DE19857941A1 - Verfahren zur Mehrschichtlackierung - Google Patents
Verfahren zur MehrschichtlackierungInfo
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Abstract
Verfahren zur Mehrschichtlackierung durch Auftrag von Füller- und/oder weiterer Überzugsmittelschichten und anschließend von einer Decklackschicht aus einem Basislack/Klarlackaufbau oder aus einem pigmentierten Einschichtdecklack auf ein Substrat, wobei mindestens eine der Schichten aus einem mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel erstellt wird, bei dem nach Applikation des mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittels zunächst eine Bestrahlung mit IR-Strahlung und anschließend eine Bestrahlung mit energiereicher Strahlung erfolgt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mehrschichtlackierung von Substraten unter
Verwendung strahlungshärtbarer Beschichtungsmittel. Das Verfahren kann vorteilhaft
Anwendung finden in der Fahrzeug- und Industrielackierung, bevorzugt in der
Fahrzeugreparaturlackierung.
Die UV-Technologie bei der Beschichtung und Härtung ist insbesondere in der
Holzbeschichtungsindustrie seit längerem Stand der Technik. Aber auch in anderen
Anwendungsgebieten, so auch in der Fahrzeuglackierung, ist es bekannt geworden,
mittels energiereicher Strahlung härtbare Beschichtungsmittel einzusetzen. Man nutzt
auch hier die Vorteile strahlungshärtbarer Beschichtungsmittel, wie z. B. die sehr kurzen
Härtungszeiten, die geringe Lösemittelemission der Beschichtungsmittel sowie die sehr
gute Härte der daraus erhaltenen Beschichtungen.
Neben geeigneten strahlungshärtbaren Bindemitteln und Photoinitiatoren sind auch
verschiedene Arten von Strahlungsquellen bekannt worden.
So beschreibt beispielsweise die DE-A- 196 35 447 ein Verfahren zur Herstellung einer
mehrschichtigen Reparaturlackierung, wobei als Klarlack oder pigmentierter Decklack ein
Beschichtungsmittel appliziert wird, das ausschließlich durch UV-Strahlung radikalisch
polymerisierbare Bindemittel enthält. Die UV-Bestrahlung des applizierten
Beschichtungsmittels erfolgt mit UV-Blitzlampen.
Die EP-A-0 540 884 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer
Mehrschichtlackierung für die Kraftfahrzeugserienlackierung durch Auftrag einer
Klarlackschicht auf eine getrocknete bzw. gehärtete Basislackschicht, wobei das
Klarlackbeschichtungsmittel durch radikalische Polymerisation härtbare Bindemittel
enthält und die Härtung der Klarlackschicht mittels UV-Strahlung durchgeführt wird. Der
Auftrag des Klarlackes erfolgt bei Beleuchtung mit Licht einer Wellenlänge von über 550 nm
oder unter Ausschluß von Licht.
Es sind auch mittels energiereicher Strahlung härtbare Beschichtungsmittel beschrieben
worden, welche Bindemittel enthalten, die mittels energiereicher Strahlung und zusätzlich
über einen weiteren Vernetzungsmechanismus aushärten können.
Zum Beispiel werden in der DE-A-28 09 715 mittels energiereicher Strahlung härtbare
Bindemittel genannt, die auf einer NCO- und acryloylfunktionellen Urethanverbindung,
hergestellt aus einem Hydroxyalkylester der (Meth)acrylsäure und einem Polyisocyanat,
und auf einer polyfunktionellen Hydroxylverbindung basieren.
Die EP-A-0 000 407 beschreibt mittels energiereicher Strahlung härtbare
Beschichtungsmittel auf Basis eines mit Acrylsäure veresterten OH-funktionellen
Polyesterharzes, einer Vinylverbindung und eines Polyisocyanates. In einem ersten
Härtungsschritt erfolgt die Bestrahlung mit UV-Licht und einem zweiten Härtungsschritt
erfolgt die Endhärtung bei Temperaturen von 130 bis 200°C.
In der noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung P 198 18 735 werden mittels
energiereicher Strahlung härtbare Beschichtungsmittel vorgeschlagen, die als Bindemittel
Verbindungen A) mit radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen und weiteren im
Sinne einer Additions- und/oder Kondensationsreaktion reaktiven funktionellen Gruppen
enthalten sowie Verbindungen B) mit radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen und
weiteren im Sinne einer Additions- und/oder Kondensationsreaktion reaktiven
funktionellen Gruppen, wobei letztere reaktiv sein sollen gegenüber den zusätzlichen
reaktiven Gruppen der Verbindungen A). Zur vollständigen Aushärtung können die
erhaltenen Beschichtungen nach der UV-Bestrahlung höheren Temperaturen von z. B. 30
bis 120°C ausgesetzt werden.
Mit den vorstehend genannten Verfahren zur mehrschichtigen Fahrzeuglackierung unter
Verwendung mittels energiereicher Strahlung härtbarer Bindemittel werden jedoch
Beschichtungen erhalten, die in verschiedener Hinsicht noch verbesserungsbedürftig sind.
Die Beschichtungen zeigen noch Schwächen bezüglich Bewitterungs- und
Chemikalienbeständigkeit und weisen eine unbefriedigende Schleifbarkeit auf. Des
weiteren kommt es bei den mittels energiereicher Strahlung härtbaren
Beschichtungsmitteln durch den Härtungsprozeß zu einem Volumenschrumpf der
aufgebrachten Beschichtung, was zu Spannungen und Rißbildung im Film führt.
Enthaftungserscheinungen zum Untergrund können die Folge sein. Das Problem der
Rißbildung und mangelnden Zwischenschichthaftung ist noch nicht zufriedenstellend
gelöst worden.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur mehrschichtigen
Fahrzeuglackierung, insbesondere zur mehrschichtigen Fahrzeugreparaturlackierung,
unter Verwendung zumindest teilweise strahlungshärtbarer Beschichtungsmittel
bereitzustellen, mit welchem Beschichtungen erhalten werden, die frei sind von
Rißbildungen und eine gute Haftung zum Untergrund aufweisen. Die erhaltenen
Beschichtungen sollen eine sehr gute Chemikalien- und Witterungsbeständigkeit sowie
eine gute Schleifbarkeit aufweisen. Sie sollen auch bei hoher Vernetzungsdichte eine
ausreichende Flexibilität zeigen. Die Beschichtungen sollen außerdem ein einwandfreies
optisches Aussehen zeigen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das einen Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren
zur Mehrschichtlackierung durch Auftrag einer oder mehrerer Füllerschichten und/oder
weiterer Schichten, bei denen es sich beispielsweise um übliche Zwischenschichten
handeln kann, auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes Substrat, und anschließenden
Auftrag einer Decklackschicht aus einem Basislack/Klarlack-Aufbau oder aus einem
pigmentierten Einschichtdecklack, wobei mindestens eine der Schichten des
Mehrschichtaufbaus aus einem mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise
härtbaren Beschichtungsmittel erstellt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß nach
Applikation des oder der mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren
Beschichtungsmittel(s) zunächst eine Bestrahlung mit Infrarot-Strahlung (IR-Strahlung)
und anschließend eine Bestrahlung mit energiereicher Strahlung, bevorzugt Ultraviolett-
Strahlung (UV-Strahlung) erfolgt, wobei die Bestrahlung mit IR-Strahlung die
anschließende Bestrahlung mit energiereicher Strahlung zumindest teilweise überlappen
kann.
Als energiereiche Strahlung kann insbesondere UV-Strahlung, aber auch beispielsweise
Elektronenstrahlung eingesetzt werden.
Bevorzugt wird nach Applikation des oder der mittels energiereicher Strahlung zumindest
teilweise härtbaren Beschichtungsmittel(s) eine Ablüftphase gewährt. Es kann sich
beispielsweise um ein Ablüften von 5 bis 15 Minuten, bevorzugt 5 bis 10 Minuten bei
Raumtemperatur handeln. Erst anschließend erfolgt die Bestrahlung mit IR-Strahlung.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten mittels energiereicher Strahlung
zumindest teilweise aushärtbaren Beschichtungsmittel können wäßrig, mit Lösemitteln
verdünnt oder frei von Lösemitteln und Wasser sein. Es kann sich um mittels
energiereicher Strahlung, bevorzugt mittels UV-Strahlung, vollständig oder nur teilweise
aushärtbare Beschichtungsmittel handeln. Bei mittels energiereicher Strahlung
aushärtbaren Beschichtungsmitteln handelt es sich insbesondere um dem Fachmann
bekannte kationisch und/oder radikalisch härtende Beschichtungsmittel. Bevorzugt sind
radikalisch härtende Beschichtungsmittel. Bei Einwirkung energiereicher Strahlung auf
diese Beschichtungsmittel entstehen im Beschichtungsmittel Radikale, die eine Vernetzung
durch radikalische Polymerisation olefinischer Doppelbindungen auslösen.
Die bevorzugt einsetzbaren radikalisch härtenden Beschichtungsmittel enthalten übliche
Prepolymere, wie Poly- oder Oligomere, die radikalisch polymerisierbare olefinische
Doppelbindungen, insbesondere in Form von (Meth)acryloylgruppen im Molekül
aufweisen. Die Prepolymere können in Kombination mit üblichen Reaktivverdünnern, d. h.
reaktiven flüssigen Monomeren, vorliegen.
Beispiele für Prepolymere oder Oligomere sind (meth)acrylfunktionelle
(Meth)acrylcopolymere, Epoxidharz(meth)acrylate, Polyester(meth)acrylate,
Polyether(meth)acrylate, Polyurethan(meth)acrylate, ungesättigte Polyester, ungesättigte
Polyurethane oder Silikon(meth)acrylate mit zahlenmittleren Molekularmassen (Mn)
bevorzugt im Bereich von 200 bis 10 000, besonders bevorzugt von 500 bis 3000 und mit
durchschnittlich 2 bis 20, bevorzugt 3 bis 10 radikalisch polymerisierbaren, olefinischen
Doppelbindungen pro Molekül. Unter (Meth)acryl ist hier Acryl und/oder Methacryl zu
verstehen.
Werden Reaktivverdünner verwendet, so werden sie beispielsweise in Mengen von 1 bis
50 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von
Prepolymeren und Reaktivverdünnern, eingesetzt. Es handelt sich um niedermolekulare
definierte Verbindungen, die mono-, di- oder polyungesättigt sein können. Beispiele für
solche Reaktivverdünner sind: (Meth)acrylsäure und deren Ester, Maleinsäure und deren
Halbester, Vinylacetat, Vinylether, substituierte Vinylharnstoffe, Ethylen- und
Propylenglykoldi(meth)acrylat, 1,3- und 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat,
Allyl(meth)acrylat, Glycerintri-, -di- und -mono(meth)acrylat, Trimethylolpropantri-, -di-
und -mono(meth)acrylat, Styrol, Vinyltoluol, Divinylbenzol, Pentaerythrittri- und -
tetra(meth)acrylat, Di- und Tripropylenglykoldi(meth)acrylat, Hexandioldi(meth)acrylat.
Die Reaktivverdünner können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Bevorzugt
werden als Reaktivverdünner Diacrylate wie z. B. Dipropylenglykoldiacrylat,
Tripropylenglykoldiacrylat und/oder Hexandioldiacrylat eingesetzt.
Die radikalisch härtenden Beschichtungsmittel enthalten Photoinitiatoren, z. B. in Mengen
von 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Summe von
radikalisch polymerisierbaren Prepolymeren, Reaktivverdünnern und Photoinitiatoren.
Geeignet sind die üblichen Photoinitiatoren, wie beispielsweise Benzoin und -derivate,
Acetophenon und -derivate, z. B. 2,2-Diacetoxyacetophenon, Benzophenon und -derivate,
Thioxanthon und -derivate, Anthrachinon, 1-Benzoylcyclohexanol, phosphororganische
Verbindungen, wie z. B. Acylphospinoxide. Die Photoinitiatoren können allein oder in
Kombination eingesetzt werden. Außerdem können weitere synergistische Komponenten,
z. B. tertiäre Amine, eingesetzt werden.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren mittels energiereicher Strahlung
zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel enthalten bevorzugt neben dem mittels
energiereicher Strahlung härtbaren Bindemittelsystem ein oder mehrere weitere
Bindemittel. Bei den weiteren Bindemitteln, die zusätzlich vorliegen können, handelt es
sich bevorzugt um übliche mittels Additions- und/oder Kondensationsreaktionen
aushärtbare Bindemittelsysteme. Es kann sich aber auch um übliche physikalisch
trocknende Bindemittelsysteme oder um Kombinationen beider genannter
Bindemittelsysteme handeln. Es ist auch möglich, daß das an sich mittels energiereicher
Strahlung härtbare Bindemittelsystem zusätzlich zu den radikalisch polymerisierbaren
Doppelbindungen zur Vernetzung durch Additions- und/oder Kondensationsreaktionen
fähige Gruppen aufweist.
Bei den Additions- und/oder Kondensationsreaktionen im vorstehend genannten Sinne
handelt es sich um dem Fachmann bekannte lackchemische Vernetzungsreaktionen wie
beispielsweise die ringöffnende Addition einer Epoxidgruppe an eine Carboxylgruppe
unter Bildung einer Ester- und einer Hydroxylgruppe, die Addition einer Hydroxylgruppe
an eine Isocyanatgruppe unter Bildung einer Urethangruppe, die Reaktion einer
Hydroxylgruppe mit einer blockierten Isocyanatgruppe unter Ausbildung einer
Urethangruppe und Abspaltung des Blockierungsmittels, die Reaktion einer
Hydroxylgruppe mit einer N-Methylolgruppe unter Wasserabspaltung, die Reaktion einer
Hydroxylgruppe mit einer N-Methylolethergruppe unter Abspaltung des
Veretherungsalkohols, die Umesterungsreaktion einer Hydroxylgruppe mit einer
Estergruppe unter Abspaltung des Veresterungsalkohols, die Umurethanisierungsreaktion
einer Hydroxylgruppe mit einer Carbamatgruppe unter Alkoholabspaltung, die Reaktion
einer Carbamatgruppe mit einer N-Methylolethergruppe unter Abspaltung des
Veretherungsalkohols.
Bevorzugt sind im Bindemittelsystem funktionelle Gruppen enthalten, die eine Vernetzung
bei niedrigen Temperaturen, beipielsweise bei 20 bis 80°C ermöglichen. Besonders
bevorzugt kann es sich um Hydroxyl- und Isocyanatgruppen handeln. Die funktionellen
Gruppen, insbesondere die Hydroxylgruppen und Isocyanatgruppen können dabei jeweils
im mittels energiereicher Strahlung härtbaren Bindemittel und/oder in einem separaten
Bindemittel vorliegen.
Bevorzugt können im Klarlack, Basislack oder Einschichtdecklack
Polyurethan(meth)acrylate, Polyester(meth)acrylate und/oder (meth)acryloylfunktionelle
Poly(meth)acrylate und im Füller oder weiteren Schichten, wie Zwischenschichten,
bevorzugt Epoxid(meth)acrylate eingesetzt werden. Besonders gute Ergebnisse werden
erhalten, wenn die vorstehend genannten (meth)acryloylfunktionellen Bindemittel mit
Bindemitteln kombiniert werden, die auf einem Vernetzungsmechanismus zwischen
Hydroxyl- und Isocyanatgruppen basieren. Die Hydroxyl- und/oder Isocyanatgruppen
können dabei auch in dem oder den (meth)acryloylfunktionellen Bindemittel(n) vorhanden
sein. Es ist nur zu beachten, daß die jeweiligen Komponenten mit Hydroxylgruppen und
die jeweiligen Komponenten mit Isocyanatgruppen getrennt gelagert werden müssen und
erst kurz vor der Applikation miteinander vermischt werden dürfen. Besonders bevorzugt
und vorteilhaft einzusetzen sind Bindemittelsysteme, die (meth)acryloyl- und OH-
funktionelle Komponenten und Polyisocyanate enthalten, wobei die (Meth)acryloyl- und
OH-Gruppen in einer und/oder verschiedenen Bindemittelkomponenten enthalten sein
können, und auch Bindemittelsysteme, enthaltend A) ein oder mehrere radikalisch
polymerisierbare Doppelbindungen aufweisende Verbindungen, die zusätzlich mindestens
eine weitere im Sinne einer Additions- und/oder Kondensationsreaktion reaktive
funktionelle Gruppe enthalten und B) ein oder mehrere radikalisch polymerisierbare
Doppelbindungen aufweisende Verbindungen, die zusätzlich mindestens eine weitere im
Sinne einer Additions- und/oder Kondensationsreaktion reaktive funktionelle Gruppe
enthalten, wobei die zusätzliche reaktive funktionelle Gruppe komplentär bzw. reaktiv ist
gegenüber den zusätzlichen reaktiven funktionellen Gruppen der Komponente A).
Gegebenenfalls können im letzteren Fall noch eine oder mehrere monomere, oligomere
und/oder polymere Verbindung mit mindestens einer gegenüber den zusätzlich zu den
radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen vorhandenen funktionellen Gruppen aus
Komponente A) oder Komponente B) im Sinne einer Additions- und/oder
Kondensationsreaktion reaktiven funktionellen Gruppe enthalten sein.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren mittels energiereicher Strahlung
zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel können zusätzliche, für die
Lackformulierung übliche Komponenten enthalten. Sie können z. B. lackübliche Additive
enthalten. Bei den Additiven handelt es sich um die üblichen auf dem Lacksektor
einsetzbaren Additive. Beispiele für solche Additive sind Verlaufsmittel, Antikratermittel,
Antischaummittel, Katalysatoren, Haftvermittler, rheologiebeeinflussende Additive,
Verdicker, Lichtschutzmittel und Emulgatoren. Die Additive werden in üblichen, dem
Fachmann geläufigen Mengen eingesetzt.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Beschichtungsmittel können Anteile an
organischen Lösemitteln und/oder Wasser enthalten. Bei den Lösemitteln handelt es sich
um übliche lacktechnische Lösemittel. Diese können aus der Herstellung der Bindemittel
stammen oder werden separat zugegeben. Beispiele für solche Lösemittel sind ein- oder
mehrwertige Alkohole, z. B. Propanol, Butanol, Hexanol; Glykolether oder -ester, z. B.
Diethylenglykoldialkylether, Dipropylenglykoldialkylether, jeweils mit C1- bis C6-Alkyl,
Ethoxypropanol, Butylglykol; Glykole, z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol und deren
Oligomere, Ester, wie z. B. Butylacetat und Amylacetat, N-Methylpyrrolidon sowie
Ketone, z. B. Methylethylketon, Aceton, Cyclohexanon; aromatische oder aliphatische
Kohlenwasserstoffe, z. B. Toluol, Xylol oder lineare oder verzweigte aliphatische C6-C12-
Kohlenwasserstoffe.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Beschichtungsmittel können Pigmente
und/oder Füllstoffe enthalten. Es handelt sich dabei um die üblichen in der Lackindustrie
einsetzbaren Füllstoffe und organischen oder anorganischen farb- und/oder
effektgebenden Pigmente und Korrosionsschutzpigmente. Beispiele für anorganische oder
organische Farbpigmente sind Titandioxid, mikronisiertes Titandioxid, Eisenoxidpigmente,
Ruß, Azopigmente, Phthalocyaninpigmente, Chinacridon- und Pyrrolopyrrolpigmente.
Beispiele für Effektpigmente sind: Metallpigmente, z. B. aus Aluminium, Kupfer oder
anderen Metallen; Interferenzpigmente, wie z. B. metalloxidbeschichtete Metallpigmente,
z. B. titandioxidbeschichtetes oder mischoxidbeschichtetes Aluminium, beschichteter
Glimmer, wie z. B. titandioxidbeschichteter Glimmer und Graphiteffektpigmente. Beispiele
für Füllstoffe sind Siliciumdioxid, Aluminiumsilikat, Bariumsulfat und Talkum. In den
Beschichtungsmitteln können vorteilhafterweise neben den üblichen Additiven spezielle
gecoatete Füllstoffe zur Erhöhung der Kratzfestigkeit enthalten sein. Als Füllstoffe
kommen hier z. B. micronisiertes Aluminiumoxid oder micronisierte Siliciumoxide in
Frage. Diese Füllstoffe sind mit Verbindungen gecoatet, die UV-härtbare Gruppen
enthalten, z. B. mit acrylfunktionellen Silanen, und werden somit bei der Strahlenhärtung
des Beschichtungsmittels mit einbezogen. Derartige besonders für Klarlacke geeignete
transparente Füllstoffe sind als Handelsprodukte, z. B. unter dem Namen AKTISIL®,
erhältlich.
Die generelle Zusammensetzung der einsetzbaren Beschichtungsmittel, beispielsweise die
Art der Pigmentierung, richtet sich danach, welche Schicht des Mehrschichtaufbaus mit
dem jeweiligen Beschichtungsmittel erstellt werden soll, d. h. ob es sich beispielsweise um
einen Klarlack, einen Basislack oder einen Füller oder eine weitere übliche
Zwischenschicht handelt.
Der Auftrag der Beschichtungsmittel im erfindungsgemäßen Verfahren kann auf
verschiedene Substrate erfolgen. Bevorzugte Substrate sind Metall- oder
Kunststoffsubstrate. Die Applikation im Mehrschichtaufbau erfolgt nach üblichen
Verfahren, bevorzugt mittels Spritzauftrag. Die Substrate können vorbeschichtet,
beispielsweise mit einer üblichen Grundierungsschicht versehen sein.
Nach Applikation des oder der mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise
härtbaren Beschichtungsmittel erfolgt die Bestrahlung mit IR-Strahlung. Es können dem
Fachmann bekannte und für die Lacktrocknung übliche IR-Strahler eingesetzt werden.
Der IR-Strahler wird vor der zu bestrahlenden Substratoberfläche, beispielsweise in einem
Abstand von 20 bis 70 cm, positioniert. Die Bestrahlungsdauer mit IR-Strahlung kann
beispielsweise 1 bis 20 min betragen. In Abhängigkeit von Bestrahlungsdauer und
Leistung der Strahlungsquelle können dabei an der Substratoberfläche Temperaturen von
beispielsweise 40 bis 200°C erreicht werden. Günstigerweise sollten die Einstellungen so
vorgenommen werden, daß Temperaturen von beispielsweise von 40 bis 100°C an der
Substratoberfläche erreicht werden. Besonders gute Resultate werden erzielt, wenn nach
der Applikation nicht direkt mit IR-Strahlung bestrahlt wird, sondern sich eine
Ablüftphase anschließt. Es kann sich beispielsweise um ein Ablüften von 5 bis 15 Minuten,
bevorzugt 5 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur handeln.
Wenn mittels der IR-Bestrahlung die gewünschte Temperatur der Substratoberfläche
erreicht bzw. die vorgesehene Bestrahlungsdauer abgelaufen ist, kann die Bestrahlung mit
energiereicher Strahlung, bevorzugt mit UV-Strahlung erfolgen.
Die Härtung der zumindest teilweise mittels energiereicher Strahlung, bevorzugt UV-
Strahlung härtbaren Beschichtung kann bevorzugt mit UV-Strahlungsquellen mit
Emissionen im Wellenlängenbereich von 180 bis 420 nm, insbesondere von 200 bis 400 nm
erfolgen.
Beispiele für einsetzbare UV-Strahlungsquellen sind z. B. Quecksilberhochdruck-,
mitteldruck- und -niederdruckstrahler. Die Lampenlänge kann variieren. Gebräuchlich sind
beispielsweise Lampen zwischen 5 und 200 cm Lampenlänge. In Abhängigkeit vom
speziellen Anwendungsfall und von der benötigten Strahlungsenergie können Lampen-
und Reflektorgeometrie in üblicher Weise aufeinander abgestimmt sein. Die jeweilige
Lampenleistung kann beispielsweise zwischen 20 und 250 W/cm (Watt pro cm
Lampenlänge) variieren. Bevorzugt werden Lampen mit Leistungen zwischen 80 und 120 W/cm
eingesetzt. Gegebenenfalls können die Quecksilberlampen durch Einbringen von
Metallhalogeniden auch dotiert sein. Beispiele dotierter Strahler sind Eisen- oder
Galliumquecksilberlampen.
Weitere Beispiele für UV-Strahlungsquellen sind Gasentladungsröhren, wie z. B.
Xenonniederdrucklampen, UV-Laser, UV-Punktstrahler, wie z. B. UV-emittierende
Dioden und Schwarzlichtröhren. Neben diesen kontinuierlich arbeitenden UV-
Strahlungsquellen können jedoch auch diskontinuierliche UV-Strahlungsquellen eingesetzt
werden. Bevorzugt handelt es sich hierbei um sogenannte Hochenergieblitzeinrichtungen
(kurz: UV-Blitzlampen). Die UV-Blitzlampen können eine Mehrzahl von Blitzröhren,
beispielsweise mit inertem Gas, wie Xenon, gefüllte Quarzröhren, enthalten. Die UV-
Blitzlampen weisen beispielsweise eine Beleuchtungsstärke von mindestens 10 Megalux,
bevorzugt von 10 bis 80 Megalux pro Blitzentladung auf. Die Energie pro Blitzentladung
kann beispielsweise 1 bis 10 kJoule betragen.
Die UV-Strahlungsquellen sind im allgemeinen in eine UV-Anlage integriert, die
normalerweise aus den UV-Strahlungsquellen, dem Reflektorsystem, der
Stromversorgung, elektrischen Steuerungen, der Abschirmung, dem Kühlsystem und der
Ozonabsaugung besteht. Andere Anordnungen sind natürlich auch möglich, ebenso
können einzelne der genannten Bestandteile weggelassen werden.
Die Bestrahlungsdauer mit UV-Strahlung kann beim Einsatz von UV-Blitzlampen als UV-
Strahlungsquelle beispielsweise im Bereich von 1 Millisekunde bis 400 Sekunden,
bevorzugt von 4 bis 160 Sekunden, je nach Anzahl der gewählten Blitzentladungen,
liegen. Die Blitze können beispielsweise etwa alle 4 Sekunden ausgelöst werden. Die
Härtung kann beispielsweise durch 1 bis 40 aufeinanderfolgende Blitzentladungen
erfolgen.
Beim Einsatz kontinuierlicher UV-Strahlungsquellen kann die Bestrahlungsdauer
beispielsweise im Bereich von einigen Sekunden bis etwa 5 Minuten, bevorzugt unter 5
Minuten liegen.
Der Abstand der UV-Strahlungsquellen zur zu bestrahlenden Substratoberfläche kann
beispielsweise 5 bis 60 cm betragen. Die Abschirmung der UV-Strahlungsquellen zur
Vermeidung von Strahlungsaustritt kann z. B. durch Verwendung eines entsprechend
ausgekleideten Schutzgehäuses um eine transportable Lampeneinheit oder mit Hilfe
anderer, dem Fachmann bekannter Sicherheitsmaßnahmen, erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Mehrschichtlackierung, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß nach Applikation des oder der mittels energiereicher Strahlung
zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel(s) zunächst eine Bestrahlung mit IR-
Strahlung und anschließend eine Bestrahlung mit energiereicher Strahlung erfolgt, kann in
verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt werden.
So ist es beispielsweise möglich, die UV-Bestrahlungsphase an die beendete IR-
Bestrahlungsphase anzuschließen oder die UV-Bestrahlung bei fortlaufender IR-
Bestrahlung zu beginnen. Im letzteren Fall können IR- und UV-Bestrahlungsphase
teilweise oder ganz überlappen, d. h. die IR-Bestrahlungsphase kann vor oder gleichzeitig
mit Beendigung der UV-Bestrahlungsphase abgeschlossen werden.
Ebenso ist es möglich, an die abgeschlossene UV-Bestrahlungsphase eine weitere IR-
Bestrahlungsphase anzuschließen. Die nachgeschaltete IR-Bestrahlungsphase kann
beispielsweise 0,5 bis 30 Minuten betragen. Ansonsten gelten die vorstehend bereits
gemachten Aussagen bezüglich der IR-Bestrahlung. Im Falle einer sich an die UV-
Bestrahlungsphase anschließenden IR-Bestrahlungsphase können in Reihenfolge IR-, UV-
und IR-Bestrahlung nacheinander durchgeführt werden oder die IR-Bestrahlungsphase
erstreckt sich über die gesamte Bestrahlungszeit, d. h. die IR-Bestrahlung wird vor,
während und auch nach der UV-Bestrahlungsphase durchgeführt.
Die Bestrahlungsphasen IR-Bestrahlung und anschließende UV-Bestrahlung können je
nach Bedarf auch mehrmals hintereinander wiederholt werden.
Bei jeder der genannten Ausführungsformen können die Bestrahlungsdauer pro
Bestrahlungsintervall und die Gesamtbestrahlungsdauer variiert werden.
Desweiteren ist es auch möglich die miteinander gekoppelten Bestrahlungsintervalle IR-
und UV-Bestrahlung im Zusammenhang mit der Durchführung mehrerer Spritzgänge,
mehrerer Arbeitsgänge oder im Zusammenhang mit der Strahlungshärtung mehrerer
aufeinander folgender Schichten des Mehrschichtaufbaues anzuwenden.
Beispielsweise kann nach Applikation des zumindest teilweise strahlungshärtbaren
Beschichtungsmittels in einem Spritzgang zunächst eine Zwischenhärtung mit IR-
Bestrahlung und eine anschließende UV-Bestrahlung erfolgen, nachfolgend wird das
Beschichtungsmittel in einem oder mehreren weiteren Spritzgängen aufgebracht und es
erfolgt wiederum zunächst eine IR- und anschließend eine UV-Bestrahlung. Diese
Arbeitsweise ist beispielsweise bei der Applikation von in höheren Schichtdicken, z. B. bis
400 µm, gewünschten Füllerschichten besonders vorteilhaft.
Ebenso ist es möglich, im Mehrschichtaufbau zunächst einen zumindest teilweise
strahlungshärtbaren Basislack zu applizieren und zunächst einer IR- und nachfolgend einer
UV-Bestrahlung zu unterwerfen. Danach kann ein zumindest teilweise strahlungshärtbarer
Klarlack appliziert und wieder zunächst einer IR- und nachfolgend einer UV-Bestrahlung
unterworfen werden. Gegebenenfalls kann sich in beiden Fällen eine weitere IR-
Bestrahlung an die UV-Bestrahlung anschließen. Die Strahlungshärtung der einzelnen
Schichten des Mehrschichtauthaues sowie der mittels mehrerer Spritzgänge aufgetragenen
Schichten kann dabei jeweils mit unterschiedlicher Strahlungsintensität und
unterschiedlicher Bestrahlungsdauer für jede Schicht einzeln oder für zwei oder mehrere
Schichten gemeinsam erfolgen.
Zur erfindungsgemäßen Bestrahlung der lackierten Substratoberflächen ist es
beispielsweise möglich, IR-Strahler und UV-Strahler nebeneinander zu positionieren und
entsprechend zu schalten oder die Strahler gegebenenfalls wechselseitig vor der zu
bestrahlenden Substratoberfläche zu positionieren. Es besteht auch die Möglichkeit einen
sogenannten Kombi-Strahler einzusetzen, der IR- und UV-Strahlungsquelle in einem
Gerät beinhaltet. Beispielsweise können in letzterem Fall IR- und UV-Lampen in dem
Gerät abwechselnd nebeneinander angeordnet sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ein oder mehrere zumindest teilweise
mittels energiereicher Strahlung aushärtbare Schichten eines üblichen Mehrschichtaufbaus
in der Fahrzeuglackierung gehärtet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um einen
Mehrschichtaufbau aus Grundierung, Füller, Basislack und Klarlack oder aus
Grundierung, Füller und Einschichtdecklack handeln. Es können dabei ein oder mehrere
Schichten des Mehrschichtaufbaus aus zumindest teilweise strahlungshärtbaren
Beschichtungsmitteln erstellt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden rißbildungsfreie Beschichtungen mit sehr
guter Haftung zum Untergrund und sehr guter Zwischenschichthaftung erhalten. Die
applizierten Beschichtungen zeigen eine ausreichende Standfestigkeit und nach Härtung
ein einwandfreies optisches Aussehen. Chemikalien- und Bewitterungsbeständigkeit sind
sehr gut. Die erhaltenen Beschichtungen zeigen bei hoher Vernetzungsdichte gleichzeitig
eine ausreichende Flexibilität. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellte
Füllerbeschichtungen sind sehr gut schleifbar.
Die Erfindung soll an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert werden.
Zunächst wurde ein mittels UV-Strahlung härtbarer Klarlack hergestellt. Dazu wurden
folgende Komponenten miteinander vermischt und mittels Schnellrührer einige Minuten
homogenisiert:
55 g eines handelsüblichen OH- und acryloylfunktionellen Bindemittels (Jägalux 5154)
10 g eines handelsüblichen Polyisocyanates (Desmodur N 75)
3,8 g eines handelsüblichen Photoinitiators auf Basis Arylphosphinoxid (Lucirin TPO)
0,5 g eines handelsüblichen Verlaufsmittels (Byketol OK)
2,5 g Butylacetat
55 g eines handelsüblichen OH- und acryloylfunktionellen Bindemittels (Jägalux 5154)
10 g eines handelsüblichen Polyisocyanates (Desmodur N 75)
3,8 g eines handelsüblichen Photoinitiators auf Basis Arylphosphinoxid (Lucirin TPO)
0,5 g eines handelsüblichen Verlaufsmittels (Byketol OK)
2,5 g Butylacetat
Auf ein durch kathodische Elektrotauchlackierung (KTL) beschichtetes Blech wurde eine
Füllerschicht (Bindemittelbasis: 2K-Polyurethan, lösemittelbasierend) in einer
resultierenden Trockenfilmschichtdicke von ca. 80 µm aufgebracht und nach kurzer
Ablüftzeit bei Raumtemperatur 30 Minuten bei 60°C gehärtet.
Auf die Füllerschicht wurde ein Wasserbasislack (hergestellt entsprechend DE-A-196 43 802,
Herstellungsbeispiel 4) in einer resultierenden Trockenfilmschichtdicke von 13 bis
15 µm appliziert. Nach einer Ablüftphase von 20 Minuten bei Raumtemperatur, wurde der
wie vorstehend beschrieben hergestellte mittels UV-Strahlung härtbare Klarlack in einer
resultierenden Trockenfilmschichtdicke von 40-50 µm appliziert.
Nach einer Ablüftphase von 5 Minuten bei Raumtemperatur erfolgte eine IR-Bestrahlung
des applizierten Klarlackes. Die Bestrahlungszeit betrug 5 Minuten. Anschließend erfolgte
die UV-Bestrahlung mit einer UV-Blitzlampe (Leistung 3500 Ws). Die Bestrahlung
erfolgte mit 30 Blitzen, die im Abstand von etwa 4 s ausgelöst wurden, bei einem
Objektabstand von ca. 20 cm.
Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, nur mit dem Unterschied, daß an die UV-
Bestrahlung eine weitere IR-Bestrahlung (5 Minuten Bestrahlungszeit) angeschlossen
wurde.
Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen mit dem Unterschied, daß nach Applikation des
Klarlackes nach einer Ablüftphase von 30 Minuten bei Raumtemperatur direkt die UV-
Bestrahlung mit einer UV-Blitzlampe (Leistung 3500 Ws) erfolgte. Die UV-Bestrahlung
erfolgte mit 30 Blitzen, die im Abstand von ca. 4 s ausgelöst wurden, bei einem
Objektabstand von ca. 20 cm.
Claims (9)
1. Verfahren zur Mehrschichtlackierung durch Auftrag einer oder mehrerer Füller-
und/oder weiterer Überzugsmittelschichten auf ein gegebenenfalls vorbeschichtetes
Substrat und anschließend einer Decklackschicht aus einem Basislack/Klarlackaufbau
oder aus einem pigmentierten Einschichtdecklack, wobei mindestens eine der Schichten
des Mehrschichtaufbaus aus einem mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise
härtbaren Beschichtungsmittel erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach
Applikation des oder der mittels energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren
Beschichtungsmittel(s) zunächst eine Bestrahlung mit IR-Strahlung und anschließend
eine Bestrahlung mit energiereicher Strahlung erfolgt, wobei die Bestrahlung mit IR-
Strahlung die anschließende Bestrahlung mit energiereicher Strahlung zumindest
teilweise überlappen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Applikation der mittels
energiereicher Strahlung zumindest teilweise härtbaren Beschichtungsmittel eine
Ablüftphase bei Raumtemperatur durchgeführt wird, worauf die Bestrahlung mit der
IR-Strahlung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zumindest
teilweise durch energiereiche Strahlung härtbare Schicht eine Füllerschicht, eine
pigmentierte Decklackschicht, eine Basislackschicht und/oder eine Klarlackschicht
appliziert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die mittels energiereicher Strahlung härtbaren Beschichtungsmittel zusätzlich mittels
Additions- und/oder Kondensationsreaktionen aushärtbare Bindemittelsysteme
enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den zusätzlich
enthaltenen Bindemittelsystemen um solche auf der Basis von OH-funktionellen und
NCO-funktionellen Bindemittelkomponenten handelt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch
energiereiche Strahlung härtbaren Beschichtungsmittel (meth)acryloylfunktionelle
Bindemittel enthalten, die zusätzlich reaktive funktionelle Gruppen aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den zusätzlichen
funktionellen Gruppen um OH- und/oder NCO-Gruppen handelt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
anschließend an die Bestrahlung mit energiereicher Strahlung noch eine IR-Bestrahlung
durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es
zur Reparaturlackierung, insbesondere von Fahrzeugen durchgeführt wird.
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