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DE10201747C1 - Glas-Keramik-Komposit, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendungen - Google Patents

Glas-Keramik-Komposit, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendungen

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DE10201747C1
DE10201747C1 DE10201747A DE10201747A DE10201747C1 DE 10201747 C1 DE10201747 C1 DE 10201747C1 DE 10201747 A DE10201747 A DE 10201747A DE 10201747 A DE10201747 A DE 10201747A DE 10201747 C1 DE10201747 C1 DE 10201747C1
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DE
Germany
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glass
weight
composite material
nanoparticles
material according
Prior art date
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Expired - Fee Related
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DE10201747A
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English (en)
Inventor
Jose Zimmer
Joerg Hinrich Fechner
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.)
Schott AG
Original Assignee
Schott Glaswerke AG
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Publication date
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Priority to PCT/EP2002/014043 priority patent/WO2003059834A1/de
Priority to AU2002352237A priority patent/AU2002352237A1/en
Priority to JP2003559943A priority patent/JP2005532972A/ja
Application granted granted Critical
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompositmaterial, umfassend eine Glas- oder Glaskeramikphase, wobei das Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramik DOLLAR A SiO¶2¶ 30-80 Gew.-% DOLLAR A Na¶2¶O 5-40 Gew.-% DOLLAR A K¶2¶O 0-40 Gew.-% DOLLAR A Li¶2¶O 0-40 Gew.-% DOLLAR A CaO 5-40 Gew.-% DOLLAR A MgO 0-40 Gew.-% DOLLAR A Al¶2¶O¶3¶ 0-15 Gew.-% DOLLAR A P¶2¶O¶5¶ 0-20 Gew.-% DOLLAR A B¶2¶O¶3¶ 0-20 Gew.-% DOLLAR A TiO¶2¶ 0-5 Gew.-% DOLLAR A ZnO 0-5 Gew.-% DOLLAR A umfasst. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Kompositmaterial Nanopartikel umfasst und die Glas- oder Glaskeramikphase an und/oder in der Oberfläche mit Nanopartikeln belegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein anorganisches Glas-Keramik-Kompositmaterial, umfassend eine Glas- oder Glaskeramikphase sowie Nanopartikel. Das Kompositmaterial zeichnet sich insbesondere durch seine antimikrobiellen, entzündungshemmenden, wundheilenden und lichtabsorbierenden sowie lichtstreuenden Eigenschaften aus.
Gläser mit bioaktiver und teilweise auch antimikrobieller Wirkung werden bei L. L. Hensch, J. Wilson, An Introduction to Bioceramics, World Scientific Publ., 1993, als Bioglas beschrieben. Derartiges Bioglas zeichnet sich durch Bildung von Hydroxylappatitschichten in wäßrigen Medien aus. Schwermetallfreie Alkali- Erdalkali-Silicat-Gläser mit antimikrobiellen Eigenschaften werden in den Anmeldungen WO 01/04252 und WO 01/03650 beschrieben.
Die DE 196 47 368 A1 zeigt Verbundwerkstoffe enthaltend ein Substrat und ein damit in funktionellen Kontakt stehendes Nanokomposit. Das Substrat kann aus Glasmaterial bestehen und in Form von Pulvern vorliegen. Das Nanokomposit kann das Substrat als Beschichtung ganz oder teilweise bedecken.
Aus der US 5,676,720 ist ein Glaspulver bekannt geworden, das 40-60 Gew.-% SiO2, 5-30 Gew.-% Na2O, 10-35 Gew.-% CaO, 0-12 Gew.-% P2O5 umfaßt, wobei auch eine Glaskeramik, hergestellt aus einem Glas einer derartigen Zusammensetzung, bekannt geworden ist.
US 5,981,412 beschreibt eine bioaktive Biokeramik für medizinische Anwendungen mit der kristallinen Phase Na2O.2CaO.3SiO2. Die Kristallitgröße liegt bei 13 µm. Die Keramisierung erfolgt mit Temperschritten für Keimbildung und Kristallisation. Schwerpunkt liegt auf den mechanischen Eigenschaften wie z. B. K1c. Der Kristallphasenanteil liegt zwischen 34 und 60 Vol.-%.
