DE1496681C

DE1496681C - Verfahren zur Festigkeitssteigerung von Glasbehältern

Info

Publication number: DE1496681C
Authority: DE
Inventors: Sidney Maurice Edgware Middlesex Budd (Grossbritannien)
Original assignee: United Glass Ltd
Current assignee: OI Glass Ltd

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung von Glasbehältern, z.B.Flaschen und Krügen. Die Erfindung ist besonders geeignet zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit dieser Gegenstände.

In den vergangenen Jahren haben die Verbraucher von Glasbehältern, wie Flaschen, Krügen u. dgl., diese einer erhöhten Beanspruchung durch Abnutzung und Stöße wegen der größeren Verarbeitungsgeschwindigkeit bei Flaschenfüllmaschinen und den dazugehörigen Vorrichtungen ausgesetzt. Dies hat die Herstellung von festeren Behältern notwendig gemacht, als dies bisher üblich war, damit sie der erhöhten Beanspruchung durch Abrieb und Stöße widerstehen können. Ein Weg zum Herstellen von festeren Behältern ist die Erhöhung der Wanddicke. Doch wäre ein in dieser Weise hergestellter Behälter wenig geeignet, da er schwerer und infolgedessen teurer zu transportieren ist, und auch seine Herstellung teurer sein würde. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Glasbehälter zu schaffen, die, obwohl sie nicht schwerer sind, fester sind als die bisher hergestellten Behälter.

Als Folge der erhöhten Verarbeitungsgeschwindigkeit bei Behälterfüllanlagen besteht zur Zeit eine größere Neigung, daß sich die Behälter aneinanderreihen. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Abnutzung die Festigkeit der Behälter verringert. Hinzu kommt, daß sich bei Behältern, die immer wieder verwendet werden, eine solche Abnutzung kummulativ häuft und daß Behälter, die mehrmals verwendet worden sind, beträchtlich schwächer sind, als sie ursprünglich waren. Ferner kann das gegenseitige Aneinanderreihen der Behälter undurchsichtige Markierungen auf der Behälteroberfläche erzeugen, so daß nach einiger Zeit der Behälter zu undurchsichtig für den Gebrauch werden kann. Es ist daher auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Glasbehälter zu schaffen, die beim Abrieb zwischen Glas gleicher Art nicht dem gleichen Festigkeitsverlust unterliegen oder nicht so viele Abriebstellen aufweisen, wie dies bisher üblich war.

Die Herstellung von Glasflaschen und ähnlichen Behältern ist gegenwärtig hoch automatisiert. Es ist deshalb wesentlich, daß jeder hinzugefügte Verfahrensschritt bereits vorhandene Verarbeitungsverfahrensschritte nicht stört und ferner keine zusätzliche Bearbeitungsstufe für den Gegenstand erforderlich macht. Denn es ist bekannt, daß jede Bearbeitung von Glas, solange es sich in heißem Zustand befindet, zu einer beträchtlichen Schwächung des Behälters führen kann. Es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Behandeln von Glasbehältern zu schaffen, das in jedes Verfahren zur automatischen Herstellung von Glasgegenständen ohne Störung des normalen Ablaufs eines solchen Verfahrens und ohne zusätzliche Handhabung der Waren während des zusätzlichen Verfahrens eingeschoben werden kann.

Die automatische Herstellung von Glasbehältern ist ein über 24 Stunden ablaufender, kontinuierlicher Prozeß, und es ist deshalb sehr erwünscht, daß jedes zusätzliche Verfahren, welches in diese Herstellung eingeführt wird, keine ständige Beaufsichtigung erfordert. Es wäre bei dem zusätzlichen Verfahren ein erheblicher Nachteil, wenn durch Variationsmöglichkeiten schädliche Nebeneffekte auftreten würden. Infolgedessen ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Steigerung der mechanischen Festigkeit und Abriebbeständigkeit von Glasbehältern zu schaffen, das in den Verfahrensablauf der automatischen Herstellung von Glaswaren eingebaut werden kann, ohne den normalen Ablauf eines solchen Verfahrens zu stören, und zwar so, daß die Überwachung nicht größer ist, als sie normalerweise bei derartigen Verfahren erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Festigkeits-Steigerung von Glasbehältem unmittelbar nach der Formung dieser Behälter ist dadurch gekennzeichnet, daß der noch im wesentlichen die Verformungswärme aufweisende Glasbehälter bei einer Temperatur von mindestens 350° C mit einer Lösung besprüht wird, die aus einer Zinnverbindung in einem organischen Lösungsmittel besteht, und der so behandelte Glasbehälter anschließend einer Kühlung unterworfen wird.

