一、金属包装材料
金属包装材料用作食品包装历史悠久，有近两百年的历史，以金属薄板或箔材为主要原材料，经加工制成各种形式的容器来包装食品，是现代食品包装的四大包装材料之一，在我国占包装材料总量的20％左右。
金属包装材料的优良性能表现在以下几个方面。
（1）高阻隔性能：可完全阻隔气、汽、水、油、光等的透过，用于食品包装表现出极好的保护功能，使包装食品有较长的货架寿命。
（2）优良的机械性能：金属材料具有良好的抗拉、抗压、抗弯强度，韧性及硬度，用作食品包装表现出耐压、耐温湿度变化和耐虫害，包装的食品便于运输和贮存，同时适宜包装的机械化、自动化操作，密封可靠，效率高。
（3）容器成型加工工艺性好：金属具有优良的塑性变形性能，易于制成食品包装所需要的各种形状容器。现代金属容器加工技术与设备成熟，生产效率高，如马口铁三片罐生产线生产速度可达1200罐/min，铝质二片罐生产线生产速度达3600罐/min，可以满足食品大规模自动化生产的需要。
（4）良好的耐高低温性、良好的导热性、耐热冲击性：用作食品包装可适应食品冷、热加工、高温杀菌以及杀菌后的快速冷却等加工需要。
（5）表面装饰性好：金属具有光泽，可通过表面彩印装饰提供更理想美观的商品形象。
（6）包装废弃物较易回收处理：金属包装废弃物的易回收处理减少了对环境的污染，同时，它的回炉再生可节约资源、节省能源，这在提倡“绿色包装”的今天显得尤为重要。
金属作为食品包装材料的缺点是：化学稳定性差、不耐酸碱腐蚀，特别是包装高酸性内容物时易被腐蚀，且金属离子易析出会影响食品风味，这在一定程度上限制了它的使用范围。为弥补这个缺点，一般需在容器内壁施涂涂料。另一个缺点是价格较贵，但会随着生产技术的进步和大规模化生产而得以改善。
食品包装常用的金属材料按材质主要分为两类：一类为钢基包装材料，包括镀锡薄钢板（马口铁）、镀铬薄钢板、涂料板、镀锌板、不锈钢板等；另一类为铝质包装材料，包括铝合金薄板、铝箔、铝丝等。
（一）镀锡薄钢板
镀锡薄钢板是低碳薄钢板表面镀锡而制成的产品，简称镀锡板，俗称马口铁板，广泛用于制造包装食品的各种容器，其他材料容器的盖或底。
1．镀锡板的制造和结构组成
镀锡板是将低碳钢（C＜0.13％）轧制成约2mm厚钢带，经酸洗、冷轧、电解清洗、退火、平整、剪边加工，再经清洗、电镀、软熔、钝化处理、涂油后剪切成板材成品；镀锡板所用镀锡为高纯锡（Sn＞99.8％），也可用热浸镀法涂敷，此法所得锡层较厚，用锡量大，镀锡后不再钝化处理。
镀锡板结构由五部分组成，如图2-11所示，由内向外依次为钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化膜和油膜。镀锡板各构成部分的厚度、成分和性能见表2-19。
2．镀锡板的主要性能指标
（1）镀锡板的机械性能。通常用调质度作为指标来表示镀锡板的综合机械性能，包括强度、硬度、塑性和韧性等。镀锡板调质度是以其表面洛氏硬度值（HR30T）来表示，按HR30T值的大小分为几个等级，分别以T50、T52……符号表示。镀锡板调质度等级由低至高，其强度和硬度越高，而相应塑性韧性越低。不同调质度的镀锡板使用场合、加工方法不同。
影响镀锡板机械性能的因素很多，如钢基板成分、冶炼、轧制方法及质量、制板加工的退火处理及平整加工工艺和质量等。镀锡板的钢基板按成分不同分为D、L、MR、MC型等几种，其中L、MR型杂质含量少、强度不高塑性好，所制成的镀锡板调质度低；MC型钢基板含磷较高，强度高塑性低，所制成的镀锡板调质度高。
（2）镀锡板的耐腐蚀性。不同食品对镀锡板包装容器的耐腐蚀性有不同要求。镀锡板的耐腐蚀性与构成镀锡板每一结构层的耐腐蚀性都有关。
