DE3333401A1

DE3333401A1 - Verfahren zum reinigen und aetzen der oberflaeche eines aluminiumbehaelters

Info

Publication number: DE3333401A1
Application number: DE19833333401
Authority: DE
Inventors: James Walter Lafayette Hill Pa. Carroll; James Edward West Chester Pa. Comstock
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1983-01-10
Filing date: 1983-09-15
Publication date: 1984-07-12
Also published as: ES525212A0; GB2133044A; ES8407110A1; GB8332122D0; US4477290A; GB2133044B; CA1189773A; JPS59133382A

Description

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u η g

Die Erfindung betrifft allgemein die Behandlung von
Aluminiumbehältern und insbesondere ein Verfahren zur
Entfernung von Öl und Bruchstücken von den Oberflächen
derartiger Behälter, derart, dass ein Uxnwandlungsüberzug aufgetragen werden kann.

Aluminiumbehälter, die in der Nahrungsmittel- und Getränke-Industrie verwendet werden, werden mit einem Umwandlungsüberzug aus beispielsweise Phosphor-, Chrom-, Zirconium- oder Titansalzen versehen, der die Fleckenbildung des
Aluminiums während des Pasteurisierens von Bier oder anderen Nahrungsmitteln verhindert. Der Überzug unterstützt auch die Adhäsion von organischen Uberzugsmaterialien an den Behältern. Ein zufriedenstellendes Umwandlungsüberzugsverfahren macht es erforderlich, dass jegliche Verschmutzung und Gleitmittel von der Oberfläche des Aluminiums entfernt werden. Bei dem Herstellungsverfahren des Behälters, das als Ziehen und Abstreckziehen bekannt ist, werden feine Aluminiumteilchen und andere Bruchstücke in die Oberfläche gepresst, wenn das Aluminium zu einem
Dosenkörper geformt wird. Diese Teilchen und Bruchstücke müssen ebenfalls von der Oberfläche entfernt werden. In der Vergangenheit wurden alkalische Reinigungsmittel und Ätzmittel untersucht und fallengelassen aufgrund der Ablagerungsbildung in der Vorrichtung, aufgrund von Änderungen des Ätzausmasses, das zu einem schlechten Aussehen und sogar zur Bildung undichter Stellen führte und von chemischen Verunreinigungen durch grosse Mengen an
gelöstem Aluminium. Dementsprechend wurden gewöhnlich

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* ein saures Ätzen und Reinigen angewendet. Die sauren Ätzmittel umfassen Fluorwasserstoffsäure. Zwar erhält man gute Ergebnisse, und werden spiegelglänzenae Dosenoberflächen erzielt, die von den Getränkeherstellern bevorzugt werden, jedoch führt die Verwendung von Fluorwassersäure zu Sicherheitsproblemen und Abfallproblemen und erfordert eine Ausrüstung aus rostfreiem Stahl. Ein alkalisches Reinigungsverfahren für Aluminiumbehälter wird in der US-PS 4 091 954 beschrieben, bei dem 3 bis 5 % Tetranatriumpyrophosphat, 0,1 bis 0,2 % Natriumgluconat und 0,1 bis 2 % Benetzungsmittel verwendet werden. Jedoch werden Reinigungstemperaturen von 71 bis 82°C (160 bis 180⁰F) beschrieben, und es ist zu erwarten, dass das Vorhandensein von Benetzungsmittel in der Zusammensetzung eine unerwünschte Schaumbildung ergibt.

Es wurde nunmehr ein alkalisches Niedertemperatur-Reinigungs- und -Ätzverfahren für Aluminiumbehälter gefunden, das Alkalimetallhydroxide verwendet, Reinigungskosten erniedrigt, Sicherheits- und Abfallprobleme ausräumt und die Menge an benötigtem Spülwasser verringert. Gleichzeitig vermeidet das Verfahren die Probleme, die mit bisherigen alkalischen Ätzverfahren einhergehen. Es werden glänzende Dosenoberflächen erhalten, die ohne weitere Verarbeitung einer Umwandlungsüberzugsbildung unterzogen werden können. Dies ist überraschend im Hinblick darauf, dass andere Aluminiumreinigungsverfahren, wie das Tauchreinigen lithographischer Platten unter Anwendung ähnlicher Alkalimetallhydroxid-Ätzlösungen, die bei anderen Aluminiumreinigungsverfahren verwendet werden, eine anschliessende Desmuttierungsstufe erfordern.

