DE102005007028B4

DE102005007028B4 - Verwendung eines farbigen Granulates zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz-oder silikatgebundenen farbigen Gegenständen

Info

Publication number: DE102005007028B4
Application number: DE200510007028
Authority: DE
Inventors: Reinhard Kräuter; Michael Flierl; Roland Cikanek
Original assignee: BENE_FIT GmbH; Bene-Fit GmbH
Current assignee: BENE_FIT GmbH; Bene-Fit GmbH
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: DE102005007028A1

Abstract

Verwendung eines farbigen Granulats bestehend aus
– Trägerkörnern, nämlich granuliertem Keramiksplitt, Al₂O₃-Splitt, Borglas, Schiefersplitt, Glassplitt, Glasgries, Blähton, Blähglas, Perlit, Quarzsand oder Kalkstein, und
– eine jedes Trägerkorn umgebende Oberflächenschicht, welche ein Bindemittel aus H₂O und einem Magnesium-Silikat sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem das beschichtete Granulat verbindenden weiteren Bindemittel zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Boden- und Wandbeschichtungen, Sanitär- und Kücheneinrichtungsgegenständen mit flüssigkeitsresistenten Oberflächen, synthetischen Steinen, Dekorationsartikeln.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines farbigen Granulats zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenständen.
Für farbige Fußbodenbeschichtungen oder Wandbeschichtungen, aber auch für Küchenspülen, Küchenplatten, Waschbecken und Badewannen werden in jüngster Zeit häufig kunstharz- oder silikatgebundene Werkstoffe verwendet, die mineralische Trägerkörner, wie beispielsweise Quarzsand, und Farbpigmente enthalten, um derartigen Gegenständen außergewöhnliche und/oder gewünschte Farbeffekte zu verleihen.
Hierfür werden die Trägerkörner üblicherweise mit den Farbpigmenten mittels eines organischen Bindemitttels beschichtet beziehungsweise umhüllt. Das auf diese Weise hergestellte farbige Granulat weist keine dauerhaft chemische Verbindung zwischen den Farbpigmenten und den Trägerkörnern auf. Dies führt dazu, dass im Laufe der Zeit auch unter Einwirkung von UV-Strahlen, wie sie im Tageslicht vorkommen, und bei extremen Hitzebeanspruchungen der Oberflächen der daraus hergestellten Gegenstände eine Ablösung der Farbpigmente von den Trägerkörnern stattfindet und somit die Langzeit-Farbechtheit reduziert wird.
Somit verlieren beispielsweise Küchenplatten, die aus einem weiteren Bindemittel und derartigen Farbpigment-beschichteten Granulat bestehen, bei einem Absetzen eines heißen Kochtopfes auf deren Oberflächen die ursprünglich vorhandene Farbe derart, dass sie an der Stelle, wo der Kochtopf abgestellt wurde, verblassen. Eine derartige Verblassung tritt auch bei einer Kontaktierung der Oberflächen derartiger kunstharz- oder silikatgebundener Gegenstände mit organischen Lösemitteln auf.
Bei starker Sonneneinstrahlung macht sich bei der Verwendung derartiger Granulate nicht nur eine Farbänderung aufgrund der geringen UV-Stabilität, sondern auch eine Alterung der durch die als Bindemittel verwendeten Harze, wie Polyurethanharz, Epoxidharz oder Polyestherharz, und damit der Kunststoffgegenstände bemerkbar. Dies hat die Bildung von Mikrorissen in den Kunststoffschichten und einen Abbau der Polymere zur Folge, welches wiederum zu einer unerwünschten Farbveränderung führt.
EP 0 361 101 B2 zeigt ein Bauteil, insbesondere Einbau-Spüle sowie Verfahren zu seiner Herstellung, in dem unter anderem Farbsand verwendet wird, der als Alkalisilikat in Form eines Bindemittels Natriumsilikat verwendet.
DE 199 44 593 A1 zeigt ein Bauelement zum Belegen von Flächen, welches wenigstens teilweise aus einem mit einem Reaktionsharz gebundenen, eingefärbten Quarz oder einer Mischung aus einem solchen Coloritquarz mit ungefärbtem Naturgestein hergestellt ist, wobei der Coloritquarz und gegebenenfalls das Naturgestein eine Korngröße von 0,1 mm bis 8 mm aufweist. Das Coloritquarz weist Pigmentfarbstoffe in Form von Farbmitteln auf.
DE 101 46 408 A1 zeigt ein Quarz-Farbkorn und ein Verfahren zur Herstellung eines Quarz-Farbkorns, mit dem eine kostengünstige Herstellung ermöglicht wird und eine hohe Vielfalt und Reproduzierbarkeit der Farbeigenschaften erreicht wird. Das Quarz-Farbkorn enthält transparenten Quarz, Zement und Zusätze aus Farbpigmenten, wobei Transparentsand, Quarzsplitt, Zement, Farbpigmente und Betonzusatzmittel in einem Mischer mit Wasser so versetzt werden, dass eine Ausbildung von Formkörpern mittels Verdichtung erfolgt.
DE 103 35 427 B3 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Farbsandzusammensetzung und deren Zusammensetzung, bei der Natronwasserglas als Bindemittel und Silikat verwendet wird.
Somit ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung eines farbigen Granulats zur Reduzierung der Vereinzelung von Farbpigmenten innerhalb kunstharz- und silikatgebundener Ge genstände zur Verfügung zu stellen, durch welche eine erhöhte Langzeitqualität der Gegenstände, insbesondere hinsichtlich der Farbstabilität erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung ist die Verwendung eines farbigen Granulats, bestehend aus Trägerkörnern, wie granuliertem Keramiksplitt, Al₂O₃-Splitt, Borglas, Schiefersplitt, Glassplitt, Glasgries, Blähton, Blähglas, Perlit, Quarzsand oder Kalkstein, und eine jedes Trägerkorn umgebende Oberflächenschicht, welche ein Bindemittel aus H₂O und einem Magnesium-Silikat sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem das beschichtete Granulat verbindenden weiteren Bindemittel zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenständen oder Beschichtungen. Bei den Gegenständen beziehungsweise Beschichtungen kann es sich um Boden- oder Wandbeschichtungen oder Sanitär- und Kücheneinrichtungsgegenstände, wie Küchenspülen, Küchenplatten, Waschbecken, Duschwannen und Badewannen mit flüssigkeitsresistenten Oberflächen handeln. Zudem ist die Verwendung derartiger Granulate für synthetische Steine, Dekorationsartikel und dergleichen kunstharz- und silikatgebundene Gegenstände, die farblich in ihrer Oberfläche dauerhaft ausgestaltet werden sollen, denkbar.
Durch die Verwendung von Magnesium-Silikaten als Bestandteil für das Bindemittel wird ein Kunstharz- oder silikatgebundener Gegenstand erhal ten, welcher selbst bei einer extremen Heißwasserbehandlung seiner Oberfläche nahezu keine Farbpigmentablösung innerhalb des Gesamtgefüges aufweist. Vielmehr haften die Farbpigmente zusammen mit dem Magnesium-Silikat an den Oberflächen des Granulats, selbst dann, wenn eine hohe und langandauernde UV-Bestrahlung durch starke Sonneneinstrahlung oder das Einwirken von organischen Lösemitteln an der Gegenstandsoberfläche stattfindet.
Zudem wird ein im Wesentlichen neutraler pH-Wert, vorzugsweise zwischen 6 und 8, besonders bevorzugt zwischen 7 und 8, in wässriger Suspension für Teile derartiger kunstharz- oder silikatgebundener Gegenstände erreicht, wodurch unerwünschte Reaktionen innerhalb des das erste und das zweite Bindemittel umfassenden Gegenstandes vermieden werden können.
Die Magnesium-Silikat weisen zur Bildung von Wassergläsern besonders hohe und dauerhafte Bindungskräfte für die Verbindung der Farbpigmente mit den Trägerkörneroberflächen auf.
