DE10120475A1 - Low melting borosilicate glass used in production of e.g. pharmaceutical vessels contains oxides of silicon, boron, aluminum, calcium, lithium, sodium and potassium - Google Patents

Low melting borosilicate glass used in production of e.g. pharmaceutical vessels contains oxides of silicon, boron, aluminum, calcium, lithium, sodium and potassium

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Abstract

Low melting borosilicate glass contains (in wt.%): 67.0-77.0 SiO2, 5.0-10.0 B2O3, 3.0-10.0 Al2O3, 3 0.3-10.0 CaO, 0.2-0.5 Li2O, 2.0-15.0 Na2O4 and 1.0-15.0 K2O.

Description

Die Erfindung betrifft tiefschmelzendes Borosilicatglas hoher chemischer Beständigkeit, geringer Verarbeitungstemperatur, einstellbarer Verarbeitungsviskosität, großer Kristalli­ sationsstabilität und mit geringem Angriff auf das Feuerfestmaterial.The invention relates to low-melting borosilicate glass of high chemical resistance, low processing temperature, adjustable processing viscosity, large crystallinity Stationary stability and with little attack on the refractory material.

Das Borosilicatglas ist auf Grund seiner Glaseigenschaften vorrangig zur Herstellung von urgeformten Einkomponenten-Wellplates und spezieller Trägerplatten oder Behältnisse für Wellplates geeignet. Darüber hinaus kann das Borosilicatglas für Pharmabehältnisse, den Chemieanlagenbau, als Geräteglas, Hauswirtschaftsglas, Einschmelzglas, Brandschutz­ sicherheitsglas und für andere technische Zwecke verwendet werden.Due to its glass properties, borosilicate glass is primarily used in the manufacture of molded one-component well plates and special carrier plates or containers for Well plates suitable. In addition, the borosilicate glass for pharmaceutical containers, the Chemical plant construction, as device glass, utility glass, melting glass, fire protection safety glass and for other technical purposes.

Wellplates sind Platten mit Vorrichtungen zur Aufnahme von wässrigen Lösungen, die für chemische, biologische und medizinische Untersuchungen verwendet werden. Wellplates bestehen aus einem Rack (Gestell mit Vertiefungen) und Behältern, wie beispielsweise Vials (Fläschchen), aus einer Loch- und angesetzter Bodenplatte oder aus einer Platte mit Bohrungen bzw. anders eingearbeiteten Wells.Wellplates are plates with devices for absorbing aqueous solutions that are used for chemical, biological and medical examinations can be used. Well plates consist of a rack (frame with recesses) and containers, such as Vials, from a perforated and attached base plate or from a plate with Boreholes or differently incorporated wells.

Im allgemeinen werden Wellplates aus Kunststoffen gefertigt. Diese Kunststoffe besitzen jedoch häufig den Nachteil, dass sie mit den in den Wells befindlichen und zu untersuchenden wässrigen Lösungen reagieren. In solchen Fällen findet Glas hoher chemischer Beständigkeit, insbesondere Glas mit großer hydrolytischer Beständigkeit, Verwendung. Diese Anforderung erfüllen hochschmelzende Borosilicatgläser der hydrolytischen Klasse 1, die in elektrisch betriebenen Glasschmelzwannen bei Tempera­ turen von 1600°C bis 1650°C erschmolzen und bei hohen Viskositäten verarbeitet werden. Die Verarbeitbarkeit dieser Gläser kann z. B. durch die Verarbeitungstemperatur T(logη4), d. h. die Temperatur, bei der die Viskosität des Glases 104 dPa s beträgt, beschrieben werden.In general, well plates are made of plastics. However, these plastics often have the disadvantage that they react with the aqueous solutions to be examined which are located in the wells. In such cases, glass with high chemical resistance, in particular glass with high hydrolytic resistance, is used. This requirement is met by high-melting borosilicate glasses of hydrolytic class 1, which are melted in electrically operated glass melting tanks at temperatures from 1600 ° C to 1650 ° C and processed at high viscosities. The processability of these glasses can be, for. B. by the processing temperature T (logη4), ie the temperature at which the viscosity of the glass is 10 4 dPa s, can be described.

Die folgende Übersicht zeigt Gläser, die prinzipiell für derartige Anwendungen verfügbar wären:
The following overview shows glasses that would in principle be available for such applications:

Alle verfügbaren Gläser erfordern jedoch außer hohen Schmelztemperaturen relativ hohe Verarbeitungstemperaturen, die den Nachteil besitzen, dass die Verarbeitungswerkzeuge stark verschleißen und die Prozesskontrolle problematisch ist. Allein aus diesem Grund ist die Herstellung gläserner Einkomponenten-Wellplates durch Urformung aus der Schmelze mit unvertretbar hohen Aufwendungen und Kosten verbunden.However, all available glasses require relatively high melting temperatures in addition to high melting temperatures Processing temperatures, which have the disadvantage that the processing tools wear out heavily and process control is problematic. For this reason alone is the production of glass one-component well plates by molding from the melt associated with unjustifiably high expenses and costs.

