Акрил (материал)

Акрил (в техническом контексте также акриловое стекло, оргстекло, полиметилметакрилат, ПММА) — это синтетический полимерный материал, получаемый путём полимеризации метилметакрилата. Относится к классу термопластичных прозрачных пластмасс. Благодаря высокой светопропускаемости (до 92 %, что выше, чем у обычного силикатного стекла), лёгкости (примерно в 2,5 раза легче стекла), стойкости к атмосферным воздействиям и ударной вязкости, акрил широко применяется в строительстве, дизайне, машиностроении, медицине и быту. В обиходе термином «акрил» также обозначают акриловые краски, акриловые волокна и акриловые ванны, однако в строгом химическом смысле это разные продукты на основе производных акриловой кислоты.

История

Первые лабораторные образцы полиметилметакрилата были получены в 1877 году немецким химиком Вильгельмом Рудольфом Фиттигом. Однако промышленная разработка началась лишь в начале XX века. В 1928 году немецкий концерн Rohm and Haas (позднее — Röhm GmbH) под руководством Отто Рёма начал исследования, которые привели к созданию коммерчески пригодного материала. В 1933 году была запущена первая промышленная линия по производству листового акрила под торговой маркой Plexiglas. В этот же период в Великобритании компания Imperial Chemical Industries (ICI) разработала собственный аналог — Perspex.

Во время Второй мировой войны акрил активно использовался в авиастроении для изготовления прозрачных кабин самолётов, иллюминаторов и защитных козырьков. После войны технология была адаптирована для гражданских нужд: оргстекло стало применяться в автомобильной промышленности, приборостроении и архитектуре. В СССР производство акрилового стекла было освоено в 1950-х годах под названием «органическое стекло» (сокращённо — оргстекло). К концу XX века акрил стал одним из самых распространённых конструкционных полимеров.

Химический состав и производство

Основным мономером для получения полиметилметакрилата является метилметакрилат (ММА). Полимеризация может проводиться несколькими способами:

• Блочная (литьевая) полимеризация: мономер заливается в форму между двумя листами стекла и полимеризуется при нагреве. Этот метод даёт листы высокой оптической чистоты и однородности.
• Экструзия: гранулы ПММА расплавляются и выдавливаются через плоскую фильеру, после чего охлаждаются и нарезаются. Экструзионный акрил дешевле, но имеет более низкую ударную вязкость и может содержать внутренние напряжения.
• Литьё под давлением: используется для изготовления готовых изделий сложной формы (линзы, корпуса приборов).

В процессе полимеризации могут добавляться модификаторы: УФ-стабилизаторы для повышения стойкости к солнечному свету, красители для получения цветных листов, а также пластификаторы для увеличения эластичности.

Физико-механические свойства

Акрил обладает рядом характерных свойств, определяющих его применение:

• Прозрачность: светопропускание в видимом диапазоне достигает 92 %, что превосходит показатель обычного стекла (около 85 %). Коэффициент преломления — 1,49.
• Плотность: 1,18–1,19 г/см³, что примерно в 2,5 раза меньше плотности силикатного стекла (2,5 г/см³).
• Ударная вязкость: в 5–10 раз выше, чем у обычного стекла, однако ниже, чем у поликарбоната.
• Термостойкость: температура размягчения по Вика — 100–110 °C, длительная эксплуатация возможна до 80 °C. При нагреве свыше 160 °C начинает разлагаться.
• Механическая обработка: легко режется, сверлится, фрезеруется, полируется. При обработке не образует сколов.
• Устойчивость к атмосферным воздействиям: не желтеет под действием УФ-излучения (в отличие от поликарбоната), устойчив к дождю, снегу, солевым растворам.
• Химическая стойкость: устойчив к разбавленным кислотам, щелочам, спиртам, но разрушается под действием ацетона, бензола, хлорированных углеводородов и концентрированных кислот.

