CN109910402A - 一种界面气泡率极低的覆膜铁及其制造方法 - Google Patents

一种界面气泡率极低的覆膜铁及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种界面气泡率极低的覆膜铁，包括：表面粗糙度为0.15‑0.25μm的基板以及热覆合于基板表面的改性的柔性聚酯薄膜；其中所述改性的柔性聚酯薄膜由低分子脂肪族聚酯对对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性得到。此外，本发明还公开了一种上述的界面气泡率极低的覆膜铁的制造方法，包括步骤：(1)对基板进行预热，然后进行加热；(2)常温开膜，然后将改性的柔性聚酯薄膜热覆合于基板上；(3)冷却和挤干。所述的界面气泡率极低的覆膜铁采用表面粗糙度极低的基板以及热覆合于基板表面的改性的柔性聚酯薄膜使得覆膜铁的界面气泡率极低，产品表面质量高，具有优良的附着性能，适用于深冲容器加工成型。

Description

一种界面气泡率极低的覆膜铁及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种材料及其制造方法，尤其涉及一种覆膜铁及其制造方法。
背景技术
覆膜铁通常指通过加热熔融的方法将高分子聚酯薄膜直接覆合于钢基板上得到的复合材料，覆膜铁既可以用做罐身，也可以用做罐盖材，因而，覆膜铁适用于食品罐、饮料罐、普通盖、易开盖的制作。现有技术中，与钢基板复合的高分子聚酯薄膜包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)等，其中，PET最为常见，这是由于PET具有优良的成型性、耐磨、可印刷性，因而较为常用。
目前，覆膜铁主要用于替代传统的涂料铁，这是因为覆膜铁生产过程无溶剂和废气排放，后续加工过程免清洗免涂装提高了效率，对环境污染更少且节能；并且，覆膜铁不含有害化学物质，保证食品安全及人体健康。
然而，现阶段，由于覆膜铁的覆膜原理是将金属板加热后，通过一对覆膜辊挤压，将热塑性树脂膜片(即高分子聚酯薄膜)覆在金属板的至少一个表面上，因而，在覆膜过程中，如果覆膜辊挤压过程中高分子聚酯薄膜和基板之间的空气未能及时排出，很容易在基板和薄膜表面形成大量的不均匀气泡，而大量不均匀气泡的形成会影响到覆膜铁的性能例如附着性能以及耐蚀性能，尤其是经过深加工、内容物灌装后，在长时间货架存储过程中会出现薄膜鼓泡、脱离等现象。
例如在公开号为CN1201420，公开日为1998年12月9日，名称为“层压金属板的制造方法及制造设备”的中国专利文献中有提及“在层压时加热金属板的现有制造方法中，如以20m/min左右的低速度进行层压则没有问题，但在以150m/min以上的高速进行层压的场合，得到的层压金属板的气泡混入率(气泡率)以面积比表示时可达到10～30％左右。这样的气泡部分在为了将金属板加工成罐容器而进行深冲成形时，易在表面形成缺陷，导致质量下降。当为200m/min以上的高速时，粘合强度产生不均匀性，可能导致粘合强度降低。”由此可以看出，在制作过程中，覆膜速度过高会导致所获得的产品产生产品缺陷，导致产品质量下降。
针对气泡率较高的问题，目前现有技术的解决方法主要围绕覆膜设备进行改进。
例如：上文所述的公开号为CN1201420，公开日为1998年12月9日，名称为“层压金属板的制造方法及制造设备”的中国专利文献公开了一种层压金属板的制造方法。在该专利文献所公开的技术方案中，在制造层压覆膜板的过程中，通过加热塑料薄膜以及加热之后立即向塑料薄膜施加张力的状态下将其压接于金属板上，以减少层压时空气的咬入，从而获得气泡率小的层压金属板。
又例如：公开号为CN1212651A，公开日为1999年3月31日，名称为“层压金属板的制造设备”的中国专利文献公开了一种层压金属板的制造设备。该专利文献所公开的技术方案提出树脂薄膜比金属板薄，将树脂薄膜拉至层压时产生皱纹，当高速层压时气泡产生更多是由于熔融软化的树脂没能完全填埋进金属板表面的凹凸的情况下产生的，为此在卷材薄膜向层压滚筒供给薄膜过程中，设置对薄膜赋予张力的支持滚筒，以改善气泡率的问题。
但是上述方案中均存在对覆膜设备的改进存在一定的局限性，并非所有覆膜线都能够满足此条件，因此要获得低气泡率的覆膜铁产品非常受限。
基于此，期望从原料基板和薄膜的技术角度出发，开发对覆膜线适应性强的低气泡率覆膜铁产品。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种界面气泡率极低的覆膜铁，该覆膜铁由于采用的基板粗糙度极低，且所热覆合的改性的柔性聚酯薄膜覆盖于基板过程中界面气泡率低，所获得的覆膜铁附着性能好。
为了实现上述目的，本发明提出了一种界面气泡率极低的覆膜铁，包括：表面粗糙度为0.15-0.25μm的基板以及热覆合于基板表面的改性的柔性聚酯薄膜；其中所述改性的柔性聚酯薄膜由低分子脂肪族聚酯对对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性得到。
