СОВРЕМЕННОЕ СТЕКЛОТАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Составы тарных стекол

Стекло, как искусственный продукт, может включать в свой состав почти все элементы периодической системы, но главным компонентом многих стекол является кислород, поэтому условно составы стекол выражают в виде суммы оксидов, входящих в них элементов и называют эти стекла оксидными. Все стекла, из которых производят тару, относятся к оксидным, причем основным оксидом является оксид кремния SiO2, поэтому данные стекла называются также силикатными. К преимуществам силикатных стекол относятся такие показатели, как: дешевизна и доступность; химическая устойчивость в наиболее распространенных химических реагентах и газовых средах; высокая твердость; сравнительно простое промышленное производство.

Стеклянную тару (бутылки, банки, флаконы) применяют в пищевой, медицинской, химической и парфюмерной промышленности для расфасовки, хранения и транспортирования различных жидких, пастообразных и твердых продуктов, поэтому изделия из тарного стекла должны соответствовать ряду требований. Они должны иметь хороший вид, быть гигиеничными и инертными по отношению ко всем видам пищевых продуктов; обладать термостойкостью, позволяющей пастеризовать и стерилизовать пищевые продукты; должны иметь достаточную механическую прочность и светозащитную способность. На внутренней поверхности изделий не допускаются открытые пузыри и посечки, образующие осколки и стеклянную пыль. Изделия должны вырабатываться из однородного стекла, иметь равномерную толщину стенок и дна, точный вес и размеры; горло изделий не должно иметь заусенцев, выступающих швов, острого края, посечек, заколов. Все эти требования изложены в ГОСТ 1103 – 55 и 10117 – 62 на бутылки, ГОСТ 5717 – 51 на широкогорлую стеклянную тару и в ТУ на аптекарскую посуду.

Комплекс физико-химических свойств (табл. 1), необходимых для стеклотары, достигается в основном при использовании стёкол натрий-кальций-силикатного состава. Небольшие различия в их составе связаны с видом стеклянной тары, способом ее изготовления и назначения. Возможны добавки некоторых оксидов для улучшения эксплуатационных и технологических свойств стекла. Например, отдельные виды стеклотары медицинского назначения изготовляются из боросиликатного стекла.

Основными компонентами тарного стекла являются SiO2, СаО и Na2O; в небольших количествах в составе этих стёкол должны быть А12О3 и MgO, благоприятно влияющие на основные свойства стекол. Содержание MgO в стекле может быть доведено до 3,0 – 3,5 %, а А12О3 до 3 – 5 %. В некоторых видах тарного стекла может присутствовать в сравнительно небольшом количестве Fe2O3. Стеклотара, получаемая из полубелого и зеленоватого стекла, может содержать от 0,15 до 0,3 % и выше Fe2O3. Кроме того, значительную часть винных и пивных бутылок, а также бутылок для минеральных вод изготавливают из окра­шенного стекла, в котором содержание оксидов железа прак­тически не ограничено и может быть в пределах 1,5 – 2,5 %. Для окраски в такое стекло вводится до 2,0 – 2,5 % МnО (табл.2).

Таблица 1

Физико-химические свойства и характеристики

тарных стекол

Таблица 2

Типичные составы тарных стекол

Состав тарного стекла может меняться в зависимости от спо­собов производства тары и особенностей технологического процесса на различных стеклотарных заводах. Наблюдаются некоторые различия в составах стёкол для машин с вакуумным и капельным питанием. Как правило, стёкла для машин с вакуумным питанием содержат больше щелочноземельных и меньше щелочных оксидов. Содержание щелочных оксидов увеличивается при выработке на выдувных автоматических машинах мелкой стеклотары (вместимостью до 200 мл), а также стеклотары с мелкой резьбой под винтовой колпачок.

Некоторое ограниченное количество стеклянной тары вырабатывают на вакуумных полуавтоматах, где технологический процесс выдувания более длителен, стекло сравни­тельно долго находится в соприкосновении с металлом форм, и поэтому оно должно быть более длинным. Состав такого стекла примерно следующий:

При работе на автоматах с капельным питанием в стекле должно быть повышено содержание щелочей за счет содержания основных оксидов, с тем, чтобы избежать возникновения кристаллизации стекла в питателях. Так, для выработки буты­лок рекомендуется стекло следующего состава:

Для выработки широкогорлой тары на прессовыдувных машинах применяют другое стекло:

При варке бесцветного стекла широко практикуется замена Na2O до 3 % на К2О. Использование такой замены создаёт в стеклах эффект двух щелочей, который позволяет добиться повышения химической устойчивости стекла и улучшения технологических свойств при повышенном содержании щелочных оксидов.

На технологические и эксплуатационные свойства стёкол благоприятно влияет введение в состав В2О3 и ВаО в количестве до 1 % каждого. В сочетании с эффектом двух щелочей это даёт хорошие результаты.

В зарубежной практике при формовании узкогорлой тары прослеживается тенденция к снижению в составе стекла количества MgO до 0,8 – 1,5 %. Уменьшение содержания МgО в составе тарного стекла снижает склонность стекломассы к кристаллизации в температурном интервале формования (приложение 1).

Качество стеклянной тары находится в прямой зависимости от качества используемого стекла и его обработки. Стекло должно быть однородным, химически стойким, не переходить в содержимое тары и не содержать включений, влияющих на прочность тары.

