DE10242177A1

DE10242177A1 - Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats

Info

Publication number: DE10242177A1
Application number: DE2002142177
Authority: DE
Inventors: Klaus Rieck; Klaus-Peter Herold
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats, bei dem zunächst wenigstens eine erste Lackschicht (14) auf das Substrat aufgebracht wird, dann eine hochenergetische Oberflächenaktivierung der mindestens einen ersten Lackschicht (14) erfolgt und danach wenigstens eine zweite Schicht (16) auf die oberflächenaktivierte wenigstens eine erste Lackschicht aufgebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht insbesondere eine Korona-Behandlung zur Oberflächenaktivierung vor, wodurch auf einer bereits ausreagierten gegebenenfalls mehrschichtigen Lackierung eine weitere Schicht (16) z. B. mit hoher Kratzfestigkeit aufgebracht werden kann, wobei die Haftung auf der ersten Schicht (14) ausreichend und daher dauerhaft ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Folienoberflächen einer energiereichen Behandlung, insbesondere einer Koronabehandlung, zu unterziehen, um beispielsweise Kunststofffolien benetzbar beziehungsweise bedruckbar zu machen. Dabei erhöht sich die Oberflächenenergie der Folie, so dass die aufzubringende Druckfarbe auf dieser besser haftet. Eine solche Koronavorbehandlung von Kunststofffolien wird beispielsweise in der Drucktechnik angewandt, wobei die Folien über eine Umlenkwalze geführt werden, an deren Außenseite sich Elektroden befinden. Ein solches Verfahren zur Korona-Behandlung von Folien ist in der DE 195 31 898 A1 beschrieben.
Die DE 2 755 189 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung geschlossener und fest haftender Lackschichten auf diversen Substratoberflächen, unter anderem auf bedruckten oder unbedruckten Metalloberflächen, bei dem man die zu beschichtenden Oberflächen vor dem Lackauftrag einer mindestens einmaligen Korona-Entladung aussetzt. Durch die Koronabehandlung soll die Haftung der Lackschicht auf der Metalloberfläche des Substrats verbessert werden. Die Koronabehandlung erfolgt jedoch bei diesem bekannten Verfahren bei einer unbeschichteten Metalloberfläche, auf die dann anschließend ein Lack aufgetragen wird.
Die DE 20 17 906 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren, bei dem beispielsweise zunächst unbeschichtete Stahlbleche einer Korona-Entladung ausgesetzt werden und danach eine Beschichtung mit einem Kunststoff, zum Beispiel Polyethylen erfolgt. Dabei werden der Metallbestandteil und der Kunststoffbestandteil in engen Kontakt gebracht durch druckerzeugende Mittel und das Zusammenpressen erfolgt bei einer Temperatur, bei der das Polyethylen erweicht.
Die DE 35 35 696 C2 beschreibt ein Verfahren zur partiellen Beschichtung von Kunststoffteilen aus unpolaren Kunststoffen, bei denen vorbestimmte Oberflächenbereiche mit einer elektrischen Korona-Entladung behandelt werden und die Oberfläche des Kunststoffteils anschließend beschichtet wird. Das Verfahren wird insbesondere angewandt für die partielle Beschichtung von Kunststoffteilen mit einer Farbschicht oder einer Aufschäummasse.
Die DE 197 32 901 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur Korona-Behandlung der Oberfläche eines Substrats. In der Druckschrift wird erwähnt, dass als zu behandelnde Oberfläche auch bereits lackierte oder beschichtete Oberflächen in Betracht kommen. In der Druckschrift finden sich jedoch keine Ausführungen über die weitere Behandlung eines solchen beschichteten Substrats nach der Korona-Behandlung.
Die Aufbringung weiterer Beschichtungen auf bereits lackierte Substratoberflächen, beispielsweise lackierte und endvernetzte Oberflächen von Karosserien in der Automobilindustrie ist problematisch, da die Haftungsbedingungen auf diesen meist mehrschichtig aufgebauten mehrkomponentigen und auf Stahlblech ausreagierten Lackschichten sehr ungünstig sind. Die Gründe für diese mangelnde Haftung sind komplex und bis heute teilweise unbekannt. Unter anderem verhindern an die Oberfläche der Beschichtung getretene Additive der Lackschichten eine gute Vernetzung von insbesondere dünnen Folgeschichten. Bei der Nachbeschichtung von insbesondere endlackierten Karosserien oder Karosseriebauteilen von Automobilen zum Beispiel mit Schichten, die eine erhöhte Kratzfestigkeit aufweisen, wurden bisher nicht reproduzierbare statistisch weit gestreute Haftungswerte zwischen den Lackschichten und der darauf aufgebrachten kratzfesten Beschichtung ermittelt. Grundsätzlich käme hier zwar eine Plasmabehandlung in Betracht, um eine ausreichende Haftung zwischen den Schichten zu erzielen. Da eine solche Plasmabehandlung jedoch in einer Vakuumkammer erfolgt, ist dies bei größeren Karosserieteilen beziehungsweise ganzen Karosserien technisch kaum praktikabel beziehungsweise aus Kostengründen nicht vertretbar. Eine andere Methode, die bei Reparaturmaßnahmen praktiziert wird, besteht darin, dass die bereits vorhandenen Lackschichten auf der Substratoberfläche angeschliffen werden. Hier liegt jedoch der Nachteil darin, dass insbesondere bei der Aufbringung einer Beschichtung mit erhöhter Kratzfestigkeit, die häufig nur eine vergleichsweise geringe Schichtdicke aufweist, die beim Anschleifen der vorhandenen Lackschichten entstehenden Riefen von der anschließenden Kratzfestbeschichtung nicht ausgefüllt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats, auf welches bereits wenigstens eine erste Lackschicht aufgebracht wurde, zur Verfügung zu stellen, welches die Aufbringung wenigstens einer zweiten Schicht mit ausreichender und dauerhafter Haftung auf der ersten Schicht ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach dem Aufbringen der wenigstens einen ersten Lackschicht auf das Substrat eine hochenergetische Oberflächenaktivierung dieser mindestens einen ersten Lackschicht erfolgt und danach wenigstens eine zweite Schicht auf die oberflächenaktivierte wenigstens eine erste Lackschicht aufgebracht wird. Vorzugsweise umfasst diese hochenergetische Oberflächenaktivierung wenigstens eine Korona-Behandlung. Diese Korona-Behandlung erfolgt weiterhin vorzugsweise mittels wenigstens einer freistrahlenden Elektrode, das heißt, dass die Substratoberfläche, die mindestens teilweise elektrisch leitend ist, als Gegenelektrode dient. Bei der erfindungsgemäßen Korona-Behandlung kann man bei Verwendung einer solchen freistrahlenden Elektrode beispielsweise diese in einen Abstand von zwischen etwa 1 cm und etwa 4 cm zu der zu aktivierenden Oberfläche bringen. Bei dieser Koronaaktivierung arbeitet man im Gegensatz zu der zuvor erwähnten Plasmabeschichtung bei Umgebungsdruck. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren apparativ wesentlich weniger aufwändig. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren großserientauglich beispielsweise für die Behandlung von Karosserieteilen oder Karosserien in der Automobilindustrie ist, wobei es insbesondere zur Behandlung der Oberfläche von großen Bauteilen wie Karosserien oder auch zur partiellen Beschichtungsvorbehandlung von lackierten Karosserieteilen in besonders vorteilhafterweise eingesetzt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße hochenergetische Oberflächenaktivierung einer bereits beschichteten Oberfläche die die Haftung der aufzubringenden Folgeschicht negativ beeinflussende Faktoren überwunden werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die auf die bereits beschichtete Oberfläche aufzubringende wenigstens eine zweite Schicht eine Schicht mit hoher Kratzfestigkeit. Die wenigstens eine zweite Schicht kann auch eine schmutzabweisende Schicht sein, beispielsweise eine fluorierte Schicht. Die wenigstens eine zweite Schicht im Sinne der Erfindung kann aber auch eine farbige Lackschicht oder eine Klarlackschicht sein.
Wenn es sich bei der wenigstens einen zweiten Schicht, die nach der Korona-Behandlung aufgebracht wird, um eine Schicht mit hoher Kratzfestigkeit handelt, dann sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schichten bevorzugt, die nanoskalige Partikel enthalten. Diese zur Erhöhung der Kratzfestigkeit dienenden anorganischen und/oder organischen nanoskaligen Partikel können gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungemäßen Verfahrens in einem Verfahren umfassend einen Sol-Gel-Prozess hergestellt werden.
Die erfindungsgemäß aufzubringende wenigstens eine zweite Schicht hat vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von etwa 3 μm bis etwa 5 μm.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient vorzugsweise zur Beschichtung der Oberfläche von Karosseriebauteilen oder Karosserien in der Automobilindustrie, insbesondere solcher Karosserien oder Karosseriebauteile, die bereits eine gegebenenfalls mehrschichtige ausreagierte, insbesondere endvernetzte Endlackierung erhalten haben, auf die dann eine weitere Beschichtung aufzubringen ist, die der Oberfläche besondere zusätzliche Eigenschaften verleiht. Dies kann zum Beispiel auch die Aufbringung einer Effektbeschichtung sein, die luftzerstäubend auf eine lackierte Oberfläche eines Automobilteils aufgebracht wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Karosserie beziehungsweise ein Karosseriebauteil umfassend wenigstens teilweise Abschnitte aus Metallblech mit einer eine Beschichtung aufweisenden Oberfläche, insbesondere einer eine Lackschicht aufweisenden Oberfläche, bei dem die Beschichtung nach einem Verfahren mit den zuvor genannten Merkmalen aufgebracht wurde.
Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wir die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 einen Schnitt durch ein lackiertes Blech eines Karosserieteils vor der Aufbringung der wenigstens einen zweiten Schicht;
2 einen entsprechenden Schnitt durch das Blech des Karosserieteils nach der erfindungsgemäßen Korona-Behandlung und Aufbringung der Folgeschicht.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Karosserieblech 10 einer Karosserie oder eines Karosseriebauteils eines Automobils, welches bereits eine abschließende hier mehrschichtige Lackierung erhalten hat. Dabei ist zunächst auf das Karosserieblech 10 eine durch kathodische Tauchlackierung erhaltene Korrosionsschutzschicht 11 aufgebracht. Auf diese KTL-Schicht 11 wurde eine Füllerschicht 12 aufgebracht. Darauf befindet sich eine zweischichtige Lackierung bestehend aus einem auf die Füllerschicht 12 aufgetragenen Basislack 13, der ein farbgebender Lack sein kann und einer auf die Basislackschicht 13 aufgebrachten Klarlackschicht 14. Diese auf das Karosserieblech 10 aufgebrachten Lackschichten 11, 12, 13, 14 sind ausgehärtet (ausreagiert). Somit liegt eine endvernetzte lackierte Oberfläche vor, deren weitere Beschichtung aufgrund mangelnder Haftung in der Regel nicht ohne weiteres möglich ist. Die vorliegende Erfindung schlägt nun vor, eine hochenergetische Oberflächenaktivierung dieser Oberfläche durch wenigstens eine Korona-Behandlung vorzunehmen, wodurch eine Polarisierung der Lackschichten erzielt wird. Die Korona-Behandlung kann mit einer freistrahlenden Elektrode (nicht dargestellt) erfolgen, so dass das mit der mehrschichtigen Lackschicht versehene Karosserieblech 10 die Funktion der Gegenelektrode hat. In der Zeichnung gemäß 1 ist die Korona-Behandlung der Oberfläche durch die eingezeichneten Blitze 15 nur schematisch angedeutet.
Nachfolgend wird nun auf 2 Bezug genommen. Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, nach der zuvor beschriebenen hochenergetischen Oberflächenaktivierung mittels der Korona-Behandlung 15 eine weitere Beschichtung 16 auf die bereits ausgehärtete Klarlackschicht 14 aufzubringen. Bei dieser weiteren Beschichtung 16 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Beschichtung mit einer erhöhten Kratzfestigkeit. Dazu werden beispielsweise in einem Sol-Gel-Prozess anorganische und/oder organische nanoskalige Partikel erzeugt, die in der Regel in ein Trägermaterial, welches beispielsweise ein organisches Polymer sein kann, eingebettet werden, wobei die Aufbringung dieser nanoskalige Partikel enthaltenden Schicht mit erhöhter Kratzfestigkeit zum Beispiel durch Luftzerstäuben oder auch andere geeignete Methoden erfolgen kann. Es wird so eine anorganisch-organische Nanomerbeschichtung mit einer kratzfesten Gradientenschicht 16 erhalten, die eine relativ dünne Schichtdicke beispielsweise im Bereich von etwa 3 μm bis etwa 5 μm aufweisen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch die vorherige Korona-Behandlung eine gute Haftung der kratzfesten Schicht 16 auf der ausgehärteten Klarlackschicht 14 erzielt wird, auch ohne dass ein Anschleifen der lackierten Oberfläche erfolgt.

10: Karosserieblech
11: Korrosionsschutzschicht (KTL-Schicht)
12: Füllerschicht
13: Basislackschicht
14: Klarlackschicht
15: Korona-Behandlung
16: weitere Beschichtung bzw. zweite Schicht

Claims

Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats, bei dem zunächst wenigstens eine erste Lackschicht (11, 12, 13, 14) auf das Substrat aufgebracht wird, dann eine hochenergetische Oberflächenaktivierung der mindestens einen ersten Lackschicht erfolgt und danach wenigstens eine zweite Schicht (16) auf die oberflächenaktivierte wenigstens eine erste Lackschicht aufgebracht wird.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hochenergetische Oberflächenaktivierung wenigstens eine Korona-Behandlung (15) umfasst.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korona-Behandlung (15) mittels wenigstens einer freistrahlenden Elektrode erfolgt.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korona-Behandlung (15) mittels wenigstens einer freistrahlenden Elektrode erfolgt, die sich in einem Abstand von zwischen etwa 1 cm und etwa 4 cm zu der zu aktivierenden Oberfläche befindet.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) eine Schicht mit hoher Kratzfestigkeit ist.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) eine schmutzabweisende Schicht ist.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) eine fluorierte Schicht ist.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) eine farbige Lackschicht oder eine Klarlackschicht ist.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) nanoskalige Partikel enthält.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) eine Schichtdicke im Bereich von etwa 3 μm bis etwa 5 μm aufweist.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) eine Schicht mit erhöhter Kratzfestigkeit ist, die anorganische und/oder organische nanoskalige Partikel enthält.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Schicht (16) nanoskalige Partikel enthält, die in einem Verfahren umfassend einen Sol-Gel-Prozess hergestellt wurden.
Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zur Beschichtung von Karosseriebauteilen oder Karosserien in der Automobilindustrie dient.
Karosserie beziehungsweise Karosseriebauteil umfassend wenigstens teilweise Abschnitte aus Metallblech mit einer eine Beschichtung aufweisenden Oberfläche, insbesondere einer eine Lackschicht aufweisenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgebracht wurde.