Organické sklo

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 9. července 2022; kontroly vyžadují 4 úpravy .
Polymethylmethakrylát

Všeobecné
Systematický
název		 poly(methyl-2-methylpropenoát).
Zkratky PMMA
Tradiční jména polymethylmethakrylát, plexisklo, plexisklo, akrylové sklo
Chem. vzorec ( C 5O 2H 8 ) n _
Fyzikální vlastnosti
Hustota 1,19 g/cm³
Klasifikace
Reg. Číslo CAS 9011-14-7
PubChem 3032549
Reg. číslo EINECS 618-466-4
InChI   InChI=1S/C5H9O2/cl-4(2)5(6)7-3/h1-3H3PMAMJWJDBDSDHV-UHFFFAOYSA-N
CHEBI 53205
ChemSpider 2297496
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Organické sklo (plexisklo), nebo polymethylmethakrylát (PMMA) - akrylová pryskyřice [1] , syntetický termoplastický vinylový polymer metylmetakrylátu , termoplastický průhledný plast , známý pod obchodními názvy Plexiglas , Deglas , Acrylite , Lucite , Perspex , Setacryl , Vikuglas, Evoglas, plexisklo , akrima , novattro , plexima , lymacryl , plazcryl , acrylex , acrylight , acryplast, akrylátové sklo , akryl , metaplex, vikuglas, evoglas a mnoho dalších.

Lze mořit a tónovat [2] .

Historie

Materiál pod obchodním názvem Plexiglas byl vytvořen v roce 1928 , patentován v roce 1933 Otto Röhm ( německy  Otto Röhm ) [2] . Od roku 1933 začala jeho průmyslová výroba Röhm and Haas ( Darmstadt ) [3] , první prodeje hotových výrobků se datují do roku 1936 [2] .

Vzhled organického skla (tehdy nazývaného "plexisklo") v období mezi dvěma světovými válkami si vyžádal prudký rozvoj letectví, neustálé zvyšování letových rychlostí všech typů letadel a vzhled strojů s uzavřeným kokpit (posádka). Nezbytným prvkem takových konstrukcí je překryt kabiny. Pro použití v tehdejším letectví mělo organické sklo úspěšnou kombinaci potřebných vlastností: optická průhlednost, netříštivost, tedy bezpečnost pro pilota, voděodolnost, necitlivost na působení leteckého benzínu a mazacích olejů [4] .

Během druhé světové války se organické sklo hojně využívalo při konstrukci překrytu pilotní kabiny, obranných výzbrojních věží těžkých letadel a zasklívacích prvků podmořských periskopů. Kvůli velmi snadné hořlavosti však při první příležitosti v letectví přešli na jiné průhledné materiály.

Polymery jsou však jen částečně schopny nahradit žáruvzdorná silikátová skla se zvýšenou pevností - v moderním letectví jsou v mnoha případech použitelné pouze ve formě kompozitů . Rozvoj moderního letectví předpokládá lety v horních vrstvách atmosféry a hypersonické rychlosti, vysoké teploty a tlaky, kde organické sklo není vůbec použitelné. Příkladem jsou letadla, která kombinují vlastnosti kosmických lodí a letadel: Space Shuttle a Buran .

Existují organické alternativy k transparentnímu polykarbonátu z akrylového skla , polyvinylchloridu a polystyrenu .

Historie výroby v SSSR

V SSSR bylo domácí plexisklo - plexisklo syntetizováno v roce 1936 ve Výzkumném ústavu plastů (Moskva). Žáruvzdorná fluoroakrylátová organická skla se dnes používají jako lehké a spolehlivé zasklívací díly pro okénka vojenských a civilních letadel a jsou provozována při teplotách od −60 do +250 °C [5] .

Složení

Organické sklo je polymer methylmethakrylátu  , esteru kyseliny methakrylové a methanolu , polymerizovaný za účelem otevření dvojné vazby mezi atomy uhlíku. Chemická struktura standardního polymethylmetakrylátového skla je u všech výrobců stejná. Pro získání materiálu s různými specifikovanými vlastnostmi: nárazuvzdorný, rozptylující světlo, světlo propouštějící, protihlukový, UV -ochranný , tepelně odolný a další, lze jeho strukturu měnit v procesu získávání materiálu nebo komponentů přidat k němu, které poskytují potřebné vlastnosti.

Vlastnosti

Tyto organické materiály se jako sklo označují pouze formálně a patří do zcela jiné třídy látek, jak naznačuje jejich samotný název a co určuje především omezení vlastností a v důsledku toho i možnosti použití, které se od anorganického skla liší v mnoho cest. Organická skla jsou schopna přiblížit se vlastnostem většiny typů anorganických skel pouze v kompozitních materiálech , ale nemohou být žáruvzdorná . Mnohem horší je odolnost vůči agresivnímu prostředí a organickým rozpouštědlům organických skel.

Tento materiál, pokud jeho vlastnosti nabízejí zjevné výhody (s výjimkou speciálních typů skel), se však používá jako alternativa k silikátovému sklu. Rozdíly ve vlastnostech těchto dvou materiálů jsou následující:

Specifikace

Ukazatele Lisované plexi Extruze bez UV ochrany Extruze s UV ochranou
Pevnost v tahu, MPa (při 23 °C) 70 70
Modul v tahu, MPa 3000 3500
Prodloužení v tahu % (při 23 °C) čtyři 5
Bod měknutí, °C 95 100 105
Rázová houževnatost, kJ/m² (ne méně než) tloušťka plechu 2,5–4 mm 9 9 12
Rázová houževnatost, kJ/m² (ne méně než) tloušťka plechu 5–24 mm 13
Maximální provozní teplota, °C 80 80 80
Teplota tváření, °C 150-170 150-155 150-155
Hustota, g/cm³ 1.19 1.19 1.19
Koeficient prostupu světla, % 92 92 92

Výhody a nevýhody

Hlavní výhody Nedostatky

Vlastnosti extrudovaného plexiskla ve srovnání s litým plexi

Chemická odolnost

Plexisklo je napadáno zředěnou kyselinou fluorovodíkovou a kyanovodíkovou , jakož i koncentrovanou kyselinou sírovou , dusičnou a chromovou . Rozpouštědly pro plexisklo jsou chlorované uhlovodíky (dichlorethan, chloroform , methylenchlorid ), aldehydy , ketony a estery . Alkoholy ovlivňují i ​​plexisklo: methyl , ethyl , propyl , butyl . 10% roztok etylalkoholu na plexisklo krátkodobě nefunguje.

Získání plexisklových desek

Plexisklo se získává dvěma způsoby: extruzí a litím. Proto existují dva druhy plexiskla – extrudované a lité.

Samotný způsob výroby klade řadu omezení a určuje některé vlastnosti plastu.

Extrudované plexisklo ( anglicky  extrusion , německy  Extrudiert ) se získává kontinuální extruzí (extruzí) roztavené hmoty granulovaného PMMA přes štěrbinovou matrici s následným chlazením a řezáním na stanovené rozměry.

Blok ( angl.  cast , v ruštině se ustálily i termíny „cast“, „cast“) se získávají nalitím monomer-methylmethakrylátu mezi dvě ploché desky anorganického skla a jeho další polymerací.

Metody zpracování

Vrtání, závitování, závitování, frézování a profilování, soustružení, soustružení, pemza[ upřesnit ] , broušení, leštění, tvarování, vakuové tvarování, ražení, tažení, foukání, ohýbání, ohřev, chlazení, žíhání, dokování, lepení, svařování, lakování a pokovování. Používá se také metoda tváření za studena.

V posledních letech si řezání PMMA laserem získalo širokou oblibu. K tomu jsou nejvhodnější lasery na bázi oxidu uhličitého , protože vlnová délka laserového záření tohoto typu laseru (9,4 - 10,6 μm) dopadá na absorpční vrchol PMMA v infračervené oblasti. Řez získaný laserovým zpracováním je hladký, bez zuhelnatění. Při laserovém řezání bezbarvého PMMA nedochází k žádné změně barvy na řezu. Barevný PMMA může v některých případech změnit barvu na sekci.

Aplikace

Okénka letadel a vrtulníků předchozí generace jsou zasklena jednovrstvými nebo vícevrstvými (kompozitními) materiály na bázi organických a silikátových skel ( triplex ).

Mnoho výrobků vyrobených z těchto polymerů lze nahradit výrobky ze silikátového skla, ale plexisklo je mnohem jednodušší na zpracování a tvarování a má také nižší hustotu . To určuje jeho přednost pro výrobu různých interiérových detailů, nápisů, reklamních předmětů a akvárií . Typicky se anorganická skla používají pro výrobu komunikačních vláken z optických vláken - křemenné sklo a sklo na bázi oxidu germaničitého . Anorganická skla, navzdory levnosti materiálu, jsou dražší než plastová kvůli složitosti výroby a vysokým nákladům na high-tech zařízení pro jejich výrobu. Organická skla jsou levnější, ale horší z hlediska průhlednosti, proto se v nekritických aplikacích v optických informačních linkách krátké délky široce používá polymerní optické vlákno.

PMMA našel široké uplatnění v oftalmologii : již několik desetiletí se z něj vyrábí tuhé plynotěsné kontaktní čočky a tuhé nitrooční čočky (IOL), kterých se v současnosti ve světě implantuje až několik milionů kusů ročně. Nitrooční (tj. nitrooční) čočky jsou známé jako umělé čočky a nahrazují oční čočku, zakalenou v důsledku změn souvisejících s věkem a dalších příčin vedoucích k šedému zákalu .

Organická skla jako biokompatibilní materiály. Právě díky vlastnostem, jako je plasticita, biokompatibilita umožnila nahradit anorganická skla (například v kontaktních čočkách ) v oftalmologii. Koncem 90. let byly vytvořeny silikon-hydrogelové čočky , které lze díky kombinaci hydrofilních vlastností a vysoké propustnosti kyslíku používat nepřetržitě po dobu 30 dnů bez vyjmutí z oka [7] . Nejedná se však o akrylová organická skla, ale o polymerní optický materiál s vlastními vlastnostmi.

Použití: osvětlovací zařízení (stropy, příčky, čelní zástěny, difuzory), venkovní reklama (přední skla na krabice, světelná písmena, lisované trojrozměrné výrobky), komerční zařízení (stojany, vitríny, cenovky), instalatérství (vybavení koupelen), stavebnictví a architektura (zasklení otvorů, přepážky, kupole, taneční parket, trojrozměrné lisované výrobky, akvária), doprava (zasklení letadel, lodí, kapotáže), přístrojové vybavení (číselníky, průhledová okna, pouzdra, dielektrické díly, nádoby).

PMMA se používá v mikro- a nanoelektronice . Zejména PMMA našel uplatnění jako kladný elektronový odpor v elektronové litografii . Roztok PMMA v organickém rozpouštědle se aplikuje na křemíkový plátek nebo jiný substrát. Pomocí odstředivky se vytvoří tenký film, po kterém se fokusovaným elektronovým paprskem vytvoří požadovaný obrazec , například v rastrovacím elektronovém mikroskopu (SEM). V exponovaných oblastech PMMA filmu se přeruší mezimolekulární vazby, v důsledku toho se ve filmu vytvoří latentní obraz. Pomocí vyvíjecího rozpouštědla se exponovaná místa smyjí. Kromě elektronového paprsku může být vrstva PMMA vzorována ultrafialovým a rentgenovým zářením . Výhodou PMMA ve srovnání s jinými rezisty je, že jej lze použít k získání obrazců s rozlišením nanometrů. Hladký povrch PMMA lze strukturovat úpravou v kyslíkovém vysokofrekvenčním plazmatu a strukturovaný povrch PMMA lze vyhlazovat ozářením vakuovým ultrafialovým zářením ( VUV ) [8] [9] [10] .

Používá se jako materiál pro výrobu napodobenin jantaru [2] .

Sportovní turistika

Dlouhé a úzké kusy plexiskla (30-50 × 5-9 cm) nevlhnou, snadno se zapálí a vydávají jasný, větru odolný plamen, díky čemuž se broušené plexi často používá ve sportovní turistice , na kempování k rozdělávání ohňů a v temných dnech k místnímu osvětlení.

Hudební nástroje

Plexisklo se používá při výrobě bubnových plášťů (DW Design Acryl ShellSet, Tama Mirage). Tyto bicí soupravy vypadají na pódiu velmi působivě. Akrylové bubny však znějí hůř než dřevěné bubny (kvůli jejich rezonančním kvalitám) a obecně se nepoužívají ve studiových nahrávkách.

Izolace hluku a odraz zvuku

Organické sklo odráží zvuk v průhledných zvukotěsných zástěnách, ve zvukotěsných zábranách na dálnicích, mostech, přechodech pro chodce, železničních přejezdech, ve vesnicích, pro odhlučnění budov a tak dále.

Například hodnota zvukové izolace PLEXIGLAS SOUNDSTOP o tloušťce 12 mm je normalizována - 32 dB; tloušťka 15 mm - 34 dB; tloušťka 20 mm - 36 dB; Tloušťka 25 mm - 38 dB.

Druhy plexiskla a jejich použití

Transparentní plexi

Bezbarvý plech s propustností světla 92-93% (při tloušťce 3 mm), s hladkými povrchy, vyznačující se vysokým leskem na obou stranách. Má vysokou průhlednost, nezkresluje průsvitné scény. Použití: zasklení oken budov a konstrukcí (vnější i vnitřní), výkladní skříně, průhledné panely a ochranná skla přístrojů a mechanismů.

Transparentní barevné plexi

Průhledné plexisklo jednotně zbarvené ve hmotě. Nejoblíbenějšími tónovanými povlečeními jsou šedé (kouřové), modré a hnědé (pod bronzem) odstíny. Listy mohou být natřeny libovolnou barvou s různým stupněm sytosti, přičemž zůstávají průhledné a nezkreslují obraz.

