[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Aluminiumoberflächen mit sauren,
wässrigen Lösungen, die eine lösliche Borverbindung und eine lösliche Fluorid-Verbindung
enthalten sowie eine wässrige, saure Reinigungslösung mit einem Gehalt an löslicher
Bor- und löslicher Fluoridverbindung.
[0002] 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.
[0003] Zur Erleichterung des vorgenannten Verfahrensganges mit Walzen, Stanzen, Ziehen und
Glätten werden verschiedene Schmiermittel und Kuhlschmierstoffe 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 chemischen Behandlung
unterworfen werden.
[0004] Zu diesem Zweck gibt es zahlreiche saure oder alkalische Reiniger. Ein Beispiel für
einen derartigen Reiniger ist in der US-PS-3969135 beschrieben. 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 chemischen Behandlung verbleibende Rückstände
zu dem fraglichen Problem führen. Anpassungen bzw. Veränderungen der Konzentration
der wirksamen Bestandteile der Reinigungslösung 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.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und wässrige saure Reinigungslösungen zum
Reinigen von Aluminiumoberflächen bereitzustellen, die nicht zu den bekannten, insbesondere
vorgenannten Nachteilen, führen, dennoch bei guter Reinigungswirkung und ohne Geschmacksbeeinträchtigung
einfach in der Durchführung bzw. von hoher Wirtschaftlichkeit sind. Die Aufgabe wird
gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung
derart ausgestaltet wird, daß man die Aluminiumoberfläche mit einer Lösung reinigt,
deren Borgehalt gegenüber dem Gehalt an freiem Fluorid größer ist als dem stöchiometrischen
Bedarf zur Bildung von BF
4- entspricht und die einen pH-Wert kleiner als 3,5 aufweist.
[0006] Die Gegenwart eines derartigen stöchiometrischen Überschusses an löslicher Borverbindung
verringert das Auftreten und das Ausmaß der bisher beobachteten Geschmacksbeeinträchtigung
mit Reinigungslösungen der bislang bekannten Art.
[0007] Üblicherweise enthält die zum Einsatz kommende Reinigungslösung weniger als 4 g/1
freies Fluorid. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Aluminiumoberflächen
mit einer Reinigungslösung gereinigt, die mindestens 10 ppm freies Fluorid, insbesondere
10 - 100 ppm freies Fluorid enthält. Der Gehalt an löslicher Borverbindung, wie Borat,
ist so eingestellt, daß er dem zur BF4--Bildung erforderlichen Bedarf übersteigt.
[0008] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Aluminiumoberflächen
mit einer Lösung gereinigt, die 20 - 50 ppm freies Fluorid enthält. Der hier und im
vorstehenden verwendete Begriff "freies Fluorid" bezieht sich auf das Fluorid, das
nicht komplex gebunden ist, z.B. in Form von Fluoroborat, -silikat und -aluminat,
das sich während der Benutzung der Reinigungslösung zunehmend bildet. Das "freie Fluorid"
ist der Badbestandteil, der durch eine spezifische fluoridsensitive Elektrode auf
potentiometrischem Wege gegen eine Standardlösung mit 40 ppm Fluorid bei pH 1,1 und
einer Temperatur von 26,7 °C gemessen wird. Eine geeignete fluoridsensitive Elektrode
ist beispielsweise in der US-PS 34 31 182, auf die wegen der Einzelheiten - auch des
Meßverfahrens - verwiesen wird, beschrieben.
[0009] Die im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommende Reinigungslösung enthält
eine Borverbindung, deren Konzentration von der jeweiligen Konzentration des vorhandenen
freien Fluorids abhängig ist. Als Quelle für die Borverbindung kommt insbesondere
Borsäure wie auch deren einfache Alkali- und Ammoniumsalze in Betracht.
[0010] Es ist darauf hinzuweisen, daß das BF
4- Anion nicht notwendigerweise in der Reinigungslösung gebildet werden muß. Es kann
als Basis zur Einstellung der relativen Konzentration von Bor zu freiem Fluorid vorgesehen
werden.
