EP2691483A1 - Lackformulierung für doseninnenflächen - Google Patents
Lackformulierung für doseninnenflächenInfo
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- EP2691483A1 EP2691483A1 EP12707311.2A EP12707311A EP2691483A1 EP 2691483 A1 EP2691483 A1 EP 2691483A1 EP 12707311 A EP12707311 A EP 12707311A EP 2691483 A1 EP2691483 A1 EP 2691483A1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
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- B65D25/14—Linings or internal coatings
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- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C09D123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
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- C09D123/0846—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons containing other atoms than carbon or hydrogen atoms
- C09D123/0869—Acids or derivatives thereof
Definitions
- the present invention relates to a water-based can interior lacquer comprising a copolymer or a copolymer mixture of at least one aliphatic and acyclic alkene with at least one ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid in water-dispersed form, wherein the acid number of the copolymer or the copolymer mixture at least 20 mg KOH / g, but not more than 200 mg KOH / g, and at least one water-dispersed or water-soluble hardener selected from the group of aminoplasts and / or the group of carbodiimides.
- Canned internal coatings according to the invention are characterized in that they are used as a cured film due to the good crosslinking of the copolymer or the
- Copolymer mixture with the hardener on the inner surfaces of metallic cans have excellent properties in terms of flexibility, abrasion resistance and resistance to aqueous liquids.
- the present invention provides an alternative to the conventional use of epoxies based on bisphenols in can interior paints.
- Tinplate strip is considered in the food industry as a suitable material for the production of packaging units for receiving aqueous liquids or preserved foods, since tinplate due to the electrochemically noble tin layer even over a prolonged period only small amounts of potentially harmful tin salts in contact with the tin surface Delivers food product. Tinplate strip is therefore an important starting material for food packaging, for example for the
- aluminum strip is also a suitable starting material for the production of beverage cans.
- aluminum salts which are absorbed in small quantities by the liquid, are not harmful to health.
- the packaging industry applies an organic protective coating to the inner surface of the can or, alternatively, uses an organic protective coating
- Protective lacquered strip material for can production The coating of the inner surfaces with the organic lacquer prevents the metallic inner can surfaces from being in direct contact with the liquid.
- a significantly reduced corrosion of the base material is achieved and, on the other hand, the introduction of metal salts is minimized, so that the Taste of the food is not negatively changed even with prolonged storage or storage of beverage cans.
- Another aspect in the manufacture of cans relates to the composition of the lacquer which is conventionally composed of bisphenol A based epoxy resins.
- Such epoxides with bisphenol A body are suspected to act estrogen-like and be toxic to reproduction in men.
- bisphenol A may be released from the paint into the stored foodstuff.
- the paint curing and the associated crosslinking of the paint components is virtually never complete, so that unreacted bisphenol A based epoxides can also get into the food by diffusion. There is therefore a need for bisphenol A free formulations for the inner coating of cans
- US 2008/0193689 discloses an epoxy-based lacquer composition suitable for use as a can lacquer which, in addition to the modified epoxy resin, contains mono- and difunctional low molecular weight organic compounds capable of reacting with the epoxy resin.
- the paint is formulated so that after curing only very small amounts of
- hardened paint coating can get into the stored food.
- EP 2031006 proposes tin inner coatings based on specific alicyclic epoxides in order to avoid the formulation of bisphenol A-based epoxides in this way.
- WO 2006/045017 provides a paint formulation for beverage cans which comprise latexes of ethylenically unsaturated monomers and an aqueous dispersion of an acid-functional polymer in the presence of amines, the latices for crosslinking being composed at least in part of monomers having a glycidyl group.
- Such can interior paints can be formulated free of bisphenol A based epoxides.
- the object of the present invention is to provide a further alternative to an epoxy-based can interior lacquer, wherein the lacquer formulation in
- Spray method can be applied to the can inner surfaces and after curing thin homogeneous paint films with high flexibility with good paint adhesion and Resistance to aqueous compositions can be achieved.
- Another object is the use of organic solvents and emulsifiers in the
- water-based tin inner lacquers comprising, in addition to water a) a copolymer or a copolymer mixture of at least one aliphatic and acyclic alkene with at least one .alpha.,. Beta.-unsaturated carboxylic acid
- Copolymer mixture is at least 20 mg KOH / g, but not more than 200 mg KOH / g, and
- a can interior lacquer is a lacquer formulation which is applied to the inner surfaces of the can, filmed and cured to form a lacquer layer to prevent the immediate contact of the food with the metallic can material during filling, storage and storage thereof.
- a water-based lacquer comprises a dispersion and / or emulsion of organic polymers in a continuous aqueous phase, an aqueous phase in the context of the present invention also being understood to mean a homogeneous mixture of water and a water-miscible solvent.
- the term "in water-dispersed form” therefore means that the respective polymer is solid or liquid disperse in the continuous aqueous phase.
- copolymer mixtures mixtures of chemically and / or structurally different copolymers of at least one aliphatic and acyclic alkene with at least one ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid are considered as copolymer mixtures.
- copolymers which contain different alkenes or different ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids as comonomers or have a different number of otherwise identical comonomers in the copolymer can coexist in a copolymer mixture of a paint formulation according to the invention.
- the acid number is according to the invention an experimentally determined index, which is a measure of the number of free acid groups in the copolymer or in the copolymer mixture.
- the acid value is determined by dissolving a weighed amount of the copolymer or copolymer mixture in a solvent mixture of methanol and distilled water in the volume ratio 3: 1 and then with 0.05 mol / l KOH in methanol
- the potentiometric measurement is made with a combination electrode (LL-Solvotrode ® from Metrohm; reference electrolyte. 0.4 mol / l of tetraethylammonium bromide in ethylene glycol).
- the acid number corresponds to the added amount of KOH in milligrams per gram of copolymer or copolymer mixture in the inflection point of the potentiometric titration curve.
- the acid groups impart to the copolymer or the copolymer mixture the inherent property of being self-emulsifying, so that microparticulate aggregates can be formed in the aqueous phase even without the presence of emulsifiers when shearing forces are applied. The presence of the
- Copolymers or copolymer blends in the form of microparticulate aggregates imparts thixothropic properties to the lacquer of the invention, so that a homogeneous wet film of the water-based lacquer can be applied to the inner surfaces of the can, which persists until its filming and curing and does not converge under the effect of gravity in the can interior.
- the proportion by weight of the aliphatic and acyclic alkenes in the copolymer or in the copolymer mixture is preferably at least 40% by weight, more preferably at least 60% by weight, but preferably not more than 95% by weight. This ensures that the permeability of the cured on the inner surface of the can surface lacquer for ions and the Swelling of the same when in contact with aqueous media at the same time sufficient
- Preferred aliphatic and acyclic alkenes of the copolymers according to the invention or the copolymer mixture are selected from ethene, propene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1, 3-butadiene and / or 2-methylbuta-1, 3-diene, more preferably ethene ,
- Preferred ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids of the copolymers according to the invention or of the copolymer mixture are selected from cinnamic acid, crotonic acid, fumaric acid, itaconic acid, maleic acid, acrylic acid and / or methacrylic acid, more preferably
- Acrylic acid and / or methacrylic acid especially acrylic acid.
- Component of the copolymers or copolymer mixture are selected from esters of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids, preferably linear or branched alkyl esters of acrylic acid and / or methacrylic acid having not more than 12 carbon atoms in the
- Polymer backbone which in turn facilitates the orientation of the surface acid affinity groups to the metal surface. This effect is particularly noticeable at low acid numbers of the copolymer below 100 mg KOH / g. It is generally found that low acid numbers of the copolymers or of the copolymer mixture improve the barrier properties of the cured coating formulation according to the invention on exposure to aqueous media. Accordingly, copolymers or copolymer blends which additionally contain the comonomers described above with acid numbers below 100 mg KOH / g, in particular below 60 mg KOH / g, are preferred according to the invention.
- the copolymer or the copolymer mixture of the can interior paint according to the invention preferably contains less than 0.05% by weight, particularly preferably less than 0.01% by weight, of epoxide-bonded oxygen.
- copolymers or copolymer mixtures are preferred which as such have a glass transition temperature of not more than 80 ° C, more preferably not more than 60 ° C.
- copolymers or copolymer blends composed of alkenes and ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids having a weight-average molecular weight M w of not more than 20,000 ⁇
- Copolymer blends having a weight average molecular weight of not more than 20,000 u, in particular not more than 15,000 u are preferred in internal can paints according to the invention.
