DE102018207815A1

DE102018207815A1 - Mehrschichtige, farb- und/oder effektgebende Lackierung sowie Verfahren zur Bildung einer Basislackschicht

Info

Publication number: DE102018207815A1
Application number: DE102018207815.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Färber; Helge Warta; Heiko Veth
Original assignee: Karl Woerwag Lack und Farbenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21
Also published as: CN112105696B; CN112105696A; WO2019219297A1; EP3794081A1; US20210198499A1; JP7080353B2; KR102506340B1; JP2021523044A; KR20210013586A

Abstract

Eine mehrschichtige, farb- und/oder effektgebende Lackierung auf einem Substrat umfasst eine Klarlackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 10 µm bis 50 µm und eine Basislackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 6 µm bis 35 µm. Die Basislackschicht enthält Farb- und/oder Effektpigmente, deren Orientierung die optischen Eigenschaften der Lackierung beeinflussen, sowie zur Steuerung der Orientierung der Farb- und/oder Effektpigmente Steuerpartikel. Die Steuerpartikel zeichnen sich durch einen d10-Wert von mindestens 50 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und einen d50-Wert im Bereich von 80 % bis 120 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und einen d100-Wert von maximal 200 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht aus. Zur Herstellung der Basislackschicht wird ein Basislack bereitgestellt, der die Farb- und/oder Effektpigmente sowie die Steuerpartikel umfasst. Der Basislack wird unter Ausbildung eines Basislackfilms auf das Substrat aufgetragen. Dann wird der Basislackfilm unter Ausbildung der Basislackschicht getrocknet und/oder ausgehärtet.

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft eine mehrschichtige, farb- und/oder effektgebende Lackierung umfassend eine Klarlackschicht und eine Basislackschicht sowie ein Verfahren zur Bildung der Basislackschicht.
Farb- und/oder effektgebende Lackierungen umfassen in der Regel mehrere Lackschichten, die übereinander appliziert werden und unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. So werden beispielsweise bei der Lackierung einer Kraftfahrzeugkarosserie häufig nacheinander eine Primerschicht (Grundierung) und/oder eine Füllerschicht, eine Basislackschicht und eine Klarlackschicht aufgebracht.
Die Primerschicht kann beispielsweise elektrisch abgeschieden werden, insbesondere mittels Elektrotauchlackierung. Sie dient oft zur Verbesserung der Haftung der Lackierung auf dem Substrat. Bei metallischen Substraten wie der erwähnten Kraftfahrzeugkarosserie dient sie weiterhin auch dem Korrosionsschutz.
Die Füllerschicht dient der Abdeckung von Unebenheiten der zur lackierenden Substratfläche und kann aufgrund ihrer Elastizität eine Lackierung hinsichtlich ihrer Steinschlagbeständigkeit verbessern. Gegebenenfalls kann die Füllerschicht noch zur Verstärkung des Deckvermögens und zur Vertiefung des Farbtons der Lackierung dienen.
Die Basislackschicht trägt Farben und/oder winkelabhängige optische Effekte der Lackierung. Dabei können sowohl die Helligkeit als auch die Farbe des reflektierten Lichts in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels variieren, was auch als Helligkeits- und/oder Farbflop bezeichnet wird.
Die Klarlackschicht dient der Verstärkung der optischen Effekte und dem Schutz der Lackierung vor mechanischer und chemischer Schädigung.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Farbe und das Flopverhalten der Basislackschicht sehr stark von den Bedingungen abhängen können, unter denen die Basislackschicht auf ein Substrat aufgebracht wird. Dies ist insbesondere dann von Relevanz, wenn in die Basislackschicht plättchenförmige Farb- und/oder Effektpigmente eingelagert werden. Deren Orientierung innerhalb der Basislackschicht kann die optischen Eigenschaften der Lackierung stark beeinflussen. Wenn eine Basislackschicht etwa mittels eines Auftragsverfahrens wie Walzen oder Rakeln gebildet wird, so orientieren sich die plättchenförmigen Pigmente innerhalb der Basislackschicht mehrheitlich in einer Vorzugsrichtung, nämlich in der Richtung des Auftrags. Grundsätzlich spricht man in der Lackiertechnik bei allen Auftragsverfahren, bei denen die Pigmente ohne weitere Maßnahmen in einer Vorzugsrichtung angeordnet werden, von gerichteten Auftragsverfahren, im Gegensatz zu ungerichteten Auftragsverfahren, bei denen die Pigmente nicht in einer Vorzugsrichtung angeordnet werden.
Die aus dem gerichteten Auftrag resultierende Basislackschicht weist dann Pigmente in einer anisotropen Anordnung auf. Das bedeutet, dass die optischen Eigenschaften der Basislackschicht und damit auch der Lackierung vom Betrachtungswinkel abhängig sind. Dies kann in der Praxis aufwendige Maßnahmen zum Farbtonangleich von lackierten Bauteilen notwendig machen, die beispielsweise als Teile einer Kraftfahrzeugkarosserie unmittelbar aneinanderstoßen (colour matching).
Der Auftrag einer Basislackschicht mittels eines ungerichteten Auftragsverfahrens wie einem Spritz- oder Sprühauftrag würde eine einfache Lösung für dieses Problem darstellen. Derartige Auftragsverfahren haben allerdings ebenfalls ihre Nachteile. Bei einem Spritz- oder Sprühauftrag ist es grundsätzlich schwieriger, Lackschichten mit gleichmäßiger Dicke zu bilden. Außerdem weisen die hergestellten Lackschichten oft eine unebene Oberfläche auf.
Aus der EP 1 423 299 B1 ist eine Vorgehensweise bekannt, die die Herstellung von Lackierungen mit Basislackschichten ermöglicht, die plättchenförmige Farb- und/oder Effektpigmente enthalten, deren optische Eigenschaften aber dennoch unabhängig vom Betrachtungswinkel sind. Gemäß dieser Vorgehensweise wird zunächst eine vergleichsweise dicke erste Basislackteilschicht mit Hilfe eines gerichteten Auftragsverfahrens auf ein Substrat aufgebracht. Diese wird in einem Folgeschritt mit einer vergleichsweise dünnen zweiten Basislackteilschicht überdeckt, wobei die Bildung der zweiten Basislackteilschicht mittels eines ungerichteten Auftragsverfahren erfolgt, beispielsweise mittels Sprühen. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die optische Gesamtwirkung der so hergestellten mehrlagigen Basislackschicht ausschließlich von der zweiten Basislackschicht dominiert wird. Eine vergleichsweise dünne Basislackteilschicht mit Pigmenten in einer isotropen Anordnung auf einer vergleichsweise dicken Basislackteilschicht mit Pigmenten in einer anisotropen Anordnung ruft den gleichen optischen Eindruck hervor wie eine einlagige Basislackschicht, die ausschließlich Pigmente in einer isotropen Anordnung aufweist.
Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, dass das Aufbringen der Basislackschicht in mehreren Schritten den Lackierungsprozess verteuert und der Einsatz des ungerichteten Auftragsverfahrens zu einer unebenen Oberfläche der Basislackschicht führen kann.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Basislackschichten, die Farb- und/oder Effektpigmente enthalten, und Lackierungen mit solchen Basislackschichten bereitzustellen, ohne dabei mit den Problemen des Standes der Technik konfrontiert zu werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Lackierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Lackierung ist eine mehrschichtige, auf ein Substrat aufgebrachte, farb- und/oder effektgebende Lackierung. Sie zeichnet sich stets durch eine Kombination der folgenden Merkmale aus:

