PCL (Polycaprolacton)

Allgemein

Polycaprolacton (PCL) gehört zu den biologisch abbaubaren Biokunststoffen, wird jedoch auf Basis von Erdöl hergestellt. Polycaprolacton ist ein eher weicher und wachsartiger Kunststoff. Seinen Einsatz findet PCL im Medizinbereich u.a. für Präparate mit kontrollierter Abgabe von Medikamenten, als Klebstoffe oder auch synthetische Wundverbände. Polycaprolacton kann mit weiteren Polymeren zu Blends verarbeitet werden. Klassische Blendpartner sind unter anderem thermoplastische Stärke (TPS) aber auch Lignin. Des Weiteren werden die unterschiedlichen Polycaprolactontypen auch oftmals untereinander geblendet.

Struktur

Polycaprolacton entsteht durch eine ringöffnende Polymerisation von -Caprolacton unter der Einwirkung von Hitze (≤ 200 °C), mit Hilfe eines Katalysators, wie z.B. Dibutylzinndilaurat, und einem Initiator, welcher im Normalfall ein Diol (z.B. Ethylenglykol oder 1,4-Buatndiol) ist. Das Produkt ist ein regelmäßiges Polymer aus einer Abfolge von Methyl-Einheiten, wobei zwischen diesen Estergruppen ausgebildet sind. PCL kristallisiert bis zu ca. 50% in Form von Sphäroliten.

Abbildung 1: Chemische Strukturformel des Polycaprolactons.

Eigenschaften

Die Zugfestigkeit von Polycaprolacton beträgt zwischen 26 und 42 MPa und die Reißdehnung bewegt sich zwischen 600 bis 1.000%. Die Schmelzetemperatur von Polycaprolaction liegt bei ca. 63°C. Die Glasübergangstemperatur von Polycaprolacton bewegt sich zwischen – 70 bis – 60°C. Diese ist sehr niedrig, da Polycaprolacton sehr einfach aufgebaut ist und die einzelnen Kettenelemente eine fast unbeschränkte Rotation durchführen können. Somit ist ein kurzkettiges und amorphes PCL bei Raumtemperatur dementsprechend weich und gummiartig. Falls das Polymer eine hohe molare Masse besitzt wird es durch die teilweise vorliegende Kristallisation fest und flexibel, wohingegen bei einer niedrigen Molekülmasse das PCL spröde ist.
Polycaprolacton hat außerdem eine gute Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen und Lösungsmitteln und weist eine ausgezeichnete (Tieftemperatur-)Flexibilität und Zähigkeit auf. Allerdings nimmt PCL Feuchtigkeit auf, so dass es eine hohe Wasserdampf- und Sauerstoffdurchlässigkeit hat und daher nicht als Sauerstoffbarriere eingesetzt werden kann.

Herkunft/Quelle

Hauptstoff für Polycaprolacton ist -Caprolacton, welches aus Cyclohexanon und Persäuren gewonnen wird. Die Rohstoffquelle ist somit petrochemisch basiert.

Verarbeitung

Polycaprolacton kann leicht im Spritzgießverfahren verarbeitet werden. Aber auch sehr einfach zu einer Cast- oder Blasfolie.

Nachhaltigkeit

Polycaprolacton zersetzt sich unter aeroben Bedingungen zunächst durch eine Reaktion mit Wasser zu Hydroxycaprosäure, welche im Anschluss zu Adipinsäure oxidiert und dann zu Kohlenstoff und Wasser abgebaut werden kann. Bei einem Blendsystem wird der Abbau jedoch oftmals vom Blendpartner beeinflusst.

Zertifikate

Polycaprolacton ist nach DIN EN 13432 kompostierbar und kann somit das Kompostierbarkeitslabel erhalten. Des Weiteren ist PCL in Wasser abbaubar und kann nach der DIN EN 14995 das entsprechende Zertifikat erlangen.

Substituent für

Kristallines Polycaprolacton ähnelt in der Kristallstruktur Polyethylen. PCL kann auch als Weichmacher für andere Polymere eingesetzt werden.