DE2500153A1 - Keramische mikrokapseln, verfahren zu deren herstellung und diese mikrokapseln enthaltende massen - Google Patents
Keramische mikrokapseln, verfahren zu deren herstellung und diese mikrokapseln enthaltende massenInfo
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Description
frlONE:474075
CABLE AODHESS: BENZOLPATENT MÖNCHEN
TElDC 5-2S453 VOPAT O
u.Z.: L 094 (Vo/Hi/kS)
Case: 911 215
Case: 911 215
MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING COBlPANY St. Paul, Minnesota, V.St.A. '
" Keramische Mikrokapseln, Verfahren zu deren Herstellung und diese Mikrokapseln enthaltende Massen "
Priorität: 7. Januar 1974, V.St.A., Nr. 431 343
Gegenstand der Erfindung sind keramische Mikrokapseln, jeweils bestehend aus einer Wandung und einem Hohlraum, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandung gegebenenfalls durchsichtig, porös, undurchlässig und/oder durch Hitze verschließbar ist
und aus mindestens einem in der Keramik einsetzbaren polykristallinen Metalloxid oder aus einem durch Wärmebehandlung
in ein entsprechendes polykristallines Metalloxid überführbaren amorphen Metalloxid aufgebaut ist und der Hohlraum gegebenenfalls
mit einem Gas von Umgebungsdruck , vermindertem oder
erhöhtem Druck, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff gefüllt oder evakuiert ist
• ■
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der keramischen Mikrokapseln durch Mischen einer
wäßrigen Lösung, einer Dispersion oder eines Sols eines oder
solcher
mehrerer Metalloxide bzw. ,Verbindungen, τ die durch Calcinie-
mehrerer Metalloxide bzw. ,Verbindungen, τ die durch Calcinie-
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ren in Metalloxide überführt werden können, mit einem in flüssiger
Form vorliegenden organischen Dehydratisierungsmittel, bis die zunächst gebildeten, Metalloxid-haltigen Tröpfchen in entsprechende
Gelteilchen überführt sind, Abtrennen der Gelteilchen aus dem Gemisch, Trocknen und Wärmebehandeln der Gelteilchen,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Metalloxid mindestens ein in der Keramik einsetzbares polykristallines Metalloxid oder
ein durch Wärmebehandlung in ein polykristallines Metalloxid überführbares amorphes Metalloxid sowie ein Dehydratisierungsmittel
einsetzt, das in der Lage ist, bei einer Temperatur von 23°C innerhalb 30 Sekunden den Metalloxid-haltigen
Tröpfchen die Hauptmenge des Wassers zu entziehen und dabei die meisten dieser Tröpfchen in entsprechende, mit einer Flüssigkeit
gefüllte Gelteilchen überführt, und gegebenenfalls die durch Wärmebehandeln der Gelteilchen erhaltenen porösen
Mikrokapseln evakuiert oder mit einem Gas, einer Flüssig- *
keit oder einem Feststoff füllt und anschließend durch Hitze verschließt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Massen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie die keramischen Mikrokapseln
in einer Matrix auf der Basis eines Metalls, Kunststoffs, Elastomers oder keramischen Materials enthalten.
Der Ausdruck "Mikrokapsel" bedeutet ein eine Zelle darstellendes, hohles Teilchen mit einer äußeren Wandung, die einen
einzigen Hohlraum umschließt, der gegebenenfalls mit einem Gas von Umgebungsdruck, vermindertem oder erhöhtem Druck,
einer Flüssigkeit oder einem Feststoff gefüllt ist, wobei die Mikrokapsel so klein ist, daß zur Bestimmung ihrer Abmessungen
ein Mikroskop erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln sind "sphärisch", das
heißt sie weisen eine kugelförmige oder sphäroide, beispielsweise abgeflachte oder gestreckte, Gestalt auf.
Der Ausdruck "porös" bedeutet, daß die Wandung der Mikrokapsel miteinander verbundene submikroskopische, für Flüssigkeiten
und/oder Gase durchlässige Poren oder öffnungen aufweist,
während der Ausdruck "undurchlässig" bedeutet, daß die Wandung der Mikrokapsel verschlossen ist, also keine Poren
aufweist, und der Inhalt im Hohlraum der Mikrokapsel erhalten bleibt.
Wird die Wandung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln als
"homogen" bezeichnet, bedeutet dies, daß in dieser Wandung bei 140-fächer Vergrößerung unter dem Mikroskop keine oder im wesentlichen
keine fremden Inhomogenitäten, wie Poren, Lücken, Einlagerungen, Einschlüsse und Dispersitäten, zu erkennen
sind.
Werden die erfindungsgemäßen Mikrokapseln als "durchsichtig" bezeichnet, bedeutet dies, daß die Wandung der Mikrokapsel
sichtbares Licht durchläßt, so daß die Umrisse oder Kanten von Teilchen, die sich unterhalb und in Kontakt mit Bruchstücke-n
der Mikrokapseln befinden, bei 140-fächer Vergrößerung unter
dem Mikroskop sehr gut erkennbar sind.
Der Ausdruck "polykristallines" Metalloxid bedeutet ein Metalloxid
mit einer ausreichenden kristallinen oder mikrokristallinen Beschaffenheit, so daß dieses Metalloxid durch
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übliche Röntgen- oder Elektronenbeugung identifiziert oder von
anderen Metalloxiden unterscheidbar ist, während ein "amorphes" Metalloxid oder eine "amorphe" Phase dadurch gekennzeichnet
ist, daß das entsprechende Röntgenbeugungsdiagramm frei von konkreten Linien ist und das Fehlen eines kristallinen
Zustands anzeigt. Der Ausdruck "glasartig" bedeutet, daß das entsprechende Material zusätzlich zu seiner amorphen Beschaffenheit
aus einer Schmelze erhalten worden ist, während dies bei einem "nicht-glasartigen" Material nicht der Fall ist.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Flüssig-Flüssig-Extraktion
wird vorzugsweise bei Umgebungstemperatur und unter Rühren durchgeführt. Dabei wird eine wäßrige Lösung,
eine Dispersion oder ein Sol eines oder mehrerer Metalloxide bzw. solcher Verbindungen, die durch Calcinieren in Metalloxide
überführt werden können, mit einem in flüssiger Form vorliegenden organischen Dehydratisierungsmittel gemischt, das
in der Lage ist, bei Umgebungstemperatur, beispielsweise bei 23 C, innerhalb 30 Sekunden, vorzugsweise innerhalb weniger
als 15 Sekunden, den zunächst gebildeten, metalloxidhaltigen Tröpfchen die Hauptmenge des Wassers, beispielsweise mindestens
75 % des Wassers, zu entziehen, und dabei die meisten dieser Tröpfchen in entsprechende Gelteilchen überführt. Die
meisten dieser Gelteilchen stellen mit einer Flüssigkeit gefüllte, poröse, sphärische, vorzugsweise durchsichtige Mikrokapseln dar. Die Wandung dieser Mikrokapseln besteht aus den
in Form einer Lösung, einer Dispersion oder eines Sols eingesetzten Verbindungen, während die in den Mikrokapseln enthaltene
Flüssigkeit aus Wasser und dem Dehydratisierungsmittel
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zusammengesetzt ist. Die als Gel vorliegenden, mit einer Flüssigkeit
gefüllten Mikrokapseln werden aus dem Gemisch abgetrennt, in e^ner entsprechenden Atmosphäre, wie Luft, getrocknet
und anschließend erhitzt, beispielsweise in Luft auf eine Temperatur von 300 bis 5OO°C, um flüchtige Bestandteile, wie
organische Verbindungen und Wasser, auszutreiben und poröse, glasfreie keramische Mikrokapseln aus Metalloxid herzustellen.
Dabei wird die vorher in den als Gel vorliegenden Mikrokap-
sein enthaltene Flüssigkeit durch die Atmosphäre ersetzt, in
der die Trocknung durchgeführt wird. Durch Erhitzen der Mikrokapseln bei höheren Temperaturen« wie Temperaturen von 500
bis 1000 C oder mehr, in einer entsprechenden Atmosphäre, wie Luft, Stickstoff oder in einem Gas unter vermindertem Druck,
können die Wandungen der Mikrokapseln undurchlässig werden, wobei das entsprechende Gas, gegebenenfalls unter vermindertem
Druck, in den Mikrokapseln eingeschlossen wird. Das Erhitzen der Mikrokapseln auf derart hohe Temperaturen kann zu einer
höheren Dichte sowie zur Bildung von Kristalliten in den Wandungen der Mikrokapseln führen, so daß darin polykristallines
Metalloxid durch Röntgen- oder Elektronenbeugung festgestellt werden kann.
Die Zeichnung zeigt Federzeichnungen von Mikrophotographien, die mit Hilfe eines Durchlichtmikroskops bei 150-fächer Vergrößerung
aufgenommen wurden. Die Federzeichnungen weisen einen den Mikrophotographien entsprechenden Maßstab auf.
In Fig. 1 sind keramische, poröse, transparente, sphärische
Mikrokapseln dargestellt, die gemäß Beispiel 8 erhalten wor-
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den sind und deren Wandung nach dem Erhitzen aus polykristallinem Titandioxid (Anatas) besteht.
In Fig. 2 sind Bruchstücke der in Fig. 1 erläuterten Mikrokapseln dargestellt, die zwischen gläsernen Mikroskopobjektträgern
gebrochen worden sind, um die Durchsichtigkeit und Dikke der Wandungen aufzuzeigen. Wie bei Mikroglasblasen ist die
Durchsichtigkeit an den unverzerrten, scharfen Kanten, von denen einige mit der Zahl 5 gekennzeichnet sind, der Bruchstücke
deutlich erkennbar, wenn diese Bruchstücke durch darüberliegende Bruchstücke beobachtet werden. Die relativ
gleichmäßig dünne Wandung, im vorliegenden Fall mit einer Dicke von etwa 7 bis 10 Mikron, der Mikrokapseln ist an der
durch die Zahl 6 gekennzeichneten Stelle gut erkennbar.
Die erfindungsgemäß eingesetzte wäßrige Lösung, Dispersion oder das wäßrige Sol eines oder mehrerer Metalloxide bzw. solche
Verbindungen, die durch Calcinieren in Metalloxide überführt werden können oder entsprechende Gemische sollen gießbar
und stabil sein, das heißt.von sich aus nicht gelieren, nicht ausflocken oder eine Fällung bilden. Die Konzentration
des Metalloxids im Ausgangsmaterial (Lösung, Dispersion oder Sol) kann sehr verschieden sein und beispielsweise im Bereich
von einigen Zehnteln eines Gewichtsprozents bis 50 Gewichtsprozent des Ausgangsmaterials liegen. Die genaue Konzentration
des Metalloxids hängt von der Form des Ausgangsmaterials, dem Dehydratisierungsmittel, den gewünschten Abmessungen der
Mikrokapseln und der Verwendung der Mikrokapseln ab. Im allgemeinen ist diese Konzentration so hoch, daß bei Einwirkung
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-r δ ■»;»■- --ei-*- - -τ
.7 .
des Dehydratisierungsmittels rasch Tröpfchen gebildet werden.
Je niedriger die Konzentration des Metalloxids im Ausgangsmaterial
ist, desto dünner werden die Wandungen und kleiner die Durchmesser der Mikrokapseln.
