WO1995022639A2 - Verfahren zur herstellung beschichteter polymerer mikropartikel - Google Patents

Verfahren zur herstellung beschichteter polymerer mikropartikel Download PDF

Info

Publication number
WO1995022639A2
WO1995022639A2 PCT/DE1995/000185 DE9500185W WO9522639A2 WO 1995022639 A2 WO1995022639 A2 WO 1995022639A2 DE 9500185 W DE9500185 W DE 9500185W WO 9522639 A2 WO9522639 A2 WO 9522639A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymeric microparticles
microparticles
metal
particles
coated
Prior art date
Application number
PCT/DE1995/000185
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO1995022639A3 (de
Inventor
Kim Young-Sam
Original Assignee
Universität Karlsruhe Th
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universität Karlsruhe Th filed Critical Universität Karlsruhe Th
Publication of WO1995022639A2 publication Critical patent/WO1995022639A2/de
Publication of WO1995022639A3 publication Critical patent/WO1995022639A3/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/205—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase
    • C08J3/21—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase
    • C08J3/215—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase at least one additive being also premixed with a liquid phase
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/14—Particulate form, e.g. powders, Processes for size reducing of pure drugs or the resulting products, Pure drug nanoparticles
    • A61K9/16—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction
    • A61K9/167—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction with an outer layer or coating comprising drug; with chemically bound drugs or non-active substances on their surface
    • A61K9/1676—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction with an outer layer or coating comprising drug; with chemically bound drugs or non-active substances on their surface having a drug-free core with discrete complete coating layer containing drug
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/42—Introducing metal atoms or metal-containing groups
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys

Definitions

  • Japanese patent JP 55075426 describes a similar method of metal coating on polymeric latex particles.
  • the latex particles are first mixed together with PdCl2 solution and then in a bath of appropriate metal salt solution by direct reduction of the metal ion, which, for. B. is caused by the action of formalin, coated.
  • This method has the same disadvantages that were described in connection with the patent specification EP 0 242 025 B1.
  • Japanese published patent application JP 63318004 A2 describes a process for the metal coating of polymeric particles which works without the principle of chemical reduction. This procedure will be relatively large
  • DE 34 38 291 A1 uses polymeric microparticles in the size range between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m to produce thin, water-soluble coatings over pharmaceuticals.
  • US Pat. No. 4,948,739 describes microparticles made from a polymer / metal mixture, although the metal does not form a surface layer on the particles, but is evenly distributed therein. Depending on the type of polymer, these particles can carry surface charges if they are dispersed in a suitable dispersion medium. In this document, however, the cargo is completely irrelevant.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing coated polymeric microparticles, in particular metal-coated polymeric microparticles, which requires only a few work steps and is therefore simple and inexpensive, and which has less waste water than conventional ones Process created and that leads to a defined, uniform and stable coating.
  • coated polymeric microparticles in particular metal-coated polymeric microparticles
  • a method for producing coated polymeric microparticles is made available, which is characterized in that first polymeric microparticles with an electrically charged surface, preferably with a positively charged surface. Surface, are synthesized in a solvent and these polymeric microparticles with an electrically charged surface are then reacted with oppositely charged particles, preferably with negatively charged metal-sol particles (claim 1).
  • Electrically charged, preferably negatively charged, metal-sol particles are used for the metal coating of polymeric microparticles, which adsorb on the positively charged surface of the polymeric microparticles and form a uniform layer.
  • This metal-sol particle layer adsorbed on the surface of the polymeric microparticles has a thickness which corresponds to the diameter of one or a few metal-sol particles. Since this is only a few nanometers, the metal-sol particle layer is relatively thin, which is also desirable in most cases.
  • Polymeric microparticles are synthesized using a polymerization process. It is important here that the polymeric microparticles are stable in the dispersed state and that they are monodisperse. The method must also be suitable for specifically to produce such particles with diameters between 1 and 100 ⁇ m.
  • Patent specification EP 0091453 B1 proposes a method, the so-called “two-step swelling method”, for producing monodisperse microparticles with diameters of up to 50 ⁇ m.
  • this method the extremely long polymerization time, which is necessary in the case of seed emulsion polymerization, is avoided with a simple swelling method.
  • this method is very tedious and difficult to carry out in practice.
  • the need to add low molecular weight compounds and the presence of the oligomeric compounds in the particles presented as seeds are disadvantageous, since these then have to be removed by additional complex cleaning steps.
  • Itaconic acid acrylamides, methacrylamides, isopropylamides, vinyl acetate, vinyl alcohol, butadiene, isoprene and also mixtures of the monomers mentioned.
  • various other organic solvents are suitable for the process, such as, for example, methanol, butanol, amyl alcohol, octanol, benzyl alcohol, cyclohexanol, ethylene glycol, toluene, cellosolve, butyl cellosolve, ethylene glycol monoethyl ether, hexane, octane, petroleum ether, carbon tetrachloride, ethyl ether, tetrahydrofoam , Dimethylglycol, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexane, ethyl acetate, butyl acetate, propionic acid, dimethylamine, monoethanolamine, pyridine, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and their isomers and mixtures.
  • Microparticle morphology e.g. B. core / shell morphology, - polymeric properties of the particles, for. B. hard soft, polar / non-polar, resistant / non-resistant to organic / inorganic solvents, cross-linked / uncross-linked particle system, particle density, particle refractive index and glass temperatures Tg, electron density, functional groups on the microparticle surface - stability of the polymeric microparticles in the dispersion medium, e.g. B. water, at different pH values, high ionic strengths and relatively high temperatures z. B. up to approx. 95 ° C.
  • the dispersion medium e.g. B. water
  • all divinyl compounds, diacrylates and / or triacrylates are suitable as crosslinking reagents for the process, in particular 1, 3-butylene glycol diacrylate, 1,6-Hexanglykoldiacrylat, trimethylolpropane triacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate and / or trimethylolpropane triacrylate.
  • 2,2'-Azobisisobutyronitrile is preferably used as the initiator.
  • other oil-soluble initiators can be used for the process, in particular 4,4'-azobis (4-cyanopentanoic acid), 2,2'-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) , Benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, octanoyl peroxide.
  • the polar properties of the microparticles according to the invention can be obtained in various ways.
  • One possibility is the copolymerization of the main monomer with a polar comonomer.
  • the monomers used can be polymerized as a homogeneous monomer mixture in a batch process.
  • a polar dispersion medium the preferred enrichment of the comonomer or comonomers used on the particle surface, i. H. the interface between the particles and the dispersion medium is achieved by bsw together with a slightly polar or non-polar main monomer. whose polymer is a hydrophilic, polar comonomer.
  • the resulting microparticles have a core / shell structure (claim 7) with a very thin shell thickness, the microparticles being composed mainly of a more hydrophobic inner polymer phase (core polymer phase) and a thin, more polar and hydrophilic surface polymer phase (shell polymer phase) .
  • the thickness of the latter can be varied by varying the amount of polar used
  • Comonomers can be set specifically.
  • the very low proportion by weight of the comonomer compared to the polymer phase forming the core means that there is no significant change in the polymeric material properties.
  • the targeted production of such microparticles with a thin polar surface polymer phase is characterized in particular by the fact that, despite the low proportion by weight of the comonomer in the particle, various modification possibilities of the microparticle surface are opened, for example the incorporation of functional surface groups, the targeted increase in the surface charge density, be set specifically.
  • the very low proportion by weight of the comonomer compared to the polymer phase forming the core means that there is no significant change in the polymeric material properties.
  • microparticles with a thin polar surface polymer phase is characterized in particular by the fact that, despite the low weight proportions of the comonomer in the particle, various modification possibilities of the microparticle surface are opened, for example the incorporation of functional surface groups, the targeted increase in the surface charge density, the targeted change in the microparticle refractive index, the targeted change of the surface polarity etc.
  • the stability of the microparticles in dispersion is one of the most important requirements for their metal coating. According to the invention, the stability of the microparticles is improved by measures which directly or indirectly influence the electrostatic and / or steric interactions of the microparticles with one another in the dispersion.
  • a polyvinylpyrollidone polymer is preferably used as the steric stabilizer. In principle, other polymers are also suitable as stabilizers for the process, in particular polyvinyl methyl ether,
  • water-soluble initiators suitable for the process are, for example, 2,2'-azobis- (N-phenylamidinopropane) dihydrochloride, 2,2'-azobis- (N, N "-dimethylene-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2'- Azobis- [N- (2-hydroxyethyl) amidinopropane] dihydrochloride or their dinitrate salts.
  • polymeric microparticles according to the invention which have a very good monodispersity with regard to particle morphology and size (claim 3) are shown in FIG. 1.
  • the coating process is carried out on the basis of these polymeric microparticles with a charged surface.
  • the microparticles are first converted from the organic dispersion medium into an aqueous dispersion using distillation, filtration or centrifugation techniques (claim 4).
  • a cleaning process of the microparticles can be carried out using various methods, e.g. B. Cycle of centrifugation / redispersion, filtration,
  • a dispersion or colloidal solution of oppositely charged particles is added to the water-dispersed polymeric microparticles, which adsorb to the polymeric microparticles essentially due to their charge and form a thin, uniform layer around them.
  • noble metals such as Au, Pd, Pt, Ag, Cu, Fe, Ni, Co, Cd, W, Rh, As, AI, Zr, Mn, Pb, Cr, and combinations come for a metal coating of polymeric microparticles of these metals and alloys of these metals. They are used in the form of electrically charged, preferably negatively charged, metal brines.
  • the metal sols of the various types of metal are produced by reducing the metal ion in aqueous solution.
  • the metal salts for example HAuClzj aq, PdCl2, are first dissolved in water.
  • an anionic emulsifier e.g. B.
  • sodium dodecylbenzenesulfonate or a cationic emulsifier e.g. B. dodecyltrimethylammonium bromide added.
  • this solution is a reducing agent, e.g. B. hydrazine, NaBH4 or NaHP ⁇ 2 solution added.
  • the metal brine is formed in a very short time, usually within 10 minutes.
  • emulsifiers of different types e.g. B. anionic and cationic emulsifiers
  • the resulting colloidal metal-sol particles are stabilized on the one hand and on the other hand they receive charged surface groups according to the types of emulsifiers used; z. B. positive when using cationic and negative when using anionic emulsifiers.
  • non-ionic emulsifiers are also possible, but only the charges of the metal ions then become effective. All of these reactions take place at room temperature without complex protective measures.
  • the metal brine produced in this way has very characteristic colors depending on the type of metal.
  • gold (Au) sols that have been treated with anionic or cationic emulsifiers, wine-red gold sols result.
