Kunststoffformkörper und Kunststoffgranulatkorner
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Kunststoffformkörper mit einer aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase und darin eingelagerten Kunststoffgranulatkornern, welche aus mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten zusammengesetzt sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung Kunststoffgranulatkorner für Kunststoffformkörper aus dem Spül- und Sanitärbereich, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 15.
Aus DE 19920 719 A1 sind Kunststoffformkörper bekannt, die eine aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase und darin eingelagerte partikelförmige Füllmaterialien aufweisen. Die Füllmaterialien umfassen ein mit einem anorganischen Füllstoff gefülltes Harzmittel und weisen mindestens 10 Vol.-% Partikel auf, welche zwei oder mehr verschiedenfarbige, oberflächlich sichtbare Polymerschichten aufweisen.
Für die Bildung derartiger Polymerschichten werden zunächst zwei verschieden eingefärbte, füllstoffhaltige Gießharze aus den jeweils notwendigen Komponenten hergestellt, die aus dünnen Düsen unter einer oszillierenden Bewegung in eine Art Kuchenblech gegossen werden. Dabei wird darauf geachtet, dass möglichst viele Phasengrenzen zwischen diesen beiden Gießharzsträngen entstehen. Die Viskosität der beiden Gießharze wird so ausgelegt, dass eine Vermischung im Wesentlichen vermieden wird. Nachdem ein derartiges Kuchenblech gefüllt ist, wird die Masse in einer Presse ausgehärtet. Nach einem Mahlvorgang des
ausgehärteten Materials entsteht ein Granulat, welches an seiner Oberfläche sichtbar eine Beschichtung aus beispielsweise transparentem und eingefärbtem Material zeigt. Demzufolge sind derartige Kunststoffgranulate mit Partikeln aus mehreren Schichten aufgebaut, welche sich durch die gesamten Partikel hindurch erstrecken. Auf diese Weise wird ein mehrfarbiger Effekt der einzelnen Partikel erreicht.
Derartige Kunststoffgranulatkorner werden anschließend in eine in der Regel voll gefärbte, die Polymerphase darstellende Kunststoffmatrix eingebettet. Hierdurch wird der optische Effekt von eingebetteten, gefärbten Partikeln mit exakt umrissenen Farbrändern innerhalb der voll gefärbten Kunststoffmatrix erzielt. Eine derartig scharfe Farbkonturenabgrenzung ist jedoch nicht immer erwünscht.
Weiterhin weisen derart ausgebildete Kunststoffformkörper eine nicht zufriedenstellende Widerstandsfähigkeit gegen hydromechanische Beanspruchung auf. Häufig treten bei diesbezüglichen Belastungstests Mikrorisse zwischen den Kunststoffgranulatkornern und der sie umgebenden Bindemittelmatrix beziehungsweise Kunststoffmatrix auf, die sich nachteilhaft auf die Farbeffekte und den optischen Gesamteindruck des Kunststoffformteiles auswirken.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffformteil zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen hydromechanische Belastungen und einen optisch vorteilhaften Farbeffekt aufweist. Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kunststoffgranulatkorner für derartige Kunststoffformkörper mit hoher Widerstandsfähigkeit und vorteilhaften Farbeffekten zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Kunststoffformkörpers durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und bezüglich der Kunststoffgranulatkorner durch die Merkmale des Patentanspruches 15 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung ist es, bei einem Kunststoffformkörper mit einer aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase und darin eingelagerten Kunststoffgranulatkornern aus mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten die Kunststoffgranulatkorner jeweils mit mindestens einer ihre gesamte Oberfläche abdeckenden Oberflächenschicht aus einem Polymer zu versehen. Hierbei kann die Oberflächen-
schicht 0,1 - 50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkorner, an dem Polymer umfassen. Zusätzlich kann die Oberflächenschicht aus einem zweiten Füllstoff und zweiten Farbpigmenten bestehen. Derartig oberflächenbeschichtete Kunststoffgranulatkorner zeigen vorteilhaft den optischen Effekt einer Corona-Erscheinung an ihren Korngrenzen zu der sie umgebenden Bindemittelmatrix. Eine derartige Corona-Erscheinung hebt sich deutlich von der zumeist ebenso eingefärbten Bindemittelmatrix ab.
Die Oberflächenschicht weist hierbei Schichtdicken von 1 - 100 μm bei einer Korngröße der Kunststoffgranulatkorner mit einer groben Struktur von 0,1 - 8 mm, vorzugsweise 0,5 - 8 mm, auf.