Das wäßrige Ausgangsmaterial kann eine Dispersion oder ein Sol eines oder mehrerer, beispielsweise 1 bis 5, in der Keramik
einsetzbaren Metalloxide sein, die durch eine Wärmebehandlung
in eine feste und selbsttragende polykristalline Form überführt werden können und bei üblichen Umgebungsbedingungen,
beispielsweise bei einer Temperatur von 23 C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 %, stabil sind. Spezielle Beispiele
für derartige Metalloxide sind TiO,, Cr2O3, WO3,
ThO2, Fe3O3, MgO, *2O3' Zr02' Hf02' V2°5* Nb2°5' ü02' BeOf Co0'
NiO, CuO, ZnO, In2O3, Sb3O3, Al3O3 und SnO- sowie entsprechende
Gemische, wie ZnO-TiO2, TiO2-Pe2O3, SnO2-TiO2,
Nd3O3-TiO2, Al2O3-Cr3O3, MgO-Al3O3, FIgO-TiO2, MgO-ZrO2,
ThO2-UO3, ThO3-CeO3, Bi2O3-TiO3, BeO-Al3O3, TiO3-Fe3O3-Al3O3,
Al3O3-Cr2O3-Fe2O3, PbO-ZrO2-TiO2, ZnO-Al2O3-Cr3O3,
A12°3-Cr2O3-Fe2°3-TiO2 Und ThO2-Al2O3-Cr2O3-Fe2O3-TiO2. Es
können auch Dispersionen oder Sole der genannten Metalloxide in Kombination mit Dispersionen oder Solen eines oder mehrerer,
bei üblichen Umgebungsbedingungen nicht stabilen Metalloxiden, wie Li2O, Na2O, K2O, CaO, SrO und BaO und/oder in Kombination
mit in der Keramik einsetzbaren Oxiden, wie SiO3, As2O3 und
eingesetzt werden.
P2°5' von Metallen mit einer Ordnungszahl von mindestens 14/
Spezielle Beispiele für diese letztgenannten Kombinationen sind Al3O3-Li3O, TiO3-K3O, ZrO3-CaO, ZrO3-Al3O3-CaO, ZrO3-SrO,
TiO3-BaO, TiO2-ZrO3-Ba(^Al3O3-Na3O, MgO-SiO2,
SO983170$$8
Fe2O3-BaO, ZrO2-SiO2, Al2O3-As2O3, ZrO2-P3O5, Al3O32
Al O -B O -SiO2 und Al O3-Cr2O3-SiO-. Die keramischen Mikrokapseln der Erfindung bestehen ganz oder im wesentlichen
aus in der Keramik einsetzbaren freien oder miteinander kombinierten Metalloxiden.
Verschiedene der vorgenannten Oxide sind im Handel in Form von wäßrigen Solen oder in Form von mit Wasser leicht in Sole
überführbaren trockenen Pulvern erhältlich. Beispielsweise sind Al-O--, Cr3O- und Fe3O3-SoIe unter dem Warenzeichen
"Nalco", Siliciumdioxidsole unter den Warenzeichen "Nalco",
"Ludox","Syton" und "Nyacol" und kolloidales Aluminiumoxidpulver unter dem Warenzeichen "Dispal" erhältlich.
Das Ausgangsmaterial kann auch anstelle in Form einer Disnersion oder eines Sols der genannten Oxide in Form einer
entsprechenden in Wasser löslichen oder dispergierbaren anorganischen oder organischen Verbindung eingesetzt werden, die
durch Calcinieren in das entsprechende Oxid überführt werden kann. Beispiele für solche Verbindungen sind Salze von Carbonsäuren
und Alkoholate, beispielsweise Acetate, Formiate, Oxalate, Lactate, Propylate, Citrate und Acetylacetonate sowie
Salze von Mineralsäuren, wie Bromide, Chloride, Chlorate, Nitrate, Sulfate und Phosphate. Die Wahl des Ausgangsmaterials
hängt von dessen Zugänglichkeit und davon ab, v/ie leicht es zu handhaben ist. Spezielle Beispiele entsprechender Ausgangsmaterialien
sind Eisen(III)-chlorid oder -nitrat, Chromchlorid, Kobaltnitrat, Nickelchlorid, Kupfernitrat, Zinkchlorid
oder -carbonat, Lithiumpropylat, Natriumcarbonat oder
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-oxalat, Kaliumchlorid, Berylliumchlorid, Magnesiumacetat,
Calciumlactat, Strontiumnitrat, Bariumacetat, Yttriumbromid, Zirkonacetat, Hafniumoxychlorid, Vanadiumchlorid, Ammoniumwolf ramat, Aluminiumchlorid, Indiumjodid, Titanacetylacetonat,
Zinnsulfat, Bleiformiat, Antimonchlorid, Wismutnitrat, Neodymchlorid, Phosphorsäure, Cernitrat, Urannitrat und
Thoriumnitrat.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln aus einem nur ein Metalloxid enthaltenden Ausgangsmaterial ist das wäßrige
Sol des Metalloxids bevorzugt. Enthalten die Mikrokapseln zwei Metalloxide,kann das Ausgangsmaterial ein Gemisch
aus den wäßrigen Solen je eines Metalloxids oder ein Gemisch von einer wäßrigen Lösung des einen Metalloxids oder einer
entsprechenden Verbindung mit einem wäßrigen Sol einer entsprechenden
Verbindung des anderen Metalloxids sein. Wenn die Mikrokapseln hauptsächlich ein Metalloxid und nur einen kleinen
Teil eines anderen Metalloxids enthalten, wird das in größerer Menge vorliegende Metalloxid vorzugsweise in Form eines wäßrigen
Sols eingesetzt. Im allgemeinen hängt die Form, in der das Metalloxid verwendet wird, von dessen Zugänglichkeit und
davon ab, wie leicht es zu handhaben ist. Ausgangsmaterialien auf der Basis von Aluminium-, Titan-, Chrom- und Siliciumoxid
werden vorzugsweise in Form der wäßrigen Sole, Ausgangsmaterialien
auf der Basis von Lithium-, Calcium-, Magnesium- und Bariumoxid werden vorzugsweise in Fora wäßriger Lösungen
entsprechender Salze eingesetzt.
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Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Dispersionen, Solen und Lösungen ist bekannt. Beispielsweise wird
diese Herstellung in der US-PS 3 709 706 beschrieben. Die wäßrigen Ausgangsmaterialien können filtriert werden, um Verunreinigungen,
große kolloidale Teilchen oder sonstige Fremdkörper abzutrennen.
Werden Mikrokapseln auf der Basis von zwei oder mehr Metalloxiden hergestellt, beispielsweise aus binären, ternären und
quaternären Oxidsystemen, enthält das gesamte Ausgangsmaterial ausreichende Anteile der einzelnen Komponenten, um die gewünschten
Eigenschaften der Mikrokapseln zu erreichen. Ist es beispielsweise erwünscht, Mikrokapseln herzustellen, die weniger
ausgeprägte magnetische Eigenschaften aufweisen als Mikrokapseln, die nur auf der Basis von Eisenoxid erhalten
worden sind, enthält das Ausgangsmaterial wäßriges Eisen (III)-nitrat im Gemisch mit einer genügenden Menge eines wäßrigen
Titan-, Aluminium- oder Siliciumoxidscls. Sollen gefärbte Mikrokapseln auf der Basis von Titanoxid hergestellt werden,
beispielsweise zur Verwendung dieser Mikrokapseln als Füllstoffe für Beschichtungsmassen auf der Basis von Polyester,
kann als Ausgangsmaterial ein wäßriges Titanoxidsol im Gemisch mit einer ausreichenden Menge einer Eisen(III)-nitratlösung
eingesetzt werden. Nach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 500 C weisen entsprechende Mikrokapseln
aus 95 Gewichtsprozent TiO» und 5 Gewichtsprozent Fe3O3 eine
goldene und Mikrokapseln aus 90 Gewichtsprozent TiO2 und
10 Gewichtsprozent Fe3O3 eine bronzene Farbe auf.
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Das erfindungsgemäß eingesetzte flüssige Dehydratisierungsmittel ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, in der Wasser begrenzt
löslich ist. Das Dehydratisierungsmittel verursacht in kurzer Zeit nach dem Mischen mit dem Ausgangsmaterial die Bildung
flüssiger Tröpfchen des Ausgangsmaterials und entzieht diesen Tröpfchen rasch die Hauptmenge des enthaltenen Wassers,
wobei einzelne, dispergierte, mit einer Flüssigkeit gefüllte Mikrokapseln mit einer porösen gelartigen Wandung gebildet
werden. Diese Mikrokapseln bleiben in dem flüssigen
Dehydratisierungsmittel dispergiert. Die Bildung dieser gelartigen Mikrokapseln ist innerhalb 30 Sekunden praktisch quantitativ.
Diese Bildung der Mikrokapseln erfordert kein Erhitzen, sondern kann bei Umgebungstemperatur, beispielsweise
bei einer Temperatur von 23°C, durchgeführt werden, und benötigt auch keine zusätzliche Flüssigkeit als Hilfsmittel. Es
kann eine kleine Menge fester Körner gebildet werden, jedoch werden hauptsächlich, das heißt)zu mindestens 85 %, Teilchen
in Form von Mikrokapseln gebildet. Falls die Flüssig-Flüssig-Extraktion
chargenweise durchgeführt wird, kann gegen Ende der Extraktion eine kleine Menge vorgenannter fester Körner
oder relativ dickwandiger Mikrokapseln gebildet werden, da
die Wasser-entziehende Wirkung des Dehydratisierungsmittels mit dessen steigendem Wassergehalt abnimmt.
Das erfindungsgernäß eingesetzte Dehydratisierungsmittel weist
bei einer Temperatur von 23 C für Wasser eine Löslichkeit von vorzugsweise etwa 3 bis 50 Gewichtsprozent, insbesondere
15 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Dehydratisierungsmittels, auf. Beispiele für ent-
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sprechende flüssige organische Dehydratisierungsmittel sind Alkohole, wie Alkanole mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, beispielsweise
n-Butanol, sek.-Butanol, 1-Pentanol, 2-Pentanol,
3-Methyl-2-butanol, 2-Methyl-2-butanol, 3-Methyl-3-pentanol,
2-Methyl-l-propanol, 2,3-Dimethyl-2-butanol und 2-Methyl-2-
und
pentanol/ Cyclohexanol, Ketone, wie Methylethylketon, Amine, wie Dipropylamin, Ester, wie Methylacetat, sowie deren Gemische. Einige dieser Dehydratisierungsmittel, wie n-Butanol, können bei der Herstellung von Mikrokapseln mit relativ großen Durchmessern, beispielsweise mit Durchmessern von 100 bis 500 Mikron oder mehr, in den Wandungen der Mikrokapseln Mikrorisse verursachen. Diese Rißbildung kann verhindert oder verringert werden, wenn ein derartiges Dehydratisierungsmittel zur Herstellung großer Mikrokapseln mit einer kleinen Menge Wasser, beispielsweise mit 5 bis 10 Gewichtsprozent des Dehydratisierungsmittels, versetzt wird. Jedoch soll das erhaltene Gemisch aus Wasser und dem Dehydratisierungsmittel noch die vorgenannte Löslichkeit für Wasser aufweisen.
pentanol/ Cyclohexanol, Ketone, wie Methylethylketon, Amine, wie Dipropylamin, Ester, wie Methylacetat, sowie deren Gemische. Einige dieser Dehydratisierungsmittel, wie n-Butanol, können bei der Herstellung von Mikrokapseln mit relativ großen Durchmessern, beispielsweise mit Durchmessern von 100 bis 500 Mikron oder mehr, in den Wandungen der Mikrokapseln Mikrorisse verursachen. Diese Rißbildung kann verhindert oder verringert werden, wenn ein derartiges Dehydratisierungsmittel zur Herstellung großer Mikrokapseln mit einer kleinen Menge Wasser, beispielsweise mit 5 bis 10 Gewichtsprozent des Dehydratisierungsmittels, versetzt wird. Jedoch soll das erhaltene Gemisch aus Wasser und dem Dehydratisierungsmittel noch die vorgenannte Löslichkeit für Wasser aufweisen.
Wird ein Dehydratisierungsmittel, wie 2-Äthyl-l-hexanol, mit
einer Löslichkeit für Wasser von weniger als 3 Gewichtsprozent eingesetzt, ist die Geschwindigkeit der Extraktion des Wassers
aus dem Tröpfchen des Ausgangsmaterials relativ niedrig. Die vollständige Extraktion dauert dann langer als 1 Minute, beispielsweise
IO Minuten oder mehr, wonach das in ein Gel überführte Ausgangsmaterial in Form fester Kügelchen vorliegt.
