包装材料学-c3解析
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第三编 玻璃包装材料 和容器
1
第一章 概述
2
第一节 玻璃的原料
一、玻璃的定义和分类 1. 定义
熔融体冷却为固体时，不结晶的无机产物。 广义是指物质的一种物理化学状态。介于晶态和液 态之间的一种特殊状态，由有熔融体过冷而得，其结构为短 程有序、长程无序。
3
2. 组成与分类 （1）组成
主要是氧化物玻璃，由各种氧化物组成。 玻璃形成体氧化物：可以单独形成玻璃。如SiO2，B2O3， P2O5等。 改变体（网络体外）氧化物：不能单独形成玻璃，但可以 改变玻璃的性质。主要是碱金属氧化物和碱土金属氧化物，如Na2O， K2O，CaO等。 中间体氧化物：在一定条件下可以形成玻璃。如Al2O3， ZnO，PbO等。
18
（3） 含铅氧化物原料 Pb3O4 ——铅丹 PbO——密陀僧 作用 是光学玻璃、器皿玻璃的重要成分，能增加玻璃的比重和折射率。 使玻璃具有特殊的光泽，并对放射线有很大的遮蔽作用。 可降低玻璃熔体的黏度，具有在较低温度下加工的特点，含铅玻 璃硬度较小，便于研磨和抛光。
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（4）碎玻璃 经常加入25-30%的碎玻璃。
还有助熔剂的作用。
10
（3）引入P2O5的原料 引入P2O5的原料为：磷酸盐 常用磷酸盐主要有：磷酸铝、磷酸钠、磷酸二氢铵、磷酸钙等。
作用 制造光学玻璃和透紫外线玻璃，也用于制造乳浊玻璃。
11
2.玻璃中间体氧化物原料 （1）引入Al2O3的原料 引入Al2O3的原料有：
长石、粘土等天然矿物，也有用氧化铝、氢氧化铝等化工 原料。
向增大、脆性增加。一般含量不超过12%。
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在钠钙玻璃中，以少于3.5%的MgO代替部分CaO，可以加速 熔化过程，能使成型温度下的玻璃液凝固速度变慢，改善玻璃的料性， 有利于成型操作。还能降低析晶倾向和结晶速度，提高玻璃的化学稳 定性和力学强度。
BaO吸收射线能力强，常做防辐射玻璃的制造，也具有助溶剂 和澄清剂的作用。一般添加0.5-1%的硫酸钡。
岩等。
硅砂的化学成分主要是 SiO2，还含有少量的
Al2O3、K2O 、Na2O、CaO等。
8
作用 硅砂是天然的颗粒状原料，颗粒大小对玻璃的熔化过程和玻璃
产品的质量都有很大影响。 颗粒过大，难以熔化，常会在玻璃中产生结石、条纹等缺陷。 颗粒过小，虽可加快熔化速度，但易产生飞溅、结块，易于附
着有害物质。 规定：粒度在0.15-0.8mm。
4
（2）分类 按组成分： 硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铝酸盐玻璃等。 按用途分： 平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃等。
5
3. 玻璃包装材料的特点 玻璃包装材料主要是钠-钙-硅玻璃。属硅酸盐玻璃。
优点： 优良的光学性能；坚硬耐压，化学惰性和稳定性好；
阻隔性能好；抗内压强度高；能够用多种成型和加工方法制 成各种形状和大小的包装容器；原料丰富，价格低廉，可回 收利用。
玻璃的耐碱性能，降低玻璃的热膨胀系数。含ZrO2的玻璃比较难熔， 可做ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ璃熔窖的内壁。
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3.网络体外氧化物原料 （1） 一价金属氧化物原料
Na2O——纯碱（碳酸钠）、芒硝（硫酸钠）、硝酸钠 K2O ——硝酸钾、碳酸钾 作用
Na2O降低玻璃熔体的黏度，使玻璃易于熔融，有降低熔制温度、 节省能源的作用，是玻璃熔制最好的助溶剂。
但Na2O含量增加会增加玻璃的热膨胀系数，降低热稳定性、化 学稳定性和机械强度等，所以不能过多引入，一般不超过18%。
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（2） 二价金属氧化物原料 CaO——方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙 MgO——白云石、菱镁矿、沉淀碳酸镁 BaO ——碳酸钡、硫酸钡
作用 CaO在玻璃中起稳定剂的作用。但含量过高会使玻璃的结晶倾
6
缺点： 抗冲击强度低；比重高；不能承受内外温差的急剧变化；生产
耗能大。 应用
是食品工业、化学工业、文教用品、医药卫生等行业的常用包装 材料。
发展趋向：高强度轻量化。
7
用于制造玻璃的各种原始物料统称为玻璃原料。 玻璃原料分为主要原料和辅助原料。
二、主要原料
1. 玻璃形成体氧化物原料
（1） 引入SiO2的原料 一般常用硅砂（又称为石英砂）、砂岩、石英
13
Al2O3也能提高玻璃的黏度。玻璃中含量多为1-3.5%，一般不 超过8-10%。
在一定条件下， Al2O3可以成为玻璃结构的骨架物质，因此成 为中间氧化体。
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（2）引入ZrO2的原料 引入ZrO2的原料：斜锆石和锆石英 锆石英主要成分是： ZrO2·SiO2
