Fällung von Nanopartikeln in Monomeren zur Herstellung von Hybridpartikeln Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hybriden Nanopartikeln, enthaltend wenigstens ein anorganisches Material und wenigstens ein polymeres, organisches Material, umfassend wenigstens die Schritte (A) Bereitstellen einer Emulsion umfassend eine disperse Phase (I) enthaltend wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen po- lymeren, organischen Materials, und wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigs- tens einen anorganischen Materials bewirkt, eine kontinuierliche, wässrige Phase (II), und gegebenenfalls wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung bewirkt, wobei diese in der dispersen Phase (I), in der kontinuierlichen, wässrigen Phase (II) oder in beiden Phasen (I) und (II) vorliegt, (B) Zugabe von wenigstens einer Vorläuferverbindung des wenigstens einen anorganischen Materials zu der Emulsion aus Schritt (A), so dass sich in der dispersen Phase das wenigstens eine anorganische Material durch Fällung bildet, (C) gegebenenfalls Zugabe wenigstens einer Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt, falls dies nicht in Schritt (A) erfolgt ist, und (D) Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Nanopartikel, herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Nanopartikels in optischen, elektronischen, chemischen, agrochemischen, medizintechnischen, pharmazeutischen und/oder biotechnologischen Systemen oder für die Darreichung wenigstens eines Wirkstoffes. Verfahren zur Herstellung von hybriden Nanopartikeln, enthaltend anorganisches Material und organisches, polymeres Material, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.

J. Vidal-Vidal et al., Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects 288 (2006), 44-51 , offenbaren ein Verfahren zur Herstellung von monodispersen Nanopartikeln aus Maghemit durch ein Mikroemulsionsverfahren. Dazu wird eine Dispersion hergestellt, in der Wasser in Cyclohexan emulgiert ist. In den Wassertropfen befinden sich Metall-Kation, insbesondere Ei- sen-(lll)-Kationen, die durch Zugabe einer Base zu der Dispersion durch Fällung in den Wassertropfen in festes Eisen-(lll)-oxid überführt werden. In diesem Dokument ist des Weiteren genannt, dass die Oberfläche der so erzeugten Nanopartikeln beispielsweise mit Polyaminen oberflächenmodifiziert werden kann.

In Winkelmann et al., Particuology 9 (201 1 ), 502-505, ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Metalloxid-Nanopartikeln durch Ausfällen unter Verwendung einer Mini-Emulsion offenbart. Dazu wird eine Mini-Emulsion von Wasser in Öl hergestellt, wobei in den Wassertröpfchen ent- sprechende Metalloxid-Vorläuferverbindungen, beispielsweise Eisen(lll)-Chlorid, vorliegt. Zu der kontinuierlichen Öl-Phase wird eine Verbindung, beispielsweise ein Amin, gegeben, welches durch die Öl-Phase in die dispergierten Wassertröpfchen wandern kann, so dass in diesen das vorliegende Eisen(lll)-chlorid durch Fällung in festes Eisenoxid überführt werden kann.

Durch die aus dem Stand der Technik genannten Verfahren ist es möglich, entsprechende Me- talloxid-Nanopartikel in Wasser-Öl-Emulsionen herzustellen, wobei die erzeugten Metalloxid- Nanopartikel im Wesentlichen in der wässrigen Phase vorliegen. Um aus diesen Metalloxid- Nanopartikeln hybride Nanopartikel, enthaltend die genannten Metalloxide und polymere Verbindungen, zu erhalten, ist es notwendig, die erzeugten Metalloxid-Nanopartikel aus der Dispersion abzutrennen und in eine monomerhaltige Dispersion zu überführen, um zu polymerisie- ren. Dieses Abtrennen und Überführen in eine weitere Emulsion stellt einen weiteren, aufwendigen Reaktionsschritt dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von hybriden Nanopartikeln, enthaltend wenigstens ein anorganisches Material und wenigstens ein polyme- res, organisches Material in möglichst wenigen Reaktionsschritten bereitzustellen, wobei es insbesondere vermieden werden soll, dass nach der Herstellung der anorganischen Materialien diese zur Herstellung des polymeren Anteils in eine weitere Emulsion überführt werden müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von hybriden Nanopartikeln, enthaltend wenigstens ein anorganisches Material und wenigstens ein polyme- res, organisches Material, umfassend wenigstens die Schritte:

(A) Bereitstellen einer Emulsion umfassend eine disperse Phase (I) enthaltend wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials, und wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, eine kontinuierliche, wässrige Phase (II), und gegebenenfalls wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung bewirkt, wobei diese in der dispersen Phase (I), in der kontinuierlichen, wässrigen Phase (II) oder in beiden Phasen (I) und (II) vorliegt,

(B) Zugabe von wenigstens einer Vorläuferverbindung des wenigstens einen anorganischen Materials zu der Emulsion aus Schritt (A), so dass sich in der dispersen Phase das wenigstens eine anorganische Material durch Fällung bildet,

(C) gegebenenfalls Zugabe wenigstens einer Verbindung, die die Polymerisation der wenigs- tens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt, falls dies nicht in Schritt (A) erfolgt ist, und

(D) Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials. Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Nanopartikel, herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren, sowie durch die Verwendung dieser Nanopartikel in opti- sehen, elektronischen, chemischen, agrochemischen, medizintechnischen, pharmazeutischen und/oder biotechnologischen Systemen oder für die Darreichung wenigstens eines Wirkstoffes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden detailliert beschrieben:

Schritt (A):

Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen einer Emulsion umfassend eine disperse Phase (I) enthaltend wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigs- tens einen polymeren, organischen Materials, und wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, eine kontinuierliche, wässrige Phase (II), und gegebenenfalls wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung bewirkt, wobei diese in der dispersen Phase (I), in der kontinuierlichen, wässrigen Phase (II) oder in beiden Phasen (I) und (II) vorliegt.

Die erfindungsgemäß vorliegende disperse Phase (I) enthält wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials. Bei dem erfindungsgemäß vorliegenden, wenigstens einen polymeren, organischen Material handelt es sich bevorzugt um ein Polymer und/oder Copolymer. Daher ist es erfindungsgemäß weiter bevorzugt, dass die in der dispersen Phase (I) enthaltene, wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials ein polymerisierbares oder copolymensierbares Monomer ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials ein polymerisierbares oder copolymensierbares Monomer ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials wenigstens ein olefinisch ungesättigtes, bevorzugt α,β-ungesättigtes, Monomer.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher weiter bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials, insbesondere das wenigstens eine Monomer, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus olefinisch ungesättigten, bevorzugt α,β-ungesättigten Monomeren und Mischungen davon.

Im Allgemeinen können alle dem Fachmann bekannten polymerisierbaren oder copolymerisier- baren α,β-ungesättigten Monomere eingesetzt werden.

Monomere, insbesondere α,β-ungesättigte Monomere, die bevorzugt in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylsäureestern, Methacrylsäureestern, Styrol, Styrol-Derivaten, vinylischen Monomeren, beispielsweise Vinylacetat, Isocyanaten, Acrylamiden, Methacrylami- den und Mischungen davon.

Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylsäureester und Methacrylsäureester, die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt werden, sind Verbindungen der allgemeinen Formel (I)

wobei R ¹ Wasserstoff (Acrylsäure) oder Methyl (Methacrylsäure) und

R ² eine lineare oder verzweigte, gegebenenfalls substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine lineare oder verzweigte, gegebenenfalls substituierte Alkenylgruppe mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine gegebenenfalls substituierte Arylgruppe mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine gegebenenfalls substituierte Heteroarylgruppe mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten.

