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Kunststoffkörper aus Gießharz mit Perlmutteffekt und Verfahren zu
seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Kunststoffkörper aus Gießharz mit
Perlmutteffekt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gießharzkunststoffkörpers.
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Durch die Erfindung soll ein derartiger Gießharzkunststoffkörper
mit Perlmutteffekt geschaffen werden, welcher gleichzeitig ein Vielfach-Farbspiel
aufweist.
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Bekannt sind Gießharzkunststoffkörper mit Perlmutteffekt, welche
in einem als Träger dienenden Gießharzkunststoffplättchenförmige Perlmuttpigmentteilchen
eingelagert enthalten. Als Pigmentteilchen können dabei entweder Naturperlmuttsplitter
(sogenannte »Perlessenz<() Verwendung finden; alternativ oder zusätzlich können
zur Erzeugung des Perimutteffekts auch sonstige feine kristallinische Lamellen oder
Plättchen als künstliche Perlmuttpigmente dem Kunststoffträger eingelagert sein.
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Soweit bei den bekannten Gießharzkunststoffen der erwähnten Art neben
dem reinen Perlmuttglanzeffekt auch eine Färbung bzw. ein Farbspiel angestrebt ist,
wurde dies im Wege einer herkömmlichen Färbung mittels Farbstoffen, d. h. also durch
Farbgebung mittels in bestimmten Wellenlängengebieten des sichtbaren Spektrums selektiv
absorbierender Substanzen, erreicht, und zwar können entweder die als Träger dienenden
Kunststoffe oder aber die Perlmuttpigmente selbst gefärbt sein.
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Daneben wurde auch bereits ein ganz andersartiges Verfahren zur Erzeugung
eines Farbspiels in einem Gießharzkunststoffkörper mit Perlmutteffekt vorgeschlagen,
nämlich durch Verwendung von Perlmuttpigmenten, welche infolge von Lichtinterferenzerscheinungen
Farbe erzeugen. Zur Unterscheidung von den vorstehend erwähnten Werkstoffen mit
durch Farbstoffe hervorgerufenen Farbeffekten kann die zuletzt erwähnte Art der
Erzielung von Farbeffekten durch Lichtinterferenz als »optische Färbung« bezeichnet
werden. Derartige Perlmuttpigmente mit Farbeffekt durch Lichtinterferenz bestehen
aus kleinen, plättchenförmigen Teilchen solcher Dicke, daß Farbe durch Lichtinterferenzvorgänge
hervorgerufen wird.
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Die Dicke, welche zu einer bestimmten Farbe führt, ist durch die Brechzahl
der Substanz bestimmt. So hat bei basischem Bleicarbonat, dessen Brechzahl 2,09
beträgt, ein Gelb reflektierendes Plättchen eine Dicke von etwa 105 Millimikron
(mop), ein Rot reflektierendes Plättchen eine Dicke von etwa 124 mm, ein Blau reflektierendes
Plättchen eine Dicke von etwa 138 m und ein Grün reflektierendes Plättchen eine
Dicke von etwa 155 mp.
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Diese Werte ergeben sich aus den bekannten Gleichungen für die Lichtinterferenzwirkungen;
es läßt
sich auch zeigen, daß das Multiplikationsprodukt aus der Brechzahl und der
in Millimikron angegebenen Dicke der Plättchen mindestens 200, vorzugsweise 200
bis 400 betragen soll.
