Maleinsäureanhydrid ist, zusammen mit Maleinsäure und Fumarsäure, seit mehr als 100 jahren bekannt. Maleinsäureanhydrid ist ein chemisches Zwischenprodukt, das für verschiedene Anwendungen in fast allen Bereichen der industriellen Chemie verwendet werden kann. Die Hauptanwendung bezieht sich auf die Herstellung von ungesättigten Polyesterharzen. Sein Name wird auch mit bestimmten Agrochemikalien, Farbstoffprodukten und Weichmachern in Verbindung gebracht. Zu den Herstellungsverfahren für Maleinsäureanhydrid gehören die Festbett- und Transportbetttechnologie zur selektiven Oxidation von Butan.
Maleinsäureanhydrid leitet sich von natürlicher Apfelsäure ab. Maleinsäureanhydrid sowie Maleinsäure und Fumarsäure wurden erstmals in den 1830er Jahren hergestellt. Die kommerzielle Herstellung begann jedoch erst ein Jahrhundert später. Im den 30ern verwendete ein Unternehmen ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid, das auf der Oxidation von Benzol mit einem Vanadiumoxid-Katalysator basierte. Fortschritte in der Katalysatortechnologie, erhöhter behördlicher Druck und anhaltende Kostenvorteile von Butan gegenüber Benzol führten zu einer raschen Umstellung von benzol- auf butanbasierten Anlagen. Mitte der 1980er Jahre wurde in vielen Teilen der westlichen Welt bei der Produktion von Maleinsäureanhydrid zu 100 % Butan als Ausgangsstoff verwendet.
Bei Raumtemperatur ist Maleinsäureanhydrid ein weißer, kristalliner Feststoff mit beißendem Geruch, während der Produktion ist es jedoch flüssig oder gasförmig. In seiner Formel kommen zwei saure Carbonylgruppen und eine Doppelbindung vor, die es für breite industrielle Anwendungen nutzbar machen. Zu den Herstellungsverfahren für Maleinsäureanhydrid gehören die Festbett-, Wirbelschicht- und Transportbett-Technologien zur selektiven Oxidation von Butan.
Wofür wird es genutzt und in welchen Mengen?
Maleinsäureanhydrid (1,7 Mio. t pro Jahr Produktion auf der Welt) findet seine Hauptverwendung in der Synthese von ungesättigten Polyesterharzen, der Rest geht in die Herstellung von Butandiol, Maleinsäure-Copolymeren, Tetrahydrofuran, Fumar- und Apfelsäure, Schmierstoffadditiven und anderen Materialien. 142 Viele Jahre lang wurde es durch die Oxidation von Benzol mit Luft hergestellt, bis 1974 die Oxidation von n-Butan in den Handel kam. Geringe Mengen fallen auch als Nebenprodukt bei der Herstellung von Phthalsäureanhydrid an. Die Verwendung kann also heute schon durchaus als traditionell bezeichnen.
Maleinsäureanhydrid als Kopplungsmittel
Maleinsäureanhydrid (MA) wird auch häufig als Kopplungsmittel in zwei nicht mischbaren Polymermischungen eingesetzt. Es ist hochreaktiv mit PLA-Radikalen, die durch einen Initiator induziert werden, und die Anhydridgruppe kann mit Hydroxylgruppen aus Stärke unter Bildung von Esterbindungen reagieren. Die aus dem hydrolysierten Anhydrid entstehenden Carboxylgruppen können ebenfalls Wasserstoffbrückenbindungen mit den Hydroxylgruppen bilden. Die Funktion des Initiators besteht darin, freie Radikale von PLA zu induzieren, die mit MA reagieren können.
Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polymere
Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polymere sind eine übliche Wahl für Reisstroh- und Reishülsenverbundwerkstoffe. Der Reaktionsmechanismus der Pfropfung ist in in Gegenwart eines organischen Peroxid-Initiators üblich.
Das Erhitzen von Polyethylen in Maleinsäureanhydrid-Lösung erzeugt Polyethylen Makroradikale durch Reaktion von Peroxid Radikalen mit Polyethylen und durch Reaktion von Polyethylen-Maleinsäureanhydrid Radikalen mit Polyethylen Ketten.
Diese Makroradikale können die Polymerisation von Maleinsäureanhydrid auslösen oder die entstehenden Ketten von Poly(maleinsäureanhydrid) verbinden. Das Polypropylen-gepfropfte Maleinsäureanhydrid wird durch den gleichen Mechanismus gebildet, nur dass die Polymerketten stattdessen aus Polypropylen bestehen. Es wirkt als Brücke zwischen dem RS/RH und der Polymermatrix, wobei sich die Polypropylenketten in die Polymermatrix einbetten und das Maleinsäureanhydrid sich mit den Hydroxylgruppen in den Fasern verbindet.
Fazit
Es wurden im Laufe der Zeit verschiedene Prozesse mit unterschiedlichen Reaktortypen vorgeschlagen, nämlich Wirbelschicht, Festbett und Transportbett. Die meisten industriellen Anlagen haben sich für die Festbetttechnologie entschieden. Die Konzentration des Kohlenwasserstoffs wird sowohl im Einlass- als auch im Auslassstrom unter der unteren Entflammbarkeitsgrenze gehalten. Ein ähnliches Reaktordesign wie bei der Benzoloxidation wird verwendet, um die stark exotherme Reaktion zu bewältigen, und die Wärmenutzung ist eine wichtige Frage für die Wirtschaftlichkeit der Anlage und ihren Standort.
Die Nutzung von Maleinsäureanhydrid ist heute in der chemischen Industrie weit verbreitet wird auch in Deutschland von diversen Unternehmen angeboten. In verschiedenen Anwendungs Bereichen ist es heute nicht mehr weg zu denken, aufgrund seiner guten Merkmale.