El impacto de las anomalías del boro en las propiedades del vidrio
El componente básico del vidrio neutro es el vidrio de borosilicato, que tiene una buena estabilidad química. Cuando se contienen reactivos químicos y medicamentos, la cantidad de iones alcalinos que se lixivian del vidrio es muy pequeña. Cuando este tipo de vidrio se utiliza para contener una solución neutra de pH-7, el valor de pH de la solución permanece sin cambios después del tratamiento térmico a una determinada temperatura o almacenamiento a largo plazo, por lo que se denomina "vidrio neutro". El vidrio neutro se utiliza para preparar instrumentos de vidrio, equipos químicos, ampollas médicas, jeringas y recipientes médicos que requieren una alta estabilidad química.
Para reducir el coeficiente de expansión térmica del vidrio neutro, mejorar la resistencia mecánica y la tenacidad, aumentar la estabilidad química y hacer que el vidrio se derrita fácilmente, se puede introducir B20 en el vidrio neutro. Todos los vasos neutros de buena calidad contienen más de 6 Bzos (fracción de masa). Los iones de boro pueden formar triángulos de boro-oxígeno o tetraedros de boro-oxígeno en la estructura del vidrio. Estos dos estados de coordinación tienen efectos opuestos en la estructura de la red del vidrio. Por lo tanto, bajo ciertas condiciones de composición, ciertas propiedades del vidrio cambiarán anormalmente a medida que aumenta el contenido de B20. Este fenómeno se denomina "anomalía de boro".
Una característica del vidrio de borosilicato es que es propenso a la separación de fases, lo que reduce significativamente la resistencia química del vidrio. Aunque el cambio en la apariencia del vidrio no se puede observar a simple vista, después de un uso breve, a la superficie le "crecerá pelo". Para vidrios neutros que requieren una alta estabilidad química, una ligera separación de fases puede reducir la estabilidad química del vidrio. Para evitar la separación de la fase vítrea, se puede introducir en la composición aproximadamente 5 (fracción de masa) de A1203. Un contenido excesivo de A1203 aumentará la viscosidad y el punto de fusión del vidrio y deteriorará diversas propiedades del proceso.
Para mejorar la estabilidad química del vidrio neutro, también se puede introducir en el vidrio una cierta cantidad de óxidos metálicos divalentes, como CaO, MgO, ZnO y BaO, en sustitución del NazO. Los efectos de estos óxidos en la mejora de la estabilidad química del vidrio se ordenan en el siguiente orden: ZnO >; Bao gtMgO gt Cao.
La introducción de CaO no tiene un gran efecto en la mejora de la estabilidad química del vidrio. Vidrio, pero es más importante. Su función es reducir la viscosidad del vidrio a alta temperatura, facilitando su fusión. Al mismo tiempo, puede aumentar la viscosidad del vidrio a baja temperatura y reducir el rango de temperatura de moldeo del vidrio, lo que es beneficioso para aumentar la velocidad de la máquina y reducir la longitud de la pista de la máquina trefiladora de tubos. Sin embargo, la introducción de CaO reducirá la elasticidad del vidrio y hará que el producto se vuelva quebradizo. El CaO rara vez se utiliza en los mejores vidrios de borosilicato. La introducción de una pequeña cantidad de MgO en lugar de una porción de MgO en la composición del vidrio reduce la temperatura de cristalización del vidrio y aumenta su estabilidad química. Sin embargo, el silicato de magnesio se desprende fácilmente, por lo que la mayoría de los vidrios neutros no contienen MgO.
La introducción de una pequeña cantidad de ZnO (fracción de masa inferior a 2) en algunos componentes de vidrio neutro no solo puede mejorar la estabilidad química, sino también la formabilidad del vidrio y suavizar la superficie de los productos de vidrio. . El uso de una pequeña cantidad de ZnO en la fabricación de vidrio para ampollas que contiene polvo puede evitar que el polvo se adhiera a la pared interior de la ampolla. Demasiado ZnO hará que el vidrio cristalice fácilmente y también hará que el vidrio se vuelva negro debido a la reducción de ZnO durante el procesamiento con llama. Por lo tanto, no se introduce Zn0 en vidrios de borosilicato de alta calidad.
La mayoría de los vidrios neutros contienen aproximadamente 3 (fracción de masa) de BaO. Dado que los iones Ba2 no se lixivian fácilmente, se puede mejorar la estabilidad química del vidrio. Sin embargo, durante el proceso de fusión del vidrio, el BaO puede oxidarse a BaO2. Cuando la temperatura del horno no se controla adecuadamente, si se calienta nuevamente después de enfriarlo, se liberará oxígeno debido a la conversión de BaOz en BaO, lo que resultará en burbujas secundarias en el vidrio. Por lo tanto, al fundir vidrio neutro que contiene BaO, el sistema de temperatura debe permanecer estable.
El óxido de metal alcalino contenido en el vidrio neutro de borosilicato es principalmente Naz0. Aunque la función de mejorar la estabilidad química del vidrio es: LizO >; la dosis es Cuando excede 0,5 (fracción de masa), aumentará significativamente la tendencia a la cristalización del vidrio, por lo que no se utiliza.
Se introduce una pequeña cantidad de K2O en la composición porque el K puede entrar en los espacios más grandes de la estructura de la red de vidrio y es menos probable que se lixiviese que los iones Na debido a su mayor radio iónico. En resumen, el rango de fracción de masa de cada componente en el vidrio neutro de borosilicato con mejor rendimiento es: la cantidad total de SiOz y Alz03 es 76 ~ 80, Bz03 es 6 ~ 10 y BaO es 2 ~ 3.
La composición química del vidrio neutro de borosilicato producido en masa en el país y en el extranjero se enumera en la Tabla 14-18. Entre ellos, el Kenburg-A-203 (kg-A-203) de Estados Unidos y el fiora-8414 (Fiolax-8414) de Alemania son marrones y otros vidrios son incoloros y transparentes. En términos de aplicación, el G-20 alemán y el Sial checo se utilizan principalmente como vidrio para instrumentos, mientras que otros vidrios se utilizan principalmente para fabricar ampollas y jeringas.