DE20111670U1

DE20111670U1 - Bindemittel für lose Feststoffe

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Publication number: DE20111670U1
Application number: DE20111670U
Authority: DE
Original assignee: JS Staedtler GmbH and Co KG
Current assignee: JS Staedtler GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2011-07-14

Description

Bindemittel für lose Feststoffe

Die Erfindung betrifft Bindemittel für lose Feststoffe, insbesondere auch zur Herstellung von Formen, Modellen, oder Gegenständen aus Gemischen von Bindemittel und losen Feststoffen, vor allem auch zum Basteln, Modellieren und Gestalten von Plastiken, Reliefs, Bildern und sonstigen hobbymäßig, kreativ oder künstlerisch gestalteten Objekten.

Bindemittel für lose Feststoffteilchen sind prinzipiell bekannt.

So finden beispielsweise nach [1] gemäß Firmenpublikationen &ldquor;UNIVEST 43.03.063/08.91: Produktinformation der Fa. Hüls zu &ldquor;UNIVEST T^w, Gemische aus flüssigem Polybutadien als Bindemittel und Sand als losem Feststoff für Flächenbefestigungen im Hochbau oder als Niveau-Estrich und im Straßenbau Verwendung. Diese Gemische härten in der Regel bei Raumtemperatur in ca. 24 Stunden aus. Nachteilig hierbei ist es, dass beim Aushärten des Bindemittel-Feststoff-Gemisches und auch später, ein unangenehmer Geruch entsteht, sowie die lange Zeitdauer, bis das Polybutadien ausgehärtet ist. Weiter ist es als nachteilig anzusehen, dass derartige Bindemittel-Feststoff-Gemische möglichst nicht in Hautkontakt kommen sollen und nicht mit bekannten Beschleunigungsverfahren, wie z.B. durch Mikrowellenenergie ausgehärtet werden können.

Aus [2] DE 200 20 012 Ul ist Dekomaterial bekannt, das aus einer Mischung aus Wasser, farbigem Sand oder Muschelgranulat und einem Bindemittel besteht, wobei als Bindemittel anorganische Substanzen, wie z.B. Ton bzw. Bentonit, vorgeschlagen werden.

Zur Einfärbung verwendbare Farbstoffe oder Pigmente können hierbei auch in einem schnell aushärtenden Kunststoff, vorzugsweise auf Zweikomponenten-Basis, gebunden sein. Durch Wasserzugabe soll dieses Material knetbar sein und z.B.

innerhalb von 24 Stunden aushärten. Die hiermit erzeugten Artikel können nach dem Austrocknen durch Wasserzugabe wieder erweicht und erneut knetbar gemacht werden. Nachteilig ist es auch hierbei, dass keine dauerhaft festen Körper erhältlich sind und dass es relativ lange dauert/ bis die Formkörper ausgehärtet sind.

Weiterhin ist es aus [3] DE 40 08 980 C2 auch bekannt, plastische Massen zum Kneten, Modellieren, Basteln und Dekorieren herzustellen und zu verwenden, die neben organischen Weichmachern und sonstigen Füllstoffen als Bindemittel, Füllstoff und/oder weiteren Zusatz Polyalkylmethacrylat (PAMA), insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylmethacrylat (&Rgr;&Egr;&Mgr;&Agr;), Polypropylmethacrylat (PPMA) oder Polybutylmethacrylat (PBMA), enthalten sollen.

Da organische Weichmacher oft für die Verwendung von Materialien für Kinder und empfindliche Personen nicht unproblematisch sind und da zudem hiermit in der Regel auch keine schnell härtbaren Produkte geschaffen werden können, sind diese Materialien nur in bestimmten Bereichen anwendbar und nicht universell geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Bindemittel für lose Feststoffe, insbesondere für Massen zum Basteln, Modellieren und Gestalten von Plastiken, Reliefs, Bildern und sonstigen hobbymäßig oder künstlerisch gestalteten Objekten, vorzuschlagen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen und die insbesondere auch durch den Einsatz von Mikrowellenenergie schnell ausgehärtet werden können. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, dass die erfindungsgemäßen Bindemittel für den Benutzer leicht verarbeitbar sind, d.h., dass die Bindemittel mit den zu bindenden losen Feststoffen leicht vermischbar sein sollen. Zudem sollen bevorzugte Anwendungen aufgezeigt werden.

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1 und umfassten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der

erfindungsgemäßen Lösungen sind mit den weiteren Ansprüchen umfasst und in den Beispielen dargestellt.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Bindemittel liegen in der drastischen Verkürzungsmöglichkeit der Aushärtezeiten des Bindemittels an sich und der Gemische des Bindemittels mit den losen Feststoffen, sowie den daraus erzeugten Produkten und Gebilden verschiedenster Art, insbesondere auch bei Zufuhr von Mikrowellenenergie.

