폴리메타크릴산 메틸

3. 명칭

메타크릴산과 메탄올의 반응으로 생성되는 에스테르인 메틸 메타크릴레이트를 중합하여 만든 고분자 화합물이다. 일반적으로 '''폴리메틸 메타크릴레이트'''^[6][7] 또는 '''폴리메틸메타크릴레이트'''라고 표기한다. 전체 IUPAC 이름은 폴리(메틸 2-메틸프로판산)이다.

PMMA는 흔히 "아크릴"이라고 불리지만, '''아크릴'''은 폴리아크릴로니트릴 등 다른 중합체를 포함할 수 있으므로 주의해야 한다.

다음은 주요 상표 및 브랜드이다.

4. 성질

PMMA는 강하고 질기며 가벼운 물질이다. 밀도는 1.17–1.20 g/cm³로,^[14][20] 유리(밀도 2.2–2.53 g/cm³)의 약 절반 정도이다.^[14] 유리와 폴리스티렌보다 충격 강도가 우수하지만 폴리카보네이트와 일부 엔지니어링 폴리머보다는 낮다. PMMA는 460°C에서 발화하여 연소하며, 이산화 탄소, 물, 일산화 탄소, 포름알데히드를 포함한 저분자량 화합물을 형성한다.^[15]

PMMA는 최대 92%의 가시광선을 투과하며 (3mm 두께),^[16] 굴절률은 1.49이다.^[17] 약 300 nm 미만의 자외선 (UV)을 차단한다. 일부 제조업체는 300–400 nm 범위의 흡수를 개선하기 위해 PMMA에 코팅 또는 첨가제를 추가한다.^[18] PMMA는 최대 2,800 nm의 적외선을 통과시키고 최대 25,000 nm의 더 긴 파장의 IR을 차단한다. 유색 PMMA 종류는 원격 제어 또는 열 감지기 응용 분야와 같이 가시광선을 차단하면서 특정 IR 파장을 통과시킨다.

PMMA는 많은 유기 용매에 팽윤 및 용해된다. 쉽게 가수 분해되는 에스터 그룹으로 인해 다른 많은 화학 물질에 대한 내성이 떨어진다. 그럼에도 불구하고, 환경적 안정성은 폴리스티렌 및 폴리에틸렌과 같은 대부분의 다른 플라스틱보다 우수하여 실외 응용 분야에 자주 사용된다.^[19] PMMA의 최대 흡수율은 중량 기준으로 0.3–0.4%이다.^[20] 인장 강도는 흡수율이 증가함에 따라 감소한다.^[21] 열팽창 계수는 (5–10)×10⁻⁵ °C⁻¹로 비교적 높다.^[22]

Futuro 하우스는 유리 섬유 강화 폴리에스터 플라스틱, 폴리에스터-폴리우레탄 및 폴리(메틸메타크릴레이트)로 만들어졌으며, 그 중 하나는 시아노박테리아와 고세균에 의해 분해되는 것으로 밝혀졌다.^[23][24]

PMMA는 시아노아크릴레이트 시멘트 (순간 접착제)를 사용하거나, 열(용접)을 가하거나, 디클로로메탄 또는 트리클로로메탄^[25] (클로로포름)과 같은 염소화 용매를 사용하여 접합부의 플라스틱을 용해시킨 다음 융합 및 경화시켜 용매 용접을 할 수 있다. 긁힘은 연마하거나 재료 표면을 가열하여 쉽게 제거할 수 있다. 레이저 절단을 사용하여 PMMA 시트에서 복잡한 디자인을 만들 수 있다. PMMA는 레이저 절단 시 기체 화합물(단량체 포함)로 기화되므로 매우 깨끗하게 절단된다. 그러나 펄스 레이저 절단은 높은 내부 응력을 유발하며, 용매에 노출되면 절단 가장자리와 몇 밀리미터 깊이에서 "응력-크레이징"이 발생할 수 있다. 암모늄 기반 유리 세척제와 비눗물 이외의 거의 모든 것이 스트레스가 심한 가장자리에서 멀리 떨어진 절단 부품 전체 표면에서 유사한 크레이징을 생성하는 경우가 있다.^[26] 따라서, 레이저 절단 부품을 화학적으로 접합하려는 경우 PMMA 시트/부품을 어닐링하는 것이 필수적인 후처리 단계이다.

대부분의 응용 분야에서 PMMA는 깨지지 않고, 크고 무딘 조각으로 부서진다. PMMA는 유리보다 부드럽고 긁힘이 더 쉽기 때문에 긁힘 방지 코팅을 PMMA 시트에 추가하여 보호한다.

