DE102012104357A1

DE102012104357A1 - Verfahren zur Beschichtung eines Formteils

Info

Publication number: DE102012104357A1
Application number: DE102012104357A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schwartz; Christoph Bunse; Roland Brugger; Serkan Yilmaz; Peter Krauss
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-21
Also published as: WO2013174492A1; DE112013002592A5; DE202012102438U1; WO2013174491A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung wenigstens eines Abschnitts der Oberfläche eines Formteils mit einem Beschichtungsmittel nach folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Formteils; – Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils; – Bereitstellen eines Beschichtungsmittels, das modifiziert ist mit einer Verbindung, enthaltend ein Element der IV.-Gruppe des Periodensystems, das schwerer als Kohlenstoff ist; – Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel; und – Verfestigen des Beschichtungsmittels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Formteils, die Verwendung eines silanmodifizierten Beschichtungsmittels zur Beschichtung eines Formteils, eine Vorrichtung zur Beschichtung der Oberfläche eines Formteils und das Formteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Die Beschichtung von Formteilen ist eine sehr weit verbreitete Technik, die aus verschiedenen Gründen ausgeführt wird.
Die Formteile werden durch die Beschichtung gegen äußere Einflüsse geschützt, bewahren diese beispielsweise vor Korrosion oder der schädlichen Einwirkung von UV-Licht, erhöhen die Widerstandskraft der Formteiloberfläche gegen mechanische Beschädigungen oder werden aus rein optischen Gründen vorgenommen, um das Aussehen des Formteils zu verbessern.
Insbesondere bei Kunststoffformteilen wird eine Beschichtung, meist in Form einer Lackbeschichtung, aus optischen Gründen und auch als Schutz gegen die Einwirkung von UV-Strahlen auf der Oberfläche aufgetragen.
Gerade Bauteile für die Automobilindustrie, insbesondere Außenanbauteilen an der Karosse aus Kunststoff wie beispielsweise Stoßfängerverkleidungen, Kotflügel, Tür- und Schwellerverkleidungen, Spoiler, Hecktür und Motorraum- sowie Kofferraumdeckelverkleidungen, Zierleisten und Relinge im Dachbereich, sowie Bauteile im Bereich der Frontscheibe des Kühlers und die Tankklappe, werden in großem Umfang lackiert, um ein optisch hochwertiges Aussehen zu erzeugen, das insbesondere optisch und farblich mit den lackierten Bauteilen aus Blech der Karosse übereinstimmt und auch, um den Kunststoff vor der schädlichen Einwirkung des UV-Lichts der Sonne zu bewahren.
Bei derartigen Kunststoffaußenanbauteilen an Automobilkarosserien sind verschiedene Kunststoffarten im Einsatz.
Verschiedene Kunststoffe, die insbesondere eine hohe Polarität an der Oberfläche aufweisen, sind vergleichsweise einfach zu lackieren, in diesen Fällen wird eine sehr gute Lackhaftung des Lackmaterials auf der Oberfläche des Formteils erreicht. Die sehr häufig verwendeten, sehr unpolaren Kunststoffe, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen, verlangen dagegen entweder aufwändige Vorbehandlungen, damit eine Lackhaftung erreicht wird, oder aber es sind sehr aufwändige Lacksysteme erforderlich, um dies zu bewerkstelligen.
Die zurzeit vorliegenden technischen Lösungen dieses Problems, die insbesondere auf der Beflammung der Kunststoffoberfläche beruhen, stoßen hier im Hinblick auf die Sicherstellung einer sehr guten Lackhaftung immer mehr an ihre Grenzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Formteils anzugeben, welches die vorstehend genannten Nachteile überwindet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines modifizierten Beschichtungsmittels zur Beschichtung wenigstens eines aktivierten Abschnitts der Oberfläche eines Formteils.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Beschichtung der Oberfläche eines Formteils anzugeben, in der ein Formteil gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtbar ist.
Schließlich ist auch noch Aufgabe der Erfindung, ein Formteil, das entsprechend des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung bereitgestellt wird, anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe gelingt im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise dadurch, dass das Verfahren zur Beschichtung wenigstens eines Abschnitts der Oberfläche eines Formteils mit einem Beschichtungsmittel nach folgenden Verfahrensschritten abläuft:

– Bereitstellen eines Formteils;
– Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils;
– Bereitstellen eines Beschichtungsmittels, das modifiziert ist mit einer Verbindung, enthaltend ein Element der IV.-Gruppe des Periodensystems, das schwerer als Kohlenstoff ist;
– Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel; und
– Verfestigung des Beschichtungsmittels.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Formteils gelingt es, eine Haftung des Beschichtungsmittels auf der Oberfläche des Formteils zu erreichen, die gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert ist.
Im Rahmen der Erfindung hat sich als günstig erwiesen, wenn das Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils durch ein Plasmaverfahren und / oder eine Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels und / oder eine Behandlung mit einem Oxidationsmittel erfolgt.
Bei einem Plasmaverfahren, bei dem energiereiches Plasma auf die Oberfläche des Formteils einwirkt, werden auf dieser Oberfläche aktive Zentren gebildet, die beispielsweise im Falle eines Kunststoffformteils als -OH-Gruppen vorliegen. Daneben werden auch noch andere aktive Zentren gebildet, die beispielsweise als Carbonyl-Gruppen vorliegen.
Ein solches Plasmaverfahren kann beispielsweise in einem bestimmten Vakuumbereich unter Zuführung von elektrischer Energie in einer stark verdünnten Atmosphäre von Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder anderen Gasen vorgenommen werden, wie z. B. beim Niederdruckplasmaverfahren.
Ein weiteres Verfahren zum Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils besteht in der Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels.
Vorzugsweise wird hierzu einer Flamme, wie beispielsweise einer Propangasflamme, die in einer Atmosphäre aus Luft brennt, ein flüchtiges Silan, oder eine Verbindung, die Titan oder Aluminium enthält, zugesetzt.
Aus einem Silan entsteht in der Flamme SiOx, das sich als Aktivierungsmittel auf der aktivierten Oberfläche des Formteils abscheidet.
Hierbei haftet das Aktivierungsmittel in Form von SiOx fest auf der Oberfläche des Formteils.
Durch diese Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels wird die Oberfläche des Formteils, insbesondere des Kunststoffformteils, auch so verändert, dass in ähnlicher Weise wie beim Plasmaverfahren z. B. -OH-Gruppen auf der Oberfläche erzeugt werden.
An der Oberfläche des SiOx-Teilchens auf der Oberfläche des Formteils sind ebenfalls -OH-Gruppen ausgebildet.
Es ist in einer anderen Ausbildungsform der Erfindung auch möglich, die zu beschichtende Oberfläche des Formteils mit Hilfe eines Oxidationsmittels zu behandeln, um diese zu aktivieren.
Als Oxidationsmittel eignet sich in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Verbindung, die ein Halogen, insbesondere Fluor und / oder Chlor enthält oder dieses freisetzt, eine Verbindung, die Sauerstoff enthält oder freisetzt, oder auch eine starke Säure, die in der Lage ist, Zentren aktiver Art auf der Oberfläche des Formteils zu bilden.
Die vorstehend genannten Möglichkeiten zur Aktivierung des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils, das Plasmaverfahren, die Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels und die Behandlung mit einem Oxidationsmittel kann einzeln oder in einer beliebigen Kombination miteinander vorgenommen werden, um auf der Oberfläche des Formteils aktive Zentren zu bilden.
Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergeben, dass eine besonders bevorzugte Aktivierung der Oberfläche des zu beschichtenden Formteils darin besteht, dieses einem Plasmabehandlungsverfahren auszusetzen.
Das Plasmaverfahren kann dazu wie folgt betrieben werden:
Als Atmosphärendruckplasma (AD-Plasma oder Normaldruckplasma) bezeichnet man den Sonderfall eines Plasmas, bei welchem der Druck ungefähr dem der umgebenden Atmosphäre – dem sogenannten Normaldruck – entspricht.
Für die Erzeugung eines solchen Plasmas unterscheidet man verschiedene Anregungsarten:

