HU225813B1

HU225813B1 - Kopolimerrel bevont alumíniumötvözet lemez élelmiszer- és italtartályok gyártására, valamint eljárás a lemez elõállítására

Info

Publication number: HU225813B1
Application number: HU0202408A
Authority: HU
Inventors: Gary A Nitowski; Joseph D Guthrie; Joseph P Harenski; Daniel C Johnson
Original assignee: Alcoa Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2007-10-29
Also published as: CN1187133C; HUP0202408A3; EP1239976A1; CZ300236B6; CA2380542A1; PL353345A1; TW518278B; RU2232649C2; AU2205100A; NO20021039D0; HUP0202408A2; CZ2002496A3; PT1239976E; TR200200511T2; CN1367720A; BR9917478B1; SK3182002A3; MXPA02002200A; ATE246547T1; KR20020069001A

Description

A találmány tárgya új alumlniumötvözet lemez, mely élelmiszertartály-test vagy élelmiszer- vagy italtartályvégpanel kialakítására alkalmas, valamint eljárás a lemez előállítására. A találmány tárgya közelebbről olyan alumíniumötvözet lemez, amely alapozóréteggel van ellátva, és az alapozóréteget egy oxid- vagy hidroxidréteg és vinil-foszfonsav/akrilsav kopolimer reakcióterméke képezi.

Bár az alumínium megvédi magát a korróziótól azáltal, hogy természetes oxidbevonatot hoz létre, ez a védelem nem teljes. Nedvesség és elektrolitok jelenlétében az alumíniumötvözetek sokkal gyorsabban korrodálnak, mint a tiszta alumínium.

Ennek megfelelően szükség van arra, hogy az alumíniumötvözet alapanyagokat olyan alapozórétegekkel vagy vegyszerekkel kezeljük, amelyek javított korróziós ellenállást nyújtanak, továbbá erős kötési affinitást mutatnak a polimerekkel szemben.

Az US 5,103,550 (Wefers et al.) számú szabadalmi leírás eljárást ismertet élelmiszertartályok, italtartályok és konténerpanelek előállítására. Az eljárás során egy alumínium-oxid vagy hidroxid felületi réteggel ellátott AA5000 alumíniumötvözet lemezre poli(vinil-foszforsav) (PVPA)-réteget visznek fel bemerítéssel vagy permetezéssel, amelyet öblítés és szárítás követ. A PVPA-val kezelt réteg PVC-, epoxi- vagy poliészterréteggel lesz bevonva (9. és 10. oszlop). A szerzők VPA/AA kopolimer felületi rétegről nem tesznek említést.

A 471,879 (Duch) számú svájci szabadalmi leírásban a szerzők fémfelületek esetén mázként és a felületek korrózióvédelmére szolgáló bevonókészítményt ismertetnek. A készítmény egy alkán-foszforsavat és egy VPA/AA kopolimert tartalmaz. A leírás 1. példája szerint (7-8. oldal) acéllemezeket zsírtalanítanak, hideg vízzel leöblítik, majd belemerítik egy oldatba, mely vinil-foszforsavat és egy VPA/AA kopolimert tartalmaz, és végül szárítják. Vizsgálatokat végeztünk találmányunk és a svájci szabadalmi leírás szerinti készítmények összehasonlítására, mely vizsgálatok során nyert számszerű adatok egyértelműen azt igazolták, hogy a szabadalmi leírás szerinti készítmény (mely VPA-monomert és VPA/AA kopolimert tartalmaz) alumíniumlemezek védelmére nem alkalmazható.

A technika állása szerint továbbá konverziós rétegeket alakíthatnak ki az alumíniumötvözeteken úgy, hogy a fém felületét erősen tapadó bevonattá „konvertálják”, amely réteg egy része az alumínium oxidált formájából áll. A kémiai konverziós bevonatok nagy ellenálló képességet biztosítanak a korrózióval szemben, és fokozott kötési affinitást nyújtanak a polimerbevonatok számára. Például kromát konverziós bevonatot tipikus esetben úgy hoznak létre, hogy az alumíniumot olyan vizes oldattal érintkeztetik, amely hat vegyértékű vagy három vegyértékű krómionokat, továbbá foszfátionokat és fluoridionokat tartalmaz. Az utóbbi években előtérbe került az a probléma, hogy az ilyen eljárások révén a vízi utakba kiengedett kromátok és foszfátok szennyező hatásúak. A hat vegyértékű krómionok nagy oldhatósága és erősen oxidáló jellege miatt költséges víztisztítási eljárásokat kell alkalmazni azért, hogy a hat vegyértékű krómionokat három vegyértékű krómionokká redukálják a hulladék elhelyezése céljából.

