剑麻微纤维／明胶复合材料制造技术

剑麻微纤维／明胶复合材料，属于材料技术领域，主要由２０－９０重量份的明胶和１０－８０重量份的剑麻微纤维制成。所述剑麻微纤维的直径为３－２０μｍ、长径比为１－１５０；所述明胶可依次用增塑剂和交联剂进行改性。本发明专利技术利用经增塑、交联改性后的明胶作为聚合物基体，利用从天然剑麻纤维中拆分出的微米级剑麻微纤维作为增强体，制备出的新型复合材料价格低廉、性能优异、对环境友好，是一种优良的可生物降解材料。该复合材料被废弃后，其中的明胶和剑麻纤维均可在自然环境中被微生物完全降解，回归自然，符合低碳循环经济发展的需要，对缓解资源、能源和环境危机将起到积极的推动作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及一种剑麻微纤维/明胶复合材料。
技术介绍
从人类诞生时起，我们的祖先便本能地利用着各种各样的天然高分子材料。20世 纪初，合成高分子材料的出现书写了材料史上的重要篇章。然而，严峻的资源、能源与环境 危机使人们再一次将目光转向天然高分子材料，希望能从大自然中获取环境友好、高性能、 低成本的天然材料，为国民经济的可持续发展提供强有力的支持与保障。目前，世界各国都 在大力开展可降解材料方面的研究工作，尤其是生物可降解材料受到了人们的格外关注。 其中，来源于自然、在自然环境中能自行降解的天然材料成为生物降解材料中的重要角色。 人们将用天然生物纤维(主要包括以纤维素为主体的植物纤维以及以蛋白质为主体的动 物纤维)作为增强体的高分子复合材料称为生物复合材料(biocomposite)。在天然纤维 中，植物纤维因其来源广泛、价格低廉、比强度高等特点受到研究者的青睐。与玻璃纤维、碳 纤维等增强体相比，天然植物纤维具有明显的优势，其价格低廉、比强度高以及环境友好等 特性使其被广泛用作高分子材料的填充物，剑麻、黄麻、亚麻、香蕉及椰子等天然纤维都可 用于填充高分子材料。由于植物纤维耐热温度较低，通常可选择聚烯烃、不饱和聚酯等加工 温度较低的聚合物作为基体。这些以不可再生的石油资源为原料的合成聚合物为基体制备 的复合材料虽具有多种优异的特性，却不符合绿色制备和可持续发展的要求。近年来，在 选择基体材料时，人们已逐渐将目光转向了可降解的聚合物基体，如聚乳酸、聚己内酯、聚 β-羟基丁酸酯等，这种以天然纤维为增强体、可生物降解聚合物为基体制备的复合材料是 一种可完全生物降解的材料，被称为绿色复合材料。绿色复合材料最引人注目之处在于其 各组分均环境友好、可再生、可完全降解，在各方面均符合“绿色”的要求，将为经济的可持 续发展和环境保护做出巨大贡献。明胶是由多种氨基酸组成的天然高分子材料，来源广泛、价格低廉，其分子链上部 分保留了其特有的三股螺旋链结构。明胶在结构上不呈现明显的内部有序，因此在水溶液 中，当温度升高时，呈现无规构象。明胶具备许多优良的性能，如凝胶化、凝胶-溶胶的可逆 转变性、聚电解质性、胶体保护性、表面活性、吸水膨胀性及极好的成膜性等。明胶分子链上 含有大量的羟基、羧基、氨基等活性基团，易对其进行化学改性，赋予其独特的性能。然而， 纯明胶具有性脆、对水敏感、易受微生物侵蚀等缺点，用各种方法对其进行改性是赋予其新 特性、拓宽其应用领域的重要手段。明胶的改性方法主要有物理改性、化学改性、酶法改性 及共混与复合改性。其中，明胶可与其他高分子材料(壳聚糖、淀粉、聚乳酸、聚己内酯、丝 素蛋白等)共混，制备性能各异的材料。明胶还可与有机或无机的颗粒、纤维、片状填料相 复合，这是制备新型明胶材料的重要方法之一。明胶与碳纤维相复合，可制得力学性能很好 的复合材料，在骨折固定材料方面有望得以应用。用插层复合方法可制备明胶/蒙脱土纳 米复合材料，蒙脱土的加入可大大提高材料的拉伸强度和模量，并可显著改善其湿强度、降 低其溶胀性能。明胶可与蒙脱土和纤维素制成三元复合材料，作为组织修复支架材料。将羟基磷灰石、壳聚糖和明胶分步加入水溶液中充分搅拌均勻，加入戊二醛使之交联，将溶液 在-40°C下冷冻，诱导固_液相分离，然后用冷冻干燥技术制备具有多孔结构的三维网状复 合材料，可用于骨组织工程。然而，将明胶与植物纤维的复合材料尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种剑麻微纤维/明胶复合材料。基于这一目的，本专利技术采用了如下技术方案剑麻微纤维/明胶复合材料，主要由 20-90重量份的明胶和10-80重量份的剑麻微纤维制成。