МАСКИРУЮЩЕЕ ЦАРАПИНЫ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СТЕКЛЯННОЙ ТАРЫ
COATING FOR GLASS CONTAINER THAT MASKS SCRATCHES

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к применению водомасляных эмульсий для отделки или улучшения стеклянных поверхностей, в частности внешних поверхностей стеклянной тары. Более конкретно данное изобретение относится к маскирующему царапины покрытию для стеклянных бутылок, которое улучшает их внешний вид.
Уровень техники, к которой относится изобретение
Стеклянные изделия, такие как бутылки многоразового использования, многократно подвергаются различным операциям в процессе изготовления, контроля, заполнения, перевозки, мытья и т.д. В ходе подобных операций бутылки соприкасаются как с различными механизмами, такими как конвейеры, устройства контроля и т.п., так и с другими стеклянными бутылками и поверхностями, такими как коробки, полки и т.д. Частые соприкосновения приводят к повреждениям, вызванным раскалыванием, растрескиванием, образованием царапин или другими дефектами поверхности.
Известно применение маскирующих царапины или задиры агентов для стеклянной тары. Такие маскирующие агенты предпочтительно маскируют задиры и демонстрируют приемлемые долговечность и поверхностные свойства. Желаемые свойства маскирующих задиры агентов включают водостойкость и долговечность, в то же время они должны легко удаляться в ходе промывания бутылок щелочным раствором и быть нетоксичными. Покрытия для изделий из стекла могут включать полимерные материалы, которые отверждаются после нанесения на поверхность бутылки либо при комнатной температуре либо при нагревании. Например, заявка на патент США под номером 4,273,834 раскрывает специфический органополисилоксан и катализатор отверждения, которые наносятся на стеклянные изделия для маскирования потертостей. Данный материал отверждается на поверхностях бутылки при комнатной температуре или при нагревании. Заявка на патент США под номером 5,346,544 раскрывает в качестве покрытия для стеклянной тары материалы на основе триглицеридов и сложные эфиры изопропилового спирта и жирных кислот, которые эмульгируют в воде, наносят на стеклянные бутылки и высушивают при комнатной температуре или при нагревании. Заявки на патенты США под номерами 4,792,494 и 4,834,950 раскрывают применение модифицированного полиэтилена, предпочтительно в форме водной дисперсной системы, для получения защитного покрытия для стеклянных поверхностей. Покрытие, как правило, наносится в конце процесса нанесения покрытия на входе в лер, тогда как остаточное тепло стекла способствует его высыханию в стандартном процессе нанесения покрытия после выхода из лера.
Заявка на патент США под номером 3,296,173 раскрывает защитное покрытие для стекла, включающее продукт реакции поливинилового спирта, эмульгированного полиолефина и хлорида аммония. Покрытие наносится и нагревается, в результате чего компоненты композиции реагируют друг с другом, образуя износоустойчивое покрытие.
Существование разнообразных устройств для обработки, чистки и заполнения стеклянных бутылок ограничивает применимость способов покрытия, известных из предыдущего уровня техники. Защитные покрытия наносят на стеклянную тару в ходе изготовления в процессе обработки до подачи в лер и/или после выхода из лера. В случае одноразовой стеклянной тары таких защитных покрытий оказывается достаточно для защиты против задиров в течение всего срока службы тары. В случае многоразовой стеклянной тары, которую могут промывать и заполнять от 20 до 60 раз, нанесенные в ходе изготовления покрытия, смываются и защита теряется. С ростом числа повторных использований увеличивается истирание, что приводит к нежелательному внешнему виду. Для создания лучшего внешнего вида на повторно используемые бутылки наносят покрытие против истирания в ходе каждого цикла мытье/заполнение. Системы покрытия, основанные на использовании тепла для отверждения или высушивания нанесенного покрытия, оказываются неэффективными на технологических линиях по обработке холодных стеклянных бутылок. В случае некоторых покрытий длительные времена отверждения, вызванные влажностью, например, вследствие конденсации, могут неблагоприятно повлиять на систему покрытия. Системы покрытия на основе водных эмульсий зачастую базируются на дестабилизации или разрушении эмульсии за счет испарения водной фазы. Другие системы базируются на дестабилизации эмульсии, зависящей от концентрации эмульгатора. Влага на бутылках, например, вследствие конденсации может неблагоприятно повлиять на такие системы. В системах покрытия на основе эмульсий желательна нестабильность эмульсии на стеклянной поверхности, так что эмульсия разрушается и покрытие на основе масляной фазы осаждается на стеклянной поверхности. Однако в ходе перевозки и обработки желательна такая же стабильность эмульсии, как и в оборудовании для ее нанесения. Ранее используемые системы базировались на испарении водной фазы или концентрации эмульгатора для разрушения эмульсии и осаждения покрытия на стеклянной поверхности.
