JP4848007B2 - 金属表面に非固着性を付与する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属表面、とりわけ金属箔（またはホイル、foil）、金属シート（または板、sheet）の表面に非固着性（またはノンスティック性、非粘着性、non-stick property）を付与する方法および得られた非固着性物品に関する。限定するものではないが、より詳細には本発明はアルミニウムおよびアルミニウム合金の箔およびシートに非固着性を付与する方法に関する。
アルミニウム箔およびアルミニウムシートは、包装および調理用に幅広く用いられている。このよう用途では非固着性は切望されており、このような特性を有する箔またはシートが市販されている。例えば、この種の箔は、「Ｒｅｌｅａｓｅ」のブランド名でＡｌｃｏａ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより販売されている。この箔は、シロキサンを含む熱硬化性ポリマーと溶媒とを硬質金属箔(hard metal foil)にコーティングし、そして、オーブンで、溶媒を取り除くのに十分な温度でポリマーを部分的に硬化させて製造している。ポリマーが硬化し、この結果、ポリマー内にシロキサンをトラップする（Ｒｏｂｂｉｎｓによる２００２年７月２３日発行の米国特許公報第６，４２３，４１７を参照されたい）。部分的に硬化した樹脂を被覆した箔は、その後焼鈍し箔を軟化し、ポリマーを完全に硬化し、「デッドフォールド性(dead-fold characteristic)」（スプリングバック無しに保持する能力）を得る。ポリマーを部分的に硬化する必要があることに起因して低速でのみコーティングが可能なことから、この方法は費用がかかる。さらに、２回の熱処理を要すること、および初期コーティングとして懸濁液を用いることは費用がかかる。
ＰＯＳＴによる１９６１年４月４日発行の米国特許公報第２，９７８，０９８号公報は、アルミ箔にシリコーンオイルコーティングを被覆する方法を示している。揮発性の溶媒にシリコーンオイルの入った溶液にコイルの形態の箔を浸漬し、その後溶液から取り出し乾燥する。
アルミニウムの表面に非固着性を付与する、例えば、より経済的で容易な、改善した方法が求められている。
本発明の１つの態様では、金属シートがコーターを通過し、前記金属シートの表面の面積の少なくとも４０％にシリコーンオイルをコーティング（または被覆）する工程であって、コーティングをする表面の領域の平均コーティング量（または被覆量）が１．５〜１０ｍｇ／ｆｔ２の範囲であるコーティング工程と、その後、前記金属シートをコイルにする工程と、その後、コイルにした前記金属シートを酸素が存在する雰囲気において２５０℃以上の温度で少なくとも１０分間加熱する工程とを含むことを特徴とする金属シートの表面に非固着性コーティングを付与する方法を提供する。加熱工程は、シリコーンコーティングを乾燥し、硬化するだけでなく、（必要に応じ）このシート状の物品を熱処理して、焼鈍および「デッドフォールド性」の付与を行う。シートを焼鈍するために、温度は、概して２７０℃〜３５０℃の範囲に維持する。しかしながら、より硬い又はより高強度のシートが必要な場合、しばしば部分的に焼鈍した箔が望ましく、よって熱処理の時間も適切に限定することが可能である。従って熱処理の時間は、所望の金属特性に応じて選ぶことができるが、しかし大抵２時間より短い（例えば約１時間）。
加熱工程は、好ましくは酸素の供給源である空気中で実施するが、しかし加熱は、必要に応じ、酸素を含有する他の雰囲気で実施可能である。例えシートがコイルに巻かれていても、巻き付けたシート(wrap)または巻かれたシート(winding)の間にいくらかのスペースがあり、これは酸素の進入に適当である。この進入は、コイル全体に亘り、より多くのガスの分散を確実にするように、コイル上の熱い空気（または他の酸素含有ガス）の方向付けられた流れに助力され得る。
本発明は、また上記方法により製造される非固着性表面を備えた、非固着性の「食品に適した(または食品に優しい、food-friendly)」（すなわち汚染されていない）金属ホイルシートに関する。非固着性は上述の方法により製造される、金属表面と通常、強力に結合するコーティングを介して付与される。
本発明は、主にアルミニウムシート物品の処理に用い、食品に用いることが従来から意図されている合金が好ましいけれども、任意のアルミニウム合金に適用可能である。本方法は、鋼や他の鉄合金のような他の金属にも用いることができる。
必要に応じ、本発明に従い、シートの両面を処理してもよいがしかし、通常、一方の面のみの処理で十分であり、それが望ましい。
シリコーンオイルを少ない付着量（loading）で迅速に塗布（または被覆、apply）でき、硬化工程を金属の焼鈍工程といっしょにできることは、本発明の利点である。本発明の方法を用いて、１分あたり最大２０００フィートのコーティング速度を達成することができ、最初大きなコイルを形成するシートは概して、利便性のため、通常２５から５００フィートの小さなロールに再包装されるが、得られるシートは、更なる処理無しで食品用途に用いることができる。
本明細書で用いる用語「シート」は、大きな表面積と比較的薄い厚さを有する、任意の細長い薄板状の生成物を意味することを意図しているがしかし、本発明は主に手で容易に曲げおよび折り曲げることができる、例えば０．００８インチ以下の厚さを有するようなシート、例えば食品の包装もしくは食品を覆うのに用いる、または安価で使い捨ての食品容器もしくはカバーのような金属箔に関する。シートは、概して、予め如何なる表面処理もされずに、加工工場（または圧延工場、mill）から受け入れた形態で、本発明に従い処理される。
用語「非固着性表面」の意味は、当該技術分野の通常の知識を有する者は理解するであろう。しかし、実用的な定義は、でんぷん、糖類または蛋白質を含む食品が、このような表面と接触して配置され、調理温度（最大４５０°Ｆ）になった場合に、このような表面に強く接着しないことである。
本明細書で用いる用語「シリコーンオイルまたは流体」は、シリコーンの液体の形態、すなわち、構造ユニットＲ２ＳｉＯに基づく半無機ポリマーを意味する。ここでＲは有機基を意味する。水の粘性（約１ｃｐ）と同様な粘性を有するジメチルシロキサンがとりわけ好ましいがしかし、例えばジメチルポリシロキサン、ポリエステル変性メチルフェニルポリシロキサンおよびヒドロキシ官能性シリコーン樹脂のような他の種類のシリコーンポリマーを用いてもよい。本発明に用いるのに適したシリコーンオイルおよびシリコーン流体は、米国のＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社およびＣａｄｉｌｌａｃ Ｏｉｌ社により製造されている。触媒がシートを汚染する可能性があり、従って食品用途には不適当であることから、シリコーンオイルおよびまたは樹脂への重合触媒の添加は、概して避けられている。例えば、シリコーン離型剤、酸化防止剤のような他の添加剤の添加も概して避けられている。しかしながら、シリコーンオイルまたはシリコーン流体の粘性を減少させる必要がある場合は、イソプロピルアルコールまたはケトン溶媒のような、揮発性で無毒の溶媒を添加してもよい。
本明細書で用いる用語「実質的に溶媒を含まない」は、市販グレードの純粋なシリコーンオイル製品に溶媒を加えないことを意味する。シリコーンオイルは、好ましくは完全に溶媒を含まない（単に「溶媒を含まない」という）である。この場合、シリコーン樹脂は従って本質的に純粋であり、通常、市販グレードに存在する不純物のみを含む。
本明細書で用いる用語「アルミニウム」が純アルミニウムに加えて、アルミニウム合金、とりわけ加工ホイル(または加工用箔、converter foil)を形成するのに用いるアルミニウム合金を含むことを理解するであろう。さらに、本明細書において以下で用語「箔（またはホイル、foil)」を用いているがしかし、本発明はとりわけ箔のコーティングに適しているものの、本発明はまた、より厚さの厚いシート物品にも用いることができる。
添付の図１に概略的に示すように、本発明の好ましい実施形態は、工程Ａおよい工程Ｂで示される２つの工程を含む。工程Ａでは、矢印Ａの方向に動いているホイルシート１０の一方の面１１（２つの面にコーティングすることも可能であるが）に、箔に損傷を与えるまたは傷を付けるかもしれない如何なる硬い物体と箔との接触を避けることができるスプレーコーター１４（好ましくは超音波式スプレーコーター）から発するスプレー１３の形態の市販の純粋グレードのシリコーンオイル１２をコーティング（または被覆）する。スプレーは、室温で塗布し、コーティング速度は、例えば１分あたり最大２０００フィートと極めて速くてもよい。例えばワイピング、ブラッシング、流れ塗（flowing）のような、他の従来のコーティング方法を用いてもよいがしかし、好ましいわけではない。
シリコーンオイルは、好ましくは、例えば米国、ミシガン州ＨａｍｔｒａｍｃｋのＣａｄｉｌｉｃ Ｏｉｌ社により商品名「ＣＡＤＣＯ ０３−Ｂ−９５６−５０」で販売されているような、ジメチルシロキサンユニットである。
コーティングの後、矢印Ｂの方向に回転するローラ１６にタイトに巻き付けることにより、ホイルシートコイル１５を形成するように巻き取る。
このコーティングの手順において、ホイルシート（片面または両面）の表面積の少なくとも４０％、好ましくは少なくとも６０％または最大１００％をシリコーンオイルにより被覆する。コーティングする面の平均コーティング（または付着、loading）量が１０ｍｇ／ｆｔ２より少なく、より好ましくは６ｍｇ／ｆｔ２より少なくシリコーンオイルを塗布する。コーティング量が約１０ｍｇ／ｆｔ２より多いと、シリコーンオイルは、シリカを形成するように部分的に反応する。シリカは、箔の層の間に局所的な結合を形成でき、コイルの箔の層を互いに接着させコイルが解かれた時に箔が破損する。より少ない量では、いかなる場合で、非固着性コーティングを形成できないことから、最小の平均コーティング量は、約１．５ｍｇ／ｆｔ２（より好ましくは２ｍｇ／ｆｔ２）である。このような少ないコーティング量は、コイルの端部での過剰が発生せず、これにより汚染を避けることができるという利点もある。
シリコーンオイルは、好ましくは溶媒を含まず、希釈されていない。結果物が食品と接触すると考えられ、また触媒はしばしばある程度の毒性を有することから、如何なる種類の触媒を含まないこともまた好ましい。
工程Ｂにおいて、コイル１５を加熱炉１７に運び、空気または酸素の存在する環境において、温度２５０℃以上で、少なくとも１０分間加熱する。約２５０℃より低い温度では、如何なる場合も非固着性コーティングを形成しない。加熱工程では、規定すべき特定の上限値はないけれども、シリコーンの分解を避けるように約４００℃以下であることが好ましく、実用的には、約３５０℃より高い温度を用いる必要がない。加熱工程の保持時間は、シリコーンオイルが乾燥硬化した形態に変わるのに、および金属箔に所望する程度の調質（または、テンパー、temper）を付与するのに十分である必要がある。
熱処理の後、コイルは、室温の空気中で自然に冷却してもよく、または例えば冷たい空気もしくは他のガスの流れの中で、自然冷却よりも速く冷却してもよい。そしてホイルシートは、販売及び使用のために、直接または巻きを解いて、包装することが可能である。箔は所望の非固着性を備えた硬質ドライコーティングを有する。コーティングしたシリコーンオイルは、アルミニウムの表面で重合し、不浸透性の層を形成し、箔を非固着性にする。
特定の動作原理に限定することを意図するものではないが、塗布したシリコーンオイルは、加熱工程の間に、箔の表面から少なくとも部分的に蒸発すると考えられている。箔は、コイルの形態なので、蒸気は容易に逃げることができず、蒸気が箔表面全体に亘り再配分される。空気または酸素の存在は、箔表面全体に亘り均一な非固着性コーティングを形成する、シリコーンオイル内での重合反応を起こさせる。例え、タイトにコイルを巻いてあっても、十分な酸素が存在する。例えば、窒素のような他のガス中で加熱する場合のように酸素が無い場合、重合は起こらず非固着性コーティングは形成しない。
本発明は、以下の制限することを意図しない実施例によって、より詳細に示される。
本発明にかかる、または比較のために用いる幾つかの試料を以下の表１に示す。全ての試料は、コイルの形態（１２インチおよび６インチの直径）の空気中で焼鈍した箔である。巻かれたもの(wrap)が固着を避ける必要があることから、これは付加的な、潜在的問題となるリスクがある。しかしながら、巻かれたものが固着する試料は熱処理を行う際にコイルにすることを避けることで改善することができ、従って有用な製品を提供する。
上記の試料３、４および５は再び純窒素雰囲気中で繰り返した。結果は、箔同士は固着しなかったが、しかし食品が箔に固着したので、よってこの結果物は、許容できなかった。同じ結果は、焼鈍をしない箔を用いた場合にも得られた。
Claims (15)
- 金属シートがコーターを通過し、前記金属シートの表面の面積の少なくとも４０％にシリコーンオイルをコーティングする工程であって、コーティングをする前記表面の領域の平均コーティング量が１．５〜１０ｍｇ／ｆｔ２の範囲であるコーティング工程と、
その後、前記金属シートをコイルにする工程と、
その後、コイルにした前記金属シートを酸素が存在する雰囲気において２５０℃以上の温度で少なくとも１０分間加熱する工程と、
から成ることを特徴とする金属シートの表面に非固着性コーティングを付与する方法。 - 前記コーティング量が、２．０〜１０ｍｇ／ｆｔ２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記コーティング量が、２．０から６ｍｇ／ｆｔ２未満の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記加熱を４００℃以下の温度で実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記加熱を２７０℃〜３５０℃の範囲の温度で実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記加熱を前記酸素の供給源としての空気の中で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シートが、アルミニウムまたはアルミニウム合金より成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シートが箔であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記シリコーンが、ジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シリコーンオイルが、実質的に溶媒を含まないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シリコーンオイルが、溶媒に溶解していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記溶媒が、イソプロピルアルコール溶媒およびケトン溶媒より成る群から選ばれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記シリコーンオイルが、該シリコーンオイル以外の物体と前記シートとが接触しない方法によりコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シリコーンオイルが超音波式スプレー法によりコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記シートが２つの対向する表面を有し、コーティングをする前記表面の領域の平均コーティング量が１．５〜１０ｍｇ／ｆｔ２の範囲で、それぞれの表面の少なくとも４０％の面積に前記実質的に溶媒を含まないシリコーンオイルをコーティングすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
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