Bei der Zinnverbindung handelt es sich vorzugsweise um eine Zinn(IV)-Verbindung, wobei unter diesen die Zinn(IV)-halogenide die besonders geeigneten Verbindungen sind. Zinn(IV)-chlorid wird bevorzugt.
Es ist bekannt, daß Glas unmittelbar nach seiner Formung vor irgendeiner Abkühlung seine größte Festigkeit besitzt. Sobald das Abkühlen in merklichem Ausmaß beginnt, setzt auch die Bildung von Fehlern im Glas ein, so daß die Festigkeit absinkt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es nunmehr möglich, die ursprüngliche Festigkeit des Glases auch im abgekühlten Zustand zu erhalten bzw. das Glas in seinem festesten Zustand »einzufrieren«.

Das Besprühen der heißen Behälter mit dem Behandlungsmedium erfolgt unmittelbar, nachdem sie die Formungsmaschine verlassen, und bevor sie in den Kühlofen eintreten. Eine besonders wirkungsvolle Behandlungsweise für die Behälter ist es, wenn man sie durch einen sehr feinen Sprühnebel des Behandlungsmediums führt. Die Temperatur der Reaktion wird vorzugsweise zwischen 400 und 65O⁰C liegen.

Das industrielle Waschen von Flaschen wird gewöhnlich bei einer Temperatur zwischen 65 und 85° C und in Gegenwart einer alkalischen Lösung, entsprechend einem pH von 10 oder höher, durchgeführt. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, daß sich der Zinn(IV)-oxidfilm von der Oberfläche des Glases in gewissem Umfang ablöst, besonders wenn die Flaschen wiederholt verwendet werden. Die Flaschen würden dann zum Verlust ihrer Festigkeit neigen, die sie durch die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten haben.
Es hat sich gezeigt, daß ein solcher chemischer Angriff verzögert werden kann, wenn man der Lösung, welche die Zinnverbindung enthält, eine kleine Menge eines Modifiziermittels zusetzt. Dieses Modifiziermittel wird hinsichtlich der erforderlichen Eigenschaften für den fertigen Behälter ausgewählt.

Es bewirkt eine Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Überzugs gegen chemischen Angriff, ohne seine anderen Eigenschaften zu beeinflussen. Das Modifiziermittel kann in Mengen von etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Zinnverbindung, anwesend sein, vorzugsweise in Mengen von 3 bis 8 Gewichtsprozent auf der gleichen Basis. Eine typische Behandlungslösung kann 90 Gewichtsprozent Isopropylalkohol, 9,5 Gewichtsprozent Zinn-

(IV)-chlorid und 0,5 Gewichtsprozent eines Modifiziermittels, wie Titantetrachlor'id, Titantetra-n-butoxid oder Wisrruttrichlorid oder eine Mischung dieser Substanzen enthalten.

Die Erfindung wird nun unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben, wobei

F i g. 1 ein schematischer Aufriß einer Behälterherstellungsmaschine und

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Druckänderungen darstellt, die erforderlich sind, um die Flaschen zum Bersten zu bringen, die mit verschiedenen Konzentrationen der Behandlungslösung behandelt worden sind.

In F i g. 1 ist eine automatische Flaschenmaschine 1 gezeigt, die Flaschen auf ein Förderband 2 bringt. Bisher wurden solche Flaschen bei einer Temperatur von 400 bis 650° C auf eine zweite Fördereinrichtung 3 übergeführt, von der sie in einen Abkühlofen 4 gelangten. Nach dein erfindungsgemäßen Verfahren ist über der Fördereinrichtung 2 ein Tunnel 5 befestigt. Der Tunnel kann eine Länge von nur etwa 45 cm oder auch bis zu mehreren Metern besitzen.

Vorzugsweise besitzt er eine Länge zwischen etwa 0,5 und 1 m. Er kann auf einem Rahmengestell des Förderers befestigt sein oder an einem unabhängigen Punkt aufgehängt sein. Heiße Flaschen, welche aus der Formungsmaschine austreten, gelangen durch diesen Tunnel, worin ein Nebel der Behandlungslösung erzeugt wird, so daß eine Schicht dieser Lösung sich auf allen äußeren Oberflächen der Flaschen, einschließlich des Bodens, bildet. Letzterer wird durch die Einwirkung des Lösungsfilms behandelt, der sich auf dem Förderband als Folge der Sprühansammlung bei einem solchen Förderband bildet. Die Flaschen laufen dann auf dem zweiten Förderband 3 in der normalen Weise in den Kühlofen 4. .Der Nebel der Lösung wird erzeugt, indem Sprühdüsen bzw. Zerstäuber 6 an geeigneten Löchern in den Wänden des Tunnels befestigt sind. Diese Zerstäuber können verschiedenartige Druckdüsen sein. Vorzugsweise zerstäuben sie, indem ein Strom der Lösung mit Luft bei einem Druck von etwa 0,35 bis 1,41 kg/cm² gemischt wird. Die Lösung, die z. B. 90 Gewichtsteile Isopropylalkohol, 9,5 Teile Zinn(IV)-chlorid und 0,5 Gewichtsteile Modifiziermittel enthalten kann, wird zu jeder Zerstäubungsdüse mit Hilfe einer Meßpumpe 7 gepumpt, die von einem Vorratsbehälter beschickt wird.

Die in der oben beschriebenen Weise behandelten Flaschen zeigen eine größere Festigkeit und Abriebbeständigkeit als die bisher hergestellten Flaschen. Ein Maß hierfür ist die Gleitfähigkeit. Die folgende Tabelle gibt den Mindestwinkel an, bei dem eine Flasche gegen eine andere der gleichen Art gleiten wird, und zeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Gleitfähigkeit erhöht worden ist.

	Flaschentyp	erfindungs-	Gleitwinkel
Normal ..		27°
Behandelt gemäßen	nach dem Verfahren	22°

In Abweichung von dem obigen Beispiel kann der Tunnel auch über dem zweiten Förderband montiert werden an Stelle über der ersten Fördereinrichtung. Die Anzahl der Zerstäubungsdüsen im Tunnel wird normalerweise zwischen zwei und zwölf liegen, und die Strömungsmenge der Lösung durch jede Zerstäubungsdüse, die unabhängig variiert werden kann, wird normalerweise im Bereich von 2 bis 12 ml pro Minute liegen. Jedoch werden Variable wie diese in den meisten Fällen von der Größe der Maschine, von deren Durchsatz, der Geschwindigkeit der Fördereinrichtungen, der Konzentration der Behandlungsflüssigkeit u. dgl. abhängen.

ίο Es hat sich gezeigt, daß die Strömungsmenge der Lösung zu den Zerstäubungsdüsen eine wichtige variable Größe ist, wenn die. anderen Faktoren feststehen, und daß es einen optimalen Wert für die Strömungsmenge zum Hervorrufen des günstigsten Effekts gibt. Die Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel, bei dem eine Erhöhung der Strömungsmenge auf den optimalen Wert zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit, gemessen durch den hydraulischen Drucktest, führt. Es wird eine Verbesserung um nahezu 100% des Werts bei einer unbehandelten Flasche erzielt. Eine weitere Erhöhung der Strömungsmenge über diesen Wert führt zu einer Abnahme der Festigkeit, doch wird der Wert niemals auf den für einen unbehandelten Behälter gedruckt.

' Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel I

Zylindrische Flaschen wurden auf einer automatischen Formungsmaschine mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 100 Flaschen pro Minute hergestellt. Nach dem Verlassen der Formungsmaschine ließ man die Flaschen einen Tunnel mit einer Länge von 77 cm passieren, worin vier Zerstäuber, je zwei an jeder Tunnelseite, angeordnet waren. Eine Behandlungslösung, enthaltend 90 Gewichtsprozent Isopropylalkohol, 9,5 Gewichtsprozent Zinn(IV)-chlorid und 0,5 Gewichtsprozent Titantetra-n-butoxid, wurde jeder Zerstäubungsdüse in einer Menge von je 4 ml pro Minute zugemessen. Die Zerstäubung erfolgte durch Luft mit einem Druck von 0,70 kg/cm'-. Nach dem Durchgang durch den Tunnel wurden die Flaschen auf normale Weise durch den Kühlofen geschickt. Nach dem Kühlen hatten die behandelten Flaschen eine axiale Berstfestigkeit von 1112 kg, während die normal hergestellten Flaschen, d. h. ohne zusätzliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine Berstfähigkeit von 974 kg besaßen.

Beispiel II

Zylindrische Milchflaschen mit schmaler Mündung wurden auf einer automatischen Maschine mit einer Geschwindigkeit von 50 Flaschen pro Minute hergestellt. Die Flaschen wurden in der gleichen Weise wie die Flaschen im Beispiel I behandelt mit der Ausnahme, daß der Tunnel eine Länge von 93 cm hatte und daß er sechs Zerstäubungsdüsen, je drei an jeder Tunnelseite, besaß, daß jede Zerstäubungsdüse mit einer Lösungsmenge von 3,5 ml pro Minute mit Luft vom Druck 0,70 kg/cm² als Zerstäubungsmedium betrieben wurde. Das Lösungsmaterial war das gleiche wie bei Beispiel I. Nach dem Kühlen der Flaschen wurden sie nach der hydraulischen Druckfestigkeitsmethode geprüft, und es zeigte sich, daß ihre Berstfestigkeit 33,7 kg/cm² war im Vergleich zu einem Wert von 22,5 kg/cm² für Flaschen, die nicht nach diesem Verfahren behandelt waren. Proben der erfindungsgemäß behandelten Flaschen sowie FIa-

sehen, die nicht nach diesem Verfahren behandelt waren, wurden dann auf ein kontinuierliches Umlauffördcrband gegeben, so daß die Flaschen einen erheblichen Glas-an-Glas-Abrieb während des Bewegungsverlaufs auf diesem Band zu überstehen hatten. Nach 5 Minuten langem Behandeln war die Berstfestigkeit der behandelten Flaschen, gemessen durch den hydraulischen Druck, auf einen Wert von 30,2 kg cm-' gefallen, während die der unbehandelten Flaschen auf 17,6 kg/cm- gesunken war. Zusätzlich zeigten die unbehandelten Flaschen undurchsichtige Abridimarkierungen, während diese Erscheinung bei den behandelten Flaschen nicht auftrat.

Beispiel IH

«5

Whiskyflaschen mit konkav-konvexer Form wurden mit einer Geschwindigkeit von 30 Flaschen pro Minute hergestellt. Die Behandlung wurde durchgeführt wie im Beispiel I mit der Abweichung, daß nur zwei Zerstäubungsdüsen, je eine auf jeder ao Tunnelseite, verwendet wurden und daß der Tunnel 62 cm lang war. Es wurde die im Beispiel I beschriebene Lösung durch jede Zerstäubungsdüse in einer Menge von 4 ml pro Minute zugeschickt und durch einen Luftdruck von 0,70 kg/cm-' zerstäubt. Nach as dem Kühlen der behandelten Flaschen ergab sich eine hydraulische Berstdruckfestigkeit von 3,87kg/cm^s im Vergleich zu einem Wert von 1,76 kg/cm² für Flaschen, die nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Festigkeitssteigerung von Glasbehältern unmittelbar nach der Formung dieser Behälter, dadurch gckennzeich-35 net, daß der noch im wesentlichen die Verformungswärme aufweisende Glasbehälter bei einer Temperatur von mindestens 35O⁰C mit einer Lösung besprüht wird, die aus einer Zinnverbindung in einem organischen Lösungsmittel besteht, und der so behandelte Glasbehälter anschließend einer Kühlung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zinnverbindung eine Zinn-(IV)-Verbindung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zinn(IV)-Verbindung Zinn(IV)-chlorid verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel ein niedriger Alkohol verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als niedriger Alkohol Isopropylalkohol verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasbehälter mit einer Lösung aus 5 bis 20 Gewichtsprozent Zinnverbindung und 80 bis 95 Gewichtsprozent Alkohol besprüht werden. '

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasbehälter mit einer Lösung aus 90 Gewichtsprozent Isopropylalkohol und 10 Gewichtsprozent Zinn(IV)-chlorid besprüht werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnverbindung in Kombination mit einem Modifiziermittel angewendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Modifiziermittel in einer Menge von höchstens 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Zinnverbindung, angewendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifiziermittel Titantetrachlorid, Titantetra-n-butoxid, Wismuttrichlorid oder eine Mischung dieser Substanzen verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Modifiziermittel in einer Menge von 3 bis 8 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Zinnverbindung, verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasbehälter mit einer Lösung aus 90 Gewichtsprozent Isopropylalkohol, 9,5 Gewichtsprozent Zinn-(IV)-chlorid und 0,5 Gewichtsprozent Titantetrachlorid, Titantetra-N-butoxid oder Wismuttrichlorid besprüht werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasbehälter besprüht werden, während sie sich auf einer Temperatur zwischen 400 und 650° C befinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen