Polymethylmethakrylát

Polymethylmethakrylát
Obecné
Systematický název	Polymethylmethakrylát
Triviální název	Plexisklo
Ostatní názvy	Akrylátové sklo
Anglický název	poly(methyl methacrylate)
Německý název	Polymethylmethacrylat
Funkční vzorec	(-CH2C(CH3)(COOCH3)-)n
Sumární vzorec	(C5O2H8)n
Vzhled	Bezbarvá průhledná amorfní hmota
Identifikace
Registrační číslo CAS	9011-14-7
SMILES	C[C](C)C(=O)OC
Vlastnosti
Molární hmotnost	100,118 g/mol (monomer)
Teplota tání	160 °C
Teplota varu	200 °C
Teplota skelného přechodu	105 ± 20 °C
Hustota	1,195 g/cm³ (0 °C) ; 1,19 g/cm³ (20 °C); 1,188 g/cm³ (25 °C); 1,15 g/cm³ (skelný přechod)
Index lomu	1,490
Relativní permitivita εr	3,6
Součinitel tepelné vodivosti	0,193 Wm−1 K−1
Součinitel délkové roztažnosti	8×10−5 K−1
Součinitel objemové roztažnosti	0,000 025 3 K−1 (pevné skupenství); 0,000 057 5 K−1 (kapalina)
Povrchové napětí	30 mN/m
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°	−2 625 kJ/mol
Izobarické měrné teplo cp	0,878 J K−1 g−1 (−100 °C) ; 1,255 J K−1 g−1 (0 °C); 1,45 J K−1 g−1 (25 °C); 1,87 J K−1 g−1 (100 °C); 2,38 J K−1 g−1 (180 °C)
Bezpečnost
R-věty	Žádné nebezpečí
S-věty	Žádné nebezpečí
	Není-li uvedeno jinak, jsou použity; jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Polymethylmethakrylát (PMMA), běžně známý jako plexisklo nebo akrylátové sklo je průhledný syntetický polymer s vlastnostmi termoplastu. Připravuje se polymerací v bloku, ale i suspenzí, event. v emulzi nebo v roztoku.^[1] Bloková polymerace současně tvaruje výrobek (provádí se ve formách, které mají tvar budoucího výrobku).^[2] Polymethylmethakrylát se prodává pod řadou názvů (Perspex, Umaplex, Plexiglas, Acron, Acrylon). Slouží pro výrobu tzv. organického skla a různých výrobků pro domácí a technickou potřebu.^[3]

Výroba

Polymerace esterů kyseliny methakrylové pro výrobu plastů je většinou bloková nebo suspenzní. Z používaných esterů má největší význam methylmethakrylát. V průmyslové praxi se používá několik technologií blokové polymerace, lišících se hlavně tvarem polymerační formy (pro výrobu desek, trubek a tyčí). Výrobek se často označuje jako organické sklo.

Při blokové polymeraci se získá nezesíťovaný produkt (průměrná hmotnostní molární hmotnost je 0,5×10⁶ až 1,5×10⁶ nebo částečně zesíťovaný produkt s velmi dobrými vlastnostmi. Obchodní materiály bývají asi z 54 % syndiotaktické, ze 37 % ataktické a z 9 % izotaktické a zcela amorfní.^[2]

Bloková polymerace a zpracování polymeru

Předpolymer methylmethakrylátu polymeruje vlivem iniciátoru a tepla mezi dvěma paralelně uloženými silikátovými skly. Čistý, nestabilizovaný polymer se v předpolymerizačním kotli o obsahu 100–1000 l zahřeje na 60 až 100 °C a rozpustí se v přiblžně 0,1 % azobisisobutyronitrilu nebo dilauroylperoxidu. Předpolymerizace se sleduje podle změny indexu lomu a viskozity a přeruší se ochlazením po dosažení zhruba 5% konverze. Předpolymer se zfiltruje do hliníkového zásobníku, ze kterého se podvažuje pro jednotlivé desky.

Pro přípravu forem se používají dvě skleněné desky, jež jsou distancovány profilem z PVC a utěsněny. Okrajové těsnění musí být stlačitelné, aby desky mohly sledovat smrštění při polymeraci. Formy se vloží do stojanů, naplní se předpolymerem a pak se umístí do temperačních prostorů, kde se zvýšením teploty zahájí polymerace a kde proudící vzduch, nebo voda zajišťují odvádění polymeračního tepla. Polymerační teplota se pohybuje v rozmezí 30–130 °C, polymerační doba se řídí teplotou a tloušťkou desek (např. při výrobě desek o tloušťce 5 mm je doba 9 h, teplota 40 °C a 4 h se zvyšuje ze 40 na 100 °C).

V průmyslovém měřítku byla zavedena i kontinuální bloková polymerizace mezi nekonečnými ocelovými pásy (šířky 3 m a délky 250 m) s flexibilním utěsněním okrajů (PVC-hadicí). Pásy se pohybují po válcích řadou teplotních zón a mezi ně se dávkuje předpolymer. Povrch produktu závisí na úpravě ocelových pásů a jeho kvalita jen výjimečně dosahuje kvality povrchu diskontinuálně vyráběných desek.^[2]

Suspenzní polymerace

Suspenzní polymerace methylmethakrylátu se používá převážně pro výrobu termoplastických materiálů zpracovávaných vstřikováním nebo vytlačování při 170 až 220 °C. Přitom je třeba vést polymeraci tak, aby získaný polymer měl relativně nízkou molekulovou hmotnost, neboť polymery s vysokou molekulovou hmotností se vstřikováním nebo vytlačováním zpracovávat nedají.^[2]

Vlastnosti

Nejcharakterističtější vlastností PMMA je jeho čirost a naprostá bezbarvost i v tlustých vrstvách. To umožňuje nejen jeho dokonalou průhlednost, ale i snadné vybarvování. Odolností proti povětrnosti předčí PMMA všechny běžné termoplasty. I po mnohaletém působení tropického podnebí zjišťujeme jen mimořádně malou změnu jeho čirosti nebo zbarvení.

