상술한 착색제가 결정성 빅스비아이트 구조라고 가정되고, 매우 특정한 유리 프릿의 존재하에 스토빙되는 경우, 흑색 유리 에나멜은 Fe2O3-Mn2O3계(이하 (Fe,Mn)2O3로 표시한다)의 갈색 착색제 그 자체로 제조될 수 있음이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 빅스비아이트 구조(bixbyite structure)를 갖는 (Fe,Mn)2O3의 갈색 착색제를 안료로서 함유하며, 유리 프릿(frit)이 실제적으로 알칼리 금속-Bi 붕규산염 및/또는 칼륨-Ti 붕규산염에 기초한 Pb- 및 Zn-비함유 유리 프릿으로부터 실제적으로 선택됨을 특징으로 하는, 하나 이상의 유리 프릿 및 망간-함유 안료를 포함하는 유리 플럭스를 함유하는 재활용가능한 흑색 유리 에나멜 제조용 유리 착색제를 제공한다.
비록 Mn2O3내의 철은 매우 소량만이 빅스비아이트 구조를 형성할 수 있지만,바람직한 유리 착색제는 철과 망간을 5:1 내지 1:5 범위, 바람직하게는 1.5:1 내지 0.5:1 범위의 원자비로 함유한다. 바람직한 Fe:Mn의 원자비는 CIELAB 계의 보다 낮은 L* 값에 상응하는, 개선된 흑색을 나타낸다(DIN 5033, part 3).
본 발명에 따른 유리 착색제는 바람직하게는 빅스비아이트 구조를 갖는 (Fe,Mn)2O3안료를 10 내지 30 중량% 및 하나 이상의 상술한 일반적인 형태의 유리 프릿을 50 내지 90 중량% 함유한다. 상기 유리 착색제는 하나 이상의 안료 및 하나 이상의 유리 프릿과는 별도로, 유리 착색제 및/또는 유리 에나멜의 특성을 변형시킬 수 있는, 첨가제를 0 내지 30 중량%로 추가로 함유할 수 있는 균일한 분말 혼합물을 함유한다. 이와 같은 첨가제로는 예를 들면, 연마용 보조제, 무기 분말 결합제, 충전제, 유리 에나멜의 부분 결정화를 가속화시키는 결정화용 핵 및 점착방지제가 있다.
빅스비아이트 구조를 갖는 (Fe,Mn)2O3에 기초한 갈색 안료의 존재하의 유리 프릿은 알칼리 금속-비스무트 붕규산염 및/또는 칼륨-티탄 붕규산염에 기초한 유리상에서 스토빙시킬 때 짙은 흑색을 나타낸다. 상술한 일반적인 형태의 유리 프릿은 2차 성분으로서 몇몇 다른 산화물을 추가로 함유할 수 있으며, 2차 성분은 간단히 유리 프릿의 30 중량% 미만, 바람직하게는 15 중량% 미만의 비율을 구성한다. 원칙적으로 유리 프릿의 적합성에 영향을 끼치지 않거나 또는 심각한 영향을 끼치지 않는 2차 성분으로서의 상기 산화물은 BaO, Al2O3, ZrO2, La2O3, 이산화란탄 및 산화철로부터 선택된 특정한 산화물을 포함한다. 2차 성분으로서의 상기 산화물은5 중량% 미만의 양으로 각각 존재할 수 있다.
K-Ti 붕규산염 프릿은 Bi2O35 중량% 미만 및 TiO25 중량% 미만인 알칼리 금속-Bi 붕규산염 프릿을 추가로 함유할 수 있다. 특히 K-Ti 붕규산염에 기초한 기초 프릿은 5 중량% 미만의 황을 추가로 함유할 수 있다. 특히 바람직한 유리 프릿은 EP-A 0723941 및 EP-A 0790220에 기재된 K-Ti 붕규산염에 기초한 유리 프릿이며, 본 명세서에 포함된다.
