EP1837091B1 - Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumfolie mit einer funktionalen Direktbeschichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumfolie mit einer funktionalen Direktbeschichtung Download PDF

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EP1837091B1 EP07103889A EP07103889A EP1837091B1 EP 1837091 B1 EP1837091 B1 EP 1837091B1 EP 07103889 A EP07103889 A EP 07103889A EP 07103889 A EP07103889 A EP 07103889A EP 1837091 B1 EP1837091 B1 EP 1837091B1
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    • Y10T428/12438—Composite

Definitions

  • the production of aluminum foils by first cast a billet of aluminum or aluminum alloy, the ingot is hot rolled into a hot strip and then the hot strip is cold rolled by cold rolling with or without intermediate annealing to final thickness of the aluminum foil or from a casting belt by cold rolling with any heat treatment.
  • the rolling ingot can be subjected to a heat treatment or a homogenization according to choice before hot rolling.
  • the aluminum foil is preferably double-cold rolled and doubled again before winding onto a coil. After cold rolling or doubling the aluminum foil is usually trimmed, cut to size and wound into a coil. During further processing, the aluminum foil thus produced is then unwound and subjected to a pretreatment.
  • the aluminum foil is subjected to a heat treatment in heat treatment stations 7, with which in particular the rolling oil is removed from the surface of the aluminum foil 1.
  • An annealing of the aluminum foil does not necessarily have to take place at this point, so that even hard-rolled, coated aluminum foils 1 can be produced.
  • the heat treatment at the heat treatment stations 7 can also be used to accelerate grafting of the molecules applied to the aluminum surface.
  • the surface of the aluminum foil 1 can respond to the different requirements in the further processing for the production of, for example, composite materials or packaging materials immediately after the production of the aluminum foil 1 be prepared. Additional unwinding, coating and / or winding processes for pretreatment of the aluminum foil for further processing are no longer necessary in this respect.
  • the aluminum foil can also be cold rolled to final thickness and coated according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Aluminiumfolie, bei welchem die Aluminiumfolie aus einem Warmband oder Gießband aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Kaltwalzen mit oder ohne Zwischenglühung hergestellt wird und auf ein Coil aufgehaspelt wird, wobei vor dem Aufhaspeln optional eine Glühung der Aluminiumfolie erfolgt.
  • Bisher erfolgt die Herstellung von Aluminiumfolien indem zunächst ein Walzbarren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossen, der Walzbarren zu einem Warmband warmgewalzt und anschließend das Warmband durch Kaltwalzen mit oder ohne Zwischenglühungen auf Enddicke der Aluminiumfolie kaltgewalzt wird oder aus einem Gießband durch Kaltwalzen mit eventueller Wärmebehandlung. Der Walzbarren kann dabei nach Wahl vor dem Warmwalzen einer Wärmebehandlung bzw. einem Homogenisieren unterzogen werden. Um möglichst geringe Dicken der Aluminiumfolie zu erreichen, wird die Aluminiumfolie vorzugsweise gedoppelt kaltgewalzt und vor dem Aufwickeln auf ein Coil wieder entdoppelt. Nach dem Kaltwalzen bzw. dem Entdoppeln wird die Aluminiumfolie in der Regel besäumt, auf Maß geschnitten und zu einem Coil aufgehaspelt. Bei der Weiterverarbeitung wird die so hergestellte Aluminiumfolie dann erneut abgewickelt und einer Vorbehandlung unterzogen. Die Vorbehandlung besteht beispielsweise aus einem Einbrennlackieren, einem Primern oder einer Konversionsbehandlung der Aluminiumfolie. Bei der Konversionsbehandlung wird durch chemische Reaktion oberflächlich eine Barriere- und/oder Haftschicht gebildet, die kristallin oder amorph ist, welche beispielsweise vor Korrosion schützt und/oder eine bessere Lackhaftung ermöglicht. Da die Geschwindigkeiten bei der Weiterverarbeitung der Aluminiumfolie, der sogenannten "Veredlerfolie", beispielsweise bei der Herstellung von sterilisierbaren Verpackungsmitteln, zumeist größer sind als bei der Vorbehandlung der Aluminiumfolien, wird die Aluminiumfolie nach der Vorbehandlung erneut zu einem Coil aufgehaspelt und das Coil dann dem Weiterverarbeitungsprozess zugeführt. Noch größer sind die Unterschiede der Verarbeitungsgeschwindigkeit bei der Verwendung von selbstorganisierenden Molekülen als funktionale Beschichtung der Aluminiumfolie, da die Selbstorganisation der Moleküle bei hohen Bandgeschwindigkeiten nur unvollständig ist.
    Aus der JP 2004-360068 A ist eine Aluminiumfolie mit einer funktionalen Beschichtung bekannt.
  • Von dem zuvor geschilderten Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Aluminiumfolie zur Verfügung zustellen, mit welchem die Herstellkosten für Produkte, insbesondere sterilisierbaren Verbund- oder Verpackungsmittel, bestehend aus einer beschichteten Aluminiumfolie gesenkt werden können.
    Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe für ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass vor dem Aufhaspeln, insbesondere vor der optionalen Glühung der Aluminiumfolie, ein ein- oder zweiseitiges Beschichten der Aluminiumfolie mit einer funktionalen Beschichtung erfolgt.
  • Da erfindungsgemäß das ein- oder zweiseitige Beschichten der Aluminiumfolie mit einer funktionalen Beschichtung noch während der Herstellung der Aluminiumfolie erfolgt, können die bei der Weiterverarbeitung zur Aufbringung funktionaler Beschichtungen erforderlichen Abwickel- und Aufhaspelvorgänge der Aluminiumfolie vermieden werden und die Herstellkosten für Produkte mit beschichteten Aluminiumfolien verringert werden. Die ein- oder zweiseitige funktionale Beschichtung der Aluminiumfolie kann an die Weiterverarbeitung der Aluminiumfolie, beispielsweise zu einem sterilisierbaren Verbund- oder Verpackungsmittel, angepasst werden und unterschiedlichste Funktionen gewährleisten.
  • Beschichtete Aluminiumfolien mit einer besonders geringen Dicke können auf einfache Weise, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren, dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass die Aluminiumfolie beim Kaltwalzen gedoppelt wird und das Auftragen der funktionalen Beschichtung während des oder nach dem Entdoppeln der Aluminiumfolie erfolgt.
  • Wird die Aluminiumfolie vor dem Aufhaspeln besäumt und auf Maß geschnitten, wobei beim Besäumen oder Schneiden der Aluminiumfolie die funktionale Beschichtung der Aluminiumfolie aufgetragen wird, können bestehende Anlagen zur Anordnung von Mitteln zur Beschichtung der Aluminiumfolie verwendet werden und Investitionskosten eingespart werden. Man benötigt lediglich noch eine Auftragsvorrichtung für die funktionale Beschichtung.
  • Eine besonders einfache Möglichkeit die Aluminiumfolie ein- oder zweiseitig zu beschichten, wird gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erzielt, dass die funktionale Beschichtung unter Verwendung eines Lösungsmittels, insbesondere eines Walzöls, aufgetragen wird und vor dem Aufhaspeln der Aluminiumfolie zumindest eine Wärmebehandlung der Aluminiumfolie zur Entfernung des Lösungsmittels, insbesondere des Walzöls, erfolgt. Die Verwendung von Walzöl ist besonders vorteilhaft, da das Walzöl bereits beim Kaltwalzen verwendet wird. Dies führt dann zu einer problemlosen Benetzung der Oberfläche der Aluminiumfolie beim Auftragen der funktionalen Beschichtung und damit zu einer gleichmäßigen Beschichtung. Um Benetzungsprobleme beim Beschichten zu vermeiden, sollten die verwendeten Lösungsmittel vorzugsweise mit Walzöl verträglich sein, so dass ein möglichst hohes Benetzungsverhältnis erzielt wird. Allerdings ist auch vorstellbar, dass die funktionale Beschichtung nach dem Glühen der Aluminiumfolie erfolgt, wobei die Aluminiumfolie nach dem Glühen in der Regel kaum mehr Walzölrückstände aufweist. In diesem Fall ist daher nahezu ein beliebiges Lösungsmittel verwendbar.
  • Vorzugsweise wird die funktionale Beschichtung der Aluminiumfolie unter Verwendung eines Sprüh- oder Walzenauftragswerks aufgetragen. Das Sprühauftragswerk ermöglicht durch die Anordnung mehrerer Düsen auf einem Sprühbalken eine flexible Anpassung der Beschichtungsbreiten auf die entsprechende Breite der Aluminiumfolie. Bei dem Walzenauftragswerk erfolgt die Beschichtung der Aluminiumfolie durch Walzen, wobei die Auftragsmenge abhängig von der gewählten Gravur, Rasterung, Rauheit und der Relativgeschwindigkeit der Walze zur Folie ist. Damit können die Auftragsmengen für die funktionale Beschichtung sehr genau gesteuert werden.
  • Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn die Aluminiumfolie eine Dicke von 2 bis 100 µm aufweist, da Aluminiumfolien mit dieser Dicke für die Herstellung von Verpackungsmitteln üblicherweise beschichtet verwendet werden.
  • Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine funktionale Beschichtung mit Haftvermittler-, Release-, Korrosionsschutz- und/oder Benetzungsvermittlereigenschaften aufgetragen. Diese typischen Eigenschaften funktionaler Beschichtungen werden häufig bei der Herstellung von Verpackungsmitteln benötigt, beispielsweise um die Aluminiumfolie vor Korrosion durch Einflüsse des Füllgutes zu schützen. Die Haftvermittlungseigenschaft gewährleistet beispielsweise, dass auf die Aluminiumfolie aufzukaschierende Kunststofffolien, Klebstoffe, Lacke oder Druckfarben besonders gut an der Aluminiumfolienoberfläche haften. Beschichtungen mit Benetzungsvermittlereigenschaften werden vorzugsweise verwendet, sofern beim Auftragen einer Flüssigkeit auf die Aluminiumfolie, beispielsweise eines flüssigen Lackes, die Benetzungseigenschaften der Aluminiumfolie verbessert werden müssen, um beispielsweise eine nahezu vollständige Benetzung und Haftung zu erzielen. Releaseeigenschaften verhindern dagegen eine Benetzung bzw. Verschmutzung der Folie. Darüber hinaus sind auch andere funktionale Beschichtungen denkbar.
  • Vorzugsweise ist die funktionale Eigenschaft der Beschichtung, insbesondere die Haftvermittlungseigenschaft und/oder die Benetzungsvermittlungseigenschaft nachträglich aktivierbar, beispielsweise durch eine Flamm-, Plasma- oder Coronabehandlung. Damit kann gewährleistet werden, dass die entsprechenden Eigenschaften der Aluminiumfolie erst dann zum Tragen kommt, wenn diese im Herstellungsprozess benötigt werden, beispielsweise die Haftvermittlungseigenschaften kurz vor dem Aufbringen eines anderen Materials auf die Aluminiumfolienoberfläche.
  • Besonders gute Eigenschaften in Bezug auf den Korrosionsschutz, Haftvermittlung oder Benetzbarkeit kann dadurch erzielt werden, dass gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die funktionale Beschichtung aus einer Pfropfschicht, insbesondere aus selbstorganisierenden Molekülen, vorzugsweise aus Phosphonsäuren, Carbonsäuren oder deren Verbindungen oder Silanen gebildet wird. Bei einer Pfropfschicht wechselwirken die Kopfgruppen des adsorbierenden Moleküls mit dem Substrat, d. h. vorliegend mit den oberflächennahen Schichten der Aluminiumfolie. Aufgrund dieser Wechselwirkung werden die Kopfmoleküle an der Oberfläche näher aneinander geschoben, so dass nun die Mittelteile der verwendeten Moleküle in Wechselwirkung treten können. Diese bewirken aufgrund von Van-der-Waals-Kräften zusätzlich eine dichte Packung der Pfropfschicht auf der Aluminiumoberfläche. Beispielsweise kann durch diese dichte Packung der an der Oberfläche der Aluminiumfolie angelagerten Moleküle ein Auflösen der ausgebildeten Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche der Aluminiumfolie verhindert werden, da andere Verbindungen von der Aluminiumoberfläche ferngehalten oder verdrängt werden, so dass ein guter Korrosionsschutz erreicht wird. Die sich bildenden kovalenten, ionisch-kovalenten oder polaren Bindungen zur Aluminiumoxidoberfläche der Aluminiumfolie können auf einfache Weise zur Bildung eines aktivierbaren Haftvermittlers verwendet werden. Bei der Aktivierung des Haftvermittlers werden an den von der Oberfläche der Aluminiumfolie wegweisenden Enden der Moleküle der Pfropfschicht, beispielsweise durch eine Coronabehandlung, reaktive Gruppen gebildet, welche beispielsweise mit einer Kunststoffschmelze besonders feste Verbindungen eingehen. Phosphonsäuren, Sulfonsäuren und Carbonsäuren werden in der Regel zur Ausbildung eines Korrosionsschutzes verwendet. Silane werden dagegen typischerweise für die Bildung einer Haftvermittlungsschicht verwendet.
