Procedimiento para la preparación de partículas sólidas orgánicas a nanoescala.

Procedimiento para la preparación de partículas sólidas orgánicas a nanoescala

- partiendo del sólido orgánico sublimable correspondiente como material en bruto,

- en forma de partículas con un diámetro de partícula medio en el intervalo de 1 μm a 10 mm, - que se dispersan en un gas portador con obtención de una dispersión que contiene las partículas del sólido orgánico sublimable como fase dispersa en el gas portador como fase continua,

- sublimándose las partículas sólidas de la dispersión con aporte de calor a una temperatura por debajo de la temperatura de descomposición en forma molecularmente dispersa con obtención de una corriente de gas portador saturada o subsaturada con el material en bruto en forma molecularmente dispersa

- y suministrándose la corriente de gas portador que contiene el material en bruto en forma molecularmente dispersa a una tobera convergente, cuya sección transversal más estrecha está diseñada de tal manera que la corriente de gas portador que contiene el material en bruto en la tobera convergente se acelera a una velocidad en el intervalo de 340 m/s a 1020 m/s (Mach 1 a Mach 3) y a continuación se relaja a una cámara de expansión estirada longitudinalmente a través de una abertura de salida de la tobera convergente como chorro libre con obtención de una corriente de gas portador supersaturada, de la cual se desublima el producto, las partículas sólidas orgánicas a nanoescala,

- estando la cámara de expansión dispuesta con simetría de rotación alrededor del eje longitudinal de la tobera convergente en prolongación de la tobera convergente y estando cerrada por todos los lados, a excepción de la abertura de salida de la tobera convergente en un extremo y una abertura de salida de producto en el otro extremo de la cámara de expansión, y presentando una proporción de longitud L a diámetro D en el intervalo de 15 a 20,

- configurándose entre el chorro libre y la pared interna de la cámara de expansión un área de reflujo en la que la corriente de gas portador se desvía en dirección opuesta al chorro libre y vuelve a ser aspirada por el chorro libre, caracterizado por que

en la pared de la cámara de expansión que comprende la abertura de salida de producto están previstas, con simetría de rotación alrededor del eje central de la cámara de expansión, aberturas a través de las cuales se inyecta una corriente de gas secundario que comprende un portador de gas y moléculas, iones o partículas a nanoescala, que son distintas del material en bruto, contenidas en su interior de forma molecularmente dispersa y que presentan un diámetro de partícula medio que es menor que el diámetro de partícula medio del producto.

Procedimiento para la preparación de partículas sólidas orgánicas a nanoescala La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de partículas sólidas orgánicas a nanoescala mediante sublimación/desublimación mediante relajación en una tobera convergente.

Se dice que están a nanoescala en general las partículas sólidas, cuyo diámetro de partícula medio se encuentra en el intervalo submicrométrico, es decir, es menor de 1 ï?­m o incluso menor de 0, 5 ï?­m (500 nm) . A causa de sus dimensiones, las nanopartículas presentan propiedades que se diferencian en parte fundamentalmente de las propiedades respectivamente de la misma sustancia, sin embargo, en una distribución menos fina.

Los sólidos orgánicos a nanoescala se pueden preparar mediante diferentes procedimientos, en particular mediante molienda, reacciones en la fase gas, reacciones en una llama, mediante cristalización, precipitación, procedimientos de sol-gel o mediante sublimación/desublimación.

En este sentido sabe cómo llevar a cabo la desublimación mediante una rápida relajación de un chorro de gas inerte que contiene la sustancia de partida para la preparación de las partículas sólidas orgánicas a nanoescala en una forma molecularmente dispersa en una tobera convergente, cuyo corte transversal más estrecho está diseñado de tal manera que la corriente de gas inerte, que contiene las partículas sólidas en forma molecularmente dispersa, se acelera a una velocidad de Mach 1 o mayor. En este caso se trata preferentemente de las denominadas toberas de Laval, es decir, una forma de tobera en la que a una parte de entrada convergente le sigue una parte de salida divergente.

De este modo, Streletzky en Journal of Chemical Physics, Vol. 116, Nº 10, 2002, páginas 4058 a 4061, describe una nucleación controlada y un crecimiento controlado de gotas a nanoescala en toberas de velocidad supersónica, habiéndose efectuado el intento de separar la zona de nucleación de la zona de crecimiento. No se menciona ni una relajación del chorro libre de la tobera a una cámara de expansión especial ni una refrigeración de la misma.

Michael Türk describe, en su trabajo de habilitación "Erzeugung von organischen Nanopartikeln mit überkritischen Fluiden" en la TU Karlsruhe, 2001, páginas 40 a 43 así como 46 a 51, un procedimiento para la preparación de nanopartículas orgánicas mediante rápida expansión de soluciones supercríticas (procedimiento de RESS) . Se describen toberas con diámetros en el intervalo de 50 ï?­m y la relajación se realizaba a una cámara de expansión. El documento no contiene ningún indicio de una influencia del área de reflujo para el control de la geometría de la partícula.

Sane y col. describen en The Royal Society of Chemistr y , 2003, 2720-2721 la preparación de porfirina según el procedimiento de RESS (Rápida Expansión de Soluciones Supercríticas) . En el procedimiento de RESS se aprovecha la propiedad de gases comprimidos de disolver sustancias. La mayoría de las veces se usa dióxido de carbono para esto. Las toberas usadas tenían un diámetro de 50 ï?­m y una proporción de diámetro a longitud 1 : 4. El documento no proporciona ningún indicio de una cámara de expansión ni ninguna una influencia del área de reflujo en la misma.

En la disertación de Kodde (Universidad de Hannover, 1996) , publicada en VDI-Fortschrittsberichte, Serie 3, Nº 451, 1996, se describen en las páginas 22 a 25 así como 84 y 85 ensayos para la desublimación heterogénea, refrigerándose una mezcla de gas atemperada de aire y ácido succínico mediante mezcla en un flujo tubular con aire frío. Como consecuencia de la refrigeración se desublimó el ácido succínico en las partículas submicrométricas contenidas en el aire de refrigeración. En una continuación de este trabajo, Wagner (véase Chemie Ingenieur Technik, Vol. 71, 1999, páginas 598 a 601) mezcló la mezcla de gas portador y vapor de ácido succínico con la corriente de gas que contenía los núcleos. La desublimación se inició entonces en una tobera con capilares posteriores mediante la relajación de la mezcla. La condensación heterogénea se realizó en los gérmenes ya existentes. Ninguno de los trabajos describe una expansión en una cámara de expansión ni ninguna influencia del área de reflujo en la cámara de expansión.

Los sólidos orgánicos en forma de nanopartículas se emplean en diferentes ámbitos. En este caso, con frecuencia es necesario mantener tamaños de partícula, distribuciones de tamaños de partículas o formas de partícula definidos. Estos no se pueden garantizar la mayoría de las veces por las partículas formadas de forma primaria durante el proceso de relajación.

Por tanto, era el objetivo de la invención controlar la geometría de partículas sólidas orgánicas a nanoescala que se hubieran obtenido mediante la relajación durante la aceleración a velocidad del sonido o supersónica, en particular el tamaño de partícula, la distribución de tamaños de partículas, la forma de partícula y eventualmente la estructura cristalina para corresponderse con las especificaciones predefinidas.

La solución consiste en un procedimiento para la preparación de partículas sólidas orgánicas a nanoescala -partiendo del sólido orgánico sublimable correspondiente como material en bruto, -en forma de partículas con un diámetro de partícula medio en el intervalo de 1 ï?­m a 10 mm,

- que se dispersan en un gas portador con obtención de una dispersión que contiene las partículas del sólido orgánico sublimable como fase dispersa en el gas portador como fase continua, -sublimándose las partículas sólidas de la dispersión con aportación de calor a una temperatura por debajo de la temperatura de descomposición en forma molecularmente dispersa con obtención de una corriente de gas portador saturada o subsaturada con el material en bruto en forma molecularmente dispersa -y suministrándose la corriente de gas portador que contiene el material en bruto en forma molecularmente dispersa a una tobera convergente, cuyo corte transversal más estrecho está diseñado de tal manera que la corriente de gas portador que contiene el material en bruto en la tobera convergente se acelera a una velocidad en el intervalo de Mach 1 a Mach 3 y a continuación se relaja a una cámara de expansión estirada longitudinalmente a través de una abertura de salida de la tobera convergente como chorro libre con obtención de una corriente de gas portador supersaturada, de la cual se desublima el producto, las partículas sólidas orgánicas a nanoescala, -estando la cámara de expansión dispuesta con simetría de rotación alrededor del eje longitudinal de la tobera convergente en prolongación de la tobera convergente y estando cerrada por todos los lados, a excepción de la abertura de salida de la tobera convergente en un extremo y una abertura de salida de producto en el otro extremo de la cámara de expansión y presentando una proporción de longitud L a diámetro D de la cámara de expansión en el intervalo de 15 a 20, -configurándose entre el chorro libre y la pared interna de la cámara de expansión un área de reflujo en la que la corriente de gas portador se desvía en dirección opuesta al chorro libre y vuelve a ser aspirada por el chorro libre, caracterizado por que en la pared de la cámara de expansión que comprende la abertura de salida de producto están previstas, con simetría de rotación alrededor del eje central de la cámara de expansión, aberturas a través de las cuales se inyecta una corriente de gas secundario que comprende un portador de gas y moléculas, iones o partículas a nanoescala, que son distintas del material en bruto y que presentan un diámetro de partícula medio que es menor que el diámetro de partícula medio del producto, contenidas en su interior de forma molecularmente dispersa.

Preferentemente, el gas portador es un gas inerte.

Por tanto, de acuerdo con la invención se pone a disposición un procedimiento según el cual, a través de una influencia del área de reflujo que envuelve el chorro libre que sale de la tobera convergente con una velocidad en el intervalo de 340 m/s a 1020 m/s (de Mach 1 a Mach 3) y que está limitada por la pared interna de la cámara de expansión, se controlan las propiedades de producto de las partículas sólidas orgánicas a nanoescala obtenidas mediante desublimación, en particular el tamaño, la distribución de tamaños, la forma y eventualmente la estructura cristalina.

Para esto, en el área de reflujo se inyecta de acuerdo con la invención una corriente de gas secundario que es distinta del material en bruto y que presenta un diámetro de partícula medio que es menor que el diámetro... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de partículas sólidas orgánicas a nanoescala -partiendo del sólido orgánico sublimable correspondiente como material en bruto, -en forma de partículas con un diámetro de partícula medio en el intervalo de 1 ï?­m a 10 mm, -que se dispersan en un gas portador con obtención de una dispersión que contiene las partículas del sólido orgánico sublimable como fase dispersa en el gas portador como fase continua, -sublimándose las partículas sólidas de la dispersión con aporte de calor a una temperatura por debajo de la temperatura de descomposición en forma molecularmente dispersa con obtención de una corriente de gas portador saturada o subsaturada con el material en bruto en forma molecularmente dispersa -y suministrándose la corriente de gas portador que contiene el material en bruto en forma molecularmente dispersa a una tobera convergente, cuya sección transversal más estrecha está diseñada de tal manera que la corriente de gas portador que contiene el material en bruto en la tobera convergente se acelera a una velocidad en el intervalo de 340 m/s a 1020 m/s (Mach 1 a Mach 3) y a continuación se relaja a una cámara de expansión estirada longitudinalmente a través de una abertura de salida de la tobera convergente como chorro libre con obtención de una corriente de gas portador supersaturada, de la cual se desublima el producto, las partículas sólidas orgánicas a nanoescala, -estando la cámara de expansión dispuesta con simetría de rotación alrededor del eje longitudinal de la tobera convergente en prolongación de la tobera convergente y estando cerrada por todos los lados, a excepción de la abertura de salida de la tobera convergente en un extremo y una abertura de salida de producto en el otro extremo de la cámara de expansión, y presentando una proporción de longitud L a diámetro D en el intervalo de 15 a 20, -configurándose entre el chorro libre y la pared interna de la cámara de expansión un área de reflujo en la que la corriente de gas portador se desvía en dirección opuesta al chorro libre y vuelve a ser aspirada por el chorro libre, caracterizado por que en la pared de la cámara de expansión que comprende la abertura de salida de producto están previstas, con simetría de rotación alrededor del eje central de la cámara de expansión, aberturas a través de las cuales se inyecta una corriente de gas secundario que comprende un portador de gas y moléculas, iones o partículas a nanoescala, que son distintas del material en bruto, contenidas en su interior de forma molecularmente dispersa y que presentan un diámetro de partícula medio que es menor que el diámetro de partícula medio del producto.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el material en bruto se emplea en forma de partículas con un diámetro de partícula medio en el intervalo de 1 ï?­m a 1 mm.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la tobera convergente está configurada en forma de una tobera de Laval en la que a una primera zona convergente de la tobera le sigue una segunda zona divergente.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las aberturas previstas con simetría de rotación alrededor del eje central de la cámara de expansión están unidas entre sí hasta dar una hendidura anular.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el gas portador en el que se dispersa el material en bruto así como el portador de gas para la corriente de gas secundario es un gas inerte, preferentemente nitrógeno.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el material en bruto en el gas inerte se dispersa con una presión en el intervalo de 0, 15 a 1 MPa (1, 5 a 10 bar) de presión absoluta, preferentemente una presión en el intervalo de 0, 15 a 0, 3 MPa (1, 5 a 3 bar) de presión absoluta.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que de la corriente de gas inerte que contiene el material en bruto en forma molecularmente dispersa se separan impurezas sólidas no sublimables que se han introducido junto con el material en bruto en un separador, preferentemente un filtro de gas caliente, un ciclón o un filtro electrostático.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por una proporción del diámetro de la abertura de salida de la tobera convergente d en relación con el diámetro de la cámara de expansión D en el intervalo de 5 a 100.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la pared de la cámara de expansión está refrigerada.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la refrigeración se realiza mediante una doble camisa atravesada por un medio refrigerante.

11. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado por que la refrigeración se realiza mediante aletas de refrigeración que se introducen desde la pared de la cámara de expansión al espacio interior de la cámara de expansión.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que están previstas dos o

más aberturas en la camisa de la cámara de expansión, preferentemente de forma simétrica, a través de las cuales se inyecta o aspira una corriente de gas secundario que comprende un portador de gas inerte y moléculas, iones o partículas a nanoescala, que son distintas del material en bruto, contenidas en su interior de forma molecularmente dispersa y que presentan un diámetro de partícula medio que es menor que el diámetro de partícula medio del producto.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que en la pared de la cámara de expansión que comprende la abertura de salida de la tobera convergente están previstas dos o más aberturas para el suministro de una corriente de gas secundario que comprende un portador de gas inerte y moléculas, iones o partículas a nanoescala, que son distintas del material en bruto, contenidas en su interior de forma molecularmente dispersa y que presentan un diámetro de partícula medio que es menor que el diámetro de partícula medio del producto.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que en el área de reflujo en la cámara de expansión están previstas chapas de conducción que preferentemente están refrigeradas.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que entre las chapas de conducción dispuestas en el área de reflujo y la pared interna de la cámara de expansión se aplica una tensión eléctrica.