Методи синтезу поліметилметакрилату та його властивості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Український державний хіміко-технологічний університет

Кафедра ХТВМС

Курсова робота

на тему:

«Методи синтезу поліметилметакрилату та

його властивості»

Виконала: студ.гр. 3-П-22 Данилова О. Г.

Перевірила: ас. каф. ХТВМС Андріянова М. В.

Дніпропетровськ - 2010

З давніх часів людині було відомо скло - твердий прзорий термостійкий матеріал. На жаль воно дуже ламке - усі добре знають, як легко бьється скляній посуд. І тільки у 20 столітті розвиток хімії полімерів дозволив отримати пластмасу, за властивостями схожу на неорганічне скло - поліметилметакрилат ( ПММА).

ПОЛІМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ - синтетичний полярний термопластичний полімер, один з видів полімерів ефірів метакрилової кслоти. Продукт полімерізації метилметакрилата. Тверда жорстка прозора речовина. Випускається у формі гомополімера чи сополімерів метакрилата з акрилонітрилом, бутадієном чи стиролом.

Полиметилметакрилат (ПММА) - це синтетичний полімер метилметакрилата, термопластичний прозорий пластик, відомий під назвою акрилове скло, акрил або органічне скло (оргскло).

Органічне скло - термопластичний полімер метакрилової кислоти поліметилметакрилат, отримуємий полімерізацієй мономеру метилметакрилата у присутності каталізатора. Полімерізація відбувається у формах з силікатного стекла, розміщених у термостатах з циркулюючим гарячим повітрям або у ваннах з циркулюючою гарячою водою при поступовому підвищенню температури на протязі 24-28 годин від 50 до 120 С. Основною перевагою органічного стекла являється високе світлопроникнення (92%) та здатність пропускати до 75 % ультрафіолетових променів. синтез поліметилметакрилат органічне скло

Оргстекло отримують двома способами: екструзією і литвом [1]. Сам спосіб виробництва накладає ряд обмежень і визначає деякі властивості пластика. Екструзію оргстекла - (від англ. exstrusion, від йому. Extrudiert) - отримують методом безперервної екструзії розплавленої маси гранульованого ПММА через щілинну голівку з подальшим охолоджуванням і різанням по заданих розмірах. Блокове (у Росії затвердився термін «литне» - від англ. cast) - отримують методом заливки мономера ММА між двома плоскими стеклами з подальшою його полімеризацією до твердого достатку.

Особливості екструзії оргстекла в порівнянні з литим оргстеклом ряд можливої товщини листів менший, що визначається можливістю екструдера, можлива довжина листів більша, разнотолщинность листів в партії менший (допуск по товщині 5 % замість 30 % в литого акрилу), менша ударостойкость, менша хімічна стійкість, велика чутливість до концентрації напруги, краща здібність до склеювання, менший і нижчий діапазон температур при термоформовке (приблизно 150-170 °C замість 150-190 °C), менше зусилля при формуванні, велика усадка при нагріві (6 % замість 2 % в литого акрилу).

Основні переваги оргстекла: висока світопроникність - 92 %, яка не змінюється з часом, зберігаючи свій оригінальний колір опірність удару в 5 разів більше, ніж в скла при однаковій товщині оргстекло важить майже в 2,5 разу менше, ніж стекло, тому конструкція не вимагає додаткових опор, що створює ілюзію відкритого простору стійко до дії вологи, бактерій і мікроорганізмів, тому може використовуватися для скління яхт, виробництва акваріумів екологічно чисте, при горінні не виділяє жодних отруйних газів можливість додавати різноманітні форми за допомогою термоформування, без порушення оптичних властивостей, з прекрасним деталюванням механічна обробка здійснюється з такою ж легкістю, як і обробка дерева стійкість в зовнішній середі, морозостійкість пропускає 73 % ультрафіолетових променів, при цьому УФ-ПРОМЕНІ не викликають пожовтіння і деградації акрилового скла стійкість в хімічній середі електроізоляційні властивості підлягає утилізації. Висока оптична якість органічного скла поєднується з його атмосферостійкістю. Введенням у матеріал барвників чи пігментів отримують вироби різної кольорової гами.

Недоліки оргстекла схильність до поверхневих пошкоджень (твердість 180-190 Н/мм2) технологічні труднощі при термо- і вакуумформованії виробах - поява внутрішньої напруги в місцях згину при формуванні, що веде до подальшої появи мікротріщин легкозаймистий матеріал (t займання 260 град.)

Стійкість до хімічних дій. На оргстекло впливають розбавлені фтористоводневі і ціанистоводневі кислоти, а також концентровані сірчана, азотна і хромова кислоти. Розчинниками оргстекла є хлоровані вуглеводні (дихлоретан, хлороформ), альдегіди, кетон і складні ефіри. На оргстекло також впливають спирти: метиловий, бутиловий, етиловий, пропіленовий. При нетривалій дії 10 % етилового спирту взаємодія з оргстеклом відсутня.

Зберігання і транспортування оргстекла:

1. Стекла органічна екструзія транспортують автомобільним і залізничним транспортом в критих транспортних засобах відповідно до Правил перевезення вантажів, що діють на даному виді транспорту.

2. Допускається транспортувати оргстекло у відкритих транспортних засобах, покритим водонепроникним матеріалом.

3. Стекла органічна екструзія повинно зберігатися в закритих складах при температурі від 5 до 35 °C при відносній вологості повітря не вище 65 %.

4. При зберіганні і транспортуванні складені разом листи оргстекла краще перекласти листами паперу, щоб не допустити механічних пошкоджень.

5. Не допускається транспортування і зберігання скла органічної екструзії з хімічними продуктами.