В основном выпускаемая заводами стеклянная тара, как по составам стекол, так и по показателям водостойкости соответствует действующим нормативным документам. И, тем не менее, в стеклянной таре, изготовленной из таких стекол, часто наблюдаются случаи порчи пищевых продуктов (помутнение, выпа­дение осадков и т. п.). Это наиболее характерно для бу­тылок, в которые расфасована водочная продукция.

Одной из основных причин порчи пище­вых продуктов (водки) может быть неудовлетворительное состояние контактной поверхности, что обусловлено сроками и условиями хранения, как порожней стеклян­ной тары, так и с расфасованными в нее пищевыми продуктами.

В процессе длительного хранения порожней стек­лотары под воздействием атмосферной влаги происхо­дит химическая коррозия внутренней поверхности стекла, что впоследствии отрицательно сказывается на качестве пищевых продуктов. Так, при розливе и хра­нении водочной продукции в бутылках может образо­ваться осадок труднорастворимых солей кремниевой кислоты.

Для выяснения причин выпадения такого рода осадков Гусевский филиал ГИС совместно с Государственным научно-исследовательским институтом стекла провел ряд исследовательских работ. В филиале в течение нескольких лет изучали процесс выщелачивания стекла бутылок Яконовского завода различными сортами водки производства Рижского и Куйбышевского ликероводочных заводов.

Химический состав стекла бу­тылок Яконовского завода следующий:

Бутылки наполняли «Московской особой», «Столичной» водкой и 40 % смесью этилового пи­щевого спирта-ректификата с дистиллированной водой.

В процессе исследования уста­новлено, что если указанными сортами водки были наполнены бутылки с недавним сроком их изготовления (2 – 3 месяца), то осадков не наблюдалось даже после трехлетнего хранения вод­ки. В бутылках же, хранившихся пустыми на складах ликероводочных заводов в течение года, в «Московской особой» выпал осадок после
3 – 3,5 месяца со дня розлива. С увеличением срока хранения осадок возрас­тал, и к концу второго года вод­ка стала мутной, и на внутренней стороне бутылок наблюдался бе­лый налет. В «Столичной» водке и 40 % смеси спирта и дис­тиллированной воды, при тех же условиях, осадков обнаружено не было.

Для изучения причин этого яв­ления осадки были отфильтрова­ны и высушены при 105 °C, вес их составлял от 0,5 до 2,1 мг в объ­еме 500 – 750 мл. Затем осадки были подвергнуты спектрально­му, химическому и микроскопи­ческому анализам.

Результаты анализов показа­ли, что осадок состоит из двух частей: одна часть – потеря при прокаливании – может образоваться только за счет водки, другая – неорганическая – за счет стекла. Это свидетельствует о химическом взаимодействии водки и стекла, т. е. выщелачивании стекла водкой.

Полученные данные позволили сделать вывод, что стекло для водочных бутылок должно быть щелочеустойчивым и соответствовать II гидролитическому классу (к которому предъявляются повышенные требования).

Сравнивая химические соста­вы бутылок отечественных заводов (им. 9 Января, Яконовского, «Труд», Дороховского, им. Зудова, «Индустрия»), а также Поль­ши, Чехословакии, Японии, Аргентины, можно отметить, что в стеклах чехословацкого и японского производства содержит­ся повышенное количество щелочных окислов по сравнению с отечественными составами. Боль­шинство стекол по водоустойчивости относится к III гидролити­ческому классу. Составы бутылок польско­го и аргентинского производства из обесцвеченного стекла обращают на себя внимание повышенным содержанием СаО при почти полном отсутствии MgO, а также наличие щелочных окислов – Na2O и K2О. Из оте­чественных стекол ко II гидролитическому классу относятся сос­тавы стронциевый, разработан­ный Гусевским филиалом ГИС, борноциркониевый завода «Индустрия» и состав стекла завода им. 3удова, содержащий до 3 % BaO (приложение 2).

Сопоставление результатов определения щелочеустойчивости показало, что лучшими сос­тавами являются стронциевый, борноциркониевый и барийсодержащий. Потери в весе этих стекол, определенные по методи­ке ГОСТ 10134 – 62, составили соответственно 0,83; 1,31 и 1,63 %.

Таким образом, анализ научно-технической литературы показал, что для производства стеклотары необходимо использовать составы стёкол, обладающие достаточной химической стойкостью. Для улучшения химической стойкости стекол следует в определенных пределах снижать со­держание Na2O, увеличивать количество СаО при со­кращении содержания MgO, использовать "эффект двух щелочей", вводя небольшое количество К2О. При этом одновременно улучшаются варочные и выработочные характеристики стекол.

Сокращение сроков хранения бутылок на открытых площадках до минимально возможных во избежание ускорения коррозии их внутренней поверхности. Особенно это относится к бутылкам, упакованным в пакеты с применением полиэтиленовой пленки. Помимо воздействия атмосферных осадков суточные колебания температуры способствуют конденсации влаги на внутренней поверхности и ее накоплению внутри бутылок. Плохой воздухообмен, особенно в пленочных пакетах, приводит к повышенной влажности во внутреннем объеме бутылок и разрушение поверхностного слоя ускоряется. В связи с этим не рекоменду­ется хранить бутылки на открытых площадках более двух месяцев.

Лучшими составами стекол по химической устойчивости являются: стронциевый, разработанный Гусевским филиалом ГИС, борноциркониевый, вырабатываемый на заводе «Индустрия», и барийсодержащий, вырабатываемый на заводе им. Зудова (приложение 3).