TWI600626B - 抗脫層的玻璃容器 - Google Patents
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Description
本專利申請案主張於2012年6月7日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/656,998號及標題為「抗脫層的玻璃容器(De-Lamination Resistant Glass Containers)」的優先權權益,該申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
本說明書大體而言係關於玻璃容器,而且更具體而言係關於抗脫層的玻璃容器。
歷史上,由於玻璃相對於其他的材料具有氣密性、光學透明性以及優異的化學耐久性,玻璃已被用來作為較佳的藥物包裝材料。具體來說,用於藥物包裝的玻璃必須具有足夠的化學耐久性,以便不影響其中所含的藥物組合物之穩定性。具有適當化學耐久性的玻璃包括那些在ASTM標準E438.92「類型1a」和「類型1b」玻璃組合物內的玻璃組合物,該等玻璃組合物具有經過證明的化學耐久性歷史。一般來說,化學上耐久的玻璃係指當玻璃接觸溶液持續延長的期間時其組成成分不會從玻璃溶出的玻璃。
雖然類型1a和類型1b玻璃組合物由於其化學耐久性常用於藥物包裝,但它們仍遭受一些不足之處,包括藥物包裝的內表面在接觸藥物溶液之後脫落玻璃微粒或「脫層」的傾向。
因此,對於表現降低的脫層傾向之替代玻璃容器存在需求。
依據一個實施例,一種抗脫層的玻璃容器可以包括具有玻璃主體的玻璃物件,該玻璃主體在內表面和外表面之間延伸並界定出內部容積。該玻璃物件也可以包括從該主體之內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度的內部區域,該內部區域具有持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積,該玻璃主體具有小於或等於10的脫層因子。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。內部區域可從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度,並且該內部區域具有持久層均質性。該玻璃主體可以具有小於或等於10的脫層因子。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括由可離子交換的玻璃組合物所成型的玻璃物件。該玻璃物
件可以具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。內部區域可以從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度,並且該內部區域具有厚度TLR,該厚度TLR為至少約100nm。當該玻璃容器處於初成型狀態時,在該內部區域中該可離子交換的玻璃組合物之每個構成成分的層濃度中之極值可以大於或等於約80%並且小於或等於約120%的在該玻璃主體之該厚度中點處該玻璃組合物中相同構成成分的整體濃度。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括具有玻璃主體的玻璃物件,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。表面區域可以延伸於該玻璃容器之整個內表面各處,並且該表面區域具有從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之厚度的深度。該表面區域可以具有持久表面均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括具有玻璃主體的玻璃物件,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。表面區域可以延伸於該玻璃容器之整個內表面各處,並且該表面區域具有從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之厚度的深度。該表面區域可以具有持久表面均質性。該玻璃主體可以具有小於或等於10的脫層因子。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括由可離子交換玻璃組合物成型的玻璃物件。該玻璃物件可
以具有延伸於內表面和外表面之間的玻璃主體,並且該玻璃主體界定出內部容積。表面區域可延伸於該玻璃容器之該整個內表面各處,並到達距離該玻璃容器之該內表面約10nm的深度。當該玻璃容器處於初成型狀態時,對於該玻璃容器之該內表面上的離散點而言,在該表面區域中之該離散點處,每個構成成分的表面濃度之極值可以大於或等於約70%並且小於或等於約130%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之相同構成成分的表面濃度之極值。
在另一個實施例中,一種形成抗脫層的玻璃容器之方法,包括提供由抗脫層的玻璃組合物所形成的原料。將該原料成型為玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積,使得該玻璃主體具有內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度。該內部區域可以具有持久層均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
在另一個實施例中,一種形成抗脫層的玻璃容器之方法,包括提供由抗脫層的玻璃組合物所形成的原料。將該原料成型為玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積,使得該玻璃主體具有表面區域,該表面區域延伸於該主體之整個內表面各處。該表面區域可以具有深度,該深度從該主體之該內表面延伸進入該主體之厚度,並且該表面區域可以具有持久表面均質性,使得該主體為抗脫層的。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有主體,該主體延伸於內表面和外表面之間。該主體可以包括壁部分,該壁部分經由根部部分過渡至底板部分。該主體至少在該主體之該根部部分中還可以包括內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度。該內部區域可以具有持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
在另一個實施例中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有主體,該主體延伸於內表面和外表面之間,並且該主體包含壁部分,該壁部分經由根部部分過渡至底板部分。表面區域可以至少延伸於該根部部分之表面各處,並且該表面區域具有從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之厚度的深度。該表面區域可以具有持久表面均質性,使得至少該根部部分為抗脫層的。
將在以下的實施方式中提出本文所述的玻璃容器之其他特徵與優點,包括以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。從該描述,有部分對於該技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的,或者可藉由實施本文中所描述的實施例而認可。
瞭解到的是,前述的一般性描述與以下的實施方式兩者說明了各種實施例,而且意欲提供用以瞭解主張的標的物之性質和特點的概觀或架構。附圖被涵括以提供對各種實施例的進一步瞭解,而且附圖被併入本說明書中並且構成本說明書的一部分。該等圖示說明本文中所描述的各種實施
例,而且該等圖示與實施方式一起用來解釋主張的標的物之原理與操作。
100‧‧‧玻璃容器
102‧‧‧玻璃主體
104‧‧‧內表面
106‧‧‧外表面
108‧‧‧內部容積
110‧‧‧壁部分
112‧‧‧底板部分
114‧‧‧根部部分
120‧‧‧內部區域
130‧‧‧表面區域
A‧‧‧點
B‧‧‧點
C‧‧‧點
DLR1‧‧‧深度
DLR2‧‧‧深度
DSR‧‧‧深度
MP‧‧‧中點線
TLR‧‧‧厚度
第1圖示意性繪示依據本文所述一或多個實施例的玻璃容器(具體上為玻璃小瓶)之剖面圖;第2圖示意性繪示第1圖的玻璃容器之一部分側壁;第3圖示意性繪示第1圖的玻璃容器之一部分側壁;第4圖通過圖表繪示與計量甲烷火焰處於平衡的傳統類型1a硼矽酸鹽玻璃之玻璃組合物中各種物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數;第5圖通過圖表繪示與計量甲烷火焰處於平衡的傳統類型1b硼矽酸鹽玻璃之玻璃組合物中各種物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數;第6圖通過圖表繪示與計量甲烷火焰處於平衡的特定含ZnO玻璃之玻璃組合物中各種物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數;第7圖通過圖表繪示與計量甲烷火焰處於平衡的示例性鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃之玻璃組合物中各種物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數;第8A圖通過圖表繪示由傳統類型1b硼矽酸鹽玻璃成型的玻璃小瓶之根部、底板及側壁部分的硼濃度(y軸)為距離內表面的深度之函數;第8B圖通過圖表繪示由傳統類型1b硼矽酸鹽玻璃成型的玻璃小瓶之根部、底板及側壁部分的鈉濃度(y軸)為
距離內表面的深度之函數;第9圖通過圖表繪示由示例性無硼鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃成型的玻璃小瓶之根部、底板及側壁部分的鈉濃度(y軸)為距離內表面的深度之函數;第10圖通過圖表繪示由顯示表面均質性的示例性鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃成型的玻璃小瓶之原子分率(y軸)為與內表面的距離(x軸)之函數;第11圖通過圖表繪示由顯示表面均質性的傳統類型1B玻璃成型的玻璃小瓶之原子分率(y軸)為與內表面的距離(x軸)之函數;第12圖通過圖表繪示在1500℃下氣相中的硼之元素分率(y軸)為添加於與計量甲烷火焰處於平衡的發明玻璃組合物的B2O3(x軸)之函數;第13A圖為由易於脫層的玻璃組合物成型的玻璃小瓶之脫層測試過程中逐漸產生的薄片之光學顯微圖像;第13B圖為由抗脫層的玻璃組合物成型的玻璃小瓶之脫層測試過程中逐漸產生的薄片之光學顯微圖像;第14A圖為由易於脫層的玻璃組合物成型的離子交換玻璃小瓶之脫層測試過程中逐漸產生的薄片之光學顯微圖像;以及第14B圖為由抗脫層的玻璃組合物成型的離子交換玻璃小瓶之脫層測試過程中逐漸產生的薄片之光學顯微圖像。
現在將詳細提出具有改良抗脫層的玻璃容器之各種實施例,其實例係圖示於附圖中。只要有可能,將在整個圖示中使用相同的元件符號來指稱相同或類似的部件。在一個實施例中,具有改良抗脫層的玻璃容器可以包括延伸於內表面和外表面之間的玻璃主體,該玻璃主體界定內部容積。該玻璃主體可以由鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃或鹼土金屬鋁矽酸鹽玻璃所形成。當玻璃容器是在初形成的狀態時,從玻璃主體的內表面延伸至距離該內表面至少100nm的深度的內部區域中,玻璃組合物中的每個構成成分之層濃度可以大於或等於90%並小於或等於110%的主體濃度,該主體濃度為在玻璃主體的厚度中間點處之玻璃組合物中相同構成成分之濃度。將在本文中具體參照附圖來更詳細地描述玻璃容器和玻璃容器之性質。
在本文所描述的玻璃組合物之實施例中,將構成成分(例如SiO2、Al2O3、B2O3及類似者)之濃度指定為在氧化物基礎上的莫耳百分比(莫耳%),除非另有規定。
術語「基本上不含」當用於描述特定構成成分在玻璃組合物中的濃度及/或不存在時,意指並非有意將該構成成分添加至該玻璃組合物。然而,該玻璃組合物可能含有微量的該構成成分作為污染物或量少於0.05莫耳%的雜質。
本文中使用的術語「化學耐久性」係指該玻璃組合物在接觸指定的化學條件後抗降解的能力。具體而言,本文所描述的玻璃組合物之化學耐久性係依據3個建立的材料測試標準來評估:DIN 12116,日期為2001年3月,標題為「玻
璃之測試-藉由煮沸鹽酸水溶液來抗攻擊-測試和分類之方法(Testing of glass-Resistance to attack by a boiling aqueous solution of hydrochloric acid-Method of test and classification)」;ISO 695:1991,標題為「玻璃--藉由煮沸混合鹼金屬之水溶液來抗攻擊--測試和分類之方法(Glass--Resistance to attack by a boiling aqueous solution of mixed alkali--Method of test and classification)」;ISO 720:1985,標題為「玻璃--玻璃顆粒在121℃之耐水性--測試和分類之方法(Glass--Hydrolytic resistance of glass grains at 121 degrees C--Method of test and classification)」;及ISO 719:1985「玻璃--玻璃顆粒在98℃之耐水性-測試和分類之方法(Glass--Hydrolytic resistance of glass grains at 98 degrees C--Method of test and classification)」。在本文中會進一步詳細描述每個標準和在每個標準內的分類。或者,可以依據USP<660>標題為「表面玻璃測試(Surface Glass Test)」及或歐洲藥典3.2.1標題為「用於藥物使用的玻璃容器(Glass Containers For Pharmaceutical Use)」(其評估玻璃表面之耐久性)評估玻璃組合物之化學耐久性。
傳統用於容納藥物組合物的玻璃容器或玻璃包裝一般是由習知表現出化學耐久性和低的熱膨脹的玻璃組合物所形成,該玻璃組合物例如鹼金屬硼矽酸鹽玻璃。雖然鹼金屬硼矽酸鹽玻璃表現出良好的化學耐久性,但容器製造商已經觀察到,富含二氧化矽的玻璃薄片分散在玻璃容器容納的溶液中。此種現象被稱為脫層。脫層會發生在特別是溶液已被
儲存於直接接觸玻璃表面持續很長的時間(數月至數年)。因此,表現出良好化學耐久性的玻璃可能不一定是抗脫層的。
脫層是指一種現象,其中在一系列的浸出、腐蝕及/或氣候性反應之後,玻璃顆粒被從玻璃表面釋放出。一般來說,玻璃顆粒是富含二氧化矽的玻璃薄片,玻璃顆粒源自包裝的內表面,是修飾劑離子浸出而進入包裝內容納的溶液中所產生的。這些薄片通常可以從約1奈米(nm)至約2微米(μm)厚,且寬度大於約50μm。由於這些薄片主要是由二氧化矽所構成的,故薄片從玻璃表面被釋放之後通常不會再進一步降解。
迄今已假設,脫層是由於玻璃曝露於用於將玻璃再成型為容器形狀的升溫時,鹼金屬硼矽酸鹽玻璃中發生相分離。
然而,現今據信,富含二氧化矽的玻璃薄片從玻璃容器的內表面脫層是由於玻璃容器的組成特性處於其初形成的狀態。具體而言,鹼金屬硼矽酸鹽玻璃的高二氧化矽含量會導致玻璃具有相對高的熔化和成型溫度。然而,在玻璃組合物中的鹼金屬和硼酸鹽成分會在遠較低的溫度下熔化及/或蒸發。特別是,在玻璃中的硼酸鹽物種是高揮發性的,並且會在玻璃成型和再成型所需的高溫下從玻璃表面蒸發。
具體來說,玻璃原料是在高溫和直接的火焰下被再成型為玻璃容器。在較高的設備速度下需要的高溫會導致更易揮發的硼酸鹽物種從部分的玻璃表面蒸發。當這種蒸發發生在玻璃容器的內部容積內時,揮發的硼酸鹽物種會重新沉
積在玻璃容器表面的其他區域,而在玻璃容器表面產生組成的非均質性,特別是對於玻璃容器內部的近表面區域(即在玻璃容器內表面的那些區域或直接相鄰處)。舉例來說,由於玻璃管的一端被封閉來形成容器的底部或底板,硼酸鹽物種可能會從管的底部部分蒸發,並重新沉積在管的其他地方。從容器的根部和底板部分蒸發的材料特別明顯,因為容器的這些區域進行最廣泛的重新成型,因而接觸到的溫度最高。結果,容器接觸到較高溫度的區域可能具有富含二氧化矽的表面。容器上其他順應硼沉積的區域可能在表面上具有富含硼的層。順應硼沉積的區域(其溫度高於玻璃組合物的退火點但低於玻璃再成型期間所處的最熱溫度)可能會造成硼在玻璃表面上併入。容器中容納的溶液可能會從富含硼的層浸出硼。由於富含硼的層被從玻璃浸出,保持的高二氧化矽玻璃網絡(凝膠)會在水合過程中膨脹和拉伸,並且最終從表面剝落。
傳統解決脫層的一種方案是在玻璃容器主體的內表面塗覆無機塗層,例如SiO2。這種塗層可以具有從約100nm到200nm的厚度,並防止容器的內容物接觸主體的內表面而造成脫層。然而,施加這樣的塗層可能是困難的,而且需要額外的製造及/或檢視步驟,從而提高了容器製造的整體成本。此外,假使容器的內容物滲入塗層而與主體的內表面接觸,例如經由塗層中的不連續,則產生的玻璃主體脫層可能會導致部分的塗層從主體的內表面脫離。
本文中所描述的玻璃容器在初形成的狀態中具有均
勻的組成特性,因此表現出改良的抗脫層,而不需要任何額外的處理。
現在參照第1圖,第1圖示意性繪示用於儲存藥物組合物的抗脫層玻璃容器100之剖面圖。玻璃容器100通常包含具有玻璃主體102的玻璃物件。玻璃主體102延伸於內表面104和外表面106之間,並且通常包圍內部容積108。在第1圖圖示的玻璃容器100之實施例中,玻璃主體102通常包含壁部分110和底板部分112。壁部分110和底板部分112通常可以具有在從約0.5mm至約3.0mm範圍中的厚度。壁部分110經由根部部分114過渡進入底板部分112。內表面104和底板部分112未經塗覆(即內表面104和底板部分112不包含任何無機塗層或有機塗層,因此,儲存在玻璃容器100的內部容積108中的內容物係直接與形成玻璃容器100的玻璃接觸。雖然在第1圖中將玻璃容器100繪示為具有特定形狀的形式(即小瓶),但應該瞭解的是,玻璃容器100可以具有其他形狀的形式,包括但不限於真空採血管、墨盒、注射器、針筒、安瓿、瓶、燒瓶、小玻璃瓶、管、燒杯或類似者。
在本文描述的一些實施例中,玻璃主體102被強化,例如藉由離子交換強化。因此,應瞭解的是,玻璃主體102是由包括至少一種鹼金屬氧化物組分的玻璃組合物形成的。玻璃主體102在玻璃表面可以具有大於或等於約300兆帕(MPa)或甚至大於或等於約350兆帕的壓縮應力。在實施例中,該壓縮應力在玻璃表面可以大於或等於約400兆帕,
或甚至在玻璃表面大於或等於約450兆帕。在一些實施例中,該壓縮應力在玻璃表面可以大於或等於約500兆帕,或甚至在玻璃表面大於或等於約550兆帕。在仍其他的實施例中,該壓縮應力在玻璃表面可以大於或等於約650兆帕,或甚至在玻璃表面大於或等於約750兆帕。玻璃主體102中的壓縮應力通常延伸至至少約10μm的層深度(DOL)。在一些實施例中,玻璃主體102可以具有大於約25μm或甚至大於約50μm的層深度。在一些其他的實施例中,層深度可高達約75μm或甚至約100μm。可以在溫度保持於約350℃至約500℃的熔融鹽浴中進行離子交換強化。為了達到所需的壓縮應力,可以將處在初形成狀態的玻璃容器沉浸於鹽浴中持續少於約30小時或甚至少於約20小時。在實施例中,可以將該容器沉浸少於約15小時或甚至少於約12小時。在其他的實施例中,可以將該容器沉浸少於約10小時。舉例來說,在一個實施例中,在約450℃將玻璃容器沉浸於100%的硝酸鉀(KNO3)鹽浴中持續約5小時至約8小時,以達到所需的層深度和壓縮應力,同時保持玻璃組合物的化學耐久性。
現在參照第1圖和第2圖,本文中所描述的玻璃容器貫穿玻璃主體102之每個壁、根部及底板部分中的厚度具有均質的組成。具體而言,第2圖示意性繪示玻璃容器100的壁部分110之部分剖面。玻璃容器100的玻璃主體102具有內部區域120,內部區域120從玻璃容器100的內表面104下方約10nm處(在第2圖中指示為DLR1)延伸進入壁部分110的厚度至距離玻璃容器的內表面104深度DLR2處。由於
實驗的人為因素,從內表面104下方約10nm處延伸的內部區域與表面下方最初5至10nm中的組成會有差異。在DSIMS分析開始時,未將最初的5-10nm包括在分析中是因為以下三個考量:外來的碳造成來自表面的離子之濺射速率易變化、部分由於易變濺射速率所建立的穩態電荷以及在建立穩態濺射條件時物種的混合。結果,分析的前兩個數據點被排除,如第8圖和第9圖的示例圖中所圖示。因此,應當瞭解的是,內部區域120具有厚度TLR,厚度TLR等於DLR2-DLR1。內部區域內的玻璃組合物具有持久層均質性,該持久層均質性連同內部區域的厚度TLR即足以防止玻璃主體在長期接觸玻璃容器的內部容積中容納的溶液之後脫層。在一些實施例中,厚度TLR為至少約100nm。在一些實施例中,厚度TLR為至少約150nm。在一些其他的實施例中,厚度TLR為至少約200nm或甚至約250nm。在一些其他的實施例中,厚度TLR為至少約300nm或甚至約350nm。在又其他的實施例中,厚度TLR為至少約500nm。在一些實施例中,內部區域120可以延伸至至少約1μm或甚至至少約2μm的厚度TLR。
雖然以上將內部區域描述為從玻璃容器100的內表面104下方10nm處延伸進入壁部分110的厚度至距離玻璃容器的內表面104深度DLR2處,但應瞭解的是,其他實施例也是有可能的。舉例來說,不管上面提到的實驗人為因素,假設具有該持久層均質性的內部區域實際上可以從玻璃容器100的內表面104延伸進入壁部分的厚度。因此,在一些實施例中,厚度TLR可以從內表面延伸至深度DLR2。在這些實施
例中,厚度TLR可以為至少約100nm。在一些實施例中,厚度TLR為至少約150nm。在一些其他的實施例中,厚度TLR為至少約200nm或甚至約250nm。在一些其他的實施例中,厚度TLR為至少約300nm或甚至約350nm。在又其他的實施例中,厚度TLR為至少約500nm。在一些實施例中,內部區域120可以延伸至至少約1μm或甚至至少約2μm的厚度TLR。
在本文中描述的實施例中,術語「持久層均質性」意指在內部區域中的玻璃組合物之構成成分(例如SiO2、Al2O3、Na2O等)的濃度與玻璃主體之厚度中點處(即沿著在內表面104和外表面106之間將玻璃主體均勻地一分為二的中點線MP上的點處)相同構成成分的濃度之差異量不會造成玻璃主體在長期接觸玻璃容器內容納的溶液之後脫層。在本文所描述的實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在玻璃主體的內部區域中的持久層均質性使得內部區域120中玻璃組合物的每個構成成分之層濃度極值(即最小或最大)為大於或等於約80%且小於或等於約120%的在玻璃主體之厚度中點處的相同構成成分之層濃度極值。在其他的實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在玻璃主體的內部區域中的持久層均質性使得內部區域120中玻璃組合物的每個構成成分之層濃度極值為大於或等於約90%且小於或等於約110%的在玻璃主體之厚度中點處的相同構成成分之層濃度極值。在仍其他的實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在玻璃主體的內部區域中的持久層均質性使得內部
區域120中玻璃組合物的每個構成成分之層濃度極值為大於或等於約92%且小於或等於約108%的在玻璃主體之厚度中點處的相同構成成分之層濃度極值。在一些實施例中,該持久層均質性係排除存在量小於約2莫耳%的玻璃組合物構成成分。
如本文中所使用的,術語「初形成狀態」係指在玻璃容器已經從玻璃原料形成但在該容器接觸到任何額外的處理步驟(例如離子交換強化、塗覆、硫酸銨處理或類似者)之前玻璃容器100之組成。在本文所描述的實施例中,玻璃組合物中的構成成分之層濃度是藉由收集穿過在感興趣區域中的玻璃主體厚度的組合物樣品並使用動態二次離子質譜儀來測定。在本文所描述的實施例中,組成分佈係從玻璃主體102的內表面104的區域採樣。採樣的區域具有最大1mm2的面積。這種技術產出的玻璃中物種之組成分佈為該採樣區域距離玻璃主體之內表面的深度之函數。
如上文所述形成具有持久層均質性的玻璃容器通常可以改良玻璃容器的抗脫層性。具體而言,提供組成均勻(即在內部區域中的構成成分之濃度的極值是在玻璃主體之厚度中點處的相同構成成分之+/- 20%內)的內部區域可避免易被浸出的玻璃組合物之構成成分的濃度局部化,進而在這些構成成分從玻璃表面被浸出的事件中減少從玻璃容器的內表面損失的玻璃顆粒。
如本文所指出的,處於初形成狀態的容器並無塗層(包括施加至玻璃主體之內表面的無機及/或有機塗層)。因
此,應當瞭解的是,玻璃容器的主體係由基本上單一的組合物所形成的,該單一組合物從主體的內表面延伸至至少250nm或甚至至少300nm的深度。術語「單一組合物」所指的事實是,與施加於組成相同或不同的另一種材料的塗層材料相比,從內表面延伸進入主體厚度至少250nm或甚至至少300nm深度的玻璃主體部分為單一組成的材料。舉例來說,在一些實施例中,容器的主體可能是由單一玻璃組合物所構成的。在另一個實施例中,容器的主體可以由層壓玻璃所構成,使得主體的內表面具有單一的組合物,該單一組合物從內表面延伸至至少250nm或甚至至少300nm的深度。玻璃容器可以包括從內表面或從內表面下方10nm處延伸至至少100nm深度的內部區域,如上所指出的。此內部區域可以具有持久層均質性。
現在參照第1圖和第3圖,本文所描述的玻璃容器也可以在玻璃主體102的內表面104上方具有均質的表面組合物,包括在壁、根部及底板部分。第3圖示意性繪示出玻璃容器100的壁部分110之部分剖面。玻璃容器100具有延伸於玻璃容器的整個內表面上方的表面區域130。表面區域130具有深度DSR,深度DSR從玻璃容器100的內表面104朝向外表面延伸進入玻璃主體的厚度。因此,應瞭解的是,表面區域130具有厚度TSR,厚度TSR等於深度DSR。在一些實施例中,該表面區域從玻璃容器100的內表面104延伸至至少約10nm的深度DSR。在一些其他的實施例中,表面區域130可以延伸至至少約50nm的深度DSR。在一些其他的實施
例中,表面區域130可以延伸至約10nm至約50nm的深度DSR。因此,應當瞭解的是,表面區域130延伸至比內部區域120更淺的深度。表面區域的玻璃組合物具有持久的表面均質性,該持久的表面均質性連同內部區域的深度DSR即足以防止玻璃主體在長期接觸玻璃容器的內部體積中容納的溶液之後脫層。
在本文描述的實施例中,術語「持久的表面均質性」意指在表面區域中離散點處的玻璃組合物之構成成分(例如SiO2、Al2O3、Na2O等)的濃度與在表面區域中任何第二離散點處的相同構成成分之濃度的差異量不會造成玻璃主體在長期接觸玻璃容器內容納的溶液之後脫層。在本文所描述的實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在表面區域的持久表面均質性使得對於玻璃容器的內表面104上的離散點而言,在表面區域130中離散點處的每個構成成分之表面濃度極值(即最小或最大值)係大於或等於約70%且小於或等於約130%的玻璃容器100內表面104上的表面區域130中任何第二離散點處的相同構成成分之表面濃度極值。舉例來說,第3圖繪示壁部分110之內表面104上的三個離散點(A、B及C)。每個點都與相鄰的點間隔至少約3mm。在表面區域130中點「A」處的每個構成成分之表面濃度極值係大於或等於約70%且小於或等於約130%的在表面區域130中點「B」和「C」處的相同構成成分之表面濃度極值。當指稱容器的根部部分時,離散點可以大約以根部的頂點為中心,且相鄰的點沿著容器的底板部分及沿著容器的壁部分位於距離根部的
頂點至少3mm處,該等點之間的距離係由小瓶的半徑和側壁的高度所限制(即側壁過渡到小瓶肩部的點。
在一些實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在表面區域的持久表面均質性使得在玻璃容器100之內表面104上的表面區域130中任何離散點處,玻璃組合物的每個構成成分之表面濃度極值係大於或等於約75%且小於或等於約125%的玻璃容器100內表面104上的表面區域130中任何第二離散點處的相同構成成分之表面濃度極值。在一些其他的實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在表面區域的持久表面均質性使得在玻璃容器100之內表面104上的表面區域130中任何離散點處,玻璃組合物的每個構成成分之表面濃度極值係大於或等於約80%且小於或等於約120%的玻璃容器100內表面104上的表面區域130中任何第二離散點處的相同構成成分之表面濃度極值。在仍其他的實施例中,當玻璃容器100處於初形成狀態時,在表面區域的持久表面均質性使得在玻璃容器100之內表面104上的表面區域130中任何離散點處,玻璃組合物的每個構成成分之表面濃度極值係大於或等於約85%且小於或等於約115%的玻璃容器100內表面104上的表面區域130中任何第二離散點處的相同構成成分之表面濃度極值。在本文所描述的實施例中,表面區域中玻璃組合物的構成成分之表面濃度係由光電子能譜法量測。在一些實施例中,在表面區域中的持久表面均質性係排除存在量小於約2莫耳%的玻璃組合物構成成分。
表面區域130中玻璃構成成分的表面濃度均質性通
常是玻璃組合物從玻璃容器100的內表面104脫層和脫落玻璃顆粒的傾向之指標。當玻璃組合物在表面區域130中具有持久的表面均質性時(即當在內表面104上表面區域130中的離散點處的玻璃構成成分之表面濃度極值為在內表面104上表面區域130中的任何第二離散點處的相同構成成分之表面濃度極值的+/-30%內時),則該玻璃組合物具有改良的抗脫層性。
現在應當瞭解的是,本文中所描述的玻璃容器具有持久層均質性及/或持久表面均質性,持久層均質性及持久表面均質性中每一個皆可改良玻璃容器的抗脫層性。持久性層均質性及/或持久表面均質性不僅存在於玻璃容器的側壁部分,而且也存在於玻璃容器的根部和底板部分,使得內部容積邊界的玻璃容器表面可抗脫層。
如以上所指出的,脫層可能會導致在延長接觸溶液之後富含二氧化矽的玻璃薄片釋放到玻璃容器內容納的該溶液中。因此,抗脫層性可以以在特定條件下、接觸溶液之後玻璃容器內容納的溶液中存在的玻璃微粒之數量為特徵。為了評估玻璃容器的長期抗脫層性,茲利用加速脫層測試。該測試是在經離子交換和未經離子交換的玻璃容器兩者上進行。該測試包括在室溫下洗滌玻璃容器1分鐘,並在約320℃對該容器進行去熱原1小時。此後,將20mM的甘氨酸在水中的溶液(pH為10)放在玻璃容器中、填充至80-90%滿、封閉玻璃容器以及迅速加熱至100℃,然後在壓力2大氣壓、升溫速率1度/分鐘下從100℃加熱至121℃。將玻璃
容器和溶液保持在此溫度下持續60分鐘、以0.5度/分鐘的速率冷卻至室溫以及重複加熱循環和持溫。然後將玻璃容器加熱至50℃,並在升溫的狀態下保持10天或更多天。加熱之後,將玻璃容器從至少18吋的距離掉落到堅固的表面上,例如層壓地磚,以逐出任何微弱地黏附於玻璃容器內表面的薄片或顆粒。可以適當地縮放掉落的距離,以防止尺寸較大的小瓶在撞擊時破裂。
之後,分析玻璃容器中容納的溶液,以測定每升的溶液中存在的玻璃顆粒數量。具體而言,將來自玻璃容器的溶液直接倒入附接於真空吸引的Millipore Isopore膜過濾器(固持在裝配中並具有部件#AP1002500和#M000025A0的Millipore #ATTP02500)中心上,以在10-15秒內經由該過濾器抽取5毫升的該溶液。此後,使用另一個5ml的水沖洗,以從過濾介質去除緩衝液殘餘物。然後藉由微分干涉對比顯微鏡(DIC)在反射模式中計數顆粒薄片,如紐約威利-利斯的光學顯微鏡和數位成像之基礎(Fundamentals of light microScopy and digital imaging.New York:Wiley-Liss)第153-168頁的「微分干涉對比(DIC)顯微鏡和調製對比顯微鏡(Differential interference contrast(DIC)microscopy and modulation contrast microScopy)」中所描述的。將視野設定為約1.5mm X 1.5mm,並且手動計數大於50微米的顆粒。在每個過濾膜的中心以3 X 3的圖形進行9個這樣的測量,並且圖像之間沒有重疊。假使分析較大面積的過濾介質,則可以將結果標準化為等效面積(即20.25平方毫米)。使用圖像
分析程式(Media Cybernetic’s ImagePro Plus版本6.1)檢查從光學顯微鏡收集到的圖像,以量測和計數存在的玻璃薄片數量。此係完成如下:將所有在圖像內顯得比背景 更暗 的特徵藉由簡單的灰階分割醒目顯示;然後量測所有醒目顯示的特徵之長度、寬度、面積及周長中具有長度大於25微米者;然後從數據中去除任何明顯非玻璃的顆粒;然後將量測數據匯出到電子表格。之後,提取和量測所有長度大於25微米且比背景 更亮 的特徵;測量所有具有長度大於25微米的醒目顯示特徵之長度、寬度、面積、周長及XY長寬比;從數據去除任何明顯非玻璃的顆粒;以及將量測數據附加於電子表格中先前匯出的數據。然後依據特徵長度將電子表格中的數據進行排序並依據大小區分成筐。報告的結果是針對長度大於50微米的特徵。然後計數這些組中的每一個,並報告每個樣品的總數。
測試最少100毫升的溶液。因此,可以集中來自複數個小容器的溶液,而使溶液的總量達到100mL。對於容積大於10毫升的容器,則重複10個由相同玻璃組合物在相同加工條件下形成的容器之試驗測試,並且將10個容器的顆粒計數結果平均,以決定平均顆粒總數。或者,在小容器的情況下,重複10個小瓶的試驗測試,分析其中的每一個並將多個小瓶的顆粒計數平均,以決定每個小瓶的平均顆粒總數。將多個容器的顆粒計數平均是考量個別容器的脫層行為中的潛在變化。表1總結了一些用於測試的樣品容積和容器數量之非限制性實例:
應當瞭解的是,上述測試是用來識別由於脫層而從玻璃容器的內壁脫落的顆粒,而不是來自成型製程而存在容器中的雜質顆粒或由於溶液和玻璃之間反應的結果而從封閉在玻璃容器中的溶液沉澱出的顆粒。具體而言,脫層顆粒與雜質玻璃顆粒之間的差異可以基於顆粒的長寬比(即顆粒的最大長度與顆粒的厚度之比率,或最大和最小差異尺寸之比率)。脫層產生形狀不規則並且通常最大長度大於約50μm但往往大於約200μm的顆粒薄片或薄板。薄片的厚度通常大於約100nm,並可能大至約1μm。因此,薄片的最小長寬比通常為大於約50。該長寬比可以大於約100,並且有時可以大於約1000。與此相反,雜質玻璃顆粒通常會具有小於約3的低長寬比。因此,在用顯微鏡觀察的過程中,脫層產生的顆粒與雜質顆粒的差異可以基於長寬比。其他常見的非玻璃顆粒包括頭髮、纖維、金屬顆粒、塑膠顆粒以及其他污染物,因此可在檢視過程中將非玻璃顆粒排除。結果的驗證可以藉由評估被測試容器的內部區域來完成。經觀察,注意到表皮
腐蝕/瘡孔/薄片去除的證據,如2012年的Journal of Pharmaceutical Sciences 101(4)第1378-1384頁的「以微分干涉對比顯微鏡非破壞性檢測玻璃瓶內表面形貌(Nondestructive Detection of Glass Vial Inner Surface Morphology with Differential Interference Contrast MicroScopy)」中所述。
在本文描述的實施例中,可以使用加速脫層測試之後存在的顆粒數來為測試的小瓶組建立脫層因子。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於10個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子10。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於9個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子9。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於8個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子8。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於7個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子7。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於6個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子6。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於5個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子5。在本文描述的實施例中,
加速脫層測試後平均每個瓶有少於4個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子4。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於3個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子3。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於2個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子2。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於1個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子1。在本文描述的實施例中,加速脫層測試後平均每個瓶有少於0個具有最小長度約50μm及長寬比大於約50的玻璃顆粒之玻璃容器小瓶被認為具有脫層因子0。因此,應當瞭解的是,脫層因子愈小,則玻璃容器的抗脫層性更佳。在本文描述的實施例中,玻璃容器具有10或更小(即脫層因子為3、2、1或0)的脫層因子。
藉由從玻璃組合物形成玻璃容器而獲得具有上述特徵(即在內表面各處和穿過厚度的均質組合物以及抗脫層性)的玻璃容器,其中該玻璃組合物之構成成分在從玻璃原料將玻璃容器重新成型為所需的容器形狀所需的溫度下形成具有相對低蒸氣壓的物種(即低揮發性物種)。因為些構成成分在重新成型溫度下形成具有相對低蒸汽壓的物種,所以構成成分較不可能從玻璃表面揮發和蒸發,藉以在玻璃容器的內部各處並穿過玻璃容器的厚度形成表面組成均勻的玻璃容
器。
玻璃組合物的某些構成成分在玻璃成型和重新成型溫度下可能有足夠的揮發性,這接著可能導致組成的非均質性和隨後的脫層。玻璃組合物的成型和重新成型溫度一般是對應於玻璃組合物具有約200泊(poise)至約100千泊範圍中的黏度之溫度。因此,在一些實施例中,形成玻璃容器的玻璃組合物在對應於黏度在約200泊至約100千泊範圍中的溫度下並無形成明顯揮發(即形成平衡分壓大於約10-3大氣壓的氣相物種)的物種之構成成分。在一些實施例中,形成玻璃容器的玻璃組合物並無在對應於黏度在約1千泊至約50千泊範圍中的溫度下明顯揮發的構成成分。在一些其他的實施例中,形成玻璃容器的玻璃組合物並無在對應於黏度在約1千泊至約20千泊範圍中的溫度下明顯揮發的構成成分。在一些其他的實施例中,形成玻璃容器的玻璃組合物並無在對應於黏度在約1千泊至約10千泊範圍中的溫度下明顯揮發的構成成分。不希望被理論束縛,在這些條件下明顯揮發的化合物包括但不限於硼、硼磷化合物、磷鋅化合物、鋅氟化合物、氟氯化合物、氯錫化合物、錫鈉化合物以及鈉的化合物。
在本中描述的實施例中,玻璃容器通常是由鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物或鹼土金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物所形成的。如上文所指出的,玻璃中的含硼物種在用於玻璃成型和重新成型的升溫下是高揮發性的,因而導致產生的玻璃容器脫層。此外,含硼的玻璃組合物也容易發生相分離,如上文所述。因此,在本文描述的實施例中,限制形成玻璃容器的
玻璃組合物中的硼濃度,以減少脫層和相分離。在一些實施例中,形成玻璃容器的玻璃組合物包括小於或等於約1.0莫耳%的硼氧化物及/或含硼化合物,包括但不限於B2O3。在這些實施例的一些實施例中,玻璃組合物中的硼氧化物及/或含硼化合物之濃度可以小於或等於約0.5莫耳%、小於或等於約0.4莫耳%或甚至小於或等於約0.3莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,玻璃組合物中的硼氧化物及/或含硼化合物之濃度可以小於或等於約0.2莫耳%或甚至小於或等於約0.1莫耳%。在一些其他的實施例中,該等玻璃組合物基本上無硼及含硼化合物。
磷(像硼一樣)通常在玻璃組合物中形成在用於玻璃成型和重新成型的升溫下為高揮發性的物種。因此,在玻璃組合物中的磷可以在完成的玻璃容器中造成成分非均質性,此舉接著可能導致脫層。因此,在本文描述的實施例中,在形成玻璃容器的玻璃組合物中,限制磷和含磷化合物(例如P2O5或類似者)的濃度,以減少脫層。在一些實施例中,製作玻璃容器的玻璃組合物包括小於或等於約0.3莫耳%的磷氧化物及/或含磷化合物。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中磷氧化物及/或含磷化合物的濃度可以小於或等於約0.2莫耳%或甚至小於或等於約0.1莫耳%。在一些其他的實施例中,該等玻璃組合物基本上無磷及含磷化合物。
鋅(像硼和磷一樣)通常在玻璃組合物中形成在用於玻璃成型和重新成型的升溫下為高揮發性的物種。因此,在玻璃組合物中的鋅可以在完成的玻璃容器中造成成分非均
質性,此舉接著可能導致脫層。因此,在本文描述的實施例中,在形成玻璃容器的玻璃組合物中,限制鋅和含鋅化合物(例如ZnO或類似者)的濃度,以減少脫層。在一些實施例中,製作玻璃容器的玻璃組合物包括小於或等於約0.5莫耳%的鋅氧化物及/或含鋅化合物。在一些其他的實施例中,製作玻璃容器的玻璃組合物包括小於或等於約0.3莫耳%的鋅氧化物及/或含鋅化合物。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中鋅氧化物或含鋅化合物的濃度可以小於或等於約0.2莫耳%或甚至小於或等於約0.1莫耳%。在一些其他的實施例中,該等玻璃組合物基本上無鋅及含鋅化合物。
鉛和鉍亦在玻璃組合物中形成在用於玻璃成型和重新成型的升溫下為高揮發性的物種。因此,在本文描述的實施例中,在形成玻璃容器的玻璃組合物中,限制鉛、鉍、含鉛化合物及含鉍化合物的濃度,以減少脫層。在一些實施例中,每個存在於玻璃組合物中的鉛氧化物、鉍氧化物、含鉛化合物及/或含鉍化合物的濃度皆小於或等於約0.3莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,每個存在於玻璃組合物中的鉛氧化物、鉍氧化物、含鉛化合物及/或含鉍化合物的濃度皆小於或等於約0.2莫耳%或甚至濃度皆小於約0.1莫耳%。在一些其他的實施例中,該等玻璃組合物基本上無鉛及/或鉍及含鉛及/或鉍化合物。
含有氯、氟及錫氧化物的物種在用於玻璃成型和重新成型的升溫下也是高揮發性的。因此,在本文所描述的實施例中,氯、氟和錫氧化物及含錫、氯或氟的化合物存在於
玻璃組合物中的濃度但並不影響產生的玻璃之抗脫層性。具體而言,氯、氟和錫氧化物及含錫、氯或氟的化合物存在於形成玻璃容器的玻璃組合物中的濃度係小於或等於約0.5莫耳%或甚至小於或等於約0.3莫耳%。在一些實施例中,該等玻璃組合物基本上無錫、氯和氟以及含錫、氯或氟的化合物。
當玻璃容器處在初形成的狀態時,形成容器的玻璃組合物非為相分離的。本文中使用的術語「相分離的」係指玻璃組合物分離成個別的相,而且每個相具有不同的組成特性。舉例來說,一般已知鹼金屬硼矽酸鹽玻璃在升溫(例如成型和重新成型溫度)下會相分離成富含硼的相和富含二氧化矽的相。在本文所描述的實施例中,玻璃組合物中硼氧化物的濃度足夠低(即小於或等於約0.3莫耳%),使得當玻璃容器處在初形成的狀態時,玻璃組合物不會發生相分離。
玻璃的化學耐久性通常不會因離子交換製程而降低,因此,除非另有指明,否則提及玻璃的化學耐久性是包括離子交換之前和之後的。形成玻璃容器的玻璃組合物是化學耐用的並抗降解的,如ISO 720標準所測定。ISO 720標準是量測玻璃在蒸餾水中的抗降解性(即玻璃的抗水解性)。簡單地說,ISO 720標準協議利用粉碎的玻璃顆粒,並在高壓釜的條件(121℃,2大氣壓)下使粉碎的玻璃顆粒與18MΩ的水接觸持續30分鐘。然後用稀鹽酸將溶液比色滴定至中性pH。然後將滴定至中性溶液所需的HCl量轉換為從玻璃提取的等效Na2O,並以微克(μg)的玻璃報告,且較小的值表示耐久性較高。ISO 720標準被分成各個類型。類型HGA1表示
提取相當於高達62微克(μg)的氧化鈉(Na2O);類型HGA2表示提取相當於超過62μg和高達527μg的Na2O;及類型HGA3表示提取相當於超過527μg和高達930μg的Na2O。本文所描述的玻璃組合物具有ISO 720類型HGA2的抗水解性,並且有一些實施例具有類型HGA1的抗水解性。
形成玻璃容器的玻璃組合物也是化學耐用的並抗降解的,如ISO 719標準所測定。ISO 719標準是量測玻璃在蒸餾水中的抗降解性(即玻璃的抗水解性)。簡單地說,ISO 719標準協議利用粉碎的玻璃顆粒,並在2大氣壓和98℃下使粉碎的玻璃顆粒與18MΩ的水接觸持續60分鐘。然後用稀鹽酸將溶液比色滴定至中性pH。然後將滴定至中性溶液所需的HCl量轉換為從玻璃提取的等效Na2O,並以微克(μg)的玻璃報告,且較小的值表示耐久性較高。ISO 719標準被分成各個類型。類型HGB1表示提取相當於高達31μg的Na2O;類型HGB2表示提取相當於超過31μg和高達62μg的Na2O;類型HGB3表示提取相當於超過62μg和高達264μg的Na2O;類型HGB4表示提取相當於超過264μg和高達620μg的Na2O;以及類型HGB5表示提取相當於超過620μg和高達1085μg的Na2O。本文所描述的玻璃組合物具有ISO 719類型HGB2的抗水解性,並且有一些實施例具有類型HGB1的抗水解性。
對於USP<660>測試及/或歐洲藥典(European Pharmacopeia)3.2.1測試,本文中所描述的玻璃容器具有類型1化學耐久性。如上文所指出的,USP<660>和歐洲藥典
3.2.1測試是在完整的玻璃容器上進行,而不是破碎的玻璃顆粒,因此,可以使用USP<660>和歐洲藥典3.2.1測試來直接評估玻璃容器的內表面之化學耐久性。
應當瞭解的是,當參照以上引用的、依據ISO 719和ISO 720的分類時,具有指定的「或更佳的」類別之玻璃組合物或玻璃物件表示該玻璃組合物之性能與指定的類別一樣好或更好。舉例來說,具有ISO 719的「HGB2」或更好的抗水解性之玻璃物件可以具有ISO 719的類別HGB2或HGB1抗水解性。
抗脫層的玻璃容器是藉由提供由抗脫層玻璃組合物(例如玻璃管、玻璃片或類似者)形成的原料材料、並使用傳統的成型技術將該抗脫層玻璃組合物成型為玻璃容器所形成的,使得該玻璃容器具有持久表面均質性、持久層均質性、脫層因子為1及/或上述之組合中的至少一者。
在本文描述的實施例中,玻璃容器是由玻璃組合物所形成,該等玻璃組合物具有玻璃黏度為1000泊的溫度,且該溫度為小於或等於約1700℃(即1000泊的溫度),此舉有助於將玻璃重新成型為其最終的容器形狀,而無需過高而可能進一步促進玻璃中的某些物種揮發的溫度。如本文中進一步描述的,較高的二氧化矽(SiO2)濃度可改良玻璃的化學耐久性,但減低玻璃的成形性。因此,高SiO2玻璃組合物可以配製有降低玻璃黏度同時保持化學耐久性的組分。在一些實施例中,該1000泊的溫度可以小於或等於約1675℃或甚至小於或等於約1650℃。在一些其他的實施例中,該1000
泊的溫度可以小於或等於約1625℃或甚至小於或等於約1600℃。
在第一示例性實施例中,該玻璃容器是由抗脫層的玻璃組合物所形成的,該抗脫層的玻璃組合物例如在2012年10月25日提出申請且標題為「具有改良的化學和機械耐久性的玻璃組合物(Glass Compositions With Improved Chemical And Mechanical Durability)」的美國專利申請號第13/660,450號(代理人檔案編號SP11-240)中描述的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物,以引用方式將該申請案之全部內容併入本文中。此第一示例性玻璃組合物通常包括SiO2、Al2O3、至少一鹼土金屬氧化物以及一或多種鹼金屬氧化物(例如Na2O及/或K2O)之組合。在此第一示例性玻璃組合物之一些實施例中,該玻璃組合物可以無硼且無含硼化合物。這些成分的組合使得玻璃組合物可耐化學降解而且也適用於藉由離子交換進行化學強化。在一些實施例中,這個示例性的玻璃組合物可以進一步包含少量的一或多個附加的氧化物,例如氧化錫(SnO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)、三氧化二砷(As2O3)或類似者。這些成分可以作為澄清劑添加及/或進一步增強玻璃組合物的化學耐久性。
在此第一示例性玻璃組合物的實施例中,二氧化矽是組合物的最大組分,因此,是產生的玻璃網絡之主要組分。二氧化矽增強玻璃的化學耐久性,特別是玻璃組合物在酸中的抗分解性和玻璃組合物在水中的抗分解性。因此,通常需要高的二氧化矽濃度。在本文所描述的實施例中,該玻璃組
合物通常包含量大於或等於約67莫耳%且小於或等於約80莫耳%或甚至小於或等於約78莫耳%的二氧化矽。在一些實施例中,該玻璃組合物中二氧化矽的量可以大於約68莫耳%、大於約69莫耳%或甚至大於約70莫耳%。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物中SiO2的量可以大於約72莫耳%、大於約73莫耳%或甚至大於約74莫耳%。舉例來說,在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括從約68莫耳%至約80莫耳%或甚至至約78莫耳%的SiO2。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物可以包括從約69莫耳%至約80莫耳%或甚至至約78莫耳%的SiO2。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物可以包括從約70莫耳%至約80莫耳%或甚至至約78莫耳%的SiO2。在仍其他的實施例中,該玻璃組合物包含的二氧化矽之量大於或等於約70莫耳%並小於或等於約78莫耳%。在一些實施例中,該玻璃組合物中可以存在的SiO2量係從約72莫耳%至約78莫耳%。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物中可以存在的SiO2量係從約73莫耳%至約78莫耳%。在其他的實施例中,該玻璃組合物中可以存在的SiO2量係從約74莫耳%至約78莫耳%。在仍其他的實施例中,該玻璃組合物中可以存在的SiO2量係從約70莫耳%至約76莫耳%。
此第一示例性玻璃組合物的實施例可以進一步包括氧化鋁(Al2O3)。Al2O3連同該玻璃組合物中存在的鹼金屬氧化物(例如Na2O或類似者)可以改良玻璃對離子交換強化的化學耐久性和敏感度。在本文所描述的實施例中,該等玻璃組合物中存在的Al2O3為X mol.%,而該玻璃組合物中存在
的鹼金屬氧化物為Y mol.%。本文所描述的玻璃組合物中的Y:X比值係大於1,以促進熔化行為和上述對離子交換強化的敏感度。具體而言,該玻璃組合物的擴散係數或擴散率D係關於鹼金屬離子在離子交換過程中滲入(或滲出)玻璃表面的速率。Y:X比值大於約0.9或甚至大於約1的玻璃具有比Y:X比值小於約0.9的玻璃更大的擴散率。對於給定的離子交換時間和離子交換溫度,所含的鹼金屬離子具有較大擴散率的玻璃可以獲得比所含的鹼金屬離子具有較小擴散率的玻璃更大的層深。此外,當Y:X比值增加時,玻璃的應變點、退火點及軟化點降低,使得玻璃更容易成型。此外,對於給定的離子交換時間和離子交換溫度,已經發現的是,在Y:X比值大於約0.9且小於或等於約2的玻璃中誘發的壓縮應力通常係大於Y:X比值小於約0.9或大於約2的玻璃中產生的壓縮應力。因此,在一些實施例中,Y:X比值係大於約0.9或甚至大於約1。在一些實施例中,Y:X比值係大於約0.9或甚至大於約1,並小於或等於約2。在仍其他的實施例中,Y:X比值可以大於或等於約1.3並小於或等於約2.0,以在指定的離子交換時間和指定的離子交換溫度下最大化玻璃中誘發的壓縮應力之量。
然而,假使玻璃組合物中的Al2O3量過高,則會減少玻璃組合物的抗酸侵蝕性。因此,本文所描述的玻璃組合物通常包括大於或等於約2莫耳%且小於或等於約10莫耳%的Al2O3含量。在一些實施例中,該玻璃組合物中的Al2O3含量係大於或等於約4莫耳%且小於或等於約8莫耳%。在一
些其他的實施例中,該玻璃組合物中的Al2O3含量係大於或等於約5莫耳%至小於或等於約7莫耳%。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物中的Al2O3含量係大於或等於約6莫耳%至小於或等於約8莫耳%。在仍其他的實施例中,該玻璃組合物中的Al2O3含量係大於或等於約5莫耳%至小於或等於約6莫耳%。
此第一示例性實施例的玻璃組合物還可以包括一或多種鹼金屬氧化物,例如Na2O及/或K2O。該等鹼金屬氧化物促進玻璃組合物的離子可交換性,並因此促進玻璃的化學強化。該鹼金屬氧化物可以包括Na2O和K2O中的一或多個。該玻璃組合物中存在的鹼金屬氧化物一般是在Y莫耳%的總濃度。在本文所描述的一些實施例中,Y可以大於約2莫耳%且小於或等於約18莫耳%。在一些其他的實施例中,Y可以大於約8莫耳%、大於約9莫耳%、大於約10莫耳%或甚至大於約11莫耳%。舉例來說,在本文描述的一些實施例中,Y係大於或等於約8莫耳%且小於或等於約18莫耳%。在仍其他的實施例中,Y可以大於或等於約9莫耳%且小於或等於約14莫耳%。
此第一示例性實施例中的玻璃組合物之離子可交換性主要是藉由在離子交換之前最初存在於該玻璃組合物中的鹼金屬氧化物Na2O之含量來賦予該玻璃組合物的。因此,在本文所描述的玻璃組合物之實施例中,存在於該玻璃組合物中的鹼金屬氧化物至少包括Na2O。具體而言,為了在離子交換強化之後在該玻璃組合物中實現所需的壓縮強度和層深
度,該等玻璃組合物包括的Na2O量為從約2莫耳%至約15莫耳%。在一些實施例中,該玻璃組合物包括至少約8莫耳%的Na2O。舉例來說,Na2O的濃度可以大於約9莫耳%、大於約10莫耳%或甚至大於約11莫耳%。在一些實施例中,Na2O的濃度可以大於或等於約9莫耳%或甚至大於或等於約10莫耳%。舉例來說,在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括的Na2O含量係大於或等於約9莫耳%並且小於或等於約15莫耳%或甚至大於或等於約9莫耳%並小於或等於約13莫耳%。
如上所指出的,在該第一示例性玻璃組合物中的鹼金屬氧化物可以進一步包括K2O。當K2O存在於該第一示例性玻璃組合物中的量增加時,因為鉀和鈉離子交換的結果,可經由離子交換獲得的壓縮應力降低。因此,理想的是限制玻璃組合物中存在的K2O含量。在一些實施例中,K2O的量係大於或等於0莫耳%,且小於或等於約3莫耳%。在一些實施例中,K2O的量係小於或等於約2莫耳%或甚至小於或等於約1.0莫耳%。在該玻璃組合物包括K2O的實施例中,可以存在的K2O之濃度係大於或等於約0.01莫耳%且小於或等於約3.0莫耳%或甚至大於或等於約0.01莫耳%且小於或等於約2.0莫耳%。在一些實施例中,存在於該玻璃組合物中的K2O含量係大於或等於約0.01莫耳%並且小於或等於約1.0莫耳%。因此,應瞭解的是,K2O不需要存在該玻璃組合物中。然而,當該玻璃組合物中包括K2O時,K2O的量通常為小於約3莫耳%。
在本文所描述的實施例中,該玻璃組合物可以包括
至少一種鹼土金屬氧化物組分。存在於該第一示例性玻璃組合物中的鹼土金屬氧化物可改良玻璃批料的可熔性,並提高該玻璃組合物之化學耐久性。在本文所描述的玻璃組合物中,該等玻璃組合物中存在的鹼土金屬氧化物之總莫耳%通常小於該等玻璃組合物中存在的鹼金屬氧化物之總莫耳%,以改良該玻璃組合物之離子可交換性。在本文所描述的實施例中,該等玻璃組合物通常包括約3莫耳%至約13莫耳%的鹼土金屬氧化物。在這些實施例的一些實施例中,在玻璃組合物中的鹼土金屬氧化物之含量可以從約4莫耳%至約8莫耳%,或甚至從約4莫耳%至約7莫耳%。
在該第一示例性玻璃組合物中的鹼土金屬氧化物可以包括MgO、CaO、SrO、BaO或上述之組合。舉例來說,在本文描述的第一示例性玻璃組合物之實施例中,該鹼土金屬氧化物包括氧化鎂(MgO)。該玻璃組合物中存在的MgO之含量係大於或等於約3莫耳%並且小於或等於約8莫耳%。在一些實施例中,該玻璃組合物中存在的MgO之含量係大於或等於約3莫耳%並且小於或等於約7莫耳%,或甚至大於或等於約4莫耳%並且小於或等於約7莫耳%。
在該第一示例性玻璃組合物之一些實施例中,該鹼土金屬氧化物可以進一步包括氧化鈣(CaO)。在這些實施例中,該玻璃組合物中存在的CaO之含量係從約0莫耳%至小於或等於約6莫耳%。舉例來說,該玻璃組合物中存在的CaO之含量可以小於或等於約5莫耳%、小於或等於約4莫耳%、小於或等於約3莫耳%或甚至小於或等於約2莫耳%。在這些
實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中存在的CaO之含量係大於或等於約0.1莫耳%並且小於或等於約1.0莫耳%。例如,該玻璃組合物中存在的CaO之含量可以大於或等於約0.2莫耳%並且小於或等於約0.7莫耳%,或甚至CaO之含量可以大於或等於約0.3莫耳%並且小於或等於約0.6莫耳%。
在此第一示例性玻璃組合物之實施例中,該等玻璃組合物一般都是富含MgO,(即該玻璃組合物中的MgO濃度大於該玻璃組合物中其他的鹼土金屬氧化物濃度,包括但不限於CaO)。形成該玻璃組合物使得該玻璃組合物為富含MgO的可以改良得到的玻璃之耐水解性,特別是在離子交換強化之後。此外,相對於富含其他鹼土金屬氧化物的玻璃組合物而言,富含MgO的玻璃組合物通常表現出改良的離子交換性能。具體而言,從富含MgO的玻璃組合物形成的玻璃通常比富含其他鹼土金屬氧化物(例如CaO)的玻璃組合物具有更大的鹼金屬擴散率。鹼金屬的擴散率越大,則能夠在玻璃中形成更深的層深度。與富含其他鹼土金屬氧化物(例如CaO)的玻璃組合物相比,富含氧化鎂的玻璃組合物還能夠在玻璃的表面中實現更高的壓縮應力。此外,一般被瞭解的是,當進行離子交換處理並且鹼金屬離子滲入玻璃更深時,在玻璃表面實現的最大壓應力可能會隨時間而減小。然而,從富含氧化鎂的玻璃組合物形成的玻璃比從富含氧化鈣或其他鹼土金屬氧化物(即貧氧化鎂的玻璃)的玻璃組合物形成的玻璃表現出較少的壓縮應力減小。因此,富含氧化鎂的玻璃組合物能夠使玻璃在表面具有比富含其他鹼土金屬氧化物的玻璃
更大的壓縮應力和更大的層深度。
為了充分實現本文所描述的玻璃組合物中MgO的益處,已經確定的是,應最小化CaO濃度對CaO濃度和MgO濃度(濃度單位皆為莫耳%)的總和之比例(即(CaO/(CaO+MgO))。具體而言,已經確定的是,(CaO/(CaO+MgO))應小於或等於約0.5。在一些實施例中,(CaO/(CaO+MgO))係小於或等於約0.3或甚至小於或等於約0.2。在一些其他的實施例中,(CaO/(CaO+MgO))甚至可以小於或等於約0.1。
該第一示例性玻璃組合物可選擇性地進一步包含一或多個澄清劑,例如氧化錫(SnO2)、三氧化二砷(As2O3)及/或Cl-(來自NaCl或類似者)。當澄清劑存在玻璃組合物中時,澄清劑的存在量可以小於或等於約0.5莫耳%。例如,在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括作為澄清劑的SnO2。在這些實施例中,該玻璃組合物中可以存在的SnO2含量係大於約0莫耳%且小於或等於約0.5莫耳%,或SnO2含量甚至小於或等於約0.30莫耳%。
三氧化二硼(B2O3)是一種助熔劑,在給定的溫度下(例如應變、退火和軟化溫度),可以將B2O3加到玻璃組合物中來降低黏度,從而改良玻璃的可成型性。然而,已經發現的是,添加硼明顯降低了玻璃組合物中的鈉和鉀離子之擴散率,進而不利地影響所得到的玻璃之離子交換性能。特別是,已經發現到,相對於無硼的玻璃組合物而言,添加硼明顯地增加了實現給定的層深度所需的時間。因此,在本文
描述的一些實施例中,將添加到玻璃組合物的硼量最小化,以改良玻璃組合物的離子交換性能。
舉例來說,已經確定的是,可以藉由控制B2O3濃度對鹼金屬氧化物總濃度(即R2O,其中R為鹼金屬)與氧化鋁之間的差異之比值(即B2O3(莫耳%)/(R2O(莫耳%)-Al2O3(莫耳%))來減輕硼對玻璃組合物的離子交換性能之影響。特別是,已經確定的是,當B2O3/(R2O-Al2O3)的比值大於或等於約0並且小於約0.3或甚至小於約0.2時,鹼金屬氧化物在玻璃組合物中的擴散率並未減弱,因此,得以維持玻璃組合物的離子交換性能。因此,在一些實施例中,B2O3/(R2O-Al2O3)的比值為大於0且小於或等於約0.3。在這些實施例的一些實施例中,B2O3/(R2O-Al2O3)的比值為大於0且小於或等於約0.2。在一些實施例中,B2O3/(R2O-Al2O3)的比值為大於0且小於或等於約0.15或甚至小於或等於約0.1。在一些其他的實施例中,B2O3/(R2O-Al2O3)的比值可以大於0且小於或等於約0.05。將B2O3/(R2O-Al2O3)的比值保持在小於或等於約0.3或甚至小於或等於約0.2可允許包含B2O3來降低玻璃組合物的應變點、退火點和軟化點,且無B2O3對玻璃之離子交換性能的不利影響。
在本文所描述的實施例中,玻璃組合物中的B2O3濃度通常為小於或等於約1莫耳%。舉例來說,在玻璃組合物中存在B2O3的實施例中,B2O3的濃度可以大於約0.01莫耳%並且小於或等於約1莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,B2O3的濃度可以大於約0.01莫耳%並且小於或等於約0.9莫
耳%。在一些實施例中,B2O3的存在量可以大於或等於約0.01莫耳%並且小於或等於約0.8莫耳%,或甚至小於或等於約0.7莫耳%。或者,B2O3的存在量可以大於或等於約0.01莫耳%並且小於或等於約0.6莫耳%、B2O3的存在量可以大於或等於約0.01莫耳%並且小於或等於約0.5莫耳%或甚至B2O3的存在量可以大於或等於約0.01莫耳%並且小於或等於約0.4莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,B2O3的濃度可以大於或等於約0.01莫耳%並且小於或等於約0.3莫耳%。
雖然在一些實施例中將玻璃組合物中的B2O3濃度最小化以改善玻璃的成型性質且不降低玻璃的離子交換性能,但在一些其他的實施例中,玻璃組合物係無硼且無硼化合物(例如B2O3)的。具體而言,已經確定的是,形成無硼或硼化合物的玻璃組合物可藉由減少實現特定的壓縮應力值及/或層深度所需要的製程時間及/或溫度,來改良玻璃組合物的離子可交換性。
在該第一示例性玻璃組合物的一些實施例中,該等玻璃組合物係無磷且無含磷化合物(包括但不限於P2O5)。具體而言,已經確定的是,配製無磷或磷化合物的玻璃組合物可提高玻璃組合物的化學耐久性。
除了SiO2、Al2O3、鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物之外,該第一示例性玻璃組合物之玻璃組合物還可選擇性地進一步包含一或多種澄清劑,例如SnO2、As2O3及/或Cl-(來自NaCl或類似者)。當玻璃組合物中存在澄清劑時,該澄清劑之存在量可以小於或等於約0.5莫耳%,或甚至小於或等於
約0.4莫耳%。舉例來說,在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括作為澄清劑的SnO2。在這些實施例中,玻璃組合物中存在的SnO2含量可以大於約0莫耳%且小於或等於約0.5莫耳%,或甚至SnO2含量可以大於或等於約0.01莫耳%且小於或等於約0.30莫耳%。
此外,該第一示例性玻璃組合物的實施例可以包含一或多個附加的金屬氧化物,以進一步改良玻璃組合物的化學耐久性。舉例來說,該玻璃組合物可以進一步包括氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)或氧化鋯(ZrO2),其中的每一個皆進一步改良玻璃組合物的抗化學侵蝕性。在這些實施例中,該附加的金屬氧化物可以存在的量係大於或等於約0莫耳%並且小於或等於約2莫耳%。舉例來說,當該附加的金屬氧化物為ZnO時,ZnO可以存在的量係小於或等於約0.5莫耳%。當該附加的金屬氧化物為ZrO2或TiO2時,ZrO2或TiO2可以存在的量係小於或等於約1莫耳%。
依據上述情況,應該瞭解的是,該第一示例性玻璃組合物可以包括濃度大於約74莫耳%的SiO2;包含MgO和CaO的鹼土金屬氧化物,其中CaO之存在量係大於或等於約0.1莫耳%且小於或等於約1.0莫耳%,並且(CaO(莫耳%)/(CaO(莫耳%)+MgO(莫耳%)))的比值係小於或等於0.5;及Y莫耳%的鹼金屬氧化物,其中該鹼金屬氧化物包含的Na2O含量係大於約8莫耳%,其中該玻璃組合物不含硼和硼化合物。
在另一個實施例中,該第一示例性玻璃組合物可以
包括約74莫耳%至約78莫耳%的SiO2;約4莫耳%至約8莫耳%的鹼土金屬氧化物,其中該鹼土金屬氧化物包含MgO和CaO,並且(CaO(莫耳%)/(CaO(莫耳%)+MgO(莫耳%)))之比值係小於或等於0.5;X莫耳%的Al2O3,其中X係大於或等於約2莫耳%並且小於或等於約10莫耳%;及Y莫耳%的鹼金屬氧化物,其中該鹼金屬氧化物包含的Na2O量係大於或等於約9莫耳%並且小於或等於約15莫耳%,Y:X之比值係大於1,以及該玻璃組合物不含硼和硼化合物。
在另一個實施例中,該第一示例性玻璃組合物可以包括約74莫耳%至約78莫耳%的SiO2;從約3莫耳%至約13莫耳%包含CaO和MgO的鹼土金屬氧化物,其中該鹼土金屬氧化物包含的CaO量係大於或等於約0.1莫耳%並且小於或等於約1.0莫耳%,而且(CaO(莫耳%)/(CaO(莫耳%)+MgO(莫耳%)))之比值係小於或等於0.5;X莫耳%的Al2O3,其中X係大於或等於約2莫耳%並且小於或等於約10莫耳%;及Y莫耳%的鹼金屬氧化物,其中該鹼金屬氧化物包含從約0.01莫耳%至約1.0莫耳%的K2O,並且Y:X之比值係大於1,及該玻璃組合物不含硼和硼化合物。
在另一個實施例中,該第一示例性玻璃組合物可以包括約74莫耳%至約78莫耳%的SiO2;從約4莫耳%至約8莫耳%的鹼土金屬氧化物,其中該鹼土金屬氧化物包含大於或等於約0.1莫耳%並且小於或等於約1.0莫耳%的CaO量、MgO以及(CaO(莫耳%)/(CaO(莫耳%)+MgO(莫耳%)))之比值係小於或等於0.5;X莫耳%的Al2O3,其中X係大於
或等於約4莫耳%並且小於或等於約8莫耳%;及Y莫耳%的鹼金屬氧化物,其中該鹼金屬氧化物包含大於或等於約9莫耳%並且小於或等於約15莫耳%的Na2O,Y:X之比值係大於1,以及該玻璃組合物不含硼和硼化合物,其中依據ISO 720該玻璃組合物具有類型HGA1的耐水解性。
在另一個示例性實施例中,該等玻璃容器是由抗脫層的玻璃組合物所形成的,該抗脫層的玻璃組合物例如在2012年10月25日提出申請且標題為「具有改良的化學和機械耐久性的鹼土金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物(Alkaline Earth Alumino-Silicate Glass Compositions with Improved Chemical And Mechanical Durability)」的美國臨時專利申請號第13/660,141號(代理人檔案編號SP11-241)中描述的鹼土金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物,以引用方式將該申請案之全部內容併入本文中。此第二示例性玻璃組合物通常包括SiO2、Al2O3、至少一鹼土金屬氧化物以及鹼金屬氧化物(包括至少Na2O及/或K2O)之組合。此第二示例性玻璃組合物基本上無硼且無含硼化合物。這些成分的組合使得玻璃組合物可耐化學降解而且也適用於藉由離子交換進行化學強化。在一些實施例中,該等玻璃組合物可以進一步包含少量的一或多個附加的氧化物,例如氧化錫(SnO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋅(ZnO)或類似者。這些成分可以作為澄清劑添加及/或進一步增強玻璃組合物的化學耐久性。
在第二示例性玻璃組合物的實施例中,SiO2是該組合物的最大組分,因此是玻璃網絡的主要組分。SiO2增強玻
璃的化學耐久性,特別是玻璃組合物在酸中的抗分解性。因此,通常需要高的SiO2濃度。然而,假使SiO2的含量太高,則玻璃的可成型性會降低,因為較高的SiO2濃度會提高熔化玻璃的困難度,進而不利地影響玻璃的可成型性。然而,添加鹼金屬氧化物可以藉由降低玻璃的軟化點而有助於抵減此影響。在此第二示例性玻璃組合物的實施例中,該玻璃組合物通常包含量大於或等於約65莫耳%並且小於或等於約75莫耳%的SiO2。在一些實施例中,該玻璃組合物中存在的SiO2量係大於或等於約67莫耳%並且小於或等於約75莫耳%。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物中存在的SiO2量係大於或等於約67莫耳%並且小於或等於約73莫耳%。在這些實施例的每個實施例中,該玻璃組合物中存在的SiO2量可以大於或等於約70莫耳%或甚至大於或等於約72莫耳%。
該第二示例性玻璃組合物還包括氧化鋁(Al2O3)。Al2O3連同該等玻璃組合物中存在的鹼金屬氧化物(例如Na2O或類似者)可以改良玻璃對離子交換強化的敏感度。此外,添加Al2O3到該組合物可降低鹼金屬組分(例如Na或K)被從玻璃浸出的傾向,因此,添加Al2O3可提高該組合物之抗水解降解性。本文中描述的第二示例性玻璃組合物通常包括量大於或等於約6莫耳%並且小於或等於約12.5莫耳%的Al2O3。在一些實施例中,該玻璃組合物中的Al2O3含量係大於或等於約6莫耳%並且小於或等於約10莫耳%。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物中的Al2O3含量係大於或等於約7莫耳%並且小於或等於約10莫耳%。
該第二示例性的玻璃組合物還包括至少二種鹼金屬氧化物。該等鹼金屬氧化物促進玻璃組合物的離子可交換性,並因此促進玻璃基板的化學強化。該等鹼金屬氧化物還降低玻璃的軟化點,從而抵減該玻璃組合物中由於較高的SiO2濃度而提高的軟化點。該等鹼金屬氧化物還有助於改良玻璃組合物的化學耐久性。該第二示例性玻璃組合物中存在的鹼金屬氧化物之量通常大於或等於約5莫耳%並且小於或等於約12莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,鹼金屬氧化物的量可以大於或等於約5莫耳%並且小於或等於約10莫耳%。在一些其他的實施例中,鹼金屬氧化物的量可以大於或等於約5莫耳%並且小於或等於約8莫耳%。在本文描述的全部玻璃組合物中,該等鹼金屬氧化物包含至少Na2O和K2O。在一些實施例中,該等鹼金屬氧化物進一步包含Li2O。
該玻璃組合物之離子可交換性主要是藉由在離子交換之前最初存在於該玻璃組合物中的鹼金屬氧化物Na2O之含量來賦予該玻璃組合物的。具體而言,為了在離子交換強化之後在該玻璃組合物中實現所需的壓縮強度和層深度,該第二示例性玻璃組合物包括的Na2O量係大於或等於約2.5莫耳%並且小於或等於約10莫耳%。在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括量大於或等於約3.5莫耳%並且小於或等於約8莫耳%的Na2O。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物可以包括量大於或等於約6莫耳%並且小於或等於約8莫耳%的Na2O。
如上所指出的,在該第二示例性玻璃組合物中的鹼
金屬氧化物還包括K2O。玻璃組合物中存在的K2O量還與玻璃組合物的離子可交換性有關。具體而言,當玻璃組合物中存在的K2O量增加時,可經由離子交換獲得的壓縮應力會降低。因此,理想的是限制第二示例性玻璃組合物中存在的K2O量。在一些實施例中,K2O的量係大於0莫耳%並且小於或等於約2.5莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中存在的K2O量係小於或等於約0.5莫耳%。
在一些實施例中,在該第二示例性玻璃組合物中的鹼金屬氧化物進一步包含L2O。在該玻璃組合物中包括L2O進一步降低玻璃的軟化點。在該鹼金屬氧化物包括L2O的實施例中,L2O的存在量可以大於或等於約1莫耳%並且小於或等於約3莫耳%。在一些實施例中,該玻璃組合物中存在的L2O量係大於約2莫耳%並且小於或等於約3莫耳%。然而,在一些其他的實施例中,該玻璃組合物基本上可以無鋰且無含鋰化合物。
該第二示例性玻璃組合物中的鹼土金屬氧化物可改良玻璃批料的可熔性,並提高該玻璃組合物之化學耐久性。該第二示例性玻璃組合物之實施例通常包括濃度大於或等於約8莫耳%或甚至8.5莫耳%並且小於或等於約15莫耳%的至少一鹼土金屬氧化物。在一些實施例中,該玻璃組合物可以包含從約9莫耳%至約15莫耳%的鹼土金屬氧化物。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中的鹼土金屬氧化物量可以從約10莫耳%至約14莫耳%。
在該第二示例性玻璃組合物中的鹼土金屬氧化物可
以包括MgO、CaO、SrO、BaO或上述之組合。舉例來說,在本文描述的實施例中,該鹼土金屬氧化物包括氧化鎂(MgO)。該玻璃組合物中存在的MgO之含量係大於或等於約2莫耳%並且小於或等於約7莫耳%,或甚至大於或等於約3莫耳%並且小於或等於約5莫耳%。在一些其他的實施例中,可以降低該玻璃組合物中的MgO濃度,以降低該玻璃組合物之液相溫度並且提高液相黏度,此二者皆可改良該玻璃組合物之可成型性。舉例來說,在一些實施例中,MgO之濃度可以大於0莫耳%並且小於或等於約3.5莫耳%。在一些其他的實施例中,MgO之濃度可以大於0莫耳%並且小於或等於約3.0莫耳%或甚至小於或等於約2.5莫耳%。
在一些實施例中,該第二示例性玻璃組合物中之該鹼土金屬氧化物還包括氧化鈣(CaO)。在這些實施例中,該玻璃組合物中存在的CaO之量係從約2莫耳%至小於或等於約7莫耳%。在一些實施例中,該玻璃組合物中存在的CaO之量係從約3莫耳%至小於或等於約7莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中存在的CaO之量係大於或等於約4莫耳%並且小於或等於約7莫耳%。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物中存在的CaO之量可以大於或等於約5莫耳%並且小於或等於約6莫耳%,例如當CaO取代鹼土金屬氧化物中的MgO以降低液相溫度並提高液相黏度時。在仍其他的實施例中,該玻璃中存在的CaO之量可以大於或等於約2莫耳%並且小於或等於約5莫耳%,例如當SrO取代鹼土金屬氧化物中的MgO以降低液相溫度並提高液相黏度時。
在本文描述的一些實施例中,該第二示例性玻璃組合物中之該鹼土金屬氧化物進一步包含至少一氧化鍶(SrO)或氧化鋇(BaO)。包含SrO可降低玻璃組合物的液相溫度,並因而改良該玻璃組合物之可成型性。在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括量大於0莫耳%並且小於或等於約6.0莫耳%的SrO。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物可以包括量大於約0莫耳%並且小於或等於約5莫耳%的SrO。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物可以包括大於或等於約2莫耳%並且小於或等於約4莫耳%的SrO,例如當CaO取代鹼土金屬氧化物中的MgO以降低液相溫度並提高液相黏度時。在一些其他的實施例中,該玻璃組合物可以包括從約1莫耳%至約2莫耳%的SrO。在仍其他的實施例中,該玻璃組合物中存在的SrO之量可以大於或等於約3莫耳%並且小於或等於約6莫耳%,例如當SrO取代鹼土金屬氧化物中的MgO以降低液相溫度並提高液相黏度時。
在該玻璃組合物包括BaO的實施例中,該第二示例性玻璃組合物中存在的BaO之量可以大於約0莫耳%並且小於約2莫耳%。在這些實施例的一些實施例中,該玻璃組合物中存在的BaO之量可以小於或等於約1.5莫耳%或甚至小於或等於約0.5莫耳%。然而,在一些其他的實施例中,該玻璃組合物不含鋇和鋇化合物。
在本文所描述的第二示例性玻璃組合物之實施例中,該等玻璃組合物通常含有小於約1莫耳%的硼或硼氧化物(例如B2O3)。舉例來說,在一些實施例中,該等玻璃組合
物可以包含大於或等於約0莫耳%的B2O3以及小於或等於約1莫耳%的B2O3。在一些其他的實施例中,該等玻璃組合物可以包含大於或等於約0莫耳%的B2O3以及小於或等於約0.6莫耳%的B2O3。在仍其他的實施例中,該等玻璃組合物基本上不含硼和硼化合物(例如B2O3)。具體而言,已經確定的是,形成具有相對低量(即小於或等於約1莫耳%)的硼或硼化合物或不含硼或硼化合物的玻璃組合物可明顯提高玻璃組合物的化學耐久性並降低對脫層的感受性。此外,已經確定的是,形成具有相對低量的硼或硼化合物或不含硼或硼化合物的玻璃組合物可藉由減少實現指定的壓縮應力值及/或層深度所需的處理時間及/或溫度而改良玻璃組合物的離子可交換性。
除了SiO2、Al2O3、鹼金屬氧化物以及鹼土金屬氧化物之外,本文中描述的第二示例性玻璃組合物可以選擇性地進一步包含一或多個澄清劑,例如氧化錫(SnO2)、三氧化二砷(As2O3)及/或Cl-(來自NaCl或類似者)。當澄清劑存在於玻璃組合物中時,澄清劑的存在量可以小於或等於約0.5莫耳%。例如,在一些實施例中,該玻璃組合物可以包括作為澄清劑的SnO2。在這些實施例中,該玻璃組合物中可以存在的SnO2之量係大於約0莫耳%並且小於或等於約0.30莫耳%。
此外,本文中描述的玻璃組合物可以包含一或多個附加的金屬氧化物,以進一步改良玻璃組合物的化學耐久性。舉例來說,該玻璃組合物可以進一步包括氧化鋅(ZnO)或氧化鋯(ZrO2),其中的每一個皆進一步改良玻璃組合物
的抗化學侵蝕性。在這些實施例中,該附加的金屬氧化物可以存在的量係大於或等於約0莫耳%並且小於或等於約2.0莫耳%。舉例來說,當該附加的金屬氧化物為ZrO2時,ZrO2可以存在的量係小於或等於約1.5莫耳%。替代地或另外地,該附加的金屬氧化物可以包括的ZnO之量係小於或等於約2.0莫耳%。在一些實施例中,可以包含ZnO作為一或多個鹼土金屬氧化物的取代物。舉例來說,在玻璃組合物包括鹼土金屬氧化物MgO、CaO及SrO的實施例中,可以減少MgO的量,以降低液相溫度並提高液相黏度,如上所述。在這些實施例中,除了或取代至少一CaO或SrO,可以添加ZnO到玻璃組合物作為MgO的部分取代物。
為了提供可輕易成型為3維形狀的玻璃組合物,由該第二示例性玻璃組合物形成的熔化玻璃通常具有大於或等於約90千泊(kP)的液相黏度。已經確定的是,可以藉由控制MgO對二價陽離子的濃度總和(ΣRO)之比值而獲得液相黏度大於90kP的玻璃組合物。二價陽離子包括鹼土金屬氧化物(例如MgO、CaO、SrO、BaO)、ZnO及類似者。具體而言,已經確定的是,當MgO:ΣRO小於約0.30時,該等玻璃組合物通常具有大於或等於約90kP的液相黏度,較佳為該玻璃組合物具有大於或等於約100kP或甚至大於或等於約115kP的液相黏度。因此,在本文描述的一些實施例中,MgO:ΣRO的比值係小於約0.3。
基於上述情況,應該瞭解的是,在一個實施例中,該第二示例性玻璃組合物可以包括:從約65莫耳%至約75
莫耳%的SiO2;從約6莫耳%至約12.5莫耳%的Al2O3;及從約5莫耳%至約12莫耳%的鹼金屬氧化物,其中該鹼金屬氧化物包含Na2O和K2O。K2O的存在量可以小於或等於0.5莫耳%。該玻璃組合物還可以包括從約8.0莫耳%至約15莫耳%的鹼土金屬氧化物。該玻璃組合物可易於接受離子交換的強化。
在該第二示例性玻璃組合物的另一個實施例中,該玻璃組合物包括從約67莫耳%至約75莫耳%的SiO2;從約6莫耳%至約10莫耳%的Al2O3;從約5莫耳%至約12莫耳%的鹼金屬氧化物;以及從約8莫耳%至約15莫耳%的鹼土金屬氧化物。該鹼金屬氧化物可以包括的K2O量係小於或等於約0.5莫耳%。該鹼土金屬氧化物可以包括SrO和BaO中之至少一者。該玻璃組合物可以不含硼和硼化合物以及磷和磷化合物。該玻璃組合物可以被離子交換至大於或等於約15μm的層深度,並具有大於或等於約250MPa的相應壓縮應力。
在該第二示例性玻璃組合物之又另一個實施例中,該玻璃組合物可以包括從約67莫耳%至約75莫耳%的SiO2;從約6莫耳%至約10莫耳%的Al2O3;從約5莫耳%至約12莫耳%的鹼金屬氧化物;以及從約9莫耳%至約15莫耳%的鹼土金屬氧化物。該鹼土金屬氧化物包含SrO和BaO中之至少一者。該玻璃組合物不含硼和硼化合物,並且易於進行離子交換,從而便於化學強化該玻璃,以改良機械耐久性。
將藉由以下的實例進一步闡明本文所述具有改良抗
脫層性的玻璃容器之實施例。
為了說明傳統類型1a的硼矽酸鹽玻璃組合物中硼和鈉之揮發性,以氧對甲烷比值為2的平衡計量火焰對類型1a的玻璃進行熱化學計算。模型化的類型1a玻璃組合物包括83.4莫耳%的SiO2、1.5莫耳%的Al2O3、11.2莫耳%的B2O3以及3.8莫耳%的Na2O。使用FACTsage軟體從化學熱力學計算出在計量的甲烷火焰中與玻璃處於平衡的氣相組成為溫度的函數。第4圖通過圖表繪示主要氣相物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數。如第4圖所圖示,在1000℃至1600℃的溫度範圍中,硼和鈉物種皆具有相對高的分壓。此溫度範圍通常對應於將玻璃原料重新成型為玻璃容器所使用的溫度。因此,據信在類型1a玻璃中的硼和鈉物種皆會揮發,並在玻璃被重新成型時從被加熱的玻璃內表面蒸發,然後在玻璃內表面的較冷部分上冷凝。這種行為會導致玻璃的表面組合物中產生非均質性,而可能造成脫層。
為了說明傳統類型1b的硼矽酸鹽玻璃組合物中硼和鈉之揮發性,以氧對甲烷比值為2的平衡計量火焰對類型1b的玻璃進行熱化學計算。此模型化的玻璃組合物包括76.2莫耳%的SiO2、4.2莫耳%的Al2O3、10.5莫耳%的B2O3、8.2莫耳%的Na2O、0.4莫耳%的MgO以及0.5莫耳%的CaO。使用FACTsage軟體從化學熱力學計算出在計量的甲烷火焰中與玻璃處於平衡的氣相組成為溫度的函數。第5圖通過圖表
繪示主要氣相物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數。如同比較實例1,在1000℃至1600℃的溫度範圍中,比較實例2中的硼和鈉物種皆具有相對高的分壓。此溫度範圍通常對應於將玻璃原料重新成型為玻璃容器所使用的溫度。因此,據信來自類型1b玻璃的硼和鈉物種皆會揮發,並在玻璃被重新成型時從被加熱的玻璃內表面蒸發,然後在玻璃的較冷部分上冷凝。這種行為會導致玻璃的組合物中產生非均質性,而可能造成脫層。
為了說明包含ZnO的玻璃組合物中鋅之揮發性,以氧對甲烷比值為2的平衡計量火焰對含ZnO的玻璃進行熱化學計算。該玻璃組合物包括74.3莫耳%的SiO2、7.4莫耳%的Al2O3、5.1莫耳%的Na2O、5.0莫耳%的MgO、5.1莫耳%的CaO以及3.1莫耳%的ZnO。使用FACTsage軟體從化學熱力學計算出在計量的甲烷火焰中與玻璃處於平衡的氣相組成為溫度的函數。第6圖通過圖表繪示主要氣相物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數。比較實例3的鋅物種在1000℃至1600℃的溫度範圍中具有相對高的分壓。此溫度範圍通常對應於將玻璃原料重新成型為玻璃容器所使用的溫度。因此,據信此玻璃組合物中的鋅物種會揮發,並在玻璃被重新成型時從被加熱的玻璃內表面蒸發,然後在玻璃的較冷部分上冷凝。實驗上已經觀察到在接觸火焰時從這個玻璃揮發的鋅。這種行為會導致玻璃的組合物中產生非均質性,而可能造成脫層。
為了說明示例性的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物之相對低揮發性,以氧對甲烷比值為2的平衡計量火焰對此玻璃進行熱化學計算。此玻璃組合物包括76.8莫耳%的SiO2、6.0莫耳%的Al2O3、11.7莫耳%的Na2O、0.5莫耳%的CaO以及4.8莫耳%的MgO。使用FACTsage軟體從化學熱力學計算出在計量的甲烷火焰中與玻璃處於平衡的氣相組成為溫度的函數。第7圖通過圖表繪示主要氣相物種的分壓(y軸)為溫度(x軸)的函數。如第7圖所圖示,在1000℃至1600℃的溫度範圍中,在鹼金屬矽鋁酸鹽玻璃中的鈉、鎂及鈣物種之分壓與類型1a(比較實例1)和類型1b(比較實例2)的玻璃中的硼和鈉物種相比是相對低的。此舉表示鈉、鎂及鈣物種較不可能在重新成型溫度下揮發,因此,由鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃形成的玻璃容器在表面和穿進玻璃容器的厚度中較可能具有均質的組合物。
對處於初形成狀態的並由傳統的類型1b硼矽酸鹽玻璃組合物所形成的玻璃小瓶之組成特性進行了評估。玻璃小瓶是由外徑約17毫米及壁厚約1.1毫米的類型1b硼矽酸鹽玻璃管所形成。使用直接火焰和標準轉換設備並使用傳統的管至小瓶轉換製程來將玻璃管成型為標準的3-4毫升小瓶。在小瓶的側壁和底板部分之間的根部區域之內表面上,從距離小瓶的底板部分約1.5毫米的位置處收集小瓶的樣品。小瓶的第二個樣品是從小瓶的底板部分之內表面上在底板部分中心
的附近收集的。第三個樣品是從底板部分上方15毫米處的側壁收集的。藉由動態二次離子質譜儀(D-SIMS)分析每個樣品。D-SIMS與具有四極質譜儀的PHI Adept-1010儀器一起進行。因為玻璃是一種電絕緣材料,故在延長的高能離子束轟擊過程中,表面有累積電荷的傾向。結果,必須藉由使用二次離子槍或電子束來適當地中和此帶電效應,以防止移動的鈉離子遷移通過玻璃表面基質。在這項研究中,藉由剖析玻璃棒的新鮮斷裂面而達到最小化鈉遷移的儀器條件,該等玻璃棒係由比較的類型1B塊狀玻璃及塊狀玻璃鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物(例如以上實例1中描述的玻璃組合物)所製備。使用正極性離子藉由從最外面的玻璃表面獲得恆定的(平的)Na分佈來確保條件適當。也從玻璃棒斷裂面分析及校準由電感耦合電漿質譜儀(ICP-MS)量測的塊狀玻璃組成來獲得用於量化每個玻璃元素(矽、鋁、硼、鈉、鉀、鈣、鎂)的相對靈敏度因子。因為小瓶表面的基質和表面電子性質與斷裂面不同,預期相對誤差為10%左右。深度的尺度是基於從玻璃中的分析凹坑深度計算的濺射率,如具有NIST可追踪校準的描畫針輪廓儀(stylus profilimetry)所測量的。一個均方偏差(sigma)的深度校準精度是在±1-10%(即±0.01-0.1×[深度])。第8A圖圖示來自底板、根部及側壁區域的樣品之硼濃度(y軸)為距離表面的深度(x軸)之函數,而第8B圖圖示來自底板、根部及側壁區域的樣品之鈉濃度(y軸)為距離表面的深度(x軸)之函數。在根部區域的樣品之組成指出,根部區域的內表面到100nm深度處存在富含硼和富含
鈉的層。然而,在深度大於100nm處硼和鈉的濃度皆明顯較低,表示已經在形成過程中使小瓶的根部部分富含額外的硼和鈉。第8A圖和第8B圖圖示,小瓶的底板部分中的硼和鈉之濃度隨深度而增加,表示硼和鈉已經在形成過程中從底板部分揮發。因此,第8A圖和第8B圖表示,硼矽酸鹽玻璃小瓶在穿過玻璃小瓶的厚度以及在玻璃小瓶的表面區域各處具有組成非均質性。
對處於初形成狀態的並由無硼鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物所形成的玻璃小瓶之組成特性進行了評估。玻璃小瓶是由外徑約17毫米及壁厚約1.1毫米的無硼鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃管所形成。使用直接火焰和標準轉換設備並使用傳統的管至小瓶轉換製程來將玻璃管成型為標準的3-4毫升小瓶。從底板、根部(在小瓶的側壁和底板部分之間,在距離底板部分約1.5毫米的位置)及側壁區域的內表面收集小瓶的樣品。藉由動態二次離子質譜儀分析每個樣品,如上所述。第9圖圖示來自底板、根部及側壁區域的樣品之鈉濃度(y軸)為距離表面的深度(x軸)之函數。第9圖指出來自底板、根部及側壁區域的樣品之組成從小瓶的內表面到至少500nm的深度為均勻且均質的,並且通常延伸到至少2μm的深度。因此,第9圖表示,由無硼鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃所形成的小瓶之組成基本上在穿過玻璃小瓶的厚度以及在玻璃小瓶的表面區域各處為均質的。據信,此組成均質性係與在無硼鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃小瓶上觀察到的脫層減少直接相關。
由鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物形成玻璃小瓶,該組合物包括76.8莫耳%的SiO2、6.0莫耳%的Al2O3、11.6莫耳%的Na2O、0.1莫耳%的K2O、0.5莫耳%的CaO、4.8莫耳%的MgO以及0.2莫耳%的SnO2。玻璃小瓶是由外徑約17毫米及壁厚約1.1毫米的玻璃管所形成。使用直接火焰和標準轉換設備並使用傳統的管至小瓶轉換製程來將玻璃管成型為標準的3-4毫升小瓶。在玻璃組合物中構成成分的表面濃度係在表面區域內的離散點上藉由x射線光電子光譜儀量測為與小瓶根部的距離之函數,該表面區域從玻璃組合物的內表面延伸至深度10nm。未分析該玻璃組合物中表面濃度小於2莫耳%的那些元素。為了使用x-射線光電子能譜(XPS)準確地量化玻璃組合物的表面濃度,採用從標準參考材料推衍的相對靈敏度因子。用於量測的分析體積為分析區域(點尺寸或孔徑大小)與資訊深度之積。光電子是在x-射線的穿透深度(通常為許多微米)內產生的,但只能檢測到具有足夠的動能從表面脫出(約為光電子脫出深度的3倍)的光電子。脫出深度是在15-35埃的量級,此舉導致分析深度為約50-100埃。通常情況下,95%的訊號源自於這個深度。使用電子能量分析儀和檢測器來收集從玻璃表面發射的光電子,並測量它們的動能。每個發射的光電子之比動能為元素的獨特特徵及該光電子起源的核心電子能階。計數發射的光電子之數量(訊號強度)並繪製成動能的函數,以產生光電子能譜。在能譜中的波峰是個別元素的核心電子能階獨有的。積分每個波峰下
方的面積再除以適當的相對靈敏度因子(推衍自標準參考材料),以量化玻璃表面中每個組分之原子分率。當藉由XPS分析數據時,有多條線與每個元素相關聯。對於主體濃度低的元素,應該使用具有最高的訊號對雜訊比的線。舉例來說,Mg KLL線應優先於Mg(2p)線使用,即使後者是傳統上較常使用的,因為可以很容易地與其他元素一起涵括。量測樣品的碳含量小於5原子%。樣品的表面可以以紫外線/臭氧、醇或其他非水的方式進行清洗。將XPS確定的元素組成(單位為原子%)對矽形成比率。然後,將此原子比率製成與根部距離(單位為毫米)的函數,如第10圖所圖示。如第10圖所圖示,在表面區域的玻璃容器組成與平均相差小於25%。
玻璃小瓶是由外徑約17毫米及壁厚約1.1毫米的類型1b硼矽酸鹽玻璃管所形成。使用直接火焰和標準轉換設備並使用傳統的管至小瓶轉換製程來將玻璃管成型為標準的3-4毫升小瓶。如上所述,在玻璃組合物中構成成分的表面濃度係在表面區域內的離散點上藉由XPS量測為與小瓶根部的距離之函數,該表面區域從玻璃組合物的內表面延伸至深度10nm。未分析該玻璃組合物中表面濃度小於2莫耳%的那些元素。將XPS確定的元素組成(單位為原子%)對矽形成比率。然後,將此原子比率製成與根部距離(單位為毫米)的函數,如第11圖所圖示。如第11圖所圖示,對於硼和鈉物種,在表面區域的玻璃容器組成差異大於30%。
為了說明鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃組合物中的硼之臨界揮發度,在溫度1500℃下以氧對甲烷比值為2的平衡計量火焰對此玻璃進行熱化學計算。此模型化的玻璃組合物包括76.8莫耳%的SiO2、6.0莫耳%的Al2O3、11.7莫耳%的Na2O、0.5莫耳%的CaO以及4.8莫耳%的MgO。使用FACTsage軟體從化學熱力學計算出在計量的甲烷火焰中與玻璃處於平衡的氣相組成為添加B2O3的函數。在該組合物頂部的B2O3添加量變化係從約0.001莫耳%至約10莫耳%。在此實例中,平衡氣相的組成係表示為元素分率。取代實際的具體物種(例如HBO2、NaBO2等),將該氣相看作是由元素(例如H、B、Na、O等)所組成。將該氣相中所有的物種皆分解成彼等之構成元素(例如1莫耳HBO2變成1莫耳H+1莫耳B+2莫耳O),然後將濃度以元素為基準表示。作為實例,以計量火焰考量來自比較實例1的玻璃(圖示於第4圖)。平衡氣體中的Na莫耳數為:nNa=nNaBO2+nNa+nNaOH+nNaO+nNaH+2nNa2並且Na的元素分率為:nNa/(nNa+nB+nSi+nAl+nO+nH+nC)其中n表示莫耳數。以相同的方式計算本實例的平衡氣體中硼之元素分率。
第12圖通過圖表繪示氣相中的硼之元素分率為添加於玻璃組合物頂部的B2O3之函數。第12圖還繪示此特定玻璃組合物之Na元素分率,以及傳統的類型1b硼矽酸鹽玻璃之硼元素分率。若沒有添加B2O3,則鈉是玻璃組合物中最
易揮發的成分。然而,由於將B2O3加入組合物中,故硼迅速成為玻璃中最易揮發的成分,超過鈉的濃度為約0.01莫耳%。利用本模型數據,已經確定的是,可以將某濃度的B2O3引入玻璃組合物中,而不會明顯提高脫層的傾向。如上所指出的,在本文所描述的實施例中,B2O3的添加臨界值為小於或等於1.0莫耳%。
藉由將硼矽酸鹽玻璃組合物(組合物A)和鋁矽酸鹽玻璃組合物(組合物B)成型成管、將管轉換成小瓶以及讓該等小瓶進行加速脫層測試來比較容易脫層的小瓶與不容易脫層的小瓶。組合物A包括75.9莫耳%的SiO2、4.1莫耳%的Al2O3、10.5莫耳%的B2O3、6.6莫耳%的Na2O、1.6莫耳%的K2O、0.5莫耳%的MgO、0.6莫耳%的CaO以及0.1莫耳%的Cl。組合物B包括76.8莫耳%的SiO2、6.0莫耳%的Al2O3、11.6莫耳%的Na2O、0.1莫耳%的K2O、4.8莫耳%的MgO、0.5莫耳%的CaO以及0.2莫耳%的SnO2。將熔化的組合物直接從熔體成型為管,並隨後使用工業標準轉換設備(例如AMBEG機器)轉換成約3毫升大小的小瓶。玻璃管的外徑約17毫米,壁厚約1.1毫米。管的轉換是使用誇張的加熱條件進行,同時仍保持形成優質小瓶的能力。然後讓小瓶進行本文所描述的加速脫層測試。在水槽中洗滌每種類型30個小瓶的碎片,在320℃去熱原1小時,以及使用20mM甘氨酸溶液填充,並用NaOH調整至pH=10。將小瓶塞住並封頂。在121℃下將小瓶高壓滅菌2小時,然後在50℃的對流烘箱
中放置10天。以本文先前描述的方式計數薄片。將該測試之結果顯示於下表2中。
結果顯示,組合物B在測試條件下不會脫層,而組合物A確實會脫層。此外,在組合物B中,檢測到的顆粒(在表2中以*指示)只有長度剛剛超過50微米。無法藉由光學顯微鏡清楚地確定這些檢測到的顆粒是薄片或雜質顆粒。因此,將顆粒計數為薄片。可以對來自組合物A的一或兩個顆粒進行類似的論證。然而,從由組合物A成型的小瓶持續觀察到大量的薄片,表示薄片主要源自於脫層而非雜質顆粒。將對每種組合物觀察到的薄片實例圖示於第13A圖(組合物A)和第13B圖(組合物B)中。在第13A圖有帶有光澤表面的薄片和具有粗糙表面的黑色薄片,這兩者都顯示於斑駁的灰色背景上。據信,薄片的光澤表面表示小瓶的內表面,而黑色薄片的粗糙表面最有可能是光澤薄片的底面。在第13B圖中,由於缺乏從組合物B成型的小瓶之表面落下的薄片,故圖像基本上是使用的過濾介質之表面。
藉由將硼矽酸鹽玻璃組合物(組合物A)和鋁矽酸鹽玻璃組合物(組合物B)成型成管、將管轉換成小瓶、對該等小瓶進行離子交換以及讓該等小瓶進行加速脫層測試來比較容易脫層的離子交換(IOX)小瓶與不容易脫層的離子交換小瓶。在離子交換之前,組合物A包括75.9莫耳%的SiO2、4.1莫耳%的Al2O3、10.5莫耳%的B2O3、6.6莫耳%的Na2O、1.6莫耳%的K2O、0.5莫耳%的MgO、0.6莫耳%的CaO以及0.1莫耳%的Cl。在離子交換之前,組合物B包括76.8莫耳%的SiO2、6.0莫耳%的Al2O3、11.6莫耳%的Na2O、0.1莫耳%的K2O、4.8莫耳%的MgO、0.5莫耳%的CaO以及0.2莫耳%的SnO2。將熔化的組合物直接從熔體成型為管,並隨後使用工業標準轉換設備(例如AMBEG機器)轉換成約3毫升大小的小瓶。玻璃管的外徑約17毫米,壁厚約1.1毫米。管的轉換是使用誇張的加熱條件進行,同時仍保持形成優質小瓶的能力。將由組合物A和組合物B成型的小瓶在溫度400-500℃的100% KNO3鹽浴中進行離子交換3-10小時。然後讓小瓶進行本文所描述的加速脫層測試。在水槽中洗滌每種類型30個小瓶的碎片,在320℃去熱原1小時,以及使用20mM甘氨酸溶液填充,並用NaOH調整至pH=10。將小瓶塞住並封頂。在121℃下將小瓶高壓滅菌2小時,然後在50℃的對流烘箱中放置10天。以本文先前描述的方式計數薄片。將該測試之結果顯示於下表3中。
表3:由組合物A和組合物B成型的離子交換小瓶之脫層測
試結果
結果顯示,由組合物B成型的離子交換小瓶在測試條件下不會脫層,而由組合物A成型的離子交換小瓶確實會脫層。此外,對於由組合物B成型的離子交換小瓶,檢測到的顆粒(在表3中以*指示)只有長度剛剛超過50微米。無法藉由光學顯微鏡清楚地確定這些檢測到的顆粒是薄片或雜質顆粒。因此,將這些顆粒計數為薄片。可以對由組合物A成型的離子交換小瓶之一或兩個顆粒進行類似的論證。然而,從由組合物A成型的離子交換小瓶持續觀察到大量的薄片,表示薄片主要源自於脫層而非雜質顆粒。將對每種組合物觀察到的薄片實例圖示於第14A圖(組合物A)和第14B圖(組合物B)中。在第14A圖有帶有光澤平滑表面的薄片和具有粗糙表面的黑色薄片,這兩者都顯示於斑駁的灰色背景上。據信,薄片的光澤表面表示小瓶的內表面,而黑色薄片的粗糙表面最有可能是光澤薄片的底面。在第14B圖中,由於缺乏從組合物B成型的離子交換小瓶之表面落下的薄片,故圖像基本上是使用的過濾介質之表面。
現在應該瞭解的是,本文所描述的玻璃容器穿過玻璃主體的厚度以及在玻璃主體的內表面各處具有均質的組合物。此均質性造成玻璃在長期接觸溶液之後脫層的傾向降低。因此,本文所描述的玻璃容器非常適合用來作為用於藥物應用的包裝材料。
還應當瞭解的是,本文所描述的玻璃容器和用於成型玻璃容器的方法可以就多個態樣來描述。在第一態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括具有玻璃主體的玻璃物件,該玻璃主體在內表面和外表面之間延伸並界定出內部容積。該玻璃物件也可以包括從該主體之內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度的內部區域,該內部區域具有持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
在第二態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積,該玻璃主體具有小於或等於10的脫層因子。
在第三態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。內部區域可從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度,並且該內部區域具有持久層均質性。該玻璃主體可以具有小於或等於10的脫層因子。
在第四態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括由可離子交換的玻璃組合物所成型的玻璃物件。該玻璃物件可
以具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。內部區域可以從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度,並且該內部區域具有厚度TLR,該厚度TLR為至少100nm。當該玻璃容器處於初成型狀態時,在該內部區域中該可離子交換的玻璃組合物之每個構成成分的層濃度中之極值可以大於或等於約80%並且小於或等於約120%的在該玻璃主體之該厚度中點處該玻璃組合物中相同構成成分的整體濃度。
在第五態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括具有玻璃主體的玻璃物件,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。表面區域可以延伸於該玻璃容器之整個內表面各處,並且該表面區域具有從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之厚度的深度。該表面區域可以具有持久表面均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
在第六態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括具有玻璃主體的玻璃物件,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積。表面區域可以延伸於該玻璃容器之整個內表面各處,並且該表面區域具有從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之厚度的深度。該表面區域可以具有持久表面均質性。該玻璃主體可以具有小於或等於10的脫層因子。
在第七態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括由可離子交換玻璃組合物成型的玻璃物件。該玻璃物件可以具有延伸於內表面和外表面之間的玻璃主體,並且該玻璃主體
界定出內部容積。表面區域可延伸於該玻璃容器之該整個內表面各處,並到達距離該玻璃容器之該內表面約10nm的深度。當該玻璃容器處於初成型狀態時,對於該玻璃容器之該內表面上的離散點而言,在該表面區域中之該離散點處,每個構成成分的表面濃度之極值可以大於或等於約70%並且小於或等於約130%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之相同構成成分的表面濃度之極值。
在第八態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有主體,該主體延伸於內表面和外表面之間。該主體可以包括壁部分,該壁部分經由根部部分過渡至底板部分。該主體至少在該主體之該根部部分中還可以包括內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度。該內部區域可以具有持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
在第九態樣中,一種抗脫層的玻璃容器可以包括玻璃物件,該玻璃物件具有主體,該主體延伸於內表面和外表面之間,並且該主體包含壁部分,該壁部分經由根部部分過渡至底板部分。表面區域可以至少延伸於該根部部分之表面各處,並且該表面區域具有從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之厚度的深度。該表面區域可以具有持久表面均質性,使得至少該根部部分為抗脫層的。
一種第十態樣,包括第一至第九態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物具有1000泊溫度,該1000泊溫度係小於或等於約1700
℃。
一種第十一態樣,包括第一至第十態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由可離子交換的玻璃組合物所成型。
一種第十二態樣,包括第一至第十一態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃容器之該具有持久層均質性的內部區域具有厚度TLR,該厚度TLR為至少約100nm。在實施例中,該厚度TLR可以為至少約200nm、至少約350nm或甚至至少約500nm。
一種第十三態樣,包括第一至第十二態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約1.0莫耳%的硼氧化物以及小於或等於約1.0莫耳%的含硼化合物。
一種第十四態樣,包括第一至第十三態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的硼氧化物以及小於或等於約0.3莫耳%的含硼化合物。
一種第十五態樣,包括第一至第十四態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由基本上無硼且無含硼化合物的玻璃組合物所成型。
一種第十六態樣,包括第一至第十五態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的磷氧化物或小於或等於約0.3莫耳%的含磷化合物。
一種第十七態樣,包括第一至第十六態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由基本上無磷且無含磷化合物的玻璃組合物所成型。
一種第十八態樣,包括第一至第十七態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的鋅氧化物或小於或等於約0.5莫耳%的含鋅化合物。
一種第十九態樣,包括第一至第十八態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由基本上無鋅且無含鋅化合物的玻璃組合物所成型。
一種第二十態樣,包括第一至第十九態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的氯、氟、錫氧化物、含錫化合物、含氯化合物或含氟化合物中之每一者。
一種第二十一態樣,包括第一至第二十態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上不含在一溫度下會明顯揮發的物種,在該溫度下該玻璃組合物相應具有在從約200泊至約100千泊範圍中的黏度。
一種第二十二態樣,包括第一至第二十一態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃容器係經離子交換強化。
一種第二十三態樣,包括第一至第二十二態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃容器包含大於或等於約300MPa的壓縮應力及大於或等於約10μm的層深度。
一種第二十四態樣,包括第一至第二十二態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃容器具有ISO標準720之類型HGA2抗水解性或更佳者。
一種第二十五態樣,包括第一至第二十四態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃容器具有ISO標準719之類型HGB2抗水解性或更佳者。
一種第二十六態樣,包括第一至第四及第八至第二十五態樣中任一者之玻璃容器,其中該主體進一步包含表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之該內表面各處,並到達距離該玻璃容器之該內表面從約10nm至約50nm的深度;以及該表面區域具有持久表面均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
一種第二十七態樣,包括第一至第二十六態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃主體具有小於或等於10的脫層因子。
一種第二十八態樣,包括第一至第二十七態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃主體具有小於或等於1的脫層因子。
一種第二十九態樣,包括第一至第四及第八至第二十八態樣中任一者之玻璃容器,其中該主體進一步包含表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之該內表面各處,並到達距離該玻璃容器之該內表面從約10nm至約50nm的深度;以及當該玻璃容器處於初成型狀態時,對於該玻璃容器之該內表面上的離散點而言,在該表面區域中之該離散點
處,該玻璃之每個構成成分的表面濃度之極值係大於或等於約70%並且小於或等於約130%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之相同構成成分的表面濃度之極值。
一種第三十態樣,包括第一至第二十九態樣中任一者之玻璃容器,其中當該玻璃容器處於初成型狀態時,在該內部區域中每個構成成分的層濃度中之極值係大於或等於約90%並且小於或等於約110%的在該玻璃主體之該厚度中點處相同構成成分的整體濃度。
一種第三十一態樣,包括第一至第三十態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含至少一鹼金屬氧化物組分。
一種第三十二態樣,包括第一至第三十一態樣中任一者之玻璃容器,其中該玻璃物件係由玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含至少一鹼土金屬氧化物組分。
一種第三十三態樣,包括第七至第三十二態樣中任一者之玻璃容器,其中該表面區域之深度為至少約10nm。在一些實施例中,該表面區域之深度可以為至少約50nm。
一種第三十四態樣,包括第三十三態樣之玻璃容器,進一步包含內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度,並且該內部區域具有持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
一種第三十五態樣,包括第三十三或第三十四態樣中任一者之玻璃容器,其中當該玻璃容器處於初成型狀態
時,對於該玻璃容器之該內表面上的離散點而言,在該表面區域中之該離散點處,該玻璃之每個構成成分的表面濃度之極值係大於或等於約75%並且小於或等於約125%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之相同構成成分的表面濃度之極值。
在第三十六態樣中,一種形成抗脫層的玻璃容器之方法,包括以下步驟:提供由抗脫層的玻璃組合物所形成的原料;及使該原料成型為玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積,使得該玻璃主體具有內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之厚度,該內部區域具有持久層均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
在第三十七態樣中,一種形成抗脫層的玻璃容器之方法,包括以下步驟:提供由抗脫層的玻璃組合物所形成的原料;以及使該原料成型為玻璃物件,該玻璃物件具有玻璃主體,該玻璃主體延伸於內表面和外表面之間,並且該玻璃主體界定出內部容積,使得該玻璃主體具有表面區域,該表面區域延伸於該主體之整個內表面各處,該表面區域具有深度,該深度從該主體之該內表面延伸進入該主體之厚度,並且該表面區域具有持久表面均質性,使得該主體為抗脫層的。
對於本技術領域中具有通常知識者而言,顯而易見的是在不偏離主張的標的物之精神和範圍下,可以對本文所述的實施例作出各種修改和變化。因此,本說明書旨在涵蓋
本文所述的各種實施例之修改和變化,而且前提是這樣的修改和變化都在所附申請專利範圍及其等同物的範圍內。
100‧‧‧玻璃容器
102‧‧‧玻璃主體
104‧‧‧內表面
106‧‧‧外表面
108‧‧‧內部容積
110‧‧‧壁部分
112‧‧‧底板部分
114‧‧‧根部部分
Claims (80)
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積;一內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,並且該內部區域具有一持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物具有一1000泊溫度,該1000泊溫度係小於或等於約1700℃。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物為可離子交換的。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約100nm。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約200nm。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約350nm。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約500nm。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約1.0莫耳%的含硼化合物。
- 如請求項8所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約1.0莫耳%的硼氧化物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的含硼化合物。
- 如請求項10所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的硼氧化物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上無硼且無含硼化合物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的含磷化合物。
- 如請求項13所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的磷氧化物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上無磷且無含磷化合物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的含鋅化合物。
- 如請求項16所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的鋅氧化物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上無鋅且無含鋅化合物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的氯、氟、含錫化合物、含氯化合物或含氟化合物中之每一者。
- 如請求項19所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的錫氧化物。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上不含在一溫度下會明顯揮發的物種,在該溫度下該玻璃組合物相應具有一黏度,並且該黏度係在一從約200泊至約100千泊的範圍中。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃容器係經離子交換強化。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃容器包含一壓縮應力及一層深度,該壓縮應力係大於或等於約300兆帕(MPa),該層深度係大於或等於約10μm。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃容器具有一ISO標準720之類型HGA2抗水解性或更佳者。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃容器具有一ISO標準719之類型HGB2抗水解性或更佳者。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中:該主體進一步包含一表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之該內表面各處,並到達一距離該玻璃容器之該內表面從約10nm至約50nm的深度;以及該表面區域具有一持久表面均質性,使得該玻璃主體為 抗脫層的。
- 如請求項26所述之玻璃容器,其中該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 如請求項26所述之玻璃容器,其中該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於1。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中:該主體進一步包含一表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之該內表面各處,並到達一距離該玻璃容器之該內表面從約10nm至約50nm的深度;以及當該玻璃容器處於一初成型狀態時,對於該玻璃容器之該內表面上的一離散點而言,在該表面區域中之該離散點處,該玻璃之每個構成成分的一表面濃度之一極值係大於或等於約70%並且小於或等於約130%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之一相同構成成分的表面濃度之極值。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中當該玻璃容器處於一初成型狀態時,在該內部區域中每個構成成分的一層濃度中之一極值係大於或等於約90%並且小於或等於約110%的在該玻璃主體之該厚度中點處一相同構成成分的一整體濃度。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含至少一鹼金屬氧化物組分。
- 如請求項1所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含至少一鹼土金屬氧化物組分。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積,該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積;一內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,並且該內部區域具有一持久層均質性;以及該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件由一可離子交換的玻璃組合物所成型,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積;一內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,並且該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少100nm,其中當該玻璃容器處於一初成型狀態時,在該內部區域中該可離子交換的玻璃組合物之每個構成成分的一層濃度中之一極值係大於或等於約80%並且小於或等於約120%的在該玻璃主體之該厚度之一中點處該玻璃組合物中一相同構成成分的一整體濃度。
- 如請求項35所述之抗脫層的玻璃容器,其中該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積;一表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之一整個內表面各處,並且該表面區域具有一深度,該深度從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之一厚度,該表面區域具有一持久表面均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該表面區域之一深度為至少約10nm。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該表面區域之一深度為至少約50nm。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於1。
- 如請求項37所述之玻璃容器,進一步包含一內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,並且該內部區域具有一持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中當該玻璃容器處於一初成型狀態時,對於該玻璃容器之該內表面上的一離散點而言,在該表面區域中之該離散點處,該玻璃之每個構成成分的一表面濃度之一極值係大於或等於約75%並且小於或等於約125%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之一相同構成成分的表面濃度之極值。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約1.0莫耳%的含硼化合物。
- 如請求項43所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約1.0莫耳%的硼氧化物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的含硼化合物。
- 如請求項45所述之玻璃容器,其中該該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的硼氧化物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上無硼且無含硼化合物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的含磷化合物。
- 如請求項48所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.3莫耳%的磷氧化物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上無磷且無含磷化合物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的含鋅化合物。
- 如請求項51所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的鋅氧化物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上無鋅且無含鋅化合物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的氯、氟、含錫化合物、含氯化合物或含氟化合物中之每一者。
- 如請求項54所述之玻璃容器,其中該玻璃組合物包含小於或等於約0.5莫耳%的錫氧化物。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物基本上不含在一溫度下會明顯揮發的物種,在該溫度下該玻璃組合物相應具有一黏度,並且該黏度係在一從約200泊至約100千泊的範圍中。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃容器係經離子 交換強化。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃物件係由一玻璃組合物所成型,該玻璃組合物係可離子交換的。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃容器包含一壓縮應力及一層深度,該壓縮應力係大於或等於約300MPa,該層深度係大於或等於約10μm。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃容器具有一ISO標準720之類型HGA2抗水解性或更佳者。
- 如請求項37所述之玻璃容器,其中該玻璃容器具有一ISO標準719之類型HGB2抗水解性或更佳者。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積;一表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之一整個內表面各處,並且該表面區域具有一深度,該深度從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之一厚度,該表面區域具有一持久表面均質性;以及該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於 10。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件由一可離子交換的玻璃組合物所成型,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積;一表面區域,該表面區域延伸於該玻璃容器之一整個內表面各處,並到達一距離該玻璃容器之該內表面約10nm的深度,其中當該玻璃容器處於一初成型狀態時,對於該玻璃容器之該內表面上的一離散點而言,在該表面區域中之該離散點處,每個構成成分的一表面濃度之一極值係大於或等於約70%並且小於或等於約130%的在該玻璃容器之該內表面上該表面區域中任意第二離散點處之一相同構成成分的表面濃度之極值。
- 如請求項63所述之玻璃容器,其中該玻璃容器具有一ISO標準720之類型HGA2抗水解性或更佳者。
- 如請求項63所述之玻璃容器,其中該玻璃容器具有一ISO標準719之類型HGB2抗水解性或更佳者。
- 如請求項63所述之玻璃容器,其中該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 一種形成一抗脫層的玻璃容器之方法,包含以下步驟:提供一原料,該原料係由一抗脫層的玻璃組合物所形成;使該原料成型為一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積,使得該玻璃主體具有一內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,該內部區域具有一持久層均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
- 如請求項67所述之方法,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約100nm。
- 如請求項67所述之方法,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約200nm。
- 如請求項67所述之方法,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約350nm。
- 如請求項67所述之方法,其中該內部區域具有一厚度TLR,該厚度TLR為至少約500nm。
- 如請求項67所述之方法,其中該玻璃主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 如請求項67所述之方法,其中使該原料成型,使得該主體進一步包含一表面區域,該表面區域延伸於該主體之一整個內表面各處,並到達一距離該主體之該內表面約10nm的深度,以及該表面區域具有一持久表面均質性,使得該主體為抗脫層的。
- 如請求項67所述之方法,進一步包含以下步驟:離子交換強化該玻璃物件。
- 一種形成一抗脫層的玻璃容器之方法,包含以下步驟:提供一原料,該原料係由一抗脫層的玻璃組合物所形成;使該原料成型為一玻璃物件,該玻璃物件具有一玻璃主體,該玻璃主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該玻璃主體界定一內部容積,使得該玻璃主體具有一表面區域,該表面區域延伸於該主體之一整個內表面各處,該表面區域具有一深度,該深度從該主體之該內表面延伸進入該主體之一厚度,以及該表面區域具有一持久表面均質性,使得該主體為抗脫層的。
- 如請求項75所述之方法,其中該表面區域之一深度為至少約10nm。
- 如請求項75所述之方法,其中該主體具有一脫層因子,該脫層因子係小於或等於10。
- 如請求項75所述之方法,其中使該原料成型,使得該主體進一步包含一內部區域,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,該內部區域具有一持久層均質性,使得該玻璃主體為抗脫層的。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一主體,該主體延伸於一內表面和一外表面之間,該主體包含一壁部分,該壁部分經由一根部部分過渡至一底板部分;及一內部區域,該內部區域至少在該主體之該根部部分中,該內部區域從該主體之該內表面下方約10nm處延伸進入該主體之一厚度,並且該內部區域具有一持久層均質性,使得該主體為抗脫層的。
- 一種抗脫層的玻璃容器,包含:一玻璃物件,該玻璃物件具有一主體,該主體延伸於一內表面和一外表面之間,並且該主體包含一壁部分,該壁部分經由一根部部分過渡至一底板部分;以及一表面區域,該表面區域至少延伸於該根部部分之一表面各處,並且該表面區域具有一深度,該深度從該玻璃容器之該內表面延伸進入該主體之一厚度,該表面區域具有一持久表面均質性,使得至少該根部部分為抗脫層的。
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