Nhựa PMMA (Polymethyl methacrylate) là gì? Thông số kỹ thuật của PMMA.

Cũng như tất cả các loại nhựa, Acrylic thuộc nhóm polyme—một thuật ngữ có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, trong đó poly có nghĩa là “nhiều” và meros có nghĩa là “phần”. Điều này cho thấy polyme là tập hợp của nhiều phân tử nhỏ (monome) liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi dài. Các chuỗi polyme có thể chứa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn phân tử đơn lẻ kết nối với nhau, tạo ra một vật liệu có tính chất hoàn toàn khác biệt so với các thành phần cấu thành ban đầu.

Với đặc tính nổi bật về độ bền, tính linh hoạt và khả năng thích ứng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, Polymethyl Methacrylate (PMMA) đã trở thành một lựa chọn lý tưởng trong vô số ứng dụng. Hãy cùng khám phá sâu hơn về đặc điểm chính của PMMA, những lợi thế vượt trội của nó so với các vật liệu khác, cũng như các điều kiện cần thiết để xử lý và tái chế loại polyme này nhằm tối ưu hóa hiệu suất sử dụng và bảo vệ môi trường.

Nhựa Acrylic (PMMA) là gì?

Nhựa Acrylic (PMMA) là gì?Polymethyl Methacrylate (PMMA), thường được gọi là Thủy tinh Acrylic hoặc đơn giản là Acrylic, là một loại nhựa nhiệt dẻo trong suốt, cứng và có độ bền cao. Nhờ đặc tính chống vỡ vượt trội, PMMA được sử dụng rộng rãi như một giải pháp thay thế cho thủy tinh trong nhiều ứng dụng khác nhau.

So với các loại polymer trong suốt khác như PVC hay polystyrene, PMMA sở hữu nhiều ưu điểm kỹ thuật vượt trội, bao gồm:

• Chống tia cực tím và thời tiết xuất sắc: Giữ được độ trong suốt và bền màu ngay cả khi tiếp xúc lâu dài với ánh nắng mặt trời và môi trường khắc nghiệt.
• Truyền ánh sáng tuyệt vời: Cho phép ánh sáng đi qua lên đến 92%, gần như không bị suy giảm, giúp tạo ra hiệu ứng quang học rõ nét.
• Đa dạng về màu sắc: Có thể dễ dàng tùy chỉnh màu sắc theo yêu cầu mà không làm ảnh hưởng đến đặc tính vật lý của vật liệu.

Nhờ những đặc tính ưu việt này, PMMA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ xây dựng, quảng cáo, y tế cho đến công nghiệp ô tô và hàng không.

PMMA hoặc poly (metyl 2 ‐ metylpropenoat) được sản xuất từ ​​monome metyl metacrylat.

Cấu trúc phân tử Methyl methacrylate

Nguyên liệu này là một loại polymer trong suốt, không màu, có sẵn ở dạng viên, hạt nhỏ và dạng tấm, sau đó các sản phẩm từ Acrylic được tạo thành bằng nhiều phương pháp nhựa nhiệt dẻo khác nhau như ép phun, ép nén và ép đùn. PMMA có thể tái chế 100%.

Tên thương mại phổ biến của acrylic

Nhà hóa học và công nghiệp Otto Röhm của Rohm và Haas AG ở Đức đã được cấp bằng sáng chế cho tên thương mại “Plexiglas” vào năm 1933. Ngày nay, các tên thương mại đáng chú ý bao gồm:

PMMA được tạo ra như thế nào?

Poly (metyl metacrylat) (PMMA) được tổng hợp chủ yếu thông qua quá trình trùng hợp gốc tự do của monome metyl metacrylat (MMA). Quá trình này có thể diễn ra theo hai phương pháp chính:

• Trùng hợp khối (Bulk Polymerization): Được sử dụng để tạo ra PMMA ở dạng tấm hoặc khối đặc. Trong phương pháp này, metyl metacrylat lỏng cùng với chất khơi mào phản ứng được đổ vào khuôn và sau đó trải qua quá trình trùng hợp để tạo thành các tấm nhựa trong suốt với độ dày mong muốn.

• Trùng hợp huyền phù (Suspension Polymerization): Ở phương pháp này, metyl metacrylat được phân tán thành những giọt nhỏ trong môi trường nước với sự hỗ trợ của chất ổn định. Khi phản ứng trùng hợp xảy ra, các giọt MMA chuyển thành các hạt PMMA nhỏ dạng cầu, tạo ra nhựa PMMA dạng hạt Cancel dùng trong sản xuất nhựa ép phun hoặc đùn.

