Кіріспе

Мөлдір термопластик, көбінесе акрил деп аталады.
Мөлдір пластик, кейде акрил шыны деп те аталады.

Поли(метилметакрилат) (PMMA) – метилметакрилаттан алынған синтетикалық полимер. Ол инженерлік пластик ретінде қолданылады және мөлдір термопластик болып табылады. PMMA акрил, акрил шыны, сондай-ақ Crylux, Hesalite, Plexiglas, Acrylite, Lucite және Perspex сияқты саудалық атаулармен де белгілі (төменде қараңыз). Бұл пластик көбінесе шыныға қарағанда жеңіл немесе сынуға төзімді балама ретінде плиталар түрінде қолданылады. Оны құюға арналған шайыр ретінде, бояулар мен жабындарда, сондай-ақ көптеген басқа мақсаттар үшін де пайдалануға болады. Ол көбінесе шыны түріне жатады, себебі ол кристалдық емес, шыны тәрізді зат – сондықтан тарихи түрде акрил шыны деп аталған.

Тарих

Алғашқы акрил қышқылы 1843 жылы жасалды. Метакрил қышқылы, акрил қышқылынан алынған, 1865 жылы құрастырылды. Метакрил қышқылы мен метанолдың араласуы метил метакрилаты эфирін тудырады. Ол 1928 жылы Уильям Р. Конн, Отто Рём және Уолтер Бауэр сияқты көптеген химиктер бірнеше зертханаларда жасап шығарды және алғаш рет 1933 жылы неміс Röhm & Haas AG (2019 жылғы қаңтар айынан бастап Evonik Industries құрамында) және оның серіктесі, бұрынғы АҚШ-тағы еншілес компаниясы Rohm and Haas Company Plexiglas тауарлық белгісімен нарыққа шығарды. Полиметил метакрилат 1930 жылдардың басында британдық химиктер Роуленд Хилл мен Джон Кроуфорд Ұлыбританиядағы Imperial Chemical Industries (ICI) компаниясында тапты. ICI өнімді Perspex тауарлық белгісімен тіркеді. Соған шамамен бір уақытта Германиядағы Röhm and Haas AG компаниясының химигі және өнеркәсіпшісі Отто Рём екі қабат шынының арасына метил метакрилатты полимерлеу арқылы қауіпсіз шыны жасауға тырысты. Полимер шыныдан мөлдір пластик қабат ретінде бөлінді, ал Рём 1933 жылы оған Plexiglas деген тауарлық атау берді. Perspex және Plexiglas екеуі де 1930 жылдардың соңында коммерцияланды. АҚШ-та E. I. du Pont de Nemours & Company (қазіргі DuPont Company) кейін Lucite тауарлық белгісімен өз өнімін ұсынды. 1936 жылы ICI Acrylics (қазіргі Lucite International) акрилдік қауіпсіз шыныны алғашқы рет коммерциялық тұрғыдан тиімді өндіруді бастады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде одақтас және Оскі күштер акрил шынысын су асты кемелерінің перископтарында, ұшақтардың желден қорғайтын шыныларында, кабиналарында және зениттік орудиелерінде пайдаланды. Соғыстан кейін азаматтық қолдануға енгізілді.

Аттар

Ортақ орфографиялық стильдерге полиметилметакрилат және полиметилметакрилат жатады. IUPAC толық химиялық атауы – поли(метил 2-метилпропеноат). ("en" орнына "an" қолдану жиі кездесетін қателік.) PMMA көбінесе жай ғана "акрил" деп аталады, бірақ "акрил" басқа полимерлерді немесе полиакрилонитрил қосылған сополимерлерді де білдіре алады. Белгілі саудалық атаулары мен брендтері: Акрилит, Алтуглас, Астариглас, Чо Чен, Кристаллит, Циролит, Хесалит (Омега сағаттарында қолданылғанда), Люсити, Оптикс, ПерКлакс, Перспекс, R Cast және Сумипекс. PMMA поликарбонатқа (PC) экономикалық балама болып табылады, егер кернеуге төзімділігі, иілуге төзімділігі, мөлдірлігі, жылтырату мүмкіндігі және ультракүлгін сәулелерге төзімділігі, соққыға төзімділігінен, химиялық тұрақтылығынан және жылуға төзімділігінен маңыздырақ болса. Сонымен қатар, PMMA поликарбонатта кездесетін, зиянды болуы мүмкін бисфенол А құраушыларын қамтымайды және лазерлік кесу үшін әлдеқайда жақсы таңдау болып табылады. Ол көбінесе орташа қасиеттері, оңай қолданылуы мен өңделуі және төмен құны себепті артықшылыққа ие. Өзгертілмеген PMMA жүктеме кезінде, әсіресе соққы күші әсер еткенде, нашарлап, сынып қалуға бейім, және дәстүрлі минералдық емес шыныға қарағанда сызылуға оңай ұшырайды, бірақ өзгертілген PMMA кейде жоғары сызылуға және соққыға төзімділікке қол жеткізе алады.

