EP4217424A1 - Metalleffektpigment-freie radar-fähige beschichtung auf einem substrat - Google Patents

Metalleffektpigment-freie radar-fähige beschichtung auf einem substrat

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EP4217424A1
EP4217424A1 EP21782983.7A EP21782983A EP4217424A1 EP 4217424 A1 EP4217424 A1 EP 4217424A1 EP 21782983 A EP21782983 A EP 21782983A EP 4217424 A1 EP4217424 A1 EP 4217424A1
Authority
EP
European Patent Office
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layer
coating
substrate
platelet
layers
Prior art date
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Pending
Application number
EP21782983.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Udo GUMSHEIMER
Kevin Kaiser
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SUSONITY Commercial GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C09C2200/1004—Interference pigments characterized by the core material the core comprising at least one inorganic oxide, e.g. Al2O3, TiO2 or SiO2
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    • C09C2200/102—Interference pigments characterized by the core material the core consisting of glass or silicate material like mica or clays, e.g. kaolin

Definitions

  • the present invention relates to a metal effect pigment-free, radar-capable coating with a metallic character on a substrate, to a method for producing such a coating and to the use of such a coating on a substrate, in particular in vehicle construction.
  • radar devices With the increase in vehicles that enable autonomous driving, it is necessary to integrate radar devices into the corresponding automobile parts on a previously unimagined scale, which enable both the distance measurement to other vehicles or traffic obstacles and the measurement of the speed of other road users.
  • Such radar devices are usually installed behind the bumpers of vehicles in order not to adversely affect the visual appearance of the vehicle.
  • Metallic paints preferably silver-colored metallic paints
  • these metallic paints pose a major challenge with regard to the visual design of paneling parts for radar devices installed inside such vehicles, because the usual metallic paints, which contain aluminum-based metal effect pigments, the radar waves, which are usually in the frequency range of 76-81 GHz , can reflect, dampen or absorb to such an extent that the use of previously customary metallic vehicle paints for cladding parts of radar devices in vehicles would lead to an undesirable reduction in the functionality of the radar devices.
  • Corresponding trim parts which are designed, for example, as radiator grilles or company emblems and largely have sub-areas that are transparent to radar waves and metalized struts, often have layers of vapour-deposited metals such as indium. Such components usually show a chrome-like visual appearance.
  • Such coatings are not suitable for vehicle parts which, although they are in the beam path of a radar device, are intended to give the viewer the visual impression of a conventional silver-colored metallic paint.
  • the difficulty here is to achieve the strong brightness flop that is usual with metallic paints containing metal pigments (clear change from light to dark with changing lighting or viewing angles), to achieve the hiding power of such metallic paints, and to reduce the attenuation of the radar waves to such an extent that the transmission of the radar waves is sufficient to be able to operate a built-in radar device fully functionally.
  • JP 2004-244516 A discloses a shiny product with high permeability to electromagnetic radiation, which can be used as a radiator grille, but also as part of another vehicle part, for example a tailgate.
  • a layer on a polycarbonate panel may contain metal particles such as zinc, tin or indium, but may instead be pigmented with interference pigments such as mica coated with titanium dioxide.
  • the particles are applied to the panel in a concentration of 3 to 8% by weight in a polyurethane-containing layer.
  • a black base coat is then applied as a rear coating.
  • the resulting glossy multilayer product is said to have high transmittance to electromagnetic radiation and high gloss.
  • interference pigments made of titanium dioxide-coated mica in such coatings it is possible to achieve good transparency of radar waves, but the hiding power of metallic paints containing metal pigments and the strong metallic brightness flop that can be achieved with the latter is with such simple, transparent and colorless mica-based interference pigments not available alone.
  • JP 2006-282886 A is a coating for a vehicle part which is transparent to radar waves and which contains interference pigments in a layer on a plastic substrate and dispenses with metallic effect pigments.
  • the interference pigments should be based on particularly smooth substrate particles in order to enable a color variance in the coating. Silicon dioxide or alumina substrate wafers are suggested as suitable substrate wafers.
  • the visual impression of a metallic finish cannot be achieved with a layer containing such interference pigments on a plastic substrate to be coated either.
  • the object of the present invention is to provide a coating on a substrate which is permeable to radar waves and which is suitable for use in covering parts of radar devices, in particular in vehicle construction, and which dispenses with conventional metallic effect pigments, in particular aluminum pigments, and preferably differs visually from conventional ones differs as little as possible from silver-colored vehicle metallic paintwork and, in particular, has a silver-colored metallic appearance, high hiding power and a strong brightness flop with good transparency of radar waves.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing the above coating.
  • Another object of the present invention is to show the use of such a coating on a substrate.
  • the object of the present invention is achieved by a radar-capable coating containing platelet-shaped effect pigments on a substrate, the coating being free from metallic effect pigments and having at least two layers, in this order, on the substrate:
  • the object of the present invention is also achieved by a method for producing such a radar-capable coating containing no metal effect pigments and containing platelet-shaped effect pigments on a substrate, with an optionally precoated substrate consisting of a plastic plate or plastic film
  • a first layer is applied as a base layer, which contains at least one absorbent pigment and is free from platelet-shaped effect pigments, and below
  • a second layer is applied to the first layer, which contains platelet-shaped effect pigments with absorbent properties in an amount of at least 10% by weight, based on the weight of the solid layer, the second layer being a single layer or two or more layers one above the other arranged partial layers is applied and drying takes place after the application of each layer.
  • the object of the invention is also achieved through the use of a coating as described above on a substrate as a radar-capable vehicle coating on a vehicle part.
  • the present inventors have surprisingly found that it is possible to provide covering parts of radar devices in vehicle construction with coatings that have a layer containing platelet-shaped effect pigments, the coating being free of metal effect pigments overall but optically having a silver-colored metallic character.
  • flake-form effect pigments which have no metal layers do not generally result in strong attenuation of the radar signal in coatings, they usually exhibit little or no intrinsic absorption and only low hiding power. These properties mean that an opaque, silver-colored coating with high gloss and a strong brightness flop, as is characteristic of metallic finishes, cannot be achieved with the usual flake-form effect pigments, which are mostly interference pigments. It was therefore necessary to find out under which conditions coatings can be obtained on cladding parts for radar devices in vehicle construction that meet the requirements for hiding power, brightness flop and radar capability without metallic effect pigments in the coating are included, but the visual appearance of a metallic finish can be imitated to a sufficient extent.
  • the present inventors have found a layer structure on a substrate that satisfies the stated conditions well.
  • the layer structure according to the invention therefore consists of at least one layer system of two successive layers on a substrate, with the first layer, which is located directly on the substrate or optionally also on a precoated substrate, in particular on a substrate precoated with a base layer (primer layer), contains absorbing pigments and has an achromatic colour.
  • white, gray or black are not referred to as colors in professional circles, because these are achromatic optical phenomena that only describe the amount of light absorbed by the respective surface.
  • white, gray and black shall be referred to as colors, deviating from this.
  • the first layer of the coating according to the invention contains no flake-form effect pigments, i.e. neither metallic effect pigments nor other flake-form effect pigments such as, for example, interference pigments.
  • the first layer has a solid, effect-free, neutral coloring. It completely covers the substrate or, if present, the pre-coating on the substrate.
  • Organic or inorganic pigments with absorbent properties can be used as absorbent pigments for the first layer. These are essentially the classic ones Organic absorption pigments or inorganic absorption pigments All absorption pigments commonly used in various industrial coatings can be used for this. These are preferably present with a particle diameter in the range from 10 to 500 nm, in particular from 10 to ⁇ 100 nm. Preparations of absorption pigments are generally commercially available.
  • systems such as Heucotint® W (Heubach, DE), Heucotint® UN (Heubach, DE), MIPA WBC (Mipa, DE), Standoblue® (Standox GmbH, DE), Standohyd® (Standox GmbH, DE), Vocaflex® (Anchemie, DE), Vocaplast® (Anchemie, DE), or others.
  • absorption pigments examples include isoindolidones, benzimidazoles, quinacridones, copper phthalocyanines, perylenes, carbon black and/or titanium dioxide, to name just a few.
  • Colored absorption pigments can be used in suitable mixtures in order to obtain a neutral, achromatic coloring of the first layer.
  • the absorbing pigments are contained in the first layer in an amount of 1 to 50% by weight, preferably in the range of 20 to 40% by weight, based on the weight of the first layer. They can be used individually or in a mixture of two or more. Mixtures are preferably used, particularly in the case of the gray tones. The information relates to the weight of the solid layer.
  • the layer thickness of the first layer is not critical to the success of the present invention.
  • a layer thickness is set which completely covers the substrate or the pre-coating which may be present on the substrate and which is economically sensible.
  • Customary layer thicknesses of the first layer are in the range from 5 to 15 ⁇ m, but can deviate from this if necessary.
  • the layer thickness of the first layer and the concentration of the absorbing pigments in the first layer are adjusted according to the invention within the above limits such that the first layer, if it is applied as a single layer over the entire surface on a standardized black-and-white background and in L*,a *,b* color space is measured spectrophotometrically at an illumination angle of 45° and at an observation angle of 75°, a color difference AE* between the coated black background and the coated white background in the range from 0 to 5, preferably from 0 to ⁇ 2 and in particular from 0 to ⁇ 1.
  • the first layer represents the base layer of the coating according to the invention on the substrate.
  • a second layer is arranged directly on the first layer.
  • the second layer is pigmented with platelet-shaped effect pigments, but does not contain any metal effect pigments or any other metal pigments.
  • the platelet-shaped effect pigments in the second layer have absorbent properties.
  • They are preferably platelet-shaped interference pigments which have a silver-grey absorption color.
  • the optical effect of platelet-shaped interference pigments generally consists of a combination of reflection and transmission phenomena of light on a sequence of thin layers of which such effect pigments usually consist, usually on a platelet-shaped carrier material.
  • a platelet-shaped carrier material usually consist, usually on a platelet-shaped carrier material.
  • colorless materials that are largely transparent to visible light are used here, such as platelet-shaped mica pigments that are coated with titanium dioxide.
  • Such pigments can have a silver interference color or colored interference colors, but are transparent overall and have no body color.
  • Interference pigments acquire absorbing properties and thus a body color if either the platelet-shaped carrier or at least one of the layers located on the platelet-shaped carrier consists of a material which has its own color, ie an absorption color.
  • These can be colored metal oxides, metal suboxides, mixed metal oxides or oxygen-deficient metal oxides or metal oxide hydrates.
  • Interference pigments also acquire absorbing properties from layers that contain organic color pigments.
  • interference pigments are preferably used in the second layer, which have at least one layer on a platelet-shaped, transparent carrier material that contains an iron oxide, a mixed oxide of iron oxide and titanium oxide, or a titanium suboxide, or have a layer that consists of carbon .
  • a platelet-shaped, transparent carrier material that contains an iron oxide, a mixed oxide of iron oxide and titanium oxide, or a titanium suboxide, or have a layer that consists of carbon .
  • One or more other layers of colorless, transparent materials can also be located on the platelet-shaped carrier material.
  • Fe2O3 , FeO, Fe3O4 or FeOOH can be considered as iron oxides.
  • Mixed oxides of iron oxide and titanium oxide are often ilmenite (FeTiO 3 ) or pseudobrookite (Fe2TiOs).
