MXPA02004405A - Revestimiento de un substrato de aleacion de aluminio - Google Patents

Abstract

Un substrato de aleación de aluminio se trata previamente con una solución acuosa que contiene un compuesto organofosforoso, preferentemente un copolímero deácido vinilfosfónico-ácido acrílico, antes de revestir el substrato con un polímero. Pasando el substrato a través de la solución la contamina con aluminio y otros elementos. La solución de tratamiento previo se rejuvenece al remover el aluminio con una resina de intercambio cationico que preferentemente contiene un copolímero de estireno-divinilbenceno funcional con los grupos sulfonato. Enjuagando el substrato se contamina el agua de enjuagado con el copolímero. El agua de enjuague se concentra porósmosis inversa o ultrafiltración con membrana y se regresa a la solución de tratamiento previo.

Description

REVESTIMIENTO DE UN SUBSTRATO DE ALEACIÓN DE ALUMINIO Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un proceso para revestir un substrato de aleación de aluminio con un polímero. Particularmente, la invención se relaciona con un proceso para tratar previamente un substrato de aleación de aluminio con un copolímero de ácido vinilfosfónico-ácido acríl ico antes de revestir el substrato con un polímero.

Antecedentes de la Invención Aunque el aluminio se protege a si mismo contra la corrosión al formar un revé:stimiento natural de óxido, la protección no es completa En presencia de humedad y electrolitos, las aleaciones de aluminio se corroen mucho más rápido que el aluminio puro. Por consiguiente, existe la necesidad de tratar los substratos de aleación de aluminio con tratamiento previos u otros químicos que proveen mejor resistencia a la corrosión así como también buena adhesión de los polímeros En el arte previo, los revestimientos de conversión química que se han formado sobre las aleaciones de aluminio al "convertir" un superficie del metal en un REF: 138179 revestimiento fuertemente adherente, parte de este consiste de una forma oxidada del aluminio. Los revestimientos de conversión qu mica proporcionan gran resistencia a la corrosión y una mejor adhesión para los revestimientos de poliimero. Se provee típicamente un revestimiento de convers ón de cromo-fosfato al poner en contacto aluminio con una solución acuosa que contiene iones cromo hexavalentes, iones fosfato e iones fluoruro. En años recientes, ha aumentado la preocupación con respecto a los efectos contaminantes de los cromatos y fosfatos descargados en vías fluviales por los procesos Debido a la gran solubilidad y fuerte carácter oxidantes de los iones de cromo hexavalente, deben emplearse procedimientos costosos para el tratamiento de residuos a fin de reducir los iones de cromo hexavalente a iones de cromo trivalente para la disposición residual. Se han hecho intentos en el arte previo de producir revestimientos con conver3Íón libres de cromatos para el aluminio. Por ejemplo, algunos revestimientos con conversión libres de crom; tos contienen circonio, titanio, hafnio y/o sílice, algunas veces combinados con fluoruros, surfactantes y polímeros como el ácido poliacrílico. A pesar de los esfuerzos extensivos que se han hecho previamente, aun no existe un revestimiento o primera capa con conversión sin cromatos totalmente satisfactoria para mejorar la adhesión y la resistencia a la corrosión de los substratos de aleación de aluminio revestidos con polímeros. La adhesión del polímero y la resistencia a la corrosión son característi as importantes en la lámina de aleación de aluminio utili .zada para hacer los cuerpos y extremos de recipientes de comida y extremos de recipientes para bebidas. También se han hecho intentos en el arte previo de tratar previamente los suh stratos con varios compuestos organofosforosos antes de revestirlos con un polímero. Como se usa en la presente, el término "compuestos organofosforosos" incluyen ácidos organofosfóricos, ácidos organofosfínicos, ácidos organofosfónicos, así como también diferentes sales, esteres, sales parciales y esteres