DE1922820A1 - Verfahren zur Veredlung von Aluminiumfolien - Google Patents

Description

• Verfahren zur Veredlung von Aluminiuinfolien Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die HaftfShigkeit für Lacke, Klebstoffe und Kunststoffbeschichtungen auf Aluminium zu verbessern. Viele der üblichen Klarlacke und pigrnentierten Anstrichmittel zeigen ohne Vorbehandlung des Metalls eine ungenügende Haftfestigkeit. Zur Vorbereitung für die folgenden Anstriche wird die Oberfläche des Aluminiums daher sehr oft mit Grundierungen (Pritner) versehen. Diese geben zwar eine gute mechanische Haftfestigkeit der nachfolgend aufgetragenen Schichten von Lacken oder Kunststoffen, jedoch hat sich gezeigt, daß bei Einwirkung aggressiver Stoffe oder auch nur von kaltem oder heissem Wasser der Lack oder Kunststoff-Film zusammen mit der Grundierung vom Metall abgelöst wird. Die Grundierungen werden meist in Form verdünnter Lösungen geeigneter Filmbildner aufgetragen. Bekannt sind hierfür Schellack, ein Passivierungshaftgrund (Wash-Primer) auf der Basis von Polyvinylbutyral mit Phosphorsäure und Zinkchromat, organische Titanverbindungen, organische Siliciumverbindungen uaa. Ferner sind chemische OberflEchenbehandlungen für Aluminium bekannt, wie z.B. die chemische oder anodische Oxydation, das Chromatierenoder Phosphatieren Die verschiedenen chemischen und elektrochemischen Vorbehandlungsverfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit von Lack-und Farbschichten auf Aluminium benötigen jedoch durchweg viel Zeit und eine teure, aus mehreren Behandlungsbädern bestehende Einrichtung. Sie kommen deshalb aus wirtschaftlichen Gründen für die Herstellung von billigen Massengütern, wie Verpackungsmaterialien, kaum in Betracht.
• Auch bei der Einbrennlackierung von endlosen Metallbändern sind sehr große und kostspielige Anlagen notwendig, um im Durchlaufverfahren die notwendigen Verweilzeiten bei erhöhten Temperaturen zu erreichen. Eine ausreichende Verankerung des Lackfilmes auf der Metalloberfläche ist jedoch nur durch längere Temperatureinwirkung möglich und daher nicht mehr wirtschaftlich durchführbar.
• In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei den bisher üblichen Veredlungsverfahren selten der Lackfilm, die Kunststoffschicht oder der Klebstoff als solcher zerstört wurde, wenn die Folien sterilisiert werden oder mit aggressiven Stoffen in Berührung kommen, sondern daß sich die genannten Schichten unzerstört vom Aluminium ablösen. Dies ist besonders der Fall, wenn Lebensmittel in Packungen aus Verbundfolien heiß abgefüllt oder darin sterilisiert werden.
• Eine weitere Begünstigung der Delaminierung ist dann gegeben, werni Verbunde aus Kunststofr-Folie und Aluminiumband mechanisch stark verformt werden, z.B. zu flachen Verpackungsschälchen, die dann noch mit zum Teil sehr aggressiven Füllgütern sterilisiert werden. Der Delaminiertmgsprozes vollzieht sich im allgemeinen so, daß sich der Klebstoff-Film von dem Aluminium ablöst, aber fast immer no, eU an der Kunststoff-Folie haftet. Offenbar durchdringen bestimmte Bestandteile der Füllgüter, wie z.B.
