elektrotauchlacke elektrotauchlacke für industrielle...

ElektrotauchlackeElektrotauchlacke für industrielle Anwendungen

BASF Coatings hat den entscheiden-den Vorsprung an Erfahrung. In derForschung. In der Entwicklung maßge-schneiderter Lackprodukte. Und nichtzuletzt in der Anwendungsberatung.Wir bieten Ihnen die kompletteProblemlösung rund um die Elektro-tauchlackierung. BASF liefert Lack-produkte, auf die Sie sich verlassenkönnen. Aber eben mehr als Lack.Daher sollten Sie uns schon währendder Anlagenplanung hinzuziehen,damit wir gemeinsam hocheffizienteLösungen erarbeiten können.

Elektrotauchlackierung 1

Elektrotauchlackierung für die industrielle Metallbeschichtung

Einführung– ETL – was ist das eigentlich ...?– Die relativ junge Geschichte der ETL– Terminologie– Kathodische -, anodische Tauchlackierung

1 Grundlagen1.1 Lackkomponenten und

Zusammensetzung1.2 Harzchemie1.3 Applikation1.3.2 Kathoden-, Anodenreaktion1.3.3 Filmaufbau1.3.4 Vernetzung1.4 ETL-Entwicklung:

Vom Labor zur Marktreife

2 Ökoeffiziente Innovation in Elektrotauchlacken

3 Anwendungsbeispiele für Elektrotauchlacke3.1 Automobilzubehör3.2 Heizkörper3.3 Hausgeräte3.4 Landmaschinen3.5 Bauindustrie/Metallbau

4 BASF Produkte

Inhalt

Elektrotauchlackierung2

Der neue Kurs der BASF Coatings:Triple Customer Focus.BASF Coatings ist mehr als nur ein Name.BASF Coatings steht für unsere Vision, mitder wir als Global Player die Märkte derZukunft aktiv mitgestalten. Zum Vorteilunserer Kunden. Innovative Lösungen,enge Partnerschaft, weltweite Präsenz –das alles bringen wir auf einen Begriff:Triple Customer Focus.

Ein Dreiklang, der uns bei Fahrzeug-,Autoreparatur- und Industrielacken immereine Schicht besser macht. Und unsereKunden weltweit weiterbringt.

Innovative Lösungen.Damit stehen unsere Kunden im internatio-nalen Wettbewerb immer glänzend da.Denn was die von der BASF Coatings ent-wickelten Lackiertechnologien so zukunfts-weisend macht, sind hohe Effizienz undQualität.

Dafür nutzt die BASF Coatings dieSynergien aus dem Verbund interdisziplinä-rer Forschungsaktivitäten innerhalb derweltweiten BASF-Gruppe und den eigenenForschungs- und Technologiezentren inDeutschland, Japan, Brasilien und in denUSA. Dieser einzigartige Verbund vonKnow-how macht die BASF Coatings starkfür ihre Partner. Stark für die Zukunft.

Enge Partnerschaft.Zur Erfolgsformel für die Lacke der Zukunftgehört neben Innovationen und Globalitätauch Partnerschaft. So werden zukunfts-weisende Lackierverfahren unterm Strichzum beiderseitigen Nutzen zu serienreifenErgebnissen geführt – mit der BASFCoatings als Systempartner.

Enge Partnerschaften sind für dieBASF Coatings eine wesentliche Voraus-setzung für den Erfolg ihrer Kunden. AlsSystemlieferant kann die BASF Coatingsgemeinsam mit ihren Kunden kompletteLackierprozesse konzipieren und derenErgebnisse kontinuierlich verbessern – dieQualität optimieren und Kosten minimieren.Schnell, flexibel und kalkulationssicher.

Weltweite Präsenz.Unsere Mitarbeiter sind rund um denGlobus zu Hause. Durch diese interna-tionale Präsenz kundennaher Standorteverfügt die BASF Coatings über alle Mög-lichkeiten der effizienten Fertigung undProduktanpassung.

Ein weltweites Verbundnetz der Kern-prozesse Marketing, Vertrieb, Operations-und Technologiemanagement ermöglichtes der BASF Coatings, ihren Kunden hoheQualitätsstandards und schnellen Servicezu bieten. Auf diesem Wege werden wirunserer Aufgabe gerecht, den Kunden mitoptimierten Gesamtlösungen und fort-schrittlichen Lackiertechnologien neueMärkte zu eröffnen.

Triple Customer Focus.Der neue Dreiklang der BASF Coatings– Innovative Lösungen– Enge Partnerschaft– Weltweite Präsenz

BASF Coatings. Immer eine Schichtbesser.


Wer wir sind, was wir tun

Die BASF ist ein transnationales Unternehmen der chemischen Industrie,

das seinen Wert durch Wachstum und Innovation nachhaltig steigern will.

Die BASF bietet ihren Kunden ein leistungsfähiges Sortiment, das

hochveredelte Chemikalien, Kunststoffe, Farbstoffe und Pigmente,

Dispersionen, Fahrzeug- und Industrielacke, Pflanzenschutzmittel sowie

Feinchemikalien umfasst und bis zu Erdöl und Erdgas reicht.

Die ausgeprägte Verbundstrategie ist eine besondere Stärke der BASF:

Sie sichert Kostenführerschaft und somit langfristig entscheidende

Wettbewerbsvorteile. Die BASF richtet ihr Handeln am Leitbild der

nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung, Sustainable Development,

aus. Die BASF, das größte Chemieunternehmen der Welt, ist börsennotiert

in Frankfurt (BAS), London (BFA) und New York (BF). Im Internet findet man

die BASF unter www.basf.de.

BASF: Bei Coatings international führend

Die BASF Coatings AG inklusive ihrer Beteiligungsgesellschaften sowie alle

Coatings-Aktivitäten der weltweit vertretenen BASF-Gruppengesellschaften

zählen zum international tätigen Unternehmensbereich Coatings der BASF-

Gruppe. Schwerpunktregionen dieses Unternehmensbereichs sind Europa,

der NAFTA-Raum und Südamerika. Daneben ist BASF Coatings auch in der

Region Asien/Pazifik aktiv, darunter mit eigenen Gesellschaften in Australien,

China, Indien, Japan und den Philippinen. Im Bereich Coatings entwickelt,

produziert und vermarktet die BASF ein hochwertiges Systemsortiment

innovativer Fahrzeug-, Autoreparatur- und Industrielacke mit den ent-

sprechenden Beschichtungsverfahren. Ökoeffiziente Pulverlacke, Wasser-

und High-Solid- sowie strahlenhärtende Lacke spielen dabei eine besondere

Rolle. In Brasilien nimmt das Unternehmen mit dem seit Jahren erfolg-

reichen Geschäft mit Bautenanstrichmitteln die führende Marktstellung ein.

