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玻璃瓶表麵處理技術提高穩定性
發布時間:2017-2-21 9:51:52                  點擊次數:404
      玻璃瓶的表麵狀態、組成和結構與其內部的組成、結構有很大差別。玻璃瓶的表麵性質對其主體性質有重大影響。玻璃的化學穩定性,實際上取決於其表麵的化學穩定性,玻璃的機械強度、抗衝擊性能也在相當大程度上決定於玻璃表麵的形態與結構。因此,玻璃的表麵處理是製造高強度輕量化玻璃容器的重要技術手段之一。
玻璃瓶表麵處理的目的,是改變容器表麵的化學穩定性和消除玻璃表麵的損傷,從而達到增強的目的。主要方法有製瓶時添加塗層、物理強化、化學強化、表麵酸處理、塑料塗層等方法。
玻璃瓶塗層
熱塗。熱塗在製瓶成型後及退火處理前進行。成型後的玻璃瓶在緩緩冷卻至500~600℃時,將金屬塗敷劑(如氧化錫、氧化鈦、氯化錫等)噴塗在容器表麵,形成一定厚度的保護膜,增強表麵強度約30%,又可使瓶經得起長期的水衝、水洗。
冷塗。冷塗是在玻璃瓶退火之後,將單硬脂酸鹽、聚乙烯、油酸、矽烷、矽酮或其他聚合物乳液噴成霧狀,附著在具有一定溫度的玻璃瓶表麵上(瓶溫依噴塗材料而定,約為21~80°C),形成具有耐磨性和潤滑性的保護層。
起霜。起霜是在玻璃瓶冷卻過程中噴塗四氯化碳,或在退火爐中通人二氧化硫,二者均可在瓶的表麵與堿性氧化物反應,使玻璃表麵的鈉離子析出而形成芒硝微粒(即濁白粉狀的Na2S04),用水衝除後,由於堿性降低而使表麵的化學穩定性增強。
表麵有機矽塗層處理。玻璃表麵使用有機矽蒸發塗層或用有機矽浸漬都可形成有機聚矽氧烷憎水膜和聚合(Si02)。矽氧膜,通過公用的矽氧鍵而與玻璃表麵連接起來。經熱處理後有機基團會揮發而剩下矽氧膜可填充於裂紋中,所具憎水性可避免活性介質在裂紋中的擴散而使表麵裂紋愈合(俗稱異相愈合),不僅玻璃強度和化學穩定性有較大提高,還使玻璃具有特殊的光學性能和抗衝擊性能。常用的有機矽溶液有甲基氟矽烷、二甲基二氯矽烷、二苯基二氟矽烷和苯基三氯矽烷等。
容器表麵的聚合物薄膜厚度為0.005mm,在容器標準重量下其壓應力增大了10~12Pa。在內部壓力相同的情況下,幾不可回收標準玻璃瓶的重量可以由420g減少到大約300g。玻璃瓶重量減少了25%~30%。同時由於所鍍的膜非常薄,這種玻璃容器的回爐不會造成任何環境問題,因此,在線聚合物鍍膜容器可以納入標準的循環再生過程。
物理強化(鋼化)
物理強化(鋼化)也叫風冷強化,目的是為了提高玻璃瓶罐的機械強度和熱穩定性。物理強化處理方法如下:瓶罐由製瓶機脫模後,立即送人馬弗式鋼化爐內均勻加熱到接近玻璃的軟化溫度(但不能達到軟化溫度),然後轉入鋼化室,用多孔噴嘴的風柵向瓶罐的內外壁上噴射冷空氣,快速冷卻瓶罐,或用液體作冷卻介質進行突然冷卻瓶罐,造成製品表麵因突然收縮而形成的壓應力層,製品內部的冷卻因滯後於表麵為張應力層,當這2種應力分布合理時,玻璃耐內壓強度可以成倍提高。噴射瓶身的空氣壓力一般為15~21kPa,噴射瓶底的空氣壓力一般為6~7kPa。
化學強化(鋼化)
對玻璃表麵進行離子交換處理又稱化學強化,常用方法有熔鹽法和噴塗法。
熔鹽法。以溶質中半徑大的離子交換玻璃中半徑小的離子或以溶質中半徑小的離子置換玻璃中半徑大的離子,使玻璃表麵產生壓應力,可使耐內壓強度提高,經處理後製品的硬度高。耐磨損,製品的強度不會因長時間使用而降低。
噴塗法。噴塗法化學鋼化具有增強效果好、生產及使用安全、生產效率高和生產成本低等優點,從綜合評價的角度上分析,不失為目前一種比較理想的增強工藝。
      為了提高噴塗法化學鋼化的增強效果和與工藝特性適應,經研究應選擇比較理想的基礎玻璃化學組成,基礎玻璃化學組成不一樣,噴塗液、噴塗液添加劑配方也應作相應的調整;噴塗法化學鋼化的每一個工藝環節,都將對其最終的增強效果產生舉足輕重的影響,因此,必須把握好2個階段的工藝參數:第一階段,固相試劑層的形成必須控製好噴霧溫度、溶液濃度、噴霧時間、噴霧液滴大小,固相試劑層的厚度、密度等參數;第二階段,熱處理(離子的擴散和交換)必須控製好溫度。該法可使玻璃容器強度達到原始值的2倍左右,增強製品在運輸和機械灌裝過程中的損耗則降為原值的13左右,經噴塗法化學鋼化的玻璃製品具有很好的光澤度和商品外觀。
表麵酸處理
表麵酸處理可以消除玻璃表麵較大數量的微裂紋或使微裂紋的寬度與深度變小,減少應力集中。處理方法通常是將玻璃製品置於低濃度的氫氟酸中浸蝕一定時間。為使浸蝕效果更好,也可在氫氟酸中加入適量的硫酸或磷酸。當浸蝕深度在100μm時,可使製品機械衝擊強度提高50%~100%,再結合物理鋼化,可使玻璃強度的提高更為顯著。
聚酯塗層
用浸液、流延和靜電等方法在瓶的外表麵塗上0.2~0.3mm厚的樹脂(環氧樹脂、聚氨酯、聚氯乙烯或聚苯乙烯等)或合成橡膠塗層,塗層可為一層或多層,塗後加熱硬化。這種方法簡單、價廉,但塗層壽命較短。德國杜塞爾多夫市玻璃工廠開發出1kg裝超薄聚酯塗層玻璃瓶,僅稍重於聚合物的瓶子,但玻璃瓶一點也不會影響內裝飲料的味道。

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