説明

ガラス−セラミック用のエナメル組成物

エナメル組成物、特に暖炉インサートのガラス板を被覆するためのエナメル組成物であって、少なくとも1種のガラスフリット、そのエナメルの全重量の40〜65%、好ましくは45〜60%の範囲の含有量の少なくとも1種の顔料、及び随意に少なくとも1種の媒体又は媒材を含有し、上記ガラスフリットが、次の構成成分を、以下に規定する範囲内(境界値を含み、上記フリットの総重量の重量パーセントで表す)で有することを特徴とする、エナメル組成物、特に暖炉インサートのガラス板を被覆するためのエナメル組成物:
SiO 45〜65%
Al 0〜13%
23〜55%
NaO 0〜10%
O 0〜10%
LiO 0〜10%。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被覆を意図した、特に暖炉インサート(fireplace insert)のガラス板への被覆を意図した、高含有量で酸化ホウ素を有するエナメル組成物に関する。また、本発明は、そのようなエナメルをスクリーン印刷によってガラス基材に適用する方法、及びそのようなエナメルで被覆したガラス−セラミックプレートにも関連する。
【背景技術】
【0002】
インサートを有する暖炉は、通常の平炉の暖炉よりもずっと優れた熱性能を達成できる。これらのガラスパネルを有する暖炉は、現在、大きく進歩を遂げており、そして製造者は、様々なモデルの住居への調和した統合を可能とする、多数の審美的な解法を模索している。そのインサートは、好ましくは、低い熱膨張率を有するガラスで作製され、理想的にはこれは、LiO−Al−SiO(通常、LASの名称で知られる)型のガラス−セラミックプレートである。その熱膨張率は、全体でゼロ又は非常に低くなる(熱膨張率の絶対値は、通常15×10−7/K以下であり、又は5×10−7/K以下にもなる)。
【0003】
そのインサートをできる限り最良に装飾品に統合するために用いられる一つの解法は、それらを、完全に又は部分的に、薄い厚みのエナメルで被覆することである。そのエナメルは、要素を覆うため、例えば様々な部品をインサートのパネルに組み立てるためのシリコーンシールを覆うために、有利に用いることができる。また、これを用いて、例えば暖炉の前面のインサートパネルの端を被覆することによってフレームの輪郭を定める場合には、テレビスクリーン効果(television screen effect)を模擬することもできる。
【0004】
従来技術から公知のエナメルは、毒性の金属、例えば酸化鉛PbOを含むので、かつ/又は所望の審美的効果を生み出す適切な不透明性又は色を有さないので、ガラス−セラミック上での使用に関して不適当である。理想的には、暖炉インサートのガラス板等への用途に関しては、特に不透明性(光透過率TLD65又は色差ΔE*により測定される)及び色(CIELAB測色により測定される)の点で好ましくは良好な光学特性を有する、不透明の黒いエナメルが望ましい。さらに、そのエナメルは、特にコーティングによって、ひび割れ(微小クラック)せずに有利には1〜6μmの薄層を得ることを可能としながら、容易に堆積できることも必要である。そのエナメルは、ガラスフリット(glass frit)、特に非常に薄い堆積を可能とするガラスフリットを有する必要がある。これは、所望の用途に適合可能なエナメルに顔料を含めることを可能とし、それにより一方のフリット/顔料混合物を有する組立て体と、他方のガラス−セラミックとの熱膨張率の差が、そのエナメルを破壊させないようにする。
【0005】
特許文献1は、ガラス−セラミック用のエナメル組成物に関し、これは酸化バリウムBaOを有する。最小限の含有量である2%のBaOが、ガラスの良好な流動性を維持するために、この特許文献の組成物においては必須である。この特許文献の組成物は、酸物質による劣化のリスクを避けるために、57%超のSiO含有量も有する。問題の系で膨張係数が高くなりすぎるのを避けるために、B含有量は低く、22%未満である。
【0006】
特許文献2は、特にガラス−セラミックプレート用のエナメル組成物に関する。この特許文献のエナメル組成物は、十分に安定なガラスフリットを保持するために、高い含有量のSiO、すなわち少なくとも70%のSiOを有する。この組成物は、化学物質への許容可能な抵抗性を保持するために、22%未満のB含有量を有する必要がある(特許文献2の3ページ、段落[0034])。実際には、この特許文献の実施例は、全て18%未満のB含有量を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】欧州特許第0776867号
