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Polvo de polimetacrilato de metiloEl PMMA, para abreviar, es un tipo de polímero macromolecular que se disuelve en disolventes orgánicos como tetracloruro de carbono, benceno, tolueno, dicloroetano, triclorometano y acetona. Buena resistencia óptica, aislante, de procesamiento y a la intemperie. También conocido como acrílico o plexiglás, tiene las ventajas de alta transparencia, bajo precio, fácil mecanizado, etc., y suele utilizarse como sustituto del vidrio. Es aplicable a piezas con cierta resistencia y transparencia, como a prueba de golpes, a prueba de explosiones-y fáciles de observar. Se utiliza para fabricar vidrio de ventanas, lentes ópticos, cámaras, etiquetas de equipos, modelos transparentes, tubos transparentes, cubiertas de luces traseras, instrumentos, paneles y carcasas de instrumentos, piezas de aislamiento eléctrico de aviones, automóviles, barcos, etc. También se puede utilizar para artículos de papelería, artículos de primera necesidad y otras decoraciones.
El polimetacrilato de metilo (PMMA), comúnmente conocido como vidrio orgánico o acrílico, es un material polimérico preparado mediante una reacción de polimerización utilizando metacrilato de metilo (MMA) como monómero. Su estructura de cadena molecular le confiere propiedades físicas y químicas únicas, que incluyen alta transparencia, baja densidad, excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la intemperie y procesabilidad, lo que lo convierte en uno de los materiales poliméricos más utilizados en diversos campos.
1. Lentes y componentes ópticos.
El PMMA tiene una transmitancia de hasta el 92% (luz ordinaria) al 76% (luz ultravioleta), un índice de refracción moderado (aproximadamente 1,49) y baja dispersión, lo que lo convierte en el material preferido para lentes ópticas. Sus aplicaciones cubren:
Lentes de gafas: el diseño liviano reduce la carga de uso y tiene una mejor resistencia al impacto que las lentes de vidrio tradicionales.
Lentes de cámara y microscopio: se logran superficies ópticas de alta precisión mediante procesos de pulido o moldeo por inyección de precisión para cumplir con los requisitos de imagen.
Sistema de guía de luz láser: utiliza el principio de reflexión total para diseñar fundas de fibra óptica para endoscopios médicos o equipos de pruebas industriales.
2. Soporte de tecnología de visualización
Placa guía de luz LCD/LED:Polvo de polimetacrilato de metiloconvierte fuentes de luz puntuales en fuentes de luz de superficie uniforme mediante el tallado de microestructuras y se usa ampliamente en módulos de retroiluminación para televisores, teléfonos móviles y pantallas de computadora. Por ejemplo, la placa guía de luz para televisores de 55 pulgadas de una determinada marca tiene un grosor de sólo 2 mm y una transmitancia de luz superior al 90%.
Sustrato de embalaje OLED: Su alta transparencia y baja absorción de agua (<0.3%) can effectively protect the organic light-emitting layer and extend the device life.
1. Iluminación y materiales estructurales
Claraboya y muro cortina: los paneles de PMMA reemplazan al vidrio tradicional, reduciendo el peso en un 50% y aumentando la resistencia al impacto entre 7 y 18 veces. Un complejo comercial en Shanghai adopta claraboyas de PMMA de 8 mm de espesor, logrando un aumento del 30 % en la utilización de la luz natural y reduciendo las cargas de los edificios.
Barrera de sonido: logró una reducción de ruido de 15-20 decibeles a través de una estructura compuesta multi-capa (PMMA+PC+algodón fonoabsorbente), ampliamente utilizada en autopistas y pasos elevados urbanos.
2. Decoración e Instalación de Arte
Caja de luz publicitaria y señalización: Los tableros de PMMA se cortan con láser o se doblan en caliente para lograr efectos visuales de alto brillo y bajo consumo de energía, combinados con fuentes de luz LED. Una tienda insignia de una marca internacional utiliza cajas de luz de PMMA impresas en 3D, que reducen el consumo de energía en un 60 % en comparación con las luces de neón tradicionales.
Escultura e instalación artística: sus características de fácil teñido (se puede ajustar a más de 1000 colores) y su plasticidad se han convertido en un medio de creación para los artistas contemporáneos. Por ejemplo, un proyecto de arte público utiliza PMMA transparente para construir un cubo suspendido y logra efectos dinámicos de luces y sombras a través de la proyección de luz interna.