Синтез және өңдеу

PMMA әдетте эмульсиялық полимерлендіру, ерітінді полимерлендіру және ірі көлемде полимерлендіру арқылы өндіріледі. Жалпы, радикалдық бастау қолданылады (оның ішінде тірі полимерлендіру әдістері), бірақ ПММА-ның аниондық полимерлендіруі де жүзеге асырылуы мүмкін. Атактикалық ПММА-ның шыныға айналу температурасы (Tg) 105 °C (221 °F) құрайды. ПММА-ның коммерциялық маркаларының Tg мәндері ; бұл диапазон өте кең, себебі метил метакрилаттан басқа комономерлермен сополимерлер болып табылатын көптеген коммерциялық құралымдар бар. Осылайша, ПММА бөлме температурасында органикалық шыны болып табылады; яғни, ол Tg-дан төмен температурада. Қалыптасу температурасы шыныға айналу температурасынан басталады және одан жоғарылайды. Инъекциялық қалыптау, қысыммен қалыптау және экструзия сияқты барлық қалыптау процестерін қолдануға болады. Ең жоғары сапалы ПММА табақтары жасушаға құю арқылы өндіріледі, бірақ бұл жағдайда полимерлендіру және қалыптау қадамдары бір уақытта жүреді. Материалдың беріктігі, өте жоғары молекулалық массасының арқасында, қалыптау маркаларынан жоғары. ПММА-ның хруптық қасиетін жою және қолданылған жүктемелерге жауап ретінде оның сынуға бейімділігін азайту үшін резеңкемен нығайту қолданылған.

Қолданбалар

ПММА мөлдір және берік болғандықтан, ол көпқажетті материал болып табылады және көлік құралдарының артқы шамдары мен приборлар панелі, тұрмыстық техника, көзілдірік линзалары сияқты көптеген салаларда және қолдануларда пайдаланылады. ПММА плиталар нығайтылған панельдерді қамтамасыз етеді, олар ғимарат терезелеріне, шатырларға, оқтан қорғалған қауіпсіздік кедергілеріне, таңбалар мен дисплейлерге, санитарлық тауарларға (ванналарға), ЖК-экрандарға, жиһазға және тағы да көптеген қолдануларға арналған. Ол MMA негізіндегі полимерлерді жабу үшін де қолданылады, бұл VOC эмиссиясын азайта отырып, қоршаған ортаға төзімділікті қамтамасыз етеді. Метакрилді полимерлер медициналық және стоматологиялық қолдануда кеңінен қолданылады, онда тазалық пен тұрақтылық өнімділік үшін маңызды. Мұз хоккейі ареналарындағы көрермендерді қорғау ПММА-дан жасалады. Тарихи тұрғыдан алғанда, ПММА ұшақ терезелерінің дизайнында маңызды жаңару болды, Боинг B-17 Flying Fortress ұшағының бомбалаушының мөлдір мұрын бөлігі сияқты дизайнды мүмкін етті. Қазіргі заманғы ұшақтардың мөлдір бөліктері көбінесе созылған акрил қабаттарын пайдаланады. Көтеріліс бақылауына арналған полиция көліктерінде әдетте қарапайым шыны ПММА-мен ауыстырылады, бұл жолаушыларды лақтырылған заттардан қорғайды. ПММА белгілі бір маяк линзаларын жасауда маңызды материал болып табылады. ПММА 1972 жылғы Мюнхенде өткен жазғы Олимпиада ойындары үшін Олимпиадалық саябақтың жабын конструкциясында қолданылды. Бұл құрылымның жеңіл және мөлдір болуын қамтамасыз етті. ПММА (Lucite тауарлық атауымен) Хьюстон Астродомының төбесінде қолданылды.

