Polymethylmethakrylát

Rozbalit box

Obsah boxu

Polymethylmethakrylát (běžně zkracováno jako PMMA) je transparentní termoplast, který je široce známý pod obchodními názvy jako Plexisklo, Akrylátové sklo, Perspex nebo Lucite. Jedná se o syntetický polymer methylmethakrylátu. Díky svým vlastnostem, jako je vysoká průhlednost, nízká hmotnost a dobrá odolnost proti povětrnostním vlivům, je často používán jako lehká a nerozbitná náhrada skla.

PMMA je jedním z nejstarších a komerčně nejúspěšnějších plastů. Jeho kombinace optické čistoty, pevnosti a snadné zpracovatelnosti mu zajišťuje široké uplatnění v mnoha odvětvích, od stavebnictví a automobilového průmyslu až po lékařství a výrobu spotřebního zboží.

📜 Historie

Historie PMMA sahá do počátku 20. století, kdy chemici zkoumali polymeraci akrylových derivátů.

🔬 Objev a vývoj

První syntéza kyseliny akrylové proběhla již v roce 1843. Její ester, methylmethakrylát (MMA), byl poprvé připraven v roce 1877 německými chemiky Fittigem a Paulim. Pokusy o polymeraci tohoto monomeru však zpočátku vedly pouze k vytvoření tvrdé, sklovité hmoty, jejíž potenciál nebyl okamžitě rozpoznán.

Průlom přišel ve 20. a 30. letech 20. století. Nezávisle na sobě objevili proces polymerace MMA, který vedl k vytvoření použitelného materiálu, britští chemici Rowland Hill a John Crawford z Imperial Chemical Industries (ICI) a německý chemik Otto Röhm ze společnosti Röhm and Haas AG.

🏭 Komerční výroba

Společnost Röhm and Haas uvedla svůj produkt na trh v roce 1933 pod obchodním názvem Plexiglas. Téměř současně, v roce 1934, začala britská ICI vyrábět PMMA pod názvem Perspex. V USA pak společnost DuPont představila v roce 1936 svůj produkt Lucite.

✈️ Využití za druhé světové války

Druhá světová válka dramaticky zvýšila poptávku po PMMA. Díky své nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a optické čirosti se stal klíčovým materiálem pro výrobu krytů kokpitů stíhacích letounů (např. Supermarine Spitfire a Hawker Hurricane), věží bombardérů a periskopů ponorek. Byl výrazně bezpečnější než sklo, protože se při poškození netříštil na ostré střepy. Tato aplikace prokázala jeho spolehlivost a odolnost v extrémních podmínkách a otevřela cestu pro jeho poválečné civilní využití.

🧪 Vlastnosti

PMMA se vyznačuje unikátní kombinací optických, mechanických a chemických vlastností, které ho předurčují k širokému spektru aplikací.

💡 Optické vlastnosti

• Vysoká transparentnost: PMMA propouští až 92 % viditelného světla, což je více než běžné sklo. Má vynikající optickou čirost a nízký zákal.
• Odolnost proti UV záření: Na rozdíl od mnoha jiných plastů je PMMA přirozeně odolný vůči UV záření a vlivem slunečního svitu nežloutne ani nekřehne. Některé typy PMMA mohou UV záření propouštět, jiné jsou vyráběny s přidanými UV filtry.
• Index lomu: S indexem lomu přibližně 1,49 je PMMA vhodný pro výrobu čoček a jiných optických prvků.
• Světlovodivost: PMMA má vynikající schopnost vést světlo, čehož se využívá například v světlovodech pro podsvícení LCD displejů.

⚙️ Mechanické vlastnosti

• Pevnost a tuhost: PMMA je tuhý a pevný materiál s dobrou odolností proti poškrábání (lepší než u polykarbonátu, ale horší než u skla).
• Rázová houževnatost: Je výrazně odolnější proti nárazu než sklo (asi 10-20krát), ale méně než polykarbonát. Při přetížení se láme, ale nevytváří tak ostré střepy jako sklo.
• Nízká hmotnost: Jeho hustota je přibližně 1,18 g/cm³, což je méně než polovina hustoty skla. To usnadňuje manipulaci a instalaci.
• Odolnost proti otěru: Povrch PMMA je relativně tvrdý, což mu dává dobrou odolnost proti oděru ve srovnání s jinými transparentními plasty.

🔥 Tepelné a chemické vlastnosti

• Teplotní odolnost: PMMA má teplotu skelného přechodu kolem 105 °C. Jeho trvalá provozní teplota je nižší, obvykle do 80-90 °C.
• Hořlavost: Je to hořlavý materiál, který při hoření taje a hoří jasným plamenem bez kouře, přičemž se rozkládá na své monomery.
• Chemická odolnost: Je odolný vůči zředěným kyselinám a zásadám, alkoholům, tukům a olejům. Naopak je citlivý na organická rozpouštědla, jako jsou estery, ketony, aromatické uhlovodíky (např. benzen, toluen) a chlorované uhlovodíky. Kontakt s těmito látkami může způsobit bobtnání, měknutí nebo popraskání materiálu.

🏭 Výroba a zpracování

Výroba PMMA začíná syntézou monomeru methylmethakrylátu (MMA), který se následně polymeruje.

⚗️ Syntéza monomeru

Monomer MMA se nejčastěji vyrábí procesem, který začíná reakcí acetonu a kyanovodíku za vzniku acetonkyanhydrinu. Ten následně reaguje s kyselinou sírovou a methanolem, čímž vzniká methylmethakrylát.

