[发明专利]用热塑性涂料涂布金属基材的方法

说明书

本发明涉及用热塑性涂料涂布金属基材的方法。

本申请中，热塑性材料应当理解为指基本上由热塑塑料和添加的以获得特定性能的其它添加剂组成的塑性材料。

用塑料层涂布金属基材是实际中已知的，并且是适宜于尤其是当所用的金属需要保护以避免受大气条件(一般来说是腐蚀性条件)的影响，或者是当环境需要保持安全以防止受金属的不期望的作用，或者上述两种情况均需要避免时，如在包装的情况中。例如，某些食品罐头长期以来由镀锡的包装铁(亦称作马口铁)制造，这种铁的一面具有塑料层，以便防止金属进入食物中，并防止受食物腐蚀作用出现生锈，另一方面，为保持包装具有足够长时间的精美外观。

这些涂层通常为有机的，一般通过喷漆方式涂敷上。盖子的内面和外面可能必须要涂敷不同的覆盖层。内面的覆盖层必须主要是提供良好的耐腐蚀性，以防止需要保藏和需要包装的各种产品的腐蚀。而对于外面的覆盖层，外观(例如光泽和颜色)、耐刮擦和冲击的机械强度是首要的。

包装形成时的机械加工步骤，如食品罐头或饮料罐中包装体和盖子的弯折，例如会对覆盖层提出更复杂的要求。首先，要求外面的覆盖层是既耐刮擦的又容易变形的，以便经过弯折操作后不受到损坏。

为涂敷有机顶层涂层，除喷涂部分完成的包装外，还可想到在生产环节的较早阶段用卷材涂布工艺的方式进行涂布，例如卷材喷涂、彩箔薄膜涂布(又称作卷材层合)，其中将塑料膜涂敷到基材上；以及挤出涂布，这是一种膜涂布的形式，其中膜不是从别处提供的，而是通过挤出到基材所需要涂布和涂敷的点处而得到。

任何涂布方法都有各自的缺点，在于涂布材料的特性或涂布方式的特性。对喷涂来说，其具有的明显缺陷是溶剂的挥发，如果溶剂包含VOCs(=挥发性有机化合物)则更是一个非常大的缺陷，这便是很多涂敷中的情况。

膜涂布一般不认为是一种经济可行的替换方式。膜的生产、成卷、运输并且再将其铺展，当将这些都考虑进去的话，则将无法与喷涂竞争。

挤出涂布工艺作为涂敷的一种方法是具吸引力的，因为该方法没有上述经济上的缺陷，但据证明，它难以完成某些组合时的情况。该方法主要应用于聚烯烃的单面或双面涂层涂敷。所说的聚烯烃本身并不具有较好粘合金属基材所必要的性能。因此，通常选择具备改性粘合层的聚烯烃涂层。所说的粘合层则由用羧酸类或酸酐类改性的聚烯烃组成。适宜的基于聚烯烃的粘合层可以通过，例如，将丙烯或乙烯或上述两者的组合与α-不饱和羧酸、β-不饱和羧酸、相关的酸酐或相关的酯或半酯共聚来生产。羧酸的实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、肉桂酸、马来酸、马来酸酐、富马酸等。这种改性单体的重量百分比一般为1-15％。

这种粘合促进单体能够粘合到基材表面上，却仅当聚烯烃粘合层处于熔点以上温度某些时间时才这样，其结果是粘合促进单体变得可以通过聚烯烃扩散到基材表面，并且粘合促进单体会与基材表面发生化学反应或物理作用。据发现，通过将具备粘合促进单体的聚烯烃挤出到金属基材上的方式(造成温度低于各聚烯烃的熔点)不可能产生足够的粘合性，以便将产品通过线路传输。相反，膜随着内部冷却的金属加压辊的轨迹，由金属加压辊将涂层压到基材上，并且膜被卷起到加压辊上。将金属条状材料预热到高于聚烯烃熔点的温度，自然是非常容易作到的。这会使改性聚烯烃涂层和金属条状材料之间具有粘合。但是，如果条状材料的另一面也需要涂布，并且不与涂布上述面是相同的时刻，则会出现上述面的涂层在涂布另一面的步骤中被损坏，因为产品的温度毕竟超过了聚烯烃涂层的熔点。结果，涂层以熔融并因此非常易碎的状态与钢加压辊接触，并被损坏。

关于塑料膜的改性，例如通过电晕处理、非常高温下挤出或火焰处理来氧化表面的方式，可以指出，对熔融的、非常薄的塑料片材原位进行改性通常是不容易可行的。电晕处理确保静电荷的产生，结果熔融的片材被电晕结构所排斥，并且处理失去了其有效性。对聚烯烃在非常高温下的挤出，涂层的自由表面氧化，导致包装材料对填充剂的味觉的影响增加；火焰处理伴随产生气体流，它排斥塑料熔融片材，此外，在枪头嘴的周围产生相当大的热量。

出人意料地，改性事实上可以通过使用非常少量的臭氧气来完成，臭氧气氧化了熔融聚烯烃片材的表面，从而产生了某些在低于聚烯烃熔点的预热温度下的基材的粘合性，甚至是在层合缝隙中。据发现，这种原位产生的粘合性对涂层随着基材(而因此不是内部冷却的加压辊)达到后加热部位，在其中通过后加热到大于聚烯烃熔点的温度，接着粘合促进物扩散到基材表面并进一步化学反应或物理作用，来进一步改进粘合。