玻璃工业中的异乡人

话说玻璃
　　
　　说起玻璃，它具有相当悠久的历史。古埃及人很早就掌握了制造玻璃的技术，人们曾经从公元前1000多年的埃及墓葬中发现过玻璃器皿。罗马人则制造出比埃及人更好的玻璃。到了炼金术时期，炼金术士开始用玻璃制作仪器来做化学实验。玻璃仪器透明、耐高温、耐酸和耐大多数化学药品的腐蚀，容易加工成各种形状，用起来得心应手，比使用其他材料好得多，直到今天，它仍是重要的不可缺少的化学仪器。
　　
　　制玻璃最基本的原料是石英（砂子）、石灰石、碳酸钠或碳酸钾，玻璃内部的基本结构单元是硅氧四面体。虽然，目前的玻璃品种已发展了许多，例如石英玻璃、泡沫玻璃、变色玻璃、吸热玻璃、光学玻璃、微晶玻璃、易熔玻璃、导电玻璃、仪器玻璃等，但它们都是无机化合物，尽管都具有自己独特的优点，但是，却存在着一个共同的缺点――一摔就破。
　　
　　玻璃世界的异乡人
　　

　　有机玻璃就是在这样的条件下闯进来的，它是高分子透明材料。顾名思义，有机玻璃和无机玻璃属于不同类的化合物，是一类有机高分子化合物。
　　
　　高分子透明材料的特点是透光度高，相对密度小（比无机玻璃轻得多），绝缘性能良好，具有一定的强度和韧性（不像无机玻璃那样容易破碎），加工成型工艺比较简单，可以制成各种透明的板、管、棒材，以及各种物罩、器皿、光学镜片、透明模型等。它的缺点是使用温度低，表面硬度小，不耐磨损，在受到较大的应力或在某种有机溶剂作用时会产生微裂纹，这种微裂纹在光线照耀下闪烁着银光，故称银纹。严重的银纹会影响材料的透明度。另外，高分子透明材料在长期使用中，由于受到紫外线和湿热环境的影响，会发生降解反应，使表面发黄。
　　
　　有机玻璃是通俗名称，这种高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，化学式是：
　　
　　1927年德国罗姆－哈斯公司的化学家在两块玻璃板之间将丙烯酸酯加热聚合时，生成了粘性橡胶状夹层，可用做防破碎的安全玻璃。当他们用同样的方法浇铸和使甲基丙烯酸甲酯聚合时，得到了透明度很好与其他性能也良好的有机玻璃板，即聚甲基丙烯酸甲酯，它是最重要的丙烯酸酯聚合物产品。1931年以后，罗姆－哈斯公司设厂投产，而且在1936年首先在飞机工业上应用，取代了赛璐珞塑料（是由硝酸纤维素制成的一种透明塑料）板，用做飞机座舱罩等。
　　
　　有机玻璃的生产方法有三种工艺：
　　
　　⑴浇铸本体聚合法（此法应用最广）。将甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂（如过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈等）以及增塑剂（如苯二甲酸二丁酯等）混合均匀后，先加热预聚，制得的浆液浇铸在一定厚度的无机玻璃模型内，在风速一定的循环空气烘房内，于40℃左右聚合至胶体状态，再于95～110℃下进行高温聚合，最后降低至室温，脱模后即得有机玻璃产品。
　　
　　⑵乳液聚合法。甲基丙烯酸甲酯单体在水中进行乳液聚合，采用非离子型乳化剂，引发剂为水溶性的过硫酸钾或过硫酸铵，聚合物可用注射成型和挤出成型加工。此法经济，工艺简单。
　　
　　⑶悬浮聚合法。甲基丙烯酸甲酯单体被分散在水介质中，在搅拌下加热聚合，制得直径为0.1～1.0毫米的珠状体聚合物，再用注射成型和挤出成型加工。此法可降低成本，节省大量平板无机玻璃做模型。
　　
　　如果在生产有机玻璃时加入各种染色剂，就可聚合成彩色有机玻璃；如果加入荧光剂（如硫化锌），可聚合成荧光有机玻璃；如果加入珍珠粉（如碱式碳酸铅），则可制得珠光有机玻璃。
　　
　　优异性能及应用
　　
　　有机玻璃的特性是：
　　
　　⑴高度透明性。它是目前最优的高分子透明材料，透光率达到92％，比无机玻璃还高。太阳灯上的灯管是用石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线，普通无机玻璃只能透过0.6％，但有机玻璃却能透过73％。
　　
　　⑵机械强度高。有机玻璃的式量大约为200万，存在柔软的大分子链段。因此，有机玻璃的强度比较高，它的抗拉强度可达600～750千克/厘米2，冲击强度可达12～13千克/厘米2，比无机玻璃高7～18倍。有机玻璃的分子链本来是无规则排列的，若将它加热到玻璃化温度之上，并从两个方向或多个方向拉伸到一定程度，使结构中各个分子链沿拉伸方向排列成有序状态，就制成了取向聚甲基丙烯酸甲酯（或称拉伸的丙烯酸酯塑料）。其冲击强度和抗银纹性都可提高1.5倍，显著地改善了韧性，用钉子穿透时不产生裂纹，被子弹击穿后不会破成碎片，可做防弹玻璃。因此，现今的军用飞机都用拉伸过的取向聚甲基丙烯酸甲酯做座舱盖。
　　
　　⑶重量轻。有机玻璃的比重为1.18，同样大小的材料，其重量只有无机玻璃的一半、金属铝（属于轻金属）的43％。
　　
　　⑷易于加工。有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等溶剂粘接成各种器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型方法制成大至飞机座舱盖，小到假牙、牙托等形形式式的制品。
　　
　　有机玻璃具有以上优点，使它的用途也极为广泛。除了在飞机上用做座舱盖、风挡、舷窗外，也用于吉普车风挡，大型建筑和住宅的天窗（可以防破碎），电视的屏幕，仪器和设备的防护罩，电讯仪表的外壳。光学镜片还可用于望远镜和照相机。
　　
　　有机玻璃的日用品也是琳琅满目的，如用珠光有机玻璃制成的纽扣，还有各种玩具、灯具也都因为有了彩色有机玻璃的装饰作用，使它们增添了特色。
　　
　　有机玻璃在医学上还有一个绝妙的用处，就是制造人工角膜。如果人眼的透明角膜长满了不透明物质，光线就不能进入眼内，这就是全角膜白斑病引起的失明，这种病无法用药物治疗。医学家设想用人工角膜代替长满白斑的角膜。所谓人工角膜，就是用一种透明的物质做成一个直径只几毫米的镜柱，然后在人眼的角膜上钻一个小孔，把镜柱固定在角膜上，光线通过镜柱进入眼内，人眼就能重见光明。早在1771年，就有眼科医生用光学玻璃做成镜柱，植入角膜，但并未成功。后来用水晶代替光学玻璃，也只用了半年就失效了。在第二次世界大战中，有些飞行员的飞机失事，飞机上用有机玻璃做的座舱盖炸碎时，他们的眼睛里嵌入了有机玻璃碎片，虽然许多年以后，这些碎片并未被取出，但也并未进一步引起人眼发生炎症或其他不良反应。这个偶然的发现说明有机玻璃和人体组织有良好的相容性，同时它又启示了眼科医生，采用有机玻璃制造人工角膜，它的透光性好，化学性质稳定，对人体无毒，容易加工成所需形状，能与人眼长期相容。现在，这种人工角膜已经普遍用于临床。