Blog

Polycaprolactone (PCL) là một loại polyester đặc biệt nổi tiếng với khả năng phân hủy sinh học và ứng dụng đa dạng. Cấu trúc phân tử của Polycaprolactone độc đáo với chuỗi dài các đơn vị caprolactone. Điểm đặc biệt là PCL có khả năng phân hủy sinh học, cho phép nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thân thiện với môi trường. Bài viết của EuroPlas sẽ giúp bạn tìm hiểu những thông tin liên quan đến polycaprolactone.

1. Polycaprolactone là gì?

Polycaprolactone (PCL) là một loại polyester có khả năng phân hủy sinh học, có điểm nóng chảy thấp ở mức khoảng 60 °C và điểm chuyển hóa thủy tinh là khoảng −60 °C. Ứng dụng chính của polycaprolactone thường là trong việc sản xuất polyurethan đặc biệt. 

PCL cung cấp khả năng chống nước, dầu, dung môi và clo tốt cho polyurethane được tạo ra. Ngoài ra, polycaprolone thường được sử dụng như một chất phụ gia cho nhựa để cải thiện tính chất xử lý và sử dụng cuối cùng của chúng, như khả năng chống va đập.

Polycaprolactone cũng có tính tương thích với nhiều loại vật liệu khác. Nó có thể được kết hợp với tinh bột để giảm chi phí và cải thiện tính khả hủy sinh học, hoặc nó có thể được sử dụng làm chất tạo dẻo cho polyvinyl clorua (PVC). 
Bên cạnh đó, polycaprolactone còn được ứng dụng trong việc tạo mô hình, nẹp, và làm nguyên liệu cho các hệ thống tạo mẫu như máy in 3D và chế tạo dây tóc hợp nhất.

Polycaprolactone là gì?

2. Cấu trúc của polycaprolactone

Polycaprolactone (PCL) là một polyeste phân hủy sinh học, có công thức hóa học là (C6H10O2)n. Nó được tổng hợp từ dầu thô hoặc qua phản ứng trùng hợp mở vòng ε-caprolacton với xúc tác (ví dụ: thiếc ốctan).

Cấu trúc của PCL bao gồm các đơn phân caprolactone liên kết với nhau bằng liên kết este. Mỗi đơn vị monome caprolactone bao gồm một vòng lactam 6 thành viên. Caprolactone là một vòng hexamer có công thức hóa học là C6H10O2.

Cấu trúc của PCL có công thức hóa học: [-OC(O)C6H10-]n, trong đó n là số lượng đơn vị monome trong chuỗi polymer.
Các đơn phân caprolactone liên kết với nhau bằng liên kết este giữa nhóm carboxyl (-COOH) của một đơn phân với nhóm hydroxyl (-OH) của đơn phân khác.

PCL là một polymer bán tinh thể, có nghĩa là nó có cấu trúc bao gồm cả vùng tinh thể và vùng vô định hình. Các vùng tinh thể có cấu trúc sắp xếp chặt chẽ, trong khi các vùng vô định hình có cấu trúc sắp xếp ngẫu nhiên.

Tỷ lệ giữa vùng tinh thể và vùng vô định hình trong PCL có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các điều kiện trùng hợp. PCL với tỷ lệ vùng tinh thể cao hơn sẽ có độ bền kéo và độ cứng cao hơn, trong khi PCL với tỷ lệ vùng tinh thể thấp hơn sẽ có độ dẻo dai và độ đàn hồi cao hơn.

Cấu trúc của polycaprolactone

3. Mật độ của polycaprolactone

Polycaprolactone có mật độ trung bình là 1,145 g/cm3 ở 25 °C. Mật độ của PCL phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và độ tinh khiết của vật liệu. PCL có mật độ thấp hơn so với các loại nhựa tổng hợp khác như polypropylene (PP) và polyethylene (PE). Mật độ thấp của PCL giúp nó nhẹ và dễ xử lý hơn các loại nhựa tổng hợp khác.

Mật độ của polycaprolactone cao hơn một chút so với nước (1 g/cm3). Điều này có nghĩa là polycaprolactone sẽ nổi trên nước.

Mật độ của polycaprolactone (PCL) có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm:

• Phương pháp thủy kế: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc Archimedes, trong đó một mẫu PCL được cân trong không khí và trong nước.
• Phương pháp picnometry: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc cân mẫu PCL trong một bình picnometer chứa một chất lỏng có mật độ đã biết.
• Phương pháp đo phổ khối: Phương pháp này dựa trên sự khác biệt về khối lượng phân tử của các phân tử PCL.
• Phương pháp đo tán xạ ánh sáng: Phương pháp này dựa trên sự tán xạ ánh sáng bởi các phân tử PCL.

Mật độ của polycaprolactone

4. Polycaprolactone có phân hủy sinh học không?

Câu trả lời là Có. Polycaprolactone (PCL) là một polyester phân hủy sinh học. Nó có thể được phân hủy bởi các vi sinh vật trong đất, nước hoặc môi trường ủ phân. Thời gian phân hủy của PCL phụ thuộc vào các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và độ pH. 

Khi được phân hủy, PCL sẽ bị vi khuẩn phân hủy thành các phân tử nhỏ, chẳng hạn như axit béo và axit cacboxylic. Các phân tử này sau đó có thể được sử dụng bởi thực vật làm nguồn dinh dưỡng.

PCL có tốc độ phân hủy chậm hơn so với các loại nhựa phân hủy sinh học khác, như polylactic acid (PLA). Trong điều kiện bình thường, PCL có thể mất vài năm để phân hủy hoàn toàn. Tuy nhiên, trong điều kiện ủ phân, PCL có thể phân hủy trong vòng vài tháng.

Polycaprolactone có phân hủy sinh học không?

5. Ứng dụng của polycaprolacton

Polycaprolacton (PCL) là một polyeste có khả năng phân hủy sinh học, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

5.1. Ứng dụng trong y tế

PCL là một vật liệu sinh học an toàn và tương hợp với cơ thể người. Nó có thể phân hủy sinh học trong cơ thể trong khoảng 18-24 tháng, tùy thuộc vào cấu trúc phân tử của nó. Một số ứng dụng của PCL trong y tế bao gồm:

• Chỉ phẫu thuật tự tiêu: PCL được sử dụng làm chỉ phẫu thuật tự tiêu, thay thế cho các loại chỉ phẫu thuật truyền thống như chỉ nylon hoặc chỉ polyester. Chỉ PCL mềm dẻo và có thời gian tự tiêu dài hơn, giúp giảm đau và khó chịu cho bệnh nhân.
• Miếng ghép da: PCL được sử dụng làm miếng ghép da, giúp che phủ các vết thương hoặc khuyết tật trên da. Miếng ghép PCL có độ bền và khả năng đàn hồi tốt, giúp bảo vệ các mô dưới da khỏi tác động của môi trường.
• Cấy ghép xương: PCL được sử dụng làm cấy ghép xương, giúp tái tạo xương bị tổn thương hoặc mất đi. Cấy ghép PCL có thể được sử dụng để điều trị gãy xương, viêm xương khớp, hoặc các bệnh lý xương khác.
• Hệ thống phân phối thuốc: PCL được sử dụng làm hệ thống phân phối thuốc, giúp kiểm soát tốc độ và vị trí phóng thích thuốc trong cơ thể. Hệ thống phân phối thuốc PCL có thể được sử dụng để điều trị các bệnh mãn tính, chẳng hạn như ung thư hoặc tiểu đường.

Ứng dụng trong y tế

5.2. Ứng dụng trong công nghiệp

PCL được sử dụng làm phụ gia cho các loại nhựa để tăng khả năng gia công và tính bền va đập. PCL cũng được sử dụng làm chất hóa dẻo cho PVC, giúp làm mềm và dẻo PVC. Một số ứng dụng cụ thể như:

• Phụ gia cho nhựa: PCL được sử dụng làm phụ gia cho các loại nhựa, chẳng hạn như polypropylene, polyethylene, và polystyrene. PCL giúp tăng khả năng gia công và tính bền va đập của nhựa.
• Chất hóa dẻo cho PVC: PCL được sử dụng làm chất hóa dẻo cho PVC, giúp làm mềm và dẻo PVC. PVC được sử dụng làm vật liệu xây dựng, đồ điện tử, và đồ chơi.

Ứng dụng trong công nghiệp

5.3. Ứng dụng trong tiêu dùng

PCL được sử dụng làm vật liệu đóng gói, sản xuất đồ chơi, dụng cụ thể thao, v.v. cụ thể bao gồm:

• Vật liệu đóng gói: PCL được sử dụng làm vật liệu đóng gói, chẳng hạn như túi đựng thực phẩm và đồ uống. PCL có khả năng chống thấm nước và oxy, giúp bảo vệ thực phẩm và đồ uống khỏi bị hư hỏng.
• Sản xuất đồ chơi: PCL được sử dụng làm vật liệu sản xuất đồ chơi, chẳng hạn như đồ chơi trẻ em và đồ chơi thể thao. PCL có độ bền và khả năng chịu va đập tốt, giúp đồ chơi an toàn cho trẻ em.
• Dụng cụ thể thao: PCL được sử dụng làm dụng cụ thể thao, chẳng hạn như gậy golf và vợt tennis. PCL có độ bền và khả năng chịu lực tốt, giúp dụng cụ thể thao bền bỉ và hiệu quả.

PCL là một vật liệu có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ, PCL sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong tương lai.

Ứng dụng trong tiêu dùng

6. Một số câu hỏi có liên quan

Tính chất cơ học của polycaprolactone là gì?

Polycaprolactone là một vật liệu có độ bền và độ cứng cao, với độ giãn dài 30-50%. Nó cũng có khả năng chống uốn và chống va đập tốt.

Tính chất hóa học của polycaprolactone là gì?

• Polycaprolactone là một vật liệu không thấm nước, không thấm khí và có khả năng chống lại các hóa chất thông thường. Nó cũng có khả năng chống lại vi khuẩn và nấm mốc.
• PCL có khả năng chống chịu hóa chất tốt và có thể được sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc với hóa chất. PCL không bị ăn mòn bởi nước, dầu, dung môi và clo.
• Polycaprolactone còn có khả năng chống lại bức xạ tia cực tím, nhưng không thể chống lại bức xạ ion hóa.

Tính chất vật lý của polycaprolactone là gì?

Polycaprolactone có màu trắng hoặc vàng nhạt, và có khối lượng riêng là 1,11g/cm^3. Nó có nhiệt độ nóng chảy khoảng 60°C và nhiệt độ hóa thủy tinh khoảng -60°C. PCL có thể được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống chịu nhiệt độ cao hoặc thấp.