JP3229511B2 - 缶用表面処理アルミニウム合金複合板 - Google Patents

缶用表面処理アルミニウム合金複合板

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JP3229511B2
JP3229511B2 JP08851195A JP8851195A JP3229511B2 JP 3229511 B2 JP3229511 B2 JP 3229511B2 JP 08851195 A JP08851195 A JP 08851195A JP 8851195 A JP8851195 A JP 8851195A JP 3229511 B2 JP3229511 B2 JP 3229511B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フィルム密着性及び耐
食性が優れた缶用表面処理アルミニウム合金複合板に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム板及びアルミニウム合金板
は、軽量であるとともに、成形性及び耐食性等が優れて
いるという特性を有することから、包装容器、日用品、
建材及び電気製品の側板の材料として広く使用されてい
る。
【0003】そして、それらの多くは実用に際し、材料
の塗膜密着性向上、耐食性向上及び装飾を目的として表
面処理及び樹脂被覆が施されている。例えば、包装容器
に用いる場合、容器に成形する前又は容器に成形した後
に、アルミニウム板の表面にりん酸クロメート処理又は
ジルコニウム系表面処理を施し、その後、樹脂層で被覆
される。
【0004】このような樹脂被覆は、エポキシ系、フェ
ノール系又は塩化ビニール系の樹脂を適当な溶剤に溶解
し又は分散させてある塗工液を、りん酸クロメート処理
又はジルコニウム系表面処理を施したアルミニウム板の
表面に塗布した後、加熱して塗布液から溶剤を除去し、
樹脂層を硬化させる方法によりなされる。
【0005】しかしながら、このような溶剤の除去を伴
う樹脂被覆方法においては、環境汚染対策をする必要が
あり、また、溶剤を除去し塗料を焼き付けて樹脂層を硬
化させるための加熱炉を長くする必要があるので、溶剤
を使用しない樹脂被覆方法が望まれている。
【0006】そのような樹脂被覆方法の一つとして、金
属素材の表面に樹脂フィルムをラミネートする方法があ
り、その中でも熱融着ラミネーション法が溶剤を使用し
ない樹脂被覆方法として注目されている。この熱融着ラ
ミネーション法は、金属素材を樹脂フィルムの溶融温度
付近の温度又はこの溶融温度以上に加熱し、この加熱さ
れた金属素材上に樹脂フィルムを供給し、プレスローラ
ー等を使用してこのフィルムを金属素材上に加圧下で融
着させる方法である。
【0007】このような樹脂フィルムラミネート方法に
おいても、金属素材とフィルムとの密着性を強固にし、
ラミネート後の成形加工等の処理に耐え得るものとする
には、ラミネート前に金属素材に表面処理を施す必要が
ある。
【0008】一般的に樹脂との密着性向上のためのアル
ミニウム材の表面処理としては、種々の方法が知られて
おり、その中でべーマイト処理、陽極酸化処理、りん酸
クロメート処理及びクロム酸クロメート処理が代表的で
ある。
【0009】これらの表面処理は種々の用途に要求され
る特性に応じて適宜選択されて使用されており、例えば
包装容器の蓋材の場合、塗膜密着性、耐食性、食品衛生
性及び大量生産性の点からりん酸クロメート処理が適用
されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、通常、実施さ
れているりん酸クロメート処理を施したアルミニウム材
を用いて、ポリエステルフィルムをフィルムの熱による
融解と接着性を利用してラミネートしたアルミニウム板
のフィルム密着性及び耐食性を調査した結果、板を加工
しない場合の密着性及び耐食性は良好であっても、絞り
加工及び張り出し加工を行った後に、熱水中又は蒸気中
に暴露されるとフィルムが剥離し、また食塩を含有した
酸性飲料に長時間接触すると、フィルムとアルミニウム
板との界面でアルミニウムの腐食が発生し、高温充填及
びレトルト殺菌される包装容器、自動販売機等のベンダ
ーの中で高温保管される包装容器、塩分を含有した酸性
飲料の包装容器の材料として適していないことがわかっ
た。
【0011】特開昭61−91370号には塗膜の密着
性を高めるアルミニウム合金板の表面処理方法として、
りん酸クロメート処理を行う際に、クロム酸に対する弗
酸の重量濃度比を制御することにより表面にピットを有
するりん酸クロメート皮膜を生成させることが効果があ
ると記載されているが、この方法によってもフィルム密
着性は向上するが、耐食性が向上しないことがわかっ
た。
【0012】これは、従来の缶用材料、例えば蓋材は、
一般にMgを2.0〜5.0重量%含有するAl−Mg
系合金板が使用されているが、強度、成形性及び開口性
等の諸特性を適度なものとするために、Mn,Crが添
加されたり、Fe,Si等の不可避的に避けられない不
純物成分を含んでいる。このため、これらの成分がアル
ミニウム合金中で金属間化合物を形成し、成形加工時に
発生するりん酸クロメート処理皮膜の割れの起点となっ
ているため、特開昭61−91370号の表面処理を施
しても、りんクロメート処理皮膜の割れは防止でき
ず、耐食性を低下させているものと考えられる。
【0013】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、熱水中及び水蒸気中においても樹脂フィル
ムの剥離が生じないほどに樹脂フィルムの密着性が優れ
ており、塩分を含有した酸性飲料と長時間接触してもア
ルミニウムの腐食が発生せず、耐食性が優れた缶用表面
処理アルミニウム合金複合板を提供することを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に係る缶用表面処
理アルミニウム合金複合板は、芯材層と皮材層とを有
し、前記芯材層及び皮材層の外面の少なくとも一方にフ
ィルムが積層される缶用表面処理アルミニウム合金複合
板において、前記皮材層が、Al純度99.7重量%以
上の純アルミニウムからなり、前記皮材層及び芯材層の
外面に、平坦部が90%未満、表面積が1cm角当たり
2cm2以上、かつ平坦部からの深さが0.05〜0.
5μmの凹部を有するように粗面化されたりん酸クロメ
ート処理皮膜が設けられ、前記フィルムはこのりん酸ク
ロメート処理皮膜上に張り合わされることを特徴とす
る。
【0015】本発明において、平坦部とは凹凸が0.0
5μm未満の領域をいい、平坦部が90%未満とは、見
かけの表面積に占める平坦部の面積の比率が90%未満
ということである。そして、凹部における表面積が1c
m角当たり2cm2以上ということは、1cm角で見か
けの表面積が1cm2である領域において、凹凸による
実表面積が拡大してその実表面積が2cm2以上という
ことである。また、平坦部からの深さとは、平坦部の表
面から、りん酸クロメート処理により形成された凹部の
底部までの深さである。
【0016】
【作用】アルミニウムの耐食性は、表面処理皮膜の連続
性に依存するところが大きい。りん酸クロメート処理皮
膜は、Cr,P,O,Hから構成される無機質で延性の
ない皮膜であるため、アルミニウム材表面に樹脂被覆が
施されていても、絞り加工や張り出し加工等の成形加工
が行われると、アルミニウム表面上のりん酸クロメート
処理皮膜には多くの割れが発生する。この成形加工後の
りん酸クロメート処理皮膜の割れはアルミニウム材の耐
食性を著しく低下させる。
【0017】従って、成形加工後の耐食性の低下を抑制
するためには、成形加工時に発生する割れをできるだけ
少なく、また割れの幅(割れによって発生するアルミニ
ウム素材の露出部の幅)を狭くする必要がある。
【0018】ところで、アルミニウム合金の蓋材は、一
般にMgを2.0〜5.0重量%含有するAl−Mg系
合金板が使用されるが、強度、成形性及び開口性等の諸
特性を適度なものとするために、Mn及びCrが添加さ
れたり、Fe及びSi等の不可避的に避けられない不純
物成分を含んでいる。これらの成分はアルミニウム合金
中で金属間化合物を形成する。前述した成形加工時に発
生するりん酸クロメート処理皮膜の割れの一部は、この
金属間化合物が割れの起点となって発生しているものと
考えられる。
【0019】従って、割れの起点となる金属間化合物を
アルミニウム合金中に形成させないことが割れの発生を
抑制するために必要であるが、蓋材全部にAl純度の高
いアルミニウム材を使用することは、強度、成形性及び
開口性等の諸特性が損なわれるため、現実的ではない。
【0020】本願発明は、芯材層と、Al純度99.7
重量%以上で、残部不可避的不純物からなる純アルミニ
ウムからなる皮材層とを有するアルミニウム合金複合板
とすることにより、前記課題を解決するものである。
【0021】Al純度99.7重量%未満では、金属間
化合物が大きくなり、数も多くなるため、割れの発生を
抑制する効果が小さい。よって、アルミニウム合金複合
板の皮材のAl純度は99、7重量%以上とする。
【0022】この皮材の被覆率、即ち、アルミニウム合
金複合板に対する皮材層の厚さの比は1〜15%とする
のがよく、被覆率が1%未満では、割れの発生を抑制す
る効果が小さく、15%を超えると効果が飽和し、複合
材の強度を低下させる。なお、この皮材は芯材の片面に
被覆しても、又芯材の両面に被覆してもよいが、少なく
とも耐食性を必要とする面に被覆する必要がある。
【0023】フィルムの接着は、主に下記の3種類の結
合力によるところが大きい。 (1)機械的結合力 (2)化学結合力 (3)分子間力 フィルムとアルミニウム合金板との密着性を向上させる
ためには、上記の3種類の結合力のいずれかを向上させ
る必要がある。
【0024】本発明のフィルム密着性の向上は、フィル
ムとアルミニウム合金板の密着性向上を機械的結合力の
向上により実現したものである。ここで、機械的結合力
とは、アンカー効果とも呼ばれ、基材の凹部等にフィル
ムが引っかかって生じる力のことである。
【0025】アルミニウム材に凹を有したりん酸クロメ
ート処理皮膜を生成させるには、りん酸クロメート処理
を行う際に、クロム酸に対する弗酸の重量濃度比を0.
23〜0.7の処理液を使用し、平坦部が90%未満、
表面積が1cm角当たり2cm2以上、かつ平坦部から
の深さが0.05〜0.5μmの凹部を有するように粗
面化されたりん酸クロメート処理皮膜が生成するように
処理する。
【0026】クロム酸に対する弗酸の重量濃度比を0.
23〜0.7とするのは次の理由による。一般に弗酸は
りん酸クロメート処理における皮膜の生成を促進するも
のであるが、皮膜の生成に先立ちアルミニウム表面をエ
ッチングする効果があり、これが表面を粗面化する効果
をもたらす。そして、このような効果を得るためには、
クロム酸に対する弗酸の重量濃度比を0.23〜0.7
とすることが必要であり、この比が0.23未満では皮
膜の粗面化が不十分であって、所望の効果が得られず、
また、0.7を超えると皮膜生成が阻害され、平坦部か
らの深さが0.05未満となり、所望の効果が得られな
くなる。
【0027】上述の方法によって得られた粗面化された
アルミニウム合金複合板の表面は、平坦部の割合が90
%以上の場合は所望の密着性向上効果が得られず、ま
た、表面積が1cm角当たり2cm2未満でも所望の密
着性向上効果が得られない。
【0028】更に、りん酸クロメート処理時に生成した
凹部は、成形加工時に発生する割れの伝搬を抑制し、ま
た、割れの幅を狭くする効果をもたらす。
【0029】平坦部からの深さが0.05μm未満で
は、この効果が小さく、所望の密着性及び耐食性向上効
果が得られず、また0.5μmを超えても所望の耐食性
が得られない。なお、りんクロメート処理クロム量と
しては5〜60mg/m2が望ましく、10〜40mg
/m2がより好適である。
【0030】更に、本発明におけるアルミニウム合金板
の芯材の材質、及びアルミニウム合金板の厚さ等につい
ては、前述の種々の用途に応じた成分系及び組成、厚さ
が決められる。
【0031】
【実施例】次に、本発明の実施例について、その比較例
と比較して説明する。下記表1に示す含有成分及び成分
割合のアルミニウム合金を準備し、芯材のアルミニウム
合金を板厚24mmの熱間圧延板とし、皮材のアルミニ
ウム板を板厚3mmの熱間圧延板とし、これらの2つの
熱間圧延板を重ね合わせて熱間圧延を行い、2mm厚の
複合板とした後、冷間圧延により0.3mm厚に仕上げ
て供試材とした。
【0032】アルミニウム合金板材については、表1に
