DE3854425T2

DE3854425T2 - Elfenbeinartiges Tastenmaterial und Verfahren zur Herstellung.

Info

Publication number: DE3854425T2
Application number: DE3854425T
Authority: DE
Inventors: Yataka Oshima
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: KR900010635A; EP0323425A3; KR930003514B1; EP0323425B1; EP0323425A2; DE3854425D1; US4960805A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein formalingehärtetes Material vom Kasein-Typ für Tasten von Musikinstrumenten, welches feine Körner aus hygroskopischen Elastomeren aufweist, die in einer Grundmasse aus Kaseinharz dispergiert sind.
Elfenbein wurde lange Zeit aufgrund seiner hervorragenden natürlichen oeigenschaften zur Oberflächenabdeckung derartiger Tasten-Musikinstrumente eingesetzt. Mit dem zunehmenden wellweiten Trend zum Schutz wilder Tiere jedoch ist der Vorrat an natürlichem Elfenbein derzeit stark beschränkt. Als Ersatz wird der Einsatz künstlichen elfenbeinartigen Materials bei der Herstellung von Tasten für Musikinstrument in großem Umfang akzeptiert. Ein typisches Beispiel ist Kaseinharz, hergestellt aus mit Formalin gehärtetem Kasein. Im Fall derartigen künstlichen Materials vom Kaseintyp ist allerdings die Textur des Produkts im Vergleich zu natürlichem Elfenbein relativ schlecht. Darüber hinaus ist Kunstmaterial vom Kaseintyp ziemlich schlagempfindlich. Wenn außerdem eine geringe Menge von Additiven in Form feiner Körner enthalten ist, läßt sich das Material nur schlecht bearbeiten, und es kommt häufig zu Brücheii und Rissen, die durch bei der Fertigung unerläßliche Schneidvorgänge verursacht werden.
Bei einem Versuch, künstliches Material vom Kasein-Typ dem natürlichen Elfenbein stärker anzunähern, ist in der japanischen Patent-OS 57- 45592 vorgeschlagen, dem pulverförmigen Kasein vor dem Härten mit Formalin anorganischen Hydrat-Füllstoff wie zum Beispiel Aluminiumhydroxyd hinzuzugeben. Der Einschluß von anorganischem Hydrat- Füllstoff führt zu einem Produkt mit mäßiger Hygroskopie, um Schweiß von den Fingern des Spielers des Musikinstrumentes zu absorbieren. Das Produkt hat außerdem angenehme Glattheit bei mäßiger Abriebfestigkeit, um eine hervorragende Fingerberührung zu erhalten. Seine tief durchscheinende Tönung verbessert das Erscheinungsbild stark.
Ungeachtet dieser Vorteile neigt die Zugabe eines solchen anorganischen Füllstoffs zur Ausbildung einer Kontaminierung an den Grenzflächen zwischen Kasein und Zusatzstoffen zur Erhöhung des kommerziellen Werts des Produkts.
Die GB-A-232 011 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Kasein- Produkts durch Eingeben einer wässrigen Emulsion oder einer kolloidalen Suspension aus Gummi, wobei das Gemisch wahlweise einen anorganischen Füllstoff enthält.
In der GB-A-440 7141 wird ein Polyester mit Kasein gemischt, und das aus dieser Lösung mittels Säure ausgefällte Produkt wird nach dem Formalinhärten geformt.
In der W-A-62-252 459 wird ein Elastomer mit Kasein in den Verhältnissen von 100 Gewichtsteilen Gummi oder Kunstharz, das heißt eines Elastomers, und 20 bis 150 Gewichtsteilen Kasein etc. gemischt.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß dem grundlegenden Konzept der vorliegenden Erfindung wird ein elfenbeinartiges Material vom Kasein-Typ für Tasten von Musikinstrumenten geschaffen, wobei das Material feine Körner eines Elastomers aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Polyvinylchhlorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon, Polyethylenglykol, Polyacrylamid und Polymethylzellulose, ausgewählt ist, wobei die feinen Körner in einer Grundmasse aus Kaseinharz dispergiert sind, der durchschnittliche Teilchendurchmesser der feinen Körner von mehr als 0,1 bis 90 um erreicht, und 2 bis 30 Gewichtsteile des Elastomers pro 100 Gewichtsteile des Gemisches des Elastomers mit dem Kasein vorhanden sind, und das Gemisch formalin-gehärtet ist.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Bei einem geeigneten Verfahren zum Erhalten des Materials gemäß der Erfindung wird ein Gemisch aus Kasein mit Elastomermaterial gemeinsam bei Vorhandensein von Wasser geknetet, und das geknetete Gemisch wird zum Härten in ein Formalinbad getaucht.
