CN109562984B - 在容器和相关设备的表面形成阻隔涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在包括一个玻璃壁的容器表面形成阻隔涂层的方法，所述玻璃壁限定用于容纳产品的腔，所述玻璃壁具有一个内表面，所述方法包括：‑将所述容器置于罩体中的步骤；‑真空吹扫所述罩体直到所述罩体内的压力达到预定吹扫压力值的步骤；‑在所述内表面的至少一部分上热活化化学气相沉积层的步骤，所述层形成或有助于形成所述阻隔涂层，在所述沉积步骤期间，存在于所述罩体内部的压力值低于大气压且大于所述预定吹扫压力值。玻璃壁容器的表面处理。

Description

在容器和相关设备的表面形成阻隔涂层的方法

技术领域

本发明涉及用于进行表面处理的方法和设备的一般领域，更具体地涉及通过在玻璃壁容器的表面上沉积成层来形成涂层的方法和设备。本发明还涉及用于制药和诊断应用的玻璃壁容器的技术领域。

更确切地说，本发明涉及在包括玻璃壁的容器的表面形成阻隔涂层的方法，所述玻璃壁限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔，所述玻璃壁呈现面向所述容纳腔的内表面。

本发明还涉及在包括玻璃壁的容器的表面形成阻隔涂层的装置，所述玻璃壁限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔，所述玻璃壁呈现面向所述容纳腔的内表面。

背景技术

为了储存用于制药或诊断用途的物质和制剂，已知的是借助玻璃容器，例如小瓶、大瓶或安瓿。不幸的是，已经观察到这些制剂可能与这些玻璃容器的的内壁相互作用。特别地，对于由钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃制成的容器，观察到碱金属或碱土金属离子从容器的玻璃内表面迁移到容器内所包含的物质的现象。这种迁移是特别不希望的，特别是因为它会导致改变内容物的pH，从而可能使其变质，或者甚至溶解它，又或者将玻璃剥离。

因此，已经寻找了增强玻璃的化学耐久性和耐水解性的解决方案，以便尽可能地限制玻璃容器与其内容物之间的任何相互作用，特别是源自容器玻璃壁的碱金属离子向内容物的任何迁移。众所周知的方案之一是在容器的玻璃壁内表面上沉积具有阻隔性能的涂层，该玻璃壁限定用于容纳内容物的容纳腔。当以这种方式被定位在玻璃壁的所述内表面和容器中的内容物之间时，该阻隔涂层用于防止或至少非常显著地限制该玻璃壁和所述内容物之间的任何相互作用的现象，特别是任何离子迁移。

通常用于实施该方案的方法之一是使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或等离子体脉冲化学气相沉积(PICVD)在玻璃表面上沉积一个或多个保护性氧化物层，其中起始原料为含有所述氧化物的前体和载体气体的反应性气体混合物。这种方法需要使用可能昂贵且复杂的技术手段，并且它使得一次只能处理一个容器，除非所述技术手段在费用和规模方面有所增加。因此，该已知方法难以与在适合于工业用途的规模和生产率的设备中同时处理大量容器兼容，并且其导致相对高的制造成本和容器处理成本。

通过在玻璃容器的表面上沉积层来形成涂层的另一种已知方法为：使用化学气相沉积(CVD)将反应性气体混合物喷向玻璃容器及其颈部开口，以在玻璃的预加热的表面上沉积一个或多个保护性氧化物层。不幸的是，虽然热活化化学气相沉积法用于在平坦的基底上沉积层是众所周知的，并且虽然原则上其不如等离子体辅助法实施起来更复杂和昂贵，但其仍然相对难于以非常适合于处理具有难以接近的区域的复杂形状表面的方式来进行，例如特别是具有容易阻碍反应性气体混合物的良好流动的窄颈的小瓶或大瓶型容器的内表面。

为了减轻这一困难，已经提出了一种方法，其中使用喷嘴或类似装置将反应性气体混合物注入具有待涂覆的玻璃内面的容器，所述喷嘴或类似装置事先通过容器的环和颈部的开口插入容器的内部。

尽管这种方法通常令人满意，但它仍然存在一定的缺陷。具体地，该已知方法仍然要求每个容器要独立地进行处理，并且注射喷嘴要快速且准确地定位在容器内。因此，其实施相对缓慢并且需要大量调整。此外，尽管气相通常以比在容器口上方布置注射喷嘴时获得的方式更好的方式穿入待处理容器内部，但是所沉积的层的均匀性和一致性仍然可以进行改善，特别是基于有限控制反应性气态物质在待涂覆的玻璃壁附近的扩散而进行改善。

发明内容

因此，本发明的目的是试图克服上述缺点并提出一种新方法，该方法能够在复杂形状的玻璃容器的壁(特别是具有窄颈的容器)的内表面上容易且快速地形成特别均匀且一致的阻隔涂层。

本发明的另一个目的是试图提出一种新方法，该方法能赋予钠-钙或硼硅酸盐玻璃容器对于其内容物的优异的耐化学性和耐水解性，从而使其特别适用于储存药物或诊断物质。

本发明的另一个目的是试图提出一种在玻璃壁容器的表面形成阻隔涂层的新方法，所述涂层由至少一个特别好地粘附至所述玻璃壁的层形成。

本发明的另一个目的是试图提出一种在玻璃壁容器的表面形成阻隔涂层的新方法，该方法可以仅使用相对简单和标准的工业装置来进行。

本发明的另一个目的是试图提出一种能够以较低成本容易地同时处理大量玻璃壁容器的新方法。

本发明的另一个目的是试图提出一种特别可靠、稳定且可重复的新方法。

本发明的另一个目的是试图提出一种用于在玻璃壁容器的表面形成阻隔涂层的新设备，该设备使用特别简单且经济，同时可靠且稳定。

本发明的另一个目的是试图提出一种能够以较低成本容易地同时处理大量玻璃壁容器的新设备。

本发明的另一个目的是试图提出一种特别适用于连续或同时处理一切类型和一切尺寸的玻璃壁容器的新设备。

本发明的所述目的通过以下方式实现：一种用于在包括玻璃壁的容器表面形成阻隔涂层的方法，所述玻璃壁限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔，所述玻璃壁呈现面向所述容纳腔的内表面，所述方法的特征在于其包括以下步骤：