- the acid groups of the water-dispersed copolymer or the copolymer mixture dispersed in water are at least partially neutralized. This measure increases the ability of the copolymers to self-emulsify in the aqueous phase, resulting in more stable paint formulations with smaller particle sizes of the dispersed copolymers.
- the can interior lacquer preferably additionally contains a neutralizing agent. As a neutralizing agent, which in such a preferred formulation additionally in
- Can interior lacquer are included, are preferably ammonia, amines, metallic aluminum and / or zinc, preferably in powder form, and water-soluble oxides and
- the neutralizing agents undergo neutralization reactions in accordance with their function with the constituents of the paint according to the invention and therefore, as such, may be detectable only indirectly in the form of their reaction products in these preferred formulations.
- metallic aluminum or zinc powder in the aqueous phase reacts with evolution of hydrogen to form the corresponding hydroxides, which in turn neutralizes acid groups of the copolymer or polymer
- the neutralizing agents are therefore to be understood merely as a formulation aid of the can inner coating according to the invention.
- Particularly preferred neutralizing agents are ammonia and amines, since these in the
- Preferred amines which can be used as neutralizing agents in can interior paints according to the invention are morpholine, hydrazine, hydroxylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, dimethylethanolamine and / or diethylethanolamine.
- the neutralization of the acid groups of the copolymer or of the copolymer mixture in the can interior lacquer according to the invention is preferably carried out to such an extent that at least 20%, more preferably at least 30%, of the acid groups are neutralized.
- High degrees of neutralization above 70%, preferably above 60%, are to be avoided in a preferred embodiment of the can interior paint, since the almost completely neutralized copolymers are already dissolved in significant amounts in water, which in turn results in a high viscosity of the paint and average particle sizes of the dispersed copolymers or the copolymer mixture in the submicrometer range, so that such formulations are less well suited as internal can paints because of their Theological properties.
- the neutralizing agent to the can interior lacquer in such an amount that, based on 1 g of the copolymer or the copolymer mixture, at least Alz ⁇ , preferably at least 6 / z ⁇ each multiplied by the acid value of the copolymer or the copolymer mixture
- Neutralizing agents are included, but preferably not more than 12 / z ⁇ , more preferably not more than 10 / z ⁇ , multiplied by the acid number of the copolymer or the copolymer mixture.
- the divisor z is a natural number and corresponds to the equivalent number of the neutralization reaction. The equivalent number indicates how many moles of acid groups of the
- the can interior paint of the invention contains a water-dispersed or water-soluble curing agent from the group of aminoplasts and / or the group of carbodiimides.
- the hardener is able to crosslink with the copolymer or the copolymer mixture in a condensation reaction and thus form a cured paint film on the inner surfaces of the cans.
- the barrier properties of the cured interior film of the invention as a film are comparable to those of cured epoxy-based paint films.
- the hardener must have in the paint according to the invention the property of crosslinking at temperatures above the glass transition temperature, preferably only above 100 ° C, with the copolymer or the copolymer mixture via condensation reactions, otherwise on the inner can surfaces before a complete filming of the dispersed polymeric components the paint is cured and very heterogeneous paint films are produced.
- aminoplast curing agents are based on melamine, urea, dicyandiamide, guanamine and / or guanidine. Particular preference is given in inventive
- the hardener of the can inner coating according to the invention is a
- the isocyanate groups are preferably blocked with hydrophilic protective groups which, as such, give the carbodiimide improved water dispersibility or
- Solvents can be formulated because these carbodiimides have a good water solubility without already in the aqueous formulation with the copolymer or the
- Crosslink copolymer blend In a preferred embodiment of a
- interior lacquer containing at least partially carbodiimides as hardener the proportion of organic solvents therefore below 10 wt .-%, more preferably below 4 wt .-%, particularly preferably contains the can interior lacquer no solvent.
- Suitable protecting groups of hydrophilic character are, for example
- the hardener is thus selected from carbodiimides having blocked terminal isocyanate groups according to the general structural formula (II):
- n whole natural number in the range of 1 to 20;
- Ri aromatic, aliphatic or alicyclic residue of not more than 16
- Preferred diisocyanates which give the corresponding carbodiimides by decarboxylation are, for example, hexamethylene diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate,
- Methylcyclohexane diisocyanate and tetramethylxylylene diisocyanate 1, 5-naphthylene diisocyanate, 4,4-diphenylmethane diisocyanate, 4,4-diphenyldimethylmethane diisocyanate,
- the hardener in the can interior paint according to the invention has a weight-average molecular weight M w of not more than 2,500 u, particularly preferably not more than 1,500 u in order to ensure adequate crosslinking with the copolymer or the copolymer mixture.
- the flow properties of can interior paint according to the invention are preferably so
- inventive multicomponent varnishes whose dispersed polymeric constituents have a D 90 value of preferably not more than 100 ⁇ m, more preferably not more than 60 ⁇ m, the D 50 value preferably not being below 1 ⁇ , more preferably not less than 10 ⁇ lies.
- the D 90 value or the D 50 value indicates that 90% by volume or 50% by volume of the dispersed particles of the can interior lacquer have a size below the stated value.
- the Dgo value or the D 50 value may be volume-weighted cumulative
- the particle size distribution curve can be measured using dynamic light scattering methods.
- the can interior lacquer preferably has such a viscosity that, measured with a 4 mm DIN-Auslaufbecher the DIN EN ISO 2431 results in a flow time in the range of 20 to 40 seconds. Is the viscosity measured as the flow time from the standardized Flow cup in this area, so there is a flow behavior of the paint as a thin film on the inside of the can, in which a convergence of the wet film is reduced and at the same time the applicability of the can interior paint is maintained in spraying.
- emulsifiers which assist in the dispersion of the copolymer or of the copolymer mixture can be added to the can inner coating according to the invention.
- emulsifiers preferably at least 0.1% by weight of emulsifiers are to be added.
- nonionic amphiphiles having an HLB value of at least 8 may additionally be contained in the can interior lacquer as emulsifiers.
- the HLB value according to the present invention is calculated according to the following formula and can assume values of zero to 20 on an arbitrary scale:
- the copolymer or the copolymer mixture used in the can interior lacquer according to the invention is distinguished by the fact that it is already present due to its acid groups
- Emulsifiers often associated with a reduction in the adhesion of the cured can interior lacquer on the tinplate and aluminum surfaces.
- Emulsifiers often associated with a reduction in the adhesion of the cured can interior lacquer on the tinplate and aluminum surfaces.
- Copolymer or the copolymer mixture is greater than 60 mg KOH / g, preferably greater than 80 mg KOH / g, or the degree of neutralization of the copolymer or
- Copolymer mixture having an acid number below 100 mg KOH / g is at least 30%, less than 0, 1 wt .-%, more preferably less than 0.01 wt .-% and
- Can interior lacquer containing water-miscible organic solvents that reduce the polarity of the aqueous phase, thus causing the emulsification of the copolymer or the copolymer mixture preferably at least 1 wt .-% water-miscible organic solvents are added.
- the water-miscible solvent in this case has a boiling point under standard conditions of preferably not more than 150 ° C.
- Suitable solvents are glycol ethers, alcohols and esters.
- the proportion of the solvent in the can interior lacquer is preferably not greater than 40% by weight, more preferably not greater than 20% by weight.
- interior cans containing wetting agents, leveling agents, defoamers, catalysts, film images, stabilizers and / or those already mentioned can be used as further constituents
- auxiliaries are generally known to the person skilled in the art of lacquer products, wherein film images in the present invention are understood as meaning organic polymers which are compatible with the present hardening system of the present invention
- the mass-based proportion of film images based on the copolymer or the copolymer mixture is not more than 20%
- a preferred formulation of a can interior lacquer according to the invention contains, in addition to at least 40% by weight of water
- emulsifiers selected from nonionic amphiphiles having an HLB value of at least 8;
- excipients selected from wetting agents, flow control agents, defoamers, catalysts, film images, stabilizers and / or neutralizing agents, preferably not more than 12 / z ⁇ multiplied by the acid number of
- Can interior lacquer contains at least 40 wt .-% water
- excipients selected from wetting agents, flow control agents, defoamers, catalysts, film images, stabilizers and / or neutralizing agents, preferably not more than 12 / z ⁇ multiplied by the acid number of
- Internal can paints according to the invention are characterized in that they have excellent barrier properties as cured film on the inner surfaces of metallic cans due to the good crosslinking of the copolymer or the copolymer mixture with the curing agent.
