JPH0648766A - ガラスフリット組成物 - Google Patents
ガラスフリット組成物Info
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- JPH0648766A JPH0648766A JP5085807A JP8580793A JPH0648766A JP H0648766 A JPH0648766 A JP H0648766A JP 5085807 A JP5085807 A JP 5085807A JP 8580793 A JP8580793 A JP 8580793A JP H0648766 A JPH0648766 A JP H0648766A
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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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-
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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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Abstract
を提供する。 【構成】 酸化物基準の重量パーセントで表して、51
−59%のSiO2 、0−2%のLi2 O、3.5−7
%のNa2 O、6−8.5%のK2 O、10−15%の
Li2 O+Na2 O+K2 O、9−12%のB2 O3 、
0−7%のCaO、0−12%のSrO、0−9%のB
aO、0−10%のZnO、8−18%のCaO+Sr
O+BaO+ZnO、および4.5−7%のAl2 O3
からなり、(Li2 O+Na2 O+K2 O):(CaO
+SrO+BaO+ZnO)のモル比が1.0より大き
く約1.4までの範囲にある。
Description
ないガラスフリット組成物およびそのガラスフリットに
よるうわ薬とガラスセラミックボディからなる複合体製
品に関するものである。
ックボディ、およびセラミックボディを装飾する従来の
技術において、その表面に装飾的なデザインとつや出し
状態を与えてそのボディの美的外観を高めるように施さ
れる透明なガラスであって、それにより消費者に対して
購買意欲を刺激するものとして認識されている。うわ薬
は従来、通常「フリット」と称される微粉砕ガラス粒子
のスリップまたはスラリーの形態で表面に施され、その
スリップの乾燥後、このフリットは焼成されてその粒子
を溶融し、ボディの表面上に良好に接着した連続ガラス
質塗膜を形成する。
鉛(PbO)と、それほど頻繁ではないが相当な量の酸
化カドミウム(CdO)を慣習的に含有している。それ
らの酸化物は、うわ薬フリットへの使用に対して、それ
らのフリットを特に望ましくする2つの特性を示す。第
1に、それらの酸化物はガラスを「柔軟」にする。すな
わち、その酸化物は、ガラスを、ボディの熱変形が生じ
ないように十分に低い温度で溶融し、うわ薬が施される
ボディの表面に沿って流動するようにガラスの軟化点を
低くする。第2に、それらの酸化物は、ガラスの屈折率
を上昇させて、それによりうわ薬により示されるグロス
を高める。CdOはまた、あるフリットにおいて着色剤
としても用いられている。しかしながら残念なことに、
CdOとPbOの両者とも、それらの化合物を含有する
組成物が食品と接触する場合のその放出に関して、厳重
な規則が食品薬品管理局(Food and Drug Administrari
on(FDA))により適応されているように、非常に毒
性が強い。
放出の最大限度を設定した。規定された試験において、
うわ薬表面を、室温で24時間に亘り4%の酢酸水溶液
と接触せしめる。その後に、酢酸水溶液の試料の原子吸
光分光器における吸収について試験し、観察した値を標
準曲線上の金属濃度値に変換して、鉛含有量が百万分の
一部(ppm)で得られる。その鉛値は、うわ薬表面ま
たは装飾表面を有し、試験のために特定水準の酢酸水溶
液が満たされる中空製品の内容積に基づく。類似の試験
がまた、容器または皿の外表面への使用に工夫されてい
る。
は、ガラスセラミック製品への用途に開発されたうわ薬
を開示しており、ここでカリウムフルオルリヒテライト
結晶がその主結晶相を構成し、または10容積%より多
い量の、通常約10−20%のカリウムフルオルリヒテライ
