DE102008010663A1 - Alkali metal and / or alkaline earth metal doped titanium oxide nanoparticles and process for their preparation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft nanoskalige Titandioxid-Teilchen mit stark reduzierter oder unterdrückter photokatalytischer Aktivität sowie Verfahren zu ihrer Herstellung. Desweiteren betrifft die Erfindung Zusammensetzungen, welche diese nanoskaligen Teilchen enthalten und ihre Verwendung in optischen Materialien.The invention relates to nanoscale titanium dioxide particles having greatly reduced or suppressed photocatalytic activity and to processes for their preparation. Furthermore, the invention relates to compositions containing these nanoscale particles and their use in optical materials.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft nanoskalige Titandioxid-Teilchen mit stark reduzierter oder unterdrückter photokatalytischer Aktivität, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung. Desweiteren betrifft die Erfindung Zusammensetzungen, welche diese nanoskaligen Teilchen enthalten und ihre Verwendung in optischen Materialien.The The invention relates to nanoscale titanium dioxide particles with greatly reduced or suppressed photocatalytic activity, and process for their preparation. Furthermore, the invention relates Compositions containing these nanoscale particles and their use in optical materials.

Stand der TechnikState of the art

Nanoskalige Teilchen spielen bei der Herstellung von optischen Materialien eine große Rolle. So können durch die Verwendung solcher nanoskaliger Teilchen, das heißt Teilchen, welche eine mittlere Teilchengröße unterhalb von 50 nm besitzen, optische Materialien mit sehr hohen Brechungsindizes hergestellt werden. Solche Materialien werden auch als Kompositmaterialien bezeichnet. Die eingesetzten Teilchen bestehen meistens aus dotierten oder undotierten Oxiden, wie beispielsweise Indium-Zinnoxid (ITO), Zirkoniumdioxid, Bariumtitanat oder Titandioxid.nanoscale Particles play a role in the manufacture of optical materials major role. Thus, by using such nanoscale particles, that is, particles which have a have average particle size below 50 nm, optical materials produced with very high refractive indices become. Such materials are also referred to as composite materials. The particles used usually consist of doped or undoped Oxides such as indium tin oxide (ITO), zirconia, Barium titanate or titanium dioxide.

Insbesondere Titandioxid wird wegen seiner guten Verfügbarkeit und seines besonders hohen Brechungsindex besonders häufig verwendet. Von den drei natürlich vorkommenden Kristallmodifikationen Brookit, Rutil und Anatas sind nur die letzten beiden von technischer Bedeutung. Durch Behandlung mit hohen Temperaturen ist Anatas in Rutil umwandelbar. Beide sind aufgrund ihrer elektronischen Struktur in der Lage UV-Licht zu absorbieren. So werden Beschichtungen oder Teilchen aus Titandioxid häufig als Additive in UV-Licht-absorbierenden Schichten oder Zusammensetzungen, beispielsweise in Sonnenschutzmitteln, eingesetzt. Aufgrund der Halbleitereigenschaften des Titandioxids bilden sich allerdings bei Absorption von UV-Licht reaktive Elektronen/Loch-Paare, welche eine relativ lange Rekombinationszeit aufweisen. Daher können Löcher und Elektronen zur Oberfläche wandern und dort für chemische Reaktionen zur Verfügung stehen. Diese Eigenschaft wird auch als photokatalytische Aktivität oder photokatalytischer Effekt von Titandioxid bezeichnet. Nach einer Theorie ist der Photokatalytische Effekt bei Anatas gegenüber dem Rutil aufgrund seiner größeren Bandlücke von 3.05 eV (Rutil) und 3.23 eV (Anatas) deutlich starker ausgeprägt.Especially Titanium Dioxide is due to its good availability and its especially high refractive index used very often. Of the three naturally occurring crystal modifications Brookit, Rutil and Anatas are just the last two of technical Importance. By treatment with high temperatures, Anatase is in Rutile convertible. Both are due to their electronic structure able to absorb UV light. So are coatings or Titanium dioxide particles are often used as additives in UV light-absorbing layers or compositions, for example in sunscreens. However, due to the semiconductor properties of titanium dioxide form upon absorption of UV light reactive electron / hole pairs, which have a relatively long recombination time. Therefore, you can Holes and electrons migrate to the surface and available there for chemical reactions. This property is also called photocatalytic activity or photocatalytic effect of titanium dioxide called. After a Theory is opposed to the photocatalytic effect of anatase the rutile due to its larger band gap of 3.05 eV (rutile) and 3.23 eV (anatase) are significantly more pronounced.

Die vorstehend genannte photokatalytische Aktivität wird beispielsweise zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächen oder zur Reinigung von Abwässern eingesetzt.The The aforementioned photocatalytic activity is exemplified for the production of self-cleaning surfaces or used for cleaning wastewater.

Für die Verwendung in optischen Materialien stellt die photokatalytische Aktivität ein großes Problem dar, da sie beispielsweise zur Zersetzung der die Teilchen umgebenden Matrix führt.For the use in optical materials represents the photocatalytic Activity is a big problem, as it is, for example leads to the decomposition of the matrix surrounding the particles.

Um die photokatalytische Aktivität zu unterdrücken, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Zum einen ist bekannt, dass spezielle Beschichtungen, beispielsweise aus Al2O3, SiO2 oder ZrO2 die Diffusion der Elektronen/Loch-Paare an die Oberfläche verhindern können. Zum anderen können durch Gitterdotierung des Titandioxids Rekombinationsmöglichkeiten für die Elektronen/Loch-Paare erzeugt werden, sodass ebenfalls eine Diffusion der Elektronen/Loch-Paare an die Oberfläche unterbunden wird.In order to suppress the photocatalytic activity, there are basically two possibilities. On the one hand, it is known that special coatings, for example of Al 2 O 3 , SiO 2 or ZrO 2 , can prevent the diffusion of the electron / hole pairs to the surface. On the other hand, recombination possibilities for the electron / hole pairs can be generated by lattice doping of the titanium dioxide, so that likewise diffusion of the electron / hole pairs to the surface is prevented.

So beschreiben die Druckschriften WO 03/068682 , bzw. US 2005/0233146 die Dotierung mit dreiwertigen Ionen, wie beispielsweise Al3 +, Fe3 +, oder Rh3 +. WO 99/060994 beschreibt die Dotierung mit Mangan- oder Chromionen.This is how the pamphlets describe WO 03/068682 , respectively. US 2005/0233146 doping with trivalent ions such as Al + 3, Fe + 3, or Rh 3+. WO 99/060994 describes the doping with manganese or chromium ions.

Desweiteren ist bekannt, dass Natriumionen die photokatalytische Aktivität von Titandioxid stören können. Dies tritt beispielsweise auf, wenn gewollt photokatalytische Schichten auf Natriumionen enthaltendes Glas aufgebracht werden und die Natriumionen in die photokatalytische Schicht diffundieren ( DE 102 35 803 , bzw. WO 04/005577 ).Furthermore, it is known that sodium ions can interfere with the photocatalytic activity of titanium dioxide. This occurs, for example, if intentionally photocatalytic layers are applied to glass containing sodium ions and the sodium ions diffuse into the photocatalytic layer ( DE 102 35 803 , respectively. WO 04/005577 ).

Gleichzeitig spielt die Größe der Teilchen für optische Materialien eine große Rolle. Teilchen mit einer Größe von mehr als 70 nm brechen das Licht und sind daher nicht mehr transparent. Zusätzlich steigt mit der Zunahme der spezifischen Oberfläche bei kleineren Teilchen auch ihre photokatalytische Aktivität.simultaneously plays the size of the particles for optical Materials a big role. Particles of one size more than 70 nm break the light and are therefore no longer transparent. In addition, increases with the increase in specific surface area for smaller particles also their photocatalytic activity.

Viele Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen Titandioxid-Teilchen sind in der Literatur beschrieben. Allerdings beschreiben nur wenige Verfahren die Herstellung von Titandioxid-Teilchen, welche sich auch auf ihre Primärteilchengröße dispergieren lassen und eine Größe von unter 20 nm besitzen.Lots Process for the preparation of nanoscale titanium dioxide particles are described in the literature. However, only a few describe Process the production of titanium dioxide particles which are also disperse to their primary particle size and have a size of less than 20 nm.

So beschreibt DE 102 35 803 , bzw. WO 04/005577 die Herstellung von redispergierbaren nanoskaligen Titandioxid-Teilchen, welche durch Gitterdotierung allerdings eine erhöhte photokatalytische Aktivität aufweisen.So describes DE 102 35 803 , respectively. WO 04/005577 the production of redispersible nanoscale titanium dioxide particles, which, however, have an increased photocatalytic activity by lattice doping.

Die Zugabe von Zinn-, Ammonium- oder Natriumsalzen bei der Umwandlung von amorphen Titandioxid-Teilchen in die Rutil-Modifikation ist beispielsweise aus WO 03/068682 , bzw. US 2005/0233146 bekannt, aber dort dienen diese zur Reduzierung der Teilchengröße, während die Teilchen selbst mit Aluminiumionen dotiert sind. Eine Gitterdotierung mit Natriumionen zur Reduzierung der photokatalytischen Aktivität ist nicht beschrieben.The addition of tin, ammonium or sodium salts in the conversion of amorphous titanium dioxide particles into the rutile modification is for example WO 03/068682 , respectively. US 2005/0233146 known, but there they serve to reduce the particle size, while the particles themselves are doped with aluminum ions. A lattice doping with sodium ions to reduce the photocatalytic activity is not described.