①钢基板：钢基板的耐腐蚀性能主要取决于钢基板的成分、非金属夹杂物的数量和表面状态。钢基板中含磷、硫、铜等一般都将对其耐腐蚀性带来有害的影响，但是包装有些食品时又表现出特殊的情况，如包装橘子类含柠檬酸的食品时，可用含铜稍多钢基板的镀锡板容器；灌装可口可乐类含CO2饮料时，可用含硫稍多钢基板的镀锡板容器，表现出较好的耐腐蚀性。
②锡层：要求镀锡完全覆盖钢基板表面，但实际镀锡层存在许多针孔，其中暴露出钢基板的孔隙称露铁点。镀锡板上露铁点的多少用孔隙度表示：即每平方分米上孔隙数或孔隙面积。镀锡板上的露铁点在有腐蚀性溶液存在的条件下将发生电化学腐蚀，镀锡板孔隙度多会加速锡层溶解，结果加快钢基板腐蚀的速度。镀锡板孔隙度的大小与镀锡工艺和质量、镀锡层厚度有关，加工和使用中机械刮伤所产生的连续破坏锡层也将严重影响镀锡板的耐腐蚀性。
③锡铁合金层：处于钢基板和锡层之间的锡铁合金层的主要成分是锡铁金属化合物FeSN2，锡层不连续的孔隙暴露出的并不都是钢基表面，更多的是锡铁合金层。在酸性水果汁液等介质中锡铁合金层的电位比铁高，它和锡层偶合，构成受FeSN2合金层的极化程度控制的一种阴极控制型腐蚀体系，此时，若FeSN2层不连续，钢基体暴露增多，FeSN2极化程度减小，结果加快锡的溶解速度。所以，提高FeSN2合金层的连续性和致密性可以有效地提高镀锡板的耐腐蚀性能。
④氧化膜：镀锡板表面的氧化膜有两种，一种是锡层本身氧化形成的SnO2和SnO，另一种是镀锡板钝化处理后形成的含铬化合物钝化膜。SnO2是个稳定的氧化物，而SnO是不稳定的化物，所以两者数量的多少将影响镀锡板的耐腐蚀性。含铬纯化膜使镀锡板的耐腐蚀性大大提高，且钝化膜的含铬量越多，耐腐蚀性越好，它可有效地抑制锡氧化变黄，硫化变黑。
⑤油膜：镀锡板表面的油膜将板与腐蚀性环境相隔开，防止锡层被氧化发黄，防止水汽使镀锡板生锈。此外，油膜在镀锡板使用和制罐中起润滑剂作用，可有效地防止加工、运输过程中的锡层擦伤破损，导致镀锡板的腐蚀。油膜也会对制罐加工、表面涂饰加工带来不利影响。
3．镀锡板的主要技术规格
（1）镀锡板的尺寸和厚度规格。为方便生产和使用，镀锡板长宽尺寸已规范，板宽系列为775、800、850、875、900、950、1000、1025、1050mm，板长一般与板宽差在200mm内可任意选用。镀锡板厚度系列为0.2、0.23、0.25、0.28四种，且板厚偏差一般不超过0.015mm，同一张板厚度偏差不超过0.01mm。国际上镀锡板厚度采用重量/基准箱法表示，即规定112张20英寸×14英寸或56张20英寸×28英寸（1英寸≈2.54cm）的镀锡板为一基准箱，根据一基准箱镀锡板重量大小表示板厚，重量/基准箱重量大，板厚度也大。
（2）镀锡板的镀锡量。镀锡量的大小表示镀锡层的厚度，是选用镀锡板的重要参数。镀锡量以单位面积上所镀锡的重量表示（g/m2）。另一种表示法是以一基准箱镀锡板上镀锡总量（磅）乘100后所得的数字为镀锡量的标号，如1磅/1基准箱的镀锡量标为#100（相当于11.2g/m2），标号越大表示镀锡层厚。对两面镀锡量不等的镀锡板，用两组数分别表示两面的镀锡量，如#100/#25即11.2/2.8g/m2。
4．镀锡板的分类及代号
镀锡板种类很多，主要按镀锡量、调质度、表面状况、钝化方法、涂油量及表面质量等不同分类。各类镀锡板及其代号见表2-20。
5．涂料镀锡板
镀锡板具有的耐腐蚀性时常不能满足某些食品包装的需要，如富含蛋白质的鱼、肉食品，在高温加热中蛋白质分解产生硫化氢对镀锡罐壁产生化学腐蚀作用，与露铁点发生作用形成硫化铁，对食品产生污染；高酸性食品对罐壁腐蚀产生氢胀和穿孔；有色果蔬因罐内壁溶出的二价锡离子作用将发生褪色现象；有的食品还出现金属味等。为此，采用在镀锡板上涂覆涂料，将食品与镀锡板隔离，以减少它们之间的接触反应。表面涂料优良的耐腐蚀效果已使其用到其他金属薄板表面，广泛应用于食品包装。
（1）涂料镀锡板的主要质量要求。涂料镀锡板是由镀锡板经钝化、表面净化处理、喷涂料、烘烤固化而制成；一般涂层厚在12g/m2以下，涂料层表面应连续光滑、色泽均匀一致、无杂质油污和涂料堆积等现象。涂料板耐腐蚀性很重要的因素之一是涂层的连续性；涂层不连续的地方为眼孔，眼孔处出现露铁点时，在腐蚀环境下会发生快速深入的铁腐蚀。
（2）食品包装对涂料的要求。
①无味、无臭、无毒，不影响食品品质和风味。
②有良好的机械性能，涂料随同镀锡板进行成型加工时能承受冲压、弯曲等作用，不破裂、脱落。
③有足够的耐热性，能承受制罐加工、罐装食品热杀菌加工等的高温作用而不变色、不起泡、不剥离。
④施涂加工方便，涂层干燥迅速，与镀锡板间有良好亲润性以保证涂层质量。
（3）常用涂料。目前可选用的涂料种类很多，按其制成的容器是否与食品接触，分内涂料和外涂料；按涂料涂覆的顺序不同分为底涂料和面涂料；用于容器接缝或涂层破损处施涂的为补涂料；适合制罐加工要求的一般涂料和冲拔罐涂料。根据食品特性及其包装保护要求将所用的内涂料分为抗酸涂料、抗硫涂料、抗酸抗硫两用涂料、抗粘涂料、啤酒饮料专用涂料及其他专用涂料等。
（二）无锡薄钢板
锡为贵金属，故镀锡板成本较高。为降低产品包装成本，在满足使用要求前提下由无锡薄钢板替代马口铁用于食品包装，主要品种有镀铬薄钢板、镀锌板和低碳钢薄板。
1．镀铬薄钢板
（1）镀铬板的结构和制造。镀铬板是由钢基板、铬层、水合氧化铬层和油膜构成（图2-12），各结构层的厚度、成分及特性见表2-21。
镀铬板的制造与镀锡板基本相同，只是将钢基板表面镀锡改为镀络，主要制造工序为：钢板轧制→电解清洗→退火→平整清洗→电镀铬→钝化处理→清洗干燥→涂油→成品。
（2）镀铬板的性能和使用。
①镀铬板的机械性能：镀铬板的机械性能与镀锡板相差不大，其综合机械性能也以调质度表示，各等级调质度镀铬板的相应表面硬度见表2-22。
②镀铬板的耐腐蚀性：镀铬板也有较好的耐腐蚀性，但比镀锡板稍差。铬层和氧化铬层对柠檬酸、乳酸、醋酸等弱酸、弱碱有很好的抗蚀作用，但不能抗强酸、强碱的腐蚀。所以镀铬板通常施加涂料后使用。而涂料镀铬板具有比涂料镀锡板更好耐腐蚀性。使用镀铬板时尤要注意剪切断口极易腐蚀，必须加涂料以完全覆盖。
③镀铬板的加工性能：因镀铬层韧性较差，所以冲拔、盖封加工时表面铬层易损伤破裂，不能适应冲拔、减薄、多级拉深加工。镀铬板不能锡焊，制罐时接缝需采用熔接或粘接。镀铬板表面涂料施涂加工性好，涂料在板面附着力强，比镀锡板表涂料附着力高3～6倍，适宜用于制造罐底、盖和二片罐，而且可采用较高温度烘烤。
④价格便宜：镀铬板加涂料后具有的耐蚀性比镀锡板高，价格比镀锡板低10％左右，具有较好的经济性，其使用量逐渐扩大。
2．镀锌薄钢板
镀锌薄钢板是在低碳钢基板表面镀上一层厚0.02mm以上的锌构成的金属板材，其制造过程为：低碳钢板→轧制→清洗→退火处理→热浸镀锌→冷却→冲洗→拉伸矫直。镀锌板也可经电镀锌制成，锌层较热浸镀锌板薄，且防护层中不出现锌铁合金层。所以电镀锌板的成型加工性能较热浸镀锌板好，可焊性较好，但是耐腐蚀性不如热浸镀锌板。镀锌板主要用作大容量的包装桶。
3．低碳薄钢板
低碳薄钢板是指含碳量＜0.25％，厚度为0.35～4mm的普通碳素钢或优质碳素结构钢的钢板。低碳使低碳薄钢板塑性性能好，易于成型加工和接缝的焊接加工，制成容器有较好的强度和刚性，而且价格便宜。低碳薄钢板表面加特殊涂料后用于灌装饮料或其他食品，还可以将其制成窄带来捆扎纸箱、木箱或包装件。
（三）铝质包装材料
铝质（Aluminium）包装材料的包装性能优良，且资源丰富，广泛用于食品包装。
1．铝质材料的一般包装特性
（1）优良的阻挡气、汽、水、油的透过性能，良好的光屏蔽性，反光率达80％以上，包装食品将能起很好的保护作用。
（2）良好的热性能。耐热、导热性能好，导热系约为钢的3倍，耐热冲击，可适应包装食品加热杀菌和低温冷藏处理要求，且减少能耗。
（3）重量轻。铝是轻金属，比重为2.7g/cm3，约为钢材的1/3，用作食品包装材料可降低贮运费用，方便包装商品的流通和消费。
（4）具有银白色金属光泽，易美化装饰，用于食品包装有很好商业效果。
（5）良好的耐腐蚀性。
铝在空气中易氧化形成组织致密、坚韧的氧化铝（Al2O3）薄膜，从而保护内部铝材料，避免被继续氧化。采用钝化处理可获得更厚的氧化铝膜，能起更好的抗氧化腐蚀作用。但铝抗酸、碱、盐的腐蚀能力较差，尤其杂质含量高时耐蚀性更低。当Al中加入如Mn、Mg合金元素时可构成防锈铝合金，其耐蚀性能有很大提高。铝对各种食品的耐蚀性见表2-23。
（6）较好的机械性能。工业纯铝强度比钢低，为提高强度，可在纯铝中加入少量合金元素如Cu、Mg等形成铝合金，或通过变形硬化提高强度。铝的强度不受低温影响，特别适用于冷冻食品的包装。铝的塑性很好，易于通过压延制成铝薄板、铝箔等包装材料，铝薄板、铝箔容易加工并可进一步制成灌装各类食品的成型容器。
（7）工业纯铝易于制成铝薄并可与纸、塑料膜复合，制成具有良好综合包装性能的复合包装材料。
（8）铝的原料资源丰富，然而炼铝耗量巨大，铝材制造工艺复杂，故铝质包装材料价格较高，但铝质包装废弃物可回收再利用，在减少包装废弃物对环境污染的同时可节约资源和能源。
2．铝质包装材料的种类及应用
用于食品包装的铝质材料主要包括工业纯铝和铝合金两大类。工业纯铝指含铝＞99.0％的纯铝，按铝的纯度不同分为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L51（或L5-1）几种，其含杂质依次增高。包装用铝合金主要为铝中加入少量锰、镁的合金（称防锈铝），使用较多的是防锈铝LF2（铝镁合金）和LF21（铝锰合金）。这些铝材可分别加工成铝薄板、铝箔和铝丝用于食品包装。
（1）铝薄板。将工业纯铝或防锈铝合金制成厚度为0.2mm以上的板材称铝薄板。铝薄板的机械性能和耐腐蚀性能与其成分关系密切。铝薄板与镀锡板一样，也是用调质度来表示它的综合机械性能，其调质度按AA标记法（美国铝协会标准）分为“O”和“H”型两类。“O”型调质度的铝薄板是强度低、塑性很好的极软铝材，主要用于制箔。“H”型调质度的铝薄板按调质度不同分为H1X、H2X、H3X，其中X=1～9，X数字越大的板材强度越高；“H”型调质度铝薄板中调质度较低的用来制软管，调质度较高的用做罐盖、易拉盖。深拉变薄罐选用塑性好的材料。常用铝薄板的调质度及其相应机械性能指标和主要用途见表2-24。
（2）铝箔。铝箔是一种用工业纯铝薄板经多次冷轧、退火加工制成的金属箔材，食品包装用铝箔厚度一般为0.05～0.07mm，与其他材料复合时所用铝箔厚度为0.03～0.05mm，甚至更薄。铝材的杂质含量及轧制加工时产生的氧化物或轧辊上的硬压物等，会使铝箔出现针眼而影响铝箔的阻透性能。铝箔越薄针眼出现的可能性越大、数量越多。一般认为厚度＜0.015mm的铝箔不能完全阻挡气、水的透过，厚度≥0.015mm铝箔的气体透过系数为0。
铝箔很容易受到机械损伤及腐蚀，所以铝箔较少单独使用，通常与纸，塑料膜等材料复合使用。采用不同加工方法可获得压花铝箔、彩箔、树脂涂覆箔及与其他材料贴合箔等多种铝加工箔。压花铝箔、彩箔可直接用来裹包食品，尤其用于礼品包装。
铝箔复合膜材料具有优良的耐蚀、阻透、光屏蔽、密封性能，且强度好，所以大量用于食品的真空、充气包装，如制成蒸煮袋，制作多层复合袋，制软管，做泡罩包装的盖材，制作杯、盒、盘的盖材，制成浅盘盒及制商标等。铝复合膜材料的组成及用途见表2-25。
为了减少铝箔材料的用量，在塑料膜或纸上采用真空镀铝膜的方法制成铝复合膜包装材料，这种复合膜的阻隔性比铝箔差，但耐折性、热封性比铝箔好，而与前述的铝复合膜材料比，真空镀铝复合膜的阻气性、反射紫外光性能稍差，但成本低。
二、玻璃包装材料
玻璃陶瓷包装容器是很常用的包装容器之一。尽管它们有易碎、易损、质量过大等缺点，但由于其固有的特点，今天仍然是重要的包装容器，特别是在食品、饮料的包装方面需求量还在继续上升。
玻璃与陶瓷包装容器的造型多呈瓶、罐状，其造型的多变性是任何包装容器所不及的。同时，用玻璃与陶瓷容器包装的食品、饮料，常常作为礼品馈赠亲友，因而玻璃与陶瓷包装容器要求充分注意美化与装饰。玻璃的化学成分基本上是二氧化硅（SiO2）和各种金属氧化物，SiO2在玻璃中形成硅氧四面体的结构网，即为玻璃的骨架，使玻璃具有一定的机械强度、耐热性和良好的透明性、稳定性等。金属氧化物包括氧化钠、氧化钙、氧化铝、氧化硼、氧化钡、氧化铬和氧化镍等。这些金属氧化物与氧化硅按一定配比，经过高温熔融、冷却形成固定物质。
（一）玻璃的分类及结构
玻璃是已知的最古老的材料之一。大约在4500年以前，在美索不达米亚已经发明了玻璃制造技术，主要是制作玻璃珠等装饰品。公元前1500年，埃及人首先用“砂芯”法制造出玻璃容器，这是历史上发现最早的玻璃包装材料。公元前1世纪，叙利亚出现了玻璃吹制技术。公元3世纪，罗马人从叙利亚和埃及移民那里学会了生产玻璃的技术，并建立了庞大的玻璃制造中心和玻璃工厂，在日常的生活用品和建筑中已有相当多的玻璃制品。12～15世纪，玻璃制造中心在威尼斯。17～18世纪，蒸汽机问世，机械工业和化学工业有了很大发展，特别是发明了以食盐为原料制造纯碱的技术。这些对玻璃工业的发展起了很大的促进作用。19世纪中叶，蓄热空池炉用于玻璃熔制并发明了半机械化成型方法。1905年，欧文斯真空吸料全自动制瓶机研制成功，1915年，滴料供料机问世，使玻璃包装工业进入了一个迅猛发展的时期。1925年，出现了行列式制瓶机，用吹一吹法生产小口瓶；1940年，用压一吹法制造大口瓶，之后，行列式制瓶机不断改进。进入20世纪，玻璃工业已达到了机械化和自动化的程度。现在，计算机已广泛用于玻璃生产线的自动控制。我国西周时代（公元前8世纪），已有了玻璃饰物，其化学组成中含有大量的氧化铅和氧化钡，与在埃及发现的古代玻璃迥然不同。后来，由国外传入了玻璃吹制技术，有了现代的玻璃制造业。
在人类的生活、生产、文化和科学技术各方面，玻璃材料曾经并继续起着重要作用。由于玻璃包装材料的优异特性，它是食品工业、化学工业、医药卫生等行业的常用包装材料。平板玻璃也是重要的建筑材料。玻璃材料与容器的生产在国民经济中占有非常重要的地位。
1．玻璃的定义
玻璃一词有两种含义：一是作为一种材料和制品；二是指物质的一种物理化学状态。广义的玻璃包括无机物和有机物两大类，传统的玻璃是指无机玻璃。
ASTm（美国材料试验学会）把玻璃定义为：玻璃是熔融体冷却为固体后的，不结晶的无机产物。前苏联科|·463.com888学院名词术语委员会的定义为：由过冷熔体制得的无定形物体，无论其化学成分如何，冷凝范围多大，统称为玻璃。我国《硅酸盐辞典》对玻璃的定义是：介于晶态和液态之间的一种特殊状态，由熔融体过冷而得，其内能和构形熵高于相应的晶态，其结构为短程有序和长程有序。
2．玻璃的分类
无机玻璃的种类很多，根据组成可分为元素玻璃、氧化物玻璃、卤化物玻璃、硫属玻璃等。工业生产的商品玻璃主要是氧化物玻璃，它们由各种氧化物组成。
氧化物玻璃的组成主要有SiO2，B2O3，P2O5，Al2O3，Li2O，Na2O，K2O，CaO，SrO，BaO，MgO，BeO，ZnO，PbO，TiO2，ZrO等。其中，SiO2，B2O3，P2O5等可以单独形成玻璃，它们叫做玻璃形成体氧化物；而碱金属和碱土金属氧化物本身不能单独形成玻璃，但可以改变玻璃的性质，它们叫做改变体氧化物；介于二者之间的氧化物，如Al2O3、ZnO等，在一定条件下可以成为玻璃形成体的氧化物，叫做中间体氧化物。
根据玻璃形成体氧化物的不同，可以把玻璃分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等。由两种以上玻璃形成体氧化物组成的玻璃，则以其含量多少来命名。例如，由SiO2和B2O3两种氧化物组成的玻璃，当SiO2含量比B2O3多时，叫做硼硅酸盐玻璃；在SiO2、B2O3、Al2O3作玻璃形成体构成的玻璃中，如果氧化物含量SiO2＞B2O3＞Al2O3叫做铝硼硅酸盐玻璃；假如Al2O3的含量多于B2O3而少于SiO2时，则叫做硼铝硅酸盐玻璃。在分类时，也可将一价和二价金属氧化物包括在内，如钠—钙—硅玻璃（Na2O—CaO—SiO2系），钠—钙—镁—铝—硅玻璃（Na2O—CaO—MgO—Al2O3—SiO2系）等。还可根据用途把玻璃分为平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、乳浊玻璃、有色玻璃、玻璃纤维等。玻璃包装材料主要为钠—钙—硅玻璃系统，包括瓶罐、器皿、医药、乳浊玻璃等。表2-26列出了普通工业玻璃的类型、组成及特征。
3．玻璃的结构
（1）晶体与玻璃。固态物质的原子和分子通过化学键及分子间的作用力结合在一起时，通常有两种不同的结构状态：晶体与玻璃。晶体结构中的原子、离子或分子的空间排列是规则有序的，不论从几个原子间距的微观尺度，还是从长距离的宏观尺度来观察，晶体可以由构成大的最小结构单元（晶胞）重复周期性排列得到。玻璃的结构与晶体不同，虽然从几个原子间距的微观尺度来看，原子的排列也有规则，但从较长的距离观察时，原子排列没有可重复的周期性。人们通常把玻璃的这种结构特点叫做短程有序，长程无序。
晶体与玻璃的不同结构特点决定了它们有许多不同的性质。如图2-13所示，晶体与玻璃比容随温度的变化呈现完全不同的规律性：晶体比容随温度的变化在熔点Tm处突然下降即出现了不连续性。在熔点以上，晶体以液态形式存在，在熔点以下为晶态。而玻璃没有确定的熔点，比容随温度连续变化到转变温度Tg，然后，曲线出现弯折，但变化仍然是连续的。在玻璃转变温度之上，玻璃以过冷熔体的状态存在，在转变温度以下为玻璃态。晶体与玻璃比容随温度变化的不同规律是由它们不同的结构特点决定的。其他的性能，如黏度随温度的变化、导热性、X光衍射、透明性、脆性、加工性能等，玻璃与晶体也都有不同的规律。
（2）玻璃的结构。
①石英晶体与石英玻璃的结构。为了说明普通玻璃的结构，我们先来看组成单一，结构最简单的石英玻璃。石英是由二氧化硅组成的，它以两种结构状态，晶体与玻璃，存在于自然界。图2-14示出了石英晶体与石英玻璃的原子排列。从几个原子间距的近距离观察，石英晶体与石英玻璃的基本结构单元都是由硅氧四面体[SiO4]构成的，即每个硅原子被4个氧原子包围组成四面体，各四面体之间通过项角相连接，形成向3度空间发展的网络结构。因而在石英玻璃和普通玻璃中，SiO2又叫做网络形成体氧化物。在网络中，每个氧原子通过化学键与2个硅原子相连，形成（≡Si—O—Si≡）结构，以平衡硅氧所带的电荷。这些氧原子称为“桥氧”。由图可见，石英晶体中的硅氧排列得非常规则有序，即不论从“短程”还是从“长程”来看，都有很好的重复性和周期性。而在石英玻璃中，硅氧排列的规律性只在几个原子间距的“短程”内保持着，从较大的范围看，没有可重复的周期性，是短程有序，长程无序。
②Na2O—CaO—SiO2系玻璃的结构。如图2-15所示，钠钙玻璃的结构可以看成是向石英玻璃的网络中引入Na2O、CaO等氧化物而形成的。由于在结构中引入了金属氧化物，改变了石英玻璃中单一的化学组成和Si/O的比例，使原来互相连接的[SiO4]四面体网络断裂，“桥氧”变为“非桥氧”，只与1个硅离子相连，引入的Na+、Ca2+离子在非桥氧附近，处于断裂网络形成的空隙中，以平衡氧离子的负电荷。因而玻璃中的一价、二价金属氧化物又叫做网络外体氧化物或者叫做改变体氧化物，因为它们的引入改变了玻璃的性质。
与石英玻璃相比，Na2O、CaO等氧化物的加入，改变了原来的四面体网络，引起玻璃的许多性质改变：如降低了玻璃的熔制温度和黏度，降低了硬度和强度，降低了化学稳定性，增大了热膨胀系数，从而导致抗热冲击性能下降。这些性能变化在本质上都是由于出现了“非桥氧”。非桥氧的出现，使玻璃的加工性能变好，在较低的温度下易于加工成型。
③Na2O—B2O3—SiO2系玻璃的结构。向石英玻璃中引入大量B2O3的玻璃叫做硼硅酸盐玻璃。这种玻璃的结构和性质取决于Na2O与B2O3的摩尔比。根据Na2O/B2O3的摩尔比，玻璃中的B2O3可以有两种结构形式：一种为[BO3]三角形平面结构，另一种为[BO4]四面体结构。
当B2O3在系统中以[BO4]结构存在时，它能与[SiO4]四面体连接，参与形成玻璃的骨架网络。这时，网络外的Na+离子与[BO4]相匹配，达到电荷平衡，并形成单一、均匀、连续的相。
而当B2O3以[BO3]形式存在时，由于[BO3]是平面结构，不能与[SiO4]连接，从而在玻璃中形成层状分布，与硅氧四面体互不混溶，产生分相。这种结构将导致玻璃性能劣化。究竟Na2O/B2O3的比例是多少时才不致产生[BO3]分相呢？理论及实验分析表明，在Na2O/B2O3的摩尔比大于1时，B2O3在系统中以[BO4]结构形式存在，而摩尔比小于1时，产生[BO3]分相。所以，在向石英玻璃中引入B2O3时，必须控制Na2O/B2O3的摩尔比，如果原料中的B2O3含量过高，就会出现所谓“硼反常”特性，描述玻璃性质的一系列物理量，如折射率、密度、热膨胀系数等参数变化规律出现反常。这是由于出现[BO3]分相而产生的。
（3）普通玻璃的结构。普通玻璃的组成除含有Na2O（12％～16％），CaO（6％～12％），SiO2（66％～75％）外，还含有少量的Al2O3、MgO等氧化物，属于钠钙系玻璃。
与引入B2O3的情况类似，同时向玻璃中引入Al2O3与Na2O时，AI3+可以代替Si4+，形成铝氧四面体[ALO4]而参与形成[SiO4]的骨架网络。Na+离子分布在[ALO4]周围，以中和其负电荷。结构中没形成非桥氧。当引入的Na2O量不足时，AI3+不能形成[ALO4]四面体，而以AI3+离子状态存在于[SiO4]四面体孔隙中，这时虽然形成非桥氧，但因铝离子电荷较多，与非桥氧的吸引力很大，结构较紧密。在通常情况下，玻璃中的Al2O3含量为1％～3％，增加Al2O3含量将使玻璃熔体的黏度增加，不利于熔制和加工。
玻璃中MgO的作用是调节玻璃料的料性，但MgO含量增加会使玻璃耐水性变差。普通玻璃中MgO的含量为1％～4％。表2-27列举了几种食品包装瓶罐的氧化物组成。
（二）玻璃包装材料的性能
玻璃包装材料主要是钠钙玻璃，它具有非常好的化学情性和稳定性，几乎不与任何内容物相互作用。有很高的抗压强度。厚度均匀、设计良好的薄壁玻璃瓶，其静态抗内压强度可达1700kPa。这比金属三片罐的耐内压强度还高。良好的抗内压性使玻璃瓶适合于现代高速灌装生产线，并能承受含二氧化碳饮料所产生的压力。玻璃具有优良的光学性能，它可以制成透明、表面光洁的玻璃包装，也可根据需要制成某种颜色，以屏蔽紫外光和可见光对被包产品的光催化反应。这些优良的性能，使玻璃成为一种优良的包装材料。