Die oben genannten Alkyl-, Alkenyl-, Aryl- oder Heteroaryl-Gruppen können gegebenenfalls weitere funktionelle Gruppen enthalten, beispielsweise Alkohol-, Keto- oder Ether-Gruppen, oder Heteroatome, beispielsweise N, O, P oder S.

Die oben genannten Aryl- und Heteroaryl-Gruppen können gegebenenfalls an das Sauerstoff- Atom der Carbonsäure-Funktionalität mittels einer gesättigten oder ungesättigten, gegebenenfalls substituierten Kohlenstoffkette mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 1 oder 2 Kohlenstoffatome, gebunden sein.

Styrol ist an sich dem Fachmann bekannt und entspricht der folgenden Formel (II)

Derivate von Styrol sind beispielsweise entsprechende Verbindungen, welche von Styrol abge- leitet sind und weitere Substituenten tragen, beispielsweise Methyl, am aromatischen Ring und/oder an der Doppelbindung. Ein bevorzugt eingesetztes Styrol-Derivat ist a-Methyl-styrol.

Als Vorläuferverbindungen (Monomere) des polymeren, organischen Materials können erfindungsgemäß auch Isocyanate eingesetzt werden. Erfindungsgemäß eingesetzte Isocyanate sind bevorzugt Polyisocyanate, d. h., dass sie mindestens zwei Isocyanatgruppen enthalten. Diese Polyisocyanate reagieren bevorzugt mit in der Mischung vorliegenden Alkoholen, Aminen oder Hydroxyaminen, bevorzugt mit Diolen, Diaminen und/oder Hydroxyaminen zu entsprechenden Polyurethanen bzw. Polyharnstoffen. Entsprechende Isocyanate, Alkohole, Amine und/oder Hydroxyamine sind dem Fachmann an sich bekannt. Geeignete Isocyanate sind bei- spielsweise Toluol-2,4-diisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat bzw. Methylendiphe- nyldiisocyanat (MDI), Hexamethylendiisocyanat (HMDI), polymeres Diphenylmethandiisocyana- te (PMDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan oder Mischungen davon. Geeignete Diole sind beispielsweise aliphatische oder aromatische Diole, Polyetherpo- lyole, Polyesterpolyole oder Mischungen davon.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäu- re, Acrylsäurebutylester, Acrylsäurebenzylester, Methacrylsäurehydroxyethylester (HEMA), Me- thacrylsäure-2-hydroxypropylester (HPMA), 2-Cyanoacrylsäurealkylester, wie beispielsweise Acrylsäurecyanoethylester (ECA), Methacrylsäure, Methacrylsäuremethylester (MMA), Methac- rylsäurebutylester, Methacrylsäurebenzylester, Styrol, α-Methylstyrol, 4-Vinylpyridin, Vinylchlo- rid, Vinylalkohol, Vinylacetat, Vinylether, N-Isopropylacrylamid (NIPAM), Acrylamid, Methac- rylamid, Isocyanaten und Mischungen davon. Weiter bevorzugt ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren das wenigstens eine polymere, organische Material ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polystyrol, Poly(a-methyl-styrol), Poly(4-vinylpyridin), Poly(vinylchlorid), Poly(vinylalkohol), Poly(vinylacetat), Poly(vinylether), Polyacrylamide, Polyurethanen, Polyharnstoffen, Poly(meth)acrylsäure, Poly(meth)acryl- säureestern, Copolymeren enthaltend zwei oder mehrere der in den zuvor genannten Polymere enthaltenen Monomere und Mischungen davon. Zur Herstellung dieser bevorzugten Polymere und Copolymere werden erfindungsgemäß bevorzugt die entsprechenden, oben genannten Monomere eingesetzt.

In der dispersen Phase liegt die wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials, bevorzugt in einer Menge von 70 bis 98 Gew.-%, bevorzugt 80 bis 96 Gew.-%, besonders bevorzugt 90 bis 95 Gew.-%, vor, jeweils bezogen auf die gesamte disperse Phase.

