DE19716234A1 - Verfahren zur Herstellung von mehrschichtig lackierten Automobilteilen und Automobilkarosserien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von mehrschichtig lackierten Automobilteilen und AutomobilkarosserienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter
Automobilteile, bei dem auf ein Coil aus Metallblech beidseitig eine
Grundierungsüberzugsschicht aufgebracht und eingebrannt wird, aus dem Coil
anschließend entsprechende Blechteile ausgestanzt und im Tiefziehverfahren verformt
werden, worauf eine zweite Überzugsschicht durch elektrophoretische Abscheidung
aus einem elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel sowie weitere
Überzugsschichten aufgebracht werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung
mehrschichtig lackierter Automobilkarosserien.
Stand der Technik bei der Lackierung von Kraftfahrzeugen ist zunächst die
Herstellung der Karosserie. Dabei werden entsprechend geformte Blechteile
ausgestanzt und verformt, beispielsweise durch Tiefziehen unter Verwendung von
Tiefziehhilfsmitteln, dann im allgemeinen durch Schweißen zusammengebaut und
anschließend aufwendig gereinigt sowie im allgemeinen beispielsweise durch
Phosphatierung vorbehandelt. Danach erfolgt die Lackierung, die sich heute im
allgemeinen aus einer elektrophoretisch aufgebrachten Grundierung und nachfolgend
durch Spritzlackierung aufgebrachten Folgeschichten, bestehend aus einer
Füllerschicht und einer anschließend aufgebrachten Lackierung aus farb- und/oder
effektgebender Basislackschicht und einer Klarlackschicht zusammensetzt.
Der Umgang mit Tiefziehhilfsmitteln, wie Ziehfetten oder -ölen sowie die spätere
Reinigung von diesen kann vermieden werden durch ein an sich bekanntes Verfahren
zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilkarossen oder -karossenteile, bei
dem auf ein Coil aus Metallblech beidseitig im Coil-Coating-Verfahren eine
Grundierungsschicht aus einem Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht und
eingebrannt wird, aus dem Coil anschließend Blechteile ausgestanzt und im
Tiefziehverfahren verformt und gegebenenfalls zu einer Automobilkarosserie
zusammengefügt werden, worauf eine zweite Überzugsschicht durch
elektrophoretische Abscheidung aus einem elektrophoretisch abscheidbaren
Überzugsmittel aufgebracht wird. Danach können weitere Überzugsschichten
beispielsweise durch Spritzlackierung aufgebracht werden.
An die in einem solchen Verfahren einsetzbaren Grundierungsüberzugsmittel werden
hohe Ansprüche gestellt, die bisher nicht vollständig erfüllt werden konnten. So sind
die Grundierungsüberzugsschichten verbesserungsbedürftig hinsichtlich ihrer
Tiefziehfähigkeit. Dies hat sich im Falle einer beidseitigen Coil Coating-Applikation
gezeigt, wobei insbesondere die auf die spätere Innenseite des verformten Teils
aufgebrachte Grundierungsüberzugsschicht dem dort besonders extrem wirkenden
Verformungsprozeß nicht standhält. Dies zeigt sich beispielsweise in der Simulation
des Tiefziehvorgangs, bei dem aus einem beidseitig im Coil-Coating-Verfahren
beschichteten Blech ein quadratisches Näpfchen mit abgerundeten Ecken hergestellt
wird. Die Beschichtung im Bereich der Ecken auf der Innenseite des Näpfchens zeigt
Risse oder sogar Abplatzungen, insbesondere wenn Bleche mit einer Stärke im Bereich
von 0,7 bis 1,3 mm eingesetzt werden, wie sie im Automobilkarossenbau üblich sind.
Weiterhin haften die im Coil-Coating-Verfahren aufgebrachten und tiefgezogenen
Grundierungsüberzugsschichten nicht auf dem Substrat, wenn weitere Lackschichten
aufgebracht werden. Es hat sich gezeigt, daß sich die im Coil-Coating-Verfahren
aufgebrachte Grundierungsschicht gemeinsam mit den Folgelackschichten vom
metallischen Untergrund ablöst, insbesondere im Bereich starker Verformung.
Beispielsweise zeigt sich ein Ablösen der Mehrschichtlackierung im Bereich der Ecken
und Kanten an der Außenseite des quadratischen Näpfchens, oftmals schon nach dem
Einbrennen der Elektrotauchlackschicht.
Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung lackierter Automobilkarossen
und zur Herstellung lackierter Kraftfahrzeugteile bereitzustellen, das die Nachteile des
Standes der Technik überwindet. Es soll eine aufwendige Reinigung vermeiden und
andererseits tiefziehfähige Lackierungen liefern, die vor und nach der Beschichtung
mit Folgelackschichten gut haften und keine Risse zeigen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß im Coil-Coating-Verfahren zur Herstellung einer
Grundierungsüberzugsschicht ein Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht wird, das
elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält, die der
Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen
Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand verleihen
und das bezogen auf seine Festharzzusammensetzung 55 bis 80 Gew.-% eines oder
mehrerer Polyesterpolyole, 2 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer aromatischer
Epoxidharze sowie als Vernetzer 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer
Aminoplastharze und 10 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer blockierter
Polyisocyanate enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile des
Überzugsmittels 100 Gew.-% ergibt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtig
lackierter Automobilkarosserien, bei dem auf ein Coil aus Metallblech beidseitig eine
Grundierungsüberzugsschicht aufgebracht und eingebrannt wird, aus dem Coil
anschließend entsprechende Blechteile ausgestanzt und im Tiefziehverfahren verformt
und zu einer Automobilkarosserie zusammengefügt werden, worauf eine zweite
Überzugsschicht durch elektrophoretische Abscheidung aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel sowie weitere Überzugsschichten aufgebracht werden,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß im Coil-Coating-Verfahren zur Herstellung einer
Grundierungsüberzugsschicht ein Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht wird, das
elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält, die der
Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen
Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand verleihen
und das bezogen auf seine Festharzzusammensetzung 55 bis 80 Gew.-% eines oder
mehrerer Polyesterpolyole, 2 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer aromatischer
Epoxidharze sowie als Vernetzer 0 bis 20 Gew.- % eines oder mehrerer
Aminoplastharze und 10 bis 30 Gew.- % eines oder mehrerer blockierter
Polyisocyanate enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile 100 Gew.-%
ergibt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrschichtig lackierte Automobilteile,
insbesondere Karossenteile bzw. Automobilkarossen erhalten, die als erste
Überzugsschicht eine im Coil-Coating-Verfahren beidseitig aufgebrachte Grundierung,
als zweite Überzugsschicht eine elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht
sowie eine oder mehrere weitere in der Regel durch Spritzen applizierte
Folgeüberzugsschichten aufweisen. Als Folgeüberzugsschicht(en) kommen
beispielsweise eine ein- oder mehrschichtig aufgebrachte Decklack- oder
Klarlackschicht oder eine farb- und/oder effektgebende Basislack/Klarlack-
Mehrschichtlackierung in Frage.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in einem Verfahren zur
Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilkarossen oder -karossenteile, bei dem
auf ein Coil aus Metallblech beidseitig eine Grundierungsüberzugsschicht aufgebracht
und eingebrannt wird, aus dem Coil anschließend entsprechende Blechteile ausgestanzt
und im Tiefziehverfahren verformt und gegebenenfalls zu einer Automobilkarosserie
zusammengefügt werden, worauf eine farb- und/oder effektgebende Basislackschicht
und eine oder mehrere Klarlackschichten aufgebracht werden, wobei zwischen dem
Auftrag der Grundierungsschicht und dem Auftrag der Basislackschicht eine
Zwischenschicht aufgetragen werden kann und wobei der Auftrag der Basislackschicht
oder der Auftrag der Zwischenschicht durch elektrophoretische Abscheidung aus
einem elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß im Coil-Coating-Verfahren zur Herstellung der
Grundierungsüberzugsschicht ein Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht wird, das
elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält, die der
Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen
Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand verleihen
und das bezogen auf seine Festharzzusammensetzung 55 bis 80 Gew.-% eines oder
mehrerer Polyesterpolyole, 2 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer aromatischer
Epoxidharze sowie als Vernetzer 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer
Aminoplastharze und 10 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer blockierter
Polyisocyanate enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile 100 Gew.-%
ergibt.