[0011] Der Gehalt an freiem Fluorid ist durch das Ausmaß der beabsichtigten bzw. erforderlichen
Reinigung zwecks Entfernung von Metallteilchen, Flecken, Schmiermitteln und dergleichen
unter gleichzeitiger Berücksichtigung der angestrebten Oberflächenbeschaffenheit,
des Ätzgrades und der Art der sich anschließenden Folgebehandlung bestimmt. Wenn der
zur ausreichenden Reinigung erforderliche Gehalt an freiem Fluorid geschaffen ist,
wird der Borgehalt auf den geforderten stöchiometrischen Überschuß entsprechend der
vorgenannten Definition eingestellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird die Aluminiumoberfläche mit einer Reinigungslösung gereinigt, deren stöchiometrischer
Borüberschuß gegenüber dem freien Fluorid mindestens 4 ppm, vorzugsweise bis 200 ppm
beträgt. Ein Überschuß über den stöchiometrischen Bedarf innerhalb eines Bereiches
von 10 - 75 ppm ist insbesondere vorteilhaft.
[0012] Die Einstellung des pH-Wertes der Reinigungslösung kann durch jede geeignete darin
lösliche und damit verträgliche anorganische oder organische Säure erfolgen. Mineralsäuren,
insbesondere Schwefelsäure, sind besonders geeignet. Falls
[0013] Fluorwasserstoffsäure als Quelle für den Fluorid-Bestandteil verwendet wird, kann
sie den gesamten Bedarf an Wasserstoffionen oder einen Teil hiervon stellen. Falls
das Fluorid über Alkali- oder Ammoniumfluorid-Verbindungen eingebracht wird, sind
entsprechend höhere Mengen anderer Säuren erforderlich.
[0014] Der pH-Wert ist nach oben mit 3,5 begrenzt, weil sonst die zur gründlichen Reinigung
erforderliche Behandlungsdauer zu stark steigen würde. Vorzugsweise wird mit einer
Reinigungslösung gearbeitet, deren pH-Wert 1-2 beträgt. Dabei richtet sich der optimale
pH-Wert nach der Konzentration der Bestandteile der Reinigungslösung, der Anwendungstemperatur
und der Behandlungsdauer. PH-Werte unterhalb 1 sind - in Abhängigkeit vom Fluorid-Gehalt
- häufig mit einem unerwünschten Ätzabtrag und damit matter Erscheinung der Aluminiumoberfläche
verbunden. In den Fällen, in denen eine metallisch glänzende Oberfläche erwünscht
ist, wird demzufolge von so tiefen pH-Werten Abstand genommen.
[0015] Die Wirkung der erfindungsgemäß einzusetzenden Reinigungslösung wird erhöht, wenn
in weiterer bevorzugter Ausgestaltung mit einer Reinigungslösung gereinigt wird, die
zusätzlich Tensid, vorzugsweise bis 10 g/l, insbesondere in einer Menge von 0,1 -
5 g/1 enthält. Je nach Verschmutzungsgrad der Aluminiumoberfläche können gute Ergebnisse
mit 0,5 - etwa 1 g/1 Tensid erzielt werden.
[0016] Je nach Beschaffenheit des verwendeten Tensids kann es zweckmäßig sein, ein geeignetes
Entschäumungsmittel hinzuzugeben, um eine unerwünscht hohe Schaumbildung, insbesondere
bei Anwendung der Reinigungslösung im Spritzverfahren, zu vermeiden.
[0017] Eine besonders bevorzugte Reinigungslösung enthält die in der US-PS 3969135 beschriebene
Tensid-Kombination. Diese Patentschrift beschreibt die Kombination von Tensiden bestimmter
Kohlenwasserstoffund Abietinsäure-Derivate, wobei die Tenside in Mengen von 0,1 -
50 g/l, vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis 2,0 g/l, eingesetzt werden können. Gerade
die Verwendung dieser Tensid-Kombination gewährleistet die Entfernung unterschiedlichster,
auf der Aluminiumoberfläche befindlicher organischer Verbindungen und Verschmutzungen
und verstärkt die Wirksamkeit und Anwendbarkeit der Reinigungslösung.
[0018] Ansonsten können Tenside verwendet werden, die vom nichtionogenen, anionischen oder
kationischen Typ sind. Nichtionogene Tenside finden bevorzugt Anwendung.