Als weiteres beziehungsweise zweites Bindemittel wird ein wässriges und/oder lösemittelbasiertes Epoxidharz, Acrylatharz, Polyesterharz, Polyurethanharz, Latexbindemittel, Methylcellulose, Alkydharz, Aminoharz oder Siliconharz verwendet. Es können auch Dispersionen mit Reinacrylat, Styrolacrylat, Vinylacetet-Copolymer, Polyurethan und Polyurethan-Acrylat sowie UV-härtende Polymere verwendet werden.
Die Kombination dieser Bindemittel mit dem Granulat, welches sich aus den losen Trägerkörnern mit Oberflächenschichten bestehend aus dem ersten Bindemittel und den Farbpigmenten, zusammensetzt, führt zu einer lang andauernden Lager- und Temperaturstabilität und einer hohen Abriebfestigkeit der Farbpigmente innerhalb derartiger Gegenstände.
Als zweites Bindemittel können jede Art von wässrigen oder lösemittelbasierten, polymerhaltigen, thermoplastischen oder duroplastischen Bindemittel verwendet werden.
Als weiteres Bindemittel kann auch ein anorganisches Bindemittel, nämlich zementöse oder/und wasserglasartige Bindemittel oder Mischungen davon verwendet werden.
Vorzugsweise liegen die mit Farbpigmenten und Bindemittel beschichteten Granulate vor deren Zugabe zu den weiteren beziehungsweise zweiten Bindemitteln zur Bildung des kunstharz- oder silikatgebundenen Gegenstandes lose vor. Dies hat eine materialsparende und flächendeckende Oberflächenbeschichtung der einzelnen Trägerkörner zur Folge.
Es kann mindestens ein Additiv zu dem ersten Bindemittel hinzugefügt werden, welches eine Aluminium-, Phosphor-, Kalzium-, Zink-, Titan- und Schwefel- oder Stickstoff-Verbindung oder eine Mischung davon, wie beispielsweise Oxide, Hydroxide und Silikate dieser Elemente, ist. Dies führt zu einer stabilisierenden Wirkung für das ein Wasserglas darstellende Bindemittel, wobei alternativ dazu ein Borsäurezusatz durch Vermischen von Borsäure mit beispielsweise Natronlauge zu einer Natronlauge-Borsäure-Lösung unter Vermischen der Natronlauge-Borsäure-Lösung mit einer Silikat-Lösung verwendet werden kann. Bei Verwendung eines derart Borsäure-stabilisierten Wasserglases wird ein Lösungsverhältnis von 1:1,0:0,44 bis 1:2,45:0,44, vorzugsweise von 1:1,0:0,44 bis 1:2,1:0,44 angewendet.
Ein eventuell stattfindender Brennvorgang zur Verfestigung des Gesamtgemisches findet in einem Temperaturbereich von 200 – 900°C, vorzugsweise bei 300 – 450°C, bevorzugt innerhalb eines Drehrohrofens statt.
Alternativ kann bevorzugt in einem Temperaturbereich von 450 – 550°C gebrannt werden. Dies führt bei einer Indirekterwärmung zu einer schonenden Wärmebehandlung der Farbpigmente, welches in kräftigeren Farbtönen und bei Einsatz von Metalloxydpigmenten als Farbpigmente zu erhöhter Farbstabilität gegenüber Temperaturschwankungen, denen der Gegenstand ausgesetzt ist, resultiert.
Nachfolgend werden anhand von durchgeführten Versuchsreihen die erreichbaren Qualitätsverbesserungen bei der erfindungsgemäßen Verwendung der farbigen Granulate gegenüber einer Verwendung herkömmlicher Granulate dargestellt.
1. Versuch
Um die Eignung eines farbigen Granulats für die Reduzierung der Ablösung von Farbpigmenten innerhalb epoxid-, polyurethan- und acrylharzgebundener, wässriger oder lösemittelhaltiger Wand- und Fußbodenbeschichtungen zu prüfen und darzustellen, wird die Abriebfestigkeit der verwendeten Farbpigmente während einer mechanischen Mischung des farbigen Granulats mit dem jeweiligen weiteren Bindemittel beobachtet.
