پلی متیل متاکریلات یک ترموپلاستیک است. بنابراین ابتدا توضیح مختصری درباره پلاستیک ها می دهیم.

ترموپلاستیک ها

ویژگی مهم پلاستیک ها انعطاف پذیری آن هاست. این ویژگی باعث شکل پذیری آسان آن ها می شود. پلاستیک ها در صورت گرم شدن راحت تر شکل داده می شوند و اگر به اندازه ی کافی به آنها  گرما بدهیم ذوب می شوند. به همین دلیل به آنها ترموپلاستیک(گرمانرم) می گویند.

پلاستیک ها در هنگام کشش تمایل دارند که یا به طور دائم تغییر شکل بدهند یا بشکنند.کشیدن پلاستیک ها انرژی زیادی می خواهد زیرا در برابر تغییر فرم مقاومت خوبی دارند. با وجود این اگر به پلاستیک نیروی کششی کافی وارد کنیم و کشش را متوقف کنیم در همان شکلی که کشیده شده باقی می ماند. اما الاستومر ها پس از این که نیروی کششی را قطع کنیم به حالت قبل خود بر می گردند.

هم چنین پلاستیک ها بسیار انعطاف پذیر تر از بعضی مواد دیگر مانند الیاف هستند. الیاف در هنگام کشش خیلی کم کش می آیند که به همین دلیل برای ساخت اشیائی مانند طناب مناسب هستند.

پلاستیک های گوناگون هم در وزن مولکولی با هم تفاوت دارند و همین طور در خواص فیزیکی- مکانیکی مانند مقاومت حرارتی و سرعت جریان پلیمر مذاب. می توانیم برای این که یک سطح نور فرابنفش را جذب کند یا عبور دهد از مواد یا فرمول های ویژه ای استفاده کنیم.

پلاستیک های سخت و پلاستیک های نرم

دمای مخصوصی برای همه ی پلاستیک ها وجود دارد که در دمای بالاتر از آن نرم و انعطاف پذیر و در دمای کمتر از آن سخت و شکننده هستند. به این دما, دمای انتقال شیشه ای یا Tg  می گویند که برای هر پلاستیک متفاوت است. در دمای اتاق بعضی از پلاستیک ها زیر دمای Tg  خود و به همین دلیل سخت هستند.(مانند پلی متیل متاکریلات که در دمای اتاق شکننده است.) سایر پلاستیک ها در دمای اتاق بالای Tg خود قرار دارند و نرم هستند.

موادی مانند پلی اتیلن- پلی پروپیلن- پلی استایرن- پلی استر ها- پلی کربنات ها- نایلون- PVC و پلی (متیل متاکریلات) پلیمر هایی هستند که به عنوان پلاستیک از آن ها استفاده می کنند.

بعضی وقت ها به پلاستیک موادی اضافه می کنند تا بتوان آن را نرم تر و انعطاف پذیر تر کرد. به این افزودنی ها نرم کننده گفته می شود.

آکریلات ها

آکریلات ها نوعی ترمو پلاستیک هستند که به صورت محلول پلیمر در مونومر تهیه می شوند.

مایع آکریلات با مواد افزودنی لازم و یک عامل پخت (مثل پر کلرو اتیلن و یا تری کلرو اتیلن) تهیه شده که با استفاده از آن سطوح اجسام از طریق پخت به یکدیگر چسبانده می شوند.

عمل پخت و کامل شدن اتصال در یک کوره با درجه حرارت ثابت یا از روش پرس گرم انجام می شود.

پلی (متیل متاکریلات)

تاریخچه:

اولین آکریلیک اسید در سال ۱۸۴۳ تولید شد. متاکریلیک اسید, تهیه شده از آکریلیک اسید,در سال ۱۸۶۵ به دست آمد. پلی متیل متاکریلات در سال ۱۹۳۳ و توسط شیمی دانان انگلیسی رونالد هیل و جان کرافورد شناخته شده و با نام تجاری پرسپکس به بازار عرضه شد.