Dehydratisierungsmittel mit einer derart niedrigen Löslichkeit für Wasser können jedoch in Kombination mit den anderen
vorgenannten Dehydratisierungsmitteln eingesetzt werden, die
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beispielsweise eine Löslichkeit für Wasser von 15 bis 50 Gewichtsprozent
aufweisen. So kann das im Vergleich zu n-Butanol einen relativ höheren Siedepunkt aufweisende 2-Äthyl-l-hexanol
mit n-Butanol in Gemischen von 5 bis 20 Gewichtsprozent 2-Äthyl-l-hexanol und 80 bis 95 Gewichtsprozent n-Butanol kombiniert
werden, was die Wirtschaftlichkeit des Ejctraktionsverfahrens
dadurch verbessert, daß Verluste des niedriger siedenden Alkohols durch Verflüchtigung vermindert werden.
Wird das Ausgangsmaterial zur Bildung der Tröpfchen in 2-Äthyll-hexanol gespritzt und wird anschließend das Gemisch mit
einer kleinen Menge eines mit Wasser unbegrenzt mischbaren Lösungsmittels, wie Methanol versetzt, wird die Hauptmenge der
als Gel vorliegenden Teilchen in Form von festen Kügelchen mit niedriger Ausbeute an porösen, mit einer. Flüssigkeit gefüllten
Mikrokapseln gebildet. Eine gute Ausbeute poröser, mit einer Flüssigkeit gefüllten Mikrokapseln erhält man, wenn
zuerst das Ausgangsmaterial mit einer kleinen Menge eines mit Wasser unbegrenzt mischbaren Lösungsmittels, wie Methanol,
versetzt wird und anschließend das Gemisch in eine Flüssigkeit, wie 2-Äthyl-l-hexanol, mit einer geringen Löslichkeit für
Wasser eingespritzt wird.
Wird ein Dehydratisierungsmittel, wie Methanol oder Äthanol,
mit einer mit Wasser unbegrenzten Mischbarkeit eingesetzt, werden weder Mikrokapseln noch feste Kügelchen gebildet.
Meistens wird dabei das Ausgangsmaterial nur verdünnt oder weiter dispergiert.
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Der Verfahrensschritt der Plüssig-Flüssig-Extraktion im erfindungsgemäßen
Verfahren kann bei Umgebungstemperatur, beispielsweise bei 20 bis 40 C, durchgeführt werden. Höhere Temperaturen,
beispielsweise eine Temperatur von 60 C oder mehr, verursacht das Brechen der als Gel vorliegenden Mikrokapseln. Bei
einer Temperatur von 23 C können besonders hohe Au-sbeuten, beispielsweise
Ausbeuten von 95 % und mehr, bezogen auf den Gehalt an festem Metalloxid im Ausgangsmaterial, der als Gel gebildeten
v/erden
Mikrokapseln erhalten/. Um beim chargenweisen Arbeiten ein rasches
und wirkungsvolles Dehydratisieren der Tröpfchen des Ausgangsmaterials zu erreichen, wird das Dehydratisierungsmittel
bei der Zugabe des Ausgangsmaterials vorzugsweise in Bewegung versetzt, beispielsweise durch Wirbelbildung oder durch Einführen
eines Rührers und dieses Rühren während der Dehydratisierung der gebildeten Tröpfchen des Ausgangsmaterials fortgesetzt.
Das Rühren hält die Tröpfchen suspendiert, wodurch deren Agglomeration und Absetzen verhindert wird und stellt gleichzeitig
sicher, daß relativ wasserarmes Dehydratisierungsmittel mit der Oberfläche der zu dehydratisierenden Tröpfchen in
Berührung kommt. Bei kontinuierlicher Reaktionsführung im Verfahrensschritt der Flüssig-Flüssig-Extraktion kann ein entsprechender
Rühreffekt erreicht v/erden, indem das Ausgangsmaterial
an einem bestimmten Punkt einem Strom des Dehydratisierungsmittels
zugegeben wird, wobei der Strom eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist, um die Tröpfchen während
ihrer Dehydratation suspendiert zu halten.
Die Dehydratation der Tröpfchen und die Bildung der in Form eines Gels vorliegenden Mikrokapseln ist innerhalb 3O Sekun-
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den, im allgemeinen in weniger als 15 Sekunden, vom Zeitpunkt der
Zugabe des Ausgangsmaterials an vollständig, wobei dieses in Form von Tropfen, in Form eines kontinuierlichen Zustroms oder
in Form einer einmaligen Zugabe zugesetzt wird.
Die Größe der Tröpfchen des Ausgangsmaterials und folglich die Größe der Gelteilchen sowie die Größe der nach der nachfolgenden
Wärmebehandlung erhaltenen Mikrokapseln wird vom Ausmaß und der Art des Rührens des Dehydratisierungsmittels während der
Zugabe des Ausgangsmaterials beeinflußt. Beispielsweise werden bei Anwendung hoher Scherkräfte, wie sie in einem Waring-Mischer
erreicht werden, relativ kleine Tröpfchen und Mikrokap^
sein mit Durchmessern von weniger als 20 Mikron gebildet. Im allgemeinen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als Gel
vorliegende Mikrokapseln mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 1000 Mikron hergestellt werden.
Die in Form eines Gels vorliegenden, porösen, durchsichtigen
und mit einer Flüssigkeit gefüllten Mikrokapseln können in üblicher Weise von dem Dehydratisierungsmittel abgetrennt werden,
beispielsweise durch Filtrieren, Sieben, Dekantieren oder Zentrifugieren,
wobei dieses Abtrennen vorzugsweise bald nach dem Ende des Verfahrensschritts der Extraktion vorgenommen wird.
Werden diese Mikrokapseln durch Filtrieren· abgetrennt, wird ein Filterkuchen aus diesen Mikrokapseln und restlichem Dehydratisierungsmittel erhalten. In jedem Fall werden diese Mikrokapseln anschließend genügend getrocknet, um das restliche Dehydratisierungsmittel
und die Flüssigkeit innerhalb der Mikrokapseln abzutrennen. Die getrockneten Mikrokapseln werden
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nachfolgend als grüne Mikrokapseln, das heißt^ getrocknete und
noch nicht mit Wärme behandelte Mikrokapseln, bezeichnet. Das Trocknen kann in üblicher Weise erfolgen, wobei darauf geachtet
werden muß, daß das Verdampfen nicht zu rasch vor sich geht, um ein Brechen oder Platzen der Mikrokapseln zu vermeiden.
Das Trocknen kann bei umgebender Atmosphäre -und bei Umgebungsdruck
in teilweise geschlossenen Vorrichtungen bei Temperaturen von beispielsweise 20 bis 25 C erreicht werden. Es
kann auch bei höheren oder niedrigeren Temperaturen unter entsprechender Anpassung des Drucks gearbeitet werden, um ein Brechen
in den Wandungen der Mikrokapseln zu vermeiden. Wie bei Beobachtungen unter dem Mikroskop an dem Rückgang des Flüssigkeitsspiegels
innerhalb der durchsichtigen Mikrokapseln festgestellt wurde, diffundiert die in den Mikrokapseln vorliegende
Flüssigkeit während des Trocknungsvorgangs durch die Wandung der Mikrokapseln, wodurch die Porosität der in Form
eines Gels vorliegenden Mikrokapseln bestätigt wird. Mit steigender Größe der getrockneten Mikrokapseln nimmt auch deren
Fließfähigkeit zu. Die getrockneten Mikrokapseln weisen eine
ausreichende Festigkeit auf, um entsprechend weiter gehandhabt zu werden. Die getrockneten Mikrokapseln können durch
Klassieren in gewünschte Fraktionen der Größe getrennt werden.
Die grünen Mikrokapseln werden anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen, um Mikrokapseln zu erhalten, die eine
sphärische Gestalt, glatte Oberfläche, geringes Gewicht oder geringe Dichte aufweisen und formstabil, jedoch zerbrechlich
sind.sowie glasfreie, synthetische, keramische, homogene,
t
vorzugsweise durchsichtige und klare Wandungen aufweisen, die
vorzugsweise durchsichtige und klare Wandungen aufweisen, die
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aus einem polykristallinen Metalloxid oder aus einem durch Wärmebehandlung
in ein entsprechendes polykristallines Metalloxid überführbaren amorphen Metalloxid aufgebaut sind. In Abhängigkeit
vom eingesetzten Metalloxid im Ausgangsmaterial und von der Brenntemperatur bei der Wärmebehandlung sind die gebrannten
Mikrokapseln porös und durch Hitze verschließbar oder undurchlässig, wobei das Metalloxid in den Wandungen der Mikrokapseln ganz oder teilweise polykristallin ist oder amorph
vorliegt und durch weiteres Brennen in den polykristallinen Zustand überführt werden kann. Beispielsweise können grüne
Mikrokapseln aus einem Ausgangsmaterial auf der Basis von Al3O3-B O -SiO bei einer Temperatur von 500°C vorgebrannt v/erden,
wobei poröse und durchsichtige Mikrokapseln aus den entsprechenden Oxiden mit amorpher Struktur erhalten werden, und
bei einer Temperatur von 1OOO°C erneut gebrannt werden, wobei undurchlässige und durchsichtige Mikrokapseln aus polykristallinem
Aluminxumborsilikat und einer amorphen Phase gebildet werden. Grüne Mikrokapseln aus einem Ausgangsmaterial auf der
Basis von TiO2 ergeben beim Vorbrennen bei Temperaturen von
250 bis 450 C poröse und durchsichtige Mikrokapseln aus polykristallinem TiO2 (Anatas) und bei weiterem Brennen bis zu
einer Temperatur von 650 C undurchlässige und durchsichtige Mikrokapseln aus Anatas, während nach weiterem Brennen bei
ο *
einer Temperatur von 800 C undurchlässige Mikrokapseln aus polykristallinem
TiO- mit Rutil-Struktur erhalten werden. Die grünen Mikrokapseln können auch in einer Stufe bis zu den
Mikrokapseln mit polykristalliner Rutil-Struktur gebrannt werden .
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25G0153
Die Kristallite in den polykristallinen Metalloxiden weisen meistens Größen unter 20OO A und häufig, vorzugsweise um eine
bestimmte Durchsichtigkeit der Mikrokapseln zu erreichen, eine Größe von weniger als 1000 A auf. Jedoch können auch Kristallite
der Größe von 20 000 8 oder mehr aus dem gleichen Ausgangsmaterial,
beisnielsweise Fe0O-, erhalten werden, wobei die
Mikrokapseln mit so großen Kristalliten unter dem Mikroskop bei 140-fächer Vergrößerung körnig erscheinen.
Im allgemeinen hängt die Brenntemperatur zur überführung der
grünen Mikrokapseln in die gebrannten Mikrokapseln vom eingesetzten
Ausgangsmaterial, den gewünschten physikalischen und anderen Eigenschaften der gebrannten Mikrokapseln und deren
Verwendungszweck ab. Im allgemeinen beträgt die Brenntemperatur 250 bis 1300°C.
Obwohl das Brennen der Mikrokapseln bis zu ihrer Undurchlässigkeit
eine Erhöhung der Dichte der Wandungen ergibt und zu einem geringen Schrumpfen und geringem Vermindern des Durchmessers
der Mikrokapseln führt, kann die Größe oder die Größenverteilung der gebrannten Mikrokapseln in praktischer
Weise während der Verfahrensstufe der Extraktion, wie vorstehend beschrieben, eingestellt werden. Die Durchmesser der
gebrannten Mikrokapseln liegen im Bereich von etwa einem bis
1000 Mikron. Die Wandung der gebrannten Mikrokapseln weist eine einheitliche Dicke im Bereich von im allgemeinen 0,1 bis
100 Mikron auf. Die gebrannten Mikrokapseln können auch durch beispielsweise Siebsichten, Windsichten oder Schlämmen in gewünschte
Fraktionen der Größe klassiert werden. Feste Teil-
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chen, Kügelchen und Bruchstücke gebrochener Mikrokapseln können
durch Flotation oder entsprechende andere Techniken abgetrennt werden.
