SAWITOWSKI, Thomas (Gustav-Streich-Strasse 6, Essen, 45133, DE)
GERTZEN, Bärbel (Elsepassweg 150, Emmerich, 46446, DE)
NOLTE, Ulrich (Wasserburgallee 40, Kleve, 47533, DE)
LAUNAG, Thomas (Prinzenstrasse 101, Voerde, 46562, DE)
SAWITOWSKI, Thomas (Gustav-Streich-Strasse 6, Essen, 45133, DE)
GERTZEN, Bärbel (Elsepassweg 150, Emmerich, 46446, DE)
NOLTE, Ulrich (Wasserburgallee 40, Kleve, 47533, DE)
| Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von teilchenförmigen Kompositmaterialien, wobei zunächst feste, im trockenen Zustand, insbesondere in Pulver- form, vorliegende, anorganisch oder organisch basierte Teilchenagglo- merate oder -aggregate in der Gasphase bzw. in einem gasförmigen Trägermedium und in Gegenwart organisch basierter Matrixpartikel unter Energieeintrag zerkleinert und nachfolgend die resultierenden zerkleinerten Teilchen in die organisch basierten Matrixpartikel dispergiert, insbe- sondere hieran angelagert und/oder hierin eingelagert, werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Energieeintrag derart ist, daß die Teilchenagglomerate oder -aggregate in ihrer Größe mindestens um den Faktor 10, vorzugsweise mindestens um den Faktor 50, vorzugsweise mindestens um den Faktor 100, besonders bevorzugt mindestens um den
Faktor 1.000, zerkleinert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei der Energieeintrag durch Eintrag von Prall- und/oder Scherkräften, vorzugsweise Prall- und Scherkräften, erfolgt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gesamtenergieeintrag über die Verfahrensdauer 10 bis 10 kj, insbesondere 10 bis 10 kJ, vorzugsweise 10 bis 10 kJ, beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren in einer Wirbelschicht und/oder als ein Wirbelbettverfahren durchgeführt wird und/oder wobei das Verfahren als Trocken- dispergierung in fester Phase durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren in einer Vorrichtung vom Typ Stator/Rotor durchgeführt wird, insbesondere wobei die Vorrichtung neben Stator und Rotor mindestens eine Prallplatte zur Zerkleinerung der Agglomerate oder Aggregate bei deren Aufprall aufweist und/oder insbesondere wobei die
Vorrichtung mit einer Rotorumfangsgeschwindigkeit von 50 bis 120 m/s, insbesondere 70 bis 100 m/s, vorzugsweise bei einem Rotordurchmesser von 100 bis 1.000 mm, betrieben wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren insgesamt für eine Dauer von 0,01 bis 20 Minuten, insbesondere 0,1 bis 10 Minuten, vorzugsweise 0,5 bis 5 Minuten, besonders bevorzugt 1 bis 3 Minuten, durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsagglomerate oder -aggregate mittlere Teilchengrößen oberhalb von 0, 1 μm, insbesondere oberhalb von 0,2 μm, vorzugsweise oberhalb von 0,5 μm, aufweisen und/oder wobei die Ausgangsagglomerate oder -aggregate mittlere Teilchengrößen im Bereich von 0, 1 bis 2.000 μm, insbesondere 0,2 bis 1.500 μm, besonders bevorzugt 0,5 bis 1.250 μm, ganz besonders bevorzugt 1 bis 1.000 μm, aufweisen.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die zerkleinerten Teilchen mittlere Teilchengrößen unterhalb von
500 nm, insbesondere unterhalb von 200 nm, vorzugsweise unterhalb von 100 nm, aufweisen und/oder wobei die zerkleinerten Teilchen mittlere Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 500 nm, insbesondere 10 bis 200 nm, vorzugsweise 20 bis 100 nm, aufweisen.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die organisch basierten Matrixpartikel mittlere Teilchengrößen im Bereich von 0, 1 bis 500 μm, insbesondere 0,5 bis 100 μm, besonders bevorzugt 1 bis 50 μm, aufweisen.
1 1. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis V des mittleren Teilchendurchmessers der organisch basierten Matrixpartikel D50 (Mat r ixpartikel) einerseits zum mittleren Teilchendurchmesser der zerkleinerten Teilchen D50 (Zerkleinerte Teilchen) andererseits mindestens 10 : 1, insbesondere mindestens 15 : 1 , vorzugsweise mindestens 20 : 1 , beträgt.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mengenverhältnis von organisch basierten Matrixpartikeln ei- nerseits zu hierin dispergierten zerkleinerten Teilchen andererseits im
Bereich von 99,9 : 0,1 bis 30 : 70, insbesondere 90 : 10 bis 40 : 60, vorzugsweise 80 : 20 bis 50 : 50, variiert.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die organisch basierten Matrixpartikel mindestens eine schmelzbare organische Verbindung, insbesondere mindestens ein organisches Oligomer oder Polymer, umfassen oder hieraus bestehen und/oder wobei die organisch basierten Matrixpartikel thermoplastische Polymere,
Wachse, Harze oder andere schmelzbare organische Verbindungen sowie deren Mischungen umfassen oder hieraus bestehen.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die organisch basierten Matrixpartikel einen Schmelzpunkt oder
Schmelzbereich oberhalb von 0 0 C und vorzugsweise im Bereich von 30 bis 350 0 C, insbesondere 40 bis 330 0 C, bevorzugt 70 bis 160 0 C, aufweisen. 15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die organisch basierten Matrixpartikel eine Glasübergangstemperatur Tg oberhalb von -60 0 C und vorzugsweise im Bereich von -60 bis 200 0 C, insbesondere -40 bis 150 0 C, bevorzugt -30 bis 60 0 C, aufweisen.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die organisch basierten Matrixpartikel eine gewichtsmittleres Molekulargewicht oberhalb von 300 g/mol und vorzugsweise im Bereich von 300 bis 30.000 g/mol, insbesondere 500 bis 10.000 g/mol, aufwei- sen.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die organisch basierten Matrixpartikel unter Verfahrensbedingungen zumindest an ihrer Oberfläche plastisch verformbar und vorzugswei- se unter Verfahrensbedingungen insgesamt plastisch verformbar ausgebildet sind.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren unterhalb der Schmelztemperatur oder des Schmelzbereichs der organisch basierten Matrixpartikel und/oder oberhalb der Glasübergangstemperatur der organisch basierten Matrixpartikel durchgeführt wird und/oder wobei das Verfahren unterhalb der Schmelztemperatur der anorganisch oder organisch basierten Teilchenagglomera- te oder -aggregate durchgeführt wird und/oder wobei das Verfahren bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 80 °C, insbesondere 5 bis 50 0 C, vorzugsweise 10 bis 40 0 C, besonders bevorzugt 15 bis 35 0 C, durchgeführt wird. 19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teilchenagglomerate oder -aggregate anorganisch basiert sind.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teilchenagglomerate oder -aggregate ausgewählt sind aus der Gruppe von Metallen und Halbmetallen sowie deren jeweiligen Oxiden,
Hydroxiden, Carbiden, Nitriden, Sulfiden, Telluriden, Seleniden, HaIo- geniden, Carbonaten, Phosphaten, Sulfaten, Silikaten, Boraten und AIu- minaten sowie Mischungen dieser Verbindungen und Mischverbindungen und Legierungen verschiedener Metalle und/oder Halbmetalle.
