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Die
Erfindung betrifft die Verwendung einer Kunststoffdispersion als
Bindemittel für
lose Feststoffe, insbesondere zur Herstellung von Formen, Modellen,
oder Gegenständen
aus Gemischen von Bindemittel und losen Feststoffen, vor allem auch
zum Basteln, Modellieren und Gestalten von Plastiken, Reliefs, Bildern
und sonstigen hobbymäßig, kreativ
oder künstlerisch
gestalteten Objekten.
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Bindemittel
für lose
Feststoffteilchen sind prinzipiell bekannt.
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So
finden beispielsweise gemäß Firmenpublikationen „UNIVEST
43.03.063/08.91: Produktinformation der Fa. Hüls zu „UNIVEST T", Gemische aus flüssigem Polybutadien als Bindemittel
und Sand als losem Feststoff für
Flächenbefestigungen
im Hochbau oder als Niveau-Estrich und im Straßenbau Verwendung. Diese Gemische
härten
in der Regel bei Raumtemperatur in ca. 24 Stunden aus.
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Nachteilig
hierbei ist es, dass beim Aushärten
des Bindemittel-Feststoff-Gemisches und auch später, ein unangenehmer Geruch
entsteht, sowie die lange Zeitdauer, bis das Polybutadien ausgehärtet ist.
Weiter ist es als nachteilig anzusehen, dass derartige Bindemittel-Feststoff-Gemische möglichst nicht
in Hautkontakt kommen sollen und nicht mit bekannten Beschleunigungsverfahren,
wie z.B. durch Mikrowellenenergie ausgehärtet werden können.
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Aus
DE 200 20 012 U1 ist
Dekomaterial bekannt, das aus einer Mischung aus Wasser, farbigem Sand
oder Muschelgranulat und einem Bindemittel besteht, wobei als Bindemittel
anorganische Substanzen, wie z.B. Ton bzw. Bentonit, vorgeschlagen werden.
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Zur
Einfärbung
verwendbare Farbstoffe oder Pigmente können hierbei auch in einem
schnell aushärtenden
Kunststoff, vorzugsweise auf Zweikomponenten-Basis, gebunden sein.
Durch Wasserzugabe soll dieses Material knetbar sein und z.B. innerhalb von
24 Stunden aushärten.
Die hiermit erzeugten Artikel können
nach dem Austrocknen durch Wasserzugabe wieder erweicht und erneut
knetbar gemacht werden. Nachteilig ist es auch hierbei, dass keine dauerhaft
festen Körper
erhältlich
sind und dass es relativ lange dauert, bis die Formkörper ausgehärtet sind.
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Weiterhin
ist es aus
DE 40 08
980 C2 auch bekannt, plastische Massen zum Kneten, Modellieren,
Basteln und Dekorieren herzustellen und zu verwenden, die neben
organischen, Weichmachern und sonstigen Füllstoffen als Bindemittel,
Füllstoff und/oder
weiteren Zusatz Polyalkylmethacrylat (PAMA), insbesondere Polymethylmethacrylat
(PMMA), Polyethylmethacrylat (PEMA), Polypropylmethacrylat (PPMA)
oder Polybutylmethacrylat (PBMA), enthalten sollen.
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Da
organische Weichmacher oft für
die Verwendung von Materialien für
Kinder und empfindliche Personen nicht unproblematisch sind und
da zudem hiermit in der Regel auch keine schnell härtbaren Produkte
geschaffen werden können,
sind diese Materialien nur in bestimmten Bereichen anwendbar und
nicht universell geeignet.
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Die
Schriften
DE 197 55
460 A1 und
EP
0 921 162 A1 beschreiben eine Masse zum Modellieren und
zum Formen aus Gips oder Keramik, die als Bindemittel-Bestandteile
Acetate und/oder Acrylsäureester
verwendet. Nachteilig in diesen Ausführungen ist, dass sich keine
schnelle Aushärtung
erreichen lässt.
Des Weiteren sind die gestalterischen Möglichkeiten mit Gips und Keramik
sehr eingeschränkt
und Optisch nicht Ansprechend.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die Verwendung bestimmter Bindemittel
für lose
Feststoffe, speziell Sand, Natursand und/oder Dekorationssand, insbesondere
für Massen
zum Basteln, Modellieren und Gestalten von Plastiken, Reliefs, Bildern
und sonstigen hobbymäßig oder
künstlerisch
gestalteten Objekten, vorzuschlagen, die die genannten Nachteile
nicht aufweisen und die insbesondere auch durch den Einsatz von Mikrowellenenergie
schnell ausgehärtet
werden können.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, dass die erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel
für den
Benutzer leicht verarbeitbar sind, d.h., dass die Bindemittel mit
den zu bindenden losen Feststoffen leicht vermischbar sein sollen.