作用 提高玻璃的黏度、硬度、折射率、化学稳定性，特别是能提高
主 要 是 长 石 （ 钾 长 石 K2OAl2O36SiO2 、 钠 长 石 Na2OAl2O36SiO2、钙长石CaOAl2O36SiO2）。
粘土的化学成分为Al2O32SiO22H2O。
12
作用 Al2O3降低玻璃的结晶能力，提高其化学稳定性、热稳定性、强
度、硬度和光泽性，有利于玻璃的乳浊，是制造乳浊玻璃的必要原料。
9
（2）引入B2O3的原料 引入B2O3的原料为：硼酸和硼砂（Na2B4O710H2O）。 在硼酸盐玻璃中， B2O3以[BO4]结构为单元，与硅氧四面体共同
构成结构网络，因此，是玻璃形成体氧化物。 作用
能降低玻璃的热膨胀系数，提高热稳定性、化学稳定性和机械 强度。降低玻璃的结晶能力，提高玻璃的折光率，使玻璃具有良好的 光学性能。
作用 可以降低能源消耗、延长熔炉寿命。但要注意对回收碎玻璃的清
理。
20
三、辅助原料 1. 澄清剂
高温时本身汽化或分解放出气体，促进排除玻 璃中的气泡。
常用的澄清剂有白砒、三氧化二锑、硫酸盐 （硫酸钠等）、氟化物、氯化钠等。
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2. 着色剂 使玻璃着色的物质，主要是某些过渡或稀土金属的氧化物。
作用 是玻璃对某些光线产生选择吸收，阻挡其透过，以保护瓶中内容
物 装饰效果 常用着色剂教材P184见表3-1-1.
22
3. 脱色剂 减弱或去除铁、铬化合物对玻璃着色的有害物质。
化学脱色剂（硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、氧化锑等）： 氧化作用使着色能力强的FeO氧化为着色能力弱的Fe2O3。
物理脱色剂（二氧化锰、硒、氧化钴等）： 互补色的着色剂。 生产中物理脱色与化学脱色结合使用。
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第一章 概述
2
第一节 玻璃的原料
一、玻璃的定义和分类 1. 定义
熔融体冷却为固体时，不结晶的无机产物。 广义是指物质的一种物理化学状态。介于晶态和液 态之间的一种特殊状态，由有熔融体过冷而得，其结构为短 程有序、长程无序。
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2. 组成与分类 （1）组成
主要是氧化物玻璃，由各种氧化物组成。 玻璃形成体氧化物：可以单独形成玻璃。如SiO2，B2O3， P2O5等。 改变体（网络体外）氧化物：不能单独形成玻璃，但可以 改变玻璃的性质。主要是碱金属氧化物和碱土金属氧化物，如Na2O， K2O，CaO等。 中间体氧化物：在一定条件下可以形成玻璃。如Al2O3， ZnO，PbO等。
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（3） 含铅氧化物原料 Pb3O4 ——铅丹 PbO——密陀僧 作用 是光学玻璃、器皿玻璃的重要成分，能增加玻璃的比重和折射率。 使玻璃具有特殊的光泽，并对放射线有很大的遮蔽作用。 可降低玻璃熔体的黏度，具有在较低温度下加工的特点，含铅玻 璃硬度较小，便于研磨和抛光。
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（4）碎玻璃 经常加入25-30%的碎玻璃。
还有助熔剂的作用。
10
（3）引入P2O5的原料 引入P2O5的原料为：磷酸盐 常用磷酸盐主要有：磷酸铝、磷酸钠、磷酸二氢铵、磷酸钙等。
作用 制造光学玻璃和透紫外线玻璃，也用于制造乳浊玻璃。
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2.玻璃中间体氧化物原料 （1）引入Al2O3的原料 引入Al2O3的原料有：
长石、粘土等天然矿物，也有用氧化铝、氢氧化铝等化工 原料。
向增大、脆性增加。一般含量不超过12%。
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在钠钙玻璃中，以少于3.5%的MgO代替部分CaO，可以加速 熔化过程，能使成型温度下的玻璃液凝固速度变慢，改善玻璃的料性， 有利于成型操作。还能降低析晶倾向和结晶速度，提高玻璃的化学稳 定性和力学强度。
BaO吸收射线能力强，常做防辐射玻璃的制造，也具有助溶剂 和澄清剂的作用。一般添加0.5-1%的硫酸钡。
岩等。
硅砂的化学成分主要是 SiO2，还含有少量的
Al2O3、K2O 、Na2O、CaO等。
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作用 硅砂是天然的颗粒状原料，颗粒大小对玻璃的熔化过程和玻璃
产品的质量都有很大影响。 颗粒过大，难以熔化，常会在玻璃中产生结石、条纹等缺陷。 颗粒过小，虽可加快熔化速度，但易产生飞溅、结块，易于附
着有害物质。 规定：粒度在0.15-0.8mm。
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（2）分类 按组成分： 硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铝酸盐玻璃等。 按用途分： 平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃等。
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3. 玻璃包装材料的特点 玻璃包装材料主要是钠-钙-硅玻璃。属硅酸盐玻璃。
优点： 优良的光学性能；坚硬耐压，化学惰性和稳定性好；
阻隔性能好；抗内压强度高；能够用多种成型和加工方法制 成各种形状和大小的包装容器；原料丰富，价格低廉，可回 收利用。
玻璃的耐碱性能，降低玻璃的热膨胀系数。含ZrO2的玻璃比较难熔， 可做ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ璃熔窖的内壁。
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3.网络体外氧化物原料 （1） 一价金属氧化物原料
Na2O——纯碱（碳酸钠）、芒硝（硫酸钠）、硝酸钠 K2O ——硝酸钾、碳酸钾 作用
Na2O降低玻璃熔体的黏度，使玻璃易于熔融，有降低熔制温度、 节省能源的作用，是玻璃熔制最好的助溶剂。
但Na2O含量增加会增加玻璃的热膨胀系数，降低热稳定性、化 学稳定性和机械强度等，所以不能过多引入，一般不超过18%。
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（2） 二价金属氧化物原料 CaO——方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙 MgO——白云石、菱镁矿、沉淀碳酸镁 BaO ——碳酸钡、硫酸钡
作用 CaO在玻璃中起稳定剂的作用。但含量过高会使玻璃的结晶倾
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缺点： 抗冲击强度低；比重高；不能承受内外温差的急剧变化；生产
耗能大。 应用
是食品工业、化学工业、文教用品、医药卫生等行业的常用包装 材料。
发展趋向：高强度轻量化。
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用于制造玻璃的各种原始物料统称为玻璃原料。 玻璃原料分为主要原料和辅助原料。
二、主要原料
1. 玻璃形成体氧化物原料
（1） 引入SiO2的原料 一般常用硅砂（又称为石英砂）、砂岩、石英
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Al2O3也能提高玻璃的黏度。玻璃中含量多为1-3.5%，一般不 超过8-10%。
在一定条件下， Al2O3可以成为玻璃结构的骨架物质，因此成 为中间氧化体。
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（2）引入ZrO2的原料 引入ZrO2的原料：斜锆石和锆石英 锆石英主要成分是： ZrO2·SiO2
作用 提高玻璃的黏度、硬度、折射率、化学稳定性，特别是能提高
主 要 是 长 石 （ 钾 长 石 K2OAl2O36SiO2 、 钠 长 石 Na2OAl2O36SiO2、钙长石CaOAl2O36SiO2）。
粘土的化学成分为Al2O32SiO22H2O。
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作用 Al2O3降低玻璃的结晶能力，提高其化学稳定性、热稳定性、强
度、硬度和光泽性，有利于玻璃的乳浊，是制造乳浊玻璃的必要原料。
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（2）引入B2O3的原料 引入B2O3的原料为：硼酸和硼砂（Na2B4O710H2O）。 在硼酸盐玻璃中， B2O3以[BO4]结构为单元，与硅氧四面体共同
构成结构网络，因此，是玻璃形成体氧化物。 作用
能降低玻璃的热膨胀系数，提高热稳定性、化学稳定性和机械 强度。降低玻璃的结晶能力，提高玻璃的折光率，使玻璃具有良好的 光学性能。
作用 可以降低能源消耗、延长熔炉寿命。但要注意对回收碎玻璃的清
理。
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三、辅助原料 1. 澄清剂
高温时本身汽化或分解放出气体，促进排除玻 璃中的气泡。
常用的澄清剂有白砒、三氧化二锑、硫酸盐 （硫酸钠等）、氟化物、氯化钠等。
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2. 着色剂 使玻璃着色的物质，主要是某些过渡或稀土金属的氧化物。
作用 是玻璃对某些光线产生选择吸收，阻挡其透过，以保护瓶中内容
物 装饰效果 常用着色剂教材P184见表3-1-1.
22
3. 脱色剂 减弱或去除铁、铬化合物对玻璃着色的有害物质。
化学脱色剂（硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、氧化锑等）： 氧化作用使着色能力强的FeO氧化为着色能力弱的Fe2O3。
物理脱色剂（二氧化锰、硒、氧化钴等）： 互补色的着色剂。 生产中物理脱色与化学脱色结合使用。