WO1990000092A1 - Verwendung einer plasma-vorbehandlung zur erhöhung der haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringenden zweiten lackschicht - Google Patents

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    • B05D3/145—After-treatment
    • B05D3/148—After-treatment affecting the surface properties of the coating

Definitions

  • the invention relates to the use of a plasma pretreatment to increase the adhesiveness of a second lacquer layer to be applied subsequently.
  • Plasma treatments to create an adhesive surface have been known for some time. They are used to paint, print, or create a primer for subsequent gluing, especially on polyolefin-based plastics. Such a method is described for example in DE-OS 36 38 719.
  • the plasma treatment can be carried out, for example, in so-called low-pressure plasma.
  • the parts to be treated are placed in a vacuum chamber and exposed to a process gas there.
  • This process gas can be, for example, nitrogen, oxygen or an inert gas.
  • the process gas is exposed to a high-frequency voltage field, which causes the process gas to ionize.
  • the ions and radicals as well as ultraviolet radiation react with the surface of the part to be treated, whereby - depending on the type of process gas used - thin layers are removed or the molecules on the surface of the workpiece are crosslinked . This conversion improves the wettability of the surface, so that the adhesiveness of a layer applied thereon is improved.
  • corona pretreatment of plastics in particular films and molded parts made of plastics
  • a corona spark discharge is generated towards the workpiece by means of an electrode.
  • the resulting plasma is transferred to the surface of the workpiece to be treated and leads to an increase in wettability.
  • the corona treatment has the advantage that no vacuum container is necessary. Corona treatment can therefore also be used to treat large workpieces or only areas thereof without complex equipment.
  • the treatment is carried out by manually or automatically guiding the electrode along the workpiece. The electrode radiates freely, so that a ground-leading counter electrode is not necessary.
  • the object of the invention is to demonstrate a new use for such plasma pretreatments.
  • the new use is that the plasma pretreatment is carried out on components which have already been painted and for which the adhesiveness of the paint surface for a second paint layer to be subsequently applied is to be improved.
  • the known plasma pretreatments are used almost exclusively for the treatment of plastics in order to ensure good adhesion of paints, varnishes, adhesives or foams. In special cases, metal treatment has already been carried out.
  • the plasma pretreatment should advantageously be used where grinding is not possible, where the application of the adhesion promoter in the production process is difficult (spraying systems, covering the parts that are not to be treated), where new coating systems could not previously be used for reasons of economy and where where, owing to the workpiece made of elastic material, grinding is only possible under difficult conditions.
  • the proposed plasma pretreatment of the painted surface produces oxygen-containing, possibly also nitro-containing functional groups which make the greatest contribution to the adhesion of a further layer of paint to be applied thereon.
  • a suitable measure for the adhesion is the surface tension. For example, this can be up to 20 mN / m before the plasma treatment. A value of at least 50 mN / m should be achieved for the desired adhesion, which is easily possible with the proposed plasma pretreatment.
  • the pretreatment is preferably carried out by a corona spark discharge in a high-voltage field. This requires voltages of several kilovolts.
  • the treatment distance of the electrode can be up to 20 mm, but shorter distances are preferred.
  • Both movable corona electrodes, which are manually guided over the paint surfaces to be treated, and stationary corona electrodes, which act on the painted surface at a precisely defined or programmed distance, can be used. Depending on the intensity of the desired treatment, treatment times of just a few seconds are necessary per unit area. The shortest possible distance between the electrode and the workpiece is advantageous. If an insulated electrode is used, a short electrode distance can be achieved by guiding the electrode along the workpiece surface without complex control.
  • the corona pretreatment does not cause any visible change in the painted workpiece surface. This enables a particularly advantageous use of the corona pretreatment in practice. It is therefore irrelevant if the pretreated area turns out to be larger than the area that is subsequently covered with another layer of lacquer. This procedure would not be justifiable when using an adhesion promoter or even when grinding.
  • the proposed pretreatment can be used with great advantage if only part of a completely preassembled unit has to be repainted. This can be the case with vehicle bodies, for example.
  • the surface of the first painting could be treated with a suitable agent. Apart from the fact that this procedure is very complex, it can only be successful if the entire body is subsequently washed and dried again, which increases the effort. A partial treatment of these surfaces without a subsequent washing and drying process of the entire body is excluded because the edge areas cannot be cleaned without residues. The craters occur almost exclusively in the somewhat horizontal surfaces of the vehicle body, because the contaminants settle there.
  • the patent claim 5 is gen vorgeschla ⁇ accordance that the components which have been occidentallackiert before relatively long time are subjected to a plasma pretreatment r.
  • the plasma pretreatment is only carried out on the approximately horizontal surfaces of the components. It is possible in the production process to run the horizontal surfaces - in the case of a vehicle body, the bonnet, the roof and the trunk lid - fully automatically by means of a device having the electrodes for the plasma treatment.
  • plasma pretreatment for components that have already been coated and to which a further layer of paint is subsequently to be applied offers considerable advantages.
  • the proposed use opens up completely new areas of application.
  • plasma pretreatments have been carried out on plastics for some time, lacquer layers have never been treated with them in order to increase the adhesiveness for a further lacquer layer.
  • the front right-hand section of a passenger car is shown in a perspective view, the fender of which is to be repainted due to a working error.
  • the area marked 1 is ground and then the area marked 2, which adjoins the headlight unit 3, is subjected to a brief manual corona treatment.
  • the desired paint layer can then be applied to the fenders prepared in this way without problems.
  • the great advantage of the procedure described is that components which have already been assembled can be pre-treated for painting without dismantling and without risk of damage to adjacent components.

