CN101891381B - 用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃，包括下列重量百分含量的组份：SiO ₂ 80.6~81%；B ₂O ₃12~12.4%；Al ₂O ₃2~2.4%；R ₂O4.1~4.5%；Fe ₂O ₃≤0.2%；CaO≤0.3%；其中，R为碱金属元素。本发明的玻璃理化性能稳定、耐酸碱侵蚀、耐冷冻、耐热急变，适于储存冷冻生物制品。本发明还公开了高硼硅玻璃的制备方法，本方法合理、简便，生产出的玻璃符合标准，填补了国内的空白。

Description

用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃及其生产方法，尤其涉及一种储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃及其生产方法。

背景技术

药用玻璃包装与一般工业玻璃产品不同，产品直接接触药品，有的还要进行较长时间的药品贮存。因此药用玻璃包装的产品质量直接关系着药品的质量，涉及人身的健康和安全，在包装玻璃容器行业中，医药用玻璃容器是属于技术指标最高、安全卫生要求最严的产品。近年来，国内高科技含量、高附加值的各类新药、特药及各类生物制剂、血液制品、疫苗类、冻干制剂等特殊药品都对药品玻璃包装物的材质及性能方面在化学稳定性和生物相容性提出了更高的要求，国家食品药品监督管理局相继制定了药品玻璃包装材料的生产以及容器的国家标准。国内目前药用玻璃包装材料主要采用的是7.0乙级料类，这一类别的材料以及包装制品已经不能适应药品包装的标准（如各类生物制剂、血液制品、疫苗类、冻干制剂等），出口的药品因采用的包装标准不同受到限制。国际标准采用的玻璃包装材料是5.0甲级料和3.3硼硅酸盐玻璃材料及包装制品。为了适应国际市场的要求和加快与药用玻璃包装的国际标准接轨，2007年，国家食品药品监督管理局制定了《3.3 硼硅玻璃药用管国家药品包装容器（材料）标准（试行）》（3.3 Pengguiboli Yaoyongguan Pharmaceutical tube made of 3.3 borosilicate glass ）。但由于高硼硅药用包装玻璃生产工艺和原料配制要求较高，生产设备和生产工艺条件要求苛刻，加之国外企业对该技术的垄断，目前国内储存冷冻生物制品、血液制品等的高硼硅玻璃包装材料主要依赖进口，国内规模化生产尚处于空白状态。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种理化性能稳定、耐酸碱侵蚀、耐冷冻、耐热急变、用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃。

本发明还公开了本高硼硅玻璃的制备方法。

本发明是通过下述技术方案来实现：

一种用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃，其特征是包括下列重量百分含量的组份：

SiO₂                                 80.6~81% ； 

B₂O₃                                12~12.4% ；

Al₂O₃                               2~2.4% ；

R₂O                      4.1~4.5%；

Fe₂O₃                               ≤0.2%；

CaO                      ≤0.3%；

其中，R为碱金属元素。

上述高硼硅玻璃中，所述R₂O优选为Na₂O。

上述高硼硅玻璃的优选配方为（重量百分含量）： 

SiO₂                                  80.8%； 

B₂O₃                                 12.2%；

Al₂O₃                                 2.2%；

Na₂O                      4.3%；

Fe₂O₃                                 ≤0.2%

CaO                       ≤0.3%。

上述高硼硅玻璃在20℃～300℃下的线热膨胀系数为3.2±0.1×10^-6K^-1。

上述用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃的制备方法，所用原料质量比为：石英砂：硼砂：硼酸：氢氧化铝：食盐= 150~300：38.1~76.2：10~20：6.8~11：0.4~0.8；其中，食盐作为澄清剂；制备步骤如下：

（1）     混料：准确称取各原料，然后将各原料混合均匀，使其均匀度大于等于98％；

（2）     熔制、澄清：将混合均匀后的原料输入全电熔窑炉中，在冷料层150～200mm、熔化温度1578-1582℃、玻璃液电阻值0.26-0.28Ω的条件下熔制、澄清；

（3）     成型：将熔制澄清好的玻璃液通过维罗法成型。 

上述制备方法中，所用原料的优选质量比为：石英砂：硼砂：硼酸：氢氧化铝：食盐=196：48.5：13.6：8：0.5。

本发明中SiO2来源于石英砂，Al2O3来源于氢氧化铝，B2O3来源于硼砂和/或硼酸，Na2O来源于硼砂，K2O来源于碳酸钾，这样可以降低成本，为了使制得的玻璃理化性能优越，各原料纯度要求尽量大。

众所周知，国际标准ISO 12775-1997已明确药用玻璃主要有三种：

1、国际中性玻璃a=（4～5）×10-6K-1

2、3.3硼硅酸盐玻璃（3.3±0.1）×10-6K-1。     3、钠钙玻璃（8～10）×10-6K-1。

其中，第一种玻璃，现在国际上通用的是5.0甲级料，国内少数厂家生产甲级料安瓿和小瓶，但所需玻璃管绝大部分自德国SCHOTT公司和意大利KIMBLE公司进口；第三种玻璃，由于玻璃本身化学稳定性较差，在盛装药液前容器内表面需进行强化处理，主要是硫化处理，以增强对药液的抗侵蚀性，此种玻璃仅用于葡萄糖注射液等少数几种普通药液。而第二种玻璃，即3.3硼硅药用包装玻璃，目前国内生产还是空白。现在，许多高档的疫苗制剂、生物制剂及冻干制剂采用3.3硼硅玻璃或5.0甲级料，而3.3硼硅玻璃更适用于冻干制剂，因为它的膨胀系数更低，抗温度急变性能优于5.0甲级料。且3.3硼硅玻璃的机械强度要优于其他药包材玻璃，不同剂型的药品在生产及装卸运输过程中都要不可避免的经受一定的抗机械冲击，药用玻璃瓶容器的机械强度除了和瓶型、几何尺寸、热加工等有关外，玻璃材质对其机械强度也有一定的影响，因此，3.3硼硅玻璃是医用包装材料的最佳选择。

本发明所得玻璃为3.2硼硅玻璃，其理化特性为：线热膨胀系数（20℃～300℃）为3.2±0.1×10^-6K^-1。制品于－45±2℃冷冻24小时无破裂，于高压锅中150±1℃保温60±1min放气后取出立即投入20～25℃水中无破裂。本玻璃达到了药用玻璃容器的要求，而且可在150±1℃保温60±1min放气后取出立即投入20～25℃水中无破裂，比国家标准中要求的120℃保温60±1min放气后取出立即投入20～25℃水中无破裂升高了30℃。

本发明的玻璃化学稳定性强，抗冷冻性、抗酸、碱及耐侵蚀能力强，具有耐水性、耐热急变性，机械强度大，优于5.0中性硼硅玻璃。本发明不但能完全满足中高档药品包装材料的要求，而且能满足需冷藏和高压灭菌的生物、血液制品的包装要求，可用于包装生物制剂、血液制剂、疫苗、新特药。

本发明尽可能的减少了玻璃中杂质的存在，食物制得的玻璃在理化性能上超过现有的玻璃，玻璃中各组分的含量变化对玻璃的性能影响十分大，本发明精选了最佳组分配方，通过最合理、简便的生产工艺，生产出了各项指标均达到或超过了YBB00022005-2和YBB00062005－2标准的硼硅药用包装玻璃，本玻璃理化特性好、机械强度高，完全符合药用玻璃容器的要求，填补了国内的空白。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步阐述，应该明白的是，下述说明仅是示例性的，并不对本发明进行阐述。

本发明中各原料成分尽量选择纯度高的，本实施例中选用的各原料的纯度、粒度、杂质含量如下：

石英砂：SiO₂≥99.3%，Fe₂O₃≤0.02%；颗粒度全部通过40目，40~60目≤0.1% ，60~140目≥80.0% ，200目以下≤5.0%；水分≤0.5%。

硼砂：Na₂B₄O₇.5H₂O≥99.0%（B₂O₃≥47.0%  Na₂O≥21.0%），Fe₂O₃≤0.005%。

硼酸：H₃BO₃≥99.8%(B₂O₃≥56.21%)，Fe₂O₃≤0.01%。

氢氧化铝：Al(OH)₃≥96.4%  (Al₂O₃≥63.0%)，Fe₂O₃≤0.01%；水分≤10.0%。

食盐：NaCl≥98.0%，Fe₂O₃≤0.05%；粒度20目以上≤5.0%。

碳酸钾：K₂CO₃≥99.0%( k₂O≥67.43％)，KCl≤0.1%，Fe₂O₃≤0.005%。

实施例1

所需原料为：石英砂150kg，硼砂38.1kg，硼酸10kg，氢氧化铝6.8kg，食盐0.4kg。

其具体生产方法按下列步骤进行：

1、选料：挑选纯度、粒度、杂质含量满足要求的各原料备用；

2、混料：准确称取符合要求的各原料，并将各原料混合并使其充分混合均匀；均匀度不低于98％。

3、熔制、澄清：将混合均匀的原料输入到六角形台阶式全电熔窑炉进行熔制，为避免和减少因耐火材料质量带来的玻璃液缺陷，与玻璃液接触的耐材全部采用电熔AZS砖，电极砖，放料孔砖等关键部位砖采用等静压锆英石砖，保证加料量均匀稳定，冷料层控制在150～200mm厚，玻璃液上池熔化温度为1580±2℃，控制玻璃液电阻值在0.27±0.01Ω，保证熔化充分，窑炉各部位采用多点自动化温度监控系统，保证熔制工艺稳定。

4、出料与成型：熔制澄清好的玻璃液经流液洞、上升道、料道，维罗法成型制得下列重量百分比组分的玻璃：

SiO₂ 80.6% 、B₂O₃ 12.2%、 Al₂O₃ 2.2%、Na₂O 4.5% 、CaO 0.3% 、Fe₂O₃ 0.2%。

将制得的玻璃在－45℃下冷冻24小时无破裂，将其在高压锅中151℃保温60min放气后取出立即投入20℃水中无破裂。

将该玻璃在6mol/L的盐酸溶液中均匀沸腾6小时，其单位表面积损失的质量≤0.3mg/dm²。

将该玻璃在0.5mol/L的碳酸钠和1mol/L的氢氧化钠体积比1:1的溶液中，连续煮沸3小时，其单位表面积损失的质量≤85mg/dm²。

实施例2

所需原料为：石英砂300kg 、硼砂76.2kg、硼酸20kg、氢氧化铝11kg、食盐0.8kg。

制备方法如实施例1，所得玻璃的组分为：SiO₂ 81% ，B₂O₃ 12.4%，Al₂O₃ 2%，Na₂O 4.1% ，CaO 0.3%，Fe₂O₃ 0.2%。

将制得的玻璃在－45℃下冷冻24小时无破裂，将其在高压锅中151℃保温60min放气后取出立即投入20℃水中无破裂。

将该玻璃在6mol/L的盐酸溶液中均匀沸腾6小时，其单位表面积损失的质量≤0.3mg/dm²。

将该玻璃在0.5mol/L的碳酸钠和1mol/L的氢氧化钠体积比1:1的溶液中，连续煮沸3小时，其单位表面积损失的质量≤85mg/dm²。

实施例3  

所需原料为：石英砂196kg、硼砂37.2kg、硼酸25.4kg、氢氧化铝8kg、碳酸钾3.2 kg、食盐0.5kg。

制备方法如实施例1，所得玻璃的组分为：SiO₂ 80.7% 、B₂O₃ 12.2%、 Al₂O₃ 2.2%、Na₂O  3.4% 、K₂O 1%、CaO 0.3% 、Fe₂O₃ 0.2%。

将制得的玻璃在－45℃下冷冻24小时无破裂，将其在高压锅中151℃保温60min放气后取出立即投入20℃水中无破裂。

将该玻璃在6mol/L的盐酸溶液中均匀沸腾6小时，其单位表面积损失的质量≤0.3mg/dm²。

将该玻璃在0.5mol/L的碳酸钠和1mol/L的氢氧化钠体积比1:1的溶液中，连续煮沸3小时，其单位表面积损失的质量≤85mg/dm²。

实施例4

所需原料为：石英砂196kg、硼砂48.5kg、硼酸13.6kg、氢氧化铝8kg、食盐0.5kg。

制备方法如实施例1，所得玻璃的组分为：SiO₂ 80.8%、B₂O₃ 12.2%、Al₂O₃ 2.2%、Na₂O 4.3%、CaO 0.3%、Fe₂O₃ 0.2%。

将制得的玻璃在－45℃下冷冻24小时无破裂，将其在高压锅中151℃保温60min放气后取出立即投入20℃水中无破裂。

将该玻璃在6mol/L的盐酸溶液中均匀沸腾6小时，其单位表面积损失的质量≤0.3mg/dm²。

将该玻璃在0.5mol/L的碳酸钠和1mol/L的氢氧化钠体积比1:1的溶液中，连续煮沸3小时，其单位表面积损失的质量≤85mg/dm²。

Claims (3)

1.一种用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃，其特征是包括下列重量百分含量的组份：

SiO₂                               80.8%； 

 B₂O₃                              12.2%；

Al₂O₃                             2.2%；

Na₂O                    4.3%；

Fe₂O₃                             ≤0.2%；

CaO                    ≤0.3%。

2.根据权利要求1所述的高硼硅玻璃，其特征是：20℃～300℃下的线热膨胀系数为3.2±0.1×10^-6K^-1。

3.一种权利要求1所述的用于储存冷冻生物制品的高硼硅玻璃的制备方法，其特征是：所用原料质量比为：石英砂：硼砂：硼酸：氢氧化铝：食盐=196：48.5：13.6：8：0.5；

包括以下步骤：

（1）混料：准确称取各原料，然后将各原料混合均匀，使其均匀度大于等于98％；

（2）熔制、澄清：将混合均匀后的原料输入全电熔窑炉中，在冷料层150～200mm、熔化温度1578-1582℃、玻璃液电阻值0.26-0.28Ω的条件下熔制、澄清；

（3）成型：将熔制澄清好的玻璃液通过维罗法成型。