Декальцинация — это процесс модификации поверхности, применимый к стеклам , содержащим ионы щелочных металлов , при котором создается тонкий поверхностный слой с более низкой концентрацией ионов щелочных металлов, чем в основном стекле. Это изменение в составе поверхности обычно изменяет наблюдаемые свойства поверхности, в первую очередь повышая коррозионную стойкость.
Многие коммерческие стеклянные изделия, такие как контейнеры, изготовлены из натронно-известкового стекла и, следовательно, имеют значительный процент ионов натрия во внутренней структуре. Так как натрий является щелочным элементом, его селективное удаление с поверхности приводит к обеззараживанию поверхности. Классическим примером декальцинации является обработка стеклянной тары , при которой используется специальный процесс для создания декальцинированной внутренней поверхности, более устойчивой к взаимодействиям с жидкими продуктами, помещенными внутрь контейнера. Однако термин «обесщелачивание» может также применяться к любому процессу, при котором поверхность стекла образует тонкий поверхностный слой, обедненный ионами щелочных металлов по сравнению с объемом. Типичным примером являются начальные стадии коррозии стекла иливыветривание , при котором ионы щелочных металлов выщелачиваются из поверхностной области в результате взаимодействия с водой, образуя обесщелаченный поверхностный слой.
На обеззараженной поверхности может либо не остаться щелочи, либо ее может быть меньше, чем в объеме. В силикатных стеклах декальцинированные поверхности также часто считаются «богатыми кремнеземом», поскольку можно предположить, что селективное удаление ионов щелочных металлов оставляет после себя поверхность, состоящую в основном из кремнезема (SiO 2 ). Чтобы быть точным, удаление щелочи обычно не включает прямое удаление щелочи из стекла, а скорее ее замену протонами (H + ) или ионами гидроксония (H3O + ) в структуре посредством процесса ионного обмена .
Для стеклянных емкостей цель поверхностной декальцинации состоит в том, чтобы сделать внутреннюю поверхность тары более устойчивой к взаимодействию с жидкими продуктами, которые впоследствии помещаются внутрь. Поскольку обработка направлена в первую очередь на изменение свойств внутренней поверхности, контактирующей с продуктом, ее также называют «внутренней обработкой».
Наиболее распространенным примером его использования с контейнерами являются бутылки, предназначенные для спиртных напитков . Причина этого в том, что некоторые алкогольные напитки, такие как водка и джин , имеют приблизительно нейтральный pH и высокое содержание алкоголя, но никак не защищены от изменений pH. Если щелочь выщелачивается из стекла в продукт, рН начинает повышаться (т.е. становится более щелочным), может в конечном итоге достичь достаточно высокого рН, чтобы раствор начал довольно эффективно воздействовать на само стекло. [1] [2] Благодаря этому механизму изначально нейтральные спиртосодержащие продукты могут достигать рН, при котором сам стеклянный сосуд начинает медленно растворяться, оставляя в жидкости тонкие кремнистые стеклянные хлопья или частицы. Дещелочная обработка препятствует этому процессу, удаляя щелочь с внутренней поверхности. Это не только означает меньше экстрагируемой щелочи на поверхности стекла, непосредственно контактирующей с продуктом, но также создает барьер для диффузии щелочи из нижележащего объемного стекла в продукт. [3]
Та же логика применима к изделиям из фармацевтического стекла, таким как флаконы , предназначенные для хранения лекарственных средств. Хотя многие из этих предметов состоят из более прочного боросиликатного стекла , они также иногда обеззараживаются, чтобы свести к минимуму возможность выщелачивания щелочи из стекла в продукт. Это действие помогает избежать нежелательных изменений pH или ионной силы раствора, что не только препятствует возможному разрушению стекла, как описано ранее, но также может иметь важное значение для поддержания эффективности или стабильности составов чувствительных продуктов.