Das Brennen der Mikrokapseln kann in einer Atmosphäre ausgeführt
werden, in der die Umwandlung der grünen Mikrokapseln in die gewünschten gebrannten Kapseln nicht beeinträchtigt wird.
Zur Herstellung gebrannter Mikrokapseln, die reduzierte Metalloxide, wie FeO oder Metalle, wie Fe, enthalten, kann in
einer. Wasserstoffatmosphäre oder einer anderen reduzierenden Atmosphäre gebrannt werden. Es können auch inerte Atmosphären,
wie eine Argon-, Stickstoff-, Xenon-, Neon- oder Heliumatmosphäre verwendet werden, insbesondere dann, wenn die gebrannten
Mikrokapseln mit einem derartigen Gas gefüllt und durch Hitze verschlossen sein sollen. Zur Herstellung verschlossener
gebrannter Mikrokapseln, die ein Gas unter vermindertem Druck oder ein besonders ausgewähltes Gas, das heißt
keine Luft, enthalten, ist es im allgemeinen zweckmäßig, die grünen Mikrokapseln in Luft in poröse gebrannte Mikrokapseln zu
überführen und diese anschließend unter vermindertem Druck
oder in Gegenwart des besonderen ausgewählten Gases durch Hitze zu verschließen. Der Druck in den verschlossenen Mikrokapseln
hängt von der Temperatur bei der das Verschließen erreicht wurde, und dem Druck des bei dieser Temperatur anwesenden
Gases ab. Somit kann der Druck innerhalb der verschlossenen Mikrokapseln sehr verschieden Sein und auch unter oder
über dem Umgebungsdruck liegen, wobei der Druck in ,den Mikrokapseln gemäß den Gasgesetzen berechnet und vorher bestimmt
werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt das Ver-
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kapseln hochreiner Gase und speziell ausgewählter Gasgemische.
Beim Brennen der grünen Mikrokapseln soll die Entzündung brennbarer
Bestandteile oder durch das Brennen entstandener brennbarer Komponenten vermieden werden. Eine derartige Entzündung
kann lokal oder allgemein zur überhitzung führen,*was eine
Zerstörung der Mikrokapseln oder unerwünschte Änderungen in deren Eigenschaften, wie Verlust der Durchsichtigkeit und
Festigkeit, verursachen kann. Eine derartige Entzündung kann beispielsweise dadurch vermieden werden, daß das Brennen bei
einer niedrigen Temperatur begonnen und diese Temperatur nur langsam erhöht wird. Es kann notwendig sein, das Austreten
brennbarer Bestandteile während des Brennens durch entsprechendes Begrenzen der Schichthöhe der Mikrokapseln in „der Brennzone
und/oder durch Aufrechterhalten eines leichten Luftstroms über oder durch das Brenngut zu erleichtern.
Wegen ihrer hohen Wärmestabilität oder Feuerfestigkeit eignen sich die erfindungsgemäßen Mikrokapseln für Anwendungszwecke,
bei denen hohe Temperaturen auftreten, beispielsweise Temperaturen
bis 1000 oder 2OOO°C oder darüber. Diese Mikrokapseln sind auch bei niederen oder mittleren Temperaturen einsetzbar, da
sie chemisch widerstandsfähig sind und physikalische Eigenschaften, wie Festigkeit, ündurchlassigkeit, mikroskopische
Abmessungen und eine bestimmte Gestalt, aufweisen, was für viele Zwecke vorteilhaft ist. Beispielsweise kann eine Schicht
aus diesen Mikrokapseln, die in Gegenwart von Luft oder einem anderen Gas verschlossen wurden, zur Isolierung von Darren oder
Tieftemperaturtanks eingesetzt werden. Andere Anwendungszwecke
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für die Mikrokapseln sind die Verwendung als Katalysatorträger
oder als Katalysator bei petrochemischen Verfahren, wie Cracken, Oxidieren und Reduzieren. Die spezielle Anwendung
oder Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Mikrokapseln hängt von ihrer Zusammensetzung und ihrer Form ab, beispielsweise davon,
ob ihr Hohlraum weitgehend leer oder mit einem Stoff gefüllt ist oder ob die Wandung porös oder verschlossen ist. Die
Mikrokapseln können in verschiedener Form eingesetzt werden, beispielsweise so wie sie nach dem Brennen
erhalten werden, oder ihre physikalische Form kann nach dem Brennen modifiziert werden und/oder sie können in Kombination
mit anderen Materialien eingesetzt werden.
Ein Anwendungsgebiet für die porösen oder verschlossenen, ein Gas unter vermindertem oder erhöhtem Druck enthaltenden Mikrokapseln ist ihr Einsatz als Füllstoffe oder Verstärkungsmittel
in aus Kunststoff bestehenden, elastomeren, metallischen oder
keramischen Werkstoffen, insbesondere in Werkstoffen, die hoher oder extrem hoher Temperatur, beispielsweise in der Raumfahrtindustrie,
ausgesetzt sind. Wegen ihres geringen Gewichts oder ihres hohen Auftriebs sind entsprechende Werkstoffe auch
für den Schiffsbau interessant. Verfahren zur Herstellung derartiger
Massen, in denen die erfindungsgemäßen Mikrokapseln eingesetzt werden können, sind beispielsweise in den Buch von
Brantman und Krock, "Modern Composite Materials", 1967,
Addison-Wesley-Pub. Co., Teading, Mass., sowie in dem Buch von
Oleesky und Mohr, "Handbook of Reinforced Plastics", 1964,
Reinhold Pub. Corp., N.Y., beschrieben. Im allgemeinen werden die erfindungsgemäßen Mikrokapseln als Füllstoffe in gleichet
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Weise eingesetzt wie die bekannten Glasmikroblasen oder Glasmikroballone;
vgl. die US-PSen 3 585 157 und 3 365 315 sowie SPE Journal, Bd. 25 ,(1969), Nr. 4, Seiten 83 bis 87. Entsprechende
Kunststoffe, Metalle, Elastomere und keramische Materialien, die jeweils als Matrix für die vorgenannten Massen verwendet
werden können, sind in der US-PS 3 709 706, beschrieben.
Die Möglichkeit, daß die erfindungsgemäßen Mikrokapseln verschlossen
werden können^ führt zu verschiedenen Anwendungen der Mikrokapseln, die ein Gas unter vermindertem Druck enthalten
oder mit einem Stoff gefüllt sein können. Die ein Gas unter vermindertem Druck enthaltenden Mikrokapseln können allein
oder als Komponente in entsprechenden Massen zur thermischen Isolation eingesetzt werden. Die mit einem Stoff gefüllten
Mikrokapseln können zur Lagerung und zum Transport des in den Mikrokapseln enthaltenen Stoffs verwendet werden, wobei dieser
durch mechanisches Zerbrechen der gefüllten Mikrokapseln wieder freigesetzt wird. Beispielsweise können die Mikrokapseln mit
Inertgas, wie Stickstoff, Argon, Neon, Xenon, Helium und Krypton, radioaktiven Gasen, wie Krypton 85, reaktiven Gasen,
wie Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoffoxid, Schwefeldioxid, Brom, Jod und Chlor, gefüllt und anschließend
verschlossen werden. Verschiedene Mikrokapseln, die jeweils mit verschiedenen Gasen gefüllt sind, können in gewünschten Verhältnissen
gemischt werden, und aus den erhaltenen Gemischen
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der Mikrokapseln können die eingeschlossenen Gase durch Brechen der Mikrokapseln freigesetzt werden, um eine bestimmte
Umsetzung zu bewirken. Die Mikrokapseln können auch mit Flüssigkeiten, wie Essigsäure»gefüllt und anschließend verschlos-
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sen werden, wobei die eingeschlossene Säure in entsprechender Weise freigesetzt und zur Einstellung eines bestimmten pH-Wertes
dienen kann.
Sollen die erfindungsgemäßen Mikrokapseln mit einer Flüssigkeit
gefüllt werden, beispielsweise um die Flüssigkeit zu lagern und anschließend wieder freizusetzen, werden die gebrannten,
porösen Mikrokapseln in einer entsprechenden Kanuner ausgepumpt, in die anschließend die Flüssigkeit eingeführt wird,
mit der die Mikrokapseln gefüllt werden sollen, wobei gegebenenfalls
Druck angewandt wird. Die mit der Flüssigkeit gefüllten Mikrokapseln können beispielsweise durch Filtrieren von jedem
Überschuß der Flüssigkeit getrennt und anschließend verschlossen werden. Ein Verfahren, das sich zum Verschließen
der mit einer Flüssigkeit gefüllten Mikrokapseln eignet, ist das Beschichten der Mikrokapseln mit einer entsprechenden, in
einem Lösungsmittel gelösten Beschichtungsmasse, beispielsweise einer polymeren Beschichtungsmasse, wobei das Lösungsmittel
anschließend verdampft wird und einen dünnen, undurchlässigen Schutzfilm aus polymerem Material auf der Außenseite der
gefüllten Mikrokapseln bildet; vgl. die US-PSen 3 117 027
und 3 196 827.
In Abhängigkeit der Porengröße können die porösen gebrannten Mikrokapseln teilweise oder praktisch ganz mit verschiedenen
Feststoffen gefüllt sein. Beispielsweise kann ein niedrigschmelzender Feststoff, wie Acetamid, bis zu seinem Schmelzpunkt
erhitzt werden und die erhaltene Schmelze in ausgepumpte poröse gebrannte Mikrokapseln gepreßt werden. Nach dem Ab-
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kühlen kann der Überschuß des Feststoffs von der Außenseite der Mikrokapseln durch Waschen mit einem Lösungsmittel entfernt
werden. Nachfolgend können die gefüllten Mikrokapseln gegebenenfalls durch eine Beschichtung, wie vorstehend beschrieben,
verschlossen werden. Die porösen gebrannten Mikrokapseln können auch mit einem durch Sublimation in den gasförmigen Zustand
überführten Stoff, wie Kampfer, gefüllt werden, wenn die für
Kammer das Auspumpen der Mikrokapseln verwendete /anschließend mit
dem Dampf des sublimierenden Produkts gesättigt wird. Beim Abkühlen kann dieses Produkt an der Innenseite der Kapselwandungen
kondensieren, um teilweise gefüllte Mikrokapseln zu bilden. An der Außenseite der Wandungen kann das Produkt mit
einem Lösungsmittel entfernt werden. Gegebenenfalls können derart gefüllte Mikrokapseln mit einer Beschichtungsmasse verschlossen
werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Salzes oder einer Verbindung, beispielsweise eine wäßrige Lösung von
CoCl2, die beim Verdampfen des Lösungsmittels im Innern der
Mikrokapsel einen Feststoff abscheidet. Durch Wiederholen dieses Verfahrens werden zusätzliche Mengen an Feststoff in das
Innere der Mikrokapseln gebracht. Schließlich können die Mikrokapseln entsprechend verschlossen werden.
Eine weitere Möglichkeit, poröse gebrannte Mikrokapseln mit einem Feststoff zu füllen, besteht in der Anwendung chemischer
Umsetzungen oder Fällungsreaktionen. Beispielsweise können die Mikrokapseln teilweise mit einem ein Salz enthaltenden
Lösungsmittel, wie wäßriger Cd(NO ) und anschließend
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mit einem gasförmigen Reaktionspartner, wie H_S gefüllt werden,
der ein entsprechendes Ion enthält, das zur Fällung der gewünschten
Verbindung, wie CdS, führt.
Die Transparenz der erfindungsgemäßen Mikrokapseln ergibt sich
aus der Abwesenheit grober Inhomogenitäten in der. Wandung der Mikrokapseln und steht mit anderen vorteilhaften Eigenschaften,
wie einheitliche Zusammensetzung, Mikrcstruktur und Verschließbarkeit in der Hitze, in Zusammenhang. Die Durchsichtigkeit
der Mikrokapseln gestattet beispielsweise ihre Verwendung als Pigmente in färbenden Kunststoffmassen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Durch Mischen von 5 Teilen Tetraisopropyltitanat mit 1 Teil 37prozentiger Salzsäure wird ein Titandioxidsol hergestellt.
Das Sol wird durch Stehenlassen in Luft bei Raumtemperatur getrocknet, wobei ein Gel gebildet wird, das etwa 63 % TiO, enthält.
12,5 g des Gels werden durch Rühren mit 50 g Wasser erneut
in ein Sol überführt. Dieses regenerierte Sol wird unter Rühren in 1OO g n-Butylalkohol gegeben, der unmittelbar
nachher mit weiteren 300 g n-Butylalkohol versetzt wird. Das Gemisch wird etwa 5 Minuten weiter gerührt und dann durch
ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) filtriert.
Die erhaltenen Teilchen stellen hauptsächlich mit einer Flüssigkeit
gefüllte, durchsichtige, sphärische Mikrokapseln dar. Die Mikrokapseln werden zum Trocknen «sehrere Stunden an der
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Luft bei Raumtemperatur stehengelassen, um die Flüssigkeit innerhalb
der Mikrokapseln abzutrennen. Man erhält getrocknete, poröse, klare, durchsichtige, sphärische, grüne Mikrokapseln,
die anschließend in einer Stunde bei steigender Temperatur bis 550 C in Luft gebrannt werden, wobei formstabile, zerbrechliche,
freifließende, eine glatte Oberfläche aufweisende, homogene,
klare, durchsichtige, sphärische, verschlossene, Luft enthaltende Mikrokapseln gebildet, werden. Durch Röntgenbeugung
wird bestätigt, daß die Wandung der Mikrokapseln aus polykristallinem Anatas (TiO_) besteht. Die Mikrokapseln weisen im
wesentlichen eine einheitliche V7andstärke von hauptsächlich unter 10 Mikron, durchschnittlich etwa 7 bis 8 Mikron, sowie
Durchmesser von etwa 40 bis 170 Mikron, durchschnittlich etwa von 100 Mikron, auf.
Belspiel2
1,6 g des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Titandioxidgels werden unter Rühren in 30 g Wasser dispergiert. Anschließend werden
0,6 g Fe(NO3),.9H2O zugegeben.Eine Hälfte des erhaltenen
Gemisches wird in einem 1 Liter Rundkolben unter der Flüssigkeitsoberfläche
in ein Gemisch von 300 g n-Butylalkohol und
30 g Wasser eingespritzt, wobei von Hand gerührt wird, um die gebildeten Teilchen zu dispergieren. Das Rühren wird 1 Minute
fortgesetzt, um das Absetzen und Agglomerieren der Teilchen zu verhindern.
Nach dem Abfiltrieren der Teilchen durch ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) erhält man durchsichtige sphärische Mikrokapseln,
deren Hauptmenge mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.
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Durch Trocknen der Mikrokapseln in Luft werden poröse, klare,
durchsichtige, sphärische, grüne Mikrokapseln erhalten, die an-
■■'.-.'■■-■-■ ' °
schließend etwa 1 Stunde bis zu einer Temperatur von 500 C gebrannt
werden. Man erhält formstabile, zerbrechliche, freifließende, mit einer glatten Oberfläche versehene, homogene,
polykristalline, klare, durchsichtige, goldfarbene", sphärische
Mikrokapseln mit einer Wanddicke von bis zu etwa 10 Mikron und Durchmessern von 30 bis 300 Mikron.
Ein Teil der erhaltenen Mikrokapseln wird mehrere Stunden
in einer Wasserstoffatmosphäre auf eine Temperatur von 600°C
erhitzt. Das Abkühlen erfolgt bis zu einer Temperatur von 25O°C noch in der Wasserstoffatmosphäre und-anschließend bis
zur Raumtemperatur in einer Stickstoffatmosphäre. Man erhält
glänzende, schwarze Mikrokapseln, die von einem Magneten angezogen werden, was offensichtlich auf die Reduktion der Fe-O--Komponente
zurückzuführen ist.
504 g Titantetrachlorid werden unter Rühren in Wasser mit einer Temperatur von etwa 20°C eingetropft. Es wird darauf geachtet,
daß Sieden und Herausspritzen der sauren Lösung auf Grund der exothermen Reaktion verhindert werden. 831 g der
gebildeten klaren, gelben Lösung werden unter Rühren mit 350 ml 28prozentiger Ammoniaklösung versetzt, wobei eine dicke weiße
Fällung entsteht. Das Reaktionsgemisch wird filtriert und gewaschen,
um überschüssiges Ammoniak zu entfernen. Anschließend werden 25 g der weißen flockigen Fällung in 4,5 g 37prozentiger
Salzsäure dispergiert, wobei ein Sol erhalten wird, das
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8,6 % (2,54 g) TiO- enthält. Zu diesem Sol werden weitere 5 g
Wasser gegeben. Die Hälfte des erhaltenen Sols wird unter Rühren in einer Portion in eine Lösung von 300 g n-Butylalkohol
und 15 g Wasser gegeben. Dabei werden innerhalb 30 Sekunden durchsichtige, sphärische Mikrokapseln gebildet, die hauptsächlich
mit einer Flüssigkeit aefüllt.sind.
Die Mikrokapseln werden durch ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert und über Nacht bei einer Temperatur von 95 C getrocknet.
Man erhält poröse, klare, durchsichtige, grüne Mikrokapseln, die in etwa 1 Stunde bei steigender Temperatur bis etwa
500 C gebrannt werden. Es entstehen formstabile, zerbrechliche, freifließende, eine glatte Oberfläche aufweisende, homogene,
klare, durchsichtige, polykristalline Mikrokapseln aus Anatas (TiO2).
Durch Zugabe von 2 g SnCl-.2H_0 zu 11,5 g Wasser wird ein Sol
hergestellt, in dem 1,15 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten und 61,5 % TiO2 enthaltenden Titandioxidgels dispergiert werden.
Das erhaltene klare, gelbe Aquasol wird durch ein Filterpapier (Whatman Nr. 50) filtriert.
Das Aquasol wird unter leichtem Rühren in eine wäßrige Lösung aus 300 g n-Butylalkohol und 22,5 g Wasser gegeben. Die entstandene
Dispersion wird durch ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) filtriert. Es hinterbleiben durchsichtige, sphärische
Mikrokapseln, die hauptsächlich mit einer Flüssigkeit gefüllt
und einen
sind /Durchmesser von 20 bis 250 Mikron, durchschnittlich etwa
sind /Durchmesser von 20 bis 250 Mikron, durchschnittlich etwa
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150 Mikron und eine einheitliche Wanddicke von etwa 10 Mikron aufweisen. Die Mikrokapseln werden mehrere Tage in Luft getrocknet. Man erhält poröse, klare, durchsichtige, sphärische
Mikrokapseln.
Die getrockneten Mikrokapseln werden etwa 1 Stunde bei steigender Temperatur bis 500 C gebrannt und anschließend auf Kaumtemperatur
abgekühlt. Man erhält formstabile, zerbrechliche, freifließende, eine glatte Oberfl äehe aufweisende, homogene
und sphärische Mikrokapseln mit Durchmessern bis etwa 200 Mikron und einheitlichen Wanddicken von etwa 10 Mikron. Die
meisten der Mikrokapseln sind durchsichtig, einige von ihnen leicht durchscheinend. Die durchsichtigen Mikrokapseln sind
klar und farblos.
Durch Röntgenbeugung wird bei den Mikrokapseln eine dem
Anatas ähnliche Kristallstruktur festgestellt. Jedoch sind die Gitterdimensionen der vorstehenden Kristallstruktur größer
als im normalen Anatas. Die aus der Linienverbreiterung im Röntgenbeugungsdiagraimn der Mikrokapseln geschätzten Größen
der Kristallite liegt unter 1000 S.
Ein Teil der Mikrokapseln wird 1 1/2 Stunden bei steigender
zu ο
Temperatur bis/95O C in Luft erneut gebrannt «nd die Temperatur
von 95O°C zusätzlich 15 Minuten aufrechterhalten. Man erhält
ein Gemisch aus polykristallinen Mikrokapseln, die durchsichtig,
durchscheinend oder undurchsichtig sind. Durch Röntgenbeugung wird gezeigt, daß die Mikrokapseln aus Rutil (TiO2)
und SnO2 bestehen, wobei das Verhältnis von TiO3 zu SnO2 maxi-
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mal 100 : 5 beträgt. Die Rutil-Phase zeigt im Röntgenbeugungsdiagramm
eine Verschiebung nach größeren Gitterdimensionen im Vergleich zum normalen reinen Rutil, was das Vorliegen einer
teilweisen festen Lösung anzeigt.
Durch Mischen von 5,64 g einer wäßrigen Lösung von Zirkonacetat (enthaltend 22 % ZrO_); 2 g eines wäßrigen Siliciumdioxidsols
(Ludox LS, enthaltend 30 % SiO ), 4 Tropfen Eisessig und 5 g Wasser wird ein Sol hergestellt.
Das Sol wird unter Rühren zu einer Lösung von 200 g n-Butylalkohol
und 10 g Wasser gegeben. Nach 1 Minute werden die entstandenen, mit einer Flüssigkeit gefüllten, durchsichtigen,
sphärischen Mikrokapseln über ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert. Nach dem Trocknen in Luft während 1/2 Stunde bei
einer Temperatur von 95°C erhält man klare, durchsichtige, poröse, sphärische Mikrokapseln. Die Mikrokapseln werden in
1 Stunde bei steigender Temperatur bis zu 500 G in Luft gebrannt. Man erhält formstabile, zerbrechliche, eine glatte
Oberfläche aufweisende, homogene, klare, durchsichtige, sphärische Mikrokapseln mit Durchmessern von 100 bis 200 Mikron
und einer einheitlichen Wanddicke von etwa 5 Mikron.
Ein Teil der erhaltenen Mikrokapseln wird in Luft während
2 1/2 Stunden mit steigender Temperatur bis 950 C erneut gebrannt,
wobei die Temperatur von 95O°C zusätzlich 15 Minuten gehalten wird. Man erhält formstabile, zerbrechliche, verschlossene,
mit Luft gefüllte Mikrokapseln gleichen Aussehens
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wie die bei 5OO°C gebrannten Mikrokapseln. Durch Röntgenbeugung
ergibt sich, daß die bei 5OO°C gebrannten Mikrokapseln
eine tetragonale ZrO.-Struktur zu haben scheinen, während die
bei 95O°C gebrannten Mikrokapseln zweifelsfrei diese Struktur
aufweisen. In beiden Fällen deutet das Röntgendiagraimn nur auf
die Kristallstruktur des Zirkonoxids.
Durch Mischen von 5 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Titandioxidgels,
2,5 g ZnCl« (entsprechend 60 % ZnO) und 40 g Wasser wird ein Sol hergestellt. Das Sol wird in einem
1 Liter-Kolben unter Rühren zu einer Lösung von 400 g n-Butanol und 20 g Wasser gegeben. Nach 1-minütigem Rühren werden die
in dem Gemisch gebildeten Teilchen durch ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert. Die erhaltenen, mit einer Flüssigkeit
gefüllten, durchsichtigen^sphärischen Mikrokapseln werden in Luft 1/2 Stunde bei einer Temperatur von 95°C getrocknet
und sind dann klar, durchsichtig, porös und sphärisch.