【特許文献2】米国特許出願公開第2009/0155585号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の1つの主題は、エナメル組成物、特に暖炉インサートのガラス板を被覆するためのエナメル組成物である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明のエナメル組成物は、少なくとも1種のガラスフリット、そのエナメルの全重量の40〜65%、好ましくは45〜60%の範囲の含有量の少なくとも1種の顔料、及び随意に少なくとも1種の媒体又は媒材を含有し、上記ガラスフリットが、次の構成成分を、以下に規定する範囲内(特記しない限り境界値を含み、上記フリットの総重量の重量パーセントで表す)で有することを特徴とする:
SiO 45〜65%
Al 0〜13%
23〜55%
NaO 0〜10%
O 0〜10%
LiO 0〜10%。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明者らは、このような組成物、特にフリットの全重量のうち23〜55%の範囲でB含有量を有する組成物が、低い熱膨張率を有し、これが、基材とエナメル、好ましくはガラス−セラミックプレートとエナメルとの膨張率との差に起因する衝撃を限定的にすることを明らかにした。このようなエナメルは、好ましくは、1〜6μmの厚みのコーティングに関して、ガラス基材に堆積させるエナメルをひび割れ又は分解させないで、所望のマスク効果と適合する量の顔料を包含することができる。また、本発明者らは、このようなエナメル組成物の粘度が、エナメルの熱処理に対して用いる750〜850℃の温度範囲に関して適切であることを示した。このような粘度は、層の良好な機械的強度を確実にし、かつ比較的光沢があり(shiny)滑らかな(smooth)外見を、最終製品のエナメルで確保させる良好な拡散性(spreading)を可能にする。光沢のあるエナメルが得られる場合、得られる外観は、完全に満足できるものである。さらに、耐久試験、特に摩擦試験(tribological test)により評価される耐久試験は、本発明のエナメルの良好な機械的強度を示した。
【0011】
そうして、本発明者らは、上記の組成を有するガラスフリットが、不透明なエナメルを得るのに、特に暖炉インサートの火炎面に堆積させることを意図した不透明なエナメルを得るのに、適切であることを示した。
【0012】
本発明によるエナメルは、特にセラミック化前の前駆体ガラス(又はマザーガラス)に堆積させることができ、セラミック化の間に焼成することができ、また高温に耐えることができる利点を有する(特に、暖炉での使用を可能とする)。
【0013】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、47〜57%の範囲のSiO含有量を有する。
【0014】
好ましくは、上述のエナメルフリット用の組成のガラスフリットは、2〜8%、より有利には3〜6%の範囲のAl含有量を有する。
【0015】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、27〜50%、より有利には27〜40%の範囲のB含有量を有する。上述の組成物は、有利には30%超、好ましくは31%超、より好ましくは32%超のB含有量を有することができる。好ましくは、本発明によるエナメルのガラスフリット中のB含有量は、33%超であり、有利にはそれは34%超となる。好ましくは、本発明のガラスフリットにおけるB含有量は34%超であり、かつ45%未満である。
【0016】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、2.5〜6%、有利には2〜5%の範囲のNaO含有量を有する。
【0017】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、0.5〜3%、有利には1〜2%の範囲のKO含有量を有する。
【0018】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、2〜6%、有利には3〜5%の範囲のLiO含有量を有する。
【0019】
より好ましくは、上述のエナメル組成物は、次の要素の少なくとも1種を含有しない:ZrO、BaO、MgO、CaO及びSrO。本発明者らは、これらの酸化物を含有しない本発明によるエナメル組成物が、所望の用途に適合する物理化学特性、特に良好な粘度を有することを見出した。有利には、BaOを含有しない組成物では、これらの酸化物を取り扱う必要がない。なお、BaOの使用に関連する化学的リスクは、十分に確立されている(file INRS FT 125)。本発明によるフリット組成物は、これらの4種の酸化物の全てを含まない場合がある