DE102009008868B4

DE102009008868B4 - Kraftfahrzeugverkleidungsteil mit Griffschutzbeschichtung und Verfahren zur Beschichtung eines Kraftfahrzeugverkleidungsteils

Info

Publication number: DE102009008868B4
Application number: DE200910008868
Authority: DE
Inventors: Dr. Sander Jürgen; Stefan Bohn; Tanja Daiber; Rainer Volle
Original assignee: NANOGATE AG; Daimler AG
Current assignee: Nanogate Ag De
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2029-02-14
Also published as: DE102009008868A1

Abstract

Kraftfahrzeugverkleidungsteil aus Kunststoff mit metallisierter Oberfläche mit einer darauf befindlichen nichtmetallischen Griffschutzbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffschutzbeschichtung eine Hybridmatrix aus Epoxidharz, Aminoalkylsilan und Alkoxysilan aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugverkleidungsteil mit einer metallischen Oberfläche und einer darauf befindlichen Griffschutzbeschichtung mit Schutz vor Fingerabdrücken und Kratzern ein Verfahren zur Herstellung dieses Kraftfahrzeugverkleidungsteils.
Antifingerprint-Beschichtungen im Kfz-Bereich werden bislang als Chrombeschichtung ausgeführt. Hier ist insbesondere zwischen Beschichtungen am Exterieur und am Interieur der Kraftfahrzeuge zu unterscheiden. Die Beschichtungen werden deshalb eingesetzt, da Chrom den teilweise sehr aggressiven Bedingungen im Kfz-Bereich komplett gut gewachsen ist. So muss eine solche Beschichtung im Kfz-Bereich Niederschlag in Verbindung mit Staubpartikeln und Autoabgasen aushalten können. Diese bislang verwendeten Beschichtungen sind unzureichend, da gerade auf diesen Chrombeschichtungen beispielsweise Fingerabdrücke noch deutlich sichtbar sind.
Unabhängig davon gibt es in anderen technischen Bereichen, wie beispielsweise Sanitäranwendungen Griffschutzbeschichtungen aus bestimmten Polymerzusammensetzungen, die jedoch nicht UV-Licht-beständig sind, und auch den aggressiven Bedingungen im Straßenverkehr nicht gewachsen sind. Diese Griffschutzbeschichtungen aus anderen Bereichen weisen zudem üblicherweise keinen sogenannten Cold-Touch-Effekt auf (Metallgefühl), der im Kfz-Bereich für die Kundenakzeptanz sehr wichtig ist.
DE 20 2006 008 473 U1 beschreibt Fahrzeugkopfstützen aus Stahl, die eine Chrombeschichtung aufweisen.
WO 01/92598 A1 und WO 01/48264 A1 beschreiben eine chromfreie Beschichtungs-Zusammensetzung für Metallsubstrate mit Antifingerprint-Effekt, allerdings nicht explizit für Kraftfahrzeugverkleidungsteile.
Auch WO 01/64356 A1 beschreibt eine Beschichtungszusammensetzung für Metallsubstrate mit Antifingerprint-Effekt.
US 5,772,740 A und US 5,700,525 A beschreiben eine Wachsbeschichtung zur Passivierung von Metalloberflächen zur Vermeidung von Fingerabdrücken nicht für den Automobilbereich.
DE 100 01 381 A1 beschreibt die Herstellung von anorganischen Beschichtungen auf Metall zur Vermeidung von Fingerabdrücken nicht für den Automobilbereich.
WO 2007/073756 A1 und WO 2007/077136 A1 beschreiben eine wässrige Beschichtungszusammensetzung für den Sanitärbereich zur Vermeidung von Fingerabdrücken.
WO 2006/110633 A1 beschreibt eine wässrige Beschichtungs-Zusammensetzung für die Beschichtung von Metallsubstraten zur Vermeidung von Fingerabdrücken nicht für Kraftfahrzeugverkleidungsteile.
DE 10 2008 011 296 A1 beschreibt eine anorganische Beschichtung auf einem Kraftfahrzeug-Bauteil beispielsweise mit „Lotusblüteneffekt”. Diese Oberfläche ist daher extra aufgeraut, so dass Fingerabdrücke leichter sichtbar sind.
DE 10 2005 008 857 A1 beschreibt eine Antifingerprintbeschichtung. In [0039] bis [0043] findet sich auch der Hinweis, dass eine entsprechende Beschichtung geeignet ist, um Metalle zu beschichten, welche als dekorative Oberflächen im Automobilbau Anwendung finden. Die Beschichtung selbst basiert auf Polysilazanen, welche mit Hilfe von Katalysatoren vernetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, gerade für die harten Bedingungen im Automobilbereich für empfindliche Verkleidungsteile im Interieur- und Exterieurbereich eine Beschichtung aufzufinden, die einfach und flexibel aufzubringen ist und den harten Bedingungen trotzt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst in einer ersten Ausführungsform durch ein Kraftfahrzeugverkleidungsteil aus Kunststoff mit metallisierter Oberfläche mit einer darauf befindlichen nichtmetallischen Griffschutzbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffschutzbeschichtung eine Hybridmatrix aus Epoxidharz, Aminoalkylsilan und Alkoxysilan aufweist.
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Griffschutzbeschichtung für ein Kfz-Verkleidungsteil geeignet ist, trotzt sie den widrigen Umständen im Straßenverkehr im Unterschied zu den bekannten Beschichtungen aus dem Sanitärbereich. Durch Handfette verursachte Fingerabdrücke sind nicht mehr sichtbar. Die Oberfläche behält aber dennoch den sogenannten Cold-Touch-Effekt weiter (Gefühl von Metall auf der Oberfläche).
Mit der erfindungsgemäßen Griffschutzbeschichtung können beispielsweise bereits galvanisierte Kunststoffsubstrate versiegelt werden. Die erfindungsgemäße Griffschutzbeschichtung ist resistent gegen Ablösung und gegen verschiedene Reinigungsmittel, Sonnencremes und vor allem Handschweiß. Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Griffschutzbeschichtung eine Verbesserung der J. D. Power Bewertung erzielt werden. Auch die Wertanmutung steigt. Zudem konnte eine höhere Kundenzufriedenheit durch den optischen Eindruck einer Metalloberflächen bei gleichzeitiger Vermeidung von sichtbaren Fingerabdrücken erzielt werden.
Das Substrat umfasst ein Kunststoffsubstrat mit metallisierter Oberfläche. Gegenüber den aus Metall bestehenden Kraftfahrzeugverkleidungsteilen hat dies den Vorteil, dass Gewicht eingespart werden kann und wesentlich günstiger komplizierte Formen umgesetzt werden können.
Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäße Griffschutzbeschichtung aus einer ausgehärteten Griffschutzzusammensetzung, wobei die Griffschutzzusammensetzung

a) 1 bis 40 Gew.-% Silan und/oder Mischung von Silanen,
b) 60 bis 99 Gew.-% organisches Lösungsmittel, und
c) 0 bis 10 Gew.-% Wasser und
d) Epoxidharz

Beispielsweise ist das organische Lösungsmittel ein Alkohol. Der Siedepunkt des Alkohols liegt beispielsweise in einem Bereich von 60 bis 95°C. Der eingesetzte Alkohol ist vorzugsweise Isopropanol. Dadurch konnte eine besonders leichte Verarbeitbarkeit der Griffschutzzusammensetzung gewährleistet werden.
Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, dass durch den niedrigen Wassergehalt und den relativ hohen Alkoholgehalt durch ein im Unterschied zum Stand der Technik geändertes Trocknungsverhalten oder Aushärtungsverhalten der Beschichtung eine wesentlich höhere optische Qualität erhalten wird.
Die Griffschutzbeschichtung weist vorzugsweise Bindemittel (beispielsweise Polymere) auf. Dadurch erhält sie eine gewisse Duktilität und ist im Unterschied zu rein anorganischen Beschichtungen weniger anfällig für Risse und Abplatzungen.
Die erfindungsgemäße Griffschutzzusammensetzung enthält vorzugsweise 3 bis 20 Gew.-% Epoxidharz. Dadurch kann auch in Verbindung mit dem Silanbestandteil bei Erhaltung einer gewissen Duktilität dennoch eine im Vergleich zum Stand der Technik hohe Abriebfestigkeit erhalten werden.
Die erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugverkleidungsteile können innen oder außen angebracht sein. Beispielsweise handelt es sich bei den Verkleidungsteilen um verchromte Verkleidungsteile. Insbesondere sind die Kraftfahrzeugverkleidungsteile gemäß der Erfindung Zierleisten, Knöpfe, Schalter, Griffe, Kühlergrills, Kühlermasken, Felgen und/oder Zierstäbe (beispielsweise an Dach, Tür und/oder Karosse).
Die Schichtdicke der erfindungsgemäßen Griffschutzbeschichtung liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von 1 bis 15 μm, insbesondere in einem Bereich von 2 bis 8 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 5,5 bis 8 μm. Ist die Schichtdicke zu gering, so entspricht die Anmutung oftmals nicht dem gewünschten Design. Ist die Dicke der Griffschutzbeschichtung zu hoch, so kann es zu Rissbildung kommen.
Silan im Sinne der Erfindung bezeichnet vorzugsweise eine Verbindung, bei der das Siliziumatom an drei Valenzen mit Wasserstoff, Alkyl- oder Alkoxygruppen unabhängig voneinander substituiert ist, und die vierte Valenz mit einem beliebigen organischen Rest substituiert ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Mischung von Silanen um eine Mischung aus einem Alkoxysilan und einem Aminoalkylsilan.
Alkoxysilan im Sinne der Erfindung ist ein oben definiertes Silan, wobei die vierte Valenz mit einer Alkoxygruppe substituiert ist. Aminoalkylsilan im Sinne der Erfindung ist ein oben definiertes Silan, wobei die vierte Valenz mit einer Aminoalkylgruppe substituiert ist.
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Aminoalkylsilan um 3-Aminopropyltrimethoxysilan. Bei dem Alkoxysilan handelt es sich vorzugsweise um Tetraethoxysilan. Mit diesen Silanen wurde eine besonders dauerhafte Griffschutzbeschichtung erzielt. Beispielsweise liegt das Mischungsverhältnis von Aminoalkylsilan zu Alkoxysilan in einem Bereich von 1:5 bis 5:1 (in Gewichtsteilen).
Die Beschichtung ist vorzugsweise transparent und unabhängig davon farblos, damit die ästhetische Wirkung des Substrats nicht beeinträchtigt wird.
Die Griffschutzzusammensetzung enthält vorzugsweise 0 bis 2% Wasser. Mit diesem geringen Wasseranteil wurden besonders gute optische Eigenschaften erzielt.
Beispielsweise ist in der Griffschutzzusammensetzung auch 0,1 bis 2% Mattierungsmittel wie beispielsweise SiO₂-Partikel und/oder 0,1 bis 2 Gew.-% Verlaufsmittel wie beispielsweise ein Polysiloxan enthalten.
Die Dicke der Metallisierung auf dem Kunststoffsubstrat liegt beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 200 μm. Die Metallisierung kann beispielsweise aus Chrom sein. Das Material des Kunststoffsubstrats kann ausgewählt sein aus PMMA, ABS, Polystyrol und/oder Polyurethanen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Kraftfahrzeugverkleidungsteils, umfassend die Schritte

