-
Die
Erfindung betrifft eine ofenhärtbare
Modelliermasse.
-
Plastische,
ofenhärtbare
Massen zum Formen und Modellieren von Gegenständen sind prinzipiell bekannt.
-
Unter
Modelliermassen sind auch sogenannte Clays, bzw. bei polymerhaltigen
Massen Polymerclays zu verstehen.
-
So
ist aus
DE 25 15 757
C3 eine plastische, von Hand verformbare und durch Erhitzen
härtbare
Masse bekannt. Eine derartige Masse besteht im Wesentlichen aus
Polyvinylchlorid, Füllstoff
und Weichmacher.
-
Nachteilig
bei derartigen Massen ist, dass diese nur bei einer sehr hohen Temperatur
aushärten,
wobei der Härtevorgang
langsam von Statten geht. Zudem ist die Bruchfestigkeit derartiger
ausgehärteter
Massen ungenügend.
Weiter ist es als nachteilig anzusehen, dass derartige Massen einen
Gehalt von bis zu 30 Gew.-% phthalathaltiger Weichmacher aufweisen,
welche im Verdacht stehen, hormon- oder fortpflanzungsschädigende
Wirkung zu besitzen.
-
Phthalathaltige
Weichmacher werden Kunststoffen, denen elastische Eigenschaften
verliehen werden sollen, in mehr oder weniger hoher Konzentration,
bis zu 40 Gew.-% zugesetzt. Sie wirken dabei als sogenannte äußere Weichmacher,
da sie mit dem Kunststoff keine chemische Bindung eingehen. Aufgrund
der fehlenden chemischen Bindung können die Phthalate wieder relativ
leicht aus dem Kunststoff herausgelöst bzw. allmählich heraus
migrieren.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Modellier- oder Formmasse zu schaffen,
die die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist und die insbesondere
bei niedrigen Temperaturen aushärtet
und im ausgehärteten
Zustand eine gute Bruchfestigkeit bei möglichst geringem Weichmacheranteil
aufweist.
-
Weiter
ist es Aufgabe der Erfindung, dass die erfindungsgemäße Knetmasse
nahezu frei von für
Menschen gesundheitsgefährdenden
und/oder bedenklichen Inhaltsstoffen ist.
-
Diese
Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1, 13 und 15 umfassten
Merkmalen gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Massen
sind in den weiteren Ansprüchen
umfasst.
-
Die
besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Massen liegen in der leichten
Bearbeitbarkeit der Knetmasse mit bloßen Händen. Die Konsistenz der Knetmasse
ist bei normaler Umgebungstemperatur annähernd konstant und härtet bei
den empfohlenen Lagerbedingungen kühl, trocken, ohne direkte Sonneneinstrahlung
auch bei mehrmonatiger Lagerung, bis 48 Monate nicht aus.
-
Die
erfindungsgemäße Modelliermasse
besteht aus Bindemittel, welches als Plastisol vorliegt und ggf. weiteren
Zusatzstoffen, wobei sich das Plastisol im Wesentlichen aus PVC
und Weichmacher zusammensetzt und wobei die Masse mindestens einen
phthalatfreien Weichmacher aufweist.
-
Das
eingesetzte Bindemittel besteht im Wesentlichen aus Plastisol. Dieses
Plastisol setzt sich im Wesentlichen aus PVC und Weichmacher zusammen.
Dabei kann der PVC u. a. ein emulgatorhaltiger oder -freier Emulsions-PVC,
Suspensions-PVC
und Mikroperl-Suspensions-PVC oder eine Mischung der einzelnen PVC-Typen
sein.
-
Der
phthalatfreie Weichmacher ist auf Citronensäurebasis, auf Adipinsäurebasis
und/oder Benzoat-ester-Basis aufgebaut. Der phthalatfreier Weichmacher
ist z. B. Acetyltributylcitrat, Tri-(2-ethylhexyl)-actylcitrat,
Trioctylcitrat, Tridecylcitrat, Tributylcitrat, Trihexylcitrat,
Triethylcitrat, Dioctyladipat, Diisodecyladipat, Diisononyladipat,
Bis (2-ethylhexyl) adipate, 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester,
Essigsäureester
von Monoglyceriden, Benzoaten oder ein Gemisch aus mindestens zweier
dieser Substanzen.
