JPS6050735B2 - オパ−ルガラス釉薬 - Google Patents

オパ−ルガラス釉薬

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JPS6050735B2
JPS6050735B2 JP52064047A JP6404777A JPS6050735B2 JP S6050735 B2 JPS6050735 B2 JP S6050735B2 JP 52064047 A JP52064047 A JP 52064047A JP 6404777 A JP6404777 A JP 6404777A JP S6050735 B2 JPS6050735 B2 JP S6050735B2
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、緻密な乳白色外観を示すオパールガラス物
体に用いる、高度の光沢及び異常な化学的耐久性を示す
付着性釉薬に関する。
オパールガラスは何年も前からガラスの分野で知られ
ている。
之等のガラスは一般に二つの広い範鴫即ち(1)自然的
オパールガラスと(2)熱的に不透明化可能即ち再加熱
で不透明にできるオパールガラスに分類されている。第
一の範晴には、溶融バッチがガラス物品へ冷却される時
に不透明になる組成物が含まれ、この場合この不透明化
はガラスの結晶成長又はガラス内で行なわれる別の種類
の相分離に起因するものである。第二の範喘に入るガラ
スには、溶融ガラスを冷却した時には不透明性はほとん
ど又は全く得られないが、それらガラス物体をガラス徐
冷点近辺又はそれよりいくらか上の温度へ加熱すると不
透明になるものが含まれる。この場合も結晶成長又は或
る他の種類の相分離によつてその希望の不透明性が生ず
る。発生した結晶含有量は、一般に極めて小さく、ほと
んど通常w体積%より少なく、従つて不透明な透過性以
外のガラスの全物理的性質は、仮えあつたとしても極め
てわずかしか変らない。そのようなオパールガラスは、
そのままの状態で即ち釉薬や表面装飾用媒体をそれに適
用せずに市販することができ、また市販されてきたが、
消費者の関心もそのようなものに限られてきた。
之は特にそれらの材料が料理用容器及び卓上食器として
の用途に用いられる楊合にはそうであつた。そこでは調
法な使用法を与えるのみならず美的楽しさをも与える製
品を消費者は要求している。緻密で均一な乳白色の外観
が、オパールガラスの場も望ましい属性であると見做さ
れている。そのようなガラスから肉薄の従つて軽い物品
を製造することはできるが、それは依然として良好な不
透明性を示す。しかしそのようなガラスは料理用容器及
び卓上用食器の如き成形物品を作つた時、1フラッシュ
マーク(Flashmark)ョと言われる重要な問題
を起している。この欠点は、そのような物品の底近くに
不透明度の異なる区域があることで示される。亦、それ
らの組成及び得られる物理的性質の故に、有用な焼成装
飾材料を創作する−際にかなり困難が経験されている。
オパールガラス物品に着色及び(又は)光沢を賦与する
ために、従来装飾用釉薬が広く用いられている。
そのような釉薬をフリット状でガラスの表面に適用し、
釉薬を溶融するのに充分高い温度一へ加熱し、表面上に
滑らかに流動させ、それによつてガラス基材へ均質な外
観と適当なその基材への接着性を与える。従つて釉薬は
オパールガラス基材の熱的変形を回避するのに充分な低
い温度での流動点を持たなければならない。亦、釉薬は
焼付け工程後のひび割れ或は剥離を防止し、釉薬層を圧
縮応力状態に置くためにはオバールガラスに等しい熱膨
張係数好ましくはそれより低い熱膨張係数をもたなけれ
