DE112022001298T5

DE112022001298T5 - Flüssigkeits- oder aerosolstrahl-beschichtungszusammensetzungen für metallverpackungen, beschichtete substrate, verpackung und verfahren

Info

Publication number: DE112022001298T5
Application number: DE112022001298.6T
Authority: DE
Inventors: Charles I. Skillman; Boxin Tang
Original assignee: Swimc LLC
Current assignee: Swimc LLC
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-12-28
Also published as: CN117203369A; WO2022246124A1

Abstract

Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen, insbesondere Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen (z. B. einen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einen Abschnitt davon oder einen Metallverschluss), beschichtete Metallsubstrate, Metallverpackungen und Verfahren - Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats und Verfahren zum Herstellen eines Metallverpackungsbehälters (z. B. einer Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose), eines Abschnitt davon oder eines Metallverschlusses für einen Behälter.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Seriennummer 63/190,754 , eingereicht am 19. Mai 2021, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Es wurde eine große Vielfalt von flüssigen aufgebrachten Beschichtungszusammensetzungen verwendet, um gehärtete Beschichtungen auf den Oberflächen von Metallverpackungsartikeln (z. B. Lebensmittel- und Getränkedosen, Metallverschlüssen) bereitzustellen. Zum Beispiel werden Metalldosen manchmal mit flüssigen Beschichtungszusammensetzungen unter Verwendung von „Spulenbeschichtung“ oder „Blechbeschichtung“ beschichtet, d. h. eine planare Spule oder ein Blech eines geeignetes Substrats (z. B. Stahl- oder Aluminiummetall) wird mit einer geeigneten flüssigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet, die anschließend gehärtet (z. B. ausgehärtet) wird. Das beschichtete Substrat wird dann zu dem Dosenende oder dem Dosenkörper gebildet. Alternativ können flüssige Beschichtungszusammensetzungen (z. B. durch Sprühen, Tauchen, Walzen usw.) auf den gebildeten Artikel aufgebracht und dann gehärtet (z. B. ausgehärtet) werden, um eine durchgängige Beschichtung zu bilden.
Metallverpackungsbeschichtungen sollten vorzugsweise in der Lage sein, eine Aufbringung mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat anzuwenden und die erforderlichen Eigenschaften nach dem Aushärten bereitzustellen, um in dieser anspruchsvollen Endnutzung zu funktionieren. Zum Beispiel sollte die gehärtete Beschichtung vorzugsweise sicher für einen Lebensmittelkontakt sein, nicht den Geschmack des verpackten Lebensmittel- oder Getränkeprodukts beeinträchtigen, eine ausgezeichnete Haftung auf dem Substrat aufweisen, Fleckenbildung und anderen Beschichtungsfehlern wie etwa „Aufplatzen“, „Verfärbung“ und/oder „Blasenbildung“ widerstehen und der Verschlechterung über lange Zeiträume widerstehen, selbst wenn sie rauen Umgebungen ausgesetzt wird. Darüber hinaus sollte die gehärtete Beschichtung im Allgemeinen in der Lage sein, eine geeignete Filmintegrität während der Herstellung aufrechtzuerhalten und den Verarbeitungsbedingungen zu widerstehen, denen die Dose während der Produktverpackung ausgesetzt sein kann. Die gehärtete Beschichtung sollte im Allgemeinen auch in der Lage sein, routinemäßige Dosen-Fallereignisse zu überleben (z. B. aus einem Lagerregal), bei denen das darunterliegende Metallsubstrat eingedrückt wird, ohne dass es zur Bruchbildung oder Rissbildung kommt.
Durch Walzen und Sprühen aufgebrachte Verpackungsbeschichtungen erfüllen weitgehend die Anforderungen des heutigen Marktes für starre Metallverpackungen, ihre Verwendung lässt jedoch erheblichen Raum für Verbesserungen. Diese Beschichtungsverfahren führen größtenteils zu einem monolithischen Film, bei dem es sich um eine vollflächige Beschichtung (d. h. eine Beschichtung, die die gesamte Oberfläche eines Substrats bedeckt) mit einer einzigen Dicke handelt. Mit solchen Verfahren gibt es keine praktische Möglichkeit, die Beschichtungszusammensetzung nur auf spezifische Stellen auf dem Substrat zu richten oder die Dicke der Beschichtung über das Substrat hinweg zu variieren. Herkömmliche Beschichtungsverfahren sind außerdem arbeitsintensiv und setzen den Bediener möglicherweise gefährlichen Materialien aus, was teure, groß angelegte technische Kontrollen erfordert. Darüber hinaus werden durch Walzen aufgetragene Spulenbeschichtungen oft mit einer erheblichen Menge an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) formuliert, um die Rheologie zu erreichen, die für eine fehlerfreie Anwendung erforderlich ist. Schließlich ist herkömmliche Beschichtungsausrüstung für diese Branche groß, komplex und schwer zu reinigen, was einen Beschichtungswechsel teuer und zeitaufwändig macht.
Es werden eine verbesserte Beschichtungszusammensetzung und ein Verfahren für Starrmetallverpackungsanwendungen benötigt, welches die vorstehenden Nachteile überwindet, die mit herkömmlichen Flüssigkeitsverpackungs-Beschichtungszusammensetzungen und Anwendungsverfahren verbunden sind.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen, insbesondere Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen (z. B. einen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einen Abschnitt davon oder einen Metallverschluss), beschichtete Metallsubstrate, Metallverpackungen und Verfahren - Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats und Verfahren zum Herstellen eines Metallverpackungsbehälters (z. B. einer Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose), eines Abschnitts davon, oder einen Metallverschluss für einen Behälter bereit.
In einer Ausführungsform wird eine Flüssigkeitsstrahl- oder -Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen bereitgestellt, die einschließt: Polymerteilchen, die ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen; und einen Flüssigkeitsträger, umfassend Wasser als Großteil des Flüssigkeitsträgers. Verfahren zum Auftragen solcher Zusammensetzungen auf Metallsubstrate zum Bilden beschichteter Metallsubstrate sowie beschichtete Metallsubstrate werden ebenfalls bereitgestellt. Verfahren zum Verwenden der beschichteten Metallsubstrate zum Bilden von Metallverpackungen sowie die Metallverpackung werden ebenfalls bereitgestellt.
Hierin beziehen sich Beschichtungszusammensetzungen für „Metallverpackungen“ auf Beschichtungszusammensetzungen, die zum Auftragen auf ein starres Metall direkt oder indirekt auf eine Vorbehandlungsschicht oder eine Primerschicht, die nicht aus einem freistehenden Film hergeleitet wird (d. h. einem Film, der vor dem Aufbringen auf ein anderes Substrat, wie etwa durch Laminierung, gebildet wird), über einem Substrat liegend. Metallverpackung schließt in der Regel keinen frei stehenden Kunststofffilm von mindestens 10 Mikrometern Dicke, Papier oder ein anderes Fasermaterial oder Metallfolie ein, die dann auf eine starre Metallverpackung aufgebracht (z. B. geklebt) wird. So ist beispielsweise eine Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Zusammensetzung, die entweder auf eine Papierschicht, die über einem Metallsubstrat liegt, oder auf eine laminierte Kunststoffschicht aufgebracht wird, die über einem Metallsubstrat liegt, keine Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen, wie hierin verwendet.
Eine „Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung“ bezieht sich auf eine Zusammensetzung, die Polymerteilchen in einem wasserbasierten Träger einschließt, wodurch eine wasserbasierte Polymerdispersion gebildet wird.
Der Ausdruck „Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen“ impliziert nicht, dass Metall notwendigerweise in der Beschichtungszusammensetzung eingeschlossen ist. Das heißt, der Begriff „Metall“, wie er im Kontext mit einer Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen verwendet wird, bezieht sich auf die Art der Verpackung und erfordert nicht das Vorhandensein von Metall in der Beschichtungszusammensetzung.
Eine „gehärtete“ Beschichtung bezieht sich auf eine Beschichtung, wobei Teilchen über eine Vernetzungsreaktion kovalent gehärtet werden (z. B. eine duroplastische Beschichtung) oder die Teilchen einfach verschmolzen und/oder koalesziert werden (z. B. einer thermoplastischen Beschichtung) und an einem Metallsubstrat anhaften, wodurch ein beschichtetes Metallsubstrat gebildet wird. Der Begriff „gehärtet“ impliziert nichts in Bezug auf die relative Härte oder Weichheit (Tg) einer Beschichtung.
Eine „anhaftende“ Beschichtung bezieht sich auf eine gehärtete Beschichtung, die an einem Substrat, wie einem Metallsubstrat, anhaftet (d. h. daran bindet), vorzugsweise gemäß dem in den Testverfahren beschriebenem Haftungstest. Vorzugsweise wird eine Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10, als anhaftend angesehen.
Eine „kontinuierliche" Beschichtung bezieht sich auf eine gehärtete Beschichtung, die frei von Beschichtungsfehlern ist (vorzugsweise frei von Poren), die zu einem exponierten Substrat führen (d. h. Regionen des Substrats, die durch die gehärtete Beschichtung exponiert werden). Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler werden vorzugsweise durch einen Stromfluss, der in Milliampere (mA) gemessen wird, unter Verwendung des in den Testverfahren beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten angezeigt. Für die Zwecke dieser Anmeldung lässt eine durchgehende Beschichtung vorzugsweise weniger als 200 mA, wenn sie gemäß diesem Test bewertet wird, durch. Eine durchgehende Beschichtung kann eine vollflächige Beschichtung sein, die das Substrat vollständig bedeckt, oder sie kann nur Teile des Substrats bedecken, z. B. wie in einer gemusterten Beschichtung.
Eine „gemusterte“ Beschichtung (d. h. eine Mehrabschnittsbeschichtung) bezieht sich auf eine gehärtete Beschichtung, die in zwei oder mehr Regionen auf einer Substratoberfläche gedruckt ist, die „leere“ Regionen zwischen den gedruckten (d. h. beschichteten) Regionen und/oder diese umgebend aufweisen kann oder nicht aufweisen kann, wobei „blanke“ Regionen keine Beschichtung darauf aufweisen. Eine „gemusterte“ Beschichtung bezieht sich auf jede Beschichtung mit einem oder mehreren von Folgenden: (i) zwei oder mehr gehärtete Beschichtungsabschnitte einer gleichen chemischen Zusammensetzung, die nicht direkt zusammenhängend sind, auf unterschiedlichen Regionen einer gleichen Substratoberfläche angeordnet und in einer gleichen Mehrabschnittsgesamtbeschichtung vorhanden sind; (ii) zwei oder mehr gehärtete Beschichtungsabschnitte mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen (z. B. mit unterschiedlicher Farbe, Glanzgrad usw.), die auf unterschiedlichen Regionen einer gleichen Substratoberfläche angeordnet und in einer gleichen Mehrabschnittsgesamtbeschichtung vorhanden sind; oder (iii) zwei oder mehr gehärtete Beschichtungsabschnitte einer gleichen chemischen Zusammensetzung unterschiedlicher Dicken oder Texturen, die direkt zusammenhängend sein, auf unterschiedlichen Regionen einer gleichen Substratoberfläche angeordnet und in einer gleichen Mehrabschnittsgesamtbeschichtung vorhanden sein können oder nicht. Eine gemusterte Beschichtung unterscheidet sich von einer vollflächigen Beschichtung (d. h. einer herkömmlich aufgebrachten Flüssig- oder Pulverbeschichtung mit im Wesentlichen gleichmäßiger/homogener Beschichtung (mit inhärenter Dickenvariation, die sich aus dem herkömmlichen Beschichtungsprozess ergibt), die üblicherweise eine gesamte Oberfläche eines Substrats bedeckt). Diese Definition einer gemusterten Beschichtung schließt auch aus: (a) ein Substrat, das nur an den Rändern beschichtet ist; (b) ein Substrat, das überall außer an den Rändern beschichtet ist; und (c) eine Beschichtung, die keines von (i), (ii) oder (iii) aufweist. Die gemusterte Beschichtung kann ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster von beschichteten Regionen einschließen, die in einer Vielfalt von Formen (z. B. Streifen, Rauten, Quadrate, Kreise, Ovale) vorliegen können. Die Begriffe „Muster“ und „gemustert“ erfordern keine Wiederholung in Designelementen, obwohl eine solche Wiederholung vorhanden sein kann. Die beschichteten Regionen der gemusterten Beschichtung sind vorzugsweise „kontinuierlich“ wie vorstehend definiert (in den Bereichen, die durch das Muster beschichtet werden sollen), indem sie frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern sind, die zu einem exponierten Substrat führen, wenn keine darunterliegende Beschichtung vorhanden ist.
Der Begriff „im Wesentlichen frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung weniger als 1.000 Teile pro Million (ppm) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Der Begriff „hauptsächlich frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung weniger als 100 Teile pro Million (ppm) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Der Begriff „hauptsächlich vollständig frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung weniger als 10 Teile pro Million (ppm) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Der Begriff „vollständig frei“ von einer bestimmten Komponente bedeutet, dass die Zusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung weniger als 20 Teile pro Milliarde (ppb) der angegebenen Komponente, falls vorhanden, enthalten. Die vorstehenden Begriffe dieses Absatzes, wenn sie in Bezug auf eine Zusammensetzung oder gehärtete Beschichtung verwendet werden, die eine angeführte Komponente enthalten kann, bedeutet, dass die Zusammensetzung oder die gehärtete Beschichtung unabhängig vom Kontext der Komponente in der Zusammensetzung oder der gehärteten Beschichtung weniger als den jeweiligen ppm oder ppb-Höchstwert für die Komponente enthält (z. B. unabhängig davon, ob die Verbindung in nicht umgesetzter Form vorhanden ist, in umgesetzter Form als eine Struktureinheit eines anderen Materials oder einer Kombination davon).
Der Begriff „Bisphenol“ bezieht sich auf ein mehrwertiges Polyphenol mit zwei Phenylengruppen, die jeweils Kohlenstoffsechsringe und eine Hydroxylgruppe aufweisen, die an ein Kohlenstoffatom des Rings gebunden ist, wobei die Ringe der zwei Phenylengruppen keine Atome gemeinsam haben. Beispielsweise sind Hydrochinon, Resorcin, Catechol und dergleichen keine Bisphenole, da diese Phenolverbindungen nur einen Phenylenring einschließen.
Der Begriff „Lebensmittelkontaktoberfläche“ bezieht sich auf eine Oberfläche eines Artikels (z. B. eine Lebensmittel- oder Getränkedose), der für einen längeren Kontakt mit dem Lebensmittelprodukt bestimmt ist. Wenn er zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Metallsubstrat eines Lebensmittel- oder Getränkebehälters (z. B. Dose) verwendet wird, bezieht sich der Begriff allgemein auf eine innere Metalloberfläche des Behälters, bei der zu erwarten wäre, dass sie mit dem Lebensmittel- oder Getränkeprodukt in Abwesenheit einer darauf aufgebrachten Flüssigkeits- oder AerosolBeschichtungszusammensetzung in Kontakt stehen würde. Beispielhaft kann eine Basisschicht, Zwischenschicht und/oder Polymerdeckschicht, die auf eine Innenoberfläche einer Metall-Lebensmittel- oder Getränkedose aufgebracht wird, als auf eine Lebensmittelkontaktoberfläche der Dose aufgebracht angesehen werden.
Der Begriff „auf“, wenn er im Zusammenhang mit einer auf einer Oberfläche oder einem Substrat aufgebrachten Beschichtung verwendet wird, schließt sowohl direkt (z. B. fabrikneues oder vorbehandeltes Metall, wie etwa galvanisierter Stahl) als auch indirekt (z. B. auf einer Primerschicht) auf die Oberfläche oder das Substrat aufgebrachte Beschichtungen ein. So bildet beispielsweise eine auf eine Vorbehandlungsschicht (z. B. gebildet aus einer chromhaltigen oder chromfreien Vorbehandlung) aufgebrachte Beschichtung oder eine über einem Substrat liegende Primerschicht eine auf dem Substrat aufgebrachte (oder angeordnete) Beschichtung.
Die Begriffe „Polymer“ und „Polymermaterial“ schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, organische Homopolymere, Copolymere, wie beispielsweise Block-, Pfropf-, Random- und alternierende Copolymere, Terpolymere usw. und Mischungen und Modifikationen davon ein. Darüber hinaus soll der Begriff „Polymer“, sofern nicht anderweitig besonders beschränkt, alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials einschließen. Diese Konfigurationen schließen isotaktische, syndiotaktische und ataktische Symmetrien ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Der Begriff „Arylgruppe“ (z. B. eine Arylengruppe) bezieht sich auf einen geschlossenen aromatischen Ring oder ein Ringsystem, wie etwa Phenylen, Naphthylen, Biphenylen, Fluorenylen und Indenyl, sowie Heteroarylengruppen (z. B. einen geschlossenen aromatischen oder aromatisch-ähnlichen Ringkohlenwasserstoff oder ein Ringsystem, in dem ein oder mehrere der Atome im Ring ein anderes Element als Kohlenstoff ist (z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel usw.)). Geeignete Heteroarylgruppen schließen Furyl, Thienyl, Pyridyl, Chinolinyl, Isochinolinyl, Indolyl, Isoindolyl, Triazolyl, Pyrrolyl, Tetrazolyl, Imidazolyl, Pyrazolyl, Oxazolyl, Thiazolyl, Benzofuranyl, Benzothiophenyl, Carbazolyl, Benzoxazolyl, Pyrimidinyl, Benzimidazolyl, Chinoxalinyl, Benzothiazolyl, Naphthyridinyl, Isoxazolyl, Isothiazolyl, Purinyl, Chinazolinyl, Pyrazinyl, 1-Oxidopyridyl, Pyridazinyl, Triazinyl, Tetrazinyl, Oxadiazolyl, Thiadiazolyl und so weiter ein. Wenn solche Gruppen zweiwertig sind, werden sie in der Regel als „Arylen-“ oder „Heteroarylen-“ Gruppen (z. B. Furylen, Pyridylen usw.) bezeichnet.
Der Begriff „Phenylen“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Arylring mit sechs Kohlenstoffatomen (z. B. wie in einer Benzolgruppe), der beliebige Substituentengruppen (einschließlich z. B. Halogene (die nicht bevorzugt werden), Kohlenwasserstoffgruppen, Sauerstoffatome, Hydroxylgruppen usw.) aufweisen kann. Somit sind beispielsweise die folgenden Arylgruppen jeweils Phenylenringe: -C₆H₄-, - C₆H₃(CH₃)- und -C₆H(CH₃)₂Cl-. Zusätzlich sind beispielsweise alle Arylringe einer Naphthalingruppe Phenylenringe.
Der Begriff „mehrere“ oder „multi“ bedeutet zwei oder mehr des referenzierten Elements (z. B. Material, Komponente, Zusammensetzung, Beschichtungsabschnitt).
Im Zusammenhang mit Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bedeutet „unterschiedlich“, dass die Flüssigkeits- oder Aerosol-Beschichtungszusammensetzungen auf eine oder mehrere chemische/physikalische Weise (z. B. Monomertypen/-mengen, Molekulargewicht von Polymerteilchen, Farbe der Beschichtungszusammensetzung, Zusatzstofftypen/-mengen) unterschiedlich sind (d. h. unähnlich), wodurch eine oder mehrere unterschiedliche Funktionen (z. B. Härte, Flexibilität, Korrosionsbeständigkeit, Ästhetik, Haptik) bereitgestellt werden.
Der Begriff „umfasst“ und Variationen davon haben hierin keine einschränkende Bedeutung, wenn diese Begriffe in der Beschreibung und den Ausführungsformen vorkommen. Solche Begriffe werden so verstanden, dass sie den Einschluss eines angegebenen Schritts oder Elements oder einer Gruppe von Schritten oder Elementen, aber nicht den Ausschluss eines anderen Schritts oder Elements oder einer Gruppe von Schritten oder Elementen implizieren. Mit „bestehend aus“ ist gemeint, dass alles, was nach dem Ausdruck „bestehend aus“ folgt, eingeschlossen ist und darauf beschränkt ist. Somit gibt der Ausdruck „bestehend aus“ an, dass die aufgelisteten Elemente erforderlich oder obligatorisch sind, und dass keine anderen Elemente vorhanden sein können. Mit „hauptsächlich bestehend aus“ ist gemeint, dass Elemente, die nach dem Ausdruck aufgelistet sind, eingeschlossen sind und auf andere Elemente beschränkt sind, die in der Offenbarung angegebene Aktivität oder Wirkung für die aufgelisteten Elemente nicht beeinträchtigen oder dazu beitragen. Somit weist der Ausdruck „hauptsächlich bestehend aus“ daraufhin, dass die aufgelisteten Elemente erforderlich oder obligatorisch sind, aber dass andere Elemente optional sind und vorhanden oder nicht vorhanden sein können, je nachdem, ob sie die Aktivität oder Wirkung der aufgelisteten Elemente wesentlich beeinflussen oder nicht. Jede(s) der Elemente oder Kombinationen von Elementen, die in dieser Patentschrift in einer offenen Formulierung (z. B. umfassend und Ableitungen davon) angegeben werden, werden als zusätzlich in einer geschlossenen Formulierung (z. B. bestehend und Ableitungen davon) angegeben und als teilweise in einer geschlossener Formulierung (z. B. hauptsächlich bestehend und Ableitungen davon) angegeben betrachtet.
Die Wörter „bevorzugt“ und „vorzugsweise“ beziehen sich auf Ausführungsformen der Offenbarung, die unter bestimmten Umständen bestimmte Vorteile bieten können. Es können jedoch unter gleichen oder anderen Umständen auch andere Ausführungsformen bevorzugt sein. Ferner impliziert die Angabe einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen nicht, dass andere Ausführungsformen nicht nützlich sind, und soll andere Ausführungsformen nicht aus dem Umfang der Offenbarung ausschließen.
In dieser Anmeldung sollen Begriffe wie etwa „ein“, „eine“ und „der/die/das“ nicht nur eine singuläre Entität bezeichnen, sondern schließen die allgemeine Klasse ein, von der ein spezifisches Beispiel zur Veranschaulichung verwendet werden kann. Die Begriffe „ein“, „eine“ und „der/die/das“ werden austauschbar mit dem Begriff „mindestens eins“ verwendet. Die Ausdrücke „mindestens eines von“ und „umfassend mindestens eines von“ gefolgt von einer Liste, bezieht sich auf jedes der Elemente in der Liste und jede Kombination von zwei oder mehr Elementen in der Liste.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „oder“ im Allgemeinen in seinem üblichen Sinne einschließlich „und/oder“ verwendet, sofern der Inhalt nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Der Begriff „und/oder“ bedeutet eines oder alle der aufgelisteten Elemente oder eine Kombination von zwei oder mehr der aufgelisteten Elemente.
Auch hierbei wird angenommen, dass alle Zahlen durch den Begriff „etwa“ und in bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise durch den Begriff „genau“ modifiziert werden. Wie hierin in Verbindung mit einer gemessenen Menge verwendet, bezieht sich der Begriff „etwa“ auf diese Variation der gemessenen Menge, wie sie durch den Fachmann, der die Messung vornimmt, erwartet wird, und lässt einen Grad an Sorgfalt walten, der dem Ziel der Messung und der Präzision der verwendeten Messvorrichtung entspricht, aus. Hierin schließt „bis zu“ einer Zahl (z. B. bis zu 50) die Zahl (z. B. 50) ein.
Ebenso schließen hierin die Angaben von Zahlenbereichen durch Endpunkte alle Zahlen, die innerhalb dieses Bereichs subsumiert werden, sowie die Endpunkte (1 bis 5 schließt z. B. 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 usw. ein) und beliebige Unterbereiche (1 bis 5 schließt z. B. 1 bis 4, 1 bis 3, 2 bis 4 usw. ein) ein.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Raumtemperatur“ auf eine Temperatur von 20 °C bis 25 °C.
Der Begriff „im Bereich“ oder „innerhalb eines Bereichs“ (und ähnliche Aussagen) schließt die Endpunkte des angegebenen Bereichs ein.
Die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform“, „bestimmte Ausführungsformen“ oder „einige Ausführungsformen“ usw. in dieser Patentschrift bedeutet, dass ein(e) bestimmte(s) Merkmal, Konfiguration, Zusammensetzung oder Eigenschaft, das/die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung eingeschlossen ist. Somit beziehen sich die Vorkommen solcher Ausdrücke an verschiedenen Stellen in dieser Patentschrift nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform der Offenbarung. Darüber hinaus können die besonderen Ausführungsformen, einschließlich Merkmalen, Konfigurationen, Zusammensetzungen oder Eigenschaften, in einer oder mehreren Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden.
Die vorstehende Kurzdarstellung der vorliegenden Offenbarung soll nicht jede offenbarte Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Die nachfolgende Beschreibung und Zeichnungen stellen veranschaulichende Ausführungsformen beispielhaft dar. An mehreren Stellen der Anmeldung wird durch Beispiellisten, deren Beispiele in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können, eine Anleitung bereitgestellt. In jedem Fall dient die genannte Auflistung nur als repräsentative Gruppe und sollte nicht als ausschließende Auflistung aufgefasst werden. Somit sollte der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen veranschaulichenden Strukturen beschränkt sein, sondern erstreckt sich mindestens auf die durch die Sprache der Ausführungsformen beschriebenen Strukturen und auf die Äquivalente dieser Strukturen. Jedes der Elemente, die in dieser Patentschrift positiv als Alternativen aufgeführt sind, können explizit in den Ausführungsformen eingeschlossen oder von den Ausführungsformen ausgeschlossen sein, in jeder beliebigen Kombination, wie gewünscht. Obwohl hierin verschiedene Theorien und mögliche Mechanismen erörtert wurden, sollten in keinem Fall solche Diskussionen dazu dienen, den beanspruchbaren Gegenstand einzuschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schema eines beispielhaften Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungssystems.
2 ist ein Schema eines beispielhaften Aerosolstrahl-Aufbringungssystems unter Verwendung des Venturi-Effekts.
3 ist ein Schema eines beispielhaften Aerosolstrahl-Aufbringungssystems unter Verwendung von Ultraschallenergie.
4 ist ein Schema einer beispielhaften Düse, die in einem Aerosolstrahl-Aufbringungssystem verwendet wird.
5 stellt ein Schema repräsentativer Beispiele von Baugruppen, die mehrschichtige Beschichtungen in der Starrmetallverpackungsindustrie einschließen, bereit.
6 ist ein Schema einer gemusterten Beschichtung auf einem Lebensmittel- oder Getränkedosenende.
7 ist ein Schema einer gemusterten Beschichtung auf einem Laschendeckel.
8 ist ein Schema einer indizierten variablen Dickenbeschichtung.
9 ist ein Blockdiagramm eines In-Line-Prozesses zum Aufbringen einer Flüssigkeits-/Aerosolstrahl-Beschichtung bei der Fertigung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Offenbarung stellt Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen (d. h. Beschichtungszusammensetzungen), insbesondere Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, beschichtete Metallsubstrate, Verfahren - z. B. ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen, ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats und ein Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen (z. B. eines Behälters, eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses), - sowie die Metallverpackung bereit. Beispiele für Metallverpackungsbehälter schließen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- und allgemeine Metallverpackungsbehälter ein. Beispiele für Metallverschlüsse schließen Twist-Off-Verschlüsse oder Deckel mit Gewinde oder Laschen und Kronen ein, die an Flaschen gecrimpt sind. Solche Verschlüsse sind aus Metall, aber für Metall- oder Nichtmetallverpackungsbehälter geeignet. Metallverpackung schließt auch Zuglaschen für ein einfaches Öffnen von Dosenenden ein.
Die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen eignen sich besonders für Lebensmittelkontaktflächen solcher Metallverpackungsbehälter und Metallverschlüsse, können aber auch auf äußeren Oberflächen solcher Metallverpackungsbehälter und Metallverschlüsse verwendet werden. Obwohl die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen der vorliegenden Offenbarung besonders nützlich auf einer Lebensmittelkontaktoberfläche eines Metallsubstrats sind, können sie auch auf anderen Arten von Substraten zum Verpacken von Lebensmitteln, Getränken oder anderen Produkten wie etwa Glas (z. B. Glasflaschen), starrem und flexiblem Kunststoff, Folie, Papier, Pappe oder Substraten, die eine Kombination davon sind, nützlich sein.
Die resultierenden beschichteten Lebensmittelkontaktoberflächen von Metallverpackungsbehältern und Metallverschlüssen der vorliegenden Offenbarung sind besonders wünschenswert für die Verpackung von flüssigkeitshaltigen Produkten. Verpackte Produkte, die mindestens teilweise von Natur aus flüssig sind (z. B. nass), stellen eine erhebliche Belastung für die Beschichtungen durch engen chemischen Kontakt mit den Beschichtungen dar. Ein solcher enger Kontakt kann Monate oder sogar Jahre andauern. Darüber hinaus müssen die Beschichtungen Pasteurisierungs- oder Kochprozessen während der Verpackung des Produkts widerstehen. In dem Lebensmittel- oder Getränkeverpackungsbereich schließen Beispiele für solche flüssigkeitshaltigen Produkte Bier, alkoholische Apfelweine, alkoholische Mischungen, Weine, Softdrinks, Energydrinks, Wasser, Wassergetränke, Kaffeegetränke, Teegetränke, Säfte, Produkte auf Fleischbasis (z. B. Würste, Fleischpasteten, Fleisch in Soßen, Fisch, Miesmuscheln, Venusmuscheln usw.), Produkte auf Milchbasis, Produkte auf Fruchtbasis, Produkte auf Pflanzenbasis, Suppen, Senf, eingelegte Produkte, Sauerkraut, Mayonnaise, Salatdressings und Kochsoßen ein.
