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Polymethylmethacrylat

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Strukturformel
Polymethylmethacrylat
Allgemeines
Name Polymethylmethacrylat
Andere Namen
  • PMMA
  • Poly(methyl-2-methylpropenoat)
  • Lucite
  • POLYMETHYL METHACRYLATE(INCI)[1]
CAS-Nummer 9011-14-7
Monomer Methacrylsäuremethylester
SummenformelderWiederholeinheit C5H8O2
Molare Masseder Wiederholeinheit 100,12 g·mol−1
Art des Polymers

Thermoplast

Eigenschaften
Aggregatzustand

fest

Dichte

ca. 1,18 bis 1,19 g·cm−3[2]

Glastemperatur

ca. 105 °C[3]

Wasseraufnahme

0,3 % in trockener Luft[4]
1,2 % in feuchter Luft[5]
2 % bei Wasserlagerung[5]

Löslichkeit

unbeständig gegen polare Lösungsmittel, wie z. B. Aceton[3]

Thermischer Ausdehnungskoeffizient

70–85 10−6K−1beiHalbzeugunterhalb derGlastemperatur[4][6][7]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[8]
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen.

Polymethylmethacrylat(KurzzeichenPMMA,auchAcrylglas) ist eintransparenterthermoplastischerKunststoff.

Geschichte

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Acrylglas wurde 1928 etwa zur selben Zeit inDeutschland,GroßbritannienundSpanienentwickelt. In Deutschland war hieran der ChemikerWalter Bauer(1893–1968) beteiligt. Die ersten gegossenen Scheiben aus Acrylglas wurden im Jahre 1933 in Deutschland vonOtto Röhmhergestellt und zurMarktreifegebracht. Die erstenKontaktlinsenausKunststoffwurden 1940 durchHeinrich Wöhlkaus PMMA hergestellt und im Selbstversuch angewendet – bis zu diesem Zeitpunkt gab es ausschließlich Linsen aus geschliffenem Silikatglas, welche einen deutlich schlechteren Tragekomfort aufwiesen.[9]Eines der ersten Alltagsprodukte aus PMMA waren Deckel derRadio-Plattenspieler-KombinationenBraun SK 4von 1956.

Polymethylmethacrylat wird heute in großen Mengen für ein breites Spektrum von Anwendungen eingesetzt (siehe unten).

Herstellung

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PMMA wird routinemäßigradikalischdurchSubstanz-,Emulsions-[3],oderSuspensionspolymerisation[10]hergestellt. Auf solche Weise produziertes PMMA istataktischund völligamorph.Eineanionische Polymerisation(einschließlich Methoden derlebenden Polymerisation) von PMMA ist ebenfalls möglich.

Synthetisierung durch radikalische Polymerisation

Folgende Reaktionen laufen beispielsweise mitDibenzoylperoxidalsInitiatorab:

1. Radikalbildung

Da organische Peroxide bei geringer Wärmezufuhr homolytisch zerfallen, eignen sie sich gut als Radikal-Bildner. Zunächst wird Dibenzoylperoxid gespalten, bevor sich von den entstehenden RadikalenKohlenstoffdioxid(CO2) abtrennt:

2. Kettenstart

Nun reagiert das entstandene Radikal mitMethacrylsäuremethylester(MMA) zu einem neuen, größeren Radikal.

3. Kettenwachstum

Beim Kettenwachstum reagiert das beim Kettenstart entstandene Radikal erneut mit dem Methacrylsäuremethylester. Diese Reaktion passiert immer wieder, so dass ein immer größeres Radikal entsteht.

4. Kettenabbruch

Das Kettenwachstum kann auf verschiedene Weisen abbrechen: Zwei wachsende Ketten können aufeinandertreffen und kombinieren oder disproportionieren oder eine wachsende Kette kann mit einem Starterradikal reagieren. Hier ist die erste Möglichkeit dargestellt:

Das 10 Meter tiefeSchauaquariumMonterey Bayist aus Acrylfenstern mit einer Dicke von bis zu 33 Zentimetern, um dem Wasserdruck standzuhalten.
Lichtenberg-Figurin einemAcrylpolymer-block

Aufbau und Eigenschaften

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30 Zentimeter dicke Aquariumscheibe imOzeaneum Stralsund
Struktur von Polymethylmethacrylat

Druck, Temperaturverlauf und Dauer des Polymerisationsprozesses haben dabei Einfluss auf die mittlere Länge der entstehenden Polymerketten sowie die Vernetzung und Verschränkung der Polymerketten untereinander. Dies hat wiederum direkte Auswirkungen auf einige physikalische und chemische Eigenschaften, die je nach Produktionsverfahren leicht von den nachfolgend genannten Werten abweichen können.

