イントロダクション
食品、飲料、工業、エアゾールなど、用途を問わず、現在消費されている金属製パッケージのうち、非常に高い割合を占めています。 – は、内部および外部にも保護膜が施されています。 後者は保護するだけでなく、良いイメージを与えるために装飾することができます。 この保護は、ワニスによって実現されています。
金属パッケージへのワニスの使用には長い歴史があります。 20世紀初頭から、塗料メーカーはパッケージ市場の発展をサポートするようになり、すぐにオレオレジン樹脂をベースにしたインテリアワニスを製造するようになりました。その後、フェノール樹脂が登場し、1935年にはビールが缶詰になったことで、ビニールコーティングが登場するようになりました。 その後、エポキシフェノール、有機溶剤、アクリル…そして、コーティングの進化は、より多様な製品（酸性食品、硫黄食品、炭酸飲料など）に対応し、パッケージの新しいデザインや素材を求める包装業界が提示する課題に対応し続けています。
この分野の発展は、アメリカ、ドイツ、イギリスの企業の技術と研究に偏っており、それらの企業は時間をかけて技術を様々な国にライセンスしてきました。
金属加工業界では、ワニスやラッカーの使用は常に高度な専門知識を必要とする特別な分野であり、リトグラフと並んでその使用に特化した補助的な産業を生み出しており、特に小規模なパッケージメーカーの多くがこれに依存している。 その理由は、定義や使用に必要な知識だけでなく、適用に必要な重い投資が必要であり、売上高が中程度または低い企業にとっては償却が困難であるためである。
ワニスの使用は、すでに述べたように、金属加工業界では早くから、内部（製品の作用による）および外部（環境要因による）のパッケージの攻撃に対応するために始まった。 漬物やピクルス、特に飲料などの非常に攻撃的な製品の包装では、ブリキ鋼板にどれだけブリキの保護を施しても、製品が消費者としての品質を失うのは時間の問題であることがすぐに明らかになりました。
錫は高価な金属であり、製鉄所（ブリキメーカー）の努力は、その消費量を減らすことに集中しました。まず、「コークス」を完全に取り除いた電解ブリキの使用、次に、両面に異なるコーティングを施したディファレンシャルブリキ、ローコーティング（LTS）、さらには錫の代わりにクロムを使用したTFSの開発により、低コスト化を実現しました。 これらすべてのケースにおいて、ワニス（または有機コーティング）は、製品と容器の母材を十分に保護します。
一般分類
コーティングは、容器の内側（製品と接触する部分）と外側（外部からの影響を受ける部分）の両方に使用されます。 両方の用途に共通のワニスがありますが、一般的には、少なくともアプリケーションの条件においては、カバーすべき要求が異なり、インテリアの保護に要求されるものよりも厳しいため、通常は異なります。
コーティングは一般的に次のように分類されます。
– 1.保護用のインテリアコーティングで、パッケージされた製品と接触し、「サニタリーワニス」として指定される。
– 2.- パッケージの装飾的な印刷の基礎となる顔料入りの外面コーティングで、この色であることから「ホワイトカウチ」と呼ばれています。 ホワイトエナメル」や「ホワイトラッカー」とも呼ばれています。
– 3.──「カップリングワニス」と呼ばれる、印刷の下地にもなる透明な外被。
– 4.-インクがその後の取り扱いに耐えられないため、印刷を保護するための透明な外側のコーティングで、「仕上げ用ワニス」として知られている。
この論文では、主に最初のグループを対象としていますが、すべてのグループに共通する概念も多くあります。 ただし、他のグループについては、いくつかの見出しをつけて説明します。
ワニスの機能
一般的に、パッケージに使用されるコーティングは、保護的なバリア機能を持っていますが、その目的は主に以下のように分けられます。
- 中身から金属を守る。
- パッケージに付着した金属イオンによる汚染から製品を保護します。
- 製造を促進する。
- デコレーションの基礎となる。
- 外部からの擦り傷や腐食に対するバリアーとして機能する。
金属保護
缶の金属と中身の反応は、さまざまな形で現れます。
- 溶解と水素の発生、金属イオンの可溶化、極端な場合には缶の穿孔（酸性製品に関連）。
- 製品によって容器の内面が変質し、金属とプロセス中のタンパク質分解に由来する硫黄化合物が反応して、硫化鉄と硫黄が形成される。
内装用塗料は、これらの反応を防ぐ、あるいは少なくとも妨げる役割を果たします。
製品保護
内部の缶の腐食と製品の汚染は、しばしば相補的なプロセスです。 製品の汚染は、必ずしも栄養面での品質低下につながるわけではなく、通常はその官能面での品質に影響を与えます。 例えば、ごく微量の鉄が溶解することで、有害ではないものの、飲料やビールの味が変わるなどの影響があります。 一般的に、食品は飲料よりも少量の金属を取り込むことに耐性があります。 缶詰や食用製品がいかなる場合でも健康に害を及ぼすことがないように、ppm（パーツ・パー・ミリオン）で測定された金属の含有量の上限を決める広範な法律があります。 これらの値は、国によって異なる場合があります。
例えば、梨などの白い果物の色や風味を保つために、一定のレベルまで錫を溶解することが有効な製品があります。 また、アスパラガスのように、錫を使った風味が、それまで慣れ親しんできた市場の好みに合うこともあります。
内装塗装は、これらの金属の製品への移行を最小限に抑えます。
製造業
金属加工には、何らかの潤滑剤が必要です。 充填-延伸-アイロン（DWI）プロセスで製造された缶の場合、潤滑剤はボディ製造機の中で脂肪エマルジョンの形で添加され、それを洗浄して乾燥させます。 未塗装の3ピース容器の場合、この機能を果たすのは錫です。 TFSのような他の素材は、非常に研磨性が高く硬いため、何らかの潤滑が必要です。 適切な添加物であるワックスを使用した外側および内側のコーティングは、コーティングを必要とするブリキ容器と他の素材（LTS、TFS）の両方でこの機能を果たします。
デコレーション
缶の外側の装飾には、通常、酸化チタン（白色）または他の顔料で着色されたコーティングが使用されます。 これらは10ミクロン以上の厚さで塗布されています。 よく「クーシェホワイト」と呼ばれ、4色印刷の白インクの代わりに使われています。 白を使わない装飾の場合、最初の下地は無色で、「アームホール」や「フック」と呼ばれています。 これらのワニスは、金属に直接塗布されたインクにはない、缶の外壁へのリトグラフの良好な接着性を確保するために必要である。
摩耗と外部腐食
パッケージの外観を保証するために、外部の保護コーティングが施されています。 これらは、ハンドリングや摩擦による耐摩耗性を高めるための適切な媒体であり、また、環境による腐食に対するバリアとしても機能します。
ブリキも鉄系も比較的錆びやすい。 アルミ缶は変色しやすく、酸の影響を受けやすいため、特に暑い地域では清涼飲料水の容器などがその例です。 これらの問題を解決するのが外壁クラッドです。
容器のボディや蓋にリトグラフが施されている場合は、白地のワニスがすでにその役割を果たしていますが、インクがほとんど摩耗しないため、印刷を保護するために別のワニスを塗布する必要があります。 この新しいものは「トップコート」と呼ばれ、常に透明である。 容器が印刷されておらず、ブリキのコーティングが低い場合は、外部の腐食からブリキを保護するためにワニスが必要です。 この場合は「外装ワニス」と呼ばれ、通常は無色ですが、ときには金色になることもあります。 一般的に、これらの外壁塗装はすべて、ビニール系、アクリル系、エポキシ・フェノール系に属します。 使われているフィルムの重さは低いものが多い。
BASIC ASPECTS。
食品と接触するということは、その配合に使用されているすべての製品が、北米の基準機関であるFDA（Food and Drugs Administration）のポジティブリストに含まれていなければならず、またヨーロッパの同様の保健規制にも含まれていなければなりません。
これらのコーティングは、保護用であれ装飾用であれ、一般的には液状で塗布され、簡単に言えば、フィルムを形成することができる樹脂／ポリマーの混合物を、対応する添加剤（可塑剤、触媒、潤滑剤など）を含む有機溶媒に溶解または分散させたものであり、場合によっては特別な用途のための顔料も含まれています。 塗布された後、必要な温度で焼かれ、溶剤が蒸発します。 この操作では、ポリマー構造の化学的な架橋が行われ、ポリマーに高い耐薬品性、不溶性、硬度が与えられます。
処方に使用されている有機溶剤は衛生的ではありませんが、適切な焼成温度で溶剤が蒸発し、コーティングが完全に残るため、汚染のリスクがありません。 主な溶剤が水であるため衛生的な「水性」と呼ばれる塗料もありますが、この場合でも、従来の非衛生的な溶剤をより少ない割合で使用する必要があります。 この範囲のコーティングは適用が複雑で、その用途は主にDWI飲料容器などの特定の用途に限られています。 断言できるのは、金属に付着した乾いたエキスを形成する残留物はすべて衛生的であるということです。
の特性を活かしています。
バリア機能を果たすためには、ワニスは以下のような特性を持っていなければなりません。
- パッケージングされた製品との相性を考え、その攻撃性に対抗する。
- ブリキなどの金属への密着性が高い。
- 有害物質を含まないこと。
- 包装された製品の官能的な特性に影響を与えないこと。
- 健康法で禁止されている製品を含まない。
- パッケージング中に製品が受ける殺菌や処理に耐えられること。
- スリーピース容器の胴体溶接作業、ツーピース容器の深絞り作業は、あらかじめニスを塗布している場合は、十分にサポートしてください。
ワニスの種類
市場では、用途に応じてさまざまな種類のコーティング剤が開発されています。 いずれもベースとなる樹脂があり、そこから総称されています。 メーカーは通常、開発したワニスの種類ごとにコードや経験的な番号を付けています。これは、ワニスの指定を容易にするためだけでなく、各ワニスの背後には通常長い研究開発作業があるため、その配合について一定の秘密を保つためでもあります。
さまざまな塗料の組成に関わるベースとなる樹脂は、それほど多くありません。 代表的なものは
n オレオレジン
n フェノール類
n エポキシ
n ビニール
n アクリリックス
Nポリエステル
オレオレジン樹脂は唯一の天然樹脂であり、その他の樹脂は合成樹脂、つまり化学的に合成されたものである。 より広いスペクトルの特性を得るために、ワニスの処方に2種類以上を組み合わせるのが一般的です。
時には、非常に過酷な条件に耐えなければならない用途で、1回のワニス塗りでは同じ条件に耐えられない場合、同じワニスを2回以上連続して塗ったり、補完的な特性を持つ異なるワニスを塗ったりすることもあります。 これらの基材樹脂を用いた塗料群の主な特徴を以下に示す。
オレオレジン系。
これらは、天然ガムなどの天然樹脂と、ヒマシ油などの乾燥油を混合して得られる。 酸化と熱重合を同時に行って乾燥させる。 一番安いですからね。 柔軟で耐酸性がありますが、硫黄イオンは透過します。 これらは、耐加工性に欠け、色特性も悪い。
彼らは最も古いワニスのグループの一つです。 欧州ではほとんど使用されていませんが、米国では一部使用されています。 通常のバージョンでは、Rタイプのワニスとして酸性の果物や野菜に使用され、酸化亜鉛ペースト（Ozn）で顔料化することで硫化を隠し、タンパク質を多く含む食品に使用され、この場合はCタイプのワニスと呼ばれます。
一般的には、より優れた性能を持つ他のコーティンググループがあるため、これらはもはや大きな関心事ではないと言えるでしょう。
フェノール類
置換フェノール類とアルデヒド類を縮合した合成樹脂から製造されています。 内容物の影響を受けにくい不透水性と耐薬品性を備えています。 一方で、柔軟性に乏しいため、ソーセージの包装などの変形に対する耐性が低く、通常は低い膜厚で塗布されます。 製品に味を伝えることができる。 オレオレジンとは異なり、架橋密度が高く、硫黄イオンを透過しないため、硫化製品である肉、野菜、魚などにおすすめです。 オレオレジンと同様に、ヨーロッパではほとんど使われていません。
エポキシ
エポキシ樹脂は、エピクロルヒドリンとビフェノールA（ジフェノールプロパン）の縮合反応によって得られるもので、さまざまな保護材や装飾材の基礎となっている。 エポキシ樹脂の組み合わせには様々な種類があります。 最も重要なのは、エポキシフェノール、エポキシアミン、エポキシエステル、変性エポキシの4つです。 圧倒的に広く使用されているのは最初のものであり、したがって私たちのケースでは最も興味深いものです。
エポキシ・フェノール系塗料は最も普遍的に使用されています。 フェノール樹脂は耐薬品性を、エポキシ樹脂は機械的特性と接着性をもたらします。 この市場では、両樹脂の比率が異なる様々なエポキシ・フェノール系塗料が提供されています。 一般的には接着性と柔軟性に優れているため、深絞り包装に適しています。 黄金色の色合いをしています。
ほとんどの食品の攻撃性に対して良好な耐性を持っています。 硫化に対する耐性はフェノールワニスに劣るが、ポリリン酸塩や食肉の保存に使われる他の添加物に対する耐性はフェノールワニスより優れている。 これらの硫化製品には、アルミニウム（Al）や酸化亜鉛（OZn）の粉末などの添加剤が加えられている。 前者は硫化現象を覆い隠しますが、OZnはオートクレーブの熱でタンパク質が分解された結果生成される硫化イオンを吸収し、白色の硫化亜鉛を形成しますが、パッケージの最終的な外観はほとんど変わりません。
肉、魚、ジュース、果物、野菜など、ほとんどすべての種類の保存食に使用されています。…. ビールやソフトドリンクにも使用されていますが、製品にフレーバーを伝えることができるため、その上に第2のビニールコーティングが必要です。
固形やペースト状の保存料は、これらのワニスに付着してしまい、取り除くのが難しくなります。 これを改善するために、このタイプのエポキシフェノールは、上述したAlまたはOZnを含む顔料を使用したもので、調理済みのハム、モルタデラ、チョップドポークなどの固形物を簡単に取り除くことができるスライディング添加剤も含まれており、このタイプのコーティングは「ミートリレース」と呼ばれています。 この添加剤は、焼成時に外面に浮き出てくる衛生用ワックスの溶液です。
エポキシ-アミン系塗料は、エポキシ樹脂に尿素ホルムアルデヒドやメラミンホルムアルデヒドなどのアミノ樹脂を加えたもので、エポキシ-尿素系塗料とも呼ばれています。 高い耐薬品性を持ち、ほとんど無色透明です。 装飾用や「ヒッチ」として使われています。
エポキシ樹脂を脂肪酸でエステル化して得られるのがエポキシエステルです。 これらのワニスは、優れた柔軟性を持ち、無色です。 主な用途はエクステリア（仕上げ用ワニス）。
内装システムに使用されるエポキシ変性塗料は、白色の有機溶剤やポリエステルの代わりに、適切な顔料を使用した、磁器または磁器化された白色塗料の可能性の一つです。 無色なので、カップリングコーティングとして、あるいは単に外部の無色コーティングとしても使用できます。
ビニール
塩化ビニルと酢酸ビニルを共重合して得られるビニル樹脂をベースに配合されており、良好な接着性、高い柔軟性、味の透過性がないことが特徴ですが、蒸気や殺菌に対する耐性は低いです。 そのため、加工された保存食にはほとんど使われていませんが、DWI技術で作られたビールや炭酸飲料のトップコートとして広く使われています。 また、外装仕上げ用ワニスとしても使用可能です。 乾燥温度が低いためにボディのサイドシームで発生する熱に耐えられず、炭化してしまうため、用途を問わず3ピースのパッケージには適していません。
アクリリックス
その樹脂は、ポリアクリル酸のエステルで構成されています。 当初はあまり使用されていませんでしたが、衛生的で清潔感のある優れた外観により、徐々に使用されるようになりました。 屋内システムで使用する場合、豆類、野菜、白い果実が最も一般的な用途です。 トマトや赤い果物など、色素を多く含む製品にはあまりお勧めできません。 – 魚の色が失われ、プレゼンテーションが貧弱になってしまう。 しかし、その主な用途は、無色のホワイトエナメルや仕上げ用ワニスとしてのエクステリアシステムである。
良好な耐薬品性と優れた機械的特性を持っています。高温、深絞り、曲げなどの耐性が高い。
ポリエステル
イソフタル酸をベースにしたその樹脂は、オイルと反応せず、許容できる柔軟性、良好な耐酸性、低い耐硫化性を持っています。 主な用途としては、飲料用容器の内面コーティングが挙げられます。 一般的には、無色または金色、顔料を使用した磁器タイルとして内装システムにもよく使用され、外装システムではボンドワニスやホワイトエナメル（後者は顔料も使用）として使用されます。
オルガノゾル
実際にはビニールファミリーの一員ですが、その重要性が増していることから、独自のサブグループを形成しています。 高分子量のポリ塩化ビニル（PVC）樹脂を炭化水素系溶剤に溶解し、可塑剤を加えて分散させたものです。 これらの塗料は、エポキシ・フェノール系塗料の代替として最適なものの一つです。 高セキュリティ用途の2コートラッカーのファーストパスとして使用されることが多い。 主な用途はリッドで、クロージャーに使用されるコンパウンドやプラスチゾルとの接着性に優れています。 これらは、上記の利点に加えて、非常に柔軟性があるため、引き裂き用の切り込みや開口部のリングを固定するためのリベットの形成といった型抜き作業中に受けるダメージにも耐えることができ、イージーオープンリッドの理想的なコーティングとなっています。 同様の事情で、詰め物をした状態でも、非常に優れた性能を発揮します。 また、無味で適度な耐薬品性を持っています。
エポキシ・フェノール系樹脂と比較すると、前述のように柔軟性が高く、一般的に化学的特性と機械的特性のバランスが良いという利点があります。 その品質の高さから、ますます使用頻度が高くなるであろうワニスのシリーズです。
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