所述剑麻微纤维的直径为3-20 μ m、长径比为1_150。明胶依次经增塑改性和交联改性后直接与剑麻微纤维进行共混，或先将剑麻微纤 维制成毡，然后再与改性后的明胶溶液进行浸渍共混复合，即得剑麻微纤维/明胶复合材 料。交联改性时所用交联剂为甲醛、戊二醛或双醛淀粉。增塑改性所用增塑剂为甘油、山梨醇或聚乙二醇200 800 (PEG200 800)。所述增塑剂为聚乙二醇400(PEG400)，用量是明胶干重的20 40%。本专利技术利用经增塑、交联改性后的明胶作为聚合物基体，利用从天然剑麻纤维中 拆分出的微米级剑麻微纤维作为增强体，制备出的新型复合材料价格低廉、性能优异。其 中，明胶分子链上带有大量的羟基、羧基和氨基，而剑麻微纤维作为纤维素材料带有大量的 羟基，因此两者具有极好的相容性。植物纤维的强度主要由纤维素原纤提供，但纤维素总是 与半纤维素、木质素、蜡质及果胶等杂质相伴生，选择适当的表面处理去除植物纤维中的非 纤维素成分，是提高纤维增强效果的基础。此外，天然植物纤维具有复杂的多级结构，可在 一定条件下被拆分为不同尺度的微纤维乃至纳米级晶须。作为增强剂，植物纤维的原纤化 程度及纤维的形态对复合材料的性能影响极大。因此，对于特定的聚合物基体，选用适当长 径比的微纤维是决定复合材料性能的关键。同时，本专利技术的剑麻微纤维/明胶复合材料对环境友好，是完全的可生物降解材 料。该复合材料被废弃后，明胶和剑麻纤维均可在自然环境中被微生物完全降解，回归自 然，符合低碳循环经济发展的需要，对缓解资源、能源和环境危机将起到积极的推动作用。该复合材料还具有制备工艺简单、结构可控性好的优势。剑麻微纤维可通过下 述步骤制备(1)去除剑麻纤维中的蜡质、半纤维素、木质素、果胶等杂质，分离出纤维素 纤维用无水乙醇与甲苯、二甲基亚砜、石油醚、四氢呋喃或二甲苯配制的混合溶剂对剑麻 纤维进行蒸煮和抽提；用氢氧化钠对剑麻纤维进行碱处理；用次氯酸钠对剑麻纤维进行漂 白。(2)对剑麻纤维进行拆分和原纤化用硫酸使剑麻纤维发生部分水解或用酶使剑麻纤 维发生部分酶解。附图说明图1是不同增塑剂增塑明胶膜60min溶出率随增塑剂用量的变化图；图2是经不同量GTA交联改性后的明胶膜在冰水中的溶胀曲线；图3是经不同量DAS交联改性后的明胶膜在冰水中的溶胀曲线；图4是剑麻微纤增强DAS交联明胶复合材料的拉伸强度随微纤含量的变化4图5是剑麻微纤增强GTA交联明胶复合材料的拉伸强度随微纤含量的变化图；图6是剑麻微纤增强DAS交联明胶复合材料的断裂伸长率随微纤含量的变化图；图7是剑麻微纤增强GTA交联明胶复合材料的断裂伸长率随微纤含量的变化图；图8是剑麻微纤增强DAS交联明胶复合材料的降解率随微纤含量的变化图；图9是剑麻微纤增强GTA交联明胶复合材料的降解率随微纤含量的变化图。具体实施例方式下面结合具体试验对本专利技术的主要技术参数作详细说明。需要指出的是，本专利 中增塑剂、交联剂及剑麻微纤的用量百分数是指增塑剂、交联剂、剑麻微纤与明胶干重的重 量百分比，例如20% PEG400增塑改性，是指100份明胶干基中添加了 20份的增塑剂。1、明胶的改性1. 1增塑剂的选择考虑到山梨醇价格相对昂贵，本专利技术重点选择甘油(Glycerin，GLY)、PEG200、 PEG400和PEG800做进一步试验。(1)明胶的增塑改性将明胶溶于水中，配制成均一溶液(明胶水=1 4)，分 别将不同质量的增塑剂(甘油，PEG200，PEG400，PEG800)加入明胶溶液中，充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
剑麻微纤维/明胶复合材料，主要由20 90重量份的明胶和10 80重量份的剑麻微纤维制成。2.如权利要求1所述的剑麻微纤维/明胶复合材料，其特征在于，所述剑麻微纤维的直 径为3-20 μ m、长径比为1-150。3.如权利要求2所述的剑麻微纤维/明胶复合材料，其特征在于，明胶依次经增塑改性 和交联改性后，直接与剑麻微纤维进行共混，或先将剑麻微纤维制成毡，然后再与改性后的 明胶溶液进行浸渍共...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑学晶，刘捷，汤克勇，裴莹，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：41