CN115093116A - 一种中性药用硼硅玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医药玻璃包装材料技术领域，公开了一种中性药用硼硅玻璃及其制备方法。该方法包括：(1)将原料组合物中的各组分进行接触混合，以得到含水量≯3wt％、均匀度≮98％的玻璃配合料；(2)将玻璃配合料依次进行第一程序升温、第二程序升温和熔融处理，得到熔融物料；(3)将熔融物料依次进行澄清均化、成型处理和退火处理。采用本发明提供的方法制备得到的中性药用硼硅玻璃，能够有效降低硼元素挥发，从而减少玻璃熔窑的侵蚀，延长熔窑使用寿命；还能够降低玻璃液粘度，从而减少玻璃中的节瘤和气线等缺陷，提高中性药用硼硅玻璃产品质量。

Description

一种中性药用硼硅玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及医药玻璃包装材料技术领域，具体涉及一种中性药用硼硅玻璃及其制备方法。
背景技术
随着我国医药行业快速发展，对药品包装材料质量要求越来越高，相应的药用玻璃要求有良好的耐水性、耐酸耐碱性、抗冷冻性、热稳定性等，是目前控制全球新型冠状肺炎疫情用灭活疫苗的主要包装材料。
据报道，盛放疫苗针剂的玻璃瓶出现严重短缺的现象，无法满足新型冠状肺炎灭活疫苗剂量的要求，主要原因是由于中性医药玻璃管中存在结石节瘤和气线等缺陷造成的产品合格率低。
中性医药玻璃管的缺陷主要产生于玻璃熔制澄清阶段。中性医药玻璃的成分中Al2O3和SiO2含量高，熔化温度高、澄清难；氧化硼含量高，易挥发，损失率大等特点，会导致熔制产品产生气泡和节瘤缺陷，降低产品合格率；挥发的氧化硼腐蚀窑炉耐火材料，提高维护更换成本，缩短窑炉使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中药用硼硅玻璃容易出现气线和结石节瘤的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备中性药用硼硅玻璃的方法，该方法包括：
(1)将原料组合物中的各组分进行接触混合，以得到含水量≯3wt％、均匀度≮98％的玻璃配合料；以所述原料组合物的总质量为基准，所述原料组合物中含有35-50质量％的二氧化硅、3-5质量％的三氧化二铝、7-9质量％的以三氧化二硼计的硼源、2-4质量％的氧化钠、0.1-0.3质量％的氧化锂、 0.4-1.5质量％的氧化钾、0.5-2质量％的氧化钙、0.5-2质量％的氧化钡、0.4-1 质量％的二氧化钛、0-1质量％的氧化锌、0.3-1质量％的澄清剂和30-45质量％的碎玻璃；所述硼源选自硼酸和/或硼砂；
(2)将所述玻璃配合料依次进行第一程序升温、第二程序升温和熔融处理，得到熔融物料；
所述第一程序升温的条件至少包括：升温速率为5-8℃/min，目标温度为1100-1350℃；所述第二程序升温的条件至少包括：升温速率为8-10℃/min，目标温度为1620-1650℃；
(3)将所述熔融物料依次进行澄清均化、成型处理和退火处理。
优选地，在步骤(1)中，以所述原料组合物的总质量为基准，所述原料组合物中含有38-45质量％的二氧化硅、4-5质量％的三氧化二铝、7-9质量％的以三氧化二硼计的硼源、3-4质量％的氧化钠、0.1-0.2质量％的氧化锂、 0.4-0.6质量％的氧化钾、1-2质量％的氧化钙、0.5-1质量％的氧化钡、0.5-0.8 质量％的二氧化钛、0.5-1质量％的氧化锌、0.4-0.8质量％的澄清剂和35-40 质量％的碎玻璃。
优选地，在步骤(1)中，所述碎玻璃的平均粒径为2-10mm。
优选地，在步骤(1)中，以所述澄清剂的总质量为基准，所述澄清剂中含有10-25质量％的氯化钠、20-40质量％的硫酸钠、20-40质量％的氧化锡、10-20质量％的氧化镧、2-5质量％的钴粉。
优选地，在步骤(2)中，所述熔融处理的条件至少包括：温度为 1500-1650℃，时间为3-8h。
优选地，在步骤(2)中，该方法还包括：在进行所述第二程序升温之前，先将所述玻璃配合料进行保温处理。
优选地，在步骤(2)中，所述保温处理的条件至少包括：温度为 1100-1300℃，时间为1-1.5h。
优选地，在步骤(3)中，所述澄清均化的条件至少包括：温度为 1580-1630℃，时间为30-60min。
优选地，在步骤(3)中，所述成型处理的条件至少包括：温度为 1250-1280℃。
优选地，在步骤(3)中，所述退火处理的条件至少包括：温度为560-595℃，时间为1-3h。
本发明第二方面提供由第一方面所述的方法制备得到的中性药用硼硅玻璃。
采用本发明提供的方法制备得到的中性药用硼硅玻璃，能够有效降低硼元素挥发，从而减少玻璃熔窑的侵蚀，延长熔窑使用寿命；还能够降低玻璃液粘度，从而减少玻璃中的节瘤和气线等缺陷，提高中性药用硼硅玻璃产品质量。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种制备中性药用硼硅玻璃的方法，该方法包括：
(1)将原料组合物中的各组分进行接触混合，以得到含水量≯3wt％、均匀度≮98％的玻璃配合料；以所述原料组合物的总质量为基准，所述原料组合物中含有35-50质量％的二氧化硅、3-5质量％的三氧化二铝、7-9质量％的以三氧化二硼计的硼源、2-4质量％的氧化钠、0.1-0.3质量％的氧化锂、 0.4-1.5质量％的氧化钾、0.5-2质量％的氧化钙、0.5-2质量％的氧化钡、0.4-1 质量％的二氧化钛、0-1质量％的氧化锌、0.3-1质量％的澄清剂和30-45质量％的碎玻璃；所述硼源选自硼酸和/或硼砂；
(2)将所述玻璃配合料依次进行第一程序升温、第二程序升温和熔融处理，得到熔融物料；
所述第一程序升温的条件至少包括：升温速率为5-8℃/min，目标温度为1100-1350℃；所述第二程序升温的条件至少包括：升温速率为8-10℃/min，目标温度为1620-1650℃；
(3)将所述熔融物料依次进行澄清均化、成型处理和退火处理。
本发明通过分阶段升温熔融玻璃配合料，并严格控制玻璃配合料的均匀度和含水量，从而降低中性硼硅玻璃液的高温粘度，提高中性硼硅玻璃液的加工成型性，抑制生产过程中硼酸的挥发，保证产品硼含量，能够减少生产过程中产品上结石节瘤和气线，提高产品的合格率。
本发明中，所述均匀度是取不同位置的配合料，通过熔片法进行测试获得。
本发明中，所述含水量是用烧蚀法测试得到的。
根据本发明一种特别优选的实施方式，在步骤(1)中，以所述原料组合物的总质量为基准，所述原料组合物中含有38-45质量％的二氧化硅、4-5 质量％的三氧化二铝、7-9质量％的以三氧化二硼计的硼源、3-4质量％的氧化钠、0.1-0.2质量％的氧化锂、0.4-0.6质量％的氧化钾、1-2质量％的氧化钙、 0.5-1质量％的氧化钡、0.5-0.8质量％的二氧化钛、0.5-1质量％的氧化锌、 0.4-0.8质量％的澄清剂和35-40质量％的碎玻璃。
需要说明的是，在玻璃制备过程中，除了考虑硼源的挥发，其他原料的损失较小，可以忽略不计；同时，由于在熔制过程中，三氧化二硼会存在挥发情况，本发明在制备玻璃过程中优选需额外引入硼源，且额外引入量为 11-13wt％的以三氧化二硼计的硼源(相对于原料组合物的总重量)，该额外引入的硼源不计入所述原料组合物的总重量中。
根据本发明一种特别优选的实施方式，在步骤(1)中，所述硼源为无水硼砂。
本发明对所述碎玻璃中的组分没有特别的要求，可以采用本领域已知的任意一种玻璃，示例性地，所述碎玻璃可以为任意产线生产玻璃裁切时产生碎玻璃，或者任意产线生产玻璃质检时有缺陷不符合生产要求的玻璃。
优选地，在步骤(1)中，所述碎玻璃的平均粒径为2-10mm。
根据本发明一种特别优选的实施方式，在步骤(1)中，以所述澄清剂的总质量为基准，所述澄清剂中含有10-25质量％的氯化钠、20-40质量％的硫酸钠、20-40质量％的氧化锡、10-20质量％的氧化镧、2-5质量％的钴粉。
本发明对所述钴粉的平均粒径没有特别的要求，只需要能够满足本发明的需求即可，示例性地，所述钴粉的平均粒径为1.2-2μm。
优选地，在步骤(1)中，所述接触混合的条件至少包括：搅拌速度为 1020rpm，温度为20-40℃，时间为2030min。
优选地，在步骤(2)中，所述熔融处理的条件至少包括：温度为 1500-1650℃，时间为3-8h。
优选地，在步骤(2)中，该方法还包括：在进行所述第二程序升温之前，先将所述玻璃配合料进行保温处理。
优选地，在步骤(2)中，所述保温处理的条件至少包括：温度为 1100-1300℃，时间为1-1.5h。
本发明中，对所述澄清均化、成型处理和退火处理的具体操作没有特别的限制，采用本领域内的已知操作即可，本发明后文中示例性地列举的具体操作，本领域技术人员不应该理解为对本发明的限制。
优选地，在步骤(3)中，所述澄清均化的方法为将所述熔融得到的玻璃液通过调节温度至玻璃液的粘度为102.3dPa·S，使玻璃液中的气泡排出。
优选地，在步骤(3)中，所述成型处理的方法选自丹纳法、维罗法。
优选地，在步骤(3)中，所述澄清均化的条件至少包括：温度为 1580-1630℃，时间为30-60min。
优选地，在步骤(3)中，所述成型处理的条件至少包括：温度为 1250-1280℃。
优选地，在步骤(3)中，所述退火处理的条件至少包括：温度为560-595℃，时间为1-3h。
如前所述，本发明的第二方面提供了由第一方面所述的方法制备得到的中性药用硼硅玻璃。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均为市售品。
碎玻璃：平均粒径为5mm，购自成都平原尼普洛药业包装有限公司；
以下实例中，以所述澄清剂的总质量为基准，所述澄清剂中含有17质量％的氯化钠、30质量％的硫酸钠、35质量％的氧化锡、15质量％的氧化镧、 3质量％的钴粉；
钴粉：平均粒径为1.5μm，购自江阴无机化工公司；
以下实例中，三氧化二硼的引入原料均为五水硼砂，且额外引入的以三氧化二硼计的硼源均为11.8wt％。
实施例1
本实施例用于说明本发明所述的中性药用硼硅玻璃按照表1中的配方和工艺参数，并按如下所述的方法进行制备得到。
所述制备中性药用硼硅玻璃的方法包括以下步骤：
(1)按照表1所示的原料组合物的各组分进行称量，混合均匀得到玻璃配合料；
(2)将玻璃配合料投入到氧化铝坩埚中，并将氧化铝坩埚置于熔融窑中，从室温经过第一程序升温至1200℃，升温速率为6℃/min，并在1200℃下保温1.5h，再从1200℃经过第二程序升温至1650℃，升温速率为6℃/min，然后在温度为1650℃的熔融窑中熔融4h，得到熔融物料；
(3)将所述熔融物料进行澄清均化，通过调节温度至1580℃排出气泡，得到熔融玻璃，再将所得的熔融玻璃采用丹纳法成型，将成型的玻璃切割成预定长度(1500mm)，在560℃下退火处理1h，制得玻璃样品。
在没有特别说明的情况下，其余实施例和对比例采用与实施例1相同的流程进行，不同的是所采用的中性硼硅玻璃组合物组成和制备中性硼硅玻璃的工艺参数不同，具体参见表1中。
对比例3
按照实施例1的方法制备中性药用硼硅玻璃，所不同的是，在步骤(2) 中，不进行第一程序升温和第二程序升温；
具体操作步骤包括：
(1)按照表1所示的原料组合物的各组分进行称量，混合均匀得到玻璃配合料；
(2)将玻璃配合料投入到氧化铝坩埚中，并将氧化铝坩埚置于温度为 1650℃的熔融窑中熔融10h，得到熔融物料；
(3)将所述熔融物料进行澄清均化，通过调节温度至1580℃排出气泡，得到熔融玻璃，再将所得的熔融玻璃采用丹纳法成型，将成型的玻璃切割成预定长度(1500mm)，在560℃下退火处理1h，制得玻璃样品。
对比例4
按照实施例1的方法制备中性药用硼硅玻璃，所不同的是，在步骤(2) 中，只进行一次程序升温；
具体操作步骤包括：
(1)按照表1所示的原料组合物的各组分进行称量，混合均匀得到玻璃配合料；
(2)将玻璃配合料投入到氧化铝坩埚中，并将氧化铝坩埚置于熔融窑中，从室温经过第一程序升温至1650℃，升温速率为6℃/min，然后在温度为1650℃的熔融窑中熔融4h，得到熔融物料；
(3)将所述熔融物料进行澄清均化，通过调节温度至1580℃排出气泡，得到熔融玻璃，再将所得的熔融玻璃采用丹纳法成型，将成型的玻璃切割成预定长度(1500mm)，在560℃下退火处理1h，制得玻璃样品。
表1
Figure BDA0003735916040000081
Figure BDA0003735916040000091
表1(续表)
Figure BDA0003735916040000092
Figure BDA0003735916040000101
测试例1
对实施例和对比例制备得到的各个中性药用硼硅玻璃样品进行性能测试，具体测试结果见表2。
其中，密度：利用阿基米德法进行测定。
线性热膨胀系数：利用膨胀计在20380℃的温度范围内对玻璃样品进行测定，玻璃样品为具有φ5mm*50mm的尺寸的棒状玻璃。
应变点Ps、退火点Ta、及软化点Ts：利用玻璃丝伸长法进行测定。
操作温度Tw：根据玻璃高温粘度Fulecher的粘度计算式求出粘度为 104dPa·s时的温度。
耐酸性：依照YBB00342004-2015玻璃耐沸腾盐酸浸蚀性测定法。
耐水性：依照《YBB003620042015玻璃颗粒在98℃耐水性测定法》、《YBB002520032015玻璃颗粒在121℃耐水性测定法》进行测定。
耐碱性：依照《YBB003520042015玻璃耐沸腾混合碱水溶液侵蚀性测定法》进行的测定。
表2
Figure BDA0003735916040000102
Figure BDA0003735916040000111
从表2的结果可以看出，本发明制备得到的中性药用硼硅玻璃的操作温度TW(粘度为104dPa·S)不高于1180℃，熔制难度降低，软化点小于790℃，退火点小于570℃，应变点大于525℃，玻璃的热膨胀系数(20300℃)在 53×107/℃555×107/℃之间；产品透明发亮，玻璃密度小于2.4g/cm3，符合药品包装轻质环保的要求。此外，玻璃的耐水性达到HGB1级，耐碱性达到2级。由此说明，由本发明提供的方法制备得到的中性硼硅玻璃具有良好的化学耐久性以及优异的加工性能。
测试例2
对实施例和对比例制备得到的各个中性药用硼硅玻璃样品进行硼元素挥发量的检测，具体检测结果见表3。
其中，硼元素挥发量的检测方法为：用玛瑙研钵将样品研磨成200目以下的粉末，用DHF82多元素快速分析仪进行硼含量测试，并计算硼元素挥发率。
硼元素挥发率的计算公式为：[(引入B2O3含量-处理后B2O3含量)/引入B2O3含量]×100％
表3
Figure BDA0003735916040000112
Figure BDA0003735916040000121
从表3中可以看出，采用本发明方法制备中性药用硼硅玻璃，能够抑制中性医药玻璃制备过程中的硼元素挥发，有效降低硼元素的挥发率，从而减缓对玻璃熔窑的侵蚀，延长熔窑使用寿命。
测试例3
对实施例和对比例制备得到的各个中性药用硼硅玻璃样品进行结石节瘤和气线测试，具体测试结果见表4。
其中，气线和结石节瘤均采用在线缺陷检测仪(型号为JSY-1，购自河北激光研究所公司)进行测试。
正常标准玻璃管的品质要求：气线宽度＜0.1mm、气线长度＜10mm；结石节瘤尺寸＜0.2mm；在该范围外的均为不良玻璃管。
具体测量方式为：在线缺陷检测仪检测气线和结石节瘤尺寸，因气线和结石节瘤尺寸超标，造成玻璃管不良率，并计算结石节瘤和气线的百分含量。
结石节瘤的百分含量计算公式：(当日因结石节瘤超标造成玻璃管废品的重量/当日理论正常玻璃管的重量)×100％。
气线的百分含量计算公式：(当日因气线超标造成玻璃管废品的重量/ 当日理论正常玻璃管的重量)×100％。
表4
Figure BDA0003735916040000122
Figure BDA0003735916040000131
从表4中可以看出，采用本发明方法制备得到的中性药用硼硅玻璃中结石节瘤的比例均在15％以下，气线比例在8％以下。由此说明，采用本发明提供的方法制备中性硼硅玻璃能够显著提高中性医药玻璃管产品质量，有利于降低后加工产品缺陷产生的几率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备中性药用硼硅玻璃的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将原料组合物中的各组分进行接触混合，以得到含水量≯3wt％、均匀度≮98％的玻璃配合料；以所述原料组合物的总质量为基准，所述原料组合物中含有35-50质量％的二氧化硅、3-5质量％的三氧化二铝、7-9质量％的以三氧化二硼计的硼源、2-4质量％的氧化钠、0.1-0.3质量％的氧化锂、0.4-1.5质量％的氧化钾、0.5-2质量％的氧化钙、0.5-2质量％的氧化钡、0.4-1质量％的二氧化钛、0-1质量％的氧化锌、0.3-1质量％的澄清剂和30-45质量％的碎玻璃；所述硼源选自硼酸和/或硼砂；
(2)将所述玻璃配合料依次进行第一程序升温、第二程序升温和熔融处理，得到熔融物料；
所述第一程序升温的条件至少包括：升温速率为5-8℃/min，目标温度为1100-1350℃；所述第二程序升温的条件至少包括：升温速率为8-10℃/min，目标温度为1620-1650℃；
(3)将所述熔融物料依次进行澄清均化、成型处理和退火处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，以所述原料组合物的总质量为基准，所述原料组合物中含有38-45质量％的二氧化硅、4-5质量％的三氧化二铝、7-9质量％的以三氧化二硼计的硼源、3-4质量％的氧化钠、0.1-0.2质量％的氧化锂、0.4-0.6质量％的氧化钾、1-2质量％的氧化钙、0.5-1质量％的氧化钡、0.5-0.8质量％的二氧化钛、0.5-1质量％的氧化锌、0.4-0.8质量％的澄清剂和35-40质量％的碎玻璃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碎玻璃的平均粒径为2-10mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，以所述澄清剂的总质量为基准，所述澄清剂中含有10-25质量％的氯化钠、20-40质量％的硫酸钠、20-40质量％的氧化锡、10-20质量％的氧化镧、2-5质量％的钴粉。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述熔融处理的条件至少包括：温度为1500-1650℃，时间为3-8h。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，该方法还包括：在进行所述第二程序升温之前，先将所述玻璃配合料进行保温处理；和/或
在步骤(2)中，所述保温处理的条件至少包括：温度为1100-1300℃，时间为1-1.5h。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述澄清均化的条件至少包括：温度为1580-1630℃，时间为30-60min。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述成型处理的条件至少包括：温度为1250-1280℃。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述退火处理的条件至少包括：温度为560-595℃，时间为1-3h。
10.由权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的中性药用硼硅玻璃。
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