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Verpackung mit einem Hohlkörper aus Glas und Verfahren zu deren Herstellung
Priorität: Schweden vom 3. Juni 1969 schwedische Patentanmeldung Nr. 7834/69 Die
Erfindung bezieht sich auf Verpackungen mit einem Hohlkörper aus Glas, beispielsweise
einer Flasche zu einmaliger oder mehrmaliger Verwendung, insbesondere fUr Getränke,
die mit einer oder mehreren Aussenschichten zur Verstärkung bzw. zum Schutz des
Glases versehen ist, wobei zumindest eine der Schichten aus Kunststoff besteht.
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In den letzten Jahren hat der steigende Lebensstandard zu starker
Erhöhung in der Benutzung von Verpackungen verschiedenster Formen geführt. Glasemballage
wie Flaschen, insbesondere für Bier und erfrischende Getränke hat infolge ihres
geringen Preises und ihrer allgemeinen technischen Eignung eine starke Erhöhung
in der Benutzung erfahren, und zwar sowohl in Form von Wiederauffüllglas als auch
in Form von Einweg-Verpackung.
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Es hat sich aber auch gezeigt, dass der geringe Preis und die technische
Eignung der Glasemballage nachteilig ist.
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So ist festzustellen, dass hin und wieder Benutzer sich der Glasemballage
an anderen Stellen als Mülltonnen. als auch an anderen Abfallsammelstellen entledigen,
wodurch das Glas nicht der nrmalen Müllaufbereitung untereworfen wird und nur der
normalen Verwitterung unterliegt, Durch seine guten technische? Eigenschaften wird
aber Glas durch die normale Verwitterung nicht in nennenwertem Mass angegriffen.
Es kommt hinzu, dass beim Zerschlagen von Glasemballage scharfe Schwerben entstehen
die wegen der sehr geringen Verwitterungseinflüsse ihre Gefährlichkeit auf lange
Zeiträume behalten. Auch wenn die Anzahl der nicht in den Müll bzw. sonstigen Abfall
gelangenden
Glasemballage im Verhältnis zu der Umsatzmenge ausserordentlich
gering ist, bestht trotzdem das Bedürfnis, Mittel und dWege zu finden, die Gefährlichkeit
der nicht in den Müll oder sonstigen Abfall gelangenden Glasemballage wesentlich
herabzusetzen.
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Es sind hierfür zwei grundsätzliche Möglichkeiten denkbar, nämlich
einmal Gläser für Emballage zu benutzen, die schneller verwittern. Dies steht aber
im Gegensatz zu der bisherigen technischen Entwicklung, die darauf ausgerichtet
gewesen ist, im Interesse des Verpackungsinhaltes ein technisch besseres Glas zu
entwickeln. Die zweite denkbare Möglichkeit besteht darin, das Entstehen bzw. das
Zerstreuen von Scherben beim Zerschlagen solcher Smballage zu verhindern.
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Es ist zwar schon bekannt, eine Kunststoffschicht in Form eines wasserlöslichen
Stearates auf einer Glasverpackung anzubringen.
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Diese sehr dünne, nahezu molekulare Schicht hat hauptsächlich zur
Aufgabe, die Glasoberfläche gegen Abriebschäden zu schützen und erfüllt keine Funktion,
wenn es sich darum handelt, das Ausbreiten bzw. Zerstreuen von Glasscherben zu verhindern,
wenn das Glas zersplittert.
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Es ist auoh bekannt, dne sehr dicke Kunststoffschicht, bis mehrere
Millimeter Dicke, auf Flaschen für Aerosolbehälter ansubringen.
Hier
handelt es sich darum, eine dicke, steife Schicht zu bilden, die einen zweiten,
äusseren Behälter darstellt, der das Zerschlagen der inneren, normalerweise unter
Ueberdruck stehenden Glasflasche verhindern soll. Diese Art der Beschichtung dürfte
jedoch für billige Massenproduktion von Glasemballage, beispielsweise Plaschen für
Bier und Erfrischungsgetränke, nicht vertretbar sein.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Glasemballage
zu schaffen, die zerschlagen werden kann, ohne dass die bekannten Gefahren mit zerstreuten
Glasscherben entstehen.
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Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die äussere
Schicht der Glasemballage aus einem atmen, elastischen Kunststoffmaterial besteht,
das lose oder fest mit der darunter liegenden Schicht oder der Glasoberfläche verbunden
ist und mit einer Dicke zwischen 0,04 und.0,6 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und
0,2 mm dazu ausgebildet ist, einen beim Zerschlagen des Glases die Glasscherben
festhaltenden und bzw. oder umschliessenden Beutel zu bilden.
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Die Verpackung gemäss der Erfindung hat somit eine Kunststoffschicht
solcher Dicke und mit solchen Eigenschaften, dass das Ausstreuen der Scherben von
einer zerschlagenen Flasche verhindert werden kann. Praktische Versuche haben ergeben,
dass
eine derartige, relativ dünne zusammenhängende Beschichtung
beim Zerschlagen der Flasche die Scherben festhält oder umschliesst.
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Dies ist in jedem Fall für die Benutzung von Glaselementen enthaltenden
Verpackungen von erheblichem Nutzen. Die Glasemballage gemäß der Erfindung kann
vor dem Wegwerfen in den Müll ohne Gefahr von Verletzungen zerkleinert werden. Bei
unbeabsichtagtem Zerstören der Emballagen, beispielsweise auf dem Transport, werden
nicht mehr wie bisher gefährliche Scherben ausgestreut.
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Schliesslich ist auch bei der geringen Anzahl von Glasemballage, die
nicht in den Müll, sondern sonst irgendwohin weggeworfen werden, die Gefahr ausgestreuter
Scherben weitgehend verringert.
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Darüberhinaus bietet die Erfindung noch den Vorteil, dass auch die
relativ dünne, zusammenhangende Beschichtung eine durchaus merkliche Verstärkung
für den Glaskörper bildet. Man kann deshalb die Wandstärke des Glaskörpers reduzieren
und damit das Gewicht der Verpackung herabsetzen. Diese Gewichtsherabsetzung ist
aber von transportwirtschaftlichem Gesicht;spunkt auch von erheblicher Bedeutung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass weniger Gefahr zu Glasbruch
bei der Hantierung der Verpackung gemäss der Erfindung besteht, insbesondere bei
Abfüllanlagen in Brauereien u.dgl., die mithin mit grösserer Durchsatzleistung arbeiten
können.
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Gemäss der Erfindung ist die äussere Kunststoffschicht lose oder fest
mit der darunter liegenden Schicht oder der Glasoberfläche verbunden. Im Rahmen
der Erfindung kann der elastische Eunststoff relativ stark an der Glasoberfläche
haften, auch wenn man dann nicht vollständig das Streckvermögen des elastischen
Kunststoffes um den Umfang der Flasche ausnutzen kann, sondern nur einen kleinen
Teil im Bereich der Bruchstellen. Beim Zerschlagen des Glaskörpers kann dann die
Kunststoffschicht reichen. Man gewinnt jedoch trotzdem, dass die v l. Glasscherben
am elastischen Kunstst;off haften und nicht umhergestreut werden. Im Rahmen der
Erfindung kann der elastische Kunststoff auch lose mit der Glasoberfläche verbunden
sein, d.h. praktisch nicht am Glas haften, wobei das Streckvermögen des Kunststoffes
um den gesamten Umfang der Flasche ausgenutzt wird. Beim Zerbrechen des Glaskörpers
reisst dann das Eunststoffmaterial nicht, sondern bildet einen die Glasscherben
aufnehmenden, im wesentlich geschlossenen Beuteil.
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Die Aussenschicht aus Kunststoff sollte sich im Rahmen der Erflndung
zumindest um die Seitenwände der Verpackung erstrecken.
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Dies kann in gewissen Fällen ausreichend sein, da der Hals und der
Bodenteil einer Flasche normalerweise eine beträchtlich grössere Festigkeit als
die Seitenwände haben und in den meisten Fällen beim Zerschlagen nicht zersplittern.
Die Kunststoffschicht
sollte sich allerdings so weit über diese
Teile der Verpackung erstrecken, dass diese Verpackungsteile in der Kunststoffschicht
zurückgehalten werden, wenn der Glaskörper zersplittert und dadurch noch feste Endabschlüsse
bilden. Vorzugsweise ist aber die ganze Verpackung mit Kunststoff beschichtet, der
ausser den Seitenwänden auch den Bodenteil abdeckt und sich bis zum Mündungsteil
oder dessen Nähe erstreckt. Der Kunststoff kann sich auch über den Mundungsteil
erstrecken, un ein Abdichtorgan für das Anliegen gegen eine Kapsel oder einen ähnlichen
Verschluss bilden.
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Die Kunststoffschicht kann durch einen Kunststoffwerkstoff aufgebaut
werden, der in flüssigem oder nahezu pulverförmigem Zustand auf die Aussenfläche
der Verpackung aufgetragen wird. Im Rahmen der Erfindung kann aber auch die Aussenschicht
aus einer dünnen Kunststoffolie gebildet werden, die auf die Wände der Verpackung
geschrumpft oder fest um diese gewickelt wird. Die Haftfähigkeit lässt sich dadurch
erzielen, dass ein geeigneter Klebstoff als Zwischenschicht benutzt wird. Die Kunststoffolie
kann vorgeformt sein oder direkt um die Wände der Verpackung zu eine. Beutel oder
rohrförmigen Element geformt werden.
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Der tunsdoff soll dünn und elastisch sein, und es sind hierzu mehrere
ansich bekannte Kunststoffe verwendbar. Der Kunststoffkann
beispielsweise
Polyäthylen oder Polyvinylchlorid sein. Es kommen aber auch Polyester oder Polyurethan-Kunststoffe
in Betracht. Auch Mischpolymere aus zwei oder mehreren Kunststoffen können im Rahmen
der Erfindung benutzt werden, um eine dunne, elastische Aussenschicht an der Glasverpackung
zu bilden. Es ist ferner auch möglich, ein Monomer zu benutzen, das an der Glasoberfläche
polymerisiert wird.
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Im Rahmen der Erfindung lassen sich auch Möglichkeiten zur Verwitterung
von Glasverpackungen ausnutzen, indem der Glaskörper aus sogenanntem, leicht löslichem
Glas besteht und mit einer Aussenschicht gemäss der Erfindung versehen wird. Ein
leicht lösliches Glas kann durch eine einfache Veränderung der Zusammensetzung der
Glasmasse erreicht werden und braucht beispielsweise nur eine Erhöhung des Flussmittelgehaltes
(S.B. Alkali) zu beinhalten oder eine Verminderung der Stabilisatoren (z.B. Kalciumoxyd).
Ein derartiges Glas hat eine so niedrige chemische Resistenz, dass es beispielsweise
schnell scharfe Kanten an Scherben durch Witterung verliert und allmählich unter
Einwirkung von Fe-uclltigkeit ganz aufgelöst wird. Ein Verpaclcungskörper aus sol
chem @eicht löslichen Glas könnte dann unmittelbar benutzt werden, wenn der VerJ)nckungsnhalt
trocken ist und somit den Glaskörper nicht angreift. An der Aussenseite des Glaskörpers
könnte der Schutz gegen Feuchtigkeit durch die aufgebrachte Kunststoffschicht gewährleistet
werden. Für feuchten oder flüssigen
Verpackungsinhalt, beispielsweise
Getränke, müsste das leicht lösliche Glas zumindest an der Innenseite des Glaskörpers
einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden, die dem Glaskörper die erforderliche
chemische Res@istenz verleiht.
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Zur Verbesserung der Festigkeit und dur Erhöhung der chemischen Resistenz
kann beispielsweise die Oberfläche des Glaskörpers entalkalisiert oder evtl. mit
einer Schmelzglasur oder einem Glas beschichtet werden, die bzw. das mit der Glasoberfläche
umgebrannt wird und einen niedrigeren Ausdehnungsquotienten sowie gute chemische
Resistenz hat. flierdureh erhält man die gewiinschte Resistenz gegenüber dem Inhalt,
aber auch eine sehr beträcht;-licht Erhöhung der Festigkeit, da die bei Abkühlung
in der 9ber fläche der Glasverpackung en-tstehende Kompression das Entstehen der
Oberflächenschäden verhindert, Im Rahmen der Erfindung kann die Glasoberfläche auch
eine Schicht aus Metalloxyd, beispielswelse Zinkoxyd aufweisen, die in Form einer
gasförmigen Metallverbindung, z.B. Zinnchlorid, zugeführt wird, wodurch die eriorderliche
Verstärkung der chemischen Resistenz und eine Erhöhung der Festigkeit erreicht werden
Die erforderliehe Festigkeitserhöhung kann auch die durch Ionenaustausch erzielt
werden3 der vorzugsweise in einer Gasphase erfolgt. Hierdurch wird erzielt, dass
nach der Glasoberfläche eine hohe Konzentration des Stoffes, beispielsweise Kalium,
herbeigeführt wird, der in das Glas
bei einer Temperatur nahe des
Erweichungspunktes des Glases eingeführt werden soll. Hierdurch bewirkt man eine
Kompression in der Glasobsrfläche, die eine wesentliche Erhöhung der Festigkeit
ergibt. Allerdings erhält man in diesem Verfahren keine nennenswerte Erhöhung der
chemischen Resistenz, die aber im Rahmen der Erfindung durch die Kunststoffläche
auf der Aussenseite des Glaskörpers erzielt werden kann.
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Na(h der Erfindung können der Glasoberfläche auch Oxyde zugeführt
werden, die selbst oder zusammen mit im Glas en-thaltenen Komponennen eine kAussenschicht
geben, die leicht kri-stallisierbar und vom Typ Keramik ist. Auf diese Weise kann
man eine kristallisierbare Schicht aus beispielsweise Sodumen erzielen. Diese Schicht
hat niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und ergibt beim Abkühlen die gewünschte Kompression,
und man erhäl-t gleichzeitig eine gute chemische Resistenz.
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Dio Erfindung hat sich auch zur Üifgabo gestell-t, Verfahren zur Herstellung
von Verpackungen der oben gbesehriebenen: Art zu s@@affen. Nach einem vorzugsweise
u venutzenden Verfahren wird der warme, von der GlasmaschLne konunende Glaskörper
mit einer Schicht aus Zinnoxyd oder Ti-tandioxyd beschichtet, das in einer Gasphase,
beispielswise in Form von 7.ilmchlorid oder Isopro-Pylorthodinat zugeführt wird.
Danach wird der Glaskörper in einem Kühlen auf ungefähr 100°C abgekühlt Bei dieser
Temperatur
wird eine erste, sehr- dünne Schicht aus einer Stearatlösung
oder Polyäthylensuspension ausgetragen. Der Glaskörper wird weiter gekühlt und danach
im wesentlichen bei Zimmertemperatur oder etwa zwischen 20 und 500C einer Sichtkontrolle
unterzogen. Der so vorbereitete Glaskörper wird im Anschluss daran wieder auf eine
Temperatur von 2500C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird ein mikrofeines Pulver
aus Polyäthylen aufgetragen, und zwar vorzugsweise durch Eintauchen des Glaskörpers
in eine Wirbelschicht aus Kunststoffpulver. Hierbei schmelzen die Polyäthylenkörnchen
an der Glasoberfläche ader an der dazwischen liegenden dünnen Schicht aus Stearat
oder Polyäthylen fest, wobei die erforderliche Menge Kunststoffmateria auf der Glasoberfläche
durch Wahl der Temperatur des Glaskörpers und der Eintauchzeit in die Wirbelschicht
erhalten wird. Die Temperatur von 2500C ist geeignet, um eine Schicht aus Polyäthylen
zu erzielen. Naturgemäss darf die Temperatur nicht so hoch gewählt werden, dass
Gefahr besteht, dass das ltaterial verkohlt. Eine weitere Möglichkeit zur Variation
der Naterialdicke kann im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht werden, dass das
Kunststoffpulver erwärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur, diedür Polyäthylen
75° nicht übersteigt. Beim Eintauchen in die Wirbelschicht aus mikrofeinem Polyäthlenpulver
entsteht ein Wärme.-verlust, und die erhaltene Kunststoffoberfläche ist infolge
von nicht geschmolzenen Polyäthylerit;rncheji rauh. Deshalb wird die Verpackung
nach der-Kunststoffbeschichtung wieder auf eine
Temperatur von
etwa 2500C erwärmt, bei der der Kunststoff fliesst und zu einer zusammenhängenden
Schicht verschmilzt. Danach kühlt man die Glasverpackung und prüft sie evtl. nochmals.
Die Glasverpackung kann ausserdem noch zur Dekorierung vorbereitet werden, indem
man sie einer sogenannten Flambierung unterzieht, was bedeutet, dass die Oberfläche
mit einer offenen Flamme behandelt wird.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung kann ebenfalls in verschiedenden
Variationen und Modifikationen durchgeführt werden, wobei zu beachten ist, dass
die in der Beschreibung und in den Patentansprüchen wiedergebenene Beschichtung
auf der Aussenseite des Glaskörpers auch, soweit es für die Benutzung der Verpackung
geeignet erscheint, an der Innenseite des Glaskörpers vorgenommen werden kann.
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Einige Ausführungsbeispiele für Verpackungen gemäss der Erfindung
werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen balben axialen Solmitt- durch eine Plasche
gemäss der Erfindung; Figuren PQ bis 5 vergrösserte l)arstelllmgen des Ausschnittes
11 der Figur 1 in verschiedenen AusfUhrungs-Formen;
Figur 6 einen
halben axialen Schnitt durch eine Flasche in einer anderen Ausführungsform und Pigur
7 einen vergrösserten Ausschnitt III der Figur 5.
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Im Beispiel der Figur 1 ist der Plaschenkörper 1 praktisch vollständig,
d.h. vom Mündungswulst 2 des Flaschenhalses bis über den gesamten Flaschenboden
3 mit einer Kunststoffschicht 4 gemäss der Erfindung überzogen.
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Nach Figur 2 besteht der Blaschenkörper 1 aus normalem Gebrauchsglas,
dessen Zusammensetzung auf den Plascheninhalt abgestimmt ist. Auf die Aussenseite
der Flasche ist eine Folie 4 von 0,2 mm Dicke aus Polyvinylchlorid oder Polyäthylen
in einer der oben beschriebenen Verfahrensweisen aufgebracht. Nach Figur 3 ist der
Plaschenkörper 1 ebenfalls aus herkömmlichem Gebrauchsglas hergestellt, jedoch an
seiner Aussenfläche mit Zinnoxyd oder Titanoxyd in einer Schicht 5 verstärkt. Auf
die Aussenfläche des Flaschenkörpers 1 ist eine sehr dünne Schicht 6 aus Stearat
oder Polyäthylensuspension aufgebracht, auf welche wiederum eine Aussenachicht 4
gemäss der Erfindung in einem Wirbelschichtverfahren aufgebracht worden ist. Im
Beispiel der Figur 4 besteht der Flaschenkörper 1 aus leicht löslichem Glas und
ist an der Innenseite mit einer Schicht 7,beispielsweise keramischer Art oder von
Glasurart belegt, um den Flatchenkdrper für die Aufnahme
von Flüssigkeiten
geeignet zu machen. Auf der Aussenseite ist.
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eine Kunststoffschicht 4 aus Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Methylmetakrylat
oder einer Polymerschicht aus Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat fest aufgebracht.
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Im Beispiel der Figur 5 besteht der Flaschenkörper 1 d wiederum aus
leicht löslichem Glas und ist an der Innenseite mit einer chemisch resistenten Schicht
7 versehen. Auf der Aussenseite des Flaschenkörpers 1 ist ebenSlls eine chemisch
resistente und verstärkende Schicht 8 ausgebildet. Auf diese Schicht 8 des Flaschenkörpers
1 ist eine zusätzliche Schicht 9 aus Polyäthylensuspension geleg-t, auf die aussen
wiederum eine Polyäthylenschicht 4, beispielsweise im Wirbelschichtverfahren aufgebracht
ist.
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Im Beispiel der Figur 6 ist suf die Aussenseite des Flaschenkörpers
-1 1 eine Kunststoffschicht 14 gelegt, die sich nur von einem geringen Abstand oberhalb
des Bodens 13 bis in den Bereich des Flaschenhalses 12 erstreckt, also praktisch
nur die Umfangsfläche der Flasche belegt. Wie die Figuren 6 und 7 zeigen, ist diese
Schicht 14 fest auf der Aussenfläche des Flaschenkörpers 11 verankers. Sie kann
beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff, aber auch aus wärmehärtenden Kunststoff
bestehen, und auf der Aussenfläche des Flaschenkörpers ii aufgehärtet worden sein.
Alle
in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung wiedergegebenen Merkmale
des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination
von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.
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Patentansprüche: