JP6930853B2 - アルミニウム塗装板及びアルミニウム缶蓋 - Google Patents

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Description

本開示はアルミニウム塗装板及びアルミニウム缶蓋に関する。
アルミニウム塗装板は、ビール、発泡酒、炭酸含有飲料等を収容する缶に使用される。それらの缶に要求される特性として、起泡性及び耐消泡性がある。起泡性とは、缶に収容されていたビール、発泡酒、炭酸含有飲料等を、コップ等の別容器に注いだ際に泡立ちが良い特性を意味する。また、耐消泡性とは、別容器で発生した泡が消え難い特性を意味する。なお、以下では、起泡性と耐消泡性とをあわせて泡立ち性ということがある。
泡立ち性を改善する方法が特許文献1に開示されている。特許文献1には、アルミニウム塗装板が備える塗膜に、カルナウバワックスを含有させることが記載されている。
特許第4695518号公報
アルミニウム塗装板には、成形加工性が求められる。特許文献1記載の技術では、成型加工性が十分ではない。
本開示の一局面は、泡立ち性及び成形加工性において優れるアルミニウム塗装板及びアルミニウム缶蓋を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、アルミニウム合金板と、前記アルミニウム合金板の一方の側に形成された第1の塗膜と、前記アルミニウム合金板の前記一方とは反対の側に形成された第2の塗膜と、を備え、前記第1の塗膜及び前記第2の塗膜の単位面積当たりの質量は、それぞれ0.1〜20g/mであり、前記第1の塗膜は、0.1〜1.5質量%のポリエチレンワックスと、0.1〜1.5質量%のカルナウバワックスと、を含み、前記第1の塗膜における前記ポリエチレンワックス及び前記カルナウバワックスを除くワックスの含有量が1.5質量%以下であり、前記第2の塗膜は、0.4〜0.8質量%のポリエチレンワックスと、0.4〜0.8質量%のカルナウバワックスと、を含み、前記第2の塗膜における前記ポリエチレンワックス及び前記カルナウバワックスを除くワックスの含有量が0.7質量%以下であり、前記第2の塗膜上における、石油系ワックスから成るポストルブの量が10mg/m以下であるアルミニウム塗装板である。本開示の一態様であるアルミニウム塗装板は、泡立ち性及び成形加工性において優れる。
本開示の別の態様は、本開示の一態様であるアルミニウム塗装板を含むアルミニウム缶蓋であって、前記第1の塗膜が外面となり、前記第2の塗膜が内面となるアルミニウム缶蓋である。本開示の別の態様であるアルミニウム缶蓋は、泡立ち性及び成形加工性において優れる。
アルミニウム塗装板1の構造を表す側断面図である。
本開示の実施形態を説明する。
1.アルミニウム塗装板
(1)アルミニウム合金板
アルミニウム合金板の材料としては、特に限定されないが、例えば、Al−Mg系合金、Al−Cu系合金、Al−Mg系合金、Al−Si系合金、Al−Mg−Si系合金、Al−Zn−Mg系合金等が挙げられる。
アルミニウム合金板は、化成皮膜を備えることが望ましい。例えば、化成皮膜は、第1の塗膜及び/又は第2の塗膜の下地となる。化成皮膜は、例えば、下地処理により形成することができる。化成皮膜を備える場合、第1の塗膜及び/又は第2の塗膜の密着性が向上する。また、化成皮膜を備える場合、アルミニウム塗装板の耐食性が向上する。化成皮膜を形成させる処理として、例えば、りん酸クロメート処理、Zr系、Ti系の化成処理等が挙げられる。
(2)第1の塗膜
第1の塗膜は、アルミニウム合金板の一方の側に形成される。第1の塗膜の単位面積当たりの質量は、0.1〜20g/mである。第1の塗膜は、0.1〜1.5質量%のポリエチレンワックスと、0.1〜1.5質量%のカルナウバワックスと、を含む。
