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WO2010066335A1 - Verfahren zur herstellung von metallnanopartikeln und auf diese weise erhaltene metallnanopartikel und ihre verwendung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von metallnanopartikeln und auf diese weise erhaltene metallnanopartikel und ihre verwendung Download PDF

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WO2010066335A1
WO2010066335A1 PCT/EP2009/008289 EP2009008289W WO2010066335A1 WO 2010066335 A1 WO2010066335 A1 WO 2010066335A1 EP 2009008289 W EP2009008289 W EP 2009008289W WO 2010066335 A1 WO2010066335 A1 WO 2010066335A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal nanoparticles
functionalized
metal
particularly preferably
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/008289
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Nolte
Michael Berkei
Thomas Sawitowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BYK Chemie GmbH
Original Assignee
BYK Chemie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP09760108A priority Critical patent/EP2358489A1/de
Priority to BRPI0923509A priority patent/BRPI0923509A2/pt
Priority to JP2011539917A priority patent/JP5833447B2/ja
Priority to CN2009801499743A priority patent/CN102245333B/zh
Priority to US13/139,366 priority patent/US8870998B2/en
Priority to KR1020117016016A priority patent/KR101278939B1/ko
Publication of WO2010066335A1 publication Critical patent/WO2010066335A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
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    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/895—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure having step or means utilizing chemical property
    • Y10S977/896—Chemical synthesis, e.g. chemical bonding or breaking

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of nanotechnology.
  • the present invention relates to a process for the preparation of metal nanoparticles and the metal nanoparticles obtainable in this way and to their use. Furthermore, the present invention relates to the invention containing metal nanoparticles dispersions. Finally, the present invention relates to coating materials and coating systems, glasses and glassy coatings, inks and printing inks, plastics, foams, cosmetics, cleaning agents and impregnating agents, adhesives, sealants and catalyst systems which contain the metal nanoparticles according to the invention or the dispersions of the invention.
  • the preparation of such metal nanoparticles can be carried out via the reduction of a metal salt (eg a silver salt) in a two-phase reaction with sodium borohydride as the reducing agent.
  • a metal salt eg a silver salt
  • the metal salt is first using z. B. of tetraoctylammonium bromide from the aqueous into the organic phase (eg., Toluene or chloroform) and then reduced by means of sodium borohydride.
  • the organic phase eg., Toluene or chloroform
  • a stabilizer such.
  • dodecanethiol almost monodisperse metal nanoparticles can be synthesized and dispersed in various media due to the surface modification. For use in water, it requires in most cases a phase transfer catalyst such.
  • Another alternative is the so-called polyol method (see, for example, US 2006/0090599 A1), according to which a reduction of a metal ion source in or by a polyol at elevated temperatures above 100 0 C, in general above 150 ° C, is performed.
  • the polyol also serves as a stabilizer and solvent, ie no additional solvent is required.
  • a disadvantage of this method is that the resulting metal nanoparticles as such are not or at most very expensive isolatable. In addition, the resulting metal nanoparticles are not or only with difficulty modifiable for non-polar systems.
  • Another disadvantage is the use of relatively expensive starting chemicals and the relatively high process temperatures.
  • metal nanoparticles in particular gold nanoparticles
  • sonolysis is possible, but generally only on an experimental scale.
  • This method is based on an energy input by means of ultrasound.
  • An aqueous solution of, for example, HAuCl 4 is reacted with glucose, the actual reducing agent being hydroxyl radicals and sugar pyrolysis radicals which form at the interface region between the collapsing cavities of the glucose and the water.
  • So-called nanoribbons with widths of 30 to 50 nm and lengths of a few micrometers are created, these bands are flexible and more than 90 ° flexible.
  • JP 2003-147418 A relates to the preparation of metal nanoparticles (for example Au or Pd) by reduction in micelles in aqueous media, the micelles being produced from amphiphilic block copolymers.
  • metal nanoparticles for example Au or Pd
  • the necessary for Micellbil- formation block copolymers are relatively expensive to produce and also act as a reducing agent.
  • US 2006/0266156 A1 relates to metal particles which comprise on their surface two mutually different wetting or dispersing agents with different evaporation temperatures, and a process for their preparation.
  • US 2006/0266157 A1 describes the preparation of metal nanoparticles by reduction of aqueous metal salt solutions in the presence of a wetting agent, such. Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB).
  • CTCAB Cetyltrimethylammonium bromide
  • the particles obtained in this way can be dispersed with the addition of wetting or dispersing agents and combined for bindings with binders.
  • the preparation is not carried out in a purely aqueous medium.
  • the reaction is a combination of citrate method on the one hand and two-phase reaction on the other hand.
  • the coverage of the particle surfaces, for example with CTAB as wetting agent provides readily dispersible particles in nonpolar media, but CTAB is relatively expensive and must be used in significant excess.
  • the addition of further dispersants is required in order to achieve a certain coating compatibility at all.
  • WO 2006/053225 A2 relates to the preparation of metal nanoparticles / protein complexes.
  • the preparation is carried out in an aqueous medium below
  • WO 2006/072959 A1 relates to water-based dispersions of metal nanoparticles and to a process for their preparation in the presence of a reducing water-soluble polymer which allows metal formation to form metal cores.
  • US 2007/0034052 A1 and US 2006/0159603 A1 describe the preparation of metal nanoparticles, in particular silver nanoparticles, by reduction of metal ions by means of polyols.
  • No. 6,992,039 B2 relates to the preparation of supported monodisperse noble metal nanoparticles on oxidic substrates.
  • the in situ preparation of noble metal nanoparticles on porous ceramics is described.
  • the reduction of the noble metal salts occurs in the presence of metal alkoxides and wetting agents, followed by a subsequent step of calcining.
  • US 2003/0199653 A1 relates to the preparation of metal nanoparticles in an aqueous medium in the presence of sulfur-containing copolymers by reduction with NaBH 4 . Due to the use of sulfur-containing stabilizers, the particles obtained in this way can not be used for catalysis. Furthermore, the synthesis is relatively expensive. Also, the redispersibility of the particles thus obtained is not very large.
  • WO 02/087749 A1 CA 2 445 877 A1 and US 2004/0147618 A1 describe the preparation of silver nanoparticles in various media using gamma radiation or ultrasound in the presence of polymeric stabilizers.
  • the problem underlying the present invention is thus to provide a process for the production of metal nanoparticles, which at least largely avoids or at least mitigates the previously described disadvantages of the prior art processes.
  • the present invention proposes a method according to claim 1; Further, advantageous embodiments are the subject of the relevant sub-claims.
  • the subject of the present invention are dispersions of the metal nanoparticles according to the invention in a carrier or dispersion medium according to claim 44.
  • the invention further relates to coating materials and coating systems, in particular paints, paints and the like, glasses and glassy coatings, inks and printing inks, plastics, foams, cosmetics, in particular nail varnishes, cleaning agents and impregnating agents, adhesives, sealants and catalyst systems, which are known from US Pat Metal nanoparticles according to the invention or the dispersions according to the invention contain (claim 45).
  • coating materials and coating systems in particular paints, paints and the like, glasses and glassy coatings, inks and printing inks, plastics, foams, cosmetics, in particular nail varnishes, cleaning agents and impregnating agents, adhesives, sealants and catalyst systems, which are known from US Pat Metal nanoparticles according to the invention or the dispersions according to the invention contain (claim 45).
  • the subject matter of the present invention is a process for the preparation of metal nanoparticles in which metal ions are reduced by means of at least one reducing agent in the presence of at least one polymeric stabilizer and converted into metal nanoparticles. This results in dispersions of metal nanoparticles, which are modified or coated on their surface with the polymeric stabilizer.
  • the reducing agent effects the reduction to elemental metal in the oxidation state 0, while the polymeric stabilizer ensures that the metal particles formed are produced as so-called nanoparticles, in particular agglomerate or not as an amorphous precipitate can separate or the like.
  • the inventive method is carried out in a liquid, preferably an aqueous medium or medium.
  • a liquid preferably an aqueous medium or medium.
  • the metal ions are dissolved in the respective medium or finely distributed in the form of salts.
  • the process according to the invention is carried out as a liquid-phase process, in particular as a single-phase reaction. This is a significant advantage over the initially described in the prior art reactions with two liquid phases to see.
  • defoamers known per se to the person skilled in the art can be used for this purpose.
  • the amount of defoamer can vary within wide ranges; Usually, the defoamer in amounts of 0.0001 to 5 wt .-%, preferably 0.001 to 2 wt .-%, particularly preferably 0.01 to 1 wt .-%, based on the total reaction mixture used.
  • Additives suitable according to the invention are selected, for example, from the group of pH regulators, pH buffer substances, emulsifiers, rheology modifiers, preservatives, surfactants or the like.
  • co-solvent may also be added to the reaction mixture.
  • the amount of co-solvent (s) can likewise vary widely; Usually amounts of from 0.01 to 10% by weight, particularly preferably from 0.1 to 7% by weight, very particularly preferably from 0.5 to 5% by weight, of co-solvent (s) are used on the entire reaction.
  • the co-solvent may in particular be selected from organic, preferably polar solvents, such as alcohols, glycols (eg butylglycol etc.) or the like, or else from inorganic solvents, such as acids and bases.
  • inorganic acids or bases for metal salts can be used as co-solvents for starting materials.
  • NH 3 to achieve the solubility of AgCl in water, which leads to the formation of [Ag (NH 3 ) 2 ] Cl, or HCl for AuCl 3 as the starting material, which in turn leads to the formation of HAuCl 4 .
  • the process according to the invention can be carried out over a wide temperature range. Since the process is carried out as a liquid phase process, the temperature range is limited downwards by the melting point of the reaction milieu and upwards by its boiling point. In general, especially when using an aqueous medium, the process in the temperature range of> 0 0 C and ⁇ 100 0 C, in particular 5 to 90 0 C, preferably 10 to 80 0 C, particularly preferably 10 to 40 0 C, very particularly preferably 10 to 30 0 C, performed. Lower temperatures have the advantage that generally more stable dispersions are obtained and, in addition, the resulting nanoparticles generally show better redispersibility.
  • a further advantage of the method according to the invention can be seen in the relatively short process times, which is of great advantage, especially in the case of large-scale implementation or implementation on an industrial scale.
  • the process according to the invention is usually carried out with a reaction time of ⁇ 10 minutes, in particular ⁇ 5 minutes, preferably ⁇ 1 minute, more preferably ⁇ 0.5 minutes.
  • the process according to the present invention is carried out with a reaction time in the range of 0.0001 to 10 minutes, in particular 0.0001 to 5 minutes, preferably 0.0001 to 1 minute, particularly preferably 0.0001 to 0.5 minutes.
  • the actual implementation is completed within a few seconds in the context of the method according to the invention.
  • the process according to the invention can alternatively be operated either batchwise or batchwise or else continuously.
  • the inventive method can be carried out, for example, in a simple stirred tank.
  • a continuous procedure however, the process of the invention in a continuous stirred or tubular reactor, a continuous Rhakkesselkaskade or be carried out in a so-called spinning disk reactor.
  • the continuous implementation in a so-called spinning-disk reactor offers the additional advantage of extremely fast conversion due to a very rapid and intensive mixing; for further details of the procedure in a spinning disk reactor, reference may be made, for example, to WO 2006/018622 A1, WO 2006/040566 A1 and WO 2006/008500 A1, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • the method according to the invention can be carried out such that a temporal and / or local separation of the nucleation and growth processes is achieved by regulating temperature and / or volume flows;
  • the method according to the invention can be carried out in particular in a so-called microreaction technology system.
  • a particular advantage of this procedure is that a particularly uniform morphology and / or monodispersibility of the resulting metal nanoparticles is achieved.
  • the reducing agent should be selected such that it is capable of reducing the relevant metal ion to be reduced to elemental metal (i.e., oxidation state: 0).
  • the reducing agent in the electrochemical series has a lower normal potential than the metal of the metal ion to be reduced.
  • the reducing agent should be selected to be soluble or dispersible in the reaction medium.