示す含有成分と成分割合のアルミニウム合金を準備し、
通常の方法により2mm厚の熱間圧延板を作製してか
ら、冷間圧延により0.3mm厚に仕上げて供試材とし
た。
【0033】
【表1】
【0034】次に、上記アルミニウム合金複合板及びア
ルミニウム合金板を、中アルカリタイプの脱脂液を使用
して脱脂してから強アルカリタイプのエッチング液を使
用してエッチングした後、下記表2に示すりん酸クロメ
ート処理液を使用して処理を行い、乾燥した。
【0035】得られたりん酸クロメート処理板を使用
し、該板の到達温度が190℃になるように加熱した
後、直ちにこの板の両表面に接着性ポリエステルフィル
ム(結晶溶融点180℃、ガラス転移点58℃、厚さ1
2μm)をプレスローラで圧着し、樹脂フィルムラミネ
ート板を製作した。
【0036】このようにして製作された樹脂フィルムラ
ミネート板を、絞り比1.6で絞り加工した。なお、ア
ルミニウム合金複合材については、皮材面が絞りカップ
の内側となるように加工した。
【0037】フィルム密着性の評価は、圧力釜を使用し
て125℃の水蒸気中に30分間暴露し、樹脂フィルム
の剥離状態で評価した。その結果を表2に示す。
【0038】
【表2】
【0039】耐食性の評価は、絞りカップの中に、食
塩、クエン酸及びクエン酸ナトリウムで調整した腐食液
(Clイオン=10000ppm,pH=3.0)を充
填した後、40℃で20日間保持した後のアルミニウム
の腐食状態で評価した。その結果を下記表3に示す。
【0040】ここで、平坦部の割合は、倍率10000
倍で撮影した電子顕微鏡写真から算出した。具体的に
は、写真(実面積16μm2)を碁盤目状に400分割
(1マス0.2μm角)し、りん酸クロメート処理によ
り凹状の溶解を受けなかった部分があるマス目を平坦部
とみなし、その数の割合を平坦部の割合とした。表面積
はBET法(BET吸着等温式を応用した測定方法)に
より求めた値である。また、平坦部からの凹の深さは、
観察試料を45度傾斜させて倍率20000倍で撮影し
た電子顕微鏡写真から求めた。
【0041】この表3から明らかなように、樹脂フィル
ムラミネートアルミニウム材(樹脂フィルムが被覆され
ているアルミニウム合金板)の構成が、比較例1,2及
び3に係る表面処理アルミニウム合金複合板及びアルミ
ニウム合金板の場合は、樹脂フィルム密着性と耐食性の
少なくともいずれかが悪いが、本発明の実施例に係る表
面処理アルミニウム合金複合板の場合は樹脂フィルム密
着性と耐食性のいずれも良好であり、優れている。
【0042】
【表3】
【0043】
【発明の効果】本発明に係る缶用表面処理アルミニウム
合金複合板は、熱水中及び水蒸気中においても、樹脂フ
ィルムの剥離が生じないほどに、樹脂フィルムの密着性
が優れ、塩分を含有した酸性飲料に長時間接触しても、
アルミニウムの腐食が発生しないほどに耐食性に優れて
いる。従って、本発明に係る缶用表面処理アルミニウム
合金板を用いることにより、各種の包装容器材料として
適用することができるのに加え、フィルムラミネートし
て使用される日用品、建材及び電気製品の側板等にも適
用することができるという優れた効果を奏するものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 22/00 - 22/86 C23F 1/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芯材層と皮材層とを有し、前記芯材層及
    び皮材層の外面の少なくとも一方にフィルムが積層され
    る缶用表面処理アルミニウム合金複合板において、前記
    皮材層が、Al純度99.7重量%以上の純アルミニウ
    ムからなり、前記皮材層及び芯材層の外面に、平坦部が
    90%未満、表面積が1cm角当たり2cm2以上、か
    つ平坦部からの深さが0.05〜0.5μmの凹部を有
    するように粗面化されたりん酸クロメート処理皮膜が設
    けられ、前記フィルムはこのりん酸クロメート処理皮膜
    上に張り合わされることを特徴とする缶用表面処理アル
    ミニウム合金複合板。
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