Esiste un gruppo di polimeri, gli acrilici, che possono essere considerati a base di acido acrilico, più formalmente chiamato acido propenoico.

L’acido polimerizza mediante polimerizzazione per addizione ad acido poli (propenoico) (acido poliacrilico).

Altri composti, derivati dall’acido, che formano acrilici includono gli esteri metilici, etilici e butilici dell’acido propenoico.

Ciascuno di questi esteri può essere polimerizzato, ad esempio l’estere metilico forma questo acrilico:

Altri due importanti monomeri, basati sull’acido, sono propenonitrile (acrilonitrile) e propenamide (acrilammide).

Si può notare come i polimeri abbiano la struttura di base degli acrilici mostrati sopra:

Il poli (metil 2-metilpropenoato), (poli (metil metacrilato)), è un altro polimero importante ed è conosciuto semplicemente come vetro acrilico o acrilico. Deriva dall’acido metil estere 2-metilpropeonico (acido metacrilico).

Questo sito web contiene tre unità sugli acrilici:

  • Acido poli (propenoico) (acido poliacrilico)
  • Poli (propenonitrile) (Poliacrilonitrile)
  • Poli (metil 2-metilpropenoato) (Poli (metil metacrilato))

Questa unità si occupa del poli (metil 2-metilpropenoato) che è spesso noto come polimetilmetacrilato o PMMA, è uno dei polimeri più noti, ampiamente utilizzato con nomi commerciali come Lucite, Perspex e Altuglas.

Impieghi del poli (metil 2-metilpropenoato) (polimetilmetacrilato)

Il poli (metil 2-metilpropenoato) è meglio conosciuto come Lucite, Perspex e Altuglas (quando in forma di foglio) e come Diakon (quando in polvere).

La lastra colata viene utilizzata nei bagni e in altri sanitari che, insieme alle insegne luminose, rappresenta il più grande utilizzo del polimero. La lastra colata ad alta massa molecolare (Perspex) viene utilizzata anche come sostituto leggero del vetro. I prodotti a massa molecolare inferiore, realizzati per sospensione o polimerizzazione in soluzione (Diakon), sono utilizzati nelle luci delle auto e nell’illuminazione domestica. Gradi speciali sono utilizzati in diverse applicazioni come denti ed occhi finti e come componente principale dei cementi ossei. Il monomero è utilizzato negli adesivi, nei rivestimenti superficiali e nelle vernici.

Figura 1 Usi del poli (metil-2-metilpropenoato)

Produzione annuale di poli(metil 2-metilpropenoato) (polimetilmetacrilato).

Polimero

Mondo2.9 milioni di tonnellate1,2
1.     Stimato per il 2020, Grand View Research, 2015
2.     Si stima che oltre 0,5 milioni di tonnellate di polimero saranno su base biologica. Global Market Insights, 2016.

Monomero

Mondo4.8 milioni di tonnellate3
3. Stimato per il 2020, Global Industry Analysts Inc. 2016.

Sintesi del poli (metil 2-metilpropenoato) (polimetil metacrilato).

a) il monomero

Il monomero è l’estere metilico dell’acido 2-metilpropenoico, metil 2-metilpropenoato (metil metacrilato).

Attualmente, la maggior parte del monomero è ottenuto attraverso due processi.

i) Dal propanone (acetone)

A livello mondiale, oltre l’80% del monomero è ottenuto dal propanone mediante una sequenza di passaggi che inizia facendo reagire il propanone con l’acido cianidrico.

Figura 2 L’acido cianidrico è prodotto da ammoniaca e metano. Una miscela dei reagenti gassosi viene fatta passare attraverso un catalizzatore di garza platino-rodio. Il calore generato dalla reazione mantiene la garza rossa incandescente a 1270 K. La fotografia è stata scattata attraverso un vetro spia situato sul reattore.

Propanone ed acido cianidrico formano il 2-idrossi-2-metilpropanitrile:

Questo prodotto, per reazione con acido solforico concentrato a circa 430 K, viene disidratato e la massa nitrilica (CN) idrolizzata ad ammide. Questo è un processo graduale che coinvolge sia la disidratazione che l’idrolisi. Le reazioni possono essere riassunte come:

La temperatura viene abbassata a 370 K e viene aggiunto il metanolo. Il gruppo ammidico viene idrolizzato ed esterificato. Le reazioni possono essere riassunte come:

Il prodotto viene continuamente rimosso mediante distillazione a vapore. Uno svantaggio del processo è la coproduzione di solfato di ammonio. Insieme all’acido solforico “esaurito” dalle reazioni di cui sopra, il sale di ammonio viene riscaldato fortemente in ossigeno in un forno, in un processo simile a quello utilizzato per il riciclaggio dell’acido solforico.  I prodotti formati sono azoto, anidride carbonica e anidride solforosa. Quest’ultimo viene quindi convertito in acido solforico utilizzando il processo di contatto. L’uso di ossigeno puro riduce le dimensioni del forno, con un risparmio sia sui costi energetici che di attrezzature. Sono in corso ricerche per trovare metodi efficienti per la produzione di propanone a base biologica dai carboidrati mediante il processo ABE.

II) Dall’etene, monossido di carbonio e metanolo

Molto lavoro è stato fatto per trovare fonti alternative del monomero e un percorso promettente, che ora è in uso, utilizza una miscela di etene, monossido di carbonio e metanolo in fase liquida sotto pressione di circa 10 atm a 350 K:

L’estere risultante, metil propionato, viene fatto reagire con metanale per formare metil 2-metilpropenoato. Viene utilizzato un reattore a letto fisso e il reattore e il catalizzatore (ad esempio, idrossido di cesio su silice) vengono riscaldati a 600 K:

Figura 3 La costruzione del primo sito per la produzione di metil 2-metilpropenoato, il monomero utilizzato per produrre poli (metil 2-metilpropenoato), da etene, monossido di carbonio e metanolo. Il sito si trova sull’isola di Jurong, appena al largo della costa di Singapore.
1 Il reattore per produrre metil propanoato da etene, monossido di carbonio e metanolo.
2 Il reattore per produrre metil 2-metilpropenoato frpm metil propanoato e metanale.
3 vasi di stoccaggio.
4 Sezione in costruzione per l’essiccazione del metanale, prodotto in soluzione acquosa da metanolo.
5 Sezione in costruzione per il trattamento dei gas di scarico.
6 Colonna di essiccazione pronta per l’installazione a 4.
7 Sala di controllo per il sito.
8 E; sala interruttori esterna.
9 Sezione in costruzione per la purificazione del 2-metilpropenoato di metile.

È stato fatto molto lavoro per produrre il monomero utilizzando reagenti a base biologica. L’etene a base biologica, il metanolo a base biologica e il monossido di carbonio a base biologica possono essere tutti prodotti dalla biomassa.

b) Il polimero

La polimerizzazione del metil 2-metilpropenoato si ottiene mediante un processo a radicali liberi utilizza un iniziatore, come un azo composto o un perossido:


La quantità di iniziatore impiegata influenza sia la velocità di polimerizzazione che la massa molecolare risultante del polimero. La polimerizzazione viene effettuata commercialmente in diversi modi, cioè in massa, soluzione, sospensione ed emulsione.

Il processo è un esempio di polimerizzazione per addizione.

c) Co-polimeri

I co-monomeri sono spesso usati insieme al metil 2-metilpropenoato. Ad esempio, la maggior parte dei gradi commerciali di poli (metil 2-metilpropenoato) utilizzati nello stampaggio a iniezione o nelle applicazioni di estrusione contengono una piccola quantità (circa il 4%) di co-monomero, come metil propenoato (metil acrilato) (quando si colano fogli di polimero) e propenoato di etile (acrilato di etile) (durante l’estrusione di fogli del polimero). In questi copolimeri, i monomeri sono disposti in modo casuale. I polimeri risultanti hanno una maggiore stabilità termica rispetto all’omopolimero. Con il butil propenoato (butil acrilato) si produce un copolimero che viene utilizzato come base per le pitture in emulsione.  È anche copolimerizzato con ABS per produrre un polimero molto resistente che è sia rigido che di eccellente trasparenza. Viene utilizzato, ad esempio, nelle applicazioni mediche e nel packaging cosmetico.

Ultimo aggiornamento 11 gennaio 2019

Edizione italiana a cura di Matteo Nardone e Valter Ballantini 9 dicembre 2020