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Poudre de polyméthacrylate de méthyle, PMMA en abrégé, est une sorte de polymère macromoléculaire dissous dans des solvants organiques tels que le tétrachlorure de carbone, le benzène, le toluène, le dichloroéthane, le trichlorométhane et l'acétone. Bonne résistance optique, isolante, au traitement et aux intempéries. Également connu sous le nom d'acrylique ou de plexiglas, il présente les avantages d'une grande transparence, d'un prix bas, d'un usinage facile, etc., et est souvent utilisé comme substitut au verre. Il s'applique aux pièces présentant une certaine résistance et transparence, telles que résistantes aux chocs, aux explosions- et faciles à observer. Il est utilisé pour fabriquer des vitres, des lentilles optiques, des appareils photo, des étiquettes d'équipement, des modèles transparents, des tuyaux transparents, des couvercles de feux arrière, des instruments, des tableaux de bord et des coques, des pièces d'isolation électrique d'avions, d'automobiles, de navires, etc. Il peut également être utilisé pour la papeterie, les nécessités quotidiennes et autres décorations.
Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), communément appelé verre organique ou acrylique, est un matériau polymère préparé par réaction de polymérisation utilisant du méthacrylate de méthyle (MMA) comme monomère. Sa structure de chaîne moléculaire lui confère des propriétés physiques et chimiques uniques, notamment une transparence élevée, une faible densité, d'excellentes propriétés mécaniques, une résistance aux intempéries et une aptitude au traitement, ce qui en fait l'un des matériaux polymères les plus largement utilisés dans divers domaines.
1. Objectif et composants optiques
Le PMMA a une transmission allant jusqu'à 92 % (lumière ordinaire) à 76 % (lumière ultraviolette), un indice de réfraction modéré (environ 1,49) et une faible dispersion, ce qui en fait le matériau préféré pour les lentilles optiques. Ses applications couvrent :
Verres de lunettes : la conception légère réduit la charge de port et offre une meilleure résistance aux chocs que les verres en verre traditionnels.
Objectif de caméra et de microscope : les surfaces optiques de haute précision sont obtenues grâce à des processus de moulage par injection ou de polissage de précision pour répondre aux exigences d'imagerie.
Système de guidage de lumière laser : utilisant le principe de réflexion totale pour concevoir des manchons à fibres optiques pour endoscopes médicaux ou équipements de tests industriels.
2. Prise en charge de la technologie d'affichage
Plaque de guidage de lumière LCD/LED :Poudre de polyméthacrylate de méthyleconvertit les sources lumineuses ponctuelles en sources lumineuses de surface uniformes grâce à la sculpture de la microstructure et est largement utilisé dans les modules de rétroéclairage pour les téléviseurs, les téléphones mobiles et les écrans d'ordinateur. Par exemple, la plaque de guidage de lumière d'un téléviseur de 55 pouces d'une certaine marque a une épaisseur de seulement 2 mm et une transmission lumineuse de plus de 90 %.
Substrat d'emballage OLED : Sa haute transparence et sa faible absorption d'eau (<0.3%) can effectively protect the organic light-emitting layer and extend the device life.
1. Éclairage et matériaux de structure
Puits de lumière et mur-rideau : les panneaux PMMA remplacent le verre traditionnel, réduisant le poids de 50 % et augmentant la résistance aux chocs de 7 à 18 fois. Un complexe commercial à Shanghai adopte des lucarnes en PMMA de 8 mm d'épaisseur, permettant une augmentation de 30 % de l'utilisation de la lumière naturelle et une réduction des charges du bâtiment.
Mur antibruit : obtenu une réduction du bruit de 15-20 décibels grâce à une structure composite multi-couches (PMMA+PC+coton insonorisant), largement utilisée dans les autoroutes et les viaducs urbains.
2. Décoration et installation artistique
Caisson lumineux et signalétique publicitaire : les panneaux PMMA sont découpés au laser ou pliés à chaud pour obtenir des effets visuels à haute luminosité et à faible consommation d'énergie, combinés à des sources lumineuses LED. Un magasin phare d'une marque internationale utilise des caissons lumineux en PMMA imprimés en 3D, qui réduisent la consommation d'énergie de 60 % par rapport aux néons traditionnels.
Sculpture d'art et installation : ses caractéristiques de facilité de teinture (peut être ajustée à plus de 1000 couleurs) et sa plasticité sont devenues un moyen de création pour les artistes contemporains. Par exemple, un projet d'art public utilise du PMMA transparent pour construire un cube suspendu et obtient des effets d'ombre et de lumière dynamiques grâce à une projection de lumière interne.
