پلی متیل متاکریلات (PMMA) که به عنوان تجاری شناخته می شوداکریلیکیکی از مهم ترین پیشرفت های پلیمری مصنوعی قرن بیستم است. این ترموپلاستیک شفاف برای اولین بار در سال 1928 سنتز شد و توسط شرکت Röhm & Haas AG تحت علامت تجاری پلکسی گلاس در سال 1933 معرفی شد. این ترکیب به 92% گذر نور دست می یابد- رقمی که در واقع از شیشه سیلیکات استاندارد فراتر می رود- در حالی که تقریباً نیمی از وزن را حفظ می کند و مقاومت ضربه ای را تقریباً هفده برابر بیشتر از شیشه های مشابه خود نشان می دهد.

درک اینکه اکریلیک چیست نیاز به بررسی معماری مولکولی آن دارد. این ماده از مونومرهای متیل متاکریلات از طریق فرآیندهای پلیمریزاسیون به دست می آید و زنجیره های گسترده PMMA را تشکیل می دهد که شفافیت مشخصه و ارزش مهندسان خواص مکانیکی را به همراه دارد. نام شیمیایی خود-پلی (متیل 2-متیل پروپنوات) مطابق با نامگذاری IUPAC، این ساختار پلیمری را منعکس می‌کند. متخصصان صنعت اغلب با این مواد با نام‌های تجاری مختلف مواجه می‌شوند: Lucite، Perspex، Acrylite، Plexiglas. شیمی یکسان، مارک متفاوت.

ساختار مولکولی و مسیرهای سنتز

تولید MMA معمولاً از فرآیند استون سیانوهیدرین پیروی می‌کند. پردازش بیشتر مونومر متیل متاکریلات را تولید می کند. رویکردهای تولیدی جدیدتر از مواد اولیه ایزوبوتیلن یا اتیلن استفاده می کنند و شدت پتروشیمی را که از لحاظ تاریخی مشخصه تولید PMMA بوده است، کاهش می دهند.

مکانیسم پلیمریزاسیون خود برای درک خواص اکریلیک آموزنده است. پلیمریزاسیون رادیکال آزاد زمانی شروع می‌شود که کاتالیزورهای پراکسید گونه‌های واکنشی تولید می‌کنند که باعث انتشار زنجیره می‌شوند. کنترل دما در طول این واکنش گرمازا، شفافیت نوری نهایی را تعیین می‌کند-با عجله فرآیند ایجاد حباب، تنش‌های داخلی و تیرگی می‌شود. تولیدکنندگان اکریلیک ریخته‌گری این درس را در مراحل اولیه تولید بارها آموختند.

بازیگران در مقابل اکسترود: شکاف تولید

اینجاست که مشخصات مهم است. اکریلیک ریخته‌گری سلولی شامل ریختن شربت MMA بین صفحات شیشه‌ای می‌شود، قالب را با واشرهای انعطاف‌پذیر می‌بندد، سپس مجموعه را در حمام‌های آب کنترل‌شده یا کوره‌ها در دمای بین 40 تا 80 درجه پخت می‌کند. پلیمریزاسیون تدریجی ورقه هایی با توزیع وزن مولکولی برتر و خواص نوری تولید می کند که قیمت بالاتری دارند.

اکریلیک اکسترود شده ارزان تر است. PMMA گلوله‌ای شده وارد بشکه‌های گرم شده می‌شود، نرم می‌شود و به حالت مذاب می‌رسد، سپس قالب‌ها را روی رول‌های تقویمی که ضخامت نهایی را تعیین می‌کنند، وارد می‌کند. اقتصاد تولید مستمر طرفدار کاربردهای-با حجم بالا است، اگرچه ویژگی‌های مکانیکی به‌طور قابل اندازه‌گیری با مواد ریخته‌گری متفاوت است. فرآیند اکستروژن تنش‌های جهت‌دار را ایجاد می‌کند-سازندگان متوجه این موضوع می‌شوند که مسیریابی یا برش لیزری کیفیت لبه‌های متفاوتی را بسته به جهت برش نسبت به جهت اکستروژن ایجاد می‌کند.