PMMAtransmittiertsichtbaresLichtbesser alsMineralglas.Bei einer Dicke von 3 mm lässt PMMA bis zu 92 % des sichtbaren Lichts durch und reflektiert etwa 4 % von jeder seiner Oberflächen aufgrund seines Brechungsindex (1,4905 bei 589,3 nm).[11] EsabsorbiertUltraviolettstrahlungbei Wellenlängen unter etwa 300 nm (ähnlich wie gewöhnliches Fensterglas). Einige Hersteller fügen PMMA Beschichtungen oder Additive hinzu, um die Absorption im Bereich von 300 bis 400 nm zu verbessern. Es gibt auch spezielle UV-durchlässige Varianten für den Einsatz in derRöntgenlithographieoder fürSolarien. PMMA lässtInfrarotstrahlungvon bis zu 2800 nm durch und blockiert IR von längeren Wellenlängen bis zu 25000 nm. Farbige PMMA-Sorten lassen bestimmte IR-Wellenlängen passieren, während sichtbares Licht blockiert wird (z. B. für Fernsteuerungs- oder Wärmesensoranwendungen).[12]

Es verbrennt knisternd, mit gelblicher Flamme, süßlichem Geruch, tropfend und ohne Rückstände. Beim Beklopfen mit dem Fingernagel klingt PMMA im Vergleich zu transparentemPolystyrolwegen geringerer Härte nicht blechern.

PMMA ist jenseits von 100 °C plastisch verformbar und diese Verformung ist thermischreversibel.Es ermöglicht eine gute spanabhebende Bearbeitung, lässt sich sehr gut mit CO2-Lasern schneiden oder gravieren und ist kratzunempfindlicher als andereThermoplaste.Verbindungen durch Kleben oder Schweißen sind möglich.

Es ist gut einfärbbar, witterungs- und alterungsbeständig, beständig gegenSäuren,Laugenmittlerer Konzentration,BenzinundÖl.Ethanol,AcetonundBenzolgreifen PMMA jedoch an. Daher dürfen Acrylglasflächen auch nicht mit Alkohol oderLösungsmittelngereinigt werden, da sonstSpannungsrisskorrosionentsteht. Die gute Witterungsstabilität der Methacrylatpolymere ist bedingt durch die reinaliphatischeStruktur und die sterische Abschirmung der Polymerkette.

Kommen bei der Polymerisation weitere Monomere (Alkyl- oder Arylmethacrylate) zum Einsatz, ist es möglich, die Eigenschaften desMischpolymerisatsden Produkterfordernissen anzupassen. So können durch geeignete Wahl des Alkoholrests des monomeren Esters beispielsweise dieWärmeformbeständigkeitoder dieGlasübergangstemperaturbeeinflusst werden: Langkettige Ester wie Lauryl- und Stearylmethacrylate zeigen bereits wachsartige Polymereigenschaften; Ester mit stark verzweigtem Alkoholrest liefern Polymere mit reduzierter Lösungsviskosität. Werden bei derCopolymerisationmultifunktionelle Acrylate, wie beispielsweiseEthylenglycoldimethacrylat,eingesetzt, so werden durchQuervernetzungPMMA-Copolymereerhalten, die über modifizierte Eigenschaften verfügen und sich z. B. signifikant in derBiegefestigkeit,demElastizitätsmoduloder der Abrasionsbeständigkeit unterscheiden und so auf die jeweiligen Verwendungszwecke angepasst werden können.

Copolymer-Kombinationen anionischer und kationischer PMMA ergeben Interpolyelektrolytkomplexe (IPEC).[13]Sie werden bevorzugt eingesetzt, Arzneistoffe zu ummanteln und sie in gut vorgegebener Weise freizusetzen.

Auch die Möglichkeiten der Formgebung sind sehr vielfältig. So kann es nicht nur als Glasersatz bei Fenstern eingesetzt werden, sondern auch für Haushaltsgegenstände, wie beispielsweiseSchüsseln.

Technische Eigenschaften von PMMA:

Verwendung

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Eine für Schau- und Lehrzwecke illustrativ und sicher in PMMA eingegossene Probe des giftigen und stark ätzenden chemischen ElementesBrom,das hierzu vorher in eineGlasampulleeingeschmolzen werden musste, damit es nicht mit dem PMMA reagieren kann.
Messbecher aus PMMA (Plexiglas) mit Rissen verursacht durch Ethanol.

Aus Polymethylmethacrylat wird zum Einsatz in verschiedensten Bereichen eine Vielzahl von transparenten und nicht-transparenten Gegenständen,Waren,Bauteilen,Halbproduktenbzw.Halbzeugengefertigt. PMMA ist z. B. unentbehrlich in derZahnmedizin,wo es fürProtheseneingesetzt wird. Hierfür wird der Kunststoff mit verschiedenen anorganischen und organischenPigmenten,wie z. B.Titandioxid,verschiedenenEisenoxidenoderAzo-Pigmenteneingefärbt, so dass die typische rosa Farbe entsteht. In durchsichtiger Form wird er für Verbandsschienen eingesetzt. Der Kunststoff wird frei angemischt und härtet unter Hitze und Druck aus. Es können auch Aktivatoren zugesetzt werden, die eine Polymerisation ohne externe Druck- und Temperaturerhöhung ermöglichen.

Übersicht wichtiger Einsatzgebiete:

  • Material für Lasercutter
    • Platten aus extrudiertem Acryl eignen sich besser zum Schneiden, Platten aus gegossenem Acryl besser zum Gravieren.