Erfindungsgcmäss wird ein Verfahren /.um Reinigen und Ät./,en der Oberfläche eines Aluiiij niurubehäl Lers bereiLyestellt, das darin besteht, die Oberfläche mit ei nor verdünnten wässrigen alkalischen Lösung zu besprühen, die ein

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Alkalimetallhydroxid und ein chelatbildendes Mittel enthält, bei erhöhter Temperatur, derart, dass eine reine glänzende Oberfläche gebildet wird. Auf der Behälteroberfläche kann dann ein gleichmässiger Umwandlungsüberzug ausgebildet werden, unter Anwendung entweder einer sauren oder einer alkalischen Umwandlungsüberzugslösung.

Im folgenden wird die Erfindung genauer beschrieben. Die wässrigen Reinigungs- und Ätzlösungen, die beim erfindungsgemässen Verfahren brauchbar sind, umfassen Alkalimetallhydroxide, wie Natrium- und Kaliumhydroxid in Konzentrationen von etwa 6 bis 12g pro Liter Wasser. Lösungen mit diesen Alkalikonzentrationen in Kombination mit chelatbildenden Mitteln weisen bei Verwendung zum Besprühen von reinen Aluminiumbehältern unter geeigneten Zeit- und Temperaturbedingungen eine ausreichende Konzentration auf, um eine gute Reinigung und Feinstoffentfernung zu ergeben, während ein überätzen der Oberflächen zu einem matten Endaussehen und/oder unter Bildung von Verschmutzungen, die gewöhnlich bei Verwendung von Alkalimetallhydroxid-Ätzverfahren für Aluminium auftreten, vermieden werden. Die Lösungen weisen einen pH-Wert von etwa 13 auf.

Chelatbildende Mittel werden in die Lösung eingebracht, um die Ausfällung von Aluminium zu unterdrücken, das sich während der Verwendung in der Lösung ansammelt. Geeignete chelatbildende Mittel umfassen beispielsweise Sorbit, GIuconsäure, Glucoheptonsäure, Mannit,. Ascorbinsäure, Sorbose, Gerbsäure, Ethylendiamintetraessigsäure, Natriumchromglucosat, Diglycolsäure, Picolinsäure, Asparaginsäure, Dithiooxamid, d-Gluconolacton und 1-Rhamnose. Die chelatbildenden Mittel werden in Konzentrationen von etwa 3 bis 6 g pro Liter Lösung verwendet. Diese Mengen der chelatbildenden Mittel sind relativ hoch, bezogen auf die Alkalikonzentrationen. Bei diesen Konzentrationen halten die Mittel nicht nur das Aluminium in den vergleichsweise ver-

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gleichsweise verdünnten alkalischen Ätzbädern in Lösung, sondern die Mittel dienen auch zur Steuerung des Ätzausmasses, derart, dass reine glänzende Oberflächen erzielt werden.

Es sind keine anderen Bestandteile, wie Reinigungs- oder Benetzungsmittel erforderlich. Dies stellt einen Vorteil dar, da die Benetzungsmittel, die normalerweise verwendet werden, um die Entfernung von Verschmutzungen und Öl zu unterstützen, ein Schäumen bewirken. Es können jedoch für gewisse Anwendungszwecke wenig schäumende oberflächenaktive Mittel verwendet werden.

