Polycaprolacton

Polycaprolacton (PCL), genauer Poly-ε-Caprolacton, ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der auf der Basis von Erdöl hergestellt wird. Er ist thermisch verformbar und wird entsprechend in die Thermoplaste eingeordnet. Gebildet wird er als Kette des Caprolacton, dem ε-Lacton der Capronsäure.

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Aufbau

Polycaprolacton besteht aus einer Abfolge von Methylen-Einheiten, zwischen denen Ester-Gruppen ausgebildet sind. Der Anteil an Carbonyl- und Methylenanteilen beträgt dabei im Normalfall 1:5, die Anzahl der Methylengruppen kann jedoch auch variieren (Polyester-Struktur). Durch diesen sehr einfachen Aufbau ist eine beinah unbeschränkte Rotation der einzelnen Kettenelemente möglich und die Glas-Übergangstemperatur T_G, also die Aushärtetemperatur, ist sehr niedrig. Bei Raumtemperatur ist kurzkettiges, amorphes Polycaprolacton entsprechend weich und gummiartig. Aufgrund der gleichmäßigen Struktur ist es jedoch gut kristallisierbar, wodurch eine Verstärkung des Materials auftritt.

Materialeigenschaften

Kristallines Polycaprolacton ähnelt in der Kristallstruktur dem Polyethylen. Es hat einen Schmelzpunkt bei etwa 63 °C, eine Zugfestigkeit von 26-42 MPa und eine Reißdehnung von 600 bis 1000 %^[1]. Die Glas-Übergangstemperatur liegt beim amorphen Polymer bei etwa -70 °C, daher ist es bei Raumtemperatur gummiartig. Allerdings hat Polycaprolacton eine hohe Tendenz zur Kristallisation, die auch bei schneller Abkühlung eintritt und womit sich die Glas-Übergangstemperatur auf etwa -60 °C erhöht. Hat das Polymer eine hohe molare Masse, besteht es also aus vielen Einzelmolekülen, wird es durch die teilweise Kristallisation fest und flexibel, ist die Molekülmasse dagegen niedrig, wird es spröde.

Neben den genannten Eigenschaften ist Polycaprolacton biologisch abbaubar. Der Abbau erfolgt dabei durch Mikroorganismen, im Regelfall unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob). Das Material ist gut mischbar und verbindet sich auch mit anderen Kunststoffen sowie mit Lignin^[2], Gelen, Stärke und anderen Materialien. Außerdem haftet es an einer Vielzahl von Oberflächen. Es ist leicht zu verarbeiten, gut schmelzbar und nicht toxisch.

Synthese

  Polycaprolacton entsteht durch die Polymerisation des ringförmigen Caprolacton in Anwesenheit von Hitze und einem Katalysator, im Normalfall einem Alkohol oder einem Diol. Es entsteht ein regelmäßiges Polymer, welches zu etwa 50 % in Form von Sphärolithen kristalliert.

Hergestellt wird Polycaprolacton durch DAW in den USA sowie den beiden britischen Firmen Solvay und Bostik Findley mit unterschiedlichem molekularem Gewicht.

Einsatz

Polycaprolacton wird aufgrund seiner positiven Eigenschaften für eine Reihe von verschiedenen Anwendungen genutzt. Neben klassischen Anwendungsgebieten für Kunststoffe wie Verpackungen oder Ähnliches kommt es vor allem im medizinischen Bereich zur Anwendung. Dabei verwendet man es für Präparate mit kontrollierter Abgabe von Medikamenten, Klebstoffe und synthetische Wundverbände und orthopädische Abdrücke.^[3] In der aktuellen Forschung wird es zudem als Trägermaterial für Stammzellen bei der regenerativen Osteogenese^[4] oder Knorpelzellen beim Tissue Engineering^[5] erforscht.

Polycaprolactonische Harze sind untereinander mischbar und kompatibel mit vielen anderen Kunststoffen, darunter Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyren (PS), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polycarbonat (PC) und Polyethylenterephthalat (PET).

Quellen

• B. Bogdanov: Niedertemperatur-Thermoplaste für den Gebrauch in der Orthopädie, in Orthopädie-Technik 2/03, 2003; PDF-Download

1. ↑ http://www.inaro.de/Deutsch/Pflanzen_index.htm?
2. ↑ Hansjörg Nitz: Thermoplastische Compounds auf Basis des nachwachsenden Rohstoffes Lignin Volltext
3. ↑ nach Bogdanov 2003
4. ↑ http://www.egms.de/en/meetings/dgu2006/06dgu0200.shtml
5. ↑ http://www.egms.de/pdf/journals/cpo/2006-2/cpo000234.pdf