Viele Beschichtungen, die zum Verpacken trockener Produkte verwendet werden, besitzen nicht das strenge Gleichgewicht der Beschichtungseigenschaften, das für die Verwendung mit den obigen „nassen“ Produkten erforderlich ist. Zum Beispiel wäre nicht zu erwarten, dass eine Beschichtung, die im Inneren einer dekorativen Metalldose für einzeln verpackte Kekse verwendet wird, die erforderlichen Eigenschaften zur Verwendung als eine Innenbeschichtung einer Suppendose aufweist.
Obwohl Behälter der vorliegenden Offenbarung zum Verpacken trockener pulverförmiger Produkte verwendet werden können, die von Natur aus weniger dazu neigen, gegenüber Verpackungsbeschichtungen aggressiv zu sein (z. B. Milchpulver, Babypulvernahrung, Kaffeeweißerpulver, Pulverkaffee, Pulver-Reinigungsprodukte, pulverförmige Medikamente usw.), werden aufgrund der höheren Volumina am Markt in der Regel die Beschichtungen in Verbindung mit aggressiveren Produkten verwendet, die von Natur aus mindestens etwas „nass“ sind. Dementsprechend sind Verpackungsbeschichtungen, die aus Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung gebildet werden, vorzugsweise zu lang anhaltendem und engem Kontakt, einschließlich unter schwierigen Umgebungsbedingungen, mit verpackten Produkten mit einem oder mehreren anspruchsvollen chemischen Merkmalen in der Lage, während das darunterliegende Metallsubstrat vor Korrosion geschützt wird und eine ungeeignete Verschlechterung des verpackten Produkts vermieden wird (z. B. unansehnliche Farbänderungen oder die Eintragung von Gerüchen oder von Geschmacksfehlern). Beispiele für solche anspruchsvollen chemischen Merkmale schließen Wasser, Säure, Fette, Salze, starke Lösungsmittel (z. B. in Reinigungsprodukten, Kraftstoffstabilisatoren oder bestimmten Lackprodukten), aggressive Treibmittel (z. B. Aerosol-Treibmittel wie etwa bestimmte Dimethylether enthaltende Treibmittel), Färbeverhalten (z. B. Tomaten) oder Kombinationen davon ein.
Dementsprechend sind vorzugsweise die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S; die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind hauptsächlich frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S; die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind hauptsächlich vollständig frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S; oder die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S.
Mehr bevorzugt sind die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen frei von allen Bisphenolverbindungen; die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind im Wesentlichen frei von allen Bisphenol-Verbindungen; die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind im Wesentlichen vollständig frei von allen Bisphenol-Verbindungen; oder die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen und vorzugsweise die gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung sind vollständig frei von allen Bisphenol-Verbindungen.
Vorzugsweise ist Tetramethylbisphenol F (TMBPF) nicht aus den Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen oder gehärteten Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung ausgeschlossen. TMBPF ist 4-[(4-Hydroxy-3,5-dimethylphenyl)methyl]-2,6-dimethylphenol, nachstehend gezeigt, das durch folgende Reaktion hergestellt wird:
Zum Beispiel ist eine Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung nicht im Wesentlichen frei von Bisphenol A, das 600 ppm von Bisphenol A und 600 ppm von dem Diglycidylether von Bisphenol A (BADGE) einschließt - unabhängig davon, ob das Bisphenol A und das BADGE in der Zusammensetzung in reagierter oder nicht reagierter Form vorhanden sind, oder eine Kombination davon.
Die Menge der Bisphenol-Verbindungen (z. B. Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S) kann basierend auf den Anfangsinhaltsstoffen bestimmt werden; ein Testverfahren ist nicht erforderlich und Teile pro Million (ppm) können aufgrund der geringen Mengen dieser Verbindungen zur Vereinfachung anstelle von Gewichtsprozentsätzen verwendet werden.
Obwohl trotz der bemerkenswerten Ausnahme von TMBPF die absichtliche Zugabe von vielen Bisphenol-Verbindungen nun im Allgemeinen aufgrund der Verschiebung der Verbraucherwahrnehmung unerwünscht ist, versteht es sich, dass nicht beabsichtigte Spurenmengen von Bisphenolen möglicherweise aufgrund von z. B. Umweltkontaminationen in Zusammensetzungen oder Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Obwohl das Gleichgewicht von wissenschaftlichen Belegen bisher darauf hinweist, dass die kleinen Spurenmengen von Bisphenolverbindungen, wie Bisphenol A, die aus vorhandenen Beschichtungen freigesetzt werden könnten, keine gesundheitlichen Risiken für Menschen darstellen, werden diese Verbindungen dennoch von einigen Menschen als potenziell schädlich für die menschliche Gesundheit wahrgenommen. Folglich besteht für einige ein Bedarf, diese Verbindungen aus Beschichtungen auf Lebensmittelkontaktoberflächen zu eliminieren.
Außerdem ist es wünschenswert, die Verwendung von Komponenten zu vermeiden, die für solche Oberflächen aufgrund von Faktoren wie etwa Geschmack, Toxizität oder anderen staatlichen Regulierungsanforderungen nicht geeignet sind.
Zum Beispiel ist in bevorzugten Ausführungsformen, in denen die Beschichtung eine Lebensmittelkontaktoberfläche bildet, die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung „PVC-frei“. Das heißt, die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung enthält vorzugsweise, falls vorhanden, weniger als 2 Gew.-% Vinylchloridmaterialien und andere halogenierte Vinylmaterialien, mehr bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% Vinylchloridmaterialien und andere halogenierte Vinylmaterialien und noch mehr bevorzugt weniger als 1 ppm Vinylchloridmaterialien und andere halogenierte Vinylmaterialien, falls vorhanden.
Als allgemeine Richtlinie, um mögliche z. B. Geschmacks- und Toxizitäts-Befürchtungen zu minimieren, schließt vorzugsweise eine gehärtete Beschichtung, die aus der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung gebildet wird, wenn sie eine nachweisbare Menge einschließt, weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe ein, wenn sie gemäß dem in dem Abschnitt Testverfahren angegebenen globalen Extraktionstest getestet wird. Ein Beispiel für diese Testbedingungen ist die Aussetzung der gehärteten Beschichtung einer 10-Gew.-%-Ethanol-Lösung für zwei Stunden bei 121 °C, gefolgt von 10 Tagen in der Lösung bei 40 °C.
Solche reduzierten globalen Extraktionswerte können durch Begrenzen der Menge an beweglichen oder potenziell beweglichen Arten in der gehärteten Beschichtung erhalten werden. In diesem Zusammenhang bezieht sich „beweglich“ auf Material, das aus einer gehärteten Beschichtung gemäß dem globalen Extraktionstest des Abschnitts Testverfahren extrahiert werden kann. Dies kann zum Beispiel durch Verwenden von reinen anstelle von unreinen Reaktanten, wodurch die Verwendung von hydrolysierbaren Komponenten oder Bindungen vermieden wird, wodurch die Verwendung von Additiven mit niedrigem Molekulargewicht vermieden oder eingeschränkt wird, die möglicherweise nicht effizient in die Beschichtung reagieren, und Verwenden optimierter Härtungsbedingungen optional in Kombination mit einem oder mehreren Härtungsadditiven erreicht werden. Dies macht die gehärteten Beschichtungen, die aus den hierin beschriebenen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen gebildet werden, besonders wünschenswert für die Verwendung auf Lebensmittelkontaktoberflächen.
Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen (z. B. eine Lebensmittel-, Getränke- oder eine Aerosoldose oder -schale) bereitgestellt. Eine solche Beschichtungszusammensetzung bezieht sich auf eine Zusammensetzung, die Polymerteilchen in einem wasserbasierten Träger einschließt, wodurch eine wasserbasierte Polymerdispersion gebildet wird. Hierin wird eine „Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung“ austauschbar mit „Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung“, „Flüssigkeits- oder Aerosolbeschichtungszusammensetzung“, „Beschichtungszusammensetzung“ und „wasserbasierte Polymerdispersion“ verwendet.
Solche Zusammensetzungen können eine gehärtete anhaftende Beschichtung auf einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, bilden. Insbesondere können solche Zusammensetzungen auch für die Beschichtung von Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldosen, allgemeiner Metallverpackungsdosen oder anderen Behältern, Abschnitten davon oder Metallverschlüssen für Metallverpackungsbehälter oder andere Behälter (z. B. Verschlüssen für Glastiegel) nützlich sein.
Polymerdispersionen auf Wasserbasis
Eine wasserbasierte Dispersion, die eine „Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung“ bildet, schließt Polymerteilchen in einem wasserbasierten Träger ein. Der wasserbasierte Träger schließt Wasser als den Haupt-(d. h. den Großteil) Flüssigkeitsträger ein. Dies bedeutet, dass der Flüssigkeitsträger mindestens 51 Gew.-% Wasser einschließt. Obwohl vorzugsweise keine organischen Lösungsmittel oder anderen organischen Flüssigkeiten in dem Flüssigkeitsträger eingeschlossen sind, sind in bestimmten Ausführungsformen weniger als 50 Gew.-% (z. B. ≤ 49 Gew.-%) des Flüssigkeitsträgers eine organische Flüssigkeit. Vorzugsweise schließen weniger als 25 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 10 Gew.-% und noch mehr bevorzugt weniger als 1 Gew.-% des Flüssigkeitsträgers ein organisches Lösungsmittel (z. B. ein organisches Lösungsmittel wie Ethanol) ein.
Die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung ist vorzugsweise für mindestens 2 Monate, mindestens 3 Monate, mindestens 4 Monate, mindestens 5 Monate oder mindestens 6 Monate bei Umgebungstemperatur ohne Phasentrennung, wie durch das ununterstützte menschliche Auge bestimmt, lagerstabil.
Der Feststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung beträgt vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, mindestens 15 Gew.-% oder mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung (vor dem Einbinden in ein Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungssystem).
Der Feststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung beträgt vorzugsweise bis zu 50 Gew.-%, bis zu 40 Gew.-% oder bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung (vor dem Einbinden in ein Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungssystem).
Die Menge an Polymerteilchen in dem wasserbasierten Träger (d. h. Konzentration von Polymerteilchen in der Beschichtungszusammensetzung) beträgt vorzugsweise mindestens 30 Gew.-%, mindestens 50 Gew.-% oder mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gehärteten Beschichtung).
Die Menge an Polymerteilchen in dem wasserbasierten Träger (d. h. Konzentration von Polymerteilchen in der Beschichtungszusammensetzung) beträgt vorzugsweise bis zu 99 Gew.-%, bis zu 97 Gew.-% oder bis zu 95 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gehärteten Beschichtung).
Der bevorzugte Viskositätsbereich der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (d. h. der wasserbasierten Dispersion, bevor sie einem Flüssigkeits- oder Aerosol-Strahlprozess unterzogen wird) kann für die Flüssigkeitsstrahlaufbringung gegenüber der Aerosolstrahlaufbringung variieren. Die Viskosität kann über ein Brookfield-Viskosimeter gemäß ASTM 2196 (2020) Verfahren A, gemessen werden. Sofern nicht anders angegeben, sollte die Viskosität von Proben, die für das Flüssigkeitsstrahlen vorgesehen sind, bei 120 °F (49 °C) gemessen werden, und die Proben für Aerosolstrahlen sollten bei 80 °F (27 °C) gemessen werden.
Die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise mindestens 1 Centipoise (cps), mindestens 10 cps oder mindestens 20 cps. Die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise bis zu 50 Centipoise (cps), bis zu 40 cps oder bis zu 30 cps.
Die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise mindestens 1 Centipoise (cps), mindestens 50 cps oder mindestens 100 cps. Die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise bis zu 1.000 Centipoise (cps), bis zu 500 cps oder bis zu 200 cps.
Der bevorzugte Oberflächenspannungsbereich der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (d. h. der wasserbasierten Dispersion, bevor sie einem Flüssigkeits- oder Aerosol-Strahlprozess unterzogen wird) kann für die Flüssigkeitsstrahlaufbringung gegenüber der Aerosolstrahlaufbringung variieren. Oberflächenspannung kann gemäß ASTM D1331 (2020), Verfahren C, gemessen werden. Sofern nicht anders angegeben, sollte die Oberflächenspannung von Proben, die für Flüssigkeitsstrahlen oder Aerosolstrahlen bestimmt sind, bei 77 °F (25 °C) gemessen werden.
Die Oberflächenspannung der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise mindestens 10 MilliNewton pro Meter (mN/m), mindestens 20 mN/m oder mindestens 30 mN/m. Die Oberflächenspannung der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise bis zu 50 mN/m, bis zu 45 mN/m oder bis zu 40 mN/m.
Die Oberflächenspannung der Beschichtungszusammensetzung für einen Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise mindestens 10 MilliNewton pro Meter (mN/m), mindestens 20 mN/m oder mindestens 30 mN/m. Die Oberflächenspannung der Beschichtungszusammensetzung für einen Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess beträgt vorzugsweise bis zu 50 mN/m, bis zu 45 mN/m oder bis zu 40 mN/m.
Das Molekulargewicht des Polymers in den Polymerteilchen in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung kann durch einige wenige Schlüsselmesswerte beschrieben werden, vorausgesetzt, dass ein typisches Polymer einen Bereich von Molekulargewichten abdeckt. Das zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn) wird bestimmt, indem das Gesamtgewicht einer Probe durch die Gesamtzahl der Moleküle in dieser Probe dividiert wird. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) wird bestimmt, indem die Summe jedes einzelnen Molekulargewichts in der Probe multipliziert mit dem Gewichtsanteil der Probe bei diesem Molekulargewicht berechnet wird. Der Polydispersitätsindex (Mw/Mn) wird verwendet, um auszudrücken, wie breit der Molekulargewichtsbereich der Probe ist. Je höher der Polydispersitätsindex ist, desto breiter ist der Molekulargewichtsbereich. Das Mn, Mw und Mw/Mn können alle durch Gelpermeationschromatographie (GPC) bestimmt werden, gemessen gegen einen Satz von Polystyrolstandards unterschiedlicher Molekulargewichte.
Das Mn der Polymerteilchen der wasserbasierten Dispersionen beträgt mindestens 2.000 Dalton, vorzugsweise mindestens 3.000 Dalton und mehr bevorzugt mindestens 4.000 Dalton. Das Mn der Polymerteilchen der wasserbasierten Dispersionen kann in Millionen (z. B. 10.000.000 Dalton) vorliegen, wie dies bei emulsionspolymerisierten Acrylpolymeren oder bestimmten anderen emulsionspolymerisierten Latexpolymeren auftreten kann, obwohl das Mn bis zu 60.000 Dalton oder bis zu 40.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton betragen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das Mn der Polymerteilchen der wasserbasierten Dispersionen mindestens 2.000 Dalton und bis zu 60.000 Dalton oder mindestens 3.000 Dalton und bis zu 40.000 Dalton oder mindestens 4.000 Dalton und bis zu 20.000 Dalton betragen.
Die Polymerteilchen der wasserbasierten Dispersionen können aus einem Polymer hergestellt sein, das einen Polydispersitätsindex von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist. Es kann jedoch vorteilhaft sein, dass das Polymer einen Polydispersitätsindex außerhalb der vorstehenden Bereiche aufweist. Zum Beispiel kann es, ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wünschenswert sein, einen höheren Polydispersitätsindex zu haben, um die Vorteile sowohl eines höheren Molekulargewichts (z. B. für die Flexibilität und andere mechanische Eigenschaften) als auch eines geringeren Molekulargewichts (z. B. für die Fließ- und Verlaufseigenschaften) in demselben Material zu erreichen.
Die Polymerteilchen der wasserbasierten Dispersion weisen vorzugsweise eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 (vorzugsweise einem D90, D95 oder einem D99) von weniger als 10 Mikrometer, weniger als 5 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer auf. Die Polymerteilchen der wasserbasierten Dispersion weisen vorzugsweise eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 (vorzugsweise einem D90, D95 oder einem D99) von mindestens 0,01 Mikrometer, mindestens 0,05 Mikrometer oder mindestens 0,1 Mikrometer auf. Während der am meisten bevorzugte D50-Bereich (weniger als 0,5 Mikrometer) das beste Gleichgewicht zwischen Dispersionsstabilität und Strahlbarkeit bietet, können Proben mit größerem D50 (0,5 Mikrometer oder mehr oder 5 Mikrometer oder mehr oder sogar 10 Mikrometer oder mehr), die ein gewisses Absetzen aufweisen können, immer noch verwendet werden, falls die Dispersion vor und/oder während des Strahlens gerührt wird.
In diesem Zusammenhang sind die „D-Werte“ - D50, D90, D95 und D99 - die Teilchengrößen, die ein Probenvolumen in einen bestimmten Prozentsatz unterteilen, wenn die Teilchen auf einer aufsteigenden Teilchengrößenbasis angeordnet sind. Zum Beispiel wird für Teilchengrößenverteilungen der Median als D50 (oder x50, wenn er bestimmte ISO-Richtlinien befolgt) bezeichnet. Der D50 ist die Teilchengröße in Mikrometer, der die Verteilung mit der Hälfte oberhalb und der Hälfte unterhalb dieses Durchmessers teilt. Der Dv50 (oder Dv0,5) ist der Median für eine Volumenverteilung. Der D90 beschreibt die Teilchengröße, bei der neunzig Prozent der Verteilung eine kleinere Teilchengröße und zehn Prozent eine größere Teilchengröße aufweisen. Der D95 beschreibt die Teilchengröße, bei der fünfundneunzig Prozent der Verteilung eine kleinere Teilchengröße und fünf Prozent eine größere Teilchengröße aufweisen. Der D99 beschreibt die Teilchengröße, bei der neunundneunzig Prozent der Verteilung eine kleinere Teilchengröße und ein Prozent eine größere Teilchengröße aufweist. Sofern hierin nicht anders angegeben, beziehen sich D50, D90, D95 und D99 auf D_v50, D_v90, D_v95, bzw. D_v99. Die hierin angegebenen D-Werte können durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse bestimmt werden.
Ein nützliches Verfahren zum Bestimmen von Teilchengrößen der Polymerteilchen in den wasserbasierten Dispersionen und anderen Ausgangsmaterialien (z. B. Schmiermitteln usw.) ist Laserbeugungsteilchengrößenanalyse. Eine beispielhafte Vorrichtung für eine solche Analyse ist ein Beckman Coulter LS 230 Laserbeugungsteilchengrößenanalysator oder dergleichen, der wie vom Hersteller empfohlen kalibriert ist. Es wird angenommen, dass die Teilchengrößenanalyse dieses Analysators die Prinzipien der internationalen Norm ISO 13320:2009(E) verkörpert.
Proben für die Laserbeugungsteilchengrößenanalyse können beispielsweise hergestellt werden, indem die Proben in einem im Wesentlichen nicht quellenden Lösungsmittel (wie etwa Cyclohexanon oder 2-Butoxyethanol) verdünnt und bis zur gleichmäßigen Verteilung geschüttelt werden. Die Wahl eines geeigneten Lösungsmittels hängt von den jeweiligen zu testenden Teilchen ab. Lösungsmittel-Screeningtests müssen unter Umständen durchgeführt werden, um ein geeignetes im Wesentlichen nicht quellendes Lösungsmittel zu identifizieren. Als ein im Wesentlichen nicht quellendes Lösungsmittel würde beispielsweise ein Lösungsmittel angesehen werden, bei dem ein Polymerteilchen um etwa 1 % oder weniger (wie durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse bestimmt) quillt.
Die Polymerteilchen können jede geeignete Kombination aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren, einem oder mehreren duroplastischen Polymeren oder einer Kombination davon einschließen. Für bestimmte bevorzugte Anwendungen können die Polymerteilchen jede geeignete Kombination eines oder mehrerer thermoplastischer Polymere einschließen. Der Begriff „Thermoplast“ bezieht sich auf ein Material, das bei ausreichendem Erwärmen schmilzt und seine Form ändert und bei ausreichendem Kühlen aushärtet. Solche Materialien können in der Regel ein wiederholtes Schmelzen und Härten durchlaufen, ohne eine nennenswerte chemische Änderung aufzuweisen. Im Gegensatz dazu bezieht sich ein „Duroplast“ auf ein Material, das vernetzt ist und nicht „schmilzt“.
Das Polymermaterial weist vorzugsweise einen Schmelzflussindex von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/10 Minuten auf. Das Polymermaterial weist vorzugsweise einen Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten auf. Der hier bezeichnete „Schmelzflussindex“ wird gemäß ASTM D1238-13 (2013) bei 190 °C und mit 2,16 Kilogramm Gewicht gemessen.
In bestimmten Ausführungsformen sind die Polymerteilchen aus halbkristallinen, kristallinen Polymeren, amorphen Polymeren oder Kombinationen davon hergestellt.
Geeignete halbkristalline oder kristalline Polymere können eine beliebige geeignete prozentuale Kristallinität aufweisen. In einigen Ausführungsformen schließt die Flüssigkeits- oder Aerosolbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung mindestens ein halbkristallines oder kristallines Polymer mit einer prozentualen Kristallinität (auf Gewichtsbasis) von mindestens 5 %, mindestens 10 % oder mindestens 20 % ein. Beispielsweise kann die prozentuale Kristallinität für ein gegebenes Polymer mittels dynamischem Differenzkalorimetrie-Testverfahren (DSC-Testverfahren) unter Verwendung der folgenden Gleichung bewertet werden: $Prozentuale Krisallinit \ddot{a} t (%) = [A / B] \times 100$
wobei: „A“ die Schmelzwärme des gegebenen Polymers (d. h. der Gesamtbereich „unter“ dem Schmelzabschnitt der DSC-Kurve) in Joule pro Gramm (J/g) ist; und „B“ die Schmelzwärme in J/g für den 100 % kristallinen Zustand des Polymers ist.
Für viele Polymere kann ein theoretischer B-Wert in der wissenschaftlichen Literatur verfügbar sein und ein solcher Wert kann verwendet werden. Für Polyesterpolymere kann, beispielsweise wenn ein solcher B-Wert in der Literatur nicht verfügbar ist, ein B-Wert von 145 J/g als Annährung verwendet werden, der die Schmelzwärme für 100 % kristallines Polybutylenterephthalat (PBT) ist, wie angegeben in: Cheng, Stephen; Pan, Robert; und Wunderlich, Bernard; „Thermal analysis of poly(butylene terephthalate) for heat capacity, rigid-amorphous content, and transition behavior", Macromolecular Chemistry and Physics, Band 189, Ausgabe 10 (1988): 2443-2458.
Vorzugsweise ist mindestens ein Polymermaterial der Polymerteilchen (und mehr bevorzugt im Wesentlichen das gesamte oder das gesamte in den Polymerteilchen vorhandene Polymermaterial) mindestens halbkristallin (z. B. halbkristallin oder kristallin). Die Polymerteilchen können amorphes Polymermaterial oder eine Mischung aus mindestens halbkristallinem Polymermaterial und amorphem Polymermaterial einschließen. ASTM-D3418-15 (2015) ist ein Beispiel für eine nützliche Methodik zur Beurteilung der Kristallisationseigenschaften (Kristallisationsspitzentemperatur) von Polymeren.
Die verwendeten Polymere können jede geeignete Glasübergangstemperatur (Tg) oder Kombinationen von Tg aufweisen. Die Polymerteilchen werden vorzugsweise aus einem Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 15 °C, mindestens 20 °C oder mindestens 25 °C und einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C, bis zu 80 °C oder bis zu 50 °C hergestellt.
In einigen Ausführungsformen können niedrigere Tg-Polymere (z. B. mit einer Tg von weniger als 15 °C, wie etwa mit einer Tg von mindestens 0 °C) zur Herstellung der hierin verwendeten Polymerteilchen verwendet werden, solange die Teilchen mindestens ein Polymer mit einer höheren Tg (z. B. mindestens 15 °C) einschließen.
Die Polymerteilchen können zusätzlich eine Kern-Hülle-Morphologie aufweisen (d. h. der äußere Abschnitt oder die Hülle des Polymerteilchens ist von einer anderen Zusammensetzung als der innere Abschnitt oder Kern). In solchen Fällen umfasst die Hülle idealerweise 10 Gew.-% oder mehr der gesamten Polymerteilchen, und die oben genannten Tg-Präferenzen würden nur für die Hülle des Polymerteilchen gelten. Mit anderen Worten wird die Hülle des Polymerteilchens vorzugsweise aus einem Polymer mit einer Tg von mindestens 15 °C, mindestens 20 °C, mindestens 25 °C und einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C, bis zu 80 °C oder bis zu 50 °C hergestellt.
In Ausführungsformen, die ein kristallines oder halbkristallines Polymer integrieren, werden die Polymerteilchen vorzugsweise aus einem kristallinen oder halbkristallinen Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C und einem Schmelzpunkt von bis zu 300 °C hergestellt.
In bevorzugten Ausführungsformen weiset im Wesentlichen das gesamte (d. h. mehr als 50 Gew.-%) Polymermaterial der Polymerteilchen einen solchen Schmelzpunkt oder Tg auf. Klassische amorphe Polymere weisen beispielsweise keinen erkennbaren Schmelzpunkt auf (z. B. weisen keine DSC-Schmelzspitze auf) und schließen beliebige kristalline Bereiche ein. Somit würde man erwarten, dass solche klassischen amorphen Polymere eine prozentuale Kristallinität von 0 % aufweisen. Dementsprechend können Flüssigkeitsstrahl- und Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der Offenbarung ein oder mehrere amorphe Polymere einschließen, die eine prozentuale Kristallinität von 0 % oder im Wesentlichen 0 % aufweisen. Falls gewünscht, können Flüssigkeitsstrahl- und Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der Offenbarung jedoch ein oder mehrere „amorphe“ Polymere einschließen, die eine prozentuale Kristallinität außer 0 aufweisen (z. B. weniger als 5 %, weniger als 2 %, weniger als 1 %, weniger als 0,5 %, weniger als 0,1 % usw.).
Das eine oder die mehreren Polymere der Polymerteilchen können aliphatisch oder aromatisch oder eine Kombination aus einem oder mehreren aliphatischen Polymeren und einem oder mehreren aromatischen Polymeren sein. In ähnlicher Weise können das eine oder die mehreren Polymere gesättigt oder ungesättigt oder eine Kombination aus einem oder mehreren gesättigten Polymeren und einem oder mehreren ungesättigten Polymeren sein.
Geeignete Polymerteilchen können aus Wasser (z. B. Latexpolymer) oder aus organischen Lösungsmitteln (z. B. Nonan, Dekan, Dodekan oder Isohexadekan) oder Kombinationen davon hergestellt werden. Wasserbasierte Polymere werden aufgrund von Kostenbetrachtungen bevorzugt, um VOC-Werte während der Verarbeitung niedrig zu halten und organische Restlösungsmittel aus den Flüssigkeits- oder Aerosol-Beschichtungszusammensetzungen herauszuhalten.
Die Polymerteilchen können emulsions-, suspensions-, lösungs- oder dispersionspolymerisierte Polymerteilchen (d. h. Teilchen, die aus einer Emulsion, Suspension, Lösung oder Dispersionspolymerisationsprozess hergestellt sind) sein. In der Regel schließen wasserdispergierbare Polymere selbstemulgierbare Gruppen (z. B. Carbonsäure-, Sulfonsäure-, Phosphonsäuregruppen oder Salze davon) ein, obwohl dies keine Anforderung ist. Neutralisationsmittel (z. B. Amine, Ammoniak oder Ammoniumhydroxid), insbesondere flüchtige, können auch zur Herstellung solcher Polymerteilchen verwendet werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Umgekehrt können, falls gewünscht, auch Basengruppen verwendet werden, die mit Säuren neutralisiert werden. Nicht-ionische polare Gruppen können alternativ oder zusätzlich verwendet werden. In Ausführungsformen, in denen Säuregruppen zum Stabilisieren der Polymerteilchendispersion verwendet werden, kann das gesamte Polymerteilchen jede geeignete Säurezahl aufweisen, solange das Polymerteilchen vorzugsweise in der Lage ist, stabil in Wasser dispergiert zu werden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird davon ausgegangen, dass das Vorhandensein von mindestens einigen Säuregruppen in dem Polymerteilchen wünschenswert ist, um zum Beispiel die Flüssigkeitsstabilität der Polymerteilchendispersion zu verbessern. Für Beispiele, die säurefunktionelle selbstemulgierbare Gruppen verwenden, weist das gesamte Polymerteilchen eine bevorzugte Säurezahl von mindestens 5, mindestens 20 oder mindestens 30 Milligramm KOH pro Gramm Polymer auf und eine bevorzugte Säurezahl von bis zu 100, bis zu 130 oder bis zu 180 Milligramm KOH pro Gramm Polymer. Die Säurezahl der Polymerteilchen kann gemäß der Norm BS EN ISO 3682-1998 gemessen werden.
