Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrschichtbeschichtung, z B. Mehrschichtlackierung, zur Herstellung und/oder Reparatur einer Automobil (serien) lackierung bei dem auf eine erste Beschichtung (A) ein nachfolgender Beschichtungsstoff (B) aufgebracht und gehärtet wird.
Für eine Kraftfahrzeugserienlackierung, insbesondere eine Automobilserienlackierung von hoher Qualität, werden bekanntermaßen Farbe und/oder Effekt gebende Mehrwhichdacklerungen aus Primer, Elektrotauchlackierung, Füllerlackierung oder Steinselagschutzgrundierung, Basislackierung und kariackierung verwendet Die Klariackierungen müssen hohe Anforderungen hinsichtlich der optischen und ästhetischen Eigenschaften (Appearance) sowie der Härte, Kratzfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Etch-Beständigkeit und Witterungsstabilität erfüllen.
An eine Reparaturlackierung werden die gleichen Anforderungen in Bezug auf die Eigenschaften gestellt wie an die Serienlackierung, d. h. es werden hohe Beständigkeiten gegen Witterungseinflüsse, Chemikalien und mechanische Belastungen erwartet (vgl. oben). Bei den Reparaturiackierungen handelt es sich um eine Nach- bzw. Überlackierung entweder einer beispielsweise durch einen Unfall beschädigten Stelle eines Automobils oder eine Verlaufslackierung oder eine vollständige Überlackierung eines bereits lackierten Automobils aufgrund von Lackschäden, Farbtonunterschieden oder sonstigen unerwünschten Störungen im bereits aufgebrachten Lack. Der für die Reparatur eingesetzte Lack muss auf der obersten Schicht der ursprünglichen Lackierung (Serienlackierung) haften und diese vollständig benetzen. Dabei soll eine aufwändige mechanische Vorbehandlung wie Anschleifen vermieden werden. Bei der Serienlackierung können die eingesetzten Lacke der unteren Schicht und der oberen Schicht bereits bei deren Herstellung aufeinander abgestimmt werden, so dass eine gute Benetzung und Haftung üblicherweise gewährleistet ist. Eine solche Abstimmung ist bei der Reparatur nicht möglich. Zum einen ist eine Benetzung/Haftung auf der obersten Decklackschicht der Serienlackierung durch den Reparaturlack schwer aufgrund der (benötigten) Eigenschaften der Deckschicht zu erreichen. Diese ist nämlich stark vernetzt, unpolar, nicht reaktiv und inert.
Andererseits muss der Reparaturlack auch gleichzeitig auf den unteren Schichten haften, falls die darüberliegenden Schichten abgeplatzt sind. Hinzu kommt, dass die Härtung der Reparaturlacke bei relativ geringen Temperaturen erfolgen muss, da sonst Kunststoff- und Gummiteile am Fahrzeug leiden. Somit wären die mit aktinischer Strahlung oder mit aktinischer und thermischer Strahlung härtbaren Lacke für solche Aufgaben bevorzugt, da deren Härtung bei niedrigen Temperaturen erfolgen kann.
Auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften ist die Anwendung dieser Lacke in der Automobilindustrie besonders erwünscht. Sie weisen einen besonders guten Glanz, eine hohe Härte, eine ausgezeichnete Bewitterungsstabilität und gute Kratzbeständigkeit auf.
Allerdings ist der Einsatz dieser Lacke als Serienlacke in der Automobilindustrie bisher erschwert, da die Haftung einer darauf nachfolgend aufzutragenden Lackschicht schlecht ist und eine nur unzureichende Benetzung der mit diesen Lacken hergestellten Beschichtungen erfolgt.
Eine gute Benetzung der (unteren) Beschichtung durch den nachfolgend aufgetragenen Beschichtungsstoff und eine anschließende ausgezeichnete Haftung des ausgehärteten Lackes auf der Beschichtung ist jedoch notwendig, um auf der unteren Beschichtung einen weiteren Lack, z. B. Decklack aufzutragen oder um eine Reparaturlackierung durchzuführen und eine dauerhafte Verbindung der Schichten und somit eine Mehrschichtbeschichtung hoher Qualität und Beständigkeit zu erhalten.
