Polimetacrilato de metilo

Introducción

El poli (metacrilato de metilo) o PMMA, también conocido como acrílico o plexiglás es un polímero transparente que se utiliza a menudo en forma de hoja como una alternativa ligera o resistente a roturas al vidrio. El mismo material se puede utilizar como resina de colada o en tintas y recubrimientos, entre muchos otros usos.
Recibe varios nombres comerciales como Crylux, Plexiglas, Acrylite, Astariglas, Lucite, Perclax y Perspex, entre varios otros.

 

Historia
El polimetilmetacrilato fue descubierto a principios de la década de 1930 por los químicos británicos Rowland Hill y John Crawford en Imperial Chemical Industries (ICI) en el Reino Unido. ICI registró el producto bajo la marca comercial Perspex. Casi al mismo tiempo, el químico e industrial Otto Röhm de Rohm and Haas AG en Alemania intentó producir vidrio de seguridad polimerizando metacrilato de metilo entre dos capas de vidrio. El polímero se separó del vidrio como una lámina de plástico transparente, a la que Röhm le dio el nombre de marca registrada Plexiglas en 1933. Tanto Perspex como Plexiglas se comercializaron a fines de la década de 1930. En los Estados Unidos, Du Pont de Nemours & Company (ahora DuPont Company) introdujo posteriormente su propio producto bajo la marca comercial Lucite. En 1936, ICI Acrylics (ahora Lucite International) comenzó la primera producción comercialmente viable de vidrio acrílico de seguridad. Durante la Segunda Guerra Mundial, tanto las fuerzas aliadas como las del Eje utilizaron vidrio acrílico para periscopios submarinos y parabrisas, toldos y torretas de armas de aviones.

Estructura química y síntesis

El polimetacrilato de metilo (PMMA) o plexiglás es un polímero vinílico, formado por polimerización vinílica de radicales libres a partir del monómero metil metacrilato.

El PMMA se produce de forma rutinaria mediante polimerización en emulsión, polimerización en solución y polimerización en masa. Generalmente, se usa la iniciación de radicales (incluidos los métodos de polimerización viva), pero también se puede realizar la polimerización aniónica de PMMA. El PMMA producido por polimerización radical (todo PMMA comercial) es atáctico y completamente amorfo.

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

Fuentes:
http://www.eis.uva.es
http://www.pslc.ws