ES2843549T3 - Preparación de coloides metálicos modificados en superficie - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación de coloides metálicos, que comprende las siguientes etapas: a) preparación de una composición, que comprende a1) al menos un tipo de iones metálicos; a2) al menos un agente reductor orgánico; a3) al menos un formador de complejos que comprende al menos un grupo funcional que puede interactuar con los coloides metálicos preparados, el agente reductor y/o la forma oxidada del agente reductor puede funcionar como un formador de complejos, encontrándose la relación molar entre iones metálicos y formador de complejos entre 30:1 y 1,5:1; a4) al menos un disolvente; b) activación térmica y/o fotoquímica durante o después de la preparación de la composición; c) reducción del al menos un tipo de iones metálicos en coloides metálicos; d) purificación de los coloides metálicos modificados.
Description
DESCRIPCIÓN
Preparación de coloides metálicos modificados en superficie
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la preparación de partículas coloidales metálicas modificadas en superficie que pueden ser dispersadas de la misma manera tanto en agua como en medios orgánicos poco polares, así como no polares. Por lo tanto, se adecuan para el uso en entornos de la matriz de los más diversos tipos, tales como, por ejemplo, en barnices basados en agua, pobres en disolvente, así como sistemas de alto contenido en sólidos y posibilitan un uso directo en revestimientos de superficies sin un tratamiento complejo de etapas intermedias que se manifiestan habitualmente durante la formulación de los mismos. En virtud de su composición, las partículas coloidales metálicas se utilizan como aditivos para el ajuste de propiedades eléctricas, fotónicas, ópticas, así como, en particular, también fisiológicamente activas.
Estado de la técnica
Partículas coloidales metálicas se obtienen habitualmente mediante procesos de reducción a partir de precursores iónicos, la mayoría de las veces sales de metales. La reacción de reducción puede ser inducida térmica o fotoquímicamente en presencia de un agente reductor. Con el fin de garantizar la estabilidad química del coloide de las dispersiones formadas se emplean, por norma general, los más diversos coadyuvantes de dispersión.
El documento DE 102006017696 A1 se refiere a un procedimiento para la preparación de soles de partículas metálicas concentrados, con un contenido en partículas metálicas > 1 g/l en una etapa de síntesis de dos pasos. En este caso, una solución de sal metálica se hace reaccionar primeramente con una solución con contenido en iones hidróxido y, a continuación, en una segunda etapa, se hace reaccionar con un agente reductor, comprendiendo al menos una de las soluciones un coadyuvante de dispersión (coloide protector) obligatorio. En el caso de los coadyuvantes de dispersión se trata de compuestos de bajo peso molecular orgánicos y poliméricos con grupos hidroxilo, amino, amido o sulfonato como grupos funcionales. Los iones hidróxidos proceden de bases típicas, tales como. p. ej., hidróxidos de metales alcalinos, aminas alifáticas o alcóxidos de metales alcalinos. Agentes reductores son, p. ej., ácido ascórbico, hidrazina o borohidruro de sodio.
El documento DE 19506113 A1 persigue un enfoque similar bajo la formación de micelas a partir de un copolímero de bloques que contienen al metal coloidal embutido.
Los documentos WO 03/093383 A1, WO 03/094574 A1 y WO 02/36701 A1 describen revestimientos a base de condensados inorgánicos con coloides de plata que se generan in situ en el revestimiento. Lo desventajoso de ambos enfoques es, por una parte, el uso de un agente reductor venenoso (hidrazina, borohidruro de sodio), el cual tiene que ser empleado en exceso con el fin de conseguir una reducción completa del precursor iónico en el metal. Este es particularmente un punto importante cuando se trata de metales no nobles, tales como, p. ej., cobre, que pueden ser oxidados prematuramente de nuevo fácilmente mediante el oxígeno del aire. La cantidad residual de agentes reductores tóxicos presentes después de la reacción debe ser eliminada por completo, eventualmente en un proceso complejo. Después de la eliminación completa de la cantidad residual de agente reductor, las partículas obtenidas ya no están protegidas frente a una subsiguiente oxidación, la mayoría de las veces descontrolada, lo cual reduce considerablemente la estabilidad a largo plazo en el sentido del carácter de coloide metálico. Además, es desventajoso el uso de coadyuvantes de dispersión elegidos específicamente, dado que un cambio del medio objetivo hace necesaria una adaptación preestablecida del coadyuvante de dispersión utilizado, y estas moléculas, en el caso de coloides metálicos a base de metales no nobles, no ofrecen tampoco protección alguna frente a una oxidación posterior. Esto es asimismo el inconveniente de los trabajos del documento EP 0796147 B1, en los que se forman coloides mono- y bi-metálicos reversibles, estabilizados con tensioactivos, a partir de sales metálicas en presencia de tensioactivos fuertemente hidrofílicos con agentes reductores químicos. En este caso, la utilidad de las partículas se limita, por ejemplo, exclusivamente al agua como medio de dispersión. Algo equiparable es válido también para el documento US 8071259 B2, en donde se dan a conocer coloides de metales nobles puros y coloides a base de metales nobles en combinación con metales no nobles en solución acuosa con un polisacárido como estabilizador temporal para la generación de un revestimiento catalíticamente eficaz sobre una membrana de electrolito polimérico.
Para aplicaciones en el sector médico diagnóstico se exigen a menudo partículas de sol metálicas que presentan una distribución del tamaño de partícula lo más estrecha posible en un intervalo de tamaños de partícula seleccionado.
Un procedimiento para la preparación de partículas de este tipo se reivindica en el documento EP 0426300 B1. El procedimiento de síntesis multietapa propiamente dicho, partiendo de una solución con contenido en un primer metal, agente de estabilización y un primer agente reductor y subsiguiente mezcladura de los núcleos metálicos formados
con una solución adicional a base de metal y un segundo agente reductor permite reconocer muy bien la elevada complejidad de todo el proceso. El segundo agente reductor sirve en este caso para impedir la enucleación espontánea de las partículas formadas, coloides semiconductores y metálicos pueden ser provistos durante la síntesis también de ligandos bifuncionales, tales como, p. ej., alquilalcoxisilanos funcionales.
También el documento EP 1034234 B1 utiliza esta vía con el fin de dotar a las partículas coloidales formadas a continuación con envolturas protectoras oxídicas inertes a base de p. ej., SiO2 , Al2O3 o ZrO2. Las modificaciones a partir de la etapa intermedia previamente formada no son dispersables, no obstante, en medios arbitrarios y las envolturas protectoras oxídicas blindan herméticamente además al núcleo.
El ácido ascórbico ya mencionado se utilizó también por [Xuedong Wu et al., Green Chem. 2011, 13, 900] como agente reductor, con el fin de generar coloides de cobre estables frente a la oxidación a partir de sales de cobre que pueden utilizarse para la producción de tintas conductoras (documento CN 101880493 A). En este caso, el ácido ascórbico se oxida en el marco de la reacción de reducción en parte en ácido deshidroascórbico y permanece sobre la superficie de las partículas coloidales de cobre formadas. Lo desventajoso de ello es que la parte predominante del ácido ascórbico empleado no reacciona y permanece sobre la superficie de las partículas formadas. Esto es ciertamente positivo en relación con un impedimento persistente de un subsiguiente proceso de oxidación en el sentido de obtener una estabilidad a largo plazo, pero es desventajoso en relación con un efecto fisiológico deseable, tal como, p. ej., una actividad microbicida que requiere, por ejemplo, una entrega controlada de iones cobre mediante oxidación selectiva adaptada a las necesidades bajo condiciones fisiológicamente relevantes.
