Полиметилметакрилат

Содержание.

    Введение……………………………………………………………………….....

1. Характеристика метилметакрилата…………………………………….......
2. История полиметилметакрилата……………………………………………
3. Получение полиметилметакрилата…………………………………….......
4. Свойства полиметилметакрилата…………………………………………
5. Плюсы и минусы полиметилметакрилата…………………………………
6. Применение полиметилметакрилата………………………………………

    Заключение……………………………………………………………………….

    Список литературы………………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Органическое стекло́ (оргстекло́), или полиметилметакрилат (ПММА) - синтетический  полимер метилметакрилата, термопластичный  прозрачный пластик, продаваемый под  торговыми марками плексиглас, лимакрил, перспекс, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт и другие, также известный под названием акриловое стекло, акрил, плекс. Оргстекло полностью состоит из термопластичной смолы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика метилметакрилата

 

Метилметакрилат (метиловый эфир метакриловой кислоты) C₅H₈O₂ ;        

        CH₂ = C ^_ COOCH₃ 

                 ÷

                  CH₃

 

Бесцветная жидкость, t_кип = 101 °С, плотность 0,936 г/см3 (20 °С); растворимость в воде при 30 °С 1,5% (по массе), неограниченно растворим в спирте и этиловом эфире. Метилметакрилат гидролизуется с образованием метакриловой кислоты. При нагревании со спиртами (катализаторы — сильные кислоты) происходит переэтерификация. Этот процесс используется в технике для получения ряда других эфиров метакриловой кислоты, например бутилметакрилата. По двойной связи метилметакрилата присоединяются хлор, водород, бромистый водород, амины, аммиак, меркаптаны, амиды, алифатические нитросоединения, синильная кислота. Метилметакрилат легко полимеризуется с образованием полиметилметакрилата. Для предотвращения полимеризации при хранении к метилметакрилату добавляют стабилизаторы (0,005—0,5%), например гидрохинон, медь. В промышленности метилметакрилат получают преимущественно из ацетона и синильной кислоты через ацетонциангидрин:

 Метилметакрилат – горючий, легко воспламеняющийся продукт с очень низкой температурой вспышки (10⁰С), поэтому при работе с ним надо строго соблюдать правила противопожарной безопасности. В рабочем помещении не должно быть открытого пламени и искрящего оборудования. С воздухом метилметакрилат образует взрывоопасные смеси. Взрывоопасная концентрация в воздухе составляет 4,99-12,5 об. %.

 Пары метилметакрилата токсичны. Первый признак острого отравления  – угнетённое состояние, после  чего наступает нарушение дыхания.  Жидкий мономер оказывает на  кожу временное раздражение.

Метилметакрилат главным  образом применяют для производства органического стекла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. История полиметилметакрилата.

Материал под маркой Plexiglas создан в 1928 году, с 1933 года началось его промышленное производство фирмой «Röhm and Haas Company» (Дармштадт), в настоящее время Röhm GmbH. Появление органического стекла (в то время "плексиглас") в период между двумя мировыми войнами было востребовано бурным развитием авиации, непрерывным ростом скоростей полёта всех типов самолётов и появлением машин с закрытой кабиной пилота (экипажа). Необходимым элементом таких конструкций является фонарь кабины пилота. Для применения в авиации того времени органическое стекло обладало удачным сочетанием необходимых свойств: оптическая прозрачность, безосколочность, т. е. — безопасность для лётчика, водостойкость, нечувствительность к действию авиационного бензина и масел.

В СССР отечественный плексиглас-оргстекло  был синтезирован в 1936 году в НИИ  Пластмасс. В годы Второй мировой войны органическое стекло широко применялось в конструкциях фонаря кабины, турелей оборонительного вооружения тяжелых самолетов, элементов остекления перископов подводных лодок.

В наши дни теплостойкие фторакрилатные органические стекла используются в качестве легких и надежных деталей остекления высокоскоростных самолетов ОКБ «МиГ» в сочетании с высокопрочными конструкциями из алюминиевых, титановых сплавов и сталей, — работоспособны при температурах эксплуатации 230—250 °C.

Тем не менее, полимеры только частично способны заменять термостойкие стёкла повышенной прочности — в  большинстве случаев они употребимы только в виде композитов. Развитие авиации подразумевает полёты в верхних слоях атмосферы и гиперзвуковые скорости, высокие температуры и давление, когда органическое стекло вообще неприменимо. Примером тому могут служить летательные аппараты, сочетающие в себе качества космических кораблей и самолётов — «Спейс Шаттл» и «Буран».

Существуют органические альтернативы акриловому стеклу —  прозрачные поликарбонат, поливинилхлорид  и полистирол.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Получение полиметилметакрилата.

Полиметилметакрилат получают преимущественно радикальной полимеризацией метилметакрилата при умеренных  температурах в присутствии пероксидных инициаторов. Полимеризация осуществляется главным образом в блоке или суспензии, а также в эмульсии, реже в растворе. Блочная полимеризация предпочтительнее всех прочих видов синтеза по экологическим соображениям. Методом непрерывной полимеризации в массе полиметилметакрилат получают в виде расплава, из которого формуют листы или гранулы.

Суспензионную полимеризацию  метилметакрилата проводят в водной среде в присутствии стабилизатора  суспензии (сополимера метилметакрилата с метакриловой кислотой, поливинилового спирта, коллоидного фосфата кальция) и регулятора молекулярной массы (алифатических  тиоспиртов). Получаемый полиметилметакрилат, называемый «бисером», представляет собой  прозрачные шарики размерами 0,1-1 мм. Обычно из него изготовляют гранулы размерами 3-5 мм.

Сополимеризацией метилметакрилата с небольшими количествами (2—4 %) метил- или бутилакрилата получают гранулированные материалы с улучшенной перерабатываемостью.

Анионной полимеризацией на металлоорганических катализаторах  получают стереорегулярный полиметилметакрилат. Одним из производителей гранулированного и листового полиметилметакрилата в России является ОАО «ДОС» (Дзержинское оргстекло Нижегородской области).

 

 

 

 

 

 

4. Свойства полиметилметакрилата.

Полиметилметакрилат – жесткий  аморфный материал, обладающий высокой  прозрачностью, атмосферостойкостью, хорошими физико-механическими и  электроизоляционными свойствами (но непригоден вследствие своей полярности для использования при высоких  частотах). Он имеет высокую морозостойкость (до -60 °С) и сравнительно высокую  теплостойкость. Полиметилметакрилат  хорошо растворяется в карбоновых кислотах, сложных эфирах, в том числе  в собственном мономере, кетонах, хлорированных и ароматических  углеводородах. Плохо растворяется в алифатических углеводородах  и низших спиртах. При нормальных условиях полиметилметакрилат стоек  к кислотам, щелочам, воздействию  света и кислорода, масло- и водостоек. При нагревании выше 105-110 °С полиметилметакрилат размягчается, переходит в высокоэластичное состояние и легко формуется. Хорошо совмещается с большинством пластификаторов. Полиметилметакрилат является нетоксичным материалом, при хранении при нормальной температуре никаких вредных продуктов в концентрациях, опасных для организма человека не выделяет. Не является взрывоопасным продуктом, но легко горюч. 

Основной эксплуатационный недостаток полиметилметакрилата –  поверхностное растрескивание под  действием механического напряжения в присутствии кислорода. На начальных  стадиях этого процесса оно проявляется  как помутнение («синева») материала, затем происходит рост трещин вплоть до разрушения изделия. Основными способами  борьбы с микрорастрескиванисм («серебрением») являются пластификация и ориентационная вытяжка полиметилметакрилата. При этом улучшается и комплекс прочностных характеристик. 

Эти органические материалы  только формально именуются стеклом, и относятся к совершенно иному  классу веществ, о чём говорит  и само название, и чем в основном определяются ограничения свойств, и, как следствие того — возможностей применения несопоставимых со стеклом по многим параметрам; органические стекла способны приблизиться по свойствам к большинству видов неорганических стёкол только в композитных материалах, однако огнеупорными они уже никогда не будут; стойкость к агрессивным средам органических стёкол также определяется значительно более узким диапазоном.

Тем не менее, материал этот, когда его свойства дают очевидные  преимущества (исключая специальные  виды стёкол), используется как альтернатива силикатному стеклу. Различия в свойствах  этих двух материалов следующие:

ПММА легче: его плотность (1190 кг/м³) приблизительно в два раза меньше плотности обычного стекла.

ПММА более  мягок чем обычное стекло и чувствителен к царапинам (этот недостаток исправляется нанесением стойких к царапинам покрытий).

ПММА может  быть легко деформирован при температурах выше 100 °C; при охлаждении в воде приданная форма сохраняется.

ПММА легко  поддаётся механической обработке обычным металлорежущим инструментом.

ПММА лучше', чем неспециальные, разработанные с этой целью виды стёкол, 'пропускает ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, отражая при этом инфракрасное; светопропускание оргстекла несколько ниже (92—93 % против 99 % у лучших сортов силикатного).

ПММА не устойчив к действию спиртов, ацетона и бензола.

Существует два типа оргстекла  — литьевое и экструзионное. Оргстекло (акриловое стекло, полиметилметакрилат (ПММА)) — продукт полимеризации метилметакрилата.

Химический состав стандартного оргстекла у всех производителей одинаков. Другое дело, когда необходимо получить материал с разными специфическими свойствами: ударопрочными (антивандальными), светорассеивающими, светопропускающими, шумозащитными, УФ-защитными, теплостойкими и др. Тогда в процессе получения листового материала может быть изменена его структура или в него могут быть добавлены соответствующие компоненты, обеспечивающие комплекс необходимых характеристик.

Стойкость к химическим воздействиям. На оргстекло воздействуют разбавленные фтористоводородные и цианистоводородные кислоты, а также концентрированные серная, азотная и хромовая кислоты. Растворителями оргстекла являются хлорированные углеводороды (дихлорэтан, хлороформ, метилен хлористый), альдегиды, кетоны и сложные эфиры. На оргстекло также воздействуют спирты: метиловый, бутиловый, этиловый, пропиловый. При непродолжительном воздействии 10 % этилового спирта взаимодействие с оргстеклом отсутствует.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Плюсы и минусы полиметилметакрилата.

Основные преимущества оргстекла:

1. Высокая светопропускаемость — 92 %, которая не изменяется с течением времени, сохраняя свой оригинальный цвет.
2. Сопротивляемость удару в 5 раз больше, чем у стекла.
3. При одинаковой толщине оргстекло весит почти в 2,5 раза меньше, чем стекло, поэтому конструкция не требует дополнительных опор, что создает иллюзию открытого пространства.
4. Устойчиво к действию влаги, бактерий и микроорганизмов, поэтому может использоваться для остекления яхт, производства аквариумов.
5. Экологически чистое, при горении не выделяет никаких ядовитых газов.
6. Возможность придавать разнообразные формы при помощи термоформования, без нарушения оптических свойств, с прекрасной деталировкой.
7. Механическая обработка осуществляется с такой же легкостью, как и обработка дерева.
8. Устойчивость во внешней среде, морозостойкость.
9. Пропускает 73 % ультрафиолетовых лучей, при этом УФ-лучи не вызывают пожелтения и деградации акрилового стекла.
10. Устойчивость в химических средах.
11. Электроизоляционные свойства.
12. Подлежит утилизации.

 Недостатки оргстекла

1. Склонность к поверхностным повреждениям (твердость 180—190 Н/мм2).
2. Технологические трудности при термо- и вакуумформовании изделий — появление внутренних напряжений в местах сгиба при формовке, что ведет к последующему появлению микротрещин.
3. Легковоспламеняющийся материал (t воспламенения 260 град.).