Zudem sollen bevorzugte Anwendungen aufgezeigt werden.
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Diese
Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1 und 6 umfassten Merkmalen
gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösungen sind
mit den weiteren Ansprüchen
umfasst und in den Beispielen dargestellt.
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Die
besonderen Vorteile der erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel liegen
in der drastischen Verkürzungsmöglichkeit
der Aushärtezeiten des
Bindemittels an sich und der Gemische des Bindemittels mit den losen
Feststoffen, sowie den daraus erzeugten Produkten und Gebilden verschiedenster
Art, insbesondere auch bei Zufuhr von Mikrowellenenergie.
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Die
erfindungsgemäß verwendeten
Bindemittel für
lose, körnige
Feststoffe sind universell verwendbare Kunststoffdispersionen auf
Acrylat- oder Urethanbasis, denen ggf. weitere Zusätze beigegeben
oder beigemischt werden können.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten
Bindemitteln aus Kunststoffdispersionen auf Acrylatbasis handelt
es sich vorzugsweise um Dispersionen eines Copolymerisats aus Acrylsäureestern
oder eines Polyacrylats oder einer Mischung dieser beiden in unterschiedlichen
Mischungsverhältnissen.
Als Trägersubstanz dieser
Kunststoffdispersionen kommt in der Regel Wasser in Betracht. Der
Feststoffgehalt an Kunststoffen in den Dispersionen liegt vorzugsweise
zwischen 20 und 50 Gewichtsprozent des Bindemittels.
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Die
Bindemittel-Dispersionen können
ggf. auch als weitere Zusätze
geringe Mengen Tenside, Glykole, organische Lösungsmittel, Konservierungsmittel
und sonstige Substanzen enthalten.
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Anstelle
der Acrylat-Dispersionen können ggf.
auch Polyurethane (PUR) als Bindemittel verwendet werden, insbesondere
sogenannte PUR-Präpolymere
oder auch MDI-Präpolymere
= Diphenylmethandiisocyanat, lassen sich, in disperser Form oder
in Lösung,
verwenden.
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Die
erfindungsgemäßen Bindemittel
können zudem
beliebig mit Farbmitteln, wie Pigmenten oder löslichen Farbstoffen, eingefärbt werden,
wobei unterschiedlich eingefärbte
Bindemittel bzw. Gemische aus Bindemittel mit Feststoffen miteinander
vermengt oder vermischt werden können.
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Eingefärbte Bindemittel
mit geringen Mengen Zusatz an Feststoffteilchen können bevorzugt auch
in flüssiger
bis zähflüssiger Form
eine Art dreidimensionale Malfarbe bilden. Darstellungen hiermit können dann
ebenfalls durch Mikrowellenenergie ausgehärtet werden.
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Es
ist zu beachten, dass der Gehalt an Farbmitteln vorzugsweise einen
Gehalt von 10 Gew.-% des Bindemittels nicht überschreiten sollte. Besonders
günstig
liegt der Farbmittelgehalt bei 2 Gew.-%. Die Pigmente können rein,
als Pigmentpasten oder als – vorzugsweise
wässrige – Pigmentpräparationen vorliegen
und Verwendung finden.
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Auch
können
unterschiedlich eingefärbte Bindemittel
wiederum problemlos miteinander vermischt werden.
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Die
Aushärtezeiten
werden durch die Zugabe von Farbmitteln, wie beispielsweise Pigmentpasten,
nicht bzw. nicht maßgeblich
verlängert.
Sie können
zum Beispiel bei 2–3
Minuten bei 800 W in der Mikrowelle oder alternativ bei 2–3 Stunden
im Backofen bei 60 °C
oder bei 16–20
Stunden bei Zimmertemperatur liegen.
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Als
Beispiele für
eine Vielzahl möglicher
Pigmente die dem Bindemittel beigemischt werden können, seien
Colanylviolett, Flexonylblau oder Unisperse-Gelb genannt.
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Alternativ
zu den Pigmenten können
auch Farbstoffe wie beispielsweise Cochenillerot zugesetzt werden.
