高分子材料的使用壽命強烈依賴于使用的環(huán)境條件。因此，對不同環(huán)境條件下材料使用壽命的快速準確預(yù)測，對于材料安全使用、穩(wěn)定化改性或合理回收利用具有重要的指導(dǎo)意義。
近期，清華大學(xué)化工系楊睿教授團隊建立了一種高效且精確的壽命預(yù)測方法來定量預(yù)測可降解塑料PBAT在不同氣候地區(qū)的壽命。該方法借助該團隊之前開發(fā)的綜合老化評價系統(tǒng)（CAES）（圖1），通過三個步驟建立壽命預(yù)測模型：
（1）通過CAES快速測試PBAT在不同環(huán)境條件（輻照度、溫度、濕度）下的CO2產(chǎn)生速率，得到降解速率與環(huán)境條件間的定量關(guān)系，即環(huán)境條件方程；
（2）建立不同老化程度PBAT的CO2產(chǎn)生速率與拉伸強度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，即老化狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系；
圖1 綜合老化評價系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
圖2 （a）PBAT壽命預(yù)測模型擬合效果檢驗圖；（b）PBAT在不同老化條件下的力學(xué)性能衰減預(yù)測線及實測數(shù)據(jù)
圖3 PBAT戶外老化預(yù)期壽命分布地圖
圖4 PBAT在六個典型城市的單月老化速率分布圖
該工作揭示了PBAT的戶外壽命因季節(jié)和區(qū)域環(huán)境而異的定量關(guān)系，例如在夏季高溫+高輻照環(huán)境下PBAT壽命較短，更需要進行穩(wěn)定化改性；冬季使用PBAT時則需注意降解緩慢的風險，需要根據(jù)使用環(huán)境進行相應(yīng)調(diào)整，以匹配PBAT的預(yù)期用途和所需的戶外壽命時長。基于CAES的壽命預(yù)測方法極大地減少了所需時間和成本、顯著提高了材料壽命評價工作的效率，以滿足材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用對壽命預(yù)測的及時響應(yīng)需求。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃的支持（2021YFD1700700、2021YFC2103603）。
原文信息：
Efficient and precise outdoor lifetime prediction method for biodegradable poly (butylene adipate/ terephthalate) under various climate conditions
Yan Ye, Guoshuo Tang, Xiangze Meng, Rui Yang, Baohua Guo, Xuming Xie. Journal of Cleaner Production, 2025,500:145276.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145276