메타크릴산 에스테르 중합체(폴리머)는 투명도가 높고, 열가소성이 있어 복잡한 형상으로 가공이 가능하다. 클로로포름이나 아세톤 등 유기 용매에 용해되며, 비정질 플라스틱으로 80–100°C 정도에서 연화 변형이 시작된다. 열성형은 통상 260°C 정도에서 행해진다. 우수한 내후성을 나타내어 강판이나 다른 수지판 위에 코팅이나 라미네이트되어 옥외 용도로도 널리 사용된다.

일부 아크릴 수지는 자외선으로 경화되는 광경화성 수지 · UV 레진 타입이 있으며, 치과나 취미 (액세서리나 모형 등) 분야에서 조형 재료로 이용된다.^[57] 경화 후에도 강한 인성이나 탄성을 가진 광경화성 수지(소프트 타입)도 존재한다. 공업용 및 일반 판매용 3D 프린터에서도 액체 상태의 조형 재료 안에 성형된 소재가 잠기는 형태로 출력이 이루어진다.

4. 1. 개질

5. 제조 방법

폴리메타크릴산 메틸(PMMA)은 주로 유화 중합, 용액 중합, 괴상 중합과 같은 라디칼 중합을 통해 생산된다. 라디칼 개시제가 일반적으로 사용되지만, 리빙 중합을 포함한 PMMA의 음이온 중합도 가능하다.^[28]

라디칼 중합을 통해 중합도가 10,000에서 15,000 정도인 제품이 만들어진다. 현탁 중합으로 합성된 PMMA는 열가소성 형태로 가공되어 얇은 판 등으로 만들어지는 경우가 많다. 하지만 두꺼운 판이나 접합 유리를 제조할 때는 모노머와 중합 개시제를 두 장의 유리 사이에 넣어 중합하는 주입(캐스팅) 중합 방식이 사용되기도 한다. 주입 중합 방식은 더 단단하고 물성이 좋은 제품을 만들 수 있지만, 가공 시간이 길어 가격이 비싸다.

6. 용도

PMMA는 투명하고 내구성이 뛰어나 차량의 후미등 및 계기판, 가전제품, 안경 렌즈 등 광범위한 분야에서 사용된다.^[28] 시트 형태로는 건물 창문, 채광창, 방탄 보안 장벽, 간판 및 디스플레이, 위생 도구(욕조), LCD 화면, 가구 및 기타 여러 응용 분야에 파손 방지 패널을 제공한다.^[28] 또한 MMA 기반 폴리머 코팅은 VOC(휘발성 유기 화합물) 배출을 줄이면서 환경 조건에 대한 뛰어난 안정성을 제공한다.

• 일반적인 사용처:
• 주거 및 상업용 수족관 건설^[28]
• 잠수정 관측 포트 및 압력 선체^[28]
• 자동차 외부 조명 렌즈^[30]
• 아이스 하키 링크 관중 보호 시설
• 폭동 진압 경찰 차량 창문
• 등대 렌즈^[31]
• 1972년 하계 올림픽 뮌헨 올림픽 공원 지붕^[32]
• 휴스턴 아스트로돔 천장 (루사이트 브랜드)
• 조명 파이프 및 튜브형 채광창에 햇빛을 리다이렉션하는 레이저 절단 아크릴 패널^[33]
• 주광을 위한 창문 또는 캐노피^[37][38]
• 건축 및 교통수단의 창, 조명기구 커버, 등롱, 간판, 도로 표지판
• 수족관 대형 수조 및 가정용 열대어 수조
• 아크릴 수지 도료 원료, 수성 아크릴 물감, 접착제^[56]

6. 1. 광학 재료

• 안경 렌즈: PMMA는 일반적인 안경 렌즈 재료로 사용된다.
• 콘택트 렌즈: 과거에는 딱딱한 콘택트 렌즈 재료로 많이 사용되었으며, 소프트 콘택트 렌즈는 친수성을 높이기 위해 수산기를 포함한 관련 중합체로 만들어진다.
• 인공 수정체: 백내장 치료 후 제거된 수정체를 대체하는 단단한 인공 수정체 제조에 사용된다. 특히 아크릴 렌즈는 재발성 안구 염증(포도막염) 환자에게 유용한데, 이는 아크릴 재료가 염증을 덜 유발하기 때문이다. 제2차 세계 대전 중 영국 공군 조종사들의 눈에 박힌 PMMA 파편이 유리 파편에 비해 거부 반응을 거의 일으키지 않는다는 사실을 영국 안과의사 해롤드 리들리가 발견하면서 PMMA의 인체 조직 적합성이 알려지게 되었다.^[39] 1949년 11월 29일, 런던의 세인트 토마스 병원에서 리들리는 최초의 인공 수정체를 삽입했다.^[40]

