viernes, 27 de mayo de 2011

Polimetacrilato de metilo

Historia
El polimetacrilato de metilo aparece en 1928, cuando el químico alemán W. Bauer desarrolla un nuevo material plástico transparente capaz de sustituir al vidrio, ya que tiene la ventaja de que no se astilla. Es durante la Segunda Guerra mundial que este plástico fue producido a escala industrial.
Es el más importante de los polímeros derivados del ácido acrílico.
En general los polímeros acrílicos se tratan en forma de gránulos preparados para ser sometidos a distintos procesos de fabricación. Es rígido, con buenas características mecánicas y cuenta con una excepcional capacidad de transmisión de la luz, superior a la de los vidrios inorgánicos. De ahí sus principales aplicaciones que son: la construcción, en muebles, en señalizaciones, el automóvil, en electrodomésticos, en aparatos de laboratorio…
Aunque su nombre técnico es polimetacrilato de metilo, se lo conoce mediante las siglas PMMA y pronto se dio a conocer comercialmente como Vidrio Acrílico, Plexiglass, Lucite, Policril, Vitroflex o PerClax. Aunque también es llamado simplemente Acrílico.

Estructura química
El polimetacrilato de metilo procede del ácido acrílico y de su polimerización.
El ácido acrílico se utiliza como materia prima en la producción de ésteres acrílicos y como monómero para ácidos y sales poliacrílicos.
El polímero acrilato más simple es el poliácido acrílico, cuyo monómero es:
El poliácido acrílico absorbe enormes cantidades de agua (varias veces su propio peso). Entre otros usos se utiliza como material absorbente en los pañales infantiles.
El ácido acrílico da lugar, entre otros ésteres, al acrilato de metilo y al metacrilato de metilo.
El acrilato de metilo y el metacrilato de metilo se polimerizan produciendo poliacrilato de metilo y polimetacrilato de metilo respectivamente.
    El Polimetacrilato de metilo (PMMA) o plexiglás es un polímero vinílico, formado por polimerización vinílica de radicales libres a partir del monómero metil metacrilato.



Propiedades
Es un material acrílico, que procede del ácido acrílico y de la polimerización de éste último. El polimetacrilato de metilo es un plástico (Termoplástico) duro, resistente, transparente, de excelentes propiedades ópticas con alto índice de refracción, buena resistencia al envejecimiento y a la intemperie.
Su resistencia a la rotura es siete veces superior a la del cristal a igualdad de espesores, por lo que resulta más resistente a los golpes. En horticultura esto significa reducción de gastos por rotura y menores costes de mantenimiento en invernaderos.

Es un material ligero con una densidad de 1.19 Kg/m3 presenta buena resistencia mecánica y estabilidad. A pesar de su ligereza puede soportar una sobrecarga de 70 Kg/m2, lo cuál es importante para aquellas zonas con riesgo de nevadas.
La transparencia de este plástico está comprendida entre el 85 y el 92%, por lo que deja pasar casi todos los rayos UV y su poder de difusión es casi nulo. Tiene una gran opacidad a las radiaciones nocturnas del suelo.
El coeficiente de conductividad térmica del polimetacrilato de metilo es 0,16 KCal/m.h.ºC mientras que el del vidrio es de 0,64 KCal/m.h.ºC, lo que impide en el caso de los invernaderos su enfriamiento nocturno .
Su duración es mayor que la del poliéster.
En cuánto a sus inconvenientes el principal de ellos es su elevado costo, que junto al tipo de estructura requerida hacen que las construcciones con este material sean de costos elevados. El metacrilato es fácil de rallar con cualquier instrumento, con lo que habrá que considerar este aspecto como factor negativo.

PROPIEDADES METACRILATO  (Valores tipo a 23ºC y 50% de humedad relativa)
PROPIEDADES MECANICAS
Norma
Unidad
Colada
Extrusión
Densidad
DIN53479
g/cm3
1.19
1.19
Resistencia al impacto Charpy
ISO 179 1/D 
KJ/ m2
15
15
Resistencia al impacto con entalladura (Izod)
ISO 180 1/A
KJ/ m2
1.6
1.6
Resistencia a la tracción (-40 0C) 
DIN53455
MPa
110
100
Resistencia a la tracción (+23 0C) 
DIN53455
MPa
80
72
Resistencia a la tracción (+70 0C) 
DIN53455
MPa
40
35
Estiramiento a rotura 
DIN53455
%
5.5
4.5
Coeficiente de Poisson 
-
-
0.45
0.45
Resistencia a la flexión
Probeta standard (80x10x4mm)
DIN53452 
MPa
115 
105
Tensión por compresión
DIN53454 
MPa
110 
103
Tensión de seguridad max. (hasta 40º C)
-
MPa
5...10
5...10
Módulo de elasticidad E (Corto/largo plazo)
DIN 53457 
MPa
3300/3200 
3300/3200
Módulo de torsión G en 10 Hz
DIN53445
MPa
1700
1700
Resistencia a la fatiga en test de doblado alternativo
aprx. a 10 ciclos (probeta con entalladura/sin entallad)
-
MPa
40 / 20
30 / 10
Dureza brinell H961/30
ISO 2039-1
MPa
200 
190
Resistencia a la abrasión con 1.600 gr. de abrasivo
Similar
ASTM-D673 44
%
98
98
Coeficiente de fricción plástico sobre plástico 
-