Die erfindungsgemäßen Bindemittel für lose, körnige Feststoffe sind universell verwendbare Kunststoffdispersionen auf Acrylat- oder Urethanbasis, denen ggf. weitere Zusätze beigegeben oder beigemischt werden können. Bei den erfindungsgemäßen Bindemitteln aus Kunststoffdispersionen auf Acrylatbasis handelt es sich vorzugsweise um Dispersionen eines Copolymerisats aus Acrylsäureestern oder eines Polyacrylats oder einer Mischung dieser beiden in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen. Als Trägersubstanz dieser Kunststoffdispersionen kommt in der Regel Wasser in Betracht. Der Feststoffgehalt an Kunststoffen in den Dispersionen liegt vorzugsweise zwischen 20 und 50 Gewichtsprozent des Bindemittels. Die Bindemittel-Dispersionen können ggf. auch als weitere Zusätze geringe Mengen Tenside, Glykole, organische Lösungsmittel, Konservierungsmittel und sonstige Substanzen enthalten.

Anstelle der Acrylat-Dispersionen können ggf. auch Polyurethane (PUR) als Bindemittel verwendet werden, insbesondere sogenannte PUR-Präpolymere oder auch MDI-Präpolymere = Diphenylmethandiisocyanat, lassen sich, in disperser Form oder in Lösung, verwenden.

Die erfindungsgemäßen Bindemittel können zudem beliebig mit Farbmitteln, wie Pigmenten oder löslichen Farbstoffen, eingefärbt werden, wobei unterschiedlich eingefärbte Bindemittel bzw. Gemische aus Bindemittel mit Feststoffen miteinander vermengt oder vermischt werden können.

Eingefärbte Bindemittel mit geringen Mengen Zusatz an Feststoffteilchen können bevorzugt auch in flüssiger bis zähflüssiger Form eine Art dreidimensionale Malfarbe bilden. Darstellungen hiermit können dann ebenfalls durch Mikrowellenenergie ausgehärtet werden. Es ist zu beachten, dass der Gehalt an Farbmitteln vorzugsweise einen Gehalt von 10 Gew.-% des Bindemittels nicht überschreiten sollte. Besonders günstig liegt der Farbmittelgehalt bei 2 Gew.-%. Die Pigmente können rein, als Pigmentpasten oder als - vorzugsweise wässrige Pigmentpräparationen vorliegen und Verwendung finden. Auch können unterschiedlich eingefärbte Bindemittel wiederum problemlos miteinander vermischt werden. Die Aushärtezeiten werden durch die Zugabe von Farbmitteln, wie beispielsweise Pigmentpasten, nicht bzw. nicht maßgeblich verlängert. Sie können zum Beispiel bei 2-3 Minuten bei 800 W in der Mikrowelle oder alternativ bei 2-3 Stunden im Backofen bei 60 ⁰C oder bei 16-20 Stunden bei Zimmertemperatur liegen.

Als Beispiele für eine Vielzahl möglicher Pigmente die dem Bindemittel beigemischt werden können, seien Colanylviolett, Flexonylblau oder Unisperse-Gelb genannt. Alternativ zu den Pigmenten können auch Farbstoffe wie beispielsweise Cochenillerot zugesetzt werden.

Als lose Feststoffe, die ggf. zur Herstellung von plastischen Produkten als Gemische mit dem Bindemittel herangezogen werden, können verschiedenartige körnige Materialien, rein oder miteinander vermischt, eingesetzt werden, wie beispielsweise Sand, Natursand oder Dekorationssand z.B. von feiner bis mittlerer Körnung, Mikrohohlkugeln aus Glas oder Kunststoffen und/oder Kaolin, Splitt, Feinkies oder sonstiges Granulat, Pulver oder Späne, z.B. auch aus diversen Metallen oder aus Kunststoffen. Des Weiteren können als lose Feststoffe auch organische Biomaterialien zum Einsatz kommen, wie z.B. Kaffeepulver, Kaffeesatz, Holzspäne oder Holzstaub.

Auch FasertnaitJeTiali-ejn «ocfer *watteä£tigfe:*3to£fE "Jcönnen

problemlos mit dem Bindemittel vermengt, geformt und anschließend ausgehärtet werden. Fasermatten, Textilien oder Teile dieser können ebenfalls mit dem Bindemittel verarbeitet werden und erhalten nach dem Härten eine feste oder flexible Struktur.

Es ist aber auch möglich, dass verschiedene lose Feststoffe, wie beispielsweise Natursand und Mikrohohlkugeln gemischt werden und mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel in der gleichen Charge zusammen verarbeitet und ausgehärtet werden.

Die Erfindung soll anhand einiger Beispiele näher erläutert werden.

Rahmenbeispiel (Bindemittel/Ausgangskomponenten/BM-X):

70 -100 Gew.-% Kunststoffdispersion(en), 0-10 Gew.-% Farbmittel, 0-30 Gew.-% Wasser (zusätzlich), 0 - 5 Gew.-% sonstige Zusätze.

Rezepturbeispiel 1 (Bindemittel/BM-I): 100 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester.

Rezepturbeispiel 2 (Bindend.ttel/BM-2) : 80 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester, 20 Gew.-% Polyacrylatdispersion.

Rezepturbeispiel 3 (Bindemittel/BM-3): 30 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester, 70 Gew.-% Polyacrylatdispersion.

Rezepturbeispiel 4 (Bindendttel/BM-4): 30 Gew.-% Copolymerisat aus Acrylsäureester, 58 Gew.-% Polyacrylatdispersion, 05 Gew.-% Pigmente,
07 Gew.-% Wasser.

Rezepturbeisjjiel 5 (Bindemittel/BM-5) :

100 Gew.-%· B^?-Präp^:alymQr-Ö5.spserg»ipn.'cSddr MEJI*präpolymer.

Bei den Dispersionen der Mischungen handelt es sind bei den Copolymerisaten aus Acrylsäureester um spröde Dispersionen und bei den Dispersionen aus Polyacrylat um weiche klebrige Dispersionen.

Je nachdem welches Mischungsverhältnis beim Vorhandensein verschiedener Dispersionen vorliegt, kann eingestellt werden, welche Eigenschaften das Produkt vor und nach dem Härten aufweisen soll. So ist ein Produkt mit BM-2 gemäß Rezepturbeispiel 2 vor dem Härten wenig klebrig und weist nach dem Härten eine stabile Form auf.

Ein Produkt mit BM-3 nach Rezepturbeispiel 3 hingegen ist vor dem Härten stärker klebrig und nach dem Aushärten flexibler.

Weiter gilt es anzumerken, dass den Rezepturbeispielen 1 bis 4 zusätzlich zu dem Wasser, das bereits in der Dispersion vorliegt, bis zu 30 Gew.-% Wasser zugesetzt werden kann. Die anderen Komponenten werden dann anteilig um diesen Wassergehalt verringert. Liegen Wassergehalte von insgesamt über 15 Gew.-% im Mittel vor, verschlechtern sich die Klebebzw. Hafteigenschaften spürbar, wodurch die Formen oder Gebilde instabiler werden, d.h. an den Rändern zum Abbröckeln neigen.

Als Zusatzstoff kann dem Bindemittel auch ein anionisches Tensid zugesetzt werden, um eine bessere Benetzung zu gewährleisten.

Anhand von Verwendungsbeispielen (P-X bis P-6) soll die Erfindung nochmals näher erläutert werden. Hierbei werden Formen, Modelle, oder Gegenstände aus Gemischen des Bindemittels mit losen Feststoffen gefüllt bzw. geformt oder modelliert und anschließend ausgehärtet.

Verwendungsbeispiel (Rahmenbeispiel/P-X):

5-98 Gew-% Feststoffe,

2-95 Gew-% Bindemittel,

0-20 Gew-% Farbmittel und/oder sonstige Zusätze.

Verwendungsbeispiel 1 (plastische Formkörper/P-1):

100g grober Sand werden mit 4 g Bindemittelgemisch gemäß BM-Rezepturbeispiel 2 vermengt und in eine Formschale gegeben. Anschließend wird die Masse in einem Mikrowellenherd ca. 3 Minuten mit 600 Watt ausgehärtet. Nach dem Aushärten ist der Formkörper aus der Formschale entformbar. Ein unbeabsichtigtes Überziehen der Zeitdauer der Energiezufuhr in einem Mikrowellenherd hat meistens keine negativen Auswirkungen auf den ausgehärteten Formkörper. Je feinkörniger der verwendete Sand oder sonstige Feststoff ist, desto schärfer und präziser können Konturen abgebildet werden. Hervorragende Ergebnisse können in diesem Verwendungsbeispiel auch erreicht werden, wenn anstatt der 100g Sand nur z.B. 50g Sand als Basis genommen werden.