Күндізгі жарықты қайта бағыттау

Лазерлік кесу арқылы жасалған акрилді панельдер күн сәулесін жарық құбырына немесе түтікше тәрізді люкке қайта бағыттап, одан бөлмеге тарату үшін қолданылады. Осы технологияны әзірлеген Вероника Гарсия Хансен, Кен Йенг және Ян Эдмондс 2003 жылы «Алыс Шығыс Экономикалық Шолуы» инновациялық сыйлығының қола жүлдесімен марапатталды. Жұмсалу бір метрден астам қашықтықта өте күшті болғандықтан (3000 К көзі үшін 90% -дан астам қарқын жоғалады), акрилді кең спектрлі жарық жетектері көбінесе декоративтік мақсаттарда қолданылады. Микрокөшірмелі призмалар қабаты бар акрилді қабаттардың жұптары, түсу бұрышына байланысты, кіріп келетін күн сәулесінің бір бөлігін қайта бағыттауға мүмкіндік беретін шағылыстыру және сыну қасиеттеріне ие болуы мүмкін. Мұндай панельдер миниатюралық жарық сөрелердің ролін атқарады. Бұл панельдер күндізгі жарықтандыру мақсатымен коммерциялық түрде қолданылады, терезе немесе навес ретінде пайдаланылады, осылайша аспаннан түсетін күн сәулесі еденге емес, төбеге немесе бөлмеге бағытталады. Бұл, әсіресе ақ төбемен үйлестірілгенде, бөлменің артқы жағын жарықтандыруды жақсартуға мүмкіндік береді, сонымен қатар, қарапайым шыныға қарағанда сыртқа қарауға аздап әсер етеді.

