JP2581624B2

JP2581624B2 - 耐衝撃加工性に優れた薄肉化深絞り缶用ポリエステル樹脂被覆鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2581624B2
Application number: JP3214846A
Authority: JP
Inventors: 厚夫田中; 信義清水; 知正毎田; 和夫三宅
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH04344231A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄肉化深絞り缶用ポリエ
ステル樹脂被覆鋼板の製造方法に関するものであり、よ
り詳細には、鋼板の表面粗さと接着用プライマー層の厚
さの関係を規定した、耐衝撃加工性に優れた薄肉化深絞
り缶用ポリエステル樹脂被覆鋼板を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、飲料缶あるいは食缶には、缶
胴、缶蓋、底蓋の三つの部分からなる３ピース缶と缶胴
と底蓋が一体となった缶体、缶蓋の二つの部分からなる
２ピース缶が用いられている。この３ピース缶の缶胴に
は一回あるいは数回の塗装を施したぶりき、電解クロム
酸処理鋼板（一般にティンフリースチールと呼ばれ、以
下ＴＦＳと略す）が使用され、接合にはナイロンによる
接着、抵抗溶接、あるいははんだ付けが使用されてい
る。一回あたりの塗装の塗布重量は、約４０〜６０ｍｇ
／ｄｍ^２（固化後の平均厚さで約４〜６μｍ）であり、
缶の内面側には通常二回の塗装が施されている。このよ
うに厚膜の塗装を施すことは、焼き付け工程が煩雑であ
るばかりでなく、焼き付けのため長時間の加熱が必要で
ある。また、塗膜が厚いと焼き付け工程で塗料中の多量
の溶剤成分が排出されるため、排出溶剤を処理するため
の特別な設備を必要とした。

【０００３】また、２ピース缶には絞り缶、絞り再絞り
缶（Ｄｒａｗｎａｎｄｒｅｄｒａｗｎｃａｎ，ＤＲ
Ｄ缶）、絞りしごき缶（Ｄｒａｗｎａｎｄｉｒｏｎ
ｅｄｃａｎ，ＤＩ缶）があるが、絞り缶、ＤＲＤ缶の
ような比較的絞り比の小さい缶には上記の３ピース缶用
の材料と同様に塗装を施したぶりきまたはＴＦＳが使用
されている。そのため上記同様に工程および設備が複雑
となる。また、絞り缶，ＤＩ缶にはぶりきおよびアルミ
ニウムが使用されているが、ＤＩ缶の製造には成形時に
潤滑油を用い、成形加工後、この潤滑油を洗浄で除去
し、乾燥後、缶の内外面に塗装が施される。このＤＩ缶
の製造工程は公害面から潤滑油の処理、塗料焼き付け時
における塗料中から揮散される溶剤成分の処理などが煩
雑である。近年、塗装を施したＴＦＳを絞り加工後、ス
トレッチ加工を施す薄肉化深絞り缶の製造技術が開発さ
れ、その材料として塗装したＴＦＳが検討されてきた。
しかし、塗装したＴＦＳはこのような厳しい加工を施し
た時、塗膜に無数のクラックが入り、いまだに特性の良
好な薄肉化深絞り缶は実用化されていない。

