ПРИМЕНЕНИЕ
Полиметилметакрилат (ПММА), также известный как акриловое стекло или органическое стекло, — это высоко универсальный полимер с исключительной оптической прозрачностью, прочностью и биосовместимостью. Ниже приведён подробный обзор основных применений ПММА в различных отраслях:
1.Оптические и дисплейные технологии
Прозрачные панели и световоды:
Используется в ЖК/LED-дисплеях (например, экраны смартфонов, модули подсветки телевизоров) благодаря светопропусканию 92%, что превосходит стекло.
Служит рассеивателями света в LED-плоских светильниках, улучшая равномерность яркости.
Рентгеновская детекция и визуализация:
Пластиковые сцинтилляторы, допированные комплексами редкоземельных элементов, обеспечивают низкодозовую рентгеновскую детекцию (чувствительность 2,22 μGy/с) для медицинской диагностики.
2.Автомобильная промышленность и транспорт
Легкие компоненты:
Автомобильные окна: ПММА снижает вес на 50% по сравнению со стеклом, сохраняя стандарты безопасности (например, ударопрочность).
Крышки фар: устойчивы к пожелтению от воздействия ультрафиолета.
Интерактивные окна для поездов:
Используется как сенсорный слой в окнах высокоскоростных поездов, позволяющий пассажирам управлять затемнением и видеоотображением.
3.Медицинские и биомедицинские применения
Офтальмология:
Внутриглазные линзы (ВГЛ): биосовместимость и прозрачность ПММА делают его идеальным для операций по удалению катаракты.
Ортопедия:
Костный цемент: фиксирует суставные импланты и спинальные устройства; модифицированные формулы снижают выделение тепла при отверждении.
4.Электроника и связь
Устройства 5G:
Задние панели телефонов: композиты ПК/ПММА заменяют металл для улучшения передачи сигнала в смартфонах 5G.
Пластиковое оптическое волокно (POF):
Применяется для передачи данных на короткие расстояния (например, домашние сети) и декоративного освещения.
5.Промышленность и товары потребления
Вывески и архитектура:
Наружные рекламные щиты и светопрозрачные крыши используют ПММА за его устойчивость к погодным условиям.
Бытовые изделия:
Дисплеи аудиотехники, ванны и мебель благодаря устойчивости к царапинам и эстетической гибкости.
МЕТОД ПРОЦЕССА
Полиметилметакрилат (далее «ПММА»), смола с наилучшей прозрачностью среди пластмасс, долгое время использовался для изготовления лобовых стекол и других подобных изделий. Поскольку это материал с длительной историей, были предложены различные методы производства, основанные на полимеризации.
Пакетная суспензионная полимеризация заключается в поэтапной полимеризации мономерных частиц в водной дисперсии и суспензии, содержащей инициатор полимеризации. Этот процесс до сих пор широко используется, но при пакетной работе обычно требуется инициатор полимеризации (катализатор), который в конечном итоге остается в продукте вместе с суспендирующими агентами и другими веществами, а распределение молекулярной массы становится широким. Кроме того, процесс обязательно включает открытые стадии, такие как обезвоживание и сушка, что способствует проникновению примесей и ухудшению прозрачности продукта.
Пакетная масляная полимеризация включает сначала подготовку сиропообразного промежуточного полимера методом пакетной масляной полимеризации, затем размещение этого сиропа между двумя стеклянными листами с последующей полимеризацией, а после завершения полимеризации стеклянные листы отделяются, и получают лист ПММА. Этот процесс также требует использования инициатора полимеризации, и поскольку полимеризация происходит при естественном охлаждении полимера между стеклянными листами, температура полимеризации становится неоднородной, а распределение степени полимеризации сильно расширяется. В результате продукт получается с низкой прозрачностью.
Непрерывная масляная полимеризация теоретически позволяет получить самый прозрачный продукт. Используется инициатор полимеризации, и сиропообразный промежуточный полимер формируется в сосуде для реполимеризации, затем в сосуде второй стадии промежуточный продукт доводится до конечной степени полимеризации около 50%. В двух сосудах используются разные температуры полимеризации, что приводит к распределению молекулярной массы и состава, как будет описано далее. Более того, при 50% степени полимеризации наблюдается гелеобразующий эффект, ускоряющий полимеризацию, и быстрое протекание реакции вызывает частичное распределение температуры и, как следствие, расширение молекулярно-массового распределения. Поэтому продукт не достигает достаточной прозрачности для использования в оптических линках.
НЕПРЕРЫВНЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛИМЕРИЗАЦИИ PMMA
Предварительное охлаждение мономерной подачи метилметакрилата (MMA), при необходимости с содержанием термически активного комономера до 10 мол.% (например, стирола)
Впрыск охлажденного сырья под давлением в реактор с циркулирующей полимеризационной смесью
Обеспечение мгновенного перемешивания и контроля температуры за счет:
интенсивного механического перемешивания;
поглощения тепла предварительно охлажденным мономером (охлаждение за счет теплоёмкости)Поддержание условий реакции для ограничения конверсии до ≤50 мас.% полимера
Непрерывное отведение смеси полимера и мономера
Обработка продукта на следующих этапах:
предварительный подогрев;
вакуумная дегазация для удаления остаточных мономеровОкончательное получение очищенного полимерного продукта
ПРОЦЕСС ОБЪЕМНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ PMMA
.png)
Ключевые этапы непрерывного процесса полимеризации ПММА
Предварительное охлаждение мономерного сырья:
Цель: Понизить температуру ММА (или смеси ММА/стирола), чтобы поглотить экзотермическое тепло полимеризации.
Типичные условия: Температура: 0–20°C (ниже окружающей для задержки преждевременного инициирования).
Состав мономера: ММА + ≤10 моль% стирола (стирол улучшает стабильность радикалов благодаря резонансно-стабилизированным промежуточным соединениям).Впрыск сырья под давлением:
Предохлажденный мономер подается под давлением в реактор с циркулирующей смесью для полимеризации.
Давление в реакторе: 1–10 атм (предотвращает испарение мономера и поддерживает однородность).Мгновенное смешивание с интенсивным перемешиванием:
Цель: Обеспечить равномерное распределение тепла и избежать локальных перегревов.
Скорость сдвига: Используются высокоскоростные мешалки (например, турбинные импеллеры) для быстрого перемешивания.Охлаждение за счет теплоты сырья:
Холодное мономерное сырье выступает в роли теплоемника, поглощая экзотермическое тепло (~54 кДж/моль для полимеризации ММА).
Внешнее охлаждение не требуется, что снижает энергозатраты.Контролируемая скорость полимеризации (≤50%): Реакция прерывается на раннем этапе, чтобы: Избежать чрезмерной вязкости (которая затрудняет перемешивание и теплопередачу). Ограничить автоускорение (эффект Троммсдорфа).
Выход: смесь ПММА (~50% конверсии) + неполимеризованные мономеры.Удаление мономера вакуумом:
Продукт предварительно нагревается (80–120°C) и подается в вакуумную емкость (например, испаритель).
Условия вакуума: 5–100 мм рт. ст. для испарения остатков мономеров.
Восстановление мономера: Конденсируется и возвращается в поток сырья.