Dies gilt auch für Reparaturlackierungen. Insbesondere bei der Reparatur von Mehrschichtlackierungen bestehend aus Primer, Elektrotauchlackierung, Füllerlackierung oder Steinschlagschutzgrundierung, Basislackierung und Klariackierung. So muss z. B. bei einer nur geringfügigen Beschädigung des Klarlacks dieser zur Reparatur mit sich selbst überlackiert werden, wobei es durch die unterschiedlichen Eigenschaften des ausgehärteten Klarlacks und der des noch aufzutragenden flüssigen Klarlacks zu Probleme der Benetzung und der anschließenden Haftung kommt (vgl. oben). Diese Probleme verstärken sich weiter, wenn nicht nur die Klariackierung, sondern noch weitere darunterliegende Schichten abgeplatzt sind und diese zur Erhaltung des optischen Gesamteindrucks ebenfalls repariert bzw. neu aufgebaut werden müssen.
Aus der
Aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher die Verwendung, eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Mehrschichtbeschichtungen zur Herstellung und/oder Reparatur einer Automobil (serien) lackierung zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist, sondern das weitgehend unabhängig von den herrschenden Bedingungen, insbesondere was Temperatur und Luftfeuchtigkeit betrifft, und auch unter extremen Bedingungen anwendbar ist. Dabei soll jede nachfolgend aufzubringende Schicht auf der vorherigen Schicht gut haften und diese ferner vollständig benetzen.
Insbesondere soll die Reparatur der Beschichtung durch das neue Verfahren ermöglicht werden und die so erhaltene reparierte Stelle soll bei hohen und niederen Temperaturen, hoher und niedriger Luftfeuchtigkeit sowie unter rasch zwischen diesen Extremen wechselnden Bedingungen, wie sie im Tropenklima und im Wüsbenklima herrschen, bei hoher Strahlungsintensität und bei intensiver mechanischer und chemischer Belastung keine Beschädigung erleiden bzw. eine beständige Reparatudackierung hoher Qualität ergeben, unabhängig davon auf welchen der Schichten der Mehrschichtbeschichtung der zur Reparatur eingesetzte Beschichtungsstoff aufgebracht wird.
Insbesondere soll das neue Verfahren zuverlässig bei einer möglichst großen Auswahl an Beschichtungen und Beschichtungsstoffen anwendbar sein, wobei besonderes Augenmerk auf die mit Hilfe von aktinischer Strahlung gehärteten Beschichtungen bzw. härtbaren Beschichtungsstoffe gelegt wurde.
Demgemäß wurde die erfindungsgemäße Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrschichtbeschichtung gefunden, bei dem man auf eine erste Beschichtung (A) einen nachfolgenden Beschichtungsstoff (B) aufbringt und härtet wird, wobei man die erste Beschichtung (A) modifiziert und den Beschichtungsstoff (B) derart auszählt, dass der Quotient (Q) aus Oberflächenenergie der zweiten Beschichtung (B) und Oberflächenenergie der ersten Beschichtung (A) kleiner oder gleich 1 ist, wobei der Quotient (Q) eingestellt wird, indem die Oberfläche der Beschichtung (A) modifiziert wird, indem die Oberflächenenergie der ersten Beschichtung (A) durch eine oder eine Kombination der Methoden Niederdruckplasmatechnik, Atmosphärendruckplasmatechnik, Beflammen, Fluorieren und Silikatisieren erhöht wird, und wobei die erste Beschichtung (A) ein strahlenhärtbares Bindemittel gewählt aus der Gruppe bestehend aus (meth)acrylfunktionellen (Meth)Acrylcopolymeren, Polyetheracrylaten, Polyesteracrylaten, ungesättigten Polyestern, Epoxyacrylaten, Urethanacrylaten, Aminoacrylaten, Melaminacrylaten, Silikonacrylaten und deren entsprechenden Methacrylaten umfasst.
