DE69433693T2

DE69433693T2 - Kunststeinzusammensetzung und verfahren zur herstellung von kunststeinen

Info

Publication number: DE69433693T2
Application number: DE69433693T
Authority: DE
Inventors: Ltd. Tsuyoshi-Doppel Co. SAKAI
Original assignee: Doppel Co Ltd
Current assignee: Doppel Co Ltd
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: US6127458A; EP0790222A4; CA2203906C; DE69433693D1; KR100326471B1; WO1996013469A1; JP3734834B2; CA2203906A1; AU8003994A; EP0790222B1; KR970707055A; EP0790222A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kunststeinzusammensetzung und ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststeins. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines leichtgewichtigen Kunststeins mit hoher Härte, Festigkeit und Dichte, der einen Oberflächenzustand wie Granit oder Marmor aufweist und Eigenschaften, wie Oberflächenhärte und Oberflächenabriebbeständigkeit, aufweist und stellt einen Kunststein bereit, der als Material für eine Wand, einen Boden oder andere Baustoffe, technische Baustoffe oder eine Steinsäule verwendbar ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein übliches Verfahren zum Herstellen eines Kunststeins besteht darin, Stein zu geeigneten Stücken zu zerkleinern, in Calciumcarbonat und ein Harz zu mischen und dann dieselben zu härten. Insbesondere offenbart die japanische provisorische Patentanmeldung Nr. S61-101 443 ein Verfahren zum Gewinnen eines klumpigen bzw. brockenförmigen Kunststeins, der Schleifen widerstehen kann, welches die Schritte des Mischens von pulverförmigem Stein und Harzen bei Unterdruck, Einspritzen des Gemisches in eine Form, Herausnehmen des geformten Gemisches und Schleifen desselben umfasst.
Eine weitere japanische Patentveröffentlichung Nr. 553-24 447 offenbart die Herstellung eines Kunststeins unter Verwendung von Pulverteilchen aus Naturstein und einem Kunstharz. Diese Rohstoffe werden in einem vorgeschriebenen Mischverhält nis vermischt und nach Anordnung der Rohstoffe in einer Form einem bestimmten Mindestdruck unterzogen.
Jedoch werfen die durch diese üblichen Verfahren erhaltenen Kunststeine dahingehend ein Problem auf, indem neben der Verwendung von Pulverteilchen aus Naturstein der Farbton oder der Anschein von Tiefe nicht immer befriedigend ist.
Übliche Kunststeine sind dahingehend mangelhaft, dass der Farbton der Oberfläche unvermeidbar dunkel und stumpf wird. Es ist im Allgemeinen sehr schwierig, eine Granit-ähnliche oder Marmor-ähnliche Oberfläche zu erreichen, die mit einem Anschein von Transparenz, Tiefe und Form versehen ist.
Ein vorstellbarer Grund besteht darin, dass die Oberflächenlichtreflexion und Absorption sich stark zwischen Kunststeinen in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung, der Teilchengröße und dem Mischverhältnis von Natursteinpulverteilchen unterscheidet. Fast keine Untersuchung wurde zu einer solchen Hypothese ausgeführt.
Weiterhin beeinflusst die chemische Zusammensetzung eines Kunststeins stark die Formbarkeit. In Abhängigkeit von der Größe oder dem Mischverhältnis von Natursteinpulverteilchen, die in einem Kunststein eingemischt sind, oder dem Verhältnis von Bindemittelharz kann man dahingehend einem Problem begegnen, dass eine Fluidität zum Formen verloren geht oder in dem Formkörper Blasen verbleiben, wodurch somit Qualität und Festigkeit des Kunststeinprodukts stark beeinträchtigt werden.
Zur Überwindung dieser Probleme schlägt die japanische Patentveröffentlichung Nr. 553-24 447 Fluidisierung durch Erhöhung der Menge an Harzen vor, was die Erzeugung von Blasen verhindert.
Obwohl das Erhöhen des Harzgehaltes zum Sichern einer befriedigenden Fluidität und Verhindern der Erzeugung von Blasen gangbar ist, übt dies allerdings eine negative Wirkung auf die Eigenschaften des erhaltenen Kunststeins aus.
Insbesondere führt die Verwendung einer großen Menge an Harz zur Verharzung eines Kunststeinprodukts. Das erhaltene Produkt wird deshalb aus den Natursteinpulverteilchen in Harzen gebildet und die physikalischen Eigenschaften davon sind näher an jenen der Rohstoffharze als an jenen von dem Rohstoffstein. Obwohl es als Kunststein bezeichnet wird, ist es nur ein Harzprodukt mit dem Aussehen von Stein.
Unter diesen Umständen gibt es einen Bedarf für die Entwicklung eines neuen Kunststeins, der die Mängel von üblichen Kunststeinen überwindet und beim Anwenden von Pulverteilchen aus Naturstein und dergleichen als Rohstoffe eine dichte Struktur aufweist, den Anschein von Tiefe zusammen mit einem transparenten Farbton ergibt, die Merkmale von Naturstein, wie Granit oder Marmor aufweist und leicht formbar ist, was das Erzielen einer beliebigen Form, wie eine Platte oder einen Stab, erlaubt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände entwickelt und stellt eine Kunststeinzusammensetzung bereit, umfassend eine gemischte anorganische Komponente, die eine anorganische feine Teilchenkomponente und eine anorganische Mikroteilchenkomponente umfasst, wobei die Summe der anorganischen feinen Teilchenkomponente, die eine Größe von 10 bis 70 mesh aufweist, und der anorganischen Mikroteilchenkomponente, die eine Größe von 100 mesh oder kleiner aufweist, mindestens 85 Gew.-% des gesamten Produkts ausmacht und eine Harzkomponente bis zu 15 Gew.-% des gesamten Produkts ausmacht, wobei alles oder ein Teil der anorganischen feinen Teilchenkomponente eine transparente feine Teilchenkomponente umfasst, wobei einzelne Teilchen oder Teilchenklumpen vorher mit einer Beschichtungsschicht aus einer anorganischen oder einer organischen Substanz beschichtet worden sind.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Kunststeinformprodukt, geformt durch Einspritzen oder Beschicken der vorstehend erwähnten Zusammensetzung in eine Form, bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Kunststeinformprodukt bereit, worin die Oberfläche des geformten Kunststeins poliert ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend weiter genauer beschrieben.