Технічні характеристики

Показники	Одиниці измерения	Литьевое оргстекло	Экструзійне без УФ захисту	Экструзійне з УФ захистом
Межа міцності при розтягуванні (23 °С)	МPа	70		70
Модуль пружності при розтягуванні	МPа	3000		3500
Відносне питоме при розтягненні(23 °С)	%	4		5
Температура размягчения	°C	95	100	105
Ударна в'язкість (не менш ) 2,5-4 мм	кДж/мІ	9	9	12
Ударная в'язкість (не менее) 5-24 мм	кДж/мІ	13
Максимальная температура експлуатації	°С	80	80	80
Температура формувания	°C	150-170	150-155	150-155
Питома вага	г/см3	1,19	1,19	1,19
Коеффіціент світлопропускання	%	92	92	92

Способи обробки:

- свердління

- нарізування різьблення

- різьбове з'єднання

- фрезерування

- обробка на токарному верстаті

- обробка різанням

- пемзування

- шліфування

- полірування

- формування

- втягування

- вдування

- згинання

- охолоджування

- відпал

- стикованіє

- склеювання

- зварка

- фарбування

- металізація.

Приступаючи до обробки оргстекла, необхідно врахувати, що цей матеріал більш всього боїться високої температури і абразивного пилу.

Температура матеріалу зазвичай підвищується при його зварці, а також при різанні і свердлінні (особливо, якщо ріжучий інструмент тупої), внаслідок чого оргстекло зачинає плавитися. Що стосується абразивного пилу, то одна крупинка абразиву або металу здатна так "розмалювати" поверхню аркуша або деталі, що їх легко викинути, чим відновити якість їх поверхні. Виводити сліди глибоких подряпин на оргстекле - невдячне заняття. Простіше виготовити нову річ. Тому треба пред'являти найвищі вимоги до чистоти робочого місця і якісного заточування ріжучого інструменту. Затискаючи заготівку в лещатах, плоскогубцях, за допомогою струбцин, необхідно завжди надягати на їх губки м'який "одяг" з картонних або паперових куточків або ж чохли з алюмінієвої фольги. Мити і протирати оргстекло найбезпечніше мильним розчином за допомогою тампона з вати або фланелі. Рельєфні деталі і вироби потрібно мити зубною щіткою або малярними кистями. Для видалення жирних нальотів використовуйте солярку, скипидар, уайт-спіріт, бензин. Ацетоном користуватися не рекомендується, оскільки на деяких видах оргстекла він залишає сліди, хоча само по собі оргстекло в ацетоні не розчиняється.
А зараз коротко про способи обробки оргстекла, які здійснюють зазвичай тими ж інструментами, що застосовують для обробки дерева і металу, дотримуючи, зрозуміло, відповідні режими свердління, різання і так далі
Свердління. Отвори в оргстекле формують як свердлами по металу, так і перками для дерева. Поводитися з подібними інструментами слід вельми обережно. Добре заточене свердло з гострим кутом при вершині може затягнути в деталь: в результаті або розколеться деталь, або зламається свердло. Подачу свердла здійснюють без особливих зусиль, стримано. Тупе свердло сильно розігріває оргстекло. Розплавлені волокна пластмаси зачинають намотуватися на свердло, внаслідок чого воно часто ламається. Причому, якщо кінець уламка не виступає над поверхнею деталі, свердло вже не витягувати, не зруйнувавши деталь. Правда, якщо кінець уламка знаходиться недалеко від поверхні, можна спробувати його прогріти паяльником, після чого витягувати плоскогубцями.

Якщо свердлити доводиться на велику глибину, то краще всього це робити з охолоджуванням, періодично виймаючи і охолоджуючи свердло і заливаючи в отвір воду. Інколи свердлять деталь, зануривши її у воду, але це вельми небезпечне заняття, оскільки майстри зазвичай не заземляють дриль, а це чревато ураженням струмом. І ще одне важливе табу. Не можна свердлити оргстекло наскрізь, якщо кінець свердла виходить в порожнечу. Річ у тому, що свердло на виході зривається, як пес з ланцюга, і цілком може покалічити не лише деталь, але і самого майстра. Свердлять крізні отвори, обов'язково підклавши під аркуш або деталь дерев'яну дощечку або аркуш гуми.

Якщо ж при обробці в аркуші оргстекла виникає тріщина, слід за допомогою піпетки змочити тріщину дихлоретаном або крижаною оцетовою кислотою, причому спробувати злегка змістити стінки тріщини щодо один одного, щоб розчинник проник в тріщину. Після подальшої поліровки подібні тріщини зазвичай не помітні.

Всім відомо, що при свердлінні прозорого оргстекла стінки отвору мають молочний колір. Якщо необхідно позбавитися від цього дефекту, слід нагрівати до червоності металевий полірований стрижень і пропрасувати їм отвір зсередини. В результаті стінки отвори оплавляться і стануть дзеркальними, а молочний колір зникне. Такий отвір не лише добре виглядає, але інколи стає і прикрасою виробу.

До речі, використовуючи здатність ріжучого інструменту залишати молочний слід усередині прозорого оргстекла, майстри-умільці створюють об'ємні художні композиції усередині прозорої маси оргстекла, причому не лише молочно-білі, але і кольорові. Подібні композиції створюються за допомогою свердел, зуболікарських і інших фрез.

Зуболікарські бори личать також для свердління дрібних отворів за допомогою бормашини, а якщо останньої немає, то за допомогою дриля. Неглибокі отвори удається пропалювати розжареним стрижнем з нержавіючої сталі, оскільки при нагріванні на останньому не утворюється окалина, і такий стрижень не бруднить стінки отвору.

Токарна обробка схожа на свердління, лише при свердлінні обертається інструмент (свердло), а при токарній обробці - деталь. Тому вимоги до подібної обробки ті ж: ідеальне заточування інструменту, мала подача, тобто тонка стружка. А ось швидкості різання тут більше, ніж при свердлінні. При дотриманні цих вимог деталі можна гострити без охолоджування. Проте при шліфовці і поліровці на верстаті необхідно стежити, щоб деталь не перегрівалася. Причому краще вести шліфовку водостійкими шліфшкуркамі, охолоджуючи деталь водою, наприклад, мокрою ганчіркою.

