效果
竹塑复合材料价格低廉、可重复使用、尺寸稳定性好、强度及硬度高、防腐防虫等优点。发展竹塑复合材料不仅可以实现以竹代木，充分发挥我国竹材资源的优势，缓解我国木材短缺的紧张局面，还可以回收利用塑料，提高废旧塑料的利用率，有效地解决“白色污染”问题，改善生态环境。
由于竹纤维与塑料间较差的界面相容性制约了竹塑复合材料的应用与发展，传统用于增强纤维和塑料间界面相容性的改性剂中有毒物质释放所造成的环境污染已是不争的事实。本发明采用聚多巴胺作为改性剂，无毒无污染，在自然界中可完全降解，降低了回收成本和难度，满足环境友好型材料的特征和要求。
附图说明
图1为聚多巴胺改性竹纤维制备复合材料的制造流程。
具体实施方式
本发明以聚多巴胺作为界面改性剂来对竹纤维表面进行改性，增强竹纤维与聚丁二酸丁二醇酯界面间的相容性，制备性能优良的可降解生物复合材料，涉及的制造步骤见附图1。
实施例1
（1）试验材料。
竹纤维，混合粒度为40-60目，纤维长度小于380μm，购与安徽森泰木塑集团股份有限公司；聚丁二酸丁二醇酯（pbs），流动指数2.0g/10min,结晶度百分比32%,密度1.24g/cm3，购于上海昭和高分子有限公司；盐酸多巴胺(98.5%)和三（羟甲基）甲基氨基甲烷(99.9%)，购于北京索莱宝科技有限公司；盐酸、固态石蜡和去离子水，购于北京国药集团化学试剂北京有限公司。所有材料在使用时均未进行进一步纯化。
（2）试验设备。
dlz-6510型真空干燥箱，上海东麓仪器设备有限公司；hjb-s450型实验室搅拌机，上海惠为机电设备有限公司；shr－a型高速混料机，张家港市通沙塑料机械有限公司；sjsh30型双螺杆挤出机，南京橡塑机械厂；低速粉碎机，埃维恩上海机械有限公司；sysmen-ii型智能控制实验压机，中国林业科学研究院木材工业所监制；qd型热压机，青岛国森机械有限公司；cmt5504型万能力学实验机，美斯特工业系统有限公司；quanta200型扫描电子显微镜，荷兰飞利浦公司。
（3）聚多巴胺对竹纤维的改性处理。
竹纤维首先在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，干燥好后加入到浓度为0.5mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液中，将三（羟甲基）氨基甲烷溶液加入到混合溶液中，将混合溶液的ph值调节至8.5。接着，将混合溶液以300r/min的速度在室温下高速搅拌48小时，可以观察到，多巴胺自聚合后，混合溶液的颜色从无色变为深棕色。搅拌结束后，通过抽滤获得处理后的竹纤维，将未包覆在竹纤维上的聚多巴胺用蒸馏的水洗去，洗涤数次直到溶液变澄清为止。最后，将洗涤后得到的竹纤维在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，得到经聚多巴胺改性处理后的竹纤维。
（4）竹纤维/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备。
将质量分数为50%的竹纤维和质量分数为50%的聚丁二酸丁二醇酯加入到速度为2900rpm的高速混料机中混合5分钟。然后将混合物在103℃的真空干燥箱中干燥2小时，干燥好的混合物通过双螺杆挤出机进行熔融复合，温度曲线为135/140/145/145/135℃，螺杆转速为180rpm；待物料冷却后用低速粉碎机将其打碎成直径为2mm小颗粒，加工后的小颗粒在103℃的真空干燥箱中干燥2小后进行手工铺装，然后使用智能控制实验压机进行热压，热压温度为145℃，热压压力为4mpa，持续时间为6min。热压结束后迅速将已成型的板坯取下，放到热压机上进行常温冷压，冷压温度为20℃，压力为4mpa，持续时间为6min，冷压完成后即可得到竹粉/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，复合材料的密度为1.28g/cm3，尺寸为270×270×4mm3。最后，按照相关测试标准，把试件裁成所需尺寸。
（5）测试结果。
与未经聚多巴胺处理过的竹纤维制备的复合材料相比，经浓度为0.5mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液处理过的竹纤维制备的复合材料，其弯曲强度提升了20.3%，弯曲模量提升了18.5%，拉伸强度提升了37.1%，拉伸模量提升了13.3%，冲击强度提升了42.4%。
实施例2
（1）试验材料。
竹纤维，混合粒度为40-60目，纤维长度小于380μm，购与安徽森泰木塑集团股份有限公司；聚丁二酸丁二醇酯（pbs），流动指数2.0g/10min,结晶度百分比32%,密度1.24g/cm3，购于上海昭和高分子有限公司；盐酸多巴胺(98.5%)和三（羟甲基）甲基氨基甲烷(99.9%)，购于北京索莱宝科技有限公司；盐酸、固态石蜡和去离子水，购于北京国药集团化学试剂北京有限公司。所有材料在使用时均未进行进一步纯化。
（2）试验设备。
dlz-6510型真空干燥箱，上海东麓仪器设备有限公司；hjb-s450型实验室搅拌机，上海惠为机电设备有限公司；shr－a型高速混料机，张家港市通沙塑料机械有限公司；sjsh30型双螺杆挤出机，南京橡塑机械厂；低速粉碎机，埃维恩上海机械有限公司；sysmen-ii型智能控制实验压机，中国林业科学研究院木材工业所监制；qd型热压机，青岛国森机械有限公司；cmt5504型万能力学实验机，美斯特工业系统有限公司；quanta200型扫描电子显微镜，荷兰飞利浦公司。
（3）聚多巴胺对竹纤维的改性处理。
竹纤维首先在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，干燥好后加入到浓度为1.0mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液中，将三（羟甲基）氨基甲烷溶液加入到混合溶液中，将混合溶液的ph值调节至8.5。接着，将混合溶液以300r/min的速度在室温下高速搅拌48小时，可以观察到，多巴胺自聚合后，混合溶液的颜色从无色变为深棕色。搅拌结束后，通过抽滤获得处理后的竹纤维，将未包覆在竹纤维上的聚多巴胺用蒸馏的水洗去，洗涤数次直到溶液变澄清为止。最后，将洗涤后得到的竹纤维在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，得到经聚多巴胺改性处理后的竹纤维。
（4）竹纤维/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备。
将质量分数为50%的竹纤维和质量分数为50%的聚丁二酸丁二醇酯加入到速度为2900rpm的高速混料机中混合5分钟。然后将混合物在103℃的真空干燥箱中干燥2小时，干燥好的混合物通过双螺杆挤出机进行熔融复合，温度曲线为135/140/145/145/135℃，螺杆转速为180rpm；待物料冷却后用低速粉碎机将其打碎成直径为2mm小颗粒，加工后的小颗粒在103℃的真空干燥箱中干燥2小后进行手工铺装，然后使用智能控制实验压机进行热压，热压温度为145℃，热压压力为4mpa，持续时间为6min。热压结束后迅速将已成型的板坯取下，放到热压机上进行常温冷压，冷压温度为20℃，压力为4mpa，持续时间为6min，冷压完成后即可得到竹粉/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，复合材料的密度为1.28g/cm3，尺寸为270×270×4mm3。最后，按照相关测试标准，把试件裁成所需尺寸。
（5）测试结果。
与未经聚多巴胺处理过的竹纤维制备的复合材料相比，经浓度为1.0mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液处理过的竹纤维制备的复合材料，其弯曲强度提升了34.3%，弯曲模量提升了23.4%，拉伸强度提升了65.5%，拉伸模量提升了41.3%，冲击强度提升了63.4%。
实施例3
（1）试验材料。
竹纤维，混合粒度为40-60目，纤维长度小于380μm，购与安徽森泰木塑集团股份有限公司；聚丁二酸丁二醇酯（pbs），流动指数2.0g/10min,结晶度百分比32%,密度1.24g/cm3，购于上海昭和高分子有限公司；盐酸多巴胺(98.5%)和三（羟甲基）甲基氨基甲烷(99.9%)，购于北京索莱宝科技有限公司；盐酸、固态石蜡和去离子水，购于北京国药集团化学试剂北京有限公司。所有材料在使用时均未进行进一步纯化。
（2）试验设备。
dlz-6510型真空干燥箱，上海东麓仪器设备有限公司；hjb-s450型实验室搅拌机，上海惠为机电设备有限公司；shr－a型高速混料机，张家港市通沙塑料机械有限公司；sjsh30型双螺杆挤出机，南京橡塑机械厂；低速粉碎机，埃维恩上海机械有限公司；sysmen-ii型智能控制实验压机，中国林业科学研究院木材工业所监制；qd型热压机，青岛国森机械有限公司；cmt5504型万能力学实验机，美斯特工业系统有限公司；quanta200型扫描电子显微镜，荷兰飞利浦公司。
（3）聚多巴胺对竹纤维的改性处理。
竹纤维首先在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，干燥好后加入到浓度为1.5mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液中，将三（羟甲基）氨基甲烷溶液加入到混合溶液中，将混合溶液的ph值调节至8.5。接着，将混合溶液以300r/min的速度在室温下高速搅拌48小时，可以观察到，多巴胺自聚合后，混合溶液的颜色从无色变为深棕色。搅拌结束后，通过抽滤获得处理后的竹纤维，将未包覆在竹纤维上的聚多巴胺用蒸馏的水洗去，洗涤数次直到溶液变澄清为止。最后，将洗涤后得到的竹纤维在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，得到经聚多巴胺改性处理后的竹纤维。
（4）竹纤维/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备。
将质量分数为50%的竹纤维和质量分数为50%的聚丁二酸丁二醇酯加入到速度为2900rpm的高速混料机中混合5分钟。然后将混合物在103℃的真空干燥箱中干燥2小时，干燥好的混合物通过双螺杆挤出机进行熔融复合，温度曲线为135/140/145/145/135℃，螺杆转速为180rpm；待物料冷却后用低速粉碎机将其打碎成直径为2mm小颗粒，加工后的小颗粒在103℃的真空干燥箱中干燥2小后进行手工铺装，然后使用智能控制实验压机进行热压，热压温度为145℃，热压压力为4mpa，持续时间为6min。热压结束后迅速将已成型的板坯取下，放到热压机上进行常温冷压，冷压温度为20℃，压力为4mpa，持续时间为6min，冷压完成后即可得到竹粉/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，复合材料的密度为1.28g/cm3，尺寸为270×270×4mm3。最后，按照相关测试标准，把试件裁成所需尺寸。
（5）测试结果。
与未经聚多巴胺处理过的竹纤维制备的复合材料相比，经浓度为1.5mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液处理过的竹纤维制备的复合材料，其弯曲强度提升了23.9%，弯曲模量提升了16.1%，拉伸强度提升了50.2%，拉伸模量提升了37.3%，冲击强度提升了49.6%。
实施例4
（1）试验材料。
竹纤维，混合粒度为40-60目，纤维长度小于380μm，购与安徽森泰木塑集团股份有限公司；聚丁二酸丁二醇酯（pbs），流动指数2.0g/10min,结晶度百分比32%,密度1.24g/cm3，购于上海昭和高分子有限公司；盐酸多巴胺(98.5%)和三（羟甲基）甲基氨基甲烷(99.9%)，购于北京索莱宝科技有限公司；盐酸、固态石蜡和去离子水，购于北京国药集团化学试剂北京有限公司。所有材料在使用时均未进行进一步纯化。
（2）试验设备。
dlz-6510型真空干燥箱，上海东麓仪器设备有限公司；hjb-s450型实验室搅拌机，上海惠为机电设备有限公司；shr－a型高速混料机，张家港市通沙塑料机械有限公司；sjsh30型双螺杆挤出机，南京橡塑机械厂；低速粉碎机，埃维恩上海机械有限公司；sysmen-ii型智能控制实验压机，中国林业科学研究院木材工业所监制；qd型热压机，青岛国森机械有限公司；cmt5504型万能力学实验机，美斯特工业系统有限公司；quanta200型扫描电子显微镜，荷兰飞利浦公司。
（3）聚多巴胺对竹纤维的改性处理。
竹纤维首先在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，干燥好后加入到浓度为2.0mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液中，将三（羟甲基）氨基甲烷溶液加入到混合溶液中，将混合溶液的ph值调节至8.5。接着，将混合溶液以300r/min的速度在室温下高速搅拌48小时，可以观察到，多巴胺自聚合后，混合溶液的颜色从无色变为深棕色。搅拌结束后，通过抽滤获得处理后的竹纤维，将未包覆在竹纤维上的聚多巴胺用蒸馏的水洗去，洗涤数次直到溶液变澄清为止。最后，将洗涤后得到的竹纤维在温度为80℃的真空干燥箱中干燥48小时，得到经聚多巴胺改性处理后的竹纤维。
（4）竹纤维/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的制备。
将质量分数为50%的竹纤维和质量分数为50%的聚丁二酸丁二醇酯加入到速度为2900rpm的高速混料机中混合5分钟。然后将混合物在103℃的真空干燥箱中干燥2小时，干燥好的混合物通过双螺杆挤出机进行熔融复合，温度曲线为135/140/145/145/135℃，螺杆转速为180rpm；待物料冷却后用低速粉碎机将其打碎成直径为2mm小颗粒，加工后的小颗粒在103℃的真空干燥箱中干燥2小后进行手工铺装，然后使用智能控制实验压机进行热压，热压温度为145℃，热压压力为4mpa，持续时间为6min。热压结束后迅速将已成型的板坯取下，放到热压机上进行常温冷压，冷压温度为20℃，压力为4mpa，持续时间为6min，冷压完成后即可得到竹粉/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，复合材料的密度为1.28g/cm3，尺寸为270×270×4mm3。最后，按照相关测试标准，把试件裁成所需尺寸。
（5）测试结果。
与未经聚多巴胺处理过的竹纤维制备的复合材料相比，经浓度为2.0mg/ml的多巴胺盐酸盐溶液处理过的竹纤维制备的复合材料，其弯曲强度提升了12.4%，弯曲模量提升了13.7%，拉伸强度提升了41.9%，拉伸模量提升了26.7%，冲击强度提升了39.0%。
除说明书所述技术特征外,均为本专业技术人员已知技术。