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JP2003517929A - アルミニウム合金製食品及び飲料容器のための共重合体下塗り剤 - Google Patents

アルミニウム合金製食品及び飲料容器のための共重合体下塗り剤

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JP2003517929A
JP2003517929A JP2001546802A JP2001546802A JP2003517929A JP 2003517929 A JP2003517929 A JP 2003517929A JP 2001546802 A JP2001546802 A JP 2001546802A JP 2001546802 A JP2001546802 A JP 2001546802A JP 2003517929 A JP2003517929 A JP 2003517929A
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aluminum
copolymer
alloy sheet
polymer
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ハレンスキー、ジョセフ、ピー
ジョンソン、ダニエル、シー
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アルコア インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 アルミニウム合金シートに、酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムと、ビニルホスホン酸・アクリル酸共重合体との反応生成物を含む下地層を与え、ポリ塩化ビニル又はエポキシを含有する重合体被覆組成物で被覆する（図１）。その重合体被覆アルミニウム合金シートは、食品容器のための容器本体、又はアルミニウム食品及び飲料容器のための容器端部パネルへ成形される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、新規な食品容器本体又は新規な食品又は飲料容器端部パネル、及び
アルミニウム合金シートからそれらを形成するための方法に関する。詳しくは、
本発明は、酸化物又は水酸化物層と、ビニルホスホン酸・アクリル酸共重合体と
の反応生成物を含む下地層を有する重合体被覆アルミニウム合金シートに関する
。
【０００２】 アルミニウムは、自然酸化物被覆（natural oxide coating）を形成すること
により腐食に対し自己を保護するが、その保護は完全なものではない。湿分及び
電解質が存在すると、アルミニウム合金は純粋のアルミニウムよりも一層早く腐
食する。
【０００３】 従って、重合体に対する強力な結合親和力を与えるのみならず、改良された腐
食抵抗を与える下塗り剤又は他の化学物質でアルミニウム合金基材を処理するこ
とが必要である。
【０００４】 従来法では、一部分がアルミニウムの酸化された形態のものからなる緊密に接
着した被覆へ金属表面を転化すること（“converting”）により、化学的転化被
覆をアルミニウム合金上に形成してきた。化学的転化被覆は、大きな腐食抵抗及
び重合体被覆に対する改良された結合親和力を与える。六価又は三価クロムイオ
ン、燐酸イオン、及びフッ化物イオンを含有する水溶液をアルミニウムに接触さ
せることにより、クロム酸塩転化被覆を与えるのが典型的である。最近、そのよ
うな方法によって排水口へ捨てられるクロム酸塩及び燐酸塩の汚染効果に関して
問題が起きている。六価クロムイオンの大きな溶解度及び強い酸化性のために、
廃液を捨てる際に六価クロムイオンを酸化クロムイオンへ還元するために高価な
廃液処理方法を用いなければならない。
【０００５】 従来法では、アルミニウムについてクロム酸塩を含まない許容可能な転化被覆
を形成する試みが行われてきた。例えば、クロム酸塩を含まない或る転化被覆は
、ジルコニウム、チタン、ハフニウム及び／又は珪素を含み、時々フッ化物、界
面活性剤、及びポリアクリル酸のような重合体と一緒にされている。今まで行わ
れてきた膨大な研究にも拘わらず、重合体被覆アルミニウム合金基材の接着性及
び腐食抵抗を改良するための全く満足できるクロム酸塩非含有転化被覆又は下塗
り剤は依然として存在していない。
【０００６】 本発明の主たる目的は、ビニルホスホン酸・アクリル酸共重合体と、シート上
の酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウム層との反応生成物を含む下地層を有
する重合体被覆アルミニウム合金シートを提供することにある。
【０００７】 本発明の関連する目的は、アルミニウム合金シートのための、クロム化合物を
含まない下地層を提供することにある。
