提高与树脂复合性能的漆酶引发麻纤维高效接枝疏水化改性及机理研究

基于漆酶可催化氧化麻纤维中富含的木质素形成酚氧自由基活性粒子，进而引发疏水性乙烯基单体接枝共聚到麻纤维表面这一反应特性，构建一种新颖的复合材料增强用麻纤维生物法接枝疏水化改性方法，降低麻纤维亲水性，改善与疏水性树脂的界面相容性。由于自由基只在木质素上产生，这种方法可实现单体在麻纤维上的高效接枝。.课题将阐明漆酶催化氧化木质素过程中氧化木质素的聚合与降解对酚氧自由基的影响，揭示乙烯基单体酶促接枝聚合反应的规律。在此基础上，以提高麻纤维表面疏水性为目标，探索非均相体系下漆酶催化麻纤维生物接枝过程和功能强化的调控策略、改性麻纤维表面结构和性能与树脂复合材料性能之间的内在联系和规律。相关问题的探明对于麻或竹、木材等其他木质纤维素材料的生物法功能化改性具有重要的理论指导意义，同时也有助于对漆酶催化接枝共聚反应机制的理解。研究成果还将为麻纤维的拒油、抗菌和柔软等其它功能的生物法改性提供新的思路和手段。

近年来,采用植物纤维（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。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，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，提高与疏水性树脂基体之间的相容性。.本项目通过漆酶催化麻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功能单体（乙烯基类、酚类、胺类）接枝到麻纤维表面的木质素结构上，可在纤维表面形成疏水性聚合物结构，不仅有效降低麻纤维的亲水性，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，改善麻纤维与树脂间的界面相容性，提高麻纤维增强复合材料的力学性能。项目主要研究结论及成果有：（1）建立了漆酶活化麻纤维过程中产生的活性氧自由基的ESR检测方法，并确立了自由基峰强与自由基数量之间的关系，为量化研究奠定了基础，同时探明了漆酶催化氧化工艺参数、各金属离子对活性氧自由基产生量的影响。（2）用漆酶处理黄麻纤维，然后采用二氧六环/水溶液抽提法提取出黄麻纤维中的木质素进行结构表征，揭示了漆酶及辅以不同小分子介体催化木质素的聚合与降解竞争反应机理。（3）以丙烯酰胺为例，研究了乙烯基单体在麻纤维表面的漆酶/TBHP协同催化接枝聚合反应机理，提出了漆酶催化均相体系反应与非均相体系反应的异同及乙烯基单体的接枝共聚、均聚的竞争机制。（4）以接枝率和改性后麻纤维疏水性为指标，研究了漆酶催化麻纤维接枝酚类、胺类单体的作用效果，优化了各单体的酶促接枝反应条件，建立了漆酶催化没食子酸月桂酯、十八胺等接枝麻纤维疏水化关键技术，揭示了生物接枝改性麻纤维表面组成、结构与性能之间关系，确立了麻纤维的的生物法接枝疏水改性方法与机理。（5）研究了疏水化改性麻增强树脂基复合材料界面结构特征及性能，阐明了不同改性条件引起的麻纤维表/界面结构、性能变化与麻纤维增强复合材料各项性能之间的关系，构建了麻纤维及其增强复合材料表/界面的酶法构筑方法与调控机制。本项目在国内外核心期刊发表论文24篇（录用3篇），其中SCI收录11篇、SCI源期刊录用/在线发表4篇；参加国内及国际会议8次，发表会议论文8篇；申请国家发明专利3项（授权1项）。培养博士1名，硕士6名。