JP3186189B2 - 金属缶用表面処理剤、その使用方法および金属缶表面処理用濃厚液 - Google Patents

金属缶用表面処理剤、その使用方法および金属缶表面処理用濃厚液

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、金属製缶胴にリン酸
塩皮膜を形成した後の水洗工程の最終段階において適用
され、金属製缶胴内外表面の摩擦係数を減少させ、缶胴
の移動性向上および塗装時のマンドレル入出時の負荷の
軽減、スムーズな挿入を図ってマンドレルの摩耗を防ぐ
ための表面処理剤、および、これを調製するための金属
缶表面処理用濃厚液に関する。
【０００２】この発明は、また、金属製缶胴の移動性向
上および塗装時のマンドレル入出時の負荷の軽減、スム
ーズな挿入を図るための金属缶表面処理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】金属缶は、底のある筒状の胴部と天板か
らなる２ピース缶と、底のない筒状の胴部、底板および
天板からなる３ピース缶とがある。これらの胴部すなわ
ち金属製缶胴は、一般に、金属板を成形→脱脂→水洗→
化成→水洗→乾燥→塗装の各工程で順次処理することに
より作られている。成形工程から乾燥工程までは、多数
の缶胴が横に広がって幅の広いラインで高速で搬送され
て処理されているが、乾燥工程から塗装工程までの間で
ラインの幅が狭まり、集まった缶胴が１個ずつ搬送され
るようになる。塗装工程では１個ずつ搬送されてきた金
属製缶胴の外表面に順次印刷または塗装している。
【０００４】金属缶は、清涼飲料やアルコール飲料など
の食品容器として大量生産されており、近年他の容器に
比べて生産量が大きく伸びている。他方、清涼飲料やア
ルコール飲料などは、季節により生産量が大きく変動す
る。金属缶の生産量の伸びや変動には、コストの点から
設備投資はできるだけ避けて、製造速度を一層上げた
り、上げ下げしたりすることにより対応するのが一般的
である。製造速度の上げ下げは、金属製缶胴の搬送速度
が大きく影響する。
【０００５】上記のように、搬送されている缶胴が集ま
ってきたときに互いに接触または衝突する。比較的遅い
速度で搬送されている金属製缶胴が互いに接触または衝
突しても移動性に不都合は生じない。しかし、非常に速
い速度で搬送されている缶胴が互いに接触または衝突す
ると移動性が悪くなり、破損や搬送装置外へのとび出し
が起こる。
【０００６】このため、金属製缶胴の外表面に静止摩擦
係数を小さくするための表面処理剤をスプレーすること
が考えられた。たとえば、特開昭６４−８５２９２号公
報では、エチレンオキシド付加ステアリン酸およびエチ
レンオキシド付加イソステアリン酸などの脂肪酸誘導体
類；エチレンオキシド付加オレイルエーテルなどのアル
コール類のような水溶性有機物質を含む金属缶用表面処
理剤を金属缶に適用し、その外表面の静止摩擦係数を減
少させることにより、缶の移動性を向上させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】金属缶の製造工程にお
いて、缶胴の搬送速度は非常に速く、上記各処理は通
常、スプレーにより行われている。表面処理剤がスプレ
ーされたときに発泡すると、泡が槽からあふれ出て汚れ
たり、槽からスプレーノズルへの供給口に泡がくると空
運転が起こったりするなど製造ラインメンテナンスに不
都合をきたす。このため、表面処理剤は、スプレーされ
ても発泡しにくいことが要求される。
【０００８】しかも、処理後、加熱により乾燥されるた
め、表面処理剤は実施される乾燥温度において熱安定性
を有する必要がある。乾燥を行うときに表面処理剤が分
解すると摩擦係数低減効果が損なわれ、ジャミング防止
ができない。ところが、上記公報記載の表面処理剤は、
水溶性有機物質を含んでいるため発泡性が高い。しか
も、前記水溶性有機物質は熱安定性が悪いため、実用的
な乾燥温度では分解し摩擦係数減少効果が落ちる傾向が
ある。
【０００９】この発明は、金属缶のすべり性向上効果を
有し、発泡性が低く、熱安定性が高く、安全性に不安の
ない金属缶用表面処理剤、および、これを調製するため
の金属缶表面処理用濃厚液を提供することを課題とす
る。この発明は、また、金属製缶胴の移動性向上および
塗装時のマンドレル入出時の負荷の軽減、スムーズな挿
入を図ることができ、食品分野においても安全であり、
金属製缶胴の搬送速度をより一層速くすることができる
金属缶表面処理方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するために、水媒体中にソルビタン脂肪酸エステル
１００〜２０００ｐｐｍおよび食用油脂１００〜２００
０ｐｐｍを含有した水溶液で、化成処理された金属缶を
最終洗浄し、次いで乾燥することを特徴とする金属缶の
搬送時の滑り性を改良する表面処理方法を提供する。
【００１１】この発明は、さらにまた、水媒体中にソル
ビタン脂肪酸エステルが１〜１０重量部の濃度で含まれ
ているエマルションからなる金属缶表面処理用濃厚液を
提供する。この発明で使用されるソルビタン脂肪酸エス
テルは、下式（１）または（２）で表される化合物であ
り、モノエステル、セスキエステル、ジエステル、トリ
エステルのいずれであってもよいが、水に不溶でかつ分
散してエマルションとなるものが好ましい。
【００１２】
【化１】
【００１３】
【化２】 上記（１）および（２）式中、Ｚは、互いに独立に、水
素原子、または、ＲＣＯ−であり、Ｒは、互いに独立
に、１価のＣ10〜Ｃ20の飽和または不飽和炭化水素基で
ある。ソルビタン脂肪酸エステルは、Ｃ12のラウリン
酸、Ｃ17のオレイン酸（二重結合を有する。）が好まし
く用いられる。Ｒが飽和炭化水素基である場合には、Ｃ
10〜Ｃ14が好ましく、Ｃ10未満だと摩擦係数の低減につ
ながらないおそれがあり、Ｃ14超だと水に安定したエマ
ルション状態として存在させることが困難になるおそれ
がある。Ｒが不飽和炭化水素基である場合には、Ｃ10〜
Ｃ20が好ましく、Ｃ10未満だと摩擦係数の低減につなが
らないおそれがあり、Ｃ20超だと水に安定したエマルシ
ョン状態として存在させることが困難になるおそれがあ
る。
【００１４】表面処理剤中のソルビタン脂肪酸エステル
の含有量は、表面処理剤に対して、１００〜２０００ｐ
ｐｍの割合でなければならず、２００〜１０００ｐｐｍ
が好ましい。２０００ｐｐｍを超えると乾燥後の缶外観
に悪影響を与えるし、また、１００ｐｐｍ未満だと摩擦
係数低減効果がない。１０００ｐｐｍより多いと添加量
の増加が効果の向上につながらないおそれがある。
【００１５】ソルビタン脂肪酸エステルを分散させるた
めの媒体は、水、好ましくは純水である。これは、印刷
等の工程で不純物（特にイオン性物質）による悪影響を
避けるためである。この発明では、濃厚液や表面処理剤
の乳化安定性（長期保存安定性）を保つため、液体の食
用油脂を加えてもよい。食用油脂の添加量は、おおよそ
ソルビタン脂肪酸エステルの重量と同重量が好ましい。
食用油脂は、たとえば、ナタネ油、大豆油、ヤシ油等の
一般的な食物油脂類が用いられる。
【００１６】この発明の表面処理剤は、主として食品容
器となる金属缶に適用されるので、分散媒である水、ソ
ルビタン脂肪酸エステルおよび乳化安定性を確保するた
めに必要に応じて添加される液体の食用油脂以外には何
も添加しないのが好ましいが、必要に応じて、ショ糖ラ
ウレートなどのショ糖脂肪酸エステル（Ｃ10〜Ｃ20の不
飽和または飽和炭化水素エステル）をこの発明の効果に
影響しない濃度範囲（たとえば５００ｐｐｍ以下の濃
度）で添加することが可能である。
【００１７】この発明の表面処理剤は、ソルビタン脂肪
酸エステルが水可溶性ではないので、ソルビタン脂肪酸
エステルを予め表面処理剤の場合の添加量よりも高い添
加量で水に添加して乳化分散を行って濃厚液（エマルシ
ョンである。）を作り、この濃厚液を水で希釈すること
により作るのが好ましい。濃厚液を作るための乳化分散
は、高速ディスパーなどの装置で行われる。乳化分散を
行うための攪拌条件は、たとえば、回転数４０００〜６
０００rpm で２０〜４０分間である。このようにして作
られた濃厚液を水好ましくは純水で所定濃度に希釈する
ことによりこの発明の表面処理剤が得られる。
【００１８】この発明の表面処理剤は、通常、濃厚液の
形で供給される。このような表面処理剤用濃厚液は、水
媒体中にソルビタン脂肪酸エステルを１〜１０重量部
（水とソルビタン脂肪酸エステルの合計１００重量部に
対して）の濃度で含む濃厚エマルションである。水は、
上記と同様の理由から純水が好ましい。この発明の表面
処理剤は、アルミニウム缶などの金属缶を作る時に適用
されるものである。金属缶は、アルミニウム板などの金
属板を成形して缶胴とし、これを連続的に搬送しなが
ら、脱脂→水洗１→化成→水洗２→純水洗→乾燥の工程
に通して処理されて作られる。脱脂から水洗２までの工
程は、通常の金属缶の製造方法と同様に行われる。最終
段階の純水洗で、この発明の表面処理剤が金属製缶胴の
内外表面に対して適用される。
【００１９】表面処理剤を金属缶に適用する際の条件
は、スプレー処理でよい。通常その条件は室温で５〜２
０秒のスプレー処理である。この発明の表面処理剤が適
用された後、熱風乾燥などの乾燥が行われる。乾燥は、
通常、１８０〜２２０℃の温度で１〜３分間実施され
る。発明者らの研究では、金属缶の摩擦係数を下げる
と、ジャミングが起こりにくくなる傾向が見られ、金属
缶の静止摩擦係数が０．５以下であれば、搬送速度が非
常に速くなっても確実に効果が上がるものと考えられ
る。上記のようにしてこの発明の表面処理剤を金属缶に
適用すると、静止摩擦係数０．５以下にすることができ
る。
【００２０】この発明の表面処理剤が適用された金属製
缶胴には、通常のようにして印刷または塗装したりラベ
ルが貼付されたりする。乾燥工程から印刷・塗装工程に
高速度で搬送されるときに接触したり衝突したりしても
金属製缶胴はスムーズに移動し、ジャミングなどが起こ
らない。この効果は、搬送速度を非常に速くしても発現
される。また、印刷・塗装の際には、缶胴の中にマンド
レルが軽い負荷で入出され、スムーズに入出できるので
マンドレルが摩耗しにくい。
【００２１】
【作用】ソルビタン脂肪酸エステルは、エチレンオキサ
イドの構造を有しておらず、環状構造を持っているた
め、熱安定性に優れている。このため、金属缶に付着し
た後に乾燥などの加熱処理を受けても摩擦係数の減少効
果が劣化しない。ソルビタン脂肪酸エステルは、また、
食品添加物として広く使用されており、安全性の点か
ら、清涼飲料やアルコール飲料などの食品容器となる金
属缶の摩擦係数を小さくするために用いるのに好適であ
る。
【００２２】
【実施例】以下に、この発明の具体的な実施例および比
較例を示すが、この発明は下記実施例に限定されない。 （実施例Ａ−１）ソルビタンモノオレート５重量部を純
水９５重量部に添加して室温下、高速ディスパーにより
回転数５０００rpm で３０分間攪拌を行って乳化分散を
行うことにより金属缶表面処理用濃厚液を得た。
【００２３】（実施例Ａ−２）ソルビタンモノオレート
の代わりにソルビタンモノラウレートを用いたこと以外
は実施例Ａ−１の操作を繰り返して金属缶表面処理用濃
厚液を得た。 （実施例Ａ−３）ソルビタンモノオレートの代わりにソ
ルビタントリオレートを用いたこと以外は実施例Ａ−１
の操作を繰り返して金属缶表面処理用濃厚液を得た。
【００２４】（実施例Ｂ−１〜Ｂ−４）実施例Ａ−１の
金属缶表面処理用濃厚液を純水で希釈して表１に示すソ
ルビタン脂肪酸エステル濃度の金属缶用表面処理剤を得
た。 （実施例Ｂ−５）実施例Ａ−２の金属缶表面処理用濃厚
液を純水で希釈して表１に示すソルビタン脂肪酸エステ
ル濃度の金属缶用表面処理剤を得た。
【００２５】（実施例Ｂ−６）実施例Ａ−３の金属缶表
面処理用濃厚液を純水で希釈して表１に示すソルビタン
脂肪酸エステル濃度の金属缶用表面処理剤を得た。 （実施例Ｃ−１）アルミニウム板を成形して缶胴とし、
これを連続的に搬送しながら、脱脂→水洗１→化成→水
洗２→純水洗→乾燥の工程に通して表面処理した。 （脱脂）アルミニウム製缶胴にアルカリ脱脂剤（サーフ
クリーナーＳＣＬ ＮＨＣ−１００（日本ペイント株式
会社製アルカリ脱脂用濃厚液）を水に溶解して３．５重
量％の水溶液にしたもの）を６０℃で２分間スプレーし
た。 （水洗１）脱脂処理された缶胴に工業用水を室温で１０
秒間スプレーした。 （化成）水洗１で水洗された缶胴にリン酸塩処理液（ア
ルサーフ４０４０（日本ペイント株式会社製リン酸ジル
コニウム系処理剤）を水に溶解して２．５重量％の水溶
液にし、アンモニア水でｐＨ３．０に調整したもの）を
４０℃で２０秒間スプレーした。 （水洗２）化成処理された缶胴に工業用水を室温で１０
秒間スプレーした。 （純水洗）水洗２を行った缶胴に実施例Ｂ−１の表面処
理剤を室温で１０秒間スプレーした。 （乾燥）純水洗を行った缶胴を２００℃で２分間乾燥し
た。
【００２６】（実施例Ｃ−２〜Ｃ−８および比較例Ａ−
１〜Ａ−５）純水洗で使用する金属缶用表面処理剤と乾
燥温度を表１に示すように変えたこと以外は実施例Ｃ−
１の操作を繰り返してアルミニウム製缶胴を表面処理し
た。比較例Ａ−１〜Ａ−５で使用した表面処理剤は、ポ
リオキシエチレンイソステアレートを純水に溶解してな
る水溶液であった。
【００２７】（比較例Ｂ）金属缶用表面処理剤の代わり
に純水を用いて純水洗を行ったこと以外は実施例Ｃ−１
の操作を繰り返してアルミニウム製缶胴を表面処理し
た。純水洗工程で使用した金属缶用表面処理剤について
摩擦性と発泡性を調べた。また、コントロールとして純
水の場合の摩擦性と発泡性も調べた。結果を表１に示し
た。
【００２８】摩擦性は、ヘイドン型摩擦試験機（荷重２
５０ｇ、ローラー固定１００mm／分）により静止摩擦係
数を測定して調べた。発泡性は、スプレーテスターによ
り、温度２０℃の表面処理剤（コントロールとしては
水）をスプレー圧１kg／cm2 で連続スプレーしたときの
平衡安定時の泡の高さ（単位：cm）で評価した。
【００２９】
【表１】
【００３０】実施例においては、通常のラインの乾燥温
度である１８０〜２２０℃の範囲でほとんど変化は見ら
れなかったが、比較例では２００℃を越えると変化が起
こり、２２０℃、２分の乾燥では明らかに静止摩擦係数
の低下を招いた。実施例の表面処理剤が熱安定性に優れ
ていることは、図１（ソルビタンモノオレート）と図２
（ポリオキシエチレンイソステアレート）の示差熱デー
タからも確認された。図１および２中、曲線ＤＴＧ、Ｄ
ＴＡおよびＴＧは、それぞれ、重量変化率（％／分）、
熱量変化（μＶ）および重量変化（％）を示す。測定
は、セイコー社製示差熱分析計（Ｉ＆Ｅ ＳＳＣ５８０
ＤＳ）を使用して昇温速度１０℃／分で最高３００℃ま
で昇温して行った。
【００３１】実施例Ａ−１〜Ａ−３の濃厚液および実施
例Ｂ−１〜６の表面処理剤を、それぞれ、４０℃で１週
間静置しておいたところ、ソルビタン脂肪酸エステルが
