آشنایی با خواص و کاربردهای پلی متیل متاکریلات در صنایع مختلف

پلی متیل متاکریلات با نام آیوپاک پلی [ 1-(متوکسی کربونیل)- 1- متیل اتیلن]  ترموپلاستیکی آمورف می باشد و عموما با نام رزین آکریلیک شناخته می شود. به دلیل سبک وزن بودن نسبت به شیشه، به عنوان شیشه های نشکن کاربرد گسترده ای دارد، و از منومرهای متیل متاکریلات به روش های رادیکالی، سوسپانسیونی، امولسیونی یا بالک بدست می آید اما روش معمول سنتز آن پلیمریزاسیون رادیکالی می باشد. PMMA از پلیمرهای جاذب رطوبت بوده به همین دلیل در حین فرآیند های شکل دهی باید رطوبت آن حذف گردد. این ماده، پلیمری با قابلیت بازیافت 100 درصدی بوده و به سبب برخورداری از ویژگی های چشمگیر فیزیکی-شیمیایی جایگزین مناسبی برای مواد غیر آلی می باشد[1].

کاربرد های پلی متیل متاکریلات :

معمولا هموپلیمر MMA و کوپلیمرهای تشکیل شده از آن و یا PMMA اصلاح شده همگی به نام پلی متیل متاکریلات شناخته می شوند.  PMMA به لحاظ خصوصیات منحصر بفرد خود از جمله غیر سمّی بودن، قیمت ارزان، فرآیندپذیری آسان، انطباق پذیری با محیط و واکنش پذیری اشتعالی بسیار محدود با بافت ها در کاربردهای دارویی تاثیر به سزایی داشته و در ساخت و آماده سازی ساختارهای استخوانی و نیز در سیستم دارو رسانی برای رهایش داروهای مختلف به کار رفته است. هم چنین از این ماده در موارد دندانپزشکی نیز استفاده می شود[2].

به عنوان  مثال PMMA برای ﺳﺎﺧﺖ پروتز موقت در دندانپزشکی استفاده می‌شود. از مزیت‌های استفاده از این ماده دندانپزشکی، ﺩﺳﺘﺮﺳﯽ ﺁﺯﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻫﯽ ﺁﺳﺎﻥ، ﺍﺭﺯﺍﻥ، ﺯﯾﺴﺖ ﺳﺎﺯﮔﺎﺭ، ﺛﺒﺎﺕ ﺍﺑﻌﺎﺩﯼ ، ﺯﯾﺒﺎﯾﯽ ﻭ … ﻣﯽ‌ﺑﺎﺷﺪ به علاوه می توان پروتز با رنگ های مختلفی را به دست آورد. البته ﯾﮑﯽ ﺍﺯ ﻣﺸﮑﻼﺕ ﺍﺳﺎﺳﯽ ﺩﺭ ﺍﺭﺗﺒﺎﻁ ﺑﺎ ﭘﻠﯽ ﻣﺘﯿﻞ ﻣﺘﺎﮐﺮﯾﻼﺕ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﭘﺎﯾﯿﻦ آن ﻣﯽ‌ﺑﺎﺷﺪ.

همچنین این پلیمر در صنایع ساختمانی و پنجره ها، شیشه ها و لنزها، تابلوهای راهنمایی و رانندگی و ورقه های شفاف اکریلیک نیز کاربرد دارد. در واقع شیشه های متشکل از این پلیمر مقاومت خوبی در برابر فشار و شکنندگی دارند و نور را به خوبی عبور می دهند [3].

برخی از کاربردهای PMMA در صنایع مختلف.

فیبرهای نوری معمولا از سیلیکا تشکیل شده و در ارتباطات با مسافت های طولانی کاربرد دارد اما فیبرهای نوری جدیدی که از PMMA تشکیل می شوند علیرغم کاربردشان در ارتباطات کوتاه برد، بدلیل انعطاف پذیری، نصب و استفاده ی آسان و هزینه های مناسب، بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. البته معایبی هم دارند که از جمله آنها می توان به ظرفیت حرارتی پایین آن ها اشاره نمود[3].

همانگونه که گفته شد، PMMA پلیمری آمورف و از خانواده آکریلات هاست که به رنگ های شفاف با دمای انتقال شیشه ای در محدوده 100 تا 130 درجه سلسیوس و چگالی 1.2گرم بر سانتی متر مکعب در دمای اتاق می باشد و در دمای 130 درجه سلسیوس ذوب می شود. این پلیمر مقاومت بالایی در برابر عبور نور UV، داشته و هم چنین گذردهی نور بسیار بالا (بیش از 92%)  دارد . هم چنین این پلیمر پایداری حرارتی بالایی را از خود نشان داده است.

در ارتباط با استحکام مکانیکی، پلی متیل متاکریلات، مدول یانگ و مقاومت بالایی در برابر فشار و کشش داشته  که همین عامل باعث شده از مستحکم ترین ترموپلاستیک های شناخته شده به شمار آید. مقاومت خوب در برابر عوامل شیمیایی سبب گشته این پلیمر تحت تاثیر محلول های آزمایشگاهی قرار نگیرد البته دارای مقاومت پایینی در برابر هیدروکربن های آروماتیک، استرها، کتونها و ترکیبات کلردار می باشد. خواص فیزیکی یک پلیمر همچون دمای انتقال شیشه ای، حلالیت، کریستالیزه شدن و آبدوستی تنها به منومر تشکیل دهنده بستگی ندارد بلکه به ساختارهای دوم یا سومی از پلیمر که می توانند وجود داشته باشند، نیز بستگی دارد.

