[发明专利]一种含有多巴胺功能团的仿生聚合物及其制备方法

说明书

本发明属于仿生高分子材料领域，具体提供了一种含有多巴胺功能团的仿生聚合物及其制备方法，该仿生聚合物为无规共聚物，且含有多巴胺功能团，酚羟基可控性好、黏附性强、使用量少、工艺简单、适合工业化生产等一系列优点，作为纤维上浆剂能有效地提高纤维增强复合材料的层间剪切强度，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于仿生高分子材料领域，具体涉及一种含有多巴胺功能团的仿生聚合物及其制备方法。

背景技术

芳纶纤维增强复合材料具有优越的综合性能，被广泛应用于我国新一代武器装备的研发和生产中。芳纶纤维增强复合材料具有优异的抗弹性、轻量化、抗冲击及隐身性能，被广泛应用于导弹壳体、复合装甲、飞机结构壳体中；同时，其高强度、高韧性、低密度、高耐热性等特点，可大幅提升飞机、火箭发动机壳体抗冲击性能与容器特性系数等；其低介电常数、低介质损耗因数、高耐腐蚀性等性能，也被广泛应用于飞机雷达天线罩等领域。芳纶纤维增强树脂复合材料也被应用于美国、法国战斗机的主承力结构、战车的车体等重要部位，及SS-24、SS-25、SS-27等导弹壳体。美国隐身轰炸机B-2A机身表面也敷设了大量芳纶复合材料，提升其隐身效果。此外，芳纶纤维复合材料也被应用于“委星1号”、“鑫诺6号”通信卫星上双栅天线栅网前反射面中。

虽然芳纶纤维复合材料在军事装备中获得了大量的应用，但基于芳纶纤维分子的高对称性、高取向度与结晶度的特点，其表面缺乏活性基团，这将导致芳纶纤维与树脂界面结合强度低，层间剪切强度差，限制了其进一步应用。目前，我国芳纶纤维界面改性技术领域已取得一定进展，可以较好地提升芳纶纤维界面性能，但是存在改性技术易损伤纤维本体力学性能、改性步骤繁琐耗时、难以满足纤维纺制原位连续处理的需求。如何在不损伤芳纶纤维本体的情况下，实现对芳纶纤维表面的快速、高效改性，大幅提升芳纶纤维与树脂的界面性能，是该领域的要点所在。

通过对贻贝（Mussel）在岩石上的黏附性观察，发现贻贝分泌的足蛋白（Musselfoot proteins, Mfps）具有极强的黏附性，其粘附性主要来源于足蛋白中所含的多巴胺以及富赖氨酸的蛋白质。贻贝足蛋白不仅仅可以在干燥环境下具有很强的黏附性，即便在潮湿环境甚至是水下贻贝分泌的足蛋白都可以牢牢粘附在岩石上。聚多巴胺很多都是应用在生物医学领域，如防污抗菌、细胞工程以及组织工程、生物胶水等各领域。2007年研究人员首次合成了聚多巴胺，具有非常强的黏附性，在缓冲液中弱碱性有氧条件下多巴胺会自发氧化聚合，聚合简单不需要其他试剂，直接把所要处理的样品放入缓冲液，保持弱碱性有氧条件下就可以引发多巴胺自聚，聚合后的多巴胺可以粘附在高分子、金属及无机非金属几乎所有的基体上，甚至是可以粘附细胞（Science, 2007, 318(5849): 426-30）。

美国专利US8784895申请了一种采用聚多巴胺改性纤维的方法，可以取得较好的改性结果，且对纤维本体力学性能几乎无损。但是该方法还难以用于芳纶纤维的快速连续表面处理。首先，多巴胺自发氧化聚合沉积过程时间较久，需24h才能形成40nm厚度的聚多巴胺膜，无法适用于芳纶纤维连续化上浆改性的需求。同时，在氧化剂作用下，多巴胺的邻苯二酚基团也会被氧化为邻苯二醌，进而削弱与有机纤维的粘附作用。

因此针对芳纶纤维开发更加合适的多巴胺改性方法，成为本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种含有多巴胺功能团的仿生聚合物及其制备方法，该仿生聚合物为无规共聚物，且含有多巴胺功能团，酚羟基可控性好、黏附性强、使用量少、工艺简单、适合工业化生产等一系列优点，作为纤维上浆剂能有效地提高纤维增强复合材料的层间剪切强度，具有广阔的应用前景。

本发明的主要原理是：