Медицина

ПММА адам тіндерімен жақсы үйлесімділікке ие және катарактаны емдеу кезінде бастапқы линза алынып тасталғаннан кейін көзге имплантацияланатын қатаң көз ішіндегі линзаларды өндіруде қолданылады. Бұл үйлесімділікті ағылшын офтальмологы Гарольд Ридли екінші дүниежүзілік соғыстың RAF ұшқыштарында тапты, олардың көздері Supermarine Spitfire истребительдерінің бүйір терезелерінен шыққан PMMA сынықтарымен зақымдалған еді – пластик Hawker Hurricane сияқты ұшақтардан келген шыны сынықтарымен салыстырғанда, аздап ғана қабылдамау реакциясын тудырды. Ридли Rayner компаниясынан (Брайтон және Хоув, Шығыс Сассекс) ICI полимерленген Perspex-тен жасалған линза тапсырыс берді. 1949 жылғы 29 қарашада Лондонның Сент-Томас ауруханасында Ридли алғашқы интраокулярлық линзаны имплантациялады. Атап айтқанда, акрилді линзалар қайталанатын көздің қабынуы (увеит) бар науқастарда катаракта хирургиясында тиімді, себебі акрилдік материал азырақ қабынуға себеп болады. Көзілдірік линзалары көбінесе ПММА-дан жасалады. Тарихи тұрғыдан алғанда, қатты контактті линзалар жиі осы материалдан жасалған. Жұмсақ контактті линзалар көбінесе ұқсас полимерден жасалады, онда акрилат мономерлері бір немесе бірнеше гидроксилдік топтарды қамтиды, осылайша оларды гидрофильді етеді. Ортопедиялық хирургияда ПММА сүйек цементі имплантаттарды бекіту және жоғалған сүйекті қалпына келтіру үшін қолданылады. Ол сұйық метилметакрилат (MMA) қосылған ұнтақ түрінде жеткізіледі. PMMA биологиялық үйлесімді болғанымен, MMA тітіркендіргіш және мүмкін канцероген ретінде қарастырылады. PMMA гипотонияға байланысты операциялық бөлмеде жүрек-өкпе оқиғаларына да себеп болуы мүмкін. Сүйек цементі буын алмастыру кезінде желім емес, аралықты толтырушы ретінде әрекет етеді. Жабысқақ болғанымен, ол сүйекке де, имплантқа да жабыспайды, керісінше, протез бен сүйек арасындағы кеңістіктерді толтырып, қозғалысты болдырмайды. Бұл сүйек цементінің кемшілігі – ол бекітілген кезде 82,5 °C-қа дейін қызып, көрші тіндердің термиялық некрозына әкелуі мүмкін. Полимерлендіру жылдамдығын және осылайша бөлінетін жылуды азайту үшін инициаторлар мен мономерлердің мұқият тепе-теңдігі қажет. Косметикалық хирургияда кішкентай PMMA микросфералары биологиялық сұйықтықта суспензияланған күйде тері астына инъекцияланып, жұмсақ тіндерді толтыру арқылы әжімдерді немесе іздерді тұрақты түрде азайтуға қолданылады. PMMA жұмсақ тіндерді толтыру ретінде ғасырдың басында HIV-пен байланысты бет әлсіреуін қалпына келтіру үшін кеңінен қолданылды. PMMA кейбір бодибилдерлер бұлшық еттерді қалыптастыру үшін заңсыз түрде қолданады. Пломбация – туберкулезді емдеудің ескірген әдісі, онда жұқтырған өкпе айналасындағы плевралық кеңістік PMMA шарларымен толтырылып, зақымдалған өкпені қысып, құлдыратуға әрекет жасалған. Дамып келе жатқан биотехнология және биомедициналық зерттеулер PMMA-ны микрофлюидтік "чиптегі зертхана" құрылғыларын жасау үшін пайдаланады, олар сұйықтықты бағыттау үшін 100 микрометрлік геометрияны қажет етеді. Бұл кішкентай геометриялар PMMA-ны биочиптерді жасау процесінде қолдануға ыңғайлы және орташа биоүйлесімділікті ұсынады. Биопроцесс хроматографиясы бағаналары шыны мен тот баспайтын болатқа балама ретінде құйма акрил түтіктерін пайдаланады. Бұл түтіктер қысымға төтеп береді және биологиялық үйлесімділік, уыттылық және шығарылатын заттар бойынша қатаң талаптарға жауап береді.

Тіс дәрігерлігі

Жоғарыда аталған биоүйлесімділігінің арқасында поли(метил метакрилат) қазіргі заманғы стоматологияда, әсіресе тіс протездерін, жасанды тістерді және ортодонтиялық құрылғыларды жасауда кеңінен қолданылатын материал болып табылады. Акрил протездік құрылыс Алдын ала полимерленген, ұнтақталған PMMA шарлары метил метакрилат сұйық мономерымен, бензоил пероксидімен (бастақыш) және NN диметил P толуидинімен (үрлендіргіш) араластырылып, қатты полимерленген PMMA құрылымын алу үшін жылу мен қысымға ұшыратылады. Инъекциялық қалыптау техникасын қолдану арқылы науқастардың ауыз қуысының гипс моделіне орналастырылған, алдын ала белгіленген позициядағы жасанды тістері бар балауызды конструкциялар, жоғалған тістердің орнына қойылатын функционалды протездерге айналуы мүмкін. PMMA полимері мен метил метакрилат мономеры қоспасы бұрын жасалған протездің гипс қалыбы бар колбаға құйылып, полимерлену процесін бастау үшін қыздырылады. Полимерлену кезіндегі қысқаруды азайту және протездің дұрыс жайғасуын қамтамасыз ету үшін қатаю процесінде қысым қолданылады. Протездік өндірісте PMMA-ны полимерлеудің химиялық және микротолқынды әдістер сияқты басқа да тәсілдері бар, бірақ бұрын сипатталған жылумен белсендірілген шайырды полимерлеу техникасы, оның тиімділігі мен полимерлену кезіндегі минималды қысқаруына байланысты ең көп қолданылады. Жасанды тістер Тіс протездерін жасау үшін әртүрлі материалдар қолданылуы мүмкін, бірақ PMMA тіс протездерінде қолданылатын жасанды тістерді өндіруге арналған басты материал болып табылады. Материалдың механикалық қасиеттері эстетиканы жақсартуға, бетін оңай түзетуге, ауыз қуысында пайдалану кезінде сыну қаупін азайтуға және қарсы тістерге минималды тозуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, тіс протездерінің негіздері көбінесе PMMA-дан жасалатындықтан, PMMA тіс протездерінің PMMA негіздерімен байланысы өте жақсы, бұл берік және ұзақ қызмет ететін протезді жасауға мүмкіндік береді.

