Kunststoffbeschichtung — Vorbehandlung und Haftung

Das Grundproblem

Viele technische Kunststoffe, allen voran Polyolefine wie Polypropylen und Polyethylen, sind unpolar und haben eine niedrige Oberflächenenergie (Größenordnung 29 bis 36 mN/m). Der flüssige Lack benetzt eine solche Fläche schlecht, zieht sich zusammen und perlt ab, statt einen geschlossenen Film zu bilden; selbst wenn er sich auftragen lässt, haftet er kaum und platzt bei geringer Belastung ab (siehe L-12).

Reinigen und Entfetten

Aus dem Spritzguss bleiben oft Trennmittelreste an der Oberfläche, die eine unsichtbare, haftungsmindernde Schicht bilden. Vor jeder Vorbehandlung steht deshalb das Reinigen und Entfetten — lösemittel- oder wasserbasiert, mit CO₂-Schnee oder Dampf.

Beflammen, Plasma, Corona

Diese Verfahren erhöhen die Oberflächenenergie, ohne den Werkstoff im Volumen zu verändern. Beim Beflammen — im Automobilbau am häufigsten — wird die Kunststoffoberfläche oxidativ aktiviert; dabei werden polare sauerstoffhaltige Gruppen gebildet (Hydroxyl-, Hydroperoxid-, Aldehyd-, Keto- und Carboxylgruppen), wodurch die Oberflächenenergie steigt. Wie gut die Aktivierung gelungen ist, prüft man im Betrieb mit Testtinten nach DIN ISO 8296 (früher DIN 53364, zurückgezogen) oder über den Kontaktwinkel; als Richtwert gilt: ab etwa 38 mN/m ist eine Oberfläche lackierfähig, für wasserverdünnbare Systeme sollten rund 44 mN/m erreicht werden. Die Aktivierung hält nicht dauerhaft: Die eingebauten polaren Gruppen wandern mit der Zeit in das Polymerinnere zurück, die Oberflächenenergie sinkt wieder — vorbehandelte Teile deshalb innerhalb des festgelegten Zeitfensters (meist wenige Stunden) beschichten. Plasma- und Coronabehandlung wirken ähnlich über eine elektrische Entladung, die sauerstoffhaltige Gruppen einbaut und die Oberfläche zugleich feinreinigt.

Haftvermittler (Primer)

Für besonders schwierige Substrate wie Polyolefine setzt man Haftvermittler ein: modifizierte, meist chlorierte Polyolefine (CPO), die in organischen Lösemitteln löslich sind und eine Brücke zwischen dem unpolaren Kunststoff und dem Decklack bilden. Sie werden sehr dünn aufgetragen (wenige µm) und sind niedrig im Festkörper. Für andere Kunststoffe wie Polycarbonat gibt es angepasste, auch wässrige Primer.

Metalle im Vergleich

Metalle haben eine hohe freie Oberflächenenergie und lassen sich daher leicht benetzen; hier genügen meist Reinigen und Entfetten plus eine Konversions- oder Grundierschicht (siehe L-64, zum Systemaufbau L-99). Der eigentliche Vorbehandlungsaufwand liegt beim Kunststoff.

Merksatz