Mit einer glasflussbasierten Beschichtung versehenes

Substrat, Glasflussmaterial sowie Verfahren zur

Beschichtung eines Glas- oder Glaskeramiksubstrats

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Glasflussmaterial zum Aufbringen einer vorzugsweise blickdichten Beschichtung, ein

Verfahren, bei welchem das Glasflussmaterial zum Aufbringen einer vorzugsweise blickdichten Beschichtung verwendet wird sowie ein mit einer glasflussbasierten Beschichtung

versehenes Glas- oder Glaskeramiksubstrat.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Beschichtung von hitzebeständigen Glas- und Glaskeramiksubstraten mit einer vorzugsweise blickdichten Beschichtung. Hintergrund der Erfindung

Zum Bereitstellen von wärmebeständigen transparenten

Scheiben sowie anderen Produkten, wie beispielsweise

Flaschen, Rohren und anderen Hohlkörpern, werden in der Regel Gläser mit niedrigen thermischen

Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere Borosilikatgläser und Aluminosilikatgläser verwendet.

Als Beispiele für Borosilikatgläser sind Borofloat33®, Borofloat40®, Fiolax®, Duran® oder Pyrex.

Kennzeichnend für Borosilikatgläser sind wesentliche

Anteile von Kieselsäure (Si0 ₂ ) und Borsäure (B ₂ 0 ₃ > 8 %) als Glasbildner. Die Höhe des Borsäuregehaltes beeinflusst die Eigenschaften des Glases insbesondere dahingehend, dass neben den als hochresistent bekannten Arten (B ₂ O ₃ bis maximal 13 %) auch solche stehen, die infolge andersartigen strukturellen Einbaus der Borsäure (B ₂ C>3-Gehalte > 15 %) nur noch geringe chemische Resistenz zeigen. Daher werden folgende Untergruppen unterschieden.

Borosilikatgläser erdalkalifrei :

Typisch sind B ₂ 0 ₃ -Gehalte von 12-13 % und Si0 ₂ -Anteile> 80 %. Infolge hoher chemischer Beständigkeit und geringer

Wärmeausdehnung sind diese Gläser besonders geeignet für chemisch-technische Apparate, Rohrleitungen und

Laborgeräte . Borosilikatgläser erdalkalihaltig :

Neben ca. 75 % Si0 ₂ und 8-12 % B ₂ 0 ₃ enthalten diese Gläser bis zu 5 % Erdalkalien und Aluminiumoxid. Diese Gläser haben einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten, sind aber chemisch hochresistent.

Borosilikatgläser hochborsäurehaltig :

Gläser mit B ₂ 0 ₃ -Gehalten von 15-25 % bei 65-70 % SiO ₂ sowie Alkalioxide und Aluminiumoxid. Diese Gläser sind

niedrigerweichend bei geringer Wärmedehnung und eigenen sich zur Verschmelzanpassung an Metalle, insbesondere

Wolfram-Molybdän. Weiter führen diese Gläser zu einer besonders guten elektrischen Isolation. Der erhöhte B ₂ 0 ₃ - Gehalt verringert allerdings die chemische Resistenz. Insbesondere für hit zeresistente Scheiben für unterschiedliche Verwendungen können neben

Borosilikatgläsern auch Glaskeramiken verwendet werden. Für verschiedene Zwecke ist es erwünscht, das Glas- oder Glaskeramiksubstrat zumindest abschnittsweise mit einer Beschichtung zu versehen.

Insbesondere schwarze oder weiße Beschichtungen werden zur Ausgestaltung eines Rahmens oder zum Aufbringen von

Beschriftungen verwendet.

Herkömmliche glasflussbasierte Beschichtungen eignen sich zumindest als EinschichtSystem zumeist nicht zum Aufbringen einer blickdichten Beschichtung auf Substraten mit

niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass sich der

thermische Ausdehnungskoeffizient eines mit dem Glasfluss aufgebrachten Emaille von dem Substrat derart

unterscheidet, dass allenfalls dünne Schichten aufgebracht werden können. Es ist daher nicht möglich, die für eine blickdichte Beschichtung erforderlichen Schichtdicken zu erreichen . Dies gilt insbesondere für bleioxidfreie

Glasflussmaterialien. Ein solches Material ist

beispielsweise in der DE 198 34 801 C2 (Schott Glas) beschrieben . In der Offenlegungsschrift EP 0 518 610 Bl (Cookson Group) wird ebenfalls ein bleifreies Glasflussmaterial

beschrieben. Ein derartiges Material hat allerdings eine recht hohe Erweichungstemperatur, so dass dessen Einbrand bei über 750 °C erfolgen muss. Diese Temperatur ist für hitzebeständige Gläser, wie für Borosilikatgläser, zu hoch. Um auf Bleioxide verzichten zu können, kann ein hoher

Anteil an Bismutoxid verwendet werden. Dies steigert aber die Herstellungskosten.

In der JP 2012085752 A wird ein pharmazeutisches

Verpackungsmittel bestehend aus einer Glasampulle

beschrieben, die über eine Farbbeschichtung mit definierter Zusammensetzung verfügt. Die Zusammensetzung der

Beschichtung enthält 0,5 - 30 Gew.% AI ₂ O ₃ , 3 - 25 Gew.% ZnO, 20 - 40 Gew.% Si0 ₂ , 3 - 15 Gew.% B ₂ 0 ₃ , 1 - 5 Gew.% Na ₂ 0, 0,5 - 5 Gew.% Li ₂ 0, 3 - 10 Gew.% BaO, 10 - 25 Gew.% Bi ₂ 0 ₃ , sowie weitere Oxide zur Farbgebung. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Si0 ₂ -Gehalte von 20 - 40 Gew.% bestehen Nachteile insbesondere hinsichtlich der

Säurebeständigkeit . Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 089 045 AI beschreibt eine Spritze aus Borosilikatglas mit einer die

Oberflächenrauhigkeit erhöhenden Konusbeschichtung. Diese Schrift beschreibt zwei Glassysteme, die als Basis für geeignete Glasflussmaterialien zur Beschichtung dienen. Das erste ist das Bi ₂ 0 ₃ -B ₂ 0 ₃ -Si0 ₂ -Glassystem: Dieses

Glassystem enthält als Hauptbestandteil 40 - 65 Gew.%

Bi ₂ 0 ₃ , 3 - 20 Gew.% B ₂ 0 ₃ und 10 - 30 Gew.% Si0 ₂ , die das Glasgerüst bilden. Die hohen Gehalte an Bi ₂ 0 ₃ sind günstig zur Erniedrigung der Einbrenntemperatur, indem sie die Erweichungstemperatur E _w erniedrigen. Nachteilig sind die hohen Gehalte wegen einer Erhöhung des thermischen

Ausdehnungskoeffizienten. Für die Beschichtung von Glas oder Glaskeramiksubstraten mit niedriger Ausdehnung ist dieses Glassystem daher nicht gut geeignet, weil es nur geringe Schichtdicken erlaubt und die Gefahr von

Abplatzungen der Schicht besteht. Als zweites Glassystem wird das ZnO-B ₂ 0 ₃ -Si0 ₂ -Glassystem beschrieben.

Hauptbestandteile sind 15 - 48 Gew.% ZnO, 8 - 40 Gew.% B ₂ 0 ₃ und 8 - 52 Gew.% S1O ₂ . Mit diesem Glassystem ist es

möglich, vergleichsweise niedrige thermische

Ausdehnungskoeffizienten von 5xl0 ^~6 /K, gemessen zwischen 20 und 300°C, zu erhalten. Der hohe Mindestgehalt an ZnO von 15 Gew.% ist jedoch nachteilig für die chemische

Beständigkeit der erhaltenen Beschichtungen.

Schließlich besteht bei Glasflussmaterialien auch der Wunsch nach einer guten chemischen Beständigkeit,

insbesondere gegenüber Säuren, Basen und alkoholischen Lösungsmitteln. Hinsichtlich der hydrolytischen

Beständigkeit sind solche unter den Bedingungen der

Autoklavierung oberhalb von 100°C von Bedeutung.

Weiter ist es wichtig, dass sich Glasflussmaterialien gut verarbeiten lassen. Insbesondere in dem Fall, dass

Substrate nur abschnittsweise bedruckt werden, sind

Sprühverfahren wenig geeignet. Das Glasflussmaterial muss mithin geeignet sein, um daraus eine druckfähige Paste, insbesondere eine siebdruckfähige Paste, herstellen zu können .

Alternativ wird zur Bereitstellung von blickdichten

Beschichtungen auch auf organische sowie auf hybridpolymere Beschichtungsmaterialien (Sol-Gel) zurückgegriffen. Derartige organische Materialien sind meist aufwendig aufzubringen, müssen zur Bereitstellung einer blickdichten Beschichtung oft als MehrschichtSysteme aufgebracht werden und weisen für viele Anwendungen nicht die notwendige mechanische Beständigkeit hinsichtlich Kratzfestigkeit sowie keine hinreichende thermische und/oder chemische Beständigkeit auf.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein bleifreies Glasflussmaterial für Substrate mit niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bereitzustellen, welches vorzugsweise blickdichte, kratzbeständige und chemisch beständige Beschichtungen ermöglicht.

Es soll insbesondere eine Einschichtbeschichtung

bereitgestellt werden, welche kostengünstig ist und welche sich bei einer Temperatur unter 750°C und insbesondere unter 700 °C einbrennen lässt. Bei Glassubstraten die beim Einbrand zur Verformung neigen, wie zum Beispiel

Glasverpackungsmitteln mit dünner Glaswandstärke beträgt die Einbrandtemperatur bevorzugt unter 660 °C.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird bereits gelöst durch ein Glasflussmaterial zum Aufbringen einer blickdichten

Beschichtung, durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Glas- oder Glaskeramiksubstrats sowie durch ein mit einer glasflussbasierten Beschichtung versehenes Glas- oder

Glaskeramiksubstrat nach einem der unabhängigen Ansprüche.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der

Erfindung sind dem Gegenstand der Unteransprüche zu

entnehmen .

Die Erfindung betrifft ein mit einer vorzugsweise

blickdichten Beschichtung versehenes Glas- oder

Glaskeramiksubstrat, welches mit einem Glasflussmaterial, also einem Emaille, beschichtet ist.

Das Glasflussmaterial ist insbesondere als Glasfritte mit zugesetzten Pigmenten, Pulver oder als Paste, insbesondere als druckfähige Paste, ausgebildet. Das Glasflussmaterial wird auch als Emaille bezeichnet. Das aufzuschmelzende Material umfasst insbesondere die gemahlenen Glasfritten.

Um eine druckfähige Paste herzustellen, wird die

Glaskomponente vermählen. Insbesondere wird die

Glaskomponente derart vermählen, dass diese eine

Partikelgrößenverteilung mit d ₅₀ zwischen 0,5 und 15pm, bevorzugt zwischen 1 und 5 pm, besonders bevorzugt zwischen 1,2 und 2,5 pm aufweist. Dies bedeutet, dass 50 % der

Partikel eine unterhalb des Wertes d ₅₀ und 50 % oberhalb des Wertes d ₅₀ liegen.

Das so erhaltene Pulver wird mit Pigmenten vermischt und unter Zusatz von einem Siebdrucköl, insbesondere auf

Fichtenölbasis , zu einer Siebdruckpaste verarbeitet. So kann beispielweise ein mit Lösungsmittel (n) und Additiv (en) versetztes acrylatbasiertes Siebdrucköl, dessen über die Zusammensetzung eingestellte Viskosität für

Siebdruckverfahren geeignet ist, verwendet werden.

Um eine optimale Verarbeitbarkeit der Glasurrohstoffe zu gewährleisten, können je nach Beschichtungsmethode

verschiedene Hilfsmittel, Additive, Lösungsmittel,

Thixotropierungsmittel etc. zugegeben werden. Die

notwendigen, meist organischen Zusatzstoffe verflüchtigen sich beim Einbrand.

Insbesondere Trübungseffekte werden beispielsweise durch Zugabe von sog. Füllstoffen wie z.B. Zr0 ₂ , Ti0 ₂ , ZrSi0 ₄ usw. erreicht. Dabei ist zu beachten, dass mit der Zugabe weiterer Komponenten auch die Gebrauchseigenschaften der Glasur, angefangen z.B. vom Aufschmelz- und

Reaktionsverhalten bis hin zur chemischen Beständigkeit und Festigkeit des dekorierten Trägers, verändert werden können . Die Homogenisierung der Paste kann beispielsweise in einem Dreiwalzenstuhl durchgeführt werden.

Als Pigmente können handelsübliche kommerziell erhältliche Pigmente einzeln oder auch als Pigmentmischung verwendet werden, welche bereits als Pulver vorliegen.

Als Pigmente werden vorzugsweise Metalloxide verwendet. Dies können insbesondere sein: Cobalt-Oxide / -Spinelle, Cobalt-Aluminium-Spinelle, Cobalt-Titan-Spinelle, Cobalt- Chrom-Spinelle, Cobalt-Nickel-Mangan-Eisen-Chrom-Oxide /- Spinelle, Cobalt-Nickel-Zink-Titan-Aluminium-Oxide / - Spinelle, Eisen-Oxide, Eisen-Chrom-Oxide, Eisen-Mangan- Oxid/-Spinelle, Eisen-Chrom-Zink-Titan-Oxid, Kupfer-Chrom- Spinelle, Nickel-Chrom-Antimon-Titan-Oxide, Titan-Oxide, Zirkon-Silizium-Eisen-Oxide /-Spinelle etc. Als Pigmente kommen auch alle denkbaren Absorptionspigmente in Betracht, insbesondere plättchen- oder stäbchenförmige Pigmente. Es werden insbesondere weiße oder schwarze Pigmente verwendet. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft mithin die Herstellung von Verbundmaterialien, welche mit einer blickdichten weißen oder schwarzen Beschichtung versehen sind.

Denkbar ist aber auch die Verwendung von farbigen Pigmenten und/oder von Effektpigmenten.

Der Pigmentgehalt liegt vorzugsweise, bezogen auf den

Feststoffanteil , im Bereich von 10-60 Gewichts%, bevorzugt von 15-55 Gewichts%.

Im Falle einer druckfähigen Paste wird die Viskosität der Paste durch Zugabe eines Öls vorzugsweise auf einen Bereich zwischen 1 und 7 Pa-s eingestellt.

Wesentlich für das Glasflussmaterial ist die

Zusammensetzung der Glaskomponente. Es wird eine Glaskomponente verwendet, welche 55 bis 70 mol%, vorzugsweise mindestens 58 mol% Siliciumoxid,

besonders bevorzugt mindestens 60 mol% Siliciumoxid und vorzugsweise bis 65 mol% Siliciumoxid,

3 bis 8 mol%, vorzugsweise 2,5 bis 6 mol% Aluminiumoxid, 0,5 bis weniger als 4 mol%, bevorzugt 0,5 bis 3 mol%, vorzugsweise 0,5 bis 2 mol% Bismutoxid, und 14 bis 27 mol%, vorzugsweise 18 bis 25 mol% Boroxid aufweist. Diese Zusammensetzungsangabe bezieht sich nicht auf das gesamte Glasflussmaterial, welches, wie vorstehend

ausgeführt, darüber hinaus Pigmente und optional Substanzen zur Herstellung einer Paste enthält, sondern auf die verwendete Glaskomponente, welche vorzugsweise in

Pulverform vorliegt und welche insbesondere aus einer Glasfritte hergestellt wird. Weiter umfasst die Glaskomponente mindestens 2,5 mol% von mindestens einem Oxid der Oxide Lithiumoxid, Natriumoxid und Kaliumoxid, wobei das Verhältnis von Alkalioxiden zu Aluminiumoxid, also die Summe R ₂ O/AI ₂ O ₃ , kleiner als 6 ist. Vorzugsweise ist dieses Verhältnis kleiner als 4,5 und in einer weiteren bevorzugten Ausführung kleiner als 4 und insbesondere kleiner als 3,5. Vorzugsweise ist dieses Verhältnis größer als 1.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil an Bismutoxid unter 3,5, bevorzugt unter 3 und besonders bevorzugt unter 2 mol%.

Vorzugsweise liegt der Anteil an Lithiumoxid zwischen 0 und 15 mol%, der Anteil an Natriumoxid zwischen 0 und 12 mol% und der Anteil an Kaliumoxid zwischen 0 und 4 mol%. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Anteil der Alkalioxide bei mindestens 6 mol%, besonders bevorzugt bei mindestens 8 mol%. Vorzugsweise liegt die Summe der

Alkalioxide unter 18mol%, besonders bevorzugt unter 16 mol%. Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung weist zwischen 60 und 65 mol% Siliciumoxid, zwischen 2,5 und 5 mol% Aluminiumoxid, zwischen 1,2 und 2 mol%

Bismutoxid, zwischen 20 und 25 mol% Boroxid und zwischen 5 und 15 mol% Lithiumoxid auf, wobei das Verhältnis von

Alkalioxiden zu Aluminiumoxid zwischen 1 und 3,5 beträgt.

Mit einem erfindungsgemäßen Glasflussmaterial lässt sich ein blickdichtes Emaille bereitstellen, welches eine

Erweichungstemperatur Ew von weniger als 680 °C aufweist.

Insbesondere konnten Erweichungstemperaturen von unter 650 °C erzielt werden.

Die Erweichungstemperatur wird auch als dilatometrischer Erweichungspunkt bezeichnet, bei welchem gilt lg (n) = 7,6. Dieser kann nach DIN ISO 7884-8 bestimmt werden.

Durch die Erfindung lässt sich auch bei Glas- oder

Glaskeramiksubstraten mit einem thermischen

Längenausdehnungskoeffizienten (bei 20 °C bis 300°C) von bis zu 5,5 * 10 ^~6 /K, vorzugsweise weniger als 4,5 * 10 ^~6 /K, besonders bevorzugt von weniger als 3,5 * 10 ^~6 /K, eine Schichtdicke von über 4 pm, besonders bevorzugt über 5 pm erzielen. Die Schichtdicke ist bevorzugt bis zu 30 pm und insbesondere bis zu 10 pm dick.

Die thermische Längenausdehnung wird im Sinne der Erfindung gemittelt über einen Temperaturbereich zwischen 20 °C und 300 °C bestimmt. Die Bestimmung kann entsprechend der DIN ISO 7991 erfolgen. Der thermische Längenausdehnungskoeffizient des

aufgeschmolzenen Glasflussmaterials beträgt weniger als 7 * 1CT ⁶ /K, vorzugsweise weniger als 6 * 1CT ⁶ /K und

besonders weniger als 5,5 * 1CT ⁶ /K.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass innerhalb des vorstehend beschriebenen Glassystems folgende

Gesetzmäßigkeiten gelten. Siliciumoxid senkt den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und erhöht die chemische Beständigkeit. Gleichzeit erhöht Siliciumoxid aber auch den Erweichungspunkt des Glases.

Aluminiumoxid wirkt sich positiv auf die chemische

Beständigkeit aus, erhöht aber ebenfalls die

Erweichungstemperatur .

Bismutoxid senkt die Erweichungstemperatur. Es hat sich aber herausgestellt, dass innerhalb vorstehend

beschriebenen Glassystems bereits ein Bismutoxidanteil von weniger als 4 % ausreichend ist und dennoch

Erweichungstemperaturen von unter 650 °C erreicht werden können . Boroxid senkt den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und erhöht möglicherweise, zumindest in geringem Maße, die chemische Beständigkeit. Weiter senkt Boroxid die

Erweichungstemperatur. Höhere Gehalte als 27 mol% sind für die chemische Beständigkeit nachteilig.

Alkalioxide erhöhen den thermischen

Längenausdehnungskoeffizienten, gehen aber mit einer reduzierten chemischen Beständigkeit einher. Weiter senken Alkalioxide die Erweichungstemperatur des Glases.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Glas noch andere Komponenten enthalten kann, insbesondere können, wie es bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, bis zu 2 mol% Zirkonoxid und/oder Titanoxid hinzugefügt werden sowie bis zu jeweils 3 mol% Erdalkalioxide,

insbesondere Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid oder Strontiumoxid und/oder bis zu 3 mol% Zinnoxid.

Zirkonoxid und Titanoxid wirken sich positiv auf die chemische Beständigkeit des Glases aus, gehen aber mit einer Erhöhung der Erweichungstemperatur einher. Diese Zusätze bieten sich insbesondere für die Verwendung des Glasflussmaterials als Beschichtungsmaterial für

Glaskeramiken an, da das Glasflussmaterial auf einer

Glaskeramik mit höherer Temperatur eingebrannt werden kann. Besonders geeignet hierfür ist Zirkonoxid. Über

Erdalkalimetalle kann insbesondere das Viskositätsverhalten des Glasflussmaterials optional eingestellt werden.

Vorzugsweise haben weitere mögliche Bestandteile einen Anteil von weniger als 5 mol%.

Durch die Erfindung konnte erreicht werden, dass sich eine blickdichte Beschichtung auf einem Substrat mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von weniger als 4,5 * 10 ^~6 /K, vorzugsweise weniger als 4 * 10-6/K, bei einer Temperatur von weniger als 750 °C einbrennen lässt. Das Material kann auf einfache Weise mittels eines

Druckverfahrens, insbesondere mittels Siebdruck oder mittels Tampondruck, bei gebogenen Substraten aufgebracht werden. Auch andere Beschichtungsverfahren wie die über ein Rad das sich im Farbschiicker dreht, Stifte, Dispenser oder neuerdings Tintenstrahldruck sind mit entsprechend in der Viskosität angepassten Pasten oder Schlickern möglich.

Zum Aufbringen auf gebogene Substrate kann das

Glasflussmaterial auch zu einem Abziehbild verarbeitet werden und anschließend als Abziehbild auf gebogene

Substrate, insbesondere auf Flächen, Stäbe oder Rohre aufgebracht werden.

Weitere Anwendungen sind vorgespannte und nichtvorgespannte Gläser, insbesondere hitzebeständige Scheiben.

Dabei kommt einer glasflussbasierten Farbe zugute, dass diese auch thermische Verarbeitungsschritte des

Substratglases verträgt. Je nach verwendetem Glas oder nach verwendeter Glaskeramik ist es auch denkbar, das

Glasflussmaterial vor dem Biegen oder vor dem Keramisieren eines Substrats aufzubringen.

Eine weitere Anwendung ist die Verwendung auf

mehrschichtigen Verbundglasscheiben .

Diese werden mittels polymerer Zwischenschichten zu einem Verbundmaterial laminiert.

Bei derartigen Verbundgläsern, insbesondere bei

Panzerglasverbundscheiben, ist es auch denkbar, das Glasflussmaterial vor dem Laminieren aufzubringen. Dieses kann sogar zwischen zwei Schichten des Verbunds angeordnet sein, ohne in einem Laminierungsprozess beschädigt zu werden. Dabei kommt dem erfindungsgemäßen Glasflussmaterial die hohe mechanische Beständigkeit zugute.

Weiter ist das Beschichtungsmaterial besonders im

Küchenbereich für Backöfen und Herde, für

Kaminsichtscheiben und Feuerschutztüren geeignet, sowie für pharmazeutische Glasverpackungsmittel geeignet.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein mit einer

glasflussbasierten Beschichtung versehenes Glas- oder

Glaskeramiksubstrat, welches einen thermischen

Längenausdehnungskoeffizienten zwischen 20 °C und 300 °C von weniger als 5,5 * 10 ^~6 /K, vorzugsweise weniger als 4,5 und besonders bevorzugt weniger als 3,5 * 10 ^~6 /K aufweist, wobei die glasflussbasierte Beschichtung einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von weniger als 7 * 10 ^{~ 6} /K, vorzugsweise von weniger als 5,5 * 10 ^~6 /K, aufweist und wobei die glasflussbasierte blickdichte Beschichtung im sichtbaren Wellenlängenbereich (von 380 bis 780 pm) eine Transmission von weniger als 1 %, vorzugsweise von weniger als 0,5 %, aufweist.

Die glasflussbasierte Beschichtung ist insbesondere als Einschichtbeschichtungsmaterial ausgebildet .

Durch die Erfindung konnten erstmals niedrig dehnende

Gläser und Glaskeramiken mit einer blickdichten Emaille- Schicht versehen werden, welche nicht zum Abplatzen neigt. Die glasflussbasierte Beschichtung weist vorzugsweise Pigmente in einem Volumenfüllgrad von 20 bis 60 %, besonders bevorzugt von 30 bis 50 %, auf. Dieser Volumenfüllgrad bezieht sich auf die eingebrannte Beschichtung .

Es versteht sich, dass sich die Zusammensetzung der

Glaskomponente in der eingebrannten Beschichtung von der Glaskomponente des Glasflussmaterials aufgrund von

Verdampfungs- und/oder Diffusionsprozessen unterscheiden kann .

Durch die Erfindung lassen sich Einschicht-Emaille- Beschichtungen bereitstellen, welche, sofern sie als weiße oder schwarze Schicht ausgebildet ist, im L*a*b*-Farbraum einen L*-Wert von über 86 bzw. von unter 28 und bevorzugt von unter 27 aufweisen. Der a*-Wert sowie der b*-Wert im L*a*b*-Farbraum liegen vorzugsweise bei unter 1, besonders bevorzugt bei unter 0,5.

Es lassen sich also sowohl weiße als auch schwarze

Beschichtungen mit hoher Brillanz aufbringen.

Das mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehene

Glaskeramiksubstrat besteht bei einer Ausführungsform der Erfindung aus einem kristallisierten

Lithiumaluminiumsilikat-Glas. Dieses kann insbesondere als Kaminsichtscheibe verwendet werden. Bevorzugt ist eine Verwendung als Kaminofenscheibe mit einer blickdichten Beschichtung im Randbereich.

Das mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehene

Glassubstrat findet bevorzugt Verwendung als

Brandschutzglas, Backofensichtscheibe (insbesondere für Pyrolyseherde) , Abdeckung für Beleuchtungen, als

Sicherheitsglas, optional im Laminatverbund, insbesondere als schussfestes Panzerglas, für Einbauten oder

Auskleidungen in Öfen und als pharmazeutisches

Glasverpackungsmittel .

Vorzugsweise beträgt die Differenz der thermischen

Ausdehnungskoeffizienten von der Glasfritte und dem

beschichteten Glassubstrat weniger als 2, bevorzugt weniger als 1,5 und besonders bevorzugt weniger als 1 * 10 ^~6 /K.

Durch den geringen Unterschied in den thermischen

Ausdehnungskoeffizienten wird eine gute Anpassung erreicht. Es sind hohe Schichtdicken oberhalb von ca. 7 bis 30 pm möglich, ohne dass es zu Abplatzungen oder Rissen in Folge unzulässig hoher Spannungen zwischen Beschichtung und

Glassubstrat kommt. Durch die hohen Schichtdicken wird eine gute Farbsättigung und Blickdichtheit bzw. Opazität der Farben erreicht. Mit den handelsüblichen Dekorfarben für die Beschichtung von pharmazeutischen Verpackungsmitteln aus Glas sind dagegen nur geringere Schichtdicken

erreichbar, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten hier bei Werten von ca. 6 x 10 ^~6 /K und darüber liegen.

Eine Verwendung sind Glasbehälter für die Pharmazie.

Pharmazeutische Verpackungsmittel, die mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen sind, sind

vorzugsweise Spritzen, Ampullen, Karpulen und Fläschchen. Ein Beispiel für solche Glassubstrate ist das Glas FIOLAX® der Firma SCHOTT, das es in zwei Ausführungen als FIOLAX® klar, Glas-Nr. 8412 der SCHOTT AG, und als FIOLAX® braun, Glas-Nr. 8414, gibt. Ersteres hat einen

Ausdehnungskoeffizienten von 4,9 x 1CT ⁶ /K, das zweite einen solchen von 5,5 x 1CT ⁶ /K, gemessen zwischen 20 und 300°C. Die Beschichtung kann beispielweise dem Aufbringen von Markierungen oder Beschriftungen dienen.

Weitere Verwendungen basieren auf beschichteten ebenen oder gebogenen Scheiben aus Borosilkatglas . Ein Beispiel für ein solches Substrat aus Borosilikatglas ist das gefloatete BOROFLOAT® der Firma SCHOTT AG, das es in den Varianten BOROFLOAT® 3.3 und BOROFLOAT® 4.0 mit

Ausdehnungskoeffizienten von 3,3 bzw. 4,0 x 10 ^~6 /K, gemessen zwischen 20 und 300°C, gibt. Aus diesem

beschichteten Substrat leitet sich eine bevorzugte

Verwendung als Sicherheitsverglasung in einem

Laminatverbund mit Polymerzwischenlagen ab. Dabei ist mindestens eine Scheibe im Randbereich mit einer

blickdichten Beschichtung versehen. Die bevorzugte

Verwendung ist eine Sicherheitsverglasung in einem Fahrzeug mit ballistischer Schutzwirkung.

Eine weitere bevorzugte Verwendung der beschichteten

Borosilikatglasscheibe ist die als Backofenscheibe, insbesondere bei einem Herd mit Pyrolysereinigung. Da es bei der Pyrolyse zu höheren Temperaturen kommt ist diese Ausführung aufgrund der höheren Temperaturbeständigkeit gegenüber den üblichen Ofenscheiben aus vorgespanntem

Kalknatron-Glas vorteilhaft.

Eine weitere bevorzugte Verwendung sind beschichtete

Brandschut zverglasungen mit Einzelscheiben oder

Laminatverbunden aus Borosilikatglasscheiben .

In nachstehender Tabelle 1 wiedergegeben sind sechs beispielhafte Zusammensetzungen für die jeweilige

Glaskomponente.

Zu erkennen ist insbesondere, dass die

Erweichungstemperatur der Bespiele 1 bis 3 sowie 5 und 6 zwischen 600 und 645 °C liegt und dass bei den ersten drei Glaskomponenten der thermische Längenausdehnungskoeffizient bei etwa 5 liegt. Weiter aufgetragen ist die

Verarbeitungstemperatur Va, bei der gilt lg (n) = 4.

Beispiel 4 ist eine Glassflusskomponente wie sie bevorzugt für Glaskeramiken verwendet wird. Diese hat eine höhere

Erweichungstemperatur und einen Natriumoxidanteil von über 5 mol%.

Beispiele 5 und 6 haben einen etwas höheren Anteil an Bismutoxid, aber wiederum eine niedrigere

Erweichungstemperatur als Beispiel 4, so dass sich diese auch für Glassubstrate eignen, die eine niedrigere

Einbrenntemperatur benötigen.

Glas 1 Glas 2 Glas 3 Glas 4 Glas 5 Glas 6

Si0 ₂ 62, 9 62 61,3 66,5 63, 0 61,4

A1 ₂ 0 ₃ 4,8 3,5 3,3 5,45 3,5 3, 6 Bi ₂ 0 ₃ 1,45 1,4 1, 6 2,4 2,2 2,2

B ₂ 0 ₃ 22, 25 23 22,5 19,1 20,1 20,4

Li ₂ 0 7,3 9,8 10,7 10,5 10, 6

Na ₂ 0 1,3 0,3 6,55

K ₂ 0 0, 6 0,7 0,7

Zr0 ₂ 1,1

Σ R ₂ 0 1,8 2, 9 3,2 1,2 3,2 3,1

/ AI2O3

CTE 4,7 4,8 5, 1 5,4 5,3 5,3

[20;300°C]

* ppm/K

Tg [°C] 460 470 470 480 460 465

Ew [°C] 645 610 600 700 600 605

Va [°C] 955 860 840 1075 855 860

Tabelle 1 (Zusammensetzungsangaben in mol%)

Die in Tabelle 1 dargestellten Glasbeispiele 1 bis 4 wurden als feinvermahlenes Pulver mit Hilfe eines kommerziell erhältlichen Siebdrucköls unter Beimischung von 45 vol% eines Cu-Cr-Spinellpigment s zu einer schwarzen

auftragsfähigen Paste verarbeitet und mittels eines

Siebdruckverfahrens auf ein Borosilikatglas mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von

3,3 * 10 ^~6 /K aufgebracht.

Der Einbrand der Schichten erfolgte in einem herkömmlichen Vorspannofen .

Tabelle 2 gibt die Einbrandbedingungen und die erhaltenen Schichtdicken sowie die Farbwerte im L*a*b*-Farbraum wieder. Die als Einbrandbedingung angegebenen Temperaturen wurden auf den Substraten selbst gemessen.

Zu erkennen ist, dass mit allen vier Glaszusammensetzungen schwarze Schichten mit hoher Brillanz hergestellt werden konnten .

Weiter haben die erfindungsgemäßen eingebrachten Schichten eine hohe mechanische Beständigkeit, sind also

kratzbeständig und es traten weder nach dem Autoklavieren eines Verbunds noch nach dem Biegen einer Scheibe

Farbveränderungen auf.

Tabelle 2

Die Kratzbeständigkeit wurde mithilfe eines Sclerometers (Elcometer 3092) bestimmt. Ein Sclerometer ist ein

Härteprüfstab . Dieser prüft die Härte, indem er eine 1mm WC-Spitze mit einer vorbestimmten Andruckkraft über die Oberfläche bewegt.

Der Körper des Gerätes enthält einen mit einem

Schraubverschluss versehenen Griffel mit Spitze, auf den eine Feder mit aufgedruckter Skala Druck ausübt. Die Druckkraft der Feder wird mittels einer

Arretierschraube eingestellt. Durch Zusammendrücken der Feder erhöht sich der Druck, mit dem die Spitze gegen die Oberfläche der Probe drückt. Durch geradlinige Ritzung bei zunehmendem Druck lässt sich der Punkt bestimmen, an dem die Spitze eine Spur hinterlässt bzw. die Beschichtung zerstört .

An den Ausführungsbeispielen wurde die Kratzfestigkeit bei 1000g, 1500g und 2000g Belastung überprüft. Die

erfindungsgemäßen Beschichtungen zeigten nach diesen

Prüfungen keine Ritzspur.

An den Ausführungsbeispielen wurde die chemische

Beständigkeit über einen Einwirkzeitraum von 24h bei

Raumtemperatur mit unterschiedlichen Substanzen überprüft: Die PrüfSubstanzen Zitronensäure (10%), Essigsäure (5%) und Ethanol wurden auf den dekorierten Prüfkörper aufgetragen und nach der Einwirkdauer von 24h mit Wasser gereinigt. Das Reinigungsverhalten wurde zusätzlich durch Verwendung von handelsüblichen Reinigungsmitteln wie Sidolin® Citrus und einem alkalischen Reiniger (Bref®) überprüft .

Visuell wurde festgestellt, dass nach der Prüfung mit o.g. Substanzen keine Beschädigungen an der dekorierten Schicht, Flecken oder Reinigungsspuren zu detektieren sind.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel 5 wurde der

Glasfluss gemäß Beispiel 1 unter Verwendung von 45 % einer Mischung aus kommerziell erhältlichen Pigmenten von

schwarz, weiß und blau auf Basis von Spinellen bzw. Rutil (T1O ₂ ) und Siebdrucköl zu einer farbig-grauen Farbpaste verarbeitet . In einem weiteren Ausführungsbeispiel 6 wurde der Glasfluss gemäß Beispiel 1 unter Verwendung von 45 % eines

kommerziell erhältlichen Weiß-Pigments auf Basis von Rutil (T1O ₂ ) und Siebdrucköl zu einer weißen Farbpaste

verarbeitet .

Der Auftrag erfolgte in herkömmlicher Siebdrucktechnik auf ein flaches Glassubstrat vom Typ Borosilikat der SCHOTT AG Der Einbrand fand ebenfalls in einem handelsüblichen Ofen statt :

Glasnr . Bsp.1

Einbrandbedingung 690°C / 1

Farbwerte :

L* 88,2

In einem weiteren Ausführungsbeispiel 7 wurde eine

schwarze Farbe auf Basis der Glaszusammensetzung Nr. 4 auf ein bereits keramisiertes Substrat einer transparenten Glaskeramikscheibe mit Nullausdehnung - ROBAX® der SCHOTT AG, aufgebracht .

Der Einbrand der Farbe erfolgte bei ca. 720°C für 10

Minuten in einem herkömmlichen Ofen zu einer schwarzen, blickdichten Dekorierung mit einer Schichtdicke von 5,2 pm.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel 8 wurde der Glasfluss mit einer Zusammensetzung gemäß Glas 2 zu einem Glaspulver mit einer mittleren Korngröße von 1,8 pm vermählen. Es wurden 85 Gew.% des erhaltenen Glaspulvers mit 15 Gew eines handelsüblichen Weißpigmentes bestehend aus Rutil gemischt und mit Zusatz von organischem Anpastmittel auf Ölbasis zu einer Paste verarbeitet. Das Anpastverhältnis betrug 10 Gewichtsanteile Pulver zu 6,5 Gewichtsanteile

Die Paste wurde in üblicher Weise über einen

Dreiwalzenstuhl homogenisiert. Mit der erhaltenen Paste (Viskosität von 2,5 Pa ^' s bei einer Schergeschwindigkeit von 200 s ^_1 und Temperatur 23°C) wurde ein Glassubstrat aus einem Borosilikatglas des Typs FIOLAX®, Glas-Nr. 8412, der Firma SCHOTT AG mit einer thermischen Ausdehnung von 4,9 x 10 ^~6 /K im Temperaturbereich 20 - 300°C beschichtet.

Dieser Glastyp wird vorzugsweise für pharmazeutische

Verpackungsmittel eingesetzt. Die Beschichtung erfolgte im Siebdruckverfahren. Das beschichtete Glassubstrat wurde in einem Ofen eingebrannt. Bei dem Einbrand wurden die

getrockneten, bedruckten Glassubstrate in einen auf 400°C vorgeheizten Ofen eingelegt. Mit einer Heizrate von

15°C/min wurden die Glassubstrate auf 650°C, Haltezeit 5 min erhitzt. Dann wurde der Ofen mit geöffneter Tür schnell abgekühlt .

Nach dem Einbrand wurde eine mittlere Schichtdicke von 10 pm gemessen. Die Begutachtung der Beschichtung mit bloßem Auge und unter dem Lichtmikroskop ergab keine Anzeichen von Rissen oder Abplatzungen. Die Abriebfestigkeit der

Beschichtung wurde im Kratztest mit einem Metalllineal bewertet. Das Metalllineal wurde mit der Kante über die bedruckte Fläche gekratzt und es zeigte sich, dass keine Schichtbestandteile abgeschabt wurden.

Glanz und Rauhigkeit der Beschichtung entsprachen mithin den Anforderungen.

Die chemische Beständigkeit wurde gemäß den Anforderungen, die an pharmazeutische Verpackungsmittel aus Glas gestellt werden, geprüft. In Anlehnung an die DIN ISO 4794 wurde die Beständigkeit gegen Salzsäure (1 Stunde in Salzsäure C = 2 mol/1 bei 23°C) geprüft. Die Bewertung der Farbveränderung erfolgte gemäß der ASTMC 724-91 in Klassen zwischen 1 und 7. Dabei steht 1 für „kein sichtbaren Angriff" und 7 für „komplette Entfernung der Farbe". Die Prüfung ergab eine Einstufung in Klasse 1, d.h. kein sichtbarer Angriff.

Gemäß der ASTMC 724-91 wurde die chemische Beständigkeit gegenüber 10%iger Zitronensäure (15 min bei 20°C) geprüft. Es ergab sich auch hier die Einstufung in Klasse 1, d.h. kein sichtbarer Angriff.

In Anlehnung an die EP 7.8, 2013, wurde die hydrolytische Beständigkeit unter den Bedingungen der Autoklavierung für 1 Stunde bei 121°C mit anschließender visueller

Begutachtung der Farbveränderung nach ASTMC 724-91

gewertet. Es ergab sich die Einstufung in Klasse 1 „kein Angriff erkennbar". Die Prüfungen zeigten also die hervorragende chemische Beständigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtungen für Anwendungen als pharmazeutische Verpackungsmittel. Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch ein Glassubstrat 1 aus einem

Borosilikatglas , welches im Randbereich mit einer

Beschichtung 2 versehen ist, welche optisch den Eindruck eines Rahmens erweckt.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Beschichtung auch beispielsweise zum Auftragen von Skalierungen, als Feldbegrenzung eines Kochfelds sowie zum Aufbringen von Beschriftungen geeignet ist.

Fig. 2 zeigt das Transmissionsverhalten verschiedener Beschichtungen .

Auf der x-Achse ist die Wellenlänge in pm und auf der y- Achse die Transmission in % aufgetragen.

Kurve 3 zeigt den Transmissionsverlauf eines kommerziell erhältlichen Einschicht-Emailles . Dabei handelt es sich um eine Glasur bestehend aus einer Glasfritte mit hohem

Bismutoxid-Anteil und Pigmenten, die Cr- und Cu-Komponenten enthalten .

Zu erkennen ist, dass ab einem Wellenlängenbereich von 450 pm die Transmission bei über 1 % liegt und bis auf ansteigt. Die Beschichtung ist mithin nicht blickdicht Kurve 4 zeigt die aus Beispiel 2 und Kurve 5 die aus

Beispiel 3 der Tabelle 1 hergestellte und eingebrannte BeSchichtung . Zu erkennen ist, dass bei beiden Beschichtungen die

Transmission über den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes bei deutlich unter 0,5 % liegt.

Die Beschichtung ist mithin blickdicht.

Durch die Erfindung konnte eine gut auftragbare, preiswerte und blickdichte Emaille-Beschichtung für Gläser mit

niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten

bereitgestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer schussfesten Sicherheitsverglasung . Diese umfasst ein Substrat 1, welches aus einer Mehrzahl von Glas- und/oder

Glaskeramikschichten sowie Polymerschichten besteht, welche zu einem Verbund laminiert sind.

Randseitig ist die Scheibe mit einer blickdichten

Beschichtung 2 versehen, welche einen Rahmen bildet, der beispielsweise Klebnähte überdeckt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht der in Fig. 3 dargestellten Scheibe. Zu erkennen ist, dass die äußeren Schichten des Verbunds überstehen und dass die blockdichte Beschichtung 2 teilweise zwischen den Scheiben des Verbunds und teilweise auf der Unterseite des Verbunds angeordnet ist . Das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial hat eine hohe Kratzbeständigkeit und verfärbt sich beim Autoklavieren des Verbunds nicht.

Fig. 5 zeigt ein Pharmaverpackungsmittel 6 in Form einer Ampulle aus Glas. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann für dieses beispielsweise zum Aufbringen der Markierung 7 oder einer Beschriftung 8 verwendet werden.