带钢经过轧制、平整以后，实际表面存在着微观不平度，即表面粗糙度。本案发明人通过大量实验研究发现，由于带钢表面的形貌是由轧辊复印过来的，随着带钢或轧辊表面粗糙度的提高，表面参数也相应发生变化，导致磨削痕峰值及峰谷深度的增加。而峰谷位置内的空气一旦在覆膜过程中没有被挤出，则会在覆膜铁表面产生气泡缺陷，也就是说峰谷深度越深、存在于峰谷位置内的空气越多，越不容易在覆膜过程中被挤出而最终导致覆膜铁表面产生将多的气泡缺陷。此外，虽然基板可以采用具有镀层的带钢，即可以采用镀锡钢板或镀铬钢板，但是由于镀层较薄(例如镀铬量一般为100mg/m2，也就是说厚度为10nm数量级)，因此，镀层对基板表面粗糙度的影响较小。基于上述发现，发明人提出覆膜铁采用粗糙度极低的(例如粗糙度为0.15-0.25)的基板，以使得峰谷位置内的空气更易排出，从而降低界面气泡率，提高本发明所述的覆膜铁表面质量。
此外，发明人还经过研究发现覆合于表面粗糙度极低的基板上的薄膜采用改性的柔性聚酯薄膜对于降低界面气泡率，提高本发明所述的覆膜铁表面质量效果显著。在本案中，改性的柔性聚酯薄膜由低分子脂肪族聚酯对对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性得到。这是因为采用常规手段获得的PET薄膜(即聚酯薄膜)，虽然由于PET本身具有很好的力学性能和耐热性能，但是由于PET本身分子结构对称且还有刚性苯环，导致PET内聚能比较大、熔点高且熔融粘附性、熔体流动性不好，因而，现有技术中，常规手段获得的PET薄膜在于基板热覆合过程中难以全部填满基板表面的沟壑，因而难以达到界面间的紧密贴合，进而影响产品的附着性能。同时，常规手段获得的PET薄膜质地硬会导致覆膜铁在覆合中容易产生于基板粘合不佳的情况，并在随后的过程中例如冲压成型时发生PET薄膜与基板脱离的情况。而在本发明所述的技术方案中，发明人通过化学改性的手段使得PET的刚性链的柔顺性得到明显提升，链段运动能力增强，使得改性后的聚酯具有良好的低熔点、熔融流动性和高表面张力，从而提高了薄膜的柔韧性和表面粘附性，因此，采用所述的改性的柔性聚酯薄膜相对于常规技术手段获得的PET薄膜柔韧性和表面粘附性更好，而使得本发明所述的覆膜铁在覆膜过程中气泡率极低。
综上所述，本发明所述的覆膜铁采用表面粗糙度极低的基板以及热覆合于基板表面的改性的柔性聚酯薄膜使得覆膜铁的界面气泡率极低，产品表面质量高。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述低分子脂肪族聚酯的摩尔百分比为6-17％。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述低分子脂肪族聚酯的分子量为500-3000。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述低分子脂肪族聚酯为采用羟基封端的低分子脂肪族聚酯。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述低分子脂肪族聚酯由脂肪族二元醇和脂肪族二元酸制得。
更进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述脂肪族二元醇选自：丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇和新戊二醇的其中之一。
更进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述脂肪族二元酸选自：草酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、癸烷二羧酸、马来酸、富马酸和二聚酸的其中之一。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述基板为镀锡基板或镀铬基板。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述覆膜铁的界面气泡率为2-7％。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁中，所述改性的柔性聚酯薄膜为单层结构或多层结构。
上述方案中，考虑到本案的基板表面粗糙度极低，因而对覆合于其上的薄膜柔性以及表面张力要求更高，因此，所述改性的柔性聚酯薄膜优选采用单层结构或多层结构。
进一步地，在本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁，所述改性的柔性聚酯薄膜与基板覆合的面的表面张力≥45达因。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述的界面气泡率极低的覆膜铁的制造方法，该制造方法适用性广，且能够在生产线高速运行下获得界面气泡率极低的覆膜铁。
