JP7090672B2 - 加工を伴う缶の製造方法 - Google Patents
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Description
柔らかい塗膜では、飲料等の内容物充填後の高温処理(レトルト処理)に対する耐久性が低く、輸送時に傷が入りやすい。また、柔らかい塗膜では、ボトル缶のキャップを開栓する際に、開栓トルクが高くなるという問題もあった。
好ましい態様において、第1の態様の塗料組成物が適用される缶は、ネジ付缶である。
好ましい態様において、第3の態様の缶は、ネジ付缶である。
本発明の第1の態様は、ガラス転移温度(Tg)が35~60℃であるポリエステル樹脂と、アミノ樹脂と、エポキシ樹脂とを含有することを特徴とする、加工を伴う缶用の塗料組成物である。
ポリエステル樹脂のTgを60℃以下とすることにより、後述する熱処理によって、マイクロクラックを平滑状態に修復することができる。さらに、ポリエステル樹脂のTgを35~60℃とすることにより、本態様の塗料組成物により形成される塗膜は、加工性が良好で、かつ傷付き耐性が高い、適度な硬度を維持することができる。また、ホット飲料を提供するために、ボトル缶を加温した場合であっても、キャップ開栓時の開栓トルクを低い状態で維持することができる。
ポリエステル樹脂のTgは、35~60℃の範囲であれば特に限定されないが、傷付き耐性や開栓トルクの観点からは、40℃以上であることが好ましい。例えば、40~60℃であることが好ましく、45~60℃であることがより好ましく、50~60℃であることがさらに好ましい。
また、シリコーン系の潤滑性付与剤としては、ジメチルポリシロキサン及びその変性物等を例示することができる。ジメチルポリシロキサンの変性物を用いる場合、変性剤としては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エポキシ、アミン等を用いることができる。
本発明の第2の態様は、一方が開口した有底筒状の缶体を成形する工程(以下、「行程(a)」という。)と、前記缶体の表面に、第1の態様の塗料組成物からなる塗膜層を形成する工程(以下、「行程(b)」という。)と、前記塗膜層形成後の缶体の開口端部に加工を施すとともに、前記塗膜層にマイクロクラックを発生させる工程(以下、「工程(c)」という。)と、前記の加工を施した缶体に、前記塗料組成物に含有されるポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度条件で、熱処理を施す工程(以下、「工程(d)」という。)と、を含むことを特徴とする加工を伴う缶の製造方法である。
以下、本態様の製造方法の各工程について説明する。
本工程においては、アルミニウム等の金属板材から、一方が開口した有底筒状の缶体を成形する。缶体の成形方法は、特に限定されず、缶の製造に一般的に用いられる方法で行えばよい。以下に一例を示すが、缶体成形方法はこれに限定されない。
まず、金属板材から所定の大きさの円形状板を打ち抜き、円形状の金属円板を形成する。次に、金属円板に絞り加工を施し、比較的大径の浅いカップを成形する。さらに、再絞り加工、しごき加工等により、所定の高さの有底筒状体を形成する。当該有底筒状体の筒底をボトム成形により所定形状に成形し、トリミング加工により所定の高さにトリミングして、有底筒状の缶体を成形する。なお、成形された缶体の表面を、内面塗装及び外面塗装に適した状態にするために、缶体表面の洗浄を行ってもよい。缶体の洗浄は、缶体表面に付着した油脂成分、スマット、アルミ粉、汚れ成分等を除去する脱脂処理工程、缶体表面に化成皮膜を形成させる化成処理工程、形成させた化成皮膜を硬化させ、缶体を乾燥させる乾燥処理工程等の工程を含むことができる。
本工程においては、成形した有底筒状の缶体の表面に、第1の態様の塗料組成物からなる塗膜層を形成する。第1の態様の塗料組成物からなる塗膜層の形成は、缶体の外面塗装工程及び内面塗装工程のいずれで行ってもよいが、外面塗装工程において行うことが好ましく、外面仕上げ塗装時に行うことがより好ましい。好ましい例では、外面仕上げ塗装時の上塗り外面塗料として、第1の態様の塗料組成物を使用する。
第1の態様の塗料組成物を上塗り外面塗料として用いた場合、二次乾燥は、内面塗装の乾燥及び焼き付けと同時に行うようにしてもよい。この場合、二次乾燥には、例えば、インサイドベークオーブン等を使用することができる。
本工程においては、サイズ塗料による下地塗装は、行ってもよく、行わなくてもよい。本態様の製造方法では、後述する工程(c)の加工工程において、塗膜層にマイクロクラックが発生し、当該マイクロクラックにより、加工時の応力が分散される。そのため、サイズ塗料による下地塗装がなくても加工性が損なわれることがない。したがって、サイズ塗料による塗装工程を含まないこととすることができる。