- Die Lackierung umfasst eine Klarlackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 10 µm bis 50 µm, insbesondere von 25 µm bis 40 µm, und
- die Lackierung umfasst eine Basislackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 6 µm bis 35 µm, insbesondere von 10 µm bis 20 µm, in die Farb- und/oder Effektpigmente eingelagert sind, deren Orientierung innerhalb der Basislackschicht die optischen Eigenschaften der Lackierung beeinflussen.

Besonders zeichnet sich die Lackierung dadurch aus, dass die Basislackschicht zur Steuerung der Orientierung der Farb- und/oder Effektpigmente sogenannte Steuerpartikel enthält, wobei diese Steuerpartikel sich wiederum

- durch einen d10-Wert von mindestens 50 %, bevorzugt von mindestens 60 %, besonders bevorzugt von mindestens 70 %, der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und
- durch einen d50-Wert im Bereich von 80 % bis 120 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht, insbesondere im Bereich von 80 % bis 100 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht, und
- durch einen d100-Wert von maximal 200 %, bevorzugt von maximal 150 %, insbesondere von maximal 120 %, der Trockenschichtdicke der Basislackschicht

Die genannten Zahlenwerte beziehen sich auf die Gesamtheit aller in der Basislackschicht enthaltenen Steuerpartikel. Das bedeutet also, dass der d50-Wert der Steuerpartikel (der die in der Basislackschicht enthaltenen Steuerpartikel in zwei gleich große Teilfraktionen unterteilt) wenigstens 80 % und maximal 120 % der Trockenschichtdicke beträgt, maximal 10 % der insgesamt in der Schicht enthaltenen Steuerpartikel einen Durchmesser aufweisen, der weniger als das 0,5-fache, bevorzugt als das 0,6-fache, insbesondere als das 0,7-fache, der Trockenschichtdicke der Basislackschicht beträgt, und die Basislackschicht frei von Steuerpartikeln ist, die einen Durchmesser aufweisen, der die Trockenschichtdicke der Basislackschicht um mehr als 100 %, bevorzugt um mehr als 50 %, besonders bevorzugt um mehr als 20 %, überschreitet.
Die Durchmesser der Steuerpartikel liegen in aller Regel im zweistelligen µm-Bereich. In diesem Bereich lassen sich d10-, d50- und d100-Werte sehr zuverlässig bestimmen, insbesondere gemäß ISO 13320_2009 in Verbindung mit DIN ISO 9276-1_2004 (Darstellung der Ergebnisse von Partikelgrößenanalysen - Teil 1: grafische Darstellung) und ISO 9276-2_2014 (Darstellung der Ergebnisse von Partikelgrößenanalysen - Teil 2: Berechnung von mittleren Partikelgrößen/- durchmessern und Momenten aus Partikelgrößenverteilungen). Bei numerischen Angaben zum Durchmesser von Steuerpartikeln handelt es sich vorliegend um mit Hilfe dieser Normen ermittelte Werte.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass der Zusatz so definierter Steuerpartikel dazu führt, dass auch bei Applikation der Basislackschicht mittels eines gerichteten Auftragsverfahrens eine isotrope Anordnung der der Farb- und/oder Effektpigmente erreicht werden kann. Der wesentliche Teil der Steuerpartikel weist einen Durchmesser auf, der näherungsweise der Trockenschichtdicke der Basislackschicht entspricht. Das zwingt einen Teil der Farb- und/oder Effektpigmente dazu, sich tangential zur Oberfläche der Steuerpartikel und damit in einem Winkel, beispielsweise senkrecht, zur Richtung des Auftrags anzuordnen. Je weniger Farb- und/oder Effektpigmente sich innerhalb der Basislackschicht in einer Vorzugsrichtung, nämlich in der Richtung des Auftrags, orientieren, desto weniger sind die optischen Eigenschaften der Basislackschicht und damit auch der Lackierung vom Betrachtungswinkel abhängig. So lässt sich durch die eingesetzten Steuerpartikel das optische Erscheinungsbild der Basislackschicht steuern. Im Idealfall steuern die Steuerpartikel dabei ausschließlich die Winkelabhängigkeit des Farbtons und keine optischen Effekte wie z.B. den Glanz der Lackierung.
Die Trockenschichtdicke der Klarlackschicht und der Basislackschicht meint jeweils die Dicke dieser Schichten nach Trocknung, wenn also kein Lösungsmittel mehr in den Schichten enthalten ist. Trockenschichtdicken lassen sich insbesondere gemäß DIN EN ISO 2808 bestimmen. Bei numerischen Angaben zu Trockenschichtdicken handelt es sich vorliegend um mittels dieser Norm ermittelte Werte.
Besonders bevorzugt weisen die Klarlackschicht und die Basislackschicht jeweils eine im Wesentlichen gleichmäßige Trockenschichtdicke auf. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die mittlere Abweichung der Trockenschichtdicke bevorzugt weniger als 10 % von dem beispielsweise gemäß DIN EN ISO 2808 bestimmten Wert beträgt.
Zu betonen ist an dieser Stelle, dass die Klarlackschicht und die Basislackschicht einer erfindungsgemäßen Lackierung zwar definitionsgemäß getrocknet vorliegen, dabei aber keinesfalls bereits zwingend ausgehärtet sein müssen. Es kann in vielen Fällen zweckmäßig sein, Klarlacke und/oder Basislacke einzusetzen, bei denen einem Trocknungsschritt ein separater Härtungsschritt, beispielsweise in Form einer Strahlungshärtung, folgt.
Bei dem Substrat kann es sich im Grunde um einen beliebigen Gegenstand, beispielsweise um die eingangs erwähnte Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Möbelstück, handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat allerdings um eine Folie, insbesondere eine Kunststofffolie.
In den letzten Jahren werden an Stelle klassischer Lackierverfahren unter Verwendung lösemittelhaltiger Flüssiglacke zur Lackierung von Gegenständen zunehmend Transferlack-Techniken eingesetzt, bei denen Lackschichten von einer Trägerfolie auf ein Werkstück übertragen werden. Hierzu wird in der Regel ein Laminat aus der Trägerfolie und der oder den zu übertragenden Lackschichten, die sogenannte Transferlackfolie, bereitgestellt, insbesondere als Bahnmaterial, beispielsweise mit einer Bahnbreite von 600 mm und einer Bahnlänge von 700 m. Zur Applikation wird das Laminat mit der oder den Lackschichten voran auf das zu lackierende Werkstück gepresst. Gegebenenfalls kann zuvor auf die Lackseite des Laminats und/oder das zu lackierende Werkstück eine haftvermittelnde Schicht aufgebracht werden. Anschließend wird die Trägerfolie abgezogen, wobei die Lackschicht oder die Lackschichten auf dem Werkstück zurückbleiben. Derartige Vorgehensweisen sind beispielsweise aus der DE 10 2007 040 376 A1 bekannt.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Lackierung Bestandteil einer solchen Transferlackfolie und zu diesem Zweck auf eine entsprechende Trägerfolie, die als Substrat dient, aufgebracht. Wenn dies der Fall ist, so weist die Transferlackfolie bevorzugt die Sequenz Trägerfolie / Klarlackschicht / Basislackschicht auf.
Insbesondere bei Transferlackfolien kann es vorteilhaft sein, eine Basislackschicht und/oder Klarlackschicht zu Trocknen, noch nicht aber auszuhärten. So kann beispielsweise die Lackierung durch Trocknung der Klarlackschicht in einen nicht klebrigen Zustand überführt werden, aufgrund noch nicht erfolgter Aushärtung aber noch eine hohe mechanische Flexibilität aufweisen.
Geeignete Folien, die als Substrat diesen können, sind beispielsweise aus der DE 10 2007 040 376 A1 bekannt. Besonders geeignete Folien bestehen aus Polymeren wie Fluorpolymeren (z.B. Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE)), Polyethylenterephthalat, Polyolefin, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Acryl-Styrol-Acrylnitril (ASA), Acrylnitril-Butadien-Styrol/Polycarbonat (ABS/PC), Acryl-Styrol-Acrylnitril/Polycarbonat (ASA/PC), Polyacrylat, Polystyrol, Polycarbonat/Polybutylenterephthalat (PC/PBT) und/oder Polymethylmethacrylat.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Lackierung neben der Klarlackschicht und der Basislackschicht noch weitere Lackschichten umfassen, beispielsweise die eingangs erwähnte Füllerschicht. So kann eine Transferlackfolie mit der erfindungsgemäßen Lackierung beispielsweise die Sequenz Trägerfolie / Klarlackschicht / Basislackschicht / Füllerschicht aufweisen.
Als Klarlacke zur Herstellung der Klarlackschicht kommen neben allen üblichen und bekannten Einkomponenten (1K)-, Zweikomponenten (2K)- oder Mehrkomponenten (3K, 4K)-Klarlacke auch Pulverklarlacke in Betracht.
Geeignete 1K-, 2K-, 3K- oder 4K-Klarlacke sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen DE 4204518 A1 , EP 0 594 068 A1 , oder EP 0 596 460 A1 bekannt.
1K-Klarlacke enthalten bekanntlich hydroxylgruppenhaltige Bindemittel und Vernetzungsmittel wie blockierte Polyisocyanate, Tris(alkoxycarbonylamino)triazine und/oder Aminoplastharze. In einer weiteren Variante enthalten sie als Bindemittel Polymere mit seitenständigen Carbamat- und/oder Allophanatgruppen und carbamat- und/oder allophanatmodifizerte Aminoplastharze als Vernetzungsmittel (vgl. die amerikanischen Patentschriften US 5474811 A , oder US 5605965 A oder die europäischen Patentanmeldungen EP 0 594 068 A1 oder EP 0 594 142 A1 .
2K-, 3K- oder 4K-Klarlacke enthalten als wesentliche Bestandteile bekanntermaßen hydroxylgruppenhaltige Bindemittel und Polyisocyanate als Vernetzungsmittel, welche bis zu ihrer Verwendung getrennt gelagert werden.
Geeignete Pulverklarlacke sind beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 4222194 A1 bekannt.
Besonders gut sind die in der WO 2009/024310 A2 beschriebenen Lacke umfassend eine doppelbindungshaltige, OH-funktionelle Komponente A, eine doppelbindungshaltige, NCO-funktionelle Komponente B und gegebenenfalls eine doppelbindungshaltige Komponente C geeignet. Bei Komponente A handelt es sich bevorzugt um ein Polyol und bei den Komponenten B und C bevorzugt um Urethanacrylate.
Bei Verwendung von 1K-, 2K-, 3K- oder 4K-Klarlacken wird über die Einstellung des Feststoffanteils der Klarlacke Einfluss sowohl auf die Nassfilmdicke, in der der Klarlacklack appliziert wird, als auch auf die Trockenschichtdicke, die sich nach Trocknung des Klarlacks einstellt, genommen.
Als Basislacke zur Herstellung der Basislackschicht kommen im Grunde alle bekannten lösemittelhaltigen und wässrigen Basislacke in Frage. Geeignete Beispiele finden sich in der US 5114789 A (Spalte 7, Zeile 41 bis Spalte 8, Zeile 33, Spalte 11, Zeilen 24 - 50, und Spalte 13, Zeilen 30 - 40), der EP 0 352 298 B1 (Seite 9, Zeile 19, bis Seite 12, Zeile 38), der EP 0 089 497 A1 , der EP 0 256 540 A1 , der EP 0 260 447 A1 , der EP 0 297 576 A1 , der WO 96/12747 , der EP 0 523 610 A1 , der EP 0 228 003 A1 , der EP 0 397 806 A1 , der EP 0 574417 A1 , der EP 0 531 510 A1 , der EP 0 581 211 A1 , der EP 0 708 788 A1 , der EP 0 593 454 A1 , der DE 4328092 A1 , der EP 0 299 148 A1 , der EP 0 394 737 A1 , der EP 0 590 484 A1 , der EP 0 234 362 A1 , der EP 0 234 361 A1 , der EP 0 543 817 A1 , der WO 95/14721 , der EP 0 521 928 A1 , der EP 0 522 420 A1 , der EP 0 522 419 A1 , der EP 0 649 865 A1 , der EP 0 536 712 A1 , der EP 0 596 460 A1 , EP 0 596 461 A1 , der EP 0 584 818 A1 , der EP 0 669 356 A1 , der EP 0 634 431 A1 , der EP 0 678 536 A1 , der EP 0 354 261 A1 , der EP 0 424 705 A1 , der WO 97/49745 , der WO 97/49747 , der EP 0 401 565 A1 , der EP 0 496 205 A1 , der EP 0 358 979 A1 , der DE 2446442 A1 , der DE 3409080 A1 , der DE 19547944 A1 oder der DE 19741554 A1 .
Falls erforderlich, werden der Klarlack und/oder der Basislack nach ihrer Applikation sowie gegebenenfalls nach einem Trocknungsschritt thermisch und/oder mittels Strahlung gehärtet. Gegebenenfalls können der Klarlack und der Basislack in einem Schritt, also gleichzeitig, gehärtet werden.
Der Begriff Farb- und/oder Effektpigmente soll vorliegend alle Pigmente umfassen, die einer mittels eines herkömmlichen gerichteten Auftragsverfahrens applizierten Lackschicht, in die sie eingebettet sind, einen winkelabhängigen Farbton und/oder einen winkelabhängigen optischen Effekt verleihen können.
Die Farb- und/oder Effektpigmente sind besonders bevorzugt plättchenförmig ausgebildet. Das Verhältnis aus der Erstreckung der plättchenförmigen Farb- und/oder Effektpigmente in einer Hauptdimension zur Dicke der plättchenförmigen Farb- und/oder Effektpigmente beträgt bevorzugt mehr als 3 und insbesondere mehr als 5.
Bevorzugt sind die Farb- und/oder Effektpigmente aus der Gruppe bestehend aus organischen und anorganischen, farbigen, optisch effektgebenden, elektrisch leitfähigen, magnetisch abschirmenden oder fluoreszierenden Pigmenten und Metallpulvern ausgewählt.
Besonders bevorzugt weisen die Farb- und/oder Effektpigmente ein Aspektverhältnis, d.h. ein Verhältnis von mittlerem Durchmesser zur mittleren Dicke der Plättchen, von > 1, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 2000, insbesondere im Bereich von 3 bis 1000, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 100, weiter bevorzugt im Bereich von 3 bis 50, auf.
Ein besonders bevorzugten Beispiel erfindungsgemäß einsetzbarer Effektpigmente sind plättchenförmige Aluminium-Flakes mit einem Aspektverhältnis im Bereich von 3 bis 10.
Beispiele geeigneter Effektpigmente sind Metallplättchenpigmente, wie handelsübliche Aluminiumbronzen, gemäß DE 3636183 A1 chromatierte Aluminiumbronzen, handelsübliche Edelstahlbronzen, nichtmetallische Effektpigmente, wie zum Beispiel Perlglanz- bzw. Interferenzpigmente, plättchenförmige Effektpigmente auf der Basis von Eisenoxid oder flüssigkristalline Effektpigmente. Ergänzend wird auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 176, »Effektpigmente« und Seiten 380 und 381 »Metalloxid-Glimmer-Pigmente« bis »Metallpigmente«, und die Patentanmeldungen und Patente DE 3636156 A1 , DE 3718446 A1 , DE 3719804 A1 , DE 3930601 A1 , EP 0 068 311 A 1, EP 0 264 843 A 1, EP 0 265 820 A 1, EP 0 283 852 A 1, EP 0 293 746 A1 , EP 0 417 567 A 1, US 4828826 A oder US 5244649 A verwiesen.
Beispiele für geeignete anorganische Farbigmente sind Weißpigmente wie Titandioxid, Zinkweiß, Zinksulfid oder Lithopone; Schwarzpigmente wie Ruß, Eisen-Mangan-Schwarz oder Spinellschwarz; Buntpigmente wie Chromoxid, Chromoxidhydratgrün, Kobaltgrün oder Ultramaringrün, Kobaltblau, Ultramarinblau oder Manganblau, Ultramarinviolett oder Kobalt- und Manganviolett, Eisenoxidrot, Cadmiumsulfoselenid, Molybdatrot oder Ultramarinrot; Eisenoxidbraun, Mischbraun, Spinell- und Korundphasen oder Chromorange; oder Eisenoxidgelb, Nickeltitangelb, Chromtitangelb, Cadmiumsulfid, Cadmiumzinksulfid, Chromgelb oder Bismutvanadat.
Beispiele für geeignete organische Farbigmente sind Monoazopigmente, Bisazopigmente, Anthrachinonpigmente, Benzimidazolpigmente, Chinacridonpigmente, Chinophthalonpigmente, Diketopyrrolopyrrolpigmente, Dioxazinpigmente, Indanthronpigmente, Isoindolinpigmente, Isoindolinonpigmente, Azomethinpigmente, Thioindigopigmente, Metallkomplexpigmente, Perinonpigmente, Perylenpigmente, Phthalocyaninpigmente oder Anilinschwarz.
Ergänzend wird auf Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 180 und 181, »Eisenblau-Pigmente« bis »Eisenoxidschwarz« bis »Pigmentvolumenkonzentration«, Seite 563 »Thioindigo-Pigmente«, Seite 567 »Titandioxid-Pigmente«, Seiten 400 und 467, »Natürlich vorkommende Pigmente«, Seite 459 »Polycyclische Pigmente«, Seite 52, »Azomethinpigmente«, »Azopigmente«, und Seite 379, »Metallkomplex-Pigmente«, verwiesen.
Beispiele für geeignete fluoreszierende Pigmente (Tagesleuchtpigmente) sind Bis(azomethin)-Pigmente.
Beispiele für geeignete elektrisch leitfähige Pigmente sind Ruß und Kohlenstoff-Nanotubes.
Beispiele für geeignete magnetisch abschirmende Pigmente sind Pigmente auf der Basis von Eisenoxiden oder Chromdioxid.
Beispiele für geeignete Metallpulver sind Pulver aus Aluminium, Zink, Kupfer, Bronze oder Messing.
Die im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Steuerpartikel zeichnen sich bevorzugt durch mindestens eine der folgenden, besonders bevorzugt durch alle drei der folgenden Eigenschaften aus:

- Die Steuerpartikel sind kugelförmig oder zumindest näherungsweise kugelförmig ausgebildet: Unter näherungsweise kugelförmig soll hierbei verstanden werden, dass sie keine Ecken und keine Kanten aufweisen und einen maximalen und einen minimalen Durchmesser besitzen, wobei das Verhältnis aus maximalem zu minimalem Durchmesser nicht mehr als 1,5, bevorzugt nicht mehr als 1,2, besonders bevorzugt nicht mehr als 1,1, beträgt. Kugelförmig bedeutet dagegen, dass sie nur einen Durchmesser besitzen.
- Die Steuerpartikel bestehen aus einem Kunststoff, insbesondere einem gegenüber organischen Lösemitteln wie Ethyl-, Methylalkohol, Xylol, Butylacetat, Methoxypropylacetat beständigen Kunststoff.
- Die Steuerpartikel bestehen aus einem Kunststoff, der bis 140 °C thermisch stabil ist.

Die stoffliche Beschaffenheit der Steuerpartikel ist grundsätzlich für die Erfindung nicht von Bedeutung. Wichtig ist hingegen die oben definierte relative Größe der Steuerpartikel im Verhältnis zur Trockenschichtdicke der Basislackschicht.
Beispielsweise können die Steuerpartikel aus einem Acrylat wie Polymethylmethacrylat bestehen.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Steuerpartikel selbst der Basislackschicht, in die sie eingebettet sind, weder einen winkelabhängigen Farbton noch einen winkelabhängigen optischen Effekt verleihen können. Vorzugsweise werden durch ihre Anwesenheit lediglich die durch die Farb- und/oder Effektpigmente bedingten Farbtöne oder optischen Effekte gesteuert.
Wie bereits erwähnt, liegen die mittleren Durchmesser der Steuerpartikel in aller Regel im zweistelligen µm-Bereich.
Bevorzugt zeichnen sich die Einsatz kommenden Farb- und/oder Effektpigmente durch d50- und d100-Werte aus, welche maximal das 5-fache, bevorzugt das 3-fache, weiter bevorzugt das 2-fache der d50- und d100-Werte der Steuerpartikel betragen. In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen betragen die d50- und die d100-Werte der verwendeten Steuerpartikel das 0,1-fache bis 5-fache, insbesondere das 0,1-fache bis 3-fache.
Bevorzugt zeichnet sich die erfindungsgemäße Lackierung durch mindestens eines der folgenden Merkmale, besonders bevorzugt durch eine Kombination der beiden folgenden Merkmale, aus:

- Die Basislackschicht enthält die Steuerpartikel in einem Anteil von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% (bezogen auf die Basislackschicht in getrocknetem Zustand, also bezogen auf den Feststoffanteil des Basislacks, aus dem die Basislackschicht gebildet wird).
- Die Basislackschicht enthält die Farb- und/oder Effektpigmente in einem Anteil von 0,15 Gew.-% bis 15 Gew.-% (bezogen auf die Basislackschicht in getrocknetem Zustand, also bezogen auf den Feststoffanteil des Basislacks, aus dem die Basislackschicht gebildet wird).

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Basislackschicht, besonders bevorzugt zur Herstellung der Basislackschicht der oben beschriebenen mehrschichtigen Lackierung. Entsprechend werden die zur Herstellung der Basislackschicht notwendigen Komponenten (Basislack, Farb- und/oder Effektpigmente, Steuerpartikel) auch aus den oben beschriebenen ausgewählt. Das Verfahren umfasst stets die folgenden drei Schritte:

- Bereitstellung eines Basislacks,
- Auftrag des Basislacks auf ein Substrat unter Ausbildung eines Basislackfilms und
- Trocknung und/oder Aushärtung des Basislackfilms unter Ausbildung der Basislackschicht.

Der Basislack enthält dabei in der Regel immer

- die Farb- und/oder Effektpigmente, deren Orientierung innerhalb der Basislackschicht deren optischen Eigenschaften beeinflusst, und
- die Steuerpartikel zur Steuerung der Orientierung der Farb- und/oder Effektpigmente in der herzustellenden Basislackschicht.

In den meisten Fällen, insbesondere bei Verwendung der beschriebenen 1K-, 2K-, 3K- oder 4K-Klarlacke, enthält der Basislack neben den genannten Komponenten ein Lösemittel.
Erfindungsgemäß werden der Feststoffanteil des Basislacks und/oder die Dicke des Basislackfilms derart eingestellt, dass die Basislackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 6 µm bis 35 µm erhalten wird.
Weiterhin werden in Übereinstimmung mit den obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Lackierung als Steuerpartikel solche eingesetzt, die sich

- durch einen d10-Wert von mindestens 50 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und
- durch einen d50-Wert im Bereich von 80 % bis 120 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht, insbesondere im Bereich von 80 % bis 100 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht, und
- durch einen d100-Wert von maximal 200 % bevorzugt von maximal 150 %, insbesondere von maximal 120 %, der Trockenschichtdicke der Basislackschicht

Zu betonen ist an dieser Stelle, dass die eingesetzten Steuerpartikel keinesfalls zwingend eine monomodale Verteilung aufweisen müssen. Vielmehr kann es sogar vorteilhaft sein, zwei oder mehr Steuerpartikelfraktionen einzusetzen, die jeweils einen unterschiedlichen d50-Wert, gegebenenfalls auch einen unterschiedlichen d10- und/oder d100-Wert, aufweisen. Beispielsweise wäre es möglich, eine erste Steuerpartikelfraktion mit einem d50-Wert von 80 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und eine zweite, gleich große Steuerpartikelfraktion mit einem d50-Wert von 100 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht einzusetzen. Der d50-Wert der Gesamtheit der Steuerpartikel in der Basislackschicht läge dann bei 90 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht.
Bei dem Substrat handelt es sich bevorzugt um eines der oben genannten Substrate. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat eine Folie, auf die bereits eine Klarlackschicht aufgetragen wurde. In der Regel ist es allerdings bevorzugt, wenn zunächst die Basislackschicht auf die Folie aufgebracht wird und dann die Klarlackschicht.
Besonders bevorzugt erfolgt der Auftrag des Basislacks mit Hilfe eines gerichteten Auftragsverfahrens. Als solches kommen insbesondere ein Auftrag mittels Gießen, Rakeln, Aufwalzen oder Extrusionsbeschichten in Frage. Diese können mit üblichen und bekannten Vorrichtungen wie Gießvorrichtungen, Rakeln, Walzen, insbesondere gegenläufig drehenden Walzen, oder Extrudern, insbesondere Folienextrudern, durchgeführt werden.
Figurenliste
Das Konzept der Erfindung lässt sich anhand der 1 bis 3 veranschaulichen.

In 1 (Stand der Technik) ist schematisch im Querschnitt eine auf ein Substrat 100 aufgebrachte Basislackschicht 101 dargestellt. Die Basislackschicht 101 wurde mittels Rakelauftrags, also mittels eines gerichteten Auftragsverfahrens gebildet. In die Basislackschicht 101 sind als Farb- und/oder Effektpigmente plättchenförmige Metallflakes 102 eingebettet. Diese sind als Resultat des gerichteten Auftragsverfahrens alle in einer Vorzugsrichtung, nämlich in Richtung des Auftrags (Pfeil), angeordnet. Einfallendes Licht wird von allen Metallflakes 102 gleichartig reflektiert. Das farbliche und optische Erscheinungsbild der Basislackschicht 101 ist daher stark winkelabhängig.
In 2 (Stand der Technik) ist schematisch im Querschnitt eine auf ein Substrat 200 aufgebrachte Basislackschicht 201 dargestellt. Die Basislackschicht 201 wurde mittels Spritzauftrags, also mittels eines ungerichteten Auftragsverfahrens gebildet. In die Basislackschicht 201 sind als Farb- und/oder Effektpigmente plättchenförmige Metallflakes 202 eingebettet. Diese sind als Resultat des ungerichteten Auftragsverfahrens wesentlich ungeordneter als die Metallflakes gemäß 1. Einfallendes Licht wird nicht von allen Metallflakes 202 gleichartig reflektiert. Das farbliche und optische Erscheinungsbild der Basislackschicht 201 ist daher deutlich weniger stark winkelabhängig als im Fall von 1.
In 3 ist schematisch im Querschnitt eine auf ein Substrat 300 aufgebrachte Basislackschicht 301 dargestellt. Die Basislackschicht 301 wurde mittels Rakelauftrags, also mittels eines gerichteten Auftragsverfahrens gebildet. In die Basislackschicht 301 sind als Farb- und/oder Effektpigmente plättchenförmige Metallflakes 302 eingebettet. Trotz des gerichteten Auftragsverfahrens sind diese nicht alle in einer Vorzugsrichtung, nämlich in Richtung des Auftrags, angeordnet. Dies wird durch die kugelförmigen Steuerpartikel 303 unterbunden, die wie die Metallflakes 302 in die Basislackschicht 301 eingebettet sind. Der Steuerpartikel 303 weist einen Durchmesser auf, der näherungsweise der Dicke der Basislackschicht 301 entspricht. Ein Teil der Metallflakes 302 ist dazu gezwungen, sich parallel zur Oberfläche der Steuerpartikel 303 und damit schief oder sogar senkrecht zur Richtung des Auftrags (Pfeil) anzuordnen. Das farbliche und optische Erscheinungsbild der Basislackschicht 301 ist daher deutlich weniger stark winkelabhängig als im Fall von 1.
Bei 4 handelt es sich um einen Ausschnitt aus einer mikroskopischen Aufnahme eines Schnitts durch eine gemäß der Erfindung auf einem Substrat 400 mittels eines gerichteten Auftragsverfahrens gebildete Basislackschicht 401, die von einer Klarlackschicht 404 abgedeckt ist. In die Basislackschicht 401 sind als Farb- und/oder Effektpigmente Metallflakes 402 sowie der Steuerpartikel 403 eingebettet. Der Steuerpartikel 403 weist einen Durchmesser auf, der näherungsweise der Dicke der Basislackschicht 401 entspricht. Es ist gut zu erkennen, dass die Metallflakes 402 von dem Steuerpartikel in eine schiefe Orientierung gezwungen werden.

Ausführungsbeispiel

(A) Auf einem grundierten Metallsubstrat wurde ein Basislack mit einem Feststoffanteil von 25 % mittels eines Rakels in einer Nassfilmdicke von 60 µm aufgetragen. Der Basislack umfasste ein polyurethanbasiertes Bindemittel, eine Additivmischung und Wasser als Dispergiermittel. Daneben enthielt er einen Anteil von 2 Gew.-% eines organischen Farbpigments sowie 2 Gew.-% Aluminiumflakes als Effektpigment (Die Gewichtsangaben beziehen sich hierbei jeweils auf den Basislack insgesamt, also einschließlich enthaltenen Dispergier- und/oder Lösungsmittels). Der mittlere Durchmesser (d50) der Aluminiumflakes betrug 10 µm. Die Partikel des organischen Farbpigments wiesen durchweg Größen unterhalb von 1 µm auf. Nach Trocknung wurde eine Basislackschicht mit einer Trockenschichtdicke von 15 µm erhalten.
(B) Auf einem grundierten Metallsubstrat wurde ein Basislack mit einem Feststoffanteil von 35 % mittels eines Rakels gleichfalls in einer Nassfilmdicke von 60 µm aufgetragen. Der Basislack wies eine identische Zusammensetzung wie der unter A verwendete Basislack auf, mit einer Ausnahme: Zusätzlich zu den Aluminiumflakes enthielt er Kugeln aus Polymethylmethacrylat mit einem mittleren Durchmesser (d50) von 15 µm in einem Anteil von 1 Gew.-% (Auch diese Gewichtsangabe bezieht sich auf den Basislack insgesamt, also einschließlich enthaltenen Dispergier- und/oder Lösungsmittels). Diese dienen im Sinne der vorliegenden Anmeldung als Steuerpartikel.

Ein optischer Vergleich der gemäß A und B erhaltenen Basislackschichten ergab, dass die gemäß A hergestellte Basislackschicht erwartungsgemäß einen stark winkelabhängigen Farbton zeigte. Die gemäß B hergestellte Basislackschicht zeigte hingegen eine deutlich reduzierte Winkelabhängigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 13320_2009 [0017]
DIN ISO 9276-1_2004 [0017]
ISO 9276-2_2014 [0017]
DIN EN ISO 2808 [0019, 0020]

Claims

Mehrschichtige, farb- und/oder effektgebende Lackierung auf einem Substrat mit den Merkmalen a. Die Lackierung umfasst eine Klarlackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 10 µm bis 50 µm und b. Die Lackierung umfasst eine Basislackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 6 µm bis 35 µm, in die Farb- und/oder Effektpigmente eingelagert sind, deren Orientierung innerhalb der Basislackschicht die optischen Eigenschaften der Lackierung beeinflussen, und c. die Basislackschicht enthält zur Steuerung der Orientierung der Farb- und/oder Effektpigmente Steuerpartikel, wobei die Steuerpartikel sich d. durch einen d10-Wert von mindestens 50 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und e. durch einen d50-Wert im Bereich von 80 % bis 120 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und f. durch einen d100-Wert von maximal 200 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht auszeichnen.
Lackierung nach Anspruch 1 mit mindestens einem der folgenden Merkmale: a. Das Substrat ist eine Folie. b. Die Folie ist eine Kunststofffolie.
Lackierung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit mindestens einem der folgenden Merkmale: a. Die Steuerpartikel sind kugelförmig ausgebildet. b. Die Steuerpartikel bestehen aus einem gegenüber organischen Lösemitteln wie Ethyl-, Methylalkohol, Xylol, Butylacetat, Methoxypropylacetat beständigen Kunststoff. c. Der Kunststoff ist bis 140 °C thermisch stabil.
Lackierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden Merkmale: a. Die Basislackschicht enthält die Steuerpartikel in einem Anteil von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-%. b. Die Basislackschicht enthält die Farb- und/oder Effektpigmente in einem Anteil von 0,15 Gew.-% bis 15 Gew.-%.
Lackierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden Merkmale: a. Die mittlere Partikelgröße (d50) der Farb- und/oder Effektpigmente beträgt maximal das 5-fache der mittleren Partikelgröße (d50) der Steuerpartikel.
Verfahren zur Bildung einer Basislackschicht mit den Schritten a. Bereitstellung eines Basislacks enthaltend - Farb- und/oder Effektpigmente, deren Orientierung innerhalb der Basislackschicht ihre optischen Eigenschaften beeinflusst, und - Steuerpartikel zur Steuerung der Orientierung der Farb- und/oder Effektpigmente in der herzustellenden Basislackschicht, b. Auftrag des Basislacks auf ein Substrat unter Ausbildung eines Basislackfilms, und c. Trocknung und/oder Aushärtung des Basislackfilms unter Ausbildung der Basislackschicht, wobei d. der Feststoffanteil des Basislacks und/oder die Dicke des Basislackfilms derart eingestellt werden, dass die Basislackschicht mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 6 µm bis 35 µm erhalten wird und e. als Steuerpartikel solche eingesetzt werden, die sich - durch einen d10-Wert von mindestens 50 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und - durch einen d50-Wert im Bereich von 80 % bis 120 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht und - durch einen d100-Wert von maximal 200 % der Trockenschichtdicke der Basislackschicht auszeichnen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag des Basislacks mit Hilfe eines gerichteten Auftragsverfahrens erfolgt.