Kathodische Tauchlackierung

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Die kathodische Tauchlackierung (KTL), auch „Kataphorese“ genannt, ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem das Werkstück in einem Tauchbad beschichtet wird. Es ist gut für das Lackieren komplizierter Strukturen und großer Stückzahlen geeignet. KTL ist ein Standardverfahren zur Sicherstellung des Korrosionsschutzes bei Fahrzeugkarosserien.

Elektrochemisches Tauchlackieren

Prinzipiell unterscheidet man zwischen anodischer (ATL) und kathodischer Elektrotauchlackierung (KTL). Beide Tauchlackierverfahren sind elektrochemische Lackierverfahren. Das Lackiergut wird in einen elektrisch leitfähigen, wässrigen Tauchlack eingetaucht und zwischen Lackiergut und einer Gegenelektrode ein Gleichspannungsfeld angelegt. Das Grundprinzip des Elektrotauchlackierens besteht darin, wasserlösliche Bindemittel an der Oberfläche des als Elektrode geschalteten Lackiergutes auszufällen und so einen geschlossenen, haftenden Lackfilm zu erzeugen.

Kathodisches Tauchlackieren

Beim kathodischen Tauchlackieren erfolgt die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen (Koagulationen) des Bindemittels. Umgesetzt wird dies durch einen elektrischen Stromfluss von einer äußeren Elektrode (Anode) über den leitfähigen Lack zum Lackiergut (Kathode).

Die kathodische Tauchlackierung ist gut zur automatisierten Beschichtung geeignet. Sie ist eine sehr umweltfreundliche Methode, da als Lösungsmittel heute überwiegend VE-Wasser eingesetzt wird. Die Lackausbeute beträgt bis zu 98,5 %, somit werden lediglich 1,5 % des eingesetzten Lacks ausgetragen. Das Ergebnis der KTL ist eine sehr gleichmäßige Beschichtung von Metalloberflächen und Hohlräumen mit gleichmäßigen Schichtdicken und guten Oberflächenqualitäten. Das Vermögen des Tauchlacks auch Hohlräume gut zu beschichten, wird als Umgriffsvermögen bezeichnet.

Technik

Die wesentlichen Bestandteile des KTL-Beckens sind ein Gleichrichter zur Versorgung der Anlage mit Gleichspannung, mehrere Dialysezellen, ein Umwälzsystem für eine ständige, gleichmäßige Durchmischung des Lackes (Vermeidung von Pigmentsedimentation), eine Temperaturregelung, Filteranlagen zur Entfernung von eingetragenem Schmutz und Ultrafiltrationsanlagen zum Versorgen des Systems mit Spülmedium zum Abspülen des anhaftenden Lacks.

Im KTL-Bad werden als Anoden meist Dialysezellen eingesetzt. Sie sind auf beiden Seiten des Beckens angebracht und bilden als Anode das korrespondierende Gegenstück zur kathodischen Karosserie. Die Anoden sind durch spezielle Anionenaustauschermembranen abgedeckt. Durch ein externes System wird Anolyt durch die Zellen gepumpt. Während des Lackiervorgangs bilden sich im Lack störende Anionen, die aus dem Lack durch die Membran in das Anolyt abtransportiert und dann entsorgt werden. Durch das Anolyt wird also frei gewordenes Neutralisationsmittel abgeführt. Dadurch bleibt der pH-Wert im KTL-Becken innerhalb der Prozessparameter.

Chemikalien

Das Becken der KTL enthält Bindemittel, Pigmentpaste, wassermischbare, organische Lösungsmittel und Wasser. Wesentlicher Bestandteil von Bindemittel und Pigmentpaste ist häufig Epoxidharz. Bindemittel und Pigmentpaste machen den Hauptanteil des etwa 20%igen Feststoffgehalts des Lacks aus. Der Elektrotauchlack besteht weiter zu etwa 80 % aus VE-Wasser. Hinzu kommen ein geringer Teil organische Lösungsmittel (1 bis 2 %), Säuren (0,4 %) und Additive.

Das Epoxidharz wird durch Zugabe eines Neutralisationsmittels, in eine wasserdispergierbare Form gebracht. Dafür wird eine organische Säure verwendet. Oft wird nur ein Teil der funktionellen Gruppen mit Neutralisationsmittel umgesetzt. Das molare Verhältnis von Säure zu funktioneller Gruppe wird als Neutralisationsgrad bezeichnet. Ein Neutralisationsgrad von etwa 30 % reicht aus, um die gewünschte Wasserdispergierbarkeit zu erreichen. Auch zum Einstellen des leicht sauren pH-Wertes im KTL-Becken wird eine organische Säure verwendet. Während des Prozesses bildet sich an der Oberfläche der Bauteile eine etwa 15-20 µm dicke Grundierungsschicht, welche dem Korrosionsschutz und dem Schutz vor Steinschlägen dient.

Aushärten

Beim Aushärtungsprozess nach der KTL bilden sich im epoxidharzhaltigen Lack lineare Kettenmoleküle, die untereinander dreidimensional vernetzt sind und dabei eine stabile Struktur bilden. Die Vernetzung erfolgt beim Mischen von Vorprodukten mit Verzweigungsstellen und wird entweder bei Raumtemperatur mit Hilfe von Katalysatoren chemisch oder durch hohe Temperaturen (ca. 185 °C) aktiviert.

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