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Polvere di polimetilmetacrilato, PMMA in breve, è un tipo di polimero macromolecolare, che viene disciolto in solventi organici come tetracloruro di carbonio, benzene, toluene, dicloroetano, triclorometano e acetone. Buona resistenza ottica, isolante, di lavorazione e agli agenti atmosferici. Conosciuto anche come acrilico o plexiglass, presenta i vantaggi di elevata trasparenza, prezzo basso, facilità di lavorazione, ecc. ed è spesso utilizzato come sostituto del vetro. È applicabile a parti con una certa resistenza e trasparenza, come antiurto, antideflagrante-e facili da osservare. Viene utilizzato per produrre vetri per finestre, lenti ottiche, fotocamere, etichette per apparecchiature, modelli trasparenti, tubi trasparenti, coperture per fanali posteriori, strumenti, pannelli e coperture degli strumenti, parti di isolamento elettrico di aeromobili, automobili, navi, ecc. Può anche essere utilizzato per articoli di cancelleria, necessità quotidiane e altre decorazioni.
Il polimetilmetacrilato (PMMA), comunemente noto come vetro organico o acrilico, è un materiale polimerico preparato mediante reazione di polimerizzazione utilizzando il metilmetacrilato (MMA) come monomero. La sua struttura a catena molecolare gli conferisce proprietà fisiche e chimiche uniche, tra cui elevata trasparenza, bassa densità, eccellenti proprietà meccaniche, resistenza agli agenti atmosferici e lavorabilità, rendendolo uno dei materiali polimerici più utilizzati in vari campi.
1. Lenti e componenti ottici
Il PMMA ha una trasmittanza compresa tra il 92% (luce ordinaria) e il 76% (luce ultravioletta), un indice di rifrazione moderato (circa 1,49) e una bassa dispersione, che lo rendono il materiale preferito per le lenti ottiche. Le sue applicazioni riguardano:
Lenti per occhiali: il design leggero riduce il carico di usura e ha una migliore resistenza agli urti rispetto alle tradizionali lenti in vetro.
Obiettivo per fotocamera e microscopio: le superfici ottiche ad alta precisione vengono ottenute attraverso processi di stampaggio a iniezione o lucidatura di precisione per soddisfare i requisiti di imaging.
Sistema di guida della luce laser: utilizzo del principio della riflessione totale per progettare manicotti in fibra ottica per endoscopi medici o apparecchiature di test industriali.
2. Supporto della tecnologia di visualizzazione
Piastra guida luce LCD/LED:Polvere di polimetilmetacrilatoconverte le sorgenti luminose puntiformi in sorgenti luminose superficiali uniformi attraverso l'intaglio della microstruttura ed è ampiamente utilizzato nei moduli di retroilluminazione per televisori, telefoni cellulari e display di computer. Ad esempio, la piastra guida luce per TV da 55 pollici di una determinata marca ha uno spessore di soli 2 mm e una trasmissione luminosa superiore al 90%.
Substrato per imballaggio OLED: elevata trasparenza e basso assorbimento d'acqua (<0.3%) can effectively protect the organic light-emitting layer and extend the device life.
1. Illuminazione e materiali strutturali
Lucernario e facciata continua: i pannelli in PMMA sostituiscono il vetro tradizionale, riducendo il peso del 50% e aumentando di 7-18 volte la resistenza agli urti. Un complesso commerciale a Shanghai adotta lucernari in PMMA da 8 mm di spessore, ottenendo un aumento del 30% nell'utilizzo della luce naturale e riducendo i carichi dell'edificio.
Barriera acustica: ottenuto un abbattimento acustico di 15-20 decibel attraverso una struttura composita multi-strato (PMMA+PC+cotone fonoassorbente), ampiamente utilizzata nelle autostrade e nei cavalcavia urbani.
2. Decorazione e installazione artistica
Lightbox e segnaletica pubblicitaria: i pannelli in PMMA sono tagliati al laser o piegati a caldo per ottenere effetti visivi ad alta luminosità e basso consumo energetico, abbinati a sorgenti luminose a LED. Un flagship store di un marchio internazionale utilizza light box in PMMA stampati in 3D, che riducono il consumo energetico del 60% rispetto alle tradizionali luci al neon.
Scultura e installazione artistica: le sue caratteristiche di facile tintura (può essere regolato in più di 1000 colori) e la plasticità sono diventate un mezzo per la creazione di artisti contemporanei. Ad esempio, un progetto di arte pubblica utilizza PMMA trasparente per costruire un cubo sospeso e ottiene effetti dinamici di luci e ombre attraverso la proiezione della luce interna.
