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CO₂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CO₂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PBAT时则需注意降解缓慢的风险，需要根据使用环境进行相应调整，以匹配PBAT的预期用途和所需的户外寿命时长。基于CAES的寿命预测方法极大地减少了所需时间和成本、显著提高了材料寿命评价工作的效率，以满足材料结构设计和应用对寿命预测的及时响应需求。

 

该工作以“Efficient and precise outdoor lifetime prediction method for biodegradable poly (butylene adipate/ terephthalate) under various climate conditions”为题发表在《Journal of Cleaner Production》上（DOI: 10.1016/j.jclepro.2025.145276）。文章第一作者是清华大学化学工程系博士生叶焱。

 

该研究得到国家重点研发计划的支持（2021YFD1700700、2021YFC2103603）。

 

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145276