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Poli(metacrilato de metilo)

Figura de Lichtenberg : ruptura dieléctrica de alto voltaje en un bloque de polímero acrílico

El poli ( metacrilato de metilo ) ( PMMA ) es un polímero sintético derivado del metacrilato de metilo . Se utiliza como plástico de ingeniería y es un termoplástico transparente . El PMMA también se conoce como acrílico , vidrio acrílico , así como por los nombres comerciales y marcas Crylux , Hesalite , Plexiglas , Acrylite , Lucite y Perspex , entre varios otros (ver a continuación). Este plástico se utiliza a menudo en forma de láminas como una alternativa ligera o resistente a las roturas al vidrio . También se puede utilizar como resina de colada, en tintas y revestimientos, y para muchos otros fines.

A menudo se clasifica técnicamente como un tipo de vidrio , ya que es una sustancia vítrea no cristalina; de ahí su designación histórica ocasional como vidrio acrílico .

Historia

El primer ácido acrílico se creó en 1843. El ácido metacrílico , derivado del ácido acrílico , se formuló en 1865. La reacción entre el ácido metacrílico y el metanol da como resultado el éster metacrilato de metilo .

Fue desarrollado en 1928 en varios laboratorios diferentes por muchos químicos, como William R. Conn, Otto Röhm y Walter Bauer, y comercializado por primera vez en 1933 por la alemana Röhm & Haas AG (a partir de enero de 2019, parte de Evonik Industries ) y su socio y ex filial estadounidense Rohm and Haas Company bajo la marca comercial Plexiglas. [4]

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. [ cita requerida ] ICI registró el producto bajo la marca comercial Perspex. Casi al mismo tiempo, el químico e industrial Otto Röhm de Röhm 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 dio el nombre de marca registrada Plexiglas en 1933. [5] Tanto Perspex como Plexiglas se comercializaron a fines de la década de 1930. En los Estados Unidos, EI du Pont de Nemours & Company (ahora DuPont Company) posteriormente introdujo su propio producto bajo la marca comercial Lucite. En 1936 ICI Acrylics (ahora Lucite International) comenzó la primera producción comercialmente viable de vidrio de seguridad acrílico. Durante la Segunda Guerra Mundial, tanto las fuerzas aliadas como las del Eje utilizaron vidrio acrílico para los periscopios de los submarinos y los parabrisas, las cubiertas y las torretas de los aviones. También se utilizaron trozos de acrílico para hacer empuñaduras transparentes para la pistola M1911A1 o empuñaduras transparentes para la bayoneta M1 o para los cuchillos de teatro, de modo que los soldados pudieran colocar pequeñas fotos de sus seres queridos o de chicas pin-up en el interior. Se denominaban "empuñaduras de amor" o "empuñaduras de pin-up". Otras se utilizaban para hacer mangos de cuchillos de teatro hechos con materiales de desecho y las personas que los fabricaban se volvían artísticas o creativas. [6] Después de la guerra, se empezaron a utilizar para usos civiles. [7]

Nombres

Los estilos ortográficos más comunes incluyen polimetilmetacrilato [8] [9] y polimetilmetacrilato . El nombre químico completo de la IUPAC es poli(metil 2-metilpropenoato ) . (Es un error común usar "an" en lugar de "en").

Aunque el PMMA suele denominarse simplemente "acrílico", el término acrílico también puede referirse a otros polímeros o copolímeros que contienen poliacrilonitrilo . Entre los nombres comerciales y marcas más conocidos se incluyen Acrylite, Altuglas, [10] Astariglas, Cho Chen, Crystallite, Cyrolite, [11] Hesalite (cuando se utiliza en los relojes Omega ), Lucite, [12] Optix, [11] Oroglas, [13] PerClax, Perspex, [11] Plexiglas, [11] [14] R-Cast y Sumipex.

El PMMA es una alternativa económica al policarbonato (PC) cuando la resistencia a la tracción , la resistencia a la flexión , la transparencia , la capacidad de pulido y la tolerancia a los rayos UV son más importantes que la resistencia al impacto , la resistencia química y la resistencia al calor. Además, el PMMA no contiene las subunidades de bisfenol-A potencialmente dañinas que se encuentran en el policarbonato y es una opción mucho mejor para el corte por láser. [15] A menudo se prefiere debido a sus propiedades moderadas, fácil manejo y procesamiento y bajo costo. El PMMA no modificado se comporta de manera frágil cuando está bajo carga, especialmente bajo una fuerza de impacto , y es más propenso a rayarse que el vidrio inorgánico convencional, pero el PMMA modificado a veces puede lograr una alta resistencia al rayado y al impacto.

