JP2015502837A - プラスチック素地のコーティング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチック素地を、少なくとも１種の有機ポリマーをバインダーとして含有する水性塗料でコーティングする方法に関し、その際に該塗料は、該プラスチック素地の表面上へ塗付され、引き続き硬化され、前記方法は、該プラスチック素地が、該塗料の塗付前に前処理され、その際に該前処理が、次の双方の別個の工程を示された順序で含む：（Ａ）プラスチック素地を６０℃〜１６０℃の範囲内の周囲温度で１分〜２０分の範囲内の期間にわたって温度調節し、（Ｂ）工程（Ａ）により前処理されたプラスチック素地の表面を火炎処理し、その際に、工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間で、９０分までの期間である。本発明の更なる対象は、本発明による方法によりコーティングされたことにより特徴付けられている、コーティングされたプラスチック素地である。

Description

本発明は、プラスチック素地を水性塗料(waessrigen Beschichtungsmittel)でコーティングする方法に関する。本方法は、例えば車両塗装の分野において、例えば車両部品及び自動車付属部品の塗装の際に、使用することができる。

技術水準
プラスチックは、車両部品(Fahrzeugteile)並びに車両後付け部品及び車両付属部品(Fahrzeuganbau- und -zubehoerteile)用の材料として、屋内領域においてだけでなく屋外領域においても、車両塗装の範囲内で定着している。プラスチックは、他の原料と同じように、装飾的な理由（例えば色の付与）から及び／又は技術的な適合性（例えば耐光性及び耐候性）に基づき、対応する塗料でコーティングもしくは塗装される。高品質のコーティングのための重要な要件は、下地、すなわち素地表面への付着である。プラスチック、特に無極性プラスチック、例えば非変性型又は変性型（例えばエチレン−プロピレン−ジエンコポリマー（ＥＰＤＭ）の添加による）のポリプロピレン（ＰＰ）の、コーティングもしくは塗装の際にまさに、プラスチック下地への、時には重大な付着問題が生じうることが一般に知られている。それぞれの塗料の受け入れることができる付着を達成するために、そのような無極性プラスチックは従来、表面活性化の前処理にかけられる。最も頻繁に使用される方法は、火炎処理(Beflammen)、プラズマ処理及びコロナ放電である。同じように、付着改善のために、付着を促進する物質、特に塩素化ポリオレフィンを使用することが知られている。付着を促進する該物質の使用は、例えば、付着を促進する該物質を含有し、かつ別個のコーティング操作において、該プラスチック素地上へ塗付される付着プライマーにより、行われる。同様に、該塗料への、付着を促進する物質の直接添加が可能であり、該塗料を用いて装飾的な及び／又は技術的に適合したコーティングが製造される。

表面活性化の前処理の場合でさえも、プラスチック素地上での塗料の付着が常に十分であるとは限らないので、塗装されたプラスチック部品のコーティングは、例えば風化の影響又は機械的応力により徐々にはがれる。付着を促進する物質の該使用も、常に最適な付着特性をもたらすとは限らない。更に、付着を促進する物質、特に塩素化ポリオレフィンの該使用が、生態学的な視点下では極めて不利であるということが加わる。生態学的な視点から該プラスチックコーティングにおいてもますます定着している水性塗料の使用の際に、該付着問題は、特に無極性プラスチック素地の塗装の際に、双方の媒体、すなわち該プラスチック素地及び該塗料の極性差に基づき、一層増大している。

DE 199 61 983 A1の特許出願公開明細書には、特に無極性プラスチックを、付着を促進する水系被覆剤でコーティングする方法が開示され、その際に、該方法により得られたコーティングは、良好な付着を有する。しかしながら、該プラスチック素地は、該被覆剤の塗付前に、少なくとも１種の特殊な有機溶剤で清浄化しなければならない。該清浄化前に、該素地の温度調節プロセスが行われてよく、その際に、該プロセスのために示された温度条件及び時間条件は、５０〜８０℃の範囲内で約３０〜９０分にわたる。該清浄化後に、通例、清浄化に使用された有機溶剤の蒸発プロセスが、１時間又は数時間の時間範囲で行われてから、該被覆剤が塗付される。該被覆剤は、そのうえ、少なくとも１種の付着促進剤、特に塩素化ポリオレフィンを含有する。

発明の課題
本発明の課題は、プラスチック素地に、それぞれのプラスチック素地上での付着が優れているコーティングもしくは塗膜を設けることができる、水性塗料でプラスチック素地をコーティングする方法を提供することであった。特に、本発明による方法により製造されるコーティングの付着は、火炎処理を用いる従来の前処理を受けたプラスチック素地上に塗付された塗膜よりも、本質的により良好であるべきである。同時に、本発明の課題は、付着を促進する物質、特に塩素化ポリオレフィンの使用を回避できることである。それにもかかわらず、前記の卓越した付着特性が達成されるべきである。そのうえ、該方法を用いて、前記の特性、特に優れた付着を達成し、その際に同時に、技術水準と比較して僅かな時間のみを必要とする、該素地の前処理を起用できることが、可能であるべきである。特に、有機溶剤での該素地表面の清浄化が放棄できるべきできる。それにより、該方法を特に有利に、高い処理量速度が望ましい塗装プロセスの範囲内で使用する可能性が与えられる。特に、その際に、自動車ライン塗装(Automobilserienlackierung)の分野を挙げることができる。

