[发明专利]环氧大豆油改性胶原纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，提供了一种环氧大豆油改性胶原纤维及其制备方法和应用。该制备方法包含以下步骤：经过预处理的胶原纤维与含有环氧大豆油、催化剂的溶液在80‑140°C下进行开环接枝反应4‑12 h。本发明还提供了一种改性复合材料，包含环氧大豆油改性胶原纤维和高聚物，所述高聚物为成型加工温度不高于胶原纤维干热变性温度的高分子材料。本发明用环氧大豆油对胶原纤维进行改性，降低了胶原纤维的表面自由能，使其表面具有疏水性。将制备的环氧大豆油改性胶原纤维与高聚物基体混合，使得胶原纤维与高聚物基体间的表面自由能和表面极性差异性降低，得到的改性复合材料具有优异的力学性能和耐热性。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及环氧大豆油改性胶原纤维及其制备方法和应用。

背景技术

高聚物复合材料是由增强材料与高聚物基体经不同复合工艺复合而成的新型结构材料，其具有物理性能优异、强度和模量高、质地轻等优点，已经在高性能汽车、航空航天、建材、化工等领域广泛应用。

其中，增强材料指结合在基体内，用以改进基体力学性能的高强度材料，按形状分为零维（颗粒状增强材料），一维（纤维状增强材料、晶须状增强材料），二维（片状或平面织物增强材料）和三维（植物纤维、三维织物增强材料等）。零维和一维增强材料增强高聚物的面内和层间性能都较弱，且存在迁移的风险。二维增强材料增强高聚物的层间性能偏弱，在实际使用过程中易于发生层间剥离现象而影响材料的改性效果。而三维增强材料在三维空间多向分布，可以阻止或减缓力学载荷作用下复合材料层间裂纹的扩展，它们具有优良的综合性能和较强的复杂形状适应性。在这些增强材料中，胶原纤维具有更为复杂的多层级结构，能够更有效地阻止或减缓力学载荷作用下多方向的裂纹扩展，通过矩阵式分布使复合材料更具整体性和均一性，进一步限制高聚物分子链的运动，由此提高复合材料的力学性能。正是由于这种多层级结构的存在，胶原纤维不易形变和移动，能够在更高的使用温度下限制高聚物基材分子的运用，同时提高高聚物材料的耐热性。但是，胶原纤维的侧链含有丰富的活性亲水官能团，这些官能团的存在会造成胶原纤维与疏水性高聚物的相容性不佳，从而影响胶原纤维改性高聚物的效果。

针对上述现象，在传统高聚物改性中一般会采用硅烷、钛酸酯和铝酸脂等偶联剂类、丙烯酸类共聚物和马来酸酐接枝共聚物等材料来提高增强材料与高聚物之间的相容性，进而提升高聚物复合材料的性能。与此类似的，对于添加胶原纤维的复合材料，中国专利CN110258111A公开了一种用含氟硅烷偶联剂改性胶原纤维的方法，该方法提升了胶原纤维与橡胶之间的相容性，进而使得橡胶复合材料具有优良的力学性能和自清洁性能，但是这种硅烷偶联剂存在成本高、及自身制备工艺不环保的缺点。基于上述分析，现亟需寻找一种环保、低成本且能良好改善复合材料力学性能的改性材料及改性方法。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明的第一目的在于提供环氧大豆油改性胶原纤维的制备方法。

本发明的第二目的在于提供环氧大豆油改性胶原纤维，可用于改性复合材料，能够提升改性复合材料的力学性能和耐热性。

本发明的第三目的在于提供一种改性复合材料，所述改性复合材料具有优异的力学性能和耐热性。

为实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

环氧大豆油改性胶原纤维的制备方法，包含以下步骤：

将经过预处理的胶原纤维与含有环氧大豆油、催化剂的溶液在80-140 °C下进行开环接枝反应4-12 h；

优选的，在90-120 °C下进行开环接枝反应6-8 h。

优选的，所述胶原纤维的预处理包含：对胶原纤维水洗、调节pH、干燥、粉碎；优选的，调节pH为2-12；更优选的，调节pH为3-5和7-9；优选的，粉碎为粒度为10-500目；更优选的，粉碎为粒度为20-200目。