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文档简介

0引言中性硼硅酸盐药用玻璃因具有优异的化学稳定性和热稳定性,被广泛应用在药品包装领域。棕色中性药用硼硅酸盐玻璃加入氧化铁和氧化钛作为着色剂,可以有效阻隔紫外线透过药品容器玻璃,防止瓶内药品受到光线照射而变质,从而延长药品保质期。中性硼硅酸盐玻璃含有较多的氧化硼(B2O3≥8%),氧化硼在玻璃高温熔化过程中很容易挥发,造成实际生成玻璃的氧化硼含量可能与设计值有较大差异,影响玻璃的实际性能;且挥发的氧化硼也会侵蚀玻璃熔窑,造成熔窑使用年限缩短。氧化硼的化工引入原料可以是硼酸、硼酸酐、零水硼砂、五水硼砂、十水硼砂,本文通过向棕色中性硼硅酸盐玻璃加入不同硼引入物原料,研究其对玻璃硼挥发率、光学性能、高温黏度、线膨胀系数、羟基值等性能的影响。1实验(1)玻璃组分设计棕色中性硼硅酸盐玻璃,在玻璃组分中加入Fe2O3和TiO2作为着色剂,其他组分元素包括SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、BaO、B2O3,所用的原料分别为石英砂、氧化铝、碳酸钙、氧化镁、纯碱、碳酸钾、碳酸钡及各种硼引入原料,硼引入原料包括硼酸、硼酸酐、零水硼砂、五水硼砂、十水硼砂(除石英砂为矿物原料外,其他原料皆是AR级试剂)。本文研究不同硼引入原料对棕色中性硼硅酸盐玻璃的影响。设计五组实验玻璃组分为:(SiO2+Al2O3)76.6%,Fe2O30.40%,(CaO+MgO+BaO)1.65%,(Na2O+K2O)7.35%,B2O3

10.40%,TiO2

3.80%。(2)玻璃熔化温度制度按照(1)的玻璃配方进行配料,将混合均匀的250g玻璃配合料加入到300mL铂铑合金坩埚内,再将坩埚放进实验高温炉中;高温炉经4h升温至1650℃,保温7h后,快速将熔融玻璃液倒入浇注模具成型,随后将已固化成型的玻璃移入到已加热至650℃的马弗炉中;在马弗炉内保温1h后断开其电源,样品玻璃随炉冷却退火。2结果与讨论(1)不同硼引入原料对玻璃硼挥发的影响制备得到的1#~5#玻璃样品实际氧化硼含量测试结果见表1。表1不同硼引入原料下玻璃氧化硼的挥发由表1可以看出,在同等条件下,引入不同硼原料的玻璃,硼挥发量由大到小排列为:十水硼砂>硼酸>五水硼砂>零水硼砂>硼酸酐。引入硼原料为硼酸酐的玻璃,硼挥发量最少(挥发率7.9%);引入硼原料为硼砂的玻璃,随着引入硼砂结晶水含量的增加,玻璃的硼挥发量增大明显(挥发率从8.6%提升至10.6%);引入硼原料为硼酸的玻璃,其硼挥发量与引入硼原料为五水硼砂的玻璃相比,略多一些但很接近(五水硼砂挥发率为9.0%,硼酸挥发率为9.2%)。(2)不同硼引入原料对玻璃光学性能的影响制备得到的1#~5#玻璃样品经测试得到的光谱曲线见图1,可见光透过率值见表2。由图1-1知,1#~5#玻璃光谱在波长≤450nm处(紫外波段)透过率皆为<10%,比较好地阻挡了紫外线;当波长>450nm时,各个玻璃之间透过率有明显的差异,结合图1-2和表3可知,玻璃可见光透过率由大到小排列:5#(硼引入物十水硼砂)>1#(硼引入物硼酸)>4#(硼引入物五水硼砂)>3#(硼引入物零水硼砂)>2#(硼引入物硼酸酐)。图1不同硼引入原料下玻璃的光谱表2不同硼引入原料下玻璃的可见光透过率值1#~5#玻璃基础成分设计值和熔制工艺条件是一样的,因硼引入原料不同(硼挥发率不同),造成最终制备玻璃的实际B2O3含量不同。由表3知,玻璃实际B2O3含量为:5#(硼引入物十水硼砂)<1#(硼引入物硼酸)<4#(硼引入物五水硼砂)<3#(硼引入物零水硼砂)<2#(硼引入物硼酸酐)。棕色硼硅酸盐玻璃属于铁、钛离子着色玻璃。铁以二价铁离子和三价铁离子形式存在于玻璃中,二价铁离子对玻璃的着色能力强且呈浅蓝绿色,三价铁离子的着色能力较弱。钛以三价钛离子和四价钛离子形式存在于玻璃中,四价钛离子在玻璃中是无色的,三价钛离子使玻璃着色。棕色硼硅酸盐玻璃的玻璃基础成分变化会影响铁、钛离子的价态,进而影响玻璃颜色的深浅(影响玻璃的透过率)。以玻璃组分中的偏酸性组分B2O3举例,B2O3含量越多,玻璃中的游离氧就越少,使得铁离子和钛离子更容易向低价和高配位转变,进而二价铁离子和三价钛离子含量增加,玻璃颜色变深,玻璃光学透过率下降。综上可知,棕色硼硅酸盐玻璃光学透过率值和B2O3含量呈反比关系,即B2O3含量越高,其光学透过率越低。(3)不同硼引入原料对玻璃高温黏度性能的影响测试制备得到的1#~5#玻璃样品,得到玻璃的黏度-温度曲线见图2。图2不同硼引入原料下玻璃的黏度-温度曲线由图2知,在同样温度条件下,1#~5#玻璃高温黏度由大到小排列为:5#(硼引入物十水硼砂)>1#(硼引入物硼酸)>4#(硼引入物五水硼砂)>3#(硼引入物零水硼砂)>2#(硼引入物硼酸酐)。1#~5#玻璃区别在于实际B2O3含量不同,B2O3含量是影响玻璃黏度的关键因素。B2O3在玻璃组分中可以起到一定的助熔作用,从而降低玻璃的高温黏度。综上可知,在本文实验条件下,随着B2O3含量的增加,棕色硼硅酸盐玻璃高温黏度下降。(4)不同硼引入原料对玻璃膨胀系数的影响测试制备得到的1#~5#玻璃样品,得到玻璃膨胀系数见表3。表3不同硼引入原料下玻璃的膨胀系数由表3可知,1#~5#玻璃膨胀系数由大到小排列为:5#(硼引入物十水硼砂)>1#(硼引入物硼酸)>4#(硼引入物五水硼砂)>3#(硼引入物零水硼砂)>2#(硼引入物硼酸酐)。在一定条件下,硼硅酸盐玻璃正三价硼离子会夺取游离氧形成硼氧四面体[BO4],使玻璃结构趋向紧密,进而玻璃膨胀系数降低。综上可知,在本文实验条件下,棕色硼硅酸盐玻璃随着B2O3含量的增加,玻璃膨胀系数下降。3结论(1)在同等实验条件下,

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