  • Werden substituierte Phosphonsäuren oder deren Derivate, insbesondere Diglycerid-Phosphonate, Alkylendiphosphonate oder Alkoxysilane zur Bildung der Pfropfschicht verwendet, kann durch Diglycerid-Phosphonate ein Benetzungsvermittler, durch Alkylendiphosphonate ein Korrosionsschutz und durch Alkoxysilane ein Haftvermittler durch die funktionale Beschichtung zur Verfügung gestellt werden.
  • Wie bereits oben ausgeführt, kann die erfindungsgemäß hergestellte Aluminiumfolie ohne zusätzliche Abwicklung, Oberflächenbehandlung und Aufwicklung zur Weiterverarbeitung, beispielsweise zur Herstellung eines Verpackungsmittels verwendet werden, so dass die Herstellkosten des Verpackungsmittels gesenkt werden können.
  • Vorteilhaft ist daher auch die Verwendung der Aluminiumfolie zur Herstellung von Verbundmaterialien, insbesondere sterilisierbarer Verbundmaterialien oder sterilisierbarer Verpackungsmittel. Einerseits gewährleistet die funktionale Beschichtung auch bei der Anwendung erhöhter Temperaturen, wie sie beim Sterilisieren auftreten, die Aufrechterhaltung genügender Haftung zwischen der Aluminiumfolie und dem für den Kontakt mit dem Füllgut vorgesehenen Material. Andererseits werden durch das Beschichten der Aluminiumfolie mit einer funktionalen Beschichtung unmittelbar nach bzw. während der Herstellung der Aluminiumfolie zusätzliche Prozessschritte im Bereich der Weiterverarbeitung eingespart. Im Ergebnis können bei einer Verwendung einer erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumfolie besonders geringe Herstellkosten für Verbundmaterialien, beispielsweise sterilisierbare Verbundmaterialien oder sterilisierbare Verpackungsmittel erzielt werden.
  • Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Aluminiumfolie oder deren Verwendung weiter zu gestalten und auszubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung.
  • Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Ansicht die Verarbeitungsschritte bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Aluminiumfolie 1. Nicht dargestellt ist in der Figur, dass die gedoppelte Aluminiumfolie 4 zuvor aus einem Warmband, welches aus einem Walzbarren aus einer Aluminiumlegierung warmgewalzt wurde, durch Kaltwalzen mit oder ohne Zwischenglühungen hergestellt und gedoppelt auf das Coil 2 aufgewickelt wurde.
  • Entsprechend der Figur wird zunächst die gedoppelte Aluminiumfolie 4 von einem Coil 2 abgewickelt, unter Verwendung eines Kaltwalzgerüstes 3 kaltgewalzt und anschließend entdoppelt. Die gedoppelte Aluminiumfolie 4 durchläuft das Kaltwalzgerüst 3 und wird dadurch auf ein minimales Endmaß, beispielsweise 2 bis 7 µm, kaltgewalzt. Nach dem Kaltwalzen der gedoppelten Aluminiumfolie 4 wird an den Führungswalzen 5 die gedoppelte Aluminiumfolie 4 entdoppelt und in zwei einfache Aluminiumfolien 1 aufgeteilt. Nach dem Entdoppeln erfolgt die funktionale Beschichtung durch das Sprühauftragswerk 6, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar nach dem Entdoppeln durchgeführt wird.