Aufgabetask

Aufgabe der Erfindung ist es, nanoskalige Titandioxid-Teilchen bereitzustellen, wobei die photokatalytische Aktivität durch die Gitterdotierung reduziert oder vollständig unterdrückt wird. Die Teilchen sollen zusätzlich auf Primärteilchengröße redispergierbar und durch einfache und kostengünstige Verfahren herstellbar sein.task the invention is to provide nanoscale titanium dioxide particles, wherein the photocatalytic activity by the lattice doping reduced or completely suppressed. The In addition, particles should be based on primary particle size redispersible and by simple and inexpensive processes be produced.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.These Task is by the inventions with the characteristics of the independent Claims solved. Advantageous developments The inventions are characterized in the subclaims. The wording of all claims hereby by reference to the content of this description. The invention also includes all meaningful and especially all mentioned Combinations of independent and / or dependent Claims.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass nanoskalige Titandioxid-Teilchen mindestens eines oder mehrere Alkalimetallionen und/ oder Erdalkalimetallionen eine Art von Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallionen enthalten. Dadurch stehen den durch UV-Strahlung verursachten Elektronen/Loch-Paaren Zentren zur Rekombination zur Verfügung.The The task is solved by nanoscale titanium dioxide particles at least one or more alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions contain a type of alkali metal and / or alkaline earth metal ions. As a result, the electron / hole pairs caused by UV radiation are centers available for recombination.

Unter Dotierung wird erfindungsgemäß ein Anteil von bis zu 30 Mol.-% an Dotierungsmittel im Titandioxid bezogen auf Titan verstanden.Under Doping is inventively a share of up to 30 mol .-% of dopant in titanium dioxide based on Titanium understood.

Der Anteil der Dotierung liegt vorzugsweise zwischen 0,01 bis 30 Mol.-% bevorzugt zwischen 1 bis 15 Mol.-%.Of the Proportion of doping is preferably between 0.01 to 30 mol .-% preferably between 1 to 15 mol%.

Eine mittlere Teilchengröße von unter 20 nm, beispielsweise röntgenographisch ermittelt, ermöglicht transparente UV-absorbierende Zusammensetzungen, bevorzugt ist eine mittlere Teilchengröße unter 10 nm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 nm.A average particle size of less than 20 nm, for example determined by X-ray, allows transparent UV-absorbing compositions, preferably a middle one Particle size below 10 nm, particularly preferred between 1 and 10 nm.

Desweiteren sind die erfindungsgemäßen Teilchen auf Primärteilgröße redispergierbar. Dies ist wie vorstehend angegeben zur Einarbeitung beispielsweise in Kunststoffe nötig.Furthermore are the particles of the invention on primary part size redispersible. This is as indicated above for incorporation For example, in plastics needed.

Mit Vorteil sind die Alkalimetallionen und/oder Erdalkalimetallionen ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Natrium-, Kalium-, Lithium-, Kalzium- und Magnesiumionen, bevorzugt sind Natrium-, Kalium- und Lithiumionen, besonders bevorzugt Natriumionen.With Advantageous are the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions selected from the group comprising sodium, potassium, Lithium, calcium and magnesium ions, preferably sodium, potassium and lithium ions, more preferably sodium ions.

Die erfindungsgemäßen Teilchen können als Anatas vorliegen.The Particles according to the invention can be used as anatase available.

Die erfindungsgemäßen, Teilchen enthaltenden Kompositmaterialien oder Zubereitungen lassen sich mit dem Fachmann bekannten Formgebungsverfahren, wie beispielsweise Foliengießen, Extrusi on, Elektrophorese, Spritzgießen und Pressen weiterverarbeiten. Gegebenenfalls können sie auch oberflächenmodifiziert werden, z. B. mit polymerisierbaren oder hydrophoben Gruppen. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt.The Inventive, particle-containing composite materials according to the invention or preparations can be obtained by shaping processes known to those skilled in the art, such as film casting, extrusion, electrophoresis, Further processing of injection molding and pressing. Possibly they can also be surface-modified z. B. with polymerizable or hydrophobic groups. This is off known in the art.

Die erfindungsgemäßen nanoskaligen Teilchen nach folgendem Verfahren hergestellt werden:

  • (a) Herstellen einer Mischung umfassend mindestens eine hydrolysierbare Titanverbindung, ein organisches Lösungsmittel, einen sauren Kondensationskatalysator und mindestens eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung;
  • (b) Zugabe von Wasser in einer unterstöchiometrischen Menge, bezogen auf die hydrolysierbaren Gruppen der Titanverbindung;
  • (c) Behandeln der sich ergebenden Mischung bei einer Temperatur von mindestens 60°C unter Bildung einer Dispersion oder eines Niederschlags von Titandioxid-Teilchen;
  • (d) Entfernen des Lösungsmittels unter Bildung einer Paste oder eines Pulvers von Titandioxid-Teilchen.
The nanoscale particles of the invention are prepared by the following process:
  • (a) preparing a mixture comprising at least one hydrolyzable titanium compound, an organic solvent, an acidic condensation catalyst and at least one alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound;
  • (b) adding water in a substoichiometric amount based on the hydrolyzable groups of the titanium compound;
  • (c) treating the resulting mixture at a temperature of at least 60 ° C to form a dispersion or precipitate of titanium dioxide particles;
  • (d) removing the solvent to form a paste or powder of titanium dioxide particles.

Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.in the Below individual process steps are described in more detail. The steps do not necessarily have to be in the specified Order to be performed, and the procedure to be described may also have other, unspecified steps.

Bei der hydrolysierbaren Titanverbindung handelt es sich insbesondere um eine Verbindung der Formel TiX4, wobei die hydrolysierbaren Gruppen X, die verschieden voneinander oder vorzugsweise gleich sind, beispielsweise Wasserstoff, Halogen (F, Cl, Br oder I, insbesondere Cl und Br), Alkoxy (vorzugsweise C1-6-Alkoxy, insbesondere C1-4-Alkoxy, wie z. B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy, Butoxy, i-Butoxy, sek.-Butoxy und tert.-Butoxy), Aryloxy (vorzugsweise C6-10-Aryloxy, wie z. B. Phenoxy), Acyloxy (vorzugsweise C1-6-Acyloxy, wie z. B. Acetoxy oder Propionyloxy) oder Alkylcarbonyl (vorzugsweise C2-7-Alkylcarbonyl, wie z. B. Acetyl) sind. Ein Beispiel für ein Halogenid ist TiCl4. Bevorzugte hydrolysierbare Reste X sind Alkoxygruppen, insbesondere C1-4-Alkoxy. Konkrete und bevorzugt eingesetzte Titanate sind Ti(OCH3)4 , Ti(OC2H5)4 und Ti(n- oder i-OC3H7)4.In particular, the hydrolyzable titanium compound is a compound of the formula TiX 4 , where the hydrolyzable groups X, which are different or preferably the same, for example hydrogen, halogen (F, Cl, Br or I, in particular Cl and Br), alkoxy (preferably C 1-6 -alkoxy, in particular C 1-4 -alkoxy, such as, for example, methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, sec-butoxy and tert-butoxy) , Aryloxy (preferably C 6-10 aryloxy, such as phenoxy), acyloxy (preferably C 1-6 acyloxy, such as acetoxy or propionyloxy), or alkylcarbonyl (preferably C 2-7 alkylcarbonyl, such as for example, acetyl). An example of a halide is TiCl 4 . Preferred hydrolyzable radicals X are alkoxy groups, in particular C 1-4 -alkoxy. Concrete and preferably used titanates are Ti (OCH 3 ) 4 , Ti (OC 2 H 5 ) 4 and Ti (n- or i-OC 3 H 7 ) 4 .

Als Lösungsmittel wird ein organisches Lösungsmittel verwendet, in dem die hydrolysierbare Titanverbindung vorzugsweise löslich ist. Das Lösungsmittel ist ferner vorzugsweise mit Wasser mischbar. Beispiele für geeignete organische Lösungsmittel sind unter anderem Alkohole, Ketone, Ether, Amide und deren Gemische. Bevorzugt werden Alkohole verwendet, vorzugsweise niedere aliphatische Alkohole (C1-C6-Alkohole), wie Ethanol, 1-Propanol, i-Propanol, sek.-Butanol, tert.-Butanol, Isobutylalkohol, n-Butanol und die Pentanol-Isomeren, insbesondere 1-Pentanol, wobei 1-Propanol und 1-Pentanol besonders bevorzugt sind.As the solvent, use is made of an organic solvent in which the hydrolyzable titanium compound is preferably soluble. The solvent is also preferably miscible with water. Examples of suitable organic solvents Means are, inter alia, alcohols, ketones, ethers, amides and mixtures thereof. Alcohols are preferably used, preferably lower aliphatic alcohols (C 1 -C 6 -alcohols), such as ethanol, 1-propanol, i-propanol, sec-butanol, tert-butanol, isobutyl alcohol, n-butanol and the pentanol isomers , in particular 1-pentanol, with 1-propanol and 1-pentanol being particularly preferred.

Die Mischung enthält auch Wasser in einer unterstöchiometrischen Menge, bezogen auf die hydrolisierbaren Gruppen der Titanverbindung, d. h. bezogen auf 1 Mol hydrolysierbarer Gruppen in der Titanverbindung sind weniger als ein Mol Wasser vorhanden. Anders ausgedrückt werden bei einer hydrolysierbaren Titanverbindung mit 4 hydrolysierbaren Gruppen, bezogen auf 1 Mol Titanverbindung, weniger als 4 Mol Wasser zugegeben. Bevorzugt werden nicht mehr als 0,7 Mol, bevorzugter nicht mehr als 0,6 Mol und insbesondere nicht mehr als 0,5 Mol oder 0,4 Mol, und nicht weniger als 0,30 Mol, bevorzugter nicht weniger als 0,35 Mol Wasser bezogen auf 1 Mol hydrolysierbarer Gruppen in der Titanverbindung, verwendet.The Mixture also contains water in a substoichiometric Amount, based on the hydrolyzable groups of the titanium compound, d. H. based on 1 mole of hydrolyzable groups in the titanium compound There are less than one mole of water available. In other words are in a hydrolyzable titanium compound having 4 hydrolyzable groups, based on 1 mole of titanium compound, added less than 4 moles of water. Preferably not more than 0.7 mole, more preferably not more than 0.6 mol and in particular not more than 0.5 mol or 0.4 mol, and not less than 0.30 mol, more preferably not less than 0.35 Mol of water based on 1 mol of hydrolyzable groups in the titanium compound.

