DE602004000259T2

DE602004000259T2 - Verfahren zum lackieren von Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE602004000259T2
Application number: DE602004000259T
Authority: DE
Inventors: Harald Kloeckner; Guenter Berschel; Wolfgang Stricker; Andrew Duda; Udo Hellmann
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: ATE313604T1; ES2253722T3; DE602004000259D1; EP1505129A1; EP1505129B1; US20050031792A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Lackieren von Kunststoffsubstraten und betrifft speziell nichtpolare Kunststoffsubstrate, die aus Polypropylen bestehen oder Polypropylen farbvermittelnde und/oder effektvermittelnde Lackzusammensetzungen enthalten. Das Verfahren kann für Fahrzeuglacke und Industrielacke verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausrüstungsgegenstände für die Automobilindustrie, wie beispielsweise Stoßfängerplatten, Spoiler, Schweller, Radgehäuse und Seitenplatten sowie Schutzleisten und eine große Zahl von Bauteilen für Anwendungen außerhalb der Automobilindustrie werden in zunehmendem Maße aus Kunststoff gefertigt. Zusätzlich zu Materialien, wie beispielsweise Materialien zum Formpressen aus Polyamid und ungesättigtem Polyesterharz, die seit vielen Jahren üblich waren, sind in zunehmendem Maße Polyolefine und Polyolefin-Blends zur Anwendung gekommen. Das Lackieren mit Polyolefinen dieses Typs, z.B. das in der Automobilindustrie bevorzugt verwendete Polypropylen und dessen Blends (z.B. PP-EPDM = Polypropylen-Ethylen/Propylen/Dien-gemischte Polymere) ist jedoch in Folge der geringen Oberflächenspannung dieser Kunststoffmaterialien problematisch.
Kunststoffbeschichtungen müssen insbesondere eine gute Haftung an dem jeweiligen Kunststoffsubstrat zeigen. Es ist bekannt, dass aus Polyolefinen hergestellte Kunststoffteile physikalisch und/oder chemisch vorbehandelt werden, wie beispielsweise solche, die aus Polypropylen erzeugt werden, um eine gute Haftung an dem Kunststoffsubstrat zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang sind bekannte Methoden dieses Typs eine Flammenvorbehandlung, eine Plasmavorbehandlung, Koronaentladung oder chemische Oxidation. Die chemische Haftungsverbesserung als Ergebnis der Aufbringung von Grundierungen auf Basis von chlorierten Polyolefinen auf Kunststoffsubstrate unter anderem ist in der Fahrzeuglackiererei üblich. Erst nach dem Auftrag einer Grundierschicht dieses Typs ist es überhaupt möglich, weitere Lackschichten auf das Kunststoffsubstrat mit akzeptabler Haftung aufzubringen.
In der EP-A-324497 wird daher z.B. eine Grundierung für Kunststoffbeschichtungen auf Basis von Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren, chlorierten Polyolefinen, Epoxidharzen und organischen Lösemitteln beschrieben. Zusätzlich zu der Tatsache, dass der erforderliche Auftrag einer Grundierung einen zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet, haben diese Grundierungen auch den Nachteil einer unzureichenden Wärmebeständigkeit, d.h. während der nachfolgenden Wärmebehandlung der aufgetragenen und getrockneten oder gehärteten Grundierschicht beispielsweise während des thermischen Härtens der nachfolgenden Lackschichten, den Nachteil des Abhebens der Grundierung von dem Substrat und einschließlich des darauf aufgebrachten Decklackes, die festgestellt werden können.
Die Verwendung einer Grundierung für das Lackieren von Materialien aus Kunststoff ist keine effektive Lösung. Es ist daher vorgeschlagen worden, entsprechend modifizierte farbvermittelnde und/oder effektvermittelnde Grundlacke für das direkte Lackieren von nichtpolaren Kunststoffsubstraten zu verwenden. Grundlacke mit Spezialeffekt zum direkten Beschichten von Polypropylensubstraten sind aus der DE-A-4014212 (US-P-4725640) bekannt, wobei diese Grundlacke mit Spezialeffekt physikalisch trocknende Bindemittel enthalten, chlorierte Polyolefine, Celluloseacetatbutyrat, Effektpigmente, wie beispielsweise Metallic-Pigmente oder Pigmente auf Basis von Glimmerplättchen und wahlweise Farbpigmente und organische Lösemittel. Diese Grundlacke mit Spezialeffekt haben beim Auftrag auf Kunststoffsubstraten ohne vorherige Grundierung der Kunststoffmaterialien das Problem einer unzureichenden Wärmebeständigkeit.
Darüber hinaus werden in der EP-A-689567 Grundlacke zum direkten Lackieren von Kunststoffsubstraten beschrieben, die 10% bis 70 Gew.% einer Spachtelmasse enthalten. Die Spachtelmasse enthält Polyurethanharze, chlorierte Polyolefine, Füller und Pigmente, organische Lösemittel und wahlweise zusätzliche Additive und zusätzliche Bindemittel zum physikalischen Trocknen. Hierbei wird der Grundlack, der die Spachtelmasse enthält, zunächst direkt auf das Polyolefinsubstrat aufgetragen, nach einem kurzen Zwischenablüften und Überlackieren mit einem Klarlack nach einem weiteren kurzen Ablüften wird ein Grundlack aufgebracht, der frei von Spachtelmasse ist. Der Nachteil der Verwendung von Grundlacken, wie er hier beschrieben wird, ist die immer noch unzureichende Haftung nach Exponierungen an unterschiedlichen Graden der Feuchtigkeit, wie beispielsweise dem Dampfstrahlversuch und dem Kondenswasserversuch.
Es besteht daher ein Bedarf an modifizierten farbvermittelnden und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzungen und Verfahren zum Lackieren unter Verwendung dieser Beschichtungszusammensetzungen, die ohne die Verwendung einer separaten Grundierung einen problemfreien Auftrag direkt auf nichtpolare Kunststoffmaterialien gewährleisten, wie beispielsweise auf Polyolefinen, und eine sehr gute Haftung selbst nach Exponierung an hochgradiger Feuchtigkeit zeigen, wie beispielsweise dem Dampfstrahlversuch oder dem Kondenswasserversuch. Diese Lackschichten sollten eine gute Wärmebeständigkeit zeigen und Beschichtungen mit guter Farbgenauigkeit erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lackieren von nichtpolaren und speziell Polyolefin-Kunststoffsubstraten, umfassend die Schritte:

1. Auftragen einer Pigment enthaltenden Lackschicht, bestehend aus farb- und/oder effektvermittelnder Beschichtungszusammensetzung, direkt auf das Kunststoffsubstrat und
2. Härten der auf diese Weise erhaltenen Pigment enthaltenden Lackschicht, wobei die aufgetragene farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung aufweist: A) 30% bis 90 Gew.% einer konventionellen farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung, aufweisend: Aa) mindestens ein Bindemittel Ab) mindestens ein Farb- und/oder Effektpigment Ac) mindestens ein organisches Lösemittel und/oder Wasser und Ad) wahlweise konventionelle Lackadditive sowie B) 10% bis 70 Gew.% einer die Haftung fördernden Zusammensetzung, aufweisend: Ba) mindestens ein Ethylen/Vinylacetat-Copolymer Bb) mindestens einen chlorierten Kautschuk Bc) mindestens ein chloriertes Polyolefin und Bd) wahlweise organische Lösemittel und/oder Wasser sowie konventionelle Lackadditive, wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung, die direkt auf das Kunststoffsubstrat aufgetragen wird, ist bevorzugt ein farb- und/oder effektvermittelnder Grundlack oder eine farb- und/oder effektvermittelnde Schicht eines Einschichtdecklackes. Im Fall eines farb- und/oder effektvermittelnden Grundlackes wird der Grundlack mit einem Klarlack überlackiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher in einer bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zum Lackieren von nichtpolaren und speziell Polyolefin-Kunststoffsubstraten, umfassend die Schritte:

1. Auftragen eines farb- und/oder effektvermittelnden Grundlackes direkt auf das Kunststoffsubstrat,
2. Abdampfen und/oder Härten der auf diese Weise erhaltenen Grundlackschicht,
3. Auftragen einer Klarlackschicht auf der erhaltenen Grundlackschicht,
4. Härten der erhaltenen Klarlackschicht wahlweise gemeinsam mit dem Grundlack, wobei der aufgetragene Grundlack aufweist: A) 30% bis 90 Gew.% einer konventionellen Grundlackzusammensetzung, enthaltend: Aa) mindestens ein Bindemittel, Ab) mindestens ein Farb- und/oder Effektpigment, Ac) mindestens ein organisches Lösemittel und/oder Wasser, und Ad) wahlweise konventionelle Lackadditive und 10% bis 70 Gew.% der die Haftung fördernden Zusammensetzung B), wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) damit 100 Gew.% ausmacht.

Alternativ beträgt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Lackieren von nichtpolaren und speziell Polyolefin-Kunststoffsubstraten, umfassend die Schritte:

1. Auftragen einer farb- und/oder effektvermittelnden Schicht eines Einschichtdecklackes direkt auf das Kunststoffsubstrat und
2. Härten der Decklackschicht, die auf diese Weise erhalten wurde, wobei der aufgetragene Einschichtdecklack aufweist: A) 30% bis 90 % einer konventionellen Zusammensetzung eines Einschichtdecklackes, enthaltend: Aa) mindestens ein Bindemittel, Ab) mindestens ein Farb- und/oder Effektpigment, Ac) mindestens ein organisches Lösemittel und/oder Wasser, und Ad) wahlweise konventionelle Lackadditive und B) 10% bis 70 Gew.% der die Haftung fördernden Zusammensetzung B), wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.