A szakirodalom olyan kísérletekről is beszámol, amelyeknek az a célja, hogy alumíniumot elfogadható, kromátmentes konverziós bevonattal lássanak el. fgy például egyes kromátmentes konverziós bevonatok cirkóniumot, titánt, hafniumot és/vagy szilíciumot tartalmaznak, egyes esetekben fluoridokkal, felületaktív anyagokkal és polimerekkel, úgymint poliakrilsavval kombinálva. A korábbi széles körű erőfeszítések ellenére még mindig nem áll rendelkezésre olyan teljes mértékben kielégítő nem kromát konverziós bevonat vagy alapozóréteg, amely a polimerrel bevont alumíniumötvözet adhézióját és korrózióval szembeni ellenálló képességét tökéletesítené.

Találmányunk fő célja volt olyan alumíniumötvözet lemez előállítása, mely krómvegyületektől mentes korrózióvédő alapozóréteggel rendelkezik.

A találmány tárgya eljárás alapozóréteggel ellátott alumíniumötvözet lemez előállítására, melynél az alapozóréteg vinil-foszfonsav/akrilsav kopolimer és a lemezen lévő alumínium-oxid- vagy -hidroxid-réteg reakcióterméke.

A találmány céljai és előnyei a szakember számára nyilvánvalóvá válnak az ezután következő részletes leírásból.

Az 1. ábra a találmány szerinti eljárás folyamatábrája.

A találmány tárgya eljárás polimerrel bevont alumíniumötvözet lemez előállítására, amely bevont lemez élelmiszer-tároló testté vagy élelmiszer- vagy italtároló végpanellé való alakításra alkalmas.

Az olyan alumíniumötvözetek közé, amelyek alkalmasak polimerrel bevont tartálytestek vagy tartályvégpanelek előállítására, az AA5000 sorozatú alumíniummagnézium ötvözetek, és különösen az AA 5042 és az AA 5182 ötvözetek tartoznak.

A tartályok és végpanelek előállítására alkalmas alumíniumötvözet, úgymint az AA 5182 számú ötvözet, a szakember számára ismert öntési eljárásokkal előállított ingot vagy buga (biliét) vagy lemeztuskó (slab) formában állnak a felhasználó rendelkezésére. Feldolgozás előtt az ingotot vagy bugát emelt hőmérsékleten homogenizálják. Az ötvözet rúdanyagot ezután melegen hengerük, így - vastagságára nézve - köztitermék lemezt állítanak elő. Végezhetik például az anyag meleghengerlését úgy, hogy a fém 370-523 °C-on lép be a hengerműbe, és olyan köztiterméket állítanak elő, amelynek vastagsága 3,3-4,8 mm. Ezt az anyagot hidegen hengerük, és olyan lemezt állítanak elő, amelynek vastagsága a 0,2-0,38 mm tartományban van. Előnyben részesítjük az AA 5182 alumíniumötvözet lemezeket, amelyek H19 vagy H39 hőkezeltek (H19 vagy H39 temper). A végpanelek céljára szolgáló 5042 alumíniumötvözet lemez előnyösen H19 hőkezelt.

Az alumíniumötvözetek, úgymint az AA 5042 ötvözet, ingot formában állnak a felhasználó rendelkezésére, amelyet homogenizálnak. Ezt követően meleghen2

HU 225 813 Β1 gerléssel körülbelül 3,1 mm közbenső vastagságú lemezt állítanak elő. A vastagságára nézve köztitermék lemezt lágyítják (anneal), majd melegen hengerük, és ezután hidegen hengerük, így olyan lemezterméket állítanak elő, amelynek vastagsága 0,2-0,38 mm. A lemezt polimerbevonattal látják el, majd húzással és ismételt húzással élelmiszertartály-testekké alakítják. Előnyben részesítjük azt az AA 5042 alumíniumötvözet lemezt, amely H2E72 hőkezelt (H2E72 temper).