استحکام کششی بخشی از داستان را بازگو می کند. اکریلیک ریخته گری تقریباً 10000 psi را بدست می آورد که کمی کمتر اکسترود شده است. مقاومت شیمیایی به نفع مواد ریخته‌گری، حلال‌ها، مواد پاک‌کننده، چسب‌ها، بسته به روش ساخت، متفاوت است. سازندگان تابلوها که بستر را برای نمایشگرهای روشن انتخاب می‌کنند، عموماً زمانی که بودجه اجازه می‌دهد، ریخته‌گری را مشخص می‌کنند. برش‌های روتر تمیزتر، کاهش حساسیت حرارتی در طول ساخت، و وضوح نوری برتر، حق بیمه هزینه را در پروژه‌هایی که ظاهر نهایی اهمیت دارد، توجیه می‌کند.

اما اکسترود جای خود را دارد. برنامه های ترموفرمینگ اغلب دمای نرم شدن کمتر را ترجیح می دهند-حدود 195 درجه فارنهایت در مقابل آستانه بالاتر ریخته گری- که عملیات شکل دهی خلاء را ساده می کند. قاب‌فروشی‌هایی که برای کاربردهای اصلی نمایشگر سفارش می‌دهند، به ندرت به مواد ریخته‌گری-نیاز دارند.

مشخصات نوری و مکانیکی

این رقم 92 درصد انتقال نور شایسته تاکید است. شیشه فلوت استاندارد تقریباً 90٪ را انتقال می دهد در حالی که برخی از شیشه های نوری تخصصی به 91٪ می رسند. اکریلیک اساساً زمانی که به درستی صیقل داده شود ناپدید می شود-که طراحان آکواریوم و سازندگان نمایشگاه های موزه به طور گسترده از آن بهره برداری می کنند. ضریب شکست ماده (1.49) دقیقاً با نیازهای نوری رایج مطابقت دارد بدون اینکه شیشه جریمه وزنی اعمال کند.

ساعت چگالی 1.17-1.20 گرم بر سانتی متر مکعب است که تقریباً نصف ترکیبات شیشه ای است که معمولاً بین 2.2-2.5 گرم بر سانتی متر مکعب است. این مزیت وزنی در تاسیسات بزرگ ترکیب می شود. یک معمار که لعاب اکریلیک را برای سقف دهلیز مشخص می کند، محاسبات بارگذاری ساختاری را در مقایسه با جایگزین های شیشه ای تغییر می دهد.

عملکرد ضربه مستلزم مشخصات دقیق است. PMMA تقریباً 10-17 برابر ضربه شیشه مقاومت نشان می‌دهد، اگرچه مواد در نهایت تحت فشار کافی شکسته می‌شوند-به‌جای خرده‌های خطرناک مشخصه شیشه آنیل شده، به قطعات نسبتاً مات‌دار تبدیل می‌شوند. این الگوی رفتاری باعث پذیرش اولیه در سایبان هواپیما در طول جنگ جهانی دوم شد. خلبانانی که توسط تکه تکه شدن اکریلیک زخمی شده بودند به طور قابل توجهی بهتر از خلبانانی که توسط اجزای شیشه ای معمولی زخمی شده بودند بهبود یافتند.

رفتار هواشناسی

دوام در فضای باز اکریلیک را از پلاستیک های شفاف رقیب متمایز می کند. گریدهای PMMA که به درستی فرموله شده اند، شفافیت نوری را از طریق قرار گرفتن در معرض طولانی مدت اشعه ماوراء بنفش بدون زردی که بر تاسیسات پلی کربنات آزار می دهد، حفظ می کند. مطالعات صنعتی نرخ تخریب کمتر از 3% را در طول ده سال-قرار گرفتن در فضای باز- عملکرد را نشان می‌دهد و برتری مواد را در تابلوسازی، شیشه‌های گلخانه‌ای و کاربردهای معماری که طول عمر سرمایه‌گذاری اولیه مواد را توجیه می‌کند، توضیح می‌دهد.