Cả hai phương pháp đều mang lại vật liệu PMMA có độ bền cao, khả năng gia công linh hoạt và đặc tính quang học tuyệt vời, giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Trùng hợp PMMA monomer thành PMMA Polymer

Điều kiện gia công PMMA

PMMA là một loại nhựa nhiệt dẻo có thể được gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau như ép phun, ép đùn, đúc thổi đùn, tạo hình nhiệt và đúc nhiệt. Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng bề mặt thành phẩm, việc làm khô nguyên liệu trước khi sản xuất là rất quan trọng nhằm tránh các khuyết tật như bọt khí hay vết phồng rộp.

Ép phun

Ép phun là phương pháp phổ biến để tạo ra các sản phẩm PMMA có hình dạng phức tạp. Các thông số quan trọng trong quá trình này bao gồm:

• Nhiệt độ nóng chảy: 200 – 250 °C
• Nhiệt độ khuôn: 40 – 80 °C
• Áp suất phun: Cao, do PMMA có đặc tính dòng chảy kém
• Bơm chậm: Có thể cần thiết để đảm bảo dòng chảy chính xác
• Xử lý ứng suất bên trong: Sản phẩm sau khi ép phun có thể cần được gia nhiệt ở 80 °C để giảm ứng suất nội bộ

Ép đùn

PMMA cũng có thể được sản xuất dưới dạng tấm, ống hoặc màng bằng phương pháp ép đùn. Thông số kỹ thuật cần lưu ý:

• Nhiệt độ đùn: 180 – 250 °C
• Sử dụng vít khử khí: Với tỷ lệ L/D từ 20 – 30 để đảm bảo quá trình đùn diễn ra ổn định và không bị bọt khí

Hàn PMMA

PMMA có thể được hàn bằng nhiều kỹ thuật hàn nhựa khác nhau, giúp tạo ra mối nối chắc chắn và thẩm mỹ cao. Các phương pháp hàn phổ biến bao gồm:

• Hàn lưỡi cắt nóng: Sử dụng dao nhiệt để làm nóng chảy và ghép nối các bề mặt PMMA.
• Hàn khí nóng: Dùng luồng khí nóng để làm mềm vật liệu trước khi ép chặt để kết dính.
• Hàn siêu âm: Tận dụng sóng siêu âm tần số cao để tạo ma sát và làm nóng chảy mối nối.
• Hàn quay: Một phương pháp hàn ma sát, thích hợp cho các chi tiết hình trụ hoặc đối xứng.

In 3D bằng PMMA

Nhờ độ trong suốt và độ cứng cao, PMMA cũng được sử dụng làm vật liệu in 3D. Tuy nhiên, so với các loại nhựa thông dụng như PLA, PMMA có một số đặc điểm cần lưu ý:

• Yêu cầu nhiệt độ in cao hơn, thường trên 230°C.
• Dễ bị vón cục hơn một chút, do đó cần điều chỉnh chính xác các thông số in để đạt chất lượng tốt nhất.
• Sợi PMMA có nhiều màu sắc, mang đến sự đa dạng trong thiết kế sản phẩm.

Với tính quang học vượt trội, độ bền cao và khả năng gia công linh hoạt, PMMA là một trong những vật liệu nhựa được ưa chuộng trong nhiều lĩnh vực như:

• Công nghiệp sản xuất linh kiện (kính ô tô, đèn LED, màn hình hiển thị).
• Quảng cáo (biển hiệu, hộp đèn, bảng chỉ dẫn).
• Y tế (thiết bị nha khoa, kính áp tròng, dụng cụ thí nghiệm).
• In 3D và chế tạo sản phẩm cao cấp.

Nhờ những đặc tính ưu việt này, PMMA tiếp tục là một lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng yêu cầu tính thẩm mỹ, độ bền và khả năng chịu thời tiết cao.

Các bài liên quan về đặc tính và tính chất của nhựa PMMA:

• Chất rắn vô định hình là gì? Tính chất và ứng dụng
• Nhiệt độ nóng chảy và bảng nhiệt độ nóng chảy các loại nhựa
• Độ bền kéo của tấm Polycarbonate là bao nhiêu? So sánh độ bền kéo của các loại nhựa
• Độ giãn dài khi đứt là gì và hoạt động thế nào?
• Tỷ trọng (Density): Định nghĩa, công thức và ứng dụng trong công nghiệp nhựa
• Tính dẻo của nhựa: Vai trò quan trọng và ứng dụng trong sản xuất

Ưu điểm & nhược điểm của nhựa PMMA

Ưu Điểm của PMMA
Polyme PMMA thể hiện các phẩm chất giống như Thủy tinh – độ trong, sáng, trong suốt, mờ – với trọng lượng bằng một nửa và khả năng chống va đập cao hơn gấp 10 lần. Nó chắc chắn hơn và có ít rủi ro hư hỏng hơn.