なお、サイズ塗料による下地塗装を行う場合には、第1の態様の塗料組成物による塗装を行う前に、サイズ塗料による下地塗装を行うことができる。この場合、サイズ塗料には、缶の下地塗装に一般的に用いられるサイズ塗料を使用すればよく、一般的に用いられる方法で下地塗装を行えばよい。
本工程においては、塗膜層が形成された後の缶体に対して、開口端部に加工を施す。加工は、缶体の開口端部を所定形状とするために行われ、加工方法は特に限定されない。例えば、加工は、ダイネック加工、スピンフローネック加工、ネック加工、スカート加工、ネジ加工、カール/スロットル加工等を含むことができる。一例として、ネジ付缶を製造する場合には、缶体の開口端部に、外周にネジ部を備えた口金部を形成するための加工を行う。口金部の成形加工の方法は、特に限定されないが、ネック加工、スカート加工、ネジ加工、カール/スロットル加工等を含むことができる。これらの加工方法は、ネジ付缶の製造において、一般的に用いられる方法を用いればよい。
本工程においては、加工後の缶体に対して、熱処理が施す。熱処理は、塗膜の形成に使用された第1の態様の塗料組成物に含有されるポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度条件で行う。この熱処理により、加工時に塗膜に発生したマイクロクラックは平滑化され、マイクロクラックは消滅する。熱処理の温度は、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度以上であればよいが、缶体の変形や塗料の流出が起こらない温度であることが好ましい。そのような温度条件としては、例えば、35~180℃程度、好ましくは50~150℃程度、より好ましくは60~120℃程度を挙げることができる。また、前記のような温度条件での処理時間は、5秒以上であることが好ましい。例えば、5~3000秒程度、好ましくは5~2000秒程度、より好ましくは5~1000秒程度とすることができる。
また、本態様の方法によりネジ付缶を製造した場合、製造されたネジ付缶は、キャップ開栓時の開栓トルクを低い状態に維持することができる。ネジ付缶では、温度の高い内容物が充填された場合に、キャップの開栓トルクが高くなる傾向にあるが、本態様の製造方法で製造したネジ付缶は、ホット飲料等の温度の高い内容物を充填した場合においても、開栓トルクを低い状態に維持することができる。
本発明の第3の態様は、第1の態様の塗料組成物からなる塗膜層を有することを特徴とする、加工を伴う缶である。
なお、本態様の缶は、サイズ塗料からなる塗膜層を有するものであってもよい。その場合、サイズ塗料からなる塗膜層は、第1の態様の塗料組成物からなる塗膜層よりも下層に存在することが好ましく、たとえば、缶体円筒部の金属外面とインキ層との間に存在する。
また、本態様の缶がネジ付缶である場合には、ホット飲料等を充填した場合であっても、キャップ開栓時の開栓トルクを低い状態に維持することができる。
塗料組成物の樹脂成分として、Tgが20~70℃(20℃、30℃、35℃、40℃、60℃、又は70℃)であるポリエステル樹脂、アミノ樹脂、及びエポキシ樹脂を用いた。なお、ポリエステル樹脂のTgは、NETZSCH社製の熱機械分析装置(TMA4010SE)を用いて、TMA法により測定した。
ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸として、テレフタル酸及び2,6-ナフタレンジカルボン酸、多価アルコールとして、エチレングリコール及びプロピレングリコールを組合せたものを使用した。また、アミノ樹脂はメランシリーズ(日立化成株式会社製)を使用し、エポキシ樹脂はjER(登録商標) グレード1001(三菱化学株式会社製)を使用した。
Tgが20~70℃である各ポリエステル樹脂を、それぞれアミノ樹脂、及びエポキシ樹脂と混合し、溶剤に溶解して、ポリエステル樹脂のTgが異なる各塗料組成物を調製した。ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、及びエポキシ樹脂は、樹脂全体の合計質量を100質量%としたとき、それぞれ67質量%、28質量%、及び5質量%となるように配合した。なお、塗料組成物中の樹脂成分全体の合計量は、塗料組成物(100質量%)に対して、57~60質量%となるようにした。
溶剤には、ブチルカルビトール(1~3質量%)、ブチルセロソルブ(15~50質量%)、ソルベッソ100(5~50質量%)、ソルベッソ150(15~60質量%)、及びノルマルブタノール(2~10質量%)の混合溶媒を使用した。なお、前記括弧内は、溶剤全体を100質量%としたときの各溶媒の質量%を示す。
また、添加剤として、ラノリン(0.1~0.3質量部)、ポリエチレン(0.4~0.8質量部)、フッ素(0.1質量部)、マイクロクリスタリン(0.2~0.6質量部)、シリコーン(0.05~0.15質量部)を添加した。なお、前記括弧内は、樹脂成分全体の合計質量(100質量部)に対する各添加剤の質量部を示す。
