一种医药包装玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种医药包装玻璃，采用式I所示的双团簇式分子结构单元表示成分配比：{M2O3}9{Si2O4}7式I；式I中，M表示玻璃中+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子；所述+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子的摩尔比为6:1:12:13。本发明专利技术引入团簇模型，利用该模型构建玻璃的最小结构单元

【技术实现步骤摘要】
一种医药包装玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术属于医药包装材料
，尤其涉及一种医药包装玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]硼硅酸盐玻璃具有可见光透过率高、膨胀系数低、化学稳定性好、耐热性冲击能优异等特点，广泛用于航天、照明、太阳能、防火、深海探测视窗或仪器舱、药用包装、耐高温仪器等领域。
[0003]在药用玻璃包装领域，目前国内仍以低硼硅玻璃和钠钙玻璃为主，成本虽低，但化学稳定性差。根据《中国药用玻璃包装深度调研与投资战略报告(2019版)》显示，2018年国内药用玻璃中中性硼硅使用量仅占7～8％。而美国、欧洲、日本与俄罗斯均强制要求所有注射用制剂和生物制剂使用中性硼硅玻璃包装，国外医药行业已普遍使用中性硼硅玻璃，其主流产品为膨胀系数(3.3
±
0.1)
×
10
‑6/K(简称硼33)和膨胀系数(5.0
±
0.1)
×
10
‑6/K(简称硼50)的硼硅酸盐玻璃。但由于硼33的膨胀系数过低，限制了玻璃形状的后期加工，因而硼50玻璃应用更为广泛。随着我国医药行业的发展，也逐步提高对中性硼玻璃的使用要求，从而促使硼50玻璃的研发生产。
[0004]玻璃成分对玻璃性能起着决定性作用，但在玻璃成分设计方面，目前我国生产的硼50玻璃基本都是跟踪国外产品后进行实验摸索，进而投入生产，严重缺少系统的理论指导。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种医药包装玻璃及其制备方法，本专利技术提出了一种新的玻璃成分的设计方案，按照该方案得到的医药包装玻璃具有优异的耐酸性能和硬度。
[0006]本专利技术提供一种医药包装玻璃，采用式I所示的双团簇式分子结构单元表示成分配比：
[0007]{M2O3}9{Si2O4}7ꢀꢀ
式I；
[0008]式I中，M表示玻璃中+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子；所述+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子的摩尔比为6:1:12:13。
[0009]优选的，所述医药包装玻璃的平均配位数为3.35～3.45。
[0010]优选的，所述+1价阳离子为Na
+
；+2价阳离子为Ca
2+
、Ba
2+
和Mg
2+
中的一种或几种；+3价阳离子为B
3+
和/或Al
3+
；+4价阳离子为Si
4+
。
[0011]优选的，所述M中Na
+
、Ca
2+
、Ba
2+
、B
3+
、Al
3+
和Si
4+
的摩尔比为(3～3.5)：(0.2～0.3)：(0.2～0.3)：(5～5.5)：(1.5～1.8)：(7～8)。
[0012]优选的，所述医药包装玻璃具有以下质量分数的成分：
[0013]氧化钠：6～7％；氧化钙：0.5～1.2％；氧化钡：2～3％，氧化硼：10～11％，氧化铝：5～6％，氧化硅：73～76％。
[0014]优选的，所述医药包装玻璃具有以下成分：
[0015]氧化钠：6.12976％；氧化钙：0.924367％；氧化钡：2.527356％，氧化硼：10.32776％，氧化铝：5.04193％，氧化硅：75.0488％。
[0016]本专利技术提供如上文所述的医药包装玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0017]A)将原料混合后置于1100～1300℃的坩埚中，升温至1300～1600℃后，继续升温至1600～1700℃后熔化澄清3～5小时，得到玻璃液；
[0018]B)将所述玻璃液浇注成型，得到成型的半成品；