  • Reducing agents which are suitable according to the invention are in particular selected from the group of inorganic hydrides, such as sodium borohydride or lithium aluminum hydride; inorganic thiosulfates or thiosulfuric acid; inorganic sulfides or hydrogen sulfide; inorganic sulfites; hydrazines; hydroxylamines; Hydrogen (eg gaseous or in situ generated hydrogen or nascent hydrogen); carbon monoxide; Acetylene; Oxalic acid or oxalates; Citric acid or citrates; Tartaric acid or tartrates; monohydric or polyhydric alcohols, e.g.
  • inorganic hydrides such as sodium borohydride or lithium aluminum hydride
  • inorganic thiosulfates or thiosulfuric acid inorganic sulfides or hydrogen sulfide
  • inorganic sulfites inorganic sulfites
  • hydrazines
  • glycol or else hydroxy-functional polyglycol ethers; Sugar; inorganic phosphides; and mixtures or combinations of at least two of the aforementioned reducing agents.
  • inorganic hydrides in particular of the aforementioned type.
  • the amount of reducing agent used can likewise vary widely.
  • the reducing agent in a ratio of reducing agent to metal ions, calculated as the amount of electrons required for the reduction in the range of 1.05: 1 to 200: 1, in particular 1.1: 1 to 100: 1, preferably 1 , 1: 1 to 50: 1, used.
  • the larger the aforementioned ratio the more nuclei are formed and the smaller the nanoparticles are formed.
  • the metal is selected from at least one metallic element of groups III A to VA and IB to VIII B of the periodic system of the elements.
  • the metal is selected from the group of Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se, Te, Cd, Bi, In, Ga, As, Ti, V, W , Mo, Si, Al and / or Sn and mixtures, alloys and mixed crystals of at least two of these elements.
  • the metal is selected from the group of Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se and / or Te and mixtures, alloys and mixed crystals of at least two of these elements .
  • the metal is selected from noble metals, in particular Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Ru, Ir and / or Rh, most preferably Ag, Au, Pd and / or Pt.
  • the nanoparticles can be obtained based on at least two metals, in particular of the type CdSe, CdTe, BiTe, GaAs, InAs, AgPd, CoPt and / or AgAu. These are thus at least binary metal nanoparticles.
  • Such systems are of interest, for example, for the semiconductor technology and the catalyst technology.
  • the metal ions can basically be used in any desired forms. It is possible to use all metal ion sources which are compatible in the context of the process according to the invention, in particular in which the reaction medium is soluble or dispersible.
  • the metal ions may be present in particular in the form of metal salts (eg AgNO 3 , Na 2 PtCl 4 , NaAuCl 4 • 2H 2 O etc.), metal acids and their hydrates (eg HAuCl 4 • 3 H 2 O, H 2 PtCl 4 • 6H 2 O, H 2 PtCl 4 etc.), ionic or covalent metal compounds (eg AuCl 3 , PtCl 2 , AgCl etc.), complexed metal ions and / or metal electrodes (eg in electrolysis ), preferably in the form of metal salts.
  • metal salts eg AgNO 3 , Na 2 PtCl 4 , NaAuCl 4 • 2H 2 O etc.
  • metal acids and their hydrates e
  • the amount of metal ions used can likewise vary widely.
  • the metal ions based on the total reaction mixture and calculated as metal, in amounts of 0.0001 to 20 wt .-%, in particular 0.001 to 15 wt .-%, preferably 0.005 to 10 wt .-%, particularly preferably 0, 01 to 3 wt .-%, most preferably 0.1 to 2 wt .-%, used.
  • the metal nanoparticles obtained can have absolute particle sizes in the range from 0.3 to 1000 nm, in particular 0.5 to 750 nm, preferably 1 to 500 nm, particularly preferably 2 to 100 nm, very particularly preferably 3 to 50 nm.
  • the metal nanoparticles obtained have average particle sizes (determined as so-called D50 value) in the range from 1 to 500 nm, in particular 2 to 200 nm, particularly preferably 2 to 100 nm, very particularly preferably 5 to 40 nm.
  • the size and shape of the resulting metal nanoparticles can be varied by the corresponding variation of the reaction conditions. For example, by varying the type and / or quantity of the reduction by means of and / or the type and / or amount of the polymeric stabilizer and / or the reaction temperature and / or the addition mode (single addition, stepwise addition, etc.) or the like, the particle size targeted influence or adjust. This is known to the skilled person as such.
  • the metal nanoparticles obtained may have a bimodal particle size distribution.
  • the average particle diameter (D50) of the two fractions of metal nanoparticles can advantageously not differ by at least 10 nm, in particular at least 25 nm, preferably at least 50 nm, particularly preferably at least 75 nm, very particularly preferably at least 100 nm.
  • special effects, in particular surface effects can be achieved, in particular with regard to the mechanical properties, such as mechanical stability, abrasion resistance, surface properties, gloss etc.
  • a bimodal particle size distribution can be achieved by deliberate variation or adjustment of the reaction conditions, for example by selecting the ratio of reducing agent to metal ions to be reduced, by the amount of polymeric stabilizer (eg lower or substoichiometric amounts of polymeric Stabilizer), by stepwise and / or repeated addition of the individual reagents etc. This is familiar to the person skilled in the art as such.
  • the polymeric stabilizer As far as the polymeric stabilizer is concerned, it can equally be used in wide ranges.
  • the polymeric stabilizer may be used in amounts of 1 to 1000% by weight, preferably 5 to 500% by weight, more preferably 10 to 200% by weight, most preferably 20 to 100% by weight, based on the resulting metal nanoparticles are used.
  • the polymeric stabilizer As far as the chemical nature of the polymeric stabilizer is concerned, it is in particular a polymeric dispersant or a polymeric wetting agent and / or a surfactant.
  • the molecular weight of the polymeric stabilizer used can equally vary within wide ranges.
  • the polymeric stabilizer used usually has an average, in particular weight-average molecular weight of at least 1,000 g / mol, preferably at least 1,500 g / mol.
  • the polymeric stabilizer has an average, in particular weight-average molecular weight in the range from 1,000 to 1,000,000 g / mol, in particular from 1,250 to 100,000 g / mol, preferably from 1,500 to 75,000 g / mol, particularly preferably from 2,000 to 50,000 g / mol ,
  • the polymeric stabilizer is based on a functionalized, in particular acid and / or basic functionalized, polymer, in particular with polar functional groups formed.
  • the polymeric stabilizer can be selected from the group of functionalized polyamines, functionalized polyurethanes, functionalized poly (meth) acrylates, functionalized vinyl copolymers, functionalized polyether / polyester copolymers, functionalized polyethers, functionalized polyesters, functionalized fatty acid copolymers, functionalized block copolymers. copolymeric and / or functionalized polyalkoxy laten and mixtures or combinations of at least two of these compounds.
  • the polymeric stabilizer may usually be based on a functionalized, especially acid and / or basic functionalized polymer, the polymer containing at least one functional group, which may in particular be selected from the group of hydroxyl (-OH), thiol (-) SH), amine, ammonium, carboxyl, carbonyl, ester, ether, sulfonyl, phosphoric and / or phosphoric acid ester functions, preferably hydroxyl (-OH), thiol (-SH) and / or amine functions.
  • a functionalized, especially acid and / or basic functionalized polymer the polymer containing at least one functional group, which may in particular be selected from the group of hydroxyl (-OH), thiol (-) SH), amine, ammonium, carboxyl, carbonyl, ester, ether, sulfonyl, phosphoric and / or phosphoric acid ester functions, preferably hydroxyl (-OH), thiol (-SH) and / or
  • the base number of the polymer in question may be at least 10 mg KOH / g, in particular at least 20 mg KOH / g, preferably at least 25 mg KOH / g, and in the case of acidic functionalization, the acid number may be at least 10 mg KOH / g, preferably at least 25 mg KOH / g, more preferably at least 50 mg KOH / g.
  • the polymeric stabilizer can be selected from the dispersants and / or wetting agents mentioned below, as described in the publications listed below, whose respective disclosure content is hereby incorporated by reference:
  • modified polyurethanes and polyamines according to EP 1 593 700 A; salified polyamines according to EP 0 893 155 A; - Phosphoric acid ester according to EP 0 417 490 A;
  • a step of purification may follow the actual production of the metal nanoparticles.
  • the purification can be carried out in a manner known per se to those skilled in the art, so that no further relevant embodiment is required.
  • the resulting metal nanoparticles can be separated by methods known per se, to which may optionally follow a process step of redispersing (for example in another medium).
  • the metal nanoparticle dispersions obtained can also be used as such, ie as they are obtained immediately after the preparation, since the respective metal nanoparticles are present in stable, in particular long-term stable dispersion.
  • the process according to the invention for the preparation of metal nanoparticles is associated with a number of advantages, some of which are to be mentioned below in a nonlimiting manner:
  • the inventive method works cost-effectively and economically and is also readily Anlagenmotherbar on an industrial or industrial scale.
  • the method according to the invention can be configured extremely flexibly with regard to its process control.
  • the process of the invention can be operated continuously as a batch. In discontinuous procedure can be moved, for example, in a stirred tank. In a continuous procedure, the reaction can be carried out, for example, in a continuous stirred reactor or tubular reactor, a continuous stirred tank cascade or in a so-called spinning disk reactor.
  • the relatively low process temperatures also contribute to process efficiency and process economics and also meet today's environmental requirements.
  • the process according to the invention is carried out in purely aqueous media; it is, as it were, a "green process" which, moreover, is flexibly modifiable.
  • the process is thus simple, inexpensive and ecologically compatible and largely dispenses with organic solvents.
  • the metal nanoparticles obtained in the context of the process according to the invention can readily be isolated from the dispersion. Due to the stability of the dispersions, however, the dispersions can also be used as such without having to carry out a preceding isolation of the metal nanoparticles.
  • nanoparticles are achieved in a variety of media (such as water, organic solvents, polymers, waxes, oils, glycols, etc.).
  • dispersants or wetting agents used can readily be removed either partially or completely
  • the metal nanoparticles obtained by the process according to the invention allow a wide variety of uses, for example as paint and / or plastic additives, as pigments, as catalysts, etc. This is described in detail below.
  • the process according to the invention thus provides a purely aqueous synthesis of metal nanoparticles, more preferably noble metal nanoparticles, using suitable polymeric wetting or dispersing agents.
  • the synthesis can be flexibly applied to different metals (eg silver, gold, etc.).
  • suitable wetting or dispersing agents By using suitable wetting or dispersing agents, the subsequent dispersibility can be controlled in a wide variety of media.
  • By adapting the oxidation potential of the reducing agent and choosing a suitable stabilizer it is also possible to produce nanoparticles (oxidation) -sensitive metals.
  • the inventive method is also flexible transferable to a variety of metals. With the method according to the invention can be achieve significantly higher concentrations in dispersion of nanoparticles compared to the prior art. In addition, the process according to the invention uses exclusively favorable starting chemicals or educts. In addition, the method according to the invention can also be carried out on an industrial or industrial scale and thus upscalebar. Due to the removability of the wetting or dispersing agents used, no "dead" surfaces are formed on the resulting metal nanoparticles.
  • a further subject of the present invention - according to one aspect of the invention - are the metal nanoparticles obtainable by the process according to the invention.
  • the present invention relates to metal nanoparticles which comprise on their surface at least one polymeric stabilizer, in particular a polymeric wetting and dispersing agent, or on their surface with at least one polymeric stabilizer, in particular a polymeric wetting agent Dispersants, modified and / or coated.
  • the metal nanoparticles according to the invention have an excellent dispersing behavior and can be easily redispersed even after isolation from the reaction mixture.
  • the metal nanoparticles according to the invention are dispersible both in aqueous and in organic media.
  • the metal nanoparticles according to the invention are dispersible in both polar and non-polar solvents.
  • the dispersing properties of the metal nanoparticles according to the invention can be adjusted selectively by the surface modification with the polymeric stabilizer or, so to speak, tailor-made.
  • Another object of the present invention - according to a third aspect of the invention - is the inventive use of the metal nanoparticles according to the present invention.