为了实现上述目的，本发明提供了一种上述的界面气泡率极低的覆膜铁的制造方法，包括步骤：
(1)对基板进行预热，然后进行加热；
(2)常温开膜，然后将改性的柔性聚酯薄膜热覆合于基板上；
(3)冷却和挤干。
在本发明所述的制造方法中，基板加热到所需温度后，将改性的柔性聚酯薄膜热覆合于基板上。此外，基于改性的柔性聚酯薄膜具有高表面活化能以及覆于基板的面层为柔性聚酯的特点，因而，在本案中，开膜无需加热，采用常温开膜。当所述改性的柔性聚酯薄膜覆合于基板上后，冷却挤干获得最终的覆膜铁。
在一些实施方式中，挤干可以采用挤干辊去除覆膜铁表面的水分。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述步骤(1)中先采用感应加热器将基板预热到目标覆膜温度的60-80％，然后采用感应加热辊将基板加热到目标覆膜温度。
更进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述目标覆膜温度为180-270℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(2)中，控制改性的柔性聚酯薄膜进入覆膜辊辊缝的角度为30-70°。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(2)中，控制覆膜速度≥150m/min。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(3)中，冷却时，先对覆膜铁喷水进行快速冷却，然后将覆膜铁浸入水淬槽中冷却。
本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁界面气泡率极低，具有优良的附着性能，适用于深冲容器加工成型，尤其是可以在覆膜速度≥150m/min的高速覆膜下获得界面气泡率在2-7％的覆膜铁。
此外，本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁并不是采用生产设备的改良降低界面气泡率，而是采用表面粗糙度极低的基板降低界面气泡率，因而，本发明所述的覆膜铁能够适用于现有技术的生产线，具有对设备的普适性。
另外，本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁由于采用改性的柔性聚酯薄膜具有较高的表面张力，因而相较于现有技术而言，本发明所述的覆膜铁在覆膜过程中可以快速及时地排出空气，保持基板与覆膜之间的长久有效的结合力。
本发明所述的制造方法也具有上述的优点。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的界面气泡率极低的覆膜铁及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6和对比例1-4
表1列出了实施例1-6的界面气泡率极低的覆膜铁和对比例1-4的对比覆膜铁所采用的基板类型及其表面粗糙度。
表1.
表面粗糙度(μm) 基板类型
实施例1 0.186 镀铬基板
实施例2 0.232 镀铬基板
实施例3 0.186 镀铬基板
实施例4 0.232 镀铬基板
实施例5 0.186 镀锡基板
实施例6 0.232 镀锡基板
对比例1 <u>0.261</u> 镀铬基板
对比例2 <u>0.365</u> 镀铬基板
对比例3 <u>0.281</u> 镀铬基板
对比例4 <u>0.375</u> 镀锡基板
实施例1-6的界面气泡率极低的覆膜铁所采用的柔性聚酯薄膜由低分子脂肪族聚酯和对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性得到，对比例1-4的对比覆膜铁采用的覆膜为单层聚酯柔性薄膜，其由羟基封端的己二酸丁二醇酯(分子量为1000，与实施例2所采用的柔性聚酯薄膜相同)和对苯二甲酸乙二醇酯共聚改性得到。
表2列出了实施例1-6的界面气泡率极低的覆膜铁所采用的改性的柔性聚酯薄膜的具体参数。
表2.
注：表2中的低分子脂肪族聚酯均采用羟基封端的低分子脂肪族聚酯。
实施例1-6的界面气泡率极低的覆膜铁和对比例1-4的对比覆膜铁的制造方法，包括以下步骤：
(1)对表1所列的基板进行预热，然后进行加热，其中，先采用感应加热器将基板预热到目标覆膜温度的60-80％，然后采用感应加热辊将基板加热到目标覆膜温度，目标覆膜温度为180-270℃；
(2)常温开膜，然后将表2所列的改性的柔性聚酯薄膜热覆合于基板上，其中，控制改性的柔性聚酯薄膜进入覆膜辊辊缝的角度为30-70°，覆膜速度≥150m/min；
(3)冷却和挤干：冷却时，先对覆膜铁喷水进行快速冷却，然后将覆膜铁浸入水淬槽中冷却。
表3列出了实施例1-6的界面气泡率极低的覆膜铁和对比例1-4的对比覆膜铁的制造方法的具体工艺参数。
表3.
目标覆膜温度(℃) 进入覆膜辊辊缝角度(°) 覆膜速度(m/min) 终冷温度(℃)
实施例1 180 30 150 80
实施例2 210 50 150 80
实施例3 225 50 180 80
实施例4 225 50 180 80
实施例5 225 60 200 80
实施例6 270 70 200 80
对比例1 210 50 150 80
对比例2 210 50 150 80
对比例3 210 50 200 80
对比例4 210 50 200 80
对实施例1-6的界面气泡率极低的覆膜铁和对比例1-4的对比覆膜铁进行性能测试，测试方法如下所述，并且将最终获得的测试结果列于表4。
界面气泡率：采用高分辨率金属显微镜以观察层压板，呈现泡状的部分为气泡，计算出在每单位面积下气泡的面积比例；
表面附着性能：采用划格杯突胶带剥离法测量变形后的附着力。取10cm×10cm大小的覆膜铁样品，间隔3mm在平板上划“井”字格，划透薄膜(注意不要把基板划破)后采用杯突变形，保持杯突最高点在“井”字中间区域。然后将专用胶带紧密粘附于杯突划格区域，拿住胶带一端沿斜上方快速将胶带撕下，观察薄膜剥离的程度，以此来评价薄膜的表面附着性能；
抗酸性能：将覆膜铁冲罐(罐型691)后以抗酸性能评价来代表耐蚀性能评价。将覆膜罐灌装1.5％的柠檬酸溶液，封盖后在121℃温度条件下蒸煮30min，待冷却后将试样取出观察表面产生酸化斑的情况，以此来评价覆膜铁的抗酸性能。
表4.
界面气泡率(％) 表面附着性能 抗酸性能
实施例1 2 ◎ ◎
实施例2 5 ◎ ◎
实施例3 3 ◎ ◎
实施例4 6 ◎ ○
实施例5 5 ◎ ○
实施例6 7 ○ ○
对比例1 10 △ △
对比例2 13 △ △
对比例3 18 △ ╳
对比例4 20 ╳ ╳
注：表4中╳表示较差；△表示一般；○表示较好；◎表示很好。
由表4可以看出，本案各实施例的覆膜铁的界面气泡率在2-7％，显著低于各对比例的对比覆膜铁，由此说明本案各实施例的覆膜铁的界面气泡率极低。此外，本案各实施例的覆膜铁由于极低的界面气泡率因而具有较高的表面性能，尤其是在表面附着性能以及抗酸性能的表现上均优于各对比例的对比覆膜铁的表现，这是由于本案各实施例采用极低粗糙度的基板在高速覆膜下能够保持界面气泡率在2％-7％之间，因而，在相同速度下，采用高于本案实施例表面粗糙度的各对比例的对比覆膜铁的气泡率明显提升，同时，伴随着界面气泡率的升高，各对比例的对比覆膜铁在高变形下的表面附着性能逐渐变差。由于，在高变形下，气泡会随着形变被拉伸，即放大了缺陷，而在抗酸测试中，由于采用灌装模拟蒸煮的方式，对缺陷的甄别更为严格，从表4中可以看到，随着表面气泡率的上升，各对比例的对比覆膜铁的抗酸性能逐渐变差，由此说明在高变形用途下，为了得到性能较好的覆膜铁，需要更加严格地控制覆膜铁界面的气泡率，而本案各实施例的覆膜铁的界面气泡率极低，表面性能高。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，包括：表面粗糙度为0.15-0.25μm的基板以及热覆合于基板表面的改性的柔性聚酯薄膜；其中所述改性的柔性聚酯薄膜由低分子脂肪族聚酯对对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性得到。
2.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述低分子脂肪族聚酯的摩尔百分比为6-17％。
3.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述低分子脂肪族聚酯的分子量为500-3000。
4.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述低分子脂肪族聚酯为采用羟基封端的低分子脂肪族聚酯。
5.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述低分子脂肪族聚酯由脂肪族二元醇和脂肪族二元酸制得。
6.如权利要求5所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述脂肪族二元醇选自：丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇和新戊二醇的其中之一。
7.如权利要求5所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述脂肪族二元酸选自：草酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、癸烷二羧酸、马来酸、富马酸和二聚酸的其中之一。
8.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述基板为镀锡基板或镀铬基板。
9.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述覆膜铁的界面气泡率为2-7％。
10.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述改性的柔性聚酯薄膜为单层结构或多层结构。
11.如权利要求1所述的界面气泡率极低的覆膜铁，其特征在于，所述改性的柔性聚酯薄膜与基板覆合的面的表面张力≥45达因。
12.如权利要求1-11中任意一项所述的界面气泡率极低的覆膜铁的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)对基板进行预热，然后进行加热；
(2)常温开膜，然后将改性的柔性聚酯薄膜热覆合于基板上；
(3)冷却和挤干。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中先采用感应加热器将基板预热到目标覆膜温度的60-80％，然后采用感应加热辊将基板加热到目标覆膜温度。
14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述目标覆膜温度为180-270℃。
15.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，控制改性的柔性聚酯薄膜进入覆膜辊辊缝的角度为30-70°。
16.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，控制覆膜速度≥150m/min。
17.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，冷却时，先对覆膜铁喷水进行快速冷却，然后将覆膜铁浸入水淬槽中冷却。
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