DE102004062633B4

DE102004062633B4 - Verfahren zur Herstellung von mit Feinpartikeln auf der Basis von Metallen versetzten Polymeren

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Publication number: DE102004062633B4
Application number: DE102004062633A
Authority: DE
Inventors: Thomas Prof. Dr. Hirth; Ulrich Dr. Fehrenbacher; Jan Dipl.-Ing. Diemert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2024-12-25
Also published as: WO2006069696A1; DE102004062633A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von mit Feinpartikeln aus Metallen oder Metallverbindungen versetzten thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren, indem wenigstens ein solches Polymer in einer Plastifiziereinheit plastifiziert und im plastifizierten Zustand mit den Feinpartikeln beaufschlagt und das mit den Feinpartikeln beaufschlagte, plastifizierte Polymer sodann aus der Plastifiziereinheit ausgebracht und unter Bildung eines Polymer-Formkörpers erstarrt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(a) Herstellen einer Lösung aus wenigstens einer Prekursor-Substanz, welche zur Umsetzung zu der Substanz der gewünschten Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen unter den in der Plastifiziereinheit herrschenden Bedingungen geeignet ist, in wenigstens einem Lösungsmittel;
(b) Eindispergieren der Lösung in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer; und
(c) In situ Erzeugen der Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen aus der in das plastifizierte Polymer eindispergierten Lösung der Prekursor-Substanz durch
(c₁) thermische und/oder druckinitiierte und/oder katalytische Umsetzung der Prekursor-Substanz bei der/dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur/Druck unter Bildung der Feinpartikel und/oder...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Feinpartikeln aus Metallen oder Metallverbindungen versetzten thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren, indem wenigstens ein solches Polymer in einer Plastifiziereinheit plastifiziert und im plastifizierten Zustand mit den Feinpartikeln beaufschlagt und das mit den Feinpartikeln beaufschlagte, plastifizierte Polymer sodann aus der Plastifiziereinheit ausgebracht und unter Bildung eines Polymer-Formkörpers erstarrt wird.
Mit Partikeln versetzte Polymere finden verbreitet Anwendung und sind in vielfältigen Ausführungsvarianten bekannt. Häufig sind die Partikel von Füllstoffen oder Verstärkungsfasern gebildet, welche dem thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer entweder im plastifizierten Zustand beigemischt oder mit dem noch nicht plastifizierten Polymer in Granulatform vorgemischt werden, wobei die Mischung später in einer Plastifiziereinheit zu Formkörpern weiterverarbeitet wird.
Für spezielle Anwendungen ist es überdies häufig erforderlich, dem Polymer Feinpartikel zuzusetzen, welche in dem fertigen Polymer-Formkörper in möglichst homogener Verteilung vorliegen sollen. Mit Feinpartikel sind in diesem Zusammenhang solche mit einem Partikeldurchmesser von weniger als etwa 100 μm, insbesondere weniger als etwa 10 μm bis in einen Bereich von einem oder wenigen Nanometern, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 10 μm, angesprochen.
Beispiele solcher Anwendungen sind Polymerelektrolytmembrane, insbesondere für Brennstoffzellen, mit in Polymerfolien eindispergierten, elektrisch leitfähigen Feinpartikeln, insbesondere aus Metall. Weitere Beispiele sind katalytisch oder auch antibakteriell wirksame Polymer-Formkörper, z.B. in Form von Folien, Granulaten, Verpackungsbehältern etc., mit in das Polymer eindispergierten Feinpartikeln insbesondere aus Metallen, Metalloxiden, -sulfiden oder dergleichen, wie Metallen oder Metallverbindungen aus Silber, Kupfer, Nickel, Rhodium, Palladium, Platin usw. In diesem Zusammenhang seien z.B. auch Verpackungen, insbesondere für Lebensmittel oder andere hygienisch anspruchsvollen Waren, erwähnt, welche mit in das Polymermaterial der Verpackung eindispergierten Feinpartikeln, vornehmlich aus relativ unedlen Metallen, wie Eisen, Zink und dergleichen, versetzt sind, um als Barriere für eindringenden Sauerstoff zu dienen, welcher an den Feinpartikeln zu dem entsprechenden Metalloxid umgesetzt und auf diese Weise zurückgehalten wird. Darüber hinaus finden solche Polymer-Formkörper für Oberflächen oder Oberflächenbeschichtungen mit erhöhter Abrieb- und Kratzfestigkeit und/oder zur Erzielung von optischen Effekten, z.B. metallartigen Reflexionseffekten, Verwendung. Überdies sind Anwendungen in der Halbleitertechnik erwähnenswert, wobei die Polymer-Formkörper beispielsweise mit Feinpartikeln aus Silicium, Germanium, deren Oxiden etc., versetzt sind. Schließlich sind eine Reihe von anderen Anwendungsgebieten für solche Polymere denkbar, wie Abschirmungen für elektromagnetische Wellen, elektrische Leiter oder elektrostatische Ableitungen, polymergebundene Treib- und Explosivstoffe und sogenannte Festtreibstoffe, Pharmazeutika, Sensorik, Flammschutz etc.
Die Herstellung von mit Feinpartikeln versetzten thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer-Formkörpern geschieht gegenwärtig entsprechend der eingangs angesprochenen Herstellung von mit partikel- oder faserförmigen Füllstoffen versetzten Polymeren entweder durch Vormischen der Feinpartikel mit dem noch nicht plastifizierten Polymergranulat oder durch Aufgabe der Feinpartikel in das in einer Plastifiziereinheit, wie einem Extruder, einer Spritzgießmaschine oder dergleichen, befindliche plastifizierte Polymer.
Nachteilig ist insbesondere die starke Agglomerationsneigung der Feinpartikel, welche grundsätzlich, d.h. im Wesentlichen unabhängig von der Art der eingesetzten Partikel, mit abnehmender Partikelgröße stark zunimmt. Dies macht eine homogene Verteilung der Feinpartikel in der plastifizierten Polymermatrix praktisch unmöglich und erfordert jedenfalls eine aufwändige und zeitintensive Homogenisierung der Mischung in der Plastifiziereinheit. Darüber hinaus kann es zu Verstopfungen der Plastifiziereinheit und/oder der Aufgabeeinrichtung zum Aufgeben der Feinpartikel durch deren Agglomerate kommen, was zu Ausfallzeiten der Anlage führt. Ferner stehen Feinpartikel im Verdacht, insbesondere bei einer Partikelgröße von etwa 1 μm oder weniger aufgrund ihrer Lungengängigkeit toxisch zu wirken, so dass sie im Falle ihrer freien Handhabung bei der Verarbeitung ein gesundheitliches Gefährdungspotential darstellen. Schließlich sei die Explosionsgefahr von Fein partikeln unter Luftsauerstoff erwähnt, insbesondere im Hinblick auf Feinpartikel aus im Wesentlichen unedlen Metallen, wie z.B. Aluminium.
Das Eindispergieren von wie auch immer gearteten Additiven in Polymere oder auch das Mischen von Polymeren untereinander unter Einsatz von überkritischen Fluiden ist bekannt. So beschreibt die DE 38 33 219 A1 ein Verfahren zur Herstellung von hochdispersen Mischungen aus zwei nicht oder schlecht miteinander mischbaren Polymeren, indem die Polymere plastifiziert bzw. aufgeschmolzen und in Gegenwart von überkritischen Fluiden miteinander gemischt werden, um deren Viskosität zu erniedrigen. Ferner geht es in der EP 0 222 207 B1 um ein Verfahren zum Einbringen eines Additives in ein festes Polymer, indem das Additiv in einem Lösungsmittel, z.B. Kohlendioxid, gelöst und die Lösung in das Polymer infiltriert wird, so dass das Polymer aufquillt. Nach Abtrennen des Lösungsmittels aus dem Polymer bleibt das vormals gelöste Additiv in dem Polymer zurück. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Additiv einerseits ein Monomer und andererseits einen zur Polymerisation befähigten Initiator umfasst, um ein weiteres Polymer zu bilden.
Die WO 03/045448 A1 beschreibt ein Verfahren zum Imprägnieren eines ebenfalls festen Polymers mit einer antimikrobiell wirksamen Substanz oder eines Prekursors einer solchen, wobei die Substanz oder deren Prekursor in einem überkritischen Lösungsmittel gelöst und die Lösung in das feste Polymer eingebracht wird. Im Falle des Einsatzes eines Prekursors kann die antimikrobielle Substanz hieraus in situ gebildet werden.
Der US 6 596 388 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schleifpads entnehmbar, wobei ein Prekursor in einem über kritischen Fluid gelöst und die Lösung in einen Kunststoff im festen Zustand, insbesondere in einen thermoplastischen Polymerschaum, eingebracht wird. Der Prekursor dient zur Umwandlung des in diesem Fall reaktiven Matrixpolymers in ein Graft- bzw. Pfropfpolymer mit demgegenüber veränderten Bulkeigenschaften. Das überkritische Fluid bewirkt ein Quellen der Polymermatrix.
Die US 6 172 138 B1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Füllstoffen versetzen Polymeren in Form von im festen Zustand vorliegenden Elastomeren, wobei die Füllstoffe in der Polymermatrix in situ erzeugt werden. Der insbesondere flüssige Prekursor wird in Gegenwart eines Promotors zum Initiieren einer Kondensationsreaktion des Prekursors direkt in die Polymermatrix eingemischt, in welcher der Prekursor durch Kondensation zu dem Füllstoff umgesetzt wird. Der solchermaßen erzeugte Werkstoff soll insbesondere in Reifen zum Einsatz kommen.
Der JP 2002-179 931 A ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung eines mit metallischen Feinpartikeln versetzten Polymers zu entnehmen, indem ein Prekursor für solche Metallpartikel in das im festen Zustand befindliche Polymer eingebracht und durch Reduktion zu dem jeweiligen Metall umgesetzt wird. Die Reduktion soll durch Bestrahlen der Polymer-/Prekursordispersion mit elektromagnetischer Strahlung geschehen. Der Prekursor wird in geschmolzener Form direkt dem festen Polymer aufgegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorerwähnten Nachteile auf möglichst einfache und kostengünstige Weise vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches durch die nachfolgenden Schritte gekennzeichnet ist:

(a) Herstellen einer Lösung aus wenigstens einer Prekursor-Substanz, welche zur Umsetzung zu der Substanz der gewünschten Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen unter den in der Plastifiziereinheit herrschenden Bedingungen geeignet ist, in wenigstens einem Lösungsmittel;
(b) Eindispergieren der Lösung der Prekursor-Substanz in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer; und
(c) In situ Erzeugen der Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen aus der in das plastifizierte Polymer eindispergierten Lösung der Prekursor-Substanz durch
(c₁) thermische und/oder druckinitiierte und/oder katalytische Umsetzung der Prekursor-Substanz bei der/dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur/Druck unter Bildung der Feinpartikel und/oder
(c₂) Umsetzung der Prekursor-Substanz mit wenigstens einem Reaktionspartner unter Bildung der Feinpartikel und gegebenenfalls weiteren Reaktionsprodukten, wobei die Umsetzung der Prekursor-Substanz mit dem Reaktionspartner unter Bildung der Feinpartikel bei der/dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur/Druck und/oder katalytisch initiiert wird.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine völlige Abkehr von herkömmlichen Ein- bzw. Vormischverfahren der Feinpartikel in das plastifizierte oder noch granulatförmige Polymer aus, indem die Feinpartikel erst in situ in dem in der Plastifiziereinrichtung plastifizierten Polymer gebildet werden. Hierdurch wird die freie Handhabung der Feinpartikel als solcher entbehrlich und werden unter zuverlässiger Vermeidung von Aggregationen der Partikel im Polymer oder auch in der Plastifiziereinheit eine äußerst homogene Verteilung der Feinpartikel in dem plastifizierten Polymer und somit auch in dem hieraus erzeugten Polymer-Formkörper erreicht. Dabei neigen die auf erfindungsgemäße Weise in dem plastifizierten Polymer in situ erzeugten Feinpartikel im Vergleich mit auf herkömmliche Weise in feinpartikulärer Form zudosierten Feinpartikeln praktisch gar nicht zu einer (Nach)agglomeration, wobei vermutet wird, dass dies auf die gewisse, stets vorhandene Viskosität von Polymerschmelzen zurückzuführen ist, welche die in situ erzeugten Feinpartikeln praktisch unmittelbar nach deren Bildung benetzen. Darüber hinaus wird jegliche Gefährdung der Umwelt durch freie Feinpartikel – sei es aufgrund des Verdachtes ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung, sei es aufgrund einer möglichen Explosionsgefahr – zuverlässig vermieden.
Die beispielsweise von einem Ein- oder Mehrschneckenextruder beliebiger Ausgestaltung, einer Spritzgießmaschine oder dergleichen gebildete Plastifiziereinheit muss lediglich mit einer Zuführeinrichtung zum Aufgeben eines Fluides und, wie weiter unten im einzelnen erläutert, gegebenenfalls auch mit einer Abführeinrichtung für Fluide ausgestattet sein, um das bzw. die Lösungsmittel der Prekursoren, aus welchen die Feinpartikel in der Polymerschmelze in situ erzeugt werden, wieder aus dem plastifizierten Polymer abzuführen, nachdem die Feinpartikel gebildet worden sind.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bzw. werden gemäß obigem Schritt (a) also zunächst eine oder mehrere Prekursor-Substanzen in einem geeigneten Lösungsmittel bzw. einer Lösungsmittelmischung gelöst und wird die hierbei erhaltene Lösung der Plastifiziereinheit an einer Stelle zugesetzt, an welcher das hierin befindliche Polymer bereits im plastifizierten Zustand vorliegt. Das bzw. die Lösungsmittel dieser Lösung wird/werden sodann gemäß obigem Schritt (b) in die Polymerschmelze eindispergiert, um für eine homogene Verteilung der hierin gelösten Prekursoren in dem Polymer und für einen innigen Kontakt von Prekursor und Polymer zu sorgen. Sodann werden die gewünschten Feinpartikel gemäß obigem Schritt (c) in dem plastifizierten Polymer in situ erzeugt, was einerseits durch thermische, druckinitiierte und/oder katalytische Umsetzung der Prekursor-Substanz(en) bei den in der Plastifiziereinheit herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen (Schritt (c₁)), andererseits – gegebenenfalls ebenfalls katalytisch – durch Umsetzung der Prekursor-Substanz(en) mit wenigstens einem Reaktionspartner geschehen kann (Schritt (c₂)), wie es weiter unten noch näher erläutert ist. Im erstgenannten Fall kann die Um- bzw. Zersetzung der gelösten Prekursoren unter Bildung der Feinpartikel entweder durch gezielte Druck- und/oder Temperatursteuerung nach deren Eindispergierung in das plastifizierte Polymer erfolgen, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn Prekursoren eingesetzt werden, welche sich ab einer bestimmten Temperatur bzw. einem bestimmten Druck relativ spontan oder katalytisch zu den Feinpartikeln umsetzen. Andererseits können auch für den Fall, dass Prekursoren eingesetzt werden, welche sich bei den in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur- und Druckbedingungen verhältnismäßig langsam zersetzen, diese Bedingungen insbesondere im Wesentlichen konstant gehalten und – gegebenenfalls unter Einsatz eines geeigneten Katalysators – für eine hinreichende Verweilzeit der Prekursoren in dem plastifizierten Polymer gesorgt werden, um die gewünschte Bildung der Feinpartikel sicherzustellen. In jedem Fall ist es möglich, die Anzahl und die Größe der Partikel nicht nur durch die Menge an dem plastifizierten Polymer zugesetzten Prekursoren, sondern auch durch den Druck- und/oder Temperaturverlauf in der Plastifiziereinheit sowie die Verweilzeit der Prekursoren in dem plastifizierten Polymer zu steuern.
