EP2164806A2 - Hybrid nanoparticles - Google Patents

Hybrid nanoparticles

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Publication number
EP2164806A2
EP2164806A2 EP08785890A EP08785890A EP2164806A2 EP 2164806 A2 EP2164806 A2 EP 2164806A2 EP 08785890 A EP08785890 A EP 08785890A EP 08785890 A EP08785890 A EP 08785890A EP 2164806 A2 EP2164806 A2 EP 2164806A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
organic molecules
compounds
polymers
organic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08785890A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Monica Fernandez Gonzalez
Richard Riggs
Simon Schambony
Rüdiger Sens
Wolfgang Best
James Reuben Brown
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP08785890A priority Critical patent/EP2164806A2/en
Publication of EP2164806A2 publication Critical patent/EP2164806A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to particles obtainable by the reaction of compounds capable of forming inorganic nanoparticles with organic molecules containing functional groups, and the use of these particles to furnish inanimate organic polymers, in particular for stabilization against the action of UV radiation. Furthermore, the invention relates to liquid formulations containing such particles, as well as processes for the preparation of the particles and their liquid formulations.
  • the present invention includes powders obtainable from the above liquid formulations and also liquid formulations obtainable by redispersing the powders.
  • the production of surface-modified nanoscale ceramic powders is known from WO 93/21127.
  • the unmodified ceramic powder is dispersed in water and / or an organic solvent in the presence of a low molecular weight organic compound having a group capable of reacting and / or interacting with groups present on the surface of the powder particles.
  • a low molecular weight organic compound having a group capable of reacting and / or interacting with groups present on the surface of the powder particles.
  • Specific examples of the low molecular weight organic compounds are certain mono- and polycarboxylic acids, mono- and polyamines, .beta.-dicarbonyl compounds, organoalkoxysilanes, or modified alkoxides.
  • the surface modification with these low molecular weight organic compounds serves to control the agglomeration of the nanoscale particles.
  • EP 1 205 177 A2 and EP 1 205 178 A2 describe conjugates which can be used for the preparation of dermatological and cosmetic compositions.
  • the conjugates include an inorganic pigment and an organic compound-based drug covalently linked to the inorganic pigment via a spacer group.
  • the conjugates are prepared by binding the active ingredient via a spacer group to a preformed inorganic pigment.
  • WO 2006/099952 describes metal oxide particles which are provided with a shell based on at least one crosslinkable chromophore.
  • the meta Loxide particles are initially charged and then provided with the shell containing crosslinkable chromophores.
  • WO 2007/017587 and WO 2007/017586 describe mixtures containing nanoparticles based on metal derivatives and organic compounds which contain a carboxyl or sulfonic acid group for use in cosmetic sunscreen formulations.
  • the organic compounds are covalently attached to the nanoparticles via the carboxyl or sulfonic acid group.
  • the mixtures are prepared by means of special alkoxy compounds which already contain the covalently bonded organic compounds.
  • WO 2005/120440 A1 describes particles comprising an inorganic network and organic compounds which are covalently bonded to the network via a spacer group, the organic compounds being present by co-polymerization during the preparation in the interior of the particles.
  • the presence of organic molecules within an inorganic network can adversely affect the performance of these particles, for example, where interaction between the organic molecules and the particle environment is desired.
  • the production of the modified particles is often carried out either by the surface modification of existing particles, or by the reaction of already modified compounds. In one case, one is limited to existing particle sizes and in the other case, first modified compounds must be prepared. Both approaches, however, limit the possibilities for producing modified particles.
  • a further object of the invention was to find further and improved production processes which allow efficient access to migration-stable functional additives with increased stability.
  • Terms of the form C 3 -Cb in the context of this invention designate chemical compounds or substituents with a certain number of carbon atoms.
  • the number of carbon atoms can be selected from the entire range from a to b, including a and b, a is at least 1 and b is always greater than a.
  • Further specification of the chemical compounds or substituents is made by expressions of the form Ca-Cb-V.
  • V here stands for a chemical compound class or substituent class, for example for alkyl compounds or alkyl substituents.
  • Halogen is fluorine, chlorine, bromine or iodine, preferably fluorine, chlorine or bromine, particularly preferably fluorine or chlorine.
  • C 1 -C 20 -alkyl straight-chain or branched hydrocarbon radicals having up to 20 carbon atoms, for example C 1 -C 10 -alkyl or C 2 -C 20 -alkyl, preferably C 1 -C 10 -alkyl, for example C 1 -C 3 -alkyl, such as methyl, ethyl, propyl , Isopropyl, or C 4 -C 6 -alkyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, 1, 1-dimethylethyl, pentyl, 2-methylbutyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 2,2 -Dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 2-methylpentyl, 3-methyl-pentyl, 1, 1-dimethylbutyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2-dimethyl
  • Trimethylpropyl 1, 2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, or C 7 0 CI -alkyl, such as heptyl, octyl, 2-ethyl-hexyl, 2, 4,4-trimethylpentyl, 1,1,3,3-tetramethylbutyl, nonyl or decyl and their isomers.
  • C 1 -C 20 -alkylcarbonyl a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (as mentioned above) which is attached via a carbonyl group (-CO-), preferably C 1 -C 10 -alkylcarbonyl, such as, for example, formyl, acetyl, n- or iso Propionyl, n-, iso-, sec- or tert-butanoyl, n-iso-, sec- or tert-pentanoyl, n- or iso-nonanoyl, n-dodecanoyl.
  • -CO- carbonyl group
  • Aryl a mono- to trinuclear aromatic ring system containing 6 to 14 carbon ring members, e.g. As phenyl, naphthyl or anthracenyl, preferably a mono- to binuclear, more preferably a mononuclear aromatic ring system.
  • Aryloxy is a mono- to trinuclear aromatic ring system (as mentioned above) which is attached via an oxygen atom (-O-), preferably a mono- to binuclear, particularly preferably a mononuclear aromatic ring system.
  • Arylalkyl is a mono- to trinuclear aromatic ring system (as mentioned above) which is attached via a C 1 -C 20 -alkylene group, preferably a mononuclear or dinuclear, more preferably a mononuclear aromatic ring system.
  • C 1 -C 20 -alkylene straight-chain or branched hydrocarbon radicals having 2 to 20 carbon atoms, for example C 2 -C 10 -alkylene or C 2 -C 20 -alkylene, preferably C 2 -C 10 -alkylene, in particular methylene, dimethylene, trimethylene, tetramethylene, pentamethylene or hexamethylene ,
  • Heterocycles five- to twelve-membered, preferably five- to nine-membered, particularly preferably five- to six-membered, oxygen, nitrogen and / or sulfur atoms, ring rings optionally containing several rings such as furyl, thiophenyl, pyrryl, pyridyl, indolyl, benzoxazolyl, Dioxolyl, dioxyl, benzimidazolyl, benzthiazolyl, dimethylpyridyl, methylquinolyl, dimethylpyrryl, methoxyfuryl, dimethoxypyridyl, difluoropyridyl, methylthiophenyl, isopropylthiophenyl or tert-butylthiophenyl.
  • C 1 -C 20 -alkoxy denotes a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (as mentioned above) which are bonded via an oxygen atom (-O-), for example C 1 -C 10 -alkoxy or C 2 -C 20 -alkoxy, preferably C 1 C10 alkyloxy, particularly preferably Ci-C3-alkoxy, such as methoxy, ethoxy, propoxy.
  • Heteroatoms are preferably oxygen, nitrogen, sulfur or phosphorus.
  • solvent is also used for diluents
  • the dissolved compounds are present either in solution, in suspension, in dispersed form or in emulsified form in the solvent or in contact with the solvent to understand.
  • Liquid formulations of the particles P according to the invention are solutions, dispersions, emulsions or suspensions of the particles P.
  • nanoparticles are understood as meaning particles having a particle size of 1 nm to 1000 nm.
  • the term “(nano) particle” also uses the term “(nano) particle”.
  • particle size can be determined by measurements using a transmission electron microscope (TEM), dynamic light scattering (DLS) or UV absorption wavelength measurements. Particle sizes are determined in the context of the present application, if possible, by means of the measurements of a transmission electron microscope (TEM).
  • the particle size would correspond to the particle diameter. It goes without saying that the agglomerates, which may have arisen as a result of a juxtaposition of nanoparticles, of the initially formed primary particles, may also be greater than 1000 nm.
  • the particles P are prepared by the reaction of compounds V which can form inorganic nanoparticles X with organic molecules M containing functional groups Z.
  • the compounds V may all be the same or different.
  • the organic molecules M, as well as the functional groups Z can all be the same or different.
  • the particles according to the invention can therefore also be mixtures of different types of particles.
  • the compounds V are all the same.
  • the compounds V are all the same and at the same time the organic molecules M are all the same.
  • the particles P according to the invention and the nanoparticles X can be both crystalline and amorphous or have varying proportions of crystalline and amorphous structures.
  • the detection is carried out by TEM measurements or by X-ray powder diffraction measurements.
  • the stoichiometric composition of the particles P according to the invention containing the inorganic nanoparticles X and the organic molecules M can vary over a wide range, for example depending on the nature of the compounds V or the nature of the organic molecules M, as explained below.
  • compounds V are substances which can form inorganic nanoparticles through a series of hydrolysis and condensation reactions (SoI-GeI process).
  • Preferred substances used as compounds V are those which lead to the formation of inorganic nanoparticles containing metal or semimetal oxides, metal or semimetal sulfides, selenides, nitrides, sulfates or carbonates.
  • Particularly important Preferred compounds here are those compounds V which lead to the formation of inorganic nanoparticles containing metal or semimetal oxides, particularly preferably to metal oxides.
  • such compounds V contain the elements Si, Zn, Ti, Ce, Zr, Sn, Fe. Zn, Ti, Sn are preferred.
  • Zn (OAc) 2 , Zn (NOs) 2 , ZnCl 2 , Ti (OiPr) 4 or SnCl 4 are preferred.
  • compounds V which are further metal salts, are used to form the inorganic nanoparticles.
  • the metal salts of 1 to 5 valent metal cations are preferably used here.
  • the metal salts of 2 to 4 valent metal cations are particularly preferably used.
  • suitable metal cations are alkali metal ions, alkaline earth metal ions, earth metal ions or transition metal ions.
  • Preferred metal cations are Zn (II), Ti (IV), Ce (I), Ce (III), Zr (II), Sn (II), Sn (IV), Fe (II), Fe (III).
  • Zn (II), Ti (IV) are particularly preferred.
  • the compounds V are metal salts as anions acetate, formate or benzoate. Particularly preferred is acetate.
  • Metal oxides of the form A x Oy, where x is a number from the range of 1 to 3 and y is a number from the range of 1 to 5 and A is a metal, are particularly preferred.
  • ZnO, TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Ce 2 O 3 , SnO 2 , SnO, Al 2 O 3 , SiO 2 , or Fe 2 O 3 are very particularly preferred as metal oxides.
  • the particles P of the symbolic formula X-M according to the invention preferably obey, and the organic molecules M interact with the inorganic nanoparticles X on the basis of the compounds V. This interaction preferably takes place on the surface of the inorganic nanoparticles X and the particles according to the invention In this case, P correspond to surface-modified inorganic nanoparticles.
  • the symbolic formula XM denotes a variable composition of the particles P according to the invention over a wide range. This composition comprises the interaction of an organic molecule M with an organic nanoparticle X.
  • the symbolic see formula XM the interaction of several organic molecules M with an inorganic nanoparticle X.
  • the structure of the particles P according to the invention can generally vary over a wide range, for example depending on the nature of the compound V.
  • the organic molecules M may be distributed in the particle P or at the surface of the particle.
  • the distribution of the organic molecules M in the particle P may be homogeneous or else heterogeneous.
  • the M are at or substantially at the surface of the particles P.
  • the coating of the surface of the particles P with the organic molecules M can be present completely or partially, for example in the form of individual islands. More preferably, as already mentioned above, the organic molecules M are present essentially at the surface of the particles P.
  • the structure of the particles P according to the invention may, in the regions in which no organic molecules M are present, correspond to the structure of the inorganic nanocrystals X which would be present if no organic molecules were present during the formation of the particles P.
  • a determination of the distribution of the organic molecules M in the particles P is carried out, for example, by determining the crystallinity of the particles P by means of TEM measurements.
  • a distribution of the organic molecules M in the particles P generally disturbs the crystallinity of the particles P more than a distribution of the organic molecules M substantially at the surface of the particles P.
  • the inorganic nanoparticles X can also be replaced by particles P according to the invention.
  • the particles P contain from 0.1 to 99.9 wt .-% of the organic compounds M, based on the total weight of the particles P, preferably from 1 to 80 wt .-% and particularly preferably 5 to 70 wt .-% ,
  • the inorganic particles X and the particles P according to the invention preferably have a particle size of 1 nm to 1000 nm.
  • the particle size of X and P is preferably from 1 nm to 100 nm.
  • the particle size is particularly preferably from 1 nm to 50 nm, very particularly preferably from 1 nm to 30 nm and in particular from 1 nm to 20 nm.
  • the organic molecules M containing functional groups Z are preferably of low molecular weight, i. they have a molecular weight of less than 800 g / mol. More preferably, the molecular weight of the organic molecules is below 600 g / mol, in particular below 500 g / mol.
  • the organic molecules M of the formula Y'-Z obey.
  • the particles according to the invention can therefore preferably be described by the following symbolic general formulas (I) and (II):
  • the chemical reaction of the linker Y 'to the linker Y is carried out by hydrolysis.
  • the linker may be covalently linked to the inorganic nanoparticle X.
  • an electrostatic (ionic) interaction an interaction via dipole-dipole forces or via hydrogen bonds bonds is possible.
  • the linker interacts covalently or electrostatically with X.
  • the linker can also interact with the inorganic nanoparticle at several points, for example form a plurality of covalent bonds, or, in addition to a covalent bond, have further interactions with X, for example via hydrogen bridges.
  • the linker corresponds to -Y-
  • R 1 is H, Ci-C2 o alkyl, aryl, arylalkyl, heterocyclic, Ci-C2o-alkylcarbonyl, R 2, R 3 independently voneinenander O, C 2 O-alkoxy, Ci-C2o-alkyl,
  • Aryl, arylalkyl, heterocycles, R 4 is a single chemical bond, O, Ci-C2o-alkylene,
  • R 6 is H, C 1 -C 20 -alkyl
  • substituents R 1 to R 4 and / or R 6 may each be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms being interrupted roatoms is not more than 10, preferably not more than 8, very particularly preferably not more than 5 and in particular not more than 3, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and particularly preferably not more than three times, by C 1 -C 20 -alkyl, C 1 -C 20 -alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles, heteroatoms or halogen may be substituted, which may also be substituted at most twice, preferably at most once with said groups.
  • Metal cations are preferably mono-, di-, or trivalent metal cations, for example, alkali, alkaline earth, earth metal, transition metal cations.
  • metal cations are Li + , Na + , K + , Ca 2+ and / or Mg 2+ .
  • a divalent metal cation neutralizes two linkers L10. Formation of ionic interactions, for example salt bridges, between linkers L10 is possible.
  • Preferred linkers -Y- are L1, L5, L8, L10 or L14.
  • Preferred silane linkers are L14
  • the organic molecules M interact not only with the compounds V but also with one another.
  • the organic molecules M can interact with one another via electrostatic interactions or hydrogen bonds.
  • the organic molecules M react with each other in a chemical reaction, before or after a possible chemical reaction with the inorganic nanoparticles.
  • this is possible in the form of a crosslinking reaction between the organic molecules M. This can take place before, during, or after the formation of the particles P.
  • Such crosslinking preferably takes place when the organic molecules carry silane groups which are capable of condensation reactions.
  • the crosslinking reaction can lead to the formation of a completely crosslinked shell, or even only partially crosslinked areas on the surface.
  • the functional group Z of the organic molecule may be very different depending on the use of the particles of the invention.
  • the functional group Z comprises a chromophore that can absorb electromagnetic radiation.
  • a chromophore is capable of absorbing IR, visible, or UV light.
  • such a chromophore can then emit the absorbed light again, optionally at a different wavelength (fluorescence or phosphorescence), or else emit the received light energy without radiation.
  • a chromophore can then emit the absorbed light again, optionally at a different wavelength (fluorescence or phosphorescence), or else emit the received light energy without radiation.
  • the functional group Z comprises, for example, stabilizers for organic polymers, auxiliaries for organic polymers, flame retardants, organic dyes, or IR dyes, fluorescent dyes, optical brighteners, antistatic agents, antiblocking agents, nucleating agents, antimicrobial additives.
  • the functional group Z preferably comprises a chromophore which absorbs UV light having a wavelength of less than 400 nm, in particular from 200 to 400 nm (UV absorber). Such a chromophore can therefore absorb, for example, UV-A (from 320 to 400 nm), UV-B (from 290 to 319 nm) and / or UV-C (from 200 to 289 nm).
  • the chromophore preferably absorbs UV -A and / or UV-B light. Most preferably, the chromophore absorbs UV-A and / or UV-B light and deactivates the received light energy without radiation.
  • the functional group Z corresponds
  • R is halogen, hydroxy, phenyl, C 1 -C 20 -alkyl, hydroxyphenyl,
  • n is an integer in the range of 0 to 4
  • substituents R can be the same or different independently of one another, and wherein the substituent R can be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms being not more than 10, preferably not more than 8, very particularly preferably not more than 5 and in particular not more than 3, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and more preferably not more than three times, by Ci-C2o-alkyl, Ci-C2o Alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles, heteroatoms or halogen may be substituted, which may also be substituted at most twice, preferably at most once with said groups.
  • the particles P according to the invention preferably absorb light having a wavelength of 200 to 600 nm. Further preferably, the absorption spectrum of the particles according to the invention has at least one absorption maximum in the wavelength range from 200 to 600 nm. Particles of the invention preferably absorb UV-A and / or UV-B light. Most preferably, the particles according to the invention absorb UV-A and / or UV-B light and deactivate the absorbed light energy without radiation.
  • the UV absorbers used are preferably organic molecules M which have a linker Y or Y '.
  • UV absorbers are often commercial products. They are sold, for example, under the trademark Uvinul® by BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen.
  • the UVinul® light stabilizers comprise compounds of the following classes: benzophenones, benzotriazoles, cyanoacrylates, cinnamic acid esters, para-aminobenzoates, naphthalimides.
  • other known chromophores are used, e.g. Hydroxyphenyltriazines or oxalanilides. Such compounds are used, for example, alone or in mixtures with other light stabilizers in cosmetic applications, for example sunscreens or for the stabilization of organic polymers.
  • a particularly preferred UV absorber is 4-n-octyloxy-2-hydroxybenzophenone. Further examples of UV absorbers are:
  • substituted acrylates such as, for example, ethyl or isooctyl- ⁇ -cyano- ⁇ , ⁇ -diphenylacrylate (mainly 2-ethylhexyl- ⁇ -cyano- ⁇ , ⁇ -diphenylacrylate), methyl- ⁇ -methoxycarbonyl- ⁇ -phenylacrylate, methyl ⁇ - methoxycarbonyl- ⁇ - (p-methoxyphenyl) acrylate, methyl or butyl ⁇ -cyano- ⁇ -methyl- ⁇ - (p-methoxyphenyl) acrylate, N- ( ⁇ -methoxycarbonyl- ⁇ -cyanovinyl) -2-methylindoline, octyl -p-methoxycinnamate, isopentyl-4-methoxycinnamate, urocanic acid or its salts or esters; Derivatives of p-aminobenzoic acid, in particular their esters, for example ethy
  • 2-hydroxybenzophenone derivatives e.g. 4-hydroxy, 4-methoxy, 4-octyloxy, 4-decyloxy, 4-dodecyloxy, 4-benzyloxy, 4, 2 ', 4'-trihydroxy, 2'-hydroxy-4,4' - dimethoxy-2-hydroxybenzophenone and 4-methoxy-2-hydroxybenzophenone-sulfonic acid sodium salt;
  • Esters of 4,4-diphenylbutadiene-1, 1-dicarboxylic acid e.g. the bis (2-ethylhexyl) ester;
  • Dibenzoylmethanes e.g. 4-tert-butyl-4'-methoxydibenzoylmethane
  • 2,4,6-triaryltriazine compounds such as 2,4,6-tris ⁇ N- [4- (2-ethylhex-1-yl) oxycarbonylphenyl] amino ⁇ -1, 3,5-triazine, 4,4 ' - ((6- ((tert.
  • UV absorbers can be found in the document Cosmetic Legislation, Vol. 1, Cosmetic Products, European Commission 1999, pp. 64-66, to which reference is hereby made.
  • Suitable UV absorbers are also described in lines 14 to 30 ([0030]) on page 6 of EP 1 191 041 A2. These are incorporated herein by reference, and this reference is made to the disclosure of the present invention.
  • particles P which contain organic UV absorbers are used as organic molecules for stabilizing polymers against the action of UV light.
  • Another object of the present invention is a general method for stabilizing polymers against the action of light, radicals or heat, wherein the polymers nanoparticles are added to the surface organic, light-absorbing compounds, such as UV absorbers, are attached.
  • This general method according to the invention can, of course, be carried out with the aid of the corresponding particles P of the invention, which have light-absorbing compounds substantially on their surface, but are not limited thereto.
  • Another object of the invention is the use of nanoparticles, on the surface of organic, light-absorbing compounds are attached to stabilize polymers against the action of light, radicals or heat.
  • incorporation of the nanoparticles, on the surface of which organic, light-absorbing compounds are bonded into polymers can be effected by the same processes as the incorporation of the particles P according to the invention into polymers.
  • the particles P of the invention have the advantage that the photocatalytic activity is reduced or completely suppressed when used as organic molecules M UV absorber.
  • the particles P produced by means of UV absorbers as organic molecules M, by the process according to the invention, have the further advantage that the UV absorbers are generally stabilized.
  • the life of the UV absorbers is generally prolonged and premature photochemical destruction of the UV absorbers is prevented. This effect contributes to an effective reduction of the required amount of UV absorber.
  • Suitable organic molecules M are also stabilizers for organic polymers into consideration.
  • the stabilizers are compounds that are organic polymers against degradation by exposure to oxygen, light (except UV) or Stabilize heat. They are also referred to as antioxidants or as light stabilizers, cf. Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 3, 629-650 (ISBN-3-527-30385-5) and EP-A 1 1 10 999, page 2, line 29 to page 38, line 29. With such stabilizers virtually all organic polymers are stabilized, cf. EP-A 1 1 10 999, page 38, line 30 to page 41, line 35. This reference is made by reference to the disclosure of the present invention.
  • the stabilizers described in the EP application belong to the class of compounds of pyrazolones, organic phosphites or phosphonites, sterically hindered phenols and sterically hindered amines (stabilizers of the so-called HALS type or HALS stabilizers, see Römpp, 10th edition, US Pat. Volume 5, pages 4206-4207 According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain stabilizers as organic molecules M for stabilizing polymers.
  • mixtures of particles P which contain as organic molecules M UV absorbers and certain auxiliaries for organic polymers are used.
  • the ratio of auxiliary agents to UV absorbers can vary widely.
  • the ratio of UV absorbers to auxiliaries is from 10: 1 to 1:10, preferably from 5: 1 to 1: 5, in particular from 2: 1 to 1: 2.
  • organic molecules M are further aids for organic polymers into consideration.
  • Auxiliaries are, for example, substances which at least largely prevent the fitting of films or molded parts made of plastics, so-called antifogging agents.
  • suitable polymer additives are anti-fogging agents for organic polymers, from which, in particular, sheets or films are produced.
  • Such polymer additives are described, for example, by F. WyNn, in Plastics Additives Handbook, 5th Edition, Hanser, ISBN 1-56990-295-X, pages 609-626. According to the invention, therefore, particles P which contain as organic molecules M adjuvants can be used as anti Use fogging or anti-fogging agents.
  • Suitable organic molecules M are lubricants such as oxidized polyethylene waxes and antistatic agents for organic polymers. Examples of antistatic agents cf. the aforementioned reference F. WyNn, Plastics Additives Handbook, pp. 627-645.
  • organic molecules M are flame retardants, which are described, for example, in Römpp, 10th edition, pages 1352 and 1353 and in Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 14, 53-71. According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain flame retardants as organic molecules M as flame retardants for polymers.
  • Commercial stabilizers and adjuvants are available, for example, under the trade names Tinuvin®, Chimassorb®, and Irganox® from Ciba, Cyasorb® and Cyanox® from Cytec, Lowilite®, Lowinox®, Anox®, Alkanox®, Ultranox®, and Weston® from Chemtura and Hostavin ® and Hostanox® from Clariant. Stabilizers and auxiliaries are described for example in Plastics Additives Handbook, 5th edition, Hanser Verlag, ISBN 1-56990-295-X.
  • organic molecules M are organic dyes that absorb light in the visible range, or optical brighteners. Such dyes and optical brighteners are described in detail in the prior art WO 99/40123, page 10, line 14 to page 25, line 25, which is incorporated herein by reference. While organic dyes have an absorption maximum in the wavelength range from 400 to 850 nm, optical brighteners have one or more absorption maxima in the range from 250 to 400 nm. Optical brighteners emit fluorescence radiation in the visible range when exposed to UV light. Examples of optical brighteners are compounds from the classes of bisstyrylbenzenes, stilbenes, benzoxazoles, coumarins, pyrenes and naphthalenes.
  • optical brighteners are sold under the trademarks Tinopal® (Ciba), Ultraphor® (BASF Aktiengesellschaft) and Blankophor® (Bayer). Optical brighteners are also described in Römpp, 10th edition, volume 4, 3028-3029 (1998) and in Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 24, 363-386 (2003). According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain organic dyes or brighteners as organic molecules for coloring or lightening polymers.
