DE102010009147A1

DE102010009147A1 - Universelle leichte Strukturpaste

Info

Publication number: DE102010009147A1
Application number: DE102010009147A
Authority: DE
Inventors: Rainer 46509 Angenendt; Heike 47623 Meschke
Original assignee: Vatramaxx 47623 GmbH; VATRAMAXX GmbH
Current assignee: Tdh - Technischer Daemmstoffhandel De GmbH
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-25
Also published as: WO2011104009A1

Abstract

Die Strukturpaste, die bei Trocknung erhärtet und mindestens einen Leichtfüllstoff, ein Bindemittel, faserige Mineralische Nadeln und Wasser enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein oder mehrere organische Bindemittel eingesetzt werden und dass die Paste Kaolin oder Kaolinit, insbesondere Kieselerde, und Wollastonit enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strukturpaste, die bei Trocknung erhärtet und mindestens einen Leichtfüllstoff, ein Bindemittel, faserige mineralische Nadeln und Wasser enthält, für Anwendungen im künstlerischen Bereich auf Leinwänden Kartonagen, Holz, Gips, Kunststoff etc.
Unter dem Begriff Leichtfüllstoffe sind hier mineralische Granulate niedriger Dichte zu verstehen, zum Beispiel geblähte Vulkanasche, Blähperlit usw.
Stand der Technik
Bekannt sind Strukturpasten mit erheblich höheren Dichten und Schrumpfung bei Trocknung, wodurch feine Risse entstehen können, bzw. sich der Untergrund verformt. Üblicherweise wird als Basis für diese Pasten Gips verwandt.
Auch die vielfach geringe offene Zeit der Bearbeitung der Pasten ist hier von Nachteil. Der entstehende Schrumpf und die ungenügende Haftung der handelsüblichen Strukturpasten an zusätzlich eingebrachten Materialien wie z. B. Steine, Muscheln, Glasbruch etc schränken die künstlerische Gestaltungsfreiheit ein.
Haupteinsatzspektrum ist die Verwendung als Strukturpaste auf Leinwänden und Kartonagen sowie zur Verfeinerung von Skulpturen und Plastiken.
Aufgabe der Erfindung und deren Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, leichte Strukturpasten der eingangs genannten Art zur kostengünstigen flächigen strukturierten Beschichtung von zu bearbeitenden Flächen (Leinwand, Karton, Gips, Beton, Stahl, Kunststoff etc.) zu entwickeln, die nur einen äußerst geringen Schrumpf und eine sichere Fixierung der Strukturen auf dem Grundmaterial gewährleisten, geringe Rohdichten haben und eine gute Weiterverarbeitung ermöglichen (Schleifen, Strukturieren, Kleben, Beschichten, Lackieren etc.). Der Schrumpf bei Trocknung darf zu keiner Veränderung der Oberfläche führen. Weiterhin muss die Strukturpaste mit anderen Materialien wie z. B. Sand, Pigmente und Acryl-Farben etc. mischbar sein. Die klebende Eigenschaft der Strukturpaste muss ausreichen, um in die Oberfläche schwere Materialien wie Sand, Stahlspäne, Steine, Glas etc. einarbeiten oder diese untermischen zu können.
Diese Aufgabe wird bei den leichten Strukturpasten der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Bindemittel ein oder mehrere organische Bindemittel eingesetzt werden und dass die Paste Kaolin oder Kaolinit, insbesondere Kieselerde, und Wollastonit zur weiteren Verfestigung enthält. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen leichten Strukturpasten ergeben sich aus den Ausführungen weiter unten.
Im Folgenden wird die Bedeutung und Funktion der einzelnen Komponenten der leichten Strukturpasten erläutert.
Der Gehalt an faserige Nadeln aus Wollastonit dient zum Zusammenhalt der Masse im feuchten Zustand. Wollastonit ist aufgrund seiner Struktur, nämlich seiner faserigen kristallinen Nadeln, für Strukturpasten und Pasten, die nach Trocknung weiter bearbeitet werden sollen, besonders geeignet (kein Herausziehen von Fasern bei der Bearbeitung). Zur Erhöhung der Zug und Bruchfestigkeit können bei Bedarf unterschiedlich lange organische Fasern eingearbeitet werden. Je höher der Gehalt und je länger die Faser, umso größer sind die Einschränkungen in der Nachbearbeitung. Die wässrigen organischen Bindemittel sorgen für den Zusammenhalt nach Trocknung bei Temperaturen von Raumtemperatur bis ca. 70°C. Vornehmlich werden wässrige Acrylate und Mischungen aus wässrigen Acrylat- und Polyurethanbindemittel eingesetzt. Der Anteil am Bindemittel ist so hoch gewählt, dass bis zu 50% zusätzliche, teilweise angefeuchtete Rohstoffe wie Pigmente, fein und grobkörnige Mineralien, Eisenspäne, Glas o. ä. eingearbeitet werden können, ohne die positiven Eigenschaften der Strukturpaste maßgeblich zu verändern. Hierdurch lässt sich aus der erfindungsgemäßen Strukturpaste eine Vielzahl von leichten, schweren, fein und grobkörnigen sowie farblich variable Strukturpasten vor Ort herstellen.
Die eingesetzten Mineralien wie Kieselerde und Kaolin machen die Paste besonders geschmeidig und wirken bei Trocknung ebenfalls verfestigend.
Die geschlossenzelligen Leichtfüllstoffe sorgen für das notwendige Volumen und für eine relativ niedrige (0,2–0,3 g/ml) Dichte im Vergleich zum Stand der Technik. Die Mikrohohlkörper sind, wenn notwendig, oberflächenbehandelt, um sie gegen Wasserangriff in den Strukturpasten zu schützen und damit die Lagerbeständigkeit der Strukturpasten zu gewährleisten.
Die Festigkeit der Struktur wird auch durch die homogene Verteilung der Kieselerde und/oder Kaolin mit den Leichtfüllstoffen und dem Wollastonit beeinflusst.
Die hohe mechanische Stabilität ohne Schrumpf bei der Trocknung wird erfindungsgemäß durch das Zusammenwirken der wesentlichen Komponenten

