DD277048A5

DD277048A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schichtstoffen

Info

Publication number: DD277048A5
Application number: DD88320677A
Authority: DD
Inventors: Peter J Heyes
Original assignee: �@�@��@��k��
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1990-03-21
Also published as: NZ226537A; DK166265B; FI96397B; YU227489A; BR8807252A; PL163969B1; TR23932A; DK292689A; AR241766A1; CN1019080B; GB2211140B; AU606479B2; AU2555888A; RU2069154C1; PT88738A; NO892420D0; KR890701353A; GR3003830T3; FI96397C; JP2717095B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtstoffen, die auf ein Metallsubstrat aufgebrachtes Polypropylen einschliessen, und die zur Durchfuehrung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtstoffes, bestehend aus Polypropylen, das auf ein Metallsubstrat, wie zum Beispiel einen Stahl- oder Aluminiumstreifen, vorzugsweise elektrolytisch chrombeschichteten Stahl zur Herstellung von Buechsendeckeln, aufgebracht wird, vorgeschlagen, bei dem ein Polypropylenfilm auf das Metall aufgetragen und der Film einer Temperatur ausgesetzt wird, die ueber seinem Schmelzpunkt liegt, und der Schichtstoff dann schnell und gleichmaessig auf eine Temperatur abgekuehlt wird, die wesentlich unter dem Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, wozu die mit Polypropylen beschichtete Oberflaeche des Schichtstoffes mit einer kalten Fluessigkeit, wie zum Beispiel Wasser mit Raumtemperatur, ueberschwemmt wird. Dadurch werden Fehlerstellen auf der Beschichtung vermieden und die Schichtstoffe sind gegenueber einer nachtraeglichen Formgebung widerstandsfaehig. Fig. 1

Description

Die Temperatur T₁ befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von 120°C bis 230°C, und die Temperatur T₂ befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von 21O⁰C bis 27O⁰C. Es ist vorteilhaft, einen weiteren Polymerfilm gleichzeitig mit dem Auftragen des Polypropylenfilms auf die andere Hauptoberfläche des Bleches aufzubringen. Der zweite Polymerfilm basiert normalerweise auf einem Polyolefin- oder Polyesterharz oder stellt einen zusammengesetzten Film aus Polyolefin und Polyamid dar. Solche Filme werden in den britischen Patentanmeldungen Nr.8724237,8724246,8724240 und 8724242 beschrieben. Das Metallsubstrat, auf das der Polymerfilm oder die Polymerfilme aufgebracht werden, hat normalerweise die Form eines Metallstreifens und besteht im allgemeinen aus Stahl oder Aluminium oder einer Legierung aus beiden. Normalerweise ist es ein Produkt, daß auf Stahl oder Aluminium basiert und in der Verpackungsindustrie seine Verwendung findet. Die Dicke liegt normalerweise in einem Bereich von 0,05mm bis G,4unn bei 3!öm! üHu von 0,02mm bis 0,4mm bei Aluminium. Der Stahl kann mit Zinn, vorzugsweise passiviert durch herkömmliche Chrombehandlungen, überzogen sein, oder er kann andererseits in Form von vernickeltem bzw. verzinktem Stahl, Schwarzblech oder phosphatiertem Schwarzblech, das nach dem Phosphatieren vorzugsweise mit Chromat gewässert wird, auftreten.

Bei der bevorzugten Stahloberflächengüte handelt es sich um elektrolytisch chrombeschichteten Stahl (ECCS) mit einer Doppelschicht aus Chrommetall und Chromdioxid. Bei solchen Stählen können die Chrommetall- und Chromoxidanteile weitgehende Unterschiede aufweisen. Normalerweise liegt der Chrommetallanteil in einem Bereich von 0,1 bis C 20gm/m², wohingegen der Chromoxidanteil in einem Bereich von 0,005 bis 0,05gm/m² liegt. Der ECCS wird normalerweise aus Ablagerungssystemen abgeleitet, die entweder schwefelhaltige oder fluorhaltige Katalysatoren einschließen. Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung umfaßt Mittel zum Überschwemmen der mit Polypropylen beschichteten Oberfläche des Schichtstoffes mit einer kalten Flüssigkeit, um das Polypropylen schnell und gleichmäßig auf eine Temperatur abzukühlen, die wesentlich unter seinem Schmelzpunkt liegt. Die Mittel zum Überschwemmen mit einer kalten Flüssigkeit können ein Paar Verteilerstränge einschließen, wobei auf jeder Seite des Schichtstoffes ein Strang angeordnet und in Bewegungsrichtung desselben geneigt ist, um die kalte Flüssigkeit in Bewegungsrichtung zu leiten. Als andere Möglichkeit können diese Mittel eine Wanne umfassen, die oben eine Einlaßöffnung für kalte Flüssigkeit und konvergierende Wände, die unten in einen Schlitz zusammenlaufen, aufweist, durch die sich ein Schichtstoffteil zusammen mit der Flüssigkeit vertikal nach unten hindurchbewegen kann.

Die Vorrichtung umfaßt bekannterweise auch die entsprechenden Hilfsmittel, mit denen ein Metallstreifen und ein Polypropylenfilmstreifen einer Beschichtungsklemmstelle zugeführt werden. Weiterhin schließt sie Einrichtungen zum Erwärmen des Metallstreifens auf eine Temperatur T₁, die über der Erweichungstemperatur des Polypropylens liegt, vor Erreichen der Beschichtungsklemmstelle sowie Einrichtungen zum wiederholten Erwärmen des Schichtstoffes aus Metall und Polypropylen nach Verlassen der Beschichtungsklemmstelle auf eine Temperatur T₂, die über dem Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, ein. Die Schichtstoffe, die entsprechend der Erfindung hergestellt wurden, sind mit ähnlichen Stoffen verglichen worden, die mit Hilfe ähnlicher Beschichtungsverfahren erzeugt wurden, woraufhin aber dann ein Abkühlen durch Luft oder Abschrecken durch Besprühen mit Wasser folgte. Büchsendeckel, die aus den entsprechenden Schichtstoffen hergestellt wurden, sind in bezug auf Fehlerstellen in der Beschichtung überprüft worden, und das Ergebnis zeigte, daß Unterbrechungen in der Beschichtung bei den Büchsendeckeln auftraten, die aus den mit Wasser abgeschreckten und luftgekühlten Stoffen hergestellt worden waren. Das war nicht der Fall bei den Büchsendeckeln, die aus den Schichtstoffen entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt worden waren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine scrismat'sche Skizze einer aufrechtstehenden Vorrichtung für das Schichten von zwei Materialstreifen; Fig. 2: eine graphische Darstellung der Temperatur der Streifen, die aufgetragen ist als Funktion des Weges entlang der Vorrichtung;

Fig.3: eine schematische Skizze einer horizontal angeordneten Vorrichtung für das Schichten von zwei Streifen; Fig. 4: eine graphische Darstellung der Temperatur der Streifen, die als Funktion der Zeit aufgetragen ist; und Fig. 5: eine schematische Skizze einer Vorrichtung für das Schichten von drei Streifen.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Vorrichtung über eine erste Rolle 1, über die ein Metallstreifen 2 geleitet wird, über eine zweite Rolle 3, über die ein Polypropylenfilmstreifen 4 geleitet wird, über Andruckrollen 5 und 6, die den Metallstreifen 2 und den Polypropylenfilm 4 zusammenbringen, und über eine Abschreckeinrichtung 7, in der der Schichtstoff 19, der aus dem Metall und dem Film besteht, in reichlich Kühlflüssigkeit untergetaucht wird, v/erfügt.

Ein Vorwärmgerät 8 befindet sich zwischen Rolle 1 und Andruckrollen 5 und 6 und dient dazu, den Metallstreifen 2 auf eine Temperatur T₁, die über dem Erweichungspunkt des Polypropylens liegt, vorzuwärmen, bevor die Schichtung an den Andruckrollen δ und 6 beginnt. Ein zweites Heizgerät 9 befindet sich zwischen den Andruckrollen 5 und 6 und der Abschreckeinrichtung 7 und dient dazu, den Schichtstoff wiederum auf eine Temperatur T₂ zu erwärmen, die höher ist, als die Vorwärmtemperatur T₁ und als die Schmelztemperatur des Polypropylens.

Die Abschreckeinrichtung 7 umfaßt ein Becken 10 zum Aufnehmen einer Kühlflüssigkeit 11, wie zum Beispiel Wasser, eine Pumpe 12, um Flüssigkeit aus dem Becken herauszupumpen, einen Wärmetauscher 13, um die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit abzukühlen sowie Verteilorstränge 14 und 15, die die abgekühlte Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher 13 aufnehmen und diese Flüssigkeit entlang oinor Linie über jedo Hauptoberfläche des Schichtstoffes 19 verteilen. Jeder Verteilerstrang, d. h. 14 und 15, ist so geformt, daß er einon definierten reichlichen Flüssigkeitsfluß gewährleistet und als Überlaufwehr dient, um ein Üborschwemmen des Schichtstoffos entlang seiner gesamten Breite zu gewährleisten. Um jegliches Zurückspritzen so gering wie möglich zu haiton, sind die Verteilerstränge 14 und 15 gegenüber dem sich davor befindenden Schichtstoff 19 in einem spitzon Winkel geneigt, so daß die Flüssigkeit entlang der Bewegungsrichtung des Schichtstoffes fließt.

Der Neigungswinkel der Verteilerstränge 14 und 15 gegenüber dem sich davor befindlichen Teil des Schichtstoffes kann zwischen 40° und 80°, vorzugsweise zwischen 60° und 80°, liegen, um so zu sichern, daß die Kühlflüssigkeit in Richtung des Schichtstoffes mitfließt und nicht auf sich davor befindende Teile des Schichtstoffes zurückspritzt.

Es ist wahrnehmbar, daß die Kühlflüssigkeit mit dem Schichtstoff 19 nach unten in die Flüssigkeit 11 im Becken 10 fließt, so daß ein verlängerter Zeitraum für das Abschrecken erreicht wird, bevor der abgeschreckte Schichtstoff über eine Umlenkrolle 16 aus der Vorrichtung geführt wird. Die Umlenkrolle 16 ist vorzugsweise drehbar angeordnet, um ein Drehen auf Lagern in den Wänden des Beckens 10 zu ermöglichen. Der abgeschreckte Schichtstoff wird vorzugsweise zwischen einem Paar von Rollen 17 und 18 hindurchgeführt, die die Kühlflüssigkeit abstreifen. Als andere Möglichkeit können Gummiwischblätter eingesetzt werden.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 wird das Schichtungsverfahren als ein Prozeß angesehen, der die folgenden Schritte umfaßt: Das Führen des Polypropylenfilmstreifens 4 über Rolle 3 zu den Andruckrollen δ und 6; das Führen des Metallstreifens 2 über Rolle 1 durch das Vorwärmgerät 8, um dort seine Temperatur bis auf eine Temperatur T₁ zu erhöhen, die höher ist, als der Erweichungspunkt des Polypropylens, und weiter bis zu den Andruckrollen 5 und 6, wo der Metallstreifen auf den Polypropylenfilm trifft; das Aufbringen des i^:ilms auf den Streifen zwischen den Andruckrollen 5 und 6; das Weiterführen des neu entstandenen Schichtstoffes 19 zum Heizgerät 9, wo der Schichtstoff erneut bis auf eine Temperatur T₂ erwärmt wird, die höher ist als die Vorwärmtemperatur Ti und die Schmelztemperatur des Propylens, um so die Haftung des Polypropylens an dem Metall zu gewährleisten; das Führen des erwärmten Schichtstoffes 19 entlang der Verteilerstränge 14 und 15, damit dieser einem definierten Kühlflüssigkeitsfluß ausgesetzt wird, der entlang der Breite beider Hauptoberflächen des Schichtstoffes diese überschwemmt, so daß die Temperatur des Schichtstoffes schnell mit einer Geschwindigkeit At, die normalerweise in der Größenordnung von 200⁰C pro Sekunde liegt, verringert wird.

Die Kühlflüssigkeit bewegt sich mit dem Schichtstoff 19 vorwärts, um dann im unteren Teil des Beckens 10 gesammelt zu werden, von wo aus sie mit Hilfe der Pumpe 12 durch den Wärmetauscher 13 gepumpt wird, der die Temperatur der Flüssigkeit entsprechend reguliert, bevor diese zu den Verteilersträngen 14 und 15 zurückgeführt wird.

Der abgeschreckte Schichtstoff wird um die Rolle 16 geleitet, dann zwischen den Rollen 17 und 18 hindurchgeführt und aus dem Becken entfernt, um zu trocknen und für die Lagerung oder Verwendung aufgewickelt zu werden.

Fig.3 zeigt eine Vorrichtung für das Auftrager, eines Polypropylenfilms auf einen Metallstreifen, wobei die Bewegungslinie des Metallstreifens im wesentlichen horizontal verläuft, obwohl eine geringfügige Neigung nach unten, zum Beispiel etwa 5° gegenüber der Horizontale, genutzt werden kann, um eine jegliche Tendenz des Schichtstoffes 19 A auszugleichen, in einer Kettenlinienkurvenform durchzusacken. Wie bereits dargestellt worden ist, verfügt die Vorrichtung über ein Vorwärmgerät 8A..

Andruckrollen 5 A und 6 A und ein zweites Heizgerät 9 A, deren Funktion der Funktion der gleichen Komponenten 8,5,6 und 9 der Fig. 1 entspricht, so daß keine weitere Beschreibung erforderlich ist.

In Fig.3 ist zu erkennen, daß die /Abschreckeinrichtung über ein Becken 20 mit Kühlflüssigkeit 21, eine Auslaßleitung 22, die von dem Becken zu einem Wärmeaustauscher 23 führt sowie eine Pumpe 24 zum Pumpen der Flüssigkeit von dem Wärmetauscher zu den Verteilersträngen 25 und 26, die sich über und unter dem Schichtstoff 19 A befinden, verfügt. Die Stränge 25 und 26 erfassen die gesamte Breite des Schichtstoffes und sind in einem Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise etwa 30°, gegenüber der Bewegungsrichtung des Schichtstoffes geneigt, um so das Risiko, daß sich die Flüssigkeit gegen die Strömung in Richtung des Heizgerätes 9A bewegt, so gering wie möglich zu halten und zu gewährleisten, daß die Kühlwirkung dadurch verlängert wird, daß die Flüssigkeit mit dem Schichtstoff über einen bestimmten Zeitraum in Berührung bleibt, bis sie in das Becken 20 läuft. Nach einem gewünschten Zeitraum des Kontaktes kann die Flüssigkeit, wenn beabsichtigt, von dem Schichtstoff 19A mit Hilfe eines Luftzuges aus einem Düsenstrang 27, der über dem Schichtstoff angeordnet ist, und, wenn erforderlich, aus einem weiteren Düsenstrang (nicht dargestellt) unter dem Schichtstoff heruntergeblasen werden.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Temperatur des Metalls vor und nach dem Schichten in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Es ist zu verzeichnen, daß wie in Fig. 2 dargestellt, die Temperatur zwischen den Erwärmungseinrichtungen, besonders während das kalte Polymer auf das warme Metall aufgebracht wird, wesentlich absinkt. Es ist weiterhin zu verzeichnen, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, sich die Temperatur während des Abschreckens mit einer Geschwindigkeit von etwa 200°C pro Sekunde verringert.

Das Verfahren und die Vorrichtung, die hier beschrieben wurden, sind besonders dafür geeignet, einen Polypropylenfilm auf einen Blechstreifen, wie zum Beispiel Weißbleche, Schwarzbleche,elektrolytisch cnrombeschichtete Stähle (ECCS), Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen, aufzubringen.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung für das gleichzeitige Aufbringen eines Polypropylenfilmstreifens 4 auf eine erste Hauptoberfäche eines Metallstreifens 2 und eines zweiten polymeren Films 32 auf die zweite Hauptoberfläche des Meiallstreifens 2, u"i so den Schichtstoff 19B herzustellen.

Die Vorrichtung gemäß der Fig. 5 ist der, die in der Fig. 1 dargestellt ist, insofern ähnlich, daß die Polymerzufuhrrolle 3, die Andruckrollen 5 und 6, das Vorwärmgerät 8, das zweite Heizgerät 9, das Becken 10, die Pumpe 12, der Wärmetauscher 13 und die Abstreifrollen 17 und 18 mit den gleichen Einrichtungen der Fig. 1 identisch sind.

In Fig. 5 ist jedoch eine zweite Polymerzufuhrrolle 31 hinzugefügt worden, und der Metallstreifen 2 wird von der Rolle 1A vertikal zum und durch das Vorwärmgerät 8 und zu den Andruckrollen 5 und 6 geführt. Diese vertikale Bewegung des Metalls ist vorteilhaft, weil dadurch das relativ schwere Metall gerade hängen kann, ohne daß das Risiko besteht, daß es eine Kettenlinionkurvo ausbildet, die die Tendenz aufweisen kann, den Streifen in der Vorrichtung der Fig. 1 und 3 zu deformieren.

In Fig.5 werden die hohlen Verteilerstränge 14 und 15 der Vorrichtung in Fig. 1 durch eine Wanne 33 ersetzt. Der Querschnitt der Wonne 33 weist im wesentlichen eine Trichterform auf, wobei die konvergierenden Wandabschnitt 36 und 37 auf dem Boden in oinon Schlitz 38 auslaufen, durch don der Schichtstoff 19 B mit einem Abstand auf jeder Seite hindurchgelangt, so daß Kühlflüssigkeit zusammen mit dem Schichtstoff in die Wanne gelangen kann. Die Wanne 33 umfaßt die gesamte Breite dor.

Schichtstotfos 19B und sogar nocht etwas mehr, so daß der Schichtstoff von Kante zu Kante vollständig mit Kühlflüssigkeit üborschwommt wird, während er sich durch den Schlitz 38 bewegt, In der einfachsten Ausführung ist die Wanne eine Einrichtung mit konstanter Säulenhöhe, so daß -wenn die Durchflußgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit umsichtig gesteuert wird - es möglicherweise keine Notwendigkeit für den Deckel 34 gibt, dor dargestellt ist, um zu zeigen, wie oin jegliches Zurückspritzen

verhindert werden kann. Der Deckel wird vorzugsweise aus einem transparenten Material hergestellt, um so eine Überprüfung der Flüssigkeit in der Wanne zu gestatten. Obwohl die Wanne so dargestellt ist, daß die Zuführung durch Öffnung 35 an einer Seite erfolgt, kann eine bessere Verteilung der Kühlflüssigkeit erreicht werden, indem die Zufuhr in die Wanne auf beiden Seiten vorgenommen wird. Es ist wünschenswert, den Schichtstoff 19 B gleichmäßig abzuschrecken, um eine thermisch herbeigeführte Deformation des Schichtstoffes auszuschließen.

Die Vorrichtung der Fig. 5 kann entsprechend dei Vorrichtung in Fig. 3 modifiziert werden, so daß sich der Schichtstoff 19 B auf einer horizontalen oder fast horizontalen Ebene bewegen kann.

In den folgenden Tabellen werden verschiedene Schichtstoffe und die Verfahren zu ihrer Herstellung erläutert.

Beispiele

In der folgenden Tabelle 1 werden vier Schichtstoffstrukvuren (A bis D) beschrieben. Spezielle Beispiele für Schichtungsbedingungen werden in der Tabelle 2 erläutert, wobei Bezug auf die Schichtungsanordnungen in der Fig. 5 oder der Fig.5, die entsprechend der Fig.3 modifiziert ist, genommen wird. Die Erfindung wird durch die Beispiele 1 bis 4,7,8,9,10 und 12, besonders Beispiele 7,9 und 12, erläutert.

Tabelle 3 weist auf das Aussehen der Beschichtung nach dom Abschrecken und Trocknen mit Luft hin. Es ist beobachtet worden, daß bei der Beschichtung während des Abschreckens eine Qualitätsminderung in Form einer Fibrillierung der Beschichtung auftritt, wenn das Polypropylen direkt vor dem Abschrecken eine Temperatur von annähernd 27O⁰C erreicht. Tabelle 4 enthält die Ergebnisse einer Lackbewertungsprüfung bei einigen der Beispiele aus der Tabelle 2. Tabelle 5 enthält die Ergebnisse von Kurzprüfungen der Beschichtungseigenschaften bei den Beispielen 11 und 12.

Polypropylenbeschichtungen mit einer Dicke von 40 Mikrometern, die entsprechend der Erfindung abgeschreckt werden, wobei das Wasser als massive, geschlossene und stetige Strömung eine Seite des Streifens kontaktiert bzw. überschwemmt (Beispiele 1 bis 4 und 10), weisen eine glänzende Oberfläche mit einer leichten Abstumpfung der Beschichtung auf. Die kristalline Struktur zeigt eine Kristallinität mit α-Form, die geringfügig ist sowie ein zum größten Teil smektisches Wesen. (Die Kristallinität wurde durch die Analyse der Röntgendiffraktionsaufnahme der aufgetragenen Beschichtung, besonders der Spitzen, die Kristallen mit α-Form entsprechen, eingeschätzt.) Weitere Einzelheiten zum Analyseverfahren sind in den britischen Patentanmeldungen Nr.8724238 und 8724239 enthalten.

Im Vergleich dazu sehen die Beschichtungen mit einer Dicke von 40pm, die mit Hilfe von Luft abgekühlt werden (Beispiel 13), stumpf aus, und die gleichen Beschichtungen, die durch Besprühen mit Wasser abgekühlt werden (Beispiel 6), zeigen stumpfe Flecken. Beide Arten weisen einen hohen iCristallinitätsgrad mit α-Form auf.

Durch die besonders bevorzugte Art des Abschreckens (Beispiel 7) mit einem geschlossenen und stetigen Wasserfluß bzw. einem solchen Wasserfluß entlang einer Linie, wobei das Wasser auf einen sich vertikal bewegenden beschichteten Streifen 19 oder 19 B (Fig. 1 und 5) auftrifft, wird eine stark glänzende Beschichtung ohne Abstumpfungen und ohne eine Kristallinität mit α-Form in Beschichtungen mit einer Dicke von 40pm erzeugt.

Die Auswirkungen des Abschreckens auf die Beschichtungen mit einer Dicke von 40 pm, d. h. auf deren Eigenschaften, werden in der Tabelle 4 erläutert. Aus dem beschichteten Streifenmaterial wurden Getränkebüchsendeckel mit einem Durchmesser von 65mm hergestellt. Mit Hilfe der Lackbewertungsprüfung, einem in der Büchsenherstellung gut bekannten Verfahren, wurde die Geschlossenheit der Beschichtungen auf den Deckeln eingeschätzt. Anfänglich wurden die Büchsendeckel in eine verdünnte Natriumchloridlösung getaucht und in dieser mit Ultraschall 30 Sekungen lang in Bewegung gehalten, damit die Lösung die Möglichkeit hatte, Fehlerstellen in der Beschichtung zu nutzen, um in diese hineinzugelangen. Die Deckel wurdon in einer Natriumchloridlösung bei 6,3 Volt hinsichtlich ihres Lacks bewertet. Der Wert, ausgedrückt in Milliampere, zeigt die Fläche des Metallsubstrates, die durch Fehlerstellen in der Beschichtung freigelegt worden ist. Tabelle 4 zeigt, daß Stoffe dieser Erfindung (Beispiele 1 bis 4,7 und 10) Werte aufweisen, die wesentlich niedriger sind als die Werte der vergleichbaren Beispiele 6 und 13.

Die am meisten bevorzugte Abschreckungsanordnung (Beispiel 7) führt zu einer sehr geringen Fläche von freigelegtem Stahl.

Akzeptable Deckel weisen Werte auf, die unter 0,5 mA liegen; treten höhere Werte auf, so wird die Haltbarkeit der Behälter durch eine übermäßige Eisenauslösung eingeschränkt.

Beispiel 9 verdeutlicht die Verbesserung hinsichtlich der Beschichtungsstruktur, die erreicht wird, indem beide Seiten des Streifens gleichzeitig abgeschreckt werden; vergleiche hierzu Beispiel 9 (beide Seiten werden gleichzeitig abgeschreckt) mit Beispiel 8 (eine Seite wird abgeschreckt).

Beispiel 12 zeigt die Verbesserung der Eigenschaften der Beschichtung in einem Kurzversuch mit Simulierung der Lebensmittellagerung, die durch ein Abschrecken entsprechend der Erfindung erreicht werden kann. Das vergleichbare Beispiel 11 zeigt in dem Kurzversuch und unter Bedingungen des tatsächlichen Kontakts mit dem Produkt wesentlich weniger gute Eigenschaften.

Durch die Geschwindigkeit, mit der das Abschrecken vor sich geht, wird der Grad der Kristallinität in der Beschichtung gesteuert.

Durch einen relativ langsamen Abkühlungsprozeß, wie zum Beispiel mit Gebläseluft, entsteht ein hoher Grad der Kristallinität mit α-Form. In einem Prozeß, in dem besprüht wird, wird der Streifen dort schnell abgekühlt, wo die Tröpfchen aufprallen, um die Aufprallgebiete der Tropfen herum findet jedoch eine langsame Abkühlung statt, wodurch eine inhomogene Oberfläche mit smektischen wie auch stark kristallinen Gebieten entsteht. Durch eine stetige, massive und geschlossene Strömung oder Flut, mit der linear kaltes Wasser aufgebracht und ein schnelles und gleichmäßiges Abkühlen entlang einer Linie bei dem Streifen erreicht wird, entsteht eine stark smoktische Beschichtung. Eine vollkommen smektische Beschichtung wird erreicht, indem beido Seiten gleichzeitig in dioser Art und Weise abgekühlt werden.

Das Vorhandensein von Kristallinität mit α-Form verursacht eine Abstumpfung in aer Beschichtung, die nicht gewollt ist.

Weiterhin ruft sie eine „Porenbildung" in der Beschichtung hervor, wenn der Schichtstoff verformt wird, wie das der Fall bei der Büchsen- oder Büchsondeckelhorstellung ist. Die großen Kristalle mit α-Form werden in der Art und Weise verformt, daß Bahnen in dor Beschichtung entstehen, in die korrosive Produkte hineingelangen. Nicht richtig abgeschreckte Schichtstoffe können eine ausgozoichnote Bindefostigkoit, aber eine nur geringe Haltbarkeit sowie eine schwache Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Poren aufweison.

Ein schnell abgeschreckter Schichtstoff, wie er in der Erfindung boschrieben wird, verfügt über eine smektische Polyolefineschichtung, die bei einer Verformung keine Poren ausbildet und ihren ausgezeichneten Schutz bewahrt.