  • TiO, Ti 2 O 3 , Ti 3 Os, Ti 4 O 7 , Ti 2 O, Ti 3 O or TisO can be used as titanium suboxides.
  • the layer thicknesses of the absorbing layers which contain an iron oxide, a mixed oxide of iron oxide and titanium oxide, or a titanium suboxide, or of the layer consisting of carbon, are set in such a way that the interference pigment has a silver-grey absorption color. All other layers that may be present on the carrier material, on the other hand, make no contribution to the absorption color.
  • colorless transparent layers on the platelet-shaped carrier material are in particular layers of colorless metal oxides or Metal oxide hydrates suitable, such as tin oxide, titanium dioxide, zirconium oxide, silicon dioxide, silicon oxide hydrate, aluminum oxide or aluminum oxide hydrate.
  • Natural or synthetic mica, kaolin, talc or sericite, as well as glass, calcium aluminum borosilicate, SiO 2 , TiO 2 or Al 2 O 3 can be considered as platelet-shaped carrier materials. Preference is given to using natural or synthetic mica or A ⁇ Os flakes as platelet-shaped carrier materials.
  • Interference pigments of the type mentioned are commercially available. They are available, for example, from Merck KGaA under the trade names Iriodin® 9602 Silver-Grey SW or Iriodin® 9605 Blue Shade Silver SW. These are based on mica flakes and have at least one layer containing an iron oxide or a titanium suboxide.
  • interference pigments which have one or more interference layers on a transparent carrier plate and, as the final layer, a very thin, light-transmissive layer which consists of carbon.
  • Such pigments have been described, for example, in the patent application EP 3795645 A1 of the present patent applicant.
  • interference pigments with a silver-grey absorption color are particularly well suited for use as effect pigments with absorbing properties in the second layer, since the overall coating should have a silver-metallic appearance. Due to the pigment structure in the form of successions of thin layers on platelet-shaped substrates, such interference pigments exhibit an optically perceptible luster when incident light falls on them. The silver-grey absorption color causes a sufficiently high brightness with direct incidence of light.
  • These interference pigments with absorbing properties generally have particle sizes in the range from 1 to 100 ⁇ m, in particular from 2 to 70 ⁇ m and particularly preferably in the range from 3 to 50 ⁇ m. The thickness of the interference pigments is in the range from 0.1 to 2 ⁇ m.
  • the particle size of the effect pigments with absorbing properties can be determined using laser diffractometry.
  • the particle size and the particle size distribution are preferably determined volume-related using a device from Malvern (Malvern Mastersizer 3000, APA300, product from Malvern Instruments Ltd., UK) in standard operation.
  • the minimum amount of platelet-shaped effect pigments with absorbent properties in the second layer is 10% by weight, based on the weight of the (solid) second layer.
  • the maximum amount of platelet-shaped effect pigments with absorbent properties in the second layer is 40% by weight, based on the weight of the second layer.
  • These effect pigments are preferably used in the second layer in a concentration of from 15 to 35% by weight, based on their weight.
  • the layer thickness of the second layer is in the range from 3 to 25 ⁇ m, preferably in the range from 5 to 20 ⁇ m.
  • the second layer may also contain one or more of the absorption pigments described above for the first layer included, as long as the optical measured values for the opacity (AE*), the brightness (L*15) and the brightness flop (flop index) remain within the specified limits.
  • the hiding power is determined using the AE* values, which can be determined by spectrophotometric measurement of coated substrates in the L*,a*,b* color space.
  • the variable AE* is defined as the color distance of samples in the L*a*b* color space over a standardized black and white background with an illumination angle of 45° and an observation angle of 75° and is determined using the formula:
  • the second layer used in the coating according to the invention has an AE* value in the range from 0 to 20, preferably in the range from 5 to 20, when the second layer with a layer thickness in the range of 14 ⁇ 2 ⁇ m is applied to the black-and-white substrate is applied and measured under the above measurement conditions. These values indicate sufficient hiding power of the second layer for the purposes of the present invention.
  • the L*15 value of a coating which is photometrically in the L*,a*,b* color space on a standardized basis, is the measure of the brightness of a layer black and white background with an illumination angle of 45°. In order to be suitable as a coating according to the invention, it should have a minimum brightness that is obtained both over a white and over a black base layer.
  • a second layer is obtained which, if it is applied over the entire surface to a black-and-white background with a layer thickness of 14 ⁇ 2 ⁇ m and in the L*,a*,b* color space is measured spectrophotometrically at an illumination angle of 45° and an observation angle of 15°, has a brightness L*15 of at least 105 on the coated white background and on the coated black background.
  • the flop index is in the range of at least 10 both on a white and on a black-coated background if the second layer, if it is applied over the entire surface to a black-and-white background with a layer thickness of 14 ⁇ 2 ⁇ m and is in the L*, a*,b* color space is measured spectrophotometrically under an illumination angle of 45° and at observation angles of 45°: as15°, 45°: as45° and 45°: as110°.
  • the flop index is a measure of the brightness flop at changing viewing angles and is determined using the formula: Specifying upper limit values does not make sense either for the brightness L*15 or for the flop index, since both variables have open upper limits and measurement results that are above the specified minimum values always have a positive effect if the opacity is maintained in the specified range affect the overall visual result.
  • the lightness flop of the coating according to the invention can be significantly improved, especially on a gray or black first base layer on a substrate, if the second layer consists of two or more, preferably three or four partial layers arranged one on top of the other, without having to accept any significant deterioration in the hiding power or the brightness of the overall coating.
  • the total dry layer thickness of the second layer in these cases is preferably only in the range from 5 to 15 ⁇ m.
  • At least one of the sub-layers preferably two or three of the sub-layers, has a dry layer thickness of ⁇ 5 ⁇ m.
  • the dry layer thickness of at least one of the partial layers is ⁇ 4 ⁇ m or ⁇ 3 ⁇ m, particularly preferably about 2 ⁇ m. These extremely small layer thicknesses can preferably also be present in two or three of the partial layers.
  • smooth surfaces of the individual sub-layers are required. These result from interfaces between the individual sub-layers of the second layer, which are largely parallel to the base layer or to the coated substrate are arranged.
  • the interfaces are obtained by intermediate drying after the application of each of the individual sub-layers.
  • the intermediate drying aligns the platelet-shaped effect pigments with absorbing properties in each of the sub-layers with their main axes approximately parallel to the surface of the first layer (and the substrate) and thus achieve good reflection of the incident light in each of the sub-layers.
  • the pigment loading of the individual partial layers is likewise at least 10% by weight of platelet-shaped effect pigments with absorbent properties and is at most 40% by weight, based in each case on the weight of the individual partial layer. Preference is given to using 15 to 35% by weight of flake-form effect pigments with absorbent properties in each of the partial layers.
  • Radar-capable in the context of the present invention is understood to mean a coating that has a permittivity of ⁇ 30 when exposed to electromagnetic waves with a peak frequency of 76.5 GHz. Furthermore, it is required that the coating on a 350 ⁇ m PET substrate has a one-way transmission loss of ⁇ 2 dB when exposed to electromagnetic waves with a peak frequency of 76.5 GHz.
  • the measurement of the permittivity of the coating and the one-way transmission attenuation of the coating on the substrate are carried out using a device of the type RMS-D-77/79G from devisns GmbH, Germany, in standard operation.
  • binders and binder systems which appear transparent in the solidified state can be used as binders for the first and second layer of the coating according to the invention. All common types of binders can be used here, which are usual coating processes are used and are compatible with the pigments used. Solvent-based binder systems, water-based binder systems and radiation-curing binder systems can all be used, provided that the usual special features are taken into account when selecting the pigment and with regard to the coating process.
  • Both the first and the second layer of the coating according to the invention can contain other customary additives such as fillers, inhibitors, flame retardants, lubricants, rheological aids, dispersants, redispersants, defoamers, leveling agents, film formers, adhesion promoters, drying accelerators, photoinitiators, etc.
  • additives such as fillers, inhibitors, flame retardants, lubricants, rheological aids, dispersants, redispersants, defoamers, leveling agents, film formers, adhesion promoters, drying accelerators, photoinitiators, etc.
  • the second layer consists of two or more sub-layers
  • rheological aids are usually indicated.
  • Substances such as BaSC, polyamide powder, silicates or other rheology aids familiar to the person skilled in the art, but in particular nanofibers based on cellulose, come into consideration as rheological aids. The latter are used with particular preference.
  • the coating compositions used to produce the first and second layer of the coating may also contain organic solvents and/or water, which, however, are no longer present in the coating according to the invention after the two layers have solidified.
  • the customary solvent systems can be used without restrictions.
  • Corresponding compositions for binder systems, including solvents and additives, are well known to those skilled in the art and some are also commercially available in the unpigmented state as finished products. A person skilled in the art can make a corresponding selection on the basis of the particular pigmentation to be used and the desired coating method. Plates or foils made of plastic can be used as the substrate on which the coating according to the invention made up of the first and second layer is applied if the coating is to be radar-capable.
  • plastics commonly used in automotive construction can be used, for example substrates made of polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyurethane (PUR), polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) or acrylonitrile ethylene styrene ( AES) just to name a few.
  • Such plastic plates or plastic foils have a certain basic attenuation of the radar signal, which should only increase slightly as a result of the coating on them.
  • the value of the basic attenuation of the radar signal with regard to the one-way transmission, which is present through the respective substrate is contained in the measured values.
  • the basic attenuation of the one-way transmission of the radar signal caused solely by the substrate is listed separately in Example 4. A measurement of the attenuation of the radar signal caused solely by the coating is not possible for technical reasons.
  • the coating according to the invention is to be applied to substrates for purely optical reasons and if the focus is not on the radar capability of the coating, metallic or metal-containing substrates can of course also be used.
  • the substrates can be shaped three-dimensionally depending on the intended use, ie can have a three-dimensional external shape.
  • a plastic plate that is intended to form part of a tailgate of a vehicle naturally has a different three-dimensional external shape than a plastic plate provided as a shock absorber.
  • the three-dimensional shape of the substrate is produced by means of customary shaping methods before the coating according to the invention is applied.
  • An indispensable core element of the coating according to the invention on a substrate is the package made up of the first and second layers described above, with the second layer being arranged directly on the first layer, viewed from the substrate.
  • further layers can optionally be located between the substrate and the first layer and/or above the second layer, which can also be part of the coating according to the invention.
  • the coating according to the present invention can have a base coat (primer coat) and/or a clear coat coat. According to the invention, all the customary materials that are widely used industrially and therefore do not require any further discussion can be used here.
  • the coating according to the invention on a substrate can be used to advantage wherever radar devices are to be provided with panels that visually have a silver-colored effect coating, without the functionality of the radar devices being adversely affected. Of course, this applies in particular to trim parts that are used in vehicle construction.
  • the coating according to the invention is therefore preferably a vehicle paint finish. Due to its good optical properties, this can of course also be used for all types of paintwork that should look as similar as possible to a standard silver-colored metallic paintwork.
  • the existing radar wave permeability can also play a subordinate role and the corresponding areas of application are not limited to vehicle construction.