Die getrockneten Mikrokapseln werden in Luft in eine auf 24O°C
erhitzte Darre gebracht, deren Temperatur anschließend in etwa 45 Minuten auf 55O°C erhöht wird. Die gebrannten Mikrokapseln
werden in der Darre langsam abgekühlt. Man erhält formstabile, zerbrechliche, freifließende, eine glatte Oberfläche aufweisende,
homogene, sphärische Mikrokapseln, von denen die meisten
klar, transparent und farblos sind.
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Durch Röntgenbeugung wird in den Mikrokapseln Anatas nachgewiesen.
Nach weiterem Brennen der Mikrokapseln mit steigender Temperatur bis zu 9 50 C in 2 1/2 Stunden, wobei die Temperatur von
950 C zusätzlich 15 Minuten aufrechterhalten wird, zeigt das Röntgenbeugungsdiagranun der erhaltenen Mikrokapseln die Anwesenheit
von Rutil sowie eine sehr geringe Menge Zink-titanat. Ein
bei
Röntgenfluoreszensdiagramm von dan/^SO C gebrannten Mikrokapseln
zeigt die Anwesenheit von. nur etwa 3 bis 5 % Zinkoxid.
Durch Dispergieren von 5 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Titandioxidgels (enthaltend 63 % TiO2) in 50 g Wasser wird
ein Titandioxidsol hergestellt. Das Sol wird unter Rühren langsam in eine Lösung von 1200 g n-Butylalkohol und 60 g Wasser
gegeben, wobei das Rühren etwa 1 Minute fortgesetzt wird. Die entstandenen, mit einer Flüssigkeit gefüllten, durchsichtigen,
sphärischen Mikrokapseln werden über ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert.
Die Mikrokapseln werden in Luft 1 Stunde bei Raumtemperatur und anschließend 2 Stunden bei 95 C getrocknet. Man erhält poröse,
klare, durchsichtige und sphärische Mikrokapseln mit Durchmessern bis 300 Mikron und Wanddicken von im allgemeinen
unter 10 Mikron. Die Mikrokapseln werden in Luft in etwa 1/2 Stunde bei steigender Temperatur bis 400 C gebrannt, wobei
die Temperatur von 400°C 1 Stunde aufrechterhalten wird. Man läßt die Mikrokapseln im Brennofen auf 200 C und anschließend
außerhalb des Brennofens auf Raumtemperatur abkühlen. Man erhält formstabile, zerbrechliche, freifließende, eine glatte Ober-
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fläche aufweisende, homogene, klare, durchsichtige, poröse, sphärische Mikrokapseln.
Proben der Mikrokapseln werden in Glühschiffchen aus Aluminiumoxid in einen elektrisch beheizten Röhrenofen mit einem Röhrendurchmesser von 75 mm gegeben. Die"- Röhre des Ofens wird anschließend gasdicht verschlossen. Nach dem Auspumpen der Röhre
bis auf einen Druck von 5 Torr« um die Luft aus den porösen
Mikrokapseln zu entfernen, wird die Röhre 11/2 Stunden auf eine Temperatur von etwa 300 C erhitzt und dann langsam mit
Argon gefüllt bis zu einem Druck von 1 at. Anschließend wird die Temperatur der Röhre in etwa 1 Stunde auf eine Temperatur
von 600°C erhöht, und diese Temperatur wird. 1 Stunde gehalten, um die das Argon enthaltenden Mikrokapseln durch Hitze zu verschließen. Dabei wird die Röhre des Ofens kontinuierlich mit
135 Liter/Stunde Argon mit einem Druck von etwas Über 1 at gespült. Die entstandenen, mit Argon gefüllten, verschlossenen
Kapseln werden im Ofen in einer Argonatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
Proben der mit Argon gefüllten Mikrokapseln werden qualitativ
auf ihre Gaszusammensetzung untersucht, wobei die Mikrokapseln
in einem ausgepumpten, verschlossenen Rohr zerbrochen werden und das entstehende Gasgemisch in einem Massenspektrometer
analysiert wird. Eine dieser Proben enthält hauptsächlich Argon mit geringen Mengen CO, und N2* Eine andere Probe enthält
CO. mit etwas Argon und N_. Eine weitere Probe wird nach
6-monatiger Lagerzeit entsprechend analysiert und ergibt einen
Gehalt von hauptsächlich Argon.
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Beispiel 8
Durch Dispergieren von 2 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Titandioxidgels in 30 g Wasser wird ein Titandioxidsol hergestellt.
Das Sol wird unter Rühren in eine Lösung von 400 g n-Butanol und 40 g Wasser gegeben. Das Gemisch wird etwa 30 Sekunden
gerührt und die entstandenen Teilchen werden durch Filtrieren über ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert.
Die erhaltenen, mit einer Flüssigkeit gefüllten, durchsichtigen,
sphärischen Mikrokapseln werden mehrere Stunden in Luft bei Raumtemperatur getrocknet. Die trockenen, porösen, grünen
Mikrokapseln werden in ein Gemisch von inerten fluorierten Kohlenwasserstoffen
der empirischen Formeln C0F,o, C0F.^ und
ο Io ο Io
C_F NO eingerührt. Die Mikrokapseln steigen an die Oberfläche
des Flotationsmittels, während eine kleine Menge fester Teilchen und gebrochener oder dickwandiger Mikrokapseln im Flotationsmittel
nach unten sinkt. Die durch Flotation abgetrennten Mikrokapseln, die Durchmesser bis zu 300 Mikron und Wanddicken von weniger als 10 Mikron aufweisen, werden durch Dekantieren
und Filtrieren abgetrennt. Noch anhaftendes Flotationsmittel wird bei Raumtemperatur durch Verdampfen von den Mikrokapseln getrennt.
Die Mikrokapseln werden in Luft in einen Ofen mit einer Temperatur
von 200 C gegeben. Die Temperatur des Ofens wird in
■>.
1/2 Stunde auf 460 C erhöht, diese Temperatur 5 Minuten gehal-
werden
ten und anschließend /die Mikrokapseln innerhalb 10 Minuten aus dem Ofen entnommen. Die gebrannten Mikrokapseln sind formstabil, zerbrechlich, freifließend, mit einer glatten Oberfläche ver-
ten und anschließend /die Mikrokapseln innerhalb 10 Minuten aus dem Ofen entnommen. Die gebrannten Mikrokapseln sind formstabil, zerbrechlich, freifließend, mit einer glatten Oberfläche ver-
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sehen, homogen, klar, transparent, porös und sphärisch.
Eine Probe der gebrannten Mikrokapseln wird in einem Porzellänschiffchen
in einen Ofen mit einer Temperatur von 24O°C gegeben, der sich in einer Kammer befindet, die ausgepumpt werden
kann. Die Temperatur im Ofen wird bei Umgebungsdruck 1/2 Stunde auf 25O°C gehalten. Anschließend wird die Kammer einschließlich
Ofen und beschicktem Porzellanschiffchen auf einen Druck von 5x10** Torr ausgepumpt und die Temperatür in etwa 5 Minuten
auf 45O°C erhöht. Diese Temperatur wird 1 3/4 Stunden gehalten,
wobei der Druck in der Kammer auf etwa 2x10 Torr abnimmt.
Anschließend wird die Temperatur in etwa 10 Minuten auf 65O°C erhöht und diese Temperatur etwa 1 Stunde gehalten.
Schließlich wird der Ofen einige Minuten abgekühlt und das Porzellanschiffchen mit den durch Hitze verschlossenen, evakuierten
Mikrokapseln entnommen.
Eine weitere Probe der bei 460 C in Luft gebrannten Mikrokapseln
wird in einem Porzellanschiffchen in eine,n Ofen gebracht, der sich in einer Kammer befindet. Während etwas Luft durch die
Kammer fließt, wird die Temperatur des Ofens auf 45O°C erhöht
und bei dieser Temperatur die Kammer mit dem Ofen bis auf einen Druck von etwa io" Torr ausgepumpt. Die Temperatur des Ofens
wird 1 1/2 Stunden unter diesem Druck gehalten. Anschließend wird die Temperatur in etwa IO Minuten auf 650 C erhöht und
diese Temperatur etwa 1 Stunde gehalten. Nach dem Abkühlen des Ofens für wenige Minuten wird das 'Porzellanschiffchen mit den
durch Hitze verschlossenen, evakuierten Mikrokapseln entnommen.
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Nach einer zweimonatigen Lagerung der beiden bei 6 50 C gebrannten
Proben der Mikrokapseln werden diese jeweils in eine evakuierte Glaskammer gebracht, die an einen Massenspektrometer
angeschlossen ist und bis zu einem Druck von etwa 10 Torr ausgepumpt wird. Anschließend werden die Mikrokapseln in der
Kammer durch Fallenlassen einer Stahlkugel, die vorher mit Hilfe eines äußeren Magneten über den Mikrokapseln gehaLten worden
ist, mechanisch zerbrochen. Das Zerbrechen der Mikrokapseln führt zu Änderungen des Partialdrucks in der evakuierten Kammer,
was unmittelbar vom Massenspektrometer gemessen wird. Die Änderungen des Partialdrucks zeigen, daß die bei 650 C gebrannten
Mikrokapseln mit sehr geringem Druck in ihrem Innern verschlossen worden sind.
Durch Dispergieren von 3 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Titandioxidgels in 30 g Wasser wird ein Sol hergestellt. Das
Sol wird durch ein Filter mit einer Porengröße von 1,5 Mikron filtriert und das Filtrat unter Rühren in eine Lösung von 600 g
n-Butanol und 45 g Wasser gegeben. Das Rühren wird etwa 1 Minute
fortgesetzt. Die entstandenen Mikrokapseln werden mit einem Sieb von 45 Mikron öffnungsweite abfiltriert. Man erhält durchsichtige,
sphärische, hauptsächlich mit einer Flüssigkeit gefüllte Mikrokapseln, die 20 Stunden in Luft bei Raumtemperatur
getrocknet: werden. Die getrockneten Mikrokapseln sind fast alle porös, transparent und sphärisch und weisen Durchmesser
von im allgemeinen etwa 60 bis 300 Mikron sowie Wanddicken unter 10 Mikron auf.
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Die getrockneten Mikrokapseln werden in 1 1/3 Stunden in Luft bei steigender Temperatur bis 46O°C gebrannt, wobei diese Temperatur zusätzlich 20 Minuten gehalten wird. Die gebrannten
Mikrokapseln werden allmählich aus dem Ofen entnommen und durch Flotation gemäß Beispiel 8 von einer geringen Menge fester Teilchen und gebrochener Mikrokapseln getrennt. Man erhält formstabile, zerbrechliche, eine glatte Oberfläche aufweisende, homogene, poröse, durchsichtige, klare, sphärische
Mikrokapseln, die in ein Quarzrohr gebracht werden, das sich in einem elektrisch beheizten Ofen befindet. Das Quarzrohr wird
verschlossen und bis auf einen Druck von 6x10 Torr evakuiert. Das Rohr wird 14 Minuten auf 45O°C erhitzt;und diese Temperatur
wird 3 Stunden unter dem genannten Druck gehalten. Danach beträgt der Druck im Rohr 5xlO~ Torr. Anschließend wird in das
evakuierte Rohr langsam Neon geleitet, wobei der Druck in 5 Minuten auf etwa 1 at ansteigt und die Temperatur etwa 1 Stunde
in
auf 450 C gehalten wird. Anschließend wird das Rohr/lO Minuten auf 65O°C erhitztyund diese Temperatur wird etwa 15 Stunden unter einer Neonatmosphäre gehalten. Dann läßt man das
System in 20 Minuten unter einer Neonatmosphäre abkühlen. Man erhält verschlossene, mit Neon gefüllte Mikrokapseln« Gemäß
Beispiel 7 wird festgestellt, daß die erhaltenen Mikrokapseln ein Gas enthalten, das hauptsächlich(2/3 at) aus Neon besteht.
