DE10025465C2 - Low-lithium borosilicate glass and its use - Google Patents

Low-lithium borosilicate glass and its use

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Description

Gegenstand der Erfindung ist lithiumoxidarmes Borosilicatglas hoher chemischer Beständigkeit, geringer Verarbeitungstemperatur mit vermindertem Angriff auf das Feuerfestmaterial sowie seine Verwendung.The invention relates to low-borosilicate borosilicate glass of high chemical resistance, low processing temperature with reduced attack on the refractory material and its Use.

Das Borosilicatglas ist vorrangig zur Verwendung als Pharmaprimärpackmittel, z. B. als Ampullen­ glas oder Fläschchenglas, geeignet. Außerdem kann es für den Chemieanlagenbau, als Geräte­ glas, Hauswirtschaftsglas, Einschmelzglas für Glas-Metall-Verschmelzungen (z. B. Verschmelz­ glas für Fe-Co-Ni Legierungen, oder Zirconium bzw. Zirconiumlegierungen), Brandschutz­ sicherheitsglas und für andere technische Zwecke verwendet werden.The borosilicate glass is primarily for use as Pharmaprimärpackmittel, z. B. as ampoules glass or vial glass, suitable. Moreover, it can be used for chemical plant construction, as devices glass, household glass, glass for melting glass-metal (eg glass for Fe-Co-Ni alloys, or zirconium or zirconium alloys), fire protection safety glass and for other technical purposes.

Eine wichtige Forderung der Pharmaindustrie besteht in der Bereitstellung von Glas als Pharma­ primärpackmittel mit hoher chemischer Beständigkeit, die durch die hydrolytische Beständigkeit (H), die Säuren- und Laugenbeständigkeit (S, L) und die Wasserbeständigkeit der Innenoberfläche von Behältnissen gegen heißes Wasser (BK) beschrieben wird. Gleichzeitig soll aus der Sicht des Glasherstellers dieses Glas aus Qualitäts- und Kostengründen im Verarbeitungs- und Kühlbereich geringe Viskositäten besitzen und das Feuerfestmaterial von der Glasschmelze möglichst wenig angegriffen werden. Gläser, die dieses Anforderungsprofil erfüllen, sind nicht bekannt.An important requirement of the pharmaceutical industry is the provision of glass as a pharmaceutical primary packaging with high chemical resistance due to hydrolytic resistance (H), the acid and alkali resistance (S, L) and the water resistance of the inner surface of containers against hot water (BK) is described. At the same time, from the perspective of the Glass manufacturer of this glass for quality and cost reasons in processing and cooling have low viscosities and the refractory material of the molten glass as little as possible to be attacked. Glasses meeting this requirement profile are not known.

Ein wesentlicher Parameter zur Charakterisierung der Verarbeitbarkeit des Glases ist die Verarbeitungstemperatur bei der die Viskosität des Glases 104 dPas beträgt (Verarbeitungspunkt VA). Diese Verarbeitungstemperatur soll für pharmazeutisches Ampullenglas nicht mehr als ca. 1220°C betragen.An essential parameter for characterizing the processability of the glass is the processing temperature at which the viscosity of the glass is 10 4 dPas (processing point V A ). This processing temperature should not be more than about 1220 ° C for pharmaceutical ampoule glass.

In der Patentschrift DE 195 36 708 werden pharmazeutische Ampullengläser beschrieben, die mit H = 1, S = 1 und L = 1 sehr gute chemische Beständigkeiten und mit VA von 1180°C bis 1220°C geringe Verarbeitungstemperaturen besitzen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Ampullen, die aus diesen Gläsern gefertigt worden sind, auf Grund des relativ hohen Gehaltes an Li2O eine zu geringe Wasserbeständigkeit der Innenoberfläche besitzen und die chemischen Beständigkeiten innerhalb der H = 1, S = 1 und L = 1 verringert werden. Das gilt ganz besonders für die hydrolytische Klasse.Patent DE 195 36 708 describes pharmaceutical ampoule glasses which have very good chemical resistance with H = 1, S = 1 and L = 1 and low processing temperatures with V A of 1180 ° C. to 1220 ° C. However, it has been found that ampoules made from these glasses, due to the relatively high content of Li 2 O, have too low water resistance of the inner surface and the chemical resistances within the H = 1, S = 1 and L = 1 be reduced. This is especially true for the hydrolytic class.