بیشتر بیاموزید

کار با مواد

سازندگان از ماشین کاری نسبی اکریلیک قدردانی می کنند. تجهیزات استاندارد نجاری اکثر عملیات را انجام می‌دهند-اره‌های رومیزی، مسیریاب‌ها، پرس‌های مته با ابزار مناسب و نرخ تغذیه به طور مؤثر عمل می‌کنند. قطعات مخصوص روتر اکریلیک و نقاط مته تراشه لبه را به حداقل می رساند. تغذیه آهسته تر حرارت اصطکاکی را کاهش می دهد که می تواند سطوح برش را ذوب کرده و دوباره{4}}جوش دهد.

برش لیزری اقتصاد ساخت اکریلیک را تغییر داد. این ماده تحت انرژی لیزر CO2 تمیز می شود و لبه های صیقلی را مستقیماً از فرآیند برش تولید می کند. اکریلیک ریخته‌گری به‌خوبی واکنش نشان می‌دهد-شعله-جلیقه‌ای که رقبای خود را با کسری از هزینه کار به پایان می‌رسانند. سازندگان علائم با استفاده از فناوری لیزر، کل مدل های تجاری را حول این قابلیت تغییر دادند.

پیوند حلال روش اتصال ترجیحی باقی می ماند. چسب‌های مبتنی بر متیلن کلرید، سطوح جفت‌شونده را نرم می‌کنند و به زنجیره پلیمری اجازه می‌دهند که اتصالات قوی‌تر از مواد اولیه ایجاد شود. این تکنیک نیاز به تناسب دقیق دارد-بالا-شکاف‌ها مانند کاربردهای چسب ساختمانی پر نمی‌شوند. جوش های حلال که به درستی اجرا می شوند تقریباً نامرئی می شوند، که یک مزیت قابل توجه برای ساخت نمایشگر است که در آن دید بست، هدف زیبایی شناختی را به خطر می اندازد.

ترموفرمینگ امکانات طراحی اضافی را باز می کند. ورق های اکریلیک گرم شده بر روی قالب ها تحت خلاء یا فشار قرار می گیرند، با فرض اینکه هندسه های پیچیده سه بعدی را غیرممکن از طریق ساخت تخت- بدست آورید. تولیدکنندگان وان حمام، طراحان داخلی هواپیما و تولیدکنندگان{4}}خرید-نمایشگر همگی از این قابلیت شکل‌دهی استفاده می‌کنند.

سوال پلی کربنات

مشخص‌کننده‌ها همیشه با انتخاب اکریلیک در مقابل پلی کربنات بحث می‌کنند. مقایسه ساده نیست.

پلی کربنات در مقاومت ضربه-به طور چشمگیری برنده می شود. در جایی که اکریلیک 10 تا 17 برابر شیشه استحکام پیدا می کند، پلی کربنات تقریباً 250 برابر می شود. شیشه های ضد گلوله، سپرهای ضد شورش، مشخصات تجهیزات حفاظتی همگی به همین دلیل به نفع پلی کربنات هستند. این ماده به جای شکستن خم می شود و انرژی ضربه را از طریق تغییر شکل به جای شکست جذب می کند.

شمارنده های اکریلیک با مقاومت در برابر خراش و پایداری UV. پلی کربنات به راحتی{1}}نرم سطحی را که جذب ضربه را امکان پذیر می کند، خراش می دهد، مقاومت سایشی را به خطر می اندازد. تاسیسات پلی کربنات در فضای باز به پوشش‌های محافظتی UV{3}}برای جلوگیری از تخریب زردی که در طی چندین سال قرار گرفتن در معرض نور خورشید ظاهر می‌شود، نیاز دارند. اکریلیک به طور ذاتی هر دو چالش را کنترل می کند.