PMMA je při teplotě 130–140 °C kaučukovitý a snadno tvarovatelný (což ho předurčuje pro výrobu složitých částí přístrojů). Vykazuje i vynikající tvarovou paměť, projevující se vrácením tvarované desky do původního rovného tvaru zahřátím na T_m. Propustnost světla jsou u PMMA asi 92% v celém rozsahu spektra (zasahuje až do UV-oblasti). PMMA má dobré mechanické a elektroizolační vlastnosti, odolává vodě, zředěným alkáliím a kyselinám. Neodolává koncentrovanějším kyselinám a hydroxidům. Rozpouští se v aromatických a chlorovaných uhlovodících, esterech, ketonech, etherech. Dá se dobře mechanicky obrábět. Tepelná odolnost bez zatížení je kolem 80 °C. Je zdravotně nezávadný a rovněž je výhodou snadné spojování PMMA lepením. Jeho nedostatkem je nízká povrchová tvrdost (poškrábe se).^[2]

V kyslíkové atmosféře je zápalná teplota PMMA asi 460 °C; při hoření se rozkládá beze zbytku^[zdroj?] na oxid uhličitý a vodu. Je stabilní v přírodě, snadno se však rozpouští řadou rozpouštědel.

Využití

Prosklená příď bombardéru B-17G vyrobená z plexiskla, 1943.

Altový saxofon, 50. léta 20. století

Blokový PMMA je relativně drahý plast. Jeho využití prošlo módní vlnou od 30. do 60. let 20. století. Užíval se například v zábavním průmyslu na hudební nástroje, nebo v módním designu na nábytek, dámskou společenskou obuv či na šperky (pod obchodním názvem Lucit(e)), pod obchodní značkou Perspex s ním experimentovali výtvarníci jako Salvador Dalí nebo Jan De Swart.

V současnosti se užívá jen tam, kde to je funkční, rentabilní a plně se uplatní jeho výhodné vlastnosti: při zasklívání oken dopravních prostředků, při výrobě krytů přístrojů, kancelářských potřeb, hodinkových sklíček apod. Významné jsou aplikace PMMA v zubní protetice (na zubní protézy). Výrobkem pro tyto účely je Dentakryl.^[2] Blokovou polymerací se připravují také tzv. optické, měkké kontaktní čočky.^[1] Při aplikacích, kde není možné použít sklo, předpolymerizovaný monomer slouží i jako transparentní zalévací hmota.^[3]

PMMA se používá v mnoha případech jako náhražka skla; jinou alternativou je polykarbonát. Výhodou PMMA v porovnání se sklem jsou nízké výrobní náklady, snadná možnost ohýbání, nižší hmotnost a větší odolnost vůči nárazům. Nevýhodou je naopak nižší chemická odolnost i tvrdost v jejímž důsledku dochází snadno k jeho poškrábání.

Je také složkou tvrdého tenisového povrchu DecoTurf.

Také se používá při výrobě v sanitárním průmyslu.

Zpracování

Zpracování PMMA se provádí obvykle při teplotách 240 až 250 °C. Lze používat všechny běžné technologie tvarování plastů jako například vstřikování, lisování a tažení. K nejběžnějším polotovarům patří desky a tyče.

PMMA lze spojovat s pomocí kyanoakrylátového lepidla (tzv. sekundové lepidlo), tepelně (roztavením povrchu) nebo s využitím rozpouštědel jako je např. dichlormethan nebo trichlormethan. Tímto způsobem lze vytvářet téměř neviditelné spoje.

Výrobci

Materiál byl vyvinut současně v několika laboratořích chemiky jako William Chalmers, Otto Röhm nebo Walter Bauer roku 1928 a uveden na trh uveden roku 1933 společností Röhm & Haas AG a jejími partnery pod chráněnou značkou Plexiglas, kterou dosud užívá jejich nástupnická firma Evonik^[4].

Blokový PMMA pro Českou republiku vyrábějí PCHZ Žilina jako Akrylon a podnik Synthesia a. s. Pardubice.^[3] Světová výroba PMMA činí ročně asi 0,5 milionů tun, z nichž asi 50 % lité produkty.^[2] Světová výroba stále roste.^[3]

Reference

↑ ^a ^b Mleziva, J., Kálal, J. Základy makromolekulární chemie,1986
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Mleziva, J., Šňupárek, J., Polymery, 2000
↑ ^a ^b ^c ^d Kinzlink, J., Technilogie chemických látek, 2005
↑ /Historie (německy)

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu Polymethylmethakrylát na Wikimedia Commons

[rfr2-1] Mleziva, J., Kálal, J. Základy makromolekulární chemie,1986

[rfr1-2] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Mleziva, J., Šňupárek, J., Polymery, 2000

[rfr3-3] Kinzlink, J., Technilogie chemických látek, 2005

[4] /Historie (německy)

[1]

[2]

[3]

[4]