有机玻璃

有机玻璃，化学名为聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，简称PMMA），是一种由甲基丙烯酸甲酯聚合形成的高度透明的高分子聚合物，也被称作亚克力、亚加力，它的商品名有Lucite、Perspex、Plexiglas等，其化学式为(C₅H₈O₂)_n，属于丙烯酸树脂。PMMA的密度通常介于1.19到1.22g/cm³，分子量在50万到100万之间，其玻璃化温度达104℃，具有线型结构，及较好的光学、力学、热学和电学性能等。

PMMA最早由德国科学家罗姆（Rohm）在1901年合成。1927年由罗姆（Rohm）和哈斯（Haas）在德国开始小批量生产，当时获得的材料是软而透明的胶状物。1930年，希尔（Hill）制成PMMA透明板，用作飞机窗玻璃。帝国化学工业有限公司（英国ICI公司）和德国的罗姆–哈斯公司分别于1932年和1933年实现了有机玻璃的工业化生产。美国和日本分别于1936年和1937年相继投产PMMA，第二次世界大战期间（1939~1945年）因PMMA具有优异的强韧性及透光性，被应用于飞机的挡风玻璃、坦克司机驾驶室的视野镜。1949年里德利（Ridley）爵士将首例人工晶体成功植入人眼，其材质是PMMA。他之所以认为PMMA是一种良好的材料，是因为他在二战时期担任英国军队眼科医生时，发现飞行透明罩盖（PMMA材质）碎片所形成的眼内异物的组织耐受性好。随后长达40年间，PMMA一直是人工晶体的首选材料。中国在1954年开始生产PMMA，1955年，张锡华教授完成了中国首例人工晶状体植入术。中国上海珊瑚化工厂于1956年首先投产，中国锦西化工厂于1958年投产。此后，中国苏州人民化工厂，中国晨光化工研究院，中国河南焦作化工厂等也相继建厂投产。

有机玻璃，也称为亚克力或亚加力等，源自英文acrylic（丙烯酸塑料），化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，简称PMMA），英文名为Poly(methyl 2-methylpropenoate)、Poly(methyl methacrylate)等，其常见的商品名包括Lucite、Plexiglas（美）、Perspex（英）、Acrylite等，它是一种开发较早的重要的可塑性高分子材料。

有机玻璃外观透明，表面光整，与无机玻璃某些特点相似，因而得“玻璃”之名。其密度在1.19到1.22g/cm³之间，拥有较大的分子量范围，介于50万到100万之间。它浸入20℃水中的平均吸水率为2.1%，可以溶于二氯乙烷、氯仿、丙酮等有机溶剂，不溶于乙醇、乙醚或石油醚等。

PMMA可耐较稀的无机酸，但浓的无机酸可侵蚀它。PMMA的耐碱性较好，但湿热的氢氧化钠、氢氧化钾可侵蚀它。它可耐盐类、油脂类和脂肪烃类，可吸收醇类溶胀，并产生应力开裂，不耐酮[tóng]类、氯代烃和芳烃。此外，PMMA对臭氧和二氧化硫具有良好的抵抗能力。燃烧反应：PMMA的氧指数为17.3，属于易燃塑料，点燃离火后不能自熄，火焰呈浅蓝色，燃烧时伴有腐烂水果、蔬菜的气味。在其燃烧的过程中，氧气主要消耗于单体MMA的氧化反应中，PMMA的主要产物为CO₂和少量CO，并且CO₂和CO的产率与反应温度（辐射热流强度）及样品厚度基本无关，其反应方程式可表示为：

PMMA是高度透明的无定形热塑性塑料，具有十分优异的光学性能，透光率可达90%~92%，比玻璃的透光度高，折射率为1.49，雾度不大于2%，可透过大部分紫外线和红外线。石英能完全透过紫外线，但价格高昂，普通玻璃只能透过0.6%的紫外线，但PMMA却能透过73%。在照射紫外光的状况下，与聚碳酸酯相比，PMMA具有更佳的稳定性。PMMA允许小于2800nm波长的红外线通过。

PMMA的拉伸强度为55~77MPa，弯曲强度为110MPa，断裂伸长率为2.5%~6%，属于硬而脆的塑料，且具有缺口敏感性，应力作用下易开裂，但其断口不像聚苯乙烯（PS）或普通玻璃那样尖锐。40℃是一个二级转变温度，相当于侧甲基开始运动的温度，超过40℃ ，材料的韧性、延展性有所改善。经过加热和拉伸处理过的PMMA，分子链段排列有序，材料的韧性显著提高，即使钉子穿透也不产生裂纹。PMMA具有室温蠕变特性，随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。PMMA表面硬度低，易于划伤，耐磨性较差，抗银纹能力较差。

