Polyvinylacetat
chemische Verbindung
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Polyvinylacetat (Kurzzeichen PVAC, manchmal auch nur PVA) ist ein thermoplastischer Kunststoff. Die Synthese des Polymers aus der Gruppe der Polyvinylester erfolgt mittels radikalischer Polymerisation. Neben dem reinen Homopolymer haben auch viele Co- und Terpolymere des Vinylacetats, wie EVA, große technische Bedeutung.
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| Strukturformel | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| n ≈ 100 bis 17000[1] | |||
| Allgemeines | |||
| Name | Polyvinylacetat | ||
| Andere Namen |
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| CAS-Nummer | 9003-20-7 | ||
| Monomer | Vinylacetat | ||
| Summenformel der Wiederholeinheit | C4H6O2 | ||
| Molare Masse der Wiederholeinheit | 86,09 g·mol−1 | ||
| Art des Polymers | |||
| Eigenschaften | |||
| Aggregatzustand |
fest | ||
| Dichte |
1,16 bis 1,18 g/cm³[2] | ||
| Löslichkeit |
Praktisch unlöslich in Wasser, leicht löslich in Ethylacetat, löslich in Ethanol[1] | ||
| Sicherheitshinweise | |||
| |||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||
Geschichte
Die Grundlagen für die Herstellung von Polyvinylacetat wurden im Jahr 1912 von Fritz Klatte in Deutschland entdeckt. Er erkannte die Polymerisationsfähigkeit der Vinylverbindungen im Sonnenlicht. In den Jahren 1912 und 1913 erfolgte dann auch die erste gezielte Herstellung von Polyvinylacetat und Polyvinylchloracetat durch Klatte. Seit den 1930ern wird von einigen Firmen eine ganze Reihe verschiedener Produkte in Form von Granulaten, Pulvern, Lösungen und Emulsionen für die verschiedensten Anwendungen hergestellt. Besondere Bekanntheit erlangte darunter die Anwendung als Hauptbestandteil des Klebstoffes UHU.[4]
Herstellung und Verarbeitung
Die Herstellung von Polyvinylacetat erfolgt aus Vinylacetat durch radikalische Polymerisation. Vielfältige Radikalstarter werden genutzt: Azoverbindungen (Azobis(isobutyronitril)), Diacylperoxide (Dibenzoylperoxid, Dilauroylperoxid), Peroxycarbonsäureester (tert-Butylperoxybenzoat, tert-Butylperoxyoctanoat), Hydroperoxide (tert-Butylhydroperoxid, Cumolhydroperoxid) oder anorganische Peroxide (Wasserstoffperoxid, Kaliumperoxodisulfat, Natriumperoxodisulfat, Ammoniumperoxodisulfat). Als Polymerisationsverfahren zur Herstellung von Polyvinylacetat-Homopolymeren sind sowohl Substanz-, Lösungs-, Suspensions- bzw. Perl- und Emulsionspolymerisation möglich.[5]
Dabei ist auf eine hohe Reinheit der Monomere zu achten, da die Fremdstoffe den Polymerisationsverlauf stark verlangsamen (z. B.: Crotonaldehyd, Vinylacetylen) oder zu unerwünschten Kettenübertragungen führen (z. B.: Essigsäure, Acetaldehyd, Aceton; Benzol, Toluol). Ebenfalls unerwünscht sind Verunreinigungen mit zwei copolymerisierbaren Doppelbindungen (z. B.: Crotonsäurevinylester), da diese durch räumliche Vernetzung zur Bildung von unlöslichen Polymeren beitragen.[5]
Zur Verbesserung der Eigenschaften werden meist in einer Copolymerisation weitere Monomere zugesetzt, darunter Dibutylmaleat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Crotonsäure, N-Hydroxymethylacrylamid, Vinyllaurat, Ethylen und N-Vinylpyrrolidon. Auch Kombinationen mit zwei weiteren Monomeren sind üblich. Bei den Copolymerisationen ist die Auswahl an möglichen Polymerisationsverfahren eingeschränkt, in vielen Fällen sind nur ein oder zwei Verfahren möglich beziehungsweise üblich.[5]