  • Metal ions by the amount of reducing agent and stabilizers used, for. B. emulsifiers of different types can be controlled.
  • the metal brine are very stable.
  • gold (Au) / sodium dodecylbenzenesulfonate - brine show very good storage stability at room temperature and can easily be stored for a few weeks without loss of quality.
  • the amount of metal brine required for the formation of a quasi-monolayer of metal sol particles on the microparticles is calculated from the specific surface area of the microparticles and the specific surface area of the metal brine, with an excess of metal brine has no negative effects.
  • the coating process is completed after a short time.
  • the coated polymeric microparticles are then cleaned and dried.
  • These microparticles which are coated very evenly with metal-sol particles, can be used either directly as an end product or as a starting material for the further metal coating.
  • the metal-sol particle layer adsorbed on the microparticle surface serves as a metal substrate, which is necessary for a uniform coating by reducing the desired metal ion.
  • the method according to the invention also has the advantage over conventional coating methods that a direct metal coating with a single type of metal can be carried out on the microparticle surfaces if the corresponding metal sol particles have previously been adsorbed on the microparticle surfaces.
  • Functional groups applied to the surface of polymeric microparticles by comonomers can not only serve as charge carriers, but can also form chemical bonds. In this way, for example, proteins can be bound to functional groups such as amino groups.
  • the method according to the invention is also of great interest in the fields of biology and medicine.
  • all oppositely charged particles can be adsorbed onto the charged polymeric microparticles, for example appropriately modified, ie charged antibodies, antigens, or other biologically active substances
  • conventional coating processes also have the advantage that a direct metal coating with a single type of metal can be carried out on the microparticle surfaces if the corresponding metal sol particles have previously been adsorbed on the microparticle surfaces.
  • Functional groups applied to the surface of polymeric microparticles by comonomers can not only serve as charge carriers, but can also form chemical bonds. In this way, for example, proteins can be bound to functional groups such as amino groups.
  • the method according to the invention is also of great interest in the fields of biology and medicine.
  • all oppositely charged particles can be adsorbed onto the charged polymeric microparticles, for example appropriately modified, i.e. charged antibodies, antigens, or other biologically active substances (claim 15).
  • novel drug carrier systems or drug delivery systems that is to say transport systems for therapeutic agents, can be obtained in this way.
  • the following materials were used for the synthesis of polymeric microparticles or for their coating: monomers, styrene [Fluka, p. a.] z. B. as the main monomer and dimethylaminoethyl methacrylate [Fluka, p.a.] z. B. as a comonomer;
  • the styrene monomer used was freed from inhibitors by shaking three times with 10% strength by weight NaOH solution, washed three times with bidistilled water and then over
  • the water deionized by ion exchangers was distilled using a Bi.4 quartz distillation system [Heraeus]. The water was then filtered with D-5 porcelain filters (pore diameter 1.5 ⁇ m) for dedusting. This double-distilled and dedusted water was always used for the synthesis or reaction.
  • the oil-soluble initiator used azobisisobutyronitrile (AIBN) [Fluka] was used three times in abs.
  • Ethanol [Fluka, p.a.] recrystallized at room temperature and then dried in a desiccator over CaCl2 under vacuum and stored at 4 ° C.
  • the water-soluble initiator used, 2, 2'-azobis- (2-amidinopropane) hydrochloride [Polyscience] was recrystallized three times in a water / acetone mixture.
  • hydroquinone As a inhibitor, a 1% by weight solution of hydroquinone [Fluka, p.a.] was used to determine the concentration of hydroquinone.
  • the amount of inhibitor solution to stop the polymerization corresponded to 1% by weight (hydroquinone solution) based on the amount of monomer used.
  • the polyvinylpyrrolidone polymer (PVP-30K) used as stabilizer [Fluka; Molecular weight MN 40,000 g / mol] was used for the synthesis without further purification.
  • Emulsifiers such as sodium dodecylbenzenesulfonate [Fluka, Techn.], Sodium dodecylsulfate [Lancaster, p.a.], dodecyltrimethylammonium bromide [Fluka, p.a.] and hexadecylpyridinium chloride [Fluka, p.a.] were used as costabilizers.
  • the undefined organic and inorganic impurities contained in technical sodium dodecylbenzenesulfonate were removed by repeated fractionation e.g. B. removed by repeated etherification.
  • the other emulsifiers used were of analytical grade (p.a.) and were used without further purification. Because of their hygroscopic properties, the emulsifiers used were always kept in a desiccator over CaCl2.
  • the metal salts used for metal-sol production e.g. B. HAUCI4 H2O and PdCl2 were p.a. and were used without further purification.
  • the reducing agents NaBH4 [Fluka], NaHPÜ2 and hydrazine used were used for the reaction without further purification.
  • a reactor consisting of 2-liter four-necked round-bottom flasks with KPG stirrer, Teflon stirring blade, reflux condenser, nitrogen connection and sampling tube and tempered to ⁇ 0.5 ° C in a water bath using a contact thermometer.
  • the stirring speed was 60 rpm.
  • the chosen stirring speed was sufficient to prevent sedimentation of the growing particles. This prevented uncontrolled particle growth.
  • reaction components for example main monomer, comonomer,
  • Stabilizer, dispersion medium and / or crosslinking reagent and / or costabilizer brought together in the reactor and slowly stirred at room temperature under an N2 line (introduced via a dried CaCl2 column) for about 2 hours.
  • the reaction mixture was then heated to the desired temperature (e.g. 70 ° C) in a water bath that was precisely controlled at ⁇ 0.5 ° C.
  • SPARE BLADE started by injecting the initiator solution. The polymerization started a few minutes (approx. 5-6 min.) After initiation.
  • the turnover was about 80% about 24 hours after the initiation process.
  • the polymerization was carried out for a further 48 hours.
  • the polymerization temperature of 70 ° C was increased to 75 ° C after 24 hours. However, this has no influence on the resulting particle sizes and particle morphologies.
  • the inhibitor solution was added to the dispersion (1% by weight based on the monomer parts), and the reaction mixture was quickly cooled to room temperature with an ice / water mixture.
  • the finished microparticle dispersion was then filtered through cleaned glass wool directly into a polyethylene bottle and stored.
  • microparticle size analysis was carried out by means of electron microscopy.
  • the adsorption of the metal-sol particles on the microparticle surface was achieved by simply mixing and stirring both components.
  • the microparticle dispersion was first placed in a simple vessel.
  • the metal brine was then either slowly added dropwise or added in portions while stirring. This pretreatment step showed no influence on the stability of the polymeric microparticles.
  • the adsorption time was 6 hours.
  • the polymeric microparticles uniformly covered with metal-sol particles were cleaned and dried.
  • results were very stable, non-regular spherical microparticles with an average diameter of 2.47 ⁇ m with a standard deviation of 6.0%.
  • the polymeric microparticles were prepared in a dispersion medium from a homogeneous mixture of ethanol / 2-methoxyethanol (1/1) or pure isopropanol.
  • the organic solvents used influenced the resulting polymeric microparticle sizes or size distribution.
  • REPLACEMENT LEAF (1/1) used for the synthesis of polymeric microparticles.
  • the reaction was carried out under the same reaction conditions as in Example 1.
  • the turnover was 97%.
  • Reaction components 240 g styrene, 4.8 g dimethylaminoethyl methacrylate, 0.48 g divinylbenzene, 20.9 g polyvinylpyrrolidone (PVP-30 K), 5.23 g
  • the polymeric microparticles were subjected to a coating process directly after the synthesis.
  • the coating with metal is explained in more detail in the following examples.
  • the metal brine used to coat the polymeric microparticles e.g. Gold brine, palladium brine were made at room temperature as follows:
  • 0.1 g HAUCI4 H2O and 0.1 g PdCl2 were dissolved in 470 g bidistilled and dedusted water. 5 g of 1% by weight sodium dodecylbenzenesulfonate or sodium dodecylsulfate solution were then added to this gold or palladium solution with stirring. After 20 minutes, 25 g of NaBH 4 solution (0.125 g dissolved in 25 ml of water) were then slowly added dropwise to this gold or palladium solution containing sodium dodecylbenzenesulfonate within 15 minutes. After about 15 minutes, the initially slightly yellowish metal salt solutions completely change into a very intensely wine-red gold sol or an intensely dark brown palladium sol.
  • the metal-sol particle sizes were analyzed using transmission electron microscopy (TEM) at high magnification.
  • the gold brine produced consisted of very fine gold particles with a diameter of approx. 10 nm with very good ones
  • REPLACEMENT LEAF Monodispersity When using cationic emulsifiers, somewhat larger and more polydisperse particles were generally obtained.
  • the gold-sol particles produced with the cationic emulsifiers dodecyltrimethylammonium bromide or hexadecylpyridinium chloride showed diameters between approximately 10 and 40 nm.
  • the resulting particles When using palladium salt to produce palladium-sol, the resulting particles generally had smaller diameters than when using gold salt . The metal brine produced is kept in the dark.
  • Example 9 0.1 g (dry weight) of the polymeric microparticles obtained from Example 2 was redispersed in about 10 g of aqueous HCl solution. 100 ml of gold sol were then added to this microparticle dispersion. The mixture was then shaken for about 6 hours. The microparticles were then isolated by filtration or centrifugation and cleaned with water and dried. The initially white polystyrene particles are now very intense wine red. The SEM analysis showed that these spherical polystyrene particles were evenly covered with fine gold-sol particles. Elemental analysis using a scanning electron microscope also revealed that the particle surface was coated with metallic gold.
  • Example 4 0.1 g (dry weight) of the polymeric microparticles obtained from Example 4 was redispersed in 10 g of aqueous HCl solution with an acidic pH. 100 ml of gold sol were then added to this polymeric microparticle dispersion. The mixture was then shaken for about 6 hours and then the microparticles were cleaned and dried. The SEM analysis showed that these were non-regular spherical

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel, insbesondere metallbeschichteter polymerer Mikropartikel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zuerst polymere Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche, bevorzugt mit positiv geladener Oberfläche, synthetisiert werden und diese polymeren Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche anschließend mit gegensinnig geladenen Partikeln, bevorzugt mit negativ geladenen Metall-Sol-Partikeln, zur Reaktion gebracht werden.

Description

Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel, insbesondere metallbeschichteter polymerer Mikropartikel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zuerst polymere Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche, bevorzugt mit positiv geladener Oberfläche, synthetisiert werden und diese polymeren Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche anschließend mit gegensinnig geladenen Partikeln, bevorzugt mit negativ geladenen Metall-Sol-Partikeln, zur Reaktion gebracht werden.