Сущность изобретения
Данное изобретение предоставляет систему покрытия для стеклянной тары, такой как бутылки, подходящую для разнообразных поверхностей бутылок и условий нанесения. Покрытие по данному изобретению наносится в виде водомасляной эмульсии, в которой масляная фаза представляет собой маскирующее покрытие. Использование водомасляной эмульсии в процессе нанесения позволяет добиться технологической гибкости при обработке и нанесении, уменьшая проблемы, связанные с обработкой. В данном изобретении водомасляную эмульсию обрабатывают так, что эмульсия дестабилизируется или разрушается в ходе легкоконтролируемого процесса. Дестабилизация или разрушение эмульсии приводит к появлению масляной фазы, при этом маскирующее покрытие наносится на стеклянную поверхность, которую необходимо обработать. Дестабилизация или разрушение предпочтительно инициируется путем прибавления к эмульсии деэмульгатора в количестве, достаточном для желаемого разрушения эмульсии в нужный момент. Деэмульгатор можно прибавлять к эмульсии незадолго до нанесения на стеклянную поверхность или наносить на стеклянную поверхность в виде отдельного раствора. При добавлении к эмульсии достаточное количество деэмульгатора прибавляется до нанесения эмульсии на стеклянную поверхность для обеспечения разрушения эмульсии после нанесения на стеклянную поверхность. В качестве альтернативы для инициирования разрушения эмульсии можно использовать тепло. Тепло, такое как обусловленное нагреванием подающих эмульсию линий и/или сопел для нанесения, может обеспечить нестабильность эмульсии, достаточную для разрушения эмульсии на стеклянной поверхности.
За счет уменьшения времени между нанесением эмульсии на поверхность и ее разрушением увеличивается эффективность применения покрытия. Дополнительно единственный и/или различные технологические режимы можно легко модифицировать путем изменения количества дестабилизатора или деэмульгатора, прибавленного к эмульсии, или тепла, приложенного к эмульсии. Посредством изменения количества дестабилизатора или деэмульгатора, прибавленного к эмульсии, можно контролировать время разрушения эмульсии.
При нанесении в виде отдельного раствора деэмульгатор можно наносить до, во время или после нанесения эмульсии. Взаимодействие эмульсии и деэмульгатора на поверхности, которую необходимо обработать, приводит к разрушению или дестабилизации эмульсии и обработке поверхности. Способ по данному изобретению может применяться в различных операциях по обработке бутылок как при высокой, так и при низкой температуре, а также может быть адаптирован к изменяющимся условиям, таким как изменения в добавочной воде или влажности, обусловленной конденсацией.
Подробное описание изобретения
Данное изобретение направлено на способ нанесения покрытия на поверхность стеклянной тары. Покрытие разработано для маскирования царапин и потертостей на поверхности стеклянной тары, которые неблагоприятно влияют на ее коммерческую стоимость. Например, царапины или потертости на стеклянных бутылках, особенно на многоразовых стеклянных бутылках, используемых для напитков, приводят к нежелательным тусклости и белесоватости, которые уменьшают ценность бутылки. Способ по данному изобретению предоставляет покрытие для стеклянной тары, которое маскирует такие царапины или потертости. Дополнительно покрытие может увеличить гладкость поверхности тары. Покрытие по данному изобретению наносят в форме водомасляной эмульсии, которую можно наносить при помощи распыления, погружения или контактным способом. Нанесение при помощи распыления представляет собой предпочтительный способ нанесения. В водомасляной эмульсии по данному изобретению масляная фаза включает покрытие для стеклянной поверхности. В соответствии с данным изобретением водомасляную эмульсию обрабатывают так, чтобы она дестабилизировалась или разрушилась на стеклянной поверхности, таким образом позволяя лучше контролировать процесс нанесения. Эмульсию можно дестабилизировать при помощи ее нагревания или предпочтительно путем прибавления к эмульсии дестабилизатора эмульсии или деэмульгатора в определенное время и в количестве, достаточном для дестабилизации или разрушения эмульсии на стеклянной поверхности, предпочтительно вскоре после нанесения.