• Độ truyền sáng – Polyme PMMA (Acrylic) có Chỉ số khúc xạ là 1,49 và do đó cung cấp độ truyền ánh sáng cao. Lớp PMMA cho phép 92% ánh sáng đi qua nó, nhiều hơn thủy tinh hoặc các loại nhựa khác. Những vật liệu nhựa này có thể dễ dàng được nhiệt luyện mà không làm giảm độ trong của quang học. So với polystyrene và polyethylene, PMMA được khuyên dùng cho hầu hết các ứng dụng ngoài trời nhờ tính ổn định với môi trường của nó.
• Độ cứng bề mặt – PMMA là một loại nhựa nhiệt dẻo dai, bền và nhẹ. Nó có khả năng chống xước tuyệt vời khi so sánh với các loại polyme trong suốt khác, tuy nhiên kém hơn thủy tinh. Nó có tính chất hút nước và độ ẩm thấp, do đó các sản phẩm được tạo ra có độ ổn định kích thước tốt.
• Độ ổn định tia cực tím – PMMA có khả năng chống lại tia cực tím và thời tiết cao. Hầu hết các polyme acrylic thương mại được thêm vào hoạt chất chống tia UV làm cho nó có khả năng chống chịu tốt khi tiếp xúc lâu với ánh sáng mặt trời. Do đó, PMMA thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời.
• Kháng hóa chất – Acrylics không bị ảnh hưởng bởi dung dịch nước của hầu hết các hóa chất trong phòng thí nghiệm, bởi chất tẩy rửa, chất tẩy rửa, axit vô cơ loãng, kiềm và hydrocacbon béo. Tuy nhiên, acrylic KHÔNG được khuyến khích sử dụng với hydrocacbon thơm, este hoặc xeton được clo hóa hoặc khử trùng.

Vì PMMA tinh khiết đôi khi không đáp ứng được các yêu cầu trong những ứng dụng nhất định, các chất phụ gia hoặc chất độn được thêm vào trong quá trình sản xuất để nâng cao hơn nữa các đặc tính của PMMA như chống va đập, kháng hóa chất, chống cháy, khuếch tán ánh sáng, lọc tia UV, hoặc hiệu ứng quang học. Ví dụ như:

• Sử dụng co-monomemetyl acrylat giúp tăng cường độ ổn định nhiệt bằng cách giảm xu hướng khử phân tử trong quá trình xử lý nhiệt
• Chất hóa dẻo được thêm vào để sửa đổi quá trình chuyển đổi thủy tinh, độ bền va đập
• Chất độn có thể được thêm vào để sửa đổi các thuộc tính vật liệu cuối cùng hoặc cải thiện hiệu quả chi phí
• Tạo màu có thể được thêm vào trong quá trình trùng hợp để bảo vệ ánh sáng tia cực tím hoặc tạo ra một số màu nhất định

Nhược điểm PMMA

• Chống va đập kém
• Khả năng chịu nhiệt giới hạn (80 ° C)
• Khả năng kháng hóa chất hạn chế, dễ bị dung môi hữu cơ tấn công
• Khả năng chống mài mòn và mài mòn kém
• Có thể bị nứt khi chịu tải

Ứng dụng của PMMA

Do đặc tính trong suốt, trọng lượng nhẹ và độ dẻo dai vượt trội so với thủy tinh, PMMA đã trở nên phổ biến trong Thế chiến thứ hai. Nó được sử dụng rộng rãi để làm kính chắn gió, tán cây và tháp súng cho máy bay. Sau đó, một số ứng dụng thương mại khác đã được phát triển cho PMMA như tấm lợp kính, thiết kế mặt dựng, quảng cáo, đèn pha ô tô, v.v.

Ngày nay, nhiều loại lớp acrylic khác nhau được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ:

Kiến trúc và Xây dựng
Nhờ tác động tuyệt vời của nó và khả năng chống tia cực tím, PMM được sử dụng rộng rãi trong các cấu hình cửa sổ và cửa đi, mái che, tấm panel, thiết kế mặt dựng, … Nó có độ truyền ánh sáng và cách nhiệt tốt, do đó là một lựa chọn phù hợp để xây dựng nhà xanh. PMMA cũng được sử dụng để xây dựng bể cá thủy cung.

Tấm PMMA chiếu sáng được sử dụng để thiết kế đèn LED , nơi nó giúp tối đa hóa tiềm năng phát sáng. Nó cũng được sử dụng để chế tạo đèn nhờ tính chất trong suốt và quang học của nó.

