From Wikipedia, the free encyclopedia
Polimetilmetakrilāts (PMMA) ir sintētisks polimērs, kas iegūts no metilmetakrilāta. Tā ir caurspīdīga un termoplastiska inženiertehniskā plastmasa. PMMA ir pazīstams arī kā pleksistikls, akrila stikls, organiskais stikls, kā arī ar tirdzniecības nosaukumiem un zīmoliem Crylux, Alfaplas, Plexiglas, Acrylite, Astariglas, Lucite, Perclax, Perspex u.c. Šo plastmasu bieži izmanto lokšņu veidā kā vieglu un neplīstošu stikla alternatīvu. To var izmantot arī kā liešanas sveķus, to pievieno tintēm un pārklājumiem, kā arī izmanto daudziem citiem mērķiem. Tehniski to bieži klasificē kā stikla veidu, jo tā ir amorfa stiklveida viela, tāpēc to nereti sauc par akrila stiklu vai organisko stiklu.
| Polimetilmetakrilāts | |
|---|---|
 Polimetilmetakrilāta struktūrformula | |
| Citi nosaukumi | organiskais stikls, akrila stikls, pleksistikls |
| CAS numurs | 9011-14-7 |
| Ķīmiskā formula | (C5O2H8)n |
| Blīvums | 1190 kg/m3 |
1928. gadā šo plastmasu vairākās laboratorijās izstrādāja daudzi ķīmiķi, piemēram, Viljams R. Konns, Oto Rēms un Valters Bauers, un pirmo reizi tirgū to 1933. gadā izlaida vācu uzņēmums Röhm & Haas AG ar preču zīmi Plexiglas.[1]
Akrilskābe pirmo reizi tika sintezēta 1843. gadā, bet metakrilskābi no akrilskābes sintezēja 1865. gadā. Metakrilskābes un metanola reakcijā rodas esteris — metilmetakrilāts. Polimetilmetakrilāta rašanos, polimerizējoties metilmetakrilātam, 1930. gadu sākumā atklāja britu ķīmiķi Roulends Hils un Džons Krofords, kuri strādāja Imperial Chemical Industries (ICI). ICI reģistrēja produktu ar preču zīmi Perspex. Aptuveni tajā pašā laikā ķīmiķis un rūpnieks Oto Rēms no Röhm un Haas AG Vācijā mēģināja ražot drošu stiklu, polimerizējot metilmetakrilātu starp diviem stikla slāņiem. Polimērs atdalījās no stikla kā caurspīdīga plastmasas loksne, kurai Rēms 1933. gadā piešķīra preču zīmes nosaukumu Plexiglas.[2] Gan Perspex, gan Plexiglas tika komercializēti 30. gadu beigās. Amerikas Savienotajās Valstīs E.I. du Pont de Nemours & Company (tagad DuPont Company) izveidoja savu produktu ar preču zīmi Lucite. 1936. gadā ICI Acrylics (tagad Lucite International) sāka pirmo komerciāli dzīvotspējīgo akrila drošības stikla ražošanu. Otrā pasaules kara laikā abu pušu spēki izmantoja akrila stiklu zemūdeņu periskopiem un lidmašīnu vējstikliem, nojumēm un lielgabalu torņiem.[3] Lidmašīnu pilotiem, kuru acis bija ievainojušas PMMA šķembas, klājās daudz labāk nekā tiem, kurus ievainoja standarta stikls, tādējādi uzrādot labāku cilvēka audu un PMMA savietojamību nekā stikls.[4] Pēc kara sekoja civilie lietojumi.[5]
Parasti izmantotais polimēra nosaukums ir polimetilmetakrilāts. Pilns ķīmiskais nosaukums ir poli(metil-2-metilpropenoāts). (Izplatīta kļūda ir "en" vietā lietot "an".)
Lai gan PMMA angļu valodā bieži sauc vienkārši par "akrilu", akrila nosaukums var attiekties arī uz citiem polimēriem vai kopolimēriem, kas satur poliakrilnitrilu. Pazīstami tirdzniecības nosaukumi un zīmoli ir Acrylite,[6] Lucite,[7] PerClax, R-Cast,[8] Plexiglas,[9][10] Optix,[9] Perspex,[9] Oroglas,[11] Altuglas,[12] Kirolīts,[9] Astariglass,[13] Čo Čens,[14] Sumipekss un Kristalīts.
PMMA ir ekonomiska alternatīva polikarbonātam (PC), ja stiepes izturība, lieces izturība, caurspīdīgums, pulējamība un UV izturība ir svarīgāki par triecienizturību, ķīmisko izturību un karstumizturību.[15] Turklāt PMMA nesatur potenciāli kaitīgās bisfenola-A apakšvienības, kas atrodamas polikarbonātā, tāpēc ir daudz labāka izvēle lāzergriešanai.[16] Tam bieži dod priekšroku, jo ar to ir viegli apieties, to ir viegli apstrādāt un tā izmaksas ir zemas. Nemodificēts PMMA ir trausls, it īpaši trieciena spēka ietekmē, un ir vairāk pakļauts skrāpējumiem nekā parastais neorganiskais stikls, taču modificēts PMMA var būt ļoti izturīgs pret skrāpējumiem un triecieniem.
