PL238500B1 - Sposób powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym, urządzenie do powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym i puszka z metalu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym z polimerowych tworzyw sztucznych, urządzenie do powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym z tworzyw sztucznych, i puszka z metalu powleczonego materiałem powłokowym z tworzyw sztucznych.

Powlekanie metalowych podłoży warstwami tworzywa sztucznego jest znane w praktyce, zwłaszcza tam gdzie zastosowany metal ma być chroniony przed warunkami atmosferycznymi, albo tam gdzie środowisko ma być zabezpieczone przed niepożądanym działaniem podłoża metalowego, jak w przypadku opakowań. Puszki przeznaczone do przechowywania żywności od dawna były wytwarzane ze stali ocynowanej, zabezpieczonej z jednej strony warstwą tworzywa sztucznego, w celu zapobiegania przedostawania się metalu do żywności oraz przeciwdziałaniu korozyjnego oddziaływania żywności na opakowania oraz z drugiej strony, aby zachować estetyczny wygląd opakowania. Innym zastosowaniem warstwy powłokowej jest umieszczenie wraz z nią na opakowaniu opisów handlowych, tekstów informacyjnych oraz dekoracji.

Warstwy powłokowe są najczęściej nakładane poprzez lakierowanie. Warstwa znajdująca się wewnątrz musi zapewniać dobre zabezpieczenie przed korozją od strony produktu, który ma być zabezpieczony i zapakowany, podczas gdy na zewnątrz ważny jest wygląd, na przykład połysk i kolor, oraz odporność mechaniczna.

Niektóre procesy, podczas wytwarzania opakowania, takie jak składanie korpusu, denka i wieczka w przypadku puszki do żywności, albo do kosmetyku, narzucają warstwie powłokowej bardziej szczegółowe wymagania.

Ważne jest, aby warstwa powłokowa na zewnątrz była zarówno odporna na zadrapania, jak i łatwo odkształcalna tak, aby wytrzymywała operację składania bez uszkodzeń.

Poza lakierowaniem częściowo wykończonego opakowania istnieje wiele innych możliwości wykonania powłoki zewnętrznej, na wcześniejszym etapie w łańcuchu produkcyjnym opakowania. Przykładem mogą być powłoki wykonane metodą powlekania walcowego, powlekania folią podczas którego na podłoże jest nakładana błona z tworzywa sztucznego, oraz powlekania przez wyciskanie półpłynnego tworzywa bezpośrednio na podłoże metalowe.

Każdy sposób powlekania ma swoje wady wynikające z właściwości materiału powłokowego. Z lakierowaniem jest związana wada odparowywania rozpuszczalników, zwłaszcza jeśli lakiery zawierają rozpuszczalniki organiczne.

Jednym z obszarów zastosowań metalowej puszki jest wykorzystanie jej jako opakowania środków kosmetycznych, technicznych lub chemicznych stosowanych w gospodarstwie domowym. Zwłaszcza podawanych w formie aerozolu i pakowanych pod ciśnieniem gazu pędnego. Puszki aerozo lowe wytwarza się w dwojaki sposób: jako puszki aluminiowe, monolityczne, jednoczęściowe oraz jako puszki ze szwem na pobocznicy połączonej z denkiem i wieczkiem. Wybór materiału na puszkę zależy od właściwości zawartości w opakowaniu oraz jego projektowanej pojemności. Aluminiowe puszki bezszwowe mają ograniczoną pojemność. Takich ograniczeń nie mają puszki stalowe ze szwem. Kosmetyki i chemikalia stosowane w gospodarstwie domowym stanowią przeznaczenie ok. 80% europejskiej produkcji puszek. Łączna światowa produkcja puszek szacowana jest na 15 miliardów sztuk rocznie z czego w Europie wytwarza się ok. 5,65 miliardów sztuk, z roczną tendencją wzrostową wynoszącą 5%. Technologia produkcji artykułów w formie aerozoli wymaga stosowania podwyższonego ciśnienia wewnątrz puszki. Poziom ciśnienia w puszce wynosi od 2,5 do 3,5 bar, przy czym zwykle oczekuje się wytrzymałości puszki na ciśnienie rzędu 15 bar. Wymaga to odpowiedniej wytrzymałości stali stosowanej do jej produkcji i odpowiedniej grubości stosowanej blachy. W wyniku obróbki plastycznej, wstęga blachy do produkcji puszek stalowych ma różną wytrzymałość na rozerwanie w różnych kierunkach arkusza, dlatego stosuje się blachę o grubości zapewniającej odpowiednią wytrzymałość puszki, dla parametru blachy w najsłabszym kierunku, a najsłabszym miejscem puszki stalowej jest szew spawu wzdłuż pobocznicy. Blacha na puszki aerozolowe ma zwykle grubość od 0,18 mm do 0,38 mm. Standardowo dla puszek o typowych pojemnościach zawierających artykuły chemii stosowanej w gospodarstwie domowym, przy zewnętrznej średnicy puszki wynoszącej 52 mm wynosi to 0,18 mm.