Розпилювати оргстекло можна всіма видами пил з дрібними і добре розведеними зубами. Частота обертання круглих механічних пив має бути невисокою або розпилювання слід проводити, охолоджуючи пилу водою. Інакше, особливо при розпилюванні товстих листів пластика, полотно пили розігрівається і намертво схоплюється оргстеклом. Тонкі листи оргстекла (до 10-12 мм) простіше різати спеціальним різаком, зробленим з уламка ножівкового полотна по металу.

Аркуш пластика прорізають на невелику глибину (інколи з обох боків), після чого аркуш по сліду реза просто розламують. Тобто дана операція дуже схожа на різання силікатного скла алмазом.

Звичайно, зручно і легко різати пластик по прямій, використовуючи металеву лінійку. А як бути, якщо захочеться вирізувати з оргстекла, наприклад, свій профіль, який вельми звивистий. Результати використання в цьому випадку ручного лобзика плачевні. Тонкі полотна вмить рвуться, ледве зачавши пиляти. Простіше скористатися приладом з ніхромової ниткою, що нагрівається, яка ріже оргстекло по заданому контуру, як масло.

Шліфовка і поліровка. Оргстекло легко обробляється наждачними кругами і шкірками. Для грубої обробки заготовок з пластика годяться наждачні круги, які періодично доводиться очищати від налиплої маси пластика за допомогою металевої пластинки або уламка шибки. Щоб наждак не так часто доводилося чистити і щоб деталь не повело від нагріву, її обробляють не за один захід, а переривисто, періодично охолоджуючи у воді. Зазвичай така операція потрібна, коли немає можливості все зайве "відсікти" пилою, напилком або розжареною ниткою з ніхрому.

При шліфовці внутрішніх поверхонь застосовуються дерев'яні або металеві стрижні різного діаметру з наклеєними на них смужками наждачної шкірки. Для ручної обробки довгих граней листів оргстекла, що сполучаються, краще наклеїти на креслярську дошку довгі смуги наждачної шкірки і добиватися необхідної точності обробки, рухаючи по ним саму деталь, як рубанок. Механічну шліфовку рекомендується здійснювати картонними кругами з наклеєними на них наждачними шкірками різної зернистості. Доведення поверхонь під поліровку добре проводити за допомогою відповідних шматочків шибки.

Після зняття стружки гострою кромкою уламка скла поверхня деталі набуває ступеня чистоти обробки, близького до полірованої поверхні. Шматочки шибки з ділянками потрібної кривизни нарізують роликовим або діамантовим склорізом без лінійки або якого-небудь шаблону. Ріжучою кромкою цих шматочків є ребро, що знаходиться під слідом від склоріза. Якщо немає склоріза, осколки отримують, просто стукнувши по склу першим предметом, що попався. Але раніше надіньте захисні окуляри, а аркуш накрийте ганчіркою або газетою.

Поліровку проводите за допомогою полірувальних кругів, на які потрібно нанести абразивну пасту. Самі полірувальні круги зробіть з повсті, фетру, бавовняних тканин. Тонкі круги зазвичай склеюють або зшивають. Оновлюють круги, видаляючи засалений шар тонкою металевою пластинкою або уламком скла. Як абразивні матеріали в полірувальних пастах застосовують діамантові порошки і оксиди металів різної зернистості. Найбільш поширені полірувальні пасти: "Крокус" на основі оксидів заліза, паста ГОЇ, що містить оксид хрому.

Годяться для поліровки наявні в продажі пасти для правки бритв, зубні пасти і порошки, застосовують для цієї мети і масляні фарби, що містять як пігмент оксиди металів, наприклад, хрому (зелена фарба), заліза (сурик червоно-оранжевого кольори) та ін.

Щоб зробити, наприклад, пасту з сухого пігменту - оксиду хрому, додайте його в розплав воску, стеарину або парафіну. Потім скрутіть з паперу трубочку такого діаметру, щоб в неї щільно входила винна пробка, якою слід закупорювати один кінець трубочки. У консервній банці розплавте звичайну свічку і насипте в розплав, що утворився, помішуючи, порошок оксиду.

Кількість пігменту за об'ємом повинна складати приблизно 1/3 від об'єму розплаву. Далі, не давши порошку осісти, швидко перелийте розплав в трубочку і відразу ж опустите її у воду для швидкого охолоджування. При всій прудкості заливки і охолоджування нижні шари застиглого олівця пасти будуть більш насищені пігментом з крупнішим зерном. Отже, розрізає олівець упоперек, наприклад, на три частки, отримаємо три види пасти з абразивом різної зернистості. Хороші (досить однорідні) бруски пасти виходять, якщо розплав заливати в сірникові коробки.

З паст, що випускаються промисловістю, дуже зручні і підходять за якістю олівці для правки бритв.

До речі, добувати пасту з масляних фарб зовсім не складно. Вміст тюбика просто розчиняють в гасі або бензині і дають розчину відстоятися. Шар, що осів, промивають ще 1-2 два рази газом. Тепер порошок можна додавати в розплав парафіну. Якщо полірувальний круг розташований горизонтально, то порошки просто розводять водою.

А зараз декілька слів про процес поліровки. Включивши верстат, до повстяного круга, що обертається, підноситься олівець з пасти. Досить лише легкого торкання, і зовнішня поверхня круга покриється тонким шаром пасти. Окрім повстяного круга, можна застосовувати тонкі, ворсисті круги з оксамиту, фетру, фланелі, байки. Вони гнучкі і еластичні, що дозволяє їм згинатися і проникати в поглиблення деталей, недоступних повстяному кругу. Але інколи зустрічаються ділянки, недоступні ні для яких полірувальних кругів. Це отвори, вирізи, пази, вікна, криві вигини. Для полірування таких ділянок краще використовувати циліндрові стрижні з м'яких порід дерева, вставляючи їх в патрон дриля. Пасту наносити слід прямо на дерево. Деякі майстри вважають за краще спочатку обклеїти стрижень оксамитом або байкою.

Блиск і прозорість в недоступних місцях досягається також за допомогою нагрітого металевого стрижня, кульки або пластини, а також під дією полум'я невеликого пальника.

