DE19950496A1 - Verfahren zur Herstellung von Nanopartikelkonzentraten - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikelkonzentraten, bei dem man wäßrige oder alkoholische, gegebenenfalls salzhaltige Dispersionen von Nanopartikeln mit einem mittleren Durchmesser von 100 bis 200 nm mindestens einer Ultrafiltration unterwirft und dabei in ein verdünntes, gegebenenfalls Salze enthaltendes Permeat und ein Retentat getrennt wird, welches mindestens 90% der eingesetzten Nanopartikel enthält.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Nanopartikel und betrifft ein neues Verfahren zur Auf­ konzentrierung und Reinigung entsprechender Dispersionen.

Stand der Technik

Die Herstellung von Wirkstoffen mit besonders kleiner Teilchengrößen, sogenannten "Nanoteilchen" gehört derzeit zu einem der expandierensten Forschungsthemen. Zur Herstellung sowohl anorgani­ scher als auch organischer Nanopartikel sind inzwischen die unterschiedlichsten Verfahren bekannt. Stellvertretend für den umfangreichen Stand der Technik sei auf den Aufsatz von S. Chihlar, M. Türk und K. Schaber in Proceedings World Congress on Particle Technology 3, Brighton, 1998 verwiesen, in welchem vorgeschlagen wird, Nanoteilchen durch rasche Entspannung von überkritischen Lösungen (Rapid Expansion of Supercritical Solutions RESS) herzustellen. Bei diesem Verfahren löst man bei­ spielsweise Cholesterin in überkritischem Kohlendioxid und entspannt die Lösung in eine Vakuum­ kammer. Im Zuge der geschilderten Verfahren werden jedoch infolge der Mitverwendung von Lö­ sungsmitteln stets mehr oder minder verdünnte Zubereitungen erhalten, die sich nicht ohne weiteres, d. h. ohne Zusammenbacken der Teilchen auf eine für die Anwendung erforderliche Konzentration an­ reichern lassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat folglich darin bestanden, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe man Nanopartikel-Dispersionen in hoher Ausbeute aufkonzentrieren kann, ohne daß es zu einer Re-Agglomeration kommt. Gleichzeitig sollte eine selektive Entfernung von ein- oder mehrwertigen Salzen erzielt werden.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikelkonzentraten, bei dem man wäßrige oder alkoholische, gegebenenfalls salzhaltige Dispersionen von Nanopartikeln mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 200, vorzugsweise 25 bis 150 und insbesondere 50 bis 100 nm min­ destens einer Ultrafiltration unterwirft und dabei in ein verdünntes, gegebenenfalls Salze enthaltendes Permeat und ein Retentat getrennt wird, welches mindestens 90% der eingesetzten Nanopartikel ent­ hält.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens agglo­ merationsfrei Nanopartikelkonzentrate erhalten lassen, die zudem praktisch salzfrei sind. Das Verfah­ ren kommt ohne die Mitverwendung von Trennhilfsstoffen aus, arbeitet bei moderaten Temperaturen und ist dabei technisch einfach, wenig energieaufwendig und ausgesprochen effektiv.

Anorganische Nanopartikel

Als anorganische Nanopartikel kommen grundsätzlich alle Arten von Oxiden, Hydroxiden und Salzen in Frage. Insbesondere geeignet sind anorganische Pigmente, wie sie u. a. als Farbstoffe im Bereich der dekorativen Kosmetik oder aber als UV-Filter für Sonnenschutzmittel eingesetzt werden. Als Farbstoffe finden Weißpigmente wie Talkum, Zinkoxid, Kaolin, Titandioxid oder Farbpigmente wie Eisenoxide, Chromoxide, Ultramann und Manganviolett Anwendung. Außerdem werden häufig noch Pigmente wie Bismutoxychlorid, Glimmer, mit Titandioxid beschichteter Glimmer und Fischsilber eingesetzt, die einen Perlglanz erzeugen. Beispiele für geeignete Metalloxide sind insbesondere Zinkoxid und Titandioxid und daneben Oxide des Eisens, Zirkoniums, Siliciums, Mangans, Aluminiums und Cers sowie deren Gemische. Als Salze können Silicate (Talk), Bariumsulfat oder Zinkstearat eingesetzt werden. Für An­ wendungen im Bereich der Schmierstoffe und Kunststoffhilfsmittel eignen sich auch Schwefel sowie Mineralien, vorzugsweise Hydrotalcit als Ausgangsstoffe für die Nanoisierung.

