DE102010051677A1

DE102010051677A1 - Method for curing and activating radiation-curable e.g. multi-layered coated coloring paint, involves irradiating basecoat with UV radiation such that basecoat is cured and surface of basecoat is simultaneously activated by plasma

Info

Publication number: DE102010051677A1
Application number: DE201010051677
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Michael (FH) Deger; Dipl.-Ing. Kegreiss Werner; Dr. Ritter Josef; Michael Sachse; Claudia Witt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-05-24

Abstract

The method involves applying a basecoat on a substrate. Plasma is generated using a composition that provides emission of UV radiation from the plasma and causes activation of a surface of the basecoat, where the emission of the UV radiation from the plasma takes place in a wavelength range that is suitable for curing the basecoat. The basecoat is irradiated with the UV radiation such that the basecoat is cured and the surface of the basecoat is simultaneously activated by the generated plasma.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung und Aktivierung von strahlungshärtbaren Basislacken.The invention relates to a method for curing and activating radiation-curable basecoats.

Aus dem Stand der Technik ist gemäß der US 2007/0104957 A1 ein Verfahren zur Bildung einer strahlungshärtbaren Beschichtung bekannt. Dabei wird eine Plasmapolymer-Beschichtung auf einem Substrat aufgebracht, wobei polymerisierbare funktionelle Gruppen an der Oberfläche verbleiben. Darauf wird eine strahlungshärtbare Zusammensetzung aufgebracht, die eine Komponente aufweist, die mit den verbleibenden polymerisierbaren funktionellen Gruppen reagiert, wenn im letzten Schritt die strahlungshärtbare Zusammensetzung mittels Strahlung gehärtet wird. Gegenüber solchen strahlungshärtbaren Zusammensetzungen bzw. Lacken sind strahlungshärtbare Basislacke am Markt nicht erhältlich. Kommerziell erhältliche Basislacke weisen in der Regel eine geringe Kompatibilität mit bekannten strahlungshärtbaren Lacken, wie beispielsweise Klarlacken oder Decklacken, auf.From the prior art is according to the US 2007/0104957 A1 a method of forming a radiation-curable coating is known. In this case, a plasma polymer coating is applied to a substrate, wherein polymerizable functional groups remain on the surface. Then, a radiation-curable composition is applied which has a component which reacts with the remaining polymerisable functional groups when, in the last step, the radiation-curable composition is cured by radiation. Radiation-curable basecoats are not available on the market in comparison with such radiation-curable compositions or paints. Commercially available basecoats generally have poor compatibility with known radiation-curable lacquers, such as, for example, clearcoats or topcoats.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, durch das die Kompatibilität von Basislacken mit strahlungshärtbaren Lacken verbessert werden kann.Based on this prior art, the object is to provide a method by which the compatibility of basecoats with radiation-curable coatings can be improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Härtung und Aktivierung von strahlungshärtbaren Basislacken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by a method for curing and activating radiation-curable basecoats with the features of claim 1. Further developments are set forth in the subclaims.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Härtung und Aktivierung von strahlungshärtbaren Basislacken, das mehrere Schritte umfasst. In einem ersten Schritt wird der Basislack auf ein Substrat aufgebracht. In einem nächsten Schritt wird ein Plasma generiert, das eine Zusammensetzung hat, die eine Emission von UV-Strahlung aus dem Plasma bereitstellt. In einem weiteren Schritt wird der Basislack mit der UV-Strahlung bestrahlt. Damit erfolgen das UV-strahlungsinduzierte Härten des Basislacks und gleichzeitig das Aktivieren der Oberfläche des Basislacks mittels des generierten Plasmas. Damit wird vorteilhaft und verfahrensökonomisch in einem einzigen Prozessschritt der Basislack strahlungsgehärtet und seine Oberfläche gleichzeitig derart modifiziert, dass sie einen guten Haftgrund für eine nachfolgende Überbeschichtung bildet.In particular, the invention relates to a process for curing and activating radiation-curable basecoats comprising a plurality of steps. In a first step, the basecoat is applied to a substrate. In a next step, a plasma is generated which has a composition that provides emission of UV radiation from the plasma. In a further step, the basecoat is irradiated with the UV radiation. Thus, the UV radiation-induced curing of the basecoat and simultaneously activating the surface of the basecoat by means of the generated plasma done. Thus, the basecoat is radiation-hardened in an advantageous and process-economical manner in a single process step and at the same time its surface is modified such that it forms a good primer for a subsequent overcoating.