- the metallic base material is thus, on the one hand, effectively protected against corrosion and, on the other hand, there are no foreign substances from the liquid stored in the can
- the present invention provides an alternative to the conventional use of epoxies, especially bisphenol A based epoxides
- the proportion of epoxidically bound oxygen in can interior paints according to the invention is preferably not greater than 0.1% by weight, particularly preferably not greater than 0.01% by weight.
- a can interior lacquer according to the invention particularly preferably contains no organic constituents with epoxide groups.
- Inventive can coatings are preferably produced in the closed process in pressure reactors with the application of shear forces, all components of a can interior paint according to the invention are transferred to a pressure reactor, then at temperatures in the range of 80-200 ° C and a pressure of 1-6 bar a shear rate of to be subjected to at least 1000 s ", where the energy input is preferably in the range of 10 3 -.
- the solid ingredients may be dispersed together with the other components of the can interior coating in an open method, in However, the shear rate and residence time in the respective dispersing process is preferably adjusted so that: the molten copolymer or the molten copolymer mixture is converted into the aqueous composition of the other internal can constituents under the previously mentioned shearing action the dispersed constituents of the can inner coating have a D 90 value of not more than 100 ⁇ m, the D 50 value preferably not being below 1 ⁇ m, particularly preferably not less than 10 ⁇ m.
- the application of a wet film of the can interior paint according to the invention is preferably carried out by spraying, particularly preferably in the so-called airless process, in which the can interior paint is atomized airless and is applied to the material surface.
- spraying a predetermined amount of the can interior paint is introduced by means of spray guns in the cleaned and dry can interior, while the can to form a homogeneous wet film rotates about its own longitudinal axis.
- the wet film on the inside can surfaces in a drying oven at temperatures in the range of 120 ° C to 200 ° C (object temperature) is cured to a paint film.
- the curing process involves the volatilization of the aqueous phase as well as the filming and crosslinking of the polymeric constituents.
- the present invention relates to the use of a copolymer or a copolymer blend of at least one aliphatic and acyclic alkene with at least one ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid in water-dispersed form, wherein the acid number of the copolymer or copolymer blend is at least 20 mg KOH / g is not more than 200 mg KOH / g and the acid groups of the copolymer or copolymer blend are present in water-dispersed form at least 20%, but not more than 70% neutralized, as a component of water-based tinted enamels, preferred uses being by corresponding embodiments described above of the copolymer or copolymer blends can be realized.
- the present invention relates to the use of a previously described can interior paint which has a dry film thickness of at least 5 g / m 2 but preferably not more than 50 g / m 2 on the inner surface of a tinplate can and in a dry film thickness of at least 1, 5 g / m 2 , but preferably not more than 50 g / m 2 is applied to the inner surface of an aluminum can.
- compositions of inventive inner cans are given, which were applied by means of spraying as a wet film on the inner surfaces of tinplate cans, and then for 40 seconds at 180 ° C to a
- the water-based internal can lacquers of the molten copolymer were in an open reactor by continuous addition s "to an aqueous composition of the remaining components under the action of a shear stress of 1.500 at 95 ° C.
- the homogenization after the addition of the copolymer in an open reactor was to reach The viscosity of the coating formulations measured as the flow time from a DIN 4 mm
- the flow cup according to DIN EN ISO 2431 was in the range of 25-28 seconds.
- Spray applied to the inner surfaces of the tinplate can, the
- Tinplate can be brought axially into rotation and first the can bottom and bottom part of the can body was coated and then sprayed can body and bottom. Subsequently, the curing of the wet film.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasser basierten Doseninnenlack enthaltend ein Copolymer oder eine Copolymerenmischung zumindest eines aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer α,β-ungesättigten Carbonsäure in wasserdispergierter Form, wobei die Säurezahl des Copolymers oder der Copolymerenmischung zumindest 20 mg KOH / g, jedoch nicht mehr als 200 mg KOH / g beträgt, und mindestens einen wasserdispergierten oder wasserlöslichen Härter ausgewählt aus der Gruppe der Aminoplaste und/oder der Gruppe der Carbodiimide. Erfindungsgemäße Doseninnenlacke zeichnen sich darin aus, dass sie als ausgehärteter Film aufgrund der guten Vernetzung des Copolymers oder der Copolymerenmischung mit dem Härter auf den Innenflächen von metallischen Dosen hervorragende Eigenschaften bezüglich Härte, Abriebfestigkeit und Wderstandsfähigkeit gegenüber heißen Flüssigkeiten besitzen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Alternative zur konventionellen Verwendung von Epoxiden auf Basis von Bisphenolen in Doseninnenlacken zur Verfügung.
Description
„Lackformulierung für Doseninnenflächen"
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasser basierten Doseninnenlack enthaltend ein Copolymer oder eine Copolymerenmischung zumindest eines aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer α,β-ungesättigten Carbonsäure in wasserdispergierter Form, wobei die Säurezahl des Copolymers oder der Copolymerenmischung zumindest 20 mg KOH / g, jedoch nicht mehr als 200 mg KOH / g beträgt, und mindestens einen wasserdispergierten oder wasserlöslichen Härter ausgewählt aus der Gruppe der Aminoplaste und/oder der Gruppe der Carbodiimide. Erfindungsgemäße Doseninnenlacke zeichnen sich darin aus, dass sie als ausgehärteter Film aufgrund der guten Vernetzung des Copolymers oder der
Copolymerenmischung mit dem Härter auf den Innenflächen von metallischen Dosen hervorragende Eigenschaften bezüglich Flexibilität, Abriebfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber wässrigen Flüssigkeiten besitzen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Alternative zur konventionellen Verwendung von Epoxiden auf Basis von Bisphenolen in Doseninnenlacken zur Verfügung.
Weißblechband gilt in der Lebensmittelindustrie als geeignetes Material für die Herstellung von Verpackungseinheiten zur Aufnahme wässriger Flüssigkeiten oder konservierter Lebensmitteln, da Weißblech aufgrund der elektrochemisch edlen Zinnschicht auch über einen längern Zeitraum nur geringe Mengen an potentiell gesundheitsgefährdenden Zinn-Salzen an das mit der Zinnoberfläche in Kontakt stehende Lebensmittelprodukt abgibt. Weißblechband ist daher ein wichtiges Ausgangsprodukt für Lebensmittelverpackungen, beispielsweise für die
Herstellung von Dosen zur Aufnahme von Getränken. Auch Aluminiumband ist aufgrund seiner passiven Oxidschicht ein geeignetes Ausgangsmaterial für die Herstellung von Dosen zur Getränkeabfüllung. Zusätzlich sind Aluminiumsalze, die in geringen Mengen von der Flüssigkeit aufgenommen werden, gesundheitlich nicht bedenklich.
Die Verpackungsindustrie bringt bei der Dosenherstellung eine organische Schutzschicht auf die Innenfläche der Dose auf oder verwendet alternativ bereits mit einem organischen
Schutzlack versehenes Bandmaterial zur Dosenfertigung. Die Beschichtung der Innenflächen mit dem organischen Lack verhindert, dass die metallischen Doseninnenflächen unmittelbar mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen. Damit wird zum einen eine deutlich verringerte Korrosion des Grundmaterials erzielt und zum anderen der Eintrag von Metallsalzen minimiert, so dass der
Geschmack des Lebensmittels auch bei längerer Lagerung oder Bevorratung der Getränkedosen nicht negativ verändert wird.
Ein weiterer Aspekt bei der Herstellung von Dosen betrifft die Zusammensetzung des Lackes, der konventionell aus Bisphenol A basierten Epoxid-Harzen besteht. Derartige Epoxide mit Bisphenol A Grundkörper stehen in Verdacht estrogenartig zu wirken und bei Männern reproduktionstoxisch zu sein. Bei Kontakt ausgehärteter Lackformulierungen mit säurehaltigen wässrigen Lebensmitteln kann Bisphenol A aus dem Lack in das bevorratete Lebensmittel freigesetzt werden. Auch die Lackhärtung und die damit einhergehende Vernetzung der Lackbestandteile verläuft praktisch nie vollständig, so dass unreagierte Bisphenol A basierte Epoxide auch durch Diffusion in das Lebensmittel gelangen können. Es besteht daher ein Bedarf nach Bisphenol A freien Rezepturen für die Innenbeschichtung von Dosen zur
Bevorratung von Lebensmitteln zumal verschiedene nationale Gesetzgebungsinitiativen, unter anderem veranlasst durch die EU-Direktive 2002/72/EU, zur Festlegung von Höchstgrenzen für die Migration von Bisphenol A aus Umverpackungen in Lebensmittel bestehen.
