DD224602A1 - PROCESS FOR PREPARING MONODISPERSER MELAMINE / FORMALDEHYDE-LATICES - Google Patents
PROCESS FOR PREPARING MONODISPERSER MELAMINE / FORMALDEHYDE-LATICES Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung monodisperser Melamin/Formaldehyd-Latices mit Teilchengroessen im Bereich von 0,1 bis 15 m durch Polykondensation von Melamin und Formaldehyd in waessrigem Medium. Erfindungsgemaess werden dazu Methylolmelamine mit 1,5 Methylolgruppen pro Molekuel und einer Konzentration von 5 bis 70 g/l bei Temperaturen von 343 bis 373 K und einem pH-Wert zwischen 3,5 und 6,5 umgesetzt. Waehrend beziehungsweise nach der Polykondensationsreaktion kann die Oberflaeche der Latexteilchen durch Zugabe von kondensationsfaehigen Verbindungen modifiziert und/oder durch Zusatz von Farbstoffen, insbesondere Fluoreszenzfarbstoffen, markiert werden. Die so erhaeltlichen Polymerdispersionen einheitlicher Teilchengroesse sind in der medizinischen Diagnostik, als Eichpartikel fuer Geraete zur optischen und/oder elektronischen Teilchengroessenbestimmung und ihrer Verteilung, fuer verschiedene Untersuchungen in der Kolloidchemie sowie zur Fluoreszenzmikroskopie verwendbar.The invention relates to a process for preparing monodisperse melamine / formaldehyde latices having particle sizes in the range from 0.1 to 15 m by polycondensation of melamine and formaldehyde in aqueous medium. In accordance with the invention, methylolmelamines having 1.5 methylol groups per molecule and a concentration of 5 to 70 g / l are reacted at temperatures of 343 to 373 K and a pH of between 3.5 and 6.5. During or after the polycondensation reaction, the surface of the latex particles can be modified by addition of condensable compounds and / or labeled by the addition of dyes, especially fluorescent dyes. The polymer dispersions of uniform particle size obtained in this way can be used in medical diagnostics, as calibration particles for optical and / or electronic particle size determination apparatus and their distribution, for various investigations in colloid chemistry and for fluorescence microscopy.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren zur Herstellung monodisperser Melamin/Formaldehyd-LaticesProcess for the preparation of monodisperse melamine / formaldehyde latexes
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung monodisperser Melamin/Formaldehyd-Latices mit Teilchengrößen im Bereich von .0,1 bis 15 ,um durch Polykondensation von Melamin und Formaldehyd in wäßrigem Medium, Derartige Latices sind für den Einsatz in der medizinischen Diagnostik, als Eichpartikel für Geräte zur optischen und/oder elektronischen Teilchengrößenbestimmung und ihrer Verteilung, für verschiedene Untersuchungen in der Kolloidchemie und zur Fluoreszenzmikroskopie geeignet.The invention relates to a process for the preparation of monodisperse melamine / formaldehyde latices having particle sizes in the range of .0.1 to 15, by polycondensation of melamine and formaldehyde in an aqueous medium. Such latices are for use in medical diagnostics, as calibration particles for Apparatus for optical and / or electronic particle size determination and their distribution, suitable for various investigations in colloid chemistry and for fluorescence microscopy.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Die Herstellung monodisperser Latices ist prinzipiell nach Polymerisations- und Polykondensationsverfahren möglich und wird in diesen beiden Varianten sowohl in der Wissenschaftlichen als auch in der Patentliteratur umfangreich beschrieben.The preparation of monodisperse latices is possible in principle by polymerization and polycondensation and is extensively described in these two variants both in the scientific and in the patent literature.