ばならい。最後に高屈折率及び低融点を与えるため、鉛
及び(又は)カドミウムが一般に釉薬に含まれている。
しかし之等の元素は非常に毒性のものなので、釉薬の化
学的侵食例えば酸、アルカリ、硫化物による侵食に対す
る抵・抗性が、それらの元素の遊離が極めて低くなるよ
うに充分大きくなければならない。例えば食品に接触す
る表面に対しては、鉛遊離基準は接触表面につき約2μ
Qldを超えず、カドミウムは、存在する場合、接触表
面につき0.2p′1cr1を超えないように設定され
ている。非食品接触表面に対しては、之等の基準は夫々
50μYld及び5μ91dである。釉薬は家庭用洗剤
に対しても良好な耐侵食性を示す。不透明化の機構が、
アルカリ金属又はアルカリ″土類金属弗化物結晶の存在
によるオパールガラスが当分野では以前から知られてい
た。
例えば米国特許第22244印号にはナトリウム及び(
又は)カリウムの弗化物の結晶を含み、重量%で13−
16%のアルカリ金属酸化物、5−9%のAl2O3,
65−80%のSiO2及び分析により決定された少な
くとも3%の弗素から本質的になり、好ましくは式03
を含まない組成を有する自然的オパールガラスが記載さ
れている。別の例として米国特許第292186吋には
弗化ナトリウム結晶を含み、重量%で0.5−3%のL
j2O,6−19.5%のNaBO(アルカリ金属含有
量の合計12−20%),2−12%の.Al2O3,
55−75%のSiO2及び5−9の%のFから本質的
になる組成を有する自然的オパールガラスが記載されて
いる。更に別の例として、米国特許第1289185号
には、弗化リチウム、弗化ナトリウム及び(又は)弗化
カリウムの結晶を含み、重量%で0.5−の5%のLl
2O,2−18%Na2O及び(又は)K2O,l.5
−12%のAl。O3,6O−80%のSiO2及び2
−6%のFから本質的になる組成を自然的オパールガラ
スが記載されている。之等特許の各々には市販できる自
然的オパールガラスが記載されているが、きれいな陶磁
器と同等な不透明特性と同時に、重要な製造及び使用条
件に合い、且つ成形中フラッシュマークが生ずるのを避
けることがてきる製品の開発が望まれてきた。
上述の如く、セラミック物体を装飾するための釉薬が多
年用いられてきた。
一般に当分野では釉薬は二つの部分、即ちフラックス即
ちガラス状部分と願料成分とからなるものと考えられて
きた。顔料は乳白化剤として添加され、希望する場合に
は着色を与えるために添加されてきた。通常の用法では
、顔料は釉薬のわずかな部分、通常約20%より少ない
部分であり、従つて通常釉薬の全性質を支配するのはフ
ラックス部分である。従つて化学的耐久性、光択等々を
維持しながら種々の基材との相容性を与えるためのかな
りの研究の基いなつているのはフラックス部分である。
米国特許第222516鏝はガラス基材に適用すること
ができる釉薬の初期の例である。
之等のエナメルは硫黄含有物質による浸食に優れた抵抗
性を示すと言われており、重量%で1−4%Li2O,
l−6%TlO2,3O−60%PbO,3O−50%
SiO2及び0−10%B2O3から本質的になる組成
物から形成一されている。好ましい組成物はLiO2と
Na2Oを等モル含んでいる。硫化物に対する異常な抵
抗はLj2O及びTiO2が共に存在することによると
言われている。米国特許第2278868号はアルカリ
類の作に対し優れた抵抗性を示すと言われる釉薬を与え
る。
そのような釉薬は重量%で2−15%B2O3,O.5
−10%R2O(R2OはO−3%Li2O,O−5%
Na2O及びO−8%K2Oからなる)、1−10%Z
rO2,4O−60%PlO及び20−30%SiO2
