專(zhuān)利名稱(chēng)：用于金屬基底的表面處理方法和裝置以及相應(yīng)的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬基底的表面處理的方法和裝置，所述金屬基底尤其被設(shè)計(jì)用于裝飾容器和食品包裝，如電解錫涂布板、電解鉻涂布板、鋁、鋅涂布的鋼層壓制件，以及所述金屬基底的“卷材涂層(coilcoating)”。
本發(fā)明的目的是提出一種用于金屬基底的表面處理的方法，所述方法尤其適合于賦予保護(hù)金屬基底所使用的油漆體系更好的粘合性能。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提出一種處理所述油漆產(chǎn)品用以改進(jìn)表面性能的方法。
如上所述，在裝飾容器和食品的金屬包裝部件中，制造食品用容器所使用的鋼基材料是-電解錫涂布板；和-電解鉻涂布板。
與這些材料一起使用其它輔助金屬材料，這些輔助金屬材料是獲得最終容器必不可少的。
電解錫涂布板(ETP)在制造金屬鋼基容器用于罐頭工業(yè)和不同應(yīng)用中是最廣泛的材料。一般地，ETP由薄的“軟質(zhì)”鋼層壓制件制造，即具有低含量的碳和其它元素；所述鋼基材料在其兩個(gè)面上涂布有錫的薄層。
通過(guò)連續(xù)電解方法，電解錫涂布板中的錫沉積在基礎(chǔ)鋼上；就單位表面上沉積的錫的用量/質(zhì)量和就其機(jī)械特征這兩方面來(lái)說(shuō)，可生產(chǎn)非常寬范圍質(zhì)量的這種材料。
電解鉻涂布板或者電解鉻涂布的鋼(ECCS)或不含錫的鋼-鉻類(lèi)(TFS-CT)是鋼基材料，它是為減少錫的消耗而開(kāi)發(fā)的，且對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在容器部件內(nèi)，它能替代電解錫涂布板。
根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10202，該產(chǎn)品的官方定義如下“通過(guò)電沉積用鉻的氧化物或鉻的氫氧化物層涂布的由金屬狀態(tài)的鉻(粘附到鋼基礎(chǔ)材料上)組成的涂層，在兩個(gè)表面上涂布的低碳鋼的片材或卷材”。
輔助鋼基材料是電解方法涂布鋅或者通過(guò)浸漬在熔融鋅內(nèi)得到的鋅涂布的層壓制件，如平鋼層壓制件。
相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，尤其在金屬包裝內(nèi)的食品保存的歷史中，常見(jiàn)的做法是求助于油漆容器表面，其雙重功能是限制金屬物質(zhì)與食品的相互作用現(xiàn)象(內(nèi)部保護(hù))并提供預(yù)包裝的包裝材料(外部保護(hù))。
同樣的做法可用到在外側(cè)上裝飾的金屬容器上。
因此，在許多情況下，在金屬基底的兩個(gè)表面上使用聚合物涂層，以致于迄今為止正是后者提供與盒體結(jié)構(gòu)的一致性，同時(shí)實(shí)際上與產(chǎn)品接觸的容器組件是所謂的“油漆”。
對(duì)于一些類(lèi)型的金屬層壓制件和/或隨著更廣泛和更深入的機(jī)械操作的引入其厚度的逐漸下降來(lái)說(shuō)，油漆已經(jīng)擔(dān)當(dāng)了決定其加工性的基本角色。
通過(guò)一種或多種樹(shù)脂或聚合物在溶劑內(nèi)的溶液或分散液，構(gòu)成為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的油漆產(chǎn)品，所述溶劑可以是有機(jī)混合物或水與有機(jī)溶劑的混合物。此外，存在其它組分例如催化劑、增塑劑、增量劑、潤(rùn)滑劑和可能的顏料與有機(jī)添加劑。
以下列出了目前所使用的涂層的類(lèi)型-底漆和結(jié)合劑；-白色搪瓷；-環(huán)氧酚醛油漆；-無(wú)色罩光油漆；-有機(jī)溶膠油漆；和-印刷油墨。
所使用的技術(shù)可以分成溶劑基產(chǎn)品；和水基產(chǎn)品和粉末形式的產(chǎn)品；紫外線(xiàn)可交聯(lián)的產(chǎn)品(UV固化)和電子束固化(EB固化)。
表征在金屬基底上涂布油漆產(chǎn)品的主要參數(shù)中的一些以下述為代表基底的潤(rùn)濕性這是在涂料應(yīng)用中出現(xiàn)的主要特征之一?？勺⒁獾交椎臐?rùn)濕性問(wèn)題，所述問(wèn)題以“收縮”，即以可能受到局限但或多或少地在整個(gè)片材上分配的區(qū)域?yàn)榇?，其中在所述區(qū)域上，油漆沒(méi)有潤(rùn)濕基礎(chǔ)材料，且例如可來(lái)自于錫涂布板的過(guò)量和/或不均勻的上油(oiliing)。
對(duì)基底的粘合性這是涂布并干燥的油漆產(chǎn)品的主要特征之一影響油漆/油墨粘合到基底上的主要因素是-構(gòu)成膜的樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)的化學(xué)特征；-基底的表面特征，在金屬層壓制件的情況下，所述表面特征可歸因于鈍化/氧化狀態(tài)；-基底的潤(rùn)滑類(lèi)型與程度；和-以克/單位表面為單位的恰當(dāng)用量和所涂布的膜的烘烤/交聯(lián)。
對(duì)基底的粘合性也可對(duì)涂層的其它性能，例如耐機(jī)械性(涂層必須耐受機(jī)械操作且沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)度的損壞，例如一般來(lái)說(shuō)拉伸、成珠、折邊、接縫和處理操作)；耐化學(xué)性和耐熱處理(與具有寬范圍pH的溶液、鹽溶液、有機(jī)酸等接觸、巴氏滅菌或殺菌)具有決定性影響。
紫外線(xiàn)可交聯(lián)的涂層(油墨和油漆)是關(guān)鍵體系，它對(duì)與金屬基底的直接粘合提出了相當(dāng)大的難度。
美國(guó)專(zhuān)利3451871公開(kāi)了處理至少一種金屬部件(例如片材)用以增加在其上涂布的涂層的粘合性。通過(guò)在高壓(介于50000V至600000V)和高頻率(介于25kHz至400kHz)下交變電場(chǎng)來(lái)進(jìn)行處理。優(yōu)選地，電壓介于400000V至600000V，且頻率介于25kHz至75kHz。
因此，初步提出了使用非常復(fù)雜裝置(即，電極)的方法，以達(dá)到需要在其下操作的給定電壓和頻率，且當(dāng)在連續(xù)和非?？焖俚难h(huán)中使用時(shí)，由于電壓和頻率的高操作數(shù)值，導(dǎo)致當(dāng)然存在嚴(yán)重的實(shí)施和可靠性難題。
為了實(shí)現(xiàn)以上所述的目的并克服前面援引的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出進(jìn)行金屬基底的表面處理，所述表面處理由在待處理的材料表面上施加的高壓和中頻放電構(gòu)成。
形成本發(fā)明主題的處理與所謂的“電暈處理”具有一些類(lèi)似點(diǎn)，電暈處理可得到關(guān)于利用什么“能量”的一些觀(guān)點(diǎn)，以便獲得對(duì)塑料和金屬二者所需的影響。
然而，電暈處理被視為僅僅在塑料膜或小的厚度上施加，而在其它更加苛刻的應(yīng)用，例如大厚度的塑料中，它被定義為“三維電暈處理”。
使用電極和對(duì)電極，進(jìn)行用于塑料膜的常規(guī)的電暈處理。電極通常由金屬板組成，所述金屬板由不同厚度的不銹鋼或鋁制成。對(duì)電極由旋轉(zhuǎn)圓筒制成，所述旋轉(zhuǎn)圓筒由用硅氧烷鞘涂布的鋁制成。
可達(dá)到10000-13000V和10-15kHz的放電在電極和圓筒之間放電(strike)。在電極側(cè)面上處理的塑料膜在圓筒上滑動(dòng)，并因此通過(guò)放電往返移動(dòng)(traverse)，這將改性聚合物鏈，使它們斷裂并使諸如PP或PE之類(lèi)的材料具有極性，于是使之傾向于與油墨、粘合劑等具有良好的粘合性。
物體的三維電暈處理與以上所述的“傳統(tǒng)”電暈處理具有相同的原理，其差別是電壓和頻率較高，分別在12000-15000V和15-18kHz范圍內(nèi)。
對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，形成本發(fā)明主題的處理不可能定義為“電暈處理”，這是因?yàn)樵摬牧蠜](méi)有通過(guò)放電“往返移動(dòng)”且沒(méi)有“極化”，但確實(shí)經(jīng)歷了干燥脫脂。
相反，根據(jù)本發(fā)明的金屬處理可定義為干燥脫脂。
實(shí)際上通過(guò)高電壓和中頻放電來(lái)進(jìn)行本發(fā)明的處理，所述高電壓和中頻放電通過(guò)陶瓷電極被引到電解錫涂布板上。這一能量滲透到該材料的深層內(nèi)，并引起脂肪顆?；蛭廴疚飶闹忻撀?。
在金屬板上利用通過(guò)發(fā)電器和變壓器產(chǎn)生的能量，以便采用與以上提及的“電暈處理”完全不同的原理。
所生成的電壓一般為約30000V(不小于17000V且不大于49000V)，且施加到電極上的頻率為約22kHz(不小于18kHz且不大于24kHz)，所述電極通過(guò)由用絕緣陶瓷層涂布的不銹鋼或鋁制造的導(dǎo)電棒形成。火花直接在電極與待處理的板之間放電。該板沒(méi)有通過(guò)放電往返移動(dòng)，且采用電極引起的火花導(dǎo)致在表面和深度處存在的污染物上“挖掘(digging)”的工作。
所述的技術(shù)構(gòu)造是可能最好的一種。存在其它可能的不那么有效的變通方案，這些變通方案預(yù)計(jì)用其它絕緣材料，如硅氧烷、樹(shù)脂或熱固性材料替代陶瓷。電極可制成旋轉(zhuǎn)卷材或者冷卻的固定電極形式。
金屬基底，一旦采用前面所述的方法處理，則具有大于50達(dá)因/厘米的表面張力，從而保證在聚合物涂料(油漆和油墨)的粘合性方面的優(yōu)良性能。
存在目前使用的一些油漆，這些油漆已經(jīng)足夠充分地粘合到它們?cè)谄渖箱侀_(kāi)的金屬基底上；因此，對(duì)于這些油漆來(lái)說(shuō)，使用本發(fā)明的金屬基底處理不是必不可少的，即使這對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)粘合性是有利的。
一些油漆必須例如通過(guò)平版印刷術(shù)或噴墨印刷經(jīng)歷進(jìn)一步的表面涂布，且這些涂層具有與在金屬基底上鋪開(kāi)的常規(guī)油漆相同的缺點(diǎn)，即粘合力差。
本發(fā)明的處理在第二種情況中也是有利的，在所述第二種情況中，施加約30000V的電壓和約22kHz的頻率到已經(jīng)鋪開(kāi)且粘合到金屬基底上的油漆上，以便明顯地改進(jìn)與金屬直接接觸的油漆上其它膜或油漆的粘合特征。
僅僅通過(guò)闡述本發(fā)明的方式(如同在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中呈現(xiàn)的一樣)提供以下的實(shí)施例且無(wú)論如何不應(yīng)當(dāng)理解為限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來(lái)定義。
實(shí)施例1在第一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明直接在金屬基底上進(jìn)行處理，隨后油漆所述金屬基底。
基底電解錫涂布板類(lèi)型E1；鈍化311；測(cè)試涂層的粘合性A)使用0.4-cc Duncan Lynch，施加UV膠印油墨，并使用總劑量為100mj/cm2的(汞類(lèi)型的)UV燈交聯(lián)B)使用刮涂棒施加厚度為6微米的UV透明油漆，并使用總劑量為300mj/cm2的(汞類(lèi)型的)UV燈交聯(lián)在附

圖1中明顯可見(jiàn)該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
*粘合性-使用610型號(hào)的3M粘合劑膠帶，采用成格(chequered)-切割方法，在相應(yīng)的撕裂下進(jìn)行測(cè)試；結(jié)果用粘著的產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù)形式表達(dá)。
實(shí)施例2同樣在第二個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明直接在金屬基底上進(jìn)行處理，隨后油漆所述金屬基底。
基底電解鉻涂布板測(cè)試涂層的粘合性A)使用0.4-cc Duncan Lynch，施加UV膠印油墨，并使用總劑量為100mj/cm2的(汞類(lèi)型的)UV燈交聯(lián)B)使用刮涂棒施加厚度為6微米的UV透明油漆，并使用總劑量為300mj/cm2的(汞類(lèi)型的)UV燈交聯(lián)
*粘合性-使用610型號(hào)的3M粘合劑膠帶，采用成格-切割方法，在相應(yīng)的撕裂下，進(jìn)行測(cè)試；結(jié)果用粘著的產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù)形式表達(dá)。
實(shí)施例3在第三個(gè)實(shí)施例中，相反根據(jù)本發(fā)明，在油漆金屬基底之后進(jìn)行處理，為的是改進(jìn)它用UV可交聯(lián)的涂層再油漆的性能。