Die US 2008/0193689 offenbart eine epoxid-basierte Lackzusammensetzung geeignet für die Verwendung als Dosenlack, die neben dem modifizierten Epoxid-Harz mono- und difunktionale niedermolekulare organische Verbindungen befähigt zur Reaktion mit dem Epoxid-Harz enthält. Der Lack ist dabei so formuliert, dass nach der Härtung nur sehr geringe Mengen an
unreagiertem Bisphenol A basierten Epoxiden in der Beschichtung verbleiben, so dass bei Verwendung der Rezeptur als Doseninnenlack nur Spuren an Bisphenol A aus der
ausgehärteten Lackbeschichtung in das bevorratete Lebensmittel gelangen können.
Die EP 2031006 schlägt hingegen Doseninnenlacke auf Basis spezifischer alicyclischer Epoxide vor, um auf diese Weise die Einformulierung Bisphenol A basierter Epoxide zu umgehen.
Die WO 2006/045017 stellt eine Lackformulierung für Getränkedosen bereit, die Latizes von ethylenisch ungesättigten Monomeren und eine wässrige Dispersion eines säurefunktionalen Polymers in Gegenwart von Aminen umfassen, wobei die Latices zur Vernetzung zumindest teilweise aus Monomeren mit einer Glycidyl-Gruppe aufgebaut sind. Derartige Doseninnenlacke können frei von Bisphenol A basierten Epoxiden formuliert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine weitere Alternative zu einem Epoxid-basierten Doseninnenlack bereitzustellen, wobei die Lackformulierung im
Sprühverfahren auf die Doseninnenflächen aufgebracht werden kann und nach dem Aushärten dünne homogene Lackfilme mit hoher Flexibilität bei gleichzeitig guter Lackhaftung und
Beständigkeit gegenüber wässrigen Zusammensetzungen erzielt werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, auf den Einsatz von organischen Lösemitteln und Emulgatoren bei der
Formulierung stabiler und applizierbarer Doseninnenlacke möglichst verzichten zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels Wasser basierter Doseninnenlacke enthaltend neben Wasser a) ein Copolymer oder eine Copolymerenmischung zumindest eines aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer α,β-ungesättigten Carbonsäure in
wasserdispergierter Form, wobei die Säurezahl des Copolymers oder der
Copolymerenmischung zumindest 20 mg KOH / g, jedoch nicht mehr als 200 mg KOH / g beträgt, und
b) mindestens einen wasserdispergierten oder wasserlöslichen Härter ausgewählt aus der Gruppe der Aminoplaste und/oder der Gruppe der Carbodiimide.
Unter Dosen werden erfindungsgemäß metallische Behältnisse zur Abfüllung, Lagerung und Bevorratung von Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, verstanden.
In diesem Zusammenhang ist ein Doseninnenlack eine Lackformulierung, die zur Ausbildung einer Lackschicht auf die Innenflächen der Dose aufgebracht, verfilmt und ausgehärtet wird, um den unmittelbaren Kontakt des Lebensmittels mit dem metallischen Dosenmaterial bei der Abfüllung, Lagerung und Bevorratung desselben zu unterbinden.
Ein Wasser basierter Lack umfasst erfindungsgemäß eine Dispersion und/oder Emulsion von organischen Polymeren in einer kontinuierlichen wässrigen Phase, wobei unter einer wässrigen Phase im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine homogene Mischung von Wasser und einem wassermischbaren Lösemittel verstanden wird. Der Begriff„in wasserdispergierter Form" bedeutet demnach, dass das jeweilige Polymer in der kontinuierlichen wässrigen Phase fest- oder flüssigdispers vorliegt.
Als Copolymerenmischung gelten erfindungsgemäß Mischungen chemisch und/oder strukturell unterschiedlicher Copolymere zumindest eines aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer α,β-ungesättigten Carbonsäure. So können in einer Copolymerenmischung einer erfindungsgemäßen Lackformulierung beispielsweise Copolymere, die unterschiedliche Alkene oder unterschiedliche α,β-ungesättigte Carbonsäuren als Comonomere enthalten oder eine unterschiedliche Anzahl an ansonsten gleichen Comonomeren im Copolymer aufweisen, nebeneinander vorliegen.
Die Säurezahl ist erfindungsgemäß eine experimentell zu bestimmende Kennzahl, die ein Maß für die Anzahl der freien Säuregruppen im Copolymer oder in der Copolymerenmischung ist.
Die Säurezahl wird bestimmt, indem eine eingewogene Menge des Copolymers oder der Copolymerenmischung in einem Lösemittelgemisch aus Methanol und destilliertem Wasser im Volumenverhältnis 3 : 1 gelöst und anschließend mit 0,05 mol/l KOH in Methanol
potentiometrisch titriert wird. Die potentiometrische Messung erfolgt mit einer Einstabmesskette (LL-Solvotrode® der Fa. Metrohm; Bezugselektrolyt: 0,4 mol/l Tetraethylammoniumbromid in Ethylenglykol). Die Säurezahl entspricht dabei der hinzugesetzten Menge an KOH in Milligramm pro Gramm Copolymer bzw. Copolymerenmischung im Wendepunkt der potentiometrischen Titrationskurve.
Das Copolymer oder die Copolymerenmischung des aliphatischen und acyclischen Alkens mit einer α,β-ungesättigten Carbonsäure mit der vorgegebenen Säurezahl zeigt als ein auf Metalloberflächen aufgeschmolzener dünner Film bereits eine gute Lackhaftung, insbesondere auf Oberflächen von Weißblech und Aluminium. Zusätzlich vermitteln die Säuregruppen dem Copolymers oder der Copolymerenmischung die inhärente Eigenschaft selbstemulgierend zu sein, so dass in wässriger Phase auch ohne Anwesenheit von Emulgatoren bei Anwendung von Scherkräften mikropartikuläre Aggregate gebildet werden können. Das Vorliegen der
Copolymere oder Copolymerenmischung in Form mikropartikulärer Aggregate verleiht dem erfindungsgemäßen Lack thixothrope Eigenschaften, so dass ein homogener Nassfilm des Wasser basierten Lackes auf den Innenflächen der Dose appliziert werden kann, der bis zu seiner Verfilmung und Härtung bestehen bleibt und nicht unter der Schwerkraftwirkung im Doseninneren zusammenläuft.
Liegt die Säurezahl der Copolymere oder Copolymerenmischung von Alkenen und
α,β-ungesättigten Carbonsäuren unterhalb von 20 mg KOH / g, so besitzt eine ausgehärtete Lackformulierung nach der Art der vorliegenden Erfindung eine nicht ausreichende Haftung auf Metalloberflächen und eignet sich daher nicht als filmbildender Bestandteil von
Doseninnenlacken. Umgekehrt bedingt eine Säurezahl der Copolymere oder der
Copolymerenmischung von Alkenen und α,β-ungesättigten Carbonsäuren oberhalb von 200 mg KOH / g als filmbildender Bestandteil in Doseninnenlacken eine nur unzureichende
Barrierewirkung gegenüber korrosiv wirkenden Ionen in wässrigen Medien und zudem eine Lackbeschichtung, die gegenüber Wasser bei Temperaturen oberhalb von 60 °C
vergleichsweise wenig widerstandfähig ist.
Der Gewichtsanteil der aliphatischen und acyclischen Alkene beträgt im Copolymer oder in der Copolymerenmischung vorzugsweise zumindest 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 60 Gew.%, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 95 Gew.-%. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Durchlässigkeit des auf der Doseninnenfläche ausgehärteten Lackes für Ionen und das
Aufquellen desselben bei Kontakt mit wässrigen Medien bei gleichzeitig hinreichender
Benetzungsfähigkeit und Haftung des Lackes zum Dosenmaterial maximal erniedrigt wird.
Bevorzugte aliphatische und acyclische Alkene der erfindungsgemäß enthaltenen Copolymere oder der Copolymerenmischung sind ausgewählt aus Ethen, Propen, 1-Buten, 2-Buten, Isobuten, 1 ,3-Butadien und/oder 2-Methylbuta-1 ,3-dien, besonders bevorzugt Ethen.
Bevorzugte α,β-ungesättigten Carbonsäuren der erfindungsgemäß enthaltenen Copolymere oder der Copolymerenmischung sind ausgewählt aus Zimtsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, besonders bevorzugt
Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, insbesondere Acrylsäure.
