Polymethylmethacrylat ist ein thermoplastischer und transparenter Kunststoff, der in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts in Europa zum ersten Mal hergestellt und zur Marktreife gebracht wurde. Wie alle thermoplastischen Kunststoffe lässt sich auch Polymethylmethacrylat innerhalb eines bestimmten Temperaturintervalls verformen, um danach wieder auszuhärten. Dies ermöglicht die Herstellung sehr eleganter Formen aus einem vielseitigen, robusten und absolut hochwertigen Werkstoff. Polymethylmethacrylat ist im Handel unter den Namen Acrylglas (und verschiedenen ähnlichen Begriffen) sowie dem Markennamen Plexiglas erhältlich, das von dem Chemiekonzern Evonik vertrieben wird und in verschiedenen, sehr gut dokumentierten Güteklassen erhältlich ist. Für besondere Spezialanwendungen kann es sinnvoll sein, zum etwas teureren Markenprodukt zu greifen, da dieses mitunter in Extremsituationen eine größere Leistungsreserve bereithält. Acryl- oder Plexiglas dürfen nicht mit Polycarbonat verwechselt werden, einem ebenfalls transparenten Thermoplast. Polycarbonat ist deutlich weicher als Acrylglas und hat daher ein völlig anderes Anwendungsgebiet.

Polymethylmethacrylat: Definition

Polymethylmethacrylat (Kurzzeichen: PMMA) ist ein thermoplastischer (d.h. hitzeverformbarer) transparenter Kunststoff, der oft als bruchsichere Variante für Mineralglas benutzt wird. Der Kunststoff ist sehr schlagzäh, verfügt über eine vergleichsweise hohe Härte und ist durch spezielle Oberflächenbeschichtungen weitgehend kratzfest.

Polymethylmethacrylat: Eigenschaften

PMMA ist ein thermoplastischer Kunststoff, dessen chemische Eigenschaften sich bis zu einem gewissen Grad bei der Herstellung beeinflussen lassen. Demzufolge ist es nicht möglich, exakte physikalische Eigenschaften anzugeben. Die folgenden Werte bieten jedoch eine recht zuverlässige Übersicht über die meisten Acrylgläser. Produkte für Spezialanwendungen können im Einzelfall in bestimmten Eigenschaften abweichendes Verhalten aufzeigen. Polymethylmethacrylat ist

  • leichter als Mineralglas,
  • optisch mit Mineralglas vergleichbar,
  • witterungs- und UV-beständig,
  • empfindlich gegenüber Alkohol,
  • sehr schlagfest.

Physikalische Eigenschaften

PMMA weist eine Dichte von 1,19 g/cm³ auf und ist damit deutlich leichter als die gleiche Menge herkömmlichen Mineralglases. Die Dichten von Acrylglas und Polycarbonatgläsern sind in etwa vergleichbar. Die optischen Eigenschaften von PMMA wie Durchlässigkeit und Brechungsindex sind mit denen von Mineralglas vergleichbar, wobei gegossenes Acrylglas optisch deutlich hochwertiger ist, als extrudiertes Polymethylmethacrylat. PMMA ist beständig gegen die meisten Säuren und Laugen sowie Benzin und Öle. Benzol, Aceton und Ethanol hingegen zerstören PMMA, da sie Spannungsrisskorrosion hervorrufen. Acrylglas ist witterungsbeständig und absorbiert UV-Licht, es eignet sich daher gut für Anwendungen im Außenbereich.

Mechanische Eigenschaften

PMMA zeichnet sich durch eine sehr hohe Schlagfestigkeit aus. Im Vergleich zu Mineralglas gilt es mit einer 30 Mal stärkeren Schlagfestigkeit als nahezu bruchsicher. Acrylglas ist leicht zu bearbeiten, lässt sich leicht sägen, bohren, fräsen und sicher verkleben. Gegossene PMMA-Platten sind einfacher zu bearbeiten als solche aus extrudiertem Kunststoff, da diese eine höhere Materialspannung aufweisen und beim Bearbeiten leichter brechen können. Die Schnittkanten von Acrylglas lassen sich polieren. Durch spezielle Oberflächenvergütungen kann darüber hinaus die Kratzfestigkeit des Glases deutlich erhöht werden.

Thermische Eigenschaften

PMMA ist ein thermoplastischer Kunststoff, der sich bei Temperaturen über 100 °C reversibel verformen lässt. Zwischen -40 °C und 80 °C ist Polymethylmethacrylat formbeständig, weist allerdings eine recht hohe thermische Ausdehnung auf. So kann eine Terrassenüberdachung aus Acrylglas im Winter leicht 6 bis 10 cm kürzer sein, als im Sommer. Beim Einbau von Überdachungen muss daher dieses Spiel berücksichtigt werden. PMMA ist entflammbar, allerdings erlischt die Flamme nach dem Entfernen der Zündquelle.

Herstellung von Polymethylmethacrylat

PMMA wird standardmäßig durch eine radikalische oder anionische Polymerisation aus einzelnen Komponenten, den sogenannten Monomeren hergestellt. Im Falle von PMMA werden einzelne Bausteine aus Methacrylsäuremethylesters, einem Kohlenwasserstoff, aneinandergesetzt. Durch Veränderungen der Reaktionsbedingungen kann bei der Produktion die Länge dieser Molekülketten beeinflusst werden. Die Kettenlänge wiederum hat entscheidende Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften und damit die Verwendungsbereiche des fertigen Kunststoffs. Die großtechnische Herstellung erfolgt entweder durch Gießen oder Extrusion. Gegossenes Polymethylmethacrylat wird direkt in der gewünschten Form synthetisiert, also beispielsweise zwischen zwei Glasplatten. Extrudiertes Polymethylmethacrylat wird während der Polymerisation durch eine Düse gedrückt. Anschließend wird das fertige, noch warme Produkt in Form gegossen. Extrudiertes und gegossenes Polymethylmethacrylat unterscheiden sich mitunter deutlich in ihren Eigenschaften.

Verwendung von Polymethylmethacrylat

Aufgrund seiner Eigenschaften findet PMMA eine breit gefächerte Verwendung unter anderem in folgenden Bereichen:

  • Möbelbau ‒ Transparenz, Verformbarkeit und Härte sorgen für vielseitige Einsatzmöglichkeiten.
  • Aquaristik ‒ Acrylglas, vor allem Plexiglas ist im Aquarienbau dem Mineralglas bei Weitem überlegen.
  • Industrie ‒ Scheinwerfer, großflächige Verglasungen und Abdichtungen sind nur einige der Einsatzgebiete.
  • Kosmetik ‒ Polymethylmethacrylat kommt noch immer in vielen Peelingprodukten vor.
  • Zahnmedizin ‒ Hochwertige Zahnprothesen werden unter Zuhilfenahme von eingefärbtem Polymethylmethacrylat hergestellt.
  • 3D-Druck ‒ Polymethylmethacrylat ist ein vielseitiges Druckmaterial.

Möbel aus PMMA

Polymethylmethacrylat zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Formstabilität aus und ist vielseitig zu verarbeiten. Innenarchitekten schätzen das Material deshalb seit Langem für den Bau eleganter und moderner Möbel.

Plexiglas-Vitrinen

Hohe optische Durchlässigkeit und Stabilität machen PMMA zu einem idealen Werkstoff für Regale und Vitrinen, in denen Sammlungen stilvoll präsentiert werden können. In Kombination mit Holz oder Stahl entwerfen Möbelbauprofis und Heimwerker formschönes Präsentationsmobiliar.

Plexiglas-Stühle

Ein Werkstoff, der sich reversibel verformen lässt, lädt geradezu ein, althergebrachte Formen aufzugeben und bekannte Einrichtungsgegenstände neu zu interpretieren. Nicht allein deshalb ist PMMA längst ein bevorzugter Werkstoff für Designer.

Plexiglas-Tischplatte

Beschichtete Acrylglasplatten sind so kratzfest, dass sie sich hervorragend als transparente und leichte Tischplatte verwenden lassen. Ob allein oder in Kombination mit anderen Werkstoffen, das bleibt allein ganz der Kreativität überlassen.

Aquarien aus Polymethylmethacrylat

Aufgrund ihrer Eigenschaften und des vergleichsweise geringen Preises sind Acrylglasplatten aus der Aquaristik nicht mehr wegzudenken. Einfache Verarbeitung, hervorragende Verklebbarkeit, geringes Gewicht und hohe Stabilität machen Acrylglas zum Werkstoff der Wahl im Aquarienbau. Da gerade bei großen Aquarien ein nicht zu unterschätzender Druck auf den Scheiben lastet, kann es durchaus sinnvoll sein, beim Bau eines Beckens auf Markenqualität zu achten. Plexiglas ist ein Werkstoff, der sehr gut dokumentiert sowie getestet ist und gerade unter hohen Belastungen einem vermeintlich günstigeren Konkurrenzprodukt technisch überlegen sein kann.

Polymethylmethacrylat in der Industrie

Aus der industriellen Fertigung ist PMMA nicht mehr wegzudenken. Es wird unter anderem in folgenden Bereichen verwendet:

  • Automobilindustrie ‒ Gläser für Blinker und Rückleuchten sowie Verkleidungen.
  • Bauwesen ‒ Für Industriefußböden und Verglasungen, Abdichtungen und Beschichtungen an Dächern.
  • Optik ‒ Zur Herstellung leichter und hochwertiger Linsen sowie Lichtwellenleiter.
  • Maschinenbau ‒ Zum Bau bruchsicherer Schutzhauben und Abschirmungen.

Polymethylmethacrylat in der Kosmetik

PMMA-Granulat kommt in vielen Kosmetikprodukten als Peelingzusatz zum Einsatz. Vor dem Hintergrund der weltweiten Verschmutzung durch Mikroplastik ist diese Verwendung allerdings äußerst kritisch zu sehen.

Polymethylmethacrylat in der Zahnmedizin

PMMA lässt sich durch Zugabe von granulierten Farbpigmenten in jeder gewünschten Farbe herstellen. Daher kommt es als leichtes Trägermaterial für Gebissprothesen standardmäßig zum Einsatz. Nach einer Kieferabformung dient eingefärbtes Polymethylmethacrylat als unauffälliger Träger für die künstlichen Zähne.

PMMA im 3D-Printing

Moderner 3D-Druck ist aus der Fertigung von Prototypen und Kleinserien nicht mehr wegzudenken. Transparentes und eingefärbtes Polymethylmethacrylat dient hierbei als Druckmaterial, das im Drucker erwärmt und in dünnen Schichten auf das Werkstück aufgebracht wird.

Quellen

  • Polymere: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen; Koltzenburg, Sebastian et al.; Springer-Verlag; 2013
  • Einfärben von Kunststoffen; Müller, Albrecht; Carl Hanser Verlag GmbH Co KG; 2002
  • 3D-Druck beleuchtet: Additive Manufacturing auf dem Weg in die Anwendung; Lachmayer, Roland et al.; Springer-Verlag; 2016