[发明专利]具有高的耐水解性和低的色泽的可钢化玻璃

说明书

本发明涉及特别是适于药物包装的玻璃及玻璃产品。这种玻璃兼具化学强化性以及非常好的耐水解性和低的色泽。本发明还包括用于生产这种玻璃的方法及其用途。

技术领域

本发明涉及特别是适于药物包装的玻璃及玻璃产品。该玻璃兼具化学强化性以及非常好的耐水解性和低的色泽。本发明还包括用于生产这种玻璃的方法及其用途。

背景技术

用于医疗、尤其是药物领域中的玻璃制品必须符合严格的质量标准。用于药物初级包装(例如小瓶、安瓿瓶、药筒和注射器)的制品必须呈现高的透明性、良好的灭菌性和出色的耐化学性。此外，玻璃不能以超过规定阈值的方式改变其所含或与之接触的材料的质量，即玻璃材料不能释放任何量的例如有损所含药物的功效和稳定性或者甚至使其具有毒性的物质。用于药物包装、如药物容器的玻璃还要求高的机械稳定性和耐用性，例如以避免装有医疗药物的玻璃瓶破裂。

因此，期望提供一种兼具改善的耐水解性和高的机械稳定性的适于药物容器的玻璃。这种期望的玻璃应该尤其呈现高的透明性，同时应该以低成本的方式生产。

为了提供具有高的耐机械性的玻璃，已知的是对玻璃进行强化，尤其是对玻璃进行化学强化。为此目的，对玻璃进行离子交换以形成压应力层，其防止机械损坏并且因此玻璃更耐损。离子交换过程以这样的方式进行：在玻璃表面处，较小的碱金属离子如钠和/或锂离子交换为较大的碱金属离子如钾离子。离子交换过程的持续时间和温度决定了交换层的深度。如果该离子交换深度超过使用期间产品表面损坏的深度，则防止破裂。

化学强化下的离子交换例如通过浸入含钾的盐熔体中进行。也可以使用硅酸钾水溶液、糊剂或分散体，或者通过气相沉积或温度活化扩散进行离子交换。上述方法中的第一种通常是优选的。

压应力层的特征在于压应力和渗透深度参数：

压应力(CS)(“压力应力”或“表面应力”)是在离子交换后穿过玻璃表面在玻璃网络上的取代效应所导致的但玻璃未发生变形的应力。

“渗透深度”或“离子交换层的深度”或“离子交换深度”(“层深”或“离子交换层的深度”，DoL)是发生离子交换并产生压应力的玻璃表面层的厚度。压应力CS和渗透深度DoL可以使用市售的应力计FSM6000光学地测量。

可以根据以下公式由DoL和化学强化时间t计算“扩散率”D(也称为“阈值扩散率D”)：DoL＝1.4*sqrt(4*D*t)。在本公开中，将给出在KNO₃中于450℃化学强化9小时的D。扩散率的指示并不意味着相应的制品已经经历化学强化。扩散率描述了在任选的化学强化的情况下制品对化学强化的敏感性。

因此，离子交换意味着玻璃通过离子交换过程硬化或化学强化，该过程是玻璃制造和加工领域中本领域技术人员熟知的过程。用于化学强化的通常的盐是例如含K⁺的熔盐或盐的混合物。通常使用的盐包括KNO₃、KCl、K₂SO₄或K₂Si₂O₅。添加剂如NaOH、KOH和其他钠盐或钾盐等也用于更好地控制化学强化的离子交换的速率。玻璃组分对待实现的渗透深度和表面应力具有很大的影响。

药物行业中通常使用的玻璃是硼硅酸盐玻璃(所谓的中性玻璃)，其主要成分为氧化硅和氧化硼，但也可以包含铝、碱金属和碱土金属氧化物。

在某些医疗并且尤其是药物应用中，铝硅酸盐玻璃的化学强化玻璃制品、例如玻璃容器起着重要的作用。铝硅酸盐玻璃的优点在于，玻璃制品可以进行强化并呈现高的机械稳定性。然而，现有技术已知的铝硅酸盐玻璃的缺点在于，与例如硼硅酸盐玻璃相比，它们提供差的耐水解性。然而，硼硅酸盐玻璃的强化性不及铝硅酸盐玻璃。现有技术的铝硅酸盐玻璃的另一个缺点在于，为了提供具有高的透明性的玻璃，需要成本高的原料。如果使用成本低的原料，则玻璃通常呈现不希望的色泽。

发明内容