Z patentu polskiego nr PL 191296 znany jest sposób powlekania metalowego podłoża termoplastycznym materiałem powłokowym charakteryzujący się tym, że wstępnie podgrzewa się podłoże do temperatury wynoszącej tuż przed powlekaniem od 70°C do 150°C, korzystnie od temperatury 100°C

PL 238 500 B1 do 130°C dla powłoki zawierającej polipropylen, a od temperatury 80°C do 110°C dla powłoki zawierającej polietylen lub poliester. Na pierwszym stanowisku do powlekania, powleka się powierzchnię podłoża metalowego stopioną warstwą tworzywa poprzez dociśnięcie go w obecności ozonu, korzystnie w ilości 8 mg na m². Podłoże powleczone jednostronnie transportuje się na drugie stanowisko do powlekania, podgrzewa się je do temperatury od 70°C do 130°C, powleka się niepowleczoną powierzchnię podłoża stopioną, wyciśniętą warstwą tworzywa poprzez dociśnięcie jej do podłoża w obecności ozonu, uzyskując podłoże powleczone dwustronnie. Całość podgrzewa się do temperatury wyższej od temperatury topnienia nałożonego tworzywa, korzystnie od 150°C do 280°C, a następnie chłodzi.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP3205494 znana jest powlekana blacha, wykonana przez utworzenie powłoki na co najmniej jednej powierzchni blachy metalowej i dodatkowo pokryta warstwą żywicy organicznej na powłoce arkusza metalu. Powłoka zawiera żywicę fenolową jako środek utwardzający i kwas taninowy jako dodatek. Blachy mogą być wykorzystywane do wytwarzania puszek i pokrywek do puszek.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego JP2015003450 znany jest arkusz blachy powleczonej żywicą termoplastyczną otrzymany przez, powlekanie co najmniej jednej powierzchni blachy żywicą termoplastyczną za pomocą podkładu poliestrowego, przy czym podkład typu poliestrowego, jeżeli ma postać suchego arkusza gruntowego o grubości 10 mikronów, ma wydłużenie przy zerwaniu w zakresie od 9 do 200% przy prędkości rozciągania 1000 mm/min.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2017174345 znany jest sposób wytwarzania laminatu w linii do powlekania obejmującego następujące etapy:

- dostarczanie metalowego paska;

- wstępne rozgrzanie taśmy metalowej do temperatury co najmniej 100°C;

- wytwarzanie laminatu przez przywieranie pierwszej termoplastycznej powłoki polimerowej na jednej głównej powierzchni paska i drugiej termoplastycznej polimerowej warstwie powlekającej na drugiej głównej powierzchni paska, przy czym pierwszy polimer termoplastyczny składa się z polimeru o temperaturze topnienia poniżej 200°C;

- ogrzewanie laminatu w atmosferze gazu nieutleniającego do temperatury topnienia polimeru w drugiej warstwie powłoki polimerowej, i co najmniej do 220°C;

- szybkie chłodzenie lub hartowanie laminatu do temperatury poniżej 50°C.

Wynalazek dotyczy także powstałej w ten sposób taśmy metalowej lub puszki z niej wytworzonej.

Istotą sposobu powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym z tworzywa sztucznego do produkcji opakowań formowanych, przez łączenie krawędzi blachy jest to, że taśmę tworzywa sztucznego (1), o szerokości odpowiadającej szerokości arkusza blachy metalowego podłoża (2), zawierającą warstwę adhezyjną (19) podaje się na zespół podwójnych noży (4), wycina się i usuwa p aski tworzywa o szerokości od 1 mm do 10 mm, a następnie pozostałą taśmę z tworzywa nakłada się na arkuszach metalowego podłoża w formie blachy (2), podgrzanej wstępnie w piecu (6) do temperatury od 50°C do 180°C i dociska się wałkiem dociskowym (7), po czym pasy tworzywa sztucznego (10) pomiędzy arkuszami metalowego podłoża (2) przecina się w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy tworzywa (1). Jako tworzywo sztuczne stosuje się dowolne tworzywo polimerowe zwłaszcza poliolefiny lub poliestry. Wynalazek obejmuje także sposób powlekania metalowego podłoża (2) na wcześniej już ułożonej przynajmniej jednej warstwie tworzywa sztucznego (1), a także powlekanie metalowego podłoża (2) tworzywem (1) na przeciwnej do wcześniej powleczonej stronie podłoża.

Istotą urządzenia do powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym z tworzywa sztucznego do produkcji opakowań formowanych przez łączenie krawędzi blachy jest to, że zawiera podajnik (8) arkuszy blachy metalowego podłoża (2), piec (6) korzystnie ogrzewany promieniowaniem podczerwonym, podajnik (9) ciągłej taśmy tworzywa sztucznego (1), oraz zespół podwójnych noży (4) do wycinania pasków tworzywa sztucznego. Zespół podwójnych noży ma postać wałka (14) z parami obrotowych noży krążkowych (15), w których wzajemna odległość jest regulowana i wynosi od 1 mm do 10 mm, przy czym położenie par noży krążkowych (15) na wałku (14) jest regulowane; albo ma postać stałych par ostrzy o regulowanym położeniu.

Urządzenie ma także kolektor (10) do usuwania wyciętych pasków tworzywa sztucznego wyposażony w dysze próżniowe, dla każdego paska jedna dysza.

Urządzenie bezpośrednio przed wałkiem dociskowym (7) ma ruchomy stół (11) do korygowania położenia arkusza blachy (2) metalowego podłoża, oraz zespół noża (12) do przecinania tworzywa sztucznego w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy (1). Nóż (12) może mieć postać pod

PL 238 500 B1 grzewanej gilotyny, wiązki laserowej lub strumienia wody. Urządzenie może być wyposażone w dozownik warstwy adhezyjnej (13) oraz suszarkę (3) warstwy adhezyjnej do usuwania nadmiaru rozpuszczalnika. Podajnik (13) i suszarka (3) umieszczone są wówczas bezpośrednio za podajnikiem (9) ciągłej taśmy tworzywa sztucznego (1).

Istotą puszki z metalu (17) jest to, że powierzchnia metalu (18) jest przynajmniej z jednej strony powleczona przynajmniej jedną warstwą meteriału powłokowego z tworzywa sztucznego (1), przy czym poziome przekroje puszki mają przynajmniej dwa różne wymiary (20, 21).

Sposób według wynalazku, realizowany w urządzeniu według wynalazku pozwala na wytwarzanie laminowanych materiałów metalowych na opakowania z płaskich arkuszy blachy metalowej, które łączone są techniką zgrzewania, zawalcowywania lub spawania. W technice tej istotną przeszkodą jest warstwa tworzywa znajdująca się w bezpośrednim sąsiedztwie spoiny. Sposób pozwala na uzyskanie niezbędnego marginesu na operację zespalania krawędzi.