Struktur und Eigenschaften
Chemischer Aufbau
Im Homopolymer überwiegt die Kopf-Schwanz-Anordnung der Monomerbausteine. Durch Verringerung der Polymerisationstemperatur lässt sich der Anteil der Monomere in Kopf-Kopf-Anordnung weiter reduzieren.[5]
Physikalische Eigenschaften
Polyvinylacetat ist ein amorpher, geruch- und geschmackloser Kunststoff mit hoher Licht- und Wetterbeständigkeit. Die Glasübergangstemperatur des Homopolymeren schwankt in Abhängigkeit vom Polymerisationsgrad. Die Mindestfilmbildetemperatur von Homopolymerdispersionen beträgt etwa 15 bis 18 °C, weshalb oft Weichmacher wie Dibutylphthalat oder Trikresylphosohat zugesetzt werden.[5]
Chemische Eigenschaften
Es ist löslich in Methanol, Ethanol, Isopropanol, zahlreichen Ketonen, Estern, cyclischen Ethern, Phenolen und aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffen.[5]
Die Estergruppen im Polyvinylacetat sind relativ leicht alkalisch verseifbar, wodurch das Polymer langsam in Polyvinylalkohol umgewandelt und dadurch hydrophil und wasserempfindlich wird. Diese Problematik ist der Grund für die häufige Copolymerisation mit anderen Monomeren.[5]
Verwendung, Verarbeitung
Der wichtigste Anwendungsbereich von Polyvinylacetat ist in Emulsionsfarben und Klebstoffen.[5] Der in Deutschland bekannte Universalklebstoff UHU ist eine vierzigprozentige Lösung von Polyvinylacetat in Methylacetat und Aceton.[4]
Polyvinylacetat ist ein notwendiges Vorprodukt für die Herstellung von Polyvinylalkohol und Polyvinylacetalen.
Weitere Anwendungen sind Beschichtungen für Papier, Teppich-Unterseiten und Glasfasern; Zusatzstoff für Beton; schallabsorbierende Materialien.[5]
Im Lebensmittelbereich wird es für Kaugummimassen und künstliche Käserinde[5] sowie als Überzug für Wurst verwendet.[6]
Handelsnamen von Polyvinylacetat sind beispielsweise Emultex F, Mowilith, Rhodopas, Vinamul oder Vinnapas.[7]
Umweltaspekte und Toxikologie
Untersuchungen auf Haut- und Schleimhautverträglichkeit im Tierversuch (LD50, Fütterung an Ratten, dermale Applikation) zeigten keine negativen Auswirkungen. Polyvinylacetat kann in Form von Dispersionen leicht ins Abwasser gelangen. Zwar ist es nach heutigem Wissen nicht toxisch, jedoch wurde es im wässrigen Milieu nur sehr schlecht abgebaut. Die Aufbereitung dispersionshaltiger Abwässer in Kläranlagen ist in der Regel kein Problem, sie sind leicht auszufällen und lagern sich dann im Klärschlamm ab, mit dem sie dann entsorgt werden können.
Nachweis
Das Abspalten von einfach nachweisbarer Essigsäure bei der thermischen Zersetzung kann als Hinweis auf das Vorhandensein von vinylacetathaltigen Polymeren und Copolymeren genutzt werden. Jedoch spalten auch Celluloseacetate Essigsäure bei der thermischen Zersetzung ab. Benetzt man Polyvinylacetat mit Iod-Kaliumiodid-Lösung, entsteht eine purpurbraune Färbung, die sich durch Waschen mit Wasser noch verstärkt. Als weiteren Hinweis auf die Anwesenheit von Polyvinylacetat wird auch die Reaktion nach Liebermann-Storch-Morawski genutzt.
Literatur
- Ernst Bartholomé, Ernst Biekert (Hrsg.): Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie. 4. Auflage. Verlag Chemie, Weinheim 1980, Band 19, ISBN 3-527-20019-3.
- Dietrich Braun: Erkennen von Kunststoffen: Qualitative Kunststoffanalyse mit einfachen Mitteln. 5. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2012, ISBN 978-3-446-43294-9, doi:10.3139/9783446401884 (131 S., eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).