  • IR dyes which are sold for example by BASF Aktiengesellschaft as Lumogen® IR.
  • Lumogen® dyes include compounds of the classes of perylenes, naphthalimides, or quaterylenes. According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain IR dyes as organic molecules as IR absorbers for polymers or for the invisible marking of polymers.
  • particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of benzophenones are preferred.
  • particles P are also obtainable which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of salicylic acid.
  • particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of organic molecules M, of the formula Y'-Z or YZ, where Y is a silane linker (L14) and Function of a UV absorber has.
  • particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of OO 2 in the presence of organic molecules M of the formula Y'-Z or YZ, where Y is a carboxyl linker (L5) and Function of a UV absorber has.
  • particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of organic molecules M, of the formula Y'-Z or YZ, where Y is the linker L1 and Z is a group Z2, are also preferred ,
  • Preferred particles P according to the invention are those particles in which all features take on their preferred meaning.
  • the particles according to the invention can subsequently be modified on their surface by processes known from the prior art (EP 1 205 177 A2, WO 93/21127).
  • the particles P according to the invention are prepared by reacting compounds V which can form inorganic nanoparticles X with organic molecules M containing functional groups Z, the molecules M and the compounds V being present together during the formation process of the particles P. ,
  • inorganic nanoparticles can be formed with the aid of the compounds V.
  • the formation of the inorganic nanoparticles X can also take place in the absence of the organic molecules M.
  • the compounds V and the organic molecules M are co-present in the formation of the particles P.
  • the organic molecules M preferably influence the formation of inorganic nanoparticles from the compounds V to the effect that in the reaction of the compounds V not the inorganic nanoparticles X, but the particles P according to the invention are formed.
  • the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps:
  • the organic molecules M or the compounds V are dissolved in a solvent in step (a).
  • a solvent particularly preferably, both the compounds V and the organic molecules are dissolved in a solvent and are mixed in dissolved form, in particular the compounds V and the organic molecules M are dissolved in the same solvent.
  • step (c) is the addition of further substances, for example initiators or catalysts for the formation of the inorganic nanoparticles, or further organic molecules M.
  • Initiators or catalysts for the formation of the inorganic nanoparticles are understood to be substances which initiate or accelerate the formation of the particles P.
  • bases in particular EtONa, EtOK, EtOLi, PrONa, MeONa, NaOH, LiOH, KOH, trialkylamines, tetra-alkylammoniumhydroxide, or acids, in particular HCl, H2SO4, HNO3, acetic acid, or salts, in particular tetra-alkylammoniumhalogenide used
  • step (c) further organic molecules M are preferably added.
  • the addition of these further organic molecules M can be used to control the particle size of the particles P or to introduce additional functional groups Z into the particles P.
  • the particle size is dependent on the concentration of the organic molecules M, the higher the concentration of M, the lower the particle size of the particles P in general.
  • additional functional groups Z can be added to the TeN atoms. introduce P.
  • the Zs can all be the same or different.
  • particles P with different Z can be produced by means of the process according to the invention.
  • the particles P of the invention prepared with different Z generally have combined properties based on the different Z, on. For example, it is possible in this way to produce particles P which contain different UV absorbers and thus cover the entire required absorption spectrum.
  • Further combinations of functional groups are, for example, flame retardants with dyes or UV absorbers with flame retardants. Depending on the desired field of application, further combinations can be selected. Such combinations often show synergies.
  • a solvent is used in the preparation process according to the invention in step (a) and in step (c) further substances are added or further molecules M are added.
  • the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps: (a) providing Zn (OAc) 2 and UV absorbers, (b) mixing Zn (OAc) 2 and UV absorbers in polar solvent, preferably ethanol or Water, (c) reacting the mixture of (b) in the presence of base, preferably NaOH or LiOH, to particles P of the invention. (D) optionally isolating the particles P. (e) optionally purifying and working up the particles P. (f) Optional further modification of the particles P. (g) optionally redispersion of the particles P.
  • the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps: (a) providing Ti (OiPr) 4 and UV absorbers, (b) mixing Ti (OiPr) 4 and UV absorber in polar solvent, preferably ethanol or water, (c) reaction of the mixture of (b) in the presence of base, preferably NaOH or LiOH, to give particles P of the invention. (d) optionally isolating the particles P. (e) optionally purifying and working up the particles P. f) Optional further modification of the particles P. (g) Optional redispersion of the particles P.
  • the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps: (a) Provision of Tii ⁇ Oi6 (OEt) 32 according to the literature procedure (Sanchez C. et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4869-4878 , R. Schmid, A. Mosset and J. Galyy, J. Chem. Soc, Dalton Trans., 1991, 1999) and UV absorbers, (b) mixing Tii6 ⁇ i6 (OEt) 32 and UV absorbers in polar solvent, preferably ethanol or water, (c) reaction of the mixture of (b) in the presence of base, preferably NaOH or LiOH, to particles P according to the invention. (d) optionally isolation of the particles P. (e) optionally purification and work-up of the particles P. f) Optional further modification of the particles P. (g) Optional redispersion of the particles P.
  • the optional further modification of the particles P (f) preferably comprises a chemical modification of the particles P, in particular on the organic molecules M, very preferably a chemical reaction on the functional groups Z.
  • a chemical modification of the particles P in particular on the organic molecules M, very preferably a chemical reaction on the functional groups Z.
  • Pressure and temperature are generally of minor importance for the preparation of the particles P according to the invention.
  • the choice of temperature can have an influence on the particle size and depends naturally on the compounds V used.
  • the reaction temperature in the range of - 5 ° C to 300 0 C, often in the range of 10 to 150 0 C.
  • the reaction is temperature in the range of 20 to 70 0 C.
  • the reaction is usually carried out at normal pressure or ambient pressure carried out. However, it can also be carried out in the pressure range of up to 50 bar.
  • the solids content of the liquid formulations according to the invention is determined to a first approximation by the particles P of the invention and varies depending on the application in a wide range.
  • the solids content is in the range from 1 to 90% by weight and in particular in the range from 5 to 70% by weight, based on the total weight of the liquid formulation.
  • the liquid formulations according to the invention can be used directly as such or after dilution.
  • the liquid formulations of the invention may contain conventional additives (additives), for.
  • additives for.
  • the viscosity-modifying additives thickener
  • anti-foaming agents bactericides, antifreeze and / or surface-active substances.
  • the surface-active substances include protective colloids or low molecular weight emulsifiers (surfactants), the latter usually having a molecular weight below 2000 g / mol, in particular below 1000 g / mol (mass average), in contrast to the protective colloids.
  • the protective colloids or emulsifiers may be anionic, nonionic, cationic or zwitterionic in nature.
  • liquid formulations according to the invention can be formulated with conventional binders, for example aqueous polymer dispersions, water-soluble resins or with waxes.
  • binders for example aqueous polymer dispersions, water-soluble resins or with waxes.
  • the particles P according to the invention are contained in the liquid formulations and can be obtained from these liquid formulations (step (d) and (e) of the process according to the invention) by removing the volatile constituents of the liquid phase in powder form.
  • the powder particles of the invention may be present either isolated, in agglomerated form, or partially filmed.
  • the powders according to the invention are accessible, for example, by evaporation of the liquid phase, freeze-drying or by spray-drying.
  • liquid formulations according to the invention are obtainable by redispersion (step (f) of the process according to the invention) of the powders according to the invention, for example in ethanol or toluene.
  • the liquid formulations according to the invention and the powders according to the invention obtainable therefrom by separation of the liquid phase have the advantage that they contain the organic molecules M in a controlled migration stable manner over a long period of time, ie. the organic molecules M are associated with the particles P over an extended period of time and are not released to the environment outside the particles P. Furthermore, the inorganic constituents of the nanoparticles are also frequently retained in the particles P by the modification with the organic molecules M and are not released into the environment.
  • the organic molecules M and / or the inorganic nanoparticles are thus present in a form which is particularly advantageous for their application. This fact applies in particular to those liquid formulations or particle powders which contain a UV absorber.
  • the migration stability can be measured, for example, by spray-drying the liquid formulation and then extracting the powder with tetrahydrofuran (THF) by determining the fraction of organic molecules M recovered by extraction.
  • THF tetrahydrofuran
  • the metals are frequently prevented from leaving the particles P.
  • the toxic effect of the metal (cations) can be controlled.
  • the particles according to the invention in the form of their liquid formulations or powders are preferably used for finishing, for example for stabilizing, organic polymers.
  • the particles can be incorporated for this purpose both as a liquid formulation, as well as a powder by the usual methods in the organic polymers. Mention may be made, for example, of the mixture of the particles with the organic polymers before or during an extrusion step. In general, it is also possible to incorporate other, for example surface-modified nanoparticles, together with the particles according to the invention or else alone, for example as additives or fillers, into organic polymers.
  • the particles P After incorporation of the particles P according to the invention into the organic polymers, the particles P are in the polymer matrix and the organic molecules are according to the invention stable to migration in the organic polymers.
  • the migration stability can be applied analogously to the above-mentioned method (extraction with THF) for particle powder also on polymer powder containing particles P.
  • the migration stability can be tested by optical determination.
  • films are produced from the organic polymers containing the particles P, for example by extrusion, which are stored at elevated temperature (for example 60 ° C.). After a certain period of time, for example one to two weeks, it can be determined by optical examination whether the particles P have migrated to the surface of the films (formation of visible deposits).
  • Inanimate organic polymers here are any plastics, preferably thermoplastics, in particular films, fibers or shaped bodies of any desired shape. These are also referred to simply as organic polymers in the context of this application. Further examples of the equipment or stabilization of organic polymers with polymer additives can be found in the Plastics Additives Handbook, 5th edition, Hanser Verlag, ISBN 1-56990-295-X.
  • the organic polymers are preferably polyolefins, in particular polyethylene or polypropylene, polyamides, polyacrylonitriles, polyacrylates, polymethacrylates, polycarbonates, polystyrenes, copolymers of styrene or methylstyrene with dienes and / or acrylic derivatives, acrylonitrile-butadiene-styrenes (ABS), polyvinyl chlorides, polyvinyl acetals , Polyurethanes or polyesters.
  • Organic polymers may also be co-polymers, blends or blends of the above polymers. Particularly preferred polymers are polyolefins, in particular polyethylene or polypropylene.
  • thermoplastic polymer In order to stabilize a thermoplastic polymer to UV exposure, one can proceed, for example, so that one first melts the polymer in an extruder, an inventively prepared UV absorber-containing particulate powder into the polymer melt at a temperature of for example 180 to 200 0 C familiarization processed and produces a granulate from which then produced by known methods films, fibers or moldings, which are stabilized against the action of UV radiation.
  • particles of these mixtures may have the same or different compositions and size distributions.
  • particles containing UV absorbers can also be used together with other particles of the invention containing, for example, stabilizers for organic polymers such as antioxidants for stabilizing organic polymers and lacquer layers.
  • liquid formulations according to the invention or those thereof e.g. spray-dried powders containing particles of the invention containing at least one antioxidant, for example phenolic compounds such as pentaerythritol tetrakis [3- (3 ', 5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl) propionate] (available, for example, as Irganox® 1010 from Ciba SC).
  • at least one antioxidant for example phenolic compounds such as pentaerythritol tetrakis [3- (3 ', 5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl) propionate] (available, for example, as Irganox® 1010 from Ciba SC).
  • particulate powders containing at least one organic polymer antistat or organic fogging inhibitor or organic polymer colorant.
  • liquid formulations according to the invention which contain UV absorbers and stabilizers.
  • the particles of the invention P can also be used together with other additive systems to improve the overall efficiency.
  • conventional emulsion concentrates, suspension concentrates, suspoemulsion concentrates of polymer additives By mixing the particles according to the invention with conventional preparations of the abovementioned polymer additives, the spectrum of activity is broadened on the one hand if the conventional preparation contains polymer additives other than the particles according to the invention.
  • the advantages of the particles according to the invention are not lost by formulation with conventional polymer additive formulations, in particular the improved migration stability. Consequently, one can improve the performance of a conventional polymer additive formulation by formulation with particles P of the invention containing the same polymer additives. In particular, it is possible because of the improved migration stability with constant effectiveness to reduce the amount of additives used.
  • the particles P according to the invention are used together with further stabilizers for stabilizing polymers.
  • further stabilizers for stabilizing polymers.
  • UV absorbers, antioxidants, sterically hindered amines, nickel compounds, metal deactivators, phosphites, are used as further stabilizers for this purpose.
  • Phosphonites hydroxylamines, nitrenes, amine oxides, benzofuranones, indolinones, thiosynergists, peroxide-destroying compounds or basic costabilizers used.
  • the liquid formulations according to the invention are associated with a number of further advantages.
  • these are stable formulations of the particles P, for example of polymer additives.
  • the phase separation problems and settling of the polymer additive observed in other formulations as well as in microdispersions or nanodispersions of the polymer additives are not observed, even under severe conditions such as occur in the case of organic polymers with polymer additives.
  • the leaching of the polymer additive from the treated organic polymer when exposed to water is significantly reduced compared to other formulations.
  • interactions of the polymer additives with other formulation ingredients or co-polymer additives, as commonly encountered in conventional formulation are not observed.
  • a further advantage of the production method according to the invention is that the particle size of the particles P according to the invention can be adjusted in a controlled manner.
  • the concentration of organics in see molecules M in the mixture with the compounds V set the particle size of the particles P targeted.
  • particle sizes of 2 to 10 nm can be adjusted with the addition of base, for example NaOH, depending on the concentration of salicylic acid.
  • base for example NaOH
  • the particle size and composition of the particles P can be further varied.
  • the properties of the particles P can also be adjusted.
  • nanoparticles based on ZnO or TiO 2 have different UV absorptions depending on the particle size. According to the invention, therefore, for example, the UV absorption properties of the particles P can vary depending on the use. Further properties which can be set by the skilled person by routine experiments are, for example, the solubility properties of the particles P or the transparency of the materials containing the particles P.
  • the production process of the particles P according to the invention allows very efficient access to the particles.
  • the particles according to the invention are present, for example, as constituents of liquid formulations or of powders and can easily be incorporated into organic polymers.
  • the particles of the invention are particularly suitable for the equipment, for example against static charge or fogging and / or stabilization, for example against oxidation, exposure to UV rays, heat and / or light, of organic polymers.
  • a 1 molar ethanolic sodium hydroxide solution (1 eq) was added to a 0.03 molar ethanolic zinc acetate solution (1 eq) and the mixture was stirred at room temperature.
  • the growth of zinc oxide nanoparticles was monitored by UV spectroscopy. The particles grew continuously and after some time precipitated in the solution.
  • TEM showed crystalline ZnO particles of about 4 to 5 nm particle size.
  • Ethanolic solutions of sodium hydroxide (1 eq), zinc acetate (1 eq) and 2,6-dihydroxy-4-methyl-3-acetylpyridine (UV absorbing chromophore) (0.5 eq) were mixed and the mixture stirred at room temperature. After 1 hour of reaction at room temperature, the solution was concentrated to dryness to obtain surface-modified ZnO nanoparticles. This solution remained stable for several months without the particles continuing to grow.
  • a powder obtained from a part of the solution could be redispersed in ethanol.
  • UV spectroscopy of the redispersed powder showed the absorption of ZnO and the organic chromophore.
  • the absorption edge of the modified ZnO had a much lower wavelength (about 330 nm) than the unmodified ZnO of the Comparative Example 1 (about 380 nm) - this confirmed the smaller particle size.
  • TEM showed in the comparative experiment 1 crystalline ZnO nanoparticles, without surface modification, with 4 to 5 nm particle size.
  • the ZnO particles modified with the UV absorber had a particle size of 2 to 3 nm according to TEM.
  • AK ZnO 340 nm
  • AK ZnO 340 nm
  • AK ZnO 330 nm
  • AK ZnO 335 nm
  • AK ZnO 335 nm
  • a mixture of a zinc acetate solution (1 eq, 0.03 molar ethanolic solution), sodium hydroxide solution (1 eq, 1 molar ethanolic solution) and 3-aminopropyltriethoxysilane (0.5 eq, 0.03 molar solution in ethanol) was added stirred at room temperature for 24 hours. The mixture was then centrifuged and the separated solid washed several times with methanol.
  • Zinc acetate as 0.03 molar ethanolic solution.
  • NaOH as a 1 molar ethanolic solution.
  • LiOH as 0.25 molar ethanolic solution.
  • Solution solution.
  • TEM shows modified crystalline ZnO having a particle size of 2 to 3 nm.
  • UV-vis spectrum shows cinnamic acid absorption at ⁇ ma ⁇ 270nm.
  • TGA room temperature to 600 0 C
  • TGA room temperature to 600 0 C
  • TEM shows modified crystalline ZnO with a particle size of 2 to 3 nm.
  • UV-vis spectrum shows the cyanoacrylate absorption at ⁇ ma ⁇ 295 nm.
  • UV spectra in ethanol Absorption of the O2 and the chromophore are both observed.
  • Particle size determination by laser diffraction particle size from 1 to 6 nm.

Abstract

The invention relates to particles which can be obtained by reacting compounds that can form inorganic nanoparticles with organic molecules containing functional groups and to the use of said particles for finishing deactivated organic polymers, in particular for stabilising said polymers against the action of UV radiation. The invention also relates to liquid formulations containing particles of this type, to methods for producing the particles and their liquid formulations, to powders that can be obtained from the aforementioned liquid formulations and also to liquid formulations that can be obtained by the deflocculation of the powder. The invention further relates to the use of nanoparticles, on the surface of which organic, light-absorbing compounds are bonded, for stabilising polymers against the action of light, radicals or heat.

Description

Hybride Nanopartikel Hybrid nanoparticles
Beschreibung:Description:
Die vorliegende Erfindung betrifft Teilchen, erhältlich durch die Umsetzung von Verbindungen, die anorganische Nanopartikel bilden können, mit organischen Molekülen, die funktionelle Gruppen enthalten sowie die Verwendung dieser Teilchen zur Ausrüstung unbelebter organischer Polymere, insbesondere zur Stabilisierung gegen die Einwirkung von UV-Strahlung. Weiterhin betrifft die Erfindung flüssige Formulierungen, die solche Teilchen enthalten, sowie Verfahren zur Herstellung der Teilchen und ihrer flüssigen Formulierungen. Die vorliegende Erfindung umfasst Pulver, die aus den oben genannten flüssigen Formulierungen erhältlich sind und auch flüssige Formulierungen, die durch Redispergierung der Pulver erhältlich sind.The present invention relates to particles obtainable by the reaction of compounds capable of forming inorganic nanoparticles with organic molecules containing functional groups, and the use of these particles to furnish inanimate organic polymers, in particular for stabilization against the action of UV radiation. Furthermore, the invention relates to liquid formulations containing such particles, as well as processes for the preparation of the particles and their liquid formulations. The present invention includes powders obtainable from the above liquid formulations and also liquid formulations obtainable by redispersing the powders.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils konkret angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bevorzugt bzw. ganz bevorzugt sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in denen alle Merkmale die bevorzugten bzw. ganz bevorzugten Bedeutungen haben.Further embodiments of the present invention can be taken from the claims, the description and the examples. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained of the subject matter according to the invention can be used not only in the particular concretely specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention. Preferred or very preferred are the embodiments of the present invention in which all features have the preferred or very preferred meanings.
Die Herstellung von oberflächenmodifizierten, nanoskaligen keramischen Pulvern ist aus der WO 93/21127 bekannt. Das unmodifizierte keramische Pulver wird hierbei in Anwesenheit einer niedrigmolekularen organischen Verbindung, die über eine Gruppe verfügt, die mit an der Oberfläche der Pulverteilchen vorhandenen Gruppen reagieren und/oder in Wechselwirkung treten kann, in Wasser und/oder einem organischen Lösungsmittel dispergiert. Als Beispiele für die niedrigmolekularen organischen Verbindungen sind bestimmte Mono- und Polycarbonsäuren, Mono- und Polyamine, ß- Dicarbonylverbindungen, Organoalkoxysilane, oder modifizierte Alkoholate genannt. Die Oberflächenmodifikation mit diesen niedrigmolekularen organischen Verbindungen dient der Kontrolle der Agglomeration der nanoskaligen Teilchen.The production of surface-modified nanoscale ceramic powders is known from WO 93/21127. The unmodified ceramic powder is dispersed in water and / or an organic solvent in the presence of a low molecular weight organic compound having a group capable of reacting and / or interacting with groups present on the surface of the powder particles. Specific examples of the low molecular weight organic compounds are certain mono- and polycarboxylic acids, mono- and polyamines, .beta.-dicarbonyl compounds, organoalkoxysilanes, or modified alkoxides. The surface modification with these low molecular weight organic compounds serves to control the agglomeration of the nanoscale particles.
EP 1 205 177 A2 und EP 1 205 178 A2 beschreiben Konjugate, die zur Herstellung dermatologischer und kosmetischer Zusammensetzungen verwendet werden können. Die Konjugate umfassen ein anorganisches Pigment und einen Wirkstoff auf der Basis organischer Verbindungen, die kovalent über eine Spacer-Gruppe an das anorganische Pigment gebunden sind. Die Herstellung der Konjugate erfolgt durch die Bindung des Wirkstoffs über eine Spacer-Gruppe an ein vorgeformtes anorganisches Pigment.EP 1 205 177 A2 and EP 1 205 178 A2 describe conjugates which can be used for the preparation of dermatological and cosmetic compositions. The conjugates include an inorganic pigment and an organic compound-based drug covalently linked to the inorganic pigment via a spacer group. The conjugates are prepared by binding the active ingredient via a spacer group to a preformed inorganic pigment.
In der WO 2006/099952 werden Metalloxidpartikel beschrieben, die mit einer Hülle versehen sind, die auf mindestens einem vernetzbaren Chromophor beruht. Die Meta- loxidpartikel werden vorgelegt und dann mit der Hülle enthaltend vernetzbare Chro- mophore versehen.WO 2006/099952 describes metal oxide particles which are provided with a shell based on at least one crosslinkable chromophore. The meta Loxide particles are initially charged and then provided with the shell containing crosslinkable chromophores.
WO 2007/017587 und WO 2007/017586 beschreiben Mischungen enthaltend Nano- partikel basierend auf Metallderivaten und organischen Verbindungen, die eine Carbo- xyl- oder Sulfonsäuregruppe enthalten zur Verwendung in kosmetischen Sonnenschutzformulierungen. Die organischen Verbindungen sind über die Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppe kovalent an die Nanopartikel angebunden. Die Herstellung der Mischungen erfolgt mit Hilfe spezieller Alkoxyverbindungen, die bereits die kovalent an- gebundenen organischen Verbindungen enthalten.WO 2007/017587 and WO 2007/017586 describe mixtures containing nanoparticles based on metal derivatives and organic compounds which contain a carboxyl or sulfonic acid group for use in cosmetic sunscreen formulations. The organic compounds are covalently attached to the nanoparticles via the carboxyl or sulfonic acid group. The mixtures are prepared by means of special alkoxy compounds which already contain the covalently bonded organic compounds.
WO 2005/120440 A1 beschreibt Partikel umfassend ein anorganisches Netzwerk und über eine Spacer-Gruppe kovalent an das Netzwerk gebundene organische Verbindungen, wobei die organischen Verbindungen durch Co-Polymerisation bei der Her- Stellung im Inneren der Partikel vorliegen. Das Vorliegen organischer Moleküle im Inneren eines anorganischen Netzwerks kann sich negativ auf die Anwendungseigenschaften dieser Teilchen auswirken, wenn beispielsweise eine Wechselwirkung zwischen den organischen Molekülen und der Teilchenumgebung gewünscht ist.WO 2005/120440 A1 describes particles comprising an inorganic network and organic compounds which are covalently bonded to the network via a spacer group, the organic compounds being present by co-polymerization during the preparation in the interior of the particles. The presence of organic molecules within an inorganic network can adversely affect the performance of these particles, for example, where interaction between the organic molecules and the particle environment is desired.
In den erwähnten Verfahren des Standes der Technik erfolgt die Herstellung der modifizierten Teilchen häufig entweder durch die Oberflächenmodifikation von vorhandenen Teilchen, oder durch die Reaktion von bereits modifizierten Verbindungen. In dem einen Fall, ist man beschränkt auf vorhandene Teilchengrößen und im anderen Fall müssen zunächst modifizierte Verbindungen hergestellt werden. Beide Vorgehenswei- sen schränken jedoch die Möglichkeiten zur Herstellung modifizierter Teilchen ein.In the mentioned processes of the prior art, the production of the modified particles is often carried out either by the surface modification of existing particles, or by the reaction of already modified compounds. In one case, one is limited to existing particle sizes and in the other case, first modified compounds must be prepared. Both approaches, however, limit the possibilities for producing modified particles.
Weiterhin tritt bei der Ausrüstung von unbelebten organischen Polymeren mit funktionellen Additiven, beispielsweise mit UV-Absorbern häufig das Problem auf, dass die funktionellen Additive im Laufe der Zeit die Polymermatrix verlassen, beispielsweise indem sie an die Oberfläche des Polymeren wandern (Migration). Weiterhin existiert das Bedürfnis die Stabilität (Lebensdauer) funktioneller Additive in unbelebten organischen Polymeren zu erhöhen.Furthermore, when equipping inanimate organic polymers with functional additives, for example with UV absorbers, the problem frequently arises that the functional additives leave the polymer matrix over time, for example by migrating to the surface of the polymer (migration). Furthermore, there is a need to increase the stability (lifetime) of functional additives in inanimate organic polymers.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, modifizierte Teilchen zur Verfügung zu stellen, die auf einer einfachen und kontrollierten Herstellung, ohne den Einsatz von vorgeformten Teilchen bzw. vormodifizierten Verbindungen, beruhen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, weitere und verbesserte Herstellungsverfahren zu finden, die den effizienten Zugang zu migrationsstabilen funktionalen Additiven mit erhöhter Stabilität ermöglichen.It is an object of the present invention to provide modified particles based on a simple and controlled preparation, without the use of preformed particles or premodified compounds. A further object of the invention was to find further and improved production processes which allow efficient access to migration-stable functional additives with increased stability.
