Aluminiumfolie

Hintergrund

Aluminiumfolie besteht aus einer Aluminiumlegierung, die zwischen 92 und 99 Prozent Aluminium enthält. Normalerweise zwischen 0,00017 und 0,0059 Zoll dick, Folie wird in vielen Breiten und Stärken für buchstäblich Hunderte von Anwendungen hergestellt. Es wird verwendet, um Wärmedämmung für die Bauindustrie, Flossenlager für Klimaanlagen, elektrische Spulen für Transformatoren, Kondensatoren für Radios und Fernseher, Isolierung für Lagertanks, dekorative Produkte sowie Behälter und Verpackungen herzustellen. Die Beliebtheit von Aluminiumfolie für so viele Anwendungen beruht auf mehreren Hauptvorteilen, von denen einer der wichtigsten darin besteht, dass die für ihre Herstellung erforderlichen Rohstoffe reichlich vorhanden sind. Aluminiumfolie ist kostengünstig, langlebig, ungiftig und fettdicht. Darüber hinaus widersteht es chemischen Angriffen und bietet eine hervorragende elektrische und nichtmagnetische Abschirmung.

Sendungen (1991) von Aluminiumfolie beliefen sich auf 913 Millionen Pfund, wobei Verpackungen fünfundsiebzig Prozent des Aluminiumfolienmarktes ausmachten. Die Beliebtheit von Aluminiumfolie als Verpackungsmaterial beruht auf ihrer hervorragenden Undurchlässigkeit für Wasserdampf und Gase. Es verlängert auch die Haltbarkeit, verbraucht weniger Speicherplatz und erzeugt weniger Abfall als viele andere Verpackungsmaterialien. Die Präferenz für Aluminium in flexiblen Verpackungen ist folglich zu einem globalen Phänomen geworden. In Japan wird Aluminiumfolie als Barrierekomponente in flexiblen Dosen verwendet. In Europa dominieren flexible Aluminiumverpackungen den Markt für pharmazeutische Blisterverpackungen und Bonbonverpackungen. Die aseptische Getränkebox, die eine dünne Schicht Aluminiumfolie als Barriere gegen Sauerstoff, Licht und Geruch verwendet, ist ebenfalls auf der ganzen Welt sehr beliebt.

Aluminium ist das zuletzt entdeckte Metall, das die moderne Industrie in großen Mengen verwendet. Aluminiumverbindungen, die als „Aluminiumoxid“ bekannt sind, wurden im alten Ägypten zur Herstellung von Arzneimitteln und zum Abbinden von Tuchfarbstoffen im Mittelalter verwendet. Jahrhunderts vermuteten Wissenschaftler, dass diese Verbindungen ein Metall enthielten, und 1807 versuchte der englische Chemiker Sir Humphry Davy, es zu isolieren. Obwohl seine Bemühungen scheiterten, Davy bestätigte, dass Aluminiumoxid eine metallische Basis hatte, was er anfangs „Alumium“ nannte. Davy änderte dies später in „Aluminium“, und während Wissenschaftler in vielen Ländern den Begriff „Aluminium“ buchstabieren, verwenden die meisten Amerikaner Davys überarbeitete Schreibweise. 1825 isolierte ein dänischer Chemiker namens Hans Christian Ørsted erfolgreich Aluminium, und zwanzig Jahre später gelang es einem deutschen Physiker namens Friedrich Wohler, größere Partikel des Metalls herzustellen. 1854 verfeinerte Henri Sainte-Claire Deville, ein französischer Wissenschaftler, Wohlers Methode so weit, dass Aluminiumklumpen von der Größe eines Murmels hergestellt wurden. Devilles Prozess bildete die Grundlage für die moderne Aluminiumindustrie, und die ersten hergestellten Aluminiumstangen wurden 1855 auf der Pariser Weltausstellung ausgestellt.

Zu diesem Zeitpunkt schränkten die hohen Kosten für die Isolierung des neu entdeckten Metalls seine industrielle Verwendung ein. 1866 entwickelten jedoch zwei Wissenschaftler, die getrennt in den Vereinigten Staaten und Frankreich arbeiteten, gleichzeitig die sogenannte Hall-Héroult-Methode zur Trennung von Aluminiumoxid von Sauerstoff durch Anlegen eines elektrischen Stroms. Während sowohl Charles Hall als auch Paul-Louis-Toussaint Héroult ihre Entdeckungen in Amerika bzw. Frankreich patentieren ließen, erkannte Hall als erster das finanzielle Potenzial seines Reinigungsprozesses. Im Jahr 1888

Der Bayer-Prozess der Raffination von Bauxit besteht aus vier Schritten: Aufschluss, Klärung, Fällung und Kalzinierung. Das Ergebnis ist ein feines weißes Pulver aus Aluminiumoxid.

