與石英玻璃相比，Na2O、CaO等氧化物的加入，改變了原來(lái)的四面體網(wǎng)絡(luò)，引起玻璃的許多性質(zhì)改變：如降低了玻璃的熔制溫度和黏度，降低了硬度和強(qiáng)度，降低了化學(xué)穩(wěn)定性，增大了熱膨脹系數(shù)，從而導(dǎo)致抗熱沖擊性能下降。這些性能變化在本質(zhì)上都是由于出現(xiàn)了“非橋氧”。非橋氧的出現(xiàn)，使玻璃的加工性能變好，在較低的溫度下易于加工成型。

③Na2O—B2O3—SiO2系玻璃的結(jié)構(gòu)。向石英玻璃中引入大量B2O3的玻璃叫做硼硅酸鹽玻璃。這種玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于Na2O與B2O3的摩爾比。根據(jù)Na2O/B2O3的摩爾比，玻璃中的B2O3可以有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種為[BO3]三角形平面結(jié)構(gòu)，另一種為[BO4]四面體結(jié)構(gòu)。

當(dāng)B2O3在系統(tǒng)中以[BO4]結(jié)構(gòu)存在時(shí)，它能與[SiO4]四面體連接，參與形成玻璃的骨架網(wǎng)絡(luò)。這時(shí)，網(wǎng)絡(luò)外的Na+離子與[BO4]相匹配，達(dá)到電荷平衡，并形成單一、均勻、連續(xù)的相。

而當(dāng)B2O3以[BO3]形式存在時(shí)，由于[BO3]是平面結(jié)構(gòu)，不能與[SiO4]連接，從而在玻璃中形成層狀分布，與硅氧四面體互不混溶，產(chǎn)生分相。這種結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致玻璃性能劣化。究竟Na2O/B2O3的比例是多少時(shí)才不致產(chǎn)生[BO3]分相呢？理論及實(shí)驗(yàn)分析表明，在Na2O/B2O3的摩爾比大于1時(shí)，B2O3在系統(tǒng)中以[BO4]結(jié)構(gòu)形式存在，而摩爾比小于1時(shí)，產(chǎn)生[BO3]分相。所以，在向石英玻璃中引入B2O3時(shí)，必須控制Na2O/B2O3的摩爾比，如果原料中的B2O3含量過(guò)高，就會(huì)出現(xiàn)所謂“硼反常”特性，描述玻璃性質(zhì)的一系列物理量，如折射率、密度、熱膨脹系數(shù)等參數(shù)變化規(guī)律出現(xiàn)反常。這是由于出現(xiàn)[BO3]分相而產(chǎn)生的。

（3）普通玻璃的結(jié)構(gòu)。普通玻璃的組成除含有Na2O（12%～16%），CaO（6%～12%），SiO2（66%～75%）外，還含有少量的Al2O3、MgO等氧化物，屬于鈉鈣系玻璃。

與引入B2O3的情況類(lèi)似，同時(shí)向玻璃中引入Al2O3與Na2O時(shí)，AI3+可以代替Si4+，形成鋁氧四面體[ALO4]而參與形成[SiO4]的骨架網(wǎng)絡(luò)。Na+離子分布在[ALO4]周?chē)灾泻推湄?fù)電荷。結(jié)構(gòu)中沒(méi)形成非橋氧。當(dāng)引入的Na2O量不足時(shí)，AI3+不能形成[ALO4]四面體，而以AI3+離子狀態(tài)存在于[SiO4]四面體孔隙中，這時(shí)雖然形成非橋氧，但因鋁離子電荷較多，與非橋氧的吸引力很大，結(jié)構(gòu)較緊密。在通常情況下，玻璃中的Al2O3含量為1%～3%，增加Al2O3含量將使玻璃熔體的黏度增加，不利于熔制和加工。