Die den Kunststein der vorliegenden Erfindung aufbauenden Rohstoffe werden grob in die nachstehenden drei Komponenten geteilt. Die Hauptkomponente ist eine anorganische feine Teilchenkomponente mit einer Größe von 10 bis 70 mesh. Geeignete anorganische feine Teilchen sind Siliziumdioxid, Olivin, Feldspat, Pyroxen, Glimmer und andere Mineralien, Natursteine, wie Granit und metamorphes Gestein, Keramik, Glas und Metalle.
Zusammen mit dieser feinen Teilchenkomponente wird eine Mikroteilchenkomponente mit einer Größe von 100 mesh oder weniger verwendet. Diese Mikroteilchenkomponente umfasst beispielsweise verschiedene natürliche oder künstliche Mikroteilchenkomponenten. Leicht verfügbare Mikroteilchenkomponenten schließen beispielsweise Calciumcarbonat und Aluminiumoxid ein.
Als Teil dieser Mikroteilchenkomponente können solche Komponenten wie Mangandioxid, Titandioxid, Zirkoniumsilicat und Eisenoxid zugesetzt oder vermischt werden. Antimontrioxid, Borverbindungen und Bromverbindungen können zum Verleihen von Beständigkeit gegen Entflammbarkeit zugesetzt und vermischt werden.
Die dritte Komponente ist die Harzkomponente. Die Harzkomponente kann aus einer großen Vielzahl von thermoplastischen Harzen ausgewählt werden.
Die Harzkomponente kann beispielsweise Acrylatharz, Methacrylatharz und ungesättigtes Polyesterharz sein.
Die feine Teilchenkomponente eines Natursteins ist der Hauptfaktor, der das Aussehen und die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Kunststeins beeinflusst. Insbesondere dient die teilweise Freilegung von Kunststein zusammen mit anderen Komponenten als Hauptfaktor für äußere Farbe und Muster.
Verglichen mit der feinen Teilchenkomponente ist die Mikroteilchenkomponente viel geringer als 100 mesh in der Größe und liegt so vor, dass sie in Räume zwischen den einzelnen feinen Teilchen eindringt und diese Räume auffüllt. Diese Komponente beeinflusst Eigenschaften, wie die Härte und Biegsamkeit des erhaltenen Kunststeins. Das Gewichtsverhältnis von feinen Teilchen zu Mikroteilchenkomponenten liegt im Bereich von 0,5 : 1 bis 5 : 1.
Im Gegensatz zu der feinen Teilchenkomponente und der Mikroteilchenkomponente des Natursteins, der den vorstehend erwähnten Rahmen bildet, hat die Harzkomponente die Funktion, zum Bedecken dieser anderen Komponenten beizutragen, alle Komponenten zu verbinden, und nach Fertigstellung eines Kunststeins dem Produkt die notwendige Elastizität oder Zugfestigkeit zu verleihen.
Das Verhältnis von diesen Komponenten ist in der vorliegenden Erfindung wichtig. Besonders wichtig ist das Verhältnis der Harzkomponente zu den anderen Komponenten. In der vorliegenden Erfindung besteht eines der Merkmale darin, dass man ein hochdichtes Produkt mit einer dichten Struktur erzielen kann. Diese hohe Dichte bedeutet, dass die feine Teilchenkomponente und die Mikroteilchenkomponente, die in dem Kunststeinprodukt enthalten ist, bei einer hohen Dichte von beispielsweise über 2,2 g/cm³ vorliegt, was dichter als üblicher Kunststein ist.
Insbesondere führt ein höherer Anteil an feinen Teilchen aus Naturstein, die den Rahmen bilden, zu einem Produkt, das einem natürlichen näher ist. Ein sehr hohes Verhältnis erschwert das Härten und deshalb die Anwendung des Produkts. Das erhaltene Produkt hat schlechte physikalische Eigenschaften, sodass es in gewöhnlichen Anwendungen nicht verwendet werden kann.
Auch die Verwendung eines höheren Anteils an Mikroteilchenkomponente verursacht Schwierigkeiten, da der Kunststein nicht härten kann, das Produkt schlecht im Glanz sein kann und das erhaltene Produkt nicht mehr rechtmäßig als Stein bezeichnet werden kann.
Deshalb ist das Verhältnis von feiner Teilchenkomponente und Mikroteilchenkomponente zu der Harzkomponente begrenzt: das Verhältnis muss größer als 85 Gew.-% oder bevorzugter größer als 90% sein. Bei einem Verhältnis größer als 95% wird das Produkt brüchig und ist kaum verwendbar. Bei einem Verhältnis von weniger als 85% ist das Produkt zu weich, was es somit unmöglich macht, die Eigenschaften eines Steins mit einem Anwendungsbereich ähnlich zu jenem einer Harzplatte zu erhalten.
