Bài viết sau đây, nhà thuốc Ngọc Anh xin trình bày về Quy trình sản xuất các loại Bao bì thủy tinh – Ứng dụng trong ngành dược

Thành phần của thủy tinh

Thủy tinh có thành phần chính là cát (silic dioxid). Ngoài ra thành phần thủy tinh còn có soda khan (Natri carbonat), đá vôi (Calci carbonat), thủy tinh vụn, các cation (Bo³⁺, Al³⁺, Si²⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, ….), anion (chỉ có O^2-), nhôm oxid, các chất màu.

Vai trò của các thành phần

Silic dioxid: thành phần chính cấu tạo nên thủy tinh

Natri carbonat, Calci carbonat: làm giảm nhiệt độ nóng chảy của silic dioxid do đó giúp dễ chảy hơn, tiết kiệm thời gian và năng lượng. Ngoài ra do Natri carbonat dễ thấm hút nước nên thêm Calci carbonat để khắc phục.

Thủy tinh vụn được thêm vào để làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp nguyên liệu đồng thời tăng diện tích tiếp xúc với nguồn nhiệt.

3 nguyên liệu chính thường gặp trong sản xuất thủy tinh

Thêm chì để tạo độ trong và sáng đẹp cho thủy tinh tuy nhiên có thể làm mềm thủy tinh.

Nhôm oxid có vai trò tăng độ cứng và độ bền dai cho thủy tinh.

Bo oxyd có khả năng điều hòa quá trình nóng chảy do giảm nhiệt độ. Ngoài ra thêm Bo 6-10% tạo ra thủy tinh trung tính có tính trơ nhất trong các loại thủy tinh, đồng thời giảm tính thấm nước và kháng acid tốt hơn các loại thủy tinh khác.

Các chất màu tạo màu cho thủy tinh giúp hình thức đẹp hơn đồng thời nó có vai trò loại bỏ một số bước sóng ánh sáng nhất định (màu hổ phách khóa được các bước song dưới 450nm).

Phân loại thủy tinh và ứng dụng của các loại thủy tinh trong ngành dược phẩm.

Thủy tinh cấp I hay còn gọi là thủy tinh trung tính.

Đặc điểm: thủy tinh borosilicate trung tính (6-10% Bo) có tác dụng bảo vệ cao, trơ về mặt hóa học hơn thủy tinh natri-calci. Về thành phần, các chất cation có tính kiềm được thay thế bởi Bo³⁺ hoặc Al³⁺ và Zn²⁺ hoặc kết hợp với Bo³⁺, Al³⁺ và Zn²⁺.

Ứng dụng: thích hợp cho tất cả các chế phẩm tiêm, máu và các sản phẩm của máu. Thích hợp với cả chất kiềm hay acid mạnh.

Thủy tinh cấp II

Đặc điểm: thủy tinh natri-calci, giá thành thấp hơn loại 1, dễ sản xuất hơn, chế tạo ở nhiệt độ thấp hơn loại 1.

Có hai cách để xử lý loại kiềm khỏi bề mặt thủy tinh như sau:

Cách 1: cho thủy tinh tiếp xúc với bầu không khí chứa hơi nước và khí acid đặc biệt là SO₂ ở nhiệt độ cao.

Cách 2: Ngâm lọ thủy tinh vào dung dịch HCl loãng hoặc đun sôi trong nước muối NaCl đậm đặc 10-30%.

Ứng dụng: thích hợp cho những chế phẩm có tính acid hay trung tính dùng đường tiêm.

Thủy tinh cấp III

Đặc điểm: thủy tinh natri-calci kiềm, có khả năng chống lại tác nhân hóa học ở mức trung bình.

Ứng dụng: có thể dùng cho bột pha tiêm và những chế phẩm không dùng đường tiêm.

Thủy tinh cấp IV

Đặc điểm: độ bền với nước thấp.

Ứng dụng: thích hợp cho chế phẩm không dùng cho đường tiêm như các chế phẩm đường uống và thuốc đắp, thuốc rịt.

