Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie ICiMB, przy współpracy z VITROSILICON S.A. opracował innowacyjną technologię umożliwiającą modyfikację właściwości i funkcji użytkowych pełnionych przez wyroby szklane, zwłaszcza opakowania szklane, dzięki wykorzystaniu zalet nanostrukturalnych powłok z tlenków metali, nanoszonych w sposób pozwalający na ich trwałe związanie z podłożem.

Współpraca między Partnerami prowadzona była w latach 2009-2011 w zakresie pracy badawczo- rozwojowej pt.: „Opracowanie kompleksowych założeń badawczych, przeprowadzenie badań laboratoryjnych i opracowanie wytycznych do technologii nanoszenia nanopowłok na szkło opakowaniowe oraz przeprowadzenie badań do wytycznych dla modelu”. W wyniku tej pracy powstał wynalazek będący przedmiotem zgłoszenia do Urzędu Patentowego RP o numerze P. 394566, pt: „Sposób nanoszenia nanostrukturalnych, refleksyjnych, barwionych i/lub neutralnych powłok na szkło użytkowe i urządzenie dla realizacji sposobu”, a następnie firma VITROSILICON S.A. dokonała europejskiego zgłoszenia patentowego o numerze 12460017.2 – 1218. Głównym celem i nowością powyższego projektu była modyfikacja właściwości i funkcji użytkowych pełnionych przez opakowania szklane, osiągnięta dzięki wykorzystaniu zalet nanopowłok z tlenków metali nanoszonych w sposób pozwalający na ich trwałe związanie z podłożem. Użyta w tym celu metoda pirolizy z wykorzystaniem roztworów soli kompleksowych w postaci acetyloacetonianów metali jako prekursorów powłok z tlenków metali pozwoliła na modyfikację właściwości optycznych oraz poprawę odporności chemicznej i na zarysowanie powierzchni wyrobów szklanych.

Twórcami wynalazku są: dr inż. E. Żelazowska, dr inż. P. Pichniarczyk, mgr inż. J. Zawiła, mgr inż. S. Sacha, mgr inż. D. Szeszo, mgr inż. S. Karp, mgr inż. B. Troboś.

 

 

SS-2013-05-38-1

 

 

Nagrody otrzymane przez ICIMB – Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie za opracowanie tego wynalazku obejmują :

  • Brązowy medal - 112. Międzynarodowe Targi Wynalazczości „Concours Lépine” 2013
  • Brązowy medal – 41. Międzynarodowa Wystawa Wynalazków „International Exhibition of Inventions of Geneva” 2013
  • Nagroda Specjalna Stowarzyszenia RH IS&TC - 41. Międzynarodowa Wystawa Wynalazków “International Exhibition of Inventions of Geneva”
  • Dyplom Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego wydany w 2012 roku – XIX Giełda Wynalazków nagrodzonych na światowych wystawach innowacji w 2011 roku
  • Srebrny medal - 8. Międzynarodowy Salon Własności Przemysłowej „New Time”, Sewastopol 2012
  • Srebrny medal - 61. Światowe Targi Wynalazczości, Badań Naukowych i Nowych Technik „Brussels Innova 2012”
  • Brązowy medal - V Międzynarodowa Warszawska Wystawa Innowacji IWIS 2011
  • Prestiżowy medal Marii Skłodowskiej-Curie za udział w 1. Światowym Konkursie Wynalazków Chemicznych (World Competition of Chemical Inventions) organizowanym podczas IWIS 2011. Medal wybity w setną rocznicę przyznania Marii Skłodowskiej-Curie Nagrody Nobla w dziedzinie chemii.

 

Wadą znanych sposobów powlekania lub nanoszenia powłok na tafle szklane jest brak możliwości ich zastosowania do nanoszenia trwałych barwnych lub bezbarwnych powłok ochronnych na nieregularne kształty powierzchni butelek, pojemników i innych wytworów szkła użytecznego. Barwienie szkła w masie powoduje, iż konkretna barwa zostaje nadana całej masie szkła znajdującego się w piecu szklarskim. Zmiana koloru jest możliwa dopiero w momencie przygotowania nowego zestawu masy szklarskiej, co wiąże się z ponoszeniem znacznych strat ze względu na kilkudniowy okres wymiany masy szklanej w piecu. Ponadto, określone wymagania dla powłok ochronnych elementów szklanych, zwłaszcza dla opakowań, z racji ich funkcji są odmienne niż dla szkła o innych zastosowaniach.

(...)

 

 

 

Przenikanie promieniowania słonecznego w zakresie ultrafioletowym (UV) i bliskiej podczerwieni (NIR) przez szkło powoduje degradację właściwości żywności, kosmetyków, wyrobów chemii gospodarczej i innych produktów najczęściej pakowanych w opakowania szklane. W świetle stanu wiedzy, zastosowanie cienkich warstw z tlenków odpowiednich metali na szkle, nanoszonych metodami chemicznymi w temperaturze bliskiej punktu mięknięcia szkła, pozwala nadać wyrobom szklanym właściwości przeciw słoneczne, a także barwę i walory dekoracyjne i dodatkowo przyczynia się do zwiększenia odporności ich powierzchni w sposób trwały, w wyniku wytworzenia wiązań chemicznych pomiędzy powierzchnią szkła i warstwą powłoki.

Barwa opakowania stanowi ważny element jego cech użytkowych, zwłaszcza jeśli oprócz poprawy estetyki, pełni także funkcję ochronną w stosunku do jego zawartości. Aktualnie stosowane metody barwienia opakowań szklanych, takie jak barwienie szkła w masie (zabarwianie całej objętości wytapianego szkła) oraz malowanie zewnętrznej powierzchni opakowania nie pozwalają producentom opakowań na oferowanie wyrobu, który jednocześnie spełniałby warunki dostępności krótkich serii barwnych opakowań, szerokiej gamy kolorystycznej, wysokiej wytrzymałości mechanicznej, stosowania się do wymagań i standardów higieniczno- sanitarnych, a także zachowania opłacalności ekonomicznej.

Wymaganiom tym odpowiada opracowana technologia, która umożliwia otrzymywanie wyrobów ze szkła opakowaniowego o dodatkowych funkcjach przeciwsłonecznych i/lub dekoracyjnych. Ponadto, praktycznie niezależnie od składu, już od grubości kilkunastu nanometrów powłoki tlenkowe, chemicznie związane z powierzchnią szkła, pełnią funkcję ochronną w stosunku do powierzchni wyrobów, wzmacniając odporność chemiczną oraz mechaniczną na tarcie i zarysowanie (przy większych grubościach jest to poprawa rzędu od kilku do kilkunastu procent). Ma to szczególne znaczenie wobec konieczności unikania strat przy napełnianiu i transporcie opakowań, a także poszerzania zakresu recyklingu opakowań z uwagi na oszczędność kosztów surowców i energii oraz ochronę środowiska naturalnego.

 

 

SS-2013-05-39-1

Naczynia szklane z naniesioną nanopowłoką (fot. VITROSILICON)

 

 

Dla uniknięcia wad istniejącego stanu techniki, niniejszy wynalazek umożliwia otrzymanie szkła użytkowego powlekanego barwnymi lub bezbarwnymi powłokami tlenkowymi, znacznie zmniejszającymi przenikalność promieniowania UV i NIR. Powłoki wytwarzane są metodą chemiczną – pirolizy i mogą być otrzymywane albo przez zanurzenie w roztworach związków o charakterze powłokotwórczym z następną obróbką termiczną lub poprzez rozpylanie roztworów powłokotwórczych na gorące szkło. Otrzymane w ten sposób powłoki tlenkowe, bezbarwne lub kolorowe, posiadają odporność chemiczną na czynniki myjące i zanieczyszczenia atmosferyczne, pochłaniają i odbijają część promieniowania słonecznego w zakresach, które mogą mieć negatywny wpływ na produkty. Pozwala to na stosowanie takich powłok, jako ochrony dla wytwarzanych przemysłowo pojedynczych elementów szkła użytkowego, w tym o nietypowych kształtach ich powierzchni.

Nanoszenie sposobem natryskowym nanostrukturalnych, refleksyjnych barwnych i neutralnych powłok na szkło użytkowe o różnych kształtach i wielkościach stanowi pojedynczą operację, następującą bezpośrednio po uformowaniu wyrobu szklanego i poprzedzającą jego odtransportowanie do procesu odprężania. Operacja ta polega na modyfikacji właściwości optycznych, zwłaszcza przepuszczalności i odbicia w zakresie promieniowania słonecznego dla poprawienia funkcji użytkowych pełnionych przez opakowania szklane. Świeżo uformowane, gorące elementy szklane odznaczają się największą reaktywnością w procesach chemicznej obróbki powierzchniowej i czystością powierzchni, co pozwala na uniknięcie niezbędnego i trudnego technologicznie do wykonania pracochłonnego oczyszczania powierzchni tych wyrobów przed procesem powlekania.

 

dr inż. Elżbieta Żelazowska,
dr inż. Paweł Pichniarczyk,
mgr inż. Józef Zawiła,
mgr inż. Sebastian Sacha

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

Więcej informacj: Świat Szkła 05/2013

 

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.