EP3825014A1 - Process for coating a polymeric component, and polymeric component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffbauteils (10) mit den folgenden Schritten:(A) Bestrahlen wenigstens einer Teilfläche (12) der Oberfläche (14) des Kunststoffbauteils (10) mit ultraviolettem Licht (30), wobei die Teilfläche (12) mit einer Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm<sup>2</sup> für eine Dauer von wenigstens 5 Sekunden bestrahlt wird, und(B) nach Schritt A Aufbringen wenigstens einer Schicht (16) eines Beschichtungsmittels (18) auf die Teilfläche (12).Die Erfindung betrifft auch Kunststoffbauteil (10) mit einer Beschichtung (26) hergestellt mit einem derartigen Verfahren.The invention relates to a method for coating a plastic component (10) with the following steps: (A) irradiating at least one partial area (12) of the surface (14) of the plastic component (10) with ultraviolet light (30), the partial area (12) is irradiated with a radiation intensity of at least 20,000 µW / cm <sup> 2 </sup> for a duration of at least 5 seconds, and (B) after step A, applying at least one layer (16) of a coating agent (18) to the partial area ( The invention also relates to a plastic component (10) with a coating (26) produced using such a method.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffbauteils. Die Erfindung betrifft ferner ein Kunststoffbauteil mit einer mit einem derartigen Verfahren hergestellten Beschichtung.The present invention relates to a method for coating a plastic component. The invention also relates to a plastic component with a coating produced using such a method.
Verfahren zum Beschichten von Kunststoffbauteilen - wie-z.B. Kunststoffstoßfängern - mit einem Beschichtungsmittel -, wie z.B. insbesondere einem Lack - sind in zahlreichen Varianten bekannt und unterliegen ständigen Optimierungsprozessen vgl. hierzu z.B. die in der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffbauteils anzugeben, mit dem die Haftung der Beschichtung auf dem Kunststoffbauteil gegenüber bekannten Beschichtungsverfahren wesentlich erhöht werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a method for coating a plastic component with which the adhesion of the coating to the plastic component can be significantly increased compared to known coating methods.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffbauteils weist die folgenden Schritte auf:
- (A) Bestrahlen wenigstens einer Teilfläche der Oberfläche des Kunststoffbauteils mit ultraviolettem Licht, wobei die Teilfläche mit einer Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 (dies entspricht also 20000 mal 10-6 W/cm2) für eine Dauer von wenigstens 5 Sekunden bestrahlt wird bestrahlt wird, und
- (B) nach Schritt A Aufbringen wenigstens einer Schicht eines Beschichtungsmittels auf die Teilfläche.
- (A) Irradiating at least a partial area of the surface of the plastic component with ultraviolet light, the partial area being irradiated with a radiation intensity of at least 20,000 µW / cm 2 (this corresponds to 20,000 times 10 -6 W / cm 2 ) for a period of at least 5 seconds is being irradiated, and
- (B) after step A, applying at least one layer of a coating agent to the partial area.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Beschichten wenigstens einer Teilfläche der Oberfläche bzw. der gesamten Oberfläche des Kunststoffbauteils bzw. des zu beschichtenden Kunststoffbauteils.The method according to the invention is a method for coating at least a partial area of the surface or the entire surface of the plastic component or the plastic component to be coated.
In Schritt A wird wenigstens eine Teilfläche der Oberfläche des Kunststoffbauteils mit ultraviolettem Licht bestrahlt, wobei die Teilfläche mit einer Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 für eine Dauer von wenigstens 5 Sekunden bestrahlt wird bzw. wobei in Schritt A die Teilfläche mit ultraviolettem Licht mit einer Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 für eine Dauer von wenigstens 5 Sekunden bestrahlt wird. Es versteht sich, dass in Schritt A die Teilfläche oder die gesamte Oberfläche jeweils zur Gänze mit dem ultraviolettem Licht in der gemäß Schritt A vorgegebenen Intensität und Dauer bestrahlt wird. Oder in anderen Worten: Die Bestrahlung in Schritt A erfasst die Teilfläche bzw. die gesamte Oberfläche zur Gänze.In step A, at least a partial area of the surface of the plastic component is irradiated with ultraviolet light, the partial area being irradiated with a radiation intensity of at least 20,000 μW / cm 2 for a duration of at least 5 seconds, or in step A the partial area with ultraviolet light irradiated with a radiation intensity of at least 20,000 μW / cm 2 for a duration of at least 5 seconds. It goes without saying that in step A the partial area or the entire surface is in each case completely irradiated with the ultraviolet light in the intensity and duration specified in step A. Or in other words: the irradiation in step A covers the partial area or the entire surface in its entirety.
Es versteht sich, dass es sich bei der Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 gemäß Schritt A um die an der Teilfläche bzw. am Ort bzw. an den Orten der Teilfläche vorliegende Strahlungsintensität handelt, welche bekannterweise von der Strahlungsintensität abweicht, die im Abstand zu der Teilfläche vorliegt, wenn die Teilfläche mittels einer von der Teilfläche beabstandeten UV- Licht-Quelle bestrahlt wird. Bei der Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 gemäß Schritt A des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich also um die an der Teilfläche vorliegende Strahlungsintensität (bzw. am Ort bzw. an den Orten der Teilfläche vorliegende Strahlungsintensität), die z.B. durch Messung der Strahlungsintensität und/oder durch Berechnung der Strahlungsintensität vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ihrem Werte nach eingestellt bzw. bereitgestellt werden kann. So könnte man z.B. die am Ort der Teilfläche bzw. an den Orten der Teilfläche vorliegende Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der gerätespezifischen Intensitätseinstellung der von der Teilfläche beabstandeten UV-Licht-Quelle messen und/oder aus der Abstrahlcharakteristik der verwendeten UV-Licht-Quelle berechnen.It goes without saying that the radiation intensity of at least 20,000 μW / cm 2 according to step A is the radiation intensity present at the sub-area or at the location or locations of the sub-area which, as is known, deviates from the radiation intensity at the distance to the sub-area is present when the sub-area is irradiated by means of a UV light source spaced apart from the sub-area. The radiation intensity of at least 20,000 μW / cm 2 according to step A of the method according to the invention is therefore the radiation intensity present at the sub-area (or radiation intensity present at the location or locations of the sub-area), which is determined, for example, by measuring the radiation intensity and / or can be set or provided according to its values by calculating the radiation intensity before the method according to the invention is carried out. So one could, for example, those at the location of the partial area or at the locations of the partial area Measure the existing radiation intensity as a function of the device-specific intensity setting of the UV light source spaced from the partial area and / or calculate it from the radiation characteristics of the UV light source used.
