JP2023515143A - 高効率の医薬品充填ライン - Google Patents

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Abstract

増加したスループット率で医薬品充填ラインを稼働することによって、充填ラインの効率を改善する方法が開示されている。この方法は、毎分600バイアル以上の速度に設定され、少なくとも70%の効率で稼働する医薬品充填ラインに、強化され、ガラスバイアルの外面の摩擦係数を減少させるために被覆されたガラスバイアルを使用する工程を含む。本発明の他の実施の形態において、医薬品充填ラインに、ガラスバイアルとの接点で高分子化学コーティングが設けられ、それによって、バイアルと接点との間の摩擦およびバイアルが医薬品充填ラインの接点と衝突する影響を減少させることがある。

Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、2020年2月25日に出願された米国仮特許出願第62/981257号の米国法典第35編第119条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本明細書は、広く、ガラス容器の充填ラインに関し、より詳しくは、医薬品製剤の貯蔵に使用するためのガラス容器の充填ラインに関する。
歴史的に、ガラスが、密封性、光学的透明度、および他の材料と比べて優れた化学的耐久性のために、医薬品を包装するための好ましい材料として、使用されてきた。具体的に、医薬品包装に使用されるガラスは、その中に収容される医薬品製剤の安定性に影響しないように、適切な化学的耐久性を持たなければならない。適切な化学的耐久性を有するガラスに、化学的耐久性の実証された経歴を有するASTM規格「タイプIA」および「タイプIB」ガラス組成物に入るガラス組成物がある。
タイプIAおよびタイプIBガラス組成物は、医薬品包装によく使用されているが、それらのガラスには、医薬品溶液への曝露後に、医薬品包装の内面がガラス微粒子を生じる、または「剥離する」傾向を含む、いくつかの欠点がある。
それに加え、医薬品包装に、特に、自動化した機械化充填ラインへのガラスの使用は、ガラスの機械的性能によっても制限されている。詳しくは、ガラス製医薬品包装の製造および充填に利用される速い処理速度により、その包装が、処理設備、取扱設備、および/または他の包装と接触するときに、摩耗など、包装の表面に機械的損傷をもたらすことがある。この機械的損傷は、ガラス製医薬品包装の強度を著しく低下させ、その包装内の医薬品がガラスの粒子により汚染される傾向、またはガラスに亀裂が生じ、包装が完全に破壊される傾向が増してしまう。
医薬品充填ラインが機械的に速くなるにつれて、容器が詰まっておらず、傷ついておらず、破損していないことを確実にするために、より一層、複雑さと精度が要求される。材料としてのガラスが、極めて清浄であるときに、摩擦係数(CoF)が高い表面を有するという事実によって、この複雑さは増してしまう。この筋書きは、洗浄および脱パイロジェン後の医療用ガラスに、ガラス表面から実質的に全ての炭素含有分子/種が除去された場合に、考えられる。CoFの増加により、充填ラインの蓄積区域が狭まるときに、容器の詰まりが生じる。これらの詰まりは期間が短く(マイクロジャム(micro-jam))、容器の流れに間隙が生じることがあり、これにより、損失時間となる、またはより激しい詰まり(マクロジャム(macro-jam))の場合には、充填ラインが停止し、ガラスが破損し、容器の流れを再開するために、ヒトの介入が必要になることがある。
清浄なガラスのCoFが高い表面は、強度の制限および容器表面への美的引っ掻き損傷を伴うガラス粒子の発生機構ももたらす。これらのガラス粒子は、見えない粒子と見える粒子の負担要件に寄与する。よくても、これにより、自動検査中に粒子と外観の不合格をもたらし、これにより、製薬製造過程に追加の費用が発生し得る。最悪の場合では、粒子は、検査システムにより発見されず、患者に注入され、健康に対する多くの悪影響を生じてしまう。
現行の医薬品充填ラインは、例えば、従来のホウケイ酸塩ガラスバイアルと、主にステンレス鋼製の充填ラインの構成部材との間の高い摩擦力のために、速度が制限されている。充填ラインの速度を特定の制限、典型的に、3mLのバイアルについて、毎分550バイアルを超えて増加させると、ガラスの破損または詰まりにより、ラインへの介入が増し、それゆえ、効率が減少する。ガラスバイアルが破損すると、自動化充填ラインを停止させ、処理が継続できるようになる前に、破損したバイアルを片付けなければならないので、その充填過程が著しく遅くなる。これにより、自動化充填ラインが処理できるよりも、毎分のバイアル数が減少する。550バイアル毎分(VPM)の常用速度でさえ、実際のスループットは、350~400VPMに近い。
したがって、改善された耐剥離性、増加した強度、および/または損傷許容性を示す、改善されたガラス容器、および自動化充填ラインにより処理できる1分当たりのバイアル数を増加させられるように、充填過程中にガラス容器に印加される力を減少させる、改善された充填ラインが必要とされている。
第1の実施の形態によれば、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数(delamination factor)を有することがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに強固な無機コーティングが配置されることがある。この強固な無機コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
別の実施の形態によれば、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数を有することがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、一時的コーティングが配置されることがある。一時的コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
別の実施の形態によれば、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数を有する。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、強固な有機コーティングが配置されることがある。強固な有機コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
別の実施の形態によれば、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体は、ASTM規格E438-92に準拠するタイプI、クラスBのガラスから形成されることがある。このガラス容器内に収容される組成物が、本体の内面に接触しないように、本体の内面にバリアコーティングが配置されることがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、滑らかなコーティングが配置されることがある。この滑らかなコーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
別の実施の形態によれば、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体は、ISO 719規格に準拠した少なくともHGB2以上の加水分解抵抗を有することがある。この本体は、約200ポアズから約100キロポアズの範囲の粘度に対応する温度で著しく揮発する種を形成する構成成分を含まないガラス組成物から形成されることがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、滑らかなコーティングが配置されることがある。この滑らかなコーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
別の実施の形態によれば、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体は、ASTM規格E438-92に準拠するタイプI、クラスBのガラスから形成されることがある。この本体は、ガラス組成物中の揮発性種の蒸発を軽減する加工条件下で形成されることがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、滑らかなコーティングが配置されることがある。滑らかなコーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
さらに別の実施の形態において、ここに記載されたガラス容器は、クオリティ・バイ・デザインの手法を通じて既存の充填ラインの操業効率を増加させる医薬品一次包装の選択肢を提供する。このガラス容器は、現行のガラス容器に関連する重要な課題、すなわち、設備を通じた一貫性のない流れ、無菌環境に関するヒトの介入、および自動検査からの機能的/外観の不合格に対処することによって、増加した効果的なライン出力を生成する。バイアルと、充填ラインの構成部材との間の摩擦力をより低くすることにより、ラインへの介入を増やさずに、バイアル速度をより速くすることができる。その結果、ラインへの介入を増やさずに、または充填ラインの効率を減少させずに、毎分600~700バイアルを超えることのできる医薬品充填ラインの設計が得られる。
さらに別の実施の形態において、充填ラインの構成部材が、ここに記載された材料で被覆されることがある。次に、修正された充填ラインは、通常の未被覆のガラス容器に、またはここに記載された材料で被覆されたガラス容器にも、使用することができる。ガラス容器および充填ラインの構成部材の両方が、0.7以下の摩擦係数を有することが好ましい。
ここに記載されたガラス容器の実施の形態の追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を図示し、説明と共に、請求項の主題の原理と作動を説明する働きをする。
ここに記載された1つ以上の実施の形態によるガラス容器の断面図 図1のガラス容器の側壁の一部の圧縮応力層の概略図 積層ガラスから形成されたガラス容器の側壁の一部の概略図 ガラス容器の水平圧縮強度を試験するための水平圧縮装置の概略図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、ガラス容器の内面の少なくとも一部に配置されたバリアコーティングを有するガラス容器の概略図 持続する層均一性を有するガラス容器の側壁の一部の概略図 持続する層均一性を有するガラス容器の側壁の一部の概略図 ガラス容器の外面に配置された滑らかなコーティングを有するガラス容器の概略図 2つのガラス容器の間の摩擦係数を決定するための試験治具の概略図 ガラス容器に施されたコーティングの熱安定性を評価するための装置の概略図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、400~700nmの可視光スペクトルで測定された被覆バイアルと未被覆バイアルに関する光透過率データを示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態によるガラス容器の外面に配置された強固で滑らかな有機コーティングを示す概略図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態によるガラス容器の外面に配置された強固で滑らかな有機コーティングを示す概略図 ポリイミドコーティング層を形成するために使用できるジアミン単量体の化学構造 ポリイミドコーティング層を形成するために使用できる別のジアミン単量体の化学構造 ガラス容器に施されたポリイミドコーティングとして使用できるいくつかの単量体の化学構造 タイプIBガラスおよび無ホウ素ガラスに関する蒸発に対する組成と温度の影響を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、基体へのシラン結合の反応工程を示す概略図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、基体へのポリイミド結合の反応工程を示す概略図 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、バイアルに関する水平圧縮試験において印加された荷重の関数としての破壊確率を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、タイプIBガラスバイアル、およびイオン交換され、被覆された基準ガラス組成物から形成されたバイアルに関する荷重および摩擦係数の測定値を報告する表 受け取ったままの状態、イオン交換された状態(未被覆)、イオン交換された状態(被覆され、摩耗された)、およびイオン交換された状態(未被覆で、摩耗された)における基準ガラス組成物から形成された管、並びにここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、受け取ったままの状態、およびイオン交換された状態におけるタイプIBガラスから形成された管に関する、4点曲げにおいて印加された圧力の関数としての破壊確率を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、APS/Novastrat(登録商標)800コーティングに関するガスクロマトグラム-質量分析計の出力データを示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、DC806Aコーティングに関するガスクロマトグラム-質量分析計の出力データを示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、凍結乾燥条件下で試験した異なる滑らかなコーティング組成物を報告する表 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、バイアル・オン・バイアル治具において試験された、裸のガラスバイアルおよびシリコーン樹脂コーティングを有するバイアルに関する摩擦係数を報告するチャート ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、APS/PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)ポリイミド)コーティングで被覆され、バイアル・オン・バイアル治具において異なる印加荷重下で複数回摩耗されたバイアルに関する摩擦係数を報告するチャート ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、APSコーティングで被覆され、バイアル・オン・バイアル治具において異なる印加荷重下で複数回摩耗されたバイアルに関する摩擦係数を報告するチャート ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、APS/PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)ポリイミド)コーティングで被覆され、バイアル・オン・バイアル治具において異なる印加荷重下で複数回摩耗されたバイアルに関する、バイアルが12時間に亘り300℃に曝露された後の摩擦係数を報告するチャート ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、APSコーティングで被覆され、バイアル・オン・バイアル治具において異なる印加荷重下で複数回摩耗されたバイアルに関する、バイアルが12時間に亘り300℃に曝露された後の摩擦係数を報告するチャート ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)ポリイミド)コーティングで被覆され、バイアル・オン・バイアル治具において異なる印加荷重下で複数回摩耗されたタイプIBのバイアルに関する摩擦係数を報告するチャート ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、凍結乾燥の前後のAPS/「Novastrat」800が被覆されたバイアルに関する摩擦係数を報告する表 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、オートクレーブ処理の前後のAPS/「Novastrat」800が被覆されたバイアルに関する摩擦係数を報告する表 異なる温度条件に曝露された被覆ガラス容器および未被覆ガラス容器に関する摩擦係数を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、バイアルに関する、水平圧縮試験において印加された荷重の関数としての破壊確率を示すグラフ ここに記載されたガラス容器に施された滑らかなコーティングのカップリング剤の組成の変動による摩擦係数の変化を示す表 脱パイロジェンの前後の被覆ガラス容器に関する、摩擦係数、印加力、および摩擦力を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、脱パイロジェンの前後の被覆ガラス容器に関する、摩擦係数、印加力、および摩擦力を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、バイアルに関する水平圧縮試験において印加された荷重の関数としての破壊確率を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、脱パイロジェンの前後の被覆ガラス容器に関する、摩擦係数、印加力、および摩擦力を示すグラフ 異なる脱パイロジェン条件に関する、被覆ガラス容器の摩擦係数、印加力、および摩擦力を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、様々な熱処理時間後の摩擦係数を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、400~700nmの可視光スペクトルで測定された被覆バイアルと未被覆バイアルに関する光透過率データを示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、脱パイロジェンの前後の被覆ガラス容器に関する、摩擦係数、印加力、および摩擦力を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、バイアルに関する水平圧縮試験において印加された荷重の関数としての破壊確率を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、コーティングの顕微鏡写真 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、コーティングの顕微鏡写真 ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、コーティングの顕微鏡写真 比較例の被覆されたままのバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 比較例の熱処理されたバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 比較例の被覆されたままのバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 比較例の熱処理されたバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 被覆されたままの条件における接着促進層を有するバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 被覆されたままの条件における接着促進層を有するバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 脱パイロジェン後の接着促進層を有するバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ 脱パイロジェン後の接着促進層を有するバイアルに関する、印加された引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての摩擦係数、引っ掻き傷の貫通、印加された法線力、および摩擦力(y座標)を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、接着促進層を有するバイアルに関する水平圧縮試験において印加された荷重の関数としての破壊確率を示すグラフ ここに示され、記載された1つ以上の実施の形態による、接着促進層を有するバイアルに関する水平圧縮試験において印加された荷重の関数としての破壊確率を示すグラフ 医薬品充填ラインの出力と、バイアルがラインで処理される速度との間の関係を示すグラフ 未処理のバイアルおよび本発明の様々な態様により処理されたバイアルの両方に関する、充填ラインの速度設定に対する充填ラインの効率を示すグラフ 充填ラインで見られる摩擦滑りおよび衝突相互作用の例示の画像 充填ラインで見られる摩擦滑りおよび衝突相互作用の例示の画像
ここで、その例が添付図面に示されている、ガラス容器の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部分を称するために、図面に亘り、同じ参照番号が使用される。ここに記載されたガラス容器は、耐剥離性、改善された強度、および増加した損傷抵抗から選択される、少なくとも2つの性能属性を有する。例えば、ガラス容器は、耐剥離性と改善された強度の組合せ、改善された強度と増加した損傷抵抗の組合せ、または耐剥離性と増加した損傷抵抗の組合せを有することがある。1つの特定の実施の形態において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数を有することがある。本体の外面の少なくとも一部の周りに、強固な無機コーティングが配置されることがある。強固な無機コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。耐剥離性、改善された強度、および増加した損傷抵抗の様々な組合せを有するガラス容器が、添付図面を具体的に参照して、ここにより詳しく記載される。
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、構成成分(例えば、SiO、Al、Bなど)の濃度は、特に明記のない限り、酸化物基準のモルパーセント(モル%)で特定されている。
「実質的に含まない」という用語は、ガラス組成物中の特定の構成成分の濃度および/または不在を記載するために使用される場合、その構成成分がガラス組成物に意図的に加えられていないことを意味する。しかしながら、そのガラス組成物は、0.1モル%未満の量の汚染物質または混入物として微量の構成成分を含むことがある。
ここに用いられている「化学的耐久性」という用語は、特定の化学的条件に曝露された際に、分解に抵抗するガラス組成物の能力を称する。詳しくは、ここに記載されたガラス組成物の化学的耐久性は、3つの確立された材料試験規格:2001年3月付けの、「Testing of glass-Resistance to attack by a boiling aqueous solution of hydrochloric acid-Method of test and classification」と題するDIN 12116;「Glass-Resistance to attack by a boiling aqueous solution of mixed alkali-Method of test and classification」と題するISO 695:1991;「Glass-Hydrolytic resistance of glass grains at 121 degrees C.-Method of test and classification」と題するISO 720:1985;および「Glass-Hydrolytic resistance of glass grains at 98 degrees C.-Method of test and classification」と題するISO 719:1985にしたがって評価することができる。各規格および各規格内の分類が、ここにさらに詳しく記載されている。あるいは、ガラス組成物の化学的耐久性は、ガラスの表面の耐久性を評価する、「Surface Glass Test」と題する米国薬局方<660>、および/または「Glass Containers For Pharmaceutical Use」と題する欧州薬局方3.2.1にしたがって評価することができる。
ここに用いられている「歪み点」および「T歪み」という用語は、ガラスの粘度が3×1014ポアズである温度を称する。
ここに用いられている「軟化点」という用語は、ガラス組成物の粘度が1×107.6ポアズである温度を称する。
医薬品および/または他の消費可能製品を貯蔵するために使用される従来のガラス容器は、充填、包装、および/または出荷中に損傷を受けることがある。そのような損傷は、表面傷、摩耗および引っ掻き傷の形態にあることがあり、これらは、十分に深い場合、ガラス容器の貫通亀裂、またさらには完全な破損をもたらし、それによって、ガラス包装の内容物を損なうことがある。
それに加え、ある種の従来のガラス容器は、特に、ガラス容器がアルカリホウケイ酸ガラスから形成されている場合、剥離を受けやすいであろう。剥離は、一連の浸出、腐食、および/または風化反応後に、ガラスの表面からガラス粒子が放出される現象を称する。一般に、ガラス粒子は、パッケージ内に収容されている溶液中に改質剤イオンが浸出した結果としてパッケージの内面から生じる、シリカが豊富なガラス薄片である。これらの薄片は、一般に、約1nmから約2マイクロメートル(μm)厚であり、幅は約50μmより大きいことがある。これらの薄片は主にシリカからなるので、薄片は、一般に、ガラスの表面から放出された後に、さらに分解しない。
これまで、剥離は、ガラスを容器の形状に作り直すために使用される高温にガラスが曝露されたときに、アルカリホウケイ酸ガラスに生じる相分離のためであると仮定されてきた。
しかしながら、今では、ガラス容器の内面からのシリカが豊富なガラス薄片の剥離は、成形直後のガラス容器の組成特性のためであると考えられている。詳しくは、アルカリホウケイ酸ガラスはシリカの含有量が多いため、このガラスの溶融温度と成形温度は、比較的高い。しかしながら、ガラス組成物中のアルカリ成分とホウ酸塩成分は、ずっと低い温度で溶融する、および/または蒸発する。特に、ガラス中のホウ酸塩種は、高度に揮発性であり、ガラスを形成し、作り直すために必要な高温で、ガラスの表面から蒸発する。
詳しくは、ガラス原料は、高温で、直火中で、ガラス容器に作り直される。より速い設備速度で必要とされる高温のために、より揮発性であるホウ酸塩種が、ガラスの表面の一部から蒸発する。ガラス容器の内部容積内でこの蒸発が生じると、揮発したホウ酸塩種が、ガラス容器の表面の他の区域に再び堆積し、特にガラス容器の内部の表面近くの領域(すなわち、ガラス容器の内面にある領域、またはその内面に直接隣接した領域)に関して、ガラス容器の表面の組成が不均一になってしまう。例えば、ガラス管の一端が閉じられて、容器の底または床が形成されるときに、ホウ酸塩種が管の底部分から蒸発し、管の他のどこかに再び堆積することがある。容器の踵および床からの材料の蒸発は、容器のこれらの区域が最も大きい作り直しを経験し、それゆえ、最高温度に曝露されるので、特に著しい。その結果、より高温に曝露された容器の区域は、シリカが豊富な表面を有するであろう。ホウ素の堆積を受けやすい容器の他の区域は、表面にホウ素が豊富な層を有するであろう。ガラス組成物の徐冷点より高いが、作り直し中にガラスが曝される最高温度よりは低い温度にある、ホウ素の堆積を受けやすい区域は、ガラスの表面上にホウ素が組み込まれ得る。容器内に収容される溶液は、ホウ素が豊富な層からホウ素を浸出させることがある。ホウ素が豊富な層がガラスから浸出されるときに、高シリカガラスの網状構造(ゲル)が残り、これが、水和中に膨潤し、歪み、最終的に、表面から剥落する。
ここに記載されたガラス容器は、上述した問題の内の少なくとも2つを軽減する。詳しくは、ガラス容器は、耐剥離性、改善された強度、および増加した損傷抵抗から選択される少なくとも2つの性能属性を有する。例えば、ガラス容器は、耐剥離性と改善された強度の組合せ、改善された強度と増加した損傷抵抗の組合せ、または耐剥離性と増加した損傷抵抗の組合せを有することがある。各性能属性およびその性能属性を達成する方法が、ここにさらに記載される。
ここで、図1および2を参照すると、医薬品製剤を貯蔵するためのガラス容器100の1つの実施の形態が、断面で概略示されている。ガラス容器100は、概して、本体102を含む。本体102は、内面104と外面106との間に延在し、概して、内部容積108を取り囲む。図1に示されたガラス容器100の実施の形態において、本体102は、概して、壁部分110および床部分112を含む。壁部分110は、踵部分114を通じて床部分112に移行する。本体102は、図1に示されるように、内面104と外面106との間に延在する壁厚Twを有する。
図1には、ガラス容器100が特定の形状形態(すなわち、バイアル)を有すると示されているが、ガラス容器100は、制限なく、Vacutainer(登録商標)、カートリッジ、注射器、アンプル、ボトル、フラスコ、バイアル(phial)、管、ビーカーなどを含む、他の形状形態を有してもよいことを理解すべきである。さらに、ここに記載されたガラス容器は、制限なく、医薬品包装、飲料容器などを含む様々な用途に使用できることを理解すべきである。
強度
まだ図1および2を参照すると、ここに記載されたいくつかの実施の形態において、本体102は、本体102の少なくとも外面106から壁厚Tw中に、本体102の外面106から層の深さDOLまで延在する圧縮応力層202を含む。圧縮応力層202は、一般に、ガラス容器100の強度を増加させ、ガラス容器の損傷許容性も改善する。詳しくは、圧縮応力層202を有するガラス容器は、概して、圧縮応力層202が圧縮応力層202中の表面損傷からの亀裂の伝搬を軽減するので、非強化ガラス容器と比べて、破損せずに、引っ掻き傷、破片など、より大きい程度の表面損傷に耐えることができる。
ここに記載された実施の形態において、圧縮応力層の層の深さは、約3μm以上であることがある。いくつかの実施の形態において、層の深さは、10μm超、またさらには20μm超であることがある。いくつかの実施の形態において、層の深さは、約25μm以上、またさらには約30μm以上であることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、層の深さは、約25μm以上かつ約150μmまでであることがある。いくつかの他の実施の形態において、層の深さは、約30μm以上かつ約150μm以下であることがある。さらに他の実施の形態において、層の深さは、約30μm以上かつ約80μm以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、層の深さは、約35μm以上かつ約50μm以下であることがある。
圧縮応力層202は、概して、150MPa以上の表面圧縮応力(すなわち、外面106で測定される圧縮応力)を有する。いくつかの実施の形態において、その表面圧縮応力は、200MPa以上、またさらには250MPa以上であることがある。いくつかの実施の形態において、表面圧縮応力は、300MPa以上、またさらには350MPa以上であることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、表面圧縮応力は、約300MPa以上かつ約750MPa以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、表面圧縮応力は、約400MPa以上かつ約700MPa以下であることがある。さらに他の実施の形態において、表面圧縮応力は、約500MPa以上かつ約650MPa以下であることがある。イオン交換されたガラス物品中の応力は、FSM(基本応力計(Fundamental Stress Meter))装置で測定することができる。この装置は、光を複屈折ガラス表面中に結合し、そこから出す。次に、測定された複屈折は、材料の定数、応力光学係数または光弾性係数(SOCまたはPEC)により応力に関連付けられる。2つのパラメータ:最大表面圧縮応力(CS)および層の交換深さ(DOL)が得られる。あるいは、圧縮応力および層の深さは、屈折近視野応力測定技術を使用して測定してもよい。
圧縮応力層202は、外面106から本体102の厚さTw中に延在するものと、ここに示され、記載されてきたが、いくつかの実施の形態において、本体102は内面104から本体102の厚さTw中に延在する第2の圧縮応力層をさらに含むことがあるのを理解すべきである。この実施の形態において、層の深さおよび第2の圧縮応力層の表面圧縮応力は、本体102の厚さTwの中心線の周りで圧縮応力層202のものを反映しているであろう。
ガラス容器100の本体102中に圧縮応力層202を形成するために、いくつかの異なる技術を利用することができる。例えば、本体102がイオン交換可能なガラスから形成される実施の形態において、圧縮応力層202は、イオン交換によって、本体102に形成することができる。これらの実施の形態において、圧縮応力層202は、ガラス容器を溶融塩の浴中に入れて、ガラス中の相対的に小さいイオンの溶融塩中の相対的に大きいイオンによる交換を促進することによって形成される。圧縮応力層202を得るために、いくつかの異なる交換反応を利用することができる。1つの実施の形態において、その浴は、溶融KNO塩を含有することがあり、一方で、ガラス容器100を形成するガラスは、リチウムイオンおよび/またはナトリウムイオンを含有する。この実施の形態において、浴中のカリウムイオンが、ガラス中の相対的に小さいリチウムイオンおよび/またはナトリウムイオンと交換され、それによって、圧縮応力層202が形成される。別の実施の形態において、その浴は、溶融NaNO塩を含有することがあり、一方で、ガラス容器100を形成するガラスは、リチウムイオンを含有する。この実施の形態において、浴中のナトリウムイオンが、ガラス中の相対的に小さいリチウムイオンと交換され、それによって、圧縮応力層202が形成される。
1つの具体的な実施の形態において、圧縮応力層202は、ガラス容器を、100%のKNO、または別の方法では、KNOとNaNOの混合物の溶融塩浴中に浸漬することによって、形成することができる。例えば、1つの実施の形態において、溶融塩浴は、約10%までのNaNOと共にKNOを含むことがある。この実施の形態において、容器を形成するガラスは、ナトリウムイオンおよび/またはリチウムイオンを含むことがある。溶融塩浴の温度は、350℃以上かつ500℃以下であることがある。いくつかの実施の形態において、溶融塩浴の温度は、400℃以上かつ500℃以下であることがある。さらに他の実施の形態において、溶融塩浴の温度は、450℃以上かつ475℃以下であることがある。ガラス容器は、ガラス中の相対的に小さいイオンによる塩浴中の相対的に大きいイオンの交換を促進し、それによって、所望の表面圧縮応力および層の深さを達成するのに十分な期間に亘り溶融塩浴中に保持されることがある。例えば、ガラス容器は、所望の層の深さおよび表面圧縮応力を達成するために、0.05時間以上から約20時間以下の期間に亘り溶融塩浴中に保持されることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス容器は、4時間以上かつ約12時間以下に亘り溶融塩浴中に保持されることがある。他の実施の形態において、ガラス容器は、約5時間以上かつ約8時間以下に亘り溶融塩浴中に保持されることがある。1つの例示の実施の形態において、ガラス容器は、約5時間以上かつ約8時間以下の期間に亘り、約400℃以上かつ約500℃以下の温度で100%のKNOを含む溶融塩浴中でイオン交換されることがある。
典型的に、イオン交換過程は、高温による応力緩和を最小にするために、ガラスの歪み点(T歪み)より150℃超低い温度で行われる。しかしながら、いくつかの実施の形態において、圧縮応力層202は、ガラスの歪み点より高い温度の溶融塩浴中で形成される。この種のイオン交換強化は、ここでは、「高温イオン交換強化」と称される。高温イオン交換強化において、ガラス中の相対的に小さいイオンは、上述したように、溶融塩浴中の相対的に大きいイオンと交換される。相対的に小さいイオンが、歪み点より高い温度で相対的に大きいイオンと交換されるので、結果として生じた応力は、開放すなわち「緩和」される。しかしながら、大きいイオンによるガラス中の小さいイオンの置換により、ガラスの残りよりも低い熱膨張係数(CTE)を有する表面層がガラス中に形成される。ガラスが冷えるにつれて、ガラスの表面とガラスの残りとの間のCTE差により、圧縮応力層202が作られる。この高温イオン交換技術は、複雑な外形を有する、ガラス容器などのガラス物品を強化するのに特にうまく適しており、一般に、典型的なイオン交換過程に対して強化過程所要時間を減少させ、また層の深さをより大きくすることができる。
まだ図1および2を参照すると、代わりの実施の形態において、圧縮応力層202は、熱強化によって、ガラス容器100の本体102中に導入されることがある。圧縮応力層は、ガラス容器を加熱し、ガラスの中身に対してガラスの表面を異なって冷却することにより熱強化を通じて、形成される。詳しくは、急冷されたガラスは、徐冷されたガラスよりも大きいモル体積(またはより低い密度)を有する。したがって、ガラスの表面が意図的に急冷された場合、ガラスの表面はより大きい体積を有することになり、ガラスの内部(すなわち、外面より下のガラスの残り)は、熱は表面を通じて中から逃げなければならないので、必然的に、より遅い速度で冷えることになる。外面106から本体102の壁厚Tw中にモル体積(または熱履歴/密度)の連続勾配を生じさせることによって、放物線状応力プロファイルを有する圧縮応力層202が形成される(すなわち、圧縮応力は、本体102の外面106からの距離が増加するにつれて、放物線状に減少する)。熱強化過程は、一般に、イオン交換過程よりも速く、費用もかからない。しかしながら、熱強化過程による表面圧縮応力は、概して、イオン交換過程による表面圧縮応力よりも低い。ガラス容器が熱強化される実施の形態において、結果として生じた圧縮応力層は、外面106から層の深さDOLまで延在し、このDOLはガラス容器の壁厚Twの22%までである。例えば、いくつかの実施の形態において、DOLは、壁厚Twの約5%から約22%まで、またさらには壁厚Twの約10%から約22%までであることがある。
典型的な熱強化過程において、ガラス容器100は、最初に、軟化点まで加熱され、その後、本体102の外面106は、ガス噴射などの流体によって、軟化点より低く急冷されて、上述したように、本体102の外面106と本体102の残りとの間に温度差を作り出す。外面106と本体の残りとの間の温度差により、外面106から本体102の壁厚Tw中に延在する圧縮応力層202が生じる。例えば、ガラスは、軟化点より50~150℃高い温度まで最初に加熱され、その後、ガラスに流体を向けることによって、室温まで急冷されることがある。その流体としては、制限なく、空気、油、または油系流体が挙げられる。
ここで、図1~3を参照すると、別の実施の形態において、ガラス容器100は、本体102の少なくとも外面106への圧縮応力層202の形成を促進させる積層ガラス管から形成されることがある。積層ガラスは、一般に、ガラスコア層204および少なくとも1つのガラスクラッド層206aを含む。図3に示されたガラス容器100の実施の形態において、積層ガラスは、一対のガラスクラッド層206a、206bを備えている。この実施の形態において、ガラスコア層204は、概して、第一面205aおよび第一面205aと反対にある第二面205bを有する。第1のガラスクラッド層206aは、ガラスコア層204の第一面205aに融合されており、第2のガラスクラッド層206bは、ガラスコア層204の第二面205bに融合されている。ガラスクラッド層206a、206bは、ガラスコア層204とガラスクラッド層206a、206bとの間に、接着剤、被覆層などのいずれの材料も配置されずに、ガラスコア層204に融合されている。
図3に示された実施の形態において、ガラスコア層204は、平均コア熱膨張係数CTEコアを有する第1のガラス組成物から形成され、ガラスクラッド層206a、206bは、平均熱膨張係数CTEクラッドを有する第2の異なるガラス組成物から形成されている。ここに記載された実施の形態において、CTEコアは、コア層またはクラッド層の少なくとも一方に圧縮応力層が存在するように、CTEクラッドと等しくない。いくつかの実施の形態において、CTEコアはCTEクラッドより大きく、これにより、ガラスクラッド層206a、206bは、イオン交換も、熱強化もされずに、圧縮応力状態にある。積層ガラスが1つのコア層および1つのクラッド層を有する場合など、いくつかの他の実施の形態において、CTEクラッド層はCTEコアより大きいことがあり、これにより、ガラスコア層は、イオン交換も、熱強化もされずに、圧縮応力状態にある。
ガラス容器を形成する積層ガラス管は、ここに引用される、米国特許第4023953号明細書に記載されたように、形成されることがある。実施の形態において、ガラスコア層204を形成するガラスは、ガラスクラッド層206a、206bのいずれかの平均熱膨張係数CTEクラッドよりも大きい平均熱膨張係数CTEコアを有するガラス組成物から形成される。ガラスコア層204およびガラスクラッド層206a、206bが冷えるのにつれて、ガラスコア層204およびガラスクラッド層206a、206bの平均熱膨張係数の差により、ガラスクラッド層206a、206bに圧縮応力層が発生する。容器を形成するために積層ガラスが使用される場合、これらの圧縮応力層は、ガラス容器100の外面106から壁厚Tw中へと、ガラス容器の内面104から壁厚Tw中に延在する。いくつかの実施の形態において、圧縮応力層は、ガラス容器の本体の外面から壁厚Tw中に、約1μmから壁厚Twの約90%までの層の深さまで延在することがある。いくつかの他の実施の形態において、圧縮応力層は、ガラス容器の本体の外面から壁厚Tw中に、約1μmから壁厚Twの約33%までの層の深さまで延在することがある。さらに他の実施の形態において、圧縮応力層は、ガラス容器の本体の外面から壁厚Tw中に、約1μmから壁厚Twの約10%までの層の深さまで延在することがある。
積層管が形成された後、その管は、従来の管転換技術を使用して、容器の形状に形成することができる。
ガラス容器が積層ガラスから形成されるいくつかの実施の形態において、少なくとも1つのクラッド層は、その少なくとも1つのガラスクラッド層がガラス容器中に貯蔵された製品と直接接触するようにガラス容器の本体の内面を形成する。これらの実施の形態において、少なくとも1つのクラッド層は、ここにさらに詳しく記載されるように、耐剥離性であるガラス組成物から形成されることがある。したがって、少なくとも1つのクラッド層は、ここにさらに詳しく記載されるように、10以下の剥離係数を有することができることを理解すべきである。
別の代わりの実施の形態において、ガラス容器は、ガラス本体にコーティングを施すことによって、強化されることがある。例えば、チタニアなどの無機材料のコーティングが、スート堆積または蒸着過程のいずれかによって、ガラス本体の外面の少なくとも一部に施されることがある。チタニアコーティングは、それが上に堆積されているガラスよりも低い熱膨張係数を有する。コーティングとガラスが冷えるのにつれて、チタニアはガラスよりも小さく収縮し、その結果、ガラス本体の表面は張力下にある。これらの実施の形態において、表面圧縮応力および層の深さは、被覆されたガラス本体の表面からではなく、コーティングの表面から測定されることを理解すべきである。無機被覆材料が、チタニアから作られているとここに記載されているが、適切に低い熱膨張係数を有する他の無機被覆材料も考えられることを理解すべきである。実施の形態において、無機コーティングは、同様の被覆容器に対して0.7未満の摩擦係数を有することがある。無機コーティングは、ここにさらに記載されるように、250℃以上の温度で熱安定性であることもある。
別の代わりの実施の形態において、ガラス本体は、このガラス本体を、下にあるガラス本体と等しいか、またはそれより大きい熱膨張係数を有する高弾性率コーティングを備えたガラス本体により、強化することができる。強化は、損傷抵抗を与える弾性率の差により達成されるのに対し、熱膨張の差は、ガラス表面に圧縮応力を与える(高弾性率コーティングの張力を釣り合わせる)。これらの実施の形態において、表面圧縮応力および層の深さは、被覆されたガラス本体の表面ではなく、ガラス本体の表面から測定されることを理解すべきである。高い弾性率により、引っ掻き傷および損傷が導入されにくくなり、下にある圧縮層が、引っ掻き傷およびひびが伝搬するのを防ぐ。この効果を示す例示の材料の組合せは、33 Expansionホウケイ酸ガラス上のサファイアコーティング、または51 Expansionホウケイ酸ガラス上に堆積された酸化ジルコニウムコーティングである。
前述したことに基づいて、いくつかの実施の形態において、ガラス容器は、本体の少なくとも外面からガラス容器の壁厚中に延在する圧縮応力層を含むことがあることを理解すべきである。圧縮応力層は、圧縮応力層を含まないガラス容器に対して、ガラス容器の機械的強度を改善する。圧縮応力層は、圧縮応力層を含まないガラス容器に対して、ガラス容器が、破損せずにより大きい表面損傷(すなわち、ガラス容器の壁厚中により深く延在する、引っ掻き傷、破片など)に耐えられるように、ガラス容器の損傷許容性も改善する。さらに、これらの実施の形態において、圧縮応力層は、イオン交換により、熱強化により、積層ガラスからガラス容器を形成することにより、またはガラス本体にコーティングを施すことにより、ガラス容器に形成できることも理解すべきである。いくつかの実施の形態において、圧縮応力層は、これらの技術の組合せによって形成されることがある。
耐剥離性
いくつかの実施の形態において、ガラス容器100は、容器内に貯蔵された特定の化学組成物に長期間暴露された後の剥離に抵抗することもできる。上述したように、剥離は、溶液に長期間暴露された後に、シリカの豊富なガラス薄片を、ガラス容器内に収容された溶液中に放出することがある。したがって、耐剥離性は、特定の条件下で溶液に暴露された後にガラス容器内に収容された溶液中に存在するガラス微粒子の数によって特徴付けることができる。ガラス容器の長期間の耐剥離性を評価するために、加速剥離試験が利用される。この試験は、イオン交換されたガラス容器とイオン交換されていないガラス容器の両方に行われることがある。この試験は、1分間に亘る室温でのガラス容器の洗浄および1時間亘る約320℃での容器の脱パイロジェンからなる。その後、pHが10の20mMのグリシン水溶液をガラス容器に容量の80~90%まで入れ、ガラス容器を閉じ、ガラス容器を100℃に急激に加熱し、次に、2気圧(約203kPa)の圧力で1℃/分の昇温速度で100℃から121℃に加熱する。ガラス容器と溶液を60分間に亘りこの温度に保持し、0.5℃/分の速度で室温まで冷却し、この加熱サイクルと保持を繰り返す。次に、ガラス容器を50℃に加熱し、高温状態調節のために、10日以上に亘り保持する。加熱後、ガラス容器を、積層タイル張りの床などの硬質表面上に少なくとも18インチ(約46cm)の距離から落として、ガラス容器の内面に弱く付着したどのような薄片または粒子も取り除く。より大型のバイアルが衝撃で砕けるのを防ぐために、落下距離は、適切に増減することができる。
その後、ガラス容器中に収容された溶液を解析して、溶液1リットル当たりに存在するガラス粒子の数を決定する。詳しくは、ガラス容器からの溶液を、真空吸引機に取り付けられたMillipore Isopore Membraneフィルタ(部品#AP1002500および#M000025A0と共にアセンブリ内に保持されたMillipore#ATTP02500)の中心に直接注いで、5mLについて10~15秒以内で溶液をフィルタに通す。その後、別の5mLの水をすすぎ液として使用して、フィルタ媒体から緩衝残留物を除去する。次に、Fundamentals of light microscopy and digital imaging. New York: Wiley-Liss, 153~168頁からの「Differential interference contrast (DIC) microscopy and modulation contrast microscopy」に記載されたように、反射型の微分干渉顕微鏡法(DIC)によって、微粒子薄片を計数する。視界は、約1.5mm×1.5mmに設定し、50μmより大きい粒子を手作業で計数する。画像間に重複がない3×3パターンで各フィルタ膜の中心でそのような測定を9回行う。フィルタ媒体のより大きい区画を解析する場合、結果は、同等面積(すなわち、20.25mm)に正規化できる。光学顕微鏡から収集した画像を、画像解析プログラム(Media Cybernetic’s ImagePro Plusバージョン6.1)で分析して、存在するガラス薄片の数を測定し、計数する。これは、以下のように行われる:単純グレースケール区分けによって背景よりも暗く見える画像内の特徴の全てを強調する;次に、25マイクロメートルより大きい長さを有する強調された特徴の全ての長さ、幅、面積、および外周を測定する;次に、明らかにガラス粒子ではないいずれのものも、データから除去する;次に、測定データをスプレッドシートにエクスポートする。次いで、長さが25マイクロメートルより大きくかつ背景より明るい特徴の全てを抽出し、測定する;25マイクロメートルより大きい長さを有する強調された特徴の全ての長さ、幅、面積、外周、およびX-Yアスペクト比を測定する;明らかにガラス粒子ではないいずれのものも、データから除去する;測定データを、スプレッドシートに先にエクスポートされたデータに付け加える。次に、スプレッドシート内のデータを、特徴の長さでソートし、サイズにしたがって、ビンに分ける。報告された結果は、長さが50マイクロメートルより大きい特徴に関するものである。次に、これらの群の各々を計数し、その計数は、試料の各々について報告する。
最低で100mLの溶液を試験する。それゆえ、溶液の総量を100mLにするために、複数の小さな容器からの溶液をプールしてもよい。10mL超の容積を有する容器について、試験は、同じ加工条件下で同じガラス組成物から形成された10個の容器の試行について、繰り返し、粒子の計数結果を10個の容器について平均して、平均粒子計数を決定する。あるいは、小さい容器の場合には、試験は、10個のバイアルの試行について繰り返し、その各々を解析し、粒子計数を多数の試行について平均して、試行毎の平均粒子計数を決定する。多数の容器について粒子計数を平均すると、個々の容器の剥離挙動の潜在的なばらつきが考慮される。表1には、試験のための試料容積および容器の数の非限定例がいくつか纏められている。
Figure 2023515143000002
上述した試験は、溶液とガラスとの間の反応の結果としてガラス容器中に囲まれた溶液から沈殿する粒子または成形過程から容器内に存在する混入物ではない粒子および剥離のためにガラス容器の内壁から落ちた粒子を識別するために使用されることを理解すべきである。詳しくは、剥離粒子は、粒子のアスペクト比(すなわち、粒子の厚さに対する粒子の最大長の比、または最大寸法と最小寸法の比)に基づいて混入ガラス粒子から識別することができる。剥離により、不規則な形状であり、一般に、約50μm超であるが、多くの場合200μm超である最大長を有する微粒子薄片または薄層(lamellae)が生じる。薄片の厚さは、通常、約100nm超であり、約1μmほど大きいことがある。それゆえ、薄片の最小アスペクト比は、一般に、約50より大きい。アスペクト比は、約100より大きく、多くの場合、約1000より大きいことがある。対照的に、混入ガラス粒子は、一般に、3未満の低いアスペクト比を有する。したがって、剥離から生じた粒子は、顕微鏡で観察する最中にアスペクト比に基づいて、混入粒子から識別することができる。他の一般的な非ガラス粒子としては、髪、繊維、金属粒子、プラスチック粒子、および他の汚染物質が挙げられ、それゆえ、検査中に排除される。結果の検証は、試験した容器の内部領域を評価することによって、行うことができる。観察の際に、Journal of Pharmaceutical Sciences 101(4), 2012年、1378~1384頁からの「Nondestructive Detection of Glass Vial Inner Surface Morphology with Differential Interference Contrast Microscopy」に記載されたような表皮の腐食/ピッティング/薄片の除去の証拠が留意される。
加速剥離試験後に存在する粒子の数を利用して、試験したバイアルのセットについて剥離係数を確立することができる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する10未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、10の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する9未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、9の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する8未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、8の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する7未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、7の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する6未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、6の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する5未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、5の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する4未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、4の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する3未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、3の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する2未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、2の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有する1未満のガラス粒子が平均値となるガラス容器の試行が、1の剥離係数を有すると考えられる。加速剥離試験後の試行当たり約50超のアスペクト比および約50μmの最小長さを有するガラス粒子がゼロであるガラス容器の試行が、0の剥離係数を有すると考えられる。したがって、剥離係数が低いほど、ガラス容器の耐剥離性が良好であることを理解すべきである。ここに記載されたいくつかの実施の形態において、ガラス容器の本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数(例えば、3、2、1または0の剥離係数)を有する。いくつかの他の実施の形態において、内面と外面の両方を含む、ガラス容器の全体は、10以下の剥離係数(例えば、3、2、1または0の剥離係数)を有する。
いくつかの実施の形態において、10以下の剥離係数を有するガラス容器は、バリアコーティングが本体の内面であるように本体の内面にバリアコーティングを有するガラス容器を形成することによって、得られることがある。一例として図5を参照すると、本体102の内面104の少なくとも一部の上に堆積されたバリアコーティング131を有するガラス容器100が概略示されている。バリアコーティング131は、剥離も、他の様式で劣化もせず、医薬品組成物など、ガラス容器100の内部容積108内に貯蔵された製品が、本体102の内面104と接触するのを防ぎ、それによって、ガラス容器の剥離を軽減する。このバリアコーティングは、一般に、水溶液に非浸透性であり、水に不溶性であり、加水分解に安定である。
ここに記載されたいくつかの実施の形態において、バリアコーティング131は、ガラス容器100の内面104に永久的に付着した強固な無機コーティングである。バリアコーティング131は、金属窒化物コーティング、金属酸化物コーティング、金属硫化物コーティング、SiO、ダイヤモンド状炭化物、グラフェン、または炭化物コーティングであることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、強固な無機コーティングは、Al、TiO、ZrO、SnO、SiO、Ta、Nb、Cr、V、ZnO、またはHfOなどの少なくとも1つの金属酸化物から形成されることがある。いくつかの他の実施の形態において、強固な無機コーティングは、Al、TiO、ZrO、SnO、SiO、Ta、Nb、Cr、V、ZnO、またはHfOなどの2つ以上の組合せから形成されることがある。いくつかの他の実施の形態において、バリアコーティング131は、ガラス容器の内面上に堆積された第1の金属酸化物の第1の層および第1の層を覆って堆積された第2の金属酸化物の第2の層を含むことがある。これらの実施の形態において、バリアコーティング131は、制限なく、原子層堆積、化学的気相成長法、物理的気相成長法などを含む、様々な堆積技術を使用して堆積されることがある。あるいは、バリアコーティングは、浸漬被覆、スプレー塗装、またはプラズマ被覆などの1種類以上の液体塗布技術により施されることがある。スプレー塗装技術としては、大量低圧(HVLP)および少量低圧(LVLP)スプレー塗装、静電スプレー塗装、エアレススプレー塗装、エアレススプレー塗装による超音波噴霧、エアロゾルジェット塗装、およびインクジェット塗装が挙げられる。プラズマ被覆技術としては、標準的な一次および二次プラズマ被覆、マイクロ波支援プラズマ被覆、および大気プラズマ被覆などが挙げられる。
バリアコーティング131の実施の形態が、無機材料から作られるとここでは記載されているが、いくつかの実施の形態において、バリアコーティング131は有機コーティングであってもよいことを理解すべきである。例えば、バリアコーティング131が有機コーティングである実施の形態において、有機コーティングは、ポリベンズイミダゾール、ポリビスオキサゾール、ポリビスチアゾール、ポリエーテルイミド、ポリキノリン、ポリチオフェン、フェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリシアヌレート、パリレン、ポリテトラフルオロエチレンおよび他のフッ素置換ポリオレフィンを含むフッ素化ポリオレフィン、ペルフルオロアルコキシポリマー、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミド、エポキシ、ポリフェノール、ポリウレタンアクリレート、環状オレフィンコポリマーおよび環状オレフィンポリマー、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、ポリプロピレンを含むポリオレフィン、ポリエチレン/プロピレンコポリマー、ポリエチレン/酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリテルペン、ポリ無水物、ポリマレイン酸無水物、ポリホルムアルデヒド、ポリアセタールおよびポリアセタールのコポリマー、ジメチルまたはジフェニルまたはメチル/フェニル混合物のポリシロキサン、ペルフッ素化シロキサンおよび他の置換シロキサン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、パラフィンおよびワックス、またはその様々な組合せから作られることがある。いくつかの実施の形態において、バリアコーティング131として使用される有機コーティングとしては、ジメチル、ジフェニルまたはメチル/フェニル混合物のポリシロキサンが挙げられる。あるいは、有機コーティングは、ポリカーボネートまたはポリエチレンテレフタレートであることがある。いくつかの実施の形態において、バリアコーティング131は、上述したポリマーおよび/またはコポリマーの1つ以上から作られた層状構造から形成されることがある。
バリアコーティングは、どのガラス組成物から形成されたガラス容器と共に利用してもよい。しかしながら、バリアコーティングは、ガラス容器に形成する際に耐剥離性を示さないガラス組成物から形成されたガラス容器に使用するのに特にうまく適している。そのようなガラス組成物としては、制限なく、「Standard Specification for Glasses in Laboratory Apparatus」と題するASTM規格E438-92(2011)に準拠する、タイプIクラスA、タイプIクラスB、およびタイプIIのガラス組成物と指定されるガラス組成物が挙げられる。そのようなガラス組成物は、ASTM規格の下で要求される化学的耐久性を有するかもしれないが、耐剥離性は示さない。例えば、下記の表2には、耐剥離性を示さないタイプIクラスBのガラス組成物のいくつかの非限定例が列挙されている。このように、ここに記載されたバリアコーティングは、容器が10以下の剥離係数を有するように、これらの組成物から形成された容器の少なくとも内面に使用することができる。
Figure 2023515143000003
いくつかの代わりの実施の形態において、10以下の剥離係数を有するガラス容器は、「Delamination Resistant Glass Containers」と題する、Corning Incorporatedに委譲された、2013年6月7日に出願された同時係属の米国特許出願第13/912457号明細書に記載されているように、ガラス容器が均一な組成特徴を有し、これにより、転じて、剥離に対するガラス容器の感受性を減少させるように、ガラス容器を形成することによって、達成される。具体的に、ガラス容器の剥離は、少なくとも一部には、上述したように、ガラス容器の少なくとも内部のガラス組成の不均一性によるであろうと考えられる。そのような組成の不均一性を最小にすることにより、10以下の剥離係数を有するガラス容器が製造される。
ここで、図1および6を参照すると、いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス容器は、本体の少なくとも内面104が10以下の剥離係数を有するように、壁、踵、および床部分の各々においてガラス本体102の厚さを通じて均一な組成を有する。詳しくは、図6は、ガラス容器100の壁部分110の部分断面を概略示している。ガラス容器100のガラス本体102は、ガラス容器100の内面104より約10nm下(図6にDLR1と示されている)から壁部分110の厚さ中に、ガラス容器の内面104から深さDLR2まで延在する内部領域120を有する。内面104より約10nm下から延在する内部領域は、実験アーチファクトによる表面下の最初の5~10nmにおける組成とは区別される。ガラスの組成を決定するためのダイナミック二次イオン質量分析(DSIMS)の開始時に、最初の5~10nmは、次の3つの懸念のために解析に含まれない:偶発的な炭素の結果としての表面からのイオンの変動スパッタリング速度、一部にはその変動スパッタリング速度による定常帯電の確立、および定常スパッタリング条件を確立する間の種の混合。その結果、解析の最初の2つのデータ点は排除される。したがって、内部領域120は、DLR2-DLR1と等しい厚さTLRを有することを理解すべきである。この内部領域内のガラス組成は、持続する層均一性を有し、これは、内部領域の厚さTLRと共に、ガラス容器の内部容積内に収容される溶液への長期の暴露後に、ガラス本体の剥離を防ぐのに十分である。いくつかの実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約100nmである。いくつかの実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約150nmである。いくつかの他の実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約200nm、またさらには約250nmである。いくつかの他の実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約300nm、またさらには約350nmである。さらに他の実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約500nmである。いくつかの実施の形態において、内部領域120は、少なくとも約1μm、またさらには約2μmの厚さTLRまで延在することがある。
内部領域が、ガラス容器100の内面104の10nm下から壁部分110の厚さ中にガラス容器の内面104から深さDLR2まで延在するとここに記載されているが、他の実施の形態も可能であることを理解すべきである。例えば、上述した実験アーチファクトにかかわらず、持続する層均一性を有する内部領域が、ガラス容器100の内面104から壁部分の厚さ中に実際に延在してもよいと仮定される。したがって、いくつかの実施の形態において、厚さTLRは、内面104から深さDLR2まで延在することがある。これらの実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約100nmであることがある。いくつかの実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約150nmであることがある。いくつかの他の実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約200nm、またさらには約250nmであることがある。いくつかの他の実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約300nm、またさらには約350nmであることがある。さらに他の実施の形態において、厚さTLRは、少なくとも約500nmであることがある。いくつかの実施の形態において、内部領域120は、少なくとも約1μm、またさらには約2μmの厚さTLRまで延在することがある。
ガラス容器が持続する層均一性を有するようにガラス容器が形成されている実施の形態において、「持続する層均一性」という句は、内部領域のガラス組成物の構成成分(例えば、SiO、Al、NaOなど)の濃度が、ガラス容器内に収容される溶液に長期間曝露された際にガラス本体の剥離をもたらすであろう量ほどは、内部領域を含有するガラス層の厚さの中点での同じ構成成分の濃度と異ならないことを意味する。例えば、ガラス容器が単一のガラス組成物から形成されている実施の形態において、ガラス本体はガラスの単一層を含有し、内部領域中の構成成分の濃度は、持続する層均一性が存在するか否かを決定するために、内面104と外面106との間でガラス本体を均一に2等分する中間線MPに沿った地点での同じ成分の濃度に匹敵する。しかしながら、ガラス容器が、積層ガラスのガラスクラッド層がガラス容器の内面を形成している積層ガラスから形成されている実施の形態において、内部領域中の構成成分の濃度は、ガラス容器の内面を形成するガラスクラッド層を均一に2等分する中間線に沿った地点での同じ成分の濃度に匹敵する。ここに記載された実施の形態において、ガラス本体の内部領域中の持続する層均一性は、内部領域120におけるガラス組成物の構成成分の各々の層濃度の極値(すなわち、最小値または最大値)が、内部領域120を含有するガラス層の中点での同じ構成成分の約80%以上かつ約120%以下であるようなものである。ここに用いられているような、持続する層均一性は、ガラス容器が、形成されたままの状態にあるときの、またはガラス容器の少なくとも内部表面に、エッチングなどの表面処理が1つ以上施された後の、ガラス容器の状態を称する。他の実施の形態において、ガラス本体の内部領域中の持続する層均一性は、内部領域120におけるガラス組成物の構成成分の各々の層濃度の極値が、内部領域120を含有するガラス層の厚さの中点での同じ構成成分の約90%以上かつ約110%以下であるようなものである。さらに他の実施の形態において、ガラス本体の内部領域中の持続する層均一性は、内部領域120におけるガラス組成物の構成成分の各々の層濃度の極値が、内部領域120を含有するガラス層の厚さの中点での同じ構成成分の約92%以上かつ約108%以下であるようなものである。いくつかの実施の形態において、持続する層均一性は、約2モル%未満の量で存在するガラス組成物の構成成分を含めない。
ここに用いられているような、「形成されたままの状態」という用語は、ガラス容器100が、ガラス原料から形成されているが、その容器が、イオン交換強化、被覆、硫酸アンモニウム処理など、いずれの追加の処理工程も施される前のガラス容器100の組成を称する。いくつかの実施の形態において、「形成されたままの状態」という用語は、ガラス容器100が形成されており、ガラス容器の少なくとも内部表面の全てまたは一部を選択的に除去するためにエッチング処理に施された後のガラス容器の組成を含む。ここに記載された実施の形態において、ガラス組成物中の構成成分の層濃度は、ダイナミック二次イオン質量分析(DSIMS)を使用して関心区域におけるガラス本体の厚さを通じて組成物の試料を収集することによって決定される。ここに記載された実施の形態において、組成プロファイルは、ガラス本体102の内面104の区域からサンプリングされる。サンプリングされた区域は、1mmの最大面積を有する。この技法により、サンプリングされた区域に関するガラス本体の内面からの深さの関数としてのガラス中の種の組成プロファイルが得られる。
上述したように持続する層均一性を有するガラス容器を形成することによって、一般に、ガラス容器の耐剥離性が改善される。詳しくは、組成が均一である内部領域(すなわち、内部領域中の構成成分の濃度の極値が、内部領域を含有するガラス層の厚さの中点での同じ構成成分の±20%以内にある)を提供することにより、浸出の影響を受けやすいであろうガラス組成物の構成成分の局部濃度が避けられ、これにより、これらの構成成分がガラス表面から浸出した場合の、ガラス容器の内面からのガラス粒子の損失が軽減される。
先に述べたように、形成されたままの状態で持続する層均一性を有する容器は、ガラス本体の内面に施された無機および/または有機コーティングを含むコーティングを含まない。したがって、ガラス容器の本体は、本体の内面から少なくとも250nmまたさらには少なくとも300nmの深さまで延在する実質的に単一の組成物から形成されることを理解すべきである。「単一の組成物」という用語は、内面から本体の厚さ中に、少なくとも250nmまたさらには少なくとも300nmの深さまで延在する本体の部分を形成するガラスが、同じかまたは異なる組成の別の材料に施された被覆材料と比べて、単一の材料組成であるという事実を称する。例えば、いくつかの実施の形態において、容器の本体は、単一のガラス組成物から構築されることがある。他の実施の形態において、容器の本体は、その本体の内面が、その内面から少なくとも250nmまたさらには少なくとも300nmの深さまで延在する単一組成を有するような積層ガラスから構築されることがある。ガラス容器は、上述したように、内面または内面より10nm下のいずれかから、少なくとも100nmの深さまで延在する内部領域を含むことがある。この内部領域は、持続する層均一性を有することができる。
ここで図1および7を参照すると、いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス容器は、壁、踵、および床部分を含む本体102の少なくとも内面104が、ガラス容器が形成されたままの状態にある場合、10以下の剥離係数を有するように、本体102の内面104に亘り均一な表面組成も有することがある。図7は、ガラス容器100の壁部分110の部分断面を概略示している。ガラス容器100は、ガラス容器の内面全体に亘り延在する表面領域130を有する。表面領域130は、ガラス容器100の内面104から外面に向かってガラス本体の厚さ中に延在する深さDSRを有する。したがって、表面領域130は、深さDSRと等しい厚さTSRを有することを理解すべきである。いくつかの実施の形態において、表面領域は、ガラス容器100の内面104から少なくとも約10nmの深さDSRまで延在する。いくつかの他の実施の形態において、表面領域130は、少なくとも約50nmの深さDSRまで延在する。いくつかの他の実施の形態において、表面領域130は、約10nmから約50nmの深さDSRまで延在する。したがって、表面領域130は、内部領域120より浅い深さまで延在することを理解すべきである。表面領域のガラス組成は、内部領域の深さDSRと併せて、ガラス容器の内部容積内に収容される溶液に長期間曝露された後のガラス本体の剥離を防ぐのに十分である持続する表面均一性を有する。
ここに記載された実施の形態において、「持続する表面均一性」という句は、表面領域中の個別の地点でガラス組成物の構成成分(例えば、SiO、Al、NaOなど)の濃度が、ガラス容器内に収容される溶液に長期間曝露された際にガラス本体の剥離をもたらすであろう量ほどは、その表面領域中の任意の第2の個別の地点での同じ構成成分の濃度と異ならないことを意味する。ここに記載された実施の形態において、表面領域における持続する表面均一性は、ガラス容器の内面104上の個別の地点について、個別の地点での表面領域130中の構成成分の各々の表面濃度の極値(すなわち、最小値または最大値)が、ガラス容器100が形成されたままの状態にある場合、ガラス容器100の内面104上の任意の第2の個別の地点での表面領域130中の同じ構成成分の約70%以上かつ約130%以下であるようなものである。例えば、図7は、壁部分110の内面104上の3つの個別の地点(A、B、およびC)を示している。各地点は、少なくとも約3mmだけ隣接する地点から離れている。地点「A」での表面領域130中の構成成分の各々の表面濃度の極値は、地点「B」および「C」での表面領域130中の同じ構成成分の約70%以上かつ約130%以下である。容器の踵部分を称する場合、個別の地点は踵の頂点をほぼ中心とすることができ、隣接する地点は、容器の床部分に沿って、また容器の壁部分に沿って、踵の頂点から少なくとも3mm離れて位置しており、地点間の距離は、容器の半径と側壁の高さ(すなわち、側壁が容器の肩に移行する地点)により制限される。
いくつかの実施の形態において、表面領域における持続する表面均一性は、ガラス容器100の内面104上の任意の個別の地点に関する表面領域130中のガラス組成物の構成成分の各々の表面濃度の極値が、ガラス容器100の内面104上の任意の第2の個別の地点での表面領域130中の同じ構成成分の約75%以上かつ約125%以下であるようなものである。いくつかの他の実施の形態において、表面領域における持続する表面均一性は、ガラス容器100の内面104上の任意の個別の地点に関する表面領域130中のガラス組成物の構成成分の各々の表面濃度の極値が、ガラス容器100の内面104上の任意の第2の個別の地点での表面領域130中の同じ構成成分の約80%以上かつ約120%以下であるようなものである。さらに他の実施の形態において、表面領域における持続する表面均一性は、ガラス容器100の内面104上の任意の個別の地点に関する表面領域130中のガラス組成物の構成成分の各々の表面濃度の極値が、ガラス容器100の内面104上の任意の第2の個別の地点での表面領域130中の同じ構成成分の約85%以上かつ約115%以下であるようなものである。ここに記載された実施の形態において、表面領域中のガラス組成物の構成成分の表面濃度は、X線光電子分光法で測定される。いくつかの実施の形態において、表面領域における持続する表面均一性は、約2モル%未満の量で存在するガラス組成物の構成成分を含めない。
表面領域130中のガラスの構成成分の表面濃度の均一性は、一般に、ガラス容器100の内面104からガラス粒子を剥離させ、放出するガラス組成物の傾向の指標である。
ガラス組成物が表面領域130において持続する表面均一性を有する場合(すなわち、内面104上の個別の地点での表面領域130中のガラスの構成成分の表面濃度の極値が、内面104上の任意の第2の個別の地点での表面領域130中の同じ構成成分の±30%以内にある場合)、そのガラス組成物は、改善された耐剥離性を有する。
持続する層均一性および/または持続する表面均一性を有するガラス容器は、様々な技術を使用して得ることができる。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス容器の本体102の少なくとも内面104はエッチングされ、それによって、ガラス容器の少なくとも内面が10以下の剥離係数を有するような持続する層均一性および/または持続する表面均一性を有するガラス容器が生成される。詳しくは、上述したように、ガラスからの種の揮発および容器の形成中の揮発種のその後の再堆積による、ガラス中の組成の変動は、剥離をもたらす機構の1つであると考えられる。ガラス容器の内面上の揮発種と再堆積種の薄い表皮は、医薬品組成物への曝露中にアルカリ種およびホウ素種がその表皮から迅速に失われるように、組成が不均一かつ加水分解に脆弱である。この挙動により、表面積の大きいシリカの豊富な層が残される。このシリカの豊富な層が医薬品組成物に曝露されると、その層は膨潤し、最終的に本体の内面から薄片となって剥がれる(すなわち、剥離する)。しかしながら、ガラス容器の本体の内面をエッチングすると、この薄い表皮層が除去され、ガラス容器の本体の少なくとも内面に持続する層均一性および/または持続する表面均一性が与えられる。
ここに記載されたいくつかの実施の形態において、ガラス容器の本体は、ガラス本体の内面からガラス材料の層を除去するためにエッチングされる。このエッチングは、揮発種および再堆積種の薄い表皮層を除去し、それによって、ガラス本体の少なくとも内面が10以下の剥離係数を有するように、ガラス容器の本体の少なくとも内面に持続する層均一性および/または持続する表面均一性を与えるのに十分である。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス容器の本体は、ガラス本体の内面からガラス材料を1μmまたさらには1.5μmの深さまで除去するためにエッチングされる。いくつかの他の実施の形態において、ガラス容器の本体は、ガラス材料を、制限なく、2μm、3μm、またさらには5μmを含む、1.5μm超の深さまで除去するためにエッチングされることがある。これらの実施の形態において、ガラス容器の少なくとも内面は、「Standard Specification for Glasses in Laboratory Apparatus」と題するASTM規格E438-92(2011)の下でタイプI、クラスA(タイプIA)またはタイプI、クラスB(タイプIB)のガラスの規格を満たすガラス組成物から形成されることがある。ホウケイ酸ガラスは、タイプI(AまたはB)の規格を満たし、医薬品包装に日常的に使用されている。ホウケイ酸ガラスの例としては、制限なく、Corning(登録商標)パイレックス(登録商標)7740、7800、Wheaton 180、200、および400、Schott Duran(登録商標)、Schott Fiolax(登録商標)、KIMAX(登録商標)N-15A、Gerresheimer GX-51 Flintなどが挙げられる。
1つの実施の形態において、エッチングは、ガラス容器の内面を酸性溶液または酸性溶液の組合せに曝露することによって、行うことができる。その酸性溶液としては、制限なく、硫酸、硝酸、塩化水素酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、およびリン酸が挙げられる。例えば、酸性溶液としては、1.5Mのフッ化水素酸の0.9Mの硫酸との混合物が挙げられる。これらの酸性溶液は、ガラス容器の内面上に劣化した「浸出層」を残さずに、揮発し再堆積した有機溶液の薄い表皮層を効果的に除去する。あるいは、エッチングは、ガラス容器の内面を塩基性溶液または塩基性溶液の組合せに曝露することによって、行うことができる。適切な塩基性溶液の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、またはその組合せが挙げられる。あるいは、エッチングは、酸性溶液と、その後の塩基性溶液により連続して、もしくはその逆により行ってもよい。
1つの具体的なエッチング処理がここに記載されているが、他のエッチング処理も使用してよいことを理解すべきである。ガラス容器の少なくとも内面をエッチングするために、例えば、米国特許第2106744号、米国特許出願公開第2011/0165393号、同第2013/0122306号、および同第2012/0282449号の各明細書に開示されたエッチング処理も使用してよい。
さらに他の実施の形態において、ガラス組成物の構成成分が、ガラス原料から形成されたガラス容器を所望の容器形状に作り直すために必要な温度で、比較的低い蒸気圧を有する種(すなわち、揮発性の低い種)を形成するガラス組成物からガラス容器を形成することによって、ガラス容器に、持続する層均一性および/または持続する表面均一性が与えられる。これらの構成成分は、作り直し温度で比較的低い蒸気圧を有する種を形成するので、その構成成分は、ガラスの表面から揮発し、蒸発する可能性が低く、それによって、ガラス容器の内面に亘り、ガラス容器の厚さを通じて、組成が均一な表面を有するガラス容器が形成される。
そのガラス組成物の特定の構成成分は、ガラスの形成温度と作り直し温度で十分に揮発することがあり、次に、組成が不均一になり、その後、剥離することがある。ガラス組成物の形成温度と作り直し温度は、一般に、ガラス組成物が約200ポアズから約100キロポアズの範囲の粘度を有する温度に相当する。したがって、いくつかの実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物は、約200ポアズから約100キロポアズの範囲の粘度に相当する温度で著しく揮発する種を形成する(すなわち、約10-3気圧(約101Pa)より高い平衡分圧を有する気相種を形成する)構成成分を含まない。いくつかの実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物は、約1キロポアズから約50キロポアズの範囲の粘度に相当する温度で著しく揮発する構成成分を含まない。いくつかの他の実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物は、約1キロポアズから約20キロポアズの範囲の粘度に相当する温度で著しく揮発する構成成分を含まない。いくつかの他の実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物は、約1キロポアズから約10キロポアズの範囲の粘度に相当する温度で著しく揮発する構成成分を含まない。理論で束縛する意図はないが、これらの条件下で著しく揮発する化合物としては、制限なく、ホウ素およびホウ素の化合物、リンおよびリンの化合物、亜鉛および亜鉛の化合物、フッ素およびフッ素の化合物、塩素および塩素の化合物、スズおよびスズの化合物、並びにナトリウムおよびナトリウムの化合物が挙げられる。
ここに記載されたいくつかの実施の形態において、ガラス容器は、一般に、例えば、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物またはアルカリ土類アルミノケイ酸塩ガラス組成物などのアルミノケイ酸塩ガラス組成物から形成される。先に述べたように、ガラス中のホウ素含有種は、結果として得られたガラス容器の剥離をもたらす、ガラスの形成および作り直しに使用される高温で、揮発性が高い。さらに、ホウ素を含有するガラス組成物は、相分離も起こしやすい。したがって、ここに記載された実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物中のホウ素濃度は、剥離および相分離の両方を軽減するために制限される。いくつかの実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物は、制限なく、Bを含む、ホウ素の酸化物および/またはホウ素を含有する化合物を約1.0モル%以下しか含まない。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のホウ素の酸化物および/またはホウ素を含有する化合物の濃度は、約0.5モル%以下、約0.4モル%以下、またさらには約0.3モル%以下であることがある。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のホウ素の酸化物および/またはホウ素を含有する化合物の濃度は、約0.2モル%以下、またさらには約0.1モル%以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、ホウ素およびホウ素を含有する化合物を実質的に含まない。
リンは、ホウ素のように、概して、ガラスの形成および作り直しに使用される高温で、揮発性の高い種をガラス組成物中に形成する。それゆえ、ガラス組成物中のリンは、完成したガラス容器に組成の不均一性をもたらし得、これにより、次に、剥離がもたらされることがある。したがって、ここに記載された実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物中のリンおよびリンを含有する化合物(Pなど)の濃度は、剥離を軽減するために制限される。いくつかの実施の形態において、ガラス容器を造るガラス組成物は、リンの酸化物および/またはリンを含有する化合物を約0.3モル%以下しか含まない。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のリンの酸化物および/またはリンを含有する化合物の濃度は、約0.2モル%以下、またさらには約0.1モル%以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、リンおよびリンを含有する化合物を実質的に含まない。
亜鉛は、ホウ素とリンのように、一般に、ガラスの形成および作り直しに使用される高温で、揮発性の高い種をガラス組成物中に形成する。それゆえ、ガラス組成物中の亜鉛は、完成したガラス容器に組成の不均一性をもたらし得、これにより、次に、剥離がもたらされることがある。したがって、ここに記載された実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物中の亜鉛および亜鉛を含有する化合物(ZnOなど)の濃度は、剥離を軽減するために制限される。いくつかの実施の形態において、ガラス容器を造るガラス組成物は、亜鉛の酸化物および/または亜鉛を含有する化合物を約0.5モル%以下しか含まない。いくつかの他の実施の形態において、ガラス容器を作るガラス組成物は、亜鉛の酸化物および/または亜鉛を含有する化合物を約0.3モル%以下しか含まない。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中の亜鉛の酸化物または亜鉛を含有する化合物の濃度は、約0.2モル%以下、またさらには約0.1モル%以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、亜鉛および亜鉛を含有する化合物を実質的に含まない。
鉛およびビスマスも、ガラスの形成および作り直しに使用される高温で、揮発性の高い種をガラス組成物中に形成する。したがって、ここに記載された実施の形態において、ガラス容器を形成するガラス組成物中の鉛、ビスマス、鉛を含有する化合物、およびビスマスを含有する化合物の濃度は、剥離を軽減するために制限される。いくつかの実施の形態において、鉛の酸化物、ビスマスの酸化物、鉛を含有する化合物および/またはビスマスを含有する化合物の各々は、約0.3モル%以下の濃度でガラス組成物中に存在する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、鉛の酸化物、ビスマスの酸化物、鉛を含有する化合物および/またはビスマスを含有する化合物の各々は、約0.2モル%以下の濃度で、またさらには約0.1モル%以下の濃度でガラス組成物中に存在する。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、鉛および/またはビスマスおよび鉛および/またはビスマスを含有する化合物を実質的に含まない。
塩素、フッ素を含有する種、およびスズの酸化物も、ガラスの形成および作り直しに使用される高温で、揮発性が高い。したがって、ここに記載された実施の形態において、塩素、フッ素、およびスズの酸化物、並びにスズ、塩素、またはフッ素を含有する化合物は、得られるガラスの耐剥離性に影響しない濃度でガラス組成物中に存在する。詳しくは、塩素、フッ素、およびスズの酸化物、並びにスズ、塩素、またはフッ素を含有する化合物は、約0.5モル%以下、またさらには約0.3モル%以下の濃度で、ガラス容器を形成するガラス組成物中に存在する。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、スズ、塩素、およびフッ素、並びにスズ、塩素、またはフッ素を含有する化合物を実質的に含まない。
ガラス容器のいくつかの実施の形態は、上述したような容易に揮発する構成成分を含まないことがあるが、特定の他の実施の形態において、ガラス容器は、ガラス容器がバリア層を含む場合など、これらの揮発性成分を含むガラス組成物から形成してもよい。
容器を形成するガラス組成物は、相分離していない。ここに用いられている「相分離」という用語は、ガラス組成物が、各相が異なる組成特徴を有する別々の相に分離することを称する。例えば、アルカリホウケイ酸ガラスは、一般に、高温(形成温度および作り直し温度など)でホウ素の豊富な相とシリカの豊富な相に相分離することが知られている。ここに記載されたいくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のホウ素の酸化物の濃度は、ガラス組成物が相分離しないように十分に低い(すなわち、約1.0モル%以下)。
1つの例示の実施の形態において、ガラス容器は、その全てがここに引用される、「Alkaline Earth Alumino-Silicate Glass Compositions with Improved Chemical and Mechanical Durability」と題する、2012年10月25日に出願された米国特許出願第13/660141号(代理人事件整理番号SP11-241)明細書に記載されたアルカリ土類アルミノケイ酸塩ガラス組成物などの耐剥離性ガラス組成物から形成される。この第1の例示のガラス組成物は、概して、SiO、Al、少なくとも1種類のアルカリ土類酸化物、および少なくともNaOとKOを含むアルカリ酸化物の組合せを含む。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、ホウ素およびホウ素を含有する化合物を含まないこともある。これらの成分の組合せにより、化学分解に耐性があり、イオン交換による化学強化に適してもいるガラス組成物が可能になる。いくつかの実施の形態において、そのガラス組成物は、例えば、SnO、ZrO、ZrOなどの1種類以上の追加の酸化物を微量でさらに含むことがある。これらの成分は、清澄剤として、および/またはガラス組成物の化学的耐久性をさらに向上させるために、添加することができる。
第1の例示のガラス組成物の実施の形態において、このガラス組成物は、概して、約65モル%以上かつ約75モル%以下の量でSiOを含む。いくつかの実施の形態において、SiOは、約67モル%以上かつ約75モル%以下の量でガラス組成物中に存在する。いくつかの他の実施の形態において、SiOは、約67モル%以上かつ約73モル%以下の量でガラス組成物中に存在する。これらの実施の形態の各々において、ガラス組成物中に存在するSiOは、約70モル%以上、またさらには約72モル%以上であることがある。
第1の例示のガラス組成物はAlも含む。Alは、NaOなどのガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物と共に、ガラスのイオン交換強化の感受性を改善する。さらに、組成物にAlを添加すると、アルカリ成分(NaおよびKなど)がガラスから浸出する傾向を減少させ、それゆえ、Alの添加は、組成物の加水分解に対する耐性を増加させる。さらに、Alを約12.5モル%超、添加すると、ガラスの軟化点を上昇させ、それによって、ガラスの成形性が低下することもある。したがって、ここに記載されたガラス組成物は、概して、約6モル%以上かつ約12.5モル%以下の量でAlを含む。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物中のAlの量は、約6モル%以上かつ約10モル%以下である。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物中のAlの量は、約7モル%以上かつ約10モル%以下である。
第1の例示のガラス組成物は、少なくとも2種類のアルカリ酸化物も含む。このアルカリ酸化物は、ガラス組成物のイオン交換可能性を向上させ、それゆえ、ガラスの化学的強化を向上させる。アルカリ酸化物は、ガラスの軟化点も低下させ、それによって、ガラス組成物中のSiOの濃度がより高いことによる軟化点の上昇を相殺する。アルカリ酸化物は、ガラス組成物の化学的耐久性の改善も支援する。アルカリ酸化物は、概して、約5モル%以上かつ約12モル%以下の量でガラス組成物中に存在する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、アルカリ酸化物の量は、約5モル%以上かつ約10モル%以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、アルカリ酸化物の量は、約5モル%以上かつ約8モル%以下であることがある。ここに記載されたガラス組成物の全てにおいて、アルカリ酸化物は少なくともNaOおよびKOを含む。いくつかの実施の形態において、アルカリ酸化物はLiOをさらに含む。
ガラス組成物のイオン交換可能性は、主に、イオン交換前のガラス組成物中に最初に存在するアルカリ酸化物のNaOの量によって、ガラス組成物に与えられる。詳しくは、イオン交換強化の際にガラス組成物中に所望の圧縮応力および層の深さを達成するために、ガラス組成物は、ガラス組成物の分子量に基づいて、約2.5モル%以上かつ約10モル%以下の量でNaOを含む。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約3.5モル%以上かつ約8モル%以下の量でNaOを含む。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物は、約6モル%以上かつ約8モル%以下の量でNaOを含むことがある。
上述したように、ガラス組成物中のアルカリ酸化物は、KOも含む。ガラス組成物中に存在するKOの量は、ガラス組成物のイオン交換可能性にも関連する。詳しくは、ガラス組成物中に存在するKOの量が増すにつれて、イオン交換により得られる圧縮応力が減少する。したがって、ガラス組成物中に存在するKOの量を制限することが望ましい。いくつかの実施の形態において、KOの量は、ガラス組成物の分子量で、0モル%超かつ約2.5モル%以下である。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中に存在するKOの量は、ガラス組成物の分子量で、約0.5モル%以下である。
いくつかの実施の形態において、第1の例示のガラス組成物中のアルカリ酸化物は、LiOをさらに含む。ガラス組成物中にLiOを含ませると、ガラスの軟化点がさらに低下する。アルカリ酸化物がLiOを含む実施の形態において、LiOは、約1モル%以上かつ約3モル%以下の量で存在することがある。いくつかの実施の形態において、LiOは、約2モル%以上かつ約3モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。しかしながら、いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、リチウムおよびリチウムを含有する化合物を実質的に含まないことがある。
第1の例示のガラス組成物中のアルカリ土類酸化物は、ガラスのバッチ材料の溶けやすさを改善し、ガラス組成物の化学的耐久性を増す。ガラス組成物中にアルカリ土類酸化物が存在すると、ガラスの剥離に対する感受性が低下する。ここに記載されたガラス組成物において、ガラス組成物は、概して、約8モル%以上またさらには約8.5モル%以上かつ約15モル%以下の濃度で少なくとも1種類のアルカリ土類酸化物を含む。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約9モル%から約15モル%のアルカリ土類酸化物を含むことがある。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物の量は、約10モル%から約14モル%であることがある。
第1の例示のガラス組成物中のアルカリ土類酸化物としては、MgO、CaO、SrO、BaO、またはその組合せが挙げられる。例えば、ここに記載された実施の形態において、アルカリ土類酸化物はMgOを含むことがある。いくつかの実施の形態において、MgOは、ガラス組成物の分子量で、約2モル%以上かつ約7モル%以下、またさらにはガラス組成物の分子量で、約3モル%以上かつ約5モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。
いくつかの実施の形態において、第1の例示のガラス組成物中のアルカリ土類酸化物は、CaOも含む。これらの実施の形態において、CaOは、ガラス組成物の分子量で、約2モル%から7モル%以下の量でガラス組成物中に存在する。いくつかの実施の形態において、CaOは、ガラス組成物の分子量で、約3モル%から7モル%以下の量でガラス組成物中に存在する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、CaOは、約4モル%以上かつ約7モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。いくつかの他の実施の形態において、CaOは、液相温度を低下させ、液相粘度を上昇させるために、アルカリ土類酸化物においてMgOの代わりにCaOが使用される場合など、約5モル%以上かつ約6モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。さらに他の実施の形態において、CaOは、液相温度を低下させ、液相粘度を上昇させるために、アルカリ土類酸化物においてMgOの代わりにSrOが使用される場合など、約2モル%以上かつ約5モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。
ここに記載されたいくつかの実施の形態において、アルカリ土類酸化物は、SrOまたはBaOの少なくとも一方をさらに含む。SrOを含ませると、ガラス組成物の液相温度が低下し、その結果、ガラス組成物の成形性が改善される。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、0モル%超かつ約6.0モル%以下の量でSrOを含むことがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、0モル%超かつ約5モル%以下の量でSrOを含むことがある。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ガラス組成物は、液相温度を低下させ、液相粘度を上昇させるために、アルカリ土類酸化物においてMgOの代わりにCaOが使用される場合など、約2モル%以上かつ約4モル%以下のSrOを含むことがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、約1モル%から約2モル%のSrOを含むことがある。さらに他の実施の形態において、SrOは、液相温度を低下させ、液相粘度を上昇させるために、アルカリ土類酸化物においてMgOの代わりにSrOが使用される場合など、約3モル%以上かつ約6モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。
ガラス組成物がBaOを含む実施の形態において、BaOは、約0モル%超かつ約2モル%未満の量で存在することがある。これらの実施の形態のいくつかにおいて、BaOは、約1.5モル%以下、またさらには約0.5モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。しかしながら、いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、バリウムおよびバリウムの化合物を実質的に含まない。
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、ガラス組成物は、概して、ホウ素またはBなどのホウ素の酸化物を1モル%未満、含有する。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、約0モル%以上かつ約1モル%以下のBを含むことがある。いくつかの他の実施の形態において、ガラス組成物は、約0モル%以上かつ約0.6モル%以下のBを含むことがある。さらに他の実施の形態において、ガラス組成物は、ホウ素およびBなどのホウ素の化合物を実質的に含まない。詳しくは、比較的少量のホウ素またはホウ素の化合物(すなわち、1モル%以下)を含む、もしくはホウ素またはホウ素の化合物を含まないガラス組成物を形成すると、ガラス組成物の化学的耐久性が著しく増すと判断された。それに加え、比較的少量のホウ素またはホウ素の化合物を含む、もしくはホウ素またはホウ素の化合物を含まないガラス組成物を形成すると、圧縮応力および/または層の深さの特定値を達成するために必要な工程所要時間および/または温度を減少させることによって、ガラス組成物のイオン交換可能性が改善されるとも判断された。
ここに記載されたガラス組成物のいくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、リンおよび制限なく、Pを含むリンを含有する化合物を実質的に含まない。詳しくは、リンまたはリンの化合物を含まないガラス組成物を配合すると、ガラス組成物の化学的耐久性が増すと判断された。
SiO、Al、アルカリ酸化物およびアルカリ土類酸化物に加え、ここに記載された第1の例示のガラス組成物は、必要に応じて、例えば、SnO、As、および/またはCl(NaClなどから)などの1種類以上の清澄剤をさら含むことがある。ガラス組成物中に清澄剤が存在する場合、その清澄剤は、約1モル%以下、またさらには約0.5モル%以下の量で存在することがある。例えば、いくつかの実施の形態において、ガラス組成物は、清澄剤としてSnOを含むことがある。これらの実施の形態において、SnOは、約0モル%超かつ約0.30モル%以下の量でガラス組成物中に存在することがある。
さらに、ここに記載されたガラス組成物は、ガラス組成物の化学的耐久性をさらに改善するために、1種類以上の追加の金属酸化物を含むことがある。例えば、ガラス組成物は、ZnOまたはZrOをさらに含むことがあり、その各々は、ガラス組成物の化学攻撃に対する耐性をさらに改善する。これらの実施の形態において、追加の金属酸化物は、約0モル%以上かつ約2.0モル%以下の量で存在することがある。例えば、追加の金属酸化物がZrOである場合、ZrOは、約1.5モル%以下の量で存在することがある。それに加え、またはそれに代えて、追加の金属酸化物は、約2.0モル%以下の量でZnOを含むことがある。いくつかの実施の形態において、ZnOは、アルカリ土類酸化物の内の1つ以上の代替物として含まれることがある。例えば、ガラス組成物がアルカリ土類酸化物のMgO、CaOおよびSrOを含む実施の形態において、MgOの量は、上述したように、液相温度を低下させ、液相粘度を増加させるために減少させられることがある。これらの実施の形態において、ZnOは、CaOまたはSrOの少なくとも一方に加え、またはその代わりに、MgOの部分置換としてガラス組成物に添加されることがある。
上述したことに基づいて、1つの実施の形態において、第1の例示のガラス組成物は、約65モル%から約75モル%のSiO、約6モル%から約12.5モル%のAl、および約5モル%から約12モル%のアルカリ酸化物を含むことがあり、このアルカリ酸化物はNaOおよびKOを含むことを理解すべきである。KOは、0.5モル%以下の量で存在することがある。このガラス組成物は、約8.0モル%から約15モル%のアルカリ土類酸化物も含むことがある。このガラス組成物は、イオン交換による強化を受けやすいであろう。
第1の例示のガラス組成物の別の実施の形態において、そのガラス組成物は、約67モル%から約75モル%のSiO、約6モル%から約10モル%のAl、約5モル%から約12モル%のアルカリ酸化物、および約9モル%から約15モル%のアルカリ土類酸化物を含む。このアルカリ酸化物は少なくともNaOおよびKOを含む。このガラス組成物は、ホウ素およびホウ素の化合物を含まず、イオン交換を受けやすく、それによって、機械的耐久性を改善するためのガラスの化学強化を促進させる。
第1の例示のガラス組成物のさらに別の実施の形態において、そのガラス組成物は、約67モル%から約75モル%のSiO、約6モル%から約10モル%のAl、約5モル%から約12モル%のアルカリ酸化物、および約9モル%から約15モル%のアルカリ土類酸化物を含む。このアルカリ土類酸化物は、SrOおよびBaOの少なくとも一方を含む。このガラス組成物は、ホウ素およびホウ素の化合物を含まず、イオン交換を受けやすく、それによって、機械的耐久性を改善するためのガラスの化学強化を促進させる。
ここに記載されたいくつか実施の形態において、持続する表面均一性および/または持続する層均一性を有するガラス容器は、ガラス容器の本体の少なくとも内面に均一な温度履歴を与える成形過程を利用することによって、得ることができる。例えば、1つの実施の形態において、ガラス容器の本体は、その本体を形成するガラス組成物からの化学種の揮発を軽減する形成温度および/または形成速度で形成されることがある。具体的に、ガラス流を所望の形状に形成するには、ガラスの粘度および形成速度の両方を制御する必要がある。より大きい粘度では、より遅い形成速度が必要であり、一方で、より低い粘度では、より速い形成速度が可能になる。ガラスのバルク組成および温度は、粘度に影響を与える最大の推進力である。温度を調節することによって、形成過程における各段階での粘度を一致させることで、異なるガラスに同じ形成過程を使用することが可能である。したがって、ガラス溶融物からの揮発を減少させる手法の1つは、その過程をより低い温度(より高い粘度)で行うことである。この手法は、収率を減少させ、形成設備の能力を低下させる必要があり、最終的に費用を増加させるので、不都合である。図16は、温度が2つの例示の組成物における揮発の大きい推進力であること、および全ての場合において、温度(およびしたがって、速度)を低下させることによって、揮発損失の推進力が減少することを示す。管をバイアルに転換する過程に関連する粘度は、200P(切断および穴開け操作での、最高温度)から20,000P(管の形成および仕上げ工程での最低温度)に及ぶ。典型的な51 Expansionホウケイ酸塩について、これらの粘度は、約1100~1650℃に相当する。揮発はより低い温度で著しく減少するので、関心のある主要な温度範囲は1350~1650℃である。
別の実施の形態において、持続する表面均一性および/または持続する層均一性を有するガラス容器は、本体をモールド成形することによって、得ることができる。成形型を使用してガラス溶融物を容器形状に成形する方法がいくつかある。その全ては、溶融ガラスの均一に高温である「塊(gob)」の成形装置への導入に依存する。ブロー・アンド・ブロー(blow-and-blow)成形において、その塊は、プリフォーム(最終製品より小さい)を作るために、オリフィスを通じた圧搾空気を使用して(縁/仕上げ造形)最初に吹き込まれて膨らまされる。次に、そのプリフォーム(またはパリソン)を第2の成形型に入れ、これを、成形型の表面と接触するように吹き込んで膨らませ、容器の最終形状が画成される。プレス・アンド・ブロー(press-and-blow)成形において、塊は、縁/仕上げを画成する環により保持され、プランジャが塊に押し通されて、プリフォームが形成される。次に、このプリフォームを第2の成形型内に置き、成形型の表面と接触するように吹き込んで膨らませ、最終的な容器形状を形成する。モールド成形過程は、一般に、成形中に本体に均一な温度履歴を与え、次に、この温度履歴により、ガラス本体の少なくとも内面に持続する表面均一性および/または持続する層均一性が与えられ、それによって、ガラス本体の剥離に対する感受性を減少させることができる。例えば、溶融ガラスが容器形状に成形され、そのガラスの温度は、ガラス本体がガラス溶融物から単調に冷却されるように冷却中に制御することができる。単調な冷却は、ガラス本体の温度が溶融状態から固化状態へと、温度が途中で上昇しないように低下するときに生じる。これにより、管をバイアルに転換する過程に関連する揮発が少なくなる。この種の冷却は、ブロー成形、プレス・アンド・ブロー成形、ブロー・アンド・ブロー成形などのモールド成形過程を使用して促進することができる。いくつかの実施の形態において、これらの技術は、タイプIクラスBのガラス組成物から、10以下の剥離係数を有するガラス容器を形成するために使用することができる。
ここに記載されたガラス組成物は、ガラス原材料のバッチが所望の組成を有するようにガラス原材料のバッチ(例えば、SiO、Al、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物などの粉末)を混合することによって形成される。その後、ガラス原材料のバッチは、加熱されて、溶融ガラス組成物を形成し、その後、このガラス組成物は、冷却され、固化されて、ガラス組成物を形成する。固化中(すなわち、ガラス組成物が塑性変形可能なとき)、ガラス組成物は、ガラス組成物を所望の最終形態に造形するために標準的な成形技術を使用して造形することができる。あるいは、ガラス組成物は、シート、管などのストック形態に造形し、その後、再加熱し、ガラス容器100に成形することができる。
ここに記載されたガラス組成物は、例えば、シート、管などの様々な形態に造形することができる。化学的に耐久性のあるガラス組成物は、液体、粉末などの医薬品製剤を収容するための医薬品包装の形成に使用するのに特にうまく適している。例えば、ここに記載されたガラス組成物は、バイアル、アンプル、カートリッジ、注射器本体、および/または医薬品製剤を貯蔵するための任意の他のガラス容器など、ガラス容器を形成するために使用することができる。さらに、イオン交換によりガラス組成物を化学的に強化する能力を利用して、そのような医薬品包装の機械的耐久性を改善することができる。したがって、少なくとも1つの実施の形態において、ガラス組成物は、医薬品包装の化学的耐久性および/または機械的耐久性を改善するために、医薬品包装に組み込まれることを理解すべきである。
さらに、いくつかの実施の形態において、ガラス容器は、DIN 12116規格、ISO 695規格、ISO 719規格、ISO 720規格、米国薬局方<660>試験および/または欧州薬局方3.2.1試験により決定されるような、化学的耐久性かつ分解抵抗性であるガラス組成物から形成されることがある。
詳しくは、DIN 12116規格は、酸性溶液中に入れられたときの、ガラスの分解に対する耐性の尺度である。DIN 12116規格は、個々のクラスに分けられる。クラスS1は、0.7mg/dmまでの質量損失を表し、クラスS2は、0.7mg/dmから1.5mg/dmまでの質量損失を表し、クラスS3は、1.5mg/dmから15mg/dmまでの質量損失を表し、クラスS4は、15mg/dm超の質量損失を表す。ここに記載されたガラス組成物は、DIN 12116に準拠するクラスS3またはそれより良好な耐酸性を有し、いくつかの実施の形態は、少なくともクラスS2またはそれより良好な、またさらにはクラスS1の耐酸性を有する。より低いクラスの階級が、改善された耐酸性性能を有することを理解すべきである。したがって、S1に格付けされた組成物は、クラスS2に格付けされた組成物よりも良好な耐酸性を有する。
ISO 695規格は、塩基性溶液中に入れられたときの、ガラスの分解に対する耐性の尺度である。ISO 695規格は、個々のクラスに分けられる。クラスA1は、75mg/dmまでの質量損失を表し、クラスA2は、75mg/dmから175mg/dmまでの質量損失を表し、クラスA3は、175mg/dm超の質量損失を表す。ここに記載されたガラス組成物は、クラスA2またはそれより良好なISO 695に準拠する耐塩基性を有し、いくつかの実施の形態は、クラスA1の耐塩基性を有する。より低いクラスの階級が、改善された耐塩基性性能を有することを理解すべきである。したがって、A1に格付けされた組成物は、クラスA2に格付けされた組成物よりも良好な耐塩基性を有する。
ガラス容器を形成するガラス組成物は、ISO 720規格により決定されるように、化学的に耐久性であり、分解に対して耐性である。ISO 720規格は、蒸留水中の分解に対するガラスの耐性(すなわち、ガラスの加水分解抵抗)の尺度である。ガラスのイオン交換されていない試料は、ISO 720規格にしたがって評価される。ガラスのイオン交換済みの試料は、ガラスがISO 720規格に要求される粒径まで粉砕され、ガラスの個々の粒子内に圧縮応力層を導入するために少なくとも5時間に亘り450℃の温度で100%のKNOの溶融塩浴中でイオン交換され、次いで、ISO 720規格にしたがって試験される修正ISO 720プロトコルにより評価される。このISO 720規格は、個々のタイプに分けられる。タイプHGA1は、62μgまでのNaOの抽出当量を表し、タイプHGA2は、62μg超から527μgまでのNaOの抽出当量を表し、タイプHGA3は、527μg超から930μgまでのNaOの抽出当量を表す。ここに記載されたガラス組成物は、タイプHGA2またはそれより良好なISO 720加水分解抵抗を有し、いくつかの実施の形態は、タイプHGA1またはそれより良好な加水分解抵抗を有する。より低いクラスの階級が、改善された加水分解抵抗性能を有することを理解すべきである。したがって、HGA1に格付けされた組成物は、クラスHGA2に格付けされた組成物よりも良好な加水分解抵抗を有する。
ガラス容器を形成するガラス組成物は、ISO 719規格により決定されるように、化学的に耐久性であり、分解に対して耐性でもある。ISO 719規格は、蒸留水中の分解に対するガラスの耐性(すなわち、ガラスの加水分解抵抗)の尺度である。ガラスのイオン交換されていない試料は、ISO 719規格にしたがって評価される。ガラスのイオン交換済みの試料は、ガラスがISO 719規格に要求される粒径まで粉砕され、ガラスの個々の粒子内に圧縮応力層を導入するために少なくとも5時間に亘り450℃の温度で100%のKNOの溶融塩浴中でイオン交換され、次いで、ISO 719規格にしたがって試験される修正ISO 719プロトコルにより評価される。このISO 719規格は、個々のタイプに分けられる。タイプHGB1は、31μgまでのNaOの抽出当量を表し、タイプHGB2は、31μg超から62μgまでのNaOの抽出当量を表し、タイプHGB3は、62μg超から264μgまでのNaOの抽出当量を表し、タイプHGB4は、264μg超から620μgまでのNaOの抽出当量を表し、タイプHGB5は、620μg超から1085μgまでのNaOの抽出当量を表す。ここに記載されたガラス組成物は、タイプHGB2またはそれより良好なISO 719加水分解抵抗を有し、いくつかの実施の形態は、タイプHGB1またはそれより良好な加水分解抵抗を有する。より低いクラスの階級が、改善された加水分解抵抗性能を有することを理解すべきである。したがって、HGB1に格付けされた組成物は、クラスHGB2に格付けされた組成物よりも良好な加水分解抵抗を有する。
米国薬局方<660>試験および/または欧州薬局方3.2.1試験に関して、ここに記載されたガラス容器は、タイプ1の化学的耐久性を有する。先に述べたように、米国薬局方<660>試験および欧州薬局方3.2.1試験は、ガラスの粉砕粒子ではなく、無傷のガラス容器に行われ、それゆえ、米国薬局方<660>試験および欧州薬局方3.2.1試験は、ガラス容器の内面の化学的耐久性を直接評価するために使用することができる。
ISO 719、ISO 720、ISO 695、およびDIN 12116による上述した分類を称する場合、指定分類「またはそれより良好な」分類を有するガラス組成物またはガラス物品は、そのガラス組成物の性能が、指定分類と同じまたはそれより良好であることを意味する。例えば、「HGB2」またはそれより良好なISO 719の加水分解抵抗を有するガラス物品は、HGB2またはHGB1のいずれかのISO 719分類を有するであろう。
損傷抵抗
先に述べたように、ガラス容器は、その容器が加工され、充填されたときに、衝撃損傷、引っ掻き傷および/または摩耗などの損傷に曝されることがある。そのような損傷は、多くの場合、個々のガラス容器の間の接触、またはガラス容器と製造設備との間の接触により生じる。この損傷は、一般に、容器の機械的強度を低下させ、容器の内容物の完全性を損ない得る貫通亀裂をもたらすことがある。したがって、ここに記載されたいくつかの実施の形態において、ガラス容器100は、図8に示されるような、本体102の外面106の少なくとも一部の周りに配置された滑らかなコーティング160をさらに備える。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、ガラス容器の本体102の少なくとも外面106上に配置されることがあり、一方で、他の実施の形態において、本体102の表面に圧縮応力を与えるために無機コーティングが使用される場合など、滑らかなコーティングと本体102の外面106との間に、1つ以上の中間コーティングが配置されることがある。この滑らかなコーティングは、そのコーティングとの本体102の部分の摩擦係数を減少させ、よって、ガラス本体102の外面106上の摩耗および表面損傷の発生を減少させる。基本的に、コーティングは、容器を別の物体(または容器)に対して「滑らせ」、それによって、ガラス上の表面損傷の可能性を減少させる。さらに、滑らかなコーティング160は、ガラス容器100の本体102への衝撃を和らげ、それによって、ガラス容器への鈍い衝撃損傷の影響を弱める。
滑らかなという用語は、ここに用いられているように、ガラス容器の外面に施されたコーティングが、未被覆のガラス容器よりも低い摩擦係数を有し、それによって、傷、摩耗などの損傷に対するガラス容器の抵抗を改善することを意味する。
被覆されたガラス容器の様々な性質(すなわち、摩擦係数、水平圧縮強度、4点曲げ強度、透明性、無色性(colorlessness)など)は、被覆ガラス容器が被覆されたままの状態(すなわち、どのような追加の処理も行われずに、コーティングの施用後)にある、または、制限なく、洗浄、凍結乾燥、脱パイロジェン、オートクレーブ処理などを含む、医薬品充填ラインで行われる処理と類似かまたは同一の処理など、1つ以上の加工処理後にあるときに、測定することができる。
脱パイロジェンは、パイロジェンが物質から除去される過程である。医薬品包装などのガラス物品の脱パイロジェンは、試料に施される熱処理によって行うことができ、その熱処理は、ある期間に亘り試料が高温に加熱される。例えば、脱パイロジェンは、制限なく、20分、30分、40分、1時間、2時間、4時間、8時間、12時間、24時間、48時間、および72時間を含む、約30秒から約72時間の期間に亘り、約250℃と約380℃の間の温度にガラス容器を加熱する工程を含むことがある。この熱処理の後、ガラス容器は室温に冷却される。医薬品業界で一般に用いられている従来の脱パイロジェン条件の1つは、約30分に亘る約250℃の温度での熱処理である。しかしながら、熱処理の時間は、より高い温度が利用される場合、減少されるであろうと考えられる。ここに記載されたような被覆されたガラス容器は、ある期間に亘り高温に曝露されることがある。ここに記載された加熱の高温および期間は、ガラス容器を脱パイロジェンするのに十分であっても、なくてもよい。しかしながら、ここに記載された加熱の温度と時間のいくつかは、ここに記載された被覆されたガラス容器などの被覆ガラス容器を脱パイロジェンするのに十分であることを理解すべきである。例えば、ここに記載されたように、被覆されたガラス容器は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度に曝露されることがある。
ここに用いられているように、凍結乾燥(すなわち、フリーズ・ドライ)条件は、試料に、タンパク質を含有する液体を充填し、次いで、-100℃で凍結し、その後、真空下において-15℃で20時間に亘り水昇華が行われる過程を称する。
ここに用いられているように、オートクレーブ処理条件は、100℃で10分間に亘り試料を蒸気パージし、その後、試料が121℃の環境に曝露される20分の滞留期間に入り、その後、121℃での30分の熱処理が行われる条件を称する。
滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の一部の摩擦係数(μ)は、同じガラス組成物から形成された未被覆のガラス容器の表面の摩擦係数より低いことがある。摩擦係数(μ)は、2つの表面間の摩擦の定量的測定値であり、表面粗さ、並びに以下に限られないが、温度および湿度などの環境条件を含む、第一面と第二面の機械的性質および化学的性質の関数である。ここに用いられているように、被覆ガラス容器100に関する摩擦係数の測定値は、第1のガラス容器の外面(約16.00mmと約17.00mmの間の外径を有する)と、第1のガラス容器と同じ第2のガラス容器の外面との間の摩擦係数として報告され、ここで、第1と第2のガラス容器は、同じ本体および同じ被覆組成物(施されている場合)を有し、製造前、製造中、および製造後に同じ環境に曝露されてきた。特に明記のない限り、摩擦係数は、ここに記載されたように、バイアル・オン・バイアル試験治具上で測定された30Nの垂直荷重で測定された最大摩擦係数を称する。しかしながら、規定の印加荷重で最大摩擦係数を示す被覆ガラス容器は、それより小さい荷重で同じまたはより良好な(すなわち、より低い)最大摩擦係数も示すであろうことを理解すべきである。被覆ガラス容器が、50Nの印加荷重下で0.5以下の最大摩擦係数を示す場合、その被覆ガラス容器は、25Nの印加荷重下で、0.5以下の最大摩擦係数も示すことになる。
ここに記載された実施の形態において、ガラス容器(被覆されたものと、未被覆のものの両方)の摩擦係数は、バイアル・オン・バイアル試験治具で測定される。試験治具300が図9に概略示されている。この治具内に配置された2つのガラス容器間の摩擦力を測定するために、同じ装置を使用することもできる。バイアル・オン・バイアル試験治具300は、交差形態に配列された第1のクランプ312および第2のクランプ322を備える。第1のクランプ312は、第1の台座316に取り付けられた第1の固定アーム314を備える。第1の固定アーム314は、第1のガラス容器310に結合し、第1のガラス容器310を第1のクランプ312に対して静止状態に保持する。同様に、第2のクランプ322は、第2の台座326に取り付けられた第2の固定アーム324を備える。第2の固定アーム324は、第2のガラス容器320に結合し、このガラス容器を第2のクランプ322に対して静止状態に保持する。第1のガラス容器310の長軸と第2のガラス容器320の長軸が、互いに対して約90°の角度で、x-y軸により画成される水平面上に位置付けられるように、第1のガラス容器310は第1のクランプ312上に配置され、第2のガラス容器320は第2のクランプ322上に配置される。
第1のガラス容器310は、接点330で、第2のガラス容器320と接触して配置される。x-y軸により画成される水平面に直角の方向に法線力が印加される。この法線力は、静止した第1のクランプ312上の第2のクランプ322に印加される静止した重りまたは他の力によって印加することができる。例えば、重りを第2の台座326上に配置し、第1の台座316を安定表面上に配置し、それゆえ、接点330で、第1のガラス容器310と第2のガラス容器320との間に測定可能な力を誘発させることができる。あるいは、その力は、UMT(万能機械試験)装置などの機械装置で印加してもよい。
第1のクランプ312または第2のクランプ322は、第1のガラス容器310および第2のガラス容器320の長軸に対して45°の角度の方向に、互いに対して動かすことができる。例えば、第1のクランプ312は、静止状態に保持することができ、第2のクランプ322は、第2のガラス容器320がx軸の方向に第1のガラス容器310を横断するように、動かすことができる。類似の構成がThe Journal of Adhesion、78巻、113~127頁、2002年の「Scratch Resistant Polyimide Coatings for Alumino Silicate Glass surfaces」にR.L.De Rosa等により記載されている。摩擦係数を測定するために、第2のクランプ322を動かすのに要する力および第1と第2のガラス容器310、320に印加された法線力が、ロードセルで測定され、摩擦係数は、摩擦力と法線力の商として計算される。その治具は、25℃および50%の相対湿度の環境で作動される。
ここに記載された実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、先に記載されたバイアル・オン・バイアル治具で決定されたように、同様の被覆ガラス容器に対して約0.7以下の摩擦係数を有する。他の実施の形態において、摩擦係数は、約0.6以下、またさらには約0.5以下であることがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、約0.4以下、またさらには約0.3以下の摩擦係数を有する。約0.7以下の摩擦係数を有する被覆ガラス容器は、一般に、改善された摩擦損傷抵抗を示し、その結果、改善された機械的性質を有する。例えば、従来のガラス容器(滑らかなコーティングを持たない)は、0.7超の摩擦係数を有するであろう。
ここに記載されたいくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、同じガラス組成物から形成された未被覆のガラス容器の表面の摩擦係数より少なくとも20%小さい。例えば、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、同じガラス組成物から形成された未被覆のガラス容器の表面の摩擦係数より少なくとも20%小さい、少なくとも25%小さい、少なくとも30%小さい、少なくとも40%小さい、またさらには少なくとも50%小さいことがある。
いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度に曝露された後(すなわち、脱パイロジェン条件)、約0.7以下の摩擦係数を有することがある。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度に曝露された後、約0.7以下(すなわち、約0.6以下、約0.5以下、約0.4以下、またさらには約0.3以下)の摩擦係数を有することがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、30分に亘り約260℃の温度に曝露された後、約30%を超えて増加しないであろう。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度に曝露された後、約30%(すなわち、約25%、約20%、約15%、またさらには約10%)を超えて増加しないであろう。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度に曝露された後、約0.5(すなわち、約0.45、約0.04、約0.35、約0.3、約0.25、約0.2、約0.15、約0.1、またさらには約0.5)を超えて増加しないであろう。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度に曝露された後、全く増加しないであろう。
いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、10分に亘り約70℃の温度で水浴中に浸された後、約0.7以下の摩擦係数を有することがある。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、5分、10分、20分、30分、40分、50分、またさらには1時間に亘り約70℃の温度の水浴中に浸された後、約0.7以下(すなわち、約0.6以下、約0.5以下、約0.4以下、またさらには約0.3以下)の摩擦係数を有することがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、10分に亘り約70℃の温度の水浴中に浸された後、約30%を超えて増加しないであろう。他の実施の形態において、5分、10分、20分、30分、40分、50分、またさらには1時間に亘り約70℃の温度の水浴中に浸された後、約30%(すなわち、約25%、約20%、約15%、またさらには約10%)を超えて増加しないであろう。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、5分、10分、20分、30分、40分、50分、またさらには1時間に亘り約70℃の温度の水浴中に浸された後、全く増加しないであろう。
いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、凍結乾燥条件に曝露された後、約0.7以下の摩擦係数を有することがある。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、凍結乾燥条件に曝露された後、約0.7以下(すなわち、約0.6以下、約0.5以下、約0.4以下、またさらには約0.3以下)の摩擦係数を有することがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、凍結乾燥条件に曝露された後、約30%を超えて増加しないであろう。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、凍結乾燥条件に曝露された後、約30%(すなわち、約25%、約20%、約15%、またさらには約10%)を超えて増加しないであろう。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、凍結乾燥条件に曝露された後、全く増加しないであろう。
いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、オートクレーブ処理条件に曝露された後、約0.7以下の摩擦係数を有することがある。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分は、オートクレーブ処理条件に曝露された後、、約0.7以下(すなわち、約0.6以下、約0.5以下、約0.4以下、またさらには約0.3以下)の摩擦係数を有することがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、オートクレーブ処理条件に曝露された後、約30%を超えて増加しないであろう。他の実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、オートクレーブ処理条件に曝露された後、約30%(すなわち、約25%、約20%、約15%、またさらには約10%)を超えて増加しないであろう。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングを有する被覆ガラス容器の部分の摩擦係数は、オートクレーブ処理条件に曝露された後、全く増加しないであろう。
いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160を有するガラス容器100が、30Nの法線力で同じガラス容器により摩耗された後、ガラス容器100の摩耗区域の摩擦係数は、同じ地点での30Nの法線力による同じガラス容器による別の摩耗後に、約20%を超えて増加しない。他の実施の形態において、滑らかなコーティング160を有するガラス容器100が、30Nの法線力で同じガラス容器により摩耗された後、ガラス容器100の摩耗区域の摩擦係数は、同じ地点での30Nの法線力による同じガラス容器による別の摩耗後に、約15%を超えて、またさらには10%を超えて増加しない。しかしながら、滑らかなコーティング160を有するガラス容器100の全ての実施の形態が、そのような性質を示す必要はない。
ここに記載された被覆ガラス容器は、水平圧縮強度を有する。ここに記載されたような、水平圧縮強度は、図4に概略示された、水平圧縮装置500で測定される。被覆ガラス容器100は、図4に示されるように、ガラス容器の長軸に平行に向けられた2つのプラテン502a、502bの間に容器を水平に配置することによって試験される。次に、ガラス容器の長軸に垂直な方向にプラテン502a、502bで被覆ガラス容器に機械的荷重504を印加する。バイアル圧縮の荷重速度は0.5インチ/分(約1.27cm/分)であり、これは、プラテンが0.5インチ/分(約1.27cm/分)の速度で互いに向かって進むことを意味する。水平圧縮強度は、25℃および50%の相対湿度で測定される。水平圧縮強度の測定値は、選択された垂直圧縮荷重での破壊確率として与えることができる。ここに用いられているように、破損は、ガラス容器が、試料の少なくとも50%において水平圧縮下で破壊された場合に生じる。いくつかの実施の形態において、被覆ガラス容器は、未被覆のバイアルよりも、少なくとも10%、20%、または30%大きい水平圧縮強度を有することがある。
ここで図8および9を参照すると、水平圧縮強度の測定は、摩耗したガラス容器にも行うことができる。詳しくは、試験治具300の操作により、被覆ガラス容器100の強度を弱める表面引っ掻き傷または摩耗など、被覆ガラス容器の外面に損傷が生じることがある。次に、引っ掻き傷がプラテンに平行に外側を指すように、2枚のプラテンの間に配置されたガラス容器に、上述した水平圧縮手順を施す。引っ掻き傷は、バイアル・オン・バイアル治具により印加された選択された垂直圧力および引っ掻き傷の長さによって、特徴付けることができる。特に明記のない限り、水平圧縮手順のための摩耗したガラス容器の引っ掻き傷は、30Nの法線力により作られた20mmの引っ掻き傷長さによって、特徴付けられる。
被覆ガラス容器は、熱処理後に、水平圧縮強度について評価することができる。この熱処理は、30分の期間に亘る、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の温度への曝露であることがある。いくつかの実施の形態において、被覆ガラス容器の水平圧縮強度は、先に記載されたものなどの熱処理が施され、次いで、上述したように、摩耗された後に、約20%、30%、またさらには40%を超えて低下しない。1つの実施の形態において、被覆ガラス容器の水平圧縮強度は、30分の期間に亘り、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の熱処理が施され、次いで、摩耗された後に、約20%を超えて低下しない。
いくつかの他の実施の形態において、滑らかなコーティング160を有するガラス容器100は、高温で熱的に安定であることがある。ここに用いられているような、「熱的に安定」という句は、ガラス容器に施された滑らかなコーティング160が、高温への曝露後に、被覆ガラス容器の機械的性質、特に、摩擦係数および水平圧縮強度が、仮にあったとしても、最小した影響を受けないほど、高温への曝露後のガラス容器の表面上で実質的に無傷なままであることを意味する。このことは、滑らかなコーティングが、高温への曝露後にガラスの表面に付着したままであり、摩耗、衝撃などの機械的障害からガラス容器を保護し続けることを示す。ここに記載された滑らかなコーティングを有するガラス容器は、30分の期間に亘り、少なくとも約250℃、またさらには約260℃の温度に加熱された後に、熱的に安定であることがある。
ここに記載された実施の形態において、滑らかなコーティングを有するガラス容器(すなわち、被覆ガラス容器)は、その被覆ガラス容器が、特定の温度への加熱および所定の時間に亘るその温度での保持後に、摩擦係数基準および水平圧縮強度基準の両方を満たす場合、熱的に安定であると考えられる。摩擦係数基準が満たされているか否かを判定するために、図9に示された試験治具および30Nの印加荷重を使用して、第1の被覆ガラス容器の摩擦係数を、受け取った状態(すなわち、あらゆる熱曝露の前)で決定する。第2の被覆ガラス容器(すなわち、第1の被覆ガラス容器と同じガラス組成物および同じコーティング組成物を有するガラス容器)を、規定の条件下で熱的に曝露し、室温に冷却する。その後、図9に示された試験治具を使用して、第2のガラス容器の摩擦係数を決定して、30Nの印加荷重でその被覆ガラス容器を摩耗し、約20mmの長さを有する摩耗(すなわち、「引っ掻き傷」)を生じる。第2の被覆ガラス容器の摩擦係数が0.7未満であり、摩耗区域における第2のガラス容器のガラスの表面が、観察できるどのような損傷も有さない場合、ひいては、滑らかなコーティングの熱安定性を決定する目的にとって、摩擦係数基準は満たされている。ここに用いられているような、「観察できる損傷」という用語は、ガラス容器の摩耗区域におけるガラスの表面が、LEDまたはハロゲン光源により100倍の倍率でNomarskiまたは微分干渉コントラスト(DIC)スペクトロスコピー顕微鏡により観察したときに、摩耗区域の長さ0.5cm当たり6未満のガラスのひびを有することを意味する。ガラスのひびまたはガラスのひび割れの基準定義が、G.D.Quinnの「NIST Recommended Practice Guide: Fractography of Ceramics and Glasses」, NIST special publication 960-17(2006年)に記載されている。
水平圧縮強度基準が満たされているか否かを判定するために、30Nの荷重下で、図9に示された試験治具内で、第1の被覆ガラス容器に摩耗を施して、20mmの引っ掻き傷を形成する。次に、第1の被覆ガラス容器に、ここに記載されたような、水平圧縮試験を行い、第1の被覆ガラス容器の残留強度を決定する。第2の被覆ガラス容器(すなわち、第1の被覆ガラス容器と同じガラス組成物および同じコーティング組成物を有するガラス容器)を、規定の条件下で熱的に曝露し、室温に冷却する。その後、30N下で図9に示された試験治具内で、第2の被覆ガラス容器を摩耗する。次に、第2の被覆ガラス容器に、ここに記載されたように、水平圧縮試験を行い、第2の被覆ガラス容器の残留強度を決定する。第2の被覆ガラス容器の残留強度が第1の被覆ガラス容器に対して約20%を超えて低下しない場合、ひいては、滑らかなコーティングの熱安定性を決定する目的にとって、水平圧縮強度基準は満たされている。
ここに記載された実施の形態において、被覆ガラス容器は、被覆ガラス容器を約30分の期間に亘り、少なくとも約250℃、またさらには約260℃の温度に曝露された後に、摩擦係数基準および水平圧縮強度基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる(すなわち、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約250℃、またさらには約260℃の温度で、熱的に安定である)。熱安定性は、約250℃から約400℃までの温度で評価することもできる。例えば、いくつかの他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約270℃、またさらには約280℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。さらに他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約290℃、またさらには約300℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。さらなる実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約310℃、またさらには約320℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。さらに他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約330℃、またさらには約340℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。また他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約350℃、またさらには約360℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。いくつかの他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約370℃、またさらには約380℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。さらに他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約30分の期間に亘り、少なくとも約390℃、またさらには約400℃の温度でそれらの基準が満たされている場合、熱的に安定であると考えられる。
ここに開示された被覆ガラス容器は、ある温度範囲に亘り熱的に安定でもあり、これは、被覆ガラス容器が、その範囲内の各温度で摩擦係数基準および水平圧縮強度基準を満たすことによって、熱的に安定であることを意味する。例えば、ここに記載された実施の形態において、被覆ガラス容器は、少なくとも約250℃、またさらには約260℃から、約400℃以下の温度まで、熱的に安定であることがある。いくつかの実施の形態において、被覆ガラス容器は、少なくとも約250℃、またさらには約260℃から約350℃の範囲において、熱的に安定であることがある。いくつかの他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、少なくとも約280℃から約350℃以下の温度まで、熱的に安定であることがある。さらに他の実施の形態において、被覆ガラス容器は、少なくとも約290℃から約340℃まで、熱的に安定であることがある。別の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約300℃から約380℃の温度範囲で熱的に安定であることがある。別の実施の形態において、被覆ガラス容器は、約320℃から約360℃の温度範囲で熱的に安定であることがある。
質量損失は、被覆ガラス容器が選択された期間に亘り選択された高温に曝露されたときに、被覆ガラス容器から放出された揮発性物質の量に関する被覆ガラス容器の測定可能な性質を称する。質量損失は、一般に、熱曝露によるコーティングの機械的劣化を表す。被覆ガラス容器のガラス本体は測定温度で測定可能な質量損失を示さないので、ここに詳しく記載されるような質量損失試験は、ガラス容器に施される滑らかなコーティングのみに関する質量損失データを生じる。多数の要因が質量損失に影響するであろう。例えば、コーティングから除去できる有機材料の量が、質量損失に影響するであろう。ポリマー中の炭素骨格および側鎖の分解により、コーティングの理論的100%除去がもたらされる。有機金属ポリマー材料は、典型的に、全ての有機成分を失うが、無機成分が後に残る。それゆえ、質量損失の結果は、完全な理論的酸化の際に、コーティングのどれだけが有機であり、無機である(例えば、コーティングのシリカ%)かに基づいて、正規化される。
質量損失を決定するために、被覆ガラス容器などの被覆試料を、最初に150℃に加熱し、30分に亘りこの温度に保持して、コーティングを乾燥させて、このコーティングからHOを効果的に追い払う。次に、試料を、空気などの酸化性雰囲気内において10℃/分の昇温速度で150℃から350℃に加熱する。質量損失の決定の目的のために、150℃から350℃で収集されたデータのみを検討する。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングは、約10℃/分の昇温速度で150℃の温度から350℃に加熱されたときに、その質量の約5%未満の質量損失を有する。他の実施の形態において、滑らかなコーティングは、約10℃/分の昇温速度で150℃の温度から350℃に加熱されたときに、約3%未満、またさらには約2%未満の質量損失を有する。いくつかの他の実施の形態において、滑らかなコーティングは、約10℃/分の昇温速度で150℃の温度から350℃に加熱されたときに、約1.5%未満の質量損失を有する。いくつかの他の実施の形態において、滑らかなコーティングは、約10℃/分の昇温速度で150℃の温度から350℃に加熱されたときに、約0.75%未満の質量損失を有する。いくつかの他の実施の形態において、滑らかなコーティングは、約10℃/分の昇温速度で150℃の温度から350℃に加熱されたときに、その質量を実質的に全く失わない。
質量損失の結果は、ここに記載されたような、150℃から350℃の10℃/分の昇温などの、熱処理の前後で、被覆ガラス容器の質量を比較する手順に基づく。熱処理前と熱処理後のバイアルの質量差が、コーティングの質量損失であり、これは、コーティングの熱処理前の質量(容器のガラス本体を含まず、予備加熱工程後の質量)が、未被覆のガラス容器の質量を処理前の被覆ガラス容器の質量と比較することによって、分かるように、コーティングの質量損失パーセントとして標準化することができる。あるいは、コーティングの全質量は、全有機体炭素試験または他の同様の手段によって、決定してもよい。
ここで図10を参照すると、ガス放出は、被覆ガラス容器100が、選択された期間に亘り選択された高温に曝露されたときに、被覆ガラス容器から放出される揮発性物質の量に関連する被覆ガラス容器100の測定可能な性質を称する。ガス放出測定値は、ある期間に亘る高温への曝露中に、コーティングを有するガラス容器の表面積当たりで放出される揮発性物質の質量での量と、ここでは報告される。被覆ガラス容器のガラス本体は、ガス放出について報告される温度で測定可能なガス放出を示さないので、先に詳述されたような、ガス放出試験は、実質的に、ガラス容器に施された滑らかなコーティングのみに関するガス放出データを生成する。ガス放出結果は、被覆ガラス容器100が、図10に示された装置400のガラス試料チャンバ402内に置かれる手順に基づく。各試料の実施前に、空の試料チャンバのバックグラウンド試料を収集する。試料チャンバは、ロトメーター406で測定される、一定の100ml/分の空気パージ下に保持され、一方で、炉404は、350℃に加熱され、チャンバのバックグラウンド試料を収集するために、1時間に亘りその温度に保持される。その後、被覆ガラス容器100は、試料チャンバ402内に配置され、試料チャンバは、一定の100ml/分の空気パージ下に保持され、高温に加熱され、被覆ガラス容器100から試料を収集するために、ある期間に亘りその温度に保持される。ガラス試料チャンバ402は、パイレックス(登録商標)から製造され、分析の最高温度は600℃に制限される。Carbotrap 300吸着トラップ408が、試料チャンバの排気口に取り付けられ、生じた揮発性種が試料から放出され、空気パージガス410によって、その揮発性種を吸着する吸着樹脂に通されるときに、その揮発性種を吸着する。次に、吸着樹脂は、Hewlett Packard 5890 Series IIガスクロマトグラフ/Hewlett Packard 5989 MSエンジンに直接結合されたGerstel Thermal Desorption装置に直接入れられる。ガス放出種は、吸着樹脂から350℃で熱的に脱着され、非極性ガスクロマトグラフィーカラム(DB-5MS)の上部に低温で集中される。ガスクロマトグラフ内の温度は、揮発性および準揮発性有機種を分離し、精製するために、10℃/分の速度で325℃の最終温度に上昇させられる。分離の機構は、実質的に、沸点をもたらす異なる有機種の揮発の熱または蒸留クロマトグラムに基づくことが示されている。分離の後、精製種は、従来の電子衝撃イオン化質量分析プロトコルによって分析される。標準状態の下で作動することによって、生じた質量スペクトルを、既存の質量スペクトルライブラリと比較することができる。
いくつかの実施の形態において、ここに記載された被覆ガラス容器は、約15分、約30分、約45分、または約1時間に亘る、約250℃、約275℃、約300℃、約320℃、約360℃、またさらには約400℃の高温への曝露中に、約54.6ng/cm以下、約27.3ng/cm以下、またさらには約5.5ng/cm以下のガス放出を示す。さらに、この被覆ガラス容器は、規定範囲の温度で熱的に安定であることがあり、これは、被覆容器が、その規定範囲内の全ての温度で、上述したような、特定のガス放出を示すことを意味する。ガス放出測定の前に、被覆ガラス容器は、被覆されたままの状態(すなわち、滑らかなコーティングが施された直後)、もしくは脱パイロジェン、凍結乾燥、またはオートクレーブ処理のいずれか1つの後であってよい。いくつかの実施の形態において、被覆ガラス容器100は、ガス放出を実質的に全く示さないことがある。
いくつかの実施の形態において、ガス放出は、滑らかなコーティングの質量損失を決定するために使用することができる。熱処理前のコーティングの質量は、コーティングの厚さ(SEM画像または他の方法で決定される)、滑らかなコーティングの密度、および滑らかなコーティングの表面積によって、決定することができる。その後、被覆ガラス容器にガス放出手順を施すことができ、熱処理前の質量に対するガス放出において放出された質量の比を見いだすことによって、質量損失を決定することができる。
ここに記載された被覆ガラス容器は、4点曲げ強度を有する。ガラス容器の4点曲げ強度を測定するために、被覆ガラス容器100の前駆体であるガラス管を測定に利用する。そのガラス管は、ガラス容器と同じ直径を有するが、ガラス容器の底部またはガラス容器の口を備えていない(すなわち、管をガラス容器に成形する前)。次に、ガラス管に、4点曲げ応力試験を行って、機械的破損を誘発させる。この試験は、10mm/分の荷重速度で、外側接触部材が9インチ(約22.9cm)だけ間隔が空けられ、内側接触部材が3インチ(約7.6cm)だけ間隔が空けられ、50%の相対湿度で行われる。
4点曲げ応力測定は、被覆され、摩耗した管に行われることもある。試験治具300の作動により、摩耗したバイアルの水平圧縮強度の測定に記載されたように、管の強度を弱める表面引っ掻き傷などの摩耗を管の表面に作ることができる。次に、ガラス管に、4点曲げ応力試験を行って、機械的破損を誘発させる。この試験は、10mm/分の荷重速度で、9インチ(約22.9cm)だけ間隔が空けられた外側プローブおよび3インチ(約7.6cm)だけ間隔が空けられた内側接触部材を使用して、25℃および50%の相対湿度で行われ、一方で、管は、試験中に引っ掻き傷が張力下に置かれるように配置される。
いくつかの実施の形態において、摩耗後の滑らかなコーティングを有するガラス管の4点曲げ強度は、同じ条件下で摩耗した未被覆のガラス管のものより、平均で、少なくとも10%、20%、またさらには50%高い機械的強度を示す。
図11を参照すると、被覆容器の透明度および色は、分光偏光計を使用して、400~700nmの波長範囲内の容器の光透過率を測定することによって、評価することができる。測定は、光線が、最初に容器に入るときと、次に、容器から出るときに、滑らかなコーティングを2回通過するように、容器壁に対して光線を垂直に向けることによって、行われる。いくつかの実施の形態において、被覆ガラス容器を通る光透過率は、約400nmから約700nmの波長について、未被覆のガラス容器を通る光透過率の約55%以上であることがある。ここに記載されたように、光透過率は、ここに記載された熱処理など、熱処理の前または熱処理の後に測定することができる。例えば、約400nmから約700nmの各波長について、光透過率は、未被覆のガラス容器を通る光透過率の約55%以上であることがある。他の実施の形態において、被覆ガラス容器を通る光透過率は、約400nmから約700nmの波長について、未被覆のガラス容器を通る光透過率の約55%以上、約60%以上、約65%以上、約70%以上、約75%以上、約80%以上、またさらには約90%以上であることがある。
ここに記載されたように、光透過率は、ここに記載された熱処理などの環境処理の前、または環境処理の後に測定することができる。例えば、30分の期間に亘る、約250℃、約260℃、約270℃、約280℃、約290℃、約300℃、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、または約400℃の熱処理後、または凍結乾燥条件への曝露後、またはオートクレーブ処理条件への曝露後に、被覆ガラス容器を通る光透過率は、約400nmから約700nmの波長について、未被覆のガラス容器を通る光透過率の約55%以上、約60%以上、約65%以上、約70%以上、約75%以上、約80%以上、またさらには約90%以上である。
いくつかの実施の形態において、被覆ガラス容器100は、どの角度で見ても、ヒトの裸眼に無色透明と知覚されることがある。いくつかの他の実施の形態において、滑らかなコーティング160は、滑らかなコーティング160が、Aldrichから市販されているポリ(ピロメリト酸二無水物-co-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸から形成されたポリイミドから作られている場合など、知覚できる色合いを有することがある。
いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160を有するガラス容器100は、接着剤ラベルを受け取れる外面を有することがある。すなわち、滑らかなコーティング160は低い摩擦係数を有するが、そのコーティングはまだ、接着剤ラベルがしっかりと付着するように接着剤ラベルを受け取ることができる。しかしながら、接着剤ラベルの付着能力は、ここに記載された滑らかなコーティング160を有するガラス容器100の全ての実施の形態にとっての必須要件ではない。
再び図8を参照すると、いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は一時的コーティングであることがある。ここに用いられているような「一時的コーティング」という句は、そのコーティングが、ガラス容器100に永久的に接着されず、洗浄、加熱(すなわち、熱分解)などによって、ガラス容器100から除去できることを意味する。例えば、滑らかなコーティング160が、熱分解により除去できる一時的コーティングである実施の形態において、そのコーティングは、約300℃以下の温度で熱分解することがある。あるいは、滑らかなコーティング160は、洗浄剤と水の溶液でガラス容器を洗浄することによって除去できる一時的コーティングであることがある。
ここに記載された実施の形態において、ガラス容器は、所望の低い摩擦係数および損傷抵抗を達成するために、無機コーティング、一時的有機コーティング、および/または強固な有機コーティングで被覆されることがある。
無機コーティング
まだ図8を参照すると、ここに記載されたいくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は無機コーティングである。無機コーティングは、ガラス容器の本体102の外面106に永久的に接着した強固な無機コーティングであることがある。強固な無機コーティングの性質は、高温への曝露によって劣化せず、よって、強固な無機コーティングを有するガラス容器の摩擦係数および水平圧縮強度は、制限なく、約250℃から約400℃の範囲の温度を含む高温への曝露の前後で実質的に同じである。強固な無機コーティングは、本体の外面の少なくとも一部に施された連続コーティングであり、一般に、水および/または有機溶媒に不溶性である。例えば、いくつかの実施の形態において、強固な無機コーティングは、金属窒化物コーティング、金属硫化物コーティング、金属酸化物コーティング、SiO、ダイヤモンド状炭素、または炭化物コーティングを含むことがある。例えば、強固な無機コーティングは、TiN、BN、HBN、TiO、Ta、HfO、Nb、V、SnO、SnO、ZrO、Al、SiO、ZnO、MoS、BC、SiC、または同様に被覆されたガラス容器に対して比較的低い摩擦係数を示すと同時に、比較的高い熱安定性を有する、類似の金属酸化物、金属窒化物および炭化物コーティングの内の少なくとも1つを含むことがある。これらの実施の形態において、コーティングは、蒸発、電子線蒸発、DCマグネトロンスパッタリング、不均衡DCマグネトロンスパッタリング、ACマグネトロンスパッタリング、および不均衡ACマグネトロンスパッタリングなどの物理的気相成長法によって、ガラス容器の外面に施されることがある。あるいは、コーティングは、粉体塗装によって施されることがある。超高真空CVD、低圧CVD、大気圧CVD、金属有機CVD、レーザCVD、光化学CVD、エアロゾル支援CVD、マイクロ波プラズマ支援CVD、プラズマ支援CVD、直接液噴射CVD、原子層CVD、燃焼CVD、熱線CVD、高速熱CVD、化学蒸着浸透、および化学ビームエピタキシーを含む、化学的気相成長法(CVD)技術を使用して、コーティングを施してもよい。
1つの特別な実施の形態において、強固な無機コーティングはダイヤモンド状炭素である。ダイヤモンド状炭素から形成された膜またはコーティングは、一般に、低い摩擦係数および高い硬度を示す。詳しくは、DLCコーティング中の相当量の炭素は、SP3混成炭素である。この材料は、高硬度および優れた耐摩耗性など、ダイヤモンドのいくつかの性質をこれらのコーティングに与える。DLCコーティングの硬度は、SP3混成炭素の含有量に正比例する。DLCコーティングは、イオンビーム堆積、陰極アークスプレイ、パルスレーザアブレーション、アルゴンイオンスパッタリング、およびプラズマ支援化学的気相成長法によって、ガラス容器の外面に堆積されることがある。堆積されたDLCコーティングの厚さ、特定の堆積方法、およびコーティングの組成に応じて、堆積された層の色は、光学的に透明な黄色(すなわち、DLCの0.1μm厚の膜は、わずかな黄色の外観で、光学的に透明であることがある)から琥珀色および黒色まで様々であり得る。
あるいは、滑らかなコーティング160は、一時的コーティングなど、ガラス容器の外面に一時的に貼り付けられた無機コーティングであることがある。これらの実施の形態において、一時的コーティングは、MgSO、CaSO、Ca(PO、Mg(PO、KNO、KPOなどの無機塩を含むことがある。
有機コーティング
いくつかの代わりの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、ガラス容器の外面に一時的に貼り付けられた一時的コーティング、またはガラス容器の外面に永久的に貼り付けられた強固な有機コーティングなどの有機コーティングであることがある。
有機の一時的コーティングに関して、ガラスとの接触により生じる表面傷によるガラスの機械的強度の低下を軽減するために、製造中の損傷からガラス物品(ガラス容器など)の表面を保護することが望ましい。このことは、上述したように、低い摩擦係数を有するコーティングを施すことによって達成される。しかしながら、ガラス容器には、さらなる処理が施されることがあるので、コーティングは、ガラス容器の外面に永久的に接着される必要はなく、代わりに、コーティングがガラス物品を保護する目的を果たした後、下流の処理工程において除去されることがある。例えば、一時的コーティングは、熱分解により除去されることがある。ここに記載された実施の形態において、一時的コーティングは、1時間以下の期間で、300℃以下の温度で熱分解されることがある。あるいは、一時的コーティングは、2.5時間に亘る265℃の温度で、またさらには10分以下に亘る360℃で、熱分解されることがある。
一時的コーティングを形成するために様々な有機材料を利用することができる。例えば、いくつかの実施の形態において、一時的コーティングは、例えば、米国特許第3577256号明細書に開示されているような、ポリオキシエチレングリコール、メタクリレート樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、およびポリビニルアルコールの混合物から作られることがある。そのようなコーティングは、成形後にガラス容器の外面に施され、ガラス焼き鈍し炉内でガラス表面から熱分解されることがある。
別の実施の形態において、一時的有機コーティングは、除去できる保護コーティングを記載する、米国特許第6715316B2号明細書に開示されているように、1種類以上の多糖類から作られることがある。そのようなコーティングは、例えば、2%のSemiclean KGの水溶液など、穏やかな水性洗浄剤を使用して、ガラス表面から除去することができる。
別の実施の形態において、一時的有機コーティングは、米国特許第4055441号明細書に記載されているような、「コールド・エンド(cold-end)」コーティング、または類似のコーティングであることがある。そのようなコーティングは、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、エチレンオキシド・プロピレンオキシドコポリマー、ポリビニル・ピロリジノン、ポリエチレンイミン、ポリ(メチルビニルエーテル)、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリウレタン、ポリ(酢酸ビニル)、ポリビニルホルマール、ポリアセタールとアセタールコポリマーを含むポリホルムアルデヒド、ポリ(アルキルメタクリレート)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ポリ(アクリル酸)とその塩、ポリ(メタクリル酸)とその塩、エチレン・無水マレイン酸コポリマー、エチレン・ビニルアルコールコポリマー、エチレン・アクリル酸コポリマー、酢酸ビニル・ビニルアルコールコポリマー、メチルビニルエーテル・無水マレイン酸コポリマー、乳化可能なポリウレタン、ポリオキシエチレンステアレート、およびポリエチレン、ポリプロピレンおよびそのコポリマーを含むポリオレフィン、デンプンと加工デンプン、親水コロイド、ポリアクリルアミド、植物性と動物性の脂肪、ワックス、獣脂、石鹸、ステアリン・パラフィンエマルション、ジメチルまたはジフェニルまたはメチル/フェニル混合物のポリシロキサン、過フッ化シロキサンと他の置換シロキサン、アルキルシラン、芳香族シラン、および酸化ポリエチレン、その組合せ、もしくは類似のコーティングの少なくとも1つから形成されることがある。
一時的有機コーティングは、そのようなコーティングをガラス容器と直接接触させることによって、施されることがある。例えば、コーティングは、浸漬過程により、あるいは、噴霧器または他の適切な手段によって、施されることがある。コーティングは、次に、乾燥され、必要に応じて、高温で硬化されることがある。
ここで図8および12Aを参照すると、いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、ガラス本体102の外面106の少なくとも一部に付着した強固な有機コーティングである。この強固な有機コーティングは、上述したように、低い摩擦係数を有し、また、高温で熱安定性である。滑らかなコーティング160は、外面162およびガラス接触面164を有する。滑らかなコーティング160が強固な有機コーティングである実施の形態において、滑らかなコーティング160は、ガラス本体102の外面106と直接接触したカップリング剤層180およびカップリング剤層180と直接接触したポリマー層170を含むことがある。しかしながら、いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、カップリング剤層180を含まないことがあり、ポリマー層170が、ガラス本体102の外面106と直接接触してよいことを理解すべきである。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、その全てがここに引用される、「Glass Articles with Low Friction Coatings」と題する、2013年2月28日に出願された米国特許出願第13/780754号明細書に記載されているようなコーティング層である。
ここで図8および12Aを参照すると、1つの実施の形態において、滑らかなコーティング160は2層構造を有する。図12Aは、滑らかなコーティング160がポリマー層170およびカップリング剤層180を含む被覆ガラス容器の一部の断面を示す。ポリマー化学組成物がポリマー層170内に含まれることがあり、カップリング剤がカップリング剤層180内に含まれることがある。カップリング剤層180は、ガラス本体102の外面106と直接接触していることがある。ポリマー層170は、カップリング剤層180と直接接触していることがあり、滑らかなコーティング160の外面162を形成することがある。いくつかの実施の形態において、カップリング剤層180は、ガラス本体102の外面106に結合され、ポリマー層170は、界面174でカップリング剤層180に結合されている。しかしながら、いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160はカップリング剤を含まないことがあり、ポリマー化学組成物が、ガラス本体102の外面106と直接接触したポリマー層170内に配置されてもよいことを理解すべきである。別の実施の形態において、ポリマー化学組成物およびカップリング剤は、単一層内で実質的に混合されていることがある。いくつかの他の実施の形態において、ポリマー層170は、カップリング剤層180を覆って配置されることがあり、これは、ポリマー層170が、カップリング剤層180、およびガラス本体102の外面106に対して、外側層にあることを意味する。ここに用いられているように、第2の層を「覆って」位置付けられた第1の層は、第1の層が、第2の層と直接接触していても、第1と第2の層の間に第3の層が配置された場合など、第2の層から隔てられても差し支えないことを意味する。
ここで図12Bを参照すると、1つの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、カップリング剤層180とポリマー層170との間に配置された界面層190をさらに含むことがある。界面層190は、カップリング剤層180の化学組成物の1つ以上と結合したポリマー層170の1つ以上の化学組成物を含むことがある。この実施の形態において、カップリング剤層180とポリマー層170の界面は、ポリマー化学組成物とカップリング剤との間で結合が生じる界面層190を形成する。しかしながら、いくつかの実施の形態において、カップリング剤層180とポリマー層170との間の界面に、ポリマーとカップリング剤が、図12Aを参照して先に記載されたように、互いに化学的に結合している感知できる層がなくてもよいことを理解すべきである。
別の実施の形態において、ポリマー化学組成物およびカップリング剤は、単一層内で実質的に混合され、滑らかなコーティングの均質層を形成することがある。そのような混合された単一層は、ガラス本体102の外面106と直接接触していることがある。ここに記載されたように、ポリマー層170およびカップリング剤層180の材料(すなわち、それぞれ、少なくともポリマーおよび少なくともカップリング剤)は、滑らかなコーティング160の少なくとも1つの層を形成するために混合されることがある。混合層の滑らかなコーティング160は、加えて、ポリマー化学組成物およびカップリング剤以外の材料を含むことがある。混合層の滑らかなコーティング160を形成するために、そのような層の様々な材料は、滑らかなコーティング160をガラス容器100に施す前に、溶液中で互いに混合されることがある。他の実施の形態において、混合層は、例えば、実質的にポリマー材料のみの層の下にあるポリマーとカップリング剤の混合層など、非混合層の上または下にあってもよい。他の実施の形態において、滑らかなコーティングは、3層または4層など、3層以上の層を含むことがある。
ガラス本体102の外面106に施された滑らかなコーティング160は、約100μm未満、またさらには約1μm以下の厚さを有することがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160の厚さは、約100nm以下であることがある。他の実施の形態において、滑らかなコーティング160は、約90nm未満の厚さ、約80nm未満の厚さ、約70nm未満の厚さ、約60nm未満の厚さ、約50nm未満の厚さ、またさらには約25nm未満の厚さであることがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、ガラス本体102の全てに亘り均一な厚さのものではないことがある。例えば、被覆ガラス容器100は、ガラス本体102の外面106を、滑らかなコーティング160を形成する1種類以上の被覆溶液と接触させる過程のために、いくつかの区域において、より厚い滑らかなコーティング160を有することがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、不均一な厚さを有することがある。例えば、コーティング厚は、被覆ガラス容器100の異なる領域に亘り変動することがあり、これにより、選択された領域の保護を促進することができる。別の実施の形態において、ガラス本体の外面106の選択された部分のみが、滑らかなコーティング160で被覆されている。
ポリマー層170、界面層190、および/またはカップリング剤層180など、少なくとも2つの層を備えた実施の形態において、各層は、約100μm未満、またさらには約1μm以下の厚さを有することがある。いくつかの実施の形態において、各層の厚さは、約100nm以下であることがある。他の実施の形態において、各層は、約90nm未満の厚さ、約80nm未満の厚さ、約70nm未満の厚さ、約60nm未満の厚さ、約50nm未満の厚さ、またさらには約25nm未満の厚さであることがある。
ここに述べたように、滑らかなコーティング160はカップリング剤を含む。このカップリング剤は、ガラス本体102の外面106へのポリマー化学組成物の接着または結合を改善することができ、一般に、ガラス本体102とポリマー化学組成物層170内のポリマー化学組成物との間に配置されているか、またはポリマー化学組成物と混合されている。ここに用いられているような接着は、熱処理など、被覆ガラス容器に施される処理の前と後のポリマー層の付着または結合の強度を称する。熱処理としては、制限なく、オートクレーブ処理、脱パイロジェン、凍結乾燥などが挙げられる。
1つの実施の形態において、カップリング剤は、少なくとも1種類のシラン化学組成物を含むことがある。ここに用いられているように、「シラン」化学組成物は、官能性オルガノシラン、並びに水溶液中のシランから形成されるシラノールを含むシラン部分を含む任意の化学組成物である。カップリング剤のシラン化学組成物は、芳香族または脂肪族であってよい。いくつかの実施の形態において、その少なくとも1種類のシラン化学組成物は、第1級アミン部分または第2級アミン部分などのアミン部分を含むことがある。さらに、カップリング剤は、1つ以上のシラン化学組成物から形成される1つ以上のシルセスキオキサン化学組成物など、そのようなシランの加水分解物および/またはオリゴマーを含むことがある。シルセスキオキサン化学組成物は、完全ケージ構造、部分ケージ構造または非ケージ構造を有することがある。
カップリング剤は、1種類の化学組成物、2種類の異なる化学組成物、または2種類以上の単量体化学組成物から形成されるオリゴマーを含む3種類以上の化学組成物など、いくつの異なる化学組成物を含んでもよい。1つの実施の形態において、カップリング剤は、(1)第1のシラン化学組成物、その加水分解物、またはそのオリゴマー、並びに(2)少なくとも第1のシラン化学組成物および第2のシラン化学組成物のオリゴマー化から形成される化学組成物の少なくとも一方を含むことがある。他の実施の形態において、カップリング剤は、第1と第2のシランを含む。ここに用いられているように、「第1の」シラン化学組成物および「第2の」シラン化学組成物は、異なる化学組成を有するシランである。第1のシラン化学組成物は、芳香族または脂肪族化学組成物であることがあり、必要に応じて、アミン部分を含むことがあり、必要に応じて、アルコキシシランであることがある。同様に、第2のシラン化学組成物は、芳香族または脂肪族化学組成物であることがあり、必要に応じて、アミン部分を含むことがあり、必要に応じて、アルコキシシランであることがある。
例えば、1つの実施の形態において、1種類のシラン化学組成物のみがカップリング剤として適用される。このような実施の形態において、カップリング剤は、シラン化学組成物、その加水分解物またはそのオリゴマーを含むことがある。
別の実施形態においては、複数のシラン化学組成物がカップリング剤として適用されることがある。このような実施の形態において、カップリング剤は、(1)第1のシラン化学組成物と第2のシラン化学組成物との混合物、並びに(2)少なくとも第1のシラン化学組成物および第2のシラン化学組成物のオリゴマー化から形成される化学組成物の少なくとも一方を含むことがある。
上述した実施の形態を参照すると、第1のシラン化学組成物、第2のシラン化学組成物、またはその両方が、芳香族化学組成物であることがある。ここに用いられているように、芳香族化学組成物は、ベンゼン系および関連する有機部分の特徴である6員炭素環を1つ以上含有する。芳香族シラン化学組成物は、以下に限られないが、ジアルコキシシラン化学組成物、その加水分解物、またはそのオリゴマー、もしくはトリアルコキシシラン化学組成物、その加水分解物、またはそのオリゴマーなどのアルコキシシランであることがある。いくつかの実施の形態において、芳香族シランは、アミン部分を含むことがあり、アミン部分を含むアルコキシシランであることがある。別の実施の形態において、芳香族シラン化学組成物は、芳香族アルコキシシラン化学組成物、芳香族アシルオキシシラン化学組成物、芳香族ハロゲンシラン化学組成物、または芳香族アミノシラン化学組成物であることがある。別の実施の形態において、芳香族シラン化学組成物は、アミノフェニル、3-(m-アミノフェノキシ)プロピル、N-フェニルアミノプロピル、または(クロロメチル)フェニル置換アルコキシ、アシルオキシ、ハロゲン、もしくはアミノシランからなる群より選択されることがある。例えば、芳香族アルコキシシランは、以下に限られないが、アミノフェニルトリメトキシシラン(ここでは「APhTMS」と称されることがある)、アミノフェニルジメトキシシラン、アミノフェニルトリエトキシシラン、アミノフェニルジエトキシシラン、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルジメトキシシラン、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルトリエトキシシラン、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルジエトキシシラン、N-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニルアミノプロピルジメトキシシラン、N-フェニルアミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニルアミノプロピルジエトキシシラン、その加水分解物、またはそのオリゴマー化化学組成物であることがある。例示の実施の形態において、芳香族シラン化学組成物はアミノフェニルトリメトキシシランであることがある。
上述した実施の形態を再び参照すると、第1のシラン化学組成物、第2のシラン化学組成物、またはその両方は、脂肪族化学組成物であることがある。ここに用いられているように、脂肪族化学組成物は、以下に限られないが、アルカン、アルケン、およびアルキンなど、開鎖構造を有する化学組成物などの非芳香族である。例えば、いくつかの実施の形態において、カップリング剤は、アルコキシシランである化学組成物を含むことがあり、以下に限られないが、ジアルコキシシラン化学組成物、その加水分解物、またはそのオリゴマー、もしくはトリアルコキシシラン化学組成物、その加水分解物、またはそのオリゴマーなどの脂肪族アルコキシシランであることがある。いくつかの実施の形態において、脂肪族シランは、アミン部分を含むことがあり、アミノアルキルトリアルコキシシランなど、アミン部分を含むアルコキシシランであることがある。1つの実施の形態において、脂肪族シラン化学組成物は、3-アミノプロピル、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピル、ビニル、メチル、N-フェニルアミノプロピル、(N-フェニルアミノ)メチル、N-(2-ビニルベンジルアミノエチル)-3-アミノプロピル置換アルコキシ、アシルオキシ、ハロゲン、またはアミノシラン、その加水分解物、またはそのオリゴマーからなる群より選択されることがある。アミノアルキルトリアルコキシシランとしては、以下に限られないが、3-アミノプロピルトリメトキシシラン(ここでは「GAPS」と称されることもある)、3-アミノプロピルジメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルジエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルジエトキシシラン、その加水分解物、およびそのオリゴマー化化学組成物が挙げられる。他の実施の形態において、脂肪族アルコキシシラン化学組成物は、アルキルトリアルコキシシランまたはアルキルビアルコキシシランなど、アミン部分を含まないことがある。このようなアルキルトリアルコキシシランまたはアルキルビアルコキシシランとしては、以下に限られないが、ビニルトリメトキシシラン、ビニルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、その加水分解物、または以下に限られないが、Gelestにより製造されているWSA-7011、WSA-9911、WSA-7021、WSAV-6511などのアミノ官能性シルセスキオキサンオリゴマーを含むそのオリゴマー化化学組成物が挙げられる。例示の実施の形態において、脂肪族シラン化学組成物は3-アミノプロピルトリメトキシシランである。
別の実施の形態において、カップリング剤層180は、以下に限られないが、(3-アミノプロピル)シラントリオール、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピル-シラントリオールおよび/またはその混合物などのアミノアルコキシシランの加水分解された類似体である化学種を含むことがある。
別の実施の形態において、カップリング剤層180は、アミノアルキルシルセスキオキサンである化学種を含むことがある。1つの実施の形態において、カップリング剤層180は、アミノプロピルシルセスキオキサン(APS)オリゴマー(Gelestから水溶液として市販されている)を含む。
別の実施の形態において、カップリング剤層180は、金属および/またはセラミック膜などの無機材料であることがある。カップリング剤層180として用いられる適切な無機材料の非限定的例としては、スズ、チタン、および/またはその酸化物が挙げられる。
異なる化学組成物の組合せ、特にシラン化学組成物の組合せからカップリング剤を形成することにより、滑らかなコーティング160の熱安定性を改善させられることが見出された。例えば、上記のものなどの芳香族シランおよび脂肪族シランの組合せにより、滑らかなコーティングの熱安定性が改善され、これにより、高温での熱処理後においても、摩擦係数および接着性能など、その機械的性質が保持されるコーティングが生成されることが見出された。したがって、1つの実施の形態において、カップリング剤は芳香族および脂肪族シランの組合せを含む。これらの実施の形態において、脂肪族シラン対芳香族シラン(脂肪族:芳香族)の比は、約1:3から約1:0.2であることがある。カップリング剤が、少なくとも脂肪族シランおよび芳香族シランなど、2種類以上の化学組成物を含む場合、これら2種類の化学組成物の質量比は、約0.1:1から約10:1の第1のシラン化学組成物対第2のシラン化学組成物(第1のシラン:第2のシラン)の質量比など、いかなる比であってもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、その比は、2:1、1:1、0.5:1など、0.5:1から約2:1であることがある。いくつかの実施の形態において、カップリング剤は、複数の脂肪族シランおよび/または複数の芳香族シランの組合せを含むことがあり、これは、有機または無機充填剤を伴ってまたは伴わずに、1つまたは複数の工程でガラス容器に施すことができる。いくつかの実施の形態において、カップリング剤は、脂肪族および芳香族シランの両方から形成される、シルセスキオキサンなどのオリゴマーを含む。
例示の実施の形態において、第1のシラン化学組成物は芳香族シラン化学組成物であり、第2のシラン化学組成物は脂肪族シラン化学組成物である。1つの例示の実施の形態において、第1のシラン化学組成物は、少なくとも1つのアミン部分を含む芳香族アルコキシシラン化学組成物であり、第2のシラン化学組成物は、少なくとも1つのアミン部分を含む脂肪族アルコキシシラン化学組成物である。別の例示の実施の形態において、カップリング剤は1つ以上のシラン化学組成物のオリゴマーを含み、このオリゴマーはシルセスキオキサン化学組成物であり、シラン化学組成物の少なくとも1つは、少なくとも1つの芳香族部分および少なくとも1つのアミン部分を含む。1つの特定の例示の実施の形態において、第1のシラン化学組成物はアミノフェニルトリメトキシシランであり、第2のシラン化学組成物は3-アミノプロピルトリメトキシシランである。芳香族シラン対脂肪族シランの比は約1:1であることがある。別の特定の例示の実施の形態において、カップリング剤は、アミノフェニルトリメトキシおよび3-アミノプロピルトリメトキシから形成されるオリゴマーを含む。別の実施の形態において、カップリング剤は、アミノフェニルトリメトキシおよび3-アミノプロピルトリメトキシの混合物と、この2つから形成されるオリゴマーとの両方を含むことがある。
1つの実施の形態において、カップリング剤は、浸漬過程によって、ガラス本体102の外面106を希釈されたカップリング剤と接触させることによりその外面に施される。カップリング剤は、ガラス本体102に施される際に溶媒中で混合されることがある。別の実施の形態において、カップリング剤は、噴霧器または他の適切な手段によって、ガラス本体102に施されることがある。次に、カップリング剤が施されたガラス本体102は、約15分に亘り約120℃で、または、壁部分110の外面106上に存在する水および/または他の有機溶媒を適切に遊離させるのに十分な任意の時間および温度で乾燥されることがある。
図12Aを参照すると、1つの実施の形態において、カップリング剤は、カップリング剤層180としてガラス容器上に配置されており、以下に限られないが、メタノールなどの有機溶媒および水の少なくとも一方と混合された、約0.5質量%の第1のシランおよび約0.5質量%の第2のシラン(合計で1質量%のシラン)を含む溶液として施される。しかしながら、溶液中の総シラン濃度は、約0.1質量%から約10質量%、約0.3質量%から約5.0質量%、または約0.5質量%から約2.0質量%など、約1質量%より多いか少なくてもよいことを理解すべきである。例えば、1つの実施の形態において、有機溶媒対水の質量比(有機溶媒:水)は、約90:10から約10:90であることがあり、1つの実施の形態においては、約75:25であることがある。シラン対溶媒の質量比は、カップリング剤層の厚さに影響することがあり、ここで、カップリング剤溶液中のシラン化学組成物の割合が大きいと、カップリング剤層180の厚さが厚くなるであろう。しかしながら、以下に限られないが、浴からの引き上げ速度など、浸漬被覆過程の詳細などの他の可変要素が、カップリング剤層180の厚さに影響し得ることを理解すべきである。例えば、引き上げ速度が速いほど、形成されるカップリング剤層180が厚くなるであろう。
1つの実施の形態において、カップリング剤層180は、滑らかなコーティング160の熱安定性および/または機械的性質を改善することのできる、第1のシラン化学種および第2のシラン化学種を含む溶液として施される。例えば、第1のシラン化学種は、GAPSなどの脂肪族シランであることがあり、第2のシラン化学種は、APhTMSなどの芳香族シランであることがある。この例において、脂肪族シラン対芳香族シランの比(脂肪族:芳香族)は約1:1であることがある。しかしながら、先に述べたように、約1:3から約1:0.2を含む他の比も可能であることを理解すべきである。芳香族シラン化学種および脂肪族シラン化学種は、以下に限られないが、メタノールなどの有機溶媒および水の少なくとも一方と混合されることがある。次に、この溶液が、ガラス本体102の外面106に被覆され、硬化されて、カップリング剤層180が形成される。
別の実施の形態において、カップリング剤層180は、0.1体積%の市販されているアミノプロピルシルセスキオキサンオリゴマーを含む溶液として施される。以下に限られないが、0.01~10.0体積%のアミノプロピルシルセスキオキサンオリゴマー溶液を含む、他の濃度のカップリング剤層溶液が使用されることがある。
いくつかの実施の形態において、カップリング剤層180は、カップリング剤層180が、ポリマー化学組成物層170などの追加のコーティングを全く伴わずに単独で、滑らかなコーティング160の機能を果たせるように、十分に熱的に安定である。したがって、これらの実施の形態において、滑らかなコーティング160は、単一の組成物、特にカップリング剤を含むことを理解すべきである。
ここに述べられているように、滑らかなコーティング160が強固な有機コーティングである場合、このコーティングは、ポリマー化学組成物層170としてもポリマー化学組成物を含むことがある。ポリマー化学組成物は、有機または無機充填剤を伴ってまたは伴わずに、以下に限られないが、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリフェニル、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリビスチアゾール、およびポリ芳香族複素環式ポリマーなどの熱的に安定なポリマー、またはポリマーの混合物であることがある。ポリマー化学組成物は、250℃、300℃、および350℃を含む、200℃から400℃の範囲内の温度で分解しないポリマーなどの他の熱的に安定なポリマーから形成されることがある。これらのポリマーは、カップリング剤を伴って、または、伴わずに施されることがある。
1つの実施の形態において、ポリマー化学組成物はポリイミド化学組成物である。滑らかなコーティング160がポリイミドを含む場合、ポリイミド組成物は、モノマーの重合により溶液中で形成される、ポリアミド酸由来のものであることがある。このようなポリアミド酸の1つは、Novastrat(登録商標)800(NeXolveから市販されている)である。硬化工程によりポリアミド酸がイミド化されて、ポリイミドが形成される。ポリアミド酸は、ジアミンなどのジアミンモノマーと、二無水物などの無水物モノマーとの反応から形成されることがある。ここに用いられているように、ポリイミドモノマーは、ジアミンモノマーおよび二無水物モノマーとして記載される。しかしながら、ジアミンモノマーは2つのアミン部分を含むが、以下の記載においては、少なくとも2つアミン部分を含むいずれかモノマーも、ジアミンモノマーとして適切であり得ることを理解すべきである。同様に、二無水物モノマーは2つの無水物部分を含むが、以下の記載においては、少なくとも2つの無水物部分を含むいずれかモノマーも、二無水物モノマーとして適切であり得ることを理解すべきである。無水物モノマーの無水物部分とジアミンモノマーのアミン部分との反応により、ポリアミド酸が形成される。したがって、ここに用いられているように、特定のモノマーの重合から形成されるポリイミド化学組成物とは、これらの特定のモノマーから形成されるポリアミド酸のイミド化後に形成されるポリイミドを称する。一般に、無水物モノマーの合計とジアミンモノマーとのモル比は、約1:1でることがある。ポリイミドは、異なる2つの化学組成物(1つの無水物モノマーと1つのジアミンモノマー)のみから形成されることがあるが、ポリイミドを形成するために、少なくとも1つの無水物モノマーは重合されていてもよく、また少なくとも1つのジアミンモノマーは重合されていてもよい。例えば、1つの無水物モノマーは、2つの異なるジアミンモノマーと重合されていることがある。いくつのモノマー種の組合せを用いてもよい。さらに、ある無水物モノマー対異なる無水物モノマーの比、または1つ以上のジアミンモノマー対異なるジアミンモノマーの比は、約1:9、1:4、3:7、2:3、1:1、3:2、7:3、4:1または9:1など、約1:0.1から0.1:1などのいずれの比であっても差し支えない。
ジアミンモノマーと共にポリイミドを形成する無水物モノマーは、いずれの無水物モノマーを含んでもよい。1つの実施の形態において、無水物モノマーはベンゾフェノン構造を有する。例示の実施の形態において、ベンゾフェノン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物は、ポリイミドを形成する無水物モノマーの少なくとも1つであることがある。他の実施の形態において、ジアミンモノマーは、上述した二無水物の置換されたものを含む、アントラセン構造、フェナントレン構造、ピレン構造、またはペンタセン構造を有することがある。
無水物モノマーと共にポリイミドを形成するジアミンモノマーは、どのジアミンモノマーを含んでもよい。1つの実施の形態において、ジアミンモノマーは少なくとも1つの芳香族環部分を含む。図13および14は、1つ以上の選択された無水物モノマーと共に、ポリマー化学組成物を含むポリイミドを形成することがあるジアミンモノマーの例を示す。ジアミンモノマーは、図14に示されるように、2つの芳香族環部分を互いに接続する1つ以上の炭素分子を有してもよく、図14中のRは、1つ以上の炭素原子を含むアルキル部分に相当する。あるいは、ジアミンモノマーは、図13に示されるように、直接接続されており、少なくとも1つの炭素分子によって隔てられていない2つの芳香族環部分を有することがある。ジアミンモノマーは、図13および図14においてR’およびR”により表されるような、1つ以上のアルキル部分を有することがある。例えば、図13および14において、R’およびR”は、メチル、エチル、プロピル、またはブチル部分などの、1つ以上の芳香族環部分に接続されたアルキル部分を表すことがある。例えば、ジアミンモノマーは2つの芳香族環部分を有することがあり、各芳香族環部分は、これに接続され、芳香族環部分に接続されたアミン部分に隣接するアルキル部分を有する。図13および14の両方におけるR’およびR”は、同一の化学的部分であっても、異なる化学的部分であってもよいことを理解すべきである。あるいは、図13および図14の両方におけるR’および/またはR”は、原子を全く表さないことがある。
ジアミンモノマーの2つの異なる化学組成物が、ポリイミドを形成することがある。1つの実施の形態において、第1のジアミンモノマーは、直接接続されており、連結炭素分子によって隔てられていない2つの芳香族環部分を含み、第2のジアミンモノマーは、2つの芳香族環部分を接続する少なくとも1つの炭素分子で接続された2つの芳香族環部分を含む。1つの例示の実施の形態において、第1のジアミンモノマー、第2のジアミンモノマー、および無水物モノマーは、約0.465:0.035:0.5のモル比(第1のジアミンモノマー:第2のジアミンモノマー:無水物モノマー)を有する。しかしながら、第1のジアミンモノマーと第2のジアミンモノマーとの比は、約0.01:0.49から約0.40:0.10の範囲内で様々であり得、一方で、無水物モノマーの比は約0.5に保持される。
1つの実施の形態において、ポリイミド組成物は、少なくとも第1のジアミンモノマー、第2のジアミンモノマー、および無水物モノマーの重合から形成され、第1と第2のジアミンモノマーは異なる化学組成物である。1つの実施の形態において、無水物モノマーはベンゾフェノンであり、第1のジアミンモノマーは、互いに直接結合された2つの芳香族環を含み、第2のジアミンモノマーは、第1と第2の芳香族環を接続する少なくとも1つの炭素分子で結合された2つの芳香族環を含む。第1のジアミンモノマー、第2のジアミンモノマー、および無水物モノマーは、約0.465:0.035:0.5のモル比(第1のジアミンモノマー:第2のジアミンモノマー:無水物モノマー)を有することがある。
例示の実施の形態において、第1のジアミンモノマーはオルトトリジンであり、第2のジアミンモノマーは4,4’-メチレン-ビス(2-メチルアニリン)であり、無水物モノマーはベンゾフェノン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物である。第1のジアミンモノマー、第2のジアミンモノマー、および無水物モノマーは、約0.465:0.035:0.5のモル比(第1のジアミンモノマー:第2のジアミンモノマー:無水物モノマー)を有することがある。
いくつかの実施の形態において、ポリイミドは、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン-1,2,3,4-テトラカルボキシル1,2;3,4-二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、4arH,8acH)-デカヒドロ-1t,4t:5c,8c-ジメタノナフタレン-2t,3t,6c,7c-テトラカルボン酸2,3:6,7-二無水物、2c,3c,6c,7c-テトラカルボン酸2,3:6,7-二無水物、5-エンド-カルボキシメチルビシクロ[2.2.1]-ヘプタン-2-エクソ、3-エクソ、5-エクソ-トリカルボン酸2,3:5,5-二無水物、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロ-3-フラニル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、ビス(アミノエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの異性体、または4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン)、ピロメリト酸二無水物(PMDA)3,3’,4,4’-ビフェニル二無水物(4,4’-BPDA)、3,3’,4,4’-ベンゾフェノン二無水物(4,4’-BTDA)、3,3’,4,4’-オキシジフタル酸無水物(4,4’-ODPA)、1,4-ビス(3,4-ジカルボキシル-フェノキシ)ベンゼン二無水物(4,4’-HQDPA)、1,3-ビス(2,3-ジカルボキシル-フェノキシ)ベンゼン二無水物(3,3’-HQDPA)、4,4’-ビス(3,4-ジカルボキシルフェノキシフェニル)-イソプロピリデン二無水物(4,4’-BPADA)、4,4’-(2,2,2-トリフルオロ-1-ペンタフルオロフェニルエチリデン)ジフタル酸二無水物(3FDA)、4,4’-オキシジアニリン(ODA)、m-フェニレンジアミン(MPD)、p-フェニレンジアミン(PPD)、m-トルエンジアミン(TDA)、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(1,4,4-APB)、3,3’-(m-フェニレンビス(オキシ))ジアニリン(APB)、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルジフェニルメタン(DMMDA)、2,2’-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパン(BAPP)、1,4-シクロヘキサンジアミン2,2’-ビス[4-(4-アミノ-フェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロイソプロピリデン(4-BDAF)、6-アミノ-1-(4’-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチルインダン(DAPI)、無水マレイン酸(MA)、無水シトラコン酸(CA)、ナド酸無水物(NA)、4-(フェニルエチニル)-1,2-ベンゼンジカルボン酸無水物(PEPA)、4,4’-ジアミノベンズアニリド(DABA)、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物(6-FDA)、ピロメリト酸二無水物、ベンゾフェノン-3,3’,4,4’-テトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸無水物、4,4’-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸無水物)、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、並びに米国特許第7,619,042号、同第8,053,492号、同第4,880,895号、同第6,232,428号、同第4,595,548号の各明細書、国際公開第2007/016516号、米国特許出願公開第2008/0214777号、米国特許第6,444,783号、同第6,277,950号および同第4,680,373号の各明細書に記載された材料の1つ以上の重合から形成されることがある。図15は、ガラス本体102に施されるポリイミドコーティングの形成に用いられることがあるいくつかの適切なモノマーの化学構造を表す。別の実施の形態において、ポリイミドを形成するポリアミド酸溶液は、ポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸(Aldrichから市販されている)を含むことがある。
別の実施の形態において、ポリマー化学組成物はフルオロポリマーを含み得る。フルオロポリマーは、両方のモノマーが高度にフッ素化されているコポリマーであり得る。フルオロポリマーのモノマーのいくつかは、フルオロエチレンであり得る。1つの実施の形態において、ポリマー化学組成物は、以下に限られないが、テフロン(登録商標)AF(DuPontから市販されている)などのアモルファスフルオロポリマーを含む。別の実施の形態において、ポリマー化学組成物は、以下に限られないが、「テフロン」PFA TE-7224(DuPontから市販されている)などのペルフルオロアルコキシ(PFA)樹脂粒子を含む。
別の実施の形態において、ポリマー化学組成物はシリコーン樹脂を含み得る。シリコーン樹脂は、一般式RSi(X)(式中、Rは、非反応性置換基であって、通常はメチルまたはフェニルであり、XはOHまたはHである)を有する分岐ケージ様オリゴシロキサンによって形成される高度に分岐した三次元ポリマーであり得る。理論に束縛される意図はないが、Si-O-Si結合の形成を伴うSi-OH部分の縮合反応を介して樹脂の硬化が生じると考えられている。シリコーン樹脂は、M-樹脂、D-樹脂、T-樹脂、およびQ-樹脂を含むの4種の可能な官能性シロキサン単量体ユニットの少なくとも1つを有し得、M-樹脂は、一般式RSiOを有する樹脂を称し、D-樹脂は、一般式RSiOを有する樹脂を称し、T-樹脂は、一般式RSiOを有する樹脂を称し、Q-樹脂は、一般式SiO(溶融石英)を有する樹脂を称する。いくつかの実施の形態において、樹脂は、DおよびTユニット(DT樹脂)、またはMおよびQユニット(MQ樹脂)から形成される。他の実施の形態において、他の組合せ(MDT、MTQ、QDT)も用いられる。
1つの実施の形態において、ポリマー化学組成物は、メチルまたはフェニルシリコーン樹脂と比べて高い熱安定性のために、フェニルメチルシリコーン樹脂を含む。シリコーン樹脂中におけるフェニル対メチル部分の比は、ポリマー化学組成物において様々であり得る。1つの実施の形態において、フェニル対メチルの比は約1.2である。別の実施の形態において、フェニル対メチルの比は約0.84である。他の実施の形態において、フェニル対メチル部分の比は、約0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.3、1.4、または1.5であり得る。1つの実施の形態において、シリコーン樹脂は、DC255(Dow Corningから市販されている)である。別の実施の形態において、シリコーン樹脂は、DC806A(Dow Corningから市販されている)である。他の実施の形態において、ポリマー化学組成物は、DCシリーズの樹脂(Dow Corningから市販されている)、および/またはHardsil Series APおよびAR樹脂(Gelestから市販されている)のいずれかを含んでもよい。シリコーン樹脂は、カップリング剤を伴わずに、または、カップリング剤を伴って用いることができる。
別の実施の形態において、ポリマー化学組成物は、以下に限られないが、T-214(Honeywellから市販されている)、SST-3M01(Gelestから市販されている)、POSS Imiclear(Hybrid Plasticsから市販されている)、およびFOX-25(Dow Corningから市販されている)などのシルセスキオキサン系ポリマーを含み得る。1つの実施の形態において、ポリマー化学組成物はシラノール部分を含み得る。
図8および図12Aを再び参照すると、滑らかなコーティング160は多段プロセスで施されることがあり、ガラス本体102は、カップリング剤溶液と接触させられてカップリング剤層180が形成され(上述したように)、乾燥され、次いで、浸漬プロセスなどにより、ポリマーまたはポリマー前駆体溶液などのポリマー化学組成物溶液と接触させられる、あるいは、ポリマー層170が、噴霧器または他の適切な手段によって施され、乾燥され、次いで高温で硬化されることがある。あるいは、カップリング剤層180が用いられない場合、ポリマー層170のポリマー化学組成物は、ガラス本体102の外面106に直接施されることがある。別の実施の形態において、ポリマー化学組成物およびカップリング剤は、滑らかなコーティング160中で混合されることがあり、ポリマー化学組成物およびカップリング剤を含む溶液が、単一の被覆工程でガラス本体102に施されることがある。
1つの実施の形態において、ポリマー化学組成物はポリイミドを含み、ここで、ポリアミド酸溶液がカップリング剤層180を覆って施される。他の実施の形態において、例えば、ポリアミド酸塩、ポリアミド酸エステルなどのポリアミド酸誘導体が使用されることがある。例えば、適切なポリアミド酸塩としては、トリエチルアミンから形成されたポリアミド酸塩が挙げられるであろう。他の適切な塩には、結果として生じるカルボキシレート基とその共役酸とのイオン相互作用をもたらす塩基性添加剤によるポリアミド酸のカルボン酸基の脱プロトン化によって形成された塩があるであろう。塩基性添加剤としては、有機、無機、または有機金属種、もしくはこれらの組合せが挙げられるであろう。無機種は、アルカリ、アルカリ土類、または金属塩基などの部分を含み得る。有機塩基(プロトン受容体)は、脂肪族アミン、芳香族アミン、または他の有機塩基を含み得る。脂肪族アミンとしては、以下に限られないが、エチルアミンなどの第1級アミン、以下に限られないが、ジエチルアミンなどの第2級アミン、およびトリエチルアミンなどの第3級アミンが挙げられる。芳香族アミンとしては、アニリン、ピリジン、およびイミダゾールが挙げられる。有機金属塩基としては、2,2ジメチルプロピル塩化マグネシウムなどを挙げることが可能である。1つの実施の形態において、ポリアミド酸溶液は、1体積%のポリアミド酸および99体積%の有機溶媒の混合物を含み得る。有機溶媒は、トルエンと、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、および1-メチル-2-ピロリジノン(NMP)溶媒の少なくとも1つ、またはこれらの混合物との混合物を含み得る。1つの実施の形態において、有機溶媒溶液は、約85体積%のDMAc、DMFおよびNMPの少なくとも1つ、並びに約15体積%のトルエンを含む。しかしながら、他の適切な有機溶媒を使用してもよい。次いで、被覆ガラス容器100は、約20分に亘り約150℃で、または滑らかなコーティング160中に存在する有機溶媒を適切に遊離させるのに十分な任意の時間および温度で乾燥され得る。
層状の一時的な滑らかな有機コーティングの実施の形態において、ガラス本体102に、カップリング剤層180を形成するためにカップリング剤を接触させ、ポリマー層170を形成するためにポリアミド酸溶液を接触させた後、被覆ガラス容器100を高温で硬化させることがある。被覆ガラス容器100は、約30分以下に亘り300℃で硬化されても、または短時間に亘り、少なくとも320℃、340℃、360℃、380℃、または400℃などの300℃超の温度で、硬化されてもよい。理論で束縛されないが、硬化工程で、カルボン酸部分とアミド部分との反応によりポリマー層170中のポリアミド酸がイミド化されて、ポリイミドを含むポリマー層170が形成されると考えられる。硬化工程はまた、ポリイミドとカップリング剤との間の結合を促進し得る。次いで、被覆ガラス容器100は室温に冷却される。
さらに、限定によって束縛されないが、カップリング剤、ポリマー化学組成物、またはその両方の硬化により、水および他の有機分子などの揮発性材料が追い払われると考えられる。それゆえ、硬化中に遊離されるこれらの揮発性材料は、容器として用いられる場合に、物品が熱処理(脱パイロジェンのためなど)されるか、または医薬品などの、物品が収容する材料に接触する際に存在していない。ここに記載された硬化過程は、脱パイロジェンなどの医薬品包装産業におけるプロセスと同様または同一の加熱処理、もしくはここに記載されたような、熱安定性を規定するために用いられる加熱処理など、ここに記載された加熱処理とは異なる別個の加熱処理であることを理解すべきである。
1つの実施の形態において、カップリング剤は、ポリマー化学組成物のガラス本体に対する接着を改善させ得る、アルコキシシランなどのシラン化学組成物を含む。理論によって束縛されないが、アルコキシシラン分子は水中で急激に加水分解して、単離されたモノマー、環状オリゴマー、および大型の分子内環を形成すると考えられる。様々な実施の形態において、どの種が優勢となるかの制御は、シランの種類、濃度、pH、温度、貯蔵条件、および時間によって決定され得る。例えば、水溶液中において低濃度では、アミノプロピルトリアルコキシシラン(APS)は、安定であり、トリシラノールモノマーおよび超低分子量オリゴマー系環を形成することがある。
なお、理論によって束縛されないが、1種類以上のシラン化学組成物のガラス本体に対する反応は数々の工程を含み得ると考えられている。図17に示されているように、いくつかの実施の形態において、シラン化学組成物の加水分解後に、反応性シラノール部分が形成されることがあり、これは、他のシラノール部分、例えば、ガラス本体などの基体の表面上のシラノール部分と縮合し得る。第1と第2の加水分解可能な部分が加水分解した後、縮合反応が開始することがある。いくつかの実施の形態において、自己縮合に向かう傾向は、新たな溶液、アルコール系溶媒、希釈の使用、およびpH範囲の注意深い選択によって、制御することができる。例えば、シラントリオールはpH3~6で最も安定であるが、pH7~9.3で急激に縮合し、シラノールモノマーの部分縮合により、シルセスキオキサンが生成されることがある。図17に示されているように、形成された種のシラノール部分が基体上のシラノール部分と水素結合を形成することがあり、乾燥または硬化中に、水の脱離を伴いながら、基体と共有結合を形成することがある。例えば、適度の硬化サイクル(110℃で15分間)では、シラノール部分が遊離形態で残されることがあり、いずれかのシラン有機官能基と共に、その後のトップコートと結合して、改善された接着をもたらすことができる。
いくつかの実施の形態において、カップリング剤の1つ以上のシラン化学組成物は、アミン部分を含むことがある。それでも、理論によって束縛されないが、このアミン部分は、加水分解および共縮合重合において塩基触媒として作用し、ガラス表面上へのアミン部分を有するシランの吸着率を向上させ得ると考えられている。これはまた、水溶液中において高pH(9.0~10.0)をもたらし得、これによりガラス表面が状態調節され、表面シラノール部分の密度が高まる。水とプロトン性溶媒との強力な相互作用によって、APSなどのアミン部分化学組成物を有するシランの溶解度および安定性が維持される。
例示の実施の形態において、ガラス本体102はイオン交換済みガラスから作られることがあり、カップリング剤はシランであることがある。いくつかの実施の形態において、滑らかなコーティングのイオン交換済みガラス本体に対する接着は、滑らかなコーティングのイオン交換されていないガラス本体に対する接着よりも強いことがある。理論によって束縛されないが、イオン交換済みガラスの数々の態様のいずれかは、イオン交換されていないガラスと比べて、結合および/または接着を促進するであろうと考えられる。第一に、イオン交換済みガラスは、カップリング剤の安定性および/またはガラス表面に対する接着に影響し得る向上した化学的/加水分解安定性を有することがある。イオン交換されていないガラスは、典型的に、加水分解安定性が低く、高湿度条件および/または高温条件下では、アルカリ金属が、ガラス本体から、ガラス表面とカップリング剤層(存在する場合)との界面に移動し、またさらには、存在する場合にはカップリング剤層中にまで移動するであろう。上述したように、アルカリ金属が移動し、pHに変化がある場合、ガラス/カップリング剤層の界面、または、カップリング剤層自体中のSi-O-Si結合の加水分解によって、カップリング剤の機械的性質またはガラスへのその接着が弱まることがある。第二に、イオン交換済みガラスは、400℃から450℃などの高温で、亜硝酸カリウム浴などの強酸化剤浴に曝露され、取り出された場合、ガラスの表面上の有機化学組成物が除去されて、さらなる洗浄を行わずに、シランカップリング剤にとって特に適したものとなる。例えば、イオン交換されていないガラスは、追加の表面洗浄処理を施す必要があることがあり、過程に時間と経費が加わってしまう。
1つの例示の実施の形態において、カップリング剤は、アミン部分を含む少なくとも1種のシランを含むことがあり、ポリマー化学組成物は、ポリイミド化学組成物を含むことがある。ここで、図18を参照すると、理論によって束縛されないが、このアミン部分とポリイミドのポリアミド酸前駆体との相互作用は、段階過程によって進行すると考えられている。図18に示されるように、第1の工程は、ポリアミド酸のカルボキシル部分とアミン部分との間のポリアミド酸塩の形成である。第2の工程は、塩からアミド部分への熱転化である。第3の工程は、ポリマーアミド結合の切断による、アミド部分のイミド部分へのさらなる転化である。その結果、図18に示されているように、カップリング剤のアミン部分への短縮されたポリマー鎖(ポリイミド鎖)の共有結合のイミド結合がもたらされる。
属性が改善されたガラス容器の様々な実施形態を、以下の実施例によりさらに明確にする。これらの実施例は、説明に役立つものであり、本開示の主題を限定するものとして理解されるべきではない。
実施例1
ガラスバイアルを、先の表2の例2と同じ組成を有するタイプIBガラス、および2012年10月25日に出願され、「Glass Compositions with Improved Chemical and Mechanical Durability」と題され、Corning Incorporatedに委譲された米国特許出願第13/660394号明細書における表1の「実施例E」と特定されているガラス組成物(以後、「基準ガラス組成物」)から形成した。バイアルを、脱イオン水で洗浄し、窒素で通風乾燥させ、APS(アミノプロピルシルセスキオキサン)の0.1%溶液で浸漬被覆した。APSコーティングを、15分に亘り対流オーブン内おいて100℃で乾燥させた。次いで、バイアルを、15/85トルエン/DMF(ジメチルホルムアミド)溶液中の「Novastrat」800ポリアミド酸の0.1%溶液、またはN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中の0.1%~1%のポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸溶液(PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)))に浸漬した。被覆されたバイアルを150℃に加熱し、20分間保持して、溶媒を蒸発させた。その後、被覆されたバイアルを300℃に予熱した加熱炉に30分に亘り配置することによって、コーティングを硬化させた。硬化後、「Novastrat」800の0.1%溶液で被覆したバイアルは、視認可能な色を有していなかった。しかしながら、ポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’オキシジアニリン)の溶液で被覆したバイアルは、コーティングの厚さのために視認可能な黄色であった。両方のコーティングが、バイアル対バイアルの接触試験において低い摩擦係数を示した。
実施例2
先の表2の例2と同じ組成物から形成されたタイプIBガラスから形成したガラスバイアル(受け取った状態/未被覆)および滑らかなコーティングで被覆されたバイアルを比較して、摩耗による機械的強度の損失を評価した。被覆されたバイアルは、最初に、基準ガラス組成物から製造したガラスバイアルをイオン交換強化することによって製造した。イオン交換強化は、8時間に亘り450℃で100%KNO浴中で行った。その後、バイアルを脱イオン水で洗浄し、窒素で通風乾燥させ、APS(アミノプロピルシルセスキオキサン)の0.1%水溶液で浸漬被覆した。APSコーティングを、15分に亘り対流オーブン内おいて100℃で乾燥させた。次いで、バイアルを、15/85トルエン/DMF溶液中の「Novastrat」800ポリアミド酸の0.1%溶液に浸漬した。被覆されたバイアルを150℃に加熱し、20分間保持して、溶媒を蒸発させた。その後、被覆されたバイアルを300℃に予熱した加熱炉に30分に亘り配置することによって、コーティングを硬化させた。次いで、被覆されたバイアルを、1時間に亘り70℃の脱イオン水中に浸漬し、2時間に亘り320℃で空気中において加熱して、実際の処理条件をシミュレーションした。
先の表2の例2と同じ組成物から形成されたタイプIBガラスから形成した未摩耗バイアル、およびイオン交換強化され、被覆された基準ガラス組成物から形成した未摩耗バイアルを、水平圧縮試験において破壊に対して試験した(すなわち、プレートをバイアルの上部に置くと共に、プレートをバイアルの下部に置き、これらのプレートを互いに押し付けて、破壊時の印加荷重をロードセルで測定した)。図19は、基準ガラス組成物から形成したバイアル、被覆された摩耗状態の基準ガラス組成物から形成したバイアル、タイプIBガラスから形成したバイアル、および摩耗状態のタイプIBガラスから形成したバイアルに関する水平圧縮試験における印加荷重の関数としての破壊確率をグラフで示す。未摩耗バイアルの破壊荷重が、ワイブルプロットでグラフにより示されている。次いで、タイプIBガラスから形成した試料バイアルおよびイオン交換強化され被覆されたガラスから形成した未摩耗バイアルを、図9のバイアル・オン・バイアル治具上に配置して、バイアルを摩耗して、互いに擦り合わせたときのバイアル間の摩擦係数を決定した。試験中のバイアルに対する荷重は、UMT装置で印加し、24Nと44Nの間で変化させた。印加荷重および対応する最大摩擦係数が、図20に含まれている表に報告されている。未被覆バイアルについて、最大摩擦係数は0.54から0.71まで様々であり(図20において、それぞれ、バイアルサンプル「3&4」および「7&8」として示されている)、一方で、被覆されたバイアルについて、最大摩擦係数は0.19から0.41まで様々であった(図20において、それぞれ、バイアルサンプル「15&16」および「12&14」として示されている)。その後、傷つけたバイアルを水平圧縮試験において試験して、未摩耗バイアルに対する機械的強度の損失を評価した。未摩耗バイアルに印加された破壊荷重が、図19のワイブルプロットにグラフで示されている。
図19に示されるように、未被覆のバイアルは、摩耗後に強度が著しく低下し、一方で、被覆されたバイアルでは、摩耗後の強度の低下は比較的軽微であった。これらの結果に基づくと、バイアル・オン・バイアルの摩耗後の強度の損失を軽減するために、バイアル間の摩擦係数は、0.7または0.5未満、またさらには0.45未満であるべきであると考えられる。
実施例3
この実施例において、複数の組のガラス管を4点曲げで試験して、それぞれの強度を評価した。基準ガラス組成物から形成した1組目の管を、受け取った状態(未被覆で、イオン交換強化されていない)で4点曲げにおいて試験した。基準ガラス組成物から形成した2組目の管を、8時間に亘り450℃で100%KNO浴中においてイオン交換強化した後、4点曲げにおいて試験した。基準ガラス組成物から形成した3組目の管を、8時間に亘り450℃で100%KNO浴中においてイオン交換強化し、実施例2に記載されたように、0.1%のAPS/0.1%の「Novastrat」800で被覆した後に、4点曲げにおいて試験した。被覆された管をまた、1時間に亘り70℃の脱イオン水中に浸し、2時間に亘り空気中において320℃で加熱して、実際の処理条件をシミュレーションした。これらの被覆された管をまた、曲げ試験の前に、30Nの荷重下で図9に示されたバイアル・オン・バイアル治具において摩耗した。基準ガラス組成物から形成した4組目の管を、1時間に亘り450℃で100%KNO浴中においてイオン交換強化した後、4点曲げにおいて試験した。これらの未被覆のイオン交換強化済み管をまた、曲げ試験の前に、30Nの荷重下で図9に示されたバイアル・オン・バイアル治具において摩耗した。タイプIBガラスから形成した5組目の管を、受け取った状態(未被覆で、イオン交換強化されていない)で4点曲げにおいて試験した。タイプIBガラスから形成した6組目の管を、1時間に亘り450℃で100%KNO浴中においてイオン交換強化した後、4点曲げにおいて試験した。試験結果が、図21に示されているワイブルプロットでグラフにより示されている。
図21を参照すると、摩耗しておらず、基準ガラス組成物から形成し、イオン交換強化した2組目の管は、壊れる前に最高の応力に耐えた。摩耗前の0.1%のAPS/0.1%の「Novastrat」800で被覆された3組目の管は、未被覆の摩耗していない同等の物(すなわち、2組目の管)と比べて、強度のわずかな低下を示した。しかしながら、被覆後に摩耗を施したにもかかわらず、強度の低下は比較的軽微であった。
実施例4
2組のバイアルを調製し、医薬品充填ラインに通した。粘着テープ(富士フイルム株式会社から市販されている)をバイアルの間に差し込んで、バイアル間、並びにバイアルと機器との間の接触/衝撃力を測定した。1組目のバイアルは、タイプIBガラスから形成し、被覆しなかった。2組目のバイアルは、基準ガラス組成物から形成し、先に記載したように、約0.25の摩擦係数を有する低摩擦ポリイミド系コーティングで被覆した。粘着テープを、バイアルを医薬品充填ラインに通した後に分析したところ、2組目の被覆されたバイアルは、1組目の未被覆のバイアルと比べて、応力の2~3倍の低減を示すことが実証された。
実施例5
一組4つのバイアル3組の各々を調製した。全てのバイアルは、基準ガラス組成物から形成した。1組目のバイアルを、実施例2において記載したように、APS/「Novastrat」800コーティングで被覆した。2組目のバイアルを、トルエン中の0.1%のDC806Aで浸漬被覆した。溶媒を50℃で蒸発させ、コーティングを30分に亘り300℃で硬化させた。バイアルの各組を管中に入れ、空気パージ下で2.5時間に亘り320℃に加熱して、実験室の環境においてバイアル中に吸着された微量の汚染物質を除去した。次いで、試料の各組を管の中でさらに30分に亘り加熱し、放出された揮発性物質を活性炭吸着剤トラップで捕集した。トラップを30分間かけて350℃に加熱して、捕集した材料を全て脱着させ、これをガスクロマトグラフ質量分析計に供給した。図22は、APS/「Novastrat」800コーティングに関するガスクロマトグラフ質量分析計の出力データを示す。図23は、DC806Aコーティングに関するガスクロマトグラフ質量分析計の出力データを示す。0.1%のAPS/0.1%の「Novastrat」800コーティングまたはDC806Aコーティングからガス放出は検出されなかった。
4本のバイアル1組に、メタノール/水混合物中の0.5%/0.5%GAPS/APhTMS(3-アミノプロピルトリメトキシシラン/アミノフェニルトリメトキシシラン)溶液を用いて密着層(tie-layer)を被覆した。各バイアルの被覆表面積は約18.3cmであった。溶媒を、被覆したバイアルから15分に亘り120℃で蒸発させた。次いで、ジメチルアセトアミド中の0.5%の「Novastrat」800溶液を試料に施した。溶媒を、20分に亘り150℃で蒸発させた。これらの未硬化のバイアルに上述したガス放出試験を施した。バイアルを空気流(100mL/分)中において320℃に加熱し、320℃に到達した後、放出された揮発性物質を活性炭吸着剤トラップで15分毎に捕集した。次いで、このトラップを、30分かけて350℃に加熱して、捕集した材料を全て脱着させ、これをガスクロマトグラフ質量分析計に供給した。表3には、試料を320℃に保持した時間セグメントに亘り捕集された物質の量が示されている。時間ゼロは、試料が最初に320℃の温度に到達した時間に相当する。表3から分かるように、30分の加熱後に、揮発性物質の量は、装置の検出限界である100ng未満に減少した。表3には、被覆表面1平方センチメートル当たりで失われた揮発性物質も報告されている。
Figure 2023515143000004
実施例6
カップリング剤を有するものと、有さないものの、シリコン樹脂またはポリイミド系の様々なコーティングを備えた複数のバイアルを調製した。カップリング剤を用いた場合、カップリング剤は、APS、およびAPSの前駆体であるGAPSを含んでいた。外側コーティング層を、「Novastrat」800、上述したポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’オキシジアニリン)、またはDC806AおよびDC255などのシリコーン樹脂から調製した。APS/ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)コーティングを、APS(アミノプロピルシルセスキオキサン)の0.1%溶液、およびN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中のポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸(PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)))の0.1%溶液、0.5%溶液または1.0%溶液を用いて調製した。ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)コーティングも、カップリング剤を用いずに、NMP中のポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’オキシジアニリン)の1.0%溶液を使用して、施した。APS/「Novastrat」800コーティングを、APSの0.1%溶液、および15/85トルエン/DMF溶液中の「Novastrat」800ポリアミド酸の0.1%溶液を用いて調製した。DC255コーティングを、カップリング剤を用いずに、トルエン中のDC255の1.0%溶液を用いてガラスに直接施した。APS/DC806Aコーティングを、最初に、APSの0.1%水溶液を、次いで、トルエン中のDC806Aの0.1%溶液または0.5%溶液を施すことにより調製した。GAPS/DC806Aコーティングを、水中の95質量%エタノール中のGAPSの1.0%溶液をカップリング剤として用い、次いで、トルエン中のDC806Aの1.0%溶液を用いて施した。カップリング剤およびコーティングを、ここに記載した浸漬被覆法を用いて施し、カップリング剤は、施用後に熱処理し、シリコン樹脂およびポリイミドコーティングは施用後に乾燥させ、硬化させた。コーティングの厚さは、使用した溶液の濃度に基づいて推定した。図24中に含まれる表には、様々なコーティング組成物、推定コーティング厚および試験条件が列挙されている。
その後、バイアルのいくつかを、コーティングの損傷をシミュレーションするためにタンブラーにかけ、他のものに、図9に示すバイアル・オン・バイアル治具において、30Nおよび50Nの荷重下で摩耗を施した。その後、バイアルに0.5mLの塩化ナトリウム溶液を充填し、次いで、-100℃で凍結させる凍結乾燥(凍結乾燥過程)を全てのバイアルに施した。次いで、凍結乾燥を真空下で20時間に亘り-15℃で行った。バイアルを、光学品質保証機器で、顕微鏡により検査した。凍結乾燥によるコーティングに対する損傷は観察されなかった。
実施例7
一組6つのバイアル3組を調製して、未被覆のバイアルおよびDow Corning DC255シリコーン樹脂で被覆したバイアルの摩擦係数に対する荷重を増加させた場合の影響を評価した。1組目のバイアルはタイプIBガラスから形成し、未被覆のままとした。2組目のバイアルは、基準ガラス組成物から形成し、トルエン中のDC255の1%溶液で被覆し、30分に亘り300℃で硬化させた。3組目のバイアルは、タイプIBガラスから形成し、トルエン中のDC255の1%溶液で被覆した。各組のバイアルを図9に示したバイアル・オン・バイアル治具に配置し、同様に被覆したバイアルに対する摩擦係数を、10N、30N、および50Nの静荷重下での摩耗中に測定した。その結果が図25にグラフで報告されている。図25に示されているように、被覆したバイアルは、ガラス組成物に関係なく、同一の条件下で摩耗した場合に、未被覆のバイアルと比べてかなり低い摩擦係数を示した。
実施例8
APS/ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)コーティングを備えた、一組2つのガラスバイアル3組を調製した。最初に、バイアルの各々をAPS(アミノプロピルシルセスキオキサン)の0.1%溶液中で浸漬被覆した。APSコーティングを、15分に亘り対流オーブン中において100℃で乾燥させた。次いで、バイアルを、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)中の0.1%のポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸溶液(PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)))中に浸漬した。その後、コーティングを、被覆したバイアルを30分に亘り300℃で予熱した加熱炉に入れることによって硬化させた。
2つのバイアルを、図9に示したバイアル・オン・バイアル治具に置き、10Nの荷重下で摩耗させた。摩耗手順を、同一の区域についてさらに4回繰り返し、各摩耗について、摩擦係数を測定した。摩耗の間にバイアルを拭き、各摩耗の開始点を、摩耗されていない区域上に位置付けた。しかしながら、各摩耗は同一の「トラック」上を移動した。同一の手順を30Nおよび50Nの荷重について繰り返した。各摩耗の摩擦係数(すなわち、A1~A5)が、各荷重に対して図26にグラフで示されている。図26に示されているように、APS/ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)被覆したバイアルの摩擦係数は、全ての荷重での全ての摩耗について、概して0.30未満であった。この実施例は、カップリング剤で処理されたガラス表面上に施された場合のポリイミドコーティングに関する耐摩耗性の改善を実証するものである。
実施例9
APSコーティングを備えた、一組2つのガラスバイアル3組を調製した。バイアルの各々をAPS(アミノプロピルシルセスキオキサン)の0.1%溶液中で浸漬被覆し、15分に亘り対流オーブン中において100℃で加熱した。2つのバイアルを、図9に示したバイアル・オン・バイアル治具に配置し、10Nの荷重下で摩耗させた。摩耗手順を、同一の区域に対してさらに4回繰り返し、摩擦係数を摩耗の各々について決定した。摩耗の間にバイアルを拭き、各摩耗の開始点を、摩耗されていない区域上に位置付けた。しかしながら、各擦傷は同一の「トラック」上を移動した。同一の手順を30Nおよび50Nの荷重について繰り返した。各摩耗の摩擦係数(すなわち、A1~A5)が、各荷重に対して図27にグラフで示されている。図27に示されているように、APSのみが被覆されたバイアルの摩擦係数は、概して0.3より高く、多くの場合、0.6、またはそれ以上に達した。
実施例10
APS/ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)コーティングを備えた、一組2つのガラスバイアル3組を調製した。バイアルの各々を、APS(アミノプロピルシルセスキオキサン)の0.1%溶液中で浸漬被覆した。APSコーティングを15分に亘り対流オーブン中において100℃で加熱した。次いで、バイアルを、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)中の0.1%のポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸溶液(PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)))中に浸漬した。その後、コーティングを、被覆したバイアルを30分に亘り300℃に予熱した加熱炉に入れることにより硬化させた。次いで、被覆したバイアルに、12時間に亘り300℃で脱パイロジェン(加熱)を行った。
2つのバイアルを、図9に示したバイアル・オン・バイアル治具に置き、10Nの荷重下で摩耗させた。摩耗手順を、同一の区域についてさらに4回繰り返し、各摩耗について、摩擦係数を測定した。摩耗の間にバイアルを拭き、各摩耗の開始点を、既に摩耗した区域上に位置付け、各摩耗を同一の「トラック」上で実施した。同一の手順を30Nおよび50Nの荷重について繰り返した。各摩耗の摩擦係数(すなわち、A1~A5)が、各荷重に対して図28にグラフで示されている。図28に示されているように、APS/ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)被覆したバイアルの摩擦係数は、全般的に均一であり、10Nおよび30Nの荷重で導入された摩耗について、約0.20以下であった。しかしながら、印加荷重を50Nに増加させた場合、各連続する摩耗について摩擦係数が増加し、5番目の擦傷は0.40よりわずかに小さい摩擦係数を有していた。
実施例11
APS(アミノプロピルシルセスキオキサン)コーティングを備えた、一組2つのガラスバイアル3組を調製した。バイアルの各々を、APSの0.1%溶液中で浸漬被覆し、15分に亘り対流オーブン中において100℃で加熱した。次いで、被覆されたバイアルに、12時間に亘り300℃で脱パイロジェン(加熱)を行った。2つのバイアルを、図9に示したバイアル・オン・バイアル治具に配置し、10Nの荷重下で摩耗させた。摩耗手順を、同一の区域についてさらに4回繰り返し、各摩耗について摩擦係数を測定した。摩耗の間にバイアルを拭き、各摩耗の開始点を、既に摩耗された区域に位置付け、各摩耗は同一の「トラック」上を移動した。同一の手順を30Nおよび50Nの荷重について繰り返した。各摩耗の摩擦係数(すなわち、A1~A5)が、各荷重に対して図29にグラフで示されている。図29に示されているように、12時間に亘り脱パイロジェンが施されたAPS被覆したバイアルの摩擦係数は、図27に示されるAPS被覆したバイアルよりも著しく高く、被覆されていないガラスバイアルが示した摩擦係数と同様であり、これにより、バイアルが摩耗のために機械的強度を著しく失ったであろうことを示している。
実施例12
ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)コーティングを備えた、タイプIBガラスから形成した一組2つのガラスバイアル3組を調製した。バイアルをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中の0.1%のポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸溶液(PMDA-ODA(ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)))に浸漬した。その後、コーティングを20分に亘り150℃で乾燥させ、次いで、被覆したバイアルを30分に亘り300℃に予熱した加熱炉に入れることにより硬化させた。
2本のバイアルを、図9に示したバイアル・オン・バイアル治具に置き、10Nの荷重で摩耗させた。摩耗手順を、同一の区域についてさらに4回繰り返し、各摩耗について、摩擦係数を測定した。摩耗の間にバイアルを拭き、各摩耗について、摩耗の開始点を、摩耗されていない区域上に位置付けた。しかしながら、各摩耗は同一の「トラック」上を移動した。同一の手順を30Nおよび50Nの荷重について繰り返した。各摩耗の摩擦係数(すなわち、A1~A5)が、各荷重に対して図30にグラフで示されている。図30に示されているように、ポリ(4,4’-オキシジフェニレン-ピロメリトイミド)被覆したバイアルの摩擦係数は、最初の摩耗後に全般的に増加し、カップリング剤を用いずにガラスに施したポリイミドコーティングの耐摩耗性が劣っていることが実証された。
実施例13
実施例6のAPS/「Novastrat」800被覆したバイアルを、図9に示したバイアル・オン・バイアル治具を用いて、凍結乾燥後に30Nの荷重で摩擦係数について試験した。摩擦係数における増加は、凍結乾燥後に検出されなかった。図31には、凍結乾燥の前後におけるAPS/「Novastrat」800被覆したバイアルに関する摩擦係数を示す表が含まれている。
実施例14
基準ガラス組成物バイアルを、実施例2に記載したように、イオン交換し、被覆した。被覆されたバイアルに、以下のプロトコルを用いてオートクレーブ処理を施した:100℃での10分間の水蒸気パージ、続いて、20分間の停止期間(被覆ガラス容器100が121℃の環境に曝露される)、続いて、121℃での30分間の処理。オートクレーブ処理されたバイアルおよびオートクレーブ処理されていないバイアルの摩擦係数を、30Nの荷重で、図9に示されたバイアル・オン・バイアル治具を用いて測定した。図32は、オートクレーブ処理の前後におけるAPS/「Novastrat」800被覆したバイアルの摩擦係数を示す。摩擦係数における増加は、オートクレーブ処理後に検出されなかった。
実施例15
3組のバイアルを、APS/APhTMS(1:8比)密着層、およびジメチルアセトアミド中のポリアミド酸の溶液として施され、300℃でイミド化した「Novastrat」800ポリイミドからなる外層で被覆した。1組目に、320℃で12時間に亘り脱パイロジェンを行った。2組目に、320℃で12時間に亘り脱パイロジェンを行い、次いで、121℃で1時間に亘りオートクレーブ処理した。3組目のバイアルは未被覆のままとした。次いで、各組のバイアルに、30Nの荷重下でバイアル・オン・バイアル試験を施した。各組のバイアルの摩擦係数が、図33に報告されている。各バイアルに生じた損傷(または、損傷が存在しないこと)を示すバイアル表面の写真もまた、図33に示されている。図33に示されているように、未被覆のバイアルは、概して、約0.7を超える摩擦係数を有していた。未被覆のバイアルではまた、試験の結果、視覚的に知覚可能な損傷が生じていた。しかしながら、被覆したバイアルは、視覚的に知覚可能な表面損傷が全くなく、0.45未満の摩擦係数を有していた。
被覆されたバイアルに、上述したような、脱パイロジェン、オートクレーブ条件、または、その両方を施した。図34は、バイアルに関する水平圧縮試験における印加荷重の関数としての破壊確率をグラフで示す。脱パイロジェンが施されたバイアルと、脱パイロジェンが施され、オートクレーブ処理されたバイアルとの間で統計的な差異は見られなかった。
実施例16
様々なシラン比を有する滑らかなコーティングを備えた、タイプIBのイオン交換済みガラスから形成したバイアルを調製した。ここで図35を参照すると、3つの異なるコーティング組成物を備えたバイアルを調製して、施されたコーティングの摩擦係数に対する異なるシラン比の影響を評価した。第1のコーティング組成物は、1:1のGAPS対アミノフェニルトリメチルオキシシラン(APhTMS)比を有するカップリング剤層、および1.0%の「Novastrat」800ポリイミドからなる外側コーティング層を備えていた。第2のコーティング組成物は、1:0.5のGAPS対APhTMS比を有するカップリング剤層、および1.0%の「Novastrat」800ポリイミドからなる外側コーティング層を備えていた。第3のコーティング組成物は、1:0.2のGAPS対APhTMS比を有するカップリング剤層、および1.0%の「Novastrat」800ポリイミドからなる外側コーティング層を備えていた。全てのバイアルに、320℃で12時間に亘り脱パイロジェンを行った。その後、バイアルに、20Nおよび30Nの荷重下でバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。各バイアルに関する平均印加法線力、摩擦係数、および最大摩擦力(Fx)が、図35に報告されている。図35に示されているように、芳香族シラン(すなわち、アミノフェニルトリメチルオキシシラン)の量が低下すると、バイアル間の摩擦係数、並びにバイアルが受ける摩擦力が増加する。
実施例17
様々なシラン比を有する滑らかなコーティングを備えた、タイプIBのイオン交換済みガラスから形成したバイアルを調製した。
試料を、0.125%のAPSおよび1.0%のアミノフェニルトリメチルオキシシラン(APhTMS)から形成したカップリング剤層(1:8のAPS/APhTMS比を有する)、および0.1%の「Novastrat」800ポリイミドから形成した外側コーティング層を含む組成で調製した。施されたコーティングの熱安定性を、脱パイロジェンの前後に、バイアルの摩擦係数および摩擦力を決定することにより評価した。具体的には、被覆したバイアルに、30Nの荷重下でバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。摩擦係数および摩擦力を測定し、これが時間の関数として図36にプロットされている。2組目のバイアルに、320℃で12時間に亘り、脱パイロジェンを行い、30Nの荷重下で同じのバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。脱パイロジェンの前後の両方において摩擦係数は同じままであり、コーティングは熱的に安定であり、ガラス表面を摩擦損傷から保護することが示された。ガラスの接触区域の写真も示されている。
試料を、0.0625%のAPSおよび0.5%のAPhTMSから形成したカップリング剤層(1:8のAPS/APhTMS比を有する)、および0.05%の「Novastrat」800ポリイミドから形成した外側コーティング層を含む組成で調製した。施されたコーティングの熱安定性を、脱パイロジェンの前後にバイアルの摩擦係数および摩擦力を測定することにより評価した。具体的には、被覆したバイアルに、30Nの荷重下でバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。摩擦係数および摩擦力を測定し、これが、時間/距離の関数として図37にプロットされている。2組目のバイアルに、320℃で12時間に亘り、脱パイロジェンを行い、30Nの荷重下で同じバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。脱パイロジェンの前後の両方において摩擦係数は同じままであり、コーティングは熱的に安定であることが示された。ガラスの接触区域の写真も示されている。
図38は、0.125%のAPSおよび1.0%のAPhTMSから形成された滑らかなコーティングと、0.1%の「Novastrat」800ポリイミドから形成された外側コーティング層とを有するバイアル(図38で「260」として示されている)、並びに0.0625%のAPSおよび0.5%のAPhTMSから形成された滑らかなコーティングと、0.05%の「Novastrat」800ポリイミドから形成された外側コーティング層とを有するバイアル(図38で「280」として示されている)に関する水平圧縮試験における印加荷重の関数としての破壊確率をグラフで示す。そのデータは、被覆され、脱パイロジェンが施され、傷つけられた試料について、破壊荷重が、未被覆で傷つけられていない試料から変化していないことを示しており、これにより、コーティングによる損傷からのガラスの保護が実証される。
GAPS加水分解物を用いて、滑らかなコーティングを備えたバイアルを調製した。試料を、0.5%のDynasylan(登録商標)Hydrosil 1151(3-アミノプロピルシラン加水分解物)および0.5%のアミノフェニルトリメチルオキシシラン(APhTMS)から形成されたカップリング剤層(1:1の比を有する)、並びに0.05%の「Novastrat」800ポリイミドから形成された外側コーティング層を含む組成で調製した。コーティング性能を、脱パイロジェンの前後にバイアルの摩擦係数および摩擦力を測定することにより評価した。具体的には、イオン交換強化(100%のKNO、450℃で8時間)したタイプIBバイアルに、30Nの荷重下でバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。摩擦係数および摩擦力を測定し、これが、時間/距離の関数として図39にプロットされている。2組目のバイアルに、320℃で12時間に亘り、脱パイロジェンを行い、30Nの荷重下で同一のバイアル・オン・バイアル摩擦試験を行った。脱パイロジェンの前後の両方において摩擦係数は同じままであり、コーティングは熱的に安定であることが示された。ガラスの接触区域の写真も示されている。このことは、アミノシランの加水分解物がコーティング配合物においても同様に有用であることを示唆する。
施されたコーティングの熱安定性を、一連の脱パイロジェン条件についても評価した。具体的には、タイプIBのイオン交換済みガラスバイアルを、1:1のGAPS(0.5%)対アミノフェニルトリメチルオキシシラン(APhTMS)(0.5%)比を有するカップリング剤層、および0.5%の「Novastrat」800ポリイミドからなる外側コーティング層を含む組成で調製した。バイアルを、2mm/sの引き上げ速度で自動ディップコータを用いて、溶液で浸漬被覆した。試料バイアルに、以下の脱パイロジェンサイクルの内の1つを施した:320℃で12時間;320℃で24時間;360℃で12時間;または360℃で24時間。次いで、摩擦係数および摩擦力を、バイアル・オン・バイアル摩擦試験を用いて測定し、図40に示されているように、各脱パイロジェン条件について、時間の関数としてプロットした。図40に示されているように、バイアルの摩擦係数は、脱パイロジェン条件によっては変化せず、コーティングは熱的に安定であったことが示された。図41は、360℃および320℃での様々な熱処理時間後の摩擦係数をグラフで示す。
実施例18
バイアルを、実施例2に記載されているように、APS/「Novastrat」800コーティングで被覆した。被覆したバイアル、並びに未被覆のバイアルの光透過率を、分光光度計を用いて400~700nmの波長範囲内で測定した。測定は、光線が、容器に入るときと、次いで、容器から出るときに、滑らかなコーティングを2回通過するように、容器壁に対して光線を垂直に向けるように行われる。図11は、被覆したバイアルおよび未被覆のバイアルに関する、400~700nmの可視光スペクトルで測定した光透過率データをグラフで示す。線440は被覆されていないガラス容器を示し、線442は被覆されたガラス容器を示す。
実施例19
バイアルを、0.25%のGAPS/0.25%のAPhTMSカップリング剤、および1.0%の「Novastrat」800ポリイミドで被覆し、12時間に亘る320℃での脱パイロジェンの前後で光透過率について試験した。未被覆のバイアルも試験した。その結果が図42に示されている。
実施例20
ポリイミドコーティングの均一性を改善するために、4gのトリエチルアミンを1Lのメタノール中に添加し、次いで、「Novastrat」800ポリアミド酸を添加して0.1%溶液を形成することにより、「Novastrat」800ポリアミド酸をポリアミド酸塩に転化させ、ジメチルアセトアミドと比べて、著しく速く蒸発する溶媒であるメタノール中に溶解させた。ポリ(ピロメリト酸二無水物-コ-4,4’-オキシジアニリン)アミド酸のメタノール可溶性塩を生成できた。
タイプIBのイオン交換済みバイアル上のコーティングを、メタノール/水混合物中の1.0%のGAPS/1.0%のAPhTMSおよびメタノール中の0.1%の「Novastrat」800ポリアミド酸塩から形成した。被覆したバイアルに、360℃で12時間に亘り、脱パイロジェンを施し、脱パイロジェンを施していない試料および脱パイロジェンを施した試料を、バイアル・オン・バイアル治具において10N、20Nおよび30Nの垂直荷重で摩耗させた。10N、20N、および30Nの法線力では、ガラスの損傷は観察されなかった。図43は、12時間に亘る360℃での熱処理後の試料の摩擦係数、印加力および摩擦力を示す。図44は、試料に関する水平圧縮試験における印加荷重の関数としての破壊確率をグラフで示す。統計的に、10N、20Nおよび30Nでの一連の試料は、互いに区別がつかなかった。低荷重破壊試料は、引っ掻き傷から離れて位置する基点から壊れた。
図45~47にそれぞれ示されているように、コーティング層の厚さを偏光解析法および走査電子顕微鏡法(SEM)を用いて推定した。シリコンウェハー(偏光解析法)およびスライドガラス(SEM)を用いて、コーティング厚測定用の試料を作製した。これらの方法は、密着層について55から180nmで様々な厚さを、「Novastrat」800ポリアミド酸塩について35nmの厚さを示す。
実施例21
プラズマクリーニングしたSiウェハー片を、75/25のメタノール/水 体積/体積混合物中の0.5%のGAPS/0.5%のAPhTMSの溶液を用いて浸漬被覆した。コーティングを15分に亘り120℃に曝露した。コーティング厚を、偏光解析法を用いて測定した。3つの試料を調製したところ、厚さは、それぞれ、92.1nm、151.7nm、および110.2nmであり、標準偏差は30.6nmであった。
スライドガラスを浸漬被覆し、走査型電子顕微鏡で調査した。図45は、8mm/sの引き上げ速度で、75/25メタノール/水混合物中の1.0%のGAPS、1.0%のAPhTMS、および0.3%のNMPのコーティング溶液で浸漬被覆し、続いて、15分に亘り150℃で硬化させたスライドガラスのSEM画像を示す。コーティングは、約93nm厚であるように見える。図46は、4mm/sの引き上げ速度で、75/25メタノール/水混合物中の1.0%のGAPS、1.0%のAPhTMS、および0.3%のNMPのコーティング溶液中で浸漬被覆し、続いて、15分に亘り150℃で硬化させたスライドガラスのSEM画像を示す。コーティングは、約55nm厚であるように見える。図47は、2mm/sの引き上げ速度で、0.5%の「Novastrat」800溶液のコーティング溶液で浸漬被覆し、15分に亘り150℃で硬化させ、30分に亘り320℃で熱処理したスライドガラスのSEM画像を示す。コーティングは、約35nm厚であるように見える。
比較例A
タイプIBガラスから形成したガラスバイアルを、固形分が約1~2%であるBaysilone MのBayer Silicone水性エマルジョンの希釈コーティングで被覆した。このバイアルを、2時間に亘り150℃で処理して、表面から水を取り去り、ポリジメチルシロキサンコーティングをガラスの外面に残留させた。コーティングの公称厚は約200nmであった。1組目のバイアルを未処理状態のままとした(すなわち、「被覆したままのバイアル」)。2組目のバイアルを、30分に亘り280℃で処理した(すなわち、「処理済バイアル」)。最初に、各組のバイアルのいくつかを、UMT-2摩擦計およびバイアル・オン・バイアル試験治具を用いて、荷重を0~48Nに線形に増加させて、およそ20mmの長さの引っ掻き傷を付けることによって、機械的に試験した。引っ掻き傷を、摩擦係数および形態学について評価して、引っ掻き手法がガラスに損傷を与えたか否か、もしくはコーティングが、引っ掻きによる損傷からガラスを保護したか否かについて判定した。
図48は、被覆したままのバイアルに関する、印加した引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての、摩擦係数、引っ掻き傷侵入度、印加した法線力、および摩擦力(y座標)を示すプロットである。図48においてグラフで示されているように、被覆したままのバイアルは、約30Nの荷重までおよそ0.03の摩擦係数を示した。このデータは、およそ30N未満では、COFは常に0.1未満であることを示している。しかしながら、30Nを超える法線力では、引っ掻き傷の長さに沿ったガラス割れの存在で示されているように、コーティングは破損し始める。ガラス割れは、ガラス表面損傷、およびその損傷の結果としてのガラスが破損する傾向の増加を示す。
図49は、処理済バイアルに関する、印加した引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての、摩擦係数、引っ掻き傷侵入度、印加した法線力、および摩擦力(y座標)を示すプロットである。処理済バイアルについては、印加荷重がおよそ5Nの値に達するまで、摩擦係数は低いままであった。この時点で、コーティングは破損し始め、荷重の増加に伴って生じたガラス割れの量の増加から明らかなように、ガラス表面が激しく損傷した。処理済バイアルの摩擦係数は約0.5に増加した。しかしながら、コーティングは、熱曝露後の30Nの荷重でガラスの表面を保護することができず、コーティングは熱的に不安定であったことが示された。
次いで、20mmの引っ掻き傷の全長に亘り30Nの静荷重を印加することによって、バイアルを試験した。被覆したままのバイアルの10個の試料および処理済バイアルの10個の試料を、20mmの引っ掻き傷の全長に亘り30Nの静荷重を印加することによって、水平圧縮において試験した。被覆したままの試料では、引っ掻きで破損したものはなかったが、一方で、10個の処理済バイアルのうち6個が引っ掻きで破損し、処理済バイアルでは、残留強度が低下していたことが示された。
比較例B
Wacker Silres MP50(製品番号60078465番 ロット番号EB21192番)の溶液を2%に希釈し、これを基準ガラス組成物から形成されたバイアルに施した。これらのバイアルは、被覆前に、10秒間に亘りプラズマを印加することによって、最初に洗浄した。これらのバイアルを15分に亘り315℃で乾燥させて、水をコーティングから取り去った。1組目のバイアルは「被覆したままの」状態に維持した。2組目のバイアルは、250℃~320℃に及ぶ温度で30分間に亘り処理した(すなわち、「処理済バイアル」)。最初に、各組のバイアルのいくつかを、UMT-2摩擦計を用いて、荷重を0~48Nに線形に増加させて、およそ20mmの長さの引っ掻き傷を付けることによって、機械的に試験した。引っ掻き傷を、摩擦係数および形態学について評価して、引っ掻き手法がガラスに損傷を与えたか否か、もしくはコーティングが引っ掻きによる損傷からガラスを保護したか否かについて判定した。
図50は、被覆したままのバイアルに関する、印加した引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての、摩擦係数、引っ掻き傷侵入度、印加した法線力、および摩擦力(y座標)を示すプロットである。
図51は、280℃で処理した処理済バイアルに関する、印加した引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての、摩擦係数、引っ掻き傷侵入度、印加した法線力、および摩擦力(y座標)を示すプロットである。処理済バイアルは、約20Nを超える印加荷重で著しいガラス表面損傷を示した。ガラス損傷に対する荷重閾値は、熱曝露温度の上昇に伴って低下することも見いだされ、コーティングは温度の上昇により劣化する(すなわち、コーティングは熱的に不安定である)ことが示された。280℃未満の温度で処理した試料は、30Nを超える荷重でガラス損傷を示した。
比較例C
基準ガラス組成物から形成したバイアルを、水中で2%固形分に希釈したEvonik Silikophen P 401Wで処理した。次いで、試料を15分に亘り150℃で乾燥させ、その後、15分に亘り315℃で硬化させた。1組目のバイアルは、「被覆したままの」状態に維持した。2組目のバイアルは、260℃の温度で30分に亘り処理した(すなわち、「260℃処理済バイアル」)。3組目のバイアルは280℃の温度で30分に亘り処理した(すなわち、「280℃処理済バイアル」)。これらのバイアルを、図9に示された試験治具を用いて、30Nの静荷重で引っ掻いた。次いで、これらのバイアルを水平圧縮において試験した。260℃処理済バイアルおよび280℃処理済バイアルは圧縮で損傷し、一方で、16個の被覆したままのバイアルの内の2個が引っ掻きで損傷した。このことは、コーティングが、高温への曝露の際に劣化し、その結果、コーティングは、30Nの荷重から表面を十分には保護しなかったことを示す。
実施例22
基準ガラス組成物から形成したバイアルを、1.0%/1.0%のGAPS/m-APhTMS溶液の75/25濃度のメタノール/水溶液で被覆した。バイアルを、2mm/sの引き上げ速度で、その溶液中で浸漬被覆した。コーティングを、15分に亘り150℃で硬化させた。1組目のバイアルは、未処理状態に維持した(すなわち、「被覆したままのバイアル」)。2組目のバイアルに、12時間に亘り300℃で脱パイロジェンを施した(すなわち、「処理済みバイアル」)。各組のバイアルのいくつかを、UMT-2摩擦計およびバイアル・オン・バイアル試験治具を用いて、バイアルの肩部からバイアルの踵に向け、10Nの荷重で引っ掻き傷を付けることによって機械的に試験した。各組からの追加のバイアルを、UMT-2摩擦計およびバイアル・オン・バイアル試験治具を用いて、バイアルの肩部からバイアルの踵に向け、30Nの荷重で引っ掻き傷を付けることによって機械的に試験した。引っ掻き傷を、摩擦係数および形態学について評価して、引っ掻き手法がガラスに損傷を与えたか否か、もしくはコーティングが引っ掻きによる損傷からガラスを保護したか否かを判定した。
図52および53は、被覆したままのバイアルに関する、印加した引っ掻き傷の長さ(x座標)の関数としての、摩擦係数、引っ掻き傷侵入度、印加した法線力、および摩擦力(y座標)を示すプロットである。図52および53にグラフで示されているように、被覆したままのバイアルは、試験後にいくらかの擦り傷およびガラス損傷を示した。しかしながら、摩擦係数は、試験中でおよそ0.4~0.5であった。図54および55は、処理済みのバイアルについて行った同様の試験の結果を示す。試験後、処理済みのバイアルは、コーティングの表面のいくらかの摩耗、並びにガラスに対するいくらかの損傷を示した。摩擦係数は、試験中でおよそ0.7~0.8であった。
実施例23
基準ガラス組成物から形成したバイアルを、1.0%/1.0%のGAPS/m-APhTMS溶液の75/25濃度のメタノール/水溶液で被覆した。バイアルを、その溶液中で浸漬被覆し、0.5mm/sから4mm/sに及ぶ引き上げ速度で引き上げ、それぞれのバイアル上のコーティングの厚さを変化させた。コーティングを、15分に亘り150℃で硬化させた。1組目のバイアルは、未処理状態に維持した(すなわち、「被覆したままのバイアル」)。2組目のバイアルに、12時間に亘り300℃で脱パイロジェンを施した(すなわち、「処理済みバイアル」)。各組のバイアルのいくつかを、UMT-2摩擦計を用いて、バイアルの肩部からバイアルの踵に向け、10Nの荷重で引っ掻き傷を付けることによって機械的に試験した。各組からの追加のバイアルを、UMT-2摩擦計を用いて、バイアルの肩部からバイアルの踵に向け、30Nの荷重で引っ掻き傷を付けることによって機械的に試験した。次いで、バイアルを水平圧縮において試験した。水平圧縮試験の結果が図56および57に報告されている。10Nの荷重下で引っ掻いたバイアルは、コーティング厚が様々であったにも関わらず、機械的強度において最小の差異しか示さなかった。30Nで引っ掻き、より薄いコーティング(すなわち、0.5mm/sの引き上げ速度に対応するコーティング)を有するバイアルは、比較的厚いコーティングを有するバイアルと比べて、水平圧縮における破壊に係る傾向が高いものであった。
ここに記載されたガラス容器は、耐剥離性、改善された強度、および増加した損傷抵抗から選択される少なくとも2つの性能属性を有することがここに理解されるべきである。例えば、ガラス容器は、耐剥離性および改善された強度;改善された強度および増加した損傷抵抗;または耐剥離性および増加した損傷抵抗の組合せを有し得る。ここに記載されたガラス容器は、様々な態様で理解されるであろう。
第1の態様において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数を有することがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに強固な無機コーティングが配置されることがある。この強固な無機コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
第2の態様において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数を有することがある。
この本体の外面の少なくとも一部の周りに、一時的コーティングが配置されることがある。一時的コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
第3の態様において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体の少なくとも内面は、10以下の剥離係数を有する。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、強固な有機コーティングが配置されることがある。強固な有機コーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
第4の態様において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体は、ASTM規格E438-92に準拠するタイプI、クラスBのガラスから形成されることがある。このガラス容器内に収容される組成物が、本体の内面に接触しないように、本体の内面にバリアコーティングが配置されることがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、滑らかなコーティングが配置されることがある。この滑らかなコーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
第5の態様において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体は、ISO 719規格に準拠した少なくともHGB2またはそれより良好な加水分解抵抗を有することがある。この本体は、約200ポアズから約100キロポアズの範囲の粘度に対応する温度で著しく揮発する種を形成する構成成分を含まないガラス組成物から形成されることがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、滑らかなコーティングが配置されることがある。この滑らかなコーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
第6の態様において、ガラス容器は、内面、外面および外面と内面との間に延在する壁厚を有する本体を備えることがある。この本体は、ASTM規格E438-92に準拠するタイプI、クラスBのガラスから形成されることがある。この本体は、ガラス組成物中の揮発性種の蒸発を軽減する加工条件下で形成されることがある。この本体の外面の少なくとも一部の周りに、滑らかなコーティングが配置されることがある。滑らかなコーティングを備えた本体の外面は、0.7以下の摩擦係数を有することがある。
第7の態様は、コーティングが、30分に亘り少なくとも250℃の温度で熱的に安定である、第1および第3から第6の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第8の態様は、強固な無機コーティングが、30分に亘り少なくとも280℃の温度で熱的に安定である、第1および第3から第7の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第9の態様は、強固な無機コーティングが、金属窒化物コーティング、金属酸化物コーティング、金属硫化物コーティング、SiO、ダイヤモンド状炭素、グラフェン、または炭化物コーティングである、第1の態様のガラス容器を含む。
第10の態様は、強固な無機コーティングが、TiN、BN、HBN、TiO、Ta、HfO、Nb、V、SiO、MoS、SiC、SnO、SnO、ZrO、Al、ZnO、およびBCの内の少なくとも1つを含む、第1の態様のガラス容器を含む。
第11の態様は、本体が、本体の内面と本体の外面との間に延在する内部領域を有し、その内部領域は持続する層均一性を有する、第1から第10の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第12の態様は、内部領域が少なくとも100nmの厚さを有する、第11の態様のガラス容器を含む。
第13の態様は、本体の内面が、持続する表面均一性を有する、第1から第12の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第14の態様は、持続する表面均一性が、本体の壁厚中に、本体の内面から少なくとも10nmの深さDSRまで延在する、第13の態様のガラス容器を含む。
第15の態様は、本体の内面がエッチングされている、第1から第14の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第16の態様は、本体の内面が酸エッチングされている、第1から第15の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第17の態様は、ガラス本体の内面がバリアコーティングであり、そのバリアコーティングが10以下の剥離係数を有する、第1から第16の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第18の態様は、バリアコーティングが、金属窒化物コーティング、金属酸化物コーティング、金属硫化物コーティング、SiO、ダイヤモンド状炭素、グラフェン、または炭化物コーティングである無機コーティングである、第17の態様のガラス容器を含む。
第19の態様は、バリアコーティングが、Al、TiO、ZrO、SnO、SnO、SiO、Ta、Nb、Cr、V、ZnOまたはHfOの少なくとも1つ、もしくはその組合せを含む、第17の態様のガラス容器を含む。
第20の態様は、バリアコーティングが、ポリベンズイミダゾール、ポリビスオキサゾール、ポリビスチアゾール、ポリエーテルイミド、ポリキノリン、ポリチオフェン、フェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリシアヌレート、パリレン、ポリテトラフルオロエチレンおよび他のフッ素置換ポリオレフィンを含むフッ素化ポリオレフィン、ペルフルオロアルコキシポリマー、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミド、エポキシ、ポリフェノール、ポリウレタンアクリレート、環状オレフィンコポリマーおよび環状オレフィンポリマー、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、ポリプロピレンを含むポリオレフィン、ポリエチレン/プロピレンコポリマー、ポリエチレン/酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリテルペン、ポリ無水物、ポリマレイン酸無水物、ポリホルムアルデヒド、ポリアセタールおよびポリアセタールのコポリマー、ジメチルまたはジフェニルまたはメチル/フェニル混合物のポリシロキサン、ペルフッ素化シロキサンおよび他の置換シロキサン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、パラフィンおよびワックスの少なくとも1つ、またはその様々な組合せを含む、第17の態様のガラス容器を含む。
第21の態様は、本体が、DIN 12116に準拠する少なくともクラスS3またはそれより良好な耐酸性を有する、第1から第20の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第22の態様は、本体が、ISO 695に準拠する少なくともクラスA2またはそれより良好な耐塩基性を有する、第1から第21の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第23の態様は、本体が、ISO 719に準拠する少なくともタイプHGB2またはそれより良好な加水分解抵抗を有する、第1から第22の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第24の態様は、本体が、ISO 720に準拠する少なくともタイプHGA2またはそれより良好な加水分解抵抗を有する、第1から第23の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第25の態様は、本体が、米国薬局方<660>に準拠するタイプ1の化学的耐久性を有する、第1から第24の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第26の態様は、本体がモールド成形された本体である、第1から第25の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第27の態様は、本体がガラス溶融物から単調に冷却されるガラス成形過程で本体が成形される、第1から第26の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第28の態様は、本体が、アルミノケイ酸塩ガラス組成物から形成される、第1から第27の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第29の態様は、本体が、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物から形成される、第1から第28の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第30の態様は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物が、ホウ素およびホウ素を含有する化合物を実質的に含まない、第29の態様のガラス容器を含む。
第31の態様は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物が、亜鉛および亜鉛を含有する化合物を実質的に含まない、第29および第30の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第32の態様は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物が、リンおよびリンを含有する化合物を実質的に含まない、第29から第31の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第33の態様は、本体が、約67モル%から約75モル%のSiO、約6モル%から約10モル%のAl、約5モル%から約12モル%のアルカリ酸化物、約9モル%から約15モル%のアルカリ土類酸化物、および約0モル%から約0.5モル%のSnOを含むガラス組成物から形成され、アルカリ酸化物は、約2.5モル%から約10モル%のNaOおよび約0モル%超から約2.5モル%のKOを含む、第1から第32の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第34の態様は、ガラス組成物が、ホウ素およびホウ素を含有する化合物を実質的に含まない、第33の態様のガラス容器を含む。
第35の態様は、ガラス組成物が、亜鉛および亜鉛を含有する化合物を実質的に含まない、第33および第34の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第36の態様は、ガラス組成物が、リンおよびリンを含有する化合物を実質的に含まない、第33から第34の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第37の態様は、本体が、ASTM規格E438-92に準拠するタイプI、クラスBのガラスから形成される、第1から第3および第5の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第38の態様は、ASTM規格E438-92に準拠するタイプI、クラスBのガラスが、亜鉛および亜鉛を含有する化合物を実質的に含まない、第37の態様のガラス容器を含む。
第39の態様は、一時的コーティングが、1時間以下で、300℃以下の温度で熱分解する、第2の態様のガラス容器を含む。
第40の態様は、一時的コーティングが、ポリオキシエチレングリコール、メタクリレート樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、およびポリビニルアルコールの混合物から作られる、第2および第39の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第41の態様は、一時的コーティングが、1種類以上の多糖類から作られる、第2および第39から40の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第42の態様は、一時的コーティングが、ポリアクリル酸またはポリアクリル酸の誘導体から作られる、第2および第39から41の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第43の態様は、一時的コーティングが無機塩から作られる、第2および第39から42の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第44の態様は、一時的コーティングが、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド)、エチレンオキシド・プロピレンオキシドコポリマー、ポリビニル・ピロリジノン、ポリエチレンイミン、ポリ(メチルビニルエーテル)、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリウレタン、ポリ(酢酸ビニル)、ポリビニルホルマール、ポリアセタールとアセタールコポリマーを含むポリホルムアルデヒド、ポリ(アルキルメタクリレート)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ポリ(アクリル酸)とその塩、ポリ(メタクリル酸)とその塩、エチレン・無水マレイン酸コポリマー、エチレン・ビニルアルコールコポリマー、エチレン・アクリル酸コポリマー、酢酸ビニル・ビニルアルコールコポリマー、メチルビニルエーテル・無水マレイン酸コポリマー、乳化可能なポリウレタン、ポリオキシエチレンステアレート、およびポリエチレン、ポリプロピレンおよびそのコポリマーを含むポリオレフィン、デンプンと加工デンプン、親水コロイド、ポリアクリルアミド、植物性と動物性の脂肪、ワックス、獣脂、石鹸、ステアリン・パラフィンエマルション、ジメチルまたはジフェニルまたはメチル/フェニル混合物のポリシロキサン、過フッ化シロキサンと他の置換シロキサン、アルキルシラン、芳香族シラン、および酸化ポリエチレンの少なくとも1つから作られる、第2および第39から43の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第45の態様は、ガラス容器が、約75モル%超のSiOを含み、ホウ素、アルカリ酸化物、およびアルカリ土類酸化物を実質的に含まないガラス組成物から形成される、第1から第44の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第46の態様は、コーティングが、約10℃/分の昇温速度で150℃の温度から350℃に加熱された場合、約5%未満の質量損失を有する、第3から6の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第47の態様は、強固な有機コーティングが、ポリマー化学組成物を含む、第3から第6の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第48の態様は、強固な有機コーティングが、カップリング剤をさらに含む、第3から第6の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第49の態様は、本体の少なくとも内面が、10以下の剥離係数を有する、第5または6の態様のいずれかのガラス容器を含む。
第50の態様は、ガラス容器を通る光透過率が、約400nmから約700nmの波長について、未被覆のガラス物品を通る光透過率の約55%以上である、第1から第49のいずれかのガラス容器を含む。
第51の態様は、ガラス容器が医薬品包装である、第1から第50の態様のいずれかのガラス容器を含む。
本発明のさらに別の態様において、方法は、CoFを0.7以下に減少させるための、ここに記載されたコーティングで処理されたバイアルを提供することによって、医薬品充填ラインの効率を増加させるために指定される。従来の医薬品充填ラインは、図58に示されるように、速度が増加するにつれて、効率の顕著な減少を経験する。グラフ501から分かるように、現行の医薬品充填ラインは、500VPM近くの速度設定で最大効率に到達する。500VPMを超える速度設定では、効率は、例えば、従来のホウケイ酸塩ガラスバイアルと、バイアルに損傷を与える、ほんどはステンレス鋼製の充填ライン構成部材との間の高い摩擦力のために、次第に減少する。グラフ505に示されるように、ここに記載されたような実施の形態による改良された医薬品充填ラインは、実効スループットの損失なく、700VPMを超える速度に到達できる。
図59は、未処理の507、およびバイアルのCoFを0.7以下に減少させるためのここに記載されたようなコーティングで処理されたおよび/また強化されたバイアル510の両方に関する、様々な速度の効率を示すグラフである。未処理のバイアルを有する従来の医薬品充填ラインは、約80%の効率を達成し、その効率は、速度が500VPM以上に増加した後、急激に減少する。グラフがさらに示すように、未処理済みバイアル510の効率は、500VPM未満の速度では、それよりわずかに高く、500VPMを超える速度では、未処理のバイアル507の効率よりもずっと遅い速度で減少する。
それゆえ、本発明の1つの実施の形態において、医薬品充填ラインが、ポリマー化学組成物で被覆されたガラスバイアルを使用して、70%以上のエディター効果率である少なくとも600VPMの速度で運転される方法が規定される。好ましい実施の形態において、効果率は、最低2時間に亘り継続されるべきである。本発明の1つの態様において、ポリマー化学組成物は、0.7以下の摩擦係数を有するべきである。本発明の他の実施の形態において、医薬品充填ラインは、少なくとも260℃の温度で作動する脱パイロジェンステーションを備える。ポリマー化学組成物は、30分以上に亘り脱パイロジェンステーション内に存在する場合、熱的に安定なままでなければならない。ポリマー化学組成物により、ガラスバイアルが30Nまでの摩耗力に耐性になるべきである。
医薬品充填ラインは、空のバイアルが装填されるアキュムレータテーブル、洗浄および脱パイロジェンステーション、充填ステーション、およびキャッピングステーションを含む、多数のサブアセンブリまたは構成要素を含む。検査区域が設けられることもある。充填ラインは、図60Aに示されるようなスターホイール、および図60Bに示されるようなスクリューフィーダなどの多数の移行操作(他の静止しているか、ゆっくり動いているバイアルおよび/または充填ラインの構成要素の部分と衝突することがあるようにバイアルを加速させることができる)も含むことがある。それに加え、バイアルは、アキュムレータテーブルに纏めて装填され、さらなる衝突相互作用の機会を与えることがある。
図60は、図60Aにおける充填ラインに見られる摩擦摺動および衝突相互作用の例示の画像を示し、動いているバイアルは、回転しているアキュムレータテーブル上の内側ガイドにより拘束されたバイアルを通り過ぎる。図60Bは、バイアルを加速させ、デッドプレート上の大量の静止したバイアル中にバイアルを詰め込むスクリューフィーダを示す。
本発明の別の実施の形態において、充填ラインの一部も、充填ラインの構成要素内にあるガラスバイアル間の摩擦をさらに減少させるために、ここに記載されたポリマー化学組成物で被覆されることがある。一例として、図60Aのスターホイール上に示された内側静止ガイドおよび外側静止ガイドが、ポリマー化学組成物で被覆されることがある。同様に、図60Bに示されたスクリューフィーダの静止ガイドおよび構成要素も、ポリマー化学組成物で被覆されることがある。ポリマー化学組成物で被覆された充填ラインの部分も、0.7以下の摩擦係数を有することが好ましい。他の実施の形態において、充填ラインの構成要素に施されるポリマー化学組成物は、ガラスバイアルに施されるポリマー化学組成物と異なることがある。充填ラインの構成要素に対するガラスバイアルの摩擦力を減少させることによって、そのラインの運転効率に悪影響を与えずに、そのラインの公称設定速度を増加させることができる。それゆえ、より多くの充填バイアルを製造し、医薬品製造業者にとって全体的な効率向上をもたらすことができる。このことは、8時間までのオペレータのシフト中など、長期間に亘るラインへの介入および停止の回数を減少させ、より多くの充填容器を最終検査ステーションに回すことによって行われる。
医薬品充填ラインが70%の効果率で少なくとも600VPMの速度で運転される、先に記載された方法の一部として、医薬品充填ラインに、ガラスバイアルと接触する地点に上述したようなコーティングを有する構成要素が設けられることがある。
本発明のいくつかの実施の形態において、ポリマー化学組成物で被覆されたガラスバイアルと共に、ポリマー化学組成物で被覆された構成要素を有する医薬品充填ラインが使用されることがある。他の実施の形態において、被覆された構成要素を有していない医薬品充填ラインに、被覆されたガラスバイアルが使用されることがあり、さらに別の実施の形態において、被覆された構成要素を有する医薬品充填ラインが、被覆されていないガラスバイアルに使用されることがある。
被覆された医薬品容器により、特に、充填ライン上の詰まりの回数および/または充填ラインの設備にヒトが介入する事象を減少させる(装置の稼働停止時間の減少をもたらすことができる)ことによって、既存の医薬品充填ラインの効率が増加することが、その全てがここに引用される、本出願人の同時継続出願第15/857557号明細書に示されてきた。これまで、医薬品充填ラインの運転は、装置により処理されている、バイアルなどの医薬品容器の制限により妨げられてきた。被覆されたおよび/または強化された医薬品容器の使用により、医薬品充填ラインの速度を、以前に可能ではなかったレベルまで上昇させることができる。それに加え、充填ラインの構成要素自体の摩擦係数を減少させることによって、装置の詰まり、破損、またはヒトの介入の事象も減少させることができる。
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に、様々な改変および変更を行えることが、当業者には明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るという前提で、網羅することが意図されている。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
空の医薬品容器であって、ポリマー化学組成物で少なくとも部分的に被覆された外面を有するガラス本体を備えた容器を医薬品充填ラインに連続的に装填する工程、
前記医薬品充填ラインを毎分600個の容器の最低稼働速度で稼働させる工程、および
前記医薬品充填ラインの出力から少なくとも70パーセントの効果率で充填済み医薬品容器を受け取る工程、
を有してなる方法。
実施形態2
前記効果率が、2時間の最短期間に亘り維持される、実施形態1に記載の方法。
実施形態3
前記ポリマー化学組成物が、0.7以下の摩擦係数を有する、実施形態1に記載の方法。
実施形態4
前記医薬品充填ラインが、少なくとも260℃の温度で稼働する脱パイロジェンステーションを含み、前記ポリマー化学組成物が、30分以上の期間に亘り前記脱パイロジェンステーション内に存在した場合に熱的に安定である、実施形態3に記載の方法。
実施形態5
被覆された前記医薬品容器が、30Nまでの摩耗力に耐性である、実施形態3に記載の方法。
実施形態6
前記ポリマー化学組成物が、カップリング剤により前記医薬品容器に施される、実施形態3に記載の方法。
実施形態7
前記医薬品充填ラインが、前記医薬品容器との複数の接点を有し、該接点の内の1つ以上が、第2のポリマー化学組成物で被覆されている、実施形態1に記載の方法。
実施形態8
前記医薬品容器が第1のポリマー化学組成物で被覆され、前記医薬品充填ラインの接点の内の1つ以上が、第2の異なるポリマー化学組成物で被覆されている、実施形態1に記載の方法。
実施形態9
前記第1のポリマー化学組成物および前記第2のポリマー化学組成物の両方とも、0.7以下の摩擦係数を有する、実施形態7に記載の方法。
実施形態10
医薬品充填ラインであって、
アキュムレータテーブル、
洗浄ステーション、
充填ステーション、および
キャッピングステーション、
を備え、
前記アキュムレータテーブル、前記洗浄ステーション、前記充填ステーション、および前記キャッピングステーションの各々が、前記医薬品充填ラインに装填される医薬品容器との複数の接点を有し、
前記接点の少なくともいくつかがポリマー化学組成物で被覆されている、医薬品充填ライン。
実施形態11
前記ポリマー化学組成物が、0.7以下の摩擦係数を有する、実施形態10に記載の医薬品充填ライン。
実施形態12
前記医薬品充填ラインが、毎分600個の容器の最低稼働速度で設定された場合、少なくとも70パーセントの効果率で稼働する、実施形態11に記載の医薬品充填ライン。
実施形態13
前記医薬品容器が、前記ポリマー化学組成物で少なくとも部分的に被覆された外面を有する、実施形態12に記載の医薬品充填ライン。
実施形態14
少なくとも260℃の温度で稼働する脱パイロジェンステーションをさらに含み、前記ポリマー化学組成物が、該脱パイロジェンステーションに連続的に曝露された場合に熱的に安定である、実施形態13に記載の医薬品充填ライン。
実施形態15
本明細書に記載され、示された高速医薬品充填ライン。
100 ガラス容器
102 本体
104 内面
106 外面
108 内部容積
110 壁部分
112 床部分
114 踵部分
131 バリアコーティング
160 滑らかなコーティング
162 外面
164 ガラス接触面
170 ポリマー層
180 カップリング剤層
190 界面層
202 圧縮応力層
204 ガラスコア層
206a、206b ガラスクラッド層
205a 第一面
205b 第二面
300 試験治具
310 第1のガラス容器
312 第1のクランプ
314 第1の固定アーム
316 第1の台座
320 第2のガラス容器
322 第2のクランプ
324 第2の固定アーム
326 第2の台座
330 接点
400 装置
402 試料チャンバ
404 炉
406 ロトメーター
408 吸着トラップ
410 空気パージガス
500 水平圧縮装置
502a、502b プラテン
504 機械的荷重

Claims (13)

  1. 空の医薬品容器であって、ポリマー化学組成物で少なくとも部分的に被覆された外面を有するガラス本体を備えた容器を医薬品充填ラインに連続的に装填する工程、
    前記医薬品充填ラインを毎分600個の容器の最低稼働速度で稼働させる工程、および
    前記医薬品充填ラインの出力から少なくとも70パーセントの効果率で充填済み医薬品容器を受け取る工程、
    を有してなる方法。
  2. 前記効果率が、2時間の最短期間に亘り維持される、請求項1記載の方法。
  3. 前記ポリマー化学組成物が、0.7以下の摩擦係数を有する、請求項1記載の方法。
  4. 前記医薬品充填ラインが、少なくとも260℃の温度で稼働する脱パイロジェンステーションを含み、前記ポリマー化学組成物が、30分以上の期間に亘り前記脱パイロジェンステーション内に存在した場合に熱的に安定である、請求項3記載の方法。
  5. 被覆された前記医薬品容器が、30Nまでの摩耗力に耐性である、請求項3記載の方法。
  6. 前記ポリマー化学組成物が、カップリング剤により前記医薬品容器に施される、請求項3記載の方法。
  7. 前記医薬品充填ラインが、前記医薬品容器との複数の接点を有し、該接点の内の1つ以上が、第2のポリマー化学組成物で被覆されている、請求項1記載の方法。
  8. 前記医薬品容器が第1のポリマー化学組成物で被覆され、前記医薬品充填ラインの接点の内の1つ以上が、第2の異なるポリマー化学組成物で被覆されている、請求項1記載の方法。
  9. 医薬品充填ラインであって、
    アキュムレータテーブル、
    洗浄ステーション、
    充填ステーション、および
    キャッピングステーション、
    を備え、
    前記アキュムレータテーブル、前記洗浄ステーション、前記充填ステーション、および前記キャッピングステーションの各々が、前記医薬品充填ラインに装填される医薬品容器との複数の接点を有し、
    前記接点の少なくともいくつかがポリマー化学組成物で被覆されている、医薬品充填ライン。
  10. 前記ポリマー化学組成物が、0.7以下の摩擦係数を有する、請求項9記載の医薬品充填ライン。
  11. 前記医薬品充填ラインが、毎分600個の容器の最低稼働速度で設定された場合、少なくとも70パーセントの効果率で稼働する、請求項10記載の医薬品充填ライン。
  12. 前記医薬品容器が、前記ポリマー化学組成物で少なくとも部分的に被覆された外面を有する、請求項11記載の医薬品充填ライン。
  13. 少なくとも260℃の温度で稼働する脱パイロジェンステーションをさらに含み、前記ポリマー化学組成物が、該脱パイロジェンステーションに連続的に曝露された場合に熱的に安定である、請求項12記載の医薬品充填ライン。
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