Die Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel mit Durchmessern zwischen lμm und lOOμm stellt aufgrund der technisch vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten solcher Partikel eine wichtige Aufgabe dar. Es ist somit sehr wünschenswert, wenn solche beschichteten polymeren Mikropartikel in definierten Partikelgrößen mittels einer möglichst einfachen Methode ohne großen Aufwand gezielt hergestellt werden können.
Für die Herstellung von metallbeschichteten Mikropartikeln existiert eine Vielzahl von Verfahren. Hier sind zunächst allgemein übliche Metallbeschichtungsverfahren wie Bedampfungs- und Sputterungs-Techniken zu nennen, die aber zum einen mit hohem Aufwand bzw. Energiekosten verbunden und zum anderen nicht auf die speziellen Verhältnisse bei polymeren Mikropartikeln angepaßt und damit in der Praxis unakzeptabel sind.
Die bisher bekannten Verfahren zur Beschichtung von Mikropartikeln beziehen sich alle auf die Beschichtung mit Metallen und arbeiten meist nach dem Prinzip der Reduktion von Metallionen aus einer entsprechenden Metallsalzlösung. Hierzu werden polymere Mikropartikel zunächst konditioniert, d.h. die Partikeloberfläche wird für die Beschichtung vorbereitet, indem sie mittels chemischer Methoden entfettet, geätzt und/ oder aufgerauht wird. Nach einem Reinigungsschritt erfolgt eine Aktivierung der
Partikeloberfläche, üblicherweise durch Einbringung von Palladium, das als Katalysator für die Abscheidung des als Beschichtungsmaterial gewünschten Metalls fungiert. Für diesen Zweck werden meist PdCl2-Lösungen mit oder ohne Reduktionsmittel verwendet. Die eigentliche Metallbeschichtung der polymeren Mikropartikel erfolgt nach diesen vielfältigen Arbeitsschritten durch direkte Reduktion eines Metalles oder durch die sogenannte "elektroless plating" Methode unter Verwendung von entsprechender Salzlösung. In der Patentschrift EP 0 242 025 Bl ist ein solches Verfahren beschrieben. Polymere Mikropartikel werden hier zunächst in dem organischen Lösungsmittel Methanol vorbehandelt, um die Oberflächen der Partikel zu entfetten und zu verrauhen. Nach dem Waschen und der Filtration der Partikel werden diese durch die Behandlung mit Circuit Prep 3316 (Handelsname der Katalysatorlösung von PdCl2/HCl/SnCl2 der Firma Japan Electroplating Engineers Co. Ltd.) aktiviert und die Partikel anschließend filtriert. Danach werden die Mikropartikel in einem "elektroless nickel plating" Bad entsprechender Metallsalzlösungen beschichtet. Nach dem Auswaschen und der Filtration wird dann auf diese nickelbeschichtete Mikropartikeloberfläche eine Goldschicht in einem entsprechenden "electroless gold plating" Bad aufgebracht, um leitfähige polymere Mikropartikel mit dünner Goldmetalloberflächenschicht, beispielsweise der Schichtdicke von 0,1 um zu erzeugen. Danach werden die Partikel wieder ausgewaschen und filtriert. Diese Vielzahl von Arbeitsstufen verursacht einen hohen Zeit- bzw. Energieaufwand und es entstehen dabei größere Mengen an Abwasser.
In der japanischen Patentschrift JP 55075426 wird ein ähnliches Verfahren der Metallbeschichtung an polymeren Latexteilchen beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die Latexteilchen zunächst mit PdCl2-Lösung zusammengemischt und dann in einem Bad entsprechender Metallsalzlösung durch direkte Reduktion des Metallions, welche z. B. durch Einwirkung von Formalin bewirkt wird, beschichtet. Diese Methode weist die gleichen Nachteile, die im Zusammenhang mit der Patentschrift EP 0 242 025 B 1 beschrieben wurden, auf.
Beiden Patentschriften gemeinsam ist der weitere Nachteil, daß es in der Regel fast unmöglich ist, eine homogene und gut definierte Katalysatorschicht auf der zu beschichtenden Partikeloberfläche mittels solcher einfacher Zusammenmischung der Partikel mit der Katalysator-Lösung, z. B. PdCl2-Lösung, zu erzeugen. Dadurch wird auch die gewünschte Metallschicht inhomogen und schlecht definierbar.
In der japanischen Offenlegungsschrift JP 04228503 A2 wird beschrieben, daß die Sensitivität der Mikropartikeloberflächen bei der Metallbeschichtung mittels der "elektroless plating" Methode durch Adsorption von feinen anorganischen Partikeln, z. B. Aluminiumoxid- oder Siliziumoxid-Partikeln auf die Partikeloberfläche erhöht werden kann. Nach diesem Verfahren werden die Mikropartikel zunächst mit diesen anorganischen Partikeln bedeckt. Diese mit anorganischen Partikeln bedeckten polymeren Mikropartikel werden dann mit PdCl2-Lösung behandelt und anschließend in einem "elektroless plating" Bad beschichtet. Bei diesem Verfahren mag zwar die gleichmäßigere Beschichtung der polymeren Mikropartikel mit dem gewünschten Metall durch die erhöhte Sensitivierung der Partikeloberfläche erreicht werden, jedoch bleiben die für die Sensitivierung adsorbierten anorganischen Partikel auf der Oberfläche der Mikropartikel zurück, was für weitere Anwendungen nachteilig ist. Darüberhinaus erhöhen die anorganischen Bestandteile beträchtlich das spezifische Gewicht der beschichteten polymeren Mikropartikel.
In der japanischen Offenlegungsschrift JP 63318004 A2 wird ein Verfahren zur Metallbeschichtung von polymeren Partikeln beschrieben, das ohne das Prinzip der chemischen Reduktion arbeitet. Bei diesem Verfahren werden relativ große
Polymerpartikel (im Millimeterbereich) zunächst bei relativ hoher Temperatur (100 - 150 °C) unter Schutzgas - z. B. Stickstoffgas N2 - in einem Drehteller erweicht. Danach wird feines Metallpulver in den sich drehenden Drehteller zugegeben, wobei eine Adsorption des Metalles an die Polymerpartikel erfolgt. Um die Adsorption der Metallpulver zu erhöhen, wird bei diesem Verfahren ein gewisser Anteil von Lösungsmittel oder
Klebstoff beigemischt. Abgesehen von der aufwendigen Apparatur ist dieses Verfahren für die Beschichtung polymerer Mikropartikel, die kleiner als etwa 100 μm sind, völlig ungeeignet. Außerdem ist die Verwendung von Lösungsmittel und Klebstoff nachteilig, da hierdurch keine reinen polymeren Mikropartikel erzielbar sind. Bei Polymeren mit hoher Glasternperatur ist dieses Verfahren ungeeignet.
Polymere Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche sind bekannt aus DE 34 38 291 AI und aus US 4948 739. In beiden Dokumenten werden allerdings gänzlich andere Ziele verfolgt als in der vorliegenden Anmeldung. So werden in der DE 34 38 291 A1 polymere Mikropartikel im Größenbereich zwischen 20 μm und 200μm verwendet, um dünne, wasserlösliche Überzüge über Arzneimittel herzustellen. In der US 4948 739 sind Mikropartikel aus einer Polymer/Metallmischung beschrieben, wobei allerdings das Metall keine Oberflächenschicht auf den Partikeln bildet, sondern gleichmäßig in diesen verteilt ist. Je nach Art des Polymers können diese Partikel Oberflächenladungen tragen, wenn sie in einem geeigneten Dispersionsmedium dispergiert sind. Allerdings ist auch in diesem Dokument die Ladung völlig nebensächlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel, insbesondere metallbeschichteter polymerer Mikropartikel, zur Verfügung zu stellen, das mit wenigen Arbeitsschritten auskommt und dadurch einfach und preiswert ist, das weniger Abwasser als konventionelle Verfahren erzeugt und das zu einer definierten, gleichmäßigen und stabilen Beschichtung führt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel, insbesondere metallbeschichteter polymerer Mikropartikel, zur Verfügung gestellt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zuerst polymere Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche, bevorzugt mit positiv geladener . Oberfläche, in einem Lösungsmittel synthetisiert werden und diese polymeren Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche anschließend mit gegensinnig geladenen Partikeln, bevorzugt mit negativ geladenen Metall-Sol-Partikeln, zur Reaktion gebracht werden (Anspruch 1).
Kern der Erfindung ist die Idee, die für verschiedene technische Anwendungen sehr interessanten polymeren Mikropartikel mit Durchmessern zwischen lμm und lOOμm schon bei deren Synthese mit einer elektrisch geladenen, bevorzugt positiv geladenen, Oberfläche zu versehen und sie anschließend mit gegensinnig geladenen Partikeln zusammenzubringen, wodurch sich diese Partikel in einer gleichmäßigen Schicht auf der Oberfläche der polymeren Mikropartikel ablagern.
Zur Metallbeschichtung polymerer Mikropartikel werden elektrisch geladene, bevorzugt negativ geladene, Metall-Sol-Partikel eingesetzt, die auf der positiv geladenen Oberfläche der polymeren Mikropartikel adsorbieren und eine gleichmäßige Schicht bilden. Diese auf der Oberfläche der polymeren Mikropartikel adsorbierte Metall-Sol-Partikelschicht hat eine Dicke, die dem Durchmesser eines oder einiger weniger Metall-Sol-Partikeln entspricht. Da dieser nur einige Nanometer beträgt, ist die Metall-Sol-Partikelschicht relativ dünn, was in den meisten Fällen auch erwünscht ist.
Werden für bestimmte Zwecke dickere Metallbeschichtungen gewünscht, werden die erfindungsgemäß hergestellten metallbeschichteten Mikropartikel einem oder mehreren weiteren Beschichtungsschritten unterzogen. Dieser Beschichtungsschritt arbeitet nach dem Prinzip der Metallabscheidung eines Metallions aus einer entsprechenden Metallsalzlösung, wobei die bereits vorhandene Metall-Sol-Partikelschicht als Metallsubstrat und Katalysator für die Beschichtung durch Reduktion des gewünschten Metallions dient.
Die Synthese von polymeren Mikropartikeln erfolgt durch ein Polymerisationsverfahren. Hierbei ist von Bedeutung, daß die polymeren Mikropartikel in dispergiertem Zustand stabil und daß sie monodispers sind. Außerdem muß das Verfahren dazu geeignet sein, gezielt derartige Partikel mit Durchmessern zwischen 1 und 100 μm herzustellen.