Eine derart dünne polymergebundene, eingefärbte oder farblose Oberflächenschicht erweckt bei dem Betrachter eines daraus hergestellten Kunststoffformteils, welches beispielsweise eine Küchenspüle oder ein Sanitärteil oder dergleichen sein kann, einen 3-D-Effekt, bewirkt also eine gewisse Tiefenwirkung beim Betrachten derartiger Formkörper.
Die dünne eingefärbte Polymeroberflächenschicht kann in verschiedenen Farbtönen ausgebildet sein, so dass eine Corona-Färbung sowohl bei Verwendung einer ähnlichen oder identischen Farbe oder einer Kontrastfarbe zu einer Farbe der Bindemittelmatrix erhalten werden kann.
Derart beschichtete Kunststoffgranulatkorner weisen eine deutlich verbesserte Einbindung in die Bindemittelmatrix des Kunststoffformkörpers auf, die durch hydromechanische Belastungstests, beispielsweise nach dem Standard ANSI Z 124.3 (6,3), zur Bestimmung der Thermoschock-Beständigkeit nachgewiesen werden kann. Diesbezügliche Ergebnisse zeigen eine deutliche Reduzierung unerwünschter Mikrorisse zwischen den Kunststoffgranulatkornern und der sie umgebenden Bindemittelmatrix. Demzufolge sind daraus resultierende Farbabweichungen geringer als bisher bekannt.
Vorzugsweise kann zusätzlich zu oder anstelle der Zumischung von zweiten Farbpigmenten und/oder zweiten Füllstoffen zu der Oberflächenschicht eine Zwischenschicht zwischen der Oberfläche der Kunststoffgranulatschicht und der Oberflächenschicht mit dritten Farbpigmenten und/oder dritten Füllstoffen ausgebildet werden. Diese würde in einem der Bildung der Oberflächenschicht vorausgehenden Schritt gebildet werden.
Die Zwischenschicht weist vorzugsweise 0,1 - 50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkorner, an Farbpigmenten auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten, zweiten und/oder dritten Füllstoffe, sowie die ersten, zweiten und/oder dritten Farbpigmente organischer oder anorganischer Natur, wobei als Füllstoff vorzugsweise Aluminiumtrihydroxid verwendet wird.
Sämtliche Farbpigmente können einzeln als auch insgesamt durch Farbpasten ersetzt werden.
Als Polymer und Harzmaterial sowie für die Polymerphase wird vorzugsweise mindestens ein Acryl-, Epoxy- und/oder Polyuretanharz verwendet.
In der Polymerphase sind zur Bildung einer eingefärbten und haltbaren Bindemittelmatrix vierte Farbpigmente und vierte Füllstoffe enthalten.
Kunststoffgranulatkorner für Kunststoffformkörper aus dem Spül- und Sanitärbereich mit mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten weisen vorteilhaft jeweils die ihre gesamte Oberfläche abdeckende Oberflächenschicht aus dem Polymer auf, wobei die Verwendung derartig beschichteter Kunststoffgranulatkorner auch für andere Bereiche, wie beispielsweise dem Fußbodenbereich, denkbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Folgenden soll nun anhand eines Beispiels die Herstellung derartiger Kunststoffformkörper beschrieben werden:
Beispiel
Zunächst wird ein Bindemittel, wie beispielsweise Polyester-, Acrylat- oder Epoxyharz, mit organischen oder anorganischen Füllstoffen, wie beispielsweise Aluminiumtryhydroxid (AI(OH)3), sowie mit anorganischen oder organischen Farbpigmenten versetzt, intensiv gemischt und anschließend entlüftet. Danach findet eine Aushärtung dieser als Mischung vor-
liegenden Masse in Form von Platten statt, wobei die Aushärtung bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur stattfinden kann.
Nach dem Aushärtevorgang werden die Platten zerkleinert und mittels eines Siebvorganges ausgesiebt, um Kunststoffgranulatkorner mit einer gewünschten Korngröße zu erhalten. Diese Kunststoffgranulatkorner sind vollständig durchgefärbt und in der Regel farbpigment- und füllstoffhaltig.