Chế tạo thủy tinh trong công nghiệp

Giai đoạn 1: tiến hành chuẩn bị nguyên liệu

Cân khối lượng các nguyên liệu cát, soda khan, đá vôi theo đúng tỉ lệ, nghiền nhỏ rồi trộn đều chúng với nhau trong thiết bị thích hợp. Thủy tinh vụn cũng được cân với khối lượng đã định sẵn.

Với nguyên liệu cát, cần lọc sạch nhiều lần để loại bỏ tạp chất. Cát phải sạch và không chứa sắt để thủy tinh trong hơn vì sắt lẫn trong cát làm cho thủy tinh làm ra có màu xanh lục. Nếu không tìm thấy cát không có lẫn sắt thì cần bổ sung thêm Mangan dioxid để điều chỉnh hiệu ứng màu sắc của thủy tinh.

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát trong giai đoạn này là:

Tỉ lệ thành phần các nguyên liệu: Tỉ lệ khác nhau sẽ tạo ra thủy tinh có chất lượng khác nhau.
Nguyên liệu đầu vào: về độ tinh khiết, khối lượng, tỉ trọng.
Tốc độ khuấy trộn và thời gian khuấy trộn: Ảnh hưởng đến độ đồng đều của thủy tinh.
Kích thước tiểu phân của nguyên liệu: Việc làm giảm kích thước tiểu phân giúp các nguyên liệu được trộn đều hơn và tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu với nhiệt nên hiệu quả nóng chảy cao hơn.

Giai đoạn 2: Đun chảy nguyên liệu.

Hỗn hợp nguyên liệu được đổ vào nồi nấu kim loại hoặc thùng chứa chịu nhiệt (có chứa thủy tinh vụn). Hỗn hợp được nung nóng ở 1000ºC để tạo thành chất lỏng. Nung liên tục trong khoảng 36 giờ. Một số tạp trơ không bị nóng chảy thì sẽ được loại đi bằng cách vớt (tạp nổi lên trên) hoặc để lắng rồi gạn lấy phần trong (tạp ở dưới đáy). Bong bóng (bọt tăm) trong hỗn hợp thủy tinh lỏng được loại bỏ bằng cách cho thêm các chất hóa học như natri sunfat, natri clorid hoặc antimon oxid …

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát: Nhiệt độ nung, thời gian nung đủ để nóng chảy hết hỗn hợp nguyên liệu.

Giai đoạn 3: Đổ khuôn

Sau khi nung hỗn hợp thủy tinh lỏng sẽ được làm mát để dễ định hình khuôn nhưng vẫn duy trì được trạng thái lỏng. Thủy tinh lỏng được rót vào khuôn có hình dạng yêu cầu và được thổi khí trơ như khí nitro để tạo hình

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

Nhiệt độ làm mát.
Áp suất thổi, nhiệt độ và thời gian thổi.
Tốc độ rót và lượng thủy tinh lỏng rót vào khuôn để thu được thủy tinh có bề dày phù hợp.

Giai đoạn 4: Ủ, làm nguội

Thủy tinh sau khi thổi sẽ được truyền qua một dây chuyền ủ và làm nguội dần dần từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp. Quá trình này được gọi là tăng cường ủ. Làm nguội dần dần vì nếu làm lạnh nhanh thì thủy tinh sẽ giòn và dễ vỡ.

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

Nhiệt độ và thời gian làm nguội.
Tốc độ băng chuyền sẽ quyết định thời gian mà thủy tinh tiếp xúc với các nguồn nhiệt.

Quy trình sản xuất lọ thủy tinh

Giai đoạn 1: Cắt lọ.

Nguyên liệu đầu vào: Các ống thủy tinh dài rơi xuống lò xo để làm nóng và cắt từ dưới lên trên thành các đoạn bằng nhau nhờ ngọn lửa có nhiệt độ cao (khí đốt gas). Các ống thủy tinh vừa được xoay tròn vừa cắt. Sau khi cắt thì lọ được kín 2 đầu.