DE2217608C3 - Kunststoffarbeitsform für die Industrielle Fertigung keramischer Erzeugnisse aus knetbaren Massen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffarbeitsform für die industrielle Fertigung keramischer Erzeugnisse aus knetbaren Massen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

«ο 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 tonerdereichen, mit wenig Flußmitteln versetzten hochgebrannten kerami-

IS 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 Hersteilung keramischer Gegenstände, die in den deutschen Oftenlegungsschriften 18 0b9b0 und 18 08 391 sowie in der Keramischen Zeilschrift. 1969, S. 514, Referat DEC C 755, beschrieben sind, in Nachahmung des Gipseffekics kapillarporös, so daß diese Formen wie die Gipsformen Wasser aufsaugen können und sollen.
Der Nachteil dieser bekannten Kunstsioffarbeitsformen liegt hauptsächlich in unerwünschten Abnutzungserscheinungen der Arbeitsfläche und in häufigem Bruch sowie in ihrem verhältnismäßig hohen Gewicht. Weiterhin nachteilig ist ein notwendiger Aufhfizvorgang auf etwa 45°C. der in der Regel die Funkt ionslüchligkeit der Kuiststoffarbeitsformen primär e^rst 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 Kunsistoifarbeitsformen des Standes der Technik ist die eifindungsgemäße Form nicht kapillarporös, da die Poren Jos Kunststolfes 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 in<! esondere aus den hervorragenden Eigenschaften des eingesetzten Kunststoffes selbsi. denn Polyurethan is: verschleißt .-ster. leichter und bruchsicherer als die bisher \crwenicten Kunststoffe Weiterhin hat diese Form eine bessere Maligenjuigkeit und ist einfacher herstellbar, w;s bei der Vielfalt der Modelle in der l'or/ellanindusf' · und der -J.iniii verbundenen Spc.if V im Formenbau von sehr griiUer Bvdeulunf is'.. ( m weiterer technischer

Fortschritt, ikr nicht zu unterschätzen ist, liegt darin, daß die crfindungseomaßc Form nach dem Ausformen nicht mehr dem üblichen Trockenprozeß unterworfen ■hi werden braucht, da sie im Gegensatz zu den kapillarporösen Formen praktisch kein Wasser aufnimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemaßen Arbeitsform sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis

4.

Das Verfahren zur Herstellung einer solchen Kunststoffarbeitsform ist dadurch gekennzeichnet, dai3 Polyätheralkohole und/oder Polyesieralkoholc mit Polyiso cyanatcn, 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.

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 Polyurethanrohstoffkomponenten, d.h. die mit Katalysatoren, Schaumstabilisatoren und Treibmitteln versehenen Polyätheralkohole und/oder Polyesteralkohole (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 faO see, vorzugsweise 25 bis 30 see. einer Steigzeit von 10 bis 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 100 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 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 erhältlich·: Kiinststoffarbcitsformcn aus zelligen Polyurethanelasiomeren setzen vorteilhafterweise eine Vortemperierung der entsprechenden Komponente A auf 55 bis 65"¹C und der entsprechenden Komponente B auf 35 bis 40⁰C sowie ein Aufheizen der Urform auf etwa 70' C voraus. Die Polyurethan-Arbeitsformen weisen ehe Dauertemperaturwechselbeständigkcit von etwa 50 bis 70°C auf.

Der Einsatz der Polyurethan-Arbeitsform setzt die Entfernung der auf der Arbeitsfläche befindlichen dünnen Haul voraus, was durch Aufrauhen mit mechanischen Mi teln, wie Sandstrahlen oder Reiben mit Sandpapier, oder mit chemischen Methoden, wie Ätzen mit Säuren oJer Alkalien in Lösungsmitteln, erreicht wird. Vor eilhafu rwcise fnhit man die eh mische Aufrajhun,; so lUi eh. dall man konzentrierte Khwefcls.ure in han iclsublu h-T Konzentration. >or/i rsweise ¹M bi> 98%ig. jtd π. I mindestens 80°/oij· od< ■ auch eint vor 7ug-.weisi: y. ■ JUi^te lösung von Dich ■ 'in.it in kon/en Lösung von Diehromat 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 gesattigten Losungen von Alkalien in Lösungsmitteln außer Wasser eignen sieh insbesondere zum Aufrauhen glatter Oberflächen von Polyurethan-Kunststoffarbeitsformen, die auf Polyesterbasis hergestellt werden. Die Einwirkungszeit beträgt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der PoJyurethan-Kunstsioffe mindestens 0.5 Minuten bis maximal 2 Stunden. Um nur die Arbeitsflächen der Polyureihan-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 Silikonfettschicht sollte 0,1 mm nicht unterschreiten.

