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，卷:16(4)DOI: 10.21767/0972-768X.1000296

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不同浓度醋酸乙烯共聚物薄膜的热力学和介电性能研究

*通信:

Kaviarasi一M.G.R博士教育研究所物理系，金奈，印度电话:+ 91 - 9710012431;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

乙烯醋酸乙烯酯，聚乙烯的共聚物(EVA)已用于制备薄膜的研究。通过改变EVA中乙酸乙烯酯含量的百分比为18%、58%和88%，采用溶剂浇注法在室温下制备薄膜。用氯仿作为乙烯醋酸乙烯的溶剂，高速搅拌使分子均匀分散。采用不同的表征技术对VA含量为18%、58%和88%的EVA薄膜进行了表征。傅里叶变换红外光谱学(FTIR)确定了不同VA浓度下EVA薄膜中存在的官能团。热重分析(TGA)确定了VA含量增加时薄膜的热稳定性。通过力学研究证实，随着醋酸乙烯含量的增加，拉伸强度、弯曲强度和韧性等力学性能都有所提高。研究了三种浓度醋酸乙烯在EVA中的介电性能，结果表明，当醋酸乙烯浓度较高时，介电常数值不变，为88%。

关键字

乙烯醋酸乙烯酯;醋酸乙烯酯;傅里叶变换红外光谱学(红外光谱);热重分析(TGA)

简介

有机大分子薄膜的形成、结构和性质是目前研究的热点。为了解决与粘附性有关的所有问题，还需要对其结构上的一些重要问题进行研究，如分子取向和大分子吸附引起的构象变化等[1］．聚合物是令人着迷的分子，其中局部(节段)和全局(链)运动是曲折的，产生了行为和性质的复杂组合[2］．近年来，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)共聚物因其稳定的物理化学和动力学性能而具有广泛的工业应用，这使得EVA区别于其他共聚物产品[3.］．乙烯醋酸乙烯酯(EVA)是一种热塑性共聚物，在室温下为固体[4］．EVA结合了化学交联弹性体和工程塑料的化学和材料特性，工程塑料的制造通常更容易和负担得起。它是一种极具弹性的材料，可以烧结形成像橡胶一样的多孔材料，但具有优异的韧性。多年来，EVA一直是许多医疗应用中的一种创新材料，其广泛的性能可以定制和控制，以开发具有众多潜在应用的新材料[5-7］．高分子薄膜在现代技术中起着非常重要的作用。聚合物涂层有助于保存，隔离或装饰底层材料。因此，这些的稳定性聚合物在多种情况下是强制性的[8］．早期的调查被限制在最小VA百分比到最大40%的EVA。在这项研究中，我们考察了由三种不同比例的醋酸乙烯酯(18%，58%和最大88%)组成的EVA薄膜的光谱学，热，机械和介电行为。

材料与方法

乙烯醋酸乙烯酯(EVA)在固体形式，醋酸乙烯酯和氯仿从科学化学供应商，金奈购买。EVA颗粒在氯仿等合适的溶剂中浸泡至少9 - 10小时，然后用磁力搅拌器搅拌浸泡好的EVA 5 - 6小时，在大约30°C至32°C的温度下得到透明均匀的溶液。乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，聚乙烯的共聚物已用于制备薄膜。薄膜是通过溶剂铸造法在室温下通过改变醋酸乙烯酯含量的百分比为18%，58%和88%的质量浓度来制备的。所得薄膜厚度约为0.2 mm，且纹理均匀。然后对薄膜进行相应的切割以进行测试和分析。

