(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023067444
(43)【公開日】2023-05-16
(54)【発明の名称】加飾用ガラスフリット
(51)【国際特許分類】
C03C 8/14 20060101AFI20230509BHJP
【FI】
C03C8/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021178686
(22)【出願日】2021-11-01
(71)【出願人】
【識別番号】506209422
【氏名又は名称】地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
(71)【出願人】
【識別番号】505114422
【氏名又は名称】日本琺瑯釉薬株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100162396
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 泰之
(74)【代理人】
【識別番号】100194803
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 理弘
(72)【発明者】
【氏名】宮宅 ゆみ子
(72)【発明者】
【氏名】吉野 徹
(72)【発明者】
【氏名】田中 実
(72)【発明者】
【氏名】小野 順三郎
(72)【発明者】
【氏名】小川 泰弘
【テーマコード(参考)】
4G062
【Fターム(参考)】
4G062AA09
4G062BB05
4G062CC10
4G062DA04
4G062DB01
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4G062PP10
(57)【要約】
【課題】ソーダ石灰ガラスへの加飾に用いることができる、安全性の高い加飾用ガラスフリットを提供すること。
【解決手段】Ta(V)系着色顔料と、ガラスフリットとを含み、
前記ガラスフリットが、mol換算百分率で、SiO2を16~30mol%、B2O3を20~40mol%、ZnOを22~35mol%、Li2O+Na2O+K2Oを合計で8~14mol%含み、
前記Ta(V)系着色顔料と反応して還元される成分を実質的に含まない加飾用ガラスフリット。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ta(V)系着色顔料と、ガラスフリットとを含み、
前記ガラスフリットが、mol換算百分率で、SiO2を16~30mol%、B2O3を20~40mol%、ZnOを22~35mol%、Li2O+Na2O+K2Oを合計で8~14mol%含み、
前記Ta(V)系着色顔料と反応して還元される成分を実質的に含まないことを特徴とする加飾用ガラスフリット。
【請求項2】
前記ガラスフリットが、mol換算百分率で、Al2O3を1~8mol%、MgO+CaOを合計で1~10mol%、SnO2を0.01~1mol%、Gd2O3を0.1~2.0mol%含むことを特徴とする請求項1に記載の加飾用ガラスフリット。
【請求項3】
前記Ta(V)系着色顔料が、Ta3N5を主成分とすることを特徴とする請求項1または2に記載の加飾用ガラスフリット。
【請求項4】
ガラス転移温度が500℃以下、平均線膨張係数が65~85×10-7/℃であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の加飾用ガラスフリット。
【請求項5】
最高温度580℃で10分間焼成して得られる厚さ45μm以上の加飾焼成部のLab表色系が、明度L*が50±15、彩度C*が48以上、色相角度hが45±15であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の加飾用ガラスフリット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加飾用ガラスフリット、特に、ソーダ石灰ガラスからなる食器用ガラス等への色付けに好適な加飾用ガラスフリットに関する。
【背景技術】
【0002】
板ガラスや食器などのガラス製品を加飾するために、加飾用ガラスフリットが用いられている。加飾用ガラスフリットは、ガラスフリットと顔料を含み、溶媒に分散してペースト状の塗料とする。この際、流動性を調整するために有機性バインダーを加える場合もある。この塗料を、ガラス製品に塗布して焼成することにより、ガラスフリットが軟化して、ガラス製品と一体化して、装飾層が形成される。
一般に加飾用ガラスフリットには、低融点化、加工性、物理的・化学的耐久性を向上する目的で鉛が使われている。また、鮮やかな赤色、黄赤色等の暖色系の顔料として、発色と耐熱性に優れるカドミウム系顔料が使われている。しかし、鉛とカドミウムは、人体や環境への悪影響が懸念されており、これらを使用しない加飾用ガラスフリットが求められている。