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Da diese Farben in erster Linie durch Lichtinterferenz statt wie
bei den üblichen Farbstoffen oder Pigmenten durch Lichtabsorption zustande kommen,
zeigt das von dem Plättchen durchgelassene Licht diejenige Farbe, welche zu der
des reflektierten Lichtes komplementär ist. Das heißt, daß das Gelb reflektierende
Plättchen Blau oder Violett durchläßt, das Rot reflektierende Plättchen Grün, das
Blau reflektierende Plättchen Orange oder Gelb und das Grün reflektierende Plättchen
Rot.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gießharzkunststoffkörper
mit Perlmutteffekt und optischer Farbgebung der vorstehend erwähnten Art, d. h.
also einen Gießharzkunststoffkörper, welcher in einem als Träger dienenden lichtdurchlässigen
Kunststoff mehrere übereinanderliegende Schichten von plättchenförmigen, eine glatte
Oberfläche aufweisenden Perlmuttpigmentteilchen aufweist, die auf Grund ihrer von
der Brechzahl des Trägermediums abweichenden Brechzahl einen Perlmutteffekt ergeben.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein derartiger Gießharzkunststoffkörper mit
Perlmutteffekt und optischer Färbung geschaffen werden, welcher eine besonders intensive
Färbung und/oder ein vielfältiges Farbspiel zeigt.
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Erwünscht wäre dabei insbesondere die Verwendung von Plättchen, welche
bei Kombination miteinander verschiedene Farben liefern. Eine Lage von Grün reflektierenden
Plättchen, welche unter Rot reflektierenden Plättchen liegt, würde die von den letztgenannten
Plättchen durchgelassene grüne Farbe verstärken.
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Dieses Verhalten würde sich klar von dem der üblichen Farbstoffe unterscheiden,
bei denen ein Uberschichten lediglich die Farbe dunkler und trüber macht.
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Des weiteren wären Kombinationen von Plättchen erwünscht, welche
nichtkomplementäre Farben ergeben; derartige Kombinationen würden eine regenbogenartige
Wirkung ergeben und sich noch mehr dem natürlichen Schillern von Perlmutter nähern.
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Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß die Plättchen
eine solche gleichförmige Dicke aufweisen, daß sie optisch Interferenzfarben im
auffallenden und durchscheinenden Licht erzeugen, und daß einander gegenüberliegende
Plättchen der einander benachbarten Schichten unterschiedliche Dicke aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der als Träger dienende Kunststoff ein Gießharz aus der Gruppe der Polyesterharze
und der Methacrylsäuremethylester mit einer Brechzahl in dem bevorzugten Bereich
von etwa 1,4 bis 1,65 ist.
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Als Pigmentsubstanzen zur Erzielung der Interferenzfarben eignen
sich solche kristalline Stoffe, deren Kristalle in Form von Plättchen mit glatten
Oberflächen und einheitlicher Dicke wachsen. Hierher gehören: saures Bleiarsenat,
basisches Bleicarbonat, Wismutoxychlorid, Mercuroformiat, Zinkphosphat, Zinksulfid,
Cytosin und DL-Tryptophan; vorzugsweise bestehen die plättchenförmigen Perlmuttpigmentteilchen
für die Zwecke der vorliegenden Erfindung aus basischem Bleicarbonat. Alle diese
Substanzen können als Platten kristallisiert werden, welche bei geeigneter Dicke
Farbe aufweisen. Für praktische Zwecke soll das Plättchen eine Brechzahl aufweisen,
welche möglichst stark von der Brechzahl derjenigen Substanz abweicht, in der das
Plättchen bei seiner Verwendung eingebettet wird, da die Intensität des reflektierten
Lichtes eine Funktion des Unterschiedes der Brechzahl des Filmes oder Kristalls
und der Brechzahl des umgebenden Mittels ist. Im allgemeinen soll die Brechzahl
der Platten mindestens 1,70 betragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Kunststoffkörper drei übereinanderliegende Schichten von Perlmuttpigmentplättchen
aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Kunststoffkörpers.
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Man hat bereits Gießharzfolien mit mehreren Farben in der Weise hergestellt,
daß jede Plättchenart in einem viskosen Sirup dispergiert wurde und diese Sirupe
nebeneinander gebracht wurden, ohne sie tatsächlich miteinander zu vermischen. Diese
Arbeitsweise ist schwierig, da die Flüssigkeiten zum Zusammenfließen neigen, wodurch
bei Komplementärfarben eine Neutralisierung zu Grau und bei anderen Farben ein Vermischen
verursacht wird. Diese Arbeitsweise wird beim Zellengießen angewendet, wobei eine
Suspension der Plättchen in einer polymerisierbaren Flüssigkeit, z. B. einem Polyesterharz
oder einem teilweise polymerisierten Acrylharz, in eine Zelle eingegossen wird,
welche die Form der
fertigen Tafel bzw. Folie aufweist. Sehr häufig ist die Zelle
aus Glasplatten hergestellt, die durch eine nahe dem Umfang der Glasplatten befindliche
Kautschuk-oder Kunststoffdichtung voneinander getrennt sind.
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Die Suspension enthält einen Katalysator; bei Erhitzung der gesamten
Anordnung verfestigt sich das Harz. Größter Glanz und perlmutterartige Wirkung hängen
davon ab, daß die einzelnen Plättchen parallel zur Oberfläche des Blattes ausgerichtet
sind; dies wird im allgemeinen entweder durch Bewegung während der Polymerisationsreaktion
erreicht oder durch Verwendung eines so viskosen Harzes, daß die den Plättchen beim
Einfließen in die Zelle erteilte Orientierung aufrechterhalten bleibt. Die plättchenartige
Form der Teilchen gewährleistet ihre Ausrichtung in jedem auftretenden Flüssigkeitsstrom.
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Nachdem das Gießharz sich verfestigt hat, kann es aus der Zelle oder
Form entfernt werden und anderen Temperaturbedingungen unterworfen werden, um erforderlichenfalls
den Werkstoff auszuhärten.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von perlmutterartigen
Tafeln bzw. Folien beruht auf dem Schleudergießen; dabei wird eine Suspension der
Plättchen in der polymerisierbaren Flüssigkeit in einen sich drehenden Zylinder
eingegossen und infolge der Zentrifugalkraft gleichmäßig über die Wand des Zylinders
verteilt. Die Plättchen erfahren so eine Ausrichtung parallel zur Zylinderwand.
Nach Verfestigung des Gießharzes wird die durch Schleudergießen hergestellte Tafel
aufgeschnitten und im noch biegsamen Zustand auf eine ebene Fläche gelegt. Die Tafel
wird dann ausgehärtet, und man erhält so eine Tafel mit Perlmutteffekt, in welcher
die Plättchen einheitlich parallel zur Oberfläche der Tafel ausgerichtet sind.
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Durch dieses Schleudergießverfahren kann jedoch lediglich eine Farbe
oder eine Kombination von Komplementärfarben erzielt werden.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines
Gießharzkunststoffkörpers der erwähnten Art, bei welchem mehrere Schichten aus einem
lichtdurchlässigen Gießharz und Perlmuttpigmenten übereinandergegossen werden.
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Gemäß der Erfindung wird dabei so vorgegangen, daß in den einzelnen
Schichten Plättchen mit verschiedenen Dicken angeordnet werden und die jeweils letzte
Lage aufgegossen wird, solange die zuvor gegossene Lage noch nicht vollständig ausgehärtet
ist.
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Zweckmäßig ist dabei vorgesehen, daß beim Gießen der einzelnen Lagen
die Pigmentplättchen einer Ausrichtung unterworfen werden, derart, daß sie mit ihren
Flächen im wesentlichen parallel zur Schichtebene liegen.
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Der mehrlagige Kunststoffkörper kann anschließend ausgehärtet und
zu Formkörpern gewünschter Art zerschnitten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die übereinandergegossenen Lagen zusammengepreßt werden.
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Die einzelnen Lagen können dadurch an die Oberfläche gebracht werden,
daß man das geschichtete Gießharz zur Herstellung des gewünschten Gegenstandes schneidet.
Wird z. B. die Tafel zur Herstellung von Perlmutterknöpfen zerschnitten, so besteht
eine Methode zum Sichtbarmachen der einzelnen Farben darin, eine Scheibe aus der
Tafel herauszuschneiden und die Oberfläche zu einer konkaven oder konvexen Form
zu polieren.
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Die einzelnen gefärbten Lagen werden durch diese Arbeitsweise freigelegt
und liefern ein Muster mit konzentrischen gefärbten Ringen.
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Ein anderes Verfahren zum Freilegen der inneren Farben besteht darin,
die Tafel in Abschnitte zu zerschneiden, welche einen Winkel mit der Oberfläche
der Tafel bilden. Diese leicht schräggeschnittenen Stücke können für dichte Überzüge,
Knopf-Rohlinge, Zigarettendosen usw. verwendet werden.
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Kombinationen von Winkelbildung und Polieren der Oberflächen können
verschiedene Muster, wie Streifen, Bögen, Ellipsen usw., liefern.
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Bei Verwendung derartiger optisch gefärbter Plättchenarten mit zueinander
komplementären Interferenzfarben, beispielsweise Rot und Grün, besteht keine Gefahr
einer Trübung des farbigen Gesamteindrucks durch an etwaigen Uberlappungsstellen
zwischen je zwei Plättchen unterschiedlicher Dicke erzeugte Mischfarben. Während
bei derartiger Überlappung von roten und grünen Pigmentfarbträgern die jeweiligen
Überlappungsbereiche beispielsweise einen bräunlichen Farbbeitrag liefern würden,
der eine Trübung des farbigen Gesamteindrucks zur Folge hätte, ist bei Überlappung
von Grün reflektierenden und Rot reflektierenden optisch gefärbten Plättchen der
jeweilige Beitrag der Überlagerungsbereiche farblos. Auf diese Weise bleiben bei
Verwendung von optisch gefärbten Substanzen die Farbkombinationen sauber und durchscheinend,
selbst wenn an den Grenzlinien eine gewisse Vermischung eintreten sollte. Die im
Endprodukt erzeugten Farben kommen innerhalb des Gießharzkörpers zustande und werden
nicht von einem Oberflächenfilm geliefert.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den nachstehenden Ausführungsbeispielen, welche die Erfindung bei Anwendung des
Schleudergießverfahrens erläutern.
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Beispiel 1 Eine 35°/eige Suspension von Rot reflektierenden Plättchen
aus basischem Bleicarbonat in Phthalsäuredibutylester wird in einem Polyestergießharz
dispergiert, so daß sich eine Endkonzentration von 0,525 01o Plättchen ergibt. Zu
dem Gemisch werden Katalysator und Beschleuniger zugefügt, so daß die folgende Zusammensetzung
in Gewichtsprozent erhalten wird: 1,5 01o Rot reflektierende Plättchen (35°/0 Plättchen
enthaltende Paste), 0,6 01o Methyläthylketonperoxyd (60 0/0ige Lösung in Phthalsäuredimethylester),
97,8 01o Polyestergießharz, 0,1 01o einer 601o Kobalt enthaltenden Lösung von octansaurem
Kobalt 100,0 01o.
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Das Gemisch von 249,5 g wird in einen 20,96 cm hohen Zylinder von
29,2 cm Durchmesser eingegossen, welcher sich mit 150 Umdr./Min. um seine horizontal
gelagerte Achse dreht. Es entsteht eine etwa 0,127 cm dicke Schicht. Nach etwa 20
Minuten hat sich das Harz verfestigt, hat aber noch eine klebrige Oberfläche; jetzt
wird eine zweite Schicht auf die erste Schicht aufgebracht, die aus der gleichen
Harz-Katalysatorbeschleuniger-Zusammensetzung wie oben besteht, jedoch so viel von
einer 35 obigen Suspension
von Grün reflektierenden Plättchen enthält, daß der tatsächliche
Plättchengehalt 0,7 0/o beträgt. Nach weiteren etwa 20 Minuten wird in gleicher
Weise eine 0,7 0/0ige Suspension von Blau reflektierenden Plättchen zugefügt.