알칼리 금속-Bi 붕규산염에 기초한 용융물은 예를 들면, US 5,714,420 및 바람직하게는 EP-A 0895969에 따르는(EP-A 0895969의 Bi2O3함량은 45 내지 67 중량%이다) 저함량-ZnO, 바람직하게는 Bi2O3함량이 증가된 ZnO-비함유 유리 프릿을 함유한다.
상술한 일반적 형태의 유리 프릿 및 상술한 일반적 형태의 빅스비아이트 구조를 갖는 안료와는 별도로, 본 발명에 따른 유리 착색제의 또 다른 바람직한 양태에 따르면, 상술한 착색제는 미립자 규산비스무트 또는 규산아연을 유리 착색제에 대하여 30 중량% 미만의 양으로 추가로 함유한다. 규산비스무트 또는 규산아연은 성형시의 주형에 유리 에나멜이 점착되는 것을 방지하기 위하여 스토빙시 유리 에나멜의 부분 결정화를 가능케하는 핵생성재이다. 상술한 규산비스무트 및 규산아연 핵생성 물질 대신에, 유리 착색제는 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된, 예를 들면, 상기 USP 5,714,420 및 EP-A 0895969에 기재된 시약과 같은, 다른 점착 방지용 시약을 또한 함유할 수 있다. 특히, 이와 같은 물질은 Bi12SiO20, Bi4(SiO4)3및Bi2SiO5와 같은 규산비스무트으로부터 선택된 씨드 물질을 함유하며; 규산아연과 철, 은, 붕산 및 탄소의 범위에서 선택된 원소의 첨가가 또한 동일한 목적으로 작용한다.
본 발명에 따른 유리 착색제가 비록 스토빙 적용법, 예를 들면, 정전기적 분사에 의하여 유리 상에 적용될 수 있지만, 유리 착색제는 프린팅 페이스트의 형태로 통상 사용되는 것이 일반적이다. 이와 같은 프린팅 페이스트로서, 유리 착색제는 일반적으로 스토빙중에 세공을 발생시키지 않으며, 완전히 연소되는 유기 매질내에서 균일하게 현탁된다. 전형적인 매질은 유기물이며, 예를 들면, 핀 오일, 식물성 오일, 광유, 저분자량의 광유 분획물, 트리데실 알코올과 특히 알키드 수지 및 아크릴 수지와 같은 합성 및 천연수지에 기초한 조성물을 함유한다. 표면 활성 시약 및/또는 다른 막-형성용 조절제의 효과적인 양이 페이스트에 추가로 첨가될 수 있다. 또한, UV-경화성 매질도 적합한 매질이다. 이와 같은 매질은 당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있으며; 일반적으로 이들은 광개시제 및 중합반응 개시제와 함께 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 작용성 그룹을 함유하는 중합성 단량체 및/또는 올리고머로 이루어진다. 이런 형태의 대표적인 계가 USP 4,306,012 및 4,649,062에 기재되어 있다. 공지된 바와 같이, UV-경화성 계를 함유하는 프린팅 페이스트는 UV 방사선에 의하여 경화된다.
본 명세서에 사용된 매질 및 이의 양은 조성물내의 특정 성분 및 목적하는 점도를 고려하여 선택된다. 일반적으로, 프린팅 페이스트는 유리 착색제 50 내지90 중량% 및 매질 10 내지 50 중량%를 함유된다. 15 내지 40 중량% 범위의 매질 함량이 특히 바람직하다. 일반적으로, 상기 프린팅 페이스트는 생성물의 적용 방법 및 목적 용도에 따른 점도를 지닌 점성 물질이다. 스핀들 No. 7을 장착한 브룩필드 점도계로 20 ℃에서 20 rpm으로 측정한 값이 10 내지 80 Pa·s의 범위, 바람직하게는 35 내지 65 Pa·s 범위인 점도가 특히 스크린 프린팅 목적에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 유리 착색제는 첨가제로서 실리카, 산화알루미늄, 규회석, 칼슘 규산염 화합물, 붕소-알루미늄 규산염, 나트륨-칼슘-알루미늄 규산염 화합물, 장석 및 이산화티탄을 함유할 수 있다.
또한, 트랜스퍼(transfer)는 상기한 프린팅 페이스트로부터 통상적 방법으로 제조될 수 있으며, 또한 유리 기판 상의 재활용가능한 흑색 유리 에나멜을 제조하는데 이용될 수 있다. 이와 같은 트랜스퍼는 편평한 지지재 상에, 특히 종이판 상에 수분-활성화 또는 열 활성화 가능한 박리층 및 예를 들면, 스크린 프린팅에 의하여 본 발명의 프린팅 페이스트를 이용하여 바람직하게 적용되는, 본 발명의 유리 착색제를 함유하는 장식층을 그 위에 포함한다. 상기 장식층은 통상적인 필름으로 덮힌다. 이와 같은 트랜스퍼의 제조 및 용도는 일반적으로 공지되어 있으며, 본 발명에 따른 트랜스퍼는 장식층내에 존재하는 유리 착색제의 선택에 의한 선행 기술 분야의 트랜스퍼와는 다르다.
재활용가능한 흑색 유리 에나멜의 제조방법이 또한 발견되었다: 본 방법에서, 본 발명에 따른 유리 착색제를 함유한 조성물은 장식층으로서 직접 또는 간접 프린팅에 의하여 적어도 일부의 유리 기판 상에 적용된다. 프린팅 페이스트는 예를 들면, 스크린 프린팅, 트랜스퍼 공정, 분사, 솔질, 로울러 피복 등에 의한 통상적인 방법에 의하여 기판 위에 적용될 수 있다. 스크린 프린팅은 조성물이 유리 기판, 특히 유리 시이트 위에 적용되는 경우에 바람직하다. 트랜스퍼 방법은 굴곡 표면 위에 유리 에나멜을 적용하는 경우에 특히 적합하다. 상기 조성물이 무기 매질을 함유한 프린팅 페이스트로 이루어진 경우에, 스크린 프린팅 및 패드 트랜스퍼 프린팅와 같은 통상적인 프린팅 기술에 의한 적용은 대부분의 용매가 증발되고/되거나, 존재하는 임의의 결합제가 경화되는, 건조 및/또는 경화 단계를 거친다. 유리 기판 상에 적용된 에나멜층은 500 내지 750 ℃, 바람직하게는 520 내지 650 ℃, 특히 바람직하게는 530 내지 620 ℃의 범위에서 스토빙된다. 본 방법의 특징적인 점은 장식층이 장식 성분으로서 본 발명에 따른 유리 착색제를 함유한다는 점이다. 유리 시이트의 경우, 스토빙 작동은 종종 성형과 관련된다.
또한, 유리 에나멜은 직접 프린팅 방법 대신 트랜스퍼에 의하여 유리 기판, 특히 유리 시이트에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 트랜스퍼내에 포함된 유리 착색제는 스토빙시에 재활용가능한 흑색 유리 에나멜을 형성한다.
본 발명은 또한 유리 에나멜이 본 발명에 따른 유리 착색제로부터 형성되는, 특히 적어도 부분적으로 에나멜 처리된 자동차 창유리 시이트내에 재활용가능한 흑색 유리 에나멜이 제공된 유리 기판에 관한 것이다. 유리 용품 및 음료 용기와 유리 시이트 및 건축용 유리와 같은 유리 기판 상에 적용하는 것 대신에, 상기 재활용가능한 흑색 유리 에나멜을 세라믹 기판 및 다른 세공-비함유 물질의 스토빙성 기판에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 유리 착색제의 이점은 유리 착색제가 상술한 일반적 형태의 유리 프릿을 상술한 일반적 형태의 빅스비아이트 구조의 망간 안료 및 첨가제와 균일한 혼합에 의하여 실제적으로 간단한 방법으로 제조된다는 점이다. 본 유리 착색제는 공지된 방법으로 사용될 수 있으며, 스토빙시에 유리 에나멜층에 어떠한 기포도 생성되지 않는다. 놀랍게도, 갈색 안료의 사용에도 불구하고 짙은 흑색 장식층이 수득된다.
본 발명은 하기 실시예에 의하여 보다 상세히 설명된다.
