Verpackungsglas

BLOG: Mente et Malleo

Mit Verstand und Hammer die Erde erkunden
Mente et Malleo

 

Neulich hatte ich anlässlich eines Treffens des Arbeitskreises Umweltgeologie die Gelegenheit, das Essener Werk der Saint-Gobain Oberland AG zu besichtigen. Vermutlich hat fast jeder schon einmal ein Produkt dieses Unternehmens in der Hand gehabt ( und die Meisten vermutlich sehr viel öfter). Auch der seit 2010 benutzte Markenname Verallia dürfte nicht viel weiterhelfen. Vielleicht hilft ja der alte Name. Bis 1988 war es die noch als Ruhrglas GmbH bekannt. Hier werden all die Glasverpackungen hergestellt, in denen wir unseren Senf, unsere Gewürzgurken oder unser Salatöl kaufen.

Das Unternehmen ist auf Glasverpackungen spezialisiert und produziert Flaschen und Gläser von 100 ml bis zu einer Größe von 5 Litern in standardisierten Formen nach spezifischen Kundenwünschen.

Verallia Oberland Glashütte
Die Verallia St-Gobain Obeland Glashütte, Werk Essen aka Ruhrglashütte, gesehen von der Halde an der Beckstraße. Eigenes Foto, CC BY-SA 2.0.

Doch vorher bekamen wir eine kurze Einführung in das Unternehmen und Glas als Werkstoff allgemein und Verpackungsglas speziell.

Was ist eigentlich Glas? Glas ist eine amorphe Substanz, es ist also nicht kristallin. Und für gewöhnlich wird es aus einer Schmelze hergestellt. Dabei gibt es auch natürliche Gläser, und auch nicht jedes Glas muss aus einer Schmelze stammen. Aber grob gesagt ist Glas eine unterkühlte Schmelze. Auch wenn sich also beim bei der Erstarrung Kristallkeime gebildet haben, blieb für einen geordneten Kristallisationsprozess nicht genug Zeit. Die einzelnen Bausteine hatten schlicht keine Zeit, um einen Kristall zu bilden. Ihre Anordnung im Glas entspricht also grob betrachtet immer noch der einer Flüssigkeit. Was aber nicht unbedingt heißt, dass es auch so bleiben muss.

Kalk-Natron-Glas 2D.png
Struktur eines Kalk-Natron-Glases. Diese Art der Gläser ist für Behälterglas die gebräuchlichste . „Kalk-Natron-Glas 2D“.commonswiki assumed (based on copyright claims). (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kalk-Natron-Glas_2D.png), „Kalk-Natron-Glas 2D“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Antike Gläser zum Beispiel sind durchaus von einer Kristallbildung bedroht. Außerdem sind Gläser zumindest theoretisch auch bei tiefen Temperaturen fließfähig. Allerdings ist die Geschichte, dass alte Kirchengläser aus diesem Grund unten dicker sind als oben falsch. Der Dickeunterschied ist nicht der Schwerkraft und der Zeit geschuldet, denn bei Raumtemperatur ist die Fließfähigkeit des Glases so gering, dass dafür Jahrmillionen an zeit nötig gewesen wären.
Als unterkühlte Schmelze hat Glas auch keinen Schmelzpunkt, bei dem der Übergang von fest zu flüssig spontan erfolgt. Stattdessen nimmt die Viskosität bei der Abkühlung langsam zu. Am kühlen Ende dieses Transformationsbereiches liegt der so genannte Glasübergang, bei dem die Schmelze in den festen Zustand übergeht. Hier ändert sich auch der Wärmeausdehnungskoeffizient sprunghaft und die spezifische Wärme nimmt ab.

Warum aber Glas als Verpackung verwenden? Glas hat ja einen durchaus gewichtigen Nachteil. Es ist schwer. Viel schwerer zum Beispiel als Plastik. Aber im Vergleich zu Kunststoffen hat es auch einige Vorteile, die Glasverpackungen auch heute noch in vielen Fällen die Nase vorne haben lassen. Da wäre zum einen die Dichtigkeit. Das ist natürlich besonders bei empfindlichen Inhaltsstoffen wie zum Beispiel Arzneimitteln oder Babynahrung sehr wichtig. Es gibt auch keine Inhaltsstoffe ab oder nimmt etwas auf. Auch Kohlensäure in kohlensäurehaltigen Getränken geht in einer Glasverpackung nicht verloren.

Daneben ist es leicht zu reinigen, absolut geschmacksneutral, transparent, leicht formbar ( es lässt sich leicht in jegliche, oft markentypische Form bringen) und ist anschließend bis in hohe Temperaturen (meist ca. bis 500°C) stabil.

Glass Forming Process Blow-Blow
Behälterglasherstellung nach dem Blas-Blas-Verfahren. By VMH (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass_Forming_Process_Blow-Blow.svg), „Glass Forming Process Blow-Blow“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Glasverpackungen gehören zu den Hohlgläsern. Deren Herstellung kannten schon die alten Ägypter. Richtig begann die Karriere der Hohlgläser aber erst, als die Glasmacherpfeife um 200 v. Chr. erfunden wurde. Prinzipiell hat sich die Technik bis heute daraus weiter entwickelt., denn auch die modernen automatischen Blasmaschinen, mit denen heute Hohlgläser erzeugt werden, leiten sich noch von der manuellen Technik her. Nachdem 1903 Michael Owens den ersten Blasautomaten erfand und Karl E. Pfeiffer 1911 den Tropfenspeiser, nahm die Produktionsgeschwindigkeit immer mehr zu. Der Tropfenspeiser hatte den Vorteil, dass hier die Glasschmelze nicht mehr wie bei den älteren Maschinen durch abschöpfen und Saugen erfolgte, sondern durch einzelne Schmelztropfen, der durch aus einem Kanal tropft. Das ermöglicht eine weitaus genauere Dosierung und damit die Herstellung gleichmäßigerer Behälter. Moderne IS (von ihren Erfindern Ingle und Smith, heute auch gerne aus dem englischen individual sections) mit bis zu 20 gleichartigen Stationen schaffen mehr als 900 Artikel pro Stunde.

Maschinelle Behaelterglasproduktion
Maschinelle Behälterglasherstellung mit einer IS-Maschine. Fotograf – Rechte vollständig abgetreten an Bundesverband Glasindustrie e.V. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maschinelle_Behaelterglasproduktion.jpg), „Maschinelle Behaelterglasproduktion“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Anschließend erfolgte noch eine Sicherheitseinweisung. Immerhin wird in dem Unternehmen mit heißen Werkstoffen hantiert. Und nicht immer sieht man einem Gegenstand aus Glas seine Temperatur deutlich an. Ein Glas kann ganz normal aussehen und einem dennoch bei einer Berührung schwere Verbrennungen zufügen. Das und die ständige Rutschgefahr und allgegenwärtige Glasscherben machen auch durchtrittsichere Schuhe auch für Besucher notwendig. Dazu noch Kittel, Haarnetz und Helm und es konnte losgehen. Schon auf dem Hof fallen die Halden aus Bruchglas auf. Das ist nicht nur Abfall aus der Produktion. Der größte Teil des neuen Verpackungsglases wird aus Altglas gewonnen. Das hat einige Vorteile. Zum einen werden natürlich die Rohstoffe geschont. Außerdem ist Glas ja schon quasi „fertig“ gemischt und schmelzfähig. Heute besteht Behälterglas meist zu 60 %, bei grünem sogar bis zu 90 % aus Altglas. Man muss dabei allerdings immer auf eine möglichst sortenreine Altglasmischung achten, damit die neuen Behälter keine Fehlfarben bekommen.
Das sollte eigentlich doch kein Problem sein, denkt man für gewöhnlich. Doch es ist weitaus schwerer als man meint. Kaum ein Behälter aus Glas ist einfach nur braun, weiß oder grün oder im schlimmsten Fall blau. Man kann ja gerne mal die Glasverpackungen unterschiedlicher Produkte und Hersteller nebeneinander gegen Licht halten. Jeder hat seine eigene, individuelle und vom Hersteller des verpackten Produktes genau festgelegte Farbvariante. Und wehe der Glashütte, die diese Vorgaben nicht peinlichst einhält. Und nach Gebrauch kommt das alles in die bekannten drei Glascontainer (und wohin mit den blauen??). Da wünscht man der Glashütte doch viel Spaß bei der Farbmischung.

Anteile Rohstoffe in Behaelterglas
Anteile der verwendeten Rohstoffe bei der Behälterglasproduktion. Altglas stellt den überwiegenden Anteil dar. Fotograf – Rechte vollständig abgetreten an Bundesverband Glasindustrie e.V. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anteile_Rohstoffe_in_Behaelterglas.jpg), „Anteile Rohstoffe in Behaelterglas“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Das hört sich also durchaus kompliziert an, und meist ist es das auch. Aber eben nicht unmöglich. Die Farbe des Glases wird durch farbgebende Substanzen gesteuert, die der Glasschmelze hinzugefügt werden.. Grob gesagt kommen dabei drei Effekte zum Tragen, die sogenannte Ionenfärbung, die kolloidale Färbung und die Anlauffärbung. Die Ionenfärbung beruht auf Wechselwirkungen des Lichts mit der Elektronenhülle der farbgebenden Elemente. Bei der kolloidalen Färbung und der Anlauffärbung treten verschiedene Beugungs-, Reflexions und Brechungserscheinungen des Lichts auf. In der Verpackungsglasherstellung haben die letzten beiden kaum eine Bedeutung.

Die meisten Behältergläser sind, wenn sie nicht mehr oder weniger farblos sind, bräunlich oder grünlich gefärbt.
Grünes Glas erhält man durch Zugabe von Chrom (III)-Oxid. Es ist für einen teil der UV-Strahlung noch durchlässig. Dagegen sind braune Gläser für UV-Strahlung meist undurchlässig. Braune Gläser werden durch die Zugabe Eisen(II)-disulfid gefärbt. Dies geschieht entweder durch die Zugabe von Pyrit oder durch Natriumsulfat, Eisen und Kohle als Reduktionsmittel.
Die Farbe kann sowohl als produkttypisches Kennzeichen als auch zum Schutz des Inhalts zum Beispiel vor UV-Strahlung dienen.

Old Bottle
Braune Flaschen, durch so genanntes Kohlegelb (Eisen und Schwefel). Sivasankar (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Old_Bottle.JPG), „Old Bottle“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Da Altgläser einer der wichtigsten Rohstoffe bei der Behälterglasherstellung sind, kommt bei der Farbe oft auch die Frage auf, Glas wieder entfärben kann. Zum Beispiel wenn der eingesetzte Rohstoff durch Verunreinigungen die falschen farbgebenden Bestandteile enthält. Dazu hat man prinzipiell zwei Möglichkeiten. Die eine ist die, das Glas auf chemischem Wege wieder zu entfärben. Man kann zum Beispiel die Zusammensetzung des Glases entsprechend verändern. Bei polyvalenten farbgebenden Elementen kann man auch den Redoxzustand der Schmelze ändern. Ein anderer Weg, die Falschfarben auf physikalischem Weg zu kompensieren, ist die Zugabe von Zugabe farbgebender Substanzen für die entsprechende Komplementärfarbe.
Das führt uns zu der alten Frage (die sich vermutlich jeder schon einmal gestellt hat), wohin mit einer blauen Glasflasche. Sie sollte in den Grünglascontainer, ebenso wie eventuell auftretendes rotes Verpackungsglas.

Und schon gar nicht sollten andere Sondergläser oder gar altes Bleikristallglas in die Sammelcontainer entsorgt werden. Diese Gläser stellen ein erhebliches Problem beim Glasrecycling dar und führen zu deutlichen Qualitätseinbußen. Man sollte also schon ein wenig auf Sortenreinheit beim Altglasrecycling achten. Ansonsten ist das Ganze nämlich ziemlich für die Katz.

 

Wenn man den Hof verlässt und die Produktionshallen betritt, wird es warm. Klar, immerhin wird hier mit geschmolzenem Material gearbeitet. Die Schmelzwannen schaffen es mühelos, ihre Umgebung auf eine wie ich finde zuweilen unangenehme Temperatur zu bringen. Das merkt man vor allem, wenn man die Treppen betritt, bei denen die Benutzung der Geländer Pflicht ist. Ohne Handschuhe zuckt man schnell mit den Händen zurück. In der Schmelzwanne wird der Rohstoff, das Gemenge, aufgeschmolzen. Dabei findet eine kontinuierliche Zugabe der Rohstoffe und deren Aufschmelzung statt, um die Entnahme für die Produktion auszugleichen. Das Gemenge hat dabei eine geringere Dichte als die Schmelze, es schwimmt also oben als so genannter Gemengeteppich. Dieser Gemengeteppich wird durch wechselseitig arbeitende Gasflammen erhitzt. Das aufgeschmolzene Material wird durch Konvektion vom Gemengeteppich gelöst und abtransportiert. Die Konvektion sorgt sowohl für eine thermische als auch eine chemische Homogenität der Schmelze. Daher wird sie durch das Einblasen von Gas zusätzlich unterstützt.

Aber nicht nur die Wärme, auch der Lärm der Maschinen und das Geklirr der fertigen Gläser ist beeindruckend, der Gehörschutz ist eben nicht nur Dekoration. Ein Tropfen flüssiger Schmelze rutscht über den Tropfenspeiser in die entsprechende Station einer IS-Maschine. Hier wird er entweder mit dem Press-Blas-Verfahren in seine endgültige Form gebracht. Das bedeutet, der Tropfen wird zuerst mit einem Stempel in eine Hohlform gepresst. Eine andere Möglichkeit wäre das Blas-Blas- Verfahren, bei dem auch die Vorform geblasen wird. Aus dieser Vorform wird der gewünschte Glasbehälter mittels Blasen in eine Form, die mit Wasser getränkt ist. Das hat den Vorteil, dass Formwand und Glas durch eine feine Dampfschicht voneinander getrennt sind und dadurch die Abkühlung des Glases entsprechend verlangsamt wird.
Anschließend müssen die Gläser gekühlt werden. Eigentlich soll dabei ein zu schnelles Abkühlen verhindert werden, da sich sonst Spannungen im Glas ergeben, welche den Behälter instabil machen. Daher müssen die Gläser eine bestimmte zeit in einem Kühlofen verbringen.

Die fertigen Flaschen werden einer reihe von Tests unterzogen, die neben den obligatorischen Prüfen der Maße und Farben auch etwaig vorhandene Spannungen im Glas erkennen sollen. Dies geschieht unter polarisiertem Licht durch Messung der Spannungsdoppelbrechung. Das Ganze geschieht vollautomatisch, während die Gläser über Förderbänder in Richtung Verpackungsstation laufen. Erst nachdem jedes Glas alle Tests erfolgreich durchlaufen hat, wird es fertig verpackt und ist bereit, irgendwann auch in unseren Händen zu landen.

Ich fand es ungemein beeindruckend, welchen Weg eine an sich alltägliche Glasverpackung bereits durchlaufen hat, wenn ich sie im Supermarkt oder sonst wo erwerbe. Meist ist man ja auf den Inhalt scharf ist und weniger auf die Verpackung, so dass man sich über die dahinter stehenden Prozesse viel zu selten Gedanken macht. Vielleicht einmal eine gute Gelegenheit, beim nächsten Einkauf einmal auch der Glasverpackung einen Blick zu schenken.

Gunnar Ries

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

7 Kommentare

  1. Ein sehr interessanter Artikel.
    Mich würde dabei dann aber doch noch interessieren, wie man denn nun die unterschiedlichen Färbungen des Weisglases erkennt. Denn im Glascontainer ist ja alles durcheinander, und evtl. auch noch mit Resten des Inhalts verschmutzt. Also muss das Glas erst mal gewaschen und dann sortiert werden. Die Frage bei letzterem ist: wie macht man das?

    Und schiesslich:

    Und schon gar nicht sollten andere Sondergläser oder gar altes Bleikristallglas in die Sammelcontainer entsorgt werden. Diese Gläser stellen ein erhebliches Problem beim Glasrecycling dar und führen zu deutlichen Qualitätseinbußen.

    Warum eigentlich? – Hat das was mit der Zusammensetzung zu tun? – Also das eine ist kristalin, das andere nicht? – Kann ich mir schwer vorstellen, weil die Kristallstruktur doch beim Schmelzen zerstört wird. Bliebe also die Zusammenstellung der Materialien. – Was ist da das Problem?

    • Kalk-Natron-Glas hat eine andere chemische Zusammensetzung als Bleikristall. Die bestehen aus unterschiedlichen Stoffen.

    • Bleikristall ist nicht kristallin, sondern heisst so wegen seines hohen Brechungsindex, der an Kristall erinnert. Es enthält Pb3O4, und dass ist in Verpackungsglas nicht erlaubt. Da gibt es einen sehr niedrigen Grenzwert. Eine Bleikristallvase kann die ganze Charge unbrauchbar machen.

      Das Altglas selber wird gewaschen und dann optisch (soweit ich weiß) getrennt.

  2. Nicht mehr ganz neu, aber immer noch schön ist der 10-minütige Film “Glas” (1958) von Bert Haanstra. Während sich die ersten 5 Minuten der traditionellen Glasbläserei widmen, geht es in der zweiten Hälfte zur industriellen Glasherstellung, um schließlich beides in einem furiosen Finale zu vereinen. Die Produktion von Glühbirnen zeigt dagegen der auch nicht schlechte “100 Watts 120 Volts” (1977) von Carson Davidson.

  3. “Anschließend müssen die Gläser gekühlt werden. Eigentlich soll dabei ein zu schnelles Abkühlen verhindert werden, da sich sonst Spannungen im Glas ergeben, welche den Behälter instabil machen. Daher müssen die Gläser eine bestimmte zeit in einem Kühlofen verbringen.”

    Das ist einerseits richtig, aber auch nicht ganz. Es gibt thermisch vorgespanntes Glas, wo durch schnelles Abkühlen eine innere Spannung (außen Druck-, innen Zugspannung) erwünscht ist. Vorgespanntes Glas hat eine höhere Festigkeit, kann mit größeren Temperaturunterschieden belastet werden und zerspringt in Falle einer Zerstörung zu stumpfen Krümmeln, die nicht schneiden. Wird beispielsweise in der Küche beim Backofengeschirr verwendet oder auch für Autoscheiben.

    Meine Diplomarbeit hatte damit zu tun, von daher kenne ich mich da ein wenig aus. 😉

    • Hallo Martin,

      das stimmt. Meine Ausführungen gelten strenggenommen für das Verpackungsglas. Vorgespanntes Glas trifft man hauptsächlich in anderen Bereichen, z.B. Sicherheitsglas und so an.

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