Ticari olarak bilinen polimetil metakrilat (PMMA)akrilik, yirminci yüzyılın en önemli sentetik polimer gelişmelerinden birini temsil etmektedir. İlk olarak 1928'de sentezlenen ve 1933'te Plexiglas markası altında Röhm & Haas AG tarafından ticari olarak tanıtılan bu şeffaf termoplastik, imalat, inşaat, tıbbi cihazlar ve optik mühendislik alanlarındaki malzeme özelliklerini temelden değiştirdi. Bileşik %92 ışık geçirgenliği elde eder-aslında standart silikat camı aşan bir rakam-ve aynı zamanda ağırlığın yaklaşık yarısını korur ve cam muadillerine göre kabaca on yedi kat daha fazla darbe direnci gösterir.
Akrilikin ne olduğunu anlamak moleküler mimarisinin incelenmesini gerektirir. Malzeme, polimerizasyon işlemleri yoluyla metil metakrilat monomerlerinden türetilir ve karakteristik şeffaflık ve mühendislerin değer verdiği mekanik özellikleri sağlayan genişletilmiş PMMA zincirleri oluşturur. IUPAC isimlendirmesine göre kimyasal adın kendisi-poli(metil 2-metilpropenoat) bu polimerik yapıyı yansıtmaktadır. Sektör profesyonelleri bu malzemeyle sıklıkla çeşitli ticari isimler altında karşılaşırlar: Lucite, Perspex, Acrylite, Plexiglas. Aynı kimya, farklı markalama.
Moleküler Yapı ve Sentez Yolları
MMA üretimi tipik olarak Aseton Siyanohidrin sürecini takip eder-asetonun hidrojen siyanür ile birleştirilmesiyle aseton siyanohidrin elde edilir ve bu daha sonra metakrilamid sülfat üretmek üzere sülfürik asitle reaksiyona girer. Daha ileri işlemler metil metakrilat monomerini üretir. Daha yeni üretim yaklaşımları, PMMA üretimini tarihsel olarak karakterize eden petrokimyasal yoğunluğunu azaltan izobütilen veya etilen hammaddelerini kullanır.
Polimerizasyon mekanizmasının kendisi akriliğin özelliklerini anlamak için öğreticidir. Serbest-radikal polimerizasyon, peroksit katalizörleri zincir yayılmasını tetikleyen reaktif türler ürettiğinde başlar. Bu ekzotermik reaksiyon sırasındaki sıcaklık kontrolü nihai optik berraklığı belirler-süreci hızlandırmak kabarcıklara, iç gerilimlere ve bulanıklığa neden olur. Dökme akrilik üreticileri bu dersi ilk üretim çalışmaları sırasında defalarca öğrendiler.
Döküm ve Ekstrüzyon: Üretim Bölünmesi
Spesifikasyonların önemli olduğu yer burasıdır. Hücresel döküm akrilik, temperli cam plakalar arasına MMA şurubunun dökülmesini, kalıbın esnek contalarla kapatılmasını ve ardından düzeneğin kontrollü su banyolarında veya fırınlarda 40-80 derece arasındaki sıcaklıklarda sertleştirilmesini içerir. Kademeli polimerizasyon, üstün moleküler ağırlık dağılımına ve birinci sınıf fiyatlandırmayı gerektiren optik özelliklere sahip tabakalar üretir.
Ekstrüde akrilik daha ucuza çalışır. Pelet haline getirilmiş PMMA, ısıtılmış fıçılara beslenir, eriyik hale gelinceye kadar yumuşar, ardından kalıplardan geçerek son kalınlığı belirleyen kalender silindirlere doğru zorlanır. Sürekli üretim ekonomisi, yüksek-hacimli uygulamaları destekler, ancak mekanik özellikler döküm malzemeden ölçülebilir derecede farklılık gösterir. Ekstrüzyon işlemi yönsel gerilimler doğurur-imalatçılar, frezeleme veya lazer kesim, ekstrüzyon yönüne göre kesim yönüne bağlı olarak farklı kenar nitelikleri ürettiğinde bunu fark ederler.
