JP2000104185A - アルミニウム系金属の洗浄水溶液およびその洗浄方法 - Google Patents
アルミニウム系金属の洗浄水溶液およびその洗浄方法Info
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Abstract
界面活性剤の分解による洗浄性の低下が少なく、外部に
廃棄された場合も環境問題を生じることの少ないアルミ
ニウム系金属の洗浄水溶液および洗浄法を提供する。 【解決手段】 pHが2以下となる量の無機酸と、0.
05〜4g/lの酸化型金属イオンおよび0.05〜1
0g/lの下記式(I) R-O-(EO)nH (I) 〔式中、Rは1分子平均10〜18個の炭素原子からな
るアルキル基であり、nは8以上の整数を表し;EOは
少量のプロピレンオキシド基を含んでもよいエチレンオ
キシド基を表す〕で表される界面活性剤を含有するアル
ミニウム系金属用洗浄水溶液。界面活性剤のRが1分子
平均12〜18であり、分子量が600以上である上記
洗浄水溶液。
Description
属の洗浄水溶液およびその洗浄方法、特にアルミニウム
表面に付着した潤滑油およびアルミニウム粉末等を除去
する洗浄作用の優れた洗浄水溶液およびその洗浄方法に
関する。また本発明はそれによる生体および環境に対す
る影響を抑制した洗浄水溶液および洗浄方法に関する。
アルミニウム系金属(即ちアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金)からなる飲料用アルミニウム容器は、通常、
ドローイング・アンド・アイアリングという成形操作
(以下、DI加工という)によって製造される。この成
形操作時には金属表面に潤滑油が適用され、また得られ
た容器には特にその内壁にアルミニウム粉末やアルミニ
ウム粉末と潤滑剤との反応物(スマット)が付着してい
る。この種の容器は、その後一般に、表面保護のため、
例えば化成処理または塗装が施される。これらの処理を
均一完全に行うためにこの化成処理の前に、上記潤滑油
またはスマットを金属表面から除去し、清浄化しておく
必要がある。
表面に形成されている酸化膜等を取り除くために、一般
に金属表面を適度にエッチングして洗浄する酸性洗浄剤
が用いられている。従来、このような酸性洗浄剤とし
て、クロム酸系やフッ化水素酸系の洗浄剤が多く用いら
れていた。しかしながら、これらの洗浄剤は有害物質を
含有するため、近年ではクロムフリー・フッ素フリーの
低温酸性洗浄技術の確立が望まれている。
酸性洗浄技術が、特公平3−50838号公報および特
公平3−65436号公報に提案されている。これらの
公報にはフッ素イオンを含有しないかまたは少量含有
し、硫酸および/または硝酸でpH2以下に調整された
酸性洗浄剤に、エッチングを促進するものとしてフッ素
イオンの代わりに第2鉄イオンが含まれている洗浄剤
と、洗浄浴の酸化還元電位を管理して浴中の第2鉄イオ
ンの濃度を管理する管理方法が開示されている。
ッチング反応は、アルミニウムがアルミニウムイオン
(Al3+)となるアノード反応と、洗浄液中のH+が還
元されて1/2H2となるカソード反応からなる。そこ
で、酸性洗浄液中に第2鉄イオン(Fe3+)を添加する
と、このFe3+がFe2+に還元されるアノード反応が、
前記H+の還元と同時に起こるため、アルミニウムのエ
ッチング反応が促進される。
位を管理することによって、アルミニウムのエッチング
反応が進行するにつれて増大するFe2+濃度を抑制し、
且つこのFe2+をFe3+に酸化することができる。
は、鉄イオンに由来する沈殿物の生成を防止するため、
および洗浄性をより改良するために、無機酸および酸化
型金属イオンに加えて、更にキレート分散剤と界面活性
剤を含有する酸性洗浄水溶液が開示されている。
方法においても、長時間の洗浄操作を継続すると潤滑剤
が蓄積し、洗浄性が低下する。また多量の界面活性剤を
添加したり、潤滑剤の蓄積を減らすためオートドレンを
増やすとランニングコストが増大し、且つ排水負担が増
加する。また界面活性剤として好んで使用されてきたア
ルキルフェノール系界面活性剤は環境ホルモンの疑いが
あり、且つ生分解性に乏しいという環境上の問題があ
る。加えて、酸化剤の添加により、界面活性剤が酸化分
解し、分解物が酸性洗浄液中に蓄積して洗浄性が低下す
る。
浄操作においても潤滑油の蓄積や界面活性剤の分解によ
る洗浄性の低下が少なく、外部に廃棄された場合も環境
問題を生じることの少ないアルミニウム系金属の洗浄水
溶液および洗浄法を提供するものである。
となる量の無機酸と、0.05〜4g/lの酸化型金属
イオンおよび0.05〜10g/lの下記式(I) R-O-(EO)nH (I) 〔式中、Rは1分子平均10〜18個の炭素原子からな
るアルキル基であり、nは8以上の整数を表し;EOは
少量のプロピレンオキシド基を含んでもよいエチレンオ
キシド基を表す〕で表される界面活性剤を含有するアル
ミニウム系金属用洗浄水溶液に関する。特に、本発明
は、上記界面活性剤のRが1分子平均12〜18であ
り、分子量が600以上である上記の洗浄水溶液に関す
る。更に、特に、本発明は、上記界面活性剤のRが1分
子平均12〜18であり、分子量が900以上である上
記の洗浄水溶液に関する。また、本発明は、上記の洗浄
水溶液を用いるアルミニウムの洗浄工程において、酸化
剤または酸化剤と酸化型金属イオンを補給することによ
り、洗浄水溶液中の酸化型金属イオン濃度を維持するア
ルミニウムの洗浄方法に関する。更に、本発明は上記の
洗浄水溶液による洗浄工程を経て得られるアルミニウム
製品に関する。
を含有するアルミニウム系金属の酸性洗浄水溶液に、特
定の界面活性剤を配合することを特徴とし、これによ
り、従来にない優れた洗浄作用を有するアルミニウム系
金属の洗浄液を提供することができる。従来の同種の洗
浄液に比べて本発明の洗浄水溶液の特に優れた点は、そ
の優れた洗浄作用に由来するものであるが、第1に、洗
浄されるべき金属と洗浄液との短時間の接触で優れた洗
浄作用が発揮されること、第2に、洗浄液中にかなり多
量に潤滑剤等の油分が蓄積された段階でもなお優れた洗
浄力を保持していること、第3に、用いる界面活性剤が
耐酸化分解性に優れており酸化剤が配合された系でも長
期に優れた洗浄力を保持することができる点である。し
たがって、本発明の洗浄水溶液は、オートドレン量を大
幅に低減できる。このためオートドレンに伴う新たな界
面活性剤の添加を要せず、排水処理費用も少なくてす
み、洗浄工程の経費を低減し、大きな経済的利益を生み
出すことができる。
性剤が、生分解性に優れているのみならず、アルキルフ
ェノール系界面活性剤のような同様の目的に使用されて
きた従来の界面活性剤と異なり、環境ホルモンとして生
態に悪影響を及ぼす心配がないことである。このように
本発明の洗浄液は環境面でも問題を生じる恐れがない。
浄水溶液中に配合する界面活性剤は、次式(I) R-O-(EO)nH (I) 〔式中、Rは1分子平均10〜18個の炭素原子からな
るアルキル基であり、nは8以上の整数を表し;EOは
少量のプロピレンオキシド基を含んでもよいエチレンオ
キシド基を表す〕の構造式で表されるものである。この
うち好ましいものは、Rが1分子平均12〜18個の炭
素原子からなるアルキル基であり、600以上の分子量
を有するものである。より好ましくは分子量が900以
上、更に好ましくは、分子量が1000〜1500のも
のである。式(I)で表される界面活性剤は、必ずしも
単一の化合物として使用する必要はなく、上記で規定す
るRおよびn、更には分子量は、混合物としての平均値
であってよい。
数が10より小さい場合、または18より大きい場合に
は、洗浄時間が短い条件または油分が蓄積して来た段階
での洗浄性が不十分となり、また酸化剤による分解が生
じ易くなるため、洗浄性が低下する。またnが7以下の
場合も同じ理由により洗浄性が低下する。
部分的に分岐を有してもよいし、一部不飽和結合を含ん
でもよい。nは8以上であればよいが、好ましくは8〜
40であり、より好ましくは10〜30、更に好ましく
は16〜30である。nが16未満の場合、配合処方に
よっては、例えば使用する界面活性剤に対する消泡剤の
割合によっては油分蓄積時または洗浄液老化後の洗浄性
がやや低くなる場合があるが、この範囲の界面活性剤
は、低起泡性のため消泡剤を界面活性剤に対して同量配
合しなくとも泡は生じにくいため、消泡剤の量を減じる
ことによって油分蓄積時または洗浄液老化後の洗浄性の
向上を図ることができる。またEOはエチレンオキシド
基を意味するが、少量のプロピレンオキシド基を含んで
もよい。プロピレンオキシド基を含む場合、プロピレン
オキシド基はエチレンオキシド基中にランダムに入って
いてもよいし、ブロック状に入っていてもよい。プロピ
レンオキシド基の含有量は、好ましくはエチレンオキシ
