ES2203241T3 - Imprimador de copolimero para recipientes de aleacion de aluminio para comidas y bebidas. - Google Patents
Imprimador de copolimero para recipientes de aleacion de aluminio para comidas y bebidas.Info
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Abstract
Un proceso para fabricar plancha de aluminio revestida con polímero apropiada para conformarla en cuerpos de recipientes de comidas o bebidas o paneles de acabado de recipientes, que comprende: (a) proporcionar una plancha de aleación de aluminio que tiene una parte de superficie que comprende óxido de aluminio o hidróxido de aluminio; (b) revestir dicha parte de superficie con una composición imprimante que comprende una disolución acuosa que consiste esencialmente en agua y un copolímero ácido vinilfosfónico-ácido acrílico, formando por consiguiente una capa de imprimación que comprende un producto de reac ción de dicho copolímero y dicho óxido o hidróxido; y (c) revestir dicha capa de imprimación con una composición de revestimiento que comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en poli(cloruro de vinilo), epóxidos y poliésteres.
Description
Imprimador de copolímero para recipientes de
aleación de aluminio para comidas y bebidas.
La presente invención se refiere a un nuevo
cuerpo de recipientes para alimentos o a un nuevo panel de acabado
de recipientes para alimentos o bebidas y a un proceso para
conformar los mismos a partir de planchas de aleación de aluminio.
Más específicamente, la invención se refiere a planchas de aleación
de aluminio revestidas con polímero que tienen una capa de
imprimación que comprende un producto de reacción de una capa de
óxido o hidróxido y un copolímero de ácido vinilfosfónico- ácido
acrílico.
Aunque el aluminio se autoprotege frente a la
corrosión formando un revestimiento natural de óxido, la protección
no es completa. En presencia de humedad y electrólitos, las
aleaciones de aluminio se corroen mucho más rápidamente que el
aluminio puro.
Por consiguiente, es necesario tratar los
sustratos de aleación de aluminio con imprimaciones u otros
productos químicos de tal forma que se proporcione una mejor
resistencia a la corrosión así como una afinidad de enlace fuerte
hacia los polímeros.
En la técnica anterior, los revestimientos por
conversión química se han formado en aleaciones de aluminio
"convirtiendo" una superficie del metal en un revestimiento
fuertemente adherente, parte del cual consiste en una forma oxidada
del aluminio. Los revestimientos por conversión química
proporcionan alta resistencia a la corrosión y mejor afinidad de
enlace hacia los revestimientos de polímero. Un revestimiento por
conversión de cromato se proporciona típicamente poniendo en
contacto el aluminio con una disolución acuosa que contiene iones
cromo hexavalente o trivalente, iones fosfato e iones fluoruro. En
los últimos años, ha aumentado la preocupación con respecto a los
efectos de polución de cromatos y fosfatos vertidos en vías
fluviales por tales procesos. Debido a la alta solubilidad y
carácter fuertemente oxidante de los iones cromo hexavalentes, deben
emplearse procedimientos caros de tratamiento de residuos para
reducir los iones cromo hexavalentes a iones cromo trivalentes para
eliminar el residuo.
Se han realizado ensayos, en la técnica anterior,
para producir revestimientos aceptables por conversión exentos de
cromatos para el aluminio. Por ejemplo, algunos revestimientos por
conversión exentos de cromatos contienen circonio, titanio, hafnio
y/o silicio, en ocasiones combinados con fluoruros, tensioactivos y
polímeros tales como ácido poliacrílico. A pesar de los amplios
esfuerzos que se han hecho previamente, todavía no hay un
revestimiento o imprimación por conversión sin cromatos enteramente
satisfactorio para mejorar la adhesión y la resistencia a la
corrosión de sustratos de aleación de aluminio revestidos de
polímero.
Un objetivo principal de nuestra invención es
proporcionar planchas de aleación de aluminio revestidas con
polímero que tienen una capa de imprimación que comprende un
producto de reacción de un copolímero de ácido vinilfosfónico-ácido
acrílico y una capa de óxido o hidróxido de aluminio en la
plancha.
Un objetivo relacionado de nuestra invención es
proporcionar una capa de imprimación para planchas de aleación de
aluminio que está exenta de compuestos de cromo.
Objetivos adicionales y ventajas de nuestra
invención se harán evidentes a los expertos en la técnica a partir
de la siguiente descripción detallada.
La figura 1 es un diagrama de flujo del proceso
de la presente invención.
De acuerdo con nuestra invención, se proporciona
un proceso para fabricar planchas de aleación de aluminio revestidas
de polímero apropiadas para ser conformadas en un cuerpo de
recipiente para alimentos o panel de acabado de recipiente para
alimentos o bebidas.