Für die Erfindung kommt es darauf an, dass die aufzutragende farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung 10% bis 70 Gew.% und bevorzugt 20% bis 65 Gew.% und besonders bevorzugt 30% bis 65 Gew.% der Haftung fördernden Zusammensetzung B) (nachfolgend verkürzt bezeichnet als Haftungsadditiv) enthält. Durch den Zusatz dieses Haftungsadditivs werden Lackschichten der farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung, die direkt auf das Kunststoffsubstrat aufgetragen werden, mit hervorragender Haftung auf dem Kunststoffsubstrat erzeugt. Diese Lackschichten bewahren selbst nach Exponierung an hohen Feuchtigkeitsgraden eine hervorragende Haftung, wie beispielsweise im Dampfstrahlversuch oder im Kondenswasserversuch, sowie auch nach Exponierung an Wärme, wie beispielsweise nach dem Härten bei erhöhten Temperaturen der nachfolgenden Schichten, die aufgetragen werden, wie beispielsweise eine Klarlackschicht. Dieses gilt für den Auftrag als ein Grundlack und auch für den Auftrag als ein Pigment enthaltender Einschichtdecklack.
Die farb- und/oder effektvermittelden Grundlacke und Einschichtdecklacke, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung gelangen können, sind konventionelle Grundlacke und Einschichtdecklacke auf Lösemittelbasis oder auf wässriger Basis, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Fachgebiet der Kunststofflackierung bekannt sind. Die Grundlacke enthalten die Komponenten Aa) bis Ad). Die Bindemittel Aa) sind konventionelle Bindemittel, wie sie in Grundlacken auf Lösemittelbasis oder auf wässriger Basis verwendet werden. Als Bindemittel können beispielsweise Polyurethan-, acrylierte Polyurethan-, Polyacrylat-, Polyester-, acrylierte Polyester- und/oder Alkydharze verwendet werden. Die Bindemittelsysteme können physikalisch trocknend und/oder chemisch vernetzend sein, beispielsweise mit Hilfe der Polymerisation, Polykondensation und/oder mit Hilfe von Polyadditionsreaktionen. Chemisch vernetzbare Bindemittelsysteme enthalten geeignete vernetzbare funktionelle Gruppen. Geeignete funktionelle Gruppen sind beispielsweise Hydroxyl-Gruppen, Isocyanat-Gruppen, Acetoacetyl-Gruppen, ungesättigte Gruppen, wie beispielsweise (Meth)acryloyl-Gruppen, Epoxid-Gruppen, Carboxyl-Gruppen und Amino-Gruppen. Vernetzende Mittel mit geeigneten komplementären reaktionsfähigen funktionellen Gruppen können durch Vernetzen erhalten werden. Bindemittel, die eine Hydroxyl-Gruppe enthalten sowie Polyisocyanat-Vernetzungsmittel sind für die chemisch vernetzbaren Bindemittelsysteme bevorzugt.
Um eine angemessene Verdünnbarkeit der Bindemittel mit Wasser zu gewährleisten, wenn eine Anwendung von Lacken auf wässriger Basis erfolgt, müssen die Bindemittel in einer wasserverdünnbaren Form verwendet werden. Dieses kann in einer Weise erfolgen, die der Fachwelt auf dem Gebiet ionischer und/oder nichtionischer Modifikation der Bindemittel bekannt ist. Es gibt vorzugsweise eine anionische und/oder nichtionische Modifikation. Eine anionische Modifikation kann z.B. erzielt werden, indem Carboxyl-Gruppen eingebaut werden und mindestens eine teilweise Neutralisation von diesen erfolgt. Geeignete neutralisierende Mittel sind Base-Verbindungen, wie beispielsweise tertiäre Amine, z.B. Triethylamin, Dimethylethanolamin und Diethylethanolamin. Eine nichtionische Modifikation kann beispielsweise erzielt werden, indem Polyethylenoxid-Einheiten eingebaut werden. Zusätzlich zu den vorgenannten Modifikationen des Bindemittels oder an deren Stelle lassen sich auch externe Emulgiermittel verwenden, um die benötigte Wasserverdünnbarkeit zu gewährleisten.
Die Beschichtungszusammensetzung kann zusätzliche Harze enthalten, wie beispielsweise Celluloseester, z.B. Celluloseacetatbutyrat und/oder Melaminharze.
Die vorgenannten Bindemittel sind lediglich eine exemplarische Aufzählung. Die Bindemittel können im Großen und Ganzen modifiziert und miteinander beliebig kombiniert werden. Die Bindemittel, die zur Anwendung gelangen können, unterliegen keinerlei speziellen Einschränkungen. Zur Formulierung von farb- und/oder effektvermittelnden Grundlacken können alle Bindemittel verwendet werden, die der Fachwelt bekannt sind und speziell solche, die auf dem Gebiet der Fahrzeuglackierung üblich sind. Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, dass keine Bindemittel/Vernetzungssysteme für das Vernetzen ausgewählt werden, bei denen die erforderlichen Temperaturen des Härtens so hoch sind, dass sie das zu lackierende Kunststoffmaterial beschädigen würden.
Die farb- und/oder effektvermittelnden Grundlacke enthalten Farbpigmente und/oder Pigmente mit Spezialeffekt (Komponente Ab). Alle organischen oder anorganischen Pigmente, die in Lacken üblich sind, sind als Farbpigmente geeignet. Beispiele für anorganische oder organische Farbpigmente sind Titandioxid, mikronisiertes Titandioxid, Eisenoxid-Pigmente, Carbon-Black, Azo-Pigmente, Phthalocyanin-Pigmente, Chinakridon- oder Perylen- oder Pyrrolopyrrol-Pigmente. Gegebenenfalls können auch lösliche Farbstoffe und/oder transparente Pigmente enthalten sein. Beispiele für Pigmente mit Spezialeffekt sind Metallic-Pigmente, wie beispielsweise solche, die aus Aluminium- oder Kupfer bestehen, Interferenzpigmente, wie beispielsweise mit Metalloxid beschichtete Metallpigmente, z.B. Titandioxid beschichtetes, Eisenoxid beschichtetes oder Mischoxid beschichtetes Aluminium, beschichteter Glimmer, wie beispielsweise mit Titandioxid beschichteter Glimmer und/oder Glimmer, der mit anderen Metalloxiden beschichtet ist, z.B. Fe₂O₃ und/oder Cr₂O₃, flockenartiges Eisenoxid und Graphit-Pigmente.
Zum Mahlen der Pigmente können in den Grundlacken Pastenharze verwendet werden, wie beispielsweise solche auf Basis von Polyurethanharz oder Acrylatharz.
Die farb- und/oder effektvermittelnden Grundlacke enthalten auch organische Lösemittel und/oder Wasser Ac). Die organischen Lösemittel sind konventionelle Lacklösemittel. Diese können von der Herstellung der Bindemittel kommen oder werden separat zugesetzt. Beispiele für geeignete Lösemittel sind einwertige und mehrwertige Alkohole, wie beispielsweise Propanol, Butanol, Hexanol; Glykolether oder -ester, z.B. Diethylenglykoldialkylether, Dipropylenglykoldialkylether, die jeweils ein C₁- bis C₆-Alkyl haben, Ethoxypropanol, Butylglykol; Glykole, z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol, N-Methylpyrrolidon, und Ketone, wie beispielsweise Methylethylketon, Aceton, Cyclohexanon, aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Toluol, Xylol oder lineare oder verzweigte aliphatische C₆- bis C₁₂-Kohlenwasserstoffe. Nach Erfordernis werden vorzugsweise in den Lacken auf wässriger Basis mit Wasser mischbare organische Lösemittel verwendet.
Die farb- und/oder effektvermittelnden Grundlacke können auch ein/mehrere Additive Ad) enthalten. Beispiele dafür sind Verlaufmittel, die Rheologie beeinflussende Mittel, wie beispielsweise hochdisperse Kieselsäure oder polymere Harnstoffverbindungen, Eindickungsmittel, wie beispielsweise eine Carboxyl-Gruppe enthaltende Polyacrylat-Eindickungsmittel oder assoziative Eindickungsmittel auf Basis von Polyurethan, Mikrogele, Entschäumungsmittel, Benetzungsmittel, Antikratermittel, Haftverbesserer und Härtungsbeschleuniger. Die Additive werden in üblichen Mengen verwendet und sind dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt.
Die Pigment enthaltenden Einschichtdecklacke enthalten außerdem die Komponenten Aa) bis Ad). Die Bindemittel Aa) sind konventionelle Bindemittel, wie sie in Pigment enthaltenden Decklacken auf Lösemittelbasis oder wässriger Basis verwendet werden. Die vorstehend ausgeführte Beschreibung der verschiedenen Komponenten der Grundlacke gilt auch für die Beschreibung der Bindemittel Aa) und der zusätzlichen Komponenten Ab) (Farb- und/oder Effektpigmente), Ac) (organische Lösemittel und/oder Wasser) und Ad) (konventionelle Lackadditive). Allerdings werden in den Einschichtdecklacken bevorzugt chemisch vernetzende Bindemittel und vorzugsweise Hydroxy-funktionelle Bindemittel und Polyisocyanat-Härtungsmittel verwendet.
Das für die vorliegende Erfindung entscheidende Haftadditiv B) enthält bevorzugt:

Ba) 1,0% bis 10,0 Gew.% und besonders bevorzugt 1,0% bis 3,0 Gew.% mindestens eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymer,
Bb) 0,5% bis 10,0 Gew.% und besonders bevorzugt 0,5% bis 3,0 Gew.% mindestens eines chlorierten Kautschuks,
Bc) 1,0% bis 10,0 Gew.% und besonders bevorzugt 1,0% bis 4,0 Gew.% mindestens eines chlorierten Polyolefins und
Bd) 70,0% bis 97,5 Gew.% und besonders bevorzugt 90,0% bis 97,5 Gew.% organisches Lösemittel und/oder Wasser sowie wahlweise konventionelle Lackadditive, wobei die Summe der Anteile der Komponenten Ba) bis
Bd) 100 Gew.% beträgt.

Bekannt sind Copolymere wie Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (Komponente Ba), die ebenfalls kommerziell verfügbar sind, wie beispielsweise unter dem Warenzeichen Elvax^®. Hierbei handelt es sich um Copolymere, die aus Ethylen und Vinylacetat bestehen. Diese zwei Monomere lassen sich in beliebigen Anteilen radikalisch polymerisieren. Weitere Comonomere können ebenfalls copolymerisiert werden, um beispielsweise eine bestimmte Säurezahl zu erreichen. Bevorzugte Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, die zur Anwendung gelangen können, haben einen Gehalt an Vinylacetat von 15% bis 45 Gew.% und bevorzugt 25% bis 40 Gew.%.
Chlorierte Kautschuke (Komponente Bb) sind bekannte Polymere, die ebenfalls kommerziell verfügbar sind, wie beispielsweise unter dem Warenzeichen Allopren (ICI Resins). Chlorierte Kautschuke sind chlorierte Produkte von Naturkautschuken oder bevorzugten Synthesekautschuken. Beispiele für Synthesekautschuke, die verwendet werden können, sind Styrol-Butadienkautschuk, Acrylnitril-Butadienkautschuk, Butylkautschuk, Polybutadien-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyisopren- und Ethylen-Polypropylenkautschuk. Bei Kautschuken handelt es sich um nichtvernetzte Polymere mit gummielastischen Eigenschaften bei Umgebungstemperatur. Die Chlorierung erfolgt in der Regel in chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise in Tetrachlorkohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Tetrachlormethan. Bevorzugte chlorierte Kautschuke, die zur Anwendung gelangen können, haben einen Chlorgehalt (fest gebundenes Chlor) von etwa 64% bis 68 Gew.%. Die Molmassen können beispielsweise zwischen 50.000 und 200.000 g/Mol liegen.
Chlorierte Polyolefine werden als Komponente Bc) verwendet. Die chlorierten Polyolefine sind beispielsweise chloriertes Polyethylen, chloriertes Polypropylen, chloriertes Polyethylen/Polypropylen-Copolymere oder Mischungen davon. Die chlorierten Polyolefine haben in der Regel einen Chlorgehalt von 10% bis 45 Gew.% und bevorzugt 15% bis 25 Gew.% und können als ein Pulver vorliegen, in Form von aufgelösten organischen Lösemitteln, vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe, oder in Form von wässrigen Dispersionen. Der Feststoffgehalt von Lösungen chlorierter Polyolefine kann beispielsweise 18% bis 60 Gew.% betragen. Diese Produkte sind der Fachwelt bekannt und sind kommerziell verfügbar.
Das Haftungsadditiv B) enthält ebenfalls bevorzugt organische Lösemittel und im Fall von Lacken auf wässriger Basis Wasser und wahlweise organische Lösemittel. Diese können die gleichen Lösemittel sein, wie sie vorstehend in der Beschreibung der Grundlacke genannt wurden. Allerdings werden organische Lösemittel dieses Typs insbesondere verwendet oder gemeinsam angewendet, in denen die Komponenten Ba) bis Bc) hoch löslich sind.
Die farb- und/oder effektvermittelnden Grundlacke und Einschichtdecklacke, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, können erzeugt werden, indem eine konventionelle Grundlackschicht oder einschichtiger Decklack in bekannter Weise erzeugt wird und das Haftungsadditiv während der Erzeugung und vorzugsweise unmittelbar vor dem Auftrag in den einzelnen Bestandteilen oder bevorzugt als eine Komponente zugesetzt wird. Die Grundlack- und einschichtigen Decklackschichten werden vorzugsweise jedoch in Form eines Mischsystems zum Ansetzen einer großen Zahl unterschiedlicher Farben erzeugt, worin das Haftungsadditiv dann als eine Komponente des Mischsystems vorgesehen ist und mit den erforderlichen zu mischenden Lacken unmittelbar vor dem Auftrag gemischt wird. In dem Prozess wird die Pigment enthaltende Lackzusammensetzung oder die Mischung verschiedener zu mischender Lacke vorzugsweise in dem jeweiligen Fall zu Beginn zugesetzt und das Haftungsadditiv unter gründlichem Rühren zugegeben. Das Haftungsadditiv sollte mit den entsprechenden Lacksystemen hoch kompatibel sein und sollte sich leicht einbauen lassen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die mit dem Haftungsadditiv modifizierte farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung und bevorzugt die Grundlackschicht oder der Einschichtdecklack direkt auf das entsprechende Kunststoffsubstrat aufgetragen. Sie werden in konventioneller Weise und bevorzugt mit Hilfe des Sprühauftrags aufgetragen.
Beim Auftragen von Grundlacken sollte die resultierende Trockenschichtdicke der Grundlacke beispielsweise etwa 15 bis 45 μm betragen. Die Grundlackschicht kann separat gehärtet werden und wahlweise nach einer Verdampfungsphase bei Temperaturen von Umgebungstemperatur bis etwa 80°C und bevorzugt bei 20° bis 60°C. Allerdings wird der Grundlack vorzugsweise mit einem Decklack und gegebenenfalls nach einer kurzen Verdampfungsphase überzogen und anschließend die zwei Schichten bei den vorgenannten Temperaturen gemeinsam gehärtet.
Die Klarlacke können alle beliebigen Klarlacke auf wässriger Basis oder Lösemittelbasis sein. Speziell werden sie zweikomponentige Klarlacke auf Basis chemisch vernetzender Bindemittel sein, wie beispielsweise auf Basis von Hydroxy-funktionellen Bindemittelkomponenten und Polyisocyanat-Vernetzungsmitteln.
Als Hydroxy-funktionelle Bindemittel können alle Hydroxyl-Gruppen enthaltenden Polyester in Frage kommen, Polyether, Polyurethane und (Meth)acryl-Copolymere, die aus der Polyurethan-Chemie bekannt sind, und können jeweils einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die OH-funktionellen Bindemittel lassen sich auch in Form von Hybriden verwenden, wie beispielsweise als (meth)acrylierte Polyurethane, (meth)acrylierte Polyester und/oder (Poly)methacrylat/Polyester. Als Polyisocyanate können alle beliebigen organischen Polyisocyanate und bevorzugt Diisocyanate in Betracht gezogen werden, die der Fachwelt bekannt sind.
Klarlacke, die auf radikalisch und/oder kationisch polymerisierbaren Bindemitteln beruhen und die mit Hilfe von UV-Strahlung gehärtet werden, lassen sich ebenfalls verwenden.
Die Klarlacke enthalten konventionelle Lackadditive und können auch Einebnungsmittel und/oder Strukturadditive enthalten, um eine ebene und/oder strukturierte Oberfläche zu erzielen.
Sofern Klarlacke auf wässriger Basis verwendet werden, muss für eine ausreichende Verdünnbarkeit des Bindemittels in den Lacken auf wässriger Basis gewährleistet sein. Für diese Aufgabe werden die Bindemittel in einer für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannten Weise in eine wasserverdünnbare Form durch ionische und/oder nichtionische Modifikation umgewandelt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst in einem ersten Arbeitsschritt eine Pigment enthaltende Beschichtungszusammensetzung, die das Haftungsadditiv B) enthält, direkt auf das Polyolefin-Substrat aufgetragen. Sodann wird eine konventionelle Beschichtungszusammensetzung, die keinerlei Haftungsadditive enthält, in einem zweiten Arbeitsschritt vorzugsweise nach einer kurzen, dazwischen liegenden Ablüftungszeit (nass-in-nass) aufgetragen. Dieses ist vorzugsweise in jedem Fall der gleiche Aufbau der Beschichtungszusammensetzung. Die gleiche Prozedur lässt sich für Grundlacke und für Einschichtdecklacke anwenden. Es werden Farblacke mit sehr guter Farbgenauigkeit erzielt. Vorteilhaft ist es, wenn der Grundlack, der keinerlei Haftungsadditiv enthält, in nur einem Schritt des Sprühbeschichtens aufgetragen wird, um beispielsweise die gewünschte Farbgenauigkeit zu erzielen, sowie eine Beschichtung mit der guten Oberflächenqualität einer konventionellen Grundlackschicht.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass man einen Grundlack auf Lösemittelbasis, der das Haftungsadditiv B) enthält, zunächst in einem ersten Arbeitsschritt direkt auf das Polyolefinsubstrat aufträgt und anschließend vorzugsweise mit einer kurzen dazwischen geschalteten Ablüftungszeit (nass-in-nass) einen konventionellen Lack auf wässriger Basis in einem zweiten Arbeitsschritt aufträgt, der keinerlei Haftungsadditiv enthält. Zusätzlich dazu, dass man eine sehr gute Haftung erreicht, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass nämlich in der zweiten Schicht zur Verringerung der Lösemittel-Emission ein Lack auf wässriger Basis verwendet wird. Auch lassen sich, da in der ersten Schicht ein konventioneller Grundlack verwendet worden ist, die Nachteile der Verwendung von Lacken auf wässriger Basis, wie beispielsweise Blasenbildung bei hohen Schichtdicken, auf ein Minimum herabsetzen.
Der auf die Grundlackschicht aufgebrachte Klarlack kann entsprechend der vorstehenden Beschreibung zum Härten des Grundlackes gehärtet werden. Beispielsweise kann das Härten bei Umgebungstemperatur im Verlaufe mehrerer Stunden erfolgen oder lässt sich bei Temperaturen von beispielsweise 40° bis 80°C und bevorzugt 40° bis 60°C z.B. innerhalb von 30 bis 80 min erzwingen. Mit dem bevorzugten Nass-in-nass-Auftrag des Klarlackes werden der Grundlack oder die zwei Grundlackschichten und Klarlack in einem gemeinsamen Schritt unter den vorgenannten Bedingungen getrocknet/gehärtet. Bei Verwendung von Bindemitteln, die mit Hilfe von Hochenergiestrahlung gehärtet werden können, wird der Klarlack mit Hilfe von UV-Strahlung gehärtet.
Bei Verwendung von Einschichtdecklacken erfolgt der Auftrag beispielsweise mit einer resultierenden Trockenschichtdicke von etwa 50 bis 70 μm. Wie vorstehend bereits ausgeführt, gilt dieses analog auch beim Auftragen eines Einschichtdecklackes. Die Härtungsbedingungen entsprechen denen des Härtens von Grundlack und/oder Klarlack. Der Auftrag kann vorteilhaft auch in zwei Schritten erfolgen, wie bereits erwähnt wurde, indem zu Beginn ein Auftrag eines einschichtigen Grundlackes mit Haftungsadditiv und ein anschließender Auftrag eines einschichtigen Decklackes ohne Haftungsadditiv erfolgen, wobei hierin auch die folgenden Kombinationen möglich sind: erster Decklack mit Haftungsadditiv auf Lösemittelbasis/zweiter Decklack ohne Haftungsadditiv auf Lösemittelbasis; erster Decklack mit Haftungsadditiv auf Lösemittelbasis/zweiter Decklack ohne Haftungsadditiv auf wässriger Basis sowie erster Decklack auf wässriger Basis mit Haftungsadditiv/zweiter Decklack ohne Haftungsadditiv auf wässriger Basis. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass zunächst ein Pigment enthaltender Decklack auf Lösemittelbasis mit Haftungsadditiv aufgebracht wird und anschließend ein Farblack ohne Haftungsadditiv auf wässriger Basis.