  • the metal nanoparticles according to the invention can be used, for example, as additives, pigments or fillers, in particular for paints, coatings and plastics.
  • metal nanoparticles according to the invention can be used as or in catalysts or catalyst systems.
  • the metal nanoparticles according to the invention can also be used in coating materials and coating systems, in particular paints, inks and the like, in glasses and glassy coatings, in inks and printing inks, in dispersions of all kinds, in plastics, in foams, in cosmetics, in particular nail varnishes , in detergents and impregnating agents, in adhesives, in sealants and in catalysts or catalyst systems, in particular as additives, pigments or fillers.
  • coating materials and coating systems in particular paints, inks and the like, in glasses and glassy coatings, in inks and printing inks, in dispersions of all kinds, in plastics, in foams, in cosmetics, in particular nail varnishes , in detergents and impregnating agents, in adhesives, in sealants and in catalysts or catalyst systems, in particular as additives, pigments or fillers.
  • the nanoparticles according to the invention can be used in optics and optoelectronics as well as in electronics, electrical engineering and semiconductor technology.
  • the metal nanoparticles according to the invention can be used to increase conductivities, in particular of plastics, or else for the production of printable circuits.
  • metal nanoparticles according to the invention can also be used in spectroscopy, in particular in Raman spectroscopy, for example for purposes of signal amplification.
  • metal nanoparticles of the invention in the glass, ceramic and enamel manufacture, for. As in the manufacture of windows (for example, church windows), in particular as pigments or dyes. Furthermore, it is possible to use the metal nanoparticles according to the invention in textile production, for example, equally as pigments and / or dyes.
  • a further subject matter of the present invention - according to one aspect of the invention - are dispersions which contain the metal nanoparticles according to the invention in a carrier or dispersion medium.
  • further object of the present invention are coating materials and coating systems, in particular paints, inks and the like, plastics, foams, cosmetics, in particular nail varnishes, adhesives, sealants and catalyst systems comprising the metal nanoparticles according to the invention or the comprising dispersions containing them.
  • Gold nanoparticles are prepared according to the method described by Turkevich et al. developed method by citrate synthesis as follows. 10 ml of an aqueous solution of 2.5 - 10 '4 mol / 1 HAuCl 4 • 3 H 2 O are heated to 95 0 C. Subsequently, 417 ⁇ l of a 20 mmol / l trisodium citrate solution are added with vigorous stirring, whereupon the solution slowly changes its color to red. The Au / citrate ratio is 0.3. The solution is left for 15 minutes near the boiling point, then allowed to cool the whole.
  • the example is repeated except that 312 ⁇ l of a 20 mmol / l trisodium citrate solution are added, which corresponds to an Au / citrate ratio of 0.4.
  • the aforementioned Au / citrate ratios influence the resulting sizes of the Au nanoparticles obtained.
  • Example 2 Preparation of Silver Nanoparticles by Two-Phase Synthesis in the Presence of NaBH 4 as Reducing Agent (Comparative, Prior Art) 9 mmol (1.53 g) of silver nitrate are dissolved in 300 ml of water in a 1-liter three-necked flask. 40 mmol (21.86 g) of tetra-n-octylammonium bromide are dissolved in 204 ml of CHCl 3 in a beaker.
  • the CHCl 3 solution is added to the silver nitrate solution. After about 1 minute, the N 2 stream is issued. The CHCl 3 phase turns green and becomes cloudy. The water phase becomes milky, but contains no target product.
  • the resulting powder must still be washed with ethanol to remove impurities and then be dispersed in nonpolar solvents up to 0.2%.
  • the particle size is 10 nm, but has a coarse fraction (10%) of> 100 nm. The reaction is very sensitive and not always reproducible.
  • EXAMPLE 3A Preparation of Silver Nanoparticles by the Process According to the Invention (Invention) First, a solution of 3.5 parts by weight of AgNO 3 , 100 parts by weight of water, 7.2 parts by weight of a polymeric wetting or dispersing agent ( z. B. Disperbyk ® 2001, BYK-Chemie GmbH, Wesel, Germany) and optionally 0.6 parts by weight of a defoamer (z. B. BYK028 BYK-Chemie GmbH, Wesel, Germany) ( "solution a”) prepared and stirred at room temperature. The approach is a cloudy mixture.
  • a polymeric wetting or dispersing agent z. B. Disperbyk ® 2001, BYK-Chemie GmbH, Wesel, Germany
  • a defoamer z. B. BYK028 BYK-Chemie GmbH, Wesel, Germany
  • solution B is prepared from 3 parts by weight of NaBH 4 and 50 parts by weight of water. Solution B is slowly added to solution A at room temperature. It creates strong foam and blackening. This results in a dispersion of Ag nanoparticles in water.
  • z. B. be extracted with PMA (methoxypropyl acetate), which leads to nanoparticles of high purity, which z. B. can be used for catalytic purposes, or centrifuged, dried and redispersed (eg in PMA).
  • PMA methoxypropyl acetate
  • the preceding experiment is repeated, but with the difference that the solution B is rapidly added to the solution A. Rapid addition of solution B to solution A produces smaller nanoparticles. As a result of the rate of addition, the particle size of the resulting nanoparticles can thus be controlled in a targeted manner.
  • Example 3B is used: Preparation of silver nanoparticles by the inventive process (invention) Example 3A but with the difference that another wetting agent (Disperbyk ® 194 from BYK-Chemie GmbH, Wesel, Germany concrete) is repeated.
  • the resulting Ag nanoparticles are redispersible both in water and in PMA. This dispersion of Ag nanoparticles can thus be used directly as an additive, if appropriate after a corresponding treatment and / or concentration step.
  • HAuCl 4 is used instead of AgNO 3 . This results in the corresponding Au nanoparticles.
  • Example 3D Reduction of AgNO 3 in Water Without the Presence of a Dispersing Agent (Comparison)
  • Example 3A is repeated, but with the difference that no wetting or dispersing agent is used as stabilizer. There is no formation of Ag nanoparticles, but a through-reaction to an Ag sludge.
  • the silver particles produced at temperatures up to 40 ° C have much better redispersibilities in polar solvents, such as water and 1,3-propanediol.
  • polar solvents such as water and 1,3-propanediol.
  • the dispersing behavior in ethyl acetate is initially good in all experiments, but the dispersions of the nanoparticles From 60 0 C lower stability in ethyl acetate, as evidenced by the formation of a silver level on the glass wall. Redispersibility in PMA is equally good at all temperatures.
  • the formation of a silver mirror can also be used to advantage for the mirroring or formation of conductive layers.
  • the destabilization causes the particles to approach each other and optionally a plasmon transition.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikeln, bei dem Metallionen mittels mindestens eines Reduktionsmittels in Gegenwart mindestens eines polymeren Stabilisators reduziert und zu Metallnanopartikeln umgesetzt werden, und die auf diese Weise erhältlichen Metallnanopartikel sowie deren Verwendung.

Description

Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikeln und auf diese Weise erhaltene Metallnanopartikel und ihre Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Nanotechnolo- gie.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikeln und die auf diese Weise erhältlichen Metallnanopartikel sowie deren Verwendung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel enthaltende Dispersionen. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung Beschichtungsstoffe und Beschich- tungssysteme, Gläser und glasartige Überzüge, Tinten und Druckfarben, Kunststoffe, Schaumstoffe, Kosmetika, Reinigungsmittel und Imprägnierstoffe, Klebstoffe, Dichtungsmassen und Katalysatorsysteme, welche die erfin- dungsgemäßen Metallnanopartikel oder die erfindungsgemäßen Dispersionen enthalten.
Synthesen zur Herstellung von Metallnanopartikeln sind sowohl in der wissenschaftlichen Literatur als auch in der Patentliteratur zahlreich beschrieben. In den meisten Fällen erfolgt die Herstellung über die Reduktion eines entsprechenden Metallsalzes.
Beispielsweise kann die Herstellung solcher Metallnanopartikel über die Reduktion eines Metallsalzes (z. B. eines Silbersalzes) in einer Zweiphasenreak- tion mit Natriumborhydrid als Reduktionsmittel erfolgen. Hierbei wird zunächst das Metallsalz unter Einsatz z. B. von Tetraoctylammoniumbromid aus der wäßrigen in die organische Phase (z. B. Toluol oder Chloroform) überführt und dann mittels Natriumborhydrid reduziert. Je nach Einsatz eines Stabilisators, wie z. B. Dodecanthiol, lassen sich nahezu monodisperse Metallna- nopartikel synthetisieren und aufgrund der Oberflächenmodifizierung in verschiedenen Medien dispergieren. Für den Einsatz in Wasser bedarf es in den meisten Fällen eines Phasentransferkatalysators, wie z. B. 4-Dimethylamino- pyridin. Ein Nachteil bei dieser Reaktionsführung liegt unter anderem in der mangelnden Ausdehnbarkeit auf großtechnische bzw. industrielle Maßstäbe ("Upscalebarkeit"). Zudem sind die auf diese Weise hergestellten Metallnano- partikel nicht für polare Systeme modifizierbar. Weiterer Nachteil dieser Methode sind der Einsatz relativ teurer Ausgangschemikalien, die schwankenden Ausbeuten sowie die Vielzahl an entstehenden Nebenprodukten, insbesondere der hohe Grobanteil an Partikeln.
Eine Alternative stellen Reaktionen dar, bei denen die Reduktion ebenfalls im wäßrigen Milieu stattfindet. Hierbei wird ein Metallsalz, insbesondere ein Goldsalz, z. B. mittels Natriumeitrat reduziert (sogenannte "Citratmethode" gemäß Turkevich, vgl. z. B. Discuss. Faraday Soc. 11 (1951), 55). Der Nach- teil dieser Methode liegt darin, daß die erzielbaren Metall- bzw. Goldkonzentrationen während der Synthese und im späteren SoI sehr niedrig sind. Zudem sind die auf diese Weise erhaltenen Metallnanopartikel nicht bzw. allenfalls nur sehr aufwendig als Pulver isolierbar. Gleichermaßen nachteilig sind die relativ hohen Temperaturen.
Eine weitere Alternative stellt die sogenannte Polyol-Methode dar (vgl. hierzu z. B. US 2006/0090599 Al), wobei gemäß dieser Methode eine Reduktion einer Metallionenquelle in bzw. durch ein Polyol bei erhöhten Temperaturen oberhalb von 100 0C, im allgemeinen oberhalb von 150 °C, durchgeführt wird. Das Polyol dient gleichzeitig als Stabilisator und Lösemittel, d. h. es ist kein zusätzliches Lösemittel erforderlich. Nachteilig bei dieser Methode ist jedoch, daß die erhaltenen Metallnanopartikel als solche nicht bzw. allenfalls sehr aufwendig isolierbar sind. Zudem sind die erhaltenen Metallnanopartikel nicht oder nur schwer für unpolare Systeme modifizierbar. Weiterer Nachteil sind der Einsatz relativ teurer Ausgangschemikalien sowie die relativ hohen Prozeßtemperaturen.
Daneben ist grundsätzlich auch die Herstellung von Metallnanopartikeln, insbesondere Goldnanopartikeln, durch sogenannte Sonolyse möglich, im allge- meinen jedoch nur im experimentellen Maßstab. Dieses Verfahren basiert auf einem Energieeintrag mittels Ultraschall. Dabei wird eine wäßrige Lösung beispielsweise von HAuCl4 mit Glucose zur Reaktion gebracht, wobei das eigentliche Reduktionsmittel Hydroxylradikale und Zuckerpyrolyseradikale sind, welche sich an der Grenzflächenregion zwischen den kollabierenden Kavitäten der Glucose und dem Wasser bilden. Es entstehen sogenannte Na- nobänder mit Breiten von 30 bis 50 nm und Längen von einigen Mikrometern, wobei diese Bänder flexibel und zu mehr als 90° biegsam sind. Sofern Gluco- se durch Cyclodextrin, einem Glykoseoligomer, ersetzt wird, erhält man sphärische Goldnanopartikel. Diese Methode ist relativ aufwendig und nicht auf industrielle bzw. großtechnische Maßstäbe zu übertragen. Zudem kommen re- lativ kostenintensive Ausgangschemikalien zum Einsatz. Weiterhin läßt sich dieses Verfahren nur schwierig durchführen.