21. Teilchenförmige Kompositmaterialien, erhältlich nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 20.
22. Teilchenförmige Kompositmaterialien, vorzugsweise in Form eines PuI- vers, aufweisend anorganisch oder organisch basierte Teilchen mit mittleren Teilchengrößen von 1 bis 500 nm, wobei die anorganisch oder organisch basierten Teilchen vorzugsweise homogen und/oder feinstver- teilt in organisch basierte Matrixpartikel mit mittleren Teilchengrößen von 0,1 bis 500 μm dispergiert, insbesondere hieran angelagert und/oder hierin eingelagert, sind.
23. Teilchenförmige Kompositmaterialien nach Anspruch 22, wobei das Verhältnis V des mittleren Teilchendurchmessers der organisch basierten Matrixpartikel D 50 ( Matr i xpart i kel ) einerseits zum mittleren Teilchendurch- messer der zerkleinerten Teilchen D 50 (ze rk leinerte T eilchen) andererseits mindestens 10 : 1, insbesondere mindestens 15 : 1, vorzugsweise mindestens 20 : 1, beträgt.
24. Verwendung der teilchenförmigen Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 21 bis 23 in Beschichtungsmassen, Lacken und Farben aller
Art, insbesondere Pulverlacken, Druckfarben, Papierstrich oder Leder- und Textilfarben, in Formmassen, in kosmetische Zubereitungen und in Kunststoffen, wie Thermoplasten, Duromeren oder Elastomeren.
25. Verwendung der teilchenförmigen Kompositmaterialien nach einem der Ansprüche 21 bis 23 als Masterbatch oder Grundmischung zur Einarbeitung in Produkte, insbesondere zur Eigenschaftsänderung von Produkten.
26. Verwendung nach Anspruch nach Anspruch 24 und/oder 25, wobei die teilchenförmigen Kompositmaterialien in Mengen von 0, 1 bis 10 Gew.- %, insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Endprodukte, eingesetzt wird.
27. Verfahren zur Zerkleinerung von Teilchenagglomeraten oder -aggrega- ten und/oder zur Herstellung stabiler Nanopartikel, wobei feste, im trok- kenen Zustand, insbesondere in Pulverform, vorliegende, anorganisch oder organisch basierte Teilchenagglomerate oder -aggregate mit mittle- ren Teilchengrößen oberhalb von 0,1 μm, insbesondere im Bereich von
0,1 bis 2.000 μm, in der Gasphase bzw. in einem gasförmigen Trägermedium unter Energieeintrag zu Nanopartikeln mit mittleren Teilchengrößen unterhalb von 500 nm, insbesondere im Bereich von 1 bis 500 nm, zerkleinert werden. |
Herstellung von Nanopartikeln, insbesondere Nanopartikelkompositen, ausgehend von Pulveragglomeraten
Die vorliegende Erfindung betrifft Herstellung von Nanopartikeln, insbeson- dere Nanopartikelkompositen, ausgehend von Pulveragglomeraten oder Pulveraggregaten.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise teilchenförmigen Kompositmaterialien, insbesondere aus im allgemeinen anorganischen und organischen Bestandteilen, sowie die auf diese Weise hergestellten Kompositmaterialien und ihre Verwendung.
Die Erzeugung von Kompositmaterialien, bei denen die kontinuierliche Phase aus einem organischen Polymer oder einer anderen schmelzbaren organischen Verbindung und die diskontinuierliche, in der organischen Phase dispergierte Phase aus im allgemeinen anorganischen oder aber auch organischen Partikeln besteht, stellt ein technisch nicht in allen Teilaspekten gelöstes Problem dar.
Aufgrund der großen Oberfläche mesoskopischer Partikel haften diese Parti- kel mit elektrostatischen und/oder van-der-Waals-Kräften aneinander und bilden Agglomerate und Aggregate. Diese lassen sich nur durch relativ hohen Energieeintrag wieder voneinander trennen. Hierbei werden z. B. Methoden wie Ultraschall, mahlkörperunterstützte Verfahren, Walzenstühle oder unterschiedliche Extruder eingesetzt. In vielen Fällen ist die übertragung der Ener- gie vom Dispergieraggregat auf die Agglomerate oder Aggregate aber dadurch limitiert, daß die eingebrachte Energie teilweise durch die Matrixpartikel aufgenommen und in Wärme umgewandelt wird. Insbesondere in hochviskosen Flüssigkeiten und Schmelzen stellt dies eine enorme Schwierigkeit in der Erzeugung homogener, agglomerat- bzw. aggregatfreier oder -armer Partikel- komposite dar.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Verfahren bekannt, bei denen organisch modifizierte Partikel (z. B. Organoschichtsilikate), z. B. unter Verwendung von chemischen Modifikationen etc., beispielsweise in Polyolefine oder Polyamide dispergiert werden. Dabei führt die Modifizierung zu einer Kompatibilisierung mit der Matrix und erleichtert so die Einarbeitung in das Polymer. In anderen Fällen erfolgt die Synthese der Partikel derart, daß diese aufgrund ihrer Oberflächenchemie und -ladung leicht in Polymerschmelzen
dispergiert werden können. In wiederum anderen Fällen werden die Partikel in situ erzeugt (z. B. durch chemische Fällung beispielsweise anorganischer Partikel in organischen Medien). Des weiteren sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt, mit denen mikro- oder aber auch millimetergroße Partikel in Polymere dispergiert werden können, wobei z. B. durch Prallenergie ein Aufbrechen und Dispergieren der Agglomerate erfolgt. In der US 5 474 803 A wird die Verwendung dieses Verfahrens zur Erzeugung von Polymerkompositen aus zwei oder mehr Materialien beschrieben, wobei eine erste Komponente mit größerem Partikeldurchmesser und niedrigerem Erweichungspunkt mit einer zweiten Komponente mit höherem Erweichungspunkt an ihrer Oberfläche modifiziert wird.
Die US 6 403 219 Bl beschreibt die Erzeugung von Polymerkompositen durch eine Wachstumsreaktion von nadeiförmigen Partikeln auf der Oberfläche eines Trägermaterials. Die US 6 090 440 A beschreibt die Erzeugung von Kompositen durch Einwirkung von Prallkräften und anschließende chemische Reaktion der Schalepartikel.