Az alumíniumötvözet lemez felületén lévő természetes oxidbevonat általában kielégítő a jelen találmány kivitelezéséhez. A természetes oxidbevonat vastagsága 30-50 angström. A korrózióval szembeni hatékonyabb védelem érdekében kezelésekkel növelhetjük az oxidbevonatot, úgymint anódos oxidációval, vagy vízben, vízgőzben vagy vizes oldatokban végzett hidrotermális kezeléssel.

A találmány szerinti alumíniumötvözet lemezt alkalikus felülettisztítóval tisztítjuk abból a célból, hogy a felületre tapadó bármely kenőanyag maradékát eltávolítsuk, ezután a tisztított lemezt vízzel öblítjük. A tisztítási lépést elhagyhatjuk, ha elhanyagolható mennyiségű kenőanyag marad vissza a felületen.

A tisztított lemezfelületen ezután alapozóréteget hozunk létre alapozókompozíció alkalmazásával. Ez a kompozíció (vinil-foszfonsav)-akrilsav kopolimer (VPA-AA kopolimer) 1-20 g/liter koncentrációjú vizes oldata. A kopolimert előnyösen 4-10 g/liter töménységű oldatok formájában alkalmazzuk. A kopolimer rendszerint 5-50 mol%, előnyös esetben 20-40 mol% vinilfoszfonsavat tartalmaz. Különösen előnyös, ha VPA-AA kopolimer körülbelül 30 mol% VPA-t és körülbelül 70 mol% AA-t tartalmaz. Az oldat hőmérséklete

37.8- 93,3 °C, előnyösebben 48,9-82,2 °C.

Különösen előnyös esetben az oldat hőmérséklete

76,7 °C.

A lemez felületét bemárthatjuk az alapozókompozícióba, vagy a kompozíciót hengerléssel vagy permetezéssel vihetjük fel a lemez felületére. Előnyös módon folyamatos tisztító és előkezelő gépsort működtetünk

304.8- 457,2 méter/perc sebességgel. Ha a gépsort 304,8 méter/perc sebességgel működtetjük, akkor a lemezfelület és az alapozókompozíció között elegendő körülbelül 6 másodperces érintkezési idő. A VPA-AA kopolimer reagál az oxíd- vagy hidroxidbevonattal, és ezáltal alapozóréteget hoz létre a lemezfelületen.

Az alapozóréteggel bevont lemezt adott esetben vízzel leöblíthetjük abból a célból, hogy eltávolítsuk a VPA-AA kopolimernek azt a részét, amely nem reagált az oxid- vagy hidroxidbevonattal. Az öblítővíz hőmérséklete előnyösen 76,7-82,2 °C. Az öblítővizet töményítjük úgy, hogy eltávolítjuk a feleslegben lévő vizet, ily módon a VPA-AA kopolimert újra felhasználhatjuk. Az előnyös töményítési eljárások közé tartozik a fordított ozmózis és a membránszűrés.

Az alapozóréteggel ellátott lemezt olyan polimerkompozícióval vonjuk be, amely előnyös módon szerves polimert és szerves oldószerben diszpergált pigmentrészecskéket tartalmaz. Előnyösen háromféle bevonópolimert alkalmazunk, ezek pedig epoxivegyületek, a poli(vinil-klorid) és a poliészterek. Az alkalmas epoxivegyületek közé tartoznak a fenolosan módosított epoxivegyületek, a poliésztermódosított epoxivegyületek és az epoximódosított poli(vinil-klorid).

Az alapozóréteggel ellátott lemezt bevonhatjuk elektroforetikus bevonással (electrocoating, EC), résen át végzett bevonással (siót coating) vagy extruderes bevonással.

A pigmentrészecskék anyaga előnyösen titán-dioxid, alumínium-oxid vagy szilícium-dioxid. Előnyben részesítjük a 0,5-10 mikron médián részecskeméretű titán-dioxid-részecskéket.

A polimerbevonattal ellátott lemezt szárítjuk, feltekerjük, majd végül tartálytestekké vagy tartályvégpanelekké alakítjuk.

A találmány szerint AA 5182 alumíniumötvözet lemezekből készített 5,08*10,16 cm méretű mintákat megtisztítottunk, (vinil-foszfonsav)-akrilsav kopolimerrel alapoztunk, majd poli(vinil-klorid) bevonókompozícióval bevontunk. A VPA-AA kopolimer 30 mol% VPA (vinil-foszfonsav)-egységet és 70 mol% AA (akrilsav)egységet tartalmazott.

A PVC-vel bevont mintákat homályosodással (blushing) szembeni ellenálló képesség és bevonási adhézió szempontjából vizsgáltuk. A minták egy csoportját sörrel töltött sörösdobozba helyeztük, a dobozt lezártuk, majd a dobozt vízfürdőben 30 percen át tartottuk 82,2 °C-on. A minták másik csoportját 30 percre 82,2 °C-ra melegített ionmentesített vízfürdőbe merítettük.

A vizsgálati mintákat eltávolítottuk vizsgálati környezetükből, ionmentesített vízzel leöblítettük és megszárítottuk. Regisztráltuk a homályosodást, ha azt a vizuális megfigyelés igazolta. A bevonási adhéziót úgy vizsgáltuk, hogy késpengével keresztben vonalkázott mintát (vízszintes és függőleges vonalakat 3,2-4,7 mm távolságban) rajzoltunk be a bevonaton keresztül az alapfémre. Erősen tapadó ragasztószalagot (3M No. 610) ragasztottunk a keresztben vonalkázott területre. Öt másodperc érintkezési idő után a ragasztószalagot gyorsan eltávolítottuk úgy, hogy a fémfelülethez viszonyítva körülbelül 90 °C-os szögben húztuk le azt. A következőkben ismertetjük a P(VPA-AA) alapozóval kapott ragasztószalagos tesztek, továbbá a poli(vinil-foszfonsav) (PVPA)- és a poliakrilsav (PAA)-alapozókkal végzett hasonló ragasztószalagos tesztek eredményeit.

1. táblázat

A ragasztószalagos tesztek eredményei

	Tesztkörnyezet
Előkezelés	Sör	Víz
PVPA-4,1 g/l 82,2 °C-os fürdő	nem felel meg	nem felel meg
PVPA - 7,4 g/l 82,2 °C-os fürdő	nem felel meg	nem felel meg
PAA - 1,0 g/l 60 °C-os fürdő	nem felel meg	nem felel meg

HU 225 813 Β1

1. táblázat (folytatás)

	Tesztkörnyezet
Előkezelés	Sör	Víz
PAA-7,7g/l 60 °C-os fürdő	nem felel meg	nem felel meg
P(VPA-AA) - 4,4 g/l 82,2 °C-os fürdő	megfelel	megfelel
P(VPA-AA) - 7,2 g/l 82,2 °C-os fürdő	megfelel	megfelel

Az előbbiekben a találmány jelenleg előnyös kiviteli formáit ismertettük. A szakember számára érthető, hogy más kiviteli példákon keresztül is megvalósítható a találmány az igénypontok által meghatározott oltalmi körön keresztül.

Claims

1. Eljárás élelmiszer- vagy italtartálytestté vagy tartályvégpanellé alakítható és polimerrel bevont alumíniumötvözet lemez előállítására, azzal jellemezve, hogy (a) alumíniumötvözet lemezt állítunk elő, amelynek felületi része alumínium-oxid vagy alumínium-hidroxid;

