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Polymethylmethakrylat (PMMA) - PLEXIGLAS

Geschichte

Dank seiner optischen glasähnlichen Eigenschaften werden Akrylate auch als organisches oder Acrylglas benannt. Daraus kommt auch die älteste Handelsbezeichnung der harten und klaren seit 1933 aus Methakrylsäuremethylester von Firma Röhm und Haas in Darmstadt hergestellten Platten und Blöcke, die den Namen PLEXIGLAS trugen. Der Name verbreitete sich dann in die ganze Welt. Der tschechische Name "plexisklo" wird heute von der Gesellschaft als Bezeichnung der Akrylatmaterialien gewöhnlich verwendet, am häufigsten für Polymethylmethakrylat (PMMA).

Vorteile

Vorteile des Polymethylmethakrylats sind wie folgt:
- hohe Härte, Steifigkeit und Festigkeit
- Homopolymere sind kurzspanend, Copolymere sind langspanend
- hohe Oberflächenqualität: hoher Glanz, kratzfest, polierfähig
- ausgezeichnete optische Eigenschaften, vor allem hohe Durchsichtigkeit; Copolymere sind ein bisschen gelblig
- sehr hitzebeständig
- gute elektrische und dielektrische Eigenschaften
- säurebeständig, laugebeständig, beständig gegen apolare Lösungsmittel, Fette, Öle und Wasser
- sehr alterungsbeständig
- es kann gut verarbeitet und dann mechanisch bearbeitet werden

Nachteile

Zu den Nachteilen gehören:
- Berstneigung beim Anstoβen
- Brennbarkeit

Copolymere

Das Polymethylmethakrylat ist ein kurzspanendes Material. Durch das Vermischen oder die Propfpolymerisation mit Polybutadien oder anderen Elastomeren kann man diese Eigenschaft unterdrücken und langspanende Materialien herstellen. Damit werden leider einige gute optische Eigenschaften verloren, denn das PMMA wird ein bisschen milchgetrübt.

Durch die Copolymerisation mit Akrylonitril wird die Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel erhöht. Gibt es mehr als 50 % Akrylonitril im Material, wird vor allem die Zähigkeit verbessert. Klare Produkte sind gelblig, was neu entstandene zyklische Strukturen verursachen.

Herstellung

Das Polymethylmethakrylat wird durch die Block- oder Suspensionspolymerisation von Methylmethakrylat hergestellt. Beide Prozesse führen zu klaren Materialien. Bei der Suspensionspolymerisation entstehen Perlen. Die Blockpolymerisation wird vor allem zur Herstellung von Platten und Blöcken, bzw. anderen Formen angewendet. Benutzen wir Rundformen, können auf diese Weise auch Röhren hergestellt werden. Bei der Blockpolymerisation werden hohe Polymerisationsgrade erreicht. Damit werden auch mechanische Eigenschaften der Platten und vor allem die Oberflächenqualität verbessert.

Ausführung

Das Polymethylmethakrylat wird zur weiteren thermoplastischen Bearbeitung als Granulat geliefert. In Naturausführung ist es klar, Copolymere und modifizierte Typen sind getrübt. Es kann gefärbt werden, entweder in schönen durchsichtigen Farbtönen oder deckenden Farben. Die Halbfabrikate werden überwiegend als Platten, bzw. Blöcke geliefert, man bekommt auch Röhren, Stäbe oder andere Profile.

Elastizitätsmodul

Das PMMA ragt vor allem durch seine hohe Steifigkeit hervor. Sein Elastizitätsmodul liegt zwischen 2300 und 3300 MPa. Bei höheren Temperaturen verliert das PMMA seine Steifigkeit ebenso wie auch andere Thermoplaste. Das bedeutet, dass der Elastizitätsmodul mit steigender Temperatur sinkt. Es zeigt sich, dass die Senkung des Elastizitätsmoduls bei steigender Temperatur je langsamer ist, desto höher ist die Molekülmasse.

Weitere mechanische Eigenschaften

Bei steigender Temperatur sinkt die Steifigkeit von PMMA ebenso wie bei anderen Thermoplasten. Die Schlagzähigkeit und die Kerbzähigkeit sind im Vergleich mit anderen Thermoplasten nicht besonders hoch. Ebenso wie bei Polystyrol hängen sie nicht von der Temperatur ab. Das hei?t, dass sich das PMMA bei höheren Temperaturen seinen Charakter bewahrt. Dieses kommt auch aus seiner niedrigen Dehnung aus, die nur 2 - 4 % beträgt. Die Eigenschaften des PMMA bei der dynamischen Dauerfestigkeitsprobe werden durch die Wöhler-Kurve ermittelt.

Thermische Eigenschaften

Die Glasübergangstemperatur von PMMA beträgt 106 °C, bei Gie?lingen ist sie fast 115 °C. Die Erweichungstemperatur hängt nach Vicata B von der mittleren Molekülmasse ab und beträgt von 84 bis 111 °C. Daraus geht hervor, dass das PMMA zu solchen Thermoplasten gehört, die ganz gut hitzebeständig sind. Die Erzeugnisse können langfristig bei Temperaturen von 70 bis 100 °C benutzt werden.

Optische Eigenschaften

Das PMMA ragt durch seine optischen Eigenschaften hervor. Es ist farblos, klar und sichtbares Licht wird in diesem Material fast nicht absorbiert. Seine Lichtdurchlässigkeit beträgt 92 % und sein Refraktionskoeffizient ist 1,491. Seine Lichtdurchlässigkeit ist die höchste von allen Kunststoffen. Die Lichtdurchlässigkeit kann auch nach dem Färben mit Transparentfarben bewahrt werden. Ebenso ausgezeichnet ist der Oberflächenglanz. Die PMMA-Platten absorbieren das UV-Licht. Schon eine Platte mit der Dicke von 2 mm absorbiert alles UV-Licht.

Elektrische Eigenschaften

Das PMMA ist bei niedrigen Frequenzen ein guter Isolierstoff. Bei hohen Frequenzen werden seine Isolationseigenschaften schlimmer als dieselben Eigenschaften von Polyethylen oder Polystyrol. Der Verlustfaktor sowohl auch der Oberflächenwiderstand bleiben bei klassischer Anwendung unverändert. Deshalb wird das PMMA für Erzeugnisse in der Elektroindustrie benutzt. Andererseits entstehen auf den PMMA-Oberflächen Oberflächenladungen. Aus diesem Grunde müssen oft Antistatika gebraucht werden.

Chemiebeständigkeit

Das PMMA besitzt hohe Beständigkeit gegen schwache Säuren und Laugen, Salzlösungen, Kettenkohlenwasserstoffe, apolare Lösungsmittel, Fette, Öle, Wasser und Detergentien. Es wird aber durch starke Säuren und Laugen, Benzol, polare Lösungsmittel, Ketone, Ester, Ether, aromatische und Chlorkohlenwasserstoffe beschädigt. Bei Spannung unterliegt es der Korrosion. Das beschränkt seine Anwendung bei höheren Temperaturen und bei langfristigem Kontakt mit Lösungsmitteln.

Witterungsbeständigkeit

Es besitzt Beständigkeit gegen Witterungsbedingungen und UV-Licht. Die Witterungseinflüsse verursachen wegen Vergilben noch Oberflächenglanzverlust. Trotzdem empfehlen wir bei langfristiger Auβenanwendung, eine UV-Stabilisation durchzuführen. Es saugt das Wasser nur sehr wenig auf.

Brennbarkeit

Das PMMA ist leicht entzündbar. Auch nach der Entfernung der Zündquelle brennt es lichterloh. Die beim Brennen entstandenen Gase sind typisch süβlich. Nach UL 94 ist es als Klasse HB klassifiziert. Die Selbstentzündungstemperatur liegt zwischen 400 und 465 °C.

Nahrungsmittelunbedenklichkeit

Das PMMA ist physiologisch unbedenklich. Es kann zur Herstellung der Erzeugnisse benutzt werden, die mit Trinkwasser und Nahrungsmitteln in Berührung kommen.

Thermische Formung

Die PMMA-Platten können einfach thermisch geformt werden. Die Formungstemperaturen hängen von der Molekülmasse ab und liegen zwischen 150 und 180 °C, auβergewöhnlich können sie bei Formung der hochmolaren Typen bis zu 200 °C erreichen.

Bearbeitung

Das PMMA kann einfach durch Spanbearbeitung bearbeitet werden. Es geht um Schneiden, Fräsen, Schleifen, Bohren und Polieren. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit muss so eingestellt werden, dass es nicht zum Aufschmelzen kommen könnte. Beim Schneiden kann zum Beispiel ein Laser gebraucht werden.

Oberflächenbearbeitung

Lackieren und Drucken können auch ohne Voroberflächenbearbeitung ausgeführt werden. Die Druckhaltigkeit ist so hoch, dass man danach thermische Formung durchführen kann. Die Erzeugnisse können auch metallisiert werden, entweder durch Lackieren oder durch Vakuumaufdampfung.

Verkleben

Die Halbfabrikate und die Erzeugnisse aus PMMA können miteinander verklebt werden, denn es geht um einen polaren, leicht löslichen Kunststoff. Zum Kleben werden Lösungsmittel-, reaktive, Heiβschmelz- und schnelltrockende Klebstoffe gebraucht. Am passendsten sind Heiβschmelzklebstoffe, die gleichzeitig mit einer geringen Menge von PMMA benutzt werden, in der Menge von etwa 10 - 15 %. Solche Heiβschmelzklebstoffe heiβen Kleblacke. Ihr Vorteil ist der Umstand, dass sie keine Klebspuren nachlassen. Die Klebstoffschicht weist so hohe Durchsichtigkeit aus, dass die Klebfläche nach dem Kleben fast unsichtbar ist. Sehr gut sind azeton- und chloroformbasierte Klebstoffe. Man muss immer beachten, dass sie hochbrennbar sind und dass man beim Kleben Vorsichtma?nahmen strikt befolgen muss.

Verkleben mit anderen Kunststoffen

Das PMMA kann auch mit anderen Kunststoffen verklebt werden. Ohne gröβere Probleme kann das PMMA mit kristallinischem oder zähfestem Polystyrol, Polycarbonaten, Zelluloseabkömmlingen, Thermopolymeren ABS und auch Copolymeren SAN verklebt werden. Dazu werden geeignete Lösungsmittel und Kleblacke verwendet. Andere Kunststoffe werden mit PMMA mit Hilfe von reaktiven oder Heiβschmelzklebstoffen verklebt. Im Handel gibt es heute genug geeignete Klebstoffe. Wichtige Vorraussetzung beim Kleben von festen Klebverbindungen sind reine Flächen ohne Staub und übrige Verunreinigungen. Als Reinigungsmittel können Wasser mit einem Surfactant oder Alkohole benutzt werden. Beim Kleben von PMMA benutzt man auch nur Monomer, Methylmethakrylat, das durch die von den chemischen Startmitteln oder dem UV-Licht aktivierte Nachpolymerisation eine feste Klebverbindung verursacht.

Anwendung

Das PMMA wird in allen Bereichen angewendet werden, in denen seine Vorteile, vor allem optische Eigenschaften (hohe Lichtdurchlässigkeit), ausgenützt werden können. Es wird zur Herstellung von verschiedenen durchsichtigen Abdeckungen, Leuchtenmänteln und Bildschirmabdeckungen. Es fand seine Anwendung in der Autoindustrie, wo die Herstellung von Rücklichtabdeckungen, Tachometerabdeckungen und Pannendreiecken zu nennen sind. Im Optikbereich wird es als Rohmaterial zur Herstellung von Geräte- und Brillenlinsen. In der Verbrauchsgüterindustrie geht es um Vasen, Schallen, Schmuckgegenstände, Werbungsgegenstände, Werbungsständer und Schreibwaren. Von groβer Bedeutung ist die Anwendung von PMMA zur Herstellung von Akrylat-Sanitärwaren. Durch die thermische Umformung werden dann moderne Badewannen, Waschbecken, Duschnischen usw. hergestellt.