DE3445189A1

DE3445189A1 - Verfahren zur herstellung einer halbedelsteinaehnlichen, schneid-, spalt-, schleif- und polierbaren hartmasse

Info

Publication number: DE3445189A1
Application number: DE19843445189
Authority: DE
Inventors: Victor Alexander Wil Milles
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1985-07-18
Also published as: GB2151906B; CH656117A5; DE3445189C2; GB2151906A; IT8424238A0; IT1179540B; ATA390684A; FR2557563A1; JPS60155563A; AT385500B; GB8431175D0

Description

VERFÄHREN ZUR HERSTELLUNG EINER HÄLBEDELSTEINA#HNLICHEN,
SCHNEID-, SPALT-, SCHLEIF- UND POLIERBÄREN HÄRTMÄSSE; DIE VERWENDUNG DIESER ALS ERSATZ VON HÄLBEDELSTEINEN UND AUS DIESER HARZMASSE HERGESTELLTE SCHMUCKSTEINE.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hartmasse mit halbedelsteinähnlichen Eigenschaften, die nach Bearbeitung durch formgebende Massnahmen und insbesondere durch Polieren auch halbedelsteinähnliches Aussehen hat, sodass sich diese Hartmasse vorzüglich als Ersatz von teurem Halbedelsteinmaterial eignet.
Manufakturwaren, insbesondere Gebrauchsgegenstände aus Halbedelsteinen sind gleichermassen begehrt wie teuer. Halbedelsteinähnliches Material natürlicher Herkunft ist relativ rar und nur schwierig zu beschaffen. Man ist dazu übergegangen, dieses Material zu imitieren, wobei hauptsächlich eine Dekoration durch Platieren die meiste Verwendung findet. Äu+gemalte Schichten mit halbedelsteinähnlichem Dekor ist ebenfalls eine der Methoden, mit der eine dekorative Wirkung erzielt werden kann. Abgesehen von aufwendigen und dadurch teuren Methoden der eigentlichen künstlichen Herstellung von Halbedelsteinen, sind praktisch alle Nachahmungen in irgendeiner Form unbefriedigend, sei es punkto Härte, punkto Haltbarkeit oder punkto Schönheit, Brillianz oder anderen entscheidenden optischen bzw, mechanischen Eigenschaften.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Material im Sinne eines Halbfabrikats oder Rohmaterials hergestellt werden kann, das für die Manufaktur von halbedelsteinartigen Gegenständen taugt, wobei dieses Material nebst deren optischen Äehnlichkeiten, wie Struktur und Farbe, auch nahezu deren physikalische wie Härte und Festigkeit aufweisen soll. Daraus gefertigte Gegenstände sollen wie Halbedelsteine polierbar sein und die polierten Oberflächen die Brillianz von solchen aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst, in dem ein Bindemittel mit einem Füllstoff und einem Grund-Pigment zu teigiger Konsistenz vermischt wird, die Teigmasse mindestens einmal in Stücke zerteilt wird, die Stücke mindestens einmal mit einem Zusatz-Pigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
Mit der Wahl des Bindemittels ist man weitgehend frei, es kann bspw. ein aushärtbarer Kunststoff sein und soll in diesem Falle nach den folgenden Kriterien aus dem Angebot bekannter Kunstharze ausgewählt werden: - kein Äusschwitzen von chemischen Bestandteilen im ausgehärteten Zustand; - geringe Farbdichte der Eigenfarbe; - 2 ähhaftende Eigenschaften - geringe Versprödungsneigung Als vorteilhaft haben sich die Epoxy-Zweikomponentenharze vom Typ Araldit erwiesen, wobei weniger den schnellhärtenden Harzen Vorzug gegeben wurde, als denen, deren Härtung mit dem Verarbeitungsprozess gleichsam harmoniert. Auch andere Harze eignen sich vorzüglich, wie härtere Acrylharze und härtere Polyesterharze.
