JP2881573B2 - 鉛を含まないクリスタルなガラス組成物の製造方法 - Google Patents
鉛を含まないクリスタルなガラス組成物の製造方法Info
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Description
にもかかわらずクリスタルなガラス組成物の製造方法に
関する。
ラスとしては、一般に鉛含有クリスタルガラスが使用さ
れており、そのガラス特性、つまり「重量感がある」、
「光の屈折率が高く分散が大きい」、「溶融が容易であ
る」等の特性は主にPbOによってもたらされるもので
ある。PbOの含有量は様々であるが、一般的には重量
パーセントで24〜26%程度である。
性の高い鉛を多く含むため、特に食器とした場合に人体
への害が懸念され、PbO含有量に関する規制がますま
す厳しくなる傾向にある。
74号公報に開示されているように、鉛を含まずに鉛ク
リスタルガラスと同等の性質を持つガラス組成物を既に
提案している。このガラス組成物は、SiO2と、光の
屈折率及び分散を大きくするためのTiO2と、密度及
び屈折率を大きくするためのBaOと、Feイオンによ
る発色を抑制するためのK2Oと、溶融密度を低下させ
るためのNa2Oとを主成分としたものである。
成物では、PbOに代わる原料としてTiO2(酸化チ
タン)を使用するため、原料から入ってくる不純物との
共存でガラスを黄色く着色する傾向がある。
原料としてTiO2を用いたクリスタルなガラス組成物
において、TiO2による黄色着色を効果的に防止でき
る方法を提供することにある。
0〜60重量パーセント、K2Oを4〜14重量パーセ
ント、BaOを10〜20パーセント、TiO2を3〜
10重量パーセント含有するバッチ組成に対して、この
3〜10重量パーセントのTiO2に起因する発色の消
色のために、 NaNO3(硝酸ナトリウム)を1.0〜5.0重
量パーセント、これに代えてBaO2(過酸化バリウ
ム)を用いる場合は0.3〜2.0重量パーセント、 Sb2O3(酸化アンチモン)とAs2O3(亜砒
酸)のうちの一つを0.2〜1.0重量パーセント、 として、これらとを併用して添加することを特徴と
する。
高温時の粘性低下を補償するためのCaOを含み、Ba
OとCaOの比BaO/CaOがBaO/CaO≧2と
なる条件で、BaOにCaOを加えた重量パーセントを
10〜20とする。
ために、主に低温域で分解して酸素を発生させる第1の
消色用物質(酸化剤)としてNaNO3又はBaO
2と、第1の消色用物質から発生する酸素を低温域で保
持し、それを高温域で放出する第2の消色用物質(脱泡
剤)としてSb2O3又はAs2O3とを併用し、これ
らを添加した原料を溶融してガラスにする。それらの添
加量は、バッチ組成中におけるTiO2が3〜10重量
パーセントであることから、第1の消色用物質としてN
aNO3を使用する場合には1.0〜5.0重量パーセ
ント、BaO2の場合には0.3〜2.0重量パーセン
ト、第2の消色用物質としてSb2O3を使用する場合
には0.2〜1.0、As2O3の場合も0.2〜1.
0重量パーセントが適当である。
て、NaNO3とSb2O3又はAs2O3との組み合わせ
で、ガラスの泡切れを良くするための清澄剤として使用
されてきた。本発明では、清澄剤としての効果を持ちつ
つ、高温で発生する酸素がTiO2を酸化する酸化剤と
して働き、不快な黄色発色を抑えることを見いだした。
Sb2O3又はAs2O3単独、又は、NaNO3等の酸化
剤だけではその効果はない。それらの効果を確認した実
験結果を、可視光線の範囲での光の透過率曲線で比較し
た。それを図1に示す。紫外線に近い短波長域を吸収す
ると、黄色味のガラスとなる。この図には、Sb2O3で
の実験結果しか記載していないが、As2O3も同様の効
果があることは確認されている。
iO2のほかに、Li2O、ZrO2、B2O3 を少量ずつ
含ませても良い。表1に各成分の含有率をまとめて示
す。ROはBaOとCaOを合わせたもの、R2OはN
a2OとK2OとLi2Oとを合わせたものである。な
お、以下の説明における%表記は全て重量パーセントを
示す。
Oを使用し、TiO2で光の屈折率及び分散を大きく
し、BaOで密度及び屈折率を大きくする。
きくする(アッベ数を小さくする)効果があり、本発明
ではPbOに代わるものとして必要不可欠である。Ti
O2が3.0%未満では、屈折率及び分散の目標を達成
できない。また、10.0%を越えると黄色味を帯びる
傾向が強くなり、消色効果を発揮する酸化剤としてのN
aNO3又はBaO2、及び脱泡剤としてのSb2O3又は
As2O3を添加しても効果が及ばなくなる。透明度を重
視するクリスタルガラスにとって好ましくない。
久性が劣り、60.0%を越えると溶融温度を上げる必
要が生じ、また密度が低下する。アルカリ土類としてB
aOとCaOとを併用するが、密度を大きくする点か
ら、また屈折率を大きくする点からもBaOの比率を大
きくする必要がある。RO(BaO+CaO)が10.