Diese und andere Aufgaben werden, wie aus dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung ersichtlich, durch die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im weiteren beschrieben sind, gelöst. Es wurde überraschender Weise gefunden, dass diese Aufgaben gelöst werden durch Teilchen P, die erhältlich sind durch die Umsetzung von Verbindungen V, die anorganische Nanopartikel X bilden können, mit organischen Molekülen M, die funktionelle Gruppen Z enthalten, wobei die Moleküle M und die Verbindungen V während des Bildungsprozesses der Teilchen P gemeinsam zugegen sind.These and other objects are achieved, as apparent from the disclosure of the present invention, by the various embodiments of the method according to the invention, which are described below. It has surprisingly been found that these objects are achieved by particles P which are obtainable by the reaction of compounds V, which can form inorganic nanoparticles X, with organic molecules M which contain functional groups Z, the molecules M and the compounds V are present during the formation process of the particles P together.
Ausdrücke der Form C3-Cb bezeichnen im Rahmen dieser Erfindung chemische Verbindungen oder Substituenten mit einer bestimmten Anzahl von Kohlenstoffatomen. Die Anzahl an Kohlenstoffatomen kann aus dem gesamten Bereich von a bis b, einschließlich a und b gewählt werden, a ist mindestens 1 und b immer größer als a. Eine weitere Spezifizierung der chemischen Verbindungen oder der Substituenten erfolgt durch Ausdrücke der Form Ca-Cb-V. V steht hierbei für eine chemische Verbindungsklasse oder Substituentenklasse, beispielsweise für Alkylverbindungen oder Alkyl- substituenten.Terms of the form C 3 -Cb in the context of this invention designate chemical compounds or substituents with a certain number of carbon atoms. The number of carbon atoms can be selected from the entire range from a to b, including a and b, a is at least 1 and b is always greater than a. Further specification of the chemical compounds or substituents is made by expressions of the form Ca-Cb-V. V here stands for a chemical compound class or substituent class, for example for alkyl compounds or alkyl substituents.
Halogen steht für Fluor, Chlor, Brom, oder lod, vorzugsweise für Fluor, Chlor oder Brom, besonders bevorzugt für Fluor oder Chlor.Halogen is fluorine, chlorine, bromine or iodine, preferably fluorine, chlorine or bromine, particularly preferably fluorine or chlorine.
Im einzelnen haben die für die verschiedenen Substituenten angegebenen Sammelbegriffe folgende Bedeutung:Specifically, the collective terms given for the various substituents have the following meanings:
Ci-C2o-Alkyl: geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffreste mit bis zu 20 Koh- lenstoffatomen, beispielsweise Ci-Cio-Alkyl oder Cn-C2o-Alkyl, bevorzugt Ci-Cio-Alkyl beispielsweise Ci-C3-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, oder C4-C6-Alkyl, n- Butyl, sec-Butyl, tert.-Butyl, 1 ,1-Dimethylethyl, Pentyl, 2-Methylbutyl, 1 ,1- Dimethylpropyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, Hexyl, 2- Methylpentyl, 3-Methyl-pentyl, 1 ,1-Dimethylbutyl, 1 ,2-Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 ,1 ,2-C 1 -C 20 -alkyl: straight-chain or branched hydrocarbon radicals having up to 20 carbon atoms, for example C 1 -C 10 -alkyl or C 2 -C 20 -alkyl, preferably C 1 -C 10 -alkyl, for example C 1 -C 3 -alkyl, such as methyl, ethyl, propyl , Isopropyl, or C 4 -C 6 -alkyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, 1, 1-dimethylethyl, pentyl, 2-methylbutyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 2,2 -Dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 2-methylpentyl, 3-methyl-pentyl, 1, 1-dimethylbutyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3 , 3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1, 1, 2
Trimethylpropyl, 1 ,2,2-Tri-methylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, oder C7-C-I0-AIkVl, wie Heptyl, Octyl, 2-Ethyl-hexyl, 2,4,4-Trimethylpentyl, 1 ,1 ,3,3- Tetramethylbutyl, Nonyl oder Decyl sowie deren Isomere.Trimethylpropyl, 1, 2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, or C 7 0 CI -alkyl, such as heptyl, octyl, 2-ethyl-hexyl, 2, 4,4-trimethylpentyl, 1,1,3,3-tetramethylbutyl, nonyl or decyl and their isomers.
Ci-C2o-Alkylcarbonyl: eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen (wie vorstehend genannt), welche über eine Carbonylgruppe (-CO-) angebunden ist, bevorzugt Ci-Cio-Alkylcarbonyl wie beispielsweise Formyl, Acetyl, n- oder iso-Propionyl, n-, iso-, sec- oder tert.-Butanoyl, n-iso-, sec- oder tert.-Pentanoyl, n- oder iso-Nonanoyl, n-Dodecanoyl.C 1 -C 20 -alkylcarbonyl: a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (as mentioned above) which is attached via a carbonyl group (-CO-), preferably C 1 -C 10 -alkylcarbonyl, such as, for example, formyl, acetyl, n- or iso Propionyl, n-, iso-, sec- or tert-butanoyl, n-iso-, sec- or tert-pentanoyl, n- or iso-nonanoyl, n-dodecanoyl.
Aryl: ein ein- bis dreikerniges aromatisches Ringsystem enthaltend 6 bis 14 Kohlenstoffringglieder, z. B. Phenyl, Naphthyl oder Anthracenyl, bevorzugt ein ein- bis zweikerniges, besonders bevorzugt ein einkerniges aromatisches Ringsystem. Aryloxy ist ein ein- bis dreikerniges aromatisches Ringsystem (wie vorstehend genannt), welches über ein Sauerstoffatom (-O-) angebunden ist, bevorzugt ein ein- bis zweikerniges, besonders bevorzugt ein einkerniges aromatisches Ringsystem.Aryl: a mono- to trinuclear aromatic ring system containing 6 to 14 carbon ring members, e.g. As phenyl, naphthyl or anthracenyl, preferably a mono- to binuclear, more preferably a mononuclear aromatic ring system. Aryloxy is a mono- to trinuclear aromatic ring system (as mentioned above) which is attached via an oxygen atom (-O-), preferably a mono- to binuclear, particularly preferably a mononuclear aromatic ring system.
Arylalkyl ist ein ein- bis dreikerniges aromatisches Ringsystem (wie vorstehend genannt), welches über eine Ci-C2o-Alkylengruppe angebunden ist, bevorzugt ein ein- bis zweikerniges, besonders bevorzugt ein einkerniges aromatisches Ringsystem.Arylalkyl is a mono- to trinuclear aromatic ring system (as mentioned above) which is attached via a C 1 -C 20 -alkylene group, preferably a mononuclear or dinuclear, more preferably a mononuclear aromatic ring system.
Ci-C2o-Alkylen: geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffreste mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, beispielsweise C2-Cio-Alkylen oder Cn-C2o-Alkylen, bevorzugt C2-C10- Alkylen, insbesondere Methylen, Dimethylen, Trimethylen, Tetramethylen, Pentamethy- len oder Hexamethylen.C 1 -C 20 -alkylene: straight-chain or branched hydrocarbon radicals having 2 to 20 carbon atoms, for example C 2 -C 10 -alkylene or C 2 -C 20 -alkylene, preferably C 2 -C 10 -alkylene, in particular methylene, dimethylene, trimethylene, tetramethylene, pentamethylene or hexamethylene ,
Heterocyclen: fünf- bis zwölfgliedrige, bevorzugt fünf- bis neungliedrige, besonders bevorzugt fünf- bis sechsgliedrige, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome, gegebenenfalls mehrere Ringe aufweisende Ringsysteme wie Furyl, Thiophenyl, Pyr- ryl, Pyridyl, Indolyl, Benzoxazolyl, Dioxolyl, Dioxyl, Benzimidazolyl, Benzthiazolyl, Di- methylpyridyl, Methylchinolyl, Dimethylpyrryl, Methoxyfuryl, Dimethoxypyridyl, Difluor- pyridyl, Methylthiophenyl, Isopropylthiophenyl oder tert.-Butylthiophenyl.Heterocycles: five- to twelve-membered, preferably five- to nine-membered, particularly preferably five- to six-membered, oxygen, nitrogen and / or sulfur atoms, ring rings optionally containing several rings such as furyl, thiophenyl, pyrryl, pyridyl, indolyl, benzoxazolyl, Dioxolyl, dioxyl, benzimidazolyl, benzthiazolyl, dimethylpyridyl, methylquinolyl, dimethylpyrryl, methoxyfuryl, dimethoxypyridyl, difluoropyridyl, methylthiophenyl, isopropylthiophenyl or tert-butylthiophenyl.
Ci-C2o-Alkoxy bedeutet eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen (wie vorstehend genannt), welche über ein Sauerstoffatom (-O-) an gebunden sind, beispielsweise Ci-Cio-Alkoxy oder Cn-C2o-Alkoxy, bevorzugt C1-C10- Alkyloxy, insbesondere bevorzugt Ci-C3-Alkoxy, wie beispielweise Methoxy, Ethoxy, Propoxy.C 1 -C 20 -alkoxy denotes a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (as mentioned above) which are bonded via an oxygen atom (-O-), for example C 1 -C 10 -alkoxy or C 2 -C 20 -alkoxy, preferably C 1 C10 alkyloxy, particularly preferably Ci-C3-alkoxy, such as methoxy, ethoxy, propoxy.
Heteroatome sind bevorzugt Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor.Heteroatoms are preferably oxygen, nitrogen, sulfur or phosphorus.
Der Begriff „Lösungsmittel" wird im Rahmen dieser Erfindung stellvertretend auch für Verdünnungsmittel gebraucht. Die gelösten Verbindungen liegen entweder molekular gelöst, suspendiert, in dispergierter oder in emulgierter Form im Lösungsmittel oder in Kontakt mit dem Lösungsmittel vor. Unter Lösungsmittel sind selbstverständlich auch Mischungen von Lösungsmitteln zu verstehen.For the purposes of the present invention, the term "solvent" is also used for diluents The dissolved compounds are present either in solution, in suspension, in dispersed form or in emulsified form in the solvent or in contact with the solvent to understand.
„Flüssige Formulierungen" der erfindungsgemäßen Teilchen P sind Lösungen, Dispersionen, Emulsionen oder Suspensionen der Teilchen P."Liquid formulations" of the particles P according to the invention are solutions, dispersions, emulsions or suspensions of the particles P.
Unter „Nanopartikeln" werden im Rahmen dieser Anmeldung Teilchen verstanden, die eine Teilchengröße von 1 nm bis 1000 nm aufweisen. Für den Begriff (Nano)partikel wird auch der Begriff „(Nano)teilchen" benutzt. Zur Bestimmung der Teilchengröße von Nanopartikeln und der Teilchen P stehen dem Fachmann eine Reihe verschiedener Methoden zur Verfügung, die von der Zusammensetzung der Teilchen abhängen und teilweise voneinander abweichende Resultate bezüglich der Teilchengröße liefern können. Beispielsweise kann die Teilchengröße durch Messungen mit Hilfe einesTransmissionselektronenmikroskops (TEM), dynamischer Lichtstreuung (DLS) oder Messungen der UV Absorptionswellenlänge bestimmt werden. Teilchengrößen werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung, wenn möglich, mit Hilfe der Messungen eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) bestimmt. Bei einer ideal kugelförmigen Gestalt der Nanopartikel würde die Teilchengrö- ße dem Teilchendurchmesser entsprechen. Selbstverständlich können die eventuell in Folge einer Aneinanderlagerung von Nanoteilchen entstandenen Agglomerate, der zunächst entstandenen Primärteilchen, auch größer als 1000 nm sein.For the purposes of this application, "nanoparticles" are understood as meaning particles having a particle size of 1 nm to 1000 nm. The term "(nano) particle" also uses the term "(nano) particle". For the determination of the particle size of nanoparticles and of the particles P, a number of different methods are available to the person skilled in the art, which depend on the composition of the particles and can yield partly deviating results with respect to the particle size. For example, particle size can be determined by measurements using a transmission electron microscope (TEM), dynamic light scattering (DLS) or UV absorption wavelength measurements. Particle sizes are determined in the context of the present application, if possible, by means of the measurements of a transmission electron microscope (TEM). With an ideal spherical shape of the nanoparticles, the particle size would correspond to the particle diameter. It goes without saying that the agglomerates, which may have arisen as a result of a juxtaposition of nanoparticles, of the initially formed primary particles, may also be greater than 1000 nm.
Erfindungsgemäß werden die Teilchen P durch die Umsetzung von Verbindungen V, die anorganische Nanopartikel X bilden können, mit organischen Molekülen M, die funktionelle Gruppen Z enthalten hergestellt. Die Verbindungen V können alle gleich oder verschieden sein. Weiterhin können die organischen Moleküle M, sowie die funktionellen Gruppen Z auch alle gleich oder verschieden sein. Die erfindungsgemäßen Teilchen können damit auch Mischungen verschiedener Teilchensorten sein. Bevor- zugt sind die Verbindungen V alle gleich. Besonders bevorzugt sind die Verbindungen V alle gleich und zugleich die organischen Moleküle M alle gleich.According to the invention, the particles P are prepared by the reaction of compounds V which can form inorganic nanoparticles X with organic molecules M containing functional groups Z. The compounds V may all be the same or different. Furthermore, the organic molecules M, as well as the functional groups Z can all be the same or different. The particles according to the invention can therefore also be mixtures of different types of particles. Preferably, the compounds V are all the same. Particularly preferably, the compounds V are all the same and at the same time the organic molecules M are all the same.
Die erfindungsgemäßen Teilchen P und die Nanopartikel X können sowohl kristallin als auch amorph sein oder variierende Anteile von kristallinen und amorphen Strukturen aufweisen. Der Nachweis erfolgt durch TEM Messungen oder durch Röntgen-Pulver- Diffraktionsmessungen.The particles P according to the invention and the nanoparticles X can be both crystalline and amorphous or have varying proportions of crystalline and amorphous structures. The detection is carried out by TEM measurements or by X-ray powder diffraction measurements.
Die stöchiometrische bzw. mengenmäßige Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Teilchen P enthaltend die anorganischen Nanopartikel X und die organischen Moleküle M kann, beispielsweise abhängig von der Natur der Verbindungen V, oder der Natur der organischen Moleküle M über einen weiten Bereich variieren, wie untenstehend erläutert wird.The stoichiometric composition of the particles P according to the invention containing the inorganic nanoparticles X and the organic molecules M can vary over a wide range, for example depending on the nature of the compounds V or the nature of the organic molecules M, as explained below.
Als Verbindungen V kommen grundsätzlich alle Stoffe in Frage, die durch chemische Umsetzungen in der Lage sind anorganische Nanopartikel X zu bilden.As compounds V, in principle, all substances are in question, which are able to form inorganic nanoparticles X by chemical reactions.
Beispielsweise sind als Verbindungen V solche Stoffe zu nennen, die durch eine Folge von Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen anorganische Nanopartikel bilden können (SoI-GeI Verfahren).For example, compounds V are substances which can form inorganic nanoparticles through a series of hydrolysis and condensation reactions (SoI-GeI process).
Bevorzugt werden als Verbindungen V solche Stoffe eingesetzt, die zur Bildung von anorganischen Nanopartikeln, enthaltend Metall- oder Halbmetalloxide, Metall- oder Halbmetallsulfide, -selenide, -nitride, -sulfate oder -carbonate, führen. Besonders be- vorzugt sind hierbei solche Verbindungen V, die zur Bildung von anorganischen Nano- partikeln enthaltend Metall- oder Halbmetalloxide führen, insbesondere bevorzugt zu Metalloxiden. Beispielsweise enthalten solche Verbindungen V die Elemente Si, Zn, Ti, Ce, Zr, Sn, Fe. Bevorzugt sind Zn, Ti, Sn.Preferred substances used as compounds V are those which lead to the formation of inorganic nanoparticles containing metal or semimetal oxides, metal or semimetal sulfides, selenides, nitrides, sulfates or carbonates. Particularly important Preferred compounds here are those compounds V which lead to the formation of inorganic nanoparticles containing metal or semimetal oxides, particularly preferably to metal oxides. For example, such compounds V contain the elements Si, Zn, Ti, Ce, Zr, Sn, Fe. Zn, Ti, Sn are preferred.
In einer Ausführungsform sind die Verbindungen V Ti(OH)4, Ti(OEt)4, Titantetrapropo- xid (=Ti(OPr)4), Titantetraisopropoxid (=Ti(OiPr)4), Zn(Acetat)2 (=Zn(OAc)2), Zn(Metacrylat)2, Zn(Benzoat)2, ZnCb, ZnBr2, Zn(NOs)2 oder SnCI4. Bevorzugt sind Zn(OAc)2, Zn(NOs)2, ZnCI2, Ti(OiPr)4 oder SnCI4.In one embodiment, the compounds V are Ti (OH) 4 , Ti (OEt) 4 , titanium tetrapropoxide (= Ti (OPr) 4 ), titanium tetraisopropoxide (= Ti (OiPr) 4 ), Zn (acetate) 2 (= Zn ( OAc) 2 ), Zn (methacrylate) 2, Zn (benzoate) 2, ZnCb, ZnBr 2 , Zn (NOs) 2 or SnCl 4 . Zn (OAc) 2 , Zn (NOs) 2 , ZnCl 2 , Ti (OiPr) 4 or SnCl 4 are preferred.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Teilchen werden Verbindungen V, die weitere Metallsalze sind, zur Bildung der anorganischen Nanopartikel eingesetzt.In another embodiment of the particles according to the invention, compounds V, which are further metal salts, are used to form the inorganic nanoparticles.
Bevorzugt werden hierbei die Metallsalze von 1 bis 5 wertigen Metallkationen eingesetzt. Besonders bevorzugt finden die Metallsalze von 2 bis 4 wertigen Metallkationen Verwendung. Als Metallkationen kommen beispielsweise Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen, Erdmetallionen, oder Übergangsmetallionen in Frage. Bevorzugt sind als Metallkationen Zn(II), Ti(IV), Ce(I), Ce(III), Zr(II), Sn(II), Sn(IV), Fe(II), Fe(III). Beson- ders bevorzugt sind Zn(II), Ti(IV).The metal salts of 1 to 5 valent metal cations are preferably used here. The metal salts of 2 to 4 valent metal cations are particularly preferably used. Examples of suitable metal cations are alkali metal ions, alkaline earth metal ions, earth metal ions or transition metal ions. Preferred metal cations are Zn (II), Ti (IV), Ce (I), Ce (III), Zr (II), Sn (II), Sn (IV), Fe (II), Fe (III). Zn (II), Ti (IV) are particularly preferred.
Bevorzugt werden, wenn die Verbindungen V Metallsalze sind als Anionen Acetat, Formiat oder Benzoat. Besonders bevorzugt ist Acetat.Preferred are when the compounds V are metal salts as anions acetate, formate or benzoate. Particularly preferred is acetate.
Bevorzugt sind wie bereits oben erwähnt ebenfalls solche Verbindungen V, die zurAs already mentioned above, preference is likewise given to those compounds V which are suitable for
Bildung von anorganischen Nanopartikeln führen, die Metalloxide oder deren Mischungen enthalten. Besonders bevorzugt sind hierbei Metalloxide der Form AxOy, wobei x eine Zahl aus dem Bereich von 1 bis 3 und y eine Zahl aus dem Bereich von 1 bis 5 und A ein Metall bezeichnet. Ganz besonders bevorzugt sind als Metalloxide ZnO, TiO2, ZrO2, CeO2, Ce2O3, SnO2, SnO, AI2O3, SiO2, oder Fe2O3. Insbesondere ZnO, TiO2, ZrO2, CeO2, Ce2O3, SnO2.Formation of inorganic nanoparticles containing metal oxides or mixtures thereof. Metal oxides of the form A x Oy, where x is a number from the range of 1 to 3 and y is a number from the range of 1 to 5 and A is a metal, are particularly preferred. ZnO, TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Ce 2 O 3 , SnO 2 , SnO, Al 2 O 3 , SiO 2 , or Fe 2 O 3 are very particularly preferred as metal oxides. In particular ZnO, TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Ce 2 O 3 , SnO 2 .
Bevorzugt gehorchen die erfindungsgemäßen Teilchen P der symbolischen Formel X- M, und die organischen Moleküle M treten hierbei in Wechselwirkung mit den anorganischen Nanopartikeln X, auf der Basis der Verbindungen V. Bevorzugt erfolgt diese Wechselwirkung an der Oberfläche der anorganischen Nanopartikel X und die erfindungsgemäßen Teilchen P entsprechen in diesem Fall oberflächenmodifizierten anor- ganischen Nanopartikeln. Mit der symbolischen Formel X-M ist naturgemäß eine in einem weiten Bereich variable Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Teilchen P bezeichnet. Diese Zusammensetzung umfasst die Wechselwirkung eines organischen Moleküls M mit einem organischen Nanopartikel X. Bevorzugt bezeichnet die symboli- sehen Formel X-M die Wechselwirkung mehrerer organischer Moleküle M mit einem anorganischen Nanopartikel X.The particles P of the symbolic formula X-M according to the invention preferably obey, and the organic molecules M interact with the inorganic nanoparticles X on the basis of the compounds V. This interaction preferably takes place on the surface of the inorganic nanoparticles X and the particles according to the invention In this case, P correspond to surface-modified inorganic nanoparticles. Naturally, the symbolic formula XM denotes a variable composition of the particles P according to the invention over a wide range. This composition comprises the interaction of an organic molecule M with an organic nanoparticle X. Preferably, the symbolic see formula XM the interaction of several organic molecules M with an inorganic nanoparticle X.
Die Struktur der erfindungsgemäßen Teilchen P kann im allgemeinen, beispielsweise abhängig von der Natur der Verbindung V, über einen weiten Bereich variieren. Beispielsweise können die organischen Moleküle M im Teilchen P verteilt sein oder sich an der Oberfläche des Teilchens befinden. Die Verteilung der organischen Moleküle M im Teilchen P kann homogen oder auch heterogen sein. Bevorzugt befinden sich die M an oder im wesentlichen an der Oberfläche der Teilchen P. Die Belegung der Oberflä- che der Teilchen P mit den organischen Molekülen M kann vollständig oder teilweise, beispielsweise in Form einzelner Inseln, vorliegen. Ganz bevorzugt liegen die organischen Moleküle M, wie bereits oben erwähnt, im wesentlichen an der Oberfläche der Teilchen P vor. Die Struktur der erfindungsgemäßen Teilchen P kann in den Bereichen, in denen keine organischen Moleküle M vorliegen, der Struktur der anorganischen Na- noteilchen X entsprechen, die vorliegen würde, falls keine organischen Moleküle während der Bildung der Teilchen P zugegen wären. Eine Bestimmung der Verteilung der organischen Moleküle M in den Teilchen P erfolgt beispielsweise durch die Bestimmung der Kristallinität der Teilchen P mit Hilfe von TEM Messungen. Beispielsweise stört eine Verteilung der organischen Moleküle M in den Teilchen P im allgemeinen die Kristallinität der Teilchen P stärker, als eine Verteilung der organischen Moleküle M im wesentlichen an der Oberfläche der Teilchen P.The structure of the particles P according to the invention can generally vary over a wide range, for example depending on the nature of the compound V. For example, the organic molecules M may be distributed in the particle P or at the surface of the particle. The distribution of the organic molecules M in the particle P may be homogeneous or else heterogeneous. Preferably, the M are at or substantially at the surface of the particles P. The coating of the surface of the particles P with the organic molecules M can be present completely or partially, for example in the form of individual islands. More preferably, as already mentioned above, the organic molecules M are present essentially at the surface of the particles P. The structure of the particles P according to the invention may, in the regions in which no organic molecules M are present, correspond to the structure of the inorganic nanocrystals X which would be present if no organic molecules were present during the formation of the particles P. A determination of the distribution of the organic molecules M in the particles P is carried out, for example, by determining the crystallinity of the particles P by means of TEM measurements. For example, a distribution of the organic molecules M in the particles P generally disturbs the crystallinity of the particles P more than a distribution of the organic molecules M substantially at the surface of the particles P.
In vielen Anwendungen lassen sich die anorganischen Nanoteilchen X auch durch erfindungsgemäße Teilchen P ersetzen.In many applications, the inorganic nanoparticles X can also be replaced by particles P according to the invention.
Im Allgemeinen enthalten die Teilchen P von 0,1 bis 99,9 Gew.-% der organischen Verbindungen M, bezogen auf das Gesamtgewicht der Teilchen P, vorzugsweise zu 1 bis 80 Gew.-% und besonders bevorzugt 5 bis 70 Gew.-%.In general, the particles P contain from 0.1 to 99.9 wt .-% of the organic compounds M, based on the total weight of the particles P, preferably from 1 to 80 wt .-% and particularly preferably 5 to 70 wt .-% ,
Bevorzugt weisen die anorganischen Teilchen X und die erfindungsgemäßen Teilchen P eine Teilchengröße von 1 nm bis 1000 nm auf. Bevorzugt beträgt die Teilchengröße von X und P von 1 nm bis 100 nm. Besonders bevorzugt beträgt die Teilchengröße von 1 nm bis 50 nm, ganz besonders bevorzugt von 1 nm bis 30 nm und insbesondere von 1 nm bis 20 nm.The inorganic particles X and the particles P according to the invention preferably have a particle size of 1 nm to 1000 nm. The particle size of X and P is preferably from 1 nm to 100 nm. The particle size is particularly preferably from 1 nm to 50 nm, very particularly preferably from 1 nm to 30 nm and in particular from 1 nm to 20 nm.
