Concentrés et solutions sans fluorure et procèdes
pour le nettoyage à basse température de l'aluminium.
La présente invention concerne des concentrés
et des solutions sans fluorure et des procédés pour
le nettoyage à basse température de l'aluminium.
De façon générale, l'invention concerne le
nettoyage des surfaces d'articles faits d'aluminium,
ce terme englobant ici non seulement l'aluminium pur
mais également et particulièrement les alliages d'aluminium dont l'ingrédient prédominant est l'aluminium.
Les récipients faits d'aluminium sont fabriqués
par emboutissage et formage, ce qui provoque le dépôt
sur les surfaces des récipients ainsi fabriqués de
lubrifiants et d'huiles de formage. De plus, des fines résiduelles d'aluminium (c'est-à-dire des particules
fines d'aluminium, éliminées par abrasion ou d'autres
façons de la surface pendant l'opération de formage)
demeurent également sur les surfaces du récipient.
Les récipients ainsi fabriqués doivent ensuite
être soumis à un traitement ultérieur, par exemple la
formation de revêtements chimiques de passivation et/
ou l'application de revêtements de laque sanitaire,
mais avant d'effectuer ce traitement ultérieur, les
surfaces des récipients doivent être propres et l'eau
doit y former une pellicule continue ne se fragmentant
pas en gouttelettes , afin qu' aucun contaminant pouvant
demeurer sur la surface ne gêne le traitement ultérieur des récipients.
Des compositions et des procédés pour nettoyer
les surfaces d'aluminium à des températures relativement élevées sont connus depuis longtemps et un exemple
typique des nombreux brevets concernant le nettoyage
<EMI ID=1.1>
US n[deg.] 3 635 826, mais ces compositions et procédés
nécessitant des températures élevées sont actuellement
peu utilisés par suite des coûts croissants de l'énergie.
On connaît cependant des compositions et des procédés pour nettoyer les surfaces d'aluminium à des températures relativement basses, notamment ceux décrits dans les brevets US n[deg.] 4 009 115, n[deg.] 4 116 853,
<EMI ID=2.1>
compositions de nettoyage contenant de l'acide sulfurique, de l'acide fluorhydrique ou un fluorure et un agent tensio-actif.
Les compositions et les procédés couramment employés dans l'industrie pour nettoyer les récipients en aluminium sont en fait des solutions aqueuses d'acide sulfurique contenant également de l'acide fluorhydrique et un ou plusieurs agents tensio-actifs. Elles sont très efficaces et présentent de nombreux avantages ; mais elles ont également certains inconvénients. Ainsi par exemple, les compositions contenant un fluorure sont capables de dissoudre l'appareillage en alliage de fer couramment utilisé dans les chaînes de nettoyage des récipients, même lorsqu'il s'agit d'acier inoxydable ; et de plus, le rejet de tout acide fluorhydrique ou d' autres fluorures demeurant dans les bains de nettoyage usés ou qui pénètrent dans l'eau de rinçage pose des problèmes d'environnement.
La demanderesse a trouvé que certaines nouvelles solutions et certains nouveaux procédés peuvent être utilisés avec succès et de façon avantageuse pour le nettoyaqe acide des surfaces d'aluminium à des températures relativement basses.
Selon un de ses aspects, l'invention fournit une solution aqueuse de nettoyage des surfaces des articles d'aluminium qui comprend environ 4 à environ
<EMI ID=3.1>
7,5 g/1 d'un agent tensio-actif ou d'un mélange d'agents tensio-actifs.
