DE19623962C2

DE19623962C2 - Elektrotauchlack für metallische Schüttgüter

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Publication number: DE19623962C2
Application number: DE1996123962
Authority: DE
Original assignee: Ewald Doerken AG
Current assignee: Ewald Doerken AG
Priority date: 1996-06-15
Filing date: 1996-06-15
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2016-06-16
Also published as: DE19623962C5; DE19655362B4; DE19623962A1

Description

Elektrotauchlacke werden in der industriellen Beschich tungstechnik dort eingesetzt, wo metallisch leitfähige Substrate in hohen Stückzahlen lackiert werden. Das Verfahren beruht darauf, daß in einem Lackbecken die als Anode- bzw. Kathode geschalteten Werkstücke mit Lack beaufschlagt werden. Am Werkstück findet hierbei eine Neutralisation des in Lösung befindlichen Lack systems und ein Niederschlag auf der Elektrode statt.

Das Verfahren bewährt sich insbesondere zur Beschich tung von Metallartikeln in hohen Stückzahlen. Durch die elektrische Abscheidung können dünne porenfreie Schichten erzielt werden.

Neben den bekannten Anwendungen in der Beschichtung von Automobilkarossen sind eine Reihe von Beschich tungen bekannt, die zur Oberflächenveredlung von industriellen Gütern dienen. Beispiele hierfür sind Stahlfelgen, Radiatoren, Hausgeräte und viele andere mehr.

Üblicherweise werden die Teile in automatischen Anla gen in einer Aufhängung, die die Kontaktierung mit der elektrischen Spannung sicherstellt, dem Lackierbecken zugeführt.

Nach der Abscheidung passieren die abgeschiedenen Lack filme einen Einbrennofen, in dem der abgeschiedene flüssige Film zu festen, duroplastischen Filmen vernetzt wird.

Die eingesetzten Lacke bestehen grundsätzlich, wie alle Lackmaterialien, aus Bindemitteln, Pigmenten, Füll stoffen, Additiven und geringen Mengen Lösemitteln sowie als Lösemittel Wasser und Neutralisationsmittel.

Von entscheidender Bedeutung sind normalerweise die Bindemittel. Diese bestimmen in ihrer Zusammensetzung Abscheidung, Umgriff, Spannungsstabilität, Korrosions schutz, Vernetzung etc. Man unterscheidet nach Abscheidung des Lackes an der Anode anodische Tauchlacke (ATL) und an der Kathode kathodische Tauchlacke (KTL). Die Löslichkeit in Wasser wird bei den Bindemitteln üblicherweise z. B. durch Verwendung von Caboxylgruppen (ATL) oder Aminogruppen (KTL) sichergestellt. Da die Abscheidung mit Hilfe des elektrischen Spannungsfeldes sichergestellt wird, genügen geringe Konzentrationen bzw. Lackfestkörper. Bei der Verabscheidung verarmt die Umgebung der Elektrode an Lack, die Nachlieferung des Lackmaterials aus dem wässerigen Tauchbecken er folgt durch Diffusion. Entsprechend dem verbrauchten Lackmaterial wird durch Nachfüllware der Badfestkörper auf konstantem Niveau gehalten. Die neben den Binde mitteln verwendeten Lackbestandteile Pigmente, Füll stoffe und Additive haben ähnliche Bedeutung wie in allen anderen Lackanwendungen, wobei insbesondere die Verwendung von Füllstoffen in Elektrotauchlackanwen dungen nur in geringem Umfang verwirklicht wird, da die Eigenschaften des Lackfilms im wesentlichen durch die Eigenschaften des verwendeten Bindemittels im Hinblick auf physikalisch-technologische Werte und das Verhalten bei der Abscheidung dargestellt werden.

Da im Allgemeinen dünne Lackfilme mit Schichtdicken von 35 µm und weniger aufgebracht werden, und üblicherweise zur Erzielung gleichmäßiger dünner Schichten geringe Badfestkörper verwendet werden, verbietet sich die Verwendung von großen Füllstoffmengen. Der Stand der Technik mit der Verwendung großer Badvolumina, geringer Festkörper und Spezifikationen, die insbesondere durch bestimmte Bindemittelkombinationen erzielbar werden, verbietet die Verwendung von größeren Mengen Füllstoff im Lack, da hierdurch z. B. das Absetzverhalten des verdünnten Badansatzes negativ beeinflusst würde.