Algunas aleaciones de aluminio apropiadas para
fabricar cuerpos de recipientes o paneles de acabado de recipientes
incluyen aleaciones de aluminio-magnesio de las
series AA 5000 y particularmente las aleaciones AA 5042 y AA
5182.
Las aleaciones de aluminio apropiadas para
paneles de acabado de recipientes tales como AA 5182 se suministran
como un lingote o bloque o losa por técnicas de colada conocidas en
la técnica. Antes de usarlo, el lingote o bloque se somete a
elevadas temperaturas de homogenización. A continuación, la reserva
de aleación se lamina en caliente para proporcionar una plancha de
calibre intermedio. Por ejemplo, el material se puede laminar en
caliente a una temperatura de entrada del metal de aproximadamente
371,11ºC-523,89ºC (700-975ºF) para
proporcionar un producto intermedio que tiene un espesor de
aproximadamente 3,302 mm a 4,826 mm (0,130 pulgadas a 0,190
pulgadas). Este material se lamina en frío para proporcionar una
plancha con un intervalo de espesor de aproximadamente 0,203 mm a
0,381 mm (0,008 pulgadas a 0,015 pulgadas). Nosotros preferimos
plancha de aleación de aluminio AA 5182 con templado tanto H19 como
H39. La plancha de aluminio 5042 para paneles de acabado es
preferible con templado H19.
Las aleaciones de aluminio tales como AA 5042 se
suministran como un lingote que se homogeiniza. A esto sigue
laminado en caliente hasta un calibre intermedio de aproximadamente
3,175 mm (0,125 pulgadas). Típicamente, el producto de calibre
intermedio es recocido, seguido por laminado en caliente y a
continuación laminado en frío hasta un producto de calibre final
que tiene un espesor de aproximadamente 0,203 mm a 0,381 mm (0,008
pulgadas a 0,015 pulgadas). La plancha se recubre con un polímero y
a continuación se estira y se vuelve a estirar en cuerpos de
contenedor de alimentos. Nosotros preferimos plancha de aleación de
aluminio AA 5042 con templado H2E72.
El revestimiento de óxido natural de la
superficie de la plancha de aleación de aluminio es generalmente
suficiente para la práctica de nuestra invención. El revestimiento
natural de óxido tiene normalmente un espesor de aproximadamente
30-50 ángstroms. Para una mejor protección frente a
la corrosión, el revestimiento de óxido puede aumentarse por
tratamientos tales como oxidación anódica o tratamiento hidrotérmico
en agua, vapor de agua o disoluciones acuosas.
La plancha de aleación de aluminio de la
invención generalmente se limpia con un limpiador alcalino de
superficies para eliminar cualquier lubricante residual adherido a
la superficie y después se enjuaga con agua. La limpieza puede
evitarse si el contenido de lubricante residual es
despreciable.
La superficie de la plancha limpia se imprima
entonces con una composición imprimante que comprende una disolución
acuosa de aproximadamente 1-20 g/L de copolímero de
ácido vinil-fosfónico-ácido acrílico (copolímero
AVP-AA). Se prefieren disoluciones que contienen
aproximadamente 4-10 g/L del copolímero. El
copolímero usualmente comprende aproximadamente
5-50% en moles de ácido vinilfosfónico,
preferiblemente aproximadamente 24-40% en moles. Un
copolímero AVP-AA particularmente preferido contiene
aproximadamente 30% en moles de AVP y aproximadamente 70% en moles
de AA. La disolución tiene una temperatura de aproximadamente
37,78ºC-93,33ºC (100ºF-200ºF), más
preferiblemente aproximadamente 48,89ºC-82,22ºC
(120ºF-180ºF). Una disolución especialmente
preferida tiene una temperatura de aproximadamente 76,67ºC
(170ºF).
La superficie de la plancha puede sumergirse en
la composición imprimante o puede aplicarse la composición con
rodillo o pulverizarse sobre la superficie de la plancha. Una línea
preferida de limpieza y pretratamiento continuo se hace funcionar a
aproximadamente 305-457,4 metros por minuto
(1000-1500 pies por minuto). Un tiempo de contacto
de aproximadamente 6 segundos entre la superficie de la plancha y la
composición imprimante es suficiente cuando la línea se hace
funcionar a 305 metros por minuto (1000 pies por minuto). El
copolímero AVP-AA reacciona con el revestimiento de
óxido o de hidróxido para formar una capa de imprimación en la
superficie de la plancha.
Opcionalmente, la plancha imprimada puede
enjuagarse con agua para retirar la porción de copolímero
AVP-AA que no ha reaccionado con el revestimiento de
óxido o de hidróxido. El agua de enjuague preferiblemente tiene una
temperatura de aproximadamente 76,67ºC-82,22ºC
(170ºF-180ºF). El agua de enjuague se concentra
eliminando el exceso de agua de tal forma que el copolímero
AVP-AA puede reciclarse. Algunas técnicas de
concentración preferidas incluyen ósmosis inversa y filtración en
membrana.
La plancha imprimada se reviste con una
composición de polímero que incluye preferiblemente un polímero
orgánico y partículas de pigmento dispersas en un disolvente
orgánico. Los revestimientos de polímero preferidos son tres:
epóxidos, poli(cloruro de vinilo) y poliésteres. Los
epóxidos apropiados incluyen epóxidos fenólicos modificados,
epóxidos de poliéster modificados y epóxidos de poli(cloruro
de vinilo) modificados.
Alternativamente, la plancha imprimada puede
revestirse por electrodeposición, revestimiento en ranura o
revestimiento por extrusión.
Las partículas de pigmento son preferiblemente
dióxido de titanio, alúmina o sílice. Nosotros preferimos las
partículas de dióxido de titanio en el intervalo de tamaño medio de
partículas de 0,5 a 10 micrómetros.
La plancha revestida de polímero se seca, se
enrolla y finalmente a continuación se conforma en cuerpos de
recipiente o paneles de acabado de recipientes.
De acuerdo con la presente invención, unas
muestras de 50,8 mm x 101,6 mm (2 pulgadas x 4 pulgadas) de plancha
de aleación de aluminio se limpiaron, se imprimaron con copolímero
ácido vinilfosfónico - ácido acrílico y a continuación se
revistieron con una composición de revestimiento de
poli(cloruro de vinilo). El copolímero
AVP-AA contenía 30% en moles de unidades de AVP y
70% en moles de unidades de AA.
En las muestras revestidas de PVC se ensayó su
resistencia a la opalescencia y adhesión del revestimiento. Una
serie de muestras se introdujeron en una lata de cerveza llena de
cerveza, se selló la lata, y a continuación la lata se calentó a
82,22ºC (180ºF) durante 30 minutos en un baño de agua. Otra serie de
muestras se sumergieron durante 30 minutos en una baño de agua
desionizada calentado a 82,22ºC (180ºF).
Las muestras en ensayo se retiraron del medio de
ensayo, se enjuagaron con agua desionizada y se secaron. Se tomó
nota de la opalescencia, si era evidente por observación visual. La
adhesión del revestimiento se ensayó trazando una configuración de
cuadrícula (líneas horizontales y verticales de aproximadamente
3,175 mm (1/8 de pulgada) a 4,762 mm (3/16 de pulgada) a través del
revestimiento hacia la base del metal con la hoja de una cuchilla.
Se pegó una cinta de alta pegajosidad (3M No.610) sobre el área
cuadriculada. Después de 5 segundo de contacto, se eliminó
rápidamente la cinta tirando de ella con un ángulo de
aproximadamente 90º con respecto a la superficie del metal. Los
resultados de la prueba de la cinta con la imprimación
P(AVP-AA) y pruebas similares de cinta con
imprimaciones de ácido polivinilfosfónico (APVP) y poli(ácido
acrílico) (APA) se muestran a continuación.
| Medio de ensayo | ||
| Pretratamiento | Cerveza | Agua |
| APVP-4,1 g/L | Fallo | Fallo |
| Baño a 82,2ºC(180ºF) | ||
| APVP-7,4 g/L | Fallo | Fallo |
| Baño a 82,2ºC(180ºF) | ||
| APA-1,0 g/L | Fallo | Fallo |
| Baño a 60,0ºC(140ºF) | ||
| APA-7,7 g/L | Fallo | Fallo |
| Baño a 60,0ºC(140ºF) | ||
| P(AVP-AA)-4,4 g/L | Prueba | Prueba |
| Baño a 82,2ºC(180ºF) | positiva | positiva |
| P(AVP-AA)-7,2 g/L | Prueba | Prueba |
| Baño a 82,2ºC(180ºF) | positiva | positiva |
Habiendo descrito las realizaciones actualmente
preferidas, debe entenderse que la invención puede estar realizada
de otras maneras dentro del alcance de las reivindicaciones
anexas.
Claims (17)
1. Un proceso para fabricar plancha de aluminio
revestida con polímero apropiada para conformarla en cuerpos de
recipientes de comidas o bebidas o paneles de acabado de
recipientes, que comprende:
- (a)
- proporcionar una plancha de aleación de aluminio que tiene una parte de superficie que comprende óxido de aluminio o hidróxido de aluminio;
- (b)
- revestir dicha parte de superficie con una composición imprimante que comprende una disolución acuosa que consiste esencialmente en agua y un copolímero ácido vinilfosfónico-ácido acrílico, formando por consiguiente una capa de imprimación que comprende un producto de reacción de dicho copolímero y dicho óxido o hidróxido; y
- (c)
- revestir dicha capa de imprimación con una composición de revestimiento que comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en poli(cloruro de vinilo), epóxidos y poliésteres.
2. El proceso de la reivindicación 1, que
comprende además:
- (d)
- conformar dicha plancha en un cuerpo de recipiente o panel de acabado de recipiente.
3. El proceso de la reivindicación 1 ó 2, que
comprende además:
- (d')
- después de (b) y antes de (c), enjuagando dicha plancha para retirar una parte de dicho copolímero sin reaccionar con dicho óxido o hidróxido.
4. El proceso de la reivindicación 1, 2 ó 3 en el
que dicho copolímero comprende aproximadamente de
5-50% en moles de ácido vinilfosfónico.
5. El proceso de la reivindicación 4, en el que
dicho copolímero comprende aproximadamente de
20-40% en moles de ácido vinilfosfónico.
6. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha composición de
imprimación comprende aproximadamente 1-20 g/L de
dicho copolímero disuelto en agua.
7. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha composición de
imprimación tiene una temperatura de aproximadamente
49-93ºC (120º-200ºF) en la etapa (b).
8. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha composición de
revestimiento comprende además un disolvente orgánico.
9. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha composición de
revestimiento comprende además partículas de un pigmento
seleccionado del grupo que consiste en dióxido de titanio, sílice y
alúmina.
10. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha plancha de aleación
de aluminio comprende una aleación de
aluminio-magnesio de la serie AA 5000.
11. El proceso de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha composición de
revestimiento comprende poli(cloruro de vinilo).
12. Una plancha de aleación de aluminio revestida
con polímero fabricada según el proceso de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes.
13. La plancha de aleación de aluminio revestida
con polímero de la reivindicación 12, que comprende una aleación de
aluminio-magnesio de la serie AA 5000 revestida con
una composición de imprimación que consiste esencialmente en un
copolímero de ácido vinilfosfónico-ácido acrílico que comprende
aproximadamente de 20-40% en moles de ácido
vinilfosfónico y aproximadamente de 60-80% en moles
de ácido acrílico, y una composición de revestimiento que comprende
poli(cloruro de vinilo).
14. Un cuerpo de recipiente de aleación de
aluminio o panel de acabado de recipientes fabricado según el
proceso de la reivindicación 3.
15. Una plancha de aleación de aluminio revestida
con polímero que comprende:
- a)
- una plancha de aleación de aluminio que comprende una aleación de aluminio-magnesio de la serie AA 5000 y que tiene una parte de superficie que comprende óxido de aluminio o hidróxido de aluminio.
- b)
- una capa de imprimación que comprende un producto de reacción de dicho óxido o hidróxido con un copolímero de ácido vinilfosfónico-ácido acrílico que comprende aproximadamente 20-40% en moles de unidades de ácido vinilfosfónico; y
- c)
- una composición de revestimiento adherida a dicha capa de imprimación, comprendiendo dicha composición de revestimiento un polímero seleccionado del grupo consiste en poli(cloruro de vinilo), epóxidos y poliésteres.
16. Un proceso para fabricar plancha de aleación
de aluminio revestida de polímero apropiada para conformarla en
cuerpos de recipientes de alimentos o bebidas o paneles de acabado
de recipientes, que comprende:
- a)
- proporcionar una plancha de aleación de aluminio que comprende una aleación de aluminio-magnesio de la serie AA 5000 y que tiene una parte de superficie que comprende óxido de aluminio o hidróxido de aluminio.
- b)
- revestir dicha parte de superficie con una composición que comprende una disolución acuosa que consiste esencialmente en agua y aproximadamente 1/20 g/L de un copolímero de ácido vinilfosfónico-ácido acrílico, comprendiendo dicho copolímero aproximadamente de 5-50% en moles de ácido vinilfosfónico, formando por consiguiente una capa que comprende un producto de reacción de dicho copolímero y dicho óxido o hidróxido; y
- c)
- revestir dicha capa con una composición de revestimiento que comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste en poli(cloruro de vinilo), epóxidos y poliésteres.
17. El proceso de la reivindicación 16, en el que
dicha disolución acuosa consiste esencialmente en agua y
aproximadamente de 4-10 g/L del copolímero.
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