WO2016198494A1 - Method for producing inorganic hollow microspheres - Google Patents

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WO2016198494A1
WO2016198494A1 PCT/EP2016/063100 EP2016063100W WO2016198494A1 WO 2016198494 A1 WO2016198494 A1 WO 2016198494A1 EP 2016063100 W EP2016063100 W EP 2016063100W WO 2016198494 A1 WO2016198494 A1 WO 2016198494A1
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stream
aqueous phase
gas
oil phase
emulsion
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PCT/EP2016/063100
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German (de)
French (fr)
Inventor
Max SIEBERT
Holger Kreusch
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/06Making microcapsules or microballoons by phase separation
    • B01J13/14Polymerisation; cross-linking
    • B01J13/18In situ polymerisation with all reactants being present in the same phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0016Granular materials, e.g. microballoons

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing inorganic hollow microspheres, in particular hollow glass microspheres.
  • Hollow microspheres typically have ball diameters between 1 and 1000 ⁇ and spherical wall thicknesses ranging from 1 to 10% of the ball diameter. They are characterized in particular by the fact that they have a large surface area and a large volume in relation to their mass.
  • the range of possible spheroidal wall materials ranges from glass, ceramic-forming oxides and mixed oxides, silicates and aluminosilicates, polymers and polycondensates to metals.
  • Micro hollow spheres are suitable for a variety of different applications. Due to their large specific surface they are used for the immobilization of active substances and catalysts. The enclosed interior of the hollow spheres combined with the frequently encountered suitability to store substances allows their use in "drug delivery systems".
  • hollow microspheres Due to their low density compared to solid spheres, hollow microspheres, in particular inorganic hollow microspheres, are widely used as additives or fillers for building and construction materials.
  • the inorganic hollow microspheres are used not only to reduce the density and thus the weight of construction and construction materials, but also to increase the abrasion resistance or to reduce the thermal expansion and to reduce the viscosity of formulations. This often makes it possible to save other - sometimes expensive - additives.
  • Cenospheres are hollow spheres of aluminosilicate obtained during the washing process of filter dust originating from coal combustion in coal-fired power plants and having grain sizes in the range of 0.01 to 500 ⁇ m "Cenospheres" and the limited ability to optimize their properties to meet specific application requirements have led to the development of many alternative manufacturing processes.
  • spherical wall Another possibility is the reaction of two components at the phase interface between disperse phase, containing component (1), and continuous phase, containing component (2), to form a spherical wall.
  • a liquid or solid template core (“ Sacrificial core ") within the formed spherical wall, which must be subsequently removed by dissolution, evaporation or thermolysis to obtain a hollow microsphere (hollow microsphere).
  • gaseous templates has, inter alia, the advantage that, after the formation of the spherical wall, no liquid or solid template core remains in the spherical interior of the micro (hollow) sphere, which subsequently has to be removed at great expense.
  • Microfluidic systems contain channels or cavities with cross-sectional dimensions in the submillimeter range, through which not only liquids but also gases can flow.
  • a special feature of the microfluidic systems is that due to the small cross-sectional dimensions Flows are typically laminar, allowing targeted control of flows
  • a liquid in the microsystem does not consist of individual phases but of several distinct phases (compartments).
  • the compartmented fluids form a dispersion (emulsion) of two or more fluids that do not mix in the microsystem.
  • the use of the compartmented fluids has the particular advantage that an axial dispersion of the separated phases (almost) completely omitted (see, for example, H. Song et al., Angew Chem 2003, 792, 1145).
  • a microfluidic-based process for producing hollow microspheres with a spherical shell of hydrophobic silica nanoparticles using nitrogen bubbles as gaseous templates is described in MH Lee, V. Prasad, D.
  • the preparation of the hollow microspheres in this process comprises the steps of: (a) generating a pressure-regulated continuous nitrogen stream (G), a continuous stream of an oil phase (O) consisting of hydrophobic silica nanoparticles and toluene, and a stream of a aqueous phase (W) consisting of poly (vinyl alcohol) and water, (b) combining the streams in a microfluidic assembly to form a gas-in-oil-in-water emulsion (G / O / W emulsion) from monodisperse micro oil drops (O) each containing a nitrogen bubble (G) enclosed in continuous aqueous phase (W), (c) vaporizing toluene to form a spherical shell of hydrophobic silica nanoparticles, and (d) isolating the hollow microspheres.
  • a disadvantage of this method is that it can in principle only with certain nanoparticles, such as hydrophobic silica nanoparticles, perform.
  • J.Wan, H.A. Stone, Langmuir 2012, 28, 37-41 describes a process for producing hollow microspheres with a spherical wall made of silicon dioxide, in which individual gas bubbles also serve as templates.
  • the process comprises the steps of: (a) providing a pressure-regulated continuous nitrogen stream (G), (b) introducing the continuous nitrogen stream (G) into a continuous stream of an aqueous phase (W) containing deionized water, glycerol and sodium dodecyl sulfate (SDS (c) introducing said G / W emulsion into a continuous stream of an oil phase (O) containing polydimethylsiloxane (PDMS) and Surfactant 749 producing a stream of monodisperse drops of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion), each enclosing a nitrogen bubble, (d) introducing a further stream of an oil phase (W / O) laterally containing PDMS and
  • a disadvantage of the last-described method is, on the one hand, that in addition to the hollow microspheres, solid silica spheres (ie spheres consisting solely of silicon dioxide and containing no enclosed nitrogen bubble) are always formed, with the result that the yield of hollow spheres is lower fails and an additional process step is required to separate the solid spheres.
  • Even slight changes in the content of 3,3,3-trifluoropropyltrichlorosilane in the oil phase can destroy the G / W / O emulsion.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved process for the production of inorganic hollow microspheres.
  • the process should enable the formation of hollow spheres in high selectivity.
  • the method should also Allow position of inorganic hollow microspheres with the least possible polydispersity.
  • the object is achieved by a method for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
  • Ball walls made of a variety of inorganic solids there are no particular restrictions with regard to the selection of inorganic solids. The only requirement is that a corresponding inorganic precursor compound is available, which is sufficiently stable in the aqueous phase, not to completely or partially unreacted before the formation of the G / W / O emulsion, and on any other suitable manner can be selectively activated in order to be converted into an inorganic solid in the aqueous phase can.
  • hollow microspheres is understood as meaning hollow spheres having an outer sphere diameter of between 1 and 1000 ⁇ m
  • the spherical walls of the hollow microspheres typically have a wall thickness of between 1 and 40% of the outer sphere diameter
  • Inorganic hollow microspheres are understood to mean those hollow microspheres which have a spherical wall of an inorganic material.
  • the gas stream (G) is preferably passed through a microchannel having an internal cross-sectional diameter of from 1 to 1000 ⁇ m, more preferably from 5 to 500 ⁇ m and very particularly preferably from 10 to 300 ⁇ m.
  • microchannel is generally understood to mean a channel with a round or rectangular cross-section, the inner diameter or inner diagonal of which is between 1 and 1000 ⁇ m.
  • the entire process is carried out in a microfluidic system ("microfluidic system").
  • microfluidic system means any microfluidic device having at least three inputs for supplying the fluids and at least one outlet for providing the G / W / O emulsion
  • the "microfluidic system” contains channels or other cavities which have a typical cross-sectional dimension in the micrometer range in at least one direction
  • the "microfluidic system” is preferably designed as a chip
  • the dispersion regions are at a certain distance from the inputs to the fluid The distance is preferably at least 2 mm.
  • the gas stream contains one or more gases selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen chloride, hydrogen, helium, neon, and argon.
  • the gas stream contains air, oxygen, nitrogen, argon or mixtures thereof, most preferably the gas stream contains carbon dioxide.
  • the volume flow of the gas stream (G) through the microchannel is preferably from 0.01 to 50 ml-h - particularly preferably 0.1 to 20 ml-h- 1 and very particularly preferably 0.5 to 10 ml-h- 1 .
  • the proportion of hollow spheres can be increased in relation to the regularly produced by-product solid spheres, if the introduction of the gas stream (G) in the microfluidic system is not - as often happens - with a syringe pump, but instead under Use of a flow regulator with integrated thermo or pressure sensor.
  • the most commonly used flow regulators are pressure operated flow regulators (eg, syringe pumps and pressure pumps).
  • the pressure-operated flow regulators differ in that some of them directly measure and regulate the pressure within the microfluidic system (eg, pressure pumps) while others (eg, syringe pumps) provide flow rate control.
  • the movable piston of a syringe is slowly pressed in by a stepping motor, thereby injecting the liquid in the syringe into the microfluidic component.
  • the syringe pump has the disadvantage of pulsations in the mechanical advancement, each time the stepper motor injects fluid into the microfluidic system in a forward motion. These pulsations are particularly pronounced when large amounts of fluid to be injected with the syringe pump.
  • the flow controllers offer integrated thermal sensors (commercially available, for example from the company Bronkhorst Gurttig GmbH under the name Bronkhorst ® gas flow measurement controller F211, Bronkhorst ® digital controller E7100 and the flow regulators with integrated pressure sensors, for example available from Fluigent under the name MFCS TM Microfluidic Flow Control System, consisting of a precision pressure pump, microfluidic pressure sensor and feedback control loop have the advantage that they have no moving or mechanical parts.
  • a flow regulator with integrated thermo or pressure sensor is used.
  • Preferred embodiments of the method according to the invention achieve values of greater than 95: 5.
  • the volume flow of the gas stream (G) accordingly varies during the execution of the method preferably by less than 0.1 ml-h - more preferably less than 0.05 ml-h - 1 and most preferably less than 0.01 ml-h -
  • the stream of an aqueous phase (W) is preferably conducted through one or two microchannels with cross-sectional diameters of 1 to 1000 ⁇ m, particularly preferably 10 to 1000 ⁇ m and very particularly preferably 20 to 600 ⁇ m.
  • the ratio of the volume flows between gas stream and stream of an aqueous phase is preferably from 10: 1 to 1: 2, particularly preferably from 5: 1 to 1: 1, very particularly preferably from 2: 1 to 1: 1.
  • the volume flow of the flow of an aqueous phase (W) through the microchannel is preferably from 0.01 to 50 ml-h - particularly preferably 0.1 to 20 ml-h- 1 and very particularly preferably 0.5 to 10 ml-h -
  • the aqueous phase (W) generally contains at least 1.0% by weight of water, preferably at least 10% by weight of water, more preferably at least 15% by weight of water, based on the total mass of the aqueous phase.
  • the aqueous phase (W) generally contains from 1, 0 to 99 wt .-% of the at least one inorganic precursor compound, based on the total mass of the aqueous phase.
  • the aqueous phase (W) preferably contains from 10 to 90% by weight and more preferably from 20 to 85% by weight of the at least one inorganic precursor compound.
  • the viscosity of the aqueous phase (W) of 0.1 to 200 mPa «s.
  • the viscosity by Vis is preferably from 0.5 to 50 mPa 's, more preferably from 0.8 to 25 and most preferably from 1, 0 to 10 mPa «s.
  • the temperature of the aqueous phase is 2 to 90 ° C, preferably 10 to 80 ° C, particularly preferably 25 to 75 ° C.
  • the aqueous phase (W) may contain other components in addition to water and at least one inorganic precursor compound. Basically, these are not required. Depending on which inorganic precursor compound is added to the aqueous phase (W), however, it may be advantageous or even necessary to increase the viscosity and / or targeted change of other physical quantities of the aqueous phase (W) a cosolvent and / or a To add anionic surfactant. This is the case in particular if otherwise no stable stream of dispersed droplets of aqueous phase enclosing a gas bubble (G / W / O emulsion) can be formed.
  • the aqueous phase (W) contains an anionic surfactant.
  • Suitable anionic surfactants are, for example, alkylcarboxylates, alkylbenzenesulfonates, alkanesulfonates and fatty alcohol sulfates. Furthermore, alkyl phosphonates and fatty alcohol phosphates and zwitterionically charged surfactants may be included. If anionic surfactants are added, these are preferably selected from the group of fatty alcohol sulfates and alkyl sulfonates. The anionic surfactants can be used in an amount of 0 to 10 wt .-%, based on the total weight of the aqueous phase.
  • Suitable co-solvents are, for example, monohydric, dihydric and polyhydric alcohols and mixtures thereof.
  • Suitable monohydric alcohols are those having 1 to 6 carbon atoms, such as, for example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutanol and tert-butanol.
  • Suitable dihydric alcohols are, in particular, those having 2 to 6 carbon atoms, in particular ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and propylene glycol.
  • Suitable polyhydric alcohols are those having 3 to 6 carbon atoms, such as For example, glycerol and sorbitol, of which glycerol is particularly preferred.
  • the cosolvent can be used in an amount of up to 80% by weight, preferably from 0 to 40% by weight, based on the total weight of the aqueous phase.
  • the aqueous phase (W) contains, in addition to water and at least one inorganic precursor compound as a further component, a nonionic surfactant.
  • the aqueous phase particularly preferably contains a nonionic surfactant selected from the group consisting of polyalkylene glycol ethers, alkylglucosides, alkylpolyglucosides and alkylphenol ethoxylates.
  • a nonionic surfactant selected from the group consisting of polyalkylene glycol ethers, alkylglucosides, alkylpolyglucosides and alkylphenol ethoxylates.
  • Further nonionic surfactants are, for example, surfactants based on silicones and (per) fluorinated surfactants.
  • the aqueous phase (W) alkyl polyglucosides such as Triton ® CG-110 (Dow Chemicals), or Glucopon ® DK225 (BASF) contains.
  • the nonionic surfactant may be used in an amount of 0 to 10% by weight based on the total weight of the aqueous phase.
  • the aqueous phase (W) preferably contains from 0.001 to 2.0 wt .-% and particularly preferably from 0.01 to 0.5 wt .-% of a non-ionic surfactant, based on the total weight of the aqueous phase.
  • the stream of an oil phase (O) is preferably conducted through one or two microchannels with cross-sectional diameters of 1 to 1000 ⁇ m, particularly preferably 10 to 1000 ⁇ m and very particularly preferably 20 to 600 ⁇ m.
  • the ratio of the volume flows of oil phase (O) to aqueous phase (W) per channel is preferably from 200: 1 to 2: 1, particularly preferably from 100: 1 to 3: 1, very particularly preferably from 50: 1 to 4: 1.
  • the volume flow of the flow of an oil phase (O) through the microchannel (s) is preferably from 0.05 to 200 ml- h_1 , more preferably from 0.1 to 100 ml-h- 1 and most preferably from 0.5 to 20 ml-h - 1 per channel.
  • the oil phase (O) usually contains as nonpolar solvent mineral oils, vegetable oils, animal oils, silicone oils, perfluorinated oils, for example perfluoroether or perfluoroalkanes or partially fluorinated alkanes or mixtures thereof.
  • Suitable mineral oils are for example Cobersol ® B25, B40 and H120.
  • Suitable vegetable oils are, for example, jojoba oil, olive oil, sunflower oil, soybean oil, peanut oil, rapeseed oil, almond oil, palm oil, coconut oil, castor oil, wheat germ oil, grapeseed oil and thistle oil.
  • Suitable animal oils are especially trans and cod liver oil.
  • Suitable silicone oils are, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), suitable oils are for example perfluoriere Fluoronox ® L20 / 1, Fluoroinert ® FC-40 (3M) or Krytox ® GPL-oils (DuPont).
  • the oil phase contains one or more non-polar solvents selected from the group consisting of linear and branched Cs-C2o alkanes.
  • the oil phase (O) generally contains from 60 to 99.99% by weight of one or more nonpolar solvents, based on the total mass of the oil phase.
  • the oil phase (O) contains preferably 80 to 99.99% by weight, particularly preferably 90 to 99.99% by weight and very particularly preferably 95 to 99.99% by weight of one or more nonpolar solvents.
  • the oil phase (O) preferably contains one or more nonionic surfactants having an HLB value between 1, 5 and 8.
  • Preferred nonionic surfactants are selected from the group consisting of fatty alcohols, sterols, sorbitan fatty acid esters and polyalkylene ethers.
  • the oil phase (O) contains one or more nonionic surfactants selected from the group consisting of sorbitan isostearate (SPAN TM 120), sorbitan trioleate (SPAN TM 85), sorbitan monooleate (SPAN TM 80), sorbitan tristearate (SPAN TM 65), sorbitan stearate (SPAN TM 60), sorbitan sesquioleate (SPAN TM 83), glyceryl monostearate, sorbitan monopalmitate (SPAN TM 40) sorbitan laurate (SPAN TM 20), cetyl alcohol, stearyl alcohol and polyglycerol polyricinoleate (“PGPR”) or mixtures thereof.
  • sorbitan isostearate (SPAN TM 120), sorbitan trioleate (SPAN TM 85), sorbitan monooleate (SPAN TM 80), sorbitan tristearate (SPAN TM 65), sorbitan stearate (SPAN
  • the oil phase (O) usually contains 0.0001 to 2.0% by weight of these nonionic surfactants, based on the total weight of the oil phase.
  • the amount of nonionic surfactant added is preferably 0.001 to 1.0% by weight, more preferably 0.005 to 0.5% by weight.
  • the interfacial tension between the aqueous phase and the oil phase is generally from 20 to 80 mN-m.
  • the interfacial tension refers to forces that occur between two different phases that are in contact with each other. They form a common interface that is under interfacial tension.
  • the interfacial tension between the aqueous phase and the oil phase is preferably from 25 to 60 mN-m, more preferably from 30 to 60 mN-m. It has been found that the proportion of hollow spheres in relation to the by-produced solid spheres can also be increased if the nonionic surfactant is used in amounts which are preferably not above its critical micelle concentration (CMC).
  • CMC critical micelle concentration
  • the nonionic surfactant is used in an amount which is below its critical micelle concentration in the corresponding nonpolar solvent.
  • the oil phase (O) most preferably contains a surfactant amount comprised between 0.001% by weight and the critical micelle formation concentration.
  • the critical micelle formation concentration is the concentration of a surfactant in a certain continuous phase, above which aggregates of surfactant molecules - so-called micelles - begin to form.
  • the critical micelle concentration is not only dependent on the surfactant itself, but also in particular on the phase surrounding the surfactant.
  • the critical micelle formation concentration of many common nonionic surfactants has been determined in recent decades for various non-polar solvents. The critical micelle formation concentration can therefore usually be found in the specialist literature (see, for example, L. Peltonen, "The Behavior of Sorbitan Surfactants at the Water-Oil Interface: Straight-Chained Hydrocarbons from Pentanes to Dodecanes as on Oil Phase", J. Colloid 2001, 240, 272-276; H.