Nanopartikel wie beispielsweise TiO2 oder ZnO werden mit Partikelgrößen von ca. 20-100 nm zur UV-Blockung in kosmetischen und anderen Produkten eingesetzt. Die UV-Blockung basiert auf Absorption, Reflexion und Streuung der Strahlung durch diese Nanopartikel. UVB (290-320 nm) UVA (320-400 nm)- Strahlung wird hierbei stärker gestreut als die Strahlung im sichtbaren Bereich.
Somit kann in Sonnenschutzprodukten die Haut vor Sonnenbrand geschützt werden.
TiO2, insbesondere in der kristallinen Form Anatas ist allerdings auch photokatalytisch wirksam. Durch die Absorption von Photonen werden Elektron- Loch-Paare erzeugt, die mit Molekülen der TiO2-Partikel-Oberfläche oder -umgebung reagieren können. Hierbei können unter anderem Radikale entstehen, die schädigende Wirkungen auf lebende Organismen haben können. Um solche negativen Effekte zu vermeiden, werden insbesondere für kosmetische Anwendungen TiO2-Nanopartikel derzeit mit SiO2 oder Al2O3 beschichtet. Insbesondere können TiO2-Nanopartikel, falls sie in menschliche Zellen gelangen, zu DNA-Schäden führen. Die Haut stellt für Nanopartikel keine Barriere dar, da sie auch durch die Haut penetrieren können. Um die schädigende Wirkung der Nanopartikel zu minimieren, können gemäß der WO 99/60994 TiO2- Nanopartikel mit Fängerionen, die eine Bildung von Radikalen an der Nanopartikeloberfläche durch Elektron-Loch-Abfang verhindern, versehen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein anorganisches Material zur Verfügung zu stellen, das neben antimikrobiellen, entzündungshemmenden und hautregenerienden Eigenschaften auch Licht, insbesondere UV-Strahlung, aber auch Strahlung im sichtbaren Bereich absorbiert, reflektiert und streut, wobei Radikalbildung unter UV- Bestrahlung vermieden werden soll und eine Migration der Nanopartikel im Körpergewebe verhindert werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Keramik-Glas-Komposit gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Keramik-Glas-Komposit besteht aus unterschiedlichen Phasen. Diese sind eine Glas- oder Glaskeramikphase sowie Nanokristalle. Die Nanokristalle befinden sich sich hierbei auf bzw. in der Oberfläche der größeren Glas- bzw. Glaskeramikpartikel.
Die Nanopulver haben Partikelgrößen mit d50-Werten < 500 nm, bevorzugt < 200 nm, noch bevorzugter < 100 nm, am bevorzugsten < 50 nm. Hierbei kann allerdings die Primärpartikelgröße bei deutlich niedrigeren Werten liegen.
Die Glas- bzw. Glaskeramikphasen, die an bzw. in der Oberfläche diese Nanopartikel enthalten, liegen bevorzugt in Pulverform mit Partikelgrößen mit d50 < 100 µm, bevorzugt < 50 µm, noch bevorzugter < 10 µm vor.
Noch bevorzugter sind die Partikelgrößen der Glaspulver < 5 µm, bevorzugt < 2 µm, in besonderen Fällen < 1 µm.
Liegt ein Glaskeramikpulver vor, so weisen die Kristalle der Glaskeramik Kristallitgrößen (d50) < 10 µm, bevorzugt < 1 µm, insbesondere bevorzugt < 500 nm, bevorzugt < 100 nm, in besonderen Fällen < 50 nm auf.
Das Keramik-Glas-Kompositmaterial der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Nanopartikel fest an die Oberfläche von größeren Glaspartikeln gebunden sind. Hierbei können die Nanopartikel von einer glasigen Schicht überzogen sein, die eine leichte Reaktion der Nanopartikel mit der Umgebung verhindert bzw. unterdrückt.
Die chemische Beständigkeit des Glases bzw. der Glaskeramik ist bevorzugt so hoch, daß in kosmetischen Formulierungen das Glas sich nicht komplett auflöst und somit die mit Glas überzogenen Nanopartikel beschichtet bleiben.
Die chemische Zusammensetzung des Glases bewirkt antimikrobielle, entzündungshemmende und hautpflegende Eigenschaften.
Weiterhin kann das Material gegenüber Bakterien, Pilzen sowie Viren eine biozide, auf jeden Fall eine biostatische Wirkung zeigen, im Kontakt mit dem Menschen jedoch hautverträglich und toxikologisch unbedenklich sein.
Für bestimmte Anwendungen werden besondere Anforderungen an die Reinheit des Pulvers gestellt, damit die toxikologische Unbedenklichkeit des Glaspulvers gewährleistet ist.