Die in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Emulsion enthält in einer bevorzugten Ausführungsform des Weiteren wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann diese wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt, auch in Schritt (C), d. h. nach Ausbildung des anorganischen Materials durch Fällung, zugesetzt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung bewirkt, in Schritt (A) zugegeben wird. In dieser bevorzugten Ausführungsform kann Schritt (C) entfallen.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Polymerisation in Schritt (D) bevorzugt thermisch und/oder photolytisch initiiert werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei die Polymerisation in Schritt (D) thermisch und/oder photolytisch initiiert wird. Des Weiteren kann die thermisch und/oder photolytisch initiierte Polymerisation radikalisch, anionisch oder kationisch erfolgen.

In Abhängigkeit der Art der Initiierung der Polymerisation, die erfindungsgemäß in Schritt (C) erfolgt, wird der dispersen oder kontinuierlichen Phase der Emulsion gemäß Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine entsprechende, die Polymerisation bewirkende Verbindung zugegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymerisation thermisch initiiert und erfolgt radikalisch.

Erfindungsgemäß ist es möglich, alle dem Fachmann bekannten, radikalbildenden Verbindungen, die für eine thermisch initiierte Polymerisation geeignet sind, einzusetzen. Bevorzugt wird mindestens eine Verbindung, die die Polymerisation bewirkt, ausgewählt aus radikalbildenden Verbindungen, die durch thermische Behandlung Radikale bilden, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril), Dime- thyl-2,2'-azobis(2-methylpropionat), Dimethyl-2,2'-Azobisisobutyrat, 2,2'-Azoisobutyronitril (AIBN), Dibenzoylperoxid, wasserlösliche Initiatoren, beispielsweise Kaliumperoxodisulfat, und Mischungen davon. Wasserlösliche Initiatoren werden erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt, wenn die Zugabe erst in Schritt (C) erfolgt.

Des Weiteren können erfindungsgemäß auch Verbindungen, die eine Polymerisation bewirken, eingesetzt werden, die die Polymerisation photolytisch initiieren, so genannte Photoinitiatoren. Diese sind dem Fachmann bekannt und können eine radikalische oder ionische, beispielsweise kationische oder anionische, Polymerisationsreaktion des wenigstens einen vorliegenden Monomers initiieren. Da bei dem Einsatz von Photoinitiatoren diese mit Licht bestrahlt werden müssen, um eine Polymerisation zu initiieren, werden erfindungsgemäß Photoinitiatoren eingesetzt, die eine ausreichend große Menge an (primären) freien Radikalen durch eine Bestrahlung mit Licht erzeugen. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff„Licht" UV-Licht oder sichtbares Licht, beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 150 bis 800 nm, bevorzugt 180 bis 500 nm, weiter bevorzugt 200 bis 400 nm, beson- ders bevorzugt 250 bis 350 nm. Bevorzugt ist es, dass erfindungsgemäß Photoinitiatoren eingesetzt werden, die durch Bestrahlung mit UV-Licht entsprechende Radikale bilden.

Erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Photoinitiatoren für eine radikalische Polymerisation, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Methyl-1 -[4-(methylthio)phenyl]-2- morpholinopropan-1 -οη (beispielsweise erhältlich unter dem Markennamen lrgacure ^® 907), 2,2'- Azobisisobutyronitril (AIBN) und weitere nicht-symmetrische Azo-Derivate, Benzoin, Benzoinal- kylether, Benzoin-Derivate, Azetophenone, Benzilketale, a-Hydroxyalkylphenone, o

Aminoalkylphenone-Acyl-a-maximinoketone, (Bi)azylphospinoxide, Dioxantone und Derivat, und Mischungen davon.

Erfindungsgemäß bevorzugte Photoinitiatoren, um eine kationisch initiierte Polymerisation hervorzurufen, sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituierten Diary- liodonium-Salz, substituierten Triarylphosphonium-Salzen und Mischungen davon.