Das Polymer der Polymerteilchen kann ein Polyacryl (d. h. Acryl oder Acrylat oder Polyacrylat) (z. B. ein lösungspolymerisiertes Acrylpolymer, ein emulsionspolymerisiertes Acrylpolymer oder eine Kombination davon), Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder eine Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie z. B. Polyetheracrylat-Copolymer) sein. Die Polymere können technische Kunststoffe sein. Technische Kunststoffe sind eine Gruppe von thermoplastischen Materialien, die bessere mechanische und/oder thermische Eigenschaften aufweisen als die weiter verbreiteten Standardkunststoffe (wie etwa Polystyrol, Polypropylen und Polyethylen). Beispiele für technische Kunststoffe schließen Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonate und Polyamide ein. Vorzugsweise ist das Polymer der Polymerteilchen ein Polyacryl (z. B. ein säure- oder anhydridfunktionelles organisches lösungspolymerisiertes Acrylpolymer, ein emulsionspolymerisiertes Acrylpolymer oder eine Kombination davon), ein Polyether, ein Polyolefin, ein Polyester oder eine Kombination davon (z. B. ein Polyetheracrylat-Copolymer, ein Polyesteracrylat-Copolymer und dergleichen).
Einzelne Teilchen können aus einem Polymer oder zwei oder mehr Polymeren hergestellt sein. Einzelne Teilchen können durchgehend gleichmäßig sein oder eine „Kern-Hülle“-Konfiguration aufweisen, die 1, 2, 3 oder mehr „Hüllen" schichten aufweist oder eine Gradientenarchitektur (z. B. eine kontinuierlich variierende Architektur) aufweist. Solche „Kern-Hülle“-Teilchen können zum Beispiel Mehrstufen-Latizes einschließen, die über die Emulsionspolymerisation von zwei oder mehr verschiedenen Stufen erzeugt werden, wobei Emulsionspolymerisationen unter Verwendung eines polymeren Tensids oder Kombinationen davon durchgeführt werden. Die Populationen von Teilchen können Mischungen von Polymeren einschließen, einschließlich Mischungen aus einheitlichen und Kern-Hülle-Teilchen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Einschluss einer ausreichenden Anzahl von zyklischen Gruppen und vorzugsweise Aryl- und/oder Heteroarylgruppen (z. B. Phenylengruppen) in den Polymeren ein wichtiger Faktor, um eine geeignete Beschichtungsleistung für Lebensmittelkontakt-Verpackungsbeschichtungen zu erreichen, insbesondere wenn das zu verpackende Produkt ein sogenanntes „schwer zu haltendes“ Lebensmittel- oder Getränkeprodukt ist. Sauerkraut ist ein Beispiel für ein schwer zu haltendes Produkt. Obwohl zyklische Gruppen, die eine solche Leistung bereitstellen, häufig Aryl- oder Heteroarylgruppen sind, können geeignete aliphatische zyklische Gruppen, wie beispielsweise aliphatische verbrückte bicyclische Gruppen (z. B. Norbornan- oder Norbornen-Gruppen), aliphatische verbrückte trizyklische Gruppen (z. B. Tricyclodecan-Gruppen), Cyclobutan-Gruppen (z. B. wie unter Verwendung von Struktureinheiten, die von 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol abgeleitet sind), Cyclobutengruppen oder spirobizyklische Gruppen (z. B. wie unter Verwendung von 3,9-Bis(1,1-dimethyl-2-hydroxyethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (PSG)), eine solche Leistung bereitstellen.
Wenn zum Beispiel die Polymerteilchen aus bestimmten Polyether- oder Polyesterpolymeren, zyklischen Gruppen und mehr bevorzugt Aryl- und/oder Heteroarylgruppen gebildet werden, bilden sie vorzugsweise mindestens 25 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 35 Gew.-% und optimal mindestens 45 Gew.-% solcher Polymere. Die obere Konzentration von zyklischen Gruppen (z. B. Aryl-/Heteroarylgruppen) ist nicht besonders beschränkt, aber vorzugsweise ist die Menge solcher Gruppen so konfiguriert, dass die Tg des Polymers vorzugsweise innerhalb der hierin erörterten Tg-Bereiche liegt. Die Gesamtmenge an zyklischen Gruppen (z. B. Aryl- und/oder Heteroarylgruppen) in solchen Polymeren bildet in der Regel weniger als etwa 80 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als 75 Gew.-%, noch mehr bevorzugt weniger als etwa 70 Gew.-% und optimal weniger als 60 Gew.-% des Polyetherpolymers. Die Gesamtmenge an zyklischen Gruppen (z. B. Aryl- und/oder Heteroarylgruppen) in solchen Polymeren kann basierend auf dem Gewicht der eine zyklische Gruppe enthaltenden polymerisierbaren Verbindung (z. B. Aryl oder Heteroaryl enthaltende polymerisierbare Verbindung), die in die Polymere eingebaut ist, und dem Gewichtsanteil einer solchen polymerisierbaren Verbindung, die zyklische Gruppen (z. B. Aryl- oder Heteroarylgruppen) bildet, bestimmt werden.
Bevorzugte Aryl- oder Heteroarylgruppen schließen weniger als 20 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt weniger als 11 Kohlenstoffatome, und noch mehr bevorzugt weniger als 8 Kohlenstoffatome ein. Die Aryl- oder Heteroarylgruppen weisen vorzugsweise mindestens 4 Kohlenstoffatome (z. B. eine Furanylengruppe), mehr bevorzugt mindestens 5 Kohlenstoffatome, und noch mehr bevorzugt mindestens 6 Kohlenstoffatome auf. Substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppen sind bevorzugte Aryl- oder Heteroarylgruppen.
Alternativ sind zumindest einige oder sogar alle der zyklischen Gruppen polyzyklische Gruppen (z. B. bizyklische, trizyklische oder polyzyklische Gruppen mit 4 oder mehr Ringen).
Die Polymerteilchen können ein Polyesterpolymer einschließen. Geeignete Polyester schließen Polyester ein, die aus einer oder mehreren geeigneten Polycarbonsäurekomponenten (z. B. Dicarbonsäurekomponenten, Tricarbonsäurekomponenten, Tetracarbonsäurekomponenten usw.) und einer oder mehreren geeigneten Polyolkomponenten (z. B. Diolkomponenten, Triolkomponenten, Polyolen mit vier Hydroxylgruppen usw.) gebildet sind. Falls gewünscht, können ein oder mehrere andere Comonomere verwendet werden. Dicarbonsäurekomponenten und Diolkomponenten sind bevorzugt.
Geeignete Dicarbonsäurekomponenten schließen zum Beispiel aromatische Dicarbonsäuren wie etwa Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Naphthalincarbonsäure (z. B. 2,6-Naphthalindicarbonsäure) und Furandicarbonsäure (z. B. 2,5-Furandicarbonsäure); aliphatische Dicarbonsäuren wie etwa Adipinsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Sebacinsäure und Azelainsäure; ungesättigte Säuren wie etwa Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure und Fumarsäure; und Mischungen davon ein. Beispiele für andere geeignete Polycarbonsäuren (oder Anhydride) schließen Benzolpentacarbonsäure; Mellithsäure; 1,3,5,7-Naphthalintetracarbonsäure; 2,4,6-Pyridintricarbonsäure; Pyromellithsäure; Trimellitsäure; Trimesinsäure; 3,5,3',5'-Biphenyltetracarbonsäure; 3,5,3',5'-Bipyridyltetracarbonsäure; 3,5,3',5'-Benzophenontetracarbonsäure; 1,3,6,8-Acridintetracarbonsäure; 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure; Nadinsäureanhydrid; Trimellitsäureanhydrid; Pyromellitsäureanhydrid und Mischungen davon ein. Anhydride oder Ester der vorstehend genannten Säuren und Mischungen solcher Säuren, Anhydride oder Ester können ebenfalls verwendet werden.
Geeignete Diolkomponenten schließen zum Beispiel Polymethylenglykole ein, die durch die Formel HO-(CH₂)n-OH dargestellt werden (wobei n etwa 2 bis 10 beträgt), wie etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, Butandiol, Hexandiol und Decamethylenglykol; verzweigte Glykole, die durch die Formel HO-CH₂-C(R₂)-CH₂-OH dargestellt werden (wobei R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist), wie etwa Neopentylglykol; Diethylenglykol und Triethylenglykol; Diole mit einem Cyclohexanring, wie etwa Cyclohexandimethanol (CHDM); 2-Methyl-1,3-propandiol; Diole mit einem Cyclobutanring, wie etwa 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol; Isosorbid; Tricyclodecandimethanol; spirobizyklische Diole (z. B. 3,9-Bis(1,1-dimethyl-2-hydroxyethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (PSG)); und Mischungen davon ein. Glycerin, Trimethylolpropan (TMP) und andere geeignete trifunktionelle oder höhere Polyole können auch allein oder in Kombination mit jedem anderen geeigneten Polyol verwendet werden.
Die Polyester-Polymerteilchen sind vorzugsweise aus halbkristallinen oder kristallinen Polymeren hergestellt. Geeignete beispielhafte kristalline und halbkristalline Polyesterpolymere schließen Polyethylenterephthalat („PET“), Copolymere aus PET, wie etwa PET/I, Polybutylenterephthalat („PBT“), Polyethylennaphthalat („PEN“), Poly-1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat und Copolymere und Kombinationen davon ein. Das Polyestermaterial kann aus Inhaltsstoffen einschließlich Dimerfettsäuren gebildet sein. Nicht einschränkende Beispiele für nützliche kommerziell erhältliche Polyestermaterialien können Polyester, die im Handel unter dem Handelsnamen DYNAPOL erhältlich sind, wie beispielsweise DYNAPOL L912 (einschließlich polyzyklischer Gruppen, die von Tricyclodecandimethanol abgeleitet sind), DYNAPOL L952, DYNAPOL P1500, DYNAPOL P1500 HV (weist eine Schmelzpunkttemperatur von etwa 170 °C, eine Glasübergangstemperatur von etwa 20 °C und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 20.000 auf), DYNAPOL P1510 und DYNAPOL P1550 (jeweils erhältlich von Hiils AG und basierend auf Monomeren einschließlich Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure); Polyestermaterialien, die im Handel unter dem TRITAN-Handelsnamen erhältlich sind (erhältlich von Eastman Chemical Company und basierend auf Monomeren einschließlich 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-Cyclobutandiol); und Polyestermaterialien, die im Handel unter dem Handelsnamen GRILTEX erhältlich sind, wie beispielsweise GRILTEX DD2267EG und GRILTEX D2310EG (jeweils erhältlich von EMS-Chemie und basierend auf Monomeren einschließlich Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure), einschließen.
Beispielhafte Polyesterpolymere, die bei der Herstellung geeigneter Polymerteilchen verwendet werden können, sind beispielsweise in US-Patentveröffentl. Nr. 2014/0319133 (Castelberg et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2015/0344732 (Witt-Sanson et. al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2016/0160075 (Seneker et al.), internationale Anmeldung Nr. PCT/US2018/051726 (Andriot et al.), US-Patent Nr. 5,464,884 (Nield et al.), US-Patent Nr. 6,893,678 (Hirose et al.), US 7,198,849 (Stapperfenne et al.), US-Patent Nr. 7,803,415 (Kiefer-Liptak et al.), US-Patent Nr. 7,981,515 (Ambrose et al.), US-Patent Nr. 8,133,557 (Parekh et al.), US-Patent Nr. 8,367,171 (Stenson et al.), US 8,574,672 (Doreau et al.), US-Patent Nr. 9,096,772 (Lespinasse et al.), US-Patent Nr. 9,011,999 (Cavallin et al.), US-Patent Nr. 9,115,241 (Gao et al.), US-Patent Nr. 9,187,213 (Prouvost et al.), US-Patent Nr. 9,321,935 (Seneker et al.), US-Patent Nr. 9,650,176 (Cavallin et al.), US-Patent Nr. 9,695,264 (Lock et al.), US-Patent Nr. 9,708,504 (Singer et al.), US-Patent Nr. 9,920,217 (Skillman et al.), US-Patent Nr. 10,131,796 (Martinoni et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2020/0207516 (Senker et al.) und WO 2021/105970 (Riazzi et al.) beschrieben.
Polyesterpolymere mit C4-Ringen können verwendet werden, wie sie beispielsweise in bestimmten Struktursegmenten vorhanden sind, die von Verbindungen vom Cyclobutandioltyp abgeleitet sind, wie beispielsweise einschließlich 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol). Beispiele solcher Polyester, einschließlich solcher C4-Ringe, sind beispielsweise in WO 2014/078618 (Knotts et al.), US-Patent Nr. 8,163,850 (Marsh et. al.), US-Patent Nr. 9,650,539 (Kuo et. al.), US-Patent Nr. 9,598,602 (Kuo et. al.), US-Patent Nr. 9,487,619 (Kuo et. al.), US-Patent Nr. 9,828,522 (Argyropoulos et al.) und US-Patentveröffentl. Nr. 2020/0207516 (Seneker et al.) beschrieben.
Vorzugsweise können die Polymerteilchen ein Polyetherpolymer einschließen. Das Polyetherpolymer kann eine Vielzahl von aromatischen Segmenten, häufiger aromatische Ethersegmente enthalten. Das Polyetherpolymer kann unter Verwendung beliebiger geeigneter Reaktanten und eines beliebigen geeigneten Polymerisationsprozesses gebildet werden. Das Polyetherpolymer kann zum Beispiel aus Reaktanten gebildet werden, die eine Streckverbindung (z. B. ein Diol, das vorzugsweise ein mehrwertiges Phenol ist, mehr bevorzugt ein zweiwertiges Phenol; eine Disäure; oder eine Verbindung, die sowohl eine Phenolhydroxylgruppe als auch eine Carboxylgruppe aufweist) und ein Polyepoxid einschließen. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Polyepoxid ein Polyepoxid eines mehrwertigen Phenols (häufiger ein Diepoxid, z. B. ein Diglycidylether von einem zweiwertigen Phenol). Vorzugsweise ist (i) die mehrwertige Phenolverbindung ein ortho-substituiertes Diphenol (z. B. Tetramethylbisphenol F), (ii) das Diepoxid ein Diepoxid eines ortho-substituierten Diphenols (z. B. Tetramethylbisphenol F) oder (iii) sowohl (i) als auch (ii).
Ein Polyetherpolymer kann aus Reaktanten gebildet werden, die ein Diepoxid eines ortho-substituierten Diphenols (z. B. das Diglycidylether von Tetramethylbisphenol F) und ein zweiwertiges Phenol mit nur einem Phenolring (z. B. Hydrochinon, Resorcin, Catechol oder einer substituierten Variante davon) einschließen.
Ein Polyetherpolymer kann aus Reaktanten hergestellt werden, die ein Diepoxid (in der Regel ein Diglycidylether oder Diglycidylester) einschließen, das nicht von einem mehrwertigen Phenol abgeleitet ist, und das ein oder mehrere im Grundgerüst vorliegende oder anhängende Aryl- oder Heteroarylgruppen einschließt. Solche aromatischen Diepoxide können beispielsweise aus aromatischen Verbindungen mit zwei oder mehr reaktiven Gruppen wie etwa Diolen, Disäuren, Diaminen und dergleichen hergestellt werden. Solche geeigneten beispielhaften aromatischen Verbindungen zur Verwendung beim Bilden der aromatischen Diepoxide schließen 1-Phenyl-1,2-Propandiol; 2-Phenyl-1,2-Propandiol; 1-Phenyl-1,3-Propandiol; 2-Phenyl-1,3-Propandiol; 1-Phenyl-1,2-Ethandiol; Vanilylalkohol; 1,2-, 1,3- oder 1,4-Benzoldimethanol; Furandimethanol (z. B. 2,5-Furandimethanol); Terephthalsäure; Isophthalsäure; und dergleichen ein.
Ein Polyetherpolymer kann aus Reaktanten hergestellt werden, die ein oder mehrere aliphatische Polyepoxide einschließen, die in der Regel aliphatische Diepoxide sind, und häufiger cycloaliphatische Diepoxide. Beispielhafte aliphatische Diepoxide schließen Diepoxide aus (die in der Regel Diglycidylether sind): Cyclobutandiol (z. B. 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol), Isosorbid, Cyclohexandimethanol, Neopentylglykol, 2-Methyl-1,3-propandiol, Tricyclodecandimethanol, 3,9-Bis(1,1-dimethyl-2-hydroxyethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (PSG) und Mischungen davon ein.
Beispielhafte Reaktanten, Polymerisationsprozesse und Polyetherpolymere, die zur Herstellung geeigneter Polymerteilchen verwendet werden können, sind in US-Patent Nr. 7,910,170 (Evans et al.), US-Patent Nr. 9,409,219 (Niederst et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2013/0280455 (Evans et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2013/0316109 (Niederst et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2013/0206756 (Niederst et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2015/0021323 (Niederst et al.), internationale Veröffentl. Nr. WO 2015/160788 (Valspar Sourcing), WO 2015/164703 (Valspar Sourcing), WO 2015/057932 (Valspar Sourcing), WO 2015/179064 (Valspar Sourcing), WO 2018/125895 (Valspar Sourcing) und WO 2021/105970 (SWIMC LLC) beschrieben.
Die Polyetherpolymere können alternativ aus Inhaltsstoffen gebildet werden, die keine Bisphenole oder beliebige Epoxide von Bisphenolen einschließen, obwohl nicht beabsichtigte Spurenmengen möglicherweise aufgrund von z. B. Umweltkontaminationen vorhanden sein können. Beispiele für geeignete Reaktanten zum Bilden solcher Bisphenol-freien Polyetherpolymere schließen beliebige der Diepoxide ein, die aus anderen Materialien als Bisphenolen abgeleitet sind, die in den in dem vorstehenden Absatz referenzierten Patentdokumenten und einer der anderen Streckverbindungen als Bisphenole, die in solchen Patentdokumenten offenbart sind, abgeleitet sind. Hydrochinon, Catechol, Resorcin und substituierte Varianten davon sind nicht einschränkende Beispiele für geeignete Streckverbindungen zur Verwendung bei der Herstellung solcher Bisphenol-freien Polyetherpolymere.
Vorzugsweise können die Polymerteilchen ein Polymer einschließen, das durch freie radikalische Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren gebildet wird, wobei Acrylpolymere bevorzugte Beispiele solcher Polymere sind. Solche Polymere werden hierin zur Vereinfachung als „Acrylpolymere“ bezeichnet, wobei solche Polymere in der Regel ein oder mehrere Monomere einschließen, die aus (Meth)acrylaten oder (Meth)acrylsäure ausgewählt sind. Bevorzugte Acrylpolymere schließen organische lösungspolymerisierte Acrylpolymere und emulsionspolymerisierte Acryllatexpolymere ein. Ein geeignetes Acrylpolymer schließt ein Reaktionsprodukt von Komponenten ein, die einen (Meth)acrylsäureester, eine optionale ethylenisch ungesättigte mono- oder multifunktionelle Säure und eine optionale Vinylverbindung einschließen. Zum Beispiel könnte das acrylatfilmbildende Polymer ein Reaktionsprodukt von Komponenten sein, die Ethylacrylat und/oder Butylacrylat, Acrylsäure und/oder Methacrylsäure und Styrol und/oder Cyclohexylmethacrylat einschließen (vorzugsweise in Gegenwart von 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril) und tert-Butylperoxybenzoat-Radikalinitiatoren).
Beispiele für geeignete (Meth)acrylsäureester (d. h. Methacrylsäureester und Acrylsäureester) schließen Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Isopropyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Isobutyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat, Isoamyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Benzyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Isobomyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat und Nonyl(meth)acrylat ein. Jedes geeignete Isomer oder eine Kombination der vorstehenden Isomere kann verwendet werden. Beispielsweise soll die Offenbarung von „Butyl(meth)acrylat“ alle Isomere, wie etwa n-Butyl(meth)acrylat, sec-Butyl(meth)acrylat, tert-Butyl(meth)acrylat und dergleichen offenbaren. Im Allgemeinen ist, wie hierin offenbart, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, die Offenbarung aller Isomere für ein gegebenes Monomer vorgesehen.
Beispiele für geeignete ethylenisch ungesättigte mono- oder multifunktionelle Säuren schließen Methacrylsäure, Acrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure, Sorbinsäure und Fumarsäure ein.
Beispiele für geeignete Vinylverbindungen schließen Styrol, Halostyrol, Isopren, ein konjugiertes Butadien, Alpha-Methylstyrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin, Vinylchlorid (was nicht bevorzugt wird), Acrylnitril, Methacrylnitril, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylcyclohexan, Vinylcyclooctan, Vinylcyclohexen und Vinylstearat ein.
Beispiele für kommerziell erhältliche Acrylpolymere schließen diejenigen ein, die unter dem Handelsnamen VIACRYL SC 454/50BSNB, VIACRYL SC383w/50WA und VANCRYL 2900 DEV (alle von Cytec Industries Inc., West Peterson, NJ) sowie NEOCRYL A-639, NEOCRYL XK-64, URACON CR203 M3 und URACON CS113 S1G (alle von DSM Neoresins BV, 5140 AC Waalwijk, Niederlande) erhältlich sind.
Beispielhafte Acrylpolymere, die zur Herstellung geeigneter Polymerteilchen verwendet werden können, sind in US-Patent Nr. 8,168,276 (Cleaver et al.), US-Patent Nr. 7,189,787 (O'Brien), US-Patent Nr. 7,592,047 (O'Brien et al.), US-Patent Nr. 9,181,448 (Li et al.), US-Patent Nr. 9,394,456 (Rademacher et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2016/0009941 (Rademacher et al.), US-Patent- Veröffentl. Nr. US2016/0376446 (Gibanel et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2017/0002227 (Gibanel et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2018/0265729 (Gibanel et al.), WO2016/196174 (Singer et al.), WO2016/196190 (Singer et al.), WO2017/112837 (Gibanel et al.), WO2017/180895 (O'Brien et. al.), WO2018/085052 (Gibanel et al.), WO2018/075762 (Gibanel et al.), WO2019/078925 (Gibanel et al.), WO2019/046700 (O'Brien et al.) und WO2019/046750 (O'Brien et al.) beschrieben.
Die Polymerteilchen können getrocknete Latexteilchen einschließen, die sowohl Polyetherpolymer als auch Acrylpolymer einschließen. Beispiele für solche Latexteilchen sind z. B. in WO2017/180895 (O'Brien et. al.) und internationale Anm. Nr. WO2019046700 (O'Brien et al.) beschrieben.
Vorzugsweise können die Polymerteilchen ein Polyolefinpolymer einschließen. Beispiele für geeignete Polyolefinpolymere schließen ein maleinmodifiziertes Polyethylen, ein maleinmodifiziertes Polypropylen, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymere, Propylenacrylsäure-Copolymere, Propylenmethacrylsäure-Copolymere und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere ein.
Beispiele für kommerziell erhältliche Polyolefinpolymere schließen diejenigen ein, die unter dem Handelsnamen DOW PRIMACOR 5980i, DUPONT NUCREL, POLYBOND 1103, NIPPON SOARNOL (EVOH), ARKEMA OREVAC 18751 und ARKEMA OREVAC 18360 erhältlich sind. Beispielhafte Polyolefinpolymere, die zur Herstellung geeigneter Polymerteilchen verwendet werden können, sind in US-Patent Nr. 9,000,074 (Choudhery), US-Patent Nr. 8,791,204 (Choudhery), internationale Veröffentl. Nr. WO 2014/140057 (Akzo Nobel), US-Patent Nr. 8,722,787 (Romick et al.), US-Patent Nr. 8,779,053 (Lundgard et al.) und US-Patent Nr. 8,946,329 (Wilbur et al.) beschrieben.
Geeignete Polyolefinteilchen können aus wässrigen Dispersionen von Polyolefinpolymer hergestellt werden. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 8,193,275 (Moncla et al.) für eine Beschreibung geeigneter Prozesse zur Herstellung solcher wässrigen Polyolefindispersionen. Beispiele für kommerziell erhältliche wässrige Polyolefindispersionen schließen die CANVERA-Produktlinie ein, die von Dow erhältlich ist, einschließlich beispielsweise des CANVERA-1110-Produkts, der CANVERA-3110-Serie und der CANVERA-3140-Serie.
Die Polymerteilchen können ein ungesättigtes Polymer in Kombination mit einer oder beiden von einer Etherkomponente oder einem Metallsikkativ einschließen. Die Etherkomponente kann in dem ungesättigten Polymer selbst vorliegen. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das Vorhandensein einer geeigneten Menge an Ungesättigtheit (z. B. aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, wie sie etwa in Norbornen-Gruppen und ungesättigten Struktureinheiten vorhanden sind, die von Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure, funktionalisiertem Polybutadien und dergleichen abgeleitet sind) in Kombination mit einer geeigneten Menge von Etherkomponente oder Metallsikkativ (z. B. Aluminium, Kobalt, Kupfer, Oxide davon, Salze davon) zu einem Anstieg des Molekulargewichts während der thermischen Härtung der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, um eine gehärtete Beschichtung zu bilden, führen kann. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 9,206,332 (Cavallin et al.) zur weiteren Diskussion solcher Reaktionsmechanismen und geeigneten Materialien und Konzentrationen. Das Polymer der Polymerteilchen kann einen Iodwert von mindestens 10, mindestens 20, mindestens 35 oder mindestens 50 aufweisen. Der obere Bereich geeigneter Iodwerte ist nicht besonders beschränkt, aber in den meisten solchen Ausführungsformen wird der Iodwert in der Regel etwa 100 oder etwa 120 nicht überschreiten. Die vorgenannten Iodwerte werden in Bezug auf die Zentigramme Iod pro Gramm des Materials ausgedrückt. Iodwerte können zum Beispiel unter Verwendung von ASTM D 5768-02 (Reapproved 2006) mit dem Titel „Standard Test Method for Determination of Iodine Values of Tall Oil Fatty Acids“ bestimmt werden.
Optionale Additive
Die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung kann ein oder mehrere andere optionale Additive einschließen, um gewünschte Wirkungen bereitzustellen. Beispielsweise können derartige optionale Additive in der Beschichtungszusammensetzung enthalten sein, um die Ästhetik der Zusammensetzung zu verbessern, um die Herstellung, Verarbeitung, Handhabung und Aufbringung der Zusammensetzung zu erleichtern und um eine bestimmte funktionelle Eigenschaft der Beschichtungszusammensetzung oder einer daraus resultierenden gehärteten Beschichtung weiter zu verbessern. Ein oder mehrere optionale Additive können einen Teil der Teilchen selbst bilden.
Da gehärtete Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise auf Lebensmittelkontaktoberflächen verwendet werden, ist es wünschenswert, die Verwendung von Additiven zu vermeiden, die für solche Oberflächen aufgrund von Faktoren wie etwa Geschmack, Toxizität oder anderen staatlichen Regulierungsanforderungen nicht geeignet sind.
Beispiele für solche optionalen Additive, insbesondere solche, die zur Verwendung in Beschichtungen geeignet sind, die auf Lebensmittelkontaktoberflächen verwendet werden, schließen Schmiermittel, Haftvermittler, Vernetzer, Katalysatoren, Farbmittel (z. B. Pigmente oder Farbstoffe), ferromagnetische Teilchen, Entgasungsmittel, Verlaufsmittel, Benetzungsmittel, Mattierungsmittel, Tenside, Durchflusssteuermittel, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmittel, Haftvermittler, anorganische Füllstoffe, Metallsikkative und Kombinationen davon ein. Die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung kann ein oder mehrere Schmiermittel, Pigmente, Vernetzer oder eine Kombination davon einschließen.
In bevorzugten Ausführungsformen schließen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Schmiermittel ein, z. B. für die Flexibilität. In diesem Zusammenhang ist ein Schmiermittel eine Verbindung, die die Reibung an der Oberfläche einer Beschichtung reduziert, um dem fertigen beschichteten Metallsubstrat Abriebfestigkeit zu verleihen. Es unterscheidet sich von einem Fließverbesserer, der den Fluss der Beschichtungszusammensetzung und das Aufbringen einer Beschichtung auf ein Metallsubstrat unterstützt.
Beispiele für geeignete Schmiermittel schließen Carnaubawachs, synthetisches Wachs (z. B. Fischer-Tropsch-Wachs), Polytetrafluorethylen-Wachs (PTFE-Wachs), PolyolefinWachs (z. B. Polyethylen-Wachs (PE-Wachs), Polypropylen-Wachs (PP-Wachs) und Polyethylen-Wachs mit hoher Dichte (HDPE-Wachs)), Amidwachs (z. B. mikronisiertes Ethylen-bis-Stearamid-Wachs (EBS-Wachs)), Kombinationen davon und eine modifizierte Version davon (z. B. amidmodifiziertes PE-Wachs, PTFE-modifiziertes PE-Wachs und dergleichen) ein. Die Schmiermittel können mikronisierte Wachse sein, die optional kugelförmig sein können. Schmiermittel erleichtern die Herstellung von Metalldosen, insbesondere von genieteten Metalldosenenden, und Zuglaschen, indem sie Blechen beschichteter Metallsubstrate Schmierfähigkeit und damit Flexibilität verleiht.
Ein oder mehrere Schmiermittel können in einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Ferner können ein oder mehrere Schmiermittel in einer Menge von bis zu 4 Gew.-%, bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Die Konzentrationen in der gehärteten Beschichtung entsprechen den Konzentrationen der Ausgangsmaterialien in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
Das Schmiermittel kann in den Polymerteilchen, auf den Polymerteilchen, in einem anderen Inhaltsstoff, der zur Bildung der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung verwendet wird, oder einer Kombination davon vorhanden sein. Das Schmiermittel kann auch in einer zweiten Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung aufgebracht werden, die in einer separaten Schicht aufgebracht wird.
Beispiele für geeignete kommerziell erhältliche Schmiermittel schließen die CERETAN-Produktlinie von Munzing (z. B. die Produkte CERETAN MA 7020, MF 5010, MM 8015, MT 9120 und die MXF 3920); die LUBA-PRINT-Produktlinie von Munzing (z. B. die Produkte LUBA-PRINT 255/B, 276/A (ND), 351/G, 501/S-100, 749/PM und CA30); die Produkte SST-52, S-483, FLUOROSLIP 893-A, TEXTURE 5347W und SPP-10 von Shamrock; die CERAFLOUR-Produktlinie von BYK (z. B. die Produkte CERAFLOUR 981, 988, 996, 258 und 970); und das Produkt CERACOL 607 von BYK ein. In einigen Ausführungsformen sind PTFE-freie Schmiermittel (d. h. solche, die kein Polytetrafluorethylen enthalten) bevorzugt. In einigen Ausführungsformen ist die Beschichtungszusammensetzung frei von jeglichen Schmiermitteln, die unter Verwendung fluorhaltiger Inhaltsstoffe hergestellt wurden.

Die Teilchengrößen einiger dieser Schmiermittel und Verfahren, die verwendet werden, um solche Teilchengrößen zu bestimmen, wie durch die Lieferanten identifiziert (obwohl hierin solche Schmiermittelteilchengrößen durch Laserbeugungsteilchengrößenanalyse gemessen werden können), sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Lieferant	Schmiermittel	Chemie des Schmiermittels*	Teilchengröße*	Verfahren*
Munzing	Ceretan MA 7020	Mikronisiertes Ethylen-bis-Stearamid-Wachs	D99 < 20 µm / D50 < 5 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MF 5010	Kugelförmiges, mikronisiertes PTFE-modifiziertes Polyolefinwachs	D99 < 10 µm / D50 < 4 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MM 8015	Kugelförmiges, mikronisiertes Montanwachs	D99 < 15 µm / D50 < 6 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MT 9120	Hochschmelzendes, kugelförmiges, mikronisiertes Fischer-Tropsch-Wachs	D99 < 20 µm / D50 < 7 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	Ceretan MXD 3920	Beschichtetes, mikronisiertes Wachs mit diamantartiger Härte	D99 < 20 µm / D50 < 4 µm	LV 5 ISO 13320
Munzing	LUBA-print 255/B	Carnauba-Wachsdispersion	D50: 2-3 µm / D98: < 6 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 276/A	Polyethylen-Wachs/PTFE-Dispersion	D50: 2-3 µm / D98: < 8 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 351/G	Wachsdispersion mit Funktionsmischung	D50: 2-3 µm / D98: < 5 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 501/S-100	Polyethylen-Wachsdispersion	D50: 2,5-4 µm / D98: < 8 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print 749/PM	Amid-Wachsdispersion	D50: 2-3 µm / D98: < 5 µm	Bild-Teilchen-Analysesystem
Munzing	LUBA-print CA 30	Carnauba-Wachsdispersion	D98: 3,0 µm	Einzelpasstest
BYK	Ceraflour 981	Mikronisiertes PTFE	D50: 3 µm / D90: 6 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 988	Mikronisiertes, amidmodifiziertes Polyethylen-Wachs	D50: 6 µm / D90: 13 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 996	Mikronisiertes, PTFE-modifiziertes Polyethylen-Wachs	D50: 6 µm / D90: 11 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceraflour 970	Mikronisiertes Polypropylen-Wachs	D50: 9 µm / D90: 14 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung
BYK	Ceramat 258	Dispersion eines oxidierten HDPE-Wachses	30 µm	Hegman
BYK	Ceracol 607	PTFE-modifizierte Polyethylen-Wachsdispersion	D50: 4 µm / D90: 10 µm	Laserbeugung - Volumenverteilung

*Nach Herstellerangaben

In bevorzugten Ausführungsformen schließen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung einen oder mehrere Vernetzer und/oder Katalysatoren ein. Zusätzlich oder alternativ kann die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung ein oder mehrere selbstvernetzbare Polymere einschließen.
Der Begriff „Vernetzer“ bezieht sich auf ein Molekül, das in der Lage ist, eine kovalente Bindung zwischen Polymeren oder zwischen zwei verschiedenen Regionen desselben Polymers zu bilden. Beispiele für geeignete Vernetzer schließen carboxylreaktive Härtungsharze, wobei Beta-Hydroxyalkyl-Amidvernetzer als solche Vernetzer bevorzugt sind (z. B. im Handel unter dem Handelsnamen PRIMID erhältlich von EMS-Griltech (z. B. die Produkte PRIMID XL-552 und PRIMID QM-1260)), und hydroxylhärtende Harze ein, wie zum Beispiel phenolische Vernetzer, blockierte Isocyanatvernetzer und Aminoplastvernetzer. Andere geeignete Härtungsmittel können Benzoxazin-Härtungsmittel einschließen, wie beispielsweise Phenolharze auf Benzoxazinbasis oder Hydroxylalkylharnstoffe. Beispiele für Härtungsmittel auf Benzoxazinbasis sind in US-Patentveröffentl. Nr. 2016/0297994 (Kuo et al.) bereitgestellt. Beispiele für Hydroxyalkylharnstoffe sind in US-Patentveröffentl. Nr. 2017/0204289 (Kurtz et al.) bereitgestellt. Phenolische Vernetzer schließen die Kondensationsprodukte von Aldehyden mit Phenolen ein. Bevorzugte Aldehyde sind Formaldehyd und Acetaldehyd. Es können verschiedene Phenole eingesetzt werden, wie etwa Phenol, Kresol, p-Phenylphenol, p-tert-Butylphenol, p-tert-Amylphenol und Cyclopentylphenol.
Aminoplastvernetzer sind in der Regel die Kondensationsprodukte von Aldehyden, wie etwa Formaldehyd, Acetaldehyd, Crotonaldehyd und Benzaldehyd, mit Amino- oder Amidgruppen enthaltenden Substanzen, wie etwa Harnstoff, Melamin und Benzoguanamin. Beispiele geeigneter Aminoplastvernetzerharze schließen Benzoguanamin-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, veresterte MelaminFormaldehyd- und Harnstoff-Formaldehydharze ein. Ein spezifisches Beispiel für einen geeigneten Aminoplastvernetzer ist das vollständig alkylierte Melamin-FormaldehydHarz, das im Handel von Cytec Industries, Inc., unter der Handelsbezeichnung CYMEL 303, erhältlich ist.
Beispiele für andere geeignete Vernetzer (z. B. Phenolvernetzer, Aminovernetzer oder eine Kombination davon) und Katalysatoren (z. B. ein titanhaltiger Katalysator, ein zirkoniumhaltiger Katalysator oder eine Kombination davon) sind in US-Patent Nr. 8,168,276 (Clever et al.) beschrieben.
Vorzugsweise schließt die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung keine zusätzlichen Vernetzer ein. In einer solchen Ausführungsform kann das Polymer der Teilchen je nach Chemie des ausgewählten Polymers und den gewünschten Beschichtungseigenschaften ein selbstvernetzendes Polymer sein oder nicht.
Ein oder mehrere Vernetzer können in einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-% mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-% oder mindestens 8 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Ein oder mehrere Vernetzer können in einer Menge von bis zu 40 Gew.-%, bis zu 30 Gew.-%, bis zu 20 Gew.-% oder bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Die Konzentrationen in der gehärteten Beschichtung entsprechen den Konzentrationen der Ausgangsmaterialien in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
Ein oder mehrere Katalysatoren können in einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,01 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, oder das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung vorhanden sein. Ein oder mehrere Katalysatoren können in einer Menge von bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, oder das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung vorhanden sein. Die Konzentrationen in der gehärteten Beschichtung entsprechen den Konzentrationen der Ausgangsmaterialien in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
In bevorzugten Ausführungsformen schließen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Farbmittel ein, wie etwa ein Pigment und/oder Farbstoff. Beispiele für geeignete Farbmittel zur Verwendung in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung schließen Titandioxid, Bariumsulfat, Ruß und Eisenoxid ein und können auch organische Farbstoffe und Pigmente einschließen.
Ein oder mehrere Farbmittel können in einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von zum Beispiel mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-% mindestens 5 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-% oder mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Ein oder mehrere Farbmittel können in einer Menge von bis zu 50 Gew.-%, bis zu 40 Gew.-%, bis zu 30 Gew.-% oder bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Die Konzentrationen in der gehärteten Beschichtung entsprechen den Konzentrationen der Ausgangsmaterialien in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung. Die Verwendung einer höheren Farbmittelkonzentration kann vorteilhaft sein, um eine gute Abdeckung mit dünneren Beschichtungen zu erreichen.
Geeignete Farbmittel können entweder Pigmente oder Farbstoffe sein, aber Pigmente sind für Lebensmittelkontakt (d. h. Innen-) Aufbringungen bevorzugt, da Farbstoffe niedermolekulare Komponenten aufweisen können, die zu einer erhöhten Migration in das Lebensmittel oder Getränk beitragen könnten. Darüber hinaus sollten Pigmente, die für Lebensmittelkontakt verwendet werden, gesetzliche Anforderungen für Lebensmittelkontaktinhaltsstoffe wie FDA 21 CFR § 175.300 erfüllen.
Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere anorganische Füllstoffe einschließen. Beispielhafte anorganische Füllstoffe, die in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, schließen zum Beispiel Ton, Glimmer, Aluminiumsilikat, pyrogenes Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Bariumoxid, Calciumsulfat, Calciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumaluminiumoxid, Zinkaluminiumoxid, Magnesiumtitanoxid, Eisentitanoxid, Calciumtitanoxid und Mischungen davon ein.
Die anorganischen Füllstoffe sind vorzugsweise nicht reaktiv und können in Form von Teilchen, vorzugsweise mit einer Teilchengrößenverteilung, die gleich oder kleiner als die der Mischung aus einem oder mehreren Polymerteilchen ist, in die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eingebracht werden.
Ein oder mehrere anorganische Füllstoffe können in einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-% oder mindestens 2 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Ein oder mehrere anorganische Füllstoffe können in einer Menge von bis zu 20 Gew.-%, bis zu 15 Gew.-% oder bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Die Konzentrationen in der gehärteten Beschichtung entsprechen den Konzentrationen der Ausgangsmaterialien in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere zuvor hergestellte Tenside verwendet werden, um die Polymerteilchen zu dispergieren. In Ausführungsformen, in denen ein oder mehrere zuvor hergestellte Tenside verwendet werden, um die Polymerteilchen zu dispergieren, kann das Tensid ein anionisches, ein kationisches oder ein zwitterionisches Tensid oder eine Mischung davon sein und beinhaltet vorzugsweise auch eine oder mehrere Salzgruppen. In bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet das Tensid eine oder mehrere neutralisierte Säure- oder Anhydridgruppen. Zu Beispielen für geeignete neutralisierte Säuregruppen können Carboxylatgruppen (-COO^-), Sulfatgruppen (-OSO₃), Sulfinatgruppen (-SOO^-), Sulfonatgruppen (-SO₂O^-), Phosphatgruppen (-OPO₃ ^-), Phosphinatgruppen (-POO^-), Phosphonatgruppen (-PO₃ ^-) und Kombinationen davon zählen.
Anionische Tenside sind in einigen Ausführungsformen bevorzugt. Zu Beispielen für geeignete anionische Tenside zählen beliebige der folgenden Tenside, die vorzugsweise zumindest teilweise mit einer geeigneten Base neutralisiert wurden (z. B. beliebige der hierin offenbarten Basen): beliebige der hierin offenbarten säure- oder anhydridfunktionellen polymeren Tenside, Dodecylbenzolsulfonsäure, Dinonylnaphthalinsulfonsäure, Dinonylnaphthylendisulfonsäure, Bis(2-ethylhexyl)sulfobernsteinsäure, Dioctylsulfobemsteinsäure, Natriumlaurylsulfat, Natriumdodecylsulfat, Natriumlaurethsulfat, Fettsäure(ester)sulfonat, Polyaryletherphosphatsäure oder Sulfonatsäure und dergleichen, einschließlich Mischungen davon.
In einigen Ausführungsformen kann es nützlich sein, vor der Neutralisation ein Tensid zu verwenden, das ein „stark saures“ Tensid ist. Zu Beispielen für „stark saure“ Tenside zählen Tenside mit einem pK_a-Wert von weniger als 4 vor der Neutralisation.
Obwohl jede geeignete Base verwendet werden kann, um polymere oder nicht-polymere Tenside zu neutralisieren oder teilweise zu neutralisieren, um anionische Salzgruppen zu bilden, sind Amine bevorzugte Basen, wobei tertiäre Amine besonders bevorzugt sind. Einige Beispiele für geeignete tertiäre Amine sind Trimethylamin, Dimethylethanolamin (auch bekannt als Dimethylaminoethanol), Methyldiethanolamin, Triethanolamin, Ethylmethylethanolamin, Dimethylethylamin, Dimethylpropylamin, Dimethyl-3-hydroxy-1-propylamin, Dimethylbenzylamin, Dimethyl-2-hydroxy-1-propylamin, Diethylmethylamin, Dimethyl-1-hydroxy-2-propylamin, Triethylamin, Tributylamin, N-Methylmorpholin und Mischungen davon. Besonders bevorzugt wird als tertiäres Amin Triethylamin oder Dimethylethanolamin verwendet.
Zu einigen zusätzlichen Beispielen für neutralisierende Basen zum Bilden anionischer Salzgruppen zählen anorganische und organische Basen wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Ammoniumhydroxid und Mischungen davon.
Zu einigen Beispielen für neutralisierende Verbindungen zum Neutralisieren von Basengruppen, die auf dem Tensid vorhanden sind, und zum Bilden kationischer Salzgruppen zählen organische und anorganische Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Salzsäure, Schwefelsäure und Kombinationen davon.
Obwohl das Tensid gegebenenfalls eine oder mehrere ethylenisch ungesättigte Gruppen einschließen kann (z. B. wenn das Tensid ein polymerisierbares nichtpolymeres Tensid ist), ist in einigen Ausführungsformen das Tensid ein gesättigtes Tensid. Als gesättigtes Tensid wird beispielsweise aminneutralisierte Dodecylbenzolsulfonsäure angesehen. Obwohl aminneutralisierte Dodecylbenzolsulfonsäure eine Arylgruppe beinhaltet, die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen beinhaltet, beinhaltet sie keine ethylenisch ungesättigten Gruppen.
Das Tensid kann jede geeignete Art von Tensid sein und kann zum Beispiel ein „nieder“-molekulares Tensid (z. B. ein Tensid, das nicht polymer ist und/oder ein zahlenmittleres Molekulargewicht von weniger als etwa 1.000 Dalton, üblicher weniger als etwa 750 Dalton und noch üblicher weniger als etwa 500 Dalton aufweist) sein.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird ein polymeres Tensid verwendet, das zum Beispiel ein zahlenmittleres Molekulargewicht von mehr als etwa 2.000 Dalton oder sogar mehr als etwa 4.000 Dalton aufweist. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, ein polymeres Tensid und/oder ein polymerisierbares Tensid zu verwenden, um zum Beispiel die Möglichkeit des Migrierens von Tensid aus der gehärteten Beschichtung hinaus und in das verpackte Produkt hinein zu minimieren oder zu eliminieren. Zu Beispielen für geeignete polymere Tenside können in Wasser dispergierbare Polymere des Acryl-, Alkyd-, Polyester-, Polyether-, Polyolefin- oder Polyurethantyps zählen, einschließlich Copolymere davon (z. B. Polyether-Acryl-Copolymere) und Mischungen davon. In der Regel schließen solche wasserdispergierbaren Polymere eine oder mehrere Salzgruppen ein, um eine stabile Dispersion in Wasser zu ermöglichen. Beispiele für geeignete derartige Polymersalze sind in US-Pat. Nr. 8,092,876 (O'Brien et al.), Internationale Veröffentl. Nr. WO 2018/013766 (Valspar Sourcing) und US-Veröffentl. Nr. 2016/024325 (Li) offenbart, die die Verwendung bestimmter (Poly)ethylen(meth)acrylsäure-Copolymere beschreibt.
Ein Beispiel für ein spezifisches in Wasser dispergierbares Polymer zur Verwendung als „polymeres Tensid“ ist ein säurefunktionelles Polymer mit „höherer“ Säurezahl (z. B. Säurezahl über etwa 40, mehr bevorzugt über etwa 100 Milligramm KOH pro Gramm Polymer). In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Acrylpolymer mit einer solchen Säurezahl in organischem Lösungsmittel lösungspolymerisiert und dann in Wasser invertiert (z. B. über mindestens teilweise Neutralisieren mit einer geeigneten Base, wie z. B. einem Amin oder einer der anderen hierin offenbarten Basen) und zur Unterstützung der Emulsionspolymerisation der ethylenisch ungesättigten Monomerkomponente verwendet. In einigen Ausführungsformen wird das säure- oder anhydridfunktionelle organische lösungspolymerisierte Acrylpolymer aus einer ethylenisch ungesättigten Monomerkomponente gebildet, die ein säure- oder anhydridfunktionelles Monomer, ein verzweigtes und/oder cyclisches Monomer und gegebenenfalls jedes andere geeignete ethylenisch ungesättigte Monomer beinhaltet. In einigen solchen Ausführungsformen ist das Acrylpolymer styrolfrei.
Eine Vielzahl von säure- oder anhydridfunktionellen Monomeren oder Salzen davon kann verwendet werden; ihre Auswahl richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des endgültigen Polymers. Vorzugsweise sind solche Monomere ethylenisch ungesättigt, mehr bevorzugt alpha,beta-ethylenisch ungesättigt. Zu geeigneten ethylenisch ungesättigten säure- oder anhydridfunktionellen Monomeren zählen Monomere mit einer reaktiven Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und einer Säure- oder Anhydridgruppe oder Salze davon. Bevorzugte derartige Monomere weisen von 3 bis 20 Kohlenstoffe, mindestens 1 ungesättigte Stelle und mindestens 1 Säure- oder Anhydridgruppe oder ein Salz davon auf.
Zu geeigneten säurefunktionellen Monomeren zählen ethylenisch ungesättigte ein- und zweibasige Säuren sowie Anhydride und Monoester zweibasiger Säuren. Die ausgewählten Monomere sind vorzugsweise mit (einem) beliebigen anderen Monomer(en), das bzw. die zur Herstellung des in Wasser dispergierbaren Polymere verwendet wird bzw. werden, ohne weiteres copolymerisierbar. Veranschaulichende einbasige Säuren schließen diejenigen ein, die durch die Formel CH₂=C(R⁸)-COOH dargestellt werden, worin R⁸ Wasserstoff oder eine Alkylgruppe aus 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, üblicher Wasserstoff oder Methyl (-CH₃).
Zu Beispielen für geeignete ethylenisch ungesättigte säurefunktionelle Monomere zählen Säuren wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, alpha-Chloracrylsäure, alpha-Cyanacrylsäure, Crotonsäure, alpha-Phenylacrylsäure, beta-Acryloxypropionsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Sorbinsäure, alpha-Chlorsorbinsäure, Angelicasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, beta-Stearylacrylsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Tricarboxyethylen, 2-Methylmaleinsäure, Itaconsäure, 2-Methylitaconsäure, Methylenglutarsäure und dergleichen oder Gemische davon. Zu bevorzugten ungesättigten säurefunktionellen Monomeren zählen Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, 2-Methylmaleinsäure, Itaconsäure, 2-Methylitaconsäure und Gemische davon. Zu mehr bevorzugten ungesättigten säurefunktionellen Monomeren zählen Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Methylmaleinsäure, Itaconsäure, Methylitaconsäure und Gemische davon. Zu den am meisten bevorzugten ungesättigten säurefunktionellen Monomeren zählen Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Crotonsäure und Gemische davon. Falls gewünscht, können auch wässrige Salze der vorstehenden Säuren eingesetzt werden.
Zu Beispielen für geeignete ethylenisch ungesättigte Anhydridmonomere zählen Verbindungen, die von den vorstehenden Säuren (z. B. als reines Anhydrid oder Mischungen davon) abgeleitet sind. Zu bevorzugten Anhydriden zählen Acrylsäureanhydrid, Methacrylsäureanhydrid und Maleinsäureanhydrid.
Zu Beispielen für geeignete polymerisierbare Tenside zählen jene, die in US-Veröffentl. Nr. 2002/0155235 (Taylor et al.) offenbart sind; und jene, die im Handel unter der Handelsbezeichnung „REASOAP“ bei Adeka Corporation, Tokio, Japan; unter den Handelsbezeichnungen „NOIGEN“ und „HITENOL“ bei Da-Ichi Kogyo Siyyaku Co., Ltd., Tokio, Japan; und unter der Handelsbezeichnung „SIPOMER“ bei Solvay Rhodia, Brüssel, Belgien, erhältlich sind.
In einigen Ausführungsformen ist ein nichtionisches Tensid in der Reaktionsmischung enthalten, die zur Herstellung des Latexpolymers verwendet wird. Es kann ein beliebiges geeignetes nichtionisches Tensid eingesetzt werden. Zu Beispielen für geeignete nichtionische Tenside zählen ethoxylierte Verbindungen. In einigen Ausführungsformen ist die nichtionische Verbindung ein Saccharoseester, Sorbitanester, Alkylglycosid, Glycerinester oder eine Mischung davon. In einigen Ausführungsformen wird ein nichtionisches Tensid verwendet, das Hydroxylgruppen beinhaltet. Nichtionische Tenside, die Polysorbatverbindungen umfassen oder davon abgeleitet sind, können in einigen Ausführungsformen verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann ein Tensid oder eine Mischung von Tensiden, wie in US-Veröffentl. Nr. 2020/385601 (Gibanel et al.) verwendet werden. Zum Beispiel können ein oder mehrere anionische oder zwitterionische Tenside (z. B. nichtpolymeres Tensid) mit einer Säuregruppe, die mit einer Metallbase neutralisiert ist, verwendet werden (z. B. einer Metallbase, die Aluminium, Calcium, Lithium, Magnesium, Natrium oder Kalium beinhaltet). Ein Beispiel für ein solches Tensid ist Dioctylnatriumsulfosuccinat.
Ein oder mehrere Tenside können in einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% oder mindestens 0,2 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein. Ein oder mehrere Tenside können in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% oder bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sein.
Zur Bildung der wasserbasierten Dispersionen können Standardverfahren des Mischens verwendet werden.
Beschichtete Metallsubstrate
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein beschichtetes Metallsubstrat bereit. Das Metallsubstrat weist vorzugsweise eine geeignete Dicke auf, um einen Lebensmittel- oder Getränkemetallbehälter (z. B. Dose), einen Aerosolbehälter (z. B. Dose), einen allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose) oder einen Verschluss, z. B. für einen Glastiegel, zu bilden. Das Metallsubstrat weist eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer, vorzugsweise bis zu 375 Mikrometer auf. Vorzugsweise weist das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer auf. In Ausführungsformen, in denen ein Metallfoliensubstrat beim Formen z. B. eines Verpackungsartikels verwendet wird, kann die Dicke des Metallfoliensubstrats noch dünner sein als die vorstehend beschriebene.
Ein solches Metallsubstrat weist eine gehärtete anhaftende Beschichtung auf, die zumindest auf einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist. Die gehärtete anhaftende Beschichtung wird aus einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen (z. B. einer Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose) gebildet, wie hierin beschrieben, mit oder ohne ein oder mehrere optionale Additive.
Gehärtete (z. B. ausgehärtete) Beschichtungen der Offenbarung haften vorzugsweise gut auf Metall (z. B. Stahl, rostfreiem Stahl, elektroverzinktem Stahl, zinnfreiem Stahl (TFS), verzinntem Stahl, elektrolytischer Zinnplatte (ETP), Aluminium usw.). Sie stellen auch eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion oder Zersetzung bereit, die durch längeres Aussetzen von beispielsweise Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukten verursacht werden können.
Somit schließen Metallsubstrate, die hierin nützlich sind, Stahl, Edelstahl, elektroverzinkten Stahl, zinnfreien Stahl (TFS), verzinnten Stahl, elektrolytische Zinnplatte (ETP), Aluminium usw. ein. Metallsubstrate, die hierin nützlich sind, schließen auch Laschenband und Aluminiumspule zum Herstellen von Getränkedosenenden ein (wobei die gehärtete Beschichtung auf eine innere oder äußere Oberfläche des Getränkedosenendes oder beides aufgebracht wird. Metallsubstrate können hierin in einer Spulen- oder Lagenform bereitgestellt werden. Metallsubstrate können hierin als vorgeformte Behälter (z. B. Dose oder Schale) bereitgestellt werden. Wenn das Metallsubstrat eine vorgeformte Dose oder Schale ist, kann diese beschichtet werden, z. B. durch Platzieren auf einem Spinndorn und Leiten einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf die Dose oder Schale, während diese sich dreht. Beispiele für Metallbecher, die von Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung profitieren können, sind die in US-Pat. Nr. 10,875,076 (Scott) und US-Veröffentl. Nr. 2019/0112100 (Scott) beschriebenen.
Im Zusammenhang mit einer gehärteten anhaftenden Beschichtung, die „auf“ einer Oberfläche oder einem Substrat angeordnet ist, sind sowohl Beschichtungen, die direkt (z. B. auf fabrikneuem oder vorbehandeltem Metall wie etwa galvanisiertem Stahl) als auch indirekt (z. B. auf einer Primerschicht) auf die Oberfläche oder das Substrat aufgebracht sind, eingeschlossen. So bildet beispielsweise eine auf eine Vorbehandlungsschicht (z. B. gebildet aus einer chromhaltigen oder chromfreien Vorbehandlung) aufgebrachte Beschichtung oder eine über einem Substrat liegende Primerschicht eine auf dem Substrat aufgebrachte (oder angeordnete) Beschichtung.
Wenn als Metallsubstrat ein Stahlblech verwendet wird, kann die Oberflächenbehandlung eine, zwei oder mehr Arten von Oberflächenbehandlungen umfassen, wie etwa Zinkplattierung, Zinnplattierung, Nickelplattierung, elektrolytische Chromatbehandlung, Chromatbehandlung und Phosphatbehandlung. Wenn als Metallsubstrat ein Aluminiumblech verwendet wird, kann die Oberflächenbehandlung eine Behandlung mit anorganischer chemischer Umwandlung wie etwa eine Chromphosphatbehandlung, eine Zirkoniumphosphatbehandlung oder eine Phosphatbehandlung; eine Behandlung mit organischer/anorganischer zusammengesetzter chemischer Umwandlung basierend auf einer Kombination einer Behandlung mit anorganischer chemischer Umwandlung mit einer organischen Komponente, wie beispielsweise einem wasserlöslichen Harz, wie etwa einem Acrylharz oder einem Phenolharz und Gerbsäure; oder eine Behandlung der Aufbringungsart basierend auf einer Kombination aus einem wasserlöslichen Harz, wie etwa einem Acrylharz mit einem Zirkoniumsalz, einschließen.
Das Metallsubstrat kann kryogen gereinigt werden. Es kann als ein kryogenes gereinigtes Metallsubstrat bereitgestellt werden, oder die Verfahrensbeschichtung kann ein kryogenes Reinigen des Metallsubstrats umfassen, bevor eine Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats geleitet wird. In einem beispielhaften Prozess kann eine kryogene Reinigung erreicht werden, indem ein Hochdruckstrom von flüssigem Stickstoff (zwischen 5.000 und 50.000 psi und zwischen 150 °F und 250 °F) an der Metalloberfläche geleitet wird. Die Temperatur der Metalloberfläche nimmt schnell ab, wodurch ein Bruch von Verunreinigungen verursacht wird. Die gebrochenen Verunreinigungen werden dann durch den Hochdruckstrom von der Metalloberfläche weggeleitet, wodurch ein gereinigtes Substrat zurückbleibt.
Die gehärtete anhaftende Beschichtung ist in bevorzugten Ausführungsformen kontinuierlich. Als solches ist sie frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern, die zu einem freiliegenden Substrat führen, was zu (i) inakzeptabler Korrosion des Substrats, und möglicherweise sogar zu einem Loch im Substrat und Produktaustritt, führen kann und/oder (ii) einer Verfälschung des verpackten Produkts führen kann. Außer in Ausführungsformen, in denen eine Beschichtungsrauigkeit oder Textur gewünscht ist (z. B. für bestimmte äußere Dosenbeschichtungen für ästhetische Zwecke), ist die gehärtete durchgängige Beschichtung vorzugsweise glatt, insbesondere für die meisten inneren Dosenbeschichtungen.