Mit "thermoplastischen oder thermoelastischen Polymer" im Sinne der Erfindung ist im übrigen ein beliebiges Polymer, eine beliebige Polymermischung oder ein beliebiger Polymer-Blend auf synthetischer und/oder natürlicher Basis angesprochen, welcher hinreichend thermoplastische Eigenschaften aufweist, dass er ohne nennenswerte Zersetzung derart thermisch plastifizierbar ist, dass eine – vorzugsweise möglichst gleichmäßige – Verteilung der Prekursor-Lösung in der plastifizierten Polymermatrix möglich ist.
Mit "thermischer und/oder druckinitiierter Umsetzung" sind sämtliche Umsetzungs-, Zersetzungs- oder Spaltungsvorgänge der jeweils eingesetzten Prekursoren bei den in der Plastifiziereinheit herrschenden Bedingungen gemeint, welche keine chemischen Reaktionen mit zusätzlichen Reaktionspartnern darstellen, aber gegebenenfalls katalytisch von statten gehen können.
Soll die in das plastifizierte Polymer eindispergierte Prekursor-Substanz in dem Polymer mit einem oder mehreren Reaktionspartnern zur Umsetzung gebracht werden, um die in der schmelzflüssigen Polymermatrix im Wesentlichen homogen verteilten Feinpartikel zu erzeugen, so kann gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der bzw. die Reaktionspartner der Prekursor-Substanz(en) gemäß dem obigen Schritt (c₂) in der Lösung der Prekursor-Substanz gelöst, die sowohl die Prekursor-Substanz als auch den Reaktionspartner enthaltende Lösung in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer eindispergiert und die Umsetzung der Prekursor-Substanz mit dem Reaktionspartner un ter Bildung der Feinpartikel bei der/dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur/Druck und/oder katalytisch initiiert wird. Es wird folglich eine einzige Lösung einerseits aus Prekursor(en), andererseits aus Reaktionspartner(n) derselben hergestellt und das plastifizierte Polymer mit dieser Lösung beaufschlagt. Nachdem die Lösung in das plastifizierten Polymer eindispergiert worden ist, wird der Prekursor mit seinem Reaktionspartner bei den in der Plastifiziereinheit herrschenden Bedingungen unter Bildung der Feinpartikel zur Umsetzung gebracht.
Statt dessen kann vorgesehen sein, dass eine separate Lösung aus dem bzw. den Reaktionspartner(n) der Prekursor-Substanz(en) gemäß Schritt (c₂) in wenigstens einem Lösungsmittel hergestellt wird und die Lösung der Prekursor-Substanz sowie die Lösung des Reaktionspartners getrennt voneinander in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer eindispergiert und unter Bildung der Feinpartikel zur Umsetzung gebracht werden. Die Lösungen können der Plastifiziereinheit beispielsweise an verschiedenen Stellen derselben zugesetzt werden, wobei die Lösung des Reaktionspartners – im Falle einer Plastifiziereinheit in Form einer Fördereinrichtung, wie beispielsweise eines Extruders – z.B. stromab der Aufgabestelle der Prekursor-Lösung an einer Stelle zugesetzt werden kann, an welcher der Prekursor etwa gleichmäßig in dem plastifizierten Polymer verteilt vorliegt, um ihn dort unter Reaktion mit demselben unter Bildung der Feinpartikel umzusetzen.
Selbstverständlich kann bzw. können der bzw. die Reaktionspartner der Prekursor-Substanz gemäß Schritt (c₂) auch unmittelbar dem plastifizierten Polymer zugesetzt werden, sofern es sich hierbei insbesondere um mit dem plastifizierten Polymer mischbare Fluide oder hierin lösliche oder schmelzbare Feststoffe handelt.
Sofern die in situ Umsetzung der Prekursor-Substanz zu den Feinpartikeln katalytisch geschehen soll, ist es in vielen Fällen von Vorteil, wenn der Katalysator zur Umsetzung der Prekursor-Substanz gemäß dem obigen Schritt (c₁) unmittelbar dem plastifizierten Polymer oder auch in Form einer separaten Lösung zugesetzt wird. Entsprechendes gilt für den Fall gemäß dem obigen Schritt (c₂), sofern die Umsetzung der Prekursor-Substanz mit ihrem Reaktionspartner mit Hilfe eines Katalysators erfolgen soll.
In bevorzugter Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Lösung der Prekursor-Substanz und gegebenenfalls des Reaktionspartners (vgl. obiger Schritt (c₂)) zumindest teilweise in dem plastifizierten Polymer gelöst wird, um für eine sehr homogene Eindispergierung in das plastifizierte Polymer zu sorgen. In diesem Fall sollte zweckmäßig ein Lösungsmittel(gemisch) eingesetzt werden, welches eine hinreichende Löslichkeit in dem plastifizierten Polymer aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass das plastifizierte Polymer mit der in dieses eindispergierten Lösung der Prekursor-Substanz zur Initiierung der Bildung der Feinpartikel mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird. Dies kann z.B. durch Einkopplung der Strahlung in das in der Plastifiziereinheit befindliche Polymer oder auch durch Bestrahlen von außen geschehen, sofern die Wandung der Plastifiziereinheit zumindest abschnittsweise für die jeweils eingesetzte Strahlung durchlässig ist. Mit Vorzug wird hochfrequente elektromagnetische Strahlung, insbesondere im Mikrowellenspektrum, eingesetzt, wobei die Frequenz der Strahlung z.B. je nach Resonanzfrequenz des plastifizierten Polymers eingestellt werden kann, um dieses beispielsweise zu erwärmen.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der folgende, zusätzliche Schritt vorgesehen sein:

(d) Abtrennen zumindest eines Teils des Lösungsmittels der Lösung der Prekursor-Substanz und/oder gegebenenfalls der Lösung des Reaktionspartners und/oder zumindest eines Teils der Reaktionsprodukte aus Schritt (c₂) aus dem mit Feinpartikeln versetzten, plastifizierten Polymer durch Abziehen aus der Plastifiziereinheit bei einem gegenüber dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Druck geringeren Druck.

Auf diese Weise lässt sich eine hohe Reinheit des mit Feinpartikeln versetzten Polymers erzeugen, indem das bzw. die Lösungsmittel und/oder – falls bei der Umsetzung des Prekursors mit seinem Reaktionspartner neben den Feinpartikeln weitere Umsetzungsprodukte entstehen – diese Reaktionsprodukte wieder aus dem plastifizierten Polymer entfernt werden. Wird eine Plastifiziereinheit in Form einer Fördereinrichtung, wie beispielsweise eines Extruders, eingesetzt, so geschieht die Abtrennung zweckmäßig stromab der Aufgabestelle der Prekursor-Lösung an einer Stelle der Plastifiziereinheit, an welcher die Feinpartikel bereits gebildet worden sind. Selbstverständlich kann das bzw. können die abgetrennte(n) Lösungsmittel, gegebenenfalls nach Abtrennung der Reaktionsprodukte mittels Ab- oder Absorption, z.B. an einem Aktivkohlefilter, Destillation, Rektifikation oder dergleichen, rezirkuliert und zur erneuten Herstellung einer Lösung von Prekursoren und/oder deren Reaktionspartner wiederverwendet werden.
Werden, wie weiter unten noch näher erläutert, als Lösungsmittel Druckgase oder überkritische Fluide eingesetzt, so lassen sich diese auf besonders einfache Weise durch Expansion in einen gasförmigen bzw. unterkritischen Zustand aus der Plastifiziereinheit abziehen, d.h. beim Abtrennen derselben aus der Plastifiziereinheit wird ein Druck eingestellt, welcher zumindest unterhalb des kritischen Punktes des jeweiligen Lösungsmittels liegt. Indes ist es, sofern keine kompakten, sondern poröse bzw. geschäumte, mit Feinpartikeln versetzte Polymer-Formteile erwünscht sind, im Falle des Einsatzes solcher Lösungsmittel selbstverständlich auch möglich, die in das plastifizierten Polymer eindispergierten oder auch dort gelösten Lösungsmittel in dem Polymer zu belassen und gemeinsam mit dem plastifizierten Polymer aus der Plastifiziereinheit auszubringen, so dass sie das mit Feinpartikeln versetzte Plastifikat aufschäumen. Zu demselben Zweck können dem Polymer indes natürlich auch zusätzlich, thermisch aktivierbare oder auch chemische Treibmittel zugesetzt werden.
Wie bereits angedeutet, ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, dass das plastifizierte Polymer in der Plastifiziereinheit kontinuierlich oder semikontinuierlich gefördert wird und dass zumindest die Lösung der Prekursor-Substanz in Schritt (b) kontinuierlich oder semikontinuierlich in das plastifizierte Polymer eindispergiert wird. Die Plastifiziereinheit kann in herkömmlicher Weise von einem Extruder, einer Spritzgießeinrichtung oder anderen bekannten thermoplastischen Kunststoffverarbeitungsmaschine gebildet sein, in welcher das plastifizierte Polymer (semi)kontinuierlich in Richtung einer Austrittsöffnung, wie einer Düse, gefördert wird.
Um für einen möglichst feindispersen Eintrag der Lösung der Prekursor-Substanz sowie gegebenenfalls auch der Lösung deren Reaktionspartners und somit für eine schnelle und homogene Verteilung derselben in dem plastifizierten Polymer zu sorgen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest die Lösung der Prekursor-Substanz dem plastifizierten Polymer über wenigstens eine Düse oder über wenigstens einen porösen Flächenabschnitt der Plastifiziereinheit, z.B. einem Extruder, und/oder einer Fördereinrichtung derselben, z.B. einer Extruderschnecke, zugesetzt wird. Desgleichen kann es von Vorteil sein, wenn zumindest ein Teil des Lösungsmittels und/oder gegebenenfalls zumindest ein Teil der Reaktionsprodukte aus Schritt (c₂) aus dem mit Feinpartikeln versetzten, plastifizierten Polymer über wenigstens eine Düse oder über wenigstens einen porösen Flächenabschnitt der Plastifiziereinheit und/oder einer Fördereinrichtung derselben abgezogen wird/werden. In beiden Fällen kann beispielsweise ein poröser Flächenabschnitt in Form eines Sintermetallelementes eingesetzt werden, welcher von einem Teil des Gehäuses des Plastifiziereinheit oder auch von einem Fördereinrichtungselement, wie einem Schneckensegment, derselben gebildet sein kann. Ein derartiges Schneckensegment eines Extruders ist als solches zum Eintrag von Treibmitteln aus der DE 199 34 693 A1 bekannt.
Wie bereits erwähnt, werden als Lösungsmittel zur Herstellung der Lösung der Prekursor-Substanz und/oder des Reaktionspartners aufgrund ihrer hervorragenden Lösungsmitteleigenschaften in vorteilhafter Ausgestaltung wenigstens ein verflüssigtes Gas und/oder wenigstens ein überkritisches Fluid bzw. Mischungen solcher Gase und/oder Fluide eingesetzt. Die Auswahl des jeweiligen Lösungsmittels bzw. Lösungsmittelgemisches richtet sich dabei grundsätzlich nach der Art bzw. der Löslichkeit des einzusetzenden Prekursors. Während selbstverständlich auch andere Druckgase bzw. überkritische Fluide sowie auch hiervon verschiedene Lösungsmittel, wie z.B. herkömmliche organische Lösungsmittel auf der Basis von gegebenenfalls funktionelle Gruppen aufweisenden Kohlenwasserstoffen, eingesetzt werden können, umfassen Beispiele bevorzugter Lösungsmittel in Form von Druckgasen bzw. überkritischen Fluide Kohlendioxid (CO₂), Distickstoffoxid (N₂O), Stickstoff (N₂), Ammoniak (NH₃), Wasser (H₂O), Alkane oder auch andere Kohlenwasserstoffe, insbesondere C₁- bis C₄-Alkane, z.B. Methan, Ethan, Propan, n- und iso-Butan, halogenierte Alkane, insbesondere halogenierte C₁- bis C₄-Alkane, z.B. Chlortrifluormethan oder dergleichen, und Alkanole bzw. Alkohole, insbesondere C₁-bis C₄-Alkanole, z.B. Methanol, Ethanol oder dergleichen. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von überkritischen oder auch nahkritischen Fluiden sowie Druckgasen als Lösungsmittel besteht in deren bezüglich Polymerschmelzen aufquellenden Wirkung, wobei sie eine in vielen Fällen erwünschte Verringerung der Viskosität des plastifizierten Polymer bewirken.
