DE10008946C1 - Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien - Google Patents

Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien

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Abstract

Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien, durch DOLLAR A (I) Applikation eines Wasserbasislacks auf die Karosserie und Trocknung oder partielle Härtung der resultierenden Wasserbasislackschicht DOLLAR A (II) Applikation eines wäßrigen Pulverslurry-Klarlacks auf die getrocknete oder partiell gehärtete Wasserbasislackschicht (I) und DOLLAR A (III) Härtung der Schichten (I) und (II) durch Hitze oder Hitze und aktinische Strahlung (Dual Cure), DOLLAR A wobei die Applikation des wäßrigen Pulverslurry-Klarlacks (II) durch DOLLAR A (IIa) elektrostatische Lackierung der Karosserieaußenteile, gefolgt von DOLLAR A (IIb) pneumatischem Spritzen (Druckluftspritzen) der Karosserieinnenteile, DOLLAR A erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien, bei dem ein Pulverslurry-Klarlack verwendet wird.
Bei der Automobilserienlackierung werden üblicherweise zuerst die Innenteile der Automobilkarosserien durch pneumatisches Spritzen oder Druckluftspritzen lackiert. Das pneumatische Spritzen wird deshalb gewählt, weil sich die Hohlräume und Vertiefungen aufgrund der Ausbildung von Faraday-Käfigen nur schlecht elektrostatisch beschichten lassen.
Bei der Innenlackierung werden die Türen geöffnet, und es werden von Hand oder mit Hilfe eines Lackierautomaten die Fälze und die Innenseiten der Türen lackiert. Dabei entsteht aber Spritznebel, der auf die Außenhaut der Karosserie fällt. Hiervon sind insbesondere der Bereich um die Türen und die Motorhaube betroffen. Dieser Spritznebel trocknet bei Verwendung von Pulverklarlack-Slurries besonders rasch an und wird bei der nachfolgenden elektrostatischen Beschichtung der Karosserieaußenteile von der dabei angewandten Pulverklarlack-Slurry nur überdeckt, aber nicht wiederaufgenommen. Nach dem Einbrennen liegen daher an den Stellen, an denen der Spritznebel aufgetroffen ist, Erhebungen oder Verlaufsstörungen vor, die bei einer Größe von mehr als 0,5 µm sichtbar werden. Da diese Erhebungen oder Verlaufsstörungen außerdem noch an besonders leicht sichtbaren Bereichen der Karosserie vorliegen, sind sie optisch besonders auffallend und erwecken den Eindruck nicht ausreichender Qualität des Gesamtprodukts.
Diese Effekte sind bei lösemittelhaltigen Klarlacken nicht so ausgeprägt, da diese höhere Festkörpergehalte aufweisen, so daß die Differenz zwischen dem Festkörpergehalt des Naßlacks und dem Festkörpergehalt des Spritznebels geringer ist als im Falle der Pulverslurry-Klarlacke. Außerdem haben die lösemittelhaltigen Klarlacke eine geringere Viskosität, weswegen sie sich besser ausspreiten. Dadurch wird auch der Spritznebel flächiger. Nicht zuletzt trocknen sie wegen ihres Gehalts an hochsiedenden organischen Lösemitteln ("langen Lösemittel") nicht so schnell ein und können daher von hierauf applizierten Klarlacken wesentlich besser aufgenommen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es, ein neues Verfahren zur Herstellung von farb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien zu finden, das die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweist, sondern auch bei Verwendung von Pulverslurry-Klarlacken Lackierungen liefert, die keine sichtbaren Erhebungen oder Verlaufsstörungen mehr aufweisen.
Demgemäß wurde das neue Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien durch
  • A) Applikation eines Wasserbasislacks auf die Karosserie und Trocknung oder partielle Härtung der resultierenden Wasserbasislackschicht
  • B) Applikation eines wäßrigen Pulverslurry-Klarlacks auf die getrocknete oder partiell gehärtete Wasserbasislackschicht (II) und
  • C) Härtung der Schichten (I) und (II) durch Hitze oder Hitze und aktinische Strahlung (Dual Cure),
gefunden, bei dem die Applikation des wäßrigen Pulverslurry-Klarlacks (II) durch
  • 1. elektrostatische Lackierung der Karosserieaußenteile, gefolgt von
  • 2. pneumatischem Spritzen (Druckluftspritzen) der Karosserieinnenteile,
erfolgt.
Im folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien als "erfindungsgemäßes Verfahren" bezeichnet.
Überraschenderweise bewirkt das neue Verfahren, daß die auf der Außenhaut der Automobilkarosserie befindliche, durch elektrostatische Lackierung applizierte, nasse Pulverslurry-Klarlackschichten problemlos die Spritznebeltropfen aus der Innenlackierung aufnehmen können, wodurch ein wesentlich besserer Verlauf erzielt wird.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Automobilkarosserien weisen üblicherweise eine kathodisch abgeschiedene und thermisch gehärtete Elektrotauchlackierung auf. Sie können aber auch eine kathodisch abgeschiedene Elektrotauchlackschicht aufweisen, die nicht thermisch gehärtet, sondern lediglich getrocknet oder partiell gehärtet ist. Die Elektrotauchlackierung oder die Elektrotauchlackschicht kann mit einem Füller überschichtet werden, der entweder für sich alleine oder gemeinsam mit der Elektrotauchlackschicht gehärtet wird (Naß-in-naß- Verfahren). Die Überschichtung mit einem Füller erfolgt insbesondere in den Bereichen, die einer starken mechanischen Beanspruchung, wie beispielsweise durch Steinschlag, ausgesetzt sind.
Beispiele geeigneter kathodischer Elektrotauchlacke sowie ggf. von Naß-in-naß-Verfahren werden in der japanischen Patentanmeldung 1975-142501 (japanische Offenlegungsschrift JP 52-065534 A2, Chemical Abstracts Referat Nr. 87: 137427) oder den Patentschriften US 4,375,498 A1, US 4,537,926 A1, US 4,761,212 A1, EP 0 529 335 A1, DE 41 25 459 A1, EP 0 595 186 A1, EP 0 074 634 A1, EP 0 505 445 A1, DE 42 35 778 A1, EP 0 646 420 A1, EP 0 639 660 A1, EP 0 817 648 A1, DE 195 12 017 C1, EP 0 192 113 A2, DE 41 26 476 A1 oder WO 98/07794 beschrieben.
Desgleichen sind geeignete Füller, insbesondere wäßrige Füller, die auch als Steinschlagschutzgrundierungen oder Funktionsschichten bezeichnet werden, beispielsweise aus den Patentschriften US 4,537,926 A1, EP 0 529 335 A1, EP 0 595 186 A1, EP 0 639 660 A1, DE 44 38 504 A1, DE 41 37 961 A1, WO 89,/10387, US 4,450,200 A1, US 4,614,683 A1 oder WO 94/26827 beschrieben.
Diese Füller können indes auch auf die eingebrannten Elektrotauchlackierungen appliziert werden und anschließend vorgetrocknet bzw. partiell thermisch gehärtet werden. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sie dann gemeinsam mit den auf die Füllerschichten applizierten Wasserbasislackschichten und Pulverslurry-Klarlackschichten gemeinsam gehärtet (erweitertes Naß-in-naß-Verfahren).
Im Innenbereich der Automobilkarosserie kann auch auf die Füllerlackierung oder Steinschlagschutzgrundierung verzichtet werden, weil hier i. a. keine Gefahr einer mechanischen Beanspruchung besteht.
Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Füllerlackierungen mit Wasserbasislacken beschichtet. Beispiele geeigneter Wasserbasislacke, insbesondere Wasserbasislacke auf Polyurethanbasis, sind aus den Patentschriften EP 0 089 497 A1, EP 0 256 540 A1, EP 0 260 447 A1, EP 0 260 447 A1, EP 0 297 576 A1, WO 96/12747, EP 0 523 610 A1, EP 0 228 003 A1, EP 0 397 806 A1, EP 0 574 417 A1, EP 0 531 510 A1, EP 0 581 211 A1, EP 0 708 788 A1, EP 0 593 454 A1, DE-A-43 28 092 A1, EP 0 299 148 A1, EP 0 394 737 A1, EP 0 590 484 A1, EP 0 234 362 A1, EP 0 234 361 A1, EP 0 543 817 A1, WO 95/14721, EP 0 521 928 A1, EP 0 522 420 A1, EP 0 522 419 A1, EP 0 649 865 A1, EP 0 536 712 A1, EP 0 596 460 A1, EP 0 596 461 A1, EP 0 584 818 A1, EP 0 669 356 A1, EP 0 634 431 A1, EP 0 678 536 A1, EP 0 354 261 A1, EP 0 424 705 A1, WO 97/49745, WO 97/49747, EP 0 401 565 A1 oder EP 0 817 684, Spalte 5, Zeilen 31 bis 45, bekannt.
Üblicherweise werden die resultierenden Wasserbasislackschichten nicht gehärtet, sondern vorgetrocknet bzw. partiell gehärtet.
Auf die Wasserbasislackschichten werden die wäßrigen Pulverslurry-Klarlacke appliziert, so daß Pulverslurry-Klarlackschichten resultieren. Beispiele geeigneter Pulverslurry- Klarlacke sind aus der US-Patentschrift US-A-4,268,542 und den Patentanmeldungen DE 195 40 977 A1, DE 196 18 657 A1, DE 196 17 086 A1, DE-A-196 13 547, EP 0 652 264 A1, DE 196 18 657 A1, DE 196 52 813 A1, DE 196 17 086 A1 oder DE-199 12 661 A 1 bekannt.
In erfindungsgemäßer Verfahrensweise werden die wäßrigen Pulverslurry-Klarlacke durch elektrostatische Lackierung der Karosserieaußenteile, gefolgt von pneumatischem Spritzen (Druckluftspritzen) der Karosserieinnenteile appliziert.
Dabei kann die elektrostatische Lackierung mittels eines elektrostatischen Sprühspalts, einer elektrostatischen Sprühglocke oder einer elektrostatischen Sprühscheibe erfolgen.
Des weiteren kann die elektrostatische Lackierung durch Elektrostatik-unterstützte mechanische Zerstäubung erfolgen. Vorzugsweise wird diese mit Hilfe von elektrostatischen Hochrotationsscheiben oder Hochrotationsglocken durchgeführt.
Auch das pneumatische Spritzen oder Druckluftlackieren weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern kann per Hand oder mit Hilfe von üblichen und bekannten Lackierautomaten oder -robotern durchgeführt werden.
Ergänzend wird hierzu auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, Seite 186: »Elektrostatische Lackierung«, Seite 187: »Elektrostatische Sprühpistolen«, »Elektrostatisches Sprühen«, sowie Seite 165: »Druckluftspritzen«, verwiesen.
Selbstverständlich können diese Applikationsmethoden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die Herstellung der übrigen Lackschichten, ausgenommen der kathodisch abscheidbaren Elektrotauchlackschicht, angewandt werden.
Bevorzugt wird die Applikation bei Beleuchtung mit sichtbarem Licht einer Wellenlänge von über 550 µm oder unter Lichtausschluß durchgeführt, wenn die Wasserbasislacke und/oder die Pulverslurry-Klarlacke thermisch und mit aktinischer Strahlung härtbar sind. Hierdurch werden eine stoffliche Änderung oder Schädigung des erfindungsgemäß zu verwendenden Beschichtungsstoffs und des Overspray vermieden.
Im allgmeinen werden die erfindungsgemäß zu verwendenden Beschichtungsstoffe in einer Naßschichtdicke appliziert, daß nach ihrer Aushärtung Beschichtungen mit der für ihre Funktionen notwendigen und vorteilhaften Schichtdicken resultieren. Im Falle einer Basislackierung liegen sie bei 5 bis 50, vorzugsweise 5 bis 40, besonders bevorzugt 5 bis 30 und insbesondere 10 bis 25 µm, und im Falle einer Klarlackierung liegen sie bei 10 bis 100, vorzugsweise 15 bis 80, besonders bevorzugt 20 bis 75 und insbesondere 25 bis 70 µm.
Nach der Applikation werden die Wasserbasislackschichten gemeinsam mit den Pulverslurry-Klarlackschichten sowie gegebenenfalls den darunter liegenden nicht oder nicht vollständig gehärteten Lackschichten thermisch oder thermisch und mit aktinischer Strahlung gehärtet. Die Härtung mit Hitze und mit aktinischer Strahlung wird von der Fachwelt auch als Dual Cure bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter aktinischer Strahlung elektromagnetische Strahlung wie nahes Infrarot (NIR), sichtbares Licht, UV-Licht oder Röntgenstrahlung, insbesondere aber UV-Licht, oder Korpuskularstrahlung wie Elektronenstrahlung zu verstehen.
Die Aushärtung kann nach einer gewissen Ruhezeit oder Ablüftzeit erfolgen. Sie kann eine Dauer von 30 s bis 2 h, vorzugsweise 1 min bis 1 h und insbesondere 1 min bis 45 min haben. Die Ruhezeit dient beispielsweise zum Verlauf und zur Entgasung der Schichten und zum Verdunsten von flüchtigen Bestandteilen wie gegebenenfalls noch vorhandenem Lösemittel und/oder Wasser.