PMMA的耐热温度不高，它的玻璃化转变温度（T_g）虽然达到约104℃，但最高连续使用温度却随工作条件的不同而不同，只在65~95℃改变，热变形温度约为96℃（1.18MPa），维卡软化点约113℃。可以用单体与甲基丙烯酸丙烯酯或双酯基丙烯酸乙二醇酯共聚的方法提高耐热性。PMMA的耐寒性较差，脆化温度约9.2℃。它的热稳定性属于中等，优于聚氯乙烯和聚甲醛，但不及聚烯烃和聚苯乙烯，热分解温度略高于270℃，其流动温度约为160℃，故有较宽的熔融加工温度范围。热降解反应：在270℃以下，PMMA可以全部解聚成单体，温度较高时，伴有无规断链。利用此原理，可处理废有机玻璃，回收单体。

PMMA主链侧位含有极性的甲酯基，电性能不及聚烯烃和聚苯乙烯（PS）等非极性塑料，但仍具有良好的介电和电绝缘性能以及较好的抗电弧性。在电弧作用下，表面不会产生碳化电弧径迹现象。

有色透明有机玻璃（彩板）：其特点是光透过时柔和，制作出的灯箱和工艺品给人一种舒适且大方的感觉。根据透明度的不同，有色透明有机玻璃又可分为完全透明、半透明和不透明三种类型。珠光有机玻璃：这种有机玻璃是在普通有机玻璃中加入珠光粉或荧光粉制成的。珠光有机玻璃色彩鲜明，表面光滑，即使经过磨平和抛光处理，仍可保持其模压时的花纹，创造出独特的艺术效果。它适用于制作人物和动物造型、商标、装饰品以及用于宣传和展览的材料。压花有机玻璃：这类有机玻璃具有透明和半透明的无色类型，质地较脆，容易断裂，适于制作。磁有机玻璃：其光泽度不如珠光有机玻璃那样鲜亮，同样质地脆弱，容易断裂。适合于制作表盘、盒子、医疗器械以及人物和动物的造型材料。

PMMA在航空航天器械、飞机、汽车、船舶等方面用作防弹玻璃和窗玻璃，此外还应用于仪表零件、信号显示灯罩、座舱盖、指示灯罩和表面覆盖板，以及仪器仪表表盘、罩壳、刻度盘、尾灯、信号灯等。

飞机窗玻璃

在室内外照明及非照明信号显示、天花板照明设备方面，PMMA可作为一个重要的材料选择。它也被用于制作高级装饰品（如雕塑品）、家具、隔板材料，以及太阳能集热器的外罩、室内紫外线操作的日光浴床、温室玻璃、阳台玻璃和水槽等。还可以应用于建筑采光体、透明屋顶、棚顶、电话亭、楼梯和展示窗、广告窗、天花板等。

温室玻璃

PMMA的高透明性使其成为制造各种光学镜片的理想材料，包括眼镜、放大镜、透镜以及用于激光扫描控制的慢转录像带等，还可用于制作信息传播材料，如光盘及光纤等。此外，PMMA也可作为原子力显微镜探针的基底，以便于操作。

眼镜

作为一种优质的医用高分子材料，PMMA被广泛应用于整形外科，用于制造假肢、假鼻（眼、牙及牙托）以及医用导光管，还可以制造人工角膜等。此外，它也用作婴幼儿保护箱的透明防护罩等。

婴幼儿保护箱的透明防护罩

当艺术作品配有画框时，可以使用有机玻璃替代传统玻璃，以避免眩光问题。有机玻璃也适用于制作仿琥珀工艺品。艺术家能够利用有机玻璃创作出灵巧、实用且环保的玻璃摆件。有机玻璃还可作为保护罩，用于保护珍贵的收藏品，例如将古钱币中的稀有品种放入充满氮气的有机玻璃圆盒中封存。此外，三维艺术广告常常利用有机玻璃等材料制作具有立体感的标题等。

有机玻璃摆件

PMMA还常用于制作日用品和文化用品，如制图用具、示教模型、标本及标本防护罩、灯具、笔杆、纽扣、发卡、糖果盒、肥皂盒及各种容器和其他日用装饰品等。由于PMMA浴缸具有外观豪华、有深度感、容易清洗、强度高、质量小及使用舒适等特点，故在卫生洁具方面有广泛的应用，如浴缸、洗脸盆、化妆台等有机玻璃产品。

