Полиметилметакрилат (органическое стекло)

Сокращения и традиционные названия: акрил, ПММА, плекс, оргстекло, органическое стекло, плексиглас, акриловое стекло.

Коммерческие названия: Plexiglas, Deglas, Acrylite, Lucite, Perspex, Setacryl, плексиглас, акрима, новаттро, плексима, лимакрил, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт, акриловое стекло, акрил, метаплекс и др.

Систематическое наименование: поли​(метил-​2-​метилпропеноат)​.

Тип полимера: полиакрилаты, полиэфир.

Органическое стекло и его свойства

Полиметилметакрилат – это полимер термопластичной смолы метакрилата. Также возможно встретить его достаточно распространенное бытовое название «оргстекло».

Химическая формула: (C₅O₂H₈)_n

Ниже приведены формулы метакриловой кислоты и полиметилметакрилата соответственно:

Ниже приведена таблица характерных значений для ПММА, выпускаемого современной промышленностью:

Ниже рассмотрим и другие свойства полимера, не менее важные. Так, акрил или полиметилметакрилат имеет характерные особенности:

- Отличная светопропускаемость

- Пластичность

- Прочность

- Легкость (в 2,5 раза легче обычного стекла)

- Ударная прочность (она в 5 раз больше относительно стекла)

- Простота обработки

- Легкая формуемость

- Отсутствие острых краев у осколков

Температура эксплуатации полиметилметакрилата варьируется от -40 °C до +70 °C; он гнется на струне в температурном диапазоне 150 - 160 °C. Про ПММА говорят: «Горюч, но не вонюч».

Немаловажным свойством материала является устойчивость к ультрафиолетовому излучению в отличие от других прозрачных пластиков, он не желтеет и не разрушается около 10 лет.

Также акрил классифицируют следующим образом:

- По методу изготовления

- По светопропусканию (прозрачный, тонированный, цветной, глухой)

- По цвету

- По светорассеиванию

Как правило, оргстекло в промышленности производится двумя способами: экструзией и литьем (блочный метод).

В литературе в основном приводится на рассмотрение процесс производства блочного полиметилметакрилата, поэтому ниже рассмотрим именно его.

Получение полиметилметакрилата

Пластифицированный или непластифицированный ПММА получают путем блочной полимеризации исходного метилметакрилата в специальных формах, изготовленных из силикатного стекла под действием инициирующих агентов. При полимеризации в силикатных формах для того, чтобы уменьшить количество выделяющегося тепла и исключить усадку, в формы заливают 10—30%-ный раствор ПММА в мономере (также этот раствор получил название «сироп»). При получении пластифицированного полиметилметакрилата в качестве пластификатора возможно применение фталатов (дибутилфталатов), фосфатов и других соединений (5—15% от массы мономера).

Технологический процесс получения листового органического стекла является периодическим, он состоит из нескольких стадий, таких как: изготовление стеклянных форм, приготовление мономера или сиропа, заливание его в формы, полимеризация (мономера или сиропа) в формах, охлаждения, разъема форм, обработки и последующей упаковки.

Мономер готовится при комнатной температуре в аппарате с мешалкой. В него загружают исходное вещество - метилметакрилат и инициатор, в нашем случае, - пероксид бензоила (0,1—1,0% от массы мономера). Смесь подвергается тщательному перемешиванию. А далее приготовленный мономер направляется в специальный аппарат-мерник, из которого затем подается в формы.

Мономер подвергается полимеризации в туннельной полимеризационной камере, в которой циркулирует горячий воздух, или в ваннах с циркулирующей водой, температура которой не превышает 20°C. Горизонтально расположенные формы в специальных тележках нагреваются при постоянном повышении температуры воздуха от 45°C до 120°C в течение одного-двух дней. Формы проходят последовательный ряд камер, в одной из которых нагреваются.

Процесс полимеризации при использовании сиропа состоит из двух стадий: предварительной полимеризации метилметакрилата с образованием сиропа (форполимера) и окончательной полимеризации сиропа с получением органического стекла. Применение сиропа обеспечивает более высокую степень полимеризации (уменьшается обрыв цепи, повышается молекулярная масса полимера), кроме того при его использовании снижается образование вздутий и пузырей, что способствует улучшению качества органического стекла. Сироп получают форполимеризацией мономера в аппарате с мешалкой, обратным холодильником, системой обогрева и охлаждения в присутствии незначительных количеств инициатора (0,05—0,1%) при 70— 80 °С в течение 2 ч при слабом перемешивании. В результате полимеризации образуется раствор полимера в мономере, содержащий 5— 10% полимера. После охлаждения в полученный сироп вводят инициатор и тщательно перемешивают. Затем сироп заливают в формы для окончательной полимеризации.

