[发明专利]增强玻璃制品的方法以及由此方法制得的制品

说明书

本发明是我们1990年8月30日提交的系列号为07/575,052的待批的申请的部分继续。

本发明是属于生产包括玻璃或其它脆性材料的涂复制品的领域，其中经处理过的制品呈现一种或多种功能。具体地说，本发明是属于生产具有例如改进的强度，颜色，抗冲击强度和减少红外线、紫外线辐射透射的制品的领域，通过把含有硅烷的溶液施加到制品的表面，以生产一种具有含硅，氧和碳的表面涂复层的制品。

脆性材料显示的某些性质往往比所希望的小些，例如抗张强度、抗冲击性以及屏蔽所装物质不受有害辐射的能力。这种现象可能是由这样一些因素引起的，例如存在于由该种材料制成的物品的体内或表面的缺陷或少量杂质，或者是由于该材料本身固有的性质。对付这种情况的一些方法包括制备多层结构的制品，令它具有处于压应力下的表面，以及进行表面处理如用聚合物涂层，它既保护表面免生缺陷，也能在一定程度上起着保持尺寸的作用。

如我们在我们待批的美国专利申请系列号07/575,052中所指出的，玻璃是人们已知道的实际上最强固的材料之一。理论上，标准硅酸盐玻璃应该能够支承如14到20千兆帕(2到3百万磅/英时²〔Psi〕)的应力。但是实际上，所能得到的典型强度是在70兆帕(约10,000Psi)数量级。对预计值和测量值之间的差异的解释是表面缺陷或裂纹的存在。这些缺陷基本上使玻璃的骨架硅氧烷网络(Si-OSi)断裂，而硅氧烷网络是对于玻璃的这种损坏起着使所施外力集中的作用，以致于在远低于(没有这种集中时)所期待的应力下，集中的外力就使玻璃制品发生严重损伤。虽然这里是对玻璃而言，该同样的理论也可以适用于多种多样在损坏之前不呈现显著塑性形变的脆性材料。

在玻璃容器的情况中，表面的缺点或缺陷可能来自多种来源，从未熔化的炉料到在坚硬表面(包括其它玻璃制品)上滑过时所产生的刮痕。例如，在典型的制造容器设备中，玻璃制品从它们一形成开始，各种处理都可能严重损伤它们。和空气中的微粒及湿气相接触，与其它的瓶子、导轨和其它的处理设备及运送它们的传送带接触，都可因由所产生的缺陷而导致容器强度大大的降低。

研究者长期以来都在寻求一种方法来缓和玻璃实际强度存在的问题。对成形和处理方法所作的许多改进已导致强度的增强，但是即使是处理过程中有了这些改进，仍然免不了会在表面留下缺陷。为此，针对如何在缺陷不可避免地在物体上产生以后再减小缺陷的影响而作了许多研究。通常这些方法主要分为三种类型：表面处理，热处理，及表面涂复。本发明是后者的实例，在强度已遭到损坏后，将涂层施加到制品的表面。

本领域的技术人员会认识到：通过增加脆性制品(例如玻璃)的强度，生产一种强度和一般机械性能基本上等价的制品所需要的材料就较少。这样，例如在玻璃瓶的具体情况下，瓶子就会比它的未经处理的对比物的重量要轻，或者在具有相同的重量时，它会呈现比一般瓶子为高的抗冲击碎裂性能或断裂应力。

改进玻璃强度的一些方法包括Aratani等人的专利U.S，4,859,636，其中玻璃表面的金属离子被较大直径的离子所代换以产生表面压应力。Poole等人的U.S.3,743,491也利用了表面压应力，而且还使用了聚合物涂复层以保护其表面不受进一步的磨损。

Hashimoto等人的U.S.4,891,241用硅烷偶合剂处理玻璃表面，然后用含有丙烯酰基和/或异丁烯酰基的聚合物涂复，然后通过辐照或热处理使含有这些基团的分子聚合。

虽然，上述的专利，它们都使经过这样处理的玻璃的强度有所改进，然而它们并不是没有缺点的。某些处理需要比在制造过程中所能利用的更长的时间，因而需要离线操作。也有涉及工人安全和健康的担心。溶剂以及丙烯酸盐和异丁烯酸盐(甲基丙烯酸盐)化合物的使用和处理，是制造者所要关心的，不但从健康和安全的立场，而且从对于所消耗物质的处理和消除的角度来看都是这样。

进一步说，通过适当处理制品来得到强度以外的参量，或在得到强度的同时再加上另外一些参量的问题，到目前为止需要一些可能近于不经济的步骤。例如含有生色剂还要加上增强剂的涂层，通常需要在制瓶生产线上装置附加的机械设备，并需伴随着资金和人力的投入。如本说明书所述，“颜色”这个词的意思是可见光谱的透明和着色部分，或者是可见光谱的不透明部分，不论是黑、白或其它色泽。