Varietà e prestazioni del vetro per bottiglie

(1) Il vetro della bottiglia deve avere una certa resistenza meccanica Il vetro della bottiglia sarà soggetto a diverse sollecitazioni a causa delle diverse condizioni di utilizzo. In genere, può essere suddiviso in resistenza alla pressione interna, resistenza allo shock termico, resistenza all'impatto meccanico, resistenza al ribaltamento della bottiglia, resistenza al carico verticale, ecc. Tuttavia, dal punto di vista della rottura delle bottiglie di vetro, la causa diretta è quasi sempre l'impatto meccanico, soprattutto quando le bottiglie di vetro vengono ripetutamente graffiate e colpite durante il trasporto e il riempimento. Pertanto, le bottiglie di vetro devono essere in grado di resistere a sollecitazioni interne ed esterne generali, vibrazioni e impatti incontrati durante il riempimento, lo stoccaggio e il trasporto. La resistenza del vetro della bottiglia varia leggermente a seconda che si tratti di una bombola piena di gas o di una bombola non piena di gas, di una bombola usa e getta o di una bombola riciclata, ma deve essere sicura da usare e non scoppiare. Non solo la resistenza alla pressione dovrebbe essere controllata prima di lasciare la fabbrica, ma dovrebbe anche essere considerato il problema della riduzione della resistenza delle bottiglie riciclate durante il riciclaggio. Secondo dati esteri, dopo 5 utilizzi, la resistenza si riduce del 40% (solo il 60% della resistenza originale); dopo 10 utilizzi, la resistenza si riduce del 50%. Pertanto, quando si progetta la forma della bottiglia, è necessario considerare che la resistenza del vetro abbia un fattore di sicurezza sufficiente per evitare che la bottiglia "esploda" e ferisca le persone.
(2) Fattori che influenzano la resistenza meccanica del vetro della bottiglia Lo stress residuo distribuito in modo non uniforme nel vetro della bottiglia riduce notevolmente la resistenza. Lo stress interno nei prodotti in vetro si riferisce principalmente allo stress termico e la sua esistenza porterà a una ridotta resistenza meccanica e a una scarsa stabilità termica dei prodotti in vetro.
Difetti macro e micro del vetro, come pietre, bolle, striature, ecc., causano spesso stress interni dovuti alla composizione non coerente con la composizione principale del vetro e ai diversi coefficienti di dilatazione, provocando così crepe che compromettono seriamente la resistenza dei prodotti in vetro.
Inoltre, graffi e usura sulla superficie del vetro hanno una grande influenza sulla resistenza del prodotto. Più grandi e nitide sono le cicatrici, più significativa è la riduzione della resistenza. Le crepe formate sulla superficie del vetro della bottiglia sono causate principalmente da graffi sulla superficie del vetro, in particolare graffi superficiali tra vetro e vetro. Per il vetro della bottiglia che deve resistere ad alta pressione, come le bottiglie di birra e le bottiglie di soda, la diminuzione della resistenza causerà la rottura del prodotto durante la lavorazione e l'uso, quindi collisione, abrasione e usura devono essere severamente vietate durante il trasporto e il riempimento.
Lo spessore della parete della bottiglia è direttamente correlato alla resistenza meccanica della bottiglia e alla sua capacità di resistere alla pressione interna. Se il rapporto di spessore della parete della bottiglia è troppo grande e lo spessore della parete della bottiglia è irregolare, la parete della bottiglia avrà dei collegamenti deboli, influenzando così la resistenza all'impatto e le prestazioni di resistenza alla pressione interna. Lo standard nazionale GB4544-1996 "Beer Bottle" stabilisce rigorosamente che il rapporto di spessore della parete della bottiglia è<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.

Durante il processo di disinfezione e sterilizzazione, il vetro della bottiglia deve resistere a drastici cambiamenti di temperatura. Quando la sollecitazione di trazione supera la resistenza del vetro, si romperà. Pertanto, la stabilità termica del vetro della bottiglia deve soddisfare i requisiti, avere un certo grado di resistenza agli shock termici ed essere in grado di resistere a processi di riscaldamento e raffreddamento come il lavaggio e la sterilizzazione.
I principali fattori che influiscono sulla stabilità termica del vetro della bottiglia sono i seguenti.
