專利名稱：成型金屬表面潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成型金屬表面潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑。更具體地講，本發(fā)明涉及可改善鋁罐移動(dòng)性而同時(shí)又不會(huì)降低噴在其表面上的涂料或油漆粘附性的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑。
鋁罐常用作許多產(chǎn)品的容器，成型后一般都用酸性清洗劑進(jìn)行清洗以除去其表面上的鋁粉和其它污物。近來出于環(huán)境因素并考慮到鋁罐上殘留物進(jìn)行酸洗影響其中飲料香味的可能性，致使人們認(rèn)為堿洗除去鋁粉和污物更為有利。但鋁罐處理一般會(huì)使其內(nèi)外表面達(dá)到不同的蝕比。例如達(dá)到無鋁粉內(nèi)表面通常會(huì)因外表面粗糙度提高而在傳送線上帶來難于移動(dòng)的問題。
這類鋁罐移動(dòng)性問題在將其傳送過單臺(tái)注入機(jī)以及印制機(jī)時(shí)表現(xiàn)得特別明顯。因此鋁罐加工業(yè)迫切要求改善其外表面的靜摩擦系數(shù)以提高其移動(dòng)性而同時(shí)又不會(huì)降低噴在其表面上的涂料或油漆粘附性。提高鋁罐移動(dòng)性的原因在于該行業(yè)總的趨勢(shì)是想在設(shè)立新的生產(chǎn)廠時(shí)提高產(chǎn)量而同時(shí)又不增加資本投入。提高產(chǎn)量的需要不斷要求鋁罐制造商加快其生產(chǎn)線和印制速度以保證單位時(shí)間內(nèi)鋁罐增產(chǎn)20～40%。例如鋁罐通過印制臺(tái)的最大速度一般平均為約1150罐/分鐘，而要求該速度提高到約1400～1500罐/分鐘或更高。
但無論酸洗或堿洗的完全清潔鋁罐的特點(diǎn)一般是表面粗糙度高，因此靜摩擦系數(shù)也高。這種特性阻礙了試圖提高其生產(chǎn)線速度時(shí)罐通過單臺(tái)注入機(jī)和印制機(jī)的移動(dòng)。結(jié)果是除罐大量損壞而外，還會(huì)導(dǎo)到印制時(shí)的傳送失效問題，經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，停機(jī)以及產(chǎn)量降低。
改善鋁罐表面特性的另一原因是考慮到生產(chǎn)中有可能干擾或降低罐送到印制或貼標(biāo)臺(tái)時(shí)進(jìn)行印刷的能力。例如罐清洗后其外表面可貼標(biāo)簽并可在內(nèi)表面上噴漆。這種情況下主要關(guān)心的問題是涂料和油漆的粘附性。
因此迫切需要開發(fā)可提高鋁罐通過注入機(jī)和印制機(jī)的移動(dòng)性以提高產(chǎn)量，減少生產(chǎn)線堵塞現(xiàn)象，最大限度降低停機(jī)次數(shù)并降低罐損壞率的辦法。本發(fā)明目的即提出提高鋁罐移動(dòng)性而解決前述問題的措施。
除了操作實(shí)施例或另有說明而外，所有成分量或本文所用反應(yīng)條件的數(shù)據(jù)均應(yīng)認(rèn)為是“大約”值。
本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)清洗后涂在鋁罐表面上的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可提高其移動(dòng)性。潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可降低罐外表面上的靜摩擦系數(shù)并可大大提高其生產(chǎn)線速度。
更具體地講，本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)涂在鋁罐外表面上的有機(jī)薄膜可作為降低靜摩擦系數(shù)并因此提高其移動(dòng)性的潤(rùn)滑劑。還發(fā)現(xiàn)罐移動(dòng)性的提高取決于有機(jī)薄膜的厚度或涂量以及涂料的化學(xué)性質(zhì)。
本發(fā)明鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可選自水溶性有機(jī)磷酸酯;醇;脂肪酸，包括一，二，三和多元酸;脂肪酸衍生物如鹽，羥基酸，酰胺，酯，醚及其衍生物;以及其混合物。
