玻璃瓶罐涂层的优化处理方案

玻璃最初成型时为一种十分高强度的材料。但是，玻璃表面很容易受到摩擦力的损坏。这种损坏显著地降低了玻璃表面以后抵抗使用接触的能力，例如擦伤和冲击。同时，这些损坏产生了应力集中，使玻璃瓶容易在客户处破损。玻璃表面涂层已在生产实际中应用于玻璃增强，其特点是工艺过程简单，生产效率高，成本低廉，可安装在生产线上，实行喷涂机械化、自动化。瓶罐玻璃的表面处理按涂层设备安装在生产线上的位置及喷涂时玻璃制品的温度分为热端喷涂和冷端喷涂。热端喷涂是指在成型热端玻璃瓶罐外表面附上一种氧化锡薄的涂层，玻璃表面温度在400～600℃；冷端喷涂是指在退火后冷端的玻璃瓶罐外表面喷涂一种溶于水的聚乙烯涂层，玻璃的温度在60～130℃。热端喷涂作用是改进润滑层在玻璃表面的附着力，从而提高了润滑的能力。冷端喷涂的作用是降低玻璃瓶子表面的摩擦系数热端，热端和冷端表面处理正确而有效的应用是确保玻璃瓶罐在厂内输送、贮存、运输、客户灌装线及其他过程中，具有良好性能的主要决定因素。

（一）热端喷涂

1.热端涂层材料

在热的玻璃表面（400～600℃）上，喷涂涂层材料后，立即发生分解，在玻璃表面上形成一层金属氧化物涂层。涂层不仅可以填充玻璃微裂纹，而且具有抗擦伤能力；既提高了玻璃强度，又防止新的微裂纹产生。热端涂层一般是永久性的，和玻璃结合较好，增强效果比较好。

热端涂层材料有锡的化合物、钛的化合物和锆的化合物，最常用的为锡和钛的化合物。锡的化合物有四氯化锡、五水四氯化锡、二甲基二氯化锡（商品名称Glahard）、丁基三氯化锡等。热喷涂时反应如下：

SnCl4→Sn+2Cl2

Sn+O2→SnO2

（CH3）2SnCl2→Sn+2CH3Cl

Sn+O2→SnO2

SnO2以四面体状态与玻璃表面的四面体相键合，形成≡Si-O-Sn≡，使玻璃表面裂纹愈合，同时可防止表面磨损，使玻璃强度提高。例如，未涂丁基三氯化锡的容量250mL瓶子，平均耐压度为25～30MPa，涂丁基三氯化锡层后，容量250mL瓶子的耐压度达40MPa，容量500mL的瓶子达35MPa，容量1.0L瓶子达45MPa。涂层后瓶子的强度提高30%～50%。

四氯化锡的沸点为114℃，可溶解于水或酒精中，其价格比较便宜，但也带来一些问题，如蒸气压比较高，设备密封不严时，会释放出有腐蚀性的烟雾。此烟雾与空气中水分反应，会使供料管道堵塞并产生大量氧化物粉末，此烟雾还会腐蚀车间的设备及厂房建筑物。此外，还有丁基三氯化锡和国外研制的锡有机化合物Certincoat TC 100，与四氯化锡相比，丁基三氯化锡不需要非常干燥的空气，不产生腐蚀性气体，涂层厚薄均匀，涂料用量少，但有机锡具有毒性，在空气中允许浓度要比四氯化锡低一个数量级。

热端喷涂后形成的1～10μm厚的氧化锡薄膜黏附在玻璃表面上并有一定程度渗入玻璃结构中，可使玻璃表面对于外部破坏力具有弹性。多数情况下，氧化锡层在玻璃表面可作为“基本层”，使有机物涂层更牢固地黏附在玻璃表面上。

2.热端喷涂工艺过程

四氯化锡加入有机溶剂（如乙醇）中，配成30%～60%浓度的溶液并装在气化室内。由鼓风机（或空压机）送来的空气进入装满硅胶或沸石的干燥器，干燥后的干空气再送入气化室。干空气对四氯化锡溶液进行鼓泡，以气化四氯化锡溶液，得到四氯化锡蒸汽，加压后用喷嘴对玻璃瓶罐喷涂，蒸汽温度应保持在37.8～49.0℃，喷涂后的瓶罐用输瓶机进入退火窑。

喷涂室中未反应的气体和反应后的废气均用抽风机送往气化室，供循环使用。为补充喷涂中消耗的SnCl4的消耗，需不断地在循环气体中添加SnCl4。在配制四氯化锡溶液中，加入0.5%TiCl4或BiCl4为改良剂，可提高玻璃瓶的化学稳定性。

图5-1　热端喷涂工艺过程

单丁基三氯化锡在室温下是油状液体，没有蒸汽，比较易于处理。但其进入喷涂柜后，当喷涂柜温度超过100℃后开始形成蒸汽。单丁基三氯化锡液体用计量往复泵输送到喷涂柜。泵的速度决定输送量，从而决定涂层厚度。喷涂柜使用最新技术，效率很高。喷涂柜4个星期清洁1次。

3.热端喷涂操作注意事项

（1）注意喷涂柜的温度

对于使用锡有机化合物的喷涂柜的温度应保持在120～160℃范围内。温度过低，或通过喷涂柜的瓶子数量过少也会导致温度过低，喷涂液蒸发不完全，从而使喷涂厚度不够。喷涂液会以液态泄漏出来，严重的会在喷涂柜内结垢。温度过高，或通过喷涂柜的瓶子数量过多会导致温度过高，这会使喷涂液过早分解成气相，如果温度进一步升高，一段时间后喷涂柜将被污染。

（2）喷涂液的消耗

喷涂液的消耗量取决于通过的瓶子数量、每天喷涂的面积、玻璃温度、输瓶机速度和瓶子高度。根据阿科玛公司的资料介绍，使用锡有机化合物TC 100时，当机速为470只∕分的啤酒瓶在保证瓶身喷涂量为30CTU时，每天大约消耗5.5kg TC100（CTU是涂层厚度单位，表示氧化锡量的经验换算数值）。

（3）更换产品时对挡板进行调节(www.xing528.com)

更换产品时一定要按产品的高度调整在气室和中间柜之间的挡板，以便精确地调整喷涂部分的高度，挡板越低，瓶子喷涂面积越小，喷涂液消耗量越小。

（二）冷端喷涂

冷端涂层是在玻璃容器出退火窑时进行的，用压缩空气将一层极薄的聚合物喷涂在玻璃容器表面，通常为2～5μm，降低玻璃瓶子表面的摩擦系数，增加容器表面的润滑性和抗擦伤能力。通常与热端涂层相结合进行，不但使强度增加，而且使表面有润滑性，也称为“协和增强”。

1.冷端涂层材料

冷端涂层材料要求有良好的润滑性，且不能使食品、饮料受到污染。冷端涂料的品种很多，常用的有硬酯酸盐、聚乙烯、油酸、硅烷、硅酮等。

硬酯酸盐是20世纪50年代末就开始应用于瓶罐冷端处理，至今仍为一种较好的涂层材料。通常采用聚氧化乙烯硬酯酸盐，代号为15-101，由植物性硬酯酸制成，呈白色粉末或片状，能溶于水。硬酯酸盐涂层有很好的润滑性，能使瓶罐的摩擦系数减少50%，并可增加瓶的光泽。由于硬酯酸盐涂层无憎水性，故不影响粘贴商标；同时不污染内装物，可满足食品、饮料的卫生要求，盛装食品时，进入瓶内盛装物中硬酯酸不到百万分之一，可广泛用于回收饮料瓶、静脉注射液瓶、酒瓶或食品瓶。

使用硬脂酸盐喷涂时，一般使用0.17%的硬脂酸盐溶液。先将907g的聚氧化乙烯硬脂酸盐加入17L并预热到71℃的去离子水中，配制成溶液，然后将此溶液输送到各个系统，再稀释到0.17%。为避免细菌的污染，在硬脂酸盐溶液中需加入次氯酸钠进行消毒。

由于硬脂酸盐溶于水，涂层是暂时性的，称为暂时性（水溶）涂层。瓶罐的洗涤，高压消毒和巴氏灭菌均能溶解此涂层。瓶罐喷涂硬脂酸盐层后，如再印商标，烤花后涂层完全消失，需要在出烤花窑后再进行二次喷涂。

聚乙烯涂层由低分子的聚乙烯加入去离子水中用油酸钾乳化成乳白液。由于聚乙烯涂层不溶于水，光泽性及润滑性都比硬酯酸涂层好，可耐碱性溶液洗涤和灭菌操作。使用聚乙烯乳剂喷涂液，一般是使用含有20%固体聚乙烯的去离子水乳化液。在运输和储存中，要防止冷冻，到3.33℃时，乳化液受到破坏，不能使用。喷涂时聚乙烯乳化液的浓度为0.17%～0.23%。为防止涂层中细菌的繁殖，需要在乳化液中加入一定数量的5.25%的次氯酸钠。

2.冷端喷涂工艺过程

通常分为静电粉末喷涂法和喷射法。

（1）静电粉末喷涂法

静电粉末喷涂法与工业上广泛使用喷涂设备相类似。将预热的玻璃瓶罐用输送机（输送带）通过一系列喷枪的面前，涂层材料如树脂粉末用压缩空气送入喷涂枪内，经喷枪口喷出的粉末带有静电荷，立即吸附在玻璃瓶罐表面，沉积为一均匀的薄层，然后加热使树脂熔化，再加以冷却，即成为冷端涂层。一般玻璃瓶罐静电粉末喷涂机，每分钟可喷涂250只玻璃瓶，喷涂室只有229mm长。

（2）喷射法

喷射法是用设置在退火窑出口上方的活动喷枪，对从退火窑出来的玻璃瓶罐上方横扫喷射。此种方法比较简单方便。

喷涂时瓶身中段温度保持在110～130℃。温度低于90℃，影响到瓶罐产品的外观，并降低滑动性和抗磨损性；温度高于150℃，涂层上难以粘贴，且可能使瓶罐破裂。

3.冷端喷涂操作注意事项

（1）冷端喷涂合适的温度

不同的冷端喷涂液，有不同的温度要求。但是所有冷端喷涂液使用过程中，必须保证玻璃容器产品在进行冷端表面处理时的温度不能超过130℃，温度过高，会产生喷涂裂纹。一般将瓶子温度控制在110～130℃，这是聚乙烯的最佳成膜温度。如果温度低于100℃，聚乙烯将不能成膜。

（2）稀释比例

不同冷端喷涂液的勾兑的加水量有所不同，但是，选用稀释比例应该越大越好。据资料介绍冷端喷涂液的稀释比应≤500∶1。

（3）供水处理

在整个冷端喷涂系统中建议最好采用薄壁的不锈钢管和塑料管及不锈钢阀和调节器，以便降低脏污和沉淀物的程度。质量良好的水对良好的冷端表面处理很重要。水中可溶解性矿物质会在玻璃瓶表面产生色带条纹和表面斑点缺陷，而且会降低永久性表面的有效性。按照要求应使用去离子水或者软化水，建议采用逆向渗透装置，或阳离子／阴离子去离子水装置，或在某种情况下，两者合用，以保证水的质量。