Il coefficiente di dilatazione lineare a del vetro cambia notevolmente con il cambiamento di composizione, quindi il coefficiente di dilatazione lineare ha un significato decisivo per la stabilità termica del vetro. Minore è il coefficiente di dilatazione termica del vetro, migliore è la sua stabilità termica e maggiore è la temperatura che il campione può sopportare, e viceversa. Pertanto, qualsiasi componente che può ridurre il coefficiente di dilatazione termica del vetro può migliorare la stabilità termica del vetro, come SiO2, B2O3, Al2 03, ZrO2, ZnO, Mg0, ecc. L'ossido di metallo alcalino R20 può aumentare il coefficiente di dilatazione termica del vetro, quindi il vetro contenente una grande quantità di ossidi di metallo alcalino ha una scarsa stabilità termica.
La stabilità termica del vetro è anche correlata allo spessore del prodotto. Più spessa è la parete di un prodotto in vetro, minore è la differenza di temperatura improvvisa che può sopportare. Quando sottoposto a shock termico, si genera una sollecitazione compressiva sulla superficie del vetro, mentre quando viene raffreddato rapidamente, si forma una sollecitazione di trazione sulla superficie del vetro. La resistenza alla compressione del vetro è 10 volte maggiore della sua resistenza alla trazione. Pertanto, quando si misura la stabilità termica del vetro, l'esperimento viene solitamente condotto in condizioni di raffreddamento rapido.
La tempra può aumentare la stabilità termica del vetro da 1,5 a 2 volte. Questo perché dopo la tempra, la superficie del vetro ha una sollecitazione di compressione uniformemente distribuita, che può compensare la sollecitazione di trazione generata sulla superficie del prodotto quando viene raffreddato rapidamente.

Durante l'uso, i prodotti in vetro sono soggetti a corrosione da parte di acqua, acido, alcali, sale, gas e vari reagenti chimici e medicinali liquidi. La capacità del vetro di resistere a queste corrosioni è chiamata stabilità chimica del vetro. Varie bottiglie e lattine di vetro sono generalmente utilizzate nella vita quotidiana delle persone. Per bottiglie e lattine contenenti vino, bevande e cibo, dovrebbero avere una certa stabilità chimica, in particolare per bottiglie di soluzione salina e flaconi di fiale utilizzati in medicina. I requisiti di stabilità chimica sono più elevati, altrimenti i componenti nel vetro si dissolveranno nel medicinale liquido e si verificherà persino una desquamazione, causando alcuni danni al corpo umano.
Con la formulazione di standard di valutazione dei prodotti verdi e il miglioramento della tecnologia di test, il rilevamento di sostanze nocive nel vetro delle bottiglie è diventato sempre più rigoroso, in particolare l'UE utilizza spesso barriere verdi per limitare l'esportazione di prodotti cinesi, influenzando l'ingresso dei prodotti nel mercato internazionale. A tal fine, l'Amministrazione generale della supervisione della qualità, ispezione e quarantena e l'Amministrazione statale della standardizzazione hanno aggiunto i valori limite consentiti di arsenico e antimonio basati sui valori limite consentiti di piombo e cadmio in IS07086-2:2000 "Prodotti in vetro cavo a contatto con alimenti--valori limite consentiti di dissoluzione di piombo e cadmio" secondo la situazione della Cina (Tabella 2-1).
I fattori che influiscono sulla stabilità chimica del vetro sono i seguenti.
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 Quando nel vetro sono presenti contemporaneamente due ossidi di metalli alcalini, la stabilità chimica del vetro raggiunge un valore estremo a causa dell'"effetto alcalino misto", e questo effetto è più evidente nel vetro al piombo.
③ Quando i metalli alcalino-terrosi o altri ossidi metallici bivalenti sostituiscono il silicio e l'ossigeno nel vetro silicato, anche la stabilità chimica del vetro verrà ridotta. Tuttavia, l'effetto di riduzione della stabilità è più debole di quello degli ossidi di metalli alcalini. Tra gli ossidi bivalenti, BaO e PbO hanno l'effetto più forte nella riduzione della stabilità chimica, seguiti da MgO e CaO.
④ Nel vetro di base con una composizione chimica di 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 o RO2), dopo aver sostituito parte di Na2O con ossidi quali CaO, MgO, AlO3, TiO2, ZrOz e BaO in sequenza, l'ordine di resistenza all'acqua e resistenza agli acidi è il seguente.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>BaO.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>BaO.
Tra le composizioni di vetro, ZrO₂ ha la migliore resistenza all'acqua e agli acidi, così come la migliore resistenza agli alcali, ma è difficile da fondere. BaO non è buono in entrambi i casi.
Tra gli ossidi trivalenti, anche l'ossido di alluminio e l'ossido di boro presentano il fenomeno della "anomalia del boro" in termini di stabilità chimica del vetro.
Nel vetro silicato sodico-calcico xNa2O·yCaO·zSiO2, se il contenuto di ossido soddisfa la relazione (2-1), si può ottenere un vetro abbastanza stabile.
In sintesi, qualsiasi ossido in grado di rafforzare la rete strutturale del vetro e di rendere la struttura completa e densa può migliorare la stabilità chimica del vetro; in caso contrario, la ridurrà.

Il vetro della bottiglia può efficacemente tagliare i raggi ultravioletti e prevenire il deterioramento del contenuto. Ad esempio, la birra produrrà un odore dopo essere stata esposta alla luce con una lunghezza d'onda inferiore a 550 nm (luce blu o luce verde), che è il cosiddetto odore di luce solare. Anche la qualità di cibi come vino e salsa sarà influenzata dopo essere stati esposti a raggi ultravioletti inferiori a 250 nm. Gli studiosi tedeschi hanno proposto che l'effetto fotochimico della luce visibile si indebolisca gradualmente dalla luce verde alle onde lunghe e termini a circa 520 nm. In altre parole, 520 nm è la lunghezza d'onda critica. La luce più corta di questa lunghezza d'onda avrà un effetto fotochimico sul contenuto della bottiglia, danneggiando la birra. Pertanto, il vetro della bottiglia è tenuto ad assorbire la luce inferiore a 520 nm e le bottiglie marroni hanno l'effetto migliore.
Quando il latte è esposto alla luce, produce "odore leggero" e "odore" a causa della generazione di perossidi e delle reazioni successive. Anche la vitamina C e l'acido ascorbico vengono ridotti. Anche la vitamina A, la vitamina B2 e la vitamina D hanno situazioni simili. Se alla composizione del vetro viene aggiunto un componente che assorbe i raggi ultravioletti ma ha scarso effetto sul colore, l'impatto della luce sulla qualità del latte può essere evitato.
Per le bottiglie e le lattine contenenti medicinali è necessario un vetro spesso 2 mm per assorbire il 98% della lunghezza d'onda di 410 nm e trasmetterne il 72% a 700 nm, il che può prevenire reazioni fotochimiche e osservare il contenuto della bottiglia.
Ad eccezione del vetro al quarzo, la maggior parte del vetro sodico-calcico-siliceo ordinario può filtrare la maggior parte dei raggi ultravioletti. Il vetro sodico-calcico-siliceo non può trasmettere la luce ultravioletta (200~360nm), ma può trasmettere la luce visibile (360~1000nm), il che significa che il vetro sodico-calcico-siliceo ordinario può assorbire la maggior parte dei raggi ultravioletti.
Per soddisfare i requisiti dei consumatori per la trasparenza di bottiglie e lattine di vetro, è meglio far sì che il vetro della bottiglia assorba i raggi ultravioletti senza scurirlo. L'aggiunta di CeO2 alla composizione può soddisfare questo requisito. Il cerio può esistere in due forme, Ce3+ o Ce4+, ed entrambi gli ioni producono un forte assorbimento ultravioletto. I brevetti giapponesi riportano che una composizione di vetro contiene 0.01%~1.0% di ossido di vanadio e 0.05%~0.5% di ossido di cerio. Quando esposto alla luce ultravioletta, si verifica la seguente reazione:
Che3++V3+-Che4++V2+
Con l'aumentare del tempo di esposizione, aumenta la dose di radiazioni ultraviolette, aumenta il rapporto V2+ e il colore del vetro si intensifica. Ad esempio, il sakè si deteriora facilmente se esposto alla luce ultravioletta e l'uso di bottiglie di vetro colorato compromette la trasparenza, rendendo difficile osservarne il contenuto. Quando vengono aggiunti CeO2 e V203, il vetro è incolore e trasparente quando il tempo di conservazione è breve e la dose di radiazioni ultraviolette è piccola, ma quando il tempo di conservazione è lungo e la dose di radiazioni ultraviolette è troppo alta, il vetro cambia colore. La profondità del cambiamento di colore può essere utilizzata per valutare la durata del tempo di conservazione.