1. Dispositivi medici impiantabili
Articolazioni artificiali e cemento osseo: introducendo gruppi bioattivi attraverso la modifica della copolimerizzazione, la compatibilità tra i materiali compositi a base di PMMA e i tessuti umani viene notevolmente migliorata. Alcuni impianti ortopedici utilizzano materiale composito PMMA/idrossiapatite (HA), che riduce il tempo di integrazione ossea postoperatoria del 40%.
Materiale per restauri dentali: il materiale per stampaggio PMMA ottenuto mediante polimerizzazione in sospensione viene utilizzato per gli abutment delle protesi. La sua durezza (Shore D 85-90) e il modulo elastico (2,5-3,0 GPa) sono vicini allo smalto dei denti naturali e il comfort è migliorato.
2. Componenti di apparecchiature mediche
Tubo guida luce per endoscopio: il diametro diPolvere di polimetilmetacrilatoil manicotto in fibra può essere piccolo fino a 0,5 mm e il raggio di curvatura può raggiungere 10 volte il diametro, soddisfacendo le esigenze della chirurgia minimamente invasiva.
Contenitori per la conservazione del sangue e membrane per dialisi: la loro stabilità chimica (resistenza agli acidi e agli alcali, pH 2-11) e le caratteristiche di basso assorbimento delle proteine garantiscono l'attività dei componenti del sangue.
1. Componenti trasparenti e semitrasparenti
Copertura della lampada: la copertura del fanale posteriore in PMMA stampato ad iniezione ha una trasmissione luminosa del 90% e soddisfa lo standard SAE J576 per la resistenza agli urti. Dopo che un determinato modello di veicolo adotta il paralume in PMMA, il peso del gruppo lampada viene ridotto del 35% e il consumo energetico del 15%.
Cruscotto e parti interne: grazie al trattamento di rivestimento duro della superficie (durezza fino a 3H), la resistenza all'usura delle parti interne in PMMA è aumentata di 5 volte, soddisfacendo le esigenze di utilizzo a lungo termine degli interni automobilistici.
2. Applicazione di nuova energia
Involucro del pacco batteria: il PMMA modificato (con aggiunta di fibra di vetro) ha una migliore resistenza alla temperatura fino a 120 gradi e un grado di ritardante di fiamma pari a UL94 V-0. Alcuni pacchi batteria per veicoli elettrici utilizzano un guscio in lega PMMA/PC, che riduce il peso del 40% rispetto alla soluzione metallica.
1. Materiali isolanti ad alta frequenza
Copertura dell'antenna della stazione base 5G: costante dielettrica di PMMA (ε)= 3.2@1GHz) La tangente dell'angolo di perdita (tan δ=0.0002) soddisfa i requisiti di comunicazione ad alta-frequenza. Dopo che una determinata stazione base adotta una copertura dell'antenna in PMMA, l'attenuazione del segnale viene ridotta di 2 dB.
Substrato del circuito flessibile: la pellicola PMMA (spessore 10-50 μ m) preparata con il metodo di colata in soluzione ha una resistenza alla flessione fino a 100.000 volte e viene utilizzata come strato di supporto per schermi pieghevoli in dispositivi indossabili.
2. Incapsulamento e protezione
Diffusore della sorgente luminosa a LED: la superficie con microstruttura PMMA (prisma o punto) raggiunge una distribuzione uniforme della luce. Dopo aver adottato la copertura del diffusore in PMMA in un determinato progetto di lampione, l'uniformità dell'illuminamento è stata migliorata a 0,7.
Imballaggio dei componenti elettronici: per l'imballaggio dei sensori viene utilizzato PMMA modificato con resina epossidica (resistente alla temperatura fino a 150 gradi), con un livello di protezione IP67.
1. Componenti strutturali trasparenti
Copertura per cabina di pilotaggio di aerei: PMMA trattato elasticamente (resistenza alla trazione maggiore o uguale a 70 MPa) viene utilizzato per coperture di cabine di pilotaggio di aerei leggeri, che riduce il peso del 20% rispetto alle soluzioni in policarbonato (PC) e soddisfa gli standard di resistenza agli urti con volatili (FAR 25.571).
Finestra di osservazione del veicolo spaziale: un certo satellite utilizza finestre composite multi-strato di PMMA/poliimmide, con una resistenza alla dose di radiazioni di 10 ⁶ Gy e un'attenuazione della trasmittanza di<5%.
2. Design interno leggero
Pannello decorativo interno cabina: materiale composito PMMA/fibra di carbonio con una densità di soli 1,2 g/cm³, soddisfa i requisiti di prestazione di combustione FAA (OSU 65/65) e viene utilizzato per i pannelli delle pareti delle cabine degli aerei.
Applicazioni innovative di necessità quotidiane e prodotti industriali
1. Prodotti di elettronica di consumo
Custodia protettiva per cellulare: quella trasparentepolvere di polimetilmetacrilatoLa custodia combina effetti antigoccia ed estetici attraverso la tecnologia di stampaggio a iniezione bicolore. Un determinato modello di marca utilizza una custodia composita PMMA+TPU e il test di caduta ha superato un'altezza di 2 metri.
Cancelleria e articoli per ufficio: il portapenne in PMMA ha una durezza superficiale di 2H e una migliore resistenza all'usura rispetto alla plastica ABS. Un marchio di penne di fascia alta-utilizza un portapenne in PMMA, che ne prolunga la durata di tre volte.
2. Prodotti industriali
Substrato del disco video: disco PMMA (spessore 1,2 mm) con una densità di archiviazione di 25 GB/strato. Un certo disco di grado d'archivio utilizza un substrato PMMA con una durata di oltre 50 anni.
Diffusore di luce ombra: attraverso la lavorazione della micro nanostruttura (come reticolo o lente di Fresnel), il diffusore in PMMA ottiene un controllo preciso della luce. Dopo che la luce del palcoscenico teatrale adotta un diffusore in PMMA, l'uniformità del punto luminoso viene migliorata al 90%.
Allo stato attuale, i metodi di produzione industriale di MMA includono principalmente il processo di acetone cianoidrina (processo ACH), il processo migliorato di acetone cianoidrina (processo MGC), il processo Evonik ACH (processo Aveneer), il processo di isobutilene, il processo di etilene (processo BASF e il processo q.MMA del processo BASF migliorato, tra cui il processo di acetone cianoidrina e il processo di isobutilene sono i principali metodi di produzione.
1. Metodo dell'acetone cianoidrina (metodo ACH)
1) Metodo ACH tradizionale: il metodo ACH tradizionale utilizza acetone, un sottoprodotto del fenolo e acido cianidrico, un sottoprodotto dell'acrilonitrile, come materie prime per generare ACH, che viene poi riscaldato in acido solforico concentrato per generare metacrilammide solfato e poi esterificato con metanolo per generare MMA. Il processo utilizzava efficacemente i sottoprodotti- dell'industria petrolchimica e la resa era superiore al 97%, calcolata con acetone o acido cianidrico. Tuttavia, nel processo vengono generati una grande quantità di acque reflue e-sottoprodotti del bisolfato di ammonio con un basso valore di mercato. Per ogni t di polimetilmetacrilato generata, si generano 1,2 t di bisolfato di ammonio come sottoprodotto, il che aumenta i costi di trattamento successivi e provoca un grave inquinamento. Inoltre, l'unità di processo deve adottare apparecchiature resistenti agli acidi e l'acido cianidrico come materia prima è altamente tossico. La costruzione dell'unità di sintesi dell'acido cianidrico è limitata dalle materie prime tecniche, dalla protezione dell'ambiente e da altre condizioni e sono necessarie rigorose misure protettive durante lo stoccaggio, il trasporto e l'uso.
2) Metodo migliorato dell'acetone cianoidrina (metodo MGC): la Mitsubishi Gas Company del Giappone ha sviluppato un percorso ACH migliorato, denominato percorso MCG, che elimina l'uso di acido solforico e realizza il riciclo dell'acido cianidrico. Il primo passaggio del metodo MGC è identico a quello del metodo ACH tradizionale. L'acetone reagisce con l'acido cianidrico per generare ACH. Nella seconda fase, l'ACH viene idratata per formare a. L'idrossiisobutirrammide reagisce con l'acido formico per generare metilidrossiisobutirrato e formammide. Il metilidrossiisobutirrato viene disidratato per generare MMA, mentre la formammide viene decomposta in acqua e acido cianidrico e la maggior parte dell'acido cianidrico viene riciclata per garantire la fornitura di materie prime. Sebbene questo metodo non produca bisolfato di ammonio come sottoprodotto-, la resa complessiva di polimetilmetacrilato è circa il 93%.
2. Metodo dell'isobutilene
Nel 1982, Mitsubishi Rensi e il Giapponeppolvere di olimetilmetacrilatoMonomer Company ha utilizzato isobutilene/alcol ter-butilico (TBA) come materie prime. Nel 1982, Mitsubishi Liyang e altre società svilupparono il processo MMA in tre-fasi dell'isobutilene e lo industrializzarono. Utilizzando l'isobutilene come materia prima, il primo passaggio è stato l'ossidazione in metacroleina e il secondo passaggio è stato l'ossidazione in acido metacrilico. Il terzo passaggio è l'esterificazione dell'acido metacrilico e del metanolo per produrre MMA.
