DE102005007028A1 - Verwendung eines farbigen Granulates zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz-oder silikatgebundenen farbigen Gegenständen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines farbigen Granulats, bestehend aus Trägerkörpern, wie granulierter Keramiksplitt, Al¶2¶O¶3¶-Splitt, Borglas, Schiefersplitt, Glassplitt, Glasgries, Blähton, Blähglas, Perlit, Quartzsand oder Kalkstein, und eine jedes Trägerkorn umgebende Oberflächenschicht, welche ein Bindemittel aus H¶2¶O und einem Alkali- oder Erdalkali-Silikat oder Mischungen davon sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem das beschichtete Granulat verbindendes weiteres Bindemittel zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Boden- und Wandbeschichtungen, Sanitär- und Kücheneinrichtungsgegenständen mit flüssigkeitsresistenten Oberflächen, synthetischen Steinen, Dekorationsartikeln und dergleichen kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenständen.
Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung eines farbigen Granulats zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenständen.
- Für farbige Fußbodenbeschichtungen oder Wandbeschichtungen, aber auch für Küchenspülen, Küchenplatten, Waschbecken und Badewannen werden in jüngster Zeit häufig kunstharz- oder silikatgebundene Werkstoffe verwendet, die mineralische Trägerkörner, wie beispielsweise Quarzsand, und Farbpigmente enthalten, um derartigen Gegenständen außergewöhnliche und/oder gewünschte Farbeffekte zu verleihen.
- Hierfür werden die Trägerkörner üblicherweise mit den Farbpigmenten mittels eines organischen Bindemittels beschichtet beziehungsweise umhüllt. Das auf diese Weise hergestellte farbige Granulat weist keine dauerhaft chemische Verbindung zwischen den Farbpigmenten und den Trägerkörnern auf. Dies führt dazu, dass im Laufe der Zeit auch unter Einwirkung von UV-Strahlen, wie sie im Tageslicht vorkommen, und bei extremen Hitzebeanspruchungen der Oberflächen der daraus hergestellten Gegenstände eine Ablösung der Farbpigmente von den Trägerkörnern stattfindet und somit die Langzeit-Farbechtheit reduziert wird.
- Somit verlieren beispielsweise Küchenplatten, die aus einem weiteren Bindemittel und derartigen Farbpigment-beschichteten Granulat bestehen, bei einem Absetzen eines heißen Kochtopfes auf deren Oberflächen die ursprünglich vorhandene Farbe derart, dass sie an der Stelle, wo der Kochtopf abgestellt wurde, verblassen. Eine derartige Verblassung tritt auch bei einer Kontaktierung der Oberflächen derartiger kunstharz- oder silikatgebundener Gegenstände mit organischen Lösemitteln auf.
- Bei starker Sonneneinstrahlung macht sich bei der Verwendung derartiger Granulate nicht nur eine Farbänderung aufgrund der geringen UV-Stabilität, sondern auch eine Alterung der durch die als Bindemittel verwendeten Harze, wie Polyurethanharz, Epoxidharz oder Polyestherharz, und damit der Kunststoffgegenstände bemerkbar. Dies hat die Bildung von Mikrorissen in den Kunststoffschichten und einen Abbau der Polymere zur Folge, welches wiederum zu einer unerwünschten Farbveränderung führt.
- Somit ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung eines farbigen Granulats zur Reduzierung der Vereinzelung von Farbpigmenten innerhalb kunstharz- und silikatgebundener Gegenstände zur Verfügung zu stellen, durch welche eine erhöhte Langzeitqualität der Gegenstände, insbesondere hinsichtlich der Farbstabilität erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
- Kerngedanke der Erfindung ist die Verwendung eines farbigen Granulats, bestehend aus Trägerkörnern, wie granuliertem Keramiksplitt, Al2O3-Splitt, Borglas, Schiefersplitt, Glassplitt, Glasgries, Blähton, Blähglas, Perlit, Quarzsand oder Kalkstein, und eine jedes Trägerkorn umgebende Oberflächenschicht, welche ein Bindemittel aus H2O und einem Alkali- oder Erdalkali-Silikat oder Mischungen davon sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem das beschichtete Granulat verbindendes weiteres Bindemittel zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenständen oder Beschichtungen. Bei den Gegenständen beziehungsweise Beschichtungen kann es sich um Boden- oder Wandbeschichtungen oder Sanitär- und Kücheneinrichtungsgegenständen, wie Küchenspülen, Küchenplatten, Waschbecken, Duschwannen und Badewannen mit flüssigkeitsresistenten Oberflächen handeln. Zudem ist die Verwendung derartiger Granulate für synthetische Steine, Dekorationsartikel und dergleichen kunstharz- und silikatgebundenen Gegenstände, die farblich in ihrer Oberfläche dauerhaft ausgestaltet werden sollen, denkbar.