Propiedades

Estructura esquelética del metacrilato de metilo, el monómero constituyente del PMMA
Trozos de plexiglás extraídos del parabrisas de un avión alemán derribado durante la Segunda Guerra Mundial

El PMMA es un material fuerte, resistente y ligero. Tiene una densidad de 1,17–1,20 g/cm 3 , [1] [16] que es menos de la mitad de la del vidrio. [1] También tiene una buena resistencia al impacto, mayor que el vidrio y el poliestireno, pero significativamente menor que el policarbonato y algunos polímeros artificiales. El PMMA se enciende a 460 °C (860 °F) y arde , formando dióxido de carbono , agua , monóxido de carbono y compuestos de bajo peso molecular, incluido el formaldehído . [17]

El PMMA transmite hasta el 92% de la luz visible (espesor de 3 mm [0,12 pulgadas]), [18] y proporciona una reflexión de aproximadamente el 4% de cada una de sus superficies debido a su índice de refracción (1,4905 a 589,3  nm). [3] Filtra la luz ultravioleta (UV) en longitudes de onda inferiores a unos 300 nm (similar al vidrio de ventana común). Algunos fabricantes [19] añaden revestimientos o aditivos al PMMA para mejorar la absorción en el rango de 300 a 400 nm. El PMMA deja pasar la luz infrarroja de hasta 2800 nm y bloquea la IR de longitudes de onda más largas de hasta 25 000 nm. Las variedades de PMMA coloreadas permiten el paso de longitudes de onda IR específicas mientras bloquean la luz visible (para aplicaciones de control remoto o sensor de calor, por ejemplo).

El PMMA se hincha y se disuelve en muchos disolventes orgánicos ; también tiene poca resistencia a muchos otros productos químicos debido a que sus grupos éster se hidrolizan fácilmente . Sin embargo, su estabilidad ambiental es superior a la de la mayoría de los demás plásticos, como el poliestireno y el polietileno, y por lo tanto suele ser el material elegido para aplicaciones al aire libre. [20]

El PMMA tiene una tasa máxima de absorción de agua de 0,3-0,4 % en peso. [16] La resistencia a la tracción disminuye con el aumento de la absorción de agua. [21] Su coeficiente de expansión térmica es relativamente alto a (5-10)×10 −5  °C −1 . [22]

La casa Futuro estaba hecha de plástico poliéster reforzado con fibra de vidrio, poliéster-poliuretano y poli(metilmetacrilato); se descubrió que uno de ellos se degradaba por la acción de las cianobacterias y las arqueas . [23] [24]

El PMMA se puede unir utilizando cemento de cianoacrilato (conocido comúnmente como superglue ), con calor (soldadura) o utilizando disolventes clorados como el diclorometano o el triclorometano [25] (cloroformo) para disolver el plástico en la unión, que luego se fusiona y se endurece, formando una soldadura casi invisible . Los rayones se pueden eliminar fácilmente puliendo o calentando la superficie del material. El corte por láser se puede utilizar para formar diseños intrincados a partir de láminas de PMMA. El PMMA se vaporiza en compuestos gaseosos (incluidos sus monómeros) al cortarlo con láser, por lo que se realiza un corte muy limpio y se realiza con mucha facilidad. Sin embargo, el corte por láser pulsado introduce altas tensiones internas, que al exponerse a los disolventes producen "fisuras por tensión " indeseables en el borde cortado y varios milímetros de profundidad. Incluso los limpiadores de vidrio a base de amonio y casi todo excepto el agua y el jabón producen grietas indeseables similares, a veces en toda la superficie de las piezas cortadas, a grandes distancias del borde estresado. [26] Por lo tanto, el recocido de la lámina/piezas de PMMA es un paso obligatorio de posprocesamiento cuando se pretende unir químicamente piezas cortadas con láser.

En la mayoría de las aplicaciones, el PMMA no se rompe, sino que se rompe en grandes trozos opacos. Dado que el PMMA es más blando y se raya con más facilidad que el vidrio, a menudo se añaden recubrimientos resistentes a los arañazos a las láminas de PMMA para protegerlo (así como para que no tenga otras funciones).

