玻璃包裝材料與制品

1、玻璃包裝材料與制品玻璃包裝材料與制品 包裝材料學玻璃是已知的最古老的材料之一。4500年以前，美索不達米亞發(fā)明玻璃制造技術主要是制作玻璃珠等裝飾品。公元前1500年，埃及人用“砂芯”法制造出玻璃容器，歷史上發(fā)現(xiàn)最早的玻璃包裝材料。公元前1世紀，敘利亞出現(xiàn)了玻璃吹制技術。公元3世紀，羅馬在日常的生活用品和建筑中已有相當多的玻璃制品。12世紀到15世紀，玻璃制造中心在威尼斯。公元1718世紀，蒸氣機問世，發(fā)明了以食鹽為原料制造純堿的技術。19世紀中葉，蓄熱室池爐用于玻璃熔制并發(fā)明了半機械化成形方法。1905年，歐文斯真空吸料全自動制瓶機研制成功1915年，滴料供料機問世，使玻璃包裝工業(yè)進入了一個迅

2、猛發(fā)展的時期。1925年，出現(xiàn)了行列式制瓶機，用吹吹法生產(chǎn)小口瓶；1940年，用壓吹法制造大口瓶，之后，行列式制瓶機不斷改進。進入20世紀，玻璃工業(yè)已達到了機械化和自動化的程度。第一章第一章 概論概論包裝材料學 在人類的生活、生產(chǎn)、文化和科學技術各方面，玻璃材料曾經(jīng)并繼續(xù)起著重要作用。由于玻璃包裝材料的優(yōu)異特性，它是食品工業(yè)、化學工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)的常用包裝材料。平板玻璃也是重要的建筑材料。玻璃材料與容器的生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中占有非常重要的地位。 玻璃包裝工業(yè)的進一步發(fā)展，在很大程度上決定于與塑料瓶的競爭。生產(chǎn)塑料所需的原料價格隨石油的價格而波動，而玻璃原料卻是非常豐富的，而且價格穩(wěn)定。但由于玻

3、璃生產(chǎn)需要消耗大量的能量，從而玻璃也同樣受到燃料價格的影響。盡管如此，由于玻璃容器具有其他包裝材料無可比擬的優(yōu)點，它仍然是當今及未來的重要包裝材料。一、玻璃的定義一、玻璃的定義包裝材料學1、定義“玻璃”一詞有兩種含義：一是作為一種材料和制品； 二是指物質的一種物理化學狀態(tài)； 廣義的玻璃包括無機物質和有機物兩大類，傳統(tǒng)的玻璃是指無機玻璃。美國的定義為：玻璃是熔融體冷卻為固體時，不結晶的無機產(chǎn)物。二、玻璃的組成及分類二、玻璃的組成及分類包裝材料學1.根據(jù)組成可分為元素玻璃、氧化物玻璃、鹵化物玻璃、硫屬玻璃等等。工業(yè)生產(chǎn)的商品玻璃主要是氧化物玻璃，它們由各種氧化物組成。氧化物玻璃的組成主要有：SiO

4、2。，B2O3，P205，CaO，SrO，BaO，MgO，BeO，ZnO，PbO，Ti02，ZrO等等。（1）玻璃形成體氧化物 Si02， B2O3，P205等氧化物可以單獨形成玻璃；（2）網(wǎng)絡外體氧比物 堿金屬和堿土金屬氧化物本身不能單獨形成玻璃，但可以改變玻璃的性質；（3）中間體氧化物 在一定條件下可以成為玻璃形成體的氧化物。 玻璃的分類玻璃的分類包裝材料學2.根據(jù)玻璃形成體氧化物的不同，可以分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃和鋁酸鹽玻璃等。 由兩種以上玻璃形成體氧化物組成的玻璃，則以其含量多少來命名。例如，硼硅酸鹽玻璃；鋁硼硅酸鹽玻璃； 也可將一價和二價金屬氧化物包括在內，如鈉鈣硅玻