هزینه به نفع اکریلیک است. پلی کربنات معمولاً 35 درصد نسبت به نمرات اکریلیک قابل مقایسه است. برای کاربردهایی که شفافیت نوری و مقاومت در برابر آب و هوا بیشتر از الزامات ضربه شدید است، استدلال اقتصادی از مشخصات اکریلیک پشتیبانی می کند.

انتقال نور: اکریلیک 92 درصد در مقابل پلی کربنات 88 درصد. این تفاوت تا زمانی که در کاربردهای اپتیکال مورد بررسی قرار نگیرد، حاشیه ای به نظر می رسد. سیستم‌های نور پلاریزه دایره‌ای{4}}که در بارکدخوان‌های بارکد خوان بالا{5} و ابزارهای نوری معمول هستند-به ساختار آمورف اکریلیک ریخته‌گری نیاز دارند. مواد اکسترود شده دوشکستگی ایجاد می کنند که کیفیت سیگنال نوری را به طور غیر قابل قبولی کاهش می دهد.

جایی که اکریلیک به کار می رود

دامنه کاربرد تنوع قابل توجهی را در بر می گیرد. روشنایی خودرو نشان دهنده حجم قابل توجهی-عدسی های چراغ جلو، پوشش چراغ های عقب، اجزای پانل ابزار است که همگی معمولاً درجه های PMMA را مشخص می کنند که برای عملکرد نوری و الزامات ضربه بهینه شده اند. این ماده چندین دهه پیش جایگزین شیشه در این کاربردها شد.

ساخت و ساز و معماری به شدت بر لعاب اکریلیک متکی است. نورگیرها، پنجره‌ها، دیوارهای صوتی، پانل‌های تزئینی{1}}ترکیبی از وزن سبک، مقاومت در برابر ضربه، و انعطاف‌پذیری طراحی مناسب برنامه‌هایی است که محدودیت‌های شیشه‌ای امکانات را محدود می‌کند. ویترین های موزه معمولاً از اکریلیک برای محافظت از مصنوعات ارزشمند و در عین حال حفظ شفافیت بصری که بازدیدکنندگان را درگیر می کند، استفاده می کنند.

کاربردهای پزشکی از زیست سازگاری PMMA سوء ​​استفاده می کنند. لنزهای داخل چشمی بینایی را برای بیماران آب مروارید بازیابی می کنند. پروتزهای دندانی-پایه‌های دندان مصنوعی، دندان‌های مصنوعی-به‌طور گسترده‌ای بر شیمی اکریلیک متکی هستند. ترکیبی از خواص مکانیکی، پردازش پذیری و تحمل بیولوژیکی این ماده، تکرار با جایگزین ها دشوار است.

ساخت آکواریوم پتانسیل نوری و ساختاری اکریلیک را به نمایش می گذارد. تأسیسات بزرگ-آکواریوم‌های عمومی که محیط‌های دریایی را نشان می‌دهند{2}}از پانل‌های اکریلیک ضخیم استفاده می‌کنند که می‌توانند فشار هیدرواستاتیک قابل‌توجهی را تحمل کنند و در عین حال شفافیت مورد انتظار بازدیدکنندگان را حفظ کنند. پنجره اصلی مشاهده آکواریوم خلیج مونتری این کاربرد را نشان می دهد و نشان می دهد که سیستم های اکریلیک به درستی مهندسی شده چه دستاوردهایی دارند.

تولید لوازم الکترونیکی از PMMA در سراسر صفحه نمایش، پوشش های محافظ و اجزای نوری استفاده می کند. صنعت تابلوسازی-نمایشگرهای روشن، حروف کانال،{2}}نقطه-لوازم خرید-سالانه حجم قابل توجهی اکریلیک مصرف می‌کند. هنرمندان دهه ها پیش این رسانه را کشف کردند. رنگ اکریلیک خود حاوی امولسیون PMMA معلق در-آب است.

