PE/EVA共混改性研究进展

丁 圆 张 宏 刘 琪 白聪艳 卢亚红 王九玲贺 媛 朱振亚

(1. 西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730030；2. 甘肃省高效环境友好复合材料及生物质利用省级重点实验室，甘肃 兰州 730030)

聚合物的共混是提高材料性能最经济有效的方法，同时也是材料研究中十分重要的领域。以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)弹性体作为改性剂，与聚乙烯(PE)进行共混，可有效的提高PE的韧性、耐环境应力开裂性、透明度和填料的承载能力[1]。因此，这类共混物具有重要的技术和经济意义，在可收缩薄膜、多层封装、电线电缆涂料等领域应用甚广[2-5]。

EVA是通过自由基本体聚合得到，其中的醋酸乙烯酯单体具有与乙烯单体相同的反应性，其含量直接影响共聚物的结晶度和一般性能。与PE相比，EVA具有更高的柔韧性和透明度﹑更低的弹性模量以及对氧气和水蒸气的阻隔性能[5]。通常根据某一应用的要求，以EVA作改性剂或以EVA作增容剂来对PE进行改性，进而探索、研发和生产以PE/EVA共混物为基础树脂的功能化的塑料制品[6]。

1 PE/EVA共混改性机理

一般情况下，聚合物共混是将不同性质的聚合物材料，通过各种仪器(如双辊开炼机、捏合机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等)进行人为的物理混合。共混物的性能，不但与各“单”组分的性质、共混配比有关，更主要的是取决于它的混合态，即参与共混各组分之间的相溶性[7]。

EVA是一种具有橡胶弹性的热塑性树脂，具有很好的韧性和耐应力开裂性，常用作聚烯烃类树脂的共混改性剂。由于PE、EVA二者结构近似，故有着良好的相容性，PE/EVA共混物相当于长链的乙烯烃，其乙酸基团随机分布在整个链上。又因EVA链段会在PE基体中发生微相分离，产生银纹和剪切带，EVA粒子和剪切带又会及时阻止产生裂纹，起到增韧PE的作用；而在PE链中添加醋酸乙烯酯，破坏了它的结晶能力，从而导致机械性能有所下降。

2 PE/EVA共混改性实例

吴石山等[8]将VA含量为14%的EVA和低密度聚乙烯(LDPE)在双辊筒炼塑机中混炼，探讨不同EVA用量对LDPE/EVA共混物力学性能和流变性能的影响，LDPE与EVA的用量比分别为100/0、95/5、90/10、85/15。共混物样品通过力学性能和熔体流动特性测试，发现EVA用量越大，LDPE /EVA共混物的拉伸强度越低，但断裂伸长率和共混物熔体流动性显著提高。

宋磊等[9]利用Rheocord扭矩流变仪研究了三种不同的PE/EVA(VA含量为14%)共混体系(LDPE/EVA、HDPE/EVA、LLDPE/EVA)在不同比例、温度、转速情况下对扭矩的影响。随着PE/EVA共混体系中EVA含量的增加(0%、20%、40%、60%、80%、100%)，HDPE/EVA和LLDPE/EVA共混体系的扭矩下降较为明显，而LDPE/EVA共混体系的扭矩变化幅度很小。

Takidis等[5]研究了LDPE/EVA(VA含量为18%)共混物的相容性，报道了共混物的组成和加工温度对相容性的影响。他们发现仅在180 ℃下制备的掺量为75wt % EVA的共混物为均相，并且建议高于180 ℃的混合温度才能有效地改善机械性能，增加相容性。Khonakdar等[10，11]将动态力学分析(DMA)与形态学和流变学研究相结合，探究HDPE/EVA和LDPE/EVA共混物的混溶性，发现LDPE/EVA共混物比HDPE/EVA共混物具有更好的相容性。Peon等[12]对PE/EVA共混物的粘弹性进行了研究。他们利用线性粘弹性数据对共混物的相结构进行了评估，并预测当共混体系中PE占60wt%时，PE/EVA共混物具有共连续性。

殷锦捷等[13]研究了不同EVA的含量(EVA的VA含量为28%，用量分别为10%、20%、30%、40%)对线性低密度聚乙烯(LLDPE)/EVA共混物力学性能的影响以及LLDPE/EVA的相容性。发现EVA用量占10%时，共混物试样的拉伸强度和断裂伸长率达到最大，分别为32.6MPa和725%；且共混物试样均呈现1个Tg峰值，属于热力学相容体系，LLDPE /EVA相容性很好。

杨军红等[14]借助恒速型双毛细管流变仪研究了高密度聚乙烯(HDPE)/EVA共混物的流变现象，重点分析了不同比例EVA的加入对HDPE的黏度变化和压力振荡现象的影响。HDPE与EVA(VA含量为14%)的质量比分别为90/10、80/20、70/30、60/40、50/50。在加入EVA后，HDPE/EVA共混物压力振荡的振幅大都有所下降，尤其当EVA含量为40%、50%时，下降显著。随着EVA含量的增加，HDPE/EVA共混物的表观黏度总体呈现下降趋势。

Chen等[15]测试了HDPE/EVA和LDPE/EVA(VA含量均为18%)共混物，对它们的抗环境应力开裂性能(ESCR)进行了比较。结果表明：ESCR测试的失效时间随着EVA含量的增加而增加，LDPE/EVA共混物的失效时间有明显改善，而HDPE/EVA共混物的失效时间无明显改善。

Cabral等[16]在LDPE基质中掺入EVA，共混物的拉伸强度降低，而延展性和韧性提高。EVA弹性体的柔韧性替代了增加的结晶度并促进了LDPE分子链的迁移，从而导致模量下降以及LDPE断裂伸长率的增加。且LDPE/EVA共混物呈现两相结构，EVA共聚物的颗粒分散在LDPE基质中，分散颗粒的尺寸随着EVA含量的增加而增加。

3 PE/EVA共混改性应用

3.1 导热材料

PE/EVA材料可作为保温隔热材料﹑缓冲内衬，但由于本身热传导能力相对较弱而限制了其更多的应用。因此，为扩展其应用领域，通过引入高热导率的填料，制备一系列具有优异综合性能的高导热聚合物材料，可以解决电器设备热聚集问题，应用于航天航空、军事设备、电器及微电子等诸多制造业及高科技领域。

陈金等[17，18]以氮化硼和纳米Al2O3作导热填料，LDPE和EVA(VA含量为26%)为基体树脂，通过熔融共混法制备得到BN/LDPE/EVA、Al2O3/LDPE/EVA两种导热复合材料。通过表征分析得到：在PE/EVA共混物体系中，EVA含量为50%时共混物能够呈现良好的共连续结构；BN、纳米Al2O3粒子主要分布在PE相，且当BN、纳米Al2O3的质量分数均为30%和40%时，BN/LDPE/EVA、Al2O3/LDPE/EVA体系能形成共连续结构。通过比较复合材料的导热能力，共连续复合材料(BN/LDPE/EVA、Al2O3/LDPE/EVA)的导热率均高于单一聚合物基体的复合材料(BN/LDPE、Al2O3/LDPE)。

3.2 导电材料

PE/EVA材料本身是优良的绝缘体，但通过添加导电剂如炭黑可构建导电复合材料，并且EVA的加入可有效降低电阻，从而提升导电性。

Fougler等[19]采用不同商品级的无规EVA共聚物与高密度聚乙烯(HDPE)和炭黑共混制备导电高分子复合材料。其目的是通过纤维的电活性反应，制备一种能够感知周围环境条件的智能纤维。整个工艺是基于导电聚合物复合材料的可逆电活性反应，通过减小填料的含量来确保这些复合材料具有足够的机械性能并保持其导电性，并向其中加入EVA降低复合材料的电阻。这意味着醋酸乙烯酯单元具有更高的导电性。

3.3 薄膜

PE/EVA共混材料可应用于薄膜。优选PE/EVA共混材料作为包装材料，因为它可以制成各种厚度、高透明性和低成本的包装膜，这些包装膜具有毒性低，手感柔软的优点。LDPE/EVA共混物可单独使用，也可与其他聚烯烃(例如HDPE，聚丙烯(PP)和聚(乙烯-共-乙烯基醇)(EVOH))组合使用，用来生产多层包装膜。这类共挤出薄膜和取向薄膜具有理想的氧气阻隔性能、韧性、收缩性和良好的光学性能。此外，LDPE/EVA共混物还可适用于肉类和其他产品包装的收缩膜。抽真空后，通过温和的加热，薄膜很容易收缩。

Entezam等[20]发现纳米粘土在富EVA共混纳米复合材料中的分散性优于富PE共混纳米复合材料。在此基础上，Dagmar等[21]以层状粘土为填料，PE和EVA(VA含量分别为19%和5%)为基体，制备了聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/粘土纳米复合薄膜。

3.4 其它应用

胡圣飞等[22]将PE/EVA体系应用于改性沥青材料，通过控制EVA和PE配比，实现PE/EVA/沥青三元共混体系，可作为理想的铺路材料。

4 发展与展望

近年来，国内外研究人员对PE/EVA共混材料进行了许多研究，如调节组成比、黏度和许多其他因素(如温度、螺杆转速等)来获得具有所需性能的聚合物复合材料，并将其应用于薄膜，导热导电等材料。

基于绿色环保的理念，将环境中的废弃物进行回收再利用是目前的研究热点。废弃塑料是造成“白色垃圾”的主要源头，其主要成分为PE。通过共混改性的方法，向废弃PE中加入EVA、其它填料等，赋予废弃PE新的利用价值，是今后的一个研究思路。不但实现了回收再利用，对生态环保有着重要意义；同时也降低了成本，有着可观的经济效益。