Für die vorliegende Erfindung vorzugsweise verwendetes Kaseinpulver besitzt einen mittleren Tellchendurchmesser im Bereich von 10 bis 500 um, mehr bevorzugt von 10 bis 100 um. Allgemein ist Kasein ein Gemisch aus ähnlichen Proteinen und gehört zu der Phosphoproteingruppe. Sein Molekulargewicht liegt im Bereich von 70.000 bis 380.000.
Für die vorliegende Erfindung brauchbares Kasein wird ganz allgemein aus Milch von Tieren, wie Kühen, Pferden und Ziegen erhalten. Insbesondere werden durch Koagulation mit Enzymlab erhaltenes Labkasein und durch Koagulation mit Säure erhaltenes saures Kasein bevorzugt verwendet. Labkasein großer Struktur mit Mengen von gefalteten Verzweigungsketten werden in vorteilhaftester Weise verwendet.
Das mit dem Kasein zu mischende Elastomer liegt in Form hygroskopischer elastischer Makromoleküle vor. Verwendbar sind beispielsweise Polyurethan, Polyamid, polyacrylsaure Ester, Polyester, Polyether, Polymethacrylat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylether, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglycol, Polyacrylamid, Polymethylzellulose, gepfropfte Stärke, Zellulose und Naturgummilatex. Das Molekulargewicht und die Eigenschaften werden in geeigneter Weise nach Maßgabe der Verwendung des Produkts ausgewählt.
Vorzugsweise sollte das Elastomer in der Molekularstruktur dem gewählten Kasein ähnlich sein. Das heißt: das Elastomer sollte polypeptidähnliche Ketten enthalten. Beispielsweise wird Polyurethan oder Polyamid mit einem Molekulargewicht in einem Bereich von 5.000 bis 100.000, bevorzugter von 10.000 bis 50.000, verwendet.
Das Elastomer kann dem Kasein in Form einer Lösung, einer Emulsion, in Pulver- oder in Körnerform zugegeben werden.
2 bis 30 Gewichtsteile Elastomer sollten pro 100 Gewichtstellen eines Gemisches aus dem Elastomer und dem Kasein hinzugegeben werden. Vorzugsweise sollten 4 bis 23 Gewichtsteile Elastomer 100 Gewichtsteilen des Gemisches hinzugegeben werden. Unterhalb der Untergrenze läßt sich keine nennenswerte Verbesserung der Schlagfestigkeit, Bearbeitbarkeit und Haltbarkeit feststellen. Jegliches Anteilsverhältnis oberhalb der Obergrenze würde das Formen nach dem Kneten unmöglich machen und die Härte nach dem Formen senken.
Kasein, das Elastomer und Wasser können entweder gleichzeitig oder nacheinander gemischt und geknetet werden.
Zusätzlich zu diesen Komponenten kann das Produkt weitere Additive enthalten, beispielsweise Pigmente, Farbstoffe, Plastwizierer, Glätter, Härter, Antioxidiermittel und antistatische Mittel.
Zur Farbeinstellung können Pigmente wie Titanoxid, Zinkoxid und Lithopone ebenso wie Säurefarbstoffe hinzugegeben werden. Vorzugsweise bis zu 10 Gewichtsteilen und bevorzugter 0,01 bis 10 Gewichtsteile eins Färbungsmittels oder Färbungsmittel sollten auf 100 Gewichtsteile des gekneteten Gemisches gegeben werden. Am meisten bevorzugt sollten 0,2 bis 1 Gewichtsteil eines Färbungsmittels oder Färbungsmittel hinzugegeben werden.
Die Einbeziehung der oben beschriebenen Additive senkt die Klebrigkeit des Kaseins, die durch die Zugabe der Elastomeremulsion zur einfacheren Formbarkeit nach dem Kneten verursacht wird.
Vorzugsweise werden 5 bis 50 Gewichtsteile, mehr bevorzugt 10 bis 40 Gewichtsteile Wasser pro 100 Gewichtsteile Kasein zu dem Gemisch aus den oben beschriebenen Komponenten zum Kneten hinzugegeben. Nach dem Kneten wird das Gemisch 5 bis 24 Stunden lang bei Zimmertemperatur belassen, um das Kasein quellen zu lassen.
Das geknetete Gemisch wird dann durch Strangformen, Pressen nach Walzen oder durch Pressen geformt. Strangformen wird vorzugsweise unter einem Druck von 100 bis 200 kg/cm² bei einer Temperatur von 20 bis 100º C durchgeführt. Die Prozeßtemperatur weist eine Steigung von der Basis des Zylinders zu der Düse des Extruders auf. Pressen erfolgt vorzugsweise unter einem Druck von 100 bis 200 kg/cm² bei einer Temperatur von 85 bis 95º C.
Als nächstes wird das geformte Gemisch in ein Fonnalinbad mit einer Konzentration von 3 bis 10 % bei Zimmertemperatur eingetaucht, um das Kasein zu härten. Die Zeitdauer des Eintauchens schwankt in Abhängigkeit der Abmessungen des geformten Gemisches. Im Fall einer planaren Form werden 6 Tage für eine Dicke von 3 mm, 16 Tage für eine Dicke von 5 mm und 50 Tage für eine Dicke von 10 mm benötigt.
