Das wachsende Bewusstsein für Nachhaltigkeit führt zu einem radikalen Wandel im Karosseriebau. Neue, leichte Werkstoffe stellen die Lackiertechnik vor neue Herausforderungen – und Axalta Coating Systems, ein weltweit führender Anbieter von Flüssig- und Pulverlacken, entwickelt neue Methoden, um diese zu bewältigen.

Die Anforderungen auf die Automobilindustrie durch die Umweltgesetzgebung zum Einsatz nachhaltiger Verfahren und Materialien nimmt zu. Auch die Lackindustrie entwickelt seit mehreren Jahrzehnten immer wieder neue, ökologisch nachhaltige Beschichtungen, und kommt so den sich ändernden gesetzlichen Bestimmungen nach (z.B. zur Emissionsreduzierung organischer Lösemittel, zur CO₂-Reduktion insgesamt oder zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz). Dazu zählen festkörperreiche und wasserbasierte Lacke sowie konsolidierte Lacksysteme wie füllerlose nass-in-nass Systeme. Bei den Erstausrüstern (engl. Original Equipment Manufacturers (OEMs)) geht die Tendenz zunehmend zu Leichtbaumaterialien wie Aluminium, Magnesium oder Polymersubstraten. Dadurch soll das Gesamtgewicht der Karosserie reduziert werden. Die Abläufe in den Lackierwerkstätten und die dort verwendeten Materialien müssen an diese Entwicklung angepasst werden. Bei der Lackierung von Polymersubstraten bspw. darf nur mit niedrigen Einbrenntemperaturen gearbeitet werden.

Anforderungen an die Lacktechnik

Der Einsatz leichter Werkstoffe im Karosseriebau fördert auch die Reduzierung der CO₂-Emissionen in der Lackiererei, da durch die niedrigeren Einbrenntemperaturen der Energieverbrauch gesenkt wird. Außerdem bieten diese Materialien durch Neuerungen in der Formteil- und Fahrzeuggeometrie bessere Gestaltungsmöglichkeiten. Der Einsatz von Online- und Inline-Beschichtungsverfahren bei Karosserie- und Kunststoffteilen eröffnet auch neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Farbharmonie und der Verringerung der Komplexität der Lieferkette.

Allerdings stellen diese Leichtbausubstrate die Lacktechnik auch vor neue Herausforderungen: Neue Klebeprozesse müssen entwickelt werden, was sich wiederum auf die Einbrennbedingungen von Klebern und Lacken auswirken kann. Außerdem müssen Langzeitbeständigkeit und Reparierbarkeit von Lacken mit niedriger Trocknungstemperatur gewährleistet sein. Und schließlich muss das Gesamtbild der Lackierung – die sich über verschiedene Untergründe erstrecken kann – harmonisiert werden.

Es gibt bereits einige Lösungen für Lacke mit niedriger Trocknungstemperatur. Dazu zählen etablierte Verfahren, in denen eine Vielzahl von Technologien und Untergründen zum Einsatz kommen. Diese werden z.B. bei Fahrzeug-Kunststoffteilen oder Schwerlastkraftwagen angewendet, wobei hier die Grundierungen und Decklacke mit niedriger Trocknungstemperatur einem immer anspruchsvolleren Erscheinungsbild gerecht werden und ein hohes Qualitätsniveau aufweisen müssen. Auch spezialisierte OEMs greifen für kundenspezifische Kleinserien von „Krawattenfarben“ auf Mischsysteme mit niedriger Trocknungstemperatur zurück.

Lacktechnologien für spezielle Systeme

Trotzdem sind zusätzliche Lösungen und Verfahren nötig, um die Herausforderungen durch die neuen und vielfältigen Untergründe bewältigen zu können.

Jede der Lacktechnologien, die für niedrige Trocknungstemperaturen geeignet sind, hat ihre Vor- und Nachteile. Mit UV-härtenden Systemen kann die Trocknungstemperatur auf die Umgebungstemperatur gesenkt werden. Problematisch können dabei schwer erreichbare Bereiche werden, die im Strahlenschatten liegen. Doch könnten Roboter hier Abhilfe schaffen, die mit UV-Lampen ausgerüstet alle Bereiche erreichen und für eine angemessene Härtung sorgen. Diese Lösung könnte mit einem wasserbasierten 3-Wet oder füllerlosen System kombiniert werden, und so die Möglichkeit bieten, die Klarlack-Ofentrocknungszeit insgesamt um bis zu 70% zu reduzieren.

Auch andere Vernetzungstechnologien, wie Zweikomponenten-Epoxidsäure, Zweikomponenten-Acryl/Melamin mit unblockiertem Vernetzer oder Einkomponenten-Acryl/Melamin mit geblocktem Vernetzer, könnten die Einbrenntemperaturen senken. Die veränderten Härtungsbedingungen könnten jedoch zu Problemen mit der Stabilität oder den technologischen Eigenschaften führen. Bisher ist Zweikomponenten-Polyurethan die führende Vernetzungstechnologie für Lacke mit niedriger Trocknungstemperatur.

Eine weitere Möglichkeit sind Polyaspartate, die durch ein einfaches synthetisches Verfahren gewonnen werden. Die Testergebnisse sind vielversprechend: Dank einer sehr schnellen Vernetzungsreaktion wiesen sie sogar bei der Trocknung in der Umgebungstemperatur sehr gute technologische Eigenschaften, wie Beständigkeit und chemische Widerstandsfähigkeit, auf. Dies ermöglicht auch die Formulierung von festkörperreicheren Lacken, um die Vorteile niedriger Einbrenntemperaturen und gesenkter Lösungsmittelemissionen zu kombinieren.

Entwicklungsstadien zum Elektrotauchlack

Auch zukünftig werden die Karosserien zu einem beträchtlichen Teil aus Metallen gefertigt werden – was zu einer weiteren Herausforderung führt, wenn die Aushärtungstemperaturen für Elektrotauchlacke gesenkt werden. Der Weg zu Elektrotauchlacken mit niedriger Trocknungstemperatur kann in drei Entwicklungsstadien eingeteilt werden: Zunächst ist das Ziel eine maximale Außentemperatur von 180ºC. Die erforderliche Mindesttemperatur läge dann bei 165ºC bis 170ºC, was den Energieverbrauch in der Lackiererei senken würde. Axalta hat mit seiner kürzlich auf den Markt gebrachten Aqua EC4027-Technologie positive Ergebnisse erzielt. Mit einer Trocknungszeit von nur zehn Minuten bei 150ºC konnten eine gute Lösemittelbeständigkeit und ein hoher Korrosionsschutz erreicht werden.

Das nächste Entwicklungsstadium bewegt sich in einem Temperaturbereich von maximal 140ºC, was eine Online-Beschichtung bestimmter Kunststoffteile ermöglichen würde. Mit anderen Worten: Metall- und Kunststoffteile könnten das Elektrotauchlackbecken durchlaufen, sodass sie quasi am Fließband beschichtet werden würden. Hier besteht ein Bedarf an Vernetzungschemikalien und einer deutlichen Weiterentwicklung von Abläufen und Materialien. Außerdem müsste die Problematik angegangen werden, dass zur Härtung von Stahl höhere Temperaturen erforderlich sind.

Langfristig müssten die potenziellen Vorteile geprüft werden, die eine weitere Senkung der Einbrenntemperaturen für Elektrotauchlacke auf beispielsweise 80ºC bis 125ºC haben könnte.

Der Karosserie-Leichtbau wird sicherlich weiter für einen Innovationsschub im Bereich Lacke, Materialien und Verarbeitungsabläufe mit niedriger Trocknungstemperatur sorgen. Während einige Technologien bereits verfügbar sind, werden weitere entwickelt, um die Herausforderungen durch die neuen Materialien bewältigen zu können. Der nächste wichtige Schritt ist die Übertragung einzelner Lösungen – Materialien, Abläufe und Anwendungen – auf die Serienproduktion.