第八章玻璃包裝材料概述一玻璃的組成二玻璃的性能三玻璃瓶罐的強度要求概述玻璃在包裝工業(yè)中，主要是制成玻璃瓶罐等制品。由于玻璃瓶罐具有保證食物飲料純度和衛(wèi)生、透明、美觀、良好的化學穩(wěn)定性、不透氣、易于密封、造型靈活、可多次周轉使用，多彩晶瑩的裝飾效果、原料豐富、價格低廉等一系列優(yōu)點，成為食品、醫(yī)藥、化學工業(yè)廣泛采用的包裝材料。一玻璃的組成

1.玻璃的化學組成所謂玻璃的化學組成，指該玻璃由何種氧化物和其他輔助原料所組成。

2.玻璃的組成氧化物按玻璃組成氧化物在玻璃結構中的作用，可分為玻璃形成氧化物、中間體氧化物和網絡外體氧化物三大類。

1）玻璃形成氧化物

玻璃形成氧化物為二氧化硅（SiO2）和氧化硼（B2O3）。

①二氧化硅（SiO2）單獨的二氧化硅可以形成石英玻璃，在一般玻璃中，二氧化硅以硅氧四面體結構單元形成結構網絡。

（a）硅氧四面體示意圖（b）硅氧四面體模型的照片。淺色圓點原子表示未被其他離子或分子連接的不飽和氧二氧化硅二維網絡結構示意圖（a）晶體（b）低序玻璃結構二氧化硅作用：

降低玻璃的熱膨脹系數、密度，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、粘度、機械強度等；但含量高，需要較高的熔融溫度。一般瓶罐玻璃二氧化硅含量約為73%左右。②氧化硼（B2O3）氧化硼也可以單獨形成玻璃，它以硼氧三角體[BO3]和硼氧四面體[BO4]為結構單元。在硼硅酸鹽玻璃中與硅氧四面體共同組成結構網絡。作用：能降低玻璃的熱膨脹系數（硼的加入量應適當，過量時玻璃的熱膨脹系數等反而增大，熱穩(wěn)定性差）；提高玻璃的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；改善玻璃的光澤、提高玻璃的機械強度；少量的氧化硼有助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻璃的結晶能力。2）中間體氧化物

中間體氧化物自身不能形成玻璃，但可以連接二氧化硅（玻璃）鏈使其保持玻璃態(tài)。它既是玻璃網絡結構的一部分，又可以改進結構內部的位置。中間體氧化物主要有氧化鋁（Al2O3），氧化鉛（PbO），氧化鋅（ZnO）等。

作為中間體氧化物的氧化鉛，其離子既出現于網絡上（如Pb

），作為改性劑也出現于網絡內部（如Pb

）2++中間體氧化物作用：降低玻璃的熱膨脹系數；提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、機械強度和粘度；用量不宜過多，要適當。3）網絡外體氧化物—改性劑網絡外體氧化物不參加玻璃的結構網絡，居于網絡之外，但能促使玻璃網絡破裂而改變玻璃的性質。主要有：氧化鋰（Li2O）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）、氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）、氧化鋇（BaO）等。作用：降低熔點和簡化工藝。

改性劑（Na+）對二氧化硅玻璃網絡結構的影響下表列出了幾種商業(yè)玻璃的組成。

下表列出了幾種瓶罐玻璃的組成。

二玻璃的性能1.化學穩(wěn)定性玻璃具有較高的化學穩(wěn)定性，只有氫氟酸除外，其他酸都不能使玻璃發(fā)生腐蝕。玻璃對堿抗力較差。高溫受熱，水也可以侵蝕玻璃，加壓可使腐蝕加劇。如硅酸鹽類玻璃長期受水汽作用，能水解生成堿和硅酸。

Na2O·2SiO2+(n+1)H2O→2NaOH+2SiO2·nH2O玻璃中氧化物耐水侵蝕的順序為：

ZrO＞Al2O3＞SnO＞ZnO＞PbO＞MgO＞CaO＞Li2O＞K2O＞Na2O2.強度和硬度1）強度：玻璃的強度決定于化學組成、制品形狀、表面性質和加工方法。玻璃的理論強度很高，約為10000MPa，而實際強度為理論強度的1%以下。原因：

①玻璃制品內存在未熔夾雜物、結石、節(jié)瘤；

②表面具有微細裂紋，造成應力集中，從而急劇降低其機械強度。2）硬度：玻璃的硬度取決于其組成成分。玻璃的硬度比較大，用普通的刀、鋸等不能切割。

各種氧化物對硬度的影響是：

SiO2＞B2O3＞（MgO、ZnO、BaO）＞Al2O3

＞Fe2O3＞K2O＞Na2O＞PbO3.不滲透性

對于所有的氣體、溶液或溶劑，玻璃是完全不滲透的。經常把玻璃作為氣體的理想包裝材料。玻璃作為包裝容器，其氣密性能是無與倫比的。4.玻璃的熱性能玻璃的導熱性很小，導熱系數一般為0.004～0.012J/(cm·s·℃)。所以一般玻璃不耐溫度急劇變化。玻璃的熱膨脹系數較小，一般在5.8×10-7～150×10-7之間。玻璃的熱膨脹性決定于化學組成及其純度，純度越高熱膨脹系數越小。5.玻璃的光學性質

玻璃既能透過光線，還有反射光線和吸收光線的能力，所以厚玻璃和重疊多層的玻璃，往往是不易透光的。玻璃對光線的吸收能力隨著化學組成和顏色而異。無色玻璃可透過各種顏色的光線。各種顏色的玻璃能透過同色光線而吸收其它顏色的光線。三玻璃瓶罐的強度要求

1.內壓強度我國規(guī)定，充氣酒瓶內壓強度不低于1.0MPa，不充氣酒瓶不低于0.5MPa，啤酒瓶大于1.2MPa。

內壓強度與瓶罐形狀有關，形狀越復雜，內壓強度越低。若圓形截面的瓶子的內壓強度為1的話，則長短軸為2：1的橢圓形截面瓶子的內壓強度僅為0.5，正方形截面的瓶子內壓強度僅有0.1～0.25。圓柱形瓶子其瓶表面應力S與受內壓力的關系為：式中S—瓶子表面圓周方向應力；

P—瓶內壓力，MPa；

D—瓶體直徑，cm；

t—瓶壁厚度，cm；由上式可知，壁厚對瓶表面應力有一定的影響。2.熱沖擊強度

溫度變化時，玻璃瓶所受張應力大致可用下式計算：

式中：S為張應力，kg/cm；

ΔT為溫差，℃；

t為瓶壁厚，cm。由上式可知，壁厚越大，其受急冷急熱時產生的張應力越大，因而也越易破碎，其熱沖擊強度就越低。23.機械沖擊強度

在玻璃瓶生產中，一般采用適當地增加瓶子壁厚的方法來提高機械沖擊強度。4.