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– Technisches Gebiet.
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Dekorative Flächenelemente sowie Komponenten für Wände, Decken, Böden, für Gebrauchs- und Verpackungsgüter enthalten neben einer einfarbigen, unpigmentierten oder ungefärbten Matrix auch cellulosehaltige Strukturgeber, welche farblich und/oder strukturell zur Matrix kontrastieren können.
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– Bekannter Stand der Technik
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Abriebbeständige, kratzfeste und elastische Farbbeschichtungen auf kleinteiligen Substraten sind im allgemeinen nur durch aufwendige Verfahren, wie etwa Strahlenhärtung zu erreichen. Es kommen hierfür nur hochelastische, rissüberbrückende und auch schlagzähe Bindemittel in Frage, die im Allgemeinen nicht als Gießharz mit 100% Feststoff verfügbar sind, sondern mittels Lösemittel appliziert werden müssen. Für eine farbliche Gestaltung von Linoleum stehen derzeit keine farbigen cellulosehaltigen kleinteiligen abfärb- und abriebfesten Partikel zur Verfügung, die wirtschaftlich lösemittelfrei in großer Tonnage gefertigt werden können; lackierte Holzpartikel aus dem Modellbau sind für die Anwendung zu teuer.
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WO 2006/117 342 A1 von BASF AG beschreibt die Verwendung fester Pigmentzubereitungen zur Einfärbung von Cellulose-Polymer-Verbundwerkstoffen. Die Pigmentzubereitung umfasst Pigmente sowie 10–70% eines oberflächenaktives wasserlöslichen Additivs, das allerdings nicht ausreichend reaktiv ist, um duroplastische Filme auf cellulosischen Oberfläche zu generieren. Das Produkt ist deshalb für abfärbefreie Linoleum-Formulierung im Banburry Kneter ungeeignet, nur für durchgefärbte thermoplastische Verbundwerkstoffe, die mittels Heiz-Kühl-Mischer und Co-Extrusion hergestellt werden. Die Pigmente liegen in Form von Feinpartikeln 0,1–3 μm vor und liefern eine Durchfärbung des Artikels. Die Pigmente sind nicht in Gegenwart von bevorzugt 0,5–15% Bindemittel abriebfest auf kleinteilige cellulosische Substrate fixiert. Es kommen keine polyfunktionellen zweikomponentigen Epoxidharze zum Einsatz, dagegen Carbonsäureamid-Ester. Die hierfür eingesetzten Fettamine haben vorzugsweise 14 bis 20 C-Atome und sind als Härter für aliphatische Epoxidharze aufgrund ihrer Reaktionsträgheit ungeeignet. Das reaktivere Anilin wiederum kann aufgrund der Gefahrstoff-Einstufung in dem Naturprodukt Linoleum nicht zum Einsatz kommen. Die genannten Bindemittel liefern keine duroplastisch-elastischen Coatings, welche im Banbury Kneter ausreichend abriebfest sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 102 25 979 A1 von Eckart GmbH beschreibt ein Beschichtungsmittel, dessen Verwendung sowie Eigenschaften der beschichtete Substratoberfläche. Die Beschichtung von cellulosehaltigen Substratoberflächen mit plättchenförmigen Pigmenten erfolgt in Gegenwart von Haftvermittlern und Bindemittel, als bewitterungsstabile, korrosionsbeständige und UV-Licht absorbierende durchfärbende Holzbeschichtung mit Schichtdicke um 30–45 μm. Das Bindemittel ist eine lufttrocknende Holzlasur mit Haftvermittler, kein Epoxidreaktivharz. Diese Lasuren sind aufgrund von Abfärbung z. B. für den erfindungsgemäßen mehrfach kolorierten Linoleumboden (mit DekoreinstreuOptik) ungeeignet.
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EP 0 113 150 B1 von Akzo beschreibt oxidativ lufttrocknendes Beschichtungsmaterial auf Basis von Alkydharz für Coating; das Beschichtungsmittel enthält wahlweise sehr feinteilige Pigmente wie Eisenoxid mit Partikelgröße unter 1 μm, welche eine Durchfärbung auf dem flächigen Substrat liefern.
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Alkydharze (wie zum Beispiel Acrodur Marken von BASF) und insbesondere lufttrocknende kurz- und langkettige Alkyde sind aufgrund von Abfärbung z. B. für den erfindungsgemäßen mehrfach kolorierten Linoleumboden (mit DekoreinstreuOptik) ungeeignet.
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EP 1 879 945 B1 von BASF beschreibt feste Pigmentzubereitungen zur Einfärbung von Cellulose-Polymer-Verbundwerkstoffen und WPC. Es kommt unter anderem ein oberflächenaktives Tensid zum Einsatz, das die Durchfärbung verbessert. Die genannten Bindemittel liefern keine duroplastisch-elastischen Coatings, welche im Banbury Kneter ausreichend abriebfest sind.
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Für Modellbau werden in Europa zum Beispiel staubarme Holzmehle der Körnung bis 2 mm mittels Batch-Mischern (Ansatzgröße unter 100 kg, meist unter 25 kg) mit Farbmittel eingefärbt; das Farbmittel ist ein Farblack, ein Lebensmittelfarbstoff oder eine schwermetallfreie Pigment-Formulierung. Die Produkte werden in Kleingebinde hochpreisig angeboten.