Verwendungsbeispiel 2 (Leichtkörper/P-2):

Flockiges, faseriges, leichtes und/oder watteartiges Material auf Silikatbasis wird im Verhältnis 1 zu 1 in das Bindemittel gemäß BM-Rezepturbeispiel 3 eingemischt. Diese Mischung aus dem Bindemittel mit losen faserigen Feststoffen ist bereits nach ca. 1 Minute Energiezufuhr in der Mikrowelle, bei ca. 600⁰C ausgehärtet. Das so erhaltene und ausgehärtete Produkt ist federleicht. Zum Erzielen eines optischen Marmoreffektes kann in das noch nicht ausgehärtete Gemenge Farbmittel eingerührt werden.

Verwendungsbeispiel 3 (knetbare Masse/P-3):

Eine Kombination verschiedener Feststoffe, wie 50g Cellulosefasern und 15g Mikrohohlkugeln werden mit 150g des Bindemittels nach BM-Rezepturbeispiel 3 vermengt. Die sich ergebende knetbare Masse fühlt sich sehr angenehm und trocken an, quillt bei der Wärmebehandlung in der Mikrowelle etwas auf und kann bereits nach etwa 1 bis 2 Minuten aus der Mikrowelle entnommen und entformt werden. Die so erhaltenen Produkte sind weich, aber stabil und fühlen sich etwas kompakter an als Styropor. Sie sind zudem ggf. über Wochen in flüssigen Medien schwimmfähig.

Verwendungsbeispiel 4 (Sandkörper/P-4):

Hergestellt werden Sandklötzchen für das Spielen im Sandkasten. Dazu werden 250 g feiner, nicht imprägnierter Sand und etwa 20 ml flüssiges Bindemittel/ nach BM-Rezepturbeispiel 3 miteinander vermischt. Das so erhaltene Gemisch wird in Formen gepresst und unmittelbar danach gestürzt. Die Sandkörper sind nach ca. 10 bis 20 Minuten berührtrocken. Sie sind fest, aber nicht ausgehärtet, sie können zerbröselt oder zertreten werden. Kinder können mit den damit entstandenen Klötzchen oder sonstigen Körpern hervorragend Sandburgen oder andere Sandkonstruktionen aufbauen. Eine Härtung derartiger Sandkörper kann ebenfalls mittels Mikrowellenenergie erfolgen, wodurch die Sandklötzchen stabiler und formbeständiger werden.

Verwendungsbeispiel 5 (Holzkörper/P-5):

Es werden 2 Teile Holz-Sägespäne und 5 Teile des flüssigen Bindemittels, gemäß BM-Rezepturbeispiel 3 gemischt oder vermengt. Aus der Mischung hergestellte Gebilde sind nach etwa 2 Minuten Mikrowellenbehandlung bei 600 Watt fest. Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass bei zu langer und überhöhter Energiezufuhr ein Glimmen der Sägespäne nicht ausgeschlossen werden kann.

Mischungen aus den Verwendungsbeispielen P-X bis P-5 ergeben vor dem Härten form- und teilweise knetbare Massen zum Modellieren, Basteln und Dekorieren, wie diese häufig im Hobbybereich Verwendung finden. Es können Figuren, sonstige plastische Darstellungen, Modellkörper, Schmuckstücke, Reliefbilder, Aufnahmen und Halterungen für Blumen, Kerzen oder dergleichen hergestellt werden.

Verwendung können diese formbaren Massen aber auch in den Bereichen Industriedesign und Kunst finden, um Prototypen, Modelle oder kunstgewerbliche Artikel oder Gebrauchsgegenstände aller Art herzustellen.

Verwendungsbeispiel 6 (Malfarbe/P-6):

In diesem Beispiel besitzt die Mischung aus dem Bindemittel mit losen Feststoffen einen eher pastösen oder zähflüssigen bis flüssigen Charakter und kann als dreidimensionale

Malfarbe bezeichnet werden. Unter dreidimensionaler Malfarbe wird hierbei eine streich- oder spachtelfähige oder durch Düsen oder Röhrchen, z.B. an einer Plastikflasche, aufbringbare Masse verstanden, die auf dem Medium aufgrund ihrer Konsistenz und der Feststoffteilchen, die Schaffung einer aus der Ebene hervorstehende dritte Dimension ermöglicht.

Es werden 150g Polyacrylat, einem Bestandteil der BM-Rezepturen 2 und 3, gemischt mit 8g Mikrohohlkugeln und 14g Cellulosefasern, sowie geringen Mengen Glimmer. Die damit erhaltene Malfarbe kann auf Textilien oder anderem Untergrund, auf Papier und Oberflächen beliebiger Gegenstände aufgebracht werden.