Použití: zasklení vozidel , ve zdravotnickém zařízení, v přepážkách, v ohradních konstrukcích, kopulích, přístřešcích, atriích , lucernách, skleníkech , sklenících , soláriích , nábytkových prvcích, pracovních deskách, regálech, vybavení obchodů a výstav, stojany, držáky, "kapsy" informační stojany, předváděcí stavby, modely, venkovní a interiérové ​​reklamní produkty, suvenýry, čísla, visačky, různé tepelně tvarované výrobky, zasklívání fotografií, obrazy a stojany, akvária , interiérové ​​detaily, průhledné podlahy, schodiště, zábradlí a tak dále. Registrace výstav, show, koncertů, televizních studií.

Transparentní vlnité plexi

Transparentní bezbarvé i barevné plexi s vlnitým povrchem na jedné straně plechu, druhá strana bývá hladká. Má rozptyl světla v důsledku lomu světla v různých směrech při zachování vysoké průhlednosti. Za takovými brýlemi získávají předměty a obrazy rozmazané obrysy. Typy zvlnění mají nezávislá jména, klasické typy zvlnění: „štípaný led“, malé a velké zvlnění „prizmatické“, „voštinové“, „malé vlny“, „kapka“. Vzácné typy zvlnění: „proud“, „píchání špendlíkem“, „čtverce“, „pyramidy“, „samet“, „kůže“. Vlastnosti: průhlednost, lom světla, částečné skrytí obrazu za list, dekorativní efekt.

Použití: zasklení sprchových koutů, vanových zástěn, zasklení interiérových dveří, zasklení příček, nábytku, designových prvků, difuzorů svítidel, podhledů s vnitřním osvětlením, dekorativních interiérových prvků.

Matně bílé plexi

Světlo rozptylující bílý plech s propustností světla od 20 (vně neprůhledný) do 70 % (průsvitný) s hladkým a oboustranně lesklým povrchem. Rovnoměrný rozptyl světla, úplné skrytí obrazu za list (při osvětlení z druhé strany se vytvoří světelná clona).

Barevné matné plexi

Světlo rozptylující plech určité barvy (s uvedením barvy dle normy RAL , Pantone nebo katalogu výrobce) s různým stupněm propustnosti světla, lesklý povrch. Vyznačuje se rovnoměrným rozptylem světla, úplným skrytím obrazu za plechem (při osvětlení se vytvoří světelná clona).

Použití: difuzory osvětlení, světelné podhledy, pódia , vnitřně osvětlené podlahy, obchodní a reklamní světelné nápisy (tzv. světelné boxy) s aplikací samolepicích fólií, laminace fotografií, sítotisk , silniční světelné boxy , stožáry , značení veřejnosti instituce, parkoviště, trojrozměrná písmena, modely inzerovaných produktů s vnitřním osvětlením, miniaturní světelné boxy označující ulice (čísla domů), technologie tisku na plasty, lékařské vybavení, přístroje a tak dále.

Vlnité matné bílé a barevné plexi

Bílé (nebo barevné) plexi s různým stupněm propustnosti světla, na jedné straně plechu vlnité, druhá strana hladká. Nerovnoměrný rozptyl světla, úplné skrytí obrazu za sklem. Má nejvíce omezené oblasti použití: difuzory lamp pro zářivky, dekorativní prvky interiéru s vnitřním osvětlením.

Skladování a přeprava

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Matushevskaya A., 2013 , s. patnáct.
  2. ↑ 1 2 3 4 Wagner-Vysetskaya E., 2013 , s. 32.
  3. ↑ Moderní název společnosti je Evonik Industries
  4. ↑ Karl Anders a Hans Eichelbaum Wörterbuch des Flugwesens. Verlag von Quelle a Meyer. Lipsko, 1937, S. 266-267.
  5. ↑ Beider E. Ya. et al. Zkušenosti s používáním fluoropolymerových materiálů v letectví  // Journal of the Russian Chemical Society. D. I. Mendělejev. - 2008. - T. LII , no. 3 . - S. 30-44 .
  6. ↑ Složení POLYMETHYLMETAKRALÁTU (LUCIT, PERSPEX, PLEXISklo  ) . NIST. Staženo 30. ledna 2018. Archivováno z originálu 20. ledna 2017.
  7. ↑ Nový materiál pro kontaktní čočky petrohradské pobočky Institutu katalýzy. G. K. Borešková SB RAS - Věda na Sibiři č. 5 (2491) 4. února 2005 . Datum přístupu: 22. ledna 2009. Archivováno z originálu 20. ledna 2009.
  8. ↑ Fotolitografie s polymethylmethakrylátem (PMMA)
  9. ↑ Porovnání elektronové litografie odolává PMMA a ZEP520A . Získáno 10. dubna 2018. Archivováno z originálu 19. srpna 2019.
  10. ↑ Fundamentals of Electron Beam Exposure and Development Archived 29. května 2015 na Wayback Machine 2.1.2 EBL resists
  11. ↑ 1 2 3 GOST 10667-90. Skleněná organická deska. Specifikace

Literatura