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Für Einstreuböden auf Basis Epoxid und Polyurethan werden seit Jahren Farbchips auf Basis Polyvinylacetat oder Acrylat als Dekorationsflocken eingesetzt; die Partikel sind 1–6 mm groß, der Flächenverbrauch liegt bei 300–550 g/m2. Diese handelsübliche Farbchips sind meist auch für den Laien als Kunststoff-Partikel erkennbar. Zum Ausbringen ist in der Regel ein Einstreu- oder Chirongebläse mit Beflockungs- oder Trichterpistole erforderlich; weiterhin sind zusätzliche Arbeitsgänge, wie Abschleifen mit Tellerschleifmaschine und Versiegeln mit 2K-Lack nötig. Die Rutschfestigkeit nach R 10 und R 11 ist bei diesen Einstreuböden oftmals erhöht, allerdings ist auch die Oberfläche rauher als bei Kunstharzestrich. Dadurch ist der Boden schlechter zu reinigen, was zum Beispiel Lebensmittel- oder im Krankenhausbereich aufgrund möglicher Verkeimung nachteilig ist.
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Im Bereich der Kunststoff-Extrusion werden Masterbatches auf Basis von Pigment-Verkollerungen eingesetzt, aber keine farbigen cellulosehaltigen Partikel. Ebenso färbt man bei Holz-Kunststoff-Compounds (WPC) derzeit nur das thermoplastische Bindemittel. Im Baubereich haben sich für duroplastisch härtende Einbauten neben organisch-anorganischen Pigment-Verkollerungen auch Pigmentpasten durchgesetzt.
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Die Textilfärbung erfordert fixierende Farbstoffe; Baumwolle wird meist als Gewebe mit Textilfarbstoff in einer Flotte eingefärbt. Andere farbige cellulosische Fasern sind zum Beispiel das verspinnbare Cellulose-Triacetat. Basische Direktfarbstoffe eignen sich zwar zum Einfärben von Keratinfasern in zwei Arbeitsgängen, allerdings nicht oder nur bedingt für cellulosehaltige Stoffe.
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Bei der Holzeinfärbung sind vereinzelt weitere Verfahrensschritte, wie zum Beispiel Furnierverarbeitung oder Laugen-Vorbehandlung nötig.
DE 60002100 T2 und
EP 9692989 beschreiben Verfahren zur Pigmentierung von Holz; hierbei werden durchgefärbte dünne Holzplatten zusammengeklebt, geformt und unter verschiedenen Winkeln geschnitten, sodass farbige Maserungseffekte entstehen.
JP-A 61041503 offenbart ein Verfahren zur homogenen Färbung von Holzfurnieren, worin das Holz zuerst in der Hitze mit einer Lauge, darunter Natriumacetat und Natriumbicarbonat, bei pH 10 behandelt wird, und erst dann mit einem geeigneten Farbstoff, zum Beispiel mit C.I. Acid Blue 171, eingefärbt wird.
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– Der Erfindung zugrunde liegendes Problem
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Ein universell einsetzbares farbiges dekoratives kleinteiliges Partikel auf Basis eines cellulosischen Trägers gibt es derzeit nicht auf dem Markt. Holzmehle liefern im Alkalischen aufgrund des natürlichen Gehaltes an Polyphenol-Verbindungen Verfärbung und sind deshalb zum Beispiel für Zement nicht einsetzbar. Weiterhin liefern feinfasrige Holzprodukte bei starker Knet- und Scherbeanspruchung Feinteile, die in der Anwendung stören. Für Reaktivböden werden als Einstreumaterial Farbchips auf Basis petro-chemischer Produkte eingesetzt, mit den erwähnten Nachteilen (Verarbeitung in mehreren Arbeitsgängen, erhöhter Verschmutzungsneigung, erhöhte Kosten, geringere Dauerhaftigkeit im Vergleich zu Linoleum).
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Linoleum enthält organische und anorganische Füllstoffe, wie Holzmehl, Korkmehl, Kalksteinmehl und Pigment. Farbige Strukturgeber auf Basis eines cellulosehaltigen Trägers sind hier unbekannt. Kritische Punkte für Linoleum sind insbesondere Verfärbung des Bindemittels beim Kneten und weiterhin mögliche Festigkeitsverluste nach Sheetbildung im ungehärteten Zustand. Pigmentierte Holzleime, pigmentierte Alkydharze und auch Direktfarbstoffe auf einem cellulosischen Träger sind ohne weiteres Bindemittel nicht für Linoleum oder Thermoplast einsetzbar, da sie stark abfärben.
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Eine Reihe von hydraulisch härtenden Systemen, wie Magnesit- oder Zementböden sind derzeit nur mit anorganischem Pigment wie Eisenoxidpigment im Bindemittel einfärbbar.
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Cellulosehaltige farbige Partikel für die Einfärbung von Linoleum, Thermoplast oder Zement (für die Optik analog eines dekorativen Einstreu-Kunstharzbodens) sind bisher unbekannt. Die zur Färbung von Holz und Cellulose beschriebenen und eingesetzten Bindemittel sind wegen Abfärbung nicht einsetzbar.
