Слоистый контейнер из прозрачного стекла и стекла янтарного цвета и способ его производства

Слоистый контейнер из прозрачного стекла и стекла янтарного цвета и способ его производства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к стеклянным контейнерам, предназначенным для пищевых продуктов и т.п., и, в частности, к слоистому стеклянному контейнеру и способу его производства, в котором слои стекла выполнены из химически несовместимых составов, таких как внешний слой из окисленного прозрачного стекла, нанесенный поверх внутреннего слоя из восстановленного стекла янтарного цвета.

Уровень техники

Стеклянные контейнеры обычно изготавливают либо из прозрачного, либо из цветного стекла. Прозрачные контейнеры из состава бесцветного стекла используются, например, для помещения в них пищевых продуктов в тех случаях, когда желательно обеспечить возможность рассматривать продукт через стенки контейнера. С другой стороны, стекло янтарного цвета используется для продуктов, таких как, например, пиво, с тем чтобы поглощающие свойства стекла уменьшали передачу света через стенки контейнера на длинах волн, на которых свет может испортить продукт.

Известно также, что бесцветное стекло и стекло янтарного цвета реагируют друг с другом, по меньшей мере, частично из-за различного состояния степени окисления этих стекол. Принятая техника количественного выражения этих различных степеней окисления включает использование так называемого "окислительно-восстановительного числа", как описано в публикации авторов Симпсон и Майерс "Концепция окислительно-восстановительного числа и ее использование технологами стекла" Технология стекла. Том 19, № 4, 4 августа 1978, страницы 82-85 (Simpson and Myers, "The Redox Number Concept and Its Use by the Glass Technologist" Glass Technology. Vol.19, No.4, August 4, 1978, pages 82-85). Стекло янтарного цвета может быть охарактеризовано как восстановленное стекло, которое имеет окислительно-восстановительное число в отрицательном диапазоне. С другой стороны, бесцветное стекло может быть охарактеризовано как окисленное стекло, имеющее окислительно-восстановительное число равное нулю или выше. Химия окрашивания стекла янтарного цвета является сложной, и считается, что оно включает комплексный хромофор ионов окиси железа и ионов сульфида, которые формируются в восстанавливающей атмосфере. При формирующих температурах, при которых стекло плавится, бесцветное стекло и стекло янтарного цвета реагируют друг с другом, формируя пузырьки или пену в результате реакции окисления/восстановления. Поэтому при переналадке линии по производству стеклянных контейнеров с производства стеклянных контейнеров из бесцветного стекла на производство стеклянных контейнеров из стекла янтарного цвета необходимо, например, полностью удалять все остаточное бесцветное стекло из печи и из канала питателя для предотвращения образования пузырьков в контейнерах из стекла янтарного цвета, которые возникают из-за окислительно-восстановительных реакций в стекле янтарного цвета.

В американском патенте 4740401 описано устройство и способ формирования слоистых стеклянных контейнеров, которые содержат стекло внутреннего каркаса, окруженное внешним стеклом покрытия или оболочки. Технология, описанная в этом патенте, применяется для производства контейнеров из цветного стекла, то есть контейнеров, имеющих внутренний слой из бесцветного стекла, окруженный слоем оболочки из цветного стекла, которое имеет меньший коэффициент теплового расширения так, что при охлаждении слой оболочки садится под давлением и обеспечивает дополнительную прочность общей боковой стенки контейнера. Однако при рассмотрении возможности применения этой технологии для формирования контейнеров, имеющих внутренний слой из стекла янтарного цвета, который окружен слоем оболочки из бесцветного стекла, могут возникнуть определенные проблемы. Меньшая степень передачи теплового излучения стеклом янтарного цвета делает управление температурой при отливке стекла более сложным из-за относительно низкой скорости подачи стекла оболочки. Кроме того, любые остатки цветного стекла или другие загрязнения в канале питателя стекла оболочки или в другом оборудовании производственного потока могут вызвать образование мелких пузырей и раковин из-за окислительно-восстановительных реакций, проходящих по вышеуказанным причинам. Кроме того, состав восстановленного стекла янтарного цвета может вызывать эрозию слоев драгоценного металла из платины и родия в системе плавления стекла. Могут также возникнуть существенные расходы, связанные с необходимостью более частой замены оборудования производственного потока стекла оболочки при использовании стекла янтарного цвета вместо бесцветного стекла. Поэтому общей задачей настоящего изобретения является разработка способа формирования слоистого стеклянного контейнера, который решал бы одну или большее количество указанных проблем. Другой и более конкретной задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления слоистого контейнера из стекла янтарного цвета. Еще одной задачей настоящего изобретения является разработка стеклянного контейнера, сформированного с помощью такого способа.