Laminowanie płaskich arkuszy blachy pozwala na wcześniejsze zorientowanie położenia arkusza w zależności od mechanicznych własności blachy, nadanych jej przez wcześniejszą obróbkę hutniczą i takie jej ustawienie by, w kierunku występowania największych naprężeń w puszce oraz położenia spawu, który jest najsłabszym elementem puszki, blacha miała największą wytrzymałość. Jest to istotne zwłaszcza dla produkcji opakowań o zmieniającej się średnicy wzdłuż osi pionowej. Opakowania takie wytwarzane są z wstępnie uformowanych cylindrów, poddawanych następnie formowaniu pod ciśnieniem gazu. Tworzywo sztuczne umieszczone na zewnątrz opakowania pozwala na wykorzystanie go jako nośnika informacji - etykiety - o znacznie lepszej jakości druku niż ta, na jaką pozwalają inne techniki nanoszenia tekstów bezpośrednio na opakowanie. Możliwe jest także uzyskiwanie dodatkowych efektów estetycznych opakowania, takich jak efekt holograficzny oraz 3D, w połączeniu z fantazyjnym kształtem opakowania, co jest nieosiągalne przy stosowaniu techniki lakierowania. Wykorzystanie zwiększonej wytrzymałości blachy przez orientację arkusza blachy w kierunku jego większej wytrzymałości pozwala zredukować grubość blachy o ok. 17% przy zachowaniu niezmienionych parametrów wytrzymałości puszki, jak przedstawiono w przykładzie 5 realizacji wynalazku. W praktyce produkcji typowych puszek aerozolowych stosowanych w gospodarstwie domowym oznacza to stosowanie blach o grubości 0,15 mm zamiast 0,18 mm. Zmniejszenie grubości blachy, poza niewątpliwymi efektami ekologicznymi związanymi ze zmniejszeniem zapotrzebowania na stal, niesie także korzystny efekt ekonomiczny wynikający ze zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w procesie formowania puszek oraz, zmniejszenie kosztów transportu lżejszej blachy i lżejszych produktów gotowych w postaci puszek lub zapakowanych artykułów w aerozolu.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku z boku, fig. 2 przedstawia widok urządzenia z góry, fig. 3 - przekrój laminatu, fig. 4 - widok arkusza metalu laminowanego pasami tworzywa sztucznego, fig. 5 - podłużny przekrój puszki.

P r z y k ł a d 1

Taśmę politereftalanu etylenu (1) o grubości 15 mikrometrów (1) i szerokości odpowiadającej szerokości arkusza blachy stalowej ocynowanej 950 mm (2), zawierającą warstwę kleju termotopliwego, podaje się ciągle na wałek zawierający zespół podwójnych noży (4) rolkowych, wycina się i usuwa paski tworzywa o szerokości 6 mm, a następnie układa się na arkuszach metalowego podłoża (2), podgrzanych wstępnie w piecu (6) do temperatury 150°C i dociska wałkiem dociskowym (7), po czym pasy tworzywa sztucznego pomiędzy arkuszami metalowego podłoża (2) przecina się w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy tworzywa (1) nożem laserowym. Otrzymuje się, arkusze blachy laminowanej pasami politereftalanu etylenu (16).

P r z y k ł a d 2

Na zadrukowaną taśmę poliestrową (1) o grubości 10 mikrometrów (1 ) o szerokości odpowiadającej szerokości arkusza blachy aluminiowej (2), nanosi się wałkiem grawerowanym dwuskładnikowy klej poliuretanowy na bazie octanu etylu, poddaje się suszeniu w suszarce (3) i przesuwa ciągle na wałek zawierający zespół podwójnych noży rolkowych (4), wycina się i usuwa paski tworzywa o szerokości 10 mm, a następnie układa się na arkuszach metalowego podłoża (2), podgrzanego wstępnie w piecu (6) do temperatury 50°C. Czujnikiem położenia (5) kontroluje się położenie arkusza blachy (2) względem znaków nadrukowanych na taśmie poliestrowej (1), koryguje położeniem stołu ruchomego (11) i dociska wałkiem dociskowym (7), po czym pasy tworzywa sztucznego pomiędzy arkuszami metalowego podłoża (2) przecina się w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy tworzywa (1). Otrzymuje się arkusze blachy laminowanej pasami poliestru (16).

PL 238 500 Β1

Przykład 3

Urządzenie ma podajnik (8) arkuszy blachy metalowego podłoża (2), piec (6), korzystnie ogrzewany promieniowaniem podczerwonym, podajnik (9) ciągłej taśmy tworzywa sztucznego (1), zespół podwójnych noży (4) do wycinania pasków tworzywa sztucznego. Zespół podwójnych noży ma postać stałych par ostrzy o regulowanym położeniu (14) (15), w których wzajemna odległość jest regulowana i wynosi od 1 mm do 10 mm. Urządzenie ma także kolektor (10) do usuwania wyciętych pasków tworzywa sztucznego wyposażony, w dysze próżniowe, dla każdego paska jedna dysza. Urządzenie bezpośrednio przed wałkiem dociskowym (7) ma czujnik położenia arkusza blachy (5) i ruchomy stół (11) do korygowania położenia arkusza blachy (2) metalowego podłoża, oraz zespół noża (12) do przecinania tworzywa sztucznego w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy (1). Nóż (12) ma postać podgrzewanej gilotyny. Urządzenie jest wyposażone w dozownik warstwy adhezyjnej (13) oraz suszarkę (3) warstwy adhezyjnej do usuwania nadmiaru rozpuszczalnika. Podajnik i suszarka umieszczone są bezpośrednio za podajnikiem (9) ciągłej taśmy tworzywa sztucznego (1)..