0%未満では密度2.90%以上の目標を達成できな
い。RO(BaO+CaO)が20.0%を越えると、
ガラスの高温粘性は低下するが成形作業域での粘性が高
くなり作業性が悪くなる。また、炉材の侵食が激しくな
り、溶融が難しくなる。
i2O)は溶融温度を下げるために使用する。R2Oが2
0%を越えると溶融性は良くなるが、ガラスの耐化学性
が悪くなり、また耐火物の侵食を激しくする。K2 O
は、ガラス中の不純物であるFeイオンの発色を抑える
効果があり、重要なもので、4〜14%が適当である。
Na2 Oは溶融温度を下げる効果を補うために必要であ
る。Li2 Oは、微量の添加によって溶融温度を下げる
効果が大きいが、高価であるため1.0%以下で充分で
ある。
耐久性を増大させ、粘性温度曲線を緩やかにし成形作業
性を容易にする効果がある。その添加量は5.0〜1
5.0%の範囲で充分である。
ム)又はBaO2(過酸化バリウム)と、脱泡剤として
のSb2O3(酸化アンチモン)又はAs2O3(亜砒酸)
とを併用するが、併用することによりTiO2の黄色の
発色を抑える効果があることは前述したとおりである。
酸化剤としてのNaNO3は、1.0%未満ではその効
果が無く、1〜5パーセントの添加が必要である。消色
効果を出すためには、4%程度の添加が有効である。B
aO2の場合は、0.3%未満では効果がない。3.0
%を越えるとそれ以上の効果は現れない。脱泡剤として
のSb2O3又はAs2O3は、いずれも0.2%未満では
消色の効果も脱泡の効果もなくなる。1.0%の添加で
十分である。従来からNaNO3とSb2O3又はAs2O
3との組み合わせは、泡切れを良くするための清澄剤と
して使用されているが、本発明では、高温で発生する酸
素を酸化剤として利用するために、その添加量は、普通
のガラスに添加される量である0.05〜0.5パーセ
ント(バッチ組成に対して)に比べて、多くなってい
る。酸化剤と脱泡剤の添加比率はその反応式からほぼ決
定される。NaNO3とAs2O3を例にしてその反応式
を示す。
は主に低温域で分解して酸素を発生させ、As2O3は
NaNO3が発生させた酸素を低温域で保持し、高温域
で放出させるもので、これらのモル比は4:1が適当で
ある。清澄のためと同時に、TiO2添加に起因する黄
色系統の発色を抑えるためにも添加するものであるか
ら、酸化剤と脱泡剤の添加量はTiO2が増加すれば増
加させる必要がある。溶融時の雰囲気の条件にも依る
が、脱泡剤の添加量はモル比でTiO2の1/35〜1
/20程度が適当である。
げずに溶融温度を下げるのに効果的であるため、1.0
〜2.0%添加する。ZrO2 は、化学的耐久性を上げ
る目的で添加するものであるが、ガラスの硬度を大きく
するため、カットや研磨加工を施すことが多いクリスタ
ルガラスにとっては好ましくないので、その添加量は最
小限にしておく必要がある。
m3 以上である。 屈折率Ndが1.55以上である。 分散を表す物性値としてのアッベ数が47以下であ
る。 1350〜1450℃程度の低温で容易に溶融させ
ることができる。 食器として使用されることが多いことを考慮して、
熱膨張係数を100×10-7/℃以下にできる。 クリスタルガラスとして十分な透明感を持つ。 などという、クリスタルガラスとしての要件を充分に満
足したガラス組成物が得られるものである。なお、酸化
クロム等の着色剤を微量添加して着色クリスタルガラス
を製造することも当然可能である。
調合した例1から例10のサンプルをそれぞれ白金ルツ
ボに入れ、1375℃の温度で約6時間電気炉内で溶融
した。その後、ルツボを取り出し、溶融ガラスを鋼板上
に流し出して徐冷炉にて徐冷した。そして、各測定用試
