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Die
Erfindung betrifft eine Beschichtungszusammensetzung und die Oberflächenbeschichtung
selbst für ein Kfz-Bauteil aus Kunststoff, insbesondere
aus Polymethylmethylacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder ungesättigtem
Polyesterharz (UP), sowie das entsprechende Verfahren zur Herstellung
der Oberflächenbeschichtung.
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Die
Oberfläche von Flugzeugen, insbesondere Segelflugzeugen,
Windkraftanlagen oder Kraftfahrzeugen ist der Witterung in besonders
starkem Maße ausgesetzt. Hagel, Schnee und extreme Sonnen-
bzw. UV-Belastung greifen die Oberflächen dieser Fahrzeuge
oder Anlagen an. Vielfach werden daher in besonders sensiblen Bereichen
wie etwa dem Segelsport regelmäßig die Flugzeugoberflächen
vergütet; dort wird nach Abschluss der Flugsaison der Flugzeuglack
zur Aufrechterhaltung der Flugfähigkeit durch aufwändige
Schleif- und Polierprozesse und ggf. durch das Auftragen einer neuen
Lackschicht erneuert. Diese sogenannten Vergütungsprozesse
werden in regelmäßigen Intervallen durchgeführt,
um die Oberflächengüte zu erhalten.
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Um
Oberflächen in verbessertem Maße zu schützen,
wird daher etwa in der
DE
10 2004 011 212 A1 eine Beschichtung auf Perhydropolysilazan-Basis
beschrieben, mit der insbesondere lackierte Oberflächen oder
Felgen aus Aluminium behandelt werden, um diese vor Kratzern und
Korrosion zu schützen und die Reinigung zu erleichtern.
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Bei
Kraftfahrzeugen sind neben der Lackfläche und den Felgen
auch Bauteile aus Kunststoffen, beispielsweise Stoßstangen,
Zierleisten oder Bauteile an Heckdeckeln der intensiven Witterungsbelastung
ausgesetzt und sollten daher zur Reduktion der Korrosionsgefahr
in verstärktem Umfang durch entsprechende Oberflächenbehandlungen
geschützt werden. Aber gerade bei Kraftfahrzeug-Bauteilen
aus Kunststoffen ergibt sich eine besondere Schwierigkeit, diese
mit einer für ihre Verwendung geeigneten Oberfläche
herzustellen. Diese Kfz-Bauteile weisen nach dem Herstellungsprozess
auf ihrer Oberfläche oft Poren, Riefen oder sogar Wellen
auf. Aufgrund dieser herstellungsbedingten Struktur kann an diesen
Oberflächen sehr gut Schmutz anhaften, zudem weisen diese
Oberflächen auch aufgrund ihrer Porenstruktur, und damit
einer sehr großen Oberfläche, eine geringe Resistenz
gegen Witterungseinflüsse auf.
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Bei
Flug-, oder Kraftfahrzeugen trägt der Zustand der Oberfläche
auch nicht unwesentlich zum Luftwiderstand der bewegten Objekte
bei. Daher ist es auch von Bedeutung die Vergütung der
Oberflächen so auszulegen, dass sehr glatte Oberflächen
gebildet und auch im Betrieb langzeitig aufrecht erhalten werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine
Beschichtungszusammensetzung zur Schaffung einer Oberflächenbeschichtung
für Kfz-Bauteile aus Kunststoff bereitzustellen, die herstellungsbedingte
unerwünschte Oberflächenstrukturen, wie Poren,
Riefen oder Wellen ausgleicht und zudem einen guten Schutz vor Verschmutzung
und Witterungseinflüssen bietet, wobei sehr glatte Oberflächen
gebildet und auch im Betrieb aufrecht erhalten werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Beschichtungszusammensetzung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst, Ferner ist es wünschenswert,
eine entsprechende Oberflächenschicht selbst herzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Oberflächenbeschichtung auf
einem Kraftfahrzeug mit Außenhautbauteilen mit den Merkmalen
des Anspruchs 5 gelöst.
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Ein
entsprechendes Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche
von Kunststoff-Bauteilen für Kraftfahrzeuge wird durch
das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 geschaffen.
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Weiterbildungen
der Beschichtungszusammensetzung, der Oberflächenbeschichtung
und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen
ausgeführt.
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Eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzung zur Bereitstellung einer Oberflächenbeschichtung
für ein Kfz-Bauteil aus einem Kunststoff wie Polymethylmethylacrylat
(PMMA), Polycarbonat (PC) oder aus ungesättigten Polyesterharzen
(UP) enthält daher wenigstens ein Polysilazan der Formel
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Bei
n handelt es sich dabei um eine natürliche Zahl; n ist
so groß, dass das Polysilazan ein mittleres Molekulargewicht
von 150 bis 150000 g/mol aufweist.
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Das
Polysilazan der Formel (1) ist erfindungsgemäß mit
1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt
mit 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung,
enthalten; als weitere Komponenten können Lösungsmittel
und/oder ein Katalysator enthalten sein.
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Als
Lösungsmittel eignen sich besonders organische Lösungsmittel,
die kein Wasser sowie keine reaktiven Gruppen wie Hydroxyl- oder
Amingruppen enthalten. Lösungsmittel mit solchen Gruppen
könnten bereits mit dem Polysilazan unter Bildung von Silanen,
Wasserstoff und Ammoniak reagieren und so die Beschichtungszusammensetzung
unbrauchbar machen. Bei den in Frage kommenden Lösungsmitteln
handelt es sich beispielsweise um aliphatische oder aromatische
Kohlenwasserstoffe wie Ester, Ethylacetat oder Butylacetat, Ketone
oder Ether oder auch Mischungen aus diesen Lösungsmitteln.
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Der
Katalysator kann mit 0,001 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht
des Polysilazans, enthalten sein, wobei der Katalysator die Umwandlung
von Polysilazan in Siliziumdioxid bei Temperaturen, wie beispielsweise
Raumtemperatur, ermöglicht. Als Katalysatoren kommen N-heterozyklische
Verbindungen wie 1-Methylpiperazin oder Acylamine oder auch organische
und anorganische Säuren, wie Essigsäure oder Buttersäure in
Frage.
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Auch
Co-Bindemittel und weitere Additive können enthalten sein
um die Flexibilität des Polysilazans zu erhöhen,
ohne dass die positiven Eigenschaften der Beschichtungszusammensetzung,
die eine Schicht mit Korrosionsschutzwirkung, Schmutzabweisung Kratzbeständigkeit
schaffen soll, verloren gehen.
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Bei
dem Co-Bindemittel kann es sich um ein Organo-Polysilazan der Formel
2 handeln: -(FSiR'R''-NR''')n- (2).
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Dabei
können R', R'', R''' gleich oder unterschiedlich und entweder
Wasserstoff oder organische Reste sein, mit der Maßgabe,
dass R', R'' und R''' nicht gleichzeitig Wasserstoff sein dürfen:
Dabei ist n ferner so bemessen, dass das Organo-Polysilazan ein
mittleres Molekulargewicht von 150 bis 150.000 g/mol aufweist.
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Bei
dem Co-Bindemittel kann es sich auch um ein anderes Bindemittel,
wie beispielsweise Cellulose-Derivate, insbesondere Cellulose-Acetobutyrat,
Polyester, Phenol- oder Melaminharze, Acrylate, Epoxide oder Polyisocyanate
handeln.
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Die
Beschichtungszusammensetzung kann neben dem bereits beschriebenen
Co-Bindemittel weitere Additive enthalten, die zum Beispiel die
Viskosität der Beschichtungszusammensetzung, die Filmbildung
oder das Abluftverhalten beeinflussen. Die Beschichtungszusammensetzung
kann so sehr gezielt auf die beschichtende Oberfläche und
den gewünschten Effekt angepasst werden.
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Die
Beschichtungszusammensetzung, die durch Aufsprühen, Streichen
oder Wischen auf die Oberfläche eines Kfz-Bauteils aus
Polymethylmethylacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder ungesättigten
Polyesterharzen (UP) aufgebracht wird, bildet eine gehärtete
Oberflächenbeschichtung aus. Diese weist vorzugsweise eine
Dicke von mindestens 1 μm, bevorzugt 2 bis 30 μm,
besonders bevorzugt 3 bis 10 μm auf und gewährleistet
so einen ausreichenden Schutz vor Korrosion, Verschmutzung und gleicht
so die herstellungsbedingten Oberflächenprobleme wie Wellenbildung,
Porenbildung oder Kratzer unter Ausbildung einer extrem amorphen, eingeebneten,
d. h. glatten Oberfläche, aus.
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Das
Auftragen der Beschichtungszusammensetzung auf das Bauteil kann
beispielsweise einfach mit Hilfe eines Mikrofasertuchs oder eines
Schwamms erfolgen. Nach dem Aufbringen der Beschichtung härtet diese
je nach Zusammensetzung bei Raumtemperatur bereits innerhalb von
einer Stunde aus. Durch Temperaturerhöhung und Änderung
der Zusammensetzung kann diese Härtezeit noch weiter beeinflusst
werden. Es ist aber darauf zu achten, dass eine Temperaturerhöhung,
die das Aushärten beschleunigen kann, nicht zu einer Erweichung
des Kfz-Bauteils führt.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Kraftfahrzeug mit
oberflächenbeschichteten Außenhautbauteilen dar.
Diese Außenhautbauteile sind besonders bevorzugt aus einem
Kunststoff aus der Gruppe umfassend Polymethylmethylacrylat (PMMA),
Polycarbonat (PC) und ungesättigte Polyesterharze (UP) aufgebaut.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass
die Außenhautbauteile aus Kunststoffen, Verbundwerkstoffen
oder Metallen eine Lackierung mit einem Kraftfahrzeuglack tragen,
auf welcher die Oberflächenbeschichtung aufgetragen ist.
Die Oberflächenbeschichtung weist dabei als Bindemittel ein
Polysilazan der folgenden Formel auf.
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Diese
und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des
Gegenstands.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Reaktion des Polysilazans mit der zu
beschichtenden Oberfläche,
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2 die
unterschiedliche Schmutzhaftung an einer beschichteten und einer
unbeschichteten Oberfläche,
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3 eine
Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer teilweise beschichteten
Oberfläche.
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1 zeigt
die Reaktion des Polysilazans, das eine konstituierende Komponente
der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist,
mit der zu beschichtenden Oberfläche eines Kfz-Bauteils aus
einem Kunststoff, etwa aus Polymethylmethylacrylat (PMMA), Polycarbonat
(PC) oder ungesättigtem Polyesterharz (UP).
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Die
NH-Gruppen des Polysilazans reagieren mit den polaren Gruppen der
zu beschichtenden Oberfläche unter Ausbildung einer kovalenten
Bindung zwischen dem Substrat und der Beschichtung. Die Beschichtung
haftet so sehr fest an der Oberfläche. Diese sehr gute
Haftung ist eine Voraussetzung für die Verwendung des Polysilazans
zur Beschichtung von Kfz-Bauteilen, da die Bauteile oftmals neben
den Witterungseinflüssen auch mechanischen Beanspruchungen
unterliegen. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die
feste Haftung auch auf den meisten konventionellen Kraftfahrzeuglacken
erfolgt. Sie stellt zudem sicher, dass die gewünschten
verbesserten Oberflächeneigenschaften vorzugsweise während
der gesamten Lebensdauer des beschichteten Bauteils erhalten bleiben.
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2 zeigt
die Unterschiede in der Schmutzanhaftung auf einer beschichteten
und einer unbeschichteten Oberfläche. Es ist deutlich zu
erkennen, dass der Schmutz auf der unbeschichteten Oberfläche
(oben) sehr viel besser haftet als auf der mit einer Beschichtung
versehenen Oberfläche (unten). Die stark amorphe Oberfläche
der Beschichtung verhindert eine Anlagerung und Anhaftung des Schmutzes
auf der Oberfläche.
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3 zeigt
eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer teilweise mit einer
Beschichtung versehenen Oberfläche. Es ist deutlich zu
erkennen, dass die Beschichtung eine sehr glatte amorphe Schicht
ausbildet, im Gegensatz zu der sehr unregelmäßigen
unbeschichteten Bauteiloberfläche. Die durch die Beschichtung
amorphe eingeebnete, sehr glatte Oberfläche hat neben der
Reduzierung der Schmutzanhaftung und der Erhöhung der Resistenz
gegen Witterungseinflüsse noch den positiven Effekt, dass
auch der Luftwiderstand des Bauteils durch die Beschichtung reduziert
wird. Dies ist gerade im Kraftfahrzeugbau ein großer Vorteil. Durch
die Reduzierung des Luftwiderstandes von Fahrzeugen wird auch insbesondere
ihr Treibstoffverbrauch herabgesetzt.
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Insgesamt
ist die erfindungsgemäße Beschichtung sehr gut
für Kraftfahrzeugbauteile aus den beschriebenen Kunststoffen
geeignet, die durch ihre erhöhte Resistenz gegen Witterungseinflüsse
eine längere Lebensdauer aufweisen und weniger verschmutzen;
ferner wird durch die Beschichtung eine Verringerung des Luftwiderstandes
der Kunststoffbauteile erreicht und so der Treibstoffverbrauch des
Kraftfahrzeugs reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004011212
A1 [0003]
wobei es sich bei n um eine Zahl handelt und n so bemessen wird, dass das Polysilazan ein mittleres Molekulargewicht von 150 bis 150000 g/mol aufweist. Ferner wird eine Oberflächenbeschichtung für ein Kfz-Bauteil offenbart, die durch die Beschichtungszusammensetzung geschaffen wird, und ein entsprechendes Beschichtungsverfahren.