실시예
EP-A 0790220에 따르는 칼륨-티탄 붕산규산염에 기초한 유리 프릿을 다양한 착색 안료의 각각 20 중량%와 혼합하고, 프린팅가능한 스크린 프린팅 페이스트를 생성시키기에 알맞은 조건하에서 처리한다. 당해 유리 프릿은 SiO239.0중량%, TiO218.8중량%, K2O 19.5중량%, Fe2O34.5중량%, B2O317.3중량%, Al2O30.2중량% 및 SO30.8중량%로 이루어진다. 각각의 유리 착색제는 혼합기 및 3-롤러 제분기를 사용하여 통상적인 스크린 프린팅 매질(Cerdec의 no. 80893)의 페이스트로 전환된다. 상기 페이스트를 균일한 조건하에서 4 ㎜의 유리 시이트 위에 24 ㎛의 습윤 막 두께로 프린팅시키고, 스토빙 오븐내에서 660 ℃에서 4 분 동안 빠르게 스토빙시킨다. 스토빙된 착색층의 L* 값은 CIELAB 색도계를 사용하여 D65/10°의 측정 조건하에서의 흑색도 측정에 의하여 당해 유리를 통하여 측정된다. 표 1은 사용된 안료와 L* 값을 나타낸다.
No. |
안료 |
L* |
VB 1 |
Cu, Cr 첨정석 |
10.0 |
VB 2 |
Ni, Mn, Fe, Cr 첨정석 |
7.5 |
VB 3 |
Co, Mn, Fe, Cr 첨정석 |
8.3 |
B 1 |
빅스비아이트 Fe/Mn = 1:1 |
8.7 |
B 2 |
빅스비아이트 Fe/Mn = 0.04:1 |
12.0 |
실시예 B1 및 B2와 비교 실시예 VB1 및 VB3을 비교하면 빅스비아이트 안료를 함유한 선택된 용융물 계가 사용되는 경우, 재활용 불가능한 첨정석에 기초한 표준 안료를 사용하는 경우에 수득되는 것과 같은 실제로 동일한 순서의 L 값의 크기가 수득됨이 나타난다. 게다가, 빅스비아이트 구조이고, Fe/Mn 비가 1:1인 (Fe, Mn)2O3안료는 단지 철 함량만이 낮은 안료보다 명백하게 좀더 짙은 흑색을 나타낸다.
실시예 3 및 4 및 비교 실시예 4
다양한 유리 프릿 75 중량% 및 (Fe,Mn)2O3빅스비아이트 안료(FK 260742, Cerdec AG)를 25 중량%로 함유한 유리 착색제를 균일화시켜 유리 착색제를 수득하고, 이어서 페이스트로 전환시켜, 상기한 바와 같은 측정을 실시한다. 이어서, 비교 실시예 4에서는 EP-A 0370683의 실시예 1의 유리 프릿, 실시예 3에서는 비스무트를 함유하지만 망간 산화물을 함유하지 않는 WO 98/25864의 실시예 1의 유리 프릿, 실시예 4에서는 실시예 1 및 실시예 2에 따른 K-Ti 붕규산염을 사용한다.
No. |
유리 프릿 |
L* |
VB 4 |
알칼리 금속-Zn 붕규산염 |
9.2 |
B 3 |
알칼리 금속-Bi 붕규산염 |
5.2 |
B 4 |
알칼리 금속-Ti 붕규산염 |
8.3 |
상기 시험은 본 발명에 따르지 않는 아연-함유 유리 프릿을 사용하는 경우 보다 본 발명에 따른 유리 프릿이 사용되는 경우에 보다 낮은 L* 값을 나타냄을 보여준다. 게다가, VB 4의 유리 에나멜은 순수한 흑색이 아니며, 갈색 분위기를 나타낸다.
실시예 5
재활용성 측정
7000 g 중량의 자동차 뒷창문은 (Fe,Mn)2O3의 4 g에 상응하는 실시예 1에 따르는 유리 에나멜을 함유한다. 함량이 0.06 중량%인 안료는 플로트 유리 용융물의 적용가능한 함량 이하의 양이다.