から本質になる。ZrO2の存在はアルカリに対する異
常な抵抗性を与えることが観察されている。Li2Oは
アルカリに対する最大の抵抗性を与えるのに好ましいR
2O成分であるが、その存在はガラス基材と釉薬の膨張
の差異を大きくすることが記載されている。従つてNa
2Oが好ましいR2Oである。米国特許第231278
8号には酸、アルカリ、硫化物に対し大きな抵抗性を示
すと言われる釉薬が記載されており、それらは重量%で
約1.5%Li2O,3%TlO2,6%ZrO2,4
%Na2O,3%ZrO2,4%Na2O,3%CdO
,7.5%B2O3,49%PbO,及び25%SiO
2から本質的になる。
米国特許第2356316号には重量%で約3−7%N
a2O,3−12%B2O3,5−15%BaO+Zr
O2,4O一60%PbO及び22−32%SiO2か
ら本質的になる改良された耐アルカリ性を示す釉薬が記
載されている。
耐酸性が望まれる場合には5%迄のTiO2を添加する
ことができる。BaO又はZrO2単独の含有によつて
、アルカリ侵に対する抵抗性を改良することができるが
、それら二つの組み合せはなお一層有利であり、最終光
沢も一層よい。米国特許第3404027号には重量%
て0.5−4%Na2O,2−10%B2O3,O−3
%Li2O,O−5%ZrO2,O−8%TlO2,5
O−65%PbO及び25−35%SiO2から本質的
になり、ミル添加物として0.1一4%Cd2O5及び
10−30%TlO2及び(又は)Al2O3が一緒に
されたフラックスからなるサテン状外観を示すガラス食
器用釉薬が記載されている。
しかしながら前に説明した如く、特定の釉薬の使用は、
それが適用される基材との相容性によつて左右される。
極めて重要な点は、基材の軟化点と膨張に関連した釉薬
の流動点と熱膨張係数である。従つてきれいな陶磁器に
等しい不透明特性を有し、重要な製造及び使用条件に合
致し然も成形中のフラッシュマークの問題を回避するこ
とができる上述の希望のオパールガラスには特に規定さ
れた性質をもつ釉薬が必要である。本発明の主たる目的
な、緻密で均一な乳白状外観を示すオパールガラスに、
高度の光択及び例外的化学的耐久性を示す付着性エナメ
ルを付けたものからなる複合体を与えることである。
本発明の他の目的は、オパールガラス基体に、料理及び
食物を上に乗せて使用するのに極めて適して付着性釉薬
をつけたものからなる複合体を与えることである。
之等の目的は、オパールガラス及び釉薬組成物の注意深
い選択によつて達成することができることが発見された
即ち、きれいな陶磁器と同等の必要な不透明性の外に、
そのオパールガラスは760℃を越えると軟化点、49
0℃を超える歪点、約66−75×10−7/℃−30
0℃の範囲の熱膨張係数及び良好な化学的耐久性を示す
。釉薬フラックス易は、約720℃より低い温度で約1
紛より短い時間で高度の光沢へ焼成することができ、優
れた化学的耐久性を示し、25るけ30′Cの範囲の熱
膨張係数がオパールガラス基体のそれより約3−10ポ
イント低く、従つて釉薬表面が焼成後圧縮応力を受けた
状態になつている。通常熱膨張係数(25実施例1−5
は希望の緻密な白色オパールを得るに必要な弗素の量を
例示している点で重要である。即ち実施例1と2は非常
に緻密に不透明になり、実施例3と4は不透明性の点で
限界的なものであり、実施例5は明らかに不適切な不透
明性を示している。分析による4.5%を越える弗素含
有量は、不透明性を改善するようには見えず、化学的耐
久性を減する。表■はガラスの分野で慣習的な測定法を
用いてゅ8実施例6−17について決定した種々の物理
的性質を示している。
それらには、軟化点(S.P.)(℃),徐冷点(A.
