탈알칼리화

Dealkalization

탈알칼리화는 알칼리 이온을 포함한 유리잔에 적용되는 표면 개조의 과정으로, 알칼리 이온의 농도가 밑바닥의 벌크 유리보다 낮은 얇은 표면층이 형성된다.표면 조성의 이러한 변화는 일반적으로 표면의 관찰 특성을 변화시키며, 특히 부식 저항성을 강화한다.

용기와 같은 많은 상업용 유리 제품들은 소다 석회 유리로 만들어지기 때문에 내부 구조에 나트륨 이온의 비율이 상당하다.나트륨은 알칼리 원소이기 때문에 표면에서 선택적으로 제거하면 탈알칼리화 표면이 된다.탈알칼리화의 전형적인 예는 유리 용기의 처리이며, 특수 공정을 사용하여 용기 안에 넣은 액체 제품과의 상호작용에 더 강한 탈알칼리화된 내부 표면을 만듭니다.그러나 탈알칼리화라는 용어는 일반적으로 유리 표면이 부피에 비해 알칼리 이온이 고갈된 얇은 표면층을 형성하는 공정에도 적용될 수 있다.일반적인 예는 유리 부식 또는 풍화 초기 단계로, 물과의 상호작용에 의해 알칼리 이온이 표면 영역에서 침출되어 탈알칼리화된 표면층을 형성합니다.

탈알칼리 표면은 알칼리가 남아 있지 않거나 부피보다 적을 수 있다.규산염 유리에서는 알칼리 이온의 선택적 제거가 주로 실리카(SiO2)로 구성된 표면을 남기는 것으로 생각될 수 있기 때문에 탈알칼리화된 표면은 종종 "실리카가 풍부한" 것으로 간주됩니다.정확히 말하면, 탈알칼리화는 일반적으로 유리로부터 알칼리를 완전히 제거하는 것이 아니라 이온 교환 과정을 통해 구조물에서 양성자+(H) 또는 하이드로늄 이온3+(HO)으로 치환하는 것을 포함한다.

유리용기 처리

동기

유리 용기의 경우, 표면 탈알칼리화의 목표는 용기 내부 표면을 나중에 용기 안에 넣는 액체 제품과의 상호작용에 더 잘 저항하도록 만드는 것입니다.이 처리는 주로 제품과 접촉하는 내부 표면의 특성을 변경하는 것을 목적으로 하므로 "내부 처리"라고도 합니다.

용기와 함께 사용하는 가장 일반적인 예는 알코올을 담기 위한 병입니다.그 이유는 보드카나 진과 같은 알코올 도수가 약중성 pH와 높은 알코올 도수를 가지지만 pH의 변화에 대해서는 완충되지 않기 때문입니다.알칼리가 유리에서 제품으로 침출되면 pH가 상승하기 시작하고(즉, 알칼리성이 더 높아지며), 결국 pH가 충분히 높아져 용액이 유리 자체를 상당히 효과적으로 [1][2]공격하기 시작할 수 있습니다.이 메커니즘에 의해 초기 중성 알코올 제품은 유리 용기 자체가 서서히 용해되기 시작하는 pH를 달성할 수 있으며, 얇고 규소화된 유리 조각 또는 입자가 유체 내에 남습니다.탈알칼리처리는 내부 표면에서 알칼리를 제거함으로써 이 과정을 방해한다.이는 제품과 직접 접촉하는 유리 표면에서 추출 가능한 알칼리가 적다는 것을 의미할 뿐만 아니라 기초 벌크 유리에서 [3]제품으로의 알칼리 확산에 대한 장벽을 만든다.

같은 논리가 약품을 담는 약병 같은 의약품 유리 품목에도 적용된다.이들 품목의 대부분은 보다 내구성이 높은 붕규산염 유리로 구성되지만, 알칼리 침출 가능성을 최소화하기 위해 때때로 탈알칼리화되기도 합니다.이 작용은 용액의 pH 또는 이온 강도의 바람직하지 않은 변화를 방지하는 데 도움이 되며, 이는 앞서 설명한 바와 같이 유리의 궁극적인 공격을 억제할 뿐만 아니라 민감한 제품 제제의 효과 또는 안정성을 유지하는 데에도 중요할 수 있습니다.

탈알칼리화 방법

유리용기는 제조공정에서 유리표면을 반응성 황 또는 불소함유 화합물에 노출시킴으로써 탈알칼리화한다.빠른 이온 교환 반응은 알칼리 내면을 감소시키고, 보통 500~650°C 이상의 [4]고온에 있을 때 이루어진다.

역사적으로 유황을 함유한 화합물은 유리 용기를 탈알칼리화하는 데 사용된 최초의 물질이었다.탈알칼리화는 Na가 유리 밖으로3+, H+/HO가 유리+ 안으로 상호 확산/이온 교환되고, 황산염 종이 표면에서 이용 가능한 나트륨과 반응하여 황산나트륨(NaSO24)을 형성합니다.후자는 수용성 결정 퇴적물로 남거나, 채우기 전에 씻어내야 하는 유리 표면에 꽃을 피웁니다.제조 라인에서 이 공정을 수행하는 한 가지 방법은 어닐링 레르에 이산화황2(SO) 또는 삼산화황3(SO) 가스를 범람시키는 것이었습니다. 특히 물이 있는 곳에서는 반응이 개선되었습니다.그러나, 이 [5]관행은 SO형 가스에 대한x 환경 및 건강상의 우려로 인해 인기가 없게 되었다.황산염 처리의 대체 방법은 고체 황산암모늄염 또는 그 수용액이다.이 물질들은 형성 후 용기 내부에 도입되어 아닐레르에서 가스로 분해되며, 여기서 생성된 황 함유 가스 혼합물이 탈알칼리화 반응을 일으킨다.이 방법은 가스 혼합물에서 반응하지 않은 성분이 대기 중으로 빠져나가지 않고 서로 반응하여 나중에 [6]헹궈질 수 있는 용기에서 원래의 소금을 재생성하는 경향이 있기 때문에 어닐링 레어를 범람시키는 것보다 안전하다고 한다.

불소가 함유된 화합물을 사용한 처리는 일반적으로 고온에서 불소화 가스 혼합물(예: 공기와 혼합된 1,1-디플루오로에탄)을 병에 주입함으로써 이루어집니다.가스는 성형 과정에서 사용되는 공기(즉, 용기의 최종 블로잉 시 원하는 모양으로) 또는 성형 후 어닐링 전에 컨베이어 벨트를 통과할 때 용기 입구로 가스 흐름을 유도하는 노즐을 통해 용기에 공급될 수 있습니다.이 혼합물은 병 안에서 부드럽게 연소하며, 유리 표면과 반응하여 탈알칼리화 역할을 하는 극소량의 불산을 생성합니다.결과 표면에는 [7]공정의 잔류물이 거의 없습니다.이 처리는 Ball Corporation이 특허를 보유하고 있으며 이 프로세스를 구현하는 최초의 상용 시스템을 개발했기 때문에 Ball I.T. 프로세스(내부 치료의 약자)로도 알려져 있습니다.

탈알칼리화 테스트

유리 용기 산업의 표면 탈알칼리화에 대한 일상적인 테스트는 일반적으로 정제수로 헹구거나 정제수에 노출되었을 때 유리로부터 추출된 알칼리의 양을 평가하는 것을 목적으로 합니다.예를 들어, 소량의 증류수를 새로 만든 병에 넣고 병을 부드럽게 말아 내부 표면에 물을 완전히 통과시키면 탈알칼리화를 빠르게 확인할 수 있다.그런 다음 헹굼 물의 pH를 측정합니다. 처리되지 않은 용기는 추출된 알칼리로 인해 8-9 범위의 약간 알칼리성 pH를 생성하는 경향이 있는 반면 탈알칼리화된 용기는 거의 중성인 pH를 생성하는 경향이 있습니다.

이 테스트의 훨씬 더 철저한 버전은 다양한 국제 및 국내 유리 [8][9][10]용기 테스트 표준에 나와 있으며, 모두 유사한 방법론을 가지고 있습니다.이러한 테스트는 정제수로 용량에 가깝게 채워진 용기를 덮은 후 121°C에서 1시간 동안 자동 멸균기에서 가열 순환하는 더 심각한 조건 하에서 용기의 가수 분해 안정성을 평가합니다.상온까지 냉각한 후 물을 산으로 적정하여 물의 pH를 평가하고, 따라서 열주기 동안 추출된 알칼리의 등가량을 평가한다.헹굼물의 알칼리 함량은 유럽 약리학 최신 버전에서 설명한 것처럼 헹굼물의 화학적 분석을 통해 보다 직접적으로 평가할 수 있습니다.약국 표준에 따르면 내부에서 처리되거나 탈알칼리화된 소다 석회 유리 용기는 "Type II" 용기로 지정되며, 제품 상호작용에 대한 내성이 향상되어 미처리 소다 석회 유리 또는 "Type I" 용기와 구별됩니다.h는 고내성 붕규산염 유리용이다).

탈알칼리화는 일상적이지 않지만 다른 다양한 방법으로 측정할 수 있습니다.탈알칼리화된 표면은 화학적으로 내구성이 높기 때문에 풍화 반응에도 더 강하며, 이 매개변수를 적절히 평가하면 이전에 탈알칼리화된 표면이 있었다는 간접적인 증거가 될 수 있다.유리 표면 조성을 [11][12]직접 측정할 수 있는 SIMS 또는 XPS와 같은 고급 표면 분석 기법을 사용하여 탈알칼리화를 평가할 수도 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 규산염 안경은 내화학성 측면에서 표준을 설정하지만 일반적으로 높은 pH 용액의 영향을 받기 쉽습니다.이는 표백제와 다른 염기가 유리 용기에 저장되지 않는 것과 같은 이유입니다.유리의 일반적인 부식에 대한 자세한 내용은 예를 들어 D를 참조하십시오.E. Clark, C. G. Pantano 및 L. L. Hench, 유리의 부식(Books for Industry, New York, 1979년)
  2. ^ 베이컨, F.R.와 O.G. 버치(1940)."중성 알코올 용액에 대한 유리병의 저항성"미국도자기학회지 23(5) 147-151
  3. ^ F. R. 베이컨, "실리케이트 유리의 화학적 내구성"유리산업(1968년)
  4. ^ D. E. Clark, C. G. Pantano 및 L. L. Hench, 유리의 부식(Books for Industry, New York, 1979년)
  5. ^ Ryder, R. J., Poad, W. J. 등(1982)"유리 용기에 대한 내부 처리 개선." 캐나다 도자기 학회지(1932-1986) 51: 21-8.
  6. ^ 야시치신, I.N. 및 T.B. 제플린스키(1996)"시약용액에 의한 열화학처리로 유리용기의 내화학성 향상"유리 및 세라믹스 53(5): 135-137
  7. ^ "Consol glass statement on fluorinated gas treatment". Archived from the original on 2007-12-12. Retrieved 2007-12-14.
  8. ^ ASTM C225-85(2004) 내화학성 유리용기 표준시험방법
  9. ^ 미국 약국, 섹션 661 "용기; 내화학성 – 유리용기"
  10. ^ 유럽 약국, 3.2.1장 "약용 유리 용기"
  11. ^ Verita, M., F., Geotti-Bianchini, De Riu, L., Pantano, C. G., Paulson, T., "내부 처리 탈알칼리화 용기의 표면 분석" 유리과학기술의 기초, [Conference], June, Swede, June, Swede.
  12. ^ Geoti-Bianchini, F., E. Guadnino 등(1998년)."수중 고압 클레이브 시험 중 타입 II 황처리 유리 용기의 표면 반응." 1998년 7월 5일-10일 미국 캘리포니아주 샌프란시스코에서 열린 국제 유리에 관한 회의의 진행: 1612-1617