Vrste staklenih boca
Postoje mnoge vrste stakla za boce i postoje mnoge metode klasifikacije.
(1) Prema obliku razlikuju se boce okrugle, ovalne, četvrtaste, pravokutne, ravne i boce posebnog oblika (drugi oblici), među kojima su najčešće okrugle.
(2) Prema veličini grla boce, postoje boce sa širokim grlom, malim grlom i grlom za prskanje. Boce s unutarnjim promjerom manjim od 30 mm nazivaju se boce s malim grlom, koje se često koriste za držanje raznih tekućina. Boce s unutarnjim promjerom većim od 30 mm i bez ili s malo rubova nazivaju se boce sa širokim grlom, koje se često koriste za držanje polutekućina, praha ili blokova.
(3) Prema načinu kalupljenja razlikuju se lijevane boce i tubaste boce. Oblikovane boce izrađuju se izravno od staklene tekućine u kalupu; cjevaste boce izrađuju se tako da se staklena tekućina najprije uvuče u staklenu cijev, a potom preradi u oblik (bočice za penicilin malog volumena, bočice za tablete i sl.).
(4) Boce prema boji razlikuju se bezbojne, obojene i opalescentne. Većina staklenih boca je prozirna i bezbojna, što može zadržati normalnu sliku sadržaja. Zelene boce obično se koriste za držanje pića; smeđe boce služe za držanje lijekova ili piva. Oni mogu apsorbirati ultraljubičaste zrake, što je korisno za očuvanje sadržaja. Sjedinjene Američke Države propisuju da prosječna debljina stijenke boca i staklenki od obojenog stakla treba smanjiti propusnost svjetlosnih valova valne duljine od 290~450 nm manje od 10%. Nekoliko kozmetičkih proizvoda, krema za nestajanje i masti pohranjeno je u bocama i staklenkama od opalescentnog stakla. Osim toga, postoje staklene boce u boji kao što su jantarna, svijetlo cijan, plava, crvena i crna.
(5) Prema namjeni postoje boce za pivo, boce za bijelo vino, boce za piće, boce za kozmetiku, boce za začine, boce za tablete, boce za limenke, boce za infuziju i edukativne boce.
(6) Prema zahtjevima za upotrebu boca i staklenki, postoje boce i staklenke za jednokratnu upotrebu i boce i staklenke za recikliranje. Jednokratne boce i staklenke koriste se jednom i zatim se bacaju; reciklirane boce i staklenke mogu se reciklirati više puta i koristiti naizmjenično.
Gornja klasifikacija nije vrlo stroga. Ponekad se ista boca često može svrstati u nekoliko tipova, a prema razvoju funkcija i namjena staklenih boca i staklenki, raznolikost će se povećavati iz dana u dan.
Izvedba stakla za boce
Različiti proizvodi od stakla imaju različite zahtjeve za performanse stakla zbog različitih područja primjene i funkcija. Postoje mnoge vrste stakla za boce i širok raspon primjena. Za proizvode od stakla za boce, glavni zahtjevi za performanse uključuju mehanička svojstva, kemijska svojstva, toplinska svojstva, optička svojstva, površinska svojstva i druge zahtjeve.
Mehanička svojstva stakla za boce
(1) Staklo za boce treba imati određenu mehaničku čvrstoću Staklo za boce bit će izloženo različitim naprezanjima zbog različitih uvjeta uporabe. Općenito, može se podijeliti na čvrstoću unutarnjeg pritiska, otpornost na toplinski udar, čvrstoću na mehanički udar, čvrstoću prevrtanja boce, čvrstoću okomitog opterećenja itd. Međutim, iz perspektive izazivanja loma staklenih boca, izravni uzrok je gotovo uvijek mehanički udar, posebno kada se staklene boce više puta izgrebu i udare tijekom transporta i punjenja. Stoga bi staklene boce trebale biti u stanju izdržati opća unutarnja i vanjska naprezanja, vibracije i udarce do kojih dolazi tijekom punjenja, skladištenja i transporta. Čvrstoća stakla za boce neznatno se razlikuje ovisno o tome radi li se o boci punjenoj plinom ili boci koja nije punjena plinom, boci za jednokratnu upotrebu ili recikliranoj boci, ali mora biti sigurna za upotrebu i ne smije prsnuti. Ne samo da treba provjeriti otpornost na pritisak prije izlaska iz tvornice, već treba razmotriti i problem smanjenja čvrstoće recikliranih boca tijekom recikliranja. Prema stranim podacima, nakon 5 uporaba, snaga se smanjuje za 40% (samo 60% izvorne snage); nakon 10 korištenja snaga se smanjuje za 50%. Stoga je pri projektiranju oblika boce potrebno voditi računa o tome da čvrstoća stakla ima dovoljan sigurnosni faktor kako bi se izbjeglo "eksplodiranje" boce i ozljeđivanje ljudi.