Nel 1998, la società giapponese Asahi Kasei ha industrializzato un impianto MMA per isobutilene in due-fasi. Utilizzando l'isobutilene come materia prima, il primo passaggio è stato ossidarlo in metacroleina e il secondo passaggio è stato esterificare la metacroleina con metanolo e aria per formare polimetilmetacrilato. Attraverso la fase MAA, il nuovo processo evita efficacemente reazioni collaterali come la polimerizzazione MAA, semplifica il processo, riduce il consumo di energia, riducendo così notevolmente i costi di investimento e i costi operativi, rendendo più competitivo il percorso della materia prima dell'isobutilene. Il vantaggio del metodo con isobutene è che sfrutta appieno la frazione C4 ricca di materie prime: il tasso di utilizzo degli atomi è elevato (73%), ovvero il 25% in più rispetto al metodo ACH tradizionale, e il 27% degli atomi che non vengono utilizzati generano molecole d'acqua, il che evita la generazione di acidi di scarto e la corrosione delle apparecchiature, ma lo svantaggio è che la resa è bassa.
Viene spesso utilizzato come sostituto del vetro. Le proprietà del materiale sono le seguenti:
proprietà fisica
1. La densità del PMMA è inferiore a quella del vetro: la densità del PMMA è di circa 1,15-1,19 g/cm3, la metà di quella del vetro (2,40-2,80 g/cm3) e il 43% di quella dell'alluminio (un metallo leggero).
2. La resistenza meccanica del polimetilmetacrilato è elevata: il peso molecolare relativo del PMMA è di circa 2 milioni, che è un polimero a catena lunga, e la catena che forma la molecola è molto morbida. Pertanto, la resistenza del PMMA è relativamente elevata e la sua resistenza alla trazione e agli urti è da 7 a 18 volte superiore a quella del vetro normale. C'è una specie di plexiglass che è stato riscaldato e allungato. Le catene molecolari in esso contenute sono disposte in modo molto ordinato, in modo che la tenacità del materiale sia notevolmente migliorata. I chiodi vengono utilizzati per conficcare nel plexiglass. Anche se i chiodi penetrano, non si creeranno crepe. Questo tipo di plexiglass non si romperà in pezzi dopo essere stato perforato dai proiettili. Pertanto, il PMMA stirato può essere utilizzato come vetro antiproiettile e anche come copertura della cabina di pilotaggio degli aerei militari.
3. Il punto di fusione del polimetilmetacrilato è basso, molto inferiore all'alta temperatura del vetro, che è di circa 1000 gradi.
4. Elevata trasmissione luminosa del PMMA
(1) Luce visibile: il PMMA è attualmente il miglior materiale polimerico trasparente, con una trasmissione della luce del 92%, superiore a quella del vetro.
(2) Luce ultravioletta: il quarzo può penetrare completamente la luce ultravioletta, ma il prezzo è elevato. Il vetro normale può penetrare solo lo 0,6% della luce ultravioletta. Il PMMA può filtrare efficacemente la luce ultravioletta con lunghezza d'onda inferiore a 300 nm, ma l'effetto di filtraggio è scarso tra 300 nm e 400 nm. Alcuni produttori hanno rivestito la superficie in PMMA per aumentare l'effetto e la proprietà di filtraggio della luce ultravioletta da 300 nm a 400 nm. D'altra parte, rispetto al policarbonato, il polimetilmetacrilato ha una migliore stabilità se esposto alla luce ultravioletta
(3) Raggio infrarosso: il PMMA consente il passaggio dei raggi infrarossi (IR) con lunghezza d'onda inferiore a 2800 nm. L'IR con lunghezza d'onda maggiore può essere sostanzialmente bloccato quando è inferiore a 25000 nm. Esiste uno speciale PMMA colorato, che può lasciar passare gli infrarossi di una specifica lunghezza d'onda e bloccare la luce visibile (applicata al telecomando o al rilevamento termico, ecc.).
(4) La temperatura di transizione vetrosa del polimetilmetacrilato è di circa 105 gradi C.
proprietà chimica
A causa della grande catena ramificata e dell'elevata viscosità del polimetilmetacrilato, la velocità di lavorazione è relativamente lenta quando si utilizza il metodo di lavorazione termica. Il plexiglass non solo può essere tagliato con un tornio e forato con un trapano, ma può anche essere incollato in varie forme con acetone, cloroformio, ecc. Può anche essere trasformato in vari prodotti, che vanno dalle coperture della cabina dell'aereo alle protesi e protesi dentarie, mediante metodi di stampaggio della plastica come soffiaggio, iniezione, estrusione, ecc.
Il cianoacrilato, il diclorometano o il cloroformio possono dissolvere leggermente il vetro organico, quindi due pezzi di vetro organico possono essere saldamente legati insieme.
La produzione di 1 kg dippolvere di olimetilmetacrilatorichiede circa 2 kg di olio. In presenza di ossigeno, il PMMA inizia a bruciare a 458 gradi C. Dopo la combustione, genera anidride carbonica, acqua, monossido di carbonio e alcuni composti a basso peso molecolare, inclusa la formaldeide.
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