JP5065231B2

JP5065231B2 - 低蓄熱性陶磁器およびその製造方法

Info

Publication number: JP5065231B2
Application number: JP2008294651A
Authority: JP
Inventors: 伸章岡野; 健池田
Original assignee: ダント−ホ−ルディングス株式会社
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: JP2009143794A

Description

本発明は、直射日光等に含まれる赤外線の照射により惹起される陶磁器の温度上昇を抑制した低蓄熱性陶磁器およびその製造方法に関する。

従来のタイル、特に屋根や外壁、外床等屋外に使用されるタイルは、直射日光により温められ、特に熱を吸収しやすい濃色の磁器タイルでは、夏場には６０℃〜８０℃もの高温に達することがある。そしてその熱は建物の室内に伝わり、夏場の冷房効果を効率的に得るための妨げになっている。また近年はタイルを躯体に張り付ける際、モルタルで施工するのみでなく、有機系の接着剤を用いて施工することが多くなってきている。このような接着剤を用いる施工ではタイルの温度が高温になれば、接着剤の劣化が促進され最悪の場合タイル剥離の問題が懸念される。

そこで、この欠点を補うべく、裏面に発泡ガラスからなる断熱層を一体成形した陶器製タイルが開発されている（特許文献１）。しかしながら、この陶器製タイルによれば、断熱効果が得られるものの、タイル表面自体が直射日光等により高温となるため、接着剤の劣化による剥離ならびに断熱効果の点では十分なものではない。

また、直射日光等によるタイルの温度上昇は、赤外線を吸収する暗色および濃色系のタイルで顕著であることが知られている。

このような状況下、タイル自体の温度上昇を抑制することにより、断熱性および剥離抑制の特性を有する低蓄熱性の陶磁器製タイルの必要性が存在していた。また、粘土瓦にも、温度上昇による問題点があり、温度上昇を抑制する必要性について同様な事情が存在していた。

特開２００３−２２７２２１号公報

本発明はこのような事情の下で考えられたものであって、本発明の課題は、タイル表面が異常に高温となることを防止し、それにより、建物内の温度上昇、また、貼り付け剤である接着剤の劣化およびそれによるタイルの剥離を抑制する低蓄熱性の陶磁器製タイルを提供することにある。また、他の課題は、低蓄熱性の粘土瓦を提供することにある。

これを解決するため、表面に赤外線反射性を有する無機顔料を含む釉薬を施した陶磁器を使用することにより、温度上昇の要因である赤外線を陶磁器表面の釉薬が反射し陶磁器の温度上昇を抑制する。それにより、例えば、タイルの場合、濃色のタイルを使用しても、建物内温度の上昇を緩和することができ、またタイル固定のために用いた接着剤の劣化およびそれによるタイルの剥離を抑制することが可能となる。

すなわち本発明は、以下のような構成からなるものである。
（１）陶磁器素地上に、赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬が施された低蓄熱性陶磁器。
（２）該陶磁器素地がかさ比重０．４〜１．９で熱伝導率が０．２〜０．９Ｗ／ｍ・Ｋの断熱性を有する軽量の陶磁器素地である前記（１）に記載の低蓄熱性陶磁器。
（３）前記陶磁器がタイルまたは粘土瓦である前記（１）または（２）に記載の低蓄熱性陶磁器。
（４）陶磁器用原料を用いた成形体の上に、赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬を施し焼成することを特徴とする低蓄熱性陶磁器の製造方法。

本発明により、陶磁器自体の表面および裏面の温度上昇を抑制し、それにより、例えば、タイルの場合、室内温度の上昇を緩和し、接着剤の劣化およびそれによるタイルの剥離を抑制することが可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の低蓄熱性陶磁器は、直射日光等の赤外線の照射により惹起される陶磁器表面および裏面の温度上昇を抑制する。例えば、タイルの場合、赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬で処理しない場合の黒色タイルに比較して、ＡＳＴＭＤ４８０３法による測定値において、好ましくは約１〜約５℃、より好ましくは、約５〜約１０℃、最も好ましくは、約１０〜約１５℃で温度上昇を抑制し、それにより、この低蓄熱性タイルを建物の外壁、床及び屋根材等として用いた場合、その建物の室内温度の上昇を緩和し、また、タイルの接着剤の劣化およびそれによるタイルの剥離を抑制できるものである。

本発明の低蓄熱性陶磁器は、外装壁タイル、屋外用床タイル、屋根材等日光の当る場所に用いることができる。

まず、低蓄熱性タイルは、以下のようなタイル製造方法により製造される。例えば、本発明の低蓄熱性タイルは、タイル原料を加圧成形や押出し成形により所望の形状とし、次いで、得られた成形体の表面の少なくとも一側に赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬を施し、焼成して得られる。さらに詳細には、まず、窯業用粘土、長石、陶石、硅石、蝋石、タルク及び石灰を原料として、水を加え、ミルにて微粉砕した泥漿をスプレードライヤで噴霧乾燥して粒状の坏土にする。その坏土を用いて加圧成形機にて、タイル本体としての成形体に成形し、次いで、別に調製した赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬を施し、焼成炉に入れ、焼成して低蓄熱性タイルを製造する。この時、特定の調合率で調合及び特定の焼成温度で焼成することにより、吸水率約１％以下の磁器質タイル、吸水率約１〜５％のせっき質タイル、吸水率約５％以上の陶器質タイルが得られる。本発明の低蓄熱性タイルは、これらの３種のいずれのタイルとして得てもよい。

次に、低蓄熱性粘土瓦は、以下のような粘土瓦製造方法により製造される。
例えば、本発明の低蓄熱性粘土瓦は、瓦用原料を混練して押出しその後加圧成形して所望の形状とし、得られた成形体の表面の少なくとも一側に赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬を施し、焼成して得られる。さらに詳細には、まず、瓦用粘土及びシャモットを原料として、水を加え、真空土練機により混練抜き出して板状にし、その板状の成形体をさらに加圧成形機にて、瓦としての成形体に成形し乾燥後、別に調製した赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬を施し、焼成炉に入れ、焼成して低蓄熱性粘土瓦を製造する。また、瓦成形体を得る方法としてはタイルと同様に乾燥粉末を加圧成形して得る方法もあり、成形体を得る方法は特定されるものではない。

そして、低蓄熱性を有するという観点から、タイルおよび粘土瓦のいずれの場合においても、断熱性を有する軽量の陶磁器素地を用いると、より効果を増大させることができる。使用する断熱性を有する軽量の陶磁器素地は陶磁器として製造可能な、かさ比重０．４、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものから、かさ比重１．９、熱伝導率が０．９Ｗ／ｍ・Ｋである範囲のいずれの陶磁器素地でもよい。しかし、より好ましくは、適正な陶磁器としての性能及び断熱性能が得られる、かさ比重０．８〜１．７で、かつ熱伝導率が０．４〜０．８Ｗ／ｍ・Ｋの陶磁器が望ましい。

上記釉薬に用いる釉原料としては、陶磁器に使用される釉薬として一般的に知られているものであれば何ら制限されるものではなく、釉薬組成として、例えば、アルカリ釉、アルカリ−石灰釉、石灰釉、長石釉、ホウ酸釉のいずれでもよい。釉原料は、原料をそのまま用いる生釉でもよく、原料を一度溶融したフリットを用いた釉原料でもよく、所望のタイルの性質に適したものを適宜選択して用いることができる。また、前記釉薬には、上記の釉原料に赤外線反射特性を有する無機顔料を加え、必要に応じて、解こう剤、展着剤等を含有させてもよい。これにより、施釉性を向上させてもよい。

上記釉薬に含まれる前記の赤外線反射特性を有する無機顔料は、釉薬が施された陶磁器表面の面積に対して、０．５〜７０ｇ/ｍ^２含有していることが好ましく、より好ましくは、１０〜６０ｇ/ｍ^２、さらに好ましくは２０〜５５ｇ/ｍ^２、最も好ましくは２０〜５０ｇ/ｍ^２である。０．５ｇ/ｍ^２未満の場合には、赤外線反射特性が低下するおそれがあり、７０ｇ/ｍ^２を超えても赤外線反射効果の増大があまり期待できない。

前記釉薬は、前記のごとく、常法により調製でき、何ら限定されるものではないが、例えば、釉原料と無機顔料に水を加えミルにて微粉砕して混合物として得ることができる。また、釉原料と無機顔料を水中で常温にて撹拌しつつ混合してもよく、必要に応じて、釉原料および無機顔料と共に解こう剤、展着剤等を混合して、調製していてもよい。

本発明において、赤外線反射特性を有する無機顔料としては、赤外線を吸収しにくい性質を有するものであれば特に限定されるものではなく、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＮｉから選択される元素を含む化合物が好ましい。特に、前記の元素の酸化物、複合酸化物等が好ましい。赤外線反射特性を有する具体的な無機顔料としては、ＦｅＯ、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｒＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３・２Ｈ_２Ｏ、ＭｎＯ、Ｍｎ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＣｏＯ、ＣｏＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４、（Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４、Ｃｕ（Ｃｒ，Ｍｎ）_２Ｏ_４、（Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ）_２Ｏ_４、（Ｆｅ，Ｚｎ）（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４、（Ｆｅ，Ｚｎ）Ｆｅ_２Ｏ_４、ＣｏＡｌ_２Ｏ_４、Ｃｏ（Ａｌ，Ｃｒ）_２Ｏ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３、（Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４等が挙げられる。これらのうち、Ｃｒ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３、（Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ）_２Ｏ_４、Ｆｅ（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４、（Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４、Ｃｕ（Ｃｒ，Ｍｎ）_２Ｏ_４、（Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_４が好ましい。また、前記の酸化物および複合酸化物は、単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができ、所望の色に着色された低蓄熱性陶磁器を製造できる。