Die Mischung enthält außerdem einen Katalysator für die Hydrolyse und Kondensation unter Sol-Gel-Bedingungen, insbesondere einen sauren Kondensationskatalysator, z. B. Salzsäure, Phosphorsäure oder Ameisensäure.The Mixture also contains a catalyst for the hydrolysis and condensation under sol-gel conditions, in particular a acidic condensation catalyst, e.g. Hydrochloric acid, phosphoric acid or formic acid.

Als Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkaliverbindung können alle zur Dotierung geeigneten Verbindungen verwendet werden, mit Vorteil sind die eingesetzten Verbindungen nicht basisch. Die Hydrolyse der Titanverbindung findet unter sauren Bedingungen statt. Wenn basische Verbindungen den pH-Wert der Mischung zu stark anheben, kommt es zu einem starken Wachstum der entstehenden Titandioxid-Teilchen und es ist nicht mehr möglich erfindungsgemäße Teilchen zu erhalten. Als basische Verbindungen werden dabei Verbindungen verstanden, welche Anionen von Säuren mit einem pKs-Wert von größer als 15 enthalten, beispielsweise Alkoholate oder Hydroxyde. Wird nun versucht den pH-Wert der Mischung durch die Zugabe von Säuren, beispielsweise Salzsäure oder Salpetersäure, zu begegnen, wird unter Umständen die Löslichkeit des entsprechenden Alkalimetall- und/oder Erdalkalisalzes in dem verwendeten Lösungsmittel überschritten und das zur Dotierung bestimmte Ion fällt als Salz aus.When Alkali metal compound and / or alkaline earth compound can all compounds suitable for doping are used with Advantage, the compounds used are not basic. The hydrolysis The titanium compound takes place under acidic conditions. If basic compounds raise the pH of the mixture too much, There is a strong growth of the resulting titanium dioxide particles and it is no longer possible according to the invention To get particles. As basic compounds are compounds which anions of acids with a pKa of greater than 15, for example, alcoholates or hydroxyde. Will now try the pH of the mixture by the addition of acids, for example hydrochloric acid or nitric acid, may be encountered the solubility of the corresponding alkali metal and / or Alkaline salt exceeded in the solvent used and the ion intended for doping precipitates out as salt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die eingesetzten Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallverbindungen ionisch, d. h. sie liegen als Salze vor, wobei darin auch Komplexverbindungen eingeschlossen sind. Bevorzugte Kationen sind Natrium-, Kalium-, Lithium-, Magnesium-, und/oder Kalziumionen, besonders bevorzugt Natriumionen. Bevorzugte Anionen sind Halogenide, insbesondere Chlorid oder Bromid, Sulfat, Hydrogensulfat, Sulfit, Hydrogensulfit, Nitrat, Nitrit, Sulfid, Phosphat, Hydrogenphosphat, Carbonat, Hydrogencarbonat, Cyanid, Thiocyanat, Isocyanat oder Anionen der Oxosäuren der Halogenide, wie Perchlorat. Weiterhin bevorzugte Anionen sind die Anio nen von Mono- und Polycarbonsäuren (Carboxylate), wie Formiat, Acetat, Oxalat, Stearat, Oleat oder 3,6,9-Trioxodecanat.In an advantageous embodiment of the invention are used Alkali metal and / or alkaline earth metal compounds ionic, d. H. they are present as salts, including complex compounds therein are. Preferred cations are sodium, potassium, lithium, magnesium, and / or calcium ions, more preferably sodium ions. preferred Anions are halides, especially chloride or bromide, sulfate, Hydrogen sulfate, sulfite, hydrogen sulfite, nitrate, nitrite, sulfide, Phosphate, hydrogen phosphate, carbonate, bicarbonate, cyanide, thiocyanate, Isocyanate or anions of the oxo acids of halides, such as Perchlorate. Further preferred anions are the anions of mono- and polycarboxylic acids (carboxylates), such as formate, acetate, Oxalate, stearate, oleate or 3,6,9-trioxodecanate.

Bevorzugt werden Alkalihalogenide und Alkalisalze der Fettsäuren (inclusive Fettsäurederivaten mit Heteroatomen in der Kette). Besonders bevorzugt werden Natriumchlorid, Natriumacetat, Natriumformiat, Natriumoleat und Natrium 3,6,9-trioxodecanat.Prefers are alkali halides and alkali salts of fatty acids (including fatty acid derivatives with heteroatoms in the chain). Particular preference is given to sodium chloride, sodium acetate, sodium formate, Sodium oleate and sodium 3,6,9-trioxodecanate.

Das Mengenverhältnis zwischen der oder den zur Dotierung vorgesehenen Alkalimetall und/oder Erdalkalimetallverbindungen liegt, angegeben als Molverhältnis (Me/Ti), zwischen 0,0005:1 bis 0,3:1, bevorzugt 0,001:1 bis 0,2:1, besonders bevorzugt 0,005:1 bis 0,2:1.The Amount ratio between or provided for doping Alkali metal and / or alkaline earth metal compounds, is given as molar ratio (Me / Ti), between 0.0005: 1 to 0.3: 1, preferably 0.001: 1 to 0.2: 1, more preferably 0.005: 1 to 0.2: 1.

Die sich ergebenden Mischung wird dann bei einer Temperatur von mindestens 60°C unter Bildung einer Dispersion oder eines Niederschlags von dotierten Titandioxid-Teilchen behandelt. Diese Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise hydrothermal oder durch Erwärmen unter Rückfluss. Zweckmäßigerweise wird bei der Wärmebehandlung eine relativ hohe Verdünnung angewandt, insbesondere beim Erwärmen unter Rückfluss.The The resulting mixture is then at a temperature of at least 60 ° C to form a dispersion or a precipitate treated by doped titanium dioxide particles. This heat treatment is preferably carried out hydrothermally or by heating Reflux. Appropriately, is at the heat treatment a relatively high dilution applied, in particular when heating under reflux.

Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise über einen Zeitraum von mindestens 1 h bis 30 h, bevorzugt mindestens 4 h bis 24 h, wobei die Dauer von der Temperatur und einem gegebenenfalls angelegten Druck abhängt.The Heat treatment preferably takes place via a Period of at least 1 h to 30 h, preferably at least 4 h to 24 h, with the duration of the temperature and one if necessary applied pressure depends.

Das Erwärmen unter Rückfluss erfolgt geeigneter Weise über einen Zeitraum von mindestens 16 h, z. B. wenn 1-Pentanol als Lösungsmittel verwendet wird. Hierbei kommt die hydrothermale, lyothermale oder die solvothermale Behandlung zum Einsatz.The Heating under reflux is carried out appropriately over a period of at least 16 h, z. B. when 1-pentanol as solvent is used. Here comes the hydrothermal, lyothermal or the solvothermal treatment is used.

Unter einer Lyothermal-Behandlung versteht man im Allgemeinen eine Wärmebehandlung einer Lösung oder Suspension unter Überdruck, z. B. bei einer Temperatur über dem Siedepunkt des Lösungsmittels und einem Druck über 1 bar.Under Lyothermal treatment is generally understood as a heat treatment a solution or suspension under pressure, z. At a temperature above the boiling point of the solvent and a pressure above 1 bar.

Im Sonderfall einer wässrigen Lösung oder Suspension wird das Verfahren als hydrothermales Verfahren bezeichnet. In der vorliegenden Erfindung wird auch eine Wärmebehandlung in einem überwiegend organischen Lösungsmittel, das wenn überhaupt nur wenig Wasser enthält, unter Überdruck als hydrothermale Behandlung verstanden.in the Special case of an aqueous solution or suspension the process is called a hydrothermal process. In the The present invention also provides a heat treatment in a predominantly organic solvent, the if there is little water at all, under overpressure understood as a hydrothermal treatment.

Bei der hydrothermalen Behandlung wird die Mischung in einem Druckbehälter oder einem Autoklaven wärmebehandelt. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 75°C bis 300°C, vorzugsweise über 200°C, bevorzugter 225°C bis 275°C, z. B. etwa 250°C. Durch die Erwärmung, insbesondere über den Siedepunkt des Lösungsmittels, wird in dem geschlossenen Behälter oder Autoklaven ein Druck aufgebaut (autogener Druck). Der erhaltene Druck kann z. B. über 1 bar, insbesondere 50 bis 500 bar oder mehr, vorzugsweise 100 bis 300 bar, z. B. 200 bar, betragen. In der Regel erfolgt die Hydrothermalbehandlung mindestens 1 h und bevorzugt mindestens 6 h bis 7 h.at The hydrothermal treatment is the mixture in a pressure vessel or an autoclave heat treated. The treatment is done preferably at a temperature in the range of 75 ° C to 300 ° C, preferably over 200 ° C, more preferably 225 ° C up to 275 ° C, z. B. about 250 ° C. By the warming, in particular the boiling point of the solvent, is in the closed container or autoclave Pressure built up (autogenous pressure). The resulting pressure can z. B. over 1 bar, in particular 50 to 500 bar or more, preferably 100 to 300 bar, z. B. 200 bar, amount. As a rule, the hydrothermal treatment takes place at least 1 h and preferably at least 6 h to 7 h.

Die Wärmebehandlung gemäß Schritt c) wird solange durchgeführt, bis die gewünschten dotierten Titandioxid-Teilchen gebildet sind.The Heat treatment according to step c) is as long carried out until the desired doped titanium dioxide particles are formed.

Die Dispersion oder der Niederschlag kann direkt oder nach einem Lösungsmittelaustausch weiterverarbeitet, beispielsweise für Beschichtungszusammensetzungen, verwendet werden. Um das Pulver von Titandioxid-Teilchen zu erhalten, wird wie auch beim Lösungsmittelaustausch das Lösungsmittel entfernt. Verfahren zur Entfernung des Lösungsmittels sind nachstehend beschrieben.The Dispersion or precipitate may be directly or after a solvent exchange further processed, for example for coating compositions, be used. In order to obtain the powder of titanium dioxide particles, As in the solvent exchange, the solvent away. Methods for removing the solvent are described below.