Allen vorgenannten Schriften gemeinsam ist die Erzeugung von Kompositen, bei denen die zur Modifizierung des Trägers eingesetzten Materialien ebenfalls aus Polymeren bestehen oder aber durch eine chemische Reaktion aufgebaut werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines effizient ar- behenden Verfahrens zur Herstellung bzw. Erzeugung von vorzugsweise teil- chenförmigen Kompositmaterialien. Dabei soll das Verfahren insbesondere ein problemloses Dispergieren einer diskontinuierlichen, organisch oder anorganisch basierten Phase in einer kontinuierlichen Phase insbesondere aus mindestens einem organischen Polymer bzw. Oligomer oder einer anderen schmelzbaren organischen Verbindung ermöglichen und vorteilhafterweise die zuvor geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest weitgehend vermeiden oder aber wenigstens abschwächen.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 vor; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind
Gegenstand der Verfahrensunteransprüche. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Kompositmaterialien, wie in den Ansprüchen 21 bis 23 definiert, sowie deren Verwendung gemäß den Ansprüchen 24 bis 26. Schließlich ist Gegen- stand der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Zerkleinerung von Teilchenagglomeraten oder -aggregaten bzw. zur Herstellung stabiler Nano- partikel gemäß Anspruch 27.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e r s t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Verfahren zur Herstellung von teil- chenförmigen Kompositmaterialien, bei dem zunächst feste, im trockenen Zustand, insbesondere in Pulverform, vorliegende, anorganisch oder organisch basierte Teilchenagglomerate oder -aggregate in der Gasphase (d. h. in einem gasförmigen Träger- bzw. Reaktionsmedium) und in Gegenwart organisch ba- sierter Matrixpartikel unter Energieeintrag zerkleinert und nachfolgend die resultierenden zerkleinerten Teilchen in situ in die organisch basierten Matrixpartikel dispergiert, insbesondere hieran angelagert und/oder hierin eingelagert, werden. Der Begriff der Gasphase meint im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die festen (d. h. im festen Aggregatzustand vorliegenden) Teilchenagglomerate oder -aggregate in ein vorzugsweise inerten, gasförmigen Träger- bzw. Reaktionsmedium (z. B. Luft, stickstoffangereicherte Luft, Stickstoff etc.) überfuhrt werden (z. B. in Form einer Wirbelschicht bzw. eines Wirbelbetts, wie nachfolgend noch beschrieben), insbesondere durch "Verdüsen" bzw. "Eindü- sen" der festen Teilchenagglomerate oder -aggregate, wonach sie dann - wie zuvor beschrieben - in dem gasförmigen Trägermedium ("Gasphase") unter Energieeintrag zerkleinert werden, gefolgt von einer in-situ-Dispergierung der resultierenden zerkleinerten Teilchen in die ebenfalls anwesenden, gleicher- maßen festen (d. h. im festen Aggregatzustand vorliegenden) organisch basierten Matrixpartikel, so daß also insgesamt eine Dispergierung in fester Phase stattfindet; der Begriff der Gasphase, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezieht sich also nicht auf den Aggregatzustand der Teilchenagglomerate oder -aggregate oder der Matrixpartikel (welche ja beide im festen Aggregatzustand vorliegen), sondern vielmehr auf das Trägermedium, in welchem die vorgenannten Prozesse (d. h. Zerkleinerung und Dispergierung) stattfinden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden also die als Ausgangsmaterialien eingesetzten, anorganisch oder organisch basierten Teil- chenagglomerate oder -aggregate zu kleineren, stabilen Nanoteilchen oder Nanopulvern deagglomeriert bzw. desaggregiert und nachfolgend in situ - be- vor eine erneute Agglomerierung oder Aggregation eintreten kann - in die gleichermaßen anwesenden organisch basierten Matrixpartikeln dispergiert, wobei sowohl eine Anlagerung wie Einlagerung stattfindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfaßt gleichermaßen einen Einbettungs- wie Beschichtungsprozeß: Die zerkleinerten, anorganisch oder organisch basierten Teilchen werden durch die eingetragene Energie an die Oberfläche der Matrixpartikel angelagert und hierin eingebettet. Durch nachfolgenden weiteren Energieeintrag erfolgt eine weitergehende Verformung, so daß die einzulagernden Teilchen teilweise vollständig von den Matrixpartikeln eingeschlos- sen und hierin eingelagert werden. Zudem erfolgt durch den Energieeintrag eine Verformung, insbesondere plastische Verformung, der organisch basierten Matrixpartikel sowie der resultierenden Kompositmaterialien; insbesondere werden unregelmäßig geformte Partikel durch plastische Verformung abgerundet, was für die nachfolgende Verwendung in den entsprechenden Endpro- dukten von Vorteil ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelingt es somit erstmals, in effizienter Weise nanoteilige, anorganisch oder organisch basierte Teilchen homogen und/oder feinstverteilt - im Rahmen einer Trocken- bzw. Feststoffdispergie- rung in fester Phase - in organisch basierten Matrixpartikeln einzulagern.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei beliebigen Drucken durchgeführt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, bei Normal- bzw. Umgebungsdruck zu verfahren. Dennoch ist es erfindungsgemäß grundsätz- lieh nicht ausgeschlossen, bei reduziertem Druck ("Vakuum" bzw. "Unterdruck") oder bei erhöhtem Druck ("überdruck") zu verfahren.
Im allgemeinen wird der Energieeintrag derart gewählt, daß die Ausgangsteil- chenagglomerate oder -aggregate im Hinblick auf ihre Größe mindestens um den Faktor 10, vorzugsweise mindestens um den Faktor 50, vorzugsweise mindestens um den Faktor 100, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 1.000, zerkleinert bzw. deagglomeriert bzw. desaggregiert werden. Im all-
gemeinen erfolgt der Energieeintrag durch Eintrag von Prall- und/oder Scherkräften, vorzugsweise Prall- und Scherkräften.
Der Gesamtenergieeintrag kann über die Verfahrensdauer in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen beträgt der Gesamtenergieeintrag über die Verfahrensdauer 10 bis 10 6 kJ, insbesondere 10 2 bis 10 6 kJ, vorzugsweise 10 2 bis 10 5 kJ.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Wirbel- schicht bzw. als ein Wirbelbettverfahren durchgeführt. Wie zuvor beschrieben, erfolgt dabei eine Trockendispergierung, insbesondere Pulverdispergie- rung, in fester Phase ("Festphasendispergierprozeß" bzw. "Pulverdispergier- prozeß"). In diesem Fall ist sozusagen die Gasphase bzw. das gasförmige Trägermedium als Wirbelschicht bzw. Wirbelbett ausgebildet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dieser besonderen Ausführungsform ist somit ein Verfahren zur Herstellung von teilchenförmigen Kompositmaterialien, bei dem zunächst feste, im trockenen Zustand, insbesondere in Pulverform, vorliegende, anorganisch oder organisch basierte Teilchenagglomerate oder -aggregate in einer Wirbelschicht bzw. in einem Wirbelbett und in Gegenwart organisch basierter Matrixpartikel unter Energieeintrag zerkleinert und nachfolgend die resultierenden zerkleinerten Teilchen in situ in die organisch basierten Matrixpartikel dispergiert, insbesondere hieran angelagert und/oder hierin eingelagert, werden. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Vorrichtung vom Typ Stator/Rotor durchgeführt werden. Erfindungsgemäß geeignete Vorrichtungen werden beispielsweise von der Nara Machinery Co. Ltd., Zweigniederlassung Europa, Frechen, Deutschland, unter der Bezeichnung "Hybridizer" bzw. 11 NHS" vertrieben.