PMMA浴缸

PMMA共聚物在纤维、皮革处理剂、塑料和橡胶粘合剂、静电植绒粘合剂、复合安全玻璃夹层、乳胶漆、磁漆、密封材料、薄膜、软管、透明管道、仪器零件、机器外壳、框架、食品及化妆品包装等方面具有广泛的应用。

MMA的聚合反应

PMMA的合成以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为原料，通过MMA的聚合反应来生产PMMA。该反应主要按自由基聚合机理进行，引发方式有光、热或引发剂。可以按本体、乳液、悬浮聚合等方法实施工业生产：

将单体和引发剂混合后加热预聚，制得的浆液浇铸在一定厚度的无机玻璃模型内，在确定风速的循环空气烘房内，于40℃左右聚合至胶状，再于95~110℃高温聚合，最后降至室温脱模得产品。

单体在水中进行乳液聚合，乳液固含量为30%~50%。常用乳化剂为非离子型，引发剂使用水溶性过硫酸钾或过硫酸铵等。需要PMMA固体产品时，乳液需经过凝聚、洗涂、脱水、干燥等工序。残留乳化剂等杂质会影响透明性和电绝缘性。

单体分散在水介质中，于搅拌下加热聚合，制得直径0.1~1.0mm的珠状体模塑粉，经挤出造粒为模塑料，供注塑成型和挤出加工用。工业产品均为MMA和少量苯乙烯或丙烯酸甲酯及其乙酯或丁酯的共聚物。

PMMA的平均吸水率为2.1%，成型前必须干燥，干燥条件为80~100℃下干燥4~6h。可采用浇铸、注塑、热成型等工艺来加工PMMA树脂：（1）浇铸成型：指在常压下将树脂的液态单体或预聚体灌入大口模腔，经聚合固化定型成为制品的成型方法。浇铸成型用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，浇铸成型后的制品需要进行后处理，后处理条件是60℃下保温2h，120℃下保温2h。（2）注塑成型：在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。料筒温度200~240℃，模具温度40~80℃，注射压力80~130MPa。所得制品需要进行后处理消除内应力，处理温度70~80℃，时间3~4h。（3）热成型：热成型是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程，将裁切成要求尺寸的材料夹紧在模具框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面，得到与型面相同的形状。

PMMA的结构式

PMMA是一种具有独特结构特征的线型高分子聚合物，这些结构特点决定了它的物理和化学性能。下面是PMMA结构的主要特征：线型高聚物与主链刚性：PMMA是一种线型高聚物，其主链由碳碳单键相连。在同一碳原子上，既含有甲基也含有侧甲酯基，这种结构使得分子链的刚性增强。相比于聚乙烯（PE），PMMA的玻璃化温度显著升高，达到104℃。这表明PMMA在更高的温度下保持硬度和形状，是因为其分子链较为刚性。极性侧甲酯基：PMMA分子链上的侧甲酯基是极性基团。这意味着相对于分子量相同的PE，PMMA的分子间作用力更大。极性基团的存在使得PMMA具有良好的透明性、优秀的耐化学品性能以及较好的电绝缘性能。头尾相连结构与空间异构体：PMMA的分子结构具有头尾相连的构造，这导致了空间异构现象的存在，包括全同异构体、间同异构体和无规异构体。全同异构体和间同异构体的PMMA具有一定的结晶能力。然而，工业生产的PMMA主要是三种空间异构体的混合物，以间规异构体和无规异构体为主，含有少量的等规异构体。这使得PMMA大多数情况下表现为无定形高聚物。

有机玻璃应储存在干燥、通风良好且无有机溶剂的环境中，避热源与火种，并备有消防设施，严禁与易燃、易爆、有毒和易污物品共贮共运。经过适当包装的有机玻璃产品，可在篷布覆盖的车辆中运输；运输时避免日晒、雨淋或受潮。消防可用水、砂土和各种灭火剂。有机玻璃的表面硬度较低，因此在使用过程中应避免与硬物接触摩擦，以免损坏其外观和减少透光性。避免长时间将有机玻璃置于日光直射下，因为这可能会导致其变黄和透明度降低，甚至出现裂纹。有机玻璃对热的耐受性不高，使用环境的温度若超过100摄氏度，可能会导致软化变形，进而损坏。