CN113896416A - 一种玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃及其制备方法,属于玻璃技术领域。本发明所提供的玻璃包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和其他氧化物。所述玻璃具有高耐热性、高耐水性、高耐酸性、高耐碱性和高抗折性,可达HGB1级耐水性能、1级耐酸性能和1级耐碱性能,可应用于包装材料,特别是碱性药物的初级包装材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃及其制备方法,属于玻璃技术领域,具体地,涉及一种具有高耐化学性能及机械性能的硼硅玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
玻璃制品在医药领域应用非常广,很多药品都需要使用玻璃制品来盛装。随着医药行业的快速发展,碱性药物越来越多,对包装材料的耐碱性提出了更高的要求。使用不符合要求的玻璃瓶,在特定条件下会有玻璃薄片从玻璃容器的内表面脱落,直接进入到药品溶液中,有时肉眼难以觉察。静脉注射用药物中若存在玻璃薄片可能会导致血栓和其他血管事件(如静脉炎)的发生;对于皮下注射,脱片可能导致异物肉芽肿的发生、局部注射部位反应和免疫原性的增加。
玻璃制品最大的缺点是易碎,在运输的过程中容易造成药用玻璃瓶的破碎,提高玻璃制品的抗折性和机械强度对提高玻璃制品的使用顺应性非常重要。
目前的液体药物的容器正从普通的玻璃瓶往软质包装方向发展。对于塑料瓶,消费者则担心塑料瓶会与药品产生相容问题。药品一旦与塑料医药瓶相容,药品的药效、质量等都会产生影响,更是不能保证人体的健康。
对于口服液、注射剂,液体的腐蚀大于固体;冻干粉或价格昂贵的药品,如注射疫苗等药品中有高腐蚀的物质,所以这此药品需要使用化学稳定性好的玻璃瓶盛装。
中国专利申请CN1203018C公开了一种高耐化学性的硼硅玻璃,该高耐化学性的硼硅玻璃由二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾、过氧化锶、氧化锌、二氧化锆等组成,具有1级耐酸和HGB1级耐水性能,但其耐碱性只能达到2级耐碱性能。
因此,为解决上述技术问题,需要研究一种同时具备高耐水性、高耐酸性、高耐碱性和高抗折强度的玻璃。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种玻璃及其制备方法和应用。
第一方面,本发明提供了一种玻璃。
一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和其他氧化物。
所述碱土金属氧化物可以包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种。
所述碱金属氧化物可以包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种。
所述其他氧化物可以包括二氧化锆和三氧化二钇,任选包括氧化锌。在一些实施方式中,所述其他氧化物包括二氧化锆和三氧化二钇,有利于得到耐水性、耐碱性和耐酸性好的玻璃。在一些实施例中,所述其他氧化物包括二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌,不仅有利于提高得到的玻璃的耐水性、耐碱性和耐酸性好,还能提高其抗折强度。
所述玻璃含有氧化锌时,有助于提升玻璃的抗折强度。当以玻璃的总重计,氧化锌含量为0.5wt%~2.5wt%,玻璃具有良好的抗折强度。在一些优选的实施例中,以玻璃的总重计,氧化锌含量为0.80wt%~1.92wt%,玻璃具有良好的抗折强度。在一些更优选的实施例中,以玻璃的总重计,氧化锌含量为0.84wt%~1.50wt%,玻璃具有更好的抗折强度。在一些最优选的实施例中,以玻璃的总重计,氧化锌含量为1.10wt%~1.50wt%时,玻璃具有最好的抗折强度。
以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量可以为0.88wt%~2.00wt%。在一些优选的实施例中,以玻璃的总重计,二氧化锆的含量优选为0.90wt%~1.52wt%,有助于提升玻璃的耐碱性,得到高性能玻璃。
以玻璃的总重计,所述三氧化二钇的含量可以为1.70wt%~3.01wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,三氧化二钇的含量优选为1.86wt%~2.67wt%,有助于提升玻璃的耐碱性,得到高性能玻璃。
所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比可以为0.50:1~2.10:1。在一些实施例中,所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.50:1~1.50:1。在一些实施例中,所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1。在一些实施例中,所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.50:1~0.53:1。在一些实施例中,所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为1.83:1~2.10:1。在一些实施例中,所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为1.50:1。
所述玻璃可以包括二氧化锆和三氧化二钇,且二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,优选1.50:1,以玻璃的总重计,二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,二氧化锆的含量优选为0.90wt%~1.52wt%,三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%,三氧化二钇的含量优选为1.86wt%~2.67wt%时,所述玻璃具有更佳的耐碱性。
以玻璃的总重计,氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%,二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%,三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%,有利于提高玻璃的耐碱性和抗折强度。
以玻璃的总重计,氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%,二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%,三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%,有利于提高玻璃的耐碱性和抗折强度。
以玻璃的总重计,所述二氧化锆和三氧化二钇的总含量可以为2.42wt%~10.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述二氧化锆和三氧化二钇的总含量为2.42wt%~8.00wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述二氧化锆和三氧化二钇的总含量为2.42wt%~5.56wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述二氧化锆和三氧化二钇的总含量为2.58wt%~5.01wt%;所述玻璃具有更佳的耐碱性。
以玻璃的总重计,所述二氧化硅的含量可以为66.0wt%~74.0.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述二氧化硅的含量为68.0wt%~72.0wt%。
以玻璃的总重计,三氧化二硼的含量可以为8.0wt%~13.0.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,三氧化二硼的含量为10.0wt%~12.0wt%。
以玻璃的总重计,三氧化二铝的含量可以为2.0wt%~7.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,三氧化二铝的含量为3.2wt%~5.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,三氧化二铝的含量为4.2wt%~5.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,三氧化二铝的含量为4.0wt%~4.5wt%。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆和三氧化二钇;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,所述二氧化锆的含量优选为0.90wt%~1.52wt%,所述三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%,所述三氧化二钇的含量优选为1.86wt%~2.67wt%,有利于提高玻璃的耐碱性。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆和三氧化二钇;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,所述二氧化锆的含量优选为0.90wt%~1.52wt%,所述三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%,所述三氧化二钇的含量优选为1.86wt%~2.67wt%;二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,有利于提高玻璃的耐碱性。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,二氧化锆的含量优选为0.90wt%~1.52wt%,三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%,三氧化二钇的含量优选为1.86wt%~2.67wt%;所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾、氧化锂中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,氧化锌的含量为1.10wt%~1.50wt%,二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%,有利于提高玻璃的耐碱性和抗折强度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%,二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%,有利于提高玻璃的耐碱性和抗折强度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%,二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%,三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%,有利于提高玻璃的耐碱性和抗折强度。
