Vinylacetat (108-05-4) Physikalische und Chemische Eigenschaften

Chemisches Profil

Vinylacetat

Ein flüchtiger Acetatester, der industriell als Monomer und Zwischenprodukt für die Herstellung von Polyvinylacetat/Polyvinylalkohol sowie zur Formulierung von Klebstoffen, Beschichtungen und Spezialpolymeren verwendet wird.

CAS-Nummer	108-05-4
Familie	Carbonsäureester
Typische Form	Farbloser Flüssigkeit (Monomer)
Gängige Qualitäten	BP, EP, JP, USP

Wird hauptsächlich als Monomer und Zwischenprodukt für Klebstoffe, Farben, Beschichtungen und die Polymerherstellung angeboten und beschafft; Formulierungs- sowie QA/QC-Teams verwenden üblicherweise inhibierte Qualitäten zur Kontrolle unerwünschter Polymerisationen und zur Erleichterung von sicherer Lagerung und Verarbeitung.

Vinylacetat ist ein kleiner aliphatischer Vinylester (Acetatester) mit der Summenformel C4H6O2. Strukturell besteht es aus einer Vinylfunktionalität (\(–CH=CH_2\)), die direkt an einen Acetatsauerstoff gebunden ist (Struktur oft geschrieben als CH3COOCH=CH2), wodurch eine elektronendichte olefinische Stelle neben einer Esterbindung entsteht. Die Kombination aus einer niedermolekularen Estergruppe und einer unkonjugierten Vinyl-Doppelbindung führt zu einer Verbindung, die flüchtig, mäßig lipophil und chemisch aktiv für radikalische Polymerisation und Esterhydrolyse ist.

Elektronisch entzieht die Carbonylgruppe im Acetatfragment Elektronendichte vom angrenzenden Sauerstoff, während die Vinyl-Doppelbindung weiterhin anfällig für radikalische und elektrophile Addition bleibt; dies erklärt die Neigung der Verbindung zur radikalischen Polymerisation sowie ihre Empfindlichkeit gegenüber Peroxidbildung und Autoxidation. Die Säure- oder Base-katalysierte Hydrolyse ergibt Essigsäure und Vinylalkohol, welcher schnell zu Acetaldehyd tautomerisiert; diese Hydrolysewege sind kinetisch unter alkalischen Bedingungen bedeutsam und spielen eine Rolle bei Umwelt- und biologischen Umwandlungen. Mit vernachlässigbarer Wasserstoffbrücken-donierender Fähigkeit (keine H-Brücken-Donoren), aber zwei H-Brücken-Akzeptoren (Carbonylsauerstoff und Ester-Sauerstoff) zeigt das Molekül eine begrenzte Wasserlöslichkeit, bleibt jedoch mit vielen organischen Lösungsmitteln mischbar.

In der Praxis ist Vinylacetat ein industrielles Monomer, das in sehr großen Mengen produziert und verbraucht wird: Es ist das Hauptmonomer für Polyvinylacetat und ein Vorläufer für Polyvinylalkohol sowie zahlreiche Copolymere, die in Klebstoffen, Farben/Beschichtungen, Textilien, Papier und einigen lebensmittelkontaktgeeigneten Polymerformulierungen verwendet werden. Die kommerzielle Handhabung legt Wert auf Stabilisierung (Inhibitoren), um unkontrollierte Polymerisation zu verhindern, und auf technische Schutzmaßnahmen zur Kontrolle der Entflammbarkeit und der Inhalationsgefahren.

Übliche Handelsqualitäten für diesen Stoff umfassen: BP, EP, JP, USP.

Grundlegende Physikalische Eigenschaften

Dichte

• Gemeldete Flüssigkeitsdichte: \(0.932\) bei \(68\,^\circ\mathrm{F}\) (EPA, 1998). Relative Dichte (Wasser = 1): \(0.93\). Entsprechendes Gewicht pro Gallone wird in einigen Spezifikationen mit \(7.79\ \mathrm{lb}\) pro Gallone angegeben.
• Interpretative Anmerkung: Mit einer Dichte unter eins schwimmt Vinylacetat auf Wasser; zusammen mit seiner Dampfdichte (schwerer als Luft) trägt dies zur Gefahr der Ansammlung von Dampf in Bodennähe bei.