Майже всі термопласти (тобто пластмаси, здатні багато разів розм'якшуватися при нагріванні і тверднути при охолоджуванні) мають невисоку температуру плавлення, тому необхідний? остерігатися нагріву оргстекла в результаті тертя, супроводжуючого процеси механічної шліфовки і поліровки виробів. Тут зайві зусилля не потрібні: деталь до абразивного круга підводять без надмірних зусиль, ніжно, ледве стосуючись круга, роботу ведуть з перервами, інколи навіть охолоджуючи деталі у воді.

До речі, чим менше частота обертання круга, тим більше шансів у виробу уникнути теплового "опіку", який відбувається при локальному нагріві поверхні деталі вище за температуру розм'якшення пластмаси, внаслідок чого абразивний круг, виражаючись зрозумілішим, здирає в цьому місці "шкіру" з деталі, утворюючи каверну, яку не завжди можна ліквідовувати. А якщо вже "опік" трапився, то доведеться його "лікувати".

Неглибоку каверну доведеться "вивести" шкіркою або уламком скла, після чого відполірувати це місце знов. Глибоку каверну інколи удається ліквідовувати, нанісши на пошкоджене місце декілька шарів клеївши, відновивши тим самим зідраний шар.·

Гравіровка оргстекла

Гравіювання в більшості випадків проводиться за допомогою розпушувачів, що встановлюються на пантографи і оснащених фрезами малого діаметру (2-6 мм) різного профілю. Також можуть використовуватися лазерні ріжучі верстати, які дозволяють проводити гравіювання шляхом обмеження глибокої дії лазерного пучка [2].

Формування оргстекла

Цей вид обробки дозволяє додати акрилу самі різні форми. Він складається з трьох етапів:

- Нагріваючи

- Формування

- Охолоджування

1. Нагріваючи. Якщо отримана деталь не відповідає бажаній формі, її можна повторно нагрівати і потім відкоректувати. Литий акрил володіє "пам'яттю" про форму і здатний легко повертатися в початкове положення при повторному нагріванні. З екструдованим оргстеклом це можливо виключно в тому випадку, якщо матеріал не піддавався розтяганню. Захисну плівку перед нагріванням слід обов'язково видалити з литого пластика і можна залишити на екструдованому.

Перед формуванням необхідно провести попередню гарячу сушку екструдованого пластика, щоб уникнути утворення бульбашок в готовому виробі на місцях згину. Необхідність в сушці виникає через те, що під час зберігання або транспортування в матеріал може проникати незначна кількість вологи. Проводять сушку або в конвекційній сушильній камері з циркуляцією гарячого повітря (при температурі 75-80 °С протягом 1-2 годин на кожен мм товщини - як правило, при великому вмісті вологи вистачає 24 годин сушки), або за допомогою інфрачервоного випромінювання при температурі від 75 до 80 °С протягом 1-2 годин на кожен мм товщини.

Для нагріву литого оргскла перед формуванням використовують устаткування, що створює рівномірне температурне поле з перепадом по плоскості і товщині аркуша не більш ±3 °С. Литне скло нагрівають 3-4 хв/мм товщини до температури 165-190 °С. Блокове оргстекло при нагріванні швидко розм'якшується, але міцність його знижується трохи порівняно з екструзією. Литий і екструдований акриловий пластики по-різному реагують на нагрівання. В литого акрилового пластика можлива рівномірна усадка максимум 2 %, однакова по всіх направленнях (відповідно збільшується товщина аркуша). В екструдованого акрилового пластика - від 3 до 6 % у напрямі екструзії і 1-2 % у поперечному направленні (для аркуша 2 м х 3 м направленням екструзії є сторона 3 м). Литий акрил легко переносить неоднорідність нагріву в 10-15 °С (перегріте литне оргстекло, на відміну від екструзії, не розтріскується і не розривається при деформації), у випадку з екструдованим різниця в температурі нагріву може привести до виникнення значної напруги в матеріалі.

2. Формування. Поведінка цих матеріалів при гарячому формуванні також різне. Для деформації литого акрилу потрібно прикладати значний тиск, екструдований акрил формується легко і без особливих зусиль (температурний інтервал, що рекомендується, - 160-170 °С; час нагріву - 3 хвилини на 1 мм товщини матеріалу).

Форми (матриці і пуансони) виготовляють з різних матеріалів: деревини, гіпсу, алюмінію, стали. Формування в гарячому достатку можна проводити простими способами, наприклад, помістивши пластик після нагріву на опуклу або увігнуту форму, де він під своєю вагою набуває її контурів. Формування пластика можна проводити також вільним втягуванням у вакуум-плотной камері і вільним видуванням стислим повітрям, як за допомогою форм, так і без них.

Якщо необхідно провести згинання плоского аркуша по прямій лінії, то досить провести місцеве нагрівання пластика уздовж осі вигину за допомогою одного або декількох прямолінійних нагрівальних елементів, наприклад ніхромової струною[3].

3. Охолоджування. Щоб уникнути виникнення внутрішньої напруги, охолоджування має бути як можна тривалішим і одноріднішим. Для якнайкращого збереження форми, що віддрукувалася, і щоб уникнути деформації виріб необхідно залишити на матриці до його охолоджування до температури 60-70 °С. Відформовані вироби перед їх взаємодією з розчинниками, фарбою або самоклеющейся плівкою повинні піддатися термічному кондиціонуванню з метою зниження напруги.

4. Холодне згинання

Оргстекло, як лите, так і екструдовано, легко піддається холодному згинанню, проте слід дотримувати мінімальний радіус вигину для того, щоб не піддавати плиту надлишковій напрузі. Мінімальна величина радіусу згинання повинна в 230 разів перевищувати товщину пластика.

5. Зварка

У випадку з литним оргстеклом рекомендується використовувати (як і для екструзії оргстекла) "споріднені" клеї, що дозволяє досягти найміцнішого з'єднання і його атмосферостійкості. Для отримання прозорих безбарвних швів при склеюванні внахлест або встік з однобічною накладкою переважно використовувати клей СММ на основі поліметилметакрилату.