El homopolímero de poli(metilmetacrilato) puro rara vez se vende como producto final, ya que no está optimizado para la mayoría de las aplicaciones. En cambio, se crean formulaciones modificadas con cantidades variables de otros comonómeros , aditivos y rellenos para usos en los que se requieren propiedades específicas. Por ejemplo:

Síntesis y procesamiento

El PMMA se produce habitualmente mediante polimerización en emulsión , polimerización en solución y polimerización en masa . Generalmente, se utiliza la iniciación radical (incluidos los métodos de polimerización viva ), pero también se puede realizar la polimerización aniónica del PMMA. [28]

La temperatura de transición vítrea ( T g ) del PMMA atáctico es de 105 °C (221 °F). Los valores de T g de los grados comerciales de PMMA varían de 85 a 165 °C (185 a 329 °F); el rango es tan amplio debido a la gran cantidad de composiciones comerciales que son copolímeros con comonómeros distintos del metacrilato de metilo. Por lo tanto, el PMMA es un vidrio orgánico a temperatura ambiente; es decir, está por debajo de su T g . La temperatura de formación comienza en la temperatura de transición vítrea y aumenta a partir de allí. [29] Se pueden utilizar todos los procesos de moldeo comunes, incluido el moldeo por inyección , el moldeo por compresión y la extrusión . Las láminas de PMMA de la más alta calidad se producen mediante fundición celular , pero en este caso, los pasos de polimerización y moldeo ocurren simultáneamente. La resistencia del material es mayor que los grados de moldeo debido a su masa molecular extremadamente alta . El endurecimiento del caucho se ha utilizado para aumentar la tenacidad del PMMA y superar su comportamiento frágil en respuesta a las cargas aplicadas.

Aplicaciones

Primer plano de la esfera de presión del batiscafo Trieste , con una única ventana cónica de PMMA colocada en el casco de la esfera. El círculo negro muy pequeño (más pequeño que la cabeza del hombre) es el lado interior de la "ventana" de plástico, de sólo unos pocos centímetros de diámetro. El área circular negra transparente más grande representa el lado exterior más grande de la "ventana" cónica de plástico de una sola pieza.

Al ser transparente y duradero, el PMMA es un material versátil y se ha utilizado en una amplia gama de campos y aplicaciones, como luces traseras y grupos de instrumentos para vehículos, electrodomésticos y lentes para gafas. El PMMA en forma de láminas permite fabricar paneles resistentes a roturas para ventanas de edificios, tragaluces, barreras de seguridad a prueba de balas, letreros y expositores, artículos sanitarios (bañeras), pantallas LCD, muebles y muchas otras aplicaciones. También se utiliza para recubrir polímeros basados ​​en MMA, que proporciona una estabilidad excepcional frente a las condiciones ambientales con una emisión reducida de COV. Los polímeros de metacrilato se utilizan ampliamente en aplicaciones médicas y dentales donde la pureza y la estabilidad son fundamentales para el rendimiento. [28]

Sustituto de vidrio

El tanque del Acuario de la Bahía de Monterey de 10 metros (33 pies) de profundidad tiene ventanas acrílicas de hasta 33 centímetros (13 pulgadas) de espesor para soportar la presión del agua .

Redirección de la luz del día

Medicamento

En particular, las lentes de tipo acrílico son útiles para la cirugía de cataratas en pacientes que tienen inflamación ocular recurrente (uveítis), ya que el material acrílico induce menos inflamación.

Odontología

Debido a su biocompatibilidad antes mencionada, el poli(metacrilato de metilo) es un material comúnmente utilizado en la odontología moderna, particularmente en la fabricación de prótesis dentales, dientes artificiales y aparatos de ortodoncia.

Arte y estética

Escultura de coche de plexiglás Lexus
Arte en PMMA de Manfred Kielnhofer
Piano de cola acrílico Kawai
Pulsera de Lucite
Muestra química ilustrativa y segura de bromo utilizada con fines didácticos. El frasco de vidrio con la muestra del líquido corrosivo y venenoso se ha moldeado en un cubo de plástico acrílico.

El metacrilato de metilo, " resina sintética " para fundición (simplemente el producto químico líquido a granel), se puede utilizar junto con un catalizador de polimerización como el peróxido de metiletilcetona (MEKP), para producir PMMA transparente endurecido en cualquier forma, a partir de un molde. Objetos como insectos o monedas, o incluso productos químicos peligrosos en ampollas de cuarzo frágiles, se pueden incrustar en dichos bloques "fundidos", para su exhibición y manipulación segura.

Otros usos

Zapatos de tacón alto de Lucite
Un bajo eléctrico fabricado con poli(metacrilato de metilo)
Una casa Futuro en Warrington, Nueva Zelanda

Véase también

Referencias

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Enlaces externos