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird speziell zum Beschichten von Polyolefin-Armaturen in Verbindung mit dem Lackieren von Fahrzeugen angewendet, wobei die Polyolefin-Armaturen bevorzugt solche sind, die aus Polypropylen und Polypropylen-Blends gefertigt sind. Das Verfahren kann in der Serienfahrzeuglackiererei sowie in der Fahrzeug-Reparaturlackiererei angewendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch zum Beschichten beliebiger weiterer Kunststoffsubstrate angewendet werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das konventionelle vorangehende Grundieren der Kunststoffmaterialien unter Verwendung von Haftungsförderern weggelassen werden kann und immer noch eine hervorragende Haftung einer Beschichtung auf dem Kunststoffsubstrat erzielt wird. Dieses wird erzielt, indem zunächst mit einem Grundlack oder einem Einschichtdecklack mit Haftungsadditiv beschichtet wird und anschließend eine Beschichtung mit einem konventionellen Grundlack oder einem Einschichtdecklack ohne Haftungsadditiv erfolgt und eine sehr gute Farbgenauigkeit der erhaltenen Lacke erzielt wird. Genauer wird dieses durch den Auftrag des konventionellen Grundlackes oder Einschichtdecklackes ohne Haftungsadditiv in nur einem Verfahrensschritt des Sprühens über dem zu Beginn aufgebrachten Grundlack oder Einschichtlack erreicht, die den Haftungsförderer enthalten. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Fahrzeug-Reparaturlackiererei, insofern das Verfahren angewendet werden kann, während gleichzeitig beispielsweise ein konventionelles Grundlack-Mischsystem benutzt wird, das mit dem Pigment für den Reparaturlack versehen ist. Es kann ein vorhandenes Mischsystem verwendet werden und das Haftungsadditiv gemäß der Erfindung wird als eine Komponente des Mischsystems bereitgestellt. Es ist daher nicht erforderlich, ein separates Mischsystem speziell für die Kunststoffbeschichtung bereitzustellen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele detaillierter beschrieben, worin "Gew.%" Gewichtsprozent bedeuten, "pbw" bedeutet Gewichtsteile.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
HERSTELLUNG EINES HAFTUNGSADDITIVS (KOMPONENTE B)
Es wurde ein Haftungsadditiv B) aus den folgenden Komponenten angesetzt:
1,7 Gew.% Ethylen/Vinylacetat-Copolymer (ELVAX^® 260)
5,5 Gew.% eines chlorierten Polyolefins (CPO 343-1, 40% in Xylol)
2,5 Gew.% chlorierter Kautschuk (Pergut^® S 10, 40% in Xylol)
51,5% Xylol
38,8% Butylacetat
BEISPIEL 2
HERSTELLUNG EINES GRUNDLACKES BL1, ERFINDUNGSGEMÄß MODIFIZIERT
Es wurden 60 pbw des vorstehend angesetzten Haftungsadditivs unter gleichzeitigem gründlichen Rühren in 100 pbw kommerziell verfügbarem Grundlack mit blauem Pigment auf Lösemittelbasis (Standox^®-Grundlack: Mischung 859 + Mischung 594, Mischverhältnis 1:1 auf Basis von Acrylatharzen und Celluloseacetatbutyrat) zugegeben.
BEISPIEL 3 (VERGLEICHSBEISPIEL)
HERSTELLUNG EINES VERGLEICHSGRUNDLACKES VBL 1 GEMÄß EP 689567
Es wurden 100 pbw einer Spachtelmasse, hergestellt aus einer 51%igen Lösung von Polyurethan-Elastomer (Uraflex XP 221), Titandioxid und einer 25%igen Lösung eines chlorierten Polyolefins (Eastman CP 343-1) (hergestellt gemäß EP 689567 ; Beispiel: Herstellung einer Paste mit hellem Pigment A1) zu 100 pbw des in Beispiel 2 verwendeten Standox^®-Grundlackes zugesetzt und gründlich gemischt.
BEISPIEL 4 (VERGLEICHSBEISPIEL)
HERSTELLUNG EINES VERGLEICHSGRUNDLACKES VBL 2 GEMÄß DE 4014212
Es wurden 10 pbw eines chlorierten Polyolefins (CPO 343-1, 40% in Xylol) und 50 pbw einer Grundlackverdünnung mit organischen Lösemitteln (Standox^® MSB-Verdünnung 15 bis 25) zu 100 pbw des in Beispiel 2 verwendeten Standox^®-Grundlackes zugegeben und gründlich gemischt.
BEISPIEL 5
ANWENDUNG
Aus PP/EPDM (Hifax^® SP 179) gefertigte Kunststoffsubstrate wurden zunächst bei 60°C für 60 min getempert und anschließend mit Standoflex^®-Verdünnung 11100 und mit Schleifkissen (grau) gereinigt. Sodann wurden mit Hilfe von Spritzpistolen auf die Kunststoffsubstrate in einem ersten Verfahrensschritt des Sprühens der Grundlack BL1 gemäß der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsgrundlacke VBL1 und VBL2 mit resultierenden Trockenschichtdicken von etwa 10 μm aufgetragen. Nach einer kurzen Ablüftungsdauer wurde der nicht modifizierte Grundlack (100 pbw Standox^®-Grundlack: Mischung 859 + Mischung 594, Mischverhältnis 1:1 + 60 pbw Grundlackverdünnung Standox^® MSB-Verdünnung 15–25) im jeweiligen Fall mit Hilfe von Spritzpistolen in einem zweiten Sprühschritt auf die auf diese Weise erhaltene ersten Grundlackschicht mit einer resultierenden Trockenschichtdicke von etwa 10 μm aufgetragen. Nach einer Ablüftungsdauer von 10 min bei Umgebungstemperatur wurde einer der entsprechenden kommerziell verfügbaren 2K-Klarlacke (Standocryl^® 2K-HS-Autolack in einem Volumenverhältnis von 2:1 mit Standox^® 2K-HS-Härter + 30 Gew.% Standox^® 2K-Elasticadditiv) mit Hilfe von Spritzpistolen mit einer resultierenden Trockenschichtdicke von etwa 50 μm aufgetragen. Nach einer Ablüftungsdauer von 10 min bei Umgebungstemperatur erfolgte das Härten bei 60°C für 30 min.
Die Ergebnisse der Lacktests sind in den folgenden Tabellen zusammengestellt:
Tabelle 1
Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass der erfindungsgemäße Grundlack die geringste Kriechkorrosion an der Kante hat und daher die beste Haftung und die beste Wärmebeständigkeit im Vergleich zu den Vergleichsgrundlacken VBL1 und VBL2 bekannter Ausführung.
Tabelle 2
Die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass der erfindungsgemäße Grundlack in jedem Fall auf den verschiedenen Kunststoffsubstraten zu besseren Haftungsergebnissen führt und genauer ohne zusätzliche Belastung und nach verschiedenen Belastungstests.