Классификация и виды

Акриловые материалы классифицируют по способу производства и назначению:

По технологии изготовления

• Литьевой (блочный) акрил — высокая оптическая чистота, минимальные внутренние напряжения, пригоден для глубокой вакуумной формовки.
• Экструзионный акрил — более низкая стоимость, но меньшая ударная вязкость и склонность к растрескиванию при механической нагрузке.

По функциональным свойствам

• Прозрачный (оптический) — для остекления, витрин, дисплеев.
• Цветной — окрашенный в массе, непрозрачный или полупрозрачный.
• Матовый (светорассеивающий) — используется в светотехнике для равномерного распределения света.
• Антибликовый — с покрытием, снижающим отражение.
• Ударопрочный — усиленный стекловолокном или другими наполнителями.
• Термостойкий — модифицированный для работы при температурах до 120 °C.

Применение

Строительство и архитектура

Акрил применяется для остекления зданий (особенно в зонах с высокими ветровыми нагрузками), изготовления куполов, световых фонарей, перегородок, душевых кабин, ванн (акриловые ванны). Благодаря пластичности из него формуют сложные криволинейные поверхности.

Дизайн и реклама

Из акрила изготавливают вывески, объёмные буквы, стенды, подставки для товаров, витрины. Прозрачные акриловые элементы широко используются в современном интерьере: стулья, столы, полки, декоративные панели.

Машиностроение и транспорт

В авиации — иллюминаторы, фонари кабин, остекление вертолётов. В автомобилестроении — стёкла фар, указатели поворотов, внутренние панели. В судостроении — окна рубок, защитные экраны.

Медицина

Акрил применяется для изготовления линз (очковых, контактных), зубных протезов, костных цементов в ортопедии, прозрачных защитных экранов и боксов. Важное свойство — биосовместимость и возможность стерилизации.

Светотехника

Из акрила делают рассеиватели светодиодных светильников, защитные колпаки, световые панели. Матовый акрил обеспечивает равномерное освещение без бликов.

Бытовая сфера

Акриловые краски (водно-дисперсионные на основе акриловых смол), акриловые волокна (ткани, ковры), акриловые ванны, акриловые клеи и герметики.

Достоинства и недостатки

Преимущества

• Высокая прозрачность и светопропускание.
• Малый вес (в 2,5 раза легче стекла).
• Ударопрочность (не разбивается на острые осколки).
• Устойчивость к УФ-излучению и атмосферным воздействиям.
• Лёгкость механической обработки и формовки.
• Возможность склеивания и сварки.

Недостатки

• Низкая стойкость к царапинам (поверхность легко повреждается абразивами).
• Ограниченная термостойкость (деформируется при нагреве выше 100 °C).
• Горючесть (поддерживает горение, при горении выделяет токсичные продукты).
• Чувствительность к некоторым органическим растворителям.
• Высокий коэффициент теплового расширения (требует компенсационных зазоров при монтаже).

Экологические аспекты

Акрил является термопластом, что теоретически позволяет его перерабатывать. Однако на практике переработка затруднена из-за наличия красителей, покрытий и смешанных отходов. При горении акрил выделяет метилметакрилат, угарный газ и другие токсичные вещества. В последние годы разрабатываются методы химической деполимеризации для возврата мономера. В России и странах ЕС действуют программы раздельного сбора и утилизации акриловых отходов, однако масштабы переработки остаются незначительными.

Источники

• Энциклопедия полимеров. Под ред. В. А. Кабанова. — М.: Советская энциклопедия, 1972–1977.
• Полиметилметакрилат: свойства, производство, применение. — М.: Химия, 1980.
• Röhm GmbH. История Plexiglas. — Darmstadt, 2003.
• Справочник по пластическим массам. Под ред. И. И. Соколова. — Л.: Химия, 1985.
• ГОСТ 17622-72. Стекло органическое листовое. Технические условия. — М.: Издательство стандартов, 1972.