• 高刚性: 主链上α-位的甲基和侧链的酯基共同造成了显著的空间位阻，严重限制了C-C单键的内旋转，使得PMMA的链段刚性比PS还要大。
• 中等疏水性: 虽然整体上是疏水性聚合物，但侧链上的酯基(-COOCH₃)引入了极性，使得PMMA的极性高于PS。这导致其溶解性参数与PS不同，能溶于一些PS不溶的中等极性溶剂。
• 偶极-偶极相互作用: 极性的酯基之间存在偶极-偶极相互作用力，这增强了链间作用力，是其Tg高于PS（~100°C）的主要原因之一。

• 无定形态: 商业化的PMMA主要是无规立构的，其庞大且无序排列的侧基使其无法结晶，宏观上是典型的无定形聚合物，这也是其高透明度的结构基础。
• 卓越的光学性能: 这是PMMA最著名的特性。其可见光透过率可达92%以上，高于普通玻璃，且具有极低的雾度。因此被誉为“塑料女王”。
• 优异的耐候性: PMMA对紫外线和大气老化具有出色的抵抗力，长期在户外使用也不易变黄或降解，远优于PS。
• 高表面硬度: PMMA是常见塑料中表面硬度最高的之一，具有较好的耐刮擦性能。

PMMA通过共聚和共混，可以进一步提升其性能或赋予其新的功能，广泛应用于各个领域。

作为一种刚性疏水嵌段，PMMA在嵌段共聚物中扮演着重要角色，尤其是在纳米自组装领域。

• 自组装行为: 与PEG等亲水嵌段形成的PMMA-b-PEG两亲性共聚物，在水中可以自组装形成核-壳胶束。PMMA链段聚集形成内核，PEG链段形成亲水外壳。相比PS内核，PMMA内核的极性稍高，更适合装载中等疏水性的药物分子。
• 本体相分离: 在固态下，PMMA与其他嵌段（如聚丁二烯）形成的嵌段共聚物可以发生微相分离，形成有序的纳米结构（如球状、柱状、层状），这些材料可用作纳米光子晶体或纳米模板。

通过物理共混可以方便地改善PMMA的某些性能，或制备功能复合材料。

• 增韧改性: PMMA本身较脆，通过与丙烯酸酯类橡胶或其他增韧剂共混，可以制造出抗冲PMMA，显著提高其抗冲击强度。
• 性能互补: PMMA与聚偏二氟乙烯(PVDF)具有良好的相容性，二者的共混物被广泛用于锂离子电池隔膜，兼具PVDF的化学稳定性和PMMA的力学性能。
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• 光学效果: 在PMMA中添加特殊的染料或光扩散剂，可以制成导光板、扩散板等，是液晶显示器背光模组的关键组件。

PMMA最广泛的应用之一就是作为一种坚固、透明的保护性材料，其保护功能体现在宏观和微观多个层面。

PMMA板材是玻璃的理想替代品，用于需要透明、轻质且耐冲击的场合。

• 安全屏障: 飞机舷窗、防暴盾牌、水族馆观察窗、疫情期间的防护隔板等，利用其高强度和不易碎裂的特性提供安全保护。
• 户外防护: 广告灯箱、汽车尾灯、建筑采光顶等，利用其卓越的耐候性和抗紫外线能力，保护内部结构或灯具长期免受环境侵蚀而不发黄、不老化。

PMMA基树脂是高性能涂料的重要组分。它们可以形成坚硬、高光泽且耐用的透明涂层，喷涂于汽车、家具、地板等表面，提供优异的耐刮擦、耐化学品和耐候性保护。

在生物医学中，PMMA扮演着保护和结构支撑的角色。例如，PMMA骨水泥在关节置换手术中被注入骨腔，聚合固化后将金属假体牢固地固定在骨骼上，同时填充骨缺损部位，为植入体提供长期的力学支撑和保护。

PMMA因其优异的光学透明度、良好的生物相容性、低成本和易于微加工的特点，成为体外诊断领域的重要材料。

• 诊断耗材: 广泛用于制造一次性的比色杯、微孔板和细胞培养皿。其高透明度确保了光吸收或荧光读数的准确性。
• 微流控芯片 (Lab-on-a-Chip): PMMA是制造微流控芯片最常用的聚合物材料之一。通过热压、激光烧蚀或CNC微加工等技术可以在PMMA基板上制造出微米级的通道、反应室和电极。这些芯片可用于细胞分选、核酸扩增(PCR)和免疫分析等，实现了诊断设备的小型化和自动化。

PMMA是历史上最早被成功应用于人体的医用高分子之一，具有悠久的临床应用历史。

• 牙科修复: PMMA是制作活动义齿（假牙）基托和人造牙的传统材料。它也用于制作临时牙冠和牙科模型。
• 人工晶体 (Intraocular Lens, IOL): 世界上第一枚成功植入的人工晶体就是由PMMA制成的。尽管现在有更先进的柔性材料，但硬质PMMA人工晶体因其成本低、光学性能稳定，仍在一些国家和地区广泛使用。

PMMA在骨科领域的应用是其在治疗方面最突出的贡献，尤其是作为药物缓释平台。

• 载抗生素骨水泥: 这是PMMA在治疗中最成功的应用。在关节置换手术中，为了预防或治疗感染，可以将抗生素（如庆大霉素、万古霉素）预先与PMMA骨水泥粉末混合。当骨水泥在体内固化后，抗生素会从PMMA基质中缓慢释放出来，在手术区域形成持久的局部高浓度，有效杀灭细菌，而全身毒副作用很小。
• 骨缺损填充: 对于因创伤或肿瘤切除造成的骨缺损，PMMA骨水泥可用于填充空腔，提供即时的力学支撑，稳定骨骼结构。