(b) ezt a felületi részt olyan alapozókompozícióval vonjuk be, amely egy vizes oldat, amely lényegében vízből és (vinil-foszfonsav)/akrilsav kopolimerből áll, ezáltal olyan alapozóréteget hozunk létre, amely a kopolimer és az említett oxid vagy hidroxid reakcióterméke; majd (c) ezt az alapozóréteget bevonjuk egy olyan bevonókompozíclóval, amely egy polimert, mégpedig poli(vinil-klorid)-ot, valamely epoxivegyületet vagy valamely poliésztert, továbbá kívánt esetben szerves oldószert és/vagy kívánt esetben egy pigmentet tartalmaz.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az (a)-(c) lépéseket követően (d) a lemezt tartálytestté vagy tartályvégpanellé alakítjuk.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az (a)-(c) lépéseket végezzük el, továbbá (d’) a (b) lépés után és a (c) lépés előtt a lemezt vízzel leöblítjük, és így eltávolítjuk a kopolimernek azt a részét, amely nem reagált az említett oxiddal vagy hidroxiddal.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan kopolimert alkalmazunk, amely 5-50 mol% vinil-foszfonsavat tartalmaz.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan kopolimert használunk, amely 20-40 mol% vinil-foszfonsavat tartalmaz.

6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alapozókompozíció 1-20 g/liter mennyiségű, vízben oldott kopolimert tartalmaz.

7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alapozókompozíció hőmérséklete a (b) lépésben 49-93 °C.

8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevonókompozíció a (c) lépésben megadottakon túl szerves oldószert tartalmaz.

9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevonókompozíció pigmentrészecskéket is tartalmaz, amely pigmentet a titán-dioxid, szilícium-dioxid és alumínium-oxid közül választjuk ki.

10. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy alumíniumötvözet lemezként az AA5000 sorozatba tartozó alumínium-magnézium ötvözetet használunk.

11. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevonókompozíció poli(vinil-klorid)-ot tartalmaz.

12. Az 1. igénypont szerinti eljárással előállított, polimerrel bevont alumíniumötvözet lemez.

13. A 12. igénypont szerinti, polimerrel bevont alumíniumötvözet lemez, amely az AA5000 sorozatba tartozó alumínium-magnézium ötvözetből áll, bevonva egy olyan alapozókompozícióval, amely lényegében (vinilfoszfonsavj-akrilsav kopolimer, amely 20-40 mol% vinil-foszfonsavat és 60-80 mol% akrilsavat tartalmaz, és bevonva egy olyan bevonókompozícióval, amely poli(vinil-klorid)-ból áll.

14. A 3. igénypont szerinti eljárással előállított alumíniumötvözet tartálytest és tartályvégpanel.

15. Polimerrel bevont alumíniumötvözet lemez, amelynek alkotórészei:

(a) alumíniumötvözet lemez, amely az AA5000 sorozatba tartozó alumínium-magnézium ötvözetből áll, és amelynek alumínium-oxid vagy alumínium-hidroxid alkotta felületi része van;

(b) alapozóréteg, amely a fenti oxidnak vagy hidroxidnak 20-40 mol% vinil-foszfonsav-egységet tartalmazó (vinil-foszfonsav)-akrilsav kopolimerrel képzett reakciótermékéből áll; és (c) a fenti alapozóréteghez tapadó bevonókompozíció, amely a poli(vinil-klorid), epoxivegyületek és poliészterek csoportjából kiválasztott polimerből áll.

16. Eljárás élelmiszer- vagy italtartálytestté vagy tartályvégpanellé alakítható polimernél bevont alumíniumötvözet lemez előállítására, azzal jellemezve, hogy (a) alumíniumötvözet lemezt állítunk elő, amely az AA5000 sorozatba tartalmazó alumínium-magnézium ötvözetből áll, és alumínium-oxid vagy alumínium-hidroxid felületi része van;

(b) ezt a felületi részt bevonjuk egy olyan kompozícióval, amely egy vizes oldat, és amely lényegében vízből és 1-20 g/liter (vinil-foszfonsav)-akrilsav kopolimerből áll, amely kopolimer 5-50 mol% vinil-foszfonsavat tartalmaz, ezáltal olyan réteget létrehozva, amely az előbbi kopolimer és az említett oxid vagy hidroxid reakcióterméke; és (c) ezt a réteget bevonókompozícióval vonjuk be, amely bevonókompozíciót a poli(vinil-klorid), epoxivegyületek és poliészterek alkotta csoportból választunk ki.

17. A 16. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizes oldat lényegében vizet és 4-10 g/liter mennyiségű kopolimert tartalmaz.