Misión
La misión de la presente invención es indicar un procedimiento que posibilite una preparación sencilla de partículas coloidales metálicas sin un coloide protector adicional. Las partículas coloidales metálicas preparadas están estabilizadas frente a una oxidación descontrolada y, con ello, son adecuadas de manera sencilla para aplicaciones y revestimientos eléctricos, ópticos, opto-electrónicos, fotónicos, así como, en particular, fisiológicamente relevantes, p. ej., microbicidas.
Solución
Este problema se resuelve mediante las invenciones con las características de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos ventajosos de las invenciones se caracterizan en las reivindicaciones subordinadas. La redacción de todas las reivindicaciones se hace con ello mediante referencia al contenido de esta descripción. Las invenciones abarcan también todas las combinaciones prácticas y, en particular, todas las mencionadas de reivindicaciones independientes y/o dependientes.
El problema se resuelve mediante un procedimiento para la preparación de coloides metálicos, que comprende las siguientes etapas:
a) preparación de una composición, que comprende
a1) al menos un tipo de iones metálicos;
a2) al menos un agente reductor orgánico;
a3) al menos un formador de complejos que comprende al menos un grupo funcional que puede interactuar con los coloides metálicos preparados, el agente reductor y/o la forma oxidada del agente reductor puede funcionar como un formador de complejos, encontrándose la relación molar entre iones metálicos y formador de complejos entre 30:1 y 1,5:1;
a4) al menos un disolvente;
b) activación térmica y/o fotoquímica durante o después de la preparación de la composición;
c) reducción del al menos un tipo de iones metálicos en coloides metálicos;
d) purificación de los coloides metálicos modificados.
En lo que sigue se describen con mayor detalle etapas individuales del procedimiento. Las etapas no tienen necesariamente que ser llevadas a cabo en la secuencia indicada, y el procedimiento a describir puede presentar también otras etapas no mencionadas.
En una primera etapa se prepara una composición que comprende iones metálicos. Los iones metálicos pueden ser incorporados de distinta manera en la composición. Preferiblemente en forma de sales metálicas. Éstas pueden ser nitratos, sulfatos, carbonatos, haluros (fluoruros, cloruros, bromuros, yoduros), ácidos metálicos (tales como H(AuCU),
percloratos), sales de ácidos orgánicos, tales como acetatos, tartratos, sales de aniones orgánicos, tales como acetilacetonatos. Se prefieren cloruros, sulfatos, nitratos, ácidos metálicos.
Los iones metálicos son preferiblemente iones de los metales de los Grupos 8 a 16. Particularmente preferidos son iones de los metales Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se, Te, Cd, Bi, In, Ga, As, Ti, V, W, Mo, Sn y/o Zn, de manera muy particularmente preferida Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se Te y/o Zn.
Ejemplos de posibles compuestos son CuCl, CuCl2 , CuSO4, Cu(NO3)2, AgNO3, H(AuCU), PdCl2 , ZnCl2 , ZnSO4, Cu(CH3COO)2 , acetilacetonato de cobre, CuCO3 , Cu(ClO4)2 , pudiendo utilizarse también hidratos de estos compuestos.
Muy particularmente preferidos son los iones metálicos iones cobre, en particular iones cobre(II). Estos pueden incorporarse a partir de las sales metálicas CuCl2, CuSO4, Cu(NO3)2, Cu(CH3COO)2, acetilacetonato de cobre, CuCO3, Cu(ClO4)2.
Las sales metálicas pueden presentarse disueltas en la composición o como parte de un sólido suspendido.
La composición comprende también un agente reductor orgánico. Éste debe presentar un potencial redox lo suficientemente bajo como para poder reducir los iones metálicos de la composición en el metal. En particular, un potencial estándar más bajo que el metal del ion metálico que ha de ser reducido. Así, el cobre posee un potencial estándar de 0,3371 V (Cu2+/Cu0), la plata un potencial estándar de 0,799 V, el platino un potencial estándar de 1,2 V y el oro un potencial estándar de 1,40 V.
En una forma de realización de la invención, el agente reductor orgánico es un compuesto con un peso molecular inferior a 1000 g/mol, inferior a 800 g/mol, inferior a 600 g/mol, inferior a 500 g/mol, inferior a 400 g/mol. Independientemente de ello, los agentes reductores presentan preferiblemente un peso molecular superior a 30 g/mol, superior a 40 g/mol, superior a 50 g/mol, superior a 60 g/mol, superior a 70 g/mol, superior a 80 g/mol.
Los agentes reductores son preferiblemente ácidos carboxílicos de acción reductora, tales como ácido oxálico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido málico, azúcares, en particular, monosacáridos o disacáridos (tales como glucosa o sacarosa), ácidos urónicos, aldehídos, ácido fórmico. Particularmente preferidos son ácido ascórbico, ácido cítrico o ácido málico.
El agente reductor no es un polímero u oligómero, es decir, contiene no más de 2 unidades repetitivas.
El agente reductor es soluble o dispersable en la composición.
En una forma de realización de la invención, la relación de agente reductor e iones metálicos es de 5:1 a 1:30, preferiblemente de 2:1 a 1:30, calculada como la cantidad molar de electrones que pueden ser proporcionados por el agente reductor y de la cantidad molar de electrones que se requieren para la reducción de todos los iones metálicos en el metal. Una relación de 2:1 significa que el agente reductor se emplea en una cantidad tal de modo que se puede proporcionar la cantidad molar doble de electrones del agente reductor que la que se requiere para la reducción de todos los iones metálicos. Así, el agente reductor puede proporcionar un exceso de electrones. En este caso, después de la reducción de todos los iones metálicos queda un resto de agente reductor no reducido. Por otra parte, existe también la posibilidad de que se utilice un defecto de agente reductor en relación con los electrones (p. ej., 1:2). En este caso, en el medio de reacción permanecerán iones metálicos no reducidos. Preferiblemente, la relación asciende a 5:1 hasta 1:5, 3:1 hasta 1:3, de manera particularmente preferida, a 2:1 hasta 1:2.
En una forma de realización preferida se trabaja con una cantidad en defecto de agente reductor, es decir, de una relación menor que 1:1, preferiblemente entre 1:1 y 1:4, de manera particularmente preferida entre 1:1 y 1:3. Con ello se evita que en la composición o bien sobre los coloides metálicos preparados permanezca un agente reductor no oxidado. Esto simplifica el uso de estos coloides metálicos, por ejemplo, en aplicaciones biocidas, en donde deben entregarse al entorno iones metálicos de manera controlada. Coloides metálicos preferidos para aplicaciones de este tipo son coloides de plata o de cobre, de manera particularmente preferida coloides de cobre.
La composición comprende también al menos un formador de complejos. Éste es un compuesto que comprende al menos un grupo funcional que puede interactuar con los coloides metálicos preparados. Un formador de complejos de este tipo es un compuesto que forma un complejo con los coloides metálicos reducidos. Con ello, sobre la superficie de los coloides metálicos se forma una capa de los formadores de complejos, con el fin de proteger a ésta frente a una oxidación ulterior. Los coloides metálicos preparados son, por lo tanto, estables al almacenamiento y pueden redispersarse de nuevo también después del secado sin formar aglomerados. Al mismo tiempo, el formador de complejos influye, mediante la ocupación de la superficie de los coloides metálicos, también en el comportamiento de
los coloides metálicos con respecto a su entorno. Dependiendo del formador de complejos utilizado, pueden adaptarse a las más diversas condiciones los coloides metálicos preparados. De este modo, es posible proporcionar coloides metálicos que se puedan redispersar en una pluralidad de medios.
Un grupo que puede interactuar con los iones metálicos reducidos es la mayoría de las veces un grupo con al menos un átomo con un par de electrones libres. Preferiblemente, el formador de complejos comprende al menos un heteroátomo elegido del grupo que comprende N, O, S, Cl, Br e I.
