Joachim Domnick und Thomas Brock

Beim Lackieren wollen wir den flüssigen - oder pulverförmigen - Lack in einen gleichmäßig dünnen, mechanisch festen Film überführen. Lack steht hier wieder stellvertretend für alle Beschichtungsstoffe.
Auf dem Weg zu dieser dauerhaft schmückenden und schützenden Haut durchlaufen die zu lackierenden Objekte mehrere wichtige Stationen. Zunächst sind die "Rohbau-Produkte" durch eine geeignete Vorbehandlung lackierbar zu machen, v.a. durch physikalische und chemische Reinigungsmethoden, durch Glättverfahren und oft durch das Aufbringen dünner, anorganischer Konversionsschichten, bei Kunststoffen auch durch partielle Oxidation der zuoberst liegenden Polymerschichten.
An diese oft sehr aufwändige Vorbehandlung schließen sich das Lackieren (die Applikation) und dann die Trocknung/Härtung des Lackes an. Dies geschieht in Lackierstraßen-Stationen, die mit konditionierter Frischluft und Material beschickt werden. Entweichende Spritznebel oder Lösemittel werden der Abluft entzogen. Am Ende dieses Lackierprozesses, oft auch nach jedem einzelnen Schichtauftrag (bei Mehrschichtlackierungen), wird meist viel Technik eingesetzt, um die endgültige Trocknung und chemische Vernetzung zu beschleunigen, z.b. Wärme/Hitze, Infrarot-, UV- und andere Strahlen.

Das Spektrum der Lackierverfahren selbst ist äußerst vielseitig und auch hinsichtlich Aufwand und Ergebnis sehr unterschiedlich. Die vorgegebenen Randbedingungen und die gewünschten Lackierungseigenschaften wie:

• Form und Material des Untergrundes
• Geforderte Schichtdicken bzw. deren Gleichmäßigkeit
• Gewünschte optische und technologische Eigenschaften der Lackierung
• Kosten
• Materialdurchsatz und Grad der Automatisierung
• Umweltaspekte und Fragen der Arbeitssicherheit

Abbildung 1: (Endlos-) Bandbeschichtung von Stahlblech

Abbildung 3

Abbildung 5

In der Tabelle werden 4 Gruppen unterschieden: Gruppe 1 enthält handwerklich orientierte, manuelle Verfahren, die für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis vom Anwender viel Geschick und Erfahrung verlangen. Darunter fällt auch der Do-it-yourself-Bereich. Typische Anwendungsgebiete sind z.b. Beschichtungen von Fassaden und Wänden im Innen- und Außenbereich mit Dispersionsfarben und Lacken.

Gruppe 2 beinhaltet automatisierte, industrielle Verfahren mit hoher Durchsatzleistung. Ein grundsätzlicher Vorteil dieser Techniken im Vergleich z. B. zum Spritzlackieren liegt im hohen Materialnutzungsgrad (Anteil des Lackes, der auf dem Werkstück verbleibt), da der Lackvorrat flüssig-kompakt bestehen bleibt und überschüssiger Lack in aller Regel direkt wiederverwendet werden kann. Meist werden nur mittlere Oberflächenqualitäten erreicht, insbesondere ist die örtliche Schichtdicke oftmals von der Werkstückgeometrie abhängig. Eine qualitative Ausnahme bildet hier das Elektrotauchlackieren in Form der KTL (kathodische Tauchlackierung), die die unterste, korrosionsschützende Schicht von anspruchsvollen Automobillackieraufbauten oder Geräten bildet.

Abbildung 2: Elektrotauchlackierung

Gruppe 3 umfasst typische Spritzlackierverfahren, die nachfolgend noch etwas genauer besprochen werden. Sie werden insbesondere dann angewendet, wenn eine gute bis sehr gute Oberflächenqualität bei gleichzeitig niedrigen, aber gleichmäßigen Schichtdicken gefordert wird. Die Bilder zeigen die Spritzlackierung im handwerklichen (Abb.3) und im Autoserienlackier-Bereich (Abb.4).

Abbildung 4

Gruppe 4 beinhaltet Anwendungen von Lacken in Pulverform. Der Vorteil des Pulverlackierens ist das Fehlen von Lösemittelemissionen bei der Anwendung, allerdings erreicht man nicht die niedrigen Schichtdicken der Spritzlackierung (also: höherer Materialverbrauch), und die Lackherstellung ist insgesamt aufwendiger. Abb.5.

Die Gruppen 3 und 4 sollen wegen ihrer Bedeutung nun etwas näher vorgestellt werden:

Flüssiger Lack wird mittels einer Spritzpistole in viele kleine Tröpfchen (Durchmesser ca. 20 bis 50 µm) zerteilt. Die Tropfen schlagen sich auf den Werkstücken nieder und bilden einen Film. Das bekannteste Spritzsystem ist dabei der Luftzerstäuber, bei dem die Lackzerstäubung und anschließende Sprühwolkenbildung durch Luft (Drücke bis 6 bar) bewirkt werden. Ein weiteres Verfahren zur Spritzapplikation von Lack stellt der Airless-Zerstäuber dar: Lack wird unter hohem Druck (bis 300 bar) in einer engen Düse beschleunigt und danach von der Umgebungsluft zerrissen (Prinzip Blumensprühflasche).

Ein großes Problem des Spritzlackierens stellt die Overspraybildung dar. Darunter versteht man den Anteil der Lacktropfen, der nicht auf dem Werkstück ankommt, sondern von der Luft am Werkstück vorbei getragen wird. Zur Steigerung des Auftragswirkungsgrades werden deshalb vielfach die Lacktropfen elektrostatisch aufgeladen, mit 90 kV angelegter Spannung. Jetzt wirkt eine zusätzliche elektrische Feldkraft auf die geladenen Lacktropfen in Richtung des geerdeten Werkstückes, und zusätzliche Tropfen erreichen das Werkstück. Ein anderer häufiger Zerstäubertyp mit elektrostatischer Unterstützung sind die Hochrotationszerstäuber, bei denen die Tropfenbildung am Rand eines mit 40.000 U/min rotierenden Glockentellers stattfindet. Mit ihnen lassen sich bei großen Werkstücken Auftragswirkungsgrade bis zu 90 % erreichen!

Die Ähnlichkeit zwischen der Spritz- und dem Pulverlackieren beschränkt sich auf die Form der Sprühwolke, die hier ebenfalls notwendig ist, um ein komplexes Werkstück homogen zu beschichten. Statt flüssiger Lacktropfen liegen allerdings feste Pulverteilchen vor. Es ist nicht erforderlich, zu zerstäuben, vielmehr genügt es, das Pulver in der Sprühwolke homogen zu verteilen.

Pulverlack wird stets mit elektrostatischer Unterstützung appliziert. Allerdings steht hier nicht nur die Verbesserung des Auftragswirkungsgrads im Vordergrund. Die elektrostatische Aufladung ist auch für die Haftung des Pulverlacks auf dem Werkstück erforderlich.

Der auch bei der Pulverlackapplikation anfallende Overspray kann im Gegensatz zu Nasslack direkt im Prozess wieder verwendet werden: Das in der Kabine anfallende Overspraypulver wird gesammelt und dann in den Pulverbehälter zurückbefördert. Auf diese Weise erhält man sehr hohe Materialnutzungsgrade bis nahezu 100 % und lediglich geringe Abfallmengen.

Diesem umweltbezogenen und kostenmäßigen Vorteil der Pulverlackierung stehen jedoch auch Nachteile gegenüber. Da sehr feine Pulver nur sehr schwierig zu handhaben sind, erhält man mit den üblichen Pulvern erst ab Schichtdicken von ca. 50 µm einen zufrieden stellenden Lackfilmverlauf. Pulverlackschichten sind somit in der Regel wesentlich dicker als Nasslackfilme. Außerdem müssen die Objekte wegen des notwendigen Einbrennen des Pulverlackes (Schmelzen und Vernetzen bei >140 °C) entsprechend temperaturstabil sein.

Im Laufe des Jahres werden wir einige wesentliche Lackierverfahren noch detaillierter vorstellen.

Prof. Dr. Thomas Brock Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences Fachbereich Chemie - Lacktechnologie Adlerstrasse 32 47798 Krefeld Tel.: +49 (0)2151 822-4095 Fax: +49 (0)2151 822-4098 E-Mail: thomas.brock@hs-niederrhein.de

Prof. Dr.-Ing. Joachim Domnick Hochschule Esslingen Chemieingenieurwesen - Anlagen- und Applikationstechnik Kanalstrasse 33 73728 Esslingen Tel.: +49 (0)711 397-3407 Fax: +49 (0)711 397-3502 E-Mail: joachim.domnick@hs-esslingen.de