  • Für die funktionale Beschichtung wird bevorzugt Walzöl als Lösungsmittel verwendet, welches beim Kaltwalzen auf dem Aluminiumband vorhanden ist und insofern eine gute Benetzbarkeit der Oberfläche der Aluminiumfolie 1 ermöglicht. Es ist dabei denkbar unmittelbar beim Walzen der Folie das Walzöl als Lösungsmittel für die funktionale Beschichtung zu verwenden. Vorzugsweise bilden die mit dem Lösungsmittel auf die Aluminiumoberfläche aufgebrachten Moleküle eine Pfropfschicht, welche die Oberfläche der Aluminiumfolie, zumindest im späteren Verlauf vollständig bedecken. Eine vollständige Benetzung der Aluminiumfolie 1 ist dabei nicht erforderlich. Insbesondere bei selbstorganisierenden Molekülen wird durch Selbstorganisation eine dichte Packung auf der Aluminiumfolienoberfläche gebildet. Nach dem Aufsprühen der funktionalen Beschichtung auf die Oberfläche der Aluminiumfolie 1 können weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte Behandlungsschritte, beispielsweise ein Besäumen und ein Schneiden auf Maß erfolgen. Anschließend wird die Aluminiumfolie in Wärmebehandlungsstationen 7 einer Wärmebehandlung unterzogen, mit welcher insbesondere das Walzöl von der Oberfläche der Aluminiumfolie 1 beseitigt wird. Eine Glühung der Aluminiumfolie muss an dieser Stelle nicht notwendigerweise erfolgen, so dass auch walzharte, beschichtete Aluminiumfolien 1 hergestellt werden können. Die Wärmebehandlung an den Wärmebehandlungsstationen 7 kann aber auch dazu benutzt werden, ein Aufpfropfen der auf die Aluminiumoberfläche aufgebrachten Moleküle zu beschleunigen bzw. zu vervollständigen. Durch die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen, welche über das Sprühauftragswerk 6 auf die Oberfläche der Aluminiumfolie 1 aufgebracht werden können, kann die Oberfläche der Aluminiumfolie 1 auf die unterschiedlichen Anforderungen in der Weiterverarbeitung zur Herstellung, beispielsweise von Verbundmaterialien oder Verpackungsmitteln unmittelbar im Anschluss an die Herstellung der Aluminiumfolie 1 vorbereitet werden. Zusätzliche Abwickel-, Beschichtungs- und/oder Aufwickelprozesse zur Vorbehandlung der Aluminiumfolie für die Weiterverarbeitung sind insofern nicht mehr notwendig. Selbstverständlich kann die Aluminiumfolie auch einfach auf Enddicke kaltgewalzt und erfindungsgemäß beschichtet werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Aluminiumfolie, bei welchem die Aluminiumfolie aus einem Warmband oder Gießband aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Kaltwalzen mit oder ohne Zwischenglühung hergestellt wird und auf ein Coil aufgehaspelt wird, wobei vor dem Aufhaspeln optional eine Glühung der Aluminiumfolie erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    vor dem Aufhaspeln, insbesondere vor der optionalen Glühung der Aluminiumfolie ein ein- oder zweiseitiges Beschichten der Aluminiumfolie mit mindestens einer funktionalen Beschichtung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aluminiumfolie beim Kaltwalzen gedoppelt wird und das Auftragen der funktionalen Beschichtung der Aluminiumfolie während des oder nach dem Entdoppeln der Aluminiumfolie erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aluminiumfolie vor dem Aufhaspeln besäumt und auf Maß geschnitten wird, wobei beim Besäumen oder Schneiden der Aluminiumfolie die funktionale Beschichtung der Aluminiumfolie aufgetragen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Beschichten der Aluminiumfolie unter Verwendung eines Lösungsmittels, insbesondere eines Walzöls, erfolgt und vor dem Aufhaspeln der Aluminiumfolie, zumindest eine Wärmebehandlung der Aluminiumfolie zur Entfernung des Lösungsmittels, insbesondere des Walzöls, durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung der Aluminiumfolie unter Verwendung eines Sprüh- oder Walzenauftragswerk aufgetragen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aluminiumfolie eine Dicke von 2 bis 100 µm aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine funktionale Beschichtung mit Haftvermittler-, Release-, Korrosionsschutz- und/oder Benetzungsvermittlereigenschaften aufgetragen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Eigenschaften der Beschichtung, insbesondere die Haftvermittlungseigenschaft und/oder Benetzungsvermittlungseigenschaft nachträglich aktivierbar sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die funktionale Beschichtung aus einer Pfropfschicht, insbesondere aus selbstorganisierenden Molekülen, vorzugsweise aus Phosphonsäuren, Sulfonsäuren, Carbonsäuren oder deren Verbindungen oder Silanen gebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Phosphonsäure oder deren Derivate, insbesondere substituierten Diglycerid-Phosphonate, Alkylendiphosphonate oder Alkoxysilane zur Bildung der Pfropfschicht verwendet werden.
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