玻璃包装材料
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2、辅助原料
澄清剂：高温下自身能气化或分解放出气体，促进排除 玻璃液中气泡的物质； 着色剂：能使玻璃对可见光产生选择性吸收的物质； 脱色剂：出去玻璃原料中的铁、铬等能使玻璃着色的有 害杂质； 助熔剂：能降低玻璃熔融温度，加速熔融的物质； 乳浊剂：使玻璃制品成为乳浊状态的物质。
五、常见玻璃的结构
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第三篇 玻璃包装材料与制品 Glass Packaging
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第一章 绪论 Introduction
常见玻璃包装
一、玻璃的定义
介于晶态和液态之间的一种特殊状态，由熔融体过 冷而得，其内能和构形熵高于相应的晶态，其结构为 短程有序和长程无序。 玻璃是熔融体冷却为固体时，不结晶的无机产物。
A solid, transparent substance made by melting sand with a mixture of soda, potash and lime.
二、特点
1、优点： 透明； 坚硬耐压； 良好的阻隔性能； 耐热、耐腐蚀； 成形和加工方法多样； 原料丰富，价格低廉，且可回收再利用。 2、缺点： 较低的耐冲击性和较高的比重； 熔制时能耗较高。
二、玻璃的导热性
导热系数λ w:
q X w F T
q：单位时间内垂直通过玻璃的热量； X：玻璃厚度； F：与热源方向垂直的玻璃横截面积； ΔT：玻璃两侧表面的温度差。
当玻璃一侧遇急冷或急热时，导热系数越大，热传递越快， 玻璃两侧温差消除越快，玻璃的耐热性能越好！ 导热系数一定时，玻璃厚度越小，传热速率越快，耐热性 越好！
（2）Properties 性质变化： • 化学稳定性降低； • 抗热冲击性能下降； • 硬度和强度降低； • 玻璃的熔融温度降低； • 加工性能提高。
（3）Applications 用途和用量最多的玻璃，制造普通瓶罐、 平板窗玻璃、器皿、照明灯具等
3、硼硅酸盐玻璃(Borosilicate glass)
三、分类
玻璃瓶罐种类繁多，用途广，分类方法也有多种： 按瓶身造型； 按瓶颈形状； 按色泽不同； 按瓶口直径； 按用途不同； 按制造方法不同。
按瓶身造型分为有
肩瓶与无肩瓶、高装
瓶和矮装瓶、圆形瓶、 方形瓶和异形瓶等。
按瓶颈形状分为
有颈瓶与无颈瓶、 长颈瓶和短颈瓶、
粗颈瓶与细颈瓶等。
2、表面状态
表面处理方法： • 水和酸处理，移除表面的碱金属氧化物，形成一定厚度的 高硅氧膜； • 涂膜处理，形成憎水膜。
3、热处理
退火：将已成型的玻璃制品在适当的高温环境下保持一段 时间，以消除玻璃制品内部应力的工艺； 增加玻璃的均匀度，减少表面裂纹，提高化学稳定性。
4、温度和压力的影响
热胀冷缩
课堂讨论
自学第二章第一节的内容（P189-191），讨论并回 答下列问题： 1、哪种结构的玻璃耐热性好？ 2、厚的玻璃耐热性好还是薄的耐热性好？ 3、同种玻璃从热水放入凉水中易碎还是从凉水放入 热水中易碎？
一、玻璃的热膨胀性
1、线膨胀系数和体膨胀系数 线膨胀系数α
1 l l0 l0 T
2、钠钙玻璃(Soda-lime glass)
（1）Structure 钠钙玻璃：石英玻璃 中引入金属氧化物， 如Na2O, CaO等。
[SiO4]四面体网络中部分 桥梁断裂，“桥氧” “非桥氧”，金属离子处 于网络的孔穴中，平衡氧 离子的电荷。
结构变化： • 硅氧四面体网络失去完整性和对称性；
按色泽不同分为无色
透明瓶、半透明乳白瓶、
绿色瓶、茶色瓶及不透 明的色瓶等。
按瓶口直径分小口瓶、广口瓶两类。一般瓶口
直径与瓶身内径之比小于1/2的称为小口瓶，大 于1/2的称广（大、粗径）瓶。
按制造方法分 模制瓶：直接用模具成 型（压制、吹制），上 述大部分玻璃容器均是 模制瓶； 管制瓶：用预制的玻璃 管二次加工成型。
按用途不同分为： 食品用途（包括汽水瓶、奶粉瓶、罐头瓶、酱油瓶等）； 酒瓶（如啤酒瓶、汽酒瓶、白酒瓶等），其中啤酒瓶和汽 酒瓶要求能承受5～15个大气压，瓶型以圆形瓶为主； 医药用瓶，根据药物形态不同，又有水剂、粉剂瓶、内服 与外用瓶，以及肩瓶与小型瓶、管状瓶等，安瓿也是一种 医药用瓶； 化学试剂用瓶，有棕色或透明罗口大口瓶，广口细口瓶等； 化妆品用瓶，如花露水、香水、雪花膏、珍珠霜瓶； 文具用瓶，如墨水瓶、浆糊瓶、胶水瓶等。
3、碱
OH-破坏硅氧骨架，造成硅氧键断裂，从而使网络破坏； 玻璃不宜作为碱性化合物的包装容器！
4、环境与湿度 风化：玻璃在某些气体和湿度较大的环境受侵蚀的 现象，水汽、CO2、SO2等对玻璃的总和。
二、影响玻璃化学稳定性的因素
1、化学组成
硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要决定于硅氧和碱金属 氧化物的含量。
三、热冲击强度
玻璃受急冷或急热作用时在玻璃瓶壁上产生拉应力和压应力， 超过玻璃的抗拉或抗压强度时，玻璃破裂，称为热冲击破裂
Moody研究得出： 玻璃容器一侧因急冷产生的拉应力相当于另一侧受热后产 生的压应力的2倍（两侧温差相同），因此，玻璃瓶承受降温 的能力仅为升温时的1/2。 热膨胀系数和导热系数一定时，瓶壁越薄，遇温度变化时 产生的应力越小。
按照玻璃制造过程中的作用和用量，玻璃原料分 为: 1、主要原料：系指往玻璃中引入各种氧化物的原料， 对玻璃的结构和物理、化学性质起主要作用。 2、辅助原料：是指使玻璃获得某些必要的性质和加 速熔制过程的原料。
四、玻璃的原料
1、主要原料
按玻璃组成氧化物在玻璃结构中的作用，可分为：
玻璃形成体氧化物: 本身可以单独形成玻璃的氧化物（网络形 成体），包括硅砂（SiO2）、硼砂（B2O3） 和磷酸盐（P2O5）等。
课堂讨论
自学第一章的内容，讨论并回答下列问题： 1、玻璃的主要原料可以分为哪几类？每类有哪些？ 在玻璃中各起什么作用？ 2、玻璃的辅助原料有哪些？各有何作用？ 3、根据结构不同，玻璃有哪些种类？其结构决定了 它们在性能有何差异？ 4、包装中常用的玻璃有哪些？各有何性质和用途？ 5、包装中的各种玻璃瓶如何选用？
3、热性能与线膨胀系数的关系
T 1150 10
-6
例：石英玻璃α=5.410-7 K-1 (20-300℃)， ΔT = 2129 ℃ 钠钙玻璃α=110-5 K-1 (20-300℃) ， ΔT = 115 ℃
α越小，玻璃耐温度变化性能越好！
Δα<310-7K-1时，两种玻璃才能互熔或互接！
中间体氧化物: 在一定条件下可成为玻璃形成体（进入结构 网络）的氧化物，包括长石等（Al2O3），斜 锆石和锆石英（ZrO2SiO2） 网络外体氧化物: 本身不能单独形成玻璃但能改变玻璃性质 （或结构）的氧化物
一般玻璃瓶罐的化学组成范围为： SiO2：66～75% Na2O：12～16% MgO：0.1～5.0% BaO：0～4.5% Al2O3： 0.7～7.0% K2O：0.1～4.0% CaO：6～12%
（1）Structure and properties
[BO4]四面体，与 [SiO4]四面体连接 密度 热膨胀系数 抗热冲击强度 化学稳定性 机械强度 [BO3]三角平面结 构，分相 密度 热膨胀系数 抗热冲击强度 化学稳定性 机械强度
Na2O/B2O3 摩尔比
（2）Applications
玻璃仪器、医用器皿、烤箱容器等
l0：原长度，cm； l：温度变化后的长度，cm； ΔT：温度差，K。
体膨胀系数β
1 V V0 V0 T
V0：原体积，cm； V：温度变化后的体积，cm； ΔT：温度差，K。
线膨胀系数α与体膨胀系数间β 的关系
3
2、热膨胀系数的影响因素 化学组成； 所处温度范围：T < Tg，玻璃为固体，α近似为常 数； 退火和淬火处理。
2、影响强度的因素
缺陷：气泡、微不均匀区和杂质等； 表面裂纹； 组成： • 抗张强度：CaO＞B2O3＞Al2O3 ＞ PbO ＞K2O ＞Na2O; • 耐压强度： Al2O3 ＞ SiO2 ＞ MgO ＞ ZnO＞B2O3 ＞ Fe2O3 ＞BaO、CaO、 PbO; 温度和周围介质 • T ，强度 ； • 湿空气或水中，强度 。
二、玻璃瓶罐的强度指标（Strength index of glass containers）
1、抗冲强度
接触应力； 弯曲应力； 剪切应力：引起瓶破裂的主要应力。
影响因素
壁厚 ，抗冲强度 ； 抗冲击强度与瓶径成正比，因此瓶颈和瓶口抗冲击强度弱。
2、内压强度
与玻璃原料、生产工艺，壁厚、瓶形、表面状态有关 • 壁越薄，耐内压强度越差； • 瓶形越复杂，耐内压强度越差。
1、石英玻璃（Fused quartz）与石英晶体 (Quartz crystals)
（1）Structure
相同处：均由单一的 二氧化硅组成，且都以 硅氧四面体[SiO4]为结 构单元存在 “桥氧”：连接相邻的 硅原子
不同处：
[SiO4]排列规则有序
近程有序，远程无序
（2）Properties 优良的光学性能； 耐酸、耐高温、耐热震，热膨胀系数小； 电学性能极佳； 耐宇宙放射线，不透原子核裂变产物。 （3）Applications 用于制作半导体、电光源器、激光器、光学仪器、 实验室仪器、电学设备、医疗设备等。
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第二节 玻璃的力学性能 Tensile Properties of Glass
一、玻璃的强度（Strength）
机械强度：玻璃抵抗机械破坏的能力，用抗压、耐 压、抗弯、抗冲击强度等指标表示。 1、理论强度与实际强度
玻璃的理论强度可以由格里菲斯公式计算：
2 Ea/l