این ماده از خانواده پلیمر های مصنوعی و یکی از سخت ترین و محکم ترین پلیمر ها می باشد و در برابر اشعه ی ماورا بنفش و هوا و عوامل محیطی دیگر مقاوم است. سطح صیقلی و براقی دارد و شفاف تر از شیشه است. هم چنین مقاومت آن دربرابر ضربه نیز از شیشه بیشتر است. قابلیت های متفاوتی دارد مثل برش لیزری- فرم دهی- سمباده زدن- سوراخ کردن- خم کردن و …. مقاومت کششی خوبی دارد و رطوبت را خیلی کم جذب می کند. پر مصرف ترین و آسان ترین پلاستیک نوری است و در میان پلاستیک های نوری دارای بالاترین مقاومت در برابر اشعه فرابنفش,رطوبت, اثرات نور خورشید و محیط است.هم چنین در رنگ های متنوعی موجود می باشد مانند شفاف در برابر عبور نور(transparent), نیمه شفاف(translucent) و مات یا کدر(opaque)

مونومر متیل متا کریلات طی یک فرایند دومرحله ای به شرح زیر به دست می آید:

ابتدا استون و هیدروژن سیانید با هم واکنش می دهند و استون سیانوهیدرین تولید می کنند. محصولی که از این واکنش به دست آمده را در حضور سولفوریک اسید غلیظ با متانول حرارت می دهند و منومر متیل متاکریلات تولید می کنند. PMMA از پلیمریزه شدن این منومر ها از طریق فرایند پلیمریزاسیون رادیکال آزاد انجام می گیرد. برای تولید ۱کیلوگرم PMMA به تقریبا ۲کیلوگرم نفت احتیاج است.

از این ماده در صنایع مختلف مانند اتومبیل سازی(پوشش خوبی برای فلز خواهند بود و در رنگ خودرو ها کاربرد دارند) – ساختمان سازی- صنایع روشنایی- الکتریکی و تزئینات و حتی لوازم تحریر و اسباب بازی ها استفاده می شود.

پلی متیل متاکریلات در بسیاری از حلال های آلی حل شده و در برابر بعضی از مواد شیمیایی دیگر مقاومت کمی دارد. این ماده برای استفاده در تجهیزاتی که در فضای خارجی به کار می روند مناسب تر از پلاستیک های دیگر مانند پلی اتیلن و پلی استایرن است چون در برابر اشعه های UV و آسیب های محیطی  مقاوم تر است و با وجود استفاده طولانی مدت در این فضاها بدون تغییر می ماند.

این ماده در جریان جنگ جهانی دوم نیز توسط نیروهای متفقین و متحدین استفاده می شد مثلا در پریسکوپ زیر دریایی ها, پنجره جنگنده های هوایی و …. کاربرد های دیگر آن پس از جنگ جهانی دوم صورت گرفت. چون که بعضی از ویژگی های آن مورد توجه قرار گرفته بود, مثلا اینکه در جریان جنگ به این نکته پی برده شد که چشمان خلبانانی که با PMMA آسیب دیده بودند جراحات کمتری نسبت به آسیب دیدگان با شیشه معمولی داشتند.

بعضی از ویژگی های آن مانند مقاومت در برابر ضربه- مقاومت شیمیایی- بازدارندگی شعله- انتشار نور- فیلتر اشعه ماورا بنفش و… را با ترکیب کردن این ماده با سایر موادی که ویژگی های آن را تقویت می کند می توانیم بهبود دهیم. با انجام این تغییرات در ترکیبات آن و بهتر ساختن خواص این پلیمر می توان آن را برای کاربرد های ویژه ای استفاده کرد.

بیشتر در جایگزینی شیشه به کار می رود و دلیل آن برتری هایش نسبت به شیشه است مانند شفافیت و نشکن بودن آن. اگر بخواهیم از شیشه ای با ضخامت زیاد استفاده کنیم از شفافیتش کم شده و دید خوبی نخواهد داشت اما پنجره هایی که از PMMA ساخته می شوند حتی با ضخامت زیاد بسیار شفاف هستند و حدود ۹۳ درصد از نور را از خود عبور می دهند. در مقابل شکستن نیز این ماده یک جایگزین مناسب نسبت به شیشه است. مثلا در یک آکواریوم بزرگ به دلیل وجود مقدار زیاد اب فشار زیادی به دیواره ی آن وارد می شود پس باید از یک دیواره ی ضخیم استفاده کنیم که در برابر این فشار مقاوم باشد و شفافیت خوبی هم داشته باشد. برای مثال شیشه ای در آکواریومی در کالیفرنیا که از یک قطعه بزرگ PMMA ساخته شده و ۱۶ متر طول و ۵/۵ متر ارتفاع و ۳۳ سانتی متر ضخامت دارد.