Les solutions de nettoyage de l'invention présentent de nombreux avantages utiles. Comme précèdes-ment indiqué, elles ne contiennent pas de fluorures et elles sont donc dépourvues des problèmes relatifs
à la manipulation, l'attaque de l'appareillage métallique et le rejet que posent les solutions contenant des fluorures. Néanmoins, ces solutions sans fluorures peuvent être employées avec succès pour nettoyer les surfaces d'aluminium à des températures relativement
<EMI ID=4.1>
économise le combustible et réduit le coût opératoire. De plus, l'emploi de la solution de l'invention forme des surfaces d'aluminium ayant un brillant exceptionnellement élevé, ce qui est un avantage net pour certains clients qui désirent éviter tout aspect givré apparaissant à travers leur étiquetage des récipients. Ce brillant supérieur résulte du fait que les solutions sans fluorures de l'invention présentent une vitesse de dissolution inférieure à celle des compositions de l'art antérieur contenant un fluorure. De plus les solutions de l'invention produisent des boites
<EMI ID=5.1>
ning") tout en étant remarquablement capables d'éliminer l'huile lubrifiante de la surface des boites, ce qui produit des récipients en aluminium à la surface desquels l'eau forme une pellicule continue et qui se prêtent donc mieux à un traitement ultérieur.
La solution contient de préférence environ
6 à environ 15 g/1 d'acide sulfurique.
En ce qui concerne l'acide ortho-phosphorique, bien qu'il soit possible d'utiliser la solution avec succès, au moins dans certaines circonstances, lorsqu'il est présent à des concentrations aussi faibles que 3 g/1, il n'est pas possible d'espérer que les solutions donnent des résultats satisfaisants pour toutes les vitesses des chaînes commerciales et toutes les températures opératoires si la concentration de l'acide ortho-phosphorique n'est pas d'au moins environ 9 g/1. Pour obtenir une solution de nettoyage utile dans l'industrie, pouvant être employée dans la gamme étendue des conditions opératoires indiquées ici, il est donc fortement recommandé que la concentration de l'acide ortho-phosphorique soit d'au moins
<EMI ID=6.1>
d'environ 10 à environ 20 g/1.
Le ou les agents tensio-actifs employés dans
la solution de nettoyage de l'invention peuvent être des agents tensio-actifs anioniques, non-ioniques ou cationiques ou leurs mélanges sous réserve que, comme, il est habituel, des agents tensio-actifs cationiques et anioniques ne peuvent pas être présents simultanément. On préfère utiliser des agents tensio-actifs anioniques ou non-ioniques et tout particulièrement ces derniers.
Il existe bien sûr un très grand nombre d'agents tensio-actifs du commerce que l'on peut utiliser dans les solutions de l'invention et une liste purement illustrative de certains d'entre eux qui se sont révélés utiles figure ci-après.
(1) Un agent tensio-actif non ionique supposé être
<EMI ID=7.1>
nom commercial PLURAFAC RA-30 par BASF Wyandotte Corp.
(2) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être
<EMI ID=8.1>
sous le nom commercial PLURAFAC D-25 par BASF Wyandotte Corp.
(3) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être
<EMI ID=9.1>
(4) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
dérivé êthoxylé d'acide abiêtique avec environ
<EMI ID=10.1>
marcial SURFACTANT AR 150 par Hercules, Inc.
(5) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
<EMI ID=11.1>
le nom commercial IGEPAL CA-630 par GAP Corp.
(6) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
alcool à chaîne droite polyéthoxylé modifié, vendu sous le nom commercial TRITON DF-16 par Rohm & Haas Co.
(7) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
<EMI ID=12.1>
Olin Corp.
(8) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
<EMI ID=13.1>
commercial ANTAROX BL 330 par GAF Corp.
(10) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
polyéther alcoylarylique ayant une chaîne carbonée d'environ 14 atomes de carbone et environ 16 moles
<EMI ID=14.1>
CF-10 par Rohm & Haas Co.
(11) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
<EMI ID=15.1>
de marque ANTAROX LF-330 par GAF Corporation.
(13) Un agent tensio-actif non-ionique, supposé être
un ester d'acide abiétique contenant environ 14 à
<EMI ID=16.1>
cialPEGOSPERSE 700-TO par Glyco Chemicals, Inc.
(14) Un agent tensio-actif non-ionique supposé être un
<EMI ID=17.1>
TRYCOL LF-1 par Emery Industries, Inc.
(15) Un agent tensio-actif non-ionique, supposé être un
ester polyoxyêthylënique d'acides gras mélangés et
<EMI ID=18.1>
cialRENEX 20 par I.C.I. United States, Inc.
(16) Un agent tensio-actif non-ionique, supposé être un
alcoxy(polyéthylènoxypropylènoxyisopropanol) ayant un poids moléculaire d'environ 706, vendu sous le
<EMI ID=19.1>
ration.
(17) Un agent tensio-actif non-ionique, supposé être
le 2-ëthylhexylsulfate de sodium, vendu sous le
<EMI ID=20.1>
bide Corporation.
(18) Un agent tensio-actif non-ionique, supposé être le
2-butoxyéthoxyacétate de sodium, vendu sous -le nom commercial MIRAWET B par Miranol Chemical Co.
On préfère que l'agent tensio-actif ou le mélange d'agents tensio-actifs employés dans les solutions de l'invention consistent en des agents tensio-actifs très détergents et/ou peu moussants.
Des exemples d'agents tensio-actifs très détergents convenant à l'emploi dans les solutions de l'invention sont ceux indiqués en (1) - (5) dans la liste ci-dessus. Cependant d'autres peuvent certainement être utilisés. Sans que cela ait un caractère nécessairement limitatif, les agents tensio-actifs très détergents utiles dans l'invention peuvent être définis comme ceux donnant un résultat d'au moins 90 % sur l'acier inoxydable dans l'essai connu sous la dénomination de "Hard Surface Cleaning Test"
<EMI ID=21.1>
Des' exemples d'agents tensio-actifs peu moussants convenant à l'emploi dans les solutions de l'invention sont ceux indiqués en (6) - (12) dans la liste ci-dessus. D'autres peuvent certainement être utilisés. Sans que cela ait un caractère nécessairement limitatif, les agents tensio-actifs peu moussants utiles dans l'invention peuvent être définis comme ceux qui produisent moins de 20 mm de mousse après cinq minutes de
<EMI ID=22.1>
50[deg.]C (décrit dans le test ASTM n[deg.] D 1173-53 (confirmé en 1976) et intitulé "Standard Method of test for foaming properties of surface active agents") .
Pour obtenir la combinaison souhaitable de la forte détergence et du faible pouvoir moussant dans les solutions de l'invention, il est généralement particulièrement approprié d'employer un mélange d'agents tensio-actifs possédant les qualités correspondantes. Par conséquent, une caractéristique particulièrement préférée de l'invention est que l'agent tensio-actif présent dans la solution doit être un mélange d'environ 0,25 à environ 1,0 g/1 d'un agent tensio-actif très déterqent et d'environ 0,25 à environ 1,0 g/1 d'un agent tensio-actif peu moussant.
Il est en fait souhaitable que la solution contienne environ 0,40 à environ 0,80 g/1 de l'agent tensio-actif très détergent qui peut de façon avantageuse être un dérivé éthoxylé d'acide asiatique avec environ 15 moles d'éthoxylation.
Egalement, il est souhaitable que la composition contienne environ 0,40 à environ 0,75 g/1 del'agent tensio-actif peu moussant qui peut de façon avantageuse être un éther alcoylique polyéthoxylé..
Si l'on choisit un agent tensio-actif qui satisfait simultanément aux critères de forte détergence et de faible pouvoir moussant, un tel agent tensio-actif peut être présent seul et de préférence à une concentration comprise dans la gamme d'environ 0,5 à environ 2,0 g/1.
Bien que dans la présente description les quantités ou les concentrations de l'acide sulfurique et de l'acide phosphorique que l'on utilise dans les solutions de nettoyage aqueuses de l'invention soient calculées (et généralement exprimées) en acide à 100 %, il est évident qu'en pratique il peut souvent être plus pratique ou plus économique d'incorporer ces acides dans les solutions (ou les concentrés indiqués ci-après) sous une de leurs formes commerciales courantes impures telles que l'acide sulfurique ayant une densité de
<EMI ID=23.1>
Les solutions de nettoyage de l'invention peuvent être préparées de façon particulièrement pratique à partir d'un concentré contenant les ingrédients qu'
il est plus facile de stocker ou d'expédier et que l'on peut avant l'emploi diluer avec de l'eau dans la mesure requise. Ces concentres qui font partie de l'invention contiennent donc les ingrédients indiques ici, sous forme d'une solution aqueuse concentrée, chaque ingrédient étant présent dans le concentré en des quantités absolues et relatives suffisantes pour que l'on obtienne les concentrations indiquées dans les solutions de nettoyage obtenues lorsqu'on dilue le concentré avec une quantité indiquée, contrôlée et appropriée d'eau,
<EMI ID=24.1>
des informations fournies ici.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne donc des concentrés stables au stockage. pouvant après dilution appropriée avec de l'eau former une solution sans fluorures pour le nettoyage à basse température de l'aluminium, ces solutions aqueuses concentrées contenant plus de 24 g/1 d'acide sulfurique
(calculé en H2S04 à 100 %), 0,125 à 5,5 parties en poids d'acide ortho-phosphorique (calculé en H3P04 à
100 %) par partie en poids d'acide sulfurique et 0,004 à 1,875 partie en poids d'un agent tensio-actif ou d'un mélange d'agents tensio-actifs par partie en poids d'acide sulfurique.
Les concentrés de l'invention sont stables dans une gamme étendue de températures et on peut donc les stocker et les expédier même à des températures extrêmes rencontrées l'hiver et l'été. De plus, les concentrés de l'invention peuvent contenir tous les ingrédients nécessaires à la formation de la solution de nettoyage, contrairement aux solutions de nettoyage contenant des fluorures du type couramment utilisé dans
<EMI ID=25.1>
dans le concentré est impossible, l'acide fluorhydrique devant donc généralement être ajouté séparément dans des conditions contrôlées et mesurées lors de la oréparation de la solution de nettoyage, ce stade additionnel contribuant à rendre malaisée la préparation de la solution de nettoyage.
Les paramètres préférés des concentrés de l'invention peuvent être calculés directement à partir des paramètres préférés de la solution de nettoyage elle-même qui ont été précédemment décrits. Sous leur forme particulièrement préférée, les concentrés contiennent 0,750 à 0,917 partie en poids d'acide ortho-phosphorique par partie en poids d'acide sulfurique et 0,025 à 0,313 partie en poids d'agent(s) tensioactif(s) par partie en poids d'acide sulfurique.
Les concentrés contiennent normalement des concentrations de tous les ingrédients plusieurs fois supérieures à celles des solutions de nettoyage proprement dites et, comme il ressort des exemples de l'invention qui figurent ci-après, on préfère normalement crue ces concentrés contiennent au moins environ 230 g/1 d'acide sulfurique, avec des concentrations correspondantes des autres ingrédients indiqués.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne également des procédés pour nettoyer les surfaces d'un article d'aluminium, dans lesquels lesdites surfaces sont tout d'abord mises en contact avec la solution aqueuse de nettoyage ici. décrite à une température d'au moins environ 32[deg.]C pendant une période suffisante pour nettoyer la surface del'article pui� rincées pour en éliminer la solution de nettoyage.
On préfère mettre la surface d'aluminium en contact avec la solution aqueuse de nettoyage en pulvérisant dessus ladite solution. Dans la plupart des cas il
est préférable de maintenir la solution de nettoyage
à une température comprise dans la gamme d'environ
46 à environ 60[deg.] C, La durée de contact peut être toute durée nécessaire pour obtenir l'effet désiré, mais elle est normalement comprise dans la qamme de 10 secondes <EMI ID=26.1>
procédé peut s'appliquer à tout article d'aluminium mais il a été particulièrement mis au noint pour le nettoyage des boites d'aluminium embouties et formées.
Un autre avantage de l'invention est que pendant la mise en pratique du procédé, il ne se forme pas de boue dans le bain de nettoyage, car les solutions de nettoyage employées maintiennent l'aluminium dissous dans la solution et qu'également il ne se forme pas de précipité dans les cuves de rinçage à l'eau, ce qui supprime les problèmes d'encrassement que pose souvent l'emploi des compositions de l'art antérieur.
