Натриево-кальциевое зеленое стекло для пищевых упаковок, поглощающее ультрафиолетовое излучение и пропускающее видимый свет

 

Изобретение относится к упаковке для пищевых продуктов, выполненной на основе натриево-кальциевого зеленого стекла, поглощающего ультрафиолетовое излучение и пропускающего видимый свет. Стекло содержит, вес.%: SiO₂ 50,0 - 82,5, Al₂O₃ 0,0001 - 4,0, RO 3,0 - 25,0, R₂O 12,0 - 25,0, Fe₂O₃ 2,5 - 10,0, примеси до 5, причем отношение Fe(II)/Fe(II) + Fe(III) составляет 0,05 - 0,25. Техническая задача изобретения - создание зеленого стекла, эффективно поглощающего УФ-излучение и пропускающего видимый свет. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к материалам для изготовления пищевых упаковок, а точнее к материалу зеленого стекла, поглощающего ультрафиолетовое излучение и пропускающего видимый свет, из которого могут быть изготовлены, например, бутылки для пищевых продуктов и напитков.

Как известно, ультрафиолетовое излучение, а точнее излучение, имеющее длину волны около 400 нм, оказывает отрицательное воздействие на аромат и вкусовые свойства пищевых продуктов и напитков, например, пива. Такое отрицательное влияние следует приписать химической реакции компонентов под воздействием ультрафиолетового излучения.

В данной области техники давно известно, что можно уменьшить ультрафиолетовое излучение посредством использования стекла с определенным количеством добавок, главным образом соединений металлов. Из авт. св. 1404479 (кл. C 03 C 3/087, 1988) известно натриево-кальциевое зеленое стекло для пищевой упаковки, включающее SiO₂, Al₂O₃, RO, R₂O, Fe₂O₃ и примеси. Однако известное стекло относится к так называемому темно-зеленому стеклу с пониженным светопропусканием. При этом соотношение компонентов в таком стекле таково, что пропускание им ультрафиолетового излучения остается значительным.

Технической задачей настоящего изобретения является создание натриево-кальциевого зеленого стекла, эффективно поглощающего ультрафиолетовое излучение и пропускающего видимый свет, для пищевых упаковок, предназначенных для продуктов и напитков, чувствительных к ультрафиолетовому излучению.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение натриево-кальциевого стекла, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым в отношении поглощения ультрафиолетового излучения 380 и 400 нм, при этом еще дающего хороший зеленый цвет, который может регулироваться посредством выбора условий при плавлении, а также путем выбора других компонентов стекла.

Данный технический результат достигается за счет того, что натриево-кальциевое зеленое стекло для пищевой упаковки, поглощающее ультрафиолетовое излучение и пропускающее видимый свет, включающее SiO₂, Al₂O₃, RO, R₂O, Fe₂O₃ и примеси, согласно изобретению содержит указанные компоненты в следующих количествах, вес.%: SiO₂ - 50,0 - 82,5 Al₂O₃ - 0,0001 - 4,0 RO - 3,0 - 25,0 R₂O - 12,0 - 25,0 Fe₂O₃ - 2,5 - 10,0 и примеси до 5, причем отношение Fe(II)/Fe(II)+Fe(III) составляет 0,05-0,25.

Предпочтительно отношение Fe(II)/Fe(II)+Fe(III) не превышает 0,15.

Кроме того, предпочтительно пропускание стекла для излучения 380 нм при толщине около 2 мм составляет < 5%, а предпочтительно < 1%, а для излучения 400 нм при толщине около 2 мм составляет < 20%, а предпочтительно < 5%.

Предпочтительно содержание в стекле железа, подсчитанного в виде Fe₂O₃, превышает 2,75 вес.%, но не превышает 8 вес.%.

Предпочтительно также стекло по существу свободно от хрома, никеля, кобальта, ванадия, мышьяка и олова.

При этом следует отметить, что общее количество железа и отношение Fe(II) к Fe(III) в готовом стекле весьма важны для получения надлежащих свойств в отношении цвета и поглощения ультрафиолетового излучения либо пропускания видимого цвета. Предпочтительно, чтобы отношение в стекле не превышало 0,25.

Для получения надлежащих свойств стекла такое соотношение между двухвалентным железом и трехвалентным железом имеет весьма важное значение. Это отношение выражается в виде ,
то есть количества двухвалентного железа по отношению к общему количеству железа. Предпочтительно, чтобы количество двухвалентного железа было бы по возможности наименьшим, то есть составляло бы менее 0,15.

На практике величину, меньшую 0,05, реализовать трудно. Общее количество железа не должно быть менее примерно 2,5 вес. %, из расчета по Fe₂O₃, поскольку в противном случае его эффект не достигается в достаточной степени. С другой стороны, нет необходимости в том, чтобы использовать примерно более 12 вес. %, из расчета по Fe₂O₃. При такой концентрации стекло, толщина которого составляет порядка 2 мм, не пропускает или практически не пропускает видимый свет.

В приведенной в конце описания табл. 1 пропускание (T) при 380 и 400 нм представлено в виде функции содержания железа, измеренного в натриево-кальциевом стекле толщиной порядка 2 мм.

Следует заметить, что в журнале Society of Glass Technology 22,( 1938), страницы 372-389, приведено теоретическое рассмотрение равновесия между Fe(II) и Fe(III). В этой статье исследованы находящиеся в натриево-кальциевом стекле количества железа, составляющие от 0,002 до 12,5 вес.% и подсчитанные в виде Fe₂O₃. В этой публикации не указываются свойства стекла в отношении поглощения ультрафиолетового излучения или в отношении использования такого стекла в упаковочных целях.

Регулировка цветности стекла также может быть осуществлена путем выбора окислительно-восстановительной степени исходных материалов. Такая степень окисления-восстановления частично определяет равновесие Fe(II)/Fe(III), так что цветность может регулироваться путем добавления компонентов, оказывающих влияние на эту величину. Квалифицированным специалистам в этой отрасли известны соответствующие добавки. В этой связи следует заметить, что в качестве сырьевого материала может быть использован стеклобой при условии, что он фактически не содержит нежелательных тяжелых металлов. Однако наличие бумаги и других органических загрязнителей может оказать влияние на отношение Fe(II)/Fe(III) и поэтому изменить цвет в нежелательном направлении.

Упаковка согласно изобретению, с одной стороны, отличается пропусканием излучения порядка 380 нм при толщине стекла порядка 2 мм, составляющем < 5%, и в частности < 1%, и излучения порядка 400 нм, составляющем < 20%, в частности < 5%, а наиболее предпочтительно < 1%, причем на практике это означает, что упаковка полностью или почти полностью поглощает ультрафиолетовое излучение, в то время как, с другой стороны, в значительной степени пропускается видимый свет, при этом стекло имеет зеленый цвет. Последнее означает, что преобладающая длина волны стекла легко может находиться в диапазоне приблизительно от 500 до 565 нм. Безусловно, также можно определить цвет на основе системы CIE-Lab. Начиная с измерения на прозрачном цветном стекле толщиной порядка 2 мм на белом фоне с L^*=98,89, a^*= -0,06 и b^*= 0,02, с источником света D65 при угле наблюдения порядка 2^o, спектрометре BYK-Gardner, автоматической системе TCM 8800 спектрографирования света, в условиях согласно стандарту CIE-Lab цвет должен быть определен следующим образом:
L^*=0-80, a^*=0- -35, b^*= -10 - +55
Упаковка согласно изобретению основана на натриево-кальциевом стекле, которое обладает преимуществом, состоящим в том, что его стоимость остается невысокой. Это, в частности, может иметь значение для стекла, которое используется только однажды, а затем вновь идет в переработку. Квалифицированным специалистам в этой отрасли известны компоненты такой натриево-кальциевой композиции стекла.

Согласно изобретению фактически не используются хром, ванадий, никель и кобальт; как уже указывалось, это важно из соображений стоимости и влияния на окружающую среду. Несомненно, когда упаковка должна быть пригодна для одноразового использования, отсутствие таких металлов имеет огромное значение. Кроме того, стекло не должно содержать мышьяк и олово, поскольку наличие этих веществ в стекле нежелательно из-за их влияния на окружающую среду. В этом отношении следует заметить, что хотя применительно к настоящему изобретению сделана ссылка на использование металлов, тем не менее эти металлы будут содержаться в готовом стекле в форме их соединений, в частности в виде окислов.