-将所述容器布置在罩体中的步骤；

-真空吹扫步骤，其用于吹扫包含所述容器的所述罩体，直到存在于所述罩体内的压力达到预定吹扫压力值；和

-热活化化学气相沉积步骤，其用于在所述内表面的至少一部分上沉积层，所述层形成或有助于形成所述阻隔涂层，在所述沉积步骤期间，存在于所述罩体内部的压力值低于大气压且大于所述预定吹扫压力值。

本发明的所述目的还通过以下方式实现：一种用于在包括玻璃壁的容器的表面形成阻隔涂层的设备，所述玻璃壁限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔，所述玻璃壁呈现面向所述容纳腔的内表面，所述设备的特征在于其至少包括：

-罩体，其设计成在其内容纳所述容器，以便进行热活化化学气相沉积步骤，所述热活化化学气相沉积步骤用于由通入所述罩体的反应性气体混合物在玻璃壁的所述内表面的至少一部分上沉积层，所述层形成或有助于形成所述阻隔涂层；

-泵装置，其连接至罩体以便从其内部抽出空气；和

-用于调节存在于所述罩体内的压力的调节装置，所述调节装置设计成以如下方式控制所述泵装置：其最初运行以真空吹扫所述罩体直到其内部的压力达到预定吹扫压力值，然后在所述沉积步骤期间将存在于所述罩体内的压力保持在低于大气压并高于所述预定吹扫压力值的值。

附图说明

在阅读以下描述和附图后，本发明的其他目的和优点更好地显现，以下描述和附图仅通过非限制性解释的方式给出，并且其中：

-图1是通过使用根据本发明的方法设置有阻隔涂层的容器的一个实施例的截面示意图，所述容器具体由优选用于容纳液体药物或诊断物质的小瓶构成；和

-图2是本发明设备的优选实施方案的示意图，所述设备用于通过本发明的方法在这些容器的玻璃壁的表面上形成阻隔涂层，所述设备包括至少一个设计为容纳多个容器的反应室以及由压力调节装置控制的泵装置。

具体实施方式

第一方面，本发明提供一种在具有玻璃壁2的容器1表面形成涂层的方法，所述玻璃壁2限定用于容纳待施用于人类或动物的物质或产品的容纳腔3。优选地，本发明的方法是一种以相对高的生产率进行的并与工业玻璃制造相容的工业方法。

因此，所述容器1优选为中空玻璃容器。所述物质或所述产品有利地是流体，即它能够流动，如液体物质、糊状物(例如具有高粘度的液体)或粉末。容器1优选设计成容纳具有药学性质的液体物质或产品或者具有诊断性质的液体物质的容器，所述具有药学性质的液体物质或产品例如为药物，其可能用于通过肠胃外途径(整体或局部)施药，或者甚至被患者摄取或吸收。所述具有诊断性质的液体物质例如为化学或生物试剂，用于与取自患者的生物样品进行接触以获得信息，特别是关于所述患者的生理或病理状态的信息。通过扩展，所述容器1可以设计成容纳生物性液体物质或体液，例如血液、血液制品或副产品、尿液等。

尽管优选应用于制药和诊断领域，但本发明不限于用于制药或诊断用途的容器，并且作为替代变体，其还涉及设计为用于容纳用于兽医用途的液体、糊状物或粉末物质，或用于食品，或甚至用于化妆品用途(身体香料、霜等)的容器1。

总的来说，容器1因此有利地旨在将待施用于人类或动物的物质或产品容纳在其容纳腔3中。因此，容器1可以呈现适合于其功能的任何形状，并且例如，如图1所示，它可以是小瓶的形式，例如用于容纳制药或诊断用液体物质的小瓶。在这种情况下，玻璃壁2有利地由玻璃底部2A、从底部2A的边缘向上竖立的玻璃侧壁2B和颈部2C构成，所述颈部2C封闭容器1同时留出用于装药和配药且用于使腔3与外部连通的开口4。所述开口4可选地由塞子或可移除或可穿孔的膜密封件(未示出)封闭。然而，完全可以设想容器1具有任何其他形状，特别是没有颈部2C的形状，例如，根据预期用途的管、安瓿、注射筒等形状。这种玻璃容器1，特别是当呈小瓶形式时，可以通过任何常规的玻璃制造方法(模制玻璃、吹制玻璃、拉制玻璃、Vello法或Danner法等)获得。

优选地，限定容纳腔3的容器1的玻璃壁2是单块的形式，其同时形成底部2A、侧壁2B和颈部2C，使得容纳腔3有利地完全由单块玻璃限定，可能除塞子外。然而，完全可以设想容器1的仅一部分(例如仅侧壁2B)由玻璃制成。更确切地说，如图1所示，玻璃壁2呈现面向容纳腔3的内表面20和相对的外表面21。因此，玻璃壁2有利地形成空的中空体，其内表面20直接限定腔3，所述腔形成完全封闭的空的内部空间，除了设置在颈部2C中的朝向外部的开口4，所述开口的截面特别是小于腔3的平均截面(图1)。因此，所述内表面20用于与容器1的内容物接触。

术语“玻璃”在本文中应理解为其常规含义，即，其表示矿物玻璃。举例来说，在本文中，玻璃壁2因此可以由钠-钙或硼硅酸盐玻璃制成。另外，构成壁2的玻璃优选是透明且无色的，但是它也可以是有色的，例如用金属氧化物着色，以保护容器1中包含的流体物质免受光的影响，特别是在某些波长范围(紫外(UV)等)内的光。

