EP4711050A1 - Verfahren zum herstellen eines lackierten metallflachprodukts - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines lackierten metallflachprodukts

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EP4711050A1
EP4711050A1 EP24200092.5A EP24200092A EP4711050A1 EP 4711050 A1 EP4711050 A1 EP 4711050A1 EP 24200092 A EP24200092 A EP 24200092A EP 4711050 A1 EP4711050 A1 EP 4711050A1
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EP
European Patent Office
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flat product
coating
liquid
metal flat
topcoat
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Application number
EP24200092.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Jan-Eric Ehlers
Tobias LEWE
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines lackierten Metallflachprodukts (6) nach Anspruch 1.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines lackierten Metallflachprodukts.
  • Der Prozess zum Lackieren von Metallflachprodukten, beispielsweise von Stahl- oder Aluminiumflachprodukten, sowie entsprechende Bandlackierungsanlagen zur Durchführung des Prozesses sind Stand der Technik.
  • Des Weiteren ist auch bekannt, insbesondere lösemittelhaltige, vor allem wässrige, aber auch lösemittelfreie Beschichtungsstoffe mittels UV- und/oder EB-Bestrahlung (Elektronenstrahlung: electron beam) nach Auftrag auf einem Metallflachprodukt zu vernetzen, wobei die Vernetzung sehr schnell und im Vergleich zu konventionellen Trocknungsöfen sehr effizient erfolgen kann, vgl. beispielhaft DE 10 2008 029 580 , WO 2023/053107A1 A1 . Dabei ist die EB-Bestrahlung der letzte Prozessschritt in der Härtung der Beschichtung. Dies entspricht der vorherrschenden Meinung, nach der die Strahlenvernetzung nach der Formgebung als letzter Verarbeitungsschritt in der Prozesskette erfolgt.
  • Aus der DE 43 02 124 A1 ist ein Verfahren zum Elastifizieren von Überzügen bekannt, die aus Überzugsmitteln auf der Basis von radikalisch oder kationisch polymerisierbaren Bindemitteln durch Aushärtung mit energiereicher Strahlung erhalten wurden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass nach der Aushärtung eine Wärmebehandlung, bevorzugt bei 200 bis 230 °C für 5 bis 5 Minuten durchgeführt wird. Dadurch können Überzüge elastifiziert werden, die durch energiereiche Strahlung, wie UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung voll ausgehärtet wurden und keine wärmehärtbaren Anteile enthalten.
  • Am sogenannten Primercoater werden entweder Primer (= Grundierung) ein- oder beidseitig flüssig aufgetragen oder ein Primer auf der einen Seite des Metallflachprodukts und ein Rückseitenlack auf der anderen Seite des Metallflachprodukts. Als Grundierung wird alternativ oder zusätzlich zum Primer auch ein Haftvermittler eingesetzt. Grundierung, Primer und Haftvermittler können äquivalent verwendet werden. Typische Schichtdicken sind 5 bis 10 µm, aber auch Schichtdicken bis zu 30 µm können umgesetzt werden. Am sogenannten Decklackcoater werden ein- oder beidseitig flüssige Decklacke aufgetragen, alternativ auch Klarlacke, wobei typische Schichtdicken zwischen 15 und 25 µm liegen. Alternativ können an beiden Coatern auch flüssige Klebstoffe aufgetragen werden, welche für die Verbund-/Sandwichproduktion verwendet werden, mit Schichtdicken zwischen 5 bis 40 µm. Möglich sind auch primerlose Beschichtungen, d. h., dass Decklacke direkt auf das Metall aufgetragen werden. Flüssige Lacke (Nasslacke) werden standardmäßig in gasbefeuerten Trockenöfen getrocknet und thermisch vernetzt.
  • Primer bzw. Rückseitenlacke sind standardmäßig im direkten Kontakt mit vorkonditionierten, d. h. gereinigten und/oder vorbehandelten, insbesondere Metallflachprodukte, vorzugsweise Stahlbändern mit einem Überzug auf Basis von Zink, enthaltend ferner Aluminium und gegebenenfalls Magnesium. Primer bzw. Rückseitenlacke bilden in der Bandlackierung daher die Grundhaftung zur Stahlbandoberfläche aus. Der Primer schützt die Oberfläche des Metallflachprodukts vor Korrosion und verbessert gleichzeitig die Anhaftung weiterer Schichten. Die Grundierung gleicht ferner Unebenheiten aus. Durch sich ändernde Zusammensetzung der Beschichtungen (Primer, Lacke etc.), der Wegfall von chromhaltigen Vorbehandlungen und/oder Verwendung von neuartigen Zinküberzügen, bestehen besondere Herausforderungen, um nicht eine Delamination zu begünstigen, insbesondere um die Ablösung des gesamten Lackaufbaus vom Substrat zu vermeiden.
  • Das Prozessfenster für Reinigung und/oder Konversionsbehandlung ist im heutigen Bandbeschichtungsprozess so eng, dass beispielsweise durch eine Einführung neuartiger Bindemittelchemie, welche bereits anspruchsvoll bezüglich deren Auftragung ist, ein Risiko für Lackdelamination/-abplatzungen nicht in Gänze ausgeschlossen werden kann.
