JPH1025122A - 焼結結晶化ガラス物品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 白華物が発生することのない焼結結晶化ガラ
ス物品とその製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶化ガラスからなる生地に、骨材とし
て粘土鉱物及びセラミックスが分散してなることを特徴
とする。このような焼結結晶化ガラス物品を製造する方
法としては、結晶化ガラス粉末、粘土鉱物粉末及びセラ
ミック粉末の混合物を水分調整して混練し、プレス成型
した後、１０００〜１１００℃で焼成すればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築物の外壁材、内壁
材、床材等の化粧材として使用される焼結結晶化ガラス
物品とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ソーダ石灰ガラス等の非晶質ガラス粉末
と、カオリン、ベントナイト等の粘土鉱物粉末を混練、
成型し、焼成することによって得られる焼結ガラス物品
は、機械的強度が高く、また光沢のあるガラス生地と陶
磁器様の粘土鉱物部分とが混在した新規な外観を呈する
材料である。また焼成後の変形がないために後加工が不
要であり、安価に製造できることから、近年、外壁材、
内壁材、床材等の化粧材として注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のソ
ーダ石灰ガラスを使用した焼結ガラス物品は、施工後、
表面に白華物と呼ばれる結晶（Ｎａ₂ ＳＯ₄ ）が析出
し、外観を損ねるという欠点がある。

【０００４】本発明の目的は、白華物を生じることのな
い焼結ガラス物品とその製造方法を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は種々の検討を
行った結果、ガラス生地として結晶化ガラスを使用し、
また骨材として使用される粘土鉱物の一部をアルミナ等
のセラミック粉末で置き換えることにより、上記目的が
達成できることを見いだし、本発明として提案するもの
である。

【０００６】即ち、本発明の焼結結晶化ガラス物品は、
結晶化ガラスからなる生地に、骨材として粘土鉱物及び
セラミックスが分散してなることを特徴とする。

【０００７】また本発明の焼結結晶化ガラス物品の製造
方法は、結晶化ガラス粉末及び／又は結晶性ガラス粉末
と、粘土鉱物粉末と、セラミック粉末との混合物を水分
調整して混練し、成型した後、焼成することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明者は、焼結ガラス物品において白華物の
発生メカニズムを詳細に調査した結果、次のような事実
が明らかになった。

【０００９】つまり粘土鉱物には吸水性があるため、水
分をガラス物品中に取り込み易い。特に粘土鉱物の含有
量が多いと、粘土鉱物を通して水分が裏面から表面へと
吸い上げられる。ところで粘土鉱物は不純物としてイオ
ウ成分を多く含んでおり、これが水分中に硫酸イオンと
して溶出する。また粘土鉱物とガラス生地の界面では、
吸い上げられた水分にガラス中のナトリウム成分が溶出
する。硫酸イオンとナトリウムイオンを含む水分は、物
品表面まで吸い上げられて濃縮し、水分が蒸発して白色
の結晶（Ｎａ₂ ＳＯ₄ ）が析出する。この結晶が白華物
である。

【００１０】従って、白華物の発生を防止するために
は、生地を構成するガラスからナトリウムイオンをでき
る限り溶出させないこと、及びガラス物品の吸水率を低
下させることが重要となる。そこで本発明では、ナトリ
ウムイオンの溶出を防止するために化学耐久性の高い結
晶化ガラスを生地に使用し、また吸水率を低下させるた
めに、粘土鉱物の一部を、吸水性がないセラミック粉末
で置き換えることを特徴とする。

【００１１】本発明の焼結結晶化ガラス物品において、
生地となる結晶化ガラスは、例えば主結晶としてβ−ウ
ォラストナイト、ディオプサイト、フォルステライト、
ガーナイト、アノーサイト、デビトライト等の結晶が析
出したものを使用することができる。特に重量％でＳｉ
Ｏ₂ ４０〜７７％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ０．５〜２５％、Ｃ
ａＯ ０．５〜２５％、ＺｎＯ ０〜１８％、ＢａＯ
０〜１８％、Ｎａ₂ Ｏ０．５〜２５％、Ｋ₂ Ｏ ０〜１
０％、Ｌｉ₂ Ｏ ０〜４％、、着色酸化物（Ｆｅ₂ Ｏ
₃ 、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＭｎＯ₂ 、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等） ０〜
３％の組成を有する結晶化ガラスや、重量％でＳｉＯ₂
４０〜６０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ １０〜２５％、ＭｇＯ
０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＺｎＯ ３
〜１５％、Ｂ₂ Ｏ₃ ２〜１５％、Ｎａ₂ Ｏ ４〜１３
％、Ｋ₂ Ｏ ０〜５％、ＣａＯ０〜５％、ＢａＯ ０〜
５％、ＴｉＯ₂ ０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜５％、Ｔｉ
Ｏ₂ ＋ＺｒＯ₂ ０．５〜８％、Ａｓ₂ Ｏ₃ ０〜１
％、Ｓｂ₂ Ｏ₃ ０〜１％、着色酸化物（Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、
ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＭｎＯ₂ 、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等） ０〜３％
の組成を有する結晶化ガラスを使用することが望まし
い。

