JP2007182056A - Ｄｉ缶用樹脂被覆アルミニウム板およびそれを絞りしごき加工してなるｄｉ缶 - Google Patents

Abstract

【課題】 非クロメート系の表面処理を施したアルミニウム板に有機樹脂フィルムを施しても、有機樹脂フィルムとの十分な加工密着性が得られるＤＩ缶用アルミニウム板、およびそれを絞りしごき加工してなるＤＩ缶を提供する。
【解決手段】 アルミニウム板上に水性アクリルエマルジョン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂の水性分散体、ポリエステル樹脂エマルジョンなどのエマルジョン系樹脂を用いた有機処理層を形成させてなるアルミニウム板に、有機樹脂フィルムを積層してＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板とし、これを絞りしごき加工してＤＩ缶に成形する。
【選択図】 なし

Description

本発明は飲料缶などのＤＩ缶に適用するＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板およびそれを絞りしごき加工してなるＤＩ缶に関する。

従来、炭酸飲料や果汁飲料を充填する缶として、アルミニウム板や錫めっき鋼板を絞りしごき加工して有底の円筒状に成形したＤＩ缶が用いられてきた。従来のＤＩ缶の製造においては、アルミニウム板や錫めっき鋼板を絞りしごき加工した後に、内外面に塗料を塗布し、焼き付け乾燥することが行われていた。しかし、塗料を焼き付け・乾燥する際に、有機溶媒が周囲に飛散して環境に悪影響を与えるため、アルミニウム板や電解クロム酸処理鋼板に塗膜に換えて有機樹脂フィルムを積層被覆し、これを絞りしごき加工してＤＩ缶に成形することが行われている。

有機樹脂フィルムを積層被覆した電解クロム酸処理鋼板は、鋼板上に形成されたクロメート皮膜と有機樹脂フィルムとの加工密着性が優れているために、絞りしごき加工してＤＩ缶に成形した場合、成形加工中および成形加工後に有機樹脂フィルムが剥離することがない。しかし、有機樹脂フィルムをアルミニウム板に直接積層被覆した場合は、加工密着性が不十分で成形加工中および成形加工後に有機樹脂フィルムが剥離しやすいので、アルミニウム板にクロメート系の表面処理を施して加工密着性を向上させることが行われている。

例えば特許文献１は、アルミニウム板に下層がリン酸クロメート皮膜、上層がシラン処理皮膜の２層皮膜を形成させたアルミニウム板に熱可塑性樹脂を被覆することにより、絞り加工や絞りしごき加工を施した際に、層間剥離や樹脂層におけるクラックなどの欠陥を生じない樹脂被覆アルミニウム板を提案している。

しかしながら、アルミニウム板にリン酸クロメート皮膜を形成させる場合、作業環境において人体に有害なクロム化合物を用いるため、クロメート処理液やヒュームの飛散を防止するため、処理装置には厳重な飛散防止装置を設け、かつ余剰の処理液や洗浄水を無害なクロム化合物とする処理装置を設けることが不可避であり、コストアップの要因になっている。このようなクロメート系の表面処理に替わる、環境に無害でかつ加工密着性に優れた処理皮膜が得られる表面処理が求められている。

本発明に関する先行技術文献として、以下のものがある。
特開２００１−３０３２７３号公報

本発明は、非クロメート系の表面処理を施したアルミニウム板に有機樹脂フィルムを施しても、有機樹脂フィルムとの十分な加工密着性が得られるＤＩ缶用アルミニウム板、およびそれを絞りしごき加工してなるＤＩ缶を提供することを目的とする。

本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板は、アルミニウム板の少なくとも片面にエマルジョン系樹脂を用いた有機処理層を有し、該有機処理層上に有機樹脂フィルムを積層してなるＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板（請求項１）であり、
上記（請求項１）のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板において、前記エマルジョン系樹脂が水性アクリルエマルジョン樹脂（請求項２）または変性ポリオレフィン樹脂の水性分散体（請求項３）もしくはポリエステル樹脂エマルジョン（請求項４）であることを特徴とし、また
上記（請求項４）のＤＩ缶用樹脂被覆錫めっき鋼板において、前記ポリエステル樹脂の分子量が８０００〜１７０００であること（請求項５）、また前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が１５℃以上であること（請求項６）を特徴とし、また
上記（請求項１〜６）のいずれかのＤＩ缶用樹脂被覆錫めっき鋼板において、前記有機処理層の付着量が０．５〜２０００ｍｇ／ｍ^２ であること（請求項７）を特徴とする。

また本発明のＤＩ缶は、上記（請求項１〜７）のいずれかのＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板を絞りしごき加工してなるＤＩ缶（請求項８）である。

本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板は、人体に有害なクロメート系の処理液を用いることなく、クロメート系処理皮膜と同等以上の有機樹脂フィルムとの十分な加工密着性が得られるので、絞りしごき加工を施してＤＩ缶に成形しても有機樹脂フィルムが剥離することがない。そのため本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板は、特に人体に無害な作業環境で製造することが可能であり、絞りしごき加工中および絞りしごき加工後に有機樹脂フィルムが剥離することなくＤＩ缶に成形加工することができる。

以下、本発明の内容を説明する。本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板としては、純アルミニウム板およびアルミニウム合金板を用いることができりるが、特に加工性の観点からＪＩＳ規格の３０００系または５０００系のアルミニウム合金板を用いることが好ましい。

これらのアルミニウム板に公知の脱脂洗浄処理を施した後、エマルジョン系樹脂を用いた有機処理を施して有機処理層を形成させる。エマルジョン系樹脂としては水性アクリルエマルジョン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂の水性分散体、またはポリエステル樹脂エマルジョンのいずれかを用いることが好ましい。

水性アクリルエマルジョン樹脂としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−ヒドロキシエチルアクリレート、ブチルアクリレート、イタコン酸などのアクリル系モノマーの共重合体、またはこれらのモノマーとスチレン、酢酸ビニル、ビニルスルホン酸ナトリウム、メタリルスルホン酸ナトリウム、アクリロニトリルなどの不飽和モノマーとの共重合体を挙げることができる。

変性ポリオレフィン樹脂の水性分散体としては、ポリオレフィンにα、β−不飽和カルボン酸またはその無水物をグラフト重合して変性した変性ポリオレフィン樹脂に、反応性界面活性剤をを添加して水性化したものを用いる。ポリオレフィンとしてはエチレンもしくはプロピレンの単独重合体、またはエチレンもしくはプロピレンとブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、ヘプテン−１、オクテン−１などの炭素数２以上のα−オレフィンの１種または２種以上との共重合体を挙げることができる。

これらのポリオレフィンの変性に用いるα、β−不飽和カルボン酸またはその無水物としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、アリルコハク酸、メサコン酸、アコニット酸、およびこれらの酸無水物を挙げることができる。

反応性界面活性剤としてはアルキルペニルフェノールポリオチレンオキシド付加体、アルキルジプロペニルフェノールポリオチレンオキシド付加体、およびそれらの硫酸エステル塩を挙げることができる。

ポリエステル樹脂エマルジョンとしては、多価カルボン酸またはそのエステル形成誘導体と多価ヒドロキシ化合物を反応させて製造する際に、ポリマー分子中に親水基を有する化合物を反応させた親水性ポリエステル樹脂を用いる。ポリエステル樹脂エマルジョンは飽和共重合ポリエステル樹脂が望ましく、分子鎖末端に水酸基とカルボキシル基を持っていることが望ましい。

多価カルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸、無水トリメリット酸、トリメシン酸を挙げることができる。

多価ヒドロキシ化合物としては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、プロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、Ｐ−キシレングリコール、１，６−ヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡのアルキレンオキシド付加物、ジメチロールプロピオン酸、グリセリン、トリメチロールプロパン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体を挙げることができる。

親水基を有する化合物としては、トリメリット酸ナトリウム、トリメシン酸アンモニウム、ジメチロールプロピオン酸カリウム、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコールを挙げることができる。

上記のポリエステル樹脂の分子量は８０００〜１７０００であることが好ましく、１００００〜１５０００であることがより好ましい。分子量がこの範囲をはずれる場合は十分な加工密着性が得られない。また、ガラス転移温度が１５℃以上であることが好ましく、５０℃以上であることがより好ましい。１５℃未満の場合、絞りしごき加工時の発熱により軟化し、密着性が低下してしまう。

これらのエマルジョン系樹脂を、ロールコート法などの公知の方法を用いてアルミニウム板の表面に塗布し、乾燥固化して有機処理層とする。有機処理層の厚さは乾燥固化後の付着量で０．５〜２０００ｍｇ／ｍ^２ であることが好ましく、０．５〜５００ｍｇ／ｍ^２ であることがより好ましい。０．５〜２０００ｍｇ／ｍ^２ の好適範囲をはずれる場合は十分な加工密着性が得られない。

本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板は、上記のようにして有機処理を施した後、その上に有機樹脂フィルムを積層被覆することにより得られる。有機樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、エチレンテレフタレート・エチレンイソフタレート共重合体、ブチレンテレフタレート・ブチレンイソフタレート共重合体、エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸の一部をイソフタル酸、フタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸、無水トリメリット酸、トリメシン酸などの他の多価カルボン酸で置換してなる共重合体、エチレンテレフタレートを構成するエチレングリコールを１，４−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、プロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、Ｐ−キシレングリコール、１，６−ヘキサンジメタノールなどの、他の多価アルコールで置換してなる共重合体、またはこれらの多価カルボン酸と多価アルコールの重合体などのポリエステル樹脂、あるいはこれらのポリエステル樹脂の２種類以上をブレンドした樹脂からなるフィルム、これらのポリエステル樹脂の２種類以上を積層してなる複層樹脂フィルムなどを用いることができる。

上記のポリエステル樹脂フィルム以外に、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、およびこれらをマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、アリルコハク酸、メサコン酸、アコニット酸などのα、β−不飽和カルボン酸またはその無水物をグラフト重合して変性したもの、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体などのポリオレフィン樹脂、６−ナイロン、６，６−ナイロン、６，１０−ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、さらに上記のポリエステル樹脂とアイオノマーをブレンドしたものなどからなるフィルムを用いることができる。

これらの樹脂フィルムはアルミニウム板の少なくともＤＩ缶に成形加工した際の内面となる側に積層被覆するが、両面に積層被覆してもよい。両面に積層被覆する場合、ＤＩ缶に成形加工した際の外面となる側に積層被覆する樹脂フィルムとしては、用途によってはアルミニウム板の光沢を隠蔽し、印刷下地とするために樹脂に二酸化チタンなどの顔料を含有させた着色フィルムを用いてもよい。また、用途によってはＤＩ缶に成形加工した際の外面となる側に着色フィルムを用いてもよい。

これらの樹脂フィルムの厚さは、アルミニウム板上へのフィルム積層作業のし易さ、樹脂フィルムを積層被覆したアルミニウム板を絞りしごき加工した後のＤＩ缶における樹脂フィルムの接着強度、耐食性および経済性の観点から１０〜１００μｍであることが好ましい。

これらの樹脂フィルムは、樹脂ペレットを加熱溶融し、それを押出機のＴダイから直接上記の有機処理層を設けたアルミニウム板上に押し出して積層被覆してもよいし、樹脂ペレットを加熱溶融し、それを押出機のＴダイから押し出した所望の厚さのフィルムに製膜したものを、熱接着法を用いて上記の有機処理層を設けたアルミニウム板に熱接着してもよい。以上のようにして本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板を得ることができる。

上記のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板に、以下のように絞りしごき加工してＤＩ缶に成形する。すなわち、ＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板から打ち抜いたブランクを１段または複数段の絞りダイスを用いてカップ状体に絞り加工する。次いで１段または複数段のしごきダイスを用い、カップ状体の側壁部の厚さよりも小さく設定したしごきダイスとパンチの間のクリアランス部分にカップ状体の側壁部を強制的に押し込んで、側壁部を薄肉化しながら側壁高さを高めるしごき加工を施す。このようにして、比較的缶径が小さく、缶側壁高さが高く、かつ側壁部の厚さが薄いＤＩ缶を成形する。

このように成形加工されたＤＩ缶は上端開口部の高さが不揃いであるので、缶高さを一定に揃えるために上端部を切断除去するトリミングを行う。次いで絞りしごき加工による加工応力を緩和し、接着強度を高めるためにＤＩ缶を樹脂フィルムのガラス転移温度以上、樹脂フィルムの溶融温度以下に加熱する。このようにして、本発明のＤＩ缶が得られるが、樹脂フィルムとアルミニウム板の密着性が十分でない場合は、絞り加工時ややしごき加工時に樹脂フィルムが剥離する、しごき加工時に缶体が破胴して成形不能になる、また、しごき加工後またはしごき加工後に缶を加熱する際に樹脂フィルムが剥離する、などの障害が発生し、実用可能なＤＩ缶が得られない。

以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。
（表面処理アルミニウム板の作成）
板厚：０．３０ｍｍのアルミニウム板（ＪＩＳ ３００４ Ｈ３９）を脱脂洗浄した後、表１に示す７種類のエマルジョン系の樹脂溶液をロールコート法を用いて表１に乾燥固化後の付着厚さとなるようにアルミニウム板の両面に塗布し、１００℃で９０秒間加熱して乾燥固化し有機処理層を形成させ、表１に試料番号１〜７で示す表面処理アルミニウム板とした。また比較材としてアルミニウム板にリン酸クロメート皮膜を形成させたもの（試料番号８）を作成し、さらに表面処理を施さない無処理のもの（試料番号９）を準備した。

（樹脂被覆アルミニウム板の作成）
表１に示す試料番号１〜９の表面処理アルミニウム板を２５０℃に加熱し、その両面に上層がエチレンテレフタレート９５モル％・エチレンイソフタレート５モル％共重合体（厚さ：４μｍ）、下層がエチレンテレフタレート８５モル％・エチレンイソフタレート１５モル％共重合体（厚さ：１２μｍ）からなる２層の共重合ポリエステル樹脂フィルム（全厚さ：１６μｍ）を当接し、１対のラミネートロールで挟み付けて圧着した後、水中に急冷し、試料番号１〜９の樹脂被覆アルミニウム板とした。

（ＤＩ缶の成形）
試料番号１〜９の樹脂被覆錫アルミニウム板を、直径：１４２ｍｍのブランクに打ち抜いた後、第１段の絞り加工で缶径：９１ｍｍのカップ状体に成形し、次いで第２段の絞り加工で缶径：６６ｍｍのカップ状体に成形した後、３段のしごき加工を施し、缶径：６６ｍｍ、缶高さ：約１３０ｍｍのＤＩ缶に成形した。次いで缶高さ１２３ｍｍとなるように缶上端部をトリミングして缶高さを一定に揃えた後、２１０℃で３分間加熱し、加工応力を緩和した。このようにして試料番号１〜９のＤＩ缶とした。

（特性評価）
以上のようにして得られた試料番号１〜９のＤＩ缶を各試料番号についてそれぞれ３００缶成形し、下記の特性を評価した。
[破胴発生の有無]
試料番号１〜１０のＤＩ缶のしごき加工工程におけ破胴発生の有無を評価した。

[樹脂フィルムの剥離]
試料番号１〜１０のＤＩ缶の各成形工程における樹脂フィルムの剥離の有無を肉眼観察した。また、最終工程のトリミング後の加熱後の缶上端部樹脂フィルムの剥離の程度を肉眼観察し、下記の基準で評価した。
◎：樹脂フィルムの剥離は認められない。
○：缶上端部に実用上問題とならない極くわずかな樹脂フィルムの剥離が認めらる。
△：缶上端部に実用上問題となるわずかな樹脂フィルムの剥離が認めらる。
×：缶上部にかなりの程度の樹脂フィルムの剥離が認めらる。
これらの評価結果を表２に示す。表２に示すように、本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板はいずれも樹脂フィルムの密着性に優れており、安定してＤＩ缶に成形加工することが可能である。

人体に有害なクロメート系の処理液を用いることなく、クロメート系処理皮膜と同等以上の有機樹脂フィルムとの十分な加工密着性が得られる本発明のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板は、絞りしごき加工を施してＤＩ缶に成形しても有機樹脂フィルムが剥離することがなく、人体に無害な作業環境で製造することが可能である。また、絞りしごき加工中および絞りしごき加工後に有機樹脂フィルムが剥離することなくＤＩ缶に成形加工することができる。

Claims (8)

1. アルミニウム板の少なくとも片面にエマルジョン系樹脂を用いた有機処理層を有し、該有機処理層上に有機樹脂フィルムを積層してなるＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
2. 前記エマルジョン系樹脂が水性アクリルエマルジョン樹脂である、請求項１に記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
3. 前記エマルジョン系樹脂が変性ポリオレフィン樹脂の水性分散体である、請求項１に記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
4. 前記エマルジョン系樹脂がポリエステル樹脂エマルジョンである、請求項１に記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
5. 前記ポリエステル樹脂の分子量が８０００〜１７０００である、請求項４に記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
6. 前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度が１５℃以上である、請求項４に記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
7. 前記有機処理層の付着量が０．５〜２０００ｍｇ／ｍ^２ である、請求項１〜６のいずれかに記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のＤＩ缶用樹脂被覆アルミニウム板を絞りしごき加工してなるＤＩ缶。