Der Quotient Q berechnet sich indem man die Oberflächenenergie der zweiten Beschichtung (B) durch die Oberflächenenergie der Beschichtung (A) teilt.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung ist eine gute Benetzung der unteren Beschichtung (A) durch den nachfolgend aufgetragenen Beschichtungsstoff (B) und eine anschließende ausgezeichnete Haftung der Beschichtung (B) auf der Beschichtung (A) möglich.
Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung einer Mehrschichtbeschichtung weitgehend unabhängig von den herrschenden Bedingungen, insbesondere was Temperatur und Luftfeuchtigkeit betrifft und ist auch unter extremen Bedingungen anwendbar. Dabei haftet jede nachfolgend aufzubringende Schicht gut auf der vorherigen Schicht und benetzt diese vollständig.
Auch wird die Reparaturfähigkeit der Beschichtung durch die neue Verwendung verbessert. Die so erhaltene reparierte Stelle ist bei hohen und niederen Temperaturen, hoher und niedriger Luftfeuchtigkeit sowie unter rasch zwischen diesen Extremen wechselnden Bedingungen, wie sie im Tropenklima und im Wüstenklima herrschen, haltbar und erleidet bei hoher Strahlungsintensität und bei intensiver mechanischer und chemischer Belastung keine Beschädigung, sondern ergibt eine beständige Reparaturiackierung hoher Qualität unabhängig davon auf welcher Schicht der Mehrschichtbeschichtung der Beschichtungsstoff aufgebracht wird.
Ferner ist durch die erfindungsgemäße Verwendung der Erfolg einer Überlackierung oder Reparaturiackierung gegeben, da eine Benetzbarkeit und anschließend Haftung garantiert wird. Der Lackierer wird durch die erfindungsgemäße Lehre nämlich angeleitet, dass er den Erfolg seiner Lackierung hinsichtlich Benetzung und Haftung sicherstellen kann, indem er den Quotienten Q auf einen Wert kleiner gleich 1, vorzugsweise kleiner gleich 0,95 und insbesondere 0,9 einstellt
Die Einstellung des Quotienten Q erfolgt durch Modifizierung der Beschichtung (A) und Auswahl des Beschichtungsstoffs (B) so wie dies üblicherweise bei einer ersten Serienlackierung aus Basislack und Klariack vorgenommen wird.
Zur Einstellung des Quotienten Q wird die Beschichtung (A), insbesondere die Oberfläche der Beschichtung (A) modifiziert, weil z. B. sonst ein anderer optischer Eindruck entsteht oder eine Überlacklerung mit sich selbst nötig ist. Dazu wird eine oder eine Kombination der folgenden Methoden zur Oberflächenbehandlung der eingesetzt : Niederdnrckplasmatechnik, Atmosphärendruckpiasmatechnik, Beflammen, Fluorieren, Silikatisieren.
Ferner kann die Beschichtung (A) mit flüssigen Primern z. B. durch Tauchen, Besprühen und Bepinseln behandelt werden. Auch kann die dielektrische Barriereentladung (Corona) zur Oberflächenbehandlung verwendet werden.
Die genannten Methoden sind dem Fachmann geläufig und können den nachfolgenden Zitaten entnommen werden (
Bei einer besonders bevorzugten Variante der Verwendung wird die Oberflächenenergie der ersten Beschichtung (A) zur Einstellung des Quotienten Q derart modifiziert, dass sie > 30, bevorzugt > 40 und insbesondere > 50 mJ/m2 beträgt. Dann werden ebenfalls eine besonders gute Benetzung und anschließende Haftung erreicht.
Die Oberflächenspannung ist eine Bezeichnung für die Grenzflächenspannung von Feststoffen und Flüssigkeiten gegenüber der Dampfphase bzw. Luft. Sie ist definiert als Kraft pro Längeneinheit, hat die Dimension mN/m und ist dimensions- und wertmäßig gleich der Oberflächenarbeit, die nötig ist, um unter reversiblen Bedingungen und isotherm die Oberfläche entweder über haupt zu bilden oder sie zu vergrößert. Unter bestimmten Bedingungen entspricht die Oberflächenspannung der freien Energie der Oberfläche pro Flächeneinheit (Oberflächenenergie in mJ/m2). Die Oberflächenenergie von Feststoffen kann u. a. durch Bestimmung der Randwinkel von Flüssigkeitstropfen bekannter Oberflächenspannung und Polarität und durch Auswertung der Messungen nach Kaelble oder Zismann ermittelt werden (
Die Verwendung ist mit den üblichen, dem Fachmann bekannten Beschichtungen und Beschichtungsstoffen durchführbar. Beispielhaft genannt seien AIkydharz-Lacke, Dispersons-Lacke, Epoxidharz-Lacke, Polyurethan-Lacke und Acrylharz-Lacke. Die Beschichtungsstoffe können in flüssiger, pasten- oder pulverförmiger Form eingesetzt werden. Auch sind an die Art der Auftragung keine besonderen Anforderungen gestellt. Die Beschichtungsstoffe können z. B. durch Spritzen, Rakeln, Streichen, Gießen, Tauchen oder Walzen aufgebracht werden.
Die Verwendung wird mit aktinischer Strahlung gehärteten Beschichtungen (A) durch geführt obwohl diese besonders stark vernetzt, unpolar, nicht reaktiv und inert sind und sich daher ohne das erfindungsgemäße Verfahren nur schwer beschichten lassen.
Als aktinische Strahlung kommt elektromagnetische Strahlung und Korpuskularstrahlung in Betracht Die elektromagnetische Strahlung umfasst nahes infrarot (NIR), sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung, insbesondere UV-Strahlung. Die Korpuskularstrahlung umfasst Elektronenstrahlung, Alphastrahlung, Protonenstrahlung und Neutronenstrahlung, Insbesondere Elektronenstrahlung.
Mit aktinischer Strahlung gehärtete Beschichtungen (A) werden aus mit aktinischer Strahlung härtbaren Beschichtungsstoffen (A) hergestellt, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus (meth)acrylfunktionellen (Meth)Acylcopolymeren, Polyetheracrylaten, Polyesteracrylaten, ungesättigte Polyestern, Epoxyacrylaten, Urethanacrylaten, Aminoacrylaten, Melaminacrylaten, Silikonacrylaten und den entsprechenden Methacrylaten. Bevorzugt werden Bindemittel eingesetzt, die frei von aromatischen Struktureinhelten sind.
Solche UV-härtbaren Beschichtungsstoffe (A) gehen beispielsweise aus den Patentschriften
Ist der eingesetzte Beschichtungsstoff (A) zusätzlich zu der Härtung mit aktinischer Strahlung auch noch thermisch härtbar, d. h. Dual-Cure-härtbar, enthält sie/er vorzugsweise noch übliche und bekannte thermisch härtende Bindemittel und Vernetzungsmittel und/oder thermisch härtende Reaktiwerdünner, sowie dies beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter "thermische Härtung" die durch Hitze initiierte Härtung einer Schicht aus einem Beschichtungsstoff, bei der üblicherweise ein separat vorliegendes Vernetzungsmittel angewandt wird, verstanden. Üblicherweise wird dies von der Fachwelt als Fremdvernetzung bezeichnet. Sind die Vernetzungsmittel in die Bindemittel bereits eingebaut, spricht man auch von Selbstvernetzung. Erfindungsgemäß ist die Fremdvernetzung von Vorteil und wird deshalb bevorzugt angewandt.
Die zur Herstellung der Beschichtungen (A) verwendeten Beschichtungsstoffe können auch als Beschichtungsstoffe (B) eingesetzt werden. Ansonsten können auch thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung härtbare Beschichtungsstoffe eingesetzt werden. Vorzugsweise werden die Beschichtungsstoffe (A) eingesetzt.
Ein an sich bekannter mittels UV-Strahlung härtbarer Lack (AI), bestehend aus:
Ein an sich bekannter mittels UV-Strahlung und Wärme härtbarer Lack (AII), bestehend aus den folgenden Bestandteilen:
In einem geeigneten Reaktor, ausgerüstet mit einem Rührer, zwei Tropftrichtern für die Monomermischung und die Initiatorlösung, Stickstoffeinleitungsrohr, Thermometer, Heizung und Rückflußkühler, wurde 650 Gewichtsteile einer Fraktion aromatischer Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich von 158 bis 172 °C eingewogen. Das Lösemittel wurde auf 140 °C erhitzt. Hiernach wurden eine Monomermischung aus 652 Gewichtsteilen Ethylhexylacrylat, 383 Gewichtsteilen 2-Hydroxyethylmethacrylat, 143 Gewichtsteilen Styrol, 212 Gewichtsteilen 4-Hydroxybutylacrylat und 21 Gewichtsteile Acrylsäure innerhalb von vier Stunden und eine Initiatorlösung aus 113 Gewichtsteilen des aromatischen Lösemittels und 113 Gewichtsteilen test.-Butylperethylhexanoat innerhalb von 4, 5 Stunden gleichmäßig in die Vorlage zudosiert. Mit der Dosierung der Monomermischung und der Initiatorlösung wurde gleichzeitig begonnen. Nach der Beendigung des Initiatorzulaufs wurde die resultierend Reaktionsmischung während weiterer zwei Stunden auf 140 °C unter Rühren erhitzt und anschließend abgekühlt. Die resultierende Lösung des Methacrylatcopolymerisats (A) wurde mit einem Gemisch aus 1-Methoxypropylacetat-2, Butylglykolacetat und Butylacetat verdünnt. wurde zunächst bei RT 5 min., dann 10 min. bei 80 °C und anschließend 20 min. bei 140 °C in einer IST Inert-Anlage mit 14 m/s mit einer Leistung von 1500 mJ/cm2 gehärtet. Es resultierte eine Beschichtung (AII).
Beide Beschichtungen (AI) und (AII) wurden einer Messung der Randwinkel nach dem Handbuch der Firma Krüss GmbH, Hamburg, »Drop Shape Analysis« gemäß dem Verfahren von Owens, Wendt, Rabel und Kaeble bei 23 °C und 50% relative Luftfeuchte mit den- folgenden Messflüssigkeiten: H2O bidest., 1,5-Pentandiol, Diiodmethan, Ethylenglykol und Glycerin jeweils ohne und mit Beflammung unterzogen, wobei jeweils sofort, nach einem Tag oder nach vier Tagen gemessen wurde. Die Berechnung der Oberflächenenergie erfolgte aus den ermittelten Randwinkeln.
In Tabelle 1 sind die, an den, wie nachfolgend angegeben, behandelten Beschichtungen (AI) und (AII) gemessenen Randwinkel aufgeführt. Darin ist:
Die Beflammung erfolgte mit einem Abflammautomaten Typ S 4-S 300/2000 der Firma Friedrich Schäfer Maschinenbaugeselischaft mbH, Sprendlingen, mit einer Propangasflamme von 10 cm Breite aus einem Abstand von 10 cm zum Substrat in einem Durchlauf mit 150 mm/s Vorschubgeschwindigkeit.
In. Tabelle 2 sind die daraus berechneten Oberflächenenergien der entsprechend behandelten Beschichtungen (AI) und (AII) aufgeführt.
Die Ergebnisse zeigen eine Erhöhung der Oberflächenenergie der Beschichtungen (AI) und (AII), d. h. der Beschichtung (A) durch die Beflammung unabhängig davon, ob es sich nur um einen mit aktinischer Strahlung oder einen thermisch und mit UV-Strahlung härtbaren Beschichtungsstoff handelte. Insbesondere wird die Erhöhung durch Anhebung des polaren Anteiles der Oberflächenenergie erreicht.
Die Überlackierbarkeit der Beschichtung (AI) mit sich selbst wurde mittels einer Gitterschnittprüfung gemäß DIN ISO 2409:1994-10 überprüft. Dazu wurde die Beschichtung (AI) sowohl nach als auch ohne Beflammung mit dem Lack (AI), d. h. mit sich selbst überlackiert.
