DE102019209307A1

DE102019209307A1 - Verfahren zur Beschichtung von Polycarbonatoberflächen

Info

Publication number: DE102019209307A1
Application number: DE102019209307.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ortmeier; Markus Schmidtchen
Original assignee: Karl Woerwag Lack und Farbenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Zur Beschichtung einer Oberfläche aus einem transparenten oder transluzenten Polycarbonat mit einem Klarlack wird der Klarlack unmittelbar auf die Oberfläche aufgetragen. Zuvor wird die Oberfläche mittels UV-Strahlung behandelt.

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche aus einem transparenten oder transluzenten Polycarbonat.
Die Beschichtung transparenter oder transluzenter Polycarbonatsubstrate ist in vielen Fällen problematisch. Bei einer Beschichtung mit Lacken, die organische Lösungsmittel enthalten, dringen diese in die Oberfläche des Polyurethansubstrats ein und verursachen sichtbare Mikrorisse. Dies beeinträchtigt die Transparenz/Transluzenz des Polycarbonatsubstrats ausgesprochen negativ.
Versuche der Anmelderin gingen zur Vermeidung dieses Effektes in die Richtung, zunächst einen ausschließlich wasserbasierten Klarlack auf die Oberfläche aufzutragen. Die resultierende Beschichtung zeigte aber schlechte Hafteigenschaften.
Der vorliegend beschriebenen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte technische Lösung zur Beschichtung von Polycarbonatsubstraten mit einem Klarlack bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 umfasst stets die folgenden zwei Schritte

a) Bereitstellung und gegebenenfalls Reinigung der Oberfläche und
b) Auftrag des Klarlacks unmittelbar auf die Oberfläche.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass

c) bevor derAuftrag des Klarlacks erfolgt, die Oberfläche mittels UV-Strahlung behandelt wird.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch eine vergleichsweise einfache UV-Behandlung das Problem der Mikrorisse vollständig gelöst werden konnte. Es ist derzeit noch nicht abschließend geklärt, wie die UV-Strahlung auf die Oberfläche wirkt. Fakt ist jedoch, dass sich eine so behandelte Oberfläche auch mit Lacken beschichten lässt, die einen hohen Anteil an einem organischen Lösungsmittel enthalten, ohne dass es zu den erwähnten Mikrorissen kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mindestens eines der unmittelbar folgenden zusätzlichen Merkmale a. bis c.:

a. Im Rahmen der UV-Behandlung der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag im Bereich von 1000 bis 25000 mJ/cm².
b. Im Rahmen der UV-Behandlung der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag im Bereich von 1500 bis 15000 mJ/cm².
c. Im Rahmen der UV-Behandlung der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag im Bereich von 2000 bis 12000 mJ/cm².

Insbesondere das unmittelbar vorstehende Merkmal c. ist bevorzugt.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dasselbe durch eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b. aus:

a. Die UV-Strahlung wird mittels einer Quecksilberdampflampe, einer Quarzlampe, einer Schwarzlichtlampe oder einer UV-LED erzeugt.
b. Die UV-Strahlung wird mittels einer Koronaentladung erzeugt.

Besonders bevorzugt wird die UV-Strahlung mittels einer der genannten Lampen, insbesondere der Quecksilberlampe, erzeugt. Mit dieser lässt sich der Energieeintrag im Rahmen der UV-Behandlung besonders gut dosieren.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dieses durch mindestens eines der unmittelbar folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

a. Die Oberfläche begrenzt eine Seite einer Folie oder einer Platte aus dem transparenten oder transluzenten Polycarbonat.
b. Die Folie hat eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 900 µm.
c. Die Platte hat eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 10 mm.

Besonders bevorzugt sind die vorstehenden Merkmale a. und b. sowie a. und c. in Kombination miteinander realisiert.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren das folgende zusätzliche Merkmal:

a. Die Reinigung, die dem Auftrag des Klarlacks bevorzugt vorausgeht, umfasst eine Reinigung mit Wasser oder mit einem Alkohol, insbesondere Isopropanol.

In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b.:

a. Der Klarlack umfasst ein hydroxyfunktionelles Harz und einen isocyanatfunktionellen Härter.
b. Der Klarlack umfasst mindestens ein organisches Lösungsmittel, insbesondere Xylol und/oder Butylacetat.

Die Merkmale a. und b. sind in besonders bevorzugten Ausführungsformen in Kombination miteinander realisiert.
Besonders bevorzugt ist das mindestens eine organische Lösungsmittel in dem Klarlack in einem Anteil von 3 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 10 Gew.-%, enthalten.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Behandlung der Oberfläche nicht in den Lackierprozess, in dem der Klarlack aufgetragen wird, integriert werden muss. Stattdessen kann die UV-Behandlung lange vor dem Auftrag des Klarlacks erfolgen, beispielsweise unmittelbar nach einer Herstellung eines Polycarbonatsubstrats mit derzu beschichtenden Oberfläche durch Extrusion oder Spritzguss.
Entsprechend weist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt mindestens eines der folgenden Merkmale auf:

a. Die Behandlung der Oberfläche mit der UV-Strahlung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 Stunden vor dem Auftrag des Klarlacks.
b. Die Behandlung der Oberfläche mit der UV-Strahlung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 Tagen vor dem Auftrag des Klarlacks.
c. Die Behandlung der Oberfläche mit der UV-Strahlung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 Wochen vor dem Auftrag des Klarlacks.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie aus der Erfindung resultierende Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, anhand derer die Erfindung erläutert wird. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.