Bei den hauptsächlich verwendeten Polymerisationsverfahren werden wasserunlösliche Monomere in Wasser dispergiert und bei erhöhter Temperatur und unter Ausschluß von Sauerstoff die Reaktion durch einen Radikalbildner initiiert»In the main polymerization processes used, water-insoluble monomers are dispersed in water and, at elevated temperature and with the exclusion of oxygen, the reaction is initiated by a free-radical generator »
Als Monomere für die Herstellung von derartigen monodispersen Latices werden beschrieben:As monomers for the preparation of such monodisperse latices are described:
- Styren (3, Polym· Sei·, Polym. Chem. Ed· 3J5 (1977)- Styrenes (3, Polym · Sei ·, Polym. Chem. Ed. 3J5 (1977)
2193-2218; Colloid Polymer Sei. 252 (1974) 464-471);2193-2218; Colloid Polymer Sei. 252 (1974) 464-471);
- styrenhaltige Copolymere, z· B, carboxyliertes Polystyren, carboxylierte Polystyren-Butadien-Copolymere (A*C*S. Preprints, 1974, 155-160; 3» Colloid. Interface Sei, 49 (1974) 425-432);styrene-containing copolymers, for example, carboxylated polystyrene, carboxylated polystyrene-butadiene copolymers (A * C * S. Preprints, 1974, 155-160, 3 Colloid, Interface Sei, 49 (1974) 425-432);
- Sty.ren-Acrylat-Copolymere (US-PS 3 501 432);Styrenic acrylate copolymers (US Pat. No. 3,501,432);
- verschiedene Monomere auf Methacrylatbasisvarious methacrylate-based monomers
(3· Cell Biology. 64 (1975) 75-88, Macromolecules 9 (1976) 328-336);(3 · Cell Biology 64 (1975) 75-88, Macromolecules 9 (1976) 328-336);
- Glutaraldehyd (US-PS 4 267 234 und 4 267 235) jGlutaraldehyde (US Pat. Nos. 4,267,234 and 4,267,235) j
- Vinylpyridin (US-PS 4 170 685);- Vinylpyridine (U.S. Patent 4,170,685);
- Acrolein (J. Cell Sei, 56 (1932) 157-175)·Acrolein (J. Cell Sei, 56 (1932) 157-175)
Die auf Polymerisationsbasis hergestallten Latices weisen im allgemeinen eine Rsihe von Nachteilen auf, die wie folgt zum Ausdruck kommen:The latices produced on the basis of polymerization generally have a number of disadvantages which are expressed as follows:
- begrenzte Teilchengröße (Teilchengrößen über 1 ,um sind mittels Polymerisationsverfahren nur schwer zu realisieren),limited particle size (particle sizes above 1, in order to be difficult to realize by means of polymerization processes),
- zeitaufwendige und relativ komplizierte Reaktionsbedingungen,time-consuming and relatively complicated reaction conditions,
»einige der beschriebenen Monomere sind in ihrer Herstellung aufwendig und/oder kommerziell selten verfügbar,Some of the described monomers are complex and / or commercially rarely available in their preparation,
- 3ildung grenzflächenaktiver Qligomererj- Formation of surface active Qligomererj
- geringe Dichte«- low density «
- aufwendige Rainigungsoperationen für die hergestellten Latices. (Die Beseitigung der im System vorhandenen Verunreinigungen wie Restmonomere, Oligomers, Salze u. a. erfolgt beispielsweise durch Wasserdampfdestillation, Zsntrifugation oder Ultrafiltration»)- elaborate Rainigungsoperationen for the manufactured Latices. (The removal of impurities present in the system, such as residual monomers, oligomers, salts, and the like, takes place, for example, by steam distillation, centrifugation or ultrafiltration »).
Einen wesentlichen Fortschritt gegenüber diesem Stand der Technik stellen die durch Folykondensationsreaktion zugänglichen Polymerlatices auf der Grundlage von Melamin und Formaldehyd dar, deren Herstellung in den beiden sowjetischen Patentschriften 441 272 und 933 666 beschrieben wird« Da es sich bei den für die Polykondensation verwendeten Ausgangsstoffen um wasserlösliche Komponenten handelt und die Dichte der gebildeten Polymerteilchen gröSer als 1 ist, ergeben sich hinsichtlich der Reinigung der gewonnenen Latices beachtenswerte Vorteile· Als beträchtlicher Nachteil dieses Verfahrens muß andererseits die geringe Polymerteilchenstabilität und die relativ starke Abhängigkeit der Teilchengrößenverteilung von der Qualität der eingesetzten Ausgangsstoffe Melamin und insbesondere Formaldehyd angesehen werden. Durch wechselnde Qualität der beiden Ausgangsstoffe sind praktisch keine reproduzierbaren Teilchengrößen herstellbarA major advance over this state of the art are the polymer latexes based on melamine and formaldehyde, which are accessible by the folic condensation reaction, the preparation of which is described in the two Soviet patents 441 272 and 933 666. As the starting materials used for the polycondensation are water-soluble On the other hand, the small polymer particle stability and the relatively strong dependence of the particle size distribution on the quality of the starting materials used melamine and especially Formaldehyde are considered. Due to changing quality of the two starting materials virtually no reproducible particle sizes can be produced
Ziel der ErfindungObject of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, monodisperse Latices mit Teilchengrößen auch über 1 ,um und relativ großer Einheitlichkeit zur Verfügung zu stellen, die gegebenenfalls funktioneile Gruppen zur Bindung von biologisch aktiven Substanzen, wie Antigenen, Antikörpern, Enzymen, beziehungsweise von Fluorochromen an der Oberfläche der Latexteilchen enthalten»It is the object of the invention to provide monodisperse latices with particle sizes also over 1 μm and relatively large uniformity, which optionally have functional groups for binding biologically active substances, such as antigens, antibodies, enzymes, or fluorochromes on the surface of the Latex particles contain »
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Das Ziel wird erreicht mittels eines Verfahrens zur Herstellung monodisperser Melamin/Formaldehyd-Latices mit Teilchengrößen im Bereich zwischen 0,1 und 15 ,um durch Polykondensation von Melamin und Formaldehyd in wäßrigem Medium, indem erfindungsgemäß Methylolmelamine mit einem Gehalt von ^1,5 Methylolgruppen pro Molekül und einer Konzentration von 5 bis 70 g/l bei Temperaturen von 343 bis 373 K und einem pH-Wert zwischen 3,5 und 6,5 zur Umsetzung gebrachtThe object is achieved by means of a process for preparing monodisperse melamine / formaldehyde latexes having particle sizes in the range of 0.1 to 15 to obtain by polycondensation of melamine and formaldehyde in an aqueous medium, according to the invention methylolmelamines having a content of ^ 1.5 methylol groups per Molecule and a concentration of 5 to 70 g / l at temperatures of 343 to 373 K and a pH between 3.5 and 6.5 for implementation
werden· Während beziehungsweise nach der Polykondensationsreaktion kann die Oberfläche der Latexteilchen durch Zugabe von kondensationsfähigen Verbindungen, dia Amino-, Carboxyl-, Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppen tragen« modifiziert werden· Die Latexteilchen können ebenfalls während beziehungsweise nach ihrer Herstellung mit Farbstoffen, vor allem mit Fluoreszenzfarbstoffen, markiert werden·During or after the polycondensation reaction, the surface of the latex particles can be modified by addition of condensable compounds containing amino, carboxyl, sulfonic acid or phosphonic acid groups. The latex particles can likewise be oxidized during or after their preparation with dyes, especially with fluorescent dyes to be marked ·
Die zur erfolgreichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Methylolmelamine sind leicht durch Reaktion von Melamin und Formaldehyd im Molverhältnis 1,5 bis S Mol Formaldehyd pro Mol Melamin unter alkalischen Bedingungen, vorzugsweise im pH-Bereich zwischen 10 und 11, zugänglich. Die so hergestellten definierten Methylolmelamine sind bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise oberhalb 343 K, gut wasserlöslich und werden nach Zugabe eines sauren Katalysators, z· 3· verdünnte Ameisensäure, und Einstellung eines pH-Wertes im Bereich von 3,5 bis 6,5 bei allmählicher Temperaturerhöhung auf etwa 373 K zu monodispersen Polymerteilchen polykondensiert· Die Kondensationsreaktion erfolgt sowohl unter Rühren als auch durch einfaches Stehenlassen der gelösten Reaktionskomponenten·The Methylolmelamine necessary for the successful implementation of the method according to the invention are easily accessible by reaction of melamine and formaldehyde in a molar ratio of 1.5 to 5 moles of formaldehyde per mole of melamine under alkaline conditions, preferably in the pH range between 10 and 11. The defined methylolmelamines prepared in this way are readily soluble in water at elevated temperature, preferably above 343 K, and become more gradual upon addition of an acidic catalyst, eg. 3 × dilute formic acid, and adjustment of a pH in the range from 3.5 to 6.5 Temperature increase to about 373 K to monodisperse polymer particles polycondensed · The condensation reaction takes place both with stirring and by simply leaving the dissolved reaction components to stand.
Die Herstellung der Latices mit siner bestimmten, im beschriebenen Bereich zwischen 0,1 und 15 ,um liegenden PoIymerteilchengröSe gelingt durch Variation der Art und Konzentration des eingesetzten Methylolmelamine, durch Einstellung des pH-Wertes und der Temperatur, bei der die Katalysatorsäure zugegeben wird, sowie durch Variation der Aufheizgeschwindigkeit, Feindisperse Latices resultieren beim Einsatz, von Methylolmelaminen mit einem hohen Methylolgruppengehalt, beim Arbeiten unter niedrigem pH-Wert, größerer Aufheizgeschwindigkeit und einer Säurezugabe bei höherer Temperatur« Im Unterschied dazu werden bei der Verwendung von Methylolmelaminen mit niedrigem Methylolgruppengehalt, beim Arbeiten in ganz schwach saurem Milieu, einer mäßigen Aufheizgeschwindigkeit und einer Säurezugabe bei einer Temperatur im unteren Bereich zunehmend grobdisperse Latices erhalten.The production of the latices with a particular polymer particle size lying in the described range between 0.1 and 15 μm is achieved by varying the type and concentration of the methylolmelamine used, by adjusting the pH and the temperature at which the catalyst acid is added, as well as by varying the heating rate, finely dispersed latices result in the use of methylol melamines with a high methylol group content when working at low pH, higher heating rate and acid addition at higher temperature. "In contrast, when using methylol melamines with low methylol groups content, when working in very weakly acidic medium, a moderate heating rate and an acid addition at a temperature in the lower region increasingly coarsely dispersed latices.
Die gemäß der Erfindung erhaltenen Polymerdispersionen einheitlicher Teilchengröße werden vorteilhaft von Oligomeren und überschüssigem Formaldehyd durch Ultrafiltration, Sedimentation und Zentrifugieren gereinigt· Die Entfernung von Rest formaldehyd aus den hergestellten Polymerdispersionen kann aber auch in der Weise erfolgen, daß zur wäßrigen Dispersion bei einem pH-Wert unterhalb 4 Harnstoff zugesetzt wird·The polymer dispersions of uniform particle size obtained according to the invention are advantageously purified by oligomers and excess formaldehyde by ultrafiltration, sedimentation and centrifuging. The removal of residual formaldehyde from the prepared polymer dispersions can also be carried out in such a way that the aqueous dispersion at a pH below 4 urea is added ·
Die erfindungsgemäß hergestellten monodispersen Latices haben sich über einen Zeitraum von mehr als 12 Monaten stabil gezeigt· Gegebenenfalls abgesetzte Latexteilchen können auf einfache Weise, z· 3· durch Schütteln oder Rühren, redispergiert werden»The monodisperse latices prepared according to the invention have been stable over a period of more than 12 months. Optionally deposited latex particles can be redispersed in a simple manner, for example by shaking or stirring.
AusführungsbeispieIeAusführungsbeispieIe
Seispiel 1Example 1
Herstellung eines MethylolraelaminsPreparation of a Methylolraelamine
545 g einer 16,5 %igen wäßrigen Formaldehydlösung (3 Mol) werden mit iNaOH auf einen pH-Wert von 9,5 eingestellt und auf 343 K erwärmt. Zu dieser Lösung werden unter Rühren 125 g Melamin (1 Mol) gegeben, 30 Minuten nachgerührt und die klare Reaktionslösung abgekühlt· Das ausgefallene kristalline Trimethylolmelamin wird abgesaugt, mit Ammoniakwasser und Methanol gewaschen und an der Luft getrocknet* Die Aufbewahrung des pulverförmigen Produkts erfolgt vorteilhaft im Kühlschrank bei ca· 277 K·545 g of a 16.5% aqueous formaldehyde solution (3 mol) are adjusted to a pH of 9.5 with iNaOH and heated to 343 K. 125 g of melamine (1 mol) are added to this solution while stirring, and the clear reaction solution is cooled. The precipitated crystalline trimethylolmelamine is filtered off with suction, washed with ammonia water and methanol and dried in air Refrigerator at approx. 277 K
Herstellung der monodispersen Melamin/Formaldehyd-LaticesPreparation of monodisperse melamine / formaldehyde latexes
In einem temperierbaren Reaktionsgefäß, ausgestattet mit Rührer, Thermometer und pH-Meßkette, werden 1,5 1 destilliertes Wasser vorgelegt und auf 343 K erwärmt· iMach Auflösen von 30 g Pentamethylolmelamin wird auf ca» 363 K hochgeheizt und mit 0,37 %±ger Ameisensäure auf einen pH-Wert von 5,0 eingestellt. Die sich bildenden Polymerteilchen werden noch 15 Minuten bei 363 K belassen und nachIn a temperature-controlled reaction vessel equipped with stirrer, thermometer and pH electrode, 1.5 l of distilled water are introduced and heated to 343 K. After dissolving 30 g of pentamethylolmelamine is heated to about 363 K and 0.37 % Formic acid adjusted to a pH of 5.0. The forming polymer particles are left for 15 minutes at 363 K and after
dem Abkühlen durch Ultrafiltration von Oligomeren und Formaldehyd befreit· Die erhaltenen Polymerteilchen haben einen Durchmesser von 0,5 ,um·the cooling by ultrafiltration of oligomers and formaldehyde freed · The polymer particles obtained have a diameter of 0.5 to
In ein ReaktionsgefaS gemäß Beispiel 2 werden 1,5 1 destilliertes Wasser und 90 g Trimethylolmelamin eingebracht und unter Rühren auf 343 K erwärmt· Im Anschluß daran werden zu der klaren Lösung 0,85 %±ge Ameisensäure zur Einstellung des pH-Wertes auf 5,5 zugesetzt· Durch langsame Temperaturerhöhung auf 368 K resultiert ein Latice, dessen Polymerteilchen einen Durchmesser von ca. 12 ,um aufweisen*In a reaction vessel according to Example 2, 1.5 l of distilled water and 90 g of trimethylolmelamine are introduced and heated with stirring to 343 K. Thereafter, 0.85 % pure formic acid are added to the clear solution to adjust the pH to 5, 5 added · A slow increase in temperature to 368 K results in a latice whose polymer particles have a diameter of about 12 μm *
Seispiel 4Example 4
Herstellung eines oberflächenmodifizierten Melamin/FornraXdehyd-LaticesPreparation of a Surface-Modified Melamine / FornraXdehyde Latex
Zum Einbau funktioneller Gruppen in die Oberfläche der Polymerteilchen wird die Polykondensation gemäß Beispiel 2 oder Beispiel 3 in Gegenwart von beispielsweise Aminosäuren, SuIfobetainen, Aminophosphonsäuren in Mengen von 2 bis 20 Molprozent, bezogen auf die eingesetzte Methylolmelaminmenge, durchgeführt· Die so hergestellten monodispersen Latices enthalten in der Polymeroberfläche -C©2H, -SO3H, -pO2 H als geladene Gruppen·For the incorporation of functional groups into the surface of the polymer particles, the polycondensation according to Example 2 or Example 3 is carried out in the presence of, for example, amino acids, sulfobetaines, aminophosphonic acids in amounts of from 2 to 20 mol percent, based on the amount of methylolmelamine used. The monodisperse latices thus prepared contain the polymer surface -C © 2 H, -SO 3 H, - p O 2 H as charged groups
Seispiel 5Example 5
Herstellung gefärbter beziehungsweise fluoreszenzmarkierter rnonodisperser Melamin/Formaldehyd-LaticesPreparation of Dyed or Fluorescence-Labeled Non-Disperse Melamine / Formaldehyde Latexes
Die Zugabe von farbstoffen mit freien Aminogruppen (Safranin, Fuchsin) beziehungsweise Farbstoffen mit sauren Gruppen wie -COOH1 -OSO3H, -SO3H im Farbstoffmolekül (Titangelb, Alizarin S, Disulfinblau VN) zum Reaktionsansatz nach Beispiel 2 oder. Beispiel 3 liefert L3tices mit entsprechend intensiv gefärbten Polymerteilchen·The addition of dyes with free amino groups (safranin, fuchsin) or dyes with acidic groups such as -COOH 1 -OSO 3 H, -SO 3 H in the dye molecule (Titangelb, Alizarin S, Disulfinblau VN) to the reaction mixture according to Example 2 or. Example 3 provides L3tices with correspondingly intensely colored polymer particles
Die Zugabe von Aminofluorochromen (Ethidiumbromid, Aminofluorescein, Fluoresceinisothiocyanat in überschüssigem Ethylendiamin) zum Reaktionsansatz nach Beispiel 2 oder 3eispiei 3 liefert Latices mit intensiver Fluoreszenz· Derartig fluoreszenzmarkierte Latices werden aber auch erhalten, wenn die Fluorochrome nach beendeter Polykondensationsreaktion der Latexdispersion zugesetzt werden»The addition of aminofluorochromes (ethidium bromide, aminofluorescein, fluorescein isothiocyanate in excess of ethylenediamine) to the reaction mixture of Example 2 or 3eispiei 3 provides latices with intense fluorescence · Such fluorescence-labeled latex but are also obtained when the fluorochromes are added after completion of the polycondensation reaction of the latex dispersion.
Fluorochrome mit sauren Gruppen im Molekül (Eosin, Rhodamin B, Na-Fluorescin) können ebenfalls zur Fluoreszenzmarkierung verwendet werden·Fluorochromes with acidic groups in the molecule (eosin, rhodamine B, Na-fluorescine) can also be used for fluorescence labeling.
Überschüssiges Fluorochrom wird durch wiederholtes Waschen mit destilliertem Wasser (Sedimentation und Resuspension) entfernt·Excess fluorochrome is removed by repeated washing with distilled water (sedimentation and resuspension).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD26261184A DD224602A1 (en) | 1984-05-02 | 1984-05-02 | PROCESS FOR PREPARING MONODISPERSER MELAMINE / FORMALDEHYDE-LATICES |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DD224602A1 true DD224602A1 (en) | 1985-07-10 |
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ID=5556707
Family Applications (1)
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DD26261184A DD224602A1 (en) | 1984-05-02 | 1984-05-02 | PROCESS FOR PREPARING MONODISPERSER MELAMINE / FORMALDEHYDE-LATICES |
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Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD224602A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5162486A (en) * | 1989-09-01 | 1992-11-10 | Basf Aktiengesellschaft | Preparation of spherical, hard mono- or oligodisperse particles of melamine resin |
WO2003074614A1 (en) * | 2002-03-02 | 2003-09-12 | Merck Patent Gmbh | Platelike effect pigments with a melamine formaldehyde resin coating |
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EP1647326A2 (en) | 1998-03-19 | 2006-04-19 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Process for preparing capsules having a polyelectrolyte shell |
DE102020114289A1 (en) | 2020-05-28 | 2021-12-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Functionalized particles containing amino resins |
-
1984
- 1984-05-02 DD DD26261184A patent/DD224602A1/en unknown
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