Se prefiere al menos un grupo funcional elegido del grupo que comprende grupos amino, grupos carbonilo, tales como grupos ácido carboxílico, grupos amidas de ácidos carboxílicos, grupos imida, grupos anhídridos de ácidos carboxílicos, grupos ésteres de ácidos carboxílicos, grupos aldehídos, grupos ceto, uretanos, grupos carbonilo contiguos en la posición 1,2 o en la posición 1,3, grupos tiol, grupos disulfuro, grupos hidroxilo, grupos sulfonilo, grupos ácido fosfórico. También pueden estar presentes varios de los grupos antes mencionados.
En función del coloide metálico preparado puede ser óptimamente adecuado otro grupo funcional. Así, para el cobre se prefieren grupos carbonilo o tioles. Para coloides de plata se prefieren funciones amino.
El formador de complejos es en este caso preferiblemente un compuesto de la fórmula (I)
Z-R1
en donde Z representa NH2 , NHR2, N(R2)2 , R2-C=O, SH, R2-S-S, R2-(C=O)-(C=O), OH, SO3 o R2-S=O y R1 es un grupo alquilo o alcoxi con 4 a 15 átomos de C de cadena lineal o un grupo alquilo o alcoxi con 3 a 15 átomos de C ramificado o cíclico o un grupo alquenilo o alquinilo con 2 a 15 átomos de C, en donde los grupos precedentemente mencionados pueden estar sustituidos en cada caso con uno o varios radicales R2 y en donde uno o varios grupos CH2 contiguos o no contiguos en los grupos arriba mencionados pueden estar reemplazados por -R2C=CR2-, -CEC-, C=O, C=NR2, -C(=O)-O-, -C(=O)-NR2-, Si(R2)2 , NR2, P(=O)(R2), -O-, -S-, SO o SO2 , o un sistema de anillo aromático con 6 a 12 átomos del anillo aromáticos, que en cada caso puede estar sustituido con uno o varios radicales R2, o un sistema de anillo heteroaromático con 5 a 12 átomos del anillo aromáticos que en cada caso puede estar sustituido con uno o varios radicales R2.
En este caso, R2 es en cada una de las apariciones, igual o diferente, H, D, F, Cl, Br, I, OH, CHO, C(=O)R3, CN, CR3=(R3)2 , C(=O)OR3, NCO, OCN, C(=O)N(R3)2 , Si(R3)3 , N(R3)2 , NO2 , P(=O)(R3)2 , OSO2R3, S(=O)R3, S(=O)2 R3, un grupo alquilo, alcoxi, tioalcoxi con 1 a 15 átomos de C de cadena lineal o un grupo alquilo, alcoxi, tioalcoxi con 3 a 15 átomos de C ramificado o cíclico o un grupo alquenilo o alquinilo con 2 a 15 átomos de C, en donde los grupos arriba mencionados pueden estar sustituidos en cada caso con uno o varios radicales R3 y en donde uno o varios grupos CH2 contiguos o no contiguos en los grupos arriba mencionados pueden estar reemplazados por -R3C=CR3-, -CEC-, C=O, C=NR3, -C(=O)-O-, -C(=O)-NR3-, Si(R3)2 , NR3, P(=O)(R3), -O-, -S-, SO o SO2 , o un sistema de anillo aromático con 6 a 30 átomos del anillo aromáticos, que en cada caso puede estar sustituido con uno o varios radicales R3, o un sistema de anillo heteroaromático con 5 a 30 átomos del anillo, que en cada caso puede estar sustituido con uno o varios radicales R3, en donde dos o más radicales R3 o R1 y R3 pueden estar enlazados entre sí y pueden formar un anillo.
R3 es en cada una de las apariciones igual o diferente, H, D, F o un radical con 1 a 10 átomos de C alifático, aromático y/o heteroaromático, en el que también uno o varios átomos de H pueden estar reemplazados por D o F; en este caso, dos o varios sustituyentes R4 pueden estar también enlazados entre sí y pueden formar un sistema de anillo mono- o poli-cíclico, alifático, heteroalifático, aromático o heteroaromático.
Formadores de complejos preferidos presentan en R1 al menos un grupo funcional con al menos un heteroátomo.
Formadores de complejos preferidos son ácido deshidroascórbico, acetoacetato, acetilacetona, dimetilglioxal (2-oxopropanal), tricetoindano, ácido tiolacético, a, p o Y-aminoácidos, con al menos un grupo funcional adicional para la interacción con los coloides metálicos, tales como cisteína, cistina, metionina, ornitina, lisina, arginina, histidina, ácido glutámico, ácido aspártico, asparagina, serina, glicina, glutamina, treonina, tirosina, triptófano, 4-mercapto-4-metilpentatona, fosfato, silanos de la fórmula II
SiR5aX(4-a) (II)
en donde R5 es un radical no hidrolizable y es igual o diferente en cada una de las apariciones y es un grupo alquilo con 3 a 15 átomos de C de cadena lineal o un grupo alquilo con 3 a 15 átomos de C ramificado o cíclico o un grupo alquenilo o alquinilo con 2 a 15 átomos de C, en donde los grupos precedentemente mencionados pueden estar sustituidos en cada caso con uno o varios radicales R6, y en donde uno o varios de los grupos CH2 contiguos o no
contiguos en los grupos arriba mencionados pueden estar reemplaza -R6C=CR6-, -CEC-, C=O, C=NR6, -C(=O)-O-, -C(=O)-NR6-, Si(R6)2 , NR6, P(=O)(R6), -O-, -S-, SO o SO2 , o un sistema de anillo aromático con 6 a 12 átomos del anillo aromático que en cada caso puede estar sustituido con uno o varios radicales R6 o un sistema de anillo heteroaromático con 5 a 12 átomos del anillo aromáticos, que en cada caso puede estar sustituido con uno o varios radicales R6.
En este caso, R6 es en cada una de las apariciones igual o diferente H, D, F, Cl Br, I, CHO, CN, C(=O)OH, NO2 , NH2 , OH, NCO, OCN.
X es un grupo hidrolizable y en cada una de las apariciones es igual o diferente y es Cl, Br, I, grupo alcoxi con 1 a 10 átomos de C de cadena lineal o un grupo alcoxi con 3 a 10 átomos de C ramificado o cíclico o un grupo ariloxi con 6 a 12 átomos de C.
a es un valor entre 1 y 4.
En este caso, al menos un R6 comprende un grupo funcional para la interacción con los coloides metálicos, de preferencia exactamente un R6 tiene un grupo funcional para la interacción con los coloides metálicos.
Ejemplos para R6 son grupos aminoalquilo o tioalquilo. Grupos preferidos para X son Cl, Br, I, metoxi, etoxi, n-propoxi, iso-propoxi, n-butoxi, terc.-butoxi, n-pentoxi, iso-pentoxi, n-hexoxi, heptoxi, n-octoxi.
Ejemplos de silanos preferidos son aminosilanos, tales como H2N-(CH2)3-Si(OC2H5)3, (C2H5)2N(CH2)3Si(OC2H5)3, (CH3)2N(CH2)3Si(OC2H5)3, H2N-C6H4-Si(OCH3)3, (CH3)2N-CH2-CH2-N(CH3)-(CH2)3-Si(OC2H5)3, H2N-CH2-CH2-NH-(CH2)3-Si(OCH3)3 , H2 N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH-(CH2)3-Si(OCH3)3 , tiosilanos, tales como HS-CH2-Si(OC2H5)3, HS-CH2-CH2-SKOC2H5K HS-CH2-CH2-CH2-SKOC2H5K HS-(CH2)4-Si(OC2H5)3, HS-CH2-Si(OCH3)3, HS-CH2-CH2-SKOCH3K HS-CH2-CH2-CH2-SKOCH3H HS-(CH2)4-Si(OCH3)3, HS-(CH2)3-Si(CH3)(OCH3)2, o silanos con otros grupos funcionales, tales como NC-(CH2)3-Si(OCH3)3, HOOC-HC=CH-O-(CH2)3-Si(OCH3)3, OCN-CH2-CH2-CH2-SKOC2H5K HOOC-CH2-CH2-CH2-Si(OC2H5)3.
En una forma de realización de la invención, el formador de complejos presenta, junto a al menos un grupo funcional para la interacción con los coloides metálicos, al menos un grupo funcional adicional con el cual es posible una reticulación orgánica, p. ej., con una matriz circundante o con un compuesto adicional. Ejemplos de grupos funcionales de este tipo son grupos epóxido, O-xetano, hidroxi, éter, amino, monoalquilamino, dialquilamino, amida, carboxi, mercapto, tioéter, vinilo, isocianato, acriloxi, metacriloxi, anhídrido de ácido, haluro de ácido, ciano, halógeno, aldehído, alquilcarbonilo, ácido sulfónicos. Grupos preferidos son grupos isocianato, los cuales pueden estar también bloqueados, grupos epóxido, grupos amino y grupos anhídrido. Los grupos pueden servir, en particular, para incorporar los coloides metálicos modificados en composiciones poliméricas. Por un lado, a través de la participación directa en la reacción de polimerización de los monómeros y/o con la reacción con grupos funcionales en el polímero.
En una forma de realización de la invención, el al menos un formador de complejos es un compuesto de bajo peso molecular. Preferiblemente, éste es un compuesto con un peso molecular inferior a 1000 g/mol, inferior al 800 g/mol, inferior a 600 g/mol, inferior a 500 g/mol, inferior a 400 g/mol, inferior a 300 g/mol. Independientemente, el formador de complejos presenta un peso molecular superior a 30 g/mol, superior a 40 g/mol, superior a 50 g/mol.
Los formadores de complejos no son polímeros u oligómeros, es decir, presentan no más de 2 unidades repetitivas.
En una forma de realización, los formadores de complejos no son betaínas, no considerándose los aminoácidos como betaínas.
En una forma de realización de la invención, el agente reductor es ya un formador de complejos o un compuesto precursor. De manera particularmente preferida, la forma oxidada del agente reductor es un formador de complejos. Entonces, la composición contiene un agente reductor que al mismo tiempo representa el compuesto precursor para el formador de complejos. Un ejemplo de un compuesto de este tipo es ácido ascórbico. A partir de éste, mediante reducción, se forma ácido deshidroascórbico, el cual es un formador de complejos.
En una forma de realización de la invención, la composición abarca al menos un agente reductor y al menos un formador de complejos adicional. Preferiblemente, el formador de complejos adicional es distinto del agente reductor o de la forma oxidada del formador de complejos.
La relación molar entre iones metálicos y formadores de complejos se encuentra preferiblemente entre 30:1 y 1,5:5. En el caso de un exceso de formadores de complejos se produce una ocupación muy intensa de la superficie de los
coloides metálicos obtenidos. Al mismo tiempo, se dificulta la purificación de los coloides metálicos obtenidos, dado que tienen que eliminarse una cantidad grande de formadores de complejos no unidos.
A pesar de la cantidad en defecto de formadores de complejos, se obtienen coloides metálicos, los cuales están protegidos frente a la aglomeración y la inmediata oxidación mediante una capa de formadores de complejos.
Cuando el agente reductor puede servir como formador de complejos o como precursor del mismo, son válidas las relaciones antes mencionadas para la suma de formadores de complejos eventualmente todavía empleados de forma adicional y el correspondiente agente reductor (p. ej., ácido ascórbico como agente reductor y precursor para un formador de complejos y cisteína como formador de complejos adicional), teniendo en cuenta las relaciones de los electrones indicadas para el agente reductor.
Mediante el escaso empleo de agente reductor y formador de complejos, la purificación de los coloides metálicos es claramente más sencilla que cuando se tenga que separar un compuesto utilizado en exceso.
La composición abarca también todavía un disolvente. Éste puede ser agua u otro disolvente polar. Se prefiere como disolvente el agua. De manera particularmente preferida, la composición comprende solo agua como disolvente. En una forma de realización preferida, la concentración de iones metálicos en la composición antes de la activación asciende a más de 0,1 mol/l, a más de 0,2 mol/l, a más de 0,3 mol/l.
Independientemente de ello, la concentración de los iones metálicos en la composición asciende, en función de la solubilidad, preferiblemente a menos de 3 mol/l.
La concentración del agente reductor o ben de los agentes reductores es preferiblemente mayor que 0,1 mol/l, mayor que 0,2 mol/l. Independientemente de ello, la concentración del agente reductor o bien de los agentes reductores en la composición se encuentra por debajo de 3 mol/l, preferiblemente por debajo de 1 mol/l.
La concentración del formador de complejos o bien de los formadores de complejos o de los precursores de los mismos es preferiblemente mayor que 0,001 mol/l, mayor que 0,005 mol/l. Independientemente de ello, la concentración del formador de complejos o bien de los formadores de complejos en la composición es inferior a 3 mol/l, preferiblemente inferior a 1 mol/l.
Los componentes de la composición pueden añadirse de modo diferente.
En una forma de realización preferida, primeramente se incorporan en la composición los iones metálicos y el formador de complejos. Preferiblemente, los iones metálicos se incorporan primero en el disolvente y después se añade el formador de complejos. La adición tiene lugar en este caso preferiblemente de forma lenta, de preferencia a lo largo de un espacio de tiempo de 5 minutos a 2 horas. Mientras tanto, la solución puede ser mezclada a fondo y/o ser llevada ya a la temperatura para la activación posterior.
El formador de complejos puede ser añadido como materia, p. ej., en forma de polvo o líquido. En una forma de realización preferida, el formador de complejos se añade en solución o suspensión, de manera particularmente preferida, en solución.
El agente reductor se añade preferiblemente como último componente. Preferiblemente, el agente reductor se añade lentamente, preferiblemente a lo largo de un espacio de tiempo de 5 minutos a 2 horas. La adición puede tener lugar como materia, p. ej., en forma de polvo o líquido. En una forma de realización preferida, el agente reductor se añade en forma de solución o suspensión, preferiblemente en forma de solución.
Cuando como agente reductor se utilice un compuesto que es un precursor para un formador de complejos o que puede servir por sí mismo como formador de complejos y no se utilizan formadores de complejos adicionales, la adición del formador de complejos corresponde a la adición del agente reductor.
Preferiblemente, la composición no contiene componentes adicionales, tales como agentes dispersantes, catalizadores o estabilizadores.
El valor del pH de la composición antes de la reducción se encuentra preferiblemente por debajo de 7, por debajo de 6, por debajo de 5, por debajo de 4, por debajo de 3, por debajo de 2. De manera particularmente preferida, se encuentra entre 0 y 5, 0 y 3, 1 y 3 y 1 y 2.
El procedimiento puede llevarse a cabo también en una atmósfera determinada, p. ej., argón o nitrógeno. Se prefiere la realización al aire normal.
Durante o después de la preparación de la composición puede tener lugar una activación térmica o fotoquímica. Esto significa que comienza la reducción de los iones metálicos.
Como activación fotoquímica puede tener lugar una radiación con luz UV.
Una activación térmica es, por norma general, un calentamiento de la composición. En función del disolvente utilizado, estas son temperaturas entre 20 °C y 120 °C, preferiblemente entre 30 °C y 100 °C.
Una activación durante la preparación de la composición significa que durante la mezcladura de la composición tiene lugar un calentamiento y/o una irradiación.
Mediante la activación, se produce la reducción del al menos un tipo de iones metálicos en coloides metálicos. Mediante la presencia simultánea del formador de complejos se impide una aglomeración de los coloides metálicos.
Puede ser necesario llevar a cabo la reducción en un intervalo de temperaturas determinado. Éste puede ser diferente en función de los iones metálicos y del agente reductor utilizado. El intervalo de temperaturas puede encontrarse entre 20 y 1202C.
La reacción se lleva a cabo preferiblemente bajo mezcladura a fondo de la composición, con el fin de impedir una aglomeración de los coloides. Esto puede suceder mediante agitación.
En función de los iones metálicos, del agente reductor y de los formadores de complejos utilizados puede ser necesario realizar la reacción durante un tiempo determinado. El tiempo puede oscilar entre 5 minutos y 48 horas, preferiblemente entre 3 horas y 48 horas. En este caso, la temperatura se puede aumentar o disminuir. También se puede continuar con la mezcladura a fondo de la solución. Preferiblemente, la solución se mantiene a la misma temperatura, pero se agita algo más débilmente.
En este caso, la reacción se realiza sin la formación de micelas. También el proceso es un proceso monofásico, es decir, en ningún momento está presente una fase líquida, p. ej., emulsión, adicional. El proceso no comprende preferiblemente etapas adicionales tales como la adición multietapa de agentes reductores adicionales.
En una etapa adicional se purifican los coloides metálicos modificados. Esto significa que no se purifican de compuestos unidos a los coloides metálicos, tales como agentes reductores, agente reductor oxidado o formador de complejos. La purificación puede tener lugar en este caso mediante centrifugación y/o filtración. Preferiblemente, la composición se trata con una filtración con flujo transversal. Con ello, es posible eliminar de la composición formadores de complejos y agentes reductores o sus residuos no unidos a los coloides metálicos. Esto es posible, en particular, en virtud del uso de compuestos de bajo peso molecular como agentes reductores y formadores de complejos. Estos se pueden separar fácilmente de este modo, sin que se tenga que eliminar por completo el disolvente.
En este caso, es importante que las condiciones para la filtración con flujo transversal se elijan de modo que los coloides metálicos preparados no se separen. No obstante, es posible que solo queden retenidos coloides metálicos de un tamaño mínimo determinado. De este modo, puede controlarse la distribución por tamaños de los coloides metálicos obtenidos.
La separación puede mejorarse debido a que la filtración con flujo transversal se lleva a cabo varias veces, añadiéndose en cada uno de los pasos nuevo disolvente. Este disolvente puede diferenciarse también del disolvente de la composición. En una forma de realización preferida de la invención, el disolvente añadido es el disolvente de la composición.
La filtración con flujo transversal puede realizarse en este caso también como proceso continuo.
En el caso de que se tengan que aislar los coloides metálicos, también se pueden separar por centrifugación y decantar.
Los coloides metálicos obtenidos se distinguen por una cristalinidad particularmente elevada. Preferiblemente, presentan una porción > 80 % de fase cristalina (medida con XRD; difractrometría de rayos X).
En una forma de realización de la invención, el contenido en carbono de los coloides metálicos obtenidos se encuentra entre 1 % en peso y 30 % en peso (medido con combustión a alta temperatura).
En otra forma de realización de la invención, los coloides metálicos contienen 0,1 % en peso a 5 % en peso de N, cuando el formador de complejos utilizado comprenda al menos un átomo de N.
En otra forma de realización de la invención, los coloides metálicos contienen 0,1 % en peso a 15 % en peso de S, cuando el formador de complejos utilizado comprenda al menos un átomo de S.
En otra forma de realización de la invención, los coloides metálicos obtenidos están esencialmente exentos de óxidos de metales. Preferiblemente, para coloides metálicos con una porción de fase cristalina de > 80 % no se pueden reconocer en el espectro XRD señales de óxidos metálicos.
Los coloides metálicos obtenidos se pueden redispersar por completo en diferentes medios. En este caso, se puede tratar de medios no polares, tales como hidrocarburos (pentano, hexano, benceno, tolueno), medios polares, tales como agua, alcoholes (metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol), éteres (dietiléter, tetrahidrofurano), barnices en polvo, resinas reactivas tales como resinas de poliuretano, acrilatos, metacrilatos, polímeros, tales como termoplastos, elastómeros termoplásticos. Con ello, los coloides metálicos preparados se adecuan como aditivos para muchas aplicaciones.
En función del formador de complejos utilizado, puede variar la estabilidad a largo plazo de las dispersiones preparadas. Se prefiere una estabilidad superior a un día, de manera particularmente preferida una estabilidad superior a 5 días. La estabilidad se determina después de la redispersión completa mediante inspección visual.
Los coloides metálicos obtenidos pueden continuar modificándose con el siguiente procedimiento. Para ello, en una primera etapa, el coloide metálico se redispersa en al menos un disolvente. Preferiblemente, se trata de un coloide metálico que está ocupado con al menos un compuesto de bajo peso molecular. De manera particularmente preferida, se trata de un compuesto tal como se describió precedentemente como formador de complejos.
Se trata de un coloide metálico, el cual fue obtenido conforme al procedimiento de acuerdo con la invención. Coloides metálicos de este tipo están ocupados con al menos un compuesto de bajo peso molecular.
A la dispersión de los coloides metálicos se añade, análogamente al procedimiento precedentemente descrito, al menos un formador de complejos, tal como se describió también para el procedimiento de preparación.
En una forma de realización preferida de la invención, la relación molar entre coloides metálicos y formadores de complejos o bien precursores de los mismos se encuentra entre 30:1 y 1:1, preferiblemente entre 30:1 y 1,5:1. A pesar del déficit de formador de complejos se obtienen coloides metálicos, los cuales están protegidos frente a la aglomeración y oxidación inmediata mediante una capa de formadores de complejos.
En función del coloide metálico y del formador de complejos utilizado puede ser necesario realizar la reacción durante un tiempo determinado. El tiempo puede oscilar entre 5 minutos y 48 horas, preferiblemente entre 3 horas y 48 horas. En este caso, la temperatura se puede aumentar o disminuir. También puede continuarse con la mezcladura a fondo de la solución. Preferiblemente, la solución se mantiene a la misma temperatura, pero se agita de forma algo más débil.
Puede ser necesario llevar a cabo la modificación de la superficie en un intervalo de temperaturas determinado. Éste puede ser diferente en función de los iones metálicos y agentes reductores utilizados. El intervalo de temperaturas puede encontrarse entre 20 y 120 °C.
En la siguiente etapa, la composición se purifica de compuestos asociados con el coloide metálico. Estos pueden ser formadores de complejos y/o la modificación precedente de la superficie de los coloides metálicos. Para la purificación se utiliza preferiblemente la filtración con flujo transversal. Este procedimiento tiene la ventaja de que los compuestos de bajo peso molecular utilizados pueden ser separados de manera sencilla.
Puede ser necesario llevar a cabo varias veces la filtración con flujo transversal, añadiéndose en cada uno de los pasos nuevo disolvente.
Los coloides metálicos obtenidos tienen preferiblemente un diámetro medio (medido con TEM) inferior a 40 nm, inferior a 30 nm, inferior a 20 nm, preferiblemente entre 1 nm y 40 nm, entre 2 y 30 nm, de manera particularmente preferida entre 3 y 20 nm, 5 y 20 nm.
Los coloides metálicos modificados en superficie pueden proveerse con el procedimiento descrito de manera sencilla con modificaciones en la superficie muy diferentes.
Por lo tanto, pueden incorporarse de manera sencilla en muchos entornos. Estos pueden ser monómeros o polímeros, que pueden presentarse en forma sólida o líquida. Puede tratarse de polietileno, polipropileno, poliacrilato, tal como poli(metacrilato) de metilo y poli(acrilato) de metilo, polivinibutiral, policarbonato, poliuretanos, copolímeros de ABS, poli(cloruro de vinilo), poliéteres, resinas epoxídicas o de precursores o monómeros de los polímeros antes mencionados, tales como epóxidos, isocianatos, metacrilatos, acrilatos.
