ボトルガラスの種類と性能

（1）ボトルガラスには一定の機械的強度が必要です。 ボトルガラスは、使用条件が異なるため、さまざまなストレスを受けます。 一般的には、内部圧力強度、耐熱衝撃性、機械的衝撃強度、ボトル転倒強度、垂直荷重強度などに分けられます。 しかし、ガラス瓶が破損する原因の観点から見ると、直接の原因はほとんどの場合、機械的衝撃であり、特にガラス瓶が輸送や充填中に繰り返し傷や衝撃を受ける場合はそうです。 したがって、ガラス瓶は、充填、保管、輸送中に遭遇する一般的な内外のストレス、振動、衝撃に耐えることができなければなりません。 ボトルガラスの強度は、ガス充填ボトルか非ガス充填ボトルか、使い捨てボトルかリサイクルボトルかによって若干異なりますが、安全に使用でき、破裂しないものでなければなりません。 工場を出る前に耐圧性をチェックするだけでなく、リサイクルボトルのリサイクル中の強度低下の問題も考慮する必要があります。 海外のデータによると、5回使用後、強度は40％低下します（元の強度の60％のみ）。 10回使用すると強度が50％低下します。したがって、ボトルの形状を設計する際には、ボトルが「爆発」して人に怪我を負わせないように、ガラスの強度に十分な安全係数があることを考慮する必要があります。
（2）ボトルガラスの機械的強度に影響を与える要因ボトルガラス内の不均一な残留応力は強度を大幅に低下させます。ガラス製品の内部応力は主に熱応力を指し、その存在はガラス製品の機械的強度の低下と熱安定性の低下につながります。
ガラスのマクロおよびミクロの欠陥（石、気泡、縞など）は、主ガラス組成との不一致や膨張係数の違いにより内部応力を引き起こし、ひび割れの原因となり、ガラス製品の強度に重大な影響を及ぼします。
また、ガラス表面の傷や摩耗は製品の強度に大きな影響を与えます。傷が大きく鋭いほど、強度の低下は顕著になります。ボトルガラスの表面にできるひび割れは、主にガラス表面の傷、特にガラスとガラスの間の表面の傷によって引き起こされます。ビール瓶やソーダ瓶など、高圧に耐える必要があるボトルガラスの場合、強度の低下により加工中や使用中に製品が破裂するため、輸送中や充填中の衝突、摩擦、摩耗を厳禁する必要があります。
ボトル壁の厚さは、ボトルの機械的強度と内部圧力に耐える能力に直接関係しています。ボトル壁の厚さ比が大きすぎたり、ボトル壁の厚さが不均一だったりすると、ボトル壁に弱い部分ができ、耐衝撃性と内部圧力の性能に影響を与えます。国家標準GB4544-1996「ビール瓶」では、ボトル壁の厚さ比が100％以下であることが厳密に規定されています。<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.

消毒・殺菌処理中、ボトルガラスは急激な温度変化に耐える必要があります。引張応力がガラスの強度を超えると、ガラスは破損します。そのため、ボトルガラスの熱安定性は要件を満たし、ある程度の耐熱衝撃性を備え、洗浄や殺菌などの加熱・冷却処理に耐えることができなければなりません。
ボトルガラスの熱安定性に影響を与える主な要因は次のとおりです。
ガラスの線膨張係数aは組成の変化によって大きく変化するため、線膨張係数はガラスの熱安定性に決定的な意味を持ちます。ガラスの熱膨張係数が小さいほど、熱安定性が良く、サンプルが耐えられる温度も高くなります。逆もまた同様です。したがって、SiO2、B2O3、Al2 03、ZrO2、ZnO、Mg0など、ガラスの熱膨張係数を下げることができる成分はすべて、ガラスの熱安定性を向上させることができます。アルカリ金属酸化物R20はガラスの熱膨張係数を高めることができるため、アルカリ金属酸化物を大量に含むガラスは熱安定性が悪いです。
ガラスの熱安定性は、製品の厚さにも関係しています。ガラス製品の壁が厚いほど、急激な温度差に耐えることができます。熱衝撃を受けると、ガラスの表面に圧縮応力が生じ、急冷されると、ガラスの表面に引張応力が生じます。ガラスの圧縮強度は、引張強度の10倍です。そのため、ガラスの熱安定性を測定する場合、通常は急冷の条件下で実験を行います。
急冷によりガラスの熱安定性が1.5～2倍に向上します。これは、急冷後、ガラス表面に均一に分布した圧縮応力が生じ、急冷時に製品表面に発生する引張応力を相殺できるためです。