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Abstract

Es wird die Verwendung einer Plasma-Vorbehandlung für lackierte Bauteile zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringenden zweiten Lackschicht vorgeschlagen.

Description

Verwendung einer Plasma-Vorbehandlung zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringen¬ den zweiten Lackschicht
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Plasma-Vorbehandlung zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringenden zweiten Lackschicht.
Plasma-Behandlungen zur Erzeugung eines haftfähigen Untergrundes sind bereits seit einiger Zeit bekannt. Sie werden angewandt, um insbesondere auf Polyolefinbasis hergestellte Kunststoffe zu lackieren, zu bedrucken oder einen Haftgrund für eine nachfolgende Verklebung zu schaffen. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE-OS 36 38 719 beschrieben.
Die Plasma-Behandlung läßt sich beispielsweise im sogenannten Niederdruck- Plasma durchführen. Gemäß diesem Verfahren werden die zu behandelnden Teile in eine Vakuumkammer gebracht und dort einem Prozeßgas ausgesetzt. Dieses Prozeßgas kann beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder ein Edelgas sein. Das Prozeßgas wird einem hochfrequenten Spannungsfeld ausgesetzt, wodurch eine Ionisierung des Prozeßgases eintritt. In dem durch die Ionisation ent¬ standenen Plasma reagieren die Ionen und Radikale sowie ultraviolette Strahlung mit der Oberfläche des zu behandelnden Teiles, wodurch - abhängig von der verwendeten Art des Prozeßgases - ein Abtrag dünner Schichten oder eine Vernetzung der Moleküle an der Oberfläche des Werkstückes erfolgt. Diese Umwandlung verbessert die Benetzbarkeit der Oberfläche, so daß die Haftungsfähigkeit einer darauf aufgebrachten Schicht verbessert wird.
Bekannt ist auch die sogenannte Corona-Vorbehandlung von Kunststoffen, ins¬ besondere von Folien und Formteilen aus Kunststoffen. Bei der Corona- Behandlung wird ein hochgespanntes Feld erzeugt und mittels einer Elektrode eine Corona-Funkenentladung zum Werkstück hin erzeugt. Das entstehende Plasma wird auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks übertragen und führt bei dieser zu einer Erhöhung der Benetzbarkeit. Gegenüber der erstgenannten Plasma-Behandlung hat die Corona-Behandlung den Vorteil, daß kein Vakuumbehälter notwendig ist. Es lassen sich deshalb durch die Corona-Behandlung ohne aufwendige Einrichtungen auch große Werk¬ stücke oder nur Bereiche derselben behandeln. Bei den bekannten Corona- Vorbehandlungsanlagen wird durch manuelles oder automatische Entlang¬ führen der Elektrode an dem Werkstück die Behandlung durchgeführt. Die Elektrode strahlt frei ab, so daß eine masseführende Gegenelektrode nicht notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Verwendung für derarti¬ ge Plasma-Vorbehandlungen aufzuzeigen.
Die neue Verwendung besteht darin, daß die Plasma-Vorbehandlung an Bautei¬ len durchgeführt wird, die bereits lackiert sind und für die die Haftfähig¬ keit der Lackoberfläche für eine nachfolgend aufzubringende zweite Lack¬ schicht verbessert werden soll.
Die bekannten Plasma-Vorbehandlungen werden fast ausschließlich zur Behand¬ lung von Kunststoffen eingesetzt, um eine gute Haftung von Farben, Lacken, Klebern oder Schäumen zu gewährleisten. In Sonderfällen ist bereits auch eine Metallbehandlung durchgeführt worden.
Um Lackschichten für eine nachfolgende weitere Lackierung haftfähiger zu machen wird gewöhnlich ein Schleifen oder der Auftrag eines Haftvermittlers durchgeführt. In den meisten Fällen wird das Schleifen als bewährte und wirtschaftliche Arbeitsmethode bevorzugt. Ein Haft ermittler wird deshalb oft nur noch dann eingesetzt, wenn die zu behandelnden Stellen für das Schleifen schwer zugänglich sind oder das zu behandelnde Bauteil bereits montiert ist und für das Schleifen eigens demontiert werden müßte. Schlie߬ lich können profilierte oder genarbte Oberflächen nicht durch Schleifen, sondern nur durch einen Haftvermittler behandelt werden, wenn die Oberflä¬ chenstruktur erhalten bleiben soll. Aufwendig ist das Schleifen von beispielsweise aus weichem Polyurethan¬ schaum bestehenden Werkstücken, da das Werkstück beim Schleifen leicht ein¬ gedrückt werden kann. Erschwerend kommt hinzu, daß für derartige Werkstücke hochelastische Lacke verwendet werden müssen, die einerseits schwer zu schleifen sind, andererseits jedoch ohne das Schleifen der Erstlackierung die erforderliche Haftung für die Zweitlackierung unzureichend ist. Dies gilt besonders, wenn für die Zweitlackierung ein Metallic-Lack verwendet werden soll.
Einige Lacksysteme mit ausgezeichneter Bewitterungsstabilität, die beson¬ ders kratz- und waschanlagenfest sind, konnten bisher nicht eingesetzt werden, da der Oberflächenspannungs-Unterschied der vernetzten und der darauf aufgetragenen Naßlackschicht der Zweitlackierung so groß ist, daß keine Benetzung gegeben ist. Nur durch sehr intensives, sogenanntes "Matt- Schleifen" kann dieser Nachteil annähernd beseitigt werden. Aus Wirtschaft¬ lichkeitsgründen kann das Schleifen jedoch meist nicht durchgeführt werden, so daß diese Lacksysteme nur selten zum Einsatz gelangen.
Durch die Verwendung einer Plasma-Vorbehandlung für lackierte Bauteile zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringenden zweiten Lack¬ schicht werden die vorstehend genannten Nachteile des Schleifens und dieje¬ nigen der herkömmlichen Haftvermittler vermieden und der Einsatz von belie¬ bigen' Lacksystemen bei Gewährleistung der erwünschten Haftung möglich.
Vorteilhaft sollte die Plasma-Vorbehandlung dort eingesetzt werden, wo das Schleifen nicht möglich ist, wo der Auftrag des Haftvermittlers im Ferti¬ gungsablauf erschwert ist (Spritzanlagen, Abdeckung der nichtzubehandelnden Teile), wo neue Lacksysteme aus Wirtschaftlichkeitsgründen bisher nicht eingesetzt werden konnten und dort, wo aufgrund des aus elastischem Materi¬ al hergestellten Werkstückes ein Schleifen nur unter erschwerten Bedingun¬ gen möglich ist. Durch die vorgeschlagene Plasma-Vorbehandlung der lackierten Oberfläche entstehen Sauerstoff altige, ggf. auch nitrohaltige funktioneile Gruppen, die den größten Beitag zur Haftung einer darauf aufzubringenden weiteren Lackschicht liefern. Ein geeignetes Maß für die Haftung ist die Oberflä¬ chenspannung. Diese kann beispielsweise vor der Plasma-Behandlung bis 20 mN/m betragen. Für die erwünschte Haftung soll ein Wert von mindestens 50 mN/m erreicht werden, was durch die vorgeschlagene Plasma-Vorbehandlung ohne weiteres möglich ist.
Bevorzugt wird die Vorbehandlung durch eine Corona-Funkenentladung in einem hochgespannten Feld durchgeführt. Dafür sind Spannungen von mehreren Kilovolt notwendig. Der Behandlungsabstand der Elektrode kann bis 20 mm betragen, bevorzugt werden jedoch kürzere Abstände.
