Czy zastanawialiście się, jak wiele nazw przedmiotów użytku codziennego ma swoje (potoczne) nazwy pochodzące od nazw ich producentów? Klasycznym przykładem jest rower (od firmy Rover), żyletka (od Gillette), ale również adidasy (od firmy odzieżowej Adidas) czy junkers (od firmy Junkers, znanej również jako producent samolotów). Czasem to nazwa handlowa konkretnego produktu daje nazwę danej rzeczy, niezależnie od jej producenta. Dotyczy to często leków (przykładem jest aspiryna), których nazwy chemiczne byłyby trudne do wymówienia i mało „chwytliwe”. Podobnie jest z teflonem czy nylonem, które to słowa wygodniej stosować niż ich poprawne chemicznie nazwy, czyli poli(tetrafluoroetylen) i poli[imino(1,6-dioksoheksametyleno)iminoheksametylen].
Podobnie jest z dzisiejszym naszym bohaterem, to jest poli(metakrylanem metylu), znanego pod nazwami pleksiglas, pleksi lub po prostu pleksa (od nazwy handlowej plexiglass, pod jaką był pierwotnie sprzedawany) albo szkło akrylowe. To nazwy stosowane w języku codziennym, ale w handlu dla jednoznaczności używa się skrótu PMMA (od angielskiego Poly(Methyl MethAcrylate)). Jest jeszcze jedno określenie na to tworzywo, które najlepiej chyba oddaje jego naturę, a mianowicie „szkło organiczne”.
Wielka kariera pleksi (pozwólcie, że dla wygody pozostanę przy tym określeniu), polegała właśnie na tym, że było to jedno z pierwszych masowo produkowanych tworzyw sztucznych, które mogły stać się zamiennikiem klasycznego, nieorganicznego szła, które jest (mówiąc w uproszczeniu) stopem tlenków krzemu, sodu a często jeszcze wapnia i boru.
Szkło jakie jest każdy wie – choć przezroczyste to jednak kruche, stosunkowo delikatne i dość ciężkie, a także wymagające wysokich temperatur w procesie wytwarzania i obróbki. Pleksi była odpowiedzią na stworzenie czegoś równie przezroczystego, ale nie posiadającego wymienionych wad szkła, co właściwie się udało, choć z tą kruchością to tak nie do końca (w tym wypadku dużo lepsze są tworzywa poliwęglanowe, o których pisałem w tekście „Jak wybrać walizkę” http://chemiawolowku.pl/jak-wybrac-walizke/).
[Reinraum, Public domain, via Wikimedia Commons]
Z pleksi wszyscy spotykamy się praktycznie każdego dnia. Można przyjąć z dużym prawdopodobieństwem, że większość „plastikowych” szybek, przezroczystych osłonek lub pudełek, które używamy to właśnie to tworzywo. Oprócz takich prozaicznych zastosowań, PMMA ma również bardziej wyrafinowane aplikacje. Wytwarza się z niego światłowody wykorzystywane w niezwykle wydajnych technologiach przesyłu danych, a także implanty soczewek wszczepianych do oka, którego naturalna soczewka jest uszkodzona, np. w wyniku zaćmy.
W tym ostatnim zastosowaniu zaletą PMMA jest nie tylko jego przezroczystość, ale także wysoka biokompatybilność, to znaczy, że materiał ten jest dobrze tolerowany przez tkanki organizmu i nie jest przez niego odrzucany (co w przypadku implantów stosowanych wewnętrznie jest kluczowe). Tę cechę pleksi odkryto dość przypadkowo w raczej dramatycznych okolicznościach. Opisał ją po raz pierwszy brytyjski okulista Harold Ridley. W czasach II Wojny Światowej leczył on angielskich lotników, którzy cierpieli m.in. wskutek odłamków z rozbitych szyb samolotów.
Ów lekarz zaobserwował, że jeśli szyba była wykonana z PMMA, to odłamki, które dostawały się do wnętrza oka, choć je uszkadzały mechanicznie to nie powodowały stanu zapalnego i niejako „wrastały” w oko, czego nie można było powiedzieć o odłamkach z szyb szklanych. Dla fanów militariów dodam tylko, że w szyby z pleksi były wyposażone na przykład słynne myśliwce Spitfire, a w z kolei w szklane myśliwce Hawker Hurricane.
[shopman, via Wikimedia Commons]
Tyle już napisałem o tym tworzywie, ale jeszcze nic o tym jak powstaje i czym jest z punktu widzenia chemika. Otóż jest to klasyczny przykład polimeru, a więc związku chemicznego o ogromnej cząsteczce, będącej łańcuchem powstałym z połączenia setek takich samych mniejszych cząsteczek (tzw. merów), które w przypadku PMMA pochodzą od metakrylanu metylu. Ten ostatni to ester powstały w reakcji kwasu metakrylowego z metanolem. Kwas metakrylowy (należący do większej rodziny kwasów akrylowych) oprócz charakterystycznej dla kwasów organicznych grupy karboksylowej (-COOH) posiada także wiązanie podwójne między dwoma atomami węgla i to właśnie jedno z wiązań z tej pary w procesie polimeryzacji „pęka” tworząc nowe wiązania między kolejnymi cząsteczkami metakrylanu metylu.
[Benjah-bmm27 assumed (based on copyright claims)., Public domain, via Wikimedia Commons]
Proces polimeryzacji w przypadku PMMA jest niezwykle egzotermiczny, to znaczy towarzyszy mu wydzielanie bardzo dużych ilości ciepła, co stanowi duże utrudnienie w procesie produkcji. Konieczne jest stosowanie silnego chłodzenia, jakkolwiek nawet wówczas należy unikać prowadzenia syntezy w dużych objętościach, ponieważ tworzący polimer jest lepki i trudno się go miesza, więc mimo że przy ściankach chłodzonego reaktora jesteśmy w stanie dość łatwo kontrolować temperaturę, to w środku mieszaniny temperatura może wzrosnąć niebezpiecznie wysoko (co może grozić niemałym „bum!”). Jak widzicie, w przeciwieństwie do szkła klasycznego, którego produkcja wymaga bardzo silnego ogrzewania, to w produkcji pleksi problem jest raczej odwrotny – to chłodzenie stanowi większe wyzwanie. To oczywiście nie zniechęca producentów pleksi, czemu trudno się dziwić. Wystarczy się rozejrzeć, żeby dostrzec, że zapotrzebowanie na nie jest naprawdę duże…
Wojciech Smułek