トとクリストバライトが実質的に単独の結晶相を構成し
ている。前者のガラスセラミック製品は、米国特許第4,
467,039 号(ビオールら)に記載されており、酸化物基
準の重量パーセントで表して、50−70%のSi
O2 、4−15%のCaO、8−25%のMgO、3−
8%のF、2−9%のNa2 O、2−12%のK2 O、
0−3%のLi2 O、および0−7%のAl2O3 から
実質的になる。後者のガラスセラミック製品は、米国特
許第4,608,348号(ビオールら)に記載されており、酸
化物基準の重量パーセントで表して、65−69%のS
iO2 、0.75−3.5%のAl2 O3 、13.0−
17.5%のMgO、3−4.8%のCaO、0.5−
2%のLi2 O、1.5−3.5%のNa2 O、4.2
−6%のK2 O、0−2.5%のBaO、0−2.5%
のP2 O5 、および3.3−5.5%のFから実質的に
なる。特許第4,582,760 号に開示されたうわ薬は、FD
A試験方法が行なわれたときに1ppmを超えない鉛放
出を示し、酸化物基準の重量パーセントで表して、46
−50%のSiO2、5−8%のAl2 O3 、0.3−
1%のZrO2 、1−2%のLi2 O、2−3.5%の
Na2 O、1−2%のK2 O、1−4%のCaO、2−
6%のZnO、2−6%のSrO、9−11%のB2 O
3 、および20−25%のPbOから実質的になる。鉛
の放出は、FDAにより許可されている最大限よりもは
るかに低い。
の鉛とカドミウムの完全な除去に対して引き続き公の圧
力が加えられるために、ガラス製品、ガラスセラミック
製品およびセラミック製品のフリットとして用いられる
鉛とカドミウムを含まないガラスを開発する研究が続け
られている。PbOおよび/またはCdOのガラス組成
物からの除去には、そのフリットに必要な化学特性と物
理特性を与える他の成分の置換が要求されることが認め
られている。すなわち、そのフリットは、以下の特性を
示さなければならない: (1) フリットは良好なガラス安定性を示さなければ
ならない。すなわち、フリットは、焼成せしめられて製
品の表面を被覆する間に失透してはならない; (2) うわ薬の腐食が、グロスの損失、ヘイズおよび
/または真珠光の生成、多孔性の発生、またはうわ薬の
外観および/または物理的特性に有害な他の欠点を導く
ので、フリットは酸と塩基による攻撃に対して優れた抵
抗を示さなければならない; (3) フリットの焼成または熟成温度、すなわち、フ
リットが滑らかな均質塗膜を生成する十分な流動を示す
温度は、被覆されるボディの熱変形を抑制するのに十分
低くあるべきである;そして (4) フリットの線熱膨脹係数は、ひび割れおよび/
またはスポーリングを起こさないように被覆される製品
の線熱膨脹係数と一致しなければならず、好ましいフリ
ットは、被覆される製品の線熱膨脹係数よりもいくぶん
低い線熱膨脹係数を有し、それにより塗膜ボディが室温
に冷却される場合に圧縮応力下で熟成塗膜を配する。
線熱膨脹係数は、 0°−300 ℃に亘って約60−70×10-7
/℃の間の範囲に亘り、それにより、特許第4,467,039
号および特許第4,608,348 号のガラスセラミックボディ
に施された場合に表面圧縮の発達を確実にし、ここでそ
れらのボディは、特許第4,467,039 号の製品では、約80
−100 ×10-7/℃の範囲の線熱膨脹係数( 0°−300
℃)を、特許第4,608,348 号の製品では、約100 −140
×10-7/℃を示す。
または食品サービス用途を意図する場合には、うわ薬
は、食品中に存在する酸と塩基並びに市販の皿洗い器に
用いられるような洗浄剤による攻撃に抵抗しなければな
らない。
社は、特許第4,608,348 号内に包含される、スプレマR
の商標でコーニングコード0308としてガラスセラミ
ック食器を市販しており、そのガラスセラミックは、主
結晶相としてのカリウムリヒテライトとクリストバライ
トを含有し、酸化物基準の重量パーセントで表して、6
6.8%のSiO2 、1.7%のAl2 O3 、14.5
%のMgO、4.4%のCaO、0.21%のBaO、
4.75%のK2 O、3.3%のNa2 O、0.8%の
Li2 O、1.15%のP2 O5 、3.74%のF、
0.23%のSb2 O3 、0.014%のNiO、0.
0015%のCo3 O4 、および0.02%のFe2 O
3 からなる基礎組成を有する。
%のFe2 O3 、0.055−0.16%のNiO、
0.0015−0.0029%のSe、および0−0.
0014%のCo3 O4 からなるカラーパッケージを、
スプレマR 食器の基礎組成に加えて、そこにベージュ色
を与えており、その添加は米国特許第5,070,043 号(ア
マンドソン、Jr.ら)に記載されている。その食器の
結晶ミクロ構造および化学特性と物理特性はその添加に
より変更されない。コーニングコード0309として市
販されている製品は、酸化物基準の重量パーセントで表
して、66.1%のSiO2 、1.67%のAl
2 O3 、14.11%のMgO、4.63%のCaO、
0.22%のBaO、4.75%のK2 O、3.15%
のNa2 O、0.78%のLi2 O、1.15%のP2
O5 、3.3%のF、0.07%のSb2O3 、0.0
85%のNiO、0.0005%未満のCo3 O4 、
0.07%のFe2 O3 、および0.0018%のSe
からなる基礎組成を有する。
アルミナボディを被覆するように設計された鉛不含有う
わ薬を開示しており、そのうわ薬は、重量パーセント
で、50−54%のSiO2 、5−8%のAl2 O3 、
6−12%のB2 O3 、2−8%のMgO、5−8%の
SrO、2−15%のBaO、1−2%のZnO、およ
び4−6%のLi2 O+Na2 O+K2 Oから実質的に
なる。アルカリ金属酸化物とシリカの含有量は全般的
に、本発明のうわ薬に要求される含有量より低く、Mg
Oが必要な成分となっている。
ルミナボディを被覆する鉛不含有うわ薬を記載してお
り、そのうわ薬は、重量パーセントで、48−54%の
SiO2 、7−11%のAl2 O3 、16.5−20%
のB2 O3 、2−3%のCaO、0−1%のMgO、1
1−14%のBaO、2−2.5%のZnO、4.25
−5.25%のNa2 O、0.4−1%のK2 O、およ
び0−0.25%のLi2 Oから実質的になる。
般的に、本発明のガラスに必要な量より少なく、Al2
O3 とBaOの水準は高すぎる。
ルミナボディを被覆するのに配合された鉛不含有うわ薬
を記載しており、そのうわ薬は、重量パーセントで、3
5−54%のSiO2 、7−11%のAl2 O3 、17
−25%のB2 O3 、2−3%のCaO、8.5−21
%のSrO、2−2.5%のZnO、4.25−5%の
Na2 O、および0.7−1%のK2 O+Li2 O+M
gOから実質的になる。
的に、本発明のうわ薬に必要な量より低く、B2 O3 と
Al2 O3 の含有量は高い。
セラミック食器を被覆するのに適した鉛不含有うわ薬を
記載しており、そのうわ薬は、重量パーセントで、53
−61%のSiO2 、7−12%のAl2 O3 、2−6
%のB2 O3 、0−0.7%のMgO、6−12%のC
aO、1.7−4%のSrO、0−5%のBaO、0−
8%のZrO2 、3.5−6.5%のLi2 O+Na2
O+K2 O、および6−12.5%のZnOから実質的
になる。
本発明のうわ薬に必要な水準より低く、Al2 O3 の濃
度は高い。
鉄、スチール、およびアルミニウムのような金属を被覆
するための鉛不含有エナメルを記載しており、そのエナ
メルは、重量パーセントで、31−39%のSiO2 、
13−21%のB2 O3 、14−21%のNa2 O、1
−5%のK2 O、5−20%のZnO、2−10%の
F、および合計で2−9%の、0−5%のAl2 O3 +
0−5%のTiO2 +0−5%のZrO2 から実質的に
なる。
要な量より低く、Na2 OとB2 O3 の水準は高く、フ
ッ素が必要な成分となっている。
は、ステンレス鋼および様々なニッケルベースの合金を
被覆するために発明された鉛不含有フリットを記載して
おり、そのフリットは、重量パーセントで、44−54
%のSiO2 、10−14%のB2 O3 ,3−4%のL
i2 O、13−16%のNa2 O、10−13%のK2
O、4−6%のCaO、1−2%のSrO、および2−
3%のBaOから実質的になる。
とされる量より全般的に低く、アルカリ金属酸化物の量
は本発明のフリットの許容されている最大限を超え、A
l2O3 がフリット組成物に含まれていない。
は、モルパーセントで表して、55−75%のSi
O2 、8−13%のB2 O3 、0.5−3%のAl2 O
3 、3−9%のNa2 O、2−5%のZrO2 、0.5
−16%のBaO、および合計で12%までの、0−5
%のK2 O+0−10%のLi2 O+0−2%のMgO
+0−5%のCaO+0−3%のSrO+0−2%のZ
nOからなる組成を有する鉛不含有うわ薬を開示してい
る。
本発明のうわ薬に要求される範囲内に含まれる組成を有
していない。全般的に、Si2 OとB2 O3 の含有量は
本発明のうわ薬に許容される最大限より高く、Al2 O
3 の水準は低すぎ、ZrO2が必要な成分となってい
る。
は、モルパーセントで表して、45−60%のSi
O2 、6−13%のB2 O3 、8−25%のZnO、5
−14%のNa2 O、0−8%のK2 O、0−5%のL
i2 O、0−8%のCaO、0−8%のSrO、0−9
%のBaO、0−10%のBi2 O3 、0−4%のAl
2 O3 、0−6%のZrO2 、0−7%のTiO2 、お
よび0−1%のWO3 から実質的になる鉛不含有うわ薬
を記載している。
本発明のうわ薬に要求される間隔の組成内に含まれてい
ない。さらに、SiO2 とAl2 O3 の濃度は、本発明
のうわ薬に必要とされる最小限よりも全般的に低く、B
2 O3 とZnOの水準は、本発明のうわ薬に許容される
水準より全般的に高い。
特許第4,608,348 号および特許第5,070,043 号に開示さ
れた範囲内の組成を有するガラスセラミックボディに使
用される鉛不含有でカドミウム不含有のうわ薬を開発す
ることにあった。言い換えれば、本発明の目的は、特許
第4,582,760 号に記載のうわ薬の代替、すなわち、その
特許のうわ薬により示されたのと同様な化学特性と物理
特性を示すが、その組成中に鉛とカドミウムを含有しな
いうわ薬を発見することにあった。
で市販されている食器への用途に適した鉛不含有でカド
ミウム不含有のうわ薬を開発することにあった。
基準の重量パーセントで表して、51−59%のSiO
2 、0−2%のLi2 O、3.5−7%のNa2 O、6
−8.5%のK2 O、10−15%のLi2 O+Na2
O+K2 O、9−12%のB2 O3 、0−7%のCa
O、0−12%のSrO、0−9%のBaO、0−10
%のZnO、8−18%のCaO+SrO+BaO+Z
nO、および4.5−7%のAl2 O3 から実質的にな
り、(Li2 O+Na2 O+K2 O):(CaO+Sr
O+BaO+ZnO)のモル比が1.0より大きく約
1.4までの範囲にあるうわ薬組成物により実現され
る。それらのうわ薬は、85×10-7/℃以下、好ましくは
約70−85×10-7/℃の線熱膨脹係数(25°−300 ℃)を
示し、それにより、表面圧縮層の発達を確実にする。
の熱変形を避けるように、900 °−1000℃の間の温度で
良好な流動を示す。それらのうわ薬は、酸と塩基による
攻撃に強く抵抗する。それらのうわ薬は、良好な透明性
と高グロスを含む優れた外観を示す。それゆえ、本発明
のうわ薬の特性は、特許第4,582,760 号に開示されたう
わ薬により示された特性と緊密に一致する。
2 O、4−7%のNa2 O、6.5−8%のK2 O、7
−9.5%のZnO、2.5−6.5%のSrO、10
−11.5%のB2 O3 、5−6.5%のAl2 O3 、
および55.5−58.5%のSiO2 から実質的にな
り、(Na2 O+K2 O):(SrO+ZnO)のモル
比が1.0より大きく約1.2までの範囲にある。
いて記載されたものであるが、ガラス業界において慣習
的な着色剤、例えば、遷移金属酸化物CoO、Cr2 O
3 、CuO、Fe2 O3 、MnO2 、NiO、およびV
2 O5 、セレニウム、並びに希度類金属酸化物が、通常
の量で、好ましくは約2%まで含まれることが認識され
ている。
説明する。
から計算した酸化物基準の重量部で表したガラス組成物
を示すものである。各成分の合計がほぼ100 となるの
で、全ての目的において、各値は重量パーセントを示す
ものと考えられる。一般的に、実際のバッチ成分は、他
の成分とともに溶融されたときに、適切な割合で所望の
酸化物に転化される酸化物または他の化合物のいずれで
あってもよい。例えば、Na2 CO3 とCaCO3 は、
それぞれNa2 OとCaOの供給源を提供する。
して、均質な溶融物を確実にし、その混合物を白金また
はシリカのるつぼに装填した。そのるつぼを約1400℃で
運転している炉中に移送し、その中で約3時間バッチを
溶融した。各溶融物の一部をスチールの型に注ぎ入れ、
約3”×3”×0.5 ”(〜7.6 ×7.6 ×1.25cm)の寸
法を有するガラススラブを形成し、そのスラブを約550
℃で運転しているアニーラーに直ちに移送した。各溶融
物の残りを流水浴中に微細な流れとして注ぎ(この操作
はガラス業界で「ドリゲージング(drigaging )」と称
される)、摩砕によりサイズで平均15ミクロンの粒子ま
でさらに粉砕される微粉砕ガラス粒子を生成した。
所の活動を示すものであり、本発明において操作可能な
ガラス組成物は、商業的なガラス製造に従来用いられて
いる混合、溶融および形成工程を用いて行なうことがで
きることが分かる。すなわち、バッチ成分をともに完全
にブレンドし、均質な溶融物を得るのに十分長い時間に
亘り十分に高い温度で溶融し、その後にガラス製品に形
成することのみが必要である。
膨脹係数(Exp)、℃で記録された軟化点(S.
P.)、アルカリ性洗浄剤による攻撃に対する抵抗の質
的評価(洗浄剤)および酢酸による攻撃に対する抵抗の
質的評価(酸)の測定に用いるバーをガラススラブから
切断した。
4%の酢酸水溶液の浴中に室温で24時間浸漬し、その浴
から試料を取り出し、グロスの欠損の存在、多孔性の発
生、および/または酸の攻撃により生成したいかなる変
色(真珠光)を観察して試料を視覚的に検査することよ
り構成された。表IIにおいて「irr」は真珠光の発生
を示し、「nc」は不変であったことを示す。
工程からなる: (a) ミネソタ州、セントポールのエコノミックスラ
ボラトリー社により市販されているスーパーソイラック
スR の0.3 重量%の水溶液を調製し、(b) その溶液
を95℃まで加熱し、(c) うわ薬の試料をその熱した
溶液に浸漬し、(d) 72時間の浸漬後、試料を取り出
し、うわ薬のグロスの変化を観察して視覚的に検査す
る。
てのこの試験の後に容認できると思われた。
剤媒質と混合して、生成したスリップを緑のスプレマR
のカップと小さな皿、すなわち、前駆体ガラスから形成
された食器上に吹き付けた。次いで被覆した食器を電気
加熱炉中に配し、300 ℃/時間の速度で980 ℃まで加熱
し、その温度で1時間保持し、そして炉の速度で室温ま
で冷却した。ここで用いている「炉の速度で冷却」と
は、炉の電流を切り、その中に食器を保持したままで室
温まで炉が冷却されることを示す。上述した実施によ
り、食器が結晶化し、同時に1つの操作でつや出しされ
た。
きな食器の皿に関して、なまガラスを結晶化するのに用
いる温度において熱変形の危険がある。したがって、大
きな皿は、結晶化熱処理中に成形具またはセッター(se
tter)上に支持する。その後フリット含有スリップを食
器に施して、好ましくは940 ℃で4時間、焼成する。
300 ℃の温度範囲に亘る線熱膨脹係数(Exp)、℃で
示した軟化点(S.P.)、および酢酸による攻撃に対
する抵抗の視覚的評価(酸)の測量を示している。焼成
中にうわ薬により示された流動の測定(焼成)もまた視
覚的に評価した。大きな食器の皿は、カップおよび他の
小さな品目になされるよりも低い温度でつや出しされな
ければならないので、その上のうわ薬の流動はいくぶん
低い。したがって、0の焼成評価が平らな食器(および
カップ)上に優れていてると考えられ、1の評価が平ら
な食器にはかなり満足であり、カップには優れていると
考えられ、2の評価はカップには満足であるが平らな食
器には限界であると考えられ、3の評価は不十分な流動
を示す。
成を有し、要求される製品必要条件を満たさない実施例
9−12に明示される。
1および2は最も好ましいガラスを構成すると考えられ
る。実施例2は、所望の表面性状を有する着色うわ薬と
その調製方法という名称で、D.H.クルーカーとL.
M.イシェベリアにより本出願とともに同時に出願さ
れ、本出願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願の
説明実施例を構成する。
Claims (4)
- 【請求項1】 実質的に鉛とカドミウムを含まないガラ
スフリット組成物であって、25°−300 ℃に亘る約70−
85×10-7/℃の線熱膨脹係数、900 °−1000℃の間の温
度での良好な流動、約650 −740 ℃の軟化点、および酢
酸と洗浄剤による攻撃に対する優れた抵抗を示し、酸化
物基準の重量パーセントで表して、51−59%のSi
O2 、0−2%のLi2 O、3.5−7%のNa2 O、
6−8.5%のK2 O、10−15%のLi2 O+Na
2 O+K2 O、9−12%のB2 O3 、0−7%のCa
O、0−12%のSrO、0−9%のBaO、0−10
%のZnO、8−18%のCaO+SrO+BaO+Z
nO、および4.5−7%のAl2 O3 から実質的にな
り、(Li2 O+Na2 O+K2 O):(CaO+Sr
O+BaO+ZnO)のモル比が1.0より大きく約
1.4までの範囲にあることを特徴とするガラスフリッ
ト組成物。 - 【請求項2】 前記フリットが、1−2%のLi2 O、
55.5−58.5%のSiO2 、4−7%のNa
2 O、6.5−8%のK2 O、7−9.5%のZnO、
10−11.5%のB2 O3 、2.5−6.5%のSr
O、および5−6.5%のAl2 O3 から実質的にな
り、(Li2 O+Na2 O+K2 O):(CaO+Sr
O+ZnO)のモル比が約1.2までの範囲にあること
を特徴とする請求項1記載のガラスフリット組成物。 - 【請求項3】 実質的に単独の結晶相として10容積%
より多い量のカリウムフルオルリヒテライトおよびクリ
ストバライトを含有するガラスセラミックボディと、実
質的に鉛とカドミウムを含有せず、25°−300 ℃に亘る
約70−85×10-7/℃の線熱膨脹係数、約650 −740 ℃の
軟化点、および酢酸と洗浄剤による攻撃に対する優れた
抵抗を示し、酸化物基準の重量パーセントで表して、5
1−59%のSiO2 、0−2%のLi2 O、3.5−
7%のNa2 O、6−8.5%のK2 O、10−15%
のLi2 O+Na2 O+K2 O、9−12%のB
2 O3、0−7%のCaO、0−12%のSrO、0−
9%のBaO、0−10%のZnO、8−18%のCa
O+SrO+BaO+ZnO、および4.5−7%のA
l2 O3 から実質的になり、(Li2 O+Na2 O+K
2 O):(CaO+SrO+ZnO)のモル比が1.0
より大きく約1.4までの範囲にある接着うわ薬とから
なることを特徴とする複合体製品。 - 【請求項4】 前記うわ薬が、1−2%のLi2 O、5
5.5−58.5%のSiO2 、4−7%のNa2 O、
6.5−8%のK2 O、7−9.5%のZnO、10−
11.5%のB2 O3 、2.5−6.5%のSrO、お
よび5−6.5%のAl2 O3 から実質的になり、(L
i2 O+Na2 O+K2 O):(CaO+SrO+Zn
O)のモル比が約1.2までの範囲にあることを特徴と
する請求項3記載の複合体製品。
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