Die Grundierungsschicht wird aus einem Grundierungsüberzugsmittel erstellt, so daß
der Grundierungsüberzug im eingebrannten Zustand eine elektrisch leitfähige
Überzugsschicht ergibt. Nach dem Verformen der so grundierten und gegebenenfalls
zu einer Karosserie zusammengefügten Blechteile wird dann die direkt folgende
Schicht durch elektrophoretische Abscheidung aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren wäßrigen Überzugsmittel aufgebracht, das bevorzugt zu einer elektrisch
isolierenden zweiten Überzugsschicht führt. Als zweite Überzugsschicht kann eine
Zwischenschicht gebildet und eingebrannt werden, worauf als dritte Überzugsschicht
eine Basislackschicht aus einem farb- und/oder effektgebenden Überzugsmittel
aufgetragen wird, die mit einer oder mehreren Klarlacküberzugsschichten versehen
wird.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als zweite
Überzugsschicht eine farb- und/oder effektgebende Basislackschicht aus einem
elektrophoretisch abscheidbaren wäßrigen Überzugsmittel durch elektrophoretische
Abscheidung gebildet, die mit einer oder mehreren Klarlackschichten überlackiert
wird.
Beim Arbeiten mit einer Zwischenschicht als zweite Überzugsschicht wird bevorzugt
so gearbeitet, daß die Gesamttrockenschichtdicke des Lackaufbaus bei 80 bis 130 µm,
besonders bevorzugt unter 110 µm liegt.
Wird als zweite, elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht eine farb- und/oder
effektgebende Basislackschicht gebildet, so liegt die Gesamttrockenschichtdicke des
Lackaufbaus bevorzugt bei 70 bis 110 µm.
Zusammenfassend ergeben sich für die Erfindung also zwei bevorzugte
Ausführungsformen:
Eine erste liegt in einem Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilkarossen oder -karossenteile, bei dem auf ein Coil aus Metallblech beidseitig im Coil-Coating-Verfahren eine Grundierungsschicht aus einem Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht und eingebrannt wird, aus dem Coil anschließend Blechteile ausgestanzt und im Tiefziehverfahren verformt und gegebenenfalls zu einer Automobilkarosserie zusammengefügt werden, worauf weitere Überzugsschichten aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundierungsüberzugsmittel elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält, die der Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand verleihen und das bezogen auf seine Festharzzusammensetzung 55 bis 80 Gew.-% eines oder mehrerer Polyesterpolyole, 2 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer aromatischer Epoxidharze sowie als Vernetzer 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Aminoplastharze und 10 bis 30 Gew.- % eines oder mehrerer blockierter Polyisocyanate enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile 100 Gew.-% ergibt, und daß nach dem Einbrennen der Grundierungsüberzugsschicht eine elektrisch isolierende zweite Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch abscheidbaren wäßrigen Überzugsmittel elektrophoretisch abgeschieden und eingebrannt wird, worauf als dritte Überzugsschicht eine Basislackschicht aus einem farb- und/oder effektgebenden Überzugsmittel aufgetragen wird, die mit einer vierten, transparenten Überzugsschicht aus einem Klarlacküberzugsmittel überlackiert und mit dieser gemeinsam eingebrannt wird, worauf gegebenenfalls eine oder mehrere weitere transparente Überzugsschichten aufgetragen werden. Dabei liegt die Gesamttrockenschichtdicke des Lackaufbaus bevorzugt bei 80 bis 130 µm, besonders bevorzugt unter 110 µm und die Trockenschichtdicke der transparenten Überzugsschicht oder die Gesamtschichtdicke der transparenten Überzugsschichten liegt bevorzugt bei 30 bis 80 µm, besonders bevorzugt bei 40 bis 60 µm. Die Klarlackschicht kann dabei aus einer oder mehreren Schichten bestehen, wobei die erste Klarlackschicht bevorzugt vor Auftrag der weiteren Klarlackschichten eingebrannt wird. Werden mehrere Klarlackschichten aufgetragen, so können diese aus dem gleichen oder verschiedenen Klarlacküberzugsmitteln erstellt werden.
Eine erste liegt in einem Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilkarossen oder -karossenteile, bei dem auf ein Coil aus Metallblech beidseitig im Coil-Coating-Verfahren eine Grundierungsschicht aus einem Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht und eingebrannt wird, aus dem Coil anschließend Blechteile ausgestanzt und im Tiefziehverfahren verformt und gegebenenfalls zu einer Automobilkarosserie zusammengefügt werden, worauf weitere Überzugsschichten aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundierungsüberzugsmittel elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält, die der Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand verleihen und das bezogen auf seine Festharzzusammensetzung 55 bis 80 Gew.-% eines oder mehrerer Polyesterpolyole, 2 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer aromatischer Epoxidharze sowie als Vernetzer 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Aminoplastharze und 10 bis 30 Gew.- % eines oder mehrerer blockierter Polyisocyanate enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile 100 Gew.-% ergibt, und daß nach dem Einbrennen der Grundierungsüberzugsschicht eine elektrisch isolierende zweite Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch abscheidbaren wäßrigen Überzugsmittel elektrophoretisch abgeschieden und eingebrannt wird, worauf als dritte Überzugsschicht eine Basislackschicht aus einem farb- und/oder effektgebenden Überzugsmittel aufgetragen wird, die mit einer vierten, transparenten Überzugsschicht aus einem Klarlacküberzugsmittel überlackiert und mit dieser gemeinsam eingebrannt wird, worauf gegebenenfalls eine oder mehrere weitere transparente Überzugsschichten aufgetragen werden. Dabei liegt die Gesamttrockenschichtdicke des Lackaufbaus bevorzugt bei 80 bis 130 µm, besonders bevorzugt unter 110 µm und die Trockenschichtdicke der transparenten Überzugsschicht oder die Gesamtschichtdicke der transparenten Überzugsschichten liegt bevorzugt bei 30 bis 80 µm, besonders bevorzugt bei 40 bis 60 µm. Die Klarlackschicht kann dabei aus einer oder mehreren Schichten bestehen, wobei die erste Klarlackschicht bevorzugt vor Auftrag der weiteren Klarlackschichten eingebrannt wird. Werden mehrere Klarlackschichten aufgetragen, so können diese aus dem gleichen oder verschiedenen Klarlacküberzugsmitteln erstellt werden.
Eine zweite unabhängige und besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
besteht in einem Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter
Automobilkarossen oder -karossenteile, bei dem auf ein Coil aus Metallblech
beidseitig im Coil-Coating-Verfahren eine Grundierungsschicht aus einem
Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht und eingebrannt wird, aus dem Coil
anschließend Blechteile ausgestanzt und im Tiefziehverfahren verformt und
gegebenenfalls zu einer Automobilkarosserie zusammengefügt werden, worauf eine
farb- und/oder effektgebende Basislackschicht aus einem wäßrigen Überzugsmittel
aufgebracht und eingebrannt wird und diese danach mit einem oder mehreren
Klarlacküberzügen versehen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das
Grundierungsüberzugsmittel elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält,
die der Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur
elektrophoretischen Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem
elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen
Widerstand verleihen und das bezogen auf seine Festharzzusammensetzung 55 bis 80
Gew.-% eines oder mehrerer Polyesterpolyole, 2 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer
aromatischer Epoxidharze sowie als Vernetzer 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer
Aminoplastharze und 10 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer blockierter
Polyisocyanate enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile 100 Gew.-%
ergibt, und daß die Basislackschicht aus einem elektrophoretisch abscheidbaren
wäßrigen Überzugsmittel durch elektrophoretische Abscheidung gebildet wird. Dabei
liegt die Gesamttrockenschichtdicke der Klarlackschicht oder Klarlackschichten
bevorzugt bei 30 bis 80 µm, besonders bevorzugt bei 40 bis 60 µm und die
Gesamttrockenschichtdicke der Mehrschichtlackierung liegt bevorzugt bei 70 bis 110
µm. Die Klarlackschicht kann dabei aus einer oder mehreren Schichten bestehen,
wobei die erste Klarlackschicht bevorzugt vor Auftrag der weiteren Klarlackschichten
eingebrannt wird. Werden mehrere Klarlackschichten aufgetragen, so können diese aus
dem gleichen oder verschiedenen Klarlacküberzugsmitteln erstellt werden.