Die aus dem Stand der Technik bekannten strahlungshärtbaren Lacke, insbesondere lösemittelfreie strahlungshärtbare Lacke, haften nur schlecht auf konventionellen Basislacken. Dies liegt daran, dass sie selbst nicht in der Lage sind, die Oberfläche geeignet zu aktivieren. So scheidet zum Beispiel die Möglichkeit der Aktivierung des Basislacks durch Anlösen mittels Einwirkens von Lösungsmitteln aus. Durch das Aktivieren der Lackoberfläche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Voraussetzung geschaffen, die Kompatibilität von Basislack und weiteren Lacken zu verbessern und auf dem Basislack ein homogenes Lacksystem mit einem oder mehreren weiteren Lacken aufzubauen.The radiation-curable coatings known from the prior art, in particular solvent-free radiation-curable coatings, adhere poorly to conventional basecoats. This is because they themselves are unable to properly activate the surface. For example, eliminates the possibility of activation of the basecoat by dissolution by the action of solvents. By activating the paint surface according to the method of the invention, the prerequisite is created to improve the compatibility of basecoat and other paints and build on the basecoat a homogeneous paint system with one or more other paints.

Das eingesetzte Plasma wird gleichzeitig als Emissionsquelle für die UV-Strahlung, die zum Härten des Basislacks verwendet wird, und zum Aktivieren der Oberfläche eingesetzt. Da das Härten des Basislacks und das Aktivieren seiner Oberfläche in einem einzigen Verfahrensschritt erfolgen, ist das vorliegende Verfahren effizienter als Verfahren aus dem Stand der Technik.The plasma used is simultaneously used as an emissive source of the UV radiation used to cure the basecoat and to activate the surface. Since the hardening of the basecoat and activation of its surface occur in a single process step, the present process is more efficient than prior art processes.

In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt des Auswählens einer Plasmazusammensetzung. Beim Auswählen wird berücksichtigt, dass die Emission der UV-Strahlung aus dem Plasma in einem Wellenlängenbereich erfolgt, der für das Härten des Basislacks geeignet ist. Auf diese Weise kann die Plasmazusammensetzung auf das Material der Basislacke abgestimmt werden, die abhängig von ihrer stofflichen Beschaffenheit Strahlung verschiedener Wellenlängenbereiche zum Härten benötigen.In a further development, the method comprises the step of selecting a plasma composition. When selecting, it is considered that the emission of UV radiation from the plasma takes place in a wavelength range which is suitable for curing the basecoat. In this way, the plasma composition can be matched to the material of the basecoats which, depending on their material properties, require radiation of different wavelength ranges for hardening.

Vorteilhaft erfolgt das Aktivieren der Oberfläche durch Ändern des physikalischen und/oder chemischen Zustands der Oberfläche des Basislacks, durch Ändern der Morphologie des Basislacks und/oder durch Ändern des Ladungszustands der Oberfläche des Basislacks.Advantageously, the activation of the surface occurs by altering the physical and / or chemical state of the surface of the basecoat, by changing the morphology of the basecoat, and / or by changing the state of charge of the surface of the basecoat.

Die Veränderung des physikalischen und/oder chemischen Zustands der Oberfläche des Basislacks kann durch chemisches Reagieren des Plasmas mit der Oberfläche des Basislacks erreicht werden. Dadurch werden reaktive Gruppen an der Oberfläche des Basislacks und/oder Hydrophilie, Hydrophobie, Lipophilie oder Lipophobie zur Verfügung gestellt.The change in the physical and / or chemical state of the surface of the basecoat can be achieved by chemically reacting the plasma with the surface of the basecoat. As a result, reactive groups on the surface of the basecoat and / or hydrophilicity, hydrophobicity, lipophilicity or lipophobia are provided.

