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Polymetyl methacrylate(메타크릴수지)
Polymetyl methacrylate(PMMA, 메타크릴수지)
HS No. : 3906-10-0000
CAS No. : 9011-14-7
화학식 : [-CH2C(CH3)(COOCH3)-]n
성상 : PMMA는 가볍고 강하며 무색투명(광선투과도 90~92%, 유리보다 우수하다), 착색이 자유로우며 내후, 내수성이 우수하므로 최초 유기 유리로서 항공기의 창유리로 사용됐다. 그러나 무기 유리에 비하여 내충격성은 수배이지만 내열성이 충분히 만족할 만큼 좋지 못하며, 탄성률이 작아 변형되기 쉽고 표면에 흠이 생기기 쉽다. 한편 내산, 내알칼리성으로 윤활유에는 잘 견디지만 용제에는 용해되기 쉽다. 특히, 방향족 탄화수소, 에스테르, 케톤류에는 약하다. 또한 폴리스티렌과 같이 흠이 생기기 쉽다. 열분해하면 단량체가 쉽게 회수될 수 있다. α-메틸스티렌과의 공중합으로 내열성 그레이드가 등장했다. 이것은 100℃ 이상의 열에도 견디므로 보온기나 고온을 필요로하는 조명시설에 사용될 수 있다. PMMA 중에서 메틸에스테르가 연화점이 가장 높아 125℃이며(iso propylester 95℃, 에틸에스테르 65℃, sec-부틸에스테르 62℃) 이용가치도 가장 높다. PMMA는 간단히 아크릴수지라고 부른다. 일반적으로 아크릴수지에는 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트이 두가지 계통이 있는데, 전자는 아세틸렌과 청산에서 합성되며 후자는 아세톤시안히드이 중간 원료이다. PMMA는 불투명하며 접착제나 섬유의 마감제로 또는 도료용으로 소량 생산된다.
용도 : 항공기, 자동차, 선박 등의 바람막이 유리용, 광학용(렌즈회절격자, 옵셋마이크로미터), 간판, 디스플레이, 조명기구, 의료용(치과용 의상, 의치, 의안), 건축가구 및 부품, 기계의 계기카바, 라디오부품, 전기기구, 장신구, 화장품, 잡화(시계부품, 장식), 선풍기 날개, TV부품, 기타 모노머 자체로 이용되는 공중합용, 도료용 등에 사용된다.
원료 : 청화소다, 아세톤
제법 : 메타크릴수지의 주요 모노머인 MMA의 합성은 아세톤시안히드린법이 현재 세계적으로 주류를 차지하고 있는 방법이며 다만 원료인 아세톤, 청산 및 메탄올의 합성법이 시대와 함께 변하고 있다. 석유화학 발전에 따라 이소부틸렌을 출발 원료로 하는 MMA합성법이 최근 변화되고 있다. 1) 아세톤시안히드린법 - 아세톤과 청산에서 아세톤시안히드린을 합성한 후 농황산 중에 아세톤시안히드린을 가한다. 그후 물 및 메탄올로 가수분해하고 에스테르화를 행하면 조제의 단량체가 된다. 이것을 정제시키면 중합물의 제조에 사용할 수 있는 단량체가 얻어진다. 2) 이소부틸렌법 - 이소부틸렌 또는 t-부탄올을 산화시켜 메타크릴산으로 한 후 메탄올로 에스테르화시키는 이단산화법과 이소부틸렌 또는 t-부탄올을 안모 산화에 의해 메타클로레인을 거치고 수화황산에서 가수분해후 에스테르화시키는 메타크릴로니트릴법이 있다. 3) 중합 - 광선, 열, 유기과산화물의 존재에서 직쇄상으로 중합고화시킨다. 중합촉매로는 과산화벤조일이 널리 사용된다. 중합방지제로는 황, 하이드로퀴논 등이다. 괴상중합은 단량체에 과산화벤조일 0.01~0.5%를 사용해 60~80℃에서 가열 중합시킨다. 용액중합은 단량체 및 중합체를 용해시키는 유기용제에 일정량의 단량체를 용해시키고 과산화벤조일을 함께 사용해 가열 중합시킨다. 비교적 저중합도의 것을 얻는다. 도료 및 함침용 수지에 사용된다. 유화중합은 과황산염, 과산화수소 0.1~1.0%를 촉매로해서 단량체를 유화제로 수중에 유화시켜 가온 중합시킨다. 분말수지, 성형재료, 도료용 사이즈제, 섬유처리용에 사용된다. 입상중합은 과산화벤조일을 촉매로 항유화제로 가용성 전분, PVA 포도당 또는 탄산칼슘, 탄산마그네슘을 사용해 수중에서 일정하게 교반 가온 중합시킨다. 입상 성형재료 및 장식용에 사용된다. 4) 첨가제 - 디에틸, 디부틸, 디아릴부탈레이트 등의 부탈산계 가소제 등이 사용된다. 5) 착색 - 단량체에 염료를 용해시켜 과산화벤조일을 가해서 중합시키면 투명한 착색수지가 얻어진다. 다음과 같은 유용염료 등이 사용된다. 오일옐로우, 오일레드 등이다. 아크릴수지 성형재료에는 유용염료를 가소제에 용해시킨 것을 성형재료로 5~10% 가해서 충분히 혼화시켜경우에 따라서는 알콜을 가해서 일정하게 교반해 건조시키면 균일하게 착색이된 성형재료가 된다. 성형을 하면 투명한 착색수지 제품을 얻을 수 있다. 또한 세리톤 염료를 분산시킨 수용액 중에서 중합체로 가온 착색시킨다. 6) 발포방지제 - 메타크릴산의 괴상중합은 발열에 따라서 온도가 상승해 내부에서는 포가 일어나기 쉽다. 포를 제거시키거나 줄이기 위해서는 테레핀유, 나프탈린, 폴리초산비닐 등의 물질을 1~2% 가미하게 되면 발포방지 작용을 한다. 질소가스의 가압하에서 중합시키면 유효하다. 단량체만으로 용제는 메탄올, 에탄올에서 i-프로필알콜, 부탄올, 가솔린 등에 단량체 및 중합체를 용해시키는 것은 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 염소화 탄화수소, 아세톤, 디옥산 등이다. 도료용 아크릴산 에스테르수지는 도료용으로는 아크릴산 메틸 에스테르가 부착력도 높고 가소성이 우수한데 비해 메타크릴산 에스테르수지는 경질이고 부착성이 없다. 아크릴산 에스테르는 염화비닐, 초산비닐 등과 공중합시켜서 성질 향상을 꾀하고 있으나 어느 것이나 무색 투명한 내구성, 내수성, 내약품성이 우수하며 금속 등의 투명도료, 고무, 지포, 피혁 등의 도장에 사용된다. 7) 공중합체 - 메타크릴수지는 우수한 투명도가 있으나 코스트가 높아 이것과 폴리에스테르를 공중합시켜 가격을 낮추는데 도움을 주며 양자의 장점을 활용한 공중합수지의 개발에 성공했다. 아크릴고무는 아크릴산 에스테르의 중합체를 주성분으로 하는 탄성체이며 내열, 내유, 내노화성이 우수하다. 가교제로는 지방산 아민이나 과산화물을 사용한다. 기계적 강도는 135~145㎏/㎠ 450%이다.
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