Marken- und Handelsnamen

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Zerbrochene PMMA-Windschutzscheibe eines deutschen Flugzeugs aus demZweiten Weltkrieg

Bekannt wurde Polymethylmethacrylat (PMMA) unter demHandelsnamenPlexiglas,angemeldet 1933 vonOtto Röhm.[16]In Europa und Asien ist Plexiglas ein eingetragener Markenname derRöhm GmbH,[17]in den USA der Altuglas International (ArkemaGruppe).[18]Jedoch vertreibt auch Röhm unter dem NamenAcrylitesein Acrylglas in den USA.

In Europa vermarktet die Altuglas International Gruppe PMMA unter dem NamenAltuglas;die Arkema Gruppe PMMA unter dem NamenOroglas.[19]

Polymethylmethacrylat wird umgangssprachlich auch Acrylglas oder O-Glas genannt.O-Glaswar der Markenname des Materials in derDDR(für „organisches Glas “). Einziger Hersteller waren dieStickstoffwerke Piesteritz.Von „Piesteritz “leitet sich der HandelsnamePiacrylab.

Es gibt eine Vielzahl von weiteren herstellerspezifischen Handelsnamen, darunterBiacryl,Conacryl,Deglas,Diakon,Friacryl,Hesaglas,Hesalit,Hesalitglas,Limacryl,PerClaxundVitroflex.

Recycling

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Recycling-Codefür Polymethylmethacrylat und andere

DerRecycling-Codefür Polymethylmethacrylat ist 07.

Siehe auch

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Andere Kunststoffe für transparente Anwendungen:

Literatur

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  • Kai Buchholz, Ralf Beil (Hrsg.):Plexiglas®. Werkstoff in Architektur und Design(anlässlich der AusstellungPlexiglas, Werkstoff in Architektur und Design.Institut Mathildenhöhe Darmstadt, Museum Künstlerkolonie, 16. September 2007 – 6. Januar 2008. Übersetzt von RAG Service, Sprachendienst). Wienand, Köln 2007,ISBN 978-3-87909-925-2.
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Commons:Polymethylmethacrylat– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑Eintrag zuPOLYMETHYL METHACRYLATEin derCosIng-Datenbankder EU-Kommission, abgerufen am 13. November 2021.
  2. ↑Wolfgang Kaiser,Kunststoffchemie für Ingenieure,3. Auflage, Carl Hanser, München, 2011, S. 353f.
  3. ↑abcWolfgang Kaiser:Kunststoffchemie für Ingenieure,3. Auflage, Carl Hanser, München, 2011, 339ff.
  4. ↑abPMMA XT. Acrylglas extrudiert.(PDF; 32 kB) In:Technisches Datenblatt.Amsler & Frey AG (Schinznach-Dorf), 1. August 2016,S. 1,abgerufen am 5. April 2018.
  5. ↑abcEigenschaften von Plexiglas.GS / XT. In:plexiglas.de.Evonik,abgerufen am 5. April 2018.
  6. ↑Wie groß ist die Wärmeausdehnung bei Acryl?mit Online-Berechnung. In:pmma.dk.Induflex (Stvring, Dänemark),abgerufen am 5. April 2018.
  7. ↑Alexander Unger:Term: Wärmeausdehnungskoeffizient.Daten aus dem Buch A. Unger:Fussboden-Atlas2011. In:fussbodenatlas.de.Unger,abgerufen am 5. April 2018.
  8. ↑Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  9. ↑Unternehmen – Historie.Wöhlk Contactlinsen GmbH,abgerufen am 26. März 2018.
  10. ↑Rauch Puntigam, Theodor Volker:Acryl- und Methacrylverbindungen.In: Springer Verlag Berlin (Hrsg.):Chemie, Physik und Technologie der Kunststoffe in Einzeldarstellungen.Band9.Springer Verlag, 1967,ISBN 3-642-46058-5,S.208ff.
  11. ↑Refractive Index (PMMA, Acrylglas, engl.).Refractiveindex.info vom 27. Oktober 2014.
  12. ↑Altuglas International Plexiglas UF-3 UF-4 und UF-5.Plexiglas.com vom 16. Juli 2006.
  13. ↑Diego Gallardo, Brigitte Skalsky, Peter Kleinbudde:Characterization of combinations between anionic-cationic poly(methyl methacrylate) copolymers.In:Die Pharmazeutische Industrie,Band 73, Nr. 10, 2011, S. 1875–1884.
  14. ↑abDegussa Röhm Plexiglas Produktbeschreibung, Kenn-Nr. 211–1, Feb. 2003.
  15. ↑Philipp Gellius:Musikinstrumente aus Plexiglas.:Signale für die musikalische Welt,Jahrgang 1938, S. 479f. (online beiANNO).Vorlage:ANNO/Wartung/smw
  16. ↑Geschichte auf plexiglas.de
  17. ↑Eingetragen 2006-05 als Gemeinschaftsmarke unter der Nummer003739505
  18. ↑Altuglas International.
  19. ↑Oroglas.
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