在长期氧化老化过程中，添加了乙烯-醋酸乙烯酯相容剂的废弃聚乙烯改性沥青的界面演变与相稳定性研究

《Polymer Degradation and Stability》：Interfacial Evolution and Phase Stability of Waste Polyethylene-Modified Bitumen with Ethylene-Vinyl Acetate Compatibilizer under Long-Term Oxidative Aging

该研究通过多尺度方法系统分析废聚乙烯（WPE）改性沥青与乙烯-醋酸乙烯（EVA） compatibilization的界面演变及长期氧化老化行为，发现EVA显著抑制了WPE与沥青的相分离，使高温储存软化点差异降低（ΔT从5.7℃降至1.2℃），并延缓了氧化老化导致的性能劣化，疲劳寿命保留64%，同时保持低温柔韧性（m值0.278）。该成果为开发基于废旧塑料的可持续铺路材料提供了新机制。

　　
本研究聚焦于利用废弃聚乙烯（WPE）改性沥青并引入乙烯-醋酸乙烯（EVA）共聚物作为相容剂，系统性探究了该复合材料的界面演化规律及其在氧化老化过程中的长期性能表现。研究通过多尺度分析技术，结合微观形貌观察、化学结构表征和力学性能测试，揭示了相容化工程对材料耐久性的关键调控机制。

在材料体系构建方面，采用中国石化集团提供的60/70号道路石油沥青作为基体，其25℃针入度达66（0.1mm），软化点47.5°C，满足常规沥青性能指标。废弃聚乙烯原料取自天津某科技公司的低密度聚乙烯（LDPE）废料，通过预处理去除杂质后与EVA相容剂按特定比例掺混。相容剂EVA的分子链设计兼顾了非极性聚乙烯基团与极性沥青组分的相互作用需求，其独特的二元结构既可增强与WPE的相容性，又能通过醋酸乙烯基团与沥青中的极性组分形成氢键等分子间作用力。

界面调控机制方面，研究揭示了EVA在相界面形成的动态稳定机制。实验发现，未经相容处理的WPE改性沥青在高温储存时（135℃）会发生明显的相分离，表现为聚乙烯颗粒的迁移和聚集，导致软化点差异ΔT达5.7°C。引入EVA后，这种差异显著降低至1.2°C，表明相容剂有效抑制了宏观尺度的相分离现象。微观分析显示，EVA在界面区形成约50-80nm的连续过渡层，这种纳米级界面结构将原本约5μm的WPE分散相细化至2-3μm，并显著降低界面能。

老化行为研究采用压力老化容器（PAV）模拟60小时氧化老化过程。通过同步辐射X射线衍射、原位电子显微镜等先进表征技术，观察到WPE/EVA/沥青三元体系中，EVA的相容化效应使其在氧化过程中表现出独特的界面稳定性。与未改性对照组相比，相容化体系在老化后仍保持83%的复杂模量（G*），而对照组却下降至初始值的11%。这种差异源于EVA形成的动态稳定界面层，其可逆的分子间作用力能有效缓冲氧化反应带来的结构破坏。红外光谱分析显示，EVA中的醋酸乙烯基团在老化过程中与沥青中的羧基、酚羟基等极性基团发生持续的相互作用，这种动态平衡有效延缓了沥青的氧化聚合进程。

性能演化规律方面，研究建立了从分子结构到宏观性能的完整关联模型。通过原子力显微镜（AFM）的纳米压痕技术发现，相容化界面层的弹性模量（约2.5GPa）显著高于纯WPE/PVLA界面（1.2GPa），这种结构强化使改性沥青在车辙试验中表现出更好的高温抗变形能力。扫描电镜（SEM）的断口分析表明，相容化体系在疲劳断裂时的界面脱粘能提高40%，其断裂模式从脆性断裂转变为韧性断裂，表现为更多的微孔闭合和界面桥接现象。

耐久性提升机制方面，研究揭示了相容剂的三重保护作用：1）界面相容性：EVA的接枝结构在极性沥青中形成均匀分散的纳米级分散相；2）氧化稳定性：EVA的乙烯链段通过空间位阻效应阻碍自由基链式反应；3）力学协同性：相容剂诱导的界面层实现WPE颗粒与沥青基体的应力均匀传递。这种协同效应使改性沥青在老化后仍保持0.278的低温弯曲流变参数（m值），而对照组已降至0.05以下。

工程应用价值体现在两方面：首先，通过建立材料参数与老化性能的定量关系模型，为优化相容剂配方提供了理论依据。研究指出EVA的醋酸乙烯含量需控制在25-35%区间，分子量分布在10万-30万之间时才能实现最佳界面稳定效果。其次，提出的"界面-相容-耐久"协同设计理念，突破了传统改性沥青单纯依赖增塑剂或填充材料的局限，为废旧塑料资源化利用开辟了新路径。

研究局限性与未来方向包括：1）加速老化实验与实际工况的差异，需开展户外长期观测验证；2）界面化学动力学机制尚不明确，建议结合原位光谱技术深化研究；3）多环境耦合效应（如水/热/氧协同作用）的影响尚未涉及，可拓展研究体系。这些发现为开发新型环保沥青提供了理论支撑，特别是为解决聚合物改性沥青的长期耐久性难题提供了创新解决方案。

该研究在材料科学领域具有双重突破意义：一方面，首次系统揭示了相容剂在聚合物改性沥青中的界面演化规律，建立了"分子设计-结构调控-性能优化"的创新研究范式；另一方面，从工业应用角度实现了废旧塑料（WPE）在道路建设中的规模化应用，单项目年消耗量可达2.3万吨，显著降低垃圾填埋压力。研究成果已获得广东省公路桥梁建设公司等产业部门的产业化应用支持，相关技术标准正在制定中，预计可推动国内废旧塑料回收利用率提升15个百分点，助力实现"双碳"战略目标。