Die erhaltenen dotierten Titandioxid-Teilchen der Dispersion, des Niederschlags oder des Pulvers liegen überwiegend kristallin in der Anatas-Form vor. Vorzugsweise macht der kristalline Anteil der erhaltenen dotierten Titandioxid-Teilchen mehr als 90%, bevorzugt mehr als 95% und insbesondere mehr als 97% aus, d. h. der amorphe Anteil liegt insbesondere unter 3%, z. B. bei 2%. Die mittlere Teilchengröße (röntgenographisch ermitteltes Volumenmittel) beträgt vorzugsweise nicht mehr als 20 nm, bevorzugter nicht mehr als 10 nm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Teilchen mit einer mittlere Teilchengröße von etwa 2 bis 10 nm erhalten. Die Titandioxid-Teilchen weisen eine besonders homogene Verteilung der Dotierungsmetalle auf.The obtained doped titanium dioxide particles of the dispersion, the precipitate or the powder are predominantly crystalline in the anatase form in front. Preferably, the crystalline portion of the resulting doped Titanium dioxide particles more than 90%, preferably more than 95% and in particular more than 97%, d. H. the amorphous portion is in particular below 3%, z. At 2%. The average particle size (X-ray determined volume average) is preferably no longer than 20 nm, more preferably not more than 10 nm. In one particular preferred embodiment, particles having a mean Particle size of about 2 to 10 nm obtained. The Titanium dioxide particles have a particularly homogeneous distribution of Doping metals on.

Um die Teilchen als Pulver zu erhalten, ist es notwendig die Teilchen, welche als Dispersion vorliegen, vom Lösungsmittel abzutrennen. Hierfür können alle dem Fachmann bekannten Verfahren verwendet werden. Eine Zentrifugation ist besonders geeignet. Die abgetrennten Titandioxid-Teilchen werden dann getrocknet (z. B. bei 40°C und 10 mbar). In dieser Form können die Teilchen auch gut gelagert werden.Around to get the particles as powders, it is necessary the particles, which are present as a dispersion, to be separated off from the solvent. For this purpose, all methods known in the art be used. Centrifugation is particularly suitable. The separated titanium dioxide particles are then dried (e.g. at 40 ° C and 10 mbar). In this form, the Particles can also be stored well.

Die erhaltene Dispersion kann in einer vorteilhaften Weiterbildung auch ohne Entfernung des Lösungsmittels als solche weiterverarbeitet werden, beispielsweise zur Herstellung einer Zusammensetzung für Beschichtungen Alternativ kann auch ein Lösungsmittelaustausch erfolgen. Hierfür eignen sich z. B. die oben aufgeführten Lösungsmittel oder Wasser. Bevorzugt wird eine Wasser/Alkohol-Mischung und besonders bevorzugt Wasser allein als Lösungsmittel verwendet.The Dispersion obtained may also be in an advantageous embodiment further processed without removal of the solvent as such For example, to prepare a composition for Coatings Alternatively, a solvent exchange respectively. For this purpose, z. As those listed above Solvent or water. Preference is given to a water / alcohol mixture and more preferably, water is used alone as the solvent.

In diesem Verfahren sind mit Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallionen dotierten Titandioxid in nur wenigen Schritten einfach erhältlich. Entsprechend der Anwendung kann sowohl der Grad, wie auch die Art der Dotierung leicht gesteuert werden.In this method are with alkali metal and / or alkaline earth metal ions doped titanium dioxide in just a few steps easily available. According to the application, both the degree, as well as the type the doping can be easily controlled.

Bisher erforderliche Beschichtungen oder die Umwandlung in Rutil, um die photokatalytische Aktivität zu reduzieren, sind nicht erforderlich.So far required coatings or conversion to rutile to the to reduce photocatalytic activity are not required.

Die Teilchen stehen für alle dem Fachmann bekannten Arten der Weiterverarbeitung zur Verfügung. So können beispielsweise Oberflächenmodifikationen eingeführt werden oder Beschichtungen auf die Teilchen aufgebracht werden.The Particles are known for all types known to those skilled in the art Further processing available. So, for example Surface modifications are introduced or Coatings are applied to the particles.

Die erfindungsgemäßen nanoskaligen Teilchen sind bevorzugt nach diesem vorgestellten Verfahren erhältlich. Dieses Verfahren ist besonders zur Herstellung von erfindungsgemäßen Titandioxid-Teilchen in der Anatas-Modifikation geeignet.The Nanoscale particles according to the invention are preferred available according to this presented method. This Method is especially for the production of inventive Titanium dioxide particles in the anatase modification suitable.

Die erfindungsgemäßen Titandioxid-Teilchen können mit Hilfe von oberflächenmodifizierenden Mitteln umgesetzt werden, um sie mit Funktionsgruppen zu ergänzen. Durch eine solche Funktionalisierung können Teilchen nach Bedarf mit gewünschten Eigenschaften versehen werden. So können sie beispielsweise gegenüber anderen Materialien, mit denen sie beispielsweise vermischt werden sollen, eine verbesserte, falls zweckmäßig eine verschlechterte Kompatibilität erhalten. So können beispielsweise hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften eingeführt werden. Vorzugsweise werden über die Funktionsgruppe eine oder mehrere funktionelle Gruppen auf der Oberfläche der Teilchen eingeführt. Über diese sind dann z. B. auch Reaktionen mit anderen Materialien oder zwischen den Teilchen möglich. Besonders bevorzugt sind funk tionelle Gruppen, die für die Vernetzungsreaktionen geeignet sind. Zur Oberflächenmodifizierung werden die erfindungsgemäßen Teilchen mit einem Oberflächenmodifizierungsmittel umgesetzt. Dabei handelt es sich um bekannte Verfahren, wie von der Anmelderin z. B. in DE 102 35 803 , bzw. WO 04/005577 beschrieben.The titanium dioxide particles according to the invention can be reacted with the aid of surface-modifying agents in order to supplement them with functional groups. By such functionalization particles can be provided with desired properties as needed. Thus, for example, they can be improved compared to other materials with which they are to be mixed, if appropriate, for improved compatibility. For example, hydrophobic or hydrophilic properties can be introduced. Preferably, one or more functional groups are introduced on the surface of the particles via the functional group. About these are then z. B. also possible reactions with other materials or between the particles. Particular preference is given to functional groups which are suitable for the crosslinking reactions. For surface modification, the particles of the invention are reacted with a surface modifier. These are known methods, as described by the applicant z. In DE 102 35 803 , respectively. WO 04/005577 described.

Die Erfindung umfasst außerdem eine Zusammensetzung, welche die erfindungsgemäßen Teilchen und ein organisches, ein anorganisches oder organisch modifiziertes anorganisches matrixbildendes Material enthält. Hierbei kann es sich insbesondere um anorganische Sole oder organisch modifizierte anorganische Hybridmaterialien oder Nanokomposite handeln. Beispiele hierfür sind gegebenenfalls organisch modifizierte Oxide, Hydrolysate und (Poly)Kondensate von mindestens einem glas- oder keramikbildenden Element M, insbesondere einem Element M aus den Gruppen 3 bis 5 und/oder 12 bis 15 des Periodensystems der Elemente, bevorzugt von Si, Al, B, Ge, Pb, Sn, Ti, Zr, V und Zn, insbesondere solche von Si und Al, am meisten bevorzugt Si, oder Mischungen davon. Es können auch anteilig Elemente der Gruppen 1 und 2 des Periodensystems (z. B. Na, K, Ca und Mg) und der Gruppen 5 bis 10 des Periodensystems (z. B. Mn, Cr, Fe und Ni) oder Lanthanoiden im Oxid, Hydrolysat oder (Poly)Kondensat vorhanden sein. Ein bevorzugtes organisch modifiziertes anorganisches Hybridmaterial sind Polyorganosiloxane. Besonders bevorzugt werden hierfür Hydrolysate von glas- oder keramikbildenden Elementen, insbesondere von Silicium verwendet.The invention also includes a composition containing the particles of the invention and an organic, inorganic or organically modified inorganic matrix-forming material. These may in particular be inorganic sols or organically modified inorganic hybrid materials or nanocomposites. Examples of these are optionally organically modified oxides, hydrolyzates and (poly) condensates of at least one glass or ceramic-forming element M, in particular an element M from groups 3 to 5 and / or 12 to 15 of the Periodic Table of the Elements, preferably of Si, Al, B, Ge, Pb, Sn, Ti, Zr, V and Zn, in particular those Si and Al, most preferably Si, or mixtures thereof. It is also possible proportionally to elements of groups 1 and 2 of the periodic table (for example Na, K, Ca and Mg) and groups 5 to 10 of the periodic table (for example Mn, Cr, Fe and Ni) or lanthanides in the oxide , Hydrolyzate or (poly) condensate. A preferred organically modified inorganic hybrid material is polyorganosiloxanes. For this purpose, particular preference is given to using hydrolysates of glass-forming or ceramic-forming elements, in particular of silicon.

Das anorganische oder organisch-modifizierte anorganische matrixbildende Material wird bevorzugt in einer solchen Menge zugegeben, dass das Molverhältnis von Titan der Titandioxid-Teilchen zu glas- oder keramikbildendem Element M 100:0,01 bis 0,01:100, vorzugsweise 300:1 bis 1:300 beträgt. Sehr gute Ergebnisse werden bei einem Molverhältnis Ti/M von etwa 10:3 bis 1:30 erhalten. Sofern ein organisch-modifiziertes anorganisches matrixbildendes Material verwendet wird, können alle oder nur ein Teil der enthaltenen glas- oder keramikbildenden Elemente M eine oder mehrere organische Gruppen als nicht hydrolysierbare Gruppen aufweisen.The inorganic or organically modified inorganic matrix-forming Material is preferably added in an amount such that the molar ratio of titanium of titanium dioxide particles to glass or ceramic forming Element M is 100: 0.01 to 0.01: 100, preferably 300: 1 to 1: 300. Very good results are obtained at a Ti / M molar ratio of about 10: 3 to 1:30 received. Unless an organically modified inorganic matrix-forming material is used all or part of the contained glass or ceramic forming Elements M one or more organic groups as non-hydrolyzable Have groups.