与PS类似，PMMA也被广泛研究作为药物递送纳米颗粒的内核材料。

• 纳米颗粒制备: 通过乳液聚合或嵌段共聚物自组装等方法，可以制备出粒径可控的PMMA纳米颗粒。
• 药物包封: PMMA纳米颗粒的疏水内核可以用于包封抗癌药物或其他疏水性分子。通过表面修饰（如PEG化），可以提高其在血液中的循环时间，并实现对肿瘤等病灶部位的靶向递送。

与PS一样，必须严格区分聚合物和单体的毒性。PMMA高分子本身被证实具有非常好的生物相容性，化学性质稳定，无毒，是FDA批准的医用材料。

主要的毒理学风险来源于：

• 残留单体 (MMA): 甲基丙烯酸甲酯单体对人体具有明确的毒性。它是一种皮肤和呼吸道刺激物，可能引起过敏性皮炎。高浓度吸入可能对神经系统有影响。因此，所有医用级PMMA产品都必须将残留单体含量控制在极低的安全标准（ppm级别）以内。
• 添加剂: 工业级PMMA可能含有引发剂残留、增塑剂、紫外稳定剂等，这些添加剂可能具有潜在毒性，因此不能用于医疗用途。

PMMA骨水泥在临床应用中有其独特的毒理学问题：

• 聚合放热: MMA在体内的原位聚合是一个强放热反应，局部温度可高达70-100°C，可能导致周围骨组织和蛋白质发生热坏死，这是骨水泥植入失败的原因之一。
• 磨损颗粒: 如果PMMA被用作关节的承重摩擦面，长期运动会产生微米或纳米级的磨损颗粒。这些颗粒可能被巨噬细胞吞噬，引发炎症反应，最终导致植入体周围的骨溶解和假体松动。

这是工业上生产PMMA最主要、技术最成熟的方法。根据产品的形态和要求，可分为：

• 本体聚合: 用于生产PMMA板材（有机玻璃）和棒材。将单体、引发剂等直接在模具中加热聚合。优点是产品纯度高、光学性能好，缺点是散热困难，反应不易控制。
• 悬浮聚合: 用于生产PMMA模塑料颗粒。将单体以油滴形式分散在水中进行聚合。优点是散热好，易于控制，产品为易于加工的圆珠状颗粒。

为了合成结构明确、分子量可控的PMMA（如嵌段共聚物），必须采用可控聚合方法。原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)是合成PMMA最有效和常用的CRP技术，能够得到PDI很窄（

阴离子聚合是合成高立构规整度PMMA的经典方法。在低温（如-78°C）和极性溶剂中，可以得到间同立构度很高的PMMA；在非极性溶剂中，则主要得到全同立构的PMMA。这种方法对反应条件要求极为苛刻，主要用于学术研究和少量高性能产品的制备。

• 凝胶渗透色谱 (GPC/SEC): 是测定PMMA分子量(Mn, Mw)和多分散指数(PDI)的标准技术。常用的流动相是四氢呋喃(THF)。
• 质谱 (MALDI-TOF MS): 对于通过可控聚合得到的低分子量、窄分布的PMMA，质谱可以提供更精确的绝对分子量信息。

• 核磁共振波谱 (NMR): ¹H-NMR是表征PMMA结构最强大的工具。酯基甲基(-OCH₃)在~3.6 ppm处有一个尖锐的单峰，可作为定量内标。主链α-甲基在0.8-1.4 ppm区域的信号峰形对聚合物的立构规整度（全同、间同、无规）极其敏感，通过分析其裂分情况可以精确计算三元组含量。
• 傅里叶变换红外光谱 (FTIR): 用于快速鉴定。最强的特征吸收峰是酯基中C=O的伸缩振动峰，位于~1730 cm⁻¹。此外，在1150-1250 cm⁻¹区域有C-O-C的伸缩振动吸收峰。

• 差示扫描量热法 (DSC): 用于精确测量PMMA的玻璃化转变温度(Tg)，这是其最重要的热性能参数，决定了其使用温度和加工条件。
• 动态热机械分析 (DMA): 可以更灵敏地测定Tg，并提供材料的储能模量、损耗模量等与温度相关的力学性能信息。

PMMA在表面工程中既是重要的“基底材料”，也是高性能涂层的关键“表面改性剂”。

这是PMMA在生物医学和微电子领域的主要角色。通过对PMMA基底进行表面改性，可以赋予其全新的功能。

• 亲水/生物相容性改性: 通过氧等离子体处理、紫外/臭氧处理或接枝亲水聚合物（如PEG、PHEMA），可以提高PMMA表面的亲水性和抗蛋白质污染能力，用于制造生物相容性更好的医疗植入物或微流控芯片。
• 生物分子固定化: 在改性后的PMMA表面引入活性官能团（如-COOH, -NH₂），可以共价偶联抗体、DNA探针等生物分子，用于构建生物传感器或诊断阵列。

PMMA基树脂因其优异的透明度、硬度和耐候性，是制造高性能保护涂层的核心组分。

• 保护性清漆: 丙烯酸清漆（汽车漆、木器漆）可以为基材提供高光泽、耐刮擦和抗紫外线老化的保护层。
• 功能涂层: 通过在PMMA树脂中添加功能性填料，可以制备增透膜、抗静电涂层、防雾涂层等。例如，含氟丙烯酸酯共聚物涂层可以赋予表面优异的疏水疏油性（易清洁功能）。