[发明专利]改性废弃胶原纤维的制备方法及其在提高橡胶力学性能和自清洁性能中的应用

说明书

本发明涉及功能型复合材料技术领域，尤其是涉及一种改性废弃胶原纤维的制备方法及其在提高橡胶力学性能和自清洁性能中的应用。所述改性废弃胶原纤维的制备方法，包括如下步骤：在pH为3‑7的液体环境中，使用含氟硅烷偶联剂处理废弃胶原纤维，而后加热、洗涤、干燥得到改性废弃胶原纤维。将改性废弃胶原纤维与橡胶共混成型，制备得到的复合橡胶具有优良的力学性能及自清洁性能。

技术领域

本发明涉及功能型复合材料技术领域，尤其是涉及一种改性废弃胶原纤维的制备方法及其在提高橡胶力学性能和自清洁性能中的应用。

背景技术

纤维增强聚合物基复合材料具有强度高、模量大、质量轻的优点，被广泛应用于航天业、汽车工业、建筑业等各种场合。传统的结构用纤维增强复合材料使用的纤维主要为碳纤维、玻璃纤维、合成纤维等。但是，上述纤维在生产过程中伴随较大的环境污染和资源消耗，且价格昂贵、回收困难。与以不可再生的石油为原料来源的合成纤维相比，天然纤维具有资源丰富、低密度、可生物降解、可再生和低加工成本等优点。然而，由于天然植物纤维表面含有很多亲水性基团例如羟基，导致其与橡胶(尤其是非极性或疏水性基质)的相容性较差，纤维在基质中易团聚、分散不均匀。目前天然植物纤维经改性增强与橡胶的相容性的工作已有很多报道，但大多功能单一，且需要加入多种功能助剂才能达到效果。并且，目前得到的改性橡胶大多是纤维的简单填充，未对纤维做改性处理，得到的改性橡胶材料强度相对较低，影响其应用范围的进一步扩展。

制革生产过程中要产生大量的固体废弃物——革屑，而废革屑目前并没有能够得到很好的处理。废革屑的本质是一种废弃的胶原纤维，其与大多数天然纤维相似，均具有较合成材料而言更高的强度及模量。但目前，胶原纤维并未能与其他天然纤维材料一样，充分应用于高聚物材料的增强改性。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种改性废弃胶原纤维的制备方法，为制革固废的资源化利用提供解决途径。

本发明的第二目的在于提供一种改性废弃胶原纤维，其与橡胶具有良好的相容性，能够提高橡胶材料的强度和自清洁性能。

本发明的第三目的在于提供一种具有较高强度，且有一定长效自清洁性能的橡胶材料及其制备方法。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

改性废弃胶原纤维的制备方法，包括如下步骤：

在pH为3-7的液体环境中，采用含氟硅烷偶联剂对废弃胶原纤维进行改性处理，在50-120℃进行醚化交联反应。

废弃胶原纤维的主要成分是胶原蛋白纤维和三氧化二铬。胶原纤维与天然植物纤维相比，其在疏水性及耐溶剂性方面具有优势。本发明通过在酸性条件下对废弃胶原纤维进行改性处理，含氟硅烷偶联剂水解成硅醇，在一定条件下，硅醇与废弃胶原纤维表面的亲水基团-OH及硅醇之间进行醚化交联反应，使得废弃胶原纤维的胶原纤维表面含有疏水疏油性的-CF₃，可降低纤维表面能，在与非极性或疏水性橡胶进行密炼、硫化等后，纤维与橡胶具有良好的相容性，能够提高材料的强度。同时，能够降低橡胶材料的摩擦系数，使其在低负荷下具有良好的耐磨性、防水性等。

优选的，所述含氟硅烷偶联剂的结构式如下：其中， R₁、R₂和R₃各自独立地选自烷基基团，n选自0-10之间的整数，m选自0-20 之间的整数。

如在不同实施方式中，n可以为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 中的任意一个；m可以为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、 13、14、15、16、17、18、19、20中的任意一个，满足2n-m≥0。