Сущность изобретения.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования потока накладного стекла, который включает окружение внутреннего стекла слоем стекла оболочки, согласно изобретению одно из этих стекол является восстановленным стеклом, а другое является окисленным стеклом, при этом внутреннее стекло и стекло оболочки находятся в контакте при температуре плавления не более 50 секунд.

Указанное восстановленное внутреннее стекло может включать стекло янтарного цвета, а указанное окисленное стекло оболочки может включать бесцветное стекло.

Указанное восстановленное внутреннее стекло может иметь окислительно-восстановительное число -20 или ниже, и указанное окисленное стекло оболочки может иметь окислительно-восстановительное число, равное нулю или выше.

Указанное восстановленное внутреннее стекло может представлять собой стекло янтарного цвета, имеющее окислительно-восстановительное число приблизительно -27, и указанное окисленное стекло оболочки может представлять собой бесцветное стекло, имеющее окислительно-восстановительное число приблизительно +2.

Способ может отличаться этапами:

(а) формирование потока накладного стекла, который включает внутреннее стекло янтарного цвета, окруженное слоем бесцветного стекла оболочки,

(b) отрезание капли загрузки формы из указанного потока, (с) формование указанной капли загрузки формы в слоистый стеклянный контейнер, имеющий внутренний слой из указанного стекла янтарного цвета и внешний слой из указанного бесцветного стекла оболочки, и

(d) охлаждения контейнера ниже температуры плавления стекла.

Указанные этапы от (а) до (d) могут иметь общую продолжительность времени, в течение которого указанное стекло находится в расплавленном состоянии, не более 50 секунд.

Поставленная задача решается тем, что способ формирования стеклянного контейнера содержит этапы:

(a) формирование потока накладного стекла по любому из пп.1-4 формулы, причем указанное внутреннее стекло и стекло оболочки имеют химические составы, которые реагируют друг с другом при температурах расплавленного стекла,

(b) отрезание капли загрузки формы из указанного потока,

(c) формование указанной капли загрузки формы в слоистый стеклянный контейнер,

(d) формирование стеклянного контейнера из указанного потока стекла в течение не более 50 секунд, чтобы указанные составы стекла не имели возможности химически взаимодействовать друг с другом.

Указанное внутреннее стекло и указанное стекло оболочки имеют окислительно-восстановительные числа, которые отличаются, по меньшей мере, на 20.

Указанное внутреннее стекло и указанное стекло оболочки выбираются из группы, состоящей из: (1) янтарного цвета внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки, (2) бесцветное внутреннее стекло и янтарного цвета стекло оболочки, (3) зеленого цвета внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки,(4)сине-зеленого цвета внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки, (5) ультрафиолетовое зеленое внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки.

Указанное внутреннее стекло включает стекло янтарного цвета и указанное стекло оболочки включает бесцветное стекло.

Указанное стекло янтарного цвета имеет окислительно-восстановительное число приблизительно -27, и указанное бесцветное стекло оболочки имеет окислительно-восстановительное число приблизительно +2.

Поставленная задача решается тем, что стеклянный контейнер формируют в соответствии со способом по любому из пп.7-11 формулы.

Поставленная задача решается тем, что слоистый стеклянный контейнер, который содержит внутренний слой из стекла янтарного цвета, окруженный внешним слоем из бесцветного стекла, формируют в соответствии со способом по любому из пп.7-11 формулы.