[0019]C)将所述成型的半成品退火，得到医药包装玻璃。
[0020]优选的，所述步骤A)中升温的速率为1～5℃/min。
[0021]优选的，所述步骤C)中退火的温度为500～800℃；退火的时间为1～3小时。
[0022]优选的，所述步骤A)具体为：
[0023]将原料混合，得到的混合物加入1100～1300℃的坩埚中，升温至1300～1600℃后二次进料，继续升温至1600～1700℃后熔化澄清3～5小时，得到玻璃液。
[0024]本专利技术提供一种医药包装玻璃，采用式I所示的双团簇式分子结构单元表示成分配比：{M2O3}9{Si2O4}7式I；式I中，M表示玻璃中+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子；所述+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子的摩尔比为6:1:12:13。本专利技术引入团簇模型，利用该模型构建玻璃的最小结构单元
‑
类分子结构单元，根据该类分子结构单元团簇表达式中各元素配比，制备适用于医药包装的硼硅酸盐玻璃，为玻璃的成分设计工作提供一种新的方法、指出一条新的途径。按照本专利技术中的表达式中的成分摩尔比，制备得到的玻璃具有优异的耐酸性能和硬度。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术中医药包装玻璃的团簇结构示意图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种医药包装玻璃，采用式I所示的双团簇式分子结构单元表示成分配比：
[0028]{M2O3}9{Si2O4}7ꢀꢀ
式I；
[0029]式I中，M表示玻璃中+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子。
[0030]本专利技术利用团簇加连接原子模型对玻璃的成分进行分析，提出以{M2O3}9{Si2O4}7为理想化最小结构单元(即类分子结构单元)，整个玻璃可以看成是该最小结构单元的堆垛。具体可参见图1，图1中，其中的{M2O3}为三价的结构单元，32个M的阳离子组成为Na6Mg1B
12
Si
13
。{M2O3}和{Si2O4}结构单元堆垛出如下一种超团簇结构模型。每个球代表一个团簇加连接原子的结构单元，按照β
‑
SiO2中类分子结构单元{Si2O4}的堆垛方式排列，第一近邻构成栾晶立方八面体(twinned cuboctahedron)，中心单元位置用虚线箭头标出，由{Si2O4}占据，12个壳层单元中，水平6个为{Si2O4}占据，上下各3个为6个{M2O3}占据。连接单
元位于次近邻，构成配位数为6的三棱柱，用红色球标注(为清晰起见只绘出两个位置)，这里为3个{M2O3}占据。
[0031]根据该理想化最小结构单元中的元素摩尔比，或者进行同族元素替换，再辅助以合适的工艺，就可以制备性能良好的玻璃。
[0032]在本专利技术中，式I为双团簇式，其中团簇{M2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医药包装玻璃，采用式I所示的双团簇式分子结构单元表示成分配比：{M2O3}9{Si2O4}7ꢀꢀꢀ
式I；式I中，M表示玻璃中+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子；所述+1价、+2价、+3价和+4价的阳离子的摩尔比为6:1:12:13。2.根据权利要求1所述的医药包装玻璃，其特征在于，所述医药包装玻璃的平均配位数为3.35～3.45。3.根据权利要求1所述的医药包装玻璃，其特征在于，所述+1价阳离子为Na
+
；+2价阳离子为Ca
2+
、Ba
2+
和Mg
2+
中的一种或几种；+3价阳离子为B
3+
和/或Al
3+
；+4价阳离子为Si
4+
。4.根据权利要求3所述的医药包装玻璃，其特征在于，所述M中Na
+
、Ca
2+
、Ba
2+
、B
3+
、Al
3+
和Si
4+
的摩尔比为(3～3.5)：(0.2～0.3)：(0.2～0.3)：(5～5.5)：(1.5～1.8)：(7～8)。5.根据权利要求4所述的医...

【专利技术属性】
技术研发人员：马艳平，李铭涵，姜宏，董闯，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：