玻璃中MgO的作用是調(diào)節(jié)玻璃料的料性，但MgO含量增加會(huì)使玻璃耐水性變差。普通玻璃中MgO的含量為1%～4%。

（二）玻璃包裝材料的性能

玻璃包裝材料主要是鈉鈣玻璃，它具有非常好的化學(xué)情性和穩(wěn)定性，幾乎不與任何內(nèi)容物相互作用。有很高的抗壓強(qiáng)度。厚度均勻、設(shè)計(jì)良好的薄壁玻璃瓶，其靜態(tài)抗內(nèi)壓強(qiáng)度可達(dá)1700kPa。這比金屬三片罐的耐內(nèi)壓強(qiáng)度還高。良好的抗內(nèi)壓性使玻璃瓶適合于現(xiàn)代高速灌裝生產(chǎn)線(xiàn)，并能承受含二氧化碳飲料所產(chǎn)生的壓力。玻璃具有優(yōu)良的光學(xué)性能，它可以制成透明、表面光潔的玻璃包裝，也可根據(jù)需要制成某種顏色，以屏蔽紫外光和可見(jiàn)光對(duì)被包產(chǎn)品的光催化反應(yīng)。這些優(yōu)良的性能，使玻璃成為一種優(yōu)良的包裝材料。

玻璃的主要缺點(diǎn)是抗沖擊強(qiáng)度不高。而當(dāng)玻璃表面有損傷時(shí)，其抗沖擊性能再度下降。容易破碎和重量大增加了玻璃包裝的運(yùn)輸費(fèi)用。玻璃的另一個(gè)缺點(diǎn)是不能承受內(nèi)外溫度的急劇變化。除非經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)和處理。玻璃能夠承受的表面與內(nèi)部之間最大急變溫差為32℃，在需要對(duì)玻璃內(nèi)容物熱加工（加滅菌及熱灌裝）的場(chǎng)合，為了減少對(duì)玻璃容器的熱沖擊，防止玻璃瓶破碎，要保證玻璃內(nèi)外溫度均勻上升。另外，玻璃熔制是在很高的溫度（1500～1600℃）下進(jìn)行的。所以，玻璃生產(chǎn)需要耗費(fèi)很大的能量。

近年來(lái)，已研制出高強(qiáng)度輕量玻璃容器，克服了玻璃包裝材料重量大易破碎的缺點(diǎn)，使玻璃瓶罐成為性能完美的包裝材料。高強(qiáng)度輕量玻璃瓶制造工藝中，除了采用嚴(yán)格的配方保證玻璃的固有性質(zhì)外，還采用了表面噴涂金屬氧化物和高分子化合物的雙層涂敷工藝及強(qiáng)化技術(shù)，使輕量的薄壁瓶保持了原有的強(qiáng)度。開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高強(qiáng)度輕量玻璃容器是當(dāng)今玻璃包裝材料的一個(gè)主要發(fā)展趨向。

玻璃包裝工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，在很大程度上決定于與塑料瓶的競(jìng)爭(zhēng)。生產(chǎn)塑料所需的原料價(jià)格隨石油的價(jià)格而波動(dòng)，而玻璃原料卻是非常豐富的，而且價(jià)格穩(wěn)定。但由于玻璃生產(chǎn)需要消耗大量的能量，從而玻璃也同樣受到燃料價(jià)格的影響。盡管如此，由于玻璃容器具有其他包裝材料無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它仍然是當(dāng)今及未來(lái)的重要包裝材料。

1.耐熱性

玻璃有一定的耐熱性，但不耐溫度急劇變化。作為容器玻璃，在成分中加入硅、硼、鉛、鎂、鋅等的氧化物，可提高其耐熱性，以適應(yīng)玻璃容器的高溫殺菌和消毒處理。容器玻璃的熱穩(wěn)定受熱膨脹系數(shù)、抗拉強(qiáng)度和彈性系數(shù)的影響最大，它與抗張強(qiáng)度成正比，與熱膨脹系數(shù)成反比。容器玻璃的厚度不均勻，或存在結(jié)石、氣泡、微小裂紋和不均勻的內(nèi)應(yīng)力，均會(huì)影響熱穩(wěn)定性。