• äthei;1sti rille oder Säuren, den Kunststoff- und Klebstoff-Plim und durch Quellung oder chemische Reaktionen zu einem Abloserl. 3ekannte aggressive Füllgüter sind beispielsweise +) führen Gewürz, Zitrussäfte, alkoholische Flüssigkeiten, Soßen, Tomatenmark, Senf, Fisch- und Fleischkonserven, Fleckentfernungsmittel und Insektizide.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beheben und eine Grundierung für Aluminiumfolien oder -Bänder zu schaffen, die den nachfolgend aufgebrachten Schichten eine sehr hohe Haftfestigkeit gegenüber mechanischer, thermischer oder chemischer Beanspruchung verleihen. Erfindungsgemäß werden die Aluminiumfolien oder -Bänder ein- oder beidseitig mit einem dünnen Auftrag von Chromtrioxyd versehen und anschließend erhitzt. Die Schiohtdicke des Auftrags beträgt 1 bis 500 mg Chrom2. Das Chromtrioxyd wird zweckmäßig als 0,5 bis lo %ige wEßsrlge Lösung (sog. Chromprimer) aufgetragen. Die Lösung kann außer der Chromsäure und Wasser eventuell noch Phosphorsäure und geeignete Netzmittel enthalten. Es kann grundsätzlich mit kalten Lösungen gearbeitet werden. Der Chromprimer kann mit Walzen aufgetragen werden. Bei Verwendung eines Bads beträgt die Tauchzeit auch nur Bruchteile von Sekunden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also wesentlich größere Durchlaufgeschwindigkeiten als bekannte Chromatierungsverfahren. Außerdem entfällt die dort notwendige öhemische Überwachung der Badflüssigkeit, weil beim Aufbringen des erfindungsgemäßen Chromprimers noch keine chemischen Reaktionen ablaufen müssen. Auch die nachgeschalteten Sptllstationen zur Entfernung überflüssiger Badflüssigkeiten entfallen.
• Es genügt vieimelw, wenn das Wasser der aufgetragenen w&ssrigen Lösung von Chrbmtrioxyd durch Warmlufttrocknung verdampft wird.
• Zweckmäßig werden die Aluminiumfolien oder -Bänder vor dem Auf tragen des Chromprimers in an sich bekannter Weise entfettet. Das kann beispielsweise durch wässrige Waschlaugen oder organische Lösungsmittel geschehen. Ebenso ist es möglich, das harte Aluminiumband zunächst zwecks Entfernung der meist leicht flüchtigen, d.h. unter 250 C siedenden Walzölreste, unter Stickstoffatmosphäre zu glühen, um dann den Chromprimer aufzutragen.
• Nach dem Auftragen des Chromprimers werden die Aluminiumfolien oder -Bänder auf Temperaturen von 250 bis 500°, insbesondere 300 bis 4000 C, erhitzt. Wahrscheinlich bilden sich dabei Mischoxyde des Aluminiums mit dem Chrom. Es ist ein besonderer Vorteil, daß die Aluminiumfolien oder -Bänder in walzhartem Zustand mit dem Chromtrioxydauftrag versehen werden können und daß die Erhitzung in aufgerolltem Zustand mit der üblichen RekristallisatlonsglUhung verbunden werden kann. Ebensogut kann die Erhitzung konti nuierlich als Durchzugsglühung, dem sogenannten "flashannealing", erfolgen. Bei diesem Verfahren werden'Bänder, insbesondere solche aus Aluminiumlegierungen mit Magnesium oder Mangan, von einer Rolle ablaufend durch einen geheizten Kanal geführt und sofort wieder aufgewickelt. Die Rekristallisation, insbesondere der Aluminiumlegierungen, verläuft hierbei ohne Grobkornbildung.
• Die beim Erhitzen nach dem Auftrag des Chromtrioxyds erhaltene Oxydschicht, bildet einen ausgezeichneten Haftgrund für Lacke, Klebstoffe, Druckfarben, Beschichtungen u.dgl.
• und bringt neben einer Verbesserung der Anfangshaftfestigkeit, insbesondere eine wesentliche Verbesserung der Haftfestigkeit bei Einwirkung aggresslvertMedien und gleichzeitiger Einwirkung höherer Temperaturen.
• Beistiel-: Ein walzhartes o,ll mm dickes Band aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 98,6 % wurde zunächst mit einer wässrigen Waschlauge entfettet. Anschließend wurde es mit einer Vorzugsgeschwindigkelt von 80 m/min. durch eine Primer-Lösung der folgenden Zusammensetzung getaucht: 4 kg Chrom(VI)-oxid (=Chrornsäureanhydrid) 96 kg Wasser o,l kg eines anionischen fluorierten Netzmittels.
