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Verfahren zum Trennen von Glas und Verwendung einer dafür geeigneten Flüssigkeit - Dokument DE102005024563B9
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005024563B9 14.12.2006
Titel Verfahren zum Trennen von Glas und Verwendung einer dafür geeigneten Flüssigkeit
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Hoetzel, Bernd, 55286 Wörrstadt, DE;
Habeck, Andreas, Dr., 55257 Budenheim, DE;
Perathoner, Ortrud, 55271 Stadecken-Elsheim, DE
Vertreter Fuchs, Mehler, Weiß & Fritzsche, 65201 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 28.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024563
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.08.2006
Date of publication of correction 14.12.2006
Information on correction Berichtigung in Absatz BEISPIEL 2 der Beschreibung
IPC-Hauptklasse C03B 33/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C09K 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B01F 17/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen von Glas und eine dafür geeignete Schneidflüssigkeit.

Es ist bereits seit langem aus der Glasbläserei bekannt, dass die Anfeuchtung des Ritzes, z.B. mit Wasser, beim Ritzen und Brechen von Glas die Trennung des Glases erleichtert und fördert. Bei dem Ritzen mittels Laser dient das Wasser gleichzeitig noch als Kühlmittel zur Erzeugung der Bruchspannung in der Glasoberfläche, siehe z.B. US-6,252,197. Zur Förderung des Eindringens des Wassers in den Ritzspalt ist es auch bereits bekannt, dem Wasser, z.B. beim Laserschneiden, Tenside zuzusetzen (US 2003/0052098 A1). Alle bekannten Netzmittelklassen, anionische, kationische und nichtionische Netzmittel sind geeignet (WO2004/018144 A1).

Insbesondere bei dem Schneiden von Dünnstglas, z.B. für LCD-Anwendungen, mittels Laserstrahlen ist es wichtig, dass bei dem Brechen des Glases nach dem Ritzen möglichst konstante Verhältnisse vorliegen.

Bei dem Laserschneiden wird, im Gegensatz zu den Ritzmethoden mit Diamant oder Schneidrad, das zu trennende Glas entlang der Ritzlinie mittels eines Laserstrahls sehr schnell erhitzt. Unmittelbar nach dem Erhitzen wird die erhitzte Stelle, im allgemeinen durch Aufsprühen eines Gas-Wasser-Gemisches abgeschreckt. Es bilden sich dadurch in dem Glas so hohe thermische Spannungen aus, dass ein Ritz entsteht. Längs der geritzten Linie wird das Glas dann durch Aufbringen einer Kraft gebrochen. Die Kraft kann mechanisch eingebracht werden, es ist aber auch möglich, durch nochmaliges Behandeln des Glases längs der Ritzlinie mit einem Laser noch einmal zusätzliche thermische Spannungen in dem Glas zu erzeugen, so dass das Glas längs der Ritzlinie bricht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Trennen von Glas sowie eine dafür geeignete Schneidflüssigkeit zu finden, mit dem bzw. der eine weitere Erniedrigung der Drehkraft bei gleichzeitiger Reduzierung der Brechkraftschwankungen im industriellen Betrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren und die im Patentanspruch 7 beschriebene Schneidflüssigkeit gelöst.

Es konnte gefunden werden, dass bei einem Verfahren zum Trennen von Glas, bei dem ein Ritz entlang einer Trennlinie unter gleichzeitig mit oder unmittelbar nach Erzeugung des Ritzes stattfindender Beaufschlagung mit einer wässrigen Schneidflüssigkeit, die eine organische ionische Verbindung mit einem Hydroxyl-ion als Anion und einem Kation mit einem positiv geladenen Stickstoffatom enthält, das anschließende Trennen des Glases entlang der Trennlinie mit einer deutlich geringeren und dazu gleichmäßigeren Kraft erfolgen kann als bisher bekannt.

Eine mögliche wissenschaftliche Erklärung für die überragende Wirkung der gefundenen Verbindungen könnte darin bestehen, dass das OH Ion mit den beim Ritzen aufgebrochenen Siloxanbindungen reagiert und damit eine spontane Reaktion der aufgebrochenen Bindungen miteinander (Selbstheilung) verhindert.

Besonders geeignet ist das Verfahren sowie die neue Schneidflüssigkeit für das Laserschneidverfahren, bei dem der Ritz durch Aufheizen des Glases längs der Trennlinie und unmittelbar nachfolgendes Beaufschlagen des aufgeheizten Glases mit der wässrigen Flüssigkeit (der Schneidflüssigkeit) erfolgt. Der beim Laserschneiden erzeugte Ritz bzw. Spalt ist besonders eng, so dass sich hier die Selbstheilungskräfte besonders stark auswirken können.

Das Aufbringen der Schneidflüssigkeit auf der Ritz kann mit allen bekannten Techniken erfolgen, z.B. Aufspritzen, Aufsprühen, Aufsprühen eines Flüssigkeits-/Wassergemisches, Aufbringen mittels eines Dochtes, eines Schwammes, Eintauchen des Ritzes in die Schneidflüssigkeit usw.

Als wirksame Verbindungen in der Schneidflüssigkeit besonders geeignet sind quaternäre Ammoniumhydroxide.

Als quaternäre Ammoniumhydroxide sind insbesondere solche geeignet, deren Kationen die nachstehenden Formeln haben:

Die Reste R sind dabei geradkettige oder verzweigte aliphatische Reste. Von den Resten R haben zwei bis drei Reste eine Kettenlänge von 1 bis 2 C-Atomen, während 1 bis 2 der Reste R eine Größe von 8 bis 18 C-Atomen besitzen. Besonders geeignet sind die Dialkyldimethylammonium-Verbindungen wie

Distearyldimethylammoniumhydroxid,

Didecycldimethylammoniumhydroxid,

Dimethyldioctylammoniumhydroxid,

Dilauryldimethylammoniumhydroxid, weiterhin quaternäre Ammoniumhydroxide mit drei kurzkettigen und einem langkettigen Alkylrest, insbesondere sind bevorzugt

Trimethylhexadecyclammoniumhydroxid,

Octadecyltrimethylammoniumhydroxid und

Trimethyloctylammoniumhydroxid.

Weiterhin geeignet sind Alkyldimethylbenzylammoniumhydroxide mit Kationen der Formel bei denen der Rest R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 7 bis 17 C-Atomen ist.

Weiterhin geeignet sind quaternäre Ammoniumverbindungen mit Kationen der allgemeinen Formel in der R ein geradkettiger oder verzweigter Alkyrest mit 8 bis 18 C-Atomen ist.

Neben den quaternären Ammoniumhydroxiden sind ferner Imidazolinderivate mit Kationen der allgemeinen Formel geeignet, in der R1 ein Alkyl- oder Alkylenrest mit 4 bis 20 C-Atomen darstellt und R2 CH2OH oder CH2NH-COR3, wobei R3 ein Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen ist, bedeuten.

Besonders geeignet ist 1-(Octylaminoethyl)-2-decyl-3 methyl imidazoloniumhydroxid.

Diese Verbindungen sind in der Schneidflüssigkeit in Mengen von 0,005 bis 1 Gew.-% enthalten. Unterhalb von 0,005 Gew.-% gleicht sich die Wirkung der Lösung immer mehr der des Wassers an, oberhalb von 1 Gew.-% steigt die Wirksamkeit des Zusatzes nicht mehr bzw. nimmt evtl. durch Schaumbildung wieder ab. Bevorzugt sind die Verbindungen in Mengen von 0,02 bis 0,1 Gew.-% enthalten, da in diesem Bereich gute Wirkung mit gleichzeitig geringem Chemikalienverbrauch kombiniert sind. Es können selbstverständlich auch Gemische aus mehreren Verbindungen zur Anwendung kommen.

Falls erforderlich, kann die Schneidflüssigkeit noch Lösungsvermittler für die zugesetzten Verbindungen enthalten, in erster Linie niedermolekulare Alkohole, z.B. Methanol, Ethanol, Propanole und Butanole in Anteilen von bis zu 80 Vol.-% der Schneidflüssigkeit, ferner Korrosionsschutzmittel, Bakterizide, falls erforderlich, Verdickungsmittel und dergleichen.

Die Schneidflüssigkeit erleichtert nicht nur das Trennen von Glas durch Lasereinwirkung, sondern erleichtert auch das konventionelle Glasschneiden, z.B. durch Diamantritzen oder mittels Schneidrädchen. Sie reduziert und vergleichmäßigt auch bei diesen Verfahren die Brechkraft und eignet sich daher besonders für das Schneiden von empfindlichren Gegenständen, z.B. Dünngläsern für TFT-Bildschirme.

Von besonderem Vorteil bei der gefundenen Schneidflüssigkeit bzw. dem Verfahren ist es, dass keinerlei störende Anionen vorhanden sind, die bei der Weiterverarbeitung der getrennten Glasscheiben in späteren Arbeitsprozessen stören könnten.

Mittels einer Laserschneidmaschine, Typ DLC 1200/Blue der Fa. Schott Advanced Processing wurden Glasplatten einer Abmessung von 25 mm × 150 mm mit einer Dicke von 0,7 mm hergestellt. Diese Glasplatten erhielten mittig bei 75 mm einen Querriss, der eine Tiefe von etwa 115 &mgr;m hatte. Während des Laserritzens wurde die Glasplatte unmittelbar hinter dem Laser-Brennfleck mit einer Mischung aus 40l/min Luft und 6 ml/min Schneidflüssigkeit beaufschlagt. Nach dem Ritzen wurde die Platte getrocknet. Der Ritz wurde mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 15 m/min hergestellt. Die Glasplatten wurden an beiden Schmalseiten jeweils auf einer Strecke von 10 mm unterstützt, der Ritz zeigte nach unten. Anschließend wurde die Glasplatte von oben bis zum Bruch belastet. Die Angabe der Brechkraft erfolgt in kg. Es wurden verschiedene Schneidflüssigkeiten an jeweils ca. 30 Probeplättchen untersucht. Beispiel 1 zeigt die Wirkung von reinem (deionisierten) Wasser, die Beispiele 2–5 zeigen die Wirkung von verschiedenen Konzentrationen einer erfindungsgemäßen, Hexadecyltrimethylammoniumhydroxid in verschiedenen Konzentrationen enthaltenden wässrigen Schneidflüssigkeit und die Beispiele 6 bis 8 zeigen zum Vergleich die Wirkungen einer wässrigen Schneidflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik, die als wirksame Substanz Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) in verschiedenen Konzentrationen enthielt. Es zeigt sich deutlich, dass die erfindungsgemäßen Schneidflüssigkeiten gegenüber den Flüssigkeiten gemäß dem Stand der Technik überlegene Eigenschaften und insbesondere schon bei ganz geringen Konzentrationen eine sehr niedrige und vor allem auch nicht wesentlich schwankende Brechkraft hervorrufen.


Anspruch[de]
Verfahren zum Trennen von Glas mit den Schritten

– Erzeugen eines linienförmigen Ritzes auf dem Glas

– Wobei der Ritz während oder unmittelbar nach seiner Erzeugung mit einer wässrigen Flüssigkeit, die eine organische ionische Verbindung enthält, die aus einem Kation mit einem positiv geladenen Stickstoffatom und einem Hydroxylion als Anion besteht, beaufschlagt wird

– Trennen des Glases entlang der Ritzlinie durch Aufbringen einer Kraft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ritz durch Aufheizen des Glases längs der Ritzlinie und unmittelbar nachfolgendes Beaufschlagen mit der wässrigen Flüssigkeit erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen des Glases längs der Ritzlinie mittels eines Laserstrahls erfolgt. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Flüssigkeit verwendet wird, die 0,005 bis 1 Gew.-% der organischen ionischen Verbindung enthält. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man eine organische ionische Verbindung verwendet, bei der das Kation die Formel hat in der 2 bis 3 der R Alkylreste mit 1 bis 2 C-Atomen und 1 bis 2 der Reste R geradkettige oder verzweigte Alkylreste mit 8–18 C-Atomen sind,

und/oder in der R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 7 bis 17 C-Atomen ist

und/oder in der R geradkettige oder verzweigte Alkylreste mit 8 bis 18 C-Atomen sind.

und/oder worin R geradkettige oder verzweigte Akylreste mit 8 bis 18 C-Atomen sind

und/oder in der R1 ein Alkyl- oder Alkylenrest mit 4 bis 20 C-Atomen darstellt und R2 CH2OH oder CH2NH-COR3, wobei R3 ein Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen ist, bedeuten.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Flüssigkeit verwendet, die Hexadecyltrimethylammoniumhydroxid enthält. Schneidflüssigkeit für das Trennen von Glas, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer wässrigen Flüssigkeit besteht, die eine organische ionische Verbindung enthält, die aus einem Kation mit einem positiv geladenen Stickstoffatom und einem Hydroxylion als Anion besteht. Schneidflüssigkeit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Flüssigkeit 0,005 bis 1 Gew.-% der organischen ionischen Verbindung enthält. Schneidflüssigkeit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine organischen ionische Verbindung enthält, bei der das Kation der Formel hat in der 2 bis 3 der R Alkylreste mit 1 bis 2 C-Atomen und 1 bis 2 der Reste R geradkettige oder verzweigte Alkylreste mit 8–18 C-Atomen sind,

und/oder in der R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 7 bis 17 C-Atomen ist

und/oder in der R geradkettige oder verzweigte Alkylreste mit 8 bis 18 C-Atomen sind

und/oder in der R1 ein Alkyl- oder Alkylenrest mit 4 bis 20 C-Atomen darstellt und R2 CH2OH oder CH2NH-COR3, wobei R3 ein Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen ist, bedeuten.
Schneidflüssigkeit nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie

Dilauryldimethylammoniumhydroxid und/oder

Distearyldimethylammoniumhydroxid und/oder

Trimethylhexadecylammoniumhydroxid und/oder

Trimethyloctylammoniumhydroxid enthält.






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