پلیمر دیگری که به عنوان جایگزین نشکن شیشه به کار می رود پلی کربنات است ولی PMMA از آن ارزان تر و به صرفه تر است.

قطعات  PMMA را می توان با استفاده از سوپرچسب (سیمان سیانوکریلات) و حرارت به هم متصل کرد و یا اینکه در محل اتصال, پلاستیک را حل نمود که برای این کار از موادی مانند دی کلرومتان یا تری کلرومتان می توانیم استفاده کنیم و پس از این که فرم گرفت مرز آن قابل تشخیص نخواهد بود. خش هایی که ممکن است روی سطح آن به وجود بیاید را نیز می توان با حرارت یا پلیش برطرف نمود اما چون که این ماده نسبت به شیشه مقاومت کمتری در برابر خط و خش دارد, بهتر است از پوشاننده های ضد خش روی سطح آن استفاده کرد.

کاربرد دیگر PMMA  در رنگ ها است. رنگ های لاتکسی اکریلیک حاوی PMMA معلق در آب می باشند. این رنگ ها حاوی PMMA در حلالی هستند که همزمان با خشک شدن رنگ تبخیر می شود و سطح رنگ را سخت و براق می کند که دلیل آن تشکیل این پلاستیک (که سخت و براق است) در رنگی که هنوز خشک نشده, است.

اما چون که پایه بسیاری از رنگ ها آبی است و PMMA به آسانی در آب حل نمی شود حل کردن آن مشکل می شود. به همین دلیل برای حل کردن این پلیمر در آب از پلیمر دیگری به نام پلی(وینیل استات) استفاده می کنند که این کار به صورت زیر انجام می شود:

پلی(وینیل استات) یک پلیمر پر کاربرد در ساخت انواع چسب ها و کاغذ و پارچه ها است.

قبل از استفاده ی آن در رنگ آن را با سدیم هیدروکسید و متانول وارد واکنش کرده و پلی(وینیل الکل) به دست می آوریم در این حالت تمام گروه های استات را حذف می کنیم اما برای استفاده در رنگ ها نباید تمام گروه های استات حذف شوند. بنابراین واکنش را هنگامی که تقریبا ۲۰ درصد از گروه های استات باقی مانده اند متوقف می کنیم. محصول به دست آمده کو پلیمری از پلی(وینیل الکل) و پلی(وینیل استات) خواهد بود. دو نوع گروه های الکلی (که آب دوست هستند) و گروه های استات ( که آب گریز هستند) در پلی(وینیل الکل-کو-وینیل استات) وجود دارند. پس وقتی در محیط آبی قرار می گیرند گروه های الکلی در سمت بیرونی و کنار مولکول های آب و گروه های استات در سطح داخلی قرار می گیرند و از آب دور می شوند. در این حالت یک مولکول PMMA به دلیل خاصیت آب گریزی که دارد به داخل این قسمت رفته و به این شکل می تواند به صورت معلق در رنگ های پایه آبی قرار گیرد.

محصول به دست آمده را یک لاتکس می نامیم یعنی یک سوسپانسیون از ماده ی نامحلول PMMA که از طریق قرار گرفتن در کو پلیمر پلی(وینیل الکل-کو-وینیل استات) به دست آمده است.

PMMA  کاربرد های دیگری نیز دارد. اغلب روغن های روان کننده و سیالات هیدرولیک در دماهای بسیار پایین ویسکوزیته آن ها زیاد شده و حالت چسبناکی پیدا می کنند و کار با تجهیزات سنگین در هوای سرد را مشکل می کنند.

اما وقتی مقدار کمی PMMA در این روغن ها و سیالات حل شود در دمای پایین ویسکوز نمی شوند و ماشین ها می توانند تا دمای زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد نیز کار کنند.