  • the present invention also relates to a method for producing a radar-capable coating which is free of metal effect pigments and contains flake-form effect pigments on a substrate as described above, wherein a first layer is applied as a base layer to an optionally precoated substrate made of a plastic plate or plastic film, said first layer being at least contains an absorbent pigment and is free of platelet-shaped effect pigments, and a second layer is subsequently applied to the first layer, which layer contains platelet-shaped effect pigments with absorbent properties in an amount of at least 10% by weight, based on the weight of the solid layer, wherein the second layer is applied as a single layer or in two or more partial layers arranged one on top of the other and drying takes place after the application of each layer.
  • the two layers of the coating can be applied to the substrate by means of customary coating methods, for example by spraying methods, brushing methods, inmold methods, roller coating methods, coil coating methods or curtain coating methods.
  • Such coating processes are common on an industrial scale and can be used in a skilled manner.
  • Spraying methods are preferably used. Customary spraying technologies, in which dry layer thicknesses in the range from 5 to 25 ⁇ m can be obtained with a single spraying process, are suitable for producing the coating according to the invention.
  • two coating processes are sufficient here, in which after the application of the first layer, with or without intermediate drying, the second layer is applied immediately, the layer(s) are dried and both layers are cured in the composite .
  • spray methods are particularly suitable which allow successive partial layers to be applied to the first layer of the coating according to the invention in several work steps with a very small dry layer thickness of the individual partial layers.
  • the preferably two to four sub-layers are each dried after the application of each individual sub-layer, so that interfaces between the individual sub-layers are formed.
  • the temperature for drying the individual layers depends on the respective binder system and the solvents used and is at least 20°C. Temperatures up to 150°C, preferably up to 100°C, can be used.
  • the amount of platelet-shaped effect pigments with absorbent properties in the second layer is at least 10% by weight for each of the individual partial layers, based on the weight of the dry layer, but can be in the range from 10 to 40% by weight, in particular in the range from 15 to 35% by weight.
  • the dry layer thickness of at least one of the partial layers is ⁇ 5 ⁇ m, preferably ⁇ 4 ⁇ m and in particular ⁇ 3 ⁇ m or approx. 2 ⁇ m. Two or three partial layers preferably have such small layer thicknesses.
  • the high pigment concentration in the respective sub-layers with a very low dry layer thickness of the sub-layers can be adjusted by the proportion of binders in the respective coating composition greatly reduced (approx. 6 to 7% by weight solids content) and the proportion of solvent (preferably water) is greatly increased. So that such a highly diluted coating composition can form a continuous coating film on the substrate, various auxiliaries, in particular rheology auxiliaries, are added, which ensure that the coating composition has a suitable viscosity, so that it can be applied to the substrate by means of a spraying process and shows good leveling properties .
  • cellulose-based nanofibers are preferably added as rheological aids in an amount of 5 to 20% by weight, based on the weight of the coating composition.
  • the multiple application of partial layers arranged one on top of the other and the respective intermediate drying of the partial layers allows the platelet-shaped effect pigments in the second layer to be oriented particularly well, so that a high level of reflection of incident light is obtained at the surface of the second layer.
  • the brightness flop of the overall coating in particular improves without there being any significant limitations in terms of hiding power or the brightness of the entire layer structure.
  • a particularly preferred embodiment of the coating according to the invention can thus be obtained on a substrate with platelet-shaped effect pigments with absorbent properties in the second layer and without the use of metal pigments of all kinds in the overall coating, which optically has a silver color Similar to metallic paint, but with good radar capability when applied to a plastic substrate.
  • the plastic substrates used which have predefined radar properties, can optionally be pre-coated, for example with one or more primer and/or coloring layers.
  • the entire coating is to have a radar-capable character, it must be ensured that none of the optionally additionally present layers on the respective substrate contain metallic effect pigments or other components that could interfere with the necessary radar wave permeability of the entire coating.
  • primer layer Pre-coating the plastic substrate with a primer layer (primer layer) is advantageous because such primer layers improve, among other things, the mechanical stability of the overall coating and the adhesion of the first layer of the stack of layers on the substrate.
  • outermost layers of clear lacquer which are generally colorless and transparent to visible light, are advantageous in particular for the mechanical stability and weathering resistance of coatings. In the present invention, too, they are preferably applied to the upper layer of the layered composite of the first and second layers as the outermost layer of the overall coating.
  • the overall coating is subjected to at least one curing process, which takes place either after the application and drying of the second layer on the substrate and/or after the application of the clear coat.
  • the curing of coatings on substrates, especially in the automotive sector, is a common practice and does not need to be described in more detail.
  • the present invention also relates to the use of the coating described above, which is free of metallic effect pigments, as a radar-capable coating Vehicle painting on a vehicle part. It can be applied to all vehicle parts that are based on base bodies (substrates) made of plastic. Metal substrates are not suitable because they cannot guarantee the desired radar capability.
  • the coating can be applied to outer body parts that are intended as outer covering or facing parts for radar devices installed in the vehicle interior, or it can also be applied to the full surface of suitable body parts. Bumpers, tailgates, radiator grilles, fenders or parts of these are to be mentioned in particular as body parts.
  • the coating according to the invention can also be applied to vehicle parts other than those mentioned and in particular also to metal-containing substrates if only the visual appearance of a metallic coating is of interest and radar capability is not required.
  • the field of application of the invention is not limited to vehicle construction.
  • black and white coated Leneta sheets (white and black base layer already present on the respective partial area) are coated with a second layer.
  • the coating is carried out as a pneumatic spray coating.
  • the preparation WBC 000 from MIPA SE, DE, is used as the binder.
  • all samples are coated with a standard 2K clear coat.
  • the second layer is pigmented with interference pigments with a silver-grey absorption color in the amounts indicated in the tables.
  • Effect pigment A Mica-based interference pigment with coating of SnC, TiO2 and carbon (C content 1.14%), particle size 5-25 pm;
  • Effect pigment B Interference pigment based on aluminum oxide flakes with a coating of SnO2, TiC>2 and carbon (C content 0.44%), particle size 5-30 pm;
  • Effect pigment C Mica-based interference pigment with a coating of SnO2, TiO2, titanium suboxide and additives, particle size 5-40 pm
  • coating compositions containing pigments A, B and C with a pigment mass concentration of 18% by weight, based on the weight of the solid second layer are applied in a single coating operation to the standardized black and white coated Sheets applied and dried at 80 ° C for 5 minutes.
  • the second layer is applied in four partial layers (each 18% by weight PMK, layer thicknesses 9, 2, 2, 2 ⁇ m, drying 5 minutes each at 80°C), there are only slight changes in the hiding power compared to the single-layer process.
  • Table 1 Hiding power Sublayers: Number of sublayers of the second layer of the coating
  • PMK pigment mass concentration of effect pigment in each of the partial layers
  • TSD dry layer thickness of the entire second layer, consisting of x
  • L* Brightness value L* in the L*a*b* color space at observation angle 15°, illumination angle 45°
  • AE* Color distance of samples in the L*a*b* color space over a standardized black and white background (illumination angle 45°, observation angle 75°), determined according to the formula:
  • Flop index Measure of the brightness flop at changing viewing angles (illumination angle 45°, viewing angle 45°: as15°, 45°: as45°, 45°: as110°), determined using the formula:
  • the effect pigments A, B and C are applied as in Example 1 to the respective black or white background.
  • the same pigments are applied to the black or white coated substrate with a pigment mass concentration of 30% by weight, based on the weight of each partial layer, in a three-stage process in a layer thickness of approx. 2 ⁇ m per partial layer (drying after each Application: 80°C, 5 min.).
  • Customary silver metallic coatings which generally contain aluminum pigments, have flop indices in the range from about 12 to 17.
  • the colorimetric measurement of the samples is carried out using a BYKMac i color measuring device (from Byk-Gardner) in SMC5 mode.
  • the black-and-white sheets used here as a substrate meet the ASTM E 1347 standard and are marketed by the Leneta company under the name Metopac T12G sheets. From the tables it can be seen that the coatings according to the invention with each of the interference pigments used with silver-grey absorption color and each of the variants of the coating process used achieve good brightness and a strong brightness flop with satisfactory hiding power and are therefore able to metallic coatings containing aluminum pigments , to imitate optically in a good to very good way. Since the coatings do not contain any metal pigments, a significant attenuation of radar waves by the respective coating on a substrate is not to be expected.
  • a 350 ⁇ m thick PET film (Hostaphan RN 350, Mitsubishi Polyester Film GmbH, DE) is used as the substrate.
  • the coating is carried out as a pneumatic spray coating.
  • the preparation WBC 000 from MIPA SE, DE, is used as the binder.
  • a completely covering layer in RAL color 7037 (dusty grey) is applied as the first layer.
  • a layer with the interference pigments listed in Table 4 with a silver-grey absorption color is applied as the second layer in each case in one or four partial layers and dried as described in Example 1.
  • Table 4 shows the dielectric constant (permittivity) of the respective layer structure and the attenuation of the radar signal in dB for a single beam passage (76.5 GHz) (device: RMS-D-77/79G from devisns GmbH, DE, standard operation)
  • the uncoated PET substrate has a permittivity of about 3.2 and a radar wave attenuation of 1.05 dB.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Metalleffektpigment-freie, Radar-fähige Beschichtung auf einem Substrat, auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung sowie auf die Verwendung einer solchen Beschichtung, insbesondere im Fahrzeugbau.

Description

Metalleffektpigment-freie Radar-fähige Beschichtung auf einem Substrat
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Metalleffektpigment-freie, Radar-fähige Beschichtung mit Metalliccharakter auf einem Substrat, auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung sowie auf die Verwendung einer derartigen Beschichtung auf einem Substrat, insbesondere im Fahrzeugbau.
Mit der Zunahme von Fahrzeugen, die ein autonomes Fahren ermöglichen, ist es nötig, in bisher ungeahntem Umfange Radargeräte in die entsprechenden Automobilteile zu integrieren, die sowohl die Abstandsmessung zu anderen Fahrzeugen oder Verkehrshindernissen sowie das Messen der Geschwindigkeit anderer Verkehrsteilnehmer ermöglichen. Solche Radargeräte sind in der Regel hinter Stoßstangen von Fahrzeugen verbaut, um die optische Erscheinung des Fahrzeuges nicht negativ zu beeinträchtigen.
Seit vielen Jahren gehören Metalliclacke, vorzugsweise silberfarbene Metalliclacke, zu den beliebtesten Fahrzeuglacken, insbesondere für den privaten Fahrzeugsektor. In Bezug auf die optische Ausgestaltung von Verkleidungsteilen für im Inneren von solchen Fahrzeugen verbaute Radargeräte stellen diese Metalliclacke jedoch eine große Herausforderung dar, weil die üblichen Metalliclacke, die auf Aluminium basierende Metalleffektpigmente enthalten, die Radarwellen, die üblicherweise im Frequenzbereich von 76-81 GHz liegen, in einem solchen Maße reflektieren, dämpfen oder absorbieren können, dass der Einsatz von bisher gebräuchlichen Metallic-Fahrzeuglacken für Verkleidungsteile von Radargeräten in Fahrzeugen zu einer unerwünschten Minderung der Funktionalität der Radargeräte führen würde.
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Lösungen für die Verkleidung von Radargeräten in Fahrzeugen bereitzustellen, die das optische Erscheinungsbild der Fahrzeuge nicht beeinträchtigen und eine gute Funktionalität der eingebauten Radargeräte ermöglichen.
Entsprechende Verkleidungsteile, die beispielsweise als Kühlergrille oder Firmenembleme ausgebildet sind und weitestgehend Radarwellendurchgängige Teilbereiche und metallisierte Streben aufweisen, besitzen häufig Schichten aus aufgedampften Metallen wie Indium. Solche Bauteile zeigen meist ein chromartiges optisches Erscheinungsbild.
Derartige Beschichtungen eignen sich jedoch nicht für Fahrzeugteile, die, obwohl sie sich im Strahlengang eines Radargerätes befinden, beim Betrachter den optischen Eindruck eines üblichen silberfarbenen Metalliclackes hinterlassen sollen. Dabei besteht die Schwierigkeit darin, den bei Metallpigment-haltigen Metalliclacken üblichen starken Helligkeitsflopp zu erzielen (deutlicher Wechsel von hell zu dunkel bei wechselndem Beleuchtungs- oder Betrachtungswinkel), das Deckvermögen solcher Metalliclacke zu erreichen, sowie die Dämpfung der Radarwellen in einem solchen Ausmaß zu reduzieren, dass die Transmission der Radarwellen ausreicht, ein eingebautes Radargerät voll funktionstüchtig betreiben zu können.
Aus JP 2004-244516 A ist ein glänzendes Produkt mit hoher Durchlässigkeit von elektromagnetischer Strahlung bekannt, welches als Kühlergrill, aber auch als Teilstück eines anderen Fahrzeugteils, beispielsweise einer Heckklappe, eingesetzt werden kann. Eine Schicht auf einem Polycarbonat- Panel kann hier Metallpartikel wie Zink, Zinn oder Indium enthalten, kann aber stattdessen auch mit Interferenzpigmenten wie beispielsweise mit Titandioxid beschichtetem Glimmer pigmentiert sein. Die Partikel werden in einer Konzentration von 3 bis 8 Gew.-% in einer Polyurethan-haltigen Schicht auf dem Panel aufgebracht. Als Rückseitenbeschichtung wird darauf ein schwarzer Basislack aufgetragen. Das erhaltene glänzende Produkt aus mehreren Schichten soll eine hohe Durchlässigkeit elektromagnetischer Strahlung sowie einen hohen Glanz aufweisen.
Mit Interferenzpigmenten aus mit Titandioxid beschichtetem Glimmer in solchen Beschichtungen lässt sich zwar eine gute Durchlässigkeit von Radarwellen erzielen, das Deckvermögen von Metallpigment-haltigen Metallic-Lackierungen und der mit letzteren erzielbare starke metallische Helligkeitsflopp ist mit solchen einfach aufgebauten, transparenten und farblosen Glimmer-basierten Interferenzpigmenten allein jedoch nicht erhältlich.
Auch aus JP 2006-282886 A ist eine Radarwellen-durchlässige Beschichtung für ein Fahrzeugteil bekannt, die in einer Schicht auf einem Kunststoffsubstrat Interferenzpigmente enthält und auf Metalleffektpigmente verzichtet. Die Interferenzpigmente sollen, um eine Farbvarianz der Beschichtung zu ermöglichen, auf besonders glatten Substratpartikeln basieren. Siliziumdioxid- oder Aluminiumoxidsubstratplättchen werden als geeignete Substratplättchen vorgeschlagen. Der optische Eindruck einer Metallic-Lackierung kann aber mit einer derartige Interferenzpigmente enthaltenden Schicht auf einem zu beschichtenden Kunststoffsubstrat ebenfalls nicht erzielt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für Radarwellen durchlässige Beschichtung auf einem Substrat zur Verfügung zu stellen, die zur Anwendung für Verkleidungsteile von Radargeräten, insbesondere im Fahrzeugbau, geeignet ist und auf übliche Metalleffektpigmente, insbesondere Aluminiumpigmente, verzichtet, sich vorzugsweise optisch von üblichen silberfarbenen Fahrzeug-Metalliclackierungen geringstmöglich unterscheidet und insbesondere ein silberfarbenes metallisches Aussehen, ein hohes Deckvermögen und einen starken Helligkeitsflopp bei guter Durchlässigkeit von Radarwellen aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Beschichtung zur Verfügung zu stellen.
Darüber hinaus besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Verwendung einer solchen Beschichtung auf einem Substrat aufzuzeigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Radar-fähige Beschichtung auf einem Substrat, wobei die Beschichtung frei ist von Metalleffektpigmenten und mindestens zwei Schichten, in dieser Reihenfolge, auf dem Substrat aufweist:
A) - eine erste Schicht, die eine Basisschicht darstellt, absorbierende Pigmente enthält und frei ist von plättchenförmigen Effektpigmenten, und
B) - eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist und plättchenförmige Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schicht, enthält, und wobei die zweite Schicht, wenn sie vollflächig auf schwarz-weißem Untergrund mit einer Schichtdicke von 14±2 pm aufgebracht ist und im L*,a*,b*-Farbraum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei einem Beobachtungswinkel von 75° spektralfotometrisch vermessen wird, einen Farbabstand AE* zwischen dem beschichteten schwarzen Untergrund und dem beschichteten weißen Untergrund im Bereich von 0 bis 20 aufweist.
Außerdem wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen, Metalleffektpigment-freien, plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Radar-fähigen Beschichtung auf einem Substrat gelöst, wobei auf einem optional vorbeschichteten Substrat aus einer Kunststoffplatte oder Kunststofffolie
- eine erste Schicht als Basisschicht aufgebracht wird, die mindestens ein absorbierendes Pigment enthält und frei ist von plättchenförmigen Effektpigmenten, und nachfolgend
- auf der ersten Schicht eine zweite Schicht aufgebracht wird, die plättchenförmige Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der festen Schicht, enthält, wobei die zweite Schicht als Einzelschicht oder in zwei oder mehreren übereinander angeordneten Teilschichten aufgebracht wird und nach dem Aufbringen jeder Schicht eine Trocknung erfolgt.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung auch durch die Verwendung einer wie oben beschriebenen Beschichtung auf einem Substrat als Radarfähige Fahrzeuglackierung auf einem Fahrzeugteil gelöst.
Die nunmehrigen Erfinder haben überraschend gefunden, dass es möglich ist, Verkleidungsteile von Radargeräten im Fahrzeugbau mit Beschichtungen zu versehen, die eine Schicht aufweisen, in der plättchenförmige Effektpigmente enthalten sind, wobei die Beschichtung insgesamt frei ist von Metalleffektpigmenten, aber optisch einen silberfarbenen Metalliccharakter aufweist.
Obwohl plättchenförmige Effektpigmente, die keine Metallschichten aufweisen, in Beschichtungen in der Regel nicht zu einer starken Dämpfung des Radarsignals führen, zeigen sie üblicherweise wenig oder keine Eigenabsorption und nur ein geringes Deckvermögen. Diese Eigenschaften bewirken, dass eine deckende, silberfarbene Beschichtung mit hohem Glanz und einem starken Helligkeitsflopp, wie er für Metalliclackierungen charakteristisch ist, mit den üblichen plättchenförmigen Effektpigmenten, bei denen es sich meist um Interferenzpigmente handelt, nicht erzielbar ist. Es galt daher herauszufinden, unter welchen Bedingungen Beschichtungen auf Verkleidungsteilen für Radargeräte im Fahrzeugbau erhalten werden können, die die Anforderungen an Deckvermögen, Helligkeitsflopp und Radar- Fähigkeit erfüllen, ohne dass Metalleffektpigmente in der Beschichtung enthalten sind, das optische Erscheinungsbild einer Metallic-Lackierung jedoch in hinreichendem Maße imitiert werden kann.
Die nunmehrigen Erfinder haben einen Schichtaufbau auf einem Substrat gefunden, der die genannten Bedingungen gut erfüllt.
Der erfindungsgemäße Schichtaufbau besteht demzufolge mindestens aus einem Schichtsystem aus zwei aufeinanderfolgenden Schichten auf einem Substrat, wobei die erste Schicht, die sich unmittelbar auf dem Substrat oder wahlweise auch auf einem vorbeschichteten Substrat, insbesondere auf einem mit einer Grundierschicht (Primerschicht) vorbeschichteten Substrat, befindet, absorbierende Pigmente enthält und eine unbunte Farbigkeit aufweist.
In der Regel werden Weiß, Grau oder Schwarz in Fachkreisen nicht als Farben bezeichnet, weil es sich hier um unbunte optische Erscheinungen handelt, die lediglich die Menge des absorbierten Lichtes der jeweiligen Oberfläche bezeichnen. In der vorliegenden Erfindung sollen, davon abweichend, Weiß, Grau und Schwarz jedoch als Farben bezeichnet werden.
Die erste Schicht der erfindungsgemäßen Beschichtung enthält keine plättchenförmigen Effektpigmente, d.h. weder Metalleffektpigmente noch andere plättchenförmige Effektpigmente wie beispielsweise Interferenzpigmente.
Demnach weist die erste Schicht eine solide, effektfreie, neutrale Farbgebung auf. Sie deckt das Substrat oder, falls vorhanden, die Vorbeschichtung auf dem Substrat, vollständig ab.
Als absorbierende Pigmente für die erste Schicht kommen organische beziehungsweise anorganische Pigmente mit absorbierenden Eigenschaften infrage. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um die klassischen organischen Absorptionspigmente beziehungsweise anorganischen Absorptionspigmente Hierfür können alle üblicherweise in verschiedenen industriellen Beschichtungen eingesetzten Absorptionspigmente verwendet werden. Diese liegen vorzugsweise mit einem Partikeldurchmesser im Bereich von 10 bis 500 nm, insbesondere von 10 bis < 100 nm, vor. Präparationen von Absorptionspigmenten sind allgemein kommerziell verfügbar. Je nach Verträglichkeit mit den eingesetzten Lacksystemen kommen beispielsweise Systeme wie Heucotint® W (Heubach, DE), Heucotint® UN (Heubach, DE), MIPA WBC (Mipa, DE), Standoblue® (Standox GmbH, DE), Standohyd® (Standox GmbH, DE), Vocaflex® (Anchemie, DE), Vocaplast® (Anchemie, DE), oder auch andere in Betracht.
Als Absorptionspigmente sind beispielsweise Isoindolidone, Benzimidazole, Chinacridone, Cu-Phthalocyanine, Perylene, Ruß und/oder Titandioxid geeignet, um nur einige zu nennen. Farbige Absorptionspigmente können in geeigneten Mischungen eingesetzt werden um eine neutrale, unbunte Farbgebung der ersten Schicht zu erhalten.
Die absorbierenden Pigmente sind in der ersten Schicht in einer Menge von 1 bis 50 Gew.%, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der ersten Schicht, enthalten. Sie können einzeln oder im Gemisch von zwei oder mehreren eingesetzt werden. Vorzugsweise werden, insbesondere bei den Grautönen, Gemische eingesetzt. Die Angaben beziehen sich auf das Gewicht der festen Schicht.
Die Schichtdicke der ersten Schicht ist für den Erfolg der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich. Es wird eine Schichtdicke eingestellt, die das Substrat bzw. die sich gegebenenfalls auf dem Substrat befindliche Vorbeschichtung vollständig abdeckt und ökonomisch sinnvoll ist. Übliche Schichtdicken der ersten Schicht liegen im Bereich von 5 bis 15 pm, können jedoch bei Bedarf auch davon abweichen. Die Schichtdicke der ersten Schicht sowie die Konzentration der absorbierenden Pigmente in der ersten Schicht werden erfindungsgemäß in den oben genannten Grenzen so eingestellt, dass die erste Schicht, wenn sie als einzelne Schicht vollflächig auf standardisiertem schwarz-weißem Untergrund aufgebracht ist und im L*,a*,b*-Farbraum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei einem Beobachtungswinkel von 75° spektralfotometrisch vermessen wird, einen Farbabstand AE* zwischen dem beschichteten schwarzen Untergrund und dem beschichteten weißen Untergrund im Bereich von 0 bis 5, bevorzugt von 0 bis < 2 und insbesondere von 0 bis < 1 , aufweist.
Die erste Schicht stellt die Basisschicht der erfindungsgemäßen Beschichtung auf dem Substrat dar.
Erfindungsgemäß ist unmittelbar auf der ersten Schicht eine zweite Schicht angeordnet. Die zweite Schicht ist mit plättchenförmigen Effektpigmenten pigmentiert, enthält jedoch keine Metalleffektpigmente und auch keine anderen Metallpigmente. Die plättchenförmigen Effektpigmente in der zweiten Schicht weisen erfindungsgemäß absorbierende Eigenschaften auf.
Vorzugsweise handelt es sich um plättchenförmige Interferenzpigmente, die eine silbergraue Absorptionsfarbe aufweisen.
Die optische Wirkung plättchenförmiger Interferenzpigmente besteht in der Regel aus einer Kombination von Reflexions- und Transmissionserscheinungen von Licht an einer Abfolge von dünnen Schichten, aus denen solche Effektpigmente, meist auf einem plättchenförmigen Trägermaterial, in der Regel bestehen. Sehr häufig werden hier lediglich farblose und weitestgehend für sichtbares Licht transparente Materialien eingesetzt, wie beispielsweise plättchenförmige Glimmerpigmente, die mit Titandioxid beschichtet sind. Solche Pigmente können eine silberne Interferenzfarbe oder auch bunte Interferenzfarben aufweisen, sind insgesamt aber transparent und besitzen keine Körperfarbe. Absorbierende Eigenschaften und damit eine Körperfarbe erhalten Interferenzpigmente, wenn entweder der plättchenförmige Träger oder aber mindestens eine der Schichten, die sich auf dem plättchenförmigen Träger befinden, aus einem Material besteht, welches eine Eigenfarbe, d.h. eine Absorptionsfarbe, aufweist. Dabei kann es sich um farbige Metalloxide, Metallsuboxide, Metallmischoxide oder sauerstoffdefizitäre Metalloxide bzw. Metalloxidhydrate handeln. Absorbierende Eigenschaften erhalten Interferenzpigmente auch durch Schichten, die organische Farbpigmente enthalten.
In der vorliegenden Erfindung werden in der zweiten Schicht vorzugsweise Interferenzpigmente eingesetzt, die auf einem plättchenförmigen, transparenten Trägermaterial mindestens eine Schicht aufweisen, die ein Eisenoxid, ein Mischoxid aus Eisenoxid und Titanoxid, oder ein Titansuboxid enthält, oder eine Schicht aufweisen, die aus Kohlenstoff besteht. Ein oder mehrere andere Schichten aus farblosen, transparenten Materialien können sich zusätzlich auf dem plättchenförmigen Trägermaterial befinden.
Als Eisenoxide kommen Fe2O3, FeO, Fe3O4 oder FeOOH in Betracht. Bei Mischoxiden von Eisenoxid und Titanoxid handelt es sich häufig um llmenit (FeTiO3 ) oder Pseudobrookit (Fe2TiOs). Als Titansuboxide kommen TiO, Ti2O3, Ti3Os, Ti4O7, Ti2Ü, Ti3O oder TißO infrage.
Die Schichtdicken der absorbierenden Schichten, die ein Eisenoxid, ein Mischoxid aus Eisenoxid und Titanoxid, oder ein Titansuboxid enthalten, oder der Schicht, die aus Kohlenstoff besteht, sind dabei so eingestellt, dass das Interferenzpigment eine silbergraue Absorptionsfarbe aufweist. Alle anderen auf dem Trägermaterial gegebenenfalls vorhandenen Schichten leisten dagegen keinen Beitrag zur Absorptionsfarbe.
Als weitere farblose transparente Schichten auf dem plättchenförmigen Trägermaterial sind insbesondere Schichten aus farblosen Metalloxiden oder Metalloxidhydraten geeignet, wie Zinnoxid, Titandioxid, Zirkoniumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumoxidhydrat, Aluminiumoxid oder Aluminiumoxidhydrat.
Als plättchenförmige Trägermaterialien kommen natürlicher oder synthetischer Glimmer, Kaolin, Talk oder Sericit, darüber hinaus auch Glas, Calcium- Aluminium-Borosilikat, SiC>2, TiÜ2 oder AI2O3 in Betracht. Vorzugsweise werden als plättchenförmige Trägermaterialien natürlicher oder synthetischer Glimmer oder A^Os-Plättchen eingesetzt.
Interferenzpigmente der genannten Art sind kommerziell verfügbar. Sie sind beispielsweise von der Merck KGaA unter den Handelsnamen Iriodin® 9602 Silver-Grey SW oder Iriodin® 9605 Blue Shade Silver SW erhältlich. Diese basieren auf Glimmerplättchen und weisen mindestens eine Schicht auf, die ein Eisenoxid oder ein Titansuboxid enthält.
Besonders bevorzugt können auch Interferenzpigmente eingesetzt werden, die auf einem transparenten Trägerplättchen ein oder mehrere Interferenzschichten und als abschließende Schicht eine sehr dünne, lichtdurchlässige Schicht aufweisen, die aus Kohlenstoff besteht. Solche Pigmente sind beispielsweise in der Patentanmeldung EP 3795645 A1 der jetzigen Patentanmelderin beschrieben worden.
Es hat sich herausgestellt, dass Interferenzpigmente mit silbergrauer Absorptionsfarbe besonders gut für den Einsatz als Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in der zweiten Schicht geeignet sind, da die Gesamtbeschichtung eine silbermetallische Optik aufweisen soll. Durch den Pigmentaufbau in Form von Abfolgen dünner Schichten auf plättchenförmigen Substraten zeigen solche Interferenzpigmente einen optisch wahrnehmbaren Glanz, wenn eingestrahltes Licht darauf fällt. Die silbergraue Absorptionsfarbe bewirkt eine ausreichend hohe Helligkeit bei direktem Lichteinfall. Diese Interferenzpigmente mit absorbierenden Eigenschaften weisen im allgemeinen Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 pm, insbesondere von 2 bis 70 pm und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 50 pm auf. Die Dicke der Interferenzpigmente liegt im Bereich von 0,1 bis 2 pm.
Die Partikelgröße der Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften kann mittels Laserdiffraktometrie bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Partikelgröße sowie die Partikelgrößenverteilung mit einem Gerät der Firma Malvern (Malvern Mastersizer 3000, APA300, Produkt der Firma Malvern Instruments Ltd., UK) im Standardbetrieb volumenbezogen ermittelt.
Übliche Partikelgrößenverhältnisse sind jedoch auch in den Angaben der Hersteller in öffentlich zugänglichen Produktinformationsblättern zu finden.
In diesem Größenbereich kann ein im Gesamtaufbau ausreichendes Deckvermögen erhalten werden, wenn die Menge der Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften und die Schichtdicke der zweiten Schicht erfindungsgemäß eingestellt werden.
Erfindungsgemäß beträgt die Mindestmenge an plättchenförmigen Effektpigmenten mit absorbierenden Eigenschaften in der zweiten Schicht 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der (festen) zweiten Schicht. Die Höchstmenge an plättchenförmigen Effektpigmenten mit absorbierenden Eigenschaften in der zweiten Schicht beträgt 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schicht. Vorzugsweise werden diese Effektpigmente in der zweiten Schicht in einer Konzentration von 15 bis 35 Gew.-%, bezogen auf deren Gewicht, in der zweiten Schicht eingesetzt.
Die Schichtdicke der zweiten Schicht liegt erfindungsgemäß im Bereich von 3 bis 25 pm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 pm.
Wenn es zweckmäßig erscheint, kann die zweite Schicht auch ein oder mehrere der oben für die erste Schicht beschriebenen Absorptionspigmente enthalten, solange dadurch die optischen Messwerte für das Deckvermögen (AE*), die Helligkeit (L*15) sowie den Helligkeitsflopp (Flop-Index) in den spezifizierten Grenzen bleiben.
Die optische Gesamtwirkung aus deckender, unbunter erster Schicht und zweiter Schicht, die Interferenzpigmente mit silbergrauer Absorptionsfarbe enthält, ergibt einen homogenen silbermetallischen Gesamteindruck der erfindungsgemäßen Beschichtung mit hohem Deckvermögen, hohem Glanz und deutlichem Helligkeitsflopp.
Dabei wird das Deckvermögen anhand der AE*-Werte bestimmt, die bei spektralfotometrischer Vermessung von beschichteten Substraten im L*,a*,b*- Farbraum ermittelt werden können. Die Größe AE* ist dabei definiert als der Farbabstand von Proben im L*a*b*-Farbraum über standardisiertem schwarzem und weißem Untergrund bei einem Beleuchtungswinkel von 45° und einem Beobachtungswinkel von 75° und wird bestimmt nach der Formel:
Je geringer der Wert für den Farbabstand ausfällt, umso besser deckt die Beschichtung den Untergrund ab. Eine vollständige Abdeckung des Untergrundes kann mit nichtmetallischen Effektpigmenten in der Regel nicht erhalten werden. Die in der erfindungsgemäßen Beschichtung eingesetzte zweite Schicht weist einen AE*-Wert im Bereich von 0 bis 20, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20, auf, wenn die zweite Schicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 14±2 pm auf den schwarz-weißen Untergrund aufgebracht und unter den oben genannten Messbedingungen vermessen wird. Diese Werte weisen auf ein für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ausreichendes Deckvermögen der zweiten Schicht hin.
Als Maß für die Helligkeit einer Schicht gilt in Fachkreisen der L*15-Wert einer Beschichtung, der fotometrisch im L*,a*,b*-Farbraum auf standardisiertem schwarz-weißem Untergrund bei einem Beleuchtungswinkel von 45° ermittelt wird. Um als erfindungsgemäße Beschichtung geeignet zu sein, soll diese eine Mindesthelligkeit aufweisen, die sowohl über einer weißen als auch über einer schwarzen Basisschicht erhalten wird.
Beim Einsatz der oben genannten Effektpigmente mit silbergrauer Absorptionsfarbe in der zweiten Schicht wird eine zweite Schicht erhalten, die, wenn sie vollflächig auf schwarz-weißem Untergrund mit einer Schichtdicke von 14±2 pm aufgebracht ist und im L*,a*,b*-Farbraum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei einem Beobachtungswinkel von 15° spektralfotometrisch vermessen wird, auf dem beschichteten weißen Untergrund und auf dem beschichteten schwarzen Untergrund jeweils eine Helligkeit L*15 von mindestens 105 aufweist.