0.80
0.80
Coeficiente de fricción plástico sobre acero 
-

0.50
0.50
Coeficiente de fricción acero sobre plástico 
-

0.45
0.45

PROPIEDADES ELECTRICAS
Norma 
Unidad
Colada 
Extrusión
Resistencia de paso específica
DINVDE
0303,Part3
Ohm.cm
>10e15 
>10e15
Resistencia eléctrica de superficie
DINVDE
0303,Part3
Ohm

5x10e13

Aplicaciones
El Polimetacrilato de metilo es un material sustitutivo del vidrio, aplicado en multitud de usos:
-Cristaleras.
-Vitrinas.
-Letreros luminosos.
-Lentes de contacto.
-Fibras ópticas.
-Prótesis de odontología.
-Reflectores.
-Urnas.
-Mobiliario.
-Pisapapeles.
-También, la barrera en la pista de hielo que impide que los discos de jockey sean proyectados hacia las caras de los espectadores, se hace de PMMA.
-La compañía química Rohm y Haas hace ventanas con PMMA y las llama Plexiglás. Las Imperial Chemical Industries también las hacen y las llaman Lucite. El Lucite se utiliza para hacer las superficies de las bañeras, piletas de cocina y las siempre populares tinas de baño y duchas de una sola pieza, entre otras cosas.
-Cuando se trata de hacer ventanas, el PMMA tiene otra ventaja con respecto al vidrio: es más transparente. Cuando las ventanas de vidrio se hacen demasiado gruesas, llega a ser dificultoso ver a través. Pero las ventanas de PMMA se pueden hacer tan gruesas como de 33 centímetros y siguen siendo perfectamente transparentes. Esto hace del PMMA un material maravilloso para fabricar inmensos acuarios, cuyas ventanas deben ser lo suficientemente gruesas como para contener la alta presión de millones de litros de agua. De hecho, la ventana más grande del mundo, una ventana panorámica en el acuario de la bahía de Monterrey enCalifornia, está hecha de una sola pieza gigante de PMMA de 16,6 m de largo, 5,5 m de alto y 33 centímetros de espesor. 
-El PMMA también se encuentra en la pintura. El cuadro que está debajo, Acrylic Elf; fue pintado por Pete Halverson con pinturas acrílicas. Las pinturas de "latex" acrílico contienen a menudo una suspensión de PMMA en agua. El PMMA no se disuelve en agua, de modo que para dispersarlo se requiere el uso de otro polímero, capaz de compatibilizar el agua con el PMMA, tal es el caso del PVA.
-Como implante puede ser usado de prótesis de córnea, para proporcionar una vía óptica a la retina. También como lentes intraoculares, para corregir problemas causados por cataratas. Implantado como ducto del saco lagrimal, para corregir la obstrucción crónica.
-Pero el PMMA es aún más que un plástico y una pintura. A bajas temperaturas, los aceites lubricantes y los fluidos hidráulicos a menudo tienden a ponerse realmente viscosos e incluso gomosos. Esto es un verdadero problema cuando usted intenta hacer funcionar maquinaria pesada en un día frío. Pero cuando se disuelve un poco de PMMA en el aceite o fluido, éstos no se vuelven viscosos con el frío y la máquina puede funcionar hasta a -100oC, ¡asumiendo que el resto de la máquina sea capaz de soportar esas temperaturas tan bajas!
-En el mundo de la medicina se utiliza la resina de polimetilmetacrilato para la fabricación de prótesis óseas y dentales y como aditivo en polvo en la formulación de muchas de las pastillas que podemos tomar por vía oral. En este caso actúa como retardante a la acción del medicamento para que esta sea progresiva.

Fabricación
La lámina de acrílico se obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo y la presentación más frecuente que se encuentra en la industria del plástico es en gránulos ('pellets' en inglés) o en láminas. Los gránulos son para el proceso de inyección o extrusión y las láminas para termoformado o para mecanizado.
En gránulos el acrílico es un material higroscópico, razón por la cual es necesario secarlo antes de procesarlo.

