Polimetilmetacrilato: estructura, propiedades, obtención, usos
¿Qué es el polimetilmetacrilato?
El polimetilmetacrilato o polimetacrilato de metilo (PMMA) es un polímero que se comporta como un material termoplástico y que pertenece al grupo de los acrilatos. Es transparente y transmite la luz visible cerca del 100 %, por lo que supera el vidrio en muchos aspectos.
El PMMA es un material más liviano que el vidrio, es más resistente a los impactos y puede ser usado en construcciones que requieran de un material transparente de gran espesor; tal es caso de los acuarios de gran tamaño que usan bloques de PPMA de hasta 33 cm de espesor.
El PMMA fue sintetizado en 1930 por los químicos ingleses Rowland Hill y John Crawford, quienes registraron el material con el nombre de Perspex. Posteriormente, en 1933 el químico alemán Otto Röhm logró fabricar el PMMA por un método distinto, material al que denominó Plexiglás.
El PMMA se sintetiza por la polimerización del metacrilato de metilo (su monómero), una molécula con estructura de vinilo de fórmula C5O2H8. La polimerización del monómero es producida por el método de radicales libres, productor de polímeros amorfos sin una estructura cristalina.
El PMMA tiene numerosos usos y aplicaciones, empleándose en ventanas, marquesinas de aviones, cemento plástico, dentaduras, etc.
Estructura del polimetilmetacrilato
El PMMA es un polímero formado por la polimerización del monómero metacrilato de metilo:
Este vinilo polimeriza por el método de los radicales libres, tal como ocurre con el cloruro de polivinilo (PVC).
Los polímeros producidos por este método se caracterizan porque los grupos sustituyentes o colgantes se ubican en forma aleatoria a lo largo de la cadena de los polímeros.
Considérese la imagen superior. En ella, los grupos -OCOCH3 se encuentran todos de un mismo lado; pero en realidad, están alternados: no todos apuntan al mismo lado. Esto, más las diferencias entre las longitudes o tamaños promedios de las cadenas de PMMA, ocasiona que no puedan formarse cristales; y por lo tanto, es amorfo y se denomina como polímero “atáctico”.
La presencia del grupo metilo en el metacrilato de metilo impide que el PMMA pueda formar una estructura cristalina y que pueda girar libremente alrededor de los enlaces C-C. Así pues, el PMMA es considerado un termoplástico amorfo.
Propiedades del polimetilmetacrilato
Nombre IUPAC
Poli(2-metilpropeonato de metilo)
Otros nombres
Poli(metacrilato de metilo) (PMMA), resina de metacrilato de metilo, Perspex, Plexiglás, Lucite y otros nombres.
Fórmula química
(C5O2H8)n
Esta fórmula es la del monómero (metacrilato de metilo) y n representa el número de monómeros presentes en el PMMA.
Masa molar
La masa molar depende del número de monómeros o subunidades que posea el polímero, siendo la masa molar del metacrilato de metilo igual a 100.12 g/mol (en promedio).
Densidad
1.18 g/cm3
Punto de fusión
160 ºC. Aunque existen reportes del punto de fusión de 220 ºC, quizás debido a diferencias en los polímeros estudiados.
Índice de refracción (nD)
1.4905 a una longitud de onda de 589.3 nm.
Combustión
El PMMA arde a 460 ºC liberando dióxido de carbono, agua, monóxido de carbono y otros compuestos como el formaldehido.
Solubilidad
Soluble en tetrahidrofurano, tolueno, ciclohexanona, cloroformo y acetato de etilo, así como en otros solventes orgánicos debido a la presencia en el polímero de grupos metilos que se solvatan con facilidad. Sin embargo, es insoluble en los alcoholes, los hidrocarburos alifáticos y en el agua.
Digestibilidad
El PMMA experimenta una hidrólisis completa por el ácido sulfúrico (H2SO4). También es hidrolizado, aunque más lentamente, por el ácido clorhídrico y el ácido yodhídrico.
Comportamiento ante la luz
El PMMA es resistente a luz solar debido a su resistencia a la luz ultravioleta. Posee una transmisión a la luz visible del 92 % y filtra la luz ultravioleta con una longitud de onda menor a 300 nm.
Las láminas de PMMA son atravesadas por la luz infrarroja de una longitud de onda hasta 2800 nm. Pero bloquea la luz infrarroja de longitud de onda mayor a 25000 nm.
Estabilidad
Es estable a temperatura ambiente e incompatible con los agentes oxidantes fuertes.
