CH656117A5 - Verfahren zur herstellung einer halbedelsteinaehnlichen hartmasse und deren verwendung als halbfabrikat zur herstellung von halbedelstein-ersatz und schmucksteinen. - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer halbedelsteinaehnlichen hartmasse und deren verwendung als halbfabrikat zur herstellung von halbedelstein-ersatz und schmucksteinen. Download PDF

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer halbedelsteinähnlichen, schneid-, spalt-, schleif- und polierbaren Hartmasse und deren Verwendung. Eine solche Hartmasse hat nach Bearbeitung durch formgebende Massnahmen und insbesondere durch Polieren ein halbedelsteinähnliches Aussehen, sodass sie sich vorzüglich als Ersatz von teurem Halbedelsteinmaterial eignet.
Manufakturwaren, insbesondere Gebrauchsgegenstände aus Halbedelsteinen sind gleichermassen begehrt und teuer. Halbedelsteinähnliches Material natürlicher Herkunft ist relativ rar und nur schwierig zu beschaffen. Man ist dazu übergegangen, dieses Material zu imitieren wobei hauptsächlich eine Dekoration durch Plattieren die meiste Verwendung findet. Schichten mit halbedelsteinähnlichem Dekor aufzumalen ist ebenfalls eine der Methoden, mit der eine dekorative Wirkung erzielt werden kann. Abgesehen von aufwendigen und dadurch teuren Methoden der eigentlichen künstlichen Herstellung von Halbedelsteinen, sind praktisch alle Nachahmungen in irgendeiner Form unbefriedigend, sei es punkto Härte, punkto Haltbarkeit oder punkto Schönheit, Brillanz oder anderen entscheidenden optischen, bzw. mechanischen Eigenschaften.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Material im Sinne eines Halbfabrikats oder Rohmaterials hergestellt werden kann, das für die Manufaktur von halbedelsteinartigen Gegenständen taugt, wobei dieses Material nebst deren optischen Ähnlichkeiten, wie Struktur und Farbe, auch nahezu deren physikalische wie Härte und Festigkeit aufweisen soll. Daraus gefertigte Gegenstände sollen wie Halbedelsteine polierbar sein und die polierten Oberflächen die Brillanz von solchen aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebene Kombination von Verfahrensschritten. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und Verwendungen des damit erhaltenen Erzeugnisses ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Mit der Wahl des Bindemittels ist man weitgehend frei, es kann beispielsweise ein aushärtbarer Kunststoff sein und soll in diesem Falle nach den folgenden Kriterien aus den Angebot bekannter Kunstharze ausgewählt werden:
— kein Ausschwitzen von chemischen Bestandteilen im ausgehärteten Zustand;
— geringe Farbdichte der Eigenfarbe;
— zähhaftende Eigenschaften
— geringe Versprödungsneigung
Als vorteilhaft haben sich die Epoxy-Zweikomponenten-harze vom Typ Araldit erwiesen, wobei weniger den schnellhärtenden Harzen Vorzug gegeben wurde, als denen, deren Härtung mit dem Verarbeitungsprozess gleichsam harmoniert. Auch andere Harze eignen sich vorzüglich, wie härtere Acrylharze und härtere Polyesterharze.
Der Füllstoff ist vorzugsweise ein mineralischer, er gibt der ausgehärteten Masse die eigentliche Härte und mitunter auch die Grund- oder Körperfarbe. Es sind dies hauptsächlich mineralische Füllstoffe wie Quarzmehl, Marmorpulver, zerriebenes Kieselgel etc., alles Substanzen mit einer Mohs-schen Härte zwischen 5 und 8, also einer Härte, die auch Halbedelsteine wie Türkis, Achat, Onyx, Carneol etc., auf5
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weisen. Die Eigenschaften des Füllstoffes kann bei der Rezeptur verstärkt, überdeckt oder kombiniert werden. Üblicherweise spielt sie beispielsweise bei Quarzmehl oder Marmorpulver keine Rolle. Bei Marmorpulver resultieren etwas stumpfere Farbtöne, bei Quarzmehl sind diese luzider und brillanter, was nota bene auch nicht immer erwünscht ist.
Das Grund-Pigment dient zur Erzielung der Grundfarbe oder Körperfarbe bzw. der überwiegenden Farbe. Es sind dies organische wie auch anorganische Pigmente, wovon die organischen Pigmente in der Regel farbkräftiger sind. Das Zusatzpigment bzw. die Zusatzpigmente dient bzw. dienen zur Erzielung von gut sichtbaren Strukturen im Material, deren Form und Verlauf durch die erfinderischen Verfahrensschritte gegeben sind.
Die drei Grundingredienzien Harz, Füllstoff und Grundpigment werden in einem ersten Verfahrensschritt zu einem innigen Teig von einheitlicher Färbung vermengt. Der Teig soll eine für die Weiterverarbeitung geeignete Konsistenz aufweisen. Diese Weiterverarbeitung mündet in den zweiten Verfahrensschritt, es ist dies ein Zerteilen des Teiges in Teilstücke beispielsweise in folgender Art:
— Auswallen oder Kalandrieren der Teigmasse zu einer plattenförmigen Schicht; Schneiden der Schicht in zellförmi-ge Stücke oder
— Extrudieren der Teigmasse in eine schlangenförmige Teigwalze; Schneiden der Teigwalze in scheibenförmige Stücke oder
— Zerreissen der Teigmasse in einer Hobelvorrichtung oder
— Durchdrücken der Teigmasse durch eine Lochplatte und Schneiden der Spaghettis (eine Art Granulieren).
Dabei sollen sogenannte regelmässige oder unregelmässige «Zellstücke» entstehen, welche, wieder zusammengedrückt, Grenzschichten bilden. Halbedelsteine sind in der Regel nicht makrokristallin gewachsene Körper, es sind vielmehr polykristalline Ausbildungen, erstarrte Flüsse usw.,
also Körper mit Grenzflächen, Adern und anderen strukturgebenden Unregelmässigkeiten. Diese Strukturen lassen sich mit Hilfe des erfinderischen Verfahrens nachbilden; die Zerteilung des Grundteiges in die oben genannten Zellstücke ist eine erste Voraussetzung.
Um die gewünschte Strukturierung vollends zu realisieren, werden die Zellstücke mit einem Zusatz-Pigment der geeigneten Farbe beschichtet. Bei diesen Pigmenten handelt es sich mehrheitlich um anorganische Materialien von verschiedener Körnigkeit, beispielsweise Graphit, Metallpulver oder Metallflitter usw. Die Pigment-Beschichtung kann an Stelle eines Überstreuens auch auf andere Art erfolgen. Trockenbeschichtung: — Pulver
— Granulate
— Bestreuen
— Bestäubung usw. Nassbeschichtung: — Sprühen
— Tauchen
— Netzen usw.
Beschichtungsmittel sind Pigment, Metalle, Farben, Granulate usw., alles Substanzen, die an der Grenzzone zwischen zwei Zellstücken als Strukturmittel wirken sollen.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Zellstük-ke wieder vereinigt aber nicht vermengt. Dies ist folgender-massen zu verstehen. Beim Zusammenkneten der mehr oder weniger grossen, eingefarbten und noch teigig weichen Zellstücke werden diese Scherkräften ausgesetzt, welche die Grenz-Zonen nach und nach verziehen und eine fliessähnli-che Struktur hervorbringen. An den Zellgrenzen befindet sich aber auch das Pigmentmaterial der Beschichtung, das in der Fliessstruktur mitwandert und als solches sich markant hervorhebt. Lässt man den Teig nach solch einem mehr oder weniger langen Zusammenkneten aushärten, so verfügt man über eine harte, dem nachgebildeten Halbedelstein ähnliche Masse, die durch Sägen, Drehen, Behauen, Schnitzen, Schleifen, Bohren etc. in die gewünschte Form gebracht werden kann.
Das blosse Zusammendrücken der mehr oder weniger grossen Zellstücke, ohne zu kneten, bewirkt andere Formen und Arten von Grenzzonen. Sie sind schärfer und zeigen weniger fliessähnliche Strukturen.
Eine bevorzugte Form verwendet in der Grundmasse zusätzlich ein Armierungsmaterial wie Glas- oder Kohlefasern in einem Anteil zwischen 1 und 10 Gew.-%, wobei die Faserlänge 5 bis 15 mm beträgt. Dieses Armierungsmaterial ist nicht in jedem Falle nötig, aber oft vorzuziehen, da es ja letztlich nicht das Ziel ist, einen Halbedelstein herzustellen, sondern eine halbedelsteinähnliche Masse. So ist es erwünscht, dass diese Masse, wenn sie beispielsweise als Um-mantelung verwendet wird, eine besondere Zähigkeit gegen Bröckeln oder Muschelbruch im Gebiet der Ränder aufweist, was gerade mitunter beim Halbedelstein dessen Mangel ist. Die verfilzende Wirkung der Armierungsmittel ergibt dann bessere mechanische Eigenschaften.
Um noch feinere Strukturierungen zu erzielen, wird der Verfahrensschritt der Teilung erneut angewendet, d.h. die Masse wird beispielsweise ein zweites Mal geteilt und wieder zusammengeknetet, wobei das gleiche Zusatzpigment, ein weiteres Zusatzpigment oder keines davon verwendet wird. Dieser Vorgang kann ein drittes, viertes Mal und mehr wiederholt werden. Diese Art Zellteilungs- und wieder Zusam-menfüg-Methode zur Bildung von Strukturen unter Ausnützung der Grenzzonen, die je nach Bedarf eingefärbt werden, ist der Grundgedanke der Erfindung. Ein anschliessendes Pressen bringt eine Verdichtung der Grenzzonen und eine Verfeinerung der Struktur, die zugleich durch Pressdruck einen satteren Charakter erhält. Die feinere Strukturierung kann auch in einem einzigen Arbeitsgang durch Zerteilen in kleinere regelmässige oder unregelmässige Zellstücke, die in dem Fall nur einmal zusammengedrückt werden, erfolgen.
Die fertige, noch teigige Masse kann als solche zur Aushärtung beiseite getan werden oder sie wird zu einem Halbfabrikat weiterverarbeitet. Beispielsweise kann sie kalan-driert und auf Oberflächen als Uberzug, Beschichtung, Um-mantelung etc. aufgebracht werden. Sie kann zu einem Halbfabrikat gepresst werden, beispielsweise Besteckgriffe, Lampensockel usw., welche als solche dann eine Endbehandlung (einen sogenannten Finish) erhalten.
Die nachfolgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäs-se Verfahren noch mehr in seinen Einzelheiten beschreiben:
Beispiel 1 LAPISLAZULI Kunstharz (Zweikomponenten-Epoxy) 23 — 30 T eile
Füllstoff (Quarzmehl) 46 — 60 Teile
Pigment (dunkelblau organisch) 21— 9 Teile
Glasfaser (5 bis 13 mm) 10— 1 Teile
Durch Kneten während 5 bis 10 Minuten innig vermengen und zu einer 0.5 bis 1.5 cm dicken Schicht auswallen. Die Schicht wird in Stücke von 3 bis 7 cm Kantenlänge zerschnitten; dies sind die Zellstücke. Die Zellstücke werden mit goldfarbenem Metallpulver, beispielsweise Messing- oder Bronzepulver, beschichtet, wobei der Metallanteil maximum 1 Teil vom Ganzen betragen soll. Anschliessend werden die Zellstücke mittels Zusammendrücken oder Kneten während 1 bis 2 Minuten wieder vereinigt, ein zweites Mal wie oben ausgewallt und geteilt und schliesslich wieder zusammengedrückt oder während 1 bis 2 Minuten geknetet. Die Masse wird in die gewünschte Form gepresst und ausgehärtet.
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Eine andere Variante erhält man nach folgendem Rezept: Kunstharz (Zweikomponenten-Epoxy) 23 Teile
Füllstoff (Quarzmehl) 46 Teile
Pigment (dunkelblau organisch) 21 Teile
Glasfaser (5 bis 13 mm) 10 Teile und
Kunstharz (Zweikomponenten-Epoxy) 30 Teile
Füllstoff (Quarzmehl) 60 Teile
Pigment (dunkelblau organisch) 9 Teile
Glasfaser (5 bis 13 mm) 1 Teil
Dies ergibt eine hellere und eine dunklere Grundmasse, die wie oben beschrieben ausgewallt und in Zellstücke zerteilt werden. Die Zellstücke der beiden Farbtöne werden vermischt und mit Metallpigment beschichtet, durch Zusammendrücken vereint oder geknetet, wieder geteilt und wieder zusammengedrückt oder geknetet. Nach dem Pressen ergibt sich ein sehr schönes, tiefblaues und doch lichtes, lapislazuli-ähnliches Ausgangsmaterial zur Weiterverwertung. Die beiden Grundmassen können vor der Teilung durch kurze Vermengung zu einer neuen Grundmasse vereinigt werden, welche anschliessend wie oben beschrieben weiterbearbeitet wird.
Beispiel 2
TÜRKIS
Kunstharz (Zweikomponenten-Epoxy) 33—28 Teile
Füllstoff (Quarzmehl) 64—58 Teile
Pigment (grün organisch) 1—2 Teile
Pigment (blau organisch) 1 — 2 Teile
Glasfaser (5 bis 13 mm) 1 — 10 Teile
Mischen und während 5 bis 15 Minuten bis zur homogenen Farbe innig verkneten. In eine Schicht von 5 bis 15 mm auswallen und in Zellstücke von 3 bis 7 cm Kantenlänge zerschneiden. Die Zellstücke werden mit Graphitpulver beschichtet, und zwar mit einer Menge von 2 bis 6 Teilen des eingesetzten Materials. Für eine gröbere Türkisstrukturie-rung können die beschichteten Teile durch Zusammendrük-ken vereinigt und gegebenenfalls während 1 bis 3 Minuten geknetet werden. Für feinere Strukturierungen wird der Vorgang, allerdings ohne zu kneten, bis zu dreimal wiederholt. Beim Türkis ergibt eine nachfolgende Pressung eine ausserordentlich schöne Strukturierung mit feinen zart-zittrigen, im Winkel zueinander stehenden schwarzen Linien. Mit dem Verhältnis vom grünen zum blauen Pigment können verschiedene Türkisfarben erzielt werden. Der Füllstoff Quarzmehl ergibt klare, luzide, der Füllstoff Marmorpulver gedämpftere bis leicht stumpfe Typen.
Wie gesagt kann die fertige Masse ungeformt zur Aushärtung gelangen, vor allem wenn eine nachfolgende Pressung unerwünscht ist; oder sie kann als Halbfabrikat in Form gepresst ausgehärtet werden. Nach der Aushärtung lässt sich das neue Material wie ein Halbedelstein bearbeiten, wobei zu beachten ist, dass die Härte lediglich vom Füllstoff gegeben wird. Beim Behauen, Spanen, Sägen usw. verhält sich die neue Masse von Steinen verschieden, doch beim Schleifen und Polieren, also bei mikroähnlichen Einwirkungen, verhält sich die neue Masse fast wie ein Halbedelstein. Vor allem lässt sie sich befriedigend polieren.
Durch die Verwendung anderer Bindemittel, insbesondere solcher anorganischer Art, lässt sich mit dem beschriebenen Verfahren eine brenn- oder sinterbare Ausgangsmasse herstellen.
Dies geschieht folgendermassen. Das anorganische Bindemittel soll beispielsweise bei einer gewissen Temperatur, die aber unterhalb der Schmelztemperatur des Füllstoffs liegt, schmelzen, dies mit oder ohne Druckanwendung. So sind als anorganische Bindemittel glasige Materialien verwendbar, welche beispielsweise mit anorganischen Mitteln eingefärbt werden. Solche Färbungen erzielt man mit atomar oder kolloidal im Glasfluss gelösten Metallen bzw. deren Oxiden, wie tiefblau mit Kobalt, rubinrot mit Gold, Gold- bis Brauntöne mit Mangan, grün bis grünliche Einfar-bungen mit Eisen etc.. Für solche Bindemittel kann die s Schmelz- oder gegebenenfalls Sinter-Temperatur durch den Quarzanteil eingestellt werden. Quarzreiche Mischungen erreichen einerseits hohe Härtegrade (zwischen 6 und 7 nach Mohs, im Gegensatz zu den vorher beschriebenen organischen Kunstharzbindemittel), andererseits auch höhere Ver-io bindungstemperaturen zur Verbindung der Füllstoffpartikel. Als Füllstoff dienen grundsätzlich dieselben Materialien wie bei der Herstellung der schon beschriebenen, auf der Basis von Kunstharzbindemitteln hergestellten Hartmassen. Hervorzuheben sind Quarzmehl, Marmorpulver, Aluminium-15 oxid (gegebenenfalls mit dem Bindemittel Aluminiumhydroxid) usw. Zur gewünschten Einfärbung dienen wie gesagt die Grund- bzw. Zusatz-Pigmente. Das Grundpigment kann bei den Sintermaterialien beispielsweise schon im Bindemittel enthalten sein oder in Form von Metallsalzen dem 20 Grundteig zugefügt werden. Bei den Sintertemperaturen dringen die Salze in die Schmelze ein und sie hinterlassen nach dem Erstarren die gewünschte Farbe.
Beispiel 3
25 LAPISLAZULI
Bindemittel + Pigment (Kobaltglaspulver) 20—30 Teile
Füllstoff (Aluminiumoxid fein) 60—40 Teile
Aluminiumhydroxidgel (leicht alkalisch) 20—30 Teile
30 Aluminiumhydroxidgel:
Aluminiumhydroxid NaHO Wasser
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Das Aluminiumhydroxidgel wird zum Anteigen der pul-35 verförmigen Komponenten (Füllstoff und gefärbtes Bindemittel) angewendet, wobei eher ein «trockener» Teig bevorzugt wird. Nach einer Knetzeit zwischen 3 und 6 Minuten ist die Teigmasse zum Teilen in die Zellstücke bereit. Die Zellstücke werden mit einem goldfarbenen Metallpulver oder bei 40 kleinen Ansätzen mit Goldpulver als Zusatzpigment beschichtet und zusammengedrückt. Zur Erzielung feinerer Strukturen wird der Zellteil- und Beschichtungsvorgang nochmals, gegebenenfalls mehrmals wiederholt. Der Metallanteil des Zusatzpigmentes soll auch hier nicht mehr als ein 45 Teil vom Ganzen betragen. Anschliessend wird die Masse geformt, gegebenenfalls zur Eliminierung von Lunkerstellen gepresst, und gemäss üblichem Vorgehen im Ofen gebrannt oder gesintert. Füllstoffe mit einem Kristallwasserdefizit, wie es beispielsweise beim Gips der Fall ist, können verwendet so werden, ohne dass ein spezielles Bindemittel verwendet wird, da das Bindemittel gleichsam im Füllmittel mitenthalten ist. Dies ist bei allen vorgebrannten oder aktivierten Füllstoffen so, beispielsweise beim Zement oder ähnlichen Stoffen. Mit Wasser in Teigform gebracht härtet, sich nach der Bearbei-55 tung, gleich wie beim härtbaren Kunstharz, die Masse selbst aus.
Bei der Herstellung halbedelsteinähnlicher Hartmassen, die geformt oder ungeformt einem Brenn- oder Sinterprozess (üblicherweise bei Temperaturen in der Höhe von 1000°C 60 und darüber) unterzogen werden, können organische Bindemittel oder organische Pigmente bzw. Farbmittel nicht mehr verwendet werden. Anorganische Farbmittel wie die schon erwähnten, in Schmelzen echt oder kolloidal gelösten Metalloxyde oder mineralische Pigmente sind in reicher Zahl 65 bekannt. Als anorganische Bindemittel können solche dienen, wie sie allgemein als Kitte verwendet werden, wie Natriummetasilikat (Wasserglas) oder Aluminiumhydroxid (das sogenannte Tonerdehydrat) usw.
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Claims (20)

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1. Verfahren zur Herstellung einer halbedelsteinähnlichen, schneid-, spalt-, schleif- und polierbaren Hartmasse, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel mit einem Füllstoff und einem Grund-Pigment zu teigiger Konsistenz vermischt wird, die Teigmasse mindestens einmal in Stücke zerteilt wird, die Stücke mindestens einmal mit einem Zu-satz-Pigment beschichtet und wieder zusammengedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Komponenten der Teigmasse im ersten Mischvorgang Glas- oder Kohlefasern zugegeben werden.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zusätzlichen Verfahrensschritten die Teigmasse ein zweites Mal in Stücke zerteilt wird, die Stücke erneut mit demselben oder einem weiteren Zusatz-Pigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verfahrensschritte mehrmals wiederholt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerteilung der Teigmasse in unregelmässige Teilstücke geschieht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerteilung der Teigmasse in regelmässige Teilstücke geschieht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste teigförmige Masse mit einem ersten Grund-Pigment und eine zweite teigförmige Masse mit einem zweiten Grund-Pigment zusammen geknetet, in Stücke zerteilt, mit Zusatzpigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste teigförmige Masse mit einem ersten Grundpigment und mindestens eine zweite teigförmige Masse mit einem weiteren Grundpigment in Stücke zerteilt, mit Zusatzpigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken der beschichteten Teilstücke mittels Kneten durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken der beschichteten Teilstücke mittels Pressen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Verfahrensschritt die Masse einem Pressdruck ausgesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Verfahrensschritt die Masse gebrannt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Verfahrensschritt die Masse gesintert wird.
14. Verwendung der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 erhaltenen halbedelsteinartigen Hartmasse als Halbfabrikat zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen.
15. Verwendung nach Anspruch 14 zur Herstellung von Halbedelstein-Ersatz.
16. Verwendung nach Anspruch 14 zur Herstellung von Schmuckstein.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmuckstein Kunstharz, mineralischen Füllstoff und mindestens ein mineralisches oder metallfarbe-nes organisches oder anorganisches Pigment enthält.
18. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmuckstein gesinterten oder gebrannten mineralischen Füllstoff und mindestens ein mineralisches oder metallisches Pigment enthält.
19. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmuckstein zusätzlich Glas- oder Kohlefasern enthält.
20. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmuckstein eine von einem Zusatzpigment stammende Strukturaufweist.
CH6954/83A 1983-12-28 1983-12-28 Verfahren zur herstellung einer halbedelsteinaehnlichen hartmasse und deren verwendung als halbfabrikat zur herstellung von halbedelstein-ersatz und schmucksteinen. CH656117A5 (de)

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