【0003】
例えば、特許文献1には、鉛やカドミウムを含まないガラスの釉掛けや加飾用に適した、50×10-7/℃未満の平均線膨張係数(以下、単に膨張係数ともいう)を有するガラスの装飾用であり、加工温度(焼成温度)が630~780℃であるガラス組成物が提案されている。しかし、板ガラスや食器など多くのガラス製品に使われているソーダ石灰ガラスの膨張係数は90~110×10-7/℃であり、加飾時の焼成温度も580℃以下が望ましいため、特許文献1に記載のガラス組成物は、ソーダ石灰ガラスで作られたガラス製品の加飾には用いることができない。
また、特許文献2~4、非特許文献1には、カドミウムを含まずに鮮やかな黄赤色を有するTa(V)系着色顔料が提案されている。しかしながら、このTa(V)系着色顔料は、ガラス食器の加飾用として従来から使われている鉛を含有する低融点ガラスフリットと混合して焼成すると、鮮やかな黄赤色の色味を失ってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平5-270860号公報
【特許文献2】特許第4789091号公報
【特許文献3】特許第5526424号公報
【特許文献4】特開2011-93743号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】大橋優喜、押元賢一郎、長江肇、楠本慶二、杉山豊彦、安全性の高い新規セラミック顔料の開発 - タンタル基窒化物および酸窒化物顔料、公益社団法人日本セラミックス協会、セラミックス、46(2011)、No.10、p847-851
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、ソーダ石灰ガラスへの加飾に用いることができる、安全性の高い加飾用ガラスフリットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の課題を解決するための手段は以下のとおりである。
1.Ta(V)系着色顔料と、ガラスフリットとを含み、
前記ガラスフリットが、mol換算百分率で、SiO2を16~30mol%、B2O3を20~40mol%、ZnOを22~35mol%、Li2O+Na2O+K2Oを合計で8~14mol%含み、
前記Ta(V)系着色顔料と反応して還元される成分を実質的に含まないことを特徴とする加飾用ガラスフリット。
2.前記ガラスフリットが、mol換算百分率で、Al2O3を1~8mol%、MgO+CaOを合計で1~10mol%、SnO2を0.01~1mol%、Gd2O3を0.1~2mol%含むことを特徴とする1.に記載の加飾用ガラスフリット。
3.前記Ta(V)系着色顔料が、Ta3N5を主成分とすることを特徴とする1.または2.に記載の加飾用ガラスフリット。
4.ガラス転移温度が500℃以下、平均線膨張係数が65~85×10-7/℃でであることを特徴とする1.~3.のいずれかに記載の加飾用ガラスフリット。
5.最高温度580℃で10分間焼成して得られる厚さ45μm以上の加飾焼成部のLab表色系が、明度L*が50±15、彩度C*が48以上、色相角度hが45±15であることを特徴とする1.~4.のいずれかに記載の加飾用ガラスフリット。
【発明の効果】
【0008】
本発明の加飾用ガラスフリットは、人体や環境への悪影響が懸念されている鉛やカドミウムを含まないため、安全性が高い。本発明の加飾用ガラスフリットは、Ta(V)系着色顔料と反応して還元される成分を実質的に含まないため、焼成後も色がくすまず、Ta(V)系着色顔料の鮮やかな色をそのまま再現することができる。本発明の加飾用ガラスフリットは、カドミウムを配合することなく、黄赤色系のTa(V)系着色顔料を用いることにより、鮮やかな黄赤色とすることができる。鉛やカドミウムを含まない本発明の加飾用ガラスフリットは、皿やコップ等の口に触れるガラス製品への加飾にも好適に用いることができる。本発明の加飾用ガラスフリットは、ソーダ石灰ガラスへの加飾に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明は、Ta(V)系着色顔料と、ガラスフリットとを含み、このガラスフリットが、mol換算百分率で、SiO2を16~30mol%、B2O3を20~40mol%、ZnOを22~35mol%、Li2O+Na2O+K2Oを合計で8~14mol%以上含み、前記Ta(V)系着色顔料と反応して還元される成分を実質的に含まない加飾用ガラスフリットに関する。