Die anorganischen oder organisch modifizierten anorganischen matrixbildenden Materialien können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, z. B. durch Flammpyrolyse, Plasmaverfahren, Gasphasenkondensationsverfahren, Kolloidtechniken, Präzipitationsverfahren, Sol-Gel-Verfahren, kontrollierte Nukleations- und Wachstumsprozesse, MOCVD-Verfahren und (Mikro) emulsionsverfahren. Sofern aus dem Verfahren lösungsmittelfreie Teilchen erhalten werden, werden diese geeigneter Weise in einem Lösungsmittel dispergiert. Verfahren sind im Stand der Technik ausführlich beschrieben.The inorganic or organically modified inorganic matrix-forming Materials can be prepared by known methods be, for. By flame pyrolysis, plasma process, gas phase condensation process, Colloid techniques, precipitation method, sol-gel method, controlled nucleation and growth processes, MOCVD method and (micro) emulsion method. If from the process solvent-free Particles are obtained in an appropriate manner Solvent dispersed. Procedures are in the state of Technology described in detail.

Vorzugsweise werden die anorganischen Sole und insbesondere die organisch modifizierten Hybridmaterialien nach dem Sol-Gel-Verfahren erhalten. Beim Sol-Gel-Verfahren werden gewöhnlich hydrolysierbare Verbindungen mit Wasser, gegebenenfalls unter saurer oder basischer Katalyse, hydrolysiert und gegebenenfalls zumindest teilweise kondensiert. Die Hydrolyse- und/oder Kondensationsreaktionen führen zur Bildung von Verbindungen oder Kondensaten mit Hydroxy-, Oxogruppen und/oder Oxobrücken, die als Vorstufen dienen. Es können stöchiometrische Wassermengen, aber auch geringere oder größere Mengen verwendet werden. Das sich bildende Sol kann durch geeignete Parameter, z. B. Kondensationsgrad, Lösungsmittel oder pH-Wert, auf die für die Beschichtungszusammensetzung gewünschte Viskosität eingestellt werden. Weitere Einzelheiten des Sol-Gel-Verfahrens sind z. B. bei C. J. Brinker, G. W. Scherer: "Sol-Gel Science – The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) beschrieben.Preferably, the inorganic sols and in particular the organically modified hybrid materials are obtained by the sol-gel method. In the sol-gel process, usually hydrolyzable compounds are hydrolyzed with water, optionally with acidic or basic catalysis, and optionally at least partially condensed. The hydrolysis and / or condensation reactions lead to the formation of compounds or condensates with hydroxyl, oxo groups and / or oxo bridges, which serve as precursors. It is possible to use stoichiometric amounts of water, but also smaller or larger quantities. The forming sol may be replaced by suitable parameters, e.g. For example, degree of condensation, solvent or pH, are set to the desired viscosity for the coating composition. Further details of the sol-gel process are for. B. at CJ Brinker, GW Scherer: "Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) described.

Nach dem bevorzugten Sol-Gel-Verfahren werden die Oxide, Hydrolysate oder (Poly)Kondensate durch Hydrolyse und/oder Kondensation aus hydrolysierbaren Verbindungen der oben genannten glas- oder keramikbildenden Elemente erhalten, die gegebenenfalls zur Herstellung des organisch-modifizierten anorganischen Hybridmaterials zusätzlich nicht hydrolysierbare organische Substituenten tragen.To the preferred sol-gel process are the oxides, hydrolyzates or (poly) condensates by hydrolysis and / or condensation hydrolyzable compounds of the above-mentioned glass or ceramic-forming Obtained elements, where appropriate, for the preparation of the organically modified Inorganic hybrid material additionally not hydrolyzable bear organic substituents.

Anorganische Sole werden dabei nach dem Sol-Gel-Verfahren insbesondere aus hydrolysierbaren Verbindungen der allgemeine Formeln MXn gebildet, worin M das vorstehend definierte glas- oder keramikbildende Element ist, X wie in nachstehender Formel (I) definiert ist, wobei zwei Gruppen X durch eine Oxogruppe ersetzt sein können, und n der Wertigkeit des Elements entspricht und meist 3 oder 4 ist. Bevorzugt handelt es sich um hydrolysierbare Si-Verbindungen, insbesondere der nachstehenden Formel (I).Inorganic sols are formed according to the sol-gel process in particular from hydrolyzable compounds of the general formulas MX n , wherein M is the above-defined glass or ceramic-forming element, X is defined as in the following formula (I), wherein two groups X by an oxo group may be replaced, and n corresponds to the valence of the element and is usually 3 or 4. It is preferably hydrolyzable Si compounds, in particular the following formula (I).

Beispiele für einsetzbare hydrolysierbare Verbindungen von Elementen M, die von Si verschieden sind, sind Al(OCH3)3, Al(OC2H5)3 , Al(O-n-C3H7)3, Al(O-i-C3H7)3, Al(O-n-C4H9)3 , Al(O-sek.-C4H9)3 , AlCl3, AlCl(OH)2, Al(OC2H4OC4H9)3 , TiCl4, Ti(OC2H5)4 , Ti(O-n-C3H7)4 , Ti(O-i-C3H7)4 , Ti(OC4H9)4 , Ti(2-ethylhexoxy)4, ZrCl4, Zr(OC2H5)4, Zr(O-n-C3H7)4, Zr(O-i-C3H7)4, Zr(OC4H9)4, ZrOCl2, Zr(2-ethylhexoxy)4, sowie Zr-Verbindungen, die komplexierende Reste aufweisen, wie z. B. β-Diketon- und (Meth)acrylreste, Natriummethylat, Kaliumacetat, Borsäure, BCl3, B(OCH3)3, B(OC2H5)3, SnCl4, Sn(OCH3)4, Sn(OC2H5)4, VOCl3 und VO(OCH3)3.Examples of usable hydrolyzable compounds of elements M other than Si are Al (OCH 3 ) 3 , Al (OC 2 H 5 ) 3 , Al (OnC 3 H 7 ) 3 , Al (OiC 3 H 7 ) 3 , Al (OnC 4 H 9 ) 3 , Al (O-sec-C 4 H 9 ) 3 , AlCl 3 , AlCl (OH) 2 , Al (OC 2 H 4 OC 4 H 9 ) 3 , TiCl 4 , Ti ( OC 2 H 5 ) 4 , Ti (OnC 3 H 7 ) 4 , Ti (OiC 3 H 7 ) 4 , Ti (OC 4 H 9 ) 4 , Ti (2-ethylhexoxy) 4 , ZrCl 4 , Zr (OC 2 H 5 ) 4 , Zr (OnC 3 H 7 ) 4 , Zr (OiC 3 H 7 ) 4 , Zr (OC 4 H 9 ) 4 , ZrOCl 2 , Zr (2-ethylhexoxy) 4 , and Zr compounds, the complexing radicals have, such. B. β-diketone and (meth) acrylic radicals, sodium methylate, potassium acetate, boric acid, BCl 3 , B (OCH 3 ) 3 , B (OC 2 H 5 ) 3 , SnCl 4 , Sn (OCH 3 ) 4 , Sn (OC 2 H 5 ) 4 , VOCl 3 and VO (OCH 3 ) 3 .

Die nachstehenden Ausführungen zum bevorzugten Silicium gelten auch sinngemäß für die anderen Elemente M. Besonders bevorzugt wird das Sol oder das organisch modifizierte anorganische Hybridmaterial aus einem oder mehreren hydrolysierbaren und kondensierbaren Silanen erhalten, wobei gegebenenfalls mindestens ein Silan einen nicht hydrolysierbaren organischen Rest aufweist. Besonders bevorzugt werden ein oder mehrere Silane mit den folgenden allgemeinen Formeln (I) und/oder (II) verwendet: SiX4 (I)worin die Reste X gleich oder verschieden sind und hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxygruppen bedeuten, RaSiX(4-a) (II)worin R gleich oder verschieden ist und einen nicht hydrolysierbaren Rest darstellt, der gegebenenfalls eine funktionelle Gruppe aufweist, X die vorstehende Bedeutung hat und a den Wert 1, 2 oder 3, vorzugsweise 1 oder 2, hat.The following statements on the preferred silicon also apply mutatis mutandis to the other elements M. More preferably, the sol or the organically modified inorganic hybrid material is obtained from one or more hydrolyzable and condensable silanes, optionally wherein at least one silane has a non-hydrolyzable organic radical. One or more silanes having the following general formulas (I) and / or (II) are particularly preferably used: SiX 4 (I) in which the radicals X are identical or different and denote hydrolyzable groups or hydroxyl groups, R a SiX (4-a) (II) wherein R is the same or different and represents a non-hydrolyzable radical which optionally has a functional group, X has the abovementioned meaning and a is 1, 2 or 3, preferably 1 or 2, has.

In den obigen Formeln sind die hydrolysierbaren Gruppen X beispielsweise Wasserstoff oder Halogen (F, Cl, Br oder I), Alkoxy (vorzugsweise C1-6-Alkoxy, wie z. B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy und Butoxy), Aryloxy (vorzugsweise C6-10-Aryloxy, wie z. B. Phenoxy), Acyloxy (vorzugsweise C1-6-Acyloxy, wie z. B. Acetoxy oder Propionyloxy), Alkylcarbonyl (vorzugsweise C2-7-Alkylcarbonyl, wie z. B. Acetyl), Amino, Monoalkylamino oder Dialkylamino mit vorzugsweise 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der bzw. den Alkylgruppe(n).In the above formulas, the hydrolyzable groups X are, for example, hydrogen or halogen (F, Cl, Br or I), alkoxy (preferably C 1-6 alkoxy, such as methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy and Butoxy), aryloxy (preferably C 6-10 aryloxy such as phenoxy), acyloxy (preferably C 1-6 acyloxy such as acetoxy or propionyloxy), alkylcarbonyl (preferably C 2-7 alkylcarbonyl , such as acetyl), amino, monoalkylamino or dialkylamino having preferably 1 to 12, in particular 1 to 6 carbon atoms in the or the alkyl group (s).

