KR20020069001A - 알루미늄 합금 식품 및 음료 용기용 공중합체 프라이머 - Google Patents
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Abstract
폴리염화비닐 또는 에폭시를 포함하는 중합체 코팅 조성물로 코팅된, 알루미늄 산화물 또는 수산화물과 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체의 반응 생성물로 구성된 프라이머 층을 포함하는 알루미늄 합금 시트 (도 1)이 제공된다. 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트는 식품 용기를 위한 용기 본체 또는 알루미늄 식품 및 음료 용기를 위한 용기 단부 판넬로 성형된다.
Description
알루미늄이 천연 산화물 코팅을 형성하여 스스로를 보호하기는 하지만, 그 보호는 완전하지 않다. 수분과 전해질의 존재 하에, 알루미늄 합금은 순수한 알루미늄보다 더 빨리 부식된다.
따라서, 알루미늄 합금 기판을 개선된 내부식성과 중합체에 대한 강한 결합 친화성을 갖는 프라이머 또는 다른 화학물질로 처리할 필요가 있다.
종래 기술에서는, 금속 표면을 그 일부가 알루미늄의 산화된 형태로 구성되는 밀착 코팅으로 "전환" 시키는 방법으로 알루미늄 합금 상에 전환 코팅을 형성했었다. 화학적 전환 코팅은 우수한 내부식성과 중합체 코팅에 대한 향상된 결합 친화성을 제공한다. 크로메이트 전환 코팅은 알루미늄을 6가 또는 3가의 크롬 이온, 포스패이트 이온 및 불소 이온을 포함하는 수용액으로 처리하는 것으로 행해진다. 최근에는, 그러한 공정에 의해 크로매이트 및 포스패이트가 배수관으로 배출되어 오염을 일으키는 것이 문제가 되고 있다. 6가 크롬 이온의 높은 용해도와 강한 산화성 때문에, 6가 크롬 이온을 3가 크롬 이온으로 환원시키는 비싼 폐기물 처리 과정이 필요하다.
선행 기술에서 크로메이트가 없는 전환 코팅을 하기 위한 시도가 행해져 왔다. 예를 들어, 지르코늄, 티타늄, 하프늄 및/또는 규소, 때로는 불소와 함께, 계면활성제 및 폴리아크릴산과 같은 중합체를 포함하는 크로메이트가 없는 전환 코팅제가 있다. 선행된 광범위한 노력에도 불구하고, 중합체 코팅된 알루미늄 합금 기판의 접착성 및 내부식성을 개선하기 위한 크로메이트가 없는 전환 코팅 또는 프라이머의 완전한 성공은 이루어지지 않았다.
본 발명은 알루미늄 합금 시트로부터 제조된 신규의 식품 용기 본체 또는 식품 또는 음료 용기 단부 판넬 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 산화물 또는 수산화물 층 및 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체의 반응 생성물로 구성된 프라이머 층을 갖는 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 공정의 플로우 챠아트이다.
본 발명의 주 목적은 시트 상에 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체 및 알루미늄 산화물 또는 수산화물 층의 반응 생성물을 포함하는 프라이머 층을 갖는 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 크롬 화합물을 포함하지 않는 알루미늄 합금 시트를 위한 프라이머 층을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 하기 상세한 설명에 의해 당업자에게 명백해 질 것이다.
본 발명에 따라, 식품용기 본체 또는 식품 또는 음료 용기 단부 판넬을 성형하는 데 적합한 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트의 제조방법이 제공된다.
중합체 코팅된 용기 본체 또는 용기 단부 판넬을 제조하는 데 적합한 알루미늄 합금으로는 AA 5000 시리즈의 알루미늄-마그네슘 합금, 특히 AA 5042 및 AA 5182 합금 등이 있다.
용기 단부 판넬에 적합한 알루미늄 합금, 예를 들어 AA 5182는 공지된 주조 기술에 의해 잉곳, 빌렛 또는 슬라브로 제공된다.
가공 전에, 잉곳 또는 빌렛에는 상승된 온도에서 균일화가 행해진다. 그 다음으로는 열간 압연에 의해 중간체인 게이지 시트가 된다. 예를 들어, 재료는 700-975℉의 금속 유입 온도로 열간 압연되어 0.130 인치 내지 0.190 인치의 중간체 생성물이 된다. 이 재료는 다시 냉간 압연되어 0.008 내지 0.015 인치의 시트가 된다. AA 5182 알루미늄 합금시트는 H19 또는 H39 템퍼 어느 쪽에서든 바람직하다. 단부 판넬을 위한 알루미늄 합금 5042 시트는 H19 템퍼에서 바람직하다.