Водомасляная эмульсия по данному изобретению содержит водную дисперсионную фазу, в которой диспергирована или эмульгирована масляная фаза. Эмульсию, как правило, получают посредством смешивания масляной фазы, содержащей эмульгаторы, с водной фазой. Масляная фаза и эмульгатор может поставляться в виде концентрата, который конечный пользователь смешивает с водой для получения эмульсии для обработки, или поставляться в качестве эмульсии, готовой к использованию. Предпочтительная концентрация масляной фазы в нанесенной таким образом эмульсии лежит в диапазоне от приблизительно 3% до 20% по массе, предпочтительно от приблизительно 6% до 10% по массе. Изменения в качестве воды, такие как pH или жесткость, могут повлиять на качество и стабильность конечной эмульсии для обработки, когда она поставляется в виде концентрата для смешивания с «местной» водой. Зачастую необходимо модифицировать масляную фазу или концентрацию эмульгатора для учета таких изменений. Для обеспечения стабильности эмульсии, достаточной для облегчения обращения с ней и ее нанесения, часто добавляют «избыток» эмульгатора. Для эффективного осаждения покрытия на основе масляной фазы на стеклянной поверхности необходимо дестабилизировать или разрушить эмульсию после ее нанесения на стеклянную поверхность. В стандартном процессе нанесения покрытия после выхода из лера это осуществляется посредством нагревания стекла или нанесения эмульсии на горячую стеклянную поверхность. Испарение воды изменяет стабильность эмульсии, так что эмульсия разрушается и масляная фаза осаждается на стеклянной поверхности. Были сделаны попытки изменить количество эмульгатора в концентрате для создания эмульсий с ограниченной стабильностью. Такое регулирование оказывается достаточно сложным вследствие как изменений в качестве воды, так и изменений в процессе нанесения. Более того, режимы работы системы могут быстро изменяться. Например, образование конденсата на холодных бутылках может привести к изменению свойств эмульсии, так что будет очень сложно контролировать разрушение эмульсии. Образование конденсата может изменяться в широком диапазоне в зависимости от локальных условий, усложняя контроль за процессом.
Данное изобретение позволяет контролировать дестабилизацию или разрушение эмульсии. Разрушение или дестабилизация эмульсии может осуществляться посредством прибавления к эмульсии дестабилизатора эмульсии или нагреванием эмульсии. Предпочтительный способ заключается в прибавлении дестабилизатора эмульсии. Дестабилизатор можно прибавлять к эмульсии до нанесения на стеклянную поверхность или независимо наносить на стеклянную поверхность. При независимом нанесении на стеклянную поверхность деэмульгатор или дестабилизатор эмульсии можно наносить до, во время или после нанесения эмульсии. За счет прибавления к эмульсии деэмульгатора или дестабилизатора эмульсии вскоре после нанесения эмульсии на стеклянную поверхность можно быстро и легко управлять разрушением эмульсии с учетом изменяющихся условий. Количество или концентрацию деэмульгатора или дестабилизатора эмульсии можно изменять таким образом, чтобы учесть изменения в режимах работы. Аналогично нанесение деэмульгатора на стеклянную поверхность в виде отдельного раствора позволяет регулировать разрушение эмульсии с учетом изменений в режимах работы. Более того, это позволяет приготавливать концентрат эмульсии или разбавленный раствор эмульсии, ожидающий использования, с количеством эмульгатора, достаточным для обеспечения того, что эмульсия не дестабилизируется до нанесения на стеклянную поверхность.