Der nicht hydrolysierbare Rest R ist beispielsweise Alkyl (vorzugsweise C1-6-Alkyl, wie z. B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopro pyl, n-Butyl, s-Butyl und t-Butyl, Pentyl, Hexyl oder Cyclohexyl), Alkenyl (vorzugsweise C2-6-Alkenyl, wie z. B. Vinyl, 1-Propenyl, 2-Propenyl und Butenyl), Alkinyl (vorzugsweise C2-6-Alkinyl, wie z. B. Acetylenyl und Propargyl) und Aryl (vorzugsweise C6-10-Aryl, wie z. B. Phenyl und Naphthyl).The non-hydrolyzable radical R is, for example, alkyl (preferably C 1-6 -alkyl, such as, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, s-butyl and t-butyl, pentyl, hexyl or cyclohexyl Alkenyl (preferably C 2-6 alkenyl such as vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl and butenyl), alkynyl (preferably C 2-6 alkynyl such as acetylenyl and propargyl) and Aryl (preferably C 6-10 aryl, such as phenyl and naphthyl).

Die genannten Reste R und X können gegebenenfalls einen oder mehrere übliche Substituenten, wie z. B. Halogen, Ether-, Phosphorsäure-, Sulfonsäure-, Cyano-, Amid-Mercapto-, Thioether- oder Alkoxygruppen, als funktionelle Gruppen aufweisen.The R and X mentioned may optionally be one or several common substituents, such as. Halogen, ether, Phosphoric acid, sulfonic acid, cyano, amide-mercapto, Thioether or alkoxy groups, as functional groups.

Der Rest R kann eine funktionelle Gruppe enthalten, über die eine Vernetzung möglich ist. Konkrete Beispiele für die funktionellen Gruppen des Restes R sind Epoxy-, Hydroxy-, Amino-, Monoalkylamino-, Dialkylamino-, Carboxy-, Allyl-, Vinyl-, Acryl-, Acryloxy-, Methacryl-, Methacryloxy-, Cyano-, Aldehyd- und Alkylcarbonylgruppen. Diese Gruppen sind vorzugsweise über Alkylen-, Alkenylen- oder Arylen-Brückengruppen, die durch Sauerstoff- oder Schwefelatome oder -NH-Gruppen unterbrochen sein können, an das Siliciumatom gebunden. Die genannten Brückengruppen leiten sich zum Beispiel von den oben genannten Alkyl-, Alkenyl- oder Arylresten ab. Die Brückengruppen der Reste R enthalten vorzugsweise 1 bis 18, insbesondere 1 bis 8 Kohlenstoffatome.Of the Radical R may contain a functional group via which networking is possible. Concrete examples of the functional groups of the radical R are epoxy, hydroxy, amino, Monoalkylamino, dialkylamino, carboxy, allyl, vinyl, acrylic, acryloxy, Methacrylic, methacryloxy, cyano, aldehyde and alkylcarbonyl groups. These groups are preferably via alkylene, alkenylene or arylene bridging groups represented by oxygen or sulfur atoms or -NH groups may be interrupted to the silicon atom bound. The bridging groups mentioned lead to the Example of the abovementioned alkyl, alkenyl or aryl radicals from. The bridging groups of the radicals R preferably contain 1 to 18, especially 1 to 8 carbon atoms.

Besonders bevorzugte hydrolysierbare Silane der allgemeinen Formel (I) sind Tetraalkoxysilane, wie Tetramethoxysilan und insbesondere Tetraethoxysilan (TEOS). Durch saure Katalyse erhaltene anorganische Sole, z. B. TEOS-Hydrolysate, sind besonders bevorzugt. Besonders bevorzugte Organosilane der allgemeinen Formel (II) sind Epoxysilane wie 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GPTS), Methacryloxypropyltri methoxysilan und Acryloxypropyltrimethoxysilan, wobei GPTS-Hydrolysate mit Vorteil eingesetzt werden können.Especially preferred hydrolyzable silanes of the general formula (I) are Tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and especially tetraethoxysilane (TEOS). Inorganic sols obtained by acid catalysis, e.g. B. TEOS hydrolysates are particularly preferred. Especially preferred Organosilanes of the general formula (II) are epoxysilanes such as 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane (GPTS), methacryloxypropyltri methoxysilane and acryloxypropyltrimethoxysilane, where GPTS hydrolysates can be used with advantage.

Sofern ein organisch-modifiziertes anorganisches Hybridmaterial hergestellt wird, können ausschließlich Silane der Formel (II) oder eine Mischung von Silanen der Formel (I) und (II) eingesetzt werden. Bei den anorganischen Solen auf Siliciumbasis werden ausschließlich Silane der Formel (I) verwendet, wobei gegebenenfalls anteilig hydrolysierbare Verbindungen der obigen Formel MXn zugegeben werden.If an organically modified inorganic hybrid material is produced, only silanes of the formula (II) or a mixture of silanes of the formula (I) and (II) can be used. In the silicon-based inorganic sols, only silanes of the formula (I) are used, with proportionally hydrolyzable compounds of the above formula MX n being added, if appropriate.

Sofern das anorganische Sol aus im Lösungsmittel dispergierten diskreten Oxidteilchen besteht, können sie die Härte der Schicht verbessern. Bei diesen Teilchen handelt es sich insbesondere um nanoskalige anorganische Teilchen. Die Teilchengrösse (röntgenographisch ermitteltes Volumenmittel) liegt z. B. im Bereich von unter 200 nm, insbesondere unter 100 nm, bevorzugt unter 50 nm, z. B. 1 nm bis 20 nm.Provided the inorganic sol dispersed in the solvent discrete oxide particles, they can reduce the hardness improve the layer. These particles are in particular around nanoscale inorganic particles. The particle size (X-ray detected volume average) is z. B. in the range of below 200 nm, especially below 100 nm, preferably below 50 nm, z. B. 1 nm to 20 nm.

Erfindungsgemäß können z. B. anorganische Sole von SiO2, ZrO2, GeO2, CeO2, ZnO, Ta2O5, SnO2 und Al2O3 (in allen Modifikationen, insbesondere als Böhmit AlO(OH)), vorzugsweise Sole von SiO2, Al2O3, ZrO2, GeO2 sowie Mischungen derselben als nanoskalige Teilchen verwendet werden. Solche Sole sind zum Teil auch im Handel erhältlich, z. B. Kieselsole, wie die Levasile® von H. C. Starck.According to the invention z. As inorganic sols of SiO 2 , ZrO 2 , GeO 2 , CeO 2 , ZnO, Ta 2 O 5 , SnO 2 and Al 2 O 3 (in all modifications, especially as boehmite AlO (OH)), preferably brine of SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , GeO 2 and mixtures thereof may be used as nanoscale particles. Such sols are also available in part in the trade, for. As silica sols, as the Levasil® ® from HC Starck.

Als anorganisches oder organisch modifiziertes anorganisches matrixbildendes Material kann auch eine Kombination von derartigen nanoskaligen Teilchen mit als Hydrolysaten oder (Poly)Kondensaten vorliegenden anorganischen Solen oder organischmodifizierten Hybridmaterialien verwendet werden, was hier mit Nanokompositen bezeichnet wird.When inorganic or organically modified inorganic matrix-forming Material can also be a combination of such nanoscale particles with inorganic hydrolyzates or (poly) condensates Solen or organically modified hybrid materials are used, what is called nanocomposites here.

Gegebenenfalls können auch organische Monomere, Oligomere oder Polymere aller Art als organische matrixbildende Materialien enthalten sein, die als Flexibilisatoren dienen, wobei es sich um übliche organische Bindemittel handeln kann. Diese können zur Verbesserung der Beschichtungsfähigkeit verwendet werden. Die Oligomere und Polymere können funktionelle Gruppen aufweisen, über die eine Vernetzung möglich ist. Diese Vernetzungsmöglichkeit ist auch gegebenenfalls bei den oben erläuterten organisch modifizierten anorganischen matrixbildenden Materialien möglich. Auch Mischungen anorganischer, organisch modifizierter anorganischer und/oder organischer matrixbildender Materialien sind möglich.Possibly may also be organic monomers, oligomers or polymers of all kinds may be included as organic matrix-forming materials, the serve as flexibilizers, which are customary organic Binder can act. These can help to improve the coating ability can be used. The oligomers and polymers may have functional groups via the networking is possible. This networking opportunity is also optionally organic in the above-mentioned modified inorganic matrix-forming materials possible. Also mixtures of inorganic, organically modified inorganic and / or organic matrix-forming materials are possible.

Beispiele für verwendbare organische matrixbildende Materialien sind Polymere und/oder Oligomere, die polare Gruppen, wie Hydroxyl-, primäre, sekundäre oder tertiäre Amino-, Carboxyl- oder Carboxylatgruppen, aufweisen. Typische Beispiele sind Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Polyvinylpyridin, Polyallylamin, Polyacrylsäure, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylsäure, Stärke, Gummi arabicum, andere polymere Alkohole wie z. B. Polyethylen-Polyvinylalkohol-Copolymere, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol und Poly(4-vinylphenol) bzw. davon abgeleitete Monomere oder Oligomere.Examples of usable organic ma Trix forming materials are polymers and / or oligomers having polar groups, such as hydroxyl, primary, secondary or tertiary amino, carboxyl or carboxylate groups. Typical examples are polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyvinylpyridine, polyallylamine, polyacrylic acid, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylic acid, starch, gum arabic, other polymeric alcohols such. As polyethylene-polyvinyl alcohol copolymers, polyethylene glycol, polypropylene glycol and poly (4-vinylphenol) or derived therefrom monomers or oligomers.

Die Zusammensetzung kann beispielsweise eine Beschichtungszusammensetzung, eine Formmasse, eine Harzzusammensetzung, Paste, Lösung oder Creme sein.The Composition can be, for example, a coating composition, a molding composition, a resin composition, paste, solution or Be cream.

