2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure

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Strukturformel
Struktur von 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure
Allgemeines
Name 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure
Andere Namen

AMPS

Summenformel C7H13NO4S
CAS-Nummer 15214-89-8
PubChem 65360
Kurzbeschreibung

weißer Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 207,25 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

1,1 g·cm−3 (15,6 °C)[1]

Schmelzpunkt

185 °C[1]

Löslichkeit

löslich in Wasser (1500 g·l−1 bei 25 °C)[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 302​‐​315​‐​319​‐​335
P: 261​‐​305+351+338 [2]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3][1]
Gesundheitsschädlich
Gesundheits-
schädlich
(Xn)
R- und S-Sätze R: 22​‐​41
S: 26​‐​39
Toxikologische Daten

5400 mg·kg−1 (LD50Ratteoral)[4]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure (AMPS(R) Warenzeichen der Lubrizol Corp.) ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Sulfonsäuren. Die auch als 2-Acrylamido-tert. butyl-sulfonsäure (ATBS) bezeichnete Verbindung ist ein sehr reaktionsfähiges und gut wasserlösliches Acrylmonomer, das hochmolekulare Homopolymere (MW>2 Mio.[5]) mit außergewöhnlichen Produkteigenschaften bildet und mittels radikalischer Copolymerisation mit anderen Monomeren zur gezielten Hydrophilierung der erhaltenen Copolymeren eingesetzt wird. Ursprünglich zur Verbesserung der Anfärbbarkeit von Polyacrylnitril-Fasern vorgeschlagen, hat AMPS aufgrund seiner Funktionalität breiten Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen gefunden.

Vorkommen[Bearbeiten]

Es wird nur synthetisch hergestellt. Ein natürliches Vorkommen ist nicht bekannt.

Herstellung[Bearbeiten]

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure entsteht in einer Ritter-Reaktion aus Acrylnitril und Isobuten in Gegenwart hochkonzentrierter oder rauchender Schwefelsäure und Wasser[6]. Die neuere Patentliteratur[7] beschreibt diskontinuierliche und kontinuierliche Prozesse, die AMPS in hoher Reinheit (bis 99,7 %) und verbesserter Ausbeute (bis 89 %, bezogen auf Isobuten) bei Zugabe von flüssigem Isobuten zu einem Acrylnitril/Schwefelsäure/Phosphorsäuregemisch bei 40 °C erzeugen.

Eigenschaften[Bearbeiten]

AMPS ist ein weißer, kristalliner, hygroskopischer Feststoff, der sich sehr gut in Wasser löst und mit Alkali- und Erdalkalimetallen gut lösliche Salze bildet. Wässrige AMPS-Lösungen reagieren wegen der vollständigen Dissoziation der Sulfonsäuregruppe stark sauer. Handelsüblich ist der Feststoff in Pulver- und Granulatform und wässrige 50%ige Lösungen der Natrium- (AMPS-Na) und Ammoniumsalze. AMPS verfügt als Acrylmonomer über ungewöhnliche Stoffeigenschaften, die es insbesondere als Comonomer in funktionellen Polymeren interessant machen:

• Hohe thermische und hydrolytische Stabilität: die Amidfunktion im AMPS-Molekül ist durch die geminalen Methylgruppen und die Sulfomethylgruppe räumlich abgeschirmt und gegen hydrolytischem und thermischem Abbau geschützt[8]. Die Zersetzung von AMPS-Homopolymeren erfolgt ab 225 °C, von AMPS-Na-Homopolymeren sogar erst ab 307 °C[9].

• Ausgeprägte Hydrophilie und Acidität: die Sulfonsäurefunktion verleiht AMPS einen permanent hydrophilen Charakter und liegt weit in den sauren pH-Bereich als Sulfonat-Anion vor. Bereits geringe Anteile an AMPS (<5 Gew.%) erhöhen die Hydrophilie von Copolymeren beträchtlich.

• Gute Löslichkeit: AMPS löst sich sehr gut in Wasser und gut in den aprotisch-dipolaren Lösungsmitteln Dimethylformamid und N-Methyl-2-pyrrolidon.

Die hohe Stabilität des AMPS bedingen seine geringe Bioabbaubarkeit. Dagegen ist AMPS nicht mutagen und besitzt als neutrale AMPS-Na-Salzlösung eine sehr geringe Toxizität LD50 >16,000 mg/kg Ratte.[10]

Es polymerisiert leicht, auch unter Einfluss von Licht.

Verwendung[Bearbeiten]

Als Bestandteil von Copolymeren mit Acrylsäure, Acrylamid und anderen funktionellen Acryl- und Vinylmonomeren. AMPS findet eine Reihe von Anwendungen [11] - insbesondere als Comonomer - in :

1. Textil: erhöht die Anfärbbarkeit von polyacryl- und polyesterhaltigen Textilien[12].

2. Farben, Lacke und Papierbeschichtung: bedingt eine höhere chemische und mechanische Stabilität von Polymeremulsionen, stabilisiert die Partikelverteilung, unterdrückt die Griesbildung und erhöht die Abriebfestigkeit von Anstrichen und Papieren[13].

3. Klebstoffe: verbessert die thermischen und mechanischen Eigenschaften und erhöht die Haftfestigkeit von druckempfindlichen Klebstoffformulierungen[14].

4. Waschmittel: steigert die Waschwirkung von Tensiden durch Bindung mehrwertiger Kationen und reduziert die Schmutzanlagerung[15].

5. Kosmetik und Medizin: bildet mit anderen Comonomeren hochmolekulare Polymere, die als Hydrogele und in Emulsionen als Verdicker, Stabilisator, Dispergator und Gleitmittel in kosmetischen, dermatologischen und medizinischen Zubereitungen Anwendung finden[16]. Wird wegen seines hohen Wasseraufnahme- und -rückhaltevermögens als Comonomer in Superabsorbern für z.B. Babywindeln eingesetzt[17].

6. Wasserbehandlung: stabilisiert besonders in Co- und Terpolymeren mit anderen ionischen und neutralen Monomeren mehrwertige Kationen in hartem Wasser und verhindert als 'scale inhibitor' die Kesselsteinbildung und Korrosion[18].

7. Pflanzenschutz: erhöht in gelösten[19] und nanopartikulären[20] Polymerzubereitungen die Bioverfügbarkeit von Pflanzenschutzmitteln in wässrig-organischen Zubereitungen.

8. Membranen: steigert Wasserfluß, Rückhalt und Fouling-Resistenz von asymmetrischen Ultra- und Mikrofiltrationsmembranen [21] und wird als anionische Komponente in polymeren Brennstoffzellmembranen untersucht[22].

9. Bau: wirkt in Copolymeren als Wasserrückhaltemittel in Mörteln und Putzen[23], führt zu zunehmender Dispergierbarkeit von Partikeln, erhöht das Gleitvermögen und verbessert in Copolymeren, insbesondere mit Methacryl- oder Acrylsäure, als Superplasticizer[24] die mechanische und chemische Stabilität von hochfließfähigem und selbstverdichtendem Beton.

10. Öl- und Gasexploration: erhöht die Stabilität von Polymeren in Öl- und Gasfeldanwendungen gegenüber hohen Temperaturen und Drücken, sowie hohen Salzkonzentrationen[9], verringert die Reibung und den Flüssigkeitsverlust in Bohr- und Zementierungsflüssigkeiten[25] und findet Anwendung in der tertiären Ölförderung (engl. enhanced oil recovery, EOR)[26] und bei dem "hydraulic fracturing" genannten Aufbrechen von Gesteinsformationen zur Förderung von Schiefergas[27].

Die gegenwärtige Produktionskapazität der drei wichtigsten AMPS-Hersteller beträgt über 30,000 Tonnen/Jahr.[28]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e Datenblatt 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.
  2. a b Datenblatt 2-Acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 19. März 2011 (PDF).
  3. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  4. Eintrag 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure bei ChemIDplus.
  5. Vinati Organics Ltd: 2-Acrylamido 2-methylpropanesulfonic Acid (ATBS) (Version vom 30. Oktober 2010 im Internet Archive)
  6. US 3,506,707, Erfinder: L.E. Miller, Anmelder: The Lubrizol Corp., veröffentlicht am 14. April 1970
  7. US 6,504,050, Erfinder: P.P. Barve et al., Anmelder: CSIR (IN), veröffentlicht am 7. Januar 2003
  8. W.O. Parker, jr., A. Lezzi, Polymer, 34 (23), 4913-4918 (1993)
  9. a b Lubrizol, AMPS(R) Specialty Monomers, Oil Field Applications
  10. The Lubrizol Corp.: HPV Challenge Program, Test Plan for AMPS (PDF; 1,1 MB), Aug. 1, 2000.
  11. Vinati Organics Ltd., Produktdatenblatt
  12. EP 1 611 278, Erfinder: W. Brennich et al., Anmelder: CHT R. Beitlich GmbG, erteilt am 24. Januar 2007
  13. G.P. Marks, A.C. Clark, ACS Symposium Series, 775,(5), 46-53 (2000) und EP 0 973 807, Erfinder: R. Figge, H.-P. Weitzel, Anmelder: Wacker-Chemie GmbH, veröffentlicht am 20. September 2000
  14. US 4,012,560, Erfinder: J.C. Baatz, A.E. Corey, Anmelder: Monsanto Co., erteilt am 15. März 1977 und WO 2007/057333, Erfinder: A. Hashemzadeh, Anmelder: Wacker Polymer Systems, veröffentlicht am 24. Mai 2007
  15. US 7,928,047, Erfinder: M.-S. Cho, Anmelder: LG Household & Health Care Ltd., veröffentlicht am 19. April 2011
  16. EP 1 236 464, Erfinder: M. Löffler et al., Anmelder: Clariant GmbH, veröffentlicht am 4. September 2002 und EP 2 055 315, Erfinder: R. von Eben-Worlée et al., Anmelder: Worlée-Chemie, veröffentlicht am 6. Mai 2009
  17. WO 2011/131526, Erfinder: N. Herfert et al., Anmelder: BASF SE, veröffentlicht am 27. Oktober 2011
  18. Z. Amjad, Tenside Surf. Det., 44(4), 202-208 (2007)
  19. US 2011/0166309, Erfinder: S. Koltzenburg et al., Anmelder: BASF SE, veröffentlicht am 7. Juli 2011
  20. EP 1 681 923, Erfinder: S. Koltzenburg et al., Anmelder: BASF AG, veröffentlicht am 20. April 2011
  21. US 6,183,640, Erfinder: I. Wang, Anmelder: USF Filtration and Separations Group, Inc., erteilt am 6. Februar 2001
  22. US 2008/020255, Erfinder: H. Hiraoka, T. Yamaguchi, Anmelder: Toagosei Co., Ltd., veröffentlicht am 24. Januar 2008 und H. Diao et al, Macromolecules, 43(15), 6398-6405 (2010)
  23. EP 0 936 228, Erfinder: G. Albrecht et al., Anmelder: SKW Trostberg AG, veröffentlicht am 18. August 1999 und WO 03/085013, Erfinder: C. Spindler et al., SKW Polymers GmbH, veröffentlicht am 16. Oktober 2003
  24. "Modern Superplasticizers in Concrete Technology", Verein Deutsche Bauchemie e.V., Frankfurt am Main, January 2007 und Y.-S. Ye et al., J. Appl. Polym. Sci., 100, (3), 2490-2496 (2006) und C.T. Liao et al., Cement and Concrete Research, 36, (4), 650-655 (2006) und A. Buyukyagaci et al., Cement and Concrete Research, 39, (7), 629-635 (2009)
  25. US 6,448,311, Erfinder: M.L. Walker, Anmelder: Baker Hughes Inc., erteilt am 10. September 2002
  26. US 4,573,533, Erfinder: R.G. Ryles, A.G. Robustelli, Anmelder: American Cyanamid Co., erteilt am 4. März 1986 und A. Sabhapondit et al., J. Appl. Polym. Sci., 87, (12), 1869-1878 (2003)
  27. US 2007 0204996, Erfinder: D.E. McMechan et al., Anmelder: Halliburton energy Services, Inc., veröffentlicht am 6. September 2007 und US 2010 0048430, Erfinder: G.P. Funkhouser, D. Loveless, Anmelder: Halliburton Energy Services, Inc., veröffentlicht am 25. Februar 2010
  28. valuepickr.com: Stock Story.

Weblinks[Bearbeiten]