Darüber hinaus ist auch ein guter Helligkeitsflop erzielbar. Dieser wird standardmäßig als Flop-Index ausgewiesen und bei einem Beleuchtungswinkel von 45° spektralfotometrisch im Abstand von 15°, 45° und 110° aspecular vom Glanzwinkel ermittelt. Daher liegt erfindungsgemäß der Flop- Index sowohl auf weiß als auch auf schwarz beschichtetem Untergrund im Bereich von mindestens 10, wenn die zweite Schicht, wenn sie vollflächig auf schwarz-weißem Untergrund mit einer Schichtdicke von 14±2 pm aufgebracht ist und im L*,a*,b*-Farbraum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei Beobachtungswinkeln von 45°: as15°, 45°: as45° und 45°: as110° spektralfotometrisch vermessen wird.
Der Flop-Index gilt fachüblich als Maß für den Hel ligkeitsflopp bei wechselndem Betrachtungswinkel und wird bestimmt nach der Formel: Weder bei der Helligkeit L*15 noch beim Flop-Index ist die Angabe von oberen Grenzwerten sinnvoll, da beide Größen offene Obergrenzen aufweisen und Messergebnisse, die über den angegebenen Mindestwerten liegen, sich bei der Einhaltung eines Deckvermögens in angegebenen Bereich in jedem Falle positiv auf das optische Gesamtresultat auswirken.
Einzelheiten zu den spektralfotometrischen Messverfahren und -geraten sind im Beispielteil beschrieben.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass insbesondere der Hel ligkeitsflopp der erfindungsgemäßen Beschichtung, ausgewiesen durch den Flop-Index, speziell auf einer grauen oder schwarzen ersten Basisschicht auf einem Substrat teilweise deutlich verbessert werden kann, wenn die zweite Schicht aus zwei oder mehreren, vorzugsweise aus drei oder vier, übereinander angeordneten Teilschichten besteht, ohne dass wesentliche Verschlechterungen beim Deckvermögen oder der Helligkeit der Gesamtbeschichtung hingenommen werden müssen. Dabei liegt die Gesamttrockenschichtdicke der zweiten Schicht in diesen Fällen vorzugsweise lediglich im Bereich von 5 bis 15 pm.
Dabei weist mindestens eine der Teilschichten, vorzugsweise zwei oder drei der Teilschichten, eine Trockenschichtdicke von < 5 pm auf. Insbesondere beträgt die Trockenschichtdicke mindestens einer der Teilschichten < 4 pm bzw. < 3 pm, besonders bevorzugt etwa 2 pm. Diese extrem geringen Schichtdicken können vorzugsweise auch bei zwei oder drei der Teilschichten vorhanden sein.
Um derart dünne Teilschichten zu einer optisch attraktiven Gesamtschicht als zweite Schicht der erfindungsgemäßen Beschichtung kombinieren zu können, sind glatte Oberflächen der einzelnen Teilschichten vonnöten. Diese ergeben sich aus Grenzflächen zwischen den einzelnen Teilschichten der zweiten Schicht, die weitestgehend parallel zur Basisschicht beziehungsweise zum beschichteten Substrat angeordnet sind. Die Grenzflächen werden durch Zwischentrocknung nach dem Auftrag jeder der einzelnen Teilschichten erhalten. Durch die Zwischentrocknung werden die plättchenförmigen Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in jeder der Teilschichten mit ihren Hauptachsen annähernd parallel zur Oberfläche der ersten Schicht (und des Substrates) ausgerichtet und erzielen damit eine gute Reflexion des eingestrahlten Lichtes in jeder einzelnen der Teilschichten.
Die Pigmentbeladung der einzelnen Teilschichten liegt dabei ebenfalls bei mindestens 10 Gew.-% an plättchenförmigen Effektpigmenten mit absorbierenden Eigenschaften und beträgt maximal 40 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gewicht der einzelnen Teilschicht. Vorzugsweise werden 15 bis 35 Gew.% an plättchenförmigen Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in jeder der Teilschichten eingesetzt.
Unter „Radar-fähig“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Beschichtung zu verstehen, die bei Beaufschlagung mit elektromagnetischen Wellen mit einer Peak-Frequenz von 76,5 GHz eine Perm ittivität von < 30 aufweist. Des Weiteren ist es erforderlich, dass die Beschichtung auf einem 350 pm PET-Substrat bei Beaufschlagung mit elektromagnetischen Wellen mit einer Peak-Frequenz von 76,5 GHz eine Ein-Wege-Transmissionsdämpfung von < 2 dB aufweist.
Die Messung der Perm ittivität der Beschichtung sowie der Ein-Wege- Transmissionsdämpfung der Beschichtung auf dem Substrat erfolgen mit einem Gerät vom Typ RMS-D-77/79G der Firma pensens GmbH, Deutschland, im Standardbetrieb.
Als Bindemittel für die erste und zweite Schicht der erfindungsgemäßen Beschichtung können alle üblichen Bindemittel und Bindemittelsysteme eingesetzt werden, die im verfestigten Zustand transparent erscheinen. Es kann hierbei auf alle gängigen Bindemittelarten zurückgegriffen werden, die in üblichen Beschichtungsverfahren eingesetzt werden und mit den eingesetzten Pigmenten verträglich sind. Lösemittelbasierende Bindemittelsysteme, wässrige Bindemittelsysteme sowie strahlenhärtende Bindemittelsysteme sind gleichermaßen einsetzbar, sofern fachübliche Besonderheiten bei der Pigmentauswahl und hinsichtlich des Beschichtungsverfahrens beachtet werden.
Sowohl die erste als auch die zweite Schicht der erfindungsgemäßen Beschichtung können weitere fachübliche Additive wie beispielsweise Füllstoffe, Inhibitoren, Flammschutzmittel, Gleitmittel, Rheologiehilfsmittel, Dispergiermittel, Redispergiermittel, Entschäumer, Verlaufsmittel, Filmbildner, Haftvermittler, Trocknungsbeschleuniger, Fotoinitiatoren, etc. enthalten.
Besteht die zweite Schicht aus zwei oder mehreren Teilschichten, ist der Einsatz von Rheologiehilfsmitteln in der Regel angezeigt. Als Rheologiehilfsmittel kommen dabei Stoffe wie beispielsweise BaSC , Polyamidpulver, Silikate oder andere, dem Fachmann geläufige Rheologiehilfsmittel, insbesondere aber auf Cellulose basierende Nanofasern in Betracht. Letztere werden besonders bevorzugt eingesetzt.
Je nach eingesetztem Bindemittelsystem enthalten die zur Herstellung der ersten und zweiten Schicht der Beschichtung eingesetzten Beschichtungszusammensetzungen gegebenenfalls auch organische Lösemittel und/oder Wasser, die nach der Verfestigung der beiden Schichten jedoch nicht mehr in der erfindungsgemäßen Beschichtung enthalten sind. Die fachüblichen Lösemittelsysteme können ohne Beschränkungen eingesetzt werden. Entsprechende Zusammensetzungen für Bindemittelsysteme, einschließlich Lösemitteln und Additiven, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und sind teilweise in unpigmentiertem Zustand auch als Fertigprodukte kommerziell erhältlich. Eine entsprechende Auswahl kann der Fachmann auf der Basis der einzusetzenden jeweiligen Pigmentierung und des gewünschten Beschichtungsverfahrens treffen. Als Substrat, auf dem die erfindungsgemäße Beschichtung aus der ersten und zweiten Schicht aufgebracht ist, kommen Platten oder Folien aus Kunststoff in Betracht, wenn die Beschichtung Radar-fähig sein soll. Dabei können die üblicherweise im Automobilbau verwendeten Kunststoffe zum Einsatz kommen, beispielsweise Substrate aus Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyurethan (PUR), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylnitril-Butadien- Styrol (ABS) oder Acrylnitril-Ethylen-Styrol (AES), um nur einige zu nennen. Solche Kunststoffplatten oder Kunststofffolien weisen eine gewisse Grunddämpfung des Radarsignals auf, die durch die darauf befindliche Beschichtung nur eine geringfügige Erhöhung erfahren sollte. In Bezug auf die Radarfähigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtung ist der Wert der Grunddämpfung des Radarsignals hinsichtlich der Ein-Wege-Transmission, die durch das jeweilige Substrat vorhanden ist, in den Messwerten enthalten. Die alleinig durch das Substrat verursachte Grunddämpfung der Ein-Wege- Transmission des Radarsignals ist in Beispiel 4 gesondert aufgeführt. Eine Messung der allein durch die Beschichtung verursachten Dämpfung des Radarsignals ist aus apparatetechnischen Gründen nicht möglich.
Soll die erfindungsgemäße Beschichtung aus rein optischen Gründen auf Substraten aufgebracht werden und steht die Radar-Fähigkeit der Beschichtung nicht im Fokus, können selbstverständlich auch metallische oder metallhaltige Substrate eingesetzt werden.
Es versteht sich von selbst, dass die Substrate je nach Einsatzzweck dreidimensional geformt sein können, also eine dreidimensionale äußere Form aufweisen können. So weist beispielsweise eine Kunststoffplatte, die ein Teilstück einer Heckklappe eines Fahrzeugs bilden soll, selbstverständlich eine andere dreidimensionale äußere Form auf als eine als Stoßdämpfer vorgesehene Kunststoffplatte. In der Regel wird die dreidimensionale Form des Substrates vor dem Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung mittels üblicher Verformungsverfahren erzeugt. Unverzichtbares Kernelement der erfindungsgemäßen Beschichtung auf einem Substrat ist das Paket aus der oben beschriebenen ersten und zweiten Schicht, wobei die zweite Schicht unmittelbar auf der ersten Schicht angeordnet ist, vom Substrat aus betrachtet. Darüber hinaus können sich optional zwischen dem Substrat und der ersten Schicht und/oder oberhalb der zweiten Schicht noch weitere Schichten befinden, die ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Beschichtung sein können.
Solche zusätzlichen Schichten werden im Automobilbau häufig eingesetzt, um wahlweise die Haftung der Lackschichten auf dem Substrat zu verbessern und/oder die mechanische und chemische Festigkeit sowie die Witterungsbeständigkeit der Lackschichten zu verbessern. Es handelt sich dabei um Grundierschichten beziehungsweise um eine äußerste Klarlackschicht, die in der Regel transparent und farblos ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Grundierschicht (Primerschicht) und/oder eine Klarlackschicht aufweisen. Erfindungsgemäß können hier alle üblichen Materialien eingesetzt werden, die in breitem Umfange technisch benutzt werden und daher keiner weiteren Erörterung bedürfen.
Die erfindungsgemäße Beschichtung auf einem Substrat ist überall dort vorteilhaft einsetzbar, wo Radargeräte mit Verkleidungen versehen werden sollen, die optisch eine silberfarbene Effektlackierung aufweisen, ohne dass die Funktionalität der Radargeräte nachteilig beeinflusst wird. Das trifft selbstverständlich insbesondere auf Verkleidungsteile zu, die im Fahrzeugbau Verwendung finden. Daher handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Beschichtung vorzugsweise um eine Fahrzeuglackierung. Diese lässt sich auf Grund ihrer guten optischen Eigenschaften selbstverständlich auch für Lackierungen aller Art verwenden, die optisch weitestgehend einer üblichen silberfarbenen Metalliclackierung entsprechen sollen. Dabei kann die vorhandene Radarwellendurchlässigkeit auch eine untergeordnete Rolle spielen und die entsprechenden Einsatzgebiete sind nicht auf den Fahrzeugbau beschränkt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Metalleffektpigment-freien, plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Radar-fähigen Beschichtung auf einem Substrat wie oben beschrieben, wobei auf einem optional vorbeschichteten Substrat aus einer Kunststoffplatte oder Kunststofffolie eine erste Schicht als Basisschicht aufgebracht wird, die mindestens ein absorbierendes Pigment enthält und frei ist von plättchenförmigen Effektpigmenten, und nachfolgend auf der ersten Schicht eine zweite Schicht aufgebracht wird, die plättchenförmige Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der festen Schicht, enthält, wobei die zweite Schicht als Einzelschicht oder in zwei oder mehreren übereinander angeordneten Teilschichten aufgebracht wird und nach dem Aufbringen jeder Schicht eine Trocknung erfolgt.