AA 5042와 같은 알루미늄 합금은 균일화된 잉곳으로 제공된다. 이것은 열간 압연되어 약 0.125 인치의 중간 게이지가 된다. 일반적으로, 중간 게이지 생성물은 달굼질을 받게 되고, 열간 압연과 냉간 압연을 거쳐 약 008 내지 0.015 인치 두께를 갖는 최종 게이지 생성물이 된다. 시트는 중합체로 코팅된 다음 연신과 재연신을 거쳐 식품 용기 본체가 된다. AA 5042 알루미늄 합금 시트는 H2E72 템퍼에서 바람직하다.
알루미늄 합금 시트 표면 상의 천연 산화물 코팅은 일반적으로 본 발명의 실시에 충분하다. 천연 산화물 코팅은 통상 30-50 옹스트롱의 두께를 갖는다. 더 나은 내부식성을 위해, 산화물 코팅을 양극산화 또는 물, 수증기 또는 수용액에서의 열처리와 같은 처리로 성장시킬 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금 시트는 일반적으로 알칼리성 표면세척제로 세척되어 표면에 부착된 잔류 윤활제 등이 제거된 다음, 물로 헹구어지게 된다. 잔류 윤활제가 무시할 수 있는 정도라면 세척을 하지 않아도 무방하다.
세척된 시트 표면은 약 1-20 g/L의 비닐 포스폰산-아크릴 산 공중합체 (VPA-AA 공중합체) 수용액으로 구성된 프라이머 조성물로 프라임된다. 약 4-10 g/L의 공중합체를 포함하는 조성물이 바람직하다. 공중합체는 일반적으로 약 5-50 몰 % 비닐 포스폰산, 바람직하게는 약 20-40 몰 %의 비닐 포스폰산을 포함한다. 특히 바람직한 VPA-AA 공중합체는 약 30 몰 % VPA와 약 70 몰 % AA로 구성된 것이다
용액은 약 100-200℉, 보다 바람직하게는 약 120-180℉의 온도를 갖는다. 특히 바람직한 용액은 약 170℉의 온도를 갖는다.
시트 표면을 프라이머 조성물에 담구거나 조성물을 시트 표면에 롤 코팅 또는 분무할 수 있다. 바람직한 연속 세척 및 전전 처리라인은 분당 약 1000-1500 피트로 작동된다. 라인이 분당 1000피트로 작동된다면 시트 표면과 프라이머 사이의 접촉시간은 약 6 초로 충분하다.
VPA-AA 공중합체는 산화물 또는 수산화물 코팅과 반응하여 시트 표면에 프라이머 층을 형성한다.
임의로, 프라임된 시트를 물로 헹구어 산화물 또는 수산화물 코팅과 미반응된 VPA-AA 공중합체를 제거할 수도 있다.
헹구는 물의 온도는 바람직하게 약 170-180℉이다. 과잉의 물을 제거하여 헹구는 물을 농축시켜 VPA-AA 공중합체를 재사용할 수 있다. 바람직한 농축 기술로는 삼투압 및 막 여과 등이 있다.
프라임된 시트는 바람직하게는 유기 용매 중에 분산된 중합체 및 안료를 포함하는 중합체 조성물로 코팅된다. 세 가지 바람직한 코팅 중합체는 에폭시 화합물, 폴리염화비닐 및 폴리에스테르이다. 적합한 에폭시 화합물로는 페놀-변성된 에폭시 화합물, 폴리에스테르-변성된 에폭시 화합물 및 에폭시-변성된 폴리염화비닐이 있다.
또는, 프라임된 시트가 전기 코팅, 슬럿 코팅 또는 압출 코팅될 수도 있다.
안료 입자는 바람직하게는 0.5 내지 10마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 이산화 티타늄, 알루미나 또는 실리카이다.
중합체 코팅된 시트는 건조, 냉각 된 후 최종적으로 용기 본체 또는 용기 단부 판넬로 성형된다.
본 발명에 따라, 2 in. x 4 in의 AA 5182 알루미늄 합금 시트 시료를 세척하고, 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체로 프라임한 다음, 폴리염화비닐 코팅 조성물로 코팅하였다. VPA-AA 공중합체는 30 몰% VPA단위와 70 몰 % AA 단위를 포함하였다.
PVC 코팅된 시료를 코팅 접착성 및 블러슁(붉게 색깔이 변하는 것) 내성을시험하였다. 한 세트의 시료를 맥주로 채워진 맥주 캔에 넣고 밀봉하여, 캔을 수조에 넣어 180℉에서 30분간 가열하였다. 다른 세트의 시료는 180℉로 가열된 탈이온수 수조에 30분간 담그었다.
시험 시료를 꺼내서 탈이온수로 세척하고 건조하였다. 육안 관찰이 명확한 경우 색깔 변화를 기록하였다. 코팅 접착성은 나이프 블래이드로 코팅을 통해 베이스 금속을 십자모양으로(수직 및 수평선 각각 1/8 인치 내지 3/16 인치) 선을 그어 시험하였다. 하이 택 테이프 (3M No. 610)을 십자영역에 붙였다. 5초 후, 금속 표면에서 90°각도로 테이프를 재빨리 당겼다. P(VPA-AA) 프라이머 폴리비닐포스폰산 (PVPA) 폴리아크릴산 (PAA) 프라이머에 대한 테이프 시험결과를 하기에 기재하였다.
표 I- 테이프 시험 결과
시험 환경
전처리
맥주
물
PVPA 1 g/L(180℉ 수조) 실패 실패
PVPA 4 g/L(180℉ 수조) 실패 실패
PAA 0 g/L(140℉ 수조) 실패 실패
PAA 7 g/L (140℉ 수조) 실패 실패
P(VPA-AA) 4 g/L(180℉ 수조) 통과 통과
P(VPA-AA) 2 g/L(180℉ 수조) 통과 통과
본 발명은 상기 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 의해 지지되는 사상과 범위 내에서 변형이 가능하다.
Claims (17)
- (a) 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수산화물로 이루어지는 표면 부분을 갖는 알루미늄 합금 시트를 제공하고;(b) 상기 표면 부분을 물과 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체 필수 성분을 포함하는 프라이머 조성물로 코팅하여, 상기 공중합체와 상기 산화물 또는 수산화물의 반응생성물로 이루어진 프라이머 층을 형성하고;(c) 상기 프라이머 층을 폴리염화비닐, 에폭시 화합물 및 폴리에스테르로 구성된 그룹으로부터 선택된 중합체를 포함하는 코팅 조성물로 코팅하는 것으로 구성된,식품 또는 음료 용기 본체 또는 용기 단부 판넬 성형에 적합한 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, (d) 상기 시트를 용기 본체 또는 용기 단부 판넬로 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, (d') (b)단계 후 (c)단계 전에, 상기 시트를 헹구어 상기 산화물 또는 수산화물과 미반응된 공중합체를 제거하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공중합체는 5-50 몰 % 비닐 포스폰산을 포함하는 것을특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공중합체는 20-40 몰 % 비닐 포스폰산을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 프라이머 조성물은 물에 용해된 1-20 g/L의 상기 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 프라이머 조성물은 단계 (b)에서 120-200℉ (49-93℃)의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 유기 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 이산화 티탄, 실리카 및 알루미나로 구성된 그룹에서 선택된 안료 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 시트는 AA 5000 시리즈의 알루미늄-마그네슘 합금인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코팅 조성물은 폴리염화비닐을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항의 방법에 의해 제조된 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트.
- 제 12 항에 있어서, 20-40 몰% 비닐 포스폰산과 60-80 몰% 아크릴산을 포함하는 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체를 필수 구성성분으로 하는 프라이머, 및 폴리염화비닐을 포함하는 코팅 조성물로 코팅된 AA 5000 시리즈의 알루미늄-마그네슘 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트.
- 제 3 항의 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 용기 본체 또는 용기 단부 판넬 .
- (a) 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수산화물로 구성된 표면 부분을 갖는 AA 5000 시리즈의 알루미늄-마그네슘합금으로 구성되는 알루미늄 합금 시트;(b) 20-40 몰% 비닐 포스폰산 단위를 포함하는 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체와 상기 산화물 또는 수산화물의 반응생성물로 구성되는 프라이머 층;(c) 폴리염화비닐, 에폭시 화합물 및 폴리에스테르로 구성된 그룹에서 선택된 중합체를 포함하는, 프라이머 층에 부착되는 코팅 조성물,로 구성되는 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트,
- (a) 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 수산화물로 구성된 표면 부분을 갖는 AA 5000 시리즈의 알루미늄-마그네슘합금으로 구성되는 알루미늄 합금 시트를 제공하고;(b) 물과 1/20 g/L의, 5-50 몰 % 비닐 포스폰산을 포함하는, 비닐 포스폰산-아크릴산 공중합체를 포함하는 수용액으로 구성되는 조성물로 상기 표면 부분을 코팅하여, 상기 공중합체와 상기 산화물 또는 수산화물의 반응생성물을 형성하고;(c) 상기 층을 폴리염화비닐, 에폭시 화합물 및 폴리에스테르로 구성된 그룹에서 선택된 중합체를 포함하는 코팅 조성물로 코팅하는 것으로 구성되는 식품 또는 음료 용기 본체 또는 용기 단부 판넬 성형에 적합한 중합체 코팅된 알루미늄 합금 시트의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 수용액은 물과 4-10 g/L 의 공중합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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