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Die gleiche Situation findet man im Bereich Thermoplast und insbesondere WPC, bei duroplastischen Massen sowie bei Bauprodukten wie Silikatputz. Eine Formulierung auf Basis Wasserglas und niederviskosem Acrylharz erlaubt aufgrund des hohen pH-Wertes nur bestimmte Pigmentzusammensetzungen für den Silikatputz und für die Silikatdispersionsfarbe. Insbesondere farbige Wasserglas-Coatings auf Holzpartikeln liefern beim Kneten mit Leinöl-basierten Linoleumrohstoffen im Banbury-Kneter sehr starkes Abfärben.
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– Die Erfindung
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Das farbige cellulosehaltige kleinteilige Partikel liefert im Banbury Kneter kein nennenswertes Abfärben auf den Leinöl-basierten Linoleumzement, ist also für Linoleum einsetzbar.
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Ein cellulosehaltiger Träger wird mittels wasserbasierten Reaktivharz (bevorzugt Epoxid-Amin-Formulierung, weiterhin zusätzlich Epoxid-Säureanhydrid, Melamin, Polyurethan, Urethdion, Acrylharz, Epoxisilan oder Silan), Pigment, Effektpigment und/oder Farbstoff eingefärbt, ausgehärtet, getrocknet und gegebenenfalls vereinzelt; es wird ein abrieb- und abfärbbeständiges farbiges cellulosehaltiges kleinteiliges Partikel erhalten, das für die Herstellung von mehrfarbig bunt gesprenkelten Linoleumboden und für extrudierte Kunststoffprofile mit mehrfarbigen oder bunten Sprenkeln geeignet ist, ohne unerwünschte Schlierenbildung und ohne Durchfärbung des Artikels.
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Die erfindungsgemäßen farbigen kleinteiligen Partikel („Sprenkel”) sind frei von verseifbaren Esteranteilen oder vergilbenden PU-Harzen (welche die chemische Beständigkeit beziehungsweise die Optik von Beschichtungen und Bauprodukten verschlechtern können) sowie frei von Lösemitteln und Phthalat-Weichmachern.
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Der cellulosische Träger für Thermoplast, WPC und Duroplast ist bevorzugt ein Holzpartikel der Größe 0,05 mm–10 mm, insbesondere der Größe 0,2–3 mm, für dekorative Einstreuböden, Bauprodukte und Paneele bevorzugt Partikelgröße um 300–2500 μm. Weiterhin kommen Cellulosefasern (Faserlänge 15–4000 μm) und feine Cellulosepulver (1–400 μm) sowie Cellulose-Agglomerate oder -Kompaktate (0,05 mm bis 10 mm) zum Einsatz. Auch Strohpartikel, Kork, Korkersatzstoffe (hergestellt auf Basis Holzfaser, Schäumungsmittel und Naturlatex), Miscantus, Reisschalenmehl, Oliverkernmehle, Nussschalenmehl, Maiskolbenschrot oder andere Einjahrespflanzen-Partikel der genannten Körnung sind für die erfindungsgemäße Einfärbung geeignet.
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Es werden bevorzugt Harze eingesetzt, die ein weitgehend vollständiges Coating der cellulosehaltigen Partikel ermöglichen und den Farbton und die Lichtechtheit der Pigmente nicht verschlechtern. Werden Metallpigmente eingesetzt, soll auch die Wirkung dieser Pigmente durch das Bindemittel nicht verschlechtert werden. Hierzu eignen sich bevorzugt aliphatische hexafunktionelle Epoxidharze, weiterhin di- und tetrafunktionelle Epoxidharze (difunktionele Bauharze wie BADGE oder BFDGE, tetrafunktionelle stickstoffhaltige Gießharz, multifunktionelle Phenol- und Kresolnovolake). Aufgrund von Verarbeitungsviskosität, Transparenz und Lichtechtheit eignet sich das hexafunktionelle niederviskose Epoxidharz „GE 500” (Raschig), das mit Wasser in jedem Verhältnis dispergierbar ist, sehr gut für die Einfärbung.
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Weiterhin werden zur Härtung aliphatische Aminhärter, auch zusätzlich mit Härtungsbeschleunigern (wie zum Beispiel langkettige Bauharz-Amin-Addukten) oder Reaktionsbeschleuniger für die Epoxidhärtung (wie zum Beispiel substituierte Imidazole) eingesetzt. Epoxysilane und Silanharze liefern im System zusätzlich Hydrophobie, sind aber nicht zwingend nötig. Das Lösemittel ist in allen Fällen bevorzugt Wasser.
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Das farbige cellulosehaltige Partikel wird bevorzugt im Großmaßstab (Batchgröße 200–2500 kg; kontinuierlicher Mischer bis 5000 kg/Std) eingefärbt; die Verweilzeit der Partikel in der Anlage liegt unter 16 Stunden, bevorzugt bei 10 Minuten bis 2 Stunden. Die Trocknung und Härtung kann bei hohen Temperaturen (30–240°C, insbesondere 50°C bis 180°C) erfolgen, um eine zusätzliche Quervernetzung der vernetzungsfähigen Gruppen zu erreichen.
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Die Beladung mit Pigment ist im Bereich 0,1–14,0 Gew.-%, bevorzugt 0,5–5,0 Gew.-%. Der Anteil Bindemittel ist bevorzugt im Bereich 0,50–10,0 Gew.-%, weiterhin bei 0,50–15,00 Gew.-% sowei im Falle des Farbtons Weiss auch darüber, bei max. 30 Gew.-%.
