{"id":1829,"date":"2020-03-02T15:49:47","date_gmt":"2020-03-02T14:49:47","guid":{"rendered":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/?p=1829"},"modified":"2020-03-02T17:22:37","modified_gmt":"2020-03-02T16:22:37","slug":"kunststoffadditive-lackhaftung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/kunststoffadditive-lackhaftung\/","title":{"rendered":"Welchen Einfluss haben Kunststoffadditive auf die Lackhaftung?"},"content":{"rendered":"

Kunststoffadditive sind Zus\u00e4tze, mit denen die Eigenschaften der Polymer-Werkstoffe gezielt beeinflusst werden. Die preiswerte Verf\u00fcgbarkeit, das niedrige Gewicht und die leichte Verformbarkeit der Kunststoffe haben dazu gef\u00fchrt, dass Metalle, Glas oder Holz in vielen Industriezweigen durch solche Materialien ersetzt wurden. Diese Entwicklung ist vor allem im Fahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrt und in der Verpackungsindustrie zu beobachten. Um einen Kunststoff an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen, sind Kunststoffadditive erforderlich. An der Oberfl\u00e4che k\u00f6nnen diese Stoffe die <\/strong>Lackhaftung<\/strong><\/a> st\u00f6ren.<\/strong><\/p>\n

\"metall-und-kunststofflackierung-kunststoffadditive-lackhaftung\"<\/a>Lackhaftung und Oberfl\u00e4chenspannung<\/h2>\n

Eine Voraussetzung f\u00fcr die Haftung von Lack oder Druckfarben auf der Oberfl\u00e4che eines Gegenstandes ist, dass die aufgetragenen Stoffe einen gleichm\u00e4\u00dfigen d\u00fcnnen Film bilden. Fl\u00fcssigkeiten haben das Bestreben, sich zu Tropfen zu formen, die der Filmbildung bei der Oberfl\u00e4chenbeschichtung<\/a> entgegenwirken. Dieses Verhalten wird in der Physik mit Hilfe der Oberfl\u00e4chenspannung beschrieben. Die Wirkung der Oberfl\u00e4chenspannung l\u00e4sst sich mit dem Zusammenwirken des Drucks innerhalb eines Luftballons mit seiner H\u00fclle vergleichen. Der Ballon strebt immer die Gestalt einer Kugel an. Ein im luftleeren Raum frei fallender Tropfen erreicht eine exakte Kugelgestalt. Gelangt ein Tropfen auf eine feste Oberfl\u00e4che, kommt es zu Wechselwirkungen zwischen der Oberfl\u00e4chenspannung und den Adh\u00e4sionskr\u00e4ften, die den Tropfen auf der Fl\u00e4che festhalten.<\/p>\n

Das Verh\u00e4ltnis der Oberfl\u00e4chenspannungen von Tropfen und Fl\u00e4che entscheidet dar\u00fcber, ob der Tropfen breitl\u00e4uft oder ob die Kugelform mehr oder weniger erhalten bleibt. Ein Film bildet sich, wenn die Oberfl\u00e4chenspannung des Tropfens deutlich kleiner ist als die der Fl\u00e4che. In diesem Fall kann die Fl\u00fcssigkeit die Oberfl\u00e4che benetzen.<\/p>\n

Oberfl\u00e4chenspannung und Kunststoffadditive<\/h2>\n

Das charakteristische Merkmal von Kunststoffen ist ihre Molek\u00fclstruktur. Sie wird durch Makromolek\u00fcle bestimmt, die sich bei der Polymerisation aus kleinen reaktionsf\u00e4higen Molek\u00fclen bilden. Die Oberfl\u00e4chen der meisten Kunststoffe haben eine vergleichsweise geringe Oberfl\u00e4chenspannung. Das zeigt sich zum Beispiel beim Sp\u00fclen von Geschirr. Auf den Teilen aus Kunststoff bleiben viele Wassertropfen h\u00e4ngen, von den anderen l\u00e4uft das Wasser schnell ab.<\/p>\n

Kunststoffadditive, die das Material widerstandsf\u00e4hig gegen UV-Licht, Hitze und Witterungseinfl\u00fcsse machen, die Festigkeit erh\u00f6hen, die Brennbarkeit herabsetzen oder die Verarbeitung verbessern, sind im Werkstoff gleichm\u00e4\u00dfig verteilt. Die Anteile, die sich direkt an der Oberfl\u00e4che befinden, setzen die Oberfl\u00e4chenspannung herab und schr\u00e4nken die Farb- und Lackhaftung ein. Die Lackierung stellt unter diesen Bedingungen eine Herausforderung an die Oberfl\u00e4chentechnik dar. Weil die Kunststoffadditive in das Werkstoffgef\u00fcge eingebettet sind, lassen sie sich nicht durch normale Reinigungsverfahren entfernen.<\/p>\n

\"oberflaechenvorbehandlung-kunststoffadditive-lackhaftung\"<\/a><\/p>\n

Aktivierung von Kunststoffoberfl\u00e4chen<\/h2>\n

Die Vorbereitung von Kunststoffen f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenbeschichtung wird als Aktivierung bezeichnet. Ziel der Aktivierung ist, die Kunststoffadditive von der Oberfl\u00e4che zu entfernen und auf diese Weise die Bildung einer von Kunststoffadditiven verursachten Grenzschicht, dem sogenannten „weak boundary layer“ zu verhindern. Dazu stehen verschiedene Verfahren zur Verf\u00fcgung. H\u00e4ufig angewendete Aktivierungsverfahren sind:<\/p>\n

    \n
  • Plasmaaktivierung<\/li>\n
  • Koronabehandlung,<\/li>\n
  • Beflammen<\/li>\n
  • Gasphasenfluorierung<\/li>\n<\/ul>\n

    Das gew\u00e4hlte Verfahren muss in den Prozess der Oberfl\u00e4chenbeschichtung eingegliedert werden und kurzfristig vor der Lackierung stattfinden. Die im Material vorhandenen Kunststoffadditive w\u00fcrden sonst langsam aus dem Werkstoffinneren an die Oberfl\u00e4che wandern und die positiven Auswirkungen der Aktivierung auf die die Farb- oder Lackhaftung r\u00fcckg\u00e4ngig machen.<\/p>\n

    Plasmaaktivierung<\/h3>\n

    Plasma entsteht, wenn einem Gas gro\u00dfe Mengen Energie zugef\u00fchrt werden. Ab einem bestimmten Energiegehalt treten einzelne Elektronen aus den Gasteilchen aus. Das Gas wird zu einem Gemisch aus den negativ geladenen Elektronen, positiv geladenen Ionen und neutralen Gasmolek\u00fclen, die noch alle Elektronen behalten haben. Die geladenen Teilchen werden als freie Ladungstr\u00e4ger bezeichnet. Durch die freien Ladungstr\u00e4ger ist das Plasma elektrisch leitf\u00e4hig.<\/p>\n

    Bei der Erzeugung von Plasma f\u00fcr die Vorbehandlung von Kunststoffen erfolgt die Energiezufuhr durch starke elektrische Felder, die von Wechselstrom hervorgerufen werden. In diesen Feldern bilden sich in der Luft freie Ladungstr\u00e4ger. Das aus der Luft entstandene kalte Plasma wird durch D\u00fcsen auf die Kunststoffoberfl\u00e4chen gespr\u00fcht. Die Ladungstr\u00e4ger gehen chemische Reaktionen mit den Kunststoffadditiven auf der Oberfl\u00e4che ein. Die Oberfl\u00e4chenspannung des Materials wird dadurch erh\u00f6ht; die st\u00f6rende Wirkung der Kunststoffadditive auf die Lackhaftung wird reduziert.<\/p>\n

    \n

    Der Vorteil der Plasmaaktivierung liegt im problemlosen Einf\u00fcgen der Technik in vorhandene Anlagen f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenbeschichtung.<\/p>\n<\/blockquote>\n

    Plasma eignet sich neben der Aktivierung von Kunststoffoberfl\u00e4chen auch direkt zum Auftragen von Druckfarben. Die Farbe gelangt in einem Arbeitsschritt im Plasmastrom auf die Fl\u00e4che.<\/p>\n

    Koronabehandlung<\/h3>\n

    Bei der Koronabehandlung werden die Kunststoffoberfl\u00e4chen direkt durch starke elektrische Felder beaufschlagt. Die Oberfl\u00e4chenspannung erh\u00f6ht sich durch Ver\u00e4nderungen in der Werkstoffstruktur. Die Lackhaftung wird m\u00f6glich. Die Lichterscheinung, die durch das elektrische Feld hervorgerufen wird, wird als Korona bezeichnet. Daraus resultiert der Name des Verfahrens. Es eignet sich gut f\u00fcr die Behandlung von Folien vor dem Bedrucken.<\/p>\n

    Die Folien werden zwischen einer elektrisch geerdeten Walze aus Metall und einer isolierten Elektrode bewegt. An der Elektrode liegt eine hohe Wechselspannung an, die das elektrische Feld verursacht.<\/p>\n

    Beflammen<\/h3>\n

    Die Oberfl\u00e4chenspannung von Thermoplasten wie Polypropylen oder Polyethylen l\u00e4sst sich durch die Einwirkung einer Propan- oder Acetylen-Flamme mit Sauerstoff\u00fcberschuss erh\u00f6hen. Die Wirksamkeit ist von der Relativgeschwindigkeit zwischen Oberfl\u00e4che und Flamme, der Flammentemperatur und dem Abstand der Flamme vom Material abh\u00e4ngig. Bei Abweichungen von den optimalen Werten bleibt die beabsichtigte Wirkung aus oder der Kunststoff verbrennt.<\/p>\n

    Die Parameter werden empirisch (durch Versuche) ermittelt und durch Roboter gesteuert. Da dies mit einem hohen Aufwand verbunden ist, rechnet sich der Einsatz nur f\u00fcr gro\u00dfe Serien. Die Oberfl\u00e4che raut sich bei der Beflammung auf, die oberfl\u00e4chennahen Bereiche ver\u00e4ndern ihre Struktur und die Kunststoffadditive werden oxidiert, sodass der Lack bei der nachfolgenden Beschichtung den erforderlichen d\u00fcnnen Film bilden kann.<\/p>\n

    \"Vorbereitung
    \u00a9 vadimalekcandr \u2013 stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

    Gasphasenfluorierung<\/h3>\n

    F\u00fcr Bauteile mit komplizierten Geometrien wie Zahnr\u00e4der, Kraftstofftanks, Geh\u00e4use oder Teile von Verkleidungen eignet sich die Gasphasenfluorierung. Dabei werden die Teile in einer Vakuum-Kammer einem Gemisch aus Fluor und Stickstoff ausgesetzt. Das gasf\u00f6rmige Fluor reagiert an der Materialoberfl\u00e4che mit dem Werkstoff. Es nimmt den Platz von Wasserstoffatomen ein und setzt Fluorwasserstoff frei.<\/p>\n

    Die chemischen Reaktionen f\u00fchren zur Erh\u00f6hung der Oberfl\u00e4chenspannung und zur Verbesserung der Lackhaftung. Die Kunststoffadditive an der Oberfl\u00e4che der Teile werden dauerhaft chemisch ver\u00e4ndert. Da das Fluor leicht in Hohlr\u00e4ume und Spalten gelangt, kann der Lack im n\u00e4chsten Bearbeitungsschritt sonst nur schwer erreichbare Stellen benetzen. Das Verfahren bringt zwar hervorragende Ergebnisse, ist aber auch sehr preisintensiv. Zu den hohen Kosten tragen neben dem technischen Aufwand auch die sicherheitstechnischen Ma\u00dfnahmen bei, die f\u00fcr den Umgang mit Fluor und Fluorwasserstoff erforderlich sind. Diese Stoffe sind giftig und \u00e4tzend.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Kunststoffadditive sind Zus\u00e4tze, mit denen die Eigenschaften der Polymer-Werkstoffe gezielt beeinflusst werden. Die preiswerte Verf\u00fcgbarkeit, das niedrige Gewicht und die leichte Verformbarkeit der Kunststoffe haben dazu gef\u00fchrt, dass Metalle, Glas oder Holz in vielen Industriezweigen durch solche Materialien ersetzt wurden. 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