JP6205751B2 - 高拡散反射性耐汚染性釉薬層を形成可能な釉薬組成物およびそれにより形成された釉薬層を有する部材 - Google Patents

Description

本発明は、釉薬組成物に関し、詳しくは耐熱基材、例えば建物の壁材の表面に釉薬層を形成するための釉薬組成物およびそれにより形成された釉薬層を有する建材に関する。

可視光を拡散・反射させて、その表面および周囲を明るく見せる部材、とりわけ建材は、例えばそれを室内で用いると、少ない照明であっても室内を明るく感じさせることができる。その結果、照明エネルギーのコスト削減が可能となる。さらに、建材は汚れが容易に除去出来るものであることが好ましい。光を広角に反射させる手段として表面を凹凸形状とすることが考えられるが、この表面の凹凸は汚れの観点からは一般的に好ましい形状ではない。

特開２０１１−２２６１５６号公報（特許文献１）は、室内の光の拡散を補助し、より少ない照明数で照度を維持または上昇させることができるタイルを開示している。ここでは、αアルミナを多く含む白色度の高い素地により、可視光の反射率が７０％以上となるとされている。また、特開２０１０−２５５１８８号公報（特許文献２）には、タイル基材表面に複数の凹凸部を形成し、さらに白色釉が施された光広角反射タイルが記載されている。いずれも基材表面の組成または形状に関する提案である。

一方で、釉薬層の白色度を高めるため、珪酸ジルコニウム等の粒子を添加することは知られている。粒子が可視光を吸収しないので白色度が高くなる。

特開２０１１−２２６１５６号公報 特開２０１０−２５５１８８号公報

本発明者らは、今般、ジルコニウム元素を含有するフリットと、珪酸ジルコニウム粒子とを含む釉薬組成物において、ジルコニウム元素量および珪酸ジルコニウム粒子の粒子径を特定範囲に置くことで、高拡散反射性に優れ、さらに耐汚染性を備えた釉薬層が実現できることを見出した。本発明はかかる知見に基づくものである。

従って、本発明は高拡散反射性に優れ、さらに耐汚染性を備えた釉薬層が実現できる釉薬組成物の提供をその目的としている。
さらに本発明は、本発明による釉薬組成物により得られた釉薬層を有する部材の提供をその目的としている。

そして、本発明による釉薬組成物は、ジルコニウム元素を含有するフリットと、珪酸ジルコニウム粒子とを含んでなる釉薬組成物であって、前記フリットにおける前記ジルコニウム元素の量が、ＺｒＯ_２換算で１．０質量％以上１５質量％以下であり、前記珪酸ジルコニウム粒子の平均粒子径が、０．４μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とするものである。

また本発明による部材は、基材の少なくとも一つの面に釉薬層が形成されてなる部材であって、前記釉薬層が、ガラス質成分と、珪酸ジルコニウム粒子とを含んでなり、前記珪酸ジルコニウム粒子が、粒子径が０．３μｍ以下の粒子と、粒子径が０．３μｍを超える粒子であって、その平均粒子径が０．４μｍ以上５μｍ以下の範囲にある粒子とからなることを特徴とするものである。

本発明によれば、高拡散反射性に優れ、さらに耐汚染性を備えた釉薬層を形成可能な釉薬組成物が提供される。

定義
本明細書において、「粒子の平均粒子径」とは、走査型電子顕微鏡により倍率５０００倍で粒子５０個を観察し、円形近似にて求めた直径の、個数基準でのメジアン径（すなわち、累積分布における５０％の径：Ｄ５０）である。釉薬組成物における粒子径は、組成物の乾燥物を上記条件で求めた値であり、釉薬層における粒子径は、その破断面において観察される粒子を上記条件で求めた値である。

釉薬組成物
本発明による釉薬組成物は、ジルコニウム元素を含有するフリットと、珪酸ジルコニウム粒子とを含んでなる。

本発明においてフリットは、ジルコニウム元素をＺｒＯ_２換算で１．０質量％以上１５質量％以下含んでなるものであり、好ましくは１．２質量％以上１０質量％以下含んでなるものである。本発明の好ましい態様によれば、フリットはジルコン乳濁フリットである。本発明において、上記量のジルコニウムを含むフリットは焼成すると、ガラス質のマトリックス中に珪酸ジルコニウムの微結晶を析出させる。本発明の好ましい態様によれば、この微結晶の粒径は０μｍを超え０．３μｍ以下である。