本発明による解決手段
本発明によれば、前記課題は、プラスチック素地を、少なくとも１種の有機ポリマーをバインダーとして含有する水性塗料でコーティングする方法により解決され、その際に、該塗料は該プラスチック素地の表面上へ塗付され、引き続き硬化され、
前記方法は、
該プラスチック素地を、該塗料の塗付前に前処理し、その際に該前処理は、次の双方の別個の工程を示された順序で含む：
（Ａ）プラスチック素地を６０℃〜１６０℃の範囲内の周囲温度で１分〜２０分の範囲内の期間にわたって温度調節し、
（Ｂ）工程（Ａ）により前処理されたプラスチック素地の表面を火炎処理し、
その際に、工程（Ａ）の終了と工程（Ｂ）の開始との間が、最大９０分の期間である
ことにより特徴付けられる。

プラスチック素地をコーティングする該方法は、以下に、本発明による方法と呼ぶ。本発明による方法の更なる、好ましい実施態様は、次の記載から得られる。

本発明による方法もしくはそれと結び付いた該プラスチック素地の二段階の前処理により、プラスチック素地、特に無極性プラスチック素地上での優れた付着を有するコーティングが生じることが確かめられた。特に、単に火炎処理により前処理されたプラスチック素地上よりも、良好な付着が達成される。そのうえ、良好な付着を達成するために、該塗料の塗付前に有機溶剤での該素地表面の不可避な清浄化は必要ない。該前処理は、僅かな時間を必要とするに過ぎないので、本方法は、特に、高い処理量速度が望ましく、かつ重要である塗装プロセスの範囲内で使用可能である。この際に、例えば自動車ライン塗装を挙げることができる。

水性塗料
水性塗料として、本発明による方法の範囲内で、当業者によく知られた塗料を使用してよい。該塗料は、少なくとも１種の有機ポリマーをバインダーとして含有する。これらの有機ポリマーは、例えば、当業者に知られたポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂及び／又はエポキシ樹脂である。同様に可能であるのは、それ自体として知られたポリアクリル酸樹脂及びポリメタクリル酸樹脂（以下に、ポリ（メタ）アクリル酸樹脂と呼ぶ）の使用である。バインダーとして挙げた有機ポリマーは好ましくは、化学架橋のための異なる官能基を付加的に有し、その際に、ヒドロキシ基が好ましい。好ましくは、ヒドロキシ基を好ましくは有する、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂及び／又はポリ（メタ）アクリル酸樹脂が、バインダーとして使用される。そのような有機ポリマーもしくは樹脂は、例えばRoempp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, 73-74頁に記載されている。水中での該有機ポリマーもしくは樹脂の分散化は、当業者によく知られた措置を通じて実施してよい。それらは、例えばカルボキシラート基又はスルホナート基を有するモノマーの導入による該有機ポリマーのイオン変性であってよい。また、例えばポリグリコールエーテル鎖による、非イオン変性、又は更に以下に記載される特定の添加剤、例えば分散剤、例えば乳化剤の使用も可能である。

該有機ポリマーは、物理硬化性及び／又は化学硬化性、すなわち化学架橋性であってよい。後者の場合に、該有機ポリマーは、自己架橋性及び／又は外部架橋性であってよい。すなわち、硬化条件下で、例えば熱で反応し、ひいては架橋された塗膜を形成する、相補的な官能基が、１種かつ同一の有機ポリマー中に存在してよい（自己架橋性）。しかし、相補的な該官能基が、異なる化合物中に存在することも可能である（外部架橋性）。

外部架橋性の系の場合に、例えば、前記の樹脂系に加え、付加的に、全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたアミノ樹脂、モノマー及び／又はポリマーのポリアミン並びにモノマー及び／又はポリマーのブロックされた及び／又は遊離のポリイソシアナートが該水性塗料中に架橋剤として含まれている。本発明による方法の範囲内で、好ましくは、全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたアミノ樹脂、特に好ましくは全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたメラミン−ホルムアルデヒド樹脂が使用される。

適した有機ポリマー及びモノマー、例えば、適した官能基、好ましくはヒドロキシ基を有する、適したポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸樹脂及び／又はエポキシ樹脂、及び場合によりアミノ樹脂、ポリアミン及び／又はポリイソシアナートの選択及び組合せは、製造されうるコーティング系の所望の及び／又は必要な特性に応じて行われる。更なる選択基準は、所望の及び／又は必要な硬化条件、特にその硬化温度である。そのような選択をどのように行うべきかは、当該分野の当業者に知られており、かつこの当業者により相応して適合させることができる。その際に、それ自体として知られた一成分並びに二成分のコーティング系が可能である（これについては、Roempp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, 274-276頁並びに641-642頁も参照）。好ましくは、一成分系が使用される。

特に好ましくは、本発明による方法の範囲内で、バインダーとしての少なくとも１種のヒドロキシ官能性のポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂及び／又はポリ（メタ）アクリル酸樹脂と、架橋剤としての少なくとも１種の全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたメラミン−ホルムアルデヒド樹脂との組合せが使用される。

有利には、全ての塗膜形成成分、特にバインダーとしての少なくとも１種のヒドロキシ官能性のポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂及び／又はポリ（メタ）アクリル酸樹脂及び架橋剤としての少なくとも１種の全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたメラミン−ホルムアルデヒド樹脂の割合は、該水性塗料の全量を基準としてそれぞれ、１０〜９０質量％、特に１５〜６０質量％の範囲内、特に好ましくは２０〜５０質量％の範囲内である。それぞれ別個に考慮される、バインダーとしての樹脂並びに架橋剤の割合は、該水性塗料の全量を基準として、有利には３質量％以上である。