本明細書において、ある成分を「実質的に含まない」とは、その成分の含有率が0.1mol%以下であることを意味し、実質的に含まない成分の含有率は、0.08mol%以下であることが好ましく、0.05mol%以下であることがさらに好ましい。また、本明細書において「A~B」(A、Bは数字)は、A、Bを含む数値範囲、すなわち、A以上B以下を意味する。
【0010】
・Ta(V)系着色顔料
Ta(V)系着色顔料としては、窒化タンタル(Ta3N5)等のタンタル(V)窒化物、また酸窒化タンタル(TaON)、ペロブスカイト型酸窒化物(A1-vA’vTaO2-vN1+v[式中A及びA’は、A:アルカリ土類元素、A’:希土類元素から選択される1種以上の陽イオンで、vは、0~1の数を表す。]等のタンタル(V)基酸窒化物などを用いることができる。窒化タンタルは黄赤色、酸窒化タンタルは緑がかった黄色、ペロブスカイト型酸窒化物はその組成により赤黄色~黄色の色調を示す。これらの中で、従来カドミウム系顔料と同等の色調を備える窒化タンタルを用いることが好ましい。
【0011】
・ガラスフリット
SiO2は、ネットワークフォーマで、ガラスの安定化に効果があり、その含有量が、16mol%未満では、ガラスの安定化効果が充分ではなく、30mol%超えると軟化点が高くなりすぎる。SiO2の含有量は、16~30mol%であり、好ましくは17~25mol%である。
【0012】
B2O3は、ガラスを安定化させ、流動性を高くする効果を有する。その含有量が、20mol%未満では、その効果が充分でなく、また膨張係数を大きくする。40mol%超えでは、ガラスの安定化、流動性への効果が薄れ、また耐水性能を低下させることになる。B2O3の含有量は20~40mol%であり、好ましくは25~35mol%である。
【0013】
ZnOは、ガラスの安定化に効果があり、軟化温度を下げ、また失透を抑制する成分である。その含有量が22mol%未満では効果が充分でなく、35mol%を超えると結晶化し易くなり安定したガラスが得られなくなる。ZnOの含有量は22~35mol%であり、好ましくは25~30mol%である。
【0014】
Li2O、Na2O、K2Oは、ガラスの軟化温度を下げる効果があり、かつ流動性を高くする効果がある。それらの含有量の合計が8mol%未満では、ガラスの軟化温度を下げる効果が十分でなく、屈伏点が550℃以上となる場合がある。また、ガラスの粘性も大きくなり流動性が低下する。14mol%を超えると、化学的耐久性の低下、電気絶縁性の低下、膨張係数が大きくなりすぎるという悪影響が生ずる場合がある。Li2O+Na2O+K2Oの含有量は、合計で8~14mol%であり、好ましくは9~12.5mol%である。
Li2O、Na2O、K2Oは、2種以上含むことが好ましく、Li2Oを0.1mol%以上含むことがより好ましい。このように配合することで、ガラスの軟化温度を下げる効果、流動性を高くすることができ、ガラスフリットのガラス転移点を500℃以下とすることができる。
Li2O、Na2O、K2Oの比率は、例えば、4:6:2とすることが好ましい。
【0015】
Al2O3は、ガラスとの密着性向上に効果があり、化学的耐久性を高くする効果を有している。Al2O3は任意成分であるが、1~8mol%含むことが好ましく、4.0~7.5mol%含むことがより好ましい。1mol%未満では、その効果が充分でなく、被塗工物との密着性が悪く、耐水性も悪くなる場合がある。8mol%を超えると軟化温度が高くなり、低温での焼成が困難となる場合がある。
【0016】
MgO、CaOは、ガラスの安定化に効果がある。MgO、CaOは任意成分であるが、合計で1~10mol%含むことが好ましい。1mol%未満では、ガラスの失透が生じやすく、焼成時の結晶化を抑制することができない場合がある。10mol%を超えると軟化温度が高くなり焼成が困難となる場合がある。また、10mol%を超えると膨張係数が80×10-7/℃を超えるものが多くなり、ソーダ石灰ガラス製品上に成膜して焼成した際に、クラック等が発生しやすくなる。
【0017】
一般に、ガラス製品加飾用の低融点ガラスフリットは、低融点化のために鉛を主成分として含む。また、鉛を使用しない低融点ガラスフリットは、ビスマス等を主成分として含む。このような鉛、ビスマスを含むガラスフリットと、Ta(V)系着色顔料とを混合した加飾用ガラスフリットは、焼成後にその色味を失ってしまう場合がある。これは、低融点ガラスフリット中の酸化鉛(PbO)、酸化ビスマス(Bi2O3)が、窒化タンタルとの反応により還元され、微細金属が析出するためである。
【0018】
一方で、本発明で使用するガラスフリットは、窒化タンタル等のタンタル(V)窒化物や、酸窒化タンタル、ペロブスカイト型酸窒化物等のタンタル(V)基酸窒化物などといったTa(V)系着色顔料と反応して還元される成分を実質的に含ませることなく、加飾性に優れる。なお、本発明における窒化タンタル等のTa(V)系着色顔料と反応して還元される成分とは、例えば、酸化鉛、酸化ビスマスなどが挙げられる。
【0019】
鉛、ビスマス等を含有せずに低融点とするために、SnO2、Gd2O3を含むことが好ましい。SnO2、Gd2O3を含むことにより、充分な低融性能を持たせることができるとともに、緻密で平滑な膜を形成することができる。また、590℃以下の温度で被塗工物に焼き付けることができ、また、40~300℃における膨張係数を65~80×10-7/℃にすることが容易となる。
SnO2の含有量は、0.01~1mol%であることが好ましく、0.1~0.8mol%であることがより好ましい。
Gd2O3の含有量は、0.1~2mol%であることが好ましく、0.3~1mol%であることがより好ましい。
【0020】
本発明の加飾用ガラスフリットは、ガラス転移温度が500℃以下、平均線膨張係数が65~85×10-7/℃であることが好ましい。ガラス転移温度と平均線膨張係数が、この数値範囲を満足することにより、ソーダ石灰ガラスへの加飾に好適に用いることができる。ガラス転移温度は、495℃以下であることがより好ましく、490℃以下であることが更に好ましい、ガラス転移温度の下限値は、450℃以上程度である。平均線膨張係数の下限値は70×10-7/℃以上であることがより好ましく、上限値は、80×10-7/℃以下であることがより好ましい。
【0021】
本発明の加飾用ガラスフリットは、ソーダ石灰ガラスに塗布し、最高温度580℃で10分間焼成して得られる厚さ45μm以上の加飾焼成部のLab表色系が、明度L*が50±15、彩度C*が48以上、色相角度hが45±15であることが好ましい。本発明の加飾用ガラスフリットの色調が、上記した数値範囲内であると、カドミウム系顔料の代替として好適に利用することができる。この色調を有する場合、カドミウムを実質的に含まないことが好ましく、カドミウムの含有率が0.08mol%以下であることがより好ましく、0.05mol%以下であることがさらに好ましい。
【実施例0022】
表1に示す組成のガラスフリット(粒径:約25μm以下)に、Ta3N5顔料(粒径:ナノメートルオーダー)を5から13.5重量パーセントの割合で混合し、メジュウムを、ガラスフリットと顔料の合計重量と同じ重量となるように加えて混練し、加飾用ガラスフリットを含むペーストを得た。
ガラスフリット作製時にTMA測定用ガラス試料(バルク状)を作製し、熱機械分析装置(株式会社リガク製 TMA8310)を用い、圧縮荷重法、荷重98mN、昇温速度5℃/分でガラス転移温度および平均線膨張係数を測定した。ガラス転移温度はJIS R3102を、平均線膨張係数はJIS R1618を参考にして測定を行った。
【0023】
【0024】
ソーダ石灰ガラス(松波硝子工業株式会社製 スライドグラス S1111)に得られたペーストを塗布し、下記設定温度プロファイルで最高温度580℃で10分間焼成し、厚さ45μm以上の加飾ガラスを得た。
・設定温度プロファイル
室温 → 100℃ 10℃/分で昇温
100℃ → 200℃ 3℃/分で昇温
200℃ → 580℃ 10℃/分で昇温
580℃ 10分間保持
580℃ → 550℃ 10℃/分で降温
550℃ → 450℃ 3℃/分で降温
450℃ → 室温 炉冷
また、参考例として、Pbを含む市販ガラスフリット(有限会社喜南鈴硝子製 パウダー A-11)を用いた以外は、同様にして厚さ45μm以上の加飾ガラスを得た。
【0025】
下記に示す評価を行った。結果を表2に示す。
・色調
得られた加飾ガラスを標準白色板に乗せ、分光測色計(株式会社村上色彩技術研究所製、CMS-35FS、センサヘッドの測定面積:直径5mm、光源:D65、10°視野)で測色し、附属のソフトウェア(ColorSpace for PC)で解析し、明度L*、彩度C*、色相角度hを求めた。
明度L*が50±15、彩度C*が48以上、色相角度hが45±15であるものを○、それ以外を×とした。
・耐剥離性
得られた加飾ガラスの加飾焼成部に、透明セロハンテープ(ニチバン株式会社製、No.405、幅12mm)を指でしっかりと貼り付け、直後に勢いよく剥離した。これを1サイクルとして、同一箇所に5サイクル繰り返し行った。
重量減少が0.1mg以下のものを合格とした。
【0026】
【0027】
本発明である実施例1、2の加飾用ガラスフリットは、焼成後も鮮やかな黄赤色を示しており、カドミウム系顔料の代替として用いることができる。また、実施例1、2の加飾用ガラスフリットは、ソーダ石灰ガラスから剥離しにくく、ソーダ石灰ガラスの加飾に用いられることが示唆された。
それに対し、比較例1、2、およびPbを含む市販ガラスフリットを用いた参考例の加飾用ガラスフリットは、彩度(C*)の値が小さいことが示すように、焼成後に色がくすみ、鮮やかな黄赤色の色味が失われた。また、比較例1、2の加飾用ガラスフリットは、ソーダ石灰ガラスから剥離しやすかった。