In Schritt A wird die gesamte Oberfläche oder wenigstens eine Teilfläche der Oberfläche mit einer Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 für eine Dauer von wenigstens 5 Sekunden mit dem ultravioletten Licht bestrahlt. Es versteht sich, dass die Bestrahlung in der gemäß Schritt A vorgegebenen Intensität und Dauer sukzessive oder auf einmal vorgenommen werden kann. Bei einer sukzessiven Bestrahlung können Bereiche bzw. Abschnitte, die zusammen die gesamte Teilfläche bilden, jeweils für die Dauer von wenigstens 5 Sekunden zeitlich aufeinanderfolgend bestrahlt werden, z.B. unter Einsatz eines verfahrbaren Industrieroboters. Je nach Größe der zu bestrahlenden Teilfläche bzw. der gesamten Oberfläche wäre es jedoch auch möglich, die Teilfläche bzw. die gesamte Oberfläche mittes einer geeigneten UV-Licht-Quelle zur Gänze mit einer einzigen Bestrahlung bzw. mit einem einzigen Bestrahlungsvorgang, der wenigstens 5 Sekunden andauert, zu bestrahlen, sofern mit diesem einzigen Bestrahlungsvorgang die gesamte Oberfläche bzw. die gesamte Teilfläche erfasst wird.In step A, the entire surface or at least a partial area of the surface is irradiated with the ultraviolet light with a radiation intensity of at least 20,000 μW / cm 2 for a duration of at least 5 seconds. It goes without saying that the irradiation can be carried out successively or all at once with the intensity and duration specified in accordance with step A. In the case of successive irradiation, areas or sections which together form the entire partial area can each be irradiated in succession for a period of at least 5 seconds, for example using a movable industrial robot. Depending on the size of the partial area to be irradiated or the entire surface, however, it would also be possible to completely use the partial area or the entire surface by means of a suitable UV light source with a single irradiation or with a single irradiation process lasting at least 5 seconds continues to irradiate, provided that this single irradiation process covers the entire surface or the entire partial area.
Es hat sich experimentell - insbesondere durch Messungen von Kontaktwinkeln und dem hieraus berechneten dispersen und polaren Anteil der Oberflächenenergie der in Schritt A bestrahlten Teilfläche bzw. der in Schritt A bestrahlten gesamten Oberfläche (berechnet z.B. mit der bekannten Methode von Owens und Wendt) - gezeigt, dass die Haftbarkeit der Teilfläche für das Beschichtungsmittel (vgl. den Schritt B) infolge der gemäß Schritt A vorgenommen Bestrahlung mit dem ultraviolettem Licht wesentlich erhöht werden konnte, was sich an einer deutlichen Erhöhung des polaren Anteils der Oberflächenenergie zeigte, so dass also eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Beschichtung ein Haftung an dem Kunststoffbauteil aufweist, welche gegenüber einer mit einem bekannten Beschichtungsverfahren erzielbaren Haftung wesentlich erhöht ist bzw. wesentlich verbessert ist bzw. welche im Vergleich zu einer mit einem bekannten Beschichtungsverfahren erzielbaren Haftung wesentlich erhöht ist bzw. wesentlich verbessert ist.It has been shown experimentally - in particular through measurements of contact angles and the calculated disperse and polar portion of the surface energy of the partial area irradiated in step A or the entire surface irradiated in step A (calculated e.g. with the known method of Owens and Wendt), that the adhesion of the partial surface for the coating agent (cf. step B) as a result of the irradiation carried out according to step A with the ultraviolet light could be increased significantly, which was shown by a significant increase in the polar portion of the surface energy, so that a according to the The coating produced according to the invention has an adhesion to the plastic component which is substantially increased or is substantially improved compared to an adhesion achievable with a known coating method or which is substantially increased compared to an adhesion achievable with a known coating method b is significantly improved.
In Schritt B erfolgt nach Schritt A das Aufbringen wenigstens einer Schicht eines Beschichtungsmittels auf die Teilfläche bzw. auf die gesamte Teilfläche bzw. auf die gesamte Oberfläche, so dass also nach Schritt A die Teilfläche bzw. die gesamte Oberfläche zur Gänze mit der Schicht bzw. der wenigstens einen Schicht bedeckt ist. Das Aufbringen der wenigstens einen Schicht kann mittels dem Fachmann bekannter üblicher Verfahren, insbesondere z.B. durch Aufsprühen, Gießen oder Rakeln, erfolgen. Bei dem Beschichtungsmittel kann es sich insbesondere z.B. um einen Lack handeln. Es hat sich experimentell bei Lackhaftungsprüfungen mit nachfolgenden Dampfstrahltest gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere bei einem Lack als Beschichtungsmittel eine gegenüber bekannten Lösungen deutlich erhöhte bzw. verbesserte Haftung bzw. Haftbarkeit realisiert werden kann. Dies belegen auch die nachfolgenden Beispiele. Die Schritte A und B des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich vorteilhaft besonders einfach realisieren und daher vorteilhaft ohne großen Aufwand als Prozess-Schritte in eine bestehende Serienfertigung integrieren.In step B, after step A, at least one layer of a coating agent is applied to the partial area or to the entire partial area or to the entire surface, so that after step A the partial area or the entire surface is entirely is covered with the layer or the at least one layer. The at least one layer can be applied by means of customary methods known to the person skilled in the art, in particular, for example, by spraying, pouring or knife-coating. The coating agent can in particular be a lacquer, for example. It has been shown experimentally in paint adhesion tests with subsequent steam jet tests that with the method according to the invention, in particular with a paint as a coating agent, a significantly increased or improved adhesion or adhesion compared to known solutions can be achieved. This is also demonstrated by the following examples. Steps A and B of the method according to the invention can advantageously be implemented in a particularly simple manner and therefore advantageously integrated as process steps into an existing series production without great effort.
Besonders bevorzugt kann die Teilfläche oder die gesamte Oberfläche des Kunststoffbauteils vor Schritt A und sowohl als auch nach Schritt A und/oder während des Schritts A auf eine Temperatur von wenigstens 50 Grad Celsius erwärmt werden, was vorteilhaft die positive Wirkung der Bestrahlung mit dem ultraviolettem Licht auf die Haftbarkeit erhöht, wie sich experimentell gezeigt hat. Die Erwärmung kann z.B. durch Bestrahlung der Teilfläche bzw. der gesamten Oberfläche des Kunststoffbauteils mit Infrarotstrahlung vorgenommen werden.Particularly preferably, the partial area or the entire surface of the plastic component can be heated to a temperature of at least 50 degrees Celsius before step A and both after step A and / or during step A, which advantageously enhances the positive effect of the irradiation with the ultraviolet light increased on the liability, as has been shown experimentally. The heating can be carried out, for example, by irradiating the partial area or the entire surface of the plastic component with infrared radiation.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt B eine erste Schicht eines ersten Beschichtungsmittels auf die Teilfläche aufgebracht und nach Schritt B werden die folgenden Schritte vorgenommen:
- (C) Bestrahlen der in Schritt B auf die Teilfläche aufgebrachten ersten Schicht mit ultraviolettem Licht, wobei die erste Schicht mit einer Strahlungsintensität von wenigstens 20000 µW/cm2 für eine Dauer von wenigstens 5 Sekunden bestrahlt wird, und
- (D) nach Schritt C Aufbringen einer zweiten Schicht eines zweiten Beschichtungsmittels auf die erste Schicht.
- (C) irradiating the first layer applied to the partial area in step B with ultraviolet light, the first layer being irradiated with a radiation intensity of at least 20,000 μW / cm 2 for a period of at least 5 seconds, and
- (D) after step C, applying a second layer of a second coating agent to the first layer.
Infolge der bereits oben dargelegten positiven Wirkung der Bestrahlung gemäß Schritt A weisen die beiden gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten beiden Schichten eine hohe Haftung zu dem Kunststoffbauteil und untereinander auf. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist/sind das erste und/oder das zweite Beschichtungsmittel vorzugsweise ein Lack, der Acrylat aufweist oder aus Acrylat besteht. Es hat sich experimentell durch Lackhaftungsprüfungen mit Dampfstrahltest gezeigt , dass bei dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere mit einem Lack, der Acrlyat aufweist oder aus Acrylat besteht, eine gegenüber bekannten Lösungen deutlich erhöhte bzw. verbesserte Haftung bzw. Haftbarkeit realisiert werden kann Dies belegen auch die nachfolgenden Beispiele.As a result of the positive effect of the irradiation according to step A already set out above, the two layers produced according to this preferred embodiment of the method according to the invention have a high degree of adhesion to the plastic component and among each other. In this preferred embodiment, the first and / or the second coating agent is / are preferably a lacquer which comprises acrylate or consists of acrylate. It has been shown experimentally by paint adhesion tests with steam jet tests that in this preferred embodiment of the method according to the invention, in particular with a paint that comprises acrylate or consists of acrylate, a significantly increased or improved adhesion or liability can be achieved compared to known solutions. This is also proven the following examples.
Besonders bevorzugt wird Schritt B innerhalb von 2 bis 6 Minuten nach Abschluss von Schritt A vorgenommen. Die positiven Effekte der Verbesserung der Lackhaftung werden aber auch noch gefunden, wenn zwischen Schritt A und Schritt B ein Zeitraum von vier Wochen liegt.Step B is particularly preferably carried out within 2 to 6 minutes after step A has been completed. The positive effects of improving paint adhesion are also found if there is a period of four weeks between step A and step B.
Es versteht sich, dass das erste Beschichtungsmittel ein sich von dem zweiten Beschichtungsmittel unterscheidendes Beschichtungsmittel sein kann. Das erste Beschichtungsmittel kann aber auch identisch zu dem zweiten Beschichtungsmittel sein bzw. dass erste Beschichtungsmittel kann ein zu dem zweiten Beschichtungsmittel identisches Beschichtungsmittel sein.It goes without saying that the first coating agent can be a coating agent that differs from the second coating agent. However, the first coating agent can also be identical to the second coating agent or the first coating agent can be a coating agent identical to the second coating agent.