ι Beispiel 10
In einem 1 Liter-Kolben werden 40 g eines Aquasols, das
10,5 % Al2O3 (Nalcoag LN-1331-256) enthält, unter Rühren zu
400 g n-Butanol gegeben. Das Sol-Alkohol-Gemisch wird 1 Minute
gerührt und dann rasch über ein Filterpapier (Whatman Nr. 54)
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filtriert. Man erhält Mikrokapseln, die hauptsächlich porös sowie durchsichtig, mit einer Flüssigkeit gefüllt und sphärisch
sind und Durchmesser bis zu 300 Mikron sowie im wesentlichen einheitliche Wanddicken von etwa 5 bis 25 Mikron aufweisen.
Die Mikrokapseln werden 24 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet und dann in etwa 1 1/2 Stunden durch Brennen bei steigender
Temperatur bis 600 C in formstabile, zerbrechliche, eine glatte Oberfläche aufweisende, freifließende, homogene, poröse,
durchsichtige, sphärische Mikrokapseln aus polykristallinem Aluminiumoxid überführt.
Durch Dispergieren von 2 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Titandioxidgels in 20 g Wasser wird ein Titandioxidsol hergestellt.
Das Sol wird unter Rühren in 200 g sek.-Butanol gegeben und das Rühren 1 Minute fortgesetzt. Durch Abfiltrieren
über ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) erhält man hauptsächlich klare sowie durchsichtige, gelbe, sphärische, mit einer Flüssigkeit
gefüllte Mikrokapseln mit Durchmessern im allgemeinen von etwa 10 bis 200 Mikron und einer einheitlichen Banddicke von
etwa 3 Mikron oder weniger. Die erhaltenen Mikrokapseln werden in Luft bei Raumtemperatur getrocknet. Beim Brennen in Luft,
beispielsweise 1 Stunde bei 4000C, erhält man formstabile,
zerbrechliche,, klare, durchsichtige, homogene, eine glatte Oberfläche
aufweisende; freifließende, poröse, sphärische Mikrokapseln aus polykristallxnem Anatas. Nach weiterem Brennen,
beispielsweise etwa 1 Stunde bei 6 50 C, werden verschlossene Mikrokapseln gebildet, die mit dem entsprechenden Material ge-
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füllt sind.
Beispiel 12
200 g sek.-Butanol werden unter Rühren mit 20 g Aluminiumoxidsol
(Nalcoag LN-1331-256, enthaltend 10,5 % Al3O3) versetzt^
und das Gemisch wird 1 Minute gerührt. Nach dem Abfiltrieren der Dispersion durch ein Papierfilter (Whatman Nr. 54)
erhält man hauptsächlich klare, transparente, farblose, poröse, mit einer Flüssigkeit gefüllte, sphärische Mikrokapseln mit
Durchmessern bis zu 300 Mikron und Wandstärken von im allgemeinen weniger als 10 Mikron. Nach langsamem Trocknen in Luft sind
die getrockneten Mikrokapseln porös, klar, farblos, transparent
und sphärisch und werden durch nachfolgendes Brennen in Luft, beispielsweise etwa 1 Stunde bei 6000C, in formstabile, zerbrechliche, poröse, eine glatte Oberfläche aufweisende, freifließende,
homogene, klare, durchsichtige^sphärische Mikrokapseln aus polykristallinem Aluminiumoxid überführt. Diese
Mikrokapseln können in Gegenwart eines entsprechenden Mate-
y ' ' ■ . ■ ■'■■..
rials verschlossen, werden, um sie damit zu füllen.
Beispiel 13
In einem 1 Liter-Kolben werden 400 g n-Butanol unter langsamem
Rühren mit 40 g eines Eisenoxidsols (Nalco LN-1331-273) versetzt,
das 5,36 % Fe9O. enthält.. Das Rühren wird 30 Sekunden
fortgesetzt und die entstandene Dispersion durch ein Filterpapier
(Whatman Nr^ 54) filtriert. Man erhält hauptsächlich
mit einer Flüssigkeit gefüllte, durchsichtige, poröse, sphärische Mikrokapseln, die anschließend mehrere Tage bei Raumtemperatur
langsam getrocknet werden, um die in den Kapseln enthal-
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tene Flüssigkeit zu verdampfen. Die dabei entstehenden klaren, glänzenden, trockenen, durchsichtigen, porösen, sphärischen
Mikrokapseln sind bernsteinfarben und weisen hauptsächlich Durchmesser von 100 bis 200 Mikron sowie einheitliche Wanddikken
von durchschnittlich 5 bis 10 Mikron auf.
Ein Teil der getrockneten Mikrokapseln wird in einem Aluminiumschiffchen
in Luft während 1 Stunde bei steigender Temperatur bis 600°C gebrannt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die gebrannten Mikrokapseln sind formstabil, zerbrechlich, mit einer glatten Oberfläche versehen, freifließend,
durchsichtig und sphärisch und bestehen aus polykristallinem Eisenoxid. Die Farbe der gebrannten Mikrokapseln liegt für das
unbewaffnete Auge im Bereich von rot bis schwarz. Bei 140-facher Vergrößerung unter dem Mikroskop erscheinen die roten Mikrokapseln
körnig, jedoch glattflächig, während die genannten schwarzen Mikrokapseln rot, glänzend und sehr klar aussehen, wobei
viele davon von einem Magneten angezogen werden.
Beispiel 14
Eine Lösung von 300 g n-Butanol und 15 g Wasser wird unter
Rühren mit 20 g eines Chromoxidsols (Nalco LN-I331-270) versetzt,
das 6,16 % Cr_0_ enthält. Das Rühren wird 1 Minute
fortgesetzt und die entstandene Dispersion filtriert. Es hinterbleiben poröse, mit einer Flüssigkeit gefüllte, durchsichtige,
sphärische, als Gel vorliegende Mikrokapseln.
Die erhaltenen grünen Mikrokapseln werden nach dem Trocknen in Luft bei Raumtemperatur unter einem Mikroskop bei 140-facher
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Vergrößerung beobachtet, wobei ihre sphärische Gestalt und ihre durchsichtigen Wandungen festgestellt werden. Die Mikrokapseln werden in 45 Minuten in Luft mit steigender Temperatur bis zu 500 C gebrannt, und diese Temperatur 2 Stunden gehalten.
Die gebrannten Mikrokapseln sind formstabil, zerbrechlich, mit einer glatten Oberfläche versehen,"freifließend, homogen
sphärisch, undurchsichtig, grün, körnig und sehr glänzend und bestehen aus polykristallinem Cr9O..
Be. i spiel 15
Aus einem Gemisch von 20 g eines Aluminiumoxidsols, enthaltend
10,5 % Al-O-, und 2 Tropfen eines Chromoxidsols, enthaltend 6,16 % Cr2O., werden gemäß Beispiel 14 Mikrokapseln hergestellt.
Diese werden abfiltriert, getrocknet und in 2 Stunden mit steigender Temperatur bis zu 1250 C gebrannt, wobei diese Temperatur
weitere 24 Stunden gehalten wird. Man erhält gebrannte Mikrokapseln, die formstabil, zerbrechlich, glattflächig,
freifließend, homogen, sphärisch, polykristallin und undurchsichtig
sind sowie eine rosa Farbe aufweisen, was eine Färbung des Aluminiumoxids durch das Chromoxid wie im Rubin anzeigt.
Aus 2 1/2 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Titandioxidgels, enthaltend 61,7 Gewichtsprozent TiO2, und 20 g Wasser wird ein
Titandioxidsol- hergestellt. 200 g sek.-Butanol werden in einem
Waring-Mischer rasch gerührt, wobei jedoch Schäumen vermieden wird. Das Titandioxidsol wird zu dem Alkohol gegeben und das
Rühren etwa 3 Sekunden fortgesetzt. Die entstandenen Teilchen werden durch ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert.
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Nach dem Trocknen des Rückstands in Luft bei Raumtemperatur werden
die erhaltenen trockenen Gelagglomerate" von Mikrokapseln in dem in Beispiel 8 genannten Gemisch aus fluorierten Kohlenwasserstoffen
geschüttelt, um die Abtrennung der kleinen Mikrokapseln zu erleichtern. Diese Mikrokapseln werden abfiltriert,
2 Stunden bei Raumtemperatur und anschließend 1 1/2 Stunden bei einer Temperatur von 90 C getrocknet. Man erhält sphärische
Mikrokapseln, die im wesentlichen klar, durchsichtig, porös und sehr klein sind. Sie werden durch Siebe von 30 und 20 Mikron
Sieböffnung klassiert und 3/4 Stunden in Luft bei steigender Temperatur bis 4000C gebrannt. Unter dem Mikroskop werden
Mikrokapseln mit Durchmessern von 5 Mikron und weniger festgestellt. Die verschiedenen Größen der erhaltenen gebrannten
Mikrokapseln sind mit ihren Anteilen nachfolgend angegeben*· Fraktion, Mikron Gewichtsprozent
+3o (max. 50) 15
-30 +20 18,4
-20 66,6
100,0
Beispiel 17
Eine Lösung von 28,1 g basisches Aluminiumacetat der Formel Al(OH)2(OOCH3).1/3 H3BO3 (Niaproof) in 171 g Wasser wird
unter Rühren mit 20 g eines mit .3 Tropfen 37prozentiger konzentrierter Salzsäure angesäuerten SiliciumdioxidsoJs
(Ludox LS, enthaltend 30 % SiO ) versetzt. 20 ml des erhaltenen Sols wurden in einem 500 ml-Kolben unter Rühren zu 200 g
sek.-Butanol gegeben. Das Rühren wird 1 Minute fortgesetzt„und
anschließend "werden die gebildeten Mikrokapseln über ein FiI-
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terpapier (Whatman Nr. 54) abfiltriert. Die Mikrokapseln werden in Luft bei Raumtemperatur langsam getrocknet und dann
unter einem Stereomikroskop beobachtet, wobei festgestellt wird, daß die Mikrokapseln sphärisch sind und wenigstens 90 %
davon in Form von porösen Mikrokapseln mit Durchmessern von etwa 10 bis 500 Mikron, durchschnittlich etwa 100 Mikron, sowie
mit Wanddicken von etwa 4 bis 20 Mikron, durchschnittlich etwa
IO Mikron, vorliegen, wobei die Wanddicke jeweils innerhalb einer Mikrokapsel einheitlich ist. Praktisch alle Mikrokapseln
sind durchsichtig und klar..Hur eine kleine Menge der Mikrokapseln ist etwas trübe, jedoch noch durchsichtig^und eine weitere
kleine Menge ist undurchsichtig. und weist relativ dicke Wandungen auf. Ein Teil der getrockneten Mikrokapseln wird
2 Stunden bei steigender Temperatür bis zu 50O0C gebrannt und
anschließend in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Die gebrannten Mikrokapseln sind formstabil, zerbrechlich, durchsichtig,
glattflächig, freifließend, homogen und sphärisch. Ihr Aussehen unter einem Stereomikroskop bei 140-facher Vergrößerung erweist
sich als das" gleiche wie bei den nichtgebrannten Mikrokapseln. Eine kleine Menge der gebrannten Mikrokapseln wird
auf einer Glasplatte mit einem Tropfen Indexöl (1,58) verrührt, wobei das Eindringen des Öls durch die -Wandungen der
Mikrokapseln beobachtet wird, was die Porosität der Wandungen beweist.
B e i s ρ i e 1 18
Die zur Bildung der Mikrokapseln erforderliche Zeit, während
der ein Sol »it einem Dehydratisierungsmittel verrührt wird,
wird in einer Reihe von Versuchen unter Standardbedingungen
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ermittelt, wobei nur die genannte Rührzeit verändert wird. Die Ergebnisse zeigen, daß die Mikrokapseln' innerhalb weniger
Sekunden gebildet werden können. Der größte Teil der Mikrokapseln wird innerhalb etwa 15 Sekunden erhalten.
Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusanunengefaßt.
Für die genannten Versuche wird gemäß Beispiel 1 ein Sol aus einem Teil Titandioxidciel (enthaltend 61 % TiO ) und 10 Teilen
Wasser hergestellt. Jeweils 20,0 g des erhaltenen Sols werden sofort unter Rühren von Hand in 200 g n-Butanol gegeben. Unmittelbar
nach dieser Zugabe wird das Rühren eine bestimmte Zeit fortgesetzt. Anschließend wird sofort das ganze Gemisch
auf ein Filterpapier (Whatman Nr. 54) in einem Büchner-Trichter (Durchmesser 10,2 cm) gebracht, der sich auf einer Saugflasche
befindet. Es wird die für das Filtrieren erforderliche Zeit festgestellt. Das Filterpapier mit den abfiltrierten Mikrokapseln wird in Luft 2 Stunden bei Raumtemperatur, dann 1/2 Stunde
bei 90 C getrocknet. Durch Wiegen der vom Filterpapier abgenommenen Mikrokapseln wird deren Trockengewicht bestimmt. Die
getrockneten Mikrokapseln werden dann 1/2 Stunde bei steigender Temperatur bis 5000C gebrannt. Das Gewicht der gebrannten
Mikrokapseln wird ebenfalls bestimmt. Man erhält formstabile, zerbrechliche^glattflächige, klare, durchsichtige, homogene,
sphärische Mikrokapseln mit Durchmessern bis zu 300 Mikron..
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Rührzeil ,
sec +
Filtrierzeit, sec ++
Trockengewicht der ungebrannten Mikrokapseln,
Gewicht der gebrannten Mikrokapseln, g
10
200 (Filterpapier ist mit klebrigem Gel bedeckt)
15 | 20 |
30 | 18-20 |
60 | 18-20 |
0,40 (Mikrokapseln kle- 0,29 ben am Filterpapier)
1,20 (eine kleine Menge 0,87 der Mikrokapseln kann
nicht vom Filterpapier
entfernt werden)
nicht vom Filterpapier
entfernt werden)
1.40 1,02 1,44 1,00
1.41 1,02
+ Zeit vom Zeitpunkt der Solzugabe bis zum Zeitpunkt des
Aufgießens der Dispersion auf das Filter ++ Zeit vom Zeitpunkt des Aufgießens der Dispersion auf das
Filter bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Filterkuchen
dunkler wird
Aus der Tabelle ist ersichtlich» daß nach 5 Sekunden Rühren ein kleiner Teil des Sols in als Gel vorliegenden Mikrokapseln
überführt ist, jedoch die Dehydratation des Sols noch nicht ausreichend ist, weshalb das Filtrieren langsam abläuft und
die Ausbeute an Mikrokapseln niedrig ist* Nach 10 Sekunden Rührzeit ist die Bildung der Mikrokapseln fast vollständig. Die
Unterschiede in den Ergebnissen der Versuche mit 15, 30 und 60 Sekunden Rührzeit sind unbedeutend· Daraus ergibt sich, daß
die als Gel gebildeten Mikrokapseln praktisch quantitativ bereits innerhalb 30 Sekunden nach dem erfindungsgeraäßen Verfahren
erhalten werden.
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Beispiel 19
Gemäß Beispiel 9 werden grüne Mikrokapseln auf der Basis von Titandioxid hergestellt und in 1 1/3 Stunden bei steigender
Temperatur bis zu 460 C gebrannt, wobei diese Temperatur noch 20 Minuten gehalten wird. Es werden formstabile, zerbrechliche,
glattflächige, freifließende, homogene, poröse, durchsichtige, sphärische Mikrokapseln aus polykristallinen» Anatas erhalten.
Ein Teil der gebrannten Mikrokapseln wird zusammen mit kleinen Stücken Wood'schem Metall in eine Stahlform mit einem Durchmesser
von 2,5 cm gegeben. Die Form wird auf 115 C erhitzt und in sie ein Stempel eingesetzt. Man läßt auf den Stempel steigenden
Druck einwirken, um eine dichte Packung in der in der Form befindlichen Masse zu erreichen. Die Form wird auf 40 C abgekühlt
und die aus Mikrokapseln und Wood'schem Metall bestehende Masse (Dicke 0,31 cm) aus der Form entnommen. Nach dem Abkühlen
auf Raumtemperatur wird die Masse zerbrochen und unter dem Mikroskop bei 60 - und 140-fächer Vergrößerung geprüft. Es
wird eine gut gepackte Dispergierung von unversehrten Mikrokapseln in der Metallmatrix festgestellt, wobei die Mikrokapseln
den Hauptteil des Volumens ausmachen.
Vorstehend beschriebene gebrannte Mikrokapseln werden zusätzlich etwa 2 Stunden auf eine Temperatur von etwa 450 bis 600 C
erhitzt. Anschließend werden die Mikrokapseln abgekühlt und unter einem Stereomikroskop bei 140-facher Vergrößerung geprüft.
Es wird festgestellt, daß die Mikrokapseln durchsichtig und sphärisch sind sowie für Indexöl undurchlässig sind. Ein
Teil der Mikrokapseln wird in eine viskose Lösung von Polyme-
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thylmethacrylat in Aceton eingerührt. Das Gemisch wird zu einer
Platte von etwa 0,31 cm Dicke geformt. Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels wird eine feste Platte erhalten, in der die
Mikrokapseln unversehrt dispergiert sind, wie unter dem
Mikroskop erkennbar ist.
1 g der vorgenannten, bei einer Temperatur von 600 C gebrannten
Mikrokapseln wird mit 5 g gepulvertem Flaschenglas gemischt. Die Mischung wird in einem Schmelztiegel aus Aluminiumoxid
in einen auf 1Ο8Ο C vorgeheizten Ofen gegeben. Die Ofentemperatur
wird so lange gehalten, bis das Glas geschmolzen
ist, wobei dann die Mikrokapseln an die Oberfläche der Schmelze treten. Der Schmelztiegel wird dann dem Qfen entnommen und
in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch Zerbrechen des
Schmelztiegels wird das Gemisch aus Glas und Mikrokapseln freigesetzt.
Unter dem Mikroskop bei 149-facher Vergrößerung wird
an Bruchstücken dieses Gemisches festgestellt, daß sich die Mikrokapseln im oberen Teil des Gemisches angesammelt haben, wo
sie unversehrt und je einzeln fest in der klaren Glasmatrix eingebettet sind.
Ein Schmelztiegel (Durchmesser 1,9 cm, Höhe 2,5 cm) aus Aluwird hergestellten,
miniumoxid/zu etwa 3/4 mit den gemäß Beispiel 19/bis zu
600 C gebrannten Mikrokapseln beschickt. Der Schmelztiegel wird dann in Luft in einen Ofen gebracht, dessen Temperatur in
2 Stunden bis auf 1200°C erhöht wird« Anschließend wird die Ofentemperatur in 5 Stunden auf 1475°C erhöht. Man läßt den
Schmelztiegel mit seinem Inhalt innerhalb 16 bis 18 Stunden ab-
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kühlen, entnimmt ihm dann ein zusammenhängendes Stück seines
Inhalts und prüft dieses unter dem Mikroskop bei 140-fächer
Vergrößerung. Es wird festgestellt, daß in den Wandungen der Mikrokapseln beträchtliches Kristallwachstum des Titandioxids
stattgefunden hat, die Mikrokapseln jedoch noch hohl und sphärisch sind. An Berührungspunkten sind die Mikrokapseln zusammengesintert.
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Claims (25)
1. Keramische Mikrokapseln, jeweils bestehend aus einer Wandung und einem Hohlraum, d a d u r cn ge kennzeichnet, daß die Wandung gegebenenfalls durchsichtig,
porös, undurchlässig und/öder durch Hitzis verschließbar ist
und aus mindestens einem in der Keramik einsetzbaren polykristallinen
Metalloxid oder aus einem durch Wärmebehandlung in ein entsprechendes polykristallines Metalloxid überführbaren
amorphen Metalloxid aufgebaut ist und der Hohlraum gegebenenfalls mit einem Gas von Umgebungsdruck, vermindertem oder
erhöhtem Druck, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff gefüllt oder evakuiert ist.
2. Mikrokapseln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Wandung durchsichtig ist.
3. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ihre Wandung porös ist.
4. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Wandung undurchlässig ist.
5. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß"ihre Wandung porös und durch Hitze verschließbar ist.
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6. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Gas gefüllt und verschlossen sind.
7. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einer Flüssigkeit gefüllt und verschlossen sind. ■
8. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einem Feststoff gefüllt und verschlossen sind.
9. Mikrokapseln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie evakuiert und verschlossen sind.
10. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als polykristallines Metalloxid Titanoxid enti.al
ten.
11. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeich·
net, daß sie als polykristallines Metalloxid ein Gemisch aus
Titanoxid und Zinnoxid enthalten.
12. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als pölykristallines Metalloxid Zirkonoxid enthalten.
13. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als polykristallines Metalloxid ein Gemisch aus
Titanoxid und Zinkoxid enthalten.
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14. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als polykristallines Metalloxid Aluminiumoxid enthalten. .
15. Mikrokapseln nach Anspruch! bis 9,, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als polykristallines. Metalloxid Eisenoxid enthalten.
16. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als polykristallines Metalloxid ein magnetisches Metalloxid oder dessen Reduktionsprodukt enthalten.
17. Mikrokapseln nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie als magnetisches Metalloxid Eisenoxid enthalten.
18. Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als,polykristallines Metalloxid ein Gemisch aus Aluminiumoxid und Chromoxid enthalten, ■ .,,,
19. Massen, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Mikrokapseln nach Anspruch 1 bis 18 in einer Matrix auf der Basis eines
Metalls, Kunststoffs, Elastomers oder keramischen Materials enthalten. -
20. Verfahren zur Herstellung der keramischen Mikrokapseln nach Anspruch 1 durch Mischen einer wäßrigen Lösung, einer
' Dispersion oder eines Sols eines oder mehrerer Metalloxide
bzw. solcher Verbindungen, die durch Calcinieren in Metalloxide
überführt werden können, mit einem in flüssiger Form
vorliegenden organischen Dehydratisierungsmittel bis die -zunächst gebildeten, Metalloxid-haltigen Tröpfchen in entsprechende
Gelteilchen überführt sind, Abtrennen der Gelteilchen aus dem Gemisch, Trocknen und Wärmebehandeln der Gelteilchen,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Metalloxid mindestens ein in der Keramik einsetzbares polykristallines Metalloxid oder
ein durch Wärmebehandlung in ein polykristallines Metalloxid überführbares amorphes Metalloxid sowie ein Dehydratisierungsmittel
einsetzt, das in der Lage ist, bei einer Temperatur von 23°C innerhalb 30 Sekunden den Metalloxid-haltigen
Tröpfchen die Hauptmenge des Wassers zu entziehen und dabei die meisten dieser Tröpfchen in entsprechende, mit einer Flüssigkeit
gefüllte Gelteilchen überführt, und gegebenenfalls die durch Wärmebehandeln der Gelteilchen erhaltenen porösen
Mikrokapseln evakuiert oder mit einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff füllt und anschließend durch Hitze
verschließt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Dehydratisierungsmittel n-Butanol
oder sek.-Butanol einsetzt.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung der Gelteilchen in Anwesenheit
eines bestimmten Gases und bei einer Temperatur durchführt, bei der verschlossene Mikrokapseln gebildet werden,
die das bestimmte Gas eingeschlossen enthalten.
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23. Verfahren nach Anspruch 2O oder 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die Wärmebehandlung der Gelteilchen erhaltenen porösen Mikrokapseln in eine bestimmte Flüssigkeit
getaucht und mit dieser gefüllt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch, gekennzeichnet,
daß die durch die Wärmebehandlung-der Gelteilchen erhaltenen
porösen Mikrokapseln mit einem bestimmten Feststoff gefüllt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metalloxid Titanoxid einsetzt.
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Leerseite
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