[发明专利]漆酶引发植物纤维接枝丙烯酸酯提高与树脂复合性能方法

说明书

技术领域

漆酶引发植物纤维接枝丙烯酸酯提高与树脂复合性能的方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

植物纤维增强复合材料具有质量轻、强度高、力学性能好等优点，因此，近年来采用自然界丰富的植物纤维(如麻纤维等)替代玻璃纤维和合成纤维作为树脂基复合材料的增强体日益受到人们的关注。但由于植物纤维具有较强的极性和亲水性，使其与非极性树脂间的界面黏结性差，导致复合材料性能下降。为了得到性能优良的植物纤维增强复合材料，需要对植物纤维进行改性，降低植物纤维的亲水性，提高其与疏水性树脂基体之间的界面相容性。

目前，植物纤维的表面改性主要有物理法(如等离子体处理法、蒸汽爆破法、热处理法等)和化学法(如接枝聚合法、偶联剂处理法等)。这些方法均存在一定程度的不足，如有的工艺要求高，有的易损伤纤维，有的易残留化学有害物质，有的缺乏工业化加工设备等。以麻纤维常用的化学接枝共聚疏水化改性为例，由于一般采用化学引发剂热引发或氧化-还原引发，在接枝过程中会有相当一部分的单体(50％以上)自身聚合形成均聚物，不仅降低了单体的接枝率和接枝效率，所形成的未洗净均聚物又会严重影响纤维增强体和树脂基体的黏合，降低复合材料的力学性能。因此，探索新型的植物纤维表面疏水化改性方法，对于提高植物纤维增强复合材料的性能具有重要意义。

植物纤维如麻纤维表面富含木质素(具体含量为：亚麻18.6％-20.6％，黄麻13.6％-20.4％，苎麻13.1％-16.7％，大麻17.9％-22.4％，剑麻10％-14.2％)。木质素是由四种醇单体(对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇和芥子醇)形成的一种复杂酚类化合物，共有愈创木基、紫丁香基和羟苯基三种基本结构。国内外研究表明，木质素是漆酶的合适底物，其分子结构中的酚羟基经漆酶催化氧化后，可形成酚氧自由基，这些反应性较强的活性粒子可引发具有特殊结构的外源分子接枝聚合，制得新材料或具有新颖功能的材料。如漆酶可催化木质素接枝外源酚类化合物，制备新型高分子树脂材料。

根据这一原理，我们发明了一种通过漆酶催化植物纤维表面木质素氧化生成活性自由基，引发具有疏水结构的外源乙烯基功能单体接枝到植物纤维表面的木质素结构上，在纤维表面形成疏水性聚合物结构的植物纤维表面疏水化改性方法。这一方法不仅可以有效降低植物纤维的亲水性，改善植物纤维与树脂间的界面相容性；在植物纤维表面形成的疏水性聚合物层，还可作为纤维增强体与树脂基体之间应力传递的桥梁和复合材料界面抵抗应力的弱边界层，提高植物纤维增强复合材料的力学性能。更为重要的是，这种方法只能在植物纤维表面的木质素上形成活性自由基，不会在体系中形成游离自由基，可实现疏水性单体在植物纤维表面的高效接枝(理论上接枝效率可达到100％)。这一发明为麻、竹、木材纤维及其他木质纤维素增强复合材料提供了一种全新的生物法界面改性方法。

酶法改性的高选择性、高效性、作用条件温和性以及加工过程环境友好的特点使它具有比常规化学催化反应不可比拟的优势。由于目前广泛用于纺织纤维(如麻纤维等)和复合材料增强纤维(如麻纤维、竹纤维、秸秆纤维、木材纤维等)领域的木质纤维素类高分子材料的表面功能化改性一直是人们关注的焦点，因此，这种基于漆酶催化高效接枝的木质纤维素纤维生物法功能化改性方法将具有十分重要的应用价值。

发明内容

本发明以富含木质素的麻纤维为代表性植物纤维，将漆酶催化乙烯基疏水性单体高效接枝聚合反应和植物纤维表面疏水化改性有机结合起来，建立了一种植物纤维生物法高效接枝功能化改性方法，并将改性纤维用作复合材料增强体，以提高植物纤维增强复合材料中植物纤维与树脂的界面相容性，进而提高界面黏结强度和复合材料整体性能。

本发明的技术方案：

漆酶引发植物纤维接枝丙烯酸酯提高与树脂复合性能的方法，植物纤维或织物在一定浓度的氢氧化钠溶液中处理一定时间，用水清洗、稀醋酸溶液中和，低温烘干，去除植物纤维或织物表面的杂质。然后加入到含有漆酶和(甲基)丙烯酸酯的缓冲液/丙酮的分散体系中，在一定温度下反应一定时间，使(甲基)丙烯酸酯类疏水性单体接枝到植物纤维表面的木质素上，在植物纤维表面形成疏水性聚合物层，从而降低植物纤维表面的亲水性，提高其与疏水性高分子树脂的界面相容性和黏合性。

本发明的工艺流程为：

(1)植物纤维或织物预处理