Die in den Grundierungsüberzugsmitteln bezogen auf die Festharzzusammensetzung in
Mengen von 55 bis 80 Gew.-% eingesetzten Polyesterpolyole sind im wesentlichen
frei von olefinischen Doppelbindungen. Sie besitzen ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht von 2000 bis 20 000, bevorzugt zwischen 3000 und 15 000 und eine
Hydroxylzahl von 20 bis 50 mg KOH/g. Ihre Säurezahl liegt unter 5 mg KOH/g,
bevorzugt unter 3 mg KOH/g. Sie können linear oder verzweigt aufgebaut sein und es
kann sich um Mischungen von linearen Polyesterdiolen und/oder verzweigten
Polyesterpolyolen handeln. Bevorzugt sind mindestens 50 Gew.-% der eingesetzten
Polyesterpolyole linear aufgebaute Polyesterdiole.
Bei den in den erfindungsgemäß einsetzbaren Grundierungsüberzugsmitteln bezogen
auf die Festharzzusammensetzung in Mengen von 2 bis 10 Gew.-% enthaltenen
aromatischen Epoxidharzen handelt es sich um epoxidgruppenhaltige aromatische
Polyglycidylether oder gegebenenfalls davon abgeleitete Epoxidharzester. Die
Polyglycidylether gehen primär aus der Reaktion von Polyphenolen, bevorzugt
Diphenolen und insbesondere mehrkernigen Diphenolen mit Epichlorhydrin hervor.
Die Polyglycidylether können auch aliphatische Anteile enthalten. Bevorzugt basieren
sie jedoch ausschließlich auf Diphenolen. Die Esterderivate der Polyglycidylether
werden gebildet durch partielle oder vollständige Umsetzung der Epoxidgruppen mit
anorganischen oder organischen Säuren beispielsweise Phosphorsäure oder
Carbonsäuren. Dabei ist eine nur partielle Umsetzung bevorzugt, so daß die
Epoxidharzester noch Epoxidgruppen enthalten. In den Grundierungsüberzugsmitteln
werden bevorzugt solche aromatischen Epoxidharze einzeln oder im Gemisch so
eingesetzt, daß ihr Epoxid-Äquivalentgewicht oder das der Mischung zwischen 180
und 1000 liegt. Besonders bevorzugte Beispiele für die in den
Grundierungsüberzugsmitteln einzeln oder im Gemisch einsetzbaren aromatischen
Epoxidharze sind die üblichen käuflichen Epoxidharze, die primär aus der Reaktion
von Diphenylolpropan (Bisphenol A) mit Epichlorhydrin hervorgehen und deren
Epoxid-Äquivalentgewicht oder das der Mischung zwischen 180 und 1000 liegt.
Als Aminoplastharze, die in den erfindungsgemäß einsetzbaren
Grundierungsüberzugsmitteln in einem Mengenanteil von 0 bis 20, bevorzugt von 5
bis 20 Gew.-%, bezogen auf Festharzzusammensetzung, enthalten sind, können die
auf dem Lacksektor als Vernetzungsmittel üblichen Aminoplastharze verwendet
werden. Zu geeigneten Aminoplastharzen zählen beispielsweise alkylierte Kondensate,
die durch Umsetzung von Aminotriazinen oder Amidotriazinen mit Aldehyden
hergestellt werden. Zu deren Herstellung werden nach bekannten technischen
Verfahren Amino- oder Amidogruppen tragende Verbindungen wie Melamin,
Benzoguanamin, Dicyandiamid, Harnstoff, N,N′-Ethylenharnstoff in Gegenwart von
Alkoholen wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, iso-Butyl-, n-Butyl- und Hexylalkohol mit
Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, kondensiert. Es kann sich um teilweise oder
vollständig veretherte Kondensate handeln. Die Aminoplastharze können
Modifizierungen aufweisen.
Solche Kondensate sind beispielsweise beschrieben in Ullmann "Encyclopedia of
Industrial Chemistry", 5. Auflage, Vol. A2, Kapitel "Aminoresins", Seiten 115-141
(1985).
In den im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Grundierungsüberzugsmitteln
sind bezogen auf die Festharzzusammensetzung 10 bis 30 Gew.-% blockierte
Polyisocyanate enthalten. Als blockierte Isocyanate können beliebige Di- und/oder
Polyisocyanate verwendet werden, bei denen die Isocyanatgruppen mit einer
Verbindung umgesetzt worden sind, die aktiven Wasserstoff enthält. Blockierte Di-
und/oder Polyisocyanate werden z. B. dadurch hergestellt, daß man ein
multifunktionelles Isocyanat mindestens mit einer stöchiometrischen Menge an einer
monofunktionellen, aktiven Wasserstoff (Zerewitinoff-Reaktion) enthaltenden
Verbindung umsetzt. Beispiele für Polyisocyanate sind aromatische, araliphatische und
(cyclo)aliphatische Diisocyanate, wie beispielsweise Hexamethylendiisocyanat,
Trimethylhexandiisocyanat, Cyclohexan-1,3 und -1,4-diisocyanat, sowie beliebige
Gemische dieser Isomeren, Methylcyclohexandiisocyanat, m- oder p-
Tetramethylxylylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Perhydro-2,4′- und/oder -4,4′-
diphenylmethandiisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und 2,6-
Toluylendiisocyanat sowie beliebige Gemische dieser Isomeren, Xylylendiisocyanat,
Diphenylmethan-2,4′- und/oder -4,4′-diisocyanat, 3,2′- und/oder 3,4′-Diisocyanato-4-
methyldiphenylmethan, sowie von Diisocyanaten abgeleitete Oligomere. Beispiele für
derartige Oligomere sind durch Di- oder Trimerisierung gebildete Polyisocyanate
sowie Umsetzungsprodukte von stöchiometrisch überschüssigem Diisocyanat mit
Wasser, Aminen oder Polyolen. Derartige Polyisocyanate enthalten Uretdion-,
Isocyanurat-, Biuret-, Allophanat-, Harnstoff- und/oder Urethangruppen. Außer diesen
niedermolekularen Polyisocyanaten können auch die in der Polyurethanchemie
bekannten höhermolekularen Isocyanat-Polymere auf Basis urethangruppenfreier
Polyisocyanate und höhermolekularer Polyhydroxyverbindungen als
Polyisocyanatkomponente eingesetzt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
sind von aliphatischen Diisocyanaten, beispielsweise vom Hexamethylendiisocyanat,
abgeleitete Polyisocyanate bevorzugt.
Mittel, die die Isocyanate blockieren, enthalten nur eine einzige Amin-, Amid-, Imid-,
Lactam-, Thio-, Hydroxyl- oder CH-acide Gruppe. Im allgemeinen werden flüchtige,
aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen mit niedrigen Molmassen verwendet,
wie z. B. Alkohole, wie n-Butanol, Isopropanol, tert.-Butanol, Furfurol, 2-
Ethylhexanol, Phenole, Kresole, Dialkylaminoalkohole wie Dimethylaminoethanol,
Oxime wie Methylethylketoxim, Acetonoxim, Lactame wie epsilon-Caprolactam,
Imidazole wie 2-Methylimidazol, beta-Diketone, wie Acetylaceton,
Malonsäuredialllylester oder Acetessigsäurealkylester.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Grundierungsüberzugsmittel
können ein oder mehrere blockierte Polyisocyanate enthalten. Zur Blockierung können
auch mehr als eine Art von Schutzgruppe, beispielsweise solche mit unterschiedlicher
Reaktivität, verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, ein Gemisch von zwei
oder mehreren unterschiedlich blockierten Polyisocyanaten zu verwenden oder ein
Polyisocyanat einzusetzen, das intramolekular mit zwei oder mehreren
unterschiedlichen Schutzgruppen blockiert ist.
Die Polyesterpolyole, die aromatischen Epoxidharze sowie die Aminoplastharze und
die blockierten Polyisocyanate ergeben zusammen den Harzfestkörper im
Grundierungsüberzugsmittel, wobei der aus Aminoplastharzen und blockierten
Polyisocyanaten gebildete Vernetzeranteil des Harzfestkörpers zwischen 20 und 40
Gew.-% beträgt.
Der Harzfestkörper kann in kleinen Anteilen von bis zu 20 Gew.-%, bevorzugt unter
10 Gew.-% durch andere zusätzliche Harze und/oder Vernetzer ersetzt sein.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Grundierungsüberzugsmittel
enthalten elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile, die der
Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen
Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand
verleihen, beispielsweise unter 10⁸ Ohm·cm. Hierdurch wird auch
Punktschweißbarkeit der Grundierungsüberzugsschicht gewährleistet. Beispiele für
derartige elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile sind teilchenförmige
anorganische oder organische elektrische Leiter oder Halbleiter, wie sie für diesen
Zweck üblich und dem Fachmann geläufig sind, beispielsweise Eisenoxidschwarz,
Graphit, Leitfähigkeitsruß, Metallpulver, z. B. aus Aluminium, Zink, Kupfer,
Edelstahl oder Molybdändisulfid. Die elektrische Leitfähigkeit verleihenden
Bestandteile sind in den Grundierungsüberzugsmitteln in einer derartigen Menge
enthalten, daß der gewünschte spezifische Widerstand der
Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand erreicht wird. Bezogen auf
den Festkörpergehalt der Grundierungsüberzugsmittel beträgt der Anteil des oder der
elektrische Leitfähigkeit verleihenden Bestandteile beispielsweise zwischen 1 und 30
Gew.-%. Der Anteil kann vom Fachmann leicht ermittelt werden; er ist beispielsweise
abhängig vom spezifischen Gewicht, der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und
der Teilchengröße der eingesetzten elektrische Leitfähigkeit verleihenden Bestandteile.
Es können ein oder mehrere dieser Bestandteile in Kombination vorliegen.
Neben den elektrische Leitfähigkeit vermittelnden Bestandteilen enthalten die
erfindungsgemäß einsetzbaren Grundierungsüberzugsmittel bevorzugt auch dem
Fachmann bekannte Korrosionsschutzpigmente und/oder Korrosionsinhibitoren in
einem Mengenanteil von beispielsweise 0,5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf den
Festkörpergehalt. Beispiele für Korrosionsschutzpigmente sind Zinkchromat,
Strontiumchromat, Bleisilikat, Zinkphosphat, Aluminiumphosphat,
Strontiumaluminiumpolyphosphathydrat.
Neben den elektrische Leitfähigkeit vermittelnden Bestandteilen und bevorzugt
enthaltenen Korrosionsschutzpigmenten können die erfindungsgemäß einsetzbaren
Grundierungsüberzugsmittel auch andere Pigmente und/oder Füllstoffe enthalten,
beispielsweise in einem Pigment- plus Füllstoff/Harzfestkörper-Verhältnis von 0,05 : 1
bis 0,3 : 1. Bei diesem Verhältnis werden die elektrische Leitfähigkeit vermittelnden
Bestandteile und die bevorzugt enthaltenen Korrosionsschutzpigmente nicht mitgezählt.
Beispiele für Pigmente und Füllstoffe, die sich von den elektrische Leitfähigkeit
vermittelnden Bestandteilen und Korrosionsschutzpigmenten unterscheiden, sind
übliche anorganische und/oder organische Farbpigmente und/oder Füllstoffe, wie
Titandioxid, mikronisiertes Titandioxid, Eisenoxidpigmente, von Leitfähigkeitsrußen
verschiedene Ruße, Siliciumdioxid, Bariumsulfat, mikronisierter Glimmer, Talkum,
Kaolin, Azopigmente, Phthalocyaninpigmente, Chinacridonpigmente,
Pyrrolopyrrolpigmente.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäß einsetzbaren Grundierungsüberzugsmittel
neben den elektrische Leitfähigkeit vermittelnden Bestandteilen auch Gleitmittel, wie
z. B. Wachse, beispielsweise in einem Mengenanteil von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen
auf den Festkörpergehalt im Grundierungsüberzugsmittel. Bevorzugt ist dies auch dann
der Fall, wenn im Grundierungsüberzugsmittel andere Bestandteile, beispielsweise
bestimmte elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile, wie Graphit oder
Molybdändisulfid enthalten sind, die selber Gleitmittelwirkung besitzen. Beispiele für
als Gleitmittel besonders geeignete Wachse sind Wollwachs, Carnaubawachs,
Montanwachs sowie Polyolefinwachs, beispielsweise Polyethylenwachs, sowie
Kombinationen zweier oder mehrerer dieser Wachse.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Grundierungsüberzugsmittel
können weiterhin lackübliche Additive in lacküblichen Mengen enthalten. Beispiele für
übliche Lackadditive sind Katalysatoren, Verlaufsmittel, Lichtschutzmittel,
Rheologiesteuerer, Netzmittel und Dispergierhilfsmittel.
Die Grundierungsüberzugsmittel weisen Festkörpergehalte von 30 bis 60 Gew.-% auf.
Der Festkörper setzt sich zusammen als Summe aus dem Harzfestkörper und weiteren
nichtflüchtigen Komponenten, beispielsweise den vorstehend erläuterten elektrische
Leitfähigkeit vermittelnden Bestandteilen, Korrosionsschutzpigmenten, weiteren
Pigmenten, Füllstoffen und Additiven, wobei der Harzfestkörper 60 bis 99, bevorzugt
zwischen 70 und 95 Gew.-% des Festkörpergehalts ausmacht. Es handelt sich um
Lacksysteme auf der Basis organischer Lösemittel. Beispiele sind Glykolether, wie
Butoxyethanol, Butoxypropanol, Methoxypropanol; Dialkohole wie Glykole, z. B.
Ethylenglykol, Polyethylenglykol; Ether, z. B. Dipropylenglykoldimethylether;
Glykoletherester, wie Ethylglykolacetat, Butylglykolacetat, 3-Methoxy-n-butylacetat,
Butyldiglykolacetat, Methoxypropylacetat, Ester, wie Butylacetat, Isobutylacetat,
Amylacetat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Ethylethoxypropionat; Ketone, wie
Methylethylketon, Methylisobutylketon, Diisobutylketon, Cyclohexanon, Isophoron;
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Xylol, Solvesso 100 (eingetragenes
Warenzeichen) und aliphatische Kohlenwasserstoffe.
Das Grundierungsüberzugsmittel wird im Coil-Coating-Verfahren beidseitig auf ein
Metallblech aufgewalzt in einer Trockenschichtdicke von 2 bis 15 µm, bevorzugt von
3 bis 10 µm. Das Einbrennen der Grundierungsüberzugsschicht erfolgt kurzzeitig bei
hohen Temperaturen, beispielsweise innerhalb 30 bis 60 Sekunden in einem 300 bis
370°C heißen Konvektionsofen, wobei maximale Objekttemperaturen (PMT, peak
metal temperature) zwischen 200 und 260°C erreicht werden.
Aus dem beidseitig mit der eingebrannten Grundierungsschicht versehenen Metallcoil
werden in üblicher Weise Blechteile mit der gewünschten Form ausgestanzt und
anschließend im Tiefziehverfahren verformt. Im Labor kann dieser Vorgang simuliert
werden, indem eine Ronde ausgestanzt und zu einem quadratischen Näpfchen mit
abgerundeten Ecken tiefgezogen wird, beispielsweise mittels der von der Firma
Erichsen vertriebenen Tiefzieh-Näpfchen-Prüfmaschine, Original ERICHSEN, Modell
224/II. In der Praxis können so grundierte Automobilteile, wie z. B.
Automobilkleinteile oder -karosserieteile wie z. B. Kotflügel, Motorhauben,
Kofferdeckel, etc. erhalten werden, deren Grundierung beidseitig keinerlei Risse oder
Abplatzungen aufweist. Die grundierten und verformten Teile können zu einer
Karosse zusammengefügt werden. Beispiele für geeignete Fügetechniken sind Kleben
und/oder Clinchen und/oder Schrauben und/oder Schweißen, beispielsweise
Punktschweißen. Schweißverfahren sind bevorzugt. Die gegebenenfalls zu einer
Karosse zusammengefügten Teile werden vor der Aufbringung einer oder mehrerer
Folgeschichten zunächst elektrotauchlackiert.
Zur Erzeugung der zweiten Überzugsschicht werden im erfindungsgemäßen Verfahren
elektrophoretisch abscheidbare Überzugsmittel verwendet. Hierzu sind die an sich
bekannten anodisch oder kathodisch abscheidbaren Elektrotauchlacke (ETL) geeignet.
Bei den elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmitteln handelt es sich um wäßrige
Überzugsmittel mit einem Festkörper bis zu 50 Gew.-%, beispielsweise bis 20 Gew.-%,
wobei die Untergrenze beispielsweise bei 10 Gew.-% liegt. Der Festkörper wird
aus für die Elektrotauchlackierung üblichen Bindemitteln gebildet, wobei zumindest
ein Teil der Bindemittel ionische und/oder in ionische Gruppen überführbare
Substituenten sowie gegebenenfalls zur chemischen Vernetzung fähige Gruppen trägt,
sowie gegebenenfalls vorhandenen Vernetzern, Füllstoffen, Pigmenten und
lacküblichen Additiven.
Die ionischen Gruppen oder in ionische Gruppen überführbaren Gruppen der
Bindemittel können anionische oder in anionische Gruppen überführbare Gruppen,
saure Gruppen, wie -COOH, -SO₃H und/oder -PO₃H₂ und die entsprechenden, mit
Basen neutralisierten anionischen Gruppen sein. Sie können auch kationische oder in
kationische Gruppen überführbare, z. B. basische Gruppen, bevorzugt stickstoffhaltige
basische Gruppen sein; diese Gruppen können quarternisiert vorliegen oder sie werden
mit einem üblichen Neutralisationsmittel, z. B. einer organischen Monocarbonsäure,
wie z. B. Ameisensäure oder Essigsäure in ionische Gruppen überführt. Beispiele sind
Amino-, Ammonium-, z. B. quartäre Ammonium-, Phosphonium- und/oder
Sulfonium-Gruppen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können zur Herstellung der zweiten Überzugsschicht
beispielsweise die üblichen kathodischen Elektrotauchlacke (KTL) auf Basis
kationischer bzw. basischer Bindemittel verwendet werden. Solche basischen Harze
sind beispielsweise Primäre, sekundäre und/oder tertiäre Aminogruppen enthaltende
Harze, deren Aminzahlen z. B. bei 20 bis 250 mg KOH/g liegen. Das Gewichtsmittel
der Molmasse (Mw) der Basisharze liegt bevorzugt bei 300 bis 10 000. Beispiele für
solche Basisharz sind Amino(meth)acrylatharze, Aminoepoxidharze,
Aminoepoxidharze mit endständigen Doppelbindungen, Aminoepoxidharze mit
Primären OH-Gruppen, Aminopolyurethanharze, aminogruppenhaltige
Polybutadienharze oder modifizierte Epoxidharz-Kohlendioxid-Amin-
Umsetzungsprodukte. Diese Basisharze können selbstvernetzend sein oder sie werden
mit bekannten Vernetzern im Gemisch eingesetzt. Beispiele für solche Vernetzer sind
Aminoplastharz, blockierte Polyisocyanate, Vernetzer mit endständigen
Doppelbindungen, Polyepoxidverbindungen oder Vernetzer, die umesterungsfähige
Gruppen enthalten. Sowohl die Basisharze als auch die Vernetzer können jeweils allein
oder im Gemisch eingesetzt werden.
Ebenfalls im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar zur Herstellung der zweiten
Überzugsschicht sind die üblichen anionische Gruppen enthaltenden anodisch
abscheidbaren Elektrotauchlack-Bindemittel und Lacke (ATL). Es handelt sich
beispielsweise um Bindemittel auf Basis von Polyestern, Epoxidharzestern,
(Meth)acrylcopolymerharzen, Maleinatölen oder Polybutadienölen mit einem
Gewichtsmittel der Molmasse (Mw) von beispielsweise 300 bis 10 000 und einer
Säurezahl von 35 bis 300 mg KOH/g. Die Bindemittel tragen -COOH, -SO₃H
und/oder -PO₃H₂-Gruppen. Die Harze können nach Neutralisation von mindestens
einem Teil der sauren Gruppen in die Wasserphase überführt werden. Die Bindemittel
keinen selbstvernetzend oder fremdvernetzend sein. Die Lacke können daher auch
übliche Vernetzer enthalten, z. B. Triazinharze, Vernetzer, die umesterungsfähige
Gruppen enthalten oder blockierte Polyisocyanate.
Insbesondere bei der Realisierung der besonders bevorzugten und unabhängigen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der farb- und/oder
effektgebende Basislack elektrophoretisch abgeschieden wird, ist es bevorzugt als
ETL-Überzugsmittel ein solches zu verwenden, dessen Bindemittelbasis auf Polyestern
und/oder (Meth)acrylcopolymerharzen basiert, beispielsweise ein entsprechendes
ATL-Überzugsmittel.
Zusätzlich zu den Basisharzen und gegebenenfalls vorhandenem Vernetzer können die
ETL-Überzugsmittel Pigmente, Füllstoffe und/oder lackübliche Additive enthalten.
Als Pigmente kommen beispielsweise die üblichen anorganischen und/oder
organischen Buntpigmente und/oder Effektpigmente und/oder Füllstoffe in Frage,
wobei die üblichen anorganischen und/oder organischen Buntpigmente und/oder
Effektpigmente, z. B. Titandioxid, Eisenoxidpigmente, Ruß, Phthalocyaninpigmente,
Chinacridonpigmente, Metallpigmente, z. B. aus Titan, Aluminium oder Kupfer,
Interferenzpigmente, wie z. B. titandioxidbeschichtetes Aluminium, beschichteter
Glimmer, Graphiteffektpigmente, plättchenförmiges Eisenoxid, plättchenförmige
Kupferphthalocyaninpigmente sein können. Beispiele für Füllstoffe sind Kaolin,
Talkum oder Siliciumdioxid.
Die Pigmente können zu Pigmentpasten dispergiert werden, z. B. unter Verwendung
von bekannten Pastenharzen. Insbesondere im Fall der ATL-Überzugsmittel ist es
möglich, Pigmentpasten zu verwenden, wie sie in den dem Fachmann bekannten zur
Herstellung von Zweischichtlackierungen des Basislack/Klarlack-Typs geeigneten,
durch Spritzen applizierbaren Wasserbasislacken verwendet werden. Derartige
Pigmentpasten können erhalten werden durch Anreiben der Pigmente in einem
speziellen wasserverdünnbaren Pastenharz.
Als Additive sind die üblichen Additive möglich, wie sie insbesondere für ETL-
Überzugsmittel bekannt sind. Beispiele dafür sind Netzmittel, Neutralisationsmittel,
Verlaufsmittel, Katalysatoren, Korrosionsinhibitoren, Antischaummittel, Lösemittel,
insbesondere jedoch Lichtschutzmittel gegebenenfalls in Kombination mit
Antioxidantien.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können für die Erzeugung der dritten
Überzugsschicht an sich bekannte, durch Spritzen applizierbare farb- und/oder
effektgebende Basislacküberzugsmittel verwendet werden, wie sie zur Herstellung von
Basislack/Klarlack-Zweischichtlackierungen eingesetzt werden und in großer Zahl
beispielsweise aus der Patentliteratur bekannt sind.
Die für die Erzeugung der dritten Überzugsschicht im erfindungsgemäßen Verfahren
verwendbaren Basislacke können physikalisch trocknend oder unter Ausbildung
kovalenter Bindungen vernetzbar sein. Bei den unter Ausbildung kovalenter Bindungen
vernetzenden Basislacken kann es sich um selbst- oder fremdvernetzende Systeme
handeln.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung der dritten Überzugsschicht
verwendbaren farb- und/oder effektgebenden Basislacke sind flüssige Überzugsmittel.
Es kann sich um ein- oder mehrkomponentige Überzugsmittel handeln,
einkomponentige sind bevorzugt. Es kann sich um Basislacksysteme auf
Lösemittelbasis handeln oder es handelt sich bevorzugt um Wasserbasislacke, deren
Bindemittelsysteme in geeigneter Weise, z. B. anionisch, kationisch oder nicht-ionisch
stabilisiert sind. Sowohl die Basislacksysteme auf Lösemittelbasis als auch die
bevorzugten Wasserbasislacksysteme sind zahlreich beispielsweise aus der
Patentliteratur bekannt.
Bei den im erfindungsgemäßen Verfahren für die Herstellung der dritten
Überzugsschicht verwendbaren Basislacküberzugsmitteln handelt es sich um übliche
Lacksysteme, die ein oder mehrere übliche Basisharze als filmbildende Bindemittel
enthalten. Sie können, falls die Basisharze nicht selbstvernetzend oder selbsttrocknend
sind, gegebenenfalls auch Vernetzer enthalten. Sowohl die Basisharzkomponente als
auch die Vernetzerkomponente unterliegen keinerlei Beschränkung. Als filmbildende
(Basisharze) können beispielsweise Polyester-, Polyurethan- und/oder
(Meth)acrylcopolymerharze verwendet werden. Im Fall der bevorzugten
Wasserbasislacke sind bevorzugt Polyurethanharze enthalten, besonders bevorzugt
mindestens zu einem Anteil von 15 Gew.-%, bezogen auf den Festharzgehalt des
Wasserbasislacks. Die Auswahl der gegebenenfalls enthaltenen Vernetzer ist
unkritisch, sie richtet sich nach der Funktionalität der Basisharze, d. h. die Vernetzer
werden so ausgewählt, daß sie eine zur Funktionalität der Basisharze komplementäre,
reaktive Funktionalität aufweisen. Beispiele für solche komplementäre Funktionalitäten
zwischen Basisharz und Vernetzer sind: Hydroxyl/Methylolether, Hydroxyl/freies
Isocyanat, Hydroxyl/blockiertes Isocyanat, Carboxyl/Epoxid. Sofern miteinander
verträglich, können auch mehrere solcher komplementärer Funktionalitäten in einem
Basislack nebeneinander vorliegen. Die gegebenenfalls in den Basislacken verwendeten
Vernetzer können einzeln oder im Gemisch vorliegen.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren für die Erzeugung der dritten Überzugsschicht
eingesetzten Basislacke enthalten neben den üblichen physikalisch trocknenden
und/oder chemisch vernetzenden Bindemitteln anorganische und/oder organische
Buntpigmente und/oder Effektpigmente, wie z. B. Titandioxid, Eisenoxidpigmente,
Ruß, Azopigmente, Phthalocyaninpigmente, Chinacridonpigmente, Metallpigmente,
z. B. aus Titan, Aluminium oder Kupfer, Interferenzpigmente, wie z. B.
titandioxidbeschichtetes Aluminium, beschichteter Glimmer, Graphiteffektpigmente,
plättchenförmiges Eisenoxid, plättchenförmige Kupferphthalocyaninpigmente.
Weiterhin können die für die Erzeugung der dritten Überzugsschicht eingesetzten
Basislacke lackübliche Additive enthalten, wie z. B. Füllstoffe, Katalysatoren,
Verlaufsmittel, Antikratermittel oder insbesondere Lichtschutzmittel gegebenenfalls in
Kombination mit Antioxidantien.
Die durch Spritzen als dritte Überzugsschicht aufgebrachte farb- und/oder
effektgebende Basislackschicht kann als zweischichtiges Basislacksystem bestehend aus
einer ersten, modifizierten Basislackschicht und einer zweiten, den eigentlichen
Farbton der Mehrschichtlackierung bestimmenden Basislackschicht appliziert werden.
Dabei ist der erste Basislack modifiziert, beispielsweise indem er zusätzliche
modifizierende Bindemittelkomponenten oder Füllstoffkomponenten enthält. Er kann
beispielsweise aus dem anschließend applizierten, den eigentlichen Farbton
bestimmenden Basislack durch Vermischen mit den zusätzlichen Komponenten
hergestellt werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können für die Erzeugung der vierten und
gegebenenfalls weiterer Überzugsschichten oder im Falle der besonders bevorzugten
und unabhängigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die Erzeugung
der dritten und gegebenenfalls weiterer Überzugsschichten an sich bekannte durch
Spritzen applizierbare Klarlacke oder transparent farbig oder farblos pigmentierte
Überzugsmittel verwendet werden, insbesondere solche wie sie zur Herstellung von
Basislack/Klarlack-Zweischichtlackierungen eingesetzt werden und in großer Zahl
beispielsweise aus der Patentliteratur bekannt sind. Dabei kann es sich um ein- oder
mehrkomponentige Klarlacküberzugsmittel handeln. Sie können lösemittelfrei (flüssig
oder als Pulverklarlack) sein, oder es kann sich um Systeme auf der Basis von
Lösemitteln (ein- (1K) und zweikomponentige (2K) nicht-wäßrige Klarlacksysteme)
handeln oder es handelt sich um wasserverdünnbare Klarlacke (ein- (1K) oder
zweikomponentige (2K) Wasserklarlacksysteme), deren Bindemittelsysteme in
geeigneter Weise, z. B. anionisch, kationisch oder nicht-ionisch stabilisiert sind. Bei
den wasserverdünnbaren Klarlacksystemen kann es sich um wasserlösliche oder in
Wasser dispergierte Systeme, beispielsweise Emulsionssysteme oder Pulverslurry-
Systeme handeln. Die Klarlacküberzugsmittel härten beim Einbrennen unter
Ausbildung kovalenter Bindungen infolge chemischer Vernetzung aus.
Bei den im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Klarlacken handelt es sich um
übliche Klarlacküberzugsmittel, die ein oder mehrere übliche Basisharze als
filmbildende Bindemittel enthalten. Sie können, falls die Basisharze nicht
selbstvernetzend sind, gegebenenfalls auch Vernetzer enthalten. Sowohl die
Basisharzkomponente als auch die Vernetzerkomponente unterliegen keinerlei
Beschränkung. Als filmbildende Bindemittel (Basisharze) können beispielsweise
Polyester-, Polyurethan- und/oder (Meth)acryl-Copolymer-Harze verwendet werden.
Die Auswahl der gegebenenfalls enthaltenen Vernetzer ist unkritisch, sie richtet sich
nach der Funktionalität der Basisharze, d. h. die Vernetzer werden so ausgewählt, daß
sie eine zur Funktionalität der Basisharze komplementäre, reaktive Funktionalität
aufweisen. Beispiele für solche komplementäre Funktionalitäten zwischen Basisharz
und Vernetzer sind: Carboxyl/Epoxid, Hydroxyl/Methylolether, Hydroxyl/freies
Isocyanat, Hydroxyl/blockiertes Isocyanat und (Meth)acrylolyl/CH-acide Gruppe.
Sofern miteinander verträglich, können auch mehrere solcher komplementären
Funktionalitäten in einem Klarlack nebeneinander vorliegen. Die gegebenenfalls in den
Klarlacken verwendeten Vernetzer können einzeln oder im Gemisch vorliegen.
Neben den chemisch vernetzenden Bindemitteln sowie gegebenenfalls Vernetzern
können die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Klarlacke lackübliche
Additive, wie z. B. Katalysatoren, Verlaufsmittel, Farbstoffe, Rheologiesteuerer, wie
Mikrogele, NAD (= non-aqueous-dispersions), disubstituierte Harnstoffe ("sagging
control agents") sowie Lichtschutzmittel gegebenenfalls in Kombination mit
Antioxidantien enthalten.
Der transparente Überzug kann in einer einzigen Schicht oder in Form von mehreren
Schichten aus dem gleichen oder aus mehreren verschiedenen transparenten
Überzugsmitteln aufgebracht werden. Zweckmäßig wird die transparente
Überzugsschicht jedoch als vierte Schicht oder im Falle der besonders bevorzugten
und unabhängigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als dritte Schicht aus
nur einem Klarlacküberzugsmittel aufgebracht. Bevorzugt werden dabei solche
Klarlacküberzugsmittel verwendet, die eine möglichst geringe Ablaufneigung besitzen,
beispielsweise festkörperreiche Klarlacke mit entsprechend eingestelltem rheologischen
Verhalten. Besonders bevorzugt sind Pulverklarlacke.
