PL219932B1 - Sposób obróbki wyrobów z opakowaniowego szkła sodowo-wapniowo-krzemowego z powierzchnią uszlachetnianą związkami glinu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki wyrobów z opakowaniowego szkła sodowo-wapniowo-krzemowego z powierzchnią uszlachetnianą związkami glinu. Sposób dotyczy produkcji wyrobów formowanych automatem szklarskim, zwłaszcza butelek i słoików o powierzchni modyfikowanej technologią powierzchniowej wymiany jonowej.

Dla większości szklanych wyrobów opakowaniowych oprócz wysokiej odporności hydrolitycznej i jakości efektu optycznego istotnymi są własności mechaniczne szkła, narażonego na obciążenia warunków użytkowania, technologii napełniania i wielokrotności cyklu eksploatacji. Szczególnie dotyczy to warstwy powierzchniowej, której stan i własności w sposób istotny decydują o wytrzymałości mechanicznej wyrobu. Jedna z metod modyfikacji powierzchni szkła polega na wymianie jonowej prowadzonej w celu uzyskania korzystnych naprężeń ściskających w warstwach powierzchniowych. W wyniku wymiany jonów o większej średnicy na jony o promieniach mniejszych następuje oprócz zmiany składu chemicznego, również zmniejszenie współczynnika rozszerzalności cieplnej - z efektem osiągnięcia korzystnego układu naprężeń podczas odprężającego chłodzenia wyrobu do temperatur otoczenia. Znane są sposoby uszlachetniania szkła sodowo-wapniowo-krzemowego przy użyciu związku glinu, który po zetknięciu się z gorącą powierzchnią szkła o temperaturze w zakresie transformacji 450 do 700°C ulega rozkładowi tworząc powłokę tlenkową. Jednocześnie następuje dyfuzja tlenku metalu do warstw powierzchniowych z tworzeniem się wiązań strukturalnych korzystnych dla własności mechanicznych: gładkości, twardości i udarności.

Szczególnie dobre wyniki dla opakowaniowych szkieł sodowo-wapniowo-krzemianowych uzyskano przy stosowaniu związku glinu rozdrobnionego do wymiarów nanocząsteczek. Sposób przedstawiony w opisie patentowym PL 202940 polega na naniesieniu na powierzchnię szkła przez rozpylanie nanoproszku związku glinu, korzystnie wodorotlenku glinu AI(OH)₃, o wielkości ziaren od 1 do 100 nm i następne poddanie wyrobu obróbce termicznej w zakresie temperatur transformacji 580 +-150°C, nie przekraczając jednak temperatury deformacji. Nanoproszek według informacji opisu patentowego PL 202940 może być nanoszony na gorącą powierzchnie uformowanych wcześniej wyrobów jednostkowych - ze wskazaniem; opakowania, baloniki żarówek, lub bezpośrednio w trakcie formowania - ze wskazaniem: szkło płaskie formowane metodą float, wyciąganie rur szklanych, walcowanie szkła - czyli w warunkach produkcji wyrobów o charakterze ciągłym. Na powierzchni wyrobu wytwarza się warstwa przejściowa tworząc więżbę szkła silnie związaną chemicznie, w której glin występuje w korzystnej koordynacji oktaendrycznej.

Wykorzystanie związków glinu do powierzchniowej modyfikacji wyrobów szklanych znane jest również z opisu patentowego PL/EP 1753702, według którego kontaktowanie powierzchni szkła z metalicznym glinem dokonuje się w temperaturach 250 do 800°C, przy czym glin występuje w postaci narzędzia formującego lub części narzędzia formującego. Sposób ten z uwagi na niską trwałość aluminiowej formy jest niekorzystny dla wielkoseryjnej i masowej produkcji wyrobów opakowaniowych.

W masowej, zautomatyzowanej produkcji na automatach szklarskich wyrobów opakowaniowych, butelek i słoi, proces formowania obejmuje zawsze 5 zabiegów:

- otrzymania porcji roztopionego szkła o odpowiedniej wadze dla danego wyrobu i temperaturze,

- uzyskanie w przedformie wstępnego prewyrobu, przez ukształtowanie w roztopionej porcji szkła wnęki przy pomocy ciśnienia sprężonego powietrza lub metalowego wytłocznika,

- przeniesienie prewyrobu do otwartej formy właściwej, z powierzchniami kształtującymi wyrób,

- zamknięcie połówek formy właściwej i rozdmuchanie szkła prewyrobu do wypełnienia formy i uzyskanie końcowego kształtu wyrobu,

- przekazanie wyrobu do następnych operacji - obróbki cieplnej.

Sposób według niniejszego wynalazku, obróbki wyrobów z opakowaniowego szkła sodowo-wapniowo-krzemowego, wykorzystuje powyżej opisany sposób uszlachetniania powierzchni związkami glinu w produkcji wyrobów formowanych automatem szklarskim, zwłaszcza butelek. Podobnie jak w sposobie według PL 202940 sposób polega na naniesieniu na powierzchnie wyrobów - w zakresie temperatur transformacji 580 +-150°C, ale poniżej temperatury deformacji - nanoproszku związku glinu, korzystnie AI(OH)₃ o ziarnistości mniejszej od 120 nm, utrzymaniu temperatury transformacji przez okres 15 do 1800 s oraz na przeprowadzeniu zabiegu odprężania wyrobów przez stopniowe obniżanie temperatury w urządzeniu odprężającym do temperatur poniżej 200°C. Istota wynalazku polega na tym, że nanoproszek AI(OH)₃ nanosi się podczas formowania w automacie szklarskim kolejno przez: napylenie go na kształtujące powierzchnie formy właściwej przed jej zamknięciem na

PL 219 932 B1 prewyrobie oraz następne wciśnięcie go w powierzchnie wyrobu podczas rozdmuchiwania szkła prewyrobu. Napylenie nanoproszku według wynalazku dokonywane jest na powierzchnie kształtujące otwartej formy właściwej, przed przeniesieniem do niej prewyrobu z przedformy oraz przed jej zamknięciem i rozdmuchiwaniem szkła prewyrobu w celu uzyskania końcowego kształtu wyrobu. Podczas rozdmuchiwania nanoproszek jest mechanicznie wciskany w powierzchnię wyrobu, a nie jak w dotychczasowo znanych sposobach swobodnie napylany. W efekcie występują znacznie korzystniejsze warunki dla szybkości dyfuzji i wymiany jonów ze skutkiem osiągania wyższych własności mechanicznych powierzchni wyrobu oraz wydajności procesu.

Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi opis przykładowego procesu technologicznego otrzymywania opakowań szklanych - butelek o pojemności 1000 ml.

Opakowania szklane w postaci butelek o pojemności 1000 ml produkowane są na dwukroplowym, sześciosekcyjnym automacie szklarskim w technologii Blow-Blow. Podczas formowania nanoproszek o ziarnistości 80 nm nanoszony jest na powierzchnię formy właściwej przez dysze zainstalowane na automacie szklarskim i skierowane na wewnętrzne powierzchnie otwartej formy właściwej, przed czynnością przeniesienia do niej wstępnie uformowanego w przedformie prewyrobu, mającego postać naczynia z wnęką w roztopionej masie szklanej. Podczas rozdmuchiwania prewyrobu w formie właściwej nanoproszek AI(OH)₃ zostaje wciśnięty w powierzchnie zewnętrzne wyrobu. Butelki formowane są z masy szklanej sodowo-wapniowej, bezbarwnej, o temperaturze około 1200°C. Zawartość stłuczki w zestawie szklarskim wynosi około 33%. Uformowane opakowania transportowane są taśmowym przenośnikiem do wielosekcyjnego urządzenia odprężającego z utrzymaniem temperatury wyrobów w zakresie temperatur transformacji przez około 75 s. Aby przy niskiej prędkości przenośnika uniknąć wychłodzenia opakowań poniżej temperatur wbudowywania się nanoproszku w strukturę powierzchni szkła, przenośnik na odcinku pomiędzy automatem szklarskim a urządzeniem odprężającym osłonięty jest tunelową osłoną termiczną, w której zainstalowany jest dogrzew opakowań rozstawionymi w odstępach palnikami gazowymi. Zainstalowanie opisanych środków technicznych pozwoliło utrzymać temperaturę opakowań na odcinku pomiędzy automatem szklarskim a urządzeniem odprężającym w przedziale od 750-570°C. Pomiary wytrzymałościowe odprężonych butelek wykazały maksymalny przyrost mikrotwardości szkła aż o 92% w stosunku do butelek ze szkła nieuszlachetnionego.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób obróbki wyrobów z opakowaniowego szkła sodowo-wapniowo-krzemowego z powierzchnią uszlachetnianą związkami glinu, wyrobów formowanych automatem szklarskim, zwłaszcza butelek, polegający na naniesieniu na powierzchnie wyrobów - w zakresie temperatur transformacji 580 +-150°C, ale poniżej temperatury deformacji - nanoproszku związku glinu, korzystnie AI(OH)₃ o ziarnistości mniejszej od 120 nm, utrzymaniu temperatury transformacji przez okres 15 do 1800 s oraz na przeprowadzeniu zabiegu odprężania wyrobów przez stopniowe obniżanie temperatury w urządzeniu odprężającym do temperatur poniżej 200°C, znamienny tym, że nanoproszek AI(OH)₃ nanosi się podczas formowania w automacie szklarskim kolejno przez; napylenie go na kształtujące powierzchnie formy właściwej przed jej zamknięciem na prewyrobie oraz następne wciśnięcie go w zewnętrzne powierzchnie wyrobu podczas rozdmuchiwania szkła prewyrobu.