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清华大学杨睿教授团队 JCP：高效准确预测PBAT在不同气候条件下的使用寿命

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-03-19 12:17

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高分子材料的使用寿命强烈依赖于使用的环境条件。因此，对不同环境条件下材料使用寿命的快速准确预测，对于材料安全使用、稳定化改性或合理回收利用具有重要的指导意义。

近期， 清华大学化工系杨睿教授团队 建立了一种高效且精确的寿命预测方法来定量预测可降解塑料 PBAT 在不同气候地区的寿命。该方法借助该团队之前开发的综合老化评价系统（ CAES ）（图 1 ），通过三个步骤建立寿命预测模型：

（1）通过 CAES 快速测试 PBAT 在不同环境条件（辐照度、温度、湿度）下的 CO ₂ 产生速率，得到降解速率与环境条件间的定量关系，即 环境条件方程 ；

（2）建立不同老化程度 PBAT 的 CO ₂ 产生速率与拉伸强度的关联关系，即 老化状态对应关系 ；

（3）以老化状态对应关系为桥梁，联立环境条件方程和拉伸强度 - 时间关系，建立寿命预测模型。可预测 PBAT 在不同环境条件下拉伸强度随时间的衰减过程（图 2 ），并可定量计算 PBAT 老化速率的时空分布，绘制我国的预计寿命分布地图（图 3 ）以及逐月的老化速率分布图（图 4 ）。

图 1 综合老化评价系统结构原理图

图 2 （ a ） PBAT 寿命预测模型拟合效果检验图；（ b ） PBAT 在不同老化条件下的力学性能衰减预测线及实测数据

图 3 PBAT 户外老化预期寿命分布地图

图 4 PBAT 在六个典型城市的单月老化速率分布图

该工作揭示了 PBAT 的户外寿命因季节和区域环境而异的定量关系，例如在夏季高温 + 高辐照环境下 PBAT 寿命较短，更需要进行稳定化改性；冬季使用

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