– AC (Alternating Current) Anregung
– DC-(Direct Current) und Niederfrequenzanregung
– Anregung mit Radiowellen
– Mikrowellenanregung.

Eine erwähnenswerte industrielle Bedeutung haben aber nur Atmosphärendruckplasmen erlangt, die durch AC-Anregung erzeugt werden. Anwendung finden diese bei der Koronaentladung und in Plasmadüsen.
Eine weitere wichtige Anwendung bildet die dielektrisch behinderte Entladung (DBE), welche zur Erzeugung von Ozon oder zu Behandlung von Kunststoffen eingesetzt wird.
Industrielle Anwendung findet die Plasmadüse unter anderem zur Aktivierung und Reinigung von Kunststoff- und Metalloberflächen vor Verklebe- und Lackierprozessen. Auch Bahnware mit Behandlungsbreiten von mehreren Metern lässt sich heute durch Aneinanderreihung vieler Düsen behandeln. Die durch die Plasmadüse erzielte Modifikation der Oberfläche kann dabei durchaus mit den im Niederdruckplasma erzielten Effekten verglichen werden. Der Plasmastrahl kann, abhängig von der Leistung der Düse, bis zu 40 mm lang sein und eine Behandlungsbreite von 15 mm erzielen. Spezielle Rotationssysteme ermöglichen heute eine Behandlungsbreite pro Düse von bis zu 13 cm. Die Plasmaquelle wird je nach erforderlicher Behandlungsleistung im Abstand von 10 bis 40 mm mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 400 m/min relativ zur Oberfläche des zu behandelnden Materials bewegt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Systeme liegt in der so genannten Inlinefähigkeit, das heißt, ein Einbau in bestehende Produktionsanlagen ist meist problemlos möglich. Die Kosten sind hingegen vergleichsweise gering. Zudem ist die erzielbare Aktivierung deutlich höher als bei potentialbehafteten Vorbehandlungsmethoden (Koronaentladung). Seit einigen Jahren besteht auch die Möglichkeit, mit diesen Systemen die unterschiedlichsten Oberflächen zu beschichten. So können Korrosionsschutzschichten und Haftvermittlerschichten auf diverse Metalle lösungsmittelfrei und somit sehr umweltfreundlich aufgetragen werden.
Ein Niederdruckplasma ist ein Plasma, in dem der Druck erheblich niedriger als der Erdatmosphärendruck ist. Niederdruckplasmen zählen zu den nichtthermischen Plasmen. Typische technische Niederdruckplasmen werden im Druckbereich weniger Pascal betrieben, also bei Drücken, die um einen Faktor 10.000 geringer sind als der normale Luftdruck. Typisch für Niederdruckplasmen ist eine mittlere freie Weglänge der Elektronen, die größer als die Debye-Länge ist. Bei Niederdruckplasmen ist infolge des niedrigen Drucks die typische mittlere freie Weglänge so groß, dass Stossprozesse "selten" sind. Entsprechend sind die unterschiedlichen Teilchensorten (Schwerteilchen, Elektronen) nicht im thermischen Gleichgewicht, d. h. besitzen unterschiedliche Temperaturen. Bei technischen Niederdruckplasmen werden über selektive Heizung der Elektronen Elektronentemperaturen von einigen Elektronenvolt (mehreren 10.000 K) erreicht, während die Temperatur des Neutralgases wenig über Zimmertemperatur liegt. Dadurch können auch thermisch sensible Materialien wie Kunststoffe mittels Niederdruckplasmen bearbeitet werden. Wesentlichen Anteil an den technologisch verwertbaren Eigenschaften haben die Plasma-Randschichten, also der Übergangsbereich vom Plasma zur Wand oder zum Werkstoff.
Aus der Druckschrift DE 103 32 921 A1 ist eine Vorrichtung zum Behandeln der Oberfläche von Bauteilen mit Niederdruckplasma in einer mit Prozeßgas füllbaren, eine Öffnung aufweisenden Vakuumkammer bekannt, wobei die Öffnung der Vakuumkammer vor dem Evakuieren und dem Einbringen sowie der Ionisation des Prozeßgases mittels einer in der Vakuumkammer angeordneten und an einen Plasmagenerator angeschlossenen Elektrode von dem Teil der zu behandelnden Bauteiloberfläche dicht verschlossen wird. Dieses bekannte Verfahren soll für großflächige Bauteile mit vertretbarem Anlageaufwand einsetzbar sein. Hierzu wird eine das Bauteil oder die Vakuumkammer bewegende Vorrichtung verwendet, mit der eine Relativbewegung zwischen Bauteiloberfläche und der Öffnung der Vakuumkammer ausgeführt wird, bis die gesamte zu behandelnde Oberfläche des Bauteils einer Behandlung unterzogen worden ist. Da das Bauteil während der Behandlung des Teils der Bauteiloberfläche, das die Öffnung der Vakuumkammer verschließt, an einem die Öffnung der Vakuumkammer umgebenden Dichtungselement wegen des in der Vakuumkammer herrschenden Unterdrucks festgehalten wird, ist vor einer erneuten relativen Bewegung von Bauteil und Bewegungsvorrichtung nach erfolgter Behandlung des Teils der Bauteiloberfläche der Unterdruck in der Vakuumkammer aufzuheben.
Es zeigt sich, dass die Evakuierung der Reaktionskammer der Prozeßglocke mittels der Vakuumpumpe unmittelbar oder mittelbar über die Vakuumkammer vorteilhaft ist.
Es zeigt sich, dass mehrere Prozeßglocken über flexible Zuleitungen mit der Vakuumkammer gekoppelt und zur Behandlung der Oberfläche eines Bauteils oder verschiedener Bauteile gleichzeitig in Einsatz gebracht, vorteilhaft sind. Mit Distanzstücken von etwa 50 cm Länge und einem T-Stück mit wahlweiser ventilgesteuerter Absaugung der Reaktionskammer der Prozeßglocke direkt durch die Vakuumpumpe oder indirekt durch die Vakuumkammer konnte eine Plasmaaktivierung auf Polyethylensubstrat mit Luft nachgewiesen werden. Hierzu wurde erfindungsgemäß jeweils eine Prozeßglocke auf den gegenüberliegenden Flächen einer verhältnismäßig dünnen opaken Polyethylenplatte zu dessen Behandlung gleichzeitig eingesetzt, wobei Luft als Trägermedium in der mit der Vakuumkammer kommunizierenden Reaktionskammer der jeweiligen Prozeßglocke verwendet wurde. Der Nachweis erfolgte einerseits durch die optische Erkennbarkeit des Plasmabrandes durch die dünne opake Polyethylenplatte und andererseits durch die Darstellung der veränderten Benetzbarkeit der behandelten Oberfläche durch eine Testtinte. In entsprechender Weise sind auch Beschichtungs-, Ätz- und Reinigungsprozesse möglich.