Dies bedeutet, dass die Harzkomponente von Natursteinen nicht in einer Menge größer als 15 Gew.-% vorliegen sollte.
Ein Stein, worin die Harzkomponente mehr als etwa 15 Gew.-% bildet, ergibt ein eher kunststoffartiges Produkt, dem nur der Name Kunststein bleibt. Ein übermäßig kleiner Gehalt der Harzkomponente, obwohl unter Verbessern des äußeren Aussehens enger zu der natürlichen Farbe des Produkts, macht das Produkt brüchiger und zur praktischen Verwendung ungeeignet. Deshalb sollte die Menge an Harzkomponente bevorzugter in einem Bereich von 3 bis 10 Gew.-% liegen.
Bei der Kunststeinzusammensetzung (und den Kunststeingegenständen) der vorliegenden Erfindung ist es ein Erfordernis, dass alle oder ein Teil der anorganischen feinen Teilchenkomponente die Form von transparenten Teilchen annehmen sollte und weiterhin diese Teilchen oder Klumpen davon vorher mit einer anorganischen oder organischen Substanz beschichtet wurden. Die Beschichtungsschicht wird teilweise zerbrochen und die Beschichtungsschicht und transparenten feinen Teilchen werden auf der Produktoberfläche freigelegt. Dies bildet ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung.
Die Beschichtung der transparenten feinen Teilchenkomponente wird durch Beschichten und Härten des Harzes auf der Oberfläche der transparenten feinen Teilchenkomponente oder Wärmebehandeln einer anorganischen Substanz, wie Wasserglas oder eine Glasur für Keramiken ausgeführt. In jedem Fall sollte die Oberfläche der transparenten feinen Teilchenkomponente eine Beschichtung mit einer Dicke von einigen μm bis einige zehn μm, beispielsweise 5 bis 50 μm oder bevorzugter etwa 20 bis 30 μm aufweisen. Im Einzelnen kann beispielsweise eine Beschichtung unter Verwendung eines Acrylharzes und einer ungesättigten Polyesterharzzusammensetzung aufgetragen werden und die Harzzusammensetzung auf eine Temperatur von etwa 150 bis 300°C erhitzt oder bestrahlt werden, wodurch die Oberfläche der Teilchen der feinen Teilchenkomponente beschichtet und dieselbe gehärtet wird. Alternativ kann eine Beschichtung unter Verwendung von Wasserglas oder einer Glasur aufgetragen werden und dieselbe bei einer Temperatur von etwa 800 bis 1100°C wärmebehandelt werden, wodurch eine anorganische Beschichtung erzielt wird.
Eine solche Beschichtung verbessert stark die Affinität der feinen Teilchen, welche als Zuschlagstoffe für den Kunststein der gesamten Struktur dienen. Das Gemisch der Mikroteilchenkomponente und der Harzkomponente verleiht eine hohe Festigkeit und führt zu einer befriedigenden Oberflächenhärte.
Wichtiger ist die Tatsache, dass, da transparente Natursteine oder ähnliche für die feine Teilchenkomponente verwendet werden und die Oberfläche davon mit einer harten wie vorstehend beschriebenen Beschichtung bedeckt ist, Polieren der Oberfläche des Kunststeinprodukts teilweise diese Beschichtungsschicht zerbricht. Im Ergebnis umfasst die Oberflächenstruktur teilweise freiliegende, anorganische, transparente feine Teilchen und das Umgeben der Beschichtungsschicht ergibt einen einzigartigen Lichtreflexionseffekt.
Das heißt, dass das Licht, dass in die transparenten feinen Teilchen eintritt, an der umgebenden Beschichtungsschicht reflektiert wird und erneut durch die transparenten feinen Teilchen gelangt. Ein solches Lichteindringungs- und Reflexionsphänomen ist eine Oberfläche in einem üblichen Kunststein, wodurch dem erfindungsgemäßen Kunststeinprodukt ein einzigartiger Anschein von Tiefe verliehen wird. Somit ist ein hochqualitativer Marmor-artiger Kunststein mit Gestalt und Tiefe verfügbar.
Das Verhältnis dieser transparenten feinen Teilchenkomponente mit der Beschichtungsschicht kann im Allgemeinen in einem Bereich von 10 bis 100%, bezogen auf die Gesamtmenge der in die erfindungsgemäße Zusammensetzung gemischten anorganischen feinen Teilchenkomponente liegen.
In der vorliegenden Erfindung sollte die Größe der anorganischen feinen Teilchen vorgeschrieben sein. Genauer sollte die anorganische feine Teilchenkomponente eine Größe innerhalb eines Bereichs von 10 bis 70 mesh, wie vorstehend beschrieben, aufweisen. Ausgenommen für Spezialfälle sollte vorzugsweise eine gleichförmige Größe beibehalten werden. Wenn gefärbte und farblose Teilchen verwendet werden und die Farbe auf der oberen oder unteren Seite dunkler ist, ist es denkbar, verschiedene Größen von feinen Teilchen entsprechend gefärbten Teilchen oder farblosen zu verwenden. Große Mengen an sehr verschiedenen Größen sollten aufgrund der Möglichkeit der Verschlechterung der Festigkeit des Produkts nicht verwendet werden.
Die Mikroteilchen sollten einerseits eine Größe von 100 mesh oder kleiner wie vorstehend beschrieben aufweisen, sodass ausreichendes Eindringen zwischen feinen Teilchen gesichert ist. Sie sollte deshalb nicht nahe zu jener der feinen Teilchen sein. Insbesondere sollte sie vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 150 bis 250 mesh liegen.
Es ist ebenfalls wichtig, dass in dem hochdichten Kunststein der vorliegenden Erfindung, ausgenommen für Spezialfälle, diese Materialien gleichförmig in jedem Teil des Produkts verteilt sein sollten.
Es ist weiterhin erforderlich, die äußere Oberfläche des Produkts zu polieren. Das heißt, in mindestens einem Teil der Oberfläche sollte die Beschichtungsschicht teilweise gebrochen sein, um einen Teil der feinen Teilchen freizulegen.
Polieren ist ein zweckmäßiger Weg die dichte Struktur und Oberflächentiefe, die der hochdichte Kunststein der vorliegenden Erfindung besitzt, freizulegen. Es ist unnötig zu sagen, dass ein Teil der Produktoberfläche poliert werden kann, um die feine Teilchenkomponente freizulegen und der Unterschied vom anderen Teil der gleichen Oberfläche kann als Muster verwendet werden.
Beim Gewinnen eines Kunststeins sind der Farbton und die Gestaltung des gewünschten Natursteins wichtig. Granit und Marmor werden häufig als Ziel verwendet, obwohl es schwierig ist, ein Produkt wie ein natürliches mit schönem Glanz zu erhalten. In diesem Fall ist Glanz ein wichtiger Faktor, der den Wert von Granit oder Marmor bestimmt. In natürlichem Granit oder Marmor sind Farben verschieden und unterscheiden sich von schwarz bis weiß oder bis rot und innerhalb der gleichen Farbe sind die Schattierungen unterschiedlich.
Beim Färben von verschiedenen Kunststeinen, beispielsweise in schwarz, reicht es aus, mehr schwarzes Pulver von Natursteinen zu verwenden. Beim Verwenden einer neutralen Tönung der Farbe jedoch gibt es üblicherweise ein Problem der Reproduzierbarkeit. Es hat sich als schwierig erwiesen, den einzigartigen Glanz von Marmor mit einer befriedigenden Farbe zu reproduzieren.
Selbst wenn beispielsweise ein Farbstoff oder ein Pigment zum Färben angewendet wird, ist es üblicherweise schwierig, Glanz oder Tiefe zu verleihen.
In der vorliegenden Erfindung wird andererseits eine transparente feine Teilchenkomponente verwendet. Wenn gewünscht wird, den Glanz von Granit oder Marmor zu erreichen, können die durch Vermahlen eines natürlichen Quarzsteins erhaltenen feinen Teilchen als die feine Teilchenkomponente verwendet werden.
Die durch Vermahlen eines natürlichen Quarzsteins erhaltenen feinen Teilchen haben einen einzigartigen ebenen und glatten Bereich an der Oberfläche, weil der Rohstoff Quarz ist. Teilchen sind häufig farblos und transparent. Die Farbe ist, falls überhaupt, nicht stark und wenn nicht transparent, behalten die Teilchen häufig in geringem Ausmaß Transparenz bei.
Durch Anwenden dieses Rohstoffs ist es möglich, die Farbe des Produkts mit Hilfe des Farbtons der Beschichtungsschicht und der Harzkomponente zu steuern und der Farbe Tiefe und Glanz durch das Vorliegen einer transparenten feinen Quarzteilchenkomponente zu verleihen.
Wenn beispielsweise die Beschichtungsschicht eine wärmebehandelte mit Wasserglas gesinterte Schicht, die ein weißes Pigment enthält, darstellt oder wenn der Stein eine gehärtete Schicht von einem ungesättigten Polyesterharz aufweist und ein ungesättigtes Polyesterharz als die Harzkomponente verwendet wird, hat das Harz im Allgemeinen ein etwas gelblich-weißes Aussehen, was zu einem glänzenden Produkt mit milchig weißer Farbe führt. Es steht deshalb ein Produkt mit einem Farbton, nahe zu milchig weißem, natürlichem Marmor zur Verfügung.
Durch Anwenden einer ein färbendes Mittel, wie ein Pigment oder ein Farbstoff enthaltenden Beschichtungsschicht, und weiterhin Zusetzen eines anorganischen Pigments, wie Titandioxid, Zirkoniumsilicat, Mangandioxid, Eisenoxid oder Kobaltoxid, eines organischen Pigments, wie eines Azo-Pigments oder eines Phthalocyaninpigments, oder von verschiedenen Farbstoffen zu der Harzkomponente steht ein Produkt mit einer gleichförmigen Farbe, mit einem einzigartigen Farbton, mit Tiefe und Glanz zur Verfügung.
In der Kunststeinzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann eine Farbteilchenkomponente, die im Wesentlichen die gleiche Größe wie die feinen Teilchenkomponente aufweist, in dem Gemisch verwendet werden, um dem Produkt eine Farbe zu verleihen.
In jedem Fall ist es möglich, Farbreproduzierbarkeit viel leichter als in üblichen Kunststeinen zu sichern. Der Stein wird ohne Verfärbung reproduziert und ein Produkt, das in Tiefe und Glanz ausgezeichnet ist, ist verfügbar.
In dem erfindungsgemäßen Kunststein ist es besonders wirksam, eine Glasur aus färbender Keramik auf die Pulverteilchen der natürlichen transparenten feinen Teilchenkomponente anzuwenden, Wärmebehandeln derselben zu Pulverteilchen einer gewünschten Farbe und Anwendung dieser Teilchen als die feine Teilchenkomponente. Durch dieses Verfahren ist es möglich, nicht nur eine gewünschte Farbe zu sichern, sondern es wird auch eine breite Auswahl von Farben ermöglicht.
Beim Vermahlen von natürlichem Quarzstein zu der gleichen Größe wie die feine Teilchenkomponente unter Anwenden einer Glasur darauf und Wärmebehandeln derselben gibt es keine Probleme für Farben wie schwarz und rot und die Farbe wird mit Glanz und perfekt reproduziertem Ton erhalten unter somit Bereitstellen der Vorteile, die in üblichem Färbeverfahren nicht verfügbar sind.
In jedem Fall wird die feine Teilchenkomponente mit einer durch Wärmebehandeln gebildeten Beschichtungsschicht in einem Verhältnis innerhalb eines Bereichs von 10 bis 100% der gesamten feinen Teilchenkomponente gebildet.
Eine Kurzfaserkomponente kann zum Verstärken der Struktur des Formprodukts eingemischt werden, obwohl die Faser nicht den Farbton des Kunststeins beeinflussen sollte. Beispielsweise schließen anwendbare Fasern Glasfaser, Keramikfaser, Metallfaser und Harzfaser ein. Glasfaser ist für diesen Zweck besonders günstig.
Kurze Fasern mit einem Durchmesser von 10 bis 100 μm und einer Länge von 1 bis 10 mm werden gewöhnlich in einer Menge innerhalb eines Bereichs von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die feine Teilchenkomponente, verwendet.
Der hochdichte Kunststein der vorliegenden Erfindung mit ausgezeichneten Farbeigenschaften kann von beliebiger Form, wie eine Platte, ein Stab oder ein Zylinder, sein.
Ein Formverfahren kann aus einer breiten Vielzahl von Verfahren, einschließlich beispielsweise Formspritzen und Druckformen, ausgewählt werden.
Ein wichtiger Punkt bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist, dass die verwendete Form keine geschlossene Form ist. Ein offener Anteil sollte deutlich ein Teil bezüglich der Gesamtoberfläche sein.
Für einen quadratischen Zylinder sollte beispielsweise eine Form, in der der Teil, der die Kanten einer Platte bildet, geöffnet ist, vorzugsweise mit der Öffnungsseite oberhalb der anderen Seiten, verwendet werden.
Eine Öffnungsseite kann auch zusätzlich zu jener vorstehend beschriebenen durch Herstellen einer engeren Seitenhalböffnung, d. h. beispielsweise durch Ausbilden dieser Seite zu einer Netzform, sodass ein leichtes Ausströmen der feinen Teilchen verhindert wird, ausgeführt werden.
Beim Einspritzen von ungleichförmig vermischtem Fluid der Harzkomponente, der feinen Teilchenkomponente und Mikroteilchenkomponente in einer wie vorstehend beschriebenen Form ist es vorteilhaft, das Innenvolumen der Form nach Einspritzen im Hinblick auf das Vermindern des Harzgehaltes in dem erhaltenen Kunststein zur Sicherung von ausreichend Fluidität nach dem Einspritzen zu vermindern.
Insbesondere, wenn beispielsweise das Forminnere eben ist, werden die ebenen Wände enger aneinander gebracht, um die Dicke zu vermindern. Im Ergebnis dieser Verminderung des Innenvolumens sammelt sich die Harzkomponente, die aus der Form fließt, in dem offenen Teil und fließt weiterhin durch den offenen Teil oder unter Vermindern des Innenvolumens durch Anheben des Bodenteils nach dem Einspritzen aus, wobei die Harzkomponente in den oberen Teil ausfließt.
Da die Harzkomponente eine höhere Dichte als die feine Teilchenkomponente oder die Mikroteilchenkomponente aufweist, beginnt sie nach Einspritzen in die Form herunter zu sinken und das Sinken verläuft schnell aufgrund eines großen Unterschiedes in der Dichte. Durch Vermindern des Innenvolumens wird nur die leichte Harzkomponente heraus geschoben und sammelt sich an dem offenen Teil. Die Harzkomponente kann deshalb in einer gesteuerten Menge unter Verwendung einer Form eines vorgeschriebenen Innenvolumens herausgenommen werden und dann das Innenvolumen durch eine vorgeschriebene Menge vermindert werden. Die Menge an Harzkomponente nach Verfestigung des gebildeten Kunststeins ist somit kleiner als die Menge der Harzkomponente nach Einspritzung und die Menge von Harzkomponente in dem Produkt kann von jener nach der Einspritzung vermindert werden.
Druckformen als ein Herstellungsverfahren in der vorliegenden Erfindung ist auch wirksam.
Druckformen umfasst die Schritte des Einspritzen eines Materials (gemischtes Material), gebildet durch Vermischen und Verkneten der feinen Teilchenkomponente, der Mikroteilchenkomponente und der Harzkomponente in notwendigen Mengen, Zugabe des Gemisches zu der unteren Hälfte einer horizontalen Form, Anordnen der oberen Hälfte der Form auf der unteren Hälfte und Verpressen der Form unter einem Oberflächendruck innerhalb eines Bereichs von 4,9 × 10⁵ bis 9,8 × 10⁶ Pa (5 bis 100 kgf/cm²). In diesen Formen wird das Material auf eine Temperatur von etwa 90 bis 140°C für einen Zeitraum von etwa 5 bis 20 Minuten während der Verdichtens erhitzt.