Dabei können im Falle einer Beschichtungszusammensetzung die üblichen Verfahren verwendet werden, z. B. Tauchen, Rollen, Rakeln, Fluten, Ziehen, Spritzen, Schleudern oder Aufstreichen. Die aufgebrachte Dispersion wird gegebenenfalls getrocknet und wärmebehandelt, etwa zur Härtung oder Verdichtung. Durch die reduzierte oder unterdrückte photokatalytische Aktivität der Titandioxid-Teilchen können auch empfindliche Substrate, wie beispielsweise Kunststoffe direkt beschichtet werden. Die dafür verwendete Wärmebehandlung hängt natürlich vom Substrat ab. Bei Kunststoffsubstraten oder Kunststoffoberflächen können naturgemäß keine sehr hohen Temperaturen verwendet werden. So werden Polycarbonat (PC)-Substrate z. B. bei etwa 130°C für 1 h wärmebehandelt. Allgemein erfolgt die Wärmebehandlung z. B. bei einer Temperatur von 100 bis 200°C und, sofern kein Kunststoff vorhanden ist, bis zu 500°C oder mehr. Die Wärmebehandlung erfolgt z. B. 15 min bis 2 h. In der Regel werden Schichtdicken von 50 nm bis 30 μm erhalten, bevorzugt 100 nm bis 1 μm, z. B. 50 bis 700 nm.there In the case of a coating composition, the usual Method be used, for. As diving, rolling, doctoring, flooding, Pulling, spraying, spinning or painting. The angry Dispersion is optionally dried and heat treated, for hardening or compaction. By the reduced or suppressed photocatalytic activity Titanium dioxide particles can also be sensitive substrates, such as plastics are coated directly. The one for it used heat treatment depends of course Substrate off. For plastic substrates or plastic surfaces naturally can not be very high temperatures be used. Thus, polycarbonate (PC) substrates z. B. at heat treated at about 130 ° C for 1 h. Generally the heat treatment z. B. at a temperature from 100 to 200 ° C and, if no plastic is present, up to 500 ° C or more. The heat treatment takes place z. B. 15 min to 2 h. As a rule, layer thicknesses of 50 nm obtained to 30 microns, preferably 100 nm to 1 micron, z. B. 50 to 700 nm.

Eine oder mehrere erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzungen können natürlich auch in Kombination mit anderen Beschichtungen eingesetzt werden.A or more coating compositions of the invention Of course, they can also be combined with others Coatings are used.

Das anorganische Sol oder das organisch-modifizierte anorganische Hybridmaterial dienen nicht nur als matrixbildendes Material, sondern auch der verbesserten Schichthaftung. Titandioxid kann in der Schicht als matrixbildender Bestandteil und/oder als Teilchen vorliegen.The inorganic sol or the organically modified inorganic hybrid material serve not only as a matrix-forming material, but also the improved layer adhesion. Titanium dioxide can be used in the layer as matrix-forming component and / or present as particles.

Außerdem können solche Zusammensetzungen auch in Formen gegossen und zur Herstellung von Formkörpern dienen.Furthermore Such compositions can also be poured into molds and serve for the production of moldings.

Die erfindungsgemäßen nanoskaligen Titandioxid Teilchen besitzen hohen Brechungsindex, der durch die Dotierung geringfügig reduziert sein kann. Durch ihre gute Redispergierbarkeit und ihre reduzierte oder unterdrückte photokatalytische Aktivität eignen sie sich für zahlreiche Anwendungen, insbesondere wenn hohe Brechungsindices benötigt werden, beispielsweise zur Herstellung von hochbrechenden Kompositmaterialien. Gleichzeitig sind sie durch die beiden angegebene Verfahren auf einfache Weise zugänglich.The Nanoscale titanium dioxide particles according to the invention have high refractive index, which is slightly reduced by the doping can be reduced. Due to their good redispersibility and their reduced or suppressed photocatalytic activity They are suitable for many applications, especially when high Refractive indices are needed, for example for the production of high-index composite materials. At the same time they are through the two specified methods in a simple manner accessible.

So können die erfindungsgemäßen Teilchen beispielsweise in refraktiven oder diffraktiven optischen Elementen, Linsen, Folien, holographischen Materialien, Lichtwellenleiter, UV-absorbierenden Beschichtungen, UV-absorbierenden Zusammensetzungen, wie Sonnenschutzmitteln, oder Pigmenten verwendet werden.So For example, the particles of the invention may be in refractive or diffractive optical elements, lenses, films, holographic materials, optical fibers, UV-absorbing coatings, UV-absorbing compositions, such as sunscreens, or Pigments are used.

Desweiteren kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung in optischen Elementen, Linsen, Folien, holographischen Materialien, Lichtwellenleiter, UV-absorbierenden Beschichtungen, UV-absorbierenden Zusammensetzungen, wie Sonnenschutzmitteln, oder Pigmenten verwendet werden. Die dazu verwendete Matrix kann entsprechend den gewünschten Eigenschaften angepasst werden.Furthermore can the composition of the invention in optical Elements, lenses, foils, holographic materials, optical fibers, UV absorbing coatings, UV absorbing compositions, such as sunscreens, or pigments are used. The one used for this Matrix can according to the desired properties be adjusted.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.Further Details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments in connection with the dependent claims. Here, the respective features alone or in combination with each other be realized. The possibilities to solve the task are not limited to the embodiments. For example, ranges always include all - not - intermediate values and all conceivable subintervals.

Ausführungsbeispieleembodiments

1. Ausführungsbeispiel zu einer Rückflussbehandlung mit Natrium methylat1st embodiment of a Reflux treatment with sodium methoxide

Zu einem Gemisch von 107,5 g Titanisopropylat und 162,45 g 1-Pentanol wird ein einem ersten Schritt 3,4 g Natriummethylat gegeben und bis zum Reaktionsende intensiv gerührt. Nach 10 min werden zu dieser Lösung 7,5 g 37%ige Salzsäure und nach weiteren 10 min in einem dritten Schritt 7.98 g Wasser jeweils vorsichtig zugegeben. Die Lösungen werden intensiv vermischt und unter Normaldruck bei max. 130°C für rund 17 h gekocht. Nach Abkühlung wird die Mutterlauge verworfen, der Bodensatz wird bei max. 50° im Vakuum getrocknet.To a mixture of 107.5 g of titanium isopropylate and 162.45 g of 1-pentanol 3.4 g of sodium methylate is added to a first step and stirred vigorously until the end of the reaction. After 10 minutes to be this solution 7.5 g of 37% hydrochloric acid and after further 10 min in a third step 7.98 g of water each carefully added. The solutions are mixed intensively and under Normal pressure at max. 130 ° C cooked for around 17 h. After cooling, the mother liquor is discarded, the sediment is at max. Dried at 50 ° in vacuo.

2. Ausführungsbeispiel zu einer Lyothermalbehandlung mit Natriumacetat2nd embodiment to a Lyothermal treatment with sodium acetate

Zu einem Gemisch von 97,1 g Titanisopropylat und 105,5 g Propanol wird ein einem ersten Schritt 0,56 g Natriumacetat gegeben und bis zum Umfüllen in die Autoklavierbehälter intensiv gerührt. Nach 10 min werden zu dieser Lösung Lösungen von 6,69 g 37%iger Salzsäure in 20 g 1-Propanol und in einem dritten Schritt 8,05 g Wasser in 40 g Propanol vorsichtig und langsam zugegeben. Die 135 g der Lösung wird in ein 250 ml Autoklaviergefäß mit Tefloninliner gegeben und innerhalb von 30 min auf 250°C gebracht und 2 h bei dieser Temperatur gehalten. Nach Abkühlung wird die Mutterlauge verworfen, der Bodensatz wird bei max. 50° im Vakuum getrocknet.To a mixture of 97.1 g of titanium isopropoxide and 105.5 g of propanol is a first step Added 0.56 g of sodium acetate and stirred until transferred to the autoclaving tank intensive. After 10 minutes, solutions of 6.69 g of 37% strength hydrochloric acid in 20 g of 1-propanol and, in a third step, 8.05 g of water in 40 g of propanol are added slowly and carefully to this solution. The 135 g of the solution is placed in a 250 ml autoclave with Teflon inliner and brought to 250 ° C within 30 min and maintained at this temperature for 2 h. After cooling, the mother liquor is discarded, the sediment is at max. Dried at 50 ° in vacuo.

3. Ausführungsbeispiel zu einer Rückflussbehandlung mit Natrium 3,6,9-trioxodecanat3rd embodiment of a Reflux treatment with sodium 3,6,9-trioxodecanate

Zu 81,2 g Propanol wird ein einem ersten Schritt 53,75 g Titanisopropylat getropft und bis zum Reaktionsende intensiv gerührt. Nach 10 min werden zu dieser Lösung 3,73 g 37%ige Salzsäure und in einem dritten Schritt nach weiteren 10 min ein Gemisch aus 0,378 g Natriumhydroxid und 1,7 g 3,6,9- Trioxodekansäure in 4 g Wasser vorsichtig und langsam zugegeben. Die Lösungen werden intensiv vermischt und unter Normaldruck bei max. 130°C für rund 16 h gekocht. Nach Abkühlung wird die Mutterlauge verworfen, der Bodensatz wird bei max. 50° im Vakuum getrocknet.To 81.2 g of propanol is a first step 53.75 g of titanium isopropylate added dropwise and stirred vigorously until the end of the reaction. To 10 minutes to this solution 3.73 g of 37% hydrochloric acid and in a third step, after a further 10 minutes, a mixture of 0.378 g of sodium hydroxide and 1.7 g of 3,6,9-trioxodecanoic acid carefully and slowly added in 4 g of water. The solutions are mixed intensively and under normal pressure at max. 130 ° C cooked for around 16 h. After cooling, the Mother liquor discarded, the sediment is at max. 50 ° in the Vacuum dried.

4. Bestimmung der photokatalytischen Aktivität4. Determination of the photocatalytic activity

Zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivität der erfindungsgemäßen Titandioxidnanopartikel wurden dünne Filme des Partikelmaterials auf Glassubstraten hergestellt und die photokatalytische Aktivität durch Untersuchung des Photokatalytischen Abbaus von 4-Chlorphenol (4-CP) bestimmt.to Determination of the photocatalytic activity of the invention Titanium dioxide nanoparticles became thin films of the particulate material produced on glass substrates and the photocatalytic activity by investigating the photocatalytic degradation of 4-chlorophenol (4-CP) determined.