Ô tô và Giao thông Vận tải
Trong xe cộ, tấm PMMA được sử dụng trong cửa sổ ô tô, kính chắn gió xe máy, tấm nội thất và ngoại thất, chắn bùn, v.v. Ngoài ra, tấm acrylic màu được sử dụng trong vỏ đèn báo ô tô, vỏ đèn nội thất, v.v. Nó cũng được sử dụng cho cửa sổ tàu thuyền (chống muối) và các mục đích hàng không.

PMMA cũng mở ra những khả năng thiết kế mới cho các nhà sản xuất xe hơi nhờ đặc tính cách âm, khả năng định hình vượt trội và độ cứng bề mặt tuyệt vời.

Điện tử
Do có độ rõ nét quang học tuyệt vời, khả năng truyền ánh sáng cao và khả năng chống xước, PMMA được sử dụng rộng rãi trong màn hình TV LCD / LED, máy tính xách tay, màn hình điện thoại thông minh cũng như màn hình thiết bị điện tử . PMMA cũng được sử dụng trong các tấm pin mặt trời làm vật liệu che phủ nhờ khả năng chống tia cực tím và khả năng truyền sáng cao cho phép hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối ưu.

Y tế và chăm sóc sức khỏe
là vật liệu có độ tinh khiết cao và dễ làm sạch, do đó được sử dụng để chế tạo tủ ấm, thiết bị kiểm nghiệm thuốc, tủ bảo quản trong bệnh viện và phòng thí nghiệm nghiên cứu. Ngoài ra, do tính tương hợp sinh học cao, PMMA cũng được ứng dụng làm chất trám răng và xi măng xương.

Nội thất
PMMA cung cấp các đặc tính ngoại lệ như độ trong suốt, độ dẻo dai và tính thẩm mỹ để sản xuất ghế, bàn, tủ bếp, bát đũa, thảm trải bàn, v.v. ở bất kỳ hình dạng, màu sắc hoặc hoàn thiện nào.

So sánh PMMA và Polycarbonate (PC)

Acrylic, Polycarbonate và thủy tinh đều là những vật liệu trong suốt và như đã thảo luận ở trên, PC và PMMA là những lựa chọn thay thế phù hợp, chống vỡ cho thủy tinh. PMMA thường được sử dụng như một vật liệu nhẹ thay thế cho thủy tinh. Tuy vậy PMMA tỏ ra kém phù hợp hơn so với Polycarbonate vì khả năng chịu lực và chấp va đập thấp hơn.
Ngoài ra, PMMA ít có khả năng bị xước và không bị ố vàng trong một khoảng thời gian. PMMA có độ truyền rất cao và độ rõ nét quang học tốt hơn so với PC nên nó là một lựa chọn tuyệt vời cho các thiết bị quang học vì nó ít gây tổn hại cho các mô khi nó bị gãy.

Độc tính và khả năng tái chế của PMMA

Polymethyl methacrylate (PMMA) là một vật liệu có độ tương thích sinh học cao, không gây phản ứng phụ với cơ thể người, giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong nhiều ứng dụng y tế. Đồng thời, PMMA thuộc nhóm nhựa số 7 theo hệ thống mã nhận diện nhựa và 100% có thể tái chế, mặc dù không phân hủy sinh học.

Có một số cách để tái chế PMMA. Thông thường, các quy trình tái chế này liên quan đến quá trình nhiệt phân, trong đó PMMA được đốt nóng ở nhiệt độ cực cao trong điều kiện không có oxy. Một quy trình khác liên quan đến việc khử phân tử PMMA bằng cách sử dụng chì nóng chảy để thu được MMA monome có độ tinh khiết> 98%. Tuy nhiên, quy trình tái chế này không khả thi với môi trường do chì tạo ra các sản phẩm phụ có hại trong quá trình xử lý, và do đó cần hạn chế việc sử dụng acrylic.

Acrylic tái chế có thể được tạo thành các tấm được sử dụng trong xây dựng cho cửa sổ và cửa ra vào, ngành y tế , ngành quảng cáo và hơn thế nữa.

PMMA tương thích tự nhiên với mô người và là một thành phần thường xuyên của kính áp tròng trong quá khứ; nó cũng được sử dụng để làm răng giả và thay thế xương.

Nhựa PMMA và các vấn đề liên quan đến tái chế, môi trường xem tại:

• Nhựa trong cuộc sống hằng ngày: Phân biệt các loại nhựa phổ biến
• Mã nhận dạng nhựa: Hệ thống phân loại các loại nhựa
• Polyme và các đặc tính hóa học trong sản xuất
• Làm sao để phân biệt các loại nhựa nào an toàn để sử dụng?
• Tái chế là gì? Lợi ích và quy trình cụ thể tại Việt Nam
• Nhựa Y Tế Là Gì? Tầm Quan Trọng và Ứng Dụng Nhựa Trong Ngành Y Tế