DE19638601C1 - Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einem Kern und einer Hülle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Par­ tikeln mit einem Kern und einer Hülle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solches Verfahren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U 94 03 581 bekannt. In diesem Gebrauchsmuster wird ein beschichtetes Nanopulver beschrieben, bei dem die einzelnen Partikel aus einem Kern und einer Hülle gebildet sind, wobei der Kern aus einer Verbindung eines Metalls mit einem Nichtme­ tall, insbesondere aus einem Metalloxid, -nitrid oder -carbid, besteht. Die Hülle der Partikel besteht aus einem Material derselben Verbindungsklasse, wobei jedoch der Metallbestand­ teil verschieden gewählt ist.

Gemäß dem Verfahren zur Herstellung dieser Partikel wird eine verdampfbare Metallverbindung wie z. B. ein Halogenid oder Carbonyl in einem ersten Mikrowellenplasma mit einem Re­ aktionsgas wie z. B. Sauerstoff oder Wasserdampf umgesetzt, wobei sich die Kerne der Partikel bilden. Nach einer Abkühlung werden die Kerne mit einer weiteren chemischen Verbindung in Kontakt gebracht, wobei sich die Hülle bildet. Die weitere chemische Verbindung ist hier wiederum eine verdampfbare Me­ tallverbindung. Die Hülle der Partikel bildet sich in einer zweiten Plasmazone, in die zusammen mit den Kernen eine wei­ tere verdampfbare Metallverbindung eingeleitet wird.

Aus der DE-AS 20 11 306 ist bekannt, daß pulverförmige Stoffe in polymere Verbindungen eingekapselt werden können, indem die pulverförmigen Stoffe in Gegenwart mindestens einer durch Glimmentladung polymerisierbaren organischen Verbindung bei vermindertem Druck einer elektrischen Entladung hoher Frequenz unterworfen werden.

Ein ähnliches Verfahren, bei dem zur Polymerisation ebenfalls hochfrequente elektrische Entladungen eingesetzt werden, ist Gegenstand der FR 2 036 477.

In der GB 10 06 753 ist beschrieben, daß Partikel mit einer Hülle von Poly-p-Xylol versehen werden können, indem zykli­ sches Di-p-Xylol bei einer Temperatur von 450° bis 700°C auf die Partikel, deren Temperatur unter 200°C gehalten wird, aufpolyinerisiert wird.

In den Pat. Abstracts Japan, C-217, 3.4. 1984, Vol 8/N.71 (zu JP 58-223437 A) wird beschrieben, daß ein durch ein Plasma po­ lymerisierter Film auf die Partikel eines anorganischen Pul­ vers aufgebracht wird. Hierbei wird ein Behälter, der das Pul­ ver enthält, in Rotation versetzt, wonach ein gasförmiges Mo­ nomer und ein Trägergas zusammen mit einem Plasma mit dem Pul­ ver in Kontakt gebracht werden.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art vorzuschlagen, mit dem sich Partikel aus einem Kern und einer Hülle herstellen lassen, wobei die Hülle aus einem Polymerisat besteht. Zur Herstellung dieser Partikel soll keine zweite Plasmazone erforderlich ist.

Die Lösung der Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs beschrieben.

Erfindungsgemäß werden Partikel hergestellt, bei denen der Kern aus einer Verbindung des Metalls und einem Nichtmetall und die Hülle aus einem Polymerisat besteht. Diese Partikel liegen in der Regel als feinteilige Pulver vor. Als Kerne eig­ nen sich alle in dem Gebrauchsmuster aufgeführten Verbindun­ gen, insbesondere Oxid- und Nitridkeramiken, Sulfide, Sulfo­ nitride, Selenide und Carbide. Die Hülle kann ein Polymer oder ein Copolymer sein. Bevorzugt werden solche Polymere oder Co­ polymere, deren Monomere sich durch UV-Strahlung oder ther­ misch polymerisieren lassen. Der Kern der Partikel mißt vor­ zugsweise zwischen 3 nm und 100 nm, besser zwischen 3 nm und 10 nm im Durchmesser. Die Dicke der Hülle beträgt vorzugsweise 1 nm bis 20 nm.

Die Partikel lassen sich in der nachfolgend beschriebenen Weise herstellen. Als Ausgangsstoffe zur Herstellung des Kerns eignen sich die im Gebrauchsmuster genannten Metallverbindun­ gen und Reaktionsgase. Metallverbindung und Reaktionsgas wer­ den in der Weise ausgewählt, daß im Mikrowellenplasma der Kern mit der gewünschten Zusammensetzung entsteht. Als Metallver­ bindungen können Metallhalogenide, Metallcarbonyle oder me­ tallorganische Verbindungen wie z. B. Metall-Acetylacetonate oder Metallalkoholate eingesetzt werden. Wichtig ist, daß die Metallverbindung bei den Temperaturen des Mikrowellenplasmas (ca. 650 K bis 1300 K) verdampfbar ist. Zur Herstellung von Oxiden und Nitriden können die Metallverbindungen mit Sauer­ stoff oder mit Stickstoff oder Ammoniak als Reaktionsgas umge­ setzt werden. Zur Herstellung von Sulfonitriden läßt sich ein Gemisch aus Schwefelwasserstoff und Stickstoff oder Ammoniak verwenden. Selenide oder Sulfide entstehen durch Umsetzung der Metallverbindungen mit Selen(VI)-Chlorid oder Schwefelwasser­ stoff.