アルミニウム塗装板は、上記の第1の塗膜を備えることにより、泡立ち性及び成形加工性において優れる。また、カルナウバワックスを含むことにより、第1の塗膜の潤滑性及び耐傷付性が高い。カルナウバワックスは、融点が80℃前後である硬いワックスである。また、ポリエチレンワックスを含むことにより、第1の塗膜の耐傷付性が高い。ポリエチレンワックスは、融点が110〜120℃前後である比較的硬いワックスである。
第1の塗膜の単位面積当たりの質量が0.1g/m以上である場合、第1の塗膜を均一に形成することが容易になり、耐食性が一層向上する。第1の塗膜の単位面積当たりの質量が20g/m以下である場合、アルミニウム塗装板の製造コストを低減できる。
第1の塗膜の表面におけるカルナウバワックスの付着量は、2.5〜10mg/mであることが好ましい。カルナウバワックスの付着量が2.5mg/m以上である場合、缶蓋成形を行う際の成形性が一層向上する。カルナウバワックスの付着量が10mg/m以下である場合、泡立ち性が一層向上する。なお、カルナウバワックスの付着量の測定方法は後述する方法である。
ポリエチレンワックス及びカルナウバワックスは、インナーワックスである。インナーワックスは、例えば、第1の塗膜を形成する塗料に予め添加される。インナーワックスは、例えば、塗装焼付後に、第1の塗膜の表面に析出したり、第1の塗膜中に存在したりする。
第1の塗膜は、インナーワックスとして、カルナウバワックス及びポリエチレンワックスを除くワックスを含んでいてもよい。カルナウバワックス及びポリエチレンワックスを除くワックスとして、例えば、ラノリン、マイクロクリスタリン、石油系エステルワックス、石油ワックス、合成ワックス、植物ワックス、及び動物ワックス等が挙げられる。ラノリンは融点が40℃前後で比較的低く、滑り性を向上させる働きがある。第1の塗膜に配合するインナーワックスを選択することにより、第1の塗膜に必要な機能を付与することができる。
第1の塗膜におけるポリエチレンワックス及びカルナウバワックスを除くワックスの含有量は1.5質量%以下である。1.5質量%以下であることにより、泡立ち性の点で優れる。
第1の塗膜の形成に使用できる塗料としては、例えば、溶剤系塗料と水系塗料とが挙げられる。溶剤系塗料としては、例えば、エポキシフェノール系樹脂、エポキシユリア系樹脂、塩化ビニルオルガノゾル系樹脂、熱硬化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。水性塗料としては、例えば、エポキシアクリル系樹脂等が挙げられる。いずれかの塗料にインナーワックスを配合し、その塗料を塗布し焼付けることで、第1の塗膜を形成できる。
第1の塗膜における有機樹脂塗料の固形分を100質量部としたとき、インナーワックスの質量は、0.4〜1.5質量部であることが好ましい。0.4質量部以上である場合、最終的に第1の塗膜の表面に移行するインナーワックスの量を確保することができる。1.5質量部以下である場合、最終的に第1の塗膜の表面に移行するインナーワックスの量が過大になることを抑制できる。
(2)第2の塗膜
第2の塗膜は、アルミニウム合金板の前記一方とは反対の側に形成される。第2の塗膜の単位面積当たりの質量は、0.1〜20g/mである。第2の塗膜は、0.4〜0.8質量%のポリエチレンワックスと、0.4〜0.8質量%のカルナウバワックスと、を含む。
アルミニウム塗装板は、上記の第2の塗膜を備えることにより、泡立ち性及び成形加工性において優れる。また、カルナウバワックスを含むことにより、第2の塗膜の潤滑性及び耐傷付性が高い。また、ポリエチレンワックスを含むことにより、第2の塗膜の耐傷付性が高い。
第2の塗膜の単位面積当たりの質量が0.1g/m以上である場合、第2の塗膜を均一に形成することが容易になり、耐食性が一層向上する。第2の塗膜の単位面積当たりの質量が20g/m以下である場合、アルミニウム塗装板の製造コストを低減できる。
第2の塗膜の表面におけるカルナウバワックスの付着量は、2.5〜5mg/mであることが好ましい。カルナウバワックスの付着量が2.5mg/m以上である場合、缶蓋成形を行う際の成形性が一層向上する。カルナウバワックスの付着量が5mg/m以下である場合、泡立ち性及び耐消泡性が一層向上する。
ポリエチレンワックス及びカルナウバワックスは、インナーワックスである。インナーワックスは、例えば、第2の塗膜を形成する塗料に予め添加される。インナーワックスは、例えば、塗装焼付後に、第2の塗膜の表面に析出したり、第2の塗膜中に存在したりする。
第2の塗膜は、インナーワックスとして、カルナウバワックス及びポリエチレンワックスを除くワックスを含んでいてもよい。カルナウバワックス及びポリエチレンワックスを除くワックスとして、例えば、ラノリン、マイクロクリスタリン、石油系エステルワックス、石油ワックス、合成ワックス、植物ワックス、及び動物ワックス等が挙げられる。ラノリンは、潤滑性を向上させる働きがある。第2の塗膜に配合するインナーワックスを選択することにより、第2の塗膜に必要な機能を付与することができる。
第2の塗膜におけるポリエチレンワックス及びカルナウバワックスを除くワックスの含有量は0.7質量%以下である。0.7質量%以下であることにより、泡立ち性の点で優れる。
第2の塗膜の形成に使用できる塗料としては、例えば、溶剤系塗料と水系塗料とが挙げられる。溶剤系塗料としては、例えば、エポキシフェノール系樹脂、エポキシユリア系樹脂、塩化ビニルオルガノゾル系樹脂、熱硬化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。水性塗料としては、例えば、エポキシアクリル系樹脂等が挙げられる。いずれかの塗料にインナーワックスを配合し、その塗料を塗布し焼付けることで、第2の塗膜を形成できる。
第2の塗膜における有機樹脂塗料の固形分を100質量部としたとき、インナーワックスの質量は、0.4〜1.5質量部であることが好ましい。0.4質量部以上である場合、最終的に第2の塗膜の表面に移行するインナーワックスの量を確保することができる。1.5質量部以下である場合、最終的に第2の塗膜の表面に移行するインナーワックスの量が過大になることを抑制できる。
(3)ポストルブ
アルミニウム塗装板はポストルブを備えていてもよい。ポストルブは、例えば、塗装焼付後に、塗膜の表面に塗布されるワックスである。ポストルブが塗布される塗膜は、第1の塗膜であってもよいし、第2の塗膜であってもよいし、それらの両方であってもよい。ポストルブとしては、例えば、石油系ワックスが挙げられる。石油系ワックスとして、例えば、パラフィン、ペトロラタム等が挙げられる。ペトロラタムは白色ワセリンであり、主に潤滑性を付与する機能を有する。
第2の塗膜上におけるポストルブの量は、10mg/m以下である。このことにより、泡立ち性が一層向上する。その理由は以下のとおりである。缶に収容されたビール等を別容器に注いだ時に発生する泡は、ビール等が缶から出る時、及び別容器に入る時に受ける衝撃と乱流とによって発生する。缶蓋に消泡効果を有するポストルブが多く含まれる場合、注いだ時の泡の発生を阻害し、起泡性を低下させる。ポストルブの量が10mg/m以下である場合、それらの問題が生じにくいため、泡立ち性が向上する。
アルミニウム塗装板は、ポストルブを備えないことが好ましい。特に、第2の塗膜上にポストルブを備えないことが好ましい。ポストルブを備えないアルミニウム塗装板を缶蓋等に用いた場合、アルミニウム塗装板から、缶の内容物へのポストルブの移行を抑制することができる。また、ポストルブを備えない場合、泡立ち性が一層向上する。
(4)アルミニウム塗装板の構造
アルミニウム塗装板は、例えば、図1に示す構造を有する。すなわち、アルミニウム塗装板1は、アルミニウム合金板3と、アルミニウム合金板3の一方の側に形成された第1の塗膜5と、アルミニウム合金板3の前記一方とは反対の側に形成された第2の塗膜7と、を備える。
2.アルミニウム缶蓋
アルミニウム缶蓋は、上述したアルミニウム塗装板を含む。アルミニウム缶蓋において、第1の塗膜が外面となり、第2の塗膜が内面となる。アルミニウム缶蓋は、泡立ち性及び成形加工性において優れる。
3.実施例
(1)アルミニウム塗装板の製造
板厚0.25mmのA5182合金板から成る基板を用意した。この基板は、アルミニウム合金板に対応する。この基板に、りん酸クロメートを約20mg/m施した。次に、基板の両面に塗料を塗布して塗膜を形成し、アルミニウム塗装板を製造した。基板の一方の面に形成された塗膜を第1の塗膜とし、反対側の面に形成された塗膜を第2の塗膜とする。
塗料は、エポキシ系樹脂塗料を主成分とし、インナーワックスをさらに含む。インナーワックスの種類と配合量は表1に示すとおりである。表1におけるインナーワックスの配合量の数値の単位は質量%であり、塗膜の全体を100質量%としたときの値である。
Figure 0006930853
第1の塗膜の単位面積当たりの質量は4g/mであり、第2の塗膜の単位面積当たりの質量は12g/mである。塗料の塗布後、最高到達温度が250℃になるように30秒間炉内保持して焼き付けを行った。
比較例9、10については、第1の塗膜及び第2の塗膜の塗装焼付後、第1の塗膜及び第2の塗膜の表面に、さらにポストルブを塗布した。ポストルブの種類はペトロラタムである。比較例9、10以外では、ポストルブを塗布しなかった。
(2)アルミニウム塗装板の評価方法
上記のように製造したアルミニウム塗装板を評価した。評価方法と評価結果は以下のとおりである。各評価は、アルミニウム塗装板のうち、一方の面に対して行った。評価結果を上記表1及び表2に示す。表2の「対象」の列に、アルミニウム塗装板のうち、評価の対象となった面を示す。「第1」は、第1の塗膜が形成された面を意味し、「第2」は、第2の塗膜が形成された面を意味する。
Figure 0006930853
(2−1)カルナウバワックスの付着量
以下のようにして、第1の塗膜又は第2の塗膜の表面におけるインナーワックスの付着量を測定する。
まず、アルミニウム塗装板を、温ヘキサン中に浸漬する。このとき、第1の塗膜又は第2の塗膜の表面に付着していたカルナウバワックスは、温ヘキサンに溶解する。次に、溶解したカルナウバワックスを含んだ温ヘキサンを加熱して濃縮した後、ガスクロマトグラフにより、カルナウバワックスの量を定量する。ガスクロマトグラフの条件は以下のとおりである。
装置:島津製作所製GC-2014
カラム:OV-101
昇温条件:100℃から350℃まで、20℃/minの速度で昇温する。350℃に達すると、その温度で18min保持する。
検出器:FID
検出器温度:370℃
注入口温度:370℃
キヤリアガスの種類と流量:N2 、20mL/min
カルナウバワックスの付着量の測定結果を上記表1の「インナーワックス付着量」の列に示す。
(2−2)泡立ち性試験
飲料用缶ボディに所定の飲料を注ぐ。評価対象であるアルミニウム塗装板から蓋を作成する。飲料用缶ボディに、その蓋を巻き締めて缶体を作成する。このとき、飲料は缶体に封入される。缶体を冷蔵庫へ入れ、24時間保持する。
24時間保持した後、蓋に設けられた注ぎ口を開ける。次に、缶体を、飲料缶体保持用のケースに取り付ける。この飲料缶体保持用のケースは、ステッピングモーターの駆動力により回転し、缶体を傾けることができる。飲料缶体保持用のケースを所定の速度で所定の角度まで回転する。このとき、飲料は、注ぎ口から出て、缶体の下にあらかじめ設置されていた1Lガラスビーカー中へ注がれる。1Lガラスビーカーは、予め、十分に洗浄及び乾燥されたものである。1Lガラスビーカーに注がれた飲料は泡を発生する。
飲料を注いだ直後における泡の高さhを測定する。泡の高さhが高いほど、起泡性に優れる。測定結果を上記表2における「泡高さ」の列に示す。
また、飲料を注いでから10分間が経過したときの泡の高さhを測定する。hとhとの差を、10分間で割った値を算出する。この値を消泡速度とする。消泡速度が小さいほど、耐消泡性に優れる。測定結果を上記表2における「消泡速度」の列に示す。
(2−3)オイルフロー試験
評価対象であるアルミニウム塗装板を製蓋し、タブまで取り付ける。飲料用缶ボディへあふれる位まで純水を注ぐ。水面に汚れや埃が無いことを確認する。もしあれば、軽くエアを吹く等の方法で汚れや埃を除く。飲料用缶ボディ中の純水へ墨汁又は青インキを適量加え着色する。その後、タブを引いて蓋の呑口を僅かに空け、空気抜けを作った後、飲料用缶ボディの開口部において、蓋を着色水の表面に浮かせる。この状態で10分間待つ。このとき、蓋の内面は着色水に接する。
10分間が経過したとき、蓋を飲料用缶ボディ及び着色水からゆっくりと離す。液面を観察し、油膜状の浮遊物があれば、オイルフロー面積を目視で読み取る。オイルフロー面積とは、液面の全面積に対する、油膜状の浮遊物がある部分の面積の比率である。オイルフロー面積を、上記表2におけるオイルフローの列に示す。表2において、「1」は、オイルフロー面積が10%以下であることを表し、「2」は、オイルフロー面積が10〜30%であることを表す。オイルフロー面積はオイルフロー性を表す指標である。
(2−4)ワックス堆積性
Heidon試験機を用い、評価対象であるアルミニウム塗装板の塗膜に鋼球を接触させ、荷重を加えながら摺動させる。次に、鋼球に付着したワックスの面積(鋼球摺動付着面積)を画像解析装置により測定する。測定結果を上記表2における鋼球摺動付着面積の列に示す。鋼球摺動付着面積はワックス堆積性を表す指標である。
(2−5)塗膜強度
Heidon試験機を用い、評価対象であるアルミニウム塗装板の塗膜の表面に接触子を接触させ、荷重を変化させながら塗膜表面を走査する。得られる摩擦力の変化を読み取ることにより、塗膜表面に傷が付き始めた荷重W1と、接触子が塗膜を突き抜けアルミ表面に達した荷重W2とを算出する。測定結果を、上記表2におけるW1の列と、W2の列とに示す。荷重W1及び荷重W2は、塗膜強度を表す指標である。
(2−6)潤滑性
3点ボール式の滑り性試験機を用い、評価対象であるアルミニウム塗装板の塗膜の動摩擦係数を測定する。測定結果を上記表2における動摩擦係数の列に示す。動摩擦係数は、塗膜の潤滑性を表す指標である。
(2−7)加工性
評価対象であるアルミニウム塗装板を用いてシェルプレス加工を行い、シェル蓋を製造する。その後、シェル蓋のユニットデプス(UD)、パネルデプス(PD)、リップハイト(LH)、カールダイヤ(CD)をそれぞれ測定する。測定結果を上記表2におけるシェル寸法の列に示す。シェル寸法は、加工性を表す指標である。
(2−8)摺動後ERV(Enamel Rater Value)
評価対象であるアルミニウム塗装板からシェルを製造する。SUS定盤上にシェルを置き、1000gの重りを乗せて1m/minの速度にて180mmの距離だけ直線方向へ摺動させた後のシェルのERVを測定する。測定結果を上記表2における摺動後ERVの列に示す。摺動後ERVは、塗膜の耐傷付性を表す指標である。
(2−9)塗膜密着性
Tピール試験により塗膜密着性を試験する。試験方法は以下のとおりである。アルミニウム塗装板の内面側同士を、アミド樹脂フィルムを用い、ホットプレス(熱加圧圧着)により貼り合わせる。次に、アルミニウム塗装板の両端を開いてT字型とする。そして、その開いた両端を引張り試験機で引っ張る際の荷重を測定する。得られた最大抵抗荷重をTピール強度とし、塗膜密着性の指標とする。測定結果を上記表2における密着性の列に示す。
(2−10)耐食性