Es ist verständlich, daß die Dicke der Polypropylenfilme, die für Schichtstoffe eingesetzt werden, aus denen Verpackungsgegenstände hergestellt werden, entsprechend den Anforderungen Unterschiede aufweist. So kann zum Beispiel ein Polypropylenfilm mit einer Dicke von 3pm zusammen mit anderen Schichten für die Herstellung eines Getränkebuchsendeckels verwendet werden, wohingegen eine Dicke von 200pm bei einem Polypropylenfilm gefordert sein kann, der für eine Ventilaufnahmeglocke einer Aerosolsprühflasche verwendet wird, um das Umfallen zu einem konischen Oberteil ohne Einsatz einer Dichtung zu ermöglichen.

Tabelle 1

Schichtstoff	Film 4	Film 32	Metall 2
A	Bindeharz (3pm)	PET(15pm)	0,24 mm ECCS
	Polypropylen (37 μιτι)		550 N/mm*
B	Bindeharz (3 pm)		0,30 mm ECCS
	Polypropylen (37 pm)	PET (15 pm)	450 N/mm²
C	Bindeharz (3 pm)	Bindeharz (2pm)
	Polypropylen (37 pm)	Polypropylen (18pm)	0,21 mm ECCS
			450N/mm²
D	Bindeharz(IOpm)	PET(15pm)	0,21 mm ECCS
	Polypropylen (90 pm)		550N/mm²

Anmerkung:

1. Das Bindeharz ist ein mit einem Maleinsäureanhydridgraftpolymer modifiziertes statistisches Polypropylenkopolymer, das 0,2 ± 0,05% Maleinsäureanhydrid enthält.

2. PET ist ein biaxial orientierter Film mit einer Außenschicht aus PET und einer Innenschicht aus einem Kopolymer von Äthylenisophthalat (20%) und Äthylenterephthalat (80%).

Tabelle 2 Beispiel

Material

T₂(⁰C)

Abschreckanordnung

A A A A A A A D D B C C A

155 155 155 155 155 155 155 180 180 155 155 155 155

220 240 250 260 270 250 250 250 250 250 250 250 250

Linied.H) Linied,H) Linied.H) Linied.H) Linie (2,V) Besprühen(1,H) Linie(1,H) Linied.H) Linie (2,H) ünied.H) Besprühen (1,H) Linie (2,H) Luft (A₁H)

Anmerkung:

1. T, ist die Metalltemperatur (gemessen mit einem Thermoelementpaar) vor der Schichtung.

2. Tj ist die Temperatur des Schichtstoffes nach der zweiten Erwärmungsstufe (gemessen mit einem monochromatischen Pyrometer unter Verwendung einer Wellenlänge von 3,4 Mikrometer)- konlinuierlich.

3. Linie steht für das Aufprallen von Wasser in Form einer durchgängigen Linie auf den Streifen, wie es in den Figuren 1,3 und 5 gezeigt ist.

4. Besprühen bezeichnet das Besprühen des gesamten Streifens mit Wasser in Form von einzelnen Tropfen.

5. (1,H) weist darauf hin, daß das Wasser auf einer Seite des horizontal angeordneten Streifens aufkommt.

6. (2,H) weist darauf hin, daß das Wasser auf zwei Seiten des horizontal angeordneten Streifens aufkommt.

7. (2,V) weist darauf hin, daß das Wasser auf zwei Seiten des vertikal angeordneten Streifens aufkommt.

8. (A₁H) verweist auf einen Luftstrom auf einer Seite des horizontal angeordneter) Streifens.

9. In dor horizontalen Anordnung war der Streifen gegenüber Her Horizontalen 4° nach unten geneigt.

Tabelle 3 Beispiel

T₂(X)

Abschreckanordnung Aussehen der Beschichtung

Struktur der Beschichtung

220

240

Linied.H)

Liniod.H)

glänzend mit sehr leichter Abstumpfung

in hohem Maße smektisch, leichte Kristallinitat mit α-Form

in hohem Maße smektisch, leichte Kristallinität mil α-Form

Beispiel	T₂(⁰C)	Abschreckanordnung	Beispiel	Komponente	Aussehen der Beschichtung	Struktur der	2
						Beschichtung
3	250	Linie (1,H)	1	Hülledes Getränkebüchsendeckels	glänzend mit sehr leichter	in hohem Maße
			2	Hülle des Getränkebüchsendeckels	Abstumpfung	smektisch, leichte
			3	Hülle des Getränkebüchsendeckels		Kristallinität mit
			4	Hülle des Getränkebüchsendeckels		α-Form
4	260	Linie (1,H)	6	Hülle des Getränkebüchsendeckels	glänzend mit sehr leichter	in hohem Maße
			7	Hülle des Getränkebüchsendeckels	Abstumpfung	smektisch, leichte
			10	Vollständiger Büchsendeckel mit Zugring		Kristallinität mit
			13	Hülle des Getränkebüchsendeckels		α-Form
5	270	Linied.H)		Fibrillierung und
				Beschädigung der Beschichtung
6	250	Besprühen (1,H)		gefleckt, verringerter Glanz	hoher Kristallinitäts-
					gehalt mit α-Form
7	250	Linie (2,V)		glänzend, ohne Abstumpfung	smektisch
8	250	Linie (1,V)		glänzend mit etwas	mäßige Kristallinität
				Abstumpfung	mit α-Form
					vorhanden
9	250	Linie(2,H)		glänzend mit sehr leichter	wie bei 1
				Abstumpfung
10	250	Linie(1,H)		glänzend mit sehr leichter	wie bei 1
				Abstumpfung
11	250	Besprühen (1,H)	ciefleckt, verringerter Glanz	wie bei 6
12	250	Linie (2,H)	glänzend	smektisch
13	250	Luft(A.H)	matt mit Abstumpfung	stark kristallin
				(wie bei 6)

	Die Struktur wurde mit Hilfe der Röntgendiffraktionsmethode bestimmt.
	Tabelle 4
		Eigenschaften der Beschichtung,
		„Lackbewertungswert" ImA)
		0,2 ± 0,05
		0,2 ± 0,05
		0,2 ± 0,05
		0,2 ± 0,05
		4 bis 8
		<0,1
		0,2 + 0,05
		>10













Anmerkung:

Anmerkung:

1. DerBüchsendeckeldurchmesserbeträgt65mm.

2. Die Büchsendeckel wurden in eine Natriumchloridlösung getaucht und in dieser 30 Sekunden lang mit Ultraschall in Bewegung gehalten; die Deckel wurden unter Verwendung eines herkömmlichen Lackbewertungsgerätes, das bei 6,3 V arbeitet, „normal bewertet", und der Strom wurde in Milliampere gemessen. Der Testelektrolyt enthielt Natriumchlorid und einen oberflächenaktiven Stoff.

Tabelle 5 Beispiel

Komponente

Eigenschaften der Polypropylen beschichtung 4

Lebensmittelbüchsendeckel

Lobonsmittolbüchsondockol

Büchsendeckelverkleidung nicht beschädigt.

Regellose dunkle Verfärbung unter dem Film auf bearbeiteten

Metallflächen (Expansionsringe und kegelige Senkbohrung).

Büchsendeckel nicht beschädigt.

Anmorkung:

1. DerBüchsondockeldurchmosserboträgt73mm.

2. Die Deckel wurden durch Falzen mit den Büchsenkörpern mit Schweißnaht verbunden, die Büchsenkörper wurden mit einer Essigsäure/Natriumchloridlösung gefüllt, und dann wurden die Büchsen, nachdem oben durch Falzen die Deckel angebracht worden waren, eine Stunde lang bei einer Temperatur von 121 "C in der Retorte erhitzt. Die Büchsen wurden abgekühlt und noch 24 Stunden geöffnet. Die Deckel wurden visuell untersucht.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Schichtstoffen, die auf ein Metallsubstrat aufgebrachtes Polypropylen einschließen, wobei ein Polypropylenfilm auf mindestens eine der Hauptoberflächen eines Bleches aufgetragen und einer Temperatur ausgesetzt wird, die über dem Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtstoff anschließend schnell und gleichzeitig auf eine Temperatur abgekühlt wird, die wesentlich unter dem erwähnten Schmelzpunkt liegt, wozu die mit Polypropylen beschichtete Oberfläche des Schichtstoffes mit einer kalten Flüssigkeit überschwemmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgetragene Polypropylenfilm mit einer Geschwindigkeit von über 200⁰C pro Sekunde über seinen Schmelzpunkt nach unten hin abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgetragene Polypropylenfilm auf eine Temperatur abgekühlt wird, die seinen Erweichungspunkt nicht überschreitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte Flüssigkeit Wasser mit Raumtemperatur ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polypropylenfilm ein koextrudierter Mehrfachschichtfilm ist, der über eine Innenschicht aus einem Bindeharz, das ein mit Säure modifiziertes Polypropylen ist, und eine Außenschicht aus Polypropylen verfügt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Bindeharz ein mit Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polypropylen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtung so erfolgt, daß zuerst der Polypropylenfilm auf das Blech aufgetragen wird, wobei das Blech eine Temperatur^ aufweist, die ausreicht, um ein Erweichen des Polypropylenfilms zu erreichen, aber gleichzeitig niedriger als die Temperatur ist, bei der die äußere Oberfläche des Polypropylenfilms während der Schichtung beschädigt werden würde, danach der resultierende Schichtstoff wiederum bis auf eine Temperatur T₂ erwärmt wird, die über dem Schmelzpunkt des Propylens liegt, und dann schnell und gleichmäßig abgekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Temperatur Ti in einem Bereich von 12O⁰C bis 23O⁰C und die Temperatur T₂ in einem Bereich von 210⁰C bis 270⁰C befindet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Polymerfilm gleichzeitig mit dem Auftragen des Polypropylenfilms auf die andere Hauptoberfläche des Bleches aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech aus elektrolytisch chrombeschichtetem Stahl mit einer Doppelschicht aus Chrommetall und Chromoxid besteht.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei diese die entsprechenden Hilfsmittel umfaßt, mit denen ein Metallstreifen und ein Polypropylenfilmstreifen einer Beschichtungsklemmstelle zugeführt werden sowie Einrichtungen zum Erwärmen des Meiailstreifens auf eineTemperaturT,, die über der Erweichungstemperatur des Polypropylens liegt; vor Erreichen der Beschichtungsklemmstelle sowie Einrichtungen zum wiederholten Erwärmen des Schichtstoffes aus Metall und Polypropylen nach Verlassen der Beschichtungsklemmstelle auf eine Temperatur T₂, die über dem Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zum Überschwemmen der mit Polypropylen beschichteten Oberfläche des Schichtstoffes 19,19A, 19B mit einer kalten Flüssigkeit umfaßt, um das Polypropylen schnell und gleichmäßig auf eine Temperatur abzukühlen, die wesentlich unter seinem Schmelzpunkt liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Überschwammen mit einer kalten Flüssigkeit ein Paar Verteilerstränge (14; 15; 25; 26) einschließen, wobei auf jeder Seite des Schichtstoffes (19; 19A) ein Strang angeordnet und in Bewegungsrichtung desselben geneigt ist, um die kalte Flüssigkeit in Bewegungsrichtung zu leiten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Überschwemmen mit einerjolten Flüssigkeit eine Wanne (33) umfassen, die oben eine Einlaßöffnung (36) für kalte Flüssigkeit und konvergierende Wände (36; 37), die unten in einen Schlitz (38) zusammenlaufen, aufweist, durch die sich ein Schichtstoffteil (19 B) zusammen mit der Flüssigkeit vertikal nar'n unten hindurchbewegen kann.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtstoffen, die auf ein Metallsubstrat aufgebrachtes Polypropylen einschließen, und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist zum Beispiel aus der GB-PS 1324952 bekannt, daß Filme eine Polyolefins gleichzeitig auf die beiden Hauptoberflächen eines Metalls aufgetragen werden, und daß dann der resultierende Schichtstoff wiederum bis auf eine Temperatur erwärmt wird, die über dem Schmelzpunkt des Polyolefins liegt, um eine ausreichende Bindung des Polyolefins an das Metall zu garantieren, woraufhin dann die Abkühlung des Schichtstofferzeugnisses folgt. GB-PS 1324952 enthält die Empfehlung, eine Gebläseluftkühlung zu verwenden, um die Temperatur des beschichteten Substrats schnell auf einen Wert unter dem Erweichungspunkt zu bringen, woraufhin dann eine letzte schnelle Abkühlung durch Besprühen mit Wasser folgt. Es wurde jedoch beachtet, daß das Abkühlen mit Luft unter etwa 180⁰C bzw. das Abschrecken durch Besprühen von einer höheren Temperatur aus dazu führt, daß die Beschichtung teilweise kristallin wird, wobei die Kristallstruktur relativ groß ist. Es können dann in der Beschichtung bei einem anschließenden Formen des Schichtstoffes zu Formteilen, wie zum Beispiel zu Büchsendeckeln, Fehlerstellen auftreten, wodurch das Metallsubstrat freigelegt und anfällig gemacht wird gegenüber der korrodierenden Wirkung von Stoffen, wie zum Beispiel dem Inhalt einer Büchse, die mit einem solchen Büchsendeckel verschlossen wird. Die Haltbarkeit dieser Büchse wird dadurch wesentlich verkürzt. In der US-PS 3762598 wird eine Wärmebehandlung nach dem Formen vorgeschlagen, um die Beschichtung auszubessern. Das ist jedoch nicht anstrebenswert, weil dadurch die Betriebs- und Energiekosten steigen würden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Qualität des Schichtstoffes zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen sowie die Betriebs- und Energiekosten zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Schichtstoffen, die auf ein Metallsubstrat aufgebrachtes Polypropylen einschließen, wobei ein Polypropylenfilm auf mindestens eine der Hauptoberflächen eines Bleches aufgetragen und einer Temperatur ausgesetzt wird, die über dem Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, zu schaffen, bei dem die Beschichtung widerstandsfähig gegenüber den Formen wird und i,n wesentlichen keine Fehlerstellen auftreten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schichtstoff anschließend schnell und gleichmäßig auf eine Temperatur abgekühlt wird, die wesentlich unter dem erwähnten Schmelzpunkt liegt, wozu die mit Polypropylen beschichtete Oberfläche des Schichtstoffes mit einer kalten Flüssigkeit überschwemmt wird. Der Begriff „überschwemmt" wird hier verwendet, um zu zeigen, daß die Flüssigkeit als massive, geschlossene und stetige Strömung auf das Polypropylen auftrifft. Es wurde herausgefunden, daß durch das gleichmäßigere und schnellere Abkühlen, das durch das Überschwemmen der beschichteten Oberfläche mit einer kalten Flüssigkeit erreicht werden kann, die Tendenz der Beschichtung, in einem teilweise kristallinen Zustand überzugehen, verringert oder beseitigt wird, wodurch auch die Tendenz, bei einem anschließenden Formen des Schichtstoffes Fehlerstellen auszubilden, verringert oder beseitigt wird.

Der aufgetragene Polypropylenfilm wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von über 200°C pro Sekunde über seinen Schm jlzpunkt nach unten hin abgekühlt.

Der aufgetragene Polypropylenfilm wird vorzugsweise auf eine Temperatur abgekühlt, die seinen Erweichungspunkt nicht überschreitet. Dio kalte Flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser mit Raumtemperatur. Dor Polypropylenfilm ist vorzugsweise ein koextrudierter Mehrfachschichtfilm, der über eine Innenschicht aus einem Bindeharz, das ein mit Säure modifiziertes Polypropylen verfügt. Das Bindoharz ist vorzugsweise ein mit Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polypropylen.

Dio Schichtung erfolgt vorzugsweise so, daß zuerst der Polypropyienfilm auf das Blech aufgetragen wird, wobei das Blech eine Tomperatur T, aufweist, die ausreicht, um ein Erweichen des Polypropylenfilms zu erreichen, aber gleichzeitig niedriger als die Tomperatur ist, bei der dio äußere Oberfläche des Polypropylenfilms während der Schichtung beschädigt werden würde. Danach wird der resultierende Schichtstoff wiederum bis auf oino Temperatur T₂ erwärmt, die über dem Schmelzpunkt des Polypropylons liegt. Daraufhin folgt das schnelle und gleichmäßige Abkühlen.