Um das Lösungsvermögen der vorzugsweise eingesetzten verflüssigten Gase und/oder überkritischen Fluide noch zu erhöhen, können den genannten Lösungsmitteln Schleppmittel, sogenannte Entrainer, zugesetzt werden. Beispiele solcher Schleppmittel umfassen anorganische Lösungsmittel, wie Wasser, oder organische Lösungsmittel, wie Aceton, Toluol, Xylole etc.
Die Auswahl der Prekursor-Substanz richtet sich selbstverständlich nach der Art der gewünschten, in situ zu erzeugenden Feinpartikel, wobei die Prekursor-Substanz derart gewählt werden muss, dass sie sowohl in einem geeigneten Lösungsmittel lösbar ist als auch sich insbesondere bei den in der Plastifiziereinheit einstellbaren Temperatur- und Druckbedingungen, gegebenenfalls unter Einsatz von Reaktionspartnern und/oder Katalysatoren, unter Bildung der Feinpartikel umsetzen lässt. Im Falle der zu erzeugenden Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen haben sich als Prekursor-Substanzen einerseits metallorganische Verbindungen als vorteilhaft erwiesen, also solche Verbindungen, welche wenigstens ein mit wenigstens einem Kohlen stoffatom oder einem hiervon verschiedenen Atom wenigstens einer funktionellen Gruppe des organischen Anteils, z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor oder dergleichen, kovalent gebundenes Metallatom aufweisen. Andererseits wurden als Prekursor-Substanzen Metallkomplex-Verbindungen oder auch Metallsalze, insbesondere organische Metallsalze, als geeignet gefunden, also solche Verbindungen, welche wenigstens ein insbesondere positiv geladenes Metallion aufweisen, welches ionisch an wenigstens ein insbesondere negatives Teilchen des organischen Anteils gebunden ist. Solche Verbindungen besitzen den weiteren Vorteil, dass die infolge Umsetzung des Prekursors zu Feinpartikeln in Form der jeweiligen Metalle oder Metallverbindungen gebildeten organischen Nebenprodukte nicht notwendigerweise aus dem plastifizierten Polymer entfernt werden müssen, sondern in der Regel dort verbleiben können, ohne die Produktqualität zu beeinträchtigen.
Sollen die Feinpartikel durch Umsetzung des Prekursors mit wenigstens einem Reaktionspartner in dem plastifizierten Polymer in situ gebildet werden, so kann insbesondere im Falle von Prekursoren in Form von oxidierbaren Metallverbindungen als Reaktionspartner wenigstens ein zur Oxidation der Prekursor-Substanz unter Bildung der Feinpartikel geeignetes Oxidationsmittel, z.B. Wasserstoffperoxid (H₂O₂), (Per)chlorate, (Per)manganate, (Di)chromate, Wasser, Alkohole etc., eingesetzt werden. Alternativ können insbesondere im Falle von Prekursoren in Form von reduzierbaren Metallverbindungen als Reaktionspartner wenigstens ein zur Reduktion der Prekursor-Substanz unter Bildung der Feinpartikel geeignetes Reduktionsmittel, z.B. Wasserstoff oder solchen enthaltende Verbindungen, wie Hydrazin, Hydroxide, wie Aluminiumtrihydroxid (Al(OH)₃), Hydride, wie Natriumborhydrid (NaBH₄), ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Al kene, Alkine und dergleichen, Aldehyde, Alkohole etc., eingesetzt werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind je nach Auswahl der Prekursoren insbesondere Feinpartikel aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden und/oder Metallsulfiden, vorzugsweise aus bzw. mit Metallen aus der Gruppe Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Silicium (Si), Titan (Ti), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Germanium (Ge), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Silber (Ag), Platin (Pt) und Gold (Au) erzeugbar.
Die in der Plastifiziereinheit jeweils eingestellten Temperatur- und Druckbedingungen richten sich selbstverständlich vornehmlich nach den Bedingungen, unter welchen der/die jeweils eingesetzte(n) Prekursor(en) zu den Feinpartikeln umgesetzt werden können. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, zumindest bei der in situ Erzeugung der Feinpartikel in dem plastifizierten Polymer in der Plastifiziereinheit eine Temperatur zwischen 50°C und 450°C, insbesondere zwischen 70°C und 400°C, vorzugsweise zwischen 80°C und 350°C, sowie einen Druck zwischen 10 bar und 500 bar, insbesondere zwischen 30 bar und 450 bar, vorzugsweise zwischen 50 bar und 400 bar, einzustellen. Werden als Lösungsmittel überkritische Fluide eingesetzt, so sollten zumindest bei der in situ Erzeugung der Feinpartikel Temperatur und Druck so gewählt werden, dass sich das Lösungsmittel noch im überkritischen Zustand oder zumindest im Bereich des kritischen Punktes befindet, um eine homogene Verteilung der hierin gelösten Prekursoren in dem plastifizierten Polymer sicherzustellen. Die Abtrennung eines solchen Lösungsmittels aus der Plastifiziereinheit kann hingegen, sofern überhaupt ge wünscht, zweckmäßig im unterkritischen, in der Regel gasförmigen Zustand, z.B. im Wesentlichen drucklos, geschehen.
Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen beispielhaft erläutert.
Beispiel 1
Kontinuierliche oder semikontinuierliche Herstellung eines katalytisch und/oder antibakteriell wirksamen und/oder leitfähigen Polymer-Formteils mit in dessen thermoplastische Polymermatrix eindispergierten Feinpartikeln aus Kupfer (Cu).