Dieses flüssige Gemisch aus Bindemittel und losen Feststoffen lässt sich mittels einer flexiblen Plastikflasche mit aufgesetzter Dosierspitze kontrolliert auf verschiedene Textilien oder auf anderen Untergrund auftragen. Nach bereits 3 Minuten Energiezufuhr eines Mikrowellenofens, bei etwa 600 Watt, ist die Malfarbe fest mit den Textilien verbunden und lässt sich auch nach mehrmaligem Tragen nicht auswaschen.

Es hat sich gezeigt, dass ausgehärtete Formen oder Modelle, die nach den vorstehenden Beispielen hergestellt wurden, nicht in Wasser aufgelöst werden und damit auch eine hohe Wetterbeständigkeit aufweisen.

Gemische des erfindungsgemäßen Bindemittels mit losen Feststoffen, wie Holz- oder Steinmehl können auch zu Ausbesserungen und zu Reparaturarbeiten an Hölzern oder Steinen eingesetzt werden. Hierbei ist es von Vorteil, dass durch Zugabe von Farbstoffen oder Pigmenten genau der Farbton des zu reparierenden Gegenstandes eingestellt werden kann. Auch eine gewünschte Konsistenz des Gemisches kann problemlos durch die Variation des Gehaltes an Bindemittel eingestellt werden.

Da die erfindungsgemäßen Bindemittel gute Hafteigenschaften aufweisen, eignen sie sich quasi auch als &ldquor;Kleber".

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Hiermit können dann auch Papiere oder Servietten auf noch nicht gehärteten Gegenständen fixiert werden, oder das Bindemittel alleine kann zur Fixierung derartiger Materialien auf verschiedensten Oberflächen herangezogen werden.

Ebenso können auf diese Weise getrocknete Blätter, Blumen oder Gräser auf nicht gehärteten Oberflächen fixiert werden und mit dem Bindemittel überzogen bzw. versiegelt werden. Zum Versiegeln können die Blätter oder Gräser mit dem Bindemittel, glasklar oder auch in eingefärbter Form, überstrichen werden. In diesem Fall soll das klare oder eingefärbte Bindemittel eine Acrylfarbe sein, mit der verschiedenste Objekte bemalt oder überzogen werden können.

Die Festigkeit der ungehärteten Masse bzw. der Gesamtmischung kann in der Regel durch Wasserzugabe und innigem Vermischen auf die gewünschte Konsistenz eingestellt werden.

Claims

1. Bindemittel für lose Feststoffe, Pulver, Granulat, Flocken oder in Spanform, insbesondere für Sand, wie Natursand oder Dekorationssand, für Splitt, Kaolin, Feinkies, für Hohlkugeln, wie Mikrohohlkugeln aus Glas oder Kunststoff, für Metalle oder diverse Kunststoffe, für organische Biomaterialien, wie Kaffeepulver, Kaffeesatz, Holzspäne oder Holzstaub, Fasermaterialien, Textilien und/oder für sonstige faser- oder watteartige Stoffe, rein oder miteinander vermischt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kunststoffdispersion auf Acrylat- oder Urethanbasis ist.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffdispersion auf Acrylatbasis eine Dispersion eines Copolymerisates aus Acrylsäureestern, eines Polyacrylates oder eine Mischung dieser ist.

3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffdispersion eine wässrige Dispersion ist und dass der Feststoffgehalt an Kunststoffteilchen in der Dispersion zwischen 20 bis 50 Gew.-% liegt.

4. Bindemittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Pigmente oder Farbstoffe als Farbmittel aufweist und dass der Gehalt an Farbmittel 10 Gew.-% nicht übersteigt.

5. Bindemittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es
70-100 Gew.-% Kunststoffdispersion
0-10 Gew.-% Farbmittel
0-30 Gew.-% sonstige Zusätze aufweist.

6. Bindemittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche und lose Feststoffe als knet- oder formbare Masse für Formen, Modelle oder beliebige Gegenstände.

7. Bindemittel mit losen Feststoffen, als flüssiges oder pastöses dreidimensionales Malmittel zum Bemalen von Textilien, Oberflächen von Gegenständen, Papieren oder sonstigen Flächen.

8. Bindemittel mit losen Feststoffen, wobei
5-98 Gew-% Feststoffe,
2-95 Gew-% Bindemittel,
0-20 Gew-% Farbmittel und/oder sonstige Zusätze miteinander vermischt sind.

9. Bindemittel oder eines Bindemittelgemisch mit losen Feststoffen, wobei die Festigkeit der ungehärteten Masse bzw. der Gesamtmischung durch Wasserzugabe auf die gewünschte Konsistenz eingestellt ist.