داستان پشت مواد

پایان نامه دکتری اتو روم در سال 1901 در مورد پلیمریزاسیون اسید اکریلیک بذرهایی را کاشت که سی سال بعد میوه دادند. این شیمیدان آلمانی ابتدا کاربردهای دیگری را دنبال کرد-فرآوری چرم آنزیمی، شیمی شوینده{3}}قبل از بازگشت به ترکیبات اکریلیک در اواخر دهه 1920. تیم Röhm با همکاری Otto Haas، اولین بار Luglas را توسعه داد، یک شیشه ایمنی چند لایه که دارای لایه های اکریلیک است.

این پیشرفت تا حدی تصادفی بود. نمونه ای از مونومر متیل متاکریلات که در نزدیکی یک پنجره نور خورشید ذخیره شده است، به طور خود به خود پلیمریزه شده، ظرف آن را از بین می برد، اما یک جامد سفت و شفاف با خواص نوری قابل توجه را نشان می دهد. آزمایش های کنترل شده به دنبال داشت. تا سال 1933، روم علامت تجاری پلکسی گلاس را به ثبت رساند. این ماده در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1937 موفق به کسب افتخارات جایزه بزرگ شد.

توسعه موازی در بریتانیا اتفاق افتاد، جایی که شیمیدانان در صنایع شیمیایی امپریال همان ماده را کشف کردند و آن را به عنوان Perspex بازاریابی کردند. شیمیدان آمریکایی ویلیام کان کار مستقلی انجام داد. کثرت اکتشافات همزمان نشان می‌دهد که ظهور PMMA منعکس‌کننده پیشرفت‌های گسترده‌تر در شیمی پلیمر است تا نبوغ منحصر به فرد مبتکر-گرچه روم شایسته اعتبار قابل توجهی برای توسعه تجاری است.

جنگ جهانی دوم پذیرش را به طرز چشمگیری تسریع کرد. هم نیروهای متفقین و هم نیروهای محور، اکریلیک را برای شیشه‌های-شیشه‌های جلو، سایبان‌ها، محفظه‌های برجک تفنگ مشخص کردند. پریسکوپ های زیردریایی این مواد را در خود جای داده بودند. مزایای ایمنی نشان‌داده‌شده نسبت به مشخصات نظامی شیشه‌ای که مدت‌ها پس از پایان جنگ ادامه داشت. کاربردهای غیرنظامی پس از جنگ به سرعت دنبال شد، زیرا تولیدکنندگانی که دارای ظرفیت تولید در زمان جنگ بودند، به دنبال بازارهای زمان صلح بودند.

ارزیابی صادقانه از محدودیت ها

هیچ ماده ای برای همه برنامه ها مناسب نیست. خراش اکریلیک آسانتر از شیشه-سطح پلیمر فاقد سختی سیلیکات معدنی است. پوشش‌های مقاوم در برابر خراش{3}}تا حدی این محدودیت را برطرف می‌کنند، اگرچه سطوح پوشش‌داده‌شده در نهایت تحت شرایط سایشی فرسوده می‌شوند. موزه‌هایی که به‌شدت-نمایش‌های قاچاق شده را به نمایش می‌گذارند، اغلب شیشه‌ها را به این دلیل، علیرغم مجازات وزن، مشخص می‌کنند.

انبساط حرارتی به طور قابل توجهی بیشتر از شیشه است. طراحان برای جلوگیری از کمانش پانل یا تنش قاب باید تغییرات ابعادی را در محدوده دمایی در نظر بگیرند. نصب لعاب به فاصله کافی لبه و مواد واشر مناسب نیاز دارد.

رفتار آتش نشان توجه را می طلبد. PMMA تقریباً در دمای 460 درجه مشتعل می شود و با آزاد شدن دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و ترکیبات مختلف-مولکولی-از جمله فرمالدئید می سوزد. قوانین ساختمانی استفاده از اکریلیک را در طبقه‌بندی‌های مسکونی خاص محدود می‌کند و در مواردی که مشخصات اجازه می‌دهد مواد، اقدامات حفاظتی در برابر حریق{5}} مناسب را می‌طلبد.