【０００４】この薄肉化深絞り缶の製造技術はＤＩ缶の
製造技術に比較し、例えば、製造設備がコンパクトで設
備費が安い、設備設置面積が小さい、運転人員の削減が
可能である、プレコート材の使用が可能であり公害防止
設備が簡略化できる、ぶりきより安価なＴＦＳの使用が
可能であるなど多くの利点を有しているが、塗料をプレ
コートしたＴＦＳを薄肉化深絞り缶へ適用した場合、加
工後の耐食性が不十分なためいまだに広く普及していな
い。一方、塗装に代わる方法として、ポリエステル樹脂
フィルムを接着剤を使用せずに金属板に積層する方法
（特公昭６０−４７１０３号）およびエポキシ樹脂とそ
の硬化剤などからなる重合組成物などを予め塗布したポ
リエステル樹脂フィルムを金属板に積層する方法（特公
昭６３−１３８２９号、特開平１−２４９３３１号）が
開発されている。これらの方法で得られたポリエステル
樹脂被覆鋼板はエポキシ系重合組成物を二軸延伸ポリエ
チレンテレフタレートフィルムに塗布、固化した後、鋼
板表面にラミネートした鋼板であり、鋼板表面の粗さが
大きいとラミネート時にこのエポキシ系重合物と鋼板と
の接触が十分でないためか、薄肉化深絞り缶に加工後の
耐衝撃加工性が十分でない。また、ＩＶ値が０．５〜
０．７である熱可塑性ポリエステル樹脂で被覆された耐
デンティング性（耐衝撃加工性）に優れた薄肉化深絞り
缶用樹脂被覆金属板（特願平２−４１８１９８）があ
る。ＩＶ値を上げると、確かにポリエステルフィルムの
加工性は向上し、内容物を充填直後の耐衝撃加工性や、
コーヒーなどの低酸性飲料を対象とした１３０℃で熱水
処理後の耐衝撃加工性は改善されるが、コーラなどの炭
酸飲料を対象とした１０〜５０℃の雰囲気下で数カ月の
長期の保存に対しては耐衝撃加工性の向上効果が小さく
なるという問題点がある。したがって、腐食性の強い内
容物を充填することは難しい。耐衝撃加工性は、成缶工
程で成形された薄肉化深絞り缶を高速で連続的に搬送す
る時、缶と缶が衝突し、一方の缶にヘこみを生じる現象
あるいは内容品を充填後の搬送時の缶と缶がぶつかった
場合のへこみに対応している。このへこみを生じた部分
は缶の内面側からみると凸状に変形され、この部分のポ
リエステル樹脂層に無数のクラックが入ることがあり、
内容液によって局部的に腐食されている。すなわち、公
知のポリエステル樹脂被覆金属板は正常な状態で缶に成
形され、正常な状態で搬送されていれば薄肉化深絞り缶
用に使用されるものもあるが、このような異常な製缶作
業や充填作業が起こり得ることを考慮すると、腐食性の
強い内容物には実用性に乏しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の製缶
技術に比較し、薄肉化深絞り缶の製造技術は多くの利点
をもっているが、このような異常作業まで考慮した薄肉
化深絞り缶に適した材料は開発されていない。特に、炭
酸飲料のように腐食性の強い内容物を長期に保存した後
に異常作業があると、ポリエステルフィルムのＩＶ値を
規定したものは効果が小さい。本発明はこのような異常
作業を考慮した薄肉化深絞り缶用に適した優れた加工
性、および加工耐食性を兼ね備えた、特に、薄肉化深絞
り缶に成形後の缶胴部における耐衝撃加工性に優れた熱
可塑性ポリエステル樹脂被覆鋼板の製造方法を開発する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、種々検討の結
果、鋼板の片面または両面上に水酸基、エステル基、カ
ルボキシル基、アミド基、アミノ基、ウレタン基の１種
以上を分子内に有する接着用プライマーを塗布し、予め
接着用プライマーを固化した後、熱可塑性ポリエステル
樹脂をラミネートすることにより、本発明が解決しよう
とする課題である公害対策が不要であり、厳しい加工性
および加工耐食性、特に薄肉化深絞り缶に成形後の缶胴
部における耐衝撃加工性が要求される薄肉化深絞り缶用
に適した熱可塑性ポリエステル樹脂被覆鋼板の製造方法
を得ることができる。

【０００７】以下、本発明の内容について詳細に説明す
る。まず、本発明においては板厚０．１〜０．３ｍｍの
通常の低炭素冷延鋼板が用いられる。鋼板の表面は圧延
ロールの表面粗度により種々調整される。圧延方向に直
角な方向の鋼板表面の中心線平均粗さＲａ、最大高さＲ
ｍａｘは、通常はＲａで０．１５〜１μｍ，Ｒｍａｘで
０．５〜４μｍの範囲にある。本発明の薄肉化深絞り缶
において成形後の缶胴部における耐衝撃加工性を改善す
るには鋼板表面の粗さと接着用プライマーの厚さの関係
が非常に重要である。圧延方向に直角な方向の鋼板表面
の断面曲線は波長の長い表面うねり成分と波長の短い表
面粗さ成分に分けられ、この内、表面うねりはプライマ
ーの厚さの均一性にはほとんど影響を与えないが、表面
粗さは微視的にみたプライマーの厚さの均一性に影響を
与える。塗装鋼板の鋼板表面の粗さと塗膜の厚さの関係
においても同様のことが言えて、例えば、折り曲げ加工
試験後の金属露出量を評価するエナメルレーターテスト
（ＥＲＶテストという）によれば、塗膜厚さが同じ場合
はＲａが小さい程良好なＥＲＶ値が得られる。鋼板の表
面粗さ曲線を見ると、Ｒａの４倍の範囲にほとんどの表
面が含まれ、この範囲をはずれるものは全体の１〜１０
％に過ぎない。さらに、鋼板表面と接着用プライマーの
濡れ性は良好であるため、通常，Ｒａの４倍の厚さの接
着用プライマーを塗布するとほぼ完全に鋼板表面を覆う
ことができる。この時、接着用プライマーを染料で染め
て被覆状態を顕微鏡で観察すると完全に鋼板の表面が覆
われていることがわかる。したがって、接着用プライマ
ーの厚さをＤとすると、Ｄ／Ｒａ＞４の時は接着用プラ
イマーの衝撃緩衝作用によるためか、薄肉化深絞り缶に
成形後の缶胴部の耐衝撃加工性を改善することができ
る。一方、Ｒｍａｘに関しても同様のことが言える。一
般に、Ｄ／Ｒｍａｘ＞０．５の時は鋼板表面が完全に接
着用プライマーで被覆されている。接着用プライマーが
厚い程、耐衝撃加工性は良好となるが、経済的観点から
上限はＤ／Ｒｍａｘ＜５と規定した。実施例に示すよう
に，Ｄ／Ｒａ＞４の関係と，０．５＜Ｄ／Ｒｍａｘ＜５
の関係を同時に満足するものは、平板部の耐衝撃加工性
だけでなく薄肉化深絞り缶に成形後の缶胴部の耐衝撃加
工性に著しく優れている。

【０００８】表面処理には公知のすずめっき、薄すずめ
っき、クロムめっき、亜鉛めっき、ニッケルめっき、電
解クロム酸処理、クロム酸処理等の１種または２種以上
行ったものを用いることができる。通常、これらの鋼板
は、耐食性や塗料密着性を付与するために最表層にクロ
メート処理層を形成させるが、このクロメート処理層は
接着用プライマーとの優れた密着性を確保するために有
用である。表層のクロメート皮膜の量はクロムとして３
〜５０ｍｇ／ｍ^２の範囲が好ましい。これらの表面処理
によって、鋼板表面の粗さは変化しない。

【０００９】これらの表面処理鋼板と熱可塑性ポリエス
テル樹脂の間に介在する接着用プライマーは鋼板表面に
塗布後、加熱固化する必要がある。フィルムの表面粗度
は鋼板の表面粗度より小さいので、予め接着用プライマ
ーを鋼板に塗布することにより鋼板表面の粗度を小さく
でき、フィルムとの接触も十分になる。接着用プライマ
ーとしては、水酸基、エステル基、カルボキシル基、ア
ミド基、アミノ基、ウレタン基の１種以上を分子内に有
するエポキシ系接着剤、フェノール系接着剤、アミド系
接着剤、ウレタン系接着剤、酸変性オレフィン樹脂系接
着剤、コポリアミド系接着剤、コポリエステル系接着
剤、これらのブレンド物などをあげることができる。接
着用プライマーの塗布量は鋼板表面の粗度との関係を満
たす必要があるが、概ね、０．５〜５μｍが実用的であ
る。

