DE102004015456B4

DE102004015456B4 - Kunststoffformkörper und Kunststoffgranulatkörner

Info

Publication number: DE102004015456B4
Application number: DE200410015456
Authority: DE
Inventors: Roland Cikanek; Torsten Pabst
Original assignee: BENE_FIT GmbH; Bene-Fit GmbH
Current assignee: BENE_FIT GmbH; Bene-Fit GmbH
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: DE102004015456C5; EP1740645A1; WO2005095497A1; DE102004015456A1

Abstract

Kunststoffformkörper mit Kunststoffgranulatkörnern, wobei die Kunststoffgranulatkörner aus mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten zusammengesetzt sind, wobei die Kunststoffgranulatkörner jeweils mindestens eine ihre gesamte Oberfläche abdeckende Oberflächenschicht aus einem Polymer aufweisen, wobei das Polymer, eine Polymerphase und das Harzmaterial aus mindestens einem Acryl-, Epoxy- und/oder Polyurethanharz bestehen, wobei die Polymerphase und das Harzmaterial auch Polyurethanharz sein können, und der Kunststoffformkörper die aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildete Polymerphase und die darin eingelagerten Kunststoffgranulatkörner mit den Oberflächenschichten, welche 0,1–50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkörner, an dem Polymer umfassen, unter Ausbildung eines Corona-Farbeffektes aufweist, wobei zwischen der Oberfläche der Kunststoffgranulatkörner und der Oberflächenschicht mindestens eine Zwischenschicht aus dritten Farbpigmenten und/oder dritten Füllstoffen angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffformkörper mit einer aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase und darin eingelagerten Kunststoffgranulatkörnern. Des Weiteren betrifft die Erfindung Kunststoffgranulatkörner für Kunststoffformkörper aus dem Spül- und Sanitärbereich.
US 3,381,067 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Terazzo-ähnlichen Kunststoffproduktes, bei welchem Platten, die als Oberflächenabdeckung dienen, aus Granulaten hergestellt werden, die ihrerseits mit Oberflächenschichten versehen sind.
DE 196 39 039 C1 offenbart einen Kunststoffformkörper aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse als Polymerphase und einem darin eingelagerten partikelförmigen Füllmaterial, welches ein mit einem anorganischen Füllstoff gefülltes Harzmaterial umfasst, jedoch keine Oberflächenbeschichtung der Partikel aufweist.
In ähnlicher Weise zeigt EP 1 180 070 B1 Kunststoffgranulatkörner als partikelförmigen Füllstoff aus einem Harzmaterial, einem Füllstoff und einem Pigment, welche in einer aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase eingelagert sind, welche einen Kunststoffformkörper bildet. Die Kunststoffgranualtkörner weisen dabei zwei oder mehr verschiedenfarbige, oberflächlich sichtbare Polymerschichten auf.
US 3,049,761 A betrifft Partikel, welche mittels einer Matrix aus Plastisol durch Erwärmung zusammengehalten werden.
Mehrschichtige Pellets in einer Kern-Hülle-Struktur aus unterschiedlichen Farben, welche besondere optische Effekte aufweisen und im Extrusionsverfahren zu sogenannten Mehrschichtsträngen und daraus geschnittenen Mehrschichtpellets verarbeitet werden, sind in EP 1 063 070 A2 beschrieben.
Ebenso zeigt US 4,191,723 A die Einbringung beschichteter Granulate in eine Bindemittelmatrix zur Bildung eines Kunststoffformkörpers.
Aus DE 199 20 719 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 Kunststoffgranulatkörner 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 Kunststoffgranulatkörnern 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, Kunststoffgranulatkörner 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 Kunststoffgranulatkörner durch die Merkmale des Patentanspruches 12 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung ist es, bei einem Kunststoffformkörper mit einer aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase und darin eingelagerten Kunststoffgranulatkörnern aus mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten die Kunststoffgranulatkörner jeweils mit mindestens einer ihre gesamte Oberfläche abdeckenden Oberflächenschicht aus einem Polymer zu versehen. Hierbei umfasst die Oberflächenschicht 0,1–50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkörner, an dem Polymer.
Zusätzlich kann die Oberflächenschicht aus einem zweiten Füllstoff und zweiten Farbpigmenten bestehen. Derartig oberflächenbeschichtete Kunststoffgranulatkörner zeigen vor teilhaft 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. Erfindungsgemäß wird eine Zwischenschicht zwischen der Oberfläche der Kunststoffgranulatschicht und der Oberflächenschicht mit dritten Farbpigmenten und/oder dritten Füllstoffen ausgebildet. Diese wird in einem der Bildung der Oberflächenschicht vorausgehenden Schritt gebildet.
Die Oberflächenschicht weist hierbei Schichtdicken von 1–100 μm bei einer Korngröße der Kunststoffgranulatkörner 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 Kunststoffgranulatkörner 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 Kunststoffgranulatkörnern und der sie umgebenden Bindemittelmatrix. Demzufolge sind daraus resultierende Farbabweichungen geringer als bisher bekannt.
Die Zwischenschicht weist vorzugsweise 0,1–50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkörner, 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 Polyurethanharz verwendet.
In der Polymerphase sind zur Bildung einer eingefärbten und haltbaren Bindemittelmatrix vierte Farbpigmente und vierte Füllstoffe enthalten.
Kunststoffgranulatkörner für Kunststoffformkörper aus dem Spül- und Sanitärbereich mit mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten weisen jeweils die ihre gesamte Oberfläche abdeckende Oberflächenschicht aus dem Polymer auf, wobei die Verwendung derartig beschichteter Kunststoffgranulatkörner 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 Aluminiumtrihydroxid (Al(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 Kunststoffgranulatkörner mit einer gewünschten Korngröße zu erhalten. Diese Kunststoffgranulatkörner 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 Kunststoffgranulatkörnern, 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 Kunststoffgranulatkörner statt.
In einem nächsten Schritt werden die Kunststoffgranulatkörner mit oxidativ und/oder reaktiv trocknenden Bindemitteln versetzt, die an den Oberflächen der Kunststoffgranulatkörner 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 Kunststoffgranulatkörnern. Geeignete Bindemitteltypen sind auf Acryl-, Epoxy- oder Polyurethanharzen basierende Mischungen.
Nach der stattgefundenen Bindemittelbeschichtung werden diese Oberflächenschichten unter Zusatz von Katalysatoren bei einer Temperatur zwischen 1°C und 200°C ausgehärtet.
Alternativ können die Beschichtungen der Kunststoffgranulatkörner in einem einstufigen Schritt derart durchgeführt werden, dass für die Oberflächenschicht ein Gemisch aus einer Polymermatrix mit Farbpigmenten und Füllstoffen verwendet wird.
Derart beschichtete Kunststoffgranulatkörner können gegebenenfalls zusammen mit weiteren Kunststoffgranulatkörnern 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 Kunststoffformkörpers, 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 Kunststoffgranulatkörnern 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 Kunststoffformkörper wesentlich geringere Werte in der Aufhellung, Rissbildung und Quellung gegenüber bisherigen Formkörpern aufweist.

Claims

Kunststoffformkörper mit Kunststoffgranulatkörnern, wobei die Kunststoffgranulatkörner aus mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten zusammengesetzt sind, wobei die Kunststoffgranulatkörner jeweils mindestens eine ihre gesamte Oberfläche abdeckende Oberflächenschicht aus einem Polymer aufweisen, wobei das Polymer, eine Polymerphase und das Harzmaterial aus mindestens einem Acryl-, Epoxy- und/oder Polyurethanharz bestehen, wobei die Polymerphase und das Harzmaterial auch Polyurethanharz sein können, und der Kunststoffformkörper die aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildete Polymerphase und die darin eingelagerten Kunststoffgranulatkörner mit den Oberflächenschichten, welche 0,1–50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkörner, an dem Polymer umfassen, unter Ausbildung eines Corona-Farbeffektes aufweist, wobei zwischen der Oberfläche der Kunststoffgranulatkörner und der Oberflächenschicht mindestens eine Zwischenschicht aus dritten Farbpigmenten und/oder dritten Füllstoffen angeordnet ist.
Kunststoffformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht zusätzlich mindestens einen zweiten Füllstoff enthält.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht zusätzlich zweite Farbpigmente enthält.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht 0,1–50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkörner, an Farbpigmenten umfasst.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffgranulatkörner mittels der ersten Farbpigmente einfarbig ausgebildet sind.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Farbpigmente eine Kontrastfarbe zu einer Farbe der ersten Farbpigmente aufweisen.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Farbpigmente eine Kontrastfarbe zu einer Farbe der ersten Farbpigmente aufweisen.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten und/oder dritten Füllstoffe sowie die ersten, zweiten und/oder Farbpigmente organisch oder anorganisch sind.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten und/oder dritten Füllstoffe Aluminiumtrihydroxid sind.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente durch Farbpasten ersetzbar sind.
Kunststoffformkörper nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerphase vierte Farbpigmente und/oder vierte Füllstoffe beinhaltet.
Kunststoffgranulatkörner für Kunststoffformkörper gemäß einer der Ansprüche 1–11 aus dem Spül- und Sanitärbereich mit mindestens einem Harzmaterial, ersten Füllstoffen und ersten Farbpigmenten, wobei die Kunststoffgranulatkörner jeweils mindestens eine ihre gesamte Oberfläche abdeckende Oberflächenschicht aus einem Polymer aufweisen, die Kunststoffgranulatkörner mit den Oberflächenschichten in einer aus einer aushärtbaren Reaktionsmasse gebildeten Polymerphase eingelagert sind und zusammen mit der Polymerphase den Kunststoffformkörper bilden und das Polymer, eine Polymerphase und das Harzmaterial aus mindestens einen Acryl-, Epoxy- und Polyurethanharz bestehen, wobei die Oberflächenschicht 0,1–50 Ma-%, bezogen auf die Kunststoffgranulatkörner, an dem Polymer umfasst und wobei zwischen der Oberfläche der Kunststoffgranulatkörner und der Oberflächenschicht mindestens eine Zwischenschicht aus dritten Farbpigmenten und/oder dritten Füllstoffen angeordnet ist.
Kunststoffgranulatkörner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht zusätzlich mindestens einen zweiten Füllstoff enthält.
Kunststoffgranulatkörner nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht zusätzlich zweite Farbpigmente enthält.