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Das Coating kann nichtstöchiometrisch zusammengesetzt sein und einen Überschuss an funktionellen Gruppen (insbesondere Epoxid oder Epoxi-Silan) enthalten. Das farbige cellulosehaltige Partikel kann an der Oberfläche diese vernetzungsfähige Gruppen enthalten, welche den Verbund des Partikels im Endprodukt (Linoleum, Zement, PVC, Duroplast, Thermoplast, Gummi) verbessern.
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Das farbige cellulosehaltige Partikel ist bevorzugt ein staubarmes oder staubfreies rieselfähiges farbiges Produkt mit hoher Lichtechtheit größer 5, insbesondere ist das Partikel vergilbungsfest gegenüber Tageslicht-typischem UV-Licht und gegenüber erhöhter Temperatur bis 50°C. Das Produkt ist bevorzugt auf Feuchte unter 15,0 Gew.-% getrocknet, im Einzelfall auf Feuchte unter 3,0 Gew.-%.
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– Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das farbige cellulosehaltige Partikel ist aufgrund des duroplastischen Coatings und der Trocknung verträglich mit einer Vielzahl von Bindemitteln, es ist im Einzelfall kein weiterer Wasserfänger nötig. Durch Festlegung der Molverhältnisse bei der Härtung (zum Beispiel 5–20% molarer Überschuss Epoxid zu Amin) ist sichergestellt, dass nach der Vernetzung noch Epoxidgruppen übrig sind, welche mit Bindemittel chemisch reagieren können und die Einbindung des Partikels verbessern. Das farbige cellulosehaltige kleinteilige Partikel liefert aufgrund des duroplastischen Coatings keine nennenswerte Verfärbung in alkalischen Systemen wie Zement, Kalk und Wasserglas bei pH 8–13. Das farbige cellulosehaltige Partikel ist lässt eine Vielzahl von Farbnuancen und Farbtönen zu und basiert überwiegend auf einem kostengünstiger Holz-Trägerstoff oder einem Cellulose-Trägerstoff. Das farbige cellulosehaltige Partikel kann für eine Vielzahl dekorativer Artikel eingesetzt werden, wie Linoleum, Thermoplast, Gummi, Duroplast (Formmassen für Transfer Mold, Kompression, RIM), PVC-Plastisole, Silikat- und Siliconharzputz, Estrich, Reaktivboden, elastischer Fussboden (auf Basis PU, PVC oder Kork), Bodenplatten, Tockenmörtel, zementös oder polymergebundene Werksteinplatten, Bauteil-Verkleidung, Fasergewebe, PCC-Mörtel, Steinersatz, Verbundsteine, Steinholz, Kunststeine, Wandbelag, Spannfolienkörper, Verbundfolie, Möbel-Paneele, Raufaser-Tapete, Kunstleder, PU-Pulverlacke, Dichtungsmassen, Pastöse Anstrichstoffe, Dispersionen, Wasch- und Reinigungsmittel, Kartonage (wie „Manila”-Karton), Sicherheits- und Dokumentenpapier, Fugenleime, Klebefilme, Kosmetik, Modellbau, Dämmmaterialien und geschäumte Formteile.
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– Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Das farbige cellulosehaltige Partikel ist relativ unversell eingesetzbar (auch in strahlenhärtenden Systeme) und ermöglicht dekorative Einstreu-Optik in Bereichen, die dieser Farbgestaltung bisher nicht zugänglich waren – wie WPC, Thermoplast, Duroplast, Gummi, Trockenmörtel oder Linoleum.
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Durch das Bindemittel kann die weitere Harzaufnahme des farbigen Partikels verringert werden, was zum Beispiel im Bereich Duroplast und Gummi erwünscht ist.
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Weiterhin kann das farbige Partikel im Alkalischen, zum Beispiel in einem Weisszement, eingesetzt werden – ohne dass es zu den holztypischen Verfärbungen kommt. Es handelt sich bei dem farbigen cellulosehaltigen Partikel überwiegend um staubarme rieselfähige Produkte, die in der Masse zum Einsatz kommen auf aufgrund ihrer Dichte im Einzelfall als farbiger Leichtfüllstoff wirken können.
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– Ausführungsbeispiele
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Es wird die erforderliche Menge an Farbmittel bestimmt. Zur Produktion wird z. B. Epoxidharz in Wasser vorgelegt, dispergiert und dann mit Aminhärter versetzt, erneut dispergiert und zuletzt mit dem Pigment oder der Farbpaste versetzt. Die einzufärbende Faser kann diskontinuierlich unter Rühren im Mischer vorgelegt werden; dann wird farbige Bindemittel zugegeben. Alternativ kann die Dosage über einen kontinuierlichen Mischer erfolgen.
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Beispiel 1:
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Es wurde der hexafunktionelle „Glycidylether GE 500” sowie der aliphatische Aminhärter „Härter 700” von Raschig eingesetzt. Hierzu werden Harz und Härter nichtstöchiometrisch bei 15% molarem Epoxidüberschuß eingewogen einzeln nacheinander in Wasser dispergiert. Zuletzt wird das Farbmittel zugegeben und ebenfalls dispergiert. Zum Dispergieren eignet sich zum Beispiel ein Butterfly-Dissolver oder Dissolverscheibe. Die in Wasser dispergierte Harz-Härter-Formulierung hat bei 20°C eine verarbeitungsoffene Zeit von mehreren Stunden. Beispiele für typische Mischungsverhältnisse sind nachfolgend angegeben:
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Die Berechnung erfolgt über die empirische Formel Epoxidwert × H-Äquivalentmasse des Härters = Härtermenge pro 100 g Epoxidharz. Ziel kann zum Beispiel 15% Epoxid-Überschuss bei der Härtung sein – also nicht-stöchiometrische Verhältnisse, um einen höheren Quervernetzungsgrad zu erreichen.
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Beispiel 2:
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Es wird ein staubreduziertes Weichholzpartikel mit Weiße 52% und Feuchte 8% eingesetzt. Als Blaupigment wird einerseits anorganisches Pigment (Ultramarinblau, Fa. Kremer Pigmente), andererseits eine Pigmentzubereitung aus organischem Pigment mit Ultramarinblau von Farbwerke Wunsiedel eingesetzt.
| Farbiges Muster BK 40–90 A | | Holzfaser + 4% Ultramarinblau ”extra dunkel” | Holzfaser + 4% Ultramarinblau ”hell” | Holzfaser + 1,5% Enzianblau |
| | | Pigment-Pulver 100% anorg. | Pigment-Pulver 100% anorg. | Pigment-Präparation |
| Partikelgröße | μm | 300–900 | 300–900 | 300–900 |
| Weiße 460 nm | % | 32,9 | 34,8 | 29,4 |
| CIE Farbwerte | | | | |
| L* | % | 58,8 | 60,4 | 48,9 |
| a* | % | –4,2 | –8,1 | –17,4 |
| b* | % | –3,6 | –4,1 | –14,3 |
| Abfärben (Knetversuch, 80°C, 10 min) | | gering | gering | vernachlässigbar |
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Pigmentpräparationen aus unlöslichen anorganischen und organischen Pigmenten schneiden in der Regel besser ab als anorgaische Pigmente bezüglich
- – Farbbrillianz, hier z. B. Blau-Rot-Wert a*
- – Abfärbung, zum Beispiel im Linoleumzement oder im Kalkputz
- – Einsatzmenge und Wirtschaftlichkeit
- – Farbkonstanz (Batch-to-Batch Konsistenz)
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Aus Kostengründen sind Zusätze von maximal 20 Gew.-% Holzleimungs- oder Holzimpregnierungsmitteln, wie zum Beispiel Acrylharz „Acrodur DS 3515” (BASF) möglich, ein vollständiger Ersatz des Epoxidharzes durch ein Acryl- oder Alkydharz ist aufgrund Abfärbung im Banbury Kneter nur bedingt möglich. Lösliche Farbstoffe sind eingeschränkt einsetzbar, bevorzugt sind pulverförmige Pigment-Verkollerungen. Sobald Durchfärbung und Farbton entsprechen, wird die Ware getrocknet.
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Beispiel 3:
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Es werden unterschiedliche drei Mengen Färbemittel sowie unterschiedliche Pigment-Qualitäten eingesetzt. Tendenziell liefert der lösliche organische Farbstoff Lyosperse S blau die höchste Farbintensität, allerdings auch ein verstärktes Abfärben (Blau 3):
| Farbiges Muster Weichholzpartikel BK 40–90 A | | Blau 1 | Blau 2 | Blau 3 | Ref. ohne Farbe |
| LIGNOCEL BK 40–90 A | % | 96.45 | 96.65 | 96.15 | 100 |
| Epoxi Resin GE 500 (Raschig) | % | 1.30 | 1.30 | 1.30 | 0 |
| Epoxi Hardener 700 (Raschig) | % | 0.60 | 0.60 | 0.60 | 0 |
| Polypox IH 7005 W (Dow) | % | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0 |
| Enzianblau 119 (FW Wunsiedel) | % | 1.50 | 0 | 0 | 0 |
| Lyosperse S blau G-S (Tennarts) | % | 0 | 1.30 | 1.80 | 0 |
| Wasser pro 1000 g | G | 520 | 520 | 520 | 0 |
| Weiße [460 nm] | % | 32.0 | 27.5 | 25.9 | 42–46 |
| CIE Farbwerte | L* | 51.2 | 50.7 | 44.0 | 75–81 |
| a* | –19.2 | –15.7 | –21.7 | 3–5 |
| b* | –15.3 | –10.5 | –17.4 | 15–20 |
| Vergilbung CIE Farbwert nach 30 min, 180°C | L* | 49.9 | 50.1 | 43.8 | 76 |
| a* | –16.8 | –15.4 | –21.0 | 3 |
| b* | –5.9 | –10.8 | –17.2 | 18 |
| Schüttgewicht | g/L | 224 | 218 | 216 | 261 |
| Feuchte | % | 3.6 | 2.0 | 3.3 | 5.7 |
| Alpine Luftstrahlsieb: | | | | | |
| – 150 μm | % | 99.3 | 99.4 | 99.6 | 97.0 |
| – 500 μm | % | 43.5 | 43.2 | 43.5 | 32.9 |
| – 710 μm | % | 3.3 | 6.0 | 3.9 | 3.8 |
| Abfärben (Knetversuch, > 80°C) | | sehr gering | sehr gering | gering | nahezu 0 |
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Beispiel 4:
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Es wurden Abfärbe-Prüfungen in einem 5 L Drais Kneter in Gegenwart von Leinöl, hochviskosem Celluloseether und Wasser bei erhöhter Temperatur (90–95°C) durchgeführt, die Einsatzmenge an farbigem cellulosehaltigem Partikel war 30 Gew.-%.