In bestimmten Ausführungsformen weist die gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 100 Mikrometer (insbesondere wenn die Beschichtung Textur aufweist) oder eine maximale Gesamtdicke von bis zu 100 Mikrometer auf. In der Regel werden jedoch eine oder beide der maximalen und durchschnittlichen Gesamtdicke deutlich dünner als 100 Mikrometer sein. Vorzugsweise weist die gehärtete, kontinuierliche, anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu 50 Mikrometer, mehr bevorzugt bis zu 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt bis zu 20 Mikrometer, immer noch mehr bevorzugt bis zu 15 Mikrometer und am meisten bevorzugt bis zu 10 Mikrometer oder in bestimmten Situationen bis zu 5 Mikrometer auf. Innere Dosenbeschichtungen können in der Regel im Durchschnitt weniger als 10 Mikrometer (insgesamt) dick sein. Vorzugsweise weist die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke oder eine minimale Beschichtungsdicke von mindestens 1 Mikrometer, mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer auf.
Die gehärteten Beschichtungen können als Beschichtungen auf jeder geeigneten Oberfläche verwendet werden, einschließlich Innenoberflächen von Metallverpackungsbehältern (z. B. Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldosenkörper, wie etwa dreiteilige Aerosoldosen oder Aluminium-Monoblock-Aerosoldosen sowie zweiteilige und dreiteilige Lebensmittel- oder Getränkedosen), Außenoberflächen solcher Behälterkörper, genietete Dosenenden, Zuglaschen und Kombinationen davon. Die gehärteten Beschichtungen können auch auf Innen- oder Außenoberflächen anderer Verpackungsbehälter oder Abschnitte davon, Metallverschlüssen (z. B. für Glasbehälter) einschließlich Kronkorken, recycelbare Aluminium-Geränkebecher wie die von Ball Corporation im Handel verfügbaren, oder Dosierinhalator-Dosen (MDI-Dosen) verwendet werden. Solche speziellen Dosen, Schalen oder andere Behälter mit inneren Lebensmittelkontaktoberflächen, genieteten Dosenenden und Zuglaschen weisen spezifische Flexibilitätsanforderungen sowie Geschmacks-, Toxizitäts- und andere staatliche Regulierungsanforderungen auf.
Die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung können auch auf anderen Substraten als starrem Metallsubstrat verwendet werden, einschließlich Substraten zur Verwendung bei der Verpackung von Lebensmittel- oder Getränkeprodukten oder anderen Produkten. Zum Beispiel können die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, um die Innen- oder Außenoberflächen von Metall- oder Kunststoffbeuteln oder anderen flexiblen Verpackungen zu beschichten. Die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen können auch zur Beschichtung von Faserplatten oder Karton (z. B. wie für Tetra-Pack-Behälter und dergleichen verwendet); verschiedene Kunststoffbehälter (z. B. Polyolefinen), Umhüllungen oder Filmen; Metallfolien; oder Glas (z. B. das Äußere von Glasflaschen, um Verkratzen zu verhindern oder gewünschte Farbe oder andere ästhetische Wirkungen bereitzustellen) verwendet werden.
Die gehärtete Beschichtung schließt vorzugsweise weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe ein, wenn überhaupt, wenn sie gemäß dem in Testverfahren angegebenen globalen Extraktionstest getestet wird. Signifikanterweise eignen sich solche Beschichtungen zur Verwendung auf Lebensmittelkontaktoberflächen. Somit wird ein Metallverpackungsbehälter (z. B. eine Lebensmittel-, eine Getränke- oder eine Aerosoldose) bereitgestellt, der ein solches beschichtetes Metallsubstrat einschließt, wobei insbesondere die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats eine Innenoberfläche des Behälterkörpers bildet (die ein Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt berührt). Alternativ ist die beschichtete Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche.
In bestimmten Ausführungsformen liegt das Metallsubstrat in Form einer ebenen Spule oder eines ebenen Blechs vor, obwohl für Seitennahtstreifen oder andere Anwendungen, in denen die Dose bereits ausgebildet wurde, das Metallsubstrat möglicherweise nicht eben ist (z. B. kann es von zylindrischer Form sein).
Die Blechbeschichtung beinhaltet das Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung auf separate Stücke eines Substrats, das in quadratische oder rechteckige „Bleche“ vorgeschnitten wurde. Die Spulenbeschichtung ist ein spezielles Aufbringungsverfahren, bei dem gewickelte Metallbänder (z. B. Aluminium) abgewickelt werden und dann eine Vorbehandlungs-, Beschichtungs- und Trocknungsvorrichtung durchlaufen, bevor sie schließlich erneut aufgewickelt werden. Es wird angenommen, dass die Verwendung bevorzugter Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung die Notwendigkeit des Vorbehandlungsschritts, der bei Verwendung herkömmlicher flüssiger Beschichtungen verwendet wird, überflüssig machen kann, wodurch der Aufbringungsprozess vereinfacht und Kosten beseitigt werden. Die Spulenbeschichtung ermöglicht eine sehr effiziente Beschichtung großer Oberflächenbereiche in kurzer Zeit bei hohem Durchsatz.
Zum Beispiel fährt die bewegliche Oberfläche eines Spulensubstrats in einem kontinuierlichen Prozess vorzugsweise bei einer Liniengeschwindigkeit von mindestens 50 Meter pro Minute, mindestens 100 Meter pro Minute, mindestens 200 Meter pro Minute oder mindestens 300 Meter pro Minute. In der Regel beträgt die Liniengeschwindigkeit weniger als 400 Meter pro Minute. Die Härtungszeit der aufgetragenen Beschichtungszusammensetzungen der Spulenbeschichtung beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 Sekunden, mindestens 3 Sekunden, 6 Sekunden, mindestens 10 Sekunden oder mindestens 12 Sekunden und bis zu 20 Sekunden, bis zu etwa 25 Sekunden oder bis zu etwa 30 Sekunden. Im Zusammenhang mit thermischem Brennen, um die Spulenbeschichtung zu härten, beziehen sich solche Härtungszeiten auf die Verweilzeit im Ofen. In solchen Ausführungsformen wird der Härtungsprozess in der Regel durchgeführt, um Spitzenmetalltemperaturen von 200 °C bis 260 °C zu erreichen.
Somit wird der Prozess des Aufbringens einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf ein Substrat gemäß der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise in einem Spulenbeschichtungsprozess oder in einem Blechbeschichtungsprozess verwendet.
Die gehärtete Beschichtung kann aus einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen gebildet werden, wie hierin beschrieben, mit oder ohne ein oder mehrere optionale Additive, insbesondere mit den hierin beschriebenen Polymerteilchen und einem Schmiermittel. Das Schmiermittel kann in der gehärteten Beschichtung in den Polymerteilchen, auf den Polymerteilchen, in einem anderen Inhaltsstoff, der zur Bildung der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (oder der daraus gebildeten gehärteten Beschichtung) verwendet wird, oder einer Kombination davon vorhanden sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schmiermittel, wie hierin beschrieben (z. B. Carnaubawachs, synthetisches Wachs, Polytetrafluorethylenwachs, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs oder eine Kombination davon), in oder auf die gehärtete Beschichtung integriert werden, ein Schmiermittel ist vorzugsweise in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% (oder mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%) vorhanden und ein Schmiermittel ist vorzugsweise in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% (oder bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%), bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden. Die Konzentrationen in der gehärteten Beschichtung entsprechen den Konzentrationen der Ausgangsmaterialien in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
Vorzugsweise weist eine gehärtete Beschichtung, die ein amorphes Polymer (und/oder halbkristallines Polymer mit amorphen Abschnitten) einschließt, eine Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 15 °C, mindestens 20 °C oder mindestens 25 °C oder eine Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C, bis zu 80 °C oder bis zu 50 °C auf. Für viele Verpackungstechnologien, insbesondere für innere Dosenbeschichtungen für aggressive Produkte können höhere Tg-Beschichtungen für die Korrosionsbeständigkeit bevorzugt werden.
Die gehärtete Beschichtung weist möglicherweise keine nachweisbare Tg auf.
Vorzugsweise ist eine gehärtete Beschichtung, die aus bevorzugten Ausführungsformen der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung hergestellt wird, in der Lage, einen 4T-T-Bend-Test zu durchlaufen, wenn sie auf einem herkömmlichen Aluminiumgetränkedosenendmaterial bei einem herkömmlichen durchschnittlichen Trockenfilmbeschichtungsgewicht für eine innere Getränkedosenbeschichtung (z. B. etwa 2,3 Gramm pro Quadratmeter für eine innere Limo-Getränkedosenbeschichtung) angeordnet ist. Ein nützliches T-Bend-Testverfahren wird in ASTM D4145-10 (2010, Reapproved 2018) beschrieben.
Die Flexibilität ist besonders wichtig für eine gehärtete Beschichtung auf einem Metallsubstrat, das als ein Metallverpackungsbehälter (z. B. eine Lebensmittel-, Getränke- oder eine Aerosoldose) oder ein Teil des Behälters (z. B. Dose oder Schale), wie etwa ein genietetes Dosenende oder eine Zuglasche, hergestellt wird. Flexibilität ist wichtig, sodass sich die Beschichtung mit dem Metallsubstrat während Nachhärtungsherstellungsschritten (z. B. Halsbildung und Kuppelumformung oder Nietenbildung), oder wenn die Dose während des Transports oder der Verwendung aus einer angemessenen Höhe fallengelassen wird, verbiegen kann.
Die Flexibilität kann unter Verwendung des in den Testverfahren angegebenen Flexibilitätstests bestimmt werden, der die Fähigkeit eines beschichteten Substrats misst, seine Unversehrtheit beizubehalten, wenn es den Entwicklungsprozess durchläuft, der zur Herstellung eines genieteten Getränkedosenendes erforderlich ist. Es ist ein Maß für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen oder Brüchen im gebildeten Ende. Vorzugsweise durchläuft eine gehärtete Beschichtung, die aus einer hierin beschriebenen Beschichtungszusammensetzung gebildet ist, diesen Flexibilitätstest. In gewissen Ausführungsformen durchläuft eine bevorzugte Beschichtungszusammensetzung, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem aushärtenden Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine Spitzenmetalltemperatur (PMT) von 242 °C und eine Dicke des getrockneten Films von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungsgetränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchlässt, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, enthält.
Die Beschichtung sollte flexibel genug sein, dass ein beschichtetes Metallblech den Fertigungstest mit mindestens einer >7/10, mehr bevorzugt >8/10 und am meisten bevorzugt >9/10 für die Haarrissbildung besteht.
Die Beschichtung sollte eine Punktzahl von >100, mehr bevorzugt >500 und am meisten bevorzugt >1000 Zyklen auf dem Taber-Schleiftest erzielen.
Beschichtete Metallsubstrate der vorliegenden Offenbarung können und erneut gezogenes werden. Signifikanterweise bleibt die Beschichtung auf dem resultierenden ausgedünnten Metallsubstrat kontinuierlich und anhaftend.
Beschichtungsverfahren
Die vorliegende Offenbarung stellt Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats bereit, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einem Abschnitt davon, Metallverschluss oder Zuglasche für ein einfaches Öffnen des Endes) geeignet sind. Dieses Verfahren verwendet jede der Vielfalt von Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen, einschließlich Polymerteilchen und optionaler Additive, und jedes der hierin beschriebenen allgemeinen Systeme und Verfahren. Die allgemeinen Beschreibungen der Beschichtungen gelten auch für die aus diesem Verfahren resultierenden Beschichtungen.
Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. ein Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeiner Verpackungsbehälter (z. B. Dose), Abschnitt davon oder Metallverschluss) geeignet ist, bereitgestellt. Das Verfahren schließt ein: Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen wie hierin beschrieben; Richten der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats; Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein Beschichtungsverfahren ein: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen wie hierin beschrieben; selektiv Aufbringen der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet. Dies ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen oder Drucken der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein Beschichtungsverfahren das Aufbringen mehrerer Schichten von hierin offenbarten Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen ein. Mehr als zwei (zum Beispiel drei oder mehr, vier oder mehr oder fünf oder mehr) unähnliche Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen können aufgebracht werden, um eine gehärtete Mehrschichtbeschichtung herzustellen. Die unähnlichen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen unterscheiden sich in der Regel bezüglich mindestens einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft. Repräsentative derartige Eigenschaften können Polymerteilcheneigenschaften wie Molekulargewicht, Dichte, Glasübergangstemperatur (Tg), Schmelztemperatur (Tm), intrinsische Viskosität (IV), Schmelzviskosität (MV), Schmelzindex (MI), Kristallinität, Anordnung von Blöcken oder Segmenten, Verfügbarkeit von reaktiven Stellen, Reaktivität, Säurezahl sowie Beschichtungszusammensetzungseigenschaften wie Oberflächenenergie, Hydrophobizität, Oleophobie, Feuchtigkeits- oder Sauerstoffdurchlässigkeit, Transparenz, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Sonnenlicht oder ultraviolette Energie, Haftung auf Metallen, Farbe oder andere visuelle Wirkungen und Recyclingfähigkeit einschließen. Für die auf einem absoluten Maßstab gemessenen Eigenschaften können sich die unähnlichen Eigenschaften (d. h. eine bestimmte Eigenschaft von mindestens zwei unterschiedlichen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen) zum Beispiel um mindestens ±5 %, mindestens ±10 %, mindestens ±15 %, mindestens ±25 %, mindestens ±50 %, mindestens ±100 % oder mehr unterscheiden.
Somit stellt in einer Ausführungsform die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats bereit, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist und einschließt: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen mehrerer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, wobei mindestens zwei der mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; Richten jeder der mehreren Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Beschichtungszusammensetzung (entweder vor oder nach dem Härten der darunterliegenden Beschichtungszusammensetzung, um eine Beschichtung zu bilden) abgeschieden wird; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen um eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats zu bilden.
Mehrschichtstrukturen werden vorzugsweise unter Verwendung eines Aerosolstrahl-Beschichtungsprozesses mit teilweisem Trocknen zum Erstarren der Unterschichtstrukturen vor dem Drucken der Oberschichtstruktur gebildet (siehe z. B. die mehrschichtigen gedruckten elektronischen Vorrichtungen, die unter Verwendung von Aerosolstrahldrucken hergestellt werden, in ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6 18704-18711).
Die Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet, schließen vorzugsweise das Aufbringen von Wärmeenergie (z. B. unter Verwendung eines Konvektionsofens oder einer Induktionsspule), UV-Strahlung, IR-Strahlung oder Elektronenstrahlstrahlung auf die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung ein. Solche Prozesse können in einem oder mehreren einzelnen oder kombinierten Schritten durchgeführt werden. Die Bedingungen können das Aufbringen von Wärmeenergie einschließen. Das Aufbringen von Wärmeenergie kann die Verwendung von Ofentemperaturen von mindestens 100 °C oder mindestens 177 °C einschließen. Das Aufbringen von Wärmeenergie kann ferner die Verwendung von Ofentemperaturen von bis zu 300 °C oder bis zu 250 °C einschließen. Das Aufbringen von Wärmeenergie kann das Erwärmen des beschichteten Metallsubstrats über einen geeigneten Zeitraum auf eine Spitzenmetalltemperatur (PMT) von mindestens 177 °C einschließen. Vorzugsweise schließt das Aufbringen von Wärmeenergie das Erwärmen des beschichteten Metallsubstrats über einen geeigneten Zeitraum auf eine Spitzenmetalltemperatur (PMT) von mindestens 218 °C ein. Der Zeitraum kann nur bis zu 0,5 Sekunden oder weniger als 1 Sekunde oder weniger als 3 Sekunden oder 5 Sekunden oder bis zu 15 Minuten, vorzugsweise weniger als 12 Minuten und vorzugsweise weniger als eine Minute zum Bilden einer Spulenbeschichtung betragen. Vorzugsweise erfolgt dies in einem kontinuierlichen Prozess.
Verfahren zur Beschichtung unter Verwendung einer wasserbasierten Dispersion in einem Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahlsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Herstellung von Metallpackungen können aus dem herkömmlichen Tintenstrahldruck angepasst werden, wie zum Beispiel beschrieben in US-Pat. Nr. 7,279,506 (Sisler et al.), US-Patent Nr. 9,428,663 (Song et al.), US-Patentveröffentl. Nr. 2008/0062381 (Doshi et al.) und US-Patentveröffentl. 1004/5938 (Doshi).
Im Allgemeinen verwendet die Flüssigkeitsstrahlbeschichtung ein Array von kleinen Flüssigkeitsstrahlen, die in der Regel durch einzelne piezoelektrische Ventile gesteuert werden, die den Fluss der Beschichtungszusammensetzung an- oder ausschalten. In der Regel wird der Strahl auf der zu beschichtenden Oberfläche trainiert, und das piezoelektrische Ventil wird durch einen Computer gesteuert, der entweder einen monolithischen Film oder ein Muster basierend auf dem Wunsch des Bedieners drucken kann. Bei dieser Art des Anwendungsprozesses bleibt die Beschichtung in flüssiger Form, wenn sie das Substrat berührt.
Im Allgemeinen wandelt die Aerosolstrahlbeschichtung eine flüssige Beschichtungszusammensetzung in ein Aerosol um, z. B. unter Verwendung von Ultraschallenergie. Das Aerosol wird pneumatisch durch ein kleines Röhrchen beschleunigt und schließlich durch eine kleine Düse auf ein Substrat übertragen. Eine erhebliche Verdampfung tritt während dieses Prozesses auf, und die Beschichtung ist weitgehend ein Feststoff, sobald sie das Substrat berührt.
Sowohl Flüssigkeitsstrahl- als auch Aerosolstrahl-Beschichtungsverfahren bieten eine signifikante Verbesserung gegenüber herkömmlichen walzen- oder sprühaufgebrachten Metallverpackungsbeschichtungen.
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats unter Verwendung von Flüssigkeitsstrahlbeschichtung
Ein allgemeines Schema eines beispielhaften Flüssigkeitsstrahlbeschichtungssystems ist in 1 gezeigt. Pfeil (1) zeigt die Flussrichtung einer wasserbasierten Dispersion an, die aus einem Vorratsbehälter (nicht gezeigt) kommt. Eine piezoelektrische Membran (2) steuert den Fluss der wasserbasierten Dispersion zu und durch eine Düse (3), die ein Einschnürungspunkt ist, in dem ein Tropfen (4) erzeugt wird. Der neu erzeugte Tropfen (4) bewegt sich dann zu einem zu beschichtenden Substrat (5) hin. Nachdem der Tropfen (4) auf das Substrat (5) aufgebracht wird, fließt oder nässt er aus dem Substrat aus, das einen Abschnitt einer durch Flüssigkeitsstrahl aufgebrachten Beschichtung (6) bildet.
Die hierin beschriebenen Druckköpfe können verwendet werden, um Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung sowie beliebige andere geeignete Druckköpfe anzuwenden, die in der Lage sind, eine im Stand der Technik bekannte Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahlbeschichtung bereitzustellen. Ein Satz von bevorzugten Druckköpfen kann als Drop-On-Demand-Druckköpfe (DoD-Druckköpfe) bezeichnet werden, und solche Druckköpfe enthalten gewöhnlich mehrere Düsen (z. B. 100 bis 1000, obwohl Spezialdruckköpfe nur eine einzelne Düse enthalten können), und anstelle des Tropfenausstoßes, der aus einem externen Fluiddruck wie bei einem kontinuierlichen Tintenstrahldruck (CIJ-Druck) resultiert, stammt die kinetische Energie der Tropfen aus Quellen, die sich innerhalb des Druckkopfs befinden, in der Regel sehr nah an jeder Düse.
In einem Beispiel eines potenziell geeigneten Druckkopfs schließt ein DoD-Quetschmodusdruckkopf ein Hohlrohr aus piezoelektrischem Material, das durch elektrisches Signal gesteuert wird, ein. Eine Spannung wird an die piezoelektrischen Elektroden angelegt, die bewirkt, dass diese sich zusammenziehen, wobei die Kammer, die eine wasserbasierte Dispersion enthält, komprimiert wird und ein Tröpfchen aus der Düse herausdrückt.
Ein weiteres Beispiel eines potenziell geeigneten Druckkopfs ist ein DoD-Biegemodusdruckkopf, der aus einer piezoelektrischen Scheibe besteht, die auf einer Seite der Tintenkammer montiert ist. Das gepulste elektrische Signal bewirkt, dass sich die eine Seite der Kammer nach innen biegt, was das Volumen der Kammer reduziert. Die plötzliche Volumenreduktion erzeugt Druck, der erforderlich ist, um einen Tropfen aus der Düse zu drücken. Ein weiteres Beispiel für einen potenziell geeigneten Druckkopf ist ein piezoelektrischer Druckmodusdruckkopf, der eine piezoelektrische Stange einschließt, die neben dem Düsenteil der Kammer platziert ist. Das gepulste elektrische Signal bewirkt, dass sich die piezoelektrische Stange ausdehnt und so das Tintentröpfchen herausgequetscht wird. Noch ein weiteres Beispiel eines potenziell geeigneten Druckkopfs ist ein DoD-Schermodusdruckkopf. Die Schermodusdruckköpfe sind dazu ausgelegt, die Scherverformung in dem piezoelektrischen Element zu verwenden, um die obere Hälfte der Kanäle zu verformen. Diese Verformung wird in der unteren Hälfte des Kanals gespiegelt, wodurch der Kanal in eine Chevronform versetzt wird. Das Biegen des Kanals induziert Tröpfchenausstoß. Dies wird in Circuit World, 2012, Bd. 38, 4, 193-213, weiter beschrieben.
Unter den Druckköpfen, die verwendet werden können, um die hierin beschriebenen Beschichtungen abzugeben, verwenden viele die Verformung eines piezoelektrischen Keramikelements für diesen Zweck, während in anderen Arten (z. B. thermischen Tintenstrahlköpfen) der Druckpuls, der den Tropfen ausstößt, aus der Expansion einer kleinen Dampfblase erzeugt wird, die durch die Einwirkung eines kleinen elektrischen Heizelements auf die Flüssigkeit selbst produziert wird. Es gibt Vorteile und Nachteile für beide Arten der Betätigung. Piezoelektrische Druckköpfe können in der Regel einen breiteren Bereich von Flüssigkeiten handhaben als thermische Druckköpfe (die auf Fluide beschränkt sind, die zufriedenstellend verdampfen werden), während letztere einfacher und kostengünstiger herzustellen sind. Dies wird in Intl. J. Pharm., 2015, 494, 554-567, weiter beschrieben.
Zusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung eignen sich besonders gut für großformatige, industrielle Flüssigkeitsstrahlungsanwendungen, wie die Powercoat-Technologie, die von Archipelago Technology Group Ltd., Cambridge, Großbritannien, entwickelt wurde. Bei diesem einzigartigen Druckmotor wird ein zylindrischer Druckkopf oder eine Walze verwendet, der/die eine Mehrzahl (d. h. Vielzahl) von Flüssigkeitsausstoßdüsen enthält, die gleichmäßig über die Oberfläche der Walze (d. h. einen zylindrischen Druckkopf) verteilt sind. Ein besonderes Merkmal dieses Druckverfahrens ist, dass Fluide mit höherer Viskosität (wie die durch die breitesten Bereiche der aktuellen Offenbarung beschriebenen) auf ein ebenes Substrat aufgetragen werden können. Diese Art von Druckmotor ist ausführlich beschrieben in US-Patentveröffentl. Nr. 2021/0031221 A1 (Mace).
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats unter Verwendung von Aerosolstrahlbeschichtung
Ein allgemeines Schema eines beispielhaften Aerosolstrahl-Beschichtungssystems ist in 2 unter Verwendung des Venturi-Effekts gezeigt. Pfeil (7) gibt die Flussrichtung eines Trägergases an, das zum Antreiben des Venturi-Mechanismus verwendet wird. In Region (8) erzeugt ein Querstrom des Trägergases ein Vakuum, das eine wasserbasierte Dispersion (12) zieht, die sich in einem Reservoir (15) befindet. Eine Turbulenz an dieser Kreuzung erzeugt ein Aerosol aus der wasserbasierten Dispersion. Pfeil (9) gibt die Flussrichtung kleiner Aerosoltröpfchen aus dem Reservoir (15) an. Die Aerosoltröpfchen kommen in Kontakt mit einem virtuellen Impaktor (10), der das Aerosol kondensiert. Pfeil (11) gibt die Flussrichtung des Abgases von überschüssigem Dampf an, das zu einem kondensierten Aerosol führt. Pfeil (14) gibt die Flussrichtung des kondensierten Aerosols an eine Düse (nicht gezeigt) zur Aufbringung auf ein Substrat an. Große kondensierte Tröpfchen des Aerosols kommen in Kontakt mit der Wand (13) des Reservoirs (15) und kehren über die Schwerkraft in die wasserbasierte Dispersion (12) zurück.
Die Technik der pneumatischen Zerstäubung (Venturi-Effekt) kann verwendet werden, um Aerosole zu erzeugen, die die Abscheidung von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität (bis zu 1000 cps) ermöglichen. Dies wird in Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2019, 105, 4599-4619, beschrieben.
Ein allgemeines Schema eines beispielhaften Aerosolstrahl-Beschichtungssystems unter Verwendung von Ultraschallenergie ist in 3 gezeigt. Bei diesem Verfahren wird Ultraschallzerstäubung verwendet, um Tröpfchen der wasserbasierten Dispersion zu erzeugen. Pfeil (16-1) gibt die Flussrichtung eines Trägergases an, das in Kontakt mit Aerosoltröpfchen (17) kommt. Die Aerosoltröpfchen werden durch Ultraschallbehandlung aus einer wasserbasierten Dispersion (18) unter Verwendung eines Ultraschallwandlers (19) gebildet. Pfeil (16-2) gibt die Flussrichtung der erzeugten Aerosoltröpfchen an eine Düse (nicht gezeigt) zur Aufbringung auf ein Substrat an. Weitere Details dieses Systems und seines Betriebs sind beschrieben in US-Pat.-Veröffentl. Nr. 2005/0156991 (Renn).
In einem Verfahren, das Ultraschallenergie verwendet, erfolgt aufgrund der Größe im Mikrometerbereich der Tröpfchen die Lösungsmittelverdampfung schnell, was zu einer Verringerung der Tröpfchengröße führt. Ein Trägergas, hierin als Aerosolgas bezeichnet, transportiert die Tröpfchen zu einem Abscheidungskopf (d. h. Düse). Während des Transports können zwei Mechanismen zu Verlusten führen - Schwerkraftablagerungen und Auftreffen auf Rohrwände durch Diffusion. Im Abscheidungskopf umgibt ein Mantelgas das Aerosolgas, wodurch der Strahl kollimiert wird. Beim Durchlaufen eines Abscheidungskopfes oder einer Düse können Tröpfchen aufgrund von Trägheitseffekten in der schmalen, konvergierenden Düse aus ihrer Flussströmung umgeleitet werden, was zu einer aerodynamischen Konzentration führt. Schließlich können die Tröpfchen in einem auftreffenden Strahl auf das Substrat gerichtet werden. Dieser Prozess ist weiter beschrieben in Ind. Eng. Chem. Res., 2015, 54, 769-779.
Ein allgemeines Schema eines/einer beispielhaften Aerosolstrahlbeschichtungs-Ablagerungskopfes oder -düse ist in 4 gezeigt. Pfeil (20) gibt die Flussrichtung des kondensierten Aerosols an, das aus einem Reservoir über Ultrabeschallung/pneumatische Zerstäubung kommt. Mantelgas (21), wie trockene N₂ (HP-Qualität, 99,998 %) beschleunigt und konzentriert das kondensierte Aerosol in eine Strömung (23) in Richtung eines zu beschichtenden Substrats (22). Das Mantelgas stellt sicher, dass das Aerosol die Wände der Düse nicht berührt, was zu weniger Düsenfäule und -verstopfung führt. Nachdem die Aerosolströmung (23) auf das Substrat (22) aufgebracht wurde, kondensiert sie auf dem Substrat und bildet einen Abschnitt einer aerosolstrahlaufgebrachten Beschichtung (24).
In bestimmten Ausführungsformen von Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird eine Mehrkopfeinrichtung, wie in US-Pat. Nr. 10,328,680 (Pervan) beschrieben, verwendet.
Mehrschichtbeschichtungsverfahren, Systeme und resultierende Produkte
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats bereit, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einem Abschnitt davon, Metallverschluss oder Zuglasche für ein einfaches Öffnen des Endes geeignet ist), das das Mehrschichtbeschichten einschließt, wobei im Allgemeinen Schichten der hierin offenbarten Flüssigkeitsstrahl- und/oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen gebildet werden. In diesem Zusammenhang schließt eine Mehrschichtbeschichtung das Aufbringen einer Flüssigstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung sowie eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Zusammensetzung auf eine gehärtete Flüssigkeits- oder Aerosolstrahlbeschichtung ein. Dieses Verfahren verwendet jede der Vielfalt von Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen, einschließlich Polymerteilchen und Additiven, und jedes der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren. Die allgemeinen Beschreibungen der Beschichtungen gelten auch für die aus diesem Verfahren resultierenden Beschichtungen.
Schichten, die die offenbarten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen enthalten, können in einer Vielfalt von Verhältnissen und in jeder gewünschten Reihenfolge kombiniert werden, um die resultierende gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zu bilden. Zum Beispiel können erste und zweite unähnliche Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, um eine gehärtete Beschichtung zu bilden, die von 99 Gew.-% bis 1 Gew.-% einer ersten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung und von 1 Gew.-% bis 99 Gew.-% einer zweiten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, von 95 Gew.-% bis 5 Gew.-% einer ersten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung und von 5 Gew.-% bis 95 Gew.-% einer zweiten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, von 90 Gew.-% bis 10 Gew.-% einer ersten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, von 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% einer zweiten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung oder von 80 Gew.-% bis 20 Gew.-% einer ersten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung und von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% einer zweiten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung usw. enthält.