P.)(℃),歪点(St.P.)(℃),0〔−30
0′Cの温度範囲に亘る熱膨張係数(×10−7/0C
)及び密度(Den.)(y/C.c.)が含まれてい
る。オパールガラスの液相温度(Liq.)(゜C)は
光高温計を用いて測定した。実施例の各々は緻密な白色
不透明性を示した。組成変更の種々の効果についていく
つかの一般的見解を述べることはできる。
Na2O含有量の一部をK2Oて置き換えると不透明性
の緻密さは減する。Na2Oを全てK2Oで置き換える
と透明なガラスをもたらす。Na2Oの一部をMgO又
はBaOて置換すると、同様に不透明性を減するように
見える。SrO及びCaOはオパールガラスの液相温度
を上昇させるが、不透明性を改善するようには見えない
のみか、1%程の低い量では不透明性を悪くし始めるよ
うに見える。Ll2OをNa2Oの代りに用いると不透
明化発生速度(溶融物をガラスへ冷却すると自然にオバ
ール相が発生する速度)を改善し、オパールガラス液相
温度を上昇させ、熱膨張係数を低下させ、転移域の粘度
を低下する。しかし約1%より高いLi2O含有量は、
フラッシュマークの望ましくない現象を助長するので許
容できない。ガラスは熱的に強化てきる性質をもち、強
化温度範囲(ガラス軟化点よりいくらか下)へ短時間再
加熱することによつて成形工程中に起きたわずかな不透
明度の変動は触消されるであろう。
この例として実施例16を約710℃へ約2−3分加熱
してから冷却すると、不透明さはいくらか一層緻密にな
るように見える。この方法は肉薄の物品で特に有用てあ
る。肉薄の物品は成形工程中非常に速く冷却するのて、
完全に不透明にするには時間が短か過ぎる。しかし約5
分以下の時間強化温度へ再加熱すると非常に緻密な不透
明性を与えるであろう。好ましい組成てある実施例6の
特異性には、その不透明化への傾向即ち相分離を起して
第二相としてNaF結晶を生ずる傾向が含まれている。
添付の図面は、実施例6の不透明化特性と実施例17の
それとを比較することによつて、この現象を例示するの
に役立つであろう。即ち、ガラス試料の不透明透過率(
不透明度)を時間及び温度(1250℃〜500℃)の
関数として測定し、グラフとして記録できるように設計
した装置を用いて注意深く測定を行なつた。
不透明度を多くの異なつた冷却速度で種々の時間て測定
した。付図は二種類のガラスに対する結果をグラフ状に
組合せて示している。即ち、そこにはガラス6及び17
に対する5%及び95%不透明度を描いた二つの線が示
されている。それらの線は、いくつかの異なつた冷却速
度を用いて得られた対応する測定値(透過率曲線から抜
き出したもの)を結び合せたものであ。1落下光学的温
度ョとは、ガラスが、成形用型中へゴブとして落下させ
ることができる適切な粘度になる温度を、光高温計で測
定した温度のことである。
実施例17は特に肉薄部分で示差不透明度をもたせるこ
とができ、そのグラフは明らかに不透明化が行なわる温
度が冷却速度に著しく依存することを示している。
それから分るように、実施例17の温度を急速に降下さ
せる即ち1叱間で300゜C降下させると、5%不透明
化の温度は約975℃である。しかし実施例17の温度
をもつとゆつくり即ち5囲2て150゜C降下させると
、5%不透明化の温度は1100′Cてある。之に対し
実施例6は冷却速度依存性はほとんど示さない。例えば
冷却速度が1.5秒て300℃又は7[相]で300℃
であつても、5%不透明化の温度は約820℃のま)で
ある。結局実施例6では、示差(Differenti
aI)冷却速度は示差不透明化を起さないようである。
付図は亦実施例6及び17の間に存在する不透明化傾向
のこの差の実際的に好ましくない特徴を例示している。
即ちグラフは、之等二つのガラスをあたかも自動的ブレ
ス装置を用いて卓上食器物へブレスしたような場合の投
影冷却速度を示している(曲線C(5Dは夫々実施例1
7と6に対応)。約938℃の四角(実施例17及び6
に対し夫々E及びFで示してある)はブレス時間のガラ
ス温度である(ブレス時間はガラスが落下光学的温度に
到達した後3秒としてここでは示されている)。実施例
17の不透明化曲線をこの冷却速度に投影すると、ガラ
スがまだ乳白化しつつある間にブレスされ、それによつ
て示差冷却を起し、従つて示差不透明化を起すことが明
らかである。之に対し実施例6はブレス後、即ち示差冷
却後迄不透明化せず、そのため示差不透明化を起さらな
いであろう。表■には本発明の有効な組成成分を示す釉
薬フラックス組成が、酸化物に基づく重量部で表わして
示してある。
個々の成分の合計は大体100てあるので、表示の値は
重量%で表わしたものと考えても差し支えない。用いた
実際のバッチ成分は、酸化物でも或は一緒に溶融した時
希望の酸化物へ適切な割合で変わることができる他の化
合物でも、どちらの材料からなつていてもよい。
バッチ成分を配合し、均一な溶融物得易くするため一緒
にボールミルにかけ、次いでシリカルツボ中に入れた。
ルツボに蓋をし、12000−1350℃で作動してい
る電気炉へ入れた。攪拌しながら2−3時間溶融した後
、溶融バッチを蒸溜水中へ注ぐか又は水冷鋼製ローラー
に通して、後で米国標準篩NO.4OO(37ミクロン
)を通過するように粉砕するのをし易くする。約6.3
Tmm(イ).25″)径の棒を手動て引き、25不−
300℃に亘る熱膨張係数(XlO−7/℃)を測定す
るのに用いた。釉薬フラッグの流動、凝集及びガラス特
性を、一400メッシュ粒子を12.7Tr0n(イ)
.5″O径ペレツトヘプレスし、そのペレットを約65
00−700℃で約1吟間以内焼成することによつて決
定した。
表■に例示した組成の各々は約5−7分以内に流動して
良好な光択ある表面になつた。釉薬フラックスの洗剤に
対する抵抗性を試験するため、フラックスを粉砕して絹
篩にかけ、表1に記載のオパールガラスの50.8Tf
m(支)n)平方の試料上にかけた。
650℃−700℃で5−8分焼付けた後、それら試料
を次の手順にかけた。
ミネソタ州セントボールのエコノミツクス・ラボラトリ
ーズから市販されているスーパー・ソイラツクス(Su
perSOjlax)洗剤の0.鍾量%水溶液を調製し
た。その溶液を95゜Cに加熱し、四角なフラックス被
覆オパールガラス試料をその中に浸漬した。その高温溶
液中に2柵間入れておいた後、試料を取り出し蒸留水で
すすぎ乾燥した。全ての試料が本質的に何ら光沢の損失
を示さず、鉛の遊離(試験後洗剤溶液の分析から導かれ
た)は試料表面積について2μQIcltより少なく、
カドミウムの遊離(存在する場合)は0.2μGlcI
Lより少なかつた。釉薬フラックスの洗剤抵抗の別の証
拠として、四角のフラックス被覆試料を上記スーパー・
ソィラツクスの加熱水溶液中に2柵間浸漬し、溶液から
取り出し、流水ですすぎ、乾燥した。次に表面の一部を
、イリノイ州シカゴ、マグナフラツクス・コーポレーシ
ョンから市販されているスポチエツク(SpOtche
fk)染料浸透剤で被覆し、その染料を2@間そのまま
放置した。然る後染料をきれいな布で乾燥し、次いでそ
の表面を家庭用クレンザー粉末で約3鰍間清浄にした。
どの場合でも本質的に汚汚れは残つていなかつた。本発
明の釉薬フラックスによつて示される異常に望ましい性
質は、注意深く規定された割合で成分を独得に組合せる
ことによつて得られるものである。
即ち高い円D含有量は、低い軟化点を与え、フラックス
に1伸びョ性を賦与する低弾性モジユラスを与えるのに
必要である。HO及び一層少ない程度のCdOは、高屈
折率による高度の光沢を生ずるのに必要である。之等の
成分は失透も阻止し、溶融ガラスの表面張力を減じ、そ
れによつて均質化を助け、表面の平滑性を生する。B2
O3は釉薬に従来用いられている着色剤、例えばアルミ
ン酸コバルト、アンチモン酸鉛、スルホセレン化カドミ
ウム及びクロム酸鉛に対し、有利な強い溶剤作用を示す
。B2O3は亦熱膨張係数を低下し、失透を防ぎ、表面
張力を減する。本発明の非常に重要な一つの特徴は、L
i2Oを唯一の必須なアルカリ金属成分として用いるこ
とであ。アルカリ金属は著しく溶融釉薬の流動性を増大
し、溶融生成物で得られる光沢に寄与する。しかしNa
2O及びいくらか少ない程度のK2Oは鋭敏に熱膨張係
数を増大し、そのため表面亀裂及びひび割れの問題を起
す。釉薬フラックスのアルカリ含有量が低いことは亦改
良された化学的耐久性をもたらす。例えば鉛含有釉薬に
Na2O及びK2Oが存在するとそれらの耐久性を低下
し、鉛の遊離を増す。之は、釉薬が酸性の環境に置かれ
る場合に特に悪化する問題である。酸は鉛(及びカドミ
ウム)イオンより前にアルカリ金属イオンを浸出し、そ
れによつて続く鉛(及びカドミウム)イオンの遊離を促
する路をつくる。従つて有料生成物はLi2O以外のア
ルカリ金属酸化物を本質的に含まないことである。本発
明の釉薬の他の限界的特徴は、優れた耐アルカリ性を確
実に得、鉛遊離を約2μYIcltより低くし、カドミ
ウム遊離を約0.2μダIcltより低くするために、
TlO2とZrO2を共に含有させていることである。
ガラス構造中にTiO2とZrO2を含有させると、内
部の未結合酸素原子を架橋し、その未結合原子の数を実
質的に低下させることにより、構造を緻密にする作用を
及ぼす。そのような緻密化は化学的物質のガラス構造内
部への拡散及びそれに伴われるガラスの浸食を阻止する
ものと推定される。願料は慣習的に装飾用釉薬に含有さ
せることは分るであろう。
既知のセラミック願料のいずれで,も本発明のフラック
スに粉砕により導入することができる。又はもし好まし
いなら、着色化合物をフラックスバッチ成分と一緒にし
、そして溶融してもよい。一般に願料の割合はフラック
スの全重量に基づき約2−10%を占めるであろう。願
料の種類及び配合方法は、いずれも本発明の一部を構成
するものではない。なぜなら顔料の導入は実質的に発明
としての釉薬フラックスの基本的特性を変えるものでは
ないからである。本発明のフラックスは、その固有の屈
折率が高いので、同様な色の緻密さ及び光択を生じさせ
るために従来の釉薬で必要であつた願料の量よりも少な
い量でよい。優れた高度の光沢、異常な化学的耐久性及
び非常に低い鉛及びカドミウム遊離性、及びオパールガ
ラス基体に適用した時の良好な流動性を示す好ましい釉
薬フラックスは、重量%で1=1.5%Ll2O,5−
6%B2O3,2−2.5%TiO2,4−6%ZrO
。,48−51%PbO,l−2%CdO及び33−3
7%SiO2から本質的になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例6と実施例17のガラスについての不透
明化特性を、種々の冷却速度て種々の時間で測定した透
過率を用いて示したグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 57−70×10^−^7/℃の熱膨張係数(25
    ゜−300℃)をもち、化学的侵食後の鉛遊離が2μg
    /cm^2より低く、720℃より低い温度で焼成する
    と10分より短い時間で高度の高沢を示すものになる、
    酸化物に基づく重量%で0.5〜3%のLi_2O、4
    〜8%のB_2O_3、1〜5%のTiO_2、3〜8
    %のZrO_2、45〜5%のPbO、28〜38%の
    SiO_2、0〜4%のCdO、0〜3%のZnO、0
    〜3%のAl_2O_3、0〜3%のY_2O_3、0
    〜4%のTa_2O_5及び0〜2%のSnO_2から
    なる、LiO_2以外のアルカリ金属酸化物を含まない
    フラックス組成物を有する釉薬。 2 釉薬フラックスが酸化物に基づく重量%で1〜1.
    5%のLi_2O5〜6%のB_2O_3、2〜2.5
    %のTiO_2、4〜6%のZrO_2、48〜51%
    のPbO、1〜2%のCdO及び33〜37%のSiO
    _2からなる前記第1項に記載の釉薬。
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