KR20190012266A - 폴리머 필름의 표면 조면화 - Google Patents

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디렌 부파트랄 루파렐리아
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Abstract

금속 기판에 라미네이팅된 폴리머 필름의 표면 조도는 폴리머 필름에 왁스층을 도포한 후에 충분한 가열을 이용함으로써 개선될 수 있다. 일부 경우, 얇은 액상 필름 또는 수성 왁스 분산액의 층이 폴리머 필름으로 라미네이팅된 금속 기판의 표면에 도포될 수 있다. 폴리머 필름 및 왁스층이 용융되기 시작하는 지점까지 폴리머 필름 및 왁스층이 가열된 후, 폴리머 필름의 표면 조도가 왁스의 존재로 인해 개선될 수 있다.

Description

폴리머 필름의 표면 조면화
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 3월 30일자로 출원된 미국 가출원 제 62/478,793 호의 이익을 주장하며, 그 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 인용된다.
분야
본 발명은 일반적으로 금속 가공에 관한 것이고, 특히 라미네이팅된 금속 제품의 표면 조도를 개선하는 것에 관한 것이다.
알루미늄 음료 캔 등의 특정 금속 제품은 금속과 그 내용물 사이에 폴리머 코팅과 같은 보호층을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 음료 캔은 종종 음료 캔의 금속과 그 안에 포함된 음료 사이에 충분한 보호를 제공하여 탄산음료 및 콜라와 같은 거친 음료로부터 금속의 손상을 방지하고, 뿐만 아니라 변색, 부식 또는 맛의 변화와 같은 음료에 대한 바람직하지 않은 영향을 방지해야 한다. 폴리머 코팅은 다른 용도에도 유용할 수 있다.
2축으로 생산된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 필름과 같은 폴리머 필름은 식품 또는 액체 용기의 내부 라이닝과 같은 다양한 목적을 위한 금속 제품용 라미네이트로 사용된다. PET 필름과 같은 폴리머 필름은 매끄럽고 광택있는 표면이 상업적으로 판매된다. 폴리머 필름 제조에 사용된 2축 제조 방법은 폴리머 필름의 매끄러운 표면 생성을 용이하게 할 수 있다. 또한, 롤 코팅에 의해 도포된 건식 래커 필름은 적어도 부분적으로 도포 공정으로 인해, 특히 추가의 소광제가 사용되지 않는 경우 매우 매끄럽고 광택있는 표면을 가진다.
표면에 성분을 용해시켜서 폴리머 표면을 에칭하거나, 반응성 기체에 표면을 담그거나, 이온을 표면에 충돌시키거나, 열 및 모세관 변동을 수행하거나, 고온 표면을 작업롤로 엠보싱하는 것과 같은 폴리머 기판의 표면을 거칠게 만드는 기술이 존재한다. 이러한 모든 기술에는 상당한 장비, 에너지 및/또는 자원이 필요하다.
개요
용어 구현 및 유사 용어 등은 본 발명의 요지 및 이하의 청구 범위 모두에 광범위하게 언급하기 위한 것이다. 이들 용어를 포함하는 설명은 본원에 기술된 주제를 제한하지 않거나 이하의 청구 범위의 의미 또는 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다. 본 명세서에 포함된 본 발명의 구현예는 이 개요가 아니라 이하의 청구 범위에 의해 정의된다. 이 개요는 본 발명의 다양한 측면에 대한 개략적인 개요이며, 이하의 상세한 설명 부분에서 더 설명되는 개념의 일부를 소개한다. 이 개요는 청구된 주제의 핵심 또는 필수 기능을 식별하기 위하거나, 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 단독으로 사용하기 위한 것이 아니다. 상기 주제는 본 발명의 전체 명세서의 일부, 모든 도면 및 각 청구항을 참조하여 이해되어야 한다.
본원에서는 금속 기판의 표면에 폴리머 필름을 도포하는 단계, 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하는 단계, 및 상기 폴리머 필름 및 상기 왁스층을 폴리머 필름의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 금속 제품의 제조 방법을 개시한다.
일부 경우, 왁스층을 도포하는 단계는 롤 코터 또는 스프레이 헤더를 사용하여 일정량의 수성 왁스를 분산시키는 것을 포함한다. 일부 경우, 왁스층을 도포하는 단계는 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께로 왁스층을 도포하는 것을 포함한다. 일부 경우, 왁스층을 도포하는 단계는 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량으로 왁스층을 도포하는 것을 포함한다. 일부 경우, 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하는 단계는 폴리머 필름을 금속 기판의 표면에 도포하는 단계 전에 발생한다. 일부 경우, 폴리머 필름 및 왁스층을 폴리머 필름의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 단계는 폴리머 필름 및 왁스층을 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 것을 포함한다. 일부 경우, 이 방법은 폴리머 필름 및 왁스층을 가열한 후에 폴리머 필름의 표면 조도 파라미터를 측정하는 단계 및 측정된 표면 조도 파라미터를 사용하여 왁스층의 두께를 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명은 또한 금속 제품을 포함한다. 금속 제품은 본원에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있다. 일부 경우, 금속 제품은 금속 기판의 표면에 부착된 폴리머 필름 (여기서, 상기 금속 기판으로부터 떨어져 마주하는 폴리머 필름의 외층은 약 2㎛ 이상의 조도 평균을 가짐), 및 폴리머 필름의 외층에 부착된 왁스층을 포함한다. 왁스층은 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 왁스층은 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량을 포함할 수 있다. 선택적으로, 금속 기판은 알루미늄 합금 (예를 들어, 1xxx 시리즈 알루미늄 합금, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 8xxx 시리즈 알루미늄 합금)을 포함한다. 폴리머 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 선택적으로, 왁스층은 폴리에틸렌 왁스층 또는 카르나우바 왁스층을 포함할 수 있다.
또한, 금속 기판의 표면에 폴리머 필름을 도포하기 위한 라미네이션 시스템; 상기 라미네이션 시스템의 하류에 위치하여 상기 금속 기판을 수용하고 상기 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하여 금속 제품을 형성하는 왁스 도포 시스템; 및 상기 금속 제품을 수용하고 상기 왁스층 및 상기 폴리머 필름의 온도를 적어도 상기 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 이상의 온도로 상승시키기 위해 상기 왁스 도포 시스템의 하류에 위치하는 가열로를 포함하는 시스템이 개시된다.
일부 경우, 상기 시스템은 왁스 도포 시스템에 결합된 수성 왁스의 공급부를 추가로 포함하고, 여기서 상기 왁스 도포 시스템은 수성 왁스의 공급부에 유동적으로 결합된 롤 코팅기 또는 스프레이 헤더를 포함한다. 일부 경우, 왁스 도포 시스템은 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께로 왁스층을 도포하도록 구성된다. 일부 경우, 왁스 도포 시스템은 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량으로 왁스층을 도포하도록 구성된다. 일부 경우, 상기 시스템은 가열로의 하류에 위치하는 표면 조도 측정 장치; 및 상기 표면 조도 측정 장치 및 상기 왁스 도포 시스템에 결합되어 상기 표면 조도 측정 장치로부터의 측정에 응답하여 상기 왁스 도포 시스템에 의해 도포된 상기 왁스층의 두께를 조절하는 제어기를 추가로 포함한다. 선택적으로, 상기 왁스 도포 시스템은 약 2㎛ 이상의 표면 조도 측정치가 되는 두께로 왁스를 도포하도록 구성된다.
본 명세서는 다음의 첨부된 도면을 참조하며, 상이한 도면에서 동일한 참조 번호의 사용은 유사하거나 유사한 구성 요소를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 특정 양태에 따른 도 1의 제조된 금속 제품의 확대 측면도이다.
도 3은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 및 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품에 대한 추정 온도 프로파일을 나타내는 차트이다.
도 6은 본 발명의 특정 양태에 따른 제 1 변형에 의한 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 특정 양태에 따른 제 2 변형에 의한 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 특정 양태에 따른 제 3 변형에 의한 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 특정 양태에 따른 제 4 변형에 의한 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 특정 양태에 따른 금속 제품의 광학 현미경 사진의 세트이다.
도 11은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면이 편광된 광학 현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 특정 양태에 따른 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 표면을 나타내는 공초점 현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면을 나타내는 공초점 현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면 프로파일과 비교하여, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 표면 프로파일을 나타내는 차트이다.
도 15는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 측면도를 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 16은 본 발명의 특정 양태에 따른 도 15의 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 측면도를 나타내는 광학 현미경 사진의 세트이다.
도 17은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 도포된 대략의 왁스량과 비교하여 추정된 표면 조도를 나타내는 차트이다.
도 18은 본 발명의 특정 양태에 따라 폴리머 필름과 왁스층의 조합을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 특정 양태에 따라 폴리머 필름과 왁스층의 조합을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 20은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 동안 폴리머 필름 및 왁스층을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 21은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 동안 폴리머 필름 및 왁스층을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 22는 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 후에 왁스층을 도포함으로써 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 23은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 후에 왁스층을 도포함으로써 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 시스템을 도시하는 개략도이다.
본 발명의 특정 양태 및 특징은 금속 기판에 라미네이팅된 폴리머 필름의 표면 조도를 개선하는 것에 관한 것이다. 일부 경우, 수성 왁스 분산액의 얇은 액체 필름 또는 층이 폴리머 필름으로 라미네이팅된 금속 기판의 표면에 도포되어 (예를 들어, 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 폴리머 필름의 외층에 도포됨) 금속 제품을 형성한다. 폴리머 필름 및 왁스층이 용융되기 시작하는 지점까지 폴리머 필름 및 왁스층을 가열한 후에, 폴리머 필름의 표면 조도는 왁스의 존재로 인해 개선될 수 있다 (예를 들어, 증가함). 일부 경우, 본원의 특정 양태 및 특징은 라미네이팅된 알루미늄 제품과 같은 라미네이팅된 금속 제품의 제조에 특히 적합하다.
표면 조도 효과는 폴리머 성분의 밀도와 관련된 부력 또는 용융 폴리머와 왁스층의 비혼화성으로 인한 가공에 의한 분리과 같은 여러 가지 이유로 발생할 수 있다. 결과적으로, 필름의 표면에 2상 (phase)의 연속적인 연속망 형태가 형성되어 자기 조직화되고 매우 거친 표면이 형성될 수 있다.
정의 및 설명 :
본 명세서에서 사용되는 "발명", "그 발명", "이 발명" 및 "본 발명"이라는 용어는 본 특허 출원의 주제 및 하기의 청구항 모두를 광범위하게 지칭하는 것으로 의도된다. 이들 용어를 포함하는 문구는 본원에 기술된 주제를 제한하거나 이하의 특허 청구 범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 사용된 바와 같이, 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한, 단수의 의미는 단수 및 복수의 참조를 포함한다.
본원에서 사용되는 플레이트는 일반적으로 약 15mm초과의 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15mm 초과, 약 20mm 초과, 약 25mm 초과, 약 30mm 초과, 약 35mm 초과, 약 40mm 초과, 약 45 mm 초과, 약 50 mm 초과, 또는 약 100 mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 쉐이트 (시트 플레이트로도 지칭됨)는 일반적으로 약 4mm 내지 약 15mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 쉐이트는 약 4mm, 약 5mm, 약 6mm, 약 7mm, 약 8mm, 약 9mm, 약 10mm, 약 11mm, 약 12mm, 약 13mm, 약 14 mm 또는 약 15 mm의 두께를 가질 수 있다.
본원에 사용된 시트는 일반적으로 약 4mm 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 약 4mm 미만, 약 3mm 미만, 약 2mm 미만, 약 1mm 미만, 약 0.5mm 미만, 또는 약 0.3mm 미만 (예를 들어, 약 0.2 mm)의 두께를 가질 수 있다.
본원에 사용된 용어 호일은 약 0.2 mm 이하 (즉, 200 미크론(㎛)) 범위의 합금 두께를 나타낸다. 예를 들어, 호일은 10㎛ 이하, 20㎛ 이하, 30㎛ 이하, 40㎛ 이하, 50㎛ 이하, 60㎛ 이하, 70㎛ 이하, 80㎛ 이하, 90㎛ 이하, 100㎛ 이하, 110㎛ 이하, 120㎛ 이하, 130㎛ 이하, 140㎛ 이하, 150㎛ 이하, 160㎛ 이하, 170㎛ 이하, 180㎛ 이하, 190㎛ 이하 또는 200㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
이 설명에서 "시리즈" 또는 "5xxx" 와 같은 알루미늄 산업 지정에 의해 식별되는 합금에 대해 언급한다. 알루미늄 및 그 합금의 명명 및 식별에 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 시스템에 대한 이해는 알루미늄 협회에 의해 출판된 "가공용 알루미늄 및 가공용 알루미늄 합금에 대한 국제 합금 지정 및 화학 조성 제한" 또는 "주물과 주괴의 형태의 알루미늄 합금에 대한 알루미늄 협회 합금 지정 및 화학 성분 제한 등록의 기록"을 참조하기 바란다.
본 출원에서 합금 템퍼 또는 조건에 대해 언급한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명에 대한 이해를 돕기 위해 "미국 국가 표준 (ANSI) H35 합금 및 템퍼 지정 시스템"을 참조하기 바란다. F 조건 또는 템퍼는 가공된 알루미늄 합금을 의미한다. O 조건 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 지칭한다. 본 명세서에서 H 템퍼라고도 불리는 Hxx 조건 또는 템퍼는 열처리 (예를 들어, 어닐링)가 있거나 또는 없는 냉간 압연 후의 비-열처리 알루미늄 합금을 지칭한다. 적합한 H 템퍼는 HX1, HX2, HX3 HX4, HX5, HX6, HX7, HX8 또는 HX9 템퍼를 포함한다. T1 조건 또는 템퍼는 열간 가공에서 냉각되고 자연적으로 숙성된(예를 들어, 실온) 알루미늄 합금을 나타낸다. T2 조건 또는 템퍼는 열간 가공에서 냉각되고 냉간 가공되고 자연적으로 숙성된 알루미늄 합금을 나타낸다. T3 조건 또는 템퍼는 열처리, 냉간 가공 및 자연적으로 숙성된 알루미늄 합금 용액을 나타낸다. T4 조건 또는 템퍼는 열처리되고 자연적으로 숙성된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T5 조건 또는 템퍼는 열간 가공과 인위적으로 숙성된 (고온에서) 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 조건 또는 템퍼는 열처리되고 인위적으로 숙성된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T7 조건 또는 템퍼는 열처리되고 인위적으로 과숙성된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T8x 조건 또는 템퍼는 열처리, 냉간 가공 및 인위적으로 숙성된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. T9 조건 또는 템퍼는 열처리되고 인위적으로 숙성되고 냉간 가공된 알루미늄 합금 용액을 지칭한다. W 조건 또는 템퍼는 용액 열처리 후의 알루미늄 합금을 지칭한다.
본원에서 사용된 "실온"의 의미는 약 15 ℃ 내지 약 30 ℃, 예를 들어 약 15 ℃, 약 16 ℃, 약 17 ℃, 약 18 ℃, 약 19 ℃, 약 20 ℃, 약 21 ℃, 약 22 ℃, 약 23 ℃, 약 24 ℃, 약 25 ℃, 약 26 ℃, 약 27 ℃, 약 28 ℃, 약 29 ℃ 또는 약 30 ℃의 온도를 포함한다.
본원에서 사용된 "주위 조건"의 의미는 대략 실내 온도, 약 20 % 내지 약 100 %의 상대 습도 및 약 975 밀리바 (mbar) 내지 약 1050 mbar의 기압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상대 습도는 약 20 %, 약 21 %, 약 22 %, 약 23 %, 약 24 %, 약 25 %, 약 26 %, 약 27 %, 약 28 %, 약 29 %, 약 30 % , 약 31 %, 약 32 %, 약 33 %, 약 34 %, 약 35 %, 약 36 %, 약 37 %, 약 38 %, 약 39 %, 약 40 %, 약 41 %, 약 42 % 약 43 %, 약 44 %, 약 45 %, 약 46 %, 약 47 %, 약 48 %, 약 49 %, 약 50 %, 약 51 %, 약 52 %, 약 53 %, 약 54 %, 약 55%, 약 56 %, 약 57 %, 약 58 %, 약 59 %, 약 60 %, 약 61 %, 약 62 %, 약 63 %, 약 64 %, 약 65 %, 약 66 %, 약 67 %, 약 68%, 약 69 %, 약 70 %, 약 71 %, 약 72 %, 약 73 %, 약 74 %, 약 75 %, 약 76 %, 약 77 %, 약 78 %, 약 79 %, 약 80 % , 약 81 %, 약 82 %, 약 83 %, 약 84 %, 약 85 %, 약 86 %, 약 87 %, 약 88 %, 약 89 %, 약 90 %, 약 91 %, 약 92 %, 약 93 %, 약 94 %, 약 95 %, 약 96 %, 약 97 %, 약 98 %, 약 99 %, 약 100 % 또는 그 사이의 임의 값일 수 있다. 예를 들어, 기압은 약 975 mbar, 약 980 mbar, 약 985 mbar, 약 990 mbar, 약 995 mbar, 약 1000 mbar, 약 1005 mbar, 약 1010 mbar, 약 1015 mbar, 약 1020 mbar, 약 1025 mbar, 약 1030 mbar, 약 1035 mbar, 약 1040 mbar, 약 1045 mbar, 약 1050 mbar, 또는 그 사이의 임의 값일 수 있다.
본원에서 사용된 "주조 금속 제품", "주조 제품", "주조 알루미늄 합금 제품"등과 같은 용어는 상호 교환 가능하며, 직접 냉각 주조 (직접 냉각 공동-주조를 포함) 또는 반제품 연속 주조 (예를 들어, 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 블록 캐스터 또는 임의의 다른 연속 캐스터의 사용을 포함함), 전자기 주조, 핫 탑 주조 또는 임의의 다른 주조법에 의해 제조된 제품을 지칭한다.
본원에서 사용된 금속 제품이라는 용어는 적절한 경우 주조 제품의 임의의 적합한 형상 또는 크기를 지칭할 수 있다.
본원에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함되는 임의의 및 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 에서 10"의 명시된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이의 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주되어야 한다; 즉, 모든 하위 범위는 1 이상의 최소값, 예를 들어, 1 내지 6.1로 시작하고, 10 이하의 최대값, 예를 들어 5.5 내지 10으로 끝난다.
금속 제품 :
금속 기판에 부착된 (예를 들어, 라미네이팅된) 폴리머 필름 및 상기 폴리머 필름의 외층에 부착된 왁스층을 포함하는 금속 제품이 본원에 기술되어 있다. 금속 기판에 부착된 폴리머 필름의 표면 조도는 폴리머 필름에 왁스층을 도포한 후에 충분한 가열을 이용함으로써 개선될 수 있다. 일부 경우, 얇은 액상 필름 또는 수성 왁스 분산액의 층이 본원에서 추가로 설명되는 바와 같이, 폴리머 필름으로 라미네이팅된 금속 기판의 표면에 도포되어 금속 제품을 형성할 수 있다. 폴리머 필름 및 왁스층이 용융되기 시작하는 지점까지 폴리머 필름 및 왁스층이 가열된 후, 폴리머 필름의 표면 조도는 왁스의 존재로 인해 개선될 수 있다.
금속 기판으로 사용하기 위한 금속은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘계 재료, 티타늄, 티타늄계 재료, 구리, 구리계 재료, 강철, 강철계 재료, 청동, 청동계 재료, 황동, 황동계 재료 또는 임의의 다른 적합한 금속 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다.
일부 예에서, 금속 기판은 알루미늄 합금을 포함한다. 금속 기판으로서 사용하기에 적합한 알루미늄 합금은 1xxx 시리즈 알루미늄 합금, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 및 8xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 1xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA1050, AA1060, AA1070, AA1100, AA1100A, AA1200, AA1200A, AA1300, AA1110, AA1120, AA1230, AA1230A, AA1235, AA1435, AA1145, AA1345, AA1445, AA1150, AA1350, AA1350A, AA1450, AA1370, AA1275, AA1185, AA1285, AA1385, AA1188, AA1190, AA1290, AA1193, AA1198, 및 AA1199를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 2xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, AA2519, AA2021, AA2022, AA2023, AA2024, AA2024A, AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044, AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, 및 AA2199를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 3xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA3002, AA3102, AA3003, AA3103, AA3103A, AA3103B, AA3203, AA3403, AA3004, AA3004A, AA3104, AA3204, AA3304, AA3005, AA3005A, AA3105, AA3105A, AA3105B, AA3007, AA3107, AA3207, AA3207A, AA3307, AA3009, AA3010, AA3110, AA3011, AA3012, AA3012A, AA3013, AA3014, AA3015, AA3016, AA3017, AA3019, AA3020, AA3021, AA3025, AA3026, AA3030, AA3130, 및 AA3065 를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 4xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA4004, AA4104, AA4006, AA4007, AA4008, AA4009, AA4010, AA4013, AA4014, AA4015, AA4015A, AA4115, AA4016, AA4017, AA4018, AA4019, AA4020, AA4021, AA4026, AA4032, AA4043, AA4043A, AA4143, AA4343, AA4643, AA4943, AA4044, AA4045, AA4145, AA4145A, AA4046, AA4047, AA4047A, 및 AA4147 를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 5xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어 AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 및 AA5088 를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 및 AA6092 를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 7xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, AA7072, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, 및 AA7099 를 포함한다.
금속 기판으로 사용하기에 적합한 8xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA8005, AA8006, AA8007, AA8008, AA8010, AA8011, AA8011A, AA8111, AA8211, AA8112, AA8014, AA8015, AA8016, AA8017, AA8018, AA8019, AA8021, AA8021A, AA8021B, AA8022, AA8023, AA8024, AA8025, AA8026, AA8030, AA8130, AA8040, AA8050, AA8150, AA8076, AA8076A, AA8176, AA8077, AA8177, AA8079, AA8090, AA8091, 및 AA8093을 포함한다.
금속 기판으로서 사용하기 위한 알루미늄 합금은 전술한 템퍼를 포함하여 임의의 적절한 템퍼를 가질 수 있다.
선택적으로, 금속 기판은 코어층 및 하나 이상의 클래딩층을 포함하는 클래딩된 제품일 수 있다. 코어층은 제 1 면 및 제 2 면을 가지며, 하나 이상의 클래딩층 (들)이 코어층의 제 1 면 또는 제 2 면에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 코어층은 한면에만 클래딩된다 (즉, 1개의 클래딩층이 클래드 알루미늄 합금 제품에 존재함). 다른 예에서, 코어층은 양면에 클래딩된다 (즉, 2 개의 클래딩층이 클래드 알루미늄 합금 제품에 존재함).
클래딩층 (들)은, 예를 들어, 미국 특허 제 7,748,434 호 및 제 8,927,113 호 (둘 모두 그 전체가 본원에 참고 문헌으로 인용됨)에 기술된 바와 같이 직접 냉각 주조 (예를 들어, 용융 주조)에 의해; 미국 특허 제 7,472,740 호 (그 전체가 본원에 참고 문헌으로 인용됨)에 기술된 바와 같이 복합 주조 잉곳을 열간 및 냉간 압연에 의해; 또는 롤 본딩에 의해 코어층에 부착되어, 코어와 클래딩 사이에 요구되는 금속 결합을 달성할 수 있다.
선택적으로, 코어층 및/또는 하나 이상의 클래딩층은 1xxx 시리즈 알루미늄 합금, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 8xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
본원에 기술된 금속 제품에 사용하기 위한 금속 기판은 임의의 적절한 게이지를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 기판은 호일 (예를 들어, 약 0.20mm 미만), 시트 (예를 들어, 약 0.20mm 내지 4.0mm), 쉐이트 (예를 들어, 약 4.0mm 내지 15.0mm) 또는 플레이트 (예를 들어, 약 15.0mm 초과)일 수 있고, 다른 두께 및 범위도 사용될 수 있다.
본원에 기술된 금속 제품은 또한 폴리머 필름을 포함한다. 폴리머 필름은 예를 들어, 하나 이상의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리우레탄 엘라스토머, 폴리에스테르 (예를 들어, 소수성 폴리에스테르) 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리실리콘 (예를 들어, 실리콘 (메트)아크릴레이트), 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌) 및 폴리아미드를 포함하는 필름을 포함할 수 있다.
폴리머 필름은 코어층과 외층을 포함할 수 있다. 일부 경우, 코어층이 금속 기판에 직접 부착된다. 다른 경우, 하나 이상의 부가적 개재층이 폴리머 필름의 코어층과 금속 기판 사이에 존재할 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 부가적 개재층은 전환층이 될 수 있다. 전환층은 크롬 (III), 크롬 (VI), 티타늄, 지르코늄 및 인산염의 성분을 포함할 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 부가적 개재층은 코폴리머 핫멜트 또는 접착제를 포함할 수 있다.
폴리머 필름의 외층은 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 표면이다. 일부 예에서, 폴리머 필름의 외층은 약 1.5 ㎛ (예를 들어, 약 1.6 ㎛ 이상, 약 1.7 ㎛ 이상, 약 1.8 ㎛ 이상, 약 1.9 ㎛ 이상, 약 2.0 ㎛ 이상, 약 2.1 ㎛ 이상, 약 2.2 ㎛ 이상, 약 2.3 ㎛ 이상, 약 2.4 ㎛ 이상, 약 2.5 ㎛ 이상, 약 2.6 ㎛ 이상, 약 2.7 ㎛ 이상, 약 2.8 ㎛ 이상, 약 2.9 ㎛ 이상, 또는 약 3.0 ㎛ 이상)의 조도 평균을 가질 수 있다. 일부 예에서, 폴리머 필름의 외층은 약 1.5 ㎛ 내지 약 3.5 ㎛ (예를 들어, 약 1.8 ㎛ 내지 약 3.3 ㎛, 또는 약 2.0 ㎛ 내지 약 3.0 ㎛)의 조도 평균을 가질 수 있다.
본원에 기재된 금속 제품은 또한 왁스층을 포함한다. 왁스층은 폴리머 필름의 외층에 부착될 수 있다. 임의의 적합한 왁스가 사용될 수 있다. 적합한 왁스의 예는 폴리에틸렌 왁스 및 카르나우바 왁스를 포함한다. 왁스는 천연 또는 합성일 수 있다. 일부 경우, 본원에서 사용된 바와 같은 왁스는, 대략 실온 (예를 들어, 21 ℃ 또는 21 ℃ 부근) 내지 폴리머 필름의 용융 온도까지의 용융 온도를 가지며 필름과 왁스가 둘 다 액체 상태일 때 폴리머와 비혼화성인 임의의 물질을 포함할 수 있다.
왁스층은 임의의 적당한 두께를 가질 수 있다. 수십 또는 수백 나노 미터 두께의 왁스층을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 왁스층은 약 25 nm 내지 약 200 nm, 약 25 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 40 nm 내지 약 90 nm의 두께로 제공될 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 약 25 nm 이상, 약 30 nm 이상, 약 35 nm 이상, 약 40 nm 이상 또는 약 45 nm 이상, 및 90 nm 이하, 100 nm 이하, 110 nm 이하, 120 nm 이하, 130nm 이하, 140 nm 이하, 150 nm 이하, 160 nm 이하, 170 nm 이하, 180 nm 이하, 190 nm 이하 또는 200 nm 이하의 두께로 제공될 수 있다. 일부 경우, 제공되는 왁스의 양은 평방 미터 당 1 또는 수십 밀리그램의 왁스 정도일 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 1 mg/m2 초과, 2 mg/m2 초과, 3 mg/m2 초과, 4 mg/m2 초과, 5 mg/m2 초과, 6 mg/m2 초과, 7 mg/m2 초과, 8 mg/m2 초과, 9 mg/m2 초과 또는 10 mg/m2 초과, 및 50 mg/m2 미만, 45 mg/m2 미만, 40 mg/m2 미만, 35 mg/m2 미만, 30 mg/m2 미만, 25 mg/m2 미만, 20 mg/m2 미만, 15 mg/m2 미만 또는 10 mg/m2 미만의 코팅 중량이 되는 양으로 제공될 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 (예를 들어, 약 12 mg/m2 내지 약 22 mg/m2, 또는 약 15 mg/m2 내지 약 20 mg/m2)의 양으로 제공될 수 있다.
선택적으로, 본원에 기재된 금속 제품은 하이브리드 라미네이팅 / 래커 금속 제품을 형성하기 위한 래커층을 포함한다. 일부의 경우, 래커층은 폴리머 필름 반대쪽의 금속 기판에 직접 부착된다.
제조 방법
본원에 기재된 금속 제품은 폴리머 필름으로 라미네이팅된 금속 기판의 표면에 수성 왁스 분산액의 얇은 액체 필름 또는 층을 도포함으로써 제조될 수 있다. 폴리머 필름 및 왁스층이 용융되기 시작하는 지점까지 폴리머 필름 및 왁스층이 가열된 후, 폴리머 필름의 표면 조도는 왁스의 존재로 인해 개선될 수 있다. 금속 제품은 금속 기판, 폴리머 필름 및 왁스층의 조합이다.
왁스층은 바 코팅 장치, 롤 코팅 장치, 스프레이 헤더 및 정전기 오일러의 사용을 포함하는 임의의 적합한 방식으로 도포될 수 있다. 특히 바람직한 표면 조도의 결과는 전술한 바와 같이 두께 및/또는 코팅 중량으로 왁스를 도포한 후 폴리머 필름을 용융시킴으로써 달성될 수 있다.
왁스층을 도포한 후, 금속 제품을 가열하여 폴리머 필름을 적어도 부분적으로 용융시켜 폴리머 필름의 표면 조도를 유도할 수 있다. 일부 경우, 이들 기술은 결합된 금속 기판, 폴리머 및 왁스층을 어닐링 온도 (T2)로 가열하기 전에 제 1 온도 (T1)로 가열된 금속 기판에 폴리머를 도포하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 T1 은 폴리머의 용융 온도 (Tm) 보다 낮고, T2 는 Tm 보다 높다. 일부 경우, T2 는 약 250 ℃, 255 ℃, 257 ℃, 260 ℃, 265 ℃, 270 ℃, 275 ℃ 또는 280 ℃이다. 일부 경우, 금속 기판 및 폴리머를 T2 까지 가열하여 상기 금속 기판을 어닐링할 수 있다.
일부 경우, 금속 제품을 양면에 라미네이팅할 수 있다. 일부 경우, 한쪽면에 금속 제품을 라미네이팅하고 반대쪽면에 래커 처리할 수 있다. 예를 들어, 금속 제품은 내부 대향 측면 상에 라미네이팅되고 외부 대향 측면 상에 래커 처리될 수 있으나, 다른 구성이 사용될 수 있다. 이 하이브리드 라미네이팅 / 래커 금속 제품은 왁스를 도포한 PET 라미네이트와 같은 폴리머 필름을 사용하여 캔 엔드 스톡의 내부가 개선된 조도를 갖고, 동시에 폴리머 필름과 관련된 문제점을 일으키지 않는 래커를 사용하여 캔 엔드 스톡의 외부가 높은 성형 성능을 유지하는 라미네이트를 제공할 수 있다.
일부 경우, 라미네이팅된 금속 스톡을 라미네이션 공정에서 어닐링 공정 (예를 들어, 어닐링 가열로)으로 직접 통과시킨다. 일부 경우, 라미네이팅된 금속 스톡을 라미네이션 공정에서 래커 도포 시스템으로 직접 통과시킨 다음 어닐링 공정 (예를 들어, 어닐링 가열로)으로 통과시킨다.
폴리머 필름의 개선된 표면 조도는 유익한 광학 외관뿐만 아니라 다양한 용도에 대한 유익한 촉감을 가질 수 있다. 또한, 표면 조도의 개선은 더 많은 하류 공정에 유리할 수 있다. 예를 들어, 높은 표면 조도는 고속 공구를 사용하여 가공되는 금속 제품 (예를 들어, 분당 수백 스트로크)에 유용할 수 있다. 높은 표면 조도를 갖는 금속 제품은 보다 높은 프레스 속도에서 금속 제품의 주행성을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 표면 조도를 갖는 금속 제품은 다른 스트립 상에 쌓일 수 있고 매끄러운 금속 제품보다 쉽게 코일을 형성할 수 있다.
이러한 예시적인 예는 본원에서 논의된 일반적인 주제에 대해 소개하기 위해 제공되며 개시된 개념의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 이하의 부분은 도면을 참조하여 다양한 부가적인 특징 및 예를 설명하며, 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내며, 방향 설명은 예시적인 구현예를 설명하기 위해 사용되지만 예시적인 구현예와 같이 본 개시를 제한하는 데 사용되어서는 안된다. 본 명세서의 예시에 포함된 요소는 일정한 비율로 그려지지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 양태에 따른 라미네이팅된 금속 제품용 시스템 (100)의 개략도이다. 라미네이팅된 금속 제품은 캔 엔드 스톡 (CES)과 같은 임의의 적합한 용도로 사용될 수 있다. 금속 기판 (102)은 예열 온도 (T1)로 금속 기판 (102)을 가열하는 예비 가열로 (114)를 통과한다. 예열 온도 (T1)는 금속 기판 (102)에 라미네이팅될 폴리머 필름 (124)의 용융 온도 (Tm) 미만이다. 일부 경우, 예열 온도 (T1)는 약 250 ℃ 이하, 240 ℃ 이하, 220 ℃ 이하, 200 ℃ 이하, 190 ℃ 이하, 180 ℃ 이하, 170 ℃ 이하, 또는 150 ℃ 이하이다. 일부 경우, 예열 온도 (T1)는 120 ℃와 250 ℃의 범위 내, 170 ℃ 와 240 ℃의 범위 내, 또는 190 ℃ 내지 220 ℃의 범위 내에 있지만, 다른 온도가 사용될 수 있다. 예열된 금속 기판 (104)은 라미네이션 시스템 (116) 내로 통과할 수 있다. 예열된 금속 기판 (104)으로서의 금속 기판 (102)은 금속 기판 (102)의 한면에 폴리머 필름 (124)을 도포하기 위한 라미네이션 시스템 (116)을 통과한다. 일부 경우, 폴리머 필름 (124)은 금속 기판 (102)의 양면에 도포될 수 있다. 라미네이션 시스템 (116)은 폴리머 필름 (124)을 금속 기판 (102)에 라미네이팅하기 위한 임의의 적합한 시스템일 수 있다. 라미네이팅된 금속 기판 (106)은 라미네이션 시스템 (116)을 빠져 나와 금속 기판 (102)을 폴리머 필름 (124)과 결합시킨다. 폴리머 필름 (124)은 코어층 및 외층을 포함할 수 있다. 외층은 금속 기판에서 코어층의 반대편에 위치할 수 있다. 일부 경우, 코어층은 금속 기판 (102)에 직접 연결되지만, 다른 경우에는 부가 층 (예를 들어, 코폴리머 핫멜트 또는 접착제)이 코어층을 금속 기판 (102)에 연결하는데 사용될 수 있다.
일부 경우, 라미네이팅된 금속 기판 (106)은 선택적으로 래커 도포 시스템 (118)으로 통과할 수 있다. 래커 (128)는 래커 도포 시스템 (118)에 의해 금속 기판 (102)에 도포된다. 래커 도포 시스템 (118)은 래커 (128)를 금속 기판 (102)에 도포하기 위한 임의의 적합한 시스템일 수 있다. 래커 도포 시스템 (118)은 래커 (128)를 금속 기판 (102) 상에 가열 또는 경화시키기 위한 오븐, 예컨대 적외선 오븐을 포함할 수 있다. 일부 경우, 래커 도포 시스템 (118)은 라미네이션 시스템 (116)의 하류 (예를 들어, 이후)에 있다. 일부 경우, 래커 도포 시스템 (118)은 어닐링 가열로 (122)의 상류 (예를 들어, 이전)에 있다. 일부 경우, 래커 도포 시스템 (118)은 라미네이션 시스템 (116) 또는 예비 가열로 (114)의 상류에 있다. 일부 경우, 래커 도포 시스템 (118)은 라미네이션 시스템 (116) 및 어닐링 가열로 (122)의 하류에 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 래커 도포 시스템 (118)은 라미네이션 시스템 (116)과 어닐링 가열로 (122) 사이에 위치한다. 라미네이팅된 래커 금속 기판 (108)은 래커 도포 시스템 (118)을 빠져 나올 수 있다.
라미네이션 시스템 (116) 이후에, 라미네이팅된 금속 기판 (106)은 왁스 도포 시스템 (120)에 진입할 수 있다. 일부 경우, 래커 도포 시스템 (118)이 사용될 때, 라미네이팅된 래커 금속 기판 (108)은 왁스 도포 시스템 (120)에 진입할 수 있다. 왁스 도포 시스템 (120)에서, 왁스층 (130)은 라미네이팅된 폴리머 필름 (124)의 표면에 도포될 수 있다. 왁스층 (130)은 다양한 적절한 형태로 도포될 수 있다. 일부 경우, 왁스층 (130)은 바 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅 또는 정전기 오일러에 의해 도포될 수 있다. 일부 경우, 왁스층 (130)은 정전기 적용에 의해 도포될 수 있다. 다른 기술들이 사용될 수 있다. 왁스 도포 시스템 (120)은 왁스 공급부 (136)에 결합될 수 있다. 왁스 공급부 (136)는 임의의 적합한 왁스 공급부일 수 있다. 왁스 공급부 (136)는 순수한 왁스의 공급원일 수 있거나 왁스 도포 시스템 (120)에 의해 사용하기 위한 제조된 왁스-기반 제품의 공급원일 수 있다. 예를 들어, 왁스 도포 시스템 (120)이 수성 왁스 분산액의 층으로서 왁스층 (130)을 도포하는 경우, 왁스 공급부 (136)는 필요에 따라 즉석에서 물과 혼합되어 수성 왁스 분산액을 생성할 수 있는 순수 왁스의 공급원이거나, 또는 왁스 공급부 (136)는 미리 혼합된 수성 왁스 분산액의 공급원일 수 있다.
왁스 도포 시스템 (120)을 빠져 나간 후, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (110)은 어닐링 가열로 (122)에 진입할 수 있다. 어닐링 가열로 (122)에서, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (110)은 라미네이팅된 폴리머 필름 (124)을 용융시키기에 충분한 온도로 가열될 수 있다. 어닐링 가열로 (122)는 라미네이션 시스템 (116)의 하류 (예를 들어, 이후)에 배치될 수 있으며, 선택적으로 래커 도포 시스템 (118)에 위치할 수 있다.
어닐링 가열로 (122)는 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (110)의 온도를 상승된 온도 (T2)로 상승시킨다. 상승된 온도 (T2)는 폴리머 필름 (124)의 용융 온도 (Tm) 보다 높다. 일부 경우, T2는 약 250 ℃ 이상, 255 ℃ 이상, 257 ℃ 이상, 260 ℃ 이상, 265 ℃ 이상, 270 ℃ 이상, 275 ℃ 이상 또는 280 ℃ 이상이다. 따라서, 가열 공정 동안에, 폴리머 필름 (124)은 녹아 금속 기판 (102)의 기계적 특성 (예를 들어, 표면 조직)으로 흐를 수 있고, 공정 온도 (T2)로 어닐링 후 빠른 켄칭으로 인해 비정질이 된다. 또한, 폴리머 필름 (124)이 녹을 때 왁스층 (130)과의 상호 작용으로 폴리머 필름 (124)의 표면 조도가 증가할 수 있다. 조도 효과는 왁스층과 상호 작용하는 폴리머 필름 (124)의 특정 폴리머 성분의 자연적인 이동과 같은 다양한 이유로 발생할 수 있다. 용융된 폴리머와 왁스층의 비혼화성은 필름의 표면에서 2상의 연속 망상 형태를 가져 와서 거친 표면을 초래할 수 있다.
제조된 금속 제품 (112)은 개선된 표면 조도 (예를 들어, 표준 기술을 사용하여 라미네이팅된 금속 제품 상)를 갖는 라미네이션 층을 포함한다. 어닐링 가열로 (122)를 빠져 나간 후, 제조된 금속 제품 (112)은, 예를 들어, 제조된 금속 제품 (112)을 켄칭액의 부피에서 선택적으로 켄칭하거나 또는 제조된 금속 제품 (112)에 냉각제를 적용하는 것과 같은 추가의 공정을 거칠 수 있다. 제조된 금속 제품 (112)은 어닐링 가열로 (122)를 빠져 나간 직후, 비정질 폴리머의 실질적인 재결정화를 피하기에 충분한 속도로 켄칭 또는 다른 방법으로 냉각될 수 있다. 일부 경우, 제조된 금속 제품 (112)은 약 30 초 이하, 약 25 초 이하, 약 20 초 이하, 약 15 초 이하, 약 10 초 이하, 약 5 초 이하 또는 약 2 초 이하의 원하는 지속 시간 내에 약 150 ℃ 미만으로 냉각된다. 일부 경우, 제조된 금속 제품 (112)은 약 2 내지 15 초의 지속 시간 내에 약 150 ℃ 미만으로 냉각된다. 실질적인 재결정화를 피함으로써 폴리머의 블러싱을 피할 수 있다. 재결정화될 폴리머의 재결정화 가능한 부분의 30 % 이하, 25 % 이하, 20 % 이하 또는 15 % 이하의 중량 분율을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 형성된 결정은 직경이 약 100 nm 이하인 것이 더욱 바람직할 수 있다.
일부 경우, 시스템 (100)에 의해 생성된 제조된 금속 제품 (112)은 래커층 (128)이 제 1 면에 도포되고 라미네이팅된 폴리머 필름층 (124)이 제 2 면에 도포된 금속 기판 (102)를 포함할 수 있다 (도 1 참조). 제조된 금속 제품 (112)의 금속 기판 (102)은 어닐링될 수 있으며, 폴리머 필름 (124)이 금속 기판 (102)의 표면 조직으로 용융되어 비정질이 되게 하기에 충분한 기간 동안 폴리머 필름 (124)의 용융 온도 (Tm) 이상의 온도로 가열하기 전에 이들에 라미네이팅된 결정성 폴리머 필름 (124)을 포함할 수 있다. 또한, 가열하는 동안, 폴리머 필름 (124)은 왁스층 (130)과 상호 작용하여 제조된 금속 제품 (112)의 표면 조도를 개선하고 왁스-거칠어진 폴리머 필름 (126)을 생성할 수 있다.
일부 경우, 제어기 (132)는 왁스 도포 시스템 (120)에 결합되어 폴리머 층에 도포된 왁스의 양, 및 폴리머 층에 도포된 왁스층의 두께를 제어할 수 있다. 일부 경우, 제어기 (132)는 원하는 결과 (예를 들어, 원하는 표면 조도)를 생성하도록 설계된 사전 설정된 입력 및 값을 사용하여 작동한다. 일부 경우, 제어기 (132)는 표면 조도 측정 장치 (134)로부터 수집된 데이터에 기초한 피드백 메커니즘을 사용하여 작동한다. 데이터는 표면 조도와 관련된 임의의 적절한 데이터일 수 있다. 표면 조도 측정 장치 (134)는 표면 조도와 관련된 파라미터를 측정하기에 적합한 임의의 접촉식 또는 비접촉식 측정 장치일 수 있다. 적절한 표면 조도 측정 장치 (134)의 예는 비접촉식 광학 프로파일 측정기, 접촉식 스타일러스 프로파일 측정기 (예를 들어, 미끄럼 또는 미끄럼방지 게이지) 또는 기타 적용 가능한 장치를 포함한다. 표면 조도 측정치는 실시간으로 측정되며 제어기 (132)을 사용함으로써 도포된 왁스층의 두께를 조절할 수 있다.
일부 경우, 금속 기판 (102)은 더 상세히 후술하는 바와 같이, 예비 가열로 (114) 또는 라미네이션 시스템 (116)에 진입하기 전에 미리 적용된 하나 이상의 전환층을 포함할 수 있다.
일부 경우, 가열로 (122)를 빠져 나온 후에 윤활제가 제조된 금속 제품 (112)에 추가로 도포될 수 있다.
도 2는 본 발명의 특정 양태에 따른 도 1의 제조된 금속 제품 (112)의 확대 측면도이다. 제조된 금속 제품 (112)은 래커층 (128)과 왁스-거칠어진 폴리머 필름 (126) 사이에 샌드위치된 금속 기판 (102)을 포함한다. 일부 경우, 잔류 왁스 (130)가 왁스-거칠어진 폴리머 필름 (126)의 표면 상에 존재할 수 있지만, 그럴 필요는 없다.
일부 경우, 강화된 접착력 및 블러싱 성능을 제공하기 위한 알루미늄을 준비하기 위해, 하나 이상의 전환층 (202)이 노출된 알루미늄 상에 선택적으로 도포될 수 있다. 일부 경우, 이 층 (202)은 크롬(Ⅲ), 크롬(Ⅵ), 티타늄, 지르코늄 및 인산염의 성분을 포함할 수 있다. 이 층 (202)은 향상된 접착성, 저온 살균 후 낮은 블러싱 및 아세트산 테스트에서 양호한 부식 성능을 제공할 수 있다. 일부 경우, 금속 기판 (102)은 래커 층 (128) 및 왁스-거칠어진 폴리머 필름 (126) 중 하나 또는 둘 사이에 위치하는 하나 이상의 전환층 (202)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 공정 (300)을 도시하는 흐름도이다. 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품은 라미네이팅되고 어닐링된 후 왁싱된 금속 기판을 지칭할 수 있다. 블록 (302)에서, 폴리머 필름은 도 1의 라미네이션 시스템 (116)을 참조하여 상기 기술된 바와 같이 금속 기판에 도포될 수 있다. 그러나, 거기에 왁스를 도포하기 전에, 금속 기판은 블록 (304)에서 어닐링될 수 있다. 금속 기판을 어닐링 한 후에, 블록 (306)에서 왁스가 금속 기판에 도포되어, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품을 형성할 수 있다. 일부 경우에, 블록 (306)에 왁스를 도포하는 단계는 폴리머 필름의 융점 (Tm) 보다 실질적으로 더 낮은 비교적 낮은 온도 (예를 들면, 80 ℃)로 상기 금속 기판을 가열하는 것을 포함한다. 공정 (300)에서 보인 바와 같이 도포될 때, 왁스층은 비교적 매끄러운 층이 될 것이다. 왁스층은 마찰을 감소시키는 이점을 제공할 수 있다. 그러나, 어닐링은 왁스의 도포 전에 발생하기 때문에, 폴리머 필름의 표면은 실질적으로 또는 전혀 왁스에 의해 더 거칠어지지 않을 것이다. 따라서, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품은 비교적 매끄러운 표면을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 공정 (400)을 도시하는 흐름도이다. 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품은 어닐링 전이나 또는 그렇지 않으면 충분한 가열 단계 (예를 들어, 적어도 폴리머 외층의 용융 온도로 폴리머를 충분히 가열) 전에 왁스가 도포되어 라미네이팅된 금속 기판을 포함할 수 있다. 블록 (402)에서, 폴리머 필름은 도 1의 라미네이션 시스템 (116)을 참조하여 상기 기술된 바와 같이 금속 기판에 도포될 수 있다. 도 3의 공정 (300)과는 대조적으로, 금속 제품이 블록 (406)에서 어닐링되기 전에, 블록 (404)에서 금속 기판에 왁스가 도포되어 금속 제품을 형성한다. 일부 경우, 폴리머 필름 또는 적어도 폴리머 필름의 외층이 폴리머 필름 또는 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 (Tm) 또는 그 이상의 온도로 가열되는 한, 가열은 어닐링 이외의 블록 (406)에서 발생할 수 있다.
도 3의 공정 (300)으로부터 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품과는 대조적으로, 도 4의 공정 (400)에 의해 제조된 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품은 블록 (406)에서 가열되는 동안 왁스층과 폴리머 필름 사이의 상호 작용으로 인해 개선된 조도를 갖는 폴리머 필름을 갖는다.
블록 (404)에서 금속 제품을 형성하기 위해 금속 기판에 왁스를 도포하는 것은 왁스를 수성 왁스 분산물로서 도포하는 것과 같은 임의의 적절한 기술을 통해 왁스를 도포하는 것을 포함할 수 있다. 왁스층은 롤 코팅 장치, 바 코팅 장치, 정전기 도포 장치 또는 다른 장치를 사용하여 도포될 수 있다. 일부 경우, 첨가된 왁스의 양은 금속 제품에 대한 원하는 조도 프로파일 (예를 들어, 폴리머 필름에 대한 원하는 조도 프로파일)에 기초하여 결정될 수 있다.
블록 (406)에서 금속 제품을 가열 (예를 들어, 어닐링)하는 것은 임의의 적합한 방식으로 수행될 수 있다. 일부 경우, 간접 또는 비접촉 가열은 가열 장치로부터의 접촉으로 인해 표면 조도에 영향을 미치지 않아 바람직하거나 선호될 수 있다. 금속 제품을 통해 또는 금속 제품 위에서 폴리머 필름에 열을 가할 수 있다. 일부 경우, 왁스층이 위을 향하도록 금속 제품을 수평으로 위치시킬 수 있으므로 중력에 의해 용융된 왁스를 가열시 용융된 폴리머 필름쪽으로 당길 수 있다. 이러한 경우에, 금속 제품의 양면에 라미네이팅되고 왁스-거칠어진 표면을 제공하기 위해, 금속 제품은 뒤집어서 금속 제품의 제 2 면상의 제 2 폴리머 필름 상에 왁스층을 도포 및/또는 가열할 수 있다 (예를 들어, 제 1 폴리머 필름으로부터 금속 제품의 반대편).
도 5는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (도 3의 공정 (300)을 이용하여 제조된 것 등) 및 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품 (예를 들어, 도 4의 공정 (400)을 이용하여 제조된 것 등)에 대한 추정 온도 프로파일을 나타내는 차트 (500)이다. 차트 (500)에 도시된 온도는 다른 온도가 사용될 수 있지만, 예시로서 나타낸다. 두 제품 모두 금속 기판을 가열 (예를 들어, 약 200 ℃로)할 수 있는 동안 라미네이션 공정을 통과하여 금속 기판에 폴리머 필름을 라미네이팅할 수 있다.
라미네이션 후에, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (예를 들어, 라미네이팅된 금속 기판)에 대한 전구체 금속 제품은 상승된 온도 (예를 들어, 약 295 ℃)에서 어닐링 공정을 거쳐 그 후 왁싱될 수 있다. 왁싱하는 동안, 금속 기판을 적당한 온도 (예를 들어, 약 80 ℃)로 상승시켜 폴리머 필름이 아닌 왁스를 용융시킬 수 있으며, 이는 왁스의 균일한 코팅을 제공하는 것을 용이하게 할 수 있다. 왁스를 금속 기판에 도포하여 금속 제품을 형성한 후, 상기 금속 제품은 이후 폴리머 필름의 용융 온도 (Tm) 이상의 온도로 가열되지 않는다. 라미네이션, 어닐링 및 왁싱 사이에서, 금속 제품은 주위 온도 (예를 들어, 실온 및/또는 주위 조건)와 같은 비교적 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 생성된 금속 제품은 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품이다.
왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품과는 달리, 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품에 대한 전구체 금속 제품은 라미네이션되고, 이어서 왁싱되고, 이어서 어닐링 또는 다른 가열이 수행될 수 있다. 라미네이션 후에, 전구체 금속 제품 (예를 들어, 라미네이팅된 금속 기판)은 왁싱을 거칠 수 있는데, 이는 전구체 금속 제품의 온도를 적절한 온도 (예를 들어, 약 80 ℃)로 상승시키는 것을 포함할 수 있다. 왁싱 후, 금속 제품은 고온 (예를 들어, 약 265 ℃)에서 어닐링 또는 기타 가열을 거칠 수 있다. 어닐링이나 가열하는 동안, 금속 제품은 폴리머 필름의 용융 온도 (Tm) 이상의 온도로 가열될 수 있다. 라미네이션, 어닐링 및 왁싱 사이에서, 금속 제품은 주위 온도와 같은 비교적 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 생성된 금속 제품은 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품이다.
라미네이팅된 금속 제품의 표면 조도를 조사하기 위해 다양한 실험이 수행되었다. 일 실시예에서, 단일 알루미늄 금속 기판이 4 가지 변형에 따라 라미네이팅되었다. 제 1 변형에서, 금속 기판은 도 3의 공정 (300)과 유사하게, 폴리에틸렌 왁스가 도포되기 전에 라미네이팅 및 어닐링되었다. 제 2 변형에서, 금속 기판은 도 3의 공정 (300)과 유사하게, 카르나우바 왁스가 도포되기 전에 라미네이팅 및 어닐링되었다. 제 3 변형에서, 금속 기판은 도 4의 공정 (400)과 유사하게, 라미네이팅되고, 폴리에틸렌 왁스로 왁싱된 다음 어닐링되었다. 제 4 변형에서, 금속 기판은 도 4의 공정 (400)과 유사하게, 라미네이팅되고, 카르나우바 왁스로 왁싱된 다음 어닐링되었다. 이 네 가지 변형은 표 1에 요약되어 있다.
Figure pct00001
도 6은 본 발명의 특정 양태에 따른 제 1 변형에 의한 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진 (600)이다. 현미경 사진 (600)에 나타난 금속 제품의 표면은 비교적 매끄럽다. 현미경 사진 (600)에 묘사된 금속 제품은 도 3의 공정 (300)과 유사하게, 폴리에틸렌 왁스가 도포되기 전에 라미네이팅되고 어닐링되었다.
도 7은 본 발명의 특정 양태에 따른 제 2 변형에 의한 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진 (700)이다. 현미경 사진 (700)에 나타난 금속 제품의 표면은 비교적 매끄럽다. 현미경 사진 (700)에 묘사된 금속 제품은 도 3의 공정 (300)과 유사하게 카르나우바 왁스가 도포되기 전에 라미네이팅되고 어닐링되었다.
도 8은 본 발명의 특정 양태에 따른 제 3 변형에 의한 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진 (800)이다. 현미경 사진 (800)에 나타난 금속 제품의 표면은 특히 도 6 및 도 7의 현미경 사진 (600, 700)의 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품과 비교하여 개선된 조도를 나타낸다. 현미경 사진 (800)에 묘사된 금속 제품은 도 4의 공정 (400)과 유사하게 라미네이팅되고, 폴리에틸렌 왁스를 사용하여 왁싱된 다음 어닐링되었다.
도 9는 본 발명의 특정 양태에 따른 제 4 변형에 의한 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 주사 전자 현미경 사진 (900)이다. 현미경 사진 (900)에 나타난 금속 제품의 표면은 특히 도 6 및 도 7의 현미경 사진 (600, 700)의 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품과 비교하여 개선된 조도를 나타낸다. 현미경 사진 (900)에 묘사된 금속 제품은 도 4의 공정 (400)과 유사하게 라미네이팅되고, 카르나우바 왁스를 사용하여 왁싱된 다음 어닐링되었다.
도 10은 본 발명의 특정 양태에 따른 금속 제품의 광학 현미경 사진 (1002, 1004, 1006) 세트이다. 현미경 사진 (1002)은 비교적 매끄러운 표면을 나타내는 제 1 변형 또는 제 2 변형에 따른 금속 제품과 같은 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 표면의 확대도를 나타낸다. 현미경 사진 (1004)은 제 3 변형 또는 제 4 변형에 따른 금속 제품과 같이, 중간 정도의 양 (예를 들어, 30 내지 50 mg/m2)의 왁스 사용 후 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면의 확대도를 나타낸다. 현미경 사진 (1004)에서 볼 수 있듯이, 그 표면은 현미경 사진 (1002)에서 볼 수 있는 표면과 비교할 때 약간 개선된 조도를 보여준다. 현미경 사진 (1006)은 제 3 변형 또는 제 4 변형에 따른 금속 제품과 같이, 낮은 양 (예를 들어, 10 내지 25 mg/m2)의 왁스 사용 후 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면의 확대도를 나타낸다. 현미경 사진 (1006)에서 볼 수 있듯이, 그 표면은 현미경 사진 (1002) 및 현미경 사진 (1004)에서 볼 수 있는 표면에 비해 더 개선된 조도를 나타낸다. 실험을 통해, 소량의 왁스가 많은 양의 왁스가 사용되는 경우보다 더 큰 조도 개선을 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 수십 또는 수백 나노 미터 정도의 두께의 왁스층을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 25nm 이상, 30nm 이상, 35nm 이상, 40nm 이상 또는 45nm 이상 및 90nm 이하, 100nm 이하, 110nm 이하, 120nm 이하, 130nm 이하, 140 nm 이하, 150 nm 이하, 160 nm 이하, 170 nm 이하, 180 nm 이하, 190 nm 이하 또는 200 nm 이하의 두께로 제공될 수 있다. 일부 경우, 왁스층이 25∼200 nm, 25∼100 nm 또는 40∼90 nm의 범위 내의 두께로 제공될 수 있다. 일부 경우, 제공되는 왁스의 양은 평방 미터 당 1 또는 수십 밀리그램의 왁스 정도일 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 1 mg/m2 초과, 2 mg/m2 초과, 3 mg/m2 초과, 4 mg/m2 초과, 5 mg/m2 초과, 6 mg/m2 초과, 7 mg/m2 초과, 8 mg/m2 초과, 9 mg/m2 초과, 10 mg/m2 초과, 및 50 mg/m2 미만, 45 mg/m2 미만, 40 mg/m2 미만, 35 mg/m2 미만, 30 mg/m2 미만, 25 mg/m2 미만, 20 mg/m2 미만, 15 mg/m2 미만 또는 10 mg/m2 미만의 양으로 제공될 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 10∼25 mg/m2 사이의 양으로 제공될 수 있다. 다른 한도 및 범위를 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면이 편광된 광학 현미경 사진 (1100)이다. 금속 제품의 표면은 적어도 가시적인 주름 구조를 가지며, 적어도 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품과 비교하여 개선된 조도를 갖는 표면을 나타낸다. 광학 현미경 사진 (1100)에 묘사된 금속 제품을 도 4의 공정 (400)과 유사하게 라미네이팅, 왁싱한 다음 어닐링하였다.
도 12는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 표면을 나타내는 공초점 현미경 사진 (1200)이다. 현미경 사진 (1200)에서 알 수 있듯이, 금속 제품은 표면이 거의 균일하고 낮은 조도를 갖는다. 공초점 현미경 사진 (1200)에 묘사된 금속 제품을 도 3의 공정 (300)과 유사하게 왁스가 도포되기 전에 라미네이팅하고 어닐링하였다.
도 13은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면을 나타내는 공초점 현미경 사진 (1300)이다. 현미경 사진 (1300)에서 알 수 있듯이, 금속 제품은 적어도 도 12의 현미경 사진 (1200)에 도시된 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 표면과 비교할 때 개선된 조도를 나타내는 강한 가시적인 주름 구조를 갖는다. 공초점 현미경 사진 (1100)에 묘사된 금속 제품을 도 4의 공정 (400)과 유사하게 라미네이팅, 왁싱한 다음 어닐링하였다.
도 12의 현미경 사진 (1200) 및 도 13의 현미경 사진 (1300) 에 기초한 측정을 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
도 12의 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품은, 낮은 평균 표면 조도, 낮은 최대 피크 높이 및 낮은 최대 골 깊이를 나타낸다. 대조적으로, 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품은 더 높은 조도 평균 (예를 들어, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품의 약 2배), 실질적으로 개선된 최대 피크 높이 (예를 들어, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품보다 높은 값) 및 실질적으로 개선된 최대 골 깊이 (예를 들어, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품보다 높은 값)를 나타낸다. 일부 경우, 바람직한 금속 제품은 약 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 또는 2.8 ㎛ 이상의 조도 평균 (Sa)을 가질 수 있다.
도 14는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면 (1406) (예를 들어, 도 4의 공정 (400)에서 제조된 것과 같은)을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면 프로파일과 비교하여, 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (1404) (예를 들어, 도 3의 공정 (300)에서 제조된 것과 같은)의 표면 프로파일을 도시하는 차트(1400)이다. 차트 (1400)는 폴리머 제품의 표면 또는 폴리머 필름의 외층의 표면과 같은 금속 제품의 표면의 평균 위치를 식별하는 평균 표면선 (1402)을 도시한다. 왁싱 및 라미네이팅된 금속 제품 (1404)의 표면 프로파일은 소량 (예를 들어, 1 ㎛ 미만의 조도 평균)만큼 평균 표면선 (1402)으로부터 벗어나고, 상대적으로 작은 최대 조도 깊이 (1410)를 갖는다.
대조적으로, 왁스-거칠어진 표면 (1406)을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 표면 프로파일은 더 큰 양 (예를 들어, 1 ㎛ 초과의 조도 평균)만큼 평균 표면선 (1402)으로부터 벗어나고, 상대적으로 큰 최대 조도 깊이 (1408)를 갖는다.
도 15는 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 측면도를 도시하는 광학 현미경 사진 (1500)이다. 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품은 금속 기판 (1502), 및 코어층 (1504) 및 외층 (1506)으로 제조된 폴리머 필름을 포함할 수 있다. 현미경 사진 (1500)에서 알 수 있듯이, 외층 (1506)은 왁스층이 도포되고, 왁스층 및 폴리머 필름 모두가 폴리머 필름의 융점 또는 폴리머 필름의 외층 (1506)의 융점 이상의 온도로 가열된 후 거칠어졌다. 일부 경우, 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 노출된 표면은 폴리머 필름의 코어층 (1504) 및/또는 폴리머 필름의 외층 (1506)의 일부를 나타낼 수 있다.
도 16은 본 발명의 특정 양태에 따라 도 15의 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 측면도를 도시하는 광학 현미경 사진 세트 (1600, 1601) 이다. 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품은 금속 기판 (1502), 및 코어층 (1504) 및 외층 (1506)으로 제조된 폴리머 필름을 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 특정 양태에 따라 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품의 도포된 대략의 왁스량과 비교하여 추정된 표면 조도를 나타내는 차트 (1700)이다. 차트 (1700)는 표면 조도의 치수없는 양과 도포된 왁스의 대략적인 양 (mg/m2)을 나타낸 것이다. 소량 (예를 들어, 대략 10∼25 mg/m2 사이)까지의 왁스를 도포하면 최대 표면 조도의 개선이 증가한다. 어느 지점 후에는, 왁스가 추가될수록 표면 조도의 개선은 감소한다.
도 18은 본 발명의 특정 양태에 따라 폴리머 필름과 왁스층의 조합을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정 (1800)을 나타내는 흐름도이다. 블록 (1802)에서, 폴리머 필름이 제공될 수 있다. 블록 (1804)에서, 왁스층이 폴리머 필름에 결합되어 폴리머 필름과 왁스층의 조합을 생성시킬 수 있다. 블록 (1806)에서, 폴리머 필름과 왁스층의 조합이 금속 기판에 도포될 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 냉각되거나 왁스층으로부터 폴리머 필름의 반대편에 열을 가하여 폴리머 필름을 금속 기판에 도포할 때 왁스가 폴리머 필름으로부터 조기에 분리되지 않도록 보장할 수 있다. 블록 (1808)에서, 폴리머 필름과 왁스층의 조합은 폴리머 필름의 용융 온도 또는 그 이상의 온도로 가열될 수 있다.
도 19는 본 발명의 특정 양태에 따라 폴리머 필름과 왁스층의 조합을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 시스템 (1900)을 도시하는 개략도이다. 시스템 (1900)은 도 18의 공정 (1800)의 블록 (1806)을 수행하도록 설정될 수 있다. 금속 기판 (1902)은 한 세트의 도포 롤러 (1908)를 통과할 수 있다. 왁스층 (1906)이 결합된 폴리머 필름 (1904)은 금속 기판 (1902)에 대해 가압될 수 있다.
도 20은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 동안 폴리머 필름 및 왁스층을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 공정 (2000)을 도시하는 흐름도이다. 블록 (2002)에서, 폴리머 필름 및 왁스층은 분리된 층 (예를 들어, 비결합층)으로서 제공될 수 있다. 블록 (2004)에서, 폴리머 필름은 폴리머 필름에 왁스층이 도포되는 동시에 금속 기판에 도포될 수 있다. 블록 (2006)에서, 폴리머 필름 및 왁스층은 폴리머 필름의 용융 온도 또는 그 이상의 온도로 가열될 수 있다.
도 21은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 동안 폴리머 필름 및 왁스층을 사용하여 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 시스템 (2100)을 도시하는 개략도이다. 시스템 (2100)은 도 20의 공정 (2000)의 블록 (2004)을 수행하도록 설정될 수 있다. 금속 기판 (2102)은 한 세트의 도포 롤러 (2108)를 통과하여 폴리머 필름 (2104)을 금속 기판 (2102)에 도포하고 왁스층 (2106)을 폴리머 필름 (2104)에 도포할 수 있다. 폴리머 필름 (2104) 및 왁스층 (2106)은 분리되어 제공되어 금속 기판 (2102)에 도포하기 전에 합쳐질 수 있다. 일부 경우, 추가의 롤러 (2110)는 금속 기판 (2102)에 도포하기 직전에 폴리머 필름 (2104)을 왁스층 (2106)으로 가압할 수 있다.
도 22는 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 후에 왁스층을 도포함으로써 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하는 공정 (2200)을 도시하는 흐름도이다. 블록 (2202)에서, 폴리머 필름 및 왁스층이 제공된다. 블록 (2204)에서, 폴리머 필름이 금속 기판에 도포된다. 일부 경우, 폴리머 필름을 금속 기판에 가열하여 폴리머 기판을 금속 기판에 결합 또는 라미네이팅시킬 수 있다. 블록 (2206)에서, 왁스층이 라미네이팅된 금속 기판에 도포될 수 있다. 일부 경우, 왁스층은 라미네이팅된 금속 기판에 롤 코팅, 분무 또는 다르게 도포되는 수성 왁스로서 도포될 수 있다. 블록 (2208)에서, 폴리머 필름 및 왁스층은 폴리머 필름의 용융 온도 또는 그 이상의 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우, 블록 (2206 및 2208)은 동시에 또는 신속하게 연속적으로 발생할 수 있다.
도 23은 본 발명의 특정 양태에 따라 라미네이션 후에 왁스층 (2306)을 도포함으로써 왁스-거칠어진 표면을 갖는 라미네이팅된 금속 제품을 제조하기 위한 시스템 (2300)을 나타낸 개략도이다. 금속 기판 (2302)은 폴리머 필름 (2304)을 금속 기판 (2302)에 도포하기 위해 한 세트의 도포 롤러 (2308)를 통과할 수 있다. 폴리머 필름 (2304)이 금속 기판에 도포되고 선택적으로 가열되어 다시 냉각된 후에, 왁스층 (2306)이 폴리머 필름 (2304)의 표면에 도포될 수 있다. 시스템 (2300)은 왁스층 (2306)으로서 수성 왁스를 폴리머 층 (2304) 상에 분배하기 위한 하나 이상의 노즐을 갖는 스프레이 헤더 (2310)를 나타낸다.
적합한 제품, 방법 및 시스템에 대한 실시예
하기에 사용된 바와 같이, 일련의 실시예에 대한 임의의 참조는 이들 실시예 각각의 분리적인 참조로서 이해되어야 한다 (예를 들어, "실시예 1-4"는 "실시예 1, 2, 3 또는 4"로 이해됨).
실시예 1은 금속 기판의 표면에 폴리머 필름을 도포하는 단계; 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하는 단계; 및 상기 폴리머 필름 및 상기 왁스층을 상기 폴리머 필름의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 것을 포함하는, 금속 제품을 제조하는 방법이다.
실시예 2는 실시예 1의 방법으로서, 상기 왁스층을 도포하는 단계는 롤 코터 또는 스프레이 헤더를 사용하여 일정량의 수성 왁스를 분산시키는 것을 포함한다.
실시예 3은 실시예 1 또는 2의 방법으로서, 상기 왁스층을 도포하는 단계는 약 25nm 내지 약 100nm의 두께로 왁스층을 도포하는 것을 포함한다.
실시예 4 는 실시예 1 내지 3의 방법으로서, 상기 왁스층을 도포하는 단계는 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2의 코팅 중량으로 왁스층을 도포하는 것을 포함한다.
실시예 5는 실시예 1 내지 4의 방법으로서, 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하는 단계는 폴리머 필름을 금속 기판의 표면에 도포하기 전에 발생한다.
실시예 6은 실시예 1 내지 5의 방법으로서, 폴리머 필름 및 왁스층을 폴리머 필름의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 단계는 폴리머 필름 및 왁스층을 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 이상으로 가열하는 것을 포함한다.
실시예 7은 실시예 1 내지 6의 방법으로서, 폴리머 필름 및 왁스층을 가열한 후 폴리머 필름의 표면 조도 파라미터를 측정하는 단계; 및 측정된 표면 조도 파라미터를 사용하여 왁스층의 두께를 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
실시예 8은 실시예 1 내지 7의 방법에 따라 제조된 금속 제품이다.
실시예 9는 금속 기판의 표면에 부착된 폴리머 필름, 여기서 상기 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 폴리머 필름의 외층은 약 2㎛ 이상의 조도 평균을 가짐; 및 상기 폴리머 필름의 외층에 부착된 왁스층을 포함하는 금속 제품이다.
실시예 10은 실시예 9의 금속 제품으로서, 상기 왁스층은 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께를 포함한다.
실시예 11는 실시예 9 또는 10의 금속 제품으로서, 상기 왁스층은 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량을 포함한다.
실시예 12는 실시예 9 내지 11의 금속 제품으로서, 상기 금속 기판은 알루미늄 합금을 포함한다.
실시예 13은 실시예 12의 금속 제품으로서, 상기 알루미늄 합금은 1xxx 시리즈 알루미늄 합금, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 8xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함한다.
실시예 14는 실시예 9 내지 13의 금속 제품으로서, 상기 폴리머 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다.
실시예 15는 실시예 9 내지 14의 금속 제품으로서, 상기 왁스층은 폴리에틸렌 왁스층 또는 카르나우바 왁스층을 포함한다.
실시예 16은 금속 기판의 표면에 폴리머 필름을 도포하기 위한 라미네이션 시스템; 상기 라미네이션 시스템의 하류에 위치하여 상기 금속 기판을 수용하고 상기 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하여 금속 제품을 형성하는 왁스 도포 시스템; 및 상기 금속 제품을 수용하고 상기 왁스층 및 상기 폴리머 필름의 온도를 적어도 상기 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 이상의 온도로 상승시키기 위해 상기 왁스 도포 시스템의 하류에 위치하는 가열로를 포함하는 시스템이다.
실시예 17은 실시예 16의 시스템으로서, 왁스 도포 시스템에 결합된 수성 왁스의 공급부를 추가로 포함하고, 여기서 상기 왁스 도포 시스템은 수성 왁스의 공급부에 유동적으로 결합된 롤 코팅기 또는 스프레이 헤더를 포함한다.
실시예 18은 실시예 16 또는 17의 시스템으로서, 상기 왁스 도포 시스템은 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께로 왁스층을 도포하도록 구성된다.
실시예 19는 실시예 16 내지 18의 시스템으로서, 상기 왁스 도포 시스템은 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량으로 왁스층을 도포하도록 구성된다.
실시예 20은 실시예 16 내지 19의 시스템으로서, 상기 가열로의 하류에 위치하는 표면 조도 측정 장치; 및 상기 표면 조도 측정 장치 및 상기 왁스 도포 시스템에 결합되어 상기 표면 조도 측정 장치로부터의 측정에 응답하여 상기 왁스 도포 시스템에 의해 도포된 상기 왁스층의 두께를 조절하는 제어기를 추가로 포함한다.
실시예 21는 실시예 16 내지 20의 시스템으로서, 상기 왁스 도포 시스템은 약 2㎛ 이상의 표면 조도 측정치가 되는 두께로 왁스를 도포하도록 구성된다.
상기 인용된 모든 특허, 출판물 및 초록은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 본 발명의 다양한 구현예가 본 발명의 다양한 목적을 달성하기 위해 설명되었다. 이들 실시예는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것임을 인식해야 한다. 다수의 변경 및 적용은 다음의 청구 범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 금속 기판의 표면에 폴리머 필름을 도포하는 단계;
    상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하는 단계; 및
    상기 폴리머 필름 및 상기 왁스층을 폴리머 필름의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 금속 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 왁스층을 도포하는 단계는 롤 코터 또는 스프레이 헤더를 사용하여 일정량의 수성 왁스를 분산시키는 것을 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 왁스층을 도포하는 단계는 약 25nm 내지 약 100nm의 두께로 왁스층을 도포하는 것을 포함하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 왁스층을 도포하는 단계는 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2의 코팅 중량으로 왁스층을 도포하는 것을 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하는 단계는 폴리머 필름을 금속 기판의 표면에 도포하기 전에 발생하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 필름 및 왁스층을 폴리머 필름의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 단계는 폴리머 필름 및 왁스층을 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리머 필름 및 왁스층을 가열한 후 폴리머 필름의 표면 조도 파라미터를 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 표면 조도 파라미터를 사용하여 왁스층의 두께를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 금속 제품.
  9. 금속 기판의 표면에 부착된 폴리머 필름으로서, 상기 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 폴리머 필름의 외층은 약 2㎛ 이상의 조도 평균을 갖는, 폴리머 필름; 및
    상기 폴리머 필름의 외층에 부착된 왁스층을 포함하는 금속 제품.
  10. 제9항에 있어서, 상기 왁스층이 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께를 포함하는 금속 제품.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 왁스층이 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량을 포함하는 금속 제품.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 기판이 알루미늄 합금을 포함하는 금속 제품.
  13. 제12항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 1xxx 시리즈 알루미늄 합금, 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 3xxx 시리즈 알루미늄 합금, 4xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 8xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는 금속 제품.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머 필름이 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 금속 제품.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 왁스층이 폴리에틸렌 왁스층 또는 카르나우바 왁스층을 포함하는 금속 제품.
  16. 금속 기판의 표면에 폴리머 필름을 도포하기 위한 라미네이션 시스템;
    상기 라미네이션 시스템의 하류에 위치하여 상기 금속 기판을 수용하고 상기 금속 기판으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 상기 폴리머 필름의 외층에 왁스층을 도포하여 금속 제품을 형성하는 왁스 도포 시스템; 및
    상기 왁스 도포 시스템의 하류에 위치하여 상기 금속 제품을 수용하고 상기 왁스층 및 상기 폴리머 필름의 온도를 적어도 상기 폴리머 필름의 외층의 용융 온도 이상의 온도로 상승시키는 가열로를 포함하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가열로의 하류에 위치하는 표면 조도 측정 장치; 및
    상기 표면 조도 측정 장치 및 상기 왁스 도포 시스템에 결합되어 상기 표면 조도 측정 장치로부터의 측정에 응답하여 상기 왁스 도포 시스템에 의해 도포된 상기 왁스층의 두께를 조절하는 제어기를 더 포함하는 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 왁스 도포 시스템은 약 25 nm 내지 약 100 nm의 두께로 왁스층을 도포하도록 구성된 시스템.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 왁스 도포 시스템은 약 10 mg/m2 내지 약 25 mg/m2 의 코팅 중량으로 왁스층을 도포하도록 구성된 시스템.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 왁스 도포 시스템은 약 2㎛ 이상의 표면 조도 측정치가 되는 두께로 왁스층을 도포하도록 구성된 시스템.
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