Nachteiligerweise verursacht der Gehalt von 1,0 Gew.-% Li2O, der in der Patentschrift DE 195 36 708 in den Beispielen 1 bis 5 verwendet worden ist, einen zu großen Angriff auf das Feuerfest­ material, da im Glas verstärkt Schlieren auftreten.Disadvantageously, the content of 1.0 wt .-% Li 2 O, which has been used in the patent DE 195 36 708 in Examples 1 to 5, too great an attack on the refractory material caused streaks occur in the glass.

In der Patentschrift DE 44 30 710 werden chemisch beständige Gläser beschrieben, sie besitzen jedoch aufgrund des hohen Gehaltes von Σ SiO2 + Al2O3 + ZrO2 < 83% nachteilig hohe Verarbeitungstemperaturen.In the patent DE 44 30 710 chemically resistant glasses are described, but they have due to the high content of Σ SiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 <83% disadvantageously high processing temperatures.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung von lithiumoxidarmen Borosilicatgläsern hoher chemischer Beständigkeit, geringer Viskosität und vermindertem Angriff auf das Feuerfest­ material.The object of the invention is the development of low-lithium borosilicate glasses high chemical resistance, low viscosity and reduced attack on refractories material.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Glases als pharmazeutisches Ampullenglas soll die hydrolytische Beständigkeit nach DIN ISO 719 Klasse eins, die Säurebeständigkeit nach DIN 12 116 Klasse eins, die Laugenbeständigkeit nach DIN ISO 659 Klasse eins und die Wasser­ beständigkeit der Innenoberfläche von Behältnissen nach DIN 52 339 Behältnisklasse eins bis zwei betragen.When using the glass according to the invention as a pharmaceutical ampoule glass to the hydrolytic resistance according to DIN ISO 719 class one, the acid resistance according to DIN 12 116 class one, the alkali resistance according to DIN ISO 659 class one and the water Resistance of the inner surface of containers according to DIN 52 339 container class one to be two.

Die Viskosität der Schmelze soll so gering sein, daß relativ niedrige Verarbeitungstemperaturen von maximal ca. 1220°C erforderlich sind.The viscosity of the melt should be so low that relatively low processing temperatures of about 1220 ° C are required.

Der Angriff auf das Feuerfestmaterial soll so minimiert sein, daß keine durch aufgelöstes Feuer­ festmaterial verursachten Glasfehler, z. B. Schlieren, auftreten. The attack on the refractory material should be minimized so that no by dissolved fire festmaterial caused glass defects, z. B. streaks occur.  

Es wurde gefunden, daß man in einem begrenzten Zusammensetzungsbereich lithiumoxidarme Borosilicatgläser herstellen kann, die die Aufgabenstellung der Erfindung erfüllen.It has been found that in a limited composition range lithium oxide poor Borosilicate glasses can produce that meet the task of the invention.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Glas gelöst.According to the invention the object is achieved by the glass described in claim 1.

Gläser der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzungen besitzen eine hohe chemische Beständigkeit, geringe Viskosität und verursachen verringerten Angriff auf das Feuerfestmaterial.Glasses of the compositions mentioned in claim 1 have a high chemical Resistance, low viscosity and cause reduced attack on the refractory material.

Sie sind bevorzugt für die Herstellung von Pharmaprimärpackmitteln geeignet, wenn folgender Zusammensetzungsbereich in Gew.-% auf Oxidbasis gemäß Anspruch 1 realisiert wird:
SiO2 72,0-77,0; B2O3 5,0-10,0; Al2O3 3,0-7,0; ZrO2 0,1-3,0; Li2O 0,05-< 0,5; Na2O 0,0-10,0; K2O 0,0-10,0; ZnO 0,0-8,0; CaO 0,0-5,0; BaO 0,0-5,0; SrO 0,0-5,0; TiO2 0,0-4,0; SnO2 0,0­ -3,0; Fluoride 0,0-3,0 und Läutermittel 0,0-2,0 Gew.-% und die Bedingungen Na2O : K2O < 0,75; SiO2 : B2O3 < 7,5 und Σ SiO2 + Al2O3 + ZrO2 + SnO2 = 80,0-83,0% erfüllt werden.They are preferably suitable for the production of pharmaceutical primate packaging materials if the following composition range is implemented in% by weight based on oxide according to claim 1:
SiO 2 72.0-77.0; B 2 O 3 5.0-10.0; Al 2 O 3 3.0-7.0; ZrO 2 0.1-3.0; Li 2 O 0.05- <0.5; Na 2 O 0.0-10.0; K 2 O 0.0-10.0; ZnO 0.0-8.0; CaO 0.0-5.0; BaO 0.0-5.0; SrO 0.0-5.0; TiO 2 0.0-4.0; SnO 2 0.0-3.0; Fluorides 0.0-3.0 and refining agent 0.0-2.0 wt% and the conditions Na 2 O: K 2 O <0.75; SiO 2 : B 2 O 3 <7.5 and ΣSiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 + SnO 2 = 80.0-83.0%.

