DE60219714T2

DE60219714T2 - Elektrobeschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE60219714T2
Application number: DE60219714T
Authority: DE
Inventors: Matthias Kimpel; Oliver Reis; Christoph Moelzer; Martin Wulf; Gerhard Pech
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: EP1256640B1; US6589411B1; EP1256640A3; DE60219714D1; EP1256640A2; JP2002356797A; US20030121785A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von elektrisch leitfähigen Substraten mit wässrigen Beschichtungsmitteln für elektrophoretisches Lackieren.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren werden besonders für die Herstellung von Korrosionsschutzgrundierungen auf metallischen Substraten eingesetzt. Nach der elektrophoretischen Beschichtung werden die elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschichten gewöhnlich gehärtet.
Elektrophoretisch abgeschiedene Grundiermittel sollten gute mechanische Eigenschaften aufweisen, besonders an Außenflächen, die einem Beobachter zugewandt sind, da diese Oberflächen äußeren mechanischen Einflüssen ausgesetzt sind. Elektrophoretisch abgeschiedene Grundierungen sollen nicht nur die Oberflächen, sondern auch die Kanten von Substraten vor Korrosion schützen. Kantenkorrosion an Kanten, die für den Beobachter sichtbar sind, ist besonders ästhetisch störend, zum Beispiel wenn sie die Form von Rostflecken oder -streifen annimmt, die sich beim Gebrauch auf den beschichteten Substraten entwickeln.
Es besteht ein Bedarf für ein elektrophoretisches Beschichtungsverfahren, das elektrophoretisch beschichtete Substrate erzeugt, die außer gutem Oberflächenkorrosionsschutz a) einen guten Kantenkorrosionsschutz aufweisen und/oder b) deren elektrophoretisch abgeschiedene Beschichtung eine verbesserte Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchungen aufweist.
Es ist jetzt festgestellt worden, dass elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschichten überraschenderweise verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen, wenn sie, statt durch herkömmliches Ausheizen, durch Bestrahlen mit Strahlung im nahen Infrarot (NIR-Strahlung) gehärtet worden sind. Überraschenderweise kann mit einer auf diese Weise gehärteten, elektrophoretisch abgeschiedenen Beschichtung auch ein verbesserter Kantenkorrosionsschutz erzielt werden. Beide Effekte können auf Substraten mit Kanten gleichzeitig erzielt werden, wenn die elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht auf den Oberflächen und auf den Kanten der Substrate mittels NIR-Bestrahlung gehärtet wird.
Der in der Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendete Begriff "Härten" bedeutet Härten im Sinne einer chemischen Vernetzung der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht durch Bildung kovalenter Bindungen zwischen den Bestandteilen des thermisch härtbaren Bindemittelsystems der elektrophoretischen Beschichtung.
ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine allgemeine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum elektrophoretischen Lackieren bzw. Beschichten, das aus den nachstehenden aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten besteht, wie in Anspruch 1 gelehrt:

1) elektrophoretische Abscheidung einer Überzugsschicht aus einem Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren, das ein thermisch härtbares Bindemittelsystem enthält, auf die Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Substrats und
elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht durch Bestrahlen i2) thermisches Härten der m nahen Infrarot.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Fall von Substraten mit Zonen, die sowohl zugänglich als auch unzugänglich für Strahlung im nahen Infrarot sind, wird nach dem elektrophoretischen Lackieren und der Beendigung der NIR-Bestrahlung ein thermischer Härtungsschritt nach herkömmlichen Wärmeeintragsverfahren durchgeführt, um völlig ungehärtete oder unvollständig gehärtete Abschnitte der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht zu härten. Im Fall derartiger Substrate besteht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem elektrophoretischen Lackierungsverfahren aus den nachstehenden aufeinanderfolgenden Schritten:

1) elektrophoretische Abscheidung einer Überzugsschicht aus einem Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren, das ein thermisch härtbares Bindemittelsystem enthält, auf die Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Substrats, das für Strahlung im nahen Infrarot zugängliche und unzugängliche Zonen enthält,
2) thermisches Härten der für Strahlung im nahen Infrarot zugänglichen Zonen der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht durch Bestrahlung im nahen Infrarot, und
3) thermisches Härten von bis dahin ungehärteten Abschnitten der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht mittels Wärmeeintrag ohne NIR-Bestrahlung.

Falls das Substrat Kanten aufweist und nur eine Verbesserung des Kantenkorrosionsschutzes gewünscht wird, kann man auch so vorgehen, dass nach dem elektrophoretischen Lackieren die elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht durch NIR-Bestrahlung ausschließlich an Kanten oder in der Kantenzone einschließlich relevanter Kanten gehärtet wird, bevor ein thermischer Härtungsschritt anschließend mittels herkömmlicher Wärmeeintragsverfahren vonstatten geht. Die Kanten können alle Kanten oder nur ausgewählte Kanten oder Teile von Kanten umfassen. Diese weitere Ausführungsform der Erfindung weist ein elektrophoretisches Lackierungsverfahren auf, das aus den nachstehenden aufeinanderfolgenden Schritten besteht:

1) elektrophoretische Abscheidung einer Überzugsschicht aus einem Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren, das ein thermisch härtbares Bindemittelsystem enthält, auf die Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Substrats, das Kanten aufweist,
2) thermisches Härten der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht an Kanten oder in der Kantenzone, einschließlich relevanter Kanten, durch Bestrahlung im nahen Infrarot, und
3) thermisches Härten von bis dahin ungehärteten Abschnitten der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht mittels Wärmeeintrag ohne NIR-Bestrahlung.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrophoretisches Lackierungsverfahren, das aus den nachstehenden aufeinanderfolgenden Schritten besteht:

1) elektrophoretische Abscheidung einer Überzugsschicht aus einem Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren, das ein thermisch härtbares Bindemittelsystem enthält, auf die Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Substrats, das Kanten mit für Strahlung im nahen Infrarot zugänglichen und unzugänglichen Zonen aufweist,
2) thermisches Härten der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht an Kanten oder in der Kantenzone, einschließlich relevanter Kanten, und von Zonen der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht, die für Strahlung im nahen Infrarot zugänglich sind, durch Bestrahlung im nahen Infrarot, und
3) thermisches Härten von bis dahin ungehärteten Abschnitten der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht mittels Wärmeeintrag ohne NIR-Bestrahlung.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden an sich bekannte Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren verwendet. Dies sind wässrige Beschichtungsmittel mit einem Feststoffgehalt von beispielsweise 10 bis 30 Gew.-%. Der Feststoffgehalt besteht aus den Harzfeststoffen, wahlweise zusammen mit Füllstoffen, Pigmenten und herkömmlichen nichtflüchtigen Anstrichmittelzusätzen. Der Harzfeststoffgehalt umfasst die Summe der Feststoffbestandteile des thermisch härtbaren Bindemittelsystems. Die in den Beschichtungsmitteln für elektrophoretisches Lackieren enthaltenen Bindemittelsysteme weisen in elektrophoretischen Beschichtungen übliche Bindemittelsysteme auf, die durch radikalische Polymerisation von olefinisch ungesättigten Doppelbindungen und/oder durch Kondensationsreaktionen und/oder Additionsreaktionen thermisch härtbar sind. Bindemittelsysteme, die durch Kondensationsreaktionen und/oder Additionsreaktionen härtbar sind, werden bevorzugt. Die Bindemittelsysteme können selbstvernetzende Bindemittel oder Kombinationen aus fremdvernetzenden Bindemitteln und Vernetzungsmitteln enthalten. Nichtionische Zusatzharze und Pastenharze, die zum Dispergieren von Pigmenten dienen, können wahlweise auch vorhanden sein, ebenso wie Mikrogele. Zum Beispiel weist die Zusammensetzung des Bindemittelsystems für elektrophoretisches Lackieren Gewichtsanteile des Feststoffgehalts auf, die sich von 50 bis 100 Gew.-% Bindemitteln für elektrochemisches Lackieren, 0 bis 50 Gew.-% Vernetzungsmitteln, 0 bis 30 Gew.-% nichtionischen Zusatzharzen und 0 bis 20 Gew.-% Pastenharz zu 100 Gew.-% summieren. Die Summe der Feststoff-Gewichtsanteile von Vernetzungsmittel, nichtionischem Zusatzharz und Pastenharz beträgt höchstens 50 Gew.-% des Harzfeststoffgehalts des Bindemittelsystems für elektrochemisches Lackieren.
Die Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren können zum Beispiel herkömmliche anaphoretisch abscheidbare (AED-) Beschichtungsmittel aufweisen. AED-Beschichtungsmittel enthalten zum Beispiel Bindemittel auf der Basis von Polyestern, Epoxidharzestern, (Meth)acryl-Copolymerharzen, Maleinatölen oder Polybutadienölen mit einem massegemittelten Molekulargewicht (Mw) von beispielsweise 300 bis 10000 und einer Säurezahl von 35 bis 300 mg KOH/g. Die Bindemittel tragen -COOH-, -SO₃H- und/oder -PO₃H₂-Gruppen und können nach der Neutralisierung von mindestens einem Teil der Säuregruppen mit Basen, besonders Aminen, in die wässrige Phase umgewandelt werden. Die Bindemittel selbst können selbstvernetzend oder fremdvernetzend sein. Die AED-Beschichtungsmittel können daher auch herkömmliche Vernetzungsmittel enthalten, zum Beispiel Triazinharze, Vernetzungsmittel, die umesterungsfähige Gruppen enthalten, oder Blockpolyisocyanate.
Herkömmliche kataphoretisch abscheidbare (CED-) Beschichtungsmittel auf der Basis von CED-Bindemitteln können in dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichfalls als Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren verwendet werden. Die CED-Bindemittel enthalten eine oder mehrere kationische oder basische Gruppen, zum Beispiel primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amino- und/oder Ammoniumgruppen, z. B. quaternäre Ammonium-, Phosphonium- und/oder Sulfoniumgruppen. Die CED- Bindemittel haben zum Beispiel Aminzahlen von 20 bis 250 mg KOH/g und massegemittelte Molekulargewichte (Mw) von vorzugsweise 300 bis 10000. Für die CED-Bindemittel verwendete Neutralisierungsmittel sind die herkömmlichen Säuren für CED-Beschichtungsmittel, wie z. B. Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Methansulfonsäure. Beispiele von CED-Bindemitteln sind unter anderem Aminoepoxidharze mit endständigen Doppelbindungen, Aminoepoxidharze mit primären OH-Gruppen, Aminopolyurethanharze, aminogruppenhaltige Polybutadienharze oder modifizierte Epoxidharz/Kohlendioxid/Amin-Reaktionsprodukte und Amino(meth)acrylatharze. Die CED-Bindemittel können selbstvernetzend sein, oder sie können im Gemisch mit bekannten Vernetzungsmitteln verwendet werden. Beispiele derartiger Vernetzungsmittel sind unter anderem Aminoplastharze, Blockpolyisocyanate, Vernetzungsmittel mit endständigen Doppelbindungen, Polyepoxid-Verbindungen oder Vernetzungsmittel, die umesterungsfähige Gruppen enthalten.
Die Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren können farbgebende und/oder spezialeffektvermittelnde Pigmente und/oder Füllstoffe in einem Gewichtsverhältnis von Pigment plus Füllstoff zum Harzfeststoffgehalt von beispielsweise 0 : 1 bis 0,8 : 1 enthalten. Beispiele von Pigmenten und Füllstoffen sind unter anderem herkömmliche anorganische und/oder organische Farbpigmente und/oder Spezialeffektpigmente, wie z. B. Titandioxid, Eisenoxidpigmente, Ruß, Phthalocyaninpigmente, Chinacridonpigmente, Metallpigmente, z. B. aus Aluminium, Interferenzpigmente, wie z. B. mit Titandioxid beschichtetes Aluminium, beschichteter Glimmer, Eisenoxid in Flockenform, Kupferphthalocyaninpigmente in Flockenform, Kaolin, Talkum oder Siliciumdioxid.
Die Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren können Zusatzstoffe enthalten, zum Beispiel in Mengenanteilen von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Harzfeststoffe. Beispiele von Zusatzstoffen sind organische Lösungsmittel, Benetzungsmittel, Neutralisierungsmittel, Egalisierungshilfsmittel, Katalysatoren, Korrosionshemmer, Antischaummittel, Lichtstabilisatoren, Antioxidationsmittel, Färbemittel, Biozide und herkömmliche Antikraterzusatzstoffe.
Da die elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht, die auf ein Substrat aufgebracht wird, zum Härten NIR-Strahlung absorbieren können muss, können einige der Bestandteile der elektrophoretisch abgeschiedenen Beschichtung so ausgewählt werden, dass sie speziell an die Absorption von NIR-Strahlung angepasst sind.
Die Substrate, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrophoretisch beschichtet werden, sind elektrisch leitfähige Substrate. Beispiele sind elektrisch leitfähige Polymersubstrate, Substrate, die auf einer Verbundbasis aus elektrisch leitfähigen Polymersubstraten und Metallen aufgebaut sind, und besonders Metallsubstrate. Die Substrate können flache Substrate aufweisen, in denen sowohl Oberflächen als auch Kanten für den Beobachter völlig sichtbar sind oder für Bestrahlung mit NIR-Strahlung völlig zugänglich sind. Sie können jedoch auch dreidimensionale Substrate umfassen, die Zonen (Kanten und/oder Oberflächenzonen) aufweisen können, die für NIR-Strahlung sowohl zugänglich als auch unzugänglich (für den Beobachter sichtbar und nicht sichtbar) sind. "Zugänglich" oder "sichtbar" bedeutet hier insbesondere unmittelbar zugänglich oder ummittelbar sichtbar, d. h. von außen zugänglich ohne besondere technische oder optische Hilfsmittel. Beispiele von Substraten mit Zonen, die für Bestrahlung mit NIR-Strahlung zugänglich und unzugänglich sind, sind Lastwagenfahrwerke, landwirtschaftliche Maschinen, Gehäuse von Haushaltgeräten sowie kleine Massengüter mit sichtbaren und wahlweise nicht sichtbaren Oberflächenzonen, und besonders Kraftfahrzeugkarosserien, die Hohlräume, Vertiefungen und andere konstruktiv festgelegte Unterschnitte aufweisen, sowie Karosserieteile. Beispiele sichtbarer Oberflächen einer Karosserie sind unter anderem insbesondere ihre direkt sichtbare Außenhaut und außerdem sichtbare Innenflächen, zum Beispiel Flächen, die sichtbar sind, wenn die Türen geöffnet werden, wie z. B. Schweller. Nicht sichtbare oder nicht unmittelbar sichtbare Oberflächenzonen sind unter anderem Innenflächen, zum Beispiel von hohlen Bereichen, und außerdem andere Flächen, die nicht direkt zugänglich sind. Beispiele von nicht sichtbaren oder nicht unmittelbar sichtbaren Oberflächen einer Karosserie sind unter anderem Oberflächen im Inneren einer Kraftfahrzeugkarosserie, zum Beispiel im Motorraum, Fahrgastraum oder Kofferraum, Innenflächen von hohlen Bereichen. Beispiele von für den Beobachter direkt zugänglichen Karosseriekanten sind von außen sichtbare Schnittkanten einzelner Karosserieteile, Lochkanten, zum Beispiel von Cliplöchern, oder Kanten von Öffnungen, die für zu installierende Komponenten vorgesehen sind, wie z. B. Fenster, Scheinwerfer, Türschlösser oder Türgriffe, und Rinnenkanten.
Die elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht wird auf die übliche Weise aus dem Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren auf die gesamte Oberfläche der Substrate aufgebracht, beispielsweise bis zu einer Trockenfilmdicke von 5 bis 40 μm, und anhaftendes Material aus dem elektrophoretischen Beschichtungsbad wird auf die übliche Weise entfernt. Die elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht wird dann thermisch gehärtet, konkret, je nach der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausschließlich durch NIR-Bestrahlung oder durch NIR-Bestrahlung zumindest eines Teils der Zonen, der für NIR-Bestrahlung der gesamten elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht zugänglich ist. Im letzteren Fall wird nach NIR-Bestrahlung eine zusätzliche thermische Härtung der nicht NIR-bestrahlten Zonen der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht durch herkömmliche Wärmeeintragsmittel ohne Anwendung von NIR-Bestrahlung durchgeführt. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hier in Abhängigkeit von der Natur des Substrats und vom beabsichtigten technischen Ziel ausgewählt. Zum Beispiel wird, sobald Kraftfahrzeugkarosserien elektrophoretisch beschichtet worden sind, der Abschnitt der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht, der sich auf der Außenhaut der Karosserie befindet, einschließlich von außen zugänglicher Kanten durch NIR-Bestrahlung thermisch gehärtet und anschließend ausgeheizt, um etwaige ungehärtete oder unvollständig gehärtete Abschnitte der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht zu härten, die in anderen Zonen der Karosserieoberfläche liegen.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete NIR-Strahlung darf nicht mit längerwelliger IR-Strahlung verwechselt werden; vielmehr handelt es sich um kurzwellige Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 750 nm bis etwa 1500 nm, vorzugsweise von 750 nm bis 1200 nm. Strahlungsquellen für MR-Strahlung sind unter anderem beispielsweise herkömmliche NIR-Strahler, die Strahlung als flache, lineare oder Punktlichtquelle emittieren können. NIR-Strahler dieser Art sind im Handel erhältlich (zum Beispiel von Adphos). Sie sind zum Beispiel Hochleistungs-Halogenstrahler mit einer Intensität (abgegebenen Strahlungsleistung pro Flächeneinheit) von im allgemeinen mehr als 10 kW/m², beispielsweise 10 MW/m², vorzugsweise von 100 kW/m² bis 800 kW/m². Die Strahler erreichen zum Beispiel eine Strahleroberflächentemperatur (Wendeltemperatur) von mehr als 2000 K, vorzugsweise mehr als 2800 K, insbesondere mehr als 2900 K, z. B. eine Temperatur von 2000 bis 3500 K. Geeignete Strahler haben zum Beispiel ein Emissionsspektrum mit einem Maximum zwischen 750 und 1200 nm.
NIR-Bestrahlung kann zum Beispiel in einer Bandeinheit ausgeführt werden, die mit einem oder mehreren NIR-Strahlern ausgestattet ist, oder mit einem oder mehreren NIR-Strahlern, die vor dem zu bestrahlenden dreidimensionalen Objekt angeordnet sind, oder das zu bestrahlende Objekt und/oder der bzw. die NIR-Strahler werden während der Bestrahlung gegeneinander bewegt. Zum Beispiel kann das zu bestrahlende Objekt durch einen Bestrahlungstunnel bewegt werden, der mit einem oder mehreren NIR-Strahlern ausgestattet ist, und/oder ein mit einem oder mehreren NIR-Strahlern ausgestatteter Roboter kann den (die) NIR-Strahler über die zu bestrahlende Oberfläche führen, zum Beispiel auf die Weise einer silhouettenartigen Führung der NIR-Strahler.
Die Anordnung der NIR-Strahler kann an die besondere Natur des Substrats angepasst werden, zum Beispiel an eine Kraftfahrzeugkarosserie oder an zu bestrahlende Substratkanten. Dementsprechend ist es möglich, nur Kanten oder Zonen des Substrats, die Kanten aufweisen, mit NIR-Strahlung zu bestrahlen.
Im Prinzip können die Bestrahlungsdauer, der Abstand vom Objekt, die abgegebene Strahlungsleistung und/oder die Strahleroberflächentemperatur des NIR-Strahlers während der NIR-Bestrahlung variiert werden. Der Abstand zwischen dem Objekt und dem NIR-Strahler kann zum Beispiel 2 bis 60 cm betragen. NIR-Bestrahlung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich (in Zyklen) erfolgen. Die Bestrahlungsdauer kann zum Beispiel 1 bis 100 Sekunden betragen, vorzugsweise nicht mehr als 60 Sekunden. Die Bestrahlungsdauer bezieht sich entweder auf die Dauer der kontinuierlichen Bestrahlung oder auf die Summe der Zeitdauern verschiedener Bestrahlungszyklen. Durch kontrollierte Auswahl der verschiedenen Parameter können unterschiedliche Oberflächentemperaturen der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht erzielt werden, zum Beispiel Oberflächentemperaturen von 100° bis 300°C.
Die verschiedenen Bestrahlungsparameter, wie z. B. die Bandgeschwindigkeit oder die Bestrahlungsdauer, der Abstand vom Objekt, die abgegebene Strahlungsleistung des verwendeten NIR-Strahlers, können durch den Fachmann entsprechend den Bedingungen der betreffenden Beschichtungsaufgabe angepasst werden.
Während in der allgemeinen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die gesamte elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht durch NIR-Bestrahlung gehärtet wird, werden in den drei anderen oben beschriebenen Ausführungsformen bis dahin ungehärtete Abschnitte der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht, welche die gesamte Substratoberfläche bedeckt, anschließend mittels Wärmeeintragsverfahren ohne NIR-Bestrahlung thermisch gehärtet. Die bis dahin ungehärteten Abschnitte der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht weisen insbesondere Abschnitte der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht auf, die absichtlich oder aufgrund der Umstände, beispielsweise aufgrund der Substratgeometrie und/oder der Konstruktion des eingesetzten NIR-Bestrahlungssystems, nicht mit NIR-Strahlung bestrahlt werden.
In den drei weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst nach Abschluss der NIR-Bestrahlung die Härtung der elektrophoretisch abgeschiedenen Grundierung auf dem Substrat nicht die gesamte elektrophoretisch beschichtete Oberfläche. Vielmehr erhält man, in Abhängigkeit von der Ausführungsform, ein elektrophoretisch beschichtetes Substrat, dessen elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht auf allen, ausgewählten Abschnitten, oder Teilen von Kanten und/oder Teilzonen der Objektoberfläche gehärtet ist, während ein restlicher Teil der gesamten elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht nicht gehärtet oder unvollständig gehärtet ist. In Abhängigkeit von der Objektgeometrie und den Umständen während der NIR-Bestrahlung kann der ungehärtete oder unvollständig gehärtete Teil größer oder kleiner sein, zum Beispiel kann er im Fall von Kraftfahrzeugkarosserien 10 bis weniger als 100 Prozent der Gesamtfläche der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht ausmachen.
Das thermische Härten solcher bis dahin ungehärteter Abschnitte der elektrophoretisch abgeschiedenen Überzugsschicht, das nach Abschluss der NIR-Bestrahlung auftritt, erfolgt mittels herkömmlicher Wärmeeintragsverfahren, d. h. ohne NIR-Bestrahlung. Beispiele herkömmlicher Verfahren für den Wärmeeintrag sind insbesondere das Ausheizen mit Konvektion und/oder IR-Bestrahlung, zum Beispiel bei Objekttemperaturen von 130° bis 180°C.
Wenn die elektrophoretisch abgeschiedene Überzugsschicht ausgehärtet ist, kann mindestens eine weitere Überzugsschicht aufgebracht werden. Im Fall von Substraten mit sichtbaren und nicht sichtbaren oder nicht unmittelbar sichtbaren Oberflächenzonen wird die mindestens eine weitere Überzugsschicht vorzugsweise nur oder im wesentlichen nur auf die für den Beobachter sichtbaren Oberflächenzonen aufgebracht. Zum Beispiel kann die aus dem Beschichtungsmittel für elektrophoretisches Lackieren aufgebrachte Überzugsschicht als die Überzugsschicht wirken, die den Farbton festlegt, und kann mit einer Klarlackschicht überzogen werden, oder sie kann mit einer Decklackschicht oder einem zweischichtigen Grundlack/Klarlack-Anstrich oder einer Haftgrundschicht und einer Decklackschicht oder mit einer Haftgrundschicht und einem zweischichtigen Grundlack/Klarlack-Anstrich überzogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders im Kraftfahrzeugsektor für das Aufbringen von elektrophoretisch abgeschiedenen Grundierungen auf Kraftfahrzeugkarosserien oder Karosserieteile. Außer gutem Oberflächenkorrosionsschutz bieten die elektrophoretisch abgeschiedenen Grundierungsschichten, in Abhängigkeit von der für ihre Herstellung gewählten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, einen verbesserten Kantenkorrosionsschutz und/oder erhöhte Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchungen.
Die folgenden Beispiele zeigen die Vorteile bezüglich des Kantenkorrosionsschutzes und der mechanischen Festigkeit von CED-Beschichtungen, die durch NIR-Bestrahlung gehärtet werden, im Vergleich zu CED-Beschichtungen, die durch Ausheizen gehärtet werden.
BEISPIELE
Beispiel 1
Aus einem CED-Beschichtungsbad (Herberts AQUA EC 5000, R 39606 von DuPont Performance Coatings GmbH & Co., KG, Wuppertal) wurden CED-Überzugsschichten kataphoretisch in einer Trockenfilmdicke von 20 μm auf perforierte (Durchmesser der Perforationen 10 mm), entfettete, nicht phosphatierte Karosseriebleche abgeschieden und mit entionisiertem Wasser gespült. Nach einer Ablüftungszeit von 30 min bei Raumtemperatur wurden die Testbleche 10 Sekunden von einer Seite (der Vorderseite) mit einem NIR-Strahler bestrahlt (High-Burn-Strahler von der Firma Adphos, 400 kW/m², Ausgangsleistung 100%). Der Abstand zwischen Strahler und Oberfläche der CED-Überzugsschicht betrug 10 cm.
Die kataphoretisch abgeschiedene Überzugsschicht wurde auf beiden Seiten der Stahlbleche gehärtet.
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei aber die CED-beschichteten Stahlbleche 25 min bei 175°C (Objekttemperatur) ausgeheizt wurden, statt der NIR-Bestrahlung ausgesetzt zu werden.
Die mit den gehärteten CED-Überzugsschichten aus den Beispielen 1 und 2 versehenen Testbleche wurden einem Salzsprühversuch von 240 Stunden Dauer gemäß DIN 50 021-SS ausgesetzt. Die Kanten der Perforationen wurden nach dem Rostbefall an den Kanten bewertet (Bewertung 0 bis 5; 0, Kanten ohne Rost; 1, vereinzelte Roststellen an Kanten; 2, Roststellen an weniger als 1/3 der Kanten; 3, 1/3 bis 1/2 der Kanten sind mit Rost bedeckt; 4, mehr als 1/2 der Kanten sind mit Rost bedeckt; 5, Kanten völlig rostig). Die Bleche von Beispiel 1 erhielten eine Bewertung von 2 (Bewertung an der Vorderseite, die mit NIR-Strahlung bestrahlt wurde), die Bleche von Beispiel 2 erhielten eine Bewertung von 4–5.
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass anstelle der nicht phosphatierten, perforierten und nicht kaschierten Testbleche phosphatierte und nichtperforierte Testbleche verwendet wurden, deren eine Seite mit einer Folie kaschiert war, und dass die Kaschierfolie vor der NIR-Bestrahlung von der Rückseite entfernt wurde.
Beispiel 4
Beispiel 2 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass anstelle der nicht phosphatierten, perforierten und nicht kaschierten Testbleche phosphatierte und nichtperforierte Testbleche verwendet wurden, deren eine Seite mit einer Folie kaschiert war, und dass die Kaschierfolie vor dem Aushärten von der Rückseite entfernt wurde.
Die mit einer gehärteten CED-Überzugsschicht aus den Beispielen 3 und 4 versehenen Testbleche wurden bei Raumtemperatur einer Beschichtungshaftprüfung durch ruckartiges Abreißen eines Klebebands ausgesetzt (siehe ASTM D 2794, Verwendung eines Eindringkörpers mit einem halbkugelförmigen Kopf von 5/8'', Ausbauchen der unbeschichteten Rückseite).
Die Bewertung der CED-Überzugsschicht an der ausgebauchten Vorderseite ergab einen Wert von 16,95 N·m (150 inch·pound) für die Testbleche von Beispiel 3 und einen Wert von 10,17 N·m (90 inch·pound) für die Testbleche von Beispiel 4.

Claims

Verfahren zum elektrophoretischen Lackieren, bestehend aus den aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten: 1) elektrophoretische Abscheidung einer Lackschicht aus einem Beschichtungsmittel für das elektrophoretischen Lackieren, das ein thermisch härtbares Bindemittelsystem enthält, auf der Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Substrats und 2) thermisches Härten der elektrophoretische abgeschiedenen Lackschicht durch Bestrahlung im Nahen Infrarot, wobei die Bestrahlungsdauer 1 bis 100 Sekunden beträgt und wobei ferner die Nahe Infrarotstrahlung mit Hilfe von Strahlungsquellen für Nahe Infrarotstrahlung mit einer Intensität größer als 10kW/m² bis 10MW/m² bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat Zonen aufweist, die für die Nahe Infrarotstrahlung unzugänglich sowie unzugänglich sind, im Verfahrensschritt 2) Zonen, die für Nahe Infrarotstrahlung zugänglich sind, mit Naher Infrarotstrahlung bestrahlt werden, und in einem zusätzlichen nachfolgenden Verfahrensschritt 3) thermisches Härten der bis dahin ungehärteten Abschnitte der elektrophoretischen Lackschicht, das mit Hilfe eines Erhitzens ohne die Anwendung von Naher Infrarotstrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat Kanten aufweist und in Verfahrensschritt 2) die elektrophoretische Lackschicht mit Naher Infrarotstrahlung an Kanten oder in Zonen von Kanten und einschließlich der relevanten Kanten mit Naher Infrarotstrahlung bestrahlt wird, und in einem zusätzlichen, nachfolgenden Verfahrensschritt 3) thermisches Härten von bis dahin ungehärteten Abschnitten der elektrophoretischen Lackschicht mit Hilfe eines Erhitzens ohne die Anwendung von Naher Infrarotstrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Substrat Zonen aufweist, die für die Nahe Infrarotstrahlung zugänglich sowie unzugänglich sind und im Verfahrensschritt 2) zusätzlich zu Kanten oder in der Zone von Kanten ferner Zonen, die für die Nahe Infrarotstrahlung zugänglich sind, mit Naher Infrarotstrahlung bestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das Erhitzen im Verfahrensschritt 3) durch Ausheizen bei einer Objekttemperatur von 130° bis 180°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Beschichtungsmittel für das elektrophoretische Lackieren ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Beschichtungsmitteln, die anaphoretisch abgeschieden werden können, sowie aus Beschichtungsmitteln, die kataphoretisch abgeschieden werden können.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die NIR-Strahlung Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 750 nm bis 1500 nm ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei, nachdem die elektrophoretisch abgeschiedene Lackschicht ausgehärtet worden ist, mindestens eine weitere Lackschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Substrate ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Autokarosserien, Autokarosserieteilen, LKW-Fahrwerken, landwirtschaftlichen Maschinen, Gehäuse von Haushaltsgeräten und kleinen Massenartikeln.