ガラス製品は使用中に、水、酸、アルカリ、塩、ガス、およびさまざまな化学試薬や薬液によって腐食されます。これらの腐食に耐えるガラスの能力は、ガラスの化学的安定性と呼ばれます。さまざまなガラス瓶や缶は、人々の日常生活で一般的に使用されています。ワイン、飲料、食品が入っている瓶や缶の場合、特に医薬品に使用される生理食塩水瓶やアンプル瓶の場合、一定の化学的安定性が必要です。化学的安定性の要件はより高く、そうでなければ、ガラスの成分が薬液に溶解し、さらには剥離が発生し、人体に一定の害を引き起こします。
グリーン製品評価基準の制定と検査技術の向上に伴い、瓶のガラスに含まれる有害物質の検出はますます厳しくなり、特にEUはグリーン障壁を利用して中国製品の輸出を制限し、製品の国際市場への参入に影響を与えています。このため、国家品質監督検査検疫総局と国家標準化管理局は、中国の状況に応じて、IS07086-2：2000「食品と接触する中空ガラス製品の鉛とカドミウムの溶解の許容限度値」の鉛とカドミウムの許容限度値に基づいて、ヒ素とアンチモンの許容限度値を追加しました（表2-1）。
ガラスの化学的安定性に影響を与える要因は次のとおりです。
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 ガラス中に2種類のアルカリ金属酸化物が同時に存在すると、「混合アルカリ効果」によりガラスの化学的安定性が極限値に達し、この効果は鉛ガラスでより顕著になります。
③ アルカリ土類金属や他の二価金属酸化物がケイ酸塩ガラス中のケイ素と酸素を置換すると、ガラスの化学的安定性も低下します。しかし、安定性を低下させる効果はアルカリ金属酸化物よりも弱いです。二価酸化物の中では、BaOとPbOが化学的安定性を低下させる効果が最も強く、次いでMgOとCaOが続きます。
④ 化学組成100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3またはRO2)のベースガラスにおいて、Na2Oの一部をCaO、MgO、AlO3、TiO2、ZrOz、BaOなどの酸化物で順次置換した場合、耐水性と耐酸性の順序は次のようになります。
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>バオ。
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>バオ。
ガラス組成の中で、ZrO₂は耐水性、耐酸性、耐アルカリ性ともに最も優れていますが、溶解しにくいという欠点があります。BaOはどちらの場合も良くありません。
三価酸化物の中でも、酸化アルミニウムと酸化ホウ素は、ガラスの化学的安定性の観点から「ホウ素異常」現象も生じます。
ナトリウム石灰ケイ酸塩ガラスxNa2O·yCaO·zSiO2では、酸化物含有量が関係式（2-1）を満たすと、かなり安定したガラスが得られます。
要約すると、ガラス構造ネットワークを強化し、構造を完全かつ緻密にすることができる酸化物は、ガラスの化学的安定性を向上させることができます。そうでない場合は、ガラスの化学的安定性が低下します。

ボトルのガラスは紫外線を効果的に遮断し、内容物の劣化を防ぐことができます。例えば、ビールは550nm以下の波長の光（青色光または緑色光）にさらされると臭いを発しますが、これはいわゆる日光臭です。ワインやソースなどの食品も250nm以下の紫外線にさらされると品質に影響が出ます。ドイツの学者は、可視光の光化学作用は緑色光から長波にかけて徐々に弱まり、約520nmで終了すると提唱しました。つまり、520nmは臨界波長です。この波長より短い光はボトルの内容物に光化学作用を及ぼし、ビールを損傷します。そのため、ボトルのガラスは520nm以下の光を吸収する必要があり、茶色のボトルが最も効果があります。
牛乳は光にさらされると、過酸化物の生成とそれに続く反応により「光臭」や「臭気」が発生します。ビタミンCやアスコルビン酸も減少します。ビタミンA、ビタミンB2、ビタミンDも同様の状況です。紫外線を吸収し、色への影響が少ない成分をガラス組成物に加えると、光による牛乳の品質への影響を回避できます。
医薬品が入っている瓶や缶の場合、光化学反応を防ぎ、瓶の内容物を観察できる、波長410nmの98%を吸収し、700nmで72%を透過する2mm厚のガラスが必要です。
石英ガラスを除いて、ほとんどの一般的なソーダ石灰シリカガラスはほとんどの紫外線をフィルタリングできます。ソーダ石灰シリカガラスは紫外線（200〜360nm）を透過できませんが、可視光線（360〜1000nm）を透過できます。つまり、一般的なソーダ石灰シリカガラスはほとんどの紫外線を吸収できます。
ガラス瓶や缶の透明性に対する消費者の要求を満たすには、瓶のガラスが暗くならずに紫外線を吸収するようにするのが最適です。組成物に CeO2 を加えると、この要求を満たすことができます。セリウムは Ce3+ または Ce4+ の 2 つの形式で存在することができ、両方のイオンは強力な紫外線吸収を生成します。日本の特許では、ガラス組成物に 0.01%~1.0% の酸化バナジウムと 0.05%~0.5% の酸化セリウムが含まれていることが報告されています。紫外線にさらされると、次の反応が起こります。
セリウム3++V3+-セリウム4++V2+
暴露時間が長くなると紫外線量が増え、V2+比が大きくなり、ガラスの色が濃くなります。例えば、日本酒は紫外線にさらされると劣化しやすく、色のついたガラス瓶を使用すると透明度が下がり、中身が見えにくくなります。CeO2とV203を添加すると、保管時間が短く紫外線量が少ない場合はガラスは無色透明ですが、保管時間が長く紫外線量が多すぎるとガラスが変色します。色の変化の深さで保管時間の長さを判断できます。