EVA在塑料改性中的应用进展

刘朝宝

(中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院，江苏 南京，210048)

乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)是以乙烯和醋酸乙烯(VA)为原料，通过聚合反应得到的一种先进高分子材料，是继高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)之后的第四大乙烯系列聚合物。EVA的性能主要取决于分子链上VA的含量。EVA的VA含量越低，EVA的结晶度越高，产品性能就越接近LDPE；而VA含量越高，产品性能就越接近橡胶。不同VA含量的产品被广泛用于发泡鞋材、热熔胶、电线电缆及光伏电池封装等领域[1-3]。

单一的未改性塑料由于自身结构特点的局限，导致了其应用范围有限且在加工成型等方面存在诸多不足，因此，通常对塑料进行物理改性或者化学改性，提升塑料的综合性能，拓宽其应用领域。EVA具有良好的挠曲性、柔韧性、弹性、耐候性、耐应力开裂性等，可以用作聚合物的抗冲改性剂，也可以和多种助剂协同使用，改善聚合物的流变性能、加工性能，提高聚合物制品的综合性能[4-6]。由于VA质量分数为40.0%～70.0%的EVA结晶度低，所以更适合用作共混改性。下面介绍几种通用塑料与EVA共混改性的研究进展。

1 PE/EVA共混改性

PE是世界上产量最大的塑料品种，PE具有优异的化学稳定性和低温韧性，而且加工性能好、质轻价廉。采用EVA对PE进行共混改性可提高产品的柔韧性、加工性能、透气性和印刷性，拓宽了其用途。HDPE和LDPE同EVA的相容性不同，Khonakdar H A等[7]采用动态力学分析法研究了HDPE/EVA共混物和LDPE/EVA共混物的相容性，结合形态学和流变学分析，结果表明，LDPE/EVA共混物比HDPE/EVA共混物具有更好的相容性。

影响PE/EVA共混物性能的因素主要有EVA含量、EVA中VA含量以及共混物的加工条件等。

1.1 EVA的含量

Faker M等[8]研究了不同EVA含量对PE/EVA共混物的流变性能、形态、力学性能和热行为的影响。研究发现：当PE和EVA的质量比为1∶1时，PE/EVA共混物出现清晰的连续形态，此时，PE/EVA共混物的拉伸强度显示出负偏差；当PE含量大于EVA含量时，PE/EVA共混物的形态更精细且分布均匀，界面相互作用更强，此时，PE/EVA共混物的拉伸强度显示出正偏差。殷锦捷等[9]采用正交试验法和方差分析法研究了不同EVA含量对PE/EVA共混物的拉伸强度和屈服强度的影响。结果表明：PE和EVA的相容性非常好；当EVA质量分数达到10.0%时，PE/EVA共混物的拉伸强度和断裂伸长率分别为32.6 MPa和725%，均达到最大值。

1.2 EVA中VA含量

阚林等[10]研究了不同VA含量对PE/EVA共混物摩擦带电现象的影响。研究发现，PE/EVA共混物的摩擦表面电位随VA含量增加而减小，合适的VA含量可以使PE/EVA共混物的摩擦表面电位为0。张亦希等[11]在研究PE相对分子质量及其分布、分子链结构以及PE与其他高聚物的共混物形态结构对耐环境应力开裂(ESCR)性能影响的基础上，考察了采用EVA作为共混改性剂的可行性，重点研究了不同EVA中的VA含量对共聚物的ESCR以及熔体流动速率、屈服强度、断裂强度、断裂伸长率和电性能等的影响。

1.3 加工条件

Poisson C等[12]优化了挤出吹塑制备三层薄膜(PE/黏合剂/聚酰胺)的工艺流程。研究发现：EVA的引入可以提高PE层的热封能力和光学性能，不会降低PE层的力学性能和黏合性能；在最优情况下，薄膜热封时间会缩短将近一半，其他性能保持不变或更好，降低了制造的成本，同时，更宽的工艺温度范围提高了工艺的灵活性。纪登鹏等[13]采用过氧化二异丙苯(DCP)交联法研究了DCP用量对HDPE/EVA片材热稳定性和力学性能的影响。结果表明：随着交联度的增大，HDPE/EVA片材的拉伸强度提高，维卡软化温度和结晶度逐渐降低，晶体结构基本不变，晶粒尺寸减小；当DCP质量分数为1.2%时，HDPE/EVA片材的拉伸强度达到了最大值，其断裂伸长率比未交联片材降低了77%，尺寸稳定性得到明显改善。