Durch die Anwendung dieser chemischen Aufrauhungsmethoden wird die auf der Polyurethan-Kunststoffarbeitsform befindliche Haut entfernt oder aufgerauht und im Gegensatz zur mechanischen Aufrauhung eine gleichmaßig aufgerauhte Oberfläche erzeugt. Em 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 Hvdrophilie der aufgerauhten Oberflächen.

Der Einsatz einer geeigneten Formmasse gewahrleistet während des Arbeitsprozesses eine ständige Regeneration der Arbeitsfläche, wodurch ein mehrmaliges Aufrauhen entfällt. Beim Einsatz eines elastischen Polyurethanschaums, vorzugsweise eines zeitigen 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 da her zwei bis sechs, vorzugsweise vier, an der Arbeitsflache 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 Zwisehentrocknung auf etwa b0 C die anhaftende Feuchtigkeit aus der Polyurethan-Arbeitsform enuernt. Die uK'hfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Frläutcr ng der Erfindung, und zwar das Beispiel 1 ?ur Erläui -rung der Herstellung emer Torrn und die Be; spiele 1 bis 7 insbesondere zur l-'rl.uitcriing de: Methoden zi r Aufrauhung der Arbeitsfläche <!er I o^r 11.

trieier Sc¹ «. .-fclsaurc oder eine vor u^sw.-ise j:esJt tigte l.o'.ii· f von Alkalien in Lost -,mitteln anßei Wasser ; u' Jie Arbeitsfläche νο·ι Pc .ure.:han Kunst Stuffarbe tvunnen einwirken Ia(M Konzentrierte Schwefel·.;) r ·.· oder auch eine *·■ r/ig «,eise gc-.."iigt(

Beispiel I

100 Feilo der Komponente A werden mit 100 Teilen der Komponente B entweder von Hand oder mit maschin» Ilen Einrichtungen intensiv vermischt imd in cmc

2 17

mit Trennmittel ausgekleidete Urform fur cine T.is senform. die vier Entlüfaingslöcher enthält und mit Off nungs- und Schlicßmechanismen versehen ist. eingebracht. Bei einer Topfzeit von 20 bis 24 see. bei einem freigeschäumten Raumgewicht von 100 g'l und einer Verdichtung um das 3- bis 4fac!.e entsteh¹, bei einer Formstandzeit von 20 Minuten eine Form für eine Tasse aus hartem Polyurethan-Intcgralschaum mit einem durchschnittlichen Raumgewicht von j50 bis 400 g'!, mit eine,- Druckfestigkeit von etwa 30 kp/cm², einer Biegefestigkeit von etwa 75 kp/cm^: und einer Dauertemperaturweehselbeständigkcit von etwa 60"C. Die so erhaltene Tassenform wird auf der Arbeitsfläche zur Abformung der Porzellanrohlinge aufgerauht. E'iese Aufrauhung kann mechanisch oder mit Hilfe der Ätzung erfolgen. Nach der Freilegung der Entlüftungslö-''her wird die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffarbeitsform aus Polyurethan-Inlegralschaum in Formmaschinen. die von Hand oder automatisch betätigt werden, zur Herstellung von Porzellanodci Steingutrohüngon od. dgl. nach den üblichen Verfahren eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich diverse Formen, wie Tellerformen u. a, ausführen. Die Hersteilung und der Einsatz von Kunststoffarbeitsformen aus Polyurethanelastomerer. erfolgen analog.

Beisp i 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 Giukose, 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 Alkylphenol als Emulgator, einem Copolymer aus Siloxan und Polyäther als Zellregler und einer Vernetzerkomponente, bestehend aus einem polymeren Rohprodukt des Diphenylmethan-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 hydrophiliert. 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 Bchandlungsweise wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde beim Austausch der konzentrierten Schwefelsäure durch eine gesättigte Lösung von Kaliumdicrfromat in konzentrierter Schwefelsäure eine stärkere Aufrauhung erzielt. Die Oberfläche war ebenfalls hydrophil.

Beispiel 3

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/■ir Herstellung von Polyurc-■r-m-n fur die Fertigung kera-■-i'ign ten Hartschaumstoffes. i niiscT eines Polyols auf Basis .'IMiOX. d und Äthylenoxyd mit I 'Mihv'erttnamin und Propylen-ι ι B.i^a (ilv/crin und Propjlcn-

mit T riihlor.itlu Kiiphosphal. ί '. / Ά. bestehend aus cin-.'m

60 Copolymer uus SiW.an und Polyaihcr, und einem Katalysator. /. B. Dnnethylcyclohexvbtnin. verschaumt mil Trichlorfluormethan als Treibmittel, unter Verwendung eines Vcrnel/crs. bestehend aus einem polymeren Rohprodukt des Dip!ienylmcihan-4.4'-diisocya:ials, wurde 5 Minuten mit konzentriert er Schwefelsäure behandelt, anschließend 5 Minuten mit Wasser gewaschen und im Luftstrom getrocknet. Es ergah sich eine feine und gleichmäßig aufgerauhte hydrophile Oberfläche. Bei Verlängerung der Einwirkungsdauer auf 10 und 15 Minuten konnte unter Beibehaltung der Hydrophilie eine mitIeIfeine bzw grobe Aufrauhung erzeugt werden.

Beispiel 4

Das unier 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-Kiinststoffarbeitsformen 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 Silikonfeit 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 Reaktionsvcrzögercrn. wie quaternären Ammoniumverbindungen oder organischen Säuren, z. B. Citronensäure, mit einem Anteil an niedermolekularen Glykolen, z. B. Butandiol-1.4. als Verne'.zer und einer Isocyanatkomponente. bestehend aus aromatischem Diisocyanat, /.. B. Diphcnylmethan^^'-diisocyanat, wurde 5 Minuten mit konzentrierter Schwefelsaure in Kontakt gebracht. Es ergab sich eine gute Aufrauhung und Hydrophilierung der Oberfläche.

Beispiel 7

Ein nach Beispiel b hergestelltes /eiliges Elastomer wurde mit einer fesauigtcn Losung von Kaliumhydro-

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 Einwirkungs^eit wurde die Aufrauhung verstärkt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kunstsioffarbeitsforrt. für die industrielle Fertigung keramischer Erzeugnisse aus knetbaren Massen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus porösem Polyurethan besteht, dessen Arbeitsfläche eine Porcnstrukiur 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 Polyurethanelastomcr 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 kenisch erweiternde Bohrungen aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffarbei'.sform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenr zeichnet, daß Polyuihcralkohole und/oder Polyesteralkohole m,t Polyisocyanaten, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, Stabilisatoren, Treibmitteln und anderen Hilfsstoffen. gemischt werden und die erhaltene Mischung in eine mit Trcnnmitteln ausgekleidete Urform eingebracht wird und daß die nach ausreichender Reaktionszeit erhabene Arbeitsform ajs porösem, mit einer dünnen Haut überzogenem Polyurethan an der Arbeitsfläche aufgerauht wird.

6. Verlahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Randzonen der Arbeitsform eine 0,3 bis 2 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,1 mm dik ke verdichtete poröse Oberflächenschicht gebildet wird, die duren mechanische Mittel, vorzugsweise durch Sandstn.hlen oder durch Reiben mit Sandpapier, oder durch chemische Methoden, vorzugsweise durch Ätzen mit Sauren oder mit Alkalien in Lösungsmitteln, aufgerauht wird.

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

S Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, d.iß bei Verwendung von Polyurethanen auf Polyesterbasis als Ät/mittel Lösungen von Alkalien, vorzugsweise gesattigten, verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekr ln/eichnct. daß die Arbeitsfläche zusätzlich /um \ufrji:hcn hydrophiliert wird.

10. Verfahren η.κ h Anspruch 7 oder 8. dadurch gekennzeichnet. ddU beim Aufrauhen der Arbeitsfläche durch thi^v'.che Methoden die restlichen Oberflächen, die nicht aufgerauht «^nJcn sollen, gegen die Uinv..'.kur.:! der Chemikalien durch Aufbrin

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