【００１２】骨材として含まれる粘土鉱物には、カオリ
ン、ベントナイト等が使用できる。特にカオリンとベン
トナイトを重量比で１：２〜４：１の割合で併用するこ
とが望ましい。また粘土鉱物成分の結晶化ガラス物品に
占める割合は重量％で５〜４０％、特に５〜３０％が好
ましい。

【００１３】また粘土鉱物とともに骨材として含まれる
セラミックスには、吸水性がないもの、例えばアルミ
ナ、ムライト、コージエライト、ジルコニア、ジルコン
等から選ばれる１種又は２種以上が使用可能である。な
おセラミック成分の結晶化ガラス物品に占める割合は、
重量％で５〜４０％、特に５〜３０％が好適である。

【００１４】なお本発明の焼結結晶化ガラス物品は、非
晶質ガラスや無機顔料を含有していてもよい。この場
合、非晶質ガラスの結晶化ガラス物品に占める割合は、
４０重量％以下が適当である。また無機顔料の添加量
は、生地成分に対して０．１〜２５重量％程度が適当で
ある。

【００１５】次に本発明の焼結結晶化ガラス物品を製造
する方法を説明する。

【００１６】まず、結晶化ガラス粉末や結晶性ガラス粉
末を用意する。ガラス粉末の平均粒径は２ｍｍ以下であ
ることが好ましい。またこれらのガラス粉末には、廃棄
ガラスを利用してもよい。

【００１７】なおこれらのガラス粉末には、結晶量が５
〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％の結晶化ガラ
スや、焼成すると結晶量が５〜５０重量％、好ましくは
５〜４０重量％の結晶化ガラスとなる性質を有する結晶
性ガラスを使用することが望ましい。析出結晶量をこの
ように限定する理由は、結晶の析出量が５重量％未満で
はガラス質が多いために軟化温度が低くなって骨材との
反応が強くなり、焼成によって変形し易くなるととも
に、焼成時に発生するガスが抜け難くなって焼成体中に
大きな気孔が残り、機械的強度が低下し易くなる。一方
結晶量が５０重量％を超えるとガラス粉末が軟化し難く
なって緻密な焼成体となり難く、吸水率が増大するとと
もに機械的強度が低下し易くなる。このような結晶化ガ
ラス粉末又は結晶性ガラス粉末としては、例えば主結晶
としてβ−ウォラストナイト、ディオプサイト、フォル
ステライト、ガーナイト、アノーサイト、デビトライト
等の結晶が析出するものを使用することができる。特に
重量％でＳｉＯ₂ ４０〜７７％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ０．５
〜２５％、ＣａＯ ０．５〜２５％、ＺｎＯ ０〜１８
％、ＢａＯ ０〜１８％、Ｎａ₂ Ｏ ０．５〜２５％、
Ｋ₂ Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ₂ Ｏ ０〜４％、、着色酸
化物（Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＭｎＯ₂、Ｃｒ₂
Ｏ₃ 等） ０〜３％の組成を有する結晶化ガラスや結晶
性ガラス、或いは重量％でＳｉＯ₂ ４０〜６０％、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ １０〜２５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＺｎＯ
０〜１０％、ＭｇＯ＋ＺｎＯ ３〜１５％、Ｂ₂ Ｏ₃
２〜１５％、Ｎａ₂ Ｏ ４〜１３％、Ｋ₂ Ｏ ０〜５
％、ＣａＯ ０〜５％、ＢａＯ０〜５％、ＴｉＯ₂ ０
〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜５％、ＴｉＯ₂ ＋ＺｒＯ₂
０．５〜８％、Ａｓ₂ Ｏ₃ ０〜１％、Ｓｂ₂ Ｏ₃ ０
〜１％、着色酸化物（Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｍ
ｎＯ₂ 、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等） ０〜３％の組成を有する結晶
化ガラスや結晶性ガラスを使用することが望ましい。

【００１８】また粘土鉱物粉末を用意する。粘土鉱物と
しては、特にカオリンとベントナイトを重量比で１：２
〜４：１の割合で用いることが望ましい。粘土鉱物は、
骨材であるとともに、成型時のバインダーとしての役割
を果たす。また結晶化ガラス物品の外観に模様を与える
働きがある。なお粘土鉱物は造粒して用いることが望ま
しく、その平均粒径は１ｍｍ以下であることが好まし
い。

【００１９】またセラミック粉末を用意する。セラミッ
ク粉末の平均粒径は、５０μｍ以下であることが好まし
い。セラミック粉末としては、吸水性がないもの、例え
ばアルミナ、ムライト、コージエライト、ジルコニア、
ジルコン等から選ばれる１種又は２種以上が使用でき
る。

【００２０】次いで、結晶化ガラス粉末及び／又は結晶
性ガラス粉末、粘土鉱物及びセラミック粉末を所定の割
合で混合し、水分調整して混練する。ガラス粉末、粘土
鉱物及びセラミック粉末の混合割合は、重量百分率で、
ガラス粉末４０〜９０％（好ましくは５０〜８０％）、
粘土鉱物粉末５〜４０％（好ましくは５〜３０％）、セ
ラミック粉末５〜４０％（好ましくは５〜３０％）が適
当である。ガラス粉末が４０％より少ないと緻密な焼結
体が得難くなって機械的強度の低下や吸水率の上昇を招
き、９０％より多いと焼成時に流動して変形し易くな
る。粘土鉱物粉末が５％より少ないと成型が困難にな
り、４０％より多いとガラス物品の吸水率が著しく上昇
して白華物が非常に発生し易くなり、また緻密な焼結体
が得難くなる。セラミック粉末が５％より少ないと成型
が困難になるとともに焼成時に流動して変形し易くな
り、４０％より多いと緻密な焼結体が得難くなる。なお
これらの粉末を混練するに当たり、成型性を良くするた
めに水分調整するが、このとき添加する水分量は２〜１
０重量％程度が好ましい。また粉末の混合時又は混練時
に、非晶質ガラス粉末や無機顔料粉末を添加してもよ
い。この場合、非晶質ガラス粉末の粉末全体に占める割
合は４０重量％以下が適当であり、また無機顔料粉末の
添加量はガラス粉末全体に対して０．１〜２５重量％の
範囲が好適である。

【００２１】続いて、得られた混合物を所望の形状に成
型する。成型するに当たってはプレス成型、押出成型等
の方法が使用できる。

【００２２】その後、成型体を焼成する。成型体を加熱
すると、まず成型体中の水分等が昇華し、また粘土鉱物
の結晶水が放出される。さらに高温になると、結晶化ガ
ラス粉末や結晶性ガラス粉末が軟化して粘土鉱物やセラ
ミック粉末と一体化し、また結晶性ガラスからは結晶が
析出する。このようにして結晶化ガラスからなる生地中
に粘土鉱物及びセラミック粉末が分散して存在する焼結
結晶化ガラス物品が得られる。なお焼成は１０００〜１
１００℃の温度域で行うことが好ましい。その理由は、
この温度域ではガラス粉末は粘土鉱物と緻密に融着一体
化するものの、成型体自体を変形させる程には軟化しな
いためである。それゆえこの温度域より焼成温度が低い
とガラス粉末が十分に軟化しないために成型体が緻密化
し難く、一方焼成温度が高すぎるとガラス粉末が軟化し
過ぎて成型体が変形してしまう可能性がある。

【００２３】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明
を説明する。

【００２４】（実施例１）まず、重量％でＳｉＯ₂ ６
４％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ５％、ＣａＯ １４％、ＺｎＯ ５
％、ＢａＯ ５％、Ｎａ₂ Ｏ ３％、Ｋ₂ Ｏ ２％、Ｌ
ｉ₂ Ｏ ０．５％、Ｂ₂ Ｏ₃ １％、Ｓｂ₂ Ｏ₃ ０．
５％からなり、主結晶としてβ−ウォラストナイトを析
出する性質を有する結晶性ガラスからなる廃棄ガラス片
をロールクラッシャーにて粉砕することによって、粒径
が２ｍｍ以下の結晶性ガラス粉末を得た。

【００２５】また粘土鉱物粉末としてカオリン造粒物及
びベントナイト造粒物（何れも粒径１ｍｍ以下）を、さ
らにセラミック粉末としてムライト粉末（平均粒径３０
μｍ以下）を用意した。

【００２６】次に、重量％でガラス粉末６０％、カオリ
ン造粒物１０％、ベントナイト造粒物１０％、ムライト
粉末２０％の割合で混合し、さらに約５重量％の水を加
えて混練した。

【００２７】続いてこの混練物をプレス機にて成型し、
２００×１００×６０ｍｍの大きさの成型体を得た。

【００２８】その後、成型体を焼成炉に入れ、１時間に
６０℃の速度で昇温し、１０５０℃で２時間保持するこ
とによって焼結結晶化させた。

【００２９】このようにして得られた試料（焼結結晶化
ガラス物品）は、焼成による変形が認められなかった。
また光沢のある白色不透明なガラス生地中に、褐色で陶
器様の粘土鉱物とムライトが均一に分散した外観を呈し
ていた。

【００３０】次に試料の吸水率をＪＩＳ−Ａ−５２０９
に従って測定したところ、１．３％以下であった。また
試料を屋外に放置して５日間暴露試験を行ったところ、
白華物の発生は認められなかった。

【００３１】（実施例２）実施例１と同様にして、結晶
性ガラス粉末、カオリン造粒物、ベントナイト造粒物及
びムライト粉末を用意した。また前記結晶性ガラスを１
０７０℃で２時間焼成して結晶化し、これを粉砕して作
製した粒径２ｍｍの結晶化ガラス粉末を用意した。

【００３２】次にこれらの粉末を、重量％で結晶性ガラ
ス粉末３５％、結晶化ガラス粉末３５％、カオリン造粒
物５％、ベントナイト造粒物１０％、ムライト粉末１５
％の割合で混合し、さらに無機顔料粉末（Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏスピネル系、粒径５μｍ、黒色）をガラス粉末に対
して０．７重量％の割合で添加した。

【００３３】続いて約５重量％の水を加えて混練し、実
施例１と同様にして成型した。

【００３４】その後、成型体を焼成炉に入れ、１時間に
６０℃の速度で昇温し、１０３０℃で２時間保持するこ
とによって焼結結晶化させた。

【００３５】このようにして得られた試料は、焼成によ
る変形が認められず、また光沢のある白色不透明なガラ
ス生地中に、黒色で陶器様の粘土鉱物及びムライトが均
一に分散した外観を呈していた。

【００３６】次に実施例１と同様にして、試料の吸水率
を測定したところ０．９％であり、また暴露試験の結
果、白華物の発生は認められなかった。

【００３７】（参考例）まず廃棄ガラス片（ソーダ石灰
ガラス：重量％でＳｉＯ₂ ７０％、Ａｌ₂ Ｏ ₃ ２
％、ＣａＯ １２％、ＭｇＯ １％、Ｎａ₂ Ｏ １４
％、Ｋ₂ Ｏ １％）をロールクラッシャーにて粉砕し、
粒径が２ｍｍ以下の非晶質ガラス粉末を得た。

【００３８】また実施例１と同様にして、カオリン造粒
物及びベントナイト造粒物を用意した。

【００３９】次に、これらの粉末を、重量％で非晶質ガ
ラス粉末５０％、カオリン造粒物３０％、ベントナイト
造粒物２０％の割合で混合し、実施例１と同様にして水
分調整して混練し、成型した後、焼成して焼結させた。

【００４０】このようにして得られた試料（焼結ガラス
物品）は、焼成による変形が認められず、また光沢のあ
る透明なガラス生地中に褐色で陶器様の粘土鉱物が均一
に分散しており、各実施例と類似の外観を呈していた。
しかしながら、吸水率を測定したところ４％と高かっ
た。さらに暴露試験を行った結果、一昼夜で著しい白華
物が生じた。なお白華物をＸ線回折にて同定したとこ
ろ、Ｎａ₂ ＳＯ₄ であった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焼結結晶
化ガラス物品は、吸水率が非常に低く、白華物が生じ難
いものである。また、機械的強度が高く、しかも光沢を
有する結晶化ガラス生地中に陶磁器様の粘土鉱物及びセ
ラミックスが混在した趣のある外観を呈するため、建築
物の外壁材、内壁材、床材等の化粧材として好適であ
る。

【００４２】また本発明の方法によれば、吸水率が非常
に低く、白華物が発生し難い焼結結晶化ガラス物品を安
価に製造することが可能である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶化ガラスからなる生地に、骨材とし
   て粘土鉱物及びセラミックスが分散してなることを特徴
   とする焼結結晶化ガラス物品。
2. 【請求項２】 重量百分率で、結晶化ガラス成分４０〜
   ９０％、粘土鉱物成分５〜４０％、セラミック成分５〜
   ４０％からなることを特徴とする請求項１の焼結結晶化
   ガラス物品。
3. 【請求項３】 結晶化ガラス粉末及び／又は結晶性ガラ
   ス粉末と、粘土鉱物粉末と、セラミック粉末との混合物
   を水分調整して混練し、成型した後、焼成することを特
   徴とする焼結結晶化ガラス物品の製造方法。
4. 【請求項４】 結晶化ガラス粉末及び／又は結晶性ガラ
   ス粉末と、粘土鉱物粉末と、セラミック粉末の混合割合
   が、重量百分率で、結晶化ガラス粉末及び／又は結晶性
   ガラス粉末４０〜９０％、粘土鉱物粉末５〜４０％、セ
   ラミック粉末５〜４０％であることを特徴とする請求項
   ３の焼結結晶化ガラス物品の製造方法。