Hierfür werden 400 g an farbigem Granulat mit 300 g an weißem Marmorsplitt und 300 g an Epoxidharzbindemittel versetzt. Anschließend wird über einen Zeitraum von drei Minuten hinweg bei 300 upm (Umdrehungen pro Minute) eine Vermischung dieser Substanzen durchgeführt. Nun findet eine Beurteilung der Farbveränderung des weißen Marmorsplitts statt.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der erfindungsgemäßen Verwendung von schwarzen, ziegelroten, blauen, grünen und orangenen Farbpigmenten der farbigen Granulate eine nur geringfügige Einfärbung des weißen Marmorsplitts stattfindet, wohingegen bei der herkömmlichen Verwendung von farbigen Granulaten, die wie bisher Oberflächenbeschichtungen ohne Magnesium-Silikate aufweisen, eine starke Farbveränderung bei blauen oder grünen Farbpigmenten stattfindet.
2. Versuch
Zur Bestimmung einer Lager- und Temperaturstabilität hinsichtlich der Farbveränderung einer Mischung aus farbigem Granulat und Epoxidharz wird die Verwendung des farbigen Granulats in einer epoxid-, polyurethan- und acrylharzgebundener wässriger oder lösemittelhaltiger Wand- und Fußbodenbeschichtung geprüft. Hierfür wird der Einfluss einer längeren Lagerzeit unter erhöhter Temperatur auf die Farbechtheit beziehungsweise Farbveränderung eines Gegenstandes bestehend aus einer Mischung des farbigen Granulats und des weiteren Bindemittels beobachtet.
Die im ersten Versuch beschriebene Mischung wird auf ein Trägermaterial aufgebracht und aushärten gelassen. Eine weitere identische Mischung wird in einem Gefäß fest verschlossen und bei einer Temperatur von 40°C über einen Zeitraum von mindestens 14 Tagen bis hin zu sechs Wochen und mehr temperiert. Nach dieser Wärmebehandlung wird diese Mischung ebenso auf einem Träger aufgebracht.
Nach stattgefundenem Aushärten der Mischung auf dem Trägermaterial werden die Farben der beiden so erhaltenen Muster, nämlich des auf der Wärmebehandlung basierenden Musters und des Musters ohne Wärmebehandlung miteinander verglichen. Hierbei stellte sich heraus, dass insbesondere bei schwarzen, ziegelroten, blauen, grünen und orangenen farbigen Granulaten gemäß erfindungsgemäßen Verwendung selbst nach einer Lagerung von zwei oder auch sechs Wochen und daran anschließender Aushärtung die gleiche Farbe vorhanden ist, wie bei der ausgehärteten wärmunbehandelten Mischung.
Bei der Verwendung von herkömmlichen farbigen Granulaten gemäß dem Stand der Technik hingegen wird insbesondere bei schwarzen, blauen und grünen Farbpigmentanwendungen eine unerwünschte Abweichung in der Oberflächenfarbe der ausgehärteten Muster gegen über dem wärmeunbehandelten Muster festgestellt.
3. Versuch
Für die Durchführung eines Heiß-Kalt-Wassertestes wird ein normiertes Testverfahren für Verbundwerkstoffe, nämlich in diesem Fall für Küchenspülen, angewendet. Hierdurch ist feststellbar, inwieweit sich ein kunstharzgebundener oder silikatgebundener Gegenstand beziehungsweise eine Beschichtung, die sich aus einem Harz wie Acrylat- oder Polyesterharz, und einem Füllstoff wie das farbige Granulat zusammensetzt, bei einer intensiven Heiß-Kalt-Wechselbeanspruchung farblich verändert. Hierdurch soll die ständig sich wechselnde Beanspruchung von Küchenspülen simuliert und eine Aussage zur Qualität von farbigen Granulaten in einer Harzmatrix ermöglicht werden.
Ein Abschnitt einer acrylat- oder polyestergebundenen und granulathaltigen Küchenspüle wird einem definierten Wasserstrahl ausgesetzt. Dieser Wasserstrahl benetzt die Küchenspüle in vorbestimmten Zyklen. Ein Zyklus besteht aus insgesamt vier Phasen, nämlich:

1. 90 Sekunden Wasserzuführung mit 90°C;
2. 30 Sekunden Pause;
3. 90 Sekunden Wasserzuführung mit 15°C; und
4. 30 Sekunden Pause.

Eine derartige Prüfung besteht beispielsweise aus 1000 Zyklen. Nach Ablauf dieser Zyklen wird die Farbveränderung ΔE der Küchenspüle durch einen Vergleich der vor und nach der Prüfung bestehenden Farben gemessen.
Als Ergebnis dieser Messung ergab sich, dass bei der Verwendung von schwarzen Farbpigmenten in Kombination mit den herkömmlichen farbigen Granulaten mit zwei unterschiedlichen Körnungen und in Kombination mit einer Acrylatmatrix als zweitem Bindemittel eine starke Farbabweichung yon ΔE = 10 gegenüber der ursprünglichen Farbe festgestellt wird. Bei Verwendung des Magnesium-Silikat enthaltenden Granulats in Kombination mit einer Acrylatmatrix hingegen findet eine deutlich niedrigere Farbabweichung von ΔE = 5 statt.
Bei der Testfarbe Blau für die Farbpigmente wird wiederum bei Vorliegen von zwei unterschiedlichen Körnungen bei herkömmlichen farbigen Granulaten eine Farbabweichung von ΔE = 15 gemessen, wohingegen bei dem farbigen Granulat mit Magnesium-Silikat in Verbindung mit einer Acrylatmatrix eine deutlich niedrigere Farbabweichung von ΔE = 5 festgestellt wird.

Claims

Verwendung eines farbigen Granulats bestehend aus – Trägerkörnern, nämlich granuliertem Keramiksplitt, Al₂O₃-Splitt, Borglas, Schiefersplitt, Glassplitt, Glasgries, Blähton, Blähglas, Perlit, Quarzsand oder Kalkstein, und – eine jedes Trägerkorn umgebende Oberflächenschicht, welche ein Bindemittel aus H₂O und einem Magnesium-Silikat sowie Farbpigmente umfasst, zusammen mit einem das beschichtete Granulat verbindenden weiteren Bindemittel zur Reduzierung einer Vereinzelung der Farbpigmente in kunstharz- oder silikatgebundenen Boden- und Wandbeschichtungen, Sanitär- und Kücheneinrichtungsgegenständen mit flüssigkeitsresistenten Oberflächen, synthetischen Steinen, Dekorationsartikeln.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in wässriger Umgebung auf einen im Wesentlichen neutralen pH-Wert eingestellt wird.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Bindemittel wässrige oder lösemittelbasierte, polymerhaltige, thermoplastische oder duroplastische Bindemittel, nämlich Epoxidharz, Acrylatharz, Polyes terharz, Polyurethanharz, Latexbindemittel, Methylcellulose, Alkydharz, Aminoharz, und/oder Siliconharz verwendet wird.
Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Bindemittel Dispersionen, die Reinacrylat, Styrolacrylat, Vinylacetat-Copolymer, Polyurethan und/oder Polyurethan-Acrylat enthalten, verwendet werden.
Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Bindemittel UV-härtende Polymere verwendet werden.
Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Bindemittel anorganische Bindemittel, nämlich zementöse und/oder wasserglashaltige Bindemittel oder Mischungen davon verwendet werden.
Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Granulat vor Zugabe des weiteren Bindemittels lose vorliegt.
Verwendung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Additiv zu dem ersten Bindemittel hinzu gegeben wird, wobei das Additiv eine Aluminium-, Phosphor-, Kalzium-, Bor-, Schwefel-, Titan-, Zink- oder Stickstoff-Verbindung oder eine Mischung davon ist.