ド基に対して30モル%以下である。
0.05〜10g/l含有されていることが好ましく、
より好ましくは0.2〜3g/lである。界面活性剤の
含有量が0.05g/l未満の場合は、洗浄性、特に脱
脂性が低下する傾向がある。一方含有量が10g/lを
越えてももはやそれ以上の洗浄性の向上は見られず、不
経済となる。
数を複数個有する金属において価数の高い方の金属イオ
ンをいう。具体的には第2鉄イオン(Fe3+)、メタバ
ナジン酸イオン(VO3-)、第2セリウムイオン(Ce
4+)、コバルトイオン(Co 5+)、第2錫イオン(Sn
4+)等が挙げられる。好ましくは、第2鉄イオン(Fe
3+)、第2セリウムイオン(Ce4+)である。これらの
酸化型金属イオンは1種または2種以上の混合物として
使用する。第2鉄イオンの供給源は、硫酸第2鉄、硝酸
第2鉄、過塩素酸第2鉄等の水溶性第2鉄塩が挙げられ
る。メタバナジン酸イオンの供給源は、メタバナジン酸
ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、メタバナジン酸
アンモニウム等が挙げられる。第2セリウムイオンの供
給源は、硫酸セリウムアンモニウム等が挙げられる。コ
バルトイオンの供給源は、硫酸第2コバルト、硫酸第2
コバルトアンモニウム等が挙げられる。第2錫イオンの
供給源は、硫酸第2錫、硝酸第2錫等が挙げられる。
0.05〜4g/l、好ましくは0.2〜2g/lであ
る。酸化型金属イオンの添加量が0.05g/lより少
ないと、アルミニウム表面をエッチングする作用が不充
分となり、脱スマット性が低下するなどアルミニウム表
面の清浄化作用が低下する。一方4g/lより過剰にな
るとエッチングが部分的に過剰になったり、界面活性剤
を分解する等の好ましくない影響が現れるようになる。
される。pHをこの範囲に保持するために、必要な量の
無機酸が加えられる。無機酸は硫酸が好ましく、部分的
な範囲で硝酸を併用することができる。pHが2を越え
るとアルミニウム表面のエッチング速度が極端に低下
し、洗浄浴としての有効性が発揮しにくい。
酸化型金属イオンおよび式(I)の界面活性剤に加え
て、必要に応じてキレート分散剤、分解防止剤、消泡剤
の少なくとも1種を添加することができる。キレート分
散剤とは、酸化型金属イオンとキレートを形成し、強酸
下の水溶液中での酸化型金属イオンの安定化が図られ、
強酸下の水溶液中での酸化型金属イオンの分散性を向上
させることができる化合物であり、このような機能を有
する化合物であればどのようなものでもよい。好ましく
はホスホン酸化合物類である。具体的な例として、1-
ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、アミノト
リ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ
(メチレンホスホン酸)等を用いることができる。キレ
ート分散剤は、洗浄液中に0.05〜5g/l含有され
ていることが好ましく、より好ましくは0.1〜2g/
lである。
ては、例えばC12H25-O-(EO)6(PO)18H、C10H
21-O-(EO)5(PO)10H等の高級アルコールへのEO
およびPO付加物、HO-(EO)2(PO)27-(EO)2H等
のポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物
誘導体等を例示することができる。消泡剤の添加量は、
界面活性剤に対して40〜200重量%が好ましい。
を防止または抑制するために用いるものであり、臭素イ
オン、多価アルコールまたはこれらを併用して用いるこ
とが好ましい。臭素イオンはHBr、KBr、NaB
r、臭化アルミニウム、臭化鉄等の形で加えることがで
きる。多価アルコールとしては、主鎖中の隣接した炭素
原子に直結した水酸基を1分子中に少なくとも2個有す
るものが好ましく、1,2-エタンジオール(エチレング
リコール)、1,2-プロパンジオール(プロピレングリ
コール)、1,2-ペンタンジオール、1,2-ブタンジオ
ール等の二価のアルコール類、1,2,3-プロパントリ
オール、1,2,4-ブタントルオール等の三価のアルコ
ール類、1,2,3,4-ブタンテトラオール等の四価のア
ルコール類等が例示できる。これら分解防止剤を添加す
る場合、添加量は洗浄液中、臭素イオンは0.02〜0.