چند مورد دیگر از کاربرد های آن:

استفاده وسیع در دندان سازی و ترمیم دندان, عدسی ها, لنز های چشمی, لنز های تماسی سخت, شیشه ساعت, شیشه عینک های حفاظتی, پنجره, پنجره هواپیما, دیواره اتاقک خلبان, زیورآلات, کالاهای لوکس و تزئینی, صفحات مدرج وسایل اندازه گیری, چشم های مصنوعی, صفحات آکواریوم های بزرگ, نورگیر ها و انواع قاب آیینه و جاصابونی, شیر های سرویس های بهدشتی.

در پزشکی نیز کاربرد هایی دارد:

در جراحی های ارتوپدی برای اتصال ایمپلنت ها یا جایگزینی استخوان های از دست رفته مورد استفاده قرار می گیرد. در ساخت دندان های مصنوعی از پلی متیل متاکریلات استفاده می شود و یکی از ویژگی هایی که باعث استفاده آن در این مورد می شود این است که می توانند رنگ آن را با رنگ دندان های فرد هماهنگ کنند.

در جراحی های زیبایی و برای کاهش چروک ها و اسکار ها(محل های زخم و …) به صورت محلول در برخی مایعات به پوست تزریق می شود. هم چنین به صورت غیر قانونی در بدنسازی برای فرم دهی به ماهیچه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

PMMA یک پلیمر وینیلی است که از پلیمریزاسیون رادیکالی آزاد و از منومر متیل متاکریلات ساخته می شود.

پلیمر های وینیلی که بزرگترین گروه پلیمر ها را تشکیل می دهند پلیمر هایی هستند که از منومر های وینیلی تهیه می شوند. مونومر های وینیلی مولکول های کوچک شامل باند های دوگانه کربن-کربن هستند. ساده ترین پلیمر وینیلی پلی اتیلن است. پلی اتیلن از منومر اتیلن تهیه می شود.

اتیلن وقتی پلیمریزه می شود مولکول هایش در راستای باند دوگانه شان به هم متصل می شوند تا زنجیری بلند وشامل هزاران اتم کربن که باند یگانه بین آنها وجود دارد تشکیل دهند.

پلیمر های وینیلی پیشرفته تر, از منومر هایی تشکیل می شوند که درآنها یک یا چند اتم هیدروژن اتیلن با یک اتم یا گروهی از اتم ها جایگزین شده اند. با جایگزین کردن فقط یکی از این اتم های هیدروژن می توانیم تعدادی از پلاستیک های متداول را به دست آوریم مانند پلی پروپیلن- پلی استایرن- پلی (وینیل کلراید)

اگر به جای دو اتم هیدروژن روی یک اتم کربن دو گروه متیل قرار دهیم پلی ایزوبوتیلن به دست می آید.

پلیمر های وینیلی از منومر های وینیلی به روش های متفاوتی ساخته می شوند:

پلیمریزاسیون وینیلی رادیکال آزاد

پلیمریزاسیون وینیلی آنیونی

پلیمریزاسیون وینیلی کاتیونی و…

PMMA یک عضو از خانواده ای از پلیمر ها به نام آکریلات ها ست. آکریلات ها نوعی از پلیمر های وینیلی محسوب می شوند. پلی آکریلات ها از مونومر های آکریلات (که استر هایی هستند که شامل گروه های وینیلی می باشند) ساخته می شوند. یعنی دو اتم کربن دارند که با پیوند های دوگانه به هم متصلند و مستقیما به کربن گروه کربونیل وصل شده اند.

ساختار کلی آکریلات ها به صورت زیر است:  -(COOR2-CR1-CH2)-

با تغییر در گروه های R1 و R2 می توان پلیمر های متفاوتی را به دست آورد.

در صورتی که R1 با هیدروژن و R2 با متیل(CH3) جایگزین شود پلی متیل آکریلات و در صورتی که R1  و R2 هر دو با متیل جایگزین شوند پلی متیل متاکریلات به دست می آید.

همین گروه کوچک متیل تفاوت های زیادی در رفتار و خواص پلیمر ایجاد می کند. پلی (متیل آکریلات) یک ماده سفیدرنگ و در دمای اتاق یک لاستیک است و از PMMA نرم تر است اما پلی (متیل متا کریلات) در این دما یک پلاستیک محکم و شفاف است.

