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生物降解材料聚己内酯(PCL)

发布日期:2021/5/25 10:36:14

聚ε-己内酯(PCL)是由ε-己内酯经开环聚合得到的低熔点聚合物,其熔点仅62℃。PCL的降解性研究从1976年就已开始,在厌氧和需氧的环境中,PCL都可以被微生物完全分解。

PCL具有良好的生物降解性、药物透过性、并且具有能够长时间稳定释放药物的作用,因此PCL被广泛应用于药物载体、增塑剂、可降解塑料、纳米纤维纺丝、塑形材料的生产与加工领域。

生物相容性

PCL与生物细胞相容性很好,细胞可在其基架上正常生长,并可降解成CO2和H2O。

因此PCL可以用于药物缓释载体、整容材料、血管支架、手术缝合线、细胞组织培养基架等

生物降解性

PCL在土壤和水环境中,6-12月可完全分解成CO2和H2O。但目前成本过高,在可降解塑料领域应用有待发展。

PCL力学性能良好,可通过注塑、吹塑、模压、挤出等成型方法进行加工。对于常用的可降解塑料聚乳酸来说,PCL具有更好的疏水性。

PCL可应用于塑料膜袋、3D打印耗材、鞋材等

良好的相容性

PCL可与PE、PP、ABS、AS、PC、PVAC、PVB、PVE、PA、天然橡胶等高分子材料很好地互容。

因此PCL可以作为塑料低温冲击性能改性剂、增塑剂、有机着色剂、热熔胶合剂等

高结晶性和低熔点性

PCL结晶度较高,因此降解速度慢。Tg为-60°C,非常柔软,具有极大的伸展性;其熔点为60-63°C,可在低温成型。

因此PCL安全性较高,通常被用于儿童专用3D打印笔耗材。

PCL市场前景

由于限塑令的推进,一直被广泛应用于生物降解膜领域的生物基可降解材料PLA,随着市场供应紧张,其价格也随之一路攀升。据市场反馈,出于供应和成本考量,在生物降解膜行业中,有些公司已开始寻找其它生物降解材料来部分替代PLA用于生产使用。而这些材料中,PCL和PBAT作为两种韧性良好的高分子材料,能在生物降解膜领域发挥其自身特性。

表:PCL、PBAT和PLA性能对比 

PCL与PBAT共混改性,应用于全降解薄膜领域,具有良好的应用前景。其中,PCL能够赋予这种共混改性薄膜较好的功能性,具体如下四个方面:

1). 提升热封性能

PCL高结晶性,同时低熔点,能使薄膜在无需太高的活化温度下,即可产生粘性,从而有利于提升薄膜材料的热封性。这一良好特性有望使PCL在超市购物袋、环保包装材料、保护膜基材等方面,作为热封性功能层,得到广泛应用;

2). 挺性和韧性统一

PCL材料因具有独特地形状记忆功能,经过多次弯折后,可以有效减少材料折痕的产生;

3).加工性能良好

PCL和PBAT共混使用,可显著降低材料的加工温度,减少能耗;

4). 降解性好

PCL不仅适用于家庭堆肥,还可适用于海水降解环境。

此外,PCL应用于与PBAT共混体系中,还可以提高薄膜的透明性和耐低温性能。