玻璃的主要缺点是抗冲击强度不高。而当玻璃表面有损伤时，其抗冲击性能再度下降。容易破碎和重量大增加了玻璃包装的运输费用。玻璃的另一个缺点是不能承受内外温度的急剧变化。除非经过特殊设计和处理。玻璃能够承受的表面与内部之间最大急变温差为32℃，在需要对玻璃内容物热加工（加灭菌及热灌装）的场合，为了减少对玻璃容器的热冲击，防止玻璃瓶破碎，要保证玻璃内外温度均匀上升。另外，玻璃熔制是在很高的温度（1500～1600℃）下进行的。所以，玻璃生产需要耗费很大的能量。
近年来，已研制出高强度轻量玻璃容器，克服了玻璃包装材料重量大易破碎的缺点，使玻璃瓶罐成为性能完美的包装材料。高强度轻量玻璃瓶制造工艺中，除了采用严格的配方保证玻璃的固有性质外，还采用了表面喷涂金属氧化物和高分子化合物的双层涂敷工艺及强化技术，使轻量的薄壁瓶保持了原有的强度。开发生产高强度轻量玻璃容器是当今玻璃包装材料的一个主要发展趋向。
玻璃包装工业的进一步发展，在很大程度上决定于与塑料瓶的竞争。生产塑料所需的原料价格随石油的价格而波动，而玻璃原料却是非常丰富的，而且价格稳定。但由于玻璃生产需要消耗大量的能量，从而玻璃也同样受到燃料价格的影响。尽管如此，由于玻璃容器具有其他包装材料无可比拟的优点，它仍然是当今及未来的重要包装材料。
1．耐热性
玻璃有一定的耐热性，但不耐温度急剧变化。作为容器玻璃，在成分中加入硅、硼、铅、镁、锌等的氧化物，可提高其耐热性，以适应玻璃容器的高温杀菌和消毒处理。容器玻璃的热稳定受热膨胀系数、抗拉强度和弹性系数的影响最大，它与抗张强度成正比，与热膨胀系数成反比。容器玻璃的厚度不均匀，或存在结石、气泡、微小裂纹和不均匀的内应力，均会影响热稳定性。
2．机械性能
玻璃的强度和硬度是玻璃的物理机械性能的重要指标。玻璃的强度决定于其化学组成、制品形状、表面性质和加工方法。玻璃的理论强度很高，约10000MPa，而实际强度为理论强度的1％以下。这是因为玻璃制品内存在着未熔夹杂物、结石、节瘤或微细裂纹，造成应力集中，从而急剧降低其机械强度。
抗拉强度是决定玻璃品质的主要指标，通常为抗压强度的1/14～1/15，即40～120MPa。
玻璃的硬度取决于其组成成分。玻璃的硬度比较高，用普通的刀、锯等不能切割。
3．光学性能
玻璃具有优异的光学性能，许多现代科学仪器都离不开光学玻璃。玻璃的光学性质包括折射、反射和透射，这些性质主要取决于玻璃的组成，也与制造工艺与光的波长有关。对于玻璃容器来说，透明的玻璃包装可以促进产品在市场的销售，但可见光与紫外光的穿透可以加速玻璃容器中的食品、药品等产品的变质、氧化或腐败。某些光催化反应可以改变产品的颜色、气味或味道，因此需要用有色玻璃屏蔽光线，保护内容物。适当加入能选择吸收某些波长光的过渡金属或稀土金属离子（着色剂），和以使玻璃呈现与被吸收的光互补的颜色。这些有颜色的玻璃能够有效地遮隔紫外光和可见光。琥珀色玻璃能遮隔波长小于450nm的光；绿色玻璃能遮隔波长小于350nm的光。美国药典规定，包装药品的玻璃瓶的透光率应小于20％。玻璃的厚度、种类对透光率也有影响。
4．化学稳定性
玻璃具有良好的化学稳定性，耐化学腐蚀性强。只有氢氟酸能腐蚀玻璃。因此，玻璃容器盛装酸性或碱性食品以及针剂药液，显得格外重要。玻璃的种类很多，不同玻璃的化学稳定性不一样。影响玻璃性质的因素还有其他一些，包括玻璃的化学组成、腐蚀的温度和时间，以及玻璃是否与其他有害的元素接触过高。中性玻璃一般比碱性玻璃更耐化学腐蚀，后者会使水溶液呈碱性，因此，这种玻璃容器对其内装物的性质有所影响。
对于所有气体、溶液或溶剂，玻璃是完全不渗透的。因此，人们经常把玻璃作为气体的理想包装材料。
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