Der Füllstoff ist vorzugsweise ein mineralischer, er gibt der ausgehärteten Masse die eigentliche Härte und mitunter auch die Grund- oder Körperfarbe. Es sind dies hauptsächlich mineralische Füllstoffe wie Quarzmehl Marmorpulver, zerriebenes Kieselgel etc. alles Substanzen mit einer Mohs>-schen Härte zwischen 5 - 8, also einer Härte, die auch Halbedelsteine wie Türkis, Ächat, Onyx, Carneol etc. auf wie sen. Die Eigenfarbe des Füllstoffes kann bei der Rezeptur verstärkt, überdeckt oder kombiniert werden. Ueblicherweise spielt sie bspw. bei Quarzmehl oder Marmorpulver keine Rolle. Bei Marmorpulver resultieren etwas stumpfer Farbtöne, bei Quarzmehl sind diese luzider und brillianters was nota bene auch nicht immer erwünscht ist.
Das Grund-Pigment dient zur Erzielung der Grundfarbe oder Körperfarbe bzw. der überwiegenden Farbe. Es sind dies organische wie auch anorganische Pigmente, wovon die organischen Pigmente in der Regel farbkräftiger sind. Das Zusatzpigment oder die Zusatzpigmente dient oder dienen zur Erzielung von gut sichtbaren Strukturen im Material, deren Form und Verlauf durch die erfinderischen Verfahrensschritte gegeben sind.
Die drei Grundingredienzien Harz, Füllstoff und Grundpigment werden in einem ersten verfahrensschritt zu einem innigen Teig von einheitlicher Färbung vermengt. Der Teig soll eine für die Weiterverarbeitung geeignete Konsistenz aufweisen.
Diese Weiterverarbeitung mündet in den zweiten Verfahrensschritt, es ist dies ein Zerteilen des Teiges in Teilstücke bspw. in folgender Art: - auswalzen oder Kalandrieren der Teigmasse zu einer plattenförmigen Schicht; - Schneiden der Schicht in zeilförmige Stücke oder - extrudieren der Teigmasse in eine schlangenförmige Teigwalze - Schneiden der Teigwalze in Scheibenförmige Stücke oder - Zerreissen der Teigmasse in einer Hobel vorrichtung oder - Durchdrücken der Teigmasse durch eine Lochplatte und - Schneiden der Spaghetti ( Eine Art Granulieren ) Dabei sollen sogenannte regelmässige oder unregelmässige "Zellstücke" entstehen, die wieder zusammengedrückt Grenzschichten bilden. Halbedelsteine sind in der Regel nicht makrokristallin gewachsene Körper, es sind vielmehr polykristalline Ausbildungen, erstarrte Flüsse etc., also Körper mit Grenzflächen, Adern und anderen strukturgebenden Unregelmässigkeiten. Diese Strukturen lassen sich mit Hilfe des erfinderischen Verfahrens nachbilden; die Zerteilung des Grundteiges in die oben genannten Zellstücke ist eine erste Voraussetzung.
Um die gewünschte Strukturierung vollends zu realisieren, werden die Zellstücke mit einem Zusatz-Pigment der geeigneten Farbe beschichtet. Bei diesen Pigmenten handelt es sich mehrheitlich um anorganische Materialien, von verschiedener Körnigkeit, bspw. Graphit, Metallpulver oder Metallflitter etc. Die Pigment-Beschichtung kann an Stelle eines Ueberstreuens auch auf andere Art erfolgen.
Trockenbeschichtung : - Pulver - Granulate - Bestreuen - Bestäubung etc.
Nassbeschichtung : - Sprühen - Tauchen - Netzen etc.
Beschichtungsmittel sind Pigment, Metalle, Farben, Granulate etc. alles Substanzen, die an der Grenzzone zwischen zwei Zellstücken als Strukturmittel wirken sollen.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Zellstücke wieder vereinigt aber nicht vermengt. Dies ist so zu verstehen. Beim Zusammenkneten der mehr oder weniger grossen, eingefärbten und noch teigig weichen Zellstücke werden diese Scherkräften ausgesetzt, welche die Grenz-Zonen nach und nach verziehen und eine fliessähnliche Struktur hervorbringen. An den Zellgrenzen befindet sich aber auch das Pigmentmaterial der Beschichtung, das in der Fliessstruktur mitwandert und als solches sich markant hervorhebt. Lässt man den Teig nach solch einem mehr oder weniger langen Zusammenkneten aushärten, so verfügt man über eine harte, dem nachgebildeten Halbedelstein ähnliche Masse, die durch Sägen, Drehen, Behauen, Schnitzen, Schleifen, Bohren etc. in die gewünschte Form gebracht werden kann.
Das ledigliche Zusammendrücken der mehr oder weniger grossen Zellstücke ohne zu kneten, bewirkt andere Formen und zarten von Grenzzonen. Sie sind schärfer und zeigen weniger fliessähnliche Strukturen.
Eine bevorzugte Form verwendet in der Grundmasse zusätzlich ein Ärmierungsmaterial wie Glas- oder Kohlefasern in einem Anteil zwischen i - 10 Gew.% , wobei die Faserlänge 5 - 15 mm beträgt. Dieses Ärmierungsmaterial ist nicht in jedem Falle nötig, aber oft vorzuziehen, da ja letztlich es nicht das Ziel ist einen Halbedelstein herzustellen, sondern eine halbedelsteinähnliche Masse. So ist es erwünscht, dass diese Masse, wenn sie bspw. als Ummantelung verwendet wird, eine besondere Zähigkeit gegen Bröckeln oder Muschelbruch im Gebiet der Ränder aufweist, was gerade mitunter beim Halbedelstein dessen Mangel ist. Die verfilzende Wirkung der Ärmierungsmittel ergibt dann bessere mechanische Eigenschaften.
Um noch feinere Strukturierungen zu erzielen, wird der Verfahrensschritt der Teilung erneut angewendet, d.h. die Masse wird beispielsweise ein zweites Mal geteilt und wieder zusammengeknetet, wobei das gleiche Zusatzpigments ein weiteres Zusatzpigment oder keines davon verwendet wird. dieser Vorgang kann ein drittes, viertes Mal und mehr wiederholt werden. Diese wart Zellteilungs- und wieder Zusammenfüg-Methode zur Bildung von Strukturen unter ausnützung der Grenzzonen, die je nach Bedarf eingefärbt werden, ist der Grundgedanke der Erfindung. Ein anschliessendes Pressen bringt eine Verdichtung der Grenzzonen und eine Verfeinerung der Struktur, die zugleich durch den Pressdruck einen satteren Charakter erhält. Die feinere Strukturierung kann auch in einem einzigen Arbeitsgang durch Zerteilen in kleinere regelmässige oder unregelmässige Zellstücke, die in dem Fall nur einmal zusammengedrückt werden erfolgen.
Die fertige noch teigige Masse kann als solche zur Äushärtung beiseite getan werden oder sie wird zu einem Halbfabrikat weiterbearbeitet. Beispielsweise kann sie kalandriert und auf Oberflächen als Ueberzug, Beschichtung, Ummantelung etc. aufgebracht werden. Sie kann zu einem Halbfabrikat gepresst werden, bspw. Besteckgriffeq Lampensockel etc.
welche als solche dann einen Finish erhalten.
Die nachfolgenden Beispiele sollen das erfinderische Verf ahren noch mehr im Detail beschreiben: 1. BEISPIEL L Ä P I S L Ä Z U L I Kunstharz ( Epoxy 2 Komp. ) 23 - 30 Teile Füllstoff ( Quarzmehl ) 46 - 60 Teile Pigment ( dunkelblau org) 21 - 9 Teile Glasfaser ( 5-13 mm ) 10 - 1 Teile durch Kneten während 5 bis 10 Minuten innig vermengen und zu einer 0.5 bis 1.5 cm dicken Schicht auswallen. Die Schicht wird in Stücke von 3 bis 7 cm Kantenlänge zerschnitten; dies sind die Zellstücke. Die Zellstücke werden mit goldfarbenem Metallpulver bspw. Messing- oder Bronzepulver beschichtet, wobei der Metallanteil maximum 1 Teil vom Ganzen betragen soll. Änschliessend werden die Zellstücke mittels Zusammendrücken oder Kneten während 1 - 2 Minuten wieder vereinigt, ein zweites Mal wie oben ausgewallt und geteilt und schliesslich wieder zusammengedrückt oder während 1 bis 2 Minuten geknetet. Die Masse wird in die gewünschte Form gepresst und ausgehärtet.
Eine andere Variante erhält man nach folgendem Rezept: Kunstharz ( Epoxy 2 Komp. ) 23 Teile Füllstoff ( Quarzmehl ) 46 Teile Pigment ( dunkelblau org> 21 Teile Glasfaser ( 5-13 mm ) 10 Teile und Kunstharz ( Epoxy 2 Komp. ) 30 Teile Füllstoff ( Quarzmehl ) 60 Teile Pigment ( dunkelblau org) 9 Teile Glasfaser ( 5-13 mm ) 1 Teil Dies ergibt eine hellere und eine dunklere Grundmasses die wie oben beschrieben ausgewallt und in Zellstücke zerteilt werden. Die Zellstücke der beiden Farbtöne werden vermischt und mit Metallpigment beschichtet, durch Zusammendrücken vereint oder geknetet und wieder geteilt und wieder zusammengedrückt oder geknetet. Nach dem Pressen ergibt sich ein sehr schönes, tiefblaues und doch lichtes, lapislazuliähnliches Äusgangsmaterial zur Weiterverwertun Die beiden Grundmassen können vor der Teilung durch kurze Vermengung zu einer neuen Grundmasse vereinigt werden, welche anschliessend wie oben beschrieben weiterbearbeitet wird.
2. BEISPIEL T ü R K I S Kunstharz ( Epoxy 2 Komp. > 33 - 28 Teile Füllstoff ( Quarzmehl ) 64 - 58 Teile Pigment ( grün organ. > 1 - 2 Teile Pigment ( blau organ. > 1 - 2 Teile Glasfaser ( 5 - 13 mm ) 1 - 10 Teile Mischen und während 5 - 15 Minuten bis zur homogenen Farbe innig verkneten. In eine Schicht von 5 - 15 mm auswallen und in Zellstücke von 3 - 7 cm Kantenlänge zerschneiden. Die Zellstücke werden mit Graphitpulver beschichtet und zwar mit einer Menge von 2 - 6 Teilen des eingesetzten Materials. Für eine gröbere Türkisstrukturierung können die beschichteten Teile durch Zusammendrücken vereinigt und gegebenenfalls während 1 - 3 Minuten geknetet werden. Für feinere Strukturierungen wird der Vorgang, allerdings ohne zu kneten bis zu dreimal wiederholt. Beim Türkis ergibt eine nachfolgende Pressung eine ausserordentlich schöne Strukturierung mit feinen zart-zittrigen, im Winkel zueinanderstehenden schwarzen Linien. Mit dem Verhältnis grün/blau-Pigment können verschiedenen Türkisfarben erzielt werden. Der Füllstoff Quarzmehl ergibt klare, luzide, der Füllstoff Marmorpulver gedämpftere bis leicht stumpfe Typen.
Wie gesagt, kann die fertige Masse ungeformt zur aushärtung gelangen, dies vor allen Dingen, wenn eine nachfolgende Pressung unerwünscht ist; oder sie kann als Halbfabrikat in Form gepresst ausgehärtet werden. Nach der Aushärtung lässt sich das neue Material wie ein Halbedelstein bearbeiten, wobei zu beachten ist, dass die Härte lediglich vom Füllstoff gegeben wird. Beim Behauen, Spanen, Sägen etc verhält sich die neue Masse verschieden von Steinen. Doch beim Schleifen und Polieren, also bei mikroähnlichen Einwirkungen verhält sich die neue Masse fast wie ein Halbedelstein. Vor allen Dingen lässt sie sich befriedigend polieren.
Durch die Verwendung anderer Bindemittel, insbesondere solcher anorganischer Wart, lässt sich mit dem beschriebenen Verfahren eine brenn- oder sinterbare Äusgangsmasse herstellen.
Die geschieht folgendermassen: das anorganische Bindemittel soll bspw bei einer gewissen Temperatur, die aber unterhalb der Schmelztemperatur des Füllstoffs liegt, schmelzen, dies mit oder ohne Druckanwendung. So sind als anorganische Bindemittel glasige Materialien verwendbar, welche bspw. mit anorganischen Mitteln eingefärbt werden. Solche Färbungen erzielt man mit atomar oder kolloidal im Elasfluss gelösten Metallen bzw. deren Oxiden, wie tiefblau mit Kobalt, rubinrot mit Gold, Gold- bis Brauntöne mit Mangan, grün bis grünliche Einfärbungen mit Eisen etc.. Für solche Bindemittel kann die Schmelz- gegebenenfalls Sinter-Temperatur durch den Quarzanteil eingestellt werden Quarzreiche Mischungen erreichen einerseits hohe Härtegrade (zwischen 6-7 nach M0h5, im Gegensatz zu den vorher beschriebenen organischen Kunstharzbindemittel>, andererseits auch höhere Verbindungstemperaturen zur Verbindung der Füllstoffpartikel. Äls Füllstoff dienen grundsätzlich die selben Materialien wie bei der Herstellung der schon beschriebenen, auf der Basis von Kunstharzbindemitteln hergestellte Hartmassen. Hervorzuheben sind Quarzmehl, Marmorpulver, Äluminiumoxid (evtl. mit Bindemittel Äluminiumhydroxid> etc. Zur gewünschten Einfärbung dienen wie gesagt die Grund- bzw. Zusatz-Pigmente. Das Grundpigment kann bei den Sintermaterialien bspw. schon im Bindemittel enthalten sein oder in Form von Metallsalzen dem Grundteig zugefügt werden. Bei den Sintertemperaturen dringen die Salze in die Schmelze ein und hinterlassen nach dem Erstarren die gewünschte Farbe.
3. BEISPIEL L Ä P I S L Ä Z U L I Bindemittel + Pigment ( Kobaitglaspulver > 20 - 30 Teile Füllstoff ( Aluminiumoxid fein ) 60 - 40 Teile Äluminiumhydroxidgel ( leicht alkalisch ) 20 - 30 Teile Äluminiumhydroxi dgel: Äluminiumhydroxid 40 - 60 Teile NaOH 5 - 1 Teile Wasser 55 - 39 Teile Das Äluhydroxigel wird zum Antigen der pulverförmigen Komponenten, das ist der Füllstoff und das gefärbte Bindemittel angewendet, wobei eher ein "trockener" Teig bevorzugt wird Nach einer Knetzeit zwischen 3 - 6 Minuten ist die Teigmasse zum Teilen in die Zellstücke bereit. Die Zellstücke werden mit einem goldfarbenen Metallpulver oder bei kleinen Ansätzen mit Goldpulver als Zusatzpigment beschichtet und zusammengedrückt. Zur Erzielung feinerer Strukturen wird der Zellteil- und Beschichtungsvorgang nochmals, gegebenenfalls mehrmals wiederholt. Der Metallanteil des Zusatzpigmentes soll auch hier nicht mehr als ein Teil vom Ganzen betragen. Änschliessend wird die Masse geformt evtl. zur Eliminierung von Lunkerstellen gepresst und gemäss üblichem Vorgehen im Ofen gebrannt oder gesintert. Füllstoffe mit einem Kristallwasserdefizit wie es bspw. beim Gips der Fall ist, können verwendet werden, ohne dass ein spezielles Bindemittel verwendet wird, da das Bindemittel gleichsam im Füllmittel mitenthalten ist. Dies ist bei allen vorgebrannten oder aktivierten Füllstoffen bspw beim Zement oder ähnlichen Stoffen so. Mit Wasser in Teigform gebracht härtet sich nach der Bearbeitung, gleich wie beim härtbaren Kunstharz die Masse selbst aus.
Bei der Herstellung halbedelsteinähnlicher Hartmassen, die geformt oder ungeformt einem Brenn- oder Sinterprozess, die üblicherweise bei Temperaturen in der Höhe von 1000 grad Celsius und darüber liegen, unterzogen werden, können organische Bindemittel oder organische Pigmente bzw. Farbmittel nicht mehr verwendet werden. Anorganische Farbmittel, wie die schon erwähnten in Schmelzen echt oder kolloidal gelösten Metalloxyde oder mineralische Pigmente sind in reicher Zahl bekannt. Als anorganische Bindemittel können solche dienen, wie sie allgemein als Kitte verwendet werden, wie Natriummetasilikat, also Wasserglas oder Äluminiumhydroxid, das ist das sogenannte Tonerdehydrat etc.

Claims

PÄTENTÄNSPRUECHE 1. Verfahren zur Herstellung einer halbedelsteinähnlichen, schneid-, spalt-, schlei+- und polierbaren Harzmasse, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel mit einem Füllstoff und einem Grund-Pigment zu teigiger Konsistenz vermischt wird, die Teigmasse mindestens einmal in Stücke zerteilt wird, die Stücke mindestens einmal mit einem Zusatz-Pigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
2. Verfahren nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Komponenten der Teigmasse im ersten Mischvorgang Glas- oder Kohlefasern zugegeben werden
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zusätzlichen Verfahrensschritten die Teigmasse ein zweites Mal in Stücke zerteilt wird, die Stücke erneut mit demselben oder einem weiteren Zusatz-Pigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verfahrensschritte mehrmals wiederholt werden.
5 Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerteilung der Teigmasse in unregelmässige Teilstücke geschieht.
6. Verfahren nach einem der ansprüche t-4 dadurch gekennzeichnet, dass die Zerteilung der Teigmasse in regelmässige Teilstücke geschieht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, dass eine erste teigförmige Masse mit einem ersten Grund-Pigment und eine zweite teigförmige Masse mit einem zweiten Grund-Pigment zusammen geknetet, in Stücke zerteilt, mit Zusatzpigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste teigförmige Masse mit einem ersten Grundpigment und mindestens eine zweite teigförmige Masse mit einem weiteren Grundpigment in Stücke zerteilt, mit Zusatzpigment beschichtet und wieder zusammengedrückt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken der beschichteten Teilstücke mittels Kneten durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken der beschichteten Teilstücke mittels Pressen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Verfahrensschritt die Masse einem Preßdruck ausgesetzt wird.
12. erfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Verfahrensschritt die Masse gebrannt wird.
13. erfahren nach einem der Ansprüche im11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Verfahrensschritt die Masse gesintert wird.
14. Schmuckstein hergestellt aus der halbedelsteinartigen Hartmasse aus dem Verfahren gemäss Anspruch 1.
15. Schmuckstein nach Anspruch 14 enthaltend Kunstharz, mineralischen Füllstoff und mindestens ein mineralisches, metallisches oder metallfarbenes organisches oder organisches Pigment.
16. Schmuckstein nach Anspruch 14 enthaltend gesinterten oder gebrannten mineralischen Füllstoff und mindestens ein mineralisches oder metallisches Pigment.
17. Schmuckstein nach Anspruch 14 oder 15 enthaltend zusätzlich Glas- oder Kohlefasern.
18. Schmuckstein nach Anspruch 14 bis 17, gekennzeichnet durch eine von einem Zusatzpigment stammenden Struktur.
19. verwendung der halbedelsteinartigen Hartmasse aus dem Verfahren gemäss Anspruch 1 als Halbfabrikat zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen.
20. Verwendung nach Anspruch 19 zum Ersatz von Halbedelsteinen.