(2) Čimbenici koji utječu na mehaničku čvrstoću stakla boce Neravnomjerno raspoređeno zaostalo naprezanje u staklu boce uvelike smanjuje čvrstoću. Unutarnje naprezanje u staklenim proizvodima uglavnom se odnosi na toplinsko naprezanje, a njegovo postojanje dovest će do smanjene mehaničke čvrstoće i slabe toplinske stabilnosti staklenih proizvoda.
Makro i mikro nedostaci u staklu, kao što su kamenčići, mjehurići, pruge itd., često uzrokuju unutarnje naprezanje zbog nedosljednog sastava s glavnim sastavom stakla i različitih koeficijenata širenja, uzrokujući na taj način pukotine, koje ozbiljno utječu na čvrstoću staklenih proizvoda.
Osim toga, ogrebotine i istrošenost staklene površine imaju veliki utjecaj na čvrstoću proizvoda. Što su ožiljci veći i oštriji, to je značajnije smanjenje snage. Pukotine nastale na površini stakla boce uglavnom su uzrokovane ogrebotinama na staklenoj površini, posebno površinskim ogrebotinama između stakla i stakla. Za staklo za boce koje mora izdržati visoki pritisak, kao što su boce piva i boce soda, smanjenje čvrstoće uzrokovat će pucanje proizvoda tijekom obrade i upotrebe, tako da sudaranje, habanje i trošenje trebaju biti strogo zabranjeni tijekom transporta i punjenja.
Debljina stijenke boce izravno je povezana s mehaničkom čvrstoćom boce i njezinom sposobnošću da izdrži unutarnji pritisak. Ako je omjer debljine stjenke boce prevelik i ako je debljina stjenke boce neujednačena, stjenka boce će imati slabe veze, što će utjecati na otpornost na udarce i otpornost na unutarnji pritisak. Nacionalni standard GB4544-1996 "Boca piva" strogo propisuje da je omjer debljine stijenke boce<2:1. The optimal annealing temperature, insulation time and cooling time are different for different bottle wall thicknesses. Therefore, in order to avoid deformation or incomplete annealing of the product and ensure the quality of the bottle, the thickness ratio of the bottle wall should be strictly controlled.
Toplinska svojstva stakla za boce
Tijekom procesa dezinfekcije i sterilizacije staklo boca mora izdržati drastične promjene temperature. Kada vlačno naprezanje premaši čvrstoću stakla, ono će se slomiti. Stoga toplinska stabilnost stakla za boce mora ispunjavati zahtjeve, imati određeni stupanj otpornosti na toplinski udar i biti u stanju izdržati procese zagrijavanja i hlađenja kao što su pranje i sterilizacija.
Glavni čimbenici koji utječu na toplinsku stabilnost stakla za boce su sljedeći.
Koeficijent linearnog rastezanja a stakla se jako mijenja s promjenom sastava, pa koeficijent linearnog rastezanja ima odlučujuće značenje za toplinsku stabilnost stakla. Što je manji koeficijent toplinskog rastezanja stakla, to je njegova toplinska stabilnost bolja, a uzorak može podnijeti višu temperaturu i obrnuto. Stoga svaka komponenta koja može smanjiti koeficijent toplinske ekspanzije stakla može poboljšati toplinsku stabilnost stakla, kao što su SiO2, B2O3, Al2 03, ZrO2, ZnO, Mg0, itd. Alkalijski metalni oksid R20 može povećati koeficijent toplinskog širenja stakla, tako da staklo koje sadrži veliku količinu oksida alkalnih metala ima lošu toplinsku stabilnost.
Toplinska stabilnost stakla također je povezana s debljinom proizvoda. Što je stjenka staklenog proizvoda deblja, to može izdržati manju iznenadnu temperaturnu razliku. Kada je podvrgnuto toplinskom udaru, na površini stakla stvara se tlačno naprezanje, dok se pri brzom hlađenju stvara vlačno naprezanje na površini stakla. Tlačna čvrstoća stakla je 10 puta veća od vlačne čvrstoće. Stoga se kod mjerenja toplinske stabilnosti stakla pokus obično provodi u uvjetima brzog hlađenja.
Kaljenje može povećati toplinsku stabilnost stakla za 1,5 do 2 puta. To je zato što nakon kaljenja površina stakla ima ravnomjerno raspoređeno tlačno naprezanje, koje može neutralizirati vlačno naprezanje koje nastaje na površini proizvoda kada se brzo ohladi.
Kemijska svojstva stakla za boce
Stakleni proizvodi su tijekom uporabe podložni koroziji od vode, kiseline, lužine, soli, plina i raznih kemijskih reagensa i tekućih lijekova. Sposobnost stakla da se odupre ovoj koroziji naziva se kemijska stabilnost stakla. Razne staklene boce i limenke općenito se koriste u svakodnevnom životu ljudi. Za boce i limenke koje sadrže vino, pića i hranu, one moraju imati određenu kemijsku stabilnost, posebno za boce s fiziološkom otopinom i boce s ampulama koje se koriste u medicini. Zahtjevi za kemijsku stabilnost su veći, inače će se komponente u staklu otopiti u tekućem lijeku, pa će doći i do ljuštenja, uzrokujući određenu štetu ljudskom tijelu.
S formuliranjem standarda ocjenjivanja zelenih proizvoda i poboljšanjem tehnologije testiranja, otkrivanje štetnih tvari u staklu boca postalo je sve strože, posebice EU često koristi zelene barijere za ograničavanje izvoza kineskih proizvoda, utječući na ulazak proizvoda na međunarodno tržište. U tu su svrhu Opća uprava za nadzor kvalitete, inspekciju i karantenu i Državna uprava za standardizaciju dodale dopuštene granične vrijednosti arsena i antimona na temelju dopuštenih graničnih vrijednosti olova i kadmija u IS-u{{0} }:2000 "Proizvodi od šupljeg stakla u dodiru s hranom--dopuštene granične vrijednosti otapanja olova i kadmija" prema situaciji u Kini (Tablica 2-1).
Čimbenici koji utječu na kemijsku stabilnost stakla su sljedeći.
① The water resistance and acid resistance of silicate glass are mainly determined by the content of silicon oxide and alkali metal oxide. The higher the silicon dioxide content, the greater the degree of interconnection between silicon oxide tetrahedrons, and the higher the chemical stability of the glass. As the content of alkali metal oxide increases, the chemical stability of the glass decreases. And as the radius of the alkali metal ion increases and the bond strength weakens, its chemical stability generally decreases, that is, water resistance Li+>Na+>K+.
② Kada dva oksida alkalijskog metala postoje u staklu u isto vrijeme, kemijska stabilnost stakla doseže ekstremnu vrijednost zbog "mješovitog alkalijskog učinka", a taj je učinak očitiji u olovnom staklu.
③ Kada zemnoalkalijski metali ili drugi dvovalentni metalni oksidi zamijene silicij i kisik u silikatnom staklu, kemijska stabilnost stakla također će se smanjiti. Međutim, učinak smanjenja stabilnosti je slabiji od učinka oksida alkalijskih metala. Među dvovalentnim oksidima najjači učinak na smanjenje kemijske stabilnosti imaju BaO i PbO, a slijede ih MgO i CaO.
④ U osnovnom staklu kemijskog sastava 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 ili RO2), nakon zamjene dijela Na2O oksidima kao što su CaO, MgO, AlO3, TiO2, ZrOz i BaO u nizu, redoslijed vodootpornosti i otpornosti na kiseline je sljedeći.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>BaO.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>BaO.
Među sastavima stakla, ZrO₂ ima najbolju otpornost na vodu i kiseline, kao i najbolju otpornost na lužine, ali se teško topi. BaO nije dobar u oba slučaja.
Među trovalentnim oksidima, aluminijev oksid i borov oksid također će imati fenomen "anomalije bora" u smislu kemijske stabilnosti stakla.
U natrijevo-vapnenom silikatnom staklu xNa2O·yCaO·zSiO2, ako je sadržaj oksida u odnosu (2-1), može se dobiti prilično stabilno staklo.
Ukratko, bilo koji oksid koji može ojačati mrežu strukture stakla i učiniti strukturu potpunom i gustom može poboljšati kemijsku stabilnost stakla; inače će smanjiti kemijsku stabilnost stakla.
Optička svojstva stakla za boce
Staklo boce može učinkovito odrezati ultraljubičaste zrake i spriječiti propadanje sadržaja. Na primjer, pivo će proizvesti miris nakon što se izloži svjetlosti valne duljine ispod 550 nm (plava svjetlost ili zelena svjetlost), što je takozvani miris sunčeve svjetlosti. Kvaliteta hrane poput vina i umaka također će biti oštećena nakon izlaganja ultraljubičastim zrakama ispod 250 nm. Njemački znanstvenici su predložili da fotokemijski učinak vidljive svjetlosti postupno slabi od zelene svjetlosti do dugih valova i završava na oko 520 nm. Drugim riječima, 520 nm je kritična valna duljina. Svjetlo kraće od ove valne duljine imat će fotokemijski učinak na sadržaj boce, uzrokujući oštećenje piva. Stoga je potrebno da staklo za boce apsorbira svjetlost ispod 520 nm, a smeđe boce imaju najbolji učinak.
Kada je mlijeko izloženo svjetlu, proizvodi "blag miris" i "miris" zbog stvaranja peroksida i naknadnih reakcija. Vitamin C i askorbinska kiselina također su smanjeni. Vitamin A, vitamin B2 i vitamin D također imaju slične situacije. Ako se sastavu stakla doda komponenta koja apsorbira ultraljubičaste zrake, ali slabo utječe na boju, može se izbjeći utjecaj svjetlosti na kvalitetu mlijeka.
Za boce i limenke koje sadrže lijekove potrebno je staklo debljine 2 mm za apsorbiranje 98% valne duljine od 410 nm i propuštanje 72% na 700 nm, što može spriječiti fotokemijske reakcije i promatrati sadržaj bočice.
Osim kvarcnog stakla, većina običnog soda-lime-silica stakla može filtrirati većinu ultraljubičastih zraka. Soda-lime-silica staklo ne može propuštati ultraljubičasto svjetlo (200~360nm), ali može propuštati vidljivo svjetlo (360~1000nm), što znači da obično soda-lime-silica staklo može apsorbirati većinu ultraljubičastih zraka.
Kako bi se zadovoljili zahtjevi potrošača za prozirnošću staklenih boca i limenki, najbolje je učiniti da staklo boce apsorbira ultraljubičaste zrake, a da ne potamni. Dodavanje CeO2 u sastav može zadovoljiti ovaj zahtjev. Cerij može postojati u dva oblika, Ce3+ ili Ce4+, a oba iona proizvode jaku ultraljubičastu apsorpciju. Japanski patenti navode da sastav stakla sadrži 0.01%~1.0% vanadijevog oksida i 0.05%~0,5% cerijevog oksida. Kada se izloži ultraljubičastom svjetlu, dolazi do sljedeće reakcije:
Ce3++V3+-Ce4++V2+
Kako se vrijeme izlaganja povećava, doza ultraljubičastog zračenja se povećava, omjer V2+ se povećava, a boja stakla postaje dublja. Na primjer, sake se lako pokvari kada je izložen ultraljubičastom svjetlu, a korištenje staklenih boca u boji utječe na prozirnost, što otežava promatranje sadržaja. Kada se dodaju CeO2 i V203, staklo je bezbojno i prozirno kada je vrijeme skladištenja kratko i doza ultraljubičastog zračenja mala, ali kada je vrijeme skladištenja dugo i doza ultraljubičastog zračenja prevelika, staklo mijenja boju. Po dubini promjene boje može se procijeniti duljina vremena skladištenja.