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Pigmentpräparationen aus unlöslichen anorganischen und organischen Pigmenten wie brilliantrot oder tomatenrot liefern wiederum gute Farbwerte und wenig Abfärben. Die Farbverschiebung der Holzfaser ”BK 40–90 A” (Rot-Variante) wurde gemäß CIE Farbton Nomenklatur, in Abhängigkeit vom Färbemittel bestimmt:
| | Färbemittel, Farbton „rot” | CIE Farbwert Holzfaser
L* a* b* | Farb-Ergebnis | a* Wert des Bindemittels nach Kneten | Ergebnis Abfärben |
| 1 | 1.2% Brilliantrot | 62-23-18 | schlecht | 2,2 | sehr gut |
| 2 | 3.0% Brilliantrot | 55-30-17 | gut | 3,1 | gut |
| 3 | 1.5% Tomatenrot | 57-33-22 | gut | 2,6 | sehr gut |
| 4 | 1.5% Lyosperse RED 2 BN | 50-42-10 | gut | 9,0 | schlecht |
| 5 | 1.5% Isoversal Paste Rot | 52-45-23 | gut | 9,3 | schlecht |
| 6 | 1.5% Bayferrox 130 | 54-26-24 | schlecht | 6,8 | gut |
| 7 | 1.0% Lyosperse Red 2 BN | 53-38-9 | gut | 4,5 | gut |
| 8 | 1.0% Lyosperse Paste Red | 55-40-8 | gut | 4,7 | gut |
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Beispiel 5
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Es wurden Abfärbeprüfungen in einem Mörtelmischer mit 2 kg Trockenmörtel auf Basis Kalkzementputz und Weisszement sowie 60% splittrigem Quarzsand 0,1–0,8 mm druchgeführt. Die Einsatzmenge an farbigem cellulosehaltigem Partikel war 5 Gew.-%.
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Pigmentpräparationen aus unlöslichen anorganischen und organischen Pigmenten (Brilliantrot, Tomatenrot) liefern wiederum keine nennenswerte Abfärbung bei Kalk-zementputz sowie bei Weisszementprismen.
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Beispiel 6
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Ein Weichholzmehl der Partikelgröße 300–700 μm wird in Gegenwart einer Epoxid-Amin-Mischung, Wasser und einem Rotpigment wahlweise bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur (30–240°C) gehärtet, vernetzt oder homopolymerisiert. Das Fertigprodukt ist brilliantrot, trocken, staubarm und rieselfähig. Der CIE-Farbwert b* beträgt 37.4%, die Feuchte 1,3–3,8%, die Staubzahl (Palas Staubmessgerät, Summenparameter 0.5 sec und 30 sec) 6.2, die Schüttkegelhöhe 26 mm auf einem Metallzylinder mit 6 cm Durchmesser. Handelsübliche Holzmehle der Körnung kleiner 1000 μm haben typischerweise Staubzahlen im Bereich 5–40 sowie Schüttkegelhöhe um 18–75 mm.
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Beispiel 7
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Ein Holzpartikel wurde mit einer Mischung aus roten Farbmittel, aliphatischem Epoxidharz GE 500 (Raschig) und einem aliphatischen Polyamin eingefärbt, getrocknet und vernetzt. Die eingesetzten Aminhärter waren Härter 700 (Raschig), Anquamine 721 (Air Products) und Anquawhite 100 DEV (Air Products). Das farbige cellulosehaltige Partikel wurde erhöhter Temperatur ausgesetzt, weiterhin UV-Licht bei 254 nm und 366 nm (2 × 4 W, Nennleistung 0,18 A, Probenabstand 50 cm) und weiterhin stark alkalischen flüssigen Substraten (Natronlauge). Es wurde in keinem Fall eine merkliche Farbtonverschiebung festgestellt.
| | Beständigkeit der Holzfaser Farbton „rot” | CIE Farbwert
L* a* b* | CIE Farbwert
L* a* b* | CIE Farbwert
L* a* b* | CIE Farbwert
L* a* b* |
| | | nach Herstellung | nach 1 Std./220°C | nach 16 Std. UV-Licht | Natronlauge pH = 12,0 |
| 3 | 1.5% Tomatenrot
Amin:
Härter 700 | 57-33-22 | 56-33-23 | 57-32-23 | 57-32-24 |
| 3a | 1.5% Tomatenrot
Amin:
Anquamine 721 | 56-35-22 | 56-35-22 | 56-35-22 | 56-34-23 |
| 3b | 1.5% Tomatenrot
Amin:
Anquawhite 100 DEV | 54-32-22 | 54-32-25 | 54-31-24 | 54-31-23 |
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Beispiel 8
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Ein Weichholzmehl der Partikelgröße 300–700 μm wird in Gegenwart einer Epoxid-Amin-Mischung, Wasser und einem Rotpigment „tomatenrot” bei erhöhter Temperatur (220°C, 2 Std., 50% Umluft) gehärtet und vernetzt. Der molare Epoxidüberschuß liegt bei 10% bezogen auf die Amingruppen des Härters. Das Fertigprodukt ist brilliantrot, trocken, staubarm und rieselfähig. Der CIE-Farbwert b* beträgt 37.4%, die Feuchte 1,3–3,8%, die Staubzahl (Palas Staubmessgerät, Summenparameter 0.5 sec und 30 sec) 7.2, die Schüttkegelhöhe 26 mm auf einem Metallzylinder mit 6 cm Durchmesser.