Die Metallverbindung, das Reaktionsgas und ggf. ein inertes Trägergas werden gemeinsam bei vermindertem Druck in das Mi­ krowellenplasma geleitet, wo sich unter dem Einfluß des Mikro­ wellenplasmas der Kern der Partikel bildet. Durch den Strom des Reaktionsgases und/oder des Trägergases werden die Kerne aus der Plasmazone herausgetragen und kühlen sich ab. Die Ab­ kühlung kann beispielsweise durch den Gasstrom, die Weglänge und durch interne oder externe Temperaturregelung gesteuert werden. Die Kerne durchlaufen nun eine Zone, in die mindestens eine polymerisierbare Verbindung eingeleitet wird. Hierbei muß die Temperatur so eingestellt werden, daß die polymerisierbare Verbindung auf der Oberfläche der Kerne kondensieren kann. In der Regel reicht die vom Plasma ausgehende UV-Strahlung aus, um die auf der Oberfläche der Kerne kondensierte Schicht zu polymerisieren.

Als polymerisierbare Verbindung eignen sich z. B. Methacryl­ säure, Isobutylen sowie Derivate dieser Verbindungen.

Nach dem beschriebenen Verfahren wird der Kern mit einem Poly­ merisat überzogen. Das Polymerisat kann ein Polymer oder ein Copolymer sein, so daß gegebenenfalls auch mehrere polymeri­ sierbare Verbindungen eingeleitet werden. Eingesetzt werden solche Polymerisate, die sich durch UV-Strahlung aus den Mono­ meren bilden. Zur Polymerisation wird die UV-Strahlung einge­ setzt, die vom Plasma emittiert wird.

Die Partikel fallen bei diesem Verfahren als feinteiliges Pul­ ver mit einem nanoskaligen Kern an. Aus diesen Pulvern kann man anschließend durch Pressen bei erhöhter Temperatur Form­ körper herstellen. Die Formkörper sind selbst bei sehr hohen Anteilen der keramischen Phase des Kerns optisch transparent.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung entspricht der im genannten Gebrauchsmuster beschriebenen, wo­ bei jedoch die zweite Plasmazone fehlt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.

Zunächst wird AlCl₃ bei 180°C verdampft und dieser Dampf mit Hilfe eines Argon-Trägergases in die Reaktionszone gebracht. In dieser wird dieses Gasgemisch mit einer Mischung aus Argon mit 20 Vol.-% Sauerstoff vermischt. Dieses Gasgemisch wird in einem Mikrowellenplasma von 2,45 GHz bei einem Druck von 12 mbar umgesetzt. Dabei entstehen amorphe Teilchen mit Größen zwischen 5 und 10 nm. Am Ausgang der Reaktionszone liegt ein Al₂O₃-Aerosol mit einer Temperatur von ca. 140°C vor. Jetzt wird ein auf 90°C vorgeheiztes Gemisch aus Argon mit Me­ tacrylsäure diesem Aerosol hinzugefügt. Die Metacrylsäure kon­ densiert auf der Oberfläche der Al₂O₃-Teilchen und umhüllt diese. Das entstehende Produkt wird durch die UV-Strahlung des Plasmas polymerisiert und auf einer gekühlten Fläche abge­ schieden. Das entstandene Pulver wird bei einem Druck von 2 MPa und einer Temperatur von 120°C für 30 min. verpreßt. Der entstehende Preßkörper ist glasklar.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einem Kern aus ei­ ner Verbindung eines Metalls mit einem Nichtmetall und einer Hülle, bei dem

   • a) eine verdampfbare Metallverbindung und ein Reaktionsgas be­ reitgestellt werden, aus denen sich durch Umsetzen die Ver­ bindung des Metalls mit dem Nichtmetall herstellen läßt,
   • b) die verdampfbare Metallverbindung und das Reaktionsgas in ein Mikrowellenplasma eingebracht wird, wobei sich die Kerne der Partikel bilden,
   • c) die Kerne der Partikel abgekühlt und
   • d) mit mindestens einer weiteren chemischen Verbindung, die die Hülle bildet, in Kontakt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß
   • e) die weitere chemische Verbindung eine polymerisierbare or­ ganische Verbindung ist, die
   • f) durch UV-Licht auf dem Kern polymerisiert wird, wobei
   • g) das UV-Licht des Mikrowellenplasmas eingesetzt wird.