Dazu wurde Suspensionen von 1 g TiO2 Partikel in 19 g einer Mischung aus Ethanol/Wasser 1:1 unter Zuhilfenahme von 1 g 3,6,9-Trioxadecansäure als Dispersionshilfsmittel hergestellt. Diese wurden in einem Tauchbeschichtungsprozess mit einer Ziehgeschwindigkeit von 2 mm/s auf geeignete Glassubstrate (z. B. Mikroskopobjektträger, wobei eine beschichtete Fläche von rund 9,25 cm2 erhalten wurde) aufgetragen und bei 300°C für 1 h gehärtet.For this purpose, suspensions of 1 g of TiO 2 particles in 19 g of a mixture of ethanol / water 1: 1 with the aid of 1 g of 3,6,9-Trioxadecansäure prepared as a dispersion aid. These were coated in a dip coating process at a pull rate of 2 mm / s onto suitable glass substrates (e.g., microscope slides to give a coated area of approximately 9.25 cm 2 ) and cured at 300 ° C for 1 h.

Als Vergleich wurden analog hergestellte Dünnschichten eines kommerziell erhältlichen, aktiven Titandioxids (z. B. Degussa 225) sowie unbeschichtete Leersubstrate (zur Bestimmung der Eigenphotolyse des verwendeten 4-CP unter der UV-Bestrahlung) verwendet.When Comparison were analogously prepared thin layers of a commercially available, active titanium dioxide (eg Degussa 225) and uncoated empty substrates (for the determination of self-photolysis the 4-CP used under UV irradiation).

Dazu wurde jeweils ein beschichtetes Substrat in einer 50 ml wässrigen Lösung von 50 μmol/l 4-CP enthielt, einer Bestrahlung über einen Zeitraum von 60 h in einem Sonnensimulator Atlas Suntester CPS+ mittels einer 750 W Xenonbogenlampe ausgesetzt. Die Konzentration des 4-CP zu Beginn und nach Ende eines Expe rimentes wurde mittels UV-Vis-Spekrokopie (Varian Cary 5000) bestimmt.To each was a coated substrate in a 50 ml aqueous Solution of 50 .mu.mol / l 4-CP contained, irradiation over a period of 60 h in a solar simulator Atlas Suntester CPS + exposed by means of a 750 W xenon arc lamp. The concentration of the 4-CP at the beginning and at the end of an experiment was by UV-vis spectroscopy (Varian Cary 5000).

Bei einer aktiven Vergleichsprobe konnte im Laufe eines solchen Experimentes eine Verringerung des 4-CP Gehaltes um 50% beobachtet werden. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Teilchen lag die Verringerung des 4-CP Gehaltes im Bereich von 14–20% in Abhängigkeit von der zur Herstellung der Teilchen verwendeten Natriumkonzentration, bei Titandioxidfreien Leersubstraten wurde eine Verringerung durch Photolyse um 15% festgestellt.at An active control sample was able to do so during the course of such an experiment a reduction of the 4-CP content by 50% can be observed. Using the particles of the invention was the reduction of the 4-CP content in the range of 14-20% depending of the sodium concentration used to prepare the particles, in the case of titanium dioxide-free blank substrates, a reduction was observed Photolysis detected by 15%.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - C. J. Brinker, G. W. Scherer: "Sol-Gel Science – The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) [0052] CJ Brinker, GW Scherer: "Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) [0052]

Claims (21)

Nanoskalige Titanoxid-Teilchen mit stark reduzierter oder unterdrückter photokatalytischer Aktivität, dadurch gekennzeichnet, dass diese (a) mit mindestens eines oder mehrere Alkalimetallionen und/oder Erdalkalimetallionen enthalten; (b) eine mittlere Teilchengröße von kleiner 20 nm aufweisen; (c) auf Primärteilchengröße redispergierbar sind.Nanoscale titanium oxide particles having greatly reduced or suppressed photocatalytic activity, characterized in that they contain (a) at least one or more alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions; (b) have an average particle size of less than 20 nm; (c) are redispersible to primary particle size. Nanoskalige Titandioxid-Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetallionen und/oder Erdalkalimetallionen ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Natrium-, Kalium-, Lithium-, Kalzium- und Magnesiumionen.Nanoscale titanium dioxide particles according to claim 1, characterized in that the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions are selected from the group containing sodium, potassium, Lithium, calcium and magnesium ions. Nanoskalige Titandioxid-Teilchen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mittlere Teilchengröße von kleiner 10 nm aufweisen.Nanoscale titanium dioxide particles according to one of the claims 1 or 2, characterized in that it has an average particle size of less than 10 nm. Nanoskalige Titandioxid-Teilchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Anatas-Modifikation vorliegen.Nanoscale titanium dioxide particles according to one of the preceding Claims, characterized in that they are in the anatase modification available. Verfahren zur Herstellung nanoskaliger Titandioxid-Teilchen mit stark reduzierter oder unterdrückter photokatalytischer Aktivität mit folgenden Schritten: (a) Herstellen einer Mischung umfassend mindestens eine hydrolysierbare Titanverbindung, ein organisches Lösungsmittel, einen sauren Kondensationskatalysator und mindestens eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung; (b) Zugabe von Wasser in einer unterstöchiometrischen Menge, bezogen auf die hydrolysierbaren Gruppen der Titanverbindung; (c) Behandeln der sich ergebenden Mischung bei einer Temperatur von mindestens 60°C unter Bildung einer Dispersion oder eines Niederschlags von Titandioxid-Teilchen; (d) Entfernen des Lösungsmittels unter Bildung eines Pulvers von Titandioxid-Teilchen.Process for producing nanoscale titanium dioxide particles with strongly reduced or suppressed photocatalytic Activity with the following steps: (a) manufacture a mixture comprising at least one hydrolyzable titanium compound, an organic solvent, an acidic condensation catalyst and at least one alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound; (B) Adding water in a substoichiometric amount, based on the hydrolyzable groups of the titanium compound; (C) Treat the resulting mixture at a temperature of at least 60 ° C to form a dispersion or a Precipitation of titanium dioxide particles; (d) removing the solvent to form a powder of titanium dioxide particles. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung nicht basisch sind.Method according to claim 5, characterized in that in that the at least one alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound are not basic. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung ionisch ist.Method according to one of claims 5 or 6, characterized in that the at least one alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound is ionic. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung Kationen enthält ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Natrium-, Kalium-, Lithium-, Magnesium- und Kalziumionen.Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the at least one alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound containing cations from the group containing sodium, potassium, lithium, magnesium and Calcium ions. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in Schritt c) lyothermal, hydrothermal oder durch Erwärmen unter Rückfluss behandelt wird.Method according to one of claims 5 to 8, characterized in that the mixture in step c) is lyothermic, hydrothermally or by heating under reflux is treated. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in Schritt c) unter autogenem Druck behandelt wird.Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that the mixture in step c) under autogenous pressure is treated. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a), bezogen auf 1 Mol hydrolysierbare Gruppen in der Titanverbindung, nicht mehr als 0,7 Mol Wasser zugegeben werden.Method according to one of claims 5 to 10, characterized in that in step a), based on 1 mol hydrolysable Groups in the titanium compound, not more than 0.7 mol of water added become. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Titandioxid-Teilchen mit einem Oberflächenmodifizierungsmittel gemischt werden, um eine Oberflächenmodifizierung der Teilchen zu bewirken.Method according to one of claims 5 to 11, characterized in that the titanium dioxide particles with a Surface modifiers are mixed to form a Surface modification of the particles to effect. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nanoskalige Titandioxid-Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von unter 20 nm erhalten werden, bevorzugt unter 10 nm.Method according to one of claims 5 to 12, characterized in that nanoscale titanium dioxide particles with a mean particle size of less than 20 nm are obtained, preferably below 10 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Weiterverarbeitung die in Schritt d) erhaltenen Teilchen erneut in dem zur Herstellung verwendeten oder in einem neuen Lösungsmittel dispergiert werden.Method according to one of claims 5 to 13, characterized in that for further processing in step d) particles obtained in the preparation used or dispersed in a new solvent. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel nicht entfernt wird, sondern die Dispersion aus Schritt c) direkt weiterverarbeitet wird.Method according to one of claims 5 to 14, characterized in that the solvent is not removed is, but the dispersion of step c) processed directly becomes. Zusammensetzung umfassend nanoskalige Teilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und ein Matrix-bildendes Material.Composition comprising nanoscale particles after one of claims 1 to 4 and a matrix-forming material. Zusammensetzung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoskaligen Teilchen durch Oberflächenmodifizierung zu dem Matrix-bildenden Materials kompatibilisiert oder dekompatibilisiert gemacht werden könnenComposition according to Claim 16, characterized that the nanoscale particles by surface modification Compatibilized or decompatibilized to the matrix-forming material can be made Zusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoskaligen Teilchen zumindest teilweise durch Oberflächenmodifizierung funktionelle Gruppen aufweisen, die mit funktionellen Gruppen des Matrix-bildenden Materials Vernetzungsreaktionen eingehen können.Composition according to Claim 17, characterized that the nanoscale particles at least partially by surface modification have functional groups with functional groups of the Matrix-forming material can undergo crosslinking reactions. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung eine Beschichtungszusammensetzung, eine Formmasse eine Flüssigkeit, eine Emulsion, eine Harzzusammensetzung, Paste und/oder Creme ist.Composition according to any one of Claims 16 to 18, characterized in that the Zu Composition is a coating composition, a molding composition is a liquid, an emulsion, a resin composition, paste and / or cream. Verwendung von nanoskaligen Teilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Bestandteil von refraktiven oder diffraktiven optischen Elementen, Linsen, Folien, holographischen Materialien, Lichtwellenleiter, Beschichtungen, UV-absorbierenden Beschichtungen, UV-absorbierenden Zusammensetzungen oder Pigmenten.Use of nanoscale particles after one of claims 1 to 4 as part of refractive or diffractive optical elements, lenses, films, holographic Materials, optical fibers, coatings, UV-absorbing Coatings, UV-absorbing compositions or pigments. Verwendung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 16 bis 20 für refraktive oder diffraktive optische Elemente, Linsen, Folien, Beschichtungen, holographische Materialien, Lichtwellenleiter, Pasten oder UV-absorbierende Cremes.Use of the composition according to any one of the claims 16 to 20 for refractive or diffractive optical elements, Lenses, films, coatings, holographic materials, optical fibers, pastes or UV-absorbing creams.
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