DE2528943B2 - Teilweise abbeizbare mehrschichtlackierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Mehrschichtlackierungen, vorwiegend auf Basis von Polyurethanharzen, die es gestatten, selektiv nur die Polyurethandeckschichten abzubeizen.

Bei der Außenbeschichtung von Flugzeugen ist nach einiger Zeit wegen der extremen Abnutzung der Decklackschicht eine Neulackierung erforderlich. Der Lackaufbau solcher Lackierungen ist relativ kompliziert, um vor allem eine möglichst hohe Gebrauchsdauer zu gewährleisten. So wird normalerweise das vorbehandelte Aluminium mit einer Wash-Primer-Schicht, der weitere Schichten mit besonders guter Haftfestigkeit und gutem Korrosionsschutz folgen, beschichtet. In der Regel folgt auf den Primer eine aus mehreren Schichten bestehenden Polyurethanlackierung. Die erste Schicht enthält meistens als rostschützendes Pigment Strontiumchromat.

Ist eine Ausbesserungslackierung notwendig, so werden bisher mit Abbeizmitteln sämtliche Schichten abgelöst und es muß ein vollständig neuer Lackieraufbau geschaffen werden. Mitunter wird auch versucht, die Lackierung durch Schleifen zu entfernen. Dies hat aber den großen Nachteil, daß mitunter auch die Metall-Oberflächenbehandlungsschicht mit angeschliffen und beschädigt wird. Die Nachteile dieser Verfahren sind groß. In jedem Fall wird der bisherige Lackaufbau restlos entfernt und muß durch einen neuen ersetzt werden, was sehr aufwendig ist. Die Aufgabe besteht deshalb darin, einen Lackieraufbau zu finden, der es gestattet, lediglich die letzte korrodierte Schicht durch einfaches Abbeizen zu entfernen und daß bei diesem Abbeizen die darunterliegenden Schichten nicht angegriffen werden, so daß der gesamte Lackieraufbau intakt bleibt und nur die äußere Schicht ersetzt werden muß.

Die Aufgabe wurde überraschenderweise gelöst durch eine teilweise abbeizbare Mehrschichtlackierung mit zwei Schichten aus vernetzten Polyurethanharzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Polyurethanharzschichten eine nicht abbeizbare Zwischenschicht aus linearen, weitgehend unvernetzten, elastischen Polyurethanharzen, die aus Diolen, modifizierten Diolen und Diisocyanaten erhalten werden, deren K-Wert nach Fikentscher zwischen 40 und 65 liegt und die bis zu 0,1% OH-Gruppen enthalten können, angeordnet ist.

Die Zwischenschicht wird erfindungsgemäß verwendet als festhaftende, nicht durch Abbeizmittel angreifbare Schutz- und Sperrschicht für die darunter angeordneten Grundierschichten beim Abbeizen der über der Zwischenschicht angeordneten Decklackschicht. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erhalten bei Verwendung dieser Zwischenschicht zwischen zwei Schichten aus zu Makro-Molekülen vernetzten Polyurethanharzen.

Bei Verwendung der Zwischenschicht als Abbeizsperrschicht kann ohne weiteren Arbeitsaufwand nach dem Entfernen der Deckschicht erneut auf die Abbeizsperrschicht eine neue Deckschicht aufgebracht und gehärtet werden. Die erfindungsgemäße Zwischenschicht wird von den Abbeizmitteln für den Decklack nicht angegriffen und braucht deshalb auch nicht wieder neu aufgetragen zu werden. Wesentlich ist es jedoch, daß die unter der Zwischenschicht befindlichen Lackschichten voll intakt bleiben und durch das Abbeizmittel, das die Deckschichten entfernt, nicht angegriffen werden.

Die Herstellung von Mehrschichtlackierungen ist bekannt Die Schichtstärken der einzelnen Schichten richten sich nach der Art und Verwendung der Lackierung. Als Außenbeschichtung für Flugzeuge und Kraftfahrzeugkarosserien sind diese Schichten einer starken Abnutzung ausgesetzt. Dementsprechend sorgfältig muß bei der Herstellung einer Mehrschichtlackierung vorgegangen werden. So ist aus dem DT-Gbm 66 01 608 ein Schutzüberzug, insbesondere für die Außenflächen von Kraftfahrzeugwagenkästen bekannt, bei dem zwischen zwei üblichen, verhältnismäßig harten Lackschichten des Überzuges eine elastische Schicht in erheblicher Stärke angeordnet ist. Diese Zwischenschicht kann aus einem Überzugsmittel auf Polyvinylchlorid-, Polyurethan- oder Epoxidbasis bestehen und hat die Aufgabe, den V/agenkasten vor Verschleißschäden infolge einer mechanischen Abriebs- oder Schlagbeanspruchung durch durch den Fahrtwind aufgewirbelte oder durch die Fahrzeugräder aufgeschleuderte Sandteilchen oder Steinsplitt zu schützen.