Organische Nanopartikel

Als organische Nanopartikel, die im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens aufkonzentriert und gereinigt werden können, kommen folgende Verbindungen in Betracht:

Sterole (oder synonym Stenole) sind tierische bzw. pflanzliche Steroide zu verstehen, die nur am C-3 eine Hydroxylgruppe, sonst aber keine funktionellen Gruppen tragen. In der Regel besitzen die Sterole 27 bis 30 Kohlenstoffatome und eine Doppelbindung in 5/6, gegebenenfalls 7/8, 8/9 oder anderen Po­ sitionen. Neben diesen ungesättigten Spezies kommen als Sterole auch die durch Härtung erhältlichen gesättigten Verbindungen in Frage, die als Stanole bezeichnet werden und von der vorliegenden Erfin­ dung mitumschlossen werden. Ein Beispiel für ein geeignetes tierisches Sterol ist Cholesterol. Typische Beispiele für geeignete Phytosterole, welche aus anwendungstechnischen Gründen bevorzugt werden, sind beispielsweise Ergosterole, Campesterole, Stigmasterole, Brassica-sterole sowie vorzugsweise Sitosterole bzw. Sitostanole und insbesondere β-Sitosterole bzw. β-Sitostanole. Neben den genannten Phytosterolen werden vorzugsweise deren Ester eingesetzt. Die Säurekomponente der Esters kann auf Carbonsäuren der Formel (I) zurückgehen,

R¹CO-OH (I)

in der R¹CO für einen aliphatischen, linearen oder verzweigten Acylrest mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0 und/oder 1, 2 oder 3 Doppelbindungen steht. Typische Beispiele sind Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Caprylsäure, 2-Ethylhexansäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Isotridecansäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Palmoleinsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Öl­ säure, Elaidinsäure, Petroselinsäure, Linolsäure, konjugierte Linolsäure (CLA), Linolensäure, Elaeo­ stearinsäure, Arachinsäure, Gadoleinsäure, Behensäure und Erucasäure sowie deren technische Mi­ schungen, die z. B. bei der Druckspaltung von natürlichen Fetten und Ölen, bei der Reduktion von Al­ dehyden aus der Roelen'schen Oxosynthese oder als Monomerfraktion bei der Dimerisierung von un­ gesättigten Fettsäuren anfallen. Bevorzugt sind technische Fettsäuren mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Kokos-, Palm-, Palmkern- oder Talgfettsäure. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Estern des β-Sitosterols bzw. β-Sitostanols mit Fettsäuren mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen. Diese Ester können sowohl durch direkte Veresterung der Phytostenole mit den Fettsäuren oder aber durch Umesterung mit Fettsäureniedrigalkylestern oder Triglyceriden in Gegenwart geeigneter Katalysatoren, wie z. B. Natriumethylat oder speziell auch Enzymen hergestellt werden [vgl. EP-A2 0195311 (Yoshika­ wa)].