Aus der DE 39 38 883 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten elektrisch leitfähiger Substrate sowie ein katodisch abscheidbarer wässriger Tauchlack bekannt. Es wird dabei wässriger Tauchlack eingesetzt, der 1 bis 15 Gew.-% Ruß und/oder Graphit und bis zu 12 Gew.-% Zinkpulver oder Zink-Flakes enthält, wobei die Gew.-% Angaben auf die im Elektrotauchlack enthaltene Gesamtmenge an Bindemittel und Vernetzungsmittel bezogen ist.

Hierdurch wird ein Verfahren bzw. eine Lackierung zur Verfügung gestellt, die auch ohne oder mit vermindertem Einsatz von blei- und/oder chromhaltigen Pigmenten einen guten Korrosionsschutz bietet.

Bei einem solchen Verfahren, bzw. bei einem solchen Elektrotauchlack wird wiederum Bindemittel und Vernetzungsmittel in einem Gesamtanteil in der Größenordnung von 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht eingesetzt.

Aus der DE 39 42 766 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten elektrisch leitfähiger Substrate sowie ein entsprechender wässeriger Lack und eine Verwendung eines derartigen Lackes angegeben. Es wird dort auch die Verwendung einer Pigmentpaste angegeben, die neben den Pigmenten auch noch Füllstoffe und Netzmittel enthalten kann. Ein solcher Tauchlack ist beispielsweise zur Beschichtung von Automobilteilen oder dergleichen geeignet und bestimmt, wobei insbesondere eine hohe Steinschlagfestigkeit erreicht wird. Diese Wirkung tritt aber erst nach dem Aushärten der Beschichtung auf, so dass bei der Beschichtung von Kleinteilen dennoch ein Klebeeffekt der beschichteten Teile aneinander resultiert sowie auch Schäden an einer entsprechenden Beschichtungsvorrichtung selbst, wobei auch beim Überrollen der Teile Beschädigungen der Beschichtung vorkommen. Zudem können die beschichteten Teile im Aushärteofen aneinander kleben.

Die Verwendung des Elektrotauchlackverfahrens für Kleinteil (metallische Schüttgüter) verbietet sich in der industriellen Praxis dadurch, dass der Aufwand zur Aufhängung (elektrische Kontaktierung) der Kleinteile in keinem Verhältnis zu den dadurch entstehenden Kosten pro Teil steht. Aus diesem Grunde hat die Beschichtung von Kleinteilen erst zögernd Einzug in die industrielle Lackiertechnik gefunden.

Es sind Verfahren bekannt, mit denen Kleinteile im Durchlaufverfahren beschichtet werden, z. B. das der archimedischen Schraube, in der eine kontinuierliche Beschichtung im Elektrotauchlackverfahren von Kleinteilen möglich ist. Die Teile werden nicht einzeln aufgehängt, sondern in einem Schneckenförderer durch das Lackbecken geführt. Eine derartige Vorrichtung ist in der EP 0 627 022 B1 beschrieben.

Der elektrische Kontakt wird hier durch einzelne elektri sche Kontakte und die gegenseitige Kontaktierung der Teile in der Schüttung durchgeführt. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist die Möglichkeit, in kurzen Zeit räumen große Mengen von Kleinteilen kontinuierlich zu beschichten. Im Anschluß an die kontinuierliche Teil beschichtung werden die Teile als Schüttgut in einem Durchlaufofen, auf einem Ofenband aufgeschüttet, der Einbrennung und Aushärtung des Lackfilmes zugeführt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß so wohl im Durchlaufautomaten als auch im Einbrennofen die Teile gegenseitig kontaktieren und durch die Über wälzung der Teile und den gegenseitigen Kontakt von Lackfilm gegen Lackfilm sowohl Beschädigungen der Lack filme, als auch beim Einbrennen ein Verkleben der Lack filme beim Viskositätsabfall während des Einbrennprozesses und anschließende Fixierung durch die Ver netzung auftreten. Eine breite Verwendung dieses Ver fahrens ist daher nur möglich, wenn der Anteil der Be schädigungen des abgeschiedenen Lackfilms sowie der Beschädigungen und Verklebungen während des Einbrennens minimiert werden.