由于玻璃通常被认为是不透气的，因此本发明涉及的涂层的阻隔性优选指的是涂层对从壁2的玻璃质材料中萃出的可溶性物质浸出并进入容器1中所容纳物质的抵抗能力，特别是限制或防止离子物质(例如碱金属和碱土金属离子)穿过形成于玻璃内表面20与容器1内容物之间的阻隔层。所述阻隔涂层优选为无色透明的，以避免改变形成容器1的壁2的玻璃的色度和/或透明性质，至少在视觉上肉眼可见的无色透明。所述阻隔涂层优选设计为直接与容器1内容纳的物质接触。在这种情况下，它有利地介于玻璃壁2的内表面20与所述物质之间。

在本发明中，所述方法包括至少一个在所述内表面20的至少一部分，优选在全部上热激活化学气相沉积层5的步骤，所述层5形成或有助于形成所述阻隔涂层。该沉积步骤优选由包含载体气体和至少一种化学化合物的优选热的反应性气体混合物进行，所述化学化合物是构成所述层5的材料的前体。所述反应性气体混合物用于在所述沉积步骤期间与至少一部分所述玻璃内表面20接触，该面有利地预先升高至足以提供分解由载体气体输送到所述内表面20的前体所需能量的温度(通常显著高于环境温度)。

优选地，所形成的所述涂层由在其整个厚度E上连续的单层5构成，所述层5可以具有更大或更小的厚度E，所述层5有利地用于本身构成所述阻隔涂层。然而，在不超出本发明范围的情况下，完全可以设想层5仅提供形成所述阻隔涂层的辅助，并且例如，它本身可以被覆盖在一个或多个不同的层中，可能使用不同的沉积技术沉积，以与所述附加层一起形成所述阻隔涂层。

为了获得具有良好耐水解性并且提供对从玻璃壁2向容器1的内容物迁移的离子物质的非常好的阻隔性的涂层，通过本发明的方法沉积的层5由基于选自下组的元素的材料组成(即主要且优选完全地由其形成)：硅Si、铝Al、钛Ti、硼B、锆Zr、钽Ta或其混合物。有利地，所述层5更确切地由选自硅Si、铝Al、钛Ti、硼B、锆Zr、钽Ta组成的组中任一种元素的氧化物、氮化物或氧氮化物或其混合物组成。因此，从化学和生物学的观点来看，层5有利地是稳定的且惰性的。在更优选的方式中，通过本发明的方法形成的层5由二氧化硅SiO₂组成。

虽然铝基材料，例如氧化铝Al₂O₃，可以构成提供对碱金属和碱土金属离子的迁移的良好阻隔性能的层5，然而存在这样的材料释放离子物质，特别是Al³⁺离子的风险，所述离子物质能够与容器1的内容物相互化学作用并且如果对活的生物体没有问题，通常也被认为是有毒的。在这种情况下，铝基材料因此可以任选地从优选用于形成所述层5的材料名单中排除，也可以是锡Sn基材料，或者甚至锌Zn基材料。

为了在容器1的玻璃壁2的内表面20上形成所期望的阻隔涂层，构成反应性气体混合物的物质必须能够通过其狭窄的开口4穿入容器1的容纳腔3中。不幸的是，已经观察到朝向容器1及其开口4的反应性气体混合物具有沿着所述容器的外壁21流动而未正确穿入腔3中的趋势，因此其在内壁20处没有进行最佳反应。具体地，已经观察到在普通的大气条件下，在沉积期间天然存在于容器1的腔3内的气氛(特别是环境空气)倾向于阻止反应性气体混合物的良好穿入。因此，为了对抗这种现象，但不需要通过喷嘴或类似装置将所述反应性气体混合物直接注入腔3的内部，本发明的方法最初包括将所述容器1安置于罩体中的步骤(即将其引入并使其就位的步骤)，所述罩体优选是气密的。所述罩体优选地设计成能够完全容纳所述容器1，即，使得所述容器1有利地完全包括在所述罩体内部。因此，罩体有利地用作进行所述沉积步骤的反应室。因此，所述沉积步骤优选地在静置的容器1上进行，容器1暂时保持静置在所述罩体内。

在本发明中，优选在将容器1安置于所述罩体中的步骤之后并在所述沉积步骤之前，所述方法还包括真空吹扫包含所述容器1的所述罩体直到所述罩体内存在的压力达到预定吹扫压力值的步骤。在该吹扫步骤期间，存在于沉积罩体内部以及布置在其中的容器1的容纳腔3内的残余环境空气由此被抽出并排出所述罩体，直到罩体被排空，即直到存在于所述罩体内部的压力小于周围的大气压(即周围的环境压力，例如，若提及标准大气压，其基本上等于1013.25百帕斯卡(hPa))。优选地，进行所述吹扫步骤以将所述罩体置于初级真空下，即对应于所述罩体内部的压力小于周围的大气压并可低至0.01hPa的真空水平下。

在本发明的开发期间，已经观察到：在所述沉积步骤之前进行所述罩体的这种真空吹扫步骤使得可以获得反应性气体混合物在容器1的玻璃壁2的内表面20附近更好的扩散，所述真空使反应性气体混合物具有更好的穿入能力，从而加强了其通过开口4的良好穿透性以及在所述玻璃壁附近沿所述内表面20良好的流动，这甚至适用于开口4相对狭窄时。此外，在所述沉积步骤之前将残余环境空气吹扫出所述罩体内部的所述步骤有利地用于避免所述反应性气体混合物与存在于空气中的化学物质(氧气、氮气、水蒸气、二氧化碳、杂质等)之间的潜在相互作用。具体地，这种相互作用首先可以改变反应气相的流动，其次可以导致过早且麻烦的气相中的化学反应。