(1) 3 mm dicke durchsichtige Polycarbonatplatten wurden mit Hilfe einer Quecksilberlampe gemäß den folgenden Parametern mit UV-Strahlung behandelt:

Versuch Nr.	Entfernung des UV-Strahlers zur Oberfläche [cm]	Energieeintrag [mJ/cm³]	Schutzgas	Rissbildung

1	10	10197	Nein	Nein
2	10	5577	Nein	Nein
3	20	2730	Nein	Nein
4	22	8039	Ja	Nein
5	22	4403	Ja	Nein
6	22	2083	Ja	Nein

Der Energieeintrag wurde bei jeder Bestrahlung mit einer Messzelle vom Typ UMD 1 der Firma IST Metz GmbH mit Sitz in Nürtingen, Deutschland, bestimmt.

2 Stunden nach der Behandlung wurden auf die Platte in einer Dicke von 30 µm ein Polyurethanharz und ein Härter aufgetragen. Das Polyurethanharz enthielt einen Anteil von ca. 10 Gew.-% eines Gemisches aus organischen Lösungsmitteln, darunter Xylol, Butylacetat und Lösungsmittelnaphta, und war frei von farbigen Pigmenten oder sonstigen Farbstoffen. In den Versuchen 4 bis 6 wurde die UV-Behandlung unter Schutzgas (Stickstoff) vorgenommen.

Nach Trocknung der aus dem Polyurethanharz gebildeten Lackbeschichtung wurden die beschichteten Polycarbonatplatten optisch begutachtet. In keinem Fall wurden Mikrorisse beobachtet.

(2) 3 mm dicke durchsichtige Polycarbonatplatten wurden mit Hilfe einer Quecksilberlampe gemäß den folgenden Parametern mit UV-Strahlung behandelt:

Versuch Nr.	Entfernung des UV-Strahlers zur Oberfläche [cm]	Energieeintrag [mJ/cm³]	Schutzgas	Rissbildung

1	10	10240	Nein	Nein
2	10	5550	Nein	Nein
3	10	2792	Nein	Nein
4	22	8209	Ja	Nein
5	22	4252	Ja	Nein
6	22	2132	Ja	Nein

Der Energieeintrag wurde bei jeder Bestrahlung mit einer Messzelle vom Typ UMD 1 der Firma IST Metz GmbH mit Sitz in Nürtingen, Deutschland, bestimmt.
1 Tag nach der Behandlung wurden auf die Platte in einer Dicke von 30 µm ein Polyurethanharz und ein Härter aufgetragen. Das Polyurethanharz enthielt einen Anteil von ca. 10 Gew.-% eines Gemisches aus organischen Lösungsmitteln, darunter Xylol, Butylacetat und Lösungsmittelnaphta, und war frei von farbigen Pigmenten oder sonstigen Farbstoffen. In den Versuchen 4 bis 6 wurde die UV-Behandlung unter Schutzgas (Stickstoff) vorgenommen.
Nach Trocknung der aus dem Polyurethanharz gebildeten Lackbeschichtung wurden die beschichteten Polycarbonatplatten optisch begutachtet. In keinem Fall wurden Mikrorisse beobachtet.

(3) 3 mm dicke durchsichtige Polycarbonatplatten wurden mit Hilfe einer Quecksilberlampe gemäß den folgenden Parametern mit UV-Strahlung behandelt:

Versuch Nr.	Entfernung des UV-Strahl ers zur Oberfläche [cm]	Energieeintrag [mJ/cm²]	Schutzgas	Rissbildung

1	10	10403	Nein	Nein
2	10	5725	Nein	Nein
3	10	2808	Nein	Nein
4	22	8179	Ja	Nein
5	22	4548	Ja	Nein
6	22	2181	Ja	Nein

Der Energieeintrag wurde bei jeder Bestrahlung mit einer Messzelle vom Typ UMD 1 der Firma IST Metz GmbH mit Sitz in Nürtingen, Deutschland, bestimmt.
4 Tage nach der Behandlung wurden auf die Platte in einer Dicke von 30 µm ein Polyurethanharz und ein Härter aufgetragen. Das Polyurethanharz enthielt einen Anteil von ca. 10 Gew.-% eines Gemisches aus organischen Lösungsmitteln, darunter Xylol, Butylacetat und Lösungsmittelnaphta, und war frei von farbigen Pigmenten oder sonstigen Farbstoffen. In den Versuchen 4 bis 6 wurde die UV-Behandlung unter Schutzgas (Stickstoff) vorgenommen.
Nach Trocknung der aus dem Polyurethanharz gebildeten Lackbeschichtung wurden die beschichteten Polycarbonatplatten optisch begutachtet. In keinem Fall wurden Mikrorisse beobachtet.

(4) 3 mm dicke durchsichtige Polycarbonatplatten wurden mit Hilfe einer Quecksilberlampe gemäß den folgenden Parametern mit UV-Strahlung behandelt:

Versuch Nr.	Entfernung des UV-Strahlers zur Oberfläche [cm]	Energieeintrag [mJ/cm³]	Schutzgas	Rissbildung

1	10	10513	Nein	Nein
2	10	5079	Nein	Nein
3	10	2868	Nein	Nein
4	22	7930	Ja	Nein
5	22	4415	Ja	Nein
6	22	2145	Ja	Nein

Der Energieeintrag wurde bei jeder Bestrahlung mit einer Messzelle vom Typ UMD 1 der Firma IST Metz GmbH mit Sitz in Nürtingen, Deutschland, bestimmt.
7 Tage nach der Behandlung wurden auf die Platte in einer Dicke von 30 µm ein Polyurethanharz und ein Härter aufgetragen. Das Polyurethanharz enthielt einen Anteil von ca. 10 Gew.-% eines Gemisches aus organischen Lösungsmitteln, darunter Xylol, Butylacetat und Lösungsmittelnaphta, und war frei von farbigen Pigmenten oder sonstigen Farbstoffen. In den Versuchen 4 bis 6 wurde die UV-Behandlung unter Schutzgas (Stickstoff) vorgenommen.
Nach Trocknung der aus dem Polyurethanharz gebildeten Lackbeschichtung wurden die beschichteten Polycarbonatplatten optisch begutachtet. In keinem Fall wurden Mikrorisse beobachtet.
Vergleichsversuch
Auf eine 3 mm dicke durchsichtige Polycarbonatplatte wurden ohne vorherige UV-Behandlung ein Polyurethanharz und ein Härter in einer Dicke von 30 µm aufgetragen. Das Polyurethanharz enthielt einen Anteil von ca. 10 Gew.-% eines Gemisches aus organischen Lösungsmitteln, darunter Xylol, Butylacetat und Lösungsmittelnaphta, und war frei von farbigen Pigmenten oder sonstigen Farbstoffen.
Nach Trocknung der aus dem Polyurethanharz gebildeten Lackbeschichtung wurde die beschichtete Polycarbonatplatte optisch begutachtet. Eine starke Rissbildung war zu beobachten und war bereits mit bloßen Auge sichtbar.

Claims

Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche aus einem transparenten oder transluzenten Polycarbonat mit einem Klarlack mit den Schritten a. Bereitstellung und gegebenenfalls Reinigung der Oberfläche, und b. Auftrag des Klarlacks unmittelbar auf die Oberfläche, sowie dem zusätzlichen Merkmal c. Behandlung der Oberfläche mittels UV-Strahlung, bevor der Auftrag des Klarlacks erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 mit mindestens einem derfolgenden zusätzlichen Merkmale: a. Im Rahmen der UV-Behandlung der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag im Bereich von 1000 bis 25000 mJ/cm². b. Im Rahmen der UV-Behandlung der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag im Bereich von 1500 bis 15000 mJ/cm². c. Im Rahmen der UV-Behandlung der Oberfläche erfolgt ein Energieeintrag im Bereich von 2000 bis 12000 mJ/cm².
Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2 mit einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die UV-Strahlung wird mittels einer Quecksilberdampflampe, einer Quarzlampe, einer Schwarzlichtlampe oder einer UV-LED erzeugt. b. Die UV-Strahlung wird mittels einer Koronaentladung erzeugt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Oberfläche begrenzt eine Seite einer Folie oder einer Platte aus dem transparenten oder transluzenten Polycarbonat. b. Die Folie hat eine Dicke im Bereich von 50 µm bis 900 µm. c. Die Platte hat eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 10 mm.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Die Reinigung umfasst eine Reinigung mit Wasser oder mit einem Alkohol.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Der Klarlack umfasst ein hydroxyfunktionelles Harz und einen isocyanatfunktionellen Härter. b. Der Klarlack umfasst mindestens ein organisches Lösungsmittel, insbesondere Xylol und/oder Butylacetat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Behandlung der Oberfläche mit der UV-Strahlung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 Stunden vor dem Auftrag des Klarlacks. b. Die Behandlung der Oberfläche mit der UV-Strahlung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 Tagen vor dem Auftrag des Klarlacks. c. Die Behandlung der Oberfläche mit der UV-Strahlung erfolgt in einem zeitlichen Abstand von mindestens 2 Wochen vor dem Auftrag des Klarlacks.