PMMA پلیمری است که به لحاظ ایزومری تاکتیسیتی به سه صورت ایزوتکتیک، سیندیوتکتیک و اتکتیک وجود دارد که رخ دادن هر کدام از این ساختارها بسته موقعیت گروه های استری، محتمل است. پلی متیل متاکریلات خالص می تواند به هر سه صورت سنتز شود. دستیابی به هرکدام از این صورتبندی ها تحت تاثیر عوامل متعددی همچون کنترل رادیکال های آزاد، پلیمریزاسیون آنیونی، نوع حلال و آغازگر انتخابی دارد. بطور معمول طبق مطالعات صورت گرفته ترتیب پراکندگی این ساختارها برای PMMA به صورت زیر است: سیندیوتکتیک >  اتاکتیک > ایزوتکتیک و ترتیب افزایش دمای انتقال شیشه ای  (T_g)  نیز به همان صورت ذکر شده و اعداد گزارش شده به ترتیب 130 > 120 > 55 برحسب درجه سلسیوس می باشند.

شکل 2) ساختارهای ایزومری تاکتیستی پلی متیل متاکریلات [4].

در جدول زیر برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی این پلیمر آورده شده است:

جدول1)خواص فیزیکی و مکانیکی پلی متیل متاکریلات [2].

PMMA ماده ای آلی است پس در محلول های ارگانیک حل میشود که البته فرایند انحلال پذیری این پلیمر حتی در بهترین حلال نیز زمانبر است چرا که ابتدا لایه ای در لایه ی بین سطحی تشکیل می شود و پس از مدتی محلول بصورت همگن خواهد بود. این پلیمر بوسیله ی سولفوریک اسید (H₂SO₄) بطور کامل هیدرولیز شده و به پلی متاکریلیک اسید، (PMAA) تبدیل خواهد شد. بررسی تجزیه حرارتی این ماده تحت حضور یا عدم حضور اکسیژن در محیط مورد مطالعه قرار میگیرد که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.

مورد اول) در عدم حضور O₂ :

تحت این شرایط تجزیه حرارتی وابستگی زیادی به نحوه ی سنتز دارد. پلی متیل متاکریلات سنتز شده به روش پلیمریزاسیون رادیکالی حاوی پیوند  C-C در دمای 220 ⁰C دچار تجزیه حرارتی می شود. این در حالیست که PMMA سنتز شده به روش پلیمریزاسیون آنیونی به لحاظ دارا بودن گروه های انتهایی اشباع، در دماهای بالاتری تجزیه خواهد شد.

مورد دوّم) در حضور O₂ :

اگر محیط مورد بررسی حاوی اکسیژن باشد در این صورت شرایط با مورد اول متفاوت و تجزیه حرارتی پیچیده تر خواهد بود چرا که ماکرو رادیکال های موجود در محیط با اکسیژن واکنش می دهند. در شکل زیر، تجزیه حرارتی این پلیمر نشان داده شده است:[7]

شکل 3) مکانیزم تجزیه حرارتی پلی متیل متاکریلات[2].

پلی متیل متاکریلات همچون ترکیبات کربن دار در واکنش های سوختن شرکت کرده و بسته به بازده واکنش سوختن، محصولات  (CO₂,CO, H₂O) را پدید می آورد. این نکته قابل ذکر است که فرآیند سوختن پلی متیل متاکریلات پروسه نسبتا پیچیده ای دارد به گونه ای که ابتدا این پلیمر باید به مونومرهای سازنده خود یعنی (MMA) تجزیه شود سپس منومر ها نیز باید به کوچک مولکول ­هایی همچون متان، متانول، فرمالدهید و … تجزیه شوند و پس از آن فرآیند سوختن این کوچک مولکول ها رخ خواهد داد.

PMMA در بسیاری از حلال های آلی همچون بنزن، کلروفرم، استن، تتراهیدروفوران حل می شود اما در حلال های هگزان، آب و متانول نامحلول است. با این وجود بدلیل خاصیت Hygroscopic (قابلیت جذب مولکول های آب توسط پلیمر از محیط اطراف)، توانایی جذب آب را حتی به میزان کم، داراست[5].

تولیدات پلی متیل متاکریلات در ایران و جهان:

پلی متیل متاکریلات یک گزینه اقتصادی به جای پلی کربنات (PC) است. از نقاط قوت این پلیمر نسبت به سایر پلیمرهای شفاف مانند پلی استایرن می توان به مقاومت بالا در برابرعبور نور UV و هوازدگی، گذردهی نور عالی، گزینه های رنگ آمیزی نامحدود اشاره نمود. از سال 1395 ایران از لحاظ تولید این ماده ی کاربردی به خودکفایی رسید و  از 35 هزار تن متیل متاکریلات تولیدی پتروشیمی ارگ حدود20 هزار تن از این محصول به پلی متیل متاکریلات تبدیل و مابقی صرف تولید رزین‌های اکریلیک شد. به علاوه شرکت­های گوناگونی با بدست آوردن فناوری لازم توانسته اند صاحب دانش تولید گریدهای مختلف این ماده در مقیاس پایلوت شوند از جمله: شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی.

گریدهای PMMA، موجود در انبار آتمن شامل LG-IH830 کشور کره،  CHI MEI-CM205 تایوان، Mitsubishi-VH001 چین، میباشد.

نویسنده: زهرا کیانپور