ABS-Acrylnitril/Butadien/Styrol
PP/EPDM-Blend aus Polypropylen und Ethylen/Propylen/Dien-Copolymer.

PRÜFMETHODEN

MB (Mercedes-Benz) Depreservationsversuch

Die lackierten Kunststoffteile wurden mit Hilfe eines Kreuzgitterschnittes leicht eingeritzt und die Ritzspitze sodann in einem Abstand von 10 cm und einem Winkel von 90° mit Wasser bei 40°C, 60°C und 80°C bei einem Druck von 75 Bar für 60 Sekunden bestrahlt. Die Kriechkorrosion am Schnitt wird in mm als Maß für die Haftung angegeben.
Kreuzgitterschnitt:

siehe hierzu den Standard DIN EN ISO 2409, 2mm Schnittabstand mit Tesa-Abzug, unbelastet 0: sehr gut, 5: sehr schlecht; siehe die Vergleichstabelle beim Dornbiegeversuch:
siehe hierzu den Standard DIN EN ISO 1519, Zylinder mit einem Durchmesser von 60 mm, Umgebungstemperatur,
Dampfstrahlversuch: siehe hierzu DBL 5412, t = 30 s, Abstand = 10 cm
DBL = Daimler Benz Liefervorschrift

Kondenswasserversuch im gleichbleibenden Klima:

siehe hierzu DIN 50017

Bewertung der Blasenbildung:

siehe hierzu DIN 53209
m = Menge der Blasenbildung, g = Größe der Blasen; Vergleichsbilder siehe im Standard.

Claims

Verfahren zum Lackieren von Kunststoffsubstraten, umfassend die Schritte: 1. Auftragen einer Pigment enthaltenden Lackschicht, bestehend aus farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung, direkt auf das Kunststoffsubstrat und 2. Härten der auf diese Weise erhaltenen Pigment enthaltenden Lackschicht, wobei die aufgetragene farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung aufweist: A) 30% bis 90 Gew.% einer konventionellen farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung, aufweisend: Aa) mindestens ein Bindemittel Ab) mindestens ein Farb- und/oder Effektpigment Ac) mindestens ein organisches Lösemittel und/oder Wasser und Ad) wahlweise konventionelle Lackadditive sowie B) 10% bis 70 Gew.% einer die Haftung fördernden Zusammensetzung, aufweisend: Ba) mindestens ein Ethyl/Vinylacetat-Copolymer Bb) mindestens einen chlorierten Kautschuk Bc) mindestens ein chloriertes Polyolefin und Bd) wahlweise organische Lösemittel und/oder Wasser sowie Lackadditive, wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: 1. Auftragen einer Grundlackschicht, bestehend aus einem farb- und/oder effektvermittelnden Grundlack, direkt auf das Kunststoffsubstrat, 2. Abdampfen und/oder Härten der auf diese Weise erhaltenen Grundlackschicht, 3. Auftragen einer Klarlackschicht, bestehend aus einem transparenten Klarlack, auf die erhaltene Grundlackschicht, 4. Härten der erhaltenen Klarlackschicht wahlweise gemeinsam mit dem Grundlack, wobei der aufgetragene farb- und/oder effektvermittelnde Grundlack aufweist: A) 30% bis 90 Gew.% einer konventionellen Grundlackzusammensetzung, aufweisend: Aa) mindestens ein Bindemittel Ab) mindestens ein Farb- und/oder Effektpigment Ac) mindestens ein organisches Lösemittel und/oder Wasser und Ad) wahlweise konventionelle Lackadditive sowie B) 10% bis 70 Gew.% der die Haftung fördernden Zusammensetzung B) wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: 1. Auftragen einer Pigment enthaltenden einschichtigen Decklackschicht, bestehend aus einer farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung, direkt auf das Kunststoffsubstrat, und 2. Härten der Decklackschicht, die auf diese Weise erhalten wurde, wobei die aufgetragene farb- und/oder effektvermittelnde Schicht eines Einschichtdecklackes aufweist: A) 30% bis 90% einer konventionellen Zusammensetzung eines Einschichtdecklackes, aufweisend: Aa) mindestens ein Bindemittel Ab) mindestens ein Farb- und/oder Effektpigment Ac) mindestens ein organisches Lösemittel und/oder Wasser und Ad) wahlweise konventionelle Lackadditive und B) 10% bis 70 Gew.% der die Haftung fördernden Zusammensetzung B) wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die farb- und effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung 35% bis 80 Gew.% der konventionellen farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung A) aufweist und 20% bis 65 Gew.% der Haftung fördernden Zusammensetzung B), wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die farb- und effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung 40% bis 70 Gew.% der konventionellen farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung in der Konstitution von A) aufweist und 30% bis 60 Gew.% der Haftung fördernden Zusammensetzung B), wobei die Summe der Anteile der Komponenten A) und B) 100 Gew.% ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Haftung fördernde Zusammensetzung B) aufweist: Ba) 1,0% bis 10,0 Gew.% mindestens eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymers Bb) 0,5% bis 10,0 Gew.% mindestens eines chlorierten Kautschukes Bc) 1,0% bis 10,0 Gew.% mindestens eines chlorierten Polyolefins und Bd) 70,0% bis 97,5 Gew.% eines organischen Lösemittels und wahlweise konventionelle Lackadditive, wobei die Summe der Anteile der Komponenten Ba) bis Bd) 100 Gew.% ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auftragens der Pigment enthaltenden Lackschicht, die aus einer farb- und/oder effektvermittelnden Beschichtungszusammensetzung besteht, derart ausgeführt wird, dass eine farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung, die die Haftung fördernde Zusammensetzung B) enthält, direkt auf das Kunststoffsubstrat aufgetragen wird, und darauf eine farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung, die nicht die Haftung fördernde Zusammensetzung B) enthält, aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung eine Beschichtungszusammensetzung auf Lösemittelbasis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die farb- und/oder effektvermittelnde Beschichtungszusammensetzung eine Beschichtungszusammensetzung auf wässriger Basis ist.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Lackieren von Kunststoffen in der Fahrzeuglackierung.
Kunststoffsubstrat, beschichtet mit dem Verfahren nach Anspruch 1.