以玻璃的总重计,所述氧化钙、氧化钡和氧化镁的总含量可以为0.5wt%~3.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钙、氧化钡和氧化镁的总含量为1.0wt%~2.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钙、氧化钡和氧化镁的总含量为1.5wt%~2.0wt%。
以玻璃的总重计,所述氧化钙的含量可以为1.0wt%~2.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钙的含量为1.5wt%~2.0wt%。
以玻璃的总重计,所述氧化钡的含量可以为0~2.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钡的含量为0.5wt%~1.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钡的含量为1.0wt%。
以玻璃的总重计,所述氧化镁的含量可以为0~2.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化镁的含量为0.5wt%~1.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化镁的含量为1.0wt%。
所述碱土金属氧化物可以包括氧化钙、氧化钡和氧化镁中的至少一种,且以玻璃的总重计,氧化钙的含量为1.0wt%~2.5wt%,氧化钡含量为0~2.0wt%,氧化镁含量为0~2.0wt%,氧化钙、氧化钡和氧化镁的总含量为0.5wt%~3.5wt%时,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶。
以玻璃的总重计,所述过氧化锶的含量可以为0~3.0wt%,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述过氧化锶的含量为0.5wt%~2.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述过氧化锶的含量为1.0wt%~2.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述过氧化锶的含量为1.5wt%。
以玻璃的总重计,所述氧化钠,氧化钾和氧化锂的总含量可以为4.5wt%~10.5wt%。在一些实施例中,述氧化钠、氧化钾、氧化锂的总含量为6.0wt%~9.0wt%,所述玻璃具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。在一些实施例中,所述氧化钠、氧化钾、氧化锂的总含量为7.0wt%~8.0wt%,所述玻璃具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
以玻璃的总重计,所述氧化钠的含量可以为3.0wt%~9.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钠的含量为4.0wt%~8.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钠的含量为5.0wt%~7.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钠的含量为6.0wt%。
以玻璃的总重计,所述氧化钾的含量可以为0~3.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钾的含量为0.5wt%~2.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钾的含量为1.0wt%~2.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化钾的含量为1.5wt%。
以玻璃的总重计,所述氧化锂的含量可以为0~3.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化锂的含量为0.5wt%~2.5wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化锂的含量为1.0wt%~2.0wt%。在一些实施例中,以玻璃的总重计,所述氧化锂的含量为1.5wt%。
所述碱金属氧化物可以包括氧化钠、氧化钾、氧化锂中的至少一种,且以玻璃的总重计,氧化钠的含量为3.0wt%~9.0wt%,氧化钾的含量为0~3.0wt%,氧化锂的含量为0~3.0wt%,氧化钠、氧化钾和氧化锂的总含量为4.5wt%~10.5wt%,所述玻璃具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,所述三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%;所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.50:1~2.10:1;所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种;所述玻璃不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,所述三