本発明において、珪酸ジルコニウム粒子は、０．４μｍ以上５μｍ以下の平均粒子径の粒子である。好ましくは、平均粒子径は０．４μｍ以上、２．０μｍ以下である。より好ましい平均粒子径の範囲は、０．４μｍ以上１．０μｍである。

本発明の好ましい態様によれば、フリットにおけるジルコニウム元素の量は、釉薬組成物の固形分に対してＺｒＯ_２換算で１質量％以上７質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２質量％以上５質量％以下である。

本発明の好ましい態様によれば、珪酸ジルコニウム粒子の量は、釉薬組成物の固形分に対して１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以上２０質量％以下である。

本発明の好ましい態様によれば、本発明による釉薬組成物は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下である、アルミナ、珪砂、タルク、および水酸化アルミニウムより選択される成分からなる無機粒子の少なくとも一種をさらに含んでなる。これら無機粒子の添加により、釉薬層表面の光沢を抑えることができるとの効果が得られ、これにより質感において多様な外観が実現できる。とりわけ、アルミナは屈折率が比較的高いので、この効果が顕著である。

本発明による釉薬組成物は、粉体か、または水で分散させたスラリーの形態である。スラリー形態の釉薬組成物は、珪酸ジルコニウム粒子およびフリット、さらに場合により無機粒子を混合後、水を添加しミルで粉砕してスラリーを作製することができる。粉体の釉薬組成物は、スラリーをスプレードライ等で顆粒化して作製することができる。

本発明の好ましい態様によれば、形成される釉薬層において、Ｆｅ元素の含有量が、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で０を超え０．１質量％以下となるような釉薬組成物とすることが好ましい。鉄の含有量をこのような低い値とすることで、鉄元素による可視光の吸収がなくなり、より高い拡散反射が実現できるからである。

釉薬層
本発明による釉薬組成物により形成される釉薬層は、その焼成の結果、ガラス質成分と、珪酸ジルコニウム粒子とを含んでなり、珪酸ジルコニウム粒子が、粒子径が０．３μｍ以下の粒子と、粒子径が０．３μｍを超える粒子であって、その平均粒子径が０．４μｍ以上５μｍ以下の範囲にある粒子とからなることを特徴とする。

本発明において、上記したように、ジルコニウムを含むフリットは焼成すると、ガラス質のマトリックス中に珪酸ジルコニウムの微結晶、好ましくは０．３μｍ以下の粒径の微結晶を析出する。この析出した微結晶が、本発明による組成物により形成された釉薬層中の粒子径が０．３μｍ以下の珪酸ジルコニウム粒子となる。

本発明による釉薬組成物により形成される釉薬層は、拡散反射性に優れ、さらに耐汚染性を備える。これらの好ましい性質が得られる理由は定かではないが、次のように考えられる。本発明による釉薬組成物により形成される釉薬層には、釉薬組成物に添加された珪酸ジルコニウム粒子に加え、焼成時にジルコニウムを含むフリットから析出した珪酸ジルコニウム粒子が存在する。後者は前者に比較し粒子径が小さい。その結果、比較的大きな粒子と小さな粒子とが釉薬層中には存在することになり、効率よく広い波長範囲において光を広角に拡散させることが出来ると考えられる。つまり、光の拡散にあたり、釉薬層の深さ方向の構成を利用している。具体的には、可視光が層の内部に入射することで、粒子径の違いに応じて異なる反射、散乱が生じ、これにより高拡散反射性が得られているものと考えられる。一般的に粒子を添加することで光の拡散反射を行おうとすると、その粒子が釉薬層表面において凹凸を形成し、汚れがこの凹凸部分に溜まることから、防汚の点からは不利になることがある。本発明にあっては、形成される釉薬層の表面はガラス質であり、その内部に上記の二種の粒子径の粒子が存在する。このような存在形態は、釉薬組成物に添加される珪酸ジルコニウム粒子の粒径と、フリット中のジルコニウム含有量を制御することにより実現されたものと考えられる。ガラス質の表面は平滑であり、汚れが付き難く、また一旦汚れが付いたとしても容易に除去可能となる。

