JP5955312B2 - ガラス容器上の硬化コーティング - Google Patents
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Description
本開示の一態様によるガラス容器にコーティングを施す方法には、ガラス容器の外面を、導電性ナノ粒子を含有する熱硬化性コーティング材料でコーティングするステップと、コーティングされた容器を高周波放射線(radio frequency radiation)に、ナノ粒子による高周波放射線の吸収によってガラス容器の外面上の熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化してガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、曝露するステップとが含まれる。
開示の別の態様によると、ガラス容器にコーティングを施す方法を提供する。この方法には、ガラス容器の外面を、シラン、シロキサン、シリコーン、ウレタン、アクリレート、およびエポキシからなる群から選択されるメンバーの少なくとも1つを含む熱硬化性コーティング材料で、ならびに最大寸法に沿って1〜100ナノメートルであり、かつ銅、金、銀、白金、アルミニウム、酸化亜鉛(フッ素、アルミニウム、ガリウムおよび/またはインジウムをドープしていない、および/またはドープした)、スズ酸亜鉛(ZnSnO3またはZn2SnO4)、二酸化スズ(フッ素、アンチモン、リンおよび/またはホウ素をドープしていない、および/またはドープした)、ならびに酸化インジウムスズからなる群から選択されるメンバーの少なくとも1つを含む導電性ナノ粒子でコーティングすることが含まれる。この方法にはまた、ナノ粒子による高周波放射線の吸収によって、ガラス容器の外面上の熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化し、ガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、コーティングされた容器を1ギガヘルツ未満の高周波放射線に曝露することが含まれる。
開示のさらなる態様によると、ガラス容器にコーティングを施す方法を提供する。この方法には、ガラス容器の外面を熱硬化性コーティング材料でコーティングし、強度、色、または紫外線保護特性の少なくとも1つを含めた1つまたは複数の望ましい特性をガラス容器に与えることが含まれる。この方法にはまた、サセプターとして使用して高周波放射線を吸収し、熱硬化性コーティング材料に熱を内部的に伝達するための、ならびにまた1つまたは複数の望ましい特性をガラス容器に与えることにおいて熱硬化性コーティング材料を補完すること、あるいは熱硬化性コーティング材料を補足し、強度、色、紫外線保護、または抗菌特性の少なくとも1つを含めた1つまたは複数のさらなる望ましい特性をガラス容器に与えることの少なくとも1つにおいて使用するための、導電性ナノ粒子で、ガラス容器の外面をコーティングすることが含まれる。この方法には、ナノ粒子による高周波放射線の吸収によって、ガラス容器の外面上の熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化し、ガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、コーティングされた容器を高周波放射線に曝露することがさらに含まれる。
開示のさらなる態様によると、外面と、ガラス容器の外面上で硬化されたコーティングとを含めたガラス容器を含めた製品を提供する。硬化されたコーティングには、高周波放射線の放射を受けた導電性ナノ粒子と、放射を受けた導電性ナノ粒子によって生じた熱によって硬化された熱硬化性コーティング材料とが含まれる。
また、工程10には、コーティング材料18および導電性ナノ粒子20を受け入れることが含まれる。熱硬化性コーティング材料18を使用して、典型的には毎分約25〜600個の容器の範囲である、現存する容器製造ラインスピードにおいて1つまたは複数の望ましい特徴または特性をガラス容器12に与える。例えば、熱硬化性コーティング材料18は、下記の特性の1つまたは複数:強度、色、および/または紫外線(UV)保護を容器12に与え得る。導電性ナノ粒子20を硬化材料として主として使用して、熱硬化性コーティング材料18を硬化する。好ましくは、ナノ粒子20をサセプターとして使用して、電磁エネルギーを吸収させ、かつそれを熱エネルギーに変換させ、熱エネルギーをナノ粒子20から熱硬化性コーティング材料18中の分子への熱伝達のために使用して、ガラス容器12上の熱硬化性コーティング材料18を加熱し、それによって硬化させる。ナノ粒子20はまた、下記に記載するように1つまたは複数の二次的目的を有し得る。
さらに、工程10には、例えば、任意の適切なタイプのアプリケーター22を使用して、熱硬化性コーティング材料18およびナノ粒子20をガラス容器12に施すことが含まれる。例えば、アプリケーター22には、熱硬化性コーティング材料18およびナノ粒子20をガラス容器12に施すために使用し得る噴霧器、槽、または任意の他の適切な装置(複数可)が含まれてもよい。一実施形態において、アプリケーター22によって、熱硬化性コーティング材料18およびナノ粒子20を一緒にブレンドまたは混合し、それらをブレンドされ施されたコーティング19として組み合わせて施してもよい。別の実施形態において、熱硬化性コーティング材料18およびナノ粒子20は、1つまたは複数のアプリケーターによって容器12に別々に施してもよい。また、ナノ粒子表面を任意の適切な有機部分で修飾または官能化し、ナノ粒子の溶解性または分散性を改善することが可能である(しかし必要ではない)。
さらに、工程10には、例えば、任意の適切なタイプのEMエミッター26を使用して、電磁(EM)放射線24をガラス容器12に施されたナノ粒子20に施すことが含まれる。一般に、EM放射線には、2つの直交成分である磁性成分および電気成分が含まれ、EM放射線を吸収する対象とする材料について、材料は、電気成分または磁性成分のいずれかとカップリングする。例えば、磁性粒子は典型的には、直径が10〜1,000μmであり、強磁性酸化物、ならびに金属(鉄、コバルト、およびニッケルなど)が含まれる。しかし、このような粒子は、可視光の波長よりサイズが大きく、したがって、ガラス容器12に施されたときに所望のレベルの透明性をもたらさないという点で不利であり得る。別の例では、電気的極性粒子には、イオン化合物または極性化合物、例えば、リチウム塩(過塩素酸リチウムおよび酢酸リチウムなど)、または他の無機塩(塩化スズもしくは塩化亜鉛など)ならびにこれらの水和物およびアイオノマーが含まれる。本開示のコーティング材料におけるこのような粒子の分散は特に困難であり、生成されたコーティングおよびガラス物品の透明性にマイナスの影響を有すると考えられる。
いずれにしても、放射線24は、ナノ粒子20による激しい局在的な加熱を実現する。好ましくは、ナノ粒子20は、高周波放射線を吸収し、または高周波放射線の電気成分とカップリングし、次いでガラス容器の外面12上の熱硬化性コーティング材料18を加熱および硬化する。すなわち、熱伝導または熱伝達によって、加熱されたナノ粒子20は、熱硬化性コーティング材料18の分子を含めてナノ粒子20に隣接した領域に熱を与える。また、熱硬化性コーティング材料18のナノ粒子により加熱された分子は、熱硬化性コーティング材料18の他の分子に熱を与え得る。したがって、施されたコーティングは硬化し、ガラス容器12上に硬化されたコーティング119がもたらされ、それによって硬化コーティングされた容器112がもたらされる。
ナノ粒子20は、任意の適切な形態でよい。例えば、ナノ粒子20は、ナノチューブ、ナノ球体、ナノロッド、ナノファイバー、ナノカップの形態、または任意の他の適切な形態でよい。
熱硬化性コーティング材料18およびナノ粒子20の特性の任意の適切な組合せを使用し得る。例えば、図3は、容器12のための熱硬化性コーティング材料の特性およびナノ粒子の特性の様々な組合せを例示する。下記で、これらの例の組合せのいくつかを、さらに詳細に考察する。
