Methacrylsäuremethylester

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Strukturformel
Struktur von Methacrylsäuremethylester
Allgemeines
Name Methacrylsäuremethylester
Andere Namen
  • Methylmethacrylat
  • MMA
Summenformel C5H8O2
CAS-Nummer 80-62-6
PubChem 6658
Kurzbeschreibung

farblose Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch[1]

Eigenschaften
Molare Masse 100,12 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

0,94 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

−48,2 °C[1]

Siedepunkt

101 °C[1]

Dampfdruck
  • 39,6 hPa (20 °C)[1]
  • 64,4 hPa (30 °C)[1]
  • 102 hPa (40 °C)[1]
  • 157 hPa (50 °C)[1]
Löslichkeit

wenig löslich in Wasser (15 g·l−1 bei 20 °C)[1]

Brechungsindex

1,414 (20 °C)[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP)[3], ggf. erweitert[1]
02 – Leicht-/Hochentzündlich 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 225​‐​315​‐​317​‐​335
P: 210​‐​233​‐​280​‐​302+352​‐​304+340​‐​403+235 [1]
MAK

DFG/Schweiz: 50 ml·m−3 bzw. 210 mg·m−3[1][4]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Methacrylsäuremethylester (Methylmethacrylat, MMA) ist eine farblose Flüssigkeit mit unangenehm esterartigem Geruch. MMA ist leicht entzündlich, verdunstet leicht und hat einen Siedepunkt von 101 °C. Mit Wasser gemischt, sinkt der Siedepunkt von MMA auf 83 °C zu einem azeotropen Gemisch. MMA hat die UN-Nummer 1247.

Herstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

MMA wird vor allem aus Acetoncyanhydrin hergestellt, das mit Schwefelsäure zu Methacrylsäureamid umgesetzt und anschließend verestert wird.[5] Acetoncyanhydrin wird aus Aceton und Cyanwasserstoff hergestellt.

Methacrylsäuremethylester kann technisch auch durch zweistufige Oxidation von Isobuten und ohne Verwendung von Cyanwasserstoff hergestellt werden. Dieses sogenannte C4-Verfahren wird jedoch seltener angewandt. Isobuten selbst wird durch Dehydratisierung von tert-Butanol oder durch Spaltung von Methyl-tert-butylether (MTBE) hergestellt, beide Verfahren verlaufen in der Gasphase, werden üblicherweise durch heterogene Kontakte katalysiert und ergeben eine gute Ausbeute an Isobuten. Die erste Stufe der Oxidation verläuft zum Methacrolein, die eingesetzten Katalysatoren ähneln bzw. leiten sich ab von den Kontakten, die auch für die Propenoxidation zum Acrolein eingesetzt werden.

Methacrylsäuremethylester wird zur Vermeidung von spontaner Polymerisation nach der Herstellung stabilisiert.

Alpha-Verfahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein neueres Verfahren, das erst 2008 realisiert wurde, geht von Ethylen als Rohstoff aus, das homogen katalysiert mit Kohlenmonoxid und Methanol in einem Schritt carboxymethyliert wird, es entsteht extrem effizient mit einer hohen Wechselzahl (TOF) und Turnover Number (TON, Maß für die Effizienz eines Katalysators, bevor er sich durch Nebenreaktionen oder andere Effekte verbraucht) Propionsäuremethylester als Zwischenprodukt. Propionsäuremethylester wird im nächsten Schritt in der Gasphase an einem speziellen Kontakt mit Formaldehyd aldolisiert und dehydratisiert, wobei direkt MMA entsteht. Das Verfahren wurde ursprünglich von ICI entwickelt, dann durch Lucite International zur technischen Reife gebracht und schließlich von MRC-Lucite in Singapur eine Produktionsanlage mit einer Jahreskapazität von 120.000 Tonnen gebaut. Das Verfahren wird in der Literatur als Alpha-Verfahren oder Alpha-Prozess bezeichnet.[6]

Hydroveresterung von Ethylen mit Kohlenmonoxid und Methanol zu Propionsäuremethylester (Methylpropionat):