• mikrozellularer Leichtfüllstoff,
• Kaolin, Kieselerde,
• Wollastonit
• hoher organischer Bindemittelgehalt

Die Innovation des erfindungsgemäßen Produktes besteht insbesondere darin, dass geeignete, sich ergänzende Leichtfüllstoffe, Mineralien und Bindemittel-Systeme eingesetzt werden, wobei die faserigen kristallinen Wollastonitnadeln die Stützkonstruktion sowohl in der wässrigen Paste wie auch bei der Trocknung unter Raumtemperatur und bis zu 70°C bilden. Hierdurch und durch die Verzahnung mit den Leichtfüllstoffen (mikrozellulär geblähtes Vulkangestein) wird ein Schrumpfen der Paste während der Trocknung verhindert. Ebenso innovativ ist, dass die Paste trotz der niedrigen Dichte in sich ausreichend stabil ist, um in einem Arbeitsgang auch dicke Strukturen bis zu 10 cm sowohl vertikal, horizontal und hängend aufzutragen und zu bearbeiten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der eingangs genannten universellen leichten Strukturpasten für verschiedene vorteilhafte Anwendungen entsprechend dem Anspruch 9.
Weitere wichtige Vorteile der erfindungsgemäßen Produkte:

• Geringes Gewicht
• Einkomponentig
• Gebrauchsferig
• Selbstklebend
• Horizontal, vertikal und hängend verarbeitbar
• Gute Festigkeitseigenschaften
• Einfache Verarbeitung und Formgebung
• Geringe Alkalität
• Chemikalienbeständig
• Gutes elektrisches Isoliervermögen
• Deponiefähig