Die Zwischenschicht gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine gänzlich andere Aufgabe. Durch die besondere Auswahl eines ganz speziellen Polyurethanharzes wird diese Schicht durch Abbeizmittel nicht angreifbar und schützt die darunter angeordneten Grundierschichten beim Abbeizen der über dieser Zwischenschicht angeordneten Decklackschicht.

Ein üblicher Lackieraufbau auf Aluminiumblech kann beispielsweise aus folgenden Schichten be .n: Nachdem Aluminiumblech einer üblichen Chron ..!vorbehandlung unterworfen wurde, bringt man zur besseren Haftung einen Klebeprimer als geeigneten Haftvermittler für die Grundschicht als erstes auf. Dieser besteht aus einer Epoxid-Phenolharz-Kombination in einer Schichtdicke von 5 bis 6 μΐπ. Dieser Klebeprimer wird eingebrannt. Anschließend erfolgt das Aufbringen einer geeigneten Polyurethanharzgrundierung, die in der Regel noch Strontiumchromat als Schutzpigment enthält. Diese Grundierung hat nach dem Aushärten eine Schichtstärke von 20 bis 30 μιη. Nach dem Aushärten wird in üblicher Weise ein pigmentierter oder nicht pigmentierter Polyurethanlack als Decklack aufgebracht und ausgehärtet.

1st die Decklackschicht inzwischen verwittert oder beschädigt, so muß die Lackierung entfernt werden. Als Folge dieser Behandlung wird nicht nur die Decklackschicht entfernt, sondern der gesamte Aufbau. Hier greift nun die Erfindung ein.

Vor dem Aufbringen der Decklackschicht wird die erfindungsgemäße Zwischenschicht auf die Polyurethanharzgrundierung aufgebracht. Zur Herstellung dieser Schicht verwendet man beispielsweise die Lösung eines linearen, weitgehend unvernetzten elastischen Polyurethanharzes, das bis zu 0,1% OH-Gruppen enthalten kann, in einem Gemisch aus Äthylenglykol und Äthylenglykolazetat. Die Schicht wird physikalisch an der Luft getrocknet. Es wird so viel der Lösung auf die Polyurethanharzgrundierung aufgebracht, daß nach dem Trocknen eine Schichtstärke von ca. 25 μιη entsteht. Auf diese Zwischenschicht wird dann die pigmentierte oder nicht pigmentierte Polyurethanlackschicht als Decklack aufgebracht und gehärtet.

Wird jetzt der Polyurethanharzdecklack durch ein normales Abbeizmittel entfernt, so wird die Zwischenschicht hierbei vom Abbeizmittel nicht angegriffen und bleibt völlig intakt und erhalten. Die Zwischenschicht hat auf der Polyurethanharzgrundierung eine vorzügliehe Haftung. Nach dem Entfernen der Abbeizflüssigkeit und dem Abspülen und Abtrocknen der Zwischenschicht kann diese sofort wieder mit einem Polyurethanlack überlackiert werden. Es war überraschend und nicht zu erwarten, daß diese erfindungsgemäße Zwischenschicht in der Lage ist, die Abbeizmittel von einem Angriff auf die Polyurethanharzgrundierung abzuhalten. Es ist hier jetzt der Fall eingetreten, daß es erstmalig möglich ist, 2 Schichten aus dem gleichen Harz selektiv zu behandeln und je nach Wunsch nur eine Schicht zu entfernen. Die Einschaltung einer Zwischenschicht bedeutet eine erhebliche Einsparung an Zeitaufwand und Materialkosten, ohne daß eine Qualitätseinbuße erfolgt. Dies stellt einen außerordentlichen technischen Fortschritt dar.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Zwischenschicht garantiert außerdem noch zusätzlich einen ausgezeichneten einwandfreien Verbund mit den einzelnen Polyurethanschichten. Hierdurch wird die Korrosionsschutzwirkung des Lackieraufbaues noch verstärkt.

Es ist bekannt, daß bei den üblichen Abbeizverfahren, bei denen die gesamte Lackierung entfernt wird, auch die Metallvorbehandlung leidet. Die Nachlackierungen sind deshalb in der Regel schlechter im Korrosionsschutz als die Erstlackierung. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Zwischenschicht konnte dieser Nachteil verhindert werden, weil die unter der Zwischenschicht liegenden Lackschichten nicht angegriffen werden. Die Nachlackierung ist in diesem Fall im Korrosionsschutz genauso einwandfrei wie die Erstlakkierung.

Als filmbildendes Bindemittel für die Zwischenschicht wird ein lineares, weitgehend unvernetztes elastisches Polyurethanharz verwendet. Solche Polyurethanharze sind bekanntlich Polyadditionsprodukte von Diisocyanaten mit Verbindungen, die austauschbare H-Atome nach Zerewitinoff enthalten. Nähere Einzelheiten über Art und Herstellung solcher Polyurethane finden sich z. B. in dem Kunststoffhandbuch, Band VlI, erschienen im Kail Hanser Verlag, München mit dem Titel »Polyurethane«.

Lineare, weitgehend unvernetzte elastische Polyurethane werden in bekannter Weise durch Polyaddition von aliphatischen und/oder aromatischen Diisocyanaten an lineare, austauschbare Η-Atome nach Zerewitinoff enthaltende Dialkohole oder Polyester hergestellt. Solche Polyester sind beispielsweise Polyester aus Adipinsäure und Glykolen wie Äthylenglykol oder auch Propylenglykol.

Als aliphatische Diisocyanate sind geeignet 1,6-Diisocyanatohexan, als aromatische Diisocyanate sind geeignet beispielsweise 1,4-Diisocyanato-benzol, 4.4'-Diisocyanatodiphenylmethan. Die Diisocyanate sind handelsübliche Produkte, die sämtlich geeignet sind.

Besonders bevorzugt werden Polyurethane, die aus 1,4 Butandiol und 1,6-Diisocyanato-hexan entstehen, sowie deren modifizierte Produkte mit anderen Glykolen. Das Molgewicht dieser Polyurethane liegt zwischen 1500 und 4000, wobei die Polyaddition so weit durchgeführt ist, daß keine weiteren Reaktionsmöglichkeiten von Isocyanaten mit H-Aiomen nach Zerewitinoff bestehen. Die Reaktionskomponenten werden zweckmäßigerweise in äquimolekularen Mengen verwandt, wobei die Diisocyanatkomponente bis etwa 0,1 Mol im Überschuß eingesetzt werden kann. Die erhaltenen Polyurethanharze sind weitgehend unvernetzt. Sie können bis zu 0,1% nicht umgesetzte OH-Gruppen enthalten. Bevorzugt werden solche unvernetzten Polyurethanharze, die eine starke Kristallisationsneigung aufweisen. Der K-Wert dieser Polyurethanharze nach Fikentscher (Cellulosechemie, Band 13. Seite 58,1932) beträgt zwischen 40 und 65.

Zur Herstellung der Zwischenschicht kann man so verfahren, daß eine Lösung der linearen, weitgehend unvernetzten elastischen Polyurethanharze in organischen Lösungsmitteln hergestellt wird. Man bevorzugt eine Lösung, die zwischen 2 und 10% der Polyurethanharze enthält. Als Lösungsmittel wird ein Gemisch bevorzugt aus Äthylacetat, Butylacetat und Methylglykolacetat im Verhältnis 1 :2 :1 bis 2 :3 :2. Aus einer solchen Lösung kann ein Überzug hergestellt werden. Es entsteht auf diese Weise ein durchsichtiger Harzüberzug. In die Harziösung können aber auch in der in der Lackindustrie üblichen Weise Pigmente und Füllstoffe eingearbeitet werden. Dies geschieht mit Hilfe von Kugelmühlen, Sandmühlen, Dreiwalzenstühlen, Perlmühlen usw. Man erhält dann eine Lackfarbe, die ebenfalls an Stelle des Klarlackes zur Herstellung der Zwischenschicht verwendet werden kann. Das Aufbringen der Zwischenschicht aus dem flüssigen Produkt geschieht mit Hilfe der Spritzpistole, des Gießens oder Tauchens. Die linearen Polyurethanharze sind physikalisch trocknende Harze, das heißt, sie geben nach dem Trocknen und Abdunsten der Lösungsmittel bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur

Filme mit elastischen Eigenschaften.

Im Gegensatz zu den für die erfindungsgemäße Zwischenschicht verwendeten Polyurethanharzen sind die für die Grundierung und für die Decklackierung verwendeten Polyurethansysteme chemisch anders aufgebaut Während für die Zwischenschicht ein bereits fertiges Polyurethanharz verwendet wird, entstehen bei den übrigen Lackschichten die Polyurethangruppen erst während dus Aushärtens der Filme unter gleichzeitiger Vernetzung.

Solche Polyurethanlacke sind bekannt. Die flüssigen Überzugsmittel enthalten hydroxylgruppentragende Alkydharze oder Polyesterharze. Vor der Verarbeitung dieser Überzugsmittel werden ihnen Polyisocyanate zugesetzt. Unmittelbar danach erfolgt die Verarbeitung dieser Produkte. Die Härtung des Überzuges erfolgt durch Vernetzung der Alkydharze mit den Isocyanaten unter Bildung von Polyurethanen.

Lackierungen aus vernetzten Polyurethanlacken usw. allgemein aus Alkydharzen und Nitrozelluloselacken werden in der Regel durch sogenannte lösende Abbeizmittel entfernt. Dies sind Mischungen von organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Benzol, Toluol, Tetrachlorkohlenstoff, oder Tetralin. Damit die Lösungsmittel nicht so rasch verdunsten, mischt man ihnen oft Wachse oder Celluloseäther bei. Durch Zusatz von Chlorkohlenwasserstoffen, wie z. B. Äthylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, o-Dichlorbenzol wird die Entflammbarkeit der Abbeizmittel herabgesetzt Netzmittelzusätze, z. B. Amine, Äthylenglykol-monomethyläther erleichtern das Eindringen. Als besonders wirksam hat sich ein Abbeizmittel aus chlorierten Kohlenwasserstoffen und Alkoholen im Verhältnis von 7:1 bis 7 :3 erwiesen, wobei ein Teil der Alkohole, zweckmäßigerweise 1 bis 2 Teile, durch aromatische Lösungsmittel, wie Toluol oder Xylol, ersetzt werden kann. Geeignete Abbeizmittel enthalten zusätzlich Emulgatoren und Verdickungsmittel in Form von Cellulosederivaten, wie Methylcellulose.

Bei Verwendung dieser Abbeizmittel werden lediglieh die auf der Zwischenschicht befindlichen äußeren Lackschichten abgebeizt. Die Zwischenschicht selbst und die darunter liegenden Lackschichten werdi η weder abgebeizt noch angegriffen oder auch nur aufgequollen. Die Zwischenschicht is völlig unempfind-Hch gegen diese Art von Abbeizmitteln. Sie schützt dadurch die darunter befindlichen Lackschichten vor der Einwirkung der Abbeizmittel und sperrt diese Schichten als sogenannte Abbeizsperrschicht völlig ab.

Nachdem die Oberfläche der Zwischenschicht von restlichen Abbeizmitteln und abgebeizten Deckschichten gesäubert ist, kann die Zwischenschicht wieder mit einer neuen Deckschicht versehen werden.

Das vor Korrosion zu schützende Metall bildet mit den Grundschichten und der darüber befindlichen Zwischenschicht praktisch einen neuen Werkstoff, d^r beliebig oft lackiert und abgebeizt werden kann, ohne daß sich dieser Werkstoff verändert.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sis einzuschränken. Unter Prozent werden Gewichtsprozent verstanden, Teile sind Gewichtsteile.

Beispiel 1

Auf ein Aluminiumblech wird folgende Mehrschichtlackierung aufgebracht:

1. Haftgnmdierung auf Basis eines Epoxid-Phenolharzes in einer Schichtstärke von 5 bis 6 μπι.

65

2. Auf die eingebrannte Primerschicht wird ein Polyurethanharzlack folgender Zusammensetzung aufgebracht:

75 Teile eines handelsüblichen Polyesterpolyols, 80prozentig in Äthylacetat, werden in einer Kugelmühle mit 25 Teilen Strontiumchromat zu einer Lackfarbe vermählen. Vor dem Verarbeiten gibt man 30 Teile Tolyl-Diisocyanat zu und beschichtet unmittelbar danach die eingebrannte Epoxidharzschicht mit Hilfe einer Spritzpistole in einer solchen Menge, daß nach dem Aushärten des Überzuges eine Schichtstärke von 20 bis 30 μπι entsteht.

3. Auf die entstandene Polyurethanharzschicht wird eine Zwischenschicht als Abbeizsperrschicht aufgetragen. Hierbei werden 5 Teile eines linearen, weitgehend unvernetzten, nicht reaktiven, elastischen Polyurethans (Hydroxylgehalt ca. 0,1%, Dichte bei 20° C ca. 1,2 g/cm³, Lösungsviskosität ca. 12 Poise, gemessen als 15°/oige Lösung in Methyläthylketon bei 20⁰C) in einer Mischung aus 22,5 Teilen Äthylacetat, 43 Teilen Butylacetat und 24,5 Teilen Methylglykolacetat gelöst. Das Lösen erfolgt unter Rühren innerhalb von 20 Stunden. Zu der etwas viskosen Lösung werden dann 2 Teile Zinkchromat, 2 Teile Strontiumchromat und 2 Teile Blanc fixe hinzugefügt und in einer Kugelmühle fein dispergiert. Diese Mischung wird mittels einer Spritzpistole auf die zu überziehende Polyurethanharzschicht aufgespreizt. Nach dem Trocknen an der Luft erhält man eine Schichtdicke von 20 bis 30 μπι.

4. Auf die Zwischenschicht wird schließlich ein handelsüblicher Polyurethanhandecklack, der nach Bedarf Pigmente oder färbende Bestandteile enthält und dem vor dem Verarbeiten ein Isocyanathärter zugesetzt wurde, aufgebracht. Die Schichtdicke dieses Decklackes beträgt nach dem Härten 20 bis 45 m.

5. Nach 3monatiger Lagerung wird die Deckschicht abgebeizt. Dies geschieht durch Auftrag eines Abbeizmittels aus

70 Teilen Methylenchlorid,
10 Teilen Methanol,
3 Teilen Methylcellulose,
2 Teilen eines nicht ionogenen Emulgators (Fettalkohol-Äthylenoxid-Addukt mit 25 Äthylenoxideinheiten pro Mol Fettalkohol),
25 Teilen Xylol.

Mittels Aufbürstens oder mittels Spritzauftrag und Einwirkenlassens des Abbeizmittels während 5 bis 40 Minuten wird die Deckschicht von der Zwischenschicht völlig abgelöst, ohne daß die Zwischenschicht angegriffen wird. Nach Entfernen des Abbeizmittels und Reinigen und Trocknen der Oberfläche kann die Zwischenschicht in üblicher Weise eine neue unter 4 beschriebene Polyurethandecklackschicht erhalten.

Beispiel 2
(Vergleichsbeispiel)

Wird Beispiel 1 wiederholt mit dem Unterschied, daß die Zwischenschicht weggelassen wird, so werden durch das Abbeizen in gleicher Weise alle Lackschichten in Mitleidenschaft gezogen, so daß eine vollständige

Entfernung sämtlicher Lackschichten bis zum Metall notwendig wird. Die Aluminiumoberfläche muß deshalb den vollständigen in Beispiel 1 beschriebenen Aufbau erneut erhalten. Wie aus dem Beispiel 1 hervorgeht, ist dieses Verfahren nicht notwendig, wenn eine Zwischenschicht vor der Endlackierung zwischengeschaltet wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Teilweise abbeizbare Mehrschichtlackierung mit zwei Schichten aus vernetzten Polyurethanharzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Polyurethanharzschichten eine nicht abbeizbare Zwischenschicht aus linearen, weitgehend unvernetzten, elastischen Polyurethanharzen, die aus Diolen, modifizierten Diolen und Diisocyanaten erhalten werden, deren K-Wert nach F i k e η t scher zwischen 40 und 65 liegt und die bis zu 0,1 % OH-Gruppen enthalten können, angeordnet ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer teilweise abbeizbaren Mehrschichtlackierung mit zwei Schichten aus vernetzten Polyurethanharzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Polyurethanharzschichten eine Schicht aus einem linearen, weitgehend vernetzten elastischen Polyurethanharz, das aus Diolen, modifizierten Diolen und Diisocyanaten erhalten wurde, dessen K-Wert nach Fikentscher zwischen 40 und 65 liegt und das bis zu 0,1% OH-Gruppen enthalten kann, aufgebracht wird, die es ermöglicht, nur die oberste Polyurethanharzschicht mit üblichen Abbeizmitteln zu entfernen und durch eine neue Schicht zu ersetzen.

3. Verwendung der Zwischenschicht aus linearen, weitgehend unvernetzten elastischen Polyurethanharzen, die aus Diolen, modifizierten Diolen und Diisocyanaten erhalten werden, deren K-Wert nach Fikentscher zwischen 40 und 65 liegt und die bis zu 0,1% OH-Gruppen enthalten können, nach Anspruch 1 als festhaftende, nicht durch Abbeizmittel angreifbare Schutz- und Sperrschicht für die darunter angeordneten Grundierschichten beim Abbeizen der über der Zwischenschicht angeordneten Decklackschichten.