PMMA ražošanā parasti izmanto emulsijas polimerizāciju, šķīduma polimerizāciju un lielapjoma polimerizāciju.[17]
PMMA stiklošanās temperatūra (Tg) ir 105 °C. Tg vērtības komerciālām PMMA kategorijām ir robežās no 85 līdz 165 °C; diapazons ir tik plašs, jo ir daudz komerciālu kompozīciju — kopolimēri ar komonomēriem, kas nav metilmetakrilāts. Tādējādi PMMA istabas temperatūrā ir organisks stikls, t.i., tā temperatūra ir mazāka par Tg. Veidošanās temperatūra sākas ar stiklošanās temperatūru.[18] Var izmantot visus parastos liešanas procesus, tostarp iesmidzināšanu, presformēšanu un ekstrūziju. Augstākās kvalitātes PMMA loksnes tiek ražotas ar šūnu liešanu, un šajā gadījumā polimerizācijas un formēšanas posmi notiek vienlaikus. Materiāla izturība ir augstāka, pateicoties ārkārtīgi lielajai molekulmasai.
PMMA var savienot, izmantojot ciānakrilāta līmi jeb tā saucamo "superlīmi", ar karstumu (metināšanu) vai izmantojot hloru saturošus šķīdinātājus, piemēram, dihlormetānu vai trihlormetānu[19] (hloroformu), lai izšķīdinātu plastmasu savienojuma vietā, kas pēc tam saplūst un sacietē, veidojot gandrīz neredzamu metinājumu. Skrāpējumus var viegli likvidēt, pulējot vai karsējot materiāla virsmu. Lāzergriešanu var izmantot, lai no PMMA loksnēm izveidotu sarežģītus dizainus. Lāzergriešanas laikā PMMA iztvaiko, veidojot gāzveida savienojumus (tostarp monomērus), tāpēc griezums iznāk ļoti tīrs un griešana tiek veikta ļoti viegli. Tomēr impulsa lāzergriešana rada lielus iekšējos spriegumus; ja grieztās virsmas apstrādā ar šķīdinātājiem, tad virsma saplaisā vairāku milimetru dziļumā. Pat stiklu tīrīšanas šķīdums uz amonjaka bāzes un gandrīz viss, kas nav ziepjūdens, rada līdzīgu nevēlamu plaisāšanu, dažreiz uz visas griezto daļu virsmas un diezgan tālu no apstrādātās malas. Tāpēc PMMA lokšņu un detaļu atlaidināšana ir obligāts pēcapstrādes posms, ja ir paredzēts ķīmiski savienot kopā lāzergrieztās daļas.
Lielākajā daļā lietojumu PMMA neveido lauskas. Drīzāk tas sadalās lielos gabalos ar neasām malām. Tā kā PMMA ir mīkstāks un vieglāk saskrāpējams par stiklu, tad loksnēm bieži ir skrāpējumizturīgi pārklājumi.
Ilustratīvs un drošs broma ķīmiskais paraugs, ko izmanto mācīšanai. Stikla flakons ar kodīgo un indīgo šķidrumu ir iekausēts akrila plastmasas kubā. Metilmetakrilāta "sintētiskos sveķus" liešanai var izmantot kopā ar polimerizācijas katalizatoru, piemēram, metiletilketona peroksīdu (MEKP), lai veidnē iegūtu sacietējušu, caurspīdīgu PMMA jebkurā formā. Objektus, piemēram, kukaiņus vai monētas, vai pat bīstamas ķīmiskas vielas plīstošās kvarca ampulās, var iestrādāt šādos "lietajos" blokos, lai varētu droši izmantot demonstrēšanai.
PMMA ir izturīgs, ciets un viegls materiāls. Tā blīvums ir 1,17—1,20 g/cm3, kas ir mazāk par pusi no stikla blīvuma.[20] Tam ir arī laba triecienizturība, augstāka nekā stiklam un polistirolam; tomēr ievērojami zemāka nekā polikarbonātam un dažiem inženierijas polimēriem. PMMA aizdegas 460 °C temperatūrā un sadeg, veidojot oglekļa dioksīdu, ūdeni, oglekļa monoksīdu un zemas molekulmasas savienojumus, tostarp formaldehīdu.[21]
PMMA laiž cauri līdz 92% redzamās gaismas (3 mm bieza loksne) un atstaro aptuveni 4% no katras virsmas, pateicoties refrakcijas indeksam (1,4905 pie 589,3 nm).[22] Tas nelaiž cauri ultravioleto (UV) gaismu, kuras viļņu garums ir mazāks par aptuveni 300 nm (līdzīgi kā parastajam logu stiklam). Daži ražotāji[23] izmanto PMMA pārklājumus vai piedevas, lai uzlabotu absorbciju 300—400 nm diapazonā. PMMA laiž cauri infrasarkano gaismu līdz 2800 nm un nelaiž cauri infrasarkanos starus ar lielāku viļņu garumu — līdz pat 25 000 nm. Krāsainas PMMA loksnes laiž cauri IR ar noteiktiem viļņu garumiem, vienlaikus bloķējot redzamo gaismu (to izmanto, piemēram, tālvadības pultīs un siltuma sensoros).
