化学功能玻璃

化学功能玻璃第1页，课件共34页，创作于2023年2月白雾第2页，课件共34页，创作于2023年2月一.玻璃的化学稳定性酸、碱、气、水。1.水对玻璃的侵蚀硅酸盐玻璃在水中的溶解过程比较复杂。水对玻璃的侵蚀开始于水中的H+和玻璃中的Na+离子进行交换。随着水化反应的进行，Si原子周围的四个桥氧原子全部成为OH，这就是水分子对硅氧骨架的直接破坏。但是，当玻璃中含有Ca2+等其他较大半径的离子存在时，能够极大地阻碍Na+离子的扩散，从而在很大程度上阻止了水对玻璃的侵蚀。第3页，课件共34页，创作于2023年2月2.酸对玻璃的侵蚀除氢氟酸外，一般的酸并不直接与玻璃发生作用，它是通过水的作用侵蚀玻璃。因此，浓酸不如稀酸对玻璃的侵蚀大。当玻璃中R2O含量大时，也就是高碱玻璃，玻璃的耐酸性较大，而耐水性较差。当玻璃中R2O含量较小，而SiO2含量较高时，玻璃的耐酸性较小，而耐水性较好。第4页，课件共34页，创作于2023年2月3.碱对玻璃的侵蚀碱对玻璃的侵蚀是通过OH-离子破坏硅氧骨架，使SiO2溶解在溶液中。在侵蚀的过程中，会出现玻璃表面层脱落的现象。玻璃受碱的侵蚀共分三个阶段：一.碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面上；二.阳离子在吸附玻璃表面的同时，也有束缚周围OH-离子的作用。并且随着周围OH-浓度的升高，对于硅氧键的攻击和断裂表面键的作用越来越明显；三.硅氧骨架被破坏后，与吸附在玻璃表面的阳离子形成硅酸盐，并逐渐溶解在碱溶液中。由此，加剧了玻璃的侵蚀。第5页，课件共34页，创作于2023年2月玻璃的耐碱能力，还与其中含有的各种R-O键的强度有关。随着R+和R2+离子半径的增大，玻璃的耐碱能力降低。高配位、高场强的阳离子能提高玻璃的耐碱性。稀土离子通常具有较高的配位和场强。比如，在硼铝硅酸盐玻璃中，微量稀土（La3+、Sm3+等）离子的介入起到了较强的积聚作用，加强了玻璃网络的牢固程度，从而大大增强了玻璃的抗碱侵蚀能力。第6页，课件共34页，创作于2023年2月4.大气对玻璃的侵蚀1.玻璃表面的某些离子吸附了空气中的水分子，水分子以OH-离子基团的形式存在于玻璃表面。这些原子团不断吸收水分，形成厚达几十个分子的薄层；2.如果Na2O、CaO等碱性氧化物含量较少，这些薄层形成后就不再发展；如果碱性氧化物含量较多，被吸附的水膜就变成了氢氧化物的溶液，并进一步吸收水分，使玻璃表面受到破坏。第7页，课件共34页，创作于2023年2月塑料吊瓶和玻璃吊瓶哪个更安全？兼容性和稳定性的问题。第8页，课件共34页，创作于2023年2月塑料吊瓶－－价格高。与特殊药品接触后，是否会产生影响药效的因素，需要临床观察和进一步考证。玻璃吊瓶－－价格低。与含钙、碳酸氢钠等药品长期接触，会产生“小白点”，影响药液澄清度。关于其影响药效的问题，尚未见报道。玻璃容器产生脱片的原因：一.玻璃表面层中，可溶性成分溶出后，由于不溶性的高硅氧残存薄膜的剥离；二.原溶液中存在的多价金属离子，在玻璃表面形成含水硅酸盐薄膜后剥离。第9页，课件共34页，创作于2023年2月水质对玻璃脱片的影响：蒸馏水几乎不发生脱片；自来水容易脱片；PH值低的不容易脱片；PH值高的容易脱片；同样条件下，对于碱溶出量多的玻璃和组成中引入MgO的玻璃，也容易脱片。

即使对于结构较强的石英玻璃，也有脱片现象。随溶液温度的升高，侵蚀时间的增长而加剧。第10页，课件共34页，创作于2023年2月二.化学功能玻璃品种简介耐碱玻璃；抗菌玻璃；玻璃肥料；生物玻璃；………………第11页，课件共34页，创作于2023年2月2.1耐碱玻璃G.R.C－－玻璃纤维增强混凝土耐碱玻璃纤维被用来制作G.R.C，是最近国内(指日本)使用量增加的一个因素。部份G.R.G制品甚至被称为“理想的建筑材料”。特别由于它的优良的抗冲击性,高的抗弯强度,已开始使用在墙壁、天花板、地板、街道、输水管道、水池、酸雨地区建筑物、近海地区码头、采油平台、化工厂等等方面。因为混凝土是碱性的,所以要求玻璃纤维具有耐碱侵蚀性能。第12页，课件共34页，创作于2023年2月为什么采用常规的玻璃纤维不能用于G.R.C？（1）水泥硬化强碱性12.5-13；（2）玻璃纤维比表面积大1200；（3）化学稳定性优良的硼硅酸盐玻璃纤维，也会侵蚀殆尽。耐碱玻璃的组成；制备、性能、应用。第13页，课件共34页，创作于2023年2月2.1.1耐碱玻璃的组成特点（1）提高玻璃耐碱性的氧化物有ZrO2、SnO2、La2O3；（2）降低玻璃耐碱性的氧化物有Al2O3、P2O5、Fe2O3、PbO；（3）对碱离子按侵蚀量排序：Ba2+>Sr2+>NH4+>Na+>Li+。所以，目前的耐碱玻璃组成基本为Na2O-CaO-ZrO2-SiO2体系。2.1.2制备、性能a.制备原料主要为锆英石、石英砂、石灰石、纯碱等。窑炉可采用电熔窑。拉丝法制备纤维。第14页，课件共34页，创作于2023年2月b.性能侵蚀量：1mol/LNaOH1.5h5%;饱和Ca(OH)2溶液4h1％以下。GRC在自然状态下应保持较长的使用寿命。英国建筑研究所与皮尔金顿公司合作研究表明，20年内GRC的初始强度会降低60％以上。因此，还需改善GRC的性能。如：（1）继续提高纤维的耐碱性；（2）降低水泥的碱性；在提高纤维耐碱性方面，可以向组成中加入10％左右的La2O3，使耐碱性得到明显提高，但同时也提高了成本。第15页，课件共34页，创作于2023年2月英国皮尔金顿公司创建于1826年，是浮法工艺的发明人，在世界24个国家有制造业务，销售业务遍及130个国家。皮尔金顿公司每年投入的科研开发经费为3500万英磅。

皮尔金顿公司主要产品有建筑用产品、离线镀膜产品、汽车玻璃镀膜产品、夹层玻璃、钢化玻璃、制镜和飞机用玻璃产品。皮尔金顿实现的销售收入80%来自海外。按地域分，一半以上的销售收入源自欧洲，1/3以上来自北美，其他为南美和澳大利亚。皮尔金顿在世界建筑玻璃市场和汽车玻璃市场都占有较大的份额。皮尔金顿于1983年在上海设立分支机构，并投资建厂。截止目前，已在天津、广东、江苏、常熟等地建厂。其产品和研发深深影响着国内外的相关生产技术领域。第16页，课件共34页，创作于2023年2月2.2抗菌玻璃玻璃抗菌剂抗菌性－－抑制细菌增长发育的性能；杀菌性－－杀死细菌或接近无菌状态的性能。抗菌剂分有机和无机两种。但是有机抗菌剂具有污染环境、耐热性差等缺点。为了净化环境而开发了各种低毒安全的无机抗菌剂，广泛用于建材、涂料、塑料、陶瓷、化妆品、文具、玩具等领域。玻璃抗菌剂是其中的一类。玻璃抗菌剂是以化学稳定性差的玻璃为载体，玻璃组成中加入抗菌金属离子，在有水汽的环境下这些抗菌离子缓慢溶出而达到抗菌作用。第17页，课件共34页，创作于2023年2月抗菌机理：

抗菌金属离子接触细菌等微生物后，阻碍微生物的呼吸、电子迁移以及代谢，阻碍酵素作用及破坏蛋白质等，以达到抑菌灭菌的作用。金属离子抗菌顺序：Ag、Co、Ni、Al、Cu、Zn、Fe、Mn、Sn、Ba、Mg、Ca等，一般常用的为Ag、Zn、Cu的离子。第18页，课件共34页，创作于2023年2月2.2.1抗菌玻璃的种类与化学组成（1）化学稳定性—溶解性一般玻璃化学稳定性良好；抗菌玻璃：碱金属离子断网，水缓慢溶出。因此，玻璃中添加B2O3、Na2O等能够提高溶解性，添加Al2O3、ZnO等能够降低溶解性。（2）玻璃系统选择溶入Ag+、Cu2+等才可以具有抗菌性；Ag+极易氧化Ag胶体（黄褐色）；银离子稳定性：硅酸盐<硼酸盐<磷酸盐，硅酸盐1%，磷酸盐10%；因此，硼酸盐或磷酸盐系统可以使玻璃中的银离子稳定存在。第19页，课件共34页，创作于2023年2月纳米抗菌的“世界”第20页，课件共34页，创作于2023年2月2.3玻璃肥料上世纪50年代，速溶型氮磷钾肥料出现，几天--—几十天即可水溶；但是在雨水冲刷下很快进入江河湖泊，造成水质富营养化。另外，由于农业现代化的需求，对无土栽培和工业化生产果蔬提出要求。因此，玻璃肥料的研究再次引人注目。第21页，课件共34页，创作于2023年2月玻璃肥料的特点：（1）肥效长，有利吸收；（2）环境保护，可用固体废料为原料，如粉煤灰、炼钢矿渣等；（3）减少施肥次数，可一次性埋入；（4）根据土壤状况，引入植物所需元素。第22页，课件共34页，创作于2023年2月（1）玻璃肥料的系统组成a.植物所需主要为P5+、K+两种离子，因而选用磷酸盐玻璃，如K2O-CaO-MgO-P2O5系统；b.还可以在硅酸盐系统中引入较多的P2O5，如K2O-CaO-MgO-Al2O3-P2O5-SiO2系统玻璃；c.固体废料系统。如炼钢脱硅矿渣，主要含SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MnO2等氧化物；粉煤灰，添加钾盐、磷酸盐后制成玻璃肥料。第23页，课件共34页，创作于2023年2月（2）缓释性0.2克玻璃颗粒，置于10mL水中30小时后，测其失重；玻璃拉制成纤维，置于pH7的醋酸铵溶液中6小时后，测主要离子浓度，如P2O5、K2O、CaO、MgO、Fe2O3等。（3）其他特殊组成组成中添加稀土元素，可以使柑橘、葡萄、西瓜等植物含糖量提高。第24页，课件共34页，创作于2023年2月2.4生物玻璃能实现特定的生物、生理功能的玻璃。将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。生物玻璃是美国人L.L.亨奇于1969年发明的。其主要成分有Na2O、CaO、SiO2和P2O5。若添加少量其他成分，如K2O、MgO、CaF2、B2O3等，则可得到一系列有实用价值的生物玻璃。第25页，课件共34页，创作于2023年2月生物玻璃的出现生物玻璃主要用于牙齿、骨骼等硬组织的修复材料。其出现，在于硬组织粉碎或骨折后的人工修复。不锈钢、钛合金以及有机高分子材料等曾经被考虑选用，但是，这些材料均不具备生物活性。而玻璃材料存在不排异现象因而可以具有生物活性。若将它们与金属、有机高分子复合，则可以得到既具有力学性能又具活性及相容性的修复材料。第26页，课件共34页，创作于2023年2月人体骨骼特征30%有机质和70%无机质组成。有机质绝大部分为胶原蛋白纤维，无机质则主要为羟基磷灰石晶体，分子式为[Ca10(PO4)6(OH)2]。羟基磷灰石为微细针状晶体，胶原蛋白纤维排列在这些晶体周围。牙齿与骨骼具有类似结构，仅在其外层为釉层。第27页，课件共34页，创作于2023年2月2.4.1生物玻璃的种类（1）生物活性玻璃（2）含碱的磷钙硅系生物微晶玻璃（3）可切削生物微晶玻璃（4）临床治疗用生物玻璃第28页，课件共34页，创作于2023年2月（1）生物活性玻璃能与自然骨形成牢固结合。典型组成为SiO2—45%、P2O5—6%、CaO—24.5%、Na2O—24.5%。在图中A区的组成范围下，玻璃表面先形成富SiO2层，随后Ca、P等元素在其上沉积并形成羟基磷灰石膜，由此与活体骨发生键合。第29页，课件共34页，创作于2023年2月制备方法：熔融法和溶胶-凝胶法。熔融法制得的生物玻璃结构致密、比表面积小、而且SiO2的质量分数一般不能超过60%，否则玻璃不再具有生物活性。溶胶-凝胶法制得的玻璃通常具有较大的比表面积、控制的网络结构，因而加速了玻璃在生物体内的降解。溶胶-凝胶法……，制得的SiO2-CaO-P2O5、SiO2-CaO玻璃，含有大量孔径为5-100nm的中孔，其比表面积是熔融法制得玻璃的上万倍。为无定形磷酸钙的形成提供更多Si-O成核空间，降解速度和表面形成HCA层的速度也更快，因而具有更高的生物活性。尤其是当SiO2含量达到77%时，玻璃仍具有较高的生物活性。该类玻璃的特点是生物活性好，弹性模量低，抗弯强度小，因此不能用于人体承受载荷部位，主要用作中耳骨修复、面部整容、神经性耳聋医治等。第30页，课件共34页，创作于2023年2月（2）含碱的磷钙硅系统生物微晶玻璃该类玻璃的抗弯、抗压强度均较生物活性玻璃有所提高。Na2O-K2O-MgO-CaO-P2O5-SiO2系统中通过减少碱金属氧化物的含量，并经微晶化处理而制得的含有碳酸磷灰石的生物微晶玻璃。较低的碱金属氧化物含量，避免了Na+、K+的溶出，对强度较低的SiO2凝胶层的生成有一定的阻碍作用，微晶化处理使玻璃含有较多的磷灰石晶体，因而既提高了玻璃的机械强度，又保留了生物活性，能与活体骨形成紧密结合。一般用于颚骨修复、骨水泥材料等。第31页，课件共34页，创作于2023年2月（3）可切削生物微晶玻璃普通玻璃无法同时具备生物活性和可切削性。可以在玻璃中引入云母晶相，实现层状结构。当晶相在玻璃中形成交错排列的结构时，能控制结构中微裂纹的扩展方向，可以用普通刀具对这类玻璃进行切削加工。第32页，课件共34页