Die organischen Molekülen M, die funktionelle Gruppen Z enthalten, sind bevorzugt niedermolekular, d.h. sie weisen ein Molekulargewicht von weniger als 800 g/mol auf. Ganz bevorzugt liegt das Molekulargewicht der organischen Moleküle unter 600 g/mol, insbesondere unter 500g /mol.The organic molecules M containing functional groups Z are preferably of low molecular weight, i. they have a molecular weight of less than 800 g / mol. More preferably, the molecular weight of the organic molecules is below 600 g / mol, in particular below 500 g / mol.
Bevorzugt gehorchen die organischen Moleküle M der Formel Y'-Z. Hierbei bezeichnet Y' eine chemische Struktureinheit (Linker), über die, gegebenenfalls nach einer chemischen Umsetzung von Y' zu Y, die organischen Moleküle mit den anorganischen Na- nopartikeln X wechselwirken. Bevorzugt lassen sich daher die erfindungsgemäßen Teilchen durch folgende symbolische allgemeine Formeln (I) und (II) beschreiben:Preferably, the organic molecules M of the formula Y'-Z obey. Here, Y 'denotes a chemical structural unit (linker) via which, if appropriate after a chemical conversion of Y' to Y, the organic molecules are mixed with the inorganic Na. noparticles X interact. The particles according to the invention can therefore preferably be described by the following symbolic general formulas (I) and (II):
X-Y'-Z (I) oder X-Y-Z (II).X-Y'-Z (I) or X-Y-Z (II).
Beispielsweise erfolgt die chemische Umsetzung des Linkers Y' zum Linker Y durch Hydrolyse.For example, the chemical reaction of the linker Y 'to the linker Y is carried out by hydrolysis.
Die Art der Wechselwirkung zwischen Y' und X bzw. Y und X kann für verschiedene Y und Y' sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise kann der Linker mit dem anorganischen Nanoteilchen X kovalent verbunden sein. Weiterhin ist auch eine elektrostatische (ionische) Wechselwirkung, eine Wechselwirkung über Dipol-Dipol Kräfte oder über Wasserstoff-Brücken Bindungen möglich. Bevorzugt tritt der Linker kovalent oder elektrostatisch mit X in Wechselwirkung. Selbstverständlich kann der Linker auch an mehreren Stellen mit dem anorganischen Nanoteilchen in Wechselwirkung treten, beispielsweise mehrere kovalente Bindungen ausbilden, oder neben einer kovalenten Anbindung noch weitere Wechselwirkungen mit X, beispielsweise über Wasserstoff- Brücken haben.The nature of the interaction between Y 'and X or Y and X can be very different for different Y and Y'. For example, the linker may be covalently linked to the inorganic nanoparticle X. Furthermore, an electrostatic (ionic) interaction, an interaction via dipole-dipole forces or via hydrogen bonds bonds is possible. Preferably, the linker interacts covalently or electrostatically with X. Of course, the linker can also interact with the inorganic nanoparticle at several points, for example form a plurality of covalent bonds, or, in addition to a covalent bond, have further interactions with X, for example via hydrogen bridges.
Beispielsweise entspricht der Linker -Y- For example, the linker corresponds to -Y-
(L1 ) R1 (L2) (L3)(L1), R 1 (L2) (L3)
— O— * -N-* —s—*- O- * -N- * -s- *
O (L4) O (L5) R1 O (L6)O (L4) O (L5) R 1 O (L6)
— o-c-o— * — o-c— * -N-C-*- o-c-o- * - o-c- * -N-C- *
O (L7) O (L8) O (L9)O (L7) O (L8) O (L9)
— o-s-o— * — o-s— * —s—*- o-s-o- * - o-s- * -s *
O O OO O O
(* symbolisiert die Anbindungsstelle an die funtionelle Gruppe Z)( * symbolizes the connection point to the functional group Z)
Hierbei sindHere are
R1 H, Ci-C2o-Alkyl, Aryl, Arylalkyl, Heterocyclen, Ci-C2o-Alkylcarbonyl, R2, R3 unabhängig voneinenander O, Ci-C2O-AIkOXy, Ci-C2o-Alkyl,R 1 is H, Ci-C2 o alkyl, aryl, arylalkyl, heterocyclic, Ci-C2o-alkylcarbonyl, R 2, R 3 independently voneinenander O, C 2 O-alkoxy, Ci-C2o-alkyl,
Aryl, Arylalkyl, Heterocyclen, R4 eine chemische Einfachbindung, O, Ci-C2o-Alkylen,Aryl, arylalkyl, heterocycles, R 4 is a single chemical bond, O, Ci-C2o-alkylene,
Ci-C2o-Alkylen-R5 R5 O, N, S, N(R6)-C=O, N-CO2, O2C, CO2, O2CN, OCO2,C 1 -C 2 -alkylene-R 5 R 5 O, N, S, N (R 6 ) -C =O, N-CO 2 , O 2 C, CO 2 , O 2 CN, OCO 2 ,
R6 O O R6 R6 O O R6 R 6 OOR 6 R 6 OOR 6
I I l I l I I I l I l II I l I l I l I l I
N-C , C-N , N-C-O , O-C-N ,N-C, C-N, N-C-O, O-C-N,
O-C , C-O, O-C-O , N-C-NO-C, C-O, O-C-O, N-C-N
R6 H, Ci-C20-Alkyl,R 6 is H, C 1 -C 20 -alkyl,
R7 H, Metallkation,R 7 H, metal cation,
wobei die Substituenten R1 bis R4 und/oder R6 jeweils an beliebiger Position durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen sein können, wobei die Anzahl dieser Hete- roatome nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 8, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 und insbesondere nicht mehr als 3 beträgt, und/oder jeweils an beliebiger Position, allerdings nicht mehr als fünfmal, bevorzugt nicht mehr als viermal und besonders bevorzugt nicht mehr als dreimal, durch Ci-C2o-Alkyl, Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Ary- loxy, Heterocyclen, Heteroatome oder Halogen substituiert sein können, wobei diese ebenfalls maximal zweimal, bevorzugt maximal einmal mit den genannten Gruppen substituiert sein können. Metallkationen sind bevorzugt ein-, zwei, oder dreiwertige Metallkationen, beispielsweise, Alkali-, Erdalkali-, Erdmetall-, Überegangsmetallkatio- nen. Insbesondere sind Metallkationen Li+, Na+, K+, Ca2+ und/oder Mg2+. Bei der Wer- tigkeit der Metallkationen ist natürlich zu berücksichtigen, dass insgesamt die Elektro- neutralität gewährleistet bleibt. Beispielsweise neutralisiert ein zweiwertiges Metallkation zwei Linker L10. Eine Bildung von ionischen Wechselwirkungen, beispielsweise Salzbrücken, zwischen Linkern L10 ist möglich.where the substituents R 1 to R 4 and / or R 6 may each be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms being interrupted roatoms is not more than 10, preferably not more than 8, very particularly preferably not more than 5 and in particular not more than 3, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and particularly preferably not more than three times, by C 1 -C 20 -alkyl, C 1 -C 20 -alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles, heteroatoms or halogen may be substituted, which may also be substituted at most twice, preferably at most once with said groups. Metal cations are preferably mono-, di-, or trivalent metal cations, for example, alkali, alkaline earth, earth metal, transition metal cations. In particular, metal cations are Li + , Na + , K + , Ca 2+ and / or Mg 2+ . Of course, when it comes to the value of metal cations, it must be borne in mind that overall electro-neutrality remains guaranteed. For example, a divalent metal cation neutralizes two linkers L10. Formation of ionic interactions, for example salt bridges, between linkers L10 is possible.
Bevorzugte Linker -Y- sind L1 , L5, L8, L10 oder L14.Preferred linkers -Y- are L1, L5, L8, L10 or L14.
Bevorzugte Silan-Linker L14 sindPreferred silane linkers are L14
(L15) (L16)(L15) (L16)
Et-O Et-OEt-O Et-O
— O-Si-C-C-C-N-* — O— Si-C-C-C-O-* Et-ά "> "* "* H Et_O H2 H2 H2 - O-Si-CCCN- * - O- Si-Et-CCCO- * ά ">" * "* _ O H Et H 2 H 2 H 2
(* symbolisiert die Anbindungsstelle an die funtionelle Gruppe Z) oder (teilweise) hydrolysierte Derivate dieser Silan-Linker L15 oder L16.( * symbolizes the attachment site to the functional group Z) or (partially) hydrolyzed derivatives of these silane linkers L15 or L16.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Teilchen treten die organischen Moleküle M nicht nur mit den Verbindungen V, sondern auch untereinander in Wechselwirkung. Beispielsweise können die organischen Moleküle M miteinander über elektro- statische Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrückenbindungen miteinander in Wechselwirkung treten. Ebenfalls ist es möglich, dass die organischen Moleküle M miteinander in einer chemischen Reaktion, vor oder nach einer möglichen chemischen Reaktion mit den anorganischen Nanopartikeln, reagieren. Beispielsweise ist dies in Form einer Vernetzungsreaktion zwischen den organischen Molekülen M möglich. Diese Venetzung kann vor, während, oder nach der Bildung der Teilchen P stattfinden. Bevorzugt erfolgt eine solche Vernetzung, wenn die organischen Moleküle Silangruppen tragen, die zu Kondensationsreaktionen fähig sind. Die Vernetzungsreaktion kann, wenn sich die organischen Moleküle M an der Oberfläche der Teilchen P befinden, zur Bildung einer vollständig vernetzten Hülle führen, oder aber auch nur teilweise vernetz- te Bereiche an der Oberfläche erzeugen. Die funktionelle Gruppe Z des organischen Moleküls, kann je nach der Verwendung der erfindungsgemäßen Teilchen sehr unterschiedlich sein. Beispielsweise umfasst die funktionelle Gruppe Z ein Chromophor, das elektromagnetische Strahlung absorbieren kann. Ein solches Chromophor ist beispielsweise in der Lage IR, sichtbares, oder UV Licht zu absorbieren. Beispielsweise kann ein solches Chromophor das absorbierte Licht anschliessend wieder, gegebenenfalls bei einer anderen Wellenlänge emittieren (Fluoreszenz oder Phosphoreszenz), oder auch die aufgenommene Lichtenergie strahlungslos abgeben. Weiterhin sind auch kombinierte Prozesse aus Emission und strahlungsloser Desaktivierung möglich.In one embodiment of the particles according to the invention, the organic molecules M interact not only with the compounds V but also with one another. For example, the organic molecules M can interact with one another via electrostatic interactions or hydrogen bonds. It is also possible that the organic molecules M react with each other in a chemical reaction, before or after a possible chemical reaction with the inorganic nanoparticles. For example, this is possible in the form of a crosslinking reaction between the organic molecules M. This can take place before, during, or after the formation of the particles P. Such crosslinking preferably takes place when the organic molecules carry silane groups which are capable of condensation reactions. When the organic molecules M are present on the surface of the particles P, the crosslinking reaction can lead to the formation of a completely crosslinked shell, or even only partially crosslinked areas on the surface. The functional group Z of the organic molecule may be very different depending on the use of the particles of the invention. For example, the functional group Z comprises a chromophore that can absorb electromagnetic radiation. For example, such a chromophore is capable of absorbing IR, visible, or UV light. By way of example, such a chromophore can then emit the absorbed light again, optionally at a different wavelength (fluorescence or phosphorescence), or else emit the received light energy without radiation. Furthermore, combined processes of emission and radiationless deactivation are possible.
Weiterhin umfasst die funktionelle Gruppe Z neben UV-Absorbern beispielsweise Stabilisatoren für organische Polymere, Hilfsmittel für organische Polymere, Flammschutzmittel, organische Farbstoffe, oder IR-Farbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe, optische Aufheller, Antistatitikmittel, Antiblockmittel, Nukleirungsmittel, antimikrobielle Additive.In addition to the UV absorbers, the functional group Z comprises, for example, stabilizers for organic polymers, auxiliaries for organic polymers, flame retardants, organic dyes, or IR dyes, fluorescent dyes, optical brighteners, antistatic agents, antiblocking agents, nucleating agents, antimicrobial additives.
Bevorzugt umfasst die funktionelle Gruppe Z ein Chromophor, das UV-Licht mit einer Wellenlänge kleiner 400 nm, insbesondere von 200 bis 400 nm, absorbiert (UV- Absorber). Ein solches Chromophor kann daher beispielsweise UV-A (von 320 bis 400 nm), UV-B (von 290 bis 319 nm) und/oder UV-C (von 200 bis 289 nm) Licht absorbie- ren. Bevorzugt absorbiert das Chromophor UV-A und/oder UV-B Licht. Ganz besonders bevorzugt absorbiert das Chromophor UV-A und/oder UV-B Licht und desaktiviert die aufgenommene Lichtenergie strahlungslos. Beispielsweise entspricht die funktionelle Gruppe Z The functional group Z preferably comprises a chromophore which absorbs UV light having a wavelength of less than 400 nm, in particular from 200 to 400 nm (UV absorber). Such a chromophore can therefore absorb, for example, UV-A (from 320 to 400 nm), UV-B (from 290 to 319 nm) and / or UV-C (from 200 to 289 nm). The chromophore preferably absorbs UV -A and / or UV-B light. Most preferably, the chromophore absorbs UV-A and / or UV-B light and deactivates the received light energy without radiation. For example, the functional group Z corresponds
(* symbolisiert die Anbindungsstelle an den Linker Y bzw. Y') wobei( * symbolizes the attachment point to the linker Y or Y ') where
R Halogen, Hydroxy, Phenyl, Ci-C2o-Alkyl, Hydroxyphenyl,R is halogen, hydroxy, phenyl, C 1 -C 20 -alkyl, hydroxyphenyl,
Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Amino, Mono- oder Di-alkylamino, Nitril, Carboxylat, Ester, Thiol, Sulfoxide, Sulfonsäure, Acyl, Formyl, Carbonyloxyalkyl, Carbonylaminoalkyl, n eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 4C 1 -C 20 -alkoxy, aryl, aryloxy, amino, mono- or di-alkylamino, nitrile, Carboxylate, ester, thiol, sulfoxides, sulfonic acid, acyl, formyl, carbonyloxyalkyl, carbonylaminoalkyl, n is an integer in the range of 0 to 4
ist, und die n Substituenten R unabhängig voneinander gleich oder verschieden sein können, und wobei der Substituent R an beliebiger Position durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen sein kann, wobei die Anzahl dieser Heteroatome nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 8, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 und insbesondere nicht mehr als 3 beträgt, und/oder jeweils an beliebiger Position, allerdings nicht mehr als fünfmal, bevorzugt nicht mehr als viermal und besonders bevorzugt nicht mehr als dreimal, durch Ci-C2o-Alkyl, Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Hete- rocyclen, Heteroatome oder Halogen substituiert sein kann, wobei diese ebenfalls maximal zweimal, bevorzugt maximal einmal mit den genannten Gruppen substituiert sein können.and the n substituents R can be the same or different independently of one another, and wherein the substituent R can be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms being not more than 10, preferably not more than 8, very particularly preferably not more than 5 and in particular not more than 3, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and more preferably not more than three times, by Ci-C2o-alkyl, Ci-C2o Alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles, heteroatoms or halogen may be substituted, which may also be substituted at most twice, preferably at most once with said groups.
Bevorzugt absorbieren die erfindungsgemäßen Teilchen P Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 600 nm. Weiterhin bevorzugt weist das Absorptionsspektrum der erfindungsgemäßen Teilchen mindestens ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von 200 bis 600 nm auf. Bevorzugt absorbieren erfindungsgemäße Teilchen P UV-A und/oder UV-B Licht. Ganz besonders bevorzugt absorbieren die erfindungsgemäßen Teilchen P UV-A und/oder UV-B Licht und desaktiviert die aufgenommene Lichtenergie strahlungslos.The particles P according to the invention preferably absorb light having a wavelength of 200 to 600 nm. Further preferably, the absorption spectrum of the particles according to the invention has at least one absorption maximum in the wavelength range from 200 to 600 nm. Particles of the invention preferably absorb UV-A and / or UV-B light. Most preferably, the particles according to the invention absorb UV-A and / or UV-B light and deactivate the absorbed light energy without radiation.
Als UV-Absorber werden bevorzugt organische Moleküle M verwendet, die über einen Linker Y bzw. Y' verfügen.The UV absorbers used are preferably organic molecules M which have a linker Y or Y '.
UV-Absorber sind häufig Handelsprodukte. Sie werden beispielsweise unter dem Warenzeichen Uvinul® von der BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen, verkauft. Die U- vinul® Lichtschutzmittel umfassen Verbindungen der folgenden Klassen: Benzopheno- ne, Benzotriazole, Cyanoacrylate, Zimtsäureester, para-Aminobenzoate, Naphthalimi- de. Darüber hinaus werden weitere bekannte Chromophore eingesetzt, z.B. Hydro- xyphenyltriazine oder Oxalanilide. Solche Verbindungen werden beispielsweise alleine oder in Mischungen mit anderen Lichtschutzmittel in kosmetischen Anwendungen, beispielsweise Sonnenschutzmitteln oder zur Stabilisierung von organischen Polymeren eingesetzt. Ein besonders bevorzugt eingesetzter UV-Absorber ist 4-n-Octyloxy-2- hydroxi-benzophenon. Weitere Beispiele für UV-Absorber sind:UV absorbers are often commercial products. They are sold, for example, under the trademark Uvinul® by BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen. The UVinul® light stabilizers comprise compounds of the following classes: benzophenones, benzotriazoles, cyanoacrylates, cinnamic acid esters, para-aminobenzoates, naphthalimides. In addition, other known chromophores are used, e.g. Hydroxyphenyltriazines or oxalanilides. Such compounds are used, for example, alone or in mixtures with other light stabilizers in cosmetic applications, for example sunscreens or for the stabilization of organic polymers. A particularly preferred UV absorber is 4-n-octyloxy-2-hydroxybenzophenone. Further examples of UV absorbers are:
substituierte Acrylate, wie z.B. Ethyl- oder lsooctyl-α-cyano-ß,ß-diphenylacrylat (hauptsächlich 2-Ethylhexyl-α-cyano-ß,ß-diphenylacrylat), Methyl-α-methoxycarbonyl-ß- phenylacrylat, Methyl-α-methoxycarbonyl-ß-(p-methoxyphenyl)acrylat, Methyl- oder Butyl-α-cyano-ß-methyl-ß-(p-methoxyphenyl)acrylat, N-(ß-methoxycarbonyl-ß- cyanovinyl)-2-methylindolin, Octyl-p-methoxycinnamat, lsopentyl-4-methoxycinnamat, Urocaninsäure oder deren Salze oder Ester; Derivate der p-Aminobenzoesäure, insbesondere deren Ester z.B. 4- Aminobenzoesäure-ethylester oder ethoxylierte 4-Aminobenzoesäureethylester, Salicy- late, substituierte Zimtsäureester (Cinnamate) wie Octyl-p-methoxycinnamat oder 4- lsopentyl-4-methoxycinnamat, 2-Phenylbenzimidazol-5-sulfonsäure oder ihre Salze.substituted acrylates, such as, for example, ethyl or isooctyl-α-cyano-β, β-diphenylacrylate (mainly 2-ethylhexyl-α-cyano-β, β-diphenylacrylate), methyl-α-methoxycarbonyl-β-phenylacrylate, methyl α- methoxycarbonyl-β- (p-methoxyphenyl) acrylate, methyl or butyl α-cyano-β-methyl-β- (p-methoxyphenyl) acrylate, N- (β-methoxycarbonyl-β-cyanovinyl) -2-methylindoline, octyl -p-methoxycinnamate, isopentyl-4-methoxycinnamate, urocanic acid or its salts or esters; Derivatives of p-aminobenzoic acid, in particular their esters, for example ethyl 4-aminobenzoate or ethoxylated 4-aminobenzoic acid ethyl esters, salicylates, substituted cinnamates (cinnamates) such as octyl-p-methoxycinnamate or 4-isopentyl-4-methoxycinnamate, 2-phenylbenzimidazole-5 sulfonic acid or its salts.
2-Hydroxybenzophenonderivative, wie z.B. 4-Hydroxy-, 4-Methoxy-, 4-Octyloxy-, 4- Decyloxy-, 4-Dodecyloxy-, 4-Benzyloxy-, 4, 2', 4'- Trihydroxy-, 2'-Hydroxy-4,4'- dimethoxy-2-hydroxybenzophenon sowie 4-Methoxy-2-hydroxybenzophenon- Sulfonsäure-Natriumsalz;2-hydroxybenzophenone derivatives, e.g. 4-hydroxy, 4-methoxy, 4-octyloxy, 4-decyloxy, 4-dodecyloxy, 4-benzyloxy, 4, 2 ', 4'-trihydroxy, 2'-hydroxy-4,4' - dimethoxy-2-hydroxybenzophenone and 4-methoxy-2-hydroxybenzophenone-sulfonic acid sodium salt;
Ester der 4,4-Diphenylbutadien-1 ,1-dicarbonsäure, wie z.B. der Bis(2-ethylhexyl)ester;Esters of 4,4-diphenylbutadiene-1, 1-dicarboxylic acid, e.g. the bis (2-ethylhexyl) ester;
2-Phenylbenzimidazol-4-sulfonsäure sowie 2-Phenylbenzimidazol- 5-sulfonsäure oder deren Salze;2-phenylbenzimidazole-4-sulfonic acid and 2-phenylbenzimidazole-5-sulfonic acid or salts thereof;
Derivate von Benzoxazolen;Derivatives of benzoxazoles;
Derivate von Benztriazolen oder 2-(2'-Hydroxyphenyl)benztriazolen, wie z.B. 2-(2H- Benztriazol-2-yl)-4-methyl-6-(2-methyl-3- ((1 ,1 ,3,3-tetramethyl-1- (trimethylsilyloxy)disiloxanyl)-propyl)- phenol, 2-(2'-Hydroxy-5'- methylphenyl)benztriazol, 2-(3',5'-Di-tert.-butyl-2'-hydroxyphenyl)benztriazol, 2-(5'-tert- Butyl-2'- hydroxyphenyl)benztriazol, 2-[2'-Hydroxy-5'-(1 , 1 ,3,3- tetramethylbutyl)phenyl]benztriazol, 2-(3',5'-Di-tert.-butyl-2'-hydroxyphenyl)-5- chlorbenztriazol, 2-(3'-tert.-Butyl-2'-hydroxy-5'-methylphenyl)-5-chlorbenztriazol, 2-(3'- sec.-Butyl-5'-tert.-butyl- 2'-hydroxyphenyl)benztriazol, 2-(2'-Hydroxy-4'-octyloxyphenyl)- benztriazol, 2-(3',5'-Di-tert.-amyl-2'-hydroxyphenyl)benztriazol, 2-[3',5'-Bis(α,α- dimethylbenzyl)-2'-hydroxyphenyl]benztriazol, 2-[3'-tert.-Butyl-2'-hydroxy-5'-(2- octyloxycarbonylethyl)phenyl]- 5-chlorbenztriazol, 2-[3'-tert.-Butyl-5'-(2-(2- ethylhexyloxy)- carbonylethyl)-2'-hydroxyphenyl]-5-chlorbenztriazol, 2[3'-tert.-Butyl-2'- hydroxy-5'-(2-methoxycarbonylethyl)phenyl]-5-chlorbenztriazol, 2-[3'-tert.-Butyl-2'- hydroxy-5'-(2-methoxycarbonylethyl)phenyl]benztriazol, 2-[3'-tert.-Butyl-2'-hydroxy-5'- (2-octyloxycarbonylethyl)phenyl]benztriazol, 2-[3'-tert.-Butyl-5'-(2- (2- ethylhexyloxy)carbonylethyl)-2'-hydroxyphenyl]benztriazol, 2-(3'-Dodecyl-2'-hydroxy-5'- methylphenyl)benztriazol, 2-[3'- tert.-Butyl-2'-hydroxy-5'-(2- isooctyloxycarbonylethyl)phenyl]- benztriazol, 2,2'-Methylen-bis[4-(1 ,1 ,3,3- tetramethylbutyl)-6- benztriazol-2-yl-phenol], das vollveresterte Produkt von 2-[3'- tert.- Butyl-5'-(2-methoxycarbonylethyl)-2'-hydroxyphenyl]-2H-benztriazol mit Polyethy- lenglycol 300, [R-CH2CH2-COO(CH2)3-]2 mit R gleich 3'-tert.-Butyl-4-hydroxy-5'-2H- benztriazol-2-ylphenyl, 2-[2'-Hydroxy-3'-(α,α-dimethylbenzyl)-5'-(1 ,1 ,3,3- tetramethylbutyl)phenyl]benztriazol, 2-[2'-Hydroxy-3'-(1 ,1 ,3,3-tetramethylbutyl)-5'-(α,α- dimethylbenzyl)phenyl]benztriazol; Benzylidencampher oder seine Derivate, wie sie z. B. in der DE-A 38 36 630 genannt sind, z.B. 3-Benzylidencampher, 3(4'-Methylbenzyliden)d-1-campher;Derivatives of benzotriazoles or 2- (2'-hydroxyphenyl) benztriazoles such as 2- (2H-benztriazol-2-yl) -4-methyl-6- (2-methyl-3- ((1,1,3,3 tetramethyl-1- (trimethylsilyloxy) disiloxanyl) propyl) phenol, 2- (2'-hydroxy-5'-methylphenyl) benzotriazole, 2- (3 ', 5'-di-tert-butyl-2'- hydroxyphenyl) benzotriazole, 2- (5'-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl) benztriazole, 2- [2'-hydroxy-5 '- (1, 1, 3,3-tetramethylbutyl) phenyl] benztriazole, 2- (2H) 3 ', 5'-di-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl) -5-chlorobenzotriazole, 2- (3'-tert-butyl-2'-hydroxy-5'-methylphenyl) -5-chlorobenzotriazole, 2 - (3'-sec-butyl-5'-tert-butyl-2'-hydroxyphenyl) benztriazole, 2- (2'-hydroxy-4'-octyloxyphenyl) benzotriazole, 2- (3 ', 5'- Di-tert-amyl-2'-hydroxyphenyl) benzotriazole, 2- [3 ', 5'-bis (α, α-dimethylbenzyl) -2'-hydroxyphenyl] benztriazole, 2- [3'-tert-butyl- 2'-hydroxy-5 '- (2-octyloxycarbonylethyl) phenyl] -5-chlorobenzotriazole, 2- [3'-tert-butyl-5' - (2- (2-ethylhexyloxy) carbonylethyl) -2'-hydroxyphenyl ] -5-chlorobenzotriazole, 2 [3'-tert-butyl-2'-hydroxy-5 '- (2-methoxyca rbonylethyl) phenyl] -5-chlorobenzotriazole, 2- [3'-tert-butyl-2'-hydroxy-5 '- (2-methoxycarbonylethyl) phenyl] benztriazole, 2- [3'-tert-butyl-2'-hydroxy-5'- (2-octyloxycarbonylethyl) phenyl] benztriazole, 2- [3'-tert-butyl-5 '- (2- (2-ethylhexyloxy) carbonylethyl) -2'-hydroxyphenyl] benztriazole, 2- (3-tert. 3'-Dodecyl-2'-hydroxy-5'-methylphenyl) benztriazole, 2- [3'-tert-butyl-2'-hydroxy-5 '- (2-isooctyloxycarbonylethyl) phenyl] benzotriazole, 2,2' -Methylene-bis [4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) -6-benztriazol-2-yl-phenol], the fully esterified product of 2- [3'-tert-butyl-5 '- (2 -methoxycarbonylethyl) -2'-hydroxyphenyl] -2H-benzotriazole with polyethylene glycol 300, [R-CH 2 CH 2 -COO (CH 2) 3] 2 with R equal to 3'-tert-butyl-4-hydroxy-5 ' 2H-benztriazol-2-yl-phenyl, 2- [2'-hydroxy-3 '- (α, α-dimethylbenzyl) -5' - (1,1,3,3-tetramethylbutyl) -phenyl] -benztriazole, 2- [2 ' -Hydroxy-3 '- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) -5' - (α, α-dimethylbenzyl) phenyl] benzotriazole; Benzylidene camphor or its derivatives, as described, for. B. in DE-A 38 36 630 are called, for example, 3-Benzylidencampher, 3 (4'-methylbenzylidene) d-1-camphor;
α-(2-Oxoborn-3-yliden)toluol-4-sulfonsäure oder ihre Salze, N,N,N-Trimethyl-4-(2- oxoborn-3-ylidenmethyl)anilinium-monosulfat;α- (2-oxoborn-3-ylidene) toluene-4-sulfonic acid or its salts, N, N, N-trimethyl-4- (2-oxoborn-3-ylidenemethyl) anilinium monosulfate;
Dibenzoylmethane, wie z.B. 4-tert.-Butyl-4'-methoxydibenzoylmethan;Dibenzoylmethanes, e.g. 4-tert-butyl-4'-methoxydibenzoylmethane;
2,4,6-Triaryltriazin-Verbindungen wie 2,4,6-Tris-{N-[4-(2-ethylhex-1 - yl)oxycarbonylphenyl]amino}-1 ,3,5-triazin, 4,4'-((6- (((tert.-2,4,6-triaryltriazine compounds such as 2,4,6-tris {N- [4- (2-ethylhex-1-yl) oxycarbonylphenyl] amino} -1, 3,5-triazine, 4,4 ' - ((6- ((tert.