若干分離して表面に浮いていた。 （実施例Ａ−４〜Ａ−６）実施例Ａ−１〜Ａ−３におい
て、それぞれ、ソルビタン脂肪酸エステルと同重量のナ
タネ油を添加したこと以外は同様にして金属缶表面処理
用濃厚液を作った。
【００３２】（実施例Ｂ−７〜Ｂ−１０）実施例Ｂ−１
〜Ｂ−４において、それぞれ、実施例Ａ−１の金属缶表
面処理用濃厚液の代わりに実施例Ａ−４のものを用いた
こと以外は同様にして金属缶用表面処理剤を得た。 （実施例Ｂ−１１）実施例Ｂ−５において、実施例Ａ−
２の金属缶表面処理用濃厚液の代わりに実施例Ａ−５の
ものを用いたこと以外は同様にして金属缶用表面処理剤
を得た。
【００３３】（実施例Ｂ−１２）実施例Ｂ−６におい
て、実施例Ａ−３の金属缶表面処理用濃厚液の代わりに
実施例Ａ−６のものを用いたこと以外は同様にして金属
缶用表面処理剤を得た。 （実施例Ｃ−９〜Ｃ−１６）実施例Ｃ−１〜Ｃ−８にお
いて金属缶用表面処理剤として実施例Ｂ−１〜Ｂ−６の
ものの代わりにそれぞれ実施例Ｂ−７〜Ｂ−１２のもの
を用いたこと以外は同様にしてアルミニウム製缶胴を表
面処理した。
【００３４】その結果、摩擦性、発泡性および熱安定性
については食用油脂を添加していない実施例と全く同様
の結果が得られた。ただし、実施例Ａ−４〜Ａ−６の濃
厚液および実施例Ｂ−７〜１２の表面処理剤を、それぞ
れ、４０℃で１か月間静置しておいても変化がなかっ
た。
【００３５】
【発明の効果】この発明の金属缶用表面処理剤は、金属
缶のすべり性向上効果を有し、発泡性が低く、熱安定性
が高く、安全性に不安がない。この発明の金属缶表面処
理用濃厚液を純水で希釈することにより、簡単にこの発
明の表面処理剤を作ることができる。
【００３６】この発明の金属缶表面処理方法によれば、
金属製缶胴の移動性向上および塗装時のマンドレル入出
時の負荷の軽減、スムーズな挿入を図ることができ、食
品分野においても安全であり、金属製缶胴の搬送速度を
より一層速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で使用したソルビタンモノオレートの示
差熱データを示すグラフである。
【図２】比較例で使用したポリオキシエチレンイソステ
アレートの示差熱データを示すグラフである。
【符号の説明】
ＤＴＧ 重量変化率曲線 ＤＴＡ 熱量変化曲線 ＴＧ 重量変化曲線
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 159:08 105:38） Ｃ１０Ｎ 30:06 30:18 40:24 (56)参考文献 特開 昭59−124996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−263747（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−300296（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−85292（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10M 173/00 B21D 51/26 C10M 129/74 C10M 105/38 C10M 159/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水媒体中にソルビタン脂肪酸エステル１０
    ０〜２０００ｐｐｍおよび食用油脂１００〜２０００ｐ
    ｐｍを含有した水溶液で、化成処理された金属缶を最終
    洗浄し、次いで乾燥することを特徴とする金属缶の搬送
    時の滑り性を改良する表面処理方法。
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