Spôsob predbežnej úpravy listu z hliníkovej zliatiny

Číslo patentu: 286005

Dátum: 14.12.2007

Autori: Guthrie Joseph, Dennis Alfred

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Substrát z hliníkovej zliatiny je predbežne upravený vodným roztokom obsahujúcim organofosforečnú zlúčeninu, výhodne kopolymér vinylfosfónovej kyseliny s akrylovou kyselinou, pred povliekaním substrátu polymérom. Priechodom cez roztok sa substrát kontaminuje hliníkom a inými prvkami. Roztok na predbežnú úpravu je znova upravený odstránením hliníka katiónomeničovou živicou, ktorá výhodne obsahuje kopolymér styrénu a divinylbenzénu so sulfonátovými funkčnými skupinami. Opláchnutie substrátu kontaminuje oplachovú vodu kopolymérmi. Oplachová voda je koncentrovaná reverznou osmózou alebo membránovou ultrafiltráciou a je vrátená do roztoku na predbežnú úpravu.

Text

Pozerať všetko

Predložený vynález sa týka spôsobu predbežnej úpravy listu z hliníkovej zliatiny polymérom. Vynález sa zvlášť týka spôsobu predbežnej úpravy substrátu hliníkovej zliatiny kopolymérom vinylfosfónovej kyseliny s akrylovou kyselinou pred povliekaním substrátu polymérom.Doteraj ší stav technikyHoci sa hliník sám chráni proti korózii vytváraním prírodného oxidačného povlaku, ochrana nie je úplná. Pri výskyte vlhkosti a elektrolytov, hliníkové zliatiny korodujú omnoho rýchlejšie ako čistý hlinik.Preto je potreba upraviť substráty z hliníkovej zliatiny predbežnou úpravou alebo inými chemikáliarni, ktoré poskytnú zlepšenú odolnosť proti korózii, rovnako ako prospešnú prilípavosť pre polyrnéry.Dosiaľ boli v odbore chemické konverzné povlaky tvorené na hliníkových zliatinách konvertovaním povrchu kovu na pevne prilípavý povlak, ktorého časť sa skladala z oxidovanej formy hliníka. Chemické konverzné povlaky poskytujú vysokú odolnosť proti korózii a zlepšenú prilípavost polymérových povlakov, Konverzný povlak z chrómu a fosforečnanu je obyčajne zaisťovaný stykom hliníka s vodným roztokom obsahujúcim ióny šesťmocného chrómu, ióny fosforečnanu a ióny fluoridu. V posledných rokoch vzrastajú záujmy ohľadne znečisťovania životného prostredia účinkami chrómanov a fosforečnanov vypustenými do vodných tokov pri takýchto spôsoboch. Vzhľadom na vysokú rozpustnosť a silnú oxidačnú vlastnosť iónov šesťmocného chrómu, musia byť na nakladanie s odpadom použité drahé postupy likvidácie odpadu na redukciu iónov šesťmocného chrómu na ióny trojmocného chrómu.V doteraj šom stave techniky bolí V tejto oblasti urobené pokusy vyrobiť prijateľné konverzné povlaky pre hliník bez chrómanov. Napríklad niektoré konverzné povlaky bez chrómanov obsahujú zirkón, titán, hafnium a/alebo kremík, niekedy kombinované s íluoridmi, povrchovo aktívnymi látkami a polymérmi, ako je kyselina polyakrylová. Napriek rozsiahlemu úsiliu, ktoré bolo v minulosti vykonané, dosiaľ nie je úplne uspokojivo vyriešené konverzné povliekanie bez chrómanov alebo základ na Zdokonalenie prilípavosti a odolnosti polyrnérov, ktoré povliekajú substráty z hliníkovej zliatiny, proti korózii. Prilipavosť polyrnéru a odolnosť proti korózii sú dôležité vlastnosti povlakov listov z hliníkovej zliatiny, používaných na výrobu telies a ukončenie zásobníkov na potraviny a koncov zásobníkov na nápoje.V doterajšom stave techniky boli taktiež urobené pokusy upraviť predbežné substráty rôznymi organofosforečnými zlúčeninami pred ich povliekaním polymérom. Tu použitý termín organofosforečné zlúčeniny zahrnuje organofosforečné zlúčeniny, organofosñnové zlúčeniny, organofosfónové zlúčeniny, rovnako ako rôzne soli, estery, parciálne soli a parciálne estery takýchto kyselín. Napríklad holandský patent č, 263 668 zo 14. apríla 1961 opisuje spôsob, pri ktorom sú oceľové listy upravované kopolymérom vinylfosfónovej kyseliny s akrylovou kyselinou pred povliekaním alkydovým živicovým smaltom. Hoci niektoré organofosforečné predbežné úpravy môžu účinkovat obdobne, je finančne náročné ich zavádzať. Stále teda zostáva potreba poskytnúť účinný a hospodárny spôsob na predbežnú úpravu substrátu hliníkovej zliatiny organofosforečnou zlúčeninou pred aplikáciou povliekania polymérom.Základným predmetom predloženého vynálezu je poskytnúť účinný a hospodámy spôsob na predbežnú úpravu substrátu hliníkovej zliatiny organofosforečnou zlúčeninou pred aplikáciou povliekania polymérom.Aby sa vyhovelo tomuto základnému predmetu, spôsob podľa vynálezu zaisťuje opatrenia na odstránenia hliníka a iných katiónov z roztokov na predbežnú úpravu, a tým sa vyhýba nákladnej likvi dácii takýchto roztokov. Ďalšie predmety a výhody vynálezu budú zrejmé odbomíkovi v odbore z nasledujúceho podrob ného opisu.Prehľad obrázkov na výkreseJediný obrázok znázorňuje prietokový diagram spôsobu podľa tohto vynálezu.V súlade s vynálezom je tu poskytnutý spôsob na povliekanie substrátu z hliníkovej zliatiny organickým polymérom. Substrát z hliníkovej zliatiny môže byť vyhotovený vo forme tabuľového listu,výlisku alebo odliatku a výhodne je v tvare listu, Na uskutočnenie tohto vynálezu V praxi sú výhodne rôzne hliníkové zliatiny dosíahnuteľne v tvare listu vrátane zliatin patriacich do radu AA 2000, 3000, 5000, 6000 a 7000. Zliatiny hliníka a horčíka radu AA 5000 a zvlášť zliatiny AA 5042 a AA 5182 sú preferované. List vyrobený z týchto zliatin je použiteľný na tvarovanie do telies a ukončenie zásobníkov na potraviny a koncov zásobníkov na nápoje.Hliníkové zliatiny vhodné pre listy na konce zásobníkov, napríklad AA 5182, sú poskytované ako ingot alebo predvalok alebo doska V odbore známymi technikarni odlievania. Pred spracovaním je ingot alebo predvalok podrobený homogenizácii pri zvýšenej teplote. Zliatinový predvalok je potom za horúca valcovaný na získanie kalibrovaného listu ako medziproduktu. Napríklad materiál môže byt za horúca valcovaný pri vstupnej teplote kovu asi 371 až 524 °C na získanie medziproduktu majúceho hrúbku asi 2,54 až 3,81 mm. Tento materiál je za studena valcovaný na získanie listu s hrúbkou v rozmedzí así od 1,52 do 3,81 mm. Uprednostňuje sa list z hliníkovej zliatiny AA 5 l 82 so stupňom tvrdosti (temper) H 19. List z hliníkovej zliatiny 5042 na čelné konce je výhodne so stupňom tvrdosti H 9.Hliníkové zliatiny, ako je AA 5042, sú poskytované ako ingot, ktorý je homogenizovaný. Nasleduje valcovaníe za horúca na intermediámy kaliber asi 2,54 až 3,81 mm. Typicky je mterrnedíámy kalibrovaný produkt vyžíhaný, nasleduje valcovaníe za horúca a potom valcovaníe za studena na získanie finálneho kalíbrovanćho produktu, ktorý má hrúbku asi 1,52 až 3,81 mm. List je povliekaný polymćrom a potom ťahaný a znova ťahaný do telesa zásobníka na potraviny. Uprednostňujú sa listy hliníkovej zliatiny AA 5042 so stupňom tvrdosti H 2 x.Prírodný oxidový povlak povrchu listu z hliníkovej zliatiny je všeobecne dostatočný na uskutočnenie nášho vynálezu. Prírodný oxidový povlak má obyčajne hrúbku približne 3 až 5 nm. Kvôli lepšej ochrane proti korózii môže oxidový povlak vzrastať spracovaním, ako je anodická oxidácía alebo hydrotermálne spracovanie vo vode, vodnej pare alebo vodných roztokoch.List hliníkovej zliatiny podľa tohto vynálezu je obyčajne vyčistený alkalickým povrchovým čistiacim prostriedkom na odstránenie akýchkoľvek zvyškových mazadiel, ktoré prilipli k povrchu, a potom sa opláchne vodou. Čisteniu sa však dá vyhnúť v prípade, ak obsah zvyškových mazadiel je zanedbateľný.Vyčistený povrch listu je potom predbežne upravený v prvej nádrži s kompozíciou obsahujúcou vodný roztok organofosforečnej zlúčeniny. Roztok výhodne obsahuje asi 1 až 20 g/l kopolyrnéru vinylfosfónovej kyseliny s akrylovou kyselinou (VPAA-AA kopolymér). Uprednostňujú sa roztoky obsahujúce asi 4 až 10 g/l kopolyméru. Kopolymér obyčajne obsahuje asi 5 až 50 molámych kyseliny vinylfosfónovej, výhodne asi 20 až 40 molámych. VPA-AA kopolymér môže mať molekulárnu hmotnosť asi 20 000 až 100 000, výhodne asi 50 000 až 80 000. Zvlášť výhodný VPA-AA kopolyrnér obsahuje asi 30 molámych VPA a asi 70 molámych AA. Roztok má teplotu asi 38 až 93 °C, výhodnejšie asi 49 až 82 °C. Zvlášť výhodný roztok má teplotu asi 77 °C.Povrch listu môže byť ponorený do kompozícíe alebo kompozícia môže byť valcovanim povliekaná alebo rozstrekovaná na povrch listu. Výhodná linka nepretržitého čistenia a predbežnej úpravy je prevádzkovaná pri asi 158 až 474 m za minútu. Kontaktná doba, asi 6 sekúnd medzi povrchom listu a kornpozíciou, je dostatočné, pokiaľ je linka prevádzkovaná pri 316 m za minútu. VPA-AA kopolymér reaguje s oxidovým alebo hydroxidovým povlakom a vytvorí vrstvu na povrchu listu.List hliníkovej zliatiny prechádzajúci cez roztok na predbežnú úpravu kontaminuje roztok iónmi rôznych prvkov vrátane hliníka, horčíka, železa, chrómu a rnangánu. Roztok na predbežnú úpravu stráca účinnosť, ked koncentrácia hliníka vzrastie na asi 150 až 200 ppm. Preto sa teda poskytuje spôsob na odstránenie iónov hliníka a iných kovov z roztoku na predbežnú úpravu.Aspoň časť roztoku na predbežnú úpravu je premiestnená do druhej nádrže obsahujúcej katiónovomeničovú živicu. Živica teda môže byt realizovaná ako pelety, guľôčky, vlákna alebo čiastočky a výhodne je typu guľôčok z tvrdého guľatćho gélu. Živica má minimálnu celkovú kapacitu vo vodíkovej forme 1,9 mekv/ml vlhkosti. Výhodne živica má priememú veľkosť čiastočiek asi 650 m, špecifickú hmotnosť asi 1,22 až 1,23 a objemovú hustotu asi 2,994 g/cm 3.Živica je výhodne gél obsahujúci kopolymér styrénu a divinylbenzćnu s funkčnými kyslýrni skupinami, výhodne sulfónovými skupinami. Alternatívne môže kopolymér obsahovať funkčné kyslé skupiny kyseliny fosfónovej a kyseliny arzónovej. Zvlášť výhodná kaniónovomeničová živica je predávaná ñrmou Dow Chemical Company z Midland, Michigan pod ochrannou známkou DOWEX G-26 (H).Menej výhodne môže kaniónovomeníčová živica obsahovat etylén kopolymerizovaný s nenasýtenou kyselinou karboxylovou, ako je kyselina akrylová.Potom roztok na predbežnú úpravu prejde cez druhý zásobník, ktorý obsahuje zníženú koncentráciu hliníka. Koncentrácia hliníka v roztoku na úpravu je menšia ako asi 75 ppm, výhodnejšie menšia ako 25 ppm a optimálne okolo asi 10 ppm alebo aj menej. Roztok na úpravu obsahujúci organofosforečnú zlúčeninu a zníženú koncentráciu hliníka je vrátený späť do prvého zásobníka.List predbežne upravený môže byť prípadne opláchnutý vodou na odstránenie nadbytočného VPA-AA kopolymćru. Voda na opláchnutie má výhodne teplotu asi 77 až 82 °C. Voda na opláchnutie je koncentrovaná odstraňovaním prebytočnej vody tak, že VPA-AA kopolymér môže byt recyklovaný. Niektoré výhodné techniky koncentrácie zahrnujú reverznú osmózu a filtráciu membránou. Po koncentrácii môže byt voda na opláchnutie premiestnená do prvého zásobníka, aby sa obnovila hodnota VPA-AA kopolymćru.Pripravený list je povliekaný kompozíciou polyrnéru, ktorý výhodne obsahuje organický polymér dispergovaný v organickom rozpúšťadle. Tri výhodné polyméry na povliekanie sú epoxidy, polyvinylchlorid a polyestery. Vhodné epoxidy zahrnujú fenolom modifikované epoxidy, polyesterom modifikované epoxidy, epoxy-modiñkovaný polyvinylchlorid a epoxidy so zosieťovanýrni väzbami. Polymérove kompozície môžu byť čisté alebo môžu obsahovať čiastočky pigmentu. Čiastočky pigmentu sú výhodne oxid titaničitý, hlinitý alebo kremičítý. Preferujú sa čiastočky oxidu titaničitého so stredným rozmedzím veľkosti čiastočiek 0,5 až l 0 mikrometrov.Altematívne môže byt pripravený list povliekaný elektrolyticky, štrbinovým povliekanim, prietlačnýrn povliekanim, povliekanim nanášaním, povliekanim rozprašovaním alebo inými spôsobmi trvalého povliekania.Polymérom povlečený list je sušený, stočený a nakoniec vytvarovaný do telies zásobníkov alebo čelných dosiek zásobníkov.Ako schematický ukazuje obrázok, je tu poskytnutá rola listu 10 z AA 5182-H 19 z hliníkovej a horčíkovej zliatiny majúcej hrúbku asi 224 mikrometrov. List 10 je očistený alkalickým povrchovo aktívnym čistiacim prostriedkom v kadi 20 na odstránenie akýchkoľvek zvyškových mazadiel z povrchu listu. Očistený list je potom oplachovaný v deionizovanom vodnom kúpeli 30.Očistený a opláchnutý list je predbežne upravený v prvej nádrži 40 roztokom obsahujúcim asi 10 g/l VPA-AA kopolyméru pozostávajúceho z asi 30 molámych skupín VPA a asi 70 molárnych skupín AA, rozpustených vo vode. Roztok má teplotu asi 77 °C a spočiatku obsahuje asi 10 ppm hliníka. VPA-AA kopolymér reaguje s povlakom na povrchu listu z oxidu hlinitého alebo hydroxidu hlinitého, aby vytvoril vrstvu obsahujúcu reakčný produkt kopolyméru a oxid alebo hydroxid.Predbežne upravený list je potom opláchnutý vodou 50, aby sa odstránili prebytky VPA-AA kopolymćru. Opláchnutá voda 50 má výhodne teplotu asi 77 až 82 °C.Opláchnutý list je povliekaný valcovaním s kompozíciou polyméru 60, ktorý výhodne obsahuje organický polymér a čiastočky pigmentu dispergované v organickom rozpúšťadle. Organickým polymérom je výhodne epoxídová živica. Niektoré vhodné epoxidy obsahujú fenolom modifikované epoxidy, polyesterom modifikované epoxidy, epoxy-modifikovaný polyvinylchlorid a epoxidy so zosieťovanými väzbami.Polymćrom povlečený list je sušený v teplovzdušnej sušiami 70 a je potom zrolovaný ako povlečený listový produkt 80.Aby bola udržaná nízka koncentrácia kovových iónov v roztoku na predbežnú úpravu, sú časti roztoku periodicky premiestňované z prvej nádrže 40 do druhej nádrže 100, ktorá obsahuje katiónovomeničovú živicu. Zvlášť preferovaná živica je pevná katiónovomeničová živica predávaná firmou Dow Chemical Company Midland, Michigan, pod ochrannou známkou DOWEX G-26 (H). Táto pevná katiónovomeničová živica je predávaná ako tvrdé guľate guľôčky s veľkosťou 650 rnikrometrov (suchá okatosť). Pevnou katiónovomeničovou živicou je gél obsahujúci kopolymér styrénu s divinylbenzénom so sulfátovými funkčnými skupinami. Spracovanie so živicou produkuje spracovaný roztok majúci koncentráciu hliníka, ktorá je optimálne menšia ako asi 10 ppm. Spracovaný roztok je vrátený cez potrubie 110 z druhého zásobníka 100 do prvej nádrže 40. VKatiónovomeničová živica sa eventuálne stáva nasýtenou kovovými soľami. Zivica je regenerovaná prepraním so silným roztokom 120 kyseliny, ako je 6 až 10 HCl alebo objemovo 6 až 12 kyselina sírová vo vode. Soli kovov 130 vymyté z druheho zásobníka 100 sa odkladajú.Použitá preplachovacia voda z vodného preplachovania 50 je taktiež recyklovaná na obnovenie hodnôt VPA-AA kopolyrnéru. Použitá preplachová voda je najskôr zavedená do koncentračného zariadenia 140, kde sa odstraňuje voda, napríklad reverznou osmózou a membránovou ultrañltrácíou. Koncentrovaná voda z prepláchnutia je potom vrátené do prvej nádrže 40.Spôsob katiónovej výmeny podľa predkladaného vynálezu udržiava koncentráciu hliníka na prijateľných úrovniach v roztoku na predbežnú úpravu. 200 m 1 alikvót roztoku na predbežnú úpravu pri 60 °C obsahujúci 10 g/l VPA-AA kopolyrnéru, 350 ppm hliníka a inć kovy, sa umiestni do 250 ml Erlenmeyerovej banky obsahujúcej 40 m 1 vlhkého objemu živice DOWEX G-26 (H) vo vodíkovom cykle. Banka sa umiestrri na vodnom kúpeli a udržiava sa pri teplote 60 C počas 16 až 20 hodín. Živica je pripravená premytím 400 až 600 ml objemovo 6 HCl, nasleduje prepláchnutie so 600 až 800 rnl deionizovanej vody.Po 16 až 20 hodinách doby styku sa roztok na predbežnú úpravu frltruje a živica sa prepláchne 25 ml deíonizovanej vody. Roztok sa analyzuje a výsledky sú ukázané v nasledujúcej tabuľke. Všetky koncentrácie sú korigované na porovnanie s ohľadom na objem 200 ml.Tabuľka - analýza roztoku na predbežnú úpravuLátka Počiatočná koncentrácia (ppm) Po G-26 (H) (ppm) A 1 350 5,3 Na 14 0,5 Si l l 12 Fe 22 18 Ca 4,1 0,8 Mg 1 m Q 3 Mn 1,5 n.d Ni 0,6 n.d Zn 0,3 n.d Cr 11 10 K 1,8 0,5 P 820 777 n.d nezistiteľnýOdborník v odbore poehopí, pokiaľ má opísaný vynález s odkazmi na niektoré V súčasnosti preferovanć uskutočnenia, že predkladaný vynález môže byť uskutočnený i inak bez toho, aby došlo k odchýleniu sa od ducha a rámca pripojených patentových nárokov.l. Spôsob predbežnej úpravy listu z hliníkovej zliatiny, majúcej časť povrchu na Zdokonalenie priľnavosti polymérového povlaku k tejto časti povrchu, v y z n a č u j ú c i s a t ý m ,že zahmuje a) v prvej nádrži predbežnú úpravu listu z hliníkovej zliatiny rrrajúcej časť povrchu obsahujúceho oxid hlinitý alebo hydroxid hlinitý roztokom pozostávajúcim V podstate z vody a organofosforečnej zlúčeniny, čím sa tvorí vrstva obsahujúca reakčný produkt uvedenej zlúčeniny a oxidu alebo hydroxidu a uvedený roztok sa kontaminuje iómni hliníka, b) premiestnenie aspoň časti tohto roztoku do druhej nádrže obsahujúcej katiónovomeničovú živieu obsahujúcu polymér a tým adsorbuje ióny hliníka na živieu a tak produkuje spracovaný roztok, ktorý obsahuje túto zlúčeninu a má zníženú koncentráciu iónov hliníka ac) vrátenie takto spracovaného roztoku do prvej nádrže.2. Spôsob podľa nároku 1, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , že list obsahuje zliatinu hliníka z radu AA 2000, 3000, 5000, 6000 alebo 7000 a ďalej zahrnujed) povliekanie uvedenej vrstvy povlakovou kompoziciou obsahujúcou polymér vybraný zo súboru zahrňujúceho polyvinylchlorid, epoxidy a polyestery.3. Spôsob podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že živica obsahuje kopolymér styrćnu a divinylbenzénu s funkčnými sulfonátovýrni skupinami.4. Spôsob podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že spracovaný roztok obsahuje menej ako asi 75 ppm iónov hliníka.5. Spôsob podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že spracovaný roztok obsahuje menej ako asi 25 ppm iónov hliníka.

MPK / Značky

MPK: B05D 3/10, C23C 22/86, C23C 22/05

Značky: úpravy, predbežnej, zliatiny, listů, hliníkovej, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/7-286005-sposob-predbeznej-upravy-listu-z-hlinikovej-zliatiny.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob predbežnej úpravy listu z hliníkovej zliatiny</a>

Podobne patenty