Alle materiellen Details in Bezug auf die geeigneten Kunststoffsubstrate sowie die Zusammensetzungen der ersten und zweiten Schicht sind vorab bereits erläutert worden. Insofern wird hier darauf Bezug genommen.
Das Aufbringen der beiden Schichten der Beschichtung auf dem Substrat kann mittels üblicher Beschichtungsverfahren erfolgen, beispielsweise per Sprühverfahren, Streichverfahren, Inmoldverfahren, Rollercoatingverfahren, Coilcoatingverfahren oder Curtain-coating-Verfahren.
Solche Beschichtungsverfahren sind großtechnisch üblich und können fachgemäß eingesetzt werden.
Vorzugsweise werden Sprühverfahren eingesetzt. Übliche Sprühtechnologien, bei denen mit einmaligem Sprühvorgang Trockenschichtdicken im Bereich von 5 bis 25 pm erhalten werden können, sind zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung geeignet.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung aus erster und zweiter Schicht genügen hier zwei Beschichtungsvorgänge, bei denen nach dem Aufbringen der ersten Schicht, mit oder ohne Zwischentrocknung, die zweite Schicht unmittelbar aufgebracht wird, die Schicht(en) getrocknet werden und beide Schichten im Verbund ausgehärtet werden.
Für das Aufbringen der zweiten Schicht besonders geeignet sind jedoch Sprühverfahren, die in mehreren Arbeitsschritten nacheinander einen Auftrag von aufeinander angeordneten Teilschichten auf der ersten Schicht der erfindungsgemäßen Beschichtung bei sehr geringer Trockenschichtdicke der einzelnen Teilschichten erlauben. Die vorzugsweise zwei bis vier Teilschichten werden jeweils nach dem Aufbringen jeder einzelnen Teilschicht getrocknet, sodass Grenzflächen zwischen den einzelnen Teilschichten entstehen. Die Temperatur für die Trocknung der Einzelschichten ist dabei abhängig vom jeweiligen Bindemittelsystem und den eingesetzten Lösemitteln und beträgt mindestens 20°C. Temperaturen bis zu 150°C, vorzugsweise bis 100°C, können eingesetzt werden.
Die Menge an plättchenförmigen Effektpigmenten mit absorbierenden Eigenschaften in der zweiten Schicht beträgt dabei für jede der einzelnen Teilschichten mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Schicht, kann jedoch im Bereich von 10 bis 40 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 15 bis 35 Gew.-%, liegen. Dabei beträgt die Trockenschichtdicke mindestens einer der Teilschichten < 5 pm, vorzugsweise < 4 pm und insbesondere < 3 pm oder ca. 2 pm. Vorzugsweise weisen zwei oder drei Teilschichten derart geringe Schichtdicken auf.
Die hohe Pigmentkonzentration in den jeweiligen Teilschichten bei sehr niedriger Trockenschichtdicke der Teilschichten lässt sich einstellen, indem der Anteil an Bindemitteln in der jeweiligen Beschichtungszusammensetzung sehr stark reduziert (ca. 6 bis 7 Gew.-% Feststoffgehalt) und der Lösemittelanteil (vorzugsweise Wasser) sehr stark angehoben wird. Damit eine solche, stark verdünnte Beschichtungszusammensetzung auf dem Substrat einen geschlossenen Beschichtungsfilm ausbilden kann, werden verschiedene Hilfsstoffe, insbesondere Rheologiehilfsmittel, zugesetzt, die für die Einstellung einer geeigneten Viskosität der Beschichtungszusammensetzung sorgen, sodass diese mittels eines Sprühverfahrens auf dem Untergrund applizierbar ist und gute Verlaufseigenschaften zeigt. Im Zuge des nachfolgenden Trocknungsprozesses verbleibt eine geringe Feststoff masse mit einem sehr hohen Anteil an Effektpigmenten als Teilschicht auf dem jeweiligen Untergrund, in der die Effektpigmente mit ihren Hauptachsen auch gut und im Wesentlichen parallel ausgerichtet zur jeweiligen beschichtete Oberfläche vorliegen.
Als Rheologiehilfsmittel werden hier erfindungsgemäß vorzugsweise Cellulose-basierende Nanofasern in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Beschichtungszusammensetzung, zugesetzt.
Durch den Mehrfachauftrag von übereinander angeordneten Teilschichten und die jeweilige Zwischentrocknung der Teilschichten können die plättchenförmigen Effektpigmente in der zweiten Schicht besonders gut orientiert werden, sodass eine hohe Reflexion von eingestrahltem Licht an der Oberfläche der zweiten Schicht erhalten wird. Dadurch verbessert sich, bei insgesamt äußerst geringer Gesamtschichtdicke der zweiten Schicht, insbesondere der Helligkeitsflop der Gesamtbeschichtung, ohne dass es zu wesentlichen Einschränkungen beim Deckvermögen oder der Helligkeit des gesamten Schichtaufbaus kommt. Damit lässt sich mit plättchenförmigen Effektpigmenten mit absorbierenden Eigenschaften in der zweiten Schicht und ohne den Einsatz von Metallpigmenten aller Art in der Gesamtbeschichtung eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtung auf einem Substrat erhalten, die optisch einer silberfarbenen Metalliclackierung weitestgehend entspricht, dabei aber eine gute Radar- Fähigkeit aufweist, wenn sie auf einem Kunststoffsubstrat aufgebracht ist.
Die eingesetzten Kunststoffsubstrate, die vordefinierte Radareigenschaften aufweisen, können optional vorbeschichtet sein, beispielsweise mit einer oder mehreren Grundier- und/oder farbgebenden Schichten. Soll die gesamte Beschichtung einen Radar-fähigen Charakter aufweisen ist jedoch darauf zu achten, dass keine der optional zusätzlich vorhandenen Schichten auf dem jeweiligen Substrat Metalleffektpigmente oder andere Bestandteile enthält, die die nötige Radarwellen-Durchlässigkeit der gesamten Beschichtung stören könnten.
Eine Vorbeschichtung des Kunststoffsubstrates mit einer Grundierschicht (Primerschicht) ist vorteilhaft, weil solche Grundierschichten unter anderem die mechanische Stabilität der Gesamtbeschichtung sowie die Haftung der ersten Schicht des Schichtpaketes auf dem Substrat verbessern. Darüber hinaus sind äußerste Klarlackschichten, die in der Regel farblos und transparent für sichtbares Licht ausgebildet sind, vorteilhaft insbesondere für die mechanische Stabilität und die Witterungsbeständigkeit von Beschichtungen. Sie werden auch in der vorliegenden Erfindung bevorzugt auf die obere Schicht des Schichtverbundes aus erster und zweiter Schicht als äußerste Schicht der Gesamtbeschichtung aufgebracht.
Es ist selbstverständlich, dass die Gesamtbeschichtung mindestens einem Härtungsvorgang unterzogen wird, der entweder nach dem Aufbringen und Trocknen der zweiten Schicht auf dem Substrat und/oder nach dem Aufbringen der Klarlackschicht erfolgt. Das Aushärten von Beschichtungen auf Substraten, insbesondere im Automobilbereich, ist fachübliches Tun und muss nicht genauer beschrieben werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der vorab beschriebenen Metalleffektpigment-freien Beschichtung als Radar-fähige Fahrzeuglackierung auf einem Fahrzeugteil. Sie kann auf allen Fahrzeugteilen aufgebracht werden, die auf Grundkörpern (Substraten) aus Kunststoff basieren. Metallsubstrate eignen sich nicht, weil sie die gewünschte Radarfähigkeit nicht gewährleisten können. Die Beschichtung kann auf äußeren Karosserieteilen aufgebracht werden, die als äußere Verdeckungs- oder Verblendungsteile für im Fahrzeuginneren verbaute Radargeräte gedacht sind, oder auch auf geeignete Karosserieteile vollflächig aufgebracht werden. Als Karosserieteile sind insbesondere Stoßstangen, Heckklappen, Kühlergrille, Kotflügel oder Teile von diesen zu nennen. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Beschichtung auch auf andere als die genannten Fahrzeugteile und insbesondere auch auf metallhaltige Substrate aufgebracht werden, wenn lediglich das optische Erscheinungsbild einer Metalliclackierung von Interesse und die Radar-Fähigkeit nicht erforderlich ist. Im letzteren Falle ist das Anwendungsgebiet der Erfindung auch nicht auf den Fahrzeugbau beschränkt.
Die Erfindung soll nachfolgend an Beispielen erläutert, jedoch nicht auf diese beschränkt werden.
Beispiele:
Als Substrat werden schwarz-weiß beschichtete Leneta-Bleche (weiße und schwarze Basisschicht auf der jeweiligen Teilfläche bereits vorhanden) mit einer zweiten Schicht beschichtet. Die Beschichtung erfolgt als pneumatische Sprühbeschichtung. Als Bindemittel wird die Zubereitung WBC 000 der MIPA SE, DE, eingesetzt. Abschließend werden alle Proben mit einer Standard-2K- Klarlackschicht beschichtet.
Die zweite Schicht ist mit Interferenzpigmenten mit silbergrauer Absorptionsfarbe in den in den Tabellen angegebenen Mengen pigmentiert.
Effektpigment A: Interferenzpigment auf Glimmerbasis mit Beschichtung aus SnC , TiÜ2 und Kohlenstoff (C-Gehalt 1 ,14%), Partikelgröße 5-25 pm;
Effektpigment B: Interferenzpigment auf Basis von Aluminiumoxidplättchen mit Beschichtung aus SnO2, TiC>2 und Kohlenstoff (C-Gehalt 0,44%) , Partikelgröße 5-30 pm;
Effektpigment C: Interferenzpigment auf Glimmerbasis mit Beschichtung aus SnO2, TiO2, Titansuboxid und Hilfsstoffe, Partikelgröße 5-40 pm
Beispiel 1 :
Zur Bestimmung des Deckvermögens der erfindungsgemäßen Beschichtungen werden Beschichtungszusammensetzungen, die die Pigmente A, B und C mit einer Pigmentmassekonzentration von 18 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der festen zweiten Schicht, enthalten, in einem einmaligen Beschichtungsvorgang auf die standardisierten schwarz und weiß beschichteten Bleche aufgebracht und bei 80°C 5 Minuten getrocknet. Je geringer der Farbabstand AE* 75° ausfällt, umso besser ist das Deckvermögen des Effektpigmentes.
Wird die zweite Schicht in vier Teilschichten aufgebracht (jeweils 18 Gew-% PMK, Schichtdicken 9, 2, 2, 2 pm, Trocknung jeweils 5 min. bei 80°C), ergeben sich nur geringfügige Änderungen des Deckvermögens im Vergleich zum einschichtigen Prozess.
Tabelle 1 : Deckvermögen Teilschichten: Anzahl der Teilschichten der zweiten Schicht der Beschichtung
PMK: Pigmentmassekonzentration an Effektpigment in jeder der Teilschichten TSD: Trockenschichtdicke der gesamten zweiten Schicht, bestehend aus x
Teilschichten
L*: Helligkeitswert L* im L*a*b*-Farbraum bei Beobachtungswinkel 15°, Beleuchtungswinkel 45°)
AE*: Farbabstand von Proben im L*a*b*-Farbraum über standardisiertem schwarzem und weißem Untergrund (Beleuchtungswinkel 45°, Beobachtungswinkel 75°), bestimmt nach der Formel:
AE*= (AL*2 + Aa*2 + Ab*2)
Flop-Index: Maß für den Helligkeitsflopp bei wechselndem Betrachtungs winkel (Beleuchtungswinkel 45°, Betrachtungswinkel 45°: as15°, 45°: as45°, 45°: as110°), bestimmt nach der Formel:
Basis: Farbton der ersten Schicht
Beispiel 2:
Zur Bestimmung der Helligkeit der jeweiligen Beschichtung werden die Effektpigmente A, B und C wie in Beispiel 1 auf den jeweiligen schwarzen oder weißen Untergrund aufgebracht. Zusätzlich werden dieselben Pigmente mit einer Pigmentmassekonzentration von jeweils 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht jeder Teilschicht, in einem dreistufigen Verfahren in einer Schichtdicke von jeweils ca. 2 pm pro Teilschicht auf den schwarz bzw. weiß beschichteten Untergrund aufgebracht (Trocknung nach jedem Auftrag: 80°C, 5 min.). Je größer die Helligkeitswerte L*15 ausfallen, umso besser kann eine Beschichtung, die lediglich mit Aluminiumpigmenten deckend pigmentiert ist, optisch nachgestellt werden.
Tabelle 2: Helligkeit
Mit jeder der Beschichtungsvananten und jedem der Effektpigmente in der zweiten Schicht können hohe Helligkeitswerte erhalten werden.
Beispiel 3:
Zur Bestimmung des Flop-Index werden alle in Beispiel 2 hergestellten Beschichtungen neu vermessen.
Tabelle 3: Flop-Index
Übliche Silbermetallic-Beschichtungen, die in der Regel Aluminiumpigmente enthalten, weisen Flop-Indizes im Bereich von ca. 12 bis 17 auf.
Dieser Bereich kann von allen genannten Beschichtungsvananten und allen genannten silbergrauen Interferenzpigmenten erreicht werden. Insbesondere die mehrschichtigen Beschichtungsvananten auf schwarzem Untergrund erreichen sehr hohe Werte für den Flop-Index.
Die colorimetrische Vermessung der Proben erfolgt mit einem Farbmessgerät vom Typ BYKMac i (Firma Byk-Gardner) im SMC5-Modus.
Die hier als Substrat verwendeten schwarz-weißen Bleche genügen dem Standard ASTM E 1347 und werden unter der Bezeichnung Metopac T12G- Bleche von der Firma Leneta vertrieben. Aus den Tabellen ist erkennbar, dass die erfindungsgemäßen Beschichtungen mit jedem der verwendeten Interferenzpigmente mit silbergrauer Absorptionsfarbe und jeder der verwendeten Varianten des Beschichtungsverfahrens bei einem befriedigenden Deckvermögen eine gute Helligkeit sowie einen starken Helligkeitsflopp erzielen und daher in der Lage sind, metallische Beschichtungen, die Aluminiumpigmente enthalten, in guter bis sehr guter Weise optisch zu imitieren. Da in den Beschichtungen keine Metallpigmente enthalten sind, ist eine wesentliche Dämpfung von Radarwellen durch die jeweilige Beschichtung auf einem Substrat nicht zu erwarten.
Beispiel 4:
Zur Bestimmung der Durchlässigkeit von Radarwellen wird jeweils eine 350 pm starke PET-Folie (Hostaphan RN 350, Mitsubishi Polyester Film GmbH, DE) als Substrat eingesetzt. Die Beschichtung erfolgt als pneumatische Sprühbeschichtung. Als Bindemittel wird die Zubereitung WBC 000 der MIPA SE, DE, eingesetzt.
Als erste Schicht wird jeweils eine vollständig deckende Schicht im RAL- Farbton 7037 (Staubgrau) aufgebracht.
Als zweite Schicht wird jeweils eine Schicht mit den in Tabelle 4 aufgeführten Interferenzpigmenten mit silbergrauer Absorptionsfarbe in jeweils einer oder vier Teilschichten aufgebracht und wie in Beispiel 1 beschrieben getrocknet.
In Tabelle 4 ist die Dielektrizitätskonstante (Perm ittivität) des jeweiligen Schichtaufbaus sowie die Dämpfung des Radarsignals in dB bei einmaligem Strahlendurchgang (76,5 GHz) dargestellt (Gerät: RMS-D-77/79G der Firma pensens GmbH, DE, Standardbetrieb)
Das unbeschichtete PET-Substrat weist eine Perm ittivität von etwa 3,2 und eine Radarwellendämpfung von 1 ,05 dB auf.
Eine Beschichtung aus einer einzelnen Schicht auf dem PET-Substrat, die handelsübliche Aluminiumpigmente enthält und eine PMK von 18 Gew.-% sowie eine TSD von ca. 22 pm aufweist, kommt zum Vergleich unter denselben Messbedingungen auf eine Permittivität von ca. 74,9 und eine Ein- Wege-Dämpfung des Radarsignals von ca. 4,5 dB.
Tabelle 4: Durchlässigkeit von Radarwellen

Claims

Patentansprüche Plättchenförmige Effektpigmente enthaltende Radar-fähige Beschichtung auf einem Substrat, wobei die Beschichtung frei ist von Metalleffektpigmenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens zwei Schichten, in dieser Reihenfolge, auf dem Substrat aufweist:
A) eine erste Schicht, die eine Basisschicht darstellt, absorbierende Pigmente enthält und frei ist von plättchenförmigen Effektpigmenten, und
B) eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist und plättchenförmige Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schicht, enthält, und wobei die zweite Schicht, wenn sie vollflächig auf schwarz-weißem Untergrund mit einer Schichtdicke von 14±2 pm aufgebracht ist und im L*,a*,b*-Farbraum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei einem Beobachtungswinkel von 75° spektralfotometrisch vermessen wird, einen Farbabstand AE* zwischen dem beschichteten schwarzen Untergrund und dem beschichteten weißen Untergrund im Bereich von 0 bis 20 aufweist. Beschichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht, wenn sie vollflächig auf schwarz-weißem Untergrund mit einer Schichtdicke von 14±2 pm aufgebracht ist und im L*,a*,b*-Farb- raum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei einem Beobachtungswinkel von 15° spektralfotometrisch vermessen wird, auf dem beschichteten weißen Untergrund und auf dem beschichteten schwarzen Untergrund jeweils eine Helligkeit L*15 von mindestens 105 aufweist. Beschichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht, wenn sie vollflächig auf schwarz-weißem Untergrund mit einer Schichtdicke von 14±2 pm aufgebracht ist und im L*,a* b*- Farbraum unter einem Beleuchtungswinkel von 45° und bei Beobachtungswinkeln von 45°: as15°, 45°: as45° und 45°: as110° spektralfotometrisch vermessen wird, auf dem beschichteten weißen Untergrund und auf dem beschichteten schwarzen Untergrund jeweils einen Flop- Index von mindestens 10 aufweist. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine weiße, graue oder schwarze Farbe aufweist und organische Absorptionspigmente oder anorganische Absorptionspigmente enthält. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht als plättchen förmiges Effektpigment mit absorbierenden Eigenschaften ein Interferenzpigment enthält, welches eine silbergraue Absorptionsfarbe aufweist. Beschichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Interferenzpigment mit silbergrauer Absorptionsfarbe um ein Pigment handelt, welches auf einem transparenten plättchenförmigen Trägermaterial mindestens eine Schicht aufweist, die ein Eisenoxid oder ein Titansuboxid enthält, oder eine Schicht aufweist, die aus Kohlenstoff besteht. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht die plättchenförmigen Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Konzentration im Bereich von 10 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schicht, enthält. 8. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 3 bis 25 pm aufweist.
9. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aus zwei oder mehreren übereinander angeordneten Teilschichten besteht.
10. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat um eine Platte oder eine Folie aus Kunststoff handelt, wobei die Platte oder Folie optional eine dreidimensionale äußere Form aufweisen kann.
11 . Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf dem Substrat optional unterhalb der ersten Schicht und/oder oberhalb der zweiten Schicht weitere Schichten befinden.
12. Beschichtung gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der weiteren Schicht oder den weiteren Schichten um eine Grundierschicht und/oder eine äußerste Klarlackschicht handelt.
13. Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Fahrzeuglackierung handelt.
14. Verfahren zur Herstellung einer Metalleffektpigment-freien, plättchenförmige Effektpigmente enthaltenden Radar-fähigen Beschichtung auf einem Substrat gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf einem optional vorbeschichteten Substrat aus einer Kunststoffplatte oder Kunststofffolie - eine erste Schicht als Basisschicht aufgebracht wird, die mindestens ein absorbierendes Pigment enthält und frei ist von plättchenförmigen Effektpigmenten, und nachfolgend
- auf der ersten Schicht eine zweite Schicht aufgebracht wird, die plättchenförmige Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Menge von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der festen Schicht, enthält, wobei die zweite Schicht als Einzelschicht oder in zwei oder mehreren übereinander angeordneten Teilschichten aufgebracht wird und nach dem Aufbringen jeder Schicht eine Trocknung erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht mit einer Gesamttrockenschichtdicke im Bereich von 3 bis 25 pm aufgebracht wird. Verfahren gemäß den Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht die plättchenförmigen Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in einer Menge von 10 bis 40 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schicht, enthält. Verfahren gemäß eine oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der ersten und zweiten Schicht mittels eines Sprühverfahrens, Streichverfahrens, Rollercoatingver- fahrens, Coilcoatingverfahrens, Curtain-coating-Verfahrens oder Inmoldverfahrens erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der zweiten Schicht als Sprühverfahren in zwei bis vier Teilschritten in der Weise erfolgt, dass zwei bis vier Teilschichten nacheinander und jeweils aufeinander aufgebracht werden, wobei die Menge der plättchenförmigen Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften in jeder der Teilschichten mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der jeweiligen Teilschicht, beträgt, und wobei nach dem Aufbringen jeder Teilschicht eine Trocknung bei einer Temperatur von mindestens 20° C durchgeführt wird. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Teilschichten eine Trockenschichtdicke von < 5 pm aufweist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer Grundierschicht vorbeschichtet ist. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zweite Schicht eine Klarlackschicht als äußerste Schicht der Beschichtung aufgebracht wird. Verwendung einer Metalleffektpigment-freien, plättchenförmige Effektpigmente mit absorbierenden Eigenschaften enthaltenden Beschichtung auf einem Substrat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als Radar-fähige Fahrzeuglackierung auf einem Fahrzeugteil. Fahrzeugteil, enthaltend ein Substrat aus einer Kunststoffplatte oder Kunststofffolie, welches mindestens eine Beschichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
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