Die einzige Figur zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäß verwendbare Vorrichtung vom Typ Stator/Rotor. Gemäß der Figurendarstellung weist die Vorrichtung 1 neben einem Stator 2 und einem Rotor 3 mindestens eine Prallplatte 4, vorzugsweise eine Vielzahl von Prallplatten 4, zur Zerkleinerung der Agglomerate oder Aggregate bei deren Aufprall auf die Prallplatten 4 auf. Zur Einführung der Agglomerate oder Aggregate in die Vorrichtung ist im allgemeinen ein Einlaß 5, insbesondere Pulvereinlaß, vorgesehen. Zur Rückführung von während des Verfahrens aus dem Rotorraum 3
ausgeschleusten Partikeln ist im allgemeinen eine Rückführungsleitung 6 vorgesehen. Weiterhin kann die Vorrichtung 1 ein doppelwandiges Gehäuse 7, welches kühlbar und/oder heizbar ausgestattet sein kann, aufweisen. Schließlich weist die Vorrichtung 1 im allgemeinen noch einen verschließbaren Aus- laß 8 zum Abziehen bzw. Entnehmen der hergestellten Produkte auf. Die in der Figurendarstellung gestrichelte Linie im Innenraum der Vorrichtung 1 zeigt beispielhaft den Verlauf eines einzelnen Teilchens in der Vorrichtung 1 bei seinem Aufprall. Im allgemeinen wird die erfindungsgemäß eingesetzte Vorrichtung mit einer Rotorumfangsgeschwindigkeit von 50 bis 120 m/s, insbesondere 70 bis 100 m/s, vorzugsweise bei einem Rotordurchmesser von 100 bis 1.000 mm, betrieben. Die Verfahrensdauer kann über weite Grenzen variieren. Im allgemeinen variiert die Verfahrensdauer im Bereich von 0,01 bis 20 Minuten, insbesondere 0,1 bis 10 Minuten, vorzugsweise 0,5 bis 5 Minuten, besonders bevorzugt 1 bis 3 Minuten. Was die Ausgangsagglomerate oder -aggregate anbelangt, so können deren mittlere Teilchengrößen in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen liegen die mittleren Teilchengrößen der Ausgangsagglomerate oder -aggregate oberhalb von 0,1 μm, insbesondere oberhalb von 0,2 μm, vorzugsweise oberhalb von 0,5 μm. Im allgemeinen weisen die Ausgangsagglomerate oder -aggregate mittlere Teilchengrößen im Bereich von 0,1 bis 2.000 μm, insbesondere 0,2 bis 1.500 μm, besonders bevorzugt 0,5 bis 1.250 μm, ganz besonders bevorzugt 1 bis 1.000 μm, auf.
Der Begriff der mittleren Teilchengröße, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezieht sich im Fall kugelförmiger oder annähernd kugelförmiger Teilchen auf deren mittleren Durchmesser. Im Fall anderer Teilchenformen (z. B. Stäbchen oder Röhrchen) bezieht er sich auf die mittlere Größe in einer Dimension (z. B. im Fall langgestreckter Stäbchen oder Röhrchen beispielsweise auf deren Länge oder aber auf deren Breite).
Die resultierenden zerkleinerten Teilchen weisen im allgemeinen mittlere Teilchengrößen unterhalb von 500 ran, insbesondere unterhalb von 200 nm, vorzugsweise unterhalb von 100 nm, auf. Insbesondere weisen die durch Zerkleinerung der Ausgangsagglomerate oder -aggregate erhaltenen Teilchen
mittlere Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 500 nm, insbesondere 10 bis 200 nm, vorzugsweise 20 bis 100 nm, auf. Aufgrund dieser Dimensionen werden die zerkleinerten Teilchen bisweilen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Nanoteilchen oder Nanopulver bezeichnet, welche nachfol- gend in situ in die organisch basierten Matrixpartikel dispergiert werden.
Was die mittlere Teilchengröße der organisch basierten Matrixpartikel anbelangt, so kann auch diese in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen weisen die organisch basierten Matrixpartikel mittlere Teilchengrößen im Bereich von 0,1 bis 500 μm, insbesondere 0,5 bis 100 μm, besonders bevorzugt 1 bis 50 μm, auf.
Vorteilhafterweise beträgt jedoch das Verhältnis V des mittleren Teilchendurchmessers der organisch basierten Matrixpartikel D 50 ( M atπ x pam ke i) einerseits zum mittleren Teilchendurchmesser der zerkleinerten Teilchen D 50 (z erkle i nerte T ei l c h e n ) andererseits mindestens 10 : 1, insbesondere mindestens 15 : 1, vorzugsweise mindestens 20 : 1, d. h. also:
V = D50 (Matπxpartikel) / D50 (Zerkleinerte Teilchen) ≥ 10 : 1 , insbesondere > 15 : 1 , vorzugsweise > 20 : 1
Was das Mengenverhältnis von organisch basierten Matrixpartikeln einerseits zu zerkleinerten, in die Matrixpartikel einzulagernden bzw. eingelagerten Teilchen andererseits anbelangt, so kann dieses gleichermaßen in weiten Be- reichen variieren. Im allgemeinen variiert das Mengenverhältnis von organisch basierten Matrixpartikeln einerseits zu hierin dispergierten zerkleinerten Teilchen andererseits im Bereich von 99,9 : 0,1 bis 30 : 70, insbesondere 90 : 10 bis 40 : 60, vorzugsweise 80 : 20 bis 50 : 50. Was die organisch basierten Matrixpartikel anbelangt, so können diese aus schmelzbaren organischen Verbindungen ausgewählt sein. Insbesondere können die organisch basierten Matrixpartikel mindestens ein organisches Oligo- mer oder Polymer umfassen oder hieraus bestehen. Gleichermaßen ist es möglich, daß die organisch basierten Matrixpartikel Mischungen verschiedener, insbesondere zueinander kompatibler Oligomere und/oder Polymere umfassen bzw. hieraus bestehen. Beispiele für geeignete Matrixmaterialien für die organisch basierten Matrixpartikel sind z. B. thermoplastische Polymere, Wachse, Harze sowie deren Mischungen. Erfindungsgemäß gleichermaßen geeignet
sind auch andere schmelzbare organische Verbindungen (z. B. schmelzbare organische Monomere, wie ε-Caprolacton oder dessen Lactam, Carbonsäureester und -diester, wie Dimethylterephthalat, phenolbasierte Ester und Diester etc.).