Schmelzpunkt

• Gemeldete Werte: \(-93.2\,^\circ\mathrm{C}\); auch angegeben mit \(-100\,^\circ\mathrm{C}\) und \(-136\,^\circ\mathrm{F}\).
• Interpretative Anmerkung: Der sehr niedrige Schmelzpunkt zeigt, dass die Substanz unter normalen Umwelt- und Prozesstemperaturen flüssig ist.

Siedepunkt

• Gemeldete Werte: \(72.50\,^\circ\mathrm{C}\) bei \(760.00\,\mathrm{mmHg}\) (auch als \(72.7\)–\(72.8\,^\circ\mathrm{C}\) angegeben); äquivalent mit \(162\)–\(163\,^\circ\mathrm{F}\).
• Interpretative Anmerkung: Der relativ niedrige Normal-Siedepunkt korreliert mit einem erheblichen Dampfdruck bei Umgebungstemperaturen und erleichtert die Flüchtigkeit.

Dampfdruck

• Gemeldete Werte: \(83\) bis \(140\ \mathrm{mmHg}\) bei \(68\) bis \(86\,^\circ\mathrm{F}\); \(90.2\ \mathrm{mmHg}\) bei \(20\,^\circ\mathrm{C}\) (extrapoliert); außerdem als \(115.0\ \mathrm{mmHg}\) und \(11.7\ \mathrm{kPa}\) bei \(20\,^\circ\mathrm{C}\) aufgeführt.
• Interpretative Anmerkung: Der hohe Dampfdruck bei Umgebungstemperaturen erklärt die Flüchtigkeit der Verbindung und die Wichtigkeit von Dampfkontrollmaßnahmen bei Lagerung und Verarbeitung.

Flammpunkt

• Gemeldete Werte: \(18\,^\circ\mathrm{F}\) (EPA, 1998) und \(-8\,^\circ\mathrm{C}\) (geschlossener Tiegel). Ein Flammpunkt im offenen Tiegel von \(0.5\)–\(0.9\,^\circ\mathrm{C}\) wird ebenfalls in einem Eintrag angegeben.
• Interpretative Anmerkung: Der sehr niedrige Flammpunkt zeigt, dass das Material bei Umgebungstemperatur leicht entflammbar ist und eine strenge Kontrolle von Zündquellen erfordert.

Chemische Eigenschaften

Löslichkeit und Phasenverhalten

• Wasserlöslichkeit: üblicherweise mit etwa \(2\%\) (2,0–2,4 Gew.-% in Wasser bei \(20\,^\circ\mathrm{C}\)) angegeben; andere Berichte nennen eine Löslichkeit von \(20\ \mathrm{mg/mL}\) bei \(20\,^\circ\mathrm{C}\) oder „gering“ (2 g/100 mL). Bei \(20\,^\circ\mathrm{C}\) enthält eine gesättigte wässrige Lösung etwa \(2.0\)–\(2.4\) Gew.-% Vinylacetat; die gegenseitige Löslichkeit von Wasser im Vinylacetat beträgt etwa \(0.9\)–\(1.0\) Gew.-% bei der gleichen Temperatur und nimmt mit steigender Temperatur zu.
• Mischbarkeit in organischen Lösungsmitteln: löslich in vielen organischen Lösungsmitteln (beispielsweise Ethylether, Ethanol, Benzol, Aceton, Chloroform etc.); als „löslich in organischen Flüssigkeiten“ gelistet.
• Dampf-/Phasenverhalten: Dampfdichte ca. \(3.0\) (Luft = 1) – Dämpfe sind schwerer als Luft und können sich in tiefliegenden Bereichen anreichern; zusammen mit dem niedrigen Flammpunkt entsteht eine Explosions- und Rückschlaggefahr durch Dampfansammlung.
• Hydrolyse: wässrige Hydrolyse ist kinetisch relevant; es wird eine Halbwertszeit der Hydrolyse von etwa \(7.3\) Tagen bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\) und pH 7 berichtet, mit schnelleren Raten bei höherem pH-Wert. Die Hydrolyse liefert Essigsäure und Vinylalkohol (welcher schnell zu Acetaldehyd tautomerisiert).