6. 2. 건축 및 창호

• 건축:
• 주거 및 상업용 수족관 건설에 흔히 사용된다. 대형 수족관 제작에 폴리(메타크릴산 메틸)이 사용되지만, 서머랜드 재해와 같은 사고로 인해 다른 건물 유형에서는 사용이 제한적이다.
• 등대 렌즈 제작에 중요한 재료이다.^[31]
• 1972년 하계 올림픽을 위해 뮌헨의 올림픽 공원 단지 지붕에 사용되어 가볍고 반투명한 구조를 가능하게 했다.^[32]
• 휴스턴 아스트로돔의 천장에 "루사이트"(Lucite)라는 브랜드 이름으로 사용되었다.
• 창호:
• 폴리메타크릴산 에스테르 수지는 높은 투명성과 내충격성을 가지며, 열가소성 성형 및 착색이 용이하여 무기 유리의 대체품으로 사용된다.
• 건축 및 교통수단의 창, 조명기구 커버, 등롱, 간판, 도로 표지판 등에 이용된다.
• 곡면 가공으로 공기 저항을 줄일 수 있어, 제2차 세계 대전 중부터 항공기 캐노피에 사용되기 시작했다. 긁힘 방지를 위해 현대에는 코팅된 것이 널리 사용된다.^[55]
• 수족관의 대형 수조 전시, 가정용 대형 열대어 수조 제작에 사용된다. 긁힘이 잘 생기므로 주의가 필요하지만, 이를 보완하는 특성이 있다.

6. 3. 의료 및 치과

6. 4. 예술 및 디자인

• 아크릴 물감은 물에 PMMA가 분산된 형태이며, PMMA의 소수성 때문에 분산을 돕기 위해 소수성 및 친수성 그룹을 가진 물질을 첨가해야 한다.
• 1960년대와 1970년대, 현대 가구 제작자들은 특히 사무용 의자 디자인에 루사이트(Lucite)와 같은 PMMA 제품을 사용하여 우주 시대의 미학을 표현했다. 기타와 같은 많은 제품들도 아크릴 유리를 사용하여 불투명한 물체를 반투명하게 만들었다.
• Perspex는 살바도르 달리와 같은 화가들이 그림을 그리는 표면으로 사용했다.
• 디아섹은 액자에서 일반 유리를 대체하여 아크릴 유리를 사용하는 과정으로, 저렴한 비용, 가벼운 무게, 파손 방지, 심미성, 그리고 표준 액자 유리보다 더 큰 크기로 주문할 수 있다는 장점이 있다.
• 1939년 이전, 로스앤젤레스의 네덜란드 조각가 얀 데 스와르트는 듀폰에서 보낸 루사이트 샘플로 실험하며 조각을 위한 도구를 만들고, 색상과 굴절 효과를 위해 화학 물질을 혼합했다.^[45]
• 1960년대부터 얀 쿠비체크, 르로이 라미스, 프레데릭 하트 (조각가)와 같은 조각가와 유리 예술가들은 아크릴의 유연성, 가벼움, 비용, 빛 굴절 및 필터링 능력을 활용하여 작품 활동을 했다.
• 1950년대와 1960년대에 루사이트는 보석류 재료로 인기가 높았으며, 여러 회사들이 고품질 루사이트 제품을 전문적으로 생산했다. 루사이트 비즈와 장식품은 여전히 보석 공급업체에서 판매된다.
• 아크릴 시트는 수십 가지의 표준 색상으로 생산되며, 1950년대 뢰름 & 하스에서 개발한 색상 번호를 사용하여 판매된다.

6. 5. 기타

• 의료: 광학 조직학, 전자 현미경 등에 사용된다.
• 태닝 침대: 자외선 투과를 허용하는 특수 PMMA가 사용된다.
• 간판: 평면 컷 아웃 문자를 만드는 데 사용된다.
• 광학 미디어: 레이저 디스크에 사용되었다.
• TFT LCD 백라이트: 광 가이드로 사용된다.
• 플라스틱 광섬유: 단거리 통신에 사용된다.
• 레이저 염료: 고체 레이저 염료용 유기 고체 매질의 매트릭스로 사용된다.
• 반도체 연구: 전자 빔 리소그래피 공정에서 레지스트로 사용된다.
• 방사선 차폐: 베타 방사선을 차단하는 데 사용된다.
• 선량계: 감마선 조사 공정 중 선량계 장치로 사용된다.
• UV 문신 잉크: PMMA 마이크로캡슐화 및 형광 염료로 만든다.
• 악기: 댄 암스트롱은 아크릴 기타와 베이스를 개발했다. Ludwig-Musser는 아크릴 드럼 세트 Vistalites를 제작했다.
• 인조 손톱: PMMA 분말이 포함된다.
• 담배 파이프: 루사이트로 만든 대를 장식한다.
• 지붕 및 방수: 촉매 활성화 PMMA 수지 2개 층 사이에 폴리에스터 플리스를 삽입하여 현장에서 완전히 보강된 액체 막을 생성한다.
• 딜 토이 및 금융 묘비: 제작에 사용된다.
• 만년필: 일본 구레시의 세일러 펜 컴퍼니에서 캡과 몸체 재료로 사용된다.

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