Сироп можно готовить также, растворяя полиметилметакрилат в виде «крупки» (отходы органического стекла) в мономере. В аппарат-смеситель 1 загружают ММА, «крупку» ПММА, инициатор, пластификатор и краситель (при получении окрашенного стекла).

Рассмотрим схему процесса производства органического стекла:

1 – аппарат-смеситель

2 – вакуумизатор

3 – формы

4 – шкафы для полимеризации

В процессе измельчения на станке обрезков или бракованных листов оргстекла, просеивания через сито и термообработки до 8 часов при температуре от 40°С до 150°С получается «крупка».

Чтобы на выходе получить матовое стекло с перламутровым оттенком, вводят от 6 до 9 масс.ч. полистирола.

В аппарате-смесителе 1 сначала растворяют «крупку» путем перемешивания в ММА при 45°С а течение 2-3 ч, а затем вводят все необходимые компоненты: инициатор пластификатор и др. Получившийся сироп перемешивают, а затем сливают в вакуумизатор 2 для извлечения из реакционной массы растворившегося воздуха. Далее сироп заливается в формы 3, которые потом помещают в шкафы полимеризации 4. Туда подается горячий воздух, нагреваемый в калориферах. В зависимости от толщины получаемого листа температуру процесса полимеризации изменяют, повышая ее постепенно от 40°С до 100°С.

Продолжительность полимеризации зависит от желаемой толщины получаемого продукта и варьируется в пределах от 20 и до 100ч. Окончание процесса полимеризации проверяют в формах по содержанию остаточного мономера.

После окончания полимеризации формы подвергаются охлаждению, их разнимают и вынимают листовой или блочный полимер. Разъем форм производится или сухим, или мокрым методом. При сухом методе разъема охлаждение форм до необходимой температуры происходит в термокамере с помощью воздуха. А при мокром – формы погружают в специальные ванны с горячей водой. Полученные листы оргстекла поступают на обработку и контроль, после чего их оклеивают бумажными листами. Силикатные стекла поступают на мойку для дальнейшего использования.

Нужно отметить, что в качестве инициаторов реакции получения полимера метилметакрилата применяют также перкарбонаты. Когда проводится процесс получения толстых листов органического стекла и его крупных блоков, применяются различные окислительно-восстановительные системы, позволяющие проводить полимеризацию ММА при более низких температурах.

Естественно, что каждый вариант получения полиметилметакрилата наполняет полимер различными свойствами, особенностями, определенным качеством и ценой.

Сравнивая литой и экструзионный акрил, можно выделить их отличительные свойства.

Литой акрил:

- Имеет большую толщину в сравнении с экструзионным

- Ударопрочный

- Химически стоек к различным воздействиям

- Практически не колется

- Удобно формуется

- Возможность производства малыми партиями

- Широкая палитра цветов

Экструзионный акрил:

- Возможно получение листов большего размера

- Имеет меньшие допуски по толщине

- Дешевый

Таким образом, если необходима стабильная толщина листа – стоит отдать предпочтение экструзионному оргстеклу; если нужны нестандартные дизайнерские решения, глубокая формовка или особые требования к жесткости и геометрии – идеально подойдет литой акрил.

Применение полиметилметакрилата

Спектр применения акрила очень широк. Так, например, акрил, имитирующий силикатное органическое стекло со слегка зеленоватым торцом, применяется для уличных вывесок; оргстекло с текстурированной поверхностью – как элемент дизайна в интерьере и при изготовлении светофоров; из зеркального органического стекла изготовляют информационные таблички, уличные и магазинные зеркала безопасности, а также такое стекло применяется в качестве дизайнерских решений в интерьере. Самое распространенное применение для акрила – это изготовление из него органайзеров, контейнеров для косметики, визитниц, подставок для рекламы на столиках ресторанов и кафе, монетниц, ценникодержателей и много другого. Такое широкое применение обусловлено возможностью гравировать акрил, резать его лазером, придавать различные формы и цвета. Благодаря своей светопропускаемости, из акрила выполняют сувенирные изделия с подсветкой; им защищают различные изображения и плакаты на улицах.