Vorzugsweise wird bei der Härtung mit aktinischer Strahlung eine Dosis von 1.000 bis 2.000, bevorzugt 1.100 bis 1.900, besonders bevorzugt 1.200 bis 1.800, ganz besonders bevorzugt 1.300 bis 1.700 und insbesondere 1.400 bis 1.600 mJ/cm2 angewandt. Gegebenenfalls kann diese Härtung mit aktinischer Strahlung von anderen Strahlenquellen ergänzt werden. Im Falle von Elektronenstrahlen wird vorzugsweise unter Inertgasatmosphäre gearbeitet. Dies kann beispielsweise durch Zuführen von Kohlendioxid und/oder Stickstoff direkt an die Oberfläche der Klarlackschicht gewährleistet werden. Auch im Falle der Härtung mit UV-Strahlung kann, um die Bildung von Ozon zu vermeiden, unter Inertgas gearbeitet werden.
Für die Härtung mit aktinischer Strahlung werden die üblichen und bekannten Strahlenquellen und optischen Hilfsmaßnahmen angewandt. Beispiele geeigneter Strahlenquellen sind Blitzlampen der Firma VISIT, Quecksilberhoch- oder - niederdruckdampflampen, welche gegebenenfalls mit Blei dotiert sind, um ein Strahlenfenster bis zu 405 nm zu öffnen, oder Elektronenstrahlquellen. Deren Anordnung ist im Prinzip bekannt und kann den Gegebenheiten des Werkstücks und der Verfahrensparameter angepaßt werden. Bei kompliziert geformten Werkstücken, wie sie für Automobilkarosserien vorgesehen sind, können die nicht direkter Strahlung zugänglichen Bereiche (Schattenbereiche) wie Hohlräume, Falzen und anderen konstruktionsbedingte Hinterschneidungen mit Punkt-, Kleinflächen- oder Rundumstrahlern, verbunden mit einer automatischen Bewegungseinrichtung für das Bestrahlen von Hohlräumen oder Kanten, (partiell) ausgehärtet werden.
Die Anlagen und Bedingungen dieser Härtungsmethoden werden beispielsweise in R. Holmes, U. V. and E. B. Curing Formulations for Printing Inks, Coatings and Paints, SITA Technology, Academic Press, London, United Kindom 1984, beschrieben.
Hierbei kann die Aushärtung stufenweise erfolgen, d. h. durch mehrfache Belichtung oder Bestrahlung mit aktinischer Strahlung. Dies kann auch alternierend erfolgen, d. h., daß abwechselnd mit UV-Strahlung und Elektronenstrahlung gehärtet wird.
Auch die thermische Härtung weist keine methodischen Besonderheiten auf, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten Methoden wie Erhitzen in einem Umluftofen oder Bestrahlen mit IR- und/oder NIR-Lampen. Wie bei der Härtung mit aktinischer Strahlung kann auch die thermische Härtung stufenweise erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt die thermische Härtung bei Temperaturen von 90°C bis 180°C.
Bei Dual Cure können thermische Härtung und Härtung mit aktinischer Strahlung gleichzeitig oder nacheinander angewandt werden. Werden die beiden Härtungsmethoden nacheinander verwendet, kann beispielsweise mit der thermischen Härtung begonnen und mit der Härtung mit aktinischer Strahlung geendet werden. In anderen Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, mit der Härtung mit aktinischer Strahlung zu beginnen und hiermit zu enden.
Selbstverständlich können die vorstehend beschriebenen Härtungsmethoden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch zur Härtung der übrigen Lackschichten angewandt werden.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren resultierende mehrschichtige farb- und/oder effektgebende Lackierung kann noch mit einer Schicht aus einem organisch modifizierten Keramikmaterial, wie es beispielsweise unter der Marke Ormocer® im Handel erhältlich ist, beschichtet werden.
Die in erfindungsgemäßer Verfahrensweise hergestellten farb- und/oder effektgebenden Mehrschichtlackierungen weisen eine besonders hohen Glanz auf. Im Vergleich zu den in üblicher und bekannter Weise hergestellten Mehrschichtlackierungen haben sie signifikant weniger Schleier und kaum bis gar keine störenden Oberflächenstrukturen wie Orangenhautstrukturen. Sie sind daher von besonders hoher optischer Qualität. Da die sonstigen Vorteile von Wasserbasislackierungen und Pulverslurry-Klarlackierungen in vollem Umfang erhalten bleiben, sind sie für die Anwender und deren Kunden von einem besonders hohen technischen und wirtschaftlichen Wert.