En una forma de realización preferida, los coloides metálicos modificados se añaden a los precursores o monómeros.
Composiciones de este tipo pueden contener otros aditivos que se añaden en la técnica habitualmente en función de la finalidad y de las propiedades deseadas. Ejemplos concretos son agentes reticulantes, disolventes, pigmentos de color orgánicos e inorgánicos, colorantes, absorbedores de UV, agentes deslizantes, agentes de igualación, agentes humectantes, inductores de la adherencia e iniciadores. El iniciador puede servir para la reticulación inducida por vía térmica o fotoquímica.
Las composiciones pueden elaborarse en forma de líquido. Sin embargo, también pueden elaborarse para formar sólidos, por ejemplo para formar barnices en polvo. Para ello, se mezclan con los precursores correspondientes, se extruden y se elaboran para formar barnices en polvo, por ejemplo sobre una base de poliuretano.
En el caso de que se generen revestimientos, las composiciones de revestimiento pueden aplicarse sobre una superficie de cualquier manera habitual. En este caso, pueden emplearse todos los procedimientos de revestimiento habituales. Ejemplos son revestimiento por centrifugación, revestimiento por (electro)inmersión, aplicación mediante rasqueta, pulverización, inyección, hilatura, embutición, centrifugación, colada, rodillo, aplicación con brocha, revestimiento por anegación, colada en cinta, colada por cuchilla, revestimiento de ranura, revestimiento de menisco, revestimiento en cortina, aplicación por rodillos o procedimientos de impresión habituales, tales como serigrafía o impresión flexo. La cantidad de la composición de revestimiento aplicada se elige de modo que se alcance el grosor de capa deseado.
Después de la aplicación de la composición de revestimiento sobre una superficie o de la introducción de la composición en un molde, tiene lugar eventualmente un secado, p. ej., a la temperatura ambiente (por debajo de 40 °C).
El revestimiento eventualmente secado previamente o el cuerpo moldeado eventualmente secado previamente se somete a continuación a un tratamiento con calor y/o radiación.
En una forma de realización preferida, los coloides metálicos se incorporan con al menos 0,15 % en peso, al menos 0,3 % en peso, al menos 0,4 % en peso, al menos 0,5 % en peso e, independientemente de ello, como máximo con 5 % en peso, como máximo 3 % en peso, en una composición. En particular, para coloides metálicos de cobre, los revestimientos o cuerpos moldeados producidos a partir de ellos pueden dotarse con propiedades microbicidas.
Los coloides metálicos modificados pueden incorporarse, por lo tanto, en un cuerpo moldeado o en un revestimiento, preferiblemente en las proporciones en peso antes mencionadas. Se prefieren cuerpos moldeados y revestimientos de materiales sintéticos, de manera particularmente preferida polietileno, polipropileno, poliacrilato, tal como poli(metacrilato de metilo) y poli(acrilato de metilo), polivinilbutiral, policarbonato, poliuretanos, copolímeros de ABS, poli(cloruro de vinilo), poliéteres y resinas epoxídicas.
Sustratos posibles para un revestimiento de este tipo son, por ejemplo, material sintético, metal, vidrio o material cerámico.
Los coloides metálicos modificados, preparados conforme a la invención, se pueden utilizar en muchos sectores.
En virtud de su composición, las partículas de coloides metálicos se pueden utilizar como aditivos para el ajuste de propiedades eléctricas, fotónicas, ópticas, así como, en particular, también fisiológicamente eficaces.
Pueden utilizarse, por ejemplo, como aditivos, pigmentos o cargas, en revestimientos, pinturas, materiales sintéticos y vidrios.
En virtud de su ocupación flexible de la superficie, se adecuan también para aplicaciones en catalizadores.
Pueden utilizarse en aplicaciones ópticas u opto-electrónicas, eléctricas, por ejemplo para el aumento de la conductividad de materiales sintéticos o tintas conductoras.
Se pueden emplear también para fines espectoscópicos.
También se pueden utilizar como aditivos con propiedades biocidas. Debido a la ocupación de bajo peso molecular de los coloides metálicos, pueden liberarse lentamente, p. ej., en el caso de cobre o plata, iones cobre o iones plata de acción biocida. De esta forma, estos coloides metálicos pueden utilizarse como sustancias activas biocidas en composiciones. Este es también el caso cuando los coloides metálicos se incorporan en una matriz.
Particularidades y características adicionales resultan de la siguiente descripción de ejemplos de realización preferidos en unión con las reivindicaciones subordinadas. En este caso, las respectivas características pueden ponerse en práctica por sí solas o varias en combinación entre sí. Las posibilidades de resolver el problema no se limitan a los ejemplos de realización. Así, por ejemplo, los datos de intervalos abarcan siempre todos los valores intermedios - no mencionados - y todos los intervalos parciales imaginables.
Fig. 1 espectro RXD de los coloides metálicos obtenidos en el Ejemplo 1 tras filtración con flujo transversal (CuKa);
Fig. 2 espectro RXD de los coloides metálicos obtenidos en el Ejemplo 3 tras filtración con flujo transversal;
Fig. 3 espectro RXD de los coloides metálicos obtenidos en el Ejemplo 7 tras filtración con flujo transversal;
Fig. 4 espectros infrarrojos de diferentes compuestos (CuV144, CuV152d, DuV152c, CuV152e);
Fig. 5 espectros infrarrojos de un compuesto (CuV152d) antes y después de la filtración con flujo transversal; Fig. 6 fotografías de TEM de dispersiones de partículas secadas;
Fig.7 fotografías de TEM de partículas coloidales de Cu en resina epoxídica Araldit (1 % en peso de cobre, CuV152e en el Ejemplo 9) a la izquierda, a la derecha, CuV152c;
Fig. 8 dispersiones de coloides metálicos en diferentes medios después de la dispersión completa y el almacenamiento a lo largo de 4 semanas.
Las Figuras 1, 2 y 3 muestran espectros de XRD de los coloides metálicos obtenidos. Los espectros XRD muestran cobre puro, cristalino, con los reflejos característicos, sin óxidos o carbonatos de cobre. Pueden observarse todos los reflejos de Bragg teóricos: los valores 20 se encuentran en 43,4°, 50,6°, 74,1°, 90,0° y 95,2°. Esto corresponde a los índices de Miller (111), (200), (220), (311) y (222) de la estructura fcc. Después de la modificación se manifiestan, adicionalmente a los reflejos de cobre, otros valores 20 principalmente pequeños.
La Figura 4 muestra espectros infrarrojos de diferentes coloides de cobre modificados. Todos los espectros se registraron después de la filtración con flujo transversal. En el intervalo de 3100 cm-1 a 2750 cm-1 se encuentran las bandas para el mercaptosilano utilizado en una muestra. En el intervalo de aprox. 1700 cm-1 a 1250 cm-1 se encuentran las bandas de cisteína que se utilizaron para dos muestras. La medición demuestra que también después de la filtración con flujo transversal, la superficie de los coloides metálicos está ocupada con formadores de complejos.
La Figura 5 muestra espectros de infrarrojos de un compuesto CuV152d antes y después de la filtración con flujo transversal. Se pueden reconocer claramente en el caso de la muestra no purificada las bandas del ácido deshidroascórbico. Después de la purificación, se pueden reconocer claramente las bandas del formador de complejos cisteína, el cual fue unido con éxito sobre la superficie del coloide metálico.
La Figura 6 muestra fotografías TEM (microscopía de electrones de transmisión) de dispersiones de partículas secadas.