In der Reaktionskammer jeder Prozeßglocke kann nach Beendigung der Behandlung des entsprechenden Teils der Bauteiloberfläche die Evakuierung auch aufgehoben werden.
Die Abmessungen der Reaktionskammer des Niederdruck-Plasma-Reaktors hinsichtlich ihrer Länge, Breite und Höhe müssen den zu behandelten Bauteilen entsprechen. Typisch ist der Einsatzdruck in der Reaktionskammer des Niederdruck-Plasma-Reaktors im Bereich von 1 Pa bis 1000 Pa gewählt.
Eine andere ebenso bevorzugte Technik zur Aktivierung der Oberfläche des Formteils besteht darin, die Oberfläche unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels zu beflammen.
Ganz besonders bevorzugt wird hierzu ein Silan dem Brenngas beim Beflammungsvorgang zugesetzt.
Das Silan ist hierbei vorzugsweise aus der Gruppe der Organosilane und Siliciumhydriden ausgewählt.
Aus den Druckschriften DE 1771145 und DE 3802043 sind hierfür geeignete Silane bekannt.
Silane können z. B. Organo-oxysilan, wie Tetra(m)ethoxysilan, Ethyltriethoxysilan, Vinyltri(m)ethoxy-silan, Phenyltri(m)ethoxysilan, Amyltri(m)ethoxysilan, Di(m)ethyldiethoxysilan, Tri(m)ethoxymethylsilan, γ-Glycidoxypropyltri(m)ethoxy-silan, γ-Methacyroyl-oxypropyltrimethoxysilan, Tetra(m)ethyl-divinyl-silazan, Hexa(m)ethyldisiloxan sein.
Silane können z. B. Tetraalkylsilane, wie z. B. Tetra(m)ethylsilan, Tetraphenylsilan und ihre Derivate sein. Auch entsprechende Chlorsilane oder andere Derivate können eingesetzt werden.
Entsprechende Derivate von Siliciumhydriden und entsprechende Titan- und Aluminiumverbindungen können auch eingesetzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die signifikant verbesserte Haftung des Beschichtungsmittels auf der Oberfläche des Formteils dann erreicht wird, wenn ein Beschichtungsmittel eingesetzt werden kann, das silan-modifiziert ist.
Hierzu enthält das Beschichtungsmittel ein Silan aus der Gruppe der allgemeinen Formel (I) und/oder der allgemeinen Formel (II).
Das Beschichtungsmittel enthält wirksame Mengen wenigstens eines Silans der allgemeinen Formel (I) X-R¹-Si(R²)_3-m(R³)_m (I) in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
m 0, 1 oder 2,
R¹ Kohlenwasserstoffkette mit bis zu 10 C-Atomen, die durch Sauerstoff oder Stickstoff unterbrochen sein kann,
R² gleiche oder verschiedene hydrolysierbare Gruppen,
R³ gleiche oder verschiedene C1- bis C5-Alkylgruppen,
X funktionelle Gruppe.
Der Gehalt der erfindungsgemässen Beschichtungsmittel an Silanen (I) ist abhängig vom Gehalt der sonstigen Bestandteile im Beschichtungsmittel.
Statt einer wirksamen Mengen wenigstens eines Silans der allgemeinen Formel (I) kann das Beschichtungsmittel eine wirksame Mengen wenigstens eines Silans der allgemeinen Formel (II) Y-R¹-Si(R²)_3-m(R³)_m (II) in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
m 0, 1 oder 2,
R¹ Kohlenwasserstoffkette mit bis zu 10 C-Atomen, die durch Sauerstoff oder Stickstoff unterbrochen sein kann,
R² gleiche oder verschiedene hydrolysierbare Gruppen,
R³ gleiche oder verschiedene C1- bis C5-Alkylgruppen,
Y funktionelle polymerisierbare Gruppe,
enthalten.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel an Silanen (II) ist abhängig vom Gehalt der sonstigen Bestandteile im Beschichtungsmittel.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Die zwei wichtigsten seien beispielhaft aufgezeigt, ohne sich auf diese zu beschränken.
Zum Einen kann die Modifizierung der Beschichtungsmittel durch Zugabe des modifizierenden Agens (Silan (I)) zu einem herkömmlichen Beschichtungsmittel erfolgen.
Zum Anderen kann die Modifizierung durch Herstellung von Polymerisaten erfolgen, die zweckmäßigerweise so durchgeführt wird, dass man aus Monomeren nach den an sich bekannten Verfahren der (radikalischen) Polymerisation ein Ausgangspolymeres herstellt, das die Modifikation enthält. In dieses Polymer können die Silane (II) in dem Fachmann der Polymerisation können Silicium enthaltende Monomere, vorzugsweise ethylenisch ungesättigte Siloxangruppen enthaltende Monomere, wie sie beispielsweise in der Druckschrift DE-A 195 37 935 genannt sind, eingesetzt werden. Auf den Inhalt dieser Schrift wird in diesem Punkt Bezug genommen. Die Silicium enthaltenden Monomere führen zu einer verbesserten Haftung des Beschichtungen auf verschiedenen Untergründen und können, sofern erwünscht, in Mengen von 0,05 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf die restlichen Monomere, verwendet werden.
Als Silan (I) sei beispielsweise
mit X = NH2, R1 = C3, R2 = OEt, m = 3
3-Aminopropyl-triethoxysilan (z.B. Handelsname DYNASYLAN^® AMEO),
mit X = NH-Aminoethyl, R1 = C3, R2 = OMe, m = 3
N-(2-Aminoethyl-3-aminopropyl)-trimethoxysilan,
mit X = NH2, R1 = C3, R2 = OMe, m = 3
3-Aminopropyl-trimethoxysilan,
mit X = Glycidyl, R1 = C3, R2 = OMe, m = 3
Glycidylpropyltrimethoxysilan,
mit X = Carbamyl, R1 = C3, R2 = OMe, m = 3
N-Methyl[3-(Trimethoxysilyl)propyl]carbamat (z.B. Handelsname Geniosil GF 60) genannt.
Beispiele für Siloxangruppen enthaltende Monomere (II) sind
mit X = Vinyl, R1 = variabel, R2 = Alkoxy, m = 3
die Vinyltrialkoxysilane,
z. B. X = Vinyl, R2 = OMe, m = 3
Vinyltrimethoxysilan (z. B. Handelsname Geniosil XL 10),
mit X = Alkylvinyl, R1 = variabel, R2 = Alkoxy, R3 = Alkyl, m = 2
die Alkylvinyldialkoxysilane,
z. B. X = Alkylvinyl, R1 = variabel, R2 = Alkoxy, R3 = Alkyl, m = 2 oder
mit X = (Meth)acryloxy, R1 = variabel, R2 = Alkoxy, m = 3
die (Meth)acryloxyalkyltrialkoxysilane,
z. B. X = (Meth)acryloxy, R1 = C2, R2 = OMe, m = 3 (Meth)acryloxyethyltrimethoxysilan,
mit X = (Meth)acryloxy, R1 = C3, R2 = OMe, m = 3 (Meth)acryloxypropyltrimethoxysilan genannt.
Die Modifizierungsmittel der allgemeinen Formel (I) und (II) können auch mit Inhaltsstoffen herkömmlicher Beschichtungsmittel, wie z. B. (Iso)cyanatgruppen vorteilhafterweise reagieren.
Analoge Titan- oder Aluminiumverbindungen können ebenfalls eingesetzt werden.
Es hat sich dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise ergeben, wenn das Silan dem Beschichtungsmittel zugesetzt wird oder das Silan bei der Herstellung des im Beschichtungsmittel enthaltenen Bindemittels in dieses einpolymerisiert oder an diesem fixiert, z. B. durch Umsetzung nach der Polymerisation, wird.
Polymere enthaltend Monomere (II) sind auf verschiedene Weise herstellbar. Beispielsweise können Polymere enthaltend Monomere (II) durch Polymerisationsverfahren, wie z. B. Lösungspolymerisation oder Emulsionspolymerisation hergestellt werden.
Polymere können mit Modifizierungsmittel der allgemeinen Formel (I) und (II) auch nach der Polymerisation modifiziert werden.
Beschichtungsmittel werden in an sich üblicher Weise hergestellt. Sie enthalten je nach Anwendung, Applikation und gewünschtem Eigenschaftsprofil Bindemittel, Pigmente, Füllstoffe, Extender, Hilfsstoffe, Additive und gegebenenfalls weitere Einsatzstoffe. Der Herstellprozess ist üblich.
Beschichtungsmittel in flüssiger Form sind im Grundsatz auf Basis von Lösemittel und auf Wasserbasis möglich. Die vorliegende Erfindung kann sowohl für Beschichtungsmittel auf Lösemittelbasis (Lösemittellacksysteme) als auch für Beschichtungsmittel auf Wasserbasis (Hydrolacksysteme) angewendet werden.
Typische Beschichtungsmittel auf Lösemittelbasis (Lösemittellacksysteme) enthalten als flüssige Phase Lösemittel(gemische). Daneben enthalten Lösemittellacksystem üblicherweise Bindemittel, Pigmente, Füllstoffe, Extender, Hilfsstoffe, Additive und gegebenenfalls weitere Einsatzstoffe. Sie können in vielfältiger Art und Weise hergestellt werden. Typische Beschichtungsmittel auf Wasserbasis (Hydrolacksysteme) enthalten als flüssige Phase Wasser. Daneben enthalten Hydrolacksysteme üblicherweise Bindemittel, Pigmente, Füllstoffe, Extender, Hilfsstoffe, Additive und gegebenenfalls weitere Einsatzstoffe. Ein Beispiel für einen weiteren Einsatzstoff kann gegebenenfalls der Zusatz von kleinen Mengen an Lösemittel sein. Grund dafür kann in der Verarbeitung, kann auch in der Filmbildung liegen. Hydrolacksysteme können in vielfältiger Art und Weise hergestellt werden.
Die Modifikation der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel beschränkt sich nicht auf solche Bindemittel, die mit der aktivierten Oberfläche in Kontakt kommen. Diese können im Allgemeinen Grundierungen (Primer) oder Erstbeschichtungen sein. Auch Beschichtungsmittel, die auf die Grundierung (Primer) oder Erstbeschichtung, als Zweitbeschichtung aufgetragen werden, können modifiziert sein. Die Zwischenhaftung zwischen der Grundierung (Primer) oder Erstbeschichtung und der Zweitbeschichtung wird verbessert, besonders dann, wenn sowohl das Beschichtungsmittel, die als Grundierung (Primer) oder Erstbeschichtung dient, als auch das Beschichtungsmittel der Zweitbeschichtung erfindungsgemäß modifiziert ist. In mehrschichtigen Aufbauten des Beschichtungssystem können dementsprechend auch Dritt-, Viert- und weitere Beschichtungen entsprechend der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.
Darüber hinaus wird die Zwischenhaftung zwischen der Grundierung (Primer) oder Erstbeschichtung und der Zweitbeschichtung auch dann verbessert, wenn die Oberfläche nicht aktiviert wurde, besonders dann, wenn sowohl das Beschichtungsmittel, die als Grundierung (Primer) oder Erstbeschichtung dient, als auch das Beschichtungsmittel der Zweitbeschichtung erfindungsgemäß modifiziert ist.
Der Einsatz eines Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche und die Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und Anwendung einer erfindungsgemäßen Modifizierung, zeigt nach Verfestigung des Beschichtungsmittels eine deutliche Verbesserung der Haftungseigenschaften. Diese ist deutlich besser, als allein der Einsatz des Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche oder alleine die Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und einer silicium-organische Verbindung, aus der durch Hydrolyse ein Silanol entsteht. Der Einsatz des Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche und die Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und einer silicium-organische Verbindung, aus der durch Hydrolyse ein Silanol entsteht, weisen überraschenderweise synergetische Effekte nach Verfestigung des Beschichtungsmittels auf.
Aus den Prüfergebnissen gemäß Tabelle 3 und 4 geht hervor, dass der Einsatz des Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche und Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und einer silicium-organische Verbindung, aus der durch Hydrolyse ein Silanol entsteht, nach dem Trocknen eine deutliche Verbesserung der Haftungseigenschaften bewirkt.
Diese Verbesserung ist deutlich besser, als allein der Einsatz des Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche oder alleine die Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und einer silicium-organische Verbindung, aus der durch Hydrolyse ein Silanol entsteht.
Eine Verbesserung der Zwischenhaftung mit den erfindungsgemäßen Mitteln ist deutlich besser als herkömmliche Systeme.
Beim Inkontakttreten des silanmodifizierten Beschichtungsmittels mit der aktivierten Oberfläche des Formteils, die zu beschichten ist, kommt es zur Ausbildung von Siloxanbrücken zwischen der aktivierten Oberfläche des Formteils und dem Silan des Beschichtungsmittels.
Hierdurch wird die signifikant verbesserte Haftung des Beschichtungsmittels auf der Oberfläche des Formteils erreicht.
Die Zeit zwischen den einzelnen Verfahrensschritten

– Bereitstellen eines Formteils
– Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils
– Bereitstellen eines Beschichtungsmittels, das modifiziert ist mit einer Verbindung, enthaltend ein Element der IV.-Gruppe des Periodensystems, das schwerer als Kohlenstoff ist;
– Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel und
– Verfestigung des Beschichtungsmittels

Als ein Beispiel sei die Beschichtung von Kunststoffteilen genannt. Nach Bereitstellen des Formteils kann dieses unter bestimmten Bedingungen monatelang gelagert werden, in der Praxis dürfte sich die Lagerzeit aber im Bereich von Minuten bis Tage bewegen. Nach der Aktivierung des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils kann dieses über lange Zeit unter bestimmten Bedingungen vor der Beschichtung gelagert werden, in der Praxis dürfte sich die Lagerzeit aber im Bereich von Minuten bis Tage bewegen. Nach Auftrag der Beschichtung auf den aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils wird die Verfestigung des Beschichtungsmittels durchgeführt.
Die Beschichtung des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils ist mittels verschiedener Techniken möglich. Beispielweise kann die Beschichtung durch Rollen, Sprühen, Tauchen, Pinseln, Walzen oder weiteren den Anforderungen gerecht werdenden Bedingungen durchgeführt werden.
Die Verfestigung des Beschichtungsmittels auf dem aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils kann nach verschiedenen Techniken erfolgen. Beispielweise kann die Verfestigung durch Bestrahlung, Einwirken von Wärme, Ventilation zur Abführung von verdampfenden Anteilen, die im Beschichtungsmittel enthalten sind, oder Konvektion durchgeführt werden.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die Verwendung eines silanmodifizierten Beschichtungsmittels zur Beschichtung wenigstens eines aktivierten Abschnitts der Oberfläche eines Formteils nach dem Verfahren – wie oben beschreiben – anzugeben.
Die Erfindung löst die Aufgabe, die Verwendung eines modifizierten Beschichtungsmittels zur Beschichtung wenigstens eines aktivierten Abschnitts der Oberfläche eines Formteils anzugeben, wobei das Verfahren – wie vorstehend beschrieben – angewandt wird.
Die Erfindung löst auch die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Beschichtung wenigstens eines Abschnitts der Oberfläche eines Formteils mit einem Beschichtungsmittel anzugeben. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils und eine Einrichtung zum Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel gemäß des vorstehend beschriebenen Verfahrens auf.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Formteil, dessen Oberfläche wenigstens abschnittsweise mit einem Beschichtungsmittel beschichtet ist, wobei das Formteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren – wie vorstehend beschrieben – hergestellt ist.
Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei der Lackierung von Bauteilen für die Automobilindustrie, insbesondere Außenanbauteilen an der Karosse aus Kunststoff, wie beispielsweise Stoßfängerverkleidungen, Kotflügel, Tür- und Schwellerverkleidungen, Spoiler, Hecktür- und Motorraum- sowie Kofferraumdeckelverkleidungen, Zierleisten und Relinge im Dachbereich, sowie Bauteile im Bereich der Frontscheibe, des Kühlers und bei Tankklappen.
Diese werden in großem Umfang lackiert, um ein optisch hochwertiges Aussehen zu erzeugen, wobei insbesondere eine optische Übereinstimmung mit den lackierten Bauteilen aus Blech der Karosse gefordert wird. Derartige lackierte Kunststoffbauteile sollen eine lange Haltbarkeit aufweisen, ohne dass es durch den Einfluss der Witterung und Sonneneinstrahlung zu unerwünschten optischen Veränderungen oder Haftungsverlusten der Lackschicht vom Kunststoffsubstrat kommt.
Auch in anderen Bereichen kann die Erfindung Anwendung finden. Neben dem Einsatz im Fahrzeugbau für den Personen- und Gütertransport, beispielsweise für Busse, Lastwagen und Schienenfahrzeugen, sind bevorzugte Anwendungen auch im Luftfahrzeugbau, im Schiffsbau, im Maschinenbau, in der Konsumgüter- und Freizeitgüterindustrie, sowie im Möbelbau und für Bauten- und Industriebeschichtungen gegeben.
Vorteilhaft kann die Erfindung auch bei der Beschichtung von Bauten, sowie auch auf metallischen Körpern und Flächen eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Zur Verdeutlichung der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Beispiele beschrieben.
Die Erfindung bezieht sich auf die folgenden Beispiele.
Die Beispiele dienen nur zur Beschreibung und beschränken in keiner Weise den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Kunststoffoberflächen oder Beschichtungen. Die Angabe von Teilen ist immer als Gewichtsteile zu verstehen.
Haftungsmodifizierte Beschichtungsmittel
Die haftungsmodifizierten Beschichtungsmittel als auch die sonstig verwendeten Beschichtungsmittel können je nach Anwendung und gewünschtem Eigenschaftsprofil auf Basis von Lösemittel oder auf Basis von Wasser rezeptiert sein.
Die haftungsmodifizierten Beschichtungsmittel und auch die sonstig verwendeten Beschichtungsmittel stehen in flüssiger Form zur Applikation bereit. Sie enthalten Bindemittel, Pigmente, Füllstoffe, Additive und Zuschlagstoffe.
Je nach Anwendung und gewünschtem Eigenschaftsprofil kann ein mehrschichtiger Beschichtungsaufbau gewählt werden.
Ohne sich auf diese zu beschränken, wird das erfindungsgemäße Prinzip an Hand eines Zwei- und Drei-Schichtaufbaus erläutert.
Ein Drei-Schichtaufbau setzt sich aus

– Grundierung,
– Basislack, und
– Klarlack

Je nach Anwendung und gewünschtem Eigenschaftsprofil zeigt die vorliegende Erfindung, dass die Modifizierung einer oder mehrerer Lackschichten, sei es Grundierung und/oder Basislack und/oder Klarlack, bessere Haftung und verbesserte Eigenschaften aufweisen, als vergleichbare Aufbauten ohne Modifizierung.
Durch die erfindungsgemäße Modifizierung von mehr als einer Lackschicht, wie z. B. die erfindungsgemäße Modifizierung der Grundierung und die erfindungsgemäße Modifizierung des Basislacks wird nicht nur die Haftung zum Substrat, sondern auch die Zwischenhaftung verbessert.
Ein Zwei-Schichtaufbau setzt sich aus

– Basislack, und
– Klarlack

Je nach Anwendung und gewünschtem Eigenschaftsprofil zeigt die vorliegende Erfindung, dass die Modifizierung einer oder beider Lackschichten eine bessere Haftung und verbesserte Eigenschaften aufweisen, als vergleichbarem Aufbauten ohne Modifizierung. Durch die erfindungsgemäße Modifizierung von mehr als einer Lackschicht, wie z. B. die erfindungsgemäße Modifizierung des Basislacks und die erfindungsgemäße Modifizierung des Klarlacks wird nicht nur die Haftung zum Substrat, sondern auch die Zwischenhaftung verbessert.
Rohstoffe
I. Lackmaterialien

I.1) Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig erhalten von KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG.
I.2) Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4 erhalten von KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG.
I.3) Wörwag Hochglanzklarlack 11141 erhalten von KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG.

II. Silan für Gasflamme

II.1) Pyrosil CH Liquid erhalten von der SURA GmbH Jena.

III. Silan für die Lackmodifikation

III.1) Geniosil GF 60 erhalten von Wacker Chemie.

Herstellung der Kunststoffoberflächen mit guten Lackhaftungen (Vergleichsexperiment 1, 2 und 4 und erfindungsgemäße Beispiele 3 und 5) Für alle Beispiele wurde das gleiche Substrat aus Polypropylen, Füllstoff, Pigment, Stabilisierungsmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Copolymer in einer tpyischen Zusammensetzung für zu lackierende Automobilaussenteile extrudiert und in Platten der Größe 20 cm·5 cm·0,3 cm spritzgegossen.
In Abhängigkeit der Beispiele wurden die hergestellten Platten beflammt und anschließend mit Beschichtungsmitteln versehen bzw. einer Plasmabehandlung unterzogen und anschließend mit Beschichtungsmitteln versehen.
Aktivierung

1. Gasflamme: Die Beflammung der Plättchen des Versuchs 1 erfolgte mittels Propan als Trägergas mit 240 l min^–1 Luft und 9.5 l min^–1 Propan und einem Brennerabstand von 90 mm von der Substratoberfläche.
2. Py: Die Beflammung der Plättchen des Versuchs 2 bis 5 unter Verwendung der siliciumorganischen Verbindung Pyrosil CH Liquid der Fa. SURA (Py) erfolgte mittels Propan als Trägergas mit 240 l min^–1 Luft und 9.5 l min^–1 Propan mit einem Anteil von 0,6 % Pyrosil bezogen auf Propangas, bei einem Brennerabstand von 90 mm (Brennerbreite 200 mm) von der Substratoberfläche, wobei die Plättchen mit einer Geschwindigkeit von 300 mm sec^–1 zweimal auf einem Wagen liegend durch die Flamme gezogen wurden.
3. Plasma: Die Plasmabehandlung wurde in einem Gerät PA 2000 der Fa. Plasma Technology bei 0,1 mbar unter Sauerstoffatmosphäre für 1 min. bei 3 kW durchgeführt.

Nach Aktivierung wurden die Plättchen in Abhängigkeit der Beispiele der vorliegenden Erfindung bzw. der Vergleichsbeispiele mit Primer, Basislack und Klarlack unter folgenden Bedingungen beschichtet:
Primer: Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig, im Kreuzgang wurden mit der Pistole so gespritzt, dass die Schichtdicke von 12 µm erreicht wurden. Es wurde für 25 min bei 85 °C getrocknet und dann wurde in Abhängigkeit der Beispiele der Basislack aufgetragen.
Basislack: Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4, im Kreuzgang wurden mit der Pistole so gespritzt, dass die Schichtdicke von 15 µm erreicht wurden. Es wurde für 20 min bei 75°C getrocknet und dann wurde der Klarlack aufget ragen.
Klarlack: Wörwag Hochglanzklarlack 11141, im Kreuzgang wurde mit der Pistole so gespritzt, dass die Schichtdicke von 30 µm erreicht wurde. Es wurde für 30 min bei 85 °C getrocknet.
Modifizierter Primer: 1452 g des unbehandelten Primer Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig wurden mit 11 g GF 60 unter Rühren versetzt und 1 Stunde unter Rühren vorbereitet. Von dem modifizierten Primer wurden im Kreuzgang mit der Pistole so gespritzt, dass die Schichtdicke von 12 µm erreicht wurde. Es wurde für 25 min bei 85 °C getrocknet und dann wurde in Abhängigkeit der Beispiele der Basislack aufgetragen.

Modifizierter Basislack: 1517 g des unbehandelten Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4 wurden mit 10 g GF 60 unter Rühren versetzt und 1 Stunde unter Rühren vorbereitet. Von dem modifizierten Basislack wurde im Kreuzgang mit der Pistole so gespritzt, dass die Schichtdicke von 15 µm erreicht wurde. Es wurde für 20 min bei 75 °C getrocknet und dann wurde der Klarlack aufgetragen.

Beispiele	Aktivierung	Primer	Basislack	Klarlack
1 Vergleichsbeispiel	Gasflamme	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
2 Vergleichsbeispiel	Py	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
3	Py	Modifizierter Primer	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
4 Vergleichsbeispiel	Py	Kein Primer	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
5	Py	Kein Primer	Modifizierter Basislack	Wörwag Hochglanz klarlack 11141

Tabelle 1 Beschichtungssystem (Gasflamme = Aktivierung durch Beflammung (s. o.),
Py = Aktivierung durch Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels (s. o.))

Beispiele	Aktivierung	Primer	Basislack	Klarlack
1 Vergleichsbeispiel	Gasflamme	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
2 Vergleichsbeispiel	Plasma	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
3	Plasma	Modifizierter Primer	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
4 Vergleichsbeispiel	Plasma	Kein Primer	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141
5	Plasma	Kein Primer	Modifizierter Basislack	Wörwag Hochglanz klarlack 11141

Tabelle 2 Beschichtungssystem (Gasflamme = Aktivierung durch Beflammung (s. o.),
Plasma = Aktivierung durch Plasmabehandlung (s. o.))

Die beschichteten Platten wurden folgenden Tests unterzogen:
Dampfstrahlprüfung (HDW)
In Anlehnung an DIN 55662 wurde die Dampfstrahlprüfung (HDW) durchgeführt.
Dieser Test dient zur Prüfung der Lackhaftung von decklackierten oder beschichteten Kunststoffaußenteilen und zur Delaminationsprüfung.
Durchführung:

A Probenvorbereitung: plan, Größe > 5 cm × 13 cm (bauteil- und geometrieabhängig), Ausnahmen möglich
B Beschädigung: Andreaskreuz (in Anlehnung an DIN 55662 1. Ritz > 12 cm, 2. Ritz > 5 cm)
C Positionierung: starr, deckend über einen Ritz, Strahlzentrum über Schnittpunkt des Andreaskreuz, Positionierung Probekörper und Dampfstrahllanze wurden während gesamter Prüfung fixiert
D Prüfung: Probekörper wurde mit vorgegebenen Prüfparametern (Volumenstrom, Temperatur, Strahllänge und -breite, DIN 55662) belastet.
E Auswertung: visuelle Begutachtung unter Vergleich mit Standardbildern
F Bewertung: Auswertung erfolgte mittels Vergleich mit Standardbildern der DIN 55662, dabei ist

Kennwert 0 und 1 = grün	Haftung sehr gut
Kennwert 2 = gelb	Haftung gut
Kennwert 3 bis 5 = rot	Haftung schlecht.

Prüfparameter:
Prüfparameter nach DIN 55662 Verfahren B
Der Gerätedruck wurde mit der vorgeschriebenen Düse so geregelt werden, dass der vorgegebene Volumenstrom eingehalten wurde. Auf eine Angabe des Prüfdrucks wurde bewusst verzichtet, da dieser über den Volumenstrom und die Prüfdüse definiert ist. Schnittgerät: Für alle Werkstoffe Ritzstichel nach Sikkens, Klinge 1 mm. Mögliche Hersteller
Fa. Erichsen oder Fa. mtv Messtechnik.
Prüfdüse: wurde gemäß DBL 5416 verwendet
Hersteller: Spraying Systems GmbH
Paul-Strähle-Straße10
73614 Schorndorf
Tel. 07181/40970
Bezeichnung: PowerWashJet
Bestellnummer: ¼ PMEG-2506
Beruhigungsstrecke: linear, min. 30 cm vor Düse
Strahlbild: siehe DIN 55662
Strahlkraftverteilung: trapezförmig, keine Druckspitzen
Dampfstrahlprüfung nach Temperaturwechseltest (HDW nach TWT)
Die Prüfdauer waren 3 Zyklen. Jeder Zyklus bestand aus 15 h 105 °C; 30 min. 23 ± 2 °C; 8 h–40 °C; 30 min. 23 ± 2 °C, anschließend erfolg te die oben beschriebene Dampfstrahlprüfung.

Kennwert 0/0 Haftung sehr gut

Kennwert 1/1 und 2/1 Haftung gut

Kennwert 3/1 Haftung schlecht.
Gitterschnitt mit Klebebandabrissprüfung (GT)
In Anlehnung an DIN EN ISO 2409 wurde ein Gitterschnitt mit Klebebandabrissprüfung (GT) durchgeführt.
Die zu beurteilende Fläche wurde vor dem Anbringen des Gitterschnitts mit Isopropanol gereinigt und ca. 15 Min. bei 23 ± 2 °C getrocknet. Der Gitterschnitt wurde mit einem Mehrschneidengerät, Schneidenabstand 1,5 mm (unabhängig der Beschichtungsdicken) rechtwinklig, ausgeführt. Die Schnitttiefe lag bis in das Substrat. Für den Gitterschnitt mit Klebebandabrissprüfung wurde das 19 mm breite Tesaband Typ 4657 grau, der Fa. Beiersdorf Hamburg, verwendet. Vor dem Aufbringen des Tesabandes wurde darauf geachtet, dass die bis in das Substrat reichenden Ritzspuren mit einer Bürste und einem zusätzlich geeigneten Gegenstand, z.B. Fingernagel geglättet wurden. Es wurde gewährleistet, dass das Tesaband vollflächig auf der Lackierung anlag, von Hand fest angedrückt wurde, sowie mit dem Fingernagel fest in die Ritzspuren eingedrückt wurde und ruckartig, mit hoher Geschwindigkeit, senkrecht nach oben abgerissen wurde. Beim Gitterschnitt wurde das Tesaband, entsprechend den Ritzspuren in Längs- und Querrichtung aufgeklebt und abgerissen.
Ging der Haftungsprüfung eine Klima-, Heißwasser- oder sonstige Prüfung voraus, wurde eine Regenerationszeit von 24 h bei 23 ± 2 °C einge halten.

Kennwert 2 Haftung gut

Kennwert 3 Haftung befriedigend

Kennwert 4 Haftung schlecht.

Die Ergebnisse der Dampfstrahlprüfung, der Dampfstrahlprüfung nach Temperaturwechseltest und des Gitterschnitts mit Klebebandabrissprüfung sind in den Tabellen 3 und 4 zusammengefasst.

Beispiel	Aktivi.	Primer	Basislack	Klarlack	HDW	HDW nach TWT	GT
Vgl.	Gasflamme	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	3/1	0/0	4
Vgl.	Py	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	2/2	2/1	3
	Py	Modifizierter Primer	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	2/1	1/1	2
Vgl.	Py	Kein Primer	Wörwag Basislack Iridiumsilber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	2/1	3/1	4
	Py	Kein Primer	Modifizierter Basislack	Wörwag Hochglanz klarlack 11141	2/0	2/1	2

Tabelle 3 Prüfergebnisse

Beispiel	Aktivi.	Primer	Basislack	Klarlack	HDW	HDW nach TWT	GT
1 Vgl.	Gasflamme	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridium- Silber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	3/1	0/0	4
2 Vgl.	Plasma	Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig	Wörwag Basislack Iridium-silber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	2/1	2/0	3
3	Plasma	Modifizierter Primer	Wörwag Basislack Iridium-silber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	0/0	2/1	2
4 Vgl.	Plasma	Kein Primer	Wörwag Basislack Iridium-silber DAG T4	Wörwag Hochglanzklarlack 11141	0/4	4/5	4
5	Plasma	Kein Primer	Modifizierter Basislack	Wörwag Hochglanz klarlack 11141	0/0	0/0	2

Tabelle 4 Prüfergebnisse

Aus den Prüfergebnissen gemäß Tabelle 3 und 4 geht hervor, dass der Einsatz des Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche und Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und einer silicium-organische Verbindung, aus der durch Hydrolyse ein Silanol entsteht, nach dem Trocknen eine deutliche Verbesserung der Haftungseigenschaften bewirkt.
Diese Verbesserung ist signifikant.
Der alleinige Einsatz des Silans in der Aktivierungsphase der Kunststoffoberfläche oder die alleinige Applikation einer Mischung bestehend aus Bindemittel, gegebenenfalls Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und einer silicium-organische Verbindung, aus der durch Hydrolyse ein Silanol entsteht, führen nicht zu der oben aufgezeigten Haftungsverbesserung.
Die Verbesserung der Zwischenhaftung mit den erfindungsgemäßen Mitteln ist deutlich erhöht gegenüber herkömmlichen Systemen.
Orientierende Versuche mit analogen titan- bzw. aluminium-organischen Verbindungen haben gezeigt, dass diese genauso wirken und dieselben Haftungsverbesserung bringen, wie die silicium-organischen Verbindungen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Hierzu zeigen:
1a und 1b eine schematische Querschnittansicht eines Formteils mit seiner Oberfläche;
2a und 2b eine schematische Querschnittansicht eines Formteils mit einer aktivierten Oberfläche;
3a und 3b eine schematische Querschnittansicht eines Formteils mit einer aktivierten Oberfläche, wobei sich ein Tropfen des Beschichtungsmittels der Oberfläche nähert; und
4 und 4b eine schematische Querschnittansicht des Formteils mit der Oberfläche, wobei die Oberfläche mit dem Beschichtungsmittel bedeckt ist.
In 1a und 1b ist schematisch ein Formteil 1 in einer Querschnittsansicht dargestellt, das eine Oberfläche 2 aufweist.
In der jeweiligen Beschreibungen der Fig. ist es stets so aufzufassen, dass der Index a für die Aktivierung der Oberfläche durch eine Plasmabehandlung und der Index b für eine Aktivierung der Oberfläche durch eine Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels steht.
In 2a und 2b ist schematisch in einer Querschnittsansicht gezeigt, dass nach einem Aktivierungsschritt auf der Oberfläche 2 des Formteils 1 -OH-Gruppen ausgebildet sind.
Die -OH-Gruppen liegen vereinzelt auf der Oberfläche 2 des Formteils 1 vor.
In 2b ist zusätzlich dargestellt, dass ein SiOx-Teilchen 3 auf der Oberfläche 2 des Formteils 1 haftend angelagert ist.
Das SiOx-Teilchen 3 ist hierbei durch Beflammung unter Abscheidung des SiOx-Teilchens, das als Aktivierungsmittel dient, gebildet und an der Oberfläche 2 des Formteils 1 abgeschieden worden.
Das SiOx-Teilchen 3 weist auf seiner Oberfläche seinerseits -OH-Gruppen auf, wovon eines in der 2b dargestellt ist.
In 3a und 3b ist gezeigt, dass ein silanmodifiziertes Beschichtungsmittel 4 in Form eines Tröpfchens der aktivierten Oberfläche 2 des Formteils 1 angenähert wird. Dazu ist das silanmodifizierte Beschichtungsmittel 4 in einem Lackierprozess z. B. durch eine Zerstäubungstechnik in Tropfenform zerteilt und in Richtung auf die aktivierte Oberfläche 2 des Formteils 1 beschleunigt worden.
In allen beigefügten Figuren sind die Bezugszeichen gleich zugeordnet, so dass im Folgenden auf einen Teil der Bezugszeichen verzichtet werden kann.
Das silanmodifizierte Beschichtungsmittel 4 wird hierbei in Richtung auf die aktivierte Oberfläche 2 des Formteils 1 bewegt.
Wie vorstehend in der 2a und 2b beschrieben, weist die aktivierte Oberfläche 2 des Formteils 1 -OH-Gruppen auf bzw. – wie in 3b gezeigt – ein auf der Oberfläche 2 anhaftendes SiOx-Teilchen 3 auf, das seinerseits -OH-Gruppen aufweist.
In 4a und 4b ist in einer schematischen Querschnittansicht gezeigt, dass das Beschichtungsmittel 5 mit der Oberfläche 2 des Formteils 1 in Kontakt gebracht ist und die Oberfläche 2 des Formteils 1 benetzt und sich auf der Oberfläche 2 ausgebreitet hat.
Die in dem silanmodifizierten Beschichtungsmittel 4, wie in 3a und 3b dargestellt, enthaltenen Silangruppen, die schematisch mit Si gekennzeichnet sind, haben mit den durch die Aktivierung der Oberfläche 2 dort gebildeten -OH-Gruppen zu Siloxanbrücken, gekennzeichnet als Si-O, abreagiert.
Dies ist sowohl – wie in 4a gezeigt – für den Fall der Plasmaaktivierung der Oberfläche 2 geschehen, wobei diese Oberfläche -OH-Gruppen trägt.
In gleicher Weise ist dies gemäß 4b auf der aktivierten Oberfläche 2 des Formteils 1 geschehen, die durch eine Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels – hier der SiOx-Teilchen 3 – aktiviert wurde.
Das Silan des Beschichtungsmittels 4 in 3b hat hier ebenso mit der -OH-Gruppe des SiOx-Teilchens 3 auf der Oberfläche 2 des Formteils 1 zu einer Siloxanbrücke, gekennzeichnet als Si-O, abreagiert.
In analoger Weise wie in 4a sind -OH-Gruppen, die direkt auf der aktivierten Oberfläche 2 des Formteils 1 gemäß 3b vorlagen, mit dem Silan zu Siloxanbrücken in 4b abreagiert.
Durch das Vorliegen der Siloxanbrücken wird die signifikant verbesserte Haftung des Beschichtungsmittels 5 auf der Oberfläche 2 des Formteils 1 erreicht.
Nicht gezeigt ist, dass der anschließende Härtungs- bzw. Trocknungsschritt das Beschichtungsmittel ggf. bezüglich seines Volumens kontrahiert, indem Lösemittel und / oder Wasser daraus verdampfen oder in einer anderen Technik eine Phasenveränderung bewerkstelligt wird, die das Beschichtungsmittel festigt.
Bezugszeichenliste

1: Formteil
2: Oberfläche
3: SiOx-Teilchen
4: Beschichtungsmittel
5: Beschichtungsmittel, in Kontakt gebracht mit der Oberfläche 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10332921 A1 [0034]
DE 1771145 [0042]
DE 3802043 [0042]
DE 19537935 A [0054]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 55662 [0105]
DIN 55662 [0106]
DIN 55662 [0106]
DIN 55662 [0106]
DIN 55662 [0108]
DIN EN ISO 2409 [0110]

Claims

Verfahren zur Beschichtung wenigstens eines Abschnitts der Oberfläche eines Formteils mit einem Beschichtungsmittel nach folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Formteils; – Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils; – Bereitstellen eines Beschichtungsmittels, das modifiziert ist mit einer Verbindung, enthaltend ein Element der IV.-Gruppe des Periodensystems, das schwerer als Kohlenstoff ist; – Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel; und – Verfestigen des Beschichtungsmittels.
Verfahren zur Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren durch ein Plasmaverfahren und / oder eine Beflammung unter Abscheidung eines Aktivierungsmittels und / oder eine Behandlung mit einem Oxidationsmittel erfolgt.
Verfahren zur Beschichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung des Aktivierungsmittels bei der Beflammung ein flüchtiges Silan, oder eine Verbindung, die Titan oder Aluminium enthält, dem Brenngas zugesetzt wird.
Verfahren zur Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Beschichtungsmittel ein Silan aus der Gruppe der Verbindungen gemäß (I) und / oder (II) X-R¹-Si(R²)_3-m(R³)_m (I) Y-R¹-Si(R²)_3-m(R³)_m (II) enthält, wobei für das Silan (I) gilt m 0, 1 oder 2, R¹ Kohlenwasserstoffkette mit bis zu 10 C-Atomen, die durch Sauerstoff oder Stickstoff unterbrochen sein kann, R² gleiche oder verschiedene hydrolysierbare Gruppen, R³ gleiche oder verschiedene C1- bis C5-Alkylgruppen, X funktionelle Gruppe und für Silan (II) gilt m 0, 1 oder 2, R¹ Kohlenwasserstoffkette mit bis zu 10 C-Atomen, die durch Sauerstoff oder Stickstoff unterbrochen sein kann, R² gleiche oder verschiedene hydrolysierbare Gruppen, R³ gleiche oder verschiedene C1- bis C5-Alkylgruppen, Y funktionelle Gruppe.
Verfahren zur Beschichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Silan (I) dem Beschichtungsmittel zugesetzt wird, und / oder das Silan (II) bei der Herstellung des im Beschichtungsmittel enthaltenen Bindemittels in dieses einpolymerisiert oder an diesem fixiert wird.
Verfahren zur Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Siloxanbrücken zwischen der aktivierten Oberfläche des Formteils und dem Silan des Beschichtungsmittels ausgebildet werden.
Verfahren zur Beschichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel darauf eine weitere Schicht eines Beschichtungsmittels, das modifiziert ist mit einer Verbindung, enthaltend ein Element der IV.-Gruppe des Periodensystems, das schwerer als Kohlenstoff ist, aufgetragen wird.
Verwendung eines Beschichtungsmittels, das modifiziert ist mit einer Verbindung, enthaltend ein Element der IV.-Gruppe des Periodensystems, das schwerer als Kohlenstoff ist, zur Beschichtung wenigstens eines aktivierten Abschnitts der Oberfläche eines Formteils nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Vorrichtung zur Beschichtung wenigstens eines Abschnitts der Oberfläche eines Formteils mit einem Beschichtungsmittel mit einer Einrichtung zum Aktivieren des zu beschichtenden Abschnitts der Oberfläche des Formteils und einer Einrichtung zum Beschichten des aktivierten Abschnitts der Oberfläche des Formteils mit dem Beschichtungsmittel gemäß des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Formteil, dessen Oberfläche wenigstens abschnittsweise mit einem Beschichtungsmittel beschichtet ist, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.