Ausgehend von den Beispielen der erfindungsgemäßen Gläser der Patentschrift DE 195 36 708 mit einem Li2O Gehalt von 1,0 Gew.-%, wurden Entwicklungsarbeiten an der Glaszusammen­ setzung durchgeführt, die die wesentlichen neuen Erkenntnisse brachten,
daß die hohen chemischen Beständigkeiten H = 1, S = 1, L = 1 und die niedrigen Viskositäten von VA < 1220°C auch mit wesentlich geringerem Li2O-Gehalt als 1,0 Gew.-% erreicht werden können, wenn die Gehalte von Na2O und K2O entsprechend darauf abgestimmt sind und die Summe von SiO2 + Al2O3 + ZrO2 + SnO2 = 80,0-83,0% beträgt,
daß gleichzeitig die Wasserbeständigkeit der Innenoberfläche von pharmazeutischen Verpackungsmaterialien gegen heißes Wasser verbessert wird und
daß bei Reduzierung des Li2O-Gehaltes und trotz Verwendung relativ hoher Na2O und K2O-Anteile der Angriff der Glasschmelze auf das Feuerfestmaterial reduziert wird.Based on the examples of the glasses according to the invention of the patent DE 195 36 708 with a Li 2 O content of 1.0 wt .-%, development work on the glass composition were made tion, which brought the essential new knowledge,
that the high chemical resistances H = 1, S = 1, L = 1 and the low viscosities of V A <1220 ° C can be achieved even with substantially less Li 2 O content than 1.0 wt .-%, if the Contents of Na 2 O and K 2 O are adjusted accordingly and the sum of SiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 + SnO 2 = 80.0-83.0%,
that at the same time the water resistance of the inner surface of pharmaceutical packaging materials is improved against hot water and
that is reduced in reducing the Li 2 O content and despite the use of relatively high Na 2 O and K 2 O shares the attack of the glass melt on the refractory material.

Es wurde gefunden, daß bei gegebenen Zusammensetzungsbereichen der Komponenten SiO2, B2O3, Al2O3 und ZrO2 gemäß Anspruch 1 die Alkalioxide bevorzugt in den Grenzen (in Gew.-% auf Oxidbasis)
It has been found that with given composition ranges of the components SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 and ZrO 2 according to claim 1, the alkali metal oxides preferably within the limits (in wt .-% based on oxide)

Li2OLi 2 O 0,1-0,40.1-0.4 Na2ONa 2 O 3,0-8,03.0-8.0 K2OK 2 O 2,0-8,02.0-8.0 <unter den Bedingungen:<under the conditions: Na2O : K2ONa 2 O: K 2 O < 0,75<0.75 SiO2 : B2O3 SiO 2 : B 2 O 3 < 7,5<7.5 Σ SiO2 + Al2O3 + ZrO2 + SnO2 ΣSiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 + SnO 2 = 80,0-83,0= 80.0-83.0

in das Glas eingebracht werden müssen, um die angestrebten Glaseigenschaften realisieren zu können.must be introduced into the glass in order to realize the desired glass properties can.