Beim Druckformen unter Erhitzen der Form kann dieselbe vibriert und unter Druck gesetzt werden, um die Fluidität des gemischten Materials in der Form zu verbessern.
Druckformen, wie vorstehend beschrieben, ist für die Massenproduktion als ein Formverfahren zum relativ leichten Formen geeignet und ist ökonomisch, weil es fast keinen Materialverlust gibt.
In der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Formprodukts nach der Beendigung des Formens verarbeitet, um die feine Teilchenkomponente der Oberfläche freizulegen.
Eine erste Ausführung für diesen Zweck ist selektive Entfernung der Harzkomponente. Es ist nach Abstreifen der Form wirksam, die Formproduktoberfläche einem Hochdruckwasserstrahl auszusetzen, um ein Oberflächenverarbeiten anzuwenden.
Dieses Verarbeiten ist nicht begrenzend, unter Variieren von Dicke, Abstand von der Düse, Verarbeitungsform und verschiedenen anderen Bedingungen. Bei einem üblichen Fall mit einer Dicke innerhalb eines Bereichs von 2 bis 20 cm kann Wasser mit einem Druck im Bereich von 50 bis 800 kg/cm² aus einer Düsenhöhe von etwa 2 bis 10 cm ausgestoßen werden. Dieser Wasserdruck ist geringer als jener für einen Naturstein.
Das Vorliegen der Harzkomponente erlaubt eine leichte und qualitativ hochwertige Verarbeitung.
Es gibt praktisch keine Grenze hinsichtlich der Düse und des Systems davon für das Ausstoßen von Hochdruckwasser. Beliebige davon können angepasst werden.
Dieses Oberflächenverarbeiten erreicht das Einebnen oder Aufrauen der Oberfläche mit Hilfe des Wasserstrahls und ein Kunststein mit einer Tiefe und Größe ist somit verfügbar.
Das Vorliegen der Harzkomponente beseitigt das Risiko von Oberflächeneintrübung und verglichen mit der Ätztechnik unter Verwendung von Chemikalien, ist es leichter die Abfallflüssigkeit zu entsorgen.
Es in unnötig zu sagen, dass die Oberfläche mit einem organischen Lösungsmittel behandelt werden kann und die Harzkomponente teilweise durch Erweichen oder Schmelzen entfernt werden kann.
In Abhängigkeit von der angewendeten Harzkomponente kann das organische Lösungsmittel in diesem Fall beispielsweise aus einem halogenierten Kohlenwasserstoff, wie Ethylenchlorid, Methylenchlorid und Chloroform, einer Carbonsäure, wie Essigsäureanhydrid, Essigsäureethylester und Essigsäurebutyl ester und veresterten Verbindungen davon, Aceton, Tetrahydrofuran, DMF und DMSO ausgewählt werden.
Oberflächenunregelmäßigkeiten können durch Eintauchen des Formprodukts in das organische Lösungsmittel oder Sprühen oder Gießen des organischen Lösungsmittels und Entfernen der erweichten oder geschmolzenen Teile der Harzkomponente von der Oberfläche gebildet werden.
Oberflächenunregelmäßigkeiten können auch durch Kratzen des weniger harten Teils der Harzkomponente von der Oberfläche mit Hilfe eines Drahtpinsels oder Schneiden gebildet werden.
Nach Aufrauen der Oberfläche und Anwenden einer Oberflächenbearbeitung mit beliebigen der verschiedenen vorstehend beschriebenen Mittel wird die Beschichtungsschicht der feinen Teilchenkomponente auf der Oberfläche teilweise wie vorstehend beschrieben gebrochen und diese Beschichtungsschicht und die feinen Teilchen werden auf der Produktoberfläche als eine Schnittfläche freigelegt. Dies erlaubt das Erreichen einer einzigartigen Tiefe und glänzenden und massiven Oberfläche. Dies wird durch eine einzigartige wie bereits vorstehend beschriebene Lichtreflexion verursacht.
Es gibt keine besondere Beschränkung für die Mittel des Oberflächenpolierens: Werkzeuge, wie ein Schleifstein, ein Schleifleinen oder ein Schleifgurt, oder Schleifmittel, wie ein Schwabbelscheibenschleifmittel oder eine reibende Verbindung, können angewendet werden.
Als Schleifmittel können jede Art von Diamant, Borcarbid, Korund, Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid, von der Art, die normalerweise zum Polieren verwendet wird, Tripoli, Dolomit, Aluminiumoxid, Chromoxid und Cer von der Art, die normalerweise zum Schleifen und Polieren verwendet wird, geeigneterweise zur Verwendung ausgewählt werden.
Nach solchem Polieren kann die Oberfläche natürlich unter Bildung von Unregelmäßigkeiten weiter aufgeraut werden. In diesem Fall muss auch mindestens ein Teil der feinen Teilchen und der Beschichtungsschicht davon im Abschnitt freiliegen.
Durch alle diese Vorgänge wird ein massiver Kunststein, der im Oberflächenzustand ausgezeichnet ist, hergestellt.
Nun werden nachstehend einige Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehenden Beispiele beschränkt.
Beispiele
Beispiel 1
Natürliche Siliziumdioxidsteinteilchen (silica stone) mit einer Teilchengröße von 10 bis 25 mesh werden jeweils mit einer Oberflächeneinbrennschicht mit einer Dicke von etwa 30 μm, hergestellt bei etwa 1000°C durch Verwendung einer weißen Glasur, bereitgestellt, welche als 50 Gew.-% der gesamten feinen Teilchenkomponente verwendet wurden. Die feine Teilchenkomponente und 230 mesh Calciumcarbonat wurden in einem Gewichtsverhältnis von 2 : 1 gleichförmig für 90 Gew.-% des Gesamtgewichts der Zusammensetzung zusammen mit 9 Gew.-% Polymethylmethacrylat-Harz und 1 Gew.-% Härtungsmittel zu einem Mörtel-artigen Gemisch vermischt.
