Li2O對(duì)中性硼硅玻璃黏度性能的影響

翟建新

摘 要：將鋰輝石加入中性硼硅玻璃配方中，用鋰輝石中的LiO等量替代原配方化學(xué)組成中的BO、NaO，研究LiO等量替代BO、NaO后LiO加入量對(duì)中性硼硅玻璃黏度性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著LiO替代BO、NaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)均有不同程度的下降。對(duì)于相同含量的LiO、BO、NaO，LiO降低中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)的能力比BO、NaO強(qiáng)。因此，加入LiO可以降低中性硼硅玻璃低溫?zé)崽幚頊囟?。?duì)于相同含量的LiO、BO、NaO，LiO降低中性硼硅玻璃高溫黏度點(diǎn)的能力遠(yuǎn)比BO、NaO強(qiáng)。因此，引進(jìn)LiO可以顯著降低玻璃加工對(duì)應(yīng)的溫度。Li2O可以顯著降低中性硼硅玻璃低溫、高溫黏度點(diǎn)，因此，可以降低低溫?zé)崽幚砑案邷夭ＡЪ庸?duì)應(yīng)的溫度，達(dá)到降低生產(chǎn)成本和節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：中性硼硅玻璃;黏度;節(jié)能降耗

中圖分類號(hào)：TQ171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）26-0127-03

Influence of LiO on the Viscosity Properties of Neutral Borosilicate Glass

ZHAI Jianxin

（Jiyuan Yaohui Glass Products Co.， Ltd.，? Jiyuan Henan 459000）

Abstract： By adding spodumene to the neutral borosilicate glass formula， replacing the BO and NaO in the chemical composition of the original formula with the same amount of LiO in the spodumene， the effect of LiO addition amount on the viscosity performance of neutral borosilicate glass after replacing BO and NaO by the equivalent amount of LiO is studied. The test results show that with the increase in the mass fraction of LiO instead of BO and Na₂O， the low temperature viscosity of neutral borosilicate glass decreases to varying degrees. For the same content of LiO， BO and NaO， LiO has a stronger ability to reduce the low-temperature viscosity point of neutral borosilicate glass than BO and NaO. Therefore， the introduction of LiO can reduce the low temperature heat treatment temperature of neutral borosilicate glass. For the same content of LiO， BO and NaO， LiO is far stronger than BO and NaO in reducing the high temperature viscosity point of neutral borosilicate glass. Therefore， the introduction of LiO can significantly reduce the temperature corresponding to glass processing. LiO can significantly reduce the low temperature and high temperature viscosity points of neutral borosilicate glass， so it can reduce the temperature corresponding to low temperature heat treatment and high temperature glass processing， and achieve the purpose of reducing production costs and energy saving and emission reduction.

Keywords： neutral borosilicate glass;viscosity;saving energy and reducing consumption

中性硼硅玻璃具有耐酸堿性好、抗熱震穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好及機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于藥品包裝[1]。其與藥液接觸不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而導(dǎo)致藥品失效，能有效保護(hù)藥品的化學(xué)性能[2]。2017年工業(yè)和信息化部等6部發(fā)布的《醫(yī)藥包裝工業(yè)“十三五”發(fā)展建議》提出，未來將重點(diǎn)加快完成注射劑包裝由低硼硅玻璃瓶向中性玻璃瓶的轉(zhuǎn)換，因此中性硼硅玻璃有較大的市場(chǎng)前景。

在玻璃生產(chǎn)中，一般采用堿性氧化物助熔。在堿性氧化物中，LiO的鋰離子半徑小、場(chǎng)強(qiáng)和極化能力高、助熔效果好，可以有效降低玻璃的黏度[3]。同時(shí)，Li-O鍵強(qiáng)較大，可以提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性[4]。對(duì)于LiO這些特性，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作[5]。本試驗(yàn)通過將鋰輝石中的Li2O引入中性硼硅玻璃的配方中，用LiO等量替代中性硼硅玻璃化學(xué)組成中的NaO和BO，研究LiO對(duì)中性硼硅玻璃低溫、高溫黏度性能的影響，擬解決中性硼硅玻璃能耗較高的問題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)所用原料及設(shè)備

原料中的石英砂、長石粉來自陜西省洋縣海蓮石英加工廠;五水硼砂、純堿，碳酸鋇、碳酸鉀來自連云港市恒孚化工有限公司;方解石、螢石、鋰輝石來自汕頭市華基融創(chuàng)鋰工業(yè)材料有限公司。試驗(yàn)所用部分原料的化學(xué)成分及粒度如表1所示。

設(shè)備：HWL-12XC高溫電爐，洛陽普瑞康達(dá)有限公司生產(chǎn)的RPZ高精度熱膨脹儀，RSV-1600旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)以中性硼硅玻璃原有配方為標(biāo)樣，編號(hào)A，用LiO等量替代原配方化學(xué)組成中的BO和NaO，設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)。第一組試驗(yàn)以0.15%、0.25%、0.35%、0.45%、0.55%、0.65%LiO等量替代原配方中的NaO，編號(hào)分別為A-1～A-6;第二組試驗(yàn)以0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%LiO等量替代原配方中的BO，編號(hào)分別為B-1～B-6。設(shè)計(jì)后的試驗(yàn)編號(hào)及各編號(hào)對(duì)應(yīng)的化學(xué)組成如表2、表3所示。

按照表2、表3的化學(xué)組成，將其轉(zhuǎn)化成玻璃配方進(jìn)行配料，熔制不同LiO、NaO含量的A組7個(gè)樣品，并熔制不同LiO、BO含量的B組6個(gè)樣品。采用RPZ熱膨脹儀進(jìn)行測(cè)試，采用RSV-1600旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行低溫、高溫黏度測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 Li2O對(duì)中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)的影響

圖1、圖2分別反映了LiO替代NaO、BO后中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)（T、T、T、T）與LiO替代量的關(guān)系，其中T為應(yīng)變點(diǎn)，T為轉(zhuǎn)變點(diǎn)，T為退火點(diǎn)，T為膨脹軟化點(diǎn)。由圖1、圖2可知，T、T、T、T隨LiO替代量的增加呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。當(dāng)LiO替代NaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到0.65%時(shí)，T從478 ℃下降到445 ℃，降低33 ℃;T從570 ℃下降到536 ℃，降低34 ℃;T從595 ℃下降到560 ℃，下降35 ℃;T從638 ℃下降到613 ℃，下降25 ℃。當(dāng)LiO替代BO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到0.6%時(shí)，T降低了36 ℃，T降低了38 ℃，T降低了39 ℃，T降低了29 ℃。由圖1、圖2及以上數(shù)據(jù)可知，隨著LiO替代NaO、BO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，T、T、T、T均有不同程度的下降，其中T、T、T降低了至少30 ℃，T降低了25 ℃左右。這說明LiO具有降低中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)的能力與特性。究其原因，主要在于鋰離子半徑比鈉離子半徑小，玻璃加熱過程中，鋰離子比鈉離子更容易遷移，遷移所需要的能量減少，低溫黏度點(diǎn)降低，從而達(dá)到降低成本和節(jié)能的目的。

2.2 LiO對(duì)中性硼硅玻璃高溫黏度點(diǎn)的影響

圖3、圖4反映了LiO替代NaO、BO后中性硼硅玻璃高溫黏度點(diǎn)（T、T、T）與LiO替代量的關(guān)系。由圖3可知，T、T、T隨LiO替代量的增加呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。當(dāng)LiO替代NaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到0.65%時(shí)，T從1 143 ℃下降到1 050 ℃，降低93 ℃;T從1 347 ℃下降到1 260 ℃，降低87 ℃;T從1 589 ℃下降到1 496 ℃，降低93 ℃。當(dāng)LiO替代BO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到0.6%時(shí)，高溫黏度點(diǎn)下降近100 ℃。從圖3、圖4以及以上數(shù)據(jù)可知，隨著LiO替代NaO、BO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，中性硼硅玻璃高溫黏度點(diǎn)（T、T、T）均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這說明LiO具有降低中性硼硅玻璃高溫黏度的能力與特性。究其原因，除了鋰離子半徑比鈉離子半徑小之外，還與LiO替代BO時(shí)玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體的多少有關(guān)。當(dāng)LiO替代BO時(shí)，玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體減少，玻璃中網(wǎng)絡(luò)外體濃度增加，致使玻璃受熱過程中鋰離子更容易遷移，遷移所需要的能量減少，從而降低高溫黏度。中性硼硅玻璃高溫黏度點(diǎn)的下降對(duì)玻璃的初始熔化（T/T）以及玻璃的二次再加工（T即玻璃管的火焰加工溫度）都是有利的。

3 結(jié)語

通過將鋰輝石加入配方中，用鋰輝石中的LiO等量替代原配方化學(xué)組成中的NaO、BO，研究LiO等量替代NaO、BO后LiO加入量對(duì)中性硼硅玻璃黏度性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著LiO替代BO、NaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)均有不同程度的下降。對(duì)于相同含量的LiO、BO、NaO，LiO降低中性硼硅玻璃低溫黏度點(diǎn)的能力比BO、NaO強(qiáng)，因此加入LiO可以降低中性硼硅玻璃低溫?zé)崽幚頊囟?。?duì)于相同含量的LiO、BO、NaO，LiO降低中性硼硅玻璃的高溫黏度點(diǎn)的能力遠(yuǎn)比BO、NaO強(qiáng)，LiO可以顯著降低中性硼硅玻璃低溫、高溫黏度點(diǎn)，因此可以降低低溫?zé)崽幚砑案邷夭ＡЪ庸?duì)應(yīng)的溫度，達(dá)到降低生產(chǎn)成本和節(jié)能減排的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志寧，李鈞.藥品包裝質(zhì)量管理技術(shù)[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2009：190.

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