Өнер және эстетика

Акрил бояуы негізінен судағы PMMA-дан тұрады; алайда PMMA гидрофобты болғандықтан, суды сумен араластыратын және суды жақсы сіңіретін топтарға ие зат қосылуы қажет, бұл суспензияны жеңілдетуге көмектеседі. Қазіргі заманғы жиһаз жасаушылар, әсіресе 1960-1970 жылдары, өнімдеріне ғарыш дәуірінің эстетикасын беру үшін, әсіресе кеңсе орындықтарына Люцит және басқа да PMMA өнімдерін өз дизайндарына енгізді. Көптеген басқа өнімдер (мысалы, гитаралар) кейде акрил шынынан жасалады, бұл әдеттегі мөлдір емес заттарды жартылай мөлдір етеді. Перспекс Сальвадор Дали сияқты суретшілердің жұмысында бояу үшін беткей ретінде қолданылған. Диасек – суреттерге рамка жасауда әдеттегі шынының орнына акрил шыны қолданылатын технология. Бұл оның салыстырмалы түрде төмен құны, жеңіл салмағы, сынуға төзімділігі, эстетикалық көрінісі және стандартты рамкаға арналған шыныдан үлкен өлшемдерде тапсырыс беру мүмкіндігіне байланысты жасалады. 1939 жылы Лос-Анджелесте тұратын голланд мүсіншісі Ян Де Сварт Дюпон компаниясынан жіберілген Люцит үлгілерімен тәжірибе жасады; Де Сварт скульптура үшін Люцитті өңдеуге арналған құралдар жасады және белгілі бір түстер мен жарық сыну эффектілерін алу үшін химиялық заттарды араластырды. 1960 жылдардың басынан бастап Ян Кубичек, Лерой Ламис және Фредерик Харт сияқты мүсіншілер мен шыны суретшілері акрилді пайдалана бастады, әсіресе материалдың икемділігі, жеңіл салмағы, құны және жарықты сындыру және сүзу қабілетін пайдаланды. 1950-1960 жылдары Люцит әшекей жасауда өте танымал материал болды, бірнеше компания осы материалдан жоғары сапалы әшекейлер жасауға маманданған. Люциттен жасалған моншақтар мен әшекейлер әлі де әшекей тауарларын жеткізушілер арқылы сатылады. Акрил плиталар ондаған стандартты түстерде шығарылады, көбінесе 1950 жылдары Rohm & Haas компаниясы әзірлеген түс нөмірлерін пайдалана отырып сатылады. Метил метакрилат "жасанды шайыр" (жаңағы сұйық химиялық зат) қалыптан нығыздалған, мөлдір PMMA-ны кез келген пішінде жасау үшін, мысалы, метилэтилкетон пероксиді (MEKP) сияқты полимерлендіру катализаторымен бірге қолданылуы мүмкін. Көрсету және қауіпсіз сақтау үшін мұндай "құйылған" блоктарға жәндіктер немесе монеталар, тіпті сынғыш кварц ампулалардағы қауіпті химиялық заттар орналастырылуы мүмкін.

