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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein farbiges, mineralisches Material, sowie auf eine Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Quarzsand stellt ein natürlich vorkommendes Mineral dar, welches insbesondere in Kornform vorhanden ist. Derartiger Sand oder allgemein Mineralien werden mit ihrer natürlichen Farbgebung oder in gefärbtem Zustand (Farbsand) als Dekorationsmaterial oder zur Beschichtung von Oberflächen, wie z. B. von Dekorationsmaterialien, Tapeten oder Wänden, eingesetzt. Die Färbung des Farbsandes oder Koloritquarzes wird erreicht, indem Sand mit Farbpigmenten und Bindemittel vermischt wird. Unter Zugabe der geeigneten Bindemittel wird versucht, eine dauerhafte Färbung des Sandes zu erreichen. Als Bindemittel wird eine Vielzahl an Kombinationen verschiedener Kunststoffe und Kunstharze verwendet, wobei stets berücksichtigt werden muss, dass alle Komponenten miteinander harmonieren, d. h. dass keine unerwünschten Reaktionen oder Entmischungen während der Herstellung oder Weiterverarbeitung bzw. späteren Nutzung auftreten.
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In der
DE 2023685 wird ein gefärbter Kies oder Sand beschrieben, bei dem die Farbpigmente mittels eines Bindemittels an demselben anhaften. Hierbei kommen schnell trocknende Kunstharzsysteme, wie z. B. Epoxid oder Polyurethan, als Bindemittel zum Einsatz. Mittels dieser schnell trocknenden Kunstharzsysteme wird unter Zugabe von Pigmenten eine Farbpaste hergestellt. Diese Farbpaste wird unter Zugabe von Lösungsmittel oder gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen mit dem zu färbenden Kies oder Sand vermischt. Die Mischung der Komponenten erfolgt solange bis die Beschichtung des Kieses oder Sandes durch die Farbpaste vollständig getrocknet ist, um zu vermeiden, dass eine klebrige Masse entsteht. Hierbei werden eventuelle Lösungsmitteldämpfe während des Herstellungsprozesses abgesaugt.
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Laut der
DE 10 14 64 08 B4 werden die Komponenten Quarzsand, Zement, Farbpigmente, Zusatzmittel und Wasser ebenfalls einem Mischer zugeführt. Die vermischten Komponenten werden verdichtet, ausgehärtet und nach Korngröße gesiebt, um das sogenannte gefärbte Quarzkorn zu erhalten. Bei diesem Herstellungsverfahren ist die Färbung des Sandes ebenfalls abhängig von den Wechselwirkungen aller Komponenten. Eine dauerhafte Stabilität der Färbung ist nicht gegeben, da keine stabile Bindung der Farbpigmente an die Sandkörner erfolgt.
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Die
DE 10 2005 007 028 B4 beschreibt bestimmte Bindemittel, die bei der Vermischung eines Granulats, wie beispielsweise eines Sandes, mit Pigmenten zu einer erhöhten Abriebfestigkeit und UV-Stabilität der Färbung führt. Auch bei dieser Vermischung bzw. Färbung erfolgt keine direkte Anbindung des Farbstoffs an den Sand, sondern nur eine Beschichtung der Sandkörner.