Przykład 4

Puszka (17) z metalowej blachy, której powierzchnia (18) jest z dwóch stron powleczona warstwami materiału powłokowego z poliestru (1). Warstwa zewnętrzna powłoki puszki pełni rolę etykiety i dekoracji opakowania, zaś warstwa wewnętrzna chroni przed kontaktem materiału opakowaniowego z zawartością puszki. Poziome przekroje puszki mają różne wymiary (20, 21), z przewężeniem w okolicach środka wysokości puszki.

Plastyczny .kształt puszki (17) nadany jest w procesie rozdmuchu w formie cylindrycznie uformowanej puszki z metalu obustronnie powleczonego warstwami poliestru.

Przykład 5

Porównanie naprężeń występujących w puszkach z blachy o różnych grubościach.

Grubość blachy mm	Redukcja grubości %	Obciążenie ciśnieniem mPa	Max naprężenia zredukowane mPa	Współczynnik bezpieczeństwa
0,18	0	1,5	231	2,00
0,15	17%	1,5	279	1,65

Zastrzeżenia patentowe

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym z tworzywa sztucznego do produkcji opakowań formowanych przez łączenie krawędzi blachy znamienny tym, że taśmę tworzywa sztucznego (1) o szerokości odpowiadającej szerokości arkusza blachy (2) metalowego podłoża i zawierającą warstwę adhezyjną (3) podaje się ciągle na zespół podwójnych noży (4), wycina się i usuwa paski tworzywa o szerokości od 1 mm do 10 mm, a następnie układa się na arkuszach metalowego podłoża w formie blachy (5), podgrzanej wstępnie w piecu (6) do temperatury od 50°C do 180°C i dociska wałkiem dociskowym (7), po czym pasy tworzywa sztucznego pomiędzy arkuszami metalowego podłoża (2) przecina się w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy tworzywa (1).
2. 2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że jako tworzywo sztuczne stosuje się dowolne tworzywo polimerowe zwłaszcza poliolefiny lub poliestry.
3. 3. Urządzenie do powlekania metalowego podłoża materiałem powłokowym z tworzywa sztucznego do produkcji opakowań formowanych przez łączenie krawędzi blachy znamienne tym, że zawiera podajnik (8) arkuszy blachy metalowego podłoża (2), piec (6), korzystnie ogrzewany promieniowaniem podczerwonym, podajnik (9) ciągłej taśmy tworzywa sztucznego (1), zespół podwójnych noży (4) do wycinania pasków tworzywa sztucznego, kolektor (10) do usuwania wyciętych pasków tworzywa sztucznego, ruchomy stół (11) do korygowania położenia

   PL 238 500 B1 arkusza blachy (2) metalowego podłoża usytuowany bezpośrednio przed wałkiem dociskowym (7), oraz zespół noża (12) do przecinania tworzywa sztucznego w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy (1).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że bezpośrednio za podajnikiem (9) ciągłej taśmy tworzywa sztucznego (1) usytuowany jest dozownik warstwy adhezyjnej (13) oraz suszarka (14) warstwy adhezyjnej.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że zespół podwójnych noży ma postać wałka (14) z parami obrotowych noży krążkowych (15), w których wzajemna odległość jest regulowana i wynosi od 1 mm do 10 mm, przy czym położenie par noży krążkowych (15) na wałku (14) jest regulowane.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że zespół podwójnych noży ma postać par stałych ostrzy, w których wzajemna odległość ostrzy jest regulowana i wynosi od 1 mm do 10 mm i położenie noży względem siebie jest regulowane.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że kolektor (10) do usuwania wyciętych pasków tworzywa sztucznego wyposażony jest w dysze próżniowe, dla każdego paska jedna dysza.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że zespół noża (12) do przecinania tworzywa sztucznego w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu taśmy (1) ma postać podgrzewanej gilotyny lub ostrza laserowego, lub strumienia wody.
9. 9. Puszka z metalu znamienna tym, że powierzchnia metalu (17) jest przynajmniej z jednej strony powleczona przynajmniej jedną warstwą materiału powłokowego z tworzywa sztucznego (18), przy czym poziome przekroje puszki mają przynajmniej dwa różne wymiary (19, 20).