PE/EVA共混改性研究進展

丁 圓 張 宏 劉 琪 白聰艷 盧亞紅 王九玲賀 媛 朱振亞

(1. 西北民族大學 化工學院，甘肅 蘭州 730030；2. 甘肅省高效環境友好復合材料及生物質利用省級重點實驗室，甘肅 蘭州 730030)

聚合物的共混是提高材料性能最經濟有效的方法，同時也是材料研究中十分重要的領域。以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)彈性體作為改性劑，與聚乙烯(PE)進行共混，可有效的提高PE的韌性、耐環境應力開裂性、透明度和填料的承載能力[1]。因此，這類共混物具有重要的技術和經濟意義，在可收縮薄膜、多層封裝、電線電纜涂料等領域應用甚廣[2-5]。

EVA是通過自由基本體聚合得到，其中的醋酸乙烯酯單體具有與乙烯單體相同的反應性，其含量直接影響共聚物的結晶度和一般性能。與PE相比，EVA具有更高的柔韌性和透明度﹑更低的彈性模量以及對氧氣和水蒸氣的阻隔性能[5]。通常根據某一應用的要求，以EVA作改性劑或以EVA作增容劑來對PE進行改性，進而探索、研發和生產以PE/EVA共混物為基礎樹脂的功能化的塑料制品[6]。

1 PE/EVA共混改性機理

一般情況下，聚合物共混是將不同性質的聚合物材料，通過各種儀器(如雙輥開煉機、捏合機、單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機等)進行人為的物理混合。共混物的性能，不但與各“單”組分的性質、共混配比有關，更主要的是取決于它的混合態，即參與共混各組分之間的相溶性[7]。

EVA是一種具有橡膠彈性的熱塑性樹脂，具有很好的韌性和耐應力開裂性，常用作聚烯烴類樹脂的共混改性劑。由于PE、EVA二者結構近似，故有著良好的相容性，PE/EVA共混物相當于長鏈的乙烯烴，其乙酸基團隨機分布在整個鏈上。又因EVA鏈段會在PE基體中發生微相分離，產生銀紋和剪切帶，EVA粒子和剪切帶又會及時阻止產生裂紋，起到增韌PE的作用；而在PE鏈中添加醋酸乙烯酯，破壞了它的結晶能力，從而導致機械性能有所下降。

2 PE/EVA共混改性實例

吳石山等[8]將VA含量為14%的EVA和低密度聚乙烯(LDPE)在雙輥筒煉塑機中混煉，探討不同EVA用量對LDPE/EVA共混物力學性能和流變性能的影響，LDPE與EVA的用量比分別為100/0、95/5、90/10、85/15。共混物樣品通過力學性能和熔體流動特性測試，發現EVA用量越大，LDPE /EVA共混物的拉伸強度越低，但斷裂伸長率和共混物熔體流動性顯著提高。

宋磊等[9]利用Rheocord扭矩流變儀研究了三種不同的PE/EVA(VA含量為14%)共混體系(LDPE/EVA、HDPE/EVA、LLDPE/EVA)在不同比例、溫度、轉速情況下對扭矩的影響。隨著PE/EVA共混體系中EVA含量的增加(0%、20%、40%、60%、80%、100%)，HDPE/EVA和LLDPE/EVA共混體系的扭矩下降較為明顯，而LDPE/EVA共混體系的扭矩變化幅度很小。

Takidis等[5]研究了LDPE/EVA(VA含量為18%)共混物的相容性，報道了共混物的組成和加工溫度對相容性的影響。他們發現僅在180 ℃下制備的摻量為75wt % EVA的共混物為均相，并且建議高于180 ℃的混合溫度才能有效地改善機械性能，增加相容性。Khonakdar等[10，11]將動態力學分析(DMA)與形態學和流變學研究相結合，探究HDPE/EVA和LDPE/EVA共混物的混溶性，發現LDPE/EVA共混物比HDPE/EVA共混物具有更好的相容性。Peon等[12]對PE/EVA共混物的粘彈性進行了研究。他們利用線性粘彈性數據對共混物的相結構進行了評估，并預測當共混體系中PE占60wt%時，PE/EVA共混物具有共連續性。

殷錦捷等[13]研究了不同EVA的含量(EVA的VA含量為28%，用量分別為10%、20%、30%、40%)對線性低密度聚乙烯(LLDPE)/EVA共混物力學性能的影響以及LLDPE/EVA的相容性。發現EVA用量占10%時，共混物試樣的拉伸強度和斷裂伸長率達到最大，分別為32.6MPa和725%；且共混物試樣均呈現1個Tg峰值，屬于熱力學相容體系，LLDPE /EVA相容性很好。

楊軍紅等[14]借助恒速型雙毛細管流變儀研究了高密度聚乙烯(HDPE)/EVA共混物的流變現象，重點分析了不同比例EVA的加入對HDPE的黏度變化和壓力振蕩現象的影響。HDPE與EVA(VA含量為14%)的質量比分別為90/10、80/20、70/30、60/40、50/50。在加入EVA后，HDPE/EVA共混物壓力振蕩的振幅大都有所下降，尤其當EVA含量為40%、50%時，下降顯著。隨著EVA含量的增加，HDPE/EVA共混物的表觀黏度總體呈現下降趨勢。

Chen等[15]測試了HDPE/EVA和LDPE/EVA(VA含量均為18%)共混物，對它們的抗環境應力開裂性能(ESCR)進行了比較。結果表明：ESCR測試的失效時間隨著EVA含量的增加而增加，LDPE/EVA共混物的失效時間有明顯改善，而HDPE/EVA共混物的失效時間無明顯改善。

Cabral等[16]在LDPE基質中摻入EVA，共混物的拉伸強度降低，而延展性和韌性提高。EVA彈性體的柔韌性替代了增加的結晶度并促進了LDPE分子鏈的遷移，從而導致模量下降以及LDPE斷裂伸長率的增加。且LDPE/EVA共混物呈現兩相結構，EVA共聚物的顆粒分散在LDPE基質中，分散顆粒的尺寸隨著EVA含量的增加而增加。

3 PE/EVA共混改性應用

3.1 導熱材料

PE/EVA材料可作為保溫隔熱材料﹑緩沖內襯，但由于本身熱傳導能力相對較弱而限制了其更多的應用。因此，為擴展其應用領域，通過引入高熱導率的填料，制備一系列具有優異綜合性能的高導熱聚合物材料，可以解決電器設備熱聚集問題，應用于航天航空、軍事設備、電器及微電子等諸多制造業及高科技領域。

陳金等[17，18]以氮化硼和納米Al2O3作導熱填料，LDPE和EVA(VA含量為26%)為基體樹脂，通過熔融共混法制備得到BN/LDPE/EVA、Al2O3/LDPE/EVA兩種導熱復合材料。通過表征分析得到：在PE/EVA共混物體系中，EVA含量為50%時共混物能夠呈現良好的共連續結構；BN、納米Al2O3粒子主要分布在PE相，且當BN、納米Al2O3的質量分數均為30%和40%時，BN/LDPE/EVA、Al2O3/LDPE/EVA體系能形成共連續結構。通過比較復合材料的導熱能力，共連續復合材料(BN/LDPE/EVA、Al2O3/LDPE/EVA)的導熱率均高于單一聚合物基體的復合材料(BN/LDPE、Al2O3/LDPE)。

3.2 導電材料

PE/EVA材料本身是優良的絕緣體，但通過添加導電劑如炭黑可構建導電復合材料，并且EVA的加入可有效降低電阻，從而提升導電性。

Fougler等[19]采用不同商品級的無規EVA共聚物與高密度聚乙烯(HDPE)和炭黑共混制備導電高分子復合材料。其目的是通過纖維的電活性反應，制備一種能夠感知周圍環境條件的智能纖維。整個工藝是基于導電聚合物復合材料的可逆電活性反應，通過減小填料的含量來確保這些復合材料具有足夠的機械性能并保持其導電性，并向其中加入EVA降低復合材料的電阻。這意味著醋酸乙烯酯單元具有更高的導電性。

3.3 薄膜

PE/EVA共混材料可應用于薄膜。優選PE/EVA共混材料作為包裝材料，因為它可以制成各種厚度、高透明性和低成本的包裝膜，這些包裝膜具有毒性低，手感柔軟的優點。LDPE/EVA共混物可單獨使用，也可與其他聚烯烴(例如HDPE，聚丙烯(PP)和聚(乙烯-共-乙烯基醇)(EVOH))組合使用，用來生產多層包裝膜。這類共擠出薄膜和取向薄膜具有理想的氧氣阻隔性能、韌性、收縮性和良好的光學性能。此外，LDPE/EVA共混物還可適用于肉類和其他產品包裝的收縮膜。抽真空后，通過溫和的加熱，薄膜很容易收縮。

Entezam等[20]發現納米粘土在富EVA共混納米復合材料中的分散性優于富PE共混納米復合材料。在此基礎上，Dagmar等[21]以層狀粘土為填料，PE和EVA(VA含量分別為19%和5%)為基體，制備了聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/粘土納米復合薄膜。

3.4 其它應用

胡圣飛等[22]將PE/EVA體系應用于改性瀝青材料，通過控制EVA和PE配比，實現PE/EVA/瀝青三元共混體系，可作為理想的鋪路材料。

4 發展與展望

近年來，國內外研究人員對PE/EVA共混材料進行了許多研究，如調節組成比、黏度和許多其他因素(如溫度、螺桿轉速等)來獲得具有所需性能的聚合物復合材料，并將其應用于薄膜，導熱導電等材料。

基于綠色環保的理念，將環境中的廢棄物進行回收再利用是目前的研究熱點。廢棄塑料是造成“白色垃圾”的主要源頭，其主要成分為PE。通過共混改性的方法，向廢棄PE中加入EVA、其它填料等，賦予廢棄PE新的利用價值，是今后的一個研究思路。不但實現了回收再利用，對生態環保有著重要意義；同時也降低了成本，有著可觀的經濟效益。