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Die drei Schichten aufweisende Tafel wird nach weiteren 30 Minuten
aus der Schleuderform entfernt, indem die noch biegsame Tafel in einer zur Zylinderachse
parallelen Richtung aufgeschnitten wird. Man läßt die Tafel flach auf eine ebene
Fläche fallen und erhält ein aus drei Schichten bestehendes Rechteck.
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Die Tafel wird dann bei etwa 90"C während etwa 20 Minuten ausgehärtet.
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Perlmutterartige Knöpfe werden aus der Tafel hergestellt, indem Scheiben
ausgeschnitten werden, die dann so poliert werden, daß sie eine konvexe Oberfläche
haben.
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Beispiel 2 Gelb reflektierende Plättchen (0,5 01o) von basischem
Bleicarbonat werden in einem Sirup von teilweise polymerisiertem Methacrylsäuremethylester-Monomerem
(Viskosität: 25 000 cP bei 25°C) eingebettet.
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Als Katalysator wird 10/o einer 25 °/Oigen Lösung von Acetylperoxyd
in Phthalsäuredimethylester zugesetzt; darauf wird das Gemisch in eine sich mit
60 Umdr.l Min. drehende zylindrische Schleuderform eingegossen und mittels Infrarotlampen
auf 60"C erhitzt.
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Nach 3 Stunden wird eine ähnliche Suspension, welche 10/o Blau reflektierende
Plättchen enthält, zugesetzt. Die biegsame Tafel wird nach weiteren 3 Stunden herausgenommen,
worauf sie wie im Beispiel 1 ausgehärtet wird. Aus dieser Tafel hergestellte Gegenstände
sind blau und gelb, wobei das Muster von der Art des Schneidens abhängt.
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Die Farben und ihre Intensitäten bei den vorstehenden Beispielen
können verändert werden, indem man sie auf der Rückseite mit einer schwarzen, grauen
oder weißen Schicht versieht. Dies kann durch Zusatz einer weiteren Schicht zu einem
Stapel von optisch gefärbten Tafeln erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
die Rückseite der fertigen, aus Schichten bestehenden Tafel mit einem schwarzen,
grauen oder weißen Anstrich zu versehen. Eine schwarze Rückseite führt zu lebhafteren
Farbwirkungen, während die weiße oder hellfarbige Rückseite feine Farbwirkungen
liefert, die derjenigen der meisten Arten von Perlmutter oder von Edelsteinen, wie
Opal, ähnlich sind.
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Offensichtlich können mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens
unzählige Farbkombinationen erzielt werden. In jedem Fall liegt der Vorteil dieser
Arbeitsweise darin, daß eine Vermischung der Farben, wo sie zufällig miteinander
verschmelzen, eine helle Farbe oder Weiß liefert anstatt der Verdunkelung, welche
beim Mischen von üblichen färbenden Stoffen eintritt, sowie darin, daß die benachbarten
Lagen gegenseitig ihre Farbe verstärken, anstatt ein zunehmendes Dunkelwerden hervorzurufen.
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Es sei bemerkt, daß der hier beschriebene Gießharzschichtkörper alle
Pigmente umfassen kann, deren Farbe aus einer Interferenzwirkung stammt, unabhängig
von den besonderen Abmessungen der entweder kristallinen oder amorphen Pigmentteilchen.
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Typische Gießharze sind nicht nur die Polyester, sondern auch Epoxydharze,
Acrylpolymerisate, wie z. B. Polymethylmethacrylat, Polystyrole, Phenol-
Formaldehyd-Harze,
Melaminharze oder Harnstoff-Formaldehyd-Harze. Für den Sachverständigen ist es offensichtlich,
daß auch andere lichtdurchiassende Gießharze verwendet werden können, solange die
Brechzahl in dem bevorzugten Bereich von etwa 1,4 bis 1,65 liegt.