PMMA uzbriest un izšķīst daudzos organiskos šķīdinātājos; tam ir arī slikta izturība pret daudzām citām ķīmiskām vielām, pateicoties viegli hidrolizējamām esteru grupām. Tomēr tā vides stabilitāte ir pārāka par lielāko daļu citu plastmasu, piemēram, polistirolu un polietilēnu, tāpēc PMMA bieži vien izvēlas izmantošanai ārpus telpām.[24]
PMMA maksimālais ūdens absorbcijas koeficients ir 0,3—0,4% no svara.[25] Stiepes izturība samazinās, palielinoties ūdens absorbcijai.[26] Tā termiskās izplešanās koeficients ir salīdzinoši augsts (5—10) × 10—5 °C—1.[27]
Tīrs polimetilmetakrilāta homopolimērs reti tiek pārdots kā galaprodukts, jo tas nav optimizēts lielākajai daļai lietojumu. Tiek ražoti modificēti materiāli ar dažādu daudzumu citu komonomēru, piedevu un pildvielu izmantošanai tur, kur nepieciešamas noteiktas īpašības. Piemēram:
Metilakrilāta (PMA) jeb polimetilakrilāta polimērs ir līdzīgs polimetilmetakrilātam, izņemot to, ka oglekļa ķēdēs nav metilgrupu. PMA ir mīksts, balts gumijas materiāls, mīkstāks par PMMA, jo tā garās polimēru ķēdes ir plānākas un gludākas un var vieglāk slīdēt viena otrai garām.
Tā kā PMMA ir caurspīdīgs un izturīgs, tas ir daudzpusīgi izmantojams materiāls un tiek izmantots daudzās jomās, piemēram, automobiļu aizmugurējos lukturos un instrumentu paneļos, ierīcēs un briļļu lēcās. PMMA loksnes plīst bez lauskām, tāpēc tiek izmantotas ēku logiem, jumtu logiem, ložu necaurlaidīgām drošības barjerām, izkārtnēm, sanitārtehnikas izstrādājumiem (vannām), LCD ekrāniem, mēbelēm un daudzām citām vajadzībām. To izmanto arī polimēru pārklāšanai uz MMA bāzes, kas nodrošina izcilu stabilitāti pret vides apstākļiem ar samazinātu GOS emisiju. Metakrilāta polimēri tiek plaši izmantoti medicīnā un zobārstniecībā, kur tīrībai un stabilitātei ir izšķiroša nozīme.[29]
Bioloģiskā saderība ļauj polimetilmetakrilātu plaši izmantot mūsdienu zobārstniecībā, īpaši zobu protēžu, mākslīgo zobu un ortodontisko ierīču ražošanā.
Iepriekš polimerizētas, pulverveida PMMA sfēras sajauc ar šķidru metilmetakrilāta monomēru, benzoilperoksīdu (iniciatoru) un NN-dimetil-P-toluidīnu (paātrinātāju) un pakļauj karstumam un spiedienam, lai iegūtu cietu, polimerizētu PMMA struktūru. Lai gan pastāv arī citas PMMA polimerizācijas metodes protēžu izgatavošanai, piemēram, ķīmiskā un mikroviļņu sveķu aktivizēšana, iepriekš aprakstītā termiski aktivēto sveķu polimerizācijas metode ir visizplatītākā tās izmaksu efektivitātes un minimālās polimerizācijas saraušanās dēļ.
Lai gan protēžu zobus var izgatavot no dažādiem materiāliem, PMMA ir vispopulārākais. Materiāla mehāniskās īpašības ļauj labāk kontrolēt estētiku, viegli regulēt virsmu, samazināt lūzumu risku mutes dobumā, kā arī iegūt minimālu nodilumu. Turklāt, tā kā zobu protezēšanas pamatnes bieži tiek konstruētas, izmantojot PMMA, PMMA protēžu zobu saķere ar PMMA protēžu pamatnēm ir nepārspējama, kā rezultātā tiek izgatavota spēcīga un izturīga protēze.[37]
Futuro māja tika izgatavota no poliestera plastmasas, kas pastiprināta ar stiklšķiedru, poliestera-poliuretāna un polimetilmetakrilāta. Tika konstatēts, ka vienu no tiem pārstrādā zilaļģes un arheji.[42]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