Im Internet findet man BASF Coatings unter www.basf-coatings.de


stü

CCC OO


An die Oberflächentechnik werden immer höhere

Anforderungen gestellt. Anforderungen, die nur mit

fortschrittlichen und gütesicheren, mit energie-

sparenden und umweltfreundlichen Beschichtungs-

systemen erfüllt werden können. BASF Coatings hat

den entscheidenden Vorsprung an Erfahrung. In der

Forschung und Entwicklung maßgeschneiderter

Lackprodukte. Und nicht zuletzt in der Anwendungs-

technik. Wir bieten Ihnen die komplette

Problemlösung rund um die Lackierung. BASF liefert

Lackprodukte, auf die Sie sich verlassen können.

Und mehr.

ETL-Becken

P

P

P

Abwasserbehandlung

Ultrafiltration

Anolydkreislauf

P

OfenUFSpüle

Abluft

Förderkette

ETL-Anlagenschema


ETL – was ist das eigentlich...?Man müßte schon ein Eremit sein, um imtäglichen Leben nicht tausendfach undmehr mit ETL-behandelten Gegenständenin Kontakt zu kommen – vom Automobilüber Stahlmöbel und Computergehäusebis zu jeder Art von Haushaltsgeräten.

ETL ist die Abkürzung für Elektrotauch-lackierung und bezeichnet das moderne,hocheffektive Lackierverfahren zur organi-schen Beschichtung besonders von komplexgeformten Metallteilen mittels elektrischenGleichstroms.

Bei der Grundierung oder einschichti-gen Endlackierung einer Vielzahl von indus-triellen Massengütern bedeutet die Ein-führung der ETL das endgültige »AUS« fürPinsel oder Spritzpistole. Was sicherlichnicht zu bedauern ist, wenn man nur anUmweltverträglichkeit und Arbeitshygienedenkt.

In dieser und in weiteren Broschürenzum Thema »ETL-Verfahren« möchten wirallen Interessenten grundsätzliche Infor-mationen über Lackierprozeß, Lackchemieund Lacksysteme vermitteln – und Ant-worten auf Fragen zur Prozeßkontrolle undAnlagenkonzeption geben. Weil jedochThematik und Probleme von Anwendungzu Anwendung überaus vielschichtig sind,empfehlen wir in speziellen Fällen dieVerfahrenstechniker unserer BASF-Fach-laboratorien zu konsultieren; sie stehenIhnen jederzeit zur Verfügung.

Die relativ junge Geschichte der ETLDie Elektrotauchlackierung trat vor etwa 40 Jahren in das Rampenlicht der modernenIndustriegeschichte, als in den VereinigtenStaaten von der Ford Motor Companyanodisch abscheidbare Lacksysteme aufkommerzieller Basis zum Einsatz kamen.Die erste Tauchanlage zur »elektrophoreti-schen« Lackierung von Automobilkarosse-rien wurde 1963 in Betrieb genommen;kurze Zeit später übernahm man das neueVerfahren auch in Europa. Die BASF gehörtzu deren Urhebern. Der Begriff »Elektro-phorese« wird allerdings heute nicht mehrbenutzt, denn man weiß, daß beim Abschei-demechanismus die Elektrolyse vonWasser und die elektrische Destabilisie-rung von Polymerpartikeln eine wichtigereRolle spielen als die Bewegung der Poly-merteilchen im elektrischen Feld.

Mitte der 70-er Jahre wurden die anodischabscheidbaren Elektrotauchlacke (ATL)durch kathodisch abscheidbare Systeme(KTL) größtenteils abgelöst. Die BASF füllte1974 die erste kathodische ETL-Anlage inEuropa und führte danach die kathodischeETL in der europäischen Autoindustrie ein.Im Automobilbereich hat sich das KTL-Verfahren inzwischen voll durchgesetzt undverdrängt auch in der Automobilzubehör-und sonstigen Industrie mehr und mehrdas anodische Tauchverfahren.

Gleichwohl findet bei einigen Produk-ten auch das anodische Verfahren nocheine sinnvolle Anwendung, z.B. wenn esdarum geht, wetterbeständige farbige Ein-schichtlacke zu applizieren.

Einführung

Zur Terminologie

Hier einige gängige Abkürzungen und Begriffe, die Ihnen in unserer ETL-Information immer wieder begegnen:

ETL: Elektrotauchlackierung, ElektrotauchlackKTL: Kathodische TauchlackierungATL: Anodische TauchlackierungKathode: Negative Elektrode, ElektronenüberschußAnode: Positive Elektrode, ElektronenunterschußUF: UltrafiltrationAnolyt: Flüssigkeit im Raum zwischen Anode und MembranUmgriff: Vermögen, auch Hohlräume zu beschichten.


Anodische – kathodischeTauchlackierungBevor der Unterschied zwischen den bei-den Verfahrensvarianten erläutert wird, sollhier kurz die Frage beantwortet werden:

Warum überhauptElektrotauchlackierung?

Gegenüber konventionellen Spritzverfahrenbietet die Elektrotauchlackierung diefolgenden wesentlichen Vorteile:

– Umweltfreundlichkeit– Hohe Lackausnutzung in Kombi-

nation mit Ultrafiltrationtechnik– Hoher Korrosionsschutz– Beschichtung auch von Hohlräumen

möglich– Hoher Automatisierungsgrad– Gleichmäßige Schichtdicke

Von anodischer Tauchlackierung sprichtman, wenn der Lackfilm auf der Anodeabgeschieden wird, das zu lackierendeWerkstück also am positiven Pol desGleichrichters angeschlossen ist. Voraus-setzung dafür ist, daß die Bindemittelbe-standteile des Lacks anionischen Charak-ter haben, d.h. sie negativ geladen sind.Wie das erreicht wird und wie die Abschei-dung abläuft, wird in den Abschnitten 2und 3 ausführlich erläutert.

Die kathodische Tauchlackierung funk-tioniert genau umgekehrt: das Werkstückist Kathode und die Bindemittelpartikelmüssen positiv, also Kationen sein.

Wegen des unterschiedlichen Abschei-demechanismus und der dafür erforderli-chen unterschiedlichen Bindemittel sindauch die Eigenschaften der anodischabgeschiedenen und der kathodisch abge-schiedenen Lackfilme verschieden:

Kathodisch– Keine elektrochemische Auflösung des

Werkstücks und damit keine Metallionen im Film

– Basische Polymere fungieren als inhärenteKorrosionsschutzinhibitoren und sind verseifungsbeständig

– Phosphatierung wird während der Abscheidung nicht angegriffen.

Anodisch– Anodische Anlösung des Werkstücks als

Nebenreaktion und damit Einschluß von Metallionen im Film

– Saure Polymere, geringe Verseifungs-stabilität

– Bindungsbruch zwischen Phosphat-schicht und Metall während der Abschei-dung möglich.

Aus diesen grundsätzlichen Unterschiedenergeben sich auch die jeweiligen Anwen-dungsbereiche:

KTL ist überall dort einzusetzen, woexzellenter Korrosionsschutz gefragt ist.Wegen der hohen Applikationsspannungist das Umgriffsverhalten deutlich besser.Es werden also auch schlecht zugänglicheFlächen geschützt.

ATL ist zu verwenden, wenn derKorrosionsschutz nicht ganz so entschei-dend ist, die mechanisch-technologischenWerte gut sein sollen und der Lackfilmeventuell als Einschichtlackierung verwen-det wird. Insbesondere die Acrylat-Binde-mittel zeichnen sich durch hohe UV-Beständigkeit aus und lassen eine Vielzahlhochglänzender, farbiger Formulierungen zu.

Die Tabelle 1 stellt die charakteristi-schen Eigenschaften von ATL und KTLgegenüber:

Tabelle 1. Eigenschaftsvergleich ATL – KTL

Eigenschaft Kathodisch Anodisch

Korrosionsschutz bis 240 h Salzsprühtest ja ja

Korrosionsschutz 240 h bis 1000 h Salzsprühtest ja nein

UV-Beständigkeit nein/ja* ja

Alkali-Beständigkeit ja teilweise

Umgriff sehr gut gering bis gut

Farbpalette groß groß

Chemikalienbeständigkeit ja gering

*Spezialprodukte, die auch diesen Eigenschaften

genügen, sind erhältlich


1.1 Lackkomponenten undZusammensetzungEin ETL-Bad besteht zu ungefähr 80–90 %aus Wasser. Der Rest sind Bindemittel,Pigmente, ein geringer Anteil organischerLösemittel und Additive. In den nachfol-genden Tabellen sind die ATL- und KTL-typischen Bindemittelklassen mit ihrenwichtigsten Merkmalen aufgeführt. WelcheProdukte zu den jeweiligen Bindemittel-klassen gehören, erfahren Sie im zweitenTeil dieser Broschüre; Daten über Eigen-schaften und Ansatzprozeduren findensich in den »Technischen Informations-blättern« (TI).

1 Grundlagen

Bindemittel

KTL

Acrylat– UV-beständig– Korrosionsschutz besser als

bei ATL-Acrylaten– als Einschichtsystem geeignet

Epoxid – nur als Grundierung geeignet– exzellenter Korrosionsschutz– gute Hohlraumbeschichtung

(Umgriff)– überlackierbar mit 2K-Lacken– alkali/säurebeständig

ATL

Acrylat– Überbrennsicherheit– bunte Farbtöne– Klarlacke– hohe Badstabilität– schwacher Korrosionschutz– als Einschichtsystem geeignet

Phenolmod. Acrylat– erhöhter Korrosionsschutz– nur dunkele Farbtöne

Epoxid/Polyester– helle Farbtöne– befriedigender Korrosions-

schutz– guthaftend auf Zinkuntergrund– überlackierbar, auch mit

lufttrocknenden Lacken

Polybutadienöle– vergilbend– guter Korrosionsschutz ins

besondere bei Einsatz von Phenolharzen

– bei Außenbewitterung kreidend

Pigmente

Titandioxid, Ruß, Eisenoxid,Kaolin, Talkum, Bleipigment,Blanc fixe, Aluminium

Als farbgebende Buntpigmentein Einschichtsystemen könnendie üblichen anorganischenoder organischen Pigmenteeingesetzt werden.

Grundsätzlich sollten ETL-Pig-mente nicht reaktiv sein undkeine wasserlöslichen Verunrei-nigungen enthalten (Chlorid,Sulfat etc.)

Nach Möglichkeit werden keineSchwermetall-Pigmente einge-setzt.

Lösemittel

Es werden gut abbaubareLösungsmittel verwendet. AlsProduktklassen können hieraufgeführt werden:– niedermolekulare Alkohole– aliphatische und aromatische

Glykolether– Ketone

Tabelle 2. Bindemittel, Pigmente und Lösemittel für die Elektrotauchlackierung

NNN

H2

H2

OOO


HCI

– – –HCH

N + R – COOH

+

HC– –

O

HHC + H – N

+ KOH

oder

H2 O + H2 O

+ R3 – N

OOC – RR2

R1

R2

R1

R2

R1

OH

Säure unlöslich

Epoxid

Base, Amin

Amin

Salz löslich

CI

= O

OH

HCI

– – –HCH

NH

R2

R1

OH

Abb. 1. Solubilisierungsreaktion bei Harzen für ATL

Abb. 2. Einbau einer aminofunktionellen Gruppe in einem Epoxidharz

Abb. 3. Neutralisationsreaktion bei KTL-Harzen

H2 O

CI

= O

KO

CI

= O

O

CI

= O

OH

HCI

– – –HCH

NR2

R1

OH

-

-

-

R2

R1R3 –

HN

+

+


Reaktion eines Oxiranringes mit einemprimären Amin eingebaut wird. (Abb. 2)

Wird dieses Harz mit einer Säure ver-setzt (man verwendet dazu eine organi-sche Säure, wie Milch-, Essig- oder Ameisensäure), so ist das Harz im Wasser dispergierbar (Abb. 3).

Oft wird nur ein Teil der funktionellenGruppen mit Neutralisationsmittel umge-setzt. Das molar Verhältnis von Neutralisa-tionsmittel zu funktionellen Gruppen wirdals Neutralisationsgrad bezeichnet. EinNeutralisationsgrad von 30–40 % reicht oftschon aus, um die gewünschte Wasser-verträglichkeit zu erhalten.

1.2 HarzchemieWie Tabelle 2 zeigt, können die für ETL-Bindemittel geeigneten Harze verschiede-nen Polymerklassen entstammen. Für allegemeinsam gilt, daß sie funktionelleGruppen enthalten müssen, die eineSalzbildung bei Umsetzung mit einer Base(ATL) oder Säure (KTL) ermöglichen. Erstdadurch wird die unbedingt notwendigeWasserverträglichkeit gewährleistet.

Bei den zur anodischen Tauchlackie-rung verwendeten Harzen werden in dasPolymergerüst üblicherweise Carboxyl-oder Sulfonsäuregruppen eingebaut. DieSalzbildungsreaktion mit Alkali oder einemorganischen Amin zeigt Abb.1.

Die entsprechende funktionelleGruppe bei KTL-geeigneten Harzen ist imallgemeinen eine Aminogruppe, die durch

Die BASF Coatings verfügt über ein spezielles

Technikum für ETL

1.3 Applikation1.3.1 Kathoden- und AnodenreaktionBei der elektrolytischen Wasserzersetzungan Kathode und Anode entstehen Folge-produkte, die zur Ausflockung (Koagula-tion) der gelösten Harze führen:

Bei der KTL sind dies OH- -Ionen, diein einer Folgereaktion mit den protonisier-ten Bindemittelmolekülen reagieren.

Im Falle des ATL-Prozesses reagierenan der Anode erzeugte H+-Ionen mit dennegativ geladenen Harzumolekülen.

Anode

Kathode

Werkstück

H2

H2

OOO

RR C

CC OOO O

OO

NNN

NNN

RR C

CC OOO O

OO

H2

H2

OOO

OOO

H2

H2H

2

O2

O2O

2

U =

Elektrolyse

Lackkoagulation

Die nebenstehenden Gleichungen undAbbildungen zeigen die ablaufenden Reak-tionen noch einmal schematisch.

Abb. 4 stellt graphisch dar, was beider ETL-Abscheidung geschieht. Einewichtige Rolle hinsichtlich der Schicht-dicken-Ausbildung spielen die bei derElektrolyse freiwerdenden Gase O2 und H2.Sie bilden auf dem abgeschiedenen »Naß-film« einen Schaum, der zur Widerstands-ausbildung und damit zur Schichtdicken-begrenzung entscheidend beiträgt.

KTL1. 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH- (Kathodenreaktion)

2. Polymer-NR2H+ + OH- (löslich) Polymer-NR2 + H2O (unlöslich)


Kathode

WerkstückH

2H

2O

OO

CCC O

OO OOO

NNN

NNN

CCC O

OO OOO

H2

H2

OOO

OOO

H2

H2H

2

O2

O2O

2

U =

Elektrolyse

Lackkoagulation

Abb. 4. Elektrodenreaktion bei ATL und KTL

ATL1. 2 H2O 4 H+ + O2 + 4 e- (Anodenreaktion)

2. Polymer-COO- + H+ (löslich) Polymer-COOH (unlöslich)

mLack = Äqu. * j(t) * t * TF (Gl. 1)mit mLack = abgeschiedene Lackmenge (g)Äqu. = elektrochemische Abscheide-

äquivalent [cm3/As]j(t) = Stromdichte als Funktion de

Beschichtungszeit [A/cm2]t = Beschichtungszeit

TF = Dichte des ‘Trockenfilms (g/cm3)

Bei der vorgegebenen Gleichspannungstellt sich nach dem Ohmschen Gesetzzum Zeitpunkt t = eine Stromdichte j ein:

j(t) = U:R(t)*A (Gl. 2)mit U = Gleichspannung [V]R (t) = Gesamtwiderstand als

Funktion der Beschichtungs-zeit [Ohm]

A = beschichtete Fläche [cm2]


Kammerfilter-presse

Koagulation

Abkühlstrecke

Abdunstzone

Ofen

Entfettungs-zone

Spülzone

Phosphatierungs-zone

Spülzone

ET-Becken

Spülzone

Blaszone

Abnahme-station

Annahme-station

VE-Wasserherstellung

Gleichrichter

Vormisch-behälter


Schematische Darstellung des

Produktionsablaufs einer ETL-Anlage

1.3.2 Der FilmaufbauEs wurde schon gesagt, daß das KTL-Verfahren eine größere Bedeutung als derATL-Prozeß hat, der mit umgekehrtemVorzeichen praktisch genauso abläuft. Diefolgenden Untersuchungen betreffen daherder Einfachheit wegen nur das kathodischeVerfahren.

Die Menge des abgeschiedenenLackmaterials richtet sich nach der geflos-senen Strommenge.

Durch die Lackabscheidung und dendamit entstehenden Schaum bildet sich einSchichtwiderstand aus, der den Bad-widerstand um ein Vielfaches übersteigt.Nach dem Ohmschen Gesetz sinkt damitdie Stromdichte und der Abscheidepozeßverlangsamt sich.


Schichtwiderstand undBadtemperaturDurch Variation der Badtemperatur läßtsich der Aufbau des Schichtwiderstandesverändern. Die Abhängigkeit der Schicht-dicke von der Badtemperatur ist in Abb. 5dargestellt. Ursache für diese starkeAbhängigkeit von der Badtemperatur istdie Viskosität des abgeschiedenenPolymermaterials. Ist sie sehr hoch (beiniedrigen Temperaturen), ist der Naßfilm zuBeginn noch porös, der Widerstand bleibtniedrig. In Abb. 6 ist die Ladungsmengegegen die Beschichtungszeit bei verschie-denen Badtemperaturen aufgetragen. Manerkennt, daß nach einer Beschichtungszeitvon 120s die geflossene Ladungsmengebei 12°C und 28°C etwa gleich ist.Allerdings ist der Weg dorthin völlig unter-schiedlich:

Bei der niedrigen Temperatur wirdnahezu 90 % der Ladung in den ersten 5 sumgesetzt, danach ändert sich nicht mehrviel. Dagegen ist der Ladungsfluß bei 28°Cmehr kontinuierlich und steigt konstantwährend der gesamten Abscheidezeit.Würde man weiter beschichten, wäre dieSchichtdicke bei einer Badtemperatur von28°C deutlich höher als bei 12°C.

Die Ladungskurve bei 20°C beschreibtden Übergang zum mehr kontinuierlichenAbscheideprozeß. Hier sind die erreichtenLadungsmengen sehr niedrig und damitauch die Schichtdicken (s. auch Abb. 5).

1.3.3 UmgriffEine der wichtigsten Eigenschaften vonElektrotauchlacken ist die Möglichkeit zurBeschichtung schwer zugänglicher Teile.So werden zum Beispiel bei einer Auto-karosserie alle Hohlräume, wie Türschwellerund Dachholme mitbeschichtet – eineGrundlage gegen die Durchrostung voninnen.

Wie funktioniert der Umgriff?Beim Anlegen einer Gleichspannung zwi-schen Elektrode und Werkstück sucht sichder Strom zunächst einmal den Weg desgeringsten Widerstandes. Das bedeutet,daß erst diejenigen Teile beschichtet wer-den, die der Elektrode am nächsten sind:die Außenfläche.

Durch die Außenbeschichtung wächstder elektrische Widerstand an, so daß derStrom nun wiederum einen Weg mit gerin-gerem Widerstand sucht, der durchausauch länger sein kann. Auf diese Weisewerden jetzt entferntere Teile ebenfallsbeschichtet ... ein Vorgang, der sich per-manent fortsetzt. Erst wenn der Weg solang ist, daß der elektrische Badwiderstandfür eine ausreichende Stromdichte zu hochwird, endet die Beschichtung. Für derartigeFälle müssen die Werkstücke konstrukti-onsseitig so gefertigt sein, daß das elektri-sche Feld in die Hohlräume (Löcher, Spal-ten o.ä.) eindringen kann. Unsere Abb. 7zeigt die Dynamik des Beschichtungs-vorgangs in Einzelsequenzen vom Beginnbis zum Ende einer Hohlkörperbeschichtung.

Abb. 5. Schichtdicke und Badtemperatur

0

30

20

10

010 20 30 40

Abb. 6. Ladungsfluß und Badtemperatur

Abb. 7. Beschichtung von Hohlkörpern

Beschichtungsanfang:

Außenbeschichtung

Hohlkörper

Hohlkörper

Hohlkörper

nach kurzer Zeit: Beginn der

Innenbeschichtung,

Filmwiderstandsaufbau außen

zum Ende: weiter geringer

Schichtaufbau innen, kaum noch

Abscheidung außen

Badtemperatur (°C)

SD

(ym

)

30

20

10

0

Q (A

s)

0 20 40 60 80 100 120

12 °C

28 °C

20°C

Badtemperatur

Beschichtungszeit (s)

-

-

-

+

+

+


1.3.4 VernetzungNachdem das Lackmaterial appliziert undin der Spülzone von noch anhaftendem,flüssigem Lack befreit ist, mag der Filmbereits ausreichend fest erscheinen; mankann ihn anfassen – er klebt nicht und fühltsich trocken an. Das täuscht allerdingsüber die tatsächliche Festigkeit hinweg,denn Lösemittel wie Methyl-Ethyl-Ketonoder Aceton können den Lackfilm pro-blemlos auflösen.

Bei mechanischer Belastung, wie siebeispielsweise eine Verformung durch den

Erichsen-Tiefungs-Test darstellt, reißt derFilm sehr schnell.

Erst die chemische Vernetzung derBindemittelmoleküle führt zu einem löse-mittelbeständigen, mechanisch-technolo-gisch einwandfreiem Film. Aus diesemGrunde wird dem Lackmaterial einVernetzer hinzugefügt, der bei erhöhtenTemperaturen die chemische Bindung zwi-schen den einzelnen Bindemittelmolekülenherstellt.

Man kann sich übrigens verschiedenerVernetzungsreaktionen bedienen. In Abb. 8

Abb. 8. Vernetzungsreaktionen

a. Melamin/Hydroxyl-Vernetzung

b. Mannich-Vernetzung

c. Umurethanisierung

CH2 - OR CH2 - O - Polymer

CH2 - O - PolymerC - N

CH2 - OR

- 4 R - OH+ 4 HO - Polymer

C - N- C

CH2 - O - Polymer

CH2 - O - Polymer

CH2 - ORCI N

CI N

CH2 - OR

stellen wir drei unterschiedliche Typen vor:Melamin/Hydroxyl-Vernetzung sowieVernetzung durch Mannich-Base undUmurethanisierung, wobei letztere typischfür die Mehrzahl der KTL-Systeme ist. DerVernetzung durch Melamin- oder Phenol-harze bedient man sich bei den ATL-Systemen.

Sehr wichtig für die gute Vernetzungist der Gehalt an funktionellen Gruppen wieOH oder NH2, denn der Aufbau desVernetzers kann die späteren Filmeigen-schaften entscheidend beeinflussen!

N

N

N

- C

N

N

N

R1C - NH

H R2+ NH2 - Polymer

- 3 R - OH

+ NH2 - Polymer R1+ H - N

R2

R1+ H - N

R2

R1H C - N

H R2

HC - NH

H Polymer

HH C - N

H Polymer

H OI IIN - C - OR + OH - Polymer



H OI IIN - C - O - Polymer




1.4 ETL – Entwicklung: Vom Labor zur MarktreifeDie Entwicklung eines neuen Elektrotauch-lacks erfordert umfangreiche Labor-arbeiten. Die Ziele einer Neuentwicklungwerden in den meisten Fällen durch dieKundenwünsche vorgegeben und könnenfolgende Merkmale betreffen:– Korrosionsschutz– Oberfläche (Glanz, Verlauf)– Farbe– Mechanische Eigenschaften– Schichtdicke– Verarbeitungssicherheit– Handhabbarkeit– Kosten– Produktionssicherheit

Für den Entwickler stellt sich zunächst dieFrage, ob vorhandene Bindemittel undVernetzer geeignet sind, den gewünschtenAnforderungen zu entsprechen. Sollte diesder Fall sein, beginnt die Formulierungs-arbeit im ETL-Labor. Die folgenden Para-meter sind dabei beeinflußbar:

ETL-Bad:– Pigmente– Additive– Festkörperkonzentration– Bindemittel-/Pigmentverhältnis (kurz B/P)– Lösemittelgehalt/Verlaufmittel

Applikation:– Badtemperatur– Abscheidespannung– Abscheidezeit– Einbrenntemperatur und -zeit

Die ersten Versuche werden mit kleinerenLackansätzen gemacht.

Nachdem die richtige Formulierung»steht«, folgt ein größerer Ansatz, der in ein350-l-Becken unseres Technikums gefülltwird. Für die Probebeschichtung größererTeile stehen darüber hinaus 1000-l und4000-l-Becken zur Verfügung, um Lang-zeitverhalten und Stabilität des Lackmaterialzu prüfen.

Die Endstufe der Entwicklung stellt dieBefüllung eine 65-t-Becken dar – geeignetfür die Beschichtung von Großteilen, wie z. B. Automobil-Karosserien. Nach derGrundierung kann die im Technikumbeschichtete Karosserie weiterlackiert undanschließend im Herstellerwerk zu einemfertigen Automobil montiert werden. EinFahrtest unter Praxisbedingungen zeigtdann ob die KTL-Grundierung die in siegesetzten Erwartungen erfüllt.

Aufgrund spezieller Kundenwünscheoder für gezielte Optimierungsarbeiten sindhäufig neue Bindemittel oder Vernetzer zuentwickeln. Dann wird im Kunstharzlabor»gekocht«, im ETL-Labor geprüft und eswerden Badführungsformulierungen er-arbeitet. Das »scale up« von Harzkochun-gen erfolgt in einem Harztechnikum, wo inentsprechenden Reaktoren Harzchargenbis zu 400 kg und Dispersionen bis zu 1 thergestellt werden. Wenn dieser Prozeßerfolgreich verlaufen ist, wird in derHarzfertigung die Produktion von Chargenin der Größenordnung bis zu 40 t aufgenommen. Für die Entwicklung undProduktion von Pigmentpasten gilt entsprechendes.

H2

H

O2

O2O

2


2 Ökoeffiziente Innovation in Elektrotauchlacken

Einführung

Innovation mit Ökoeffizienz: Schlüssel zum Erfolg von morgen

Um auf den Märkten der Welt heute und künftig erfolgreich zu sein, müssen

innovative Lacksysteme herausragende Produkt- und Prozeßeigenschaften

bieten und gleichzeitig ökoeffizient sein. Das bedeutet, sie müssen den

Gesamtprozeß wirtschaftlicher machen und gleichzeitig einen Beitrag zur

verbesserten Umweltverträglichkeit leisten. Zu den herausragenden Zukunfts-

technologien zählen wir daher neben Wasserlacken, Coil Coatings, Pulver- und

UV-Lacken auch die neue Generation von Elektrotauchlacken.

BASF Coatings betreibt gezielteForschungs und Entwicklungsprojekte mitdem Ziel ökoeffiziente Innovationen zurMarktreife zu führen.

Treibende Innovationskraft ist dieVerbesserung von

– Effizienz im Applikationsverlauf– Verringerung des Lösemittelgehalts – Eliminierung von Schwermetallen

bei gleichbleibendem oder erhöhtemKorrosionsschutz.

Ergebnisse der BASF CoatingsEntwicklungsarbeit zeigen eindeutig dieWeiterentwicklung im Hinblick auf Effizienzund die Verringerung des Lösemittelgehaltund Schwermetallgehalt. LösemittelSchwer-

metall


Gegenwart und Zukunft

BASF Coatings bietet Cathoguard® 500Cfür vielfältige Anwendungen als innovativeLösung an. Ob im Automobilbau undderen Zulieferindustrie oder in derMaschinenbauindustrie – dieses Systemüberzeugt durch:

Ökonomie

Effizienz

Ökologie

Technologie

Oberfläche

Cathoguard® 500C ermöglicht einen re-duzierten Materialeinsatz, einen reduziertenUltrafiltrat-Verwurf sowie eine Verringerungdes Spühlwassereinsatzes.

Cathoguard® 500C ist bleifrei mit niedrigem VOC (< 1% Lösemittelgehalt)und erfüllt HAP´s. Es besticht durch exzellenten Korrosionschutz auf Cr-freier

Cathoguard® 500C bietet einenverbesserten Umgriff und damit einen ausgezeichneten Korrosionsschutz insbesondere in Hohlräumen. Durch dieVerbesserung der Benetzung und Haftung

Cathoguard® 500C ist richtungsweisendfür einen exzellenten Oberflächenverlaufmit hervorragendem Kantenschutz. DieAbdeckung von Schleifriefen und die

Cathoguard® 500C:

Eine ökoeffiziente Innovation der BASF Coatings

Cathoguard® 500C ist die logische und konsequente Fortführung der BASF

Coatings Entwicklungsarbeit. Mit wesentlichen technischen Verbesserungen und

damit Vorteilen für unsere Partner in den Bereichen Ökonomie, Ökologie,

Technologie und Oberflächenperformance, ist es BASF Coatings gelungen eine

innovative Lösung für Ihre Kunden anzubieten.

Vorbehandlung und durch die Reduzierungvon Ultrafiltrat-Verwurf sowie Spülwasser-einsatz können wertvolle Ressourcengeschont werden.

wird eine erhöhte Steinschlagbeständigkeitrealisiert, sowie ein sehr guter Korrosions-schutz auf neuen Vorbehandlungen (Cr-frei, Ni-frei, NO2-frei)

Kontaminationsresistenz ist deutlich verbessert worden was zu einer höherenFirst-Run-OK Rate führt.


KTL ATL

KTL ATL

KTL ATL

AutomobilzubehörNicht nur die Automobilkarosserie erhältals erste korrosionsschützende Lack-schicht eine KTL-Grundierung. Auch vieleAnbauteile und Zubehörteile, die vonZulieferanten gefertigt werden, erhalteneine KTL-Lackierung um den Qualitäts-forderungen der Automobilindustrie zu entsprechen.

So werden Räder, Fahrwerksteile,Innenteile (z.B. Sitze) und Motorteile beimHersteller oder bei Lohnlackierern in denmeisten Fällen elektrotauchlackiert. Bei Innenteilen wird aufgrund geringererKorrosionsschutzforderungen auch ano-disch lackiert, bei korrosionsgefährdetenAußenteilen ausschließlich kathodisch.

Neben den geeigneten ETL-Systemenbieten wir im Rahmen eines komplettenLacksystems auch die passenden Deck-lacke und Pulverlacke an. Der Kunden-vorteil liegt auf der Hand: Die Lacke sindaufeinander abgestimmt, sie sind gemein-sam durch umfangreiche Tests gegangenund die Systemverantwortung liegt in einerHand.

Glassophor®

Reihe GW 90Cathodip®

Reihe GV 85

Cathoguard®

Reihe GV 25

Cathoprime®

Reihe GV 82

3 Anwendungsbeispiele für Elektrotauchlacke

ProzessSubstrate Stahl/AluminiumVorbehandlung EisenphosphatierungEinbrenntemperatur < 160°Einbrenntemperatur > 160°AnforderungenOberfläche Acetonbeständigkeit

KraftstoffbeständigkeitUV-Beständigkeit

Farbtongenauigkeit < dE 1,0Korrosionsschutz > 160 h SalzsprühtestKorrosionsschutz > 240 h Salzsprühtest

ProzessSubstrate StahlVorbehandlung ZinkphosphatierungAnforderungenOberfläche gute Überlackierbarkeit

geringe Ausläuferneigungkeine Brückenbildunggute Chemikalien-beständigkeit

Korrosionsschutz > 1000 h Salzsprühtest> 60 Rd VW-KWT> 10 Zyklen VDA-KWT

ProzessSubstrate Stahl/Alu/verzinkter StahlVorbehandlung ZinkphosphatierungAnforderungenSchichtdicke 30 - 40 µmOberfläche gute Überlackierbarkeit

für Decklacksehr guter Umgriffgute Chemikalien-beständigkeit

Korrosionsschutz > 720 h Salzsprühtest> 60 Rd VW-KWT> 10 Zyklen VDA-KWT

Anwendung Räder

KWT Klimawechseltest

Anwendung Achsen

Anwendung Sitzgestelle PKW

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HeizkörperlackierungDie Fertigung von Heizkörpern schließtheutzutage immer auch eine Fertiglackie-rung mit ein. Üblicherweise werden dieRohheizkörper vor Lackierung entfettetund alkaliphosphatiert (= Eisenphosphatie-rung), meistens im gleichen Behand-lungsschritt. Bei der anschließenden Grun-dierung gibt es im Prinzip drei umwelt-verträgliche Möglichkeiten:1. Wassertauchlackierung2. Anodische Tauchlackierung3. Kathodische Tauchlackierung

Aufgrund des guten Umgriffs, des hohenKorrosionsschutzes und der vergleichs-weise niedrigen Beschichtungsstoffkostenempfehlen wir eine KTL als Grundierung. Die KTL der Produktreihe GV87 wurdespeziell für diesen Einsatz entwickelt undzeichnet sich durch – niedrigen Lackverbrauch– hohen Umgriff – sehr gute Farbtonstabilität– sichere Überbeschichtung

auch durch sehr weiße Pulver ohne Durchbluten aus.

Umgriff = Eindringvermögen, Fähigkeit zur Hohlraumbeschichtung

In diesem Anwendungsgebiet gilt: Die BASF übernimmt die Verantwortung fürdie gesamte Beschichtung inkl.Vorbehandlung. Dies ermöglicht eine ökonomische Beschichtung mit sehr niedrigen und vor allen Dingen planbarenm2-Kosten im Gesamtaufbau.

KTL ATL

KTL ATL

KTL ATL

Cathodip®

Reihe GV 85Cathoprime®

Reihe GV 82

Cathoprime®

Reihe GV 82

ProzessSubstrate Stahl/Alu/verzinkter StahlVorbehandlung ZinkphosphatierungAnforderungenSchichtdicke < 20 µm (Cathodip®)

< 20 µm (Cathoprime®)Oberfläche gute Überlackierbarkeit

für Decklacksehr guter Umgriffgute Chemikalienbeständ.

Korrosionsschutz > 720 h Salzsprühtest> 10 Zyklen VDA-KWT

ProzessSubstrate Stahl verzinktlVorbehandlung ZinkphosphatierungAnforderungenOberfläche keinerlei Vergilbung

leichte VergilbungÜberlackierbar mit Ein-brenndecklackgute Laugenbeständigkeit

Schwitzwassertest > 240 h (DIN 50017)Korrosionsschutz > 480 h Salzsprühtest

< 240 h Salzsprühtest

Anwendung Hausgeräte

Anwendung Motorraumteile

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Glassophor®

Reihe GV 90

Glassodip®

Reihe GV 87Glassophor®

Reihe GW 90

ProzessSubstrate Stahl/AluminiumVorbehandlung Eisenphosphatierung

ZinkphosphatierungChromatierung

AnforderungenSchichtdicke > 20 µm

(als Einschichtlackierung)< 20 µm (als Grundierung)

Oberfläche keinerlei Vergilbunggeringe Vergilbungsehr guter Umgriffguter Umgriff

Schwitzwassertest > 240 h (DIN 50017)Korrosionsschutz 240 h Salzsprühtest

bis 96 h Salzsprühtest

Anwendung Heizkörper

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KTL ATL

KTL ATL

ProzessSubstrat FeuerzinkVorbehandlung EisenphosphatierungEinbrenntemperatur < 200 °C

< 180 °CAnforderungenGlanzgrad 60 °C < 70 (nach Gardner)

60 °C > 50 (nach Gardner)Erichsentiefung 4 mmHaftung Gt 0-1 (Gitterschnitt)

gute Haftung auf feuerver-zinktem Substratgute Haftung von luft-trocknendem Decklack

Korrosionsschutz 120 h SalzsprühtestFarbtonpalette farbig

Anwendung Bauindustrie/Metallbau

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Glassophor®

Reihe GW 90

Bauindustrie/MetallbauFür die Erstlackierung von Türzargen werden anodische Elektrotauchlacke eingesetzt. Hier ist eine gute Haftung auf verzinktem Untergrund und eine guteÜberlackierbarkeit mit Malerlacken späterauf der Baustelle verlangt. Das wird miteinem anodischen Epoxid-Ester GW90Glassophor® erreicht.

LandmaschinenIn dieser Industrie werden sowohl katho-dische als auch anodische Systeme alsGrundierung eingesetzt. Oft wird derFarbton dieser Grundierung dem Decklackangepaßt um ein einheitliches Farbbildsicherzustellen. Ähnliche Qualitätsforderungen wie in derAutomobilindustrie haben den Trend zurKTL-Beschichtung gefördert. Wir empfehlen eine Dickschicht-KTL derProduktreihe GV82 Cathoprime®.

Cathoprime®

Reihe GV 82

ProzessSubstrate Stahl/Stahl verzinktVorbehandlung Eisenphosphatierung

ZinkphosphatierungAnforderungenOberfläche gute Überlackierbarkeit

zum Decklacksehr guter Umgriffgute Chemikalienbeständ.

Farbtongenauigkeit < dE 1.5Korrosionsschutz 240 h Salzsprühtest

> 480 h Salzsprühtest> 10 Zyklen VDA-KWT

Anwendung Landmaschinen

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Glassophor®

Reihe GV 90

KleinteileEin recht neues Arbeitsgebiet ist die ETL-Beschichtung von Kleinteilen, die alssog. Schüttgüter nicht mehr aufwendigvereinzelt werden müssen. Auf einem speziellen Förderband werden sie durchdas ETL-Becken und die anschließendenSpülzonen geführt um dann auf ein zweitesBand, das durch den Trockenofen führt,übergeben zu werden. Das erste Bandwird durch eine Reinigungsstation zurückzur Aufgabe geführt.

Dieses Verfahren kann in Zukunfteinen Teil der galvanischen Beschichtungablösen und wird dazu beitragen, daß dieheute in der Galvanik üblichen Abwasser-mengen deutlich reduziert werden können.Beschichtet werden können Schrauben,Nägel, Fenster- und Türbeschläge,Unterlegscheiben, Federn, Haken, Dübel ...


Marken- Produkt- Bindemittel- Farbtöne Schicht- Einbrenn- Wesentlichename reihe basis dicke temperatur Eigenschaften

Glassophor® GV90 Poly- schwarz 25 µm 15 min. Objekt Guter Korosionsschutzbutadienöl 180 °C Gute Füllkraft

Unempfindlich gegen Vorbehandlungsstörungen

Glassophor® GW90 Acrylat weiß, grau 25 µm 15 min. Objekt UV-Beständigkeit, schwarz 170 °C Einschichtlack

Hoher Glanz

Glassophor® GW90 Epoxy-Ester grau, beige 25 µm 15 min. Objekt Gute Haftung auf Zink, 180 °C gute Überlackierbarkeit mit

handelsüblichen Malerlackengute Chemikalienbeständigkeit

Marken- Produkt- Bindemittel- Farbtöne Schicht- Einbrenn- Wesentlichename reihe basis dicke temperatur Eigenschaften

Cathoguard® GV25 Epoxy grau, 18 - 25 µm 15 min. Objekt Guter Korrosions- u. Kantenschutzschwarz 185 °C Optimierte Verlaufseigenschaften

(Ausläufer, Brückenbildung)

Cathoguard® GV35 Epoxy grau, 18 - 25 µm 15 min. Objekt Guter Korrosions- u. Kantenschutzschwarz 175 °C Sehr gute Beständigkeit in der

Salzwasserlagerung (Honda-Test)Sehr gute AppearanceHohe ErgiebigkeitGeringer Lösemittelanteil

Cathoprime® GV82 Epoxy grau, 20 - 35 µm 15 min. Objekt Guter Korrosionsschutzschwarz 175 °C Niedriger Glanzgrad

Breites Schichtdickenspektrum

Cathodip® GV85 Epoxy grau,schwarz 20 – 25 µm 15 min. Objekt Guter Korrosions- u. Kantenschutzgrün, orange 185 °C

Glassodip® GV87 Epoxy weiß 10 – 15 µm 15 min. Objekt Sehr guter Umgriff170 °C Farbtonstabil

Dünne Schichten

Die BASF Coatings stellt für die verschiedenen Anwendungsbereiche eineabgestimmte Produktpalette zurVerfügung. Bei der Auswahl des richtigenProduktes stehen unser Produktlabor und

4 Produkte

Elektrotauchlacke der BASF Coatings

Kathodische Tauchlackierung

Anodische Tauchlackierung

unsere Vertriebseinheiten zur Verfügung. Trotzdem soll der folgende Überblick diewichtigsten Unterschiede herausstellenund eine Vorauswahl erleichtern.


Die Angaben in dieser Druckschrift basieren auf

unseren derzeitigen technischen Kenntnissen und

Erfahrungen. Sie befreien den Verarbeiter wegen der

Fülle möglicher Einflüsse bei Verarbeitung und

Anwendung unserer Produkte nicht von eigenen

Prüfungen und Versuchen. Eine rechtlich verbindliche

Zusicherung bestimmter Eigenschaften oder der

Eignung für einen konkreten Einsatzzweck kann hier-

aus nicht abgeleitet werden. Etwaige Schutzrechte

sowie bestehende Gesetze und Bestimmungen sind

vom Verarbeiter stets in eigener Verantwortung zu

beachten.

Januar 2002

Weitere Informationen unter

www.basf-coatings.de

EuropaBASF Coatings AG

Glasuritstr. 1

48165 Münster

Deutschland

Tel.: +49 / (0)25 01 / 14 - 0

Fax: +49 / (0)25 01 / 14 – 33 73

BASF Coatings Spa

Via S. Maria Molgora 15

40040 Burago Molgora, MI

Italien

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C/ Cristóbal Colón, s/n

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Autovia Nacional 332

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46469 Beniparell (Valencia)

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60676 Clermont de l’Oise Cedex

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Industrial Coatings

1500 Lathem Street

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Fax: +1 / 6 30 / 879 2954

BASF Coatings de México S.A. de C.V.

Avenida 1 No.9

Parque Industrial Cartagena

54900 Tultitlán, Edo de México

Mexiko

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SüdamerikaBASF S.A.

Av. Angelo Demarchi, 123

09844-900 São Bernado do Campo – SP

Brasilien

Tel.: +55 / 11 / 7 53 - 11 22

Fax: +55 / 11 / 7 51 - 69 89

BASF Argentina S.A.

Avda. de los Constituyentes 1758

1667 FYE Tortuguitas / Buenos Aires

Argentinien

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Asien/PazifikBASF South East Asia Pte. Ltd.

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Singapore 038987

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Sadahalli P.W.D. Road

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Indien

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6-3, Osaki 1-chome

Shinagawa-ku

Tokyo 141-0032

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