釉薬層を有する部材
本発明によれば、上記の釉薬組成物により形成された釉薬層を有する部材が提供される。本発明による釉薬組成物はその製膜性において一般的な釉薬組成物と異なるところがなく良好であり、従って、この部材における釉薬層の形成は、釉薬組成物から釉薬層を形成する一般的な手法、方法により行われて良い。従って、本発明による釉薬組成物を基材に適用し、適宜乾燥後、焼成することにより、釉薬層を有する部材が得られる。釉薬組成物の適用は、粉体を積層する方法、スラリーをコートする方法等によりおこなわれてよい。また、焼成温度は、好ましくは１０００℃以上１３００℃以下で行われることが好ましく、焼成後自然冷却または徐冷される。

本発明の好ましい態様によれば、本発明の釉薬組成物とは異なる釉薬組成物を基材に適用して釉薬層を形成した表面に、本発明の組成物により形成された釉薬層が設けられた二層とすることが好ましい。一層目の釉薬層を形成する第一の釉薬組成物は特に限定されないが、高拡散反射性をより高めるため、無機粒子及び／又は珪酸ジルコニウム粒子を含み、かつ、白色である層が好ましい。第一の釉薬組成物の好ましい態様としては、フリット、陶石、滑石、カオリン、長石などを複数組み合わせて、さらに、無機粒子、珪酸ジルコニウム粒子、及び／又は乳濁剤を加えた釉薬組成物により形成された釉薬層が挙げられる。他の好ましい態様としては、本発明による釉薬組成物を二層に形成することが挙げられる。

上記の釉薬層が二層とされた態様において、釉薬層の膜厚は適宜決定されてよいが、好ましくは、第一層および第二層ともに、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。

本発明の好ましい態様によれば、本発明による釉薬組成物により形成された釉薬層上に、さらに光触媒層を形成しても良い。これにより、部材に有害物質分解性、抗菌性、または親水性を付与することができる。光触媒層は、拡散反射性を低下させないように透明であるか、厚さを１００ｎｍ以下とするか、島状に点在させることが好ましい。

また、本発明による釉薬組成物により形成された釉薬層上に、拡散反射性を損ねない範囲でさらに他の釉薬層を設けてもよい。前記他の釉薬層は全面または部分的に形成されて良い。前記他の釉薬層により、拡散反射特性を保ったまま他の性質、例えば防汚性を向上させたり、意匠に変化をつけたりすることができる。前記他の釉薬層は実質的に透明であることが好ましい。またマット釉であることが好ましい。

本発明による釉薬組成物が適用される基材は、焼成に耐えうるものであれば、その形状、材質等は限定されない。例えば、平板、曲板、中空体の基材に適用することができる。また、基材には、その光拡散性を高めるための凹凸模様を付与しても良い。例えば、凹凸模様は、凸部の高さが０．１〜３ｍｍ、凸部が規則的に配列しても不規則的に配列してもよい。

基材の具体例としては、建材、とりわけ内装建材が挙げられる。本発明によれば、光の高拡散反射性に優れることから、少ない照明数や弱い光であっても、また窓から導入される光を高度に拡散反射させるので、室内または構内を明るくでき、省エネルギーに寄与する。さらに、具体的な建材として、内装壁、内装床、トンネル内装、建築物の構内建材が挙げられる。

本発明による部材は、間接照明や半間接照明の反射材として好適に利用できる。本発明の部材を反射材として利用することにより、照明の光が空間に広く行き渡り、明るい空間を提供できる。また、本発明の部材は高い拡散反射性と耐汚染性を備えているので、居住空間や水まわりに好適に利用することができる。例えば、化粧室に本発明の部材を用いることによって、利用者の手元や顔に影ができ難くなる。例えば、居住空間に本発明の部材を用いることによって、均一な柔らかい質感の光を演出させることができる。

本発明を以下の実施例による更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

評価方法
後記する方法により製造された部材の評価は、以下の通りに行った。
色差
ＪＩＳ−Ｚ−８７２２「色の測定方法 反射および透過物体色」に準じて行った。測定装置として、日本電色工業株式会社製ＳＥ６０００を用いた。測定条件は、光源D65、測色径８ｍｍ、積分球φ５２ｍｍとし、ＸＹＺ表色系からＬ^＊、ａ^＊、ｂ^＊を算出した。一つの部材につき２点で測定し、その平均値を評価結果とした。

光沢度
ＪＩＳ−Ｚ−８７４１「鏡面光沢度 測定方法」に準じて行った。測定装置として、日本電色工業株式会社製ＰＧ−１Ｍを用いた。測定角は６０°として、一つの部材につき２点で測定し、その平均値を評価結果とした。

可視光反射率
ＪＩＳ−Ｚ−８７２２「色の測定方法 反射および透過物体色」に準じて行った。測定装置として、日本電色工業株式会社製ＳＥ６０００を用いた。測定条件は、光源D65、測色径８ｍｍ、積分球φ５２ｍｍとし、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域の反射率を測定した。、一つの部材につき２点で測定し、その平均値を評価結果とした。

外観
目視で表面に写る写像を３段階で評価した。
「マット」：物の映り込みを認識できない。
「セミマット」：物が映りこんでいることが認識できる。
「ブライト」：映りこんだ物の形状がはっきり認識できる。

耐汚染性
部材表面に、黒色油性インキのフェルトペンで線を引き、室温下１０分放置した。その後、水を湿らし固く絞った雑巾で表面を擦った。汚れが完全に除去でき、目視で残留物が確認できない状態を○、汚れは多少除去できるものの目視で残留物が確認できるものを△、汚れが全く除去できないものを×と評価した。

例１〜９
基材の調製
珪灰石５０質量％、粘土４０質量％、および滑石１０質量％の乾燥粉末を混合した後、水を添加して可塑性の坏土を調製した。この坏土を押出成形機を用いて成形し、圧延して、幅６００ｍｍ、長さ９００ｍｍ、厚さ４ｍｍの素地平板を作製した。素地平板を乾燥後、ローラーハースキルンにて最高温度１１５０℃で焼成した。

第一の釉薬組成物の調整
長石４０質量部、カオリン１５質量部、珪酸ジルコニウム粒子１５質量部、および酸化ジルコニウム粒子が混合されたフリット３０質量部を、水４０質量部と混合し、ミルで２０分間粉砕して、スラリー状の第一の釉薬組成物を調製した。ここで用いた、珪酸ジルコニウム粒子の平均粒子径は０．８μｍであった。

第二の釉薬組成物
下記の表１に記載の組成を有するフリット１および２を用意した。ここで、フリット１は、焼成によって珪酸亜鉛の結晶が析出する亜鉛結晶フリットであり、フリット２は焼成によって珪酸ジルコニウムの微結晶が析出するジルコン乳濁フリットと呼ばれるものである。

さらに、下記の表２に記載の組成を有する釉薬組成物を以下のように調整した。すなわち、表に示す配合で原料を混合し、混合体１００質量部に対して水を３８質量部添加し、ミルで２０分間粉砕して、スラリー状の第二の釉薬組成物を調製した。

なお、表中の成分のスラリー状の釉薬組成物を調製した後の平均粒子径は、アルミナが３μｍ、珪酸ジルコニウム１が０．８μｍ、そして珪酸ジルコニウム２が１．６μｍであった。

施釉
基材表面に第一の釉薬組成物を塗布した。塗布量は、焼成後の第一の釉薬層の厚みが０．３ｍｍとなるように調整した。次いで、第一の釉薬組成物を塗布した面に第二の釉薬組成物を塗布した。塗布量は、焼成後の第二の釉薬層の厚みが０．４ｍｍとなるように調整した。