Mit dem Ziel, diese Probleme zu lösen, wurden in den letzten Jahren unter Anwendung der Emulsionspolymerisation verschiedene Methoden ausgearbeitet. Beispielsweise wurden monodisperse Polystyrol (PS) - Mikropartikel verschiedener Durchmesser zwischen 1 und 30 μm in der Schwerelosigkeit, z. B. im Space-Shuttle im Weltall mittels Saat-Emulsionspolymerisationstechnik hergestellt. Derartige Versuche sind aber mit sehr hohem Aufwand und Kosten verbunden, so daß sie kaum eine praktische Bedeutung besitzen.
In der Patentschrift EP 0091453 Bl wird eine Methode, die sog. "Two-Step Swelling Method" vorgeschlagen, um monodisperse Mikropartikel mit Durchmessern bis 50 μm herzustellen. Bei dieser Methode wird die extrem lange Polymerisationszeit, die im Falle der Saat-Emulsionspolymerisation nötig ist, mit einer einfachen Quellungsmethode umgangen. Jedoch ist diese Methode in der Praxis sehr mühsam und schwierig durchführbar. Bei Anwendung dieser Methode für die Herstellung von Mikropartikeln sind die Notwendigkeit der Zugabe von niedermolekularen Verbindungen und das Vorhandensein der Oligomeren- Verbindungen in den als Saat vorgelegten Partikeln nachteilig, da diese anschließend durch zusätzliche aufwendige Reinigungsschritte entfernt werden müssen.
Um polymere Mikropartikel mit guter Monodispersität in den gewünschten Partikelgrößen zwischen etwa 1 und 100 μm, insbesondere zwischen 2 und 30 μm herzustellen, wurden daher in der vorliegenden Erfindung bevorzugt die Dispersionspolymerisation (Anspruch 2) des Monomers, insbesondere des Styrols
(Anspruch 5), in einem organischen Lösungsmittel wie Ethanol, Ethanol/Ether-Ethanol- Mischung oder Isopropanol (Anspruch 4) oder deren homogenen Mischung oder mit Wasser als Dispersionsmedium durchgeführt. Prinzipiell sind für das Verfahren alle polymerisationsfähigen Vinylmonomere geeignet, beispielsweise α-Methylstyrol, Fluorostyrol, Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon, Acrylnitril, Methacrylnitril, Butylacrylat, 2-
Etylhexylethylacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Butylmethacrylat, 2- Ethylhexylethylmethacrylat, Methylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Acrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Acrylamide, Methacrylamide, Isopropylamide, Vinylacetat, Vinylalkohol, Butadien, Isopren sowie auch Mischungen der genannten Monomeren.
Prinzipiell sind für das Verfahren neben den genannten Lösungsmitteln verschiedene andere organische Lösungsmittel geeignet, wie beispielsweise Methanol, Butanol, Verfahren alle polymerisationsfähigen Vinylmonomere geeignet, beispielsweise α- Methylstyrol, Fluorostyrol, Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon, Acrylnitril, Methacrylnitril, Butylacrylat, 2-Etylhexylethylacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylethylmethacrylat, Methylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Acrylsäure, Maleinsäure,
Itaconsäure, Acrylamide, Methacrylamide, Isopropylamide, Vinylacetat, Vinylalkohol, Butadien, Isopren sowie auch Mischungen der genannten Monomeren.
Prinzipiell sind für das Verfahren neben den genannten Lösungsmitteln verschiedene andere organische Lösungsmittel geeignet, wie beispielsweise Methanol, Butanol, Amylalkohol, Octanol, Benzylalkohl, Cyclohexanol, Ethylenglykol, Toluol, Cellosolve, Butylcellosolve, Ethylenglykolmonoethylether, Hexan, Octan, Petroleumether, Tetrachlorkohlenstoff, Ethylether, Tetrahydrofuran, Dimethylglykol, Aceton, Methylethylketon, Cyclohexan, Ethylacetat, Butylacetat, Propionsäure, Dimethylamin, Monoethanolamin, Pyridin, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid sowie deren Isomere und Mischungen.
Durch Wahl geeigneter Verfahrensparameter können während des Herstellungsprozesses gewünschte Eigenschaften der polymeren Mikropartikel gezielt eingestellt werden, wodurch die stabilen polymeren Mikropartikel ohne großen technischen Aufwand mit dem gewünschten Metall beschichtet werden können. Diese
Eigenschaften umfassen im wesentlichen die Größe der Mikropartikel
Mikropartikelmorphologie, z. B. Kern/Schale-Morphologie, - polymeren Eigenschaften der Partikel, z. B. hart weich, polar/unpolar, beständig/unbeständig gegenüber organischen/anorganischen Lösungsmitteln, vernetztes/unvernetztes Partikelsystem, Partikeldichte, Partikel - brechungsindex und Glasstemperaturen Tg, Elektronendichte, funktioneilen Gruppen auf der Mikropartikeloberfläche - Stabilität der polymeren Mikropartikel im Dispersionsmedium, z. B. Wasser, bei unterschiedlichen pH- Werten, hohen Ionenstärken und relativ hohen Temperaturen z. B. bis ca. 95 °C.
Die Partikelgröße wird im wesentlichen durch die Einstellung der Konzentration von Monomer und Comonomer (d. h. dem Feststoffgehalt (FG)) in der Reaktionsmischung, der Kombination von Lösungsmitteln sowie Temperatur und Rührgeschwindigkeit der Reaktionsmischung kontrolliert. Größere mittlere Durchmesser der resultierenden
ERSATZBLATT typischen Lösungsmittel unlöslich zu halten. Prinzipiell sind als Vernetzungsreagenzien für das Verfahren alle Divinylverbindungen, Diacrylate und/oder Triacrylate geeignet, insbesondere 1, 3-Butylenglykoldiacrylat, 1,6-Hexanglykoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglykoldimethacrylat und/oder Trimethylolpropantriacrylat.
Als Initiator wird bevorzugt 2, 2'-Azobisisobutyronitril verwendet. Prinzipiell sind für das Verfahren andere öl-lösliche Initiatoren verwendbar, insbesondere 4, 4'-Azobis(4- Cyanopentansäure), 2, 2'-Azobis(2-methylbutyronitril), 2, 2'-Azobis(2, 4- dimethylvaleronitril), Benzoylperoxid, Lauroylperoxid, Octanoylperoxid.
Die erfindungsgemäßen polaren Eigenschaften der Mikropartikel können auf verschiedene Art und Weise erhalten werden. Eine Möglichkeit ist die Copolymerisation des Haupt-Monomers mit einem polaren Comonomer. Hierzu können beispielsweise die verwendeten Monomeren als homogene Monomeren-Mischung in einem Batchprozeß polymerisiert werden. In einem polaren Dispersionsmittel wird die bevorzugte Anreicherung des verwendeten Comonomers bzw. der verwendeten Comonomeren auf der Partikeloberfläche, d. h. der Grenzfläche zwischen Partikel und Dispersionsmedium dadurch erreicht, daß zusammen mit einem wenig polaren oder unpolaren Haupt- Monomer bsw. dessen Polymer ein hydrophiles, polares Comonomer eingesetzt wird. Die resultierenden Mikropartikel weisen eine Kern/Schale-Struktur (Anspruch 7) mit einer sehr dünnen Schalendicke auf, wobei die Mikropartikel hauptsächlich aus einer hydrophoberen Inner-Polymerphase (Kern-Polymerphase) und einer dünnen polareren und hydrophileren Oberflächenpolymerenphase (Schale-Polymerphase) aufgebaut sind. Die Dicke der letzteren kann durch Variation der Menge an verwendetem polaren
Comonomeren gezielt eingestellt werden. Der sehr geringe Gewichtsanteil des Comonomeren im Vergleich zu der den Kern bildenden Polymerphase bewirkt, daß keine nennenswerte Veränderung der polymeren Materialeigenschaften auftritt.
Die polymeren Mikropartikel lassen sich als Hohlkugeln ausgestalten, wenn nach erfolgter Synthese der Kern-Schale-Struktur der Kern mit einem Lösungsmittel, in dem die Schale unlöslich ist, herausgelöst wird (Anspruch 10).
Die gezielte Herstellung derartiger Mikropartikel mit dünner polarer Oberflächenpolymerphase zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß trotz der geringen Gewichtsanteile des Comonomeren im Partikel verschiedene Modifikationsmöglichkeiten der Mikropartikeloberfläche eröffnet werden, beispielsweise der Einbau von funktionellen Oberflächengruppen, die gezielte Erhöhung der Oberflächenladungsdichte, gezielt eingestellt werden. Der sehr geringe Gewichtsanteil des Comonomeren im Vergleich zu der den Kern bildenden Polymerphase bewirkt, daß keine nennenswerte Veränderung der polymeren Materialeigenschaften auftritt.
Die polymeren Mikropartikel lassen sich als Hohlkugeln ausgestalten, wenn nach erfolgter Synthese der Kern-Schale-Struktur der Kern mit einem Lösungsmittel, in dem die Schale unlöslich ist, herausgelöst wird (Anspruch 10).
Die gezielte Herstellung derartiger Mikropartikel mit dünner polarer Oberflächenpolymerphase zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß trotz der geringen Gewichtsanteile des Comonomeren im Partikel verschiedene Modifikationsmöglichkeiten der Mikropartikeloberfläche eröffnet werden, beispielsweise der Einbau von funktionellen Oberflächengruppen, die gezielte Erhöhung der Oberflächenladungsdichte, die gezielte Veränderung des Mikropartikelbrechungsindex, die gezielte Veränderung der Oberflächenpolarität etc. Die die Schale bildenden Polymerphasen sind bevorzugt hydrophilere Polymere (Anspruch 8) im Vergleich zu der den Kern bildenden Polymerphase, beispielsweise Polystyrol, Acrylate, verzweigte/unverzweigte Alkylacrylate, Alkylmethacrylate, Acrylsäurederivate, Vinylpyrrolidon, Vinylalkohole, Vinylacetate, Acrylamide, Alkylacryla ide.
Für bestimmte Anwendungen werden Mikropartikel mit weicher, deformierbarer Oberfläche gewünscht. Dies wird erzielt durch Herstellung von Mikropartikeln unter Einsatz von polaren und eine niedrige Glasstemperatur (Anspruch 9) aufweisenden Comonomeren. Eine weiche Mi-kropartikeloberf-lächenpolymerphase erlaubt auch eine gewisse Deformation der Partikel unter äußerem Druck, wenn diese mit Metall beschichtet sind. Dadurch kann auch eine bessere Haftung der Oberflächenpolymerphase mit anderen sehr feinen Partikeln, z. B. anorganischen, keramischen Partikeln von submikroskopischen Größen erzielt werden.
