第三篇玻璃包裝材料

第十章玻璃包裝資料

二、玻璃氧化物

二、玻璃氧化物

二、玻璃氧化物二、玻璃氧化物一、玻璃定義

介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種特殊形狀，由熔融體過(guò)冷而得，其內(nèi)能和構(gòu)形熵高于相應(yīng)的晶態(tài)，其構(gòu)造為短程有序和長(zhǎng)程無(wú)序。

二、玻璃氧化物按玻璃組成氧化物在玻璃構(gòu)造中的作用，可分為玻璃構(gòu)成氧化物、中間體氧化物和網(wǎng)絡(luò)外體氧化物三大類。1〕玻璃構(gòu)成氧化物玻璃構(gòu)成氧化物為二氧化硅〔SiO2〕和氧化硼〔B2O3〕①二氧化硅〔SiO2〕二氧化硅可以構(gòu)成石英玻璃，二氧化硅以硅氧四面體構(gòu)造單元構(gòu)成構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)。

作用：降低熱膨脹系數(shù)、密度，提高熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、粘度、機(jī)械強(qiáng)度等；含量高，需較高熔融溫度。瓶罐玻璃二氧化硅含量約為73%左右二、玻璃氧化物②氧化硼〔B2O3〕氧化硼也可以單獨(dú)構(gòu)成玻璃，它以硼氧三角平面構(gòu)造[BO3]和硼氧四面體[BO4]為構(gòu)造單元。在硼硅酸鹽玻璃中與硅氧四面體共同組成構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)。作用：能降低玻璃的熱膨脹系數(shù)；提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；改善玻璃的光澤、提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度；助熔作用，加速玻璃的廓清，降低玻璃的結(jié)晶才干。二、玻璃氧化物2〕中間體氧化物中間體氧化物本身不能構(gòu)成玻璃，但可以銜接二氧化硅〔玻璃〕鏈?zhǔn)蛊鋱?jiān)持玻璃態(tài)。它既是玻璃網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的一部分，又可以改良構(gòu)造內(nèi)部的位置。中間體氧化物主要有氧化鋁〔Al2O3〕，氧化鉛〔PbO〕，氧化鋅〔ZnO〕等。作用：降低玻璃的熱膨脹系數(shù)；提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和粘度；二、玻璃氧化物二、玻璃氧化物

3〕網(wǎng)絡(luò)外體氧化物—改性劑網(wǎng)絡(luò)外體氧化物不參與玻璃的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，居于網(wǎng)絡(luò)之外，但能促使玻璃網(wǎng)絡(luò)破裂而改動(dòng)玻璃的性質(zhì)。主要有：氧化鋰、氧化鈉、氧化鉀、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇等。作用：降低熔點(diǎn)和簡(jiǎn)化工藝。普通玻璃瓶罐的化學(xué)組成范圍為：SiO2：66～75%Al2O30.7～7.0%Na2O：12～16%K2O：0.1～4.0%MgO：0.1～5.0%CaO：6～12%BaO：0～4.5%二、玻璃氧化物晶體與玻璃的比容-溫度曲線比容溫度玻璃態(tài)晶態(tài)熔融態(tài)液態(tài)過(guò)冷熔體TgTm二、玻璃的構(gòu)造石英晶體和石英玻璃中原子的陳列Na2O-CaO-SiO2系玻璃的構(gòu)造二、玻璃的構(gòu)造二、輔助原料廓清劑著色劑脫色劑助熔劑乳濁劑二、玻璃氧化物鈉鈣玻璃引入了金屬氧化物，改動(dòng)了石英玻璃中單一的化學(xué)組成和Si／O的比例，使原來(lái)相互銜接的[SiO4]四面體網(wǎng)絡(luò)斷裂?！皹蜓酲曌?yōu)椤胺菢蜓酲暎慌c1個(gè)硅離于相連，引入的Na+、Ca2+離子在非橋氧附近，處于斷裂網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的空隙中，以平衡氧離子的負(fù)電荷。Na2O、CaO等氧化物的參與，改動(dòng)了原來(lái)的四面體網(wǎng)絡(luò)，引起玻璃的許多性質(zhì)改動(dòng)，如降低了玻璃的熔制溫度和粘度，降低了硬度和強(qiáng)度，降低了化學(xué)穩(wěn)定性，增大了熱膨脹系數(shù)，從而導(dǎo)致抗熱沖擊性能下降二、玻璃的構(gòu)造三、玻璃熔制過(guò)程1硅酸鹽構(gòu)成階段800℃-900℃條件下，玻璃氧化物燒結(jié)構(gòu)成硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明物。2玻璃構(gòu)成階段繼續(xù)加熱至1200℃-1250℃，硅酸鹽與剩余二氧化硅相互熔解，燒結(jié)物變成了透明體，化學(xué)組成和性質(zhì)不穩(wěn)定。3廓清階段溫度至1400℃-1500℃，粘度逐漸下降，玻璃液中的可見(jiàn)氣泡漸漸跑出，進(jìn)入爐氣，即所謂廓清過(guò)程。三、玻璃熔制過(guò)程1玻璃的命名硼硅酸鹽玻璃4均化階段玻璃的化學(xué)組成和折射率趨向一致的階段叫均化。均化溫度稍低于廓清階段。5冷卻階段玻璃的質(zhì)量到達(dá)了要求，冷卻玻璃液使溫度下降200℃~300℃。冷卻后溫度約為1200℃。熔制過(guò)程是延續(xù)作業(yè)，5個(gè)階段在熔爐的不同部位進(jìn)展。三、玻璃熔制過(guò)程玻璃熔窯三、玻璃熔制過(guò)程四、玻璃的性能1.化學(xué)穩(wěn)定性玻璃具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，只需氫氟酸除外，其他酸都不能使玻璃發(fā)生腐蝕。玻璃對(duì)堿抗力較差。高溫受熱，水也可以侵蝕玻璃，加壓可使腐蝕加劇。如硅酸鹽類玻璃長(zhǎng)期受水汽作用，能水解生成堿和硅酸。Na2O·2SiO2+(n+1)H2O→2NaOH+2SiO2·nH2O玻璃中氧化物耐水侵蝕的順序?yàn)椋篫rO＞Al2O3＞SnO＞ZnO＞PbO＞MgO＞CaO＞Li2O＞K2O＞Na2O玻璃與堿的作用玻璃易遭到氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽等堿性化合物的侵蝕。玻璃不宜作為堿性化合物的包裝容器。四、玻璃的性能A玻璃的脫片侵蝕脫片侵蝕是藥用玻璃包裝容器——藥用安瓶質(zhì)量檢驗(yàn)的一項(xiàng)重要規(guī)范。化學(xué)穩(wěn)定性不良的安瓶盛裝堿性藥液時(shí)，在熱壓消毒過(guò)程中或長(zhǎng)期儲(chǔ)存藥品后，因藥液對(duì)玻璃的侵蝕會(huì)產(chǎn)生脫片。脫片侵蝕過(guò)程①藥液與玻璃外表作用，氧化鈉、硼酸鈉之類的易溶成分被侵蝕溶解，在被侵蝕外表留下一層硅膠膜。②藥液中的堿性成分繼續(xù)侵蝕硅膠，產(chǎn)生微小空穴，四、玻璃的性能③藥液沿著空穴向內(nèi)層進(jìn)一步浸透、侵蝕，并使空穴不規(guī)那么地向深層開展，構(gòu)成疏松的多孔層。④機(jī)械振動(dòng)或冷熱交變時(shí)，疏松多孔的外表層易與玻璃主體分別剝落，構(gòu)成大小厚薄外形各異的閃光薄片。

四、玻璃的性能B玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試粉末法用水、酸或堿溶液對(duì)一定顆粒度和一定質(zhì)量的玻璃粉末進(jìn)展浸蝕，然后再選擇適當(dāng)方法測(cè)定其浸蝕量，稱為粉末法。玻璃顆粒的干凈度、大小及熱處置過(guò)程都會(huì)影響丈量結(jié)果。粉末浸蝕量可用稱量法測(cè)定，浸蝕液可用滴定、比色、電導(dǎo)等方法測(cè)定。四、玻璃的性能外表法對(duì)一定外表積的玻璃試樣或容器，用水、酸或堿溶液進(jìn)展浸蝕的測(cè)定方法，稱為外表法。外表法具有與實(shí)踐運(yùn)用條件接近的優(yōu)點(diǎn)，但玻璃外表形狀會(huì)隨時(shí)遭到周圍氣氛的影響。四、玻璃的性能2.強(qiáng)度和硬度1〕強(qiáng)度玻璃的強(qiáng)度決議于化學(xué)組成、制品外形、外表性質(zhì)和加工方法。玻璃的實(shí)際強(qiáng)度很高，約為10000MPa，而實(shí)踐強(qiáng)度為實(shí)際強(qiáng)度的1%以下。①玻璃制品內(nèi)存在未熔夾雜物、結(jié)石、節(jié)瘤；②外表具有微細(xì)裂紋，呵斥應(yīng)力集中，從而急劇降低其機(jī)械強(qiáng)度。四、玻璃的性能2〕硬度玻璃的硬度取決于其組成成分。

各種氧化物對(duì)硬度的影響SiO2＞B2O3＞〔MgO、ZnO、BaO〕＞Al2O3＞Fe2O3＞K2O＞Na2O＞PbO四、玻璃的性能3.不浸透性對(duì)于一切的氣體、溶液或溶劑，玻璃是完全不浸透的。經(jīng)常把玻璃作為氣體的理想包裝資料。玻璃作為包裝容器，其氣密性能是無(wú)與倫比的。4.玻璃的熱性能玻璃的導(dǎo)熱性很小，導(dǎo)熱系數(shù)普通為0.004～0.012J/(cm·s·℃)。玻璃的熱膨脹系數(shù)(α)較小，普通在5.8×10-7～150×10-7之間。玻璃的熱膨脹性決議于化學(xué)組成及其純度，純度越高熱膨脹系數(shù)越小。不耐溫度急劇變化。四、玻璃的性能玻璃的抗熱沖擊性能常用能接受的急變溫差表示：α·△T=1150×10-6玻璃的熱膨脹系數(shù)越小，熱穩(wěn)定性越高。玻璃不耐溫度急劇變化。四、玻璃的性能玻璃包裝容器的成形過(guò)程可分為兩個(gè)階段：●成形階段，它賦予制品以一定的幾何外形?！穸ㄐ坞A段，固定制品的外形成形影響主要要素：流變性外表張力可塑性彈性五、玻璃容器的成型五、玻璃容器的成型1成型方法●“吹－吹成形法〞●“壓－吹成形法〞2吹制步驟1.

玻璃液滴經(jīng)過(guò)漏斗形的導(dǎo)向槽流入坯料模或者雛型模。2.導(dǎo)料器被雛型模底部取代，隨后空氣吹入模子〔這被稱為正吹〕促使玻璃成形為最終方式。在這一點(diǎn)上，瓶子的最終成形完成。3.

雛型模底部被一個(gè)鞏固的底盤取代，隨后空氣吹入最終成形瓶〔此過(guò)程被稱為反吹〕以推進(jìn)玻璃液成預(yù)成形瓶或者半廢品瓶。4.

運(yùn)用緊夾固定器－瓶頸環(huán)，把半廢品瓶從坯料模中移出，然后旋轉(zhuǎn)180度上下正向放入吹制模。五、玻璃容器的成型5.

空氣從瓶口吹入以使玻璃瓶外形正好跟吹制模堅(jiān)持一致。瓶子冷卻的目的就是為了保證不變形，然后這些瓶子被放到傳送帶上進(jìn)入了推火爐。6.壓－吹成形工藝:玻璃液滴的傳送以及正吹的步驟跟吹－吹成形工藝中的相關(guān)步驟根本類似。然而，在吹－壓成形的工藝中，玻璃半廢品是運(yùn)用金屬?zèng)_頭壓制而成，而非吹制成形〔。壓－吹成形工藝跟吹－吹成形工藝的最后吹制成形的步驟是一致的。五、玻璃容器的成型五、玻璃容器的成型五、玻璃容器的成型五、玻璃容器的成型五、玻璃容器的成型吹－吹法成形的瓶子制造五、玻璃容器的成型五、玻璃容器的成型成型缺陷玻璃容器成型后，能夠存在許多缺陷，一些來(lái)自玻璃原料，一些來(lái)自模具、成型操作。五、玻璃容器的成型六、玻璃容器的退火及外表處置玻璃在成型后冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的剩余熱應(yīng)力使瓶罐的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性大大降低，甚至自行破裂，玻璃容器及制品的退火就是消除玻璃中剩余熱應(yīng)力的熱處置過(guò)程。玻璃瓶罐中的應(yīng)力永久應(yīng)力當(dāng)玻璃冷卻到室溫，溫度梯度消逝后依然存在的應(yīng)力稱為永久應(yīng)力或剩余應(yīng)力。產(chǎn)生的根本條件：冷卻的速度快，開場(chǎng)冷卻的溫度在玻璃應(yīng)變點(diǎn)之上。除非經(jīng)退火處置，否那么永久應(yīng)力將不斷存在于玻璃制品中。暫時(shí)應(yīng)力玻璃中隨溫差的存在而存在，隨溫差的消逝而消逝的熱應(yīng)力稱為暫時(shí)應(yīng)力。產(chǎn)生的根本條件：冷卻速度快，而開場(chǎng)冷卻時(shí)的溫度低于玻璃應(yīng)變點(diǎn)。普通來(lái)說(shuō)，暫時(shí)應(yīng)力不會(huì)對(duì)玻璃制品呵斥損害，假設(shè)溫度急劇變化產(chǎn)生的暫時(shí)應(yīng)力超越玻璃的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，也能使玻璃破裂。玻璃瓶罐的退火是指消除或減小玻璃中的剩余應(yīng)力至允許值的熱處置過(guò)程。任何玻璃制品在加工過(guò)程中都存在著剩余熱應(yīng)力或永久應(yīng)力。六、玻璃容器的退火及外表處置退火溫度選擇退火溫度范圍：在轉(zhuǎn)變溫度〔Tg〕以下的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)，玻璃的構(gòu)造基團(tuán)仍能位移，因此可以消除玻璃中的熱應(yīng)力。普通普通玻璃上限選為粘度為1011P的600℃左右，下限選為粘度為1013P的540℃左右。上限退火溫度下，經(jīng)3分鐘能消除應(yīng)力的95%，下限退火溫度下，經(jīng)3分鐘能消除應(yīng)力的5%。退火工藝包括加熱、保溫、緩慢降溫及快速降溫4個(gè)階段。退熾熱處置工藝有一次退火和二次退火之分。玻璃瓶罐成型后立刻進(jìn)入退火爐的熱處置稱為一次退火。玻璃制品在冷卻后再進(jìn)展退火的叫二次退火。退熾熱處置在退火爐中進(jìn)展的。六、玻璃容器的退火及外表處置玻璃外表處置技術(shù)只引見(jiàn)與退火有關(guān)的外表處置技術(shù)主要包括消除外表裂紋的酸處置、火拋光、涂層、玻璃外表硫霜化反響、雙層涂敷工藝。酸處置：用氫氟酸或與硫酸配制成混合酸處置玻璃外表，以腐蝕掉外表微小裂紋或使裂紋尖端半徑增大，以提高玻璃強(qiáng)度。火拋光：加熱玻璃至軟化溫度左右，借外表張力使裂紋愈合，俗稱火拋光或同相處置。涂敷有機(jī)化合物：在玻璃外表涂敷有機(jī)硅或其他有機(jī)化合物，構(gòu)成堅(jiān)實(shí)的有機(jī)硅薄膜，使外表裂紋愈合的方法，俗稱異相愈合。六、玻璃容器的退火及外表處置硫霜化反響：玻璃制品在退火過(guò)程中部分堿性氧化物能與爐氣中的酸性氣體發(fā)生反響，洗去粉霜后在玻璃外表上富集了二氧化硅，提高的玻璃穩(wěn)定性。雙層涂敷工藝：是一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。通常也在退火爐中進(jìn)展，涂敷有機(jī)化合物之前，先涂敷一層金屬氧化物，如氧化錫、氧化鈦等。在退火爐的熱端參與金屬涂敷層，在冷端參與有機(jī)硅等有機(jī)化合物。大大提高了抗沖擊性能和化學(xué)穩(wěn)定性。玻璃外表處置技術(shù)六、玻璃容器的退火及外表處置七.強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃強(qiáng)化玻璃又叫鋼化玻璃。玻璃的強(qiáng)化技術(shù)是根據(jù)玻璃的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高的原理而設(shè)計(jì)的，采用熱處置或離子交換方法，將能抵抗拉應(yīng)力的壓應(yīng)力層預(yù)先置入玻璃外表，使玻璃在遭到拉應(yīng)力時(shí)，首先抵消外表層的壓應(yīng)力。玻璃的強(qiáng)化技術(shù)與雙層涂敷工藝相結(jié)合，開發(fā)研制了高強(qiáng)度輕量玻璃容器，成為當(dāng)今玻璃包裝資料的一個(gè)主要開展方向。七.強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃玻璃強(qiáng)化技術(shù)玻璃外表的熱處置經(jīng)過(guò)熱處置然后急冷制造鋼化玻璃的技術(shù)是較早采用的強(qiáng)化玻璃的方法，也叫風(fēng)冷強(qiáng)化法。根本作法是用冷空氣或油浴急劇冷卻處于高溫但尚未軟化的玻璃。201001020壓應(yīng)力張應(yīng)力1