سازگاری شیمیایی متفاوت است. بسیاری از حلال‌ها به پاکسازی PMMA{1}}با عوامل نامناسب حمله می‌کنند، باعث ایجاد فرسودگی، کدر شدن یا تضعیف ساختار می‌شوند. مشخص کننده ها باید مقاومت شیمیایی را در برابر شرایط مواجهه پیش بینی شده تأیید کنند.

ملاحظات پایداری

ریشه های پتروشیمی پرسش های پایداری مشروع را مطرح می کند. مسیر سنتز سیانوهیدرین استون، مواد اولیه فسیلی{1} را مصرف می‌کند و نگرانی‌های زیست‌محیطی را در سراسر زنجیره تولید ایجاد می‌کند. واکنش صنعت بر دو جهت متمرکز شده است: توسعه پیش سازهای MMA مبتنی بر زیست-و بهبود قابلیت بازیافت.

PMMA به طور موثر بازیافت می‌کند-پلیمر را می‌توان از طریق پردازش حرارتی به مونومر MMA باز پلیمریزه کرد، سپس به مواد باکیفیت- مجددا پلیمر شد. این پتانسیل حلقه بسته، اکریلیک را از بسیاری از پلیمرهای رقیب متمایز می کند، جایی که بازیافت به طور اجتناب ناپذیری خواص مواد را تخریب می کند. اکنون چندین تولیدکننده نمرات حاوی محتوای بازیافتی را ارائه می‌دهند که نیازمندی‌های اقتصاد دایره‌ای را که به طور فزاینده‌ای توسط خریداران آگاه از محیط‌زیست- مشخص می‌شود، بررسی می‌کنند.

معرفی اخیر PLEXIGLAS proTerra توسط Röhm GmbH نمونه‌ای از جهت صنعت-گریدهای اکریلیک تولید شده پایدار است که توجه بازار را از سوی مشخص‌کننده‌هایی جلب می‌کند که الزامات عملکرد را در برابر ارزیابی‌های اثرات زیست‌محیطی متعادل می‌کنند.

دیدگاه نهایی

درک اینکه چه چیزی اکریلیک است در نهایت به معنای قدردانی از ماده ای است که امکانات تولید را در صنایع مختلف تغییر داده است. سوال "اکریلیک چیست؟" پاسخ‌های فنی در مورد شیمی پلیمرها را دعوت می‌کند، اما درک عملی مستلزم شناخت ویژگی‌های عملکردی خاص{1}}کاربردی است که تصمیم‌های مربوط به مشخصات را تعیین می‌کند.

نه دهه پس از معرفی تجاری، PMMA به تکامل خود ادامه می دهد. فرمول‌های جدید نیازمندی‌های نوظهور-درجه‌های ضربه بهبودیافته، بهبود عملکرد آتش‌سوزی، جایگزین‌های زیستی-را برآورده می‌کنند. شیمی بنیادی که اتو روم در آزمایشگاه{4}اوایل قرن بیستم خود کشف کرد، همچنان مرتبط است و از طریق ادامه تحقیق و توسعه در پاسخ به تقاضاهای در حال تغییر بازار اصلاح شده است.

انتخاب مواد همیشه شامل معاوضه است. اکریلیک شفافیت نوری استثنایی، مقاومت مناسب در برابر ضربه، هواپذیری عالی و تطبیق پذیری ساخت را با هزینه متوسط ​​ارائه می دهد. کاربردهایی که عملکرد ضربه شدید را می طلبند ممکن است پلی کربنات را مشخص کنند. آنهایی که به حداکثر مقاومت در برابر خراش نیاز دارند ممکن است شیشه را ترجیح دهند. اما برای طیف قابل توجهی از کاربردها که این الزامات رقیب را متعادل می کند، اکریلیک عملکردی را ارائه می دهد که مشخصات گسترده آن را در کاربردهای صنعتی، معماری، پزشکی و مصرف کننده در سراسر جهان توجیه می کند.