1g/l、多価アルコールは0.1〜5g/lであるこ
とが好ましい。
浄工程において、酸化剤または酸化剤と酸化型金属イオ
ンを補給することにより、洗浄水溶液中の酸化型金属イ
オンの濃度を維持する。酸化剤は、洗浄作用が進行する
に連れて酸化型金属イオンが価数の低いイオンに還元さ
れるためこれを酸化型に戻して酸化型金属イオンの働き
を持続させるために使用される。通常、洗浄を行うと、
時間の経過とともに酸化型金属イオン、例えば第2鉄イ
オンはFe3++e → Fe2+により第1鉄イオンに変化
し、酸化還元電位(ORP:oxydation-reduction pote
ntial)が低下して(洗浄浴の老化ともいう)、アルミ
ニウム表面のエッチング促進効果がなくなる。そこで、
酸化型金属イオンを随時補給してもよいが、その代わり
にORPコントロールのために酸化剤を随時添加して第
1イオンを第2イオンに酸化するのが好ましい。
化水素、過硫酸塩(例えば、Na2S2O8)、オゾン
(O3)、セリウム化合物(例えば、硫酸セリウムアン
モニウム)、亜硝酸塩(例えば、NaNO2、KN
O2)、メタバナジン酸イオンを生成する化合物等が挙
げられる。更に特公平3−65436号公報に開示され
ている他の酸化剤も使用することができる。
酸化剤と酸化型金属イオンを補給する基準として洗浄浴
の状態を酸化還元電位によって管理する。
よる洗浄方法は、スプレーまたは浸漬法のいずれを用い
てもよい。また洗浄を実施するに当たって、処理温度は
35〜80℃が好ましく、より好ましくは50〜70℃
である。80℃越えると過剰エッチングとなり、処理浴
の老化が早まり、35℃より低い場合はエッチング量が
不足し、脱スマット性が低下する。
アルミニウム表面は、常法にしたがって水洗後、例えば
化成処理を行ってもよい。
より具体的に説明する。実施例 1〜13 表1に示す配合処方で、無機酸水溶液、酸化型金属イオ
ン、界面活性剤、キレート分解剤、消泡剤、分解防止剤
を混合して、表1に示すpHを持つ洗浄水溶液を調製し
た。ただし、無機酸水溶液としての硫酸水溶液および硝
酸水溶液はそれぞれ75%濃度硫酸水溶液および67.
5%硝酸水溶液として加えた。また、酸化型金属イオン
であるFe3+およびCe4+はそれぞれ41%の硫酸第2
鉄水溶液および硫酸第2セリウム(4水和物)として加
えた。キレート剤としては1-ヒドロキシエチレリデン-
1,1-ジホスホン酸、分解防止剤としてはNaBr、消
泡剤としてはC12H25-O-(EO)6(PO)18Hを、それ
ぞれ直接洗浄水溶液に加えた。また表1には、使用した
界面活性剤の分子量も併せて記載した。
て洗浄水溶液を調製した。
水溶液による脱脂処理時間が25秒と45秒の場合につ
いて、洗浄性を、水濡れ性、脱スマット性、缶底黒変性
に関して評価した。洗浄対象物として3004アルミニ
ウム合金板をDI(ドローイング・アンド・アイアニン
グ成形)加工して得られた、潤滑油とスマットの付着し
た蓋なし容器を用いた。洗浄性の評価結果を表3に示し
た。
よび缶底黒変性の評価は次のようにして行った。 (1)水濡れ性:70〜75℃に加熱した洗浄水溶液を
洗浄対象物である容器に所定時間(25秒または45
秒)スプレーにて洗浄処理し、これを15秒間水道水で
水洗し、直ちに3回振って水切りし、容器を上向きに静
置して、60秒後の容器外表面の水濡れ面積(%)を目
視測定した。
した洗浄水溶液を洗浄対象物である容器に所定時間(2
5秒または45秒)スプレーにて処理し、これを15秒
間水道水で水洗したのち乾燥した。乾燥後の容器内面に
透明粘着テープを貼り付け、次にこれを剥離して白色台
紙上に貼り付け、テープ貼り付け面の白さを、汚れのな
いテープを貼り付けた台紙の面の白さと目視で比較し
た。完全にスマットが除去されて汚染のない場合を良と
し、汚染の程度に応じて以下の5段階で評価した。 5:汚染なし、 4:痕跡程度の汚染、 3:僅微な汚染、 2:中程度の汚染、 1:多大な汚染。
た洗浄水溶液を洗浄対象物である容器に所定時間(25
秒または45秒)スプレーにて処理し、これを15秒間
水道水で水洗したのち、「アルサーフ440建浴剤」
(日本ペイント社製)を含む化成処理液(濃度1.7重
量%、40℃)を15秒間スプレーして化成処理した。
水道水で水洗したのち脱イオン水で水洗し、190℃で
2分間乾燥した。乾燥後、100℃の沸騰水に30分間
浸漬。沸騰水に浸漬した後の缶底の黒変の程度を次の基
準で評価した。 5:全く変色なし、 4:わずかに変色、 3:軽い変色、 2:かなり黒変、 1:完全に黒変。
す蓄積潤滑油量の影響)〕洗浄の進行に伴う洗浄槽中へ
の油分の蓄積を想定して、あらかじめ洗浄槽中へ潤滑剤
を所定濃度(1.0g/l、2.0g/l、3.0g/
l)で添加しておき、潤滑剤の存在下での各洗浄水溶液
の洗浄性を評価した。洗浄対象物として上記脱脂洗浄性
評価の場合と同じように3004アルミニウム合金板を
DI(ドローイング・アンド・アイアニング成形)加工
して得られた、潤滑油とスマットの付着した蓋なし容器
を用いた。評価結果を表4に表した。
よび缶底黒変性の評価は上記脱脂洗浄性評価の場合と同
様にして行った。ただし、水濡れ性については、スプレ
ー処理時間を25秒とした。
温し、アルミニウムをエッチング処理しながら、洗浄液
の酸化還元電位が540mVに維持されるように過酸化
水素を補充しつづけ、1時間後の界面活性剤量を測定し
た。またその時点で、上記と同じように加工したアルミ
ニウム缶を洗浄し、この洗浄性を「老化後の洗浄液の洗
浄性」として評価した。評価結果を表5に表した。
分蓄積時の洗浄持続性の場合と同じようにして行った。
界面活性剤の残存量は、以下に記載するセシボール法に
より存在する界面活性剤量を測定して算出した。 (4)セシボール法による界面活性剤濃度の測定法 試料(酸性洗浄水溶液)を0.5ml採取する。 これに純水10mlを加えて希釈する。 これに6N-KOH水溶液を5ml添加する。 更にビクトリアブルー指示薬を2滴添加する。 ※ビクトリアブルー指示薬とは、ビクトリアブルーBの
1gを250mlのエタノールに溶解して調製したもの。 1,2-ジクロロエタンを5ml添加する。 鮮やかな青色の発色を終点として、セシボール溶液
で滴定する。 ※セシボール溶液とは、セシボール(C24H16BF4N
a・2H2O)0.2251gを純水1リットルに溶解し
た液。 濃度決定に当たっては、あらかじめ使用する界面活性剤
で検量線を作成しておく。
として外部に廃棄された場合でも環境上問題が少ないも
のを使用し、しかも長時間の洗浄操作においても潤滑油
の蓄積や界面活性剤の分解による洗浄性の低下の少ない
アルミニウム系金属の洗浄水溶液を提供する。
Claims (7)
- 【請求項1】 pHが2以下となる量の無機酸と、0.
05〜4g/lの酸化型金属イオンおよび0.05〜1
0g/lの下記式(I) R-O-(EO)nH (I) 〔式中、Rは1分子平均10〜18個の炭素原子からな
るアルキル基であり、nは8以上の整数を表し;EOは
少量のプロピレンオキシド基を含んでもよいエチレンオ
キシド基を表す〕で表される界面活性剤を含有するアル
ミニウム系金属用洗浄水溶液。 - 【請求項2】 上記式(I)で表される界面活性剤のR
が1分子平均12〜18であり、分子量が600以上で
ある請求項1記載の洗浄水溶液。 - 【請求項3】 上記式(I)で表される界面活性剤のR
が1分子平均12〜18であり、分子量が900以上で
ある請求項1記載の洗浄水溶液。 - 【請求項4】 酸化型金属イオンが第2鉄イオン(Fe
3+)、メタバナジン酸イオン(VO3-)、第2セリウム
イオン(Ce4+)、コバルトイオン(Co5+)および第
2錫イオン(Sn4+)からなる群から選ばれる1種また
は2種以上の混合物である請求項1、2または3のいず
れかに記載の洗浄水溶液。 - 【請求項5】 キレート分散剤、分解防止剤、消泡剤の
少なくとも1種を含む請求項1〜4のいずれかに記載の
洗浄水溶液。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載する洗浄
水溶液を用いるアルミニウムの洗浄工程において、酸化
剤または酸化剤と酸化型金属イオンを補給することによ
り、洗浄水溶液中の酸化型金属イオン濃度を維持するア
ルミニウムの洗浄方法。 - 【請求項7】 請求項1〜5のいずれかに記載の洗浄水
溶液による洗浄工程を経て得られるアルミニウム製品。
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