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Als
lose Feststoffe, die ggf. zur Herstellung von plastischen Produkten
als Gemische mit dem Bindemittel herangezogen werden, können verschiedenartige
körnige
Materialien, rein oder miteinander vermischt, eingesetzt werden,
wie beispielsweise Sand, Natursand oder Dekorationssand z.B. von
feiner bis mittlerer Körnung,
Mikrohohlkugeln aus Glas oder Kunststoffen und/oder Kaolin, Splitt,
Feinkies oder sonstiges Granulat, Pulver oder Späne, z.B. auch aus diversen
Metallen oder aus Kunststoffen. Des Weiteren können als lose Feststoffe auch
organische Biomaterialien zum Einsatz kommen, wie z.B. Kaffeepulver,
Kaffeesatz, Holzspäne
oder Holzstaub.
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Auch
Fasermaterialien oder watteartige Stoffe können problemlos mit dem Bindemittel
vermengt, geformt und anschließend
ausgehärtet
werden. Fasermatten, Textilien oder Teile dieser können ebenfalls
mit dem Bindemittel verarbeitet werden und erhalten nach dem Härten eine
feste oder flexible Struktur.
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Es
ist aber auch möglich,
dass verschiedene lose Feststoffe, wie beispielsweise Natursand
und Mikrohohlkugeln gemischt werden und mit dem erfindungsgemäß verwendeten
Bindemittel in der gleichen Charge zusammen verarbeitet und ausgehärtet werden.
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Die
Erfindung soll anhand einiger Beispiele näher erläutert werden.
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Rahmenbeispiel (Bindemittel/Ausgangskomponenten/BM-X):
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- 70–100
Gew.-% Kunststoffdispersion(en),
- 0–10
Gew.-% Farbmittel,
- 0–30
Gew.-% Wasser (zusätzlich),
- 0–5
Gew.-% sonstige Zusätze.
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Rezepturbeispiel 1 (Bindemittel/BM-1):
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- 100 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester.
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Rezepturbeispiel 2 (Bindemittel/BM-2):
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- 80 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester,
- 20 Gew.-% Polyacrylatdispersion.
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Rezepturbeispiel 3 (Bindemittel/BM-3):
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- 30 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester,
- 70 Gew.-% Polyacrylatdispersion.
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Rezepturbeispiel 4 (Bindemittel/BM-4):
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- 30 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester,
- 58 Gew.-% Polyacrylatdispersion,
- 05 Gew.-% Pigmente,
- 07 Gew.-% Wasser.
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Rezepturbeispiel 5 (Bindemittel/BM-5):
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- 100 Gew.-% PUR-Präpolymer-Dispersion
oder MDI-Präpolymer.
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Bei
den Dispersionen der Mischungen handelt es sich bei den Copolymerisaten
aus Acrylsäureester
um spröde
Dispersionen und bei den Dispersionen aus Polyacrylat um weiche
klebrige Dispersionen.
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Je
nachdem welches Mischungsverhältnis beim
Vorhandensein verschiedener Dispersionen vorliegt, kann eingestellt
werden, welche Eigenschaften das Produkt vor und nach dem Härten aufweisen soll.
So ist ein Produkt mit BM-2 gemäß Rezepturbeispiel
2 vor dem Härten
wenig klebrig und weist nach dem Härten eine stabile Form auf.
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Ein
Produkt mit BM-3 nach Rezepturbeispiel 3 hingegen ist vor dem Härten stärker klebrig
und nach dem Aushärten
flexibler.
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Weiter
gilt es anzumerken, dass den Rezepturbeispielen 1 bis 4 zusätzlich zu
dem Wasser, das bereits in der Dispersion vorliegt, bis zu 30 Gew.-% Wasser
zugesetzt werden kann. Die anderen Komponenten werden dann anteilig
um diesen Wassergehalt verringert. Liegen Wassergehalte von insgesamt über 15 Gew.-%
im Mittel vor, verschlechtern sich die Klebe- bzw. Hafteigenschaften spürbar, wodurch
die Formen oder Gebilde instabiler werden, d.h. an den Rändern zum
Abbröckeln
neigen.
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Als
Zusatzstoff kann dem Bindemittel auch ein anionisches Tensid zugesetzt
werden, um eine bessere Benetzung zu gewährleisten.
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Anhand
von Verwendungsbeispielen (P-X bis P-6) soll die Erfindung nochmals
näher erläutert werden.