Die JP 2003-147418 A betrifft die Herstellung von Metallnanopartikeln (z. B. Au oder Pd) durch Reduktion in Micellen in wäßrigen Medien, wobei die Mi- cellen aus amphiphilen Blockcopolymeren hergestellt sind. Die zur Micellbil- dung notwendigen Blockcopolymere sind relativ aufwendig herzustellen und fungieren gleichzeitig als Reduktionsmittel.
Die US 2006/0266156 Al betrifft Metallpartikel, welche auf ihrer Oberfläche zwei voneinander verschiedene Netz- oder Dispergiermittel mit unterschiedlicher Verdampfungstemperatur umfassen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die US 2006/0266157 Al beschreibt die Herstellung von Metallnanopartikeln durch Reduktion wäßriger Metallsalzlösugen in Gegenwart eines Netzmittels, wie z. B. Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB). Die auf diese Weise erhaltenen Partikel können unter Zugabe von Netz- bzw. Dispergiermitteln dispergiert und für Beschichrungen mit Bindemitteln kombiniert werden. Die Herstellung erfolgt nicht im rein wäßrigen Medium. Die Reaktion ist eine Kombination aus Citratmethode einerseits und Zweiphasenreaktion andererseits. Die Belegung der Partikeloberflächen beispielsweise mit CTAB als Netzmittel liefert in unpolaren Medien gut dispergierbare Partikel, jedoch ist CTAB relativ teuer und muß im deutlichen Überschuß eingesetzt werden. Des weiteren ist die Zugabe von weiteren Dispergiermitteln erforderlich, um über- haupt eine gewisse Lackkompatibilität zu erreichen.
Die WO 2006/053225 A2 betrifft die Herstellung von Metallnanoparti- kel/Protein-Komplexen. Die Herstellung erfolgt im wäßrigen Medium unter
Anwesenheit von Proteinen, wie BSA (Bovine Serum Albumin), durch Re- duktion mit NaBH4. Auch mit Polyvinylpyrrolidon belegte Silberpartikel wer- den beschrieben; in diesem Fall erfolgt die Synthese in Glycerin nach der sogenannten Polyolmethode.
Die WO 2006/072959 Al betrifft wäßrig basierte Dispersionen von Metallna- nopartikeln sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung in Gegenwart eines reduzierend wirkenden wasserlöslichen Polymers, welches eine Metallbildung ermöglicht, um Metallkerne zu bilden.
Die US 2007/0034052 Al und die US 2006/0159603 Al beschreiben die Her- Stellung von Metallnanopartikeln, insbesondere Silbernanopartikeln, durch Reduktion von Metallionen mittels Polyolen.
Die US 6 992 039 B2 betrifft die Herstellung von geträgerten monodispersen Edelmetallnanopartikeln auf oxidischen Substraten. Insbesondere wird die in-situ-Herstellung von Edelmetallnanopartikeln auf porösen Keramiken beschrieben. Die Reduktion der Edelmetallsalze erfolgt in Anwesenheit von Metallalkoxiden und Netzmitteln, gefolgt von einem anschließenden Schritt des Calcinierens.
Die US 2003/0199653 Al betrifft die Herstellung von Metallnanopartikeln in wäßrigem Milieu in Anwesenheit von schwefelhaltigen Copolymeren durch Reduktion mit NaBH4. Infolge der Verwendung schwefelhaltiger Stabilisatoren sind die auf diese Weise erhaltenen Partikel nicht für die Katalyse einsetzbar. Weiterhin ist die Synthese relativ aufwendig. Auch ist die Redispergier- barkeit der auf diese Weise erhaltenen Partikel nicht sehr groß.
Die WO 02/087749 Al, die CA 2 445 877 Al und die US 2004/0147618 Al beschreiben die Herstellung von Silbernanopartikeln in verschiedenen Medien unter Verwendung von Gammastrahlung oder Ultraschall in Anwesenheit po- lymerer Stabilisatoren.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht somit in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Metallnanopartikeln, welches die zuvor geschilderten Nachteile der Verfahren des Standes der Technik zumindest weitgehend vermeidet oder aber wenigstens abschwächt. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens für Metallnanopartikel zu sehen, welches flexibel in Anwendung und Durchführung ist, wirtschaftlich arbeitet und auch den ökologischen Anforderungen Rechnung trägt.
Zur Lösung des zuvor geschilderten Problems schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 vor; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der betreffenden Verfahrensunteransprüche.
Wiederum weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Metallnanopartikel nach Anspruch 27 bzw. 28; weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Erfindungsaspekts sind Gegenstand der betreffenden Unteransprüche.
Des weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß einem wiederum weiteren Erfindungsaspekt die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Metallnanopartikel, wie sie in den betreffenden Ansprüchen definiert ist.
Gleichermaßen sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung Dispersionen der erfindungsgemäßen Metallnanopartikel in einem Träger- oder Dispergierme- dium gemäß Anspruch 44.
Schließlich sind weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung Beschich- tungsstoffe und Beschichtungssysteme, insbesondere Lacke, Farben und dergleichen, Gläser und glasartige Überzüge, Tinten und Druckfarben, Kunststoffe, Schaumstoffe, Kosmetika, insbesondere Nagellacke, Reinigungsmittel und Imprägnierstoffe, Klebstoffe, Dichtungsmassen und Katalysatorsysteme, welche die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel bzw. die erfindungsgemäßen Dispersionen enthalten (Anspruch 45).
Es versteht sich von selbst, daß besondere Ausgestaltungen und Ausführungsformen, welche nur im Zusammenhang mit einem Erfindungsaspekt beschrieben sind, auch in bezug auf die anderen Erfindungsaspekte entsprechend gel- ten, ohne daß dies ausdrücklich beschrieben ist. Im übrigen gilt, daß in bezug auf die nachfolgend noch genannten Werte-, Bereichs-, Mengen und Parameterangaben der Fachmann anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt gegebenenfalls hiervon abweichen kann, ohne daß er den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem e r s t e n Erfindungsaspekt - ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikeln, bei dem Metallionen mittels mindestens eines Reduktionsmittels in Gegenwart mindestens eines polymeren Stabilisators reduziert und zu Metallnanoparti- kein umgesetzt werden. Es resultieren Dispersionen von Metallnanopartikeln, welche an ihrer Oberfläche mit dem polymeren Stabilisator modifiziert bzw. beschichtet sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bewirkt das Reduktionsmittel die Re- duktion zu elementarem Metall in der Oxidationsstufe 0, während der polyme- re Stabilisator dafür Sorge trägt, daß die gebildeten Metallpartikel als sogenannte Nanopartikel anfallen, insbesondere nicht weiter agglommerieren bzw. sich nicht als amorpher Niederschlag abscheiden können oder dergleichen.
Der chemische Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die folgenden Reaktions(teil)gleichungen veranschaulicht werden, wobei nachfolgend "Men+" eine Metallionenquelle mit einem Metall in der formalen Oxidationsstufe "n" bezeichnet, wobei "n" im allgemeinen eine ganze Zahl von 1 bis 8, insbesondere 1 bis 5, bezeichnet, "Me" das entsprechende elementare Me- tall bezeichnet, "Red" das Reduktionsmittel bezeichnet, welches im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dem entsprechenden Oxidationsmittel ("Ox") umgesetzt wird, "PS" den polymeren Stabilisator bezeichnet, "e"" ein Elektron bezeichnet und schließlich "Me(N3nO)-PS" die erhaltenen, an ihrer Oberfläche mit dem polymeren Stabilisator versehenen bzw. modifizierten Metallnanopartikel (= Verfahrensendprodukt) bezeichnet:
(1) Men+ + n • e" + PS → Me(Nano)-PS
(2) Red → Ox + n • e"
Men+ + n • e" + PS + Red Me, (Nano) ,'-PS + Ox Üblicherweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem flüssigen, vorzugsweise einem wäßrigen Medium bzw. Milieu durchgeführt. Im allgemeinen werden zu Zwecken der Reaktionsdurchführung die Metallionen in dem betreffenden Medium gelöst oder in Form von Salzen feinstverteilt. Mit ande- ren Worten wird das erfindungsgemäße Verfahren als Flüssigphasenverfahren, insbesondere als Einphasenreaktion, durchgeführt. Hierin ist ein entscheidender Vorteil gegenüber den eingangs im Stand der Technik geschilderten Reaktionen mit zwei flüssigen Phasen zu sehen.
Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei Verwendung von Hydriden als Reduktionsmittel, eine nicht unbeträchtliche Schaumbildung eintreten kann (Bildung von gasförmigem Wasserstoff), kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich in Gegenwart mindestens eines Entschäumers durchzuführen. Zu diesem Zweck können dem Fachmann an sich bekannte Entschäumer zum Einsatz kommen. Die Menge an Entschäumer kann dabei in weiten Bereichen variieren; üblicherweise wird der Entschäumer in Mengen von 0,0001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,001 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Reaktionsansatz, eingesetzt.
Weiterhin ist es möglich, dem Reaktionsgemisch außerdem mindestens ein Additiv zuzusetzen. Erfindungsgemäß geeignete Additive sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe von pH-Stellmitteln, pH-Puffersubstanzen, Emul- gatoren, Rheologiemodifizierern, Konservierungsmittel, Tensiden oder der- gleichen.