MMA Alpha 1.svg

Kondensation von Propionsäuremethylester und Formaldehyd zu Methacrylsäuremethylester und Wasser:

MMA Alpha 2.svg

Ein von Lucite (heute MRC-Lucite) als β-Verfahren bezeichneter noch nicht umgesetzter Prozess geht von Propin als Edukt aus. Durch eine dem Alpha-Prozess ähnliche katalytische Umsetzung von Propin mit Methanol und Kohlenmonoxid wird direkt einstufig zum MMA umgesetzt. Der Prozess wurde trotz hoher katalytischer Effizienz noch nicht eingesetzt, da Propin kein gängiger, gehandelter petrochemischer Rohstoff und wenig verfügbar ist.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methacrylsäuremethylester ist eine farblose Flüssigkeit mit einem Schmelzpunkt von −48,2 °C und bei Normaldruck einem Siedepunkt von 101 °C. Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 5,37785, B = 1945,56 und C = −7,569 im Temperaturbereich von 312,4 bis 362,3 K[7]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methacrylsäuremethylester kann, besonders wenn er Verunreinigungen enthält, spontan polymerisieren. Hierbei kommt es aufgrund des Trommsdorff-Effekts zu einem Temperaturanstieg, der mit einem Druckanstieg einhergeht. Diese Polymerisation kann gezielt durch die Zugabe von Initiatoren, meist Peroxiden, gestartet werden. Die Polymerisationswärme beträgt −59 kJ·mol−1 bzw. –590 kJ·kg−1.[8]

Sicherheitstechnische Kenngrößen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methacrylsäuremethylester bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei 10 °C.[1][9] Der Explosionsbereich liegt zwischen 1,7 Vol.‑% (70 g/m3) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 12,5 Vol.‑% (520 g/m3) als obere Explosionsgrenze (OEG).[1][9] Der maximale Explosionsdruck beträgt 8,6 bar.[1] Die Grenzspaltweite wurde mit 0,95 mm bestimmt.[1] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA.[1][9] Die Zündtemperatur beträgt 430 °C.[1][9] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Methacrylsäuremethylester wird vornehmlich zur Herstellung von Acrylglas verwendet. Weiterhin ist MMA der Hauptbestandteil jeder Dentalprothese aus Kunststoff. Dabei wird flüssiges MMA mit granuliertem PMMA (Polymethylmethacrylat) zu einem zähflüssigen Teig vermischt und ausgehärtet (polymerisiert). Es findet aber ebenso bei der Herstellung von Knochenzement für die Einzementierung von Kunstgelenken, in der Lackherstellung und als Zweikomponentenklebstoff (Methylmethacrylatklebstoff) Anwendung.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p q r Eintrag zu CAS-Nr. 80-62-6 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 26. Juni 2016 (JavaScript erforderlich).
  2. Datenblatt Methyl methacrylate bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 10. April 2011 (PDF).
  3. Eintrag zu Methyl methacrylate im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  4. Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA): Grenzwerte am Arbeitsplatz 2015 – MAK-Werte, BAT-Werte, Grenzwerte für physikalische Einwirkungen, abgerufen am 2. November 2015.
  5. Eintrag zu Methacrylsäureester. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 23. September 2014.
  6. Mark W. Hooper: Considerations of Industrial Fine Chemical Synthesis. In: Catalysts for Fine Chemical Synthesis, Vol. 3, Metal Catalysed Carbon-Carbon Bond-Forming Reactions. S. M. Roberts, J. Xiao, J. Whittall, T. Pickett (Hrsg.) 2004 John Wiley & Sons, Ltd. ISBN 0-470-86199-1 (PDF).
  7. Brockhaus, Von A.; Jenckel, E.: Über die Kinetik des thermischen Abbaues von Polymethacrylsäuremethylester in Makromol. Chem. 18 (1956) 262–293, doi:10.1002/macp.1956.020180124.
  8. Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie, Merkblatt R 008 Polyreaktionen und polymerisationsfähige Systeme, Ausgabe 05/2015, ISBN 978-3-86825-069-5
  9. a b c d E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.