去除镀锡钢板表面上附着的有机材料构成的涂层的方法与流程

本发明涉及一种用于去除在镀锡钢板的表面上附着的由有机材料构成的涂层的方法。

背景技术：

为了制造例如用于罐头或者饮料罐的三件式的罐子的罐身而使用镀锡的包装钢(白铁皮)。为了改善白铁皮的抗腐蚀性已知的是，白铁皮表面涂覆有有机涂层，例如有机漆或者由聚合物材料，例如聚对苯二酸乙二醇脂(pet)，聚丙烯(pp)或者聚乙烯(pe)构成的聚合物涂层。在白铁皮表面上的这种有机涂层尤其当罐子的容纳物是酸性的并且罐子材料因此必须抗酸时是必需的。为此，白铁皮的至少一个侧面要配置有机涂层，其在罐子制造之后形成罐子的内侧。从现有技术出发，两侧涂层的罐子也是已知的。

在制造三件式的罐子时，具有有机涂层的白铁皮部段为了形成罐身辊轧成圆柱形外罩并且在纵向接缝处焊接，例如通过电阻焊，尤其是电阻缝焊接或者横向缝焊。为此，白铁皮的锡表面必须在焊接区域中没有有机涂层。为了确保这一点，例如由现有技术已知，在随后对白铁皮涂漆时在随后罐子制造时形成焊接区域的白铁皮表面的区域中设置无漆的留空部。这在生产技术上是复杂的并且使得上漆工艺变得昂贵。

在例如通过叠层pet薄膜或者通过直接挤出熔融流动的聚合物材料如pe或者pp来为白铁皮涂覆聚合物材料时，白铁皮表面的整面地涂覆聚合物涂层。为了在白铁皮部段的焊接区域中设置无涂层(无聚合物)的留空部，因此必需的是，在白铁皮表面上涂覆聚合物涂层之后再次去除在焊接区域中的聚合物涂层。这例如可以利用激光实现，利用激光使得电磁辐射照射到聚合物涂层中并且电磁辐射由聚合物涂层吸收，从而聚合物涂层燃烧掉。但是，在燃烧聚合物涂层时在白铁皮表面上产生燃烧过的聚合物残留物。这在随后对焊接区域进行焊接时是干扰性的并且因此必须被化学地去除。

技术实现要素：

因此需要用于去除在镀锡钢板(白铁皮)的表面上附着的由有机材料、尤其是有机漆构成的涂层或者聚合物涂层的简单和快速的方法，利用该方法可以在镀锡钢板的表面上产生没有有机材料的留空部，以便能够在该留空部的区域中对镀锡钢板进行焊接。该方法在此适宜地用于不使用化学品进行清洁的情况。

该目的通过根据权利要求1的方法实现。该方法的优选的实施方式由从属权利要求中获得。

在根据本发明的方法中提出，在镀锡的并且具有有机涂层的钢板的表面上的预设的、尤其是条带形的区域中利用具有预设波长的电磁辐射进行照射，有机涂层对于该波长来说至少基本上是透明的。通过电磁辐射在预设的区域中射入的能量密度在此如此地选择，即镀锡的钢板的锡层在被照射的区域中熔融或者至少熔化。通过锡层的熔融或者熔化，首先有机涂层从锡层上脱离，并且然后可以在根据本发明的方法的随后步骤中容易地从熔融或熔化之后再次变硬的锡层上去除。从锡层上脱离的涂层的有机材料例如可以通过抽吸或者吹拂被去除。在此不需要使用化学品，例如化学清洗溶剂。

由电磁辐射照射到锡层中的能量密度适宜地如此地选择和设定，即锡层至少表面地被加热到高于锡的熔点的温度并且由此表面地被熔化或者锡层在其整个厚度(直至钢板)上熔化。

为了加热钢板并进而阻止热负载并且为了使得熔融或者熔化的锡层快速地再次变硬，电磁辐射的照射适宜地仅仅以预设的和受限的照射时长实现。在照射结束之后，锡层的熔化的表面或者全部熔化的锡层迅速地再次硬化，其中利用钢板还是冷的核心通过热传导实现快速和自动的温度平衡。通过锡层的熔化或者熔融，在锡层上附着的有机涂层从锡表面上脱离并且在熔化或者熔融的锡层硬化之后还保持与之分离，并且因此可以在锡层硬化之后毫无问题地去除。

在此指出，甚至可以通过提高照射的电磁辐射的能量密度使得镀锡钢板的锡层的有机涂层爆裂。当通过电磁辐射照射的能量密度高到使得锡层的锡表面地蒸发时，实现了有机涂层从锡层上的突然爆裂。在此证实，在30ns的照射时间时需要大于4j/cm²的能量密度。

相应地，高的能量密度适宜地由脉冲激光产生，从而钢板的热负载保持尽可能地小并且例如避免热学上引起的变形。为此，例如可以使用具有脉冲频率在1-100khz的范围中的并且脉冲长度在1至1000ns的范围中的脉冲激光，脉冲长度优选在10至100ns的范围中。

电磁辐射的波长优选在近红外(nir)中并且尤其在0.8至2.5μm的范围中。在该波长范围中，通常用于白铁皮的有机涂层的有机材料，例如像有机漆，如乙烯基漆、环氧树脂漆或者环氧酚醛树脂漆或者聚合物材料pet，pp和pe至少基本上是透明的。透明在此理解为，即涂层的有机材料的透射率对于所使用的电磁辐射的波长来说高于75％。由此确保，即电磁辐射至少尽可能不被吸收地穿过有机涂层并且基本上在锡层的表面和有机涂层之间的分界面处起作用，从而使得锡层至少表面地熔化或者在其整个厚度上熔融。有机涂层在此通过该照射不会被影响或者至少几乎不受影响。尤其是不会出现有机材料的燃烧，因此不会产生有机燃烧残留物。

附图说明

本发明的该优点和另外的优点由接下来参考附图进一步说明的实施例获得。图中示出：

图1是在具有有机涂层的白铁皮板的实例上的根据本发明的方法的示意图，该涂层在预设的区域中利用根据本发明的从白铁皮表面上去除，以便形成留空部；

图2是一个图表，其示出了镀锡钢板(白铁皮)的保留的锡覆盖物和在根据本发明的方法中电磁辐射的照射到锡层中的能量密度的关系；

图3是在白铁皮的有机涂层中的留空部的细节视图，其中在图3a中留空部处于边缘并且在图3b中处于白铁皮部段的中心；

图4是涂覆了有机涂层的白铁皮的横截面。

具体实施方式

在图1a和图1b中示出了用于在涂覆有机材料的白铁皮板上执行根据本发明的方法的两个实施方案变体。两侧具有有机涂层2的白铁皮1(镀锡钢板)在图4中以横截面示出。从图4中可看到层构造，其包括钢板1a、涂覆在其两侧上的锡层1b以及在锡层1b上附着的有机涂层2。锡层1b优选地电解地涂覆到钢板1a上。按照目的，锡层1b在电解地涂覆到钢板1a上之后至少部分地熔化，从而在锡层1b和钢板1a之间的分界面处形成合金层1c，其由钢的铁原子和锡层1b的锡原子构成。合金层使得锡层1b良好地附着在钢板1a上并且提高了白铁皮1的抗腐蚀能力。

在锡层1b的表面上附着的涂层2由有机材料构成。有机材料例如可以是有机漆，例如像乙烯基漆、环氧树脂漆或者环氧酚醛树脂漆。有机涂层2也可以由聚合物材料，例如聚对苯二酸乙二醇脂(pet)，聚丙烯(pp)或者聚乙烯(pe)形成。聚合物涂层在此例如可以通过叠层聚合物薄膜，尤其是pet薄膜，pp薄膜或者pe薄膜或者通过直接挤出熔融流动的聚合物材料，如pet，pe或者pp来涂覆。

利用根据本发明的方法，在白铁皮1的锡层1b上附着的有机涂层2在预设的区域中被去除，从而在涂覆后的白铁皮的表面上产生留空部，其没有有机材料。产生的留空部可以在随后制造三件式的罐子的时候形成焊接区域，在该焊接区域处，白铁皮可以被焊接以制造罐身。

在图1中示出的实施例中设置有条带形的留空部3，其纵向方向平行于白铁皮1a的轧制方向w延伸并且其横向于轧制方向w以相对于彼此的预设间距d延伸。在执行完根据本发明的方法之后，由图1a示出的白铁皮1剪切成白铁皮部段4，其中在该方法中在白铁皮表面上形成留空部3。为此计划出的区域在图1a中虚线地示出。每个如此由白铁皮1切割出的部段4可以用于制造三件式罐子的罐身，其中，部段4为此弯曲成圆柱形外罩并且在其边缘处焊接在一起。每个部段4的在罐身制造时被焊接在一起的边缘都具有利用根据本发明的方法产生的留空部3，其没有有机材料，从而能够将留空部3的区域彼此焊接在一起。在图1a中在右侧的部段4的情况中，在最下面的行中示出了由该部段4形成的罐身的高度h和周长u。