Die Stabilität der Mikropartikel in Dispersion stellt eine der wichtigsten Voraussetzungen für deren Metallbeschichtung dar. Erfindungsgemäß wird die Stabilität der Mikropartikel durch Maßnahmen verbessert, die direkt oder indirekt die elektrostatischen und/oder sterischen Wechselwirkungen der Mikropartikel untereinander in der Dispersion beeinflußen. Als sterischer Stabilisator wird bevorzugt ein Polyvinylpyrollidon-Polymerisat verwendet. Prinzipiell sind für das Verfahren auch andere Polymere als Stabilisator geeignet, insbesondere Polyvinylmethylether,
ERSATZBLATT Eine dritte erfindungsgemäße Möglichkeit der Einbringung geladener, polarer Oberflächengruppen in polymere Mikropartikel ist die Verwendung von wasser¬ löslichem Initiator, bevorzugt 2, 2'-Azobis-(2-Amidinopropan)-dihydrochlorid bei der Polymerisation (Anspruch 14). Bei Einsatz dieses Initiators erhält man je nach dem pH- Wert unterschiedlich starke elektrische Oberflächenladungen der polymeren Mikropartikel.
Weitere, für das Verfahren geeignete wasserlösliche Initiatoren sind beispielsweise 2, 2'- Azobis-(N-Phenylamidinopropan)-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis-(N,N"-Dimethylen- amidinopropan)-dihydrochlorid, 2, 2'-Azobis-[N-(2-Hydroxyethyl)-Amidinopropan]- dihydrochlorid oder deren Dinitratsalze.
Die genannten Möglichkeiten der Einbringung geladener Oberflächengruppen in polymere Mikropartikel können entweder einzeln oder kombiniert angewendet werden.
Die erfindungsgemäßen polymeren Mikropartikel, die eine sehr gute Monodispersität bezüglich der Partikelmorphologie und -große aufweisen (Anspruch 3), sind in Figur 1 abgebildet.
Ausgehend von diesen polymeren Mikropartikeln mit geladener Oberfläche wird der Beschichtungsprozess durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die Mikropartikel unter Verwendung von Destillations-, Filtrations- oder Zentrifugationstechniken aus dem organischen Dispersionsmedium zunächst in eine wäßrige Dispersion überführt (Anspruch 4). Bei diesem Schritt kann ein Reinigungsprozess der Mikropartikel mittels verschiedener Methoden, z. B. Zyklus von Zentrifugation/Redispergierung, Filtration,
Dialyse oder Serum-Replacement oder Kombination der genannten Methoden durchgeführt werden.
Zu den in Wasser dispergierten polymeren Mikropartikeln wird eine Dispersion oder kolloidale Lösung von gegensinnig geladenen Partikeln gegeben, die im wesentlichen aufgrund ihrer Ladung an die polymeren Mikropartikel adsorbieren und eine dünne gleichmäßige Schicht um diese bilden.
Für eine Metallbeschichtung polymerer Mikropartikel kommen prinzipiell alle Edellmetalle, Schwermetalle und Übergangsmetalle wie Au, Pd, Pt, Ag, Cu, Fe, Ni, Co, Cd, W, Rh, As, AI, Zr, Mn, Pb, Cr, und Kombination dieser Metalle sowie Legierungen dieser Metalle in Betracht. Zum Einsatz kommen sie in Form von elektrisch geladenen, bevorzugt negativ geladenen Metall-Solen. Die Metall-Solen der verschiedenen Metallarten werden mittels Reduktion des Metall- Ions in wäßriger Lösung hergestellt. Hierzu werden zunächst die Metallsalze, beispielsweise HAuClzj aq, PdCl2, in Wasser gelöst. Dazu wird unter Rühren entweder ein anionischer Emulgator, z. B. Natriumdodecylbenzolsulfonat oder ein kationischer Emulgator, z. B. Dodecyltrimethylammoniumbromid, zugesetzt. Nach weiterem Rühren wird dieser Lösung ein Reduktionsmittel, z. B. Hydrazin, NaBH4- oder NaHPθ2- Lösung, zugegeben. Die Metall-Sole entstehen in sehr kurzer Zeit, in der Regel innerhalb von 10 Minuten.
Durch Zugabe von Emulgatoren unterschiedlicher Typen, z. B. anionischen und kationischen Emulgatoren, werden die entstandenen kolloidalen Metall-Sol-Partikel einerseits stabilisiert und andererseits erhalten sie geladene Oberflächengruppen entsprechend den eingesetzten Emulgatortypen; z. B. positiv beim Einsatz kationischer und negativ beim Einsatz anionischer Emulgatoren. Nicht-ionische Emulgatoren sind prinzipiell auch möglich, wirksam werden dann aber nur die Ladungen der Metallionen. All diese Reaktionen erfolgen bei Zimmertemperatur ohne aufwendige Schutzmaßnahmen. Die so hergestellten Metall-Sole besitzen je nach der Metallart sehr charakteristische Farben. Bei Gold (Au)-Solen, die mit anionischen bzw. kationischen Emulgatoren.behandelt wurden, resultieren weinrote Gold-Solen.
Untersuchungen der hergestellten Metall-Solen mittels Transmissions¬ elektronenmikroskopie (TEM) zeigten, daß die Metall-Sol-Partikel in der Regel Durchmesser von 5-20 nm aufweisen. Die Metall-Sol-Partikelgrößen bzw. Größenverteilung können durch Variation der Konzentration des zu reduzierenden
Metallions, durch die Menge des eingesetzten Reduktionsmittels und der eingesetzten Stabilisatoren, z. B. Emulgatoren verschiedener Typen, gesteuert werden. Die Metall- Sole sind sehr stabil. Beispielsweise zeigen Gold (Au)/Natriumdodecylbenzolsulfonat - Sole sehr gute Lagerungsfähigkeit bei Zimmertemperatur und können problemlos einige Wochen ohne Qualitätsverlust gelagert werden.
Die Menge an Metall-Sole, die für die Bildung einer Quasi-Monoschicht aus Metall-Sol- Partikeln auf den Mikropartikeln notwendig ist, wird aus der spezifischen Oberfläche der vorgelegten Mikropartikel und der spezifischen Oberfläche der Metallsole berechnet, wobei ein Überschuß an Metall-Sole keine negativen Auswirkungen hat.
Der Beschichtungsprozess ist bereits nach kurzer Zeit abgeschlossen. Die beschichteten polymeren Mikropartikel werden anschließend gereinigt und getrocknet. Diese mit Metall-Sol-Partikeln sehr gleichmäßig beschichteten Mikropartikel können sowohl als Endprodukt direkt oder auch als Ausgangsmaterial für die weitere Metallbeschichtung verwendet werden. Die auf der Mikropartikeloberfläche adsorbierte Metall-Sol-Partikelschicht dient dabei als Metallsubstrat, welches für eine gleichmäßige Beschichtung mittels Reduktion des erwünschten Metallions notwendig ist.
Die weitere Metallbeschichtung der Mikropartikel wird durch einfache Reduktion des gewünschten Metall-Ions oder durch Anwendung von kommerziellen "electroless plating" Lösungen der verschiedenen Metall-Lösungen durchgeführt. Zum Beispiel kann die polymere Mikropartikel-Dispersion im Wasserbad bis zur gewünschten Temperatur erwärmt und nach dem Erreichen der "elektroless plating "-Temperatur die vorberechnete Menge an "elektroless plating" Lösungen in die Mischung zugetropft werden. Auf diese Art können beliebig dicke Metallbeschichtungen realisiert werden.
Hinsichtlich dickerer Metallschichten hat das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber konventionellen Beschichtungsverfahren auch den Vorteil, daß eine direkte Metallbeschichtung mit einer einzigen Metallsorte auf den Mikropartikeloberflächen durchgeführt werden kann, wenn zuvor die entsprechenden Metall-Sol-Partikel auf den Mikropartikeloberflächen adsorbiert wurden.
Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich also auf einfache Weise, bei niedrigem Arbeits- und Energieaufwand, mit hoher Ausbeute und niedriger Abwasserbelastung monodisperse polymere Mikropartikel herstellen mit - definierter Form, insbesondere Kugelform und gut haftender Deckschicht, insbesondere glatter Metallschicht definierter
Dicke.
Durch Comonomere auf die Oberfläche von polymeren Mikropartikeln aufgebrachte funktioneile Gruppen können nicht nur als Ladungsträger dienen, sondern auch chemische Bindungen eingehen. Dadurch lassen sich beispielsweise Proteine an funktionelle Gruppen wie beispielsweise Aminogruppen binden.
Neben der Beschichtung polymerer Mikropartikel mit Metallen ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf den Gebieten der Biologie und Medizin von großem Interesse. An die geladenen polymeren Mikropartikel lassen sich prinzipiell alle gegensinnig geladene Teilchen adsorbieren, beispielsweise entsprechend modifizierte, d.h. mit Ladungen versehene Antikörper, Antigene, oder andere biologisch aktive Substanzen (Anspruch konventionellen Beschichtungsverfahren auch den Vorteil, daß eine direkte Metallbeschichtung mit einer einzigen Metallsorte auf den Mikropartikeloberflächen durchgeführt werden kann, wenn zuvor die entsprechenden Metall-Sol-Partikel auf den Mikropartikeloberflächen adsorbiert wurden.
Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich also auf einfache Weise, bei niedrigem Arbeits- und Energieaufwand, mit hoher Ausbeute und niedriger Abwasserbelastung monodisperse polymere Mikropartikel herstellen mit definierter Form, insbesondere Kugelform und - gut haftender Deckschicht, insbesondere glatter Metallschicht definierter
Dicke.
Durch Comonomere auf die Oberfläche von polymeren Mikropartikeln aufgebrachte funktioneile Gruppen können nicht nur als Ladungsträger dienen, sondern auch chemische Bindungen eingehen. Dadurch lassen sich beispielsweise Proteine an funktioneile Gruppen wie beispielsweise Aminogruppen binden.
Neben der Beschichtung polymerer Mikropartikel mit Metallen ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf den Gebieten der Biologie und Medizin von großem Interesse. An die geladenen polymeren Mikropartikel lassen sich prinzipiell alle gegensinnig geladene Teilchen adsorbieren, beispielsweise entsprechend modifizierte, d.h. mit Ladungen versehene Antikörper, Antigene, oder andere biologisch aktive Substanzen (Anspruch 15). Bei Verwendung innen hohler polymerer Mikropartikel kann man auf diese Weise neuartige Drug-Carrier-Systeme bzw. Drug- Delivery-Systeme, also Transportsysteme für Therapeutika (Anspruch 17), erhalten.
