PMMA, l’emergenza Covid-19 spinge il mercato

Il polimetilmetacrilato (PMMA) è una termoplastica della famiglia dei tecnopolimeri (più conosciuti come engineering thermoplastics), ottenuta per polimerizzazione del metilmetacrilato (MMA), e, tra i polimeri dell’acido acrilico (poliacrilati), è il più importante. È commercializzato con diversi nomi: Acrivill, Deglas, Limacryl, Lucite, Oroglas, Perclax, Perspex, Plexiglas, Resartglass, Vitroflex, Trespex, Limacryl, Setacryl, Oroglas, Altuglas.

Date le sue caratteristiche di ottima trasparenza è anche denominato “vetro acrilico”, in quanto in molte applicazioni ha ormai sostituito il vetro; di norma infatti è anche più trasparente del vetro, tanto da possedere caratteristiche comportamentali assimilabili alla fibra ottica per trasparenza.

Le principali caratteristiche del PMMA sono:

• rigidità, resistenza meccanica e durezza elevate, con particolare resistenza all’impatto. Una certa sensibilità ai graffi e alle abrasioni può essere minimizzata tramite opportuno rivestimento: eventuali graffi presenti su lastre ottenute per colata possono essere rimossi con l’uso di appositi polish;
• buona resistenza a trazione, compressione e flessione;
• ottima resistenza all’invecchiamento, e alle intemperie;
• elevata stabilità ai raggi UV;
• ottime proprietà ottiche, di chiarezza e trasparenza;
• ottime proprietà elettriche;
• buona resistenza termica: è infatti possibile utilizzarlo fino a temperature di 70°C; alcune tipologie di polimero, opportunamente additivate, possono essere utilizzate fino a temperature di 100°C ed oltre. Resiste inoltre agli sbalzi termici, anche nell’intervallo di temperature basse;
• resistenza chimica a sali, idrocarburi alifatici, basi, acidi inorganici diluiti, soluzioni alcaline acquose, oli, grassi, alcoli fino a concentrazioni massime di circa il 30%. Non resiste, per contro, a idrocarburi clorurati, alcoli a concentrazioni superiori al 30%, acidi concentrati, nitro – vernici;
• densità: 1,18 – 1,19 gr/cm³;

Lastre di PMMA possono essere ottenute per estrusione o per colatura. Può essere modellato per termoformatura a temperature relativamente basse, avendo una temperatura di transizione vetrosa di circa110°C.

Vengono inoltre prodotti semilavorati di copolimeri contenenti fino al 50% di acrilo – nitrile (AMMA), che sono caratterizzati da una ancor maggiore resistenza meccanica (in particolare per quanto concerne la tenacità) e da superiore resistenza agli agenti chimici.

Si producono anche copolimeri a base metilmetacrilato – butadiene – stirene, noti come masse da stampaggio MBS, particolarmente trasparenti e resistenti all’urto.

Una caratteristica del polimetilmetacrilato è quella di essere difficilmente riciclabile.

Il consumo mondiale di PMMA è stato nel 2019 di 2,5 milioni di tonnellate, con un tasso di crescita del 5,5% medio annuo nell’arco dell’ultimo decennio (vedi figura 1).

L’Asia rappresenta ormai di gran lunga il maggior mercato mondiale (vedi tabella 1) seguita a distanza da Nord America ed Europa Occidentale.

La Cina è il maggior mercato mondiale, con un’incidenza del 46% sul mercato asiatico (vedi tabella 2) e del 21% sull’intero mercato mondiale. Tuttavia, la vertiginosa crescita dei consumi di PMMA è andata smorzandosi negli ultimissimi anni, in concomitanza col rallentamento dell’economia globale del paese. Si è inoltre creata una situazione di parziale carenza di offerta locale di polimero, dovuta in gran parte al divieto introdotto di importare dall’estero scaglie di riciclo.

Gli impieghi

I principali impieghi di PMMA in Cina sono nei settori dell’edilizia/costruzioni e della componentistica per automotive, mentre negli altri paesi asiatici dominano in generale gli impieghi in campo elettrico/elettronico.

I settori di impiego del PMMA si possono così classificare:

• industria elettronica e optoelettronica: displays a cristalli liquidi, notebook, televisori LED a pannello piatto, pulsantiere di comando, memorizzatori ottici, CD e DVD (un’alternativa spesso usata è il policarbonato per la sua migliore resistenza all’umidità), componentistica elettronica varia, elementi in fibra ottica data la sua elevata conducibilità della luce;
• illuminazione/insegne luminose (sign/lighting): insegne luminose per esterni, targhe pubblicitarie, targhe luminose, insegne per regolamentazione del traffico, lettere luminose;
• edilizia (intesa come elementi di costruzione sia per esterni che per interni, compresa edilizia pubblica): lucernari, vasche da bagno di qualità e piatti doccia (impiego massiccio), lavandini, lastre per serramenti, barriere di protezione per stadi, vetrate infrangibili (il PMMA è all’incirca il 40% più leggero del vetro, oltre ad essere più rigido e ad avere un’ottima durezza e trasparenza), vetrate per acquari, elementi per piscine, lastre alveolari per serre, pannelli isolanti, cupole, coperture a volta e a tunnel, pensiline per la fermata degli autobus eccetera;
• arredo/articoli casalinghi: componenti per mobili, carcasse, articoli decorativi, ciotole, bicchieri e stoviglie in genere;
• industria automobilistica e dei trasporti: catarifrangenti, fanali posteriori di autovetture, triangoli di segnalazione, dischi per tachimetri, calotte e tettucci per il settore aeronautico, parabrezza per moto, parabrezza per aerei e impieghi spaziali, oblò per la nautica e sottomarini, vetri per camper eccetera;
• altri vari: si tratta di numerose applicazioni generalmente “di nicchia”: per esempio, essendo biocompatibile col tessuto umano viene utilizzato in oculistica per la produzione di lenti intraoculari per cataratta; inoltre nella produzione di lenti a contatto morbide si possono utilizzare polimeri modificati, quale ad esempio polidrossietilmetacrilato. Nella produzione di lenti a contatto il PMMA vene oramai poco utilizzato, in quanto lascia passare poco l’ossigeno, pur avendo eccellenti proprietà ottiche. Viene inoltre utilizzato in ortopedia per la fissazione di impianti ortopedici o in vertebroplastica per la riparazione di vertebre danneggiate; per tali applicazioni si utilizza polimero sotto forma di polvere miscelato con MMA (metacrilato di metile) formando una miscela che indurisce gradualmente a dare una specie di “cemento”, che può essere utilizzato anche per otturazioni in odontoiatria. Viene pure utilizzato in chirurgia estetica sotto forma di microsfere iniettate sottopelle per cancellare rughe o lesioni della pelle. Altri impieghi nel settore medicale sono in radiologia (fantocci per test di qualità) e radioterapia dove aumenta l’interazione delle radiazioni con la materia, nella produzione di filtri, contenitori per il sangue, parti di apparecchi per dialisi. Altri impieghi ancora sono in campo artistico, nella creazione di sculture, in articoli per disegno, penne stilografiche di qualità, nella fluodinamica (es. indicatori di livello per fluidi), strumentazione di laboratorio, sferette da gioco, valvole di sicurezza, ecc.

Dei vari settori di impiego il sign/lighting rappresenta quello di maggiori dimensioni in termini di quantitativi utilizzati (vedi tabella 3).

Prevedibili evoluzioni del mercato

Esistono presupposti di fondo favorevoli alla crescita del mercato del PMMA:

• in considerazione delle sue caratteristiche (in particolare, eccellenti proprietà ottiche, stabilità e rigidità dimensionale, resistenza ai raggi UV e all’invecchiamento, trasparenza e resistenza ai graffi), il PMMA trova una gamma di applicazioni sempre più ampie, anche se spesso di nicchia, ma comunque ad elevato valore aggiunto. Un altro aspetto non trascurabile è il fatto che in fase di lavorazione emette quantità trascurabili di fumo, il che lo rende utilizzabile in conformità agli standard di emissioni internazionali sempre più stringenti in vigore nei processi di lavorazione industriale;
• inoltre, le molteplici tecnologie di polimerizzazione disponibili, compresa la polimerizzazione in emulsione, la polimerizzazione in sospensione, e la polimerizzazione di massa, sono un ulteriore elemento che favorisce la produzione di PMMA. A ciò si aggiunga la varietà delle possibili lavorazioni successive, che amplia i possibili utilizzi dei semilavorati in PMMA:
  • abrasione, con carte abrasive, levigatrici, lime;
  • taglio laser;
  • bordatura di lastre, per ottenere ad esempio i bordi di un recipiente o di un coperchio;
  • erosione con vari tipi di strumenti;
  • fresatura: la fresatura è un procedimento molto utile, per esempio, per fresare i bordi di lastre a 45 gradi e poi incollare fra loro tali bordi di cinque lastre ad ottenere una scatola in PMMA, a forma di parallelepipedo;
  • goffratura: si può goffrare una intera lastra, oppure solo alcune parti di essa; la goffratura è un procedimento molto usato ad esempio nella fabbricazione di pareti doccia;
  • lucidatura: esistono attualmente impianti in grado di rettificare i bordi delle lastre o i blocchi, e, contemporaneamente, di lucidarli;
  • satinatura: anche in questo caso è possibile satinare tutta la superficie, oppure solo alcune parti di esse, proteggendo con appositi adesivi/coating le parti che devono restare lisce;
  • sabbiatura: è un procedimento utilizzato per rimuovere dalla superficie della lastra l’eventuale presenza di sporco, grasso, ossidi, o rivestimenti indesiderati: la sabbiatura viene spesso utilizzata per preparare il pezzo alla successiva verniciatura;
  • incollaggio con vari tipi di collanti più o meno fluidi;
  • piegatura per riscaldamento e successivo raffreddamento della parte di lastra che si vuole piegare;
  • stampaggio, trattandosi di un materiale termoformabile, quindi che ad una determinata temperatura può essere modificato in varie forme.

Esistono comunque alcuni elementi che possono fungere da freno ai consumi di PMMA; ad esempio:

• la possibile oscillazione dei prezzi del feedstock, che già in passato ha creato situazioni di shortage dell’offerta, con evidenti ripercussioni sul prezzo a valle dal PMMA e relativi manufatti;
• esistono materiali polimerici alternativi al PMMA, per esempio il policarbonato (PC): se il PMMA può essere utilizzato al posto del PC quando siano richieste particolare trasparenza e resistenza ai raggi UV e ai graffi, ciò non è possibile se, per il tipo di impiego richiesto, non siano strettamente necessarie elevate proprietà antiurto;
• lastre di PMMA possono essere prodotte per estrusione o per colata in diverse colorazioni e diversi spessori: la miglior qualità di lastre è ottenuta per colata di sciroppo acrilico: gli spessori raggiungibili però sono fino ad un massimo di circa 300 mm: oltre tali spessori però sono pochi i produttori al mondo che possiedono impianti e la tecnologia per produrli, per la grande quantità di calore legata alla polimerizzazione.

A livello globale la domanda di polimetilmetacrilato è prevista crescere ad un tasso medio annuo del 5%, leggermente inferiore a quello registrato nell’ultimo decennio in relazione al rallentamento dell’economia globale, per arrivare ad attestarsi a 3,04 milioni di tonnellate nel 2023. Il settore a più alto tasso di crescita è previsto essere quello del lighting/sign (vedi tabella 5) per la durabilità e la resistenza agli agenti chimici e atmosferici richieste ai manufatti in PMMA per tali applicazioni; altri settori con tassi di crescita superiori alla media sono previsti essere quelli dell’elettronica e optoelettronica, in relazione ai forti investimenti in Ricerca & Sviluppo in atto nel settore, e quello dell’automotive, dove la componentistica in PMMA, data la sua leggerezza, favorisce una riduzione delle emissioni per un inferiore consumo di carburante.

Le aree geografiche a maggior tasso di sviluppo saranno ancora quelle “emergenti” (vedi tabella 6), dato il gap negli utilizzi in svariati settori applicativi rispetto ai paesi industrializzati.

Un esempio può essere fornito a questo proposito per quanto concerne il settore automotive: il confronto fra la densità del parco auto circolanti in alcuni paesi:

• USA: 810 auto/1.000 abitanti;
• Germania: 640 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Francia:610 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Regno Unito: 540 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Giappone: 618 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Cile: 270 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Messico: 330 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Kenya: 218 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Turchia: 218 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Marocco: 115 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Cina: 150 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Indonesia: 100 autoveicoli/1.000 abitanti;
• Filippine: 40 autoveicoli/ 1.000 abitanti;
• India: 31 autoveicoli/1.000 abitanti.

Tra i paesi a maggior tasso di crescita previsto spiccano alcuni paesi asiatici, in particolare India e Cina, oltre all’Indonesia; buone previsioni anche per diversi paesi africani (Marocco, Egitto, diversi paesi dell’Africa sub-sahariana); più prudenti le stime di crescita per l’America Latina, dove attualmente il Cile si conferma una delle economie a crescita più sostenuta, e per la Turchia, data la pesante situazione economico – finanziaria del paese (vedi tabella 6).

Lastre, pellets eccetera

Il polimetilmetacrilato può essere utilizzato in diverse forme:

• lastre estruse: sono la forma più utilizzata: rappresentano infatti circa il 52% degli impieghi totali (vedi tabella 4). Date le loro ottime caratteristiche tali lastre si prestano in svariate applicazioni ove siano richieste tolleranze di spessore e forme complesse: il loro impiego è inoltre favorito dal fatto che vengono prodotte con tecnologie poco costose; quindi trovano impiego in numerosi settori;
• microsfere (perle acriliche), utilizzate in diverse applicazioni: agente opacizzante nell’ottenimento di compound termoplastici; additivo in sistemi di copertura con effetti decorativi; agente addensante per processi con metilmetacrilato colato;
• pellets termoplastici: vengono progettati per diverse tecniche di lavorazione: soffiatura, estrusione, stampaggio a iniezione;
• altre forme: cast in strati acrilici trasparenti, fogli sottili, blocchi. Sono pochi comunque i produttori che posseggono tecnologie in grado di ottenere blocchi di spessore elevato per polimerizzazione del PMMA (utilizzati per esempio per realizzare sculture non ottenibili col cristallo), data l’elevato potere esotermico della polimerizzazione.

L’industria del PMMA è dominata da pochi grossi produttori che detengono oltre il 50% del mercato mondiale, quali (l’elenco non ha ovviamente la pretesa di voler essere completo): Mitsubishi Electric, Evonik, Altuglas International (sussidiaria del Gruppo Arkema), Sumitomo Chemical (Giappone), Chi Mei Corporation (Cina); gli ultimi due, pur servendo in prevalenza un mercato locale/rionale (Asia) figurano comunque tra i maggiori produttori mondiali di PMMA per capacità produttive.