Перед склеюванням деталі з литного оргстекла необхідно відпалювати для зняття внутрішньої напруги. Температура відпалу, який рекомендується, 65-80 °С залежно від температури розм'якшення скла (90-120 °С), що після чого пригнічує природне охолоджування.

Зварку також застосовують для отримання заготовок для формування нестандартних виробів, для кріплення накладок і утворення потовщень. Зварку литного оргстекла проводять при вищих температурах (до 300 °С). Готову деталь після механічної обробки шва піддають термічній обробці для зняття внутрішньої напруги.

Способи зварки:

- Індукція;

- Випромінення;

- Ультразвукова пайка;

- Вібрація;

- Горячим газом.

6. Склеювання

Листи з екструзії оргстекла можна склеювати самі з собою і з іншими матеріалами, отримуючи при цьому високоміцний і довговічний шов. Перед склеюванням бажано провести термообробку.

Матеріали для склеювання екструзії оргстекла:

· Плівкового типа клеївши: розчин поліметилметакрилату в леткому розчиннику;

Типа, що полімеризується, клеївши: сироп ПММА з диметиланіліном (СММ), в який у момент склеювання додають ініціатор полімеризації (перекис бензоїлу);

· Інших типів клеївши: епоксидні, поліефірниє, поліуретанові і ін. марок АК-90, МП-88 (81), БФ-2 (4,6);

Розчинники: дихлоретан, хлористий метилен.

Після сушки і застигання клеївши при кімнатній температурі рекомендується провести відпал течія 2-5 годин при температурі 60 °С.

7. Відхід і очищення:

Для регулярного чищення оргстекла використовується звичайна вода, в разі серйознішого забруднення можна використовувати теплу воду з м'яким миючим засобом. Щоб уникнути подряпин не слід допускати сухого тертя. Вікна часто очищають за допомогою розпилювачів високого тиску.

Механічні властивості органічного скла у значній мірі залежать від температури: при температурі більше 70 С воно починає деформуватись, при 120-160 С його еластичність дозволяє формувати різноманітні вироби. Органічне скло характеризується гарною стійкістю до дії кислот та луг, але розчинне в органічних розчинниках ( ацетон, дихлоретан та ін.). під дією зовнішніх сил та атмосферних впливів на поверхні органічного скла та всередині матеріалу можуть утворюватися мікротріщини («серебро») причиною яких являються розтягуючі навантаження, що знижує його міцність та оптичні характеристики. Одним з методів, дозволючих виключити це явище, являється так звана орієнтація органічного скла - рівномірне двухслойне розтягнення у режимі високоеластичного деформування при температурі 100-110 С перевищуючу температуру його розмягчення на 10-15 С. Це призводить до впорядкування (орієнтації) ланцюгів молекул полиметилметакрилата і поліпшення механічних властивостей органічного скла. При цьому його міцні показники зростають лише до витягу на 50-70 %, після чого зростання міцності сповільнюється, а питома ударна в'язкість зростає до ступеня витягу (120- 130 %) . Великий вплив на міцність органічного скла надає концентрація напруги в місцях різкої зміни перетину і так далі, що може з'явитися причиною його крихкого руйнування. Орієнтовано органічне скло практично нечутливо до концентрації напруги. Воно легко піддається механічній обробці і майже не забруднюється унаслідок малих електростатичних сил.

Воно застосовується дуже широко у виготовленні різноманітних рекламних виробів та конструкцій від сувенірів та табличьок до городських плакатів, величезних об'ємных літер та повнооб'ємних термоформових макетів рекламованої продукції з внутрішньою під світкою.

Матеріал часто використовується як альтернатива силікатному склу. Відмінності у властивостях цих двох матеріалів наступні:

* ПММА легше: його щільність (1190 кг/м2) приблизно в два рази менше щільності звичайного скла;

* ПММА дуже стійкий до зовнішніх дій (волога, холод і т. д.);

* ПММА м'якший чим звичайне скло і чутливий до подряпин (цей недолік виправляється нанесенням стійких до подряпин покриттів);

* ПММА може бути легко деформований при температурах вище 100 °C; при охолоджуванні у воді додана форма зберігається;

* ПММА легко подається механічній обробці звичайним металоріжучим інструментом;

* ПММА легко режется лазером і зручний для гравіювання;

* ПММА краще пропускає ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання, відображаючи при цьому інфрачервоне; світлопроникнення оргскла декілька нижче (92?93 % проти 99 % в кращих сортів силікатного);

* ПММА не стійкий до дії спиртів, ацетону і бензолу.

Поліметилметакрилат отримують переважно радикальною полімерізацією метилметакрилату за помірних температур у присутності пероксидних ініціаторів. Полімерізація відбувається головним чином у блоці чи суспензії, а також у емульсії, рідко у розчині.

Блочна полімерізація переважна до усих видів синтезу з екологічних сображень. Методом непрерівної полімерізації у масі поліметилметакрилатотримують у вигляді розплаву, з якого формують листи чи гранули товщиною 0,8-200 мм. Гранульований поліметиметакрилат перероблюють екструзією у листі, призначені для виготовлення светильників, реклам, дорожних знаків та ін., у профілуючих виробах та труби, а литтям під тиском - у елементи оптики, освітлюючі прибори в автомобілевиготовленні, шкали та індикатори приборів, елементи приборів для переливання крові у медичній техніці. Гомополімер метилметакрилата (мол. маса 400-500 тис.) у вигляды бісеру використовують як оздоблювальний лак у шкіряный промисловості, сополімери метилметакрилату з акриловими мономерами у виготовленні лаків та емалей. Розвивається також застосування поліметилметакрилата у виготовленні оптичних полімерних волокон та оптичнихдисків для лазерних відеопрогравачів. Маси, які містять суміш бісерного поліметилметакрилату з метилметакрилатом та ін. компонентами, застосовують у стоматології поліметилметакрилатлегко оброблюється звичайними механічними методами, склеюється та зварюється.

