專利名稱：一種降低鉛的量的方法
技術領域：
本發明涉及一種降低有害于人類健康的元素(特別是鉛)的量的方法，所述元素 在當由金屬合金如青銅和黃銅制成的水系統組件接觸意欲用于制備人類消費用飲料的液 體時，通過所述組件而釋放。
背景技術：
水系統組件意指管、管接頭、龍頭(tap)、閥和煮器，它們通常用于管道系統中，和 用于制作為人所用飲料的設備例如咖啡制作和分配機的構造中，所述咖啡制作和分配機還 包括熱冷牛奶的分配和浸液例如茶和甘菊茶的制作。在這些設備中加工并且意欲為人所用的液體必須滿足嚴格的標準，所述標準對有 害于人類健康的材料(所述材料中有鉛和鎳)的允許量施加了一定限制。已知上述水系統組件通常由分別為銅錫合金和銅鋅合金的青銅或黃銅制成。 還已知在這些合金中存在某一百分比的鉛，這是因為將鉛加入銅合金，從而使材 料變得更容易加工。將鉛加入銅鋅合金和銅錫合金導致以下風險在使用由它們形成的部件的水系統 時，由這些合金制成的組件可將鉛(盡管以最小且非常易變的量)釋放到液體中，然后鉛可 通過消費用該液體制成的飲料而被攝取。因為認為上述元素隨時間推移而非常有害于人類健康，所以考慮到大幅限制其在 飲料中的存在，已設定更嚴格和更嚴厲的標準。在歐洲，參照的標準是CE No. 1935/2004。另一方面，在美國，其為標準NSF(NATIONAL SANITATION FOUNDATION) 4，所述標準 對鉛濃度施加了非常低的限制(不大于15 μ g/1)，除了通過用于清洗水系統組件的程序之 夕卜，難以實現所述限制；這些程序具有經濟處罰性，特別是當考慮到關于水系統組件的性質 和它們的用途時。根據已知技術，為了限制由鉛從水系統組件遷移到通過所述組件的液體而產生的 問題，已經提出降低在制造組件的銅合金中存在的游離鉛的量。該技術(可定義為脫鉛)的實例描述于EP-A 1，134，306和US-A-5，958，257中。 根據此現有技術，將水系統組件在含有羧酸的浴中進行清洗。然而，實際上已經發現，雖然簡單地清洗組件相當大地降低了轉移到在由銅基合 金制成的水系統組件內的流體中的鉛量，但是不足以防止殘余的游離鉛的遷移。例如，因為已知物理和化學現象受溫度影響，所以如果將如在US-A-5，958，257中 或例如在EP 1，134，306中所述的已進行脫鉛處理的水系統組件在用于市政水管的常溫下 使用，那么它可給予在最大允許極限之下的轉移，然而，如果將相同組件在其特征為明顯更 高的操作溫度例如在煮咖啡機中存在的溫度的設備中使用，那么會超過該極限。已經發現，通過在含有羧酸的浴中清洗的脫鉛操作導致組件表面中的微孔結構， 這又有利于將進一步殘余的游離鉛從材料的最內層向通過所述組件的液體顯著遷移。
通過由電解法或化學法對鎳層的沉積，可實現鉛遷移方面的顯著降低。錫涂層也可產生對鉛遷移的有效防止。然而，由于錫的性質，此類涂層的特征在于 不令人滿意的耐久性。至于鎳涂層，雖然一方面其以令人滿意的方式降低了鉛遷移，但是，另一方面，其 引入超出對于鎳遷移的允許極限的問題。為防止此遷移過度，已經開發出特定合金，所述合金除其他物質外還包含鎳和錫， 并且所述合金具有仍接近于鎳表面強度的表面強度，但同時由于錫的存在而限制了鎳遷 移。然而，該合金具有局限性，這是因為它可以單獨地進行電化學沉積，從而具有不良 的進入某些組件內孔的滲入。因此，盡管已經對它們進行脫鉛操作，但是不能將其單獨有效 地用于構成組件的涂層。另一已知技術是，用含有硝酸鉍的組合物涂布青銅或黃銅水系統組件，所述組合 物通過將其浸漬在含有所述組合物的浴中來施涂，期望所述涂層能防止鉛原子遷移通過所 述組件與液體接觸的涂布面。 該技術的實例描述于US-A-5，544，859。然而，實際上，該技術不能保證鉛(或可能鎳)遷移隨時間推移的非滲透性，這是 因為遠在所述組件平均有效壽命結束之前，所述涂層將在一定時間后磨損。
發明內容