– Metallisierung der Oberfläche eines Kraftfahrzeugverkleidungsteils aus Kunststoff,
– Reinigung der Oberfläche des unbeschichteten Kraftfahrzeugverkleidungsteiles, also des Substrats,
– in einem weiteren Schritt Auftrag einer Griffschutzzusammensetzung enthaltend
a) 1 bis 40 Gew.-% Mischung von Silanen aus Alkoxysilan und Aminoalkylsilan
b) 60 bis 96 Gew.-% organisches Lösungsmittel, und
c) 0 bis 10 Gew.-% Wasser,
d) Epoxidharz und
– in einem darauf folgenden Schritt Aushärtung der aufgetragenen Griffschutzzusammensetzung.

Die Aushärtung kann thermisch stattfinden. Die Reinigung des Substrats wird beispielsweise so durchgeführt, dass die Oberfläche staub- und fettfrei ist.
Vorteilhafterweise wiederholt man den Schritt des Auftragens mindestens ein Mal. Dadurch kann eine besondere gleichmäßige Schichtdicke erzielt werden.
Die Griffschutzzusammensetzung härtet man vorzugsweise bei einer Umgebungstemperatur in einem Bereich von 50 bis 100°C thermisch aus.
Unterhalb dieses Temperaturbereiches dauert die Aushärtung zu lange oder ist unvollständig. Oberhalb dieses Bereiches kann es zu unerwünschten Materialveränderungen kommen.
Die Griffschutzzusammensetzung wird beispielsweise durch Sprühen, Tauchen, Rakeln und/oder Vorhanggießen aufgetragen. Vor dem Auftragen kann beispielsweise auch ein Primer, wie beispielsweise eine Korrosionsschutz-Grundierung oder ein Basislack eingesetzt werden. Dadurch wird die Haftung auf dem Untergrund verbessert.
Die Griffschutzzusammensetzung wird beispielsweise wie beim Lackieren nach dem Powerwaschen und Trocknen aufgesprüht. Danach wird das Kraftfahrzeugverkleidungsteil beispielsweise bei 75°C 45 min ausgehärtet und beispielsweise anschließend 5 Tage bei Raumtemperatur gelagert.
Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Beschichtung resistent gegen Ablösung und gegen verschiedene Reinigungsmittel, Sonnencremes und vor allem gegen Handschweiß. Die Oberfläche behält aber weiterhin ihren metallischen Look. Bei der Beschichtungszusammensetzung handelt es sich beispielsweise um eine Hybridmatrix als Lacksystem. Hybridmatrix im Sinne der Erfindung ist eine Matrix, die aus mehreren wesentlichen Bestandteilen besteht. Die Basiszusammensetzung besteht aus einer Epoxidharzmatrix, die mit einer Sol-Gel-Matrix aufgebaut ist, die wiederum aus einem Alkoxysilan und einem Aminoalkylsilan aufgebaut sein kann. Dazu kann noch ein handelsübliches Verlaufsmittel wie beispielsweise flüssiges Polysiloxan gegeben und unabhängig davon ein Mattierungsmittel wie beispielsweise Siliciumoxidpartikel eindispergiert werden.
Weitere übliche Zusätze können zu dem Lacksystem zugegeben werden.
Die Griffschutzzusammensetzung wird beispielsweise auf die Zierleisten mit einem Roboter aufgesprüht. Die Schichtdicke sollte dabei in einem engen Toleranzfeld liegen, damit der optische Eindruck nicht schwankt.
Es kann mit einer handelsüblichen Lackierpistole aufgesprüht werden.
Nachfolgend kann der Lack auf dem Bauteil thermisch beispielsweise bei 80°C ausgehärtet werden. Dabei können die Oberflächen in mehrfachen Lackiervorgängen jeweils dünn beschichtet werden.
Dem Beschichtungsvorgang selbst kann eine gründliche Reinigung der Zierleistenoberflächen vorausgehen.
Ausführungsbeispiele:

Es wurde eine Griffschutzzusammensetzung mit folgenden Bestandteilen hergestellt (in Gew.-%):

2-Propanol		72,0%
3-Aminopropyltrimethoxysilan (AMMO)	Silan	13,0%
Tetraethoxysilan	Silan	5,5%
Epoxid-Bindemittel	Epoxidharz	8,5%
Verlaufsmittel	Flüssiges Polysiloxan	0,5%
Mattierungsmittel	Siliciumdioxid	0,5%

Eine verchromte Innenzierleiste aus ABS mit einer 5 μm dicken Chromschicht wurde gereinigt, bis sie fett- und staubfrei war. Anschließend wurde ein handelsüblicher Primer aufgetragen, um die Haftung auf dem Untergrund zu verbessern. Danach wurde die Griffschutzzusammensetzung mit einer handelsüblichen Lackierpistole aufgesprüht. Dieser Lackiervorgang wurde drei Mal wiederholt. Nachfolgend wurde der Lack auf dem Bauteil 45 min bei 80°C Ofentemperatur thermisch ausgehärtet. Die insgesamt erhaltene Schichtstärke betrug 5 μm.
Anschließend an die Beschichtungsschritte wurde das Teil fünf Tage lang bei Raumtemperatur gelagert.
Es wurde eine Griffschutzbeschichtung erhalten, die hervorragende Antifingerprint-Eigenschaften aufwies und einen neutralen gleichmäßigen optischen Eindruck vermittelt hat.

Claims

Kraftfahrzeugverkleidungsteil aus Kunststoff mit metallisierter Oberfläche mit einer darauf befindlichen nichtmetallischen Griffschutzbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffschutzbeschichtung eine Hybridmatrix aus Epoxidharz, Aminoalkylsilan und Alkoxysilan aufweist.
Kraftfahrzeugverkleidungsteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffschutzbeschichtung ein ausgehärtetes Polysiloxan aufweist.
Kraftfahrzeugverkleidungsteil gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffschutzzusammensetzung 3 bis 20 Gew.-% Epoxidharz enthält.
Kraftfahrzeugverkleidungsteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffschutzzusammensetzung 0,1 bis 2 Gew.-% Mattierungsmittel enthält.
Kraftfahrzeugverkleidungsteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgewählt ist aus Zierleiste, Knopf, Schalter, Griff, Kühlergrill, Kühlermaske, Felge und/oder Zierstab.
Verfahren zur Beschichtung eines Kraftfahrzeugverkleidungsteils, umfassend die Schritte – Metallisierung der Oberfläche eines Kraftfahrzeugverkleidungsteils aus Kunststoff, – Reinigung der Oberfläche des unbeschichteten Kraftfahrzeugverkleidungsteiles, also des Substrats, – in einem weiteren Schritt Auftrag einer Griffschutzzusammensetzung enthaltend a) 1 bis 40 Gew.-% Mischung von Silanen aus Alkoxysilan und Aminoalkylsilan b) 60 bis 96 Gew.-% organisches Lösungsmittel, und c) 0 bis 10 Gew.-% Wasser, d) Epoxidharz und – in einem darauf folgenden Schritt Aushärtung der aufgetragenen Griffschutzzusammensetzung.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schritt des Auftragens mindestens einmal wiederholt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Griffschutzzusammensetzung bei einer Umgebungstemperatur in einem Bereich von 50 bis 100°C thermisch aushärtet.