JP2014520053A - 疎水性の官能化された粒子 - Google Patents

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Abstract

本発明は、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と、少なくとも1個の金属オキシ基および任意にさらなる単数または複数のアルコキシ基および/またはヒドロキシ基を有するケイ素含有化合物から選択された、少なくとも1つの化合物とを反応させることによって得られる、表面で変性された粒子、および少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの界面活性剤またはこれらの混合物を含有する安定した混合物、当該混合物の製造法、前記粒子が少なくとも1つの溶剤と接触されている系中での、前記粒子の使用であって、溶剤対変性された粒子の質量比率が500を上回る、前記使用、ならびに凝集/解凝集サイクルにおける、前記粒子の使用に関する。

Description

本発明は、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と、少なくとも1個の金属オキシ基および任意にさらなる単数もしくは複数のアルコキシ基および/またはヒドロキシ基を有するケイ素含有化合物から選択された、少なくとも1つの化合物との反応によって得られる、表面で変性された粒子、および少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの界面活性剤またはその混合物を含有する、安定した混合物、この安定した混合物の製造法、前記粒子が少なくとも1つの溶剤と接触される系中での前記粒子の使用、その際に溶剤対変性された粒子の質量比率は、500を上回るものとし、ならびに凝集/解凝集サイクルにおける前記粒子の使用に関する。
表面でケイ素含有化合物で官能化されている金属酸化物粒子および/または半金属酸化物粒子は、公知技術水準から既に公知である。
WO 2009/059382A1には、例えば鉱物質充填材の疎水性への変性および混合されたポリマー系が開示されている。この刊行物によれば、疎水性への変性は、相応する鉱物質粒子をシラン、例えばC3〜C12アルキル−トリアルコキシ−シランと反応させることによって行なわれる。WO 2009/059382A1による、相応して疎水性に変性された粒子が大量の溶剤中で、任意に界面活性剤の存在下で特に安定性であることは、この刊行物中には開示されていない。
従って、本発明の課題は、公知技術水準と比較して、大量の溶剤および/または界面活性剤に対して特に高い安定性によって優れている、表面で疎水化された粒子を提供することである。
この課題は、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子を、一般式(I)
1 n−Si(OR24-n (I)
{式中、R1、R2およびnは、次の意味を有する:
1は、互いに独立して、水素、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC1〜C30アルキル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルケニル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルキニル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルキル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルケニル、任意に官能化されたC1〜C20ヘテロアルキル、任意に官能化されたC5〜C22アリール、任意に官能化されたC6〜C23アルキルアリール、任意に官能化されたC6〜C23アリールアルキル、任意に官能化されたC5〜C22ヘテロアリールを意味し、
2は、互いに独立して、水素、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC1〜C30アルキル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルケニル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルキニル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルキル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルケニル、任意に官能化されたC1〜C20ヘテロアルキル、任意に官能化されたC5〜C22アリール、任意に官能化されたC6〜C23アルキルアリール、任意に官能化されたC6〜C23アリールアルキル、任意に官能化されたC5〜C22ヘテロアリール、
NR1 4 +、その際にR1は、互いに独立して、上記の意味を有することができるものとし、
一般式1/(p−x*y)Mp+x- y(式中、Mは、元素の周期律表の主族および副族の金属からなる群から選択された金属原子を意味し、Xは、アニオンを意味し、pは、金属原子Mの酸化数を意味し、xは、1、2または3からの整数を意味し、およびyは、0、1または2からの整数を意味する)の原子団、
および/または
一般式(IIa)
−SiR1 m(OR23-m (IIa)
〔式中、R1およびR2は、互いに独立して、上記の意味を有し、mは、互いに独立して、0、1、2または3を意味することができる〕の基を意味し、
nは、1、2または3を意味することができる}の少なくとも1つの化合物と反応させることによって得られる、表面で変性された粒子、
および少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの界面活性剤またはその混合物を含有する安定した混合物によって解決され、その際に一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個の基R2は、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、R1、p、x、y、MおよびXに関して上記の意味を有する。
一般式(I)の化合物中でR2が数回、例えば一回を上回って一般式(IIa)の基を意味する場合には、Si原子を有する2個、3個、4個または数個の単位を有する相応する化合物が存在する。従って、R2が一般式(IIa)の基を数回意味する場合には、ポリシロキサンが存在する。
更に、前記課題は、変性された粒子が少なくとも1つの溶剤と接触されている系中で、表面で変性された、本発明による粒子を使用することによって解決され、その際に溶剤対変性された粒子の質量比率は、500を上回る。
また、本発明による課題は、表面で変性された、本発明による粒子を凝集/解凝集サイクルにおいて使用することによって解決される。
本発明による安定した混合物は、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と、一般式(I)の少なくとも1つの化合物、または一般式(IIa)の基を含む、一般式(I)のポリシロキサンとを反応させることによって得られる、表面で変性された粒子を含有する。
本発明の範囲内で、たいてい当業者に公知の全ての金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子、殊に金属酸化物粒子が使用されてよい。本発明によれば、特に好適な金属酸化物の例は、元素の周期律表の主族および副族の金属の酸化物、殊に元素の周期律表の副族の金属の酸化物である。
本発明によれば、酸化ケイ素は、半金属酸化物として好ましくはなく、したがって、本発明の好ましい実施態様において含まれていない。
従って、好ましい実施態様において、本発明は、本発明による混合物に関し、その際に半金属酸化物としての二酸化ケイ素は、除外されている。
元素の周期律表の主族の適当な金属の例は、アルカリ金属、例えばLi、Na、K、Rb、Cs、アルカリ土類金属、例えばBe、Mg、Ca、Ba、Sr、元素の周期律表の第3主族、例えばAl、Ga、In、Tl、元素の周期律表の第4主族、例えばSn、Pbまたは元素の周期律表の第5主族、例えばSb、Biである。
元素の周期律表の副族の適当な金属の例は、Sc、Y、ランタニド、アクチニド、Ti、Zr、Hf、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、ZnおよびCdである。
好ましい実施態様において、本発明により使用される金属酸化物は、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Ba、Sr、Al、Ga、In、Tl、Sn、Pb、Sb、Bi、Sc、Y、ランタニド、アクチニド、Ti、Zr、Hf、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cdおよびこれらの混合物からなる群から選択された金属の酸化物であり、殊に有利には、Mn、Fe、Co、Ni、Cuおよびこれらの組合せである。
更に、本発明によれば、前記金属、殊にMn、Fe、Co、NiまたはCuと少なくとも1つのアルカリ土類金属、例えばMg、Ca、Srおよび/またはBaとの混合された酸化物も適している。
