Сергей Песков - История стекла. От стеклянного оружия до стекол иллюминаторов космических кораблей

При хранении лекарств, разлагающихся при воздействием солнечных лучей, к стеклу предъявляются требования по светозащитным свойствам.

В тех случаях, когда изделия проходят термическую обработку на горелке, выбирают стекла, обладающие малой склонностью к кристаллизации.

Кроме того, растворы в ампулах подвергаются стерилизации при 100–130 °C, следовательно, ампульное стекло должно быть стойким к растворам и при нагревании.

Основным требованием, предъявляемым к медицинскому стеклу, является высокая химическая устойчивость к соответствующим реагентам

Необходимость стерилизации медицинских стекол паром в автоклавах обусловила дополнительное требование к ним по устойчивости к любому виду испытаний. На основании ее стекла всех составов делятся на три класса:

– нейтральное с высокой устойчивостью к стерилизации паром в автоклаве при давлении 0,2 МПа;

– допускающее стерилизацию в автоклаве без образования высокощелочных растворов и хлопьевидных осадков;

– тарное, не допускающее такой обработки в связи с образованием растворов высокой щелочности (МТ, МТО, ОС).

Развитие медицинской промышленности предъявляет повышенные требования к стеклу, в частности увеличение химической стойкости существующих стекол и разработки новых составов стекол для ряда особо чувствительных препаратов.

Для хранения таких препаратов применяют сосуды из «нейтральных» стекол, водная вытяжка из которых имеет почти нейтральную реакцию.

Медицинское стекло получают в результате охлаждения расплавленной смеси силикатов, оксидов металлов, солей и представляет собой твердый раствор.

Основным требованием, предъявляемым к медицинскому стеклу, является высокая химическая устойчивость к соответствующим реагентам. Это определяет особенности составов стекол. Щелочи, выделяющиеся из обычного стекла при воздействии на него растворов различных препаратов, особенно содержащих алкалоиды, портят медикаменты, вызывая образование осадков и хлопьев. Для хранения таких препаратов применяют сосуды из так называемых «нейтральных» стекол, водная вытяжка из которых имеет почти нейтральную реакцию.

Из-за того что медицинское стекло изготавливают из кварцевого стекла, состоящего на 95–98 % из кремния диоксида, оно обладает очень высокой термической и химической устойчивостью. Изготовление и запайка ампул затруднительна из такого стекла из-за чрезвычайно высокой температуры плавления (1550–1800 °C).

В состав стекла для понижения температуры плавления добавляются специальные модификаторы (калия и натрия оксиды). Введение данных веществ может настолько уменьшить химическую устойчивость, что возможно получение жидкого или растворимого стекла (калия или натрия силикатов).

Бытовое стекло получают при сплавлении кварцевого песка, известняка, натрия карбоната (сульфата). Из-за низкой термической и химической стойкости применение такого стекла ограничено изготовлением посуды, бутылок, оконных стекол.

Повысить химическую стойкость возможно введением в состав стекла алюминия и бора оксидов. При этом получают новый состав алюмоборосиликатного стекла, в составе которого имеются сложно диссоциирующие комплексы. Термическая устойчивость повышается благодаря добавлению в раствор магния оксидов. Вариабельность содержания алюминия, бора и магния оксидов позволяет повысить также ударную прочность стекла, снизив его хрупкость.

Основным сырьем для производства стекла являются:

✓ кварцевый песок;

✓ нефелин;

✓ магнезит (магния карбонат);

✓ доломит (магния и кальция карбонат);

✓ натрия тетраборат;

✓ кислота борная;

✓ известняк (кальция карбонат);

✓ поташ (калия карбонат);

✓ сода кальцинированная (натрия карбонат);

✓ натрия сульфат.

Варку медицинского стекла проводят в ванных регенеративных печах непрерывного действия производительностью 12–30 т/сут. Температура варки 1440–1480 °C, выработки 1190–1250 °C.

Тару и дрот вырабатывают обычными методами, применяемыми для этих целей в стекольной технологии: дрот – горизонтальным вытягиванием на машинолиниях АТГ; банки, склянки, флаконы, тару аптечно-медицинскую – на выдувных автоматах с вакуумным питанием (BB-7 и капельным питанием (фидерные секционные автоматы типа АВ-6 и карусельные автоматы типа ВВ-7, полуавтоматы типа ВШМ, ВВ-2); банки вместимостью более 5 л – на полуавтоматах, а также ручным способом.

Требования к стеклу для ампул:

✓ термическая устойчивость (способность не разрушаться при резких колебаниях температуры);

✓ химическая устойчивость (возможность обеспечения сохранности лекарственных растворов);

✓ механическая прочность (для противостояния нагрузке в процессе производства, транспортировке, хранении);

✓ необходимая хрупкость (для легкого вскрытия капилляра ампулы;

✓ прозрачность (для оптического и визуального контроля раствора на отсутствие механических включений);

✓ легкоплавкость (для запайки ампул, заполненных раствором, при низкой температуре);

✓ бесцветность (для обнаружения изменения цвета раствора).

Основные показатели качества стекла для ампул и флаконов:

✓ химическая устойчивость (водостойкость, щелочестойкость);

✓ термическая устойчивость;

✓ светозащитные свойства.

В 1980 году сотрудниками ленинградского опытного конструкторско-технологического бюро «Кристалл» было зарегистрировано изобретение нового состава медицинского стекла. Цель изобретения – повышение химической устойчивости к щелочным средам и интерстициальной жидкости организма.

Изобретение относится к медицинскому материаловедению (медицинское стеклоделие). Оно может быть использовано для изготовления медицинских измерительных кювет, флаконов Эрла, конструкционных элементов культиваторов, матрацев Ру-изделий из стекла, используемых в технологических схемах и контролирующих аппаратах культивационных производств, а так же как материал для медицинского протезирования, например глазных протезов и эндопротезов, и может длительно противостоять действию интерстициальной жидкости организма.

Материал, находящийся в контакте со средой культивационного пространства и средами организма наряду с требованиями биорезистентности должен отвечать ряду технических требований: высокой стабильностью физико-химических свойств (оптических термомеханических), химической устойчивостью к моющим и стерилизующим растворам.

В 1982 году на «Кристалле» был запатентован новый состав медицинского стекла. Цель изобретения – повышение кислотостойкости, термостойкости и биологической совместимости. Оно отличается тем, что с целью повышения кислотостойкости, термостойкости и биологической совместимости, дополнительно содержит СаО и MgO.