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Die
Erfindung betrifft die Verwendung eines farbigen Granulats zur Reduzierung
einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen
Gegenständen.
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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.
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Hierfür werden
die Trägerkörner üblicherweise
mit den Farbpigmenten mittels eines organischen Bindemitttels 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.
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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.
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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.
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EP 0 361 101 B2 zeigt
ein Bauteil, insbesondere Einbau-Spüle sowie Verfahren zu seiner
Herstellung, in dem unter anderem Farbsand verwendet wird, der als
Alkalisilikat in Form eines Bindemittels Natriumsilikat verwendet.
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DE 199 44 593 A1 zeigt
ein Bauelement zum Belegen von Flächen, welches wenigstens teilweise aus
einem mit einem Reaktionsharz gebundenen, eingefärbten Quarz oder einer Mischung
aus einem solchen Coloritquarz mit ungefärbtem Naturgestein hergestellt
ist, wobei der Coloritquarz und gegebenenfalls das Naturgestein
eine Korngröße von 0,1 mm
bis 8 mm aufweist. Das Coloritquarz weist Pigmentfarbstoffe in Form
von Farbmitteln auf.
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DE 101 46 408 A1 zeigt
ein Quarz-Farbkorn und ein Verfahren zur Herstellung eines Quarz-Farbkorns, mit dem
eine kostengünstige
Herstellung ermöglicht
wird und eine hohe Vielfalt und Reproduzierbarkeit der Farbeigenschaften
erreicht wird. Das Quarz-Farbkorn enthält transparenten Quarz, Zement
und Zusätze
aus Farbpigmenten, wobei Transparentsand, Quarzsplitt, Zement, Farbpigmente
und Betonzusatzmittel in einem Mischer mit Wasser so versetzt werden,
dass eine Ausbildung von Formkörpern
mittels Verdichtung erfolgt.
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DE 103 35 427 B3 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung einer Farbsandzusammensetzung und deren
Zusammensetzung, bei der Natronwasserglas als Bindemittel und Silikat
verwendet wird.
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Somit
ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung eines farbigen Granulats
zur Reduzierung der Vereinzelung von Farbpigmenten innerhalb kunstharz-
und silikatgebundener Ge genstände
zur Verfügung
zu stellen, durch welche eine erhöhte Langzeitqualität der Gegenstände, insbesondere
hinsichtlich der Farbstabilität
erreicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
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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
Magnesium-Silikat sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem
das beschichtete Granulat verbindenden weiteren 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 Kücheneinrichtungsgegenstände, 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 silikatgebundene Gegenstände, die
farblich in ihrer Oberfläche
dauerhaft ausgestaltet werden sollen, denkbar.
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Durch
die Verwendung von Magnesium-Silikaten 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 Magnesium-Silikat
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.
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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.
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Die
Magnesium-Silikat weisen zur Bildung von Wassergläsern besonders
hohe und dauerhafte Bindungskräfte
für die
Verbindung der Farbpigmente mit den Trägerkörneroberflächen auf.
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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.
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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.
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Als
zweites Bindemittel können
jede Art von wässrigen
oder lösemittelbasierten,
polymerhaltigen, thermoplastischen oder duroplastischen Bindemittel verwendet
werden.
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Als
weiteres Bindemittel kann auch ein anorganisches Bindemittel, nämlich zementöse oder/und wasserglasartige
Bindemittel oder Mischungen davon verwendet werden.
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Vorzugsweise
liegen die mit Farbpigmenten und Bindemittel beschichteten Granulate
vor deren Zugabe zu den weiteren beziehungsweise zweiten Bindemitteln
zur Bildung des kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenstandes lose
vor. Dies hat eine materialsparende und flächendeckende Oberflächenbeschichtung
der einzelnen Trägerkörner zur Folge.
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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 ein 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 Silikat-Lösung
verwendet werden kann. Bei Verwendung eines derart Borsäure-stabilisierten
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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
werden anhand von durchgeführten
Versuchsreihen die erreichbaren Qualitätsverbesserungen bei der erfindungsgemäßen Verwendung
der farbigen Granulate gegenüber
einer Verwendung herkömmlicher
Granulate dargestellt.
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1. Versuch
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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.
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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.
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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 Magnesium-Silikate
aufweisen, eine starke Farbveränderung
bei blauen oder grünen Farbpigmenten
stattfindet.
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2. Versuch
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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.
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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.
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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.
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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 gegen über
dem wärmeunbehandelten
Muster festgestellt.
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3. Versuch
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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.
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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.
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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.
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Als
Ergebnis dieser Messung ergab sich, dass bei der Verwendung 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 yon ΔE = 10 gegenüber der
ursprünglichen
Farbe festgestellt wird. Bei Verwendung des Magnesium-Silikat enthaltenden
Granulats in Kombination mit einer Acrylatmatrix hingegen findet
eine deutlich niedrigere Farbabweichung von ΔE = 5 statt.
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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 Magnesium-Silikat in Verbindung mit
einer Acrylatmatrix eine deutlich niedrigere Farbabweichung von ΔE = 5 festgestellt
wird.