  • the viscosity of the oil phase (O) is generally from 0.01 to 50 mPa «s.
  • the viscosity is preferably from 0.1 to 10 mPa 's, more preferably from 0.2 to 5 mPa' s, and most preferably from 0.5 to 4 mPa «s.
  • the vapor pressure is generally less than 1 mbar (20 ° C).
  • the boiling point is generally 80 to 250 ° C, more preferably 100 to 250 ° C.
  • the first dispersion zone can have different concrete configurations.
  • FIG. 1 shows by way of example three widespread embodiments of the first dispersion zone.
  • the first dispersion zone can be designed as a T-shaped intersection (see FIG. 1 a).
  • the first dispersion zone here consists of two microchannels which are T-shaped interconnected.
  • the horizontal microchannel (Mw.ein) carries the flow of an aqueous phase (W) in the arrow direction to the T-shaped intersection, while the microchannel (Mcein) the gas flow (G) perpendicular to the flow direction of the aqueous phase (W) in the T-shaped Introduces a crossing.
  • the dimensions of the microchannels are chosen so that gas bubbles can form. This depends in particular on the ratio of the cross-sectional diameter between the feed opening to the T-shaped intersection (dcein) and outlet opening of the T-intersection (dc / w.off) to the microchannel (Mc / w.off). For only if the quotient dc.a dG w.a.
  • G gas flow
  • G / W emulsion continuous aqueous phase
  • FIG. 1 a this G / W emulsion is directed in the direction of the arrow out of the first dispersion zone.
  • the first dispersion zone consists of a planar channel system, which is characterized in that a horizontal microchannel crosses a microchannel perpendicular to it, so that the channel system has three supply openings. In this embodiment, therefore, three streams are merged into one, which is why this is often referred to by a so-called flow-focusing device (English: "flow-focusing device") or simply by flow-focusing.
  • the horizontal microchannel (Mcein) introduces the gas flow (G) into the intersection in the direction of the arrow.
  • the first dispersion zone here consists of an inner cylindrical microchannel and a coaxially arranged outer microchannel.
  • the outer microchannel the flow of an aqueous phase (W) is guided in the direction of the arrow, while the gas stream (G) is introduced into the aqueous phase (W) via the inner microchannel (Mcein) in such a way that it flows into the inlet opening (Dcein ) leave and form isolated gas bubbles.
  • the diameters of the inlet opening (dc.ein) and outlet opening (cross-sectional diameter dc / w.sub.out) are largely without influence on the gas bubble formation. Rather, in addition to the material properties of the gas phase and the aqueous phase, in particular the flow rate of the flow of an aqueous phase is crucial here. Only below a certain limit speed do isolated gas bubbles form. Further details on the influence of other physical quantities can be found in the articles cited above and S. Takeuchi et al., "An Axisymmetric Flow-Focusing Microfluidic Device", Advanced Materials 2005, 17, 1067-1072.
  • the cross section of the microchannels, the viscosity of the aqueous phase and the flow rates of the fluids conducted to the first dispersion zone are selected such that the gas bubbles produced have a diameter of 1 to 1000 ⁇ m.
  • the respective diameters of 5 to 500 ⁇ , more preferably from 10 to 300 ⁇ , most preferably from 30 to 200 ⁇ .
  • between 1 and 20 gas bubbles per microchannel may form per second.
  • the metastable state of the dispersed gas phase / continuous aqueous phase composition achieved with the formation of the G / W emulsion has a sufficiently long lifetime.
  • the dispersed gas bubbles remain until the formation of the spherical wall as delimited compartments.
  • the gas bubbles are almost exactly the same size and almost equidistant from each other. As a result, they reach the second dispersion zone according to process step (e) at always the same time intervals.
  • process step (e) the stream of dispersed gas bubbles in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) in a second dispersion zone is combined with a stream of an oil phase (O).
  • the second dispersion zone may have various concrete configurations.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a concrete embodiment of the second dispersion zone.
  • the embodiment shown in FIG. 2 is essentially identical to the possible embodiment of the first dispersion zone already described above and shown in FIG. 1 b).
  • the stream of dispersed gas bubbles generated in process step (d) in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) is introduced in the direction of the arrow into the second dispersion zone.
  • streams of an oil phase (O) are introduced in the direction of the arrow into the second dispersion zone.
  • the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) is pinched off in such a way that individual drops of the aqueous phase are formed, which in turn each contain a gas bubble.
  • the stream of emulsified, in each case a bubble enclosing drops of aqueous phase in the continuous oil phase (G / W / O emulsion) is formed, which emerges in the direction of arrow from the second dispersion zone.
  • the gas bubble trapped in the droplet of the aqueous phase subsequently remains unchanged.
  • the drops of the aqueous phase are emulsified by the continuous oil phase.
  • step (f) at least a portion of the at least one inorganic precursor compound is activated in the aqueous phase so that a polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered therein and a solid in the form of a spherical shell forms in the aqueous phase ,
  • the expression "in (the) aqueous phase” includes not only the aqueous phase itself, but also the phase interface to the oil phase and the phase boundary to the gas phase
  • the activation of at least a portion of the inorganic precursor compounds can be accomplished in a very different manner and is primarily tuned to the chosen inorganic precursor compound
  • an option may be to increase the pH or decrease the pH of the chosen inorganic precursor compound, and this possibility may be considered in particular when some or all of the inorganic precursor compounds have a pH-dependent reactivity having.
  • the activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound takes place in that the pH values in the oil phase are lowered by at least 1.5 pH units and at least part of the at least one inorganic precursor compound is Compound is protonated.
  • the present invention thus also provides a process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
  • the inorganic precursor compound is preferably selected from the group consisting of siloxanes (Si (OR) 4 ), alkyl siloxanes
  • the inorganic precursor compound is particularly preferably selected from the group consisting of soda waterglass, potassium silicate, lithium waterglass, ammonium waterglass and potassium methyl waterglass and mixtures from that.
  • the lowering of the pH in the oil phase (O) by at least 1.5 pH units is particularly preferably carried out by adding to the stream of dispersed droplets of the aqueous Phase in the continuous oil phase (G / W / O emulsion), a stream of another oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protonic acid is supplied.
  • Suitable protic acids are selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, acetic acid, methanesulfonic acid, phosphorous acid, sulfurous acid and p-toluenesulfonic acid.
  • the lowering of the pH in the oil phase (O) by at least 1.5 pH units is particularly preferably characterized in that the stream of dispersed, each enclosing a gas bubble drops of the aqueous Phase in the continuous oil phase (G / W / O emulsion) in a further oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protonic acid is passed.
  • the lowering of the pH in the oil phase by at least 1.5 pH units is particularly preferably effected by adding to the stream of dispersed droplets of the aqueous phase in the continuous oil which in each case include a gas bubble Phase (G / W / O emulsion), a stream of another oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protonic acid is supplied.
  • G / W / O emulsion gas bubble Phase
  • W / O another oil phase containing a non-polar solvent and a protonic acid
  • the activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound takes place in that the pH in the oil phase is increased by at least 1.5 pH units and at least part of the at least one inorganic precursor compound is deprotonated.
  • the present invention thus also provides a process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
  • the inorganic precursor compound is preferably selected from the group consisting of silicic acid and its low molecular weight condensates (such as di- or tri-silicic acid, meta-silicic acid), metal salts, e.g. Cersalts and mixtures thereof.
  • the inorganic precursor compound is particularly preferably selected from the group consisting of silicic acids, ammonium cerium nitrate, cerium chloride, cerium carbonate, cerium oxalate, cerium hydroxide and mixtures thereof.
  • Activation of at least a portion of the inorganic precursor compound can also be accomplished by increasing the temperature or by irradiating UV light.
  • the activation of at least a portion of the at least one inorganic precursor compound is effected by at least the temperature of the stream of dispersed droplets of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion), each including a gas bubble 15 ° C is increased and at least a portion of the at least one inorganic precursor compound forms radicals.
  • the present invention thus also relates in particular to a process for the production of inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
  • the present invention also relates in particular to a process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
  • the hollow spheres After the hollow spheres have been formed and the microemulsion system has optionally been cleaned or thermally post-treated, the hollow spheres are separated from the microemulsion system in a further after-treatment step.
  • FIG. 1 shows various specific embodiments of the first dispersion zone of the microfluidic structure in which streams of dispersed gas bubbles in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) can be formed;
  • Figure 1 a) shows schematically the dispersion formation at a T-shaped crossing;
  • FIG. 1 b) shows schematically the formation of monodisperse gas bubbles on a flow-focusing arrangement;
  • FIG. 1 c) shows schematically the dispersion formation in an arrangement.
  • FIG. 2 shows a concrete embodiment of the second dispersion zone of the microfluidic structure, in which streams of emulsified droplets of aqueous phase enclosing a gas bubble in continuous oil phase (G / W / O emulsion) can be formed.
  • Figure 3 shows schematically a way of activating the inorganic precursor compound in which activation is triggered by introducing into the G / W / O emulsion a stream of an oil phase 2 containing a proton acid downstream of the second dispersion zone and proton acid protonates at least a portion of the at least one inorganic precursor compound.
  • FIG. 4 shows a microfluidic structure for producing hollow microspheres.
  • the first flux-focusing arrangement (first dispersion zone) shown on the left serves to generate a stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the second flow-focusing arrangement (second dispersion zone) to produce a stream of emulsified, in each case a gas bubble enclosing drops of aqueous phase in a continuous oil phase (G / W / O emulsion).
  • FIG. 5 shows a scanning electron micrograph of a mixture of silicon dioxide-based hollow microspheres (partially crushed by exertion of pressure) and silicon dioxide-based micro-solid particles or microparticles.
  • FIG. 6 shows the microchannel (cross-sectional diameter: 200 ⁇ m) of a microfluidic structure with a flow of a continuous oil phase flowing in it, containing emulsified droplets of aqueous phase, each including a gas bubble.
  • FIG. 7 shows a microfluidic application for producing hollow microspheres directly in the microchannel.
  • the left and middle flux-focusing arrangements serve to generate a stream of emulsified droplets of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion) which in each case surround a gas bubble; the third current-combining arrangement, shown on the right, serves to initiate a solution which activates the inorganic precursor compound.
  • FIG. 8 shows a scanning electron micrograph of silicon dioxide-based hollow microspheres.
  • FIG. 9 shows a scanning electron micrograph of a sliced silicon dioxide-based hollow microspheres.
  • composition of the streams used gas phase: air
  • Aqueous phase 80.0% by weight of an aqueous sodium metasilicate solution (27% by weight)
  • Triton ® CG110 oil phase - 99.0 wt .-% Cobersol ® H 120
  • a microfluidic application has a laminar air stream (GAS; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannel 25 ⁇ ), which (by using a thermal mass flow controller Bronkhorst ® Digital controller E7100 and Bronkhorst ® gas flow measurement controller F211) was adjusted (with a stream of an aqueous phase W; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannels 50 ⁇ ) together in a first dispersion zone. This formed a stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase (G / W emulsion, cross-sectional diameter of the microchannel: 100 ⁇ ).
  • the stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase was introduced directly into a stream of an oil phase (O, 7.5 ml / h, cross-sectional diameter of the microchannels: 100 ⁇ ), resulting in a stream of individual, one gas bubble included emulsified droplets of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion, cross-sectional diameter of the microchannel: 100 ⁇ ), which was then passed into HCI-acidic isopropanol (6 M HCl in isopropanol). In the process, HCI-acidic isoporopanol dissolves in the oil phase.
  • Aqueous phase 80.0% by weight of an aqueous sodium metasilicate solution (27% by weight)
  • Oil phase - 99.0 wt .-% Cobersol ® H120
  • a microfluidic application as shown in Figure 6, has a laminar air stream (GAS; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannel 25 ⁇ ) having a (by using a thermal mass flow controller Bronkhorst ® Digital Controller E7100 and Bronkhorst ® gas flow measurement controller F211) guaranteed constant mass flow showed, (with a stream of an aqueous phase W; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannels 50 ⁇ ) in a first dispersion zone merged, resulting in a stream of dispersed Gas bubbles in aqueous continuous phase (cross-sectional diameter of the microchannel: 100 ⁇ m).
  • the flow of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase was introduced in a second dispersion zone into a stream of an oil phase (O, 7.5 ml / h, cross-sectional diameter of the microchannels: 100 ⁇ ), whereby a nearly perfect stream of emulsified, respectively a droplet of aqueous phase enclosing a gas bubble in continuous oil phase (cross-sectional diameter of the microchannel: 100 ⁇ m) was formed (see FIG. 7).
  • the thus generated stream was then introduced into a continuous stream of HCI-acidic isopropanol (W / O; 6 M HCl in isopropanol, 20 ml / hr, cross-sectional diameter of the microchannel: 200 ⁇ ).
  • FIG. 8 shows a scanning electron micrograph of the silicon dioxide-based hollow microspheres obtained thereby. It can also be seen that virtually no silicon dioxide-based microparticles are formed as by-products.
  • FIG. 9 shows that the microspheres actually obtained are hollow spheres.

Abstract

The invention relates to a method for producing inorganic hollow microspheres, having the following steps: (a) providing a gas flow (G) in a microchannel; (b) providing a flow of an aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound; providing a flow of an oil phase (O) containing a non-polar solvent and at least one surfactant; (d) combining the gas flow (G) and the flow of the aqueous phase (W) in a first dispersion zone, whereby the gas flow (G) separates and a flow of dispersed gas bubbles is formed in a continuous aqueous phase (G/W emulsion); (e) combining the flow of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G/W emulsion) and the flow of the oil phase (O) in a second dispersion zone, whereby the flow of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G/W emulsion) is constricted such that a flow of dispersed drops, each of which encloses a gas bubble, of the aqueous phase is formed in a continuous oil phase (G/W/O emulsion); (f) activating at least one part of the at least one inorganic precursor compound, whereby a polyaddition and/or polycondensation reaction is triggered in the dispersed drops of the aqueous phase (W), and the inorganic hollow microspheres are formed from the dispersed drops, each of which encloses a gas bubble, of the aqueous phase with the involvement of the at least one inorganic precursor compound; and (g) insulating the inorganic hollow microspheres.

Description

Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln, insbesondere Mikrohohlkugeln aus Glas.  The present invention relates to a process for producing inorganic hollow microspheres, in particular hollow glass microspheres.
Mikrohohlkugeln besitzen typischerweise Kugeldurchmesser zwischen 1 und 1000 μηη und Kugelwanddicken, die zwischen 1 und 10 % des Kugeldurchmessers betragen. Sie zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie bezogen auf ihre Masse eine große Oberfläche und ein großes Volumen aufweisen. Die Palette möglicher Kugelwandmaterialien reicht von Glas, keramikbildenden Oxiden und Mischoxiden, Silikaten und Alumosilikaten, Polymeren und Poly- kondensaten bis hin zu Metallen. Mikrohohlkugeln eignen sich für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen. Aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche werden sie zur Immobilisierung von Wirksubstanzen und Katalysatoren verwendet. Der abgeschlossene Innenraum der Hohlkugeln verbunden mit der vielfach anzutreffenden Eignung, Substanzen einlagern zu können, ermöglicht ihre Verwendung in „Drug-Delivery-Systemen". Hollow microspheres typically have ball diameters between 1 and 1000 μηη and spherical wall thicknesses ranging from 1 to 10% of the ball diameter. They are characterized in particular by the fact that they have a large surface area and a large volume in relation to their mass. The range of possible spheroidal wall materials ranges from glass, ceramic-forming oxides and mixed oxides, silicates and aluminosilicates, polymers and polycondensates to metals. Micro hollow spheres are suitable for a variety of different applications. Due to their large specific surface they are used for the immobilization of active substances and catalysts. The enclosed interior of the hollow spheres combined with the frequently encountered suitability to store substances allows their use in "drug delivery systems".
Aufgrund ihrer im Vergleich zu Vollkugeln geringen Dichte werden Mikrohohlkugeln, insbesondere anorganische Mikrohohlkugeln, in großem Umfang als Additive oder Füllstoffe für Bau- und Konstruktionsmaterialien eingesetzt. Dabei werden die anorganischen Mikrohohlkugeln nicht nur zur Verringerung der Dichte und damit des Gewichts von Bau- und Konstruktionsmaterialien eingesetzt, sondern auch zur Erhöhung der Abriebfestigkeit oder zur Verringerung der Wärmeausdehnung sowie zur Reduzierung der Viskosität von Formulierungen. Dadurch ist es häufig möglich, andere - teilweise teure - Additive einzusparen. Due to their low density compared to solid spheres, hollow microspheres, in particular inorganic hollow microspheres, are widely used as additives or fillers for building and construction materials. The inorganic hollow microspheres are used not only to reduce the density and thus the weight of construction and construction materials, but also to increase the abrasion resistance or to reduce the thermal expansion and to reduce the viscosity of formulations. This often makes it possible to save other - sometimes expensive - additives.
Die Nachfrage nach anorganischen Mikrohohlkugeln hat sich daher in den vergangenen 10 Jahren stetig erhöht. Ein Großteil des Bedarfs wird durch„Cenospheres" bedient. Dabei handelt es sich um Hohlkugeln aus Alumosilikat, welche beim Waschprozess von aus der Kohleverbrennung in Kohlekraftwerken stammendem Filterstaub gewonnen werden und Korngrößen im Bereich von 0,01 bis 500 μηη aufweisen. Die begrenzte Verfügbarkeit der„Cenospheres" sowie die begrenzten Möglichkeit, deren Eigenschaften im Hinblick auf bestimmte Anwen- dungserfordernisse optimieren zu können, führten zur Entwicklung zahlreicher alternativer Herstellungsverfahren. The demand for inorganic hollow microspheres has therefore steadily increased over the past 10 years. A large part of the demand is served by "Cenospheres", which are hollow spheres of aluminosilicate obtained during the washing process of filter dust originating from coal combustion in coal-fired power plants and having grain sizes in the range of 0.01 to 500 μm "Cenospheres" and the limited ability to optimize their properties to meet specific application requirements have led to the development of many alternative manufacturing processes.
Bereits seit langem werden Schmelzphasenverfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln eingesetzt, die den Entstehungsprozess von Alumosilikat-Hohlkugeln bei der Koh- leverbrennung in Kohlekraftwerken nachbilden. Allerdings sind auch hier die Möglichkeiten, Ein- fluss auf den Herstellungsprozess zu nehmen und so gezielt bestimmte Eigenschaften zu verändern, begrenzt. Moderne Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln nutzen in der Regel kugelförmige Template zur Erzeugung maßgeschneiderter Mikrohohlkugeln. Dabei wird die Kugelwand der Mikrohohlkugel regelmäßig an der Grenzfläche zwischen dem flüssigen bzw. festen kugelförmigen Templat-Kern (disperse Phase) und der den Templat-Kern umgebenden kon- tinuierlichen Phase ausgebildet. Die Ausbildung der Kugelwand an der Grenz- bzw. Oberfläche des Templat-Kerns kann das Ergebnis von Fällungsreaktion, Übersättigung oder Adsorption sein. Eine weitere Möglichkeit stellt die Reaktion zweier Komponenten an der Phasengrenzfläche zwischen disperser Phase, enthaltend Komponente (1 ), und kontinuierlicher Phase, enthaltend Komponente (2), unter Ausbildung einer Kugelwand dar. Dabei bleibt regelmäßig ein flüssiger bzw. fester Templat-Kern („Opferkern") innerhalb der ausgebildeten Kugelwand zurück, der im Anschluss durch Auflösen, Verdampfen oder Thermolyse entfernt werden muss, um eine hohle Mikrokugel (Mikrohohlkugel) zu erhalten. Melt-phase processes have long been used to produce inorganic hollow microspheres that simulate the formation process of aluminosilicate hollow spheres in coal combustion in coal-fired power plants. However, here too, the possibilities of influencing the production process and thus deliberately changing certain properties are limited. Modern processes for the production of inorganic hollow microspheres generally use spherical templates for the production of customized hollow microspheres. In this case, the spherical wall of the hollow microspheres is formed regularly at the interface between the liquid or solid spherical template core (disperse phase) and the continuous phase surrounding the template core. The formation of the spherical wall at the interface or surface of the template core may be the result of precipitation reaction, supersaturation or adsorption. Another possibility is the reaction of two components at the phase interface between disperse phase, containing component (1), and continuous phase, containing component (2), to form a spherical wall. In this case remains regularly a liquid or solid template core (" Sacrificial core ") within the formed spherical wall, which must be subsequently removed by dissolution, evaporation or thermolysis to obtain a hollow microsphere (hollow microsphere).
Industrielle Bedeutung haben bisher verschiedene Sprüh- und Vertropfungsverfahren, Wirbel- Schichtprozesse, Emulsionsverfahren sowie Suspensionsverfahren erlangt. Diese sind Gegenstand verschiedener Übersichtsartikel, siehe beispielsweise J. Bertling, J. Blömer, R. Kümmel, Chemie Ingenieur Technik 2003, 75, 669-678; J. Hu, M. Chen, X. Fang, L. Wu, Chem. Soc. Rev. 2011 , 40, 5472-54911 ; sowie die darin zitierte Literatur. Die Verwendung von anorganischen Mikrohohlkugeln als Additive bzw. Füllstoffe für Bau- und Konstruktionsmaterialien erfordert jedoch die Bereitstellung großer Mengen zu niedrigen Preisen. Auch unter diesem Gesichtspunkt besteht großes Interesse daran, neue und bessere Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln bereitzustellen. In der jüngeren Vergangenheit wurde gezeigt, dass sich maßgeschneiderte Mikrohohlkugeln auch mit Hilfe von gasförmigen Templaten in fluidischen Mikrosystemen herstellen lassen. Die Verwendung von gasförmigen Templaten hat unter anderem den Vorteil, dass nach der Ausbildung der Kugelwand kein flüssiger oder fester Templat-Kern im Kugelinneren der Mikro(hohl)- kugel zurückbleibt, der im Anschluss teilweise unter großem Aufwand entfernt werden muss. Industrial significance has been achieved by various spraying and dropping methods, fluidized bed processes, emulsion processes and suspension processes. These are the subject of various reviews, see, for example, J. Bertling, J. Blömer, R. Kümmel, Chemie Ingenieur Technik 2003, 75, 669-678; J. Hu, M. Chen, X. Fang, L. Wu, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5472-54911; and the literature cited therein. However, the use of inorganic hollow microspheres as additives for building and construction materials requires the provision of large quantities at low prices. From this point of view, too, there is great interest in providing new and better methods of producing inorganic hollow microspheres. In the recent past, it has been shown that customized hollow microspheres can also be produced with the aid of gaseous templates in fluidic microsystems. The use of gaseous templates has, inter alia, the advantage that, after the formation of the spherical wall, no liquid or solid template core remains in the spherical interior of the micro (hollow) sphere, which subsequently has to be removed at great expense.
Mikrofluidik-Systeme (engl,„microfluidic Systems") enthalten Kanäle oder Hohlräume mit Querschnittsdimensionen im Submillimeter-Bereich, durch die nicht nur Flüssigkeiten, sondern auch Gase strömen können. Eine besondere Eigenschaft der Mikrofluidik-Systeme besteht darin, dass wegen der geringen Querschnittsdimensionen die Strömungen typischerweise laminar sind, so dass eine gezielte Steuerung der Strömungen ermöglicht wird. In den vergangenenMicrofluidic systems (microfluidic systems) contain channels or cavities with cross-sectional dimensions in the submillimeter range, through which not only liquids but also gases can flow.A special feature of the microfluidic systems is that due to the small cross-sectional dimensions Flows are typically laminar, allowing targeted control of flows
Jahren hat sich daraus die sog. digitale Mikrofluidik entwickelt, bei der eine Flüssigkeit im Mikro- system nicht aus einzelnen Phasen, sondern aus mehreren, voneinander abgegrenzten Phasen (Kompartimente) besteht. Die kompartimentierten Fluide bilden eine Dispersion (Emulsion) aus zwei oder mehreren, sich im Mikrosystem nicht vermischenden Fluiden. Die Anwendung der kompartimentierten Fluide hat insbesondere den Vorteil, dass eine axiale Dispersion der voneinander abgegrenzten Phasen (nahezu) vollständig unterbleibt (vergleiche beispielsweise H. Song et al., Angew. Chem. 2003, 792, 1145). Ein Mikrofluidik-basiertes Verfahren zur Herstellung von Mikrohohlkugeln mit einer Kugelschale aus hydrophoben Siliziumdioxid-Nanopartikeln unter Verwendung von Stickstoff-Blasen als gasförmige Template ist beschrieben in M. H. Lee, V. Prasad, D. Lee, Langmuir Letter 2010, 26, 2227-2230. Die Herstellung der Mikrohohlkugeln umfasst in diesem Verfahren die Schritte: (a) Erzeugen von einem Druck-regulierten kontinuierlichen Stickstoffstrom (G), einem kontinuierlichen Strom einer Öl-Phase (O), bestehend aus hydrophoben Siliziumdioxid-Nanopartikeln und Toluol, und einem Strom einer wässrigen Phase (W), bestehend aus Poly(vinylalkohol) und Wasser, (b) Zusammenführen der Ströme in einer Mikrofluidik-Baueinheit unter Ausbildung einer Gas-in-ÖI-in-Wasser-Emulsion (G/O/W-Emulsion) bestehend aus monodispersen Mikro- Öltropfen (O), welche jeweils eine Stickstoff-Blase (G) eingeschlossen enthalten, in kontinuierlicher wässriger Phase (W), (c) Verdampfen von Toluol unter Ausbildung einer Kugelschale aus hydrophoben Siliziumdioxid-Nanopartikeln, und (d) Isolieren der Mikrohohlkugeln. From this, the so-called digital microfluidics developed, in which a liquid in the microsystem does not consist of individual phases but of several distinct phases (compartments). The compartmented fluids form a dispersion (emulsion) of two or more fluids that do not mix in the microsystem. The use of the compartmented fluids has the particular advantage that an axial dispersion of the separated phases (almost) completely omitted (see, for example, H. Song et al., Angew Chem 2003, 792, 1145). A microfluidic-based process for producing hollow microspheres with a spherical shell of hydrophobic silica nanoparticles using nitrogen bubbles as gaseous templates is described in MH Lee, V. Prasad, D. Lee, Langmuir Letter 2010, 26, 2227-2230. The preparation of the hollow microspheres in this process comprises the steps of: (a) generating a pressure-regulated continuous nitrogen stream (G), a continuous stream of an oil phase (O) consisting of hydrophobic silica nanoparticles and toluene, and a stream of a aqueous phase (W) consisting of poly (vinyl alcohol) and water, (b) combining the streams in a microfluidic assembly to form a gas-in-oil-in-water emulsion (G / O / W emulsion) from monodisperse micro oil drops (O) each containing a nitrogen bubble (G) enclosed in continuous aqueous phase (W), (c) vaporizing toluene to form a spherical shell of hydrophobic silica nanoparticles, and (d) isolating the hollow microspheres.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass es sich grundsätzlich nur mit bestimmten Nanoparti- kein, wie hydrophoben Siliziumdioxid-Nanopartikeln, durchführen lässt. A disadvantage of this method is that it can in principle only with certain nanoparticles, such as hydrophobic silica nanoparticles, perform.
In J. Wan, H. A. Stone, Langmuir 2012, 28, 37-41 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mikrohohlkugeln mit einer Kugelwand aus Siliziumdioxid beschrieben, bei dem ebenfalls einzelne Gasblasen als Template dienen. Das Verfahren umfasst die Schritte: (a) Bereitstellen eines Druck-regulierten kontinuierlichen Stickstoffstroms (G), (b) Einleiten des kontinuierlichen Stickstoffstroms (G) in einen kontinuierlichen Strom einer wässrigen Phase (W), enthaltend deionisiertes Wasser, Glycerin und Natriumdodecylsulfat (SDS), unter Erzeugung eines Stroms von monodispersen Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion), (c) Einleiten dieser G/W-Emulsion in einen kontinuierlichen Strom einer Öl-Phase (O) enthaltend Polydi- methylsiloxan (PDMS) und Tensid 749 unter Erzeugung eines Stroms von monodispersen, jeweils eine Stickstoff-Blase einschließenden Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl- Phase (G/W/O-Emulsion), (d) seitliches Einleiten eines weiteren Stroms einer Öl-Phase (W/O) enthaltend PDMS und 3,3,3-Trifluorpropyltrichlorsilan zu der G/W/O-Emulsion, wodurch an der Phasengrenze zwischen Öl und Wasser durch eine Sol-Gel-Reaktion zwischen 3,3,3-Trifluor- propyltrichlorsilan und Wasser eine Kugelwand aus Siliziumdioxid ausgebildet wird, und (e) Isolieren der Mikrohohlkugeln. J.Wan, H.A. Stone, Langmuir 2012, 28, 37-41 describes a process for producing hollow microspheres with a spherical wall made of silicon dioxide, in which individual gas bubbles also serve as templates. The process comprises the steps of: (a) providing a pressure-regulated continuous nitrogen stream (G), (b) introducing the continuous nitrogen stream (G) into a continuous stream of an aqueous phase (W) containing deionized water, glycerol and sodium dodecyl sulfate (SDS (c) introducing said G / W emulsion into a continuous stream of an oil phase (O) containing polydimethylsiloxane (PDMS) and Surfactant 749 producing a stream of monodisperse drops of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion), each enclosing a nitrogen bubble, (d) introducing a further stream of an oil phase (W / O) laterally containing PDMS and 3,3,3-trifluoropropyltrichlorosilane to the G / W / O emulsion, whereby at the phase boundary between oil and water by a sol-gel reaction between 3,3,3-trifluoropropyltrichlorosilane and un d water a ball wall of silicon dioxide is formed, and (e) isolating the hollow microspheres.
Nachteilig an dem zuletzt beschriebenen Verfahren ist zum einen, dass neben den Mikrohohlkugeln stets auch Siliziumdioxid-Vollkugeln (d.h. Kugeln, die allein aus Siliziumdioxid bestehen und keine eingeschlossene Stickstoff-Blase enthalten) gebildet werden, was zur Folge hat, dass die Ausbeute an Hohlkugeln geringer ausfällt und ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich ist, um die Vollkugeln abzutrennen. Zum anderen können bereits geringe Änderungen des Gehalts an 3,3,3-Trifluorpropyltrichlorsilan in der Öl-Phase die G/W/O-Emulsion zerstören. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln bereitzustellen. Vorteilhafterweise sollte das Verfahren die Bildung von Hohlkugeln in hoher Selektivität ermöglichen. Vorzugsweise sollte das Verfahren auch die Her- Stellung von anorganischen Mikrohohlkugeln mit möglichst geringer Polydispersität ermöglichen. A disadvantage of the last-described method is, on the one hand, that in addition to the hollow microspheres, solid silica spheres (ie spheres consisting solely of silicon dioxide and containing no enclosed nitrogen bubble) are always formed, with the result that the yield of hollow spheres is lower fails and an additional process step is required to separate the solid spheres. On the other hand, even slight changes in the content of 3,3,3-trifluoropropyltrichlorosilane in the oil phase can destroy the G / W / O emulsion. The object of the invention is therefore to provide an improved process for the production of inorganic hollow microspheres. Advantageously, the process should enable the formation of hollow spheres in high selectivity. Preferably, the method should also Allow position of inorganic hollow microspheres with the least possible polydispersity.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln, umfassend die Schritte: The object is achieved by a method for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
(a) Bereitstellung eines Gasstroms (G) in einem Mikrokanal; (a) providing a gas stream (G) in a microchannel;
(b) Bereitstellung eines Stroms einer wässrigen Phase (W), enthaltend Wasser und mindestens eine anorganische Vorläufer-Verbindung; (b) providing a stream of an aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound;
(c) Bereitstellung eines Stroms einer Öl-Phase (O), enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und mindestens ein Tensid; (d) Zusammenführung des Gasstroms (G) und Strom der wässrigen Phase (W) in einer ersten Dispersionszone, wodurch der Gasstrom (G) abreißt und ein Strom aus dispergierten Gasblasen in einer kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) gebildet wird; (c) providing a stream of an oil phase (O) containing a nonpolar solvent and at least one surfactant; (d) combining the gas stream (G) and aqueous phase stream (W) in a first dispersion zone whereby the gas stream (G) breaks down and a stream of dispersed gas bubbles is formed in a continuous aqueous phase (G / W emulsion);
Zusammenführung des Stroms aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) und des Stroms der Öl-Phase (O) in einer zweiten Dispersionszone, wodurch der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt wird, dass ein Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in einer kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet wird; Merging the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the stream of oil phase (O) in a second dispersion zone, whereby the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion ) is pinched off such that a stream of dispersed droplets of the aqueous phase, each enclosing a gas bubble, is formed in a continuous oil phase (G / W / O emulsion);
Physikalische oder chemische Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung, wodurch in den dispergierten Tropfen der wässrigen Phase (W) eine Polyadditions- und/oder Polykondensationsreaktion ausgelöst wird und unter Beteiligung der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung aus den dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase die anorganischen Mikrohohlkugeln gebildet werden; und Physical or chemical activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound, whereby a polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered in the dispersed droplets of the aqueous phase (W) and dispersed with the participation of the at least one inorganic precursor compound, respectively forming a bubble enclosing gas bubbles of the aqueous phase the inorganic hollow microspheres; and
(g) Isolierung der anorganischen Mikrohohlkugeln. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Mikrohohlkugeln herstellen, deren (g) Isolation of inorganic hollow microspheres. With the method according to the invention can be produced hollow microspheres whose
Kugelwände aus den verschiedensten anorganischen Feststoffen bestehen. Hinsichtlich der Auswahl an anorganischen Feststoffen bestehen grundsätzlich keine besonderen Beschränkungen. Erforderlich ist lediglich, dass eine entsprechende anorganische Vorläufer-Verbindung zur Verfügung steht, die zum einen in wässriger Phase hinreichend stabil ist, um nicht schon vor der Bildung der G/W/O-Emulsion ganz oder teilweise unkontrolliert abzureagieren, und zum anderen auf irgendeine geeignete Weise gezielt aktiviert werden kann, um in wässriger Phase in einen anorganischen Feststoff überführt werden zu können. Unter dem Begriff„Mikrohohlkugeln" sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Hohlkugeln mit einem Außenkugeldurchmesser zwischen 1 und 1000 μηη zu verstehen. Die Kugelwände der Mikrohohlkugeln haben typischerweise eine Wandstärke, die zwischen 1 und 40 % des Au- ßen-Kugeldurchmessers beträgt. Unter dem Begriff„anorganische Mikrohohlkugeln" sind solche Mikrohohlkugeln zu verstehen, die eine Kugelwand aus einem anorganischen Material aufweisen. Ball walls made of a variety of inorganic solids. In principle, there are no particular restrictions with regard to the selection of inorganic solids. The only requirement is that a corresponding inorganic precursor compound is available, which is sufficiently stable in the aqueous phase, not to completely or partially unreacted before the formation of the G / W / O emulsion, and on any other suitable manner can be selectively activated in order to be converted into an inorganic solid in the aqueous phase can. For the purposes of the present invention, the term "hollow microspheres" is understood as meaning hollow spheres having an outer sphere diameter of between 1 and 1000 μm The spherical walls of the hollow microspheres typically have a wall thickness of between 1 and 40% of the outer sphere diameter "Inorganic hollow microspheres" are understood to mean those hollow microspheres which have a spherical wall of an inorganic material.
In Verfahrensschritt (a) wird der Gasstrom (G) vorzugsweise durch einen Mikrokanal mit einem Innenquerschnittsdurchmesser von 1 bis 1000 μηη, besonders bevorzugt von 5 bis 500 μηη und ganz besonders bevorzugt von 10 bis 300 μηη geführt. In process step (a), the gas stream (G) is preferably passed through a microchannel having an internal cross-sectional diameter of from 1 to 1000 μm, more preferably from 5 to 500 μm and very particularly preferably from 10 to 300 μm.
Unter dem Begriff„Mikrokanal" (engl,„microchannel") ist im Allgemeinen ein Kanal mit rundem oder rechteckigem Querschnitt zu verstehen, dessen Innendurchmesser bzw. Innendiagonale zwischen 1 und 1000 μηη beträgt. Vorzugsweise wird das gesamte Verfahren in einem Mikroflu- idik-System (engl,„microfluidic System") durchgeführt. The term "microchannel" is generally understood to mean a channel with a round or rectangular cross-section, the inner diameter or inner diagonal of which is between 1 and 1000 μm. Preferably, the entire process is carried out in a microfluidic system ("microfluidic system").
Mit dem Begriff "Mikrofluidik-System" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Mikro- fluidik-Bauteil (engl,„microfluidic device") mit mindestens drei Eingängen zur Zuführung der Fluide und mindestens einem Ausgang zur Bereitstellung der G/W/O-Emulsion bezeichnet. Das "Mikrofluidik-System" enthält Kanäle oder andere Hohlräume, die in mindestens einer Richtung eine typische Querschnittsdimension im Mikrometerbereich aufweisen. Das "Mikrofluidik- System" ist vorzugsweise als Chip ausgebildet. Die Dispersionsbereiche sind mit einem gewissen Abstand von den Eingängen zur Fluid-Zuführung angeordnet. Der Abstand beträgt vorzugsweise mindestens 2 mm. In the context of the present invention, the term "microfluidic system" means any microfluidic device having at least three inputs for supplying the fluids and at least one outlet for providing the G / W / O emulsion The "microfluidic system" contains channels or other cavities which have a typical cross-sectional dimension in the micrometer range in at least one direction The "microfluidic system" is preferably designed as a chip The dispersion regions are at a certain distance from the inputs to the fluid The distance is preferably at least 2 mm.
Bei dem Gasstrom (G) bestehen hinsichtlich der Auswahl an Gasen grundsätzlich keine besonderen Beschränkungen. Typischerweise enthält der Gasstrom ein oder mehrere Gase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Chlorwasserstoff, Wasserstoff, Helium, Neon und Argon. Besonders bevorzugt enthält der Gasstrom Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder Mischungen davon, ganz besonders bevorzugt enthält der Gasstrom Kohlenstoffdioxid. In the gas stream (G), there are basically no particular restrictions on the choice of gases. Typically, the gas stream contains one or more gases selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen chloride, hydrogen, helium, neon, and argon. Particularly preferably, the gas stream contains air, oxygen, nitrogen, argon or mixtures thereof, most preferably the gas stream contains carbon dioxide.
Der Volumenstrom des Gasstroms (G) durch den Mikrokanal beträgt vorzugsweise von 0,01 bis 50 ml-h - besonders bevorzugt 0,1 bis 20 ml-h -1 und ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 10 ml-h -1. The volume flow of the gas stream (G) through the microchannel is preferably from 0.01 to 50 ml-h - particularly preferably 0.1 to 20 ml-h- 1 and very particularly preferably 0.5 to 10 ml-h- 1 .
Es hat sich gezeigt, dass der Anteil an Hohlkugeln im Verhältnis zu den regelmäßig als Nebenprodukt anfallenden Vollkugeln erhöht werden kann, wenn das Einbringen des Gasstroms (G) in das Mikrofluidik-System nicht - wie vielfach üblich - mit einer Spritzenpumpe erfolgt, sondern stattdessen unter Verwendung eines Durchflussreglers mit integriertem Thermo- oder Drucksensor. Die am häufigsten verwendeten Durchflussregler sind druckbetriebene Durchflussregler (beispielsweise Spritzenpumpen und Druckpumpen). Die druckbetriebenen Durchflussregler unterscheiden sich insbesondere darin, dass einige von ihnen den Druck innerhalb des Mikrofluidik- Systems direkt messen und regeln (beispielsweise Druckpumpen), während andere (beispiels- weise Spritzenpumpen) eine Regelung der Strömungsgeschwindigkeit ermöglichen. Bei der auch heute noch beliebten Spritzenpumpe wird durch einen Schrittmotor der bewegliche Kolben einer Spritze langsam eingedrückt und dadurch die sich in der Spritze befindende Flüssigkeit in das Mikrofluidik-Bauteil injiziert. Die Spritzenpumpe hat jedoch den Nachteil, dass es bei der mechanischen Vorwärtsbewegung zu Pulsationen kommt, und zwar jedes Mal, wenn der Schrittmotor in einer Vorwärtsbewegung Flüssigkeit in das Mikrofluidik-System injiziert. Diese Pulsationen sind besonders stark ausgeprägt, wenn große Flüssigkeitsmengen mit der Spritzenpumpe injiziert werden sollen. It has been shown that the proportion of hollow spheres can be increased in relation to the regularly produced by-product solid spheres, if the introduction of the gas stream (G) in the microfluidic system is not - as often happens - with a syringe pump, but instead under Use of a flow regulator with integrated thermo or pressure sensor. The most commonly used flow regulators are pressure operated flow regulators (eg, syringe pumps and pressure pumps). Specifically, the pressure-operated flow regulators differ in that some of them directly measure and regulate the pressure within the microfluidic system (eg, pressure pumps) while others (eg, syringe pumps) provide flow rate control. In the syringe pump, which is still popular today, the movable piston of a syringe is slowly pressed in by a stepping motor, thereby injecting the liquid in the syringe into the microfluidic component. However, the syringe pump has the disadvantage of pulsations in the mechanical advancement, each time the stepper motor injects fluid into the microfluidic system in a forward motion. These pulsations are particularly pronounced when large amounts of fluid to be injected with the syringe pump.
Während Spritzenpumpen aufgrund ihres mechanischen Aufbaus immer eine mehr oder weni- ger stark ausgeprägte Pulsationen hervorrufen, bieten die Durchflussregler mit integrierten Thermosensoren (kommerziell erhältlich beispielsweise bei der Firma Bronkhorst Mättig GmbH unter der Bezeichnung Bronkhorst® gas flow measurement Controller F211 , Bronkhorst® digital Controller E7100 sowie die Durchflussregler mit integrierten Drucksensoren, beispielsweise erhältlich bei der Firma Fluigent unter der Bezeichnung MFCS™ Microfluidic Flow Control Sys- tem, bestehend aus einer Präzisionsdruckpumpe, Mikrofluidik-Drucksensor und Rückkopplungskontrollschleife den Vorteil, dass sie keine beweglichen oder mechanischen Teile besitzen. While always cause syringe pumps due to their mechanical construction, a more or less pronounced pulsations, the flow controllers offer integrated thermal sensors (commercially available, for example from the company Bronkhorst Mättig GmbH under the name Bronkhorst ® gas flow measurement controller F211, Bronkhorst ® digital controller E7100 and the flow regulators with integrated pressure sensors, for example available from Fluigent under the name MFCS ™ Microfluidic Flow Control System, consisting of a precision pressure pump, microfluidic pressure sensor and feedback control loop have the advantage that they have no moving or mechanical parts.
Dadurch werden äußerst stabile Volumenflüsse in den Kanälen eines Mikrofluidik-Systems er- reicht, welche im Wesentlichen pulsationsfrei sind. Laut Hersteller lassen sich damit derart stabile Volumenströme erreichen, dass deren Standardabweichung unter 0,1 %, beträgt. As a result, extremely stable volume flows in the channels of a microfluidic system are achieved, which are essentially free of pulsation. According to the manufacturer, such stable volume flows can be achieved that their standard deviation is less than 0.1%.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Durchflussregler mit integriertem Thermo- oder Drucksensor eingesetzt. Dadurch gelingt es, den Volumenstrom des Gasstroms (G) derart stabil zu halten, das das Gewichtsverhältnis von Hohlkugeln zu Vollkugeln regelmäßig größer 80:20 ist. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichen Werte von größer 95:5. Der Volumenstrom des Gasstroms (G) schwankt demgemäß während der Durchführung des Verfahrens vorzugsweise um weniger als 0,1 ml-h - besonders bevorzugt weniger als 0,05 ml-h -1 und ganz besonders bevorzugt weniger als 0,01 ml-h - Preferably, in the method according to the invention, a flow regulator with integrated thermo or pressure sensor is used. This makes it possible to keep the volume flow of the gas stream (G) so stable that the weight ratio of hollow spheres to solid spheres is regularly greater than 80:20. Preferred embodiments of the method according to the invention achieve values of greater than 95: 5. The volume flow of the gas stream (G) accordingly varies during the execution of the method preferably by less than 0.1 ml-h - more preferably less than 0.05 ml-h - 1 and most preferably less than 0.01 ml-h -
In Verfahrensschritt (b) wird der Strom einer wässrigen Phase (W) vorzugsweise durch ein oder zwei Mikrokanäle mit Querschnittsdurchmessern von 1 bis 1000 μηη, besonders bevorzugt von 10 bis 1000 μηη und ganz besonders bevorzugt von 20 bis 600 μηη geführt. Das Verhältnis der Volumenströme zwischen Gasstrom und Strom einer wässrigen Phase beträgt bevorzugt von 10:1 bis 1 :2, besonders bevorzugt von 5:1 bis 1 :1 , ganz besonders bevorzugt von 2:1 bis 1 :1. Der Volumenstrom des Stroms einer wässrigen Phase (W) durch den Mikrokanal beträgt vorzugsweise von 0,01 bis 50 ml-h - besonders bevorzugt 0,1 bis 20 ml-h -1 und ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 10 ml-h - Die wässrige Phase (W) enthält im Allgemeinen mindestens 1 ,0 Gew.-% Wasser, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-% Wasser, besonders bevorzugt mindestens 15 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Gesamtmasse der wässrigen Phase. In process step (b), the stream of an aqueous phase (W) is preferably conducted through one or two microchannels with cross-sectional diameters of 1 to 1000 μm, particularly preferably 10 to 1000 μm and very particularly preferably 20 to 600 μm. The ratio of the volume flows between gas stream and stream of an aqueous phase is preferably from 10: 1 to 1: 2, particularly preferably from 5: 1 to 1: 1, very particularly preferably from 2: 1 to 1: 1. The volume flow of the flow of an aqueous phase (W) through the microchannel is preferably from 0.01 to 50 ml-h - particularly preferably 0.1 to 20 ml-h- 1 and very particularly preferably 0.5 to 10 ml-h - The aqueous phase (W) generally contains at least 1.0% by weight of water, preferably at least 10% by weight of water, more preferably at least 15% by weight of water, based on the total mass of the aqueous phase.
Die wässrige Phase (W) enthält im Allgemeinen von 1 ,0 bis 99 Gew.-% der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung, bezogen auf die Gesamtmasse der wässrigen Phase. Die wässrige Phase (W) enthält bevorzugt von 10 bis 90 Gew.-% und besonders bevorzugt von 20 bis 85 Gew.-% der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung. The aqueous phase (W) generally contains from 1, 0 to 99 wt .-% of the at least one inorganic precursor compound, based on the total mass of the aqueous phase. The aqueous phase (W) preferably contains from 10 to 90% by weight and more preferably from 20 to 85% by weight of the at least one inorganic precursor compound.
Im Allgemeinen beträgt die Viskosität der wässrigen Phase (W) von 0,1 bis 200 mPa«s. Die Vis- kosität beträgt bevorzugt von 0,5 bis 50 mPa«s, besonders bevorzugt von 0,8 bis 25 und ganz besonders bevorzugt von 1 ,0 bis 10 mPa«s. In general, the viscosity of the aqueous phase (W) of 0.1 to 200 mPa «s. The viscosity by Vis is preferably from 0.5 to 50 mPa 's, more preferably from 0.8 to 25 and most preferably from 1, 0 to 10 mPa «s.
Die Temperatur der wässrigen Phase beträgt 2 bis 90 °C, bevorzugt 10 bis 80 °C, besonders bevorzugt 25 bis 75 °C. The temperature of the aqueous phase is 2 to 90 ° C, preferably 10 to 80 ° C, particularly preferably 25 to 75 ° C.
Die wässrige Phase (W) kann neben Wasser und mindestens einer anorganischen Vorläufer- Verbindung weitere Komponenten enthalten. Grundsätzlich erforderlich sind diese jedoch nicht. Abhängig davon, welche anorganische Vorläufer-Verbindung der wässrigen Phase (W) zugesetzt wird, kann es aber vorteilhaft oder gar erforderlich sein, zur Steigerung der Viskosität und/oder gezielten Veränderung anderer physikalischer Größen der wässrigen Phase (W) ein Cosolvens und/oder ein anionisches Tensid zuzusetzen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich ansonsten kein stabiler Strom von dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wässriger Phase (G/W/O-Emulsion) bilden lässt. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die wässrige Phase (W) ein anionisches Tensid. Geeignete anionische Tenside sind beispielsweise Alkylcarboxylate, Alkylbenzolsulfonate, Al- kansulfonate und Fettalkoholsulfate. Weiterhin können Alkylphosphonate und Fettalkoholphosphate sowie zwitterionisch geladene Tenside enthalten sein. Sofern anionische Tenside zugesetzt werden, sind diese vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Fettalkoholsulfate und Alkylsulfonate . Die anionischen Tenside können in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Phase, eingesetzt werden. The aqueous phase (W) may contain other components in addition to water and at least one inorganic precursor compound. Basically, these are not required. Depending on which inorganic precursor compound is added to the aqueous phase (W), however, it may be advantageous or even necessary to increase the viscosity and / or targeted change of other physical quantities of the aqueous phase (W) a cosolvent and / or a To add anionic surfactant. This is the case in particular if otherwise no stable stream of dispersed droplets of aqueous phase enclosing a gas bubble (G / W / O emulsion) can be formed. In one embodiment of the invention, the aqueous phase (W) contains an anionic surfactant. Suitable anionic surfactants are, for example, alkylcarboxylates, alkylbenzenesulfonates, alkanesulfonates and fatty alcohol sulfates. Furthermore, alkyl phosphonates and fatty alcohol phosphates and zwitterionically charged surfactants may be included. If anionic surfactants are added, these are preferably selected from the group of fatty alcohol sulfates and alkyl sulfonates. The anionic surfactants can be used in an amount of 0 to 10 wt .-%, based on the total weight of the aqueous phase.
Als Cosolvens geeignet sind beispielsweise einwertige, zweiwertige und mehrwertige Alkohole sowie Gemische davon. Geeignete einwertige Alkohole sind solche mit 1 bis 6 Kohlenstoffato- men, wie beispielsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, sec-Butanol, Isobutanol und tert-Butanol. Geeignete zweiwertige Alkohole sind insbesondere solche mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol und Propy- lenglykol. Geeignete mehrwertige Alkohole sind solche mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie bei- spielsweise Glycerin und Sorbitol, von denen Glycerin besonders bevorzugt ist. Das Cosolvens kann in einer Menge von bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise von 0 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Phase, eingesetzt werden. In einer Ausführungsform enthält die wässrige Phase (W) neben Wasser und mindestens einer anorganischen Vorläufer-Verbindung als weitere Komponente ein nicht-ionisches Tensid. Besonders bevorzugt enthält die wässrige Phase ein nicht-ionisches Tensid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyalkylenglykolethern, Alkylglucosiden, Alkylpolyglucosiden und Alkyl- phenolethoxylaten. Weitere nichtionische Tenside sind beispielsweise Tenside auf Basis von Silikonen und (per-)fluorierte Tenside. Ganz besonders bevorzugt enthält die wässrige Phase (W) Alkylpolyglucoside, wie beispielsweise Triton® CG-110 (Dow Chemicals) oder Glucopon® DK225 (BASF). Das nicht-ionische Tensid kann in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Phase, eingesetzt werden. Die wässrige Phase (W) enthält bevorzugt von 0,001 bis 2,0 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,5 Gew.-% eines nicht-ionischen Tensids, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Phase. Suitable co-solvents are, for example, monohydric, dihydric and polyhydric alcohols and mixtures thereof. Suitable monohydric alcohols are those having 1 to 6 carbon atoms, such as, for example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutanol and tert-butanol. Suitable dihydric alcohols are, in particular, those having 2 to 6 carbon atoms, in particular ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and propylene glycol. Suitable polyhydric alcohols are those having 3 to 6 carbon atoms, such as For example, glycerol and sorbitol, of which glycerol is particularly preferred. The cosolvent can be used in an amount of up to 80% by weight, preferably from 0 to 40% by weight, based on the total weight of the aqueous phase. In one embodiment, the aqueous phase (W) contains, in addition to water and at least one inorganic precursor compound as a further component, a nonionic surfactant. The aqueous phase particularly preferably contains a nonionic surfactant selected from the group consisting of polyalkylene glycol ethers, alkylglucosides, alkylpolyglucosides and alkylphenol ethoxylates. Further nonionic surfactants are, for example, surfactants based on silicones and (per) fluorinated surfactants. Most preferably, the aqueous phase (W) alkyl polyglucosides, such as Triton ® CG-110 (Dow Chemicals), or Glucopon ® DK225 (BASF) contains. The nonionic surfactant may be used in an amount of 0 to 10% by weight based on the total weight of the aqueous phase. The aqueous phase (W) preferably contains from 0.001 to 2.0 wt .-% and particularly preferably from 0.01 to 0.5 wt .-% of a non-ionic surfactant, based on the total weight of the aqueous phase.
In Verfahrensschritt (c) wird der Strom einer Öl-Phase (O) vorzugsweise durch ein oder zwei Mikrokanäle mit Querschnittsdurchmessern von 1 bis 1000 μηη, besonders bevorzugt von 10 bis 1000 μηη und ganz besonders bevorzugt von 20 bis 600 μηη geführt. In process step (c), the stream of an oil phase (O) is preferably conducted through one or two microchannels with cross-sectional diameters of 1 to 1000 μm, particularly preferably 10 to 1000 μm and very particularly preferably 20 to 600 μm.
Das Verhältnis der Volumenströme von Öl-Phase (O) zu wässriger Phase (W) pro Kanal beträgt vorzugsweise von 200:1 bis 2:1 , besonders bevorzugt von 100:1 bis 3:1 , ganz besonders be- vorzugt von 50:1 bis 4:1. The ratio of the volume flows of oil phase (O) to aqueous phase (W) per channel is preferably from 200: 1 to 2: 1, particularly preferably from 100: 1 to 3: 1, very particularly preferably from 50: 1 to 4: 1.
Der Volumenstrom des Stroms einer Öl-Phase (O) durch den oder die Mikrokanäle beträgt vorzugsweise von 0,05 bis 200 ml-h _1, besonders bevorzugt 0,1 bis 100 ml-h -1 und ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 20 ml-h -1 pro Kanal. The volume flow of the flow of an oil phase (O) through the microchannel (s) is preferably from 0.05 to 200 ml- h_1 , more preferably from 0.1 to 100 ml-h- 1 and most preferably from 0.5 to 20 ml-h - 1 per channel.
Die Öl-Phase (O) enthält gewöhnlich als unpolares Lösungsmittel Mineralöle, pflanzliche Öle, tierische Öle, Silikonöle, perfluorierte Öle, z.B. Perfluorether oder Perfluoralkane oder teilfluorierte Alkane oder Mischungen davon. Geeignete Mineralöle sind beispielsweise Cobersol® B25, B40 und H120 . Geeignete pflanzliche Öle sind beispielsweise Jojobaöl, Olivenöl, Sonnen- blumenöl, Sojaöl, Erdnußöl, Rapsöl, Mandelöl, Palmöl, Kokosöl, Rizinusöl, Weizenkeimöl, Traubenkernöl und Distelöl. Geeignete tierische Öle sind insbesondere Tran und Lebertran. Geeignete Silikonöle sind beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS), geeignete perfluoriere Öle sind beispielsweise Fluoronox® L20/1 , Fluoroinert® FC-40 (3M) oder Krytox® GPL-Öle (Du- Pont). Bevorzugt enthält die Öl-Phase ein oder mehrere unpolare Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus linearen und verzweigten Cs-C2o-Alkanen. The oil phase (O) usually contains as nonpolar solvent mineral oils, vegetable oils, animal oils, silicone oils, perfluorinated oils, for example perfluoroether or perfluoroalkanes or partially fluorinated alkanes or mixtures thereof. Suitable mineral oils are for example Cobersol ® B25, B40 and H120. Suitable vegetable oils are, for example, jojoba oil, olive oil, sunflower oil, soybean oil, peanut oil, rapeseed oil, almond oil, palm oil, coconut oil, castor oil, wheat germ oil, grapeseed oil and thistle oil. Suitable animal oils are especially trans and cod liver oil. Suitable silicone oils are, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), suitable oils are for example perfluoriere Fluoronox ® L20 / 1, Fluoroinert ® FC-40 (3M) or Krytox ® GPL-oils (DuPont). Preferably, the oil phase contains one or more non-polar solvents selected from the group consisting of linear and branched Cs-C2o alkanes.
Die Öl-Phase (O) enthält im Allgemeinen 60 bis 99,99 Gew.-% eines oder mehrerer unpolarer Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmasse der Öl-Phase. Die Öl-Phase (O) enthält vor- zugsweise 80 bis 99,99 Gew.-%, besonders bevorzugt 90 bis 99,99 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 95 bis 99,99 Gew.-% eines oder mehrerer unpolarer Lösungsmittel. The oil phase (O) generally contains from 60 to 99.99% by weight of one or more nonpolar solvents, based on the total mass of the oil phase. The oil phase (O) contains preferably 80 to 99.99% by weight, particularly preferably 90 to 99.99% by weight and very particularly preferably 95 to 99.99% by weight of one or more nonpolar solvents.
Die Öl-Phase (O) enthält vorzugsweise ein oder mehrere nicht-ionische Tenside mit einem HLB-Wert zwischen 1 ,5 und 8. Bevorzugte nicht-ionische Tenside sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fettalkoholen, Sterolen, Sorbitanfettsäureestern und Polyalkylenethern. Ganz besonders bevorzugt enthält die Öl-Phase (O) ein oder mehrere nicht-ionische Tenside, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sorbitanisostearat (SPAN™ 120), Sorbitantrioleat (SPAN™ 85), Sorbitanmonooleat (SPAN™ 80), Sorbitantristearat (SPAN™ 65), Sorbitanstearat (SPAN™ 60), Sorbitansesquioleat (SPAN™ 83), Glycerylmonostearat, Sorbitanmonopalmitat (SPAN™ 40) Sorbitanlaurat (SPAN™ 20), Cetylalkohol, Stearylalkohol und Polyglycerin- Polyricinoleat („PGPR") oder deren Mischungen. The oil phase (O) preferably contains one or more nonionic surfactants having an HLB value between 1, 5 and 8. Preferred nonionic surfactants are selected from the group consisting of fatty alcohols, sterols, sorbitan fatty acid esters and polyalkylene ethers. Most preferably, the oil phase (O) contains one or more nonionic surfactants selected from the group consisting of sorbitan isostearate (SPAN ™ 120), sorbitan trioleate (SPAN ™ 85), sorbitan monooleate (SPAN ™ 80), sorbitan tristearate (SPAN ™ 65), sorbitan stearate (SPAN ™ 60), sorbitan sesquioleate (SPAN ™ 83), glyceryl monostearate, sorbitan monopalmitate (SPAN ™ 40) sorbitan laurate (SPAN ™ 20), cetyl alcohol, stearyl alcohol and polyglycerol polyricinoleate ("PGPR") or mixtures thereof.
Die Ol-Phase (O) enthält gewöhnlich 0,0001 bis 2,0 Gew.-% dieser nicht-ionischen Tenside, bezogen auf das Gesamtgewicht der Öl-Phase. Die Menge an zugesetztem nicht-ionischem Tensid beträgt bevorzugt 0,001 bis 1 ,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 bis 0,5 Gew.-%. The oil phase (O) usually contains 0.0001 to 2.0% by weight of these nonionic surfactants, based on the total weight of the oil phase. The amount of nonionic surfactant added is preferably 0.001 to 1.0% by weight, more preferably 0.005 to 0.5% by weight.
Die Grenzflächenspannung zwischen der wässrigen Phase und der Öl-Phase beträgt im Allgemeinen von 20 bis 80 mN-m. Die Grenzflächenspannung bezieht sich auf Kräfte, die zwischen zwei verschiedenen Phasen auftreten, die miteinander in Kontakt stehen. Sie bilden eine gemeinsame Grenzfläche, die unter Grenzflächenspannung steht. Die Grenzflächenspannung zwischen der wässrigen Phase und der Öl-Phase beträgt vorzugsweis von 25 bis 60 mN-m, besonders bevorzugt von 30 bis 60 mN-m. Es wurde festgestellt, dass sich der Anteil an Hohlkugeln im Verhältnis zu den als Nebenprodukt anfallenden Vollkugeln auch steigern lässt, wenn das nicht-ionische Tensid in Mengen eingesetzt wird, die möglichst nicht oberhalb seiner kritischen Mizellbildungskonzentration (critical micelle concentration (CMC)) liegen. Vorzugsweise wird das nicht-ionische Tensid in einer Menge eingesetzt, die unterhalb seiner kritischen Mizellbildungskonzentration im entsprechen- den unpolaren Lösungsmittel liegt. Demgemäß enthält die Öl-Phase (O) besonders bevorzugt eine Tensidmenge, die zwischen 0,001 Gew.-% und der kritischen Mizellbildungskonzentration liegt. The interfacial tension between the aqueous phase and the oil phase is generally from 20 to 80 mN-m. The interfacial tension refers to forces that occur between two different phases that are in contact with each other. They form a common interface that is under interfacial tension. The interfacial tension between the aqueous phase and the oil phase is preferably from 25 to 60 mN-m, more preferably from 30 to 60 mN-m. It has been found that the proportion of hollow spheres in relation to the by-produced solid spheres can also be increased if the nonionic surfactant is used in amounts which are preferably not above its critical micelle concentration (CMC). Preferably, the nonionic surfactant is used in an amount which is below its critical micelle concentration in the corresponding nonpolar solvent. Accordingly, the oil phase (O) most preferably contains a surfactant amount comprised between 0.001% by weight and the critical micelle formation concentration.
Die kritische Mizellbildungskonzentration ist die Konzentration eines Tensids in einer bestimm- ten kontinuierlichen Phase, oberhalb der sich Aggregate aus Tensidmolekülen - sogenannte Mizellen - zu bilden beginnen. Die kritische Mizellbildungskonzentration ist dabei nicht nur von dem Tensid selbst abhängig, sondern insbesondere auch von der das Tensid umgebenden Phase. Die kritische Mizellbildungskonzentration von vielen gängigen nicht-ionischen Tensiden ist in den zurückliegenden Jahrzehnten für verschiedene unpolare Lösungsmittel bestimmt wor- den. Die kritische Mizellbildungskonzentration kann daher in der Regel der Fachliteratur (siehe beispielsweise L. Peltonen, "The Behavior of Sorbitan Surfactants at the Water-Oil Interface: Straight-Chained Hydrocarbons from Pentane to Dodecane as an Oil Phase", J. Colloid. Interface Sei. 2001 , 240, 272-276; H. Zhou et al., "A facile microfluidic strategy for measuring inter- facilal tension", Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 234192.) oder den Internet-Seiten von Tensid- Anbietern entnommen werden (siehe beispielsweise http://www.sigmaaldrich.com/life- science/biochemicals/biochemical-products.html?TablePage=14572924). Sofern kritische Mizellbildungskonzentrationen für spezielle nicht-ionische Tenside und/oder für besondere un- polare Lösungsmittel nicht bekannt sind, lässt sich die entsprechende Konzentration einfach mit Hilfe von Standardverfahren bestimmen. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass zunächst experimentell mit der Ring-Methode nach Noüy (EN 14370) oder der Spinning-Drop- Methode (H.H. Hu, D.D. Joseph, "Evolution of a Liquid Drop in a spinning Drop Tensiometer", J. Colloid Interface Sei. 1994,162, 331-339) die Grenzflächenspannung gemessen und daraus dann die kritische Mizellbildungskonzentration errechnet wird (vgl. auch weitere Methoden: C. E. Lin, "Determination of critical micelle concentration of Surfactants by capillary electrophore- sis", J. Chromatogr. A. 2004,1037, 467-478; H. Zhou et al., "A facile microfluidic strategy for measuring interfacilal tension", Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 234192; A. Dominguez et al., "Determination of Critical Micelle Concentration of Some Surfactants by Three Techniques", J. Chem. Educ. 1997, 74, 1227.) The critical micelle formation concentration is the concentration of a surfactant in a certain continuous phase, above which aggregates of surfactant molecules - so-called micelles - begin to form. The critical micelle concentration is not only dependent on the surfactant itself, but also in particular on the phase surrounding the surfactant. The critical micelle formation concentration of many common nonionic surfactants has been determined in recent decades for various non-polar solvents. The critical micelle formation concentration can therefore usually be found in the specialist literature (see, for example, L. Peltonen, "The Behavior of Sorbitan Surfactants at the Water-Oil Interface: Straight-Chained Hydrocarbons from Pentanes to Dodecanes as on Oil Phase", J. Colloid 2001, 240, 272-276; H. Zhou et al., "A facile microfluidic strategy for measuring inter- Physal Lett., Appl. Phys. Lett., 2013, 103, 234192.) or from the Internet pages of surfactant suppliers (see, for example, http://www.sigmaaldrich.com/life-science / biochemicals / biochemical-products If critical micelle formation concentrations are not known for specific nonionic surfactants and / or for particular nonpolar solvents, the corresponding concentration can be determined simply by standard methods experimentally using the Noüy ring method (EN 14370) or the spinning drop method (HH Hu, DD Joseph, "Evolution of a Liquid Drop in a Spinning Drop Tensiometer", J. Colloid Interface Sci. 1994, 162, 331 -339) the interfacial tension is measured and then the critical micelle concentration is calculated (see also other methods: CE Lin, "Determination of critical micelle concentration of surfactants by capillary electrophore - sis ", J. Chromatogr. A. 2004, 1037, 467-478; H. Zhou et al., "A facile microfluidic strategy for measuring interfacial tension", Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 234192; A. Dominguez et al., "Determination of Critical Micelle Concentration of Some Surfactants by Three Techniques", J. Chem. 1997, 74, 1227.)
Die Viskosität der Öl-Phase (O) beträgt im Allgemeinen von 0,01 bis 50 mPa«s. Die Viskosität beträgt bevorzugt von 0,1 bis 10 mPa«s, besonders bevorzugt von 0,2 bis 5 mPa«s und ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 4 mPa«s. Der Dampfdruck beträgt im Allgemeinen kleiner 1 mbar (20°C). Der Siedepunkt beträgt im Allgemeinen 80 bis 250°C, besonders bevorzugt 100 bis 250°C. The viscosity of the oil phase (O) is generally from 0.01 to 50 mPa «s. The viscosity is preferably from 0.1 to 10 mPa 's, more preferably from 0.2 to 5 mPa' s, and most preferably from 0.5 to 4 mPa «s. The vapor pressure is generally less than 1 mbar (20 ° C). The boiling point is generally 80 to 250 ° C, more preferably 100 to 250 ° C.
Einzelheiten hinsichtlich des Betreibens solcher "Mikrofluidik-Systeme", wie z.B. deren Ankopp- lung an Flüssigkeitsreservoire, die Erzeugung und Steuerung von Flüssigkeitsströmungen durch Pumpeinrichtungen, die strömungstechnische Beeinflussung der Fluide und die Durchführung von Messungen sind an sich bekannt und werden daher hier nicht im Einzelnen beschrieben. Ausführliche Darstellungen zu diesen und anderen grundlegenden Aspekten finden sich beispielsweise in folgenden Büchern und Übersichtsartikeln: K. E. Herold, A. Rasooly (editor). Lab-on-a-Chip Technology: Fabrication and Microfluidics, Caister Academic Press 2009; P. Tabeling (editor), Introduction to Microfluidics, Oxford University Press 2006; P. Day ef al. (editor), Microdroplet Technology: Principles and Emerging Applications in Biology and Chemistry, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012; B. Lin (editor), Microfluidics: Technologies and Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 ; G. M. Whitesides, "The origins and the future of microfluidics", Nature 2006, 442, 368-373; T. M. Squires, S. R. Quake, "Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale", Reviews of Modern Physics 2005, 77, 977-1026; R. Seemann et al., "Droplet based microfluidics", Rep. Prog. Phys. 2012, 75, 16601 ; J. B. Baret, "Surfactants in droplet-based microfluidics", Lab Chip. 2012, 12, 422-433; Y. Zhu, Q. Fang, "Analytical detec- tion techniques for droplet microfluidics - A review", Analytica Chimica Acta 2013, 787, 24-35; S.-Y. Teh et al., "Droplet microfluidics", Lab Chip. 2008, 8, 198-220; C. N. Baroud et al., "Dy- namics of microfluidic droplets", Lab Chip. 2010, 10, 2032-2045. Details regarding the operation of such "microfluidic systems", e.g. their coupling to liquid reservoirs, the generation and control of liquid flows by pumping devices, the fluidic influencing of the fluids and the performance of measurements are known per se and will therefore not be described in detail here. Detailed accounts of these and other fundamental aspects can be found, for example, in the following books and reviews: K. E. Herold, A. Rasooly (editor). Lab-on-a-Chip Technology: Fabrication and Microfluidics, Caister Academic Press 2009; P. Tabeling (editor), Introduction to Microfluidics, Oxford University Press 2006; P. Day ef al. (editor), Microdroplet Technology: Principles and Emerging Applications in Biology and Chemistry, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012; B. Lin (editor), Microfluidics: Technologies and Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011; G.M. Whitesides, "The Origins and the Future of Microfluidics", Nature 2006, 442, 368-373; T. M. Squires, S.R. Quake, "Microfluidics: Fluid Physics at the Nanoliter Scale", Reviews of Modern Physics 2005, 77, 977-1026; R. Seemann et al., "Droplet based microfluidics", Rep. Prog. Phys. 2012, 75, 16601; J. B. Baret, "Surfactants in droplet-based microfluidics", Lab Chip. 2012, 12, 422-433; Y. Zhu, Q. Fang, "Analytical detection techniques for droplet microfluidics - A review", Analytica Chimica Acta 2013, 787, 24-35; S.-Y. Teh et al., "Droplet microfluidics", Lab Chip. 2008, 8, 198-220; C.N. Baroud et al., "Dynamics of Microfluidic Droplets", Lab Chip. 2010, 10, 2032-2045.
Im Verfahrensschritt (d) wird in der ersten Dispersionszone durch Zusammenführen von Gasstrom (G) und Strom einer wässrigen Phase (W) ein Strom aus dispergierten Gasblasen in kon- tinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion) gebildet. Die erste Dispersionszone kann dabei verschiedene konkrete Ausgestaltungen haben. Figur 1 zeigt beispielhaft drei weit verbreitete Ausgestaltungen der ersten Dispersionszone. Die erste Dispersionszone kann als T-förmige Kreuzung (englisch: "T-Junction") ausgestaltet sein (siehe Figur 1 a). Die erste Dispersionszone besteht hierbei aus zwei Mikrokanälen, die T- förmig miteinander verbunden sind. Der waagerechte Mikrokanal (Mw.ein) führt den Strom einer wässrigen Phase (W) in Pfeilrichtung zur T-förmige Kreuzung, während der Mikrokanal (Mcein) den Gasstrom (G) senkrecht zur Flussrichtung der wässrigen Phase (W) in die T-förmige Kreu- zung einführt. Die Abmessungen der Mikrokanäle sind dabei so gewählt, dass sich Gasblasen ausbilden können. Dies hängt insbesondere vom Verhältnis der Querschnittsdurchmesser zwischen Zuführöffnung zur T-förmigen Kreuzung (dcein) und Auslassöffnung der T-Kreuzung (dc/w.aus) zum Mikrokanal (Mc/w.aus) ab. Denn nur dann, wenn der Quotient dc.ein dG w.aus < 1 , vorzugsweise < 0,7, besonders bevorzugt < 0,5 ist, kann der Gasstrom (G) baulich bedingt derart abreißen, dass isolierte Gasblasen gebildet werden und ein Strom aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion) entsteht. Wie Figur 1 a) zu entnehmen ist, wird diese G/W-Emulsion in Pfeilrichtung aus der ersten Dispersionszone geleitet. Welche physikalischen Kräfte beim Abschnüren der einzelnen Gasblasen zu berücksichtigen sind und wie diese zusammenwirken, ist prinzipiell bekannt. Näheres dazu findet sich beispielsweise in: T. Thorsen et al., Phys. Review Letters 2001 , 86, 4163-4166; P. Garstecki et al., "Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction - scaling and mechanism of break-up", Lab Chip. 2006, 8, 437-446; C. N. Baroud et al., "Dynamics of microfluidic droplets", Lab Chip. 2010, 10, 2032-2045; und J. Wan, H. A. Stone, "Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles", Langmuir 2012, 28, 37-41. In process step (d), in the first dispersion zone, by merging gas stream (G) and stream of an aqueous phase (W), a stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) is formed. The first dispersion zone can have different concrete configurations. FIG. 1 shows by way of example three widespread embodiments of the first dispersion zone. The first dispersion zone can be designed as a T-shaped intersection (see FIG. 1 a). The first dispersion zone here consists of two microchannels which are T-shaped interconnected. The horizontal microchannel (Mw.ein) carries the flow of an aqueous phase (W) in the arrow direction to the T-shaped intersection, while the microchannel (Mcein) the gas flow (G) perpendicular to the flow direction of the aqueous phase (W) in the T-shaped Introduces a crossing. The dimensions of the microchannels are chosen so that gas bubbles can form. This depends in particular on the ratio of the cross-sectional diameter between the feed opening to the T-shaped intersection (dcein) and outlet opening of the T-intersection (dc / w.off) to the microchannel (Mc / w.off). For only if the quotient dc.a dG w.a. <1, preferably <0.7, more preferably <0.5, can the gas flow (G) demolish structurally such that isolated gas bubbles are formed and a stream from dispersed gas bubbles in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) is formed. As can be seen from FIG. 1 a), this G / W emulsion is directed in the direction of the arrow out of the first dispersion zone. Which physical forces to take into account when pinching off the individual gas bubbles and how these interact are known in principle. More details can be found, for example, in: T. Thorsen et al., Phys. Review Letters 2001, 86, 4163-4166; P. Garstecki et al., "Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction", Lab Chip. 2006, 8, 437-446; CN Baroud et al., "Dynamics of Microfluidic Droplets", Lab Chip. 2010, 10, 2032-2045; and J. Wan, HA Stone, "Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles", Langmuir 2012, 28, 37-41.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der ersten Dispersionszone ist schematisch in Figur 1 b) gezeigt. Die erste Dispersionszone besteht hierbei aus einem planaren Kanalsystem, das dadurch charakterisiert ist, dass ein waagerechter Mikrokanal einen dazu senkrechten Mikrokanal kreuzt, sodass das Kanalsystem drei Zuführöffnungen hat. In dieser Ausgestaltung werden mithin drei Ströme zu einem zusammenführt, weswegen hierbei häufig von einer sogenannten Fluss-fokussierenden Anordnung (englisch: "flow-focusing device") oder schlicht von Fluss- Fokussierung gesprochen wird. Der waagerechten Mikrokanal (Mcein) führt den Gasstrom (G) in Pfeilrichtung in die Kreuzung ein. In den senkrecht zur Flussrichtung des Gasstroms (G) angeordneten Mikrokanälen (Mw.ein) werden Ströme einer wässrigen Phase (W) in Pfeilrichtung zur Kreuzungsmitte geführt, wobei der Gasstrom (G) Scherkräften ausgesetzt ist und an der Eintrittsöffnung der Kreuzung (Durchmesser: dc w.aus, Länge: /w.aus) abreißt und in dem waagrechten Mikrokanal (MG w,aus) ein Strom aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion) entsteht, welcher in Pfeilrichtung aus der Strom-fokussierenden Anordnung austritt. Bei der Strom-fokussierenden Anordnung (Figur 1 b)) sind nicht nur zwei, sondern vier Größen zu berücksichtigen, damit Gasblasen gebildet werden. Neben den Größen dcein und dG w,aus sind bei dieser Ausgestaltung der ersten Dispersionszone noch der Durchmesser dc w.aus sowie die Länge b/w,aus der Austrittsöffnung und die Flussraten zu berücksichtigen. Welchen Einfluss diese Größen auf die Bildung von Gasblasen haben und wie diese konkret zu wählen sind, um deren Bildung zu ermöglichen, ist insoweit bekannt und beispielsweise Gegenstand folgender Veröffentlichungen: P. Garstecki et al., "Formation of droplets and bubbles in microfluidic Systems", Bull. Pol. Ac: Tech. 2005, 53, 361-372; C. N. Baroud et al., "Dynamics of microfluidic droplets", Lab Chip. 2010, 10, 2032-2045; und J. Wan, H. A. Stone, "Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles", Langmuir 2012, 28, 37-41. Another possible embodiment of the first dispersion zone is shown schematically in FIG. 1 b). In this case, the first dispersion zone consists of a planar channel system, which is characterized in that a horizontal microchannel crosses a microchannel perpendicular to it, so that the channel system has three supply openings. In this embodiment, therefore, three streams are merged into one, which is why this is often referred to by a so-called flow-focusing device (English: "flow-focusing device") or simply by flow-focusing. The horizontal microchannel (Mcein) introduces the gas flow (G) into the intersection in the direction of the arrow. In the microchannels (Mw.ein) arranged perpendicular to the flow direction of the gas stream (G), streams of an aqueous phase (W) are guided in the direction of the arrow to the center of the intersection, the gas stream (G) being subjected to shearing forces and at the entry opening of the intersection (diameter: dc w.aus, length: /w.aus) breaks off and in the horizontal microchannel (MG w, off) a stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase (G / W emulsion) is formed, which in the arrow direction from the current-focusing arrangement exit. In the current-focusing arrangement (Figure 1 b)) not only two, but four sizes are taken into account, so that gas bubbles are formed. In addition to the quantities dcein and dG w, from in this design of the first dispersion zone, the diameter dcw.sub.out and the length b / w, from the outlet opening and the flow rates must also be taken into account. What influence these variables have on the formation of gas bubbles and how these concretely too To this extent, it is known, for example, from the following publications: P. Garstecki et al., "Formation of droplets and bubbles in microfluidic systems", Bull. Pol. Ac: Tech. 2005, 53, 361-372; CN Baroud et al., "Dynamics of Microfluidic Droplets", Lab Chip. 2010, 10, 2032-2045; and J. Wan, HA Stone, "Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles", Langmuir 2012, 28, 37-41.
Eine weitere Ausgestaltungsform der ersten Dispersionszone ist in Figur 1 c) gezeigt. Die erste Dispersionszone besteht hierbei aus einem inneren zylindrischen Mikrokanal sowie einem koaxial angeordneten äußeren Mikrokanal. In dem äußeren Mikrokanal wird der Strom einer wäss- rigen Phase (W) in Pfeilrichtung geführt, während über den inneren Mikrokanal (Mcein) der Gasstrom (G) derart in die wässrige Phase (W) eingeleitet wird, dass er an der Eintrittsöffnung (dcein) abreist und sich isolierte Gasblasen bilden. Im Unterschied zu den anderen genannten Ausgestaltungsformen der ersten Dispersionszone sind hier die Durchmesser von Eintrittsöffnung (dc.ein) und Auslassöffnung (Querschnittsdurchmesser dc/w.aus) weitgehend ohne Einfluss auf die Gasblasen-Bildung. Vielmehr ist hier neben den Stoffeigenschaften von Gasphase und wässriger Phase insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Stroms einer wässrigen Phase entscheidend. Nur unterhalb einer gewissen Grenzgeschwindigkeit bilden sich isolierte Gasblasen. Näheres zum Einfluss anderer physikalischer Größen lässt sich den oben bereits zitierten Artikeln sowie S. Takeuchi et al., "An Axisymmetric Flow-Focusing Microfluidic Device", Advanced Materials 2005, 17, 1067-1072 entnehmen. A further embodiment of the first dispersion zone is shown in FIG. 1 c). The first dispersion zone here consists of an inner cylindrical microchannel and a coaxially arranged outer microchannel. In the outer microchannel, the flow of an aqueous phase (W) is guided in the direction of the arrow, while the gas stream (G) is introduced into the aqueous phase (W) via the inner microchannel (Mcein) in such a way that it flows into the inlet opening (Dcein ) leave and form isolated gas bubbles. In contrast to the other abovementioned embodiments of the first dispersion zone, the diameters of the inlet opening (dc.ein) and outlet opening (cross-sectional diameter dc / w.sub.out) are largely without influence on the gas bubble formation. Rather, in addition to the material properties of the gas phase and the aqueous phase, in particular the flow rate of the flow of an aqueous phase is crucial here. Only below a certain limit speed do isolated gas bubbles form. Further details on the influence of other physical quantities can be found in the articles cited above and S. Takeuchi et al., "An Axisymmetric Flow-Focusing Microfluidic Device", Advanced Materials 2005, 17, 1067-1072.
Die Erzeugung eines Stroms aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion) ist nicht nur mit den drei beschriebenen Ausgestaltungen der ersten Dispersionsphase möglich, sondern kann selbstverständlich auch mit anderen - zumeist nur in einigen Details von diesen Ausgestaltungsformen abweichenden - Mikrofluidik-Anwendungen erreicht werden. Beispielsweise eignen sich auch die in der nachfolgenden Literatur beschriebenen Mik- rofluidik-Anordnungen: DE 10 2006 036 815 (A1), DE 10 2005 037 401 (B4). The generation of a stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase (G / W emulsion) is not only possible with the three described embodiments of the first dispersion phase, but can of course also with other - mostly differing only in some details of these embodiments - microfluidic Applications are achieved. For example, the microfluidic arrangements described in the following literature are also suitable: DE 10 2006 036 815 (A1), DE 10 2005 037 401 (B4).
Im Allgemeinen werden der Querschnitt der Mikrokanäle, die Viskosität der wässrigen Phase und die Strömungsgeschwindigkeiten der zur ersten Dispersionszone geführten Fluide so gewählt, dass die erzeugten Gasblasen einen Durchmesser von 1 bis 1000 μηη aufweisen. Bevorzugt betragen die jeweiligen Durchmesser von 5 bis 500 μηη, besonders bevorzugt von 10 bis 300 μηη, ganz besonders bevorzugt von 30 bis 200 μηη. Abhängig davon, welche Querschnittsdurchmesser die Mikrokanäle aufweisen, können sich pro Sekunde zwischen 1 und 20 Gasblasen pro Mikrokanal bilden. In general, the cross section of the microchannels, the viscosity of the aqueous phase and the flow rates of the fluids conducted to the first dispersion zone are selected such that the gas bubbles produced have a diameter of 1 to 1000 μm. Preferably, the respective diameters of 5 to 500 μηη, more preferably from 10 to 300 μηη, most preferably from 30 to 200 μηη. Depending on the cross-sectional diameters of the microchannels, between 1 and 20 gas bubbles per microchannel may form per second.
Der mit der Bildung der G/W-Emulsion erreichte, metastabile Zustand der Zusammensetzung aus dispergierter Gasphase und kontinuierlicher wässriger Phase hat dabei eine ausreichend lange Lebensdauer. Die dispergierten Gasblasen bleiben bis zur Ausbildung der Kugelwand als abgegrenzte Kompartimente erhalten. Die Gasblasen sind dabei nahezu exakt gleich groß und nahezu gleich weit voneinander entfernt. Dadurch erreichen sie die zweite Dispersionszone gemäß Verfahrensschritt (e) in immer gleichen Zeitabständen. In Verfahrensschritt (e) wird der Strom aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässri- ger Phase (G/W-Emulsion) in einer zweiten Dispersionszone mit einem Strom einer Öl-Phase (O) zusammengeführt. Die zweite Dispersionszone kann, ähnlich wie die erste Dispersionszone in Verfahrensschritt (d) verschiedene konkrete Ausgestaltungen haben. Figur 2 zeigt beispielhaft eine konkrete Ausgestaltung der zweiten Dispersionszone. Die in Figur 2 gezeigte Ausgestaltungsform ist wesensgleich mit der bereits oben beschriebenen und in Figur 1 b) gezeigten möglichen Ausgestaltung der ersten Dispersionszone. In dem waagerechten Mikrokanal (MGw,ein) wird der in Verfahrensschritt (d) erzeugte Strom aus dispergierten Gasblasen in einer kontinuierlichen wassrigen Phase (G/W-Emulsion) in Pfeilrichtung in die zweite Dispersionszone eingeleitet. In den senkrecht zur Flussrichtung der G/W-Emulsion angeordneten Mikrokanä- len (Mo.ein) werden Ströme einer Öl-Phase (O) in Pfeilrichtung in die zweite Dispersionszone eingeleitet. Dabei wird der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wassrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt, dass sich einzelne Tropfen der wassrigen Phase bilden, die ihrerseits jeweils eine Gasblase eingeschlossen enthalten. Der Strom aus emulgier- ten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wässriger Phase in der kontinuierlichen Öl- Phase (G/W/O-Emulsion) entsteht, welcher in Pfeilrichtung aus der zweiten Dispersionszone austritt. Für die Abmessungen der zweiten Dispersionsphase gilt prinzipiell dasselbe, wie oben im Zusammenhang mit der ersten Dispersionszone (Figur 1 b)) bereits ausgeführt wurde. The metastable state of the dispersed gas phase / continuous aqueous phase composition achieved with the formation of the G / W emulsion has a sufficiently long lifetime. The dispersed gas bubbles remain until the formation of the spherical wall as delimited compartments. The gas bubbles are almost exactly the same size and almost equidistant from each other. As a result, they reach the second dispersion zone according to process step (e) at always the same time intervals. In process step (e), the stream of dispersed gas bubbles in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) in a second dispersion zone is combined with a stream of an oil phase (O). The second dispersion zone, like the first dispersion zone in process step (d), may have various concrete configurations. FIG. 2 shows, by way of example, a concrete embodiment of the second dispersion zone. The embodiment shown in FIG. 2 is essentially identical to the possible embodiment of the first dispersion zone already described above and shown in FIG. 1 b). In the horizontal microchannel (MGw, a), the stream of dispersed gas bubbles generated in process step (d) in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) is introduced in the direction of the arrow into the second dispersion zone. In the microchannels (Mo.ein) arranged perpendicular to the flow direction of the G / W emulsion, streams of an oil phase (O) are introduced in the direction of the arrow into the second dispersion zone. In this case, the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) is pinched off in such a way that individual drops of the aqueous phase are formed, which in turn each contain a gas bubble. The stream of emulsified, in each case a bubble enclosing drops of aqueous phase in the continuous oil phase (G / W / O emulsion) is formed, which emerges in the direction of arrow from the second dispersion zone. In principle, the same applies to the dimensions of the second dispersion phase, as has already been explained above in connection with the first dispersion zone (FIG. 1 b)).
Die in dem Tropfen der wassrigen Phase eingeschlossene Gasblase bleibt in der Folge unverändert. Die Tropfen der wässrigen Phase sind von der kontinuierlichen Öl-Phase emulgiert. The gas bubble trapped in the droplet of the aqueous phase subsequently remains unchanged. The drops of the aqueous phase are emulsified by the continuous oil phase.
In Verfahrensschritt (f) wird zumindest ein Teil der mindestens einen anorganischen Vorläufer- Verbindung in der wässrigen Phase aktiviert, so dass darin eine Polyadditions- und/oder Poly- kondensationsreaktion ausgelöst wird und sich ein Feststoff in der Form einer Kugelschale in der wässrigen Phase bildet. In process step (f) at least a portion of the at least one inorganic precursor compound is activated in the aqueous phase so that a polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered therein and a solid in the form of a spherical shell forms in the aqueous phase ,
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck„in (der) wässrigen Phase" neben der wässrigen Phase selbst auch die Phasengrenzfläche zur Öl-Phase und die Phasengrenze zur Gas-Phase. Demnach kann sich der Feststoff auch beispielsweise an der Phasengrenzfläche zwischen wässriger Phase und Öl-Phase oder an der Phasengrenzfläche zwischen wässriger Phase und Gasphase ausbilden. Die Aktivierung von zumindest einem Teil der anorganischen Vorläufer-Verbindungen kann auf ganz verschiedene Art und Weise erfolgen und ist in erster Linie auf die gewählte anorganische Vorläufer-Verbindung abgestimmt. Abhängig von der gewählten anorganischen Vorläufer- Verbindung kommt beispielsweise eine Erhöhung des pH-Wertes oder eine Absenkung des pH- Wertes in Betracht. Diese Möglichkeit ist insbesondere dann in Erwägung zu ziehen, wenn die oder ein Teil der anorganischen Vorläufer-Verbindungen eine vom pH-Wert abhängige Reaktivität aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung dadurch, dass der pH-Werte in der Öl-Phase um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten erniedrigt und zumindest ein Teils der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung protoniert wird. In the context of the present invention, the expression "in (the) aqueous phase" includes not only the aqueous phase itself, but also the phase interface to the oil phase and the phase boundary to the gas phase The activation of at least a portion of the inorganic precursor compounds can be accomplished in a very different manner and is primarily tuned to the chosen inorganic precursor compound For example, an option may be to increase the pH or decrease the pH of the chosen inorganic precursor compound, and this possibility may be considered in particular when some or all of the inorganic precursor compounds have a pH-dependent reactivity having. In a preferred embodiment, the activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound takes place in that the pH values in the oil phase are lowered by at least 1.5 pH units and at least part of the at least one inorganic precursor compound is Compound is protonated.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist damit auch ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln, umfassend die Schritte: The present invention thus also provides a process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
(a) Bereitstellung eines Gasstroms (G) in einem Mikrokanal; (a) providing a gas stream (G) in a microchannel;
(b) Bereitstellung eines Stroms einer wässrigen Phase (W), enthaltend Wasser und mindestens eine anorganische Vorläufer-Verbindung; (b) providing a stream of an aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound;
(c) Bereitstellung eines Stroms einer Öl-Phase (O), enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und mindestens ein Tensid; (c) providing a stream of an oil phase (O) containing a nonpolar solvent and at least one surfactant;
(d) Zusammenführung von Gasstrom (G) und Strom der wässrigen Phase (W) in einer ersten Dispersionszone, wodurch der Gasstrom (G) abreist und ein Strom aus dispergierten Gasblasen in einer kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) gebildet wird; (d) combining gas stream (G) and aqueous phase stream (W) in a first dispersion zone whereby the gas stream (G) is drained off and a stream of dispersed gas bubbles is formed in a continuous aqueous phase (G / W emulsion);
(e) Zusammenführung des Stroms aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) und des Stroms einer Öl-Phase (O) in einer zweiten Dispersionszone, wodurch der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt wird, dass ein Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in einer kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet wird; (e) combining the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the stream of an oil phase (O) in a second dispersion zone, whereby the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) is pinched off such that a stream of dispersed droplets of the aqueous phase, each enclosing a gas bubble, is formed in a continuous oil phase (G / W / O emulsion);
(f1 ) Aktivierung durch Erniedrigung des pH-Wertes in der Öl-Phase (O) um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten, wodurch in den dispergierten Tropfen wässriger Phase (W) eine Säure-vermittelte Polyadditions- und/oder Polykondensationsreaktion ausgelöst wird und unter Beteiligung der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung aus den dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wässriger Phase die anorganischen Mikrohohlkugeln gebildet werden; und (g) Isolierung der anorganischen Mikrohohlkugeln. (f1) activation by lowering the pH in the oil phase (O) by at least 1.5 pH units, whereby an acid-mediated polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered in the dispersed droplets of aqueous phase (W) is formed and the at least one inorganic precursor compound from the dispersed, in each case a bubble enclosing droplets of aqueous phase, the inorganic hollow microspheres; and (g) isolating the inorganic hollow microspheres.