Besonders bevorzugt ist das ultraviolette Licht bzw. das in Schritt A zum Bestrahlen der Teilfläche bzw. der gesamten Oberfläche verwendete Licht ein von einer Quecksilber-Niederdrucklampe erzeugtes ultraviolettes Licht. Mit einer Quecksilber-Niederdrucklampe kann die Aktivierung bzw. die Erhöhung des polaren Anteils der Oberflächenenergie deutlich besser als mit einer LED- Lampe, die nur mit einer Wellenlänge arbeitet, erreicht werden.The ultraviolet light or the light used in step A to irradiate the partial area or the entire surface is particularly preferably an ultraviolet light generated by a low-pressure mercury lamp. With a low-pressure mercury lamp, the activation or increase of the polar component of the surface energy can be achieved significantly better than with an LED lamp that only works with one wavelength.
Insbesondere kann das ultraviolette Licht auch ein von einer Ultraviolett-Leuchtdiode und/oder ein von einem Ultraviolett-Laser erzeugtes ultraviolettes Licht sein ist. Mit diesen UV-Licht-Quellen können durch die spezifische Wellenlänge, Leistung, Abstand und Geschwindigkeit Vorteile in Bezug auf die Lackhaftung bzw. in Bezug auf die Erhöhung des polaren Anteils der Oberflächenenergie erzielt werden.In particular, the ultraviolet light can also be an ultraviolet light generated by an ultraviolet light-emitting diode and / or an ultraviolet laser. With these UV light sources, the specific wavelength, power, distance and speed can be used to achieve advantages in terms of paint adhesion or in terms of increasing the polar component of the surface energy.
Insbesondere kann das Kunststoffbauteil ein thermoplastisches Kunststoffmaterial aufweisen oder aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen. Ein thermoplastisches Kunststoffmaterial eignet sich insbesondere zur Spritzgussfertigung und/oder Extrusionsfertigung einer Vielzahl unterschiedlicher Kunststoffbauteile. Es hat sich experimentell, insbesondere durch Messungen von Kontaktwinkeln und dem hieraus berechnetem dispersen und polaren Anteil der Oberflächenenergie der in Schritt A bestrahlten Teilfläche bzw. der in Schritt A bestrahlten gesamten Oberfläche (berechnet z.B. mit der bekannten Methode von Owens und Wendt) gezeigt, dass insbesondere die Haftbarkeit der jeweiligen bestrahlten Fläche infolge der gemäß Schritt A vorgenommen Bestrahlung mit dem ultraviolettem Licht wesentlich erhöht werden konnte, was sich an einer deutlichen Erhöhung des polaren Anteils der Oberflächenenergie zeigte. Eine besonders hohe Haftbarkeit konnte für ein Kunststoffbauteil festgestellt werden, welches Polycarbonat aufweist oder aus Polycarbonat besteht. Insofern kann das thermoplastische Kunststoffmaterial, welches das Kunststoffbauteil vorzugsweise aufweisen kann oder aus welchem es vorzugsweise bestehen kann, besonders bevorzugt ein Polycarbonat bzw. ein Polykarbonat sein.In particular, the plastic component can have a thermoplastic plastic material or consist of a thermoplastic plastic material. A thermoplastic plastic material is particularly suitable for injection molding and / or extrusion production a variety of different plastic components. It has been shown experimentally, in particular through measurements of contact angles and the calculated disperse and polar portion of the surface energy of the partial area irradiated in step A or the entire surface irradiated in step A (calculated e.g. with the known method of Owens and Wendt) that In particular, the adhesion of the respective irradiated surface could be increased significantly as a result of the irradiation with the ultraviolet light carried out according to step A, which was shown by a clear increase in the polar component of the surface energy. A particularly high level of adhesion was found for a plastic component which has polycarbonate or consists of polycarbonate. In this respect, the thermoplastic plastic material, which the plastic component can preferably have or which it can preferably consist of, can particularly preferably be a polycarbonate or a polycarbonate.
Es hat sich auch durch Messungen von Kontaktwinkeln und dem hieraus berechneten dispersen und polaren Anteil der Oberflächenenergie der in Schritt A bestrahlten Teilfläche bzw. der in Schritt A bestrahlten gesamten Oberfläche gezeigt, dass sich mit einer Wellenlänge des in Schritt A zum Bestrahlen verwendeten Lichts im Bereich von 150 nm (Nanometern) bis 450 nm (Nanometern) eine besonders hohe Haftbarkeit erzielen lässt, was sich an einer entsprechenden Erhöhung des polaren Anteils für diesen Wellenlängenbereich zeigte. Insofern weist das ultraviolette Licht besonders bevorzugt eine Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 350 nm (Nanometern) bis 450 nm (Nanometern) auf bzw. insofern weist das in Schritt A zum Bestrahlen verwendete ultraviolette Licht besonders bevorzugt eine Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 350 nm (Nanometern) bis 420 nm (Nanometern) auf. Insbesondere mit einer Wellenlänge von 365 nm (Nanometern) konnte in Versuchen eine sehr hohe Haftbarkeit erzielt werden.It has also been shown by measurements of contact angles and the calculated disperse and polar portion of the surface energy of the partial area irradiated in step A or the entire surface irradiated in step A that with a wavelength of the light used for irradiation in step A in the range from 150 nm (nanometers) to 450 nm (nanometers), a particularly high level of adhesion can be achieved, which was demonstrated by a corresponding increase in the polar component for this wavelength range. In this respect, the ultraviolet light particularly preferably has a wavelength within a range from 350 nm (nanometers) to 450 nm (nanometers) or, in this respect, the ultraviolet light used for irradiation in step A particularly preferably has a wavelength within a range of 350 nm (nanometers) ) to 420 nm (nanometers). In particular, with a wavelength of 365 nm (nanometers), a very high level of adhesion could be achieved in tests.