1. Dispositifs médicaux implantables
Articulations artificielles et ciment osseux : En introduisant des groupes bioactifs par modification de copolymérisation, la compatibilité entre les matériaux composites à base de PMMA et les tissus humains est considérablement améliorée. Un certain implant orthopédique utilise un matériau composite PMMA/hydroxyapatite (HA), qui réduit de 40 % le temps d'intégration osseuse postopératoire.
Matériau de restauration dentaire : le matériau de moulage PMMA fabriqué par polymérisation en suspension est utilisé pour les piliers des prothèses dentaires. Sa dureté (Shore D 85-90) et son module d'élasticité (2,5-3,0 GPa) sont proches de l'émail dentaire naturel et le confort de port est amélioré.
2. Composants d'équipement médical
Tube guide de lumière de l'endoscope : le diamètre dePoudre de polyméthacrylate de méthylele manchon en fibre peut être aussi petit que 0,5 mm et le rayon de courbure peut atteindre 10 fois le diamètre, répondant ainsi aux besoins de la chirurgie mini-invasive.
Récipients de stockage de sang et membranes de dialyse : Leur stabilité chimique (résistance aux acides et aux alcalis, pH 2-11) et leurs faibles caractéristiques d'adsorption des protéines garantissent l'activité des composants sanguins.
1. Composants transparents et semi-transparents
Couvercle de lampe : le couvercle de feu arrière moulé par injection en PMMA a une transmission de la lumière de 90 % et répond à la norme SAE J576 en matière de résistance aux chocs. Une fois qu'un certain modèle de véhicule adopte un abat-jour en PMMA, le poids du groupe de lampes est réduit de 35 % et la consommation d'énergie est réduite de 15 %.
Tableau de bord et pièces intérieures : grâce au traitement de revêtement dur de surface (dureté jusqu'à 3H), la résistance à l'usure des pièces intérieures en PMMA est multipliée par 5, répondant ainsi aux besoins d'utilisation à long terme-des intérieurs automobiles.
2. Application de la nouvelle énergie
Coque de la batterie : le PMMA modifié (avec fibre de verre ajoutée) a une résistance améliorée à la température jusqu'à 120 degrés et un indice ignifuge à UL94 V-0. Une certaine batterie de véhicule électrique utilise une coque en alliage PMMA/PC, ce qui réduit le poids de 40 % par rapport à la solution métallique.
1. Matériaux d'isolation haute fréquence
Couverture d'antenne de la station de base 5G : constante diélectrique du PMMA (ε)= 3.2@1GHz )La tangente de l'angle de perte (tan δ=0.0002) répond aux exigences de communication à haute fréquence-. Une fois qu'une certaine station de base adopte un cache d'antenne PMMA, l'atténuation du signal est réduite de 2 dB.
Substrat de circuit flexible : le film PMMA (épaisseur 10-50 μm) préparé par la méthode de coulée en solution a une résistance à la flexion jusqu'à 100 000 fois et est utilisé comme couche de support pour les écrans pliables dans les appareils portables.
2. Encapsulation et protection
Diffuseur de source lumineuse LED : la surface microstructurée en PMMA (prisme ou point) permet une répartition uniforme de la lumière. Après avoir adopté un diffuseur en PMMA dans un certain projet de lampadaire, l'uniformité de l'éclairement a été améliorée à 0,7.
Emballage des composants électroniques : du PMMA modifié à l'époxy (résistant à une température de 150 degrés) est utilisé pour l'emballage du capteur, avec un niveau de protection IP67.
1. Composants structurels transparents
Couverture de cockpit d'avion : le PMMA traité extensible (résistance à la traction supérieure ou égale à 70MPa) est utilisé pour les couvertures de cockpit d'avions légers, ce qui réduit le poids de 20 % par rapport aux solutions en polycarbonate (PC) et répond aux normes de résistance aux impacts d'oiseaux (FAR 25.571).
Fenêtre d'observation du vaisseau spatial : un certain satellite utilise des fenêtres composites multi-couches PMMA/polyimide, avec une résistance à la dose de rayonnement de 10 ⁶ Gy et une atténuation de transmission de<5%.
2. Design intérieur léger
Panneau décoratif intérieur de cabine : matériau composite PMMA/fibre de carbone d'une densité de seulement 1,2 g/cm³, répond aux exigences de performance de combustion de la FAA (OSU 65/65), et est utilisé pour les panneaux muraux de cabine d'avion.
Applications innovantes des nécessités quotidiennes et des produits industriels
1. Produits électroniques grand public
Coque de protection pour téléphone portable : La transparentepoudre de polyméthacrylate de méthyleLe boîtier combine des effets anti-chute et esthétiques grâce à la technologie de moulage par injection bicolore. Un certain modèle de marque utilise un boîtier composite PMMA+TPU et le test de chute a passé une hauteur de 2 mètres.
Fournitures de papeterie et de bureau : le porte-stylo en PMMA a une dureté de surface de 2H et une meilleure résistance à l'usure que le plastique ABS. Une marque de stylos haut de gamme utilise un porte-stylo en PMMA, ce qui prolonge sa durée de vie de trois fois.