Die Granulatkörner werden in einem Behälter zur Bildung einer Zwischenschicht mit einem Gemisch aus weiteren Farbpigmenten und gegebenenfalls weiteren Füllstoffen vermischt, wobei die organischen oder anorganischen Farbpigmente auch durch Farbpasten ersetzt werden können. Der Anteil der Farbpigmente kann hierbei 1 - 50 Ma-%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Kunststoffgranulatkornern, sein. Vorzugsweise kann die eingesetzte Farbpigmentmenge 0 - 15 Ma-%, und noch bevorzugter 2 - 8 Ma-%, sein. Es findet nun eine vollständige Verteilung des Farbpigment-Füllstoff-Gemisches an den Oberflächen der Kunststoffgranulatkorner statt.
In einem nächsten Schritt werden die Kunststoffgranulatkorner mit oxidativ und/oder reaktiv trocknenden Bindemitteln versetzt, die an den Oberflächen der Kunststoffgranulatkorner verteilt werden. Hierbei beträgt die Bindemittelmenge 1 - 50 Ma-%, vorzugsweise 1 - 12 Ma-%, und noch bevorzugter 3- 8 Ma-%, bezogen auf die eingesetzte Menge an Kunststoffgranulatkornern. Geeignete Bindemitteltypen sind auf Acryl-, Epoxy- oder Polyuretanharzen basierende Mischungen.
Nach der stattgefundenen Bindemittelbeschichtung werden diese Oberflächenschichten unter Zusate von Katalysatoren bei einer Temperatur zwischen 1°C und 200°C ausgehärtet.
Alternativ können die Beschichtungen der Kunststoffgranulatkorner in einem einstufigen Schritt derart durchgeführt werden, dass für die Oberflächenschicht ein Gemisch aus einer Polymermatrix mit Farbpigmenten und Füllstoffen verwendet wird.
Derart beschichtete Kunststoffgranulatkorner können gegebenenfalls zusammen mit weiteren Kunststoffgranulatkornern mit einer anderen Körnung oder einer anderen Farbe zusammen mit Aluminiumtrihydroxid oder einem anderen anorganischen oder organischen Füllstoff
erneut mit einem Bindemittel vermischt werden. Ein derartiges Bindemittel kann wiederum ein Polyester-, Acrylat- oder Epoxyharz sein. Dieses Bindemittelgemisch weist vorteilhaft zusätzlich Farbpigmente auf, um eine eingefärbte Bindemittelmatrix zu erhalten. Die Mischung wird erneut intensiv gerührt und wiederum entlüftet.
Anschließend findet ein Gießen der Mischung in Formen zur Bildung des Kunststoffform kör- pers, beispielsweise in Form einer Spüle, statt. Im derartigen gegossenen Zustand wird die Mischung bei erhöhter Temperatur ausgehärtet.
Derartige Kunststoffformkörper können Waschbecken, Duschbecken, Spülbecken und dergleichen Gegenstände sein. In der Regel werden diese Produkte in Form eines Schleif- oder Poliervorganges nachbearbeitet, um die Oberflächenqualität zu erhöhen.
Die fertig gegossenen Kunststoffformkörper zeigen neue optische Effekte, wie das Erscheinen von diskreten Farbschichten zwischen den Korngrenzen der einzeln in der Bindemittelmatrix vorliegenden Kunststoffgranulatkornern und der voll gefärbten Bindemittelmatrix.
Zur Bestimmung der Widerstandsfähigkeit der Oberfläche derart hergestellter Formkörper gegenüber einer hydromechanischen Belastung wird der Formkörper während einer Zeitspanne von 90 +/- 1 sec. mit heißem Wasser mit einer Temperatur von 65 +/+ 2°C bedeckt. Anschließend findet ein Relaxationszeitabschnitt von 30 sec. ohne weitere Wasserzufuhr statt. In einem weiteren Schritt wird das Waschbecken über einen Zeitabschnitt von 90 +/- 1 sec. mit kaltem Wasser mit der Temperatur von 15 +/- 2°C belastet und anschließend wiederum ein Relaxationszeitabschnitt von 30 sec. durchgeführt.
Ein derartiger Zyklus wird ohne Unterbrechung ca. 1.500 mal wiederholt, bevor eine Beurteilung des Formkörpers stattfindet. Bei einer derartigen Beurteilung wird untersucht, inwieweit eine Aufhellung der Bindemittelmatrix, eine Rissbildung sowie eine Quellung des Formkörpers vorliegt. Bei Vergleichsversuchen hat sich ergeben, dass die erfindungsgemäßen Kunststoflformkörper wesentlich geringere Werte in der Aufhellung, Rissbildung und Quellung gegenüber bisherigen Formkörpern aufweist.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden einzeln und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Abwandlungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.