Hierbei werden Formen, Modelle, oder Gegenstände aus Gemischen des Bindemittels
mit losen Feststoffen gefüllt
bzw. geformt oder modelliert und anschließend ausgehärtet.
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Verwendungsbeispiel (Rahmenbeispiel/P-X):
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- 5–98
Gew-% Feststoffe,
- 2–95
Gew-% Bindemittel,
- 0–20
Gew-% Farbmittel und/oder sonstige Zusätze.
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Verwendungsbeispiel 1
(plastische Formkörper/P-1):
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100g
grober Sand werden mit 4 g Bindemittelgemisch gemäß BM-Rezepturbeispiel
2 vermengt und in eine Formschale gegeben. Anschließend wird die
Masse in einem Mikrowellenherd ca. 3 Minuten mit 600 Watt ausgehärtet. Nach
dem Aushärten
ist der Formkörper
aus der Formschale entformbar.
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Ein
unbeabsichtigtes Überziehen
der Zeitdauer der Energiezufuhr in einem Mikrowellenherd hat meistens
keine negativen Auswirkungen auf den ausgehärteten Formkörper. Je
feinkörniger
der verwendete Sand oder sonstige Feststoff ist, desto schärfer und
präziser
können
Konturen abgebildet werden. Hervorragende Ergebnisse können in
diesem Verwendungsbeispiel auch erreicht werden, wenn anstatt der
100g Sand nur z.B. 50g Sand als Basis genommen werden.
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Verwendungsbeispiel 2
(Leichtkörper/P-2):
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Flockiges,
faseriges, leichtes und/oder watteartiges Material auf Silikatbasis
wird im Verhältnis
1 zu 1 in das Bindemittel gemäß BM-Rezepturbeispiel 3
eingemischt. Diese Mischung aus dem Bindemittel mit losen faserigen
Feststoffen ist bereits nach ca. 1 Minute Energiezufuhr in der Mikrowelle,
bei ca. 600°C
ausgehärtet.
Das so erhaltene und ausgehärtete
Produkt ist federleicht. Zum Erzielen eines optischen Marmoreffektes
kann in das noch nicht ausgehärtete
Gemenge Farbmittel eingerührt
werden.
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Verwendungsbeispiel 3
(knetbare Masse/P-3):
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Eine
Kombination verschiedener Feststoffe, wie 50g Cellulosefasern und
15g Mikrohohlkugeln werden mit 150g des Bindemittels nach BM-Rezepturbeispiel
3 vermengt. Die sich ergebende knetbare Masse fühlt sich sehr angenehm und
trocken an, quillt bei der Wärmebehandlung
in der Mikrowelle etwas auf und kann bereits nach etwa 1 bis 2 Minuten aus
der Mikrowelle entnommen und entformt werden. Die so erhaltenen
Produkte sind weich, aber stabil und fühlen sich etwas kompakter an
als Styropor. Sie sind zudem ggf. über Wochen in flüssigen Medien schwimmfähig.
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Verwendungsbeispiel 4
(Sandkörper/P-4):
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Hergestellt
werden Sandklötzchen
für das Spielen
im Sandkasten. Dazu werden 250 g feiner, nicht imprägnierter
Sand und etwa 20 ml flüssiges Bindemittel,
nach BM-Rezepturbeispiel
3 miteinander vermischt. Das so erhaltene Gemisch wird in Formen
gepresst und unmittelbar danach gestürzt. Die Sandkörper sind
nach ca. 10 bis 20 Minuten berührtrocken.
Sie sind fest, aber nicht ausgehärtet,
sie können
zerbröselt
oder zertreten werden. Kinder können
mit den damit entstandenen Klötzchen
oder sonstigen Körpern
hervorragend Sandburgen oder andere Sandkonstruktionen aufbauen.
Eine Härtung derartiger
Sandkörper
kann ebenfalls mittels Mikrowellenenergie erfolgen, wodurch die
Sandklötzchen stabiler
und formbeständiger
werden.
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Verwendungsbeispiel 5
(Holzkörper/P-5):
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Es
werden 2 Teile Holz-Sägespäne und 5 Teile
des flüssigen
Bindemittels, gemäß BM-Rezepturbeispiel
3 gemischt oder vermengt. Aus der Mischung hergestellte Gebilde
sind nach etwa 2 Minuten Mikrowellenbehandlung bei 600 Watt fest.
Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass bei zu langer und überhöhter Energiezufuhr
ein Glimmen der Sägespäne nicht
ausgeschlossen werden kann.
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Mischungen
aus den Verwendungsbeispielen P-X bis P-5 ergeben vor dem Härten form-
und teilweise knetbare Massen zum Modellieren, Basteln und Dekorieren,
wie diese häufig
im Hobbybereich Verwendung finden. Es können Figuren, sonstige plastische
Darstellungen, Modellkörper,
Schmuckstücke,
Reliefbilder, Aufnahmen und Halterungen für Blumen, Kerzen oder dergleichen
hergestellt werden.
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Verwendung
können
diese formbaren Massen aber auch in den Bereichen Industriedesign
und Kunst finden, um Prototypen, Modelle oder kunstgewerbliche Artikel
oder Gebrauchsgegenstände
aller Art herzustellen.
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Verwendungsbeispiel 6
(Malfarbe/P-6):
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In
diesem Beispiel besitzt die Mischung aus dem Bindemittel mit losen
Feststoffen einen eher pastösen
oder zähflüssigen bis
flüssigen
Charakter und kann als dreidimensionale Malfarbe bezeichnet werden.
Unter dreidimensionaler Malfarbe wird hierbei eine streich- oder
spachtelfähige
oder durch Düsen
oder Röhrchen,
z.B. an einer Plastikflasche, aufbringbare Masse verstanden, die
auf dem Medium aufgrund ihrer Konsistenz und der Feststoffteilchen, die
Schaffung einer aus der Ebene hervorstehende dritte Dimension ermöglicht.
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Es
werden 150g Polyacrylat, einem Bestandteil der BM-Rezepturen 2 und
3, gemischt mit 8g Mikrohohlkugeln und 14g Cellulosefasern, sowie
geringen Mengen Glimmer. Die damit erhaltene Malfarbe kann auf Textilien
oder anderem Untergrund, auf Papier und Oberflächen beliebiger Gegenstände aufgebracht
werden.
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Dieses
flüssige
Gemisch aus Bindemittel und losen Feststoffen lässt sich mittels einer flexiblen Plastikflasche
mit aufgesetzter Dosierspitze kontrolliert auf verschiedene Textilien
oder auf anderen Untergrund auftragen. Nach bereits 3 Minuten Energiezufuhr
eines Mikrowellenofens, bei etwa 600 Watt, ist die Malfarbe fest
mit den Textilien verbunden und lässt sich auch nach mehrmaligem
Tragen nicht auswaschen.
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Es
hat sich gezeigt, dass ausgehärtete
Formen oder Modelle, die nach den vorstehenden Beispielen hergestellt
wurden, nicht in Wasser aufgelöst werden
und damit auch eine hohe Wetterbeständigkeit aufweisen.
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Gemische
des erfindungsgemäßen Bindemittels
mit losen Feststoffen, wie Holz- oder Steinmehl können auch
zu Ausbesserungen und zu Reparaturarbeiten an Hölzern oder Steinen eingesetzt werden.
Hierbei ist es von Vorteil, dass durch Zugabe von Farbstoffen oder
Pigmenten genau der Farbton des zu reparierenden Gegenstandes eingestellt
werden kann. Auch eine gewünschte
Konsistenz des Gemisches kann problemlos durch die Variation des
Gehaltes an Bindemittel eingestellt werden.
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Da
die erfindungsgemäßen Bindemittel
gute Hafteigenschaften aufweisen, eignen sie sich quasi auch als „Kleber".
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Hiermit
können
dann auch Papiere oder Servietten auf noch nicht gehärteten Gegenständen fixiert
werden, oder das Bindemittel alleine kann zur Fixierung derartiger
Materialien auf verschiedensten Oberflächen herangezogen werden.
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Ebenso
können
auf diese Weise getrocknete Blätter,
Blumen oder Gräser
auf nicht gehärteten Oberflächen fixiert
werden und mit dem Bindemittel überzogen
bzw. versiegelt werden. Zum Versiegeln können die Blätter oder Gräser mit
dem Bindemittel, glasklar oder auch in eingefärbter Form, überstrichen werden.
In diesem Fall soll das klare oder eingefärbte Bindemittel eine Acrylfarbe
sein, mit der verschiedenste Objekte bemalt oder überzogen
werden können.
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Die
Festigkeit der ungehärteten
Masse bzw. der Gesamtmischung kann in der Regel durch Wasserzugabe
und innigem Vermischen auf die gewünschte Konsistenz eingestellt
werden.