Die Reinigungslösungen sind zur Reinigung der Aluminiumbehälteroberflachen bei relativ niedrigen Temperaturen
von etwa 26,6 bis 54,5°C (80 bis 130⁰F) wirksam. Die
Temperatur muss hoch genug sein, um die Oberfläche zu
reinigen, jedoch nicht so hoch, dass ein Uberätzen bei der speziellen Alkalimetallhydroxidkonzentration die in dem Ätzbad verwendet wird, bewirkt wird. Die Reinigung erfolgt durch Sprühen der Lösung auf die zu reinigenden Oberflächen. Ein Reinigen durch Eintauchen würde zu einer Überätzung und zur Bildung von Verschmutzungen führen. Sprühzeiten von etwa 30 bis 60 s und Drücke von etwa 0,68 bis 2,8 bar (10 bis 40 psi) sind für das Verfahren geeignet. Die relativ niedrigen Temperaturen des Reinigungsverfahrens ergeben eine gute Ener'giewirtschaf tlichkeit.

Falls gewünscht, kann eine Vorreinigungsstufe unter An-Wendung eines nicht-inhibierten alkalischen oder sauren
Reinigungsbades angewendet werden. Jedoch erfordert das
Verfahren keine Vorreinigungsstufe, und somit wird durch das Verfahren die Notwendigkeit vermieden, zusätzliche
Reinigungsvorrichtungen anzufügen, wo derartige Vorrichgg tungen nicht bereits verfügbar sind. Eine geeignete Vorreinigungslösung kann aus dem überstrom der Reinigungs-

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und Ätzlösung stammen, unter Bildung einer Alkalimetallhydroxidkonzentration von etwa 0/1 bis 3 g pro Liter.

Ein anderes geeignetes nicht-inhibiertes, · mild ätzendes alkalisches Reinigungsmittel, das sich als brauchbar erwiesen hat, basiert auf einer verdünnten Lösung von Tetrakaliumpyrophosphat, Natriumgluconat und wasserfreier Soda. Beispielsweise wird ein Konzentrat von 84 Gew.-% Wasser, 6,0 Gew.-% Tetrakaiiumpyrophosphat, 5,0 Gew.-% Natriumgluconat und 5,0 Gew.-% wasserfreier Soda bereitet und anschliessend auf eine geeignete Arbeitskonzentration von etwa 1,0 bis 3,0 Vol.-% verdünnt. Dies ergibt Arbeitskonzentrationen von etwa 0,6 bis 2,0 g pro Liter Tetrakaliumpyrophosphat, von etwa 0,5 bis 1,8 g pro Liter Natriumgluconat und von etwa 0,5 bis 1,8 g pro Liter wasserfreier

Soda. Auch wird in dieser Lösung kein Benetzungsmittel • verwendet oder benötigt, so dass die Schaumbildung auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Anschliessend an die Reinigungs- und Ätzstufe werden die Aluminiumbehälter in kaltem Wasser gespült, um das Ätzmittel zu entfernen, und sind dann bereit für den Umwandlungsüberzug. Der Umwandlungsüberzug wird gewöhnlich hergestellt aus einer Schicht aus wasserunlöslichen SaI-zen, die einen Schutz gegen Verfärbung während des Pasteurisierens oder anderer Erwärmungsbehandlungen ergeben. Der Überzug ergibt auch die Adhäsion von Anstrichmitteln und Lacken an der Behälteroberfläche. Die Umwandlungsüberzüge können entweder aus sauren oder alkalischen Lösungen aufgetragen werden. Eine Art von saurer Lösung enthält Chromsäure, Phosphorsäure und Fluorwasserstoffsäure. Da mit sechswertigem Chrom Abwasserprobleme verbunden sind, wurden saure Lösungen entwickelt, die Zirconium und/oder Titan mit Fluorid enthalten. Alkalische Umwandlungsüberzüge, die keine Schwermetallionen enthalten, können ebenfalls verwendet werden. Diese Lösungen

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basieren auf einer Kombination von Alkalimetallsilicaten und organischen Polymeren.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken. Alle Teile beziehen sich/ falls nicht anders angegeben, auf das Gewicht.