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Alle beschriebenen Verfahren zur Färbung von Sand basieren auf einer Einbettung der Trägerkörner und Farbpigmente in Bindemitteln, wie z. B. in polymerischen Bindemitteln, bzw. auf einer physikalischen Adhäsion der Farbpigmente auf der Kornoberfläche durch Bindemittel. Daher hängt die Langzeitstabilität der Verbindung zwischen dem Trägerkorn und dem Farbstoff sehr stark von der geeigneten Kombination der verwendeten Komponenten ab, d. h. von den Eigenschaften der eingesetzten Bindemittel sowie von weiteren Zusatzstoffen, die ggf. bei der Weiterverarbeitung zugegeben werden. Bei einer falschen Kombination können z. B. Nebenreaktionen oder Entmischungen oder Verklumpungen auftreten. Auch wenn eine geeignete Kombination der Komponenten gewählt wird, kommt es häufig zu Zersetzungen von polymerischen Bindemitteln, was eine Veränderung der Färbung des Sandes nach sich zieht. Insofern kann keine echte mechanische und chemische Stabilität sowie keine UV-Stabilität mit den beschriebenen Herstellungsverfahren sichergestellt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zuverlässig gefärbtes, mineralisches Material zu schaffen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein farbiges, mineralisches Material gemäß Anspruch 1, die Verwendung eines Farbstoffs gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren zur Herstellung eines farbigen, mineralischen Materials gemäß Anspruch 11 gelöst.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein farbiges, mineralisches Material, bei dem ein Farbstoff, z. B. ein absorbierender oder fluoreszierender Farbstoff, mittels einer chemischen Bindung, wie beispielsweise einer kovalenten Bindung, direkt an ein Mineral angebunden ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass eine einheitliche, stabile Färbung von Mineralien, wie beispielsweise Quarzsand, erfolgen kann, indem ein Farbstoff oder ein Absorptions- und Fluoreszenzfarbstoff mittels einer chemischen Bindung direkt an das Mineral bzw. den Quarzsand oder ein Sandkorn angebunden ist. Durch eine derartige stabile, chemische Bindung des Farbstoffs an Mineralien wird eine chemische und mechanische Stabilität sowie eine UV-Stabilität der Färbung erreicht, die nicht von Eigenschaften weiterer Zusatzstoffe oder Bindemittel abhängig ist. Dadurch dass die Färbung ohne Bindemittel erfolgt, muss bei der weiteren Verarbeitung des farbigen, mineralischen Materials nicht auf die Harmonisierung bzw. die Verträglichkeit unterschiedlicher Komponenten geachtet werden. Dies bietet den Vorteil, dass bei der weiteren Verarbeitung des farbigen, mineralischen Materials kein speziell abgestimmtes Bindemittel eingesetzt werden muss.
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Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann eine funktionelle Gruppe des Farbstoffs dazu ausgebildet sein, um mit einer OH-Gruppe des Minerals die chemische Bindung einzugehen. Derartige chemische Bindungen, gebildet durch funktionelle Gruppen, können beispielsweise kovalente Bindungen in Form einer Etherbindung, Esterbindung oder Amidbindung sein. All diese Bindungen bieten den Vorteil, eine stabile schwer lösliche Kopplung des Farbstoffs an das Mineral zu gewährleisten.
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Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung eines farbigen, mineralischen Materials mit dem Schritt des Anbindens des Farbstoffs an das Mineral mittels der chemischen Bindung. Dieser Schritt kann beispielsweise durch Veresterung erfolgen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Anbindung bzw. Veresterung bei Raumtemperatur erfolgen kann.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Suspension zur Beschichtung einer Oberfläche, die das farbige, mineralische Material und ein geeignetes Bindemittel aufweist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass nahezu jedes Bindemittel mit dem gefärbten mineralischen Material verträglich ist und so das Bindemittel nur in Abhängigkeit von dem Untergrund, auf welchen das farbige, mineralische Material aufgebracht werden soll, ausgewählt werden kann. Mittels dieser Suspension können beispielsweise Oberflächen wie Wände oder Tapeten beschichtet werden. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen schafft die vorliegende Erfindung deshalb einen Träger, der mit einem farbigen, mineralischen Material beschichtet ist.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Minerals in Form eines Sandkorns mit einem angebundenen Farbstoff entsprechend einem Ausführungsbeispiel;
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2 schematisch den Schritt des Anbindens eines Farbstoffs an ein Mineral entsprechend einem Ausführungsbeispiel; und
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3 eine schematische Darstellung einer Suspension zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem farbigen, mineralischen Material entsprechend einem Ausführungsbeispiel.
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Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung der mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elemente und Strukturen untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
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1 zeigt ein farbiges, mineralisches Material 10, bei dem ein Mineral 12 als Trägerkorn fungiert. An das Mineral 12 ist ein Farbstoff 14 mittels einer chemischen Bindung 16, z. B. einer kovalenten Bindung, direkt angebunden. Das Mineral 12 kann beispielsweise ein Sand oder ein Quarzsand in Kornform sein, welches mittels des Farbstoffs 14, z. B. einem fluoreszierenden Farbstoff, gefärbt werden soll. Dadurch, dass die Färbung mittels der chemischen Bindung 16 erfolgt, wird eine stabile, dauerhafte Farbgebung des farbigen, mineralischen Materials 10 sichergestellt. Mögliche Anwendungsgebiete sind z. B. Dekorationsmaterialien, Oberflächen von Wänden oder Tapeten.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die chemische Bindung 16 eine kovalente Bindung 16. Die kovalente Bindung 16, welche auch Atombindung genannt wird, stellt eine starke Bindung zwischen dem Farbstoff 14 und dem Mineral 12 dar, die die Grundlage für die Langzeitstabilität des farbigen, mineralischen Materials 10 bildet. Alternativ ist es möglich, dass der Farbstoff 14 eine Etherbindung, Esterbindung (auch Esterbrücke genannt) oder Amidbindung mit dem Mineral 12 ausbildet.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das farbige, mineralische Material 10 einen fluoreszierenden Farbstoff als Farbstoff 14 aufweisen, so dass dieses in dunklen Räumen, z. B. Diskotheken, verwendet werden kann, um, z. B. unter Zuhilfenahme von Schwarzlicht, Fluoreszenzeffekte zu erzeugen.
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2 illustriert das Verfahren zur Herstellung des farbigen, mineralischen Materials 10. Das Verfahren umfasst den Schritt des Anbindens des Farbstoffs 14 an das Mineral 12 mittels der chemischen Bindung 16.
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Der Farbstoff 14 kann beispielsweise ein Rhodaminderivat, Fluoresceinderivat, Napthalimidderivat oder ein anderer, ggf. fluoreszierender oder absorbierender Farbstoff sein, der ausgebildet ist, mit dem Mineral 12 die chemische Bindung 16 einzugehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Farbstoff 14 eine funktionelle Gruppe 16a auf, die ausgebildet ist, um chemisch mit dem Mineral 12 zu binden. Hierbei bindet beispielsweise die funktionelle Gruppe 16a an eine OH-Gruppe des Minerals 12 an. Hierbei wird ein Wasserstoffatom (H) der OH-Gruppe abgespalten, so dass der funktionalisierte Farbstoff 14 mit seiner funktionellen Gruppe 16a an ein Sauerstoffatom (O) ankoppeln kann. Dieser Prozess wird auch Veresterung genannt, bei der beispielsweise ein Alkohol mit einer Säure zu einem Ester reagiert. Die Veresterung stellt eine Gleichgewichtsreaktion dar und erfolgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei Raumtemperatur, d. h. im Bereich von 16°C bis 25°C
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Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die chemische Bindung 16 auch mittels anderen chemischen Reaktionen hergestellt werden, bei denen beispielsweise eine Etherbindung gebildet wird. Ein Beispiel für einen funktionalisierten Farbstoff 14, der bei der chemischen Reaktion mit einem Mineral 12 eine Etherbindung über Siane ausbildet, ist ein Silyderivat, welches ausgebildet ist, um mit seiner funktionellen Gruppe 16a stabil an eine reaktive Gruppe des Minerals 12 anzubinden. Hierbei wird bereits bei Raumtemperatur eine stabile, chemische Bindung 16 zwischen dem Farbstoff 14 und der Oberfläche des Minerals 12 ausgebildet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Suspension 18 zur Beschichtung einer Oberfläche. Die Suspension 18 weist das farbige, mineralische Material 10 sowie ein Bindemittel 20 auf. Hierbei ist eine Vielzahl von Sandkörnern, welche das farbige, mineralische Material 10 aufweisen, mit dem Bindemittel 20 vermengt.