Водомасляная эмульсия по данному изобретению содержит маскирующий агент, масляную или полимерную дисперсную фазу в водной дисперсионной фазе. Масло или полимер может включать полиолефины, такие как парафиновые масла, или сложные эфиры жирных кислот, содержащие вплоть до 40 атомов углерода. Маскирующий агент может поставляться в виде водной эмульсии, которая может сразу же наноситься, либо в виде концентрированной смеси маскирующего масла и эмульгаторов, которую смешивают с водой перед нанесением. Эмульгаторы могут быть неионными, анионными или катионными. Стандартные неионные эмульгаторы включают этоксилированные спирты, такие как этоксилат олеилового или стеарилового спиртов, но не ограничиваясь ими; этоксилированные кислоты, включая олеиновую и пальмитиновую кислоты, но не ограничиваясь ими; этоксилированные сложные эфиры, включая сорбитан- и глицеролкарбоксилаты или другие полиолкарбоксилаты, но не ограничиваясь ими. Стандартные эмульгаторы включают соли жирных кислот, такие как олеат натрия или аммония, но не ограничиваясь ими. Стандартные катионные эмульгаторы включают C12-C18 амины с этиленоксидацетатами или другие соли, но не ограничиваясь ими. В состав также могут входить другие добавки, такие как бактерициды. Концентрация маскирующего агента предпочтительно изменяется от приблизительно 3 до 15% от массы конечной рабочей эмульсии. Оборудование для нанесения, как правило, включает сосуды для смешивания и хранения, насосы, транспортные линии, установку для распыления и оборудование для контроля и мониторинга. Эмульгаторы, присутствующие в рабочем растворе, придают достаточную стабильность при движении через установку для нанесения для поддержания стабильности эмульсии.
Дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор применяют для дестабилизации или разрушения эмульсии в контролируемых условиях. Дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор можно добавлять к эмульсии или смешивать с ней незадолго до нанесения эмульсии на стеклянную поверхность. В качестве альтернативы дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор можно наносить на стеклянную поверхность, которую необходимо обработать до, во время или после нанесения эмульсии. Стабильность эмульсии зависит от pH среды и дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор может включать добавку, которая изменяет pH в достаточной степени, чтобы дестабилизировать или разрушить эмульсию. Например, дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор может включать кислоту, включая органические кислоты, такие как лимонная кислота, молочная кислота, уксусная кислота, но не ограничиваясь ими, или неорганические кислоты, такие как хлороводородная кислота, серная кислота или смесь таких кислот, но не ограничиваясь ими. Дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор может в качестве альтернативы включать поливалентный ионный материал, который будет регулировать pH, такой как соли кальция, железа, натрия, магния или их смеси. Предпочтительно дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор представляет собой кислоту. Дестабилизатор эмульсии или деэмульгатор используют в количестве, достаточном для дестабилизации или разрушения эмульсии после нанесения эмульсии на стеклянную поверхность.
Прибавление к стабильной эмульсии дестабилизатора эмульсии или деэмульгатора незадолго до ее нанесения на стеклянную поверхность позволяет регулировать количество используемого дестабилизатора. Это позволяет регулировать время до фактического разрушения эмульсии с учетом изменений в режимах работы, таких как изменения влажности, изменения, связанные с водой, и т.д. Дополнительно это позволяет приготавливать и хранить эмульсию, а также обращаться с ней в стабильной форме для избегания негативного влияния на оборудование для смешивания, хранения или нанесения. Нанесение дестабилизатора в виде отдельного раствора до или после нанесения эмульсии на стеклянную поверхность или практически одновременно с ним позволяет изменять количество прибавляемого дестабилизатора так, чтобы контролировать время разрушения эмульсии. Способ по данному изобретению позволяет усилить контроль за маскирующими покрытиями для стеклянных поверхностей на основе эмульсий, что применимо в различных типах систем для нанесения, таких как системы, в которых стеклянная тара является как теплой, так и холодной.
Примеры
Данное изобретение более детально иллюстрируется в следующих неограничивающих примерах. Исследования проводились с коммерческим маскирующим продуктом Opticoat 140 для стекла, который смешивали с водой для получения эмульсии с 6-8% масла в воде (Opticoat 140 представляет собой смесь этоксилированного сложного эфира жирной кислоты, сложноэфирного синтетического масла и этоксилированного спирта, поставляемую Arkema Inc. of Philadelphia, PA), и кислотным деэмульгатором, лимонной кислотой, для оценки влияния деэмульгатора на покрытие, осаждающееся на стеклянных бутылках. Эффективность осаждения покрытия оценивали посредством нанесения на стеклянные бутылки, высушивания покрытия, смывания материала покрытия с бутылки при помощи ацетона в небольшой приемник и повторного взвешивания приемника после испарения ацетона. Это позволяет оценить вес нанесенного покрытия, который представляет собой оценку производительности маскирования. Условия нанесения были заданы следующими:
- стеклянные бутылки при 8°C, сухие в начале нанесения;
- 6% Opticoat 140 в воде, жесткость dH2°;
- нанесение Opticoat 140 распылением на вращающуюся бутылку при потоке эмульсии в 0,4 мл/с в течение 1 секунды;
- использование исходного раствора лимонной кислоты с концентрацией 120 г/л для получения различной концентрации;
- выдерживание бутылки непосредственно после нанесения Opticoat в течение 1 часа при относительной влажности, превосходящей 90%, при 22-26°С и последующее высушивание в условиях окружающей среды.
Пример 1
Исследование в вышеуказанных условиях проводилось путем прибавления различных количеств исходного раствора лимонной кислоты (1 мл) к эмульсии Opticoat 140 (1 литр) и последующего нанесения эмульсии на стеклянную бутылку для оценки влияния лимонной кислоты на массу покрытия. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Результаты прибавления лимонной кислоты к эмульсии Opticoat
Измерение
Лимонная кислота
Количество Opticoat 140 на бутылке
мл
мг
1
0
5,3
2
0,5
7,0
3
1,0
11,4
4
2,0
14,3
5
4,0
14,4
6
8,0
15,0
Таблица 1 показывает, что прибавление лимонной кислоты к Opticoat 140 увеличивает количество реагента, осажденного на поверхности бутылки.
Пример 2
Эксперименты проводились в условиях, указанных в примере 1, для оценки нанесения лимонной кислоты распылением в различных количествах (1 мл исходного раствора в 1 литре воды) в виде индивидуального спрея непосредственно перед и после нанесения эмульсии Opticoat 140 на поверхности бутылки. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2.Результаты распыления лимонной кислоты до или после нанесения Opticoat 140
Измерение
Лимонная кислота на бутылке
Распыление до или после нанесения Opticoat
Количество Opticoat на бутылке (мг)
мл
Концентрация лимонной кислоты (мл/л)
0
0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
16,0
32,0
7
0,4
до
2,5
2,1
2,5
4,7
5,5
6,1
8
0,4
после
2,6
2,5
2,6
4,6
5,8
5,7
9
0,3
до
2,8
6,3
7,3
8,6
7,2
6,9
10
0,3
после
2,7
6,2
8,7
7,1
6,6
7,1
11
0,2
до
3,5
3,8
4.5
6,9
8,7
10
12
0,2
до
3,5
_
_
_
9,5
10,8
11,0
11,5
13
0,2
после
3,7
4,5
5,0
7,3
9,6
10,5
14
0,2
после
3,5
_
_
_
10,3
10,3
10,0
9,5
Таблица 2 показывает, что количество Opticoat 140, наносимое на бутылку, можно увеличить путем нанесения лимонной кислоты в виде индивидуального спрея непосредственно перед или после нанесения эмульсии Opticoat 140 на поверхность бутылки.
Пример 3
Измеряли способность кислот, солей и оснований к разрушению или дестабилизации эмульсий для покрытия бутылок. Оценивали влияние лимонной кислоты, уксусной кислоты, серной кислоты, хлорида натрия и раствора аммиака на стабильность маскирующих эмульсий для бутылок. К 10% (по массе) эмульсии агентов для покрытия бутылок в воде прибавляли деэмульгатор или дестабилизатор эмульсии в различных весовых соотношениях. Измеряли объемный процент масляного слоя в зависимости от времени для оценки способности реагента к разрушению эмульсии. Исследованная композиция для покрытия бутылок представляла собой Opticoat 140. Результаты исследований представлены в таблицах 3-7. В тех случаях, когда эффект был незначителен, исследования заканчивали, чему соответствует отсутствие данных в таблицах. В Таблице dH соответствует степени жесткости, измеренной в соответствии с немецкими стандартами.
Таблица 3:
Объемное процентное содержание органического слоя. 10% (по массе) Opticoat 140 в воде, dH 2, 1 грамм серной кислоты на 100 грамм раствора Opticoat
500 м.д. серная кислота
250 м.д. серная кислота
100 м.д. серная кислота
50 м.д. серная кислота
25 м.д. серная кислота
10 м.д. серная кислота
0 м.д. серная кислота
минуты
0
0
0
0
0
0
0
0
5
15
15
18
1
1
1
10
15
15
15
2
2
3
15
15
15
15
2
2
3
30
15
15
15
6
6
6
60
15
15
15
6
6
9
Таблица 4:
Объемное процентное содержание органического слоя. 10% (по массе) Opticoat 140 в воде, dH 2, 1 грамм хлорида натрия на 100 грамм раствора Opticoat
500 м.д. хлорид натрия
250 м.д. хлорид натрия
100 м.д. хлорид натрия
50 м.д. хлорид натрия
25 м.д. хлорид натрия
10 м.д. хлорид натрия
0 м.д. хлорид натрия
минуты
0
0
0
0
0
0
0
0
5
8
1
1
1
10
13
3
3
3
15
13
4
5
3
30
12
6
6
6
60
12
8
9
9
Таблица 5:
Объемное процентное содержание органического слоя. 10% (по массе) Opticoat 140 в воде, dH 2, 1 грамм уксусной кислоты на 100 грамм раствора Opticoat
500 м.д. уксусная кислота
250 м.д. уксусная кислота
100 м.д. уксусная кислота
50 м.д. уксусная кислота
25 м.д. уксусная кислота
10 м.д. уксусная кислота
0 м.д. уксусная кислота
минуты
0
0
0
0
0
0
0
0
5
13
15
2
1
1
10
13
14
3
2
3
15
13
14
5
3
3
30
13
13
8
6
6
60
13
13
10
8
9
Таблица 6:
Объемное процентное содержание органического слоя. 10% (по массе) Opticoat 140 в воде, dH 2, 1 грамм лимонной кислоты на 100 грамм раствора Opticoat
500 м.д. лимонная кислота
250 м.д. лимонная кислота
100 м.д. лимонная кислота
50 м.д. лимонная кислота
25 м.д. лимонная кислота
10 м.д. лимонная кислота
0 м.д. лимонная кислота
минуты
0
0
0
0
0
0
0
0
5
16
2
1
1
1
10
14
3
2
2
3
15
13
5
4
4
3
30
13
6
6
6
6
60
13
9
9
9
9
Таблица 7:
Объемное процентное содержание органического слоя. 10% (по массе) Opticoat 140 в воде, dH 2, 1 грамм раствора аммиака на 100 грамм раствора Opticoat
500 м.д. раствор аммиака
250 м.д. раствор аммиака
100 м.д. раствор аммиака
50 м.д. раствор аммиака
25 м.д. раствор аммиака
10 м.д. раствор аммиака
0 м.д. раствор аммиака
минуты
0
0
0
0
0
0
0
0
5
1
1
1
1
1
1
10
1
1
1
1
1
3
15
1
1
1
1
1
3
30
3
2
2
2
4
6
60
6
3
3
5
9
9
Данные, приведенные в Таблицах 3-7, показывают влияние различных количеств и типов деэмульгатора или дестабилизатора эмульсии на стабильность покрытия для бутылок на основе водомасляных эмульсий.
Хотя данное изобретение было описано при помощи конкретных вариантов его осуществления, ясно, что многочисленные другие формы и модификации данного изобретения будут понятны специалистам в данной области техники. Приложенная формула изобретения и данное изобретение в общем случае должны толковаться так, чтобы покрыть все такие понятные формы и модификации, которые не выходят за рамки сущности и объема данного изобретения.