Die Belastung durch Schwermetalle sollte hierfür möglichst gering sein. Erstrebenswerte Maximalkonzentrationen im Bereich kosmetischer Produkte sind zum Beispiel Pb < 20 ppm, Cd < 5 ppm, As < 5 ppm, Sb < 10 ppm, Hg < 1 ppm, Ni < 10 ppm.
Bevorzugt weisen das Glas bzw. das Ausgangsglas der Glaskeramik die nachfolgenden Komponenten auf:
SiO2 als Netzwerkbildner zwischen 30-70 Gew.-%. Bei niedrigen Konzentrationen nimmt die spontane Kristallisationsneigung stark zu und die chemische Beständigkeit stark ab. Bei höheren SiO2-Werten kann die Kristallisationsstabilität abnehmen und die Verarbeitungstemperatur wird deutlich erhöht, so daß sich die Heißformgebungseigenschaften verschlechtern. SiO2 ist außerdem Bestandteil der bei einer Keramisierung entstehenden kristallinen Phasen.
Na2O wird als Flußmittel beim Schmelzen des Glases eingesetzt. Bei Konzentrationen < 5% wird das Schmelzverhalten negativ beeinflußt. Natrium ist Bestandteil der sich bei der Keramisierung bildenden Phasen. Natrium wird u. a. über Ionenaustausch in wäßrigen Medien vom Pulver abgegeben.
K2O wirkt als Flußmittel beim Schmelzen des Glases. Außerdem wird Kalium in wäßrigen Systemen u. a. durch Ionenaustausch abgegeben.
Über den P2O5-Gehalt wird die chemische Beständigkeit des Glases und damit die Ionenabgabe in wäßrigen Medien eingestellt. Der P2O5-Gehalt liegt zwischen und 10 Gew.-%. Bei höheren P2O5-Werten wird die hydrolytische Beständigkeit der Glaskeramik zu gering.
Um die Schmelzbarkeit zu verbessern, kann das Glas bis zu 5 Gew.-% B2O3 enthalten.
Die Menge an Al2O3 sollte < 15 Gew.-% sein, um eine für die Produktion hinreichende Kristallisationsstabilität des Glases zu gewährleisten. Für Gläser von Glaskeramiken mit verstärkenden antimikrobiellen und entzündungshemmenden hautpflegenden Eigenschaften sollte Al2O3 < 5, bevorzugt < 2 Gew.-%, besonders bevorzugt < 1 Gew.-% sein.
Zur Verstärkung der antibakteriellen Eigenschaften der Glaskeramik können antibakteriell wirkende Ionen wie z. B. Ag, Au, I, Ce, Cu, Zn in Konzentrationen < 5 Gew.-% enthalten sein. Die Konzentration dieser Ionen liegt < 5 Gew., insbesondere < 2 Gew.-% in Summe.
Weiterhin können Ionen wie Ag, Cu, Au, Li zur Einstellung der Hochtemperaturleitfähigkeit der Schmelze und damit zur verbesserten Schmelzbarkeit mit HF-Schmelzverfahren als Zusätze enthalten sein.
Farbgebende Ionen wie z. B. Fe, Co, V, Cu, Cr können einzeln oder kombiniert in einer Gesamtkonzentration < 1 Gew.-% gezielt zudotiert werden.
Durch Einbringen von Oxiden wie zum Beispiel TiO2 und CeO, die auch im UV- Bereich absorbierend wirken, in das Grundglas, kann eine effektive Blockung der UV-Strahlung erreicht werden, wobei durch Zugabe unterschiedlicher Gehalte die UV-Kante definiert eingestellt werden kann. Die Konzentration dieser Oxide liegt in Summe < 5 Gew.-%, bevorzugt < 2 Gew.-%, noch bevorzugter < 1 Gew.-%.
Das Glas kann Ionen wie Ce, Mn, Ag, Au, Cu, Zn, Fe enthalten, die als Elektronfänger agieren können. Hierdurch kann eine Radikalbildung durch die von TiO2 bei UV-Bestrahlung generierten Elektron-Loch-Paare unterdrückt werden.
Bestimmte Ionen können somit eine Doppelfunktion ausüben. Sie verstärken zum einen die antimikrobielle Wirkung synergistisch und können außerdem durch Redoxreaktionen freie Elektronen, die zu Radikalbildung führen könnten, abfangen. Die Konzentration der Elemente liegt < 2 Gew.-%, insbesondere < 1 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-%
Das Glas wird mit herkömmlichen Schmelztechnologien oder mit Hochfrequenzverfahren erschmolzen und zu Blockglas oder sogenannten "Ribbons" geformt. Das Glas bzw. das Ausgangsglas der Glaskeramik kann in einer bevorzugten Ausführungsform zu Pulver gemahlen werden. Die Partikelgröße dieser Pulver ist bevorzugt < 100 µm, besonders bevorzugt < 50 µm, insbesondere < 10 µm, insbesondere < 5 µm, besonders < 1 µm. Hierzu können sowohl trockene als auch "nasse" Mahltechnologie eingesetzt werden. Im Falle von "nassen" Mahlungen können die Pulver anschließend getrocknet werden.
In einem zweiten Schritt können die Glaspulver mit den Nanopulvern vermischt werden. Dies kann trocken geschehen oder die Nanopulver werden als Dispersion den trockenen oder "nassen" Glaspulvern zugegeben. Eine alternative Produktionsroute besteht darin, die Nanopartikel bereits beim ersten Mahlvorgang dem Glas zuzusetzen.
Nach dem Mischvorgang befinden sich die Nanopartikel auf der Oberfläche der Glaspulver. Wurden die Nanopulver in Dispersionsform zugegeben, kann eine Trocknung notwendig sein. Die Mischung wird im Ofen versintert. Hierbei verbinden sich die Nanopulver mit den Glaspulvern. Durch Oberflächendiffusionsvorgänge werden die Nanopartikel während der Sinterung mit Glas überzogen. Hierdurch erfolgt eine Kapselung der Nanopartikel gegenüber der Umgebung. Die chemische Beständigkeit dieser Glaskapselung ist so hoch, daß in kosmetischen Formulierungen eine Oberflächenreaktion des TiO2 mit der Umgebung unterdrückt wird.
Die Sintertemperaturen für viskoses Sintern liegen oberhalb Tg des Ausgangsglases, und zwar bevorzugt
mehr als 0°C bis 500°C oberhalb Tg, besonders bevorzugt
mehr als 20°C bis 200°C oberhalb Tg, insbesondere bevorzugt
mehr als 50°C bis 100°C, oberhalb Tg.
Außerdem kann die Sinterung auch unterhalb Tg erfolgen, dies wird als sogenanntes diffusionsgesteuertes Festkörpersintern bezeichnet. Die Temperaturen liegen hierbei bevorzugt 200°C bis 0°C unterhalb Tg, insbesondere 100°C bis 10°C unterhalb Tg. Bei dieser Niedertemperatursinterung können durch vermindertes Zusammensintern die Mahlzeit sowie der Energieeinsatz vermindert werden.
Je nach Glastyp setzt bei genügend hohen Temperaturen eine Keramisierung des Glases ein. Hierbei können als Hauptphasen u. a. Alkali-Erdalkali-Silicate wie zum Beispiel Natrium-Calcium-Silicate, Erdalkali-Silicate wie zum Beispiel Calcium- Silikat gebildet werden.
Die Sinterung kann auch in einem mehrstufigen Temperatur-Zeit-Programm durchgeführt werden, um beispielsweise gezielt eine Verschmelzung der Nanopartikel mit dem Glas und möglichst gesteuert davon eine Keramisierung des Glases durchzuführen.
Je nach Temperaturführung kann ein unterschiedlicher Verschmelzungsgrad und Kapselungsgrad der Nanopartikel mit der Glasoberfläche erreicht werden.
Nach dem Sintervorgang werden die Pulver nochmals zur Einstellung der endgültigen Partikelgröße aufgemahlen.
Der Sintervorgang kann so geführt werden, daß es zu einer Keramisierung der Glasphase kommen kann. Durch Keramisierung des Grundglases mit definierter Kristallitgröße können die zusätzlichen Streu- bzw. Reflexionseffekte eingestellt werden. Hierbei können die Effekte durch Prozeßparameter wie beispielsweise durch das Temperatur-Zeit-Profil des Prozesses, aber auch durch die zugegebene Menge an Kristallbildner gesteuert werden.
Das Kompositmaterial wird üblicherweise als Pulver eingesetzt, wobei durch einen letzten Mahlprozeß Partikelgrößen < 100 µm erhalten werden. Als zweckmäßig haben sich Partikelgrößen < 50 µm bzw. < 20 µm erwiesen. Besonders geeignet sind Partikelgrößen < 10 µm sowie kleiner 5 µm. Als ganz besonders geeignet haben sich Partikelgrößen < 1 µm herausgestellt. Der Mahlprozeß kann sowohl trocken als auch mit wäßrigen und nichtwäßrigen Mahlmedien durchgeführt werden.
Die Gesamtmenge an Nanopartikeln im Kompositmaterial liegt < 20 Gew.-%, bevorzugt < 10 Gew.-%, noch bevorzugter < 5 Gew.-%.
Die lichtbeeinflussenden Effekte werden zum einen durch die Nanopartikel, die intrinisch zur Absorption und Streuung des Lichtes führen, zum anderen durch die Oberflächenmorphologie der Glas- bzw. Glaskeramikpartikel, die zu einer Streuung des Lichtes führen sowie durch Bulkcharakteristik der Glas- bzw. Glaskeramikpartikel, erreicht.
Die eingesinterten Nanopartikel können gleichzeitig als heterogene Keime für die Kristallisation der Glasphase wirken. Somit kann die Kristallisation mit den Nanopartikeln beeinflußt werden.
Die Kombination der Nanopartikel mit biologisch aktivem Glas führt zu einem UV- Blocker mit positiven Hauteigenschaften. Die Nachteile der Nanopartikel können nicht kompensiert, sondern überkompensiert werden.
Weiterhin führt die Belegung der Glaspartikel mit Nanopulvern zu zusätzlichen lichtstreuenden Effekten, die bei den reinen Glas- bzw. Glaskeramikpulvern nicht beobachtet werden und auf die veränderte Oberflächenmorphologie zurückzuführen sind.
Die Pulver sind hervorragend geeignet, um im Bereich der kosmetischen Produkte eingesetzt zu werden. Dies können u. a. Produkte im Bereich Farbkosmetik oder UV-Schutzprodukte sein.
Weitere Anwendungsfelder liegen zum Beispiel im Bereich Lichtschutz, auf dem Gebiet Farben und Lacke sowie bei medizinischen Produkten und im Bereich der Polymere.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und der Figuren beispielhaft beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Weitwinkelröntgendiagramm einer Probe mit einem Basisglas gemäß Ausführungsbeispiel 1 sowie darauf aufgesinterten TiO2 (Rutil) Nanopartikeln
Fig. 2 REM-Aufnahme eines Basisglases gemäß Ausführungsbeispiel 1 ohne aufgesinterte TiO2-Nanopartikel
Fig. 3-5 REM-Aufnahmen eines Basisglases gemäß Ausführungsbeispiel 1 mit 5 Gew.-% TiO2-Nanopartikeln aufgesintert bei 560°C für eine Stunde
Fig. 6 TEM-Aufnahme eines Basisglases gemäß Ausführungsbeispiel 1 mit 5 Gew.-% TiO2 Nanopartikeln aufgesintert bei 560°C für eine Stunde
Zunächst wird aus den in Tabelle 1 angegebenen Rohstoffen ein Basisglas erschmolzen, das anschließend zu Glasbändern, die auch als Ribbons bezeichnet werden, geformt wurde. Diese Ribbons wurden mittels Trockenmahlung zu Pulver mit einer Partikelgröße d50 = 4 µm weiterverarbeitet.
Tabelle 1
Zusammensetzungen in Gew.-% der Basisgläser
Das 4 µm-Glaspulver vom Typ 1 wurde in einer Trommelmühle mit 5 Gew.-% TlO2-Nanopulver mit einer Sekundär-Partikelgröße von ungefähr 100 nm trocken gemischt.
Die Pulvermischung wurde anschließend in einem Kammerofen bei 580°C 2 Stunden gesintert. Das gesinterte Pulver wurde danach in einer Trommelmühle erneut kurz aufgemahlen, so daß eine Partikelgröße von ca. 5 µm eingestellt wurde.
Unter diesen Sinterbedingungen sind noch keine kristallinen Sekundärphasen mit wesentlichem Phasenanteil mittels Röntgenbeugungs-Diagramm nachzuweisen.
Die Nanopulver sind fest in die Oberfläche der Glaspulver eingesintert und mit einer glasigen Phase weitgehend vollständig überzogen. Dies konnte anhand von REM und TEM nachgewiesen werden.
Die antimikrobielle Wirkung des Pulvers wurde nach Europ. Pharamkopoe (3. Auflage) getestet und ist in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Antimikrobielle Wirkung
Es wurden Hautverträglichkeitstests einer DAC-Creme-Formulierung mit 5 Gew.-% und 10 Gew.-% durchgeführt. Es konnten keinerlei Hautirritationen beobachtet werden.
Fig. 1 zeigt ein Röntgendiagramm eines Basisglases gemäß Ausführungsbeispiel 1 mit aufgesinterten TiO2 auf (Rutil)-Nanopartikeln. Die Sinterung erfolgte bei 560°C für eine Stunde. Deutlich zu erkennen aus dem Röntgendiagramm ist die amorphe Struktur des Basisglases sowie die kristalline Struktur der aufgesinterten TiO2-Partikel. Die Röntgenreflexe der aufgesinterteten TiO2-Partikel sind mit der Bezugsziffer 1 belegt.
Fig. 2 zeigt eine REM-Aufnahme eines Basisglases gemäß Ausführungsbeispieles 1 ohne aufgesinterte Nanopartikel. Das Glaspulver wurde bei 560°C für eine Stunde gesintert. Erkennbar ist eine glatte Oberfläche ohne aufgesinterte Nanopartikel.
Die Fig. 3-5 zeigen ein Basisglas gemäß Ausführungsbeispiel 1 mit 5 Gew.-% TiO2-Nanopartikeln (Rutil). Diese Zusammensetzung wurde, ebenso wie die Vergleichsprobe, deren Oberfläche in Fig. 2 gezeigt ist, bei 560°C für eine Stunde gesintert. Im Gegensatz zu der in Figur gezeigten Vergleichsprobe ist die Oberfläche nicht mehr glatt. In Fig. 3 ist deutlich zu erkennen der feste Verbund zwischen den einzelnen Nanopartikeln, vorliegend dem Rutil und dem Basisglaspulver. Auf den Fig. 4 und 5 ist der feste Verbund zwischen den Nanopartikeln und dem Basisglaspulver ebenfalls gut zu erkennen. Bei der Probenzusammensetzung handelt es sich um dieselbe Probe wie bei REM- Aufnahme gemäß Fig. 3.
Fig. 6 zeigt eine Transmissionselektronenmikroskopie TEM-Aufnahme eines Basisglases gemäß Ausführungsbeispiel 1 mit 5 Gew.-% TiO2 Nanopartikeln gesintert bei 560°C für eine Stunde. Erkennbar auf dieser TEM-Aufnahme ist, dass, die mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten TiO2 (Rutil) Nanopartikel von einer glasigen Phase, die mit der Bezugsziffer 20 belegt ist, umgeben ist.
Die antimikrobiell entzündungshemmenden UV-Strahlung reduzierenden Glas- Keramik-Kompositmaterialien können in Pulverform bevorzugt als Zusatz in der kosmetischen Industrie, zum Beispiel in Sonnenschutzcremes und Tagescremes sowie Cremes gegen Hautalterung, eingesetzt werden.
Die Erfindung stellt erstmals ein Material zur Verfügung, in dem unterschiedliche Eigenschaften in einem Material kombiniert sind. Durch die Belegung des TiO2 mit einer antimikrobiellen, entzündungshemmenden und hautregenerienden Schicht wird ein Schutz vor Radikalbildung erreicht. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß die Nanopartikel an Glas gebunden werden und somit keinerlei Hautpenetration auftreten kann. Das Material weist in Pulverform besondere lichtstreuende absorbierende reflektierende Eigenschaften aufgrund von Oberflächenmodifikation auf.

Claims (21)

1. Kompositmaterial, umfassend eine Glas- oder Glaskeramikphase,
wobei das
Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramik SiO2 30-80 Gew.-% Na2O 5-40 Gew.-% K2O 0-40 Gew.-% Li2O 0-40 Gew.-% CaO 5-40 Gew.-% MgO 0-40 Gew.-% Al2O3 0-15 Gew.-% P2O5 0-20 Gew.-% B2O3 0-20 Gew.-% TiO2 0-5 Gew.-% ZnO 0-5 Gew.-%
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Kompositmaterial Nanopartikel umfasst und die Glas- oder Glaskeramikphase an und/oder in der Oberfläche mit Nanopartikeln belegt ist.
2. Kompositmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas- oder Ausgangsglas der Glaskeramik umfasst:
TiO2 0,1-5 Gew.-%
3. Kompositmaterial, umfassend eine Glas- oder Glaskeramikphase, wobei das Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramik SiO2 30-80 Gew.-% Na2O 5-40 Gew.-% K2O 0-40 Gew.-% Li2O 0-40 Gew.-% CaO 5-40 Gew.-% MgO 0-40 Gew.-% Al2O3 0-15 Gew.-% P2O5 2-20 Gew.-% B2O3 0-20 Gew.-% TiO2 0-5 Gew.-%
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Kompositmaterial Nanopartikel umfasst und die Glas- oder Glaskeramikphase an und/oder in der Oberfläche mit Nanopartikeln belegt ist.
4. Kompositmaterial, umfassend eine Glas- oder Glaskeramikphase gemäß Anspruch 3, wobei das Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramikphase SiO2 35-60 Gew.-% Na2O 5-30 Gew.-% K2O 0-20 Gew.-% CaO 5-30 Gew.-% MgO 0-10 Gew.-% Al2O3 0-5 Gew.-% P2O5 2-10 Gew.-% B2O3 0-5 Gew.-%
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Kompositmaterial Nanopartikel umfasst und die Glas- oder Glaskeramikphase an und/oder in der Oberfläche mit Nanopartikeln belegt ist.
5. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel Titanoxid-Nanopartikel sind.
6. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel Zinkoxid-Nanopartikel sind.
7. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Nanopartikeln < 20 Gew.-%, bevorzugt < 10 Gew.-%, insbesondere bevorzugt < 5 Gew.-% ist.
8. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel mit einer Glas- oder Glaskeramikphase überzogen sind.
9. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glas- bzw. Glaskeramikphasen Elektron-Loch- Fänger-Ionen, insbesondere Ce, Fe, Mn, Ag, Au mit einer Konzentration < 5 Gew.-%, insbesondere < 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-% enthalten.
10. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial antibakterielle Ionen wie Ag, Au, I, Ce, Cu, Zn in Masseanteilen < 5 Gew.-%, insbesondere < 2 Gew.-%, besonders bevorzugt < 1 Gew.-% enthält.
11. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramik in Pulverform vorliegt und die Partikelgröße des Pulvers < 100 µm ist.
12. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramik in Pulverform vorliegt und die Partikelgröße des Pulvers < 10 µm ist.
13. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Glas oder das Ausgangsglas der Glaskeramik in Pulverform vorliegt und die Partikelgröße des Pulvers < 1 µm ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials nach den Ansprüchen 1 bis 13 mit folgenden Schritten:
  • 1. 14.1 das Glas- oder das Ausgangsglas der Glaskeramik wird zu einem Pulver gemahlen
  • 2. 14.2 das gemäß Schritt 14.1 gewonnene Pulver wird mit den Nanopartikeln gemischt
  • 3. 14.3 die gemäß Schritt 14.1 gewonnene Mischung wird zu einem anorganischen Kompositmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 versintert.
15. Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials nach den Ansprüchen 1 bis 13 mit folgenden Schritten:
  • 1. 15.1 das Glas- oder das Ausgangsglas der Glaskeramik wird zu einem Pulver gemahlen und in den selben Prozessschritt das Pulver mit Nanopartikeln gemischt
  • 2. 15.2 die gemäß Schritt 15.1 gewonnene Mischung wird zu einem anorganischen Kompositmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 versintert.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintertemperatur 20°C bis 500°C, bevorzugt 50°C bis 200°C, insbesondere bevorzugt 50°C bis 100°C oberhalb der Glastemperatur des Ausgangsglases liegt.
17. Verwendung eines Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Schutz der Haut vor schädlicher UV-Strahlung in kosmetischen Produkten.
18. Verwendung eines Kompositmaterials mit antimikrobieller, entzündungshemmender und wundheilender, hautpflegender Wirkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Verwendung in Kosmetikprodukten.
19. Verwendung eines Kompositmaterials mit antimikrobieller und UV- schützender Wirkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Verwendung in Farben und Lacken.
20. Verwendung eines Kompositmaterials mit antimikrobieller, entzündungshemmender, wundheilender, hautpflegender und UV- blockender Wirkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Verwendung in medizinischen Produkten und Präparaten.
21. Verwendung eines Kompositmaterials mit antimikrobieller, entzündungshemmender, wundheilender und UV-blockender Wirkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Verwendung in Kunststoffen und Polymeren.
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