Prekursor: Kupfer(II)-acetylacetonat [Bis(2,4-pentandioanto)-kupfer (II)]¹⁾;

Lösungsmittel: überkritisches Kohlendioxid (CO₂).
Kupfer(II)-acetylacetonat wird in überkritischem Kohlendioxid (kritischer Punkt bei etwa 31°C und etwa 74 bar) bei einer Temperatur von 40°C bis 200°C und bei einem Druck von 80 bar bis 150 bar gelöst. Anschließend wird die Lösung einem in einem Extruder geförderten, plastifizierten Polymer über eine von einem Sintermetalleinsatz des Extrudergehäuses gebildeten Aufgabestelle zugesetzt und wird die Lösung unter innigem Kontakt mit der Polymerschmelze zumindest teilweise in dem plastifizierten Polymer gelöst. Die Temperatur des plastifizierten Polymers in dem Extruder beträgt z.B. 150°C bis 200°C; der Druck z.B. 80 bar bis 150 bar. Die Temperatur- und Druckbedingungen sind folglich bezüglich Kohlendioxid überkritisch. So dann wird in einem stromab der Aufgabestelle des Extruders befindlichen Abschnitt des Extruders die Temperatur kurzfristig auf oberhalb 350°C, z.B. auf 350°C bis 400°C, erhöht. Das homogen in der Polymerschmelze verteilte Kupfer(II)-acetylacetonat wird auf diese Weise rein thermisch einerseits zu feinen Kupferpartikeln, andererseits zu organischen Nebenprodukten zersetzt. Letztere können gegebenenfalls gemeinsam mit dem überkritischen Fluid über einen weiteren, stromab der Aufgabestelle gelegenen Sintermetalleinsatz des Extrudergehäuses im Wesentlichen drucklos aus dem nunmehr mit Kupfer-Feinpartikeln versetzten, plastifizierten Polymer abgezogen werden. Zur Erzeugung des Polymer-Formteils, z.B. in Form einer Folie, wird letzteres anschließend über eine Düse aus dem Extruder ausgetragen. Die Partikelgröße der unter Vermeidung jeglicher Aggregationen erzeugten Kupfer-Feinpartikel kann durch geeignete Temperatur- und/oder Druckführung zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern gesteuert werden.
Beispiel 2
Kontinuierliche oder semikontinuierliche Herstellung eines katalytisch und/oder antibakteriell wirksamen und/oder leitfähigen Polymer-Formteils mit in dessen thermoplastische Polymermatrix eindispergierten Feinpartikeln aus Kupfer (Cu).

Prekursor: Kupfer(II)-acetylacetonat [Bis(2,4-pentandioanto)-kupfer(II)];

Reaktionspartner: Ethanol (CH₃-CH₂-OH);

Lösungsmittel: überkritisches Kohlendioxid (CO₂).
Kupfer(II)-acetylacetonat sowie Alkohol wird in überkritischem Kohlendioxid bei einer Temperatur von 40°C bis 200°C und bei einem Druck von 80 bar bis 150 bar gelöst. Anschließend wird die sowohl den Prekursor als auch den Reaktionspartner enthaltende Lösung einem in einem Extruder geförderten, plastifizierten Polymer über eine von einem Sintermetalleinsatz des Extrudergehäuses gebildeten Aufgabestelle zugesetzt und wird die Lösung unter innigem Kontakt mit der Polymerschmelze zumindest teilweise in dem plastifizierten Polymer gelöst. Die Temperatur des plastifizierten Polymers in dem Extruder beträgt z.B. 150°C bis 200°C; der Druck z.B. 80 bar bis 150 bar. Die Temperatur- und Druckbedingungen sind folglich bezüglich Kohlendioxid überkritisch. Sodann wird in einem stromab der Aufgabestelle des Extruders befindlichen Abschnitt des Extruders die Temperatur auf oberhalb 250°C, z.B. auf 250°C bis 300°C, erhöht. Das homogen in der Polymerschmelze verteilte Kupfer(II)-acetylacetonat wird auf diese Weise mit dem Ethanol zur Reaktion gebracht und einerseits zu feinen Kupferpartikeln, andererseits zu organischen Nebenprodukten umgesetzt. Die Erzeugung des Polymer-Formteils und gegebenenfalls die Abtrennung des Kohlendioxids aus der Polymerschmelze geschieht gemäß Beispiel 1. Auch in diesem Fall kann die Partikelgröße der unter Vermeidung jeglicher Aggregationen erzeugten Kupfer-Feinpartikel durch geeignete Temperatur- und/oder Druckführung zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern gesteuert werden. Alternativ kann der Reaktionspartner (Ethanol) auch dem plastifizierten Polymer unmittelbar zugesetzt werden.
Beispiel 3
Alternativ oder kumulativ zu Kupfer(II)-acetylacetonat werden zur Erzeugung von Feinpartikeln aus anderen Metallen unterschiedliche Metallacetylacetonate, z.B. Eisen(II)-acetylacetonat [Bis(2,4-pentandioanto)-eisen(II)], eingesetzt. Die Herstellung des mit Feinpartikeln versetzten Polymer-Formteils geschieht gemäß Beispiel 1 oder Beispiel 2.
Beispiel 4
Kontinuierliche oder semikontinuierliche Herstellung eines katalytisch wirksamen Polymer-Formteils mit in dessen thermoplastische Polymermatrix eindispergierten Feinpartikeln aus katalytisch wirksamen Edelmetallen.

Prekursor: Cyclooktadienyldimethyl-Platin²⁾;

Lösungsmittel: überkritisches Kohlendioxid (CO₂).
Cyclooktadienyldimethyl-Platin wird in überkritischem Kohlendioxid bei einer Temperatur von 40°C bis 150°C und bei einem Druck von 80 bar bis 150 bar gelöst. Anschließend wird die Lösung einem in einem Extruder geförderten, plastifizierten Polymer über eine von einem Sintermetalleinsatz des Extrudergehäuses gebildeten Aufgabestelle zugesetzt und wird die Lösung unter innigem Kontakt mit der Polymerschmelze zumindest teilweise in dem plastifizierten Polymer gelöst. Die Temperatur des plastifizierten Polymers in dem Extruder beträgt z.B. 100°C bis 150°C; der Druck z.B. 80 bar bis 150 bar. Die Temperatur- und Druckbedingungen sind folglich bezüglich Kohlendioxid überkritisch. Sodann wird in einem stromab der Aufgabestelle des Extruders befindlichen Abschnitt des Extruders die Temperatur leicht, z.B. auf 120°C bis 200°C, erhöht. Das homogen in der Polymerschmelze verteilte Cyclooktadienyldimethyl-Platin wird auf diese Weise rein thermisch einerseits zu feinen Platinpartikeln, andererseits zu organischen Nebenprodukten zersetzt. Alternativ kann eine hinrei chende Verweilzeit der Lösung in dem plastifizierten Polymer eingestellt werden, um das bereits bei Temperaturen von unterhalb 100°C zerfallende Cyclooktadienyldimethyl-Platin im Wesentlichen vollständig zu feinen Platinpartikeln zu zersetzen. Die Erzeugung des Polymer-Formteils und gegebenenfalls die Abtrennung des Kohlendioxids aus der Polymerschmelze kann wiederum gemäß Beispiel 1 bis 3 erfolgen. Die Partikelgröße der unter Vermeidung jeglicher Aggregationen erzeugten Platin-Feinpartikel kann durch geeignete Temperatur- und/oder Druckführung zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern gesteuert werden.
Beispiel 5
Bei dem Verfahren gemäß Beispiel 4 wird zusätzlich ein Reaktionspartner des Prekursors (Cyclooktadienyldimethyl-Platin) in Form eines Reduktionsmittels, wie Wasserstoff (H₂) und/oder Aldehyd(en), verwendet. Letzte(s) wird/werden der Prekursor-Lösung oder dem in dem Extruder geförderten, plastifizierten Polymer unmittelbar zugesetzt. Auf diese Weise kann das Cyclooktadienyldimethyl-Platin bei noch niedrigeren Temperaturen, z.B. im Bereich von unterhalb 100°C, zu Platin-Feinpartikeln umgesetzt und/oder kann die Verweilzeit der Prekursor-Lösung in der Polymerschmelze weiter verringert werden.
Beispiel 6
Alternativ oder kumulativ zu Cyclooktadienyldimethyl-Platin werden zur Erzeugung von Feinpartikeln aus anderen Metallen unterschiedliche Cyclooktadienyldimethyl-Metall-Verbindungen, z.B. auf der Basis von Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd), eingesetzt. Die Herstellung des mit Feinpartikeln versetzten Polymer-Formteils geschieht gemäß Beispiel 4 oder Beispiel 5.
Beispiel 7
Kontinuierliche oder semikontinuierliche Herstellung eines Polymer-Formteils mit in dessen thermoplastische Polymermatrix eindispergierten Feinpartikeln aus Siliciumdioxid (SiO₂) für Halbleiterelemente.

Prekursor: Tetraalkyloxisilane, z.B. Tetraethyloxisilan³⁾;

Reaktionspartner: Alkohole, z.B. Ethanol (CH₃-CH₂-OH), und/oder Wasser;