Síntesis del PMMA
Polimerización en masa

La polimerización en masa del metacrilato de metilo, también conocida como polimerización”in situ”, permite la fabricación de bloques y planchas gruesas. Al monómero puro o a un prepolímero de mayor viscosidad (en estado de polimerización incipiente) se le agregan los iniciadores y comonómeros necesarios. Una vez hecho esto, se vierte entre planchas metacrílicas de pulido perfecto, donde se deja polimerizar. El calor de la reacción se evacua mediante refrigeración de agua o de aire. Si se quieren obtener polímeros sin tensiones internas, es necesaria la evacuación cuidadosa del calor de reacción, por lo que la polimerización puede llegar a durar días o semanas. Los poli(metacrilato de metilo) así obtenidos presentan pesos moleculares de varios millones, por lo que no es posible fundirlos sin descomposición. Este poli(metacrilato de metilo) es conocido como vidrio acrílico de colada.
También es posible obtener pesos moleculares elevados mediante la reticulación parcial, que se lleva a cabo mediante la adicción de ésteres poliinsaturados. En este último caso estaríamos hablando de poli(metacrilato de metilo) reticulado.
Para fabricar masas de moldeo capaces de fundir, se recurre a la polimerización en masa con iniciadores apropiados. La reacción se interrumpe con reguladores en un peso molecular relativamente bajo, siendo el máximo de 150000.

Polimerización en suspensión
La polimerización en suspensión se suele realizar con polimerización de perlas, de tamaño de partícula muy uniforme y situado entre 0.1 y 0.5 mm. Una gran ventaja de este proceso es la rápida evacuación del calor de reacción, que se cede al agua. Los termoplásticos obtenidos, con peso molecular inferior a 150000, son también susceptibles de fundir.
Entre 120 y 180 ºC adquiere consistencia elástica y puede moldearse.
A partir de 180 C se convierte en líquido viscoso (inyectable, moldeable). La dilatación térmica es media.
La absorción de agua es próxima al 0.3%.

Esquema de fabricación del PMMA
NOTA: Acrilato y Metacrilato
Podríamos resistirnos a creer que este pequeño grupo metilo causara una gran diferencia en el comportamiento y las propiedades del polímero, pero es así. El poli(acrilato de metilo) es un caucho blanco a temperatura ambiente, pero el poli(metacrilato de metilo) es un plástico duro, resistente y transparente.
Según se desprende, la flexibilidad o rigidez de un polímero a una dada temperatura están determinadas por lo que llamamos la movilidad de cadena, es decir, cuán eficientemente las cadenas del polímero se deslizan entre sí. Cuanto más puedan moverse, más flexible será el polímero.
El poli(metacrilato de metilo), al tener esos grupos metilo, se comporta, deteniendo rápidamente todo deslizamiento que las cadenas de poli(metil metacrilato) intentaran realizar. En cambio el poli(acrilato de metilo) no. La ausencia de esos grupos metilo permite que sus cadenas se deslicen ampliamente unas sobre otras. Si las cadenas pueden hacer ésto, toda la masa del polímero podrá fluir más fácilmente. Para simplificar, si un polímero tiene facilidad de movimiento, será flexible, mientras que si no tiene, será rígido.

8 comentarios:

  1. Me podrian desir cual es su impacto ambiental ? :)

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    1. Hola Gwendolyn. Creo que la mayor preocupación ambiental estaría asociada al monómero utilizado para la fabricación del polímero. El metacrilato de metilo es tóxico e inflamable.
      http://www.icv.csic.es/prevencion/Documentos/productos/metacrilatometilo0300.pdf
      http://www.asiquim.com/ConductaResponsable/documentos/metil_metacrilato.pdf
      Los productos derivados de la degradación térmica del polímero también pueden ser tóxicos.
      http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/Plasticos/Ficheros/FT_6_1_A.pdf
      Saludos

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  2. Hola, extraordinaria informacion, podria decirme su comportamiento ante el fuego?

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    1. Gracias Davi. El PMMA frente al fuego directo se quema con una llama amarilla y azulada en la base, produce burbujeo y crepitaciones. Los humos desprendidos son tóxicos y de carácter ácido. El PMMA se descompone formando principalmente dióxido y monóxido de carbono, agua, compuestos de bajo peso molecular e incluso monómero. El monómero generado puede reaccionar con el oxígeno formando acetona, piruvato de metilo y formaldehído.
      El comportamiento a llama puede variar dependiendo de su composición (aditivos utilizados en su formulación). Los aditivos retardantes a la llama modifican notablemente su comportamiento al fuego. En general, al quemarse un metacrilato de extrusión gotea (gotas encendidas) mientras que uno de colada no.
      Saludos

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  3. Holaa, me podrias decir si el polimetilmetscrilato es homopolimero o copolimero porfavoor?

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    1. Hola Catalina. El polimetacrilato de metilo, así nombrado, sería homopolímero. Al PMMA a veces se lo denomina acrílico, aunque acrílico, también puede referirse a otros polímeros o copolímeros que contienen, por ejemplo, acrilonitrilo. En muchas ocasiones, los compuestos comercializados se tratan de copolímeros de metacrilato de metilo con otros comonómeros. Pero también se puede conseguir como homopolímero.
      Saludos

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  4. Cual es el proceso industrial de este material?

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    1. Hola Florencia. Puedes fijarte en los siguientes enlaces…
      http://www.mpausa.org/diy-technical/
      http://thinking.nexant.com/search?keywords=Polymethyl+Methacrylate
      Saludos

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