Für das Aufbringen eines weiteren Lacks auf die aktivierte Oberfläche des Basislacks kann es vorteilhaft sein, wenn reaktive Gruppen an der Oberfläche vorhanden sind, die mit Bestandteilen des aufzubringenden weiteren Lacks reagieren und somit eine homogene Verbindung der Lackschichten sicherstellen. Das Benetzungsverhalten des aufzubringenden weiteren Lacks auf der Oberfläche des Basislacks hängt unter anderem von deren Hydrophilie, Hydrophobie, Lipophilie oder Lipophobie ab. Der aufzubringende Lack kann sich abhängig von seiner stofflichen Beschaffenheit gleichmäßiger verteilen, wenn die Oberfläche des Basislacks eine dieser Eigenschaften aufweist. Neben der chemischen Verbindung zwischen Basislack und aufzubringendem Lack kann eine veränderte Morphologie der Oberfläche, beispielsweise eine Aufrauung, zusätzlich zu einer mechanischen Verbindung zwischen Basislack und aufzubringendem Lack beitragen. Ein geänderter Ladungszustand der Lackoberfläche kann die Fließ- und Hafteigenschaften des aufzubringenden Lacks ebenfalls vorteilhaft beeinflussen.For the application of a further lacquer to the activated surface of the basecoat, it may be advantageous if reactive groups are present on the surface which react with constituents of the additional paint to be applied and thus ensure a homogeneous connection of the paint coatings. The wetting behavior of the additional lacquer to be applied to the surface of the basecoat depends, inter alia, on its hydrophilicity, hydrophobicity, lipophilicity or lipophobia. The paint to be applied may be distributed more uniformly depending on its material properties, if the surface of the basecoat is one of these Features. In addition to the chemical bond between the basecoat and the paint to be applied, an altered surface morphology, for example a roughening, can additionally contribute to a mechanical bond between the basecoat and the paint to be applied. A changed state of charge of the paint surface can also advantageously influence the flow and adhesive properties of the paint to be applied.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird in zwei Schritten ein weiterer ebenfalls strahlungshärtbarer Lack auf die aktivierte Oberfläche des Basislacks aufgebracht und der Lack mittels UV-Strahlung bestrahlt und gehärtet. Durch die aktivierte Oberfläche des Basislacks kann mit dem weiteren Lack in vorteilhafter und einfacher Weise ein zwei- oder mehrschichtiges Lacksystem mit homogener Verteilung der Lackschichten bereitgestellt werden. Generell ist es denkbar, dass der weitere Lack ebenfalls mittels durch ein Plasma erzeugte UV-Strahlung gehärtet und gleichzeitig oberflächenaktiviert wird, um eine weitere Lackschicht aufzutragen. Die zur Aushärtung des weiteren Lacks erforderliche UV-Strahlung kann aber auch von einer anderen Strahlungsquelle stammen, insbesondere, wenn für eine oberste Schicht keine Oberflächenaktivierung erwünscht ist. Dabei ist es denkbar, dass sich ein zur Härtung des weiteren Lacks erforderlicher Wellenlängenbereich der UV-Strahlung von dem zur Härtung des Basislacks unterscheidet.In a further embodiment of the method, a further, likewise radiation-curable lacquer is applied to the activated surface of the basecoat in two steps and the lacquer is irradiated and cured by means of UV radiation. Through the activated surface of the basecoat can be provided with the further paint in an advantageous and simple way a two- or multi-layer paint system with homogeneous distribution of the paint layers. In general, it is conceivable that the further lacquer is also cured by means of UV radiation generated by a plasma and at the same time surface-activated in order to apply a further lacquer layer. However, the UV radiation required for curing the further lacquer can also originate from another radiation source, in particular if no surface activation is desired for a topmost layer. It is conceivable that a wavelength range of the UV radiation required for hardening the further lacquer differs from that for hardening the base lacquer.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung weiter ausgeführt.These and other advantages will be further elaborated by the following description.

Unter „Basislack” im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein farbgebender Lack in einem zwei- oder mehrschichtigen Lacksystem verstanden. Die Farbgebung des Basislacks erfolgt in der Regel durch verschiedene Arten von Farbstoffen und/oder Pigmenten. Zudem können neben einem Binder und einem Lösungsmittel weitere Hilfsmittel im Basislack wie Benetzungsmittel, Wachse, Füller, Mattierungsmittel oder dergleichen enthalten sein."Basecoat" in the context of the present invention is understood to mean a colorant lacquer in a two-coat or multi-coat lacquer system. The coloring of the basecoat is usually carried out by various types of dyes and / or pigments. In addition, auxiliaries in the basecoat, such as wetting agents, waxes, fillers, matting agents or the like may be present in addition to a binder and a solvent.

Der Basislack wird in der Regel durch eine oder mehrere weitere Lackschichten bedeckt, insbesondere durch eine Klarlackschicht. Diese weitere/n Lackschicht/en hat/haben die Aufgabe, das Lacksystem gegen Witterungseinflüsse sowie chemische und mechanische Belastungen zu schützen. Abhängig von der Art des Klarlacks wird ein glänzendes oder mattes Erscheinungsbild erzeugt.The basecoat is usually covered by one or more further resist layers, in particular by a clearcoat. This further lacquer layer (s) has / have the task of protecting the coating system against weather influences as well as chemical and mechanical loads. Depending on the type of clear coat, a glossy or dull appearance is created.

Als Substrat, auf das der Basislack in dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht wird, kann jedes geeignete Material verwendet werden. Es kann auf unterschiedliche Art vorbehandelt sein und/oder eine Grundierung aufweisen. Das Aufbringen des Basislacks erfolgt nach einem für den jeweiligen Lack geeigneten Verfahren aus dem Stand der Technik, beispielsweise durch Sprühen oder Tauchen. Das Substrat wird nach dem Aufbringen des Basislacks in eine Plasmakammer eingebracht, wo der Basislack durch die vom Plasma emittierte UV-Strahlung gehärtet und gleichzeitig durch das Einwirken des Plasmas selbst an seiner Oberfläche aktiviert wird.As the substrate to which the base coat is applied in the method of the present invention, any suitable material may be used. It may be pretreated in different ways and / or have a primer. The application of the basecoat is carried out according to a method suitable for the respective paint from the prior art, for example by spraying or dipping. After applying the basecoat, the substrate is introduced into a plasma chamber, where the basecoat is hardened by the UV radiation emitted by the plasma and at the same time activated by the action of the plasma itself on its surface.

Neben der Einsparung eines separaten Verfahrensschritts zur Härtung des Basislacks besteht ein weiterer Vorteil der Anwendung eines Plasmas zur Oberflächenaktivierung darin, dass die durch das Plasma bewirkten Reaktionen weitgehend auf die Oberfläche des Basislacks beschränkt bleiben. Eine tiefer gehende Beeinflussung der Basislackschicht oder gar des Substrats wird vermieden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken der Oberflächenaktivierung, welche häufig Chemikalien, beispielsweise zum Ätzen, einsetzen, arbeitet die Plasmaaktivierung zudem umweltfreundlicher, da nur geringe Mengen verbrauchter Chemikalien anfallen.In addition to saving a separate process step for curing the basecoat, another advantage of using a plasma for surface activation is that the reactions caused by the plasma are largely confined to the surface of the basecoat. A more profound influence on the basecoat film or even the substrate is avoided. In contrast to conventional surface activation techniques, which often use chemicals, for example for etching, plasma activation also works more environmentally friendly, as there are only small amounts of used chemicals.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2007/0104957 A1 [0002]

Claims

Method for curing and activating radiation-curable basecoats, comprising the steps Applying the basecoat to a substrate, Generating a plasma with a composition that provides emission of UV radiation from the plasma and causes activation of the surface of the basecoat, - Irradiating the basecoat with the UV radiation, thereby curing the basecoat and simultaneously activating the surface of the basecoat by means of the generated plasma.

Method according to claim 1, comprising the step - Selecting the composition of the plasma so that the emission of UV radiation from the plasma takes place in a wavelength range that is suitable for curing the basecoat.

Method according to claim 1 or 2, wherein the activation of the surface is performed by at least one of the following steps: Changing the physical and / or chemical state of the surface of the basecoat, Changing the morphology of the surface of the base coat, - Changing the state of charge of the surface of the basecoat.

The method of claim 3, wherein altering the physical and / or chemical state of the surface of the basecoat by chemically reacting the plasma with the surface of the basecoat, thereby affording reactive groups on the surface of the basecoat and / or hydrophilicity, hydrophobicity, lipophilicity or lipophobia the surface of the basecoat are provided.

Method according to at least one of claims 1 to 4, comprising the steps Applying a further UV radiation-curable lacquer to the activated surface of the base lacquer, and - Irradiating the other paint with UV radiation and thus hardening of the other paint.