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Das Bindemittel 20, welches beispielsweise eine Polymerbasis aufweist, wird in Abhängigkeit von dem zu beschichtenden Untergrund gewählt. Es wird angemerkt, dass aufgrund der stabilen, chemischen Bindung des Minerals und des Farbstoffs das Bindemittel 20 praktisch unabhängig von dem farbigen, mineralischen Material 10 gewählt werden kann.
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Nach der Beschichtung trocknet das Bindemittel 20, beispielsweise unter Ausdampfung von Lösungsmitteln, und schließt so das farbige, mineralische Material 10 ein bzw. stellt eine adhärente Verbindung zwischen demselben und der zu beschichtenden Oberfläche her. Diese Suspension 18 kann beispielsweise direkt auf eine Wand oder Tapete aufgesprüht oder aufgedruckt werden. Hierdurch wird einerseits die Oberfläche gefärbt und andererseits die Oberflächenstruktur festgelegt. Das Beschichten mit den farbigen mineralischen Material 10 von Oberflächen kann beispielsweise in verschiedenen Muster erfolgen oder verschiedene farbige, mineralische Materialien 10 mit unterschiedlichen Farbstoffen 14 aufweisen. Indem zwei (verschieden-)farbige, mineralische Materialien 10 nebeneinander auf eine Oberfläche aufgebracht werden, können verschiedene Farbeffekte bzw. Fluoreszenzeffekte erzeugt werden.
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Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist ein Träger bzw. ein flexibler Träger direkt mit dem farbigen, mineralischen Material 10 beschichtet. Der Träger kann beispielsweise eine Papierform aufweisen und so eine beschichtete Tapete darstellen. Die Verbindung zwischen dem farbigen, mineralischen Material 10 und dem Träger kann beispielsweise mittels des oben beschriebenen Bindemittels 20 oder unter Zuhilfenahme der Suspension 18 erfolgen.
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Bezug nehmend auf 1 bezieht sich ein weiteres Ausführungsbeispiel auf die Verwendung des Farbstoffs 14, wie beispielsweise eines fluoreszierenden Farbstoffs, zur Färbung des Minerals 12, wobei der der Farbstoff 14 mittels der chemischen Bindung 16 an das Mineral 12 anbindbar ist und/oder die oben beschrieben Aspekte aufweist.
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Bezug nehmend auf 1 wird angemerkt, dass der Farbstoff 14 bevorzugt eine Vielzahl von Farbstoffmolekühlen aufweist, die in vereinzelter Form an das Mineral 12 direkt angebunden sind.
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Bezug nehmend auf 2 wird angemerkt, dass der Farbstoff 14 auch andere funktionelle Gruppen aufweisen kann, um so an andere Mineralien oder an weitere funktionelle Gruppen, z. B. an eine Aminogruppe, von anderen Mineralien stabil anzubinden. Hierbei ist es auch möglich, dass in einem ersten Syntheseschritt die OH-Gruppe des Minerals 12 in eine andere funktionelle Gruppe, z. B. in eine Aminogruppe, umgewandelt wird und im Anschluss der Farbstoff 14 mit dieser neuen funktionellen Gruppe kovalent verknüpft wird.
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Auch wenn bei den obigen Ausführungsbeispielen das Mineral als Quarzsand oder Sand mit einer Kornform beschrieben ist, wird darauf hingewiesen, dass das Mineral alternativ auch ein Gestein (z. B. Stein oder Block) oder anderes Schüttgut (z. B. Kies) sein kann, welches in einer anderen Form vorliegt und/oder eine andere Korngröße aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2023685 [0003]
- DE 10146408 B4 [0004]
- DE 102005007028 B4 [0005]