Butyl)aminocarbonyl)phenylamino)-1 ,3,5-triazin-2,4- diyl)imino)bis(benzoesäure-2'- ethylhexylester);Butyl) aminocarbonyl) phenylamino) -1, 3,5-triazine-2,4-diyl) imino) bis (benzoic acid 2'-ethylhexyl ester);
2-(2-Hydroxyphenyl)-1 ,3,5-triazine, wie z.B. 2,4,6-Tris(2-hydroxy-4- octyloxyphenyl)1 ,3,5-triazin, 2-(2-Hydroxy-4-octyloxyphenyl)-4,6-bis(2,4- dimethylphenyl)-1 ,3,5- triazin, 2-(2,4-Dihydroxyphenyl)-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)- 1 ,3,5-triazin, 2,4-Bis- (2-hydroxy-4-propyloxyphenyl)-6-(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5- triazin, 2-(2-Hydroxy-4- octyloxyphenyl)-4,6-bis(4-methylphenyl)- 1 ,3,5-triazin, 2-(2- Hydroxy-4-dodecyloxyphenyl)-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5-triazin, 2-[2-Hydroxy-4- (2-hydroxy-3-butyloxypropyloxy)phenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5-triazin, 2-[2- Hydroxy-4-(2-hydroxy-3-octyloxypropyloxy)phenyl]-4,6-bis- (2, 4-di-methylphenyl)-1 ,3,5- triazin, 2-(2-Hydroxy-4-tridecyloxyphenyl)-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5-triazin, 2- [4-(Dodecyloxy/tridecyloxy-2-hydroxypropoxy)-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4- di- methylphenyl)-1 ,3,5-triazin, 2-[2-Hydroxy-4(2-hydroxy-3-dodecyloxypropoxy)phenyl]- 4,6-bis-(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5-triazin, 2-(2-Hydroxy-4-hexyloxyphenyl)-4,6- diphenyl-1 ,3,5-triazin, 2-(2- Hydroxy-4-methoxyphenyl)4,6-diphenyl-1 ,3,5-triazin, 2,4,6- Tris[2- hydroxy-4-(3-butoxy-2-hydroxypropoxy)phenyl]-1 ,3,5-triazin, 2-(2-Hydroxy- phenyl)-4-(4-methoxyphenyl)-6-phenyl-1 ,3,5-triazin, 2-{2- Hydroxy-4-[3-(2-ethylhexyl-1- oxy)-2-hydroxypropyloxy]phenyl}-4,6- bis(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5-triazin.2- (2-hydroxyphenyl) -1, 3,5-triazines, e.g. 2,4,6-tris (2-hydroxy-4-octyloxyphenyl) -1,3,5-triazine, 2- (2-hydroxy-4-octyloxyphenyl) -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1 3,5-triazine, 2- (2,4-dihydroxyphenyl) -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1,3,5-triazine, 2,4-bis (2-hydroxy-4 -propyloxyphenyl) -6- (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2- (2-hydroxy-4-octyloxyphenyl) -4,6-bis (4-methylphenyl) -1,3,5 triazine, 2- (2-hydroxy-4-dodecyloxyphenyl) -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2- [2-hydroxy-4- (2-hydroxy) 3-butyloxypropyloxy) phenyl] -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2- [2-hydroxy-4- (2-hydroxy-3-octyloxypropyloxy) phenyl] -4 , 6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2- (2-hydroxy-4-tridecyloxyphenyl) -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2- [4- (dodecyloxy / tridecyloxy-2-hydroxypropoxy) -2-hydroxyphenyl] -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2 - [2-hydroxy-4 (2-hydroxy-3-dodecyloxypropoxy) phenyl] -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine, 2- (2-hydroxy-4- hexyloxyphenyl) -4,6-diphenyl-1, 3,5-triazine, 2- (2-hydroxy-4- methoxyphenyl) 4,6-diphenyl-1,3,5-triazine, 2,4,6-tris [2-hydroxy-4- (3-butoxy-2-hydroxypropoxy) phenyl] -1, 3,5-triazine, 2- (2-Hydroxyphenyl) -4- (4-methoxyphenyl) -6-phenyl-1,3,5-triazine, 2- {2-hydroxy-4- [3- (2-ethylhexyl-1-oxy ) -2-hydroxypropyloxy] phenyl} -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-triazine.
Weitere geeignete UV-Absorber kann man der Schrift Cosmetic Legislation, Vol.1 , Cosmetic Products, European Commission 1999, S. 64-66 entnehmen, auf die hiermit Bezug genommen wird.Further suitable UV absorbers can be found in the document Cosmetic Legislation, Vol. 1, Cosmetic Products, European Commission 1999, pp. 64-66, to which reference is hereby made.
Geeignete UV-Absorber werden außerdem in den Zeilen 14 bis 30 ([003O]) auf Seite 6 der EP 1 191 041 A2 beschrieben. Auf diese wird vollinhaltlich Bezug genommen und diese Literaturstelle wird zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gemacht.Suitable UV absorbers are also described in lines 14 to 30 ([0030]) on page 6 of EP 1 191 041 A2. These are incorporated herein by reference, and this reference is made to the disclosure of the present invention.
Erfindungsgemäß lassen sich daher Teilchen P, die als organische Moleküle M UV- Absorber enthalten zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von UV- Licht verwenden. Ein weitere Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein allgemeines Verfahren zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von Licht, Radikalen oder Hitze, wobei den Polymeren Nanopartikel zugesetzt werden, an deren Oberfläche organische, lichtabsorbierende Verbindungen, beispielsweise UV-Absorber, angebunden sind. Dieses allgemeine erfindungsgemäße Verfahren lässt sich selbstverständlich mit Hilfe der entsprechenden erfindungsgemäßen Teilchen P, die im wesentlichen an ihrer Oberfläche lichtabsorbierende Verbindungen haben, durchführen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Im allgemeinen lassen sich alle Nanopartikel einsetzen, die an ihrer Oberfläche organische lichtabsorbierende Verbindungen aufweisen, beispielsweise oberflächenmodifizierte Nanopartikel. Die Herstellung solcher oberflächenmodifizierter Nanoteilchen ist beispielsweise aus den Schriften WO 2006/099952 A2, EP 1 205 177 oder WO 2007/017586 bekannt. Auf die Beispiele für oberflächenmodifizierte Teilchen der Schriften WO 2006/099952 A2 (S.3 - S. 16), EP 1 205 177 ([0013], [0071]-[0076]) oder WO 2007/017586 )[0012] - [0055]) wird explizit Bezug genommen und diese Lite- raturstellen werden zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gemacht.According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain organic UV absorbers as organic molecules for stabilizing polymers against the action of UV light. Another object of the present invention is a general method for stabilizing polymers against the action of light, radicals or heat, wherein the polymers nanoparticles are added to the surface organic, light-absorbing compounds, such as UV absorbers, are attached. This general method according to the invention can, of course, be carried out with the aid of the corresponding particles P of the invention, which have light-absorbing compounds substantially on their surface, but are not limited thereto. In general, it is possible to use all nanoparticles which have organic light-absorbing compounds on their surface, for example surface-modified nanoparticles. The preparation of such surface-modified nanoparticles is known, for example, from the documents WO 2006/099952 A2, EP 1 205 177 or WO 2007/017586. The examples of surface-modified particles of the documents WO 2006/099952 A2 (p.3 - page 16), EP 1 205 177 ([0013], [0071] - [0076]) or WO 2007/017586) [0012] [0055]) is explicitly referenced and these references are made to the disclosure of the present invention.
Ein weitere Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Nanopartikeln, an deren Oberfläche organische, lichtabsorbierende Verbindungen angebunden sind zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von Licht, Radikalen oder Hitze.Another object of the invention is the use of nanoparticles, on the surface of organic, light-absorbing compounds are attached to stabilize polymers against the action of light, radicals or heat.
Die Einarbeitung der Nanopartikel, an deren Oberfläche organische, lichtabsorbierende Verbindungen angebunden sind, in Polymere, kann nach den gleichen Verfahren wie die Einarbeitung der erfindungsgemäßen Teilchen P in Polymere erfolgen.The incorporation of the nanoparticles, on the surface of which organic, light-absorbing compounds are bonded into polymers, can be effected by the same processes as the incorporation of the particles P according to the invention into polymers.
Der Einsatz von anorganischen Nanoteilchen X, beispielsweise von auf ZnO und TiÜ2 basierten Nanopartikeln in Polymeren führt häufig auf Grund der photokatalytischen Wirkung der Nanoteilchen zur Schädigung oder Zerstörung der Polymermatrix und damit zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Polymere. Die erfindungsgemäßen Teilchen P haben den Vorteil, dass die photokatalytische Aktivität reduziert oder vollständig unterdrückt wird, wenn als organische Moleküle M UV-Absorber eingesetzt werden.Due to the photocatalytic effect of the nanoparticles, the use of inorganic nanoparticles X, for example of nanoparticles based on ZnO and TiO.sub.2 in polymers, frequently leads to damage or destruction of the polymer matrix and thus to a deterioration in the properties of the polymers. The particles P of the invention have the advantage that the photocatalytic activity is reduced or completely suppressed when used as organic molecules M UV absorber.
Die, mit Hilfe von UV-Absorbern als organischen Molekülen M, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teilchen P, haben den weiteren Vorteil, dass in der Regel die UV-Absorber stabilisiert vorliegen. Durch das Einbringen der UV-Absorber in die erfindungsgemäßen Teilchen P wird in der Regel die Lebensdauer der UV- Absorber verlängert und eine frühzeitige photochemische Zerstörung der UV-Absorber verhindert. Dieser Effekt trägt zu einer effektiven Reduktion der benötigten Menge an UV-Absorber bei.The particles P produced by means of UV absorbers as organic molecules M, by the process according to the invention, have the further advantage that the UV absorbers are generally stabilized. By introducing the UV absorbers into the particles P according to the invention, the life of the UV absorbers is generally prolonged and premature photochemical destruction of the UV absorbers is prevented. This effect contributes to an effective reduction of the required amount of UV absorber.
Als organische Moleküle M kommen weiterhin Stabilisatoren für organische Polymere in Betracht. Bei den Stabilisatoren handelt es sich um Verbindungen, die organische Polymere gegen den Abbau bei Einwirkung von Sauerstoff, Licht (außer UV) oder Wärme stabilisieren. Sie werden auch als Antioxidantien oder als Lichtstabilisatoren bezeichnet, vgl. Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 3, 629 - 650 (ISBN-3-527-30385-5) und EP-A 1 1 10 999, Seite 2, Zeile 29 bis Seite 38, Zeile 29. Mit solchen Stabilisatoren können praktisch alle organischen Polymere stabilisiert werden, vgl. EP-A 1 1 10 999, Seite 38, Zeile 30 bis Seite 41 , Zeile 35. Diese Literaturstelle wird durch die Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gemacht. Die in der EP-Anmeldung beschriebenen Stabilisatoren gehören zur Verbindungsklasse der Pyrazolone, der organischen Phosphite oder Phosphonite, der sterisch gehinderten Phenole und der sterisch gehinderten Amine (Stabilisatoren des sog. HALS Typs o. HALS-Stabilisatoren, vgl. Römpp, 10. Auflage, Band 5, Seiten 4206-4207. Erfindungsgemäß lassen sich daher Teilchen P, die als organische Moleküle M Stabilisatoren enthalten zur Stabilisierung von Polymeren verwenden.Suitable organic molecules M are also stabilizers for organic polymers into consideration. The stabilizers are compounds that are organic polymers against degradation by exposure to oxygen, light (except UV) or Stabilize heat. They are also referred to as antioxidants or as light stabilizers, cf. Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 3, 629-650 (ISBN-3-527-30385-5) and EP-A 1 1 10 999, page 2, line 29 to page 38, line 29. With such stabilizers virtually all organic polymers are stabilized, cf. EP-A 1 1 10 999, page 38, line 30 to page 41, line 35. This reference is made by reference to the disclosure of the present invention. The stabilizers described in the EP application belong to the class of compounds of pyrazolones, organic phosphites or phosphonites, sterically hindered phenols and sterically hindered amines (stabilizers of the so-called HALS type or HALS stabilizers, see Römpp, 10th edition, US Pat. Volume 5, pages 4206-4207 According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain stabilizers as organic molecules M for stabilizing polymers.
In einer bevorzugt Ausführungsform werden Mischungen von Teilchen P, die als orga- nische Moleküle M UV-Absorber und bestimmte Hilfsmittel für organische Polymere enthalten eingesetzt. Beispielswiese sind diese Hilfsmittel Flammschutzmittel, organische Farbstoffe, IR-Farbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe, optische Aufheller, Nukleirungs- mittel, antimikrobielle Additive. Je nach Anwendungsgebiet kann das Verhältnis von Hilfsmitteln zu UV-Absorbern stark variieren. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von UV-Absorbern zu Hilfsmitteln von 10:1 bis 1 :10, bevorzugt von 5:1 bis 1 :5, insbesondere von 2:1 bis 1 :2.In a preferred embodiment, mixtures of particles P which contain as organic molecules M UV absorbers and certain auxiliaries for organic polymers are used. For example, these aids flame retardants, organic dyes, IR dyes, fluorescent dyes, optical brighteners, nucleating agents, antimicrobial additives. Depending on the field of application, the ratio of auxiliary agents to UV absorbers can vary widely. For example, the ratio of UV absorbers to auxiliaries is from 10: 1 to 1:10, preferably from 5: 1 to 1: 5, in particular from 2: 1 to 1: 2.
Als organische Moleküle M kommen weiterhin Hilfsmittel für organische Polymere in Betracht. Unter Hilfsmitteln sind beispielsweise Stoffe zu verstehen, die das Beschla- gen von Folien oder Formteilen aus Kunststoffen zumindest weitgehend verhindern, sog. Antifogging agents. Außerdem eignen sich als Polymeradditive Antibeschlagsmit- tel für organische Polymere, aus denen insbesondere Platten oder Folien hergestellt werden. Solche Polymeradditive werden beispielsweise beschrieben von F. WyNn, in Plastics Additives Handbook, 5th Edition, Hanser, ISBN 1-56990-295-X, Seiten 609 - 626. Erfindungsgemäß lassen sich daher Teilchen P, die als organische Moleküle M Hilfsmittel enthalten als Anti-Fogging oder Antibeschlagsmittel verwenden.As organic molecules M are further aids for organic polymers into consideration. Auxiliaries are, for example, substances which at least largely prevent the fitting of films or molded parts made of plastics, so-called antifogging agents. In addition, suitable polymer additives are anti-fogging agents for organic polymers, from which, in particular, sheets or films are produced. Such polymer additives are described, for example, by F. WyNn, in Plastics Additives Handbook, 5th Edition, Hanser, ISBN 1-56990-295-X, pages 609-626. According to the invention, therefore, particles P which contain as organic molecules M adjuvants can be used as anti Use fogging or anti-fogging agents.
Weitere geeignete organische Moleküle M sind Gleitmittel wie oxidierte Polyethylen- wachse sowie Antistatika für organische Polymere. Beispiele für Antistatika vgl. die obengenannte Literaturstelle F. WyNn, Plastics Additives Handbook, Seiten 627-645.Other suitable organic molecules M are lubricants such as oxidized polyethylene waxes and antistatic agents for organic polymers. Examples of antistatic agents cf. the aforementioned reference F. WyNn, Plastics Additives Handbook, pp. 627-645.
Weitere geeignete organische Moleküle M sind Flammschutzmittel, die beispielsweise in Römpp, 10. Auflage, Seiten 1352 und 1353 sowie in Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 14, 53-71 beschrieben werden. Erfindungsgemäß lassen sich daher Teilchen P, die als organische Moleküle M Flammschutzmittel enthalten als Flammschutzmittel für Polymeren verwenden. Handelsübliche Stabilisatoren und Hilfsmittel werden beispielsweise unter den Markennamen Tinuvin®, Chimassorb®, und Irganox® von Ciba, Cyasorb® und Cyanox® von Cytec, Lowilite®, Lowinox®, Anox®, Alkanox®, Ultranox® und Weston® von Chemtura und Hostavin® und Hostanox® von Clariant vertrieben. Stabilisatoren und Hilfsmittel werden beispielsweise beschrieben in Plastics Additives Handbook, 5. Auflage, Hanser Verlag, ISBN 1-56990-295-X.Further suitable organic molecules M are flame retardants, which are described, for example, in Römpp, 10th edition, pages 1352 and 1353 and in Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 14, 53-71. According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain flame retardants as organic molecules M as flame retardants for polymers. Commercial stabilizers and adjuvants are available, for example, under the trade names Tinuvin®, Chimassorb®, and Irganox® from Ciba, Cyasorb® and Cyanox® from Cytec, Lowilite®, Lowinox®, Anox®, Alkanox®, Ultranox®, and Weston® from Chemtura and Hostavin ® and Hostanox® from Clariant. Stabilizers and auxiliaries are described for example in Plastics Additives Handbook, 5th edition, Hanser Verlag, ISBN 1-56990-295-X.
Andere organische Moleküle M sind organische Farbstoffe, die Licht im sichtbaren Bereich absorbieren, oder optische Aufheller. Solche Farbstoffe und optische Aufheller werden in der zum Stand der Technik angegebenen WO 99/40123, Seite 10, Zeile 14 bis Seite 25, Zeile 25 ausführlich beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Während organische Farbstoffe ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von 400 bis 850 nm besitzen, haben optische Aufheller ein oder mehrere Absorptionsmaxima im Bereich von 250 bis 400 nm. Optische Aufheller emittieren be- kanntlich beim Bestrahlen mit UV-Licht eine Fluoreszenzstrahlung im sichtbaren Bereich. Beispiele für optische Aufheller sind Verbindungen aus den Klassen der Bissty- rylbenzole, Stilbene, Benzoxazole, Cumarine, Pyrene und Naphthaline. Handelsübliche optische Aufheller werden unter den Marken Tinopal® (Ciba), Ultraphor® (BASF Aktiengesellschaft) und Blankophor® (Bayer) verkauft. Optische Aufheller werden außer- dem in Römpp, 10. Auflage, Band 4, 3028 - 3029 (1998) und in Ullmanns, Encyclope- dia of Industrial Chemistry, Vol. 24, 363 - 386 (2003) beschrieben. Erfindungsgemäß lassen sich daher Teilchen P, die als organische Moleküle M organische Farbstoffe oder Aufheller enthalten zur Anfärbung oder Aufhellung von Polymeren verwenden.Other organic molecules M are organic dyes that absorb light in the visible range, or optical brighteners. Such dyes and optical brighteners are described in detail in the prior art WO 99/40123, page 10, line 14 to page 25, line 25, which is incorporated herein by reference. While organic dyes have an absorption maximum in the wavelength range from 400 to 850 nm, optical brighteners have one or more absorption maxima in the range from 250 to 400 nm. Optical brighteners emit fluorescence radiation in the visible range when exposed to UV light. Examples of optical brighteners are compounds from the classes of bisstyrylbenzenes, stilbenes, benzoxazoles, coumarins, pyrenes and naphthalenes. Commercially available optical brighteners are sold under the trademarks Tinopal® (Ciba), Ultraphor® (BASF Aktiengesellschaft) and Blankophor® (Bayer). Optical brighteners are also described in Römpp, 10th edition, volume 4, 3028-3029 (1998) and in Ullmanns, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 24, 363-386 (2003). According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain organic dyes or brighteners as organic molecules for coloring or lightening polymers.
Weitere geeignete organische Moleküle M sind IR-Farbstoffe, die beispielsweise von der BASF Aktiengesellschaft als Lumogen® IR verkauft werden. Lumogen® Farbstoffe umfassen Verbindungen der Klassen der Perylene, Naphthalimide, oder Quaterylene. Erfindungsgemäß lassen sich daher Teilchen P, die als organische Moleküle M IR- Farbstoffe enthalten als IR-Absorber für Polymere oder zur unsichtbaren Markierung von Polymeren verwenden.Other suitable organic molecules M are IR dyes, which are sold for example by BASF Aktiengesellschaft as Lumogen® IR. Lumogen® dyes include compounds of the classes of perylenes, naphthalimides, or quaterylenes. According to the invention, it is therefore possible to use particles P which contain IR dyes as organic molecules as IR absorbers for polymers or for the invisible marking of polymers.
Insbesondere sind bevorzugt Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von ZnO führen in Gegenwart von Benzophenonen.In particular, particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of benzophenones are preferred.
Insbesondere sind auch bevorzugt Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von ZnO führen in Gegenwart von Salicylsäure.In particular, particles P are also obtainable which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of salicylic acid.
Weiterhin bevorzugt sind Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von ZnO führen in Gegenwart von organischen Molekülen M, der Formel Y'-Z oder Y-Z, wobei Y ein Silan-Linker (L14) ist und Z die Funktion eines UV-Absorbers aufweist. Weiterhin bevorzugt sind Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von ÜO2 führen in Gegenwart von organischen Molekülen M, der Formel Y'-Z oder Y-Z, wobei Y ein Carboxyl-Linker (L5) ist und Z die Funktion eines UV-Absorbers aufweist.Preference is further given to particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of organic molecules M, of the formula Y'-Z or YZ, where Y is a silane linker (L14) and Function of a UV absorber has. Preference is further given to particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of OO 2 in the presence of organic molecules M of the formula Y'-Z or YZ, where Y is a carboxyl linker (L5) and Function of a UV absorber has.
