中性玻璃的基本成分是硼矽玻璃,化學穩定性好,用來盛放化學試劑和藥品時,玻璃中堿離子的浸出量很小。當用這種玻璃盛放 pH 值為 7 的中性溶液時,在壹定溫度下進行熱處理或存放較長時間後,溶液的 pH 值保持不變,因此被稱為 "中性玻璃"。中性玻璃可用於制備對化學穩定性要求較高的玻璃儀器、化學設備、醫用安瓿、註射器和醫藥容器。
為了降低中性玻璃的熱膨脹系數,提高機械強度和韌性,增加化學穩定性,使玻璃易於熔化,可在中性玻璃中引入 B20,質量較好的中性玻璃中含有 6% 以上(質量分數)的 Bzos。不過,由於硼離子在玻璃結構中可以形成硼氧三角形或硼氧化物四面體這兩種配位狀態,從而對玻璃的網絡結構產生相反的影響。但是,由於硼離子在玻璃結構中可以形成硼氧三角形或硼氧四面體,這兩種配位狀態對玻璃網絡結構的影響是相反的,因此在壹定的組成條件下,玻璃的某些性能會隨著 B20s 含量的增加而出現異常,這就是所謂的 "硼異常"。
硼矽酸鹽玻璃的特性之壹是容易發生相變,這大大降低了玻璃的抗化學侵蝕能力。雖然肉眼無法觀察到玻璃外觀的變化,但短時間後表面就會 "長毛"。對於化學穩定性要求較高的中性玻璃來說,輕微的相變就會降低玻璃的化學穩定性。為了防止玻璃發生相變,可以在成分中加入 5%(質量分數)左右的 A1203。A1203含量過高會使玻璃粘度增大,熔點升高,工藝性能變差。
為了提高中性玻璃的化學穩定性,還要在玻璃中引入壹定量的二價金屬氧化物,如CaO、MgO、ZnO、BaO,用來代替NazO:
CaO的引入對於提高玻璃的化學穩定性作用並不大,其更重要的作用是降低玻璃的高溫粘度,使玻璃易於熔化;同時可以提高玻璃的低溫粘度,使玻璃的成型溫度範圍縮小,有利於提高拉管機的速度和減少拉管機的跑道長度。但引入 CaO 會降低玻璃的彈性,制品變脆。較好的硼矽玻璃中很少使用 CaO,在玻璃成分中引入少量 MgO 代替壹部分 CaO 可以降低玻璃的結晶溫度,提高化學穩定性。
在壹些中性玻璃的成分中引入少量(質量分數小於2%)的ZnO,不僅可以起到提高化學穩定性的作用,還有利於提高玻璃的成型性能,同時可以使玻璃制品表面光滑。在制造粉末狀安瓿玻璃時使用少量的 ZnO,可以防止粉末粘附在安瓿壁上,過多的 ZnO 則容易造成玻璃析晶,還會使玻璃在火焰處理時因 ZnO 的還原而變黑。因此,在質量較好的硼矽玻璃中不引入Zn0.
在大多數成分為中性的玻璃中含有3%(質量分數)的BaO,Ba2+離子不易被浸出,從而提高了玻璃的化學穩定性。但在玻璃熔化過程中,BaO 會被氧化成 Ba02,當窯爐溫度控制不當時,如在降溫後再升溫,會因 BaOz 轉化為 BaO 而釋放出氧氣,在玻璃中產生二次氣泡。因此,在熔化含 BaO 的中性玻璃時,必須穩定溫度制度。
硼矽酸鹽中性玻璃中所含的堿金屬氧化物主要是Naz0,雖然其作用是提高玻璃的化學穩定性:LizO>NazO>Kz0,但LizO成本較高,且在用量超過0.5%(質量分數)時會明顯增加玻璃的析晶傾向,故未被采用。在成分中引入少量K20是因為K+能進入玻璃網絡結構中較大的空隙,因其離子半徑較大,與Na+離子相比不易被浸出析出,綜上所述,性能較好的硼矽中性玻璃所含各種成分的質量分數範圍是:SiOz和Alz03總量為76%~80%,Bz03為6%~lo%,BaO為2%~3 SiOz和Alz03總量為76%~80%,Bz03為6%~lo%,BaO為2%~3%,Na20為6%~11%。
國內外大量生產的硼矽酸鹽中性玻璃的化學成分見表14-18,其中,美國的肯伯勒壹A 203(KG-A 203)和德國的菲歐拉克斯8414(Fiolax-8414)為棕色,其余幾種玻璃均為無色透明。從用途上看,德國的 G-20 和捷克的西亞爾(Sial)主要用作儀器玻璃,其他玻璃主要用於制作安瓿瓶和註射器。