Von Desiree Lemke, Key Industry Manager POP und Peter Pies, Internationaler Produktmanager POP, Coventya GmbH

Die Beschichtung von ABS und ABS/PC-Polymeren ist seit Jahrzehnten in technischer Hinsicht ein prozesssicheres Verfahren. Die Aufrauung der Kunststoffoberfläche wird dabei durch den Einsatz von Chrom(VI)oxid in Verbindung mit Schwefelsäure, der sogenannten „Chromschwefelsäurebeize“, möglich. Die dabei verwendeten Chrom(VI)-Verbindungen sind jedoch als giftig eingestuft, wodurch mit Eintreten von REACh die Verwendung der Substanz ab September 2017 nur noch mit einer Zulassung durch die ECHA erlaubt ist.

COVENTYA entwickelt bereits seit einigen Jahren eine neue chromfreie Technologie mit einzigartigen Eigenschaften für die Beschichtung von ABS- und ABS/PC-Kunststoffen und hat diese inzwischen in mehreren industriellen Beta-Site-Tests erprobt. Der neu entwickelte Prozess SILKEN BOND basiert dabei auf einer sauren Permanganat-Beize, wobei die Permanganat-Konzentration weit unter- halb von 1 g/l liegt. Der Prozess kann mit geringem Aufwand in existierende Anlagen integriert werden, was in Tabelle 1 vergleichend dargestellt wird.

Im Gegensatz zur heutigen Prozesslinie verlängert sich die Vorbehandlung um einen entscheidenden Schritt, dem sogenannten SILKEN BOND CONDITIONER. Er wird noch vor dem Aktivator eingesetzt, um eine bessere Absorption der Palladiumkolloide auf der angebeizten Kunststoffoberfläche zu ermöglichen. Ebenso muss die Einschleppung von Mangan in die anschließenden Aktivbäder vermieden werden, so dass ein zweiter Neutralisierungsschritt unumgänglich ist. Alle Beschichtungsschritte ab dem Aktivator bleiben soweit bestehen.

Zwei Hauptprobleme, die Standzeit der Beize und die Gestellmetallisierung, konnten während der Erprobung gelöst werden. Kaliumpermanganat ist instabil und zersetzt sich schnell zu Mangandioxid, auch bekannt unter dem Namen “Braunstein”. Dadurch ist die Verwendung der Beize unter normalen Umständen zeitlich begrenzt. Um diesem entgegenzusteuern, wird der Kaliumpermanganat-Beize ein Stabilisator zugesetzt, der die Bildung verhindert und sich dabei selbst zersetzt. Speziell für die SILKEN BOND Technologie wurde eine Oxidationzelle entwickelt, die diesen Stabilisator wieder zurückbildet und dabei eine stabile Prozessführung und eine unbegrenzte Lebensdauer der Beize sicherstellt. Die „neue“ Zelle ist dem jetzigen Oxamaten sehr ähnlich, lediglich das Porzellan-Diaphragma muss gegen eine Teflon- Membran ausgetauscht werden.

In der konventionellen sechswertigen Vorbehandlung von Kunststoffen vergiftet das sechswertige Chrom die PVC-Gestellgummierung, so dass im Aktivator kein Palladium adsorbiert werden kann. In einem chromfreien Prozess erfolgt dieses nicht. COVENTYA hat einen Weg gefunden und ein Additiv entwickelt, welches die Beschichtung der Gestelle verhindert. Dieser Zusatz kann im zweiten Neutralisierungsschritt integriert werden, so dass ein weiterer zusätzlicher Schritt innerhalb der Prozesskette vermieden wird.

Als große Herausforderung stellt sich nach wie vor die selektive Beschichtung von Mehrkomponentenbauteilen dar. Aus Designgründen haben fast alle europäischen Automobilhersteller galvanisierte 2K- bzw. 3K- Spritzgussteile im Interieur ihrer Fahrzeuge integriert. Des Weiteren gibt es außerhalb der Automobilindustrie diverse beschichtete Kosmetik-Accessoires, die mit dieser Technologie hergestellt werden. Diese Bauteile bestehen aus unterschiedlichen Kunststoffkomponenten. Die zu beschichtende Komponente besteht aus reinem Acryl-Butadien- Styrol Co-Polymer (ABS) oder einem ABS angereichert mit Polycarbonat („ABS-PC“). Die andere nicht zu galvanisierende Oberfläche besteht meistens aus reinem Polycarbonat. Die Entwicklung des selektiven Beschichtungsprozesses dieser 2K-Bauteile stellt bereits die chrom(VI)haltige Vorbehandlung vor schwierige Aufgaben. Durch unterschiedliche Parameter in den Aktivbädern und zum Teil ausgeklügelter Spül- und Wannentechnik wird hier eine selektive Galvanisierung ermöglicht. Bei der Verwendung einer chromfreien Vorbehandlung ist die gewünschte Selektivität schwieriger zu erzielen. Zurzeit arbeiten die Entwickler mit Hochdruck an diesem Thema und sind sehr zuversichtlich, dass es in Kürze eine Lösung für die selektive Beschichtung der 2K- und 3K-Spritzguss-Bauteile gibt.

Alle Automobilhersteller schreiben bestimmte Haftungsprüfungen wie Temperaturwechsel- und Abzugstests in ihren Spezifikationen vor, die die galvanisierten Bauteile bestehen müssen. Beim Vergleich des Beizangriffs einer sechswertig konditionierten Oberfläche mit der einer chromfrei gebeizten Oberfläche wird anhand von REM-Aufnahmen zwar ein geringerer Beizangriff deutlich, jedoch zeigen sich nahezu identische Ergebnisse bezüglich der Haftung der Metallschichten zum Grundmaterial.

Durch Verwendung von SILKEN BOND werden sowohl im ABS, als auch im ABS/PC-Grundmaterial Kavernen erzeugt, die durch ihre Anzahl und Größe eine anschließend gute Verankerung der Metallschicht ermöglichen, so dass die geforderten Abzugskräfte mühelos erreicht werden.

Aufgrund intensiver langjähriger Forschungsarbeit an diesem Thema bleibt der Weg einer chromfreien Vorbehandlung nun nicht mehr unmöglich. Jedoch wird hier noch ein gewisser Zeitraum zur Implementierung unter Produktionsbedingungen benötigt, bis die chromfreie Vorbehandlung industriell für alle Anwendungsgebiete einsatzbereit sein wird.

(Quelle: OEM & Lieferant, Ausgabe 2/2016)