- Durch die Verwendung von Alkali- oder Erdalkalisilikaten oder Mischungen davon als Bestandteil für das Bindemittel wird ein Kunstharz- oder silikatgebundener Gegenstand erhal ten, welcher selbst bei einer extremen Heißwasserbehandlung seiner Oberfläche nahezu keine Farbpigmentablösung innerhalb des Gesamtgefüges aufweist. Vielmehr haften die Farbpigmente zusammen mit dem Erdalkali- oder Alkalisilikat an den Oberflächen des Granulats, selbst dann, wenn eine hohe und langandauernde UV-Bestrahlung durch starke Sonneneinstrahlung oder das Einwirken von organischen Lösemitteln an der Gegenstandsoberfläche stattfindet.
- Zudem wird ein im Wesentlichen neutraler pH-Wert, vorzugsweise zwischen 6 und 8, besonders bevorzugt zwischen 7 und 8, in wässriger Suspension für Teile derartiger kunstharz- oder silikatgebundener Gegenstände erreicht, wodurch unerwünschte Reaktionen innerhalb des das erste und das zweite Bindemittel umfassenden Gegenstandes vermieden werden können.
- Als Alkali- oder Erdalkalalisilikate werden Lithium-, Magnesium- oder Natriumsilikate oder Mischungen daraus ausgewählt. Diese Alkali- oder Erdalkalisilikate weisen zur Bildung von Wassergläsern besonders hohe und dauerhafte Bindungskräfte für die Verbindung der Farbpigmente mit den Trägerkörneroberflächen auf.
- Als weiteres beziehungsweise zweites Bindemittel wird ein wässriges und/oder lösemittelbasiertes Epoxidharz, Acrylatharz, Polyesterharz, Polyurethanharz, Latexbindemittel, Methylcellulose, Alkydharz, Aminoharz oder Siliconharz verwendet. Es können auch Dispersionen mit Reinacrylat, Styrolacrylat, Vinylacetet-Copolymer, Polyurethan und Polyurethan-Acrylat sowie UV-härtende Polymere verwendet werden.
- Die Kombination dieser Bindemittel mit dem Granulat, welches sich aus den losen Trägerkörnern mit Oberflächenschichten bestehend aus dem ersten Bindemittel und den Farbpigmenten, zusammensetzt, führt zu einer lang andauernden Lager- und Temperaturstabilität und einer hohen Abriebfestigkeit der Farbpigmente innerhalb derartiger Gegenstände.
- Als zweites Bindemittel können jede Art von wässrigen oder lösemittelbasierten, polymerhaltigen, thermoplastischen oder duroplastischen Bindemittel verwendet werden.
- Als weiteres Bindemittel kann auch ein anorganisches Bindemittel, nämlich zementöse oder/und wasserglasartige Bindemittel oder Mischungen davon verwendet werden.
- Vorzugsweise liegen die mit Farbpigmenten und Bindemittel beschichteten Granulate vor deren Zugabe zu den weiteren beziehungsweise zweiten Bindemittel zur Bildung des kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenstandes lose vor. Dies hat eine materialsparende und flächendeckende Oberflächenbeschichtung der einzelnen Trägerkörner zur Folge.
- Es kann mindestens ein Additiv zu dem ersten Bindemittel hinzugefügt werden, welches eine Aluminium-, Phosphor-, Kalzium-, Zink-, Titan- und Schwefel- oder Stickstoff-Verbindung oder eine Mischung davon, wie beispielsweise Oxide, Hydroxide und Silikate dieser Elemente, ist. Dies führt zu einer stabilisierenden Wirkung für das Wasserglas darstellende Bindemittel, wobei alternativ dazu ein Borsäurezusatz durch Vermischen von Borsäure mit beispielsweise Natronlauge zu einer Natronlauge-Borsäure-Lösung unter Vermischen der Natronlauge-Borsäure-Lösung mit einer Natrium-Silikat-Lösung zu einer Lösung aus Na2O, SlO2 und B2O3 verwendet werden kann. Bei Verwendung eines derart Borsäure-stabilisierten Natrium-Wasserglases wird ein Lösungsverhältnis von 1 : 1,0 : 0,44 bis 1 : 2,45 : 0,44, vorzugsweise von 1 : 1,0 : 0,44 bis 1 : 2,1 : 0,44 angewendet.
- Ein eventuell stattfindender Brennvorgang zur Verfestigung des Gesamtgemisches findet in einem Temperaturbereich von 200–900°C, vorzugsweise bei 300–450°C, bevorzugt innerhalb eines Drehrohrofens statt.
- Alternativ kann bevorzugt in einem Temperaturbereich von 450–550°C gebrannt werden. Dies führt bei einer Indirekterwärmung zu einer schonenden Wärmebehandlung der Farbpigmente, welches in kräftigeren Farbtönen und bei Einsatz von Metalloxydpigmenten als Farbpigmente zu erhöhter Farbstabilität gegenüber Temperaturschwankungen, denen der Gegenstand ausgesetzt ist, resultiert.
- Nachfolgend werden anhand von durchgeführten Versuchsreihen die erreichbaren Qualitätsverbesserungen bei der erfindungsgemäßen Verwendung von den farbigen Granulaten gegenüber einer Verwendung herkömmlicher Granulate dargestellt.
- 1. Versuch
- Um die Eignung eines farbigen Granulats für die Reduzierung der Ablösung von Farbpigmenten innerhalb epoxid-, polyurethan- und acrylharzgebundener, wässriger oder lösemittelhaltiger Wand- und Fußbodenbeschichtungen zu prüfen und darzustellen, wird die Abriebfestigkeit der verwendeten Farbpigmente während einer mechanischen Mischung des farbigen Granulats mit dem jeweiligen weiteren Bindemittel beobachtet.
- Hierfür werden 400 g an farbigem Granulat mit 300 g an weißem Marmorsplitt und 300 g an Epoxidharzbindemittel versetzt. Anschließend wird über einen Zeitraum von drei Minuten hinweg bei 300 upm (Umdrehungen pro Minute) eine Vermischung dieser Substanzen durchgeführt. Nun findet eine Beurteilung der Farbveränderung des weißen Marmorsplitts statt.
- Es hat sich herausgestellt, dass bei der erfindungsgemäßen Verwendung von schwarzen, ziegelroten, blauen, grünen und orangenen Farbpigmenten der farbigen Granulate eine nur geringfügige Einfärbung des weißen Marmorsplitts stattfindet, wohingegen bei der herkömmlichen Verwendung von farbigen Granulaten, die wie bisher Oberflächenbeschichtungen ohne Erdalkali- oder Alkalisilikate aufweisen, eine starke Farbveränderung bei blauen oder grünen Farbpigmenten stattfindet.
- 2. Versuch
- Zur Bestimmung einer Lager- und Temperaturstabilität hinsichtlich der Farbveränderung einer Mischung aus farbigem Granulat und Epoxidharz wird die Verwendung des farbigen Granulats in einer epoxid-, polyurethan- und acrylharzgebundener wässriger oder lösemittelhaltiger Wand- und Fußbodenbeschichtung geprüft. Hierfür wird der Einfluss einer längeren Lagerzeit unter erhöhter Temperatur auf die Farbechtheit beziehungsweise Farbveränderung eines Gegenstandes bestehend aus einer Mischung des farbigen Granulats und des weiteren Bindemittels beobachtet.
- Die im ersten Versuch beschriebene Mischung wird auf ein Trägermaterial aufgebracht und aushärten gelassen. Eine weitere identische Mischung wird in einem Gefäß fest verschlossen und bei einer Temperatur von 40°C über einen Zeitraum von mindestens 14 Tagen bis hin zu sechs Wochen und mehr temperiert. Nach dieser Wärmebehandlung wird diese Mischung ebenso auf einem Träger aufgebracht.
- Nach stattgefundenem Aushärten der Mischung auf dem Trägermaterial werden die Farben der beiden so erhaltenen Muster, nämlich des auf der Wärmebehandlung basierenden Musters und des Musters ohne Wärmebehandlung miteinander verglichen. Hierbei stellte sich heraus, dass insbesondere bei schwarzen, ziegelroten, blauen, grünen und orangenen farbigen Granulaten gemäß erfindungsgemäßen Verwendung selbst nach einer Lagerung von zwei oder auch sechs Wochen und daran anschließender Aushärtung die gleiche Farbe vorhanden ist, wie bei der ausgehärteten wärmunbehandelten Mischung.
- Bei der Verwendung von herkömmlichen farbigen Granulaten gemäß dem Stand der Technik hingegen wird insbesondere bei schwarzen, blauen und grünen Farbpigmentanwendungen eine unerwünschte Abweichung in der Oberflächenfarbe der ausgehärteten Muster gegenüber dem wärmeunbehandelten Muster festgestellt.