Weitere Comonomere, die in einem erfindungsgemäßen Doseninnenlack zusätzlicher
Bestandteil der Copolymere oder Copolymerenmischung sein können, sind ausgewählt aus Estern von α,β-ungesättigten Carbonsäuren, vorzugsweise lineare oder verzweigte Alkylester der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure mit nicht mehr als 12 Kohlenstoffatomen im
aliphatischen Rest. Derartige Comonomere verbessern die Haftung des ausgehärteten
Doseninnenlackes auf Metalloberflächen aufgrund einer erhöhten Beweglichkeit des
Polymergrundgerüstes, die wiederum die Orientierung der oberflächenaffinen Säuregruppen zur Metalloberfläche erleichtert. Dieser Effekt kommt insbesondere bei niedrigen Säurezahlen des Copolymers unterhalb von 100 mg KOH / g zum Tragen. Es zeigt sich allgemein, dass niedrige Säurezahlen der Copolymere oder der Copolymerenmischung die Barriereeigenschaften der ausgehärteten erfindungsgemäßen Lackformulierung bei Exposition mit wässrigen Medien verbessern. Dementsprechend sind Copolymere oder Copolymermischungen, die zusätzlich die zuvor beschriebenen Comonomere enthalten, mit Säurezahlen unterhalb von 100 mg KOH / g, insbesondere unterhalb von 60 mg KOH / g erfindungsgemäß bevorzugt.
Das Copolymer oder die Copolymerenmischung des erfindungsgemäßen Doseninnenlackes enthält vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-%, an epoxidisch gebundenem Sauerstoff.
Für eine gute Filmbildung beim Aushärten des Doseninnenlackes ist es erforderlich, dass das Wasser dispergierte Copolymer oder die Wasser dispergierte Copolymerenmischung des Doseninnenlackes nach Verflüchtigung der wässrigen Phase in den schmelzflüssigen Zustand übergeht. Um diesem Erfordernis zu genügen, sind Copolymere oder Coplymerenmischungen bevorzugt, die als solche eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 80 °C, besonders bevorzugt von nicht mehr als 60 °C aufweisen. Üblicherweise besitzen Copolymere oder Copolymerenmischungen zusammengesetzt aus Alkenen und α,β-ungesättigten Carbonsäuren
mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht Mw von nicht mehr als 20.000 u
Glasübergangstemperaturen deutlich unterhalb von 100 °C, so dass Copolymere oder
Copolymermischungen mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von nicht mehr als 20.000 u, insbesondere von nicht mehr als 15.000 u in erfindungsgemäßen Doseninnenlacken bevorzugt sind.
In einer bevorzugten Formulierung des erfindungsgemäßen Doseninnenlackes liegen die Säuregruppen des in Wasser dispergierten Copolymers oder der in Wasser dispergierten Copolymerenmischung zumindest teilweise neutralisiert vor. Diese Maßnahme erhöht die Fähigkeit der Copolymere zur Selbstemulgierung in der wässrigen Phase, so dass stabilere Lackformulierungen mit geringeren Partikelgrößen der dispergierten Copolymere resultieren. Dementsprechend enthält der Doseninnenlack vorzugsweise zusätzlich ein Neutralisationsmittel. Als Neutralisationsmittel, die in einer solchen bevorzugten Formulierung zusätzlich im
Doseninnenlack enthalten sind, eignen sich vorzugsweise Ammoniak, Amine, metallisches Aluminium und/oder Zink, vorzugsweise in Pulverform, sowie wasserlösliche Oxide und
Hydroxide der Elemente Li, Na, K, Mg, Ca, Fe(ll) und Sn(ll). Dem Fachmann ist an dieser Stelle bewusst, dass die Neutralisationsmittel entsprechend ihrer Funktion mit den Bestandteilen des erfindungsgemäßen Lackes Neutralisationsreaktionen eingehen und daher als solche in diesen bevorzugten Formulierungen gegebenenfalls nur indirekt in Form ihrer Reaktionsprodukte nachweisbar sind. Beispielsweise reagiert metallisches Aluminium- oder Zinkpulver in der wässrigen Phase unter Wasserstoffentwicklung zu den entsprechenden Hydroxiden, die wiederum die Neutralisation von Säuregruppen des Copolymers oder der
Copolymerenmischung herbeiführen, so dass im erfindungsgemäßen Lack letztlich nur die Kationen der Elemente Aluminium oder Zink nachweisbar sind. Die Neutralisationsmittel sind daher lediglich als Formulierungshilfe des erfindungsgemäßen Doseninnenlackes zu verstehen. Besonders bevorzugte Neutralisationsmittel sind Ammoniak und Amine, da diese beim
Aushärten des Lackes bei erhöhter Temperatur in die Gasphase übergehen und damit nicht im ausgehärteten Doseninnenlack zurückbleiben. Bevorzugte Amine, die als Neutralisationsmittel in erfindungsgemäßen Doseninnenlacken eingesetzt werden können sind Morpholin, Hydrazin, Hydroxylamin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Dimethylethanolamin und/oder Diethylethanolamin.
Die Neutralisation der Säuregruppen des Copolymers oder der Copolymerenmischung im erfindungsgemäßen Doseninnenlack erfolgt vorzugsweise in einem solchen Maß, dass zumindest 20%, besonders bevorzugt zumindest 30% der Säuregruppen neutralisiert vorliegen. Hohe Neutralisationsgrade oberhalb von 70%, vorzugsweise oberhalb von 60%, sind in einer bevorzugten Ausführungsform des Doseninnenlackes zu vermeiden, da die nahezu vollständig neutralisierten Copolymere bereits in signifikanten Mengen in Wasser gelöst vorliegen, was
wiederum eine hohe Viskosität des Lackes und mittlere Partikelgrößen der dispergierten Copolymere oder der Copolymerenmischung im Submikrometer-Bereich zur Folge hat, so dass derartige Formulierungen als Doseninnenlacke wegen ihrer Theologischen Eigenschaften weniger gut geeignet sind.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, das Neutralisationsmittel dem Doseninnenlack in einer solchen Menge hinzuzuformulieren, dass bezogen auf 1 g des Copolymers oder der Copolymerenmischung zumindest Alz μηιοΙ, vorzugsweise zumindest 6/z μηιοΙ jeweils multipliziert mit der Säurezahl des Copolymers oder der Copolymerenmischung an
Neutralisationsmittel enthalten sind, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 12/z μηιοΙ, besonders bevorzugt nicht mehr als 10/z μηιοΙ, multipliziert mit der Säurezahl des Copolymers oder der Copolymerenmischung. Der Divisor z ist eine natürliche Zahl und entspricht der Äquivalentzahl der Neutralisationsreaktion. Die Äquivalentzahl gibt an wie viel Mol Säuregruppen des
Copolymers oder der Copolymerenmischung ein Mol des Neutralisationsmittels zu
neutralisieren vermag.
Der erfindungsgemäße Doseninnenlack enthält einen wasserdispergierten oder wasserlöslichen Härter aus der Gruppe der Aminoplaste und/oder der Gruppe der Carbodiimide. Der Härter vermag es, mit dem Copolymer oder der Copolymerenmischung in einer Kondensationsreaktion zu vernetzen und so einen ausgehärteten Lackfilm auf den Doseninnenflächen auszubilden. Die Barriereeigenschaften des als Film ausgehärteten erfindungsgemäßen Doseninnenlackes sind vergleichbar mit denen von ausgehärteten Epoxid-basierten Lackfilmen.
Der Härter muss im erfindungsgemäßen Lack die Eigenschaft besitzen, erst bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur, vorzugsweise erst oberhalb von 100 °C, mit dem Copolymer oder der Copolymerenmischung über Kondensationsreaktionen zu vernetzen, da anderenfalls auf den Doseninnenflächen bereits vor einer vollständigen Verfilmung der dispergierten polymeren Bestandteile des Lackes eine Aushärtung erfolgt und sehr heterogene Lackfilme erzeugt werden.
Besonders geeignete Aminoplast-Härter basieren auf Melamin, Harnstoff, Dicyandiamid, Guanamine und/oder Guanidin. Insbesondere bevorzugt sind in erfindungsgemäßen
Doseninnenlacken Melamin-Formaldehyd-Harze als Aminoplast-Härter mit einem molaren Verhältnis von Formaldehyd : Melamin, das bevorzugt größer als 1 ,5 ist.