-
Weiter
kann der Weichmacher der Gruppe der Benzoate oder Benzoate ester
angehören.
Beispielhaft seinen 2,2,4-Triethyl-1,3-Pentanediyl
Dibenzoate und Derivate davon, Triethylenglycol-dibenzoate, Diethylen glycol
dibenzoate, Diethylen glycol monobenzoate und/oder Propylenglycoldibenzoate
genannt.
-
Beliebige
Mischungen aller vorgenannten Weichmacher sind möglich.
-
Die
Masse weist 5–30
Gew.-% phthalatfreien Weichmacher, bevorzugt 10–28% phthalatfreien Weichmacher,
besonders bevorzugt 15–24%
phthalatfreien Weichmacher auf.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist eine Masse, welche frei von phthalathaltigen Weichmachern
ist
-
Ein
Stabilisator verbessert die PVC-Stabilität, d. h. er verhindert u. a.
die Abspaltung von Chlorwasserstoff. Dazu werden vor allem anorganische
und organische Salze der Metalle Calcium, Zink, Zinn, Magnesium, Natrium
und Kalium eingesetzt, z. B. Calciumstearat, Natriumstearat, Kaliumstearat,
Zinkstearat, Magnesiumstearat, Zinnstearat und/oder Gemische der
Metallsalze.
-
Der
Masse werden außerdem
noch Co-Stabilisatoren zugesetzt. Bei einem in der Masse eingesetzten Co-Stabilisator
handelt es sich um einen Fettsäureester,
bevorzugt um langkettigen Fettsäureester,
mit einer Kettenlänge
größer C12.
Der Fettsäureester
besteht bevorzugt aus einer geradkettigen Fettsäure und einem Alkohol. Der
Alkohol ist vorzugsweise ein verzweigter Alkohol. Als Beispiel sei
Octadecylsäureester
genannt. Der Co-Stabilisator verbessert die Lagerstabilität des Bindemittels.
Alterserscheinungen der Masse können
auf diese Weise vorgebeugt werden.
-
Es
hat sich für
die Verbesserung der Lagerstabilität als vorteilhaft erwiesen,
wenn der ggf. enthaltene Co-Stabilisator
frei von 2-Ethylhexylderivaten ist.
-
Als
weitere Beispiele seinen epoxidiertes Sojaöl, epoxidierter Ölsäuremethylester,
epoxidierter Linolsäuremethylester,
epoxidierter Linolensäuremethylester,
epoxidierter Linolensäureisopropylester,
epoxidierter Rapsfettsäuremethylester,
epoxidierter Sojafettsäuremethylester,
epoxidierter Leinfettsäuremethylester
oder ein Gemisch aus diesen genannt.
-
Als
Füllstoffe
werden im Wesentlichen anorganische und organische Füllstoffe
eingesetzt, z. B. Kaolin, Kreide, Talkum, Aluminiumhydroxid und/oder
Tonmehl, welche eine Korngröße < 250 μm, bevorzugt
kleiner 100 μm
und besonders bevorzugt < 63 μm aufweisen.
-
Als
weitere Füllstoffe
können
Metallglitter, Glitzerpulver und Glitzerplättchen oder Mischungen dieser Stoffe
vorliegen um dadurch beispielsweise besondere optische Effekte zu
erzielen.
-
Als
Füllstoffe
können
auch sogenannte Leichtfüllstoffe
eingesetzt bzw. anderen genannten Füllstoffen beigemischt werden.
Beispiele für
Leichtfüllstoffe
sind Hohlkugeln, insbesondere Mikro-Glashohlkugeln, z. B. von der
Firma 3M oder Osthoff Petrasch. Je nach dem Gehalt von Leichtfüllstoffen
kann eine gewünschte
Dichte eingestellt werden, welche vorteilhaft im Bereich von 0,3
bis 1,1 g/ml liegt. Auch die Größe von handelsüblichen
Leichtfüllstoffen
kann frei gewählt
werden, wobei deren Größe vorzugsweise
in einem Bereich von 10 bis 400 μm
liegt.