2.機(jī)械性能

玻璃的強(qiáng)度和硬度是玻璃的物理機(jī)械性能的重要指標(biāo)。玻璃的強(qiáng)度決定于其化學(xué)組成、制品形狀、表面性質(zhì)和加工方法。玻璃的理論強(qiáng)度很高，約10000MPa，而實(shí)際強(qiáng)度為理論強(qiáng)度的1%以下。這是因?yàn)椴Ａе破穬?nèi)存在著未熔夾雜物、結(jié)石、節(jié)瘤或微細(xì)裂紋，造成應(yīng)力集中，從而急劇降低其機(jī)械強(qiáng)度。

抗拉強(qiáng)度是決定玻璃品質(zhì)的主要指標(biāo)，通常為抗壓強(qiáng)度的1/14～1/15，即40～120MPa。

玻璃的硬度取決于其組成成分。玻璃的硬度比較高，用普通的刀、鋸等不能切割。

3.光學(xué)性能

玻璃具有優(yōu)異的光學(xué)性能，許多現(xiàn)代科學(xué)儀器都離不開(kāi)光學(xué)玻璃。玻璃的光學(xué)性質(zhì)包括折射、反射和透射，這些性質(zhì)主要取決于玻璃的組成，也與制造工藝與光的波長(zhǎng)有關(guān)。對(duì)于玻璃容器來(lái)說(shuō)，透明的玻璃包裝可以促進(jìn)產(chǎn)品在市場(chǎng)的銷(xiāo)售，但可見(jiàn)光與紫外光的穿透可以加速玻璃容器中的食品、藥品等產(chǎn)品的變質(zhì)、氧化或腐敗。某些光催化反應(yīng)可以改變產(chǎn)品的顏色、氣味或味道，因此需要用有色玻璃屏蔽光線(xiàn)，保護(hù)內(nèi)容物。適當(dāng)加入能選擇吸收某些波長(zhǎng)光的過(guò)渡金屬或稀土金屬離子（著色劑），和以使玻璃呈現(xiàn)與被吸收的光互補(bǔ)的顏色。這些有顏色的玻璃能夠有效地遮隔紫外光和可見(jiàn)光。琥珀色玻璃能遮隔波長(zhǎng)小于450nm的光；綠色玻璃能遮隔波長(zhǎng)小于350nm的光。美國(guó)藥典規(guī)定，包裝藥品的玻璃瓶的透光率應(yīng)小于20%。玻璃的厚度、種類(lèi)對(duì)透光率也有影響。

4.化學(xué)穩(wěn)定性

玻璃具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。只有氫氟酸能腐蝕玻璃。因此，玻璃容器盛裝酸性或堿性食品以及針劑藥液，顯得格外重要。玻璃的種類(lèi)很多，不同玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性不一樣。影響玻璃性質(zhì)的因素還有其他一些，包括玻璃的化學(xué)組成、腐蝕的溫度和時(shí)間，以及玻璃是否與其他有害的元素接觸過(guò)高。中性玻璃一般比堿性玻璃更耐化學(xué)腐蝕，后者會(huì)使水溶液呈堿性，因此，這種玻璃容器對(duì)其內(nèi)裝物的性質(zhì)有所影響。

對(duì)于所有氣體、溶液或溶劑，玻璃是完全不滲透的。因此，人們經(jīng)常把玻璃作為氣體的理想包裝材料。

復(fù)習(xí)思考題

1.常用包裝用紙和紙板的主要特性是什么？

2.評(píng)價(jià)紙和紙板的性能指標(biāo)有哪些？

3.瓦楞紙板有哪些類(lèi)型？各類(lèi)瓦楞紙板在結(jié)構(gòu)和性能上有什么特點(diǎn)？

4.瓦楞的形狀有幾種？各有什么特點(diǎn)？

5.評(píng)價(jià)瓦楞紙板的性能指標(biāo)有哪些？

6.瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響因素有哪些？

7.塑料是由哪些成分組成的？各成分的作用是什么？

8.常見(jiàn)塑料包裝材料的特性有哪些？

9.簡(jiǎn)述鍍錫薄鋼板、鍍鉻薄鋼板、鍍鋅薄鋼板和低碳薄鋼板的結(jié)構(gòu)、性能及用途？

10.鋁和鋁箔作為包裝材料具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

11.玻璃的主要原料是什么？它們各起什么作用？

12.玻璃熔制通常經(jīng)歷哪幾個(gè)階段？其代表溫度如何？