従って、本発明は、好ましくは本発明による混合物に関し、その際に使用される金属酸化物は、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、これらの組合せからなる群から選択された金属の酸化物および前記金属と少なくとも1つのアルカリ土類金属、例えばMg、Ca、Srおよび/またはBaとの混合された酸化物である。
特に好ましい実施態様において、本発明は、本発明による混合物に関し、その際に金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子は、磁性を有している。
殊に好ましい金属酸化物は、酸化鉄、例えばFe23、磁性酸化鉄、例えばマグネタイト、マグヘマイト、ヘマタイト、一般式(III)
2+ xFe2+ 1-xFe3+ 24 (III)
〔式中、
Mは、Co、Ni、Mn、Znおよびこれらの混合物から選択されたものであり、
xは、1以下である〕の立方晶フェライト、
六方晶フェライト、例えばカルシウムフェライト、バリウムフェライトまたはストロンチウムフェライト、すなわちMがCa、Sr、Baおよびこれらの組合せであるMFe619である。
好ましい実施態様において、本発明により使用される金属酸化物は、上記群から選択された磁性酸化鉄である。殊に好ましい実施態様において、少なくとも1つの本発明により使用される金属酸化物は、マグネタイトである。マグネタイトは、式Fe34、殊にFeIIFeIII 24を有し、かつ当業者に公知である。マグネタイトは、公知方法により製造することができ、かつ商業的に入手可能である。
本発明により使用される金属酸化物粒子は、任意にさらになおドープ剤、例えば酸化物または元素の形のさらなる金属、例えば貴金属、例えば白金を含有していてよい。
本発明によれば、当該粒子は、一般に50nm〜500μm、有利に200nm〜100μm、特に有利に500nm〜10μmの粒度を有する。
本発明によれば、当該粒子は、一般にそれぞれの形、例えば球状、円筒状、針状またはれんが状を有していてよい。
本発明による安定した混合物中には、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と一般式(I)
1 n−Si(OR24-n (I)
〔式中、R1、R2およびnは、上記の意味を有する〕の少なくとも1つの化合物との反応によって得られる、表面で変性された粒子が存在し、その際に一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個の基R2が、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、R1、p、x、y、MおよびXに関して上記の意味を有することは、本発明にとって基本的なことである。
更に、本発明は、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と一般式(I)
1 n−Si(OR24-n (I)
〔式中、R1、R2およびnは、上記の意味を有する〕の少なくとも1つの化合物との反応によって得られる、表面で変性された粒子を含有する、安定した混合物に関し、その際に一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個の基R2が、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、R1、p、x、y、MおよびXに関して上記の意味を有することは、本発明にとって基本的なことである。
好ましくは、R1は、互いに独立して、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC1〜C30アルキル、特に有利にC1〜C20アルキル、殊に有利にC4〜C12アルキルである。好ましい実施態様において、R1は、直鎖状または分枝鎖状の、官能化されていないC1〜C30アルキル、特に有利にC1〜C20アルキル、殊に有利にC4〜C12アルキルである。直鎖状または分枝鎖状のC4〜C12アルキル基の例は、ブチル、殊にn−ブチル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、殊にn−ペンチル、イソペンチル、t−ペンチル、ヘキシル、殊にn−ヘキシル、イソヘキシル、t−ヘキシル、ヘプチル、殊にn−ヘプチル、イソヘプチル、t−ヘプチル、オクチル、殊にn−オクチル、イソオクチル、t−オクチル、ノニル、殊にn−ノニル、イソノニル、t−ノニル、デシル、殊にn−デシル、イソデシル、t−デシル、ウンデシル、殊にn−ウンデシル、イソウンデシル、t−ウンデシル、またはドデシル、殊にn−ドデシル、イソドデシル、t−ドデシルである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルケニルであり、特に有利には、C2〜C20アルケニルであり、殊に有利には、C2〜C12アルケニル、C3〜C12アルケニルまたはC4〜C12アルケニルである。本発明によれば、特に好ましいアルケニル基の例は、エテニル(ビニル)、プロペニル、殊にn−プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、殊にn−ブテニル、イソブテニル、t−ブテニル、ペンテニル、殊にn−ペンテニル、イソペンテニル、t−ペンテニル、ヘキセニル、殊にn−ヘキセニル、イソヘキセニル、t−ヘキセニル、ヘプテニル、殊にn−ヘプテニル、イソヘプテニル、t−ヘプテニル、オクテニル、殊にn−オクテニル、イソオクテニル、t−オクテニル、ノネニル、殊にn−ノネニル、イソノネニル、t−ノネニル、デセニル、殊にn−デセニル、イソデセニル、t−デセニル、ウンデセニル、殊にn−ウンデセニル、イソウンデセニル、t−ウンデセニル、またはドデセニル、殊にn−ドデセニル、イソドデセニル、t−ドデセニルである。
更に、有利には、R1は、互いに独立して、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルキニル、特に有利にC2〜C20アルキニル、殊に有利にC2〜C12アルキニル、C3〜C12アルキニルまたはC4〜C12アルキニルである。本発明によれば、特に好ましいアルキニル基の例は、エチニル、プロピニル、殊にn−プロピニル、イソプロピニル、ブチニル、殊にn−ブチニル、イソブチニル、t−ブチニル、ペンチニル、殊にn−ペンチニル、イソペンチニル、t−ペンチニル、ヘキシニル、殊にn−ヘキシニル、イソヘキシニル、t−ヘキシニル、へプチニル、殊にn−へプチニル、イソへプチニル、t−へプチニル、オクチニル、殊にn−オクチニル、イソオクチニル、t−オクチニル、ノニニル、殊にn−ノニニル、イソノニニル、t−ノニニル、デシニル、殊にn−デシニル、イソデシニル、t−デシニル、ウンデシニル、殊にn−ウンデシニル、イソウンデシニル、t−ウンデシニル、またはドデシニル、殊にn−ドデシニル、イソドデシニル、t−ドデシニルである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルキル、特に有利にC3〜C12シクロアルキル、殊に有利にC3〜C6シクロアルキル、例えばシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシルである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルケニル、特に有利にC3〜C12シクロアルケニル、殊に有利にC3〜C6シクロアルケニル、例えばシクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニルである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC1〜C20ヘテロアルキル、特に有利にC1〜C12ヘテロアルキルである。本発明によれば、当該ヘテロアルキル基は、記載されたアルキル基に由来し、その際に少なくとも1個の炭素原子は、N、O、PまたはSから選択されたヘテロ原子によって代用されている。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC5〜C22アリール、特に有利にC5〜C12アリールである。本発明によれば、好ましいアリール基の例は、フェニル、ナフチルまたはビアリールである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC6〜C23アルキルアリール、特に有利にC6〜C13アルキルアリールである。本発明によれば、好ましいアルキルアリールの例は、ベンジルである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC6〜C23アリールアルキル、特に有利にC6〜C13アリールアルキルである。本発明によれば、好ましいアリールアルキル基の例は、トルイル、キシリル、プロピルベンジル、ヘキシルベンジルである。
更に、有利に、R1は、互いに独立して、任意に官能化されたC5〜C22ヘテロアリール、特に有利にC5〜C12ヘテロアリールである。