此外，在所述沉积步骤期间，当罩体内的压力低于大气压时，已经观察到气相中的不希望的反应趋于受到限制(特别是因为气相中的分子较长的平均自由程)并且沉积层5被污染的风险趋于受到限制。此外，与在大气压下并在环境空气存在下进行的CVD步骤相比，这种在真空中沉积的步骤有利地起到覆盖容器1的内表面20的所有表面的作用。相反，尽管非常低的沉积压力增加了反应性气体混合物的各物质的扩散系数，并且使得可以获得厚度较均匀、纯度较高并且较好地覆盖内表面20的表面的层5，不过减慢了沉积速度。相反，已知高压增强了气相中各物质之间的反应。根据本发明，这就是为什么将所述容器1布置在所述罩体内并在所述吹扫步骤期间真空吹扫所述罩体后，所述化学气相沉积步骤以使得所述沉积步骤期间存在于罩体内部的压力值小于大气压并且(严格地)大于所述预定吹扫压力值的方式进行。在所述沉积步骤期间存在于罩体内部的压力值不必是恒定的，因此有利地严格地落在大气压值和所述预定吹扫压力值之间。更确切地说，在本发明方法的开发期间，已经观察到在所述方法的工业应用的背景下根据待沉积的层5的组成和/或前体的性质或甚至待处理的容器1的形状，当优选进行所述真空吹扫步骤以使得罩体内的压力达到小于或等于1hPa的预定吹扫压力值并且当在所述沉积步骤期间存在于罩体中的压力值更优选地基本上在20hPa至980hPa的范围内时，实现了沉积层5的质量(特别是在均匀性和无污染方面)、沉积速率以及反应物和反应产物良好穿入/排出容器1的腔3之间的良好折衷。

通过如此将所述罩体内的压力减小为与周围的大气压相比相对较小，本发明的方法因此在工业环境中特别容易进行、可靠且稳固，并且不需要用于泵送和密封的复杂且昂贵的技术手段。以特别有利的方式，这使得容易限定所述罩体的大尺寸，从而使得容易同时处理非常大量的容器1，所述容器也可以具有各种尺寸和形状。

在所述沉积步骤期间，任何未与所述反应混合物的反应的气态副产物一起反应的过量反应性气体混合物需要通过所述窄开口4排出，但不会阻碍反应性气体混合物的穿入。因此，需要精确地监测和控制容器1内的反应性气体混合物的流动分布和流速，以避免湍流现象并保证构成反应性混合物的物质在容器1的壁2附近的均匀分布。具体地，容器1的内表面20应该优选地完全被所述阻隔涂层覆盖，并且沉积在壁2的内表面20上的层5的厚度E应该尽可能均匀。在这种情况下，在所述沉积步骤期间存在于罩体内部的压力值优选地保持基本恒定，并且有利地精确调节为约预定的沉积压力值，所述值优选地位于上述沉积压力值范围内。为此目的，所述罩体有利地连接到压力调节系统，例如由“蝶形”阀和压力传感器构成的压力调节系统。根据参考压力，并且对于以恒定流速通入的反应性气体混合物，将存在于所述罩体内的过量反应性气体混合物及其反应产物抽出并以保持所述罩体内压力(可能在通入所述反应性气体混合物相关的瞬态条件之后)为所述预定沉积压力值的方式排出。还观察到：保持基本恒定的沉积压力有利地起到控制引起层5沉积的反应的速率的作用，特别对于相对长的通入反应性气体混合物的时间段(通常为约60秒(s))，同时有利地避免在沉积期间在罩体内造成压力梯度。具体地，所述压力梯度具有引起反应性气体混合物中的前体反应的风险，但是当其与容器1的热内表面20接触时不会，从而导致在玻璃壁2上形成粉末层。从上面可以看出，本发明因此使得既完全又均匀地涂覆具有特别窄的开口4的容器1的内表面20是可能并且相对容易的。

所述沉积步骤优选使用包含金属有机前体(或“有机金属”前体)的反应性气体混合物进行，即包含碳原子与金属或类金属(例如硅Si)之间的至少一个共价键的化合物。在这方面，本发明的方法因此有利地具有金属有机化学气相沉积(MOCVD)类型的化学气相沉积步骤。在更优选的方式中，所述前体选自由原硅酸四乙酯(TEOS)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)和原硅酸四甲酯(TMOS)组成的组，作为沉积二氧化硅SiO₂的前体。自然地，完全有可能在不超出本发明范围的情况下设想：借助于某种其他性质的前体作为沉积不同组成的层的前体，无论其是否是金属有机物，并且例如其包含除硅以外的金属的氧化物、氮化物或氧氮化物。

当可能的金属有机前体在环境压力和温度下呈固体或液体形式时，所述前体的储存温度T_store应小于其升华温度T_sublim或其蒸发温度T_evap。此外，所述前体向所述沉积罩体的输送温度T_transp应优选不低于其升华温度T_sublim或蒸发温度T_evap，并且应优选严格小于所述前体的分解温度T_decomp，以便首先避免所述前体在所述沉积罩体的进料管上冷凝从而堵塞进料管，其次避免所述反应性气体混合物中的所述前体的任何早期分解反应。

所述反应性气体优选包含惰性载体气体，其可以是氮气N₂或氩气Ar，所述载体气体特别用于将所述前体输送至热表面，期望与其接触使所述前体反应，特别是至少与容器1的玻璃壁2的内表面20接触。

在特别有利的方式中，由反应性气体混合物进行所述沉积步骤，所述反应性气体混合物在所述沉积步骤期间以依次且不连续的方式通入所述罩体中。在该特定实施方案中，在所述吹扫步骤期间首先对反应室进行真空吹扫以从中排出残留的环境空气，在给定时间长度t₁期间以受控的速率将所述反应性气体混合物通入所述反应罩体，t₁相对较短(通常约10s)并具体根据待涂覆的内表面20的表面积和需要沉积的层5的厚度E来选择。此后，将所述气体混合物的通入中断一个时间长度t₂以允许已经注入的这批反应性气体混合物有足够的时间与热的内表面20接触反应。所述反应性气体混合物的该通入时段可以有利地重复几次，直到将所需量的反应性气体混合物注入所述罩体中。反应性气体混合物的每个通入时段后优选地有利地进行真空吹扫罩体的操作，即在所述操作期间，抽出罩体内存在的气氛(所述气氛特别地由未与所述反应性混合物的反应的气态副产物一起反应的任何过量的反应性气体混合物组成)以在其中重新建立真空，以优选使得在所述吹扫步骤结束后且注入所述气体混合物前存在于罩体内的压力达到与所述预定值相同的压力值。本发明的形成方法在该特定实施方式中则有利地由多个连续的吹扫和沉积步骤构成。此外，在该特定实施方式中，由于上述原因，在每个将反应性气体混合物通入的时段期间保持存在于所述反应罩体内部的压力基本上恒定也是可能的。

因此，在沉积步骤期间，通过用于将所述反应性气体混合物引入罩体的这种依次且不连续的技术，实现了对注入罩体中的前体的量的更好控制，并且还以这种方式确保了容器1内部在所述沉积步骤期间没有积累材料或额外的压力，否则会阻碍所述反应气体混合物通过容器1的狭窄开口4的适当流进流出。因此，所述方法特别准确、可靠且可重复。

无论所述反应性气体混合物是以连续的方式还是以不连续并依次的方式引入所述沉积罩体中，可选地，也可以在不超出本发明范围的情况下设想：在所述沉积步骤过程中，将其组分(特别是至少所述载体和前体气体)以分开或部分分开的方式引入所述罩体中。在这种特定的配置中，将容器1布置在罩体内并将所述罩体真空吹扫后，则首先将载体气体通入所述罩体直到其达到预定沉积压力值，所述值低于大气压并且高于所述预定吹扫压力值，并且有利地落在20hPa至980hPa的范围内。此后，将包含前体的反应性气体混合物或可能本身为气相的前体通入所述罩体以与已存在的载体气体混合，以形成与玻璃壁2的热表面，特别是与其内表面20相接触的层5。通过将反应性气体混合物(或其前体本身)通入的速率设定得足够低，并通过精确调节存在于罩体内的压力以使其保持基本恒定并等于所述预定沉积压力值，则有利地可以尽可能避免在罩体内产生压力梯度，其中这种梯度可引起反应性气体混合物中的前体发生过早并不希望的反应。

为了保证形成的阻隔涂层在耐水解性方面的性能与形成方法的与工业上可使用的条件的兼容性之间的良好折衷，在沉积步骤期间层5在罩体内的沉积持续时间，即反应性气体混合物与玻璃壁2、特别是与其热的内表面20接触的实际反应时间，优选基本上在9s至30分钟(min)的范围内，更优选在10s至10min的范围内，这取决于所用前体的性质和层5的所需厚度。

优选地，通过本发明的方法沉积在容器1的内表面20上的层5的厚度E具体地基本上在1纳米(nm)至500nm的范围内。在开发本发明时进行的测试表明，当然可以根据用于涂覆的容器1的特性和沉积层5的化学组成来调整的该范围的值用以获得阻隔涂层，所述阻隔涂层特别有效地防止离子物质(特别是碱金属或碱土金属离子)从玻璃壁2向容器1的腔3中所含的物质迁移，同时限制特别是在可能的后续灭菌步骤期间涂层分层和破裂的任何风险。

为了通过提供分解与所述内表面20接触的前体所需的能量来热激活化学气相沉积反应，所述形成阻隔涂层的方法有利地包括在沉积步骤之前的加热容器1及其玻璃壁2的步骤。在所述加热步骤期间，容器1的玻璃壁2的温度升高，使得所述沉积步骤在升高至基本上125℃至600℃范围内的玻璃壁(2)上进行，并且更优选地，特别是当沉积由二氧化硅SiO₂制成的层5时，所述温度升高至基本上350℃至550℃的范围内。优选在将容器1放入沉积罩体中之前进行所述加热步骤，例如，通过使容器1通过加热拱。它有利地使用基于红外或微波辐射的初级加热装置进行，并且优选地无对流，以便以均匀的方式加热容器1，同时避免扰动环境灰尘而使其沉积在热玻璃的表面上。或者，可以在容器1已经布置在其中之后并且在进行所述吹扫和沉积步骤之前直接在罩体自身内部进行所述加热步骤。特别是当在沉积罩体外部进行加热步骤时，沉积罩体可以有利地设置有二级加热装置，例如用于通过感应或通过微波加热的装置，以便能够在沉积步骤期间使玻璃壁2的温度保持基本恒定，并且尽管温度变化，也能如此，所述温度变化可能是由于在沉积步骤之前的罩体真空吹扫或在所述沉积步骤期间引入反应性气体混合物引起的。

优选地，在所述沉积步骤之前，更优选地在吹扫罩体的步骤之前，所述方法包括清洗容器1、特别是其玻璃壁2的步骤。该洗涤步骤优选使用超纯水进行，即有利地仅含有H₂O分子以及平衡的H⁺和OH^-离子的水，或在更优选的方式中特别是由欧洲药典定义的用于制备可注射制剂的水(“注射用水”或注射(WFI)水)，即用于制备肠胃外给药的药物的水或用于溶解或稀释用于肠胃外给药的物质或制剂的水(WFI无菌水)。在该洗涤步骤期间，将所述水有利地注入容器1的容纳腔3以至少与玻璃壁2的内表面20接触，然后抽出，例如过抽吸。该步骤有利地重复几次，优选三次，以确保所述洗涤的最佳性能。该洗涤步骤之后通常是干燥步骤，在所述干燥步骤期间将容器1干燥，优选通过干燥的压缩空气喷射。预先或作为该水洗步骤的替代方案，可以在超声波下在丙酮浴中清洁容器1以至少将其内表面20进行脱脂，然后在超声波下在乙醇浴中进行清洁。另外，容器1可以可选地在惰性气体流下干燥，例如在氩气Ar流下。该洗涤步骤任选地随后进行干燥步骤，其对于在沉积之前准备容器1的玻璃内表面20是重要的，以避免灰尘和污染物的存在，并因此确保所述阻隔涂层的良好粘附。优选地，所述洗涤步骤、有利地和所述干燥步骤，在上述加热步骤之前进行。

应该观察到，本发明的方法优选涉及在沉积步骤之前已经进行初次退火步骤的容器1，所述初次退火步骤试图松弛在形成所述容器1之后玻璃中的残余应力。这种本身众所周知的初次退火步骤可以在常规的退火炉中进行。因此，用于形成或有助于形成阻隔涂层的层5优选地在沉积步骤期间沉积在玻璃壁2的内表面20上，所述玻璃壁2基本上没有与形成所述容器1相关的内应力或表面应力。在更优选的方式中，本发明的方法涉及已经如上所述进行初次退火的容器1，并且还涉及试图移除任何存在制造缺陷的容器1的检查和分类的前序操作。

优选地，所述方法还包括在沉积层5的步骤之后在容器1上进行的二次退火步骤。因此，将涂覆后的容器1从所述沉积罩体取出，并有利地放置在二次退火炉中以在其中退火并逐渐冷却。由于存在于沉积层5中的应力在沉积结束时是高的，因此所述二次退火步骤起到松弛应力并改善容器1的玻璃壁2的耐水解性的作用。有利地，所述退火温度优选落在500℃至580℃的范围内，并且优选的冷却速率落在10℃/分钟(℃/min)至30℃/min的范围内。可任选地根据层5的组成调节这些值范围。

优选地，在沉积步骤结束时，并且更优选在二次退火步骤结束时，本发明的方法包括检查已沉积的层5和在容器1的表面上形成的阻隔涂层的物理化学和机械特性的步骤。

本发明的方法有利地离线进行，即脱离用于制造容器1的生产线，在本发明的意义上，该容器从“热”端延伸到“冷”端。与在线进行并且在其过程中在移动的容器上形成阻隔涂层的方法不同，离线进行所述方法有利地用于在静态配置中在一个或多个容器1的内表面20上沉积层5，从而避免了由布置在生产线上游的生产装置所施加的生产量限制。这导致一种较稳定且较可重复的方法，与在线处理相比，离线处理使得可以更好地控制向待处理的容器1的容纳腔3通入所述前体的量和所述反应性气体混合物的流动。在该优选实施方案中，所述方法因此有利地使用不同的特定装置来进行，所述装置优选地符合以上描述并且位于用于制造容器1的生产线之外，并且不直接集成在该生产线中。这也使得可以有利地以可能低于所述生产线的平均生产率的速率处理仅处理源自生产线的一部分容器1。于是利用与所述生产线的生产率相比相对较长的沉积时间变得可能，从而使得可以形成较好质量的阻隔涂层，特别是对分层较为不敏感但没有对所述生产线的一般生产率产生影响的阻隔涂层变得可能。

因此，通过在受控气氛和压力下的层沉积的特定方法，本发明使得在玻璃容器1的内表面20的表面处形成对于防止容器1将离子给至它所容纳的物质特别有效的阻隔涂层变得可能。通过本发明的方法，可以以简单、快速、廉价和可重复的方式使用常规的钠钙或硼硅酸盐玻璃容器来获得特别适合于包装和储存如药物或诊断物质一样敏感的物质的容器1。

本发明还提供了用于在有利地如前所述的容器1(即，特别是包括玻璃壁2的容器)的表面形成阻隔涂层的设备6，优选工业设备；所述玻璃壁2限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔3，所述玻璃壁2呈现面向所述容纳腔3的内表面20。

有利地设计成能够进行本发明的上述方法，并且如图2所示，本发明的所述设备6至少首先包括罩体7，所述罩体尤其在其尺寸方面设计成在其中容纳所述容器1并且优选地是多个容器1。所述罩体7优选地设计成完全容纳所述容器1，即所述容器有利地完全包括在所述罩体7内。罩体7优选地设置有气密且真空密封的门，通过该门可以放入然后取出所述容器1，并且它形成有利地密闭的反应室8，以便进行用于在容器1的玻璃壁2的内表面20的至少一部分上沉积层5的热激活化学气相沉积步骤，该层5形成或有助于形成所述阻隔涂层，并且由通入所述罩体7的反应性气体混合物制成。

根据以上描述，有利地，所述层5由基于选自硅Si、铝Al、钛Ti、硼B、锆Zr、钽Ta组成的组中的一种元素的材料或其混合物组成。优选地，所述层5更确切地由选自硅Si、铝Al、钛Ti、硼B、锆Zr、钽Ta组成的组中的一种元素的氧化物、氮化物或氧氮化物或其混合物组成。

设备6至少首先包括连接至罩体7以泵出其内部的大气的泵装置9，以及用于调节所述罩体7内的压力的调节装置10。在本发明中，所述调节装置10设计成以如下方式控制所述泵装置9：它首先在所述沉积步骤之前工作以对所述罩体7进行真空吹扫，直到其中的压力达到预定吹扫压力值，之后，它在所述沉积步骤期间将所述罩体7内的压力保持在低于大气压并且(严格地)大于所述预定吹扫压力值的值。在所述沉积步骤期间存在于罩体内的压力的值不必是恒定的，因此有利地将其严格地保持在大气压值和所述预定吹扫压力值之间。

优选地连接至泵装置9并且例如包括“蝶形”阀以及连接至比例积分微分(PID)调节器的压力计，所述调节装置10有利地设计并设定成使得所述预定吹扫压力值对应至初级真空水平，即所述罩体7内的压力位于周围大气压力值(通常基本上等于1013.25hPa)与约0.01hPa之间，并且以更有利的方式，使得所述预定吹扫压力值对应于小于或等于1hPa的压力。其还优选地设计并设定成使得在所述沉积步骤期间将所述罩体7内的压力保持在基本上落在20hPa至980hPa范围内的值。在该实施例中，完全可以设想所述调节装置10允许存在于所述罩体7内的压力在所述沉积步骤期间在所述值范围内变化。然而，以特别有利的方式，所述调节装置10可以相反地设计成在所述沉积步骤期间保持所述罩体内部存在的压力值基本恒定，例如，在所述值范围内的预定沉积压力值附近。

在所述调节装置10的控制下，所述泵装置9因此有利地用于泵出存在于反应室8内部环境空气，特别是在待处理的容器1的腔3内部的环境空气，以便在沉积之前在其中建立真空。随后，在沉积步骤期间，泵装置9再用于将任何过量的反应性气体混合物与包含在所述反应性气体混合物中的前体的分解反应的气态副产物一起抽出。优选地，所述泵装置9包括初级型的泵(或初级泵)，有利地是适合于使所述罩体7内达到根据上述值和值范围的真空水平的泵。更优选地，并且如图2所示，泵装置9通过形成为穿过罩体7并在容器1下方开口的一个或多个孔从罩体7内部泵出空气，以优化反应混合物在腔3内以及沿着容器1的内表面20的流动。

所述设备6还优选地包括初级加热装置(未示出)，所述初级加热装置有利地位于罩体7的上游，其目的是升高容器1的玻璃壁2的温度，并因此升高其内表面20的温度，使得所述沉积步骤发生在玻璃壁2上，特别是在其内表面20上，同时它升至基本上125℃至600℃范围内的温度，并且更优选的方式，特别是当沉积由二氧化硅SiO₂组成的层5时，其升至基本上350℃至550℃范围内的温度。所述初级加热装置，例如炉型的加热装置，优选地包括红外或微波加热装置，更优选地没有对流，以便以均匀的方式加热容器1，同时避免扰动环境灰尘并将其沉积在热玻璃的表面上。当然，根据所述初级加热装置和罩体7之间的距离，可以理解，所述初级加热装置可以设计成将容器1的玻璃壁2的温度升高到高于上述指定范围内的温度，以便补偿容器1从所述初级加热装置进入罩体7内时可能的冷却，从而保证当容器1布置在罩体1内部以便进行所述沉积步骤时，其玻璃壁2的温度，特别是其内表面20的温度甚至落在上述指定的温度范围内。

有利地，设备6还具有用于制备所述反应性气体混合物的制备装置(未示出)，所述混合物包含金属有机前体。当所述金属有机前体在环境压力下为固体或液体时，所述制备装置有利地包括用于升华或蒸发所述前体并用于将升华或蒸发的前体与惰性载体气体(例如氮气N₂或氩气Ar)混合的装置。所述用于制备反应性气体混合物的装置还有利地设计成使得所述前体的储存温度T_store持续低于其升华温度Ts_ublim或其蒸发温度T_evap。所述制备装置还有利地包括温度调节装置，所述温度调节装置设计成使得所述前体朝向所述沉积罩体7的输送温度T_transp优选不小于所述前体的升华温度T_sublim或蒸发温度T_evap，并且严格小于所述前体的分解温度T_decomp。如上所述，这首先避免所述前体在进料沉积罩体7的管11中冷凝，由此避免堵塞这些管，并且其次避免了所述前体在所述反应性气体混合物中的任何提早的分解反应。

为了使所述反应性气体混合物可能且容易地通入到罩体7中并进入容器1的容纳腔3中，所述设备6还具有注入系统12，该注射系统12设置有至少一个喷嘴13，并且优选具有多个喷嘴13，例如隔膜型的，或单喷头，在待处理的容器1的上方居中。此外，本发明的设备6以特别有利的方式包括用于依次且不连续地将所述反应性气体混合物通入所述罩体7中的装置(未示出)，所述用于依次且不连续地通入的装置优选地连接至所述调节装置10。在这方面，并且作为示例，设备6包括具有一个或多个喷嘴13的上述注入系统12的上游的与用于注入所述反应性气体混合物的系统12相关联的第一电控阀门14A(例如，压电或其他类型的)。在给定的时间长度t₁期间，尤其涉及待涂覆的内表面20的区域，该第一阀门14A可以保持在打开位置，以允许反应性气体混合物以预定的速率流入罩体7内部。在时间t₁结束时，再关闭第一阀门14A以停止所述反应性气体混合物向罩体7和容器1中的流动。

如上所述，在关闭所述第一阀门14A的时间长度t₂期间对所述罩体进行真空吹扫操作也是可能的，即在所述操作期间，泵出罩体内存在的气氛(所述气氛特别地由未与所述反应性混合物的反应的气态副产物一起反应的任何过量的反应性气体混合物组成)并在其中重新建立真空，优选通过使得在所述吹扫步骤结束后且注入所述气体混合物前存在于罩体内的压力达到与所述预定值相同的压力值。设备6则可有利地包括安装在所述泵装置9上游的第二电控阀门14B。该第二阀门14B设计成在罩体7内建立所需的真空水平后，能够在时间t₁开始时闭合(部分或全部)，并且能够在时间t₂开始时完全打开，以使反应副产物和未消耗的反应性气体混合物能够排至泵装置9的泵。

设备6优选地包括洗涤装置和可选的干燥装置(未示出)，其用于洗涤和干燥容器1，以使其进行有利地根据以上描述的洗涤和/或干燥步骤，即优选在超纯水中或以更优选的方式在用于可注射制剂的水(“注射用水”或WFI水)中洗涤的步骤。这些洗涤装置和可选的干燥装置优选地位于罩体7和初级加热装置两者的上游，以使容器1能够有利地在被所述初级加热装置加热之前以及在被放入并布置在罩体7内之前进行洗涤和/或干燥。

所述设备6优选地包括二级退火炉(未示出)，用于在沉积层5之后接收从罩体7取出的容器1，以使其进行如上所述的二次退火步骤。

所述设备6优选地还包括检验装置(未示出)，其用于检验沉积层5和在容器1的表面处形成的阻隔涂层的物理化学及机械性质。

最后，所述设备6有利地被设计成离线使用，即脱离用于制造所述容器1的生产线，并且能够独立于所述生产线自主地操作。

总之，能够在具有玻璃壁2的容器1的表面上形成阻隔涂层的本发明的设备6，其制造和使用相对简单且便宜，因为它仅使用相对常规且易于在工业条件下使用的技术手段。一旦适当设计，它还特别适合于顺次或同时处理大量玻璃壁容器，所述容器可以为任何类型(小瓶、罐、大瓶、管等)和多种尺寸。

工业实用性

本发明的工业应用在于设计、制造和处理玻璃壁容器的表面，例如用于制药和诊断应用。

Claims (26)

1.一种在包括玻璃壁(2)的容器(1)的表面形成阻隔涂层的方法，所述玻璃壁(2)限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔(3)，所述玻璃壁(2)呈现面向所述容纳腔(3)的内表面(20)，所述方法的特征在于，其包括以下步骤以在所述内表面(20)上形成所述阻隔涂层：

-将所述容器(1)布置在罩体中的步骤；

-真空吹扫步骤，其用于吹扫包含所述容器(1)的所述罩体，直到所述罩体内存在的压力达到预定吹扫压力值；和

-热活化化学气相沉积步骤，其用于在所述内表面(20)的至少一部分上沉积层(5)，所述层(5)形成或有助于形成所述阻隔涂层，在所述沉积步骤期间，存在于所述罩体内部的压力值低于大气压且大于所述预定吹扫压力值，

由引入所述罩体中的反应性气体混合物进行所述沉积步骤，

所述反应性气体混合物不直接注入到容器(1)的容纳腔(3)内。

2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，进行所述吹扫步骤，以将所述罩体置于初级真空中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行所述真空吹扫步骤，直至所述罩体内的压力达到小于或等于1hPa的预定吹扫压力值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤期间，存在于所述罩体内的压力值在20hPa至980hPa的范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤期间，存在于所述罩体内的压力值基本上保持恒定。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积层(5)由选自硅Si、铝Al、钛Ti、硼B、锆Zr、钽Ta组成的组中的元素的氧化物、氮化物或氧氮化物或其混合物组成。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由包含金属有机前体的反应性气体混合物进行所述沉积步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述前体选自由原硅酸四乙酯(TEOS)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)和原硅酸四甲酯(TMOS)组成的组，作为用于沉积二氧化硅SiO₂的前体。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由包含惰性载体气体的反应性气体混合物进行所述沉积步骤，所述惰性载体气体为氮气N₂或氩气Ar。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由反应性气体混合物进行所述沉积步骤，所述反应性气体混合物在所述沉积步骤期间以依次且不连续的方式通入所述罩体中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述反应性气体混合物每次通入所述罩体之后进行真空吹扫所述罩体的操作。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由反应性气体混合物进行所述沉积步骤，所述反应性气体混合物具有在所述沉积步骤期间以分开或部分分开的方式通入所述罩体中的组分。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤之前，所述方法包括在超纯水或用于可注射制剂的水中洗涤所述玻璃壁(2)的步骤。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤之前，所述方法包括在超纯水或用于可注射制剂的水中洗涤所述玻璃壁(2)的步骤，随后进行用干燥的空气进行干燥的步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤之前，所述方法包括加热所述容器(1)的步骤，所述加热的方式使得所述沉积步骤在升温至125℃至600℃范围内的玻璃壁(2)上进行。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤之前，所述方法包括加热所述容器(1)的步骤，所述加热的方式使得所述沉积步骤在升温至350℃至550℃范围内的玻璃壁(2)上进行。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沉积步骤之前，对所述容器(1)进行初次退火步骤，以寻求松弛在形成所述容器(1)之后所述玻璃中的残余应力。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在沉积所述层(5)的所述步骤之后对所述容器(1)进行二次退火的步骤。

19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法离线进行，即脱离用于制造所述容器(1)的生产线。

20.一种用于在包括玻璃壁(2)的容器(1)的表面形成阻隔涂层的设备(6)，所述玻璃壁(2)限定用于容纳待施用于人类或动物的物质的容纳腔(3)，所述玻璃壁(2)呈现面向所述容纳腔(3)的内表面(20)，所述设备(6)被设计为能够实施根据权利要求1所述的方法，所述设备(6)至少包括：

-罩体(7)，其设计成在其内容纳所述容器(1)，以便进行热活化化学气相沉积步骤，所述热活化化学气相沉积步骤用于由通入所述罩体(7)的反应性气体混合物在玻璃壁(2)的所述内表面(20)的至少一部分上沉积层(5)，所述层(5)形成或有助于形成所述阻隔涂层；

-泵装置(9)，其连接至罩体(7)以便从其内部抽出空气；和

-用于调节存在于所述罩体(7)内的压力的调节装置(10)，所述调节装置(10)设计成以如下方式控制所述泵装置(9)：其最初运行以真空吹扫所述罩体(7)直到其内部的压力达到预定吹扫压力值，然后在所述沉积步骤期间将存在于所述罩体(7)内的压力保持在低于大气压并高于所述预定吹扫压力值的值。

21.根据权利要求20所述的设备(6)，其特征在于，所述调节装置(10)设计成在所述沉积步骤期间将存在于所述罩体(7)内的压力保持在基本恒定的值。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的设备(6)，其特征在于，其包括用于制备所述反应性气体混合物的制备装置，所述混合物包括金属有机前体。

23.根据权利要求20所述的设备(6)，其特征在于，其包括用于将所述反应性气体混合物依次且不连续地通入所述罩体(7)中的装置。

24.根据权利要求20所述的设备(6)，其特征在于，其包括用于用超纯水或用于可注射制剂的水洗涤所述玻璃壁(2)的装置。

25.根据权利要求20所述的设备(6)，其特征在于，其包括用于加热所述容器(1)的装置，所述装置设计成使得所述沉积步骤在升温至125℃至600℃范围内的玻璃壁(2)上进行。

26.根据权利要求25所述的设备(6)，其特征在于，用于加热所述容器(1)的装置设计成使得所述沉积步骤在升温至350℃至550℃范围内的玻璃壁(2)上进行。

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