乾燥および焼成
施釉後、室温で約１時間、自然乾燥させた後、電気ローラーハースキルンにて焼成して部材を得た。焼成は、例１〜７、１０、および１１については最高温度１１００℃を３５分間保つ条件で行い、また例８、９については最高温度１１００℃を４０分間保つ条件で焼成した。ローラーハースキルンから焼成体を搬出した後、自然冷却した。

評価結果
得られた部材を、上記した方法により、色差、光沢度、可視光反射率、外観、および耐汚染性について評価した。その結果は、下記の表３に示される通りであった。

例１０
第二の釉薬組成物において、フリット１を３４質量部、フリット２を３１．５質量部、カオリンを８質量部、アルミナを１８．５質量部、珪酸ジルコニウム粒子１を１１質量部、それぞれ配合してなる釉薬組成物を用いた以外は、例１と同様にして部材を調製した。

例１１
例１０において、カオリンおよび珪酸ジルコニウム粒子１を鉄分含有量の少ないものに置換した以外は、同様にして部材を得た。すなわち、カオリンとして、鉄分がＦｅ_２Ｏ_３換算濃度で０．８質量％のものに代えて０．３質量％のものを、珪酸ジルコニウム粒子として、鉄分がＦｅ_２Ｏ_３換算濃度で０．０３質量％のものに代えて０．００質量％であるものを用いた。

得られた例１０および１１の部材について、上記した方法により可視光反射率を測定した。その結果は、下記の表４に示される通りであった。

例１２
例１１において、第一の釉薬組成物を用いず、第二の釉薬組成物を２回塗布して、焼成後の釉薬層の膜厚が０．７ｍｍとなるよう調製した以外は、同様にして部材を得た。得られた部材について、上記した方法により可視光反射率を測定した。その結果は、下記の表５に示される通りであった。また、上記した方法により耐汚染性試験を行なった。その結果は○であった。

Claims (9)

1. 基材の少なくとも一つの面に釉薬層が形成されてなる部材であって、
   前記釉薬層の少なくともその一の層が、ガラス質成分と、珪酸ジルコニウム粒子とを含んでなり、
   前記珪酸ジルコニウム粒子が、粒子径が０．３μｍ以下の粒子と、粒子径が０．３μｍを超える粒子であって、その平均粒子径が０．４μｍ以上５μｍ以下の範囲にある粒子とからなり、
   前記粒子径が０．３μｍ以下の粒子を、ＺｒＯ _２ 換算で１質量％以上７質量％以下含有し、
   前記粒子径が０．３μｍを超える粒子を、１質量％以上３０質量％以下含有することを特徴とする、部材。
2. 前記部材が建材である、請求項１に記載の部材。
3. 前記建材が内装建材である、請求項２に記載の部材。
4. ジルコニウム元素を含有するフリットと、珪酸ジルコニウム粒子とを含んでなり、前記フリットにおける前記ジルコニウム元素の量がＺｒＯ_２換算で１．０質量％以上１５質量％以下であり、前記珪酸ジルコニウム粒子の粒子径が０．３μｍを越えかつ、その平均粒子径が０．４μｍ以上５μｍ以下である釉薬組成物を基材に適用し、焼成して前記基材上に釉薬層を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
5. 前記フリットにおける前記ジルコニウム元素の量が、ＺｒＯ_２換算で１．２質量％以上１０質量％以下である、請求項４に記載の部材の製造方法。
6. 前記フリットにおけるジルコニウム元素の量が、前記釉薬組成物の固形分に対してＺｒＯ_２換算で１質量％以上７質量％以下である、請求項４または５に記載の部材の製造方法。
7. 前記珪酸ジルコニウム粒子の量が、前記釉薬組成物の固形分に対して１質量％以上３０質量％以下である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
8. 前記フリットが、ジルコン乳濁フリットである、請求項４〜７のいずれか一項に記載の部材の製造方法。
9. 前記釉薬組成物が、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下である、アルミナ、珪砂、タルク、および水酸化アルミニウムより選択される成分からなる無機粒子の少なくとも一種をさらに含んでなる、請求項４〜８のいずれか一項に記載の部材の製造方法。