Mehr als zwei (zum Beispiel drei oder mehr, vier oder mehr oder fünf oder mehr) unähnliche Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen können aufgebracht werden, um eine gehärtete Mehrschichtbeschichtung herzustellen. Die unähnlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen unterscheiden sich in der Regel mindestens in einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft, wobei solche repräsentativen Eigenschaften Polymerteilcheneigenschaften wie Molekulargewicht, Dichte, Glasübergangstemperatur (Tg), Schmelztemperatur (Tm), intrinsische Viskosität (IV), Schmelzviskosität (MV), Schmelzindex (MI), Kristallinität, Anordnung von Blöcken oder Segmenten, Verfügbarkeit von reaktiven Stellen, Reaktivität, Säurezahl sowie Beschichtungszusammensetzungseigenschaften wie Oberflächenenergie, Hydrophobizität, Oleophobie, Feuchtigkeits- oder Sauerstoffdurchlässigkeit, Transparenz, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Sonnenlicht oder ultraviolette Energie, Haftung auf Metallen, Farbe oder andere visuelle Wirkungen und Recyclingfähigkeit beinhalten können. Für die auf einem absoluten Maßstab gemessenen Eigenschaften können sich die unähnlichen Eigenschaften (d. h. eine bestimmte Eigenschaft von mindestens zwei unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen) zum Beispiel um mindestens ±5 %, mindestens ±10 %, mindestens ±15 %, mindestens ±25 %, mindestens ±50 %, mindestens ±100 % oder mehr unterscheiden.
Somit stellt in einer Ausführungsform die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats bereit, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist und einschließt: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen mehrerer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst und mindestens zwei der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; Richten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (entweder vor oder nach dem teilweisen Härten der darunterliegenden Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, um eine Beschichtung zu bilden) abgeschieden wird; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden. Das mindestens teilweise Härten (z. B. durch Erwärmen) der darunterliegenden Beschichtungszusammensetzung wird bevorzugt, um Flüssigkeit (z. B. organisches Lösungsmittel oder Wasser) zumindest teilweise zu entfernen, um einem Auftreffen der anschließend aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung zu widerstehen und das Mischen der geschichteten Beschichtungszusammensetzungen zu vermeiden.
Obwohl das Verfahren das Bereitstellen von Bedingungen beinhalten kann, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zwischen Abscheidungsschichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet, involviert das Verfahren vorzugsweise die Bereitstellung von Bedingungen, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung nach dem Abscheiden aller Schichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet.
Ein besonderer Vorteil des Aufbringens mehrerer unterschiedlicher Metallverpackungsflüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen ist, dass jede Zusammensetzung chemisch unterschiedlich und/oder physikalisch unterschiedlich sein kann und eine spezifische Funktion bereitstellt, die ansonsten schwierig mit einem einzigen Material zu erreichen wäre. Zum Beispiel können Härte und Flexibilität relativ schwierig in einer einzigen Beschichtungszusammensetzung zu erreichen sein, da sie durch Einbeziehen unterschiedlicher Funktionalitäten und Architekturen in das Polymergrundgerüst der Beschichtung erreicht werden. Darüber hinaus können relativ zu herkömmlichen mehrschichtigen Verpackungsbeschichtungsansätzen (z. B. unter Verwendung herkömmlicher flüssig aufgebrachter Beschichtungsansätze für jede Schicht wie Rollbeschichtung, Sprühbeschichtung und dergleichen) Leistungsverbesserungen und/oder Kosteneinsparungen realisiert werden, indem selektiv ein oder mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl- Beschichtungsschichten in einem mehrschichtigen Beschichtungssystem nur dort aufgebracht werden, wo diese bestimmte Schicht gewünscht ist (z. B. im Gegensatz zu „vollflächige Beschichtung“ für die gegebene Schicht).
5 stellt ein Schema repräsentativer Beispiele von Baugruppen, die mehrschichtige Beschichtungen in der Starrmetallverpackungsindustrie einschließen, bereit. Wie auf der linken Seite des Substrats (511) in 5 gezeigt, wird unter Verwendung dieses Verfahrens ein Schmiermittel (513) in einer zweiten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf einer Basisflüssigkeit oder Aerosolstrahlschicht (512) auf dem Substrat (511), vor der Aushärtung der Basisflüssigkeit oder der Aerosolstrahlschicht, nur wo benötigt aufgebracht, wodurch die Notwendigkeit, Schmiermittel global aufzubringen, beseitigt wird. In den meisten Fällen wird diese Schmiermittelschicht selektiv in einem gemusterten Format aufgebracht, sodass sie nur 50 % oder weniger der Basis-Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsschicht bedeckt und/oder in der Regel nicht dicker als die Teilchengröße des aufgebrachten Schmiermittels ist.
In gewissen Ausführungsformen, die mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen einschließen, schließt keine der Zusammensetzungen Schmiermittel ein.
Wie im mittleren Abschnitt des Substrats (511) von 5 gezeigt, können zwei chemisch unterschiedliche Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen aufgebracht werden - eine erste Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (514) kann aufgebracht werden, um eine Farbbeschichtung zu bilden, und dann kann eine zweite (unterschiedliche) Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (515) aufgebracht werden, um eine äußerste (d. h. obere) klare Beschichtung über der farbigen Beschichtung (514) zu bilden. Dies kann Werkzeugverschleißprobleme mit pigmentierten End-/Laschenbeschichtungen beseitigen.
Wie auf der rechten Seite des Substrats (511) von 5 gezeigt, kann eine erste Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (516) aufgebracht werden, um eine relativ weiche Beschichtungsschicht bereitzustellen, und eine zweite Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (517) kann aufgebracht (d. h. abgeschieden) werden, um eine relativ harte (d. h. äußerste) Beschichtungsschicht bereitzustellen. In diesem Zusammenhang werden weich und hart als Begriffe verwendet, um die relative Härte oder Weichheit (Tg) der resultierenden ersten und zweiten Beschichtung (im Gegensatz zu einer „gehärteten“ Beschichtung) zu beschreiben. Die weichere Beschichtung (516) stellt Flexibilität und eine Primerschicht bereit, die die Haftung der harten oberen Beschichtungsschicht (517) verbessert, während die härtere Beschichtung (517) eine abriebfeste Deckschicht bereitstellt.
Ein weiteres Beispiel für mehrschichtige Architekturen schließt die Verwendung von mehreren andersfarbigen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen ein, die in Farbe-auf-Farbe-Druck verwendet werden können, um eine neue Farbe zu erzeugen. Somit können die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen einen Basissatz von Farben einschließen, der gemischt werden kann, um andere Farben zu bilden. Ähnlich wie bei einem Desktop-Drucker könnte ein Mehrere-Farben-Plus-Schwarz-Schema (vorzugsweise ein Drei-Farben-Plus-Schwarz-Schema) verwendet werden, um eine unendliche Anordnung von Farben aus nur vier Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungsquellen zu drucken, in der Regel Magenta, Cyan, Gelb und Schwarz. Für Farbentwicklungsschichten, bei denen eine vorhergehende oder nachfolgende Schicht eine kontinuierliche Schutzschicht über dem Metallsubstrat bereitstellt, kann ein Pixelansatz verwendet werden, um eine unendliche Anordnung von Farben zu erreichen. Auf diese Weise können einzelne Pixel oder Punkte (ausreichend klein, um vom menschlichen Auge nicht erfasst zu werden) auf das Substrat gedruckt werden, sodass die Anordnung von Pixeln oder Punkten auf dem Substrat dem menschlichen Auge als Ergebnis des Mischens dieser Farben erscheinen. Zum Beispiel würde eine 1:1 Mischung von Pixeln in Cyan und Gelb für das bloße Auge grün erscheinen.
Mechanisch könnte diese Anordnung von Farben dadurch erreicht werden, dass eine geeignete Anzahl von Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungseinrichtungen(eine für jede Farbe) in einer Reihe angeordnet würde, sodass jeweils eine vorgeschriebene Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat abgeschieden wird, wobei die Beschichtungszusammensetzungen jeweils auf der vorherigen Schicht abgeschieden würden.
Noch ein weiteres Beispiel für mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahlbeschichtungs-Architekturen, die in der Starrmetallverpackungsindustrie von Nutzen sein könnten, schließen die Verwendung einer Vorbehandlungsbasisschicht ein. Herkömmliche Nicht-Chrom-Aluminium-Vorbehandlungen bestehen aus Molybdän- und/oder Zirkoniumverbindungen (oft in einer Polyacrylsäurematrix), die vor der Schutzbeschichtung in einer sehr dünnen (Sub-Mikrometer-)Schicht aufgetragen werden. In einigen Anwendungen stellt die Polyacrylsäure-Versiegelungsschicht einen signifikanten Prozentsatz des Vorbehandlungsleistungsvorteils bereit. Dieser Vorbehandlungsprozess ist häufig kompliziert und chaotisch. Es wäre vorteilhaft, eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in einer sehr dünnen Schicht eines Vorbehandlungsmetallverbindungsversiegelers oder möglicherweise nur eines Versiegelers allein zu verwenden.
Eine mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsarchitektur kann mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen einschließen, die in einer Art und Weise abgeschieden werden, um eine texturierte Oberfläche zu bilden (z. B. erkennbar durch bloße menschliche Sinne, visuell und/oder taktil). Die Textur ergibt sich aus der Beschichtung, die auf ein glattes/flaches Metallsubstrat aufgebracht wird. Alternativ kann eine mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsarchitektur mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen einschließen, die in einer Weise abgeschieden werden, um eine glatte/flache Oberfläche zu bilden. Die glatte Oberfläche ergibt sich aus der Beschichtung, die auf ein glattes/flaches Metallsubstrat oder ein texturiertes Substrat aufgebracht wird. Die texturierte oder glatte Oberfläche kann für das menschliche Auge und/oder menschliche Berührung erkennbar sein oder alternativ kann die Textur gemessen und als arithmetische mittlere Rauigkeit (Ra) angegeben werden. Die arithmetische mittlere Rauigkeit gibt den Durchschnitt des Absolutwerts entlang der Abtastlänge an und kann zum Beispiel mit einem 3D-Oberflächenprofilierer wie dem Keyence VK-X3000 gemessen werden.
Eine mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsarchitektur kann zu einer gehärteten, vorzugsweise kontinuierlichen, anhaftenden Beschichtung führen, die Markierungen bildet, wie für das gemusterte Beschichtungsverfahren beschrieben.
Eine mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsarchitektur kann zu einer gehärteten, vorzugsweise kontinuierlichen, anhaftenden Beschichtung mit unterschiedlichen Dicken über eine beschichtete Oberfläche führen, wodurch die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in unterschiedlichen Mengen abgeschieden wird. Zum Beispiel kann die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 100 Mikrometer oder eine maximale Gesamtdicke bis zu 100 Mikrometer aufweisen. In der Regel werden jedoch eine oder beide von der maximalen und der durchschnittlichen Gesamtdicke deutlich dünner als 100 Mikrometer sein (z. B. 50 Mikrometer oder weniger oder 30 Mikrometer oder weniger, insbesondere für Flüssigkeitsstrahlbeschichtung). Die Beschichtung kann mehrere Schichten von Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen aufweisen, wodurch unterschiedliche Dicken auf der Beschichtung insgesamt bereitgestellt werden. Die höchste Spitze eines Querschnitts einer Beschichtung kann unter Verwendung von Mikroskopie (z. B. optische Mikroskopie) gemessen werden.
In Verfahren der vorliegenden Offenbarung, bei denen mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, umfasst das Leiten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen das Leiten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch beschichtete Metallsubstrate und Metallverpackungen bereit, die solche beschichteten Metallsubstrate einschließen, die eine Oberfläche aufweisen, die mindestens teilweise mit einer durch Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellten Beschichtung beschichtet ist, wobei mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden. Eine solche Metallverpackung ist analog zu der hierin beschriebenen, in den allgemeinen Verfahren hergestellten, die vorstehend beschrieben sind. Eine solche Verpackung kann mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verpackungsbeschichtungssystem bereit, umfassend: Bereitstellen mehrerer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, wobei mindestens zwei der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung wie hierin beschrieben ist. Solche Systeme schließen vorzugsweise ferner Anweisungen ein, umfassend: Richten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt eines Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (vor oder nach dem teilweise Härten der zuvor aufgebrachten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung) abgeschieden wird; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden.
Vorzugsweise unterscheiden sich in solchen Systemen mindestens zwei der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen in einer oder mehreren chemischen oder physikalischen Eigenschaften. Solche Eigenschaften schließen Polymerteilcheneigenschaften wie Molekulargewicht, Dichte, Glasübergangstemperatur (Tg), Schmelztemperatur (Tm), intrinsische Viskosität (IV), Schmelzviskosität (MV), Schmelzindex (MI), Kristallinität, Anordnung von Blöcken oder Segmenten, Monomerzusammensetzung, Verfügbarkeit von reaktiven Stellen, Reaktivität, Säurezahl sowie Beschichtungszusammensetzungseigenschaften (wie Oberflächenenergie, Hydrophobizität, Oleophobie, Feuchtigkeits- oder Sauerstoffdurchlässigkeit, Transparenz, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Sonnenlicht oder ultraviolette Energie, Haftung auf Metallen, Farbe oder andere visuelle Wirkungen und Recyclingfähigkeit) ein. Vorzugsweise unterscheidet sich eine bestimmte Eigenschaft von mindestens zwei unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen um mindestens ±5 %, mindestens ±10 %, mindestens ±15 %, mindestens ±25 %, mindestens ±50 %, mindestens ±100 % oder mehr.
In solchen Systemen sind die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen in der Regel in einer Vielzahl von Kartuschen enthalten, wobei jede Kartusche der Vielzahl von Kartuschen eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung enthält, und wobei mindestens zwei Kartuschen der Vielzahl von Kartuschen unterschiedliche Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen (z. B. eine unterschiedlich gefärbte Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung) enthalten. Vorzugsweise sind solche Kartuschen nachfüllbar und wiederverwendbar.
Strukturierte Beschichtungsverfahren, Systeme und resultierende Produkte
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats bereit, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einem Abschnitt davon, Metallverschluss oder Zuglasche für ein einfaches Öffnen des Endes) geeignet ist, das das Bilden einer gemusterten Beschichtung beinhaltet. Dieses Verfahren verwendet jede der Vielfalt von Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen, einschließlich Polymerteilchen und Additiven, und jedes der hierin beschriebenen allgemeinen und kartuschenbasierten Systeme und Verfahren. Die allgemeinen Beschreibungen der Beschichtungen gelten auch für die aus diesem Verfahren resultierenden Beschichtungen.
Insbesondere schließt dieses Verfahren ein: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen, wobei die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst; selektiv Aufbringen der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet. Dies ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen oder Drucken der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung.
Eine „gemusterte“ Beschichtung (d. h. eine Mehrfachabschnittsbeschichtung) bezieht sich auf eine gehärtete Beschichtung, die in zwei oder mehr Regionen auf einer Substratoberfläche gedruckt ist, die blanke Regionen zwischen den gedruckten Regionen und/oder diese umgebend ohne Beschichtung darauf aufweisen kann.
Eine gemusterte Beschichtung kann ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster von beschichteten Regionen einschließen, die in einer Vielfalt von Formen (z. B. Streifen, Rauten, Quadraten, Kreisen, Ovalen) vorliegen können. Solche beschichteten Regionen könnten sehr diskret mit klar abgegrenzten Übergängen sein. Alternativ könnten solche beschichteten Regionen Gradienteneffekte bereitstellen (z. B. im Hinblick auf Farbe oder Mattigkeit/Glanz) ohne klar abgegrenzte Übergänge.
Die Begriffe „Muster“ und „gemustert“ erfordern keine Wiederholung in Designelementen, obwohl diese Wiederholung vorhanden sein kann. Die gehärteten beschichteten Regionen der gemusterten Beschichtung sind vorzugsweise kontinuierlich, indem sie frei von Poren und anderen Beschichtungsdefekten sind, die zu einem freiliegenden Substrat führen, wenn keine darunterliegende Beschichtung vorhanden ist.
Eine gemusterte Beschichtung kann auf eine andere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahlbeschichtung aufgebracht werden, je nachdem, ob es sich um eine vollflächige Beschichtung oder eine andere gemusterte Beschichtung handelt. Eine gemusterte Beschichtung kann auf eine herkömmliche flüssigkeitsaufgebrachte Basisschicht aufgebracht werden.
Die Verwendung eines hierin beschriebenen gemusterten Beschichtungsverfahrens weist eine Reihe von Vorteilen auf. Es stellt die Fähigkeit bereit, Dinge in einer gegebenen Beschichtung selektiv und/oder differentiell durchzuführen, was sich von herkömmlichen Verfahren unterscheidet. Zum Beispiel könnte die gemusterte Beschichtung Informationen in Form von Markierungen bereitstellen. In diesem Zusammenhang schließen „Markierungen“ Grafiken, Text, Zeichen, Zahlen, Buchstaben, Code, Kommunikationsmittel (z. B., wann und wo beschichtet) und andere visuelle Bilder (z. B. Gesichter wie diejenigen von Berühmtheiten, Tieren, Charakteren, Objekten, künstlerischen Darstellungen und dergleichen) ein, einschließlich hochauflösender Bilder. Die Markierungen könnten als Abschnitte innerhalb einer Gesamtschicht vorhanden sein oder könnten als zweite Schicht aufgebracht werden (d. h. mit den Randgrenzflächen der Schicht, die im Wesentlichen durch die Markierungen oder jede einzelne Markierung definiert sind). Die Markierungen könnten z. B. durch einen Kunden auf eine herkömmliche, bereits vorhandene, kontinuierlich aufgebrachte Basisschicht aufgebracht werden.
Die Verwendung eines hierin beschriebenen gemusterten Beschichtungsverfahrens könnte zu einer möglichen Einsparung der verbrauchten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung führen. Es kann auch zu einer Verringerung der Menge des geschrotteten Metallsubstrats kommen. Zum Beispiel können die Einsparungen unter Verwendung einer gemusterten Beschichtungsarchitektur bei der Herstellung von Lackdosen auftreten. Eine ringförmige Beschichtung kann auf ein Metallsubstrat (z. B. Stahl) nur in dem Bereich aufgetragen werden, in dem der Ring gebildet werden soll, wobei das verbleibende Metallsubstrat frei von jeglichem Beschichtungsmaterial bleibt (d. h. als „blankes Weißblech“ bezeichnet). Sobald der beschichtete Ring gebildet wurde, kann dann das verbleibende blanke Weißblech verwendet werden, um Gallonen-Deckel zu erzeugen. Dieser Vorgang spart den Verbrauch des Metallsubstrats, indem es ermöglicht, andernfalls verschrottetes Material zu verwenden.
Die Verwendung eines hierin beschriebenen Verfahrens zum gemusterten Beschichten könnte zu einer möglichen Verringerung der Stillstandszeit aufgrund der Notwendigkeit der Reinigung von Fertigungsmaschinen führen. Zum Beispiel könnte das Aufbringen einer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung als gemusterte (z. B. Punkt-) Beschichtung auf einen Produktkontaktbereich für ein Lebensmittel- oder Getränkedosenende oder ähnliche Verpackungsteile die nachgelagerte Wirkung der Entwicklung von Beschichtungshaaren in der Fertigungsmaschine verhindern. Bei einem herkömmlichen Verfahren erzeugt die Scherung einer organischen Beschichtung auf verzinktem Stahl ein dünnes Haar von Beschichtung, das von der Schnittkante gezogen wird. Dieses Beschichtungshaar baut sich in der Maschine auf, wodurch ein Reinheitsproblem und eine Stillstandszeit geschaffen werden. Das Aufbringen einer Punktbeschichtung in dem Lebensmittelkontaktbereich ermöglicht nur, dass die Schnittkante frei von Beschichtungsmaterial bleibt. Dies verhindert die Bildung von Beschichtungshaaren und beseitigt die Stillstandszeit, die für die Reinigung benötigt wird, und führt zu einer erheblichen Kosteneinsparung.
Die Herstellung von Lebensmittel- und Getränkedosenenden ist einer der anspruchsvollsten Bereiche der Starrmetallverpackungsfertigung, aufgrund der erheblichen Anzahl von Herstellungsschritten, die nach einer Beschichtung auf ein Metallsubstrat in einem Spulenformat (und manchmal auf Metallblechen) auftreten. Dies gilt insbesondere für sogenannte „einfach zu öffnende“ Lebensmittel- und Getränkedosen, die eine „Niete“ mit extremen Konturen zum Anbringen einer Zuglasche an dem Dosenende einschließen. Bei einer herkömmlichen flüssigkeitsbasierten Rollbeschichtungsanwendung muss die Beschichtungszusammensetzung sehr genau gefertigt werden, um die Nachbeschichtungsfertigungsschritte zu bestehen. Da eine signifikante Menge des Dosenendes nur wenigen, wenn überhaupt, dieser Nachbeschichtungsfertigungsschritte ausgesetzt ist, wird die Beschichtungszusammensetzung für diese Bereiche tatsächlich zu sehr maschinell verarbeitet. Wie in 6 gezeigt, kann eine flüssigkeits- oder aerosolstrahlgemusterte Beschichtung nur in ausgewählten Regionen (602) des Dosenendes (600), wie hierin beschrieben, bereitgestellt werden, ermöglicht jedoch, dass diese Regionen (602) des Metallsubstrats, die Gegenstand der signifikanten Anzahl von Fertigungsschritten sind, mit einer stark maschinell bearbeiteten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung mit überlegener Flexibilität und Haftung beschichtet werden, wie eine, die Polyester- oder Epoxid-Polymerteilchen einschließt. Dann kann eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahlbeschichtungszusammensetzung (604),die Acrylpolymerteilchen einschließt, mit einer allgemeineren Leistung über die gesamte Oberfläche des Dosenendes (600) aufgebracht werden.
Die Fertigung von Metallverschlüssen für Glastiegel (z. B. mit Laschen- oder Gewindekappen) wird auch von einem gemusterten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsverfahren wie hierin beschrieben profitieren. Solche Metallverschlüsse (700) (wie in 7 gezeigt) sind in der Regel doppelt beschichtet, wobei die Deckschicht so formuliert ist, dass sie eine gute Haftung an einer Polyvinylchlorid (PVC)-Dichtung aufweist, die das Abdichten des Deckels (d. h. des Metallverschlusses wie der Laschenkappe) an dem Glastiegel unterstützt. Die Deckschicht muss auch ein Auslaugen des PVC-Weichmachers (in der Dichtung gefunden) in die Grundschicht verhindern und Korrosion fördern. Durch Verwenden der gemusterten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsverfahren, wie hierin beschrieben, könnte eine hochleistungsfähige, dichtungskompatible Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für die Deckschicht in dem Bereich direkt unter der Dichtung auf einer Ringform (702) lokalisiert sein, um über den gesamten Verschluss (700) beschichtet zu werden. 7 ist eine schematische Darstellung einer gemusterten Flüssigkeits- oder AerosolstrahlBeschichtung auf einem Beispiel einer Laschenkappe (700), aus einer perspektivischen Ansicht auf der linken Seite von 7, wobei die obere rechte Querschnittsansicht A-A von 7 entlang der Linie A-A in der untersten Ansicht von 7 genommen ist.
Mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen, wobei mindestens zwei der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind, können in dem gemusterten Beschichtungsverfahren verwendet werden, wie für die mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsverfahren beschrieben. Zum Beispiel könnte ein Verfahren das Richten einer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt eines Metallsubstrats beinhalten, um eine kontinuierliche Beschichtung zu bilden, die eine gemusterte Beschichtung oder eine vollflächige Beschichtung sein kann, vor oder nach dem Bilden einer gemusterten Beschichtung mit einer anderen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Zusammensetzung. Für Außenbilder/Drucken wird derzeit eine gemusterte Beschichtungsschicht (d. h. eine Musterschicht) verwendet, die von einer Schutzschicht getrennt ist. Das Musterbeschichtungsverfahren würde es ermöglichen, die Musterschicht und die Leistungsschicht in einem einzigen Durchgang durch die Beschichtungsvorrichtung zu erreichen, gefolgt, je nach Bedarf, von einem einzigen Härtungsschritt.
In einem anderen Beispiel, das ein Musterbeschichtungsverfahren beinhaltet, das mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen verwendet, kann jede der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats gerichtet sein, sodass mindestens eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung optional auf einer anderen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird, um eine Beschichtung zu bilden. Dies könnte mehrschichtige Flüssigkeits- oder Aerosolstrahlbeschichtungen einschließen. Alternativ könnten die mehreren Beschichtungszusammensetzungen auf unterschiedliche, nicht überlagerte Bereiche (z. B. die an Bereiche angrenzen, an denen eine solche kontinuierliche Beschichtung vorzugsweise gebildet wird) gerichtet sein, die sich von den hierin beschriebenen Mehrschichtverfahren unterscheiden.
Wie bei den mehrschichtigen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungsverfahren umfasst das Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass jede der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete Beschichtung bildet, das Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete Beschichtung zwischen Abscheidungsschichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet. Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren jedoch das Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete Beschichtung nach dem Abscheiden aller Schichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet.
Eine gemusterte Beschichtung kann über eine beschichtete Oberfläche unterschiedliche Dicken aufweisen, wodurch die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in unterschiedlichen Mengen abgeschieden wird, wie für das Mehrschichtbeschichtungsverfahren beschrieben. Dies ist in der Starrmetallverpackungsindustrie vorteilhaft, wenn ein Bedarf an einer variierten Beschichtungsdicke über eine Substratoberfläche (d. h. eine indizierte variable Dickenbeschichtung) zum Beispiel für die Beschichtungsleistung und/oder ästhetischen Zwecke besteht. Vorzugsweise kann eine solche Beschichtungsdicke bei Bedarf während der Aufbringung selektiv variiert werden. Eine solche Selektivität kann mit einem herkömmlichen rollenaufgebrachten Flüssigbeschichtungsprozess nicht erreicht werden. Um selektive variable Dicken unter Verwendung eines solchen herkömmlichen Prozesses zu erreichen, wären teures und dauerhaftes Fräsen/Ätzen der Applikationswalze erforderlich. Darüber hinaus könnte ein solcher herkömmlicher Prozess nicht den hohen Auflösungsgrad bereitstellen, der unter Verwendung eines Verfahrens der vorliegenden Offenbarung erreicht werden kann.
8 zeigt ein Beispiel für die Nützlichkeit einer Beschichtung mit einer indizierten variablen Dicke (IVT - Indexed Variable Thickness). Dies veranschaulicht eine IVT-Beschichtung, wie sie in der Starrmetallverpackungsindustrie verwendet werden könnte, um ein beschichtetes Metallblech herzustellen. Aus diesem Blech könnten Dosen-/Schalenrohlinge gestanzt und anschließend durch ein herkömmliches Zieh- und Abstreckverfahren gebildet werden. An den Rändern (806) zwischen den Rohlingen, die in der Regel gesammelt und wiederverwertet werden, wird keine Beschichtung aufgebracht. In den kreisförmigen Bereichen (800), die durch den Rand (806) getrennt sind, die schließlich für Dosen-/Schalenrohlinge gestanzt werden sollen, kann mehr Beschichtung in einem radialen Muster auf die Bereiche (800) aufgebracht werden, die schließlich die obere Seitenwand der Dose/Schale werden. Die dargestellten kreisförmigen Bereiche (800) können indizierte Beschichtungsgewichte einschließen, die konzentrische Kreise (802, 803, 804 und 805) bilden, wobei sich die Beschichtungsgewichte beim Bewegen von dem zentralen Abschnitt (802) nach außen erhöhen. Die dicksten Beschichtungsgewichte können in einem oder mehreren der äußersten Ringe (804 und/oder 805) gefunden werden, falls erforderlich, z. B. bei oberen Seitenwänden einer Dose oder Schale. Dies ist nützlich, da die obere Seitenwand der Dose/Schale in der Regel anfälliger gegenüber Korrosion ist als andere Bereiche wie der Kuppel- oder der untere Bereich.
Eine gemusterte Beschichtung kann auch unterschiedliche Abschlüsse aufweisen. Zum Beispiel kann mindestens ein Abschnitt der gemusterten Beschichtung einen glänzenden Abschluss aufweisen. Alternativ kann mindestens ein Abschnitt der gemusterten Beschichtung einen matten Abschluss aufweisen. Die gemusterte Beschichtung kann einen oder mehrere Gradienten (z. B. graduelle) -Übergänge von einem glänzenden Abschlussbereich (d. h. Region) zu einem matten Abschlussbereich und/oder einen oder mehrere unmittelbare Übergänge von einem glänzenden Abschluss zu einem matten Abschluss aufweisen. Solche matten/glänzenden Abschlüsse können unter Verwendung eines Glanzmessers, wie eines digitalen BYK-Gardner AG-4440-Glanzmessers, bestimmt werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch musterbeschichtete Metallsubstrate und Metallverpackungen bereit, die solche musterbeschichteten Metallsubstrate einschließen. Spezifischer ist ein musterbeschichtetes Metallsubstrat, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), Abschnitt davon, Metallverschluss oder Zuglasche für ein einfach zu öffnendes Ende) geeignet ist, wobei mindestens ein Abschnitt des Metallsubstrats eine Oberfläche aufweist, die mit einer gehärteten, anhaftenden gemusterten Beschichtung beschichtet ist, die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen umfasst. Eine solche Metallverpackung ist analog zu der hierin beschriebenen, hergestellt durch die allgemeinen Verfahren, die die Verwendung einer einzelnen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung beschreiben. Eine solche Verpackung kann mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verpackungsbeschichtungssystem für die strukturierte Beschichtung bereit, umfassend: eine oder mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen; wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung, wie hierin beschrieben ist; und Anweisungen, umfassend: selektiv Aufbringen einer oder mehrerer der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die eine oder mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung (die kontinuierlich sein kann oder nicht) zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
Vorzugsweise unterscheiden sich in solchen Systemen, die mindestens zwei unterschiedliche Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen einschließen, solche Zusammensetzungen in einer oder mehreren chemischen oder physikalischen Eigenschaften. Solche Eigenschaften schließen Polymerteilcheneigenschaften wie Molekulargewicht, Dichte, Glasübergangstemperatur (Tg), Schmelztemperatur (Tm), intrinsische Viskosität (IV), Schmelzviskosität (MV), Schmelzindex (MI), Kristallinität, Anordnung von Blöcken oder Segmenten, Monomerzusammensetzung, Verfügbarkeit von reaktiven Stellen, Reaktivität, Säurezahl sowie Beschichtungszusammensetzungseigenschaften (wie Oberflächenenergie, Hydrophobizität, Oleophobie, Feuchtigkeits- oder Sauerstoffdurchlässigkeit, Transparenz, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Sonnenlicht oder ultraviolette Energie, Haftung auf Metallen, Farbe oder andere visuelle Wirkungen und Recyclingfähigkeit) ein. Vorzugsweise unterscheidet sich eine bestimmte Eigenschaft von mindestens zwei unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen um mindestens ±5 %, mindestens ±10 %, mindestens ±15 %, mindestens ±25 %, mindestens ±50 %, mindestens ±100 % oder mehr.
Metallverpackung und Verfahren zur Herstellung
Die vorliegende Offenbarung stellt auch Metallverpackungen (z. B. einen Metallverpackungsbehälter, wie etwa einen Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einen Abschnitt davon oder einen Metallverschluss) bereit, der ein beschichtetes Metallsubstrat, wie hierin beschrieben, einschließt. Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats bildet vorzugsweise eine Innenoberfläche des Behälters (z. B. Dose oder Schale) oder Verschlusses (obwohl sie eine Außenoberfläche bilden kann). Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats ist vorzugsweise eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes, einer Zuglasche und/oder eines Dosenkörpers. Der Metallverpackungsbehälter (z. B. Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosoldose) kann mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt sein.
Ein Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen (z. B. einem Metallverpackungsbehälter, wie etwa einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinem Verpackungsbehälter (z. B. Dose), einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss für einen Behälter, wie etwa einer Metalldose oder einem Glastiegel) wird bereitgestellt. Das Verfahren schließt Folgendes ein: Bereitstellen eines Metallsubstrats (z. B. Spule oder Blech) mit einer gehärteten, vorzugsweise kontinuierlichen, anhaftenden Beschichtung, die zumindest auf einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wobei: das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometer aufweist; die gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung aus einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen gebildet wird; wobei die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst, umfassend ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2.000 Dalton, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen; und Bilden des Substrats (z. B. durch Stanzen) zu mindestens einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters (z. B. Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeine Verpackung) oder einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss für einen Behälter (z. B. Metalldose oder Glastiegel).
Ein hierin beschriebener Flüssigkeits-/Aerosolstrahl-Beschichtungsprozess kann In-Line mit der Fertigung von Metallpackungen positioniert werden. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung von Metallverpackungen (z. B. einen Metallverpackungsbehälter, wie ein Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einen Abschnitt davon oder einen Metallverschluss, wie für einen Metallverpackungsbehälter oder einen Glastiegel) an einem Ort und/oder in einer kontinuierlichen Fertigungslinie oder -prozess bereit. In einem Ausführungsbeispiel schließt das Verfahren ein: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen wie hierin beschrieben; Richten der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats; Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet; und Bilden des mindestens teilweise beschichteten Metallsubstrats zu mindestens einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters (z. B. eines Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälters (z. B. Dose oder Schale)), eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses (z. B. für einen Metallverpackungsbehälter oder einen Glastiegel).
Während der Beschichtungsaufbringungsprozess in der Regel als eigenständiger Prozess abgeschlossen wird (nachdem die Metallspule/-blech hergestellt ist, und bevor der Verpackungsbehälter hergestellt wird), stellt 9 den vorstehend genannten In-Line-Prozess dar, bei dem die Metallspulen/-blechherstellung (902) und die Beschichtungszusammensetzungsherstellung (904) getrennt in den Verpackungsbehälter-Herstellungsprozess (906) eingespeist werden. Auf diese Weise können eine oder mehrere Ausführungsformen den Flüssigkeits-/Aerosolstrahl-Beschichtungsprozess (910) einschließen, der In-Line zwischen dem Substratvorbereitungsprozess (908) (z. B. einer Metallspule/einem Blechabspuler, einem Blechzuführer usw.) und dem Verpackungsbehälterfertigungsprozess (912) durchgeführt wird (wobei der Verpackungsbehälter z. B. ein Dose, eine Schale oder ein Abschnitt des Verpackungsbehälters ist, wie z. B. ein Deckel, eine Kappe usw.).
Zum Beispiel können zweiteilige oder dreiteilige Dosen oder Abschnitte davon, wie etwa gestanzte genietete Getränkedosenenden (z. B. Limo- oder Bierdosen) mit einer darauf angeordneten gehärteten Beschichtung, die von hierin beschriebenen Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen gebildet wird, unter Verwendung eines derartigen Verfahrens gebildet werden. Standardherstellungstechniken, z. B. Stanzen, können verwendet werden.
Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats bildet vorzugsweise eine Innenoberfläche einer Dose. Die beschichtete Oberfläche des Metallsubstrats ist vorzugsweise eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes, einer Zuglasche und/oder eines Dosenkörpers. Die Dose kann mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt sein.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsformen A: Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen
Ausführungsform A-1 ist eine Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen (z. B. ein Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeiner Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), Abschnitt davon oder Metallverschluss), umfassend: Polymerteilchen, umfassend ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2.000 Dalton, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen; und einen Flüssigkeitsträger, umfassend Wasser als Großteil des Flüssigkeitsträgers.
Ausführungsform A-2 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung von Ausführungsform A-1, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform A-3 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung von Ausführungsform A-1 oder A-2, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 10 Mikrometer, weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform A-4 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D95 von weniger als 10 Mikrometer, weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform A-5 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D99 von weniger als 10 Mikrometer, weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform A-6 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 (vorzugsweise einem D90, D95 oder einem D99) von mindestens 0,01 Mikrometer, mindestens 0,05 Mikrometer oder mindestens 0,1 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform A-7 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen mit einem Feststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung von mindestens 10 Gew.-%, mindestens 15 Gew.-% oder mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung (vor dem Einbinden in ein Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungssystem).
Ausführungsform A-8 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen mit einem Feststoffgehalt von bis zu 50 Gew.-%, bis zu 40 Gew.-% oder bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung (vor dem Einbinden in ein Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungssystem).
Ausführungsform A-9 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, umfassend mindestens 30 Gew.-%, mindestens 50 Gew.-% oder mindestens 70 Gew.-% der Polymerteilchen, basierend auf dem Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. dem Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung).
Ausführungsform A-10 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, umfassend bis zu 99 Gew.-%, bis zu 97 Gew.-% oder bis zu 95 Gew.-% der Polymerteilchen, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung).
Ausführungsform A-11 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungsprozess vorzugsweise mindestens 1 Centipoise (cps), mindestens 10 cps oder mindestens 20 cps beträgt.
Ausführungsform A-12 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeitsstrahl-Aufbringungsprozess vorzugsweise bis zu 50 Centipoise (cps), bis zu 40 cps oder bis zu 30 cps beträgt.
Ausführungsform A-13 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess vorzugsweise mindestens 1 Centipoise (cps), mindestens 50 cps oder mindestens 100 cps beträgt.
Ausführungsform A-14 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für einen Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess vorzugsweise bis zu 1.000 Centipoise (cps), bis zu 500 cps oder bis 200 cps beträgt.
Ausführungsform A-15 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Oberflächenspannung der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess mindestens 10 MilliNewton pro Meter (mN/m), mindestens 20 mN/m oder mindestens 30 mN/m beträgt.
Ausführungsform A-16 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Oberflächenspannung der Beschichtungszusammensetzung für einen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Aufbringungsprozess vorzugsweise bis zu 50 mN/m, bis zu 45 mN/m oder bis zu 40 mN/m beträgt.
Ausführungsform A-17 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein thermoplastisches Polymer umfassen.
Ausführungsform A-18 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex (gemessen gemäß ASTM D1238-13 (2013) bei 190 °C und mit einem Gewicht von 2,16 Kilogramm) von mehr als 15 Gramm/10 Minuten, mehr als 50 Gramm/10 Minuten oder mehr als 100 Gramm/10 Minuten umfassen.
Ausführungsform A-19 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von bis zu 200 Gramm/10 Minuten oder bis zu 150 Gramm/10 Minuten umfassen.
Ausführungsform A-20 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein duroplastisches Polymer umfassen.
Ausführungsform A-21 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Pulverpolymerteilchen ein Polymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 15 °C, mindestens 20 °C oder mindestens 25 °C umfassen.
Ausführungsform A-22 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein Polymer mit einer Tg von bis zu 150 °C, bis zu 125 °C, bis zu 110 °C, bis zu 100 °C, bis zu 80 °C oder bis zu 50 °C umfassen.
Ausführungsform A-23 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40 °C umfassen.
Ausführungsform A-24 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein kristallines oder halbkristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von bis zu 300 °C umfassen.
Ausführungsform A-25 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Polymerteilchen ein Polymer umfassen, das aus einem Polyacryl (z. B. ein lösungspolymerisiertes Acrylpolymer, ein emulsionspolymerisiertes Acrylpolymer oder Kombination davon), Polyether, Polyolefin, Polyester, Polyurethan, Polycarbonat, Polystyrol oder einer Kombination davon (d. h. Copolymer oder Mischung davon, wie Polyether-Acrylat-Copolymer) ausgewählt ist. Vorzugsweise ist das Polymer ausgewählt aus einem Polyacryl, Polyether, Polyolefin, Polyester oder einer Kombination davon.
Ausführungsform A-26 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer-Mn mindestens 3.000 Dalton oder mindestens 4.000 Dalton beträgt.
Ausführungsform A-27 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer-Mn bis zu 60.000 Dalton beträgt.
Ausführungsform A-28 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-27, wobei das Polymer-Mn bis zu 40.000 Dalton oder bis zu 20.000 Dalton beträgt.
Ausführungsform A-29 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Polymer einen Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4, weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5 aufweist.
Ausführungsform A-30 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die ferner einen oder mehrere optionale Additive umfasst, die aus Schmiermitteln, Haftvermittlern, Vernetzern, Katalysatoren, Farbmitteln (z. B. Pigmenten oder Farbstoffen), ferromagnetischen Teilchen, Entgasungsmitteln, Verlaufsmitteln, Benetzungsmitteln, Mattierungsmitteln, Tensiden, Durchflusssteuermitteln, Wärmestabilisatoren, Korrosionsschutzmitteln, Haftvermittlern, anorganischen Füllstoffen und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Ausführungsform A-31 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-30, die ferner ein oder mehrere Farbstoffe umfasst.
Ausführungsform A-32 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-31, wobei das eine oder die mehreren Farbstoffe in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-% oder mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sind.
Ausführungsform A-33 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-31 oder A-32, wobei der eine oder die mehreren Farbstoffe in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von bis zu 50 Gew.-%, bis zu 40 Gew.-%, bis zu 30 Gew.-% oder bis zu etwa 20 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sind.
Ausführungsform A-34 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der Ausführungsformen A-30 bis A-33, die ferner eines oder mehrere Schmiermittel umfasst.
Ausführungsform A-35 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-34, wobei das eine oder die mehreren Schmiermittel in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 0,5 Gew.-% oder mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sind.
Ausführungsform A-36 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-34 oder A-35, wobei der eine oder die mehreren Schmiermittel in der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von bis zu 4 Gew.-%, bis zu 3 Gew.-% oder bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung), vorhanden sind.
Ausführungsform A-37 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der Ausführungsformen A-30 bis A-36, die ferner einen oder mehrere Vernetzer und/oder Katalysatoren umfasst.
Ausführungsform A-38 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-37, umfassend einen oder mehrere Vernetzer in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, mindestens 1 Gew.-%, mindestens 2 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-% oder mindestens 8 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung).
Ausführungsform A-39 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung der Ausführungsform A-37 oder A-38, umfassend einen oder mehrere Vernetzer in einer Menge von bis zu 40 Gew.-%, bis zu 30 Gew.-%, bis zu 20 Gew.-% oder bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung).
Ausführungsform A-40 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der Ausführungsformen A-37 bis A-39, umfassend einen oder mehrere Katalysatoren in einer Menge von mindestens 0,01 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung).
Ausführungsform A-41 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der Ausführungsformen A-37 bis A-40, umfassend einen oder mehrere Katalysatoren in einer Menge von bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Beschichtungszusammensetzung (d. h. das Gesamtgewicht der gesamten gehärteten Beschichtung).
Ausführungsform A-42 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die im Wesentlichen frei von jeweils Bisphenol A, Bisphenol F und Bisphenol S ist.
Ausführungsform A-43 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die im Wesentlichen frei von allen Bisphenolverbindungen, außer TMBPF (das wahlweise als eine Struktureinheit vorhanden sein kann) ist.
Ausführungsform A-44 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die eine Beschichtung bildet, die weniger als 50 ppm, weniger als 25 ppm, weniger als 10 ppm oder weniger als 1 ppm extrahierbare Stoffe, wenn überhaupt, einschließt, wenn sie gemäß dem globalen Extraktionstest getestet wird.
Ausführungsform A-45 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die eine Beschichtung bildet, die an einem Substrat, wie etwa einem Metallsubstrat, anhaftet, gemäß dem Haftungstest mit einer Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10.
Ausführungsform A-46 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche Beschichtung bildet, die frei von Poren und anderen Beschichtungsfehlern ist, die zu einem freiliegenden Substrat führen. Solche Filmunregelmäßigkeiten/-fehler können durch einen Stromfluss angegeben werden, der in Milliampere (mA) unter Verwendung des in Testverfahren beschriebenen Kontinuitätstest für Flache Platten gemessen wird.
Ausführungsform A-47 ist die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die, wenn sie auf eine gereinigte und vorbehandelte Aluminiumplatte aufgebracht und einem aushärtenden Brennen für eine geeignete Dauer unterzogen wird, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) und eine Dicke des getrockneten Films von etwa 7,5 Milligramm pro Quadratzoll zu erreichen, und zu einem vollständig umgewandelten 202-Standardöffnungsgetränkedosenende geformt wird, weniger als 5 Milliampere Strom durchlässt, während sie 4 Sekunden lang einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird, die 1 Gew.-% NaCl, gelöst in deionisiertem Wasser, enthält.
Ausführungsformen B: Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats und beschichtete Metallsubstrate
Ausführungsform B-1 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose), Abschnitt davon oder Metallverschluss) geeignet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für eine Metallverpackung einer der Ausführungsformen A; Richten der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats; Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
Ausführungsform B-2 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose), Abschnitt davon oder Metallverschluss) geeignet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen einer der Ausführungsformen A; selektiv Aufbringen der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
Ausführungsform B-3 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose), Abschnitt davon oder Metallverschluss) geeignet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen mehrerer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen der Ausführungsformen A, wobei mindestens zwei der mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; Richten jeder der mehreren Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Beschichtungszusammensetzung (entweder vor oder nach dem Härten der darunterliegenden Beschichtungszusammensetzung, um eine Beschichtung zu bilden) abgeschieden wird; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden.
Ausführungsform B-4 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei das Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl-oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet, das Aufbringen von Wärmeenergie (z. B. unter Verwendung eines Konvektionsofens oder einer Induktionsspule), UV-Strahlung, IR-Strahlung oder Elektronenstrahlstrahlung auf die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen umfasst.
Ausführungsform B-5 ist das Verfahren der Ausführungsform B-4, wobei das Bereitstellen der Bedingungen das Aufbringen von Wärmeenergie umfasst.
Ausführungsform B-6 ist das Verfahren der Ausführungsform B-5, wobei das Aufbringen von Wärmeenergie das Aufbringen von Wärmeenergie bei einer Temperatur von mindestens 100 °C oder mindestens 177 °C umfasst.
Ausführungsform B-7 ist das Verfahren der Ausführungsform B-5 oder B-6, wobei das Aufbringen von Wärmeenergie das Aufbringen von Wärmeenergie bei einer Temperatur von bis zu 300 °C oder bis zu 250 °C umfasst.
Ausführungsform B-8 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei das Metallsubstrat Stahl, Edelstahl, elektroverzinkten Stahl, zinnfreien Stahl (TFS), verzinnten Stahl, elektrolytische Zinnplatte (ETP) oder Aluminium umfasst.
Ausführungsform B-9 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei das Metallsubstrat ein kryogen gereinigtes Metallsubstrat ist.
Ausführungsform B-10 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, das ferner das kryogene Reinigen des Metallsubstrats vor dem Richten jedes der mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats umfasst.
Ausführungsform B-11 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometern (oder bis zu 375 Mikrometern) aufweist.
Ausführungsform B-12 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform B-13 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei die gehärtete, anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 100 Mikrometer oder maximale Dicke bis zu 100 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform B-14 ist das Verfahren von Ausführungsform B-13, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 50 Mikrometer, vorzugsweise bis zu 25 Mikrometer (z. B. bis zu 20 Mikrometer, bis zu 15 Mikrometer, bis zu 10 Mikrometer oder bis zu 5 Mikrometer) aufweist.
Ausführungsform B-15 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von mindestens 1 Mikrometer oder mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform B-16 ist ein beschichtetes Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen B hergestellt wird.
Ausführungsform B-17 ist das beschichtete Metallsubstrat von Ausführungsform B-16, wobei das Substrat ein gezogenes und erneut gezogenes Substrat ist.
Ausführungsform B-18 ist das beschichtete Metallsubstrat der Ausführungsform B-16, wobei das Metallsubstrat ein Laschenband ist.
Ausführungsform B-19 ist das beschichtete Metallsubstrat von Ausführungsform B-16, wobei das Metallsubstrat Aluminiumspule ist, um Getränkedosenenden mit der gehärteten Beschichtung, die auf eine innere oder äußere Oberfläche des Getränkedosenendes aufgebracht wird, oder beides herzustellen.
Ausführungsform B-20 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen B, wobei die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats über eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrahldüsen aufgebracht wird, die gleichmäßig über eine Oberfläche eines zylindrischen Druckkopfs verteilt ist.
Ausführungsformen C: Metallverpackung und Verfahren zur Herstellung
Ausführungsform C-1 ist eine Metallverpackung (z. B. ein Lebensmittel-, ein Getränke-, ein Aerosol- oder ein allgemeiner Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), Abschnitt davon, Metallverschluss oder Zuglasche für ein leicht öffnendes Ende), umfassend ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einer der Ausführungsformen B-1 bis B-15 hergestellt wird.
Ausführungsform C-2 ist die Metallverpackung der Ausführungsform C-1, wobei die Oberfläche eine Innenoberfläche, eine Außenoberfläche oder beides eines Behälter- (z. B. Dose oder Schale) Körpers ist.
Ausführungsform C-3 ist die Metallverpackung der Ausführungsform C-1 oder C-2, wobei die Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche ist.
Ausführungsform C-4 ist die Metallverpackung der Ausführungsformen C-1 bis C-3, die mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt ist.
Ausführungsform C-5 ist ein Verfahren zum Herstellen von Metallverpackungen (z. B. einem Metallverpackungsbehälter, wie einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss für einen Behälter wie eine Metalldose oder Glastiegel), umfassend: Bereitstellen eines Metallsubstrats (z. B. Spule oder Blech) mit einer gehärteten, vorzugsweise kontinuierlichen, anhaftenden Beschichtung, die zumindest auf einem Abschnitt einer Oberfläche davon angeordnet ist, wie in den Ausführungsformen B-16 bis B-19 beschrieben; und Bilden des Substrats (z. B. durch Stanzen) zu mindestens einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters (z. B. Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeine Verpackung) oder einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss für einen Behälter (z. B. Metalldose oder Glastiegel).
Ausführungsform C-6 ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallverpackungen (z. B. einen Metallverpackungsbehälter, wie ein Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einem Abschnitt davon oder einem Metallverschluss, wie für einen Metallverpackungsbehälter oder einen Glastiegel) an einem Ort und/oder in einer kontinuierlichen Fertigungslinie oder -prozess, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen einer der Ausführungsformen A; Richten der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats; Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet; und Bilden des mindestens teilweise beschichteten Metallsubstrats zumindest zu einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters (z. B. eines Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälters (z. B. Dose oder Schale)), eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses (z. B. für einen Metallverpackungsbehälter oder einen Glastiegel).
Ausführungsformen D: Mehrschichtige Beschichtungsverfahren und - systeme
Ausführungsform D-1 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), Abschnitt davon oder Metallverschluss oder Zuglasche für ein leicht öffnendes Ende) geeignet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen mehrerer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst und mindestens zwei der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen unterschiedlich sind; Richten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung (vor oder nach dem mindestens Härten der einen oder mehreren anderen darunterliegenden Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung) abgeschieden wird; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden; wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung umfasst: Polymerteilchen, umfassend ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2.000 Dalton, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform D-2 ist das Verfahren der Ausführungsform D-1, wobei das Bereitstellen von Bedingungen das Bereitstellen von Bedingungen umfasst, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zwischen Abscheidungsschichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen (z. B. durch Erwärmen jeder jeweils abgeschiedenen Schicht) bildet.
Ausführungsform D-3 ist das Verfahren der Ausführungsform D-1, wobei das Bereitstellen von Bedingungen das Bereitstellen von Bedingungen umfasst, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung nach dem Abscheiden aller Schichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet.
Ausführungsform D-4 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen chemisch unterschiedlich sind.
Ausführungsform D-5 ist das Verfahren der Ausführungsform D-4, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen in unterschiedlichen Farben sind und das Verfahren zu einem Farbe-auf-Farbe-Drucken führt.
Ausführungsform D-6 ist das Verfahren der Ausführungsform D-5, wobei die als äußerste (d. h. obere) Beschichtung abgeschiedene Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine klare Beschichtung bildet.
Ausführungsform D-7 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen unterschiedliche Funktionen bereitstellen.
Ausführungsform D-8 ist das Verfahren der Ausführungsform D-7, wobei eine erste Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird, um eine relativ weiche, flexible Primerschicht bereitzustellen, und eine zweite Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf der ersten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird, um eine relativ harte, abriebfeste Deckschicht bereitzustellen.
Ausführungsform D-9 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen in unterschiedlichen Mengen zum Bilden von Beschichtungsschichten mit unterschiedlichen Dicken abgeschieden werden.
Ausführungsform D-10 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen auf eine Weise abgeschieden werden, um eine texturierte Oberfläche zu bilden.
Ausführungsform D-11 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen D-1 bis D-9, wobei die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen auf eine Weise abgeschieden werden, um eine glatte Oberfläche zu bilden.
Ausführungsform D-12 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung Markierungen bildet.
Ausführungsform D-13 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei das Metallsubstrat ein kryogen gereinigtes Metallsubstrat ist.
Ausführungsform D-14 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, das ferner das kryogene Reinigen des Metallsubstrats vor dem Richten jedes der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats umfasst.
Ausführungsform D-15 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometern (oder bis zu 375 Mikrometern) aufweist.
Ausführungsform D-16 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform D-17 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die gehärtete, anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 100 Mikrometer oder maximale Dicke bis zu 100 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform D-18 ist das Verfahren von Ausführungsform D-17, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 50 Mikrometer, vorzugsweise bis zu 25 Mikrometer (z. B. bis zu 20 Mikrometer, bis zu 15 Mikrometer, bis zu 10 Mikrometer oder bis zu 5 Mikrometer) aufweist.
Ausführungsform D-19 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei die gehärtete anhaftende Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke oder eine minimale Dicke von mindestens 1 Mikrometer oder mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform D-20 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei eine oder mehrere der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen umfassen, die ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2000 Dalton (oder mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton) umfassen.
Ausführungsform D-21 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei eine oder mehrere der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen umfassen, die ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von bis zu 10.000.000 Dalton (oder bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton) umfassen.
Ausführungsform D-22 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei eine oder mehrere der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen umfassen, die ein Polymer mit einem Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4 (oder weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5) aufweisen.
Ausführungsform D-23 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen D-20 bis D-22, wobei eine oder mehrere der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen das Polymer in einer Menge von mindestens 40 Gew.-%, mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.-%, mindestens 90 Gew.-% oder mindestens 95 Gew.-% umfassen.
Ausführungsform D-24 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei eine oder mehrere der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen mit einer Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 5 Mikrometer (oder weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer) aufweisen.
Ausführungsform D-25 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen D, wobei eine oder mehrere der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen mit einer Teilchengrößenverteilung mit einem D90 von weniger als 5 Mikrometer (oder weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer) aufweisen.
Ausführungsform D-26 ist ein Verpackungsbeschichtungssystem, umfassend: Bereitstellen mehrerer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, wobei mindestens zwei der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst, umfassend ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2.000 Dalton, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform D-27 ist das System der Ausführungsform D-26, das ferner Anweisungen umfasst, die umfassen: Richten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden.
Ausführungsform D-28 ist das System von Ausführungsform D-26 und D-27, wobei sich mindestens zwei der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen in einer oder mehreren chemischen oder physikalischen Eigenschaften unterscheiden.
Ausführungsform D-29 ist das System von Ausführungsform D-28, wobei die Eigenschaften Polymerteilcheneigenschaften einschließen (wie Molekulargewicht, Dichte, Glasübergangstemperatur (Tg), Schmelztemperatur (Tm), intrinsische Viskosität (IV), Schmelzviskosität (MV), Schmelzindex (MI), Kristallinität, Anordnung von Blöcken oder Segmenten, Verfügbarkeit von reaktiven Stellen, Reaktivität, Säurezahl) sowie Beschichtungszusammensetzungseigenschaften (wie Oberflächenenergie, Hydrophobizität, Oleophobie, Feuchtigkeits- oder Sauerstoffdurchlässigkeit, Transparenz, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Sonnenlicht oder ultraviolette Energie, Haftung auf Metallen, Farbe oder andere visuelle Wirkungen und Recyclingfähigkeit).
Ausführungsform D-30 ist das System von Ausführungsform D-28 oder D-29, wobei sich eine bestimmte Eigenschaft von mindestens zwei unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen um mindestens ±5 %, mindestens ±10 %, mindestens ±15 %, mindestens ±25 %, mindestens ±50 %, mindestens ±100 % oder mehr unterscheidet.
Ausführungsformen E: Gemusterte Beschichtungsverfahren, Systeme und resultierende Produkte
Ausführungsform E-1 ist ein Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), Abschnitt davon, Metallverschluss oder Zuglasche für ein leicht öffnendes Ende) geeignet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen, wobei die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst; selektiv Aufbringen der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung (die kontinuierlich sein kann oder nicht) zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
Ausführungsform E-2 ist das Verfahren der Ausführungsform E-1, wobei die gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung Markierungen bildet.
Ausführungsform E-3 ist das Verfahren der Ausführungsform E-1, wobei die gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung in Form einer ringförmigen Beschichtung auf einem Metallsubstrat vorliegt.
Ausführungsform E-4 ist das Verfahren der Ausführungsform E-3, wobei die ringförmige Beschichtung eine Deckschicht ist, die in einem Metallverschluss lokalisiert ist, um in Kontakt mit einer PVC-Dichtung zu kommen.
Ausführungsform E-5 ist das Verfahren der Ausführungsform E-1, wobei die gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung in Form einer Punktbeschichtung auf einem Lebensmittel- oder Getränkedosenende vorliegt.
Ausführungsform E-6 ist das Verfahren der Ausführungsform E-5, wobei die gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung in Form einer Punktbeschichtung auf einem Produktkontaktbereich eines Lebensmittel- oder Getränkedosenendes vorliegt.
Ausführungsform E-7 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei die Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung absichtlich und selektiv in unterschiedlichen Mengen abgeschieden wird, um eine Beschichtung mit unterschiedlichen Dicken über die beschichtete Oberfläche zu bilden.
Ausführungsform E-8 ist das Verfahren der vorstehenden Ausführungsformen E, ferner umfassend das Richten einer anderen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats, um eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zu bilden, die eine gemusterte Beschichtung oder eine vollflächige Beschichtung vor oder nach dem Bilden der gemusterten Beschichtung sein kann. In gewissen Ausführungsformen der vorstehenden Ausführungsformen E umfasst das Verfahren ferner das Aufbringen einer herkömmlichen flüssigen Beschichtung auf das Metallsubstrat, um eine vollflächige Beschichtung zu bilden, bevor die gemusterte Beschichtung gebildet wird.