Beispiel 1_

Gezogene und abgestrecke bzw. geglättete Dosenkörper wurden in kaltem Wasser vorgespült und anschliessend nach dem erfindungsgemässen Verfahren durch Sprühen gereinigt, in einem Arbeitsgang in einer Pilot-Dosenreinigungsleitung unter Verwendung einer alklaischen Reinigungs- und Ätzlösung bei einer Temperatur von 48,9⁰C (120⁰F) und einem Sprühdruck von 0,68 bar (10 psi) während etwa 45 s. Die Dosen wurden anschliessend während etwa 45 s mit Wasser gespült. Die Reinigungslösung wurde hergestellt durch Bereiten einer 1,65 Vol.-% wässrigen Lösung aus einem wässrigen Konzentrat, das 68,0 Gew.-% einer 50 Gew.-% caustischen Soda (NaOH) und 32,0 Gew.-% eines 50 Gew.-% chelatbildenden Mittels, Gluconsäure, enthielt. Die Reinigungslösung enthielt etwa 7,2 g pro Liter NaOH und 4,2 g pro Liter Natriumgluconat. Man erzielte eine ausgezeichnete Reinigung unter vollständiger Entfernung von Feinstoffen von den Dosen. Die Oberfläche war glänzend, wies jedoch keinen Spiegelfinish auf. Bei einem anderen Ansatz

gO unter Verwendung von 1,0 Vol.-% (4,5 g pro Liter NaOH) Reinigungslösung war die Feinstoffentfernung unvollständig. Man erzielte jedoch ausgezeichnete Ergebnisse bei Labortests unter Verwendung der gleichen Lösung bei einer Konzentration von 1,5 Vol.-% bei Temperaturen von 37,7 bis 48,9°C (100 bis 120⁰F), unter Anwendung von Sprühzeiten von 45 bis 60 s.

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Beispiel 2

Gezogene und ausgestreckte (geglättete) Aluminiumdosen

wurden unter Verwendung einer 1,0 Vol.-% wässrigen Lösung 5

vorgereinigt, die hergestellt worden war aus einem Konzentrat von 48 Gew.-% Wasser, 6,0 Gew.-% Tetrakaiiumpyrophosphat, 5,0 Gew.-% Natriumgluconat und 5,0 Gew.-% wasserfreier Soda. Der Sprühdruck betrug 2,4 bar (35 psi) und die Temperatur betrug 54,5°C (130⁰F). Die Dosen wurden in Wasser gespült, um die Vorreinigungslösung zu entfernen und anschliessend bei einem Sprühdruck von 0,68 bar (10 psi) während 45 s in Lösungen geätzt, die aus dem gleichen Konzentrat wie im Beispiel 1 hergestellt wurden, bei den Konzentrationen und Temperaturen, die in der nach- ^-° stehenden Tabelle I angegeben sind. Anschliessend an das Ätzen wurden die Dosen mit Wasser gespült.

Tabelle I

Test- Volumen- Temperatur Ergebnis '^?0 Nummer Konzentration ⁰C (⁰F)

2-A 0,82 % 54,5 (130) weisse Flecken

an der Haube, unvollständiges Ätzen

2-B 1,65 54,5 (130) weisse Flecken

an der Haube,

unvollständige Feinstoffentfernung

2-C 1,65 48,9 (120) glänzende Oberfläche, vollständige Fein-Stoffentfernung

2-D* .1,65 43,3 (110) glänzende Oberfläche, vollständige Feinstoff entfernung

2-E** 1,65 26,7 (80) glänzende Oberfläche, voll

ständige Feinstoff entfernung

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	24 DMB	20	1	/65
1			1	,50
	2-F***
	2-G		1	,50
5
	2-H

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23,9-26,7 (75-80) sehr leichte

Verschmutzung

32,2 (90) weisse Flecken

an der Haube, keine Verschmutzung

26,7 (80) glänzende Oberfläche, sehr geringe Feinstoffe

* Beim Ätzen bei Sprühdrücken von 0,68 bar und 2,4-2,8

bar (10 und 35-40 psi)
** Vorgereinigt bei 62,8°C (145°F) *** Vorgereinigt bei 71,1°C (160⁰F)

Der Test Nr. 2-A bei einer Konzentration von nur 3,7 g pro Liter NaOH ergab eine unvollständige Reinigung. Die Testansätze bei Vorreinigungskonzentration von1 1/2 und 2 Vol.-% bei 54,5°C (130⁰F) und einer Reinigungskonzentration von 1,65 % bei 26,7°C (80⁰F) ergaben ausgezeichnete Ergebnisse.