Weiterhin kann dem Reaktionsgemisch außerdem mindestens ein Co- Lösemittel zugesetzt sein. Die Menge an Co-Lösemittel(n) kann gleichermaßen in weiten Bereichen variieren; üblicherweise kommen Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 7 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, an Co-Lösemittel(n) zum Einsatz, bezogen auf den gesamten Reaktionsansatz. Das Co-Lösemittel kann insbesondere ausgewählt sein aus organischen, vorzugsweise polaren Lösemitteln, wie Alkoholen, GIy- kolen (z. B. Butylglykol etc.) oder dergleichen, oder aber aus anorganischen Lösemitteln, wie Säuren und Basen. Beispielsweise können als Co-Lösemittel anorganische Säuren oder Basen für Metallsalze als Ausgangsstoffe zum Ein- satz kommen, beispielsweise NH3 zum Erreichen der Löslichkeit von AgCl in Wasser, was zur Bildung von [Ag(NH3)2]Cl fuhrt, oder HCl für AuCl3 als Ausgangsstoff, was wiederum zur Bildung von HAuCl4 führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann über einen weiten Temperaturbereich durchgeführt werden. Da das Verfahren als Flüssigphasenverfahren durchgeführt wird, ist der Temperaturbereich nach unten durch den Schmelzpunkt des Reaktionsmilieus und nach oben durch dessen Siedepunkt beschränkt. Im allgemeinen, insbesondere bei Verwendung eines wäßrigen Milieus, wird das Verfahren im Temperaturbereich von > 0 0C und < 100 0C, insbesondere 5 bis 90 0C, vorzugsweise 10 bis 80 0C, besonders bevorzugt 10 bis 40 0C, ganz besonders bevorzugt 10 bis 30 0C, durchgeführt. Geringere Temperaturen haben den Vorteil, daß im allgemeinen stabilere Dispersionen erhalten werden und zudem die erhaltenen Nanopartikel im allgemeinen eine bessere Redispergier- barkeit zeigen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den relativ kurzen Verfahrensdauern zu sehen, was gerade bei großtechnischer Durchführung bzw. Durchführung im industriellen Maßstab von großem Vorteil ist. Übli- cherweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Reaktionszeit von < 10 Minuten, insbesondere < 5 Minuten, vorzugsweise < 1 Minute, besonders bevorzugt < 0,5 Minuten, durchgeführt. Vorteilhafterweise wird das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit einer Reaktionszeit im Bereich von 0,0001 bis 10 Minuten, insbesondere 0,0001 bis 5 Minuten, vorzugsweise 0,0001 bis 1 Minute, besonders bevorzugt 0,0001 bis 0,5 Minuten, durchgeführt. Üblicherweise ist die eigentliche Umsetzung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb von wenigen Sekunden abgeschlossen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in seiner hohen Flexibilität in bezug auf seine Durchführbarkeit zu sehen. So kann das erfindungsgemäße Verfahren alternativ entweder diskontinuierlich bzw. batchwei- se oder aber kontinuierlich betrieben werden. Bei diskontinuierlicher Verfahrensweise kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise in einem einfachen Rührkessel durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Verfahrensweise dagegen kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem kontinuierlichen Rühr- oder Rohrreaktor, einer kontinuierlichen Rührkesselkaskade oder aber in einem sogenannten Spinning-Disk-Reaktor durchgeführt werden. Insbesondere bietet die kontinuierliche Durchfuhrung in einem sogenannten Spinning- Disk-Reaktor den zusätzlichen Vorteil einer extrem schnellen Umsetzung infolge einer sehr raschen und intensiven Durchmischung; für weitergehende Einzelheiten zur Verfahrensdurchführung in einem Spinning-Disk-Reaktor kann beispielsweise auf die WO 2006/018622 Al, die WO 2006/040566 Al sowie die WO 2006/008500 Al verwiesen werden, deren gesamter jeweiliger Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt werden, daß durch eine Regelung von Temperatur und/oder Volumenströmen eine zeitliche und/oder örtliche Trennung der Keimbildungs- und Wachstumsprozesse erreicht wird; bei dieser besonderen Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere in ei- ner sogenannten Mikroreaktionstechnikanlage durchgeführt werden. Ein besonderer Vorteil dieser Verfahrensweise liegt darin, daß eine besonders einheitliche Morphologie und/oder Monodispersität der resultierenden Metallna- nopartikel erreicht wird. Für weitergehende diesbezügliche Einzelheiten zu der entsprechenden Verfahrensdurchführung gemäß dieser besonderen Aus- führungsform kann insbesondere auf die WO 2008/061632 Al verwiesen werden, deren gesamter diesbezüglicher Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es eine hohe Flexibilität in der Einsetzbarkeit des verwendeten Reduktionsmittels aufweist. Dabei sollte das Reduktionsmittel derart ausgewählt sein, daß es das betreffende, zu reduzierende Metallion zu elementarem Metall (d. h. Oxidationsstufe: 0) zu reduzieren imstande ist. Insbesondere besitzt das Reduktionsmittel in der elektrochemischen Spannungsreihe ein geringeres Normalpotential als das Metall des zu reduzierenden Metallions.
Weiterhin sollte das Reduktionsmittel in dem Reaktionsmilieu löslich oder dispergierbar ausgewählt sein.
Erfindungsgemäß geeignete Reduktionsmittel sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von anorganischen Hydriden, wie Natriumborhydrid oder Li- thiumaluminiumhydrid; anorganischen Thiosulfaten oder Thioschwefelsäure; anorganischen Sulfiden oder Schwefelwasserstoff; anorganischen Sulfiten; Hydrazinen; Hydroxylaminen; Wasserstoff (z. B. gasförmig oder in situ generierter Wasserstoff oder naszierender Wasserstoff); Kohlenmonoxid; Acety- len; Oxalsäure oder Oxalaten; Citronensäure oder Citraten; Weinsäure oder Tartraten; ein- oder mehrwertigen Alkoholen, z. B. Glykol, oder aber auch hydroxyfunktionellen Polyglykolethern; Zuckern; anorganischen Phosphiden; sowie Mischungen oder Kombinationen von mindestens zwei der vorgenannten Reduktionsmittel. Besonders bevorzugt sind anorganische Hydride, insbe- sondere der vorgenannten Art.
Die Menge an eingesetztem Reduktionsmittel kann gleichermaßen in weiten Bereichen variieren. Insbesondere wird das Reduktionsmittel in einem Mengenverhältnis von Reduktionsmittel zu Metallionen, berechnet als für die Re- duktion benötigte Menge an Elektronen, im Bereich von 1,05 : 1 bis 200 : 1, insbesondere 1,1 : 1 bis 100 : 1, vorzugsweise 1,1 : 1 bis 50 : 1, eingesetzt. Je größer das vorgenannte Verhältnis ist, desto mehr Kristallisationskeime werden gebildet und desto kleinere Nanopartikel entstehen.
Was das betreffende Metall der zu reduzierenden Metallionen anbelangt, so kann dies grundsätzlich jedes beliebige Metall sein, welches unter den erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen in gewünschter Weise umgesetzt werden kann. Insbesondere ist das Metall ausgewählt aus mindestens einem metallischen Element der Gruppen III A bis V A sowie I B bis VIII B des Peri- odensystems der Elemente. Vorzugsweise ist das Metall ausgewählt aus der Gruppe von Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se, Te, Cd, Bi, In, Ga, As, Ti, V, W, Mo, Si, Al und/oder Sn sowie Mischungen, Legierungen und Mischkristallen von mindestens zwei dieser Elemente. In besonders bevorzugter Weise ist das Metall ausgewählt aus der Gruppe von Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se und/oder Te sowie Mischungen, Legierungen und Mischkristallen von mindestens zwei dieser Elemente. Ganz besonders bevorzugt ist das Metall ausgewählt aus Edelmetallen, insbesondere Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Ru, Ir und/oder Rh, ganz besonders bevorzugt Ag, Au, Pd und/oder Pt. Alternativ können die Nanopartikel auf Basis von mindestens zwei Metallen erhalten werden, insbesondere vom Typ CdSe, CdTe, BiTe, GaAs, InAs, AgPd, CoPt und/oder AgAu. Es handelt sich also hierbei um mindestens binäre Metallnanopartikel. Derartige System sind beispielsweise für die Halblei- tertechnik und die Katalysatortechnik von Interesse.
Die Metallionen können grundsätzlich in beliebigen Formen eingesetzt werden. Es sind alle Metallionenquellen einsetzbar, welche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kompatibel sind, insbesondere in dem Reaktions- milieu löslich oder dispergierbar sind. So können die Metallionen insbesondere in Form Metallsalzen (z. B. AgNO3, Na2PtCl4, NaAuCl4 • 2 H2O etc.), Metallsäuren und deren Hydraten (z. B. HAuCl4 • 3 H2O, H2PtCl4 • 6 H2O, H2PtCl4 etc.), ionischen oder kovalenten Metallverbindungen (z. B. AuCl3, PtCl2, AgCl etc.), komplexierten Metallionen und/oder Metallelektroden (z. B. bei Elektrolyse), vorzugsweise in Form von Metallsalzen, eingesetzt werden.
Die Menge an eingesetzten Metallionen kann gleichermaßen in weiten Bereichen variieren. Insbesondere werden die Metallionen, bezogen auf den gesamten Reaktionsansatz und berechnet als Metall, in Mengen von 0,0001 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%, eingesetzt.
Was die Größe der erhaltenen Metallnanopartikel anbelangt, so kann diese über weite Bereiche variieren. Insbesondere können die erhaltenen Metallnanopartikel absolute Teilchengrößen im Bereich von 0,3 bis 1.000 nm, insbesondere 0,5 bis 750 nm, vorzugsweise 1 bis 500 nm, besonders bevorzugt 2 bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt 3 bis 50 nm, aufweisen. Im allgemeinen weisen die erhaltenen Metallnanopartikel mittlere Teilchengrößen (be- stimmt als sogenannter D50-Wert) im Bereich von 1 bis 500 nm, insbesondere 2 bis 200 nm, besonders bevorzugt 2 bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt 5 bis 40 nm, auf.
Die Größe und Form der erhaltenen Metallnanopartikel läßt sich durch die entsprechende Variation der Reaktionsbedingungen variieren. So kann man beispielsweise durch Variation der Art und/oder der Menge des Reduktions- mittels und/oder der Art und/oder der Menge des polymeren Stabilisators und/oder der Reaktionstemperatur und/oder der Zugabeweise (einmalige Zugabe, etappenweise Zugabe etc.) oder dergleichen die Teilchengröße gezielt beeinflussen bzw. einstellen. Dies ist dem Fachmann als solches bekannt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die erhaltenen Metallnanopartikel eine bimodale Teilchengrößenverteilung aufweisen. Im Fall dieser besonderen Ausführungsform können die mittleren Teilchendurchmesser (D50) der beiden Fraktionen von Metallnanoparti- kein vorteilhafterweise um mindestens 10 nm, insbesondere mindestens 25 nm, vorzugsweise mindestens 50 nm, besonders bevorzugt mindestens 75 nm, ganz besonders bevorzugt mindestens 100 nm, differieren. Auf diese Weise lassen sich bei Einsatz der betreffenden Metallnanopartikel als Additive (z. B. in Lacken, Farben oder anderen Beschichtungssystemen) besondere Effekte, insbesondere Oberflächeneffekte, erreichen, insbesondere im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften, wie mechanische Stabilität, Abriebfestigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Glanz etc. Eine bimodale Teilchengrößenverteilung läßt sich durch gezielte Variation bzw. Einstellung der Reaktionsbedingungen erreichen, beispielsweise durch die Auswahl des Verhält- nisses von Reduktionsmittel zu zu reduzierenden Metallionen, durch die Menge an polymerem Stabilisator (z. B. geringere bzw. unterstöchiometrische Mengen an polymerem Stabilisator), durch etappenweise und/oder wiederholte Zugabe der Einzelreagenzien etc. Dies ist dem Fachmann als solches geläu- fig-
Was den polymeren Stabilisator anbelangt, so kann dieser gleichermaßen in weiten Mengenbereichen eingesetzt werden. Insbesondere kann der polymere Stabilisator in Mengen von 1 bis 1.000 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 500 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 200 Gew.-%, ganz besonders bevor- zugt 20 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die resultierenden Metallnanopartikel, eingesetzt werden.
Was die chemische Natur des polymeren Stabilisators anbelangt, so handelt es sich insbesondere um ein polymeres Dispergiermittel oder um ein polymeres Netzmittel und/oder um ein Tensid. Das Molgewicht des eingesetzten polymeren Stabilisators kann gleichermaßen in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise weist der eingesetzte polymere Stabilisator ein mittleres, insbesondere gewichtsmittleres Molekulargewicht von mindestens 1.000 g/mol, vorzugsweise mindestens 1.500 g/mol, auf. Im allgemeinen weist der polymere Stabilisator ein mittleres, insbesondere gewichtsmittleres Molekulargewicht im Bereich von 1.000 bis 1.000.000 g/mol, insbesondere 1.250 bis 100.000 g/mol, vorzugsweise 1.500 bis 75.000 g/mol, besonders bevorzugt 2.000 bis 50.000 g/mol, auf.
Vorteilhafterweise ist der polymere Stabilisator auf Basis eines funktionali- sierten, insbesondere sauer und/oder basisch funktionalisierten, Polymers, insbesondere mit polaren funktionellen Gruppen, ausgebildet. Beispielsweise kann der polymere Stabilisator aus der Gruppe von funktionalisierten PoIy- aminen, funktionalisierten Polyurethanen, funktionalisierten Poly(meth)acry- laten, funktionalisierten Vinylcopolymeren, funktionalisierten PoIy- ether/Polyester-Copolymeren, funktionalisierten Polyethern, funktionalisierten Polyestern, funktionalisierten Fettsäurecopolymeren, funktionalisierten Block- copolymeren und/oder funktionalisierten PoIy alkoxy laten sowie Mischungen oder Kombinationen von mindestens zwei dieser Verbindungen ausgewählt sein.
Üblicherweise kann der polymere Stabilisator auf Basis eines funktionalisierten insbesondere sauer und/oder basisch funktionalisierten, Polymers ausgebildet sein, wobei das Polymer mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, welche insbesondere ausgewählt sein kann aus der Gruppe von Hydroxyl- (-OH), Thiol- (-SH), Amin-, Ammonium-, Carboxyl-, Carbonyl-, Ester-, Ether-, Sulfonyl-, Phosphorsäure- und/oder Phosphorsäureester-Funktionen, vorzugsweise Hydroxyl- (-OH), Thiol- (-SH) und/oder Amin-Funktionen.
