摘要
杜仲胶（EUG）是一种具有良好生物相容性、橡塑二重性和优异力学性能的天然高分子，近年来在生物基新材料领域备受瞩目。同时，可穿戴电子产品的迅猛发展促进了柔性电子复合材料的广泛应用，EUG凭借其优异的性能成为可穿戴导电膜材料领域的新任候选者。本文首先从杜仲种皮中提取EUG，然后利用乳液法对其进行环氧化改性并制备得到环氧化杜仲胶（EEUG）；随后分别将EUG和EEUG与传统导电高分子聚苯胺（PANI）及新兴无机导电填料液态金属（LM）复合，浇筑成膜制备具有一定弹性的导电复合膜材料，主要包括以下内容： 首先，通过氢氧化钠/石油醚抽提法从杜仲种皮中提取了天然杜仲胶，随后采用乳液法制备了具有一系列不同环氧度的改性杜仲胶。实验结果表明，随着反应时间与甲酸和过氧化氢含量的增加，环氧取代度逐渐增加，EEUG的结晶度不断下降，当环氧度为20%时，其在DSC曲线上的熔融结晶峰消失。伴随着环氧度的提高，材料的拉伸强度降低，而断裂伸长率显著增加，最高可达1430%，表明经过环氧化改性后的EUG具有制备高弹性橡胶的前景。 其次，将EUG与PANI进行物理共混，采用溶液浇筑法制备了复合导电膜材料。扫描电子显微镜测试结果表明，由于PANI与橡胶基体相容性不强，主要呈颗粒状分布在橡胶基体中。差示扫描量热分析结果表明，PANI的添加会破坏EUG的结晶。力学拉伸测试结果进一步表明，PANI的加入会导致复合膜断裂伸长率和拉伸强度均出现显著降低（8.5%和14.4MPa），表明EUG与PANI相容性较差，并不能直接作为PANI柔性设备基底。 进一步，我们将不同环氧度的EEUG与PANI进行溶液浇筑法制膜，并研究复合膜材料的力学及传感等性能。红外光谱证实了EEUG与PANI之间形成了大量氢键，接触角测试表明材料疏水性随着环氧度增加而逐渐增加，最高可达122°。力学拉伸测试表明EEUG/PANI复合材料材料的拉伸强度随着PANI加入而增加（从0.054MPa增加至11.5MPa），断裂伸长率可达107%。与EUG/PANI复合膜断裂伸长率只有8.5%相比，EEUG由于环氧基团的引入促进了与导电高分子PANI的相容性，导致其力学性能更优异，有望作为PANI基柔性设备基底。 最后，采用超声混合的方式制备了EUG与纳微米柔性LM复合的导电膜材料，并研究了由正十二硫醇（NDM）稳定的EUG/LM膜材料的电导率及力学等性能。实验结果表明，与不加分散剂相比，NDM分散的LM更加稳定，同时粒径显著降低，粒子表面由略带褶皱结构变得光滑。实验结果表明，NDM-LM/EUG膜中的LM液滴在EUG基底中分布更加均匀，表明NDM的加入有助于提升液态金属与EUG材料的相容性。差示扫描量热分析结果表明，微纳米LM的加入破坏了EUG的结晶结构，同时DSC曲线在-28~-10℃附近出现新的熔融峰，这主要归结于液态金属纳米化导致的过冷现象。微纳米LM的加入使EUG材料的拉伸强度明显增加，最高可达38.11MPa，但断裂伸长率变化相对不大。复合膜作为可穿戴应变传感器时，能够实现对人体运动的快速监测，展现出可穿戴导电膜材料在人体运动等方面良好的应用前景。
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