Er und mehrere Partner gründeten die Pittsburgh Reduction Company, die in diesem Jahr die ersten Aluminiumbarren produzierte. Mit Wasserkraft, um eine große neue Umwandlungsanlage in der Nähe der Niagarafälle mit Strom zu versorgen und die aufkeimende industrielle Nachfrage nach Aluminium zu decken, florierte Halls Unternehmen, das 1907 in Aluminum Company of America (Alcoa) umbenannt wurde. Héroult gründete später die Aluminium-Industrie-Aktien-Gesellschaft in der Schweiz. Ermutigt durch die steigende Nachfrage nach Aluminium während des Ersten und Zweiten Weltkriegs begannen die meisten anderen Industrienationen, ihr eigenes Aluminium zu produzieren. 1903 stellte Frankreich als erstes Land Folie aus gereinigtem Aluminium her. Die Vereinigten Staaten folgten ein Jahrzehnt später, seine erste Verwendung des neuen Produkts Beinbänder zur Identifizierung von Brieftauben. Aluminiumfolie wurde bald für Behälter und Verpackungen verwendet, und der Zweite Weltkrieg beschleunigte diesen Trend und etablierte Aluminiumfolie als Hauptverpackungsmaterial. Bis zum Zweiten Weltkrieg blieb Alcoa der einzige amerikanische Hersteller von gereinigtem Aluminium, aber heute gibt es sieben große Hersteller von Aluminiumfolie in den Vereinigten Staaten.

Rohstoffe

Aluminium zählt zu den am häufigsten vorkommenden Elementen: nach Sauerstoff und Silizium ist es das am häufigsten vorkommende Element auf der Erdoberfläche, das über acht Prozent der Kruste bis zu einer Tiefe von zehn Meilen ausmacht und in fast jedem gewöhnlichen Gestein vorkommt. Aluminium kommt jedoch nicht in seiner reinen, metallischen Form vor, sondern als hydratisiertes Aluminiumoxid (eine Mischung aus Wasser und Aluminiumoxid) in Kombination mit Kieselsäure, Eisenoxid und Titandioxid. Das bedeutendste Aluminiumerz ist Bauxit, benannt nach der französischen Stadt Les Baux, wo es 1821 entdeckt wurde. Bauxit enthält Eisen und hydratisiertes Aluminiumoxid, wobei letzteres seinen größten Bestandteil darstellt. Gegenwärtig ist Bauxit reichlich vorhanden, so dass nur Ablagerungen mit einem Aluminiumoxidgehalt von fünfundvierzig Prozent oder mehr zur Herstellung von Aluminium abgebaut werden. Konzentrierte Ablagerungen finden sich sowohl in der nördlichen als auch in der südlichen Hemisphäre, wobei der größte Teil des in den Vereinigten Staaten verwendeten Erzes aus Westindien, Nordamerika und Australien stammt. Da Bauxit so nahe an der Erdoberfläche vorkommt, sind die Abbauverfahren relativ einfach. Sprengstoffe werden verwendet, um große Gruben in Bauxitbetten zu öffnen, wonach die oberen Schichten von Schmutz und Gestein weggeräumt werden. Das freiliegende Erz wird dann mit Frontladern entfernt, in Lastwagen oder Eisenbahnwaggons gestapelt und zu Verarbeitungsbetrieben transportiert. Bauxit ist schwer (im Allgemeinen kann eine Tonne Aluminium aus vier bis sechs Tonnen des Erzes hergestellt werden), so zu reduzieren

Stranggießen ist eine Alternative zum Schmelzen und Gießen von Aluminium. Ein Vorteil des Stranggießens besteht darin, dass vor dem Folienwalzen kein Glüh- (Wärmebehandlungs-) Schritt erforderlich ist, ebenso wie der Schmelz- und Gießprozess.

die Kosten für den Transport sind diese Anlagen oft so nah wie möglich an den Bauxitminen.

Der Herstellungsprozess

Die Gewinnung von reinem Aluminium aus Bauxit umfasst zwei Prozesse. Zuerst wird das Erz raffiniert, um Verunreinigungen wie Eisenoxid, Kieselsäure, Titandioxid und Wasser zu beseitigen. Dann wird das resultierende Aluminiumoxid geschmolzen, um reines Aluminium zu erzeugen. Danach wird das Aluminium zu Folie gewalzt.