記載された基R1は、任意に官能化されていてよい。適当な官能基は、例えばアミノ基、アミド基、イミド基、ヒドロキシ基、エーテル基、アルデヒド基、ケト基、カルボン酸基、チオール基、チオエーテル基、ヒドロキサメート基またはカルバメート基から選択されている。記載された基R1は、1回または数回官能化されていてよい。数回の官能化の場合、官能基は、数回存在することができるか、または様々な官能基が同時に存在する。さらに、R1に関して記載された基は、記載されたアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、ヘテロアルキル基またはヘテロアリール基で1回または数回置換されていてもよい。
殊に好ましい基R1は、オクチルであり、特にn−オクチル、ヘキシル、特にn−ヘキシルおよび/またはブチル、特にn−ブチル、デシル、特にn−デシル、またはドデシル、特にn−ドデシルである。
「互いに独立して」は、本発明の範囲内で、一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、複数の基R1が存在し、これらの基が同一でもよいし、異なっていてもよいことを意味する。
好ましくは、R2は、互いに独立して、水素、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC1〜C30アルキル、特に有利にC1〜C20アルキル、殊に有利にC1〜C12アルキルである。好ましい実施態様において、R2は、直鎖状または分枝鎖状の、官能化されていないC1〜C30アルキル、特に有利にC1〜C20アルキル、殊に有利にC1〜C12アルキルである。直鎖状または分枝鎖状のC1〜C12アルキル基の例は、メチル、エチル、プロピル、殊にn−プロピル、イソプロピル、ブチル、殊にn−ブチル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、殊にn−ペンチル、イソペンチル、t−ペンチル、ヘキシル、殊にn−ヘキシル、イソヘキシル、t−ヘキシル、ヘプチル、殊にn−ヘプチル、イソヘプチル、t−ヘプチル、オクチル、殊にn−オクチル、イソオクチル、t−オクチル、ノニル、殊にn−ノニル、イソノニル、t−ノニル、デシル、殊にn−デシル、イソデシル、t−デシル、ウンデシル、殊にn−ウンデシル、イソウンデシル、t−ウンデシル、またはドデシル、殊にn−ドデシル、イソドデシル、t−ドデシルである。
さらに好ましくは、R2は、互いに独立して、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルケニル、特に有利にC2〜C20アルケニル、殊に有利にC2〜C12アルケニルである。本発明によれば、特に好ましいアルケニル基の例は、エテニル(ビニル)、プロペニル、殊にn−プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、殊にn−ブテニル、イソブテニル、t−ブテニル、ペンテニル、殊にn−ペンテニル、イソペンテニル、t−ペンテニル、ヘキセニル、殊にn−ヘキセニル、イソヘキセニル、t−ヘキセニル、ヘプテニル、殊にn−ヘプテニル、イソヘプテニル、t−ヘプテニル、オクテニル、殊にn−オクテニル、イソオクテニル、t−オクテニル、ノネニル、殊にn−ノネニル、イソノネニル、t−ノネニル、デセニル、殊にn−デセニル、イソデセニル、t−デセニル、ウンデセニル、殊にn−ウンデセニル、イソウンデセニル、t−ウンデセニル、またはドデセニル、殊にn−ドデセニル、イソドデセニル、t−ドデセニルである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルキニル、特に有利にC2〜C20アルキニル、殊に有利にC2〜C12アルキニルである。本発明によれば、特に好ましいアルキニル基の例は、エチニル、プロピニル、殊にn−プロピニル、イソプロピニル、ブチニル、殊にn−ブチニル、イソブチニル、t−ブチニル、ペンチニル、殊にn−ペンチニル、イソペンチニル、t−ペンチニル、ヘキシニル、殊にn−ヘキシニル、イソヘキシニル、t−ヘキシニル、へプチニル、殊にn−へプチニル、イソへプチニル、t−へプチニル、オクチニル、殊にn−オクチニル、イソオクチニル、t−オクチニル、ノニニル、殊にn−ノニニル、イソノニニル、t−ノニニル、デシニル、殊にn−デシニル、イソデシニル、t−デシニル、ウンデシニル、殊にn−ウンデシニル、イソウンデシニル、t−ウンデシニル、またはドデシニル、殊にn−ドデシニル、イソドデシニル、t−ドデシニルである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルキル、特に有利にC3〜C12シクロアルキル、特に有利にC3〜C6シクロアルキル、例えばシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシルである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルケニル、特に有利にC3〜C12シクロアルケニル、殊に有利にC3〜C6シクロアルケニル、例えばシクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニルである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC1〜C20ヘテロアルキル、特に有利にC4〜C12ヘテロアルキルである。本発明によれば、当該ヘテロアルキル基は、記載されたアルキル基に由来し、その際に少なくとも1個の炭素原子は、N、O、PまたはSから選択されたヘテロ原子によって代用されている。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC5〜C22アリール、特に有利にC5〜C12アリールである。本発明によれば、好ましいアリール基の例は、フェニル、ナフチルまたはビアリールである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC6〜C23アルキルアリール、特に有利にC6〜C13アルキルアリールである。本発明によれば、好ましいアルキルアリール基の例は、ベンジルである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC6〜C23アリールアルキル、特に有利にC6〜C13アリールアルキルである。本発明によれば、好ましいアリールアルキル基の例は、トルイル、キシリル、プロピルベンジル、ヘキシルベンジルである。
更に、有利に、R2は、互いに独立して、任意に官能化されたC5〜C22ヘテロアリール、特に有利にC5〜C12ヘテロアリールである。
記載された基R2は、任意に官能化されていてよい。適当な官能基は、例えばアミノ基、アミド基、イミド基、ヒドロキシ基、エーテル基、アルデヒド基、ケト基、カルボン酸基、チオール基、チオエーテル基、ヒドロキサメート基またはカルバメート基から選択されている。記載された基R2は、1回または数回官能化されていてよい。数回の官能化の場合、官能基は、数回存在することができるか、または様々な官能基が同時に存在する。さらに、R2に関して記載された基は、記載されたアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、ヘテロアルキル基またはヘテロアリール基で1回または数回置換されていてもよい。
一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個の基R2が、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、R1、p、x、y、MおよびXに関して上記の意味を有することは、本発明にとって基本的なことである。
実施態様において、少なくとも1個のR2は、NR1 4 +である。この場合、R1は、互いに独立して、上記の意味を有することができ、殊に好ましくは、この場合、R1は、水素、メチル、エチル、プロピル、特にn−プロピル、オクチル、特にn−オクチル、ヘキシル、特にn−ヘキシルおよび/またはブチル、特にn−ブチル、デシル、特にn−デシル、またはドデシル、特にn−ドデシルである。
さらなる好ましい実施態様において、少なくとも1個のR2は、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、その際にMは、元素の周期律表の主族および副族の金属からなる群から選択された金属原子を意味し、Xは、アニオンを意味し、pは、金属原子Mの酸化数を意味し、xは、1、2または3からの整数を意味し、およびyは、0、1または2からの整数を意味し、
Xは、記載された一般式中で、一般に、例えばCl-、NO3 -、SO4 2-またはPO4 3-からなる群から選択されたアニオンを意味する。この好ましい実施態様に関して、xは、1、2または3を意味し、したがってアニオンの負の形式電荷に相当する。
記載された基中に存在するアニオンの数は、yによって記載される。従って、好ましくは、yは、0、1または2を意味し、すなわち記載された原子団には、アニオンは存在しないか、1個のさらなるアニオンが存在するか、または2個のさらなるアニオンが存在する。
好ましい実施態様において、pは、1、2、3、4、5、6または7であり、特に有利にpは、1、2または3である。