- 3. Versuch
- Für die Durchführung eines Heiß-Kalt-Wassertestes wird ein normiertes Testverfahren für Verbundwerkstoffe, nämlich in diesem Fall für Küchenspülen, angewendet. Hierdurch ist feststellbar, inwieweit sich ein kunstharzgebundener oder silikatgebundener Gegenstand beziehungsweise eine Beschichtung, die sich aus einem Harz wie Acrylat- oder Polyesterharz, und einem Füllstoff wie das farbige Granulat zusammensetzt, bei einer intensiven Heiß-Kalt-Wechselbeanspruchung farblich verändert. Hierdurch soll die ständig sich wechselnde Beanspruchung von Küchenspülen simuliert und eine Aussage zur Qualität von farbigen Granulaten in einer Harzmatrix ermöglicht werden.
- Ein Abschnitt einer acrylat- oder polyestergebundenen und granulathaltigen Küchenspüle wird einem definierten Wasserstrahl ausgesetzt. Dieser Wasserstrahl benetzt die Küchenspüle in vorbestimmten Zyklen. Ein Zyklus besteht aus insgesamt vier Phasen, nämlich:
- 1. 90 Sekunden Wasserzuführung mit 90°C;
- 2. 30 Sekunden Pause;
- 3. 90 Sekunden Wasserzuführung mit 15°C; und
- 4. 30 Sekunden Pause.
- Eine derartige Prüfung besteht beispielsweise aus 1000 Zyklen. Nach Ablauf dieser Zyklen wird die Farbveränderung ΔE der Küchenspüle durch einen Vergleich der vor und nach der Prüfung bestehenden Farben gemessen.
- Als Ergebnis dieser Messung ergab sich, dass bei der Verwendunq von schwarzen Farbpigmenten in Kombination mit den herkömmlichen farbigen Granulaten mit zwei unterschiedlichen Körnungen und in Kombination mit einer Acrylatmatrix als zweitem Bindemittel eine starke Farbabweichung von ΔE = 10 gegenüber der ursprünglichen Farbe festgestellt wird. Bei Verwendung des Alkali- oder Erdalkalisilikats enthaltenden Granulats in Kombination mit einer Acrylatmatrix hingegen findet eine deutlich niedrigere Farbabweichung von ΔE = 5 statt.
- Bei der Testfarbe Blau für die Farbpigmente wird wiederum bei Vorliegen von zwei unterschiedlichen Körnungen bei herkömmlichen farbigen Granulaten eine Farbabweichung von ΔE = 15 gemessen, wohingegen bei dem farbigen Granulat mit Alkali- oder Erdalkalisilikat in Verbindung mit einer Acrylatmatrix eine deutlich niedrigere Farbabweichung von ΔE = 5 festgestellt wird.
- Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Claims (9)
- Verwendung eines farbigen Granulats bestehend aus – Trägerkörnern, wie granuliertem Keramiksplitt, Al2O3-Splitt, Borglas, Schiefersplitt, Glassplitt, Glasgries, Blähton, Blähglas, Perlit, Quarzsand oder Kalkstein, und – eine jedes Trägerkorn umgebende Oberflächenschicht, welche ein Bindemittel aus H2O und einem Alkali- oder Erdalkali-Silikat oder Mischungen davon sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem das beschichtete Granulat verbindendes weiteres Bindemittel zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Boden- und Wandbeschichtungen, Sanitär- und Kücheneinrichtungsgegenständen mit flüssigkeitsresistenten Oberflächen, synthetischen Steinen, Dekorationsartikeln und dergleichen kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenständen.
- Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in wässriger Umgebung auf einen im Wesentlichen neutralen pH-Wert eingestellt wird.
- Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Bindemittel wässrige oder lösemittelbasierte, polymerhaltige, thermoplastische oder duroplastische Bindemittel, nämlich Epoxidharz, Acrylatharz, Polyesterharz, Polyurethanharz, Latexbindemittel, Methylcellulose, Alkydharz, Aminoharz und/oder Siliconharz verwendet wird.
- Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Bindemittel Dispersionen, die Reinacrylat, Styrolacrylat, Vinylacetet-Copolymer, Polyurethan und/oder Polyurethan-Acrylat enthalten, verwendet werden.
- Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass als weiteres Bindemittel UV-härtende Polymere verwendet werden.
- Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass als Bindemittel anorganische Bindemittel, nämlich zementöse und/oder wasserglashaltige Bindemittel oder Mischungen davon verwendet werden.
- Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkali- oder Erdalkalisilikat Kalium-, Magnesium-, Lithium- oder Natrium-Silikat oder eine Mischung daraus verwendet werden.
- Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Granulat vor Zugabe des weiteren Bindemittels lose vorliegt.
- Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Additiv zu dem ein Wasserglas darstellenden Bindemittel hinzu gegeben wird, wobei das Additiv eine Aluminium-, Phosphor-, Kalzium-, Bor-, Schwefel-, Titan-, Zink- oder Stickstoff-Verbindung oder eine Mischung davon ist.
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