Nach vollständiger Aushärtung des Kaseins wird das geformte Gemisch bei einer Temperatur von 20 bis 45º C zur Erzielung von Trockenheit erwärmt und passend endbearbeitet, beispielsweise geschnitten, geschliffen und poliert.
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung des elfenbeinartigen Tastenmaterials sind feine Körner des Elastomers in einer Grundmasse aus Kaseinharz dispergiert. Der mittlere Tellchendurchmesser der dispergierten feinen Körner des Elastomers sollte in einem Bereich von mehr als 0,1 bis 90 um, bevorzugt von 0,5 bis 20 um liegen.
Das Tastenmaterial läßt sich entweder allein oder in Kombination mit einer Holzunterlage einsetzen. In letzterem Fall wird das Tastenmaterial zu einer Dicke von 0,5 bis 3 mm geformt und mit einem Klebstoff auf die Holzunterlage aufgebracht. Obschon das Tastenmaterial am meisten bevorzugt für weiße Tasten eingesetzt wird, kann es auch für schwarze Tasten verwendet werden, nachdem es in geeigneter Weise gefärbt wurde.
Wenn das Gemisch aus Kasein, Elastomer und Wasser zusammengeknetet wird, bildet sich das Elastomer zu feinem Korn und wird in dem gekneteten Gemisch dispergiert. Eine solche Dispersion wird zusätzlich gleichförmig gefördert, wenn das Elastomer hygroskopisch ist.
Besonders dann, wenn die Molekularstruktur des Elastomers deijenigen des Kaseins ähnlich ist, zeigen die feinen Körner des Elastomers hervorragende Affinität an ihren Grenzflächen mit dem Kasein zur Förderung der Bindung. Darüber hinaus erfolgt Brückenbildung zwischen Kasein und dem Elastomer während des Aushärtens des gekneteten Gemisches durch das Formalin, was die Bindung zwischen den zwei Komponenten zusätzlich fördert.
Nach dem Aushärten besitzt das geformte Gemisch eine sogenannte Matrix-Insel-Struktur. Die Matrix bildendes, gehärtetes Kasein liefert das Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit, während das die Inseln bildende Elastomer das Produkt mit höherer Flexibilität ausstattet.
Erfindungsgemäß wird die Eigen-Brüchigkeit von Kasein wesentlich verbessert durch die Dispersion von Elastomer, um die Stoßfestigkeit anzuheben, ohne gleichzeitig die mechanische Festigkeit des Produkts zu verringern. Erhöhte Flexibilität des Produkts verringert die Gefahr von Rissen und/oder Brüchen, die sonst häufig bei der Nachbehandlung auftreten. Dank der starken Bindung an den Grenzflächen zwischen Kasein und Elastomer wird die Möglichkeit einer Kontamination signifikant verringert. Da die Kasein-Matrix und die Elastomer-Inseln sich so verhalten, daß sie beim Absorbieren und Abgeben von Schweiß gleichermaßen expandieren und kontrahieren, erfolgt keine Spannungskonzentration an ihren Grenzflächen, was die Verschlechterung der Grundmasse verzögert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Gemisch aus Kasein, Elastomer und anorganischem Füllstoff zusammen unter Beisein von Wasser geknetet, und das geknetete Gemisch wird zum Härten in ein Formalinbad geiaucht.
Hydrat-Füllstoffe wie Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid-Hydrat, Kalziumsulfat-Hydrat, Kalzium-Sllikat, Kalzium-Hydroxid, Magnesium- Hydroxid, basisches Magnesiumkarbonat, Aluminiumsilikat, Magnesiumsilikat und Sillzitsäure dienen als anorganischer Füllstoff. Nicht-Hydrat- Füllstoffe wie Kalziumphosphat, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Bariumsulfat sind ebenfalls als anorganischer Füllstoff einsetzbar.
Vorzugsweise sollten 1 bis 200 Gewichtsteile, bevorzugter 1 bis 50 Gewichtsteile organischer Füllstoff pro 100 Gewichtsteilen gekneteten Gemisches hinzugegeben werden. Am meisten bevorzugt sollten 2 bis 30 Gewichtstelle zuzugeben werden. Jegliches Anteilsverhältnis unterhalb der Untergrenze würde die glatte Formgebung aufgrund zu starken Klebenbleibens unmöglich machen, während jedes Anteilsverhältnis oberhalb der Obergrenze die Flexibilität des Produkts abträglich beinflussen würde.
Der mittlere Teilchendurchmesser des disperglerten anorganischen Füllstoffs sollte vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 5 um, bevorzugter von 1 bis 2 um liegen.
Die eingestellte Zugabe des anorganischen Füllstoffs erhöht die Härte des Produkts und verbessert dadurch die Abriebfestigkeit.