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%;所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.50:1~2.10:1;所述氧化锌的含量为0.5wt%~2.5wt%;所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种;所述玻璃不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,所述三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%;所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.50:1~2.10:1;所述氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%(所述氧化锌的含量优选为1.10wt%~1.50wt%);所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种;所述玻璃不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.90wt%~1.52wt%,所述三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%;所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1;所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种;所述玻璃不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.90wt%~1.52wt%,所述三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%;所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1;所述氧化锌的含量为0.5wt%~2.5wt%;所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种;所述玻璃不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
在本发明的一些实施方式中,一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物,二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.90wt%~1.52wt%,所述三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%;所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1;所述氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%(所述氧化锌的含量优选为1.10wt%~1.50wt%);所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾和氧化锂中的至少一种;所述玻璃不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,所述玻璃的高温粘度低、化学稳定性好,不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
本发明的玻璃中,以玻璃的总重计,二氧化硅的质量含量为66.0wt%~74.0.0wt%,优选为68.0wt%~72.0wt%,在这个范围内,玻璃的网络结构致密程度高,玻璃的各项性能较优;二氧化硅的含量高于75.0wt%会增加玻璃的高温粘度,使得玻璃澄清难度加大,熔制温度更高,成型温度更高。若低于60.0wt%,则会造成玻璃的结构松散,热稳定性能和化学稳定性能达不到要求,同时热膨胀系数也会过高,导致玻璃的应用受到限制。
在本玻璃配方中,以玻璃的总重计,三氧化二硼的含量为8.0wt%~13.0.0wt%。在此范围内的三氧化二硼可以降低熔制温度和成型温度,降低玻璃的线膨胀系数,提高玻璃的热稳定性和化学稳定性;在本发明中三氧化二硼含量低于6.0wt%,玻璃的高温粘度大,成型温度高,三氧化二硼含量高于15.0wt%,玻璃的耐酸性能变差。更进一步的研究发现,三氧化二硼的含量越大,硼挥发越严重,这不仅会加剧耐火材料的侵蚀,玻璃成本的增加,造成能源的浪费,而且会导致玻璃化学成分的波动。此外,更高含量的三氧化二硼,对玻璃的耐酸性也会产生不利影响。因此三氧化二硼的含量不宜过低,也不宜过高,上述含量为优选范围。
本发明的玻璃中,以玻璃的总重计,三氧化二铝的含量为2.0wt%~7.0wt%,优选4.2wt%~5.5wt%。在玻璃中加入适量的三氧化二铝,可以夺取非桥氧形成「AlO4」,进入硅氧网络,把断网连接度起来,使玻璃结构趋于紧密,从而提高了玻璃的抗析性能及机械强度等,三氧化二铝的加入还可以稍微提高玻璃的化学稳定性能,三氧化二铝还可以减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。三氧化二铝和二氧化硅可以提高玻璃的高温粘度,从而降低玻璃熔制过程中的硼挥发,由于在中性硼硅玻璃中原料三氧化二硼较为昂贵,所以高粘度对降低生产成本有极大的促进作用,但同时如果高温粘度过高,会造成玻璃的澄清非常困难,极大的影响玻璃管/瓶的成品率。上述二氧化硅和三氧化二铝的含量为优选范围。
当玻璃的网络结构致密时,相应的玻璃的抗折强度将增强,玻璃更加难以被外力破环,但这必然会导致玻璃的粘度大大增加,不但增加了玻璃的熔制难度,也使得玻璃的成本成倍增加。本专利的发明人,通过大量研究发现,在本发明中,离子间的相互极化对粘度有显著影响,由于极化使离子变形,减弱了玻璃形成体Si-O共价键的键力,同一粘度值时所对应的温度较低;而氧化锌是非常理想的氧化物,低温时氧化锌也增加粘度,但在高温时却是降低粘度,利用这些性能相互的综合作用可以得到在低温下粘度较大的网络体,通过加入氧化锌,玻璃具有更大的抗折强度。
本发明中,在一些实施例中,以玻璃的总重计,碱土金属中氧化钙含量为1.0wt%~2.5wt%,氧化钡含量为0~2.0wt%,氧化镁含量为0~2.0wt%,氧化钙、氧化钡和氧化镁的总含量为0.5wt%~3.5wt%。这是由于碱土金属氧化物改变“玻璃的料性长度”也即是玻璃的加工温度范围;此外碱土金属氧化物通过不同的网络修饰作用降低玻璃的高温粘度,提高化学稳定性,降低析晶趋势,使玻璃的粘度特性及其它性能与特定生产和加工过程相匹配。此外,氧化钙改善耐酸性,氧化钡降低加工温度的同时又不会对耐水性产生不利影响。碱土金属氧化含量过高将导致线热膨胀系数增大,而含量过低将会过分损害玻璃的性能。
本发明中,在一些实施例中,以玻璃的总重计,碱金属氧化钠的含量为3.0wt%~9.0wt%,氧化钾含量为0~3.0wt%,氧化锂含量为0~3.0wt%,氧化钠、氧化钾和氧化锂的总含量为4.5wt%~10.5wt%。这是由于碱金属氧化物在各自上限范围内调节玻璃性能,例如三者配合在调节玻璃线热膨胀系数方面发挥了重要作用,氧化钠和氧化锂降低玻璃熔制温度和加工温度,氧化钾和/或氧化锂在降低玻璃结晶中发挥有利作用,他们之间维持一个平衡的比率是重要的。当超过各自的上限时,玻璃具有过高的线热膨胀系数,且不利于降低成本,而碱金属氧化物含量过低则导致线热膨胀系数太低。因此当碱金属氧化物含量限定在上述范围内时,能获得线热膨胀系数及加工温度都满足要求的硼硅酸盐玻璃。
通过本发明人大量研究,在本发明的玻璃中加入二氧化锆可以极大的增加玻璃的耐碱性能,但二氧化锆含量过多,则易使玻璃的成形温度和熔制温度升高,导致生产成本大大提高;在本发明的玻璃中,通过发明人的研究发现,在本玻璃体系中引入三氧化二钇能降低玻璃液的高温粘度和玻璃的熔制温度和转变温度,但是三氧化二钇加入使得玻璃容易析晶失透(透明度降低)。本发明人发现当二氧化锆与三氧化二钇共同加入本发明的玻璃中时,不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),同时还不容易失透。通过研究发现二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比0.67:1~1.50:1时,以玻璃的总重计,优选二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%,更优选氧化锆的含量为0.90wt%~1.52wt%,本发明的玻璃体系不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),而且具有较好的透明度。
本发明的发明人经过研究发现,通过同时加入一定含量的二氧化锆、三氧化二钇和氧化锌的玻璃,相比只添加二氧化锆和三氧化二钇,不添加氧化锌的玻璃,或只添加氧化锌,不添加二氧化锆和三氧化二钇的玻璃,可以同时提高玻璃的耐碱性和抗折强度。
本发明提供的玻璃,不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),还具有较好的抗折强度,玻璃的高温粘度低、化学稳定性好(耐水性、耐酸性和耐碱性好),不易析晶,具有良好的线热膨胀系数及较低的加工温度。
第二方面,本发明还提供了一种第一方面所述玻璃的制备方法。
一种第一方面所述玻璃的制备方法,包括:将二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和其他氧化物混合均匀,然后进行熔融均化、成型和退火,得到所述玻璃。
所述熔融均化包括两个阶段:第一阶段的温度为1250℃~1350℃,并在1250℃~1350℃保温1-3小时,第二阶段的温度为1550℃~1670℃,保温3-5小时。
所述熔融均化可以在刚玉坩埚中进行熔融。
所述熔融均化可以在高温硅钼棒电炉中进行。
所述熔融均化可以在刚玉坩埚和高温硅钼棒电炉中进行。
所述成型可以在预热至200℃~300℃的石墨模具中进行。
所述退火包括在550℃±50℃的退火炉中,保温2小时,然后随炉冷至10℃~30℃。
在一些实施例中,一种上述玻璃的制备方法,包括:将二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和其他氧化物混合均匀;装入刚玉坩埚中,将坩埚置于室温的高温硅钼棒电炉中,升温,在1250℃~1350℃保温1-3小时,然后再升温,在1550℃~1670℃保温3-5小时,得到熔化好的玻璃液;然后将熔化好的玻璃液取出倒入预热好的石墨模具中成型;再将成型后的样品放入温度为500℃-600℃的退火炉中,保温1-3小时,然后随炉冷至10℃~30℃,得到所述玻璃。
第三方面,本发明还提供一种第一方面所述玻璃的用途。
第一方面所述玻璃可以在多方面应用,包括但不限于在包装材料上的应用。上述玻璃可以应用于药物的初级包装材料,例如西林瓶、安瓿瓶、口服液瓶、输液瓶等;还可应用于化学试剂瓶、化妆品包装瓶、农药包装瓶、食品包装瓶和调料包装瓶等。
有益效果:
相比现有技术,本发明的有益技术效果包括:
(1)通过研究发现,通过常规的或简单的添加一和/或几种氧化物不能达到在增强耐碱性的同时,增强玻璃抗折强度。如果不向配方中添加二氧化锆和三氧化二钇,玻璃的强度可达80~90MPa,但玻璃的耐碱性较弱,不能满足药用玻璃的要求。二氧化锆和三氧化二钇的添加在一定范围内可增强玻璃的耐碱性,使其满足药用玻璃的要求,但其强度普遍偏弱,最大只为68.31MPa。
在未添加二氧化锆和三氧化二钇的情况下,所得玻璃的耐碱性差,在添加二氧化锆和三氧化二钇后,其耐碱性能达到1级的玻璃。
在一些实施例中,只有通过添加氧化锌、二氧化锆和三氧化二钇且在一定含量的前提下,才能在满足耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性)的前提下提高其抗折强度(可用于抗碎瓶)。只添加二氧化锆和三氧化二钇,不添加氧化锌的玻璃,或只添加氧化锌,不添加二氧化锆和三氧化二钇的玻璃,其抗折强度均较低。同时添加二氧化锆和三氧化二钇或氧化锌,且以玻璃的总重计,只有氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%(优选1.10wt%~1.50wt%.),同时二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,且优选二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%时,玻璃的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性)和抗折强度才能达到最优,相比只添加二氧化锆和三氧化二钇,不添加氧化锌的玻璃,或只添加氧化锌,不添加二氧化锆和三氧化二钇的玻璃,其耐碱性和抗折强度均具有显著的提升。在本专利配方的范围内,玻璃的抗折强度能达到最大135.34MPa的同时,玻璃的耐水性能达到1级,耐酸性能达到1级,耐碱性能达到1级。本发明所述玻璃适合于药物的盛装,特别是适合于碱性药物的包装玻璃瓶。
(2)本发明所提供的制备方法的熔融温度和成型温度低,制备工艺简单。
(3)当二氧化锆与三氧化二钇共同加入本发明的玻璃中时,不但具有较好的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性),同时还不容易失透,得到的玻璃透明度好。
术语说明:
wt%表示重量百分比或重量%;n(二氧化锆)/n(三氧化二钇)表示二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比的比值。
室温指环境温度,在0℃-45℃,或者10℃-30℃,或者20℃-28℃。
抗折强度的原理是对矩形截面的梁试样施加弯曲载荷直到试样断裂,假定试样材料为各向同性和线弹性,通过断裂时的临界载荷、夹具和试样的尺寸可以计算试样的弯曲强度。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面进一步披露一些非限制实施例,对本发明作进一步的详细说明。
本发明所使用的试剂均可以从市场上购得或者可以通过本发明所描述的方法制备而得。
各性能参数测试方法:
耐水性的测试方法:根据YBB00362004-2015,取一定量规定尺寸的玻璃颗粒,放在规定的容器内,加入定量的水,并在规定的条件下加热,通过滴定浸出液,以每克玻璃颗粒耗用盐酸滴定液(0.01mol/L)的体积来测量玻璃颗粒受水浸蚀的程度并分级。每克玻璃颗粒耗用盐酸滴定液(0.01mol/L)的体积最大值为0.10mL的属于HGB1级耐水的玻璃。每克玻璃颗粒耗用盐酸滴定液(0.01mol/L)的体积为大于0.10mL至小于等于0.20mL的属于HGB2级耐水的玻璃。每克玻璃颗粒耗用盐酸滴定液(0.01mol/L)的体积为大于0.20mL至小于等于0.85mL的属于HGB3级耐水的玻璃。
耐碱性的测试方法:根据YBB00352004-2015,将总表面积为10cm2-15cm2的玻璃供试品,用等体积的0.5mol/L碳酸钠和1.0mol/L氢氧化钠沸腾混合溶液浸蚀3小时。测定该玻璃供试品单位表面积损失的质量。表中的每个例子给出了以mg/dm2为单位的失重。属于1级耐碱的玻璃的最大失重为75mg/dm2。属于2级耐碱的玻璃的失重为大于75mg/dm2至小于等于175mg/dm2。大于175mg/dm2为3级耐碱。
耐酸性的测试方法:根据YBB00342004-2015,将约为100cm2的玻璃供试品,在沸腾的6±0.2mol/L盐酸溶液中浸蚀6小时,测定单位面积损失的质量。表中的每个例子给出了以mg/dm2为单位的失重。属于1级耐酸玻璃的最大失重为0.7mg/dm2。属于2级耐酸的玻璃的失重为大于0.7mg/dm2至小于等于1.5mg/dm2。大于1.5mg/dm2至小于等于15mg/dm2为3级耐酸。
线热膨胀系数的测试方法:固体物质的温度每改变1摄氏度时,其长度的变化和它在原温度(不一定为0℃)时长度之比,其单位为1/℃。参照YBB00202003-2015,先用微控内圆切割机(西北机器有限公司J5085-1/ZF)把玻璃块切割成长×宽×高=25×6×6(误差±0.1mm)的玻璃条,再用热膨胀仪(耐驰DIL 402PC)测玻璃条的α(20;300)[10-6/K]。
玻璃的抗折强度测试方法:参照精细陶瓷弯曲强度试验方法(GB/T 6596-2006),先用微控内圆切割机(西北机器有限公司J5085-1/ZF)把玻璃块切割成长×宽×高=50×6×5(误差±0.1mm)的玻璃条,再用三点弯曲法测试玻璃条弯曲强度(MPa)。
实施例1
按照表1中各种原料组分的重量百分比称取各组分,总重量200g,在研钵中混合均匀,装入干净的刚玉坩埚中。将坩埚置于室温的高温硅钼棒电炉中,设置电炉升温速度为10℃/min,升温到1300℃,并在1300℃保温2h,然后设置升温速度为5℃/min,升温到1550℃~1670℃,再在此温度内保温4h,使玻璃液充分熔化至澄清。将熔化好的玻璃液取出倒入预热好的石墨模具中,待成型后,将样品放入温度为580℃±30℃的退火炉中,保温2h,然后随炉冷至室温。将得到的玻璃块状样品,按各测试要求制备成所需的形状/态。将按照上述的测试方法测定玻璃的线热膨胀系数、耐水性能、耐酸性能、耐碱性能、抗折强度。详细数据见表1。
表1:玻璃的组成(以玻璃的总重量计,基于氧化物)和主要性质
实施例2
按照表2中各种原料组分的重量百分比称取各组分,总重量200g,制备方法及检测方法同实施例1所述。详细数据见表2。
表2:玻璃的组成(以玻璃的总重量计,基于氧化物)和主要性质
实施例3
按照表3-表4中各种原料组分的重量百分比称取各组分,总重量200g,制备方法及检测方法同实施例1所述。详细数据见表3-表4。
表3:玻璃的组成(以玻璃的总重量计,基于氧化物)和主要性质
表4:玻璃的组成(以玻璃的总重量计,基于氧化物)和主要性质
结果分析:
根据A1~A7,B1~B7,C1~C14的结果分析,可知,通过常规的或简单的添加一和/或几种氧化物不能达到在增强耐碱性的同时,增强玻璃抗折强度。A1~A7同时表明如果不向配方中添加二氧化锆和三氧化二钇,玻璃的强度可达80~90MPa,但玻璃的耐碱性较弱,不能满足药用玻璃的要求。B1~B7表明二氧化锆和三氧化二钇的添加在一定范围内可达到增强玻璃的耐碱性,使其满足药用玻璃的要求,但其强度普遍偏弱,最大只有68.31MPa。
从A1-A7和B1-B7的结果可以得知,在未添加二氧化锆和三氧化二钇的情况下,所得玻璃的耐碱性差,在添加二氧化锆和三氧化二钇后,可以得到不仅耐水性能保持HGB1级,耐酸性能保持1级,而且耐碱性能达到1级的玻璃。
从上述结果可知,只有通过添加氧化锌、二氧化锆和三氧化二钇且在一定含量的前提下,才能在满足耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性)的前提下提高其抗折强度。从A1-A7和B1-B7的结果可以得知,只添加二氧化锆和三氧化二钇,不添加氧化锌的玻璃,或只添加氧化锌,不添加二氧化锆和三氧化二钇的玻璃,其抗折强度均较低;从C1-C14的结果可知,同时添加二氧化锆和三氧化二钇或氧化锌,且以玻璃的总重计,只有氧化锌的含量为0.84wt%~1.50wt%(优选1.10wt%~1.50wt%.),同时二氧化锆与三氧化二钇的摩尔比为0.67:1~1.50:1,且优选二氧化锆的量为0.90wt%~1.52wt%时,玻璃的耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性)和抗折强度才能达到最优,相比只添加二氧化锆和三氧化二钇,不添加氧化锌的玻璃,或只添加氧化锌,不添加二氧化锆和三氧化二钇的玻璃,其耐化学性能(耐水性、耐酸性和耐碱性)和抗折强度均具有显著的提升。在本专利配方的范围内,玻璃的抗折强度能达到最大135.34MPa的同时,玻璃的耐水性能达到HGB1级,耐酸性能达到1级,耐碱性能达到1级。本发明所述玻璃适合于药物的盛装,特别是适合于碱性药物的包装玻璃瓶。
本发明的方法已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明内。
Claims (10)
1.一种玻璃,包括二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和其他氧化物,所述其他氧化物包括二氧化锆和三氧化二钇,任选包括氧化锌;以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.88wt%~2.00wt%;和/或所述三氧化二钇的含量为1.70wt%~3.01wt%。
2.根据权利要求1所述的玻璃,以玻璃的总重计,所述氧化锌含量为0.5wt%~2.5wt%。
3.根据权利要求1-2任一项所述的玻璃,以玻璃的总重计,所述二氧化锆的含量为0.90wt%~1.52wt%;和/或所述三氧化二钇的含量为1.86wt%~2.67wt%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的玻璃,所述碱土金属氧化物包括选自氧化钙、氧化钡、过氧化锶和氧化镁中的至少一种;和/或所述碱金属氧化物包括选自氧化钠、氧化钾、氧化锂中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的玻璃,所述二氧化锆和三氧化二钇的摩尔比为0.50:1~2.10:1。
6.根据权利要求1-7任一所述的玻璃,以玻璃的总重计,所述二氧化硅的含量为66.0wt%~74.0wt%;所述三氧化二硼的含量为8.0wt%~13.0wt%;所述三氧化二铝的含量为2.0wt%~7.0wt%;和/或所述碱土金属氧化物中氧化钙、氧化钡和氧化镁的总含量为0.5wt%~3.5wt%;和所述碱金属氧化物中氧化钠、氧化钾、氧化锂的总含量为4.5wt%~10.5wt%。
7.一种制备权利要求1-6任一所述玻璃的方法,包括:将二氧化硅、三氧化二硼、三氧化二铝、碱土金属氧化物、碱金属氧化物和其他氧化物混合均匀,然后进行熔融均化、成型和退火,得到所述玻璃。
8.根据权利要求7所述的方法,所述熔融均化包括两个阶段:第一阶段的温度为1250℃~1350℃,保温1-3小时;第二阶段的温度为1550℃~1670℃,保温3-5小时。
9.根据权利要求7或8所述的方法,所述熔融均化在刚玉坩埚中进行和/或高温硅钼棒电炉中进行;和/或所述成型在预热至200℃~300℃的石墨模具中进行;和/或所述退火包括在500℃-600℃的退火炉中,保温1-3小时,然后随炉冷至10℃~30℃。
10.权利要求1-6任一项所述玻璃在包装材料上的应用。
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