Die oben angegeben, den UV-härtbaren Lack. (AI) bildenden Komponenten werden unter intensivem Rühren mittels eines Dissolvers oder eines Rührers vermischt, um den entsprechenden Lack (AI) herzustellen. Von diesem Lack (AI) wurde jeweils ein applizierter Film mit einer Schichtdicke von 40 ± 10 µm auf einer geeigneten Prüftafel hergestellt. Die Aushärtung des Films erfolgt zunächst bei RT für 20 min., dann 1 min. mit einer Handlampe UV-H 250 der Firma Kühnast Strahlungstechnik, Wächtersbach, im Abstand von 30 cm und anschließend in einer IST Inert-Anlage mit 14 m/s mit einer Leistung von 4x500 mJ/cm2.
Der ausgehärtete Lack 1 (Beschichtung (AI)) (wird zur Beschichtung B) besaß eine Oberflächenenergie von 19,4 mJ/m2.
Die Beflammung erfolgte, wie vorstehend angegeben. Nun betrug die Oberflächenenergie der Beschichtung (AI) (wird zur Beschichtung A) 48,0 mJ/cm2.
Der Quotient Q = B/A betrug somit 0,41.
Anschließend wurde die oben hergestellte Beschichtung (AI) jeweils mit einer weiteren Schicht Lack (AI) (Beschichtungsstoff (B)) mit einer Schichtdicke von 40 + 10 µm bedeckt. Die Aushärtung der oberen Schicht erfolgte, wie oben, zunächst bei RT für 20 min., dann 1 min, mit einer Handlampe UV-H 250 der Firma Kühnast Strahlungstechnik, Wächtersbach, im Abstand von 30 cm und anschließend in einer IST Inert-Anlage mit 14 m/s mit einer Leistung von 4x500 mJ/m2.
Bei den untersuchten Prüftafeln ohne Beflammen wurden Gitterschnitt-Kennwerte von GT 4 oder GT 5 erhalten. Demgegenüber zeigten die mittels Beflammung behandelten Prüftafeln Gitterschnitt-Kennwerte von GT 0 oder GT 1.
Die Überlackierbarkeit der Beschichtung (AII) mit sich selbst wurde analog zum vorhergehenden Beispiel 2 mittels einer Gitterschnittprüfung gemäß DIN ISO 2409:1994-10 überprüft. Dazu wurde die Beschichtung (AII) sowohl nach als auch ohne Beflammung mit dem Lack (AII), d. h. mit sich selbst, überlackiert.
Der ausgehärtete Lack All (Beschichtung (AII) (wird zur Beschichtung B) besaß eine Oberflächenspannung von 25,1 mJ/m2.
Die Beflammung erfolgte wie vorstehend beschrieben. Nun betrug die Oberflächenenergie der Beschichtung (AII) (wird zur Beschichtung A) 51,8 mJ/cm2.
Der Quotient (Q) = B/A betrug somit 0,5.
Anschließend wurde die oben hergestellte Beschichtung (AII) jeweils mit einer weiteren Schicht Lack (AII) (Beschichtungsstoff (B)) mit einer Schichtdicke von 40 ± 10 µm bedeckt. Die Aushärtung der oberen Schicht erfolgte, wie oben, zunächst bei RT für 5 min., dann 10 min. bei 80 °C und anschließend 20 min. bei 140 °C In einer IST Inert-Anlage mit 14 m/s mit einer Leistung von 1500 mJ/cm2.
Bei den untersuchten Prüftafeln ohne Beflammen wurden Gitterschnitt-Kennwerte von GT 4 oder GT 5 erhalten. Demgegenüber zeigten die mittels Beflammung behandelten Prüftafeln Gitterschnitt-Kennwerte von GT 0 oder GT 1.
Somit wurde gezeigt, dass es überraschenderweise mittels der erfindungsgemäßen Verwendung möglich ist, durch Einstellung des Quotienten Q eine Vorhersage über den Erfolg der Herstellung der Mehrschichtbeschichtung zu treffen.
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