[發明專利]環氧大豆油改性膠原纖維及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111493301.9
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114086390B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 曾運航;雷超;許維星;石碧;周繼博
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: D06M15/01
• 分類號: D06M15/01;C08J5/04;C08L27/06;C08L67/04;C08L11/00;C08L61/10;C08L9/02;C08L89/06;D06M101/14
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司 51126
• 代理人: 趙婷

本發明涉及復合材料技術領域，提供了一種環氧大豆油改性膠原纖維及其制備方法和應用。該制備方法包含以下步驟：經過預處理的膠原纖維與含有環氧大豆油、催化劑的溶液在80?140°C下進行開環接枝反應4?12 h。本發明還提供了一種改性復合材料，包含環氧大豆油改性膠原纖維和高聚物，所述高聚物為成型加工溫度不高于膠原纖維干熱變性溫度的高分子材料。本發明用環氧大豆油對膠原纖維進行改性，降低了膠原纖維的表面自由能，使其表面具有疏水性。將制備的環氧大豆油改性膠原纖維與高聚物基體混合，使得膠原纖維與高聚物基體間的表面自由能和表面極性差異性降低，得到的改性復合材料具有優異的力學性能和耐熱性。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體涉及環氧大豆油改性膠原纖維及其制備方法和應用。

背景技術

高聚物復合材料是由增強材料與高聚物基體經不同復合工藝復合而成的新型結構材料，其具有物理性能優異、強度和模量高、質地輕等優點，已經在高性能汽車、航空航天、建材、化工等領域廣泛應用。

其中，增強材料指結合在基體內，用以改進基體力學性能的高強度材料，按形狀分為零維（顆粒狀增強材料），一維（纖維狀增強材料、晶須狀增強材料），二維（片狀或平面織物增強材料）和三維（植物纖維、三維織物增強材料等）。零維和一維增強材料增強高聚物的面內和層間性能都較弱，且存在遷移的風險。二維增強材料增強高聚物的層間性能偏弱，在實際使用過程中易于發生層間剝離現象而影響材料的改性效果。而三維增強材料在三維空間多向分布，可以阻止或減緩力學載荷作用下復合材料層間裂紋的擴展，它們具有優良的綜合性能和較強的復雜形狀適應性。在這些增強材料中，膠原纖維具有更為復雜的多層級結構，能夠更有效地阻止或減緩力學載荷作用下多方向的裂紋擴展，通過矩陣式分布使復合材料更具整體性和均一性，進一步限制高聚物分子鏈的運動，由此提高復合材料的力學性能。正是由于這種多層級結構的存在，膠原纖維不易形變和移動，能夠在更高的使用溫度下限制高聚物基材分子的運用，同時提高高聚物材料的耐熱性。但是，膠原纖維的側鏈含有豐富的活性親水官能團，這些官能團的存在會造成膠原纖維與疏水性高聚物的相容性不佳，從而影響膠原纖維改性高聚物的效果。

針對上述現象，在傳統高聚物改性中一般會采用硅烷、鈦酸酯和鋁酸脂等偶聯劑類、丙烯酸類共聚物和馬來酸酐接枝共聚物等材料來提高增強材料與高聚物之間的相容性，進而提升高聚物復合材料的性能。與此類似的，對于添加膠原纖維的復合材料，中國專利CN110258111A公開了一種用含氟硅烷偶聯劑改性膠原纖維的方法，該方法提升了膠原纖維與橡膠之間的相容性，進而使得橡膠復合材料具有優良的力學性能和自清潔性能，但是這種硅烷偶聯劑存在成本高、及自身制備工藝不環保的缺點。基于上述分析，現亟需尋找一種環保、低成本且能良好改善復合材料力學性能的改性材料及改性方法。

發明內容

為解決背景技術中的問題，本發明的第一目的在于提供環氧大豆油改性膠原纖維的制備方法。

本發明的第二目的在于提供環氧大豆油改性膠原纖維，可用于改性復合材料，能夠提升改性復合材料的力學性能和耐熱性。

本發明的第三目的在于提供一種改性復合材料，所述改性復合材料具有優異的力學性能和耐熱性。

為實現上述目的，本發明采用的第一個技術方案為：

環氧大豆油改性膠原纖維的制備方法，包含以下步驟：

將經過預處理的膠原纖維與含有環氧大豆油、催化劑的溶液在80-140 °C下進行開環接枝反應4-12 h；

優選的，在90-120 °C下進行開環接枝反應6-8 h。

優選的，所述膠原纖維的預處理包含：對膠原纖維水洗、調節pH、干燥、粉碎；優選的，調節pH為2-12；更優選的，調節pH為3-5和7-9；優選的，粉碎為粒度為10-500目；更優選的，粉碎為粒度為20-200目。