Weiterhin bevorzugt sind Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von TiÜ2 führen in Gegenwart von organischen Molekülen M, der Formel Y'-Z oder Y-Z, wobei Y ein Sulfonsäure-Linker (L8) ist und Z die Funktion eines UV-Absorbers aufweist.Preference is furthermore given to particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of TiO 2 in the presence of organic molecules M of the formula Y'-Z or YZ, where Y is a sulfonic acid linker (L8) and Function of a UV absorber has.
Weiterhin bevorzugt sind Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von TiÜ2 führen in Gegenwart von organischen Molekülen M, der Formel Y'-Z oder Y-Z, wobei Y ein Silan-Linker (L14) ist und Z die Funktion eines UV-Absorbers aufweist.Preference is furthermore given to particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of TiO 2 in the presence of organic molecules M of the formula Y'-Z or YZ, where Y is a silane linker (L14) and Function of a UV absorber has.
Insbesondere sind auch bevorzugt Teilchen P, die erhältlich sind durch Umsetzung von Verbindungen V, die zur Bildung von ZnO führen in Gegenwart von organischen Molekülen M, der Formel Y'-Z oder Y-Z, wobei Y der Linker L1 ist und Z eine Gruppe Z2 ist.In particular, particles P which are obtainable by reacting compounds V which lead to the formation of ZnO in the presence of organic molecules M, of the formula Y'-Z or YZ, where Y is the linker L1 and Z is a group Z2, are also preferred ,
Bevorzugte erfindungsgemäße Teilchen P sind diejenigen Teilchen, bei denen alle Merkmale ihre bevorzugte Bedeutung einnehmen.Preferred particles P according to the invention are those particles in which all features take on their preferred meaning.
Die erfindungsgemäßen Teilchen lassen sich selbstverständlich nachträglich mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren an ihrer Oberfläche modifizieren (EP 1 205 177 A2, WO 93/21127).Of course, the particles according to the invention can subsequently be modified on their surface by processes known from the prior art (EP 1 205 177 A2, WO 93/21127).
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Teilchen P erfolgt durch Umsetzung von Verbindungen V, die anorganische Nanopartikel X bilden können, mit organischen Molekülen M, die funktionelle Gruppen Z enthalten, wobei die Moleküle M und die Verbindun- gen V während des Bildungsprozesses der Teilchen P gemeinsam zugegen sind.The particles P according to the invention are prepared by reacting compounds V which can form inorganic nanoparticles X with organic molecules M containing functional groups Z, the molecules M and the compounds V being present together during the formation process of the particles P. ,
Wie oben bereits erläutert lassen sich mit Hilfe der Verbindungen V anorganische Nanopartikel bilden. Die Bildung der anorganischen Nanopartikel X kann hierbei auch in Abwesenheit der organischen Moleküle M erfolgen. Erfindungsgemäß, sind jedoch die Verbindungen V und die organischen Moleküle M bei der Bildung der Teilchen P gemeinsam zugegen. Bevorzugt beeinflussen die organischen Moleküle M die Bildung von anorganischen Nanopartikeln aus den Verbindungen V dahingehend, dass bei der Umsetzung der Verbindungen V nicht die anorganischen Nanopartikel X, sondern die erfindungsgemäßen Teilchen P entstehen. Ganz besonders bevorzugt sind die übrigen Reaktionsbedingungen, die bei einer Umsetzung der Verbindungen V zu den anorganischen Nanopartikeln führen würden, bis auf die Gegenwart der organischen Moleküle M, unverändert. In einer Ausführungsform umfasst die Herstellung der erfindungsgemäßen Teilchen P folgende Schritte:As already explained above, inorganic nanoparticles can be formed with the aid of the compounds V. The formation of the inorganic nanoparticles X can also take place in the absence of the organic molecules M. According to the invention, however, the compounds V and the organic molecules M are co-present in the formation of the particles P. The organic molecules M preferably influence the formation of inorganic nanoparticles from the compounds V to the effect that in the reaction of the compounds V not the inorganic nanoparticles X, but the particles P according to the invention are formed. Most preferably, the remaining reaction conditions which would result in a reaction of the compounds V to the inorganic nanoparticles, except for the presence of the organic molecules M, unchanged. In one embodiment, the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps:
(a) Bereitstellen der Verbindung V optional gelöst in einem Lösungsmittel und der organischen Moleküle M optional gelöst in einem Lösungsmittel. (b) Mischen der Verbindungen V mit den organischen Molekülen M optional in einem Lösungsmittel.(a) providing the compound V optionally dissolved in a solvent and the organic molecules M optionally dissolved in a solvent. (b) mixing the compounds V with the organic molecules M optionally in a solvent.
(c) Umsetzen der Mischung aus (b), optional unter Zugabe weiterer Substanzen oder weiterer organischer Moleküle M, optional unter den Reaktionsbedingungen, die zur Bildung von Nanopartikeln X aus Verbindungen V führen würden, zu erfindungsgemäßen Teilchen P.(c) reacting the mixture of (b), optionally with the addition of further substances or further organic molecules M, optionally under the reaction conditions which would lead to the formation of nanoparticles X from compounds V, into particles P according to the invention.
(d) Optional Isolierung der Teilchen P.(d) Optional isolation of particles P.
(e) Optional Reinigung und Aufarbeitung der Teilchen P.(e) Optional purification and work-up of the particles P.
(f) Optionale weitere Modifizierung der Teilchen P.(f) Optional further modification of the particles P.
(g) Optional Redispergierung der Teilchen P.(g) optionally redispersing the particles P.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Teilchen P werden in Schritt (a) die organischen Moleküle M oder die Verbindungen V in einem Lösungsmittel gelöst. Besonders bevorzugt sind sowohl die Verbindungen V und die organischen Moleküle in einem Lösungsmittel gelöst und werden in gelöster Form vermischt, insbesondere sind die Verbindungen V und die organischen Moleküle M im gleichen Lösungsmittel gelöst.In a preferred embodiment of the process according to the invention for the preparation of the particles P, the organic molecules M or the compounds V are dissolved in a solvent in step (a). Particularly preferably, both the compounds V and the organic molecules are dissolved in a solvent and are mixed in dissolved form, in particular the compounds V and the organic molecules M are dissolved in the same solvent.
Weiterhin bevorzugt ist im erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (c) die Zugabe weiterer Substanzen, beispielweise Initiatoren oder Katalysatoren für die Bildung der an- organischen Nanoteilchen, oder weiterer organischer Moleküle M. Unter Initiatoren oder Katalysatoren für die Bildung der anorganischen Nanoteilchen werden Substanzen verstanden, die die Bildung der Teilchen P einleiten bzw. beschleunigen. Beispielsweise werden als weitere Substanzen Basen, insbesondere EtONa, EtOK, EtOLi, PrONa, MeONa, NaOH, LiOH, KOH, Trialkylamine, Tetra-alkylammoniumhydroxide, oder Säuren, insbesondere HCl, H2SO4, HNO3, Essigsäure, oder Salze, insbesondere Tetra-alkylammoniumhalogenide eingesetztFurther preferred in the process according to the invention in step (c) is the addition of further substances, for example initiators or catalysts for the formation of the inorganic nanoparticles, or further organic molecules M. Initiators or catalysts for the formation of the inorganic nanoparticles are understood to be substances which initiate or accelerate the formation of the particles P. For example, as further substances bases, in particular EtONa, EtOK, EtOLi, PrONa, MeONa, NaOH, LiOH, KOH, trialkylamines, tetra-alkylammoniumhydroxide, or acids, in particular HCl, H2SO4, HNO3, acetic acid, or salts, in particular tetra-alkylammoniumhalogenide used
Bevorzugt werden in Schritt (c) weitere organische Moleküle M zugesetzt. Der Zusatz dieser weiteren organischen Moleküle M kann verwendet werden um die Teilchengrö- ße der Teilchen P zu kontrollieren oder um zusätzliche funktionelle Gruppen Z in die Teilchen P einzubringen. Im allgemeinen ist die Teilchengröße abhängig von der Konzentration der organischen Moleküle M, je höher die Konzentration der M ist, desto geringer ist im allgemeinen die Teilchengröße der Teilchen P. Über die Zugabe weiterer organischer Moleküle M lassen sich zusätzliche funktionelle Gruppen Z in die TeN- chen P einführen. Die Z können hierbei alle gleich oder verschieden sein. Bevorzugt lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Teilchen P mit verschiedenen Z herstellen. Die mit verschiedenen Z hergestellten erfindungsgemäßen Teilchen P weisen im allgemeinen kombinierte Eigenschaften, beruhend auf den verschiedenen Z, auf. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise Teilchen P herstellen, die verschiedene UV-Absorber enthalten, und damit das gesamte benötigte Absorptionsspektrum abdecken. Weitere Kombinationen funktioneller Gruppen sind beispielsweise Flammschutzmittel mit Farbstoffen oder UV-Absorber mit Flammschutzmitteln. Je nach ge- wünschtem Anwendungsbereich können weitere Kombinationen ausgewählt werden. Solche Kombinationen zeigen häufig Synergien.In step (c), further organic molecules M are preferably added. The addition of these further organic molecules M can be used to control the particle size of the particles P or to introduce additional functional groups Z into the particles P. In general, the particle size is dependent on the concentration of the organic molecules M, the higher the concentration of M, the lower the particle size of the particles P in general. By adding further organic molecules M, additional functional groups Z can be added to the TeN atoms. introduce P. The Zs can all be the same or different. Preferably, particles P with different Z can be produced by means of the process according to the invention. The particles P of the invention prepared with different Z generally have combined properties based on the different Z, on. For example, it is possible in this way to produce particles P which contain different UV absorbers and thus cover the entire required absorption spectrum. Further combinations of functional groups are, for example, flame retardants with dyes or UV absorbers with flame retardants. Depending on the desired field of application, further combinations can be selected. Such combinations often show synergies.
Ganz bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren im Schritt (a) ein Lösungsmittel verwendet und in Schritt (c) werden weitere Substanzen zugegeben oder weitere Moleküle M zugesetzt.Very preferably, a solvent is used in the preparation process according to the invention in step (a) and in step (c) further substances are added or further molecules M are added.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Herstellung der erfindungsgemäßen Teilchen P folgende Schritte: (a) Bereitstellen von Zn(OAc)2 und UV-Absorber, (b) Mischen von Zn(OAc)2 und UV-Absorber in polarem Lösungsmitte, bevorzugt Ethanol oder Wasser, (c) Umsetzung der Mischung aus (b) in Gegenwart von Base, bevorzugt NaOH oder LiOH zu erfindungsgemäßen Teilchen P. (d) Optional Isolierung der Teilchen P. (e) Optional Reinigung und Aufarbeitung der Teilchen P. (f) Optionale weitere Modifikation der Teilchen P. (g) Optional Redispergierung der Teilchen P.In a preferred embodiment, the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps: (a) providing Zn (OAc) 2 and UV absorbers, (b) mixing Zn (OAc) 2 and UV absorbers in polar solvent, preferably ethanol or Water, (c) reacting the mixture of (b) in the presence of base, preferably NaOH or LiOH, to particles P of the invention. (D) optionally isolating the particles P. (e) optionally purifying and working up the particles P. (f) Optional further modification of the particles P. (g) optionally redispersion of the particles P.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Herstellung der erfindungsgemäßen Teilchen P folgende Schritte: (a) Bereitstellen von Ti(OiPr)4 und UV- Absorber, (b) Mischen von Ti(OiPr)4 und UV-Absorber in polarem Lösungsmitte, bevorzugt Ethanol oder Wasser, (c) Umsetzung der Mischung aus (b) in Gegenwart von Base, bevorzugt NaOH oder LiOH zu erfindungsgemäßen Teilchen P. (d) Optional Isolie- rung der Teilchen P. (e) Optional Reinigung und Aufarbeitung der Teilchen P. (f) Optionale weitere Modifikation der Teilchen P. (g) Optional Redispergierung der Teilchen P.In a further preferred embodiment, the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps: (a) providing Ti (OiPr) 4 and UV absorbers, (b) mixing Ti (OiPr) 4 and UV absorber in polar solvent, preferably ethanol or water, (c) reaction of the mixture of (b) in the presence of base, preferably NaOH or LiOH, to give particles P of the invention. (d) optionally isolating the particles P. (e) optionally purifying and working up the particles P. f) Optional further modification of the particles P. (g) Optional redispersion of the particles P.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Herstellung der erfindungsgemäßen Teilchen P folgende Schritte: (a) Bereitstellen von TiiβOi6(OEt)32 nach Literaturvorschrift (C. Sanchez et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4869 - 4878, R. Schmid, A. Mosset and J. GaIy, J. Chem. Soc, Dalton Trans., 1991 , 1999) und UV- Absorber, (b) Mischen von Tii6θi6(OEt)32 und UV-Absorber in polarem Lösungsmitte, bevorzugt Ethanol oder Wasser, (c) Umsetzung der Mischung aus (b) in Gegenwart von Base, bevorzugt NaOH oder LiOH zu erfindungsgemäßen Teilchen P. (d) Optional Isolierung der Teilchen P. (e) Optional Reinigung und Aufarbeitung der Teilchen P. (f) Optionale weitere Modifikation der Teilchen P. (g) Optional Redispergierung der Teilchen P.In a further preferred embodiment, the preparation of the particles P according to the invention comprises the following steps: (a) Provision of TiiβOi6 (OEt) 32 according to the literature procedure (Sanchez C. et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4869-4878 , R. Schmid, A. Mosset and J. Galyy, J. Chem. Soc, Dalton Trans., 1991, 1999) and UV absorbers, (b) mixing Tii6θi6 (OEt) 32 and UV absorbers in polar solvent, preferably ethanol or water, (c) reaction of the mixture of (b) in the presence of base, preferably NaOH or LiOH, to particles P according to the invention. (d) optionally isolation of the particles P. (e) optionally purification and work-up of the particles P. f) Optional further modification of the particles P. (g) Optional redispersion of the particles P.
Bevorzugt umfasst die optionale weitere Modifikation der Teilchen P (f) eine chemische Modifikation der Teilchen P, insbesondere an den organischen Molekülen M, ganz bevorzugt eine chemische Umsetzung an den funktionellen Gruppen Z. Beispielsweise ist in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine (nachträgliche) Umwandlung der funktionellen Gruppe Z von einer inaktiven in eine aktive Form möglich.The optional further modification of the particles P (f) preferably comprises a chemical modification of the particles P, in particular on the organic molecules M, very preferably a chemical reaction on the functional groups Z. For example, in this embodiment of the method according to the invention, a (subsequent) Conversion of the functional group Z from an inactive to an active form possible.
Druck und Temperatur sind im allgemeinen für die Herstellung der erfindungsgemäßen Teilchen P von untergeordneter Bedeutung. Die Wahl der Temperatur kann einen Einfluß auf die Teilchengröße haben und hängt naturgemäß von den eingesetzten Verbindungen V ab. Üblicherweise liegt die Umsetzungstemperatur im Bereich von - 5°C bis 300 0C, häufig im Bereich von 10 bis 150 0C. Bevorzugt liegt die Umsetzungstemperatur im Bereich von 20 bis 700C. Die Umsetzung wird üblicherweise bei Nor- maldruck bzw. Umgebungsdruck durchgeführt. Sie kann aber auch im Druckbereich von bis 50 bar durchgeführt werden.Pressure and temperature are generally of minor importance for the preparation of the particles P according to the invention. The choice of temperature can have an influence on the particle size and depends naturally on the compounds V used. Usually, the reaction temperature in the range of - 5 ° C to 300 0 C, often in the range of 10 to 150 0 C. Preferably, the reaction is temperature in the range of 20 to 70 0 C. The reaction is usually carried out at normal pressure or ambient pressure carried out. However, it can also be carried out in the pressure range of up to 50 bar.
Der Feststoffgehalt der erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen wird in erster Näherung durch die erfindungsgemäßen Teilchen P bestimmt und variiert je nach An- wendung in einem weiten Bereich. In der Regel liegt der Feststoffgehalt im Bereich von 1 bis 90 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 5 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Formulierung.The solids content of the liquid formulations according to the invention is determined to a first approximation by the particles P of the invention and varies depending on the application in a wide range. In general, the solids content is in the range from 1 to 90% by weight and in particular in the range from 5 to 70% by weight, based on the total weight of the liquid formulation.
Die erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen können als solche oder nach Ver- dünnung direkt eingesetzt werden. Außerdem können die erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen noch übliche Zusatzstoffe (Additive) enthalten, z. B. die Viskosität verändernde Additive (Andicker, Verdicker), Antischaummittel, Bakterizide, Frostschutzmittel und/oder oberflächenaktive Substanzen. Zu den oberflächenaktiven Substanzen zählen Schutzkolloide oder auch niedermolekulare Emulgatoren (Tenside), wobei letztere im Unterschied zu den Schutzkolloiden in der Regel ein Molekulargewicht unterhalb 2000 g/mol, insbesondere unterhalb 1000 g/mol (Massenmittel) aufweisen. Die Schutzkolloide oder Emulgatoren können sowohl anionischer, nichtionischer, kationischer, als auch zwitterionischer Natur sein.The liquid formulations according to the invention can be used directly as such or after dilution. In addition, the liquid formulations of the invention may contain conventional additives (additives), for. As the viscosity-modifying additives (thickener, thickener), anti-foaming agents, bactericides, antifreeze and / or surface-active substances. The surface-active substances include protective colloids or low molecular weight emulsifiers (surfactants), the latter usually having a molecular weight below 2000 g / mol, in particular below 1000 g / mol (mass average), in contrast to the protective colloids. The protective colloids or emulsifiers may be anionic, nonionic, cationic or zwitterionic in nature.
Daneben können die erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen mit konventionellen Bindemitteln, beispielsweise wässrigen Polymerdispersionen, wasserlöslichen Harzen oder mit Wachsen formuliert werden.In addition, the liquid formulations according to the invention can be formulated with conventional binders, for example aqueous polymer dispersions, water-soluble resins or with waxes.
Die erfindungsgemäßen Teilchen P sind in den flüssigen Formulierungen enthalten und lassen sich aus diesen flüssigen Formulierungen (Schritt (d) und (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens) durch das Entfernen der flüchtigen Bestandteile der flüssigen Phase in Pulverform gewinnen. Im Pulver können die erfindungsgemäßen Teilchen entweder vereinzelt, in agglomerierter Form, oder auch teilweise verfilmt vorliegen. Die erfindungsgemäßen Pulver sind dabei beispielsweise durch Verdampfen der flüssigen Phase, Gefriertrocknung oder durch Sprühtrocknung zugänglich. Häufig sind erfindungsgemäße flüssige Formulierungen durch eine Redispergierung (Schriff (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens) der erfindungsgemäßen Pulver, beispielsweise in Ethanol oder Toluol, zugänglich.The particles P according to the invention are contained in the liquid formulations and can be obtained from these liquid formulations (step (d) and (e) of the process according to the invention) by removing the volatile constituents of the liquid phase in powder form. In the powder particles of the invention may be present either isolated, in agglomerated form, or partially filmed. The powders according to the invention are accessible, for example, by evaporation of the liquid phase, freeze-drying or by spray-drying. Frequently, liquid formulations according to the invention are obtainable by redispersion (step (f) of the process according to the invention) of the powders according to the invention, for example in ethanol or toluene.
Die erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen und die daraus durch Abtrennung der flüssigen Phase erhältlichen erfindungsgemäßen Pulver haben den Vorteil, dass sie die organischen Moleküle M über einen langen Zeitraum kontrolliert migrationsstabil enthalten, d.h. die organischen Moleküle M sind über einen längeren Zeitraum mit den Teilchen P assoziiert und werden nicht an die Umgebung außerhalb der Teilchen P abgegeben. Weiterhin werden häufig auch die anorganischen Bestandteile der Nano- partikel durch die Modifikation mit den organischen Molekülen M ebenfalls in den Teilchen P festgehalten und nicht an die Umgebung abgegeben. Die organischen Moleküle M und/oder die anorganischen Nanopartikel liegen somit in einer für ihre Anwendung besonders vorteilhaften Form vor. Diese Tatsache trifft insbesondere für solche flüssi- gen Formulierungen oder Teilchenpulver zu, die einen UV-Absorber enthalten. Die Migrationsstabilität lässt sich beispielsweise durch Sprühtrocknung der flüssigen Formulierung und anschließender Extraktion des Pulvers mit Tetrahydrofuran (THF) messen, indem man den durch Extraktion wiedergewonnenen Anteil der organischen Moleküle M bestimmt. Weiterhin werden erfindungsgemäß, bei metallhaltigen anorgani- sehen Nanopartikeln die Metalle häufig am Austritt aus den Teilchen P gehindert. Somit kann beispielsweise die toxische Wirkung der Metall(kationen) kontrolliert werden.The liquid formulations according to the invention and the powders according to the invention obtainable therefrom by separation of the liquid phase have the advantage that they contain the organic molecules M in a controlled migration stable manner over a long period of time, ie. the organic molecules M are associated with the particles P over an extended period of time and are not released to the environment outside the particles P. Furthermore, the inorganic constituents of the nanoparticles are also frequently retained in the particles P by the modification with the organic molecules M and are not released into the environment. The organic molecules M and / or the inorganic nanoparticles are thus present in a form which is particularly advantageous for their application. This fact applies in particular to those liquid formulations or particle powders which contain a UV absorber. The migration stability can be measured, for example, by spray-drying the liquid formulation and then extracting the powder with tetrahydrofuran (THF) by determining the fraction of organic molecules M recovered by extraction. Furthermore, according to the invention, in the case of metal-containing inorganic nanoparticles, the metals are frequently prevented from leaving the particles P. Thus, for example, the toxic effect of the metal (cations) can be controlled.
Die erfindungsgemäßen Teilchen in Form ihrer flüssigen Formulierungen oder Pulver werden bevorzugt zur Ausrüstung, beispielsweise zur Stabilisierung, von organischen Polymeren eingesetzt. Die Teilchen lassen sich zu diesem Zweck sowohl als flüssige Formulierung, als auch als Pulver nach den üblichen Methoden in die organischen Polymere einarbeiten. Zu nennen ist hier beispielsweise die Mischung der Teilchen mit den organischen Polymeren vor oder während eines Extrusionsschrittes. Im Allgemeinen lassen sich auch andere, beispielsweise oberflächenmodifizierte Nanoteilchen, zusammen mit den erfindungsgemäßen Teilchen oder auch allein, beispielsweise als Additive oder Füllstoffe in organische Polymere einarbeiten.The particles according to the invention in the form of their liquid formulations or powders are preferably used for finishing, for example for stabilizing, organic polymers. The particles can be incorporated for this purpose both as a liquid formulation, as well as a powder by the usual methods in the organic polymers. Mention may be made, for example, of the mixture of the particles with the organic polymers before or during an extrusion step. In general, it is also possible to incorporate other, for example surface-modified nanoparticles, together with the particles according to the invention or else alone, for example as additives or fillers, into organic polymers.
Nach der Einarbeitung der erfindungsgemäßen Teilchen P in die organischen Polymere liegen die Teilchen P in der Polymermatrix und die organischen Moleküle sind erfin- dungsgemäß migrationsstabil in den organischen Polymeren enthalten. Die Migrationsstabilität kann analog zum oben angegebenen Verfahren (Extraktion mit THF) für Teilchenpulver auch auf Polymerpulver, die Teilchen P enthalten, angewendet werden. Weiterhin kann die Migrationsstabilität durch optische Bestimmung getestet werden. Hierfür werden aus den organischen Polymeren, enthaltend die Teilchen P, beispiels- weise durch Extrusion Filme hergestellt, die bei erhöhter Temperatur (z.B. 600C) gelagert werden. Nach einer bestimmten Zeitdauer, beispielsweise ein bis zwei Wochen, kann durch eine optische Prüfung festgestellt werden, ob die Teilchen P an die Oberfläche der Filme gewandert sind (Bildung von sichtbaren Ablagerungen). Unter unbelebten organischen Polymeren sind hierbei beliebige Kunststoffe, bevorzugt thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Folien, Fasern oder Formkörper beliebiger Gestalt zu verstehen. Diese werden im Rahmen dieser Anmeldung auch einfach als organische Polymere bezeichnet. Weitere Beispiele für die Ausrüstung oder Stabilisierung von organischen Polymeren mit Polymeradditiven können dem Plastics Additives Handbook, 5. Auflage, Hanser Verlag, ISBN 1-56990-295-X entnommen werden. Die organischen Polymere sind bevorzugt Polyolefine, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen, Polyamide, Polyacrylnitrile, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polycarbonate, Polystyrole, Copolymere des Styrols oder Methylstyrols mit Dienen und/oder Acrylderi- vaten, Acrylnitril-Butadien-Styrole (ABS), Polyvinylchloride, Polyvinylacetale, Polyurethane oder Polyester. Organische Polymere können auch Co-Polymere, Mischungen oder Blends der oben genannten Polymere sein. Besonders bevorzugte Polymere sind Polyolefine, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen.After incorporation of the particles P according to the invention into the organic polymers, the particles P are in the polymer matrix and the organic molecules are according to the invention stable to migration in the organic polymers. The migration stability can be applied analogously to the above-mentioned method (extraction with THF) for particle powder also on polymer powder containing particles P. Furthermore, the migration stability can be tested by optical determination. For this purpose, films are produced from the organic polymers containing the particles P, for example by extrusion, which are stored at elevated temperature (for example 60 ° C.). After a certain period of time, for example one to two weeks, it can be determined by optical examination whether the particles P have migrated to the surface of the films (formation of visible deposits). Inanimate organic polymers here are any plastics, preferably thermoplastics, in particular films, fibers or shaped bodies of any desired shape. These are also referred to simply as organic polymers in the context of this application. Further examples of the equipment or stabilization of organic polymers with polymer additives can be found in the Plastics Additives Handbook, 5th edition, Hanser Verlag, ISBN 1-56990-295-X. The organic polymers are preferably polyolefins, in particular polyethylene or polypropylene, polyamides, polyacrylonitriles, polyacrylates, polymethacrylates, polycarbonates, polystyrenes, copolymers of styrene or methylstyrene with dienes and / or acrylic derivatives, acrylonitrile-butadiene-styrenes (ABS), polyvinyl chlorides, polyvinyl acetals , Polyurethanes or polyesters. Organic polymers may also be co-polymers, blends or blends of the above polymers. Particularly preferred polymers are polyolefins, in particular polyethylene or polypropylene.
Um ein thermoplastisches Polymer gegen UV-Einwirkung zu stabilisieren, kann man beispielsweise so vorgehen, dass man das Polymer zunächst in einem Extruder aufschmilzt, ein erfindungsgemäß hergestelltes UV-Absorber enthaltendes Teilchenpulver in die Polymerschmelze bei einer Temperatur von beispielsweise 180 bis 2000C einar- beitet und daraus ein Granulat herstellt, aus dem dann nach bekannten Verfahren Folien, Fasern, oder Formteile hergestellt werden, die gegen die Einwirkung von UV- Strahlung stabilisiert sind.In order to stabilize a thermoplastic polymer to UV exposure, one can proceed, for example, so that one first melts the polymer in an extruder, an inventively prepared UV absorber-containing particulate powder into the polymer melt at a temperature of for example 180 to 200 0 C familiarization processed and produces a granulate from which then produced by known methods films, fibers or moldings, which are stabilized against the action of UV radiation.
Natürlich können im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung auch Mischungen verschiedener erfindungsgemäßer Teilchen eingesetzt werden. Die Teilchen dieser Mischungen können gleiche oder unterschiedliche Zusammensetzungen und Größenverteilungen aufweisen. Beispielsweise können UV-Absorber enthaltende Teilchen auch zusammen mit anderen erfindungsgemäßen Teilchen, die beispielsweise Stabilisatoren für organische Polymere wie Antioxidantien enthalten, zur Stabilisierung von organischen Polymeren und Lackschichten eingesetzt werden.Of course, within the scope of the use according to the invention it is also possible to use mixtures of different particles according to the invention. The particles of these mixtures may have the same or different compositions and size distributions. For example, particles containing UV absorbers can also be used together with other particles of the invention containing, for example, stabilizers for organic polymers such as antioxidants for stabilizing organic polymers and lacquer layers.
Von technischem Interesse sind beispielsweise solche erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen oder die daraus z.B. durch Sprühtrocknung erhaltenen Pulver, die erfindungsgemäße Teilchen enthalten, die mindestens ein Antioxidans, beispielsweise phenolische Verbindungen, wie etwa Pentaerythrit tetrakis[3-(3',5'-di-tert-butyl-4'- hydroxyphenyl)propionat] (beispielsweise erhältlich als Irganox® 1010 von Ciba SC), enthalten. Des weiteren sind Teilchenpulver von Interesse, die mindestens ein Antistatikum für organische Polymere oder ein Antibeschlagsmittel für organische Polymere oder ein Farbmittel für organische Polymere enthalten.Of technical interest are, for example, such liquid formulations according to the invention or those thereof e.g. spray-dried powders containing particles of the invention containing at least one antioxidant, for example phenolic compounds such as pentaerythritol tetrakis [3- (3 ', 5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenyl) propionate] (available, for example, as Irganox® 1010 from Ciba SC). Also of interest are particulate powders containing at least one organic polymer antistat or organic fogging inhibitor or organic polymer colorant.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße flüssige Formulierungen die UV-Absorber und Stabilisatoren enthalten. Für die Verwendung zur Ausrüstung, beispielsweise zur Stabilisierung organischer Polymere, können die erfindungsgemäßen Teilchen P auch zusammen mit anderen Additivsystemen verwendet werden, um die Gesamtwirksamkeit zu verbessern. Beispielsweise mit konventionellen Emulsionskonzentraten, Suspensionskonzentraten, Suspoemulsionskonzentraten von Polymeradditiven. Durch das Abmischen der erfindungsgemäßen Teilchen mit konventionellen Zubereitungen der vorgenannten Polymeradditive erzielt man zum einen eine Verbreiterung des Wirkspektrums, wenn die konventionelle Zubereitung andere Polymeradditive enthält als die erfindungsgemäßen Teilchen. Zum anderen gehen die Vorteile der erfindungsgemäßen Teilchen durch das Formulieren mit konventionellen Polymeradditivzubereitungen, insbesondere die verbesserte Migrationsstabilität nicht verloren. Folglich kann man die Anwendungseigenschaften einer konventionellen Polymeradditivzubereitung durch Formulierung mit erfindungsgemäßen Teilchen P, die die gleichen Polymeradditive enthalten, verbessern. Insbesondere ist es wegen der verbesserten Migrationsstabilität möglich bei gleichblei- bender Wirksamkeit, die Menge an eingesetzten Additiven zu verringern.Preference is given to liquid formulations according to the invention which contain UV absorbers and stabilizers. For use in equipment, for example for stabilizing organic polymers, the particles of the invention P can also be used together with other additive systems to improve the overall efficiency. For example, with conventional emulsion concentrates, suspension concentrates, suspoemulsion concentrates of polymer additives. By mixing the particles according to the invention with conventional preparations of the abovementioned polymer additives, the spectrum of activity is broadened on the one hand if the conventional preparation contains polymer additives other than the particles according to the invention. On the other hand, the advantages of the particles according to the invention are not lost by formulation with conventional polymer additive formulations, in particular the improved migration stability. Consequently, one can improve the performance of a conventional polymer additive formulation by formulation with particles P of the invention containing the same polymer additives. In particular, it is possible because of the improved migration stability with constant effectiveness to reduce the amount of additives used.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Teilchen P zusammen mit weiteren Stabilisatoren zur Stabilisierung von Polymeren verwendet. Insbesondere werden hierfür als weitere Stabilisatoren UV-Absorber, Antioxidantien, ste- risch gehinderte Aminen, Nickelverbindungen, Metalldesaktivatoren, Phosphite,In a preferred embodiment, the particles P according to the invention are used together with further stabilizers for stabilizing polymers. In particular, UV absorbers, antioxidants, sterically hindered amines, nickel compounds, metal deactivators, phosphites, are used as further stabilizers for this purpose.
Phosphonite, Hydroxylamine, Nitrene, Aminoxide, Benzofuranone, Indolinone, Thiosy- nergisten, Peroxid-zerstörende Verbindungen oder basische Costabilisatoren verwendet.Phosphonites, hydroxylamines, nitrenes, amine oxides, benzofuranones, indolinones, thiosynergists, peroxide-destroying compounds or basic costabilizers used.
Die erfindungsgemäßen flüssigen Formulierungen sind mit einer Reihe von weiteren Vorteilen verbunden. Zum einen handelt es sich um stabile Formulierungen der Teilchen P, beispielsweise von Polymeradditiven. Insbesondere werden die bei anderen Formulierungen sowie bei Mikro- oder Nanodispersionen der Polymeradditive beobachteten Phasentrennprobleme und ein Absetzen des Polymeradditivs nicht beobach- tet, auch bei Anwendung drastischer Bedingungen wie sie teilweise bei der Ausrüstung organischer Polymere mit Polymeradditiven auftreten. Die Auswaschung des Polymeradditivs aus dem behandelten organischen Polymer bei Einwirkung von Wasser ist im Vergleich zu anderen Formulierungen deutlich herabgesetzt. Weiterhin werden Wechselwirkungen der Polymeradditive mit anderen Formulierungsbestandteilen oder Co- Polymeradditiven, wie sie bei konventioneller Formulierung häufig auftreten, nicht beobachtet. Zudem wird der Abbau der Polymeradditive durch Substrat- oder Umwelteinflüsse, wie pH-Wert des Milieus oder UV-Strahlung verlangsamt oder gar ganz unterbunden. Eine verringerte Wirksamkeit der Polymeradditive durch die Einbindung in eine Polymermatrix wird überraschenderweise im Allgemeinen nicht beobachtet.The liquid formulations according to the invention are associated with a number of further advantages. On the one hand, these are stable formulations of the particles P, for example of polymer additives. In particular, the phase separation problems and settling of the polymer additive observed in other formulations as well as in microdispersions or nanodispersions of the polymer additives are not observed, even under severe conditions such as occur in the case of organic polymers with polymer additives. The leaching of the polymer additive from the treated organic polymer when exposed to water is significantly reduced compared to other formulations. Furthermore, interactions of the polymer additives with other formulation ingredients or co-polymer additives, as commonly encountered in conventional formulation, are not observed. In addition, the degradation of the polymer additives by substrate or environmental influences, such as pH of the environment or UV radiation is slowed down or even completely prevented. Surprisingly, a reduced effectiveness of the polymer additives by incorporation into a polymer matrix is generally not observed.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist, dass die Teilchengröße der erfindungsgemäßen Teilchen P kontrolliert eingestellt werden kann. Insbesondere lässt sich, wie oben bereits erwähnt, über die Konzentration der organi- sehen Moleküle M in der Mischung mit den Verbindungen V die Teilchengröße der Teilchen P gezielt einstellen. Beispielsweise können durch den Einsatz von Salicylsäu- re, in Gegenwart von Verbindungen V, die zur Bildung von ZnO Nanoteilchen führen, unter Zugabe von Base, beispielsweise NaOH, abhängig von der Konzentration an Salicylsäure Teilchengrößen von 2 bis 10 nm eingestellt werden. Je größer die Konzentration der organischen Moleküle ist, desto kleiner ist die Teilchengröße der erfindungsgemäßen Teilchen P. Beispielsweise lassen sich bei einem Molverhältnis von Zn(OAc)2 : Salicylsäure von 1 : 0,5 Teilchengrößen von ca. 2 nm erhalten. Bei einem Molverhältnis Zn(OAc)2 : Salicylsäure von beispielsweise 1 : 0,1 erhält man Teilchen- großen von etwa 5 nm.A further advantage of the production method according to the invention is that the particle size of the particles P according to the invention can be adjusted in a controlled manner. In particular, as mentioned above, the concentration of organics in see molecules M in the mixture with the compounds V set the particle size of the particles P targeted. For example, by the use of salicylic acid, in the presence of compounds V, which lead to the formation of ZnO nanoparticles, particle sizes of 2 to 10 nm can be adjusted with the addition of base, for example NaOH, depending on the concentration of salicylic acid. The larger the concentration of the organic molecules, the smaller the particle size of the particles P of the invention. For example, with a molar ratio of Zn (OAc) 2: salicylic acid of 1: 0.5, particle sizes of about 2 nm can be obtained. With a molar ratio of Zn (OAc) 2: salicylic acid of, for example, 1: 0.1, particle sizes of about 5 nm are obtained.
Durch wiederholte Zugabe von verschiedenen Mengen an organischen Molekülen M (Schritt (c) des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens) kann die Teilchengröße und Zusammensetzung der Teilchen P weiter variiert werden. Über eine solche Varia- tion der Teilchengröße können auch die Eigenschaften der Teilchen P eingestellt werden. Beispielsweise weisen Nanopartikel basierend auf ZnO oder Tiθ2 abhängig von der Teilchengröße unterschiedliche UV-Absorptionen auf. Erfindungsgemäß, lassen sich daher beispielsweise die UV-Absorptionseigenschaften der Teilchen P je nach Verwendung variieren. Weitere Eigenschaften, die der Fachmann durch Routineexpe- rimente einstellen kann sind beispielsweise die Löslichkeitseigenschaften der Teilchen P oder die Transparenz der die Teilchen P enthaltenden Materialien.By repeatedly adding various amounts of organic molecules M (step (c) of the production method of the present invention), the particle size and composition of the particles P can be further varied. By way of such a variation of the particle size, the properties of the particles P can also be adjusted. For example, nanoparticles based on ZnO or TiO 2 have different UV absorptions depending on the particle size. According to the invention, therefore, for example, the UV absorption properties of the particles P can vary depending on the use. Further properties which can be set by the skilled person by routine experiments are, for example, the solubility properties of the particles P or the transparency of the materials containing the particles P.
Das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Teilchen P ermöglicht einen sehr effizienten Zugang zu den Teilchen. Die erfindungsgemäßen Teilchen liegen bei- spielsweise als Bestandteile von flüssigen Formulierungen oder von Pulvern vor und lassen sich leicht in organische Polymere einarbeiten.The production process of the particles P according to the invention allows very efficient access to the particles. The particles according to the invention are present, for example, as constituents of liquid formulations or of powders and can easily be incorporated into organic polymers.
Die erfindungsgemäßen Teilchen eignen sich insbesondere für die Ausrüstung, beispielsweise gegen statische Aufladung oder Beschlagen und/oder Stabilisierung, bei- spielsweise gegen Oxidation, Einwirkung von UV-Strahlen, Wärme und/oder Licht, von organischen Polymeren.The particles of the invention are particularly suitable for the equipment, for example against static charge or fogging and / or stabilization, for example against oxidation, exposure to UV rays, heat and / or light, of organic polymers.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen, ohne sie jedoch einzuschränken.The following examples are intended to illustrate the invention without, however, limiting it.
Beispiele:Examples:
Alle Äquivalente (eq) sind Moläquivalente. Raumtemperatur (RT): 210C.All equivalents (eq) are molar equivalents. Room temperature (RT): 21 ° C.
Vergleichsbeispiel 1 : ZnO-Nanoteilchen Comparative Example 1: ZnO nanoparticles
Eine 1 molare ethanolische Natriumhydroxid-Lösung (1 eq) wurde zu einer 0,03 molaren ethanolischen Zinkacetat-Lösung (1 eq) gegeben und die Mischung bei Raumtemperatur gerührt. Das Wachstum der Zinkoxid-Nanoteilchen konnte per UV- Spektroskopie beobachtet werden. Die Teilchen wuchsen kontinuierlich und fielen nach einiger Zeit in der Lösung aus.A 1 molar ethanolic sodium hydroxide solution (1 eq) was added to a 0.03 molar ethanolic zinc acetate solution (1 eq) and the mixture was stirred at room temperature. The growth of zinc oxide nanoparticles was monitored by UV spectroscopy. The particles grew continuously and after some time precipitated in the solution.
Analytik: TEM zeigte kristalline ZnO-Teilchen von ca. 4 bis 5 nm Teilchengröße.Analysis: TEM showed crystalline ZnO particles of about 4 to 5 nm particle size.
Bei Verwendung von Lithiumhydroxid wurden kleinere (von 2 bis 3 nm) und bei der Verwendung von Kaliumhydroxid größere (von 5 bis 10 nm) Teilchen erhalten.Using lithium hydroxide, smaller (from 2 to 3 nm) and larger (from 5 to 10 nm) particles were obtained using potassium hydroxide.
Beispiel 1 :Example 1 :
Mit einem Chromophor modifiziertes ZnOZnO modified with a chromophore
Ethanolische Lösungen von Natriumhydroxid (1 eq), Zinkacetat (1 eq) und 2,6- Dihydroxy-4-methyl-3-acetylpyridin (UV-absorbierendes Chromophor) (0.5 eq) wurden gemischt und die Mischung bei Raumtemperatur gerührt. Nach 1 Stunde Umsetzung bei Raumtemperatur wurde die Lösung zur Trockene eingeengt, um oberflächenmodifizierte ZnO-Nanoteilchen zu erhalten. Diese Lösung blieb für mehrere Monate stabil, ohne dass die Teilchen weiter wuchsen.Ethanolic solutions of sodium hydroxide (1 eq), zinc acetate (1 eq) and 2,6-dihydroxy-4-methyl-3-acetylpyridine (UV absorbing chromophore) (0.5 eq) were mixed and the mixture stirred at room temperature. After 1 hour of reaction at room temperature, the solution was concentrated to dryness to obtain surface-modified ZnO nanoparticles. This solution remained stable for several months without the particles continuing to grow.
Ein aus einem Teil der Lösung erhaltenes Pulver konnte wieder in Ethanol dispergiert werden.A powder obtained from a part of the solution could be redispersed in ethanol.
Herstellung (einschließlich Pulver):Production (including powder):
300ml (9mmol) Zinkacetat*2H2θ (0,03 Molare Lösung in Ethanol, absolut) wurden vorgelegt und bei Raumtemperatur 9ml (9mmol) Natriumhydroxid (1 Molare Lösung in Ethanol, absolut) und 150 ml (4,5mmol) 2,6-Dihydroxy-4-methyl-3-acetylpyridin (0,03 molare Lösung in Methanol). Die Lösung verfärbt sich sofort hellbraun. Nach 1 h Umsetzung bei Raumtemperatur wurde die Produktlösung am Rotationsverdampfer bei Raumtemperatur und 0-10mbar innerhalb von 3h zur Trockene eingeengt.300 ml (9 mmol) of zinc acetate * 2H 2 O (0.03 molar solution in ethanol, absolute) were initially charged and 9 ml (9 mmol) of sodium hydroxide (1 molar solution in ethanol, absolute) and 150 ml (4.5 mmol) of 2,6-dihydroxy at room temperature -4-methyl-3-acetylpyridine (0.03 molar solution in methanol). The solution immediately turns light brown. After 1 h reaction at room temperature, the product solution was concentrated on a rotary evaporator at room temperature and 0-10mbar within 3 h to dryness.
Man erhielt 2,8 g eines hellbraunen, feinen Feststoffs (Pulver).This gave 2.8 g of a light brown, fine solid (powder).
Analytik:analytics:
Die UV-Spektroskopie des redispergierten Pulvers zeigte die Absorption von ZnO und des organischen Chromophors. Die Absorptionskante des modifizierterten ZnO wies eine viel niedrigere Wellenlänge (ca. 330 nm) als das unmodifizierte ZnO aus dem Vergleichsbeispiel 1 (ca. 380 nm) auf - dadurch wurde die kleinere Teilchengröße bestätigt.UV spectroscopy of the redispersed powder showed the absorption of ZnO and the organic chromophore. The absorption edge of the modified ZnO had a much lower wavelength (about 330 nm) than the unmodified ZnO of the Comparative Example 1 (about 380 nm) - this confirmed the smaller particle size.
TEM zeigte im Vergleichsversuch 1 kristalline ZnO-Nanoteilchen, ohne Oberflächenmodifizierung, mit von 4 bis 5 nm Teilchengröße. Die mit dem UV-Absorber modifizierten ZnO-Teilchen hatten laut TEM eine Teichengröße von 2 bis 3 nm.TEM showed in the comparative experiment 1 crystalline ZnO nanoparticles, without surface modification, with 4 to 5 nm particle size. The ZnO particles modified with the UV absorber had a particle size of 2 to 3 nm according to TEM.
Ein Feststoff-NMR zeigte, dass es kein freier UV-Absorber mehr vorlag. Der gesamte UV-Absorber liegt in gebundener Form vor.Solid NMR showed that there was no free UV absorber left. The entire UV absorber is present in bound form.
Analog ließ sich dieser Versuch für folgende Chromophore mit ähnlichen Ergebnissen durchführen:Analogously, this experiment could be carried out for similar chromophores with similar results:
AK ZnO: Absorptionskante modifiziertes ZnOAK ZnO: absorption edge modified ZnO
AK ZnO: 340 nm AK ZnO: 340 nm AK ZnO: 340 nm AK ZnO: 340 nm
AK ZnO: 330 nm AK ZnO: 335 nm AK ZnO: 335 nmAK ZnO: 330 nm AK ZnO: 335 nm AK ZnO: 335 nm
Beispiel 2:Example 2:
ZnO und Silan-Linker ZnO and silane linker
Eine Mischung aus einer Zinkacetat-Lösung (1 eq, 0,03 molare ethanolische Lösung), Natriumhydroxid-Lösung (1 eq, 1 molare ethanolische Lösung) und 3- Aminopropyltriethoxysilan (0,5 eq, 0,03 molare Lösung in Ethanol) wurde bei Raum- temperatur für 24 Stunden gerührt. Die Mischung wurde anschließend zentrifugiert, und der abgetrennte Feststoff mehrmals mit Methanol gewaschen.A mixture of a zinc acetate solution (1 eq, 0.03 molar ethanolic solution), sodium hydroxide solution (1 eq, 1 molar ethanolic solution) and 3-aminopropyltriethoxysilane (0.5 eq, 0.03 molar solution in ethanol) was added stirred at room temperature for 24 hours. The mixture was then centrifuged and the separated solid washed several times with methanol.
Analytik:analytics:
1H NMR zeigt keine SiOEt-Gruppen mehr, TEM zeigt sehr kleine (von 2 bis 3 nm) kristalline modifizierte ZnO Teilchen, TGA (Raumtemperatur bis 6000C) zeigt einen Massenverlust von ca. 40 %, entsprechend dem organischen Anteil. 1 H NMR shows no more SiOEt groups, TEM shows very small (from 2 to 3 nm) crystalline modified ZnO particles, TGA (room temperature to 600 0 C) shows a mass loss of about 40%, corresponding to the organic content.
Bei Verwendung von Lithiumhydroxid wurden kleinere (von 1 bis 2 nm) und bei der Verwendung von Kaliumhydroxid größere (von 5 bis 10 nm) Teilchen erhalten.Using lithium hydroxide, smaller (from 1 to 2 nm) and larger (from 5 to 10 nm) particles were obtained using potassium hydroxide.
Konzentrationen und Verhältnisse der Reagenzien wurden variiert, um weitere Produkte zu erhalten.Concentrations and ratios of the reagents were varied to obtain additional products.
Reaktionen bei RT:Reactions at RT:
Zinkacetat als 0,03 molare ethanolische Lösung. NaOH als 1 molare ethanolische Lösung. LiOH als 0,25 molare ethanolische Lösung. 3-Aminopropyltriethoxysilan (96%, Fa. Fluka) als 0,03 molare methanolische Lösung. 3-(Methacryloxy)propyltrimethoxysilan (97%, Fa. Alfa Aesar) als 0,03 molare methanolische Lösung. Lsg.: Lösung.Zinc acetate as 0.03 molar ethanolic solution. NaOH as a 1 molar ethanolic solution. LiOH as 0.25 molar ethanolic solution. 3-aminopropyltriethoxysilane (96%, from Fluka) as a 0.03 molar methanolic solution. 3- (methacryloxy) propyltrimethoxysilane (97%, Alfa Aesar) as 0.03 molar methanolic solution. Solution: solution.
MoI-MOI
MoI-MOI
Hydroxid Verh. Aussehen der Lsg. Verh. Silan (c / LM) Zn : (nach 24h) Zn : OH- Silan zuerst klare Lsg.Behavior of sol. Ratio of silane (c / LM) Zn: (after 24 h) Zn: OH- silane first clear solution.
NaOH 1 : 1 3-Aminopropyltriethoxysilan 1 : 2 dann trüb/BodensatzNaOH 1: 1 3-aminopropyltriethoxysilane 1: 2 then cloudy / sediment
NaOH 1 : 1 3-Aminopropyltriethoxysilan 1 : 2 trüb/Bodensatz zuerst klare Lsg.NaOH 1: 1 3-aminopropyltriethoxysilane 1: 2 turbid / sediment first clear sol.
NaOH 1 : 1 3-Aminopropyltriethoxysilan 1 : 1 dann trüb/BodensatzNaOH 1: 1 3-aminopropyltriethoxysilane 1: 1 then cloudy / sediment
3-3
NaOH 1 : 1 (Methacry- 1 : 2 klare Lsg. loxy)propyltrimethoxysilanNaOH 1: 1 (methacry-1: 2 clear solution loxy) propyltrimethoxysilane
3-3
NaOH 1 : 1 (Methacrylo- 1 : 1 klare Lsg. xy)propyltrimethoxysilanNaOH 1: 1 (methacrylo-1: 1 clear solution xy) propyltrimethoxysilane
LiOH 1 : 3 3-Aminopropyltriethoxysilan 1 : 2 klare Lsg.LiOH 1: 3 3-aminopropyltriethoxysilane 1: 2 clear sol.
LiOH 1 : 3 3-Aminopropyltriethoxysilan 1 : 1 klare Lsg.LiOH 1: 3 3-aminopropyltriethoxysilane 1: 1 clear sol.
3-3
LiOH 1 : 3 (Methacry- 1 : 2 klare Lsg. loxy)propyltrimethoxysilanLiOH 1: 3 (methacry-1: 2 clear solution loxy) propyltrimethoxysilane
LiOH 1 : 3 3- 1 : 1 klare Lsg. LiOH 1: 3 3- 1: 1 clear sol.
Reaktionen bei 600C Reactions at 60 ° C.
Beispiel 3:Example 3:
Silan-Zimtsäure ChromophorSilane-cinnamic acid chromophore
Eine Mischung aus Triethylamin (1 ,5 eq) und 3-Aminopropyltriethoxysilan (1 eq) wurden in Dichlormethan gelöst und mit einer Zimtsäurechlorid-Lösung (1 eq) versetzt. Das Gemisch wurde 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde die Pro- duktlösung mehrmals mit Wasser gewaschen, getrocknet und das Lösungsmittel abgezogen.A mixture of triethylamine (1.5 eq) and 3-aminopropyltriethoxysilane (1 eq) was dissolved in dichloromethane and treated with cinnamic acid chloride solution (1 eq). The mixture was stirred at room temperature for 24 h. Subsequently, the product solution was washed several times with water, dried and the solvent was stripped off.
Mit 1H-NMR wurde die gewünschte Struktur bestätigt: δH (CDCI3) 0.70 (2H, t, CH2Si), 1.25 (9H, t, 3 x CH3), 1.72 (2H, m, CH2CH2Si), 3.39 (2H, q, CH2NH), 3.85 (6H, q, 3 x OCH2), 6.10 (1 H, s, NH), 6.48 (1 H, d, CH=C), 7.3-7.4 (3H, m, Ar), 7.45-7.55 (2H, m, Ar) and 7.62 (1 H, d, CH=C).The desired structure was confirmed by 1 H-NMR: δ H (CDCl 3 ) 0.70 (2H, t, CH 2 Si), 1.25 (9H, t, 3 x CH 3 ), 1.72 (2H, m, CH 2 CH 2 Si), 3.39 (2H, q, CH 2 NH), 3.85 (6H, q, 3 x OCH 2 ), 6.10 (1H, s, NH), 6.48 (1H, d, CH = C), 7.3- 7.4 (3H, m, Ar), 7.45-7.55 (2H, m, Ar) and 7.62 (1H, d, CH = C).
Beispiel 4:Example 4:
Silan-cyanoacrylat ChromophorSilane cyanoacrylate chromophore
Eine Mischung aus Triethylamin (1 ,5 eq) und 3-Aminopropyltriethoxysilan (1 eq) wurden in Dichlormethan gelöst und mit einer 3,3-Diphenyl-2-cyanoacryloyl-chlorid-Lösung (1 eq) versetzt. Das Gemisch wurde 24h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde die Produktlösung mehrmals mit Wasser gewaschen, getrocknet und das Lösungsmittel abgezogen. Mit 1H-NMR wurde die gewünschte Struktur bestätigt : δH (CDCI3) 0.55 (2H, t, CH2Si), 1.35 (9H, t, 3 x CH3), 1.50 (2H, m, CH2CH2Si), , 3.20 (8H, m, 3 x OCH2 + CH2N), 7.0- 7.5 (1OH, m, Ar) and 1 1.8 (1 H, q, NH)A mixture of triethylamine (1.5 eq) and 3-aminopropyltriethoxysilane (1 eq) was dissolved in dichloromethane and 3,3-diphenyl-2-cyanoacryloyl chloride (1 eq) was added. The mixture was stirred at room temperature for 24 h. Subsequently, the product solution was washed several times with water, dried and the solvent was removed. The desired structure was confirmed by 1 H-NMR: δ H (CDCl 3 ) 0.55 (2H, t, CH 2 Si), 1.35 (9H, t, 3 x CH 3 ), 1.50 (2H, m, CH 2 CH 2 Si),, 3.20 (8H, m, 3 x OCH 2 + CH 2 N), 7.0-7.5 (1OH, m, Ar), and 1.8 (1H, q, NH)
Beispiel 5:Example 5:
ZnO mit Zimtsäure-silanZnO with cinnamic acid silane
Eine Mischung aus Zinkacetat (1 eq, 0,03 molare ethanolische Lösung), Natriumhydroxid (1 eq, 1 molare ethanolische Lösung) und des oben gezeigten Cinnamats (0,5 eq, 0,155 molare ethanolische Lösung) wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde das Lösungsmittel abgezogen, um die Teilchen zu erhalten.A mixture of zinc acetate (1 eq, 0.03 molar ethanolic solution), sodium hydroxide (1 eq, 1 molar ethanolic solution) and cinnamate (0.5 eq, 0.155 molar ethanolic solution) shown above was stirred for 24 hours at room temperature. Thereafter, the solvent was stripped off to obtain the particles.
Analytik:analytics:
TEM zeigt modifiziertes kristallines ZnO mit einer Teilchengröße von 2 bis 3 nm.TEM shows modified crystalline ZnO having a particle size of 2 to 3 nm.
UV-vis Spektrum zeigt die Zimtsäureabsorption bei λmaχ 270nm.UV-vis spectrum shows cinnamic acid absorption at λ ma χ 270nm.
Beispiel 6:Example 6:
ZnO mit Cyanoacrylamid-silanZnO with cyanoacrylamide silane
Eine Mischung von Zinkacetat (1 eq, 0,03 molare ethanolische Lösung), Natriumhydro- xid (1 eq, 1 molare ethanolische Lösung) und Cyanoacrylamid-silan (0,5 eq, 0,155 molare ethanolische Lösung) wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Danach wurde das Lösungsmittel abgezogen, um die Teilchen zu erhalten.A mixture of zinc acetate (1 eq, 0.03 molar ethanolic solution), sodium hydroxide (1 eq, 1 molar ethanolic solution) and cyanoacrylamide-silane (0.5 eq, 0.155 molar ethanolic solution) was stirred for 24 hours at room temperature. Thereafter, the solvent was stripped off to obtain the particles.
Analytik: TGA (Raumtemperatur bis 6000C) zeigt einen Massenverlust von ca. 40 %, entsprechend dem organischen Anteil.Analytics: TGA (room temperature to 600 0 C) shows a mass loss of about 40%, corresponding to the organic content.
TEM zeigt modifiziertes kristallines ZnO mit einer Teilchengröße von 2 bis 3 nm. UV-vis Spektrum zeigt die Cyanoacrylatabsorption bei λmaχ 295 nm.TEM shows modified crystalline ZnO with a particle size of 2 to 3 nm. UV-vis spectrum shows the cyanoacrylate absorption at λ ma χ 295 nm.
Beispiel 7:Example 7:
TiO2 mit Chromophor in Ethanol Allgemeine Vorschrift:TiO 2 with chromophore in ethanol General rule:
Zu einer ethanolischen Lösung eines UV-absorbierenden Chromophors ( 0,1-1 eq) wurde dest. Wasser (0,7-14 eq) zugesetzt. Zu dieser Lösung wurde bei Raumtemperatur unter Rühren Titantetraisopropoxid (1 eq) zugetropft. Nach 1 Stunde Umsetzung bei Raumtemperatur wurde die Lösung zur Trockene eingeengt, um die Teilchen zu erhalten. Das erhaltene Produkt wurde wieder in Ethanol dispergiert.To an ethanolic solution of a UV-absorbing chromophore (0.1-1 eq) was distilled. Water (0.7-14 eq) added. Titanium tetraisopropoxide (1 eq) was added dropwise to this solution at room temperature with stirring. After 1 hour of reaction at room temperature, the solution was concentrated to dryness to obtain the particles. The resulting product was redispersed in ethanol.
Die Lösung blieb für mehrere Monate stabil, ohne dass die Teilchen weiter wuchsen.The solution remained stable for several months without the particles continuing to grow.
Versuchsbeispiel:Experimental Example:
59 mg (0,24 mmol) 3,3-diphenyl 2-cyanoacrylsäure wurden in 10 ml Ethanol gelöst. 21 ,4 μl (1 ,19 mmol) dest. Wasser wurden zugesetzt. Anschließend werden zu dieser Lösung unter Rühren 100 μl (0,34 mmol) Titantetraisopropoxid gegeben. Nach 1 h Umsetzung bei Raumtemperatur wurde die Produktlösung am Rotationsverdampfer bei RT und 0-10 mbar zur Trockene eingeengt.59 mg (0.24 mmol) of 3,3-diphenyl 2-cyanoacrylic acid were dissolved in 10 ml of ethanol. 21.4 μl (1.19 mmol) of dist. Water was added. Subsequently, 100 μl (0.34 mmol) of titanium tetraisopropoxide are added to this solution while stirring. After 1 h reaction at room temperature, the product solution was concentrated on a rotary evaporator at RT and 0-10 mbar to dryness.
Die gleiche Reaktion wurde in unterschiedlichen Molverhältnissen von Titantetraisopropoxid : Wasser : Chromophor durchgeführt: Von 1 : 0,7 :0,1 bis 1 : 14 :1.The same reaction was carried out in different molar ratios of titanium tetraisopropoxide: water: chromophore: from 1: 0.7: 0.1 to 1: 14: 1.
Folgende Chromophore wurden analog umgesetzt:The following chromophores were reacted analogously:
λmax 310 nm λmax ~380 nm λmax ~380 nm λ max 310 nm λ max ~ 380 nm λ max ~ 380 nm
Analytik: UV-Spektren in Ethanol: Absorption des ÜO2 und des Chromophors werden beide beobachtet. Teilchengrößenbestimmung durch Laserbeugung: Teilchengröße von 1 bis 6 nm. analytics: UV spectra in ethanol: Absorption of the O2 and the chromophore are both observed. Particle size determination by laser diffraction: particle size from 1 to 6 nm.

Claims

Hybride NanopartikelPatentansprüche: Hybrid nanoparticle patent claims:
1. Teilchen P, die erhältlich sind durch die Umsetzung von Verbindungen V, die anorganische Nanopartikel X bilden können, mit organischen Molekülen M, die funktionelle Gruppen Z enthalten, wobei die Moleküle M und die Verbindungen V während des Bildungsprozesses der Teilchen P gemeinsam zugegen sind.1. Particles P obtainable by reacting compounds V capable of forming inorganic nanoparticles X with organic molecules M containing functional groups Z, wherein the molecules M and the compounds V are co-present during the formation process of the particles P. ,
2. Teilchen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen P eine Teilchengröße von 1 nm bis 50 nm aufweisen.2. Particles according to claim 1, characterized in that the particles P have a particle size of 1 nm to 50 nm.
3. Teilchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Nanopartikel X Metalloxide enthalten.3. Particles according to claim 1 or 2, characterized in that the inorganic nanoparticles X contain metal oxides.
4. Teilchen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel X Metalloxide der allgemeinen Formel AxOy, wobei x eine Zahl aus dem Bereich von 1 bis 3 und y eine Zahl aus dem Bereich von 1 bis 5 und4. Particles according to claim 3, characterized in that the nanoparticles X metal oxides of the general formula A x O y , where x is a number from the range of 1 to 3 and y is a number in the range of 1 to 5 and
A ein Metall ist oder deren Mischungen enthalten.A is a metal or contain their mixtures.
5. Teilchen nach Anspruch 4, wobei die Metalloxide ZnO, TiÜ2, ZrÜ2, CeÜ2, Cβ2θ3, Snθ2, SnO, AI2O3, SiÜ2, oder Fβ2θ3 θder Mischungen aus diesen Metalloxiden sind.5. Particles according to claim 4, wherein the metal oxides ZnO, TiÜ2, ZrÜ2, CeÜ2, Cβ2θ3, Snθ2, SnO, Al2O3, Si02, or Fβ2θ3 are θder the mixtures of these metal oxides.
6. Teilchen nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei die Teilchen P der symbolischen Formel X-M gehorchen und sich die organischen Moleküle M im wesentlichen an der Oberfläche der Teilchen P befinden.6. Particles according to claims 1 to 5, wherein the particles P obey the symbolic formula X-M and the organic molecules M are located substantially on the surface of the particles P.
7. Teilchen nach Anspruch 6, wobei die organischen Moleküle M der Formel Y'-Z gehorchen und Y' eine chemische Struktureinheit (Linker) bezeichnet, über die die organischen Moleküle M mit den anorganischen Nanopartikeln X wechselwirken.Particles according to claim 6, wherein the organic molecules M are of the formula Y'-Z and Y 'denotes a chemical moiety (linker) via which the organic molecules M interact with the inorganic nanoparticles X.
8. Teilchen nach Anspruch 6, wobei die organischen Moleküle M der Formel Y-Z gehorchen, Y eine chemische Struktureinheit (Linker) bezeichnet, über die die organischen Moleküle mit den anorganischen Nanopartikeln X wechselwirken und Y nach einer chemischen Umsetzung aus Y' entstanden ist. 8. Particles according to claim 6, wherein the organic molecules M conform to the formula YZ, Y denotes a chemical structural unit (linker), via which the organic molecules interact with the inorganic nanoparticles X and Y has arisen after a chemical reaction from Y '.
9. Teilchen nach den Ansprüchen 7 oder 8, entsprechend den symbolischen allgemeinen Formeln (I) oder (II):9. Particles according to claims 7 or 8, corresponding to the symbolic general formulas (I) or (II):
X-Y'-Z (I)X-Y'-Z (I)
X-Y-Z (II), wobei -Y'- oder -Y- gegeben sind durch,X-Y-Z (II), where -Y'- or -Y- are given by,
(L1 ) R1 (L2) (L3)(L1), R 1 (L2) (L3)
— 0— * — N-* —s—*- 0- * - N- * -s *
O (L4) O (L5) R1 O (L6)O (L4) O (L5) R 1 O (L6)
I I o-c-o— * — o-c— * -N-C-*I I o -c-o- * - o-c- * -N-C- *
O (L7) O (L8) O (L9)O (L7) O (L8) O (L9)
o-s-o— * — o-s— * —s—* , oso- * - os- * -s- *,
I II i
O O OO O O
O (L10) O (LH ) O (L12)O (L10) O (LH) O (L12)
-o-p— * — O-P— * — p—* ,-o-p- * - O-P- * - p- *,
O-R7 OR 7
und „*" die Anbindung an die funktionelle Gruppe Z bezeichnet, wobeiand " * " denotes the attachment to the functional group Z, wherein
R1 H, Ci-C2o-Alkyl, Aryl, Arylalkyl, Heterocyclen, Ci-C2o-Alkylcarbonyl,R 1 is H, Ci-C2 o alkyl, aryl, arylalkyl, heterocyclic, Ci-C2o-alkylcarbonyl,
R2, R3 unabhängig voneinenander O, Ci-C2o-Alkoxy, Ci-C2o-Alkyl,R 2 , R 3 are independently of each other O, C 1 -C 20 -alkoxy, C 1 -C 20 -alkyl,
Aryl, Arylalkyl, Heterocyclen, R4 eine chemische Einfachbindung, O, Ci-C2o-Alkylen,Aryl, arylalkyl, heterocycles, R 4 is a single chemical bond, O, Ci-C2o-alkylene,
Ci-C2o-Alkylen-R5 Ci-C 2 o-Alkylen-R 5
R5 O, N, S, N(R6)-C=O, N-CO2, O2C, CO2, O2CN, OCO2, R6 O O R6 R6 O O R6 R 5 is O, N, S, N (R 6 ) -C =O, N-CO 2 , O 2 C, CO 2 , O 2 CN, OCO 2 , R 6 OOR 6 R 6 OOR 6
I I l I l I I I l I l II I l I l I l I l I
N-C , C-N , N-C-O , O-C-N ,N-C, C-N, N-C-O, O-C-N,
O O O R6 O R6 OOOR 6 OR 6
O-C , C-O, O-C-O , N-C-NO-C, C-O, O-C-O, N-C-N
R6 H, Ci-C20-Alkyl,R 6 is H, C 1 -C 20 -alkyl,
R7 H, Metallkationen sind, und wobei die Substituenten R1 bis R4 und/oder R6 jeweils an beliebiger Position durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen sein können, wobei die Anzahl dieser Heteroatome nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 8, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 und insbesondere nicht mehr als 3 beträgt, und/oder jeweils an beliebiger Position, allerdings nicht mehr als fünfmal, bevorzugt nicht mehr als viermal und besonders bevorzugt nicht mehr als dreimal, durch Ci-C2o-Alkyl, d-R 7 are H, metal cations, and wherein the substituents R 1 to R 4 and / or R 6 may each be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms not exceeding 10, preferably not more than 8, most preferably not more than 5 and in particular not more than 3, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and more preferably not more than three times, by Ci-C2o-alkyl, d -
C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Heterocyclen, Heteroatome oder Halogen substituiert sein können, wobei diese ebenfalls maximal zweimal, bevorzugt maximal einmal mit den genannten Gruppen substituiert sein können.C2o-alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles, heteroatoms or halogen may be substituted, which may also be substituted at most twice, preferably at most once with said groups.
10. Teilchen nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Moleküle M ein Molekulargewicht von weniger als 800 g/mol aufweisen.10. Particles according to claims 1 to 9, characterized in that the organic molecules M have a molecular weight of less than 800 g / mol.
1 1. Teilchen nach den Ansprüchen 7 bis 10, entsprechend den allgemeinen Formeln1 1. Particles according to claims 7 to 10, corresponding to the general formulas
X-Y'-Z oder X-Y-Z mit -Z X-Y'-Z or XYZ with -Z
(* symbolisiert die Anbindungsstelle an den Linker Y bzw. Y'] wobei R Halogen, Hydroxy, Phenyl, Ci-C2o-Alkyl, Hydroxyphenyl,(* symbolizes the attachment point to the linker Y or Y '] where R is halogen, hydroxy, phenyl, C 1 -C 20 -alkyl, hydroxyphenyl,
Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Amino, Mono- oder Di-alkylamino, Nitril, Carboxylat, Ester, Thiol, Sulfoxide, Sulfonsäure, Acyl, Formyl, Carbonyloxyalkyl, Carbonylaminoalkyl n eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 4C 1 -C 20 -alkoxy, aryl, aryloxy, amino, mono- or di-alkylamino, nitrile, carboxylate, esters, thiol, sulfoxides, sulfonic acid, acyl, formyl, carbonyloxyalkyl, carbonylaminoalkyl n is an integer from the range from 0 to 4
ist, und die n Substituenten R unabhängig voneinander gleich oder verschieden sein können, und wobei der Substituent R an beliebiger Position durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen sein kann, wobei die Anzahl dieser Hetero- atome nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 8, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 und insbesondere nicht mehr als 3 beträgt, und/oder jeweils an beliebiger Position, allerdings nicht mehr als fünfmal, bevorzugt nicht mehr als viermal und besonders bevorzugt nicht mehr als dreimal, durch Ci-C2o-Alkyl, Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Heterocyclen, Heteroatome oder Halogen substituiert sein kann, wo- bei diese ebenfalls maximal zweimal, bevorzugt maximal einmal mit den genanntenand the n substituents R independently of one another may be identical or different, and where the substituent R may be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms being not more than 10, preferably not more than 8, most preferably not more than 5 and in particular not more than 3, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and more preferably not more than three times, by Ci-C2o-alkyl, Ci -C 2o-alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles, heteroatoms or halogen may be substituted, these also being at most twice, preferably at most once with said
Gruppen substituiert sein können.Groups can be substituted.
12. Teilchen nach den Ansprüchen 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen P elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 200 bis 600 nm absorbieren.12. Particles according to claims 1 to 1 1, characterized in that the particles P absorb electromagnetic radiation in the wavelength range of 200 to 600 nm.
13. Teilchen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsspektrum der Teilchen P ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von 200 bis 600 nm aufweist.13. Particles according to claim 12, characterized in that the absorption spectrum of the particles P has an absorption maximum in the wavelength range of 200 to 600 nm.
14. Pulver, enthaltend Teilchen gemäß den Ansprüchen 1 bis 13.14. Powder containing particles according to claims 1 to 13.
15. Flüssige Formulierungen, enthaltend Teilchen gemäß den Ansprüchen 1 bis 13.15. Liquid formulations containing particles according to claims 1 to 13.
16. Verfahren zur Herstellung von Teilchen gemäß den Ansprüchen 1 bis 13, umfassend folgende Schritte:16. A process for the preparation of particles according to claims 1 to 13, comprising the following steps:
(a) Bereitstellen der Verbindung V optional gelöst in einem Lösungsmittel und der organischen Moleküle M optional gelöst in einem Lösungsmittel,(a) providing the compound V optionally dissolved in a solvent and the organic molecules M optionally dissolved in a solvent,
(b) Mischen der Verbindungen V mit den organischen Molekülen M optional in einem Lösungsmittel,(b) mixing the compounds V with the organic molecules M optionally in a solvent,
(c) Umsetzen der Mischung aus (b), optional unter Zugabe weiterer Substanzen oder weiterer organischer Moleküle M, optional unter den Reaktionsbedingungen, die zur Bildung von Nanopartikeln X aus Verbindungen V führen würden, zu erfindungsgemäßen Teilchen P, (d) optional Isolierung der Teilchen P,(c) reacting the mixture of (b), optionally with addition of further substances or further organic molecules M, optionally under the reaction conditions which would lead to the formation of nanoparticles X from compounds V, to particles P according to the invention, (d) optionally isolating the Particles P,
(e) optional Reinigung und Aufarbeitung der Teilchen P,(e) optionally purifying and working up the particles P,
(f) optional weitere Modifizierung der Teilchen P,(f) optionally further modification of the particles P,
(g) optional Redispergierung der Teilchen P. (g) optionally redispersing the particles P.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen V und die organischen Moleküle in Schritt (a) in einem Lösungsmittel gelöst werden und in Schritt (b) in gelöster Form vermischt werden.17. The method according to claim 16, characterized in that the compounds V and the organic molecules are dissolved in step (a) in a solvent and in step (b) are mixed in dissolved form.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) als weitere Substanzen Initiatoren oder Katalysatoren für die Bildung der anorganischen Nanoteilchen X hinzugegeben werden.18. The method according to claims 16 or 17, characterized in that in step (c) as further substances initiators or catalysts for the formation of the inorganic nanoparticles X are added.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) weitere organische Moleküle M hinzugegeben werden.19. The method according to claims 16 to 18, characterized in that in step (c) further organic molecules M are added.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Nanopartikel X Metalloxide sind.20. The method according to claims 16 to 19, characterized in that the inorganic nanoparticles X are metal oxides.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxide X, ZnO, TiO2, ZrO2, CeO2, Ce2O3, SnO2, SnO, AI2O3, SiO2 oder Fe2O3 oder Mischungen aus diesen Metalloxiden sind.21. The method according to claim 20, characterized in that the metal oxides X, ZnO, TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Ce 2 O 3 , SnO 2 , SnO, Al 2 O 3 , SiO 2 or Fe 2 O 3 or mixtures from these metal oxides are.
22. Verfahren zur Kontrolle der Teilchengröße, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 16 bis 21 hergestellt werden.22. A method for controlling the particle size, characterized in that particles are prepared by a method according to claims 16 to 21.
23. Verfahren zur Unterdrückung der photokatalytischen Aktivität von anorganischen Nanopatikeln X, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen gemäß den Ansprüchen 1 bis 13 hergestellt werden, wobei als organische Moleküle M UV-Absorber eingesetzt werden.23. A method for suppressing the photocatalytic activity of inorganic nanopatics X, characterized in that particles are prepared according to claims 1 to 13, being used as organic molecules M UV absorber.
24. Verfahren zur Stabilisierung von UV-Absorbern, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Absorber als organische Moleküle M in Teilchen P gemäß den Ansprü- chen 1 bis 13 eingebracht werden.24. A process for the stabilization of UV absorbers, characterized in that the UV absorbers are introduced as organic molecules M in particles P according to claims 1 to 13.
25. Verfahren zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von Licht, Radikalen oder Hitze, dadurch gekennzeichnet, dass den Polymeren Mischungen, enthaltend Teilchen gemäß den Ansprüchen 1 bis 13, in einer Menge zugesetzt werden, die zur Stabilisierung der Polymere ausreicht25. A process for the stabilization of polymers against the action of light, radicals or heat, characterized in that the polymers mixtures containing particles according to claims 1 to 13, are added in an amount sufficient to stabilize the polymers
26. Verfahren zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von UV-Licht, dadurch gekennzeichnet, dass den Polymeren Mischungen, enthaltend Teilchen gemäß den Ansprüchen 12 oder 13 in einer Menge zugesetzt werden, die zur Stabilisierung der Polymere ausreicht. 26. A process for the stabilization of polymers against the action of UV light, characterized in that the polymers mixtures containing particles according to claims 12 or 13 are added in an amount sufficient to stabilize the polymers.
27. Verfahren zur Stabilisierung von Polymeren nach den Ansprüchen 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungen neben den Teilchen weitere Stabilisatoren enthalten.27. A process for the stabilization of polymers according to claims 25 or 26, characterized in that the mixtures in addition to the particles further stabilizers.
28. Verfahren zur Stabilisierung von Polymeren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Stabilisatoren UV-Absorber, Antioxidantien, sterisch gehinderte Aminen, Nickelverbindungen, Metalldesaktivatoren, Phosphite, Phosphonite, Hydroxylamine, Nitrene, Aminoxide, Benzofuranone, Indolinone, Thiosynergisten, Peroxid-zerstörende Verbindungen oder basische Costabilisa- toren sind.28. A process for the stabilization of polymers according to claim 27, characterized in that the further stabilizers UV absorbers, antioxidants, hindered amines, nickel compounds, metal deactivators, phosphites, phosphonites, hydroxylamines, nitrenes, amine oxides, benzofuranones, indolinones, thiosynergists, peroxide are destructive compounds or basic costabilizers.
29. Verwendung von Teilchen P gemäß den Ansprüchen 12 oder 13 zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von Licht.29. Use of particles P according to claims 12 or 13 for the stabilization of polymers against the action of light.
30. Verwendung von Teilchen gemäß den Ansprüchen 12 oder 13 als UV-Absorber in kosmetischen Anwendungen.30. Use of particles according to claims 12 or 13 as UV absorbers in cosmetic applications.
31. Verfahren zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von Licht, Radikalen oder Hitze, dadurch gekennzeichnet, dass dem Polymer Nanopartikel zugesetzt werden, auf deren Oberfläche organische, lichtabsorbierende Verbindungen angebunden sind.31. A method for stabilizing polymers against the action of light, free radicals or heat, characterized in that the nanoparticles are added to the polymer, on the surface of organic, light-absorbing compounds are attached.
32. Verwendung von Nanopartikeln, an deren Oberfläche organische, lichtabsorbierende Verbindungen angebunden sind zur Stabilisierung von Polymeren gegen die Einwirkung von Licht, Radikalen oder Hitze. 32. Use of nanoparticles, on the surface organic, light-absorbing compounds are attached to stabilize polymers against the action of light, radicals or heat.
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