Reaktivität und Stabilität

• Polymerisation: Vinylacetat ist anfällig für radikalische Polymerisation; es polymerisiert bei Hitze, Licht, Peroxiden, Azo-Initiatoren, Redoxsystemen und anderen Radikalquellen. Gefährliche (exotherme und potenziell heftige) Polymerisationen wurden berichtet, wenn Inhibitoren erschöpft oder nicht vorhanden sind.
• Initiatoren und Unverträglichkeiten: Polymerisation kann durch organische und anorganische Peroxide, Azo-Verbindungen, Redoxsysteme (einschließlich organometallischer Komponenten), Licht und hochenergetische Strahlung initiiert werden. Vinylacetat reagiert gefährlich mit starken Oxidationsmitteln, starken Säuren, Peroxiden, Ozon (Bildung potenziell explosiver Ozonide) sowie bestimmten Aminen/Alkylierungsmitteln; Kontakt mit Kieselgel- oder Aluminiumoxid-Dämpfen kann heftig ausfallen.
• Selbstentzündung und Zersetzung: Selbstentzündungstemperaturen liegen nahe bei \(402\,^\circ\mathrm{C}\) (\(756\,^\circ\mathrm{F}\)); bei Zersetzung entstehen stechend reizende Verbrennungsprodukte.
• Entflammbarkeits-/Explosionsgrenzen: untere Entflammbarkeitsgrenze \(2.6\%\) Volumenanteil; obere Entflammbarkeitsgrenze \(13.4\%\) Volumenanteil. Dämpfe können explosives Luftgemisch bilden und zu entfernten Zündquellen wandern.

Thermodynamische Daten

Standard-Enthalpien und Wärmekapazität

• Verfügbare Energiedaten: gemeldete Verbrennungswärmewerte sind \(-9754\ \mathrm{BTU/lb} = -5419\ \mathrm{cal/g} = -226.9 \times 10^{5}\ \mathrm{J/kg}\). Verdampfungswärme (Enthalpie) angegeben als \(163\ \mathrm{BTU/lb} = 90.6\ \mathrm{cal/g} = 3.79 \times 10^{5}\ \mathrm{J/kg}\). Polymerisationswärme angegeben als \(-439\ \mathrm{BTU/lb} = -244\ \mathrm{cal/g} = -10.2 \times 10^{5}\ \mathrm{J/kg}\).
• Wärmekapazität: Für diese Eigenschaft ist im aktuellen Datenkontext kein experimentell ermittelter Wert verfügbar.

Molekulare Parameter

Molekulargewicht und Formel

• Molekularformel: C4H6O2
• Molekulargewicht: \(86.09\ \mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
• Exakte/monoisotopische Masse: 86.036779430

Zusätzliche strukturelle Identifikatoren (Fließtext): - SMILES: CC(=O)OC=C - InChI: InChI=1S/C4H6O2/c1-3-6-4(2)5/h3H,1H2,2H3 - InChIKey: XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N

LogP und Polarität

• Berechnete XLogP3 / log Kow: gemeldete Werte \(0.7\) und \(0.73\).
• Topologische polare Oberfläche (TPSA): \(26.3\).
• Wasserstoffbrückenbindung: Anzahl H‑Brücken-Donoren \(0\); Anzahl H‑Brücken-Akzeptoren \(2\).
• Interpretative Anmerkung: log P nahe \(0.7\) zeigt eine moderate Lipophilie; zusammen mit der niedrigen TPSA und fehlenden H‑Brücken-Donoren weist Vinylacetat eine deutliche Verteilung in organische Phasen bei gleichzeitig messbarer Wasserlöslichkeit auf.