上記のように調製した塗料組成物を、アルミニウム合金板に塗布し、乾燥後、焼き付けを行った。なお、ネジ成形加工及び開栓性の評価用として、アルミ合金板から成形されたボトル缶用缶体の外面にも塗膜を形成した。塗装は、ロールコート塗装にて行い、ピンチェーン(アルミ缶塗装印刷オーブン)を用いて乾燥及び焼き付けを行った。乾燥及び焼き付けの温度条件は、230℃に設定した。
塗膜性能の評価は、以下の評価項目により行った。
塗膜におけるクラックの発生は、デュポン式落下衝撃試験機(上島製作所製)を用いて評価した。打ち型及び受け型は半径が1/2インチのものを使用し、錘は300gのものを使用した。錘落下の高さは20cmとした。
JIS5600-5-3に準拠して、塗膜に対する落下衝撃試験を行い、塗膜におけるクラックの発生を目視により観察した。クラックを視認できたものは「発生」とし、クラックを視認できなかったものは「確認出来ず」とした。
上記落下衝撃試験を行った塗膜を、100℃で5分間熱処理し、クラックの残存を目視により確認した。クラックを視認できなかったものは「確認出来ず」とし、クラックを視認できたものは「視認」とした。
成形性は、ボトル缶用缶体の外面に塗膜を形成したものを用いて、ネジ成形加工における加工性を評価した。ネジ成形時に塗膜が割れることなく、かつネジ成形時に金型に熱が発生しなかったものは、成形性を「○」とした。一方、ネジ成形時に塗膜が割れたもの、及びネジ成形時に金型に熱(40℃以上)が発生したものは、成形性を「×」とした。金型に熱が発生した場合を「×」としたのは、熱により塗膜が軟化して金型に接着するため、連続的な成形が困難となるからである。なお、熱の発生は、非接触温度計(TSUBAKI THERMOGUN TYPE:TG-S1B)により測定して確認した。
傷付き性は、JIS K-5400に準じた鉛筆硬度試験により評価した。鉛筆硬度試験により測定された塗膜の鉛筆硬度を「傷付き性」の値として記載した。
塗膜を形成したボトル缶の開栓性は、開栓に要したトルク値を測定することにより評価した。なお、トルク値の測定は、デジタル開栓トルク計(TNKシリーズ、日本電産シンポ株式会社製)を用いて行った。
開栓性の評価には、ユニアクロキャップ(ユニバーサル製缶株式会社の登録商標)のレトルト専用キャップを使用した。また、開栓性の評価は、ボトル缶飲料を加温した場合を想定し、5℃、20℃、及び60℃の3通りの温度条件で行った。なお、開栓性は、トルク値が40~120N・cmの範囲であれば良好と判断することができ、200N・cm以上の場合は開栓性が悪いと判断することができる。120~200N・cmの範囲は、開栓性が良好ではないが、許容範囲と判断することができる。
Tgが20℃、30℃、35℃、40℃、60℃、又は70℃であるポリエステル樹脂を配合した各塗料組成物において、塗膜性能を評価した結果を表1に示す。なお、表1中の「数平均分子量」は、各塗料組成物に配合したポリエステル樹脂の数平均分子量である。
また、実施例1~3においては、成形性も良好であり、傷付き性耐性も高かった。開栓性は、5℃及び20℃では、開栓トルク値が100N・cm以下で良好であり、60℃の場合でも200N・cm未満で許容範囲内であった。なお、ポリエステル樹脂のTgが高いほど、傷付き耐性が高く、開栓性も良好である傾向にあった。
また、本試験では、サイズ塗料による下地塗装は行わなかったが、実施例1~3の塗料組成物では、下地塗装がなくても、成形性、傷付き耐性、及び開栓性のいずれも良好であった。このことから、Tgが35~60℃であるポリエステル樹脂を配合した塗料組成物を用いることにより、サイズ塗料による下地塗装は省略可能であることが明らかになった。
Claims (2)
- 一方が開口した有底筒状の缶体を成形する工程と、
前記缶体の表面に、塗料組成物からなる塗膜層を形成する工程であって、前記塗料組成物が、ガラス転移温度が35~60℃であるポリエステル樹脂と、アミノ樹脂と、エポキシ樹脂とを含有する塗料組成物である、工程と、
前記塗膜層形成後の缶体の開口端部に、外周にネジ部を備えた口金部を成形するための加工を施して前記外周にネジ部を備えた口金部成形するとともに、前記塗膜層にマイクロクラックを発生させる工程と、
前記の加工を施した缶体に、前記塗料組成物に含有されるポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度条件で、熱処理を施す工程と、を含み、
サイズ塗料による塗装工程を含まない、
ことを特徴とする加工を伴う缶の製造方法。 - 前記熱処理を、前記塗料組成物に含有されるポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度を有する温水で行うことを特徴とする、請求項1に記載の加工を伴う缶の製造方法。
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