任意に一般式(IIa)の少なくとも1個の基を含む、一般式(I)の化合物中で、少なくとも1個のR2は、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であるので、このことは、本発明によれば、一般式(I)の化合物として塩が使用されることを意味する。アンモニウムカチオンNR1 4 +の単数または複数の正の形式電荷または原子団1/(p−x*y)Mp+x- yの単数または複数の正の形式電荷は、前記実施態様において、酸素原子の負の形式電荷によって相殺される。本発明によれば、少なくとも1個のR2が、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団を意味する、一般式(I)の使用される化合物は、特に好ましい実施態様において、電荷が中性化されている。
因子1/(p−x*y)は、本発明にとって基本的なことである。それというのも、金属のモル量は、当該金属の原子価および任意に当該アニオンの価数に依存するからである。例えば、酸化数+3で存在する、すなわちpが3である金属原子を使用する場合には、電荷が中性化されているSi含有塩を得るために、さらなるアニオンXの不在下で、一般式(I)の化合物のモル量は、金属のモル量の三倍に相当する。例えば、酸化数+2で存在する、すなわちpが2である金属原子を使用する場合には、電荷が中性化されているSi含有塩を得るために、さらなるアニオンXの不在下で、一般式(I)の化合物のモル量は、金属のモル量の二倍に相当する。例えば、酸化数+1で存在する、すなわちpが1である金属原子を使用する場合には、電荷が中性化されているSi含有塩を得るために、さらなるアニオンXの不在下で、一般式(I)の化合物のモル量は、金属のモル量に相当する。様々な原子価を有する金属原子の混合物の場合、または一定の電荷を有する、一定量のアニオンが存在する場合には、前記割合は、相応して算出される。
本発明によれば、複数の実施態様が可能である:
カチオンMp+として、一価カチオン、例えばNa+、K+等を使用する場合には、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの全ての原子団中に係るカチオンが存在する。
カチオンMp+として、二価カチオン、例えばCa2+等を使用する場合には、因子1/(p−x*y)は、さらなるアニオンの不在下の場合、すなわちyが零である場合に0.5の値を有し、すなわち1個の基R2につき、計算によれば、0.5当量のCa2+が存在する。このことは、本発明によれば、一般式(I)または(IIa)の化合物中で、2個の負の電荷を有する酸素原子が存在し、これらの全部で2個の当該負電荷がCa2+カチオンによって中性化され、その結果、全ての酸素アニオンが計算によれば、0.5当量のCa2+によって中性化されることにより実現させることができる。
本発明によれば、一般式(I)または(IIa)の2つの化合物中で、それぞれ負の電荷を有する酸素原子が存在し、これらの全部で2個の当該負電荷がCa2+カチオンによって中性化され、その結果、全ての酸素アニオンが計算によれば、0.5当量のCa2+によって中性化されることも可能である。本発明によれば、前記実施態様の混合形も可能である。
任意に様々な酸化数を有する、多価カチオンの場合または様々なカチオンの混合物の場合には、相応することが当てはまる。
一般に、Mは、元素の周期律表の主族および副族の金属から、有利に第1族、第2族および第13族から選択されている(IUPAC命名法)。好ましくは、Mは、アルカリ金属、例えばLi、Na、K、Rb、Cs、Fr、有利にpがそれぞれ1である、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+、Fr+の群から選択され、アルカリ土類金属、例えばBe、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、有利にpがそれぞれ2である、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ra2+の群から選択され、および/または元素の周期律表の第13族、例えばB、Al、Ga、In、Tl、有利にpがそれぞれ3である、B3+、Al3+、Ga3+、In3+、Tl3+から選択されている。
従って、本発明は、本発明による混合物に関し、その際にMp+は、元素の周期律表の第1族、第2族または第13族から選択されている(IUPAC命名法)。
特に好ましい実施態様において、一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個のR2は、互いに独立して、pが1であり、yが0であり、かつMがNaおよび/またはKである、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団である。
従って、本発明は、好ましくは本発明による混合物に関し、その際に一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個のR2は、互いに独立して、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、pは1であり、yは0であり、かつMはNaおよび/またはKである。
さらに好ましい実施態様において、R2は、一般式(IIa)
−SiR1 m(OR23-m (IIa)
〔式中、R1およびR2は、互いに独立して、上記の意味を有し、mは、互いに独立して、0、1、2または3、有利に1または2を意味することができる〕の基である。その際に、一般式(I)の化合物への一般式(IIa)の前記基の結合は、Si原子での遊離価標により生じる。
特に好ましい実施態様において、一般式(IIa)の基中のR1は、互いに独立して、水素、メチル、エチル、オクチル、特にn−オクチル、ヘキシル、特にn−ヘキシルおよび/またはブチル、特にn−ブチル、デシル、特にn−デシル、またはドデシル、特にn−ドデシルを意味する。
特に好ましい実施態様において、一般式(IIa)の基中のR2は、互いに独立して、メチルまたはエチルを意味する。
特に好ましい実施態様において、一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個のR2は、互いに独立して、pが1であり、yが0であり、かつMがNaおよび/またはKである、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団である。
従って、本発明は、本発明による混合物に関し、その際に一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個のR2は、互いに独立して、pが1であり、yが0であり、かつMがNaおよび/またはKである、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団である。
一般式(I)の化合物中に一般式(IIa)の基が繰返し存在する場合には、本発明によれば、一般式(I)の化合物としてポリシロキサンが使用される。本発明によれば、一般式(IIa)の基を含むポリシロキサンが使用される場合には、この一般式(IIa)の基は、直鎖状であってもよいし、分枝鎖状であってもよい。本発明によれば、一般式(IIa)の基を含む、使用されるポリシロキサンは、一般に250〜200000g/mol、有利に250〜20000g/mol、特に有利に300〜5000g/molの分子量を有する。
「互いに独立して」は、本発明の範囲内で、一般式(I)または(IIa)の化合物中に複数の基R2が存在する場合に、当該基R2が、同一であってもよいし、異なっていてもよいことを意味する。
一般式(I)の化合物中で、nは、一般に1、2または3を意味する。有利に、一般式(I)の化合物中のnは、1または2を意味する。特に、有利に、一般式(I)の化合物中のnは、1を意味する。
従って、本発明は、本発明による混合物に関し、その際に一般式(I)の化合物中で、nは、1または2、特に有利に1である。
一般式(IIa)の基を含む、一般式(I)のポリシロキサン中で、mは、一般に互いに独立して、0、1、2または3、有利に1または2を意味する。
本発明によれば、一般式(I)の特に好ましい化合物は、
1がメチル、エチル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシルおよび/またはドデシルであり、R2がNa、Kおよび/またはNH4であり、かつnが1、2または3であるR1 n-Si(OR24-n
または
1がメチル、エチル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシルおよび/またはドデシルであり、R2が0.5当量のCaおよび/または0.5当量のMgであり、かつnが1、2または3であるR1 n-Si(OR24-n
からなる塩の群から選択されており、その際に二価カチオンに関しては、上記に述べたことが当てはまる。前記の特に好ましい実施態様において、さらなるアニオンXx-は、存在せず、すなわち式1/(p−x*y)中でyは、零である。