Суспезійну полімерізаціюметилметакрилату проводять у водному середовищі у присутності стабілізатора суспензії ( сополімера метилметакрилата з метакриловою кислотою, полівінілового спирту, колоідного фосфата кальція) та регулятора молекулярної маси ( аліфатичних тіоспиртів). Отриманий поліметилметакрилат, названий «бісером», представляє собою прозорі шарики розмірами 0,1-1 мм. Суспензійний гранульований поліметилметакрилат (мол. масою 90-150 тис.) також називають формовочним поліметилметакрилатом (ударна вьязкість 18-20 кДж/м2); близький за властивостями блочному листовому поліметилметакрилату; у вьязкотекучій стан переходить за температури вище 160-180 С. Частіше синтезують сополімери метилметакрилату з 2-10% за масою акрилових мономерів ( метил-, етил-, бутилакрилат та ін.), які вводять для зниження вьязкості розплаву поліметилметакрилату. У зв'язку з проблемами екології у 80-х рр. Почалось витиснення суспензійного методу непрерирвної полімерізації метилметакрилата у масі. Зазвичай з нього виготовлютьгранули розмірами 3-5 мм.

Сополімерізацієй метилметакрилату з невеликою кількістю (2-4%) метил- чи бутилакрилату отримують гранульовані матеріали з покращеною переробкою.

Аніонною полімерізацією на металоорганічних каталізаторах отримують стереорегулярний поліметилметакрилат.

При нагріванні вище 120 С поліметилметакрилат розм'якшується, переходить у високо еластичний стан та легко формується:вище 200 С починається замітна деполімерізація полі метилметакрилату, яка з достатньо високою швидкістю протікає при температурах вище 300 С. Практично кількісно полі метилметакрилат може бути деполімерізован при 300-400 С у вакуумі (66,7-266,6 н/м , або 0,5-2 мм.рт.ст.). У промисловості деполяризацією відходів полі метилметакрилат отримують мономер.

Стереорегулярні полі метилметакрилату - кристалізуючи полімери з більш високою густиною та підвищеною стійкістю до дії розчинників, ніж атактичні полі метилметакрилати.

Деякі властивості стереорегулярних поліметилметакрилатів, отриманних у присутності літійорганічних каталізаторів

Полімер	Темп-ра склування, С	Темп-ра плавління, С	Густина при 30 С (для аморфізованого полімеру) г/см
Синдіотактичний	115	200	1,19
Ізотактичний	45	160	1,22
Стереоблокспівполімер	60-95	170	1,20-1,22

Ізотактичний полі метилметакрилат кристалізується легше синдіотактичного. Кристалічність додатково підвищують термообробкою або набуханням полімеру у ксилолі, диетиловом ефірі, метанолі або гептанові-4. Стерео-блоксополімери характеризуються низькою ступінню кристалічності; при термообробці або набуханні вони повністюаморфізуються. Хімічна поведінка різноманітних стереорегулярних модифікацій полі метилметакрилату також різне. Наприклад, швидкість лужного гідролізу знижується у ряді: ізотактичний>стерео блочний>синдіо тактичний.

У промисловості виготовляють аморфний атактичний поліметилметакрилат (тільки 80% мономерних ланок входить у полімернуланку в синдіотактичній послідовності) ; безбарвний та прозорий ; молекулярна маса від десятків тисяч до декількох млн. (для полімера, одержуваного блоковою полімерізацією при УФ опроміненні) ; густина 1,19 г/см3 ; nD 20= 1,492. Розчинюється у карбонових кислотах складних ефирах ( у тому числі у власному мономері) , кетонах, ароматичних углеводорода; стійкий у воді, розведених розчинах лугів та мінеральних кислот, аліфатичних углеводородах ; повністю гідролізується водним розчином лугів при температурі не нижче 200 С та концентрованої Н SO при 75 С. Володіє високою проникністю для променів видимого та УФ світла (світлопропускання при товщині 5 мм та длині хвилі 340 мкм складає 11%), високою атмосферостійкістю, гарними фізіко-механічними ( ударна вьязкість 18-20 кДж/м2) та електроізоляційними властивостями. При нагріванні вище 105-110 С поліметилметакрилат розмьякшується, переходить у високоеластичний стан та легко формується. При температурі 300-400 С у ввакуумі практично кількісно деполімеризується.

Відомі стереорегулярні поліметилметакрилати - кристалізуючі полімери, які обладають високою плотністю та високою стійкістю до дії розчинників, аніж атактичний поліметилметакрилат, у промисловості їх не виготовляють.

ПОЛІМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ являється продуктом полімерізаціїметилметакрилата. В макромолекулі поліметилметакрилату одна бокова метильна група СН зв'язана з атомом углерода основної ланки безпосередньо. Друга бокова метильна група СН зв'язана тим же углеродним атомом основної ланки через атом кисню у групі СОО, створюючи бокову групу СООСН .

Структурна формула елементарного звена поліметилметакрилату:

СН₂- C -СН₃

COOСН₃

В залежності від упорядкованності просторового розміщення бокових груп відносно молекулярного лацюга поліметилметакрилат може бути атактичним - бокові групи розміщені по обидві сторони ланцюга невпорядковано; синдиотактичним - бокові групи розташовані строго альтернативно: почергово то СН , то СООСН ; ізотактичним - усі однорідні бокові групи розташовані з одного і того ж боку.

У промисловості виготовляють аморфний атактичний поліметилметакрилат, в якому тільки 80% мономерних ланок входить у полімерний ланцюг в синдіотактичній послідовності.

Також полі метилметакрилат може бути одержаний етерифікацією метакрилової кислоти, дегідрогалогенуванням метилових ефірів альфа- або бета-оксиізомасляної кислоти, при дії метанола та фосфорного ангідрида на безводну альфа-оксиізомаслянукислоту у середовищі сухого хлороформу. У деяких європейських країнах метакрилат отримують у промисловості з альфа-оксиізобутиронітрилу (ацетонциангідрина) - продукт взаємодії ацетону та синильної кислоти.