描述

采用Perkin Elmer Spectrum Two FT-IR仪对VA含量分别为18%、58%和88%的EVA薄膜进行了吸收模式傅立叶变换红外(FTIR)光谱分析。整个区域4000厘米^－1到450厘米^－1是由这个仪器覆盖的。采用Perkin Elmer/Pyris仪器在20℃/min的温度下进行热重分析(TGA)，研究了不同VA含量的EVA薄膜的热行为，并在20 ml/min的N流量下，测量了样品在50 ~ 600℃温度范围内的失重情况₂气体。采用ASTM D-638-00在Instron试验机上测定了EVA薄膜的力学性能模型15567采用十字头速度10毫米/分钟。从每个EVA膜上剪下5厘米长和1厘米宽的试样进行测试，并报告了数值。介电特性是电响应的有用特性之一。这些特性的频率依赖性为材料的应用提供了一个很好的见解。使用HIOKI 3532-50 LCR HITESTER计对适当切割和成形的EVA薄膜进行介电研究。测量频率范围为100hz至5mhz。

结果与讨论

FTIR光谱分析

采用红外光谱法对不同浓度醋酸乙烯薄膜进行了分析。文中给出了VA为18%、58%和88%的EVA薄膜的红外光谱图1．研究了聚合物表层相对于吸收区域O-H (3100-3600 cm)的变化^－1)， C=O(1739厘米^－1)， C=C(1600-1700厘米^－1), CH_3.(1372厘米^－1)和C=O(1237厘米^－1)进行比较(图2)与CH₂组变形带(1464 cm^－1)．该频带可作为监测不同VA含量EVA官能团的整体标准[9］．文中给出了EVA聚合物的主要光谱特征表1．这些光谱特征可以通过对文献数据的分析来识别[10］．醋酸函数的主要吸收带出现在1739 cm处^－1［11］．

表1:EVA薄膜红外吸收波段的归属。

热分析

通过热重分析(TGA)，考察了不同乙酸乙烯(VA)含量的EVA薄膜在不同气氛下的热稳定性。所有样品均表现出两个减重阶段。室温最初升高到近300°C是由于水分的释放，残留的有机溶剂纠缠在聚合物链上没有明显的失重，重量百分比几乎保持不变[12］．在三种不同比例的醋酸乙烯中，EVA的热氧化降解发生在连续的两个步骤中。第一步(300-380)对应于EVA的醋酸乙烯基脱酰基化消除并形成两个化学键。第二步(380-450)可用于进一步降解在第一步中形成的乙烯基聚乙烯链[13，14］．在第二阶段，随着温度的升高，所有样品的重量迅速下降，这是由于骨干的破坏[15，16］．当将三种样品的降解温度随醋酸乙烯含量的增加进行比较时，降解温度在10℃时的最大值略有变化。但是退化的范围保持不变。

机械的研究

采用溶剂铸造技术制备了醋酸乙烯酯(EVA)薄膜，其比例分别为18、58和88。选取所有质地均匀、表面光滑的薄膜进行拉伸试验。图3得到了不同醋酸乙烯含量时EVA的应力-应变关系。对三种薄膜的抗拉强度、弯曲强度和韧性等力学性能进行了测定并制成了表表2．结果表明，随着EVA中醋酸乙烯含量的增加，拉伸强度增大。值得注意的是，在EVA中，作为弯曲强度依赖因素的材料的韧性也随着醋酸乙烯百分比的增加而增加。机械性能的改善可以归因于醋酸乙烯酯的性质，它的作用压力集中器在变形过程中[17］．

表2:不同比例醋酸乙烯的EVA力学性能研究。

介质的研究

对不同比例醋酸乙烯的EVA进行了介电测量和计算。介电常数是衡量材料极化与应用场强的关系。这意味着在给定强度的电场中，材料中产生的极化越大，介电常数就越大[18］．从图中可以看出，介电常数随频率的增加而减小。实验证明，所取材料在120°C高温下表现出典型的介电行为[19) (图4)．

当VA值为18%时，介电常数随频率的变化逐渐下降，频率较低时最大，频率较高时最小。对于VA为58%的EVA，介电常数的恒定范围很快达到频率本身的最小值，令人惊讶的是，VA为88%的EVA在频率的开始到结束范围内几乎保持恒定。这表明，VA含量较高的EVA比VA含量较低的EVA表现出最大的介电性质。

结论

采用溶剂浇注法在室温条件下制备了乙酸乙烯酯含量分别为18%、58%和88%的乙烯乙酸乙烯酯共聚物薄膜。红外光谱证实了薄膜中存在官能团。通过热重分析确定了薄膜的降解温度范围。测定了EVA中醋酸乙烯含量对应的应力应变关系、拉伸强度、弯曲强度和韧性等力学性能。力学数据表明，VA百分比增加到88%时，EVA的抗拉强度有所提高。对薄膜的介电性能研究表明，VA含量较高的EVA比VA含量较低的EVA具有最大的介电性能。由此可见，不同VA含量的弹性EVA具有更好的韧性和稳定性，可用于热熔胶、聚合物涂层、包装产品等高分子制品。

参考文献

1. 杨晓明，李志刚，张晓明，等。吸附乙烯-醋酸乙烯共聚物纳米膜分子取向的红外光谱研究。大分子。1998;31:3961 - 73。
2. 卡萨利尼R，罗兰CM。聚合物玻璃局部动力学的反常性质。2008.
3. Billmeyer弗兰克-威廉姆斯。高分子科学教材?John Wiley and Sons, Inc.，纽约，美国。1994.
4. 王志强，王志强，等。在体外用于生物医学应用的乙酸乙酯(EVA)纳米复合材料的生物稳定性和生物相容性。RSC Adv. 2015;5:31485。
5. 孔雀AJ。聚乙烯手册:结构:性能和应用。CRC出版社，美国纽约。2000.
6. 雷耶斯JD。乙烯乙烯醋酸酯的创新用途聚合物促进医疗保健SPE聚烯烃会议，美国。2014.
7. 芬克JK。乙烯醋酸乙烯共聚物。见:工程和特种热塑性塑料手册:聚烯烃和苯乙烯，John Wiley & Sons, Inc.，霍博肯，新泽西州，美国。2010;页:187 - 209。
8. Bhatta UM, Khushalani D, Satyam PV。金- ps纳米复合材料薄膜的热稳定性:金属材料科学，2011;34(4):595-9。
9. Korzhenko AA, Shapoval GS, Syromyatnikov VG。乙烯-醋酸乙烯共聚物阴极剥离中官能团的电化学还原。《理论与实验化学》1994;30(6):1994。
10. 杨晓明，杨晓明，杨晓明，乙烯和醋酸乙烯共聚物光解反应的研究。化学学报。1987;88:987-1004。
11. 李文杰，李文杰，等。聚合物/碳纳米管纳米复合材料:碳纳米管对EVA光降解的影响。高分子降解与稳定性。2007;92:1873-82。
12. 张旭，朱军，Haldolaarachchige N，等。具有可调形貌和物理性能的聚苯胺纳米结构的合成工艺。聚合物。2012;53:2109-20。
13. 王志强，王志强，等。层状硅酸盐的合成及热行为?伊娃纳米复合材料。高分子学报。2001;42:4501。
14. 庄天华，郭伟，程克春，等。乙烯-醋酸乙烯共聚物/蒙脱土/聚乙烯纳米复合材料的热性能和可燃性。高分子学报。2004;11:169-174，
15. 陆霞，吴海海，徐娟，等。聚苯胺的导电性?十二烷基苯磺酸配合物的热降解及其机理。Synth Met, 2002;128:167 - 78。
16. 陈涛，董超，李霞，等。十二烷基苯磺酸-盐酸共掺杂聚苯胺的热降解机理。中国科学院学报(自然科学版)，2009;
17. 张志强，张志强，张志强，等。超声辅助合成PMMA/粘土纳米复合材料的氧渗透和阻燃性能研究。植物学报，2012;35(1):27-32。
18. 王志强，王志强，王志强，等。环氧树脂粉煤灰复合材料的介电性能。15.生物工程学报，2016;
19. 王志强，王志强，王志强，等。聚苯胺/钠基膨润土纳米复合材料的合成及介电性能:复合材料科学与工程，2010;17:145-53。