Monodisperse, metallbeschichtete polymere Mikropartikel können in verschiedenen Bereichen angewandt werden, und zwar als: Katalysatoren (Anspruch 18) - Intrinsisch leitende Kunststoffmaterialien beliebiger Formen (Anspruch 19), anisotrop leitende Abstandshalter zwischen zwei Platten für beliebige Abstände im μm-Bereich, insbesondere in der Mikroelektronik, beispielsweise bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen (Anspruch 20), Material für Bauteile in Mikrostruktursystemen (Anspruch 23) - Composite Material zwischen Polymeren und keramischen Oxiden, magnetische Mikropartikel z.B. für die Immunologie (Anspruch 21), Pigment- oder Tonträgermaterialien (Anspruch 22),
ERSATZBLÄΠΓ Standard-Proben für Eichzwecke, z.B. in der Licht- und
Elektronenmikroskopie, bei Zentrifugationsanalysen,
Lichtstreuungsanalysen oder Filtrations- oder
Chromatographietechniken.
In den folgenden Ausführungsbeispielen ist das Verfahren zur Herstellung polymerer Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche sowie deren Beschichtung mit Metall-Sol-Partikeln im einzelnen erläutert. Es werden zunächst allgemeine Verfahrensmerkmale beschrieben.
Die folgenden Materialien wurden zur Synthese von polymeren Mikropartikeln bzw. zu deren Beschichtung verwendet: Monomere, Styrol [Fluka, p. a.] z. B. als Haupt-Monomer und Dimethylaminoethylmethacrylat [Fluka, p.a.] z. B. als Comonomer; Das verwendete Monomer Styrol wurde durch dreimaliges Ausschütteln mit 10 Gew.%iger NaOH-Lösung von Inhibitoren befreit, dreimal mit bidestilliertem Wasser gewaschen, und dann über
CaCl2 [Fluka, p.a.] getrocknet. Das so gereinigte Monomer wurde bei vermindertem Druck unter N2- Atmosphäre (99,99% rein) destilliert. EntStabilisierung und Destillation des Monomers wurde vor jedem Versuch frisch durchgeführt. Bei der Destillation wurde nur die mittlere Fraktion zur Synthese weiterverwendet. Das als Comonomer verwendete Dimethylaminoethyl-methacrylat und das als Vernetzungreagenz verwendete Divinylbenzol
(DVB) [Fluka, 55 Gew.%] wurden ohne weitere Reinigung zur Synthese verwendet. Das als Dispersionsmedium verwendete absolute Ethanol [Firma Fluka, p.a.], 2-Methoxyethanol [Fluka, p. a.] und Isopropanol [Fluka, p. a.] wurden ohne weitere Reinigung zur Synthese verwendet.
Das durch Ionenaustauscher entionisierte Wasser wurde mittels einer Quarzdestilla¬ tionsanlage vom Typ Bi.4 [Firma Heraeus] destilliert. Das Wasser wurde anschließend mit D-5 Porzellanfiltern (Porendurchmesser 1,5 μm) zur Entstaubung filtriert. Es wurde stets dieses bidestillierte und entstaubte Wasser zur Synthese bzw. Reaktion verwendet.
Der verwendete öl-lösliche Initiator, Azobisisobutyronitril (AIBN) [Fluka] wurde dreimal in abs. Ethanol [Fluka, p.a.] bei Zimmertemperatur umkristallisiert und dann im Exsikkator über CaCl2 unter Vakuum getrocknet und bei 4 °C aufbewahrt. Der verwendete wasserlösliche Initiator, 2, 2'-Azobis-(2-Amidinopropan)-hydrochlorid [Firma Polyscience] wurde dreimal in Wasser/Aceton-Mischung umkristallisiert.
Als Inhibitor wurde eine 1 Gew.%ige Lösung von Hydrochinon [Fluka, p.a.] verwendet, um
ERSATZBLATT bei der gravimetrischen Feststoffgehaltsbestimmung oder nach der Beendigung der Synthese die weitere Polymerisation zu verhindern. Die Menge an Inhibitorlösung zum Abstoppen der Polymerisation entsprach 1 Gew.% (Hydrochinonlösung) bezogen auf die eingesetzte Monomermenge.
Das als Stabilisator verwendete Polyvinylpyrrolidon-Polymerisat (PVP-30K) [Fluka; Molekulargewicht MN=40000 g/mol] wurde ohne weitere Reinigung zur Synthese eingesetzt. Als Costabilisatoren wurden Emulgatoren wie Natrium-dodecylbenzolsulfonat [Fluka, Techn.], Natrium-dodecylsulfat [Firma Lancaster, p.a.], Dodecyltrimethylammoniumbromid [Fluka, p.a.] und Hexadecylpyridiniumchlorid [Fluka, p.a.] verwendet. Die in technischem Natrium-dodecylbenzolsulfonat enthaltenen Undefinierten organischen und anorganischen Verunreinigungen wurden durch wiederholte Fraktionierung z. B. durch wiederholtes Ausethern entfernt. Die anderen verwendeten Emulgatoren waren von analytischem Grad (p.a.) und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Die verwendeten Emulgatoren wurden wegen ihrer hygroskopischen Eigenschaften stets im Exsikkator über CaCl2 aufbewahrt.
Die zur Metall-Sol-Herstellung eingesetzten Metall-Salze, z. B. HAUCI4 H2O und PdCl2 waren p.a. und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Die verwendeten Reduktionsmittel NaBH4 [Fluka], NaHPÜ2 und Hydrazin wurden ohne weitere Reinigung zur Reaktion verwendet.
Bei der Herstellung von polymeren Mikropartikeln wurde ein Reaktor verwendet, bestehend aus 2 Liter- Vierhalsrundkolben mit KPG-Rührer, Teflonrührblatt, Rückflußkühler, Stickstoffanschluß und Probenentnahmerohr und im Wasserbad durch ein Kontakt-Thermometer auf ±0,5 °C temperiert. Die Rührgeschwindigkeit betrug 60 U/min.
Die gewählte Rührgeschwindigkeit war ausreichend, um eine Sedimentation der wachsenden Partikel zu verhindern. Unkontrolliertes Partikelwachstum wurde damit vermieden.
Zunächst wurden die Reaktionskomponenten, zum Beispiel Haupt-Monomer, Comonomer,
Stabilisator, Dispersionsmedium und/oder Vernetzungsreagenz und/oder Costabilisator in den Reaktor zusammengebracht und bei Zimmertemperatur unter N2-Unterleitung (eingeleitet über eine getrocknete CaCl2-Säule) für ca. 2 Std. langsam gerührt. Danach wurde die Reaktionsmischung in einem Wasserbad, das ±0,5°C genau kontrolliert wurde, auf die gewünschte Temperatur (z. B. 70°C) erwärmt.
Nach dem Erreichen der gewünschten Polymerisationstemperatur wurde die Polymerisation
ERSATZBLÄΓT durch Einspritzen der Initiatorlösung gestartet. Die Polymerisation trat schon wenige Minuten (ca. 5-6 Min.) nach der Initiierung ein.
In der Regel betrug der Umsatz ca. 24 Std. nach dem Initiierungsvorgang über 80 %. Um einen möglichst vollständigen Umsatz der eingesetzten Monomeren zu gewährleisten, wurde die Polymerisation für weitere 48 Std. durchgeführt. Die Polymerisationstemperatur von 70 °C wurde nach 24 Std. auf 75 °C erhöht. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf die resultierenden Partikelgrößen und Partikelmorphologien.
Nach der Beendigung der Polymerisation wurde die Inhibitorlösung zur Dispersion zugegeben (1 Gew.% bezogen auf die Monomeren-Teile), und die Reaktionsmischung wurde schnell mit einer Eis/Wasser-Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die fertige Mikropartikel-Dispersion wurde dann durch gereinigte Glaswolle direkt in eine Polyethylenflasche filtriert und aufbewahrt.
Die Mikropartikelgrößenanalyse wurde mittels Elektronenmikroskopie durchgeführt.
Die Adsorption der Metall-Sol-Partikel auf die Mikropartikeloberfläche wurde durch einfaches Mischen und Rühren beider Komponenten erzielt. Zunächst wurde die Mikropartikel-Dispersion in einen einfachen Gefäß vorgelegt. Die Metall-Sole wurden dann entweder langsam zugetropft oder portionsweise beim Rühren zugegeben. Dieser Vorbehandlungsschritt zeigte keinen Einfluß auf die Stabilität der polymeren Mikropartikel. Die Adsorptionszeit betrug 6 Stunden.
Nach diesem Arbeitsschritt wurden die mit Metall-Sol-Teilchen gleichmäßig bedeckten polymeren Mikropartikel gereinigt und getrocknet.
Die folgenden konkreten Beispiele beziehen sich jeweils auf die allgemeine Verfahrensbeschreibung. Kennzeichnend für alle folgenden Beispiele ist, daß keinerlei Koagulation der polymeren Mikropartikel eintrat.
Beispiel 1:
Die Reaktionskomponenten (110 g Styrol, 0,22 g Divinylbenzol, 22,2 g Polyvinylpyrollidon (PVP-30 K), 5,5 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 1,1 g
ERSATZBLATT Azobisisobutyronitril, 1 kg Ethanol) wurden unter den obengenannten Reaktionsbedingungen bei der Polymerisationstemperatur von 70 °C für 24 Std. und weitere 48 Std. bei 75 °C, in einem Reaktor mit 2 Liter Reaktionsvolumen, bei der Rührgeschwindigkeit von 60 Umdrehungen pro Minute (Upm) durchgeführt. Der Umsatz betrug 97 %.
Es trat keine Koagulation der polymeren Mikropartikel, die sehr stabil waren, auf. Die rasterelektronenmikroskopische (REM) Analyse ergab, daß die resultierenden Mikropartikel sehr regulär kugelförmig und monodispers sind. Die resultierenden Mikropartikel besitzen einen mittleren Durchmesser von 1 ,45μm mit einer Standardabweichung von 1,9 %.
Beispiel 2:
Die Reaktionskomponenten (250 g Styrol, 0,5 g Divinylbenzol, 25 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 6,25 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 2,5 g Azobisisobutyronitril, 1 kg Ethanol) wurden wie im Beispiel 1 behandelt. Der Umsatz betrug 98 %. Es resultierten sehr stabile, regulär kugelförmige Mikropartikel mit einen mittleren Durchmesser von l,82um mit einer Standardabweichung von 1,6 %.
Beispiel 3 .
