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고분자 이야기

31. 고분자 소개 - PCL (Poly caprolactone)

by 료송 2023. 6. 20.

 

 

PCL (Poly caprolactone)

 

 

① PCL (Poly caprolactone)이란?

 

폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)은 우레탄 고무나 폴리에스터 수지로써 널리 사용되는 고분자 소재입니다. PCL은 주로 열 가소성과 생분해성을 갖는 특징으로 알려져 있습니다.

 

PCL은 1930년대에 처음으로 합성되었으며, 개발 초기에는 의료 분야에서 사용되는 바늘이나 결착제와 같은 장비의 소재로 주로 사용되었습니다. 그러나 시간이 흐름에 따라 PCL의 다양한 용도와 장점이 발견되어 다른 산업 분야에도 확대적으로 적용되고 있습니다.

주요 용도 중 하나는 의료 분야입니다. PCL은 장기 재생, 조직 공학 및 의료용 재료 제조 등 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. PCL은 생분해 가능한 소재로서, 조직이나 장기에 이식되었을 때 천천히 분해되고 대사 되므로 장기 이식 후 재생과 치료에 적합합니다. 또한, PCL은 재생 섬유 조직 형성을 촉진하고 세포의 분화 및 성장을 유도하는 등의 특성을 갖고 있어 조직 공학 분야에서 3D 프린팅 및 재생 의료 설루션에 활용됩니다.

 

또한, PCL은 가볍고 유연한 소재로서 실용적인 용도에도 사용됩니다. 예를 들어, 산업 분야에서는 PCL이 저온 열가소성 소재로 사용되어 사출 성형 및 3D 프린팅과 같은 가공 기술에 적용됩니다. 또한, PCL은 포장 재료, 접착제, 도료 및 타이어 제조와 같은 다양한 산업 분야에서도 사용 되고 있습니다.

 

 

 PCL의 특성

 

폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)은 다음과 같은 주요 특성을 가지고 있습니다.

 

- 저온 열 가소성: PCL은 낮은 열 강도를 가지며, 60°C 정도에서 유연성을 유지합니다. 이 특성은 PCL을 저온에서 사출 성형이나 3D 프린팅과 같은 가공 기술에 사용할 수 있게 합니다.

- 생분해성: PCL은 생분해성 고분자로서 천천히 분해되고 자연 환경에서 미생물에 의해 분해됩니다. 이러한 특성은 의료 분야에서 재료가 체내에서 분해되어 치료 후 재수술이나 재이식 없이 재생 및 치료에 사용될 수 있게 합니다.

- 저토성과 가벼움: PCL은 저토성 소재로서 밀도가 낮고 가벼웁니다. 이는 PCL을 경량 제품에 적용하거나 구조물에 사용할 때 유리한 특성입니다.

- 우수한 가공성: PCL은 우수한 가공성을 갖고 있어 사출 성형, 압출, 압출성형, 3D 프린팅 등 다양한 가공 기술에 적용할 수 있습니다. 또한, PCL은 다른 고분자와의 혼합이 가능하며, 섬유 형성, 필름 제작, 코팅 등 다양한 형태로 가공될 수 있습니다.

- 저흡수성: PCL은 저흡수성을 가지고 있어 수분 흡수율이 낮습니다. 이는 PCL을 외부 요인으로부터 보호하고 환경적 영향을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

- 우수한 기계적 특성: PCL은 강도와 탄성 모듈러스가 낮지만, 충격 흡수 능력이 뛰어나며 가볍고 유연한 특성을 가지고 있습니다. 이는 PCL을 신체 내부의 부드러운 조직과 잘 맞아 높은 편안성을 제공하는 응용 분야에 적용할 수 있게 합니다.

 

PCL의 다양한 특성은 의료, 재료 공학, 3D 프린팅, 포장, 산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

 

 

 PCL 가공 방법

 

폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)은 다양한 가공 기술을 통해 제조될 수 있습니다. 주요 PCL의 가공 방법 중 일부는 다음과 같습니다.

 

- 사출 성형 (Injection Molding): 사출 성형은 PCL을 가장 일반적으로 가공하는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 PCL을 고열 상태로 용융시킨 다음, 사출 성형 기계를 사용하여 용융된 PCL을 금형 내에 주입합니다. 주입된 PCL은 금형 내에서 냉각되어 형상을 고정하고 고체로 변합니다. 사출 성형은 복잡한 형상의 제품을 대량으로 생산하는 데 많이 사용됩니다.

- 압출 (Extrusion): 압출은 PCL을 필름, 시트, 관 등의 형태로 가공하는 방법입니다. PCL을 용융 상태로 만든 후 압출기를 사용하여 용융된 PCL을 필름이나 시트로 압출합니다. 필요한 경우 다양한 모양과 크기로 가공할 수 있습니다. 압출은 PCL을 평면 또는 단면 형태로 가공하는 데 많이 사용됩니다.

- 압출 성형 (Compression Molding): 압출 성형은 PCL을 고체 상태로 가공하는 방법입니다. PCL 분말을 높은 압력과 온도에서 압출 성형 기계 내에서 압축하여 고체 블록 또는 다른 형태로 형성합니다. 이 방법은 비교적 단순하고 저렴한 장비를 사용하여 PCL을 가공하는 데 사용됩니다.

- 3D 프린팅: PCL은 3D 프린팅에 매우 적합한 소재입니다. 3D 프린팅은 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일을 기반으로 PCL을 적층적으로 적용하여 원하는 형태의 3D 개체를 생성하는 프로세스입니다. PCL 필라멘트를 3D 프린터에 공급하고, 열을 가하여 필요한 형상을 생성합니다. 3D 프린팅은 PCL을 사용하여 고도로 복잡한 구조를 가진 개체를 제작하는 데 널리 사용됩니다.

 

위의 가공 방법은 주요한 PCL 가공 방법의 몇 가지 예입니다. 이 외에도 PCL은 필름 슬리팅, 열 성형, 캐스팅 등 다양한 가공 기술을 통해 가공될 수 있습니다.