本發(fā)明鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑最好包括水溶性飽和脂肪酸衍生物如乙氧基化硬脂酸或乙氧基化異硬脂酸或其堿金屬鹽如多氧乙基化硬脂酸鹽和多氧乙基化異硬脂酸鹽。此外，鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可包括至少帶4碳的可水溶性醇并可含高達(dá)約50摩爾的環(huán)氧乙烷。若醇包括平均每摩爾醇含約20摩爾環(huán)氧乙烷的多氧乙基化油酰醇，則可獲得優(yōu)良的效果。
此外，本發(fā)明鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑最好包括磷酸酯或乙氧基化烷基醇磷酸酯。這些磷酸酯為市售產(chǎn)品，可采用美國GAFCorporation，Wayne，NewJersey以商品名GafacPE510以及EthoxChemicals，Inc.，Greenville，S.C.以商品名Ethfac136和Ethfac161出售的產(chǎn)品。一般來講，有機(jī)磷酸酯可包括乙氧基化或非乙氧基化的烷基和芳基磷酸酯。
鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可在其清洗循環(huán)，其處理循環(huán)之一，其水洗循環(huán)之一或最好是在其最終水洗循環(huán)過程中涂到其表面上。此外，潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可在其最終水洗循環(huán)之后即烘干之前或在烘干之后采用水或揮發(fā)性不易燃溶劑液以細(xì)粒噴霧法噴涂到罐表面上。已發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可沉積在罐的鋁表面上而使其具有所要求的特性。潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可進(jìn)行噴涂施用并可通過化學(xué)或物理吸附與鋁表面發(fā)生反應(yīng)而使其形成符合要求的薄膜。
一般來講，在罐清洗過程中，洗滌后通常要進(jìn)行酸性水沖洗。之后可按本發(fā)明用包括陰離子表面活性劑如磷酸酯的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑予以處理。在這種情況下，處理體系的pH值很重要，一般應(yīng)為酸性即在約1～約6.5之間，最好在約2.5～約5之間。如果罐在酸性水沖洗后不用本發(fā)明潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑處理，則進(jìn)行自來水沖洗，然后再用去離子水沖洗。在這種情況下，制成含有本發(fā)明潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑的去離子水沖洗液，其中可包括選自前述多氧乙基化醇或多氧乙基化脂肪酸的非離子表面活性劑。這樣進(jìn)行處理之后將罐送入烘箱烘干，然后再作進(jìn)一步的加工處理。
涂在罐表面上的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑量應(yīng)足以將其外表面靜摩擦系數(shù)降為約1.5或更低，最好降為約1或更低。一般來說，外表面上的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑涂量應(yīng)達(dá)到約3mg/m2～約60mg/m2左右。
為了更好地理解本發(fā)明，可參考以下實(shí)施例，這些實(shí)施例僅用于舉例說明本發(fā)明，并不限制其保護(hù)范圍。
實(shí)施例1該實(shí)施例旨在說明提高罐通過工業(yè)制罐設(shè)備的導(dǎo)軌和印制臺(tái)時(shí)的自由移動(dòng)性所需的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑量并表明該潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑不會(huì)對(duì)印在其外表面上的標(biāo)簽以及噴在其內(nèi)表面上的油漆粘附性產(chǎn)生不利影響。
從工業(yè)制罐機(jī)來的未清洗鋁罐用Amchem Products Division，Henkel Corporation，Ambler，PA出售的堿性清洗劑并按該公司的Ridolin 3060/306工藝進(jìn)行清洗。在實(shí)驗(yàn)室小型清洗機(jī)中一次洗14個(gè)罐并在最終沖洗步驟中用不同量的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑處理后送入烘箱進(jìn)行干燥。所用潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑包括約10%活性多氧乙基化異硬脂酸鹽濃縮物，為Ethox Chemicals，Inc.，Greenville，S.C.以商名Ethox M I-14出售的乙氧基化非離子表面活性劑。將處理罐送回制罐機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)線速度和印制質(zhì)量評(píng)價(jià)。然后將印制罐分成兩組，每組包含4～6個(gè)罐。將所有罐浸入下述的粘附試驗(yàn)液之一中達(dá)20分鐘。
試驗(yàn)液A180°F下在3∶1的去離子水∶自來水中的1% Joy (市售液態(tài)洗盤劑，Procter and Gamble Co.)溶液。
試驗(yàn)液B212°F下去離子水中的1% Joy 洗滌劑溶液。
從粘附試驗(yàn)液中取出印制罐后用鋒利金屬物體畫出交叉線，穿過涂料或油漆而露出鋁線并試驗(yàn)涂料粘附性。該試驗(yàn)包括將Scotch(Scotch為3M公司的注冊(cè)商標(biāo))透明膠帶No610牢固地貼在劃線區(qū)域上，然后再用力將其從該區(qū)域上拉下來。試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)如下10為優(yōu)，表明該帶未從表面上剝下任何涂料;8為合格;而0為最差。其間用肉眼觀察罐表面上是否有任何涂料或油漆剝離痕跡。
此外，再用實(shí)驗(yàn)室靜摩擦試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)罐的靜摩擦系數(shù)。該裝置測(cè)定與鋁罐表面性能有關(guān)的靜摩擦。這是用斜面進(jìn)行的，其中用勻速移動(dòng)儀，轉(zhuǎn)子和連在斜面自由擺動(dòng)端上的纜繩使斜面上移弧度達(dá)90°。用與斜面底相連的托架支撐起水平位置相距約0.5英寸的2個(gè)罐，其頂部面對(duì)斜面的固定端。再將第3個(gè)罐放在這2個(gè)罐上，以其頂部面對(duì)斜面的自由擺動(dòng)端，并使所有這3個(gè)罐的邊對(duì)準(zhǔn)以使其互相平齊。
一旦斜面沿弧度運(yùn)動(dòng)，計(jì)時(shí)器就自動(dòng)工作。當(dāng)斜面達(dá)到某一角度而使第3個(gè)罐可從下面的2個(gè)罐上自由地滑動(dòng)時(shí)，光電開關(guān)即關(guān)掉計(jì)時(shí)器。這段以秒計(jì)的時(shí)間常稱為“滑動(dòng)時(shí)間”。靜摩擦系數(shù)等于罐開始移動(dòng)時(shí)斜面擺角的正切。
粘附試驗(yàn)和靜摩擦系數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果平均值列于下表1表1潤(rùn)滑和調(diào)理粘附試驗(yàn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)號(hào)劑濃縮物靜摩擦(體積%)試驗(yàn)溶液OSWISWID系數(shù)1對(duì)照(未處理)----1.42220.1B1010100.94130.25A101010-40.5B9.5＊10100.80150.75A1010100.63061.0B1010100.64372.0A1010100.56685.0B1010100.547910.0A9.8＊10100.560＊肉眼觀察到外壁極少量剝離痕跡，主要在接觸標(biāo)記處。表1中OSW為外側(cè)壁;ISW為內(nèi)側(cè)壁;ID為內(nèi)頂。
概括地講，已發(fā)現(xiàn)將潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑濃縮物涂到清洗鋁罐表面上，則即使在極低使用濃度下也可提高其自由移動(dòng)性，而且即使在20～100倍于降低靜摩擦系數(shù)所要求的使用濃度下進(jìn)行試驗(yàn)也不會(huì)對(duì)印制標(biāo)簽或內(nèi)部的油漆產(chǎn)生不利影響。
實(shí)施例2該實(shí)施例表明實(shí)施例1鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑在工業(yè)制罐設(shè)備中當(dāng)罐以1260罐/分鐘的速度通過印制臺(tái)時(shí)的應(yīng)用情況。
鋁罐產(chǎn)品用酸性清洗劑(Amchem Products，Inc.，Ambler，PA出售的Ridoline
125 CO)進(jìn)行清洗，然后用非鉻化涂料(Alodine
404)進(jìn)行處理，之后進(jìn)行“滑動(dòng)”試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)罐外表面摩擦系數(shù)為約1.63。這些罐經(jīng)過印制臺(tái)進(jìn)行加工時(shí)，可以1150～1200罐/分鐘的速度通過印制臺(tái)而不會(huì)過分出現(xiàn)“卡緊”現(xiàn)象即對(duì)罐進(jìn)行不適宜加載。在這種情況下，不會(huì)使罐在印制滑塊上不適宜地受載。每一次“卡緊”都要損失一個(gè)必須廢棄的罐，因?yàn)檫@樣的罐不適于進(jìn)行下一階段的加工處理。
將約1毫升/升鋁罐的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑加到洗罐機(jī)的去離子洗滌水體系中，這樣可將罐外表面的靜摩擦系數(shù)降為1.46或從其初始值降低約11%。在罐通過印制機(jī)后，已發(fā)現(xiàn)內(nèi)外涂料的粘附性均未受潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑的影響。此外，可將印制機(jī)速度提高到其1250～1260罐/分鐘的機(jī)械限度而不會(huì)出現(xiàn)新的問題。
同樣，通過提高加入去離子洗滌水體系中的鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑濃度即可將其靜摩擦系數(shù)降低20%而不會(huì)對(duì)其內(nèi)饌苛系惱掣叫圓煥跋臁６以 4小時(shí)試驗(yàn)期可將印制機(jī)速度連續(xù)保持在1250罐/分鐘。
實(shí)施例3該實(shí)施例表明其它原料用作鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑基本成分的應(yīng)用情況。
于約105°F下用pH約12的堿性清洗劑溶液將鋁罐清洗約35秒鐘。罐沖水洗滌后用包括不同磷酸酯溶液的3種不同潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑進(jìn)行處理。磷酸酯溶液1包括磷酸酯(GAF Corporation，Wayne，New Jersey以商品名Gafac PE 510出售的產(chǎn)品)，其濃度為0.5克/升。磷酸酯溶液2包括乙氧基化烷基醇磷酸酯(Ethox Chemicals，Inc.，Greenville，S.C.以商品名Ethfac 161出售的產(chǎn)品)，其濃度為0.5克/升。磷酸酯溶液3包括乙氧基化烷基醇磷酸酯(Ethox Chemicals，Inc.，Greenville，S.C.以商品名Ethfac 136出售的產(chǎn)品)，其濃度為1.5克/升。
以罐靜摩擦系數(shù)標(biāo)明的移動(dòng)性評(píng)價(jià)結(jié)果如下磷酸酯溶液pH靜摩擦系數(shù)13.60.47623.30.63032.60.770前述磷酸酯溶液均使鋁罐達(dá)到合格的移動(dòng)性，但完全布滿了“殘水點(diǎn)”。需要使罐達(dá)到無殘水點(diǎn)即其表面上帶連續(xù)水膜，因?yàn)椴蝗坏脑捑痛嬖诖罅克?，水膜不均勻和不連續(xù)。為了確定這是否有利于罐的印制，可評(píng)價(jià)其粘附性。也就是說，將裝飾罐切開并在包括3∶1去離子水∶自來水的1%液態(tài)盤洗劑溶液(Joy )中煮沸10分鐘。罐用去離子水沖洗后干燥。如同實(shí)施例1，在罐內(nèi)、外側(cè)壁和內(nèi)頂上劃8條交叉線。交叉線上用膠帶粘好，然后用力將膠帶撕下。評(píng)價(jià)罐的粘附值。平均值結(jié)果如圖表2所示。
表2粘附性評(píng)價(jià)磷酸酯溶液OSWISWID對(duì)照10101019.86.81.029.810103101010其中OSW，ISW和ID如上述。
作為對(duì)照，外側(cè)壁，內(nèi)側(cè)壁以及內(nèi)頂上均未觀察到剝離現(xiàn)象(無涂料粘附性損失)。
對(duì)于磷酸酯溶液1，觀察到外側(cè)壁上幾乎無剝離現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)壁上大量出現(xiàn)剝離，內(nèi)頂則完全失效。
對(duì)于磷酸酯溶液2，觀察到外側(cè)壁上幾乎無剝離現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)頂上均無剝離現(xiàn)象。
對(duì)于磷酸酯溶液3，觀察到內(nèi)外側(cè)壁和內(nèi)頂上均無剝離現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.鋁罐潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑組合物，其中包括水溶性有機(jī)物，可選自磷酸酯，醇，脂肪酸，包括一，二，三和多元酸；脂酸酸衍生物如鹽，羥基酸，酰胺，酯，醚及其衍生物；以及其混合物。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中有機(jī)物包括至少4碳醇以及高達(dá)50摩爾的環(huán)氧乙烷。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中醇選自平均含約20摩爾環(huán)氧乙烷/摩爾醇的多氧乙基化油酰醇。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中有機(jī)物包括脂肪酸衍生物。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中脂肪酸衍生物包括乙氧基化硬脂酸，乙氧基化異硬脂酸，或其堿金屬鹽。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中有機(jī)物包括磷酸酯或乙氧基化烷基醇磷酸酯。
7.降低金屬罐外表面靜摩擦系數(shù)并提高罐移動(dòng)性的方法，其中包括在其外表面涂潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑組合物，其中包括水溶性有機(jī)物，可選自磷酸脂，醇，脂肪酸，包括一，二，三和多元酸;脂肪酸衍生物如鹽，羥基酸，酰胺，酯，醚，醚及其衍生物;以及其混合物。
8.權(quán)利要求7的方法，其中有機(jī)物包括至少4碳醇以及高達(dá)50摩爾的環(huán)氧乙烷。
9.權(quán)利要求8的方法，其中醇選自平均含約20摩爾環(huán)氧乙烷/摩爾醇的多氧乙基化油酰醇。
10.權(quán)利要求7的方法，其中有機(jī)物包括脂肪酸衍生物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中脂肪酸衍生物包括乙氧基化硬脂酸，乙氧基化異硬脂酸，或其堿金屬鹽。
12.權(quán)利要求7的方法，其中有機(jī)物包括磷酸酯或乙氧基化烷基醇磷酸酯。
13.權(quán)利要求7的方法，其中在罐清洗后涂有機(jī)物。
14.權(quán)利要求13的方法，其中在罐處理循環(huán)中涂有機(jī)物。
15.權(quán)利要求13的方法，其中在罐清洗后的最終水洗循環(huán)中涂有機(jī)物。
16.權(quán)利要求12的方法，其中在pH約1～約6.5之間進(jìn)行處理循環(huán)。
17.權(quán)利要求12的方法，其中在pH約2.5～約5之間進(jìn)行處理循環(huán)。
18.權(quán)利要求7的方法，其中罐上所涂有機(jī)物量足以將其外表面的靜摩擦系數(shù)降低到約1.5或更低。
19.權(quán)利要求7的方法，其中罐上所涂有機(jī)物量足以將其外表面的靜摩擦系數(shù)降低到約1或更低。
20.權(quán)利要求7的方法，其中罐上所涂有機(jī)物量為約3mg/m2～約60mg/m2表面。
全文摘要
成型金屬表面特別是飲料容器的潤(rùn)滑和表面調(diào)理劑可降低金屬表面的靜摩擦系數(shù)并提高其移動(dòng)性而同時(shí)又不會(huì)對(duì)噴在其上的涂料或油漆粘結(jié)性產(chǎn)生不利影響。調(diào)理劑為水溶性有機(jī)物，可選自磷酸酯，醇，脂肪酸，包括一，二，三和多元酸，脂肪酸衍生物如鹽，羥基酸，酰胺，酯，醚及其衍生物，以及其混合物。
文檔編號(hào)C10M105/26GK1030245SQ8810327
公開日1989年1月11日 申請(qǐng)日期1988年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月1日
發(fā)明者塞姆·B·愛渥德 申請(qǐng)人:阿姆奇姆產(chǎn)品公司