  • Im Rahmen von Bestrebungen zur sogenannten Dekarbonisierung von Bandbeschichtungsprodukten, werden lösemittelfreie, strahlenhärtende Beschichtungsstoffe (Haftvermittler, Primer, Decklacke, Klarlacke etc.) als wirkungsvoller Ansatz gesehen. Die damit modifizierte Bindemittelchemie sowie geänderte Vernetzungskinetik der Beschichtungsstoffe stellt eine Umstellung von lösemittelhaltigen Beschichtungsstoffen, insbesondere die des Primers, vor eine große Herausforderung und wird derzeit mit hohen Risiken für die Produktqualität bewertet. Insbesondere ist allgemein bekannt, dass eine Metallhaftung bei UV-härtenden Beschichtungsstoffen kritisch ist hinsichtlich Haftung und Versprödung; insbesondere eine Nachversprödung nach der Produktion kann zu Problemen bei der späteren Verarbeitung zum Endprodukt bzw. während der Produktlebensdauer führen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit welchem ein technisches Ressourceneinspar- und/oder Dekarbonisierungspotential möglich ist, aber auch das Risiko hinsichtlich Lackdelamination/-abplatzungen verringert, insbesondere minimiert werden kann. Die Ressourceneinsparung soll mindestens teilweise durch Reduzierung des Energieverbrauchs fossiler Brennstoffe gewährleistet werden. Zusätzlich soll die Emission organischer Lösungsmittel, sogenannter VOC (flüchtige organische Verbindungen, englisch volatile organic compounds) verhindert oder zumindest minimiert werden. Ferner soll eine thermische Vernetzung von Beschichtungen brennstoffflexibel und energetisch möglichst autark durchgeführt werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterführende Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Lehre betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines organisch beschichteten Metallflachprodukts, umfassend die Schritte:
    • Bereitstellen eines Metallflachprodukts;
    • optional eine Vorbehandlung des Metallflachprodukts;
    • Auftragen einer flüssigen Basisbeschichtung auf mindestens einer Seite des Metallflachprodukts;
    • mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Basisbeschichtung auf dem Metallflachprodukt;
    • Auftragen einer flüssigen Deckbeschichtung auf mindestens einer Seite des Metallflachprodukts;
    • mindestens teilweise Vernetzen des flüssig aufgetragenen Decklacks auf dem Metallflachprodukt.
  • In einer Ausführung wird eine Vorbehandlung, also Oberflächenvorbehandlung des Metallflachprodukts durchgeführt, also Reinigung und/oder Konversionsbehandlung. Die Oberfläche des Metallflachprodukts wird so vorbereitet, dass die Basisbeschichtung ausreichend haftet. In einer Alternative erfolgt dabei die Entfernung von Öl, Fett, Zunder (Oxidschicht), Rost, metallischen Spänen und/oder vorhandenen Beschichtungen. Dabei werden mechanische Vorbehandlungsverfahren (beispielsweise Strahlen), Reinigung und Entfettung, Spülen, sowie der Aufbau anorganischer Konversions- oder Passivierungsschichten durchgeführt.
  • Bei der Reinigung werden bevorzugt wässrige Reiniger eingesetzt, die üblicherweise Builder, Komplexbildner und/oder Tenside aufweisen. Die Reinigung erfolgt bevorzugt durch Spritzen oder Tauchen, wobei bei der Tauchreinigung Ultraschall oder Elektrolyse zusätzlich verwendet werden kann. Die Reinigung kann gegebenenfalls mit Beizen und/oder dem Aufbau einer neuen, gezielten Oberflächenstruktur verbunden werden. Zum Aufbau einer anorganischen Konversions- oder Passivierungsschicht wird beispielsweise die Phosphatierung, die Chromatierung oder chromatfreie Systeme verwendet, wie zum Beispiel wässrige Vorbehandlungsdispersionen oder Lösungen die Titan-/Zirkoniumfluorid- oder auch molybdathaltige-Komplexe oder silanhaltige Verbindungen aufweisen.
  • Bei der chemischen Vorbehandlung kann mindestens ein Spülvorgang eingesetzt werden, um Anhaftungen zu vermeiden. Gegebenenfalls erfolgt vor der Applikation der Basisbeschichtung ein Trocknungsschritt. Es werden dem Fachmann bekannte sogenannte no rinse oder rinse Vorbehandlungsdispersionen oder Lösungen verwendet.
  • In einer Ausführung wird eine flüssige Basisbeschichtung und/oder eine flüssige Deckbeschichtung auf beiden Seiten des Metallflachprodukts aufgetragen.
  • In einer weiteren Ausführung wird eine flüssige Deckbeschichtung mindestens auf einer Seite auf der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung aufgetragen.
  • Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff "Deckbeschichtung" allgemein die abschließende Lackschicht im Aufbau der Beschichtungen, sowohl Decklacke, Basislacke und/oder Klarlacke. In einer Ausführung weist das Metallflachprodukt auf mindestens einer Seite den folgenden Beschichtungsaufbau auf: thermisch härtende Basisbeschichtung, darauf angeordnet eine strahlenhärtende Zwischenschicht, darauf angeordnet ein thermisch- oder strahlenhärtender Klarlack.
  • Wesentlich für die Erfindung ist, dass das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Basisbeschichtung durch thermische Härtung mittels thermischer Strahlung mit einer thermischen Strahlungseinheit in Form eines Porengasbrenners durchgeführt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "thermische Härtung" die durch Hitze initiierte Vernetzung einer Basisschicht, bei der entweder ein separat vorliegendes Vernetzungsmittel und/oder selbstvernetzende Bindemittel unter Zuhilfenahme eines thermisch deblockierenden Katalysators oder Initiator eingesetzt werden.
  • Das Vernetzungsmittel enthält reaktive funktionelle Gruppen, die komplementär sind zu den in den Bindemitteln vorhandenen reaktiven funktionellen Gruppen. Dies wird als Fremdvernetzung bezeichnet. Sind die komplementären reaktiven funktionellen Gruppen oder autoreaktiven funktionellen Gruppen, d. h. Gruppen, die "mit sich selbst" reagieren, bereits in den Bindemittelmolekülen vorhanden, liegen selbstvernetzende Bindemittel vor. Beispiele geeigneter komplementärer reaktiver funktioneller Gruppen und autoreaktiver funktioneller Gruppen sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 30 665 A1 , Seite 7, Zeile 28 bis Seite 8, Zeile 59, bekannt.
  • Porengasbrenner und ihre Funktionsweise sind der Fachwelt bekannt. Aufgrund ihrer hohen Oberflächentemperatur geben sie mehr Infrarotstrahlung an die Umgebung ab als herkömmliche Strahlungsbrenner. Durch die hochintensive IR-Strahlung der IR-Strahlungsbrenner (Porengasbrenner) werden die Wärmeflüsse zum beschichteten Metallflachprodukt im Vergleich zu herkömmlichen Konvektionsöfen erhöht und die notwendigen Aushärtungstemperaturen an der Metalloberfläche können mehr als 2- bis 7-, bevorzugt 3- bis 5-mal schneller erreicht werden. Entscheidend für die thermische Härtung ist die Temperatur der Basisbeschichtung, die im Wesentlichen der Temperatur der Metalloberfläche entspricht, während die Erwärmung des Metallflachprodukts als Energieverlustpfad in Bezug auf die angestrebte Vernetzung der Basisbeschichtung betrachtet werden kann.
  • Dabei wird der Aushärtungsofen weit über der Explosionsobergrenze (OEG - obere Explosionsgrenze) betrieben, so dass die Vernetzung der Basisbeschichtung in einer Atmosphäre, bestehend im Wesentlichen aus den Lösungsmitteldämpfen, durchgeführt wird, bevorzugt mit einem Restsauerstoffgehalt <4% Diese werden rezirkuliert, um innerhalb des Ofens einen zusätzlichen konvektiven Wärmefluss zu erzeugen. Im Falle organischer Lösungsmittel können diese in der Gasphase, also Dämpfe zu den Porengasbrennern zurückgeführt werden und so eine energetisch möglichst autarke, hochintensive IR-Strahlung gewährleisten, die brennstoffflexibel ist, also Dämpfe unterschiedlicher Lösungsmittel verwenden kann. Neben dem konventionellen Brenngaseinsatz, insbesondere vor dem Hintergrund der avisierten Dekarbonisierung, kann auch verstärkt auf "grüne" oder "grün erzeugte" Energieträger, wie zum Beispiel Biogas oder Wasserstoff oder Wasserstoff-Mischungen, zum Betrieb der Porengasbrenner zugegriffen werden.
  • Mit Porengasbrennern lassen je nach Fahrweise und daraus abgeleiteten Prozessparametern schätzungsweise 30 bis 50 % an Primärenergie, welche konventionell mit Erdgas oder, wenn die Beschichtungsanlagen Teil eines integrierten Hüttenverbunds sind, mit Hüttengasen als Brennstoff gespeist werden, eingespart werden. Dies liegt u. a. daran, dass konventionell verwendete Konvektionsöfen mit hohen Frischluftmengen betrieben werden müssen, um die untere Explosionsgrenze (UEG) der Lösemittel nicht zu überschreiten.
  • Im Falle von Wasser als Lösungsmittel wird Wasserdampf abgeführt und die darin enthaltene Wärmeenergie kann als Energiequelle genutzt werden.
  • Im Sinne der Erfindung bedeutet der Begriff im Wesentlichen bzw. im Wesentlichen entsprechend, gleiche oder äquivalente Aussagen, eine Abweichung von einem bestimmten, vorgegebenen Wert bzw. einen Unterschied zwischen 2 Werten von maximal 50 %, 45 %, 40 %, bevorzugt 30 %, 25 %, besonders bevorzugt 20 %, 19 %, 18 %, 17 %, 16 %, 15 %, 14 %, 15 %, 12 %, 11 %, insbesondere 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, oder 0,5 %, 0,1 %.
  • Unter Basisbeschichtung ist im Sinne der Erfindung ein Haftvermittler, ein Primer, eine Grundierung, ein Füller oder ein Rückseitenlack zu verstehen, welcher sich chemisch von der Deckbeschichtung unterscheidet.
  • Der Prozess zum Auftragen einer flüssigen Basisbeschichtung, einer flüssigen Deckbeschichtung, gegebenenfalls als Dispersion, insbesondere als wässrige Dispersion, und damit verbunden auch geeignete Einheiten zum Auftragen ist Stand der Technik und damit dem Fachmann geläufig. Das Auftragen kann mittels Sprühens, Tauchens oder bevorzugt Walzenauftrags im Coil-Coating-Verfahren erfolgen.
  • Im Sinne der Erfindung ist nicht nur ein einseitiges Auftragen einer Basisbeschichtung und einer Deckbeschichtung zu verstehen, sondern auch ein beidseitiges Auftragen, wobei der erfindungsgemäße Prozess entweder gleichzeitig auf beiden Seiten des Metallflachprodukts oder zeitlich versetzt, durchgeführt wird.
  • Bevorzugt kann weiterhin auf bestehende lösemittelhaltige Basisbeschichtungs-Zusammensetzungen zurückgegriffen werden, welche bekannt sind und damit standardmäßig eingesetzt/verwendet werden. Der Vorteil daran ist, dass die aus der flüssigen Basisbeschichtung während des mindestens teilweisen Vernetzens der Basisbeschichtung ausgetriebenen Lösemittel als Zusatz zur Befeuerung der Porengasbrenner oder anderweitig als Energiequelle verwendet werden und dadurch auch die CO2-Emissionen reduziert werden können, somit die avisierte Dekarbonisierung begünstigt werden kann.
  • In einer Ausführung enthält oder besteht die flüssige Basisbeschichtung aus Präpolymeren, Präcopolymeren, Copolymeren und/oder Polymeren als Edukte, die nach Härtung bzw. Vernetzung zu einem Produkt, also als ausreagiertes Endprodukt ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Polyester, Alkyde, Aminoplastharze, Polyurethane, Polylactone, Polycarbonate, Polyether, Epoxidharz-Amin- Addukte oder Polyharnstoffe.
  • Im Falle eines Haftvermittlers enthält die flüssige Basisbeschichtung einen Bestandteil, aufweisend mindestens eine R-SiX3 Gruppe, wobei R einen organisch funktionalisierten Rest und X eine hydrolysierbare Gruppe, wie z. B. Alkoxygruppe ist, und/oder Bestandteil, aufweisend mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus Thio-, Amino-, Hydroxyl-, Carbamat-, Allophanat-, Carboxy-, (Meth)acrylatgruppen, Hydroxylgruppen, Anhydrid-, Carboxy-, Epoxy-, blockierte Isocyanat-, Urethan-, Methylol-, Methylolether-, Siloxan-, Amino-, Hydroxy- und/oder beta-Hydroxyalkylamidgruppen.
  • Die flüssige Basisbeschichtung kann zwei, mehrere oder Kombinationen der genannten funktionellen Gruppen enthalten.
  • Zusätzlich kann die flüssige Basisbeschichtung mindestens ein Additiv oder beliebige Kombinationen von zwei oder mehreren Additiven, insbesondere silanbasierte Additive, Vernetzer, Initiatoren, Stabilisatoren, Pigmente, Füllstoffe, weitere Bindemittel, Vernetzungsmittel, organische Lösemittel, Reaktivverdünner, molekulardispers lösliche Farbstoffe, Nanopartikel, Lichtschutzmittel, Antioxidantien, Emulgatoren, Slipadditive, Verlaufsmittel, filmbildende Hilfsmittel, Sag-Control- Agents (SCAs), Flammschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, Wachse, Sikkative, Biozide und/oder Mattierungsmittel enthalten.
  • Die Erfindung ermöglicht im Wesentlichen einen ressourceneffizienten Prozess bezüglich des Einsatzes von Lösemitteln in der flüssigen Basisbeschichtung und eine Reduktion von CO2-Emissionen, insbesondere im Vergleich zum bisherigen konventionellen Bandbeschichtungsprozess mit Konvektionsöfen.
  • Das mindestens teilweise Vernetzen der flüssigen Basisbeschichtung kann mit einer PMT zwischen 180 °C und 350 °C durchgeführt werden. Die PMT kann insbesondere mindestens 200 °C, vorzugsweise mindestens 210 °C, bevorzugt mindestens 220 °C und kann insbesondere maximal 260 °C, vorzugsweise maximal 250 °C, bevorzugt maximal 240 °C betragen.
  • Die sogenannte PMT (Peak Metal Temperature) stellt die höchste erreichte Temperatur der Metalloberfläche dar und wird vorzugsweise mittels Pyrometer oder anderen geeigneten Mitteln bestimmt.
  • Bevorzugt wird in einer Ausführung eine lösemittelfreie Deckbeschichtung verwendet. Dadurch werden keine schädlichen Emissionen durch Verdunsten freigesetzt, so dass eine umweltfreundlichere Umsetzung im Vergleich zur konventionellen Bandbeschichtung mit lösemittelhaltigen Deckbeschichtungen erfolgen kann. Unter "lösemittelfrei" sind beispielsweise flüchtige organische Verbindungen (VOC) im Beschichtungsmaterial zu verstehen, deren Gehalt < 5,0 Gew.-%, insbesondere < 2,50 Gew.-%, vorzugsweise < 1,50 Gew.-%, bevorzugt < 0,50 Gew.-%, weiter bevorzugt < 0,20 Gew.-%, einschließlich 0, beträgt. Weiter bevorzugt wird eine wasserbasierte Deckbeschichtung verwendet. In diesen Fällen weist das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zum Austreiben der Lösemittel oder des Wassers auf, bevorzugt in einem Ofen zum Erwärmen des Metallbandes und insbesondere der applizierten Beschichtung.
  • Bevorzugt werden in einer alternativen Ausführung flüssige Deckbeschichtungen eingesetzt, die im Wesentlichen kein Lösungsmittel oder Wasser aufweisen. Zur Einstellung der Viskosität werden entsprechende Monomere oder Reaktivverdünner eingesetzt. Da beispielsweise im Vergleich zur konventionellen Verfahrensweise mit Lösemittel ein Verdunsten des VOC infolge einer Erwärmung verzichtet werden kann, sind keine strengen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich und auch eine Reduzierung der sogenannten "Scope 1"-CO2-Emissionen möglich.
  • Das mindestens teilweise Vernetzen der Deckbeschichtung kann mit einer PMT zwischen 190 °C und 350 °C durchgeführt werden. Die PMT kann insbesondere mindestens 200 °C, vorzugsweise mindestens 210 °C, bevorzugt mindestens 220 °C und kann insbesondere maximal 270 °C, vorzugsweise maximal 260 °C, bevorzugt maximal 250 °C betragen.
  • Bevorzugt wird das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung mittels aktinischer Strahlung durchgeführt. Unter aktinischer Strahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, wie UV-Strahlung (UV-A, UV-B und UV-C) oder kurzwelligerer Röntgenstrahlung oder γ-Strahlung und/oder Korpuskularstrahlung, wie Elektronenstrahlung, Betastrahlung, Alphastrahlung, Protonenstrahlung oder Neutronenstrahlung, insbesondere Elektronenstrahlung (EB-Bestrahlung) zu verstehen. Mithin wird das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung mittels aktinischer Strahlung mit einer Strahlungseinheit in Form eines UV- oder Korpuskular-, bevorzugt EB-Strahlers durchgeführt.
  • Erfolgt die Bestrahlung mit UV-Strahlung, enthält die flüssig aufgetragene Deckbeschichtung radikalische oder kationische Photoinitiatoren, die die Vernetzung (Härtung) initiieren, wobei die mit aktinischer Strahlung aktivierbare Gruppe bevorzugt, mindestens eine C=C-Doppelbindung aufweist. Geeignet sind beispielsweise Edukte mit (Meth)Acrylat-, Ethacrylat-, Crotonat-, Cinnamat-, Vinylether-, Vinylester-, Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylgruppen; Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylethergruppen oder Ethenylarylen-, Dicyclopentadienyl-, Norbornenyl-, Isoprenyl-, Isopropenyl-, Allyl- oder Butenylestergruppen vor. Von diesen sind (Meth)Acrylatgruppen, insbesondere Acrylatgruppen, von besonderem Vorteil und werden deshalb ganz besonders bevorzugt verwendet. In einer Ausführung enthält oder besteht die flüssig aufgetragene Deckbeschichtung aus Präpolymeren, Präcopolymeren, Copolymeren und/oder Polymeren als Edukte, die nach Härtung bzw. Vernetzung zu einem Produkt, also als ausreagiertes Endprodukt ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Polyacrylate, Polyesteracrylate, Polyurethanacrylate und/oder Polyepoxidacrylate. Beispiele für radikalisch polymerisierbare Materialien werden in der DE 43 02 124 A1 , Seite 2, Zeile 65 bis Seite 3, Zeile 10 beschrieben.
  • Beispiele für Photoinitiatoren werden in der DE 43 02 124 A1 , Seite 3, Zeile 21 bis Seite 3, Zeile 36 beschrieben. Kationisch polymerisierbares Material weist Verbindungen auf, die in einer Ausführung ein Gemisch von Epoxidgruppen und Hydroxylgruppen enthaltenden Komponenten enthalten. Beispiele werden in der DE 43 02 124 A1 , Seite 2, Zeile 50 bis Seite 3, Zeile 57 beschrieben.
  • Bei Verwendung von Korpuskularstrahlung werden chemische Bindungen des mindestens einen Bestandteils gespalten, sodass freie Radikale entstehen. Diese gehen im nächsten Schritt neue Molekularverbindungen ein, wobei eine mindestens teilweise Vernetzung der Deckbeschichtung stattfindet. Eine ionische und insbesondere radikalische Polymerisation läuft schnell durch, bis keine Reaktionspartner mehr räumlich in der Nähe sind. Jedoch können durch Einsatz von Copolymeren auch nach der Polymerisation noch reaktive Gruppen übrigbleiben, die z. B. für eine Polykondensation oder Polyaddition zur Verfügung stehen, die in einer Ausführung zu Polyester-Acrylat oder Polyurethan-Acrylat führen. Durch die aktinische Strahlung vernetzt idealerweise nur das Acrylat.
  • Mithin kann die flüssige Deckbeschichtung mindestens einen Bestandteil enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus niedermolekularen, oligomeren und polymeren organischen Verbindungen, die jeweils mindestens eine mit aktinischer Strahlung aktivierbare Gruppe enthalten oder daraus bestehen. In diesem Bestandteil können chemisch gleiche oder chemisch unterschiedliche organische Verbindungen vorliegen.
  • Zur Begünstigung der Dekarbonisierung können Bindemittel und/oder Lösemittel aus a) biogenen Quellen, b) recycelten Quellen oder c) aus CO2-Abscheidung (CCU, carbon capture and utilization) eingesetzt werden.
  • Um eine verbesserte Anbindung der Deckbeschichtung auf der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung erzielen zu können, kann Einfluss auf die Vernetzung der Basisbeschichtung genommen werden, indem beispielsweise ein mindestens teilweises Kühlen der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung in einer Kühleinheit durchgeführt wird. Die Kühleinheit kann in einer bekannten Form ausgeführt sein, beispielsweise eine Luftkühlung mit einer optional zusätzlichen Wasserkühlung.
  • Das mindestens teilweise Kühlen kann genutzt werden, um eine vollständige thermische Härtung der Basisbeschichtung zu verhindern. Damit stehen weiterhin reaktive funktionelle Gruppen in der Basisbeschichtung für weitere Reaktionen zur Verfügung.
  • Zusätzlich oder alternativ zum Kühlen kann ein mindestens teilweises Aktivieren der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung in einer Aktivierungseinheit mittels offener Flamme oder Plasma durchgeführt werden. Das Aktivieren der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung kann sich positiv auf die Anbindung der Deckbeschichtung auf der Basisbeschichtung auswirken.
  • Gemäß einer Ausführung kann ein mindestens teilweises Aktivieren der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung mittels thermischer Strahlung mit einer Aktivierungseinheit in Form eines IR- oder NIR-Strahlers oder einer Induktionseinheit durchgeführt werden. Durch die Aktivierung kann vorteilhaft Einfluss auf die Deckbeschichtung und/oder -verlauf und/oder die Deckbeschichtungseigenschaften genommen werden, beispielsweise wird ein Lack leicht erwärmt zwecks besseren Lackverlaufs bzw. Einstellung der Lackeigenschaften. Zusätzlich kann dadurch die Basisbeschichtung nachvernetzt bzw. vollständig ausgehärtet werden. Ein Nachvernetzen der Basisbeschichtung kann durch das mindestens teilweise Vernetzen der flüssigen Deckbeschichtung mittels aktinischer Strahlung erfolgen, indem die entstehende Reaktionswärme der aktinischen Härtung als externe thermische Quelle genutzt wird.
  • Für die Aktivierung der flüssigen Deckbeschichtung kann zumindest die Oberfläche oder auch tiefere Schichten oder das gesamte Beschichtungsmaterials auf eine Temperatur erwärmt werden, die oberhalb der Glasübergangstemperatur und oberhalb der maximalen Nutzungstemperatur des Decklacks liegt. Die PMT für das Aktivieren der mindestens teilweise vernetzten Deckbeschichtung auf dem Metallflachprodukt liegt im Wesentlichen zwischen 100 und 300 °C, insbesondere zwischen 120 und 270 °C, vorzugsweise zwischen 150 und 250 °C, bevorzugt zwischen 180 und 250 °C. Das Aktivieren erfolgt zwischen 100 bis 300 °C, insbesondere bei mindestens 110 °C, bevorzugt mindestens 120 °C und maximal 250 °C, bevorzugt maximal 200 °C, besonders bevorzugt maximal 180 °C. Die Dauer des Aktivierens beträgt in einer Ausführung mindestens 0,1 s, bevorzugt mindestens 0,3 s, besonders bevorzugt mindestens 0,5 s, insbesondere mindestens 1,0 s und maximal 60 s, bevorzugt maximal 30,0 s, besonders bevorzugt maximal 20,0 s, insbesondere maximal 10,0 s.
  • In einer Ausführung wird das Metallflachprodukt, insbesondere als Band mit einer Geschwindigkeit (Bandgeschwindigkeit) von mindestens 20 m/min, bevorzugt mindestens 30 m/min, besonders bevorzugt mindestens 40 m/min, insbesondere mindestens 50 m/min und maximal 160 m/min, bevorzugt maximal 140 m/min, besonders bevorzugt maximal 120 m/min, insbesondere maximal 100 m/min bewegt.
  • Unter "Metallflachprodukt" werden dabei hergestellte Bleche oder vergleichbar beschaffene Bänder als Walzerzeugnisse aus einem Aluminiumwerkstoff (Aluminiumflachprodukt) oder einem Stahlwerkstoff (Stahlflachprodukt) verstanden, welches entweder warmgewalzt, quasi einem Warmband, oder bevorzugt kaltgewalzt, quasi einem Kaltband, entsprechen kann. Kommt beispielsweise ein Stahlflachprodukt zur Anwendung, kann es vorzugsweise mit einem metallischen Überzug bereitgestellt werden. Bevorzugt kann das Stahlflachprodukt mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet sein, besonders bevorzugt durch Schmelztauchbeschichten. Dabei kann das metallische Schmelzbad neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt bis zu 15 Gew.-%, insbesondere bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 8 Gew.-%, bevorzugt bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt bis zu 15 Gew.-%, insbesondere bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 8 Gew.-%, bevorzugt bis zu 5 Gew.-% in dem Überzug enthalten oder daraus bestehen. Das metallische Schmelzenbad kann enthalten oder bestehen aus Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-%. Zusätzlich oder alternativ kann Aluminium zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,3 Gew.-% vorhanden sein.
  • Enthält oder besteht das metallische Schmelzenbad aus Magnesium in den vorgenannten Grenzen, Aluminium in den vorgenannten Grenzen und Rest Zink nebst unvermeidbaren Verunreinigungen, ist der sich daraus ergebende metallische Überzug auf dem Stahlflachprodukt in der Fachwelt als Zink-Magnesium (ZM) oder Zn-Al-Mg bekannt.
  • Der ZM-Überzug, aufgebracht im Schmelztauchbeschichtungsprozess, umfasst eine Zinklegierung mit neben Zink (Rest) und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt zwischen 0,1 und 8,0 Gew.-% und Magnesium mit einem Gehalt zwischen 0,1 und 8,0 Gew.-%. Als Verunreinigungen im Schmelzbad können Elemente aus der Gruppe Si, Sb, Bi, Zr, Ni, Cr, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Fe und Cr in Gehalten einzeln oder kumuliert bis zu 0,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 0,4 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,3 Gew.-% vorhanden sein. Als Verunreinigungen im Überzug können Elemente aus der Gruppe Si, Sb, Bi, Zr, Ni, Cr, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Fe und Cr in Gehalten einzeln oder kumuliert bis zu 0,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 0,4 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,3 Gew.-% vorhanden sein, wobei in einer Alternative die Konzentration von Fe aufgrund der oben beschriebenen Diffusion höher sein kann. Der Rest ist Zink. Stahlbleche, abgetrennt aus Stahlflachprodukten bzw. Stahlbändern respektive daraus hergestellte Stahlblechbauteile mit einem Korrosionsschutzüberzug auf Zinkbasis weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,8 Gew.-%, insbesondere von mindestens 1,0 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 1,1 Gew.-% und Aluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,8 Gew.-%, insbesondere von mindestens 1,0 Gew.-% auf. Der Überzug weist Magnesium mit einem Gehalt von maximal 8,0 Gew.-%, bevorzugt maximal 7 Gew.-%, besonders bevorzugt 5,0 Gew.-%, insbesondere von maximal 4,0 Gew.-% und Aluminium mit einem Gehalt von maximal 8,0 Gew.-%, bevorzugt maximal 7 Gew.-%, besonders bevorzugt 5,0 Gew.-%, insbesondere von maximal 4,0 Gew.-% auf.
  • Der Überzug kann auch nur Zink mit geringen Aluminiumbestandteilen, insbesondere bis zu 1,0 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,70 Gew.-%, bevorzugt bis zu 0,50 Gew.-% und > 0 Gew.-% neben unvermeidbaren Verunreinigungen enthalten, auch mit der Bezeichnung "Z" in Fachkreisen bekannt. Als unvermeidbare Verunreinigungen können beispielsweise Elemente aus der Gruppe Silizium, Antimon, Blei, Titan, Kalzium, Mangan, Zinn, Lanthan, Cer und Chrom einzeln oder in Kombination mit in Summe bis zu 0,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 0,3 Gew.-% im metallischen Schmelzbad enthalten sein.
  • Insbesondere zur Einstellung einer vorgegebenen Dicke eines Z- oder ZM-Überzugs, welcher im festen Zustand zwischen 1,0 µm und 60,0 µm pro Seite betragen kann, wird die noch im flüssigen Zustand auf dem Stahlflachprodukt respektive Stahlband applizierte Schmelze abgestreift, dadurch, dass nach dem Verlassen des Schmelzbads das mit flüssiger Schmelze beschichtete Stahlflachprodukt respektive Stahlband durch eine Abstreifvorrichtung hindurchgeführt wird, welche Mittel aufweist, beispielsweise Düsen, insbesondere Schlitzdüsen, welche beidseitig auf das Stahlflachprodukt respektive Stahlband mit einem gasförmigen Abstreifmedium zum Abstreifen der flüssigen Schmelze einwirken. Dadurch kann ein asymmetrischer Überzug erreicht werden, also unterschiedliche Auflage auf beiden Seiten. Die Einstellung der Dicke des Z- oder ZM-Überzugs kann insbesondere zwischen mindestens 4,0 µm, vorzugsweise mindestens 5,0 µm und maximal 58,0 µm, vorzugsweise zwischen 5,0 und maximal 55,0 µm unabhängig voneinander jeweils pro Seite, erfolgen.
  • In einer besonderen Ausgestaltung beträgt die Dicke des Z- oder ZM-Überzugs mindestens 1,0 µm, bevorzugt mindestens 2,0 µm, besonders bevorzugt mindestens 3,0 µm, insbesondere mindestens 5,0 µm und maximal 25,0 µm, bevorzugt maximal 20,0 µm und besonders bevorzugt maximal 15,0 µm, insbesondere maximal 10,0 µm unabhängig voneinander jeweils pro Seite betragen.
  • Alternativ kann das Stahlflachprodukt mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet sein, durch elektrolytische Abscheidung, in Fachkreisen mit der Bezeichnung "ZE" oder "EG" bekannt. Dabei kann eine Dicke des metallischen ZE-Überzugs je Seite zwischen 1,0 und 25 µm, insbesondere zwischen 1,5 und 20,0 µm, vorzugsweise zwischen 2,0 und 15,0 µm eingestellt werden.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein lackiertes Metallflachprodukt mit zwei unterschiedlichen Beschichtungen, wobei mindestens eine Seite mindestens eine thermisch gehärtete Beschichtung aufweist und darauf angeordnet mindestens eine mit aktinischer Strahlung gehärtete Beschichtung aufweist. Bevorzugt ist das lackierte Metallflachprodukt herstellbar oder hergestellt in dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie oben beschrieben.
  • Des Weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein lackiertes Metallflachprodukt mit zwei unterschiedlichen Beschichtungen, wobei eine Seite mindestens eine thermisch gehärtete Beschichtung aufweist und die andere Seite des Metallflachprodukts mindestens eine mit aktinischer Strahlung gehärtete Beschichtung aufweist. Bevorzugt ist das lackierte Metallflachprodukt herstellbar oder hergestellt in dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie oben beschrieben.
  • Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung.
  • Die Zeichnung zeigt die Erfindung am Beispiel einer schematisch dargestellten Illustration. Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Bandbeschichtungsanlage (100) zum Herstellen eines lackierten Metallflachprodukts (6). Ein Metallflachprodukt (1) in Form eines Coils wird bereitgestellt. Dabei kann es sich um ein Aluminiumflachprodukt oder vorzugsweise um ein Stahlflachprodukt, bevorzugt mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet, handeln. Das somit bereitgestellte Metallflachprodukt (1) in Coil-Form wird auf einem Abhaspler (10) in der Bandbeschichtungsanlage (100) platziert und abgerollt. Die nachfolgende Prozesskette ist in einer einfachen Konfiguration dargestellt, kann davon, je nach Anlagenkonfiguration, auch abweichen. Das abgerollte Metallflachprodukt (1) kann eine dem Fachmann bekannte und nicht dargestellte Richtmaschine durchlaufen. Das abgerollte Metallflachprodukt (1) kann eine Reinigungs- und Konversionseinheit (11) zum Reinigen und zum Vorbehandeln für eine Anbindung der Basisbeschichtung an die metallischen Oberflächen durchlaufen. Ferner durchläuft das Metallflachprodukt: eine Auftragseinheit (12), beispielsweise in Form einer Walzenauftragseinheit, zum Auftragen einer flüssigen Basisbeschichtung (2), beispielsweise ein Primer, auf dem Metallflachprodukt; eine thermische Strahlungseinheit (15) in Form eines Porengasbrenners zum mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Basisbeschichtung (3) auf dem Metallflachprodukt; optional eine Kühleinheit (14), beispielsweise eine Luftkühlung, optional zusätzlich Wasserkühlung, zum Kühlen der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung (3) auf dem Metallflachprodukt; optional eine Aktivierungseinheit (15), beispielsweise in Form einer offenen Flamme oder eines Plasmas, zum mindestens teilweise Aktivieren der Basisbeschichtung (3) auf dem Metallflachprodukt; eine Auftragseinheit (16), beispielsweise in Form einer Walzenauftragseinheit, zum Auftragen einer flüssigen Deckbeschichtung (4) auf dem Metallflachprodukt; optional einen Ofen (17) zum Erwärmen des Metallbandes und insbesondere der applizierten Beschichtung, beispielsweise in Form einer IR- und/oder NIR-Strahlungseinheit oder Induktionseinheit, zum mindestens teilweise Aktivieren der flüssigen Deckbeschichtung (4) auf dem Metallflachprodukt; eine Strahlungseinheit (18), beispielsweise eine UV- und/oder EB-Strahlungseinheit, zum mindestens teilweise Vernetzen der flüssigen Deckbeschichtung (5) auf dem Metallflachprodukt; einen Aufhaspler (70) zum Aufhaspeln des lackierten Metallflachprodukts (6).
  • Die Ausführung kann selbstverständlich ein- oder beidseitig erfolgen, d. h. das zu lackierende Metallflachprodukt (1) kann nur auf der Oberseite, nur auf der Unterseite oder auf beiden Seiten in einer Bandbeschichtungsanlage (100) lackiert werden. Eine beidseitige Applikation kann entweder gleichzeitig oder zeitlich versetzt erfolgen.
  • Nicht dargestellt kann in einem weiteren Durchgang ein flüssiger Klarlack aufgetragen werden, welcher anschließend zumindest teilweise mittels thermischer oder aktinischer Strahlung vernetzt wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines lackierten Metallflachprodukts (6), umfassend die Schritte:
    - Bereitstellen eines Metallflachprodukts (1);
    - Auftragen einer flüssigen Basisbeschichtung (2) auf mindestens einer Seite des Metallflachprodukts;
    - mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Basisbeschichtung (2) zu einer mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung (3) auf dem Metallflachprodukt;
    - Auftragen einer flüssigen Deckbeschichtung (4) auf mindestens einer Seite des Metallflachprodukts;
    - mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung (4) zu einer mindestens teilweise vernetzten Deckbeschichtung (5) auf dem Metallflachprodukt;
    dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Basisbeschichtung (2) durch thermische Härtung mittels thermischer Strahlung mit einer Strahlungseinheit (13) in Form eines Porengasbrenners durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine flüssige lösemittelhaltige Basisbeschichtung (2) verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Basisbeschichtung (2) mit einer PMT zwischen 180 °C und 350 °C durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine flüssige lösemittelfreie Deckbeschichtung (4) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung (4) mit einer PMT zwischen 190 °C und 350 °C durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das mindestens teilweise Vernetzen der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung (4) mittels aktinischer Strahlung mit einer Strahlungseinheit (18) in Form eines UV- oder Korpuskular-, bevorzugt EB-Strahlers durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein mindestens teilweises Kühlen der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung (3) in einer Kühleinheit (14) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein mindestens teilweises Aktivieren der mindestens teilweise vernetzten Basisbeschichtung (3) in einer Aktivierungseinheit (15) mittels offener Flamme oder Plasma durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein mindestens teilweises Aktivieren der flüssig aufgetragenen Deckbeschichtung (4) mittels thermischer Strahlung mit einer Aktivierungseinheit (17) in Form eines IR- oder NIR-Strahlers oder Induktionseinheit durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Metallflachprodukt (1) ein Stahlflachprodukt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Stahlflachprodukt mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Stahlflachprodukt schmelztauchbeschichtet oder elektrolytisch beschichtet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Metallflachprodukt (1) ein Aluminiumflachprodukt ist.
  14. Lackiertes Metallflachprodukt (6) mit zwei unterschiedlichen Beschichtungen, wobei mindestens eine Seite mindestens eine thermisch gehärtete Beschichtung aufweist und darauf angeordnet mindestens eine mit aktinischer Strahlung gehärtete Beschichtung aufweist.
  15. Lackiertes Metallflachprodukt (6) mit zwei unterschiedlichen Beschichtungen, wobei eine Seite mindestens eine thermisch gehärtete Beschichtung aufweist und die andere Seite des Metallflachprodukts mindestens eine mit aktinischer Strahlung gehärtete Beschichtung aufweist.
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