在金屬基底上施加聚酯-蜜胺性質(zhì)的透明底漆和丙烯酸-蜜胺性質(zhì)的白色底漆的處理，為的是改進(jìn)它用UV可交聯(lián)的涂層再油漆的性能。
基底施加到電解錫涂布板上的聚酯-蜜胺類(lèi)型的透明底漆和丙烯酸-蜜胺類(lèi)型的白色底漆測(cè)試涂層的粘合性A)使用0.4-cc Duncan Lynch，施加UV膠印油墨，并使用總劑量為100mj/cm2的(汞類(lèi)型的)UV燈交聯(lián)
*粘合性-使用610型號(hào)的3M粘合劑膠帶，采用成格-切割方法，在相應(yīng)的撕裂下進(jìn)行測(cè)試；結(jié)果用粘著的產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù)形式表達(dá)。
在附圖2中明顯可見(jiàn)該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
實(shí)施例4在第四個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)進(jìn)行許多測(cè)量表面張力的評(píng)價(jià)，在通過(guò)測(cè)量接觸角用以評(píng)價(jià)表面潤(rùn)濕性方面的改性，強(qiáng)調(diào)干燥脫脂處理之前和之后，處理對(duì)金屬面板的影響。
試驗(yàn)所使用的儀器DATAPHYSIC-C0ntact Angle System OCA參考液體蒸餾水，水滴體積7微升該儀器在20秒的間隔內(nèi)進(jìn)行許多次掃描。最后，它處理水滴接觸角的平均值。大數(shù)值的角意味著金屬的表面張力低，因此潤(rùn)濕性差(相反，小數(shù)值的角意味著金屬的表面張力較高，因此具有較好的潤(rùn)濕性)。
在同一表面上進(jìn)行許多次讀取。結(jié)果以多次數(shù)值的平均值形式獲得。
結(jié)果基底未處理的錫板鈍化311未處理接觸角70.6°-72.0°(平均71.3°)基底未處理的錫板鈍化311用干燥脫脂法處理接觸角26.6°-27.5°(平均27.1°)基底不含錫的鋼未處理接觸角86.0°-87.4°(平均86.7°)基底不含錫的鋼用干燥脫脂法處理接觸角55.5°-61.0°(平均58.2°)
權(quán)利要求
1.一種金屬基底的表面處理方法，該方法特征在于使用電極，施加電壓介于17000V至49000V和頻率介于18kHz至24kHz的放電到待處理的金屬基底的表面上，其中所述金屬基底事先油漆過(guò)或未油漆過(guò)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于生成的電壓為約30000V。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用的頻率為約22kHz。
4.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中金屬基底事先油漆過(guò)。
5.權(quán)利要求4的方法，其中涂布金屬基底的油漆通過(guò)平版印刷術(shù)、油墨印刷來(lái)進(jìn)一步涂布。
6.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中金屬基底事先沒(méi)有油漆過(guò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任何一項(xiàng)的方法表面處理金屬基底用的裝置，其特征在于電極由導(dǎo)電棒構(gòu)成，所述導(dǎo)電棒由用絕緣陶瓷材料層涂布的不銹鋼或鋁制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6的方法并采用權(quán)利要求7的裝置得到的金屬基底，其尤其用于食品包裝，其中所述金屬基底事先油漆過(guò)或未油漆過(guò)。
全文摘要
尤其用于裝飾容器和用于裝飾容器以及用于食品包裝的金屬基底的表面處理方法，該方法特征在于使用電極，施加電壓介于17000V至49000V和頻率介于18kHz至24kHz的放電到待處理的金屬基底的表面上，其中所述金屬基底事先油漆過(guò)或未油漆過(guò)。
文檔編號(hào)H01T19/00GK1984782SQ200480036611
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
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