PCL聚ε-己內酯可完全生物降解樹脂

    PCL聚ε-己內酯可完全生物降解樹脂

    1簡介

    PCL是一種半晶型的熱塑性樹脂,結晶度約為45%左右。PCL的力學性能與中密度聚烯烴相似,其斷裂伸長率和彈性模量介于LDPE與HDPE之間,其柔軟程度、拉伸強度與尼龍類似。PCL的外觀特征很像中密度聚乙烯的乳白色,并具有蠟質感。PCL的玻璃化溫度為一60℃,熔點約63℃,分解溫度約250℃。由于PCL的熔點低,而且在大約40℃左右就變軟,因而限制了其應用范圍。

    另外,PCL分子內酯基的存在,使它具有較好的生物降解性能和生理相容性,能支持真菌的生長,可作為微生物的碳源,在泥土中會緩慢降解,平均降解時間為12~18個月,屬于優(yōu)良生物降解類聚合物。

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    2性能參數(shù)

    PCL的熔融粘度很低,具有很好的熱塑性和加工性,易成型加工,可用傳統(tǒng)的加工技術如擠出、注塑、拉絲及吹膜等成型,可制成薄膜和其它包裝材料。

    但是,由于PCL的熔點低,加之價格又高,所以很少單獨使用。PCL常與其它降解塑料共混使用,用做改性材料,以降低其成本和改善性能,如淀粉與PCL共混可以提高PCL的強度,PCL和PEC共聚可以提高共聚物的親水性,破壞PCL的結晶性,加快降解速度。同時,PCL與通用樹脂如聚烯烴類有較好的相容性,可與之共混,以提高其耐熱性,如P—HB02、P.HB05就是其共混品種,耐熱性、機械性能和加工性都得到改善,只是生物降解性稍差

    ?性能

    ?PCL-H7

    ?P-HB02

    ?P-HB05

    ?熔融指數(shù)(g/10min)

    ?1.14

    ?1.21

    ?1.22

    ?拉伸強度(Mpa)

    ?59.8

    ?50.0

    ?41.2

    ?斷裂伸長率(%)

    ?730

    ?570

    ?510

    ?拉伸模量(MPa)

    ?225

    ?264

    ?255

    ?彎曲強度(MPa)

    ?13.7

    ?25.5

    ?27.4

    ?彎曲模量(MPa)

    ?274

    ?529

    ?558

    ?缺口懸臂梁沖擊強度(kj/m)

    ?/

    ?0.49

    ?0.38

    ?熱變形溫度(高負荷,℃)

    ?47

    ?50

    ?51

    ?維卡軟化點(℃)

    ?55

    ?106

    ?106

    ?生物降解性(20天,%)

    ?75

    ?70

    ?45

    3應用領域

    PCL可應用于醫(yī)療材料、包裝材料、涂覆材料、水產和農林資材等,然而,由于受生產效率和生產規(guī)模的制約,價格仍大大**普通塑料,盡管各國均致力于以保護環(huán)境為目標開發(fā)用后不易回收利用的領域,但高昂的價格(比普通塑料高2~8倍)仍然成為產品推向市場的壁壘,因此,當前仍以醫(yī)用材料和高附加值包裝材料為主要方向,同時積極開拓其它有利于保護環(huán)境和走可持續(xù)發(fā)展道路的用途。

    l、醫(yī)療材料

    PCL有較好的生物相容性、降解性和力學性能。與藥物制成藥物微球或藥物膠囊,可作成恒速釋放體系,充分發(fā)揮藥效。由于可實現(xiàn)藥物控制釋放,可大大提高藥效,避免抗藥性發(fā)生,降低副作用。另外,PCL片材用做骨折用固定夾板,由于其熔點較低,稍加熱可軟化,方面拆卸,有利于醫(yī)務及減輕病人痛苦,方便生活。據(jù)報導,在歐洲,PCL已在臨床上用作可降解的U型釘(用于傷口愈合)。

    2、包裝材料

    隨著PCL的陸續(xù)投產及性能的改進,其中加入滑石粉等無機物進行共混,研制的食品包裝容器、托盤等,不僅改進了剛性和耐沖擊性,而且進一步降低了成本,產品正在推向市場。如意大利Novamont公司研發(fā)的PCL生物降解塑料(Mater.Bi)~次性餐飲具,曾成功用于2000年澳大利亞希尼奧運會上。

    近年來生物降解塑料PCL作為**材料為原料的包裝制品如紙質、紙漿模塑、淀粉、纖維素餐飲具等的涂覆料和涂覆技術發(fā)展,不僅解決了**材料餐飲具的防水防油的問題,而且避免了蒸發(fā)殘渣**標、確保衛(wèi)生安全,從而對其開發(fā)曰益受到關注。

    3、農林資材

    農林資材研發(fā)和試用的產品主要有地膜、育秧(苗)缽、杯、軟盤、穴盤、水果保護網(wǎng)套、蔬菜保鮮膜、堆肥袋、農藥袋、捆扎固定繩等。如日本已在北海道、關東、九州等地區(qū)進行PCL生物降解地膜的覆蓋試驗,試驗結果表明,地膜的力學性能能滿足要求,生物降解性能優(yōu)良,半年后可完全生物降解,但崩碎較快,難以抑制雜草生長及發(fā)揮保溫、保熵作用,可控性較難掌握,有待于進一步克服。在用作農作物育秧盤,林木、花卉育苗缽、水果保護網(wǎng)套等應用效果十分理想。

    綜上分析,生物降解塑料PCL的合成技術已經成熟,但產品性能、加工工藝有待于進一步改進,應用領域有待于進一步開拓,特別是成本有待于大幅度降低。PCL材料符合綠色化學與生態(tài)工業(yè)發(fā)展方向,是保護環(huán)境和實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想材料,因此它將會越來越受到全社會的關切和重視。

    4降解條件

    聚己內酯結晶性較強,降解緩慢。它在體內的降解分兩個階段進行:**階段表現(xiàn)為分子量不斷下降,但不發(fā)生形變和失重;*二階段是指分子量降低到一定數(shù)值后,材料開始失重,并逐漸被肌體吸收排泄。

    在堆肥或土埋的情況下,PCL的降解時間為12~18個月。


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