更に、該水性塗料は、少なくとも１種の、常用かつ公知の、色を付与する及び／又は効果を付与する顔料を含有してよい。有利には、該塗料は、少なくとも１種の顔料を含有する。

そのような顔料の例は、無機系顔料、例えば二酸化チタン、酸化鉄及びカーボンブラック、又は常用の金属顔料（例えば市販のアルミニウムブロンズ、ステンレスブロンズ(Edelstahlbronzen)）及び非金属効果顔料（例えば真珠光沢顔料もしくは干渉顔料）でもある。色を付与する有機系顔料、例えばアゾ顔料及びフタロシアニン顔料も使用してよい。該塗料中の顔料の割合は、該水性塗料の全量を基準としてそれぞれ、例えば０〜２０質量％、好ましくは２〜１０質量％の範囲内である。顔料の種類及び使用されうる量の選択は、当業者によく知られた方法で行われ、かつ該塗料の必要なもしくは所望の特性に依存する。補足として、これについてはRoempp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, 451頁が参照される。

更に、該水性塗料は、水に加え、有機溶剤も含有してよい。含まれていてよいのは、例えば脂肪族及び／又は芳香族の炭化水素、例えばトルエン、キシレン、ソルベントナフサ、Solvesso 100、Shellsol A、ケトン、例えばアセトン、メチルエチルケトン又はメチルアミルケトン、エステル、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ペンチル又はエチルエトキシプロピオナート、エーテル、例えばブチルグリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、アルコール、例えばエチルヘキサノール、ブトキシプロパノール、イソプロパノール又はブチルジグリコール又は前記の溶剤の混合物である。好ましくは、水混和性の有機溶剤が使用される。

使用されうる塗料は水性である。水性は、溶剤として専ら有機溶剤を含有するのではなくて、溶剤としての水をベースとする塗料の、当業者によく知られた仕様である。水性は、本発明の範囲内で特に、該塗料が、該塗料の全量を基準としてそれぞれ、少なくとも１０質量％、好ましくは少なくとも２０質量％、極めて特に好ましくは少なくとも２５質量％の水を含有することを意味する。特に好ましくは、水性は、挙げた要件“該塗料の全量を基準として、少なくとも１０質量％（もしくは少なくとも２０質量％又は２５質量％）の水”に加え、更なる要件として、該塗料中の有機溶剤の割合が、該塗料の全量を基準としてそれぞれ、２５質量％未満、特に２０質量％未満であることを満たすべきであると理解されうる。

更に、該水性塗料中に、少なくとも１種のそれ自体として知られた塗料添加剤が含まれていてよい。そのような塗料添加剤は、例えば、しかし排他的ではないが、
・消泡剤、
・反応性希釈剤、
・重合防止剤、
・スリップ剤、
・湿潤剤、例えばシロキサン、含フッ素化合物、カルボン酸ハーフエステル
・触媒、例えば酸性リン含有触媒、例えば置換ホスホン酸ジエステル系又は置換リン酸エステル系のもの、
・レベリング剤(Verlaufmittel)、
・レオロジー制御添加剤、
・分散剤、
・ＵＶ安定剤、
・充填剤、例えば二酸化ケイ素、ケイ酸アルミニウム又は硫酸バリウム
・及び／又は防炎加工剤
である。

そのような塗料添加剤は、例えば市場で多様な供給業者により入手可能である。それぞれの添加剤の割合は、該水性塗料の全量を基準としてそれぞれ、有利には最大１０質量％、特に最大５質量％、特に好ましくは最大３質量％である。好ましくは、該水性塗料は、塩素化ポリオレフィンを本質的に含まない、特に付着を促進するいかなる物質も本質的に含まない。本発明の範囲内で、それぞれの（１種以上の）物質を“本質的に含まない”は、該水性塗料が、該塗料の全量を基準としてそれぞれ、５質量％以下、特に２．５質量％以下、特に好ましくは２．０質量％以下、極めて特に好ましくは１．０質量％以下のそれぞれの（１種以上の）該物質を含有すると理解されうる。極めて特に好ましい実施態様において、該水性塗料は、塩素化ポリオレフィンを完全に含まない、特に、付着を促進するいかなる物質も完全に含まない。

特に、該水性塗料は、水性ベースコート材料(waessrigen Basislack)である。ベースコート材料とは、周知のように、特に自動車塗装において、しかし一般的な工業塗装においても、色を付与するコーティング、特に色を付与する中塗り(Zwischenbeschichtung)の構成のために、例えばプラスチック素地上での複層塗装の範囲内で使用できる顔料含有塗料のことを呼ぶ。こうして構成された中塗りの上に、次いでしばしば、クリアコート層が構成され、それにより、該複層コーティングが製造される。

該水性塗料、特に該水性ベースコート材料の製造は、方法論的に見て特殊性を有するのではなくて、常用かつ公知の混合装置、例えば撹拌槽又はディソルバーを用いる常用かつ公知の方法により、行われる。

使用されうるプラスチック素地
本発明による方法によりコーティングもしくは塗装されうるプラスチック素地は、常用のプラスチック、例えばポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ガラス繊維強化不飽和ポリエステル、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリ尿素、ポリブタジエンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー（ＡＢＳ）、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン（ＰＰ）及びエチレン−プロピレン−ジエンコポリマー（ＥＰＤＭ）で変性されたポリプロピレン（ＰＰ）からなるものである。その際に、前記のプラスチックの多様な、それに応じて、これらのプラスチックの混合物を含有するプラスチック素地も可能である。

特に有利に、本発明による方法は、無極性プラスチック、例えば特にポリオレフィン、例えばＰＰ及びＥＰＤＭ分で変性されたＰＰのコーティングに使用してよい。ＥＰＤＭでのＰＰの変性は、本質的には該プラスチックの可塑化に利用され、とりわけ該塗装性も決定する。僅かなＥＰＤＭ分の場合に、該塗装性もしくは該付着は、通例劣悪である。約２０〜２５質量％のＥＰＤＭ分で初めて、通例、もはや塗装しにくいプラスチックとは呼ばれない。しかし、本発明による方法は、例えば２５質量％以下、特に２０質量％以下の低いＥＰＤＭ分を有するポリプロピレン／ＥＰＤＭプラスチックの塗装に極めて特に有利に使用することができる。

該プラスチック素地は、単純なプラスチックプレートであってよい。しかし素地として、プラスチック製の車両車体又は特定の車両部品並びに車両内装領域並びに車両外装領域用の車両後付け部品及び車両付属部品も可能である。

該プラスチック素地の前処理
本発明による方法の範囲内でコーティングされうるプラスチック素地は、該水性塗料の塗付前に、相前後して実施されうる別個の２つの工程（工程（Ａ）及び工程（Ｂ））を含む前処理を受ける。好ましくは、該前処理はこれら双方の工程からなる。このことは特に、好ましくは、更なる特殊な前処理工程、例えば有機溶剤での清浄化又は化学線での該素地表面の処理を行わないことを意味する。該素地は、双方の工程（Ａ）及び（Ｂ）とは別に、単に輸送され、貯蔵され、及び／又は包装される。

工程（Ａ）において、それぞれのプラスチック素地の温度調節(Tempern)は、６０℃〜１６０℃の範囲内、好ましくは７０℃〜１２０℃の範囲内及び特に７５℃〜９０℃の範囲内の周囲温度で行われる。該温度調節は、１分〜２０分の範囲内、好ましくは３分〜８分の範囲内、特に４分〜６分の範囲内の期間にわたって行われる。

本発明の範囲内で、温度調節は、室温と比較して高められた特定の周囲温度で、特定の期間にわたる、材料もしくは物品の貯蔵であると理解され、その際に、それぞれの材料は、その際にその当初の形状を維持し、かつ変形しない。材料又は物品とは、本発明の範囲内で、プラスチック素地、例えばプラスチックプレート又は車両製造において使用するための上記で定義されたようなプラスチック部品を意味している。周囲温度とは、本発明の範囲内で、プラスチック素地が存在する、すなわちプラスチック素地が例えば貯蔵されるか又は何らかの方法で運動、加工又は処理される空間又は周囲が有する温度のことを呼ぶ。室温として、本発明の範囲内で、１０〜３０℃、特に１５〜２５℃の範囲内、特別に２０℃の周囲温度であると理解される。

本発明の範囲内で、該温度調節は、例えば、密閉可能な扉を有する空気循環式オーブン中で行われる。全てのプラスチック素地が、室温と比較して高められた周囲温度に、すなわち本発明の範囲内で６０℃〜１６０℃の範囲内の温度にさらされている条件が与えられていることが保証されていなければならない。該周囲温度の変動は好ましくは、例えば、該空気循環式オーブンの密閉可能な扉を一時的に開けることによるだけで生じる、それというのも、そのように開けることにより、オーブン空間と外部空間との間の熱交換が可能になり、かつ該オーブン中の温度が、該扉を改めて閉じた後に、特定の期間後に初めて、再び予め設定された周囲温度に調節されたからである。

該温度調節の所望のもしくは必要な期間の経過後に、該プラスチック素地は、室温と比較して高められた周囲温度を有する閉じた空間から取り出され、ひいては本発明による方法の範囲内で行う素地前処理の最初の部分（工程（Ａ））が終わる。

既に前記のように、該プラスチック素地が、前記の温度調節プロセスの範囲内で、その当初の形状を維持し、かつ変形しないことは自明である。該温度調節の温度及び場合により期間、特に温度は、それゆえ、それぞれのプラスチック素地が該温度調節の際に、変形するほど高温に加熱されないように選択されうる。当該分野の当業者には、プラスチック素地が変形する温度もしくはそれぞれの材料の軟化し始める温度は、いずれにせよ知られている。対応する条件は、それゆえ、対応する個々の場合に問題なく適合させることができる。

該プラスチック素地は、既に前記のように、６０℃〜１６０℃の範囲内の周囲温度で、しかしながら特に、最高で、それぞれ使用されるプラスチック素地のビカット軟化温度よりも少なくとも５℃、特に有利に少なくとも１０℃低い周囲温度で、温度調節される。該温度調節の際の周囲温度が、該ビカット軟化温度を基準としている、この好ましい実施態様は、もちろん、ビカット軟化温度が少なくとも６５℃であるプラスチック素地に限定されるので、工程（Ａ）の本発明により遵守すべき周囲温度は、いずれにせよ６０℃〜１６０℃の範囲内で実現することができる。

該ビカット軟化温度は、DIN EN ISO 306によれば、１ｍｍ²の面積を有し、平らで円形の針先が、１ｍｍの深さまで該プラスチック材料中へ侵入したときの温度として定義されており、その際に該針に１０Ｎの力を作用させ、かつ該プラスチック材料は、毎時５０℃の加熱速度で加熱される。