Strukturelle Merkmale

• Funktionelle Gruppen: Vinyl-(Ethenyl)-Doppelbindung und Acetatester-(Acetoxy)-Gruppe. Die Vinyl-Substituenten bieten eine polymerisierbare olefinische Stelle; das Ester-Kohlenstoffyl-Sauerstoffatom trägt H‑Brücken-Akzeptor-Eigenschaften und ist anfällig für Hydrolyse und Ester-Spaltungsreaktionen.
• Chemisches Verhalten: Die Vinylgruppe ist anfällig für radikalische Additionspolymerisation, Kettenübertragungsprozesse und Autoxidation; die Esterbindung ist unter saurer oder basischer Katalyse hydrolysierbar und dient als Substrat für biologische Carboxylesterasen, die in vivo rasch Acetaldehyd und Acetat bilden.

Identifikatoren und Synonyme

Registrierungsnummern und Codes

• CAS-Nummer: 108-05-4
• EG-Nummer(n) (wie angegeben): 203-545-4 (weitere EG-Nummern in Quelldatenlisten)
• UN/NA-Nummer (Versandkennzeichnung): UN1301 (vinyl acetate, stabilized)
• Weitere Identifikatoren: ChEBI CHEBI:46916; UNII L9MK238N77
• Strukturelle Identifikatoren: SMILES CC(=O)OC=C; InChIKey XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N; InChI InChI=1S/C4H6O2/c1-3-6-4(2)5/h3H,1H2,2H3

Synonyme und Strukturbezeichnungen

• Gebräuchliche Synonyme umfassen: vinyl acetate; ethenyl acetate; acetic acid ethenyl ester; acetoxyethylene; acetic acid vinyl ester; vinyl acetate monomer; vinyl ethanoate; VAC; VAc; CH3CO2CH=CH2.
• IUPAC-Name (berechnetes Deskriptor): ethenyl acetate

Industrielle und kommerzielle Anwendungen

Repräsentative Anwendungen und Branchenbereiche

• Hauptanwendung: als monomerer Vorläufer für Polyvinylacetat (PVAc) und nach Verseifung/Hydrolyse Polyvinylalkohol (PVOH). Polyvinylacetat-Dispersionen und Copolymere sind Hauptbestandteile von Klebstoffen, Farbeemulsionen, Textil- und Papierbehandlungen, Bindemitteln und Baustoffen.
• Weitere Anwendungen: Copolymerisation mit Vinylchlorid, Ethylen und Acrylnitril zur Herstellung von Spezialharzen; Einsatz als Modifikator in Beschichtungen und lebensmittelkontaktfähigen Folien; Verwendung als Zwischenprodukt bei der Herstellung zahlreicher Polymerharze und Dispersionen; Anwendung in kaubaren Kaugummi- und Tablettenüberzügen (als Derivate/Copolymere und nicht in Monomerform im Endprodukt).
• Branchenbereiche: petrochemische/Monomerproduktion, Polymer- und Harzherstellung, Klebstoff- und Beschichtungsindustrie, Baustoffbereiche, Herstellung lebensmittelkontaktfähiger Polymere.

Rolle in Synthesen oder Formulierungen

• Chemische Rolle: Monomer für Homo- und Copolymerisation; Kettenübertragungsmittel in bestimmten Polymerisationen; Zwischenprodukt in der Synthese von PVAc-basierten Dispersionen und PVOH.
• Formulierungspraktiken: Kleine Konzentrationen von Polymerisationsinhibitoren (aromatische Hydroxylverbindungen wie Hydrochinon und alkylierte Phenole oder Diphenylamin) werden routinemäßig dem Vinylacetat in Bulk während Lagerung und Transport zugegeben, um unkontrollierte Polymerisation zu verhindern. Inhibitorkonzentrationen und Auswahl hängen von der erwarteten Lagerdauer und der nachfolgenden Verarbeitung ab (z. B. Hydrochinon wenige ppm für kurzfristigen Einsatz; Diphenylamin höhere ppm für Langzeitlagerung).

Sicherheits- und Handhabungsübersicht

Akute und berufliche Toxizität

• Expositionsgefahren: Vinylacetat ist reizend für Atemwege und Augen sowie hautreizend; Einatmen bei ausreichender Konzentration kann obere Atemwegsreizungen, Husten, Heiserkeit und Auswirkungen auf das zentrale Nervensystem (Schwindel, narkotische Wirkungen bei hohen Konzentrationen) verursachen. Wiederholte oder langanhaltende Einatmungsexposition betrifft hauptsächlich das Atmungssystem.
• Toxizitätsdaten (Beispiele): orale LD50 (Ratte) ca. \(2.92\ \mathrm{g}\,\mathrm{kg}^{-1}\); Inhalations-LC50 (Ratte, 4 h) ca. \(3680\ \mathrm{ppm}\). AEGL-Werte für verschiedene Expositionsdauern (ppm): AEGL-1 (10 min–8 h): \(6.7\); AEGL-2 und AEGL-3 bei höheren Konzentrationen (z. B. AEGL-3 10 min: 230 ppm). Berufliche Expositionsgrenzwerte: TLV‑TWA \(10\ \mathrm{ppm}\), TLV‑STEL \(15\ \mathrm{ppm}\); NIOSH empfiehlt eine Obergrenze von \(4\ \mathrm{ppm}\) (15 Minuten) in einigen Leitlinien; manche Regulierungsrahmen listen Vinylacetat als verdächtigen oder möglichen krebserzeugenden Stoff.
• Karzinogenität/Genotoxizität: Vinylacetat wird zu Acetaldehyd metabolisiert, einem genotoxischen Stoff in vielen Tests; Karzinogenitätsbewertungen klassifizieren Vinylacetat unterschiedlich, eine internationale Bewertung ordnet es als „möglicherweise krebserzeugend für den Menschen“ (Gruppe 2B) ein. Berufliche medizinische Überwachung und Expositionsminimierung werden bei Inhalationsexposition empfohlen.

Lager- und Handhabungshinweise

• Brand- und Explosionsschutz: Von Wärme, Funken, offenem Feuer und anderen Zündquellen fernhalten; explosionsgeschützte elektrische Ausrüstung verwenden, Erden/Verbinden beim Transfer sowie dampfdichte Systeme, wenn möglich. Für gute Belüftung sorgen und Ansammlungen von Dämpfen in niedrigen Bereichen vermeiden.
• Polymerisationskontrolle: Stabilisiertes Material lagern (Inhibitor vorhanden) und Inhibitorkonzentrationen entsprechend der Lagerdauer beibehalten; Kontakt mit Peroxiden, Azo-Initiatoren, starken Oxidationsmitteln und anderen Radikalinitiatoren vermeiden; vor Licht und erhöhten Temperaturen schützen.
• Lagerungsempfehlungen: Kühl, gut belüftet, feuerbeständig in geeigneten Metallbehältern (Stahl oder Edelstahl) lagern; viele Anwendungen empfehlen Lagerungstemperaturen unter \(37.8\,^\circ\mathrm{C}\) (\(100\,^\circ\mathrm{F}\)) und bei Bedarf Inertisierung oder Stickstoff-Abdeckung während der Bulk-Verarbeitung.
• Persönliche Schutzausrüstung und Notfallmaßnahmen: Angemessenen Atemschutz verwenden, wenn technische Kontrollen berufliche Expositionsgrenzwerte nicht einhalten können; chemikalienbeständige Handschuhe und Augenschutz tragen, um Haut- und Augenkontakt zu vermeiden; Augenspülstationen und Notduschen bereitstellen. Bei Verschüttungen Zündquellen eliminieren, belüften, eindämmen und mit nicht brennbarem Material absorbieren; funkenfreie Werkzeuge verwenden; nicht in Abwasser oder Kanalsysteme gelangen lassen.
• Regulatorische/Transporthinweise: Der Stoff wird als entzündbare Flüssigkeit für den Transport klassifiziert; Behälter und Sendungen sind häufig stabilisiert und entsprechend der Polymerisationsgefahr und Entzündlichkeit gekennzeichnet. Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Regulierungsinformationen sollten Produkt-spezifische Sicherheitsdatenblätter (SDS) und örtliche Vorschriften herangezogen werden.