Polimeri acrilici: polimerizzazione, usi

I polimeri acrilici sono resine sintetiche ottenute dalla polimerizzazione degli esteri dell’acido acrilico CH2=CHCOOH (acido 2-propenoico), acido metacrilico CH2=C(CH3)COOH  (acido 2-metilpropenoico) o dai loro esteri.
I polimeri acrilici più comuni sono il polimetilacrilato e il polietilacrilato e sono impiegati per ottenere vernici, rivestimenti superficiali, adesivi e nel settore tessile.  Nel 1877, il chimico tedesco Wilhelm Rudolph Fittig, professore di chimica all’Università di Tubinga, scoprì il processo di polimerizzazione dell’acido metacrilico.

Nel 1892 Georg Kahlbaum, professore all’Università di Basilea, effettuò ricerche sul metilacrilato, che polimerizzò in polimetilacrilato, il precursore dell’odierno PMMA. I polimeri iniziali non avevano un peso molecolare molto elevato e assumevano la forma di materiali gelatinosi ad alta viscosità la cui utilità all’inizio non era evidente. Ma si è notato che quando si formava il polimero, i monomeri trasparenti rimanevano trasparenti in forma polimerizzata.

L’acido acrilico o acido 2-propenoico è ottenuto a partire dall’ossidazione del propene a 2-propenale nota anche come acroleina:
H2C=CH-CH3(g) + O2(g) → H2C=CH-CHO(g)+ H2O(g)

In questo stadio sono miscelati propene e aria che sono fatti fluire alla temperatura di circa 380°C sulla silice ricoperta di catalizzatore spesso costituito da una miscela di ossido di bismuto (III) Bi2O3 e ossido di molibdeno (IV) MoO2

Nel secondo stadio della reazione il 2-propenale e l’aria sono fatte fluire alla temperatura di circa 280°C sulla silice ricoperta di catalizzatore spesso costituito da una miscela di ossido di vanadio (V) V2O5 e e ossido di molibdeno (IV) MoO2 secondo la reazione:

2 H2C=CH-CHO(g)+ O2(g) → 2 H2C=CH-COOH(g)
che dà luogo alla formazione di acido acrilico.

Polimerizzazione

Tra i polimeri acrilici vi è l’acido poliacrilico. Esso è ottenuto per polimerizzazione radicalica usando, come iniziatore un perossido organico. Tale reazione può essere effettuata utilizzando l’acido acrilico puro e quindi in assenza di solvente e pertanto avviene una polimerizzazione in massa. Più  frequentemente, la polimerizzazione avviene utilizzando una soluzione acquosa di acido acrilico:

acido-poliacrilico

I poliacrilati come ad esempio i polimetilpropanoati sono attenuti facendo reagire l’acido acrilico con un alcol e, nella fattispecie, metanolo in presenza di un acido come l’acido solforico.

La reazione di esterificazione porta alla formazione del metilpropenoato:

H2C=CH-COOH + CH3OH → H2C=CH-COOCH3 + H2O

La polimerizzazione dell’estere avviene per via radicalica in presenza di un perossido organico quale catalizzatore e, anche in tal caso la polimerizzazione può avvenire in massa o in soluzione:

polipropanoato

in analoghe condizioni, usando due esteri diversi possono essere ottenuti copolimeri.

Usi dei polimeri acrilici

Dalla copolimerizzazione di acrilato di etile e altri acrilati in presenza di composti contenenti alogeni sono essere ottenuti elastomeri che presentano elevata resistenza a oli e carburanti e mantengono inalterate le loro proprietà fino a 150°C. Sono pertanto utilizzati dall’industria automobilistica per guarnizioni, sistemi di sterzo, trasmissioni automatiche e in generali per applicazioni dove vengono richieste resistenza alle benzine e alle alte temperature.

Questo tipo di elastomeri inoltre rimangono inalterati in presenza di ozono e di luce solare.

Il copolimero etilmetacrilato-metilmetacrilato noto come Paraloid B72 è utilizzato nel campo del restauro come consolidante se ha basse o come collante se ha concentrazioni maggiori. Permette un’ottima resa impermeabile e ha il vantaggio di essere reversibile e stabile sul lungo periodo.

Il Paraloid B72 è utilizzato in particolare come consolidante del legno. Ne riduce infatti la microporosità conferendo una maggiore compattezza senza alterare i colori naturali grazie alla sua trasparenza.

I colori acrilici sono costituiti da pigmenti dispersi in una resina acrilica. Hanno la caratteristica di essere solubili in acqua ma resistenti all’acqua una volta asciugati. L’asciugatura avviene in modo rapido e, tali colori, sono vivi, intensi, dotati di elevato potere coprente, facili da mescolare e di facile stesura.

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