[0019] Typische Beispiele von Tensiden, die zufriedenstellende Ergebnisse liefern und handelsübliche
sind, sind folgende: Surfactant AR 150 der Firma Hercules, Inc. (äthoxylierte Abietinsäure
mit etwa 15 Ätho-Gruppen);
[0020] Pegosperse 700-TO der Firma Glyco Chemicals, Inc. (äthoxylierte Abietinsäure mit
etwa 14 - 16 Ätho-Gruppen); Triton CF-10 der Firma Rohm + Haas Co. (Alkylaryl-Polyäther
mit einer Kohlenstoffkette von etwa 16 C-Atomen mit etwa 16 Ätho-Gruppen);
[0021] Pluronic L-61 der Firma BASF Wyandotte, Inc. (Kondensationsprodukt von Aethylenoxyd
und Propylenoxyd);
[0022] Antarox LF-330 der Firma GAF Corporation (Alkylpolyäthoxy- äthanol);
[0023] Antarox BL-330 der Firma GAF Corporation (Alkylpolyäthoxy- äthanol);
[0024] Igepal Ca-630 der Firma GAF Corporation (Alkylphenoxypoly- äthoxyäthanol);
[0025] Trykol LF-1 der Firma Emery Industries, Inc. (Alkylpoly- äther);
[0026] Plurafac D-25 der Firma BASF Wyandotte, Inc. (modifizierte oxäthylierter geradkettiger
Alkohol);
[0027] Triton X-102 der Firma Rohm + Haas Co. (Octylphenoxypoly- äthoxyäthanol);
[0028] Plurafac RA-30 der Firma BASF Wyandotte, Inc. (modifizierte oxäthylierter gradkettiger
Alkohol);
[0029] Polytergent S-505 LF der Firma Oline Corporation (modifizierter polyäthoxylierter
gradkettiger Alkohol);
[0030] Sulfonic LF-17 der Firma Jeffersen Chemical Co. (alkylpoly- äthoxylierter Äther);
[0031] Triton DF-16 der Firma Rohm + Haas Co. (modifizierter polyäthoxylierter gradkettiger
Alkohol);
[0032] Tergitol Anionic-08 der Firma Union Carbide Corp. (Natrium 2-äthylhexylsulfat).
[0033] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf übliche Weise zur Behandlung der Aluminiumoberflächen
eingesetzt werden. Der Einsatz im Spritzverfahren ist besonders vorteilhaft, wenn
Aluminiumbehälter gereinigt werden sollen und eine einwandfreie Reinigung sowohl der
Behälterinnen- wie auch der Behälteraußenflächen angestrebt ist. Die Reinigungslösung
wird üblicherweise bei einer Temperatur oberhalb des Trübungspunktes des verwendeten
Tensides angewendet.
[0034] Je nach Tensid ist es empfehlenswert, die Aluminiumoberfläche bei einer Temperatur
oberhalb 32,2°C, vorzugsweise bei 37,8 - 54°C, zu reinigen. Zwar können grundsätzlich
auch höhere Temperaturen angewendet werden, jedoch sind sie wegen des höheren Energieaufwandes
weniger zweckmäßig.
[0035] Die Dauer der Behandlung der Aluminiumoberflächen hängt vom Grad der Verschmutzung
ab und kann im Extremfall bis 10 Minuten betragen. Im Normalfall liegt die Behandlungsdauer
bei 10 Sekunden bis 5 Minuten. Es kann auch bei einer Dauer von weniger als 2 Minuten
ein zufriedenstellendes Reinigungsergebnis erzielt werden.
[0036] Gegenstand der Erfindung ist auch eine wässrige saure Reinigungslösung zum Reinigen
von Aluminiumoberflächen mit einem Gehalt an löslicher Bor- und löslicher Fluoridverbindung,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr Borgehalt gegenüber dem Gehalt von freiem
Fluorid größer ist als dem stöchiometrischen Bedarf zur Bildung von BF4- entspricht
und die einen pH-Wert kleiner als 3,5 aufweist.
[0037] Bevorzugte Ausgestaltungen der Reinigungslösung sehen einen Gehalt an freiem Fluorid
von mindestens 10 ppm, insbesondere 10 - 100 ppm, und einen Borüberschuß gegenüber
dem freien Fluorid von mindestens 4 ppm, vorzugsweise bis 200 ppm vor.