میزان سختی یا نرمی یک پلیمر در دمای داده شده با تحرک زنجیر مشخص می شود. تحرک زنجیر یعنی زنجیر های پلیمر چقدر در حضور هم و در کنار یکدیگر تکان می خورند. هر چه حرکت آن ها بیش تر باشد پلیمر نرم تر است. گروه های اضافی متیل حرکت زنجیر های پلی (متیل متا کریلات) روی هم را متوقف می کنند. اما در پلی (متیل آکریلات) به دلیل عدم وجود گروه های اضافی مانعی برای حرکت وجود ندارد. پلیمری که می تواند به سادگی حرکت کند نرم است و برعکس پلیمری که این توانایی را ندارد سخت خواهد بود.

به طور کلی می توان مزایا و معایب پلی متیل متاکریلات را به صورت زیر خلاصه کرد:

مزایا:

شفافیت نوری عالی دارد و نور را به خوبی عبور می دهد

سختی سطح عالی

در برابر شرایط آب و هوایی گوناگون, هوا زدگی, شرایط جوی و نور خورشید مقاوم است

محافظ در برابر اشعه فرابنفش

انعطاف ناپذیر است و در مقابل ضربه استحکام خوبی دارد

در صورت بروز آتش دود تولید نمی کند

رطوبت را جذب نمی کند. به همین دلیل در طول زمان و در مناطق مرطوب بسیار کم تر زرد می شود.

پایداری ابعادی عالی

عایق خوبی برای فرکانس های پایین است

زیست سازگاری بالا

دامنه وسیع رنگ ها

مقاومت خوب در برابراسید ها و باز های رقیق

معایب:

ممکن است در اثر تنش ترک بخورد

در برابر خراش مقاومت پایینی دارد

در مقایسه با سایر پلیمر ها شکننده تر است.

مقاومت کم در برابر حلال به ویژه کتون ها, استر ها, کلرو کربن ها, هیدرو کربن های آروماتیک و فرئون

انواع تجاری انعطاف پذیر در دسترس نمی باشند

قابل احتراق

روش شناسایی پلی متیل متاکریلات:

برای شناسایی این ماده ۵ گرم از نمونه را همراه با ۵ گرم ماسه خشک در یک لوله آزمایش گرم می کنیم. در اثر باز شدن زنجیر های پلیمری, منومر متیل متاکریلات به دست می آید. می توان این منومر را به وسیله الیاف شیشه ای در دهانه لوله آزمایش جمع آوری کرد و یا اینکه به وسیله یک لوله شیشه ای خم دار آن را از لوله آزمایش اصلی به یک لوله دیگر و به روش تقطیر منتقل کرد.

روش دیگر گرم کردن مونومر با مقداری از نیتریک اسید غلیظ است که یک محلول زرد روشن و شفاف می دهد. پس از خنک کردن, محلول را به اندازه نصف حجم آن با آب رقیق کرده سپس یک محلول ۵-۱۰ درصد سدیم نیتریت را به صورت قطره قطره به آن اضافه می کنیم. در این مرحله می توان متیل متاکریلات را به وسیله کلروفرم استخراج کرد که با پیدایش رنگ آبی متمایل به سبز شناسایی خواهد شد.

ویژگی های اشتعال:

البته به دلیل رفتار های متفاوت دو نوع قالب گیری شده و اکسترود شده در آتش, جداگانه بررسی می شوند.

ـ پلی متیل متاکریلات قالب گیری شده:

در شعله می سوزد و بعد از حذف شعله همچنان به سوختن ادامه می دهد.

شعله زرد با پایه آبی دارد.

بدون دود می سوزد.

در شعله چکه نمی کند.

بوی سوختن آن شیرین و میوه ای است

به هنگام سوختن شعله صدای انفجار می دهد.

ـ پلی متیل متاکریلات اکسترود شده:

در شعله می سوزد و پس ار حذف شعله همچنان به سوختن ادامه می دهد

شعله زرد با پایه آبی دارد.

بدون دود می سوزد.

در شعله چکه می کند.

بوی سوختن آن شیرین و محرک زا است.

به هنگام سوختن شعله صدای انفجار نمی دهد.

همچنین در مقایسه با پلی کربنات وقتی سطح PMMA خراشیده یا بریده شود براده های روشن و براق ایجاد می کند

منابع:

Wikipedia.org

Polypedia.ir

Itechpolymer.com

Mychem.ir