La Figura 8 muestra la estabilidad después de la dispersión completa y el almacenamiento a lo largo de 4 semanas. Una evaluación más precisa del comportamiento de dispersión en medios con diferente polaridad e hidrofilia después de inspección visual (++: totalmente dispersable / estabilidad a lo largo de 4 semanas, : totalmente dispersable / estabilidad a lo largo de 2 semanas, o: totalmente dispersable / estabilidad a lo largo de 1 semana; -: totalmente dispersable / estabilidad a lo largo de 1 día; MPA: 1 -metoxipropilacetato; Araldit).
La Tabla 2 demuestra que todos los coloides metálicos preparados son dispersables por completo en un amplio espectro de disolventes. En este caso, los coloides metálicos modificados con silano son dispersables en casi todos los disolventes con una estabilidad extraordinaria.
La Tabla 1 muestra el resultado del análisis elemental para diferentes coloides metálicos (contenidos en carbono (C-%) contenidos en nitrógeno (N-%) y contenidos en azufre (S-%) en % en peso después de la purificación mediante centrifugación (Z) o bien filtración con flujo transversal (QS); límite de detección: 0,1 % en peso).
El análisis elemental (CHNS) tuvo lugar a través de combustión a alta temperatura (hasta 1200 °C) y separación de los componentes gaseosos con una columna TDP (desorción programable de temperatura; vario Micro Cube, Elementar Analysensysteme GmbH Deutschland). La calibración del aparato tuvo lugar con sulfanilamida de diferentes pesos netos del fabricante del aparato (teórico: 16,26 % en peso de N; 41,85 % de C; 4,68 % en peso de H y 18,62 % en peso de S). La determinación del factor de día tuvo lugar directamente antes de la medición mediante medición
durante 5 veces de aprox. 2,0 mg de sulfanilamida. A las muestras se añadieron como aditivo óxido de wolframio. Se midieron los polvos secados.
En el caso de la purificación mediante centrifugación, las dispersiones de coloides metálicos obtenidas se centrifugaron sin filtración con flujo transversal a 12857 rcf (fuerza centrífuga relativa) durante 10 minutos. El sobrenadante se eliminó por vertido o se separó mediante pipeteado. En la medida en que fuese necesario, se rellenó de nuevo disolvente, las muestras se sacudieron y se centrifugaron de nuevo. Eso se repitió (por norma general 3 a 4 veces) hasta que ya no tuvo lugar formación de espuma alguna y el sobrenadante era casi incoloro.
Ejemplo 1: Síntesis con CuSO4 / ácido deshidroascórbico / ácido ascórbico [tanda patrón CuV144], Cu:ácido ascórbico 2:1
75 g (0,3 moles) de CuSO4-5H2O se disolvieron en 300 ml de agua (1 M) y se dispusieron en un matraz redondo de 1 l. A 80 °C y bajo fuerte agitación (700 rpm) se añadió gota a gota, lentamente (5 ml/min) solución 1 M de ácido ascórbico (26,4 g en 150 ml de agua). El color cambió de azul a negro. La mezcla de reacción se continuó agitando a 80 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción se purificó del ácido ascórbico en exceso mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 gm (tamaño de corte), polietersulfona-PES). El material retenido se diluyó 1:1 con agua y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces. A continuación, se centrifugó y decantó. En caso deseado, el polvo se secó a continuación.
Ejemplo 2: Síntesis con CuSO4 / ácido deshidroascórbico / ácido ascórbico [tanda patrón CuV153], Cu:ácido ascórbico 1:2
75 g de CuSO4-5H2O se disolvieron en 300 ml de agua (1 M) y se dispusieron en un matraz redondo de 1 l. A 80 °C y bajo fuerte agitación (700 rpm) se añadió gota a gota, lentamente (10 ml/min) solución 1 M de ácido ascórbico (105,6 g en 500 ml de agua). El color cambió de azul a negro. La mezcla de reacción se continuó agitando a 80 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción se purificó del ácido ascórbico en exceso mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 gm, polietersulfona-PES). El material retenido se diluyó 1:1 con agua y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 3: Síntesis con CuSO4 / cisteína / ácido ascórbico Cu:cisteína 20:1 - directo [CuV152d]
25 g (0,1 mol) de CuSO4-5H2O se disolvieron en 100 ml de agua (1 M) y se dispusieron en un matraz redondo de 250 ml. A 80 °C y bajo fuerte agitación (700 rpm) se añadió gota a gota una solución de 0,6 g (0,005 mol) de cisteína en 50 ml de agua. Se formó un precipitado fino blanco. A continuación, se añadió gota a gota, lentamente (5 ml/min) solución 1 M de ácido ascórbico (8,8 g en 50 ml de agua). La mezcla de reacción se continuó agitando a 80 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción parda demostró que la reacción era completa. La mezcla de reacción se purificó del ácido ascórbico en exceso mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 gm, polietersulfona-PES). El material retenido se diluyó 1:1 con agua y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 4: Síntesis con CuSO4 / cisteína / ácido ascórbico Cu:cisteína 10:1 - directo [CuV152a]
25 g de CuSO4-5H2O se disolvieron en 100 ml de agua (1 M) y se dispusieron en un matraz redondo de 250 ml. A 80 °C y bajo fuerte agitación (800 rpm) se añadió gota a gota una solución de 1,2 g de cisteína en 50 ml de agua. Se formó un precipitado fino blanco. A continuación, se añadió gota a gota, lentamente (5 ml/min) solución 1 M de ácido ascórbico (8,8 g en 50 ml de agua). La mezcla de reacción se continuó agitando a 80 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción parda demostró que la reacción era completa. La mezcla de reacción se purificó del ácido ascórbico en exceso mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 gm, polietersulfona-PES). El material retenido se diluyó 1:1 con agua y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 5: Síntesis con CuSO4 / cisteína / ácido ascórbico Cu:cisteína 20:1 - indirecta [CuV152c]
2,15 g de CuV144 se redispersaron en 80 ml de agua a 80 °C. Se formó una suspensión parda. Se añadió gota a gota una solución de 0,2 g de cisteína en 20 ml de agua. La mezcla de reacción se continuó agitando a 80 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción se purificó mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 gm, polietersulfona-PES) del ácido ascórbico o bien ácido deshidroascórbico en exceso. El material retenido se diluyó 1:1 con agua y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 6: Síntesis con CuSO4 / cisteína / ácido ascórbico Cu:cisteína 10:1 - indirecta [CuV152f]
2.15 g de CuV144 se redispersaron en 80 ml de agua a 80 °C. Se formó una suspensión parda. Se añadió gota a gota una solución de 0,4 g de cisteína en 20 ml de agua. La mezcla de reacción se continuó agitando a 80 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción se purificó mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 pm, polietersulfona-PES) del ácido ascórbico en exceso. El material retenido se diluyó 1:1 con agua y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 7: Síntesis con CuSO4 / mercaptosilano / ácido ascórbico Cu:mercaptosilano 20:1 - indirecta [CuV152e]
2.15 g de CuV144 se redispersaron en 80 ml de THF a 60 °C. Se formó una suspensión negra. Se añadió gota a gota una solución de 0,44 g de 3-mercaptopropiltrietoxisilano en 10 ml de THF. La mezcla de reacción se continuó agitando a 60 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción se separó primeramente mediante centrifugación y se recogió con isopropanol. Después se purificó mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 pm, polietersulfona-PES). El material retenido se diluyó 1:1 con isopropanol y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 8: Síntesis con CuSO4 / mercaptosilano / ácido ascórbico Cu:mercaptosilano 10:1 - indirecta [CuV152g]
2.15 g de CuV144 se redispersaron en 80 ml de THF a 60 °C. Se formó una suspensión negra. Se añadió gota a gota una solución de 1 g de 3-mercaptopropiltrietoxisilano en 15 ml de THF. La mezcla de reacción se continuó agitando a 60 °C durante otras 18 h y a una velocidad de agitación de 400 rpm. La mezcla de reacción se separó primeramente mediante centrifugación y se recogió con isopropanol. Después se purificó mediante filtración con flujo transversal (columna: Midikros 0,2 pm, polietersulfona-PES). El material retenido se diluyó (1:1) con isopropanol y se continuó filtrando a través de la columna. Este proceso se repitió tres veces.
Ejemplo 9: 1% en peso de Cu a partir de CuV152e en resina epoxídica endurecible por UV
0,3 g de CuV152e se incorporaron con agitación en 25 g de Araldit CY 179 CH (resina epoxídica cicloalifática, ácido 7-oxabiciclo[4.1.0]heptan-3-carboxílico, éster 7-oxabiciclo[4.1.0]-3-ilmetílico, resina epoxídica cicloalifática 60,00 100,00 en peso) y se agitó durante otras 16 h a temperatura ambiente. Se añadieron 0,1 g de BYK 307 (polidimetilsiloxano modificado con poliéter) y 2,5 g de 3-etil-3-oxetanometanol y se agitó durante otros 30 min. Tuvo lugar la adición del iniciador UVI 6976 (sales de hexfluoroantimonato de triarilsulfonio) y agitación durante 30 min. La mezcla obtenida se aplicó sobre acero fino mediante rasqueta espiral y se endureció mediante iluminación UV (750 W, 1,5 min) y un posterior tratamiento térmico a 140 °C a lo largo de 30 min. El grosor de capa ascendió a 22,87 ± 1,53 pm. Además, a través del mismo procedimiento de endurecimiento se produjeron cuerpos moldeados con un grosor de 3 mm.
Ejemplo 10: 1% en peso de Cu a partir de CuV152d en resina de poliuretano
9,4 g de Desmophen 1145 (poliéster/poliéter-poliol ramificado), 6,3 g de Desmophen 1150 (poliéster/poliéter-poliol ramificado), 0,4 g de Desmophen 1380 BT (polipropileneterpoliol) y 9,0 g de Desmodur VL (poliisocianato, diisocianato de difenilmetano) se agitaron junto con 0,25 g de CuV152d durante 10 min a temperatura ambiente. La mezcla obtenida se aplicó sobre acero fino mediante rasqueta espiral y se endureció mediante tratamiento térmico a 140 °C a lo largo de 30 min. El grosor de capa ascendió a 35 ± 3 pm.
Ejemplo 11: 1% en peso de Cu a partir de CuV152a en resina de acrilato
10 g de triacrilato de trimetilolpropano se mezclaron con 0,01 g de AIBN (azo-bis-isobutironitrilo), así como 0,01 g de Irgacure 184 (1-hidroxi-ciclohexil-fenilcetona) y se agitaron a temperatura ambiente. La mezcla obtenida se aplicó sobre acero fino mediante rasqueta espiral y se endureció mediante subsiguiente tratamiento térmico a 130 °C a lo largo de 30 min. El grosor de capa ascendió a 28 ± 2 pm.
Ejemplo 12: 1 % en peso de Cu a partir de CuV124 en barniz en polvo de PU
12 g de la muestra de CuV144 secada se recogieron en THF, y el THF se eliminó casi hasta sequedad. El residuo se mezcló con 446 g de Cryolat 2839, 136 g de Crelan EF 403 (poliuretdiona cicloalifática), 3,0 g de benzoína y 3,0 g de Modaflow III (poliacrilato, copolímero de acrilato de etilo-acrilato de 2-etilhexilo) y se extrudió. Las partículas obtenidas se molieron mediante molino de chorro a 3 bares y clasificador (6000 rpm). A continuación, tuvo lugar el revestimiento de acero y aluminio mediante procedimientos de pulverización corona. El endurecimiento térmico tuvo lugar a 200 °C a lo largo de 20 min. El grosor de capa ascendió a 125 ± 10 pm. Mediante disolución del soporte de aluminio con HCl conc. pudieron obtenerse, además de ello, películas de PU individuales con un grosor de aprox. 120 pm.
Ejemplo 13: Cu a partir de CuV152c en Araldit
0,06 g de CuV152c se incorporaron con agitación en 12,5 g de Araldit CY 179 CH (resina epoxídica cicloalifática) y se agitó durante otras 16 h a temperatura ambiente. Se añadieron 0,03 g de BYK 307 polidimetilsiloxano modificado con poliéter) y 1,25 g de 3-etil-3-oxetanometanol y se agitó durante 30 min. Tuvo lugar la adición del iniciador de UV UVI 6976 (sales de hexafluoroantimonato de trietiltriarilsulfonio) y agitación durante 30 min. La mezcla obtenida se aplicó sobre acero fino mediante rasqueta en espiral y se endureció mediante iluminación UV (750 W, 1,5 min) y un posterior tratamiento térmico a 140 °C a lo largo de 30 min. Además, a través del mismo procedimiento de endurecimiento se produjeron cuerpos moldeados con un grosor de 3 mm.
Tabla 1
Tabla 2
Claims (11)
1. Procedimiento para la preparación de coloides metálicos, que comprende las siguientes etapas:
a) preparación de una composición, que comprende
a1) al menos un tipo de iones metálicos;
a2) al menos un agente reductor orgánico;
a3) al menos un formador de complejos que comprende al menos un grupo funcional que puede interactuar con los coloides metálicos preparados, el agente reductor y/o la forma oxidada del agente reductor puede funcionar como un formador de complejos, encontrándose la relación molar entre iones metálicos y formador de complejos entre 30:1 y 1,5:1;
a4) al menos un disolvente;
b) activación térmica y/o fotoquímica durante o después de la preparación de la composición;
c) reducción del al menos un tipo de iones metálicos en coloides metálicos;
d) purificación de los coloides metálicos modificados.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la purificación de los coloides metálicos tiene lugar mediante filtración con flujo transversal.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que los iones metálicos son iones de los metales de los Grupos 8 a 16, preferiblemente iones de los metales Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se, Te, Cd, Bi, In, Ga, As, Ti, V, W, Mo, Sn y/o Zn.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los iones metálicos se incorporan en la composición como sales metálicas, eligiéndose preferiblemente las sales del grupo que contiene CuCl, CuCh, CuSO4, Cu(NO3)2, AgNO3, H(AuCk), PdCl2 , ZnCl2 , ZnSO4, Cu(CH3COO)2, acetilacetonato de cobre, CuCO3, Cu(ClO4)2 , Cu(OH)2.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el agente reductor orgánico es un compuesto con un peso molecular inferior a 1000 g/mol.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el agente reductor orgánico se elige del grupo que contiene ácidos carboxílicos de acción reductora, azúcares, ácidos urónicos, aldehídos, siendo preferiblemente el agente reductor orgánico un ácido carboxílico de acción reductora, preferiblemente ácido cítrico, ácido ascórbico, ácido málico.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el grupo funcional para la interacción con los iones metálicos preparados es al menos un heteroátomo elegido del grupo N, O, S, Cl, Br, I, eligiéndose el al menos un grupo funcional del grupo que comprende grupos amino, grupos carbonilo, tales como grupos ácido carboxílico, grupos amidas de ácidos carboxílicos, grupos imida, grupos anhídridos de ácidos carboxílicos, grupos ésteres de ácidos carboxílicos, grupos aldehídos, grupos ceto, uretanos, grupos carbonilo contiguos en la posición 1,2 o en la posición 1,3, grupos tiol, grupos disulfuro, grupos hidroxilo, grupos sulfonilo, grupos ácido fosfórico.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el al menos un formador de complejos es un compuesto con un peso molecular inferior a 1000 g/mol.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el al menos un agente reductor es un formador de complejos o un compuesto precursor para un formador de complejos.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la forma oxidada del agente reductor es un formador de complejos.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que los iones metálicos son iones cobre.
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