Beispiel und Vergleichsversuch
Für den Vergleichsversuch wurde Spritznebel eines üblichen und bekannten Pulverslurry- Klarlacks auf die Oberfläche von Prüftafeln, die mit einer schwarzen Basislackierung beschichtet waren appliziert und während zwei Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet. Anschließend wurde der Pulverslurry-Klarlack in Keilform über die Spritznebel-Tröpfchen appliziert und während zwei Minuten bei Raumtemperatur abgelüftet. Anschließend wurden Spritznebel-Tröpfchen und Pulverslurry-Klarlacke-Keil bei 40°C während 10 Minuten vorgetrocknet und dann während 30 Minuten bei 150°C eingebrannt.
Für das Beispiel wurde der Vergleichsversuch wiederholt, nur daß zunächst der Pulverslurry-Klarlack in Keilform und anschließend die Spritznebel appliziert wurden.
Die Welligkeit der Pulverslurry-Klarlackierungen des Beispiels und des Vergleichsversuchs wurde mit Hilfe der Wavescan-Methode gemessen. Zu diesem Zweck wurde ein Laserstrahl unter einem Winkel von 60° auf die Oberfläche gerichtet, und es wurden auf einer Meßstrecke von 10 cm die Schwankungen des reflektierten Lichts im sogenannten long wave-Bereich (0,6 bis 10 mm; Beobachtungabstand: 2,5 m) und im sogenannten short wave-Bereich (0,1 bis 0,6 mm; Beobachtungsabstand: 45 cm) mit Hilfe eines Meßgeräts registriert.
Glanz und Haze wurden reflektometrisch unter einem Winkel von 20° mit einem Reflektometer der Firma BYK nach DIN 67530: 1982-01 oder ISO 2813: 1994 gemessen.
Die Ergebnisse finden sich in der Tabelle 1 (Vergleichsversuch) und in der Tabelle 2 (Beispiel). Der Vergleich der Ergebnisse zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren Pulverslurry-Klarlackierungen mit signifikant besseren optischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften lieferte.
Tabelle 1
Glanz, Hitze und Welligkeit von in üblicher und bekannter Weise hergestellten Pulverslurry-Klarlackierungen (Vergleichsversuch)
Tabelle 2
Glanz, Haze und Welligkeit von in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Pulverslurry-Klarlackierungen (Beispiel)

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen auf Automobilkarosserien, durch
  • A) Applikation eines Wasserbasislacks auf die Karosserie und Trocknung oder partielle Härtung der resultierenden Wasserbasislackschicht
  • B) Applikation eines wäßrigen Pulverslurry-Klarlacks auf die getrocknete oder partiell gehärtete Wasserbasislackschicht und
  • C) Härtung der Schichten (I) und (II) durch Hitze oder Hitze und aktinische Strahlung (Dual Cure),
dadurch gekennzeichnet, daß die Applikation des wäßrigen Pulverslurry-Klarlacks in Verfahrensschritt (II) durch
  • 1. elektrostatische Lackierung der Karosserieaußenteile, gefolgt von
  • 2. pneumatischem Spritzen (Druckluftspritzen) der Karosserieinnenteile, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Lackierung (IIa) mittels eines elektrostatischen Sprühspalts, einer elektrostatischen Sprühglocke oder einer elektrostatischen Sprühscheibe erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Lackierung (IIa) durch Elektrostatik-unterstützte mechanische Zerstäubung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrostatik­ unterstützte mechanische Zerstäubung mit Hilfe von elektrostatischen Hochrotationsscheiben oder Hochrotationsglocken durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Applikation des Wasserbasislacks ein Füller auf die Karosserie appliziert und die resultierende Füllerschicht gehärtet wird oder alternativ ein Füller auf die Karosserie appliziert und die resultierende Füllerschicht getrocknet oder partiell gehärtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein wäßriger Füller verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserbasislack auf Polyurethanbasis verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Karosserie mit einem kathodisch abscheidbaren Elektrotauchlack beschichtet wird, der vor der Applikation des Füllers thermisch gehärtet oder getrocknet oder partiell thermisch gehärtet und dann gemeinsam mit der Füllerschicht eingebrannt wird.
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