Кратко, для сведения, а не для ограничения, в соответствии с настоящим изобретением было обнаружено, что контейнеры из слоистого стекла могут быть сформированы с внутренним слоем каркаса из стекла янтарного цвета и с внешним слоем оболочки из бесцветного стекла с использованием производственного оборудования и технологий такого типа, как описаны в американском патенте 4740401, без образования раковин или пузырьков на границе между внутренним слоем янтарного цвета и бесцветным слоем оболочки. В частности, было обнаружено, что, применяя такое оборудование и технологию, общая продолжительность времени, в течение которого бесцветное стекло и стекло янтарного цвета находятся в контакте при реакционных температурах (температурах расплава), является достаточно малым, и стеклянные контейнеры охлаждаются ниже температур плавления стекла прежде, чем начнутся окислительно-восстановительные реакции. Таким образом, могут быть получены слоистые стеклянные контейнеры, которые будут иметь внутренний слой из стекла янтарного цвета и внешний слой оболочки из бесцветного стекла, без образования раковин или пузырьков на границе слоев стекла, которые могли бы возникнуть в противном случае. Использование бесцветного стекла в качестве слоя стекла оболочки позволяет преодолеть проблемы, которые, в противном случае, были бы связаны с использованием оболочки из стекла янтарного цвета, как описано выше, то есть низкое значение передачи теплового излучения, формирование мелких пузырьков и раковин и воздействие на драгоценные металлы, используемые в системе плавления стекла. Повышенная оптическая передача общей боковой стенки контейнера может быть устранена, если необходимо, путем уменьшения оптической прозрачности внутреннего слоя из стекла янтарного цвета, то есть путем увеличения интенсивности окраски янтарного стекла.

Таким образом, в соответствии настоящим изобретением предлагается способ формирования стеклянных контейнеров, который включает этапы формирования потока стекла, который включает внутренний слой стекла, окруженный стеклом оболочки, причем по своему химическому составу стекло внутреннего слоя и стекло оболочки реагируют друг с другом при температурах плавления стекла. В частности, в предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения поток стекла включает восстановленное стекло внутреннего слоя, предпочтительно стекло янтарного цвета, и окисленное стекло внешней оболочки, предпочтительно бесцветное стекло. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения из потока накладного стекла формируются стеклянные контейнеры путем отрезания из потока капель для загрузки формы и достаточно быстрого формования этих капель в виде слоистого стеклянного контейнера, так, чтобы стекло разных слоев не имело возможности вступить в реакцию друг с другом. При осуществлении настоящего изобретения с применением машины с отдельными секциями, формирующей изделия из стекла, предпочтительно одновременно формировать несколько потоков накладного стекла, несколько капель и несколько стеклянных контейнеров в каждой секции машины.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается слоистый стеклянный контейнер, который содержит внутренний слой из стекла янтарного цвета, окруженный внешним слоем из бесцветного стекла.

Перечень фигур чертежей

Настоящее изобретение вместе с его дополнительными целями, свойствами и преимуществами будет лучше всего понятно из нижеследующего описания, прилагаемой формулы изобретения и прилагаемых чертежей, на которых:

фиг.1 представляет вид спереди слоистого стеклянного контейнера в соответствии с одним из предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения; и

фиг.2 представляет вид в увеличенном масштабе фрагмента поперечного сечения, по существу, вдоль линии 2-2, изображенной на фиг.1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 и 2 изображен слоистый стеклянный контейнер 10 в соответствии с одним из предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения, который содержит внутренний слой 12 или каркас из стекла янтарного цвета, окруженный внешним слоем 14 оболочки из бесцветного стекла. Термин "стекло янтарного цвета" применяется в его обычном значении, которое используется в технологии стекла для обозначения стекла, имеющего янтарную окраску, которая уменьшает передачу света через стеклянный контейнер, который может испортить продукт, такой как пиво, находящийся внутри контейнера. Стекло янтарного цвета представляет собой восстановленное стекло, обычно имеющее окислительно-восстановительное число порядка -20 или ниже. Предпочтительное в данном случае стекло янтарного цвета имеет следующий состав:

Таблица 1
Анализ (вес. %)	Свойства
SiO2	72,173	Окислительно-восстановительное число	-27,7
Al2O3	1,711	Вязкость
Na2O	13,840	Log 2	2638,3
К2О	0,226	Log 3	2169,5
MgO	1,090	Log 7	1404,7
СаО	10,351	Точка размягчения	1343,9
TiO2	0,065	Точка отжига	1020,2
SrO	0,009	Жидкое	1867,8
SO3	0,161	Время охлаждения (с)	100,0
Fe2O3	0,348	Ex. (0-300 град.)	88,3
Cr2O3	0,013	Плотность (г/см3)	2,5036
ВаО	0,011	USPXXIII	7,1

Этот состав представляет собой стандартное стекло янтарного цвета, которое использовалось правопреемником заявителя для производства бутылок для пива из стекла янтарного цвета.

Термин "бесцветное стекло" (иногда также называется "прозрачное стекло") также используется в его обычном смысле для обозначения стекла, по существу, бесцветной или прозрачной структуры. Бесцветное стекло представляет собой окисленное стекло, которое обычно имеет окислительно-восстановительное число, равное нулю или выше. Предпочтительное в настоящее время бесцветное стекло имеет следующий состав и свойства:

Таблица 2
Анализ (вес. %)	Свойства
SiO2	71,455	Окислительно-восстановительное число	1,9
Al2O3	1,117	Вязкость
Na2O	11,274	Log 2	2601,2
К2О	0,152	Log 3	2159,4
MgO	2,911	Log 7	1417,6
СаО	11,360	Точка размягчения	1357,8
TiO2	0,033	Точка отжига	1044,8
В2О3	1,249	Жидкое	1972,6
SO3	0,166	Время охлаждения	95,6
Fe2О3	0,041	Ex. (0-300 град.)	81,6
Cr2О3	0,000	Плотность (г/см3)	2,5128
Li2O	0,242	USPXXIII	6,7

Этот состав представляет собой состав бесцветного стекла, применяемый правопреемником заявителя, с пониженным коэффициентом теплового расширения. Коэффициент теплового расширения стекла внутреннего слоя может составлять порядка 88×10^-7 дюймов/дюйм/°С (88×10^-4 мм/м/°С), в то время как коэффициент теплового расширения стекла оболочки может составлять порядка 82×10^-7 дюймов/дюйм/°С (82×10^-4 мм/м/°С). В контейнере 10 по фиг.1 и 2 внутренний слой 12 из стекла янтарного цвета составляет порядка от 93 до 95% общего веса контейнера и может иметь толщину порядка 0,040 дюймов (1,02 мм). Слой 14 оболочки из бесцветного стекла может иметь толщину порядка 0,005 дюймов (0,13 мм). Бесцветное стекло и стекло янтарного цвета могут иметь, по существу, одинаковые характеристики вязкости при температуре плавления стекла, при которой формируется поток накладного стекла, обычно в диапазоне от 2050 до 2200°F (1121-1204°С).

В американских патентах 4740401, 5855646 и 5935286 приведены примеры способов и оборудования, которые могут использоваться для формирования потока накладного стекла в соответствии с настоящим изобретением. В американском патенте 5824128 описан пример оборудования, предназначенный для разделения потока накладного стекла на отдельные загрузки формы или капли, и в американском патенте 5683485 приведен пример оборудования, предназначенного для распределения капель расплавленного стекла по отдельным секциям машины, формирующей стеклянные изделия с индивидуальными секциями. В американском патенте 4362544 приведен пример машины с индивидуальными секциями, в которой загрузки или капли расплавленного стекла формируются в виде индивидуальных контейнеров с использованием формующих операций типа "прессование-и-выдувание" или "выдувание-и-выдувание". Индивидуальные секции машины идентичны друг другу и работают не в фазе друг с другом для производства стеклянных контейнеров, которые переносятся с помощью конвейера в лер для отжига. Описания всех патентов, приведенных в настоящей заявке, приводятся здесь в качестве ссылки. Описание вышеуказанной публикации авторов Симпсон и Майерс также приводятся здесь в качестве ссылки. При использовании такого оборудования общая продолжительность времени от момента формирования потока накладного стекла до охлаждения сформированных контейнеров до температуры ниже температуры плавления стекла обычно не превышает десять секунд. Считается, что для получения контейнеров удовлетворительного качества в соответствии с настоящим изобретением стекло может находиться при температуре плавления не дольше пятидесяти секунд.

Слоистые стеклянные контейнеры и способ их формирования полностью удовлетворяют всем целям и задачам, описанным ранее. Были описаны несколько альтернатив и модификаций. Хотя настоящее изобретение было описано в отношении конструкции, в которой бесцветное стекло помещалось поверх стекла янтарного цвета, принципы настоящего изобретения в равной степени применимы для других комбинаций стекла, окислительно-восстановительные числа которых существенно отличаются, таких как стекло янтарного цвета поверх бесцветного стекла, бесцветное стекло поверх изумрудно-зеленого стекла (окислительно-восстановительное число порядка -5), бесцветное стекло поверх сине-зеленого стекла (окислительно-восстановительное число порядка -10) или бесцветное стекло поверх ультрафиолетового зеленого стекла (окислительно-восстановительное число порядка +20). Настоящее изобретение наиболее предпочтительно применяется при окислительно-восстановительных числах, различающихся, по меньшей мере, на 20. Другие альтернативы и модификации будут очевидны для специалистов в данной области техники. Настоящее изобретение предназначено для охвата всех таких альтернатив и модификаций, которые находятся в пределах сущности и широко понимаемого объема прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ формирования потока накладного стекла, который включает окружение внутреннего стекла слоем стекла оболочки, отличающийся тем, что одно из этих стекол является восстановленным стеклом, а другое является окисленным стеклом, при этом внутреннее стекло и стекло оболочки находятся в контакте при температуре плавления не более 50 с.

2. Способ по п.1, в котором указанное восстановленное внутреннее стекло включает стекло янтарного цвета, а указанное окисленное стекло оболочки включает бесцветное стекло.

3. Способ по п.1 или 2, в котором указанное восстановленное внутреннее стекло имеет окислительно-восстановительное число -20 или ниже и в котором указанное окисленное стекло оболочки имеет окислительно-восстановительное число, равное нулю или выше.

4. Способ по п.3, в котором указанное восстановленное внутреннее стекло представляет собой стекло янтарного цвета, имеющее окислительно-восстановительное число приблизительно -27, и указанное окисленное стекло оболочки представляет собой бесцветное стекло, имеющее окислительно-восстановительное число приблизительно +2.

5. Способ по п.1, отличающийся этапами: (а) формирование потока накладного стекла, который включает внутреннее стекло янтарного цвета, окруженное слоем бесцветного стекла оболочки, (b) отрезание капли загрузки формы из указанного потока, (с) формование указанной капли загрузки формы в слоистый стеклянный контейнер, имеющий внутренний слой из указанного стекла янтарного цвета и внешний слой из указанного бесцветного стекла оболочки, и (d) охлаждение контейнера ниже температуры плавления стекла.

6. Способ по п.5, в котором указанные этапы от (а) до (d) имеют общую продолжительность времени, в течение которого указанное стекло находится в расплавленном состоянии, не более 50 с.

7. Способ формирования стеклянного контейнера, который содержит этапы: (a) формирование потока накладного стекла по любому из пп.1-4, причем указанное внутреннее стекло и стекло оболочки имеют химические составы, которые реагируют друг с другом при температурах расплавленного стекла, (b) отрезание капли загрузки формы из указанного потока, (c) формование указанной капли загрузки формы в слоистый стеклянный контейнер, (d) формирование стеклянного контейнера из указанного потока стекла в течение не более 50 с, чтобы указанные составы стекла не имели возможности химически взаимодействовать друг с другом.

8. Способ по п.7, в котором указанное внутреннее стекло и указанное стекло оболочки имеют окислительно-восстановительные числа, которые отличаются, по меньшей мере, на 20.

9. Способ по п.7, в котором указанное внутреннее стекло и указанное стекло оболочки выбираются из группы, состоящей из (1) янтарного цвета внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки, (2) бесцветное внутреннее стекло и янтарного цвета стекло оболочки, (3) зеленого цвета внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки, (4)сине-зеленого цвета внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки, (5) ультрафиолетовое зеленое внутреннее стекло и бесцветное стекло оболочки.

10. Способ по п.7, в котором указанное внутреннее стекло включает стекло янтарного цвета и указанное стекло оболочки включает бесцветное стекло.

11. Способ по п.10, в котором указанное стекло янтарного цвета имеет окислительно-восстановительное число приблизительно -27 и указанное бесцветное стекло оболочки имеет окислительно-восстановительное число приблизительно +2.

12. Стеклянный контейнер, сформированный в соответствии со способом по любому из пп.7-11.

13. Слоистый стеклянный контейнер, который содержит внутренний слой из стекла янтарного цвета, окруженный внешним слоем из бесцветного стекла, сформированный в соответствии со способом по любому из пп.7-11.