DE3200730C3 - Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen pigmentierten Beschichtung aus Lack - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung einer mehrschichtigen pigmentierten Beschich­ tung auf Gegenstände mit einem einbrennbaren Lack, der, bezogen auf den nichtflüchtigen Teil des nassen Lacks 10 bis 40 Vol.-% an im Lack nicht löslichen, nicht elastomeren, verschleißfesten Kunststoffteilchen in der äußersten Schicht enthält. Diese so beschichteten Ge­ genstände können Endprodukte oder Halbfabrikate sein.

Abhängig von dem Anwendungszweck werden bei Lacken verschiedene Bindemittel benutzt, mit spezifi­ schen Vor- und Nachteilen in bezug auf Haltbarkeit, Haftung, Biegsamkeit, Härte und Verarbeitungsfähig­ keit. Diese Eigenschaften sind besonders wichtig für Einbrennlacke, die nach dem Einbrennen zusammen mit dem Material, auf welches sie aufgetragen wurden, noch einer manchmal sehr starken Umformung unterzogen werden. Letzteres betrifft die sog. "Coil-coating"-Lacke. Die bekannten Lacke haben voneinander verschiedene gute aber auch weniger gute Eigenschaften, wodurch ihre Anwendung direkt oder indirekt beschränkt wer­ den kann, wie Lacke mit guter Wetterbeständigkeit, je­ doch geringer Umformbarkeit, oder Beschichtungen mit gutem Schutz gegen Korrosion, jedoch geringer Wetterbeständigkeit, usw. Einige Beispiele solcher Lacke sind Alkyd-Melamin Lacke und Lacke auf der Basis von Acrylaten, Polyestern, Polyurethanen, PVC- Plastisolen.

Auch sind Zusätze bekannt, um bestimmte Eigen­ schaften zu erhalten, z. B. der Zusatz von Mattierungs­ mitteln, um ein mattes Aussehen der Lackierung zu er­ reichen.

Es besteht dadurch noch immer ein Bedürfnis nach einer Kombination von einem Lack und einem Verfah­ ren zum Beschichten von Gegenständen, wodurch eine Beschichtung erhalten wird, die alle nachstehenden Ei­ genschaften in sich vereinigt:

• a) gute Beständigkeit gegen UV-Strahlung,
• b) gute Härte (gemessen z. B. als Bleistifthärte),
• c) gute Haftung auf Metallen und Grundschichten,
• d) gute Verschleißfestigkeit,
• e) unbeschränkte Farbwahl
• f) geringe Schmutzanhaftung,
• g) gutes Aussehen und
• h) nicht zu hoher m²-Preis.

Als sehr wichtige Eigenschaft für Gegenstände, die nach dem Beschichten noch umgeformt werden müssen, gilt, daß die Beschichtung außerdem noch eine sehr gute Flexibilität zusammen mit einer guten Haftung der Be­ schichtung auf der Unterlage besitzt, so daß die be­ schichteten Gegenstände extreme Verformungen ohne Beschädigung einzelner Schichten durchstehen.

Da solche Beschichtungen neben einer allgemeinen Brauchbarkeit speziell für Außenanwendung geeignet sein sollen, müssen sie der freien Atmosphäre, dem Son­ nenlicht und anderen Umwelteinflüssen aussetzbar sein. Insbesondere wird dabei an Produkte gedacht, die beim Bau und bei Gebäuden verwendet werden, wie Dach- und Fassadenverkleidungen, Außenjalousien, Rolläden, jedoch auch an Fahrzeuge.

Solche Produkte werden häufig aus beschichtetem Metallband auf Rollen hergestellt. Das dazu benutzte Material wird von der Rolle ab kontinuierlich mit Lack beschichtet und getrocknet und der Lack eingebrannt. Danach wird es in die gewünschten Formen und Abmes­ sungen umgeformt. Es ist deutlich, daß insbesondere eine starke Profilierung z. B. durch Biegen um 180° gro­ ße Anforderungen an der Biegsamkeit der hergestellten Lackschicht und ihre Haftung am Metall stellt, während die übrigen Eigenschaften dann nicht verschlechtert sein dürfen.

Weil gerade auf den Biegeradien die Lackschicht ge­ reckt und also dünner wird und Verschleiß oft zunächst an diesen Radien auftritt, ist für zahlreiche Anwendun­ gen die Verschleißfestigkeit von entscheidender Bedeu­ tung.

Wie gesagt, gab es bisher keine gute Lösung, die gleichzeitig verhältnismäßig preiswert ist.

Man suchte zur Verbesserung nach dicken, ver­ schleißfesten Schichten und das führte zum Beschichten mit Kunststoffschmelzschichten oder Folien aus z. B. PVC. Dies erfüllt eine Anzahl wichtiger Forderungen, ist aber sehr teuer und auch noch nicht in allen Eigenschaf­ ten optimal.

Eine Aufgabe der Erfindung ist deshalb u. a. die Be­ reitstellung einer Beschichtung, die alle erwünschten Ei­ genschaften in sich vereinigt, und insbesondere einer Beschichtung, die außerdem in bezug auf Verschleißfe­ stigkeit und Aussehen der fertigen Beschichtung noch besonderen Wünschen oder Forderungen angepaßt werden kann, und das zur Herstellung solcher Beschich­ tung notwendigen Verfahrens.

Dazu werden gemäß der Erfindung die zusammenzu­ stellenden Komponenten des Lacks so mit bestimmten Eigenschaften, Abmessungen und Volumengewicht ge­ wählt und dazu das Verfahren so ausgeführt, daß das Ganze zu der gewünschten Beschichtung führt, so daß die Erfindung deshalb dadurch gekennzeichnet ist, daß man

• a) Kunststoffteilchen einsetzt, die aus Polyamiden, Polyimiden oder Polytetrafluorethylen bestehen und einen Teilchendurchmesser zwischen 2 und 200 µm haben, und
• b) als Lack für die äußerste Schicht einen Klarlack auf der Basis von Acrylaten, Polyester und/oder Polyurethanen mit einer Einbrenntemperatur bis 300°C, und einer Einbrennzeit von 15 Sekunden bis 30 Minuten verwendet,
• c) Größe, Form und Menge der Kunststoffteilchen in der nassen Lackschicht sowie die Dicke der nas­ sen äußersten Lackschicht so aufeinander ab­ stimmt, daß zumindest der größere Teil der Kunst­ stoffteilchen teilweise aus der Lackschicht heraus­ ragt, und
• d) das Einbrennen der die Kunststoffteilchen ent­ haltenden nassen äußersten Lackschicht bei einer solchen Temperatur und für eine solche Zeit durch­ führt, daß die Kunststoffteilchen, die sich an der Oberfläche der Klarlackschicht befinden, mit dem über die Lackschicht herausragenden Teil wenig­ stens teilweise fließen.

In der so hergestellten Beschichtung formt nicht nur jeder herausragende Teil der Kunststoffteilchen ein ge­ genüber der Lackoberfläche, d. h. Bindemitteloberflä­ che erhöht verschleißfeste Teilchen-Oberfläche, son­ dern diese Teilchen-Oberfläche hat ebenfalls eine abge­ rundete Form, wobei die Oberfläche dazu etwas abge­ flacht sein kann. Dies hat zur Folge, daß die Verschleiß­ einflüsse zunächst ihre abnutzende Wirkung auf den höchsten Teil der aus dieser Schicht herausragenden Teilchen ausüben, so daß die eigentliche Lackschicht geschont bleibt, und daß durch die glatte, abgerundete Form der zerflossenen Kunststoffteilchen sich ein zu­ sätzlicher Leit- und Gleiteffekt ergibt, was eine Verrin­ gerung des Verschleißes zur Folge hat.

Dazu kommt, daß beim weiterschreitenden Ver­ schleiß unter extremer Beanspruchung nur die obere klare Lackschicht diesem Verschleiß unterworfen wird und von einer gefärbten Unterschicht die Farbe deshalb völlig erhalten bleibt.

Das Bindemittel muß selbstverständlich derart ge­ wählt werden, daß in dem nassen Lack die Kunststoff­ teilchen gut benetzt sind, so daß die Teilchen in der Schwebe bleiben und nach Trocknen oder Aushärten das Bindemittel gut an diesen Teilchen haftet. Dies ist jedoch mit den meisten Bindemitteln automatisch der Fall. Insbesondere Polyester ist als Bindemittel sehr ge­ eignet.

Dadurch, daß die Menge an Kunststoffteilchen groß sein kann, ist es möglich, die Lackoberfläche sehr dicht mit diesen Teilchen zu besetzen. Es zeigt sich, daß dann die Beständigkeit gegen Kratzer sehr gut ist. Die Kratz­ beständigkeit wird jedoch auch bei einem verhältnismä­ ßig geringen Besetzungsgrad bereits stark verbessert.

Beim Biegen von beschichteten Blechen, versehen mit einem Lack gemäß der Erfindung, zeigt es sich, daß die Flexibilität der Beschichtung im Vergleich zu Blechen mit einem gleichen Lack ohne Kunststoffteilchen deut­ lich besser ist. Es stellt sich sogar heraus, daß es in vielen Fällen möglich ist, ein mit einem erfindungsgemäßen Lack beschichtetes Blech um 180° zu biegen mit r = T0 (d. h. Biegeradius 0), ohne daß die Beschichtung irgend­ welche Risse zeigt.

Die für die Teilchen verwendeten Kunststoffe sind inert, nicht elastomer, haben ein großes Molekularge­ wicht und lösen sich nicht im verwendeten Bindemittel oder reagieren nicht mit diesem. Geht man von Polya­ miden aus, die der Definition entsprechen, dann kann man beispielsweise Nylon 6, Nylon 7, Nylon 9, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 13, Nylon 6.6, Nylon 6.10, Nylon 13.13 oder Mischungen davon verwenden. Diese haben alle einen Erweichungspunkt von mindestens 180°C und manche bis zu 270°C. Nylon 11 und Nylon 12 sind be­ sonders geeignet wegen ihrer verhältnismäßig niedri­ gen Schmelzpunkte.

Es werden gemäß der Erfindung Einbrennlacke ein­ gesetzt, die für Einbrenntemperaturen bis 300°C geeig­ net sind, mit Einbrennzeiten, die, abhängig von der an­ gewendeten Temperatur, von 15 Sekunden bis 30 Minu­ ten variieren können. Der Schmelzpunkt der genannten Kunststoffe ist so hoch, daß ein Einbrennen möglich ist, wobei die herausragenden Teile der Kunststoffteilchen nur zum leichten Fließen kommen.

Die weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2-4 gekenn­ zeichnet.

Vorzugsweise haben Kunststoffteilchen einen Durch­ messer von 10-100 Mikrometer und besonders bevor­ zugt 10-40 Mikrometer. Bei höherer Verschleißbean­ spruchung sind Kunststoffteilchen aus Nylon 11 oder Nylon 12 günstig.

Die Menge der Kunststoffteilchen kann bezogen auf den nassen Lack, von 10-40 Vol.-% variieren, welche Teilchen 0-40 Gew.-% Pigmente enthalten können. Während die Menge an flüchtigen Bestandteilen im nas­ sen Lack von 10-70 Gew.-% variieren kann, bestehen die nicht-flüchtigen Bestandteile zu 5-60 Vol.-% aus Kunststoffteilchen und enthält der filmbildende Teil des Lacks 0-40 Gew.-% Pigmente.

Wichtig ist in allen Fällen, daß die Menge der an der Oberfläche liegenden und darüber teilweise herausra­ gende Kunststoffteilchen durch die richtige Wahl der Größe und der Menge der Kunststoffteilchen im Lack, ihrer Form und durch die Dicke der aufgebrachten nas­ sen Lackschicht, sowie durch den Gehalt an Lösungs­ mitteln in diesem Lack geregelt wird.

Gemäß einer Vorzugsausführungsform der Erfindung wird Größe, Form, Zusammenhang und Menge der Kunststoffteilchen und die Zusammensetzung und/oder Dicke der nassen äußersten Lackschicht gemäß c) so gewählt und das Einbrennen gemäß d) mit einem sol­ chen zeitlichen Tempraturverlauf durchgeführt, daß die aus der Schicht herausragenden Teile der Kunststoff­ teilchen erst über die in ihrer direkten Umgebung lie­ gende Lackschicht fließen, wenn diese wenigstens teil­ weise oder ganz ausgehärtet ist.

Es findet also während des Fließens der Teilchen kei­ ne oder nur geringe Bindemittel-Verdrängung statt und deshalb fließt das herausragende Teil jedes Teilchens ein wenig über die Bindemittelschicht in ihrer direkten Umgebung, wodurch eine relativ höher verschleißfeste Gesamtoberfläche gebildet wird.

Dabei bekommen die herausragenden Teile etwa die Form abgeflachter Nagelköpfe, die mit den Kopfrän­ dern auf dem Bindemittel aufliegen und einen Teil der Bindemittelschicht abdecken.

Wenn der Lack zur Anwendung in der freien Atmo­ sphäre bestimmt ist, ist es sehr erwünscht, Kunststoff­ teilchen zu verwenden, die einen an sich bekannten UV-Stabilisator enthalten. Dieser Stabilisator schützt dann nicht nur die Kunststoffteilchen, sondern auch die dar­ unter liegende Lackschicht vor Abbau durch UV-Licht, wodurch die Lebensdauer der Lackschicht vergrößert wird. Auch wird bei dieser Ausführungsform die erhal­ tene Lackschicht beständiger gegen Wettereinflüsse und Verschleiß, während weiter das Anhaften von Schmutz stark vermindert wird.

Die erfindungsgemäß verwendeten Lacke können na­ hezu genau so wie die bekannten Lacke verarbeitet werden. Sie können also auf jede übliche Weise aufge­ bracht werden (z. B. durch Aufspritzen oder mit einer Farbrolle), um dann nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren eingebrannt zu werden.

Bei einer Teilchengröße zwischen 2 und 200 Mikro­ meter zeigt es sich, daß nach dem Verfahren ein großer Teil der Teilchen aus einer Lackschicht üblicher Dicke (z. B. bei "coil coating" 10-20 Mikrometer) herausragt. Das herausragende Volumen der Teilchen ist u. a. von der Teilchengröße und dem Teilchengehalt des Lackes und von der Zusammensetzung von Bindemittel und Lösungsmittel abhängig, und kann durch Änderung die­ ser Zusammensetzung nachgeregelt werden. Je nach der Größe und der Form der Teilchen erhält man ver­ schieden strukturierte Oberflächen. Mit Teilchen von etwa 20 Mikrometer Durchmesser erhält man eine Oberfläche mit einem guten Glanz, während dieser Glanz vermindert wird, sobald die Teilchen größer sind. Auch die Menge der verwendeten Teilchen hat selbst­ verständlich einen Einfluß auf den Glanz. Weiter sind die Teilchen vorzugsweise so klein, daß wenigstens ein großer Teil jedes Teilchens innerhalb der Bindemittel­ schicht verbleibt, weil diese Teilchen dann besser veran­ kert werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen pigmentierten Beschichtung mit einem einbrennba­ ren Lack, der, bezogen auf den nichtflüchtigen Teil des nassen Lacks 10 bis 40 Vol.-% an im Lack nicht löslichen, nicht elastomeren, verschleißfesten Kunststoffteilchen in der äußersten Schicht enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) Kunststoffteilchen einsetzt, die aus Polyami­ den bestehen und einen Teilchendurchmesser zwi­ schen 2 und 200 µm haben und
• b) als Lack für die äußerste Schicht einen Klar­ lack auf der Basis von Acrylaten, Polyester und/oder Polyurethanen mit einer Einbrenn­ temperatur bis 300°C, und einer Einbrennzeit von 15 Sekunden bis 30 Minuten verwendet,
• c) Größe, Form und Menge der Kunststoffteil­ chen in der nassen Lackschicht sowie die Dicke der nassen äußersten Lackschicht so aufein­ ander abstimmt, daß zumindest der größere Teil der Kunststoffteilchen teilweise aus der Lackschicht herausragt, und
• d) das Einbrennen der die Kunststoffteilchen enthaltenden nassen äußersten Lackschicht bei einer solchen Temperatur und für eine sol­ che Zeit durchführt, daß die Kunststoffteil­ chen, die sich an der Oberfläche der Klarlack­ schicht befinden, mit dem über die Lackschicht herausragenden Teil wenigstens teilweise flie­ ßen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Kunststoffteilchen aus Nylon 11 oder Nylon 12 eingesetzt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser der in der äu­ ßeren Schicht vorgesehenen Teilchen zwischen 10 und 100 µm beträgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Größe, Form, Zusam­ mensetzung und Menge der Kunststoffteilchen und die Zusammensetzung und/oder Dicke der nassen äußersten Lackschicht gemäß c) so wählt und das Einbrennen gemäß d) mit einem solchen zeitlichen Temperaturverlauf durchführt, daß die aus der Schicht herausragenden Teile der Kunststoffteil­ chen über die in ihrer direkten Umgebung liegende, schon ganz oder teilweise ausgehärtete Lack­ schicht fließen.