Raffination — Bayer-Prozess

• 1 Das Bayer-Verfahren zur Raffination von Bauxit umfasst vier Schritte: Aufschluss, Klärung, Fällung und Kalzinierung. Während der Faulphase wird das Bauxit gemahlen und mit Natriumhydroxid gemischt, bevor es in große Drucktanks gepumpt wird. In diesen Tanks, genannt Fermenter, Die Kombination von Natriumhydroxid, Hitze, und Druck bricht das Erz in eine gesättigte Lösung von Natriumaluminat und unlöslichen Verunreinigungen, die sich am Boden absetzen.
• 2 Die nächste Phase des Prozesses, die Klärung, besteht darin, die Lösung und die Verunreinigungen durch eine Reihe von Tanks und Pressen zu leiten. Während dieser Phase fangen Gewebefilter die Verunreinigungen ein, die dann entsorgt werden. Nach erneutem Filtrieren wird die verbleibende Lösung in einen Kühlturm transportiert.
• 3 In der nächsten Stufe, der Fällung, bewegt sich die Aluminiumoxidlösung in ein großes Silo, wo in einer Anpassung der Deville-Methode die Flüssigkeit mit Kristallen aus hydratisiertem Aluminium ausgesät wird, um die Bildung von Aluminiumpartikeln zu fördern. Wenn die Impfkristalle andere Kristalle in der Lösung anziehen, beginnen sich große Klumpen von Aluminiumhydrat zu bilden. Diese werden zunächst herausgefiltert und anschließend gespült.
• 4 Bei der Kalzinierung, dem letzten Schritt der Bayer-Veredelung, wird das Aluminiumhydrat hohen Temperaturen ausgesetzt. Diese extreme Hitze dehydriert das Material und hinterlässt einen Rückstand aus feinem weißem Pulver: Aluminiumoxid.

Schmelzen

• 5 Das Schmelzen, bei dem die nach dem Bayer-Verfahren hergestellte Aluminium-Sauerstoff-Verbindung (Aluminiumoxid) abgetrennt wird, ist der nächste Schritt zur Gewinnung von reinem, metallischem Aluminium aus Bauxit. Obwohl das derzeit verwendete Verfahren von der elektrolytischen Methode abgeleitet ist, die Charles Hall und Paul-Louis-Toussaint Héroult im späten neunzehnten Jahrhundert erfunden haben, wurde es modernisiert. Zuerst wird das Aluminiumoxid in einer Schmelzzelle gelöst, einer tiefen Stahlform, die mit Kohlenstoff ausgekleidet und mit einem beheizten Flüssigkeitsleiter gefüllt ist, der hauptsächlich aus der Aluminiumverbindung Kryolith besteht.
• 6 Als nächstes wird ein elektrischer Strom durch den Kryolith geleitet, wodurch sich eine Kruste über der Oberseite der Aluminiumoxidschmelze bildet. Wenn periodisch zusätzliches Aluminiumoxid in die Mischung eingerührt wird, wird diese Kruste gebrochen und ebenfalls eingerührt. Wenn sich das Aluminiumoxid auflöst, zersetzt es sich elektrolytisch, um eine Schicht aus reinem, geschmolzenem Aluminium auf dem Boden der Schmelzzelle zu erzeugen. Der Sauerstoff verschmilzt mit dem Kohlenstoff, der zur Auskleidung der Zelle verwendet wird, und entweicht in Form von Kohlendioxid.
• 7 Noch in geschmolzener Form wird das gereinigte Aluminium aus den Schmelzzellen gezogen, in Tiegel überführt und in Öfen entleert. Zu diesem Zeitpunkt können andere Elemente hinzugefügt werden, um Aluminiumlegierungen mit für das Endprodukt geeigneten Eigenschaften herzustellen, obwohl Folie im Allgemeinen aus 99,8 oder 99,9 Prozent reinem Aluminium hergestellt wird. Die Flüssigkeit wird dann in direkte Kokillengießvorrichtungen gegossen, wo sie zu großen Brammen abkühlt, die als „Barren“ oder „Reroll“ bezeichnet werden.“ Nach dem Glühen – wärmebehandelt zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit — eignen sich die Barren zum Einrollen in Folie.
  

  Folie wird aus Aluminiummaterial hergestellt, indem sie zwischen schweren Walzen gerollt wird. Rolling produziert zwei natürliche Oberflächen auf der Folie, hell und matt. Wenn die Folie aus den Walzen austritt, schneiden Kreismesser sie in rechteckige Stücke.

