Der Lacklaborant Lernwerk

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L-64

Untergründe und ihre Vorbehandlung

Reinigen, mechanisch und chemisch vorbehandeln — Metall, Kunststoff, Holz, mineralisch

Prüfungsteil 1A 8.1

KernaussageEin Beschichtungsstoff ist nur so gut wie der Untergrund, auf dem er haftet. Jeder Untergrund — Metall, Kunststoff, Holz oder mineralisch — muss erst von Verunreinigungen befreit und dann passend vorbehandelt werden: Reinigen entfernt Störstoffe, die mechanische und chemische Vorbehandlung schafft eine haftfähige, oft konversionsbehandelte Oberfläche.

Warum vorbehandeln?

In der Beschichtungstechnik (Normen und Betrieb) heißt der Gegenstand, auf den lackiert wird, Untergrund; der in der Werkstofftechnik gebräuchliche Begriff Werkstoffoberfläche beschreibt dieselbe Sache aus materialwissenschaftlicher Perspektive. Ein Beschichtungsstoff ist ein Zwischenprodukt: Erst der Verbund aus Beschichtung und Untergrund erfüllt seinen Zweck. Die Haftfestigkeit hängt nicht vom Lack allein ab, sondern ebenso von den Eigenschaften und der Vorbehandlung des Untergrunds. Reste von Öl, Rost, Zunder, Trennmittel oder Altbeschichtungen verhindern Benetzung und Haftung (Grundlagen dazu in L-12). Deshalb steht vor jeder Lackierung das Reinigen und, je nach Untergrund, eine gezielte Vorbehandlung.

Die vier Untergrundklassen und ihre Störstoffe

  • Metall: Metallspäne, Öl und Fette, Zunder, Rost und Flugrost, Oxide, Silicone, Läppaste (feines, loses Schleifkorn in einem Trägermittel, das beim Läppen — einem Feinbearbeitungsverfahren für Metallteile — eingesetzt wird; Rückstände blockieren die Haftung), Lack- und Altbeschichtungsreste.
  • Kunststoff: Fette und Öle, Trennmittel, Staub, Handschweiß.
  • Holz: Schleifreste, Staub, Feuchtigkeit, Holzinhaltsstoffe, Lackreste.
  • Mineralische Untergründe: Staub, Salze, Fette, Reifenabrieb, Altanstriche.

Reinigen und mechanische Vorbehandlung

  • Metall: mechanisch wischen, schleifen, polieren, bürsten, strahlen; chemisch entfetten (Lösemittel oder wässrige Reiniger) und beizen.
  • Kunststoff: abreiben, abblasen, abspülen; entfetten mit Lösemittel oder wässrigem Reiniger.
  • Holz: schleifen, bürsten; bei öl- und harzreichen Hölzern (z. B. Teak) zusätzlich entfetten, und wasserlösliche Holzinhaltsstoffe mit einer Isoliergrundierung absperren — also nicht rein mechanisch.
  • Mineralisch: strahlen; reinigen mit Lösemittel oder wässrigem Reiniger.

Metall: Strahlen und Konversionsschichten

Für dauerhaften Korrosionsschutz wird Stahl meist gestrahlt — das entfernt Zunder und Rost und schafft eine definierte Rauheit. Reinheitsgrade (Entrostungsgrade, z. B. Sa 2½) regelt DIN EN ISO 8501-1, die Rauheitsgrade (fein/mittel/grob) dagegen DIN EN ISO 8503 — zwei verschiedene Normen für zwei verschiedene Kenngrößen. Anschließend erzeugt eine Konversionsbehandlung eine fest haftende, korrosionshemmende Zwischenschicht:

• Eisenphosphatierung — dünne, amorphe Schicht; einfach und günstig, für mildere Anforderungen.
• Zinkphosphatierung — kristalline Zinkphosphatschicht; besserer Korrosionsschutz und Haftgrund, Standard vor der KTL in der Automobilserie.
• Chromatierung/Passivierung — Passivschicht auf Zink und Aluminium; wegen der Giftigkeit und krebserzeugenden Wirkung von Chrom(VI) zunehmend durch chromatfreie Verfahren (auf Titan-/Zirkon- oder Silanbasis) ersetzt. Bei Silanverfahren hydrolysiert das Silan (z. B. Aminopropyltriethoxysilan) und bildet mit der Metalloxidschicht kovalente Si-O-Metall-Bindungen; gleichzeitig verankert eine organische Endgruppe den Lack — ohne Schwermetalle.

Kunststoff: Oberflächenenergie erhöhen

Viele Kunststoffe — besonders unpolare wie PP und PE — haben eine so niedrige Oberflächenenergie, dass Lacke nicht benetzen. Vor dem Lackieren wird die Oberfläche daher aktiviert: durch Beflammen, Corona-Entladung oder Plasma. Dabei entstehen polare Gruppen (C=O, C-OH) an der Oberfläche, die Oberflächenenergie steigt, und der Lack benetzt und haftet (siehe L-126 und L-127).

Holz und mineralische Untergründe

Holz wird geschliffen und je nach System imprägniert, grundiert oder versiegelt; dabei sind Feuchte und Holzinhaltsstoffe zu beachten. Mineralische Untergründe wie Beton und Putz werden gereinigt, oft gestrahlt und dann imprägniert, grundiert oder hydrophobiert; hier spielen Alkalität, Restfeuchte und Porigkeit eine Rolle: Stark saugende Untergründe ziehen das Bindemittel in die Poren, der Film bleibt bindemittelarm und haftet schlecht — eine Tiefengrundierung oder Imprägnierung gleicht dies aus (siehe L-81 und L-108).

Das Wichtigste

Kein Beschichtungserfolg ohne Untergrundvorbehandlung: erst reinigen (Öl, Rost, Trennmittel, Staub entfernen), dann untergrundgerecht vorbehandeln — Metall strahlen und phosphatieren bzw. passivieren, Kunststoff aktivieren (Beflammen/Corona/Plasma), Holz und mineralische Untergründe schleifen/reinigen und grundieren. Die Haftung entscheidet sich am Untergrund, nicht am Lack allein.

UntergrundVorbehandlungReinigenEntfettenBeizenStrahlenKonversionsschichtPhosphatierungZinkphosphatierungEisenphosphatierungChromatierungPassivierungchromatfreiBeflammenCoronaPlasmaHaftungOberflächenenergie
Quellen
  • Brock/Groteklaes/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie
  • DIN EN ISO 8501
  • DIN EN ISO 8503

Übungsblatt Ü-64

Prüfen, ob es sitzt.

Verständnis6 Punkte

1. Warum ist die Untergrundvorbehandlung für die Haftung oft wichtiger als der Lack selbst? Nennen Sie je ein Beispiel für einen Störstoff und eine Vorbehandlung bei Metall.

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VerbundDie Haftung entsteht im Verbund Lack–Untergrund; Reste wie Öl, Rost oder Trennmittel verhindern Benetzung und Haftung, egal wie gut der Lack ist.
Störstoff (Metall)z. B. Öl/Fett, Zunder oder Rost.
Vorbehandlung (Metall)Entfetten und Strahlen, dann Phosphatieren oder Passivieren als haftfähige Konversionsschicht.
Warum das eine Eins verdientDer Verbundgedanke wird erkannt; je ein passender Störstoff und eine sinnvolle Vorbehandlung werden genannt.
Verständnis6 Punkte

2. Worin unterscheiden sich Eisen- und Zinkphosphatierung, und warum werden Chromatierungen zunehmend durch chromatfreie Verfahren ersetzt?

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Eisenphosphatierungdünne, amorphe Schicht; einfach und günstig, für mildere Anforderungen.
Zinkphosphatierungkristalline Zinkphosphatschicht; besserer Korrosionsschutz und Haftgrund, Standard vor der KTL im Automobilbau.
ChromatfreiChrom(VI) ist giftig und krebserzeugend; Ersatz durch Titan-/Zirkon- oder Silan-basierte Verfahren.
Warum das eine Eins verdientDer Unterschied amorph/gering gegenüber kristallin/hochwertig wird erfasst; der Grund für den Chromatersatz (Cr(VI)-Toxizität) wird genannt.
Anwendung6 Punkte

3. Ein Bauteil aus Polypropylen (PP) soll lackiert werden, der Lack perlt jedoch ab. Erklären Sie die Ursache und nennen Sie zwei geeignete Vorbehandlungen.

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UrsachePP ist unpolar und hat eine sehr niedrige Oberflächenenergie — der Lack benetzt nicht und haftet nicht.
AbhilfeDie Oberfläche aktivieren, um polare Gruppen und eine höhere Oberflächenenergie zu erzeugen.
Verfahrenz. B. Beflammen, Corona-Entladung oder Plasma.
Warum das eine Eins verdientDie niedrige Oberflächenenergie unpolarer Kunststoffe wird als Ursache erkannt; zwei Aktivierungsverfahren werden genannt.

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