Die Reaktionskomponenten (110 g Styrol, 2,2 g Divinylbenzol, 22,2 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 5,5 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 1,1 g Azobisisobutyronitril, 1 kg Ethanol) wurden wie im Beispiel 1 behandelt. Auch hier betrug der Umsatz 98 %. Es resultierten sehr stabile polymere Mikropartikel mit einen mittleren Durchmesser von 1 ,75μm mit einer Standardabweichung von 4,7 %. Diese Mikropartikel besaßen keine exakte Kugelgeometrie, sondern waren etwas irregulär geformt. Damit ist es möglich, relativ hoch vernetzte und stabile nichtkugelförmige polymere Mikropartikel gezielt herzustellen.
In den folgenden Beispielen wurde Dimethylaminoethylmethacrylat als Comonomer verwendet. Als Initiator wurde entweder der öllösliche Initiator, Azobisisobutyronitril (AIBN) oder der wasserlösliche kationische Initiator, 2, 2'-Azobis-(2-Amidinopropan)- dihydrochlorid verwendet. Der letztere wurde als wäßrige Lösung in die Reaktionsmischung zugegeben. Als Dispersionsmedium wurden die organischen Lösungsmittel, Ethanol, 2-Methoxy-Ethanol oder Isopropanol oder deren Mischung verwendet.
ERSATZBLATT Beispiel 4
Reaktionskomponenten: 110 g Styrol, 2,20 g Dimethylaminoethylmethacrylat, 2,2 g Divinylbenzol, 22,2 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 5,55 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 1,15 g 2,2'-Azobis-(2-Amidinopropan)- dihydrochlorid gelöst in 20 g Wasser, 1 kg Ethanol. Reaktionsbedingungen wie im Beispiel 1 mit Ausnahme der Temperatur, die 70°C für 24 h und weitere 72 h 75 °C betrug. Der Umsatz betrug 97 %.
Es resultierten sehr stabile, nicht regulär kugelförmige Mikropartikel mit einen mittleren Durchmesser von 2,47μm mit einer Standardabweichung von 6,0 %.
Beispiel 5:
Reaktionskomponenten: 250 g Styrol, 5 g Dimethylaminoethylmethacrylat, 0,5 g Divinylbenzol, 25,1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 6,27 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 2,55 g Azobisisobutyronitril, 1 kg Ethanol.
Durchführung wie in Beispiel 4. Der Umsatz betrug 98 %. Es resultierten sehr stabile, sehr regulär kugelförmige Mikropartikel mit einen mittleren Durchmesser von 2,29um mit einer Standardabweichung von 3,4 %.
Beispiel 6
Reaktionskomponenten: 380 g Styrol, 7,6 g Dimethylaminoethylmethacrylat, 0,76 g Divinylbenzol, 23,8 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 5,95 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 3,87 g Azobisisobutyronitril, 800 g Ethanol. Durchführung wie in Beispiel 1. Der Umsatz betrug 97 %. Es resultierten sehr stabile, sehr regulär kugelförmige Mikropartikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung, wobei der eine Teil einen mittleren Durchmesser von 12,54μm mit einer Standardabweichung von 14,4 % und der andere Teil einen mittleren Durchmesser von 5,09μm mit einer Standardabweichung von 26 % aufwies.
Bei den folgenden Beispielen wurden die polymeren Mikropartikel in einem Dispersionsmedium aus einer homogenen Mischung aus Ethanol/2-Methoxyethanol (1/1) oder reinen Isopropanol hergestellt. Die verwendeten organischen Lösungsmittel beeinflußten die resultierenden polymeren Mikropartikelgrößen bzw. Größenverteilung.
Beispiel 7
Als Dispersionsmedium wurde eine homogene Mischung von Ethanol/2-Methoxy-Ethanol
ERSATZBLATT (1/1) zur Synthese von polymeren Mikropartikeln eingesetzt. Die Reaktion wurden unter den gleichen Reaktionsbedingungen wie beim Beispiel 1 durchgeführt. Der Umsatz betrug 97 %.
Reaktionskomponenten: 240 g Styrol, 4,8 g Dimethylaminoethylmethacrylat, 0,48 g Divinylbenzol, 20,9 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 5,23 g
Dodecyltrimethylammoniumbromid, 2,4 g Azobisisobutyronitril, 400 g Ethanol, 400 g 2- Methoxy-Ethanol. Auch hier resultierten sehr stabile, sehr regulär kugelförmige Mikropartikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung, wobei der eine Teil einen mittleren Durchmesser von 12,47μm mit einer Standardabweichung von 14,4 % und der andere Teil einen mittleren Durchmesser von 4,94um mit einer Standardabweichung von 25,1 % aufwies.
Beispiel 8:
Durchführung wie Beispiel 7. Reaktionskomponenten: 200 g Styrol, 4,0 g Dimethylaminoethylmethacrylat, 0,4 g Divinylbenzol, 20,1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP-30 K), 5,0 g Dodecyltrimethylammoniumbromid, 2,04 g Azobisisobutyronitril, 800 g Isopropanol. Der Umsatz betrug 97,4 %. Es resultierten sehr stabile, sehr regulär kugelförmige Mikropartikel mit einen mittleren Durchmesser von 4,89μm mit einer Standardabweichung von 28,0 %.
Die polymeren Mikropartikel, deren Synthese in den Beispielen 1 bis 8 dargestellt ist, wurden direkt anschließend an die Synthese einem Beschichtungsverfahren unterzogen. Die Beschichtung mit Metall wird in den folgenden Beispielen näher erläutert. Die zur Beschichtung der polymeren Mikropartikel verwendeten Metall-Sole, z.B. Gold-Sole, Palladium-Sole, wurden bei Zimmertemperatur wie folgt hergestellt:
0,1 g HAUCI4 H2O bzw. 0.1 g PdCl2 wurden in 470 g bidestilliertem und entstaubtem Wasser gelöst. Zu dieser Gold- bzw. Palladium-Lösung wurde dann unter Rühren 5 g 1 Gew.%iger Natrium-dodecylbenzolsulfonat- oder Natrium-dodecylsulfat-Lösung zugegeben. Nach 20 Min. wurden dann zu dieser Natrium-dodecylbenzolsulfonathaltigen Gold- oder Palladium-Lösung 25 g NaBH-|.-Lösung (0,125 g gelöst in 25 ml Wasser) langsam innerhalb 15 Min. zugetropft. Nach ca. 15 Min. gehen die anfangs schwach gelblichen Metallsalz-Lösungen vollständig in ein sehr intensiv weinrotes Gold-Sol bzw. ein intensiv dunkelbraunes Palladium-Sol über.
Die Metall-Sol-Partikelgrößen wurden mittels der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bei hoher Vergrößerung analysiert. Die hergestellten Gold-Sole bestanden aus sehr feinen Gold-Partikeln mit einem Durchmesser von ca. 10 nm mit sehr guter
ERSATZBLATT Monodispersität. Bei der Anwendung von kationischen Emulgatoren wurden in der Regel etwas größere und polydispersere Partikel erhalten. Beispielsweise zeigten die mit den kationischen Emulgatoren Dodecyltrimethylammoniumbromid oder Hexadecylpyridiniumchlorid hergestellten Gold-Sol-Partikel Durchmesser zwischen ca. 10 und 40 nm. Bei Einsatz von Palladiumsalz zur Herstellung von Palladium-Sol wiesen die resultierenden Partikel in der Regel kleinere Durchmesser als bei Einsatz von Goldsalz auf. Die hergestellten Metall-Sole werden im Dunkeln aufbewahrt.
Beispiel 9: 0,1 g (Trockengewicht) der aus Beispiel 2 erhaltenenen polymeren Mikropartikeln wurde in etwa 10 g wässriger HCl-Lösung redispergiert. Zu dieser Mikropartikeldispersion wurden dann 100 ml Gold-Sol zugegeben. Anschließend wurde für ca. 6 Stunden geschüttelt. Die Mikropartikel wurden danach durch Filtration oder Zentrifugation isoliert und mit Wasser gereinigt und getrocknet. Die anfangs weißen Polystyrolpartikel sind nun sehr intensiv weinrot. Die REM- Analyse ergab, daß diese kugelförmigen Polystyrolpartikel mit feinen Gold-Sol-Partikeln gleichmäßig bedeckt worden sind. Die Elementanalyse mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops ergab ebenfalls, daß die Partikeloberfläche mit metallischem Gold beschichtet war.
Beispiel 10:
0,1 g (Trockengewicht) von den aus Beispiel 4 erhaltenenen polymeren Mikropartikeln wurde in 10 g wäßriger HCl-Lösung mit saurem pH-Wert redispergiert. Zu dieser polymeren Mikropartikeldispersion wurden dann 100 ml Gold-Sol zugegeben. Anschließend wurde für ca. 6 Stunden geschüttelt und dann die Mikropartikel gereinigt und getrocknet. Die REM- Analyse ergab, daß diese nicht-regulär kugelförmigen
Polystyrolpartikel mit feinen Gold-Sol-Partikeln sehr gleichmäßig bedeckt worden sind.
Beispiel 11:
Zur Herstellung von Mikropartikeln mit dickerer Goldschicht wurden 0,1 g von den mit Gold beschichteten Polystyrolmikropartikeln aus Beispiel 10 in 20 g HCl-Lösung (ρH= 4) redispergiert. Diese Dispersion wurde dann in einem Wasserbad unter Rühren auf 88 °C erhitzt. Nach dem Erreichen dieser Temperatur wurden 250 ml Auroelektroless SMT-G- Lösung (Handelsname der "elektroless-Gold-plating" Lösung der Firma LeaRonal, USA) langsam innerhalb von 30 min. zugetropft. Anschließend wurde die Dispersion für weitere 20 min. gerührt und danach abgekühlt. Die resultierenden goldbeschichteten polymeren Mikropartikel wurden durch Filtration getrennt und mittels eines Rasterelektronenmikroskops untersucht. Sie wiesen eine sehr gleichmäßige, glatte
ERSATZBLATT

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel, insbesondere metallbeschichteter polymerer Mikropartikel, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst polymere Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche, bevorzugt mit positiv geladener Oberfläche, in einem Lösungsmittel synthetisiert werden und diese polymeren Mikropartikel mit elektrisch geladener Oberfläche anschließend mit gegensinnig geladenen Partikeln, bevorzugt mit negativ geladenen Metall-Sol- Partikeln, zur Reaktion gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese der polymeren Mikropartikel mittels Dispersionspolymerisation erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten polymeren Mikropartikel weitgehend monodispers sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in einem organischen Lösungsmittel, insbesondere Ethanol, einer Ethanol/Alkoxyethanol-Mischung oder Isopropanol und die Beschichtung der polymeren Mikropartikel in wässrigem Lösungsmittel erfolgt .