[0038] Weiterhin sind Reinigungslösungen sehr vorteilhaft, deren Gehalt an freiem Fluorid
20 - 50 ppm beträgt und von Reinigungslösungen, die einen pH-Wert von 1-2 aufweisen.
[0039] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht Reinigungslösungen vor, deren Tensidgehalt
bis 10 g/1 beträgt, insbesondere 0,1 - 5 g/1 ausmacht.
[0040] Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beispielsweise und näher erläutert:
Beispiele:
Die Vorzüge der Erfindung hinsichtlich der Geschmacksbewahrung bzw. der Vermeidung
einer Geschmacksbeeinträchtigung von in Aluminiumbehältern verpackten Nahrungsmitteln
werden anhand folgender Tests demonstriert:
[0041] Getränkebehälter, wie sie üblicherweise zur Verpackung von Bier verwendet werden,
werden in einer sechsstufigen Anlage gereinigt. Stufe 1 beinhaltet eine Vorwäsche
mit einer aus der 2. Stufe im Gegenstrom herangeführten Lösung mit einem pH-Wert von
2,5 - 3. In der 2. Stufe wird die erfindungsgemäße Reinigungslösung eingesetzt, wobei
die Bor-Konzentration in Abhängigkeit von der Konzentration an freiem
[0042] Fluorid geregelt werden, um so die Wirksamkeit auf die Geschmacksbeeinträchtigung
zu testen. Stufe 3 stellt eine 3-fache Spülstufe dar. Stufe 4 bildet ein handelsüblicher
alkalischer Reiniger mit nachfolgender Spülung. Stufe 5 ist wiederum eine 3-fache
Wasserspülstufe. Stufe 6 wird aus einer 2-fachen Wasserspülstufe gebildet, wobei im
letzten Abschnitt entsalztes Wasser eingesetzt wird.
[0043] Aluminiumbehälter, die die vorgenannten Behandlungsfolgen durchlaufen hatten, wurden
von einem Gremium von Geschmacksexperten bewertet, in dem der Einfluß des Reinigungsprozesses
auf den Geschmack des Bieres ermittelt wurde. Frisch gebrautes und nicht pasteurisiertes,
in einem Glas serviertes Bier, diente als Maßstab. Das gleiche Bier wurde für die
Dauer von 15 Minuten in auf verschiedene Weise behandelte Aluminiumbehälter gefüllt,
dann verkostet und mit dem unverpackten Bier verglichen.
[0044] Das als Maßstab dienende Bier erhält eine Wertzahl im Bereich von 3 - 4. Bezüglich
der Bewertung der Aluminiumbehälter ist derjenige am vorteilhaftesten, dessen Inhalt
dem als Maßstab dienenden, unverpackten Bier am nächsten kommt.
[0045] Die jeweils zugeordneten Noten waren das gewichtete Mittel aus 8 Einzelnoten, die
von den Geschmacksexperten vergeben worden waren. In Übereinstimmung mit der üblichen
Geschmacksbeurteilung berücksichtigen sie Eindrücke wie ölig, holzig, und bewerten
Nachgeschmack, Bitterkeit etc.
[0046] Eine Bewertung mit 6 - 6,5 gilt als gerade noch akzeptabel. Die Bewertung mit 5,5
- 6 stellt ein gutes Ergebnis dar. Die Benotung mit 5 - 5,5 steht für ein hervorragendes
Ergebnis, bei dem praktisch Gleichwertigkeiten mit dem Bewertungsmaßstab erzielt ist.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß Werte unter etwa 5 als so vollkommen gelten, daß
Zweifel an der Benotung auftreten.
[0047] Die wässrige saure Reinigungslösung in der 2. Stufe der Waschanlage wurde ständig
über einen Zeitraum von 6 Tagen hinsichtlich Lösungsbeschaffenheit und Verfahrensparameter
überwacht. Die in Form von eingebrachter Borsäure verursachte Borkonzentration wurde
verändert und der jeweiligen Konzentration eine Benotung für die behandelten Dosen
zugeordnet.