Lösungsmittel: überkritisches Kohlendioxid (CO₂).
Tetraethyloxisilan wird in Gegenwart von einem Ethanol-/Wassergemisch, welches statt dessen auch dem plastifizierten Polymer unmittelbar zugesetzt werden kann, in überkritischem Kohlendioxid gelöst und die Lösung einem in einem Extruder geförderten, plastifizierten Polymer zugesetzt. Die Lösung wird unter innigem Kontakt mit der Polymerschmelze zumindest teilweise in dem plastifizierten Polymer gelöst. Durch entsprechend Druck- und Temperaturführung in der Plastifiziereinheit in einem für Kohlendioxid überkritischen Bereich wird das homogen in der Polymerschmelze verteilte Tetraethyloxisilan sodann mit den Reaktionspartnern einerseits zu feinen Siliciumdioxidpartikeln, andererseits zu organischen Nebenprodukten zersetzt. Die Partikelgröße der unter Vermeidung jeglicher Aggregationen erzeug ten Siliciumdioxid-Feinpartikel kann durch geeignete Temperatur- und/oder Druckführung zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern gesteuert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von mit Feinpartikeln aus Metallen oder Metallverbindungen versetzten thermoplastischen und/oder thermoelastischen Polymeren, indem wenigstens ein solches Polymer in einer Plastifiziereinheit plastifiziert und im plastifizierten Zustand mit den Feinpartikeln beaufschlagt und das mit den Feinpartikeln beaufschlagte, plastifizierte Polymer sodann aus der Plastifiziereinheit ausgebracht und unter Bildung eines Polymer-Formkörpers erstarrt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) Herstellen einer Lösung aus wenigstens einer Prekursor-Substanz, welche zur Umsetzung zu der Substanz der gewünschten Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen unter den in der Plastifiziereinheit herrschenden Bedingungen geeignet ist, in wenigstens einem Lösungsmittel; (b) Eindispergieren der Lösung in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer; und (c) In situ Erzeugen der Feinpartikel aus Metallen oder Metallverbindungen aus der in das plastifizierte Polymer eindispergierten Lösung der Prekursor-Substanz durch (c₁) thermische und/oder druckinitiierte und/oder katalytische Umsetzung der Prekursor-Substanz bei der/dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur/Druck unter Bildung der Feinpartikel und/oder (c₂) Umsetzung der Prekursor-Substanz mit wenigstens einem Reaktionspartner unter Bildung der Feinpartikel und gegebenenfalls weiteren Reaktionsprodukten, wobei die Umsetzung der Prekursor-Substanz mit dem Reaktionspartner unter Bildung der Feinpartikel bei der/dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Temperatur/Druck und/oder katalytisch initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionspartner der Prekursor-Substanz gemäß Schritt (c₂) in der Lösung der Prekursor-Substanz gelöst und die sowohl die Prekursor-Substanz als auch den Reaktionspartner enthaltende Lösung in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer eindispergiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Lösung aus dem Reaktionspartner der Prekursor-Substanz gemäß Schritt (c₂) in wenigstens einem Lösungsmittel hergestellt wird und die Lösung der Prekursor-Substanz sowie die Lösung des Reaktionspartners getrennt voneinander in das in der Plastifiziereinheit plastifizierte Polymer eindispergiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionspartner der Prekursor-Substanz gemäß Schritt (c₂) unmittelbar dem plastifizierten Polymer zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator zur Umsetzung der Prekursor-Substanz gemäß Schritt (c₁) unmittelbar dem plastifizierten Polymer zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung der Prekursor-Substanz und gegebenenfalls des Reaktionspartners gemäß Schritt (c₂) zumindest teilweise in dem plastifizierten Polymer gelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das plastifizierte Polymer mit der in dieses eindispergierten Lösung der Prekursor-Substanz zur Initiierung der Bildung der Feinpartikel mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass hochfrequente elektromagnetische Strahlung, insbesondere im Mikrowellenspektrum, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch den auf Schritt (c) folgenden, zusätzlichen Schritt: (d) Abtrennen zumindest eines Teils des Lösungsmittels der Lösung der Prekursor-Substanz und/oder gegebenenfalls der Lösung des Reaktionspartners und/oder zumindest eines Teils der Reaktionsprodukte aus Schritt (c₂) aus dem mit Feinpartikeln versetzten, plastifizierten Polymer durch Abziehen aus der Plastifiziereinheit bei einem gegenüber dem in der Plastifiziereinheit eingestellten Druck geringeren Druck.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das plastifizierte Polymer in der Plastifiziereinheit kontinuierlich oder semikontinuierlich gefördert wird und dass zumindest die Lösung der Prekursor-Substanz in Schritt (b) kontinuierlich oder semikontinuierlich in das plastifizierte Polymer eindispergiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Lösung der Prekursor-Substanz dem plastifizierten Polymer über wenigstens eine Düse oder über wenigstens einen porösen Flächenabschnitt der Plastifiziereinheit und/oder einer Fördereinrichtung derselben zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Lösungsmittels und/oder gegebenenfalls zumindest ein Teil der Reaktionsprodukte aus Schritt (c₂) aus dem mit Feinpartikeln versetzten, plastifizierten Polymer über wenigstens eine Düse oder über wenigstens einen porösen Flächenabschnitt der Plastifiziereinheit und/oder einer Fördereinrichtung derselben abgezogen wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein poröser Flächenabschnitt in Form eines Sintermetallelementes eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel zur Herstellung der Lösung der Prekursor-Substanz und/oder des Reaktionspartners wenigstens ein verflüssigtes Gas oder we nigstens ein überkritisches Fluid oder ein Gemisch solcher Gase und/oder Fluide eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lösungsmittel wenigstens ein Schleppmittel (Entrainer) zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Gas oder überkritische Fluid aus der Gruppe Kohlendioxid (CO₂), Distickstoffoxid (N₂O), Stickstoff (N₂), Ammoniak (NH₃), Wasser (H₂O), Alkane, insbesondere C₁- bis C₄-Alkane, halogenierte Alkane, insbesondere halogenierte C₁- bis C₄-Alkane, und Alkanole, insbesondere C₁- bis C₉-Alkanole, gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Prekursor-Substanz wenigstens eine metallorganische Verbindung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Prekursor-Substanz wenigstens eine Metallkomplex-Verbindung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Prekursor-Substanz wenigstens ein Metallsalz, insbesondere ein organisches Metallsalz, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionspartner wenigstens ein zur Oxidation der Prekursor-Substanz unter Bildung der Feinpartikel geeignetes Oxidationsmittel eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionspartner wenigstens ein zur Reduktion der Prekursor-Substanz unter Bildung der Feinpartikel geeignetes Reduktionsmittel eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Feinpartikel aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden und/oder Metallsulfiden erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Feinpartikel aus Metallen, Metalloxiden, Metallnitriden und/oder Metallsulfiden aus bzw. mit Metallen aus der Gruppe Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Silicium (Si), Titan (Ti), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Germanium (Ge), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Silber (Ag), Platin (Pt) und Gold (Au) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei der in situ Erzeugung der Feinpartikel in dem plastifizierten Polymer in der Plastifiziereinheit eine Temperatur zwischen 50°C und 450°C, insbesondere zwischen 70°C und 400°C, vorzugsweise zwischen 80°C und 350°C, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei der in situ Erzeugung der Feinpartikel in dem plastifizierten Polymer in der Plastifiziereinheit ein Druck zwischen 10 bar und 500 bar, insbesondere zwischen 30 bar und 450 bar, vorzugsweise zwischen 50 bar und 400 bar, eingestellt wird.