Resistencia mecánica
El PMMA es más resistente a los impactos que el vidrio, aunque su resistencia es menor a la que presenta el policarbonato.
Obtención del PMMA
El PMMA es sintetizado a partir del propileno, hidrocarburo insaturado obtenido por destilación del petróleo. El propileno se hace reaccionar con el benceno, produciéndose el isopropilbenceno o cumeno. Posteriormente, este compuesto es oxidado a hidroperóxido de cumeno.
Luego el hidroperóxido de cumeno se trata con ácido para la producción de una acetona, la cual se convierte en el metacrilato de metilo, monómero del PMMA.
La polimerización se realiza en caliente mediante la colocación en un recipiente una mezcla del monómero, y un iniciador de la reacción de polimerización por radicales libres, usualmente un peróxido, como el peroxidisulfato de potasio. La reacción se ejemplifica con la siguiente ecuación:
Adicionalmente se agrega un emulsionante, por ejemplo, el estearato de sodio y agua, produciéndose el PMMA sólido.
Usos / aplicaciones del PMMA
El PMMA está presente en numerosas actividades del hombre que van desde la construcción de viviendas y vehículos de transporte, hasta expresiones artísticas, como la pintura.
Arquitectura
Debido a transparencia a la luz visible y su resistencia a la luz ultravioleta, el PMMA se utiliza en la construcción de ventanas, puertas, marquesinas, paneles, etc. Además, el PMMA orienta la luz visible con el fin de obtener una iluminación natural en las viviendas y otras construcciones.
El PMMA asimismo proporciona un buen aislamiento térmico que permite su uso en la construcción de invernaderos. El polímero tiene la propiedad de poder ser utilizado con un espesor de hasta 33 cm, sin perder su capacidad de transmisión de la luz a diferencia del vidrio.
Esto permite que el PMMA pueda usarse en la construcción de grandes acuarios, que debido a los grandes volúmenes de agua que contienen, experimentan una gran presión sobre sus paredes.
Medios de transporte
El PMMA se usa en las ventanas y las luces de los automóviles. En los aviones se usa en las ventanas, paneles y marquesinas. Mientras, en los submarinos y batiscatos es utilizado para la observación del exterior.
Aditivo para lubricantes
Los aceites lubricantes y los fluidos hidráulicos se vuelven viscosos cuando experimentan un descenso de la temperatura. La adicción de PMMA facilita un funcionamiento adecuado de las máquinas hasta una temperatura de -100 ºC, pues prolonga su fluidez.
Usos médicos
El PMMA se emplea en la elaboración de lentes correctivos convencionales y de lentes de contactos duros, no así de lentes de contactos blandos. El polímero es utilizado para elaborar lentes intraoculares para reemplazar el cristalino, lente ocular natural dañado en la condición conocida como cataratas.
El cemento de PMMA se utiliza en la cirugía ortopédica para fijar implantes y la remodelación ósea. La función del cemento óseo no es de pegamento, sino que rellena el espacio libre entre el hueso y la prótesis insertada, lo que permite un mejor funcionamiento.
También se usa el PMMA en forma de micro esferas para el relleno del tejido blando subyacente a la piel, procedimiento utilizado en la cirugía estética para reducir las cicatrices y las arrugas.
Empleo en odontología
El PMMA se utiliza para la fabricación de dientes, así como dentaduras postizas, y piezas de gran duración.
Arte
El PMMA se utiliza en la elaboración de las pinturas acrílicas, presentes en los cuadros. Asimismo, se utiliza en la elaboración de los marcos de los cuadros de pintura. Y como si no bastara, el polímero es usado en la elaboración de guitarras, pianos y otros instrumentos musicales.
Electrónica
Debido a su alta transmisión de la luz, el PMMA se utiliza en las pantallas de televisión, LCD, computadoras portátiles, pantallas de teléfonos y equipos electrónicos. También se utiliza en paneles solares debido a su resistencia a la luz ultravioleta y su transmisión de la luz visible.
Referencias
- Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organic Chemistry. (10th edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Química Orgánica. (Sexta edición). Mc Graw Hill.
- Morrison y Boyd. (1987). Química orgánica. (Quinta edición). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2021). Poly(methyl methacrylate). Recuperado de: en.wikipedia.org
- Polymer Science Learning Center. (2021). Poly(methyl methacrylate). Recuperado de: pslc.ws
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (2021). Polymethyl methacrylate. Recuperado de: britannica.com
- SpecialChem. (2021). PMMA or Acrylic: Guide to Support Your Future ‘Transparent’ Developments. Recuperado de: omnexus.specialchem.com