Umformstabile Pulverlacksysteme

Neue Pulverlacksysteme helfen Produktionsschritte und damit Prozesskosten einzusparen. Dazu läuft derzeit ein Verbundprojekt von Wissenschaft und Industrie. Ein Bericht vom Stand der Technik bei den Pulverlacksystemen.

16. November 2006

Durch Lackieren und anschließendes Tiefziehen von Aluminiumblechen können bisher notwendige Zwischenschritte in der Produktion wie Reinigung, Beizen usw. teilweise eingespart werden - Prozessschritte, die bis zu 75 Prozent der gesamten Prozess­kosten ausmachen können und zudem die Umwelt erheblich belasten.

Aluminium lackieren

In zahlreichen Leichtbauanwendungen formt man Aluminiumbleche zunächst um, lackiert und härtet die Lacke anschließend aus. Damit der Lack gut haftet, müssen die bei den Umformprozessen nötigen Hilfsstoffe auf der Metalloberfläche, wie Fette und Öle, vor dem Beschichten kostenintensiv entfernt werden. Um diesen Produktionsschritt herausnehmen zu können, brauchte man Lacksysteme, die die bei Aluminium gängigen Umformtiefen aushalten und zwar ohne Glanzverlust. Eine weitere Herausforderung für die Forscher bei diesem Verbundforschungsprojekt bestand darin, dass Aluminium bei Einbrenntemperaturen von über 160 °C versprödet und deshalb Lacksysteme entwickelt werden mussten, die unter 150 °C aushärten.

Warum Pulverlacke?

Pulverlacke besitzen gegenüber konventionellen Lacksystemen unbestreitbare Vorteile. Sie werden lösungsmittel- und damit emissionsfrei aufgebracht, das Overspray wird fast vollständig zurückgewonnen und wieder verwendet. Damit lassen sich nahezu 100 Prozent der Lacksubstanz nutzen. Am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden erarbeiteten die Forscher in den vergangenen Jahren ein neues Katalysatorsystem, das für qualitativ hochwertige Polyurethanbeschichtungen auf Basis abspaltfreier Uretdionvernetzer Einbrenntemperaturen zwischen 120-150 °C ermöglicht. »Grundlagenuntersuchungen zum Reaktionsmechanismus haben darüber hinaus gezeigt, dass die Vernetzung in Gegenwart dieser Katalysatoren nach einem bisher nicht beschriebenen Mechanismus in Polymerschmelzen erfolgt«, so Michaela Gedan-Smolka, Koordinatorin des Verbundprojekts und Wissenschaftlerin am Dresdner Institut. »Bis zum gegenwärtigen Bearbeitungszeitpunkt wurden Pulverlackrezepturen entwickelt, die bezüglich der resultierenden mechanischen Eigenschaften schon voll den Anforderungen der potenziellen Anwender entsprechen. Nach der Entwicklung geeigneter Rohstoffe in enger Zusammenarbeit mit den Industriepartnern Degussa und Synthopol wurden Rezepturen entwickelt und wichtige Parameter getestet und optimiert«, berichtet Michaela Gedan-Smolka. »So können mit den neuen Systemen auch eine akzeptable Lagerstabilität und gute Verarbeitbarkeit mit konventionellen Maschinen gewährleistet werden.« Mittlerweile setzt man auch schon metallene Umformwerkzeuge ein, wobei allerdings die Schutzfolie noch weiter benutzt wird. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Aushärtezeit und bei ersten Versuchen zum Aushärten der Pulver unter nahem Infrarot erreichten die Entwickler Aushärtezeiten unter 15 bis 20 Sekunden.

Im »Umformstress«

Auf die Frage, was solche vorlackierten Platinen an Umformung aushalten, antwortet Matthias Demmler vom Fraunhofer-IWU: »Bei Versuchen haben wir Eckenradien von 10 Millimeter bis 130 Millimeter erfolgreich getestet. Die Ziehtiefe betrug maximal 30 Millimeter, denn Aluminium hält nicht mehr aus. Wir schätzen dass wir mit Platinen aus anderen Materialien bis etwa 35 bis 40 Millimeter tiefziehen können.« Diese Grenze bedeutet nicht, dass der Lack dann reißt, sondern dass ab hier der Glanz aller Wahrscheinlichkeit nach merklich leiden würde. Erste erfolgreiche Versuche zeigen aber noch ein zusätzliches Potenzial. »Wir haben Sandwichs bearbeitet, das sind Stahl- oder Alufolien von 0,1 bis 0,2 Millimeter Dicke und einem Kunststoffkern«, so Matthias Demmler. »Und der Kunststoffkern erträgt nur eine maximale thermische Belastung um 130 °C bis 150 °C. Momentan schaffen wir schon Aushärtetemperaturen von 100 °C bis 130 °C.« Nun laufen Versuche mit Degussa und Akzon, um die Aushärtetemperaturen noch weiter zu senken.

Voll integrierbar

Für Frank Demmler von OZF Frankenberg ist besonders wichtig, dass »das Ganze in den normalen Produktionsprozess integrierbar ist, ohne dass neue Anlagen nötig sind.« Der Prozess kann weitgehend automatisiert ablaufen, was das kostengünstige Beschichten großer Platinenflächen möglich macht. »Wir werden es unseren Kunden anbieten, wenn es einsetzbar ist. Aber ich denke, das wird noch mindestens ein bis eineinhalb Jahre dauern.«

Einsatzgebiete

Bei der Firma Löwe sollten Anwendungsmöglichkeiten im Bereich Elektronik ausgelotet werden. »Die beschichteten Platinen sind sehr gut als Kühlbleche einsetzbar, denn da braucht man sowieso oberflächenbeschichtete Metalle«, fasst Hubert Landeck von Löwe zusammen. »Setzt man beschichtetes Blech äußerlich ein, sind die Designer gefordert, denn die Kanten machen da Probleme.« D.?h. man muss diese Platinen mit anderen Materialien kombinieren. »Als Produkt gibt es die beschichteten Bleche noch nicht, denn es gibt zwar keine Probleme mehr, aber noch technischen Ergänzungsbedarf«, so Hubert Landeck. »Diese Pulverlacksysteme sind marktfähig, und der Markt wird kommen, wenn man damit definitiv Geld sparen kann gegenüber Bestehendem.« Viele potenzielle Anwender in der Industrie stehen diesen umformstabilen Pulverlacken im Prinzip positiv gegenüber, mit der Einschränkung: es darf nicht zuviel Verschnitt geben. »Dies ist unbestritten ein Nachteil, da jetzt ›veredelter‹ Schrott anfällt, der nicht in den Kreislauf zurückgegeben werden kann, sondern nur mit finanziellem Abschlag«, fasst Frank Demmler zusammen. Was zählt ist die Gesamtbilanz, d.?h. die Aufrechnung der zusätzlichen Entsorgungskosten versus den teilweise merklichen Einsparungen im Produktionsprozess. _

Erschienen in Ausgabe: 10/2006