さらなる例示的な実施形態において、容器12には、容器12にUV保護を与えるための熱硬化性コーティング材料18、および熱硬化性コーティング材料18を補完または補足するナノ粒子20が含まれてもよい。この実施形態の第1の例において、ナノ粒子20は、容器12を強化する。第2の例において、ナノ粒子20は、容器12に色を与える。第3の例において、ナノ粒子20は、熱硬化性コーティング材料18のUV保護特性を補完し、容器12に紫外線保護をさらに与える。第4の例において、ナノ粒子20は、容器12に抗菌特性を与える。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔1〕(a)ガラス容器(12)の外面(16)を、導電性ナノ粒子(20)を含有する熱硬化性コーティング材料(18)でコーティングするステップと、
(b)コーティングされた容器を高周波放射線(24)に、前記ナノ粒子による前記高周波放射線の吸収によってガラス容器の外面上の前記熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化してガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、曝露するステップと
を含む、ガラス容器にコーティングを施す方法。
〔2〕前記導電性ナノ粒子(20)が非磁性であり、遷移元素、ポスト遷移元素、または導電酸化物の少なくとも1つを含む、前記〔1〕に記載の方法。
〔3〕前記導電性ナノ粒子(20)が、銅、金、銀、白金、アルミニウム、酸化亜鉛(フッ素、アルミニウム、ガリウムおよび/またはインジウムをドープしていない、および/またはドープした)、スズ酸亜鉛(ZnSnO 3 またはZn 2 SnO 4 )、二酸化スズ(フッ素、アンチモン、リンおよび/またはホウ素をドープしていない、および/またはドープした)、ならびに酸化インジウムスズからなる群から選択される1つまたは複数の材料を含む、前記〔2〕に記載の方法。
〔4〕前記熱硬化性コーティング材料(18)が、シラン、シロキサン、シリコーン、ウレタン、アクリレート、およびエポキシからなる群から選択されるメンバーの少なくとも1つを含む、前記〔1〕に記載の方法。
〔5〕前記熱硬化性コーティング材料(18)が、強度、色、または紫外線保護特性の少なくとも1つを含めた1つまたは複数の望ましい特性を、ガラス容器に与える、前記〔1〕に記載の方法。
〔6〕前記導電性ナノ粒子(20)が、前記ステップ(b)の間にサセプターとして機能し、高周波放射線を吸収し、前記熱硬化性コーティング材料に熱を内部的に伝達する、前記〔1〕に記載の方法。
〔7〕前記導電性ナノ粒子(20)が、これらのサセプター特性のために、およびこれらの相対的無色性のために、アルミニウムまたは銀ナノ粒子の少なくとも1つを含む、前記〔6〕に記載の方法。
〔8〕前記導電性ナノ粒子(20)が、1つまたは複数の望ましい特性をガラス容器に与えることにおいて前記熱硬化性コーティング材料を補完し、かつ/または前記熱硬化性コーティング材料を補足し、1つまたは複数のさらなる望ましい特性をガラス容器に与える、前記〔1〕に記載の方法。
〔9〕前記導電性ナノ粒子(20)が、銅または金ナノ粒子の少なくとも1つを含む、前記〔8〕に記載の方法。
〔10〕前記熱硬化性コーティング材料(18)が、前記ガラス容器に強化特性を与え、前記導電性ナノ粒子(20)が、前記熱硬化性コーティング材料を補完または補足し、強度、色、紫外線保護、または抗菌特性の少なくとも1つをガラス容器に与える、前記〔1〕に記載の方法。
〔11〕前記導電性ナノ粒子(20)が、銀または酸化亜鉛ナノ粒子の少なくとも1つを含む、前記〔10〕に記載の方法。
〔12〕前記高周波放射線(24)が、30キロヘルツ〜30メガヘルツの範囲であり、前記導電性ナノ粒子(20)が、これらの最大寸法に沿って1〜100ナノメートルである、前記〔1〕に記載の方法。
〔13〕前記〔1〕から〔12〕のいずれかに記載の方法によって生産される、ガラス容器。
〔14〕(a)ガラス容器(12)の外面(16)を、シラン、シロキサン、シリコーン、ウレタン、アクリレート、およびエポキシからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む熱硬化性コーティング材料(18)で、ならびに最大寸法に沿って1〜100ナノメートルであり、かつ銅、金、銀、白金、アルミニウム、酸化亜鉛(フッ素、アルミニウム、ガリウムおよび/またはインジウムをドープしていない、および/またはドープした)、スズ酸亜鉛(ZnSnO 3 またはZn 2 SnO 4 )、二酸化スズ(フッ素、アンチモン、リンおよび/またはホウ素をドープしていない、および/またはドープした)、ならびに酸化インジウムスズからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む非磁性導電性ナノ粒子(20)でコーティングするステップと、
(b)コーティングされた容器を1ギガヘルツ未満の高周波放射線(24)に、前記ナノ粒子による前記高周波放射線の吸収によってガラス容器の外面上の前記熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化してガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、曝露するステップと
を含む、ガラス容器にコーティングを施す方法。
〔15〕前記導電性ナノ粒子(20)が、1つまたは複数の望ましい特性をガラス容器に与えることにおいて前記熱硬化性コーティング材料を補完し、かつ/または前記熱硬化性コーティング材料を補足し、1つまたは複数のさらなる望ましい特性をガラス容器に与える、前記〔14〕に記載の方法。
〔16〕前記〔14〕または〔15〕に記載の方法によって生産される、ガラス容器。
〔17〕外面(16)を含むガラス容器(12)、ならびに
高周波放射線の放射を受けた導電性ナノ粒子(20)と、
前記放射を受けた導電性ナノ粒子によって生じた熱によって硬化される熱硬化性コーティング材料(18)と
を含む、前記ガラス容器の外面上で硬化したコーティング(19または119)
を含む、ガラス容器製品。
〔18〕前記熱硬化性コーティング材料(18)が、強度、色、または紫外線保護特性の少なくとも1つを含めた1つまたは複数の望ましい特性をガラス容器に与え、前記導電性ナノ粒子(20)が、非磁性であり、サセプターとして機能し、高周波放射線を吸収し、前記熱硬化性コーティング材料に熱を内部的に伝達する、前記〔17〕に記載の製品。
〔19〕前記導電性ナノ粒子(20)がまた、1つまたは複数の望ましい特性をガラス容器に与えることにおいて前記熱硬化性コーティング材料(18)を補完し、かつ/または前記熱硬化性コーティング材料を補足し、1つまたは複数のさらなる望ましい特性をガラス容器に与える、前記〔18〕に記載の製品。
〔20〕前記熱硬化性コーティング材料(18)が、強度および色特性を前記ガラス容器に与え、前記導電性ナノ粒子(20)が、色特性を前記ガラス容器に与えることにおいて前記熱硬化性コーティング材料を補完する、前記〔19〕に記載の製品。
〔21〕前記導電性ナノ粒子(20)は、銅または金ナノ粒子の少なくとも1つを含む、前記〔20〕に記載の製品。
〔22〕前記導電性ナノ粒子(20)が、これらのサセプター特性、およびこれらの相対的無色性のために、アルミニウムまたは銀ナノ粒子の少なくとも1つを含む、前記〔19〕に記載の製品。
〔23〕前記熱硬化性コーティング材料(18)が、前記ガラス容器に強化特性を与え、前記導電性ナノ粒子(20)が、前記熱硬化性コーティング材料を補足し、強度、色、紫外線保護、または抗菌特性の少なくとも1つをガラス容器に与える、前記〔19〕に記載の製品。
〔24〕前記導電性ナノ粒子(20)が、銀または酸化亜鉛ナノ粒子の少なくとも1つを含む、前記〔23〕に記載の製品。
〔25〕前記高周波放射線が、30キロヘルツ〜30メガヘルツの範囲であり、前記導電性ナノ粒子が、これらの最大寸法に沿って1〜100ナノメートルである、前記〔17〕に記載の製品。
Claims (16)
- (a)ガラス容器(12)の外面(16)を、導電性ナノ粒子(20)を含有する未硬化の熱硬化性コーティング材料(18)でコーティングするステップと、
(b)ステップ(a)の後に、コーティングされた容器を高周波放射線(24)に、前記ナノ粒子による前記高周波放射線の吸収によってガラス容器の外面上の前記熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化してガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、曝露するステップと
を含む、ガラス容器にコーティングを施す方法であって、全体的な施されたコーティングに対する前記ナノ粒子の質量での百分率が、0.5〜10である、方法。 - 前記導電性ナノ粒子(20)が非磁性であり、遷移元素、ポスト遷移元素、または導電酸化物の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導電性ナノ粒子(20)が、酸化亜鉛(フッ素、アルミニウム、ガリウムおよび/またはインジウムをドープしていない、またはドープした)、スズ酸亜鉛(ZnSnO3またはZn2SnO4)、二酸化スズ(フッ素、アンチモン、リンおよび/またはホウ素をドープしていない、またはドープした)、酸化インジウムスズ、銅、金、銀、白金ならびにアルミニウムからなる群から選択される1つまたは複数の材料を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記熱硬化性コーティング材料(18)が、シランおよびシロキサンからなる群から選択されるメンバーの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導電性ナノ粒子(20)が、前記ステップ(b)の間にサセプターとして機能し、高周波放射線を吸収し、前記熱硬化性コーティング材料に熱を内部的に伝達する、請求項1に記載の方法。
- 前記導電性ナノ粒子(20)が、これらのサセプター特性のために、およびこれらの相対的無色性のために、アルミニウムまたは銀ナノ粒子の少なくとも1つを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記導電性ナノ粒子(20)が、銅または金ナノ粒子の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導電性ナノ粒子(20)が、銀または酸化亜鉛ナノ粒子の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記高周波放射線(24)が、30キロヘルツ〜30メガヘルツの範囲であり、前記導電性ナノ粒子(20)が、これらの最大寸法に沿って1〜100ナノメートルである、請求項1に記載の方法。
- 請求項1から9のいずれかに記載の方法を含む、ガラス容器の製造方法。
- (a)ガラス容器(12)の外面(16)を、シラン、シロキサン、シリコーン、ウレタン、アクリレート、およびエポキシからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む未硬化の熱硬化性コーティング材料(18)で、ならびに最大寸法に沿って1〜100ナノメートルであり、かつ酸化亜鉛(フッ素、アルミニウム、ガリウムおよび/またはインジウムをドープしていない、またはドープした)、スズ酸亜鉛(ZnSnO3またはZn2SnO4)、二酸化スズ(フッ素、アンチモン、リンおよび/またはホウ素をドープしていない、またはドープした)、酸化インジウムスズ、銅、金、銀、白金ならびにアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む非磁性導電性ナノ粒子(20)でコーティングするステップと、
(b)ステップ(a)の後に、コーティングされた容器を1ギガヘルツ未満の高周波放射線(24)に、前記ナノ粒子による前記高周波放射線の吸収によってガラス容器の外面上の前記熱硬化性コーティング材料を内部的に加熱および硬化してガラス容器上に硬化されたコーティングがもたらされるように、曝露するステップと
を含む、ガラス容器にコーティングを施す方法であって、全体的な施されたコーティングに対する前記ナノ粒子の質量での百分率が、0.5〜10である、方法。 - 請求項11に記載の方法を含む、ガラス容器の製造方法。
- 前記百分率が、0.5〜5である、請求項11に記載の方法。
- 前記百分率が、0.5〜1である、請求項13に記載の方法。
- 前記百分率が、0.5〜5である、請求項1に記載の方法。
- 前記百分率が、0.5〜1である、請求項15に記載の方法。
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