1. Dispositivos médicos implantables
Articulaciones artificiales y cemento óseo: al introducir grupos bioactivos mediante modificación por copolimerización, se mejora significativamente la compatibilidad entre los materiales compuestos a base de PMMA y los tejidos humanos. Cierto implante ortopédico utiliza material compuesto de PMMA/hidroxiapatita (HA), que reduce el tiempo de integración ósea posoperatoria en un 40%.
Material de restauración dental: el material de moldeo de PMMA elaborado mediante polimerización en suspensión se utiliza para pilares de prótesis dentales. Su dureza (Shore D 85-90) y módulo elástico (2,5-3,0 GPa) se acercan al esmalte dental natural y se mejora la comodidad de uso.
2. Componentes de equipos médicos
Tubo guía de luz del endoscopio: el diámetro dePolvo de polimetacrilato de metiloEl manguito de fibra puede ser tan pequeño como 0,5 mm y el radio de curvatura puede alcanzar 10 veces el diámetro, satisfaciendo las necesidades de la cirugía mínimamente invasiva.
Recipientes para almacenamiento de sangre y membranas de diálisis: su estabilidad química (resistencia a ácidos y álcalis, pH 2-11) y sus características de baja adsorción de proteínas garantizan la actividad de los componentes sanguíneos.
1. Componentes transparentes y semitransparentes
Cubierta de la lámpara: La cubierta de la luz trasera moldeada por inyección de PMMA tiene una transmitancia de luz del 90 % y cumple con el estándar SAE J576 de resistencia al impacto. Después de que un determinado modelo de vehículo adopta una pantalla de PMMA, el peso del grupo de lámparas se reduce en un 35 % y el consumo de energía se reduce en un 15 %.
Panel de instrumentos y piezas interiores: mediante un tratamiento de revestimiento duro de la superficie (dureza de hasta 3H), la resistencia al desgaste de las piezas interiores de PMMA aumenta 5 veces, satisfaciendo las necesidades de uso a largo plazo-de los interiores de automóviles.
2. Aplicación de nueva energía
Carcasa del paquete de batería: PMMA modificado (con fibra de vidrio agregada) tiene una resistencia a la temperatura mejorada a 120 grados y una clasificación de retardante de llama a UL94 V-0. Cierto paquete de baterías de vehículos eléctricos utiliza una carcasa de aleación de PMMA/PC, que reduce el peso en un 40 % en comparación con la solución metálica.
1. Materiales aislantes de alta frecuencia.
Cubierta de antena de estación base 5G: constante dieléctrica de PMMA (ε)= 3.2@1GHz) La tangente del ángulo de pérdida (tan δ=0.0002) cumple con los requisitos de comunicación de alta-frecuencia. Después de que una determinada estación base adopta una cubierta de antena de PMMA, la atenuación de la señal se reduce en 2 dB.
Sustrato de circuito flexible: la película de PMMA (espesor de 10 a 50 μm) preparada mediante el método de fundición en solución tiene una resistencia a la flexión de hasta 100.000 veces y se utiliza como capa de soporte para pantallas plegables en dispositivos portátiles.
2. Encapsulación y Protección
Difusor de fuente de luz LED: la superficie de microestructura de PMMA (prisma o punto) logra una distribución uniforme de la luz. Después de adoptar la cubierta del difusor de PMMA en un determinado proyecto de farola, la uniformidad de la iluminancia se mejoró a 0,7.
Embalaje de componentes electrónicos: PMMA modificado con epoxi (resistente a temperaturas de hasta 150 grados) se utiliza para el embalaje de sensores, con un nivel de protección de IP67.
1. Componentes estructurales transparentes
Cubierta de cabina de avión: El PMMA tratado con estiramiento (resistencia a la tracción mayor o igual a 70 MPa) se utiliza para cubiertas de cabina de aviones ligeros, lo que reduce el peso en un 20 % en comparación con las soluciones de policarbonato (PC) y cumple con los estándares de resistencia a impactos de aves (FAR 25.571).
Ventana de observación de una nave espacial: cierto satélite utiliza ventanas compuestas multi-de PMMA/poliimida, con una resistencia a la dosis de radiación de 10 ⁶ Gy y una atenuación de transmitancia de<5%.
2. Diseño interior ligero
Panel decorativo interior de cabina: material compuesto de PMMA/fibra de carbono con una densidad de solo 1,2 g/cm³, cumple con los requisitos de rendimiento de combustión de la FAA (OSU 65/65) y se utiliza para paneles de pared de cabinas de aviones.
Aplicaciones innovadoras de artículos de primera necesidad y productos industriales
1. Productos de electrónica de consumo
Funda protectora para teléfono móvil: La transparentepolvo de polimetacrilato de metiloEl estuche combina efectos estéticos y anticaídas a través de la tecnología de moldeo por inyección de dos colores. Cierto modelo de marca utiliza una carcasa compuesta de PMMA + TPU y la prueba de caída ha superado una altura de 2 metros.
Papelería y suministros de oficina: el portalápices de PMMA tiene una dureza superficial de 2H y una mejor resistencia al desgaste que el plástico ABS. Una marca de bolígrafos-de alta gama utiliza un portalápices de PMMA, que prolonga su vida útil tres veces.
2. Productos industriales
Sustrato del disco de vídeo: disco PMMA (grosor 1,2 mm) con una densidad de almacenamiento de 25 GB/capa. Cierto disco de calidad de archivo utiliza un sustrato de PMMA con una vida útil de más de 50 años.
Difusor de luz de sombra: mediante el procesamiento de micro nanoestructuras (como rejillas o lentes de Fresnel), el difusor de PMMA logra un control de luz preciso. Después de que la luz del escenario de un teatro adopta un difusor de PMMA, la uniformidad del punto de luz mejora al 90%.
En la actualidad, los métodos de producción industrial de MMA incluyen principalmente el proceso de cianhidrina de acetona (proceso ACH), el proceso de cianhidrina de acetona mejorado (proceso MGC), el proceso Evonik ACH (proceso Aveneer), el proceso de isobutileno, el proceso de etileno (proceso BASF y el proceso q.MMA de proceso BASF mejorado, entre los cuales el proceso de cianhidrina de acetona y el proceso de isobutileno son los principales métodos de producción.
1. Método de cianohidrina de acetona (método ACH)
1) Método ACH tradicional: el método ACH tradicional utiliza acetona, un sub-producto del fenol, y ácido cianhídrico, un sub-producto del acrilonitrilo, como materias primas, para generar ACH, que luego se calienta en ácido sulfúrico concentrado para generar sulfato de metacrilamida y luego se esterifica con metanol para generar MMA. El proceso utilizó eficazmente los sub-productos de la industria petroquímica y el rendimiento fue superior al 97 %, ya sea calculado en acetona o ácido cianhídrico. Sin embargo, en el proceso se genera una gran cantidad de aguas residuales y-subproductos del bisulfato de amonio con bajo valor de mercado. Cada 1 t de polimetacrilato de metilo que se genera, 1,2 t de bisulfato de amonio es un subproducto, lo que incrementa el coste del tratamiento posterior y provoca una grave contaminación. Además, la unidad de proceso debe adoptar equipos resistentes a los ácidos y la materia prima, el ácido cianhídrico, es altamente tóxica. La construcción de la unidad de síntesis de ácido cianhídrico está restringida por materias primas técnicas, protección ambiental y otras condiciones, y se requieren medidas de protección estrictas durante el almacenamiento, transporte y uso.
2) Método mejorado de cianhidrina de acetona (método MGC): Mitsubishi Gas Company de Japón ha desarrollado una ruta ACH mejorada, denominada ruta MCG, que descarta el uso de ácido sulfúrico y realiza el reciclaje de ácido cianhídrico. El primer paso del método MGC es el mismo que el del método ACH tradicional. La acetona reacciona con el ácido cianhídrico para generar ACH. En el segundo paso, el ACH se hidrata para formar a. La hidroxiisobutiramida reacciona con el ácido fórmico para generar hidroxiisobutirato de metilo y formamida. El hidroxiisobutirato de metilo se deshidrata para generar MMA, mientras que la formamida se descompone en agua y ácido cianhídrico, y la mayor parte del ácido cianhídrico se recicla para asegurar el suministro de materias primas. Aunque este método no produce bisulfato de amonio como subproducto-, el rendimiento general de polimetacrilato de metilo es aproximadamente el 93%.
2. Método del isobutileno
En 1982, Mitsubishi Rensi y Japónppolvo de metacrilato de olimetiloMonomer Company utilizó isobutileno/alcohol tercbutílico (TBA) como materia prima. En 1982, Mitsubishi Liyang y otras empresas desarrollaron el proceso de isobutileno MMA de tres-pasos y lo industrializaron. Utilizando isobutileno como materia prima, el primer paso fue oxidar a metacroleína y el segundo paso fue oxidar a ácido metacrílico. El tercer paso es la esterificación del ácido metacrílico y el metanol para producir MMA.
En 1998, Asahi Kasei Company de Japón industrializó una planta de isobutileno MMA de dos-etapas. Utilizando isobutileno como materia prima, el primer paso fue oxidarlo a metacroleína, y el segundo paso fue esterificar la metacroleína con metanol y aire para formar metacrilato de polimetilo. A través del paso MAA, el nuevo proceso evita efectivamente reacciones secundarias como la polimerización MAA, simplifica el proceso, reduce el consumo de energía, lo que reduce en gran medida los costos de inversión y los costos operativos, lo que hace que la ruta de la materia prima de isobutileno sea más competitiva. La ventaja del método de isobuteno es que aprovecha al máximo la fracción c4 rica en materias primas: la tasa de utilización de átomos es alta (73%), que es un 25% mayor que el método ACH tradicional, y el 27% de los átomos que no se utilizan generan moléculas de agua, lo que evita la generación de ácido residual y la corrosión del equipo, pero la desventaja es que el rendimiento es bajo.
A menudo se utiliza como sustituto del vidrio. Las propiedades del material son las siguientes:
propiedad fisica
1. La densidad del PMMA es menor que la del vidrio: la densidad del PMMA es de aproximadamente 1,15-1,19 g/cm3, la mitad que la del vidrio (2,40-2,80 g/cm3) y el 43% de la del aluminio (un metal ligero).
2. La resistencia mecánica del polimetacrilato de metilo es alta: el peso molecular relativo del PMMA es de aproximadamente 2 millones, que es un polímero de cadena larga, y la cadena que forma la molécula es muy blanda. Por lo tanto, la resistencia del PMMA es relativamente alta y su resistencia a la tracción y al impacto es de 7 a 18 veces mayor que la del vidrio ordinario. Hay una especie de plexiglás que ha sido calentado y estirado. Las cadenas moleculares que contiene están dispuestas de forma muy ordenada, de modo que la tenacidad del material mejora significativamente. Se utilizan clavos para clavar el plexiglás. Incluso si las uñas penetran, no se producirán grietas. Este tipo de plexiglás no se romperá en pedazos después de ser perforado por una bala. Por lo tanto, el PMMA estirado se puede utilizar como vidrio antibalas y también como cubierta de cabina de aviones militares.
3. El punto de fusión del polimetacrilato de metilo es bajo, mucho más bajo que la alta temperatura del vidrio, que es de aproximadamente 1000 grados.
4. Alta transmitancia de luz de PMMA
(1) Luz visible: PMMA es el mejor material polimérico transparente en la actualidad, con una transmitancia de luz del 92%, superior a la del vidrio.
(2) Luz ultravioleta: el cuarzo puede penetrar completamente la luz ultravioleta, pero el precio es elevado. El vidrio común sólo puede penetrar un 0,6% de luz ultravioleta. El PMMA puede filtrar eficazmente la luz ultravioleta con una longitud de onda inferior a 300 nm, pero el efecto de filtrado es deficiente entre 300 nm y 400 nm. Algunos fabricantes han recubierto la superficie de PMMA para aumentar el efecto y la propiedad de filtrar la luz ultravioleta de 300 nm a 400 nm. Por otro lado, en comparación con el policarbonato, el polimetacrilato de metilo tiene mejor estabilidad cuando se expone a la luz ultravioleta.
(3) Rayo infrarrojo: el PMMA permite el paso de rayos infrarrojos (IR) con una longitud de onda inferior a 2800 nm. El IR con longitud de onda más larga se puede bloquear básicamente cuando es inferior a 25000 nm. Hay un PMMA de color especial, que puede dejar pasar el IR de una longitud de onda específica y bloquear la luz visible (aplicado al control remoto o a la detección térmica, etc.).
(4) La temperatura de transición vítrea del polimetacrilato de metilo es de aproximadamente 105 grados C.
propiedad química
Debido a su gran cadena ramificada y la alta viscosidad del polimetacrilato de metilo, la velocidad de procesamiento es relativamente lenta cuando se utiliza el método de procesamiento térmico. El plexiglás no solo se puede cortar con un torno y perforar con una máquina perforadora, sino que también se puede unir en varias formas con acetona, cloroformo, etc. También se puede procesar en diversos productos, que van desde cubiertas de cabina de avión hasta dentaduras postizas y dentaduras postizas, mediante métodos de moldeo de plástico como moldeo por soplado, inyección, extrusión, etc.
El cianoacrilato, el diclorometano o el cloroformo pueden disolver ligeramente el vidrio orgánico y luego se pueden unir firmemente dos piezas de vidrio orgánico.
La producción de 1 kg deppolvo de metacrilato de olimetilorequiere unos 2 kg de aceite. En presencia de oxígeno, el PMMA comienza a arder a 458 grados C. Después de quemarse, genera dióxido de carbono, agua, monóxido de carbono y algunos compuestos de bajo peso molecular, incluido el formaldehído.
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