Polimetilmetacrilato: sintesi, usi

Il polimetilmetacrilato noto come plexiglass è un polimero termoplastico di poliaddizione spesso usato al posto del vetro a causa della sua trasparenza.
E’ un polimero termoplastico, spesso usato al posto del vetro, in quanto, di norma è molto trasparente al punto che possiede caratteristiche di comportamento assimilabili alla fibra ottica, per qualità di trasparenza che ha vari nomi commerciali: Acrivill, Altuglas, Deglas, Limacryl, Lucite, Oroglas, Perclax, Perspex, Plexiglass, Vitroflex, Trespex e Setacryl.

Presente sul mercato dal 1932, questo polimero ebbe grande importanza durante la Seconda guerra mondiale quando venne utilizzato per i vetri degli aerei e dei sottomarini. Il polimetilmetacrilato è un polimero a basso costo con qualità eccezionali come trasparenza, stabilità termica, isolamento elettrico e resistenza meccanica.

Il polimetilmetacrilato è un polimero resistente ma leggero che possiede una resistenza alla compressione compresa tra 85 e 110 MPa e una resistenza alla trazione compresa tra 30 e 50 Mpa. Le proprietà meccaniche del PMMA possono essere regolate variando i rapporti di miscelazione del monomero e dell’iniziatore, generalmente  perossido di benzoile, durante la polimerizzazione.

Il monomero di partenza è il metilestere dell’acido 2-metilpropenoico ovvero il metil, 2-metilpropenoato noto anche come metilmetacrilato:

metilmetacrilato
metilmetacrilato

Sintesi del polimetilmetacrilato

Il monomero di partenza per ottenere il polimetilmetacrilato può essere ottenuto tramite due processi:

Il processo che utilizza l’acetone come prodotto di partenza è il più diffuso e si basa su una sequenza di passaggi; la prima reazione avviene tra acetone e cianuro di idrogeno con produzione di 2-idrossi-2-metilpropanonitrile:

reazione acetone hcn
reazione acetone hcn

Tale composto a circa 160°C in presenza di acido solforico concentrato si disidrata e il gruppo nitrile -C≣N idrolizza ad ammide. Il processo che avviene gradualmente prevede sia una disidratazione che un’idrolisi e può essere schematizzato come:

formazione ammide
formazione ammide

L’ammide reagisce con il metanolo in ambiente acido alla temperatura di circa 100 °C e il il gruppo ammidico viene idrolizzato e esterificato per dare il metil, 2-metilpropenoato:

metil 2 metilpropenoato
metil 2 metilpropenoato

e il prodotto è rimosso per distillazione.

Un’alternativa per ottenere il monomero di partenza è costituita dalla reazione tra etene, monossido di carbonio e metanolo in fase liquida alla pressione di circa 10 atm e alla temperatura di 80 °C:

reazione etene CO
reazione etene CO

il prodotto di reazione, un estere è il metilpropionato che è fatto reagire con metanale ad alta temperatura in presenza di catalizzatore come idrossido di cesio su silicio per dare il metil, 2-metilpropenoato:

reazione
reazione

La reazione di polimerizzazione del metil, 2-metilpropenoato avviene per via radicalica usando un perossido o un azocomposto quale catalizzatore:

polimerizzazione
polimerizzazione

La quantità di iniziatore utilizzato influenza sia la velocità della reazione di polimerizzazione che il peso molecolare del polimero risultante. La reazione avviene per poliaddizione ed è realizzata in massa, in soluzione, in sospensione e in emulsione.

Usi

Il polimetilmetacrilato è usato nella fabbricazione di tettoie, vetrate, pannelli decorativi, piani per mobili, lastre per autoveicoli, cupole protettive, insegne pubblicitarie, lenti infrangibili nonché  nell’industria automobilistica, nell’edilizia, nella produzione di vernici, smalti, inchiostri

Grazie alla sua natura biocompatibile e alle proprietà meccaniche e ottiche regolabili, il polimetilmetacrilato è stato ampiamente utilizzato nei cementi ossei, come lenti intraoculari e come viti nella fissazione ossea. Il polimetilmetacrilato atattico è ampiamente utilizzato nei componenti ottici per un elevato livello di chiarezza e rigidità strutturale.

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