工程（Ｂ）において、工程（Ａ）により前処理されたプラスチック素地の火炎処理が行われる。全ての表面又は該表面の一部のみを火炎処理してよい。火炎処理は、当業者に知られた定義であると理解される。それに応じて、火炎処理は、火炎の酸化性のある部分を、材料もしくは物品の表面、ここではプラスチック素地に、作用させる操作を意味している。該プラスチック素地上へ導かれる火炎もしくは該火炎の酸化性のある部分中には、該燃焼の際に消費されない酸素、その周囲から該熱い火炎中へ拡散する酸素及び典型的な燃焼生成物（例えばＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ）が、活性化された形態で部分的に存在する。これらの極めて反応性のラジカル（例えばＯ、ＯＨ）は、該表面中の長鎖プラスチック分子を破壊し、かつその破壊箇所へ結合しうる。それにより、該分子中の極性部分が生じるので、例えば該素地の極性、表面張力及び湿潤性が変わる。補足として、Roempp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, 59頁が参照される。

該火炎の発生のためには、典型的で、当業者によく知られた火炎処理装置、例えば手動火炎処理装置、連続火炎処理設備(Durchlaufbeflammungsanlagen)及びロボットにより制御された火炎処理装置を使用してよい。火炎処理されうる素地の構造的な性質及び所望の処理量速度に応じて、対応する装置及び設備を選択してよい。例えば、手動火炎処理装置はどちらかといえば、小さなシリーズのどちらかといえば少数個のみが火炎処理されうる分野において使用される。多数個のプラスチック素地の前処理が、例えば自動車ライン塗装の分野において、望ましい場合には、例えば火炎処理されうるプラスチックプレートが、コンベヤーベルトを用いて、固定して設置された火炎処理装置を通り過ぎてもよい。同様に、複雑に成形された部品を、ロボットで制御された火炎処理ユニットを用いて前処理してよい。普通に使用される火炎処理装置及び火炎処理設備は、例えばKirchgaessner Elektrotechnik社から入手可能である。

該火炎処理にとって特徴的なパラメーターは、該部品もしくは該材料表面からの該火炎の距離（火炎帯域）、該火炎の作用の期間及び該火炎調節（燃料ガス／空気の混合比）である。これらのパラメーターは、当該分野の当業者によく知られており、かつ当該個々の場合に応じて、大きな費用なしで試験もしくは最適に調節することができる。特に有利であるのは、本発明の範囲内で、プロパン／空気混合物又はメタン／空気混合物を用いて火炎処理することであり、その際に、それぞれの燃料ガス／空気体積比は、１／１５〜１／４０の範囲内である。燃料ガス／空気混合物、特にプロパン／空気混合物又はメタン／空気混合物の処理量は、それぞれ選択される火炎処理設備の種類及びサイズに応じて、例えば２５０ｌ／分〜６００ｌ／分の範囲内であってよい。

有利には、素地／火炎の距離は、一般的に選択される範囲内、特に０．０１〜１５ｃｍ、特に有利に０．１〜１２ｃｍ、極めて特に好ましくは０．５〜１０ｃｍの範囲内である。

該プラスチック素地上への該火炎の作用期間は同様に、当業者に知られた範囲内であり、かつこの当業者により個々の場合の状況に応じて適合させることができる。該作用期間は、例えば、０．０１〜０．５秒、好ましくは０．０２〜０．２秒、特に０．０２〜０．１秒の範囲内であってよい。

該素地が、火炎処理のために、例えばコンベヤーベルト、組立ライン上で又は該素地が真空ポンプを介して発生された減圧により吸い付いている可動性のロボットアームによっても、本発明により好ましい変法の、固定して設置された火炎処理設備を通り過ぎる場合には、該コンベヤーベルトのベルト速度又は該ロボットアームの速度及び該火炎が該素地上へ作用しうる帯域の幅を意味する、該火炎処理設備の火炎処理帯域の幅は、有利には、該火炎の作用期間が前記の範囲内であるように選択される。

該火炎処理は、唯一の火炎処理工程において行ってよい。しかしながら、１つの火炎処理サイクルにおける複数回の火炎処理も可能であり、その際にそうすると特に２〜１０、特に好ましくは２〜５の個々の火炎処理工程が、それぞれ前記の方法により、実施される。該個々の火炎処理工程間の時間はその際に、原則的には自由に選択してよい；特に該個々の火炎処理工程は、素早く、すなわち１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒、極めて特に好ましくは１〜３０秒の時間で、相前後して行われる。

本発明に本質的であるのは、工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間で、最大で９０分まで、好ましくは１分〜６０分の範囲内、特に好ましくは４分〜４０分の範囲内及び極めて特に好ましくは５〜２０分の範囲内の期間であることである。

該火炎処理（工程（Ｂ））が、複数の火炎処理工程を有する火炎処理サイクルにおいて実施される場合には、工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間の期間は、工程（Ｂ）における該火炎処理サイクルの第一火炎処理工程の開始までの期間を意味している。

プラスチック素地上へのコーティングの製造
前記のように前処理されたプラスチック素地上への該水性塗料の塗付は、常用の全ての塗付法、例えば吹付け塗、ナイフ塗布、はけ塗、流し塗、浸し塗、含浸、トリクリング(Traeufeln)又はローラーコーティングにより、好ましくは吹付け塗付により、行ってよい。その際に、コーティングされうるプラスチック素地それ自体は停止していてよく、その際に該塗付装置又は塗付設備が運動する。しかしながら、コーティングされうる素地も運動してよく、その際に、該塗付設備は素地に対して停止しているか又は適した方法で運動する。好ましくは、吹付け塗付法、例えば圧縮空気吹付け塗（空気圧式塗付(pneumatische Applikation)）、エアレス吹付け塗、高速回転、静電噴霧塗付（ＥＳＴＡ）が、場合によりホットスプレー塗付、例えば熱風ホットスプレーと結び付けて、使用される。

該水性塗料の塗付は、該前処理後に速やかに行われる。有利には、該前処理の終了と該塗付の開始との間で、５分〜２４ｈの時間、極めて特に好ましくは２０分〜１２０分の時間である。

該プラスチック素地上へ塗付された水性塗料は硬化され、それによりコーティングが製造される。塗付された水性塗料の硬化は、方法論的に特殊性を有するのではなくて、例えば空気循環式オーブン中での加熱によるか又はＩＲランプの照射による、常用かつ公知の方法により行われる。放射線硬化性の系の場合の例えば紫外線による化学線硬化も可能である。該硬化条件、特に硬化温度は、例えば、使用されるプラスチック素地の温度感受性に応じて並びに使用される水性塗料、例えばそれぞれ使用される水性塗料が、自己架橋性又は外部架橋性のバインダー及び場合により架橋剤を含有するかどうか、に依存する。そして、該硬化は、例えば室温の範囲内で又は高められた温度で、例えば４０℃〜１２０℃、好ましくは６０℃〜９０℃の範囲内でも、行ってよい。該硬化段階の期間も、個々に選択され、とりわけ、既に挙げたファクター（例えば該バインダー及び／又は該硬化温度の選択）に依存している。例えば、該硬化は、５分〜１２０分、好ましくは１０分〜４０分の期間にわたって、行ってよい。該硬化前に、場合によりフラッシュオフ段階もしくは予備乾燥段階が、例えば室温で１〜６０分の期間にわたって、先行していてもよい。素地及び／又は塗料が使用されうるどの硬化条件も、当該分野の一般的な専門知識に属するので、該条件は、当業者により適合させることができ、かつ選択することができる。

該水性塗料の塗付は、常用かつ公知の層厚で、例えば１０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍの未乾燥塗膜の層厚で行われる。その際に生じる、該硬化後の乾燥塗膜の層厚は、そうすると例えば２〜４０μｍ、特に５〜２０μｍの範囲内である。

本発明の更なる対象は、本発明による方法によりコーティングされたことにより特徴付けられている、コーティングされたプラスチック素地である。

プラスチック素地上の、本発明による方法により製造されるコーティングは、それぞれのプラスチック素地の唯一のコーティングであってよく、又はしかし本発明による方法により製造されるコーティング上に、更なるコーティングが製造されてよく、それにより、複層コーティングが製造される。このことは、そうすると、本発明によりコーティングされたプラスチック素地が、複層コーティングでコーティングされていることを意味する。

本発明の好ましい実施態様において、本発明による方法により製造されたコーティング上に、更なる塗料が塗付され、かつ硬化されるか、もしくは更なるコーティングが製造される。特に、それは、クリアコート材料もしくはクリアコート層である。周知のように、クリアコート材料は、塗付及び硬化後に、保護する及び／又は装飾的な特性を有する透明なコーティング（該クリアコート層）を形成するコーティング材料である。保護する特性は、例えば、耐引っかき性及び耐候性、特に紫外線安定性であると理解されうる。装飾的な特性として、例えば、良好な光沢であると理解されうる。使用されうるクリアコート材料は、プラスチック塗装の分野に通常使用されるクリアコート材料であり、それらの選択及び使用は当業者に知られている（このためにはRoempp-Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1998, 325頁も参照）。該更なる塗料、特に該クリアコート材料の一般的な塗付法及び硬化法は、更に上記で該水性塗料のために記載されたようなものに相当する。好ましくは、該複層コーティングは、ウェット・オン・ウェット塗装により製造される。このことは、該更なる塗料、特に該クリアコート材料が、塗付された水性塗料上に、後者の水性塗料が前もって別個に硬化されることなく、塗付されることを意味する。塗付された双方の塗料の硬化は、次いで共通して行われ、それにより、該複層コーティング、特に二層コーティングが生じる。

該更なる塗料、特に該クリアコート材料の塗付は、常用かつ公知の層厚で、例えば５０〜２５０μｍ、好ましくは１００〜１８０μｍの未乾燥塗膜の層厚で行われる。その際に生じる、該硬化後の乾燥塗膜の層厚は、そうすると例えば１５〜８０μｍ、特に２５〜５０μｍの範囲内である。

概して、それゆえ、本発明による方法によりコーティングされた、コーティングされたプラスチック素地は、車両塗装、特に自動車塗装の美的にかつ技術的に要求の多い分野に適している。コーティングされたプラスチック素地、特に複層コーティングでコーティングされたプラスチック素地は、車両部品及び車両後付け部品及び車両付属部品として、車両の内装領域のため並びに外装領域において、使用してよい。製造されるコーティングもしくは複層コーティングの卓越した付着に加え、そのうえ、良好なかつ調節できる装飾的効果が達成されうる。

本発明によるプラスチック素地のコーティング方法により製造されたコーティングもしくは塗膜は、そのうえ、優れた付着を有する。該付着は、そのうえ、従来の方法で専ら火炎処理により前処理されたプラスチック素地上へのコーティングの付着よりも本質的に良好である。

本発明による方法にとって特に有利であるのは、該プラスチック素地の前処理の際に、該プラスチック素地の別個の予備的な清浄化が、例えば有機溶剤の使用下で行わなければならないのではなくて、本発明によるコーティング方法が、そのような清浄化なしでも、卓越した付着を有するコーティングもしくは塗膜をもたらすことである。

本発明は、以下の実施例に基づいて、より詳細に説明される。

実施例
多様なプラスチック素地を、それぞれ１０×１０×０．３ｃｍ又は１００×１００×３ｃｍのサイズを有する試験プレートの形で、異なる水性塗料でコーティングした。プラスチック原料として、異なるＰＰ／ＥＰＤＭブレンド並びにＰＣ／ＡＢＳブレンドを使用した。

Ａ）プラスチック素地の前処理
１．）本発明による方法による前処理
工程（Ａ）：
コーティングされうるプラスチックプレートを、８０℃で５分にわたって温度調節した。そのためには、該プレートを、８０℃に予熱した密閉可能なオーブン中へ置き、そのオーブンの扉を閉じ、かつ５分の経過後に、該オーブンから取り出した。

工程（Ｂ）：
次いで、温度調節されたプラスチックプレートを、室温で、市販の自動火炎処理装置（Kirchgaessner Elektrotechnik社）を使用して、火炎処理した。該火炎処理設備の火炎処理帯域は、３ｃｍの幅を有していた。その際に、ロボットアームに吸い付いた、該プラスチックプレートは、７ｃｍの素地−火炎距離で４５０ｍｍ／ｓのベルト速度で垂直に、該火炎を通り過ぎた。該火炎処理設備を、１：２５のプロパン／空気体積比で４２５ｌ／分の燃料ガス／空気混合物の処理量で操作した。該火炎処理を、１つの火炎処理工程において行い、すなわち複数の個々の火炎処理工程を有する１つの火炎処理サイクルにおいて火炎処理しなかった。工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間で、３０分の期間であった。

２．）比較の前処理（Ａ）
更なるプラスチック素地を、“１．）工程（Ａ）”のもとで記載された手順に従って前処理した。すなわち、工程（Ｂ）（火炎処理）を放棄した。

３．）比較の前処理（Ｂ）
更なるプラスチック素地を、“１．）工程（Ｂ）”のもとで記載された手順に従って前処理した。すなわち、工程（Ａ）（温度調節）を放棄した。

Ｂ）前処理されたプラスチック素地のコーティング
コーティングに使用された水性塗料は、第１表によってまとめられた水性ベースコート材料であった。該ベースコート材料の製造を、ディソルバー中での第１表に示された成分の合一及び均質混合により行った。

第１表、使用された水性ベースコート材料の組成

該水性ベースコート材料を、前記のように前処理された異なるプラスチック素地上へ空気圧式で塗付し、２０℃で５分間フラッシュオフし、引き続き８０℃の温度で１０分の期間にわたって焼き付けた。生じた乾燥塗膜の厚さは１５μｍであった。該前処理の終了と該塗料の塗付との間の期間は、３０分であった。

Ｃ）コーティングの付着特性の調査
製造されたコーティングの付着特性を、一般的に知られたスチームジェット試験（DIN 55662:2009-12、６０℃、圧力６７バールで１分の蒸気照射、試験体からの垂直距離１０ｃｍ）により調べた。該プラスチック素地及び該前処理により定義される、各コーティングから、全部で６個の試料を製造し、かつそれぞれ個々に調べた。

該付着の評価を、０〜５のレーティングを有する整数のレーティングシステムにより行い、その際にレーティング０は、該スチームジェット処理後に目に見える痕跡を有しない（極めて良好な付着）コーティングに与えられ、レーティング５は、該スチームジェット試験後に、極めて著しくはがれた領域を有する（不十分な付着）コーティングに与えられた。

第２表は、使用されるプラスチック素地及びそれらの前処理に依存した、製造されたコーティングの付着特性を示す。それぞれ存在している６個の個々のレーティングから、平均値が形成され；該平均値は、小数点以下１位に丸めて示されている。

第２表、プラスチック素地上へのコーティングである、水性ベースコート材料の付着特性

示された結果は、本発明による方法により製造されたコーティングの付着特性が、専ら温度調節（工程（Ａ））又は火炎処理（工程（Ｂ））を用いて前処理されたプラスチック素地上へのコーティングの付着特性よりも本質的に良好であることを証明する。

Ｄ）複層コーティングの調査
コーティングをＰＰ／ＥＰＤＭプラスチックプレート上に製造した。該素地の前処理並びに第１表に示された水性ベースコート材料の塗付及びフラッシュオフを、前記の作業規定に類似して実施した（“Ａ）”及び“Ｂ）”を参照）。しかしながら、該ベースコート材料の硬化前に、市販のクリアコート材料（第３表を参照）の空気圧式の塗付を行い、これを次いで、室温で１０分間フラッシュオフした。引き続き、塗付された水性ベースコート材料（生じた乾燥層厚１５μｍ）及び塗付されたクリアコート材料（生じた乾燥層厚３５μｍ）の共通の硬化を、８０℃の温度で３０分の期間にわたって行った。

第３表、使用されるクリアコート材料の組成

生じた複層コーティングを、前記のスチームジェット試験に類似して、それらの付着特性に関して調べた。

第４表は、対応する結果を示す。

第４表、複層コーティングである、水性ベースコート材料＋クリアコート材料の付着特性

示された結果は、本発明による方法により製造された複層コーティングの付着特性が、専ら温度調節（工程（Ａ））又は火炎処理（工程（Ｂ））を用いて前処理されたプラスチック素地上への複層コーティングの付着特性よりも良好であることを証明する。

Ｅ）該前処理の変型
“Ａ）”のもとで示された作業規定に従い、更なる試験系列でＰＰ／ＥＰＤＭ試験プレート（PP108MF10 (Sabic)、ＰＰ／ＥＰＤＭブレンド、ＥＰＤＭ２質量％）を、工程（Ａ）及び工程（Ｂ）により前処理した。その際に、工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間の期間を変動させた。該前処理後に、Ｄ）のもとに記載されたような複層コーティングの製造を行った。製造された複層コーティングを、そしてまたスチームジェット試験を用いて調べた。第５表には、対応する結果が、単に前処理工程（Ｂ）（火炎処理）により前処理されたPP108MF10素地上の複層コーティング（比較複層コーティング）と比較して示されている。示されているのは、工程（Ａ）及び工程（Ｂ）により前処理された系の上記のように定義される付着レーティングと、比較複層コーティングの付着レーティングとの比（％）である（それぞれ、全て５もしくは１０％に丸めた）。その際に、―前記のレーティングシステムと一致して―より小さな値が、より良好な付着を意味し、かつ１００％よりも小さい値が、該比較系よりも良好な付着を意味する（１００％は、該比較系、すなわち前処理工程（Ｂ）（火炎処理）のみによる前処理の、正規化された参照値に相当する）。

第５表、複層コーティング、工程（Ａ）と（Ｂ）との間の期間の変型の付着特性

該結果は、該前処理の際の、製造されたコーティングの付着の品質への、工程（Ａ）と工程（Ｂ）との間の期間の影響を示す。最良の付着は、１０分の期間で達成される。３０及び６０分後に、１０分の系の場合よりも劣悪な付着が既に認められうる。しかしながら、該付着は、該比較複層コーティングの場合よりも、依然としてより良好である。１２０分後に、比較系の場合よりも劣悪な付着が既に認められうる。

Claims (16)

1. 少なくとも１種の有機ポリマーをバインダーとして含有する水性塗料でプラスチック素地をコーティングする方法であって、その際に、該塗料を該プラスチック素地の表面上へ塗付し、引き続き硬化し、
   前記方法が、
   該プラスチック素地を、該塗料の塗付前に前処理し、その際に該前処理は、次の双方の別個の工程を示された順序で含む：
   （Ａ）プラスチック素地を６０℃〜１６０℃の範囲内の周囲温度で１分〜２０分の範囲内の期間にわたって温度調節し、
   （Ｂ）工程（Ａ）により前処理されたプラスチック素地の表面を火炎処理し、
   その際に、工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間が、９０分までの期間である
   ことを特徴とする、プラスチック素地をコーティングする方法。
2. 工程（Ａ）を７０℃〜１２０℃の範囲内の周囲温度で実施する、請求項１記載の方法。
3. 工程（Ａ）を３分〜８分の範囲内の期間にわたって実施する、請求項１又は２記載の方法。
4. 工程（Ａ）を、それぞれ使用されるプラスチック素地のビカット軟化温度よりも少なくとも５℃低い周囲温度で実施する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間が、１分〜６０分の範囲内の期間である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 工程（Ａ）の終了と、工程（Ｂ）の開始との間が、５〜２０分の範囲内の期間である、請求項５記載の方法。
7. 該プラスチック素地が、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ガラス繊維強化不飽和ポリエステル、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリ尿素、ポリブタジエンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー（ＡＢＳ）、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン（ＰＰ）及びエチレン−プロピレン−ジエンコポリマー（ＥＰＤＭ）で変性されたポリプロピレン（ＰＰ）並びにこれらのプラスチックの混合物からなる群から選択される常用のプラスチックを含有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 該プラスチック素地が、プラスチックとして、エチレン−プロピレン−ジエンコポリマー（ＥＰＤＭ）で変性されたポリプロピレン（ＰＰ）を含有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 該プラスチック素地が、プラスチックとして、２５質量％以下のエチレン−プロピレン−ジエンコポリマー（ＥＰＤＭ）割合で変性されたポリプロピレン（ＰＰ）を含有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 該水性塗料が、該塗料の全量を基準として、１５〜６０質量％の全割合のバインダーとしての少なくとも１種のＯＨ官能性の有機ポリマーと、全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたアミノ樹脂、モノマー及び／又はポリマーのポリアミン及び／又はモノマー及び／又はポリマーのブロックされた及び／又は遊離のポリイソシアナートからなる選択される少なくとも１種の架橋剤とを含有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 該水性塗料が、少なくとも１種のＯＨ官能性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂及び／又はポリ（メタ）アクリル酸樹脂をバインダーして、かつ少なくとも１種の全エーテル化及び／又は部分エーテル化されたメラミン−ホルムアルデヒド樹脂を架橋剤として、含有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 該水性塗料が、該塗料の全量を基準として、少なくとも２０質量％の水を含有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 該水性塗料が、顔料配合されたベースコート材料である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 該顔料配合されたベースコート材料の塗付後に、少なくとも１種の更なる塗料を塗付し、かつ塗付されたベースコート材料と一緒に硬化させ、その際に、該更なる塗料のうち少なくとも１種が、クリアコート材料である、請求項１３記載の方法。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法によりコーティングされたことを特徴とする、コーティングされたプラスチック素地。
16. ベースコート材料と、クリアコート材料とを含む複層コーティングでコーティングされている、請求項１５記載のコーティングされたプラスチック素地。