В общем предпочтительно, чтобы стекло содержало:
2,5 - 10 вес. % железа, подсчитанного в виде Fe₂O₃;
50 - 82,5 вес. % SiO₂;
12 - 25 вес. % оксида щелочного металла;
2,5 - 25 вес. % оксида щелочноземельного металла;
0 - 4 вес. % оксида алюминия;
0 - 5 вес.% веществ, содержащихся в незначительном количестве.

Количество железа предпочтительно находится в диапазоне от 2,75 до 8 вес. %. В качестве компонентов, содержащихся в незначительном количестве, могут быть использованы различные добавки, которые оказывают влияние на ряд свойств (цвет, отношение Fe(II)/Fe(III), свойства, касающиеся плавления и тому подобные). Примерами таких компонентов являются марганец и титан.

Содержание натрия должно составлять по меньшей мере 12 вес. %, поскольку при уменьшении его содержания возможность ведения процесса становится все более и более неудовлетворительной из-за увеличения вязкости. Содержание алюминия не должно превышать 4 вес. %. Выше этого значения происходит заметное увеличение вязкости, следствием чего является невозможность изготовления стекла в обычных условиях в виде приемлемого продукта. Следует заметить, что добавление определенного количества лавы, как описано в японском патенте JP-A 1/65044, приводящее к содержанию железа по меньшей мере порядка 2,5 вес. %, обеспечивает содержание алюминия порядка 4,5 вес. % и содержание натрия порядка 10 вес. %.

Упаковку по изобретению изготавливают способом, который обычен для изготовления стекла, посредством плавления компонентов в печи при таких условиях, что достигается желаемая степень окисления железа. Согласно изобретению становится важной степень подачи воздуха в течение плавления. Посредством управления ею частично можно влиять на отношение двухвалентного и трехвалентного железа.

Упаковка пригодна для контакта с пищевыми продуктами и напитками, например, прохладительными напитками, алкогольными напитками и фруктовыми соками. В частности, упаковка пригодна в качестве бутылок для пива, поскольку пиво обладает свойством значительного ухудшения качества при воздействии на него ультрафиолетового излучения.

Изобретение будет разъяснено посредством приведенных ниже примеров.

Натриево-кальциевое стекло было изготовлено посредством плавления в воздушной среде при температуре порядка 1450^oC. Композиция порции в весовых частях составляла:
74,5 части песка;
24,5 части карбоната натрия;
0,5 части сульфата натрия;
20,0 частей карбоната кальция;
3,1 части гидроксида алюминия;
железо в виде Fe₂O₃ в переменных количествах.

Это приводит к следующей базовой композиции стекла:
SiO₂ - 73 вес. %
Na₂O - 14 вес. %
CaO - 11 вес. %
Al₂O₃ - 2 весовых %
Fe₂O₃ - в переменных количествах.

В табл. 2 пропускание (T) при 380, 400, 500 и 600 нм, а также цвет приведены в виде функции количества железа.

Формула изобретения

1. Натриево-кальциевое зеленое стекло для пищевой упаковки, поглощающее ультрафиолетовое излучение и пропускающее видимый свет, включающее SiO₂, Аl₂O₃, RO, R₂O, Fe₂О₃, примеси, отличающееся тем, что оно содержит указанные компоненты в следующих количествах, вес.%:
SiO₂ - 50,0 - 82,5
Аl₂O₃ - 0,0001 - 4,0
RO - 3,0 - 25,0
R₂O - 12,0 - 25,0
Fe₂О₃ - 2,5 - 10,0
Примеси - До 5,
причем отношение Fe(II)/Fe(II) + Fe(III) составляет 0,05 - 0,25.

2. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что отношение Fe(II)/Fe(II) + Fe(III) не превышает 0,15.

3. Стекло по п. 1 или 2, отличающееся тем, что пропускание стекла для излучения 380 нм при толщине около 2 мм составляет < 5%, а предпочтительно < 1%.

4. Стекло по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что пропускание стекла для излучения 400 нм при толщине около 2 мм составляет < 20%, а предпочтительно < 5%.

5. Стекло по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что содержание железа, подсчитанного в виде Fe₂O₃, превышает 2,75 вес.%, но не превышает 8 вес. %.

6. Стекло по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что оно по существу свободно от хрома, никеля, кобальта, ванадия, мышьяка и олова.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2