• Reim Tauchen wurde der Primer beidseitig aufgetragen und der Überschuß mit zwei Gummiwalzen abgequetscht. Das Wasser wurde durch beidseitiges Aufblasen von Heißluft von 170°C lLurz hinter der Auf tragseinrichtung verdampft. Auf dem Aluminiumband verblieb danach eine Chrom(VI)-oxid-Schicht auf beiden Seiten zusammen von 6o mg/m². Das Band wurde nach dem Aufwickeln 12 Stunden im Ofen bei )50° C geglüht und ließ sich nach dem Abkühlen ohne Schwierigkeiten abwickeln.
• Zur Weiterverarbeitung wurde das Band auf einer Seite mit 5 g/m2 (trocken) eines normalen Nitrozellulose-Lackes überzogen und auf der anderen Seite mit einer Polypropylenfolie von o,o50 mm Dicke in üblicher Kaschierqualität mit einem handelsüblichen 2-Komponenten-Klebstoff auf Pòlyurethan-Basis kaschiert, wobei 5 g/m2 Klebstoff (trocken) aufgetragen wurde.
• Aus dem lackierten und kaschierten Band wurden im Tiefziehverfahren flache Schälchen mit flachem Rand hergestellt, wobei die Polypropylenfolie auf der Schälchen-Innenseite lag. Die Schälchen wurden mit Leberwurst gefüllt, mit einem Deckel aus dem gleichen Material durch HeißsiegelunÖ Polypropylen gegen Polypropylen verschlossen und in einem mit Wasser gefülltem Autoklav bei 12100 und einem Gegendruck von 2,5 atü 4o min. lang sterilisiert.
• Tach dem Sterilisieren hatte die Polypropylenfolie im Schälchen und Deckel noch eine Schälfestigkeit von 120v pZi 15 mm, während der äußere Lackfilm keine Veränderungen erkennen ließ.
• Bei einem Vergleichsversuch, der lediglich ohne Verwendung des "Chromprimers" durchgeführt wurde, hatte sich beim Sterilisieren an den besonders stark verformten Seitenwänden des Schälchens sowohl der Lack als auch das Polypropylen abgelöst. An dem flachen Boden des SchälchenE und am Deckel betrug die Schälfestigkeit des Polypropylens nur noch 200 p/15 mm.
• Die Prüfung der Schälfestigkeit erfolgte in gleicher Weise wie die von G. Schricker: Kunststoffe 41 (1951) Kr. 6, S. 173 - 177 und G. Schricker: Uer. -Rdsch. 1955, Nr. 6, S. 33 - 36, beschriebene Prüfung der Spaltfestigkeit von Heißsiegelnähten. Auch der Trennversuch zur Prüfung von Sohlenklebstoffen nach der deutschen sturm DIN 53 274 stimmt im Prinzip mit der hier vorgenommenen Prüfung der Schälfestigkeit überein.

Claims (7)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   Verfahren zur Veredlung von Aluminiumfolien oder -bSndern mit verbesserter Haftfestigkeit für Lacke, Klebstoffe und Kunststoffbeschichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Folien oder Bänder ein-oder beidseitig mit einem dünnen Auftrag von Chromtrioxyd versieht und anschließend erhitzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Chromtrioxyd als o,5 - lo %ige wässrige Lösung aufträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Auftrags 1 bis 500 mg CrO3/M2 beträgt.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf Temperaturen von 250 bis 500°, insbesondere 300 bis 4000 C, erhitzt wird.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolien oder -bänder in walzhartem Zustand mit dem Chromtrioxydauftrag versehen werden und daß die Erhit&ung mit einer Rekristallisation8-glühung verbunden wird.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch geennzeichnet, daß die Erhitzung der Aluminiumfolien oder -bänder in aufgerolltem Zustand erfolgt.
7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung kontinuierlich als Durchzugsglühung (flash-annealing) erfolgt.