【００１０】つぎに、熱可塑性ポリエステル樹脂には、
ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレー
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／イソフタレート共重合体等のポリエステルがあげ
られる。ＩＶ値は、特に規定する必要はない。これらの
ポリエステルは２軸延伸または未延伸のフィルムの形
で、接着用プライマーを塗布した鋼板上にラミネートさ
れる。熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、一般に、３〜５
０μｍの範囲にあることが望ましい。厚みが３μｍ以下
の場合はラミネート作業性が著しく低下するとともに、
ピンホールが発生し易く十分な加工耐食性が得られな
い。一方、５０μｍ以上となった場合は、製缶分野で広
く用いられている塗料と比較して経済的でない。

【００１１】ラミネートに必要な加熱方法はヒーターロ
ール伝熱方式、誘導加熱方式、抵抗加熱方式、熱風伝達
方式などがあげられ、特に、設備費、設備の簡素化を考
慮した場合、ヒーターロール伝熱方式が好ましい。幅方
向の温度分布は、できるだけ均一な方が良い。

【００１２】ラミネート後の冷却方法は特に限定するも
のではないが、冷却までの間の熱可塑性樹脂フィルムの
物性の変化を防ぐためにラミネート後、５秒以内に１０
０℃以下に冷却することが好ましい。

【００１３】

【実施例】

実施例１板厚０．２６ｍｍ、テンパー度ＤＲ−１０（金属クロム
量１１０ｍｇ／ｍ^２、クロム水和酸化物皮膜中のクロム
量１０ｍｇ／ｍ^２）、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）
０．１４μｍ、最大高さ（Ｒｍａｘ）０．９４μｍのＴ
ＦＳの両面に、エポキシ・フェノール系塗料をプライマ
ーとして乾燥時の厚さが０．７０μｍになるように塗布
し、１５０℃で乾燥後、イソフタル酸１２モル％、テレ
フタル酸８８モル％の酸成分とエチレングリコール１０
０モル％のアルコール成分からなる二軸延伸ポリエステ
ル樹脂フィルム（厚さ２５μｍ）を２４０℃で積層し
た。得られたポリエステル樹脂被覆鋼板を、下記に示す
加工条件で薄肉化深絞り缶に加工後、２２０℃×２分の
熱処理を施し、さらに、公知の方法により、ドーミン
グ、ネッキング、フランジング加工を施した。［成形条件］Ａ．絞り工程ブランク径：１８７ｍｍ絞り比：１．５０Ｂ．再絞り工程第１再絞り比：１．２９第２再絞り比：１．２４第３再絞り比：１．２０再絞り工程のダイスのコーナー部の曲率半径：０．４ｍ
ｍ再絞り工程のしわ抑え荷重：６０００ｋｇＣ．缶胴部の平均薄肉化率成形前のポリエステル樹脂被覆鋼板の厚さに対して−２
０％

【００１４】比較例１実施例１に示したＴＦＳの両面に、イソフタル酸１２モ
ル％、テレフタル酸８８モル％の酸成分とエチレングリ
コール１００モル％のアルコール成分からなる二軸延伸
ポリエステル樹脂フィルム（厚さ２５μｍ）を２４０℃
で積層した。得られたポリエステル樹脂被覆鋼板に、実
施例１と同様の条件で成形加工を施した。

【００１５】比較例２実施例１に示したＴＦＳの両面に、エポキシ・フェノー
ル系塗料をプライマーとして乾燥時の厚さが０．３２μ
ｍになるように塗布し、１５０℃で乾燥後、イソフタル
酸１２モル％、テレフタル酸８８モル％の酸成分とエチ
レングリコール１００モル％のアルコール成分からなる
二軸延伸ポリエステル樹脂フィルム（厚さ２５μｍ）を
２４０℃で積層した。得られたポリエステル樹脂被覆鋼
板に、実施例１と同様の条件で成形加工を施した。

【００１６】実施例２板厚０．２６ｍｍ、テンパー度ＤＲ−１０（金属クロム
量８０ｍｇ／ｍ^２、クロム水和酸化物皮膜中のクロム量
１５ｍｇ／ｍ^２）、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）０．
２１μｍ、最大高さ（Ｒｍａｘ）１．５７μｍのＴＦＳ
の両面に、エポキシ・フェノール系塗料をプライマーと
して乾燥時の厚さが１．４７μｍになるように塗布し、
１５０℃で乾燥後、イソフタル酸１２モル％、テレフタ
ル酸８８モル％の酸成分とエチレングリコール１００モ
ル％のアルコール成分からなる未延伸ポリエステル樹脂
フィルム（厚さ２５μｍ）を２２０℃で積層した。得ら
れたポリエステル樹脂被覆鋼板に、実施例１と同様の条
件で成形加工を施した。

【００１７】比較例３実施例２に示したＴＦＳの両面に、エポキシ・フェノー
ル系塗料をプライマーとして乾燥時の厚さが０．８２μ
ｍになるように塗布し、１５０℃で乾燥後、イソフタル
酸１２モル％、テレフタル酸８８モル％の酸成分とエチ
レングリコール１００モル％のアルコール成分からなる
未延伸ポリエステル樹脂フィルム（厚さ２５μｍ）を２
２０℃で積層した。得られたポリエステル樹脂被覆鋼板
に、実施例１と同様の条件で成形加工を施した。

【００１８】実施例３板厚０．２１ｍｍ、テンパー度ＤＲ−１０（金属クロム
量１１０ｍｇ／ｍ^２、クロム水和酸化物皮膜中のクロム
量１０ｍｇ／ｍ^２）、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）
０．４３μｍ、最大高さ（Ｒｍａｘ）３．６６μｍのＴ
ＦＳの片面に、エポキシ・ユリア系塗料をプライマーと
して乾燥時の厚さが２．３６μｍになるように塗布し、
１５０℃で乾燥後、イソフタル酸１２モル％、テレフタ
ル酸８８モル％の酸成分と１，４ブタンジオール１００
モル％のアルコール成分からなる二軸延伸ポリエステル
樹脂フィルム（厚さ２０μｍ）を２４０℃で積層した。
得られたポリエステル樹脂被覆鋼板を、プライマー塗布
面が缶内面側となるように、実施例１と同様の条件で成
形加工を施した。

【００１９】比較例４実施例３に示したＴＦＳの片面に、エポキシ・ユリア系
塗料をプライマーとして乾燥時の厚さが１．７３μｍに
なるように塗布し、１５０℃で乾燥後、イソフタル酸１
２モル％、テレフタル酸８８モル％の酸成分と１，４ブ
タンジオール１００モル％のアルコール成分からなる二
軸延伸ポリエステル樹脂フィルム（厚さ２０μｍ）を２
４０℃で積層した。得られたポリエステル樹脂被覆鋼板
を、プライマー塗布面が缶内面側となるように、実施例
１と同様の条件で成形加工を施した。

【００２０】実施例４板厚０．１６ｍｍ、テンパー度ＤＲ−１０（金属クロム
量１１０ｍｇ／ｍ^２、クロム水和酸化物皮膜中のクロム
量１０ｍｇ／ｍ^２）、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）
０．２０μｍ、最大高さ（Ｒｍａｘ）１．８３μｍのＴ
ＦＳの両面に、ウレタン系塗料をプライマーとして乾燥
時の厚さが２．５３μｍになるように塗布し、１５０℃
で乾燥後、イソフタル酸１２モル％、テレフタル酸８８
モル％の酸成分とエチレングリコール１００％のアルコ
ール成分からなる二軸延伸ポリエステル樹脂フィルム
（厚さ１５μｍ）を２４０℃で積層した。得られたポリ
エステル樹脂被覆鋼板に、実施例１と同様の条件で成形
加工を施した。

【００２１】実施例５板厚０．２６ｍｍ、テンパー度ＤＲ−１０、表面の中心
線平均粗さ（Ｒａ）０．１８μｍ、最大高さ（Ｒｍａ
ｘ）１．４１μｍの、クロメート処理したニッケルメッ
キ鋼板（Ｎｉメッキ厚み１．２μｍ、クロム水和酸化物
皮膜中のクロム量５ｍｇ／ｍ^２）の両面に、エポキシ・
フェノール系塗料をプライマーとして乾燥時の厚さが
４．２４μｍになるように塗布し、１５０℃で乾燥後、
イソフタル酸１２モル％、テレフタル酸８８モル％の酸
成分と１，４ブタンジオール１００モル％のアルコール
成分からなる未延伸ポリエステル樹脂フィルム（厚さ２
０μｍ）を２４０℃で積層した。得られたポリエステル
樹脂被覆鋼板に、実施例１と同様の条件で成形加工を施
した。

【００２２】実施例１〜５及び比較例１〜４で用いた鋼
板の表面粗度及び実施例１〜５及び比較例１〜４で得ら
れた薄肉深絞り缶の特性を次に示す方法で評価した。（１）表面粗度（株）小坂研究所製微細形状測定器Ｓｕｒｆｃｏｒ
ｄｅｒＥＴ−３０ＨＫを用い、ＪＩＳＢ０６０１の表
面粗さ測定方法に準じて、中心線平均粗さ（Ｒａ）及び
最大高さ（Ｒｍａｘ）の測定を行った。測定条件：測定長さ２．５ｍｍ送り速さ１００μｍ／ｓｅｃカットオフ値８００μｍ（２）缶内面の耐衝撃加工性得られた薄肉深絞り缶を５０℃のクエン酸２％水溶液中
に３０日間浸漬後、缶胴部の底部より缶の高さ方向に１
０ｍｍの位置及びネッキング加工部より缶底方向に１０
ｍｍの位置に、それぞれ円周方向に４カ所缶外面より直
径１／２インチ、１ｋｇの鋼球を高さ５０ｍｍより落下
させた後、缶内面の変形した凸部に３％食塩水を含浸さ
せたスポンジをあて、缶体に６．５Ｖの直流電圧を印加
し、流れる電流値で積層されたポリエステル樹脂の耐衝
撃加工性（缶内面金属露出程度）を評価した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄肉化深
絞り缶用ポリエステル樹脂被覆鋼板は加工性および加工
耐食性、特に缶胴部の耐衝撃加工性に優れた材料であ
り、従来の缶体に比較し種々の利点を持つ容器用材料と
して広く適用できる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板の片面または両面に水酸基、エステ
ル基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、ウレタン
基の１種以上を分子内に有する接着用プライマーを塗布
する工程、接着用プライマーを固化する工程及び熱可塑
性ポリエステル樹脂をラミネートする工程において、基
材である鋼板表面の中心線平均粗さをＲａ（μｍ），最
大高さをＲｍａｘ（μｍ）とし、鋼板上に塗布した接着
用プライマー層の固化後の平均厚さをＤ（μｍ）とした
時、Ｄ／Ｒａ＞４０．５＜Ｄ／Ｒｍａｘ＜５の関係を同時に満足するように接着用プライマーで鋼板
表面を完全に覆うことを特徴とする耐衝撃加工性に優れ
た薄肉化深絞り缶用ポリエステル樹脂被覆鋼板の製造方
法。