Erfindungsgemäß eingesetzte Leichtfüllstoffe
Perlit (englisch: perlite) bezeichnet in den Geowissenschaften ein alteriertes (chemisch und physikalisch umgewandeltes) vulkanisches Glas (Obsidian) und zählt damit zu den Gesteinen. Die so genannte perlitische Struktur wird hier durch etwa erbsengroße Glaskügelchen gebildet. Perlit enthält bis zu 2% Wasser und hat eine Dichte von etwa 900 bis 1000 kg/m³ (Schüttdichte des Rohperlit). Durch Glühen auf ca. 800°C bis 1000°C bläht sich Perlit auf das fünfzehn- bis zwanzigfache seines Ursprungsvolumens auf und hat dann eine Schüttdichte von 50 bis 100 kg/m³ und eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,040 bis 0,070 W/mK.
Mikrozellular expandierte Vulkangesteine, nach neuen umweltschonenden und energiesparenden Verfahren hergestellt, erzielen Eigenschaften und technische Werte, die es von älteren, porig expandierten Vulkangesteinen (”expandierten Perliten”) unterscheidet. Mikrozellulares, expandiertes Vulkangestein ist ein Füllstoff aus der Gruppe der Aluminiumsilikate und setzt sich aus kugeligen (”Bienenwabenstruktur”), stäbchenförmigen und flockigen Teilchen zusammen, woraus hohe Packungsdichten und höhere Verbundfestigkeiten als bei herkömmlichen Mikro-Hohlkugeln durch mechanische und kohäsive Bindungskräfte resultieren. Gezielte Oberflächenbeschichtungen ermöglichen einen vorteilhaften Verbund mit der anorganischen bzw. organischen Matrix. Hieraus resultiert weniger Schwund und bessere technische Eigenschaften. Kommerziell erhältlich ist geblähtes imprägniertes Perlit z. B. unter dem Handelsnamen NOBLITE^® (Produkt der Fa. NOBLITE, Route de Claye, F-77181 LE PIN, Frankreich) und Technoperl^® (Produkt der Europerl Deutschland D-94032 Passau, Nibelungenplatz 4).
Erfindungsgemäß eingesetzte kristalline faserige Wollastonitnadeln
Bevorzugt wird Wollastonit eingesetzt. Wollastonit (selten auch Tafelspat oder Tafelspath) ist ein häufig auftretendes Mineral mit der chemischen Zusammensetzung CaSiO₃, genauer Ca₃[Si₃O₉]. Chemisch gesehen ist Wollastonit ein Calcium-Salz der Metakieselsäure und zählt daher zur Mineralklasse der Silicate. Anhand der Kristallstruktur lassen sich einige makroskopische Eigenschaften von Wollastonit erklären. Einkristalle von Wollastonit besitzen eine nadelige bis faserige Form (Habitus), da die Kristalle bevorzugt in Richtung der kristallographischen b-Achse wachsen, was der Orientierung der Silicatketten in der Kristallstruktur entspricht. Bricht man eine Wollastonit-Nadel in der Mitte durch, das heißt, zerbricht man die Silicatketten, ergeben sich unebene Bruchflächen, während bei mechanischer Belastung parallel zur b-Achse ebene Spaltflächen entstehen. Dies lässt sich auch durch die chemischen Bindungsverhältnisse im Kristall erklären. Während Silizium und Sauerstoff über kovalente Bindungen (Atombindungen) miteinander verbunden sind, besteht zwischen Calcium und Sauerstoff eine ionische Bindung, die auf einer rein elektrostatischen Wechselwirkung beruht und somit die schwächere Bindung darstellt. Wollastonit bietet aufgrund seiner faserig bis nadeligen Kristalle und seines hohen Schmelzpunktes (1540°C) vielfältige technische Einsatzmöglichkeiten (Quelle: Wikipedia).
Zusätzlich zu Wollastonit können feine organische Kurzschnittfasern zur Verbesserung der Zug und Bruchfestigkeit eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß eingesetzte Bindemittel
Vorzugsweise werden wässrige Acrylat- und/oder polyurethanbindemittel eingesetzt, bzw. Kombinationen wie wässrige PUR-(acrylat-)Dispersionen, wie sie z. B. unter dem Handelsnamen Incores W2605 über die Firma Keyser & Machay erhältlich ist. Diese Bindemittel garantieren neben ihren hervorragenden Eigenschaften als Bindemittel auch eine weitestgehende Verträglichkeit mit den Stoffen/Farben, die erwartungsgemäß vor Ort den Pasten zugemischt werden.
Erfindungsgemäß eingesetzte Kieselerde
Vorzugsweise wird eine oberflächenbehandelte Kieselerde eingesetzt. Unter Kieselerde versteht man ein inniges Gemisch von feinteiliger Kieselsäure und Kaolinit. Bekannt ist zum Beispiel die Neuburger Kieselerde, die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt wird. Für die bessere Benetzbarkeit mit Wasser ist die Kieselerde mit einem Silan behandelt, so dass die einzelnen Partikel eine funktionelle hydrophile Oberfläche erhalten.
Erhältlich ist eine derartige aktivierte Kieselerde unter dem Handelsnamen „AKTISIL EM” der Firma Hoffmann Mineral GmbH, Neuburg (Donau). Hier ist die Kieselerde mit 3-Epoxipropyloxipropyltrimethoxisilan behandelt. Diese so genannte aktivierte Kieselerde kann in Pulverform eingesetzt werden. Möglich ist erfindungsgemäß aber auch der Einsatz eines Gemisches von Kaolin/Kaolinit.
Kaolin, auch als Porzellanerde oder Aluminiumsilikat bezeichnet, ist ein feines, eisenfreies, weißes Gestein, das als Hauptbestandteil Kaolinit, ein Verwitterungsprodukt des Feldspats, enthält.
Erfindungsgemäße Verwendung
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße universelle leichte Strukturpaste zum Formen, Spachteln, Strukturieren, und Abformen verwendet. Formkerne aus unterschiedlichsten Materialien können mit der universellen leichten Strukturpaste beschichtet und in die endgültige Form gebracht werden.
Auf Leinwänden wird die universelle leichte Strukturpaste aufgespachtelt und anschließend geformt oder strukturiert.
Auch auf aus Drahtnetzen vorgefertigte Skulpturen kann die universelle leichte Strukturpaste aufgebracht werden. Die Nachbearbeitung kann mit handelüblichen Geräten durchgeführt werden. Die lange offene Bearbeitungszeit von mindestens 8–24 h erlaubt es, auch sehr detaillierte und komplizierte Strukturen und Formen abzubilden.