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Beispiel 9
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Anstelle von Weichholz (Fichte-Sägemehl) wurde Miscantus sowie Weizenstroh mit einem Häcksler eingekürzt und dann auf Fraktion 300–800 μm plangesichtet. Das farbige cellulosehaltige Partikel auf Basis Miscantus und Weizenstroh ist geringfügig dunkler als mit dem Trägerstoff Weichholz, aber ebenso weitgehend farbtonstabil.
| | Beständigkeit der Faser Farbton „rot” | CIE Farbwert
L* a* b* | CIE Farbwert
L* a* b* | CIE Farbwert
L* a* b* | CIE Farbwert
L* a* b* |
| | | nach Herstellung | nach 1 Std./220°C | nach 16 Std. UV-Licht | Natronlauge pH = 12,0 |
| 3 | 1.5% Tomatenrot
Faser:
Weichholzfaser | 57-33-22 | 56-33-23 | 57-32-23 | 57-32-24 |
| 3c | 1.5% Tomatenrot
Faser:
Miscantus, Chinaschilf | 49-32-22 | 49-32-25 | 46-32-25 | 47-29-30 |
| 3d | 1.5% Tomatenrot
Faser:
Weizenhäckselstroh | 53-33-25 | 52-34-27 | 51-33-27 | 51-34-28 |
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Beispiel 10
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Ein Weichholzmehl der Partikelgröße 300–700 μm wird in Gegenwart von 3,5 Teilen Epoxid-Amin-Mischung, 0,05 Teilen aufgeschmolzenem Reaktionsbeschleuniger (2-Ethyl-4-Methyl-imidazol, BASF), 35 Teilen Wasser und 1,5 Teilen Rotpigment „Tomatenrot” bei 20°C homogen gemischt, gehärtet und vernetzt. Der molare Epoxidüberschuss liegt bei 10% bezogen auf die Amingruppen des Härters. Das Fertigprodukt ist brilliantrot, trocken, staubarm und rieselfähig. Der Epoxid-Gehalt des farbigen Coatings liegt bei 8–17 mmol/100 g. Der CIE-Farbwert b* beträgt 38.4%, die Ausgleichs-Feuchte des farbigen Holzpartikels nach zwei Wochen Lagerung bei 20°C/67% rel. Luftfeuchte war 13,8%. Das bei 38°C schmelzbare 2-Ethyl-4-Methylimidazol eignet sich als latenter Reaktionsbeschleuniger für die Homopolymerisation und Polyaddition von Epoxidgruppen bei Temperaturen über 50°C. Das flüssige 1-Phenylimidazol trägt bereits bei 20°C zur Erhöhung der Epoxidumsatzrate bei; das kristalline 2-Phenylimidazol beschleunigt die Epoxidumsetzung erst im Temperaturbereich 70–130°C, ist also bevorzugt für Heißverarbeitung geeignet.
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Beispiel 11
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Es wird eine Vormischung aus Bisphenol-A-Diglycidylether, Bisphenol-F-Diglycidylether sowie weiteren dünnflüssigen aliphatischen Epoxidharzen mit Methandiphenyl-Diisocyanat in Gegenwart eines Imidazol-Beschleunigers (0,1–1,5 Gew.-%) zur Reaktion gebracht. Die Epoxidharze liegen mengenmäßig im Überschuss vor, die Konsistenz des Masterbatches ist diejenige eines Gießharzes. Die Reaktionsmischung enthält nach Heißverarbeitung flammwidrige Isocyanurat-Strukturen und weiterhin auch Oxazolidinon-Strukturen, welche ebenfalls die Flammwidrigkeit des Harzes (durch Decarboxlylierung in der Hitze) unterstützen. Alternativ ist es möglich, durch Zumischen von handelsüblichen phosphonathaltigen Epoxidharzen oder von Kaliwasserglas das Reaktionsharz, das zur Einfärbung eingesetzt wird, flammwidrig einzustellen.
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Ausführungsformen und Verwendungszwecke
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Das farbige cellulosehaltige Partikel gemäß der Erfindung kann mit einem Farbmittel (organisches oder anorganisches Pigment, Farbstoff, Farbpaste, Metall- oder Effekt-pigment, Ruß, Reaktivfärbemittel) in Gegenwart eines reaktiven Bindemittels eingefärbt und/oder gecoatet sein.