Beispiele für Photoinitiatoren, die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt werden, um eine anionische Polymerisation zu initiieren, sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetall-Komplexen, n-Alkoxypyridinium-Salzen, n-Phenylacylpyridinium-Salzen und Mischungen davon.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch eine so genannte„lebende Polymerisation" durchgeführt werden, die entweder in der reinen Polymer-Mischung durchgeführt wird, gegebenenfalls umfassend eine Sekundärfunktionalisierung durch ein Kettenabschluss-Reagens. Die Menge an wenigstens einer Verbindung, die eine Polymerisation, insbesondere eine thermisch initiierte radikalische Polymerisation in der dispersen Phase (I) startet, ist erfindungsgemäß beispielsweise 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 8 Gew.-% und weiter bevorzugt 0,8 bis 6 Gew.-%, in jedem Fall basierend auf der gesamten dispersen Phase (I). Des Weiteren ist in der in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellten disperse Phase (I) wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, anwesend.

Die wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, wird erfindungsgemäß so ausgewählt, dass sie zusammen mit der wenigstens einen Vorläuferverbindung des anorganischen Materials in der dispersen Phase zu dem anorganischen Material reagiert. Zu Herstellung eines bevorzugt als anorganisches Material vorliegenden Metalloxids wird als wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, bevorzugt eine basische Verbindung eingesetzt. Weiter bevorzugt ist die wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, erfindungsgemäß ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylamin, beispielsweise Triethylamin, Octylamin und Mischungen davon. Die wenigstens eine Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, liegt erfindungsgemäß beispielsweise in einer Menge von 0,001 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Emulsion, vor. Die in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Emulsion umfasst die wenigstens eine disperse Phase (I) neben der kontinuierlichen, wässrige Phase (II), beispielsweise in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 6 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 8 bis 12 Gew.-%. Die in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Emulsion umfasst eine kontinuierliche, wässrige Phase (II) bevorzugt in einer Menge von 70 bis 98 Gew.-%, be- vorzugt 80 bis 94 Gew.-%, besonders bevorzugt 88 bis 92 Gew.-%. Die Mengen für die disperse Phase (I) und die kontinuierliche, wässrige Phase (II) addieren sich in jedem Fall zu 100 Gew.-%.

Die erfindungsgemäß vorliegende kontinuierliche, wässrige Phase (II) enthält als Hauptbestand- teil Wasser, bevorzugt entmineralisiertes Wasser.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die kontinuierliche, wässrige Phase (II) zusätzlich wenigstens ein Emulgiermittel, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sor- baten, beispielsweise Polysorbat 20, Polysorbat 40, Polysorbat 60, Polysorbat 80 und/oder Po- lysorbat 85, beispielsweise erhältlich unter dem Handelsnamen Tween, Natriumdodecylsulfat (SDS), Alkylpolyethyleneglycolether, beispielsweise Lutensol AT 50 oder Lutensol AT 80, De- caglycerylmonostearat, beispielsweise SY Glyster ML- 750), Fettalkoholethoxylate, beispielsweise Emulgin B1 , Emulan AF, Emulan AT 9, Natriumnonylphenylpolyglycolether-sulfate, beispielsweise Emulphor NPS 25, und Mischungen davon.

Das wenigstens eine, bevorzugt vorliegende, Emulgiermittel wird in einer Menge von beispielsweise 0,001 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 Gew.- %, jeweils bezogen auf die gesamte kontinuierliche, wässrige Phase, eingesetzt. Wasser liegt in der kontinuierlichen, wässrigen Phase in einer Menge von beispielsweise 95 bis 99,8 Gew.-%, bevorzugt 96 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 97,5 bis 98,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte kontinuierliche, wässrige Phase, vor.