Es lassen sich sowohl bewegliche Corona-Elektroden, die über die zu behan¬ delnden Lackflächen manuell geführt werden, aber auch stationäre Corona- Elektroden einsetzten , welche in einem genau festgelegten bzw. programmier¬ ten Abstand auf die lackierte Oberfläche einwirken. Je nach der Intensität der gewünschten Behandlung sind pro Flächeneinheit Behandlungszeiten von nur wenigen Sekunden notwendig. Dabei ist ein möglichst kurzer Abstand der Elektrode von dem Werkstück von Vorteil. Bei Verwendung einer isolierten Elektrode kann durch Entlangführen der Elektrode auf der Werkstückober¬ fläche ein kurzer Elektrodenabstand ohne aufwendige Steuerung erreicht werden.
In Versuchen hat sich gezeigt, daß durch die Corona-Vorbehandlung keine sichtbare Veränderung der lackierten Werkstückoberfläche verursacht wird. Dieser Umstand ermöglicht einen besonders vorteilhaften Einsatz der Corona- Vorbehandlung in der Praxis. Es spielt deshalb keine Rolle, wenn die vor¬ behandelte Fläche größer ausfällt als diejenige Fläche, die nachfolgend mit einer weiteren Lackschicht überzogen wird. Bei Einsatz eines Haftvermitt¬ lers oder gar beim Schleifen wäre diese Vorgehensweise nicht vertretbar. Die vorgeschlagene Vorbehandlung läßt sich mit großem Vorteil dann einset¬ zen, wenn nur ein Teil einer komplett vormontierten Baueinheit nachlackiert werden muß. Dies kann beispielsweise bei Fahrzeugkarosserien der Fall sein. Bei solchen Teilen ist es auch möglich, daß die großen Flächen durch Schleifen oder mit einem Haftvermittler behandelt werden und die Rand¬ bereiche, also diejenigen Bereiche, an welche sich andere, nicht mit einer weiteren Lackschicht zu lackierende Bauteile anschließen, mittels Corona- Vorbehandlung bearbeitet werden. Sowohl die Corona- als auch die anderen Plasma-Vorbehandlungen ermöglichen in einfacher Weise einen haftfähigen Un¬ tergrund für jedes nachfolgend aufgebrachte Lacksystem. Die Oberflächen¬ spannungen der vernetzten und der nassen Lackschichten können dabei sehr unterschiedlich sein.
In der Praxis ist zu beobachten, daß manchmal bereits bei der Erst- lackierung Unregelmäßigkeiten in Form von Kratern auftreten. Man hat fest¬ gestellt, daß diese Krater durch Arbeitsfehler oder durch Luftverschmutzung verursacht werden. Die Krater treten dabei verstärkt oder ausschließlich dann auf, wenn die Karosserien vor der Erstlackierung längere Zeit - beispielsweise über ein Wochenende - gestanden sind. Bedingt durch die längere Standzeit wirken Umwelteinflüsse auf die Oberfläche ein, wodurch auf dieser die Krater verursachende verschiedene Oberflächenspannungen ent¬ stehen. Teilweise können auch Vorbehandlungsfehler (Fettreste) Auslöser für die Kraterbildung sein.
Um auszuschließen, daß die Krater auch bei der Zweitlackierung zu erkennen sind, könnte man die Oberfläche der Erstlackierung mit einem geeigneten Mittel behandeln. Abgesehen davon, daß diese Vorgehensweise sehr aufwendig ist, läßt sich damit nur dann ein Erfolg erzielen, wenn anschließend die komplette Karosse gewaschen und wieder getrocknet wird, was den Aufwand zusätzlich erhöht. Eine partielle Behandlung dieser Flächen ohne nach¬ folgenden Wasch- und Trockenvorgang der kompletten Karosserie scheidet schon deshalb aus, da die Randbereiche nicht rückstandsfrei gereinigt werden können. Die Krater treten fast ausschließlich in den etwas horizontalen Flächen der Fahrzeugkarosserie auf, da sich dort die Verunreinigungen absetzen. Um die durch die Verunreinigungen hervorgerufenen