Acrylsäuremethylester

Einordnung und Grunddaten

Acrylsäuremethylester, häufig Methylacrylat genannt, ist ein Acrylsäureester und damit ein Carbonsäureester. Der IUPAC-Name lautet Methylprop-2-enoat; weitere Bezeichnung ist Propensäuremethylester. Die Summenformel ist C₄H₆O₂, die molare Masse 86,09 g·mol⁻¹. Es handelt sich um eine farblose, stechend riechende, flüchtige und leichtentzündliche Flüssigkeit.

Herstellung

Acrylsäuremethylester kann durch Debromierung von 2,3-Dibrompropansäuremethylester mit Zink und Schwefelsäure hergestellt werden. Weitere Wege sind die Pyrolyse von Milchsäuremethylester in Gegenwart von Ethenon (Keten) sowie die Pyrolyse von Methyllactat an Zeolithen; für letztere nennt ein Patent von 1989 eine Ausbeute von 93 %.

Weitere Synthesen sind die Nickeltetracarbonyl-katalysierte Hydrocarboxylierung von Acetylen mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von Methanol, die Oxidation von Propen oder Acrolein mit Sauerstoff in der Dampfphase und Methanol sowie die Umsetzung von Methylformiat mit Acetylen unter Übergangsmetallkatalysatoren. Als veraltet gelten die Alkoholyse von Propiolacton mit Methanol und die Methanolyse von Acrylnitril über Acrylamidsulfat.

Großtechnisch wird ausschließlich die direkte Veresterung preisgünstiger Acrylsäure mit Methanol genutzt. Sie läuft unter saurer Katalyse ab, beispielsweise mit Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure oder sauren Ionenaustauschern.

Stoffeigenschaften und Lagerung

Die Dichte beträgt 0,95 g·cm⁻³, der Schmelzpunkt −75 °C und der Siedepunkt bei Normaldruck 80 °C. In Wasser ist der Stoff mäßig löslich: 52 g·l⁻¹ bei 25 °C. Der Brechungsindex beträgt 1,3984. Die Dämpfe sind dreimal so schwer wie Luft.

Der Dampfdruck beträgt 91 hPa bei 20 °C, 146 hPa bei 30 °C, 227 hPa bei 40 °C und 342 hPa bei 50 °C. Im Temperaturbereich von 229,5 bis 353,3 K gilt die Antoine-Gleichung log₁₀(P) = A−(B/(T+C)), mit P in bar, T in K, A = 4,32327, B = 1338,663 und C = −43,516.

Methylacrylat neigt besonders bei Licht oder erhöhten Temperaturen zur spontanen Polymerisation, also zur Verknüpfung vieler Moleküle zu einem Polymer. Die Polymerisationswärme beträgt −80 kJ·mol⁻¹ beziehungsweise −930 kJ·kg⁻¹. Zur Stabilisierung werden 10–20 ppm Hydrochinonmonomethylether (MEHQ) zugesetzt. Bei Lagerung mit Sauerstoff und unterhalb von 35 °C beträgt die maximale Lagerdauer ein Jahr.

Brand- und Gesundheitsgefahren

Acrylsäuremethylester bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Der Flammpunkt liegt bei −3 °C. Die untere Explosionsgrenze (UEG) beträgt 1,95 Vol.-% beziehungsweise 71 g/m³, die obere Explosionsgrenze (OEG) 16,3 Vol.-% beziehungsweise 581 g/m³. Der untere Explosionspunkt beträgt −5 °C. Mit einer Grenzspaltweite von 0,85 mm ist der Stoff der Explosionsgruppe IIB zugeordnet. Seine Zündtemperatur beträgt 415 °C; daraus folgt die Temperaturklasse T2.

Die MAK-Werte liegen nach DFG bei 2 ml·m⁻³ beziehungsweise 7,1 mg·m⁻³ und in der Schweiz bei 5 ml·m⁻³ beziehungsweise 18 mg·m⁻³. Als toxikologische Daten sind LD₅₀-Werte von 277 mg·kg⁻¹ bei Ratten nach oraler Aufnahme und 1240 mg·kg⁻¹ bei Kaninchen nach Aufnahme über die Haut angegeben.

Der Stoff reizt Augen, Haut und Schleimhäute und riecht unangenehm stechend. Deshalb muss er in geschlossenen Kompartimenten gehandhabt werden. In der Umwelt wird er leicht abgebaut und reichert sich nicht an.

Verwendung

Mit einer weltweiten Jahresproduktion von etwa 200.000 Tonnen ist Acrylsäuremethylester nach Acrylsäurebutylester und Acrylsäureethylester der drittwichtigste Acrylester. Über 50.000 Tonnen pro Jahr werden durch Umesterung mit Dimethylaminoethanol zu 2-Dimethylaminoethylacrylat verarbeitet.

Unter Katalyse durch Lewis-Basen reagiert Methylacrylat mit Aminen in einer Michael-Addition zu β-Alanin-Derivaten. Werden langkettige Amine eingesetzt und anschließend die Esterfunktion hydrolysiert, entstehen amphotere Tenside.

Als Comonomer, also als gemeinsam mit anderen Monomeren polymerisierter Ausgangsstoff, wird es mit zahlreichen Acryl- und Vinylmonomeren eingesetzt. Gegenüber homologen Acrylsäureestern entstehen damit härtere und sprödere Acryllacke. Die Copolymerisation mit Acrylnitril verbessert die Verarbeitbarkeit in der Schmelze zu Fasern, die als Vorstufen für Kohlenstofffasern interessant sein könnten. Außerdem dient der Stoff zur Herstellung von Polyamidoamin-Dendrimeren, typischerweise durch Michael-Addition mit einem primären Amin.