Im Falle einer basischen Funktionalisierung kann die betreffende Basenzahl des Polymers insbesondere mindestens 10 mg KOH/g, insbesondere mindestens 20 mg KOH/g, vorzugsweise mindestens 25 mg KOH/g, betragen, und im Fall einer sauren Funktionalisierung kann die Säurezahl insbesondere mindestens 10 mg KOH/g, vorzugsweise mindestens 25 mg KOH/g, besonders bevorzugt mindestens 50 mg KOH/g, betragen. Im Falle von Polymeren mit saurer und basischer Funktionalisierung gelten beide vorgenannten Werte. In erfindungsgemäß bevorzugter Weise kann der polymere Stabilisator aus den nachfolgend genannten Dispergier- und/oder Netzmitteln ausgewählt sein, wie sie in den nachfolgend aufgeführten Druckschriften beschrieben sind, deren jeweiliger Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist:
Polyurethane gemäß EP 0 154 678 A und EP 0 318 999 A; Polyurethane gemäß EP 0 270 126 A;
- modifizierte Polyurethane und Polyamine gemäß EP 1 593 700 A; versalzte Polyamine gemäß EP 0 893 155 A; - Phosphorsäureester gemäß EP 0 417 490 A;
- verzweigte, Imidazolgruppen enthaltende Polymere gemäß EP 1 081 169 A; - Ethoxylate, insbesondere alkoxylierte Epoxid/Amin-Adukte, gemäß EP 1 650 246 A und Epoxid-Adukte gemäß EP 1 486 524 A;
- Copolymerisate mit Fettsäure gemäß EP 1 640 389 A; - umgeesterte Polyacrylate gemäß EP 0 879 860 A;
Säurefunktionelle Polyester gemäß WO 2005/097872 A;
- Blockcopolymere (Gradientencopolymere) gemäß EP 1 416 019 A.
An die eigentliche Herstellung der Metallnanopartikel kann sich gegebenenfalls ein Schritt der Aufreinigung anschließen. Die Aufreinigung kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise erfolgen, so daß es keiner weitergehenden diesbezüglichen Ausführung bedarf.
Im Anschluß an die Herstellung können die erhaltenen Metallnanopartikel mit an sich bekannten Methoden abgetrennt werden, woran sich gegebenenfalls ein Verfahrensschritt der Redispergierung (beispielsweise in einem anderen Medium) anschließen kann. Alternativ hierzu können aber auch die erhaltenen Metallnanopartikeldispersionen als solche, d. h. so eingesetzt werden, wie sie unmittelbar nach der Herstellung erhalten werden, da die betreffenden Metallnanopartikel in stabiler, insbesondere langzeitstabiler Dispersion vorliegen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikeln ist mit einer Vielzahl von Vorteilen verbunden, von denen nachstehend einige in nicht beschränkender Weise genannt werden sollen:
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet kostengünstig und wirtschaftlich und ist zudem auch im großtechnischen bzw. industriellen Maßstab ohne weiteres durchfuhrbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Hinblick auf seine Verfahrensführung äußerst flexibel ausgestaltbar. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich kontinuierlich wie diskontinuierlich betreiben. Bei diskontinuierlicher Verfahrensweise kann beispielsweise in einem Rührkessel verfahren werden. Bei kontinuierlicher Verfahrensweise kann die Reaktion beispielsweise in einem kontinuierlichen Rührreaktor oder Rohrreaktor, einer kontinuierlichen Rühr- kesselkaskade oder in einem sogenannten Spinning-Disk-Reaktor durchgeführt werden.
Die relativ geringen Verfahrenstemperaturen tragen ebenfalls zur Verfahrenseffizienz und Verfahrenökonomie bei und entsprechen zudem den heutigen ökologischen Anforderungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird überdies in rein wäßrigen Medien durchgeführt, es handelt sich sozusagen um einen "grünen Prozeß", welcher darüber hinaus flexibel modifizierbar ist. Das Verfahren ist somit einfach, preisgünstig und ökologisch verträglich und verzichtet weitestgehend auf organische Lösemittel.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Metallnano- partikel sind ohne weiteres aus der Dispersion isolierbar. Aufgrund der Stabi- lität der Dispersionen können die Dispersionen aber auch als solche eingesetzt werden, ohne daß eine vorangehende Isolierung der Metallnanopartikel durchgeführt werden muß.
Durch den Einsatz geeigneter Dispergier- bzw. Netzmittel als Stabilisatoren kann eine breite Verträglichkeit und Dispergierbarkeit der erhaltenen Metall- nanopartikel in unterschiedlichsten Medien erreicht werden (wie z. B. Wasser, organischen Lösemitteln, Polymeren, Wachsen, Ölen, Glykolen etc.).
Die eingesetzten Dispergier- bzw. Netzmittel können, sofern gewünscht, ohne weiteres - entweder teilweise oder aber auch vollständig - entfernt werden
(z. B. durch Verdrängung mit stärker bindenden Liganden oder aber durch thermischen, lichtinduzierten, physikalischen und/oder chemischen Abbau etc.). Hieraus ergeben sich neue Oberflächenfunktionalitäten, wie z. B. für die
Katalyse, mit gezielter Einstellung von Aktivität und Selektivität oder aber z. B. für leitfähige Tinten, Pasten etc.
Durch die flexible Oberflächenmodifizierung kann weiterhin Einfluß auf die Bio Verfügbarkeit genommen werden. Weiterhin kann hierdurch die Freisetzung von Metallionen gesteuert werden. Außerdem kann die Belegung mit geeigneten Dispergier- oder Netzmitteln Einfluß auf den Verbleib der Nano- partikel im gesamten Lebenszyklus nehmen (z. B. leichteres Agglommerieren in Abwässern, leichterer Abbau zu ungefährlichen Salzen oder Komplexen etc.).
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Metallnanopartikel ermöglichen eine vielfältige Verwendung, beispielsweise als Lack- und/oder Kunststoffadditive, als Pigmente, als Katalysatoren etc. Dies ist nachfolgend noch im Detail geschildert.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert somit eine rein wäßrige Synthese von Metallnanopartikeln, besonders bevorzugt Edelmetallnanopartikeln, unter Verwendung geeigneter polymerer Netz- bzw. Dispergiermittel. Die Synthese kann flexibel auf unterschiedliche Metalle angewendet werden (z. B. Silber, Gold etc.). Durch die Verwendung geeigneter Netz- bzw. Dispergiermittel läßt sich die nachfolgende Dispergierbarkeit in unterschiedlichsten Medien steuern. Durch Anpassung des Oxidationspotentials des Reduktionsmittels und Wahl eines geeigneten Stabilisators lassen sich auch Nanopartikel (oxida- tions-)empfindlicher Metalle herstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zudem flexibel übertragbar auf eine Vielzahl von Metallen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich gegenüber dem Stand der Technik deutlich höhere Konzentrationen in Dispersion an Nanopartikeln erzielen. Zudem verwendet das erfindungsgemäße Verfahren ausschließlich günstige Ausgangschemikalien bzw. Edukte. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch im industriellen bzw. groß- technischen Maßstab durchführbar und somit upscalebar. Infolge der Entfern- barkeit der eingesetzten Netz- bzw. Dispergiermittel entstehen zudem keine "toten" Oberflächen auf den resultierenden Metallnanopartikeln.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem z w e i t e n Erfindungsaspekt - sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Metallnanopartikel.
Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung gemäß diesem erfindungsgemäßen Aspekt Metallnanopartikel, welche an ihrer Oberfläche minde- stens einen polymeren Stabilisator, insbesondere ein polymeres Netz- und Dispergiermittel, umfassen bzw. an ihrer Oberfläche mit mindestens einem polymeren Stabilisator, insbesondere einem polymeren Netz- oder Dispergiermittel, modifiziert und/oder beschichtet sind.
Die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel verfügen über ein ausgezeichnetes Dispergierverhalten und lassen sich auch nach Isolierung aus dem Reaktionsgemisch ohne weiteres redispergieren. Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel sowohl in wäßrigen wie auch in organischen Medien dispergierbar. Zudem sind die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel in pola- ren wie unpolaren Lösemitteln dispergierbar.
Die Dispergiereigenschaften der erfindungsgemäßen Metallnanopartikel lassen sich durch die Oberflächenmodifizierung mit dem polymeren Stabilisator gezielt einstellen bzw. sozusagen maßschneidern.
Für weitergehende Einzelheiten zu den erfindungsgemäßen Metallnanopartikeln kann auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen werden, welche in bezug auf die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel entsprechend gelten. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem d r i t t e n erfindungsgemäßen Aspekt - ist die erfindungsgemäße Verwendung der Me- tallnanopartikel nach der vorliegenden Erfindung.
So lassen sich die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel beispielsweise als Additive, Pigmente oder Füllstoffe, insbesondere für Lacke, Farben und Kunststoffe, einsetzen.
Des weiteren lassen sich die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel als oder in Katalysatoren bzw. Katalysatorsystemen einsetzen.
Weiterhin lassen sich die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel auch in Be- schichtungsstoffen und Beschichtungssystemen, insbesondere Lacken, Farben und dergleichen, in Gläsern und glasartigen Überzügen, in Tinten und Druck- färben, in Dispersionen aller Art, in Kunststoffen, in Schaumstoffen, in Kosmetika, insbesondere Nagellacken, in Reinigungsmitteln und Imprägnierstoffen, in Klebstoffen, in Dichtungsmassen und in Katalysatoren bzw. Katalysatorsystemen einsetzen, insbesondere als Additive, Pigmente oder Füllstoffe.
Des weiteren lassen sich die erfindungsgemäßen Nanopartikel in der Optik und Optoelektronik sowie in der Elektronik, Elektrotechnik und Halbleitertechnologie einsetzen. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel zur Erhöhung von Leitfähigkeiten, insbesondere von Kunststoffen oder aber zur Herstellung von druckbaren Schaltungen eingesetzt werden.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel auch in der Spektroskopie, insbesondere in der Raman-Spektroskopie, Verwendung finden, beispielsweise zu Zwecken der Signalverstärkung.
Gleichermaßen ist es möglich, die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel in der Glas-, Keramik- und Emailleherstellung einzusetzen, z. B. bei der Herstellung von Fenstern (beispielsweise Kirchenfenstern), insbesondere als Pigmente bzw. Farbstoffe. Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel in der Textilherstellung einzusetzen, beispielsweise gleichermaßen als Pigmente und/oder Farbstoffe.
Für weitergehende Ausführungen zu diesem erfindungsgemäßen Aspekt kann auf die voranstehenden Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in bezug auf diesen erfindungsgemäßen Aspekt entsprechend gelten.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem v i e r t e n Erfindungsaspekt - sind Dispersionen, welche die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel in einem Träger- oder Dispergiermedium enthalten.
Für weitere diesbezügliche Einzelheiten zu diesem erfindungsgemäßen Aspekt kann auf die voranstehenden Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche entsprechend gelten.
Schließlich sind weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß eine f ü n f t e n erfindungsgemäßen Aspekt - Beschichtungsstoffe und Be- Schichtungssysteme, insbesondere Lacke, Farben und dergleichen, Kunststoffe, Schaumstoffe, Kosmetika, insbesondere Nagellacke, Klebstoffe, Dichtungsmassen und Katalysatorsysteme, welche die erfindungsgemäßen Metallnanopartikel oder die sie enthaltenden Dispersionen umfassen.
Für weitergehende Einzelheiten zu diesem Erfindungsaspekt kann auf die vorangehenden Ausführungen zu den übrigen Erfindungsaspekten verwiesen werden, welche in bezug auf diesen Erfindungsaspekt entsprechend gelten.
