Variedades y rendimiento del vidrio para botellas

(1) El vidrio de la botella debe tener una cierta resistencia mecánica El vidrio de la botella estará sujeto a diferentes tensiones debido a diferentes condiciones de uso. Generalmente, se puede dividir en resistencia a la presión interna, resistencia al choque térmico, resistencia al impacto mecánico, resistencia al vuelco de la botella, resistencia a la carga vertical, etc. Sin embargo, desde la perspectiva de causar que las botellas de vidrio se rompan, la causa directa es casi siempre el impacto mecánico, especialmente cuando las botellas de vidrio se rayan e impactan repetidamente durante el transporte y el llenado. Por lo tanto, las botellas de vidrio deben poder soportar tensiones internas y externas generales, vibraciones e impactos encontrados durante el llenado, almacenamiento y transporte. La resistencia del vidrio de la botella varía ligeramente dependiendo de si es una botella llena de gas o una botella sin gas, una botella desechable o una botella reciclada, pero debe ser segura de usar y no estallar. No solo se debe verificar la resistencia a la presión antes de salir de la fábrica, sino que también se debe considerar el problema de reducción de la resistencia de las botellas recicladas durante el reciclaje. Según datos extranjeros, después de 5 usos, la resistencia se reduce en un 40% (solo el 60% de la resistencia original); después de 10 usos, la resistencia se reduce en un 50%. Por lo tanto, al diseñar la forma de la botella, es necesario considerar que la resistencia del vidrio tenga un factor de seguridad suficiente para evitar que la botella "explote" y lesione a las personas.
(2) Factores que afectan la resistencia mecánica del vidrio de las botellas La distribución desigual de la tensión residual en el vidrio de las botellas reduce en gran medida la resistencia. La tensión interna en los productos de vidrio se refiere principalmente a la tensión térmica, y su existencia conducirá a una reducción de la resistencia mecánica y una mala estabilidad térmica de los productos de vidrio.
Los defectos macro y micro en el vidrio, como piedras, burbujas, rayas, etc., a menudo causan tensión interna debido a una composición inconsistente con la composición principal del vidrio y diferentes coeficientes de expansión, causando así grietas que afectan seriamente la resistencia de los productos de vidrio.
Además, los arañazos y el desgaste en la superficie del vidrio tienen una gran influencia en la resistencia del producto. Cuanto más grandes y nítidas sean las cicatrices, más significativa será la reducción de la resistencia. Las grietas que se forman en la superficie del vidrio de las botellas se deben principalmente a arañazos en la superficie del vidrio, especialmente a arañazos superficiales entre el vidrio y el vidrio. En el caso de las botellas de vidrio que deben soportar altas presiones, como las botellas de cerveza y las botellas de refresco, la disminución de la resistencia hará que el producto reviente durante el procesamiento y el uso, por lo que se deben prohibir estrictamente las colisiones, la abrasión y el desgaste durante el transporte y el llenado.
El espesor de la pared de la botella está directamente relacionado con la resistencia mecánica de la botella y su capacidad para soportar la presión interna. Si la relación de espesor de la pared de la botella es demasiado grande y el espesor de la pared de la botella es desigual, la pared de la botella tendrá enlaces débiles, lo que afectará el rendimiento de resistencia al impacto y la resistencia a la presión interna. La norma nacional GB4544-1996 "Botella de cerveza" estipula estrictamente que la relación de espesor de la pared de la botella es<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 el proceso de desinfección y esterilización, el vidrio de las botellas debe soportar cambios drásticos de temperatura. Cuando la tensión de tracción supera la resistencia del vidrio, este se romperá. Por lo tanto, la estabilidad térmica del vidrio de las botellas debe cumplir con los requisitos, tener un cierto grado de resistencia al choque térmico y ser capaz de soportar procesos de calentamiento y enfriamiento como el lavado y la esterilización.
Los principales factores que afectan la estabilidad térmica del vidrio de las botellas son los siguientes.
El coeficiente de expansión lineal a del vidrio cambia mucho con el cambio de composición, por lo que el coeficiente de expansión lineal tiene una importancia decisiva para la estabilidad térmica del vidrio. Cuanto menor sea el coeficiente de expansión térmica del vidrio, mejor será su estabilidad térmica y mayor será la temperatura que puede soportar la muestra, y viceversa. Por lo tanto, cualquier componente que pueda reducir el coeficiente de expansión térmica del vidrio puede mejorar la estabilidad térmica del vidrio, como SiO2, B2O3, Al2 03, ZrO2, ZnO, Mg0, etc. El óxido de metal alcalino R20 puede aumentar el coeficiente de expansión térmica del vidrio, por lo que el vidrio que contiene una gran cantidad de óxidos de metales alcalinos tiene una estabilidad térmica deficiente.
La estabilidad térmica del vidrio también está relacionada con el espesor del producto. Cuanto más gruesa sea la pared de un producto de vidrio, menor será la diferencia repentina de temperatura que puede soportar. Cuando se somete a un choque térmico, se genera una tensión de compresión en la superficie del vidrio, mientras que cuando se enfría rápidamente, se forma una tensión de tracción en la superficie del vidrio. La resistencia a la compresión del vidrio es diez veces mayor que su resistencia a la tracción. Por lo tanto, al medir la estabilidad térmica del vidrio, el experimento generalmente se realiza bajo la condición de enfriamiento rápido.
El temple puede aumentar la estabilidad térmica del vidrio entre 1,5 y 2 veces. Esto se debe a que después del temple, la superficie del vidrio tiene una tensión de compresión distribuida uniformemente, lo que puede compensar la tensión de tracción generada en la superficie del producto cuando se enfría rápidamente.

Durante su uso, los productos de vidrio están expuestos a la corrosión por agua, ácidos, álcalis, sales, gases y diversos reactivos químicos y medicamentos líquidos. La capacidad del vidrio para resistir estas corrosio- nes se denomina estabilidad química del vidrio. En la vida cotidiana de las personas se utilizan generalmente diversas botellas y latas de vidrio. En el caso de las botellas y latas que contienen vino, bebidas y alimentos, deben tener una cierta estabilidad química, especialmente en el caso de las botellas de solución salina y las ampollas que se utilizan en medicina. Los requisitos de estabilidad química son más altos, de lo contrario, los componentes del vidrio se disolverán en el medicamento líquido e incluso se producirá descascarillado, lo que provocará ciertos daños al cuerpo humano.
Con la formulación de normas de evaluación de productos ecológicos y la mejora de la tecnología de pruebas, la detección de sustancias nocivas en el vidrio de las botellas se ha vuelto cada vez más estricta, especialmente la UE a menudo utiliza barreras verdes para restringir la exportación de productos chinos, lo que afecta la entrada de productos en el mercado internacional. Con este fin, la Administración General de Supervisión de Calidad, Inspección y Cuarentena y la Administración Estatal de Normalización han agregado los valores límite permitidos de arsénico y antimonio basados ​​en los valores límite permitidos de plomo y cadmio en IS07086-2:2000 "Productos de vidrio hueco en contacto con alimentos--valores límite permitidos de disolución de plomo y cadmio" de acuerdo con la situación de China (Tabla 2-1).
Los factores que afectan la estabilidad química del vidrio son los siguientes.
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 Cuando existen dos óxidos de metales alcalinos en el vidrio al mismo tiempo, la estabilidad química del vidrio alcanza un valor extremo debido al "efecto alcalino mixto", y este efecto es más evidente en el vidrio con plomo.
③ Cuando los metales alcalinotérreos u otros óxidos metálicos divalentes reemplazan al silicio y al oxígeno en el vidrio de silicato, la estabilidad química del vidrio también se reducirá. Sin embargo, el efecto de reducción de la estabilidad es más débil que el de los óxidos de metales alcalinos. Entre los óxidos divalentes, BaO y PbO tienen el efecto más fuerte en la reducción de la estabilidad química, seguidos por MgO y CaO.
④ En el vidrio base con una composición química de 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 o RO2), después de reemplazar parte de Na2O con óxidos como CaO, MgO, AlO3, TiO2, ZrOz y BaO en secuencia, el orden de resistencia al agua y resistencia a los ácidos es el siguiente.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>O2.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>O2.
Entre las composiciones de vidrio, el ZrO₂ tiene la mejor resistencia al agua y a los ácidos, así como la mejor resistencia a los álcalis, pero es difícil de fundir. El BaO no es bueno en ambos casos.
Entre los óxidos trivalentes, el óxido de aluminio y el óxido de boro también presentarán un fenómeno de "anomalía de boro" en términos de la estabilidad química del vidrio.
En el vidrio de silicato de sodio y cal xNa2O·yCaO·zSiO2, si el contenido de óxido cumple la relación (2-1), se puede obtener un vidrio bastante estable.
En resumen, cualquier óxido que pueda fortalecer la red estructural del vidrio y hacer que la estructura sea completa y densa puede mejorar la estabilidad química del vidrio; de lo contrario, reducirá la estabilidad química del vidrio.

El vidrio de las botellas puede cortar eficazmente los rayos ultravioleta y evitar el deterioro del contenido. Por ejemplo, la cerveza producirá un olor después de ser expuesta a la luz con una longitud de onda inferior a 550 nm (luz azul o luz verde), que es el llamado olor de la luz solar. La calidad de los alimentos como el vino y la salsa también se verá afectada después de ser expuestos a rayos ultravioleta por debajo de los 250 nm. Los académicos alemanes propusieron que el efecto fotoquímico de la luz visible se debilita gradualmente desde la luz verde a ondas largas y termina alrededor de los 520 nm. En otras palabras, 520 nm es la longitud de onda crítica. La luz más corta que esta longitud de onda tendrá un efecto fotoquímico en el contenido de la botella, causando que la cerveza se dañe. Por lo tanto, se requiere que el vidrio de las botellas absorba la luz por debajo de los 520 nm, y las botellas marrones tienen el mejor efecto.
Cuando la leche se expone a la luz, produce un “olor leve” y “olor” debido a la generación de peróxidos y reacciones posteriores. La vitamina C y el ácido ascórbico también se reducen. La vitamina A, la vitamina B2 y la vitamina D también tienen situaciones similares. Si se agrega a la composición del vidrio un componente que absorbe los rayos ultravioleta pero que tiene poco efecto sobre el color, se puede evitar el impacto de la luz en la calidad de la leche.
Para botellas y latas que contienen medicamentos, se requiere vidrio de 2 mm de espesor para absorber el 98% de la longitud de onda de 410 nm y transmitir el 72% a 700 nm, lo que puede prevenir reacciones fotoquímicas y observar el contenido de la botella.
A excepción del vidrio de cuarzo, la mayoría de los vidrios de sílice y soda pueden filtrar la mayoría de los rayos ultravioleta. El vidrio de sílice y soda no puede transmitir luz ultravioleta (200~360 nm), pero sí puede transmitir luz visible (360~1000 nm), lo que significa que el vidrio de sílice y soda común puede absorber la mayoría de los rayos ultravioleta.
Para cumplir con los requisitos de los consumidores en cuanto a la transparencia de las botellas y latas de vidrio, lo mejor es hacer que el vidrio de la botella absorba los rayos ultravioleta sin oscurecerlo. La adición de CeO2 a la composición puede cumplir con este requisito. El cerio puede existir en dos formas, Ce3+ o Ce4+, y ambos iones producen una fuerte absorción ultravioleta. Las patentes japonesas informan que una composición de vidrio contiene 0.01%~1.0% de óxido de vanadio y 0.05%~0.5% de óxido de cerio. Cuando se expone a la luz ultravioleta, se produce la siguiente reacción:
Ce3++V3+-Ce4++V2+
A medida que aumenta el tiempo de exposición, aumenta la dosis de radiación ultravioleta, aumenta la relación V2+ y el color del vidrio se profundiza. Por ejemplo, el sake se deteriora fácilmente cuando se expone a la luz ultravioleta y el uso de botellas de vidrio de colores afecta la transparencia, lo que dificulta la observación del contenido. Cuando se agregan CeO2 y V203, el vidrio es incoloro y transparente cuando el tiempo de almacenamiento es corto y la dosis de radiación ultravioleta es pequeña, pero cuando el tiempo de almacenamiento es largo y la dosis de radiación ultravioleta es demasiado alta, el vidrio cambia de color. La profundidad del cambio de color se puede utilizar para juzgar la duración del tiempo de almacenamiento.