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Das Partikel kann eingefärbt und gecoatet werden, wobei bevorzugt schwermetallfreie, lösemittelfreie Farbmittel auf dem cellulosehaltigen Träger so fixiert sind, dass keine unmittelbare Abfärbung auftritt, sodass das farbige Partikel UV-beständig, lichtecht, hitzebeständig, pH-beständig, abriebfest, rieselfähig und staubarm ist und zudem ohne nennenswerte Abfärbung gespritzt, kalandriert, geknetet, gewalzt, transfergepresst, RIM-gepreßt oder extrudiert werden kann. Die folgenden Varianten sind für das farbige cellulosehaltige kleinteilige Partikel denkbar:
- – Farbiges cellulosehaltiges Partikel, das eingefärbt und/oder gecoatet wurde, wobei das bei erhöhter Temperatur gehärtet wurde, um höhere Vernetzungsgrade, höhere Elastizität und höhere Abriebbeständigkeiten des farbigen Coatings zu erreichen;
- – Partikel, das für Anwendungen wie WPC, Linoleum, Bauharz oder PVC-Extrusion, Wasch- und Reinigungsmittel eingefärbt und auf eine bestimmte Endfeuchte getrocknet wurde;
- – Partikel, das als tafelförmiges, bahnförmiges, stückiges oder kubisches cellulosehaltiges farbiger Stoff Bestandteil eines Bodenbelages, einer Wand- oder Deckenverkleidung, eines Gebrauchs- oder Verpackungsartikels, eines Wasch- oder Reinigungsmittels, eines Formteils, Profiles oder eines Bauproduktes ist;
- – Partikel, das mittels eines Misch-Substrates aus Harz, Leim, Kleber, Wasserglas oder einem anderen Stoff, vom flüssigen, plastischen, pastösen oder knetbaren Ausgangszustand in einen festen Zustand überführt ist;
- – Partikel, das einen erhöhten Anteil an reaktivem Bindemittel (als zur Fixierung des Farbmittels nötig ist) enthalten kann und unumgesetzte Epoxidgruppen auf der Partikel-Oberfläche aufweisen kann;
- – Partikel, das mittels eines Masterbatches (das zur Vorreaktion, zur Aktivierung oder zur Bildung von Prepolymeren gelagert, kalandriert, extrudiert oder stranggepreßt wurde), verarbeitet wurde und auch flammwidrige Strukturelemente enthalten kann
- – Farbiges cellulosehaltiges kleinteiliges Partikel, das aufgrund der Beschaffenheit des Coatings (wie zum Beispiel Lichtechtheit, Stabilität, geringe Feuchte) für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.
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Das farbige cellulosehaltige Partikel ist dadurch gekennzeichnet, dass es für dekorative Optik zum Einsatz kommt, wahlweise als staubarmer und/oder rieselfähiger Leichtfüllstoff, zusammen mit weiteren Leichtfüllstoffen wie Blähglas-Granulat, Blähton-Granulat, expandiertem Polystyrol (EPS), siliciumhaltigen geschäumten Produkten, expandierter Perlite oder Bimssteingranulat.
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Die erfindungsgemäßen Partikel können Bestandteil eines dekorativen Produktes sein. Dieses kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die sichtbaren farbigen cellulosehaltigen Partikel nach Anspruch 1 einen gegenseitigen Abstand aufweisen können und wahlweise regellos oder regelmäßig orientiert sind, das aufgrund der Partikelgeometrie und der Partikelgrößenverteilung der farbigen Partikel wahlweise eine grobe oder feine Strukturierung einer glatten Fläche, einer Platte oder eines Bauteils ermöglicht (zum Beispiel eine Einstreu-Optik oder eine Marmorierung) und das farbige Strukturen ermöglicht, die auf wenigstens einer Fläche des dekorativen Produktes sichtbar sind (zum Beispiel Raufaser-Optik oder Rauputz-Optik).
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Das dekorative Produkt kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die farbigen cellulosehaltigen Partikel bevorzugt aus Holz, Zellstoff, Stroh, Miscantus, Bagasse, Deinkingstoff, Papierstoff oder dergleichen bestehen (wobei die Rohstoffauswahl nicht auf diese Rohstoffe begrenzt ist) und diese eine maximale Erstreckung in einer beliebigen Richtung von 0,05 mm bis 10 mm aufweisen. Das dekoratives Produkt kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die sichtbaren Partikel mindestens zwei unterschiedliche Farben aufweisen, wobei unterschiedliche Partikelgrößen und Partikelumrisse (sphärisch, kubisch, kantig, spreiselig, fasrig, feinfasrig, pulvrig) der jeweiligen farbigen cellulosehaltigen Partikel zum Einsatz kommen können und wobei die Partikel über die Seitenfläche des Produktes überstehen und/oder die Umrisse der Partikel sich von der Maserung und Strukturierung der Matrix unterscheiden, sodass eine Einstreu-Optik der farbigen cellulosehaltigen Partikel die Strukturierung, die Marmorierung, die Reliefbildung, das Aussehen bestimmen oder Bilder, Firmen-Logos, Buchstaben oder Muster wiedergeben und als Relief von der Oberfläche erhaben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/117342 A1 [0003]
- DE 10225979 A1 [0004]
- EP 0113150 B1 [0005]
- EP 1879945 B1 [0007]
- DE 60002100 T2 [0012]
- EP 9692989 [0012]
- JP 61041503 A [0012]