Nichtbeschränkende Beispiele von für die organischen Matrix- bzw. Trägerpartikel verwendbaren Polymeren sind z. B. thermoplastische Polymere, insbesondere Poly(meth)acrylate, Polyacrylnitril, Polystyrol, styrolische Kunststoffe (z. B. ABS, SEBS, SBS), Polyester, Polycarbonate, Polyethylente- rephthalat (PET), Polybutylterephthalat, Polyamide, thermoplastische Polyurethane (TPU), Polyvinylchlorid, Polyoxymethylen, Polyolefine, wie PoIy- ethylen oder Polypropylen etc. Die Thermoplaste können gefüllt und/oder pigmentiert sein. Unter Thermoplaste im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch Mischungen (Blends) verschiedenartiger Thermoplaste zu verste- hen. Insbesondere können Poylolefine, wie Polyethylen (z. B. LDPE, HDPE etc.) und Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), PoIy- carbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylnitril/Butadien/Styrol- Pfropfcopolymer (ABS), Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM) und Ethy- len/Propylen/Dien-Elastomer (EPDM) sowie Blends der aufgeführten Ther- moplaste verwendet werden. Thermoplaste wie Polyethylen (z. B. LDPE, HDPE etc.), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Po- lycarbonat (PC), Polymethylacrylat (PMMA), Acrylnitril/Butadien/Styrol- Pfropfcopolymer (ABS), Polyamid (PA), Polyoxymethacrylat (POM), Ethy- len/Propylen/Dien-Elastomer (EPDM) und Polyvinylacetat (PVAc) sowie Mi- schungen (Blends) der aufgeführten Thermoplaste sind besonders bevorzugt.
Weitere nichtbeschränkende Beispiele von für die organischen Matrix- bzw. Trägerpartikel verwendbaren Materialien sind z. B. organische Harze, wie Epoxidharze, COOH-PoIy esterharze (z. B. gesättigt oder ungesättigt), OH- Polyesterharze (z. B. gesättigt und ungesättigt), OH-Acrylharze, Polyesterpolyole, Polyetherpolyole, Glycidylacrylatharze, Ethylen/Vinylalkohol-Copoly- mere, Polyamide (z. B. Polyamid 11 oder 12), Tetrahydroxyalkylbisamide, Triglycidyldiisocyanurat, Dicyandiamide, Isocyanataddukte, Dodecandicar- bonsäure etc.
Wiederum weitere nichtbeschränkende Beispiele von für die organischen Matrix- bzw. Trägerpartikel verwendbaren Materialien sind z. B. organische Wachse, wie natürliche Wachse (z. B. tierische, pflanzliche und fossile Wach-
se), wie Bienen- (Lanolin), Carnauba-, Candelilla-, Paraffin-, Mikrokristallin- und Montanwachse, halbsynthetische Wachse, wie Montanwachsester (Fettsäure + Alkohol) und Amidwachse (Fettsäure + Amid), sowie synthetische Wachse, insbesondere Homopolymere, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polytetrafluorethylen (PTFE), Fischer-Tropsch-Wachse und Wachse auf Basis von Polyvinylacetat (PVAc), oder Copolymere, wie Ethylenvinylacetat (EVA) oder Ethylenacrylsäure (EAA), sowie Mischungen (Blends) aus den aufgeführten Wachsen. Wiederum weitere nichtbeschränkende Beispiele von für die organischen Matrix- bzw. Trägerpartikel verwendbaren Materialien sind andere schmelzbare organische Verbindungen, wie z. B. schmelzbare organische Monomere (beispielsweise die vorgenannten Verbindungen). Die organisch basierten Matrixpartikel haben im allgemeinen einen Schmelzpunkt oder Schmelzbereich oberhalb von 0 0 C. Im allgemeinen liegt der Schmelzpunkt oder Schmelzbereich der organisch basierten Matrixpartikel im Temperaturbereich von 30 bis 350 0 C, insbesondere 40 bis 330 0 C, bevorzugt 70 bis 160 0 C.
Im allgemeinen besitzen die organisch basierten Matrixpartikel eine Glasübergangstemperatur Tg oberhalb von -60 0 C. Vorzugsweise liegt die Glasübergangstemperatur der organisch basierten Matrixpartikel im Bereich von -60 bis 200 0 C, insbesondere -40 bis 150 0 C, bevorzugt -30 bis 60 0 C.
Die Auswahl der vorgenannten Schmelzpunkte bzw. Schmelzbereiche und Glasübergangstemperaturen für die organisch basierten Matrixpartikel führt zu besonders guten Ergebnissen bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kompositmaterialien.
Im allgemeinen besitzen die organisch basierten Matrixpartikel (d. h. die Polymere bzw. Oligomere, aus denen sie bestehen) ein mittleres Molekulargewicht oberhalb von 300 g/mol. Im allgemeinen liegt das mittlere Molekulargewicht der organisch basierten Matrixpartikel (d. h. genauer gesagt der sie bildenden Polymere bzw. Oligomere) im Bereich von 300 bis 30.000 g/mol, insbesondere 500 bis 10.000 g/mol.
Vorteilhafterweise sind die organisch basierten Matrixpartikel unter Verfahrensbedingungen zumindest an ihrer Oberfläche plastisch verformbar und vor-
zugsweise unter Verfahrensbedingungen insgesamt plastisch verformbar ausgebildet.
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren unterhalb der Schmelz- temperatur bzw. des Schmelzbereichs der organisch basierten Matrixpartikel durchgeführt. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren im allgemeinen grundsätzlich unterhalb oder oberhalb der Glasübergangstemperatur der organisch basierten Matrixpartikel durchgeführt werden; bevorzugt verfährt man aber oberhalb der Glasübergangstemperatur der organisch basierten Ma- trixpartikel (gleichzeitig aber unterhalb der Schmelztemperatur bzw. des Schmelzbereichs), weil dann die zu dispergierenden Partikel besser bzw. leichter in die Oberfläche der Matrixpartikel eindringen können. Gleichermaßen wird das Verfahren unterhalb der Schmelztemperatur der anorganisch oder organisch basierten Teilchenagglomerate oder -aggregate durchgeführt. Im Ergebnis erfolgt also - wie zuvor beschrieben - eine Dispergierung in fester Phase ("Fest/Fest-Dispergierung" bzw. "Festphasendispergierung"), d. h. sowohl die zu dispergierenden Partikel als auch die Matrixpartikel liegen unter Verfahrensbedingungen als Feststoffe bzw. im festen Aggregatzustand vor. Die Temperaturen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, können in weiten Bereichen variieren. Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 80 0 C, insbesondere 5 bis 50 0 C, vorzugsweise 10 bis 40 °C, besonders bevorzugt 15 bis 35 0 C, durchgeführt.
Was die Natur der eingesetzten Teilchenagglomerate oder -aggregate anbelangt, so können diese grundsätzlich anorganischer oder organischer Natur sein. Erfindungsgemäß bevorzugt ist jedoch, wenn anorganisch basierte Teilchenagglomerate oder -aggregate eingesetzt werden; in diesem Fall werden sogenannte Hybridmaterialien aus anorganischen und organischen Bestandteilen erhalten, da in diesem Fall anorganische Nanopartikel bzw. Nanopulver in organisch basierte Matrixpartikel eingelagert werden.
Als Teilchenagglomerate oder -aggregate können beispielsweise Metalle und/ oder Halbmetalle sowie Mischungen oder Legierungen verschiedener Metalle und/oder Halbmetalle eingesetzt werden. Gleichermaßen ist es möglich, Oxide, Hydroxide, Carbide, Nitride, Sulfide, Telluride, Selenide, Halogenide, Carbonate, Phosphate, Sulfate, Silikate, Borate und/oder Aluminate von Me-
tallen und/oder Halbmetallen einzusetzen. Gleichermaßen ist es möglich, Mischungen der vorgenannten Verbindungen einzusetzen. Ebenfalls ist es möglich, sogenannte Mischverbindungen der vorgenannten Art als Ausgangsteil- chenagglomerate oder -aggregate einzusetzen. Erfindungsgemäß bevorzugt sind insbesondere anorganische Oxide und Mischoxide, wie z. B. Aluminiumoxid (z. B. für die Modifizierung mechanischer Eigenschaften, wie Kratz-/ Abriebfestigkeit etc.), Titandioxid (z. B. für den UV-Schutz), Zinkoxid (z. B. für den UV-Schutz, für eine bakterizide bzw. fungizide Wirkung etc.), Cerdioxid (z. B. für den UV-Schutz etc.) und deren Mischungen.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Materialien für die Ausgangsag- glomerate oder -aggregate sind z. B. und in nichtbeschränkender Weise Silikate, Boehmite, Talk, CNT, Kohlenstoffnanofasern, Alosil, ZnO, Titandioxid, Eisenoxide, Magnetit, Eisen, Cobalt, Nickel, Silber, Schichtsilikate, Magnesi- umhydroxid, ATH, Pigmente, ATO, ITO, fluoreszierende Materialien, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Diamant, Cerdioxid, UV-Phosphore, Up-Converter, IR-Pigmente, Silsesquioxane, POSS, Calciumcarbonat, ZnS, Bariumsulfat, Bornitrid (BN), Wolframcarbid (WC) etc. Ein weiteres Beispiel für ein Material für die diskontinuierliche Phase, d. h. für die Ausgangsagglomerate oder -aggregate, ist beispielsweise Kohlenstoff, z. B. in Form von Graphit, Diamant, Fullerenen etc., beispielsweise in Kornoder Faserform, in Stäbchen- oder Röhrenform etc., so z. B. als ein- oder mehrwandige Röhren.
Beispiele für grundsätzlich gleichermaßen einsetzbare organische Ausgangsagglomerate bzw. -aggregate sind z. B. Melaminpartikel, auch wenn diese weniger bevorzugt sind als die anorganisch basierten Materialien für die diskontinuierliche, in den Matrixpartikeln zu dispergierende Phase.
Wie zuvor geschildert, ist die Form bzw. äußere Gestalt der eingesetzten Aus- gangsteilchenagglomerate oder -aggregate nicht kritisch. Beispielsweise können granuläre bzw. kornförmige oder aber kugelförmige bis ellipsoide Teil- chenagglomerate oder -aggregate zum Einsatz kommen. Gleichermaßen kön- nen aber auch Stäbchen- oder röhrenförmige Agglomerate zum Einsatz kommen.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w e i t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - sind die teilchenförmigen Kompositma-
terialien, welche nach dem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind.
Hierbei handelt es sich insbesondere um teilchenförmige Kompositmateriali- en, welche vorzugsweise in Form eines Pulvers vorliegen und anorganisch oder organisch basierte Teilchen mit mittleren Teilchengrößen von 1 bis 500 nm aufweisen, welche vorzugsweise homogen bzw. feinstverteilt in organisch basierte Matrixpartikel mit mittleren Teilchengrößen von 0,1 bis 500 μm dispergiert, insbesondere hieran angelagert und/oder hierin eingelagert, sind. Dabei beträgt die mittlere Teilchengröße der organisch basierten Matrixpartikel D 50 ( M atπxpa r tikei) im allgemeinen mindestens das lOfache, insbesondere mindestens das 15fache, vorzugsweise mindestens das 20fache, des mittleren Teilchendurchmessers der zerkleinerten Teilchen D 50 ( Z erklei n e r te T eilc h e n ) • Für weitere Einzelheiten in bezug auf die erfindungsgemäßen teilchenförmi- gen Kompositmaterialien kann zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die obigen Ausfuhrungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche auch im Hinblick auf die erfindungsgemäßen teilchen- förmigen Kompositmaterialien entsprechend gelten.
Die vorliegende Erfinddung dient somit insbesondere der Erzeugung von Polymerpartikelkompositen mit Partikelgrößen im genannten Bereich auf Basis eines Trockendispergierprozesses unter Verwendung einer Vorrichtung vom Stator/Rotor-Typ, insbesondere eines mechanischen Hybridizers (z. B. von der Fa. Nara Machinery Co. Ltd., Zweigniederlassung Europa, Frechen, Deutschland), wie vorstehend beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt beispielsweise die Herstellung von Polymerkompositen durch die trockene Vermahlung von zwei oder mehreren Pulvern unter Ausnutzung mechanischer Prall- und Scherkräfte. Dabei gelingt es völlig unerwartet, die hohen Partikelwechselwirkungen in den Partikelag- glomeraten aufzubrechen, die Partikel zu dispergieren und so in sehr effizienter Weise zu nahezu agglomeratfreien Kompositen mit Füllstoffgehalten von bis zu mehr als 50 % zu gelangen.
Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Erzeugung von Na- nopartikelkompositen durch Dispergierung beispielsweise von zwei oder mehreren Pulverkomponenten in einem Wirbelbettverfahren. Die dabei entstehenden Pulver sind Nanokomposite, in denen die Nanopartikel mit einem sehr ge-
ringen Agglomerationsgrad im oder auf einem organischen Träger feinstver- teilt vorliegen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Problem der Erzeugung von Kompositmaterialien, in denen die kontinuierliche Phase aus einem Polymeren (wie z. B. einem Polyolefin, Polyester, Polyamid, PVC, Polystyrol, PoIy si- loxan, Polyacrylat etc.) oder einem Oligomeren (wie z. B. Polyethern, Wachsen etc.) oder einem anderweitigen Trägermaterial mit einem Schmelzpunkt über typischerweise 0 0 C (z. B. längerkettige Kohlenwasserstoffe etc.) besteht und die diskontinuierliche Phase aus anorganischen oder organischen Partikeln (z. B. Metalle oder Halbmetalle, Metall- oder Halbmetalloxide, -nitride, -carbide, -carbonaten, -hydroxiden, -Sulfiden etc.) im allgemeinen in zumindest einer Dimension kleiner, insbesondere kleiner als 0,5 μm, vorzugsweise kleiner als 0,2 μm, idealerweise zwischen 1 nm und 100 nm, besteht, erstmals in allen Teilaspekten zufriedenstellend gelöst werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können Agglomerate oder Aggregate, bei denen aufgrund der großen Oberfläche mesoskopischer Partikel diese Partikel mit elektrostatischen und/oder van-der-Waals-Kräften an- einander haften, in effizienter Weise durch die eingetragene, relativ hohe Energie voneinander getrennt werden und dann im deagglomerierten bzw. de- saggregierten Zustand an die Matrixpartikel angelagert und/oder hierin eingelagert werden, so daß die Erzeugung homogener, agglomeratfreier oder zumindest agglomeratarmer Partikelkomposite ermöglicht wird.
Durch Energieeintrag, insbesondere Eintrag von Prall- und Scherkräften, erfolgt zunächst ein Aufbrechen der Agglomerate zu stabilen Nanopartikeln, welche nachfolgend in situ in die Matrixpartikel dispergiert werden. Es ist überraschend, daß sich erfindungsgemäß die Nanopartikel stabil aus den Ag- glomeraten bzw. Aggregaten herstellen und nachfolgend in die Matrix ein- dispergieren lassen. Denn hierbei ist wesentlich, daß die Oberfläche von Partikeln im Millimeterbereich, wie sie im Stand der Technik eingesetzt werden, um den Faktor 1.000 4 bis 1.000 3 kleiner sind als die von Nanopartikeln mit einem Durchmesser kleiner 100 nm; selbst mikrometergroße Partikel besitzen eine Oberfläche, die um den Faktor 1.00O 2 bis 1.000 kleiner ist als die von den hier genannten mesoskopischen Partikeln. Die Oberflächenenergie und damit die Adhäsionskräfte sind wiederum eine Funktion der spezifischen Oberfläche. Diese sind damit ebenfalls um ein Vielfaches größer bei Partikeln kleiner
als 100 nm im Vergleich zu milli- oder mikrometergroßen Partikeln. Damit stellt die Dispergierung insbesondere von Teilchen kleiner als 100 nm besondere Ansprüche an die Oberflächenchemie der Partikel und die apparative Leistung.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nun, Partikel mit der genannten Größe in schmelzbaren organischen Trägern in Gehalten von bis zu mehr als 50 % homogen zu dispergieren. Es entsteht dabei ein aus einem deagglomerierten Partikelpulver und einem organischen Träger bestehendes Komposit- material, bei dem die Partikel in und auf den Polymerpartikeln homogen verteilt und nahezu agglomeratfrei dispergiert vorliegen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem d r i t t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die erfindungsgemäße Verwen- düng der teilchenfbrmigen Kompositmaterialien nach der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 24 bis 26 definiert ist. So lassen sich die erfindungsgemäßen teilchenfbrmigen Kompositmaterialien beispielsweise in Beschichtungsmassen, Lacken und Farben aller Art (z. B. in Pulverlacken, Druck-, Leder- und Textilfarben sowie Papierstrich), in Formmassen, in kos- metischen Zubereitungen und in Kunststoffen (wie z. B. Thermoplasten, Du- romeren oder Elastomeren) verwenden. Beispielsweise können die teilchenfbrmigen Kompositmaterialien als Masterbatch oder Grundmischung zur Einarbeitung in Produkte, insbesondere zur Eigenschaftsänderung in Produkten, verwendet werden. Im allgemeinen können zu diesem Zweck die erfindungs- gemäßen teilchenfbrmigen Kompositmaterialien in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Endprodukte eingesetzt werden.
So können die erfindungsgemäßen Komposite nun ihrerseits in bekannten Verfahren in organische Matrizes unter Anwendung geringer Scherkräfte eingearbeitet werden und so als sogenannter Masterbatch fungieren. Ebenso können die Kompositmaterialien selbst direkt in verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden, ohne notwendigerweise weiter mit organischen Materialien vermischt zu werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die anschließende Weiterverarbeitung können organische Matrizes in ihren Eigenschaften deutlich verändert werden:
So führt das Einarbeiten von Materialien wie z. B. ZnO, Titandioxid, Eisenoxid oder Cerdioxid zu einer verbesserten Beständigkeit gegenüber UV- Strahlung. Bei Verwendung von bioziden Materialien, wie Silber, Silberverbindungen, Kupferoxiden usw., lassen sich Komposite erzeugen, die aktiv gegen Bakterien-, Algen-, Pilz- und/oder Hefenwachstum geschützt sind. Durch Einbringen von z. B. Kohlenstoffröhren (z. B. Single- Wall oder Multi-Wall), Kohlenstofffasern, leitfähigen Oxiden oder Metallen können leitfähige Komposite mit gu- ter antistatischer oder echter leitfähiger Ausrüstung erzeugt werden.
Werden z. B. Materialien wie Aluminiumoxid, Silika, Schichtsilikate, Talk, Boehmit, Kohlenstoffstaub, Calciumcarbonat, Bariumsulfat etc. eingearbeitet, können mechanische Eigenschaften wie Zähigkeit, Steifigkeit, Young-Modul, Schlagfestigkeit etc. verbessert werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompositmaterialien ermöglichen eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen in den verschiedensten Bereichen.
Beispielweise eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompositmaterialien zur Anwendung in Thermoplasten, Duromeren, Elastomeren, wie z. B. Polyolefinen, wie Polyethylen (z. B. LDPE, HDPE etc.) oder Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrolen (PS), Po- lycarbonaten (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylnitril/Styrol- Pfropfcopolymeren (ABS), Polyamiden (PA), Polyoxymethylen (POM), ungesättigten Polyestern (UP), Epoxidharzen (EP), Melaminharzen (MF), Phenolharzen (PF), Polyurethanen (PUR), Ethylen/Propylen/Dien-Elastomeren
(EPDM) sowie handelsüblichen Blends der vorgenannten Kunststoffe.
Weiterhin eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompositmaterialien zur Anwendung in Pulverlacken, wie Polyester-, Hybrid- (Polyester/EP) und Acrylatpulvern, in wäßrigen, organische Lösemittel enthaltenden oder lösemittelfreien Lacken, Druckfarben, Papierstrich, Le- der- und Textilfarben, Formmassen, kosmetischen Zubereitungen und dergleichen.
