第5章 玻璃包装材料 包装材料学课件 包装工程专用.pptVIP

第五章 玻璃包装材料 一 玻璃的组成 1. 玻璃的化学组成 所谓玻璃的化学组成，指该玻璃由何种氧化物和其他辅助原料所组成。 2. 玻璃的组成氧化物 按玻璃组成氧化物在玻璃结构中的作用，可分为玻璃形成氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物三大类。 1）玻璃形成氧化物 玻璃形成氧化物为二氧化硅（SiO2）和氧化硼（B2O3）。 ① 二氧化硅（SiO2） 单独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体结构单元形成结构网络。 作用：降低玻璃的热膨胀系数、密度，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、粘度、机械强度等；但含量高，需要较高的熔融温度。一般瓶罐玻璃二氧化硅含量约为73%左右。 一 玻璃的组成 ② 氧化硼（B2O3） 氧化硼也可以单独形成玻璃，它以硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构单元。在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络。 作用： 能降低玻璃的热膨胀系数（硼的加入量应适当，过量时玻璃的热膨胀系数等反而增大，热稳定性差）； 提高玻璃的化学稳定性和热稳定性； 改善玻璃的光泽、提高玻璃的机械强度； 一 玻璃的组成 少量的氧化硼有助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻璃的结晶能力。 2）中间体氧化物 中间体氧化物自身不能形成玻璃，但可以连接二氧化硅（玻璃）链使其保持玻璃态。它既是玻璃网络结构的一部分，又可以改进结构内部的位置。 中间体氧化物主要有氧化铝（Al2O3），氧化铅（PbO），氧化锌（ZnO）等。 用量不宜过多，要适当。 一 玻璃的组成 作用： 降低玻璃的热膨胀系数； 提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、机械强度和粘度； 3）网络外体氧化物—改性剂 网络外体氧化物不参加玻璃的结构网络，居于网络之外，但能促使玻璃网络破裂而改变玻璃的性质。 主要有：氧化锂（Li2O）、氧化钠（Na2O）、氧化钾（K2O）、氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、氧化钡（BaO）等。 作用：降低熔点和简化工艺。 一 玻璃的组成 一般玻璃瓶罐的化学组成范围为： SiO2：66～75% Al2O3 0.7～7.0% Na2O：12～16% K2O：0.1～4.0% MgO：0.1～5.0% CaO：6～12% BaO：0～4.5% 二、玻璃的结构 结构最简单的石英玻璃。石英是由二氧化硅组成的，它以两种结构状态，晶体与玻璃，从几个原子间距的近距离观察，石英晶体与石英玻璃的基本结构单元都是由硅氧四面体[SiO4]构成的，即每个硅原子被4个氧原子包围组成四面体，各四面体之间通过顶角相连接，形成向3度空间发展的网络结构石英晶体中的硅氧排列得非常规则有序，即不论从“短程”还是从“长程”来看，都有很好的重复性和周期性。而在石英玻璃中，硅氧排列的规律性只在几个原子间距的“短程”内保持着，从较大的范围看，没有可重复的周期性，是短程有序，长程无序 石英晶体和石英玻璃中原子的排列 Na2O-CaO-SiO2系玻璃的结构 引入了金属氧化物，改变了石英玻璃中单一的化学组成和Si／O的比例，使原来互相连接的[SiO4]四面体网络断裂，“桥氧”变为“非桥氧”，只与1个硅离于相连，引入的Na+、Ca2+离子在非桥氧附近，处于断裂网络形成的空隙中，以平衡氧离子的负电荷。 Na2O、CaO等氧化物的加入，改变了原来的四面体网络，引起玻璃的许多性质改变，如降低了玻璃的熔制温度和粘度，降低了硬度和强度，降低了化学稳定性，增大了热膨胀系数，从而导致抗热冲击性能下降 玻璃的熔制过程 1．玻璃的熔制过程，大致分为五个阶段；硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化和冷却。 ①硅酸盐形成。配合料中的各组分在加热中经过一系列的物理和化学变化，配合料变成了由硅酸盐和SiO2组成的不透明烧结物。对于普通的硅酸盐玻璃，这一阶段约在800～900℃时基本结束。 ②玻璃的形成。烧结物继续加热时即开始熔融。易熔的低共熔混合物首先开始熔化，原先形成的硅酸盐与SiO2相互扩散与熔解。 玻璃的熔制过程 这一阶段结束时，烧结物变成了透明体，再没有未起反应的配合料颗粒。但此时的玻璃带有大量的气泡、条纹，在玻璃液的化学成分上是不均匀的。对于普通的瓶罐玻璃—一钠钙玻璃而言，此阶段于1200℃左右结束。 ③玻璃液的澄清。玻璃液继续加热，其粘度进一步降低，并放出玻璃中的气体，到可见气泡基本排除。对通常的钠钙玻璃而言，其澄清温度为1400～1500℃，粘度为100泊。 玻璃的熔制过程 ④玻璃的均化。当玻璃液长