DE19538515A1 - Verfahren zum Beschichten von Glaskörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung beispielsweise von Glasflaschen treten insbesondere während der Abkühlphase häufig Glasbrüche auf. Dies ist auf die mangelnde Bruchfe­ stigkeit des Glases nach der Herstellung zurückzufüh­ ren. Daher ist es bekannt, die noch heißen Glasfla­ schen in einem on-line-Verfahren mit einer Polymerlö­ sung zu überziehen, so daß sich nach Verdunstung des Lösungsmittels ein dünner Polymerfilm auf der Glas­ oberfläche bildet (z. B. DE 43 02 123 A1, DE 41 28 634 A1, DE 31 40 486 A1). Nach dem Aufbringen der Polymerschicht in dieser Weise kann diese noch durch eine energiereiche Strahlung gehärtet werden, wie beispielsweise aus der DE 43 02 123 A1 bekannt ist. Die Polymerschicht nimmt punktuell auftretende Stoß­ belastungen während der Herstellung und des späteren Transports auf und verhindert so einen Glasbruch. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß mit einem umweltbelastendem Lösungsmittel gearbeitet werden muß. Außerdem erfordert das Verfahren im Falle einer nachfolgenden Härtung einen relativ hohen Geräte- und Zeitaufwand.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Glaskörpern mit einer harten Polymerschicht zur Erhöhung der Bruchfe­ stigkeit anzugeben, das einfach durchzuführen ist und kein - organisches oder anorganisches - Lösungsmittel benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Dadurch, daß die Polymerschicht durch Polymerisation eines gasförmigen Kohlenwasserstoffmonomeres in einer Koronaentladung gebildet wird, arbeitet das Verfahren ohne Polymerlösungen, so daß keine Lösungsmitteldämp­ fe oder schädlichen Monomere freigesetzt werden. Das Polymer wird direkt auf der Flasche erzeugt, wobei sofort ein hartes Polymer entsteht, so daß keine Nachhärtung mit energiereicher Strahlung wie Gamma­ strahlung oder UV-Strahlung erforderlich ist.

Die Polymerschicht auf dem Glas läßt sich nur schwer bedrucken. Deshalb ist es aus der JP-A-56009248 be­ kannt, dem Polymer Oxidpigmente, z. B. Siliziumdi­ oxid, hinzuzufügen. Eine andere Möglichkeit, eine Bedruckbarkeit herzustellen, besteht darin, bestimmte Aktivierungsprozesse nach dem Polymerauftrag anzuwen­ den. Die bekannten Aktivierungsprozesse, wie eine Flammen-, eine Korona- oder eine Plasmabehandlung, führen jedoch nur zu einer temporären Aktivierung, so daß diese unmittelbar vor dem Bedrucken stattfinden muß. Daher ist es nicht möglich, druckfeste Flaschen herzustellen, die später ohne Vorbehandlung bedruckt werden können.

Aus diesem Grunde wird vorteilhaft auf die erfin­ dungsgemäß hergestellte Polymerschicht eine Oxid­ schicht durch Einwirkung einer Koronaentladung oder einer Flamme auf ein gasförmiges metall- oder halbme­ tallorganisches Monomer in Anwesenheit von Sauerstoff aufgebracht. Durch das Aufbringen dieser Oxidschicht wird, im Gegensatz zu der bekannten Korona- oder Flammenaktivierung, eine permanente Oberflächenakti­ vierung erreicht. Damit ist es möglich, sowohl bruch­ feste als auch zu beliebiger Zeit bedruckbare Glas­ körper herzustellen, wobei die dünne organische Poly­ merschicht die Funktion des mechanischen Stoßschutzes übernimmt und die dünne Oxidschicht für eine gute permanente Benetzbarkeit und damit für eine gute per­ manente Bedruckbarkeit sorgt. Die Dicke der Polymer­ schicht beträgt vorzugsweise etwa 1-10 µm und die der Oxidschicht vorteilhaft etwa 0,1-5 µm.

Zur Durchführung des Verfahrens können die Glaskörper zweckmäßig rotierend durch zwei Korona- bzw. Barrie­ reentladungsstationen hindurchgeführt werden. Die zweite Station kann auch durch eine an sich bekannte Beflammungsanlage gebildet sein. In der ersten Sta­ tion wird durch Einspeisen eines Kohlenwasserstoff­ monomeres eine dünne organische Polymerschicht auf den Glaskörper aufgebracht. In der nachfolgenden Sta­ tion wird entweder mittels einer Korona- bzw. Barrie­ renentladung oder mit einem Beflammungsgerät die Oxidschicht aufgebracht, indem ein flüchtiges metall- oder halbmetallorganisches Monomer in die Korona­ bzw. Barrierenentladung oder die Flamme eingespeist wird. Da sowohl die Koronaentladung als auch die Flamme mit Luft arbeiten, entsteht auf diese Weise eine dünne Oxidschicht auf der zuvor abgeschiedenen organischen Polymerschicht. Als geeignetes organi­ sches Monomer kann Acetylen verwendet werden und als metall- bzw. halbmetallorganisches Monomer sind vor­ teilhaft Tetramethylsilan (TMS) oder Hexamethyldi­ siloxan (HMDSO) einsetzbar. Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei konkreten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

1. In den Wirkungsbereich der Elektroden eines Koro­ nabehandlungsgerätes werden 10-100 Standard-Kubik­ zentimeter pro Minute (sccm) Acetylen als organisches Monomer geleitet. Rotierende Glasflaschen werden im on-line-Verfahren nach der Herstellung nach Abkühlung auf ca. 50°C an einer Anordnung bestehend aus 5-10 stabförmigen Koronaelektroden vorbeigeführt. Die elektrische Entladung bildet Acetylenradikale, welche auf der Flaschenoberfläche ein hochvernetztes Polymer mit einer Härte von 5-10 GPa bilden. Die elektri­ sche Koronaentladung wird bei einer Spannung von 100-200 V und einer Stromstärke von 0,2-1,0 A sowie einer Frequenz von 35-50 kHz betrieben. Damit werden die Flaschen mit einem haftfesten hochvernetz­ ten Polymer mit einer Dicke im Bereich von 1-10 µm überzogen. Dieses Polymer dient als Schutzschicht zur Erhöhung der Bruchfestigkeit der Glasflaschen.

Danach passieren die Flaschen ebenfalls on-line eine zweite Koronabehandlungsstation, welche in gleicher Weise wie die erste aufgebaut ist. In den Wirkungs­ bereich der Elektroden werden hierbei jedoch 10-100 50°C TMS geleitet. Dieses bildet in der Koronaentla­ dung in Anwesenheit von Luft einen Siliziumdioxidfilm auf der vorher aufgebrachten hochvernetzten Polymer­ schicht. Unter den vorgenannten elektrischen Bedin­ gungen entsteht dabei ein Siliziumdioxidfilm mit ei­ ner Dicke von 0,5-3 µm. Dieser besitzt eine Ober­ flächenenergie von mehr als 44 mN/m und bietet somit eine leicht bedruckbare Oberfläche.

2. In den Wirkungsbereich der Elektroden eines Koro­ nabehandlungsgerätes werden 10-100 sccm Acetylen als Monomer geleitet. Rotierend Glasflaschen werden on-line nach der Herstellung nach Abkühlung auf ca. 50°C an einer Anordnung bestehend aus 5-10 stabför­ migen Koronaelektroden vorbeigeführt. Die elektrische Entladung bildet Acetylenradikale, welche auf der Flaschenoberfläche ein hochvernetztes Polymer mit einer Härte von 5-10 GPa bilden. Die elektrische Koronaentladung wird bei einer Spannung von 100-200 V und einer Stromstärke von 0,2-1,0 A sowie einer Frequenz von 35-50 kHz betrieben. Damit werden die Flaschen mit einem haftfesten hochvernetzten Polymer mit einer Dicke von 1-10 µm überzogen. Dieses Poly­ mer dient als Schutzschicht zur Erhöhung der Bruchfe­ stigkeit der Glasflaschen.

Die so beschichteten Flaschen passieren anschließend eine bekannte Anlage zur Flammenaktivierung. Zusätz­ lich wird in die Flamme, welche mit Erdgas und Luft betrieben wird, gasförmiges HMDSO eingeleitet. Dies geschieht in der Weise, daß das Erdgas durch flüssi­ ges HMDSO hindurchgeleitet wird und dieses so gasför­ mig in die Flamme transportiert wird. HMDSO ist eine Flüssigkeit mit einem für diesen Zweck hinreichend hohen Dampfdruck. Das HMDSO bildet dann auf der poly­ merbeschichteten Flasche eine dünne Siliziumdioxid­ schicht von 50 nm Dicke mit einer Oberflächenenergie von 45 mN/m. Diese dünne Schicht reicht aus, um eine permanente Aktivierung des vorher aufgebrachten Poly­ mers zu erreichen. Somit kann das Polymer jederzeit leicht bedruckt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Beschichten von Glaskörpern mit einer harten Polymerschicht zur Erhöhung der Bruchfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht durch Polymerisation ei­ nes gasförmigen Kohlenwasserstoffmonomeres in einer Koronaentladung gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Kohlenwasserstoffmonomer ein Orga­ nisches Monomer mit Doppel- oder Dreifachbindun­ gen des Kohlenstoffs verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Kohlenwasserstoffmonomer Acetylen verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht in einer Dicke von etwa 1-10 µm aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß auf die Polymerschicht eine Oxidschicht durch Einwirkung einer Korona­ entladung oder einer Flamme auf ein gasförmiges metall- oder halbmetallorganisches Monomer in Anwesenheit von Sauerstoff aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das metall- oder halbmetallorganische Monomer ein siliziumorganisches Monomer ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß als siliziumorganisches Monomer Tetra­ methylsilan oder Hexamethyldisiloxan verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß Oxidschicht in einer Dicke von 0,1-5 µm aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Glaskörper on-line nach ihrer Herstellung beschichtet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Koronaentladung mit einer Frequenz von etwa 35-50 kHz betrie­ ben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskörper Glas­ hohlkörper sind.