Çekme mukavemeti hikayenin bir kısmını anlatır. Dökme akrilik, biraz daha az ekstrüzyonla yaklaşık 10.000 psi'ye ulaşır. Kimyasal direnç, döküm malzemesi-çözücüler, temizlik maddeleri ve yapıştırıcıların tümü üretim yöntemine bağlı olarak farklı şekilde etkileşime girer. Aydınlatmalı ekranlar için alt tabakayı seçen tabela imalatçıları genellikle bütçe izin verdiğinde dökümü belirler. Daha temiz freze kesimleri, üretim sırasında azaltılmış termal hassasiyet ve üstün optik netlik, nihai görünümün önemli olduğu projelerde maliyet artışını haklı çıkarır.
Ancak ekstrüzyonun yeri vardır. Termoform uygulamaları genellikle vakumlu şekillendirme işlemlerini basitleştiren dökümün daha yüksek eşiğine karşı-yaklaşık 195 derece F civarındaki daha düşük yumuşama sıcaklığını- tercih eder. Temel teşhir uygulamaları için levha stoku sipariş eden çerçeve mağazaları nadiren döküm-kaliteli malzemeye ihtiyaç duyar.
Optik ve Mekanik Özellikler
Bu %92'lik ışık geçirgenliği rakamı vurguyu hak ediyor. Standart düz camlar yaklaşık %90'ı iletirken bazı özel optik camlar %91'e ulaşır. Akrilik, uygun şekilde cilalandığında esasen ortadan kaybolur-akvaryum tasarımcıları ve müze sergi imalatçıları bu durumdan yoğun şekilde yararlanır. Malzemenin kırılma indeksi (1,49), camın getirdiği ağırlığa gerek kalmadan genel optik gerekliliklerle yakından eşleşir.
Yoğunluk 1,17-1,20 g/cm³ düzeyinde olup, tipik olarak 2,2-2,5 g/cm³ arasında değişen cam bileşimlerinin kabaca yarısı kadardır. Bu ağırlık avantajı büyük kurulumlarda birleşir. Atrium çatısı için akrilik cam tercih eden bir mimar, cam alternatiflerine kıyasla yapısal yükleme hesaplamalarını temelden değiştiriyor.
Darbe performansı dikkatli bir spesifikasyona ihtiyaç duyar. PMMA kabaca 10-17 kat cam darbe direnci gösterir, ancak malzeme sonunda yeterli gerilim altında kırılır ve tavlanmış camın tehlikeli kırık parçaları yerine nispeten donuk kenarlı parçalara ayrılır. Bu davranış modeli, İkinci Dünya Savaşı sırasında uçak kanopilerinde erken benimsenmeye yol açtı. Parçalanan akrilik nedeniyle yaralanan pilotlar, geleneksel cam bileşenler nedeniyle yaralanan pilotlardan önemli ölçüde daha iyi iyileşti.
Ayrışma Davranışı
Dış mekan dayanıklılığı, akriliği rakip şeffaf plastiklerden ayırır. Düzgün formüle edilmiş PMMA sınıfları, polikarbonat kurulumları rahatsız eden sararma olmadan, uzun süreli UV'ye maruz kalma yoluyla optik berraklığı korur. Endüstri çalışmaları, on-yıllık dış mekan maruziyet- performansında %3'ün altındaki bozulma oranlarını belgeliyor; bu da malzemenin tabela, sera camlama ve uzun ömürlülüğün ilk malzeme yatırımını haklı çıkardığı mimari uygulamalardaki hakimiyetini açıklıyor.
Malzemeyle Çalışmak
İmalatçılar akriliğin göreceli işlenebilirliğini takdir ediyor. Standart ahşap işleme ekipmanları çoğu işlemi gerçekleştirir; masa testereleri, yönlendiriciler, matkap presleri, hepsi uygun aletler ve ilerleme hızlarıyla etkili bir şekilde çalışır. Özel akrilik freze uçları ve matkap noktaları kenar kırılmasını en aza indirir. Daha yavaş beslemeler, kesilen yüzeyleri eritip yeniden {-kaynaklayabilen sürtünme ısısını azaltır.
Lazer kesim akrilik imalat ekonomisini dönüştürdü. Malzeme CO2 lazer enerjisi altında temiz bir şekilde kesilerek doğrudan kesme işleminden itibaren parlak kenarlar elde edilir. Dökme akrilik, işçilik maliyetinin çok altında bir maliyetle, elle bitirme işlemine rakip-alevle{-parlatılmış görünüme özellikle iyi yanıt verir. Lazer teknolojisinden yararlanan tabela üreticileri, tüm iş modellerini bu kapasiteye kaydırdı.
Solvent bağlama tercih edilen birleştirme yöntemi olmaya devam etmektedir. Metilen klorür-bazlı yapıştırıcılar birleşme yüzeylerini yumuşatarak ana malzemeden potansiyel olarak daha güçlü bağlantılar oluşturan polimer zincirinin birbirine yayılmasını sağlar. Teknik, hassas uyum gerektirir-up-boşluklar, inşaat yapıştırıcısı uygulamaları gibi doldurulmaz. Düzgün bir şekilde uygulanan solvent kaynakları neredeyse görünmez hale gelir; bu, bağlantı elemanı görünürlüğünün estetik amaçtan ödün verdiği vitrin üretimi için önemli bir avantajdır.
Termoforming ek tasarım olanakları açar. Isıtılmış akrilik levhalar, düz-hazır üretim yoluyla elde edilmesi imkansız olan karmaşık üç-boyutlu geometrileri varsayarak, vakum veya basınç altında kalıpların üzerine örtülür. Küvet üreticileri, uçak iç tasarımcıları ve-satın alma-noktası sergi üreticilerinin tümü bu şekillendirme yeteneğinden yararlanıyor.
Polikarbonat Sorusu
Şartname hazırlayanlar sürekli olarak akrilik mi yoksa polikarbonat seçimi mi tartışıyorlar. Karşılaştırma basit değil.
Polikarbonat darbe direncinde-önemli ölçüde üstün geliyor. Akrilik cam mukavemetinin 10-17 katına ulaşırken, polikarbonat yaklaşık 250 katına ulaşıyor. Kurşun geçirmez camlar, isyan kalkanları, koruyucu ekipman spesifikasyonlarının tümü bu nedenle polikarbonatı tercih ediyor. Malzeme kırılmak yerine bükülür ve darbe enerjisini kırılma yerine deformasyon yoluyla emer.
Çizilmeye karşı dayanıklı ve UV dayanımına sahip akrilik tezgahlar. Polikarbonat kolayca çizilir-darbe emilimini sağlayan yüzey yumuşaklığı aşınma direncinden ödün verir. Dış mekan polikarbonat kurulumları, güneşe maruz kaldıktan birkaç yıl sonra ortaya çıkan sararma bozulmasını önlemek için UV-koruyucu kaplamalar gerektirir. Akrilik, doğası gereği her iki zorluğun da üstesinden gelir.
Maliyet akrilikten yanadır. Polikarbonat tipik olarak benzer akrilik kalitelere göre %35 daha üstündür. Optik berraklığın ve hava koşullarına dayanıklılığın aşırı darbe gereksinimlerinden daha ağır bastığı uygulamalar için ekonomik argüman akrilik spesifikasyonunu destekler.
Işık geçirgenliği: %92 oranında akrilik, %88 oranında polikarbonat. Zorlu optik uygulamalarda incelenene kadar fark marjinal görünüyor. Yüksek teknolojili barkod okuyucularda ve optik cihazlarda-yaygın olan-dairesel polarize ışık sistemleri-döküm akriliğin amorf yapısını gerektirir. Ekstrüzyona tabi tutulan malzemeler, optik sinyal kalitesini kabul edilemez derecede bozan çift kırılmaya neden olur.
Akrilik Nerede Çalışıyor?
Uygulama aralığı dikkate değer bir çeşitliliğe sahiptir. Otomotiv aydınlatması önemli hacimli-far lenslerini, arka lamba kapaklarını, gösterge paneli bileşenlerini temsil eder; bunların tümü genellikle optik performans ve darbe gereksinimleri için optimize edilmiş PMMA sınıflarını belirtir. Malzeme onlarca yıl önce bu uygulamalarda camın yerini aldı.
İnşaat ve mimari büyük ölçüde akrilik camlara dayanmaktadır. Tavan pencereleri, pencereler, ses bariyerleri, dekoratif paneller-hafiflik, darbe dayanımı ve tasarım esnekliğinin birleşimi, cam sınırlamalarının olanakları kısıtladığı uygulamalara uygundur. Müze vitrinlerinde, değerli eserleri korumak ve aynı zamanda ziyaretçilerin ilgisini çeken görsel şeffaflığı korumak için genellikle akrilik kullanılır.
Tıbbi uygulamalar PMMA'nın biyouyumluluğundan yararlanır. Göz içi lensler katarakt hastalarının görüşünü yeniden sağlar. Diş protezleri-protez kaideleri, yapay dişler-büyük ölçüde akrilik kimyasına dayanır. Malzemenin mekanik özellikler, işlenebilirlik ve biyolojik tolerans kombinasyonunun alternatiflerle kopyalanmasının zor olduğu kanıtlanmıştır.
Akvaryum inşaatı akriliğin optik ve yapısal potansiyelini sergiliyor. Büyük kurulumlarda-deniz ortamlarını gösteren halka açık akvaryumlar-, ziyaretçilerin beklediği netliği korurken önemli ölçüde hidrostatik basınca dayanabilen kalın akrilik paneller kullanır. Monterey Körfezi Akvaryumu'nun ana görüntüleme penceresi bu uygulamaya örnek teşkil ederek, uygun şekilde tasarlanmış akrilik sistemlerin neler başardığını göstermektedir.
Elektronik üretiminde ekranlar, koruyucu kapaklar ve optik bileşenlerde PMMA kullanılır. Tabela endüstrisi-ışıklı ekranlar, kanal mektupları,-satın alma-noktası armatürleri-yılda önemli miktarda akrilik hacmi tüketir. Sanatçılar bu aracı onlarca yıl önce keşfettiler; akrilik boyanın kendisi su-bazlı emülsiyon içinde süspanse edilmiş PMMA içerir.
Malzemenin Arkasındaki Hikaye
Otto Röhm'ün akrilik asit polimerizasyonu üzerine 1901 tarihli doktora tezi, otuz yıl sonra meyve veren tohumları ekti. Alman kimyager, 1920'lerin sonlarında akrilik bileşiklere dönmeden önce ilk olarak diğer uygulamaları (-enzimatik deri işleme, deterjan kimyası-) takip etti. Röhm'ün ekibi, ortak çalışan Otto Haas ile birlikte çalışarak ilk olarak akrilik ara katmanlar içeren lamine emniyet camı Luglas'ı geliştirdi.
Bu atılım kısmen tesadüfen gerçekleşti. Güneş ışığı alan bir pencerenin yanında saklanan bir metil metakrilat monomer örneği kendiliğinden polimerleşerek kabını tahrip etti ancak olağanüstü optik özelliklere sahip sert, şeffaf bir katı ortaya çıkardı. Bunu kontrollü deneyler izledi. 1933 yılında Röhm, Plexiglas ticari markasını tescil ettirdi. Malzeme 1937 Paris Dünya Fuarı'nda Büyük Ödül ödülünü kazandı.
Imperial Chemical Industries'deki kimyagerlerin aynı malzemeyi keşfettiği ve onu Perspex olarak pazarladığı Britanya'da paralel bir gelişme yaşandı. Amerikalı kimyager William Conn bağımsız çalışmalara katkıda bulundu. Eş zamanlı keşiflerin çokluğu, PMMA'nın ortaya çıkışının tekil yaratıcı dehadan ziyade polimer kimyasındaki daha geniş ilerlemeleri yansıttığını gösteriyor- ancak Röhm, ticari gelişimi açısından önemli bir övgüyü hak ediyor.
İkinci Dünya Savaşı benimsenmeyi önemli ölçüde hızlandırdı. Hem Müttefik hem de Mihver kuvvetleri, uçakların ön camları,-ön camları, kanopileri ve top taret muhafazaları için akrilik tercih etti. Denizaltı periskopları malzemeyi içeriyordu. Düşmanlıklar sona erdikten sonra da uzun süre devam eden, camla güçlendirilmiş askeri spesifikasyonlara göre kanıtlanmış güvenlik avantajları. Savaş zamanı üretim kapasitesine sahip imalatçılar barış zamanı pazarlarını ararken, sivil uygulamalar da savaş sonrasında hızla devam etti.
Sınırlamaların Dürüst Olarak Değerlendirilmesi
Hiçbir malzeme tüm uygulamalara uygun değildir. Akrilik cama göre daha kolay çizilir-polimer yüzeyi mineral silikatların elde ettiği sertlikten yoksundur. Çizilmeye- dayanıklı kaplamalar bu sınırlamayı kısmen giderir, ancak kaplanmış yüzeyler sonunda aşındırıcı koşullar altında aşınır. Trafiği yoğun- olan sergileri sergileyen müzeler, ağırlık cezalarına rağmen genellikle bu nedenle camı tercih ediyor.
Termal genleşme camı önemli ölçüde aşar. Tasarımcılar, panel burkulmasını veya çerçeve gerilimini önlemek için sıcaklık aralıklarındaki boyut değişikliklerine uyum sağlamalıdır. Cam kurulumları yeterli kenar açıklığı ve uygun conta malzemeleri gerektirir.
Yangın davranışı dikkat gerektirir. PMMA yaklaşık 460 derecede tutuşur ve karbondioksit, karbon monoksit ve formaldehit dahil çeşitli düşük-moleküler-ağırlıklı bileşiklerin açığa çıkmasıyla yanar. Bina kodları, belirli kullanım sınıflandırmalarında akrilik kullanımını kısıtlar ve spesifikasyonların malzemeye izin verdiği durumlarda uygun yangından-korunma önlemlerini gerektirir.
Kimyasal uyumluluk değişiklik gösterir. Çoğu çözücü PMMA'ya saldırır-uygun olmayan maddelerle temizleme, çatlamaya, bulanıklığa veya yapısal zayıflamaya neden olur. Şartname hazırlayanlar, beklenen maruz kalma koşullarına karşı kimyasal direnci doğrulamalıdır.
Sürdürülebilirlik Konuları
Petrokimyanın kökenleri meşru sürdürülebilirlik sorularını gündeme getiriyor. Aseton siyanohidrin sentezi yolu, fosil-türevli hammaddeleri tüketir ve üretim zinciri boyunca çevresel kaygılara neden olur. Sektörün tepkisi iki yöne odaklandı: biyo-tabanlı MMA öncüllerinin geliştirilmesi ve geri dönüştürülebilirliğin iyileştirilmesi.
PMMA etkili bir şekilde geri dönüştürülür;-polimer, termal işlem yoluyla tekrar MMA monomerine depolimerize edilebilir ve daha sonra, işlenmemiş-kaliteli malzemeye yeniden polimerize edilebilir. Bu kapalı-döngü potansiyeli, akriliği, geri dönüşümün kaçınılmaz olarak malzeme özelliklerini bozduğu birçok rakip polimerden ayırır. Artık birçok üretici, çevreye duyarlı alıcılar tarafından giderek daha fazla belirlenen döngüsel ekonomi gereksinimlerini karşılayan, geri dönüştürülmüş içerik içeren kaliteler sunuyor-.
Röhm GmbH'nin kısa süre önce piyasaya sürdüğü PLEXIGLAS proTerra, sektöre yön veren{0}sürdürülebilir şekilde üretilmiş akrilik kalitelerinin bir örneğini oluşturuyor ve performans gerekliliklerini çevresel etki değerlendirmelerine karşı dengeleyen belirleyicilerin pazarın dikkatini çekmesini sağlıyor.
Nihai Perspektif
Akrilikin ne olduğunu anlamak, sonuçta birden fazla endüstride üretim olanaklarını dönüştüren bir malzemeyi takdir etmek anlamına gelir. "Akrilik nedir?" Polimer kimyası hakkında teknik yanıtlar ister, ancak pratik anlayış, spesifikasyon kararlarını belirleyen uygulamaya özel performans özelliklerinin tanınmasını gerektirir-.
Ticari kullanıma sunulmasından bu yana doksan yıl geçen PMMA, gelişmeye devam ediyor. Yeni formülasyonlar, ortaya çıkan gereksinimleri karşılıyor-iyileştirilmiş darbe dereceleri, gelişmiş yangın performansı, biyolojik-türetilmiş alternatifler. Otto Röhm'ün yirminci yüzyılın başındaki laboratuvarında keşfettiği temel kimya-değişen pazar taleplerine yanıt veren sürekli araştırma ve geliştirme yoluyla geliştirilerek geçerliliğini koruyor.
Malzeme seçimi her zaman ödünleşimleri içerir. Akrilik, makul maliyetle olağanüstü optik berraklık, makul darbe direnci, mükemmel hava koşullarına dayanıklılık ve üretim çok yönlülüğü sunar. Aşırı darbe performansı gerektiren uygulamalarda polikarbonat belirtilebilir. Maksimum çizilme direncine ihtiyaç duyanlar camı tercih edebilir. Ancak bu rakip gereksinimleri dengeleyen dikkate değer bir uygulama yelpazesi için akrilik, dünya çapındaki endüstriyel, mimari, tıbbi ve tüketici uygulamalarında yaygın özelliklerini haklı çıkaran bir performans sunar.