Die erfindungsgemäßen Gläser besitzen weitere vorteilhafte Eigenschaften, die zu ihrer fehler­ freien und kostengünstigen Massenproduktion unbedingt erforderlich sind. Sie erfüllen die Bedin­ gungen, die an das Schmelzverhalten, die Kristallisationsstabilität, die Läutereigenschaften und die Verarbeitbarkei gestellt werden. Das Glas kann außerdem zur Abreicherung der Alkaliionen an der Oberfläche mit entsprechenden Gasen behandelt werden.The glasses according to the invention have further advantageous properties which lead to their error free and inexpensive mass production are essential. They fulfill the condition conditions, which are related to the melting behavior, the crystallization stability, the refining properties and the workmanship can be made. The glass can also be used to deplete the alkali ions the surface are treated with appropriate gases.

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Gläser Embodiments of glasses according to the invention

Glaszusammensetzungen in Gew.-% Glass compositions in% by weight

Der verringerte Angriff der Glasschmelze auf das Feuerfestmaterial wurde visuell beim Schmelzen des Glases bei Verwendung keramischer Materialien sichtbar, da die erfindungsgemäßen Gläser das keramische Feuerfestmaterial sichtbar weniger korrodieren. Dadurch wird die Schlieren­ bildung reduziert bzw. die Homogenität des Glases verbessert.The reduced attack of the molten glass on the refractory became visual upon melting of the glass when using ceramic materials visible because the glasses of the invention visibly less corroding the ceramic refractory. This will cause the streaks reduced education or improves the homogeneity of the glass.

Die Gläser wurden in herkömmlicher Weise im Laborofen bei 1550°C bis 1600°C im Zeitraum von ca. vier Stunden erschmolzen, anschließend gegossen und spannungsfrei gekühlt. Als Roh­ stoffe wurden herkömmliche Materialien wie SiO2, H3BO3, Al(OH)3, Alkali- und Erdalkali­ karbonate/nitrate bzw. Oxide eingesetzt.The glasses were melted in a conventional manner in a laboratory oven at 1550 ° C to 1600 ° C in the period of about four hours, then poured and cooled stress-free. As raw materials conventional materials such as SiO 2 , H 3 BO 3 , Al (OH) 3 , alkali and alkaline earth carbonates / nitrates or oxides were used.

Claims (2)

1. Lithiumoxidarmes Borosilicatglas, das folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist:
SiO2 72,0-77,0 B2O3 50-10,0 Al2O3 3,0-7,0 ZrO2 0,1-3,0 Li2O 0,05-< 0,5 Na2O 0,0-10,0 K2O 0,0-10,0 ZnO 0,0-8,0 CaO 0,0-5,0 BaO 0,0-5,0 SrO 0,0-5,0 TiO2 0,0-4,0 SnO2 0,0-3,0 Fluoride 0,0-3,0 Läutermittel 0,0-2,0 AL=L<Unter den Bedingungen: Na2O : K2O < 0,75 SiO2 : B2O3 < 7,5 Σ SiO2 + SnO2 + Al2O3 + ZrO2 80,0-83,0
1. Low-borosilicate glass having the following composition (in% by weight based on oxide):
SiO 2 72.0 to 77.0 B 2 O 3 50 to 10.0 Al 2 O 3 3.0-7.0 ZrO 2 0.1-3.0 Li 2 O 0.05- <0.5 Na 2 O 0.0-10.0 K 2 O 0.0-10.0 ZnO 0.0 to 8.0 CaO 0.0-5.0 BaO 0.0-5.0 SrO 0.0-5.0 TiO 2 0.0-4.0 SnO 2 0.0-3.0 fluorides 0.0-3.0 refining 0.0-2.0 AL = L <Under the conditions: Na 2 O: K 2 O <0.75 SiO 2 : B 2 O 3 <7.5 ΣSiO 2 + SnO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 80.0 to 83.0
2. Verwendung des lithiumoxidarmen Borosilicatglases nach Anspruch 1 als Pharmaprimär­ packmittel, z. B. als Ampullenglas oder Fläschchenglas, Geräteglas, Glas für den Chemieanlagen­ bau, Hauswirtschaftsglas, Einschmelzglas, Brandschutz­ sicherheitsglas und als Glas für andere technische Zwecke.2. Use of the low-lithium borosilicate glass according to claim 1 as a Pharmaprimär packaging means, z. As ampoule glass or vial glass, instrument glass, glass for the chemical plants construction, house glass, melting glass, fire protection safety glass and glass for other technical purposes.
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