2 聚丙烯(PP)/EVA共混改性

PP是一种性能优异的热塑性合成树脂，具有优异的耐化学性、耐热性、电绝缘性、力学性能等，被广泛应用于汽车、电器、包装和食品等领域。但PP脆性大、收缩率高，制品容易发生翘曲变形。采用EVA填充改性PP的共混物能有效提高填充PP的冲击性能、断裂伸长率和熔体流动速率，制品表面光泽度也有所提高。同三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)等抗冲改性剂相比，采用EVA改性PP的成本更低。影响PP/EVA共混物性能的因素主要有EVA含量、EVA中VA含量以及共混物的加工条件等。

2.1 EVA的含量

张静等[14]研究了不同EVA含量对PP发泡性能及力学性能的影响。结果表明：EVA对PP的结晶度影响不大；当EVA质量分数为5.0%时，PP/EVA发泡复合材料的弯曲强度明显提高，从未添加EVA时的10.8 MPa提高至15.5 MPa，但拉伸强度变化很小，此时，PP/EVA复合材料的泡孔平均直径达到最小值，泡孔密度达到最大值，泡孔孔径分布最均匀。Ramírez-Vargas E等[15]研究了不同EVA含量对PP/EVA共混物的形态和力学性能的影响。研究发现，当 EVA质量分数高于40.0%时，PP/EVA共混物的断裂伸长率和冲击强度明显提高。

2.2 EVA中VA含量

Gupta A K等[16]研究了3种EVA(VA质量分数分别为9.0%，12.0%，19.0%)对PP/EVA共混物熔体流变性能的影响。研究发现：不同含量的VA使得PP/EVA共混物中EVA分散相的粒径和密度产生明显差异；PP/EVA共混物熔体流变性能和EVA的形态密切相关。

2.3 加工条件

孙静等[17]研究了超声功率对PP/EVA共混体系微观形貌、力学性能及结晶性能的影响。研究发现：EVA在PP中的尺寸随超声功率的增大逐渐变小，EVA在PP中的分散性更好；同时，PP/EVA共混体系的缺口冲击强度随超声功率的增大先升高后降低；超声功率提高了PP/EVA共混体系的结晶度。陆近涛[18]研究了不同EVA含量和不同种类纤维对PP复合材料性能的影响。研究发现：EVA质量分数为20.0%时，PP/EVA共混物的冲击强度是纯PP的3倍多；芦苇纤维质量分数为30.0%时，PP/EVA共混物的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均大幅提升；水镁石纤维质量分数为10.0%时，PP/EVA共混物的力学性能最好；加入改性的水镁石纤维后，PP/EVA共混物的流动性能和疏水性能显著提高。

3 聚氯乙烯(PVC)/EVA共混改性

PVC是五大通用塑料之一，其年产量仅次于PE，是应用较广泛的塑料品种[19]。PVC具有优异的力学性能、良好的耐酸碱性、化学稳定性等，而且成本低，广泛应用于家电、包装、家具等领域。但PVC热稳定性差，耐老化性弱、易脆裂，使其加工困难，不能用做结构材料，限制了其应用。采用EVA改性的PVC/EVA共混物具有优异的柔韧性，且加工温度低。

根据EVA的含量，PVC/EVA共混物主要分为硬质和软质2种类型。硬质PVC/EVA共混物主要用来制备抗冲管材，也可用来制备抗冲板材、挤出异型材、低发泡合成材料、注射成型制品等。软质PVC/EVA共混物主要用来制备耐寒薄膜、软片、人造革、电缆及泡沫塑料等。

武承林等[20]研究了不同EVA含量对PVC/EVA共混物管材的流变性能、力学性能、形状记忆等的影响。结果表明：EVA能够显著提高PVC/EVA共混物的韧性，降低PVC/EVA共混物的维卡软化温度，缩短了PVC/EVA共混物的塑化时间，提升了PVC/EVA共混物的形状记忆效应，且形变回复后管材的环刚度、拉伸强度、断裂伸长率等力学性能没有明显降低，满足PVC管材的国标要求。包永忠等[21]研究了EVA结构和混合物制备方法对PVC/EVA共混物力学性能的影响。研究发现：随着EVA(VA质量分数为15.0%)添加量增加，EVA/PVC共混物的冲击强度逐渐升高；随着EVA(VA质量分数为20.0%和25.0%)添加量增加，EVA/PVC共混物的冲击强度先升高后降低；EVA的加入使合金的拉伸强度降低，加入高VA含量的EVA时合金的拉伸强度下降更明显。相同EVA添加量时，采用接枝共聚制备的PVC/EVA合金的冲击强度远大于熔融共混制备的PVC/EVA合金的冲击强度，且断面呈现典型的韧性断裂形貌。

专家研究PVC/EVA共混体系发现：EVA质量分数为7.5%时，PVC/EVA共混体系的冲击性能最佳，其他性能也较好；EVA改性剂的加工性能和耐候性与丙烯酸改性剂(ACR)接近，低温性能良好，有较低的熔融黏度；但改性PVC的拉伸强度低，且EVA多为粒状，与粉状PVC分散效果较差，从而影响其对PVC的增韧作用[22-23]。

4 EVA/一氧化碳(CO)/PVC共混改性

EVA/CO/PVC三元共聚物是由美国DuPont化学公司开发的PVC改性剂，EVA/CO/PVC三元共聚物分为Elvaloy 741和Elvaloy 742。Elvaloy 741为通用型，以质量分数计其组成为：乙烯为66.0%，VA为24.0%，CO为10.0%。Elvaloy 741具有热稳定性好、迁移性小、无毒、环保等特点，可以用作PVC的增塑剂[24]，能显著提升PVC的综合性能，还可以用于食品等安全等级要求较高的领域[25]7。Elvaloy 742具有良好的柔韧性、化学稳定性和弹性，透明性和表面光泽度优异，广泛应用于薄膜、电线电缆、玩具等领域[26]。

由于EVA/CO结构中引入羰基，极性提高，与PVC的相容性非常好。PVC/EVA/CO共混物具有优异的耐久性和较好的耐寒性、弹性，抗蠕变性、耐热性、电气特性和抗紫外线能力也较好。采用PVC/EVA/CO共混物制得的片材老化收缩率低、耐腐蚀性和耐寒性好、撕裂强度大、抗蠕变性优良，可用热风焊和高频热合等方法均匀粘接，且剥离强度大。这种片材被广泛用于工业废水池、石油存贮槽的防油堤、屋顶防水、太阳能热水池的防水层等，还可用来制作汽车的内饰材料、鞋材料以及耐油、耐燃、耐热的电缆和电线等。

张婧等[25]8-9研究了辐射对Elvaloy 741及其与PVC共混物力学性能的影响。研究发现：吸收剂和交联敏化剂含量均会影响Elvaloy 741的辐射交联行为；当凝胶质量分数为60.0%～70.0%时，Elvaloy 741具有较好的拉伸性能；在不添加交联敏化剂的情况下，经高能电子束辐射作用后，共混物的力学性能显著提高。

5 结语

由于EVA优异的性能，被广泛应用于发泡材料、阻燃、电线电缆、热熔胶等领域，近年来，EVA的需求量越来越大。但EVA也有自身的缺点，如容易热分解、热性能差、表面硬度低等，一定程度上限制了EVA的应用。通过对EVA进行分子层面的改性处理，添加特定的功能化基团，改善EVA的加工工艺，对拓宽EVA在塑料改性中的应用具有重大意义。