Benetzungsstörungen auf der Lackoberfläche zu beseitigen, wird gemäß dem Patentanspruch 5 vorgeschla¬ gen, daß die Bauteile, welche vor relativ langer Zeit erstlackiert wurdenr einer Plasma-Vorbehandlung unterzogen werden. Dadurch werden in einfacher Weise die unterschiedlichen Oberflächenspannungen ausgeglichen und eine gute Grundlage für die nachfolgende Zweitlackierung geschaffen. In den meisten Fällen ist es ausreichend, wenn die Plasma-Vorbehandlung nur an den etwa waagrechten Flächen der Bauteile durchgeführt wird. Dabei ist es im Produktionsablauf möglich, die waagrechten Flächen - bei einer Fahrzeug¬ karosserie die Motorhaube, das Dach und den Kofferraumdeckel - vollautoma¬ tisch durch eine die Elektroden für die Plasmabehandlung aufweisende Vor¬ richtung abzufahren.
Wie vorstehend dargelegt, bietet eine Plasma-Vorbehandlung für bereits lackierte Bauteile, auf welche nachfolgend eine weitere Lackschicht auf¬ gebracht werden soll, erhebliche Vorteile. Die vorgeschlagene Verwendung ermöglicht vollkommen neue Anwendungsbereiche. Obwohl Plasma-Vorbehand¬ lungen an Kunststoffen bereits seit einiger Zeit durchgeführt werden, sind damit noch nie Lackschichten behandelt worden, um eine Erhöhung der Haft¬ fähigkeit für eine weitere Lackschicht zu erreichen.
In der Zeichnung ist in perspektivischer Darstellung der vordere rechte Ab¬ schnitt eines Personenkraftwagens wiedergegeben, dessen Kotflügel wegen eines Arbeitsfehlers nachlackiert werden soll. Dazu wird der mit 1 gekenn¬ zeichnete Flächenbereich geschliffen und anschließend der mit 2 bezeich¬ nete, sich an die Schweinwerfereinheit 3 anschließende Bereich einer kurz¬ zeitigen manuellen Corona-Behandlung unterzogen. Auf den in dieser Weise vorbereiteten Kotflügel läßt sich nachfolgend ohne Probleme die gewünschte Lackschicht aufbringen. Der große Vorteil der beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, daß bereits montierte Bauteile ohne Ausbau und ohne Be¬ schädigungsgefahr für angrenzende Bauteile für eine Lackierung vorbehan¬ delt werden können.

Claims

1P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verwendung einer Plasma-Vorbehandlung für lackierte Bauteile zur Er¬ höhung der Haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringenden zweiten Lack¬ schicht.
2. Plasma-Vorbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese in an sich bekannter Weise durch eine Corona-Funkenentladung in einem hochgespannten Feld erfolgt.
3. Plasma-Vorbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung in an sich bekannter Weise in einer Vakuumkammer unter Zu¬ führung eines geeigneten Prozeßgases und unter Einfluß eines das Proze߬ gas ionisierenden hochfrequenten Spannungsfeldes erfolgt.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasma-Vorbehandlung an lackierten, aus weichelastischem Material bestehenden, z. B. geschäumten Bauteilen durchgeführt wird.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasma-Vorbehandlung an solchen Bauteilen durchgeführt wird, welche vor relativ langer Zeit -eafelackiert wurden.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasma-Vor¬ behandlung nur an den etwa waagerechten Flächen der Bauteile durchge¬ führt wird.
PCT/EP1989/000583 1988-07-02 1989-05-26 Verwendung einer plasma-vorbehandlung zur erhöhung der haftfähigkeit einer nachfolgend aufzubringenden zweiten lackschicht WO1990000092A1 (de)

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