Als Substrate für das erfindungsgemäße Verfahren dienen zu Coils aufgerollte
Metallbleche mit einer für den Karosseriebau typischen Blechstärke von 0,7 bis 1,3
mm, beispielsweise aus Eisen, Zink, Aluminium oder entsprechenden Legierungen.
Bevorzugt ist verzinktes Blech, beispielsweise verzinktes Stahlblech. Die
Metalloberflächen können vorbehandelt, beispielsweise mit einer Phosphatierung und
gegebenenfalls Passivierung versehen sein. Die Metalloberflächen können die im
Automobilbau des Standes der Technik üblichen, für die Formgebung unter
Verwendung von Tiefziehhilfsmitteln notwendigen Rauhigkeiten mit Mittenrauhwerten
(Ra-Werten, vgl. DIN/EN 10130) beispielsweise von 0,6 bis 1,8 µm aufweisen. Im
erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch bevorzugt, Metallbleche zu verwenden mit
im Automobilbau bislang unüblichen, niedrigeren Oberflächenrauhigkeiten,
beispielsweise mit Ra-Werten unter 0,6 µm. Eine künstliche Aufrauhung der
Metallblechoberfläche ist nicht erforderlich.
Auf diese Substrate wird die erste Überzugsschicht, nämlich die Grundierung,
beidseitig aus dem Grundierungsüberzugsmittel im Coil-Coating-Verfahren in einer
Trockenschichtdicke von 2 bis 15 µm, bevorzugt von 3 bis 10 µm aufgewalzt. Das
Einbrennen der Grundierungsüberzugsschicht erfolgt kurzzeitig bei hohen
Temperaturen, beispielsweise innerhalb 30 bis 60 Sekunden in einem 300 bis 370°C
heißen Konvektionsofen, wobei maximale Objekttemperaturen (PMT, peak metal
temperature) zwischen 200 und 260°C erreicht werden.
Aus dem beidseitig mit der eingebrannten Grundierungsschicht versehenen Metallcoil
werden nun in üblicher Weise Blechteile mit der gewünschten Form ausgestanzt und
anschließend im Tiefziehverfahren verformt. Die verformten Teile können dann,
gegebenenfalls zusammen mit Bauteilen aus anderen Werkstoffen, zu einer Karosse
zusammengefügt werden, beispielsweise durch Kleben und/oder Clinchen und/oder
Schrauben und/oder bevorzugt Schweißen. Bei den Bauteilen aus anderen Werkstoffen
kann es sich beispielsweise um anderweitig vorbeschichtete oder unbeschichtete
Metalle oder Kunststoffe handeln, bevorzugt sind dabei Bauteile mit elektrisch
leitfähiger und elektrophoretisch beschichtbarer Oberfläche.
Auf das so erhaltene mit einer einen spezifischen Widerstand von insbesondere unter
10⁸ Ohm·cm aufweisenden Überzugsschicht versehene Substrat wird die zweite
Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch abscheidbaren Überzugsmittel
aufgetragen und bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise zwischen 130 und 180°C
eingebrannt. Wird die zweite Überzugsschicht aus dem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel als Zwischenschicht aufgetragen, so erfolgt dies
bevorzugt in Trockenschichtdicken von beispielsweise 5 bis 40 µm, besonders
bevorzugt von 10 bis 30 µm, während der Auftrag als farb- und/oder effektgebende
Basislackschicht bevorzugt in einer vom Farbton abhängigen Trockenschichtdicke von
beispielsweise 10 bis 50 µm, besonders bevorzugt von 15 bis 40 µm erfolgt. Die
zweite Überzugsschicht besitzt im allgemeinen praktisch keine elektrische
Leitfähigkeit, d. h. sie weist im eingebrannten Zustand einen spezifischen Widerstand
von im allgemeinen über 10⁹ Ohm·cm auf. Im Falle der besonders bevorzugten und
unabhängigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei ihr um
eine farb- und/oder effektgebende Basislackschicht.
Der durch Elektrotauchlackierung erhaltene und im eingebrannten Zustand elektrisch
isolierende Überzug kann sich, muß sich aber nicht ganzflächig über das
dreidimensionale Substrat erstrecken. So ist es beispielsweise im erfindungsgemäßen
Verfahren möglich, eine ganzflächige erste Beschichtung durch beidseitigen Coil
Coating-Auftrag einer Grundierung aus dem Grundierungsüberzugsmittel und eine
zweite Beschichtung aus dem ETL-Überzugsmittel im wesentlichen nur an äußeren
Bereichen, insbesondere an sichtbaren Flächen eines dreidimensionalen Substrats
durchzuführen, d. h. beispielsweise nicht in engen Hohlräumen einer Karosserie.
Anschließend erfolgt der Auftrag, beispielsweise ein Spritzauftrag, der dritten
Überzugsschicht, beispielsweise aus einem farb- und/oder effektgebenden Basislack
oder im Falle der besonders bevorzugten und unabhängigen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung aus einem Klarlacküberzugsmittel.
Ein Spritzauftrag der dritten Überzugsschicht aus dem farb- und/oder effektgebenden
Basislack erfolgt in einer vom Farbton abhängigen Trockenschichtdicke von 10 bis 25
µm, beispielsweise durch Druckluftspritzen, Airless-Spritzen oder
ESTA-Hochrotationsspritzen.
Im Anschluß an die Applikation einer dritten, farb- und/oder effektgebenden
Basislacküberzugsschicht erfolgt nach einer kurzen Abluftphase, z. B. bei 20 bis 80°C,
der Auftrag des Klarlacks, bevorzugt im Naß-in-Naß-Verfahren. Die vierte
Überzugsschicht wird aus einem üblichen flüssigen Klarlack oder Pulverklarlack (in
diesem Fall handelt es sich um eine Trocken-in-Naß-Applikation) aufgebracht und
gemeinsam mit der dritten Überzugsschicht bei erhöhten Temperaturen beispielsweise
von 80 bis 160°C eingebrannt. Gegebenenfalls können weitere Klarlackschichten aus
dem gleichen oder davon verschiedenen Klarlacküberzugsmitteln aufgebracht werden.
Im Falle der besonders bevorzugten und unabhängigen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Auftrag des Klarlacks auf die zweite, die
eingebrannte farb- und/oder effektgebende ETL-Überzugsschicht. Die
Klarlacküberzugsschicht wird aus einem üblichen flüssigen oder Pulverklarlack
aufgebracht und beispielsweise bei Temperaturen von 80 bis 160°C eingebrannt.
Gegebenenfalls können weitere Klarlackschichten aus dem gleichen oder davon
verschiedenen Klarlacküberzugsmitteln aufgebracht werden.
Der Spritzauftrag der als dritte Überzugsschicht aufgebrachten Basislackschicht und
der als vierte oder im Falle der besonders bevorzugten und unabhängigen
Ausführungsform der Erfindung als dritte Überzugsschicht aufgebrachten
Klarlackschicht kann sich, muß sich aber nicht ganzflächig über das dreidimensionale
Substrat erstrecken. So ist es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, die dritte
und/oder vierte Überzugsschicht im wesentlichen nur an äußeren Bereichen,
insbesondere an sichtbaren Flächen eines dreidimensionalen Substrats aufzubringen,
d. h. beispielsweise nicht in engen Hohlräumen einer Karosserie.
Nachstehend sind Beispiele für mehrschichtig lackierte Automobilkarossen oder
-karossenteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können,
hinsichtlich ihres bevorzugten Lackaufbaus in aufsteigender Reihenfolge angegeben.
Dabei gelten die vorstehend gemachten Ausführungen bezüglich der Grundierungs-,
Elektrotauchlack-, Basislack- bzw. Klarlackschicht.
- (1) Blech mit Ra-Wert zwischen 0,6 und 1,8 µm/2 bis 15 µm dicke Grundierungsschicht/Elektrotauchlackschicht/spritzapplizierte Basislackschicht/Klarlackschicht
- (2) Blech mit Ra-Wert kleiner 0,6 µm/2 bis 15 µm dicke Grundierungsschicht/Elektrotauchlackschicht/spritzapplizierte Basislackschicht/Klarlackschicht
- (3) Blech mit Ra-Wert zwischen 0,6 und 1,8 µm/2 bis 15 µm dicke Grundierungsschicht/elektrophoretisch applizierte Basislackschicht/Klarlackschicht
- (4) Blech mit Ra-Wert kleiner 0,6 µm/2 bis 15 µm dicke Grundierungsschicht/elektrophoretisch applizierte Basislackschicht/Klarlackschicht.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kraftfahrzeugteile oder
-karossen weisen mehrschichtige Lackierungen mit im Vergleich zum Stand der
Technik vergleichbarem Gesamteigenschaftsniveau auf. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren kann die Verwendung separater Tiefziehhilfsmittel sowie eine Reinigung
von diesen bei der Formgebung der Blechteile vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung lackierter Automobilteile
oder -karossen ohne aufwendige Reinigungsprozesse. Die Coil Coating-Grundierung
übersteht die Verformung sowie die Belastung durch die Einbrennprozesse der
nachfolgend aufgebrachten Lackschichten unbeschadet und haftet einwandfrei.
1,6 Teile Zinkphosphat und 2,6 Teile Leitfähigkeitsruß werden in 14,0 Teilen einer 60
gew.-%igen Lösung eines Polyesterdiols (Hydroxylzahl 25 mg KOH/g, Mw 11 000) in
Solvesso 150 (Gemisch aromatischer Kohlenwasserstoffe mit einem Siedebereich von
182 bis 202°C) und 10 Teilen eines handelsüblichen Gemischs von
Dicarbonsäuredimethylestern (21% Dimethyladipat, 56% Dimethylglutarat, 23%
Dimethylsuccinat) angerieben. Mit 8,7 Teilen der Lösung des Polyesterdiols, 6,0
Teilen einer 60 gew.-%igen Lösung eines Polyesterpolyols (Hydroxylzahl 35 mg
KOH/g, Mw 4000) in Solvesso 150, 2,0 Teilen eines mit Butanonoxim blockierten
Polyisocyanats auf Basis Hexamethylendiisocyanat (75 gew.-%ig in Solvesso 100,
NCO-Gehalt blockiert: ca. 11,3%), 2,6 Teilen eines mit Malonester blockierten
Polyisocyanats auf Basis Isophorondiisocyanat (61 gew.-%ig in Solvesso 100,
NCO-Gehalt blockiert: ca. 6,9%), 5,0 Teilen einer 92 gew.-%igen ethanolischen Lösung
eines Styrol/Allylalkohol-Copolymer-modifizierten Melaminharzes vom
Hexamethoxymethylmelamin-Typ, 2,2 Teilen eines Bisphenol-A-Epoxidharzes
(Epoxidäquivalentgewicht 190), 0,7 Teilen Polyethylenwachs, 5,5 Teilen des
Gemischs von Dicarbonsäuredimethylestern, 13,1 Teilen Methoxypropylacetat und 26
Teilen Solvesso 150 komplettiert.
Ein verzinktes und phosphatiertes 0,8 mm dickes Stahlblech wird mit dem so
hergestellten Grundierungsüberzugsmittel in einer Trockenschichtdicke von 3 µm
durch Walzauftrag beidseitig beschichtet und in einem 345°C heißen Trockenofen 40
Sekunden eingebrannt. Dabei erreicht das Stahlblech eine maximale PMT von 216°C.
Nach dem Abkühlen werden Ronden mit einem Durchmesser von 8,5 cm ausgestanzt.
Die Ronden werden mit der Tiefzieh-Näpfchen-Prüfmaschine, Original ERICHSEN,
Modell 224/H zu einem quadratischen Näpfchen von 40 mm mal 40 mm tiefgezogen.
Die Beschichtung weist weder auf der Innen- noch auf der Außenseite Beschädigungen
auf. Anschließend werden die Näpfchen mit handelsüblichem anodisch abscheidbarem
Tauchlack auf der Innen- und Außenseite in einer Trockenschichtdicke von 35 µm
anaphoretisch beschichtet und 20 Minuten bei 150°C eingebrannt. Es werden auf der
Außenseite ein Basislack in einer Trockenschichtdicke von 18 µm und ein
Acryl/Melaminharz-Klarlack in einer Trockenschichtdicke von 40 µm im Naß-in-Naß-Verfahren
aufgespritzt und 30 Minuten bei 130°C eingebrannt. Die Lackierung haftet
einwandfrei und weist auch sonst keinerlei Beschädigung auf.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien, bei dem auf ein Coil aus Metallblech beidseitig eine
Grundierungsüberzugsschicht aufgebracht und eingebrannt wird, aus dem Coil
anschließend Blechteile ausgestanzt und im Tiefziehverfahren verformt und ggf. zu
einer Automobilkarosserie zusammengefügt werden, worauf eine zweite
Überzugsschicht durch elektrophoretische Abscheidung aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel sowie weitere Überzugsschichten aufgebracht werden,
dadurch gekennzeichnet, daß im Coil-Coating-Verfahren zur Herstellung einer
Grundierungsüberzugsschicht ein Grundierungsüberzugsmittel aufgebracht wird, das
elektrische Leitfähigkeit vermittelnde Bestandteile enthält, die der
Grundierungsüberzugsschicht im eingebrannten Zustand einen zur elektrophoretischen
Abscheidung einer weiteren Überzugsschicht aus einem elektrophoretisch
abscheidbaren Überzugsmittel ausreichend niedrigen spezifischen Widerstand
verleihen, und das, bezogen auf seine Festharzzusammensetzung, 55-80 Gew.-%
eines oder mehrerer Polyesterpolyole, 2-10 Gew.-% eines oder mehrerer
aromatischer Epoxidharze sowie als Vernetzer 0-20 Gew.-% eines oder mehrerer
Aminoplastharze und 10-30 Gew.-% eines oder mehrerer blockierter Polyisocyanate
enthält, wobei die Summe der Festharzbestandteile des Überzugsmittels 100 Gew.-%
ergibt.
2. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite
Überzugsschicht auf die Grundierungsschicht eine Zwischenschicht durch
elektrophoretische Abscheidung aus einem elektrophoretisch abscheidbaren
Überzugsmittel gebildet wird, welche mit einer Basislackschicht und einer oder
mehreren Klarlackschichten überlackiert wird.
3. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite
Überzugsschicht eine farb- und oder effektgebende Basislackschicht aus einem
elektrophoretisch abscheidbaren wäßrigen Überzugsmittel durch elektrophoretische
Abscheidung gebildet wird, welche mit einer oder mehreren Klarlackschichten
überlackiert wird.
4. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gesamttrockenschichtdicke des Lackaufbaus 80-130 µm und die Gesamtschichtdicke
der transparenten Überzugsschicht oder Überzugsschichten 30-80 µm beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gesamttrockenschichtdicke des Lackaufbaus 70-110 µm und die Gesamtschichtdicke
der transparenten Überzugsschicht oder Überzugsschichten 30-80 µm beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Grundierungsüberzugsmittel eingesetzten Polyesterpolyole
im wesentlichen frei von olefinischen Doppelbindungen sind, ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht von 2000-20 000, eine Hydroxyzahl von 20-50 mg KOH/g und
eine Säurezahl < 5 mg KOH/g besitzen und diese linear oder verzweigt aufgebaut
sein können, wobei auch Mischungen von linearen Polyesterdiolen und/oder
verzweigten Polyesterpolyolen eingesetzt werden können.
7. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet,
daß die im Grundierungsüberzugsmittel enthaltenen Epoxidharze epoxidgruppenhaltige
aromatische Polyglycidylether und/oder davon abgeleitete Epoxidharzester sind.
8. Verfahren zur Herstellung mehrschichtig lackierter Automobilteile oder
Automobilkarosserien gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,
daß Metallbleche mit Mittenrauhwerten Ra unter 0,6 µm eingesetzt werden.
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DE1997116234 DE19716234A1 (de) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | Verfahren zur Herstellung von mehrschichtig lackierten Automobilteilen und Automobilkarosserien |
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