[0048] Die wässrige saure Reinigungslösung wurde bei einer Temperatur von 51,5 °C appliziert
und bei einem Wert für freie Säure von 7,5 - 9 ml (entsprechend einem pH-Wert von
ca. 1,4 - 1,5) und einer Konzentration von freiem Fluorid von etwa 25 ppm gehalten.
Das freie Fluorid wurde in Form von Fluorwasserstoffsäure eingebracht. Die pH-Wert-Konstanz
wurde durch die Zugabe von Schwefelsäure bewirkt. Die Reinigungslösung enthielt weiterhin
0,7 g/1 Tensid (Trycol LF-1) und 0,7 g/1 Surfactant AR-160. Sowohl die wässrige Reinigungslösung
wie die Spülbehandlungen und die Vorbehandlung erfolgten im Spritzen. Die Behandlungsdauer
in der 2. Stufe (mit der erfindungsgemäßen Reinigungslösung) lag zwischen 30 und 60
Sekunden, d.h. variierte mit der Geschwindigkeit der Dosenlinie und betrug im Mittel
45 Sekunden.
[0049] Die mit den geschilderten Tests erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle
zusammengestellt:

[0050] Die vorstehenden Ergebnisse veranschaulichen deutlich eine Verbesserung des Biergeschmacks
bei Anwendung von Bor in der wässrigen sauren Reinigungslösung in stöchiometrischem
Überschuß über das hinaus, was in Relation zum vorhandenen freien Fluorid theoretisch
zur Bildung von BF
4- erforderlich ist.
1. Verfahren zur Reinigung von Aluminiumoberflächen mit sauren wässrigen Lösungen,
die eine lösliche Borverbindung und eine lösliche Fluoridverbindung enthalten, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Aluminiumoberfläche mit einer Lösung reinigt, deren Borgehalt
gegenüber dem Gehalt an freiem Fluorid größer ist als dem stöchiometrischen Bedarf
zur Bildung von BF4- entspricht und die einen pH-Wert kleiner als 3,5 aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumoberfläche
mit einer Lösung reinigt, die mindestens 10 ppm, vorzugsweise 10 - 100 ppm freies
Fluorid enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumoberfläche
mit einer Lösung reinigt, die 20 - 50 ppm freies Fluorid enthält.
4. Verfahren nach Anspruch l, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumoberfläche
mit einer Lösung reinigt, deren stöchiometrischer Borüberschuß gegenüber dem freien
Fluorid mindestens 4 ppm, vorzugsweise bis 200 ppm, beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Aluminiumoberfläche mit einer Lösung reinigt, deren pH-Wert 1 - 2 beträgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Aluminiumoberfläche mit einer Lösung reinigt, die zusätzlich Tensid, vorzugsweise
bis 10 g/l, enthält.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Aluminiumoberfläche mit einer Lösung reinigt, die 0,1 - 5 g/1 Tensid enthält.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Aluminiumoberfläche bei einer Temperatur oberhalb 32,2 °C, vorzugsweise
bei einer Temperatur im Bereich von 37,8 - 54 °C, reinigt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Aluminiumoberfläche während einer Zeitdauer von 10 s bis 5 min reinigt.
10. Wässrige saure Reinigungslösung zum Reinigen vom Aluminiumoberflächen mit einem
Gehalt an löslicher Bor- und löslicher Fluoridverbindung, dadurch gekennzeichnet,
daß ihr Borgehalt gegenüber dem Gehalt an freiem Fluorid größer ist als dem stöchiometrischen
Bedarf zur Bildung von BF4- entspricht und sie einen pH-Wert kleiner als 3,5 aufweist.
11. Reinigungslösung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehalt an freiem
Fluorid mindestens 10 ppm, vorzugsweise 10 - 100 ppm, und ihr Borüberschuß gegenüber
dem freien Fluorid mindestens 4 ppm, vorzugsweise bis 200 ppm, beträgt.
12. Reinigungslösung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehalt
an freiem Fluorid 20 - 50 ppm beträgt.
13. Reinigungslösung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie
Tensid, vorzugsweise bis 10 g/l, insbesondere 0,1 - 5 g/1 enthält.
14. Reinigungslösung nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß
sie einen pH-Wert von 1 - 2 aufweist.