食塩0.5質量%、クエン酸一水和物1.0質量%を含むモデルジュース液を作製する。70℃のモデルジュース液に、クロスカットを施したアルミニウム塗装板を72時間浸漬する。浸漬後、カットした方向に対し垂直方向に進展した塗膜剥離部の腐食長さを測定し、耐食性の指標とする。測定結果を上記表2における耐食性の列に示す。
(3)アルミニウム塗装板の評価結果
実施例1〜7では、いずれの評価項目でも良好な結果であった。
比較例1では、動摩擦係数が0.32であり高かった。また、加工性及び耐傷付性が悪く、摺動後ERVが高かった。
比較例2〜7では、局部的に塗膜強度が不十分であるため、摺動後ERVが高かった。また、比較例4、7では、塗膜密着性及び耐食性が悪かった。比較例8では、塗膜密着性及び耐食性が悪かった。
比較例9、10では、ポストルブが30mg/m塗布されているため、泡高さhは50mmであり、消泡速度は11mm/minであり、オイルフロー面積は10〜30%であった。すなわち、泡立ち性およびオイルフロー性が悪かった。
比較例11では、塗膜にラノリンを2.5質量%含む。塗膜からラノリンが溶出するため、泡の高さhが55mmであった。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(1)上記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(2)上述したアルミニウム塗装板及びアルミニウム缶蓋の他、当該アルミニウム塗装板を用いて成形された缶胴体、アルミニウム塗装板の製造方法、アルミニウム缶蓋の製造方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
1…アルミニウム塗装板、3…アルミニウム合金板、5…第1の塗膜、7…第2の塗膜

Claims (4)

  1. アルミニウム合金板と、
    前記アルミニウム合金板の一方の側に形成された第1の塗膜と、
    前記アルミニウム合金板の前記一方とは反対の側に形成された第2の塗膜と、
    を備え、
    前記第1の塗膜及び前記第2の塗膜の単位面積当たりの質量は、それぞれ0.1〜20g/mであり、
    前記第1の塗膜は、0.75〜1.5質量%のポリエチレンワックスと、0.75〜1.5質量%のカルナウバワックスと、を含み、
    前記第1の塗膜における前記ポリエチレンワックス及び前記カルナウバワックスを除くワックスの含有量が1.5質量%以下であり、
    前記第2の塗膜は、0.75〜0.8質量%のポリエチレンワックスと、0.75〜0.8質量%のカルナウバワックスと、を含み、
    前記第2の塗膜における前記ポリエチレンワックス及び前記カルナウバワックスを除くワックスの含有量が0.7質量%以下であり、
    前記第2の塗膜上における、石油系ワックスから成るポストルブの量が10mg/m以下であり、
    前記第1の塗膜の表面におけるカルナウバワックスの付着量が2.5〜10mg/mであり、
    前記第2の塗膜の表面におけるカルナウバワックスの付着量が2.5〜5mg/mであるアルミニウム塗装板。
  2. 請求項1に記載のアルミニウム塗装板であって、
    前記第2の塗膜上に前記ポストルブが設けられていないアルミニウム塗装板。
  3. 請求項1又は2に記載のアルミニウム塗装板であって、
    前記第1の塗膜及び/又は前記第2の塗膜は、前記ポリエチレンワックス及び前記カルナウバワックスを除くワックスとして、石油ワックス、合成ワックス、植物ワックス、及び動物ワックスから選択されるワックスを1種以上含むアルミニウム塗装板。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム塗装板を含むアルミニウム缶蓋であって、
    前記第1の塗膜が外面となり、前記第2の塗膜が内面となるアルミニウム缶蓋。
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