Alternativ oder zusätzlich ist der Härter des erfindungsgemäßen Doseninnenlackes ein
Carbodiimid. Carbodiimide weisen erfindungsgemäß zumindest eine Diimid-Struktureinheiten der Art -C=N=C- auf. Sie sind jedoch bevorzugt polyfunktional mit einem Diimid-
Äquivalentgewicht im Bereich von 300-500 Gramm der polyfunktionalen Verbindung pro Mol an Diimid-Gruppen. Insbesondere sind Carbodiimide bevorzugt, die aus Isocyanaten mit zumindest zwei Isocyanat-Gruppen durch Decarboxylierung hervorgehen, insbesondere solche der allgemeinen Strukturformel (I):
ganze natürliche Zahl im Bereich von 1 bis 20;
aromatischer, aliphatischer oder alicyclischer Rest mit nicht mehr als 16
Kohlenstoffatomen;
Die Isocyanat-Gruppen wiederum sind vorzugsweise mit hydrophilen Schutzgruppen blockiert, die als solche dem Carbodiimid eine verbesserte Wasserdispergierbarkeit bzw.
Wasserlöslichkeit verleihen. Die Verwendung dieser bevorzugten Carbodiimide erbringt den zusätzlichen Vorteil, dass der Doseninnenlack nahezu vollständig frei von organischen
Lösemitteln formuliert werden kann, da diese Carbodiimide eine gute Wasserlöslichkeit besitzen, ohne bereits in der wässrigen Formulierung mit dem Copolymer oder der
Copolymerenmischung zu vernetzen. In einer bevorzugten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Doseninnenlackes, der als Härter zumindest teilweise Carbodiimide enthält, liegt der Anteil an organischen Lösemitteln daher unterhalb von 10 Gew.-%, besonders bevorzugt unterhalb von 4 Gew.-%, insbesondere bevorzugt enthält der Doseninnenlack kein Lösemittel. Geeignete Schutzgruppen mit hydrophilem Charakter sind beispielsweise
Hydroxyalkylsulfonsäuren, Hydroxyalkylphosphonsäuren, Hydroxyalkylphosphorsäuren,
Polyalkylenglykole sowie tertiäre oder quarternäre Aminoalkylalkohole und Aminoalkylamine. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Doseninnenlackes ist der Härter somit ausgewählt aus Carbodiimiden mit blockierten terminalen Isocyanat-Gruppen gemäß der allgemeinen Strukturformel (II):
mit n: ganze natürliche Zahl im Bereich von 1 bis 20;
Ri: aromatischer, aliphatischer oder alicyclischer Rest mit nicht mehr als 16
Kohlenstoffatomen;
X: -NH-R N(Ri)2, -0-Ri-N(Ri)2l -NH-Ri-N(Ri)3Y, -0-Ri-N(Ri)3Y, -0-R S03Z,
-O-RrO-POsZ, -O-Rr P03Z, -0-(C2H4)P-OH, -0-(C3H6)p-OH
mit Y: Hydroxid, Chlorid, Nitrat, Sulfat
mit Z: Wasserstoff, Ammmonium, Alkali- oder Erdalkalimetall
mit p: ganze natürliche Zahl im Bereich von 1 bis 6
Bevorzugte Diisocyanate, die durch Decarboxylierung die entsprechenden Carbodiimide ergeben sind beispielsweise Hexamethylendiisocyanat, Cyclohexan-1 ,4-diisocyanat,
Xylylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexylmethan-4,4-diisocyanat,
Methylcyclohexandiisocyanat and Tetramethylxylylendiisocyanat, 1 ,5-naphthylendiisocyanat, 4,4-diphenylmethandiisocyanat, 4,4-diphenyldimethylmethandiisocyanat,
1 ,3-phenylendiisocyanat, 1 ,4-phenylen-diisocyanat, 2,4-toluenylendiisocyanat, 2,6- toluenylendiisocyanat,
Grundsätzlich ist es bevorzugt, dass der Härter im erfindungsgemäßen Doseninnenlack ein gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von nicht mehr als 2.500 u, besonders bevorzugt von nicht mehr als 1.500 u aufweist, um eine hinreichende Vernetzung mit dem Copolymer oder der Copolymerenmischung zu gewährleisten.
Die Fließeigenschaften erfindungsgemäßer Doseninnenlackes sind vorzugsweise so
einzustellen, dass einerseits eine Auftragung des Lackes im Sprühverfahren und insbesondere den in der Getränkedosenindustrie üblichen Airless-Verfahren, das ein luftlos zerstäubendes Spritzverfahren darstellt, ermöglicht wird. Andererseits darf der auf die Innenflächen der Dose aufgebrachte Nassfilm nicht unmittelbar unter der Schwerkraftwirkung zusammenlaufen, so dass eine inhomogene Beschichtung die Folge wäre. Optimale Fließeigenschaften bei guter Verfilmung der dispergierten Bestandteile werden für erfindungsgemäße Dosenlacke erhalten, deren dispergierte polymere Bestandteile einen D90-Wert von vorzugsweise nicht mehr als 100 μηι, besonders bevorzugt von nicht mehr als 60 μηι, wobei der D50-Wert vorzugsweise nicht unterhalb von 1 μηι, besonders bevorzugt nicht unterhalb von 10 μηι liegt. Der D90-Wert bzw. der D50-Wert gibt dabei an, dass 90 Vol.-% bzw. 50 Vol.-% der dispergierten Partikel des Doseninnenlackes eine Größe unterhalb des angegebenen Wertes aufweisen.
Der Dgo-Wert bzw. der D50-Wert kann aus volumengewichteten kumulativen
Partikelgrößenverteilungen ermittelt werden, wobei die Partikelgrößenverteilungskurve mit Hilfe dynamischer Lichtstreumethoden gemessen werden kann.
Der Doseninnenlack weist vorzugsweise eine solche Viskosität auf, dass gemessen mit einem 4 mm DIN-Auslaufbecher der DIN EN ISO 2431 eine Auslaufzeit im Bereich von 20 bis 40 Sekunden resultiert. Liegt die Viskosität gemessen als Auslaufzeit aus dem genormten
Auslaufbecher in diesem Bereich, so liegt ein Fließverhalten des Lackes als dünner Film auf dem Doseninneren vor, bei dem ein Zusammenlaufen des Nassfilms reduziert und gleichzeitig die Applikationsfähigkeit des Doseninnenlackes in Sprühverfahren gewahrt wird.
Dem erfindungsgemäßen Doseninnenlack können hilfsweise Emulgatoren hinzugesetzt werden, die die Dispergierung des Copolymers oder der Copolymerenmischung unterstützen. Hierfür sind vorzugsweise zumindest 0, 1 Gew.-% an Emulgatoren hinzuzusetzen. Vorzugsweise können als Emulgatoren nichtionische Amphiphile mit einem HLB-Wert von zumindest 8 zusätzlich im Doseninnenlack enthalten sein.
Der HLB-Wert gemäß vorliegender Erfindung berechnet sich nach folgender Formel und kann auf einer willkürlichen Skala Werte von Null bis 20 annehmen:
HLB = 20 (1-M|/M)
mit Μμ Molmasse der lypophilen Gruppe des Amphiphils
M: Molmasse des Amphiphils
Der Anteil dieser hilfsweise hinzugesetzten Emulgatoren am Doseninnenlack beträgt
vorzugsweise nicht mehr als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht mehr als 2 Gew.-%. Das im erfindungsgemäßen Doseninnenlack verwendete Copolymer bzw. die Copolymerenmischung zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass es aufgrund seiner Säuregruppen bereits
selbstemulgierende Eigenschaften besitzt. Zudem hat sich gezeigt, dass der Einsatz von
Emulgatoren häufig mit einer Herabsetzung der Haftung des ausgehärteten Doseninnenlackes auf den Weißblech- und Aluminiumoberflächen einhergeht. In einer bevorzugten
Ausführungsform des Doseninnenlackes sind daher für den Fall, dass die Säurezahl des
Copolymers oder der Copolymerenmischung größer als 60 mg KOH / g, vorzugsweise größer als 80 mg KOH / g ist, oder der Neutralisationsgrad des Copolymers oder der
Copolymerenmischung mit einer Säurezahl unterhalb von 100 mg KOH / g zumindest 30% beträgt, weniger als 0, 1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,01 Gew.-% und
insbesondere bevorzugt keine Emulgatoren auf Basis der nichtionischen Amphiphile mit einem HLB-Wert von zumindest 8 enthalten.
Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz von Emulgatoren kann der erfindungsgemäße
Doseninnenlack wassermischbare organische Lösemittel enthalten, die die Polarität der wässrigen Phase herabsetzen, um auf diese Weise die Emulgierung des Copolymers oder der Copolymerenmischung herbeizuführen. Hierfür sind vorzugsweise zumindest 1 Gew.-% wassermischbare organische Lösemittel hinzuzusetzen. Das wassermischbare Lösemittel hat dabei einen Siedepunkt bei Standardbedingungen von vorzugsweise nicht mehr als 150 °C.
Geeignete Lösemittel sind Glykolether, Alkohole und Ester. Der Anteil des Lösemittels am Doseninnenlack ist vorzugsweise nicht größer als 40 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht größer als 20 Gew.-%.
Erfindungsgemäße Doseninnenlacke können als weitere Bestandteile Netzmittel, Verlaufsmittel, Entschäumer, Katalysatoren, Filmbilder, Stabilisatoren und/oder die bereits erwähnten
Neutralisationsmittel enthalten. Derartige Hilfsstoffe sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Lackerzeugnisse allgemein bekannt, wobei unter Filmbilder in der vorliegenden Erfindung organische Polymere verstanden werden, die mit dem vorliegenden Härtersystem des
Doseninnenlackes vernetzen können. Der massenbezogene Mengenanteil an Filmbildern bezogen auf das Copolymer oder die Copolymerenmischung beträgt maximal 20%,
vorzugsweise maximal 10%.
Eine bevorzugte Formulierung eines erfindungsgemäßen Doseninnenlackes enthält neben zumindest 40 Gew.-% Wasser
a) 4-30 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-% des Copolymers oder der
Copolymerenmischung in dispergierter Form,
b) 2-20 Gew.-%, vorzugsweise 4-12 Gew.-% des mindestens einen Härters,
c) nicht mehr als 5 Gew.-% an Emulgatoren ausgewählt aus nichtionischen Amphiphilen mit einem HLB-Wert von zumindest 8;
d) nicht mehr als 40 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 1 Gew.-%, an wassermischbaren organischen Lösemitteln;
e) nicht mehr als 10 Gew.-% an Hilfsstoffen ausgewählt aus Netzmitteln, Verlaufsmitteln, Entschäumern, Katalysatoren, Filmbildern, Stabilisatoren und/oder Neutralisationsmitteln, vorzugsweise sind nicht mehr als 12/z μηιοΙ multipliziert mit der Säurezahl des
Copolymers oder der Copolymerenmischung an Neutralisationsmittel pro Gramm des Copolymers oder der Copolymerenmischung mit z als Aquivalentzahl der jeweiligen Neutralisationsreaktion enthalten.
Eine besonders bevorzugte lösemittelarme Formulierung eines erfindungsgemäßen
Doseninnenlackes enthält neben zumindest 40 Gew.-% Wasser
a) 4-30 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-% des Copolymers oder der
Copolymerenmischung in dispergierter Form,
b) 2-20 Gew.-%, vorzugsweise 4-12 Gew.-% mindestens eines Härters davon zumindest 40 Gew.-% eines Carbodiimides mit terminalen, blockierten Isocyanat-Gruppen bezogen auf den Gesamtanteil des Härters,
c) nicht mehr als 5 Gew.-% an Emulgatoren ausgewählt aus nichtionischen Amphiphilen mit einem HLB-Wert von zumindest 8;
d) nicht mehr als 10 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 1 Gew.-%, an
wassermischbaren organischen Lösemitteln;
e) nicht mehr als 10 Gew.-% an Hilfsstoffen ausgewählt aus Netzmitteln, Verlaufsmitteln, Entschäumern, Katalysatoren, Filmbildern, Stabilisatoren und/oder Neutralisationsmitteln, vorzugsweise sind nicht mehr als 12/z μηιοΙ multipliziert mit der Säurezahl des
Copolymers oder der Copolymerenmischung an Neutralisationsmittel pro Gramm des Copolymers oder der Copolymerenmischung mit z als Aquivalentzahl der jeweiligen Neutralisationsreaktion enthalten.
Erfindungsgemäße Doseninnenlacke zeichnen sich darin aus, dass sie als ausgehärteter Film auf den Innenflächen von metallischen Dosen hervorragende Barriereeigenschaften aufgrund der guten Vernetzung des Copolymers oder der Copolymerenmischung mit dem Härter besitzen. Das metallische Grundmaterial ist folglich zum einen effektiv gegen Korrosion geschützt ist und zum anderen werden von der in der Dose bevorrateten Flüssigkeit keine Fremdstoffe
aufgenommen. Damit stellt die vorliegende Erfindung eine Alternative zur konventionellen Verwendung von Epoxiden, insbesondere von Bisphenol A basierten Epoxiden, in
Doseninnenlacken zur Verfügung. Konsequenterweise ist der Anteil an epoxidisch gebundenem Sauerstoff in erfindungsgemäßen Doseninnenlacken vorzugsweise nicht größer als 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht größer als 0,01 Gew.-%. Insbesondere bevorzugt enthält ein erfindungsgemäßer Doseninnenlack keine organischen Bestandteile mit Epoxid-Gruppen.
Erfindungsgemäße Doseninnenlacke sind vorzugsweise im geschlossenenen Verfahren in Druckreaktoren unter Aufwendung von Scherkräften herstellbar, wobei sämtliche Bestandteile eines erfindungsgemäßen Doseninnenlackes in einen Druckreaktor überführt werden, um dann bei Temperaturen im Bereich von 80-200 °C und einem Druck von 1-6 bar einer Scherrate von zumindest 1.000 s" ausgesetzt zu werden, wobei der Energieeintrag vorzugsweise im Bereich von 103- 105 J pro Sekunde pro Liter der Lackformulierung liegt. Alternativ können die festen Bestandteile zusammen mit den übrigen Komponenten des Doseninnenlackes auch in einem offenen Verfahren dispergiert werden, bei dem das aufgeschmolzene Copolymer oder die aufgeschmolzene Copolymerenmischung unter zuvor genannter Scherkrafteinwirkung in die wässrige Zusammensetzung der übrigen Doseninnenlackbestandteile überführt wird. Die Scherrate und Verweildauer im jeweiligen Dispergierverfahren ist jedoch vorzugsweise so anzupassen, dass die dispergierten Bestandteile des Doseninnenlackes einen D90-Wert von nicht mehr als 100 μηι aufweisen, wobei der D50-Wert vorzugsweise nicht unterhalb von 1 μηι, besonders bevorzugt nicht unterhalb von 10 μηι liegt.
Die Auftragung eines Nassfilms des erfindungsgemäßen Doseninnenlackes erfolgt vorzugsweise im Sprühverfahren, besonders bevorzugt im sogenannten Airless- Verfahren, bei dem der Doseninnenlack luftlos zerstäubt wird und so auf die Materialoberfläche aufgetragen wird. Bei diesen Sprühverfahren wird eine vorgegebene Menge des Doseninnenlackes mittels Sprühpistolen in das gereinigte und trockene Doseninnere eingebracht, während die Dose zur Ausbildung eines homogenen Nassfilms um ihre eigene Längsachse rotiert. Anschließend wird der Nassfilm auf den Doseninnenflächen in einem Trockenofen bei Temperaturen im Bereich von 120 °C bis 200 °C (Objekttemperatur) zu einem Lackfilm ausgehärtet. Der Aushärteprozess umfasst die Verflüchtigung der wässrigen Phase sowie die Verfilmung und Vernetzung der polymeren Bestandteile.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Copolymers oder einer Copolymerenmischung zumindest eines aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer α,β-ungesättigten Carbonsäure in wasserdispergierter Form, wobei die Säurezahl des Copolymers oder der Copolymerenmischung zumindest 20 mg KOH / g, jedoch nicht mehr als 200 mg KOH / g beträgt und die Säuregruppen des Copolymers oder der Copolymerenmischung in wasserdispergierter Form zumindest zu 20%, jedoch nicht mehr als zu 70% neutralisiert vorliegen, als Bestandteil Wasser basierter Doseninnenlacke, wobei bevorzugte Verwendungen durch entsprechende der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Copolymers oder der Copolymerenmischungen realisiert werden können.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines zuvor beschriebenen Doseninnenlackes, der in einer Trockenfilmdicke von zumindest 5 g/m2, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 50 g/m2 auf die Innenfläche einer Weißblechdose und in einer Trockenfilmdicke von zumindest 1 ,5 g/m2, jedoch vorzugsweise nicht mehr als 50 g/m2 auf die Innenfläche einer Aluminiumdose aufgebracht wird.
Ausführungsbeispiele:
In der Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen erfindungsgemäßer Doseninnenlacke angegeben, die mittels Sprühverfahren als Nassfilm auf den Innenflächen von Weißblechdosen aufgebracht wurden, um anschließend für 40 Sekunden bei 180 °C zu einer
Trockenbeschichtung mit einem Schichtgewicht von 6-7 g/m2 ausgehärtet zu werden.
Die Wasser basierten Doseninnenlacke wurden in einem offenen Reaktor durch kontinuierliches Zudosieren des aufgeschmolzenen Copolymers zu einer wässrigen Zusammensetzung der restlichen Bestandteile unter Einwirkung einer Scherbeanspruchung von 1.500 s" bei 95 °C hergestellt. Die Homogenisierung nach der Zudosierung des Copolymers im offenen Reaktor wurde bis zum Erreichen einer konstanten Viskosität der Lackformulierung fortgeführt. Die Viskosität der Lackformulierungen gemessen als Auslaufzeit aus einem DIN 4mm
Auslaufbecher gemäß DIN EN ISO 2431 lag im Bereich von 25-28 Sekunden.
Die derart homogenisierten Lackrezepturen wurden sodann in einem zweistufigen
Sprühverfahren auf die Innenflächen der Weißblechdose aufgebracht, wobei die
Weißblechdose axial in Rotation gebracht wird und zunächst der Dosenboden und untere Teil des Dosenrumpfes beschichtet wurde und anschließend Dosenrumpf und Boden besprüht wurden. Anschließend erfolgte die Aushärtung des Nassfilms.
Aus der Tabelle 2 geht hervor, dass die mit dem erfindungsgemäßen Lack beschichteten Weißblechdosen eine hervorragende Flexibilität (T-bend-Test) und Wasserbeständigkeit (Koch- Test) aufweisen. Lediglich in der Härte und Lösemittelbeständigkeit wurden unterschiedliche Testergebnisse gefunden, die jedoch allesamt den Erfordernissen der Getränkedosenindustrie entsprechen.
Tab. 1 Beispielhafte Rezepturen erfindungsgemäßer Doseninnenlacke
Bestandteil e in Gew.-% (Rest Wasser)
Bestandteil Verbindung
B1 B2 B3
Ethylen-Acrylsäure; Säurezahl 37-44 mg KOH / g;
17,1 - - Neutralisationsgrad 50% (Dimethylethanolamin)
Copolymer
Ethylen-Acrylsäure, Säurezahl 37-44 mg KOH / g
- 21 ,3 21 ,5 Neutralisationsgrad 30% (Ammoniak)
Melaminformaldehydharz, teilmethyliert vom Iminotyp 9,0 - 4,5
Härter
Polycarbodiimid mit Diimid-Aquivalentgewicht von 445 g/mol - 4,0 4,0
Monopropylenglykolmonomethylether 11 ,0 - 6,0
Lösemittel
Butylglykol 9,0 - 1 ,7
Entschäumer Polyethersiloxan-Copolymer 0,63 0,5 0,5
Netzmittel Bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinat, Na-Salz - 0,75, 0,75
Tab. 2 Eigenschaften ausgehärteter Doseninnenlacke nach Tab.1 in Weißblechdosen
Unterteilung gemäß Lackablösung in % bezogen auf die getestete Fläche
0: keine Ablösung; 1 : 5%; 2: 15%; 3: 35%; 4: <65%; 5: >65%
Claims
1. Wasser basierter Doseninnenlack enthaltend neben Wasser
a) ein Copolymer oder eine Copolymerenmischung zumindest eines
aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer α,β-ungesättigten Carbonsäure in wasserdispergierter Form, wobei die Säurezahl des Copolymers oder der Copolymerenmischung zumindest 20 mg KOH / g, jedoch nicht mehr als 200 mg KOH / g beträgt, und b) mindestens einen wasserdispergierten oder wasserlöslichen Härter ausgewählt aus der Gruppe der Aminoplaste und/oder der Gruppe der Carbodiimide.
2. Doseninnenlack nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Säuregruppen des Copolymers oder der Copolymerenmischung in
wasserdispergierter Form zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu 20%, besonders bevorzugt zumindest zu 30%, jedoch vorzugsweise nicht mehr als zu 70%, besonders bevorzugt nicht mehr als zu 60%, neutralisiert vorliegen.
3. Doseninnenlack nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Doseninnenlack zur Neutralisation der Säuregruppen des Copolymers oder der Copolymerenmischung in wasserdispergierter Form als Neutralisationsmittel Ammoniak, Amine, metallisches AI oder Zn und/oder wasserlösliche Oxide und Hydroxide der Elemente Li, Na, K, Mg, Ca, Fe(ll), Sn(ll) enthält.
4. Doseninnenlack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Neutralisationsmittel ausgewählt ist aus Ammoniak und/oder Aminen, wobei die Amine wiederum vorzugsweise ausgewählt sind aus Morpholin, Hydrazin, Hydroxylamin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin,
Dimethylethanolamin und/oder Diethylethanolamin.
5. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer oder die Copolymerenmischung eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 80°C, vorzugsweise nicht mehr als 60 °C aufweist.
6. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aliphatischen und acyclischen Alken ausgewählt sind aus Ethen, Propen, 1-Buten, 2-Buten, Isobuten, 1 ,3-Butadien und/oder
2-Methylbuta-1 ,3-dien, vorzugsweise Ethen.
7. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die α,β-ungesättigten Carbonsäuren ausgewählt sind aus Zimtsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, vorzugsweise Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, besonders bevorzugt Acrylsäure.
8. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der aliphatischen und acyclischen Alkene im Copolymer oder in der Copolymerenmischung zumindest 40 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 60 Gew.-%, jedoch nicht mehr als 95 Gew.-% beträgt.
9. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer oder die Copolymerenmischung zusätzlich aus Comonomeren besteht, die ausgewählt sind aus Estern von
α,β-ungesättigten Carbonsäuren, vorzugsweise lineare oder verzweigte
Alkylester der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure mit nicht mehr als
12 Kohlenstoffatomen im aliphatischen Rest, wobei das Copolymer oder die Copolymerenmischung vorzugsweise eine Säurezahl von weniger als 100 mg KOH / g, besonders bevorzugt von weniger als 60 mg KOH / g aufweist.
10. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dispergierten polymeren Bestandteile des Wasser basierten Lacks einen D90-Wert von nicht mehr als 100 μηι, vorzugsweise nicht mehr als 60 μηι, und einen D50-Wert von nicht weniger als 1 μηι, vorzugsweise nicht weniger als 10 μηι aufweisen.
11. Doseninnenlack nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche enthaltend zumindest 40 Gew.-% Wasser und a) 4-30 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-%, des Copolymers oder der Copolymerenmischung in dispergierter Form,
b) 2-20 Gew.-%, vorzugsweise 4-12 Gew.-%, des mindestens einen Härters, c) nicht mehr als 5 Gew.-% an Emulgatoren ausgewählt aus nichtionischen Amphiphilen mit einem HLB-Wert von zumindest 8;
d) nicht mehr als 40 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 5 Gew.-%, an
wassermischbaren organischen Lösemitteln;
e) nicht mehr als 10 Gew.-% an Hilfsstoffen ausgewählt aus Netzmitteln, Verlaufsmitteln, Entschäumern, Katalysatoren, Filmbildern, Stabilisatoren und/oder Neutralisationsmitteln.
12. Verwendung eines Copolymeren oder einer Copolymerenmischung zumindest eines aliphatischen und acyclischen Alkens mit zumindest einer
α,β-ungesättigten Carbonsäure in wasserdispergierter Form, wobei die Säurezahl der Copolymere oder der Copolymerenmischung zumindest 20 mg KOH / g, jedoch nicht mehr als 200 mg KOH / g beträgt und die Säuregruppen des
Copolymers oder der Copolymerenmischung in wasserdispergierter Form zumindest zu 20%, jedoch nicht mehr als zu 70% neutralisiert vorliegen, als Bestandteil Wasser basierter Doseninnenlacke.
13. Verwendung eines Doseninnenlackes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenlack in einer Trockenfilmdicke von zumindest 5 g/m2, jedoch vorzugsweise in einer Trockenfilmdicke von nicht mehr als 50 g/m2 auf die Innenfläche einer Weißblechdose aufgebracht wird.
14. Verwendung eines Doseninnenlackes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenlack in einer Trockenfilmdicke von zumindest 1 ,5 g/m2, jedoch vorzugsweise in einer
Trockenfilmdicke von nicht mehr als 50 g/m2 auf die Innenfläche einer
Aluminiumdose aufgebracht wird.
15. Verwendung nach einem oder beiden der Ansprüche 13 und 14, dadurch
gekennzeichnet, dass der Doseninnenlack im Sprühverfahren aufgebracht wird.
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