以相应的方式，利用根据本发明的方法也可以在白铁皮1的表面上形成留空部3，其横向于钢板1的轧制方向w延伸并且在轧制方向w中具有预设的间距。根据本发明的方法的该设计方案变体在图1b中示出。在该设计方案变体中，在产生留空部3之后也从白铁皮1中切出部段4，其为了制造罐身而在包含有留空部3的边缘处沿着焊缝进行焊接。

为了在涂层的白铁皮1的表面上产生留空部3，首先将在锡层1b的表面上附着的涂层2从锡层1b上去除，这通过具有较高能量密度的电磁辐射，例如激光辐射照射涂层的白铁皮1的表面来实现。适宜的单色电磁辐射的波长在此如此选择，即有机涂层2对于具有所选择的波长的辐射来说至少基本上是透明的。由此应该确保，即照射的电磁辐射至少基本上完全没有吸收地穿过有机涂层2并因此到达锡层1b的区域中。为此当有机涂层2对于电磁辐射的所选择的波长来说的透射在至少75％就足够了。

如下地选择照射的电磁辐射的能量密度和照射时间，即锡层1b通过电磁辐射的照射至少在表面上加热到高于锡的熔点(232℃)的温度。由此，锡层1b至少表面地熔化。在电磁辐射的侵入深度足够高并且照射时间足够长时，锡层1也能够完全地在其整个厚度上被加热到高于锡熔点的温度并进而完全地熔化。

为了使表面熔化的或者完全的熔化的锡层1b可以再次变硬，电磁辐射的照射在预设的照射时长之后结束。适宜的照射时长在1纳秒至1000纳秒(ns)的范围中，优选在10和100ns之间并且特别在参考照射时长为30ns时。辐射的所照射的能量密度e在此优选地匹配该照射时长t，其中在能量密度e(t)和照射时长之间产生以下关系：

其中，

-t[ns]是照射时长，

-e(t)[j/cm²]是在预期的照射时长时的能量密度，

-tref＝30ns是参考照射时长并且eref是在参考照射时长时的参考能量密度

-以及eref在1j/cm²和8j/cm²之间。

通过锡层1b的短时的熔化或者熔融，有机涂层2从锡层1b上脱离，而该锡层至少是表面熔融流动的。在熔化或者熔融的锡层1b硬化之后，有机涂层2不附着或者很少地附着在锡层1b的表面上。因为不再存在附着或者最多存在非常少的附着，从锡层1b上脱离的涂层2能够接下来容易地去除，例如通过气流的吹拂或者通过以低压抽吸或者也通过机械作用。

为了实现在留空部3处的平滑的边缘，适宜的是，在留空部3的边缘处切下还附着在锡层1b上的并且由有机材料制成的保留的涂层2。这例如可以通过激光切割实现，其中，为此使用具有以下波长的切割激光，该波长由有机涂层2吸收。

已证实，留空部3的边缘的切割也能够非常高效地通过电磁辐射执行，该电磁辐射在根据本发明的方法中用于熔化或熔融锡层1b。为此，需要超过4j/cm²的能量密度。当照射了具有超过4j/cm²的能量密度的电磁辐射时，锡层1b不仅仅被加热到锡熔点之上的温度，而且实现了在锡层1b的表面上的锡的蒸发。通过锡的表面蒸发，在锡层1b上附着的涂层2从锡层1b上爆裂并且由此自动地脱离，而无需用于去除涂层2的有机材料的主动步骤。通过有机材料的突然爆裂，涂层2的爆裂区域从涂层2的还应该保留在白铁皮表面上的剩余区域脱离。在该方法步骤中不需要将留空部3的边缘区域从涂层2的还残留在白铁皮表面上的区域切割掉。

通过比较试验可以确定，即在照射时长为30ns时在能量密度为1.0至4.0j/cm²的区域中，仅仅实现了锡层1b的熔化或者熔融，相反在能量密度超过4j/cm²时实现了有机涂层从锡层1b上的突然爆裂，因为在如此高的能量密度的情况下，在锡层1b的表面上的锡被蒸发。这在图2的图表中示出。在该图表中根据照射的能量密度示出了在执行完根据本发明的方法之后由于照射具有不同的能量密度的电磁辐射而在钢板1a上保留的锡层1b的锡覆盖物(重量覆盖)，其中保留的锡覆盖物在横坐标中示出并且照射的能量密度在图表的纵坐标中示出。在此示出，即在照射了能量密度为4.5j/cm²至5.5j/cm²的电磁辐射的情况下保留的锡覆盖物比照射了能量密度在2至4.0j/cm²范围内的电磁辐射的情况下保留的锡覆盖物少大约20％。由此可以获知，即在以高能量密度照射时保留的锡层1b的锡覆盖物降低，由此可以断定，即锡层1b的一部分在表面处蒸发。在图2的图表中还示出了锡覆盖物的合金化的部分，其在合金层的区域中与钢的铁原子合金化。

应该防止在照射用于熔化或者熔融锡层1b的电磁辐射时使用过高能量密度，以便在锡层1b中保留足够大量的自由的锡。在自由的锡有至少0.5g/m²的重量覆盖时，镀锡的钢板1保持良好焊接性。因此，电磁辐射的能量密度优选被限定到最大8j/cm²。

接下来描述用于执行根据本发明的方法的实例：

实例1(比较实例)

在涂覆有pet薄膜的白铁皮1上，通过利用波长为9.3μm的co2激光进行照射在涂层2中产生了留空部3。涂层2的材料(pet)对于所使用的激光的波长(9.3μm)基本上是不可穿透的并且因此吸收了所照射的激光辐射。激光辐射在此以20khz的脉冲频率和在最大激光功率1kw时的20％的占空比脉冲地照射。通过照射激光辐射，在白铁皮1上叠层的pet薄膜被燃烧。没有调整激光以使得pet薄膜可以无残留地燃烧并且从白铁皮面上去除。至少在激光照射区域的中央中保留pet薄膜的薄的残余薄膜。该薄膜剩余物通过再一次照射也不能被去除。即使提高激光功率也不会导致无残留的去除，而是在非常高的激光功率时仅仅导致在白铁皮1中的不希望的热感应的应力。

实例2(根据本发明的实例)

实例1的相同的白铁皮1以脉冲的固体激光照射而替代以二氧化碳激光进行照射，固体激光的波长在1.03μm。对于该波长来说，涂层2的有机材料(pet)是透明的，从而激光辐射至少基本上在锡层1b和叠层的pet薄膜之间的分界面处起作用。选择10至100ns和尤其是30ns的短脉冲时长，从而在白铁皮1的热负载很少的情况下能够在锡层1b中尽可能产生高的能量输入。脉冲的激光辐射的脉冲频率在1至100khz的范围中选择，尤其是使用10khz的脉冲频率。激光脉冲的脉冲重叠在10％和50％之间变化，其中线性重叠为10％。通过照射的能量密度的变化和脉冲重叠的变化可以测定，即在能量密度高于4j/cm²时实现有机涂层2从锡层1b上的突然爆裂，其中锡层1b表面地蒸发。

通过波长1.03μm的脉冲的激光束的照射，能够无残留地在涂层2中产生条带形的留空部。通过利用激光辐射在留空区域中照射涂覆后的白铁皮1，涂层2首先从锡层1b上脱离并且之后能够例如通过吹拂或者抽吸被去除。

实例3(根据本发明的实例)

为了从白铁皮中剥离出涂层2的条带形的留空部，在白铁皮部段的边缘处的第一区域3a中利用实例1的激光以3j/cm²的能量密度照射大约4mm宽的条带，如在图3a中所示。通过利用能量密度大约3j/cm²的激光辐射进行照射，锡层1b表面地熔化，由此涂层2在该区域中从熔化的锡层上脱离。在朝着部段的内部的相邻的、同样条带形的第二区域3b中，白铁皮1利用具有更高的能量密度5j/cm²的激光进行照射。通过该高的能量密度，锡层1b的锡在那里表面地蒸发并且导致涂层2的突然爆裂。由此，涂层2的爆裂区域同时在激光照射的第二区域3b中从涂层2上切下，该涂层在白铁皮的没有被照射的区域中还保留在锡层1b的表面上。通过该方法步骤，可以使得保留的涂层2与被分离的涂层干净地分离并由此产生目标留空部3的干净边缘。在激光照射的区域3a和3b中与白铁皮分离的涂层能够接下来毫无问题地利用气流吹掉或者利用抽吸装置抽吸。

以相应的方式，白铁皮1的涂层2的条带形留空部3也能够在白铁皮部段或者板的中央产生，如在图3b中所示，其中在此为了分离还保留在锡表面上的涂层2，利用＞4j/cm²的较高的能量密度照射留空部3的外部区域3b以便使得涂层2的突然爆裂，并且以＜4j/cm²的较低能量密度照射内部区域3a。

实例4

根据实例2和3处理的白铁皮样本1在执行完根据本发明的方法后在留空部3的区域处通过电阻缝焊接来焊接，其中在该方法中在白铁皮部段的边缘处产生条带形的留空部3。白铁皮部段能以在制造3件式罐子时通常使用的焊接速度毫无问题地沿着焊缝在留空部的区域中焊接。