Die Summe aus der Menge von wenigstens einem Emulgiermittel und Wasser beträgt bevor- zugt 100 Gew.-%. Die Bereitstellung der Emulsion in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach allen, dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise getrennte Herstellung der dispersen Phase (I) durch Mischen der einzelnen Komponenten, Herstellung der kontinuierlichen, wässrigen Phase (II) durch Mischen der einzelnen Komponenten, und Vereinigen der beiden Phasen (I) und (II), bevorzugt mit Rotor-Stator-Maschinen mit dem Fachmann bekannten Vorrichtungen, besonders bevorzugt bei Drehzahlen von wenigstens 100 U/min, bevorzugt wenigstens 1000 U/min. Weiter bevorzugt wird in Schritt (A) Ultraschall und Hochdruckhomogenisation zur Bereitstellung der Emulsion angewendet, besonders bevorzugt wird eine Hochdruck-Homogenisation eingesetzt

Ultraschall ist als effizientes Emulgierverfahren, insbesondere für niederviskose disperse Phasen, dem Fachmann bekannt, siehe beispielsweise S. Bechtel et al., Chemie Ingenieur Technik, 71 , (8), 810-817, 1999, S. Bechtel et al., Chemie Ingenieur Technik, 72, (5), 450-459, 2000, O. Behrend, Mechanisches Emulgieren mit Ultraschall., Dissertation, Universität Karlsruhe (TH), 2002 oder S. Kentish et al. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 9, (2), 170-175, 2008.

Hochdruck-Homogenisation ist ein dem Fachmann bekanntes Verfahren zum Homogenisieren von Emulsionen, beispielsweise durch Einführen der Voremulsion unter Druck in ein Homogeni- sier-Ventil, welches eine Homogenisier-Öffnung aufweist, siehe beispielsweise DE 26 33 288 und S. Freitas et al., Ultrasonics Sonochemistry, 13, (1 ), 76-85, 2006.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei in Schritt (A) die Emulsion durch Anwendung von Hochdruckhomogenisation, Ultraschall und/oder Rühren bereitgestellt wird.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird Schritt (A) bei einer Temperatur von -10 bis 60 °C, bevorzugt -5 bis 40 °C, besonders bevorzugt 0 bis 25 °C, durchgeführt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei

Schritt (A) bei einer Temperatur von -10 bis 60 °C, bevorzugt -5 bis 40°C, besonders bevorzugt 0 bis 25°C, durchgeführt wird.

Nach Schritt (A) liegt erfindungsgemäß eine Emulsion, umfassend die oben genannte disperse Phase (I) und eine kontinuierliche, wässrige Phase (II) in emulgierter Form, vor. Diese wird erfindungsgemäß bevorzugt direkt in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens überführt.

Schritt (B): Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Zugabe von wenigstens einer Vorläuferverbindung des wenigstens einen anorganischen Materials zu der Emulsion aus Schritt (A), so dass sich in der dispersen Phase das wenigstens eine anorganische Material durch Fällung bildet.

Erfindungsgemäß kann als wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen anorga- nischen Materials jede, dem Fachmann bekannte Verbindung eingesetzt werden, die in der dispersen Phase (I) durch Umsetzung mit der wenigstens einen Verbindung, die die Fällung des wenigstens einen anorganischen Materials bewirkt, zu dem in dem erfindungsgemäßen hybriden Nanopartikel vorliegenden wenigstens einen anorganischen Material reagiert. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das wenigstens eine anorganische Material bevorzugt wenigstens eine Metallverbindung, wobei das Metall weiter bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zink, Eisen, Titan, Zinn, Indium, Zirkonium, Cer und Mischungen davon.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist das in Schritt (B) enthaltene, wenigstens eine anor- ganische Material ausgewählt aus der Gruppe der Metalloxide, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinkoxid, Eisenoxid, Titandioxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Zirkondioxid, Ceroxid und Mischungen davon.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das wenigstens eine anorganische Material ausgewählt ist aus der Gruppe der Metalloxide, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinkoxid, Eisenoxid, Titandioxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Zirkondioxid, Ceroxid und Mischungen davon.

Entsprechende Vorläuferverbindungen des wenigstens einen anorganischen Materials, welche in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegeben werden, sind daher bevorzugt ausgewählt aus wasserlöslichen Verbindungen, die das entsprechende Metall-Kation enthalten, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der entsprechenden Halogenide, Carbonate, Sulfate, Phosphate, Acetate, Nitrate, Alkanolate und Mischungen davon. Besonders bevorzugte werden Sulfate eingesetzt, besonders bevorzugt Zink- und/oder Eisen-(ll)-sulfat.

Diese Metallverbindungen werden bevorzugt als wässrige Lösung zugegeben.

Die wenigstens eine Vorläuferverbindung des wenigstens einen anorganischen Materials wird erfindungsgemäß bevorzugt in einer Menge von 0,001 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Emulsion, zugegeben.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird Schritt (B) bei einer Temperatur von -10 bis 60 °C, bevorzugt - 5 bis 40 °C, besonders bevorzugt 0 bis 25 °C, durchgeführt.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Emulsion, erhalten in Schritt (B), direkt und ohne weitere Schritte, in Schritt (C) oder (D) eingesetzt. Schritt (C): Der optionale Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Zugabe wenigstens einer Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt, falls dies nicht in Schritt (A) erfolgt ist.

Bezüglich der wenigstens einen Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vor- läuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt, gilt das bezüglich Schritt (A) Gesagte. Erfolgt die Zugabe in Schritt (C), wird bevorzugt wenigstens eine Verbindung, die die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials bewirkt, eingesetzt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserlöslichen Verbindungen, beispielsweise Kaliumperoxodisulfat, Peroxide (z.B. Wasserstoffperoxid), Azoinitiatoren (z.B. 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]disulfat dihydrat, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2- yl)propan]) und Mischungen davon.

Schritt (D):

Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Polymerisation der wenigstens einen Vorläuferverbindung des wenigstens einen polymeren, organischen Materials.

Abhängig davon, welche Verbindungen, die die Polymerisation bewirkt, in Schritt (A) oder (C) zugegeben wurde, wird die Emulsion in Schritt (D) bevorzugt erhitzt und/oder mit Licht, insbesondere mit UV-Licht, bestrahlt, um die Polymerisation herbeizuführen.

Da erfindungsgemäß eine thermische Initiierung bevorzugt ist, erfolgt Schritt (D) bevorzugt bei einer Temperatur von 40 bis 100 °C, bevorzugt 50 bis 90 °C, besonders bevorzugt 60 bis 80 °C.

Nach erfolgter Herstellung der hybriden Nanopartikel in den Schritten (A), (B), gegebenenfalls (C) und (D), können diese nach dem Fachmann bekannten Verfahren abgetrennt, beispielsweise durch Filtration, und aufgearbeitet, beispielsweise durch Trocknung, werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Nanopartikel, herstellbar, bevorzugt hergestellt, durch das erfindungsgemäße Verfahren. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise, dass zunächst ein anorganisches Material in der dispersen Phase einer Emulsion gebildet wird und in einem weiteren Schritt diese disperse Phase zu einem Polymer polymerisiert wird, gelingt es, erfindungsgemäß Nanopartikel bereitzustellen, welche sich durch eine besonders homogene Verteilung des anorganischen Materials in dem polymeren, organischen Material auszeichnen. Weiterhin ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass entsprechende Nanopartikel mit einer Kern-Schale-Struktur gebildet werden, wobei das wenigstens eine anorganische Material im Kern und das wenigstens eine polymere, organische Material in der Schale vorliegt. Im Allgemeinen werden erfindungsgemäß Nanopartikel erhalten, die sich untereinander durch eine sehr homogene Verteilung von anorganischen und polymeren, organischen Materialien auszeichnen. Die erfindungsgemäßen Nanopartikel können beispielsweise in optischen, elektronischen, chemischen, agrochemischen, medizintechnischen, pharmazeutischen und/oder biotechnologischen Systemen oder für die Darreichung wenigstens eines Wirkstoffes verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher des Weiteren die Verwendung eines erfindungsgemä- ßen Nanopartikels in optischen, elektronischen, chemischen, agrochemischen, medizintechnischen, pharmazeutischen und/oder biotechnologischen Systemen oder für die Darreichung wenigstens eines Wirkstoffes.

Beispiele

Die Emulsion bestand aus 90 Gew.-% kontinuierlicher wässriger, und 10 Gew.-% disperser Phase. Die kontinuierliche Phase selbst wurde hergestellt aus 98 Gew.-% entmineralisiertem Wasser und 2 Gew.-% Tween 80 (Karl Roth GmbH und Co.). Die Zusammensetzung der dis- persen Phase war 93,75 Gew.-% Methylmethacrylsäureester (MMA, Merck KGaA), 3,91 Gew.- % Hexadecan als osmotisches Reagens und 2,34 Gew.-% Dimethyl-2,2'-Azobisisobutylrat (V601 , Wako Chemicals GmbH) oder 2,2'-Azoisobutyronitril (AI BN), Wako Chemicals GmbH) als Initiator. Für jedes Experiment wurden 30 g der Emulsion hergestellt. Bevor die kontinuierlichen und dispersen Phasen gemischt wurden, wurde 0,053 ml (entsprechend 0,041 g) Octyla- min (Merck KGaA) zu der dispersen Phase hinzugegeben. Octylamin dient vorliegend als öllösliches Fällungsreagens.

Nachdem die beiden Phasen mit einem Magnetrührer für 10 Minuten bei 300 U/min gerührt worden sind, wurde die Pre-Emulsion weiter mit Ultraschall behandelt. Dazu wurde ein Ultra- schall-Prozessor UP 200s (Hielscher Ultrasonics GmbH) für 10 Minuten mit einer Amplitude von 100% angewendet. Während der Behandlung mit Ultraschall wurde die Reaktionslösung in einem Eisbad gekühlt. Um die Fällungsreaktion zu initiieren, wurden 6 ml 0,1 molare ZnSC (Merck KGaA) oder FeSC (Merck KGaA) zu der Emulsion gegeben. Für die Polymerisation wurde die Reaktionslösung für 4 Stunden bei einer Temperatur von 72°C in ein Wasserbad ge- stellt.

Die Emulsionen wurden vor und nach der Polymerisation durch dynamische Lichtstreuung (Na- notrec, Microtrec, USA) charakterisiert. Die Umsätze der Monomeren zu Polymeren wurden gravimetrisch bestimmt. Die hybriden Polymerpartikel wurden durch TEM mit einem LE0922, Omega weiter analysiert. Die Umsätze von Monomer zu Polymer für die Initiatoren AI BN und V601 und die Vorläuferverbindungen FeS0 ₄ und ZnS0 ₄ werden in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Des Weiteren werden in der Figur 1 TEM-Bilder der einzelnen Versuche gezeigt. In Figur 1 bedeuten:

(1 ) Initiator V601

(2) Initiator AIBN

(3) Eisenoxid

(4) Zinkoxid

Es kann gezeigt werden, dass die Wahl des Initiators die Fällungsreaktion und die Polymerisation nicht signifikant beeinflusst. Für beide Initiatoren, AIBN (oben) und V601 (unten) sind die Morphologien des gefällten Eisenoxids (links) und Zinkoxids (rechts) ähnlich. Betrachtet man die Fällungsreaktion von Eisenoxid, können nadeiförmige Strukturen mit einer Länge von unge- fähr 200 nm synthetisiert werden. Die Nadeln scheinen an der Oberfläche des Polymers und teilweise auch außerhalb des Monomertröpfchens gebildet worden zu sein. Zinkoxid-Partikel auf der anderen Seite haben eine Größe von unterhalb 50 nm und liegen in den Polymerpartikeln vor.