Beschreibung von Beispielen

Beispiel 1

Es wurde ein Gemisch mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammen- Setzung gemeinsam in einem Mischer geknetet und zum Quellenlassen des Kaseins 24 Stunden lang bei 20º C belassen. Das geknetete Gemisch wurde dann in eine Form eingefüllt und durch Warmpressen bei 95º C unter 120 kg/cm² geformt. Das geformte Gemisch wurde in ein Formalinbad mit einer Konzentration von 5 % eingetaucht. Das erhaltene Tastenmaterial wurde verschiedenen Prüfungen unterzogen. Tabelle 1 (Anteilsverhältnis Gew. %) Labkasein ( Maschen oder kleiner, hergestellt in Neuseeland) Polyurethan-Elastomer (Molekulargewicht betrug mehrere Zehntausend, hergestellt von Hodogaya Chemical) Titan-Oxid Wasser
Als ein Ergebnis mikroskopischer Beobachtung bei 200facher Vergrößerung wurde bestätigt, daß im wesentlichen kugelförmige Körner des Polyurethan-Elastomers mit einem Durchmesser von 1 bis 20 um relativ gleichförmig in dem Kasein-Grundmaterial dispergiert waren.
Zum Vergleich wurde ein Tastenmaterial in der gleichen Weise hergestellt, jedoch ohne die Zugabe des Polyurethan-Elastomers, und ähnlichen Prüfungen unterzogen. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Testgrößen Vergleichs-Beispiel Erfindungs-Beispiel Wichte Schlagfestigkeit (kg.cm/cm²) Zugeigenschaften Zugfestigkeft (kg/mm²) Elastizitätsmodul (kg/mm²) Dehnung (%) Stifthärte zu Beginn nach Min. Eintauchen Haltbarkeit Erhitzungs-/Abkiihltest Trocken-/Naßtest Schweißtest Zyklen % Riß/ Zyklen kein Riß/ Zyklen Grenzflächenabtrennung pro kein Riß/ Zyklen kein Trennung pro

Anmerkung:

Stifthärte: Jede Probe wurde in 23ºC warmes Wasser eingetaucht, um die Änderung der Härte zu beobachten. Die Härte ist in der Härte-Norm für Stifte (Pencil) angegeben.
Erhitzungs-/Abkühltest: Eine Erwärmung auf 50º C und eine Abkühlung auf -29º C wurden abwechselnd wiederholt. Eine Probe mit einer Dicke von 1,5 mm mit Kerben wurde mit einer Holzunterlage verbunden.
Trocken-/Naß- Test: 20 %-Trocknung bei 35 % RH und 95 %-Benetzung bei 35 % RH wurden abwechselnd wiederholt. Eine Probe mit einer Dicke von 1,5 mm mit Kerben wurde mit einer Holzunterlage verbunden.
Schweißtest: Es wurden abwechselnd das Eintauchen in ein künstliches Feuchtbad und das Trocknen in heißer Luft wiederholt.
Der Tabelle 1 ist klar entnehmbar, daß das erfindungsgemäße Produkt hinsichtlich Flexibilität, Schlagfestigkeit und Haltbarkeit stark verbessert ist.

Beispiel 2

Ein Gemisch mit der in Figur 3 dargestellten Zusammensetzung wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt. Tabelle 3 (Anteilsverhältnis Gew. %) Labkasein ( Maschen oder kleiner, hergestellt in Neuseeland) Polyurethan-Elastomer (Molekulargewicht betrug mehrere Zehntausend, hergestellt von Hodogaya Chemical) Aluminium-Hydroxid Titan-Oxid Wasser
Eine mikroskopische Beobachtung zeigt das gleiche Ergebnis wie im Beispiel 1.
Zum Vergleich wurde ein Tastenmaterial in der gleichen Weise hergestellt, ohne jedoch den Zusatz von Polyurethan-Elastomer, und es wurde den gleichen Tests unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 niedergelegt. Die Tests wurden in der gleichen Weise wie in Tabelle 2 durchgeführt. Tabelle 4 Testgrößen Vergleichs-Beispiel Erfindungs-Beispiel Wichte Schlagfestigkeit (kg.cm/cm) Zugeigenschaften Zugfestigkeit (kg/mm²) Elastizitätsmodul (kg/mm²) Dehnung (%) Stifthärte zu Beginn nach Min. Eintauchen Haltbarkeit Erhitzungs-/Abkühltest Trocken-/Naßtest Schweißtest % Riß/ Zyklen kein Riß/ Zyklen Grenzflächenabtrennung pro Zyklen kein Trennung pro Zyklen
Wiederum ist aus den Daten der Tabelle 4 klar entnehmbar, daß das erfindungsgemäße Produkt hinsichtlich Flexibilität, Schlagfestigkeit und Haltbarkeit stark verbessert ist.

Claims

1. Elfenbeinartiges Material für Tasten von Musikinstrumenten, dadurch gekennzeichnet, daß feine Körner eines Elastomers, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglycol, Polyacrylamid und Poiymethylzellulose in einer Grundmasse aus Kaseinharz dispergiert werden, wobei der durchschnittliche Teilchendurchmesser der feinen Körner von mehr als 0,1 bis 90 um reicht, und da 2 bis 30 Gewichtsteile des Elastomers pro 100 Gewichtsteilen des Gemisches aus dem Elastomer mit dem Kasein vorhanden sind, und das Gemisch formalingehärtet ist.

2. Elfenbeinartiges Material für Tasten von Musikinstrumenten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 4 bis 23 Gewichtsteile des Elastomers pro 100 Gewichtsteile des Gemisches vorhanden sind.

3. Elfenbeinartiges Material für Tasten von Musikinstrumenten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser der feinen Körner des Elastomers 20 um oder weniger beträgt.

4. Elfenbeinartiges Material für Tasten von Musikinstrumenten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 200 Gewichtsteile anorganischen Füllstoffs pro 100 Gewichtsteile des Gemisches vorhanden sind.

5. Elfenbeinartiges Material für Tasten von Musikinstrumenten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 50 Gewichtsteile anorganischen Füllstoffs pro 100 Gewichtsteile des Gemisches vorhanden sind.

6. Elfenbeinartiges Material für Tasten von Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 30 Gewichtsteile anorganischen Füllstoffs pro 100 Gewichtsteile des Gemisches vorhanden sind.