3 運用表面處理技術提高玻璃容器的表面性質

　　玻璃的表面狀態、組成和結構與其內部的組成、結構有很大差別。玻璃的表面性質對其主體性質有重大影響。玻璃的化學穩定性，實際上取決于其表面的化學穩定性，玻璃的機械強度、抗沖擊性能也在相當大程度上決定于玻璃表面的形態與結構。因此，玻璃的表面處理是制造高強度輕量化玻璃容器的重要技術手段之一。

　　玻璃容器表面處理的目的，是改變容器表面的化學穩定性和消除玻璃表面的損傷，從而達到增強的目的。主要方法有制瓶時添加涂層、物理強化、化學強化、表面酸處理、塑料涂層等方法。

3．1 制瓶涂層

　　熱涂。熱涂在制瓶成型后及退火處理前進行。成型后的玻璃瓶在緩緩冷卻至500～600℃時，將金屬涂敷劑（如氧化錫、氧化鈦、氯化錫等）噴涂在容器表面，形成一定厚度的保護膜，增強表面強度約30％，又可使瓶經得起長期的水沖、水洗。

　　冷涂。冷涂是在玻璃瓶退火之后，將單硬脂酸鹽、聚乙烯、油酸、硅烷、硅酮或其他聚合物乳液噴成霧狀，附著在具有一定溫度的玻璃瓶表面上（瓶溫依噴涂材料而定，約為21～80°C），形成具有耐磨性和潤滑性的保護層。

　　起霜。起霜是在玻璃瓶冷卻過程中噴涂四氯化碳，或在退火爐中通人二氧化硫，二者均可在瓶的表面與堿性氧化物反應，使玻璃表面的鈉離子析出而形成芒硝微粒（即濁白粉狀的Na2S04），用水沖除后，由于堿性降低而使表面的化學穩定性增強。

　　表面有機硅涂層處理。玻璃表面使用有機硅蒸發涂層或用有機硅浸漬都可形成有機聚硅氧烷憎水膜和聚合（Si02）。硅氧膜，通過公用的硅氧鍵而與玻璃表面連接起來。經熱處理后有機基團會揮發而剩下硅氧膜可填充于裂紋中，所具憎水性可避免活性介質在裂紋中的擴散而使表面裂紋愈合（俗稱異相愈合），不僅玻璃強度和化學穩定性有較大提高，還使玻璃具有特殊的光學性能和抗沖擊性能。常用的有機硅溶液有甲基氟硅烷、二甲基二氯硅烷、二苯基二氟硅烷和苯基三氯硅烷等。

　　容器表面的聚合物薄膜厚度為0．005mm，在容器標準重量下其壓應力增大了10～12Pa。在內部壓力相同的情況下，幾不可回收標準玻璃瓶的重量可以由420g減少到大約300g。玻璃瓶重量減少了25％～30％。同時由于所鍍的膜非常薄，這種玻璃容器的回爐不會造成任何環境問題，因此，在線聚合物鍍膜容器可以納入標準的循環再生過程。

3．2 物理強化（鋼化）

　　物理強化（鋼化）也叫風冷強化，目的是為了提高玻璃瓶罐的機械強度和熱穩定性。物理強化處理方法如下：瓶罐由制瓶機脫模后，立即送人馬弗式鋼化爐內均勻加熱到接近玻璃的軟化溫度（但不能達到軟化溫度），然后轉入鋼化室，用多孔噴嘴的風柵向瓶罐的內外壁上噴射冷空氣，快速冷卻瓶罐，或用液體作冷卻介質進行突然冷卻瓶罐，造成制品表面因突然收縮而形成的壓應力層，制品內部的冷卻因滯后于表面為張應力層，當這2種應力分布合理時，玻璃耐內壓強度可以成倍提高。噴射瓶身的空氣壓力一般為15～21kPa，噴射瓶底的空氣壓力一般為6～7kPa。

3．3 化學強化（鋼化）

　　對玻璃表面進行離子交換處理又稱化學強化，常用方法有熔鹽法和噴涂法。

　　熔鹽法。以溶質中半徑大的離子交換玻璃中半徑小的離子或以溶質中半徑小的離子置換玻璃中半徑大的離子，使玻璃表面產生壓應力，可使耐內壓強度提高，經處理后制品的硬度高。耐磨損，制品的強度不會因長時間使用而降低。

　　噴涂法。噴涂法化學鋼化具有增強效果好、生產及使用安全、生產效率高和生產成本低等優點，從綜合評價的角度上分析，不失為目前一種比較理想的增強工藝。

　　為了提高噴涂法化學鋼化的增強效果和與工藝特性適應，經研究應選擇比較理想的基礎玻璃化學組成，基礎玻璃化學組成不一樣，噴涂液、噴涂液添加劑配方也應作相應的調整；

　　噴涂法化學鋼化的每一個工藝環節，都將對其最終的增強效果產生舉足輕重的影響，因此，必須把握好2個階段的工藝參數：第一階段，固相試劑層的形成必須控制好噴霧溫度、溶液濃度、噴霧時間、噴霧液滴大小，固相試劑層的厚度、密度等參數；第二階段，熱處理（離子的擴散和交換）必須控制好溫度。該法可使玻璃容器強度達到原始值的2倍左右，增強制品在運輸和機械灌裝過程中的損耗則降為原值的1／3左右，經噴涂法化學鋼化的玻璃制品具有很好的光澤度和商品外觀。

3．4 表面酸處理

　　表面酸處理可以消除玻璃表面較大數量的微裂紋或使微裂紋的寬度與深度變小，減少應力集中。處理方法通常是將玻璃制品置于低濃度的氫氟酸中浸蝕一定時間。為使浸蝕效果更好，也可在氫氟酸中加入適量的硫酸或磷酸。當浸蝕深度在100μm時，可使制品機械沖擊強度提高50％～100％，再結合物理鋼化，可使玻璃強度的提高更為顯著。

3．5 聚酯涂層

　　用浸液、流延和靜電等方法在瓶的外表面涂上0.2～0.3mm厚的樹脂（環氧樹脂、聚氨酯、聚氯乙烯或聚苯乙烯等）或合成橡膠涂層，涂層可為一層或多層，涂后加熱硬化。這種方法簡單、價廉，但涂層壽命較短。德國杜塞爾多夫市玻璃工廠開發出1kg裝超薄聚酯涂層玻璃瓶，僅稍重于聚合物的瓶子，但玻璃瓶一點也不會影響內裝飲料的味道。