Gläser, die ein solches Anforderungsprofil hinsichtlich hoher hydrolytischer Beständigkeit bei vergleichsweise geringer Verarbeitungstemperatur erfüllen würden, und die dennoch mit vertretbarem Aufwand herstell- und verarbeitbar sind, sind nicht bekannt. Daher bestehen gläserne Wellplates vorrangig aus mehreren Komponenten, beispielsweise Glasplatte mit durchgehenden Bohrungen und angesetzter Bodenplatte, wobei die vorgenannten Gläser mit relativ hohen Verarbeitungstemperaturen Verwendung finden.Glasses that meet such a requirement profile with regard to high hydrolytic resistance would meet at a comparatively low processing temperature, and yet are not known to be producible and processable with reasonable effort. Therefore glass well plates consist primarily of several components, for example Glass plate with through holes and attached base plate, whereby the The aforementioned glasses with relatively high processing temperatures are used.

In Einzelfällen werden auch Einkomponenten-Wellplates, insbesondere chemisch beständige Glasplatten mit Vertiefungsbohrungen, hergestellt. Diese Wellplates sind jedoch nur mit hohem Kosten- und Zeitaufwand herzustellen.In individual cases, single-component well plates, in particular chemically, are also used durable glass plates with recessed bores. These wellplates are however, they can only be produced at great expense and time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein möglichst aufwandgering und fehlerfrei herstell- sowie verarbeitbares tiefschmelzendes Glas hoher hydrolytischer Beständigkeit, geringer Verarbeitungstemperatur, einstellbarer Verarbeitungsviskosität, hoher Kristalli­ sationsbeständigkeit und mit geringem Angriff auf das Feuerfestmaterial zu schaffen. The invention is based on the object of having as little effort as possible and free of errors manufacturable and processable low-melting glass with high hydrolytic resistance, low processing temperature, adjustable processing viscosity, high crystallinity to create station resistance and with little attack on the refractory material.

Insbesondere soll das Glas, u. a. zur aufwandgeringen Fertigung urgeformter Einkompo­ nenten-Wellplates bzw. spezieller Trägerplatten und Behältnisse für Wellplates, bei relativ niedrigen Temperaturen im Bereich von 1500°C bis 1550°C auch in fossil beheizten Anlagen zu erschmelzen sein. Die Viskosität der Schmelze soll so gering sein, dass nur relativ niedrige Verarbeitungstemperaturen von T(logη4) maximal 1100°C erforderlich sind. Die sog. "Länge" des Glases, d. h. der Verlauf der Viskositätskurve im Verar­ beitungsbereich, soll auf die Verarbeitungstechnologie einzustellen sein.In particular, the glass should, inter alia. for the low-cost production of primed single components nenten well plates or special carrier plates and containers for well plates, with relative low temperatures in the range of 1500 ° C to 1550 ° C even in fossil-heated Plants to be melted down. The viscosity of the melt should be so low that only relatively low processing temperatures of T (logη4) a maximum of 1100 ° C are required are. The so-called "length" of the glass, i.e. H. the course of the viscosity curve in processing processing area, should be adjusted to the processing technology.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Borosilicatglas gelöst, welches gemäß Patentanspruch 1 folgenden Zusammensetzungsbereich (in Gew.% auf Oxidbasis) auf­ weist:
According to the invention, this object is achieved with a borosilicate glass which, according to claim 1, has the following composition range (in% by weight based on oxide):

SiO2 SiO 2 67,0-77,067.0-77.0 B2O3 B 2 O 3 5,0-10,05.0-10.0 Al2O3 Al 2 O 3 3,0-10,03.0-10.0 CaOCaO 0,3-10,00.3-10.0 Li2OLi 2 O 0,2-< 0,50.2- <0.5 Na2ONa 2 O 2,0-15,02.0-15.0 K2OK 2 O 1,0-15,01.0-15.0

wobei zusätzlich folgende Beimengungen enthalten sein können: whereby the following additives can also be included:

MgOMgO 0,0-10,00.0-10.0 BaOBaO 0,0-10,00.0-10.0 SrOSrO 0,0-10,00.0-10.0 SnO2 SnO 2 0,0-10,00.0-10.0 ZnOZnO 0,0-15,00.0-15.0 PbOPbO 0,0-15,00.0-15.0 WO3 WHERE 3 0,0-10,00.0-10.0 TiO2 TiO 2 0,0-10,00.0-10.0 Nb2O5 Nb 2 O 5 0,0-10,00.0-10.0 Ta2O5 Ta 2 O 5 0,0-10,00.0-10.0 La2O3 La 2 O 3 0,0-10,00.0-10.0 Y2O3 Y 2 O 3 0,0-10,00.0-10.0 ZrO2 ZrO 2 0,0-10,00.0-10.0 FluorideFluoride 0,0-3,00.0-3.0 LäutermittelRefining agents 0,0-3,00.0-3.0

In bevorzugten Ausführungsformen besitzt das Glas eine Zusammensetzung (in Gew.% auf Oxidbasis) von:
In preferred embodiments, the glass has a composition (in% by weight on an oxide basis) of:

SiO2 SiO 2 67,0-77,067.0-77.0 B2O3 B 2 O 3 5,0-10,05.0-10.0 Al2O3 Al 2 O 3 3,0-7,03.0-7.0 CaOCaO 0,3-8,00.3-8.0 Li2OLi 2 O 0,2-< 0,50.2- <0.5 Na2ONa 2 O 5,0-15,05.0-15.0 K2OK 2 O 1,0-15,01.0-15.0 MgOMgO 0,0-10,00.0-10.0 BaOBaO 0,0-8,00.0-8.0 ZnOZnO 0,0-8,00.0-8.0 ZrO2 ZrO 2 0,0-5,00.0-5.0 FluorideFluoride 0,0-3,00.0-3.0 LäutermittelRefining agents 0,0-3,00.0-3.0

In diesem Zusammensetzungsbereich entsteht Borosilicatglas mit einer hydrolytischen Beständigkeit der Klasse 1, mit einer Säurebeständigkeit der Klasse 1 oder 2 sowie mit einer Laugenbeständigkeit der Klasse 1 oder 2. Dieses Borosilicatglas kann bei Temperatu­ ren im Bereich von 1450°C bis 1550°C geschmolzen werden und eignet sich somit auch für Schmelzen in fossil beheizten Anlagen. Verarbeitungstemperaturen von maximal 1100°C und maximale Kristallwachstumsgeschwindigkeiten von ca. 1-50 µm/Stunde ermöglichen eine vergleichsweise aufwandgeringe, kostengünstige Herstellung und Verarbeitung der Schmelze sowie eine in hohem Grad fehlerfreie Herstellung der Glasprodukte, wie beispielsweise urgeformte Einkomponenten-Wellplates. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung zur Herstellung der besagten Einkomponenten- Wellplates beschränkt.In this composition range, borosilicate glass is produced with a hydrolytic one Resistance of class 1, with an acid resistance of class 1 or 2 as well as with an alkali resistance of class 1 or 2. This borosilicate glass can be used at temperatu ren be melted in the range from 1450 ° C to 1550 ° C and is therefore also suitable for smelting in fossil fuel-heated plants. Processing temperatures of maximum 1100 ° C and maximum crystal growth rates of approx. 1-50 µm / hour enable a comparatively low-cost, inexpensive production and Processing of the melt as well as a high degree of error-free production of the Glass products such as molded one-component well plates. The invention however, the use for the production of said one-component Wellplates limited.

Durch einen relativ geringen Angriff auf das Feuerfestmaterial werden korrosionsbedingte Glasfehler weitgehend vermieden.A relatively minor attack on the refractory material results in corrosion-related Glass defects largely avoided.

Je nach bestimmungsgemäßem Einsatz kann das Borosilicatglas durch an sich bekannte Farbstoffe für funktionelle und/oder Designzwecke eingefärbt werden.Depending on the intended use, the borosilicate glass can be known per se Dyes are colored for functional and / or design purposes.

Nachfolgend werden in Tabelle 1 und 2 Ausführungsbeispiele von Borosilicatgläsern mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung angegeben, die im Labormaßstab in Platin- oder Keramiktiegeln bei Temperaturen von 1450°C-1550°C unter Verwendung üblicher Glasrohstoffe wie SiO2, H3BO3, Al(OH)3 usw. erschmolzen worden sind. Die Alkali- und Erdalkalioxide wurden als Karbonate oder auch als Nitrate in das Gemenge eingebracht. Below, in Tables 1 and 2, exemplary embodiments of borosilicate glasses with the composition according to the invention are given, which are produced on a laboratory scale in platinum or ceramic crucibles at temperatures of 1450 ° C-1550 ° C using conventional glass raw materials such as SiO 2 , H 3 BO 3 , Al (OH ) 3 etc. have been melted. The alkali and alkaline earth oxides were introduced into the mixture as carbonates or as nitrates.

Tabelle 1 Table 1

Glaszusammensetzung in Gew.% Glass composition in% by weight

Tabelle 2 Table 2

Glaszusammensetzung in Gew.% Glass composition in% by weight

Claims (6)

1. Tiefschmelzendes Borosilicatglas, das zumindest SiO2, B2O3, AbO3, CaO, Li2O, Na2O und K2O enthält, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (Gew.% auf Oxid­ basis): SiO2 67,0-77,0 B2O3 5,0-10,0 Al2O3 3,0-10,0 CaOt 0,3-10,0 Li2O 0,2-< 0,5 Na2O4 2,0-15,0 K2O 1,0-15,0
1. Deep-melting borosilicate glass which contains at least SiO 2 , B 2 O 3 , AbO 3 , CaO, Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, characterized by the following composition (% by weight based on oxide): SiO 2 67.0-77.0 B 2 O 3 5.0-10.0 Al 2 O 3 3.0-10.0 CaOt 0.3-10.0 Li 2 O 0.2- <0.5 Na 2 O 4 2.0-15.0 K 2 O 1.0-15.0
2. Tiefschmelzendes Borosilicatglas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Bestandteile (Gew.% auf Oxidbasis): MgO 0,0-10,0 BaO 0,0-10,0 SrO 0,0-10,0 SnO2 0,0-10,0 ZnO 0,0-15,0 PbO 0,0-15,0 WO3 0,0-10,0 TiO2 0,0-10,0 Nb2O5 0,0-10,0 Ta2O5 0,0-10,0 La2O3 0,0-10,0 Y2O3 0,0-10,0 ZrO2 0,0-10,0 Fluoride 0,0-3,0 Läutermittel 0,0-3,0
2. Deep-melting borosilicate glass according to claim 1, characterized by the following additional components (% by weight based on oxide): MgO 0.0-10.0 BaO 0.0-10.0 SrO 0.0-10.0 SnO 2 0.0-10.0 ZnO 0.0-15.0 PbO 0.0-15.0 WHERE 3 0.0-10.0 TiO 2 0.0-10.0 Nb 2 O 5 0.0-10.0 Ta 2 O 5 0.0-10.0 La 2 O 3 0.0-10.0 Y 2 O 3 0.0-10.0 ZrO 2 0.0-10.0 Fluoride 0.0-3.0 Refining agents 0.0-3.0
3. Tiefschmelzendes Borosilicatglas nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.% auf Oxidbasis): SiO2 67,0-77,0 B2O3 5,0-10,0 Al2O3 3,0-7,0 CaO 0,3-8,0 Li2O 0,2-< 0,5 Na2O 5,0-15,0 K2O 1,0-15,0 MgO 0,0-10,0 BaO 0,0-8,0 ZnO 0,0-8,0 ZrO2 0,0-5,0 Fluoride 0,0-3,0 Läutermittel 0,0-3,0
3. Deep-melting borosilicate glass according to claims 1 and 2, characterized by the following composition (in% by weight based on oxide): SiO 2 67.0-77.0 B 2 O 3 5.0-10.0 Al 2 O 3 3.0-7.0 CaO 0.3-8.0 Li 2 O 0.2- <0.5 Na 2 O 5.0-15.0 K 2 O 1.0-15.0 MgO 0.0-10.0 BaO 0.0-8.0 ZnO 0.0-8.0 ZrO 2 0.0-5.0 Fluoride 0.0-3.0 Refining agents 0.0-3.0
4. Tiefschmelzendes Borosilicatglas nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaszusammensetzung an sich bekannte Farbstoffe zugesetzt sind.4. Deep-melting borosilicate glass according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the glass composition is known per se dyes are added. 5. Verwendung des Borosilicatglases nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung urgeformter Einkomponenten-Wellplates sowie spezieller Platten und Behält­ nisse, beispielsweise für Wellplates.5. Use of the borosilicate glass according to one or more of claims 1 to 4 for Manufacture of molded one-component well plates as well as special plates and containers nits, for example for well plates. 6. Verwendung des Borosilicatglases nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Pharmabehältnissen, als Geräteglas, als Glas für den Chemieanlagenbau, als Hauswirtschaftsglas, als Einschmelz- und Brandschutzsicherheitsglas sowie als Glas für andere technische Zwecke.6. Use of the borosilicate glass according to one or more of claims 1 to 4 for Manufacture of pharmaceutical containers, as device glass, as glass for chemical plant construction, as housekeeping glass, as melting and fire protection safety glass as well as glass for other technical purposes.
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