一般式(I)の殊に好ましい化合物は、(NaO)(CH3)Si(OH)2、(NaO)(C25)Si(OH)2、(NaO)(C511)Si(OH)2、(NaO)(C817)Si(OH)2、(KO)(CH3)Si(OH)2、(KO)(C25)Si(OH)2、(KO)(C511)Si(OH)2、(KO)(C817)Si(OH)2、(NH4O)(CH3)Si(OH)2、(NH4O)(C25)Si(OH)2、(NH4O)(C511)Si(OH)2、(NH4O)(C817)Si(OH)2、(NaO)2(CH3)Si(OH)、(NaO)2(C25)Si(OH)、(NaO)2(C511)Si(OH)、(NaO)2(C817)Si(OH)、(KO)2(CH3)Si(OH)、(KO)2(C25)Si(OH)、(KO)2(C511)Si(OH)、(KO)2(C817)Si(OH)、(NH4O)2(CH3)Si(OH)、(NH4O)2(C25)Si(OH)、(NH4O)2(511)Si(OH)、(NH4O)2(C817)Si(OH)、(NaO)3(CH3)Si、(NaO)3(C25)Si、(NaO)3(C511)Si、(NaO)3(C817)Si、(KO)3(CH3)Si、(KO)3(C25)Si、(KO)3(C511)Si、(KO)3(C817)Si、(NH4O)3(CH3)Si、(NH4O)3(C25)Si、(NH4O)3(C511)Si、(NH4O)3(C817)Si、(NaO)(CH3)2Si(OH)、(NaO)(C25)2Si(OH)、(KO)(CH3)2Si(OH)、(KO)(C25)2Si(OH)、(NaO)2(CH3)2Si、(NaO)2(C25)2Si、(KO)2(CH3)2Si、(KO)2(C25)2Si、Ca+[(O-)(CH3)Si(OH)2]2、Ca+[(O-)(C25)Si(OH)2]2、Ca+[(O-)(C511)Si(OH)2]2、Ca+[(O-)(C817)Si(OH)2]2、Ca+[(O-)(CH3)2Si(OH)]2、Ca+[(O-)(C25)2Si(OH)]2、Ca+[(O-)2(CH3)Si(OH)]、Ca+[(O-)2(C25)Si(OH)]、Ca+[(O-)2(C511)Si(OH)]、Ca+[(O-)2(C817)Si(OH)]、Ca+[(O-)2(CH3)2Si]、Ca+[(O-)2(C25)2Si]からなる群から選択されている。
本発明によれば、一般式(IIa)の基を含む、一般式(I)のポリシリコネートの好ましい種類は、カチオンとしてのナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムまたはアンモニウムを有する、ポリメチルシリコネートおよびポリジメチルシリコネートである。
また、本発明は、変性すべき金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と上記に規定した一般式(I)の化合物とを接触させることによって、上記に規定した表面で変性された粒子を製造する方法に関する。
記載された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と一般式(I)の化合物または一般式(IIa)の基を含む、一般式(I)のポリシロキサンとの反応は、当業者に公知の方法により、例えば前記基体を溶剤中、例えばトルエンまたは水中で室温ないし溶剤の沸騰温度の温度で接触させることによって行なうことができる。更に、任意に同じ工程または別の工程でさらに、さらなる反応成分または反応促進剤、例えば酸、CO2等との接触が行なわれる。通常の後処理後に、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と一般式(I)の化合物または一般式(IIa)の基を含む、一般式(I)のポリシロキサンとからの反応生成物を得ることができる。
その際に、金属酸化物表面上または半金属酸化物表面上でのケイ素化合物の固定は、有利に前記酸化物の表面のヒドロキシル基M−OHをケイ素化合物のシラノール基と縮合させることによって行なわれる(Si−OH+M−OH→Si−O−M+H2O)。前記シラノール基は、既に式(I)の出発ケイ素化合物中または副次的単位(IIa)中に含まれていてよいかまたはインサイチュー(in−situ)で初めて形成されてよい。これは、例えばケイ素エーテルを加水分解して(Si−OR+H2O)シラノールにする(Si−OH+ROH)ことによって行なうことができる。SiOR2は、加水分解されてよく、R1およびさらなる記載された全ての基は、加水分解されなくてよい。
本発明による方法は、例えば、一般式(I)の化合物を含有する試薬溶液を、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子上に噴霧することにより、実施されてよい。変性すべき金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と一般式(I)の化合物とを上記に規定したように接触させる、さらなる方法は、例えば、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子を一般式(I)の化合物中に懸濁させるかまたは適当な溶剤中の一般式(I)の化合物の溶液中に懸濁させることにある。相応する方法は、当業者に自体公知である。
式(I)の化合物を金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子と接触させた後に、固定反応を完結させるために、さらなる処理工程が必要とされうる。これは、例えばpHの調節、温度処理、多種多様なガス雰囲気、例えばCO2またはSO2での処理、またはこの種の工程の組合せによって行なうことができる。
本発明による安定した混合物は、記載された、官能化された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子の他に、少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの界面活性剤またはこれらの混合物を含有する。
意外なことに、本発明による反応生成物、すなわち表面で官能化された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子は、溶剤との混合物中および/または界面活性化合物との混合物中で特に安定しており、すなわち表面で結合されたケイ素化合物は分離しないことが見い出された。
本発明による混合物中に存在する、少なくとも1つの溶剤は、有利に、芳香族炭化水素、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、例えばn−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、例えばn−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、エーテル、例えばジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、イソブチル−t−ブチルエーテル、環式エーテル、例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン、エステル、環式エステル、アルカン、例えばヘキサン、シクロアルカン、例えばシクロヘキサン、オレフィン、シクロオレフィン、水およびこれらの混合物からなる群から選択されている。
溶剤の本発明による混合物を使用する場合には、好ましくは、完全に互いに混和性であり、すなわち混合の際に1つの相を形成する溶剤が使用される。
従って、本発明は、好ましくは本発明による混合物に関し、その際に少なくとも1つの溶剤は、芳香族炭化水素、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、例えばn−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、例えばn−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、エーテル、例えばジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、イソブチル−t−ブチルエーテル、環式エーテル、例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン、エステル、環式エステル、アルカン、例えばヘキサン、シクロアルカン、例えばシクロヘキサン、オレフィン、シクロオレフィン、水およびこれらの混合物からなる群から選択されている。
本発明による混合物は、好ましい実施態様において、表面で変性された粒子が特に大量の溶剤と接触される方法において再び見出される。
本発明による混合物において、一般に固体含量は、70質量%まで、有利に60質量%までである。そのことから、本発明による混合物中の少なくとも1つの溶剤の含量は、一般に少なくとも30質量%、有利に少なくとも40質量%であり、すなわち一般に溶剤の含量は、30〜99.9質量%、有利に40〜99.9質量%であることがもたらされる。本発明によれば、固体含量とは、本発明により表面で変性された粒子および任意にさらに存在する固体の含量であると解釈される。
本発明による混合物中に存在する、少なくとも1つの界面活性剤は、好ましくは、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤または両性イオン性界面活性剤およびこれらの混合物からなる群から選択されている。
本発明によれば、非イオン性界面活性剤の好ましい例は、脂肪アルコールポリグリコールエーテル、殊に脂肪アルコールポリエチレングリコールエーテルである。
本発明によれば、アニオン性界面活性剤の好ましい例は、アルキルベンゼンスルホネート、第二級アルカンスルホネート、α−オレフィンスルホネート、脂肪アルコールスルフェートまたは脂肪アルコールエーテルスルフェートである。
本発明によれば、カチオン性界面活性剤の例は、ステアリルトリメチルアンモニウム塩である。
本発明によれば、両性イオン性界面活性剤の好ましい例は、スルタイン、脂肪酸アミドアルキルヒドロキシスルタインまたはアルキルベタインである。
本発明によれば、特に好ましい界面活性剤は、ナトリウムアルキルフェノールエーテルスルフェートである。
本発明による混合物中には、少なくとも1つの界面活性剤が、一般にそれぞれ全混合物に対して、0.001〜20質量%、有利に0.01〜15質量%、特に有利に0.1〜10質量%の量で存在する。本発明によれば、少なくとも1つの界面活性剤が存在する場合には、上記量は、少なくとも1つの溶剤に相応して適合される。
表面で官能化された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子は、本発明による混合物中に、一般に0.1〜70質量%、有利に0.1〜60質量%の量で存在する。
本発明による混合物中に任意にさらなる固体が存在する場合には、上記した量の表面で官能化された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子が相応して適合される。
考えられうる全ての実施態様において、表面で官能化された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子、少なくとも1つの溶剤、任意に存在する界面活性剤および任意に存在するさらなる固体物質の量は、合計して100%になる。
官能化された粒子、少なくとも1つの溶剤および/または少なくとも1つの界面活性剤の他に、本発明による混合物中には、さらなる成分、例えば酸化物の固体物質または金属性固体物質およびさらなる疎水性成分が存在していてよい。本発明による混合物中に存在する成分の量の総和は、全ての場合に合計して100%になる。
本発明による混合物において、溶剤対変性された粒子の質量比率は、一般に500を上回り、有利に1000、特に有利に5000を上回り、殊に有利に10000を上回る。
本発明の範囲内で「安定した混合物」の概念は、本発明による混合物中に存在する表面で官能化された金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子が前記混合物中で変化せず、すなわち表面上に存在するシリル基により、金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子の表面が例えば加水分解で溶解されず、その結果、本発明による混合物が全体的に変化しないかまたは僅かにのみ変化することを意味する。表面で変性された粒子を含有する混合物が本発明の範囲内で安定性であることは、例えば、本発明による混合物中で溶剤および/または界面活性剤と接触する、相応する粒子が化学的および/または物理的に不変のままであることによって判明する。これは、例えば元素分析または疎水性の性質の測定によって、例えば浮遊能または接触角の測定によって算出することができる。
また、本発明は、表面で変性された、本発明による粒子を少なくとも1つの溶剤で処理する方法に関し、その際に溶剤対変性された粒子の質量比率は、500を上回る。
表面で変性された粒子および溶剤に関連して、本発明による方法には、本発明による混合物に関して述べたことが当てはまる。
その際に、本発明による方法において、表面で変性された粒子対少なくとも1つの溶剤の質量比率は、一般に500を上回り、有利に1000を上回り、特に有利に5000を上回り、殊に有利に10000を上回る。
前記の本発明による方法の場合、本発明によれば、表面で変性された粒子は、比較的大量の溶剤と接触される、すなわち当該溶剤で処理される。前記処理が行なわれうる、相応する本発明による系は、例えば本発明により表面で変性された粒子が例えば連続的方法でさらなる物質、粒子、材料等と接触される流動系、例えばさらなる物質、粒子、材料等を用いて溶液または分散液中で凝集させるための連続的方法である。また、本発明による方法は、本発明により表面で変性された粒子およびさらなる物質、粒子または材料から凝集塊を解凝集すること、または表面で変性された粒子それ自体の凝集塊を、例えば同様に流動系中で解凝集することに関する。
また、本発明は、変性された粒子が少なくとも1つの溶剤と接触される系中での、本発明による、表面で変性された粒子の使用に関し、その際に溶剤対変性された粒子の質量比率は、500を上回る。
表面で変性された粒子および溶剤に関連して、本発明による混合物に関して述べたことが当てはまる。
その際に、表面で変性された粒子対少なくとも1つの溶剤の質量比率は、一般に500を上回り、有利に1000を上回り、特に有利に5000を上回り、殊に有利に10000を上回る。
前記の本発明による使用の場合、本発明による、表面で変性された粒子は、比較的大量の溶剤と接触される。前記接触が行なわれうる、相応する本発明による系は、例えば、本発明による、表面で変性された粒子を、例えば連続的方法でさらなる物質、粒子、材料等と接触させる流動系、例えば溶液または分散液中でさらなる物質、粒子、材料等で凝集させる連続的方法である。また、本発明による使用は、本発明により表面で変性された粒子およびさらなる物質、粒子または材料から凝集塊を解凝集すること、または表面で変性された粒子それ自体の凝集塊を、例えば同様に流動系中で解凝集することに関する。
また、本発明は、凝集/解凝集サイクル中における、本発明による、表面で変性された粒子、殊に磁性粒子の使用に関する。
この使用の場合も、表面で変性された粒子および溶剤には、本発明による混合物に関して述べたことが当てはまる。
凝集/解凝集サイクルとは、本発明によれば、本発明による、表面で変性された粒子、殊に磁性粒子を、当該粒子それ自体と溶液中または分散液中で接触させるかまたは別の粒子、物質、材料等と溶液中または分散液中で接触させ、疎水性相互作用、イオン性のファンデルワールス相互作用および/または別の引力に基づいて凝集させる方法であると解釈される。更に、前記凝集塊は、さらなる方法で加工され、例えば別の成分および/または溶液もしくは分散液と分離される。前記の後加工の後に、前記凝集塊は、さらに再び分離され、すなわち解凝集され、その結果、表面で変性された粒子および別の粒子、物質、材料等が再びそれぞれ個々に存在する(解凝集)。本発明によれば、好ましい凝集/解凝集サイクルの例は、化学的、物理的または生物学的な試験方法または分離方法、汚染された、例えば重金属で負荷された土壌の浄化、水の浄化、電気的廃棄物のリサイクルまたは重力による分離である。
化学的、物理的または生物学的な試験方法または分離方法においては、例えば特別の変性された磁性ナノ粒子が使用され、この磁性ナノ粒子は、当該磁性ナノ粒子の表面上に特殊な抗原またはウィルス、例えばボレリア(Borrelia)、HIV、ヘパティティス(Hepatitis)に対するアンカー基を有する。その際に、この特殊なアンカー基は、殊に、それぞれの分離または試験の課題に依存して、例えば上記の官能基の存在により、相応して形成される、上記の基R1に相当する。前記の変性された粒子表面上での前記抗原/ウィルスの結合(凝集)によって、前記成分は、磁気的分離により溶液から分離され、かつ相応して後検出されうる。更に、前記の官能化された磁性粒子のリサイクルは、官能化された磁性粒子と抗原/ウィルスとの間の静電相互作用、接着相互作用またはファンデルワールス相互作用を再び開始させる界面活性剤によって行なわれる。こうして、官能化された磁性粒子は、再び使用されうる。
水の浄化の場合、本発明による変性された粒子、殊に磁性粒子が使用されてよい。これに関して、例えば、有機成分、浮遊物質または脂肪小液滴を水から取り除く、官能化された磁性粒子が使用されてよく、この水中では、官能化された磁性粒子と疎水性汚染物質との間の疎水性凝集が起きる。前記の疎水性凝集塊は、磁気的分離によって分離されてよい。水の浄化を経済的に構成するために、疎水性磁性粒子を再び前記汚染物質から「無負荷にし」かつ再び循環路内に返送することは、有効である。この「無負荷」は、特別な界面活性剤(Tensid)での解凝集によって、および/または特別な溶剤または溶剤混合物によって、元通りに行なうことができる。
電気的廃棄物のリサイクルは、例えば電気的廃棄物からの価値のある物質(Ir、Pt、Ru)の磁気的回収によって行なうことができ、その際に有利に変性された磁性粒子を元通りに使用することができ、当該磁性粒子は、分離すべき価値のある物質の疎水化後に当該の価値のある物質と一緒に凝集させかつ分離することができる。分離を行なった後、当該凝集塊は、元通りに解凝集され、その結果、変性された磁性粒子は、元通りに使用されうる。
さらなる例は、例えば当業者に公知のサイクロンによる、重力による分離である。それによって、より高密度の成分は、より低密度の成分と、重力による分離により分離されうる。前記の個々の成分が、これらの密度の点でほんのわずかにのみ区別される、例えばPtドープされたヘマタイトとドープされていないヘマタイトの場合には、分離すべき成分の密度は、さらなる成分での凝集によって高めることができる。これに関して、変性された粒子として、例えばPtドープされたヘマタイト成分は、本発明により疎水化され、その結果、疎水化された硫酸バリウムの添加後に、変性されたヘマタイトと硫酸バリウムからなる凝集塊が生じ、この凝集塊は、ドープされていないヘマタイトに対してより大きな密度差を有する。分離が行なわれた後、前記凝集塊は、元通りに解凝集されうる。
従って、本発明は、有利に本発明による使用にも関し、その際に凝集/解凝集サイクルは、化学的、物理的または生物学的な試験方法または分離方法、水の浄化、汚染された、例えば重金属で負荷された土壌の浄化、電気的廃棄物のリサイクルまたは重力による分離である。
本発明による利点は、本発明により表面で変性された粒子が凝集およびとりわけ解凝集の際に存在する条件下で安定性であり、かつしたがって有利に元通りに利用されうることである。

例1:一般的方法
例1.1:使用されるアルカリ金属−アルキルシリコネートの製出
アルカリ金属−アルキルシリコネートは、R.Murugavel et al.,Solid State Science 2001,3(1−2),169−182の規定に従い製出される。それとは別に、英国特許第675188号明細書A中の実施例の記載により実施されてもよい。
例えば、nOctSi(ONa)3−の製出のために、30分内でABCR社のnOctSi(OMe)3 1モルを水400g中のNaOH10モルからなる溶液中に導入する。引続き、この反応を還流下に4時間内で完結させる。溶剤を留去することによって、濃縮された溶液が得られるかまたは乾燥の完結の際に固体としての生成物が得られる。
例1.2:界面活性剤溶液での固体の数回の処理
試験すべき固体10gを水中のBASF SE社のLutensit A−ESの0.2質量%の溶液1 l(ナトリウム−アルキルフェノールエーテルスルフェートの混合物)中で室温で2時間攪拌する。引続き、固体をろ別し、水1 l、エタノール100mlおよびアセトン100mlで洗浄する。フィルターケークを120℃で4時間、真空中で乾燥する。引続き、試料を分析のために取り出す。再度の洗浄のために、残りの生成物を使用する。
例1.3:水に対する最も急速な浮遊能
5mlの試料容器中に水3mlを注入する。引続き、スパチュラを用いて試験すべき固体を注意深く水面上に置く。引続き、固体が沈むかまたは持続して浮遊しているかを観察する。固体が浮遊している場合には、閉じた容器を10秒間振盪させる。引続き、固体が再び浮遊するか、または水の下方に留まっているかを観察する。
例1.4:接触角の測定
粉末に対する接触角の測定:
接触角を標準装置(液滴形状分析装置(Dropshape Analysis Instrument,Kruss社のDAS 10)で測定する。液滴のシルエットをCCDカメラで捉え、液滴の形をコンピューターによる画像分析によって算出する。この測定を、別記しない限り、DIN 5560−2の記載と同様に実施する。
a)均一な粉末層の製造
マグネタイト粉末を約1mmの厚さの層として100μmの厚さのBASF社製のアクロナール(Acronal)−V215接着剤分散液と一緒にPETフィルム上にもたらす。スパチュラを用いて前記粉末を前記接着剤中に圧入し、付着しない、過剰の材料を振盪によって取り除く。最後に、残存する離れた材料を、加圧下で試料上に浄化された窒素を吹き付けることにより取り除く。この方法は、75mm×25mmの基体の全面に亘ってきれいで均一な粉末表面をもたらす。
粉末表面は、標準的な方法で或る程度の荒さおよび接触角を示すか、または当該粉末表面の測定は、前記の荒さに関連して高感度である。従って、同じ粒度分布および粒子形を有する粉末に対してのみ疎水性の直接の比較を実施することができる。ToF−SIMSを用いる注意深い表面分析は、前記方法によって製造された粉末層の表面が接着剤の微少量を有さずかつ前記粉末にとって代表例であることを示す。
b)動的な、順繰りの接触角の測定
1mlの水を液滴として表面上に位置付け、連続的に水2μl/分を供給する。こうして、連続的に液体容量20μlを供給する。約3μlの最小容量から出発して、接触角を測定し、一方で、供給に使用される注射針を液滴中に留める。輪郭の測定を、直接に三相接触線上に存在する接触角を測定するために、接線法によって評価される、約0.5Hzの変化率で測定する。この接触角を、前記時間に亘って平均化し、全ての試料に対して5つの順繰りの液滴を様々な位置で測定し、かつ平均値を標準偏差で算出する。
例1.5:リサイクル試験
それぞれの実施例により、疎水化されたマグネタイトを再使用可能なキャリヤーとして(重金属)負荷された土壌の浄化に使用することにより、試験を行なう。このために、マグネタイト3gを、砂混合物100g(固体含量:1質量%)を含有する系中に分散混入する。前記の砂混合物は、99質量%が無機ケイ酸塩成分(例えば、長石、雲母、黄鉄鉱)でありかつ1質量%が特別に疎水化された無機As含有不純物(硫砒銅鋼)である成分を含む。この無機不純物の疎水化は、ブチルキサンテートで行なわれる。前記の疎水化されたマグネタイトを前記の砂混合物と激しく混合した後、前記砒素成分を、マグネタイトで疎水的に凝集させることにより分離する。前記の疎水性成分を捕集し、かつ界面活性剤(BASF SE社のLutensit A−ES)の0.1質量%の溶液で処理する。すぐ次の磁気的分離工程において、前記磁性成分を非磁性のAs含有不純物と分離する。前記の疎水性マグネタイトを水とEtOHとの1:1混合物で洗浄し、ろ別し、かつ再び新たに製造した砂混合物と混合する。前記プロセスを全部で10回繰り返す。
例2:疎水化されたマグネタイトの製造
例2.1:BASF SE社の、nOctSi(OK)3でシラン化されたマグネタイト顔料345
合成:水30ml中のnOctSi(OK)3 370mgからなる溶液にBASF SE社のマグネタイト顔料345 10g(Magnetit FeII(FeIII24)を供給する。この溶液を室温で30分間攪拌する。この生成物を40℃で真空中で乾燥させる。引続き、貯蔵を40℃で空気に接するように7日間行なう。得られた固体を、洗浄水のpH値の変化がもはや起こらなくなるまで洗浄する。引続き、40℃で一晩中、空気に接するように乾燥させる。乾燥された生成物を予備微粉砕後に分析用ふるい(400μm)によって濾し、それによって解凝集し、かつ均一にする。
分析:
浮遊試験:新しい固体および10回洗浄された固体は、均一に水上に浮遊する(振盪後も);
接触角:新しい固体146°、10回洗浄された固体139°;
リサイクル試験:As成分の収率を検出した場合には、nOctSi(OK)3でシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345を使用した際に、収率は、第1のサイクルにおける92%から第10のサイクルにおける90%へ僅かに低下する。
例2.2:nBuSi(OH)2(ONa)でシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345(本発明による)
合成:合成は、例2.1中に記載された方法により行なわれる。しかし、nBuSi(OH)2(ONa)350mgを使用し、貯蔵を120℃でCO2雰囲気中で実施する。
分析:
浮遊試験:新しい固体および10回洗浄された固体は、均一に水上に浮遊する(振盪後も);
接触角:新しい固体154°、10回洗浄された固体152°;
リサイクル試験:As成分の収率を検出した場合には、nBuSi(OH)2(ONa)でシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345を使用した際に、収率は、第1のサイクルにおける95%から第10のサイクルにおける91%へ僅かに低下する。
実施例2.3:(Ca2+)[nPr(Me)Si(OH)(O-)]2でシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345(本発明による)
合成:この合成は、例2.1中に記載された方法により行なわれる。しかし、(Ca2+)[nPr(Me)Si(OH)(O-)]2 340mgをシラン化試薬として使用する。
分析:
浮遊試験:新しい固体および10回洗浄された固体は、均一に水上に浮遊する(振盪後も);
接触角:新しい固体142°、10回洗浄された固体136°;
リサイクル試験:As成分の収率を検出した場合には、(Ca2+)[nPr(Me)Si(OH)(O-)]2でシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345を使用した際に、収率は、第1のサイクルにおける89%から第10のサイクルにおける87%へ僅かに低下する。
例3:比較例
比較例3.1:商業的な疎水性マグネタイト Lanxess社のBayoxide E8707 H(本発明によらない)
分析:
浮遊試験:新しい固体は、振盪後も水上で浮遊するが、既に2回洗浄された固体は、もはや浮遊しない;
接触角:新しい固体158°、10回洗浄された固体116°;
リサイクル試験:Lanxess社の既に疎水性のマグネタイト(製品:Bayoxide E8707 H)を用いる比較試験は、既に4回目のサイクル後に40%を上回る劇的な収率損失をまねく。その後に、この製品を用いる試験を中断する。
比較例3.2:nOctMe2SiClでシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345(本発明によらない)
合成:保護ガス雰囲気下でBASF SE社の磁性顔料345 10gをトルエン20ml中に懸濁させる。この懸濁液を70℃に加熱し、その後にnOctMe2SiCl 0.3g(97%で、ABCR社)を添加する。この反応混合物を引続き攪拌しながら70℃で4時間維持する。引続き、固体をろ別し、最初にトルエン50mlで洗浄し、次にメタノール50mlで洗浄し、最後に水で洗浄液のクロリドがなくなるまで洗浄する。この生成物を120℃で4時間、真空中で乾燥させる。乾燥した生成物を予備微粉砕後に分析用ふるい(400μm)によって濾し、それによって解凝集し、かつ均一にする。
分析:
浮遊試験:固体は、水上で浮遊する(振盪後も)が、既に1回洗浄された固体は、もはや水上で浮遊しない;
接触角:新しい固体148°、1回洗浄された固体120°、10回洗浄された固体98°
比較例3.3:nBuMe2SiClでシラン化された、BASF SE社の磁性顔料345(本発明によらない)
合成:この合成は、例2.1中に記載された方法により行なわれる。しかし、nBuMe2SiCl 0.3g(97%で、ABCR社)をシラン化試薬として使用する。
分析:
浮遊試験:固体は、水上で浮遊する(振盪後はなし)が、既に1回洗浄された固体は、もはや水上で浮遊しない;
接触角:新しい固体103°、10回洗浄された固体89°
比較例3.4:オクチルホスホン酸で疎水化された、BASF SE社の磁性顔料345(本発明によらない)
合成:攪拌容器としての出口および金属製攪拌機を備えた、12 lのプラスチック製バケツからなる装置中に、水8.0kgを予め装入する。引続き、BASF SEの磁性顔料345 2kgを供給し、前記金属性攪拌機の攪拌速度を、顔料が沈降せずかつ同様に空気が吸い込まれない(発泡クラウン(Schaumkrone)を生じない)ように選択する。引続き、Albright & Wilson社のn−オクチルホスホン酸12.5g(OPS、80%で)を少量ずつ添加し、全ての原料を室温で1.5時間で空気に接するように混合する。攪拌時間の終結後、この懸濁液を陶磁器製吸引漏斗(d=24cm、Macherey−Nagel社の紙フィルター MN 85/90で)上に供給する。前記吸引漏斗のケーク中の生じた亀裂を、洗浄効果の改善のために擦り付けた。一晩中、空気循環乾燥キャビネット中で110℃で乾燥させる。乾燥された生成物を予備微粉砕後に分析用ふるい(400μm)によって濾し、それによって解凝集し、かつ均一にする。
分析:
元素分析:最終生成物中、P0.06%
リサイクル試験:既に第3のサイクル後に、さらに50%未満の、As含有不純物の不足した収率だけが検出される。この試験を引続き中断する。

Claims (14)

  1. 金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子を、一般式(I)
    1 n−Si(OR24-n (I)
    {式中、R1、R2およびnは、次の意味を有する:
    1は、互いに独立して、水素、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC1〜C30アルキル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルケニル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルキニル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルキル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルケニル、任意に官能化されたC1〜C20ヘテロアルキル、任意に官能化されたC5〜C22アリール、任意に官能化されたC6〜C23アルキルアリール、任意に官能化されたC6〜C23アリールアルキル、任意に官能化されたC5〜C22ヘテロアリールを意味し、
    2は、互いに独立して、水素、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC1〜C30アルキル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルケニル、直鎖状または分枝鎖状の、任意に官能化されたC2〜C30アルキニル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルキル、任意に官能化されたC3〜C20シクロアルケニル、任意に官能化されたC1〜C20ヘテロアルキル、任意に官能化されたC5〜C22アリール、任意に官能化されたC6〜C23アルキルアリール、任意に官能化されたC6〜C23アリールアルキル、任意に官能化されたC5〜C22ヘテロアリール、
    NR1 4 +、その際にR1は、互いに独立して、上記の意味を有することができるものとし、
    一般式1/(p−x*y)Mp+x- y〔式中、Mは、元素の周期律表の主族および副族の金属からなる群から選択された金属原子を意味し、Xは、アニオンを意味し、pは、金属原子Mの酸化数を意味し、xは、1、2または3からの整数を意味し、およびyは、0、1または2からの整数を意味する〕の原子団、
    および/または
    一般式(IIa)
    −SiR1 m(OR23-m (IIa)
    〔式中、R1およびR2は、互いに独立して、上記の意味を有し、mは、互いに独立して、0、1、2または3を意味することができる〕の基を意味し、
    nは、1、2または3を意味する}の少なくとも1つの化合物と反応させることによって得られる、表面で変性された粒子、
    および少なくとも1つの溶剤、少なくとも1つの界面活性剤またはその混合物を含有する安定した混合物であって、
    一般式(I)の化合物中、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1個の基R2は、NR1 4 +であるかまたは一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、R1、p、x、y、MおよびXに関して上記の意味を有することを特徴とする、前記混合物。
  2. Mが元素の周期律表の第1族、第2族または第13族から選択されている(IUPAC命名法)ことを特徴とする、請求項1記載の混合物。
  3. 溶剤対変性された粒子の質量比率が500を上回ることを特徴とする、請求項1または2記載の混合物。
  4. 一般式(I)の化合物中で、nは1または2、有利に1であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の混合物。
  5. 一般式(I)の化合物中で、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1つのR2は、互いに独立して、メチルまたはエチルであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の混合物。
  6. 一般式(I)の化合物中で、または一般式(IIa)の基中で、少なくとも1つのR2は、互いに独立して、一般式1/(p−x*y)Mp+x- yの原子団であり、ここで、pが1であり、yが0であり、かつMがNaおよび/またはKであることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の混合物。
  7. 少なくとも1つの溶剤は、芳香族炭化水素、アルコール、エーテル、環式エーテル、エステル、環式エステル、アルカン、シクロアルカン、オレフィン、シクロオレフィン、水およびこれらの混合物からなる群から選択されていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の混合物。
  8. 少なくとも1つの界面活性剤は、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤または両性イオン性界面活性剤およびこれらの混合物からなる群から選択されていることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の混合物。
  9. 使用される金属酸化物は、Mn、Fe、Co、Ni、Cuからなる群から選択される金属酸化物、これらの組合せおよび前記金属と少なくとも1つのアルカリ土類金属との混合酸化物であることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の混合物。
  10. 請求項1に規定された、表面で変性された粒子を製造する方法であって、変性すべき金属酸化物粒子または半金属酸化物粒子を請求項1に規定された一般式(I)の化合物を接触させることによる、前記方法。
  11. 請求項1に規定された、表面で変性された粒子を少なくとも1つの溶剤で処理する方法であって、溶剤対変性された粒子の質量比率が500を上回ることを特徴とする、前記方法。
  12. 変性された粒子が少なくとも1つの溶剤と接触されている系中での、請求項1に規定された、表面で変性された粒子の使用であって、溶剤対変性された粒子の質量比率が500を上回ることを特徴とする、前記使用。
  13. 凝集/解凝集サイクルにおける、請求項1に規定された、表面で変性された粒子の使用。
  14. 凝集/解凝集サイクルが、化学的、物理的または生物学的な試験方法または分離方法、汚染された土壌の浄化、水の浄化、電気的廃棄物のリサイクルまたは重力による分離であることを特徴とする、請求項13記載の使用。
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