Des weiteren eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompositmaterialien zur Eigenschaftsänderung bei ihrem Einsatz in
bezug auf die Produkte, denen sie zugesetzt werden, z. B. in bezug auf Flammschutz, UV-Schutz, Magnetismus, IR-Adsorption, Produktschutz, (Gas-)Barrierewirkung, Oberflächenpolarität, Beschichtbarkeit, Mechanik, Gleiteigenschaften, bakteriozide Wirkung, algizide Wirkung, fungizide Wir- kung, Wirkung gegen Hefen, tribologische Eigenschaften, Kratzfestigkeit/Abriebfestigkeit, Antistatik, Theologische Eigenschaften, Fließverhalten, Dispergierbarkeit, Stabilisierung von nichtnanoskaligen Füllstoffen etc.
Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem v i e r t e n Aspekt der vorliegenden Erfindung - ein Verfahren zur Zerkleinerung von Teilchenagglomeraten oder -aggregaten bzw. zur Herstellung stabiler Nanopartikel, bei dem feste, im trockenen Zustand, insbesondere in Pulverform, vorliegende anorganisch oder organisch basierte Teilchenag- glomerate oder -aggregate mit mittleren Teilchengrößen oberhalb von 0, 1 μm, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 2.000 μm, in der Gasphase bzw. in einem gasförmigen Trägermedium unter Energieeintrag zu Nanopartikeln mit mittleren Teilchengrößen von unterhalb von 500 nm, insbesondere im Bereich von 1 bis 500 nm, zerkleinert werden. Im Unterschied zum erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt bei dieser Verfahrensvariante die Zerkleinerung der Ausgangsagglomerate bzw. -aggregate nicht in Gegenwart organisch basierter Matrixpartikel, so daß keine nachfolgende Dispergierung der resultierenden Nanopartikel erfolgt. Abgesehen davon kann bezüglich weiterer Einzelheiten zum vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Vermeindung von Wiederholungen auf die obigen Aus- führungen zum erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung Bezug genommen werden, die im Hinblick auf den vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend gelten.
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Die vorliegende Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbei- spiels veranschaulicht, welches die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränken soll.
Ausführungsbeispiele:
Erfindungsgemäße Herstellung von Kompositpartikeln mit UV-Schutzeigenschaften
Beispiel IA:
LDPE-Pulver wird in einer Stator/Rotor- Vorrichtung der Fa. Nara vom Typ NHS-I (Nara Hybridization System) mit 30 % Zinkoxidpartikeln vom Typ NanoTec ® ZH für 2 Minuten bei 8.000 U/min dispergiert. Anschließend wer- den 2 Gew.-% dieser Nanokomposite bei der Herstellung eines PE-Extrudates eingesetzt, und es werden hieraus Folien hergestellt. Die anschließende elek- tronenemikroskopische Untersuchung zeigt im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik (= Einsatz von reinem, unzerkleinertem Pulver) eine deutlich reduzierte Agglomerat- bzw. Aggregatzahl und -große. Dieser Vorteil macht sich durch eine Erhöhung der Transparenz der PE-Folien mit einer gleichzeitig verbesserten UV- Absorption bemerkbar.
Beispiel 2A:
In der gleichen Weise wird ein Polyester-Pulver mit der vorgenannten Sta- tor/Rotor- Vorrichtung der Fa. Nara vom Typ NHS-I mit 30 % Zinkoxid vom Typ NanoTec ZH für eine Minute bei 6.000 U/min dispergiert. Anschließend werden 2 Gew.-% dieser Nanokomposite bei der Herstellung eines pigmentierten Pulverlackes eingesetzt, und es werden Beschichtungen hiermit hergestellt. Die anschließende elektronenmikroskopische Untersuchung zeigt im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik (= Einsatz von reinem, unzerkleinertem Pulver) eine deutlich reduzierte Agglomerat- bzw. Aggregatzahl und -große. Dieser Vorteil macht sich durch eine verbesserte UV-Absorption bemerkbar.
Erfindungsgemäße Herstellung von Kompositpartikeln zur Modifizierung bzw. Verbesserung der Kratzfestigkeit von Beschichtungen
Beispiel IB:
(S)
CERA-Wachs Ceraflour 988 wird mit der vorgenannten Stator/Rotor- Vorrichtung der Fa. Nara vom Typ NHS-I mit 50 % Nanodur Aluminiumoxid für 1 Minute bei 6.000 U/min dispergiert. Anschließend werden 4 Gew.- % dieser erfindungsgemäßen Nanokomposite (nachfolgend als "T-23" be-
zeichnet) in einem 100 % UV-System (lösemittelfrei) auf Basis eines aromatischen Epoxidacrylates eingesetzt.
Formulierung: • Laromer ® 8986 57,3 Gew.-Teile
• DPGDA ® 28,7 Gew.-Teile
• Irgacure 500 4,0 Gew.-Teile
• erfindungsgemäße Verbindung T-23 oder alternativ Ceraflour ® 988 4,0 Gew.-Teile • TPGDA 6,0 Gew.-Teile
Rohstoffe:
• aromatisches Epoxidharz Laromer LR 8986/BASF Bindemittel
• Tripropylenglykoldiacrylat TPGDA/BASF Reaktiwerdünner • Dipropylenglykoldiacrylat DPGD A/B ASF Reaktiwerdünner
• Irgacure ® 500/Ciba Photoinitiator
Das Bindemittel wird mit den Reaktivverdünnern und dem Photoinitiator eingewogen, und die Komponenten werden fünf Minuten durch Rühren mit ei- nem Dissolver vermischt.
® Die erfindungsgemäße Verbindung (T-23) und Ceraflour 988 werden jeweils mittels Dissolver (Zahnscheibe d = 4 cm) durch 10 Minuten Rühren bei 930 U/min eingearbeitet.
Nach Lagerung über Nacht im Dunkeln werden die Proben nach kurzem Umrühren mit einem 25 μm Spiralrakel auf eine schwarze Plexiglasplatte (16 cm x 43 cm) aufgezogen. UV-Härtung:
2 x 120 W/cm, Durchlaufgeschwindigkeit 5 m/min
Prüfung:
10 Doppelhübe mit Stahlwolle 00 10 Doppelhübe mit Stahlwolle 0000
Ergebnis: visuelle Beurteilung nach DIN 53230 (1 = gut (keine Kratzer) bis 5 = schlecht (stark verkratzt)):
(Stahlwolle 00/0000) Kontrolle 5 / 5
Ceraflour ® 988 2-3 / 2-3 T-23 1-2 / 2
Next Patent: EFFICIENT HANDOVER OF A MOBILE NODE WITHIN A NETWORK WITH MULTIPLE ANCHOR POINTS