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken. AUSFÜHRUNGSBEISPIELE:
Beispiel 1: Herstellung von Goldnanopartikeln mittels Citratsynthese (Vergleich, Stand der Technik)
Goldnanopartikel werden nach der von Turkevich et al. entwickelten Methode mittels Citratsynthese wie folgt hergestellt. 10 ml einer wäßrigen Lösung von 2,5 - 10'4 mol/1 HAuCl4 • 3 H2O werden auf 95 0C erhitzt. Anschließend werden 417 μl einer 20 mmol/1 Trisodiumcitratlösung unter heftigem Rühren hin- zugegeben, worauf die Lösung langsam ihre Farbe nach Rot ändert. Das Au/Citrat- Verhältnis beträgt 0,3. Die Lösung wird 15 Minuten nahe des Siedepunktes belassen, anschließend läßt man das Ganze abkühlen.
Das Beispiel wird wiederholt, wobei jedoch 312 μl einer 20 mmol/1 Trisodi- umcitratlösung hinzugegeben werden, was einem Au/Citrat- Verhältnis von 0,4 entspricht.
Die vorgenannten Au/Citrat- Verhältnisse beeinflussen die resultierenden Größen der erhaltenen Au-Nanopartikel.
Beispiel 2: Herstellung von Silbernanopartikeln mittels Zweiphasensynthese in Gegenwart von NaBH4 als Reduktionsmittel (Vergleich, Stand der Technik) 9 mmol (1,53 g) Silbernitrat werden in einem 1 -Liter-Dreihalskolben in 300 ml Wasser gelöst. In einem Becherglas werden 40 mmol (21,86 g) Tetra- n-octylammoniumbromid in 204 ml CHCl3 gelöst.
Unter N2-Strom wird die CHC13-Lösung zur Silbernitrat-Lösung gegeben. Nach ca. 1 Minute wird der N2-Strom ausgestellt. Die CHCl3-Phase färbt sich grün und wird trüb. Die Wasserphase wird milchig, enthält aber kein Zielprodukt.
Nach 1 Stunde rühren werden in einem Schütteltrichter die Phasen getrennt. Die CHC13-Phase wird zurück in den 1 -Liter-Kolben gegeben, und die Wasserphase wird verworfen. Unter N2-Strom werden 7,86 mmol (1,89 ml) Dode- canthiol zugegeben und 15 Minuten gerührt. Der N2-Strom wird nach 1 Minute ausgestellt. In der Zwischenzeit werden 103 mmol (3,97 g) Natriumborhydrid in 240 ml Wasser gelöst. Anschließend wird unter N2-Strom die NaBH4-Lösung lang- sam (innerhalb von 2 bis 3 Minuten) zugegeben, da es stark schäumt. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, wobei es sich nach einiger Zeit dunkelbraun/silbrig verfärbt. Nach 3 Stunden Reaktionszeit erfolgt eine Phasentrennung, wobei die wäßrige Phase verworfen wird. Anschließend wird das CHCl3 an einem Rotationsverdampfer mit einer Membranpumpe bei 30 0C abgezogen und der Rückstand in einem Kolben über Nacht in einem Exsikkator im Ölpumpenvakuum getrocknet.
Das so erhaltene Pulver muß noch mit Ethanol gewaschen werden, um Verunreinigungen zu entfernen, und ist dann in unpolaren Solventien bis zu 0,2 % dispergierbar. Die Partikelgröße liegt bei 10 nm, weist jedoch einen Grobanteil (10 %) von > 100 nm auf. Die Reaktion ist sehr empfindlich und nicht im- mer reproduzierbar.
Beispiel 3A: Herstellung von Silbernanopartikeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Erfindung) Zunächst wird eine Lösung aus 3,5 Gew.-Teilen AgNO3, 100 Gew.-Teilen Wasser, 7,2 Gew.-Teilen eines polymeren Netz- bzw. Dispergiermittels (z. B. Disperbyk® 2001 der BYK-Chemie GmbH, Wesel, Deutschland) und gegebenenfalls 0,6 Gew.-Teilen eines Entschäumers (z. B. BYK028 der BYK- Chemie GmbH, Wesel, Deutschland) ("Lösung A") hergestellt und bei Raum- temperatur gerührt. Der Ansatz ist eine trübe Mischung.
Des weiteren wird eine weitere Lösung ("Lösung B") aus 3 Gew.-Teilen NaBH4 und 50 Gew.-Teilen Wasser hergestellt. Lösung B wird bei Raumtemperatur langsam in Lösung A geben. Es entsteht starker Schaum und Schwarzfärbung. Es resultiert eine Dispersion von Ag- Nanopartikeln in Wasser.
Die entstandenen Nanopartikel können je nach Verwendungszweck entweder z. B. mit PMA (Methoxypropylacetat) extrahiert werden, was zu Nanoparti- keln hoher Reinheit führt, welche z. B. für Katalysezwecke eingesetzt werden können, oder aber zentrifugiert, getrocknet und redispergiert werden (z. B. in PMA). In einem zweiten Ansatz wird der vorangehende Versuch wiederholt, jedoch mit der Abweichung, daß die Lösung B schnell zur Lösung A gegeben wird. Durch schnelle Zugabe der Lösung B zur Lösung A entstehen kleinere Nano- partikel. Durch die Zugabegeschwindigkeit kann somit die Partikelgröße der resultierenden Nanopartikel gezielt gesteuert werden.
Beispiel 3B: Herstellung von Silbernanopartikeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Erfindung) Beispiel 3A wird wiederholt, jedoch mit der Abweichung, daß ein anderes Netzmittel (konkret: Disperbyk® 194 der BYK-Chemie GmbH, Wesel, Deutschland) eingesetzt wird. Die so erhaltenen Ag-Nanopartikel sind sowohl in Wasser als auch in PMA redispergierbar. Diese Dispersion von Ag- Nanopartikeln kann somit direkt als Additiv verwendet werden, gegebenen- falls nach einem entsprechenden Aufbereitungs- und/oder Aufkonzentrationsschritt.
Beispiel 3C: Herstellung von Goldnanopartikeln nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren (Erfindung)
Analog zu Beispiel 3 A wird HAuCl4 anstelle von AgNO3 verwendet. Es resultieren die entsprechenden Au-Nanopartikel.
Beispiel 3D: Reduktion von AgNO3 in Wasser ohne Anwesenheit eines Netz- bzw. Dispergiermittels (Vergleich)
Beispiel 3A wird wiederholt, jedoch mit der Abweichung, daß kein Netz- oder Dispergiermittel als Stabilisator eingesetzt wird. Es erfolgt keine Bildung von Ag-Nanopartikeln, sondern eine Durchreaktion zu einem Ag-Schlamm.
Beispiel 4: Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des erfϊn- dungsgemäßen Verfahrens (Erfindung)
Es wird die Temperaturabhängigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens an verschiedenen Ansätzen untersucht. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben: Aπsatz- T Eigenschaften dest. Was- Ethylacetat PMA 1,3 nummer [0Ci ser Propandi- ol
Bsp. 4A 10 Dispergier- gut gut gut gut barkeit
Bsp. 4B 20 Dispergier- gut gut gut gut barkeit
Bsp. 4C 40 Dispergier- nicht gut gut schlecht barkeit dispergier- dispergier- bar bar
Bemerkungen Bodensatz es bildet sich an Bodensatz dunkelder Glasfladunkelbraun, schenwandung braun,
Überstand ein SilberspieÜberstand farblos gel ist hellbraun
Bsp. 4D 60 Dispergier- nicht gut gut nicht barkeit dispergier- dispergier- bar bar
Bemerkungen Bodensatz es bildet sich an Bodensatz braun, der Glasflabraun,
Überstand schenwandung Überstand farblos ein Silberspie- farblos gel
Bsp. 4E 80 Dipergier- nicht gut gut nicht barkeit dispergier- dispergier- bar bar
Bemerkungen Bodensatz es bildet sich an Bodensatz braun, der Glasflabraun, Überstand schenwandung Überstand farblos ein Silberspiefarblos gel
Es zeigt sich, daß die bei Temperaturen bis 40 °C hergestellten Silberpartikel wesentlich bessere Redispergierbarkeiten in polaren Lösemitteln, wie Wasser und 1,3-Propandiol, aufweisen. Das Dispergierverhalten in Ethylacetat ist zunächst bei allen Versuchen gut, jedoch weisen die Dispersionen der Nanopar- tikel ab 60 0C eine geringere Stabilität in Ethylacetat auf, was sich durch Ausbildung eines Silberspiegels auf der Glaswand verdeutlicht. Die Redispergier- barkeit in PMA ist bei allen Temperaturen gleichermaßen gut. Durch Variation der Reaktionstemperatur läßt sich somit Einfluß auf die Polarität der Partikeloberfläche und die Dispergierbarkeit in unterschiedlichen Solventien nehmen. Weiterhin bieten sich hierdurch Möglichkeiten zum Abtrennen der Silberpartikel aus dem Reaktionsgemisch. Die Bildung eines Silberspiegels kann auch vorteilhaft genutzt werden zur Verspiegelung bzw. Bildung leitfähiger Schichten. Die Destabilisierung bewirkt ein Näherkommen der Partikel zueinander und gegebenenfalls einen Plasmonenübergang.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Metallnanopartikeln, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Metallionen mittels mindestens eines Reduktionsmittels in Gegenwart mindestens eines polymeren Stabilisators reduziert und zu Metallnanopartikeln umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einem flüssigen, vorzugsweise wäßrigen Medium durchgeführt wird, insbesondere wobei die Metallionen in dem Medium dispergiert oder gelöst sind, und/oder daß das Verfahren als Flüssigphasenverfahren, insbe- sondere als Einphasenreaktion, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zusätzlich in Gegenwart mindestens eines Entschäumers durchgeführt wird, insbesondere in Mengen von 0,0001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,001 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-
%, bezogen auf den gesamten Reaktionsansatz.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch außerdem mindestens ein Additiv zugesetzt ist, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe von pH-
Stellmitteln, pH-Puffersubstanzen, Emulgatoren, Rheologiemodifizierern Konservierungsmitteln, Tensiden oder dergleichen.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß dem Reaktionsgemisch mindestens ein Co-Lösemittel zugesetzt ist, insbesondere in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 7 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.- %, bezogen auf den gesamten Reaktionsansatz, insbesondere wobei das Co-Lösemittel ausgewählt ist aus organischen, vorzugsweise polaren Lö- semitteln, wie Alkoholen, Glykolen oder dergleichen, oder anorganischen Lösemitteln, wie Säuren und Basen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren im Temperaturbereich von > 0 0C und < 100 0C, insbesondere 5 bis 90 0C, vorzugsweise 10 bis 80 0C, besonders bevorzugt 10 bis 40 0C, ganz besonders bevorzugt 10 bis 30 0C, durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mit einer Reaktionszeit von < 10 Minuten, insbesondere < 5 Minuten, vorzugsweise < 1 Minute, besonders bevor- zugt < 0,5 Minuten, durchgeführt wird und/oder daß das Verfahren mit einer Reaktionszeit im Bereich von 0,0001 bis 10 Minuten, insbesondere 0,0001 bis 5 Minuten, vorzugsweise 0,0001 bis 1 Minute, besonders bevorzugt 0,0001 bis 0,5 Minuten, durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren diskontinuierlich, insbesondere in einem Rührkessel, oder aber kontinuierlich, insbesondere in einem kontinuierlichen Rühr- oder Rohrreaktor, einer kontinuierlichen Rührkesselkaskade oder einem Spinning-Disk-Reaktor, durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren derart durchgeführt wird, daß durch eine Regelung von Temperatur und/oder Volumenströmen eine zeitliche und/oder örtliche Trennung der Keimbildungs- und Wachstumsprozesse erreicht, insbesondere wobei das Verfahren in einer Mikroreaktionstech- nikanlage durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel derart ausgewählt ist, daß es das be- treffende Metallion zu elementarem Metall (Oxidati onsstufe: 0) zu reduzieren imstande ist und/oder daß das Reduktionsmittel in der elektrochemischen Spannungsreihe ein geringeres Normalpotential als das Metall des zu reduzierenden Metallions besitzt.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in dem Reaktionsmilieu löslich oder dispergierbar ist.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe von anorganischen Hydriden, insbesondere Natriumborhydrid oder Lithiumaluminiumhydrid; anorganischen Thiosulfaten oder Thioschwefelsäure; anorganischen Sulfiden oder Schwefelwasserstoff; anorganischen Sulfi- ten; Hydrazinen; Hydroxylaminen; Wasserstoff; Kohlenmonoxid; Acety- len; Oxalsäure oder Oxalaten; Citronensäure oder Citraten; Weinsäure oder Tartraten; ein- oder mehrwertigen Alkoholen; hydroxyfunkionellen Ethern, insbesondere Polyglykolethern; Zuckern; anorganischen Phos- phiden; sowie Mischungen oder Kombinationen von mindestens zwei der vorgenannten Reduktionsmittel; sowie Mischungen oder Kombinationen von mindestens zwei der vorgenannten Reduktionsmittel.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in einem Mengenverhältnis von Re- duktionsmittel zu Metallionen, berechnet als für die Reduktion benötigte
Menge an Elektronen, im Bereich von 1,05 : 1 bis 200 : 1, insbesondere 1,1 : 1 bis 100 : 1, vorzugsweise 1,1 : 1 bis 50 : 1, eingesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Metall ausgewählt ist aus mindestens einem metallischen Element der Gruppen III A bis V A sowie I B bis VIII B des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise aus der Gruppe von Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se, Te, Cd, Bi, In, Ga, As, Ti, V, W, Mo, Si, Al und/oder Sn sowie Mischungen, Legierungen und Mischkri- stallen von mindestens zwei dieser Elemente, besonders bevorzugt aus der Gruppe von Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se und/oder Te sowie Mischungen, Legierungen und Mischkristallen von mindestens zwei dieser Elemente, ganz besonders bevorzugt aus Edelmetallen, insbesondere Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Ru, Ir und/oder Rh, ganz besonders bevorzugt Ag, Au, Pd und/oder Pt.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Metallnanopartikel auf Basis von mindestens zwei Metallen erhalten werden, insbesondere vom Typ CdSe, CdTe, BiTe, GaAs, InAs, AgPd, CoPt und/oder AgAu.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallionen in Form von Metallsalzen, Metallsäuren und deren Hydraten, ionischen Metallverbindungen, komplexierten Metallionen und/oder Metallelektroden, vorzugsweise in Form von Metall- salzen, eingesetzt werden, insbesondere wobei die Verbindungen wasserlöslich oder wasserdispergierbar ausgebildet sind.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallionen, bezogen auf den gesamten Reaktionsan- satz und berechnet als Metall, in Mengen von 0,0001 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,001 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%, eingesetzt wird.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Metallnanopartikel absolute Teilchengrößen im Bereich von 0,3 bis 1.000 nm. insbesondere 0,5 bis 750 nm, vorzugsweise 1 bis 500, besonders bevorzugt 2 bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt 3 bis 50 nm, aufweisen und/oder daß die erhaltenen Metallna- nopartikel mittlere Teilchengrößen (D50) im Bereich von 1 bis 500 nm, insbesondere 2 bis 200, besonders bevorzugt 2 bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt 5 bis 40 nm, aufweisen.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die erhaltenen Metallnanopartikel eine bimodale Teilchengrößenverteilung aufweisen, insbesondere wobei die mittleren Teilchendurchmesser (D50) der beiden Fraktionen um mindestens 10 nm, insbesondere mindestens 25 nm, vorzugsweise mindestens 50 nm, besonders bevorzugt mindestens 75 nm, ganz besonders bevorzugt mindestens 100 nm, differieren.
