Verbundprojekt: Haftungsoptimierung von wasserbasierenden Beschichtungssystemen für Kunststoff-Formteile durch innovative Oberflächen-Modifizierungsverfahren

Förderer:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
 - IGF-Vorhaben 387 ZBG der Forschungsvereinigung Forschungsgesellschaft für Pigmente und Lacke e.V. (FPL), Stuttgart

Geförderte Projektpartner:
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
- Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen Freiberg gGmbH (FILK), Freiberg/Sachsen
- Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Dresden

Assoziierte Projektpartner:
Plasmatreat GmbH, Rehau AG Co., Kunststoff Christel, Karl Wörwag Lack- und Farbenfabrik GmbH  Co. KG, HEYtex Neugersdorf GmbH, Daimler AG, Asis GmbH, Ahlbrandt System GmbH

Ansprechpartner:
Dr. Karina Grundke
Kathrin Estel
Anne Marschner

Laufzeit:
2011 - 2014

Abstract
In der Automobilindustrie werden zunehmend großflächige Anbauteile aus Kunststoff eingesetzt, die zur Gewichtsreduktion und damit zur Energieeinsparung beitragen. Die am häufigsten eingesetzten Kunststoffarten sind neben Polycarbonat-Blends Werkstoffe auf Polypropylenbasis. Probleme ergeben sich bei der Lackierung von thermoplastischen Polyolefinmaterialien (TPO) aufgrund ihrer niedrigen freien Oberflächenenergie und dem Fehlen polarer funktioneller Oberflächengruppen. In industriellen Anwendungen werden Kunststoff-Formteile, wie z.B. Stoßfänger, seit vielen Jahren beflammt, um eine bessere Haftung des Lackes zu erreichen. Trotz dieser Oberflächenbehandlung treten immer wieder Lackhaftungsprobleme auf, insbesondere, wenn wasserbasierende Lacksysteme aufgebracht und die Bauteile nach Alterung extremen mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt wurden. Für die Lösung dieser Probleme sind innovative Oberflächenmodifizierungsverfahren von großem Interesse.

Ziel des Verbundprojektes unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA war es, das standardmäßig für Kunststoff-Formteile eingesetzte Beflammen mit einem Atmosphärendruck-Plasmaverfahren und der Gasphasenfluorierung zu vergleichen.

Durch den Einsatz komplementärer Oberflächenanalysenverfahren (Kontaktwinkel- und Zeta-Potentialmessungen, Röntgenphotoelektronenspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie, konfokale Lichtmikroskopie) wurden im IPF die Modifizierungseffekte der drei Gasphasenmethoden umfassend charakterisiert hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Oberflächenregion der TPO, ihrer oberflächenenergetischen und Säure-Base-Eigenschaften sowie der Oberflächenrauheit. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand das bessere Verständnis des Wechselspiels zwischen den Oberflächeneigenschaften der vorbehandelten TPO und der Haftung wasserbasierender Beschichtungssysteme auf diesen Materialien.

Die Oberflächenmodifizierung unterschiedlicher handelsüblicher TPO und die Optimierung der Vorbehandlungsverfahren erfolgten im FILK. Zum Vergleich wurden Beflammungen auch bei den Industriepartnern durchgeführt. Die Beschichtung mit wasserbasierenden Lacken und die Haftungstests (Dampfstrahltest DIN 55662) erfolgten im IPA.