ボトルガラスの組成と原材料

ボトルガラスの成分を分類する方法はたくさんあります。ボトルガラスの異なる酸化物含有量に応じて、ソーダ石灰ガラス成分、高カルシウムガラス成分、高アルミニウムガラス成分に分けることができますが、この分類は厳密ではありません。たとえば、Ca0の含有量は高カルシウム成分であり、Al2 O3の含有量は高アルミニウム成分です。明確な境界を設定することは困難です。ここでは、研究と説明の便宜のためだけに説明します。
ボトルガラスの用途の違いに応じて、ボトルガラスの部品は、ビール瓶ガラス部品、酒瓶ガラス部品、缶詰瓶ガラス部品、医薬品瓶ガラス部品、試薬および化学原料瓶ガラス部品に分けられます。さまざまな用途のガラスの性能要件に応じて、コストを削減するために、ガラス部品をターゲットに設計する必要があります。
中国では、ガラス成分の種類を色によって分ける方法が一般的です。高白色材料（Fe2O3< 0.06%), bright material (ordinary white material), semi-white material (light blue material Fe2O3<0.5%), color material, and milky white material. Common high-white materials are generally used for high-end wine bottles and cosmetic bottles; semi-white materials are used for canned bottles, which contain a certain amount of Fe2 O3, mainly used to absorb ultraviolet rays, containing Fe2 O3 <0.5%, and the ultraviolet limit is below 320nm. Beer bottles are green or amber, and the absorption limit is about 450nm.

ソーダ石灰瓶ガラスの組成は、SiO2-CaO-Na2O三元系をベースに、Al2O3とMgOを加えたものです。板ガラスとの違いは、瓶ガラス中のAl2O3含有量が比較的高く、CaO含有量も比較的高く、MgO含有量が比較的低いことです。ビール瓶、酒瓶、缶詰瓶など、成形設備の種類に関係なく、このタイプの組成を使用でき、実際の状況に応じて微調整するだけで済みます。その組成（質量分率）は、SiO270％〜73％、Al2O3 2％〜5％、Ca07.5％〜9.5％、MgO1.5％〜3％、R2O13.5％〜14.5％です。このタイプの組成は、適度なアルミニウム含有量が特徴です。 Al2O3を含む珪砂を使用するか、長石を使用してアルカリ金属酸化物を導入してコストを節約できます。Ca0+MgOの量は比較的高く、硬化速度が比較的速いため、機械の高速化に適応します。一部のMgOはCaOの代わりに使用され、フローホール、材料チャネル、フィーダーでのガラスの結晶化を防ぎます。適度なAl2O3は、ガラスの機械的強度と化学的安定性を向上させることができます。

ソーダ石灰ガラス中のMgOとCaOの比率は、ガラスの溶融速度と結晶化性能に大きな影響を与えます。研究によると、MgO/CaO比率が0.49〜0.50で、MgO-CaO二元系状態図の低共晶点に位置する場合、ガラスの溶融速度が最も速く、ガラスの結晶化の上限温度が最も低く、結晶化傾向が小さいことがわかりました。

高カルシウム組成は伝統的な瓶ガラス組成です。1970年代、日本は高速成形のニーズを満たすために、ナトリウムカルシウム系組成を高カルシウム組成に改良しました。現在、高カルシウムガラス組成は瓶ガラスの主成分系であり、その組成（質量分率）はSiO270%^〜73%、CaO9.5%〜11.6%、R2013.5%〜15%の範囲です。
高カルシウムガラスの主な特徴は以下のとおりです。
1. 原材料の種類を減らし、原材料の処理とバッチ処理のプロセスを簡素化します。
2. CaOをさらに導入し、粒径約1.5mmの粒状石灰石を原料として使用します。これは低温で珪砂と反応し、溶融を促進します。高温では、Ca0が粘度を低下させ、清澄化を促進します。
ガラスの硬化速度の向上は、機械速度の向上と成形工程におけるさまざまな欠陥の減少につながります。
ガラスの脱落防止のためMgOは使用しておりません。
高カルシウムガラスは結晶化しやすく、主な結晶相は珪灰石です。原料通路やフィーダーの温度が変動すると、結晶化温度に近づいて結晶化しやすくなります。ひどい場合は原料ボウルが詰まるので、温度を厳密に管理する必要があります。

高アルミニウムもボトルガラスの伝統的な成分です。高アルミニウムガラスの明確な成分範囲を定式化することは困難です。一般的には、Al2O3の含有量は6％以上であると考えられており、Al2O3の含有量は9％以上であるべきだと考える人もいます。ソーダ石灰ガラスと高石灰ガラスを比較すると、6％のAl2O3を使用して高アルミニウムガラスを区別する方が合理的かもしれません。さらに細かく分類すると、高アルミニウムガラスは、高アルミニウム高カルシウム低ナトリウム型と高アルミニウムソーダ石灰型にも分類されます。
高アルミニウムガラスの特徴は、アルミニウムとアルカリを含む岩石、鉱滓、スラグ、例えばネフェリン、フォノライト、パーライト、花崗岩鉱滓、タンタルニオブ鉱滓などを使用できることです。特にリチウムとフッ素はガラスを溶かしやすく、透明にします。一般的に、高アルミニウム原料はガラス組成にFe2O3やTiO2などの不純物をより多く持ち込むため、半白色と緑色の材料にしか使用できません。
高アルミニウム成分がガラスの特性に及ぼす最大の影響は、ガラスの粘度を高めることであり、同じ粘度では、対応する温度が上昇します。 1％Al2O3がSiO2を置き換えたときのガラス粘度の温度変化は、表2-3に示されています。 一部の国内企業は、高アルミニウムガラス中のCaOとMg0の含有量を増やす方法を採用して、ガラス液の高温粘度と溶融温度を下げています。 同時に、ガラスを清澄化し、出力を増加させ、機械速度の向上にも役立ちます。

高アルミニウムガラスの溶融温度、成形温度、軟化温度、アニール温度はすべて上昇し、硬化速度が速くなり、ガラス表面に波状のリブや縞模様ができやすく、瓶壁の均一性を制御するのが難しく、リングカットの均一性が低下します。そのため、高アルミニウムガラスに界面活性剤を添加してガラスの表面張力を下げ、高アルミニウムガラスの縞模様が拡散して均質化しやすくなるようにし、より高品質のガラス液を得るのが最善です。高アルミニウムガラスは結晶化しやすく、特にCaO含有量が高くR2O含有量が低い高アルミニウムガラスは結晶化しやすいです。一部の工場では、フローホールで結晶化し、フローホールを塞いで生産を停止したことがあります。高アルミニウム配合を使用すると、材料チャネルも結晶化しやすくなります。そのため、材料チャネルには、より良い断熱対策と完璧な加熱手段が必要です。 また、高アルミニウムガラスの耐水性、耐アルカリ性などの化学的安定性は若干低下し、圧縮強度は若干向上します。
高アルミニウムガラスは強度が高く、耐水侵食性が強い。しかし、高アルミニウム配合ガラス液は粘度が高いため、清澄化や均質化に役立ちません。特に、清澄剤を不適切に使用すると、悪影響が生じます。高アルミニウムガラスの生産管理と品質に問題があるため、もともとアルカリの代替を目的として高アルミニウム成分を使用していた国内の一部工場は、ソーダ灰の市場供給が十分になると、ソーダ石灰または高カルシウムガラス成分に切り替えました。しかし、個々の工場はすでに高アルミニウムガラスの生産条件を習得しており、依然として高アルミニウム成分を使用しています。