专利名称：成型金属表面润滑和表面调理剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及成型金属表面润滑和表面调理剂。更具体地讲，本发明涉及可改善铝罐移动性而同时又不会降低喷在其表面上的涂料或油漆粘附性的润滑和表面调理剂。
铝罐常用作许多产品的容器，成型后一般都用酸性清洗剂进行清洗以除去其表面上的铝粉和其它污物。近来出于环境因素并考虑到铝罐上残留物进行酸洗影响其中饮料香味的可能性，致使人们认为碱洗除去铝粉和污物更为有利。但铝罐处理一般会使其内外表面达到不同的蚀比。例如达到无铝粉内表面通常会因外表面粗糙度提高而在传送线上带来难于移动的问题。
这类铝罐移动性问题在将其传送过单台注入机以及印制机时表现得特别明显。因此铝罐加工业迫切要求改善其外表面的静摩擦系数以提高其移动性而同时又不会降低喷在其表面上的涂料或油漆粘附性。提高铝罐移动性的原因在于该行业总的趋势是想在设立新的生产厂时提高产量而同时又不增加资本投入。提高产量的需要不断要求铝罐制造商加快其生产线和印制速度以保证单位时间内铝罐增产20～40%。例如铝罐通过印制台的最大速度一般平均为约1150罐/分钟，而要求该速度提高到约1400～1500罐/分钟或更高。
但无论酸洗或碱洗的完全清洁铝罐的特点一般是表面粗糙度高，因此静摩擦系数也高。这种特性阻碍了试图提高其生产线速度时罐通过单台注入机和印制机的移动。结果是除罐大量损坏而外，还会导到印制时的传送失效问题，经常出现堵塞，停机以及产量降低。
改善铝罐表面特性的另一原因是考虑到生产中有可能干扰或降低罐送到印制或贴标台时进行印刷的能力。例如罐清洗后其外表面可贴标签并可在内表面上喷漆。这种情况下主要关心的问题是涂料和油漆的粘附性。
因此迫切需要开发可提高铝罐通过注入机和印制机的移动性以提高产量，减少生产线堵塞现象，最大限度降低停机次数并降低罐损坏率的办法。本发明目的即提出提高铝罐移动性而解决前述问题的措施。
除了操作实施例或另有说明而外，所有成分量或本文所用反应条件的数据均应认为是“大约”值。
本发明已发现清洗后涂在铝罐表面上的润滑和表面调理剂可提高其移动性。润滑和表面调理剂可降低罐外表面上的静摩擦系数并可大大提高其生产线速度。
更具体地讲，本发明已发现涂在铝罐外表面上的有机薄膜可作为降低静摩擦系数并因此提高其移动性的润滑剂。还发现罐移动性的提高取决于有机薄膜的厚度或涂量以及涂料的化学性质。
本发明铝罐润滑和表面调理剂可选自水溶性有机磷酸酯;醇;脂肪酸，包括一，二，三和多元酸;脂肪酸衍生物如盐，羟基酸，酰胺，酯，醚及其衍生物;以及其混合物。
本发明铝罐润滑和表面调理剂最好包括水溶性饱和脂肪酸衍生物如乙氧基化硬脂酸或乙氧基化异硬脂酸或其碱金属盐如多氧乙基化硬脂酸盐和多氧乙基化异硬脂酸盐。此外，铝罐润滑和表面调理剂可包括至少带4碳的可水溶性醇并可含高达约50摩尔的环氧乙烷。若醇包括平均每摩尔醇含约20摩尔环氧乙烷的多氧乙基化油酰醇，则可获得优良的效果。
此外，本发明铝罐润滑和表面调理剂最好包括磷酸酯或乙氧基化烷基醇磷酸酯。这些磷酸酯为市售产品，可采用美国GAFCorporation，Wayne，NewJersey以商品名GafacPE510以及EthoxChemicals，Inc.，Greenville，S.C.以商品名Ethfac136和Ethfac161出售的产品。一般来讲，有机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。
铝罐润滑和表面调理剂可在其清洗循环，其处理循环之一，其水洗循环之一或最好是在其最终水洗循环过程中涂到其表面上。此外，润滑和表面调理剂可在其最终水洗循环之后即烘干之前或在烘干之后采用水或挥发性不易燃溶剂液以细粒喷雾法喷涂到罐表面上。已发现润滑和表面调理剂可沉积在罐的铝表面上而使其具有所要求的特性。润滑和表面调理剂可进行喷涂施用并可通过化学或物理吸附与铝表面发生反应而使其形成符合要求的薄膜。
一般来讲，在罐清洗过程中，洗涤后通常要进行酸性水冲洗。之后可按本发明用包括阴离子表面活性剂如磷酸酯的润滑和表面调理剂予以处理。在这种情况下，处理体系的pH值很重要，一般应为酸性即在约1～约6.5之间，最好在约2.5～约5之间。如果罐在酸性水冲洗后不用本发明润滑和表面调理剂处理，则进行自来水冲洗，然后再用去离子水冲洗。在这种情况下，制成含有本发明润滑和表面调理剂的去离子水冲洗液，其中可包括选自前述多氧乙基化醇或多氧乙基化脂肪酸的非离子表面活性剂。这样进行处理之后将罐送入烘箱烘干，然后再作进一步的加工处理。
涂在罐表面上的润滑和表面调理剂量应足以将其外表面静摩擦系数降为约1.5或更低，最好降为约1或更低。一般来说，外表面上的润滑和表面调理剂涂量应达到约3mg/m2～约60mg/m2左右。
为了更好地理解本发明，可参考以下实施例，这些实施例仅用于举例说明本发明，并不限制其保护范围。
实施例1该实施例旨在说明提高罐通过工业制罐设备的导轨和印制台时的自由移动性所需的润滑和表面调理剂量并表明该润滑和表面调理剂不会对印在其外表面上的标签以及喷在其内表面上的油漆粘附性产生不利影响。
从工业制罐机来的未清洗铝罐用Amchem Products Division，Henkel Corporation，Ambler，PA出售的碱性清洗剂并按该公司的Ridolin 3060/306工艺进行清洗。在实验室小型清洗机中一次洗14个罐并在最终冲洗步骤中用不同量的润滑和表面调理剂处理后送入烘箱进行干燥。所用润滑和表面调理剂包括约10%活性多氧乙基化异硬脂酸盐浓缩物，为Ethox Chemicals，Inc.，Greenville，S.C.以商名Ethox M I-14出售的乙氧基化非离子表面活性剂。将处理罐送回制罐机进行生产线速度和印制质量评价。然后将印制罐分成两组，每组包含4～6个罐。将所有罐浸入下述的粘附试验液之一中达20分钟。
试验液A180°F下在3∶1的去离子水∶自来水中的1% Joy (市售液态洗盘剂，Procter and Gamble Co.)溶液。
试验液B212°F下去离子水中的1% Joy 洗涤剂溶液。
从粘附试验液中取出印制罐后用锋利金属物体画出交叉线，穿过涂料或油漆而露出铝线并试验涂料粘附性。该试验包括将Scotch(Scotch为3M公司的注册商标)透明胶带No610牢固地贴在划线区域上，然后再用力将其从该区域上拉下来。试验结果评价如下10为优，表明该带未从表面上剥下任何涂料;8为合格;而0为最差。其间用肉眼观察罐表面上是否有任何涂料或油漆剥离痕迹。
此外，再用实验室静摩擦试验机评价罐的静摩擦系数。该装置测定与铝罐表面性能有关的静摩擦。这是用斜面进行的，其中用匀速移动仪，转子和连在斜面自由摆动端上的缆绳使斜面上移弧度达90°。用与斜面底相连的托架支撑起水平位置相距约0.5英寸的2个罐，其顶部面对斜面的固定端。再将第3个罐放在这2个罐上，以其顶部面对斜面的自由摆动端，并使所有这3个罐的边对准以使其互相平齐。
一旦斜面沿弧度运动，计时器就自动工作。当斜面达到某一角度而使第3个罐可从下面的2个罐上自由地滑动时，光电开关即关掉计时器。这段以秒计的时间常称为“滑动时间”。静摩擦系数等于罐开始移动时斜面摆角的正切。
粘附试验和静摩擦系数评价结果平均值列于下表1表1润滑和调理粘附试验评价试验号剂浓缩物静摩擦(体积%)试验溶液OSWISWID系数1对照(未处理)----1.42220.1B1010100.94130.25A101010-40.5B9.5＊10100.80150.75A1010100.63061.0B1010100.64372.0A1010100.56685.0B1010100.547910.0A9.8＊10100.560＊肉眼观察到外壁极少量剥离痕迹，主要在接触标记处。表1中OSW为外侧壁;ISW为内侧壁;ID为内顶。
概括地讲，已发现将润滑和表面调理剂浓缩物涂到清洗铝罐表面上，则即使在极低使用浓度下也可提高其自由移动性，而且即使在20～100倍于降低静摩擦系数所要求的使用浓度下进行试验也不会对印制标签或内部的油漆产生不利影响。
实施例2该实施例表明实施例1铝罐润滑和表面调理剂在工业制罐设备中当罐以1260罐/分钟的速度通过印制台时的应用情况。
铝罐产品用酸性清洗剂(Amchem Products，Inc.，Ambler，PA出售的Ridoline
125 CO)进行清洗，然后用非铬化涂料(Alodine
404)进行处理，之后进行“滑动”试验发现罐外表面摩擦系数为约1.63。这些罐经过印制台进行加工时，可以1150～1200罐/分钟的速度通过印制台而不会过分出现“卡紧”现象即对罐进行不适宜加载。在这种情况下，不会使罐在印制滑块上不适宜地受载。每一次“卡紧”都要损失一个必须废弃的罐，因为这样的罐不适于进行下一阶段的加工处理。
将约1毫升/升铝罐的润滑和表面调理剂加到洗罐机的去离子洗涤水体系中，这样可将罐外表面的静摩擦系数降为1.46或从其初始值降低约11%。在罐通过印制机后，已发现内外涂料的粘附性均未受润滑和表面调理剂的影响。此外，可将印制机速度提高到其1250～1260罐/分钟的机械限度而不会出现新的问题。
同样，通过提高加入去离子洗涤水体系中的铝罐润滑和表面调理剂浓度即可将其静摩擦系数降低20%而不会对其内馔苛系恼掣叫圆焕跋臁６以 4小时试验期可将印制机速度连续保持在1250罐/分钟。
实施例3该实施例表明其它原料用作铝罐润滑和表面调理剂基本成分的应用情况。
于约105°F下用pH约12的碱性清洗剂溶液将铝罐清洗约35秒钟。罐冲水洗涤后用包括不同磷酸酯溶液的3种不同润滑和表面调理剂进行处理。磷酸酯溶液1包括磷酸酯(GAF Corporation，Wayne，New Jersey以商品名Gafac PE 510出售的产品)，其浓度为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出售的产品)，其浓度为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出售的产品)，其浓度为1.5克/升。
以罐静摩擦系数标明的移动性评价结果如下磷酸酯溶液pH静摩擦系数13.60.47623.30.63032.60.770前述磷酸酯溶液均使铝罐达到合格的移动性，但完全布满了“残水点”。需要使罐达到无残水点即其表面上带连续水膜，因为不然的话就存在大量水珠，水膜不均匀和不连续。为了确定这是否有利于罐的印制，可评价其粘附性。也就是说，将装饰罐切开并在包括3∶1去离子水∶自来水的1%液态盘洗剂溶液(Joy )中煮沸10分钟。罐用去离子水冲洗后干燥。如同实施例1，在罐内、外侧壁和内顶上划8条交叉线。交叉线上用胶带粘好，然后用力将胶带撕下。评价罐的粘附值。平均值结果如图表2所示。
表2粘附性评价磷酸酯溶液OSWISWID对照10101019.86.81.029.810103101010其中OSW，ISW和ID如上述。
作为对照，外侧壁，内侧壁以及内顶上均未观察到剥离现象(无涂料粘附性损失)。
对于磷酸酯溶液1，观察到外侧壁上几乎无剥离现象，内侧壁上大量出现剥离，内顶则完全失效。
对于磷酸酯溶液2，观察到外侧壁上几乎无剥离现象，内侧壁和内顶上均无剥离现象。
对于磷酸酯溶液3，观察到内外侧壁和内顶上均无剥离现象。
权利要求
1.铝罐润滑和表面调理剂组合物，其中包括水溶性有机物，可选自磷酸酯，醇，脂肪酸，包括一，二，三和多元酸；脂酸酸衍生物如盐，羟基酸，酰胺，酯，醚及其衍生物；以及其混合物。
2.权利要求1的组合物，其中有机物包括至少4碳醇以及高达50摩尔的环氧乙烷。
3.权利要求2的组合物，其中醇选自平均含约20摩尔环氧乙烷/摩尔醇的多氧乙基化油酰醇。
4.权利要求1的组合物，其中有机物包括脂肪酸衍生物。
5.权利要求4的组合物，其中脂肪酸衍生物包括乙氧基化硬脂酸，乙氧基化异硬脂酸，或其碱金属盐。
6.权利要求1的组合物，其中有机物包括磷酸酯或乙氧基化烷基醇磷酸酯。
7.降低金属罐外表面静摩擦系数并提高罐移动性的方法，其中包括在其外表面涂润滑和表面调理剂组合物，其中包括水溶性有机物，可选自磷酸脂，醇，脂肪酸，包括一，二，三和多元酸;脂肪酸衍生物如盐，羟基酸，酰胺，酯，醚，醚及其衍生物;以及其混合物。
8.权利要求7的方法，其中有机物包括至少4碳醇以及高达50摩尔的环氧乙烷。
9.权利要求8的方法，其中醇选自平均含约20摩尔环氧乙烷/摩尔醇的多氧乙基化油酰醇。
10.权利要求7的方法，其中有机物包括脂肪酸衍生物。
11.权利要求10的方法，其中脂肪酸衍生物包括乙氧基化硬脂酸，乙氧基化异硬脂酸，或其碱金属盐。
12.权利要求7的方法，其中有机物包括磷酸酯或乙氧基化烷基醇磷酸酯。
13.权利要求7的方法，其中在罐清洗后涂有机物。
14.权利要求13的方法，其中在罐处理循环中涂有机物。
15.权利要求13的方法，其中在罐清洗后的最终水洗循环中涂有机物。
16.权利要求12的方法，其中在pH约1～约6.5之间进行处理循环。
17.权利要求12的方法，其中在pH约2.5～约5之间进行处理循环。
18.权利要求7的方法，其中罐上所涂有机物量足以将其外表面的静摩擦系数降低到约1.5或更低。
19.权利要求7的方法，其中罐上所涂有机物量足以将其外表面的静摩擦系数降低到约1或更低。
20.权利要求7的方法，其中罐上所涂有机物量为约3mg/m2～约60mg/m2表面。
全文摘要
成型金属表面特别是饮料容器的润滑和表面调理剂可降低金属表面的静摩擦系数并提高其移动性而同时又不会对喷在其上的涂料或油漆粘结性产生不利影响。调理剂为水溶性有机物，可选自磷酸酯，醇，脂肪酸，包括一，二，三和多元酸，脂肪酸衍生物如盐，羟基酸，酰胺，酯，醚及其衍生物，以及其混合物。
文档编号C10M105/26GK1030245SQ8810327
公开日1989年1月11日 申请日期1988年6月1日 优先权日1987年6月1日
发明者塞姆·B·爱渥德 申请人:阿姆奇姆产品公司