DE2217608B2 - Kunststoffarbeitsform fuer die industrielle fertigung keramischer erzeugnisse aus knetbaren massen und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Forischritt, der nicht zu unterschätzen ist, liegt darin, daß die erfindungsgemäße Form nach dem Ausformen nicht mehr dem üblichen Trockenprozeß unterworfen zu werden braucht, da sie im Gegensatz zu den kapillarporösen Formen praktisch kein Wasser aufnimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Arbeitsform sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis 4.

Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Kunststoffarbeitsform ist dadurch gekennzeichnet, daß Polyätheralkohote und/oder Polyesteralkohole mit Polyisocyanaten, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren. Stabilisatoren, Treibmitteln und anderen Hilfsstoffen, gemischt werden und die erhaltene Mischung in eine mit Trennmitteln ausgekleidete Urform eingebracht wird und daß die nach ausreichender Rtakticiszeit erhaltene Arbeitsform aus porösem, mit einer dünnen Haut überzogenem Polyurethan an der Arbeitsfläche aufgerauht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 10.

Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert.

Bei der Herstellung von Arbeitsformen gemäß der Erfindung werden die Polyurethanrohstoffkomponenlen. d.h. die mit Katalysatoren. Schaumstabilisatoren und Treibmitteln versehenen Polyätheralkohole und/oder Polyesieralkohole (Komponente A) und Polyisocyanate (Komponente B), in einem Verfahrensgang von Hand oder maschinell nach intensiver Vermischung in eine mit Trennmitteln ausgekleidete Urform eingebracht, wobei nach einer Topfzeit von 5 bis 60 see. vorzugsweise 25 bis 30 see, einer Steigzeit von 10 b.s 120 see, vorzugsweise 10 bis 80 see, und, soweit es sich um Komponenten für Polyurethan-Integralschaum handelt, einer Abbindezeit von 90 bis 200 see, Vorzugsweise 100 bis 130 see, bei einem Raumgewicht von 10Ü bis 700 g/l, vorzugsweise 150 bis 400 g/l, und einer Verdichtung um das zwei- bis sechsfache, vorzugsweise drei- bis vierfache, sowie nach einer Formstandzeit von 5 bis 50 Minuten, vorzugsweise 5 bis 20 Minuten, Kunststoffarbeitsformen aus porösem, mit einer dünnen Haut überzogenem Polyurethanschaum oder auch aus porösem, mit einer dünnen Haut überzogenem Polyurethanelastomer gebildet werden. Auf diese Weise erhältliche Kunststoffarbcitsformen aus /eiligen Polyurethanelastomcren setzen vorteilhafterweise eine Vortemperierung der entsprechenden Komponente A auf 55 bis 65° C und der entsprechenden Komponente B auf 35 bis 40°C sowie ein Aufheizen der Urform auf etwa 7O⁰C voraus. Die Polyurethan-Arbeitsformen weisen eine Dauertemperaturwechselbeständigkeit von etwa 50 bis 7O⁰C auf.

Der Einsatz der Polyurethan-Arbeitsform setzt die Entfernung der auf der Arbeitsfläche befindlichen dünnen Haut voraus, was durch Aufrauhen mit mechanisehen Mitteln, wie Sandstrahlen oder Reiben mit Sandpapier, oder mit chemischen Methoden, wie Ätzen mit Säuren oder Alkalien in Lösungsmitteln, erreicht wird. Vorteilhafterweise führt man die chemische Aufrauhung so durch, daß man konzentrierte Schwefelsäure in handelsüblicher Konzentration, vorzugsweise 94- bis 48⁰AUg, jedoch mindestens 80%ig, oder auch eine vorzugsweise gesättigte Lösung von Dichromat in konzentrierter Schwefelsäure oder eine vorzugsweise gesättigte Lösung von Alkalien in Losungsmitteln außer Wasser auf die Arbeitsfläche von Polyurelhan-Kunstsioffarbeitsformen einwirken läßt. Konzentrierte oder auch eine vorzugsweise gesattigte Lösung von Dichromat in konzentrierter Schwefelsäure eignen sich zum Aufrauhen glatter Oberflächen von Polyurethan-Kunststoffarbeitsformen, die aus Polyurethan sowohl auf Polyether- als auch auf Polyesterbasis hergestellt werden. Die vorzugsweise gesättigten Lösungen von Alkalien in Lösungsmitteln außer Wasser eignen sich insbesondere zum Aufrauhen glatter Oberflächen von Polyurethan-Kunststoffarbeitsformen, die auf Polyesterbasis hergestellt werden. Die Einwirkungszeit beträgt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Polyurethan-Kunststoffe mindestens 0,5 Minuten bis maximal 2 Stunden. Um nur die Arbeitsflächen der Polyurethan-Kunststoffarbeitsformen aufzurauhen und zu hydrophilieren, wird auf die restlichen Oberflächen und in die Bohrungen der Arbeitsform vor der Behandlung mit den genannten Chemikalien Silikonfett aufgebracht. Die Dicke der aufgetragenen SiIikonfetuchicht sollte 0.1 mm nicht unterschreiten.

Durch die Anwendung dieser chemischen Aufrauhungsmethoden wird die auf der Polyurethan-Kunststoffarbeitsform befindliche Haut entfernt oder aufgerauht und irr. Gegensatz zur mechanischen Aufrauhung eine gleichmäßig aufgerauhte Oberfläche erzeugt. Ein weiterer Vorteil im Gegensatz zur mechanischen Aufrauhung besteht darin, daß profilierte Oberflächen maßgerecht erhalten bleiben. Noch ein Vorteil dieses chemischen Aufrauhungsverfahrens besteht in der mehrmaligen Verwendung der genannten Chemikalien. Besonders günstig für die Anwendung der Polyurethan-Kunststoffarbeitsform für die Herstellung keramischer Erzeugnisse ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Hydrophilie der aufgerauhten Oberflächen.

Der Einsatz einer geeigneten Formmasse gewährleistet während des Arbeitsprozesses eine ständige Regeneration der Arbeitsfläche, wodurch ein mehrmaliges Aufrauhen entfällt. Beim Einsatz eines elastischen Polyurethanschaums, vorzugsweise eines zelligen Elastomers, entfällt unabhängig von der Formmasse eine wiederholte Aufrauhung, weil Einlagerungen, die eine qualitätsgerechte Produktion keramischer Erzeugnisse negativ beeinflussen können, durch die Elastizität des eingesetzten elastischen Polyurethan-Schaums ausgeschlossen werden. Ein Aufheizen der Polyurethan-Arbeitsformen ist nicht erforderlich.

Vorteilhafterweise sorgt man bei der erfindungsgemäßen Form für die Entfernung eines Luftpolsters, das sich beim Aufbringen des Hubeis zwischen Arbeitsfläche und Formling bildet und eine Verformung, insbesondere bei Tassen, behindert. Zur Beseitigung des Luftpolsters, insbesondere bei der Tassenform, sind daher zwei bis sechs, vorzugsweise vier, an der Arbeitsfläche im Durchmesser 0,5 bis 1 mm betragende, symmetrisch angeordnete Bohrungen, die nach außen konisch erweitert sind, in der Polyurethan-Arbeitsform vorgesehen. Bei Bedarf wird nach jeder Abformung durch eine Zwischentrocknung auf etwa 60° C die anhaftende Feuchtigkeit aus der Polyurethan-Arbeitsform entfernt.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, und zwar das Beispiel 1 zur Erläuterung der Herstellung einer Form und die Beispiele 1 bis 7 insbesondere zur Erläuterung der Methoden /ur Aufrauhung der Arbeitsfläche der Form.

Beispiel I

H)O Teile der Komponente A werden mit 100 Teilen der Komponente B entweder von Hand oder mit maschinellen Einrichtungen intensiv vermischt und in eine

mit Trennmitteln ausgekleidete Urform für eine Tassenform, die vier Entlüftungslöcher enthält und mit Öffnungs- und Schließmechanismen versehen ist. eingebracht. Bei einer Topfzeit von 20 bis 24 see, bei einem freigeschäumten Raumgewicht von 100 g/l und einer Verdichtung urn das 3- bis 4fache entsteht bei einer Formstandzek von 20 Minuten eine Form für eine Tasse aus hartem Polyurethan-integralschaum mit einem durchschnittlichen Raumgewicht von 350 bis 400 g/l. mit ?:ner Druckfestigkeit von etwa 30 kp/cm². einer Biegefestigkeit von etwa 75 kp/cm² und einer Dauertemperaturwechselbeständigkeit von etwa 60° C. Die so erhaltene Tas^enform wird auf der Arbeitsfläche zur Abformun? der Porzellanrohlinge aufgerauht. Diese Aufrauhung kann mechanisch oder mit Hilfe der Atrung erfolgen. Nach der Freilegung der Entlüftungslöcher wird die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffarbeitsform aus Polyurethan-Integralschaum in Formmaschinen, die von Hand oder automatisch betätigt werden, zur Herstellung von Porzellan- oder Steingutrohlingen od. dgl. nach den üblichen Verfahren eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich diverse Formen, wie Tellerformen u. a., ausführen. Die Herstellung und der Einsatz von Kunststoffarbeitsformen aus Polyurethanelastomeren erfolgen analog.

Be ispi el 1

Die Oberfläche eines zur Herstellung von Polyurethan-Kunststoffarbeitsformen für die Fertigung keramischer Erzeugnisse geeigneten Duromerschaums (Dichte 100 kg/m³), hergestellt aus einem Polyäthergemisch aus Glukose, Äthylenglykol und Propylenoxyd mit einem Polyol auf Basis Diäthylentriamin und Propylenoxyd, in üblicher Weise verschäumt mit Trichlorfluormethan als Treibmittel, unter Zusatz von Endoäthylen-piperazin als Katalysator, alkoxyliertem Alkyiphenol als Emulgator, einem Copolymer aus Siloxan und Polyäther als Zellregler und einer Vernetzerkomponente, bestehend aus einem polymeren Rohprodukt des Dipheny!methan-4,4'-diisocyanats, wurde mit konzentrierter Schwefelsäure 15 Minuten behandelt. Danach wurde die Oberfläche des Schaumstoffes 5 Minuten lang intensiv mit Wasser gewaschen und anschließend durch einen Luftstrom getrocknet. Es erfolgte eine gute Aufrauhung. Die aufgerauhte Oberfläche ist gegenüber einer geschnittenen Oberfläche stark hydro philiert. Bei gleicher Behandlung und Verringerung der Einwirkungszeit auf 1 Minute wurde eine feine Mattierung und Hydrophilierung erreicht.

Beispiel 2

Beim gleichen Schaumstoffsystem und der gleichen Behandlungsweise wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde beim Austausch der konzentrierten Schwefelsäure durch eine gesättigte Lösung von Kaliumdichromat in konzentrierter Schwefelsäure eine stärkere Aufrauhung erzielt. Die Oberfläche war ebenfalls hydrophil.

Beispiel 3

Die Oberfläche eines zur Herstellung von Polyurethan-Kunststoffarbeitsformcn für die Fertigung keramischer Erzeugnisse geeigneten Hartschaumstoffes, hergestellt aus einem Gemisch eines Polyols auf Basis Diäthylentriamin, Propylenoxyd und Äthylenoxyd mit einem Polyol auf Basis Diäthylentriamin und Propylenoxyd und einem Polyol auf Basis Gly/.erin und Propylenoxyd sowie llexiuitriol mit Trichlorätrnlenphospluit. Wasser, einem Zellregler, z. B. bestehend aus einem Copolymer aus Siloxan und Polyäther, und einem Katalysator, z. B. Dimethylcyciohexyiamin, verschäum: mit f richlorfluormeihan als Treibmittel, unter Verwendung eines Vernetzers, bestehend aus einem polymeren Rohprodukt des Diphenylmcthan-4,4'-diisocyanats, wurde 5 Minuten mit konzentrierter Schwefelsäure behandelt, anschließend 5 Minuten mit Wasser gewaschen und im Luftstrom getrocknet. Es ergab sich eine feine und gleichmäßig aufgerauhte hydrophile Oberfläche. Bei Verlängerung der Einwirkungsdauer auf 10 und 15 Minuten konnte unter Beibehaltung der Hydrophilie eine mittelfeine bzw. grobe Aufrauhung erzeugt werden.

Beispiel 4

Das unter Beispiel 3 genannte Schaumstoffsystem wurde unter Austausch der konzentrierten Schwefelsäure durch Chromschwefelsäure in gleicher Weise behandelt. Es erfolgte eine etwas stärkere Aufrauhung unter Beibehaltung der Hydrophilie.

Beispiel 5

Aus dem im Beispiel 3 beschriebenen Hartschaumstoff wurden Polyurethan-Kunststoffarbeitsformen mit Bodenöffnungen und aufgerauhter Arbeitsfläche hergestellt. Dabei wurden die unteren Öffnungen der Formen mit Silikonstopfen und/oder Silikonfett verschlossen, der obere Rand der Formen mit Silikonfett bestrichen und die Formen mit konzentrierter Schwefelsäure bis zu einer bestimmten Höhe gefüllt. Durch Verdrängung der Säure mit Hilfe eines Glaskörpers konnte die gesamte Arbeitsfläche mit der Säure in Berührung gebracht werden. Nach 5 Minuten wurde die Schwefelsäure ausgegossen und die Formen in Wasser getaucht und 5 Minuten kräftig gewaschen. Danach erfolgte die Trocknung im Luftstrom. Die Formen waren an ihrer Arbeitsfläche mittelfein aufgerauht. Die aufgerauhten Oberflächen waren hydrophil. Bei diesem Versuch wurden etwa 70 Formen mit einer Gesamtarbeitsfläche von etwa 3 m² mit etwa 1 1 konzentrierter Schwefelsäure aufgerauht. Nach Beendigung des Versuchs zeigte die Säure trotz starker Verfärbung noch ihre volle Aktivität.

Beispiel 6

Die Oberfläche eines zelligen Elastomers, hergestellt aus einem linearen Polyester auf Basis einer aliphatischen Dicarbonsäure, z. B. Adipinsäure oder Sebacinsäure, und eines Glykols, z. B. Äthylenglykol, Propylenglykol, gegebenenfalls im Gemisch mit einem linearen oder leicht verzweigten Polyester mit einem mittleren Molekulargewicht von 450 bis 600, unter Zusatz von Katalysatoren, wie Aminen, z. B. Tri-n-propylamin. und einem Porenstabilisator, bestehend aus einem Copolymer aus Siloxan und Polyäther, sowie Reaktionsverzögerern, wie quaternären Ammoniumverbindungen oder organischen Säuren, z. B. Citronensäure, mit einem Anteil an niedermolekularen Glykolen, z. B. Butandiol-1.4, als Vernetzer und einer Isocyanatkomponente, bestehend aus aromatischem Diisocyanat, z. B. Diphenylmcthan-4,4'-diisocyanat, wurde 5 Minuten mit konzentrierter Schwefelsäure in Kontakt gebracht. Es ergab sich eine gute Aufrauhung und Hydrophilierung der Oberfläche.

Beispiel 7

Ein nach Beispiel 6 hergestelltes /eiliges Elastomer wurde mit einer gesättigten Lösung von Kaliuinhydro-

xyd in Äthanol 5 Minuten in Kontakt gebracht. Es ergab sich eine gute Aufrauhung der ursprünglich glatten Oberfläche. Die aufgerauhte Fläche war gleichzeitig hydrophiliert worden. Bei Verlängerung der Einwirkungszeit wurde die Aufrauhung verstärkt.

Claims (10)

gen von Silikonfett in einer mindestens 0,1 mm dikken Schicht geschützt werden. Patentansprüche:

1. Kunststoffarbeitsform für die industrielle Fertigung keramischer Erzeugnisse aus knetbaren Massen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus porösem Polyurethan besteht, dessen Arbeitsflache eine Porenstruktur aufweist.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Polyurethan eine verdichtete poröse Oberflächenschicht mit einer Dicke von 0,3 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,8 bis 1,2 mm, aufweist.

3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Polyurethan ein Polyurethanhartschaumstoff, ein Polyurethanintegralschaumstoff oder ein zelliges Polyurethanelastomer ist.

4. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei bis sechs, vorzugsweise vier symmetrisch angeordnete, an der Arbeitsfläche im Durchmesser 0,5 bis 1 mm betragende, nach außen sich konisch erweiternde Bohrungen aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffarbeitsform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Polyätheralkohole und/oder Polyesteralkohole mit Polyisocyanaten, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren. Stabilisatoren, Treibmitteln und anderen Hilfsstoffen, gemischt werden und die erhaltene Mischung in eine mit Trennmitteln ausgekleidete Urform eingebracht wird und daß die nach ausreichender Reaktionszeit erhaltene Arbeitsform aus porösem, mit einer dünnen Haut überzogenem Polyurethan an der Arbeitsfläche aufgerauht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Randzonen der Arbeitsform eine 0.3 bis 2 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,1 mm dikke verdichtete poröse Oberflächenschicht gebildet wird, die durch mechanische Mittel, vorzugsweise durch Sandstrahlen oder durch Reiben mit Sandpapier, oder durch chemische Methoden, vorzugsweise durch Ätzen mit Säuren oder mit Alkalien in Lösungsmitteln, aufgerauht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmitte! mindestens 80%ige, vorzugsweise 94- bis 98%ige Schwefelsäure oder eine vorzugsweise gesättigte Lösung von Dichromat in konzentrierter Schwefelsäure oder eine vorzugsweise gesättigte Lösung von Alkalien in Lösungsmitteln außer Wasser verwendet wird und daß das Ätzmittel in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Polyurethans mindestens 0,5 Minuten bis maximal 2 Stunden auf die Arbeitsfläche einwirkt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Polyurethanen auf Polyesterbasis als Ätzmittel Lösungen von Alkalien, vorzugsweise gesättigten, verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche zusätzlich zum Aufrauhen hydrophiliert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufrauhen der Arbeitsfläche durch chemische Methoden die restlichen Oberflächen, die nicht aufgerauht werden sollen, gegen die Einwirkung der Chemikalien durch Aufbrin-Die Erfindung betrifft eine Kunststoffarbeityform für die industrielle Fertigung keramischer Erzeugnisse aus knetbaren Massen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Es ist bekannt, daß zur industriellen Herstellung keramischer Erzeugnisse, wie Porzellan u. dgl., neben mit Zusätzen, wie z. B. Schamotte, versehenen Arbeitsformen aus Gips, Arbeitsformen aus tonerdereiehen, mit wenig Flußmitteln versetzten hochgebrannten kerami-

«5 sehen Massen und Arbeitsformen aus porös gesintertem Metall benutzt werden. Weiterhin bekannt sind Kunststoffarbeitsformen, die überwiegend aus kristallinen Stoffen, wie Schamotte, bestehen, die mit organischen Bindemitteln, wie Epoxydharz oder glasfaserverstärktem Polyester, kapillaraktiv versintert oder verklebt sind.

Beispielsweise sind die Kunststofformen für die Herstellung keramischer Gegenstände, die in den deutschen Offenlegungsschriften 18 06 960 und 18 08 391 sowie in der Keramischen Zeitschrift, 1969, S. 514. Referat DEC C 755. beschrieben sind, in Nachahmung des Gipseffektes kapillarporös, so daß diese Formen wie die Gipsformen Wasser aufsaugen können und sollen.
Der Nachteil dieser bekannten Kunststoffarbeitsformen liegt hauptsächlich in unerwünschten Abnutzungserscheinungen der Arbeitsfläche und in häufigem Bruch sowie in ihrem verhältnismäßig hohen Gewicht. Weiterhin nachteilig ist ein notwendiger Aufheizvorgang auf etwa 4ö°C, der in der Regel die Funktionstüchtigkeit der Kunststoffarbeitsformen primär erst gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoffarbeitsform für die industrielle Fertigung keramischer Erzeugnisse aus knetbaren Massen zu schaffen, die leichter ist und eine erhöhte Lebensdauer aufweist als die bekannten Kunststoffarbeitsformen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kunststoffarbeitsform gelöst, die aus porösem Polyurethan besteht, dessen Arbeitsfläche eine Porenstruktur aufweist.

Im Gegensatz zu den Kunststoffarbpitsformen des Standes der Technik ist die erfindungsgemäße Form nicht kapillarporös, da die Poren des Kunststoffes geschlossen sind und nur an der Arbeitsfläche durch Aufrauhen in offenzelliger Form vorliegen.

Durch die erfindungsgemäße Form wird damit ein in der Fachwelt bestehendes Vorurteil überwunden, wonach der zur Herstellung der Kunststofformen zu verwendende Werkstoff, ähnlich dem Gips, kapillarporös sein muß. Es war überaus überraschend, daß die durch das Aufrauhen erzielte offenzellige Oberfläche genügt, um durch den üblichen Trockenprozeß den Scherben einwandfrei entformen zu können.

Die Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Form erzielt werden, ergeben sich insbesondere aus den hervorragenden Eigenschaften des eingesetzten Kunststoffes selbst, denn Polyurethan ist verschleißfester, leichter und bruchsicherer als die bisher verwendeten Kunststoffe. Weiterhin hat diese Form eine bessere Maßgenauigkeit und ist einfacher herstellbar, was bei der Vielfalt der Modelle in der I'orzellanindustrie und der damit verbundenen Spezifik im Formenbau von sehr großer Bedeutung ist. Ein weiterer technischer