parciales de estos ácidos. Por ejemplo, la Solicitud de la Patente Alemana No. 263,668, presentada el 14 de Abril, 1961, revela ün proceso en donde se trataron láminas de acero con un copolímero de ácido vinilfosfónico/ácido acríli O antes del revestimiento con un esmalte de resina alquidica. Aunque algunos tratamientos previos con organofosfuros pueden desarrollarse adecuadamente, son muy costosos para implementarlos. Por con siguiente, aun existe una necesidad remanente de pr 3veer un proceso eficiente y económico para dar tratamiento previo a un substrato de con un polímero orgánico, El substrato de aleación de aluminio puede proveerse en forma de una chapa plana, extrusión o fundición y preferentemente es una lámina Varias aleaciones de aluminio disponibles en forma de lámina son adecuadas para practicar la presente invención, incluyendo aleaciones que son miembros de las series AA2000, 3000, 5000, 6000 y 7000. Se prefieren aleaciones de aluminio-magnesio de las series AA5000 y particularmente AA5042 y AA5182. La lámina hecha de estas aleaciones es útil para conformarse en los cuerpos y los extremos de los recipientes para comida revestidos de polímero, y extremos de recipientes para bebidas. Las aleaciones de aluminio adecuadas para paneles de extremos del recipiente cono AA5182 se proveen como un lingote o paquete o zamar::a por medio de técnicas de fundición conocidas en el arte. Antes del trabajo, el lingote o paquete se sujeta a una temperatura de homogeneización elevada. Después las existencias de la aleación se laminan con rodillos en caliente para proveer una lámina con calibre intermedio. Por ejemplo, el material puede laminarse coi rodillos en caliente a una temperatura de entrada del metal de aproximadamente 371°-524°C (700°-975 °F) para proveer un producto intermedio que tiene un espesor de aproximadamente 2.54xl0~3 m a 3. 81xl0"3 m ( 0. 100 pulgada s a 0. 150 pulgadas ) . Este material se lamina con rod: líos en frío para proveer una lámina con un intervalo de espesor desde aproximadamente 1.524X10 >-"4 a 3.81X10" m 0.006 a 0.015 pulgadas). Se prefiere la lámina de aleacpión de aluminio AA5182 con un templado H19. La lámina de aleación de aluminio 5042 para los paneles de los extremos es preferentemente con un temple H19. Las aleaciones de alu inio como AA5042 se proveen como un lingote que se hompgeneiza. Esto es seguido por laminado con rodillos en caliente hasta un calibre intermedio de aproximadamente 2.54x10 m a m (0.100 pulgadas a 0.150 pulgadas) . Típicamente, El producto con calibre intermedio se destempla, seguido por el laminado con rodillos en caliente y después el laminado con rodillos en frío hasta un producto con calibre final que tiene un espesor de aproximadamente 1.524X10""4 3.81X10"4 m (0.006 a 0.015 pulgadas). La lámina se reviste con un polímero y después se estira y estira de nuevo para formar los cuerpos de los recipientes de comida. Se prefiere la lámina de aleac Lón de aluminio AA5042 con un templado H2x. El revestimiento natural de óxido sobre una superficie de la lámina de aleación de aluminio generalmente es suficien- e para practicar nuestra invención. Por lo general el revestimiento natural de óxido tiene un espesor de aproximadamente 30-50 Angstroms Para mejor protección contra la corrosión, el revestimiento de óxido puedje crecer con tratamientos como oxidación anódica o tratamiento hidrotérmico en agua, vapor de agua o soluciones acuosas. Las láminas de aleaciójn de aluminio de la invención generalmente se limpian cen un limpiador de superficie alcalino para remover cualqúi:er lubricante residual que se adhiere a la superficie, y después se enjuaga con agua. Puede evitarse la limpieza si el contenido de lubricante residual es insignificante. La superficie de la lémina limpia después se trata previamente en un primer recipiente con una composición que comprende una solución acuosa de un compuesto organofosforoso. La soluc .Lón preferentemente contiene aproximadamente 1-20 g/L de un copolímero de ácido vinilfosfónico-ácido acrílido (copolímero VPA-AA, por sus siglas en inglés! Se refieren las soluciones que contienen aproximadamente 4-10 g/L del copolímero. El copolímero usualmente comprende aproximadamente 5-50 %mol de ácido vinilfosfónico, preferentemente alrededor de 20-40 %mol. El copolímero ?rPA-AA puede tener un peso molecular de aproximadamente 20,000 a 100,000, preferentemente alrededor de 50,000 80,000 Un copolímero de VPA-AA particularmente preferido contiene aproximadamente 30 %mol de VPA y aproximadamente 70 %mol de AA. La solución tiene una temperatura de aproximadamente 38°-93°C ;i00o-200°F) , preferentemente alrededor de 49°-82°C (120°-180°F) . Una solución particularmente preferida tiene una temperatura de aproximadamente 77°C (170°F La superficie de la lámina puede bañarse en la composición o la composicióri puede revestirse con rodillos o rociarse sobre la superficie de la lámina. Preferentemente se opera una línea de limpieza continua y tratamiento previo aproximadamente a 2.54-7.62 metros por segundo (500-1500 pies por minuto) . El tiempo de contacto es aproximadamente de 6 segundos entre la superficie de la lámina y la composición es suficiente cuando se opera la línea a 5.08 metros por segundo (1000 pies por minuto). El copolímero VPA-AA reacciona con el revestimiento de óxido o hidróxido para formar una capa sobre la superficie de la lámina. La lámina de aleación de aluminio que pasa a través de la solución de tratamient D previo contamina la solución con iones de diferentes el smentos, incluyendo aluminio, magnesio, fierro, cromo y manganeso. La solución del tratamiento previo pierde efectividad cuando la concentración de aluminio aumenta aproximadamente a 150-200 ppm. Por consiguiente, se provee un proceso para remover los iones de aluminio y otros metales de la solución de tratamiento pre?io. Se transfiere al menos una porción de la solución de tratamiento previo a un segundo recipiente que contiene una resina de intercambio catiónico. La resina puede estar provista como bolitas, perlas, fibras o partículas y preferentemente es una perla dura, esférica de tipo gel. La resina tiene un capa?idad total mínima en forma hidrogenada, húmeda, de 1.9 meq/m.L. Una resina preferida tiene un tamaño de partícu!.a promedio de aproximadamente 6.5xl0~4 m (650 micrones ) , un peso específico de aproximadamente 1.22-1.23, y una densidad de masa de aproximadamente 799 kg/m3 (49.9 lb/ft La resina preferentemer :te es un gel que comprende un copolímero de estireno-diviníilbenceno funcional con grupos ácido, preferentemente grupos sulfonato. Alternativamente, el copolímero puede ser funcional con los grupos de ácido fosfónico o ácido arsénico Una resina de intercambio catiónico particularmente preferida se vende por The Dow Chemical Copany of Midlarid, Michigan bajo la marca registrada DOWEX G-26(H). Con menor preferencia la resina de intercambio catiónico puede comprender =.tileno copolimerizado con un ácido carboxílico insaturado como ácido acrílico. i.*.?- -Ai Después que la solución de tratamiento previo pasa a través del segundo recipiente, contiene una reducida concentración de aluminio. la concentración de aluminio en la solución tratada es menor de aproximadamente 75 ppm, preferentemente menor de aproximadamente 25 ppm, y óptimamente alrededor de 10 ppm o menos. La solución tratada, que contiene el ccmpuesto organofosforoso y una reducida concentración de ajluminio, se regresa al primer recipiente. Opcionalmente, la lámina tratada previamente puede enjuagarse con agua para remover el exceso de copolímero VPA-AA. El agua de enjuagie preferentemente tiene una temperatura de aproximadamente 77°-82°C (170°-180°F) . El agua de enjuague se concentra al remover el exceso de agua para que el copolímero VPA-AA pueda reciclarse. Las técnicas preferidas de concentración incluyen osmosis inversa y filtración con membrana. Después de la concentración, el agua de enjuague puede transferirse al primer recipiente para recuperar los valores del copolímero VPA-AA. La lámina con una capa de imprimación se reviste con una composición de polímero que preferentemente incluye un polímero orgánico disperso en un solvente orgánico. Tres polímeros de revestimiento preferidos son la resina epoxídica, cloruro de po vinilo y poliésteres. Las resinas epoxídicas adecuadas incluyen resinas epoxídicas modificadas fenólicamente, resinas epoxídicas modificadas con poliéster, cloruro de pe livinilo modificado con resina epoxídica, y resinas epoxídicas que se pueden reticular, La composición del polímero puede ser transparente o puede contener partículas de pigmento. Las partículas de pigmento son preferentemente dióxido de titanio, alúmina o sílice. Se prefieren partículas de dióxido de titanio con un intervalo del tamaño medio de partícula de 5xl0~7 a lxlO-5 m (0.5 a 10 micrones). Alternativamente, la lámina con una capa de imprimación puede revestirse por recubrimiento por electrodeposición, revestimiento con boquilla de extrusión, revestimiento por extrusión, barnizado por flujo, recubrimiento por aspersión, u otros procesos de revestimiento continuo. La lámina revestida con polímero se secó, se enrolló, y finalmente se le dio forma en los cuerpos del recipiente o paneles de los extremos del recipiente. Como se muestra esquematicamente en la Figura, se provee un enrollado de 1. lámina 10 de aleación de aluminio-magnesio AA5182-H 9 que tiene un espesor aproximadamente de 224 micrfnes (8.8 mils). La lámina 10 se limpió con un limpiador Í lcalino de superficies en una tina 20 para remover cualquier lubricante residual sobre la superficie de la lámina La lámina limpia después se enjuagó en un baño de agua desionizada 30. Se le da tratamiento p|revio a la lámina limpia y se enjuaga en un primer recip ente 40 con una solución que comprende aproximadamente ÍC g/L del copolímero VPA-AA que contiene aproximadamente 30 por ciento mol de VPA y aproximadamente 70 por ciento mol de las unidades AA, disueltos en agua. La solucion tiene una temperatura de aproximadamente 77 °C (170 F) e inicialmente contiene aproximadamente 10 ppm de aluminio. El copolímero VPA-AA reacciona con un revestimi nto de óxido o hidróxido de aluminio sobre la superficie de la lámina para formar una capa que comprende un product:o de reacción del copolímero y el óxido o hidróxido. La lámina tratada previ amenté después se enjuaga con agua 50 para remover el ex£eso de copolímero VPA-AA. El agua de enjuague 50 tiene p eferentemente una temperatura de aproximadamente 77-82 °C ( L70-180°F) . La lámina enjuagada se revestida por rodillos con una composición de polímero 60 que preferentemente incluye un polímero orgánico y partícul as de pigmento dispersas en un solvente orgánico. El políme ro orgánico es preferentemente una resina epoxídica. Algún, s resinas epoxídicas incluyen resinas epoxídicas modifiqadas fenólicamente, resinas epoxídicas modificadas con poliéster, cloruro de polivinilo modificado con resina epoxídica, y resinas epoxídicas que se pueden reticular. Se seca la lámina revestida con polímero en un secador de aire caliente 70 y después se enrolla de nuevo como un producto de la lámina revestida 80. Para mantener una aja concentración de iones metálicos en la solución de tratamiento previo, se transfieren periódicamente porciones de la solución desde el primer recipiente 40 a un segundo recipiente 100 que tiene una resina de intercambio catiónico. Una resina particularmente preferida se vende por Dow Chemical Company of Midland, Michi jan bajo la marca registrada DOWEX G-26ÍH) resina de in ercambio catiónico fuerte. La resina de intercambio catliónico fuerte se vende como perlas esféricas duras con un tamaño de malla seca de 6.5x10?-"4 m (650 micronesi La resina de intercambio catiónico fuerte es un gel aomprendido de un copolímero de estireno-divinilbenceno funcional con los grupos sulfonatos. El tratamiento con la resina produce una solución tratada que tiene una concentración de aluminio que es óptimamente menor de aproximadamente 10 ppm. La solución tratada se regresa a través de una tubería 110 desde el segundo recipiente 100 hacia el primer recipiente 40.

La resina de intercambio catiónico eventuaimente se vuelve saturada con las sales del metal. La resina se regenera al lavarla con una solución fuertemente acida 120, como 6-10 % vol. HCl o 6-12 % vol. de ácido sulfúrico en agua. Se descargan las sales metálicas 130 lavadas del segundo recipiente 100, El agua de enjuague utilizada del enjuague con agua 50 también se recicla para recuperar los valores del copolímero VPA-AA. El agua de enjuague usada primero se manda a un concentrador 14C donde se remueve el agua, por ejemplo por osmosis in\ ersa o ultrafiltración con membrana . El agua de enjuague cqnicentrada se regresa al primer recipiente 40. El proceso de intercambio cationico de la invención mantiene las concentraciohes de aluminio en niveles aceptables en la soluciór de tratamiento previo. Una alícuota de 200 mL de la sc lución de tratamiento previo a 60°C (140 °F) que contiene 10 g/L del copolímero VPA-AA, 350 ppm de aluminio y otiros metales, se colocó en un matraz Ehrlenmeyer, que cor.tiene 40 mL de volumen húmedo de la resina DOWEX G-26(H) en forma hidrogenada. El matraz se colocó en un baño de agua y se mantuvo a 60°C (140°F) durante 16-20 horas. Se preparó la resina al lavarla con 400-600 mL de 6 %vol. de HCl, seguido por enjuague con 600-800 mL de agua desionizáda. Después de 16 a 20 horas de tiempo de contacto, la solución de tratamiento previo se filtró y la resina se enjuagó con 25 mL de agu desionizada. Se analizó la solución y se presentan los resultados enseguida en la Tabla. Todas las concentraciones se corrigieron para reflejar un volumen de 200 mL, para comparación práctica la citada invencicqn, es el que resulta claro de la presente invención.

Claims (10)

1. (c) regresar la solución tratada al primer recipiente.
2. 2. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque la lámina comprende una aleación de aluminio de las series AA2000, 3000, 5000, 6000 ó 7000, y además comprende : _d) revestir la ca?a con una composición de revestimiento que comprende un polímero seleccionado del grupo que consiste de cloruro de polivinilo, resinas epoxídicas y poliésteres.
3. 3. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque la resina comprende un copolímero de estireno divinilbenceno funcional con los grupos sulfonato.
4. 4. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque la solución tratada contiene menos de aproximadamente 75 ppm de iones de aluminio.
5. 5. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque la solución tratada contiene menos de aproximadamente 25 ppm de io es de aluminio,
6. 6. El proceso de la re;ivindicación 1, caracterizado porque además comprende: (e) después del paso (á), enjuagar el substrato con agua, por medio de esto se produce agua de enjuague que contiene el compuesto órgano: ."osforoso y iones de aluminio, (f) concentrar el agua de enjuague al remover el agua, y ¡g) regresar al primer recipiente al menos una porción del agua de enjuague: tratada en el paso (f) .
7. 7. El proceso de la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto organofosforoso comprende un copolímero de ácido vinilfo=fónico-ácido acrílico.
8. 8. El proceso de la reivindicación 7, caracterizado porque el copolímero ti .ene un peso molecular de aproximadamente 20,000 a 10C ,000.
9. 9. El proceso de la reivindicación 7, caracterizado porque la solución de Iratamiento previo comprende aproximadamente 1-20 g/L del copolímero.
10. 10. El proceso de la rreivindicación 7, caracterizado porque la solución de t ratamiento previo tiene una temperatura aproximadamente de 49-93°C (120-170°F) en el paso ..» •>