Ausführungsform E-9 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei das Bereitstellen einer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen das Bereitstellen mehrerer Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen umfasst, wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst, und mindestens zwei der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; das Richten der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung das Richten jeder der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart umfasst, dass mindestens eine Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung optional auf einer anderen unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird, um eine Beschichtung zu bilden; und das Bereitstellen von Bedingungen das Bereitstellen von Bedingungen umfasst, die wirksam sind, dass jede der mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung bildet.
Ausführungsform E-10 ist das Verfahren der Ausführungsform E-8 oder C-9, wobei das Bereitstellen von Bedingungen das Bereitstellen von Bedingungen umfasst, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung zwischen dem Abscheiden von Schichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet.
Ausführungsform E-11 ist das Verfahren der Ausführungsform E-8 oder C-9, wobei das Bereitstellen von Bedingungen das Bereitstellen von Bedingungen umfasst, die wirksam sind, dass jede der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete, vorzugsweise kontinuierliche, anhaftende Beschichtung nach dem Abscheiden aller Schichten unterschiedlicher Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen bildet.
Ausführungsform E-12 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-8 bis E-11, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen chemisch unterschiedlich sind.
Ausführungsform E-13 ist das Verfahren der Ausführungsform E-12, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen in unterschiedlichen Farben sind und das Verfahren zu einem Farbe-auf-Farbe-Drucken führt.
Ausführungsform E-14 ist das Verfahren der Ausführungsform E-13, wobei die als äußerste (d. h. obere) Beschichtung abgeschiedene Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine klare Beschichtung bildet.
Ausführungsform E-15 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-8 bis C-14, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen unterschiedliche Funktionen bereitstellen.
Ausführungsform E-16 ist das Verfahren der Ausführungsform E-15, wobei eine erste Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird, um eine relativ weiche, flexible Primerschicht bereitzustellen, und eine zweite Flüssigkeits-oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung auf der ersten Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird, um eine relativ harte, abriebfeste Deckschicht bereitzustellen.
Ausführungsform E-17 ist das Verfahren einer der Ausführungsformen E-8 bis E-16, wobei die unterschiedlichen Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen in unterschiedlichen Mengen zum Bilden von Beschichtungsschichten mit unterschiedlichen Dicken abgeschieden werden.
Ausführungsform E-18 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei die eine oder mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen auf eine Weise abgeschieden werden, um eine texturierte Oberfläche zu bilden, oder in einer Weise, um eine glatte Oberfläche zu bilden.
Ausführungsform E-19 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei die eine oder mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen auf eine Weise abgeschieden werden, um ein Gradientenmuster zu bilden.
Ausführungsform E-20 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei das Metallsubstrat ein kryogen gereinigtes Metallsubstrat ist.
Ausführungsform E-21 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, das ferner das kryogene Reinigen des Metallsubstrats vor dem Richten jeder der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung(en) zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats umfasst.
Ausführungsform E-22 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von bis zu 635 Mikrometern (oder bis zu 375 Mikrometern) aufweist.
Ausführungsform E-23 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei das Metallsubstrat eine durchschnittliche Dicke von mindestens 125 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform E-24 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei die gehärtete, anhaftende gemusterte Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 100 Mikrometer oder maximale Gesamtdicke bis zu 100 Mikrometer aufweist.
Ausführungsform E-25 ist das Verfahren von Ausführungsform E-24, wobei die gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke von bis zu 50 Mikrometer, vorzugsweise bis zu 25 Mikrometer (z. B. bis zu 20 Mikrometer, bis zu 15 Mikrometer, bis zu 10 Mikrometer oder bis zu 5 Mikrometer) aufweist.
Ausführungsform E-26 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei die gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung eine durchschnittliche Gesamtdicke oder eine minimale Dicke von mindestens 1 Mikrometer (oder mindestens 2 Mikrometer, mindestens 3 Mikrometer oder mindestens 4 Mikrometer) aufweist.
Ausführungsform E-27 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei eine oder mehrere der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen umfassen, die ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2000 Dalton (oder mindestens 5.000 Dalton, mindestens 10.000 Dalton oder mindestens 15.000 Dalton) umfassen.
Ausführungsform E-28 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei eine oder mehrere der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen umfassen, die ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von bis zu 10.000.000 Dalton (oder bis zu 1.000.000 Dalton, bis zu 100.000 Dalton oder bis zu 20.00 Dalton) umfassen.
Ausführungsform E-29 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei eine oder mehrere der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen umfassen, die ein Polymer mit einem Polydispersitätsindex (Mw/Mn) von weniger als 4 (oder weniger als 3, weniger als 2 oder weniger als 1,5) aufweisen.
Ausführungsform E-30 ist das Verfahren einer der vorstehenden Ausführungsformen E, wobei eine oder mehrere der Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen Polymerteilchen mit einer Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer (oder weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer) oder einen D90 von weniger als 10 Mikrometer (oder weniger als 5 Mikrometer, weniger als 1 Mikrometer oder weniger als 0,5 Mikrometer) aufweisen.
Ausführungsform E-31 ist ein musterbeschichtetes Metallsubstrat, das zur Verwendung bei der Bildung von Metallverpackungen (z. B. einem Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol-oder allgemeinen Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), einem Abschnitt davon, einem Metallverschluss oder einer Zuglasche für ein leicht zu öffnendes Ende) geeignet ist, wobei zumindest ein Abschnitt des Metallsubstrats eine Oberfläche aufweist, die mit einer gehärteten, anhaftenden, gemusterten Beschichtung beschichtet ist, die gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen E hergestellt wurde.
Ausführungsform E-32 ist eine Metallverpackung (z. B. ein Metallverpackungsbehälter, wie ein Lebensmittel-, Getränke-, Aerosol- oder allgemeiner Verpackungsbehälter (z. B. Dose oder Schale), ein Abschnitt davon, ein Metallverschluss oder eine Zuglasche), umfassend ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren einer der Ausführungsformen E-1 bis E-30 hergestellt wurde.
Ausführungsform E-33 ist ein Verpackungsbeschichtungssystem für die gemusterte Beschichtung, umfassend: eine oder mehrere Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen; wobei jede Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung Polymerteilchen umfasst, die ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2.000 Dalton umfassen, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen; und Anweisungen, umfassend: Richten der einen oder mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die eine oder die mehreren Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung (die kontinuierlich sein kann oder nicht) zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden.
Ausführungsform E-34 ist das System der Ausführungsform E-33, umfassend mindestens zwei unterschiedliche Flüssigkeits- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen, die sich in einer oder mehreren chemischen oder physikalischen Eigenschaften unterscheiden.
Ausführungsform E-35 ist das System von Ausführungsform E-34, wobei die Eigenschaften Polymerteilcheneigenschaften einschließen (wie Molekulargewicht, Dichte, Glasübergangstemperatur (Tg), Schmelztemperatur (Tm), intrinsische Viskosität (IV), Schmelzviskosität (MV), Schmelzindex (MI), Kristallinität, Anordnung von Blöcken oder Segmenten, Verfügbarkeit von reaktiven Stellen, Reaktivität, Säurezahl) sowie Beschichtungszusammensetzungseigenschaften (wie Oberflächenenergie, Hydrophobizität, Oleophobie, Feuchtigkeits- oder Sauerstoffdurchlässigkeit, Transparenz, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Sonnenlicht oder ultraviolette Energie, Haftung auf Metallen, Farbe oder andere visuelle Wirkungen und Recyclingfähigkeit).
Testverfahren
Sofern nicht anders angegeben, können die folgenden Testverfahren verwendet werden.
Haftungstest
Die Haftungsprüfung wurde gemäß ASTM D 3359-17 (2017), Testverfahren B, für Beschichtungen ≤ 125 Mikrometer dick, unter Verwendung von SCOTCH-610-Band (erhältlich von 3M Company of Saint Paul, MN) und einem Gittermuster bestehend aus 4 Querstrichen und 4 Längsstrichen (ungefähr 1-2 mm beabstandet) durchgeführt. Der Test wird in der Regel 3 Mal pro Probe wiederholt. Die Haftung wird auf einer Skala von 0-10 bewertet, wobei eine Bewertung von „10“ kein Haftungsversagen anzeigt, eine Bewertung von „9“ anzeigt, dass 90 % der Beschichtung anhaftend bleibt, eine Bewertung von „8“ anzeigt, dass 80 % der Beschichtung anhaftend bleibt und so weiter. Für handelsübliche tragfähige Beschichtungen sind in der Regel Haftungsbewertungen von 9 oder 10 erwünscht. Somit wird hierin eine Haftungsbewertung von 9 oder 10, vorzugsweise 10, als anhaftend angesehen.
Dynamische Differenzkalorimetrie für Tg
Proben der insgesamt gehärteten Beschichtung für die dynamische Differenzkalorimetrie-Prüfung (,,DSC"-Prüfung) werden in Standardprobenschalen eingewogen und mit dem Standard-DSC-Wärmekühlverfahren analysiert. Die Proben werden bei -60 °C äquilibriert, anschließend mit 20 °C pro Minute auf 200 °C erwärmt, auf -60 °C abgekühlt und anschließend erneut mit 20 °C pro Minute auf 200 °C erwärmt. Aus dem Thermogramm des letzten Heizzyklus werden Glasübergangstemperaturen berechnet. Der Glasübergang wird am Wendepunkt des Übergangs gemessen.
Molekulare Gewichtsbestimmung durch Gelpermeationschromatographie
Proben für die Gelpermeationschromatografie-Prüfung (,,GPC"-Prüfung) werden hergestellt, indem zunächst die insgesamt gehärtete Beschichtung in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. THF, falls für eine gegebene insgesamt gehärtete Beschichtung geeignet) gelöst wird. Ein Aliquot dieser Lösung wird dann durch GPC zusammen mit Mischungen aus Polystyrol-Standards („PS“-Standards) analysiert. Die Molekulargewichte der Proben werden nach dem Verarbeiten der GPC-Durchläufe und Verifizieren der Standards berechnet.
Globaler Extraktionstest
Der Test zur globalen Extraktion ist so ausgelegt, dass die Gesamtmenge an mobilem Material geschätzt wird, das potentiell aus einer Beschichtung hinaus- und in Lebensmittel hineinmigrieren kann, die in einer beschichteten Dose verpackt sind. In der Regel wird ein beschichtetes Substrat Wasser oder Lösungsmittelmischungen unter einer Reihe von Bedingungen ausgesetzt, um eine gegebene Endverwendung zu simulieren.
Annehmbare Extraktionsbedingungen und -medien finden sich in 21 CFR § 175.300 Absätze (d) und (e). Das in der vorliegenden Offenbarung verwendete Extraktionsverfahren wurde gemäß der Food and Drug Administration (FDA) „Preparation of Premarket Submission for Food Contact Substances: Chemistry Recommendations“ (Dezember 2007) durchgeführt. Die zulässige Grenze für die globale Extraktion, wie durch die FDA-Bestimmung definiert, beträgt 50 Teile pro Million (ppm).
Die einseitigen Extraktionszellen werden gemäß dem im Journal of the Association of Official Analytical Chemists 47(2):387(1964) gefundenen Design mit geringfügigen Modifikationen hergestellt. Die Zelle beträgt 9 Zoll x 9 Zoll x 0,5 Zoll mit einem 6 Zoll x 6 Zoll offenen Bereich in der Mitte des TEFLON-Abstandshalters. Dies ermöglicht, dass Testartikel mit einer Größe von 36 Zoll² oder 72 Zoll² der Lebensmittelsimulation ausgesetzt werden. Die Zelle hält 300 ml des Lebensmittel-simulierenden Lösungsmittels. Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Oberflächenbereich beträgt dann 8,33 ml/Zoll² und 4,16 ml/Zoll², wenn jeweils 36 Zoll² und 72 Zoll² des Testartikels ausgesetzt werden.
Für den Zweck dieser Offenbarung bestehen die Testartikel aus 0,0082 Zoll dicken 5182 Aluminiumlegierungsplatten, vorbehandelt mit PERMATREAT® 1903 (geliefert von Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, Deutschland). Diese Platten werden mit der Testbeschichtung beschichtet (die vollständig mindestens den 6 Zoll × 6 Zoll-Bereich bedecken, der erforderlich ist, um in die Testzelle zu passen), um eine Dicke des endgültigen trockenen Films von 11 Gramm pro Quadratmeter (gsm) zu ergeben, gefolgt von 10 Sekunden aushärtendem Brennen, das in einer 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) resultiert. Pro Zelle werden zwei Testartikel für einen Gesamtoberflächenbereich von 72 Zoll² pro Zelle verwendet. Die Testartikel werden vierfach unter Verwendung von 10 % wässrigem Ethanol als das lebensmittelsimulierende Lösungsmittel extrahiert. Die Testartikel werden zwei Stunden lang bei 121 °C verarbeitet und dann bei 40 °C für 238 Stunden gelagert. Die Testlösungen werden nach 2, 24, 96 und 240 Stunden entnommen. Der Testartikel wird vierfach unter Verwendung von 10 % wässrigem Ethanol unter den oben aufgeführten Bedingungen extrahiert.
Jede Testlösung wird in einem vorgewogenen 50 ml-Becherglas durch Erhitzen auf einer Heizplatte zur Trocknung eingedampft. Jedes Becherglas wird mindestens 30 Minuten lang in einem Ofen bei 250 °F (121 °C) getrocknet. Die Bechergläser werden dann zum Kühlen in einem Exsikkator platziert und dann auf konstantes Gewicht gewogen. Konstantes Gewicht ist definiert als drei aufeinanderfolgende Wägungen, die sich um nicht mehr als 0,00005 g unterscheiden.
Lösungsmittelrohlinge unter Verwendung von Teflonblech in Extraktionszellen werden ähnlich dem Simulans ausgesetzt und auf konstantes Gewicht eingedampft, um die Extraktionsrückstandsgewichte des Testartikels für Extraktionsrückstände zu korrigieren, die durch das Lösungsmittel selbst hinzugefügt werden. Zu jedem Zeitpunkt werden zwei Lösungsmittelrohlinge extrahiert und das Durchschnittsgewicht zur Korrektur verwendet.
Die gesamten nichtflüchtigen Extrakte werden wie folgt berechnet: $E_{x} = \frac{e}{s}$
wobei:

Ex: Extraktionsrückstände (mg/Zoll²)
e: Extrakt pro wiederholtem Test (mg)
s: extrahierter Bereich (Zoll²)

Bevorzugte Beschichtungen ergeben Ergebnisse zur globalen Extraktion von weniger als 50 ppm, mehr bevorzugt Ergebnisse von weniger als 10 ppm, noch mehr bevorzugt Ergebnisse von weniger als 1 ppm. Am meisten bevorzugt sind die Ergebnisse der globalen Extraktion optimalerweise nicht nachweisbar.
Kontinuitätstest für Flache Platten
Dieser Test misst die Kontinuität einer Beschichtung, die auf ein flaches Metallsubstrat aufgebracht wird, und zeigt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines durchgängigen Films an, der weitgehend frei von Poren, Rissen oder anderen Defekten ist, die das Metallsubstrat freilegen könnten. Dieses Verfahren kann sowohl für laborübliche als auch für handelsübliche beschichtete Stahl- und Aluminiumsubstrate verwendet werden. Es wird eine Testbaugruppe verwendet, die aus Folgendem besteht: einer nicht leitenden, festen Basis (groß genug, um die Testplatte zu stützen); einem Gelenk-Klemmmechanismus, der an der Basis montiert ist; einer nicht leitfähigen Elektrolythaltezelle, die mit dem Klemmmechanismus derart verbunden ist, dass sie auf die Testplatte abgesenkt und abgedichtet werden kann (was zu einem kreisförmigen Bereich mit einem Durchmesser von 6 Zoll auf der Testplatte führt, der dem Elektrolyten ausgesetzt ist); einem Loch in der Elektrolythaltezelle, das groß genug ist, um die Zelle mit Elektrolyt auszufüllen; und einer Elektrode, die in die Elektrolythaltezelle eingesetzt ist. In Verbindung mit der Testbaugruppe (wie nachstehend beschrieben) wird ein WACO-Enamel-Rater II (erhältlich von der Wilkens-Anderson Company, Chicago, IL) mit einer Ausgangsspannung von 6,3 Volt verwendet, um die Metallexposition in Form von elektrischem Strom zu messen. Die im folgenden Test verwendete Elektrolytlösung besteht aus 1 Gew.-% Natriumchlorid, das in deionisiertem Wasser gelöst ist.
Eine 8-Zoll-mal-8-Zoll-Platte aus Metall wird mit der zu prüfenden Beschichtung beschichtet und ausgehärtet, wie durch die Formel oder das technische Datenblatt vorgeschrieben. Wenn für die Testbeschichtung keine Beschichtungsdicke oder ein Härtungszeitplan vorgeschrieben ist, sollten die Testplatten so beschichtet werden, dass sie eine Dicke des endgültigen trockenen Films von 11 Gramm pro Quadratmeter (gsm) unter Verwendung eines aushärtenden Brennens mit einer geeigneten Dauer, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) zu erreichen, ergeben. Jede Testplatte kann nur einmal verwendet werden und sollte sichtbar frei von Kratzern oder Verschleiß sein. Die Testplatte wird mit der Testbeschichtung nach oben in die Testbaugruppe eingesetzt. Die Elektrolythaltezelle wird dann auf die Testplatte abgesenkt und durch Schließen der Klemme an Ort und Stelle gehalten. Der positive Zuleitungsdraht aus dem Enamel-Rater ist mit dem Rand der Platte in einem beschichtungsfreien Bereich verbunden. Ein kleiner Bereich muss möglicherweise geschliffen oder abgekratzt werden, um das blanke Metallsubstrat freizulegen. Die Elektrolytzelle wird dann mit ausreichender Elektrolytlösung gefüllt, um den Kontakt mit dem Negativposten der Zelle zu gewährleisten. Der negative Zuleitungsdraht aus dem Enamel-Rater ist mit dem Negativposten oben auf der Zelle verbunden. Schließlich wird die Sonde auf dem Waco-Enamel-Rater abgesenkt, um den Teststrom zu aktivieren.
Filmunregelmäßigkeiten/-fehler werden durch einen Stromfluss gemessen in Milliampere (mA) angezeigt. Der anfängliche Milliampere-Messwert wird für jede getestete Platte aufgezeichnet und die Ergebnisse werden in Milliampere wiedergegeben. Wenn mehr als eine Bestimmung pro Variable durchgeführt wird, wird der durchschnittliche Messwert wiedergegeben.
Für die Zwecke dieser Anmeldung lässt eine durchgehende Beschichtung weniger als 200 mA, wenn sie gemäß diesem Test bewertet wird, durch. Bevorzugte Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung lassen gemäß diesem Test weniger als 100 Milliampere (mA), mehr bevorzugt weniger als 50 mA, weniger als 10 mA oder weniger als 5 mA, am meisten bevorzugt weniger als 2 mA und optimal weniger als 1 mA durch.
Flexibilitätstest
Dieser Test misst die Fähigkeit eines beschichteten Substrats, seine Unversehrtheit beizubehalten, wenn es den Entwicklungsprozess durchläuft, der zur Herstellung eines gefertigten Artikels, wie etwa eines genieteten Getränkedosenendes, erforderlich ist. Es ist ein Maß für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen oder Brüchen im gebildeten Ende. Das Ende wird in der Regel auf einer Schale platziert, die mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist. Die Schale wird umgekehrt, um die Oberfläche des Endes der Elektrolytlösung auszusetzen. Die Intensität des Stroms, die das Ende durchläuft, wird dann gemessen. Bleibt die Beschichtung nach der Herstellung intakt (keine Risse oder Brüche), durchläuft ein minimaler Strom das Ende.
Für die vorliegende Bewertung wurden vollständig umgewandelte 202-Standardöffnungs-Getränkenenden für einen Zeitraum von 4 Sekunden einer Raumtemperatur-Elektrolytlösung, bestehend aus 1 Gew.-% NaCl in deionisiertem Wasser, ausgesetzt. Die zu bewertende Beschichtung war auf der Innenoberfläche des Getränkeendes bei einer Dicke des trockenen Films von 6 bis 7,5 Milligramm pro Quadratzoll („msi“) (oder 9,3 bis 11,6 Gramm pro Quadratmeter) vorhanden, wobei 7 msi die Zieldicke ist und wie durch die Formel oder das technische Datenblatt vorgeschrieben gehärtet wurde. Wenn für die Testbeschichtung kein Härtungszeitplan vorgeschrieben ist, sollten die Testplatten unter Verwendung eines aushärtenden Brennens mit einer geeigneten Dauer beschichtet werden, um eine 242 °C Spitzenmetalltemperatur (PMT) zu erreichen. Die Metallexposition wurde mit einem WACO-Enamel-Rater II (erhältlich von Wilkens-Anderson Company, Chicago, IL) mit einer Ausgangsspannung von 6,3 Volt gemessen. Die gemessene elektrische Stromstärke wird in Milliampere wiedergegeben. Endkontinuitäten werden in der Regel anfangs und dann, nachdem die Enden einer Pasteurisierung, Dowfax oder Retorte unterzogen wurden, getestet.
Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung „bestehen“ diesen Test anfangs, wenn sie weniger als 200 Milliampere (mA) des Stroms durchlassen. Bevorzugte Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung lassen gemäß diesem Test anfangs weniger als 100 Milliampere (mA), mehr bevorzugt weniger als 50 mA, weniger als 10 mA oder weniger als 5 mA, am meisten bevorzugt weniger als 2 mA und optimal weniger als 1 mA durch.
Nach dem Pasteurisieren, Dowfax-Waschmitteltest oder Retorte ergeben bevorzugte Beschichtungen Kontinuitäten von weniger als 20 mA, mehr bevorzugt weniger als 10 mA, noch mehr bevorzugt weniger als 5 mA und noch mehr bevorzugt weniger als 1 mA.
Fertigungsstest
Dieser Test misst die Fähigkeit eines beschichteten Substrats, seine Unversehrtheit beizubehalten, wenn es den Entwicklungsprozess durchläuft, der zur Herstellung eines gefertigten Artikels, wie etwa eines Getränkedosenendes, erforderlich ist. Es ist ein Maß für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen oder Brüchen im gebildeten Ende. Das Ende wird in der Regel auf einer Schale platziert, die mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist. Die Schale wird umgekehrt, um die Oberfläche des Endes der Elektrolytlösung auszusetzen. Der Betrag des Stroms, der das Ende durchläuft, wird dann gemessen. Bleibt die Beschichtung nach der Herstellung intakt (keine Risse oder Brüche), durchläuft ein minimaler Strom das Ende. Für die vorliegende Bewertung wurden vollständig umgewandelte 202-Standardöffnungs-Getränkenenden für einen Zeitraum von 4 Sekunden einer Raumtemperatur-Elektrolytlösung, bestehend aus 1 Gew.-% NaCl in deionisiertem Wasser, ausgesetzt. Die zu bewertende Beschichtung war auf der Innenoberfläche des Getränkeendes bei einer Dicke des trockenen Films von 6 bis 7,5 Milligramm pro Quadratzoll („msi“) (oder 9,3 bis 11,6 Gramm pro Quadratmeter) vorhanden, wobei 7 msi die Zieldicke ist. Die Metallexposition wurde mit einem WACO-Enamel-Rater II, erhältlich von Wilkens-Anderson Company, Chicago, III., mit einer Ausgangsspannung von 6,3 Volt gemessen. Der gemessene elektrische Strom wird in Milliampere wiedergegeben.
Taber-Abriebtest
Dieses Testverfahren verwendet eine Taber-Schleifkopf-Testvorrichtung (5150 Schleifkopf, Taber Industries, Tonawanda, NY), die modifiziert wurde, um eine Abriebprüfung von Dosenbeschichtungen zu ermöglichen, die auf 3,25 Zoll quadratische flache Bleche von 0,0082 Zoll dickem Aluminium mit einem 0,25-Zoll-Loch, das durch die Mitte der Bleche gebohrt wurde, aufgebracht wurden. Der Test beinhaltet einen zyklischen Abrieb des Teststücks unter Verwendung eines Kugellagers von ¼ Zoll als Schleifkopf. Das Kugellager ist hochpoliert und hat ungefähr die gleiche Rockwell-Härte wie die Matrizen, die zum Fertigen von Dosenenden verwendet werden. Der Durchbruch zum Substrat wird elektrisch mit einem Fluke-DMM-Multimeter (Fluke Corporation, Everett, WA) und einer Alcoa-Enamel-Rater-Lösung bestimmt. Beim Durchbruch zum Substrat werden die Kugellager beschädigt. Das Kugellager wird daher einmal verwendet und dann entsorgt. Die Ergebnisse werden als die Anzahl der Zyklen angegeben, die vor dem Durchbruch (elektrische Kontinuität) der Testbeschichtung abgeschlossen werden.
Die vollständigen Offenbarungen der hierin zitierten Patente, Patentdokumente und Veröffentlichungen werden in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen, als wenn sie jeweils einzeln aufgenommen wären. Sofern ein Konflikt oder eine Diskrepanz zwischen dieser Patentschrift in ihrer jetzigen Fassung und der Offenbarung in einem beliebigen Dokument vorliegt, das durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, gilt diese Patentschrift in ihrer jetzigen Fassung. Verschiedene Modifikationen und Änderungen an dieser Offenbarung werden für den Fachmann offensichtlich sein, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Offenbarung abzuweichen. Es versteht sich, dass diese Offenbarung nicht übermäßig durch die hierin dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen und Beispiele eingeschränkt werden soll und dass solche Beispiele und Ausführungsformen nur beispielhaft mit dem Schutzumfang der Offenbarung dargestellt werden, der nur durch die hierin dargelegten folgenden Ausführungsformen einschränkt werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Norm BS EN ISO 3682-1998 [0084]

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Spulensubstrats, wobei das Verfahren umfasst: Richten einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Spulensubstrats, wobei die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung umfasst: Polymerteilchen, umfassend ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2000 Dalton, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen; und einen Flüssigkeitsträger, umfassend Wasser als Großteil des Flüssigkeitsträgers; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Spulensubstrats bildet.
Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für eine Metallverpackung, umfassend: Polymerteilchen, umfassend ein Polymer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von mindestens 2000 Dalton, wobei die Polymerteilchen eine Teilchengrößenverteilung mit einem D50 von weniger als 10 Mikrometer aufweisen; und einen Flüssigkeitsträger, umfassend Wasser als Großteil des Flüssigkeitsträgers.
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen nach Anspruch 1; Richten der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen nach Anspruch 1; selektiv Aufbringen der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats zum Bilden einer gemusterten Beschichtung; und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete anhaftende gemusterte Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet.
Verfahren zum Beschichten eines Metallsubstrats, das zur Verwendung beim Bilden von Metallverpackungen geeignet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen mehrerer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Mitallverpackungen nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei der mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen für Metallverpackungen unterschiedlich sind; Richten jeder der mehreren Beschichtungszusammensetzungen zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats derart, dass mindestens eine Beschichtungszusammensetzung auf einer anderen unterschiedlichen Beschichtungszusammensetzung abgeschieden wird (entweder vor oder nach dem Härten der darunterliegenden Beschichtungszusammensetzung, um eine Beschichtung zu bilden); und Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die mehreren Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzungen eine gehärtete kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bilden.
Beschichtetes Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4 hergestellt ist.
Beschichtetes Metallsubstrat nach Anspruch 5, wobei das Substrat ein gezogenes und erneut gezogenes Substrat ist.
Beschichtetes Metallsubstrat nach Anspruch 5, wobei das Metallsubstrat ein Laschenband ist.
Beschichtetes Metallsubstrat nach Anspruch 5, wobei das Metallsubstrat Aluminiumspule ist, um Getränkedosenenden mit der gehärteten Beschichtung, die auf eine innere oder äußere Oberfläche des Getränkedosenendes oder beides aufgebracht ist, herzustellen.
Metallverpackung, umfassend ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche, die mindestens teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 hergestellt ist.
Metallverpackung nach Anspruch 9, wobei die Oberfläche eine Innenoberfläche, eine Außenoberfläche oder beides eines Körpers eines Behälters (z. B. Dose oder Schale) ist.
Metallverpackung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Oberfläche eine Oberfläche eines genieteten Dosenendes und/oder einer Zuglasche ist.
Metallverpackung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die mit einem Lebensmittel-, Getränke- oder Aerosolprodukt gefüllt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Metallpackung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines beschichteten Metallsubstrats der Ansprüche 5 bis 8; und Bilden des Substrats zumindest zu einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters, eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses für einen Behälter.
Verfahren zum Herstellen einer Metallverpackung an einem Ort und/oder in einer durchgehenden Fertigungslinie oder -prozess, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats; Bereitstellen einer Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung für Metallverpackungen nach Anspruch 1; Richten der Flüssigkeitsstrahl- oder Aerosolstrahl-Beschichtungszusammensetzung zumindest auf einen Abschnitt des Metallsubstrats; Bereitstellen von Bedingungen, die wirksam sind, dass die Beschichtungszusammensetzung eine gehärtete kontinuierliche anhaftende Beschichtung zumindest auf einem Abschnitt des Metallsubstrats bildet; und Bilden des zumindest teilweise beschichteten Metallsubstrats zumindest zu einem Abschnitt eines Metallverpackungsbehälters, eines Abschnitts davon oder eines Metallverschlusses.