Dosen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren gereinigt und geätzt wurden, nehmen Umwandlungsüberzüge an. Ein· nicht-chromatisiertes wässriges Überzugsbad, das für diese Bestimmung verwendet wurde, enthielt 0,27 g pro Liter Zirconiumcarbonat; 0,25 g pro Liter Salpetersäure; 0,45 g pro Liter Mononatriumphosphat; 0,11 g pro Liter Fluorwasserstoffsäure; und 0,1 g pro Liter Natriumgluconat. Das Bad wird bei einer Temperatur von 37,7⁰C (100⁰F) während 30 s verwendet.

Im vorstehenden wurde ein Verfahren zur Reinigung und zum Ätzen von Aluminiumdosen beschrieben, bei dem die Notwen-3g digkeit eines Fluorwasserstoffsäure-Ätzbades vermieden wird. Das Verfahren entfernt verbleibende Gleit- bzw. Schmier-

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1 mittel und Aluminiumfeinstoffe und ergibt eine ausgezeichnete Ätzung des Metalles, um die Uberzugshaftung zu verbessern, wobei ein geeigneter Glanz der Dose beibehalten wird. Die Reinigung und Ätzung kann in einer einzigen

5 Stufe ohne die Bildung von Verschmutzungen durchgeführt werden.

Ende der Beschreibung. 10

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Claims

Patentanwälte · Kuropean Patent Attorneys Atm? Mori, dm« linrdcr. ^on Wittgenstein, Postfaih »(.01 (W. KOUO München 86 J ei JJ4U I W. Abitz 1>ΐ-1ηρ. D.F. Morf Dr. Dipl.-("hem M. Gritschneder Dipl.· Rhys A. Frhr. von Wittgenstein Dr. Dipt -Chem Postanschrift/Postal Address Postfach 86 01 09 D-8000 München 86 15. September 1983 2k DME 20 Pennwalt Corporation, Philadelphia, Pa., V.St.A. Verfahren zum Reinigen und Ätzen der Oberfläche eines Aluminiumbehälters P ate ntansprüche

1. Verfahren zum Reinigen und Ätzen der Oberfläche eines Aluminiumbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer verdünnten wässrigen alkalischen Lösung besprüht, die im wesentlichen aus etwa 6 bis 12g pro Liter eines Alkalinietallhydroxids und etwa 3 bis 6 g pro Liter eines chelatbildenden Mittels besteht, bei erhöhter Temperatur von etwa 26,6 bis 54,5°C (80 bis 130⁰F) unter Bildung einer reinen glänzenden Oberfläche.

Muru-hcn-BiHvnhausen, Poschingcrstraße 6 · Telegramm: Chcmimhis München · Telefon: (089) 98 32 22 · Telex: 5 23 992 (abitz d)

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Lösung im Bereich von etwa 37,7 bis 48,9⁰C (100 bis 120⁰F) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer Lösung während etwa 30 bis 60 s bei einem Sprühdruck von etwa 0,68 bis 2,8 bar (10 bis 40 psi) besprüht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufe der Vorreinigung des Behälters vor dem Reinigen und Ätzen umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter in einem Spray aus einannicht-inhibierten alkalischen Vorreinigungsbad vorgereinigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das alkalische Vorreinigungsbad eine wässrige Lösung ist, die ein Alkalimetallhydroxid in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 3 g pro Liter enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das alkalische Vorreinigungsbad etwa 0,6 bis 2,0 g pro Liter Tetrakaliumpyrophosphat, etwa 0,5 bis 1,8 g pro Liter Natriumgluconat und etwa 0,5 bis 1,8 g pro Liter wasserfreie Soda in Wasser enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufen der Bildung eines Uniwandlung.süberzugs auf der gereinigten und geätzten Oberfläche umfasst.