Typische Beispiele für Antioxidantien sind Aminosäuren (z. B. Glycin, Histidin, Tyrosin, Tryptophan) und deren Derivate, Imidazole (z. B. Urocaninsäure) und deren Derivate, Peptide wie D,L-Carnosin, D- Carnosin, L-Carnosin und deren Derivate (z. B. Anserin), Carotinoide, Carotine (z. B. α-Carotin, β- Carotin, Lycopin) und deren Derivate, Chlorogensäure und deren Derivate, Liponsäure und deren Deri­ vate (z. B. Dihydroliponsäure), Aurothioglucose, Propylthiouracil und andere Thiole (z. B. Thioredoxin, Glutathion, Cystein, Cystin, Cystamin und deren Glycosyl-, N-Acetyl-, Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Amyl-, Butyl- und Lauryl-, Palmitoyl-, Oleyl-, γ-Linoleyl-, Cholesteryl- und Glycerylester) sowie deren Salze, Dilaurylthiodipropionat, Distearylthiodipropionat, Thiodipropionsäure und deren Derivate (Ester, Ether, Peptide, Lipide, Nukleotide, Nukleoside und Salze) sowie Sulfoximinverbindungen (z. B. Buthioninsulfo­ ximine, Nomocysteinsulfoximin, Butioninsulfone, Penta-, Hexa-, Heptathioninsulfoximin) in sehr gerin­ gen verträglichen Dosierungen (z. B. pmol bis µmol/kg), ferner (Metall)-Chelatoren (z. B. α- Hydroxyfettsäuren, Palmitinsäure, Phytinsäure, Lactoferrin), α-Hydroxysäuren (z. B. Citronensäure, Milchsäure, Apfelsäure), Huminsäure, Gallensäure, Gallenextrakte, Bilirubin, Biliverdin, EDTA, EGTA und deren Derivate, ungesättigte Fettsäuren und deren Derivate (z. B. γ-Linolensäure, Linolsäure, Öl­ säure), Folsäure und deren Derivate, Ubichinon und Ubichinol und deren Derivate, Vitamin C und Deri­ vate (z. B. Ascorbylpalmitat, Mg-Ascorbylphosphat, Ascorbylacetat), Tocopherole und Derivate (z. B. Vitamin-E-acetat), Vitamin A und Derivate (Vitamin-A-palmitat) sowie Koniferylbenzoat des Benzoe­ harzes, Rutinsäure und deren Derivate, α-Glycosylrutin, Ferulasäure, Furfurylidenglucitol, Carnosin, Butylhydroxytoluol, Butylhydroxyanisol, Nordihydroguajakharzsäure, Nordihydroguajaretsäure, Rosma­ rinsäure, Trihydroxybutyrophenon, Harnsäure und deren Derivate, Mannose und deren Derivate, Su­ peroxid-Dismutase, Zink und dessen Derivate (z. B. ZnO, ZnSO₄) Selen und dessen Derivate (z. B. Se­ len-Methionin), Stilbene und deren Derivate (z. B. Stilbenoxid, trans-Stilbenoxid) und die erfindungs­ gemäß geeigneten Derivate (Salze, Ester, Ether, Zucker, Nukleotide, Nukleoside, Peptide und Lipide) dieser genannten Wirkstoffe.

Flavone, wie z. B. Flavon (Primel), Chrysin (Pappel), Galangin (Glagantwurzel), Apigenin (Löwenmaul, Kamille, Dahlie), Luteolin (Fingerhut, Dahlie), Kämpferol (Faulbaum, Rittersporn, Schlehen), Querutin (Eiche, Goldlack, Stiefmütterchen), Quercetin (Eiche, Goldlack, Stiefmütterchen), Morin (Maulbeer­ baum), Robinetin (Akazien), Gossynetin (Baumwolle, Hibiscus), Myricetin (Johannisbeere, Hama­ melis), Fisetin (Fisetholz), Rutin (Citrusfrüchte, Stiefmütterchen, Lindenblüten, Tee, Johanniskraut, Aka­ zien), Hesperidin (Orangenschalen), Naringin (Pampelmusen), Daidzein (Soja), Genistein (Soja, Rot­ klee), Prumetin (Pflaumenbaum), Biochanin (Kichererbse, Klee), Santal (Sandelholz, Rotholz), Praten­ sein (Klee), Bioflavonoide aus Gingko, Eibe und Zypresse.

Weiterhin können synthetische oder natürliche Wachse eingesetzt werden, wie z. B. Paraffinwachse, hydriertes. Ricinusöl, Cetylplamitat, Ethylenoxid-Wachse, Perlglanzwachse, Carnaubawachs, Bienen­ wachs, Sonnenblumenwachs und Apfelwachs.

Ebenfalls als Ausgangsstoffe geeignet sind bei Raumtemperatur feste Fettsäuren und Fettalkohole mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Laurinsäure, Isotridecansäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Behensäure sowie deren technische Mischungen, bzw. Cetylalkohol, Palmoleylalko­ hol, Stearylalkohol und Behenylalkohol sowie deren technische Mischungen. Ebenfalls geeignet sind Mischungen der genannten Fettalkoholen mit Alkylpolyglucosiden, wobei Mischungen von Cetearylal­ kohol mit Cetearylglucosiden im Mischungsverhältnis 10 : 90 bis 90 : 10 besonders bevorzugt sind.

Als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren kommen auch Metallseifen in Frage, wie z. B. die Calcium-, Magnesium-, Aluminium- und/oder Zinksalze von Carbonsäuren mit 10 bis 18 Kohlen­ stoffatomen, insbesondere der Undecylensäure, Stearinsäure, Hydroxystearinsäure oder Ricinolsäure.

Als Farbstoffe kommen dabei beispielsweise direktziehende Farbstoffe aus der Gruppe der Ni­ trophenylendiamine, Nitroaminophenole, Anthrachinone oder Indophenole in Betracht, wie z. B. die unter den internationalen Bezeichnungen bzw. Handelsnamen HC Yellow 2, HC Yellow 4, Basic Yellow 57, Disperse Orange 3, HC Red 3, HC Red BN, Basic Red 76, HC Blue 2, Disperse Blue 3, Basic Blue 99, HC Violet 1, Disperse Violet 1, Disperse Violet 4, Disperse Black 9, Basic Brown 16, Basic Brown 17, Pikraminsäure und Rodol 9 R bekannten Verbindungen sowie 4-Amino-2-nitrodiphenylamin-2'- carbonsäure, 6-Nitro-1,2,3,4-tetrahydrochinoxalin, (N-2,3-Dihydroxypropyl-2-nitro-4-trifluormethyl)-ami­ nobenzol und 4-N-Ethyl-1,4-bis(2'-hydroxyethylamino)-2-nitrobenzol-hydrochlorid. Weiterhin können auch in der Natur vorkommende Farbstoffe wie beispielsweise Henna rot, Henna neutral, Henna schwarz, Kamillenblüte, Sandelholz, schwarzer Tee, Faulbaumrinde, Salbei, Blauholz, Krappwurzel, Catechu, Sedre und Alkannawurzel sowie Indigo, Cochenille, Shikonin, Alizarin, Juglon und Hema­ toxilin verwendet werden. Alternativ lassen sich Oxidationsfarbstoffe einsetzen, die aus Entwickler- und Kupplerkomponente bestehen. Als Entwicklerkomponenten werden beispielsweise primäre aro­ matische Amine mit einer weiteren, in para- oder ortho-Position befindlichen freien oder substituierten Hydroxy- oder Aminogruppe, Diaminopyridinderivate, heterocyclische Hydrazone, 4-Aminopyrazolon­ derivate sowie 2,4,5,6-Tetraaminopyrimidin und dessen Derivate eingesetzt. Spezielle Vertreter sind u. a. p-Toluylendiamin, p-Aminophenol, N,N-Bis-(2-hydroxy-ethyl)-p-phenylendiamin, 2-(2,5-Diamino­ phenoxy)ethanol, 1-Phenyl-3-carboxyamido-4-amino-pyrazolon-5 und 4-Amino-3-methylphenol, 2-(2- Hydroxyethyl)-1,4-aminobenzol und 2,4,5,6-Tetraaminopyrimidin. Als Kupplerkomponenten werden in der Regel m-Phenylendiaminderivate, Naphthole, Resorcin und Resorcinderivate, Pyrazolone, m-Ami­ nophenole sowie Pyridin-Derivate verwendet. Als Kupplersubstanzen eignen sich insbesondere 1- Naphthol, Pyrogallol, 1,5-, 2,7- und 1,7-Dihydroxynaphthalin, 5-Amino-2-methylphenol, m-Aminophenol, Resorcin, Resorcinmonomethylether, m-Phenylendiamin, 1-Phenyl-3-methyl-pyrazolon-5, 2,4-Dichlor-3- aminophenol, 1,3-Bis-(2,4-diaminophenoxy)-propan, 2-Chlorresorcin, 2-Chlor-6-methyl-3-aminophenol, 2-Methylresorcin, 2,5-Dimethylresorcin, 2,6-Dihydroxypyridin und 2,6-Diaminopyridin. Des weiteren kön­ nen auch natürliche Farbpigmente aus Pflanzen, wie z. B. Chlorophylle, Carotine und Anthocyane ein­ gesetzt werden.

Für die Herstellung von Nanopigmenten geeignete UV-Lichtschutzfaktoren sind z. B.

• - 3-Benzylidencampher bzw. 3-Benzylidennorcampher und dessen Derivate, z. B. 3-(4-Methylben­ zyliden)campher wie in der EP-B1 0693471 beschrieben;
• - 4-Aminobenzoesäurederivate, vorzugsweise 4-(Dimethylamino)benzoesäure-2-ethylhexylester, 4- (Dimethylamino)benzoesäure-2-octylester und 4-(Dimethylamino)benzoesäureamylester;
• - Ester der Zimtsäure, vorzugsweise 4-Methoxyzimtsäure-2-ethylhexylester, 4-Methoxyzimtsäure­ propylester, 4-Methoxyzimtsäureisoamylester 2-Cyano-3,3-phenylzimtsäure-2-ethylhexylester (Oc­ tocrylene);
• - Ester der Salicylsäure, vorzugsweise Salicylsäure-2-ethylhexylester, Salicylsäure-4-isopropylben­ zylester, Salicylsäurehomomenthylester;
• - Derivate des Benzophenons, vorzugsweise 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon, 2-Hydroxy-4-meth­ oxy-4'-methylbenzophenon, 2,2'-Dihydroxy-4-methoxybenzophenon;
• - Ester der Benzalmalonsäure, vorzugsweise 4-Methoxybenzmalonsäuredi-2-ethylhexylester;
• - Triazinderivate, wie z. B. 2,4,6-Trianilino-(p-carbo-2'-ethyl-1'-hexyloxy)-1,3,5-triazin und Octyl Tria­ zon, wie in der EP-A10818450 beschrieben;
• - Propan-1,3-dione, wie z. B. 1-(4-tert.Butylphenyl)-3-(4'methoxyphenyl)propan-1,3-dion;
• - Ketotricyclo(5.2.1.0)decan-Derivate, wie in der EP-810694521 beschrieben.
• - 2-Phenylbenzimidazol-5-sulfonsäure und deren Alkali-, Erdalkali-, Ammonium-, Alkylammonium-, Alkanolammonium- und Glucammoniumsalze;
• - Sulfonsäurederivate von Benzophenonen, vorzugsweise 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon-5-sul­ fonsäure und ihre Salze;
• - Sulfonsäurederivate des 3-Benzylidencamphers, wie z. B. 4-(2-Oxo-3-bornylidenmethyl)benzolsul­ fonsäure und 2-Methyl-5-(2-oxo-3-bornyliden)sulfonsäure und deren Salze.
• - Benzoylmethanderivate, wie beispielsweise 1-(4'-tert.Butylphenyl)-3-(4'-methoxyphenyl)propan-1,3- dion, 4-tert.-Butyl-4'-methoxydibenzoyl-methan (Parsol 1789), oder 1-Phenyl-3-(4'-isopropylphenyl)- propan-1,3-dion.

Weitere geeignete UV-Lichtschutzfilter sind der Übersicht von P. Finkel in SÖFW-Journal 122, 543 (1996) zu entnehmen.

Des weiteren geeignete Einsatzstoffe sind Riechstoffe. Natürliche Riechstoffe sind Extrakte von Blüten (Lilie, Lavendel, Rosen, Jasmin, Neroli, Ylang-Ylang), Stengeln und Blättern (Geranium, Patchouli, Petitgrain), Früchten (Anis, Koriander, Kümmel, Wacholder), Fruchtschalen (Bergamotte, Zitrone, Orangen), Wurzeln (Macis, Angelica, Sellerie, Kardamon, Costus, Iris, Calmus), Hölzern (Pinien-, San­ del-, Guajak-, Zedern-, Rosenholz), Kräutern und Gräsern (Estragon, Lemongras, Salbei, Thymian), Nadeln und Zweigen (Fichte, Tanne, Kiefer, Latschen), Harzen und Balsamen (Galbanum, Elemi, Ben­ zoe, Myrrhe, Olibanum, Opoponax). Weiterhin kommen tierische Rohstoffe in Frage, wie beispiels­ weise Zibet und Castoreum. Typische synthetische Riechstoffverbindungen sind Produkte vom Typ der Ester, Ether, Aldehyde, Ketone, Alkohole und Kohlenwasserstoffe. Riechstoffverbindungen vom Typ der Ester sind z. B. Benzylacetat, Phenoxyethylisobutyrat, p-tert.-Butylcyclohexylacetat, Linalylacetat, Dimethylbenzylcarbinylacetat, Phenylethylacetat, Linalylbenzoat, Benzylformiat, Ethylmethylphenyl­ glycinat, Allylcyclohexylpropionat, Styrallylpropionat und Benzylsalicylat. Zu den Ethern zählen bei­ spielsweise Benzylethylether, zu den Aldehyden z. B. die linearen Alkanale mit 8 bis 18 Kohlenstoff­ atomen, Citral, Citronellal, Citronellyloxyacetaldehyd, Cyclamenaldehyd, Hydroxycitronellal, Lilial und Bourgeonal, zu den Ketonen z. B. die Jonone, α-Iso-methylionon und Methylcedrylketon, zu den Alko­ holen Anethol, Citronellol, Eugenol, Isoeugenol, Geraniol, Linalool, Phenylethylalkohol und Terpineol, zu den Kohlenwasserstoffen gehören hauptsächlich die Terpene und Balsame. Weiterhin geeignet sind Ambroxan, Heliotropin, Vanillin, Ethylvanillin, Cumann, Campher, Menthol, Indol und Maltol sowie die Extrakte von Reis, Reisschalen, Myrrhe, Olibanum, Mistel und Salvia Sclarea.

In das Verfahren können auch Enzyme eingesetzt werden, wie z. B. Cholin-Oxidase (aus Bakterien), Peroxidase (aus Sojabohnen), Laccasen und Tyrosinasen (aus Pilzen); Geeignete Enzyminhibitoren sind z. B. Phenylboronsäure und deren Derivate, Pentapeptide vom Typ Gly-Pro-Phe-Pro-Leu und Pep­ tide, die diese Sequenz enthalten, Bacitracin, Aminoethylbenzolsulfonylfluorid, die alle als Serin- Protease-Inhibitoren zur Regelung der Hautschuppung wirksam sind. Als Tyrosinase-Inhibitoren (Skin- Whitener) können Koji-Säure, Arbutin, Epicatechingallat, Bacelain, Dihydromyrecitin, Ascorbinsäure sowie 1000-1500 D-Proteine aus Seidenproteinhydroylsaten eingesetzt werden. Als Elastase-Inhibi­ toren zur Hautverjüngung können beispielsweise Cholesterol- und Phytosterolsulfat eingesetzt werden.

Des weiteren können alle weiteren bei Raumtemperatur festen kosmetischen Inhaltsstoffe, wie z. B.

• - Chitin- und Chitin-Derivate, wie z. B. Chitosan,
• - Phospholipide (Lecithine),
• - Salicylsäureamid
• - Coffein
• - Allantoin
• - Boswelliasäure,
• - Ferulasäure,
• - Glycyrrhizin,
• - Oryzanol
• - Inulin

nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Nanopartikel überführt werden. Vorzugsweise werden sol­ che Dispersionen eingesetzt, welche die Nanopartikel in Mengen von 0,1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 8 und insbesondere 2 bis 5 Gew.-% enthalten.

Lösemittel und Elektrolytsalze

Die Dispersionen können wäßrig sein, sie können als Lösemittel jedoch auch niedere aliphatische Al­ kohole, wie vorzugsweise Ethanol, Propanol, Isopropylalkohol, Ethylenglycol, Propylenglycol oder Gly­ cerin enthalten. Herstellungsbedingt können auch Elektrolytsalze, wie z. B. Alkali- und/oder Erdalkali­ halogenide, -carbonate, -hydrogencarbonate, -sulfate, -phosphate oder -silicate in Mengen von 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 8 und insbesondere 1 bis 5 Gew.-% - bezogen auf die Dispersionen - zuge­ gen sein. Typische Beispiele für unerwünschte Elektrolytsalze, die es im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens abzutrennen gilt, sind Natriumcarbonat, Calciumsulfat, Magnesiumsulfat und insbesondere Natriumchlorid.

Ultrafiltration und Diafiltration

Unter dem Begriff Ultrafiltration versteht der Fachmann ein Trennverfahren für makromolekulare Stoffe, die ein Molekulargewicht im Bereich von 1000 bis 200 000, entsprechend einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 0,001 µm. Die Ultrafiltration gehört wie die Mikrofiltration und die Umkehr­ osmose zu den durch einen auf der Feedseite angelegten Druck betriebenen Membrantrennverfahren und arbeitet typischerweise bei einer Druckdifferenz von 1 bis 10 und vorzugsweise 4 bis 6 bar. Für die Ultrafiltration kommen vorwiegend asymmetrisch strukturierte oder in Kompositweise gefertigte, poröse Membranen verschiedener organischer oder anorganischer Materialien, wie Polymere (z. B. Polysulfo­ ne, Polyacrylnitril, Celluloseacetat) oder Keramik (z. B. Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid/Titandioxid) in Betracht. Es ist natürlich darauf zu achten, daß der cut-off der Membranen unterhalb des minimalen Durchmessers der Nanopartikel liegt. Die Ultrafiltration kann bei einem pH-Wert im Bereich von 1 bis 14 betrieben werden, wobei für Polymermembranen ein Bereich von 2 bis 11 besonders vorteilhaft ist. Die Betriebstemperatur kann 20 bis 100°C betragen, wobei es für Polymermembranen wiederum vorteil­ hafter ist, eine Temperatur im Bereich von 20 bis 50°C einzuhalten. Die Anordnung der Membranen kann im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise in Platten-, Wickel-, Rohr-, Kapillar- oder Hohlfasermodulen erfolgen. Die Rückhaltegrenze ("cut-off") kann dabei im Bereich von 300 bis 100 000, vorzugsweise 1000 bis 15 000 Dalton liegen. Die Ultrafiltration kann dabei für eine begrenzte Aufkonzentrierung im "cross-flow"- oder zur vollständigen Abtrennung des Lösungsmittels im "dead end"-Modus betrieben werden. Die Diafiltration stellt einen Sonderfall der Ultrafiltration dar, bei dem die zu filtrierende Lösung kontinuierlich oder taktweise mit Wasser versetzt und durch die anschließen­ de Wasserabtrennung entsalzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Dispersionen daher in einer ersten Ultrafiltration aufkonzentriert und anschließend in der Diafiltration entsalzt, wobei dies im gleichen oder in verschiedenen Trennmodulen durchgeführt werden kann.

Beispiele Beispiel 1

Eine technische 5gew.-%ige Dispersion von Zinkoxid-Nanopartikeln in Isopropylalkohol wurde bei 25°C und einer Druckdifferenz von 5 bar einer Ultrafiltration unterworfen. Zur Gewährlei­ stung eines ausreichend hohen Permeatflusses wurde eine keramische UF-Membran mit einem cut-off von 15 kD (90 Gew.-% nomineller Rückhalt für Partikel mit einem Molekulargewicht von 15 kD) ein ge­ setzt. Das Lösungsmittel sowie enthaltene Elektrolytsalze permeierten ungehindert durch die Membran und wurden in den Herstellprozeß für die Nanopartikel zurückgeführt, während die Nanopartikel durch die Membran zurückgehalten wurden. Mittels des Einsatzes der Deadend-Ultrafiltration war es möglich, den Partikelgehalt im Konzentrat so zu erhöhen, daß der Filtrationsrückstand eine stichfeste Konsistenz aufwies.

Beispiel 2

Eine wäßrige Dispersion mit einem Gehalt von 0,6 g Chitosan-Nanopartikeln und 2,5 Gew.-% Natriumchlorid wurde analog Beispiel 1 einer Ultrafiltration unterworfen und aufkonzentriert. Hierzu wurde eine Polyamidmembran mit einem cut-off von 3,5 kD (90 Gew.-% nomineller Rückhalt für Partikel mit einem Molekulargewicht von 3,5 kD) eingesetzt. Anschließend wurde das Konzentrat kontinuierlich mit entsalztem Wasser versetzt, diafiltriert und dabei entsalzt, wobei eine äquivalente Menge Wasser über die Membran abgezogen wurde. Das gereinigte Konzentrat wies noch eine Salzmenge von 0,1 Gew.-% auf.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Nanopartikelkonzentraten, bei dem man wäßrige oder alkoholische, gegebenenfalls salzhaltige Dispersionen von Nanopartikeln mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 200 nm mindestens einer Ultrafiltration unterwirft und dabei in ein verdünntes, gegebenen­ falls Salze enthaltendes Permeat und ein Retentat getrennt wird, welches mindestens 90% der eingesetzten Nanopartikel enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Dispersionen von anorgani­ schen Nanopartikeln einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Dispersionen von organischen Nanopartikeln einsetzt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Dispersionen einsetzt, welche die Nanopartikel in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% - bezogen auf die Dispersionen - enthalten.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Dispersionen einsetzt, welche als Lösungsmittel Wasser oder niedere aliphatische Alkohole ent­ halten.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Dispersionen einsetzt, welche - bezogen auf die Dispersionen - 0,1 bis 10 Gew.-% Elektrolytsalze enthalten.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Ultrafiltration Membranen aus Polymeren oder Keramik einsetzt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Ultrafiltration Membranen einsetzt, deren cut-off unterhalb des minimalen Teilchendurchmes­ sers der Nanopartikel liegt.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ultrafiltration bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 100°C durchführt.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersionen zunächst in einer Ultrafiltration aufkonzentriert und dann in einer Diafiltration entsalzt.