5、璃(Na2O-CaOSiO2系) 等。3. 根據(jù)用途把玻璃分為平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、醫(yī)藥玻璃、光學玻璃、電真空玻璃、乳濁玻璃、有色玻璃、玻璃纖維等等。玻璃包裝材料主要為鈉鈣硅玻璃系統(tǒng)，包括瓶罐、器皿、醫(yī)藥、乳濁玻璃等。三、玻璃的結構三、玻璃的結構包裝材料學晶體與玻璃晶體結構中的原子、離子或分子的空間排列是規(guī)則有序的，不論從幾個原子晶體結構中的原子、離子或分子的空間排列是規(guī)則有序的，不論從幾個原子間距的微觀尺度，還是從長距離的宏觀尺度來觀察，晶體可以由構成它的最間距的微觀尺度，還是從長距離的宏觀尺度來觀察，晶體可以由構成它的最小結構單元小結構單元(晶胞晶胞)重復周期性排列得到。重復周期性

6、排列得到。玻璃的結構與晶體不同，雖然從幾個原子間距的微觀尺度來看，原子的排列玻璃的結構與晶體不同，雖然從幾個原子間距的微觀尺度來看，原子的排列也有規(guī)則，但從較長的距離觀察時，原子排列沒有可重復的周期性。也有規(guī)則，但從較長的距離觀察時，原子排列沒有可重復的周期性。人們通常把玻璃的這種結構特點叫做短程有序，長程無序。晶體與玻璃的不同結構特點決定了它們有許多不同的性質。晶體比容隨溫度的變化在熔點處突然下降即出現(xiàn)了不連續(xù)性。在熔點以上，晶體比容隨溫度的變化在熔點處突然下降即出現(xiàn)了不連續(xù)性。在熔點以上，晶體以液態(tài)形式存在，在熔點以下為晶態(tài)。晶體以液態(tài)形式存在，在熔點以下為晶態(tài)。玻璃沒有確定的熔點，比容隨

7、溫度連續(xù)變化到轉變溫度玻璃沒有確定的熔點，比容隨溫度連續(xù)變化到轉變溫度Tg，然后，曲線出現(xiàn)然后，曲線出現(xiàn)彎折，但變化仍然是連續(xù)的。在玻璃轉變溫度之上，玻璃以過冷熔體的狀態(tài)彎折，但變化仍然是連續(xù)的。在玻璃轉變溫度之上，玻璃以過冷熔體的狀態(tài)存在，在轉變溫度以下為玻璃態(tài)。存在，在轉變溫度以下為玻璃態(tài)。晶體與玻璃比容隨溫度變化的不同規(guī)律是由它們不同的結構特點決定的。晶體與玻璃比容隨溫度變化的不同規(guī)律是由它們不同的結構特點決定的。1. 1.石英晶體與石英玻璃的結構石英晶體與石英玻璃的結構包裝材料學2. 2.晶體與玻璃的比熱曲線晶體與玻璃的比熱曲線包裝材料學3.3.普通玻璃的結構普通玻璃的結構包裝材料學第

8、二章第二章 玻璃的主要性質玻璃的主要性質包裝材料學第一節(jié) 玻璃的物理性質一、密度玻璃的密度主要渙定于構成玻璃的原子質量，也與原子的堆積及配倫數(shù)有關。玻璃的密度是一個對組成變化較敏感鮑性質，只要在組成上有微小變化，便能在密度上反映出來。因而密度是表征玻璃的一個重要物理量。 二、硬度硬度是固體材料抵抗另一種固體深入其內部而不產(chǎn)生殘余形變的能力。玻璃的硬度主要決定于愿子半徑、電荷大小及堆積密度。在硅酸鹽玻璃中，石英玻璃硬度最大。三、機械強度玻璃是一種脆性材料，它的機械強度一般用耐壓、抗折、抗張、抗沖擊強度等表示。玻璃的機械強度分為理論強度和實際強度。所謂理論強度是指玻璃在不存在任何缺陷的理想情況下，