2. Produits industriels
Substrat de disque vidéo : disque PMMA (épaisseur 1,2 mm) avec une densité de stockage de 25 Go/couche. Un certain disque de qualité archivistique utilise un substrat PMMA avec une durée de conservation de plus de 50 ans.
Diffuseur de lumière ombrée : grâce au traitement de la micro-nanostructure (comme un réseau ou une lentille de Fresnel), le diffuseur PMMA permet un contrôle précis de la lumière. Une fois qu'un éclairage de scène de théâtre adopte un diffuseur en PMMA, l'uniformité du spot lumineux est améliorée jusqu'à 90 %.
À l'heure actuelle, les méthodes de production industrielle de MMA comprennent principalement le procédé à l'acétone-cyanhydrine (procédé ACH), le procédé amélioré à l'acétone-cyanhydrine (procédé MGC), le procédé Evonik ACH (procédé Aveneer), le procédé à l'isobutylène, le procédé à l'éthylène (procédé BASF et le procédé q.MMA du procédé BASF amélioré, parmi lesquels le procédé à l'acétone-cyanhydrine et le procédé à l'isobutylène sont les principales méthodes de production.
1. Méthode à l'acétone et à la cyanhydrine (méthode ACH)
1) Méthode ACH traditionnelle : la méthode ACH traditionnelle utilise l'acétone, un sous-produit du phénol, et l'acide cyanhydrique, un sous-produit de l'acrylonitrile, comme matières premières, pour générer de l'ACH, qui est ensuite chauffé dans de l'acide sulfurique concentré pour générer du sulfate de méthacrylamide, puis estérifié avec du méthanol pour générer du MMA. Le processus utilisait efficacement les sous-produits de l'industrie pétrochimique et le rendement était supérieur à 97 %, qu'il soit calculé avec de l'acétone ou de l'acide cyanhydrique. Cependant, une grande quantité d'eaux usées et de sous-produits de bisulfate d'ammonium de faible valeur marchande sont générés au cours du processus. Pour chaque tonne de polyméthacrylate de méthyle générée, 1,2 t de bisulfate d'ammonium est un sous-produit, ce qui augmente le coût du traitement ultérieur et provoque une grave pollution. De plus, l'unité de traitement doit adopter un équipement résistant aux acides et la matière première, l'acide cyanhydrique, est hautement toxique. La construction d'une unité de synthèse d'acide cyanhydrique est limitée par les matières premières techniques, la protection de l'environnement et d'autres conditions, et des mesures de protection strictes sont requises pendant le stockage, le transport et l'utilisation.
2) Méthode améliorée à l'acétone et à la cyanhydrine (méthode MGC) : Mitsubishi Gas Company du Japon a développé une voie ACH améliorée, appelée voie MCG, qui élimine l'utilisation d'acide sulfurique et réalise le recyclage de l'acide cyanhydrique. La première étape de la méthode MGC est la même que celle de la méthode ACH traditionnelle. L'acétone réagit avec l'acide cyanhydrique pour générer de l'ACH. Dans la deuxième étape, ACH est hydraté pour former a. L'hydroxyisobutyramide réagit avec l'acide formique pour générer de l'hydroxyisobutyrate de méthyle et du formamide. L'hydroxyisobutyrate de méthyle est déshydraté pour générer du MMA, tandis que le formamide est décomposé en eau et acide cyanhydrique, et la majeure partie de l'acide cyanhydrique est recyclée pour assurer l'approvisionnement en matières premières. Bien que cette méthode ne produise pas de bisulfate d'ammonium comme sous-produit-, le rendement global en polyméthacrylate de méthyle est d'environ 93%.
2. Méthode à l'isobutylène
En 1982, Mitsubishi Rensi et le Japonppoudre de méthacrylate d'olyméthyleMonomer Company a utilisé de l'isobutylène/alcool tert-butylique (TBA) comme matière première. En 1982, Mitsubishi Liyang et d'autres sociétés ont développé le procédé MMA à l'isobutylène en trois étapes et l'ont industrialisé. En utilisant l’isobutylène comme matière première, la première étape consistait à oxyder en méthacroléine et la deuxième étape consistait à oxyder en acide méthacrylique. La troisième étape est l'estérification de l'acide méthacrylique et du méthanol pour produire du MMA.