In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die anorganische Vorläufer-Verbindung vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen (Si(OR)4), Alkylsiloxanen In this preferred embodiment, the inorganic precursor compound is preferably selected from the group consisting of siloxanes (Si (OR) 4 ), alkyl siloxanes
(R1xSi(OR2)4-x oder Metallalkoxide (z.B. Ti(OR)4) und Mischungen davon. Besonders bevorzugt ist die anorganische Vorläufer-Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natronwasserglas, Kaliwasserglas, Lithiumwasserglas, Ammoniumwasserglas und Kaliummethylwasserglas und Mischungen davon. In einer Variante dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erniedrigung des pH-Wertes in der Öl-Phase (O) um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten besonders bevorzugt dadurch, dass zu dem Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in der kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) ein Strom einer weiteren Öl-Phase (W/O) enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und eine Protonensäure zugeführt wird. (R 1 xSi (OR 2 ) 4-x or metal alkoxides (eg Ti (OR) 4 ) and mixtures thereof The inorganic precursor compound is particularly preferably selected from the group consisting of soda waterglass, potassium silicate, lithium waterglass, ammonium waterglass and potassium methyl waterglass and mixtures from that. In a variant of this embodiment of the invention, the lowering of the pH in the oil phase (O) by at least 1.5 pH units is particularly preferably carried out by adding to the stream of dispersed droplets of the aqueous Phase in the continuous oil phase (G / W / O emulsion), a stream of another oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protonic acid is supplied.
Geeignete Protonensäuren sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Essigsäure, Methansulfonsäure, Phosphorige Säure, Schweflige Säure und p-Toluolsulfonsäure. Suitable protic acids are selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, acetic acid, methanesulfonic acid, phosphorous acid, sulfurous acid and p-toluenesulfonic acid.
In einer anderen Variante dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erniedrigung des pH-Wertes in der Öl-Phase (O) um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten besonders bevorzugt dadurch, dass der Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in der kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) in eine weitere Öl-Phase (W/O) enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und eine Protonensäure geleitet wird. In another variant of this embodiment of the invention, the lowering of the pH in the oil phase (O) by at least 1.5 pH units is particularly preferably characterized in that the stream of dispersed, each enclosing a gas bubble drops of the aqueous Phase in the continuous oil phase (G / W / O emulsion) in a further oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protonic acid is passed.
In dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erniedrigung des pH-Wertes in der Öl- Phase um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten besonders bevorzugt dadurch, dass zu dem Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in der kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) ein Strom einer weiteren Öl-Phase (W/O) enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und eine Protonensäure zugeführt wird. In this embodiment of the invention, the lowering of the pH in the oil phase by at least 1.5 pH units is particularly preferably effected by adding to the stream of dispersed droplets of the aqueous phase in the continuous oil which in each case include a gas bubble Phase (G / W / O emulsion), a stream of another oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protonic acid is supplied.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung dadurch, dass der pH-Wert in der Öl- Phase um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten erhöht und zumindest ein Teil der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung deprotoniert wird. In a further preferred embodiment, the activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound takes place in that the pH in the oil phase is increased by at least 1.5 pH units and at least part of the at least one inorganic precursor compound is deprotonated.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist damit auch ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln, umfassend die Schritte: The present invention thus also provides a process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
(a) Bereitstellung eines Gasstroms (G) in einem Mikrokanal; (a) providing a gas stream (G) in a microchannel;
(b) Bereitstellung eines Stroms einer wässrigen Phase (W), enthaltend Wasser und mindestens eine anorganische Vorläuferverbindung; (b) providing a stream of an aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound;
(c) Bereitstellung eines Stroms einer Öl-Phase (O), enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und mindestens ein Tensid; (c) providing a stream of an oil phase (O) containing a nonpolar solvent and at least one surfactant;
(d) Zusammenführung von Gasstrom (G) und Strom der wässrigen Phase (W) in einer ersten Dispersionszone, wodurch der Gasstrom (G) abreist und ein Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) gebildet wird; Zusammenführung des Stroms aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) und des Stroms der Öl-Phase (O) in einer zweiten Dispersionszone, wodurch der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt wird, dass ein Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in der kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet wird; (d) combining gas stream (G) and aqueous phase stream (W) in a first dispersion zone whereby the gas stream (G) is drained off and a stream of dispersed gas bubbles is formed in the continuous aqueous phase (G / W emulsion); Merging the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the stream of oil phase (O) in a second dispersion zone, whereby the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion ) is pinched off such that a stream of dispersed droplets of the aqueous phase, each enclosing a bubble of gas, is formed in the continuous oil phase (G / W / O emulsion);
Aktivierung durch Erhöhung des pH-Wertes in der Öl-Phase um mindestens 1 ,5 pH- Wert-Einheiten, wodurch in den dispergierten Tropfen der wässrigen Phase (W) eine Basen-vermittelte Polyadditions- und/oder Polykondensationsreaktion ausgelöst wird und unter Beteiligung der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung aus den dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase die anorganischen Mikrohohlkugeln gebildet werden; und Activation by increasing the pH in the oil phase by at least 1.5 pH units, whereby a base-mediated polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered in the dispersed droplets of the aqueous phase (W) and with the participation of at least one inorganic precursor compound is formed from the dispersed droplets of the aqueous phase, each enclosing a gas bubble, the hollow inorganic microspheres; and
Isolierung der anorganischen Mikrohohlkugeln Isolation of the inorganic hollow microspheres
In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die anorganische Vorläufer-Verbindung vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kieselsäure und deren niedermolekularen Kon- densate (wie z.B. Di- oder Tri-Kieselsäure, Metakieselsäure), Metallsalze, z.B. Cersalze und Mischungen davon. Besonders bevorzugt ist die anorganische Vorläufer-Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kieselsäuren, Ammoniumcernitrat, Cerchlorid, Cercarbo- nat, Ceroxalat, Cerhydroxid und Mischungen davon. Die Aktivierung von zumindest einem Teil der anorganischen Vorläufer-Verbindung kann auch durch Erhöhung der Temperatur oder Einstrahlen von UV-Licht erfolgen. In this preferred embodiment, the inorganic precursor compound is preferably selected from the group consisting of silicic acid and its low molecular weight condensates (such as di- or tri-silicic acid, meta-silicic acid), metal salts, e.g. Cersalts and mixtures thereof. The inorganic precursor compound is particularly preferably selected from the group consisting of silicic acids, ammonium cerium nitrate, cerium chloride, cerium carbonate, cerium oxalate, cerium hydroxide and mixtures thereof. Activation of at least a portion of the inorganic precursor compound can also be accomplished by increasing the temperature or by irradiating UV light.
In anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung dadurch, dass die Temperatur des Stroms aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) um mindestens 15 °C erhöht wird und zumindest ein Teil der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung Radikale bildet. In another preferred embodiment, the activation of at least a portion of the at least one inorganic precursor compound is effected by at least the temperature of the stream of dispersed droplets of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion), each including a gas bubble 15 ° C is increased and at least a portion of the at least one inorganic precursor compound forms radicals.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist damit insbesondere auch ein Verfahren zur Herstel- lung von anorganischen Mikrohohlkugeln, umfassend die Schritte: The present invention thus also relates in particular to a process for the production of inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
(a) Bereitstellung eines Gasstroms (G) in einem Mikrokanal; (a) providing a gas stream (G) in a microchannel;
(b) Bereitstellung eines Stroms der wässrigen Phase (W) enthaltend Wasser und mindes- tens eine anorganische Vorläuferverbindung; (b) providing a stream of the aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound;
Bereitstellung eines Stroms einer Ol-Phase (O) enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und mindestens ein Tensid; (d) Zusammenführung von Gasstrom (G) und Strom der wässrigen Phase (W) in einer ersten Dispersionszone, wodurch der Gasstrom (G) abreist und ein Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) gebildet wird; Providing a stream of an oil phase (O) containing a non-polar solvent and at least one surfactant; (d) combining gas stream (G) and aqueous phase stream (W) in a first dispersion zone whereby the gas stream (G) is drained off and a stream of dispersed gas bubbles is formed in the continuous aqueous phase (G / W emulsion);
(e) Zusammenführung des Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) und des Stroms der Öl-Phase (O) in einer zweiten Dispersionszone, wodurch der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt wird, dass ein Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet wird; (e) combining the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the oil phase (O) stream in a second dispersion zone, whereby the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) is pinched off such that a stream of dispersed droplets of the aqueous phase enclosing a gas bubble in continuous oil phase (G / W / O emulsion) is formed;
(f3) Aktivierung durch Erhöhung der Temperatur um mindestens 15 °C und Radikal-Bildung aus zumindest einem Teil der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung, wodurch in den dispergierten Tropfen der wässrigen Phase (W) eine Radikal-vermittelte Polyadditions- und/oder Polykondensationsreaktion ausgelöst wird und unter Beteiligung der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung aus den dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase die anorganischen Mikro- hohlkugeln gebildet werden; und (f3) activation by raising the temperature by at least 15 ° C and free radical formation from at least a portion of the at least one inorganic precursor compound, whereby in the dispersed droplets of the aqueous phase (W) a radical-mediated polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered and the inorganic hollow microspheres are formed with the participation of the at least one inorganic precursor compound from the dispersed droplets of the aqueous phase enclosing a respective gas bubble; and
(g) Isolierung der anorganischen Mikrohohlkugeln. (g) Isolation of inorganic hollow microspheres.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln, umfassend die Schritte: The present invention also relates in particular to a process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps:
(a) Bereitstellung eines Gasstroms (G) in einem Mikrokanal; (a) providing a gas stream (G) in a microchannel;
(b) Bereitstellung eines Stroms einer wässrigen Phase (W) enthaltend Wasser und mindestens eine anorganische Vorläufer-Verbindung; (b) providing a stream of an aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound;
(c) Bereitstellung eines Stroms einer Öl-Phase (O) enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und mindestens ein Tensid; (c) providing a stream of an oil phase (O) containing a non-polar solvent and at least one surfactant;
(d) Zusammenführung des Gasstroms (G) und des Stroms der wässrigen Phase (W) in einer ersten Dispersionszone, wodurch der Gasstrom (G) abreist und ein Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) gebildet wird; (d) combining the gas stream (G) and the aqueous phase stream (W) in a first dispersion zone whereby the gas stream (G) is drained off and a stream of dispersed gas bubbles is formed in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) ;
(e) Zusammenführung des Stroms aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) und Strom einer Öl-Phase (O) in einer zweiten Dispersionszone, wodurch der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt wird, dass ein Strom aus disper- gierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet wird; (e) combining the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) and an oil phase (O) stream in a second dispersion zone, whereby the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (w / w) Emulsion) is pinched off such that a stream of disperse gated, in each case a gas bubble enclosing drops of the aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion) is formed;
(f4) Aktivierung durch Einstrahlung von UV-Licht und Radikal-Bildung aus zumindest einem Teil der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung, wodurch in den disper- gierten Tropfen der wässrigen Phase (W) eine Radikal-vermittelte Polyadditions- und/oder Polykondensationsreaktion ausgelöst wird und unter Beteiligung der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung aus den dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase die anorganischen Mikrohohl- kugeln gebildet werden; und (f4) activation by irradiation of UV light and radical formation from at least a part of the at least one inorganic precursor compound, whereby a radical-mediated polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered in the dispersed droplets of the aqueous phase (W) and with the participation of at least one inorganic precursor compound from the dispersed droplets of the aqueous phase, each enclosing a gas bubble, the inorganic hollow microspheres are formed; and
(g) Isolieren der anorganischen Mikrohohlkugeln. (g) isolating the inorganic hollow microspheres.
Nachdem die Hohlkugeln gebildet worden sind und das Mikroemulsionssystem gegebenenfalls gereinigt oder thermisch nachbehandelt wurde, werden in einem weiteren Nachbehandlungsschritt die Hohlkugeln vom Mikroemulsionssystem abgetrennt. After the hollow spheres have been formed and the microemulsion system has optionally been cleaned or thermally post-treated, the hollow spheres are separated from the microemulsion system in a further after-treatment step.
Nachfolgend werden die Figuren 1 bis 9 kurz beschrieben. Figur 1 zeigt verschiedene konkrete Ausgestaltungen der ersten Dispersionszone des Mikrofluidikaufbaus, in welcher Ströme aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion) gebildet werden können; Figur 1 a) zeigt schematisch die Dispersionsbildung an einer T-förmigen Kreuzung; Figur 1 b) zeigt schematisch die Bildung monodisperser Gasblasen an einer Fluss-fokussierenden Anordnung; und Figur 1 c) zeigt schematisch die Dis- persionsbildung in einer Anordnung . Hereinafter, FIGS. 1 to 9 will be briefly described. FIG. 1 shows various specific embodiments of the first dispersion zone of the microfluidic structure in which streams of dispersed gas bubbles in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) can be formed; Figure 1 a) shows schematically the dispersion formation at a T-shaped crossing; FIG. 1 b) shows schematically the formation of monodisperse gas bubbles on a flow-focusing arrangement; and FIG. 1 c) shows schematically the dispersion formation in an arrangement.
Figur 2 zeigt eine konkrete Ausgestaltung der zweiten Dispersionszone des Mikrofluidikaufbaus, in welcher Ströme aus emulgierten, jeweils eine Gasblase einschließende Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet werden können. FIG. 2 shows a concrete embodiment of the second dispersion zone of the microfluidic structure, in which streams of emulsified droplets of aqueous phase enclosing a gas bubble in continuous oil phase (G / W / O emulsion) can be formed.
Figur 3 zeigt schematisch eine Möglichkeit der Aktivierung der anorganischen Vorläufer-Verbindung, bei der die Aktivierung dadurch ausgelöst wird, dass stromabwärts von der zweiten Dispersionszone ein Strom einer Öl-Phase 2, enthaltend eine Protonensäure, in die G/W/O- Emulsion eingeleitet wird und die Protonensäure zumindest einen Teil der mindestens einen anorganischen Vorläufer-Verbindung protoniert. Figure 3 shows schematically a way of activating the inorganic precursor compound in which activation is triggered by introducing into the G / W / O emulsion a stream of an oil phase 2 containing a proton acid downstream of the second dispersion zone and proton acid protonates at least a portion of the at least one inorganic precursor compound.
Figur 4 zeigt einen Mikrofluidikaufbau zur Herstellung von Mikrohohlkugeln. Die erste, links dargestellte Fluss-fokussierende Anordnung (erste Dispersionszone) dient zur Erzeugung eines Stroms aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion) und die zweite Fluss-fokussierende Anordnung (zweite Dispersionszone) zur Erzeugung eines Stroms aus emulgierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion). Figur 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Gemisches von (teilweise durch Ausüben von Druck zerdrückten) Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln und Silizium- dioxid-basierten Mikrovollkugeln bzw. Mikropartikeln. Figur 6 zeigt den Mikrokanal (Querschnittsdurchmesser: 200 μηη) eines Mikrofluidikaufbaus mit einem darin fließenden Strom einer kontinuierlichen Öl-Phase enthaltend emulgierte, jeweils eine Gasblase einschließende Tropfen wässriger Phase. FIG. 4 shows a microfluidic structure for producing hollow microspheres. The first flux-focusing arrangement (first dispersion zone) shown on the left serves to generate a stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the second flow-focusing arrangement (second dispersion zone) to produce a stream of emulsified, in each case a gas bubble enclosing drops of aqueous phase in a continuous oil phase (G / W / O emulsion). FIG. 5 shows a scanning electron micrograph of a mixture of silicon dioxide-based hollow microspheres (partially crushed by exertion of pressure) and silicon dioxide-based micro-solid particles or microparticles. FIG. 6 shows the microchannel (cross-sectional diameter: 200 μm) of a microfluidic structure with a flow of a continuous oil phase flowing in it, containing emulsified droplets of aqueous phase, each including a gas bubble.
Figur 7 zeigt eine Mikrofluidik-Anwendung zur Herstellung von Mikrohohlkugeln direkt im Mikro- kanal. Die linke und die mittlere Fluss-fokussierenden Anordnungen dienen zur Erzeugung eines Stroms aus emulgierten, jeweils eine Gasblase umschließenden Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion); die dritte, rechts gezeigte Strom-vereinigende Anordnung dient zur Einleitung einer die anorganische Vorläufer-Verbindung aktivierenden Lösung. FIG. 7 shows a microfluidic application for producing hollow microspheres directly in the microchannel. The left and middle flux-focusing arrangements serve to generate a stream of emulsified droplets of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion) which in each case surround a gas bubble; the third current-combining arrangement, shown on the right, serves to initiate a solution which activates the inorganic precursor compound.
Figur 8 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln. FIG. 8 shows a scanning electron micrograph of silicon dioxide-based hollow microspheres.
Figur 9 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer aufgeschlitzten Siliziumdi- oxid-basierten Mikrohohlkugel. FIG. 9 shows a scanning electron micrograph of a sliced silicon dioxide-based hollow microspheres.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert. The present invention is further illustrated by the following examples.