Отриманний мономер відганяють з водяним паром, промивають та ректифікують. Вихід близько 90%. Основні домішки: вода, метанол, метакрилова кислота, метакриловий ефір альфа-оксиізомасляної кислоти. Процес проходить як періодично, так і непреривно.

У другому варіанті синтезу метилметакрилат з ацетонциангідрина при дегідратації замість метакриламіда отримують метакрилонітрил, при взаємодії якого з метанолом у присутності сірчаної кислоти образується метилметакрилат (подібно синтезу акрилатів з акрилонітрилу); вихід 83% по ацетону. Для промислового синтезу метилметакрилат можна використовувати також метакрилонітрил, отримує мий окислювальним амонолізом ізобутилена.

У США розроблен промисловий спосіб отримання метилметакрилату у дві стадії. Ізобутилен або суміш його з бутанами окислюють четирьохокисю азоту у рідкій фазі при 0-5 С до альфаоксиізомаслянної кислоти ( вихід 80-86% по ізобутилену.

При окисленні образуеться також деяка кількість ацетону та уксусної кислоти. Після обробки реакційної маси насиченим розчином моче вини або сульфамінофої кислоти ( для видалення слідів азотистих сполук) альфа-оксиізомасляну кислоту підвергають одночасно дегідратації ( Н SO ) та етерифікації ( метиловий спирт в дихлоретані) при температурі не вище 50 С.

У Японії та ряді інших держав розроблюється процес отримання метилметакрилату шляхом окислення ізобутилену у газовій фазі киснем повітря на твердому каталізаторі.

Виготовлений продукт повинен мати основного продукту 99,8-99,9%. Допустимий вміст домішок: вода 0,05%, метакрилової кислоти 0,005% та інших ( ацетону, метанолу метилметакрилату, метил-альфа-оксиізобутирата) не більше 0,15%. Ступінь чистоти метилметакрилату визначають газовою хроматографією, хімічними методами-вміст води (за методом Фішера), кислоти (нейтралізацією), перекисних сполук (йодометричним методом) та наявність подвійного зв'язку (каталітичним гидруванням або бромуванням бромід-броматною сумішшю)[4].

Для запобігання полімеризації у процесі синтезу та при зберігання метилметакрилат інгибірують, частіше всього гідрохіноном (0,01-0,05% за масою) чи його монометиловим ефіром. Вміст у метилметакрилаті інгібітору визначають методом колориметрії чи полярографії. Мономер перед полімеризацією звичайно звільняють від інгібітора промивкою спочатку 2-5%-м лужним розчином ( у випадку гідрохінона), а потім водою з послідовним висушуванням або ректифікацією. Для відтворюваності результатів по полімеризації необхідне ретельне очищення мономера; яке не містить домішок метілметакрілат у відсутності повітря і дії світла досить стійкий.

Властивості: Поліметилметакрилат - жорсткий аморфний матеріал, що володіє високою прозорістю, атмосферостійкістю, хорошими физико-механическими і електроізоляційними властивостями (але непридатний унаслідок своєї полярності для використання при високих частотах). Він має високу морозостійкість (до -60 °С) і порівняно високу теплостійкість. Поліметилметакрилат добре розчиняється в карбонових кислотах, складних ефірах, у тому числі у власному мономері, кетоні, хлорованих і ароматичних вуглеводнях. Погано розчиняється в аліфатичних вуглеводнях і нижчих спиртах. За нормальних умов поліметилметакрилат стійок до кислот, лугів, дії світла і кисню, масло- і водостійкий. При нагріванні вище 105-110 °С поліметилметакрилат розм'якшується, переходить у високоеластичний достаток і легко формується. Добре поєднується з більшістю пластифікаторів. Поліметилметакрилат є нетоксичним матеріалом, при зберіганні при нормальній температурі жодних шкідливих продуктів в концентраціях, небезпечних для організму людини не виділяє. Не є вибухонебезпечним продуктом, але легкогорючий.

Основний експлуатаційний недолік поліметилметакрилату - поверхневе розтріскування під дією механічної напруги у присутності кисню. На початкових стадіях цього процесу воно виявляється як помутніння («синява») матеріалу, потім відбувається зростання тріщин аж до руйнування виробу. Основними способами боротьби з мікрорастреськиванісм («срібленням») є пластифікація і орієнтаційний витяг поліметилметакрилату. При цьому покращується і комплекс прочностних характеристик.

Вживання оргстекла в оформленні інтер'єру

Органічне скло знайшло широке вживання у виробництві виробів різного типа для оформлення і поліпшення організації робочого місця, створення дизайну інтер'єру офісу. Такі властивості скла, як прозорість, формованість і можливість склеювання зробили даний пластик незамінним при виробництві предметів дизайну інтер'єру: акваріумів нестандартних форм - поєднаних з фонтаном, у вигляді колон, куль, столиків, стільців; декоративних фонтанів, аквапанелей.

Вживання оргстекла в хімічній промисловості і медицині

Виготовлення дисплеїв різних форм. Різного роду захисні обгороджування, захисні пристосування (кожухи) для переробляючих верстатів і устаткування. Санітарне і лабораторне устаткування - підставки, корпуси фільтрів, рентгенівське устаткування і ін.).

Як вже відмічено, літаки і вертольоти, що відносяться до попереднього покоління, склять одношаровими або багатошаровими (композитними) матеріалами на основі органічних і силікатних стекол.

Вироби з оргстекла отримують вакуумним формуванням, пневмоформованієм і штампуванням. Використовується також метод холодного формування. Багато сфер застосування цих полімерів перетинаються з склом, але оргстекло значно простіше обробляється і формується, а також володіє меншою вагою. Це визначає його перевагу для виготовлення різних деталей інтер'єру, покажчиків, рекламної продукції і акваріумів. Зазвичай для зв'язку використовується трудомістке оптичне скло. У цьому волокні серцевина робиться з кварцево-германатного скла. Хоча матеріал скляних волокон дешевше пластикових, їх собівартість вище із-за спеціальної обробки і технології виробів. У окремих, менш відповідальних випадках широке вживання для зв'язку має пластикове волокно.