Die Anwendungsfelder sind der Kulissenbau, Kunsthandwerk, Hobby und Industrieller Mobelbau. Rezeptur Beispielrezeptur für 100 kg Universelle leichte Strukturpaste

Wasser	46,48	kg
Oberflächenmodifiziertes Wollastonitmehl
Tremin 939-300 EST von Quarzwerke	8,00	kg
Bindemittel Incorez W2605 zu beziehen
über Keyser & Mackay	7,60	kg
Mikrozellular expandierte Vulkangesteine
Noblite 200 EC der Firma Noblite	30,00	kg
Kieselerde Aktisil EM von Hoffmann Mineral	7,90	kg
Netzmittel Tegopren 5840 von Evonik	0,02	kg

Herstellungsbeispiel
Vorbereitung
Als erstes sind alle flüssigen Komponenten der Rezeptur aufzumischen, dann werden die Komponenten getrennt nach der Rezeptur genau abgewogen.
Stufe 1

Zu verwendender Mischer: beba Zwangsmischer
Das Netzmittel ist mit dem Wasser zu mischen, anschließend wird das Wollastonit zugegeben und mit der Wassermischung benetzt, bis es komplett durchfeuchtet ist.
Nun erfolgt die Zugabe der Bindemittel.

Stufe 2

Zugabe der Kieselerde.
Nach der Zugabe der Kieselerde wird bei geschlossenem Deckel ca. 10 min gemischt.
Die Vormischung erhält nun eine sämige Konsistenz und darf keine Klumpen mehr enthalten.
Kontrolle am Mischwerkzeug und in den Behälterecken: Sollten noch Klumpen vorhanden sein, nochmals bei gleicher Einstellung nachmischen, bis keine Klumpen mehr vorhanden sind.

Stufe 3

Zugabe der Leichtfüllstoffe.
Die Leichtfüllstoffe nun ca. 30 min. bei niedriger Drehzahl untermischen.
Die Paste muss eine lockere, gut spachtelbare Konsistenz haben, ansonsten bei gleicher Einstellung nochmals 10–15 min nachmischen.
Die nun fertig gestellte Mischung kann abgefüllt werden.

Claims

Strukturpaste, die bei Trocknung erhärtet und mindestens einen Leichtfüllstoff, ein Bindemittel, faserige mineralische Nadeln und Wasser enthält, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein oder mehrere organische Bindemittel eingesetzt werden und dass die Paste Kaolin oder Kaolinit, insbesondere Kieselerde, und Wollastonit enthält.
Strukturpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste Kieselsol enthält.
Strukturpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine wässrige Acrylat-Dispersion, insbesondere eine wässrige PUR-(acrylat-)Dispersion ist.
Strukturpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine modifizierte Kieselerde eingesetzt wird, die feine Kieselsäure-Kaolinit-Partikel enthält, deren Oberfläche mit einem Netzmittel, insbesondere einem Silan beschichtet ist.
Strukturpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Leichtfüllstoff mikrozellular expandierte Vulkangesteine eingesetzt werden.
Universelle leichte Strukturpasten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrozellular expandierten Vulkangesteine oberflächenbehandelt sind.
Strukturpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass faserige Wollastonitnadeln eingesetzt werden, insbesondere oberflächenmodifiziertes Wollastonitmehl.
Strukturpaste nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung Leichtfüllstoff 25 bis 40 Gew.-% Bindemittel 5 bis 10 Gew.-% Oberflächenmodifiziertes Wollastonitmehl 5 bis 15 Gew.-% modifizierte Kieselerde 5 bis 15 Gew.-% Netzmittel 0,01 bis 0,05 Gew.-% Rest Wasser
Verwendung der Strukturpaste nach Anspruch 1 als Strukturpaste für das Kunsthandwerk, den Kulissenbau, den industriellen und privaten Modellbau.