客户成果 | 天津工业大学《Polym. Degrad. Stab.》长期氧化老化下乙烯-醋酸乙烯酯相容剂改性废聚乙烯沥青的界面演化与相稳定性研究
发布时间：
2026-03-10
近日，广州航海学院、天津工业大学联合致真精密仪器等单位，在废聚乙烯改性沥青长期氧化老化下的界面演化与相稳定性领域取得重要进展。该研究以题为 “Interfacial evolution and phase stability of waste polyethylene-modified bitumen with ethylene-vinyl acetate compatibilizer under long-term oxidative aging”的论文发表于聚合物降解与稳定性领域顶级期刊《Polymer Degradation and Stability》。研究团队使用致真精密仪器自主研发的AtomEdge Pro原子力显微镜，证实EVA增容后WPE与沥青界面形成融合均一结构，为阐明其抑制相分离、提升长期抗老化性能的核心机理提供了关键证据。
▲《Polymer Degradation and Stability》期刊论文截图。
▲致真精密仪器原子力显微镜（AtomEdge Pro）观测到的WPE/EVA共混物形貌及相位图，清晰呈现了随 WPE/EVA 配比变化，共混物表面拓扑结构、相区对比度及聚合物相分散均匀性的演变规律。
▲致真精密仪器原子力显微镜（AtomEdge Pro）观测到的沥青基共混物微观形貌图，直观展现了不同WPE/EVA配比对共混物表面平整度、相界面模糊程度及聚合物分散状态的影响。
基质沥青作为道路工程的核心粘结材料，其粘弹性虽能适配交通荷载与环境波动，但高温永久变形、低温疲劳开裂等缺陷限制了路面耐久性，而全球废塑料堆积的环境问题与沥青改性需求相结合，使废聚乙烯(WPE)掺入沥青成为兼具性能提升与资源循环的重要方向。然而，WPE与沥青存在严重热力学不相容性，易引发相分离、界面粘结薄弱等问题，导致改性沥青性能劣化。乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)因兼具与WPE相容的非极性乙烯段和与沥青作用的极性醋酸乙烯酯基团，成为潜在高效相容剂，但对其调控WPE改性沥青长期氧化老化下界面演化的机制，仍缺乏系统探究，这也构成了本研究的核心切入点。
研究团队以60/70号基质沥青、购物袋来源的废低密度聚乙烯(WPE)和醋酸乙烯酯含量28 wt%的EVA为原料，制备了不同WPE/EVA配比的改性沥青样品（沥青占比94 wt%，WPE与EVA总占比6 wt%）。通过预混工艺制备WPE/EVA共混物，再经高温高剪切搅拌制得改性沥青，采用旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)结合压力老化容器(PAV)模拟短期与长期氧化老化(20 h、40 h、60 h)。借助原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等多尺度表征手段，系统分析体系的微观结构、化学变化、流变特性与力学性能。
微观结构、化学与流变性能分析表明，EVA对WPE与沥青的界面相容性具有关键调控作用，显著提升了改性沥青的长期抗老化能力。电镜与荧光显微观察显示，EVA通过形成纳米级过渡界面相，将WPE与沥青从粗疏的两相结构转变为相互贯穿的均相体系，并在60 h PAV老化后仍保持聚合物相的均匀分散。化学与热性能分析进一步证实，EVA相容化体系中的羰基增长速率显著放缓，热降解曲线融合为单一宽化峰，体现了强界面作用与热行为耦合。流变与力学性能测试则表明，经老化后，相容化样品复数模量(G*)增幅仅83%、相角(δ)保持34.5°，疲劳寿命保留率达64%，-18 °C下m值维持0.278，软化点差(ΔT)仅1.2 °C；而未相容化样品G*增长近900%、δ骤降至12°，疲劳寿命损失超90%、m值降至0.215、ΔT高达5.7 °C。
在本研究中，致真精密仪器AtomEdge Pro多功能原子力显微镜为解析EVA的相容化机制提供了关键可视化证据。通过轻敲模式，AFM在不同扫描尺度下对WPE/EVA共混物及改性沥青的形貌、相态与三维拓扑结构进行了精准表征。随EVA含量增加，体系从粗疏两相结构向均相、细分散结构演变：当WPE/EVA比例为5:1时，样品表面呈现明显突起与高反差相界；比例调整为3:3后，表面趋于平滑，相界模糊，形成典型的相容化界面相。AFM不仅精准区分了WPE相、EVA相与沥青基质，更直观印证了EVA通过形成纳米级界面相实现对WPE的分散与稳定作用。这一纳米尺度的结构演变为理解EVA的相容化机制、建立微观结构与宏观性能之间的关联提供了直接支撑。
综上，EVA通过构建“乙烯段锚定WPE、醋酸乙烯酯基团作用沥青”的界面相，有效改善了WPE与沥青的相容性，使改性沥青在长期氧化老化后仍保持优良的流变特性、低温抗裂性与疲劳耐久性。该研究为废塑料在道路工程的高值化利用提供了科学依据，也为聚合物改性沥青的界面工程设计提供了新思路。
AtomEdge Pro多功能原子力显微镜可对材料、电子器件、生物样本等进行亚纳米级三维扫描成像及表征，广泛应用于材料科学、化学与环境科学、半导体、微电子、生物医药等领域。具备接触、轻敲、非接触等多种工作模式，为用户提供了更为灵活和精准的操作选择。此外，它还集成了磁力显微镜、静电力显微镜、开尔文探针力显微镜、压电力显微镜等多种功能模式，稳定性强，可拓展性良好。同时，可根据用户需求灵活定制功能模块，为特定研究领域提供针对性解决方案，实现一机多用的高效检测平台。
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