【０００８】 本発明の更に別な目的及び利点は、次の詳細な説明から当業者には明らかにな
るであろう。
【０００９】 本発明によれば、食品容器本体、又は食品又は飲料容器端部パネルへ形成する
のに適した重合体被覆アルミニウム合金シートを製造するための方法が与えられ
る。
【００１０】 重合体被覆容器本体又は容器端部パネルを製造するのに適した或るアルミニウ
ム合金には、ＡＡ５０００シリーズのアルミニウム・マグネシウム合金、特にＡ
Ａ５０４２及びＡＡ５１８２合金が含まれる。
【００１１】 ＡＡ５１８２のような容器端部パネルに適したアルミニウム合金は、当分野で
知られている鋳造法によりインゴット（ingot）、ビレット（billet）、又はス
ラブ（slab）として提供される。加工前に、インゴット又はビレットを高温での
均質化にかける。次に合金ストックを熱間圧延して中間的厚さのシートを与える
。例えば、その材料を約７００〜９７５°Ｆ（３７１〜５２４℃）の金属入口温
度で熱間圧延してもよく、約０．１３０ｉｎｃｈ〜０．１９０ｉｎｃｈ（３．３
ｍｍ〜４．８ｍｍ）の厚さを有する中間的製品を与える。この材料を冷間圧延し
て約０．００８〜０．０１５ｉｎｃｈ（０．２〜０．３８ｍｍ）の厚さ範囲のシ
ートを与える。Ｈ１９又はＨ３９焼き戻し（temper）のＡＡ５１８２アルミニウ
ム合金シートが好ましい。端部パネルのためのアルミニウム合金５０４２シート
は、Ｈ１９焼き戻しになっているのが好ましい。
【００１２】 ＡＡ５０４２のようなアルミニウム合金は、均質化されたインゴットとして提
供される。これを次に熱間圧延により約０．１２５ｉｎｃｈ（３．１８ｍｍ）の
中間的厚さにする。典型的には、その中間的厚さの製品を焼きなまし、次に熱間
圧延し、次に冷間圧延して約０．００８〜０．０１５ｉｎｃｈ（０．２０〜０．
３８ｍｍ）の厚さを有する最終的厚さの製品にする。このシートを重合体で被覆
し、次に食品容器本体へ延伸し（draw）、更に延伸する。Ｈ２Ｅ７２焼き戻しの
ＡＡ５０４２アルミニウム合金シートが好ましい。
【００１３】 本発明を実施するのに、アルミニウム合金シート表面の自然酸化物被覆で一般
に充分である。自然酸化物被覆は、通常約３０〜５０Åの厚さを有する。腐食に
対し一層よい保護を与えるためには、アノード酸化、又は水、水蒸気又は水溶液
中での水熱処理のような処理により酸化物被覆を成長させることができる。
【００１４】 本発明のアルミニウム合金シートは、表面に付着した何れかの残留潤滑剤を除
去するために一般にアルカリ性表面クリーナで奇麗にし、次に水で濯ぐ。もし残
留潤滑剤の量が無視できるならば、クリーニングはしなくてもよい。
【００１５】 次に、奇麗にしたシート表面を、約１〜２０ｇ／ｌのビニルホスホン酸・アク
リル酸共重合体（ＶＰＡ・ＡＡ共重合体）の水溶液を含有する下塗り剤組成物で
下塗りする。約４〜１０ｇ／ｌのその共重合体を含有する溶液が好ましい。共重
合体は、通常約５〜５０モル％のビニルホスホン酸、好ましくは約２０〜４０モ
ル％を含有する。特に好ましいＶＰＡ・ＡＡ共重合体は、約３０モル％のＶＰＡ
及び約７０モル％のＡＡを含有する。溶液は約１００〜２００°Ｆ（３８〜９３
℃）、一層好ましくは約１２０〜１８０°Ｆ（４９〜８２℃）の温度を有する。
特に好ましい溶液は約１７０°Ｆ（７７℃）の温度を有する。
【００１６】 シート表面を下塗り剤組成物中へ浸漬してもよく、又、組成物をシート表面上
にロール被覆又は噴霧してもよい。好ましい連続的クリーニング及び予熱ライン
は、約１０００〜１５００ｆｔ／分（３０５〜４５７ｍ／分）で操作する。シー
ト表面と下塗り剤組成物との間の接触時間は、ラインが１０００ｆｔ／分で操作
されている場合、約６秒で充分である。ＶＰＡ・ＡＡ共重合体は酸化物又は水酸
化物被覆と反応し、シート表面上に下地層を形成する。
【００１７】 場合により、下塗りしたシートを水で濯ぎ、酸化物又は水酸化物被覆と反応し
なかったＶＰＡ・ＡＡ共重合体部分を除去してもよい。濯ぎ水は約１７０〜１８
０°Ｆ（７７〜８２℃）の温度を有するのが好ましい。過剰の水を除去すること
により濯ぎ水を濃縮し、ＶＰＡ・ＡＡ共重合体を再循環するようにしてもよい。
幾つかの好ましい濃縮法には、逆浸透及び膜濾過（membrane filtration）が含
まれる。
【００１８】 下塗りしたシートを、好ましくは、有機溶媒中に分散した顔料粒子及び有機重
合体を含有する重合体組成物で被覆する。３種類の好ましい被覆重合体は、エポ
キシ、ポリ塩化ビニル、及びポリエステルである。適当なエポキシには、フェノ
ール修飾エポキシ、ポリエステル修飾エポキシ、及びエポキシ修飾ポリ塩化ビニ
ルが含まれる。
【００１９】 別法として、下塗りしたシートをエレクトロコーティング（electrocoating）
、スロットコーティング（slot coating）、又はエクストルージョンコーティン
グ（extrusion coating）により被覆してもよい。
【００２０】 顔料粒子は、二酸化チタン、アルミナ、又はシリカであるのが好ましい。０．
５〜１０μのメジアン粒径（median particle size）範囲の二酸化チタン粒子が
好ましい。
【００２１】 重合体被覆したシートを乾燥し、コイル状に巻き、次に最終的に容器本体又は
容器端部パネルに成形する。
【００２２】 本発明に従い、ＡＡ５１８２アルミニウム合金シートの幾つかの２ｉｎ．×４
ｉｎ．（５１ｍｍ×１０２ｍｍ）の試料をクリーニングし、ビニルホスホン酸・
アクリル酸共重合体で下塗りし、次にポリ塩化ビニル被覆組成物で被覆した。Ｖ
ＰＡ・ＡＡ共重合体は、３０モル％のＶＰＡ単位及び７０モル％のＡＡ単位を含
んでいた。
【００２３】 ＰＶＣ被覆試料を、抗赤色化性(ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｂｌｕｓｈｉ
ｎｇ)及び被覆接着性（coating adhesion）について試験した。一組の試料を、
ビールを満たしたビール缶中に入れ、缶を密封し、次にその缶を水浴で１８０°
Ｆ（８２℃）に３０分間加熱した。別の組の試料を、１８０°Ｆに加熱した脱イ
オン水浴中に３０分間浸漬した。
【００２４】 試験試料をそれらの試験環境から取り出し、脱イオン水で濯ぎ、乾燥した。赤
色化（blushing）を、もし肉眼観察で明白であるならば、記録した。被覆接着性
を次のようにして試験した。被覆を通って基体金属までナイフの刃で交差網状線
（水平線及び垂直線は約１／８インチ〜３／１６インチ離れていた）引いた。高
粘着性テープ（３Ｍ Ｎｏ．６１０）を交差網状線領域上に張り付けた。５秒間
接着させた後、そのテープを金属表面に対し約９０°の角度で引張ることにより
急速に剥がした。Ｐ（ＶＰＡ・ＡＡ）下塗り剤を用いたテープ試験、及びポリビ
ニルホスホン酸（ＰＶＰＡ）及びポリアクリル酸（ＰＡＡ）下塗り剤を用いた同
様なテープ試験の結果を下に示す。
【００２５】 表１． テープ試験結果 前処理 試験環境 ビール 水 ＰＶＰＡ−４．１ｇ／ｌ， １８０°Ｆ（８２℃）浴 不合格 不合格 ＰＶＰＡ−７．４ｇ／ｌ， １８０°Ｆ（８２℃）浴 不合格 不合格 ＰＡＡ−１．０ｇ／ｌ， １４０°Ｆ（６０℃）浴 不合格 不合格 ＰＡＡ−７．７ｇ／ｌ， １４０°Ｆ（６０℃）浴 不合格 不合格 Ｐ（ＶＰＡ−ＡＡ）−４．４ｇ／ｌ， １８０°Ｆ（８２℃）浴 合格 合格 Ｐ（ＶＰＡ−ＡＡ）−７．２ｇ／ｌ， １８０°Ｆ（８２℃）浴 合格 合格
【００２６】 現在好ましい態様について記述してきたが、本発明は、それ以外に特許請求の
範囲内で具体化することができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の方法の工程図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｄ 127/06 Ｃ０９Ｄ 133/02 133/02 143/02 143/02 163/00 163/00 167/00 167/00 Ｂ６５Ｄ 1/00 Ｂ Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ハレンスキー、ジョセフ、ピー アメリカ合衆国 ペンシルバニア、アルコ ア センター、テクニカル ドライブ 100、アルコア テクニカル センター (72)発明者 ジョンソン、ダニエル、シー アメリカ合衆国 ペンシルバニア、アルコ ア センター、テクニカル ドライブ 100、アルコア テクニカル センター Ｆターム(参考） 3E033 BA09 BA17 BA19 BA30 BB08 CA14 EA10 FA01 GA02 4D075 AE03 BB22X BB65Y BB93X CA13 CA33 DA03 DB07 DC42 EA06 EA07 EB15 EB22 EB32 EB33 EB35 EB56 EC02 EC03 EC05 EC11 EC30 EC54 4J038 CG031 CG051 CL001 DB001 DB061 DB461 DB471 DD001 HA156 HA211 HA216 HA446 KA06 KA08 PB04 PC02

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 食品又は飲料容器本体又は容器端部パネルに成形するのに適
    した重合体被覆アルミニウム合金シートを製造する方法において、 （ａ） 酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムを含む表面部分を有するアル
    ミニウム合金シートを提供するステップ、 （ｂ） 前記表面部分を、水及びビニルホスホン酸・アクリル酸共重合体から本
    質的になる水溶液を含有する下塗り剤組成物で被覆し、それによって前記共重合
    体と前記酸化物又は水酸化物との反応生成物を含む下地層を形成するステップ、
    及び （ｃ） 前記下地層を、ポリ塩化ビニル、エポキシ、及びポリエステルからなる
    群から選択された重合体を含有する被覆組成物で被覆するステップ、 を含む、上記重合体被覆アルミニウム合金シートを製造する方法。
  2. 【請求項２】 更に、 （ｄ） 前記シートを容器本体又は容器端部パネルに成形するステップ、 を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 更に、 （ｄ′） ステップ（ｂ）の後で、かつステップ（ｃ）の前に、前記シートを濯
    ぎ、前記酸化物又は水酸化物と反応しなかった前記共重合体の部分を除去するス
    テップ、 を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記共重合体が、約５〜５０モル％のビニルホスホン酸を含
    有する、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記共重合体が、約２０〜４０モル％のビニルホスホン酸を
    含有する、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記下塗り剤組成物が、水に溶解した約１〜２０ｇ／ｌの前
    記共重合体を含有する、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記下塗り剤組成物が、ステップ（ｂ）で約１２０〜２００
    °Ｆ（４９〜９３℃）の温度を有する、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記被覆組成物が、更に有機溶媒を含有する、請求項１に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 前記被覆組成物が、更に二酸化チタン、シリカ、及びアルミ
    ナからなる群から選択された顔料の粒子を含有する、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記アルミニウム合金シートが、ＡＡ５０００シリーズの
    アルミニウム・マグネシウム合金を含む、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記被覆組成物が、ポリ塩化ビニルを含有する、請求項１
    に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載の方法により製造された、重合体被覆アル
    ミニウム合金シート。
  13. 【請求項１３】 約２０〜４０モル％のビニルホスホン酸及び約６０〜８０
    モル％のアクリル酸を含有するビニルホスホン酸・アクリル酸共重合体から本質
    的になる下塗り剤組成物、及びポリ塩化ビニルを含有する被覆組成物、で被覆さ
    れたＡＡ５０００シリーズのアルミニウム・マグネシウム合金を含む、請求項１
    ２に記載の重合体被覆アルミニウム合金シート。
  14. 【請求項１４】 請求項３に記載の方法により製造された、アルミニウム合
    金容器本体又は容器端部パネル。
  15. 【請求項１５】 （ａ） ＡＡ５０００シリーズのアルミニウム・マグネシ
    ウム合金を含むアルミニウム合金シートで、酸化アルミニウム又は水酸化アルミ
    ニウムを含む表面部分を有するアルミニウム合金シート、 （ｂ） 前記酸化物又は水酸化物と、約２０〜４０モル％のビニルホスホン酸
    単位を含有するビニルホスホン酸・アクリル酸共重合体との反応生成物を含む下
    地層、及び （ｃ） 前記下地層に接着した被覆組成物で、ポリ塩化ビニル、エポキシ、及
    びポリエステルからなる群から選択された重合体を含有する被覆組成物、 を含む、重合体被覆アルミニウム合金シート。
  16. 【請求項１６】 食品又は飲料容器本体又は容器端部パネルに成形するのに
    適した重合体被覆アルミニウム合金シートを製造する方法において、 （ａ） ＡＡ５０００シリーズのアルミニウム・マグネシウム合金を含むアル
    ミニウム合金シートであって、酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムを含む
    表面部分を有するアルミニウム合金シートを提供するステップ、 （ｂ） 前記表面部分を、約５〜５０モル％のビニルホスホン酸を含有するビ
    ニルホスホン酸・アクリル酸共重合体約１〜２０ｇ／ｌ及び水から本質的になる
    水溶液を含有する組成物で被覆し、それにより前記共重合体と前記酸化物又は水
    酸化物との反応生成物を含む層を形成するステップ、及び （ｃ） ポリ塩化ビニル、エポキシ、及びポリエステルからなる群から選択さ
    れた重合体を含有する被覆組成物で前記層を被覆するステップ、 を含む、上記重合体被覆アルミニウム合金シートを製造する方法。
  17. 【請求項１７】 前記水溶液が、水及び約４〜１０ｇ／ｌの共重合体から本
    質的になる、請求項１６に記載の方法。
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