料を切出し、密度、屈折率、アッベ数、熱膨張係数を測
定した。その測定結果を表2中に示す。また、得られた
ガラスの色調も付記する。例1〜例4のように、酸化剤
と脱泡剤の両者を同時に含まないと、ガラスの色は不快
な黄色着色を呈する。なお、従来の一般的な鉛含有クリ
スタルガラスは、密度が2.95〜3.00g/cm
3 、屈折率Ndが1.555〜1.565、アッベ数が
45〜47、熱膨張係数が96〜100×10-7/℃で
ある。
してTiO2を使用し、このTiO2による黄色発色を
抑えるために、主に低温域で分解して酸素を発生させる
第1の消色用物質(酸化剤)としてNaNO3又はBa
O2と、第1の消色用物質から発生する酸素を低温域で
保持し、それを高温域で放出する第2の消色用物質(脱
泡剤)としてSb2O3又はAs2O3とを適当量ずつ
併用するので、鉛を全く含まなくとも、従来の鉛含有ク
リスタルガラスと同等又はそれ以上の密度、屈折率、分
散値を持つクリスタルなガラスを得ることができる。ま
た、原料も比較的安価であるに加え、比較的低温で溶融
可能であるため、経済的である。
溶出の問題にとどまらず、原料の調合から溶融炉までの
粉塵、フュームの飛散による作業環境及び公害の点で
も、ますます厳しくなることが予想されることを考える
と、極めて毒性の強い鉛を全く含まないということの利
点は多大なものがある。
と、脱泡剤としてのSb2O3(酸化アンチモン)との両
方を使用した場合、片方を使用した場合、両方とも使用
しない場合の、光の透過率を比較した透過率曲線図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】SiO2と、光の屈折率及び分散を大きく
するためのTiO2と、密度及び屈折率を大きくするた
めのBaOと、Feイオンによる発色を抑制するための
K2Oとを主成分とした、鉛を含まないクリスタルなガ
ラス組成物を製造する方法において、 前記SiO2を50〜60重量パーセント、K2Oを4
〜14重量パーセント、BaOを10〜20パーセン
ト、TiO2を3〜10重量パーセント含有するバッチ
組成に対して、この3〜10重量パーセントのTiO2
に起因する発色の消色のために、NaNO3を1.0〜
5.0重量パーセント、Sb2O3とAs2O3のうち
の一つを0.2〜1.0重量パーセント、併用して添加
することを特徴とする、鉛を含まないクリスタルなガラ
ス組成物の製造方法。 - 【請求項2】SiO2と、光の屈折率及び分散を大きく
するためのTiO2と、密度及び屈折率を大きくするた
めのBaOと、Feイオンによる発色を抑制するための
K2Oとを主成分とした、鉛を含まないクリスタルなガ
ラス組成物を製造する方法において、前記SiO2を5
0〜60重量パーセント、K2Oを4〜14重量パーセ
ント、BaOを10〜20パーセント、TiO2を3〜
10重量パーセント含有するバッチ組成に対して、この
3〜10重量パーセントのTiO2に起因する発色の消
色のために、BaO2を0.3〜2.0重量パーセン
ト、Sb2O3とAs2O3のうちの一つを0.2〜
1.0重量パーセント、併用して添加することを特徴と
する、鉛を含まないクリスタルなガラス組成物の製造方
法。 - 【請求項3】バッチ組成が、BaOによる高温時の粘性
低下を補償するためのCaOを含み、BaOとCaOの
比BaO/CaOがBaO/CaO≧2となる条件で、
BaOにCaOを加えた重量パーセントを10〜20と
することを特徴とする請求項1又は2記載の、鉛を含ま
ないクリスタルなガラス組成物の製造方法。
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