Sorten und Leistung von Flaschenglas

(1) Flaschenglas sollte eine gewisse mechanische Festigkeit aufweisen. Flaschenglas ist aufgrund unterschiedlicher Nutzungsbedingungen unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Im Allgemeinen kann es in Innendruckfestigkeit, Hitzeschockfestigkeit, mechanische Schlagfestigkeit, Flaschenkippfestigkeit, vertikale Belastungsfestigkeit usw. unterteilt werden. Aus der Perspektive, dass Glasflaschen zerbrechen, ist die direkte Ursache jedoch fast immer eine mechanische Belastung, insbesondere wenn Glasflaschen während des Transports und des Abfüllens wiederholt zerkratzt und gestoßen werden. Daher sollten Glasflaschen in der Lage sein, allgemeinen inneren und äußeren Belastungen, Vibrationen und Stößen standzuhalten, die während des Abfüllens, der Lagerung und des Transports auftreten. Die Festigkeit von Flaschenglas variiert leicht, je nachdem, ob es sich um eine gasgefüllte oder eine nicht gasgefüllte Flasche, eine Einwegflasche oder eine recycelte Flasche handelt, aber es muss sicher zu verwenden sein und darf nicht platzen. Nicht nur die Druckfestigkeit sollte vor Verlassen des Werks überprüft werden, sondern auch das Problem der Festigkeitsreduzierung von recycelten Flaschen während des Recyclings sollte berücksichtigt werden. Ausländischen Daten zufolge verringert sich die Festigkeit nach 5 Verwendungen um 40 % (nur 60 % der ursprünglichen Festigkeit); nach 10 Verwendungen verringert sich die Festigkeit um 50 %. Daher muss beim Entwurf der Flaschenform darauf geachtet werden, dass die Glasstärke einen ausreichenden Sicherheitsfaktor aufweist, um zu verhindern, dass die Flasche „explodiert“ und Personen verletzt werden.
(2) Faktoren, die die mechanische Festigkeit von Flaschenglas beeinflussen Die ungleichmäßig verteilte Restspannung im Flaschenglas verringert die Festigkeit erheblich. Die innere Spannung in Glasprodukten bezieht sich hauptsächlich auf thermische Spannungen, und ihr Vorhandensein führt zu einer verringerten mechanischen Festigkeit und einer schlechten thermischen Stabilität von Glasprodukten.
Makro- und Mikrodefekte im Glas, wie Steine, Blasen, Streifen usw., führen aufgrund der inkonsistenten Zusammensetzung mit der Hauptglaszusammensetzung und unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten häufig zu inneren Spannungen und verursachen dadurch Risse, die die Festigkeit von Glasprodukten erheblich beeinträchtigen.
Darüber hinaus haben Kratzer und Abnutzungen auf der Glasoberfläche einen großen Einfluss auf die Festigkeit des Produkts. Je größer und schärfer die Narben, desto deutlicher ist die Verringerung der Festigkeit. Risse auf der Oberfläche von Flaschenglas werden hauptsächlich durch Kratzer auf der Glasoberfläche verursacht, insbesondere durch Oberflächenkratzer zwischen Glas und Glas. Bei Flaschenglas, das hohem Druck standhalten muss, wie z. B. Bierflaschen und Limonadenflaschen, führt die Verringerung der Festigkeit dazu, dass das Produkt während der Verarbeitung und Verwendung platzt. Daher sollten Stöße, Abrieb und Verschleiß während des Transports und der Abfüllung strengstens vermieden werden.
Die Dicke der Flaschenwand steht in direktem Zusammenhang mit der mechanischen Festigkeit der Flasche und ihrer Fähigkeit, dem Innendruck standzuhalten. Wenn das Dickenverhältnis der Flaschenwand zu groß und die Dicke der Flaschenwand ungleichmäßig ist, weist die Flaschenwand schwache Verbindungen auf, was sich auf die Schlagfestigkeit und die Innendruckfestigkeit auswirkt. Der nationale Standard GB4544-1996 „Bierflasche“ schreibt streng vor, dass das Dickenverhältnis der Flaschenwand<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.

Während des Desinfektions- und Sterilisationsprozesses muss Flaschenglas drastischen Temperaturschwankungen standhalten. Wenn die Zugspannung die Festigkeit des Glases übersteigt, bricht es. Daher muss die thermische Stabilität von Flaschenglas den Anforderungen entsprechen, ein gewisses Maß an Wärmeschockbeständigkeit aufweisen und Heiz- und Kühlprozessen wie Waschen und Sterilisieren standhalten können.
Die wichtigsten Faktoren, die die thermische Stabilität von Flaschenglas beeinflussen, sind die folgenden.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient a von Glas ändert sich stark mit der Änderung der Zusammensetzung, daher hat der lineare Ausdehnungskoeffizient eine entscheidende Bedeutung für die thermische Stabilität von Glas. Je kleiner der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas ist, desto besser ist seine thermische Stabilität und desto höheren Temperaturen kann die Probe standhalten und umgekehrt. Daher kann jede Komponente, die den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas verringern kann, die thermische Stabilität von Glas verbessern, wie z. B. SiO2, B2O3, Al2 03, ZrO2, ZnO, Mg0 usw. Alkalimetalloxid R20 kann den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas erhöhen, daher hat Glas mit einem großen Anteil an Alkalimetalloxiden eine schlechte thermische Stabilität.
Die thermische Stabilität von Glas hängt auch von der Dicke des Produkts ab. Je dicker die Wand eines Glasprodukts ist, desto geringer ist der plötzliche Temperaturunterschied, den es aushalten kann. Bei einem Temperaturschock entsteht auf der Glasoberfläche Druckspannung, während bei schneller Abkühlung Zugspannung auf der Glasoberfläche entsteht. Die Druckfestigkeit von Glas ist zehnmal höher als seine Zugfestigkeit. Daher wird das Experiment zur Messung der thermischen Stabilität von Glas normalerweise unter Bedingungen schneller Abkühlung durchgeführt.
Durch Abschrecken kann die thermische Stabilität von Glas um das 1,5- bis 2-fache erhöht werden. Dies liegt daran, dass die Oberfläche des Glases nach dem Abschrecken eine gleichmäßig verteilte Druckspannung aufweist, die die Zugspannung ausgleichen kann, die beim schnellen Abkühlen auf der Oberfläche des Produkts entsteht.

Während des Gebrauchs sind Glasprodukte Korrosion durch Wasser, Säure, Lauge, Salz, Gas und verschiedene chemische Reagenzien und flüssige Medikamente ausgesetzt. Die Fähigkeit von Glas, diesen Korrosionen zu widerstehen, wird als chemische Stabilität von Glas bezeichnet. Im täglichen Leben der Menschen werden im Allgemeinen verschiedene Glasflaschen und -dosen verwendet. Flaschen und Dosen, die Wein, Getränke und Lebensmittel enthalten, sollten eine gewisse chemische Stabilität aufweisen, insbesondere Kochsalzflaschen und Ampullenflaschen, die in der Medizin verwendet werden. Die Anforderungen an die chemische Stabilität sind höher, da sich sonst die Bestandteile des Glases in der flüssigen Medizin auflösen und es sogar zu Abblättern kommt, was dem menschlichen Körper gewisse Schäden zufügt.
Mit der Formulierung von Bewertungsstandards für umweltfreundliche Produkte und der Verbesserung der Testtechnologie wird die Erkennung von Schadstoffen in Flaschenglas immer strenger. Insbesondere die EU verwendet häufig Umweltbarrieren, um den Export chinesischer Produkte einzuschränken, was den Eintritt von Produkten auf den internationalen Markt beeinträchtigt. Zu diesem Zweck haben die General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine und die State Administration of Standardization die zulässigen Grenzwerte für Arsen und Antimon basierend auf den zulässigen Grenzwerten für Blei und Cadmium in IS07086-2:2000 „Hohlglasprodukte in Kontakt mit Lebensmitteln--zulässige Grenzwerte für die Auflösung von Blei und Cadmium“ entsprechend der Situation in China hinzugefügt (Tabelle 2-1).
Die chemischen Stabilität von Glas wird von den folgenden Faktoren beeinflusst.
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 Wenn zwei Alkalimetalloxide gleichzeitig im Glas vorhanden sind, erreicht die chemische Stabilität des Glases aufgrund des „Mischalkalieffekts“ einen Extremwert, und dieser Effekt ist bei Bleiglas deutlicher.
③ Wenn Erdalkalimetalle oder andere zweiwertige Metalloxide Silizium und Sauerstoff in Silikatglas ersetzen, verringert sich auch die chemische Stabilität des Glases. Der stabilitätsmindernde Effekt ist jedoch schwächer als bei Alkalimetalloxiden. Unter den zweiwertigen Oxiden haben BaO und PbO den stärksten stabilitätsmindernden Effekt, gefolgt von MgO und CaO.
④ Im Basisglas mit einer chemischen Zusammensetzung von 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 oder RO2) ist die Reihenfolge der Wasser- und Säurebeständigkeit wie folgt, nachdem ein Teil von Na2O nacheinander durch Oxide wie CaO, MgO, AlO3, TiO2, ZrOz und BaO ersetzt wurde.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>BaO.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>BaO.
ZrO₂ weist unter den Glaszusammensetzungen die beste Wasser- und Säurebeständigkeit sowie die beste Alkalibeständigkeit auf, lässt sich jedoch schwer schmelzen. BaO ist in beiden Fällen nicht gut.
Unter den dreiwertigen Oxiden kommt es bei Aluminiumoxid und Boroxid hinsichtlich der chemischen Stabilität von Glas ebenfalls zu einem „Bor-Anomalie“-Phänomen.
Wenn der Oxidgehalt im Natriumkalksilikatglas xNa2O·yCaO·zSiO2 die Beziehung (2-1) erfüllt, kann ein relativ stabiles Glas erhalten werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jedes Oxid, das das Glasstrukturnetzwerk stärken und die Struktur vervollständigen und verdichten kann, die chemische Stabilität des Glases verbessern kann; andernfalls wird die chemische Stabilität des Glases verringert.

Flaschenglas kann ultraviolette Strahlen effektiv abschirmen und so verhindern, dass der Inhalt verdirbt. Beispielsweise entwickelt Bier einen Geruch, wenn es Licht mit einer Wellenlänge unter 550 nm (blaues Licht oder grünes Licht) ausgesetzt wird, was als Sonnenlichtgeruch bezeichnet wird. Auch die Qualität von Lebensmitteln wie Wein und Soße wird beeinträchtigt, wenn sie ultravioletten Strahlen unter 250 nm ausgesetzt werden. Deutsche Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass die photochemische Wirkung von sichtbarem Licht von grünem Licht zu langen Wellen allmählich abnimmt und bei etwa 520 nm endet. Mit anderen Worten ist 520 nm die kritische Wellenlänge. Licht, das kürzer als diese Wellenlänge ist, hat eine photochemische Wirkung auf den Inhalt der Flasche und führt zu einer Beschädigung des Biers. Daher muss Flaschenglas Licht unter 520 nm absorbieren, und braune Flaschen haben die beste Wirkung.
Wenn Milch Licht ausgesetzt wird, entsteht aufgrund der Bildung von Peroxiden und nachfolgenden Reaktionen ein „leichter Geruch“ und „Duft“. Auch Vitamin C und Ascorbinsäure werden reduziert. Ähnliches gilt für Vitamin A, Vitamin B2 und Vitamin D. Wenn der Glaszusammensetzung eine Komponente hinzugefügt wird, die ultraviolette Strahlen absorbiert, aber wenig Einfluss auf die Farbe hat, kann die Auswirkung des Lichts auf die Milchqualität vermieden werden.
Für Flaschen und Dosen mit Medikamenten ist 2 mm dickes Glas erforderlich, das 98 % der Wellenlänge von 410 nm absorbiert und 72 % bei 700 nm durchlässt. Dadurch können photochemische Reaktionen verhindert und der Inhalt der Flasche sichtbar gemacht werden.
Mit Ausnahme von Quarzglas kann das meiste gewöhnliche Kalknatron-Silikatglas die meisten ultravioletten Strahlen filtern. Kalknatron-Silikatglas kann kein ultraviolettes Licht (200–360 nm) durchlassen, kann aber sichtbares Licht (360–1000 nm) durchlassen, was bedeutet, dass gewöhnliches Kalknatron-Silikatglas die meisten ultravioletten Strahlen absorbieren kann.
Um den Verbraucheranforderungen an die Transparenz von Glasflaschen und -dosen gerecht zu werden, ist es am besten, das Flaschenglas ultraviolette Strahlen absorbieren zu lassen, ohne es dunkel zu machen. Durch Zugabe von CeO2 zur Zusammensetzung kann diese Anforderung erfüllt werden. Cer kann in zwei Formen vorliegen, Ce3+ oder Ce4+, und beide Ionen erzeugen eine starke ultraviolette Absorption. Japanische Patente berichten, dass eine Glaszusammensetzung 0.01%~1.0% Vanadiumoxid und 0.05%~0,5% Ceroxid enthält. Bei Einwirkung von ultraviolettem Licht tritt die folgende Reaktion auf:
Ce3++V3+-Ce4++V2+
Mit zunehmender Belichtungszeit steigt die UV-Strahlungsdosis, das V2+-Verhältnis steigt und die Glasfarbe wird dunkler. Sake beispielsweise verdirbt leicht, wenn er UV-Licht ausgesetzt wird, und die Verwendung von farbigen Glasflaschen beeinträchtigt die Transparenz, sodass der Inhalt nur schwer zu erkennen ist. Wenn CeO2 und V2O3 hinzugefügt werden, ist das Glas bei kurzer Lagerzeit und geringer UV-Strahlungsdosis farblos und transparent, aber bei langer Lagerzeit und zu hoher UV-Strahlungsdosis ändert das Glas seine Farbe. Anhand der Tiefe der Farbänderung kann die Länge der Lagerzeit beurteilt werden.