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清華大學(xué)楊睿教授團(tuán)隊(duì) JCP:高效準(zhǔn)確預(yù)測PBAT在不同氣候條件下的使用壽命
2025-03-19  來源:高分子科技

  高分子材料的使用壽命強(qiáng)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(zhǔn)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)之前開發(fā)的綜合老化評價(jià)系統(tǒng)(CAES)(圖1,通過三個(gè)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PBATCO2產(chǎn)生速率與拉伸強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即老化狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系


  (3)以老化狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系為橋梁,聯(lián)立環(huán)境條件方程和拉伸強(qiáng)度-時(shí)間關(guān)系,建立壽命預(yù)測模型。可預(yù)測PBAT在不同環(huán)境條件下拉伸強(qiáng)度隨時(shí)間的衰減過程(圖2),并可定量計(jì)算PBAT老化速率的時(shí)空分布,繪制我國的預(yù)計(jì)壽命分布地圖(圖3)以及月的老化速率分布圖(圖4)。


 綜合老化評價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖


2 aPBAT壽命預(yù)測模型擬合效果檢驗(yàn)圖;(bPBAT在不同老化條件下的力學(xué)性能衰減預(yù)測線及實(shí)測數(shù)據(jù)


3  PBAT戶外老化預(yù)期壽命分布地圖


4  PBAT在六個(gè)典型城市的單月老化速率分布圖


  該工作揭示了PBAT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(jìn)行穩(wěn)定化改性;冬季使用PBAT時(shí)則需注意降解緩慢的風(fēng)險(xiǎn),需要根據(jù)使用環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,以匹配PBAT預(yù)期用途和所需的戶外壽命時(shí)長;CAES的壽命預(yù)測方法極大地減少了所需時(shí)間和成本、顯著提高了材料壽命評價(jià)工作的效率,以滿足材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用對壽命預(yù)測的及時(shí)響應(yīng)需求。


  該工作以“Efficient and precise outdoor lifetime prediction method for biodegradable poly (butylene adipate/ terephthalate) under various climate conditions”為題發(fā)表在《Journal of Cleaner Production》上(DOI: 10.1016/j.jclepro.2025.145276)。文章第一作者是清華大學(xué)化學(xué)工程系博士生葉焱。
該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持(2021YFD17007002021YFC2103603)。


  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

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