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator in Mengen von 1 bis 1.000 Gew.- %, vorzugsweise 5 bis 500 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 200 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 20 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die resultierenden Metallnanopartikel, eingesetzt wird.
21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator ein Dispergiermittel und/oder ein Netzmittel ist.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator ein mittleres, insbesondere gewichtsmittleres Molekulargewicht von mindestens 1.000 g/mol, vorzugsweise mindestens 1.500 g/mol, aufweist und/oder daß der polymere Stabilisator ein mittleres, insbesondere gewichtsmittleres Molekulargewicht im Bereich von 1.000 bis 1.000.000 g/mol, insbesondere 1.250 bis 100.000 g/mol, vorzugsweise 1.500 bis 75.000 g/mol, besonders bevorzugt 2.000 bis 50.000 g/mol, aufweist.
23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator auf Basis eines funktionalisier- ten, insbesondere sauer und/oder basisch funktionalisierten, Polymers, insbesondere mit polaren funktionellen Gruppen, ausgebildet ist, insbesondere aus der Gruppe von funktionalisierten Polyaminen, funktionali- sierten Polyurethanen, funktionalisierten Poly(meth)acrylaten, funktionalisierten Vinylcopolymeren, funktionalisierten Polyether/Polyester- Copolymeren, funktionalisierten Polyethern, funktionalisierten PoIy- estern, funktionalisierten Fettsäurecopolymeren, funktionalisierten Blockcopolymeren und/oder funktionalisierten Polyalkoxylaten sowie Mischungen oder Kombinationen von mindestens zwei dieser Verbindungen.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Stabilisator auf Basis eines funktionalisier- ten, insbesondere sauer und/oder basisch funktionalisierten, Polymers ausgebildet ist, wobei das Polymer mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, welche insbesondere ausgewählt ist aus Hydroxyl- (-OH), Thiol- (-SH), Amin-, Ammonium-, Carboxyl-, Carbonyl-, Ester-, Ether-, Sulfo- nyl-, Phosphorsäure- und/oder Phosphorsäureester-Funktionen, vorzugsweise Hydroxyl- (-OH), Thiol- (-SH) und/oder Amin-Funktionen.
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Herstellung der Metallnanopartikel ein Schritt der Aufreinigung anschließt.
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Metallnanopartikel abgetrennt werden, gegebenenfalls gefolgt von einem Schritt der Redispergierung.
27. Metallnanopartikel, erhältlich durch das Verfahren nach einem der vo- rangehenden Ansprüche
28. Metallnanopartikel, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallnanopartikel an ihrer Oberfläche mindestens einen polymeren Stabilisator, insbesondere ein polymeres Netz- oder Dispergiermittel, umfassen und/oder daß die Metallnanopartikel an ihrer Oberfläche mit mindestens einem polymeren Stabilisator, insbesondere einem polymeren Netz- oder Dispergiermittel, modifiziert und/oder beschichtet sind.
29. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ausgewählt ist aus mindestens einem metallischen Element der Gruppen III A bis V A sowie I B bis VIII B des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise aus der Gruppe von Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se, Te, Cd, Bi, In, Ga, As, Ti, V, W, Mo, Si, Al und/oder Sn sowie Mischungen, Legierungen und Mischkristallen von mindestens zwei dieser Elemente, besonders bevorzugt aus der Gruppe von Cu, Ag, Au5 Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Ru, Os, Se und/oder Te sowie Mischungen, Legierungen und Mischkristallen von mindestens zwei dieser Elemente, ganz besonders bevorzugt aus Edelmetallen, insbesondere Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Ru, Ir und/oder Rh, ganz besonders bevorzugt Ag, Au, Pd und/oder Pt.
30. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Metallnanopartikel auf Basis von mindestens zwei Metallen erhalten werden, insbesondere vom Typ CdSe, CdTe, BiTe, GaAs, InAs, AgPd, CoPt und/oder AgAu.
31. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallnanopartikel absolute Teilchengrößen im Bereich von 0,3 bis 1.000 nm. insbesondere 0,5 bis 750 nm, vorzugsweise 1 bis 500, besonders bevorzugt 2 bis 100 nm, ganz besonders bevor- zugt 3 bis 50 nm, aufweisen und/oder daß die Metallnanopartikel mittlere Teilchengrößen (D50) im Bereich von 1 bis 500 nm, insbesondere 2 bis 200, besonders bevorzugt 2 bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt 5 bis 40 nm, aufweisen.
32. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallnanopartikel eine bimodale Teilchengrößenverteilung aufweisen, insbesondere wobei die mittleren Teilchen- durchmesser (D50) der beiden Fraktionen um mindestens 10 nm, insbesondere mindestens 25 nm, vorzugsweise mindestens 50 nm, besonders bevorzugt mindestens 75 nm, ganz besonders bevorzugt mindestens
100 nm, differieren.
33. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator ein mittleres, insbesonde- re gewichtsmittleres Molekulargewicht von mindestens 1.000 g/mol, vorzugsweise mindestens 1.500 g/mol, aufweist.
34. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator ein mittleres, insbesonde- re gewichtsmittleres Molekulargewicht im Bereich von 1.000 bis
1.000.000 g/mol, insbesondere 1.250 bis 100.000 g/mol, vorzugsweise 1.500 bis 75.000 g/mol, besonders bevorzugt 2.000 bis 50.000 g/mol, aufweist.
35. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Stabilisator auf Basis eines funktiona- lisierten, insbesondere sauer und/oder basisch funktionalisierten, Polymers, insbesondere mit polaren funktionellen Gruppen, ausgebildet ist, insbesondere aus der Gruppe von funktionalisierten Polyaminen, funktionalisierten Polyurethanen, funktionalisierten Poly(meth)acrylaten, funktionalisierten Vinylcopolymeren, funktionalisierten PoIy- ether/Polyester-Copolymeren, funktionalisierten Polyethern, funktionalisierten Polyestern, funktionalisierten Fettsäurecopolymeren, funktionali- sierten Blockcopolymeren und/oder funktionalisierten Polyalkoxylaten sowie Mischungen oder Kombinationen von mindestens zwei dieser Verbindungen.
36. Metallnanopartikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Stabilisator auf Basis eines funktionalisierten, insbesondere sauer und/oder basisch funktionalisierten, Polymers ausgebildet ist, wobei das Polymer mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, welche insbesondere ausgewählt ist aus Hydroxyl- (-OH), Thiol- (-SH), Amin-, Ammonium-, Carboxyl-, Carbonyl-, Ester-, Ether-, Sulfonyl-, Phosphorsäure- und/oder Phosphorsäureester-
Funktionen, vorzugsweise Hydroxyl- (-OH), Thiol- (-SH) und/oder Amin-Funktionen.
37. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprü- chen als Additive, Pigmente oder Füllstoffe, insbesondere für Lacke,
Farben und Kunststoffe.
38. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprüchen als oder in Katalysatoren und/oder Katalysatorsystemen.
39. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprüchen in Beschichtungsstoffen und Beschichtungssystemen, insbesondere Lacken, Farben und dergleichen, Gläsern und glasartigen Überzügen, Tinten und Druckfarben, in Dispersionen aller Art, in Kunststoffen, in Schaumstoffen, in Kosmetika, insbesondere Nagellacken, in Reinigungsmitteln und Imprägnierstoffen, in Klebstoffen, in Dichtungsmassen und in Katalysatoren und/oder Katalysatorsystemen, insbesondere als Additive, Pigmente oder Füllstoffe.
40. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprü- chen in der Optik und Optoelektronik sowie in der Elektronik, Elektrotechnik und Halbleitertechnologie, insbesondere zur Erhöhung von Leitfähigkeiten insbesondere von Kunststoffen oder zur Herstellung von druckbaren Schaltungen.
41. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprüchen in der Spektroskopie, insbesondere zur Signal Verstärkung, insbesondere in der Raman- Spektroskopie.
42. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprü- chen in der Glas-, Keramik- und Emailleherstellung.
43. Verwendung von Metallnanopartikeln nach den vorangehenden Ansprüchen in der Textilherstellung.
44. Dispersionen, enthaltend Metallnanopartikel nach den vorangehenden Ansprüchen in einem Träger- oder Dispergiermedium.
45. Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme, insbesondere Lacke, Farben und dergleichen, Gläser und glasartige Überzüge Tinten und Druckfarben, Kunststoffe, Schaumstoffe, Kosmetika, insbesondere Nagellacke, Reinigungsmittel und Imprägnierstoffe, Klebstoffe, Dichtungsmassen und Katalysatorsysteme, enthaltend Metallnanopartikel oder Dispersionen nach den vorangehenden Ansprüchen.
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