Басқа қолданыстар

PMMA, саудалық түрінде Technovit 7200 медициналық салада кеңінен қолданылады. Ол пластикалық гистологияда, электрондық микроскопияда және тағы да көптеген қолданыстарда пайдаланылады. Акрил күнге күйдіру автоматтарында, күнге күйдіру кезінде адамды шамдардан бөлетін мөлдір бет ретінде қолданылады. Күнге күйдіру автоматтарында қолданылатын акрилдің түрі көбінесе ультракүлгін сәулелерді өткізетін полиметилметакрилаттың арнайы түрінен жасалады. PMMA парақтары әдетте таңба жасау өнеркәсібінде әртүрлі қалыңдықтағы жазық кесілген әріптерді жасау үшін қолданылады. Бұл әріптер жеке компанияның атын және/немесе логотипін көрсету үшін пайдаланылуы мүмкін, немесе олар жарықтандырылатын арна әріптерінің құрамдас бөлігі болуы мүмкін. Акрил сонымен қатар таңба индустриясының барлық жерінде қабырға таңбаларының құрамдас бөлігі ретінде кеңінен қолданылады, онда ол беткі немесе артқы жағына боялған, қосымша көтерілген әріптері бар немесе тікелей оған басылған фотосуреттері бар беткі пластина немесе таңба компоненттерін бөлу үшін аралық ретінде қызмет ете алады. PMMA лазерлік дискілердегі оптикалық медиада қолданылды. (CD және DVD дискілерде соққыға төзімділік үшін акрил және поликарбонат қолданылады). Ол TFT LCD экранындағы артқы жарық үшін жарық жетекшісі ретінде қолданылады. Ұзақ қашықтыққа байланыс үшін қолданылатын пластикалық оптикалық талшықтар PMMA-дан және фторланған PMMA-мен қапталған перфторирленген PMMA-дан жасалады, оның икемділігі мен төмен орнату құны шыны талшыққа қарағанда оның нашар жылу төзімділігі мен жоғары әлсіреуінен басым. PMMA тазартылған түрінде лазерлік бояумен қосылған органикалық қатты күйдегі лазерлердің матрицасы ретінде қолданылады. Жартылай өткізгіштерді зерттеу және өнеркәсіпте PMMA электрондық сәулелі литография процесінде резист ретінде көмектеседі. Полимерден тұратын ерітінді кремний және басқа да жартылай өткізгіш және жартылай оқшаулағыш пластиналарды жұқа пленкамен жабу үшін қолданылады. Бұл жерде электрондық сәуле (электрондық микроскопты пайдалану арқылы), терең ультракүлгін жарық (стандартты фотолитографиялық процеске қарағанда қысқа толқын ұзындығы) немесе рентген сәулелері арқылы суреттер жасауға болады. Оларға әсер ету PMMA-да тізбектің үзілуіне немесе (қайшы байланыстың жойылуына) әкеледі, бұл химиялық әзірлеушімен ашық аймақтарды таңдап алуға мүмкіндік береді, осылайша оны оң фоторезист етеді. PMMA-ның артықшылығы - ол өте жоғары ажыратымдылықта суреттер жасауға мүмкіндік береді. PMMA-ның тегіс бетін оттегінің радиожиілікті плазмасында өңдеу арқылы оңай наноқұрылымды етуге болады, ал PMMA-ның наноқұрылымды бетін вакуумдық ультракүлгін (VUV) сәулелендіру арқылы оңай тегістеуге болады. 1960 жылдары, лютье Дан Армстронг акрилден жасалған электрогитаралар мен бас гитаралардың желісін жасады. Бұл аспаптар Ampeg брендімен сатылды. Ibanez және B. C. Rich акрил гитаралар да жасады. Людвиг Муссер Vistalites деп аталатын акрил барабандардың желісін шығарады, Led Zeppelin барабаншысы Джон Бонхам қолданғандығы мәлім. "Акрил" түріндегі жасанды шегелерде көбінесе PMMA ұнтағы болады. Кейбір қазіргі бұта және кейде көк шөп темекі құбырларының сабақтары люциттен жасалған. PMMA технологиясы шатырлар мен су өткізбейтін жабындарда қолданылады. Катализаторға белсендірілген PMMA смоласының екі қабатының арасына орналасқан полиэстер флисін қосу арқылы толық күшейтілген сұйық мембрана құрылады. PMMA - ойыншықтар мен қаржылық ескерткіштер жасау үшін кеңінен қолданылатын материал. PMMA-ны Жапонияның Куре қаласындағы Sailor Pen компаниясы алтын ұшты қаламдардың стандартты модельдерінде, атап айтқанда қақпақ пен корпустың материалы ретінде қолданады.