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Monomer Styrol Verwendung findet.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Comonomer Dimethylaminoethylmethacrylat und/oder Dimethylaminoethylacrylat Verwendung findet.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die polymeren Mikropartikel eine Kern-Schale-Struktur aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale aus hydrophilem Material besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer der Schale eine niedrige Glastemperatur besitzt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer des Kerns herausgelöst wird, so daß eine Hohlkugel erhalten wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die polymeren Mikropartikel einen Durchmesser zwischen 1 und 100 μm, insbesondere zwischen 2 und 30 μm, besitzen.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des bei der Polymerisationsreaktion eingesetzten Vernetzungsreagenz zwischen 0,05 und 0,5 Gewichtsprozent liegt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Polymerisation kationischer Emulgator als Costabilisator verwendet wird, insbesondere Dodecyltrimethylammoniumbromid und/oder
Hexyldodecylpyridiniumchlorid.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Polymerisation wasserlöslicher Initiator verwendet wird, insbesondere
2, 2'-Azobiso-(2-Amidinopropan)-dihydrochlorid.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als gegensinnig geladene Partikel organische Verbindungen und/oder biologisch aktive Substanzen, insbesondere Antikörper oder Enzyme verwendet werden.
16. Polymere Mikropartikel, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine elektrisch geladene Oberfläche aufweisen.
17. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als Transportsysteme, insbesondere als
Transportsysteme für Therapeutika im menschlichen oder tierischen Körper.
18. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als Katalysatoren.
19. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als intrinsisch leitendes Kunststoffmaterial.
20. Verwendung von nach 'einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als elektrisch anisotropleitende Abstandshalter zwischen zwei Platten, insbesondere in Flüssigkristallanzeigen.
21. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als magnetische Mikropartikel, insbesondere auf dem Gebiet der Immunologie.
22. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als Pigmentpartikel und/oder Tonträgermaterialien.
23. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten beschichteten polymeren Mikropartikeln als Material für Bauteile in der Mikrostrukturtechnik.
PCT/DE1995/000185 1994-02-18 1995-02-15 Verfahren zur herstellung beschichteter polymerer mikropartikel WO1995022639A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19944405156 DE4405156C1 (de) 1994-02-18 1994-02-18 Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel
DEP4405156.5 1994-02-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO1995022639A2 true WO1995022639A2 (de) 1995-08-24
WO1995022639A3 WO1995022639A3 (de) 1995-10-12

Family

ID=6510536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1995/000185 WO1995022639A2 (de) 1994-02-18 1995-02-15 Verfahren zur herstellung beschichteter polymerer mikropartikel

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4405156C1 (de)
WO (1) WO1995022639A2 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2734580A1 (fr) * 1995-05-23 1996-11-29 Fraunhofer Ges Forschung Procede pour la preparation de particules de polymere metallisees, materiau polymere prepare par le procede et son utilisation
WO1997033162A1 (en) * 1996-03-08 1997-09-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for measuring the quantity of a polymeric or pre-polymeric composition
WO1999023152A1 (de) * 1997-11-03 1999-05-14 Helmut Kahl Elektrisch leitfähiger füllstoff und verfahren zu dessen herstellung
EP1392872A2 (de) * 2001-05-25 2004-03-03 Northwestern University Nicht legierende Core-Shell-Nanopartikel
EP1514880A1 (de) * 2003-09-11 2005-03-16 Shinwa Chemical Industries, Ltd. Verfahren zur Beschichtung auf einer festen Substratoberfläche mit feinen Partikeln
US8735496B2 (en) 2009-05-04 2014-05-27 Merck Patent Gmbh Method for producing hydrophilic poly-N-vinylpyrrolidone and use thereof
US8945513B2 (en) 2011-03-18 2015-02-03 International Business Machines Corporation Star polymer nanoshells and methods of preparation thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10159192B4 (de) * 2001-11-29 2006-05-18 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Nanodrähte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956535A (en) * 1974-01-30 1976-05-11 Rca Corporation Metal plated or platable article
WO1983001453A1 (en) * 1981-10-21 1983-04-28 Ugelstad, John Process for preparing an aqueous dispersion of organic material and optionally further conversion to a polymer dispersion
EP0093279A2 (de) * 1982-04-24 1983-11-09 Bayer Ag Metallisierte Polymergranulate, ihre Herstellung und Verwendung
WO1987004190A1 (en) * 1985-12-30 1987-07-16 General Electric Company Fabrication of electrical conductor by augmentation replacement process
EP0348565A1 (de) * 1984-07-25 1990-01-03 Rohm And Haas Company Polymerisate mit einem alkaliunlöslichen Kern und einer alkalilöslichen Schale und Zusammensetzungen damit
EP0485699A2 (de) * 1990-11-13 1992-05-20 International Business Machines Corporation Aktivierung eines Substrats zur anschliessenden stromlosen Plattierung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3438291A1 (de) * 1984-10-19 1986-04-24 Röhm GmbH, 6100 Darmstadt Verfahren zur herstellung einer waessrigen ueberzugsmitteldispersion und ihre verwendung zum ueberziehen von arzneimitteln
FR2613372B1 (fr) * 1987-04-03 1989-06-09 Rhone Poulenc Chimie Particules composites polymere/metal compactes, dispersions aqueuses desdites particules, leur procede de preparation et leur application en biologie
JP2692182B2 (ja) * 1988-10-28 1997-12-17 三菱マテリアル株式会社 銀被覆球状樹脂の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956535A (en) * 1974-01-30 1976-05-11 Rca Corporation Metal plated or platable article
WO1983001453A1 (en) * 1981-10-21 1983-04-28 Ugelstad, John Process for preparing an aqueous dispersion of organic material and optionally further conversion to a polymer dispersion
EP0093279A2 (de) * 1982-04-24 1983-11-09 Bayer Ag Metallisierte Polymergranulate, ihre Herstellung und Verwendung
EP0348565A1 (de) * 1984-07-25 1990-01-03 Rohm And Haas Company Polymerisate mit einem alkaliunlöslichen Kern und einer alkalilöslichen Schale und Zusammensetzungen damit
WO1987004190A1 (en) * 1985-12-30 1987-07-16 General Electric Company Fabrication of electrical conductor by augmentation replacement process
EP0485699A2 (de) * 1990-11-13 1992-05-20 International Business Machines Corporation Aktivierung eines Substrats zur anschliessenden stromlosen Plattierung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 14, no. 326 (C-740) (4269) 12. Juli 1990 & JP,A,02 118 079 (MITSUBISHI METAL CORP.) 2. Mai 1990 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2734580A1 (fr) * 1995-05-23 1996-11-29 Fraunhofer Ges Forschung Procede pour la preparation de particules de polymere metallisees, materiau polymere prepare par le procede et son utilisation
WO1997033162A1 (en) * 1996-03-08 1997-09-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for measuring the quantity of a polymeric or pre-polymeric composition
US6037180A (en) * 1996-03-08 2000-03-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method for measuring the quantity of a polymeric or pre-polymeric composition
WO1999023152A1 (de) * 1997-11-03 1999-05-14 Helmut Kahl Elektrisch leitfähiger füllstoff und verfahren zu dessen herstellung
EP1392872A2 (de) * 2001-05-25 2004-03-03 Northwestern University Nicht legierende Core-Shell-Nanopartikel
EP1392872A4 (de) * 2001-05-25 2004-08-11 Univ Northwestern Nicht legierende core-shell-nanopartikel
AU2002341539B2 (en) * 2001-05-25 2007-06-28 Northwestern University Non-alloying core shell nanoparticles
EP1514880A1 (de) * 2003-09-11 2005-03-16 Shinwa Chemical Industries, Ltd. Verfahren zur Beschichtung auf einer festen Substratoberfläche mit feinen Partikeln
US8735496B2 (en) 2009-05-04 2014-05-27 Merck Patent Gmbh Method for producing hydrophilic poly-N-vinylpyrrolidone and use thereof
US8945513B2 (en) 2011-03-18 2015-02-03 International Business Machines Corporation Star polymer nanoshells and methods of preparation thereof
US9597405B2 (en) 2011-03-18 2017-03-21 International Business Machines Corporation Star polymer nanoshells and methods of preparation thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO1995022639A3 (de) 1995-10-12
DE4405156C1 (de) 1995-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1425322B1 (de) Formkörper aus kern-mantel-partikeln
US5814687A (en) Magnetic polymer particle and process for manufacturing the same
DE60010500T2 (de) Verbundnanopartikel sowie deren konjugate mit biomolekülen
DE10228228A1 (de) Formkörper aus Kern-Mantel-Partikeln
DE3536397A1 (de) Poroeses verbundmaterial, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung zur abtrennung von metallelementen
DE69303602T2 (de) Herstellung von oberflächenfunktionalisierten polymer-teilchen
DE69016306T2 (de) Dispersion von Verbundpartikeln.
DE69015391T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilchen.
US5560960A (en) Polymerized phospholipid membrane mediated synthesis of metal nanoparticles
DE4405156C1 (de) Verfahren zur Herstellung beschichteter polymerer Mikropartikel
EP2024069A1 (de) Darstellung von mikro- und nanaporen-massenanordnungen durch selbstorganisation von nanopartikeln und sublimationstechnik
EP2134889B1 (de) Materialsystem und verfahren zur dessen herstellung
DD234871A5 (de) Keimverfahren zur herstellung von verbesserten vernetzten copolymerteilchen
WO2005075078A2 (de) Verfahren zur herstellung von monodispersen acrylhaltigen perlpolymerisaten
EP2501842B1 (de) Verfahren zur räumlich aufgelösten vergrösserung von nanopartikeln auf einer substratoberfläche
US4943482A (en) Metallized particles of crosslinked polymer, process for their preparation and their application in the manufacture of electrically conductive materials
WO2009016248A1 (de) Verfahren zur herstellung von mit anorganischen nanopartikeln beschichteten feinteiligen, hochoberflächigen materialien, sowie deren verwendung
DE19547777A1 (de) Beschichtungsverfahren
DE2910414A1 (de) Verfahren zur herstellung von polyglutaraldehyd und seine verwendung
Xia et al. Preparation of silver-poly (acrylamide-co-methacrylic acid) composite microspheres with patterned surface structures
WO2010086408A1 (de) Verfahren zur herstellung photovernetzbarer nanopartikel im kontinuierlichen reaktor
DE69114674T2 (de) Verfahren zu herstellung von mikrokapseln.
EP1569867B1 (de) Verfahren zur herstellung von metallisierten nanopartikel und nanoskopischen strukturen
WO2007012333A2 (de) Substrat mit raümlich selektiver metallbeschichtung, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung
DE10240956B4 (de) Heterogene Kern-Schale Mikrogele mit mehrstufigem Schaltverhalten

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase