DE19519212C2 - Durch UV-Strahlung härtbare Modelliermasse und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine härtbare Modelliermasse insbesondere für die industrielle Form­ gestaltung und für den Bedarf bildender Künstler. Sie soll bei der Lagerung lange ihren bild­ samen Zustand beibehalten, nach der endgültigen Formgebung oberflächlich härtbar, danach durch Abtragung im gewissen Umfange bearbeitbar und beispielsweise durch Lackierung oberflächenbehandelbar sein. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Modelliermasse.

Derartige Modelliermassen bekannter Art sind im wesentlichen aus Plastifikatoren und Füll­ stoffen zusammengesetzt. Als Plastifikatoren werden bevorzugt mikrokristalline Paraffin­ wachse, Polyethylenwachse oder Naturwachse (Bienenwachs, Ceresinwachs und dergleichen) eingesetzt. Als Füllstoffe werden feinkörnige, anorganische oder organische Feststoffe, wie Kaolin, Kreide, Tonerde, Stärke oder Holzmehl verwendet. Die Plastizität kann durch Mi­ schung von Wachsen unterschiedlichen Schmelzpunktes und durch den Zusatz von Weichma­ chern, wie Paraffin- oder Mineralölen, so abgestimmt werden, daß die Modelliermasse bei Raumtemperatur relativ fest und formstabil ist, jedoch beim Erwärmen über etwa 35 . . . 40°C stark erweicht und leicht geformt werden kann (DE 19 02 299, DE 29 37 843). Ohne weitere Zusätze bleiben solche Modelliermassen dauerplastisch. Die Formstabilität ist durch die Eigenschaften der Modelliermasse selbst sowie durch Umwelteinflüsse, wie die Erwär­ mung, nur sehr unzureichend gewährleistet.

Es ist auch bekannt, solche Modelliermassen durch Zusatz bestimmter Härtersysteme nach der Formgebung stärker und dauerhaft zu verfestigen. Nach dem Prinzip der Härtung unter­ scheidet man dabei:

Die Härtung erfolgt durch Lufttrocknung bei Raumtemperatur. In diesem Falle enthalten die Modelliermassen beispielsweise wässrige Lösungen oder Dispersionen von Celluloseethern, Dextrin, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyacrylaten oder Vinylacetat-Vinylchlorid-Co­ polymerisate, die bei Verdunstung des Lösungs- oder Dispergiermittels ein Polymernetzwerk bilden (DE 31 30 547, DE 29 37 843, DE 32 38 232, DE 31 15 746).

Bekannt ist auch der Einsatz ungesättigter organischer Verbindungen, wie ungesättigte Fett­ säuren oder Öle, die unter Einwirkung des Luftsauerstoffes vernetzen.

Alle diese Modelliermassen haben den Nachteil, daß sie spezielle Lagerungsbedingungen er­ fordern und dennoch nur zeitlich begrenzt lagerfähig sind und durch den unkontrolliert einsetzenden Härtungsprozeß auch während der Verarbeitung eine ständige Verschlechterung ihrer plastischen Eigenschaften erleiden. Die Plastizität kann nicht beispielsweise durch Er­ wärmungszyklen regeneriert werden.

Schließlich sind Modelliermassen bekannt, die durch Erwärmung im Temperaturbereich von 40 . . . 140°C gehärtet werden können. Sie enthalten Dispersionen oder Lösungen von Kunststoffen, wie Polyalkylacrylaten, Polyacrylaten, Polyvinylchlorid, Vinylacetat-Vinyl­ chlorid-Copolymerisaten, Styrol-Acrylat-Copolymerisaten oder Vinylacetat-Ethylen-Copoly­ merisaten, wobei die Kunststoffbestandteile im genannten Temperaturbereich schmelzen und/oder chemisch vernetzen (DE 31 30 547, DE 29 37 843, DE 40 08 980, DE 25 15 757). Diese Modelliermassen weisen eine bessere Lagerungseignung auf als die zuvor genannten; ihre Plastizität bleibt bei Raumtemperatur ausreichend lange erhalten und der Härtungsprozeß kann gesteuert und gezielt ausgelöst werden. Hingegen ist eine gezielte und während der Formgebung wiederholbare Erhöhung der Plastizität während der Formgebung, beispiels­ weise durch Erwärmung, nicht möglich.

Bei Kunststoffüberzügen, Spachtel- und Ausgleichsmassen, Vergußmassen und modellierfä­ higen Baustoffen sind Zusammensetzungen bekannt, die als Härterkomponente durch UV- Strahlung vernetzbare organische Verbindungen (beispielsweise Acrylate, Methacrylate, un­ gesättigte Polesterharze und dergl.) enthalten. Die Massen können zur Einstellung eines be­ stimmten Fließverhaltens erwärmt werden, ohne zu erhärten. Sie sind aber als Modelliermas­ sen für den Design-Modellbau sowie im Bereich der bildenden Kunst ungeeignet, weil sie in­ folge ihres hohen Gehaltes an flüssigem Härter (meist über 50 Masse%) schon bei Raumtem­ peratur (welche der Verarbeitungstemperatur entspricht) flüssig oder pastös sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ohne Beeinträchtigung von Plastizität und Härtbarkeit gut lagerfähige, nicht klebrige, wasserfeste, ungiftige, hautverträgliche, im Hausmüll entsorgbare, im gehärteten Zustand mechanisch bearbeitbare und bis 100°C tem­ peraturstabile Modelliermasse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäße Modelliermasse weist die geforderten Konsistenz-, Verträglichkeits- und Entsorgungseigenschaften auf. Sie ist in trockenen, dunklen Räumen mindestens 6 Mo­ nate und in geschlossenen Räumen unter Kunst- oder Tageslicht ohne direkte Sonnenein­ strahlung mindestens 1 Monat ohne Beeinträchtigung der Plastizität und Härtbarkeit lagerfä­ hig.

Ihre Verarbeitungseigenschaften im ungehärteten Zustand lassen sich wie folgt charakterisie­ ren:
Bei Temperaturen bis 35°C hat die Modelliermasse eine hohe Festigkeit mit einer Penetra­ tion von 40 . . . 80; ab 40°C setzt ein starkes Erweichen ein, so daß bei 50°C die Penetra­ tion 150 . . . 250 erreicht.

Sie ist mindestens 3mal für je eine halbe Stunde auf 60°C erwärmbar, ohne daß es zu einer wesentlichen Verringerung der Plastizität oder zu einem Nachlassen der Härtbarkeit kommt. Die Penetration geht dabei maximal auf 80% zurück.

Die Modelliermasse besitzt eine hohe Abkühlgeschwindigkeit, nämlich 0,8 . . . 1,2 K/min bei 60°C und 0,4 . . . 0,6 K/min bei 40°C.

Die Aushärtbarkeit im Oberflächenbereich bei Raumtemperatur durch UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 350 . . . 450 nm wird durch die beiden folgenden extremen Para­ meter charakterisiert:
Ein 400-W-Strahler ergibt in 30 Minuten eine Aushärtung bis in 3,5 mm Tiefe.
Ein 6-W-Strahler ergibt in 80 Stunden eine Aushärtung bis in 2,5 mm Tiefe.

Das gehärtete Material ist mechanisch, beispielsweise mittels Schleifpapier bearbeitbar und lackierbar, was besonders für die Gestaltung von Karosserie-Modellen und -Prototypen von Bedeutung ist. Es ist zugleich bei 100°C temperaturstabil, was das Trocknen des soeben er­ wähnten Lackes erleichtert.

Gegenüber den Modelliermassen für künstlerische und Design-Anwendungen nach dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Modelliermasse folgende Vorteile auf:

• - im ungehärteten Zustand hohe Festigkeit bei Raumtemperatur und erforderlichenfalls hohe Geschmeidigkeit bei 40°C,
• - einfache Handhabung auch größerer Mengen durch gewollte Änderung der Plastizität in Abhängigkeit von der Temperatur,
• - im plastischen Zustand sind mehrfache Korrekturen möglich,
• - der Härtungsprozeß kann unabhängig von der Wärmeeinwirkung kontrolliert durch Einschalten der UV-Strahler gestartet werden,
• - das gehärtete Material ist mechanisch nacharbeitbar.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend durch zwei Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Für diese Beispiele werden zunächst die Zusammensetzung und die Eigenschaften tabellarisch gegenübergestellt, wobei die angegebenen Zahlenwerte weitgehend für sich selbst sprechen:

Eigenschaften

Zum erfindungsgemäßen Verfahren wird beispielhaft angegeben, daß nach Anspruch 6 das Füllstoffgemisch auf 40°C, das Gemisch aus Härter, Härtungsinitiator und Härtungsbe­ schleuniger auf 80°C erwärmt sowie die Wachs-Paraffin-Mischung geschmolzen wird.

Claims (6)

1. Durch UV-Strahlung härtbare Modelliermasse bestehend aus einer Kombination von:
45 . . . 70 Masse% eines Füllstoffes bestehend aus einem Gemisch aus Quarzmehl und Metallstearaten und/oder Polymethylmethacrylat, wobei das Quarzmehl massenanteilig überwiegt,
9 . . . 30 Masse% eines Plastifikators aus einem Gemisch von bei Raumtemperatur festen und flüssigen Paraffinen sowie mikrokristallinen Wachsen, wobei das feste Paraffin massenanteilig überwiegt,
2 . . . 5 Masse% eines oxidierten Polyethylenwachses mit einem Tropfpunkt zwischen 97 und 100°C als Emulgator,
14 . . . 20 Masse% eines Härters bestehend aus einer Komponente oder einem Ge­ misch aus der Gruppe, welche umfaßt:
hochreaktive Polyesterharze (uPe) oder 2,2-Bis-[4-(2-hydroxy-3-methacry­ loyloxypropoxy)phenyl]propan (BidGMA) als hochviskosen Bestandteil und
Polyesterharze oder polyfunktionelle Methacrylate als niedrigviskosen Bestandteil,
bezogen auf die Masse des Härters 1 . . . 3 Masse% eines Härtungsinitiators.

2. Modelliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin bezogen auf die Masse des Härters bis zu 0,25 Masse% tertiäre Amine als Härtungsbeschleuniger enthält.

3. Modelliermasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff ein Gemisch aus reinem oder mit Silanen, vorzugsweise mit Methacrylsilan oder Vinylsilan, vor­ behandeltem Quarzpulver der Körnung d₅₀ = 10 . . . 50 µm und Calciumstearat Verwendung findet.

4. Modelliermasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als polyfunktionelles Methacrylat Hexandioldimethacrylat Verwendung finden.

5. Modelliermasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Härtungsinitiator alpha-Hydroxydimethylacetophenon oder 2,4,6-Trimethylbenzoyldi­ phenyl-phosphinoxid Verwendung finden.

6. Verfahren zur Herstellung einer Modelliermasse nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kneter nacheinander unter fortwährendem Kneten bis zur Erreichung einer ausreichenden Homogenität
der Füllstoff bei erhöhter Temperatur gemischt,
schmelzflüssiger Härter mit darin gelöstem Härtungsinitiator und gegebenenfalls Härtungs­ beschleuniger und
schließlich eine schmelzflüssige Mischung von Plastifikator und Emulgator zugegeben wird.