• Eine alternative Methode zum Schmelzen und Gießen des Aluminiums wird als „Stranggießen“ bezeichnet.“ Dieser Prozess umfasst eine Produktionslinie, die aus einem Schmelzofen, einem Warmhalteherd zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls, einem Transfersystem, einer Gießeinheit, einer Kombinationseinheit bestehend aus Quetschwalzen, Schere und Zaumzeug sowie einem Aufwickel- und Coilwagen besteht. Beide Methoden produzieren Vorrat von den Stärken, die von 0,125 bis 0,250 Zoll reichen (0,317 bis 0,635 Zentimeter) und von verschiedenen Breiten. Der Vorteil des Stranggießverfahrens besteht darin, dass es nicht wie der Schmelz- und Gießprozess einen Glühschritt vor dem Folienwalzen benötigt, da das Glühen automatisch während des Gießprozesses erreicht wird.

Rolling foil

• 8 Nach der Herstellung des Folienmaterials muss die Dicke reduziert werden, um die Folie herzustellen. Dies wird in einem Walzwerk erreicht, wo das Material mehrmals durch Metallwalzen, sogenannte Arbeitswalzen, geführt wird. Wenn die Bleche (oder Bahnen) aus Aluminium durch die Walzen laufen, werden sie dünner gequetscht und durch den Spalt zwischen den Walzen extrudiert. Die Arbeitswalzen werden mit schwereren Walzen gepaart, die als Stützwalzen bezeichnet werden und Druck ausüben, um die Stabilität der Arbeitswalzen aufrechtzuerhalten. Dies hilft, die Produktabmessungen innerhalb von Toleranzen zu halten. Die Arbeits- und Stützwalzen drehen sich in entgegengesetzte Richtungen. Schmiermittel werden hinzugefügt, um den Walzprozess zu erleichtern. Während dieses Walzprozesses muss das Aluminiumblech geglüht (wärmebehandelt) werden, um seine Verarbeitbarkeit zu erhalten.
• Die Reduzierung der Folie wird durch Einstellen der Drehzahl der Walzen und der Viskosität (des Fließwiderstands), der Menge und der Temperatur der Walzschmierstoffe gesteuert. Der Walzenspalt bestimmt sowohl die Dicke als auch die Länge der Folie, die das Walzwerk verlässt. Dieser Spalt kann durch Anheben oder Absenken der oberen Arbeitswalze eingestellt werden. Rolling produziert zwei natürliche Oberflächen auf der Folie, hell und matt. Das helle Finish entsteht, wenn die Folie mit den Arbeitswalzenoberflächen in Kontakt kommt. Um die matte Oberfläche zu erzeugen, müssen zwei Blätter zusammen verpackt und gleichzeitig gerollt werden; wenn dies geschehen ist, enden die Seiten, die sich berühren, mit einem matten Finish. Andere mechanische Veredelungsmethoden, die normalerweise während der Verarbeitung hergestellt werden, können verwendet werden, um bestimmte Muster herzustellen.
• 9 Während die Folienblätter durch die Walzen laufen, werden sie mit kreisförmigen oder rasiermesserartigen Messern, die auf der Walzenmühle installiert sind, geschnitten und geschnitten. Trimmen bezieht sich auf die Kanten der Folie, während beim Schneiden die Folie in mehrere Blätter geschnitten wird. Diese Schritte werden verwendet, um schmale aufgerollte Breiten zu produzieren, die Ränder des überzogenen oder lamellierten Materials zu trimmen und rechteckige Stücke zu produzieren. Für bestimmte Herstellungs- und Verarbeitungsvorgänge müssen Bahnen, die während des Walzens gebrochen wurden, wieder zusammengefügt oder gespleißt werden. Übliche Arten von Spleißen zum Verbinden von Bahnen aus glatter Folie und / oder hinterlegter Folie umfassen Ultraschall, Heißsiegelband, Drucksiegelband und Elektroschweißen. Der Ultraschallspleiß verwendet eine Festkörperschweißung – hergestellt mit einem Ultraschallwandler — im überlappenden Metall.

Veredelungsprozesse

• 10 Für viele Anwendungen wird Folie in I V/ Kombination mit anderen Materialien eingesetzt. Es kann mit einer Vielzahl von Materialien wie Polymeren und Harzen für dekorative, schützende oder Heißsiegelzwecke beschichtet werden. Es kann auf Papiere, Pappen und Kunststofffolien laminiert werden. Es kann auch geschnitten, in jede beliebige Form geformt, bedruckt, geprägt, in Streifen geschnitten, geätzt, geätzt und eloxiert werden. Ist die Folie im Endzustand, wird sie entsprechend verpackt und an den Kunden versendet.

Qualitätskontrolle

Neben der prozessinternen Kontrolle von Parametern wie Temperatur und Zeit muss das fertige Folienprodukt bestimmte Anforderungen erfüllen. So wurde beispielsweise festgestellt, dass verschiedene Umwandlungsprozesse und Endverwendungen unterschiedliche Trocknungsgrade auf der Folienoberfläche erfordern, um eine zufriedenstellende Leistung zu erzielen. Ein Benetzbarkeitstest wird verwendet, um die Trockenheit zu bestimmen. Bei diesem Test werden verschiedene Lösungen von Ethylalkohol in destilliertem Wasser in Schritten von zehn Volumenprozent in einem gleichmäßigen Strom auf die Folienoberfläche gegossen. Wenn sich keine Tropfen bilden, ist die Benetzbarkeit Null. Der Prozess wird fortgesetzt, bis bestimmt ist, welcher minimale Prozentsatz der Alkohollösung die Folienoberfläche vollständig benetzt.

Weitere wichtige Eigenschaften sind Dicke und Zugfestigkeit. Standardprüfmethoden wurden von der American Society For Testing and Materials (ASTM) entwickelt. Die Dicke wird bestimmt, indem eine Probe gewogen und ihre Fläche gemessen wird und dann das Gewicht durch das Produkt der Fläche mal der Legierungsdichte dividiert wird. Die Spannungsprüfung der Folie muss sorgfältig kontrolliert werden, da die Prüfergebnisse durch raue Kanten und das Vorhandensein kleiner Defekte sowie andere Variablen beeinflusst werden können. Die Probe wird in einen Griff gelegt und eine Zug- oder Zugkraft ausgeübt, bis ein Bruch der Probe auftritt. Die Kraft oder Stärke, die erforderlich ist, um die Probe zu brechen, wird gemessen.

Die Zukunft

Die Beliebtheit von Aluminiumfolie, insbesondere für flexible Verpackungen, wird weiter zunehmen. Vierseitige, flossenversiegelte Beutel erfreuen sich großer Beliebtheit für militärische, medizinische und Einzelhandelsnahrungsmittelanwendungen und in größeren Größen für institutionelle Food-Service-Packs. Beutel wurden auch für die Verpackung von 1,06 bis 4,75 Gallonen (4-18 Liter) Wein für Einzelhandels- und Restaurantmärkte sowie für andere Lebensmittelmärkte eingeführt. Darüber hinaus werden weitere Produkte für andere Anwendungen entwickelt. Die zunehmende Beliebtheit von Mikrowellenherden hat zur Entwicklung verschiedener Formen von halbstarren Behältern auf Aluminiumbasis geführt, die speziell für diese Öfen entwickelt wurden. In jüngerer Zeit wurden spezielle Kochfolien zum Grillen entwickelt.

Aber auch Aluminiumfolie wird hinsichtlich ihrer Umweltfreundlichkeit unter die Lupe genommen.“ Daher erhöhen die Hersteller ihre Bemühungen im Recyclingbereich; Tatsächlich haben alle US-Folienhersteller mit Recyclingprogrammen begonnen, obwohl die Gesamttonnage und die Erfassungsrate der Aluminiumfolie viel niedriger sind als die der leicht zu recycelnden Aluminiumdosen. Aluminiumfolie hat bereits den Vorteil, leicht und klein zu sein, was dazu beiträgt, ihren Beitrag zum festen Abfallstrom zu reduzieren. In der Tat, laminierte Aluminiumfolie Verpackung stellt nur 17 / lOOths von einem Prozent der US-festen Abfälle.

Die vielversprechendste Lösung für Verpackungsabfälle könnte die Reduzierung der Quelle sein. Zum Beispiel erfordert die Verpackung von 65 Pfund (29,51 Kilogramm) Kaffee in Stahldosen 20 Pfund (9,08 Kilogramm) Stahl, aber nur drei Pfund (4,08 Kilogramm) laminierte Verpackung einschließlich Aluminiumfolie. Solche Verpackungen benötigen auch weniger Platz auf der Deponie. Die Folienabteilung der Aluminium Association entwickelt sogar ein Bildungsprogramm zu Aluminiumfolie für Universitäten und professionelle Verpackungsdesigner, um diese Designer über die Vorteile des Umstiegs auf flexible Verpackungen zu informieren.

Aluminiumfolie verbraucht auch weniger Energie sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verteilung, da werkseigener Schrott recycelt wird. Tatsächlich macht recyceltes Aluminium, einschließlich Dosen und Folien, über 30 Prozent des jährlichen Metallangebots der Branche aus. Diese Zahl steigt seit einigen Jahren und wird voraussichtlich anhalten. Darüber hinaus werden die Prozesse bei der Folienherstellung verbessert, um Luftverschmutzung und gefährliche Abfälle zu reduzieren.