DE3700842A1 - Verfahren zur reinigung von aluminiumbehaeltern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Aluminiumbehältern mit Hilfe von alkalischen Reinigerlösungen und anschließende Spülung mit wäßriger Lösung sowie dessen Anwendung als Vorbehandlung von Aluminiumbehältern vor dem Aufbringen von Konversionsüberzügen.

Aluminiumbehälter haben weite Verbreitung gefunden und finden insbesondere zur Verpackung von Nahrungsmitteln und Getränken, wie alkoholfreie Getränke und Bier, Verwendung. Gängige Praxis bei der Herstellung derartiger Behälter ist es, zunächst aus Aluminiumblech runde Scheiben zu stanzen, diese mit geeigneten Vorrichtungen in eine vorläufige Napfform zu bringen und schließlich in einer oder mehreren Stufen durch Ziehen und Glätten zur endgültigen Dose zu verformen. Danach werden die Dosen besäumt und verschiedenen Reinigungs- und Behandlungsstufen unterworfen. Den Abschluß bildet üblicherweise die Aufbringung eines Innenlackes und eines dekorativen Außenüberzugs.

Zur Erleichterung des vorgenannten Verfahrensganges mit Walzen, Stanzen, Ziehen und Glätten werden verschiedene Schmiermittel und Kühlschmierstoffe eingesetzt, die - zusammen mit feinen Metallteilchen, die während des Verformungsvorganges gebildet werden - in gewissen Mengen zurückbleiben. Es ist wesentlich, daß derartige Schmiermittelreste und Metallteilchen entfernt werden, bevor die Behälter einer weiteren Behandlung unterworfen werden.

Zu diesem Zweck gibt es zahlreiche saure oder alkalische Reiniger. Obgleich diese Reiniger im Hinblick auf die Rückstandsentfernung durchaus wirksam sind, ergeben sich häufig Probleme bezüglich einer Geschmacksbeeinträchtigung des Behälterinhalts. Dieses Problem ist insbesondere deswegen ärgerlich, weil es nur gelegentlich und in unvorhersehbarer Weise auftritt und dann zur Zurückweisung ganzer Dosen-Chargen wegen Beeinträchtigung des Doseninhalts führt. Die eigentlichen Gründe für das plötzliche Auftreten derartiger Geschmacksbeeinträchtigungen sind nicht bekannt. Eine etwas spekulative Vermutung geht dahin, daß von der Reinigung und einer eventuellen chemischen Behandlung verbleibende Rückstände zu dem fraglichen Problem führen. Anpassungen bzw. Veränderungen der Konzentration der wirksamen Bestandteile der Reinigerlösung sind insoweit ohne Wirkung. Außerdem sind der Größe der Veränderung der Konzentrationen der wirksamen Bestandteile Grenzen gesetzt, da sie zu nachteiligen Auswirkungen bezüglich der Aluminiumoberflächen führen, z. B. einem unerwünschten matten Aussehen.

Von wesentlicher Bedeutung für eine eventuelle Geschmacksbeeinträchtigung, aber auch das Aussehen der Oberfläche, ist zudem die Art und Gründlichkeit der Spülung nach der Reinigungsbehandlung. Dabei muß insbesondere die dem Aluminiumbehälter anhaftende und in die Spülstufe eingetragene Reinigerlösung praktisch vollständig entfernt werden.

Zum Stand der Technik gehört ein Verfahren zur Reinigung von Aluminiumbehältern mit Hilfe von alkalischen Reinigerlösungen und anschließende Wasserspülung, bei dem man in der Spülstufe mit im Kreislauf geführtem Spülwasser, das durch pH-Wert-Kontrolle etwa neutral bis sauer gehalten wird, arbeitet (EP-A2-1 81 673). Obgleich dieses Verfahren insbesondere auch im Hinblick auf den Spülwasserverbrauch beträchtliche Vorteile besitzt, sind nicht regelmäßig die erwünschten Vorteile hinsichtlich Reinheit der Behälter und deren Beweglichkeit in der Transporteinrichtung der Behandlungsanlage sowie auf dem Weg von dort zu den weiteren Fertigungsstufen, wie Bedrucken etc., erzielbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Aluminiumbehältern bereitzustellen, das regelmäßig zu Aluminiumbehältern führt, die eine hohe Reinheit aufweisen und - infolge ihrer großen Beweglichkeit - hohe Durchsätze, insbesondere auch in einer gegebenenfalls nachgeschalteten Bedruckungsvorrichtung, zulassen.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man die mit alkalischer Reinigerlösung behandelten Aluminiumbehälter in mindestens einer Stufe mit einer Lösung, deren pH-Wert auf 2,5 eingestellt ist, spült.

Aufgrund der pH-Wert-Einstellung von 2,5 in der wäßrigen Lösung gelingt es, die auf den Aluminiumbehälter nach der alkalischen Reinigung häufig auftretende Braun- bzw. Gelb-Verfärbung zu vermeiden und die Beweglichkeit der Behälter erheblich zu verbessern. Eine derartige Verfärbung tritt insbesondere dann auf, wenn es aus unvorhersehbaren Gründen zu einem Stillstand der Behandlungsanlagen für die Aluminiumbehälter kommt. Der Grund für die erzielte verbesserte Beweglichkeit der Aluminiumbehälter auf Transporteinrichtungen und gegeneinander liegt nach dem derzeitigen Kenntnisstand in der Entfernung des während der alkalischen Reinigung gebildeten Aluminiumoxidfilms.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, vor der Behandlung mit alkalischer Reinigerlösung mit einer sauren wäßrigen Lösung zu spülen. Durch diese Maßnahme läßt sich bereits ein erheblicher Teil der auf dem Aluminiumbehälter befindlichen, aus feinen Aluminiumteilchen und organischen Rückständen bestehenden Verunreinigung entfernen, so daß die nachfolgende Stufe der alkalischen Reinigung weniger stark belastet wird.

Besonders wirksam ist es, vor und/oder nach der Behandlung mit alkalischer Reinigerlösung mit einer wäßrigen Lösung zu spülen, deren pH-Wert auf etwa 2 eingestellt ist.

Dabei empfiehlt es sich, die Temperatur der Lösung auf ≦ωτ 65,6°C, insbesondere 32,2 bis 54,4°C, einzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere mit Vorteil einsetzbar, wenn die Aluminiumbehälter mit einer Reinigerlösung gereinigt werden, die neben alkalisch reagierenden Bestandteilen einen Komplexbildner und wenigstens ein Tensid mit einer HLB-Zahl von wenigstens 12 enthält und einen pH-Wert von wenigstens 10 aufweist.

In dieser Reinigerlösung kann der alkalisch reagierende Bestandteil Alkali- oder Erdalkaliborat, -carbonat, -hydroxid oder -phosphat sowie Mischungen hiervon sein. Alkalihydroxid und -carbonat sind die bevorzugten Bestandteile. Deren Konzentration muß einerseits ausreichen, um die auf der Behälteroberfläche befindlichen Aluminiumteilchen zu entfernen, darf andererseits jedoch keine übermäßige Ätzung der Aluminiumoberfläche hervorrufen. Im Ergebnis muß ein sauberes glänzendes Aussehen der Oberfläche resultieren. Der pH-Wert, der nach unten mit 10 begrenzt ist, kann je nach Beschaffenheit der Behälteroberfläche bis etwa 13 gehen. Vorzugsweise liegt er im Bereich von 11,5 bis 12,5. Die Konzentration liegt üblicherweise zwischen 0,05 und 10 g/l, vorzugsweise zwischen 0,4 und 3,5 g/l.

Der Komplexbildner muß in der Reinigerlösung löslich und mit den anderen Bestandteilen verträglich sein. Er muß ferner in der Lage sein, die in der Lösung befindlichen Ionen in dem Maße komplex zu binden, daß die Bildung von störenden Niederschlägen vermieden wird. Als Komplexbildner besonders geeignet sind Zuckersäuren, wie Gluconsäure oder Glucoheptansäure, Zitronensäure, Ethylendiamintetraessigsäure, Weinsäure bzw. Salze dieser Säuren und Natriumtripolyphosphat. Die Konzentration der Komplexbildner liegt üblicherweise im Bereich von 0,01 bis 5 g/l, vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 1 g/l.

Die HLB-Zahl des Tensids ist ein Maß für die Größe und Stärke der hydrophilen Tensidkomponente im Verhältnis zur lipophilen Tensidkomponente (vgl. Römpps Chemie-Lexikon, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 8. Auflage, Seite 1715). Durch Wahl von Tensiden mit einer HLB-Zahl von wenigstens 12 und vorzugsweise maximal 15 wird eine wirksame Entfernung von Schmiermitteln und organischen Verunreinigungen, die insbesondere von der Verformung und Glättung der Aluminiumbehälter herrühren, erzielt. Außerdem wird die Bildung von Weißrost inhibiert. Bei Verwendung von Tensiden mit einer HLB-Zahl von über 15 sind in der Regel größere Konzentrationen erforderlich, wenn eine vollständige Reinigung erzielt und eine Wiederabscheidung von Verunreinigungen auf der Behälteroberfläche vermieden werden sollen.

Geeignete Tenside sind beispielsweise solche, deren hydrophobe Gruppe von Alkylphenol, geradkettigen oder verzweigtkettigen Alkoholen sowie Propylenglykol/Propylenoxid-Polymerisaten gebildet werden. Der hydrophile Bestandteil kann von Ethylenoxidgruppen, deren Endgruppen gegebenenfalls veräthert oder anderweitig besetzt sind, stammen. Tenside auf Basis alkoxylierter Kohlenwasserstoffe, die besonders geeignet sind, weisen die allgemeine Formel

R(OR′) _n OH

auf, wobei
R ein Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 C-Atomen,
R′ eine Ethylen- und gegebenenfalls Propylen-Gruppierung, wobei der Ethylenanteil überwiegt, und
n eine ganze Zahl von 5 bis 100
darstellt.

Beispiele für besonders geeignete Tenside sind

Tergitol 15-S-9,6der Firma Union Carbide Corporation (ethoxylierter sekundärer Alkohol; HLB-Zahl 13,5) Neodol 91-8,6der Firma Shell Chemical Company (ethoxylierter linearer Alkohol; HLB-Zahl 14,1) und Igepal CA 630,6der Firma GAF Corporation (ethoxyliertes Octylphenol; HLB-Zahl 13,0).

Alle diese vorgenannten Tenside können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Ihre Konzentration sollte üblicherweise 0,003 bis 5 g/l, vorzugsweise 0,02 bis 1,0 g/l, betragen.

Die Applikation dieser Reinigerlösung erfolgt wie üblich durch z. B. Fluten, Tauchen oder Spritzen bei Temperaturen von etwa 15 bis 65°C, vorzugsweise 32 bis 54°C, während einer Zeitdauer, die die Reinheit der Aluminiumoberfläche gewährleistet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die mit alkalischer Reinigerlösung behandelten Aluminiumbehälter in mehreren Stufen zu spülen. Hierbei sollte dann die zweite Stufe mit einer auf einen pH-Wert 2,5 eingestellten wäßrigen Lösung betrieben werden. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wie auch bei der mit der alkalischen Reinigung unmittelbar nachgeschalteten sauren Spülung erfolgt üblicherweise eine anschließende Wasserspülung, die mehrstufig und mit Gegenstromführung des Spülwassers ausgestattet sein kann. Die Abschlußspülung erfolgt regelmäßig mit vollentsalztem Wasser.

Die Bedingungen, mit denen die Wasserspülung vorgenommen wird, sollten hinsichtlich Behandlungsart und -temperatur mit denen der sauren Spülung übereinstimmen. Die Spülung im Spritzen ist besonders vorteilhaft.

Zur Einstellung des pH-Wertes der sauren Spüllösung sind gängige organische oder anorganische Säuren geeignet. Besonders zweckmäßig ist es, Schwefelsäure und/oder Fluorwasserstoffsäure zu verwenden. Die Gegenwart von Fluoridionen in ausreichenden Mengen hat den Vorteil, daß die Beweglichkeit der Aluminiumbehälter weiter erhöht und die Unterdrückung bzw. Entfernung irgendwelcher Verfärbungen begünstigt wird. Demzufolge besteht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, mit einer wäßrigen sauren Lösung zu spülen, die Fluoridionen enthält. Die Fluoridgehalte können bis 1000 ppm betragen. Unter besonderen Umständen können bei zu hohen Konzentrationen Ätzerscheinungen auftreten, so daß 200 ppm nicht überschritten werden sollten. Besonders zweckmäßig ist es, die Fluoridkonzentration unter 100 ppm zu halten. Im allgemeinen sind bereits 40 ppm und weniger ausreichend. Die vorgenannten Fluoridgehalte bzw. -konzentrationen beziehen sich auf freies Fluorid.

Außer durch Fluorwasserstoffsäure kann die Einbringung des Fluorids auch über lösliche einfache oder komplexe Fluoridverbindungen erfolgen. Der erforderliche pH-Wert ist dann gegebenenfalls mit anderen Säuren, beispielsweise durch Schwefelsäure, einzustellen.

Sofern eine weitere naßchemische Behandlung nicht beabsichtigt ist, werden die Aluminiumbehälter im Anschluß an die Spülbehandlung getrocknet, in der Regel auch lackiert, bedruckt oder anderweitig mit dekorativen Überzügen versehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere mit Vorteil zur Behandlung von Aluminiumbehältern vor der Bildung von Konversionsüberzügen geeignet. Durch Konversionsüberzüge wird die Beweglichkeit der Behälter (Rotation, Gleitung gegeneinander) beim Durchgang durch die Behandlungsanlage und durch die nachfolgenden Fertigungsstufen stark verbessert und zudem die Korrosionsbeständigkeit erhöht. Derartige Konversionsüberzüge können beispielsweise aus Lösungen auf Basis Chromphosphat oder Titan-, Zirkon- und Hafniumfluorid mit oder ohne zusätzlichen Gehalt an Tannin erzeugt werden. Beispiele für Verfahren zur Bildung derartiger Konversionsüberzüge sind in den amerikanischen Patentschriften 40 17 334, 40 54 466 und 43 38 140 gegeben.

Auch im Falle der vorgenannten Erzeugung von Konversionsüberzügen schließt sich üblicherweise die vorerwähnte Trocknung, Lackierung etc. an, je nach Verfahrensart nach einer vorherigen erneuten Spülbehandlung.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert.

Beispiele

Zur Veranschaulichung der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der erzielbaren Beweglichkeit von Aluminiumdosen in einer Hochgeschwindigkeitsbehandlungsanlage wurden verschiedene Tests durchgeführt. Der erste dreistufige Teil der Anlage diente der Reinigung, wobei die erste Stufe der Vorreinigung mit einer wäßrigen sauren Lösung, die zweite Stufe der alkalischen Reinigung mit einem Reiniger der oben näher bezeichneten Beschaffenheit mit einem pH-Wert von 11,9 und die dritte Stufe der Spülung mit einer sauren, auf pH 2,5 eingestellten Lösung diente. Nach einer Wasserspülung wurden die Aluminiumdosen dem Teil der Anlage zugeführt, in dem die Erzeugung des Konversionsüberzuges mit einer Lösung eines pH-Wertes von 2,8 bis 3,2 erfolgte. Nach erneuter Spülung mit Wasser und vollentsalztem Wasser wurde getrocknet. Anschließend wurden die Aluminiumdosen über eine Transportvorrichtung und Schurren einer Bedruckungsvorrichtung, die auf eine Leistung von 980 bis 1000 Dosen pro Min. ausgelegt war, zugeführt.

Sofern die vorgenannten Verfahrensbedingungen beibehalten wurden, konnte die Druckvorrichtung mit voller Leistung und einwandfreiem Ergebnis betrieben werden.

Wurde hingegen der pH-Wert des wäßrigen Spülmittels in der dritten Stufe von 2,5 auf 5 erhöht, wurde die Beweglichkeit der Aluminiumdosen reduziert, so daß die Leistung der Bedruckungsvorrichtung auf 710 Dosen pro Min. zurückgenommen werden mußte, wenn deren einwandfreier Betrieb gewährleistet bleiben sollte.

Sobald der pH-Wert des Spülmittels wieder auf 2,5 eingestellt wurde, erhöhte sich die Beweglichkeit der Aluminiumdosen erneut und damit der Zulauf zur Bedruckungsvorrichtung, so daß deren Leistung von 980 bis 1000 Aluminiumdosen pro Min. wieder erreicht werden konnte.

Eine weitere Versuchsserie zeigte den positiven Einfluß der Erzeugung eines Konversionsüberzuges entsprechend der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auf die Beweglichkeit der Aluminiumdosen. Für einen Zeitraum von 24 Stunden wurde diese Überzugsbildung ausgesetzt. Als Folge hiervon reduzierte sich die Beweglichkeit der Aluminiumdosen erheblich und die Leistung der Druckvorrichtung mußte auf 820 Dosen pro Min. zurückgenommen werden. Bei erneuter Aufnahme der Erzeugung des Konversionsüberzuges wurde die ursprüngliche Leistung der Druckvorrichtung wieder erreicht.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reinigung von Aluminiumbehältern mit Hilfe von alkalischen Reinigerlösungen und anschließende Spülung mit wäßriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit alkalischer Reinigerlösung behandelten Aluminiumbehälter in mindestens einer Stufe mit einer Lösung, deren pH-Wert auf 2,5 eingestellt ist, spült.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Behandlung mit der alkalischen Reinigerlösung mit einer sauren wäßrigen Lösung spült.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man vor und/oder nach der Behandlung mit alkalischer Reinigerlösung mit einer wäßrigen Lösung spült, deren pH-Wert auf etwa 2 eingestellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man vor und/oder nach der Behandlung mit alkalischer Reinigerlösung mit einer wäßrigen Lösung spült, deren Temperatur auf ≦ωτ 65,6°C, insbesondere 32,2 bis 54,4°C, eingestellt ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit alkalischer Reinigerlösung behandelten Aluminiumbehälter in mehreren Stufen spült, wobei man die zweite Stufe mit einer auf einen pH-Wert 2,5 eingestellten wäßrigen Lösung betreibt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spülung mit einer wäßrigen Lösung im Spritzen vornimmt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer wäßrigen sauren Lösung spült, die Fluoridionen enthält.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Spülung mit wäßriger saurer Lösung mit Wasser spült.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit alkalischer Reinigerlösung behandelten und gespülten Aluminiumbehälter trocknet.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 als Vorbehandlung von Aluminiumbehältern vor dem Aufbringen von Konversionsüberzügen.