Diese Zusammensetzung wurde in eine Form gespritzt unter Bildung eines plattenförmigen Produkts mit einer Dicke von etwa 15 mm.
Dann wurde die Oberfläche mit Hilfe eines Korundpoliermittels poliert. Im Ergebnis war die feine Teilchenkomponente mit gesinterten Beschichtungsschichten teilweise als eine Teilquerschnittsfläche der gesinterten Schicht und der feinen Teilchenkomponente freigelegt.
Der erhaltene Kunststein hatte eine tiefe marmorartige milchig weiße Farbe und Glanz, frei von inneren und Oberflächenblasen mit einer gleichförmigen Zusammensetzung.
In einem gemäß dem japanischen Industriestandard JIS K-7112 ausgeführten Test wurde eine Dichte von 2,29 ermittelt. Das Produkt hatte eine Wasserabsorption von 0,13%. Die anderen Eigenschaften werden in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
In einem Eintauchtest in eine 3%-ige wässrige Salzsäurelösung für acht Stunden und in eine 3%-ige wässrige Natriumhydroxidlösung für acht Stunden wurde keine Abnormalität beobachtet.
Beim Anwenden des erhaltenen Produkts als eine Wandplatte für ein Gebäude wurde ein schöner marmorartiger Stein mit Tiefe erhalten.
Beispiel 2
Die gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden angewendet mit der Ausnahme, dass die Summe der feinen Teilchen und Mikroteilchenkomponenten 93% war, eine Harzkomponente von 6% und eine Dicke der Oberflächeneinbrennschicht von 20 μm übernommen wurden.
Wie in dem Beispiel 1 wurde ein Kunststein hoher Qualität erhalten. Er hatte eine Druckfestigkeit von 1,36 × 10⁵ Pa (1,385 kg/cm²), eine Härte von 1,01 × 10¹⁰ Pa (1,025 kgf/mm²) und eine marmorartige Tiefe und ausgezeichnete Oberfläche.
Beispiel 3
Ein 15%-iger Teil der Gesamtmenge einer feinen Teilchenkomponente von natürlichem Siliziumdioxidstein wurde mit einer blauen Glasur in einer Dicke von 25 μm auf die Teilchenoberfläche beschichtet.
Unter Anwenden dieser feinen Teilchenkomponente mit einer Größe innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 mesh wurde ein plattenförmiger Körper in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 geformt.
Das erhaltene Produkt wurde mit einem Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Poliermittel poliert.
Eine tiefe und schöne blau-weiße Oberfläche wurde erhalten.
Das Produkt hatte im Wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschaften wie jene in Beispiel 1, wodurch ein qualitativ hochwertiger Kunststein als Baustoff erzielt wird.
Beispiel 4
65% der gesamten Menge einer feinen Teilchenkomponente von natürlichem Siliziumdioxidstein mit einer Größe von 10 bis 50 mesh, ein Polymethylmethacrylatharz, vermischt mit einem Kobaltblau-Pigment (Pig Blue 28) wurden mit einer Beschichtung mit einer Dicke von etwa 50 μm eingestellt.
Das Formen wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 durchgeführt und dann wurde die Oberfläche poliert. Eine tiefe und schöne Oberfläche, getönt mit blau und milchig-weiß in dem Gemisch, wurde erhalten.
Dieses Kunststeinprodukt hatte eine Dichte von 2,29, eine Biegefestigkeit von 2,99 × 10⁶ Pa (30,55 kgf/cm²), eine Druckfestigkeit von 1, 28 × 10⁵ Pa (1,305 kgf/cm²) und eine Härte von 9,32 × 10⁹ Pa (950 kgf/mm²).
Vergleichsbeispiel 1
Den gleichen Schritten wie in Beispiel 1 wurde gefolgt mit der Ausnahme, dass eine feine Teilchenkomponente von 5 bis 20 mesh verwendet wurde. Das erhaltene Formprodukt zeigte eine unzureichende Festigkeit und es wurde beobachtet, dass es eine ungleichförmige Struktur aufweist.
Vergleichsbeispiel 2
Proben mit Gewichtsverhältnissen von der feinen Teilchenkomponente zu der Mikroteilchenkomponente von 0,2 : 1 und 6 : 1 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt. Keine von diesen Proben zeigte eine gleichförmige und dichte Struktur oder hatte praktisch befriedigende Festigkeitseigenschaften.
Vergleichsbeispiel 3
Den Bedingungen in dem Beispiel 3 wurde gefolgt mit der Ausnahme, dass die Harzkomponente 20 Gew.-% ausmachte. Die Probe zeigte nicht nur verminderte Härteeigenschaften, sondern auch eine Tendenz zu fehlerhaften Stellen. Ein Anschein eines Natursteins wurde nicht erzeugt, wobei der Stein eher wie ein Harzprodukt erschien.
Vergleichsbeispiel 4
Den gleichen Schritten wie in Beispiel 4 wurde gefolgt ohne Bereitstellen einer Beschichtungsschicht auf der feinen Teilchenkomponente und ein Produkt wurde durch Vermischen eines grünen Pigments in die Harzkomponente geformt. Der grüne Ton war zu stark und der Anschein von Tiefe der Oberfläche von einem Naturstein ging verloren.
Beispiel 5
Eine feine Teilchenkomponente, enthaltend etwa 80% natürliche Siliziumdioxidsteinteilchen von 10 bis 50 mesh mit einer Oberflächenbeschichtung von einer Dicke von etwa 30 μm, bereitgestellt durch Wärmebehandeln von Wasserglas, enthaltend rotes Pigment (Eisenoxid), und eine Mikroteilchenkomponente, umfassend ein Gemisch von 100 bis 350 mesh Calciumcarbonat und Aluminiumhydroxid in einem Verhältnis von 50 : 50, wurden bei einem Gewichtsverhältnis 2 : 1 vermischt und ein ungesättigtes Polyesterharz, versetzt mit einem roten Pigment, wurde hineingemischt, um auf 90% des Gesamtgewichts zu kommen.
Dieses Gemisch wurde in eine Form eingespritzt und unter einem Oberflächendruck von 10 kgf/cm² druckgeformt und die Oberfläche wurde mit einem Korundpoliermittel poliert.
Ein rotes Kunststeinprodukt, ausgezeichnet im Farbton und Tiefe, wurde erhalten. Es hatte befriedigende Festigkeitseigenschaften, einschließlich Biegefestigkeit von 3,14 × 10⁶ Pa (32,05 kgf/cm²), eine Druckfestigkeit von 1,38 × 10⁵ Pa (1,405 kgf/cm²) und eine Härte von 1,04 × 10⁵ Pa (1,062 kgf/mm²).
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorstehend beschriebenen, vorliegenden Erfindung wird ein hochdichter Kunststein mit einem tiefen und glänzenden Farbton und befriedigenden Eigenschaften, wie bislang nicht verfügbar, bereitgestellt. Das erhaltene Produkt zeigt eine gleichförmige Qualität, die bei Naturstein kaum zu erhalten ist. Zusätzlich ist die Herstellung von einem solchen ausgezeichneten Produkt ohne besonders teure Ausrüstung möglich.
Insbesondere ist der erfindungsgemäße Kunststein zum Gewinnen von granit- oder marmorartigen Produkten geeignet und kann in der gleichen Weise wie ein Naturstein angewendet werden.
Das qualitativ hochwertige Produkt ist als Wandmaterial, Bodenmaterial und Säulenmaterial, vielseitiger als Natursteine, anwendbar.

Claims

Kunststeinzusammensetzung, umfassend eine gemischte anorganische Komponente, die eine anorganische feine Teilchenkomponente und eine anorganische Mikroteilchenkomponente umfasst, wobei die Summe der anorganischen feinen Teilchenkomponente, die eine Größe von 10 bis 70 Mesh auf weist, und der anorganischen Mikroteilchenkomponente, die eine Größe von 100 Mesh oder kleiner aufweist, mindestens 85 Gew.-% des gesamten Produkts ausmacht und eine Harzkomponente bis zu 15 Gew.-% des gesamten Produkts ausmacht, wobei die feine Teilchenkomponente und die Mikroteilchenkomponente in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 0,5 : 1 bis 5 : 1 vermischt sind und wobei alles oder ein Teil der anorganischen feinen Teilchenkomponente eine transparente feine Teilchenkomponente umfasst, wobei einzelne Teilchen oder Teilchenklumpen vorher mit einer Beschichtungsschicht aus einer anorganischen oder einer organischen Substanz beschichtet worden sind, die Beschichtungsschicht teilweise gebrochen ist und die Beschichtungsschicht und die transparenten feinen Teilchen auf der Produktoberfläche frei liegen.
Kunststeinzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungsschicht eine Dicke im Bereich von 5 bis 50 μm auf weist.
Kunststeinzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mindestens 10% der Gesamt menge der feinen Teilchenkomponente oberflächenbeschichtungsgehärtete Schichten aufweisen.
Kunststeinzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die feine Teilchenkomponente eine oberflächenbeschichtungsgehärtete Schicht aufweist, die durch Wärmebehandlung mit Wasserglas oder mit einem Pigment versetztem Wasserglas oder einer Glasur für Keramiken gebildet wird.
Kunststeinzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung eine oberflächenbeschichtungsgehärtete Schicht aufweist, die ein mit einem Pigment versetztes Harz umfasst.
Kunststeinzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verhältnis der Harzkomponente im Bereich von 3 bis 10 Gew.-% liegt.
Kunststeinzusammensetzungsgegenstand, umfassend die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Kunststeinzusammensetzungsgegenstand, umfassend die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberfläche poliert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Kunststeins, umfassend die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte von Einspritzen der Zusammensetzung in eine Form, um Härten zu verursachen und dann Polieren der Oberfläche davon zum Brechen der Beschichtungsschicht, wobei die Beschichtungsschicht und die transparenten feinen Teilchen auf der Produktoberfläche teilweise freigelegt werden.
Verfahren zum Herstellen eines Kunststeins, umfassend die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte von Einspritzen der Zusammensetzung in eine Form, Anwenden eines Druckes, Erhitzen derselben zum Härten und dann Polieren der Oberfläche davon.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei die Zusammensetzung erhitzt wird und unter einem Druck im Bereich von 4,9 × 10⁵ bis 9,8 × 10⁶ Pa (5 bis 100 kgf/cm²) bei einer Temperatur im Bereich von 90 bis 140°C gehärtet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Kunststeins nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei vor dem Polieren eine Oberflächenverarbeitung angewendet wird.