З незвичайних сфер застосування оргстекла слід зазначити:

· Виготовлення клея-розчинника для самого себе шляхом отримання мономера (метілметакрілата) перегонкою;

· У сантехніці (акрилові ванни), в торгівельному устаткуванні.

ПММА знайшов широке вживання в офтальмології: з нього робляться жорсткі інтраокулярниє лінзи (ІОЛ), яких в даний час імплантується в світі до декількох мільйонів штук в рік.

Оранічеськие скла як біоматеріали саме із-за таких якостей як пластичність дозволили замінити стекла неорганічні. (Наприклад, контактні лінзи ). Робота учених протягом більш ніж 20 років привела до створення в кінці 90-х років силікон-гидрогельових лінз, які завдяки поєднанню гідрофільних властивостей і високої кислородопроніцаємості можуть безперервно використовуватися протягом 30 днів цілодобово. Проте це не стекла, але оптичний матеріал зі своїми характеристиками

Основні сфери застосування поліметилметакрилату визначаються його головною якістю - високою прозорістю. Поліметилметакрилат використовується в світлотехніці, медицині, авіа- і машинобудуванні.
Листовий поліметилметакрилат застосовується для виготовлення світильників, атрибутів реклами, дорожніх знаків, боксів для CD-дисков, прозорих корпусних деталей промислового устаткування, побутової техніки і оргтехніки.

Гранульований поліметилметакрилат переробляють екструзією в профільовані вироби і труби, а литвом під тиском - в лінзи призми, окуляри і інші елементи оптики. Також з поліметилметакрилату ллють рассєївателі фар, ліхтарів, інших освітлювальних приладів, шкали і індикатори для всілякого устаткування, прозоре канцелярське приладдя, елементи приладів для переливання крові в медичній техніці і елементи резонаторів в лазерній техніці.

Оптичні диски для лазерних відеопрогравачів також виготовляються з поліметилметакрилату.

У вигляді «бісеру» поліметилметакрилат використовують як обробний лак в шкіряній промисловості, а сополімери метілметакрілата з акриловими мономерами - у виробництві лаків і емалей.

Маси, що містять суміш бісерного поліметилметакрилату з метилметакрилатом і іншими компонентами, застосовують в стоматології.

На особливу увагу поліметилметакрилат заслуговує як матеріал для светопроводящего каналу полімерних оптичних волокон.

Багато виробів з поліметилметакрилату виготовляють пневмо- або вакуум-формованієм у високоеластичному достатку, а також зваркою і склеюванням.

Співполімери метілметакрілата з метіл- або бутілакрілатом добре переробляються звичайними методами переробки термопластов.

Переробка відходів поліметилметакрилату утруднена.

Найбільше застосування знайшли полімери метил-, етил- та бутилметакрилатів та сополімери їх з метакриловою кислотою, а також друг з другом у виготовленні безосколкового скла, які використовуються у авіаційній, автомобільній промисловості та ін. областях техніки та побуту. Полімери та співполімери метилметакрилату широко застосовують у медицині для виготовлення протезів (хірургія, стоматологія) та контактних лінз для очей (на основі гідрофільних полі метилметакрилатів). Полімери н-бутил і ізо-бутилметакрилатів і їх співполімери використовують для виготовлення клею та лаків, а також як зв'язуюче при виготовленні слоїстих пластиків. Емульсії полібутилметакрилату використовують для аппретирування у текстильному та кожевенному виробництві. Метилметакрилат вищіх жирних спиртів використовують як співмономери для «внутрішньої» пластифікації жорстких пластиків, наприклад, полівініліденхлорида. Циклогексилметакрилат, усадка якого при полімеризації у 2 рази менше, ніж метилметакрилату, застосовують у приладобудуванні для виготовленні лінз. На основі полібензилметакрилату виготовляють моделі складних конструкцій і деталей машин для вивчення розподілу і математичної оцінки внутрішніх напруг методом фото пружність.

Промислове виробництво пластмас на основі метилметакрилату у Німеччині та США наприкінці 20-х років нашого століття.

Список літератури

1. http://wikipedia.org. ru

2. http://www.chemfacts.ru

3. Марек О., Томка М., Акриловые полимеры, пер. с чеш., М.-Л., 1966;

4. Ніколаєв А. Ф., Синтетичні полімери та пластичні маси на їх основі, 2 вид., М.-Л., 1966; Хувінк Р., Ставерман А. [сост.], Хімія та технологія полімерів, пер. З нім., т. 2, М.-Л., 1965

5. Дебський В., Полі метилметакрилат, пер. з польск., М., 1972; Енциклопедія полімерів, т. 2, М., 1974, с. 203-209, 504-510;

6. http://www.polymerbranch.com/literature/view/306.html

7. Справочник юного химика (Н.Б. Казеннова, изд. 1997г.);

8. Учебник по химии 11 класс (Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, изд.2001г.).

9. Энциклопедия полимеров, т. 2, М., 1974, с. 504-10; Гудимов М. М., Перов Б. В., Органическое стекло, М., 1981; Органические стекла и метакрилат-ные формовочные полимеры. Каталог, Черкассы, 1987. Е. Г. Сентюрин

10. Берднікова М. П., Кісин Ю.В., Чирков Н. М., Високомол. спол., 5, № 1, 63 (1963);

11. Гетьманчук Ю. П. Полімерна хімія: Підручник.- К.: Київський університет, 1999.

12. Братичак М.М., Сік орський Р.-Т. Основи синтезу і реакційної здатності високомолекулярних сполук: Навч. Посібник.-Львів: «Львівська політехніка», 2003.

13. Технологія пластичних мас/ Під ред. В. В. Коршака. - М.: Хімія, 1977.

14. Братичак М. М. Енциклопедія полімерів. Т. 1-3. - М.: Радянська енциклопедія. 1977.

Размещено на Allbest.ru

...