En 1998, la société japonaise Asahi Kasei a industrialisé une usine de MMA d'isobutylène en deux étapes. En utilisant l'isobutylène comme matière première, la première étape consistait à l'oxyder en méthacroléine, et la deuxième étape consistait à estérifier la méthacroléine avec du méthanol et de l'air pour former du polyméthacrylate de méthyle. Grâce à l'étape MAA, le nouveau procédé évite efficacement les réactions secondaires telles que la polymérisation du MAA, simplifie le processus, réduit la consommation d'énergie, réduisant ainsi considérablement les coûts d'investissement et d'exploitation, rendant la filière des matières premières isobutylène plus compétitive. L'avantage de la méthode à l'isobutène est qu'elle exploite pleinement la fraction c4 riche en matières premières : le taux d'utilisation des atomes est élevé (73 %), soit 25 % plus élevé que la méthode ACH traditionnelle, et 27 % des atomes non utilisés génèrent des molécules d'eau, ce qui évite la génération d'acides résiduaires et la corrosion des équipements, mais l'inconvénient est que le rendement est faible.
Il est souvent utilisé comme substitut au verre. Les propriétés du matériau sont les suivantes :
propriété physique
1. La densité du PMMA est inférieure à celle du verre : la densité du PMMA est d'environ 1,15 à 1,19 g/cm3, soit la moitié de celle du verre (2,40 à 2,80 g/cm3) et 43 % de celle de l'aluminium (un métal léger).
2. La résistance mécanique du polyméthacrylate de méthyle est élevée : le poids moléculaire relatif du PMMA est d'environ 2 millions, qui est un polymère à longue chaîne, et la chaîne formant la molécule est très molle. Par conséquent, la résistance du PMMA est relativement élevée et sa résistance à la traction et aux chocs est 7 à 18 fois supérieure à celle du verre ordinaire. Il s'agit d'une sorte de plexiglas qui a été chauffé et étiré. Les chaînes moléculaires y sont disposées de manière très ordonnée, de sorte que la ténacité du matériau est considérablement améliorée. Des clous sont utilisés pour enfoncer le plexiglas. Même si les clous pénètrent, aucune fissure ne se produira. Ce type de plexiglas ne se brisera pas en morceaux après avoir été perforé par des balles. Par conséquent, le PMMA étiré peut être utilisé comme verre pare-balles ainsi que comme couverture de cockpit d’avions militaires.
3. Le point de fusion du polyméthacrylate de méthyle est bas, bien inférieur à la température élevée du verre, qui est d'environ 1000 degrés.
4. Transmission lumineuse élevée du PMMA
(1) Lumière visible : le PMMA est actuellement le meilleur matériau polymère transparent, avec une transmission lumineuse de 92 %, supérieure à celle du verre.
(2) Lumière ultraviolette : le quartz peut pénétrer complètement la lumière ultraviolette, mais le prix est élevé. Le verre ordinaire ne peut pénétrer que 0,6 % de la lumière ultraviolette. Le PMMA peut filtrer efficacement la lumière ultraviolette d'une longueur d'onde inférieure à 300 nm, mais l'effet de filtrage est médiocre entre 300 nm et 400 nm. Certains fabricants ont enduit la surface du PMMA pour augmenter l'effet et la propriété de filtrage de la lumière ultraviolette de 300 nm à 400 nm. D'autre part, par rapport au polycarbonate, le polyméthacrylate de méthyle présente une meilleure stabilité lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette.
(3) Rayon infrarouge : le PMMA laisse passer le rayon infrarouge (IR) d’une longueur d’onde inférieure à 2 800 nm. L'IR avec une longueur d'onde plus longue peut être fondamentalement bloqué lorsqu'il est inférieur à 25 000 nm. Il existe un PMMA coloré spécial, qui peut laisser passer les infrarouges d'une longueur d'onde spécifique et bloquer la lumière visible (appliqué à la télécommande ou à la détection thermique, etc.).
(4) La température de transition vitreuse du polyméthacrylate de méthyle est d'environ 105 degrés C.
propriété chimique
En raison de sa grande chaîne ramifiée et de la viscosité élevée du polyméthacrylate de méthyle, la vitesse de traitement est relativement lente lors de l'utilisation de la méthode de traitement thermique. Le plexiglas peut non seulement être découpé avec un tour et percé avec une perceuse, mais également être lié sous diverses formes avec de l'acétone, du chloroforme, etc. Il peut également être transformé en divers produits, allant des housses de cabine d'avion aux prothèses dentaires et prothèses dentaires, par des méthodes de moulage du plastique telles que le moulage par soufflage, l'injection, l'extrusion, etc.
Le cyanoacrylate, le dichlorométhane ou le chloroforme peuvent dissoudre légèrement le verre organique, puis deux morceaux de verre organique peuvent être fermement liés ensemble.
La production de 1 kg deppoudre de méthacrylate d'olyméthylenécessite environ 2 kg d'huile. En présence d'oxygène, le PMMA commence à brûler à 458 degrés C. Après avoir brûlé, il génère du dioxyde de carbone, de l'eau, du monoxyde de carbone et certains composés de faible poids moléculaire, dont le formaldéhyde.
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