《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第三篇 包裝材料及容器

第五章　玻璃、陶瓷包裝材料

第三節　玻璃容器的成型與加工

一、熔制玻璃的原料

按照玻璃制造過程中的作用和用量，可以把玻璃原料分為主要原料和輔助原料兩類。

主要原料系指往玻璃中引入各種氧化物的原料，如石英砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等。按氧化物的性質又可分為酸性氧化物、堿性氧化物、堿土金屬氧化物和二價氧化物、多價氧化物等。按所引入氧化物在玻璃結構中的作用，又可分為玻璃形成體氧化物、中間體氧化物和網絡外體氧化物。

輔助原料是指使玻璃獲得某些必要的性質和加速熔制過程的原料。它們用量小，但作用獨特而重要。根據作用的不同，分為澄清劑、著色劑、氧化劑、還原劑等。

（一）主要原料

1．引入SiO2的原料

SiO2是最主要的玻璃形成體氧化物。含SiO2的原料在自然界中分布極為廣泛，但適用于玻璃工業生產的并不多，一般常用硅砂、砂巖、石英巖等。硅砂又稱石英砂，為顆粒狀，質地純凈的硅砂為白色，因含有鐵的氧化物和有機質，故一般呈淡黃色、淺灰色或紅裼色。

硅砂的化學成分主要是SiO2，隨著硅砂形成的條件及伴生礦物的不同，硅砂的化學組成中可含有少量的Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等。Fe2O3是有害成分，它能使玻璃著色而影響透明度。在有些硅砂中還含有Cr2O3，它的著色能力比Fe2O3強30～50倍，可使玻璃呈綠色，所以在制造無色玻璃時，要嚴格控制這些著色氧化物雜質的含量。

2．引入Al2O3和B2O3的原料

引入Al2O3的原料有長石、粘土等天然礦物，也有氧化鋁、氫氧化鋁等化工原料。還可以采用某些含Al2O3的礦渣或尾礦。

長石是向玻璃中引入Al2O3的主要原料之一，常見的長石有呈粉紅色的鉀長石（K2O·Al2O3·6SiO2），呈白色的鈉長石（Na2O·Al2O3·6SiO2）和鈣長石（CaO·Al2O3·6SiO2）。自然界中，它們常以不同比例的混合物形成礦物，所以長石的化學組成波動較大。

瓷土又稱高嶺土或粘土，是Al2O3的原料之一。它的化學成分為Al2O3·2SiO2·2H2O。因含有機雜質而呈黑色或灰色，一般含Fe2O3較多，需凈化。

引入B2O3的原料為硼酸、硼砂。硼酸在加熱時失水變為熔融的B2O3。硼砂（Na2B4O7·10H2O）加熱時失去結晶水，至400～450℃時變為無水硼砂。

3．一價金屬氧化物原料

主要包括Na2O、K2O、Li2O。它們是主要的網絡外體氧化物。純堿（Na2CO3）是Na2O的主要來源。芒硝（Na2SO4）和硝酸鈉也是Na2O的來源之一。芒硝和硝酸鈉同時還具有澄清劑的作用。

硝酸鉀和碳酸鉀是引入K2O的主要原料。氧化鋰主要是由碳酸鋰和天然鋰礦引入的。

4．二價金屬氧化物原料

主要包括CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO等。

CaO是二價的網絡外體氧化物，是玻璃中的穩定劑，即增加玻璃的化學穩定性和機械強度。在高溫時，CaO能降低玻璃的粘度，促進玻璃的熔化和澄清。但當溫度降低時，粘度增加得很快，使成型操作的料性變短。在一般玻璃中，CaO的含量不超過12％，醫藥用玻璃中則更低一些。CaO可通過方解石、石灰石、白堊及沉淀碳酸鈣原料引入。

MgO在鈉鈣玻璃中是網絡外體氧化物。以少于3．5％的MgO代替部分CaO，可以改善玻璃的料性，減慢玻璃的硬化速度。MgO還有降低析晶的傾向，增加高溫時玻璃的粘度。引入氧化鎂的原料有白云石，菱鎂礦和沉淀碳酸鎂。

BaO是由硫酸鋇和碳酸鋇引入的；ZnO的原料為鋅氧粉和菱鋅礦；PbO的原料是鉛丹和密陀僧。

5．四價金屬氧化物的原料

二氧化鋯ZrO2是中間體氧化物，ZrO2能提高玻璃的粘度、硬度、折射率、化學穩定性，特別是能提高玻璃的耐堿性能，降低玻璃的熱膨脹系數。含有ZrO2的玻璃比較難熔。引入ZrO2的原料主要是鋯石英，是含有ZrO2的硅酸鹽，化學成分為ZrO2b·SiO2。

（二）輔助原料

1．澄清劑

在玻璃原料中加入某種在高溫時本身能汽化或分解放出氣體，以促進排除玻璃中氣泡的物質，稱為澄清劑。常用的澄清劑有白砒、三氧化二銻、硫酸鹽、氟化物、氯化鈉、銨鹽等。白砒即砒霜（As2O3），因其劇毒而較少使用。Sb2O3，因比重大（5．1g／cm3）對澄清鉛玻璃尤為有效。硫酸鹽澄清劑主要有Na2SO4、BaSO4、CaSO4，其中Na2SO4應用最廣。氟化物主要是CaF2和Na2SiF6。氯化鈉在高溫下汽化，用作硫碳著色的棕色玻璃和硼硅酸鹽玻璃的澄清劑。銨鹽主要有（NH4）2SO4、NH4NO3、NH4Cl。

2．著色劑

能使玻璃著色的物質統稱著色劑，它們是一些過渡或稀土金屬的氧化物。表3－5－1列出了常用的玻璃著色劑及它們顯現的顏色。

表3－5－1　玻璃中使用的著色劑

3．脫色劑

玻璃的脫色主要是指減弱鐵化合物對玻璃著色的影響，從而使無色玻璃具有良好的透明度。按其作用原理，可分為化學脫色劑和物理脫色劑兩種。

化學脫色是借助于脫色劑的氧化作用，使著色能力強的FeO變為著色能力弱的Fe2O3：

4FeO（綠色）＋O2＝2Fe2O3（黃綠色）

氧化脫色劑還能消除使玻璃被有機物沾染的黃色。

常用的氧化劑有硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋇、白砒、氧化銻等。

物理脫色是往玻璃中加入一定數量能產生互補色的著色劑。使玻璃的黃綠色和藍綠色得到互補。在生產中常常是物理脫色和化學脫色兩種方法結合使用。

物理脫色劑有二氧化錳、硒、氧化鈷等。

4．乳化劑

乳化劑是使玻璃呈不透明乳白色的物質，又稱乳濁劑。最常用的乳化劑是冰晶石（3NaF·AlF3）、氟硅酸鈉（Na2SiF6），螢石（CaF2）。氟化物作乳化劑時要與含Al2O3的原料同時加入。

5．碎玻璃

碎玻璃常用作玻璃原料的助熔劑。不用碎玻璃當然也能熔制玻璃，但合理使用碎玻璃不但可以廢物利用，而且可以降低熔制溫度，加速熔制過程。碎玻璃的用量，一般占配合料的25％～30％為佳。需要注意的是碎玻璃能夠改變玻璃的性質和顏色，所以使用碎玻璃時要除去雜質。

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