9、能承受的最大負荷。四、玻璃的黏度黏度是表征流體內摩擦力或者表示阻礙液體流動性質的物理量！五、玻璃的熱性質1、線性熱膨脹系數(shù)2、玻璃的導熱性與熱沖擊強度六、玻璃的光學性質玻璃的黏度玻璃的黏度包裝材料學玻璃粘度曲線玻璃粘度曲線包裝材料學玻璃壁厚與熱沖擊強度的關系玻璃壁厚與熱沖擊強度的關系包裝材料學玻璃機械強度與結構的關系玻璃機械強度與結構的關系包裝材料學第二節(jié)第二節(jié) 玻璃的化學穩(wěn)定性玻璃的化學穩(wěn)定性包裝材料學一、玻璃被侵蝕的機理 1、玻璃與水及酸的作用 2、玻璃與潮濕空氣的作用 3、玻璃與堿的作用 4、玻璃的脫片侵蝕二、玻璃的化學穩(wěn)定性與組成的關系三、玻璃化學穩(wěn)定性的測試 1、 粉末法 2、表面法

10、 3、加速實驗思考題思考題 包裝材料學1玻璃玻璃第三章第三章 玻璃包裝容器的制造玻璃包裝容器的制造 包裝材料學習慣上，把玻璃包裝容器稱為玻璃瓶，按制造方法的不同將其分為模制瓶和管制瓶。普通玻璃瓶都屬于模制瓶，廣泛用于食品、日用化工產(chǎn)品、藥品、化工產(chǎn)品的包裝；管制瓶有安瓿和管制藥瓶，專門用于醫(yī)藥品的包裝。第一節(jié)第一節(jié) 玻璃瓶罐的制造玻璃瓶罐的制造 包裝材料學玻璃瓶罐的生產(chǎn)工藝流程為： 玻璃液的制備瓶罐成型退火表面處理檢驗、包裝。一、玻璃液的制備一、玻璃液的制備包裝材料學玻璃液的制備1配料 玻璃瓶的性能在很大程度上取決于玻璃的化學組成。鈉鈣玻璃 一般瓶罐玻璃硼硅酸鹽玻璃 當對玻璃的化學穩(wěn)定性要求比

11、較高時，如鹽水瓶、化工上用的試劑瓶、酸瓶等。2玻璃的熔制（l）玻璃熔爐（2）玻璃的熔制過程硅酸鹽形成階段。 玻璃形成階段 澄清階段 均化階段 冷卻階段 玻璃的熔制玻璃的熔制包裝材料學二、玻璃瓶罐的成型二、玻璃瓶罐的成型包裝材料學玻璃瓶罐的成型 將圓柱形料滴制成玻璃瓶罐的過程叫做成型。 玻璃容器的成型經(jīng)歷了人工吹制成型、半機械化成型，達到了目前的機械化成型。機械化成型有供料和制瓶兩個環(huán)節(jié)。 1供料 供料就是將熔爐中熔制好的玻璃液連續(xù)不斷、定時定量地供給成型機。滴料供料是目前機械化制瓶采用的方法。2制瓶 制瓶工業(yè)大多數(shù)采用行列式制瓶機。行列式制瓶機所生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量占全部玻璃瓶罐的80以上。 1供料

12、供料包裝材料學2制瓶制瓶 包裝材料學（l）吹一吹法 吹一吹法是行列式制瓶機生產(chǎn)小口瓶的方法：（a）裝料：由料碗落下的料滴，裝入初型模中；（b）瓶口成型：補氣形成瓶口和瓶頸；（c）吹成型坯：吹入壓縮空氣得到中空的型坯；（d）型坯翻送：移開悶頭，打開初型模，用翻轉機構把型坯翻轉180轉移到成型模中；（e）吹氣成型：型坯加熱向成型模內吹壓縮空氣（正吹氣），使玻璃緊貼成型模壁產(chǎn)生的硬化層。最后，打開成型模，用鉗瓶機把已成型的瓶子從成型模中取出放在停置板上。 （2）壓一吹法（a）裝料；（b）壓成型坯；（c）型坯翻送。接下來在成型模一側進行的操作與吹一吹法相同。 壓一吹法即可用于制造大口瓶也可制造小口瓶。

13、 （l）吹一吹法吹一吹法包裝材料學（2）壓一吹法壓一吹法包裝材料學三、退火三、退火包裝材料學退火 在玻璃容器成型過程中，型坯受到的溫度變化極不均勻，如玻璃與模具接觸，受到急冷；出模后，為了防止制品變形，其冷卻速度也較快。溫度變化的不均勻，導致瓶體各處收縮不均勻，使玻璃表面和內部產(chǎn)生了應力。由于瓶體各處厚度不一致，各部位冷卻情況不同，也會產(chǎn)生較多的應力。 創(chuàng)造一個溫度適宜的外界環(huán)境，使玻璃容器在其中通過高溫調整，各處化學組成均勻一致，把熔制過程中因溫度不均、厚度不均和質地不均等原因而產(chǎn)生的應力降到最低限度。這個對成型后玻璃容器的熱處理過程就是退火。 1玻璃的退火溫度玻璃的退火溫度 包裝材料學 玻

14、璃沒有固定的熔點，當玻璃從熔融態(tài)冷卻到脆性固態(tài)時，要經(jīng)過一個轉變溫度區(qū)。在轉變溫度以下的一段溫度范圍內，玻璃的結構基團仍然能夠進行位移，玻璃內部可產(chǎn)生微觀粘滯性流動，使玻璃組織均勻化，消除玻璃中的殘余應力，這個溫度范圍稱為退火溫度范圍。2玻璃容器的退火工藝玻璃容器的退火工藝包裝材料學玻璃容器的退火工藝 玻璃容器的退火是在退火爐中進行的。玻璃容器在退火爐中經(jīng)歷加熱、保溫、慢冷卻及快冷卻四個階段。(1)加熱階段，玻璃容器進入退火爐中以一定的速度被加熱到退火溫度。(2)達到退火溫度后進行均熱保溫。在保溫階段，玻璃容器在退火溫度下保持一段時間，使容器各部位溫度均勻一致，盡可能消除內部剩余應力。(3)保

15、溫后進入慢冷階段，此階段要嚴格控制降溫速率，以免產(chǎn)生新的應力。(4)溫度下降到應變溫度以后，進入快冷階段。此時玻璃中只有暫時應力，不再產(chǎn)生永久性應力。退火工藝退火工藝包裝材料學四、玻璃瓶的表面處理四、玻璃瓶的表面處理包裝材料學 為了提高玻璃瓶罐的耐化學腐蝕性，增加其表面光滑性以及提高玻璃瓶罐的強度，常在瓶罐退火前后對它進行表面處理。常用的方法有以下幾種： 1涂布法 涂布法是對玻璃外表面進行增強保護的處理方法： （1）金屬氧化物涂敷 （2）有機物涂敷 （3）冷、熱雙層涂敷 2起霜法 這是一種對玻璃瓶內表面進行增強處理的方法，用于醫(yī)用藥液包裝的瓶罐通常用此法進行表面處理。3離子交換法 4物理強化法

16、 5輻射固化涂救 （1）紫外線固化涂敷 （2）電子束固化涂敷 6?；瘡娀?五、檢驗、包裝五、檢驗、包裝 包裝材料學1玻璃瓶的缺陷（1）外觀缺陷種類 裂紋；剝落、傷疵；變形；模子線；錯位；表面粗糙；裂紋；剝落、傷疵；變形；模子線；錯位；表面粗糙；瓶壁厚薄不均勻；氣泡；波紋。瓶壁厚薄不均勻；氣泡；波紋。（2）規(guī)格和性能上的缺陷 質量不合格質量不合格 容量不合格容量不合格 規(guī)格尺寸不合格規(guī)格尺寸不合格 應力不合格應力不合格2玻璃瓶的檢驗項目（l）外觀檢驗；（2）尺寸檢驗；（3）物理檢驗；（4）化學穩(wěn)定性檢驗；（5）強度檢驗 3玻璃瓶罐的包裝 玻璃瓶罐常用的包裝形式有：厚紙板箱、木箱、塑料箱、收縮包裝

17、和托盤式包裝。 第二節(jié)第二節(jié) 安瓿和管制玻璃藥瓶安瓿和管制玻璃藥瓶 包裝材料學安瓿和管制玻璃藥瓶是用于醫(yī)藥品包裝的玻璃容器。 抗菌素藥瓶抗菌素藥瓶 用于包裝注射劑的安瓶。用于包裝注射劑的安瓶。制造這類瓶子的玻璃必須具備很好的化學穩(wěn)定性，選用硼硅酸鹽玻璃。成型方法稱為拉制法: 先制管，后拉制成瓶，因此，也稱為管制瓶。安瓿和管制玻璃藥瓶的生產(chǎn)工藝流程與瓶罐玻璃相似： 原料混合、熔化流料槽拉管機玻璃管管制藥瓶成型（或安瓿的成型）退火成品。 安瓿和管制瓶安瓿和管制瓶成型方法成型方法包裝材料學安瓿瓶安瓿瓶成型方法成型方法包裝材料學管制瓶管制瓶成型方法成型方法包裝材料學第三節(jié)第三節(jié) 輕量玻璃瓶輕量玻璃瓶

18、包裝材料學 一、輕量瓶表示方法 1重容比 重容比是指玻璃瓶本身重量與瓶有效容積之比，常用W（g）C（mL）表示。 2減重率 減重率是輕量瓶與原瓶重比較而言，據(jù)日本窯業(yè)協(xié)會的資料，日本輕量瓶的減重率要求達到1540。 3輕量瓶的級 輕量瓶的級是指用Emhart公司的經(jīng)驗公式來表示的輕量瓶的輕量化程度。 二、輕量瓶的設計與制造二、輕量瓶的設計與制造 包裝材料學輕量瓶可以節(jié)約原料，降低燃料消耗，提高出產(chǎn)率，降低成本和運輸費用，還可提高玻璃容器的耐熱沖擊性、透明性等性能。重量瓶重量瓶 平均壁厚為平均壁厚為 3.5 mm的玻璃瓶，的玻璃瓶，輕量瓶輕量瓶 平均壁厚為平均壁厚為 2 mm2.5 mm。1輕量

19、瓶的設計 一般地說，在輕量瓶瓶型設計中往往遵循兩個基本原則：即單位體積下均最小表面積原則和最低應力水平原則。2輕量瓶的制造（l）高質量的玻璃（2）成型的影響 3輕量瓶的表面處理 熱端和冷端涂布的雙重施涂、表面鋼化、紫外線固化涂布、電子束固化涂布等。 思考題思考題 包裝材料學1玻璃的熔制分為哪幾個階段？各階段的溫度、粘度玻璃的熔制分為哪幾個階段？各階段的溫度、粘度大致為多少？大致為多少？2玻璃容器的退火分為哪幾個階段？為什么要控制各玻璃容器的退火分為哪幾個階段？為什么要控制各階段的時間或升、降溫速度？如何控制？階段的時間或升、降溫速度？如何控制？3為什么要對玻璃容器進行表面處理？主要的處理技為什

20、么要對玻璃容器進行表面處理？主要的處理技術及其處理原理是什么？術及其處理原理是什么？4試述輕量瓶的表示方法和設計原則。試述輕量瓶的表示方法和設計原則。第四章第四章 陶瓷包裝陶瓷包裝 包裝材料學 陶瓷的傳統(tǒng)概念是指以粘土為主要原料與其它天然礦物經(jīng)過粉碎混煉、成型、煅燒等過程而制成的各種制品。 陶瓷制品是人類制造和使用的最早物品之一，距今已有幾千年的歷史。基于陶瓷制品獨特的優(yōu)異性能，在各種新材料、新工藝層出不窮的今天，陶瓷包裝容器仍在現(xiàn)代產(chǎn)品包裝中占有重要的一席之地。 陶瓷制品分類陶瓷制品分類包裝材料學按陶瓷制品坯體的結構質地不同，陶瓷制品分為兩大類（1）陶器 陶器是一種坯體結構較為疏松，致密度較

21、差的陶瓷制品，陶器通常有一定吸水率，斷面粗糙無光，沒有半透明性，敲之聲音粗啞。（2）瓷器 瓷器的坯體致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，斷面呈石狀或貝殼狀。陶瓷包裝的性能特點陶瓷包裝的性能特點包裝材料學(1)陶瓷的原料是粘土及一些天然礦物、巖石等，來源廣、費用低。(2)陶瓷耐熱性、耐火性與隔熱性比玻璃好，且耐酸和耐藥性能優(yōu)良，陶瓷容器透氣性極低，歷經(jīng)多年不變形、不變質，是理想的食品、化學品的包裝容器。(3)同時，陶瓷容器在成型與焙燒時伴隨著不可避免的收縮與變形，尺寸誤差較大，因而給自動包裝作業(yè)帶來一定的困難。(4)陶瓷容器的生產(chǎn)多為間歇式，生產(chǎn)效率低。(5)陶瓷容器耐沖擊性差，密度也比較大，

22、包裝和運輸成本也較高。陶瓷包裝的應用陶瓷包裝的應用包裝材料學陶瓷包裝的應用有一定的局限性，但也使陶瓷包裝更具手工和自然特色。(1)我國一些地方風味的醬菜、調味品，至今仍然采用古色古香、鄉(xiāng)土氣息濃厚的陶器包裝。(2)采用瓷器包裝高檔名酒更有獨特的東方神韻。由于陶瓷容器在造型、色彩、工藝性等方面具有我國民族色彩，作為包裝容器在國內外有廣闊市場。 第一節(jié)第一節(jié) 陶瓷原料陶瓷原料 包裝材料學陶瓷的主要原料可歸納為三大類：（1）具有可塑性的粘土類原料（2）具有非可塑性的石英類原料（3）能生成玻璃相的長石、滑石、鈣鎂的碳酸鹽等溶劑性原料。（4）各種特殊原料作為助劑，如助磨劑、助濾劑、解凝劑、增塑劑、增強劑

23、等，以及作為陶瓷釉料的各種化工原料。 一、粘土類原料一、粘土類原料包裝材料學 粘土類原料是陶瓷的三大主要原料之一，包括高嶺土、多水高嶺土，燒后是白色的各種類型粘土和作為增塑劑的膨潤土等。 在細瓷配料中粘土類原料的用量常達4060，在陶器用量還可增多。1粘土的組成 粘土是多種微細礦物組成的混合體，主要的粘土礦物都是含水的鋁硅酸鹽。 2 2粘土在陶瓷中的作用粘土在陶瓷中的作用包裝材料學（l）塑化作用 塑造成各種形狀，陶瓷生產(chǎn)的工藝基礎。（2）結合作用 形成陶器主體結構（3）成瓷作用 粘土是陶瓷坯體燒結時的主體，在焙燒中能保持一定形狀。 二、石英類原料二、石英類原料包裝材料學 自然界中的二氧化硅結晶

24、礦物統(tǒng)稱為石英，有多種狀態(tài)和不同純度。（1）石英屬于瘠性材料（減粘物質），可降低坯料的粘性，對坯料的可塑性起調節(jié)作用。（2）在燒成時，粘土因失水而收縮很容易產(chǎn)生龜裂，石英對粘度的降低和加熱膨脹性可部分抵消坯體收縮的影響。（3）在瓷器中，大小適宜的石英顆?？梢源蟠筇岣吲黧w的強度，還能使瓷器的透光度和強度得到改善。 一般在日用陶瓷中，石英類原料占25左右。三、長石類原料三、長石類原料包裝材料學長石的主要成分是鉀、鈉、鈣的鋁硅酸鹽。長石類原料作用：長石則屬于溶劑原料，高溫下熔融后可以溶解一部分石英及高嶺土分解產(chǎn)物，形成玻璃狀的流體，并流入多孔性材料的孔隙中，起到高溫膠結作用，并形成無孔性材料。 在日用陶瓷中，長石類原料占25左右。 四、輔助原料四、輔助原料包裝材料學除上述三類主要原料外，有時還加入一些其它填加劑（1）燒制骨瓷時要加人動物的骨灰，它可以增加半透明性和強度。（2）碳酸鹽類輔料如石灰石、菱鎂礦可降低燒結溫度，縮短燒結時間，也有增加產(chǎn)品透明度的作用。（3）滑石等含水碳酸鎂鹽類輔料在降低燒結溫度的同時，還能改善陶瓷的性能，如白度、透明度、機械強度、熱穩(wěn)定性。第二節(jié)第二節(jié) 陶瓷包裝容器的制造陶瓷包裝容器的制造 包裝材料學一、陶瓷包裝容器的分類 陶瓷包裝容器按結構形式可分類如下： 缸；壇；罐；瓶。二、陶瓷包裝容器的