Beispiel 1 example 1
Zusammensetzung der eingesetzten Ströme: Gasphase: Luft Wässrige Phase: - 80,0 Gew.-% einer wässrigen Natriummetasilikat-Lösung (27 Gew.-% Composition of the streams used: gas phase: air Aqueous phase: 80.0% by weight of an aqueous sodium metasilicate solution (27% by weight)
Natriummetasilikat (Natronwasserglas) in Wasser)  Sodium metasilicate (soda waterglass) in water)
-19,9 Gew.-% Wasser  -19.9% by weight of water
- 0,1 Gew.-% Triton® CG110 Öl-Phase: - 99,0 Gew.-% Cobersol® H 120 - 0.1 wt .-% Triton ® CG110 oil phase: - 99.0 wt .-% Cobersol ® H 120
- 1 ,0 Gew.-% Span 80  - 1, 0 wt .-% Span 80
In einer Mikrofluidik-Anwendung, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, wurde ein laminarer Luft-Strom (GAS; 2,5 ml/h; Querschnittsdurchmesser des Mikrokanals: 25 μηη), welcher durch Verwendung eines thermischen Massendurchflussreglers (Bronkhorst® Digital Controller E7100 und Bronkhorst® gas flow measurement Controller F211 ) eingestellt wurde, mit einem Strom einer wässrigen Phase (W; 2,5 ml/h; Querschnittsdurchmesser der Mikrokanäle: 50 μηη) in einer ersten Dispersionszone zusammengeführt. Dabei bildete sich ein Strom aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase (G/W-Emulsion; Querschnittsdurchmesser des Mikrokanals: 100 μηη). Der Strom aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase wurde direkt in einen Strom einer Öl-Phase (O; 7,5 ml/h; Querschnittsdurchmesser der Mikrokanäle: 100 μηη) eingeleitet, wodurch sich ein Strom aus einzelnen, jeweils eine Gasblase einschlie- ßenden emulgierten Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O-Emulsion; Querschnittsdurchmesser des Mikrokanals: 100 μηη) bildete, welcher dann in HCI-saures Isopropanol (6 M HCl in Isopropanol) geleitet wurde. Dabei löst sich HCI-saures Isoporopanol in der Öl-Phase. An der Phasengrenze zwischen Öl-Phase und wässriger Phase wird dadurch eine Polykondensationsreaktion unter Beteiligung von Natriummetasilikat ausgelöst, die zur Ausbil- dung einer Kugelwand führt. Die dabei erhaltenen Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln wurden für die Analyse mehrmals mit Isopropanol gewaschen, um das aus der Öl-Phase herrührende Öl zu entfernen. Anschließend wurden die Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln getrocknet. Figur 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (Phenom Pro X, Standardprobenhalter mit Aluminiumträger und Kohlenstoffkontaktpad; Auflösung ca. 17 nm, Beschleunigungsspannung 5, 10 oder 15 kV, CeB6 Elektronenquelle (thermoionisch), Kopplung mit Energy dis- pensive spectrometer (EDS)) der Hohlkugeln. Zu erkennen sind - neben kleineren Mengen von Siliziumdioxid-basierten Mikropartikeln - die entstandenen Siliziumdioxid-basierten Mikrohohl- kugeln. Zum Nachweis, dass die Kugeln tatsächlich hohl sind, wurde Teile der Kugeln durch Ausüben von Druck auf die Objektträger zerstört. In a microfluidic application, as shown in Figure 4, has a laminar air stream (GAS; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannel 25 μηη), which (by using a thermal mass flow controller Bronkhorst ® Digital controller E7100 and Bronkhorst ® gas flow measurement controller F211) was adjusted (with a stream of an aqueous phase W; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannels 50 μηη) together in a first dispersion zone. This formed a stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase (G / W emulsion, cross-sectional diameter of the microchannel: 100 μηη). The stream of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase was introduced directly into a stream of an oil phase (O, 7.5 ml / h, cross-sectional diameter of the microchannels: 100 μηη), resulting in a stream of individual, one gas bubble included emulsified droplets of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion, cross-sectional diameter of the microchannel: 100 μηη), which was then passed into HCI-acidic isopropanol (6 M HCl in isopropanol). In the process, HCI-acidic isoporopanol dissolves in the oil phase. At the phase boundary between oil phase and aqueous phase, this triggers a polycondensation reaction with the participation of sodium metasilicate, which leads to the formation of a spherical wall. The resulting silica-based hollow microspheres were washed several times with isopropanol for analysis to remove the oil derived from the oil phase. Subsequently, the silica-based hollow microspheres were dried. FIG. 5 shows a scanning electron micrograph (Phenom Pro X, standard sample holder with aluminum carrier and carbon contact pad, resolution about 17 nm, acceleration voltage 5, 10 or 15 kV, CeB6 electron source (thermionic), coupling with energy-dispersive spectrometer (EDS)) of the hollow spheres , In addition to smaller amounts of silica-based microparticles, the resulting silicon dioxide-based hollow microspheres can be seen. To prove that the balls are actually hollow, parts of the balls were destroyed by applying pressure to the slides.
Beispiel 2 Zusammensetzung der eingesetzten Ströme: Gasphase: Luft Example 2 Composition of the streams used: gas phase: air
Wässrige Phase: - 80,0 Gew.-% einer wässrigen Natriummetasilikat-Lösung (27 Gew.-% Aqueous phase: 80.0% by weight of an aqueous sodium metasilicate solution (27% by weight)
Natriummetasilikat (Natronwasserglas) in Wasser)  Sodium metasilicate (soda waterglass) in water)
-19,9 Gew.-% Wasser  -19.9% by weight of water
- 0,1 Gew.-% Triton® CG110 - 0.1 wt .-% Triton ® CG110
Öl-Phase: - 99,0 Gew.-% Cobersol® H120 Oil phase: - 99.0 wt .-% Cobersol ® H120
- 0,1 Gew.-% Span 80  0.1% by weight of Span 80
In einer Mikrofluidik-Anwendung, wie sie in Figur 6 gezeigt ist, wurde ein laminarer Luft-Strom (GAS; 2,5 ml/h; Querschnittsdurchmesser des Mikrokanals: 25 μηη), welcher einen durch Verwendung eines thermischen Massendurchflussreglers (Bronkhorst® Digital Controller E7100 und Bronkhorst® gas flow measurement Controller F211) garantierten konstanten Massenfluss aufwies, mit einem Strom einer wässrigen Phase (W; 2,5 ml/h; Querschnittsdurchmesser der Mikrokanäle: 50 μηη) in einer ersten Dispersionszone zusammengeführt, wodurch sich ein Strom aus dispergierten Gasblasen in wässriger kontinuierlicher Phase (Querschnittsdurch- messer des Mikrokanals: 100 μηη) bildete. Der Strom aus dispergierten Gasblasen in kontinuierlicher wässriger Phase wurde in einer zweiten Dispersionszone in einen Strom einer Öl-Phase (O, 7,5 ml/h; Querschnittsdurchmesser der Mikrokanäle: 100 μηη) eingeleitet, wodurch sich ein nahezu perfekter Strom aus emulgierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wäss- riger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (Querschnittsdurchmesser des Mikrokanals: 100 μηη) bildete (siehe Figur 7). Der so erzeugte Strom wurde dann in einen kontinuierlichen Strom aus HCI-saurem Isopropanol (W/O; 6 M HCl in Isopropanol; 20 ml/h; Querschnittsdurchmesser des Mikrokanals: 200 μηη) eingeleitet. Dabei löse sich HCI-saures Isoporopanol in der Öl-Phase und an der O/W-Phasengrenze wurde eine Polykondensationsreaktion unter Beteiligung von Natri- ummetasilikat hervorgerufen, die zur Ausbildung einer Kugelwand führt. Die dabei erhaltenen Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln wurden für die Analyse mehrmals zur Entfernung des Öls mit Isopropanol gewaschen. Anschließend wurden die Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln getrocknet. Figur 8 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der dabei erhaltenen Siliziumdioxid-basierten Mikrohohlkugeln. Dabei ist auch zu erkennen, dass praktisch keine Siliziumdioxid-basierten Mikropartikel als Nebenprodukte entstanden sind. Figur 9 zeigt, dass es sich bei den gewonnenen Mikrokugeln tatsächlich um Hohlkugel handelt. In a microfluidic application, as shown in Figure 6, has a laminar air stream (GAS; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannel 25 μηη) having a (by using a thermal mass flow controller Bronkhorst ® Digital Controller E7100 and Bronkhorst ® gas flow measurement controller F211) guaranteed constant mass flow showed, (with a stream of an aqueous phase W; 2.5 ml / h; cross-sectional diameter of the microchannels 50 μηη) in a first dispersion zone merged, resulting in a stream of dispersed Gas bubbles in aqueous continuous phase (cross-sectional diameter of the microchannel: 100 μm). The flow of dispersed gas bubbles in continuous aqueous phase was introduced in a second dispersion zone into a stream of an oil phase (O, 7.5 ml / h, cross-sectional diameter of the microchannels: 100 μηη), whereby a nearly perfect stream of emulsified, respectively a droplet of aqueous phase enclosing a gas bubble in continuous oil phase (cross-sectional diameter of the microchannel: 100 μm) was formed (see FIG. 7). The thus generated stream was then introduced into a continuous stream of HCI-acidic isopropanol (W / O; 6 M HCl in isopropanol, 20 ml / hr, cross-sectional diameter of the microchannel: 200 μηη). In this case, HCl acid isoporopanol dissolves in the oil phase and at the O / W phase boundary a polycondensation reaction involving sodium metasilicate was induced, which leads to the formation of a spherical wall. The resulting silica-based hollow microspheres were washed several times for analysis to remove the oil with isopropanol. Subsequently, the silica-based hollow microspheres were dried. FIG. 8 shows a scanning electron micrograph of the silicon dioxide-based hollow microspheres obtained thereby. It can also be seen that virtually no silicon dioxide-based microparticles are formed as by-products. FIG. 9 shows that the microspheres actually obtained are hollow spheres.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von anorganischen Mikrohohlkugeln, umfassend die Schritte: 1. A process for producing inorganic hollow microspheres, comprising the steps of:
(a) Bereitstellung eines Gasstroms (G) in einem Mikrokanal; (a) providing a gas stream (G) in a microchannel;
(b) Bereitstellung eines Stroms einer wässrigen Phase (W), enthaltend Wasser und mindestens eine anorganische Vorläuferverbindung; (b) providing a stream of an aqueous phase (W) containing water and at least one inorganic precursor compound;
(c) Bereitstellung eines Stroms einer Öl-Phase (O), enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und mindestens ein Tensid; (c) providing a stream of an oil phase (O) containing a nonpolar solvent and at least one surfactant;
(d) Zusammenführung von Gasstrom (G) und Strom der wässrigen Phase (W) in einer ersten Dispersionszone, wodurch der Gasstrom (G) abreißt und ein Strom aus disper- gierten Gasblasen in einer kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) gebildet wird; (d) combining gas stream (G) and aqueous phase stream (W) in a first dispersion zone whereby the gas stream (G) breaks down and a stream of dispersed gas bubbles is formed in a continuous aqueous phase (G / W emulsion) becomes;
(e) Zusammenführung des Stroms aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) und des Stroms der Öl-Phase (O) in einer zweiten Dispersionszone, wodurch der Strom aus dispergierten Gasblasen in der kontinuierlichen wässrigen Phase (G/W-Emulsion) derart abgeschnürt wird, dass ein Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in einer kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O-Emulsion) gebildet wird; (e) combining the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) and the oil phase (O) stream in a second dispersion zone, whereby the stream of dispersed gas bubbles in the continuous aqueous phase (G / W emulsion) is pinched off such that a stream of dispersed droplets of the aqueous phase, each enclosing a gas bubble, is formed in a continuous oil phase (G / W / O emulsion);
(f) Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung, wodurch in den dispergierten Tropfen der wässrigen Phase (W) eine Poly- additions- und/oder Polykondensationsreaktion ausgelöst wird und unter Beteiligung der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung aus den dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase die anorganischen Mikrohohlkugeln gebildet werden; und (F) activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound, whereby in the dispersed droplets of the aqueous phase (W) a polyaddition and / or polycondensation reaction is triggered and with participation of the at least one inorganic precursor compound from the dispersed, in each case a gas bubble enclosing aqueous phase droplets are formed the inorganic hollow microspheres; and
(g) Isolierung der anorganischen Mikrohohlkugeln. (g) Isolation of inorganic hollow microspheres.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung durch Erniedrigung des pH-Wertes der Öl-Phase (O) um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the activation of at least part of the at least one inorganic precursor compound by lowering the pH of the oil phase (O) by at least 1.5 pH units is carried out.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erniedrigung des pH-Wertes durch Einleitung des Stroms aus emulgierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen der wässrigen Phase in der kontinuierlichen Öl-Phase (G/W/O- Emulsion) in eine weitere Öl-Phase (W/O), enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und eine Protonensäure, erfolgt. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the lowering of the pH by introducing the stream of emulsified, each enclosing a gas bubble droplets of the aqueous phase in the continuous oil phase (G / W / O- Emulsion) into another oil phase (W / O) containing a non-polar solvent and a protic acid.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ernied- rigung des pH-Wertes durch Zuführen einer weiteren Öl-Phase (W/O), enthaltend ein unpolares Lösungsmittel und eine Protonensäure, zu dem Strom aus dispergierten, jeweils eine Gasblase einschließenden Tropfen wässriger Phase in kontinuierlicher Öl-Phase (G/W/O- Emulsion) erfolgt. 4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the lowering of the pH by adding a further oil phase (W / O), containing a non-polar solvent and a protic acid, dispersed to the stream, in each case a gas bubble enclosing drops of aqueous phase in continuous oil phase (G / W / O emulsion) takes place.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Vorläuferverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Natronwasserglas, Kaliwasserglas, Lithiumwasserglas, Ammoniumwasserglas, Kaliummethylwasserglas und Mischungen davon. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the inorganic precursor compound is selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, lithium water glass, ammonium water glass, potassium methyl waterglass and mixtures thereof.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung durch Erhöhung des pH-Wertes der Öl-Phase (O) um mindestens 1 ,5 pH-Wert-Einheiten erfolgt. 6. The method according to claim 1, characterized in that the activation of at least a portion of the at least one inorganic precursor compound by increasing the pH of the oil phase (O) by at least 1.5 pH units is carried out.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung zumindest eines Teils der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung durch Einstrahlen von UV-Licht und Radikal-Bildung von zumindest einem Teil der mindestens einen anorganischen Vorläuferverbindung erfolgt. 7. The method according to claim 1, characterized in that the activation of at least a portion of the at least one inorganic precursor compound by irradiation of UV light and radical formation of at least a portion of the at least one inorganic precursor compound takes place.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas- ström (G) ein oder mehre Gase, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Chlorwasserstoff, Wasserstoff, Helium, Neon, und Argon enthält. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the gas Ström (G) one or more gases selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen chloride, hydrogen, helium, neon, and Contains argon.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas- ström (G) einen Volumenstrom aufweist, der Schwankungen von weniger als 0,01 ml-h -1 aufweist. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the gas Ström (G) has a volume flow, the fluctuations of less than 0.01 ml-h - 1 has.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom einer wässrigen Phase (W) zusätzlich ein oder mehrere nichtionische Tenside enthält. 10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the stream of an aqueous phase (W) additionally contains one or more nonionic surfactants.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom einer wässrigen Phase (W) eine Viskosität von 0,8 bis 25 mPa«s aufweist. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the stream of an aqueous phase (W) having a viscosity of 0.8 to 25 mPa «s.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ver- hältnis der Volumenströme zwischen Gasstrom (G) und Strom einer wässrigen Phase (W) von 10:1 bis 1 :2 beträgt. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the ratio of the volume flows between the gas stream (G) and stream of an aqueous phase (W) of 10: 1 to 1: 2.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine nicht-ionische Tensid in der Öl-Phase (O) einen HLB-Wert zwischen 1 ,5 uns 8,0 besitzt. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the at least one nonionic surfactant in the oil phase (O) has an HLB value between 1, 5 and 8.0.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine nichtionische Tensid in der Öl-Phase (O) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fettalkoholen, Sterolen, Sorbitanfettsäureestern und Polyalkylenethern. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the at least one nonionic surfactant in the oil phase (O) is selected from the group consisting of fatty alcohols, sterols, sorbitan fatty acid esters and polyalkylene ethers.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an nicht-ionischem Tensid in der Öl-Phase (O) zwischen 0,02 Gew.-% und der kritischen Mizellbildungskonzentration liegt. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the amount of non-ionic surfactant in the oil phase (O) is between 0.02 wt .-% and the critical micelle concentration.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108558408A (en) * 2018-06-05 2018-09-21 李钰龙 A kind of preparation method of integrated microchannels plate
CN109289950A (en) * 2018-10-19 2019-02-01 扬州大学 A kind of preparation facilities and method of porous microsphere

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101612139A (en) * 2009-07-13 2009-12-30 四川大学 Thermal initiation spontaneous explosion type magnetically targeted micro-capsule and preparation method thereof
WO2011131644A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-27 Basf Se Capsule comprising active ingredient
CN102258498A (en) * 2011-07-14 2011-11-30 四川大学 Release mass transfer rate adjustable and controllable intelligent drug delivery carrier and preparation method thereof
US20120000777A1 (en) * 2010-06-04 2012-01-05 The Regents Of The University Of California Devices and methods for forming double emulsion droplet compositions and polymer particles
JP2012011268A (en) * 2010-06-29 2012-01-19 Okayama Univ Biodegradable hollow fine particle and method for producing the same
US20140031463A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Basf Se Composition of microcapsules with a silica shell and a method for their preparation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101612139A (en) * 2009-07-13 2009-12-30 四川大学 Thermal initiation spontaneous explosion type magnetically targeted micro-capsule and preparation method thereof
WO2011131644A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-27 Basf Se Capsule comprising active ingredient
US20120000777A1 (en) * 2010-06-04 2012-01-05 The Regents Of The University Of California Devices and methods for forming double emulsion droplet compositions and polymer particles
JP2012011268A (en) * 2010-06-29 2012-01-19 Okayama Univ Biodegradable hollow fine particle and method for producing the same
CN102258498A (en) * 2011-07-14 2011-11-30 四川大学 Release mass transfer rate adjustable and controllable intelligent drug delivery carrier and preparation method thereof
US20140031463A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Basf Se Composition of microcapsules with a silica shell and a method for their preparation

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CONG GAO ET AL: "Fabrication of monodisperse precursor gel microspheres for hollow glass microspheres by combining the sol-microemulsion-gel process with a T-shaped microfluidic device", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., BARKING, GB, vol. 36, no. 16, 13 May 2011 (2011-05-13), pages 9758 - 9766, XP028248275, ISSN: 0360-3199, [retrieved on 20110531], DOI: 10.1016/J.IJHYDENE.2011.05.090 *
DATABASE WPI Week 201012, Derwent World Patents Index; AN 2010-A47048, XP002761309 *
DATABASE WPI Week 201209, Derwent World Patents Index; AN 2012-A89720, XP002761307 *
DATABASE WPI Week 201233, Derwent World Patents Index; AN 2011-Q39172, XP002761308 *
JIANDI WAN ET AL: "Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles", LANGMUIR, vol. 28, no. 1, 10 January 2012 (2012-01-10), US, pages 37 - 41, XP055298802, ISSN: 0743-7463, DOI: 10.1021/la203824f *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108558408A (en) * 2018-06-05 2018-09-21 李钰龙 A kind of preparation method of integrated microchannels plate
CN108558408B (en) * 2018-06-05 2020-12-01 李钰龙 Preparation method of integrated microchannel plate
CN109289950A (en) * 2018-10-19 2019-02-01 扬州大学 A kind of preparation facilities and method of porous microsphere

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