-
Des
Weiteren kann auch Füllstoff
auf Polymerbasis eingesetzt werden. Beispielhaft für diese
Gruppe seinen PAMA, PMMA und/oder Polethylen genannt.
-
Als
Farbmittel können
Pigmente in reiner Form, als Pulverpigmente, als wässrige Pigmentpräparationen,
bevorzugt als azofreies Farbpigment, Effektpigment und/oder azofreier verlackter
Farbstoff vorliegen. Als Auswahl einer Vielzahl von möglichen
Farbpigmenten seien Pigment Yellow 14 (C.I. 21095), Pigment Red
254 (C.I. 56110), Pigment Orange 34 (C.I. 21110) Pigment Red 122
(C.I. 73915) Pigment Green 7 (C.I. 74260), Pigment White 6 (C.I.
77891), Pigment Black 7 (C.I 77266), Pigment Red 101 (C.I. 77491),
Pigment Violet 23 (C.I. 51319), Pigment Blue 29 (C.I. 77007), Pigment
Yellow 185 (C.I. 56290), Pigment Yellow 1 (C.I.11680), Pigment Red
48:2 (C.I. 15865:2), Pigment Red 53:1 (C.I. 15585:1), Pigment Orange
34 (C.I. 21115), Pigment Yellow 83 (C.I. 21108) und Pigment Blue
15 (C.I. 74160) genannt.
-
Durch
die Zugabe dieser Farbmittel erhält
die Knete ein brillantes Aussehen.
-
Als
weitere Farbmittel seinen Pearlescent Pigments, Mica Iron Metal
Luster Pigments, Polyesterglitter Pigments und Luminescent Pigments
angegeben.
-
Hierbei
kann festgestellt werden, dass unterschiedlich eingefärbte Knetmassen
zudem beliebig miteinander vermengt, vermischt oder verknetet werden
können,
wodurch ein Marmorierungseffekt erzielt wird.
-
Zweckmäßiger Weise
sollten die verwendeten Farbmittel in der Knetmasse selbst nicht
mehr wasserlöslich
sein.
-
Die
Erfindung soll anhand eines Rahmenbeispiels sowie einigen Rezepturbeispielen
näher dargestellt werden. Rahmenbeispiel
| 5–95 Gew.-% | PVC |
| 5–30 Gew.-% | Weichmacher,
phthalatfrei |
| 0–10 Gew.-% | Stabilisator |
| 0–10 Gew.-% | Co-Stabilisator |
| 0–75 Gew.-% | Füllstoffe |
| 0–5 Gew.-% | Farbmittel |
| 0–5 Gew.-% | sonstige
Zusätze |
-
Stabilisatoren,
Co-Stabilisatoren, Farbmittel und Füllstoffe sind Beispiele für ggf. einsetzbare
Zusatzstoffe.
-
Hier
gilt es anzumerken, dass auch Mengen bis 5 Gew.-% an phathlathaltigen
Weichmachern als Zusatzstoffe enthalten sein können. Rezepturbeispiel
1 – nicht
gefärbte
Masse
| 65
Gew.-% | PVC
oder PVC-Copolymerisat |
| 19
Gew.-% | Weichmacher
auf Adipinsäurebasis |
| 7 Gew.-% | Stabilisator |
| 19
Gew.-% | Talk |
Rezepturbeispiel
2 – rote
Masse
| 63
Gew.-% | PVC |
| 24
Gew.-% | Weichmacher
auf Citronensäurebasis |
| 1 Gew.-% | Stabilisatoren |
| 7 Gew.-% | Co-Stabilisatoren |
| 4 Gew.-% | Füllstoff |
| 1 Gew.-% | Pigment
Red 254 |
Rezepturbeispiel
3 – gelbe
Masse
| 65
Gew.-% | PVC |
| 21,5
Gew.-% | Weichmacher
auf Citronensäurebasis |
| 1,5
Gew.-% | Co-Stabilisator |
| 5,5
Gew.-% | Stabilisator |
| 6,0
Gew.-% | Füllstoff
(Kreide, Kieselsäure) |
| 0,5
Gew.-% | Pigment
Yellow 83 |
Stand
der Technik – ockerfarbene
Vergleichsrezeptur
| 15
kg | Emulsions
PVC |
| 17
kg | Suspensions
PVC |
| 2,5
kg | Calciumstearat |
| 13,5
kg | Di-n-octylphthalat
(Weichmacher) |
| 1 kg | Octyl-Fettsäureester |
| 14
kg | Aliminiumsilikat |
| 0,5
kg | Pigmente
(Ockermischung) |
-
Der
Gehalt an Weichmacher beträgt
in einer bevorzugten Ausführungsform
zwischen 10 und 28 Gew.-% und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
zwischen 15 und 24 Gew.-%.
-
Der
bevorzugt eingesetzte phthalatfreie Weichmacher ist auf Citronensäurebasis
und/oder auf Adipinsäurebasis
aufgebaut.
-
Eine
gewünschte
Konsistenz der Masse kann problemlos durch die Variation von Bindemittelgehalt und/oder
Weichmachergehalt eingestellt werden.
-
Die
erfindungsgemäße Masse
hat gegenüber
dem Stand der Technik folgenden Vorteil:
Bei gleicher Härtetemperatur
von 130°C
verringert sich die Aushärtezeit
deutlich. Sie beträgt
nur noch 15 Minuten statt bisher 30 Minuten.
-
Bei
gleicher Aushärtedauer
von 30 Minuten härtet
die Masse bereits bei deutlich niedrigerer Temperatur von 110°C aus. Auch
kann die Masse bereits bei unter 100°C ausgehärtet werden. Bei 93°C und einer
Aushärtedauer
von 40 Minuten ist die Masse bereits gehärtet.
-
In
der nachfolgenden Tabelle ist die Aushärtezeit der erfindungsgemäßen Masse
gegen die Aushärtezeit
einer Masse nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit von der Temperatur
dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, dass die Aushärtezeit
der erfindungsgemäßen Masse
um 50% kürzer
ist als bei den Massen nach dem Stand der Technik.
Tabelle
1: Aushärtezeit
in Abhängigkeit
von der Temperatur
-
Es
hat sich gezeigt, dass die im Ofen ausgehärtete Masse gemäß der Anmeldeunterlagen
gegenüber dem
Stand der Technik eine wesentlich höhere Bruchfestigkeit aufweist,
wie aus der Tabelle 2 zu erkennen ist.
-
Diese
höheren
Bruchfestigkeiten konnten sowohl mit einem „Texture Analyser" als auch nach dem
Verfahren des „Three
Point Bending Rig" ermittelt
und bestätigt
werden.
Tabelle
2: Bruchfestigkeit der ausgehärteten
Masse
-
Des
Weiteren konnten mit dem Textur Analyser" eine deutlich höhere Elastizität der ausgehärteten Masse
gemäß den Anmeldeunterlagen
gegenüber
Massen nach dem Stand der Technik gemessen werden.
-
Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Masse
erfolgt beispielsweise gemäß
DE 25 15 757 C3 ,
wonach das trockene PVC-Pulver mit dem Füllstoff gemischt und danach
der Weichmacher und Co-Stabilisator zugegeben wird. Die so hergestellte
Masse wird gegebenenfalls unter Kühlhaltung durch Kneten fertig
gestellt.
-
Verwendung
findet die erfindungsgemäße Masse
bei der Herstellung von plastischen, von Hand verformbaren und durch
Erhitzen härtbaren
Massen, als Modelliermassen für
den Gebrauch durch Kinder und zur Herstellung von kunstgewerblichen
und/oder industriellen Gegenständen
und die daraus hergestellten Produkte wie z. B. Candle lights, Siegelabdrücke und
Schmuckstücke.
-
Weitere
Verwendung findet die Masse oder Modelliermasse zu therapeutischen
Zwecken im medizinischen Bereich, um haptische Fähigkeiten zu Trainieren und
zu Rehabilitieren.
-
Gegenstände und
Objekte, welche mit einer erfindungsgemäßen Masse hergestellt sind,
werden nach der Formgebung zur Gestaltung der Gegenstände und
Objekte durch Wärmeeinwirkung
ausgehärtet.
