Različice in lastnosti stekla za steklenice

(1) Steklo steklenice mora imeti določeno mehansko trdnost Steklo steklenice bo zaradi različnih pogojev uporabe izpostavljeno različnim obremenitvam. Na splošno jo lahko razdelimo na notranjo tlačno trdnost, odpornost na toplotni udar, trdnost na mehanske udarce, trdnost prevrnitve steklenice, trdnost navpične obremenitve itd. Vendar pa je z vidika povzročitve razbitja steklenic neposredni vzrok skoraj vedno mehanski udarec, še posebej, če so steklenice med transportom in polnjenjem večkrat opraskane in udarjene. Zato morajo biti steklenice sposobne prenesti splošne notranje in zunanje obremenitve, vibracije in udarce med polnjenjem, skladiščenjem in transportom. Trdnost stekla za steklenice se nekoliko razlikuje glede na to, ali gre za plastenko, polnjeno s plinom ali plastenko brez plina, plastenko za enkratno uporabo ali reciklirano plastenko, vendar mora biti varna za uporabo in ne sme počiti. Ne le, da je treba preveriti odpornost na pritisk, preden zapustijo tovarno, ampak je treba upoštevati tudi problem zmanjšanja trdnosti recikliranih steklenic med recikliranjem. Po tujih podatkih se po 5 uporabah moč zmanjša za 40% (samo 60% prvotne jakosti); po 10 uporabah se moč zmanjša za 50%. Zato je treba pri načrtovanju oblike steklenice upoštevati, da ima trdnost stekla zadosten varnostni faktor, da steklenica ne "eksplodira" in ne poškoduje ljudi.
(2) Dejavniki, ki vplivajo na mehansko trdnost stekla za steklenice. Neenakomerno porazdeljena zaostala napetost v steklu za steklenice močno zmanjša trdnost. Notranja napetost v steklenih izdelkih se v glavnem nanaša na toplotno obremenitev, njen obstoj pa bo povzročil zmanjšano mehansko trdnost in slabo toplotno stabilnost steklenih izdelkov.
Makro in mikro napake v steklu, kot so kamenčki, mehurčki, črte itd., pogosto povzročajo notranje napetosti zaradi neskladne sestave z glavno sestavo stekla in različnih razteznih koeficientov, s čimer povzročajo razpoke, ki resno vplivajo na trdnost steklenih izdelkov.
Poleg tega praske in obraba steklene površine močno vplivajo na trdnost izdelka. Večje in ostrejše kot so brazgotine, pomembnejše je zmanjšanje moči. Razpoke, ki nastanejo na površini stekleničnega stekla, nastanejo predvsem zaradi prask na stekleni površini, zlasti površinskih prask med steklom in steklom. Pri steklenicah za steklenice, ki morajo prenesti visok pritisk, kot so steklenice za pivo in steklenice za soda, bo zmanjšanje trdnosti povzročilo, da izdelek poči med predelavo in uporabo, zato je treba med prevozom in polnjenjem strogo prepovedati trčenje, odrgnjenje in obrabo.
Debelina stene steklenice je neposredno povezana z mehansko trdnostjo steklenice in njeno sposobnostjo, da prenese notranji pritisk. Če je razmerje debeline stene steklenice preveliko in je debelina stene steklenice neenakomerna, bo imela stena steklenice šibke povezave, kar bo vplivalo na odpornost proti udarcem in odpornost proti notranjemu tlaku. Nacionalni standard GB4544-1996 "Steklenica piva" strogo določa, da je razmerje debeline stene steklenice<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.

Med postopkom dezinfekcije in sterilizacije mora stekleničko steklo prenesti drastične temperaturne spremembe. Ko natezna napetost preseže trdnost stekla, se bo zlomilo. Zato mora toplotna stabilnost stekla za steklenice izpolnjevati zahteve, imeti določeno stopnjo odpornosti na toplotne udarce in biti sposobna prenesti postopke segrevanja in hlajenja, kot sta pranje in sterilizacija.
Glavni dejavniki, ki vplivajo na toplotno stabilnost stekla za steklenice, so naslednji.
Koeficient linearne razteznosti a stekla se s spremembo sestave močno spreminja, zato ima koeficient linearne razteznosti odločilen pomen za toplotno stabilnost stekla. Manjši ko je koeficient toplotne razteznosti stekla, boljša je njegova toplotna stabilnost in višjo temperaturo vzorec prenese, in obratno. Zato lahko vsaka komponenta, ki lahko zmanjša koeficient toplotnega raztezanja stekla, izboljša toplotno stabilnost stekla, kot so SiO2, B2O3, Al2 03, ZrO2, ZnO, Mg0 itd. Oksid alkalijske kovine R20 lahko poveča koeficient toplotnega raztezanja stekla, zato ima steklo, ki vsebuje veliko količino oksidov alkalijskih kovin, slabo toplotno stabilnost.
Toplotna stabilnost stekla je povezana tudi z debelino izdelka. Debelejša ko je stena steklenega izdelka, manjšo nenadno temperaturno razliko lahko prenese. Pri termičnem šoku se na površini stekla ustvari tlačna napetost, pri hitrem ohlajanju pa natezna napetost na površini stekla. Tlačna trdnost stekla je 10-krat večja od njegove natezne trdnosti. Zato se pri merjenju toplotne stabilnosti stekla poskus običajno izvaja v pogojih hitrega ohlajanja.
Kaljenje lahko poveča toplotno stabilnost stekla za 1,5 do 2-krat. To je zato, ker ima površina stekla po kaljenju enakomerno porazdeljeno tlačno napetost, ki lahko izravna natezno napetost, ki nastane na površini izdelka, ko se ta hitro ohladi.

Med uporabo so stekleni izdelki podvrženi koroziji zaradi vode, kislin, alkalij, soli, plina ter različnih kemičnih reagentov in tekočih zdravil. Sposobnost stekla, da se upre tej koroziji, imenujemo kemična stabilnost stekla. Različne steklenice in pločevinke se običajno uporabljajo v vsakdanjem življenju ljudi. Za steklenice in pločevinke, ki vsebujejo vino, pijačo in hrano, morajo imeti določeno kemično stabilnost, zlasti za steklenice s fiziološko raztopino in ampule, ki se uporabljajo v medicini. Zahteve glede kemične stabilnosti so višje, sicer se bodo komponente v steklu raztopile v tekočem zdravilu in prišlo bo celo do luščenja, kar bo povzročilo določeno škodo človeškemu telesu.
Z oblikovanjem standardov ocenjevanja zelenih izdelkov in izboljšanjem tehnologije testiranja je odkrivanje škodljivih snovi v steklu steklenic postalo vse strožje, zlasti EU pogosto uporablja zelene ovire za omejevanje izvoza kitajskih izdelkov, kar vpliva na vstop izdelkov na mednarodni trg. V ta namen sta Generalna uprava za nadzor kakovosti, inšpekcijo in karanteno ter Državna uprava za standardizacijo dodali dovoljene mejne vrednosti arzena in antimona na podlagi dovoljenih mejnih vrednosti svinca in kadmija v IS{{0} }:2000 "Votli stekleni izdelki v stiku z živili--dovoljene mejne vrednosti raztapljanja svinca in kadmija" glede na razmere na Kitajskem (tabela 2-1).
Dejavniki, ki vplivajo na kemično stabilnost stekla, so naslednji.
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 Ko v steklu hkrati obstajata dva oksida alkalijskih kovin, doseže kemična stabilnost stekla izjemno vrednost zaradi "mešanega alkalnega učinka", ta učinek pa je bolj očiten pri svinčevem steklu.
③ Ko zemeljsko alkalijske kovine ali drugi dvovalentni kovinski oksidi nadomestijo silicij in kisik v silikatnem steklu, se zmanjša tudi kemična stabilnost stekla. Vendar pa je učinek zmanjšanja stabilnosti šibkejši kot pri oksidih alkalijskih kovin. Med dvovalentnimi oksidi imata BaO in PbO najmočnejši učinek na zmanjšanje kemijske stabilnosti, sledita pa MgO in CaO.
④ V osnovnem steklu s kemično sestavo 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 ali RO2), po zamenjavi dela Na2O z oksidi, kot so CaO, MgO, AlO3, TiO2, ZrOz in BaO v zaporedju, vrstni red vodoodpornosti in kislinske odpornosti je naslednji.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>Bao.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>Bao.
Med steklenimi sestavami ima ZrO₂ najboljšo odpornost na vodo in kisline ter najboljšo odpornost na alkalije, vendar se težko tali. BaO v obeh primerih ni dober.
Med trivalentnimi oksidi bosta imela aluminijev oksid in borov oksid tudi pojav "borove anomalije" v smislu kemijske stabilnosti stekla.
V natrijevo-apneno silikatnem steklu xNa2O·yCaO·zSiO2, če je vsebnost oksida v razmerju (2-1), lahko dobimo dokaj stabilno steklo.
Če povzamemo, vsak oksid, ki lahko okrepi mrežo steklene strukture in naredi strukturo popolno in gosto, lahko izboljša kemično stabilnost stekla; sicer bo zmanjšala kemično stabilnost stekla.

Steklo steklenice lahko učinkovito odreže ultravijolične žarke in prepreči propadanje vsebine. Na primer, pivo bo proizvedlo vonj po izpostavitvi svetlobi z valovno dolžino pod 550 nm (modra svetloba ali zelena svetloba), kar je tako imenovani vonj po sončni svetlobi. Kakovost hrane, kot sta vino in omaka, bo prav tako prizadeta, če bo izpostavljena ultravijoličnim žarkom pod 250 n. Nemški učenjaki so predlagali, da fotokemični učinek vidne svetlobe postopoma slabi od zelene svetlobe do dolgih valov in se konča pri približno 520 nm. Z drugimi besedami, 520 nm je kritična valovna dolžina. Svetloba, krajša od te valovne dolžine, bo imela fotokemični učinek na vsebino steklenice in povzročila poškodbe piva. Zato mora stekleničko steklo absorbirati svetlobo pod 520 nm, rjave steklenice pa imajo najboljši učinek.
Ko je mleko izpostavljeno svetlobi, proizvaja "rahel vonj" in "vonj" zaradi nastajanja peroksidov in kasnejših reakcij. Zmanjšata se tudi vitamin C in askorbinska kislina. Tudi vitamin A, vitamin B2 in vitamin D imajo podobne situacije. Če v sestavo stekla dodamo komponento, ki absorbira ultravijolične žarke, vendar malo vpliva na barvo, se lahko izognemo vplivu svetlobe na kakovost mleka.
Za stekleničke in pločevinke, ki vsebujejo zdravila, je potrebno steklo debeline 2 mm, da absorbira 98 % valovne dolžine 410 nm in prepušča 72 % pri 700 nm, kar lahko prepreči fotokemične reakcije in opazuje vsebino stekleničke.
Razen kremenčevega stekla lahko večina navadnega natrijevega apneno-silicijevega stekla filtrira večino ultravijoličnih žarkov. Soda-lime-silica steklo ne more prepuščati ultravijolične svetlobe (200~360nm), lahko pa prepušča vidno svetlobo (360~1000nm), kar pomeni, da običajno soda-lime-silica steklo lahko absorbira večino ultravijoličnih žarkov.
Da bi izpolnili zahteve potrošnikov glede prosojnosti steklenic in pločevink, je najbolje, da steklo steklenice absorbira ultravijolične žarke, ne da bi postalo temno. Dodajanje CeO2 sestavi lahko izpolni to zahtevo. Cerij lahko obstaja v dveh oblikah, Ce3+ ali Ce4+, in oba iona proizvajata močno ultravijolično absorpcijo. Japonski patenti poročajo, da steklena sestava vsebuje 0.01%~1.0% vanadijevega oksida in 0.05%~0,5% cerijevega oksida. Pri izpostavljenosti ultravijolični svetlobi pride do naslednje reakcije:
Ce3++V3+-Ce4++V2+
S podaljševanjem časa izpostavljenosti se poveča doza ultravijoličnega sevanja, poveča se razmerje V2+ in barva stekla se poglobi. Na primer, sake se zlahka pokvari, če je izpostavljen ultravijolični svetlobi, uporaba barvnih steklenic pa vpliva na preglednost, zaradi česar je težko opazovati vsebino. Pri dodatku CeO2 in V203 je steklo brezbarvno in prozorno, ko je čas shranjevanja kratek in je doza ultravijoličnega sevanja majhna, ko pa je čas shranjevanja dolg in je doza ultravijoličnega sevanja previsoka, steklo spremeni barvo. Globina spremembe barve se lahko uporablja za presojo dolžine časa shranjevanja.