本發明的目的是解決鉛從水系統組件如由銅基合金制成的管、龍頭、管接頭和煮 器等遷移到通過所述組件的液體中的問題，從而以耐久性和經濟性有利的方式有效滿足歐 洲健康標準(Regulation CE No. 1935/2004)及美國健康標準(NSF 4)的要求。該目的通過一種降低鉛的量的方法來實現，所述鉛通過當由含鉛的金屬合金制成 的水系統組件與意欲用于制作為人所用飲料的液體接觸時，由水系統組件釋放，所述方法 至少包括依次的下列步驟-初步降低包含在構成組件的材料中的鉛的量，-至少在與液體接觸的表面上，通過沉積錫層來涂布如此處理的組件，-至少在通過沉積錫層而處理的表面上，通過電解沉積覆蓋的金屬合金來涂布水 系統組件。根據本發明，將由黃銅或青銅制成并且意欲用于為人所用飲料的液體流動的水系 統組件進行初步處理，以減少其中含有的游離鉛量。該處理可由在含有羧酸(特別是丙烯酸)的浴中清洗的步驟構成。在該步驟后，對所述組件進行優選化學沉積而不使用電力的錫層涂布，從而達到 2-4 μ m的厚度。已經發現所述錫層導致實質上將材料的固有多孔結構和作為所述方法第一步驟 中進行的初步脫鉛處理的結果而產生的多孔結構密封，因此盡管存在上述問題，但也證明 是有用的。化學沉積錫的步驟之后，接著是借助通過錫與鎳的金屬合金的電解沉積而覆蓋所 述錫層的方式的表面涂布步驟。
已經發現，與補充和加強對抗鉛遷移的保護一樣，沉積優選厚度為2-4 μm的覆蓋 層可賦予錫底層充分的抵抗性(resistance)，改進長期有效性。根據本發明，用于覆蓋錫層的金屬合金包含鎳與錫，并優選比例為約35%鎳與 65% 錫。由以下給出的實施例所見，對通過根據本發明的方法處理的水系統組件樣品與通 過現有技術的方法處理的相應組件樣品進行的試驗顯示，根據本發明的方法，將鉛元素從 水系統組件向通過所述組件的液體的遷移相當大地降低至遷移性大體上為0的程度，完全 滿足了現行健康標準。
具體實施例方式實施例1將容量約2. 9升，由焊接黃銅組件的組件制成的，可用于專用煮咖啡機的此類煮 器，進行常規的浸酸和沖洗步驟。然后向其填充1.7升的水，所述水中已添加少量鹽酸，從而通過將pH降低到5的 值來增強其侵蝕性(aggressiveness)。將如此填充的煮器在對應于溫度122. 6°C的相對飽和蒸汽壓1. 2bar下保持24小 時，從而反映對于作為咖啡機中經受最大熱應力的組件的此類組件所期望的工作條件。在達到上述時間后，利用石墨爐通過APAT CNR IRSA原子吸收光譜測試法分析容 納于煮器中的水。 得到鉛含量為10. 72 μ g/1。實施例2將如實施例1所述的具有焊接黃銅組件的銅組件的煮器進行常規的浸酸和沖洗 步驟，接著是通過浸漬于含有丙烯酸的浴而進行的脫鉛步驟。干燥后，如實施例1所述，填 充煮器并進行相同的熱處理。在達到處理時間后，通過與實施例1相同的設備進行水的分析，檢測到鉛含量為 2. 154 μ g/1。實施例3將如實施例1和2所述的具有焊接黃銅組件的銅組件的煮器，在浸酸、沖洗和脫鉛 之后，用包含鎳與錫的合金進行電解涂布。在如實施例1和2所述的熱處理后，通過與實施例1和2相同的設備進行水的分 析，所得結果是存在1.423 μ g/Ι的鉛。實施例4將如前述實施例所述的具有焊接黃銅組件的銅組件，其類型為特別用于濃咖啡的 咖啡機的煮器，在脫鉛步驟之后，進行用于化學沉積錫的處理，從而獲得其厚度在2-4 μ m 之間變化的層。在錫層上進行包含鎳與錫的合金的電化學沉積，形成厚度在2-4 μ m之間變 化的層。各沉積步驟之后，接著是在水中清洗并干燥的步驟。在如前述實施例所述的那樣填充補充有鹽酸的水并熱處理后，通過與前述實施例 相同的設備進行水的分析，檢測到鉛量不大于0. 075 μ g/Ι，該值為所用分析設備檢測能力的極限。實施例5將 完全由黃銅制成且具有與前述實施例所用煮器相同容量的煮器，進行脫鉛、化 學沉積錫層以及通過電解沉積含有鎳與錫的合金層而將其涂布的相同處理，從而給出如實 施例4所示的層厚度。各沉積步驟之后，接著是在水中清洗并干燥的步驟。在如前述實施例所述的那樣填充補充有鹽酸從而調節pH值至5的水并熱處理后， 用與前述實施例所用的相同的設備進行水的分析，檢測到鉛量不大于0. 075yg/l，這是所 用分析設備檢測能力的極限。將試驗結果總結于下表中。
鉛(yg/i) 實施例1的煮器 10 72 實施例2的煮器 2TT54 實施例3的煮器 Τ423 實施例4和5的煮器不大于0. 075*由這些結果所見，當對水系統組件例如由焊接黃銅組件的銅組件制成的用于咖啡 機的煮器以及完全由黃銅制成的煮器按照根據本發明的方法進行處理時，導致鉛遷移到水 中的量為小于0. 075 μ g/Ι，充分滿足了現行的將此量限定到不大于15yg/l值的健康標 準。
權利要求
1.一種降低鉛的量的方法，所述鉛通過當由含鉛的金屬合金制成的水系統組件與意欲 用于制作為人所用飲料的液體接觸時，由所述水系統組件釋放，所述方法至少包括依次的 下列步驟-初步降低包含在構成所述組件的材料中的鉛的量，-至少在與所述液體接觸的表面上，通過沉積錫層來涂布如此處理的所述組件， -至少在通過沉積錫層而處理的表面上，通過電解沉積覆蓋的金屬合金來涂布所述水 系統組件。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述初步降低包含在構成所述組件的材料中的 鉛的量的步驟包括將所述組件浸漬在至少含有羧酸的浴中。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述沉積錫層通過化學方法進行。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述錫層具有厚度為2-4μ m。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其中，要電解沉積在所述錫層上的所述覆蓋 的金屬合金為包含鎳和錫的金屬合金。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述覆蓋的金屬合金包含35%的鎳和65%的錫。
7.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其中，所述覆蓋的金屬合金具有厚度為 2-4 μ m0
8.根據權利要求1-7任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括在各沉積步驟完 成時，在水中清洗所述水系統組件的步驟。
9.根據權利要求1-8任一項所述的方法，其中，構成所述水系統組件的所述材料為青銅。
10.根據權利要求1-8任一項所述的方法，其中，構成所述水系統組件的所述材料為黃銅。
11.根據權利要求1-8任一項所述的方法，其中，構成所述組件的所述材料為焊接至黃 銅的銅。
12.—種水系統組件，其按照根據權利要求1-8中一項或多項所述的方法處理。
13.一種用于濃咖啡的咖啡機的煮器，其由焊接至黃銅組件的銅組件制成，并通過根據 權利要求1-8中一項或多項所述的方法處理。
全文摘要
一種降低鉛的量的方法，所述鉛通過當由含鉛的金屬合金制成的水系統組件與意欲用于制作為人所用飲料的液體接觸時，由所述水系統組件釋放，所述方法至少包括依次的下列步驟初步降低包含在構成所述組件的材料中的鉛的量，至少在與所述液體接觸的表面上，通過沉積錫層來涂布如此處理的所述組件，至少在通過沉積錫層而處理的表面上，通過電解沉積覆蓋的金屬合金來涂布所述水系統組件。
文檔編號A47J31/54GK102031523SQ20101027885
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月8日 優先權日2009年9月25日
發明者克勞迪奧·沃隆特, 斯泰方諾·卡雷拉 申請人:格魯普西姆貝利有限公司