⛓️ Polymerace

PMMA se vyrábí radikálovou polymerací monomeru MMA. Tento proces může probíhat několika způsoby:

• Bloková polymerace (lití): Monomer s iniciátorem se nalije do formy (např. mezi dvě skleněné desky) a polymeruje se v peci. Tímto způsobem vznikají vysoce kvalitní lité desky s vynikajícími optickými vlastnostmi a nízkým vnitřním pnutím.
• Suspenzní polymerace: Monomer je dispergován ve vodě a polymeruje za vzniku malých kuliček (granulátu), které jsou následně zpracovávány dalšími technikami.
• Extruze (vytlačování): Roztavený granulát PMMA je protlačován tryskou za vzniku desek, tyčí, trubek nebo profilů. Extrudované desky jsou levnější než lité, ale mohou mít vyšší vnitřní pnutí.

🛠️ Zpracování

PMMA je snadno zpracovatelný materiál:

• Tepelné tvarování: Desky PMMA lze po zahřátí na teplotu nad bodem skelného přechodu snadno ohýbat, tvarovat a lisovat do složitých tvarů.
• Obrábění: Lze jej řezat, vrtat, frézovat, soustružit a brousit podobně jako dřevo nebo měkké kovy. Pro dosažení hladkého povrchu se často používá leštění plamenem nebo diamantové leštění.
• Lepení: Díly z PMMA se nejčastěji spojují pomocí rozpouštědlových lepidel, která povrch naleptají a po odpaření rozpouštědla vytvoří pevný, transparentní spoj.
• Laserové řezání a gravírování: PMMA je ideální materiál pro zpracování laserem, který umožňuje vytvářet přesné řezy a detailní gravírování.

🌐 Využití

Díky svým vlastnostem nachází PMMA uplatnění v široké škále oborů.

• Stavebnictví a architektura: Zasklívání (okna, světlíky, zimní zahrady), protihlukové stěny, stříšky, balustrády, velkoplošná akvária a podmořské tunely.
• Automobilový průmysl: Kryty zadních světel a směrovek, přístrojové desky, interiérové prvky a v poslední době i jako materiál pro panoramatické střechy.
• Reklama a design: Světelné nápisy, reklamní poutače, výstavní stojany, designový nábytek (židle, stoly), dekorativní předměty.
• Elektronika: Světlovody pro podsvícení LCD a LED displejů (televizory, monitory, mobilní telefony), kryty displejů, optické senzory.
• Lékařství: Nitrooční čočky (jako náhrada lidské čočky při operaci šedého zákalu), zubní protézy a výplně, kyvety pro laboratorní analýzy, inkubátory, součásti lékařských přístrojů.
• Optika: Čočky pro brýle, lupy, světlovody, jednoduché optické přístroje.
• Bezpečnostní aplikace: Ochranné štíty pro policii, ochranné kryty strojů, bezpečnostní zasklení.
• Spotřební zboží: Kuchyňské nádobí, rámečky na fotografie, akvária pro domácí chov, kancelářské potřeby.

🧑‍🏫 Pro laiky (Zjednodušené vysvětlení)

Představte si materiál, který je průhledný a čirý jako nejkvalitnější sklo, ale je přitom dvakrát lehčí a mnohem odolnější proti rozbití. Když se přece jen rozbije, nevytvoří nebezpečné ostré střepy. To je ve zkratce plexisklo, neboli polymethylmethakrylát.

Můžeme si ho představit jako "super-plast", který kombinuje to nejlepší ze světa skla (průhlednost) a plastu (nízká hmotnost, odolnost). Navíc na slunci nežloutne a odolává dešti i mrazu, takže je skvělý pro venkovní použití. Díky těmto vlastnostem ho najdeme všude kolem nás – od krytů zadních světel na autech, přes reklamní nápisy, až po obří stěny v mořských akváriích, které musí vydržet obrovský tlak vody. Je to zkrátka všestranný a bezpečný materiál, který v mnoha případech úspěšně nahrazuje tradiční sklo.

♻️ Recyklace a ekologické aspekty

PMMA je termoplast, což znamená, že je plně recyklovatelný. Existují dva hlavní způsoby recyklace:

1. Chemická recyklace (depolymerace): Toto je nejefektivnější metoda. Odpadní PMMA se zahřívá za nepřístupu vzduchu (pyrolýza) na vysokou teplotu (kolem 400-500 °C). Tím se polymer rozloží zpět na svůj původní stavební kámen – monomer methylmethakrylát (MMA). Tento regenerovaný monomer lze následně přečistit a znovu použít k výrobě nového, plnohodnotného PMMA bez ztráty kvality. Účinnost tohoto procesu může dosahovat až 90 %. 2. Mechanická recyklace: Odpadní materiál se rozdrtí, přetaví a znovu vytvaruje do nových výrobků. Tento proces je energeticky méně náročný, ale může vést ke snížení kvality materiálu (např. zhoršení optických vlastností) kvůli přítomnosti nečistot.

Přestože je PMMA recyklovatelný, jeho výroba je, stejně jako u většiny plastů, závislá na ropě a zemním plynu, což jsou neobnovitelné zdroje. Výzkum se zaměřuje i na výrobu MMA z biologických zdrojů (tzv. bio-PMMA), což by snížilo jeho ekologickou stopu.

Šablona:Aktualizováno