Bei dem Kunststoffbauteil kann es sich um ein beliebiges Kunststoffbauteil handeln. Es kann sich z.B. um ein Kunststoffbauteil für ein Kraftfahrzeug handeln. Insbesondere kann das Kunststoffbauteil z.B. ein Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug oder ein Heckspoiler für ein Kraftfahrzeug sein. Insofern kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere z.B. ein Verfahren zum Beschichten eines Stoßfängers für ein Kraftfahrzeug sein, welcher aus einem Kunststoffmaterial besteht. Insofern kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere z.B. auch ein Verfahren zum Beschichten eines Heckspoilers für ein Kraftfahrzeug sein, welcher aus einem Kunststoffmaterial besteht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann (allgemeiner) z.B. auch ein Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffbauteils für ein Kraftfahrzeug sein.The plastic component can be any plastic component. It can be a plastic component for a motor vehicle, for example. In particular, the plastic component can be, for example, a bumper for a motor vehicle or a rear spoiler for a motor vehicle. In this respect, the method according to the invention can in particular be, for example, a method for coating a bumper for a motor vehicle which consists of a plastic material. In this respect, the method according to the invention can in particular also be, for example, a method for coating a rear spoiler for a motor vehicle which consists of a plastic material. The inventive method can (more generally) also be a method for coating a plastic component for a motor vehicle, for example.
Insbesondere kann es sich bei dem Kunststoffbauteil z.B. auch um einen Spoiler oder ein Kühlergitter oder einen Schweller für ein Kraftfahrzeug handeln, wobei es sich bei dem Kunststoffbauteil besonders bevorzugt auch um einen Stoßfänger für ein Elektrofahrzeug oder um einen Kühlergitterersatz für ein Elektrofahrzeug handeln kann, so dass also das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch zum Beschichten dieser beispielhaft aufgezählten Kunststoffbauteile verwendet bzw. eingesetzt werden kann.In particular, the plastic component can also be, for example, a spoiler or a radiator grille or a sill for a motor vehicle, the plastic component particularly preferably also being a bumper for an electric vehicle or a radiator grille replacement for an electric vehicle, so that thus the method according to the invention can in particular also be used or used for coating these plastic components listed by way of example.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kunststoffbauteil mit einer Beschichtung hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei einem derartigen Kunststoffbauteil besteht, wie bereits oben dargelegt, eine Haftung zwischen dem Kunststoffbauteil und der Beschichtung, die gegenüber einer mit einem bekannten Beschichtungsverfahren erzielbaren Haftung wesentlich erhöht ist bzw. wesentlich verbessert ist bzw. die im Vergleich zu einer mit einem bekannten Beschichtungsverfahren erzielbaren Haftung wesentlich erhöht ist bzw. wesentlich verbessert ist.The invention also relates to a plastic component with a coating produced using the method according to the invention. In such a plastic component, as already explained above, there is an adhesion between the plastic component and the coating, which is significantly increased or improved compared to an adhesion achievable with a known coating method or the adhesion achievable with a known coating method is significantly increased or is significantly improved.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- Fig.1A- 1C
- schematische Darstellungen zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 2A- 2F
- schematische Darstellungen zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- Fig. 3A-3B
- Disperse und polare Anteile aus Kontaktwinkelmessungen berechneten Oberflächenenergien, und
- Fig. 4
- eine Tabelle, in welcher die Ergebnisse von Versuchen zur Dampfstrahlprüfung nach Temperaturwechseltests zusammengefasst sind.
- Figures 1A-1C
- schematic representations to illustrate a first embodiment of a method according to the invention,
- Figures 2A-2F
- schematic representations to illustrate a second exemplary embodiment of a method according to the invention,
- Figures 3A-3B
- Disperse and polar fractions surface energies calculated from contact angle measurements, and
- Fig. 4
- a table in which the results of experiments on the steam jet test after temperature change tests are summarized.
Das mittels der
- (A)
Bestrahlen einer Teilfläche 12der Oberfläche 14 eines Kunststoffbauteils 10mit ultraviolettem Licht 30, wobei dieTeilfläche 12 mit einer Strahlungsintensität von 20000 µW/cm2 bis maximal 200000 µW/cm2 für eineDauer von 5 Sekunden bis maximal 300 Sekunden bestrahlt wird (vgl.Fig. 1A ), und - (B) nach Schritt A Aufbringen einer Schicht 16 eines Beschichtungsmittels 18 auf die Teilfläche 12 (vgl.
Fig. 1B ).
- (A) Irradiating a
partial area 12 of thesurface 14 of aplastic component 10 withultraviolet light 30, thepartial area 12 being irradiated with a radiation intensity of 20,000 μW / cm 2 to a maximum of 200,000 μW / cm 2 for a duration of 5 seconds to a maximum of 300 seconds (see.Figure 1A ), and - (B) after step A, applying a
layer 16 of acoating agent 18 to the partial area 12 (cf.Figure 1B ).
Beim dem Kunststoffbauteil 10 handelt es sich um ein Gitterersatzbauteil 10 für ein Elektrofahrzeug, das aus Polycarbonat oder einem Blend des Polycarbonats wenigstens teilweise oder zur Gänze besteht und nur sehr schematisch in Form einer Schnittdarstellung veranschaulicht ist. Zum Bestrahlen des Kunststoffbauteils 10 mit dem ultravioletten Licht mit der in Schritt A vorgegebenen Intensität und Dauer wird eine nur schematisch dargestellte Ultraviolett-Leuchtdiode 24 verwendet, die mittels eines nicht dargestellten Industrieroboters über die Teilfläche 12 gefahren wird, so dass die gesamte Teilfläche 12 mit der erwünschten Intensität und Dauer bestrahlt wird. Bei der Teilfläche 12 der Oberfläche bzw. der gesamten Oberfläche des Kunststoffbauteils 10 handelt es sich um eine Fläche 12, die unter anderem auch die Fläche der Vorderseite des Kunststoffbauteils 10 umfasst bzw. einschließt, welche im am Kraftfahrzeug angebrachten Zustand von außerhalb des Kraftfahrzeugs sichtbar ist. Die Wellenlänge des verwendeten ultravioletten Lichts beträgt 365 nm (Nanometer). Es versteht sich, dass die Teilfläche 12 alternativ zu dem hier angewendeten sukzessiven Bestrahlen - bei dem Bereiche bzw. Abschnitte, die zusammen die gesamte Teilfläche 12 bilden, jeweils für die Dauer von 5 Sekunden zeitlich aufeinanderfolgend mit der vorgegebenen Intensität bestrahlt werden -mittels einer geeigneten UV-Lichtquelle zur Gänze mit einer einzigen Bestrahlung bzw. mit einem einzigen Bestrahlungsvorgang, der 5 Sekunden andauert, bestrahlt werden kann.The
Das Aufbringen der Schicht 16 des Beschichtungsmittels 18 auf die Teilfläche 12 erfolgt mittels einer Lackiereinrichtung 28, welche zum Aufbringen bzw. Auftragen der Schicht 16 auf die gesamte Teilfläche 12 mittels eines nicht dargestellten Industrieroboters über die Teilfläche 15 gefahren wird. Bei der Schicht 16 mit einer Dicke von ca. 15µm handelt es sich um eine Lackschicht 16 aus Acrylat, so dass es sich also bei dem Beschichtungsmittel 18 um einen aus Acrylat bestehenden Lack handelt.The
Die
Die
- (C) Bestrahlen der in Schritt B auf die
Teilfläche 12 aufgebrachten ersten Schicht 16mit ultraviolettem Licht 30, wobei die erste Schicht 16 mit einer Strahlungsintensität von 20000 µW/cm2 bis maximal 200000 µW/cm2für eineDauer von 5 Sekunden bis maximal 300 Sekunden bestrahlt wird (vgl.Fig. 2D ), und - (D) nach Schritt C Aufbringen einer zweiten Schicht 20 eines zweiten Beschichtungsmittels 22 auf die erste Schicht (16) (vgl.
Fig. 2E ).
- (C) irradiating the
first layer 16 applied to thepartial surface 12 in step B withultraviolet light 30, thefirst layer 16 having a radiation intensity of 20,000 μW / cm 2 to a maximum of 200,000 μW / cm 2 for a duration of 5 seconds to a maximum Is irradiated for 300 seconds (cf.Figure 2D ), and - (D) after step C, applying a
second layer 20 of asecond coating agent 22 to the first layer (16) (cf.Figure 2E ).
Die Bestrahlung in den Schritten A und C erfolgt mit der gleichen bzw. derselben Ultraviolett-Leuchtdiode 24 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch das Aufbringen der Beschichtungsmittel 18, 22 in den Schritten B und D erfolgt mit der gleichen bzw. derselben Lackiereinrichtung 28 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, welche zum Aufbringen bzw. Auftragen der Schichten 16 und 20 auf die Teilfläche 12 bzw. auf die erste Schicht 16 mittels eines nicht dargestellten Industrieroboters über die gesamte Teilfläche 12 bzw. die gesamte erste Schicht 16 gefahren wird. Bei den Beschichtungsmitteln 18, 22 der Schichten 16, 20 handelt es, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, um einen aus Acrylat bestehenden Lack, so dass also die beiden Schichten 16, 20 Lackschichten aus Acrylat sind. Die Dicke der Lackschichten16, 20 beträgt ca.15 µm. Das gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beschichtende Kunststoffbauteil 10 ist das gleiche bzw. dasselbe Kunststoffbauteil 10, wie das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu beschichtende Kunststoffbauteil 10.The irradiation in steps A and C takes place with the same or the same ultraviolet light-emitting
Die
Die
Die
Es konnte insbesondere auch anhand von Dampfstahlprüfungen nach Temperaturwechseltests experimentell nachgewiesen werden, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Haftung der Beschichtung auf dem Kunststoffbauteil gegenüber bekannten Beschichtungsverfahren wesentlich erhöht werden kann. Die Dampfstahlprüfungen nach Temperaturwechseltests umfassend Ergebnisse, Versuchsbedingungen, Versuchsbauteile, Versuchsmittel und Durchführung sind nachfolgend beschrieben, wobei nachfolgend Teile als Gewichtsteile zu verstehen sind.In particular, it was possible to demonstrate experimentally on the basis of steam jet tests after temperature change tests that the adhesion of the coating to the plastic component can be significantly increased by means of the method according to the invention compared to known coating methods. The steam jet tests after temperature change tests, including results, test conditions, test components, test equipment and implementation, are described below, with parts being understood as parts by weight.
Als Versuchsbauteile wurden Kunststoffbauteile in Form von Platten bzw. Plättchen aus Polycarbonat verwendet, und zwar aus einem Polycarboant (Abkürzung "PC") des Typs Makrolon AP 2677, erhalten von Covestro AG (in Fig. nachfolgend auch kurz PC-Mak genannt). Bei den Versuchen erfolgte eine Beschichtung der Kunststoffbauteile aus dem Polycarbonat mit folgenden Beschichtungsmitteln:
- Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig, erhalten von KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG
- Basislack
Schwarz uni MB 9040, erhalten von BASF Coatings Wörwag Hochglanzklarlack 11141, erhalten von KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG- Peter-Lacke Iridium silber matt Einschichtlack, erhalten von Peter-Lacke GmbH
- Mankiewicz Ink Jet Tinte CYCONJET-LED-Ink 680-05, erhalten von Mankiewicz GmbH & Co KG
- WW Einheitshärter, erhalten von KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG.
- Wörwag adhesive primer slate gray conductive, obtained from KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG
- Basecoat
black uni MB 9040, obtained from BASF Coatings - Wörwag high-gloss
clear lacquer 11141, obtained from KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG - Peter-Lacke Iridium silver matt single-layer paint, obtained from Peter-Lacke GmbH
- Mankiewicz Ink Jet Ink CYCONJET-LED-Ink 680-05, obtained from Mankiewicz GmbH & Co KG
- WW standard hardener, obtained from KARL WÖRWAG Lack- und Farbenfabrik GmbH & Co KG.
Bei den ersten fünf Beschichtungsmitteln handelt es sich um Rohstoffe für Lacke. Bei dem letzten Beschichtungsmittel handelt es sich um ein Additiv bzw. Additive.The first five coating agents are raw materials for paints. The last coating agent is an additive or additives.
Die Zubereitung des Primers und des Isocyanats erfolgte folgendermaßen:
Es wurden 100 Teile Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig und 10 Teile WW Einheitshärter kurz vor Primerapplikation mit 600 U.p.m (Umdrehungen pro Minute) und einer dem Fachmann bekannten Rührscheibe für 3 min gemischt. The primer and isocyanate were prepared as follows:
100 parts of Wörwag adhesive primer, slate gray conductive, and 10 parts of WW standard hardener were mixed for 3 minutes just before the primer was applied at 600 rpm (revolutions per minute) and a stirring disk known to the person skilled in the art.
Die Zubereitung des Klarlacks und des Isocyanats erfolgte folgendermaßen:
Es wurden 100 Teile Hochglanzklarlack 11141 und 35 Teile WW Einheitshärter kurz vor Klarlackapplikation mit 600 U.p.m. (Umdrehungen pro Minute) und einer dem Fachmann bekannten Rührscheibe für 3 min gemischt. The preparation of the clear lacquer and the isocyanate was carried out as follows:
100 parts of high-
Die Plättchen bzw. Kunststoffbauteile bzw. deren Teilfläche bzw. gesamte Oberfläche wurden in Abstand von 60 mm mit einer Hg-Niederdrucklampe bei einer Wellenlänge von 285 nm für eine Dauer von 5 Sekunden bis maximal 300 Sekunden bestrahlt, so dass an der Teilfläche bzw. Oberfläche des jeweiligen Plättchens eine Strahlungsintensität von 20000 µW/cm2 bis maximal 200000 µW/cm2 vorlag. Nach dieser Bestrahlung bzw. Aktivierung wurden die Plättchen bzw. deren Teilflächen bzw. Oberflächen in Abhängigkeit der Beispiele mit Primer, Basislack und Klarlack in dieser Reihenfolge (also erste Schicht: Primer, zweite Schicht: Basislack, dritte Schicht: Klarlack) unter folgenden Bedingungen beschichtet:
- Primer: Wörwag Haftprimer schiefergrau leitfähig wurde im Kreuzgang mit einer Pistole so gespritzt, dass eine
Schichtdicke von 12 µm erreicht wurde. Es wurde für 25 min bei 85 °C getrocknet und dann wurde in Abhängigkeit der Beispiele der Basislack aufgetragen. - Basislack: Basislack
schwarz uni MB 9040 wurde im Kreuzgang mit einer Pistole so gespritzt, dass die Schichtdicke von 15 µm erreicht wurde. Es wurde für 20 min bei 85 °C getrocknet und dann wurde der Hochglanzklarlack aufgetragen. - Hochglanzklarlack:
Wörwag Hochglanzklarlack 11141 wurde im Kreuzgang mit der Pistole so gespritzt, dass dieSchichtdicke von 35 µm erreicht wurde. Es wurde für 30 min bei 85 °C getrocknet. - Einschichtlack: Einschichtlack Peter-Lacke Iridium silber matt wurde im Kreuzgang mit der Pistole so gespritzt, dass die
Schichtdicke von 35 µm erreicht wurde. Es wurde für 30 min bei 85 °C getrocknet. - Inkjet Druck: Die Mankiewicz Ink Jet Tinte CYCONJET-LED-Ink 680-05 wurde auf der Maschine bei Mankiewicz von FPT Prototyp je nach Beispiel auf das Poylcarbonat aufgebracht mittels einer UV-LED Lampe bei 395 nm gepinnt und mit einer Hg-Niederdrucklampe endgehärtet.
- Primer: Wörwag adhesive primer slate gray conductive was sprayed crosswise with a gun so that a layer thickness of 12 µm was achieved. It was dried for 25 min at 85 ° C. and then, depending on the examples, the basecoat was applied.
- Basecoat: Basecoat
black uni MB 9040 was sprayed crosswise with a gun so that a layer thickness of 15 µm was achieved. It was dried for 20 min at 85 ° C. and then the high-gloss clear lacquer was applied. - High-gloss clear lacquer: Wörwag high-gloss
clear lacquer 11141 was sprayed crosswise with the gun so that a layer thickness of 35 µm was achieved. It was dried at 85 ° C. for 30 min. - Single- layer paint: Peter-Lacke Iridium silver matt single-layer paint was sprayed crosswise with the gun so that a layer thickness of 35 µm was achieved. It was dried at 85 ° C. for 30 min.
- Inkjet printing: The Mankiewicz Ink Jet Ink CYCONJET-LED-Ink 680-05 was applied to the carbonate on the machine at Mankiewicz from FPT Prototyp using a UV-LED lamp at 395 nm and finally cured with a Hg low-pressure lamp.
Nach Reifung wurden lacktechnische Prüfungen durchgeführt. Die beschichteten Platten wurden somit folgenden Tests unterzogen:Technical paint tests were carried out after maturation. The coated panels were therefore subjected to the following tests:
Die Abkürzung "HDW" leitet sich von dem Begrifft "Hochdruckwasserstrahl" ab. Dieser Test, also die Dampfstrahlprüfung (HDW) dient zur Prüfung der Lackhaftung von decklackierten oder beschichteten Kunststoffaußenteilen und zur Delaminationsprüfung.The abbreviation "HDW" is derived from the term "high pressure water jet". This test, i.e. the steam jet test (HDW), is used to test the paint adhesion of top-coated or coated external plastic parts and to test for delamination.
Durchführung:
- A Probenvorbereitung: plan, Größe > 5 x 13 cm (bauteil- und geometrieabhängig), Ausnahmen möglich
- B Beschädigung: Andreaskreuz (in Anlehnung an DIN 55662 1. Ritz >12 cm, 2. Ritz >5 cm)
- C Positionierung: starr, deckend über einen Ritz, Strahlzentrum über Schnittpunkt des Andreaskreuz, Positionierung Probekörper und Dampfstrahllanze wurden während gesamter Prüfung fixiert
- D Prüfung: Probekörper wurde mit vorgegebenen Prüfparametern (Volumenstrom, Temperatur, Strahllänge und -breite, DIN 55662) belastet.
- E Auswertung: visuelle Begutachtung unter Vergleich mit Standardbildern
- F Bewertung: Auswertung erfolgte mittels Vergleich mit Standardbildern der DIN 55662, dabei ist:
- Kennwert 0 und 1 = grün,
Kennwert 2 = gelb,Kennwert 3bis 5 = rot.
- A Sample preparation: flat, size> 5 x 13 cm (depending on component and geometry), exceptions possible
- B Damage: St. Andrew's cross (based on DIN 55662 1st scratch> 12 cm, 2nd scratch> 5 cm)
- C Positioning: rigid, covering over a scratch, the center of the beam over the intersection of the St. Andrew's cross, positioning of the specimen and the steam jet lance were fixed during the entire test
- D Test : The test specimen was loaded with specified test parameters (volume flow, temperature, beam length and width, DIN 55662).
- E Evaluation: visual assessment and comparison with standard images
- F Evaluation: Evaluation was carried out by comparison with standard images of DIN 55662, where:
-
Characteristic value 0 and 1 = green, -
Characteristic value 2 = yellow, -
Characteristic value 3 to 5 = red.
-
Hierbei kennzeichnet der Kennwert 0 einen hervorragenden Wert. Der Kennwert 1 kennzeichnet einen sehr guten Wert. Der Kennwert 2 kennzeichnet einen guten Wert und der Kennwert 3 kennzeichnet einen befriedigenden Wert.Here, the characteristic value 0 indicates an excellent value. The
Der Gerätedruck wurde mit einer vorgeschriebenen Düse so geregelt, dass der vorgegebene Volumenstrom eingehalten wurde. Auf eine Angabe des Prüfdrucks wurde bewusst verzichtet, da dieser über den Volumenstrom und die Prüfdüse definiert ist.The device pressure was regulated with a prescribed nozzle so that the specified volume flow was maintained. The test pressure was deliberately omitted because it is defined by the volume flow and the test nozzle.
Schnittgerät: Für alle Werkstoffe Ritzstichel nach Sikkens, Klinge 1 mm. Mögliche Hersteller Fa. Erichsen oder Fa. mtv Messtechnik. Cutter: For all materials Sikkens scribe,
Hersteller: Spraying Systems GmbH
Paul-Strähle-Straße10
73614 Schorndorf
Tel. 07181/40970
Bezeichnung: PowerWashJet
Bestellnummer: ¼ PMEG-2506
Beruhigungsstrecke: linear, min. 30 cm vor Düse
Strahlbild: siehe DIN 55662
Strahlkraftverteilung: trapezförmig, keine DruckspitzenManufacturer: Spraying Systems GmbH
Paul-Straehle-
73614 Schorndorf
Tel. 07181/40970
Name: PowerWashJet
Order number: ¼ PMEG-2506
Calming section: linear, at least 30 cm in front of the nozzle
Jet pattern: see DIN 55662
Radiation force distribution: trapezoidal, no pressure peaks
Die Ergebnisse der Dampfstrahlprüfung nach Temperaturwechseltest (HDW nach TWT) sind in der Tabelle nach
Die Ergebnisse - vgl. hierbei die entsprechenden Kennwerte in der Tabelle nach
Die erfindungsgemäße Bestrahlung mit dem ultraviolettem Licht verbessert auch die Haftung bzw. Grundhaftung von sogenannten "Primerless-Applikationen", und zwar im Vergleich zu einem bekannten konventionellen Lackierprozess, bei dem zwei Schichten bzw. zwei Lackschichten aufgetragen werden ohne eine erfindungsgemäße Bestrahlung mit dem ultraviolettem Licht vorzusehen (vgl. in der Tabelle nach
- 1010
- KunststoffbauteilPlastic component
- 1212th
- TeilflächePartial area
- 1414th
- Oberflächesurface
- 1616
- Schicht (erste)Shift (first)
- 1818th
- Beschichtungsmittel (erstes)Coating agent (first)
- 2020th
- Schicht (zweite)Shift (second)
- 2222nd
- Beschichtungsmittel (zweites)Coating agent (second)
- 2424
- Ultraviolett-LeuchtdiodeUltraviolet light emitting diode
- 2626th
- BeschichtungCoating
- 2828
- LackiereinrichtungPainting facility
- 3030th
- Ultraviolettes LichtUltraviolet light
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