陶磁器がタイルの場合、黒、紺、深緑色、茶、青色等の濃色または暗色系の色のタイル製品とするためには、前記の無機顔料ならびに一般的に用いられる陶磁器用顔料を、目的とする色彩に応じて適宜配合できるが、本願発明の蓄熱性タイルとするためには、その無機顔料は、釉薬が施されたタイル表面の面積に対して、０．５〜７０ｇ/ｍ^２含有していることが好ましく、より好ましくは、１０〜６０ｇ/ｍ^２、さらに好ましくは２０〜５５ｇ/ｍ^２、最も好ましくは２０〜５０ｇ/ｍ^２となるよう所定の量の釉薬を施し、その赤外線低下作用を発揮させることが必要である。また、黒、紺、深緑色、茶、青色等の濃色または暗色系の色は、目的とする色彩に応じて、１種単独であるいは複数種の顔料の組み合わせによって得てもよい。

以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される発明の思想および範囲内に入る他の態様も本発明に含まれる。

実施例１〜６
<タイルの調製>
下記の組成を有する釉薬を調整し、長石、陶石、粘土、黒色顔料よりなる磁器タイル用坏土を、焼成後９ｍｍになるような所定の厚さで成形した成形体の上に通常の方法、すなわち、エアー噴霧装置により釉薬乾物量で２００ｇ/ｍ^２施し、その後１２５０℃で焼成し磁器タイルを調製した。このときの黒色磁器素地のかさ比重は２．４、熱伝導率は１．３Ｗ／ｍ・Ｋである。陶磁器用釉原料は、長石、陶石、バリウム、石灰、カオリンよりなる一般的な釉原料を用いた。赤外線反射顔料としてはＭｎ，Ｆｅ及びＣｒの複合酸化物よりなるＡＧ−２３５（川村化学工業製）を用い、比較用の一般的な陶磁器用顔料としてＦｅ及びＣｒの複合酸化物黒色顔料８６９３（中島産業社製）を用いた。

表面温度は２つの方法で測定した。
<表面温度の測定１>
前記のように調製したタイルに、ＡＳＴＭＤ４８０３-９７「ポリ塩化ビニル建築資材の温度上昇予測のための試験方法」にしたがって、タイルの上方でかつ距離３９．５ｃｍからタイル表面にほぼ直角に赤外線が照射できるように２５０Ｗ赤外線ランプを配置し、常温のタイルに赤外線を照射後、温度が安定した時の温度と常温との差によりタイル表面の上昇温度を求めた。

参考例１として、通常の無釉磁器質白タイル（赤外線反射率が高い）における温度上昇を記載した。

その結果、通常の黒色タイルの表面（比較例１）との温度差をプロットした図１に示すように、赤外線反射顔料を表面釉薬に１８.２ｇ／ｍ^２含有する実施例４ではその表面温度につき優れた温度低下作用が観察され、これらの低下作用は４６.２ｇ／ｍ^２含量でさらに顕著となり、釉薬への赤外線反射顔料の添加により、用量依存的な表面温度低下作用が観察された。また、実施例４〜６では黒色タイルでありながら、参考例１に示した赤外線反射率が高く熱を吸収しにくい白いタイルとほぼ同温度の上昇に抑制できた。

<表面温度の測定２>
前記のように調製したタイルに、タイルの上方でかつ距離１２ｃｍからタイル表面にほぼ直角に赤外線が照射できるように１８５Ｗ赤外線ランプを配置し、照射開始３０分後の陶器タイルの表面および裏面の温度を赤外放射温度計（カスタム社製）を用いて計測した。

a 比較例３に対する温度低下を示す。

通常の黒色タイルの表面および裏面温度（比較例２，３）に比較し、赤外線反射顔料を表面釉薬に１８．２ｇ／ｍ^２含有する実施例４ではその表面および裏面温度につき優れた温度低下作用が観察され、これらの低下作用は４６．２ｇ／ｍ^２含量でさらに顕著となり、釉薬への赤外線反射顔料の添加により、用量依存的な表面および裏面温度低下作用が観察された。また、実施例４〜６では黒色タイルでありながら、参考例１に示した赤外線反射率が高く熱を吸収しにくい白いタイルとほぼ同温度の上昇に抑制できた。

（赤外線反射率の測定）
同じ黒色タイルの実施例４および比較例1においてＦＴ−ＩＲにて赤外線反射率を測定した。
図２に示すように、比較例１は反射率が低く赤外線を吸収するが、実施例４は赤外線領域である８００ｎｍ以上の波長で反射率が上昇し赤外線を反射している。そのため表面温度が上昇しにくい。

実施例７
前記実施例４において、陶器用黒色の素地に代えて、長石、粘土、陶石に発泡剤として炭化ケイ素を添加したかさ比重１．５および熱伝導率０．６Ｗ／ｍ・Ｋの断熱軽量タイル素地を焼成後９ｍｍになるような所定の厚さで成形した成形体として用いた以外は、実施例４の方法により釉薬を施し、１２５０℃で焼成し断熱軽量タイルを調製した。
［表面温度測定１］
この磁器タイルに、実施例４と同様に２５０Ｗ赤外線ランプにより赤外線を照射し、照射後安定時の陶器タイルの室温からの表面上昇温度を計測した。また、このときの裏面の温度上昇も測定した。また、比較例４として上記断熱軽量タイル素地を用いて比較例１とおなじ釉薬と方法で調製したものを同様に計測した。

［表面温度測定２］
前記実施例７記載の磁器タイルに、実施例４と同様に１８５Ｗ赤外線ランプにより赤外線を照射し、照射開始３０分後の陶器タイルの表面および裏面の温度を計測した。また、比較例５として上記断熱軽量タイル素地を用いて比較例３と同じ釉薬と方法で調製したものを同様に計測した。

断熱軽量タイルはその断熱性能により表面温度と裏面温度の差が大きくタイル裏面温度を下げることができるが、反面熱伝導率が低いので表面に熱が蓄積され易く、通常の磁器タイルに比較して表面温度が高くなりやすい。そこで、実施例７に示すように赤外線反射顔料を含んだ釉薬を施すことにより、表面温度を低下させることができ、この断熱軽量タイルの欠点を補うことができる。つまり、断熱軽量タイルの断熱性の効果に赤外線反射釉薬による表面温度の低下の効果を合わせることにより、裏面温度の低下効果をさらに増大させることができる。

本発明によって、陶磁器表面が異常に高温となることが防止され、それにより、例えば、タイルの場合、建物の室内温度上昇が緩和され、貼り付け剤である接着剤の劣化およびそれによるタイルの剥離を抑制できる。

図１は、実施例の赤外線反射顔料含有量と比較例１との表面温度差（ASTM D4803による）を示すグラフである。図２は、本願発明の陶磁器（実施例４）と比較例１についての各波長における反射率を示すグラフである。

Claims

陶磁器素地上に、赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬が施された低蓄熱性陶磁器であって、
該赤外線反射特性を有する無機顔料が、Ｃｒ _２Ｏ _３：Ｆｅ _２Ｏ _３、（Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ） _２Ｏ _４、Ｆｅ（Ｆｅ，Ｃｒ） _２Ｏ _４、（Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ） _２Ｏ _４、Ｃｕ（Ｃｒ，Ｍｎ） _２Ｏ _４および（Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ） _２Ｏ _４よりなる群から選択される単独あるいは２種以上の化合物であり、
該無機顔料が、釉薬が施された陶磁器表面の面積に対して、０．５〜７０ｇ/ｍ ^２含有されることを特徴とする該低蓄熱性陶磁器。
該陶磁器素地がかさ比重０．４〜１．９で熱伝導率が０．２〜０．９Ｗ／ｍ・Ｋの断熱性を有する軽量の陶磁器素地である請求項１記載の低蓄熱性陶磁器。
該陶磁器がタイルまたは粘土瓦であることを特徴とする請求項１または２記載の低蓄熱性陶磁器。
陶磁器用原料を用いた成形体の上に、赤外線反射特性を有する無機顔料を含む釉薬を施し焼成することを含み、ここに、該赤外線反射特性を有する無機顔料は、Ｃｒ _２Ｏ _３：Ｆｅ _２Ｏ _３、（Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ）（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ） _２Ｏ _４、Ｆｅ（Ｆｅ，Ｃｒ） _２Ｏ _４、（Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ） _２Ｏ _４、Ｃｕ（Ｃｒ，Ｍｎ） _２Ｏ _４および（Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ）（Ｆｅ，Ｃｒ） _２Ｏ _４よりなる群から選択される単独あるいは２種以上の化合物であり、該無機顔料が、釉薬が施された成形体表面の面積に対して、０．５〜７０ｇ/ｍ ^２含有されることを特徴とする低蓄熱性陶磁器の製造方法。
該成形体がかさ比重０．４〜１．９で熱伝導率が０．２〜０．９Ｗ／ｍ・Ｋの断熱性を有する軽量の陶磁器素地であることを特徴とする請求項４記載の低蓄熱性陶磁器の製造方法。
該成形体がタイルまたは粘土瓦であることを特徴とする請求項４または５記載の低蓄熱性陶磁器の製造方法。