Um dieses zu erreichen, schlägt die Erfindung die in den Patentansprüchen angegebene Lösung vor. Es zeigt sich, daß entgegen dem Stand der Technik die Verwendung von größeren Mengen Füllstoffen in den einge setzten Elektrotauchlacken die oben beschriebenen Be schädigungen der Lackfilme deutlich auf ein tolerier bares Maß herabsenken.

Den gewünschten Effekt ergeben Füllstoffe mit mittleren Korngrößen von 0,2-2 µm, vorzugsweise 0,3-0,7 µm, entsprechend 1-20%, vorzugsweise 2-10% der Schichtdicken des abzuscheidenden Films, die Dichten der Füllstoffe liegen zwischen 1,5 und 4,5 entsprechend vorzugsweise 1,6-3,5 g/cm³.

Ebenso beeinflußt die Art des Füllstoffes ganz wesent lich den positiven Effekt als sogenannter Abstandhalter sowie das Verhalten im Absetzen im Lackbecken. Es wurde festgestellt, daß insbesondere die Verwendung von struk turbildenden Füllstoffen, z. B. von Aluminiumsilikaten, Magnesiumsilikaten unterschiedlicher chemischer Struktur sowie Siliziumdioxid und Kaolin, einzeln oder in Kombination, in bestimmten Korngrößenverteilungen, wie oben beschrieben, deutliche Verbesserungen in Oberflächenbeschädigungen bzw. -verklebungen ergibt.

Die beschriebenen unverdünnten Lackmaterialien beim Einsatz als 1K-System weisen Festkörper von 40- 80%, vorzugsweise 50-75% auf und werden für die Verarbeitung mit Wasser auf Verarbeitungsfestkörper von 8-25%, vorzugsweise 10-20%, verdünnt (alle % Angaben in Gewichtsprozent).

Ganz wesentlich ist die Menge des eingesetzten Füll stoffs. Bezogen auf die beschriebenen unverdünnten Lackmaterialien werden üblicherweise entsprechend dem Stand der Technik, maximal 10% Füllstoff und weniger eingesetzt.

Die erfindungsgemäßen Mengen Füllstoff sind 10 bis 25%, im unverdünnten Lack vorzugsweise 15-23%.

Als weiteres Maß für die Höhe des Füllgrades im unver dünnten Lackmaterial dient die Pigmentvolumenkonzentration PVK. Die üblichen, dem Stand der Technik entsprechenden PVK sind < 10.

Die erfindungsgemäß verwendeten Pigment-Volumen-Konzen trationen liegen zwischen 10,0 und 40, vorzugsweise zwischen 12-35.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen typischen Rezepturen, die dem Stand der Technik entsprechen. Beispiel 1: Eine anodische Tauchlackrezeptur und Beispiel 2: eine kathodische Tauchlackrezeptur.

Beispiele 3 und 4 zeigen entsprechende Rezepturen für anodische und kathodische Abscheidung mit Bindemittel- Füllstoff-Verhältnissen wie sie der Erfindung entsprechen, in denen beschädigungsarme schwarze Elektro lackierungen von Kleinteilen durchgeführt wurden.

Beispiel 1

53,0% Resydrol SWY

326

20,0% Cymel

1130

5,5% Amin-Lösung
8,0% Iso-Butanol
5,0% Talkum
2,0% Farbruss
6,5% Wasser
PVK = 5,0

Beispiel 2

46,5% E45K Luhydran
10,0% Cymel

1130

8,0% Iso-Butanol
1,2% Essigsäure
5,0% Talkum
2,0% Iso-Decanol
25,3% Wasser
2,0% Farbruss
PKV = 7,1

Beispiel 3

43,5% Resydrol SWY

326

12,0% Cymel

1130

5,5% Amin-Lösung
8,0% Iso-Butanol
2,0% Farbruss
15,0% ASP

600

7,5% mod. synth. Wachs
6,5% Wasser
PVK = 13,1

Beispiel 4

32,3% E45K
7,0% Cymel

1130

8,0% Iso-Butanol
1,2% Essigsäure
2,0% Farbruss
15,0% ASP

600

7,5% mod. synth. Wachs
27,0% Wasser
PVK = 18,5

Dabei bedeuten:

Bindemittel

Resydrol SWY

326

: Acrylharz
Luhydran E 45 K: Kondensationsprodukt aus Expoxidharz und alipha tischem Amin

Härter

Cymel

1130

: Methylierter, butylierter Melamin-Formaldehyd Vernetzer

Neutralisationsmittel

Amin-Lösung: 2-Dimethylamino-Ethanol
Essigsäure: CH₃

COOH

Pigment (Farbgebung)

Farbruß: Kohlenstoff, armoph
Füllstoff:
Talkum: Magnesiumsilikathydrat
ASP

600

: Aluminim-Hydro-Silikat
Mod. synthetischer Wachs: Polyethylen /halogenierter Kohlen wasserstoff

Lösemittel

Iso-Butanol: 2-Methylpropanol-1
Iso-Decanol: Isomergemisch aus C10H210H
Wasser: H₂

O.

Beim Einsatz von 2-Komponenten-Systemen aus Bindemittel und Pigmentpaste, wie z. B. bei KTL-Systemen eingesetzt, wird der Füllstoff vorzugsweise in der sogenannten Pigmentpaste eingesetzt. Bezogen auf den Festkörper der Mischung werden die gleichen Füllstoffkonzentrationen verwendet wie sie oben beschrieben sind.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Elektro tauchlackes sind, daß die Füllstoffzugabe den Klebeeffekt der zu beschichtenden Teile aneinander vermindert und auch Schäden in der Beschichtungsvorrichtungs, insbesondere Trommel etc. weitgehend mindert.

Zudem wird das Aneinanderkleben der beschichteten Teile im Aushärteofen weitgehend unterbunden. Auch mechanische Beschädigungen der beschichteten Teile durch Überrollen oder dergleichen in der Trommel werden durch den hohen Füllstoffanteil vermieden.

Claims

1. Elektrotauchlack zur Beschichtung von metallischen, elektrisch leitfähigen Substraten, bestehend aus Bindemitteln, Pigmenten, Füllstoffen, Additiven und geringen Mengen Lösemittel sowie als Lösemittel Wasser und Neutralisationsmittel, wobei der unverdünnte Lack beim Einsatz als Einkomponentensystem Festkörper in der Größenordnung von 40 bis 80 Gew.-% aufweist und mit Wasser auf Verarbeitungsfestkörper von 8 bis 25 Gew.-% verdünnt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoff in einer Menge von 10 bis 25 Gew.-% im unverdünnten Lack enthalten ist.

2. Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoff in einer Menge von 15 bis 23 Gew.-% enthalten ist.

3. Elektrotauchlack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff strukturbildende Füllstoffe eingesetzt sind.

4. Elektrotauchlack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als strukturbildende Füllstoffe Aluminiumsilikate und/oder Magnesiumsilikate unterschiedlicher chemischer Struktur, Siliziumdioxid und Kaolin, einzeln oder in Kombination eingesetzt sind.

5. Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffe mit einer mittleren Korngröße von 0,2 bis 2 µm eingesetzt sind.

6. Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffe mit einer mittleren Korngröße von 0,3 bis 0,7 µm eingesetzt sind.

7. Elektrotauchlack nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der Füllstoffe 1 bis 20% der Schichtdicke des abzuscheidenden Lackfilms entspricht.

8. Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der Füllstoffe 2 bis 10% der Schichtdicke des abzuscheidenden Lackfilms entspricht.

9. Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Füllstoffe zwischen 1,5 und 4,5 g/cm³ liegt.

10. Elektrotauchlack nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Füllstoffe zwischen 1,6 und 3,5 g/cm³ liegt.

11. Elektrotauchlack nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentvolumenkonzentration zwischen 10 bis 40 Vol% liegt.

12. Elektrotauchlack nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentvolumenkonzentration zwischen 12 und 35 Vol% liegt.

13. Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel carboxylhaltige oder aminogruppenhaltige Verbindungen eingesetzt sind.

14. Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack Festkörper in der Größenordnung von 50 bis 75 Gew.-% aufweist.

15. Elektrotauchlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack auf Verarbeitungsfestkörper von 10 bis 20 Gew.-% verdünnt ist.

16. Verwendung eines Elektrotauchlackes nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einer kontinuierlichen Durchlaufbeschichtungsvorrichtung.

17. Verwendung nach Anspruch 16, wobei als Durchlaufbeschichtungsvorrichtung eine Trommel verwendet wird.