[發明專利]高強韌膠原纖維基體、骨架材料、結構材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110813301.6
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113463385B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 李雙洋;石碧;周建飛;許維星
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: D06M13/238
• 分類號: D06M13/238;D06M11/76;D06M11/71;C08L89/00;C08L33/12;C08L5/08;C08L61/06;C08K3/26;C08K3/32;D06M101/14
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王煥

本發明涉及復合材料技術領域，尤其是涉及一種高強韌膠原纖維基體、骨架材料、結構材料及其制備方法。高強韌膠原纖維基體包括單寧改性膠原纖維和在單寧改性膠原纖維上原位生長的無機礦物晶體。高強韌膠原纖維骨架材料主要由高強韌膠原纖維基體進行取向調控得到。高強韌膠原纖維結構材料包括高強韌膠原纖維骨架材料和填充于所述骨架材料中的高分子材料。本發明利用單寧改性膠原纖維上的酚羥基與金屬離子的靜電作用及絡合作用，提供晶體生長位點，使無機礦物晶體能夠均勻仿生礦化生長于膠原纖維上。通過對高強韌膠原纖維基體進行取向調控，得到層狀結構的膠原纖維骨架，加入少量高分子聚合物，即可制備得到仿生結構材料，具有輕質、高強韌的性能。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其是涉及一種高強韌膠原纖維基體、骨架材料、結構材料及其制備方法。

背景技術

結構材料通過在建筑、汽車、電子基板、包裝及其它許多結構中提供承重等功能，在現代社會中發揮關鍵作用。機械強度和材料重量(或密度)是工程應用中的兩個重要因素，尤其在必須考慮能源效率時，例如在輕型車輛、飛機和高層建筑材料等領域。傳統的結構材料(例如鋼、混凝土、磚和石油基復合材料)在工程領域(例如建筑和汽車)中發揮了主導作用。然而，隨著對綠色低碳經濟發展的重視，開發可再生生物源材料迫在眉睫。此外，為了應對更高能量效率的需求，開發既輕巧又具有高韌性的結構材料極具意義。

由于生物源材料具有可持續性和可再生性，因此它們是結構應用的有吸引力的替代品。為了尋求更輕、更硬和更堅固的材料，常用方式是將生物基材料(如天然纖維)作為增強材料填充到聚合物中以得到具有高剛度和強度的輕質結構材料。然而，在常規復合材料中，同時提高材料的強度和韌性是十分困難的，這是由于大部分耗散塑性變形發生在聚合物基體中，雖然高填充量的增強材料通常可實現較高的強度，但韌性通常較差。因此，需要簡便而有效的設計和工程策略來提高用于現代工程應用的生物基結構材料的強度及韌性。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供高強韌膠原纖維基體，以解決現有技術中存在的無法兼顧強度及韌性等技術問題。

本發明的第二目的在于提供高強韌膠原纖維基體的制備方法。

本發明的第三目的在于提供高強韌膠原纖維骨架材料。

本發明的第四目的在于提供高強韌膠原纖維結構材料。

本發明的第五目的在于提供高強韌膠原纖維結構材料的制備方法。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

高強韌膠原纖維基體，包括單寧改性膠原纖維和在所述單寧改性膠原纖維上原位生長的無機礦物晶體。

在本發明的具體實施方式中，所述基體中，所述無機礦物晶體的含量為30％～70％。

在本發明的具體實施方式中，所述無機礦物晶體包括文石晶體、磷酸鈣晶體和高嶺石晶體中的任一種或多種。

在本發明的具體實施方式中，所述單寧改性膠原纖維的制備方法包括：單寧與膠原纖維于pH 5～6的液體環境中混合反應后，進行洗滌、干燥處理。

在本發明的具體實施方式中，所述單寧與所述膠原纖維的質量比為1﹕(2～4)。

在本發明的具體實施方式中，將單寧的水溶液與膠原纖維的水分散液混合后，采用堿調節pH至5～6，進行反應。

在實際操作中，將所述單寧的水溶液加入所述膠原纖維的水分散液中進行混合。

在本發明的具體實施方式中，所述混合反應的時間為1～10h，優選為2～8h。

在本發明的具體實施方式中，所述干燥的條件包括：于60～90℃的條件下干燥10～30h。