Après le stade de nettoyage, les surfaces d'aluminium doivent être rincées à l'eau cour éliminer la solution de nettoyage. Normalement la surface d'aluminium est ensuite traitée avec des solutions de revêtement de passivation et/ou des compositions de finitio; siccatives bien connues dans l'art. On peut noter qu'avant le nettoyage il est parfois avantageux de rincer à l'eau les surfaces d'aluminium pour réduire la quantité des contaminants qui passeraient sinon dans la solution de nettoyage au cours de l'opération.
L'invention concerne également bien entendu tout article d'aluminium que l'on a nettoyé selon les procédés ici décrits.
Pour que l'invention soit mieux comprise, elle va maintenant être décrite de façon plus détaillée dans les exemples purement illustratifs et non limitatifs suivants.
<EMI ID=27.1>
Stade A - Préparation d'un concentré
On prépare un litre d'un concentré aqueux par mélange des ingrédients suivants dans les quantités indiquées ci-dessous :
<EMI ID=28.1>
Le concentré obtenu est limpide et stable.
Stade B - Préparation d'une solution de nettoyage
On ajoute le concentré prépare comme décrit dans le stade A ci-dessus à de l'eau à raison de 3 % de concentré pour 97 % d'eau et on agite la solution obtenue pour la rendre uniforme.
La solution de nettoyage obtenue a la composition suivante :
<EMI ID=29.1>
Stade C - Nettoyage de boites d'aluminium
Dans cette opération on utilise le nombre indiqué ci-après de boites d'aluminium, façonnées chacune par emboutissage en une boîte d'une seule pièce à partir d'une matière première pour boîtes d'aluminium en alliage 3004, et recouvertes d'huiles d'emboutissage. On peut noter que l'alliage d'aluminium
3004 a pour composition nominale : 1,2 % de Mn, 1,0 % de Mg, le reste étant constitué d'aluminium et d'impuretés normales.
Essai 1 :
On utilise comme échantillons une série de 5 bottes que l'on traite chacune de la façon suivante :
(a) on pulvérise pendant 20 secondes avec la solution de nettoyage préparée comme décrit dans le stade B ci-dessus, maintenue à une température d'en-viron 54[deg.]C ; puis
(b) on rince à l'eau par immersion dans l'eau froide pendant 30 secondes ; et finalement
(c) on laisse reposer pendant 30 secondes ; après cette série de traitement, on examine les boites pour déterminer l'aspect et le recouvrement par une pellicule d'eau ; toutes présentent un très grand brillant sans aucun givrage ; et toutes conviennent à un traitement industriel ultérieur.
Les boites ont également été pesées avant et après l'essai et on a constaté que leur perte de poids était en moyenne de 5,5 mg, ce qui représente la quantité d'aluminium dissous des surfaces de chaque boite,
<EMI ID=30.1>
Essai 2 :
Cinq autres boîtes ont été soumises au même traitement que dans l'essai 1 si ce n'est que la durée de pulvérisation dans le stade (a) a été de 40 secondes. Les résultats obtenus ont été identiques à ceux de l'essai 1 si ce n'est qu'en moyenne 6,2 mg d'aluminium ont été dissous des surfaces de chaque boite.
Essai 3 :
Cinq autres boîtes ont été soumises au même traitement que dans l'essai 1, si ce n'est que le temps de pulvérisation dans le stade (a) a été de 60 secondes. Les résultats obtenus ont été identiques à ceux de l'essai 1, si ce n'est qu'en moyenne 11,1 mg d'aluminium ont été dissous des surfaces de chaque boite.
EXEMPLE II
Stade A - Préparation d'un concentré
On a préparé un concentré exactement comme dans le stade A de l'exemple I.
Stade B - Préparation d'une solution de nettoyage
Le concentré, préparé comme indique ci-dessus, a été ajouté à de l'eau, à raison de 4 % de concentré pour 96 % d'eau ; et la solution obtenue a été agitée pour la rendre uniforme.
La solution de nettoyage obtenue avait la composition suivante :
<EMI ID=31.1>
Stade C - nettoyage de boites d'aluminium.
Une série de boites d'aluminium a été traitée avec la solution de nettoyage préparée comme décrit dans le stade B ci-dessus, exactement comme dans les
<EMI ID=32.1>
L'examen des boites traitées a montré qu'elles se recouvraient parfaitement d'une pellicule d'eau et qu'elles avaient un très grand brillant sans aucun givrage. Les boîtes ainsi traitées convenaient au traitement industriel ultérieur.
La pesée des boites avant et après chacun des essais a donné les résultats de dissolution moyenne de l'aluminium qui figurent ci-dessous :
<EMI ID=33.1>
EXEMPLE III
Stade X - Préparation d'une solution de nettoyage
On a préparé un bain de nettoyage industriel contenant 3 785,41 litres (1000 gallons US) d'une solution de nettoyage ayant la composition suivante :
<EMI ID=34.1>
Stade Y - Nettoyage de boites d'aluminium
On a traité selon une chaîne industrielle de nettoyage 1000 boites d'aluminium en alliage 3004 (voir ci-dessus) constituées de récipients emboutis en une seule pièce recouverts d'huiles d'emboutissage, selon le mode opératoire suivant :
(a) pulvérisation pendant 22 secondes avec la solution de nettoyage ci-dessus maintenue à environ <EMI ID=35.1>
(b) rinçage à l'eau froide par pulvérisation pendant 10 secondes.
Stade Z - Traitement ultérieur des bottes nettoyées
Après le stade de rinçage (b), les boites ont été soumises au traitement industriel normal suivant :
(c) Pulvérisation avec une solution standard de passivation chimique (voir le nota ci-dessous) à une température d'environ 38[deg.]C pendant environ 20 secondes, pour déposer un revêtement de passivation phosphaté sur les boites ;
(d) rinçage à l'eau froide par pulvérisation pendant 10 secondes ;
(e) rinçage à l'eau dêsionisêe par pulvérisation pendant 10 secondes ; (f) séchage dans une étuve à environ 149[deg.] C ; puis
(g) encrage (étiquetage) de l'extérieur et vernissage de l'intérieur.
\ Nota : la solution de passivation chimique utilisée est par exemple celle commercialisée aux EtatsUnis d'Amérique sous la dénomination ALODINE 404, par la société Amchem Products, Inc., utilisée à une concentration de 2 % en volume/.
Des échantillons des boîtes ainsi traitées ont été soumis à un essai industriel standard d'adhérence en présence d'un détergent connu sous le nom de "TR-4 Test"
(test décrit aux lignes 92 à 104, page 2 de la description du brevet GB n[deg.] 2 014 617 A) ; toutes les boîtes essayées ont satisfait à cet essai, ce qui montre qu' elles conviennent aux applications commerciales.
De plus, le s boîtes avaient un aspect éclatant avec un grand brillant ; il n'y avait pas d'aspect givré à travers l'étiquetage.
EXEMPLE IV
On a préparé une solution de nettoyage et on l'a utilisée pour traiter des boites faites d'alliage d'aluminium 3004 (voir ci-dessus) de façon généralement semblable à celle de l'exemple 1 ci-dessus, sous réserve des différences indiquées ci-dessous.
La solution de nettoyage employée avait la composition suivante :
<EMI ID=36.1>
Les boites d'aluminium recouvertes d'huiles d'emboutissage ont été traitées avec les durées de pulvérisation et températures de la solution de nettoya-
<EMI ID=37.1>
avec pour chaque cas la dissolution de l'aluminium constatée :
<EMI ID=38.1>
L'examen a montré que les boîtes se laissaient recouvrir totalement d'une pellicule d'eau et présentaient un brillant très élevé sans aspect givré. Elles convenaient bien à un traitement industriel ultérieur.
REVENDICATIONS
1. Concentré stable au stockage, capable après dilution appropriée par l'eau de former une solution
sans fluorure pour le nettoyage à basse température de l'aluminium, caractérisé en ce qu'il consiste en une solution aqueuse contenant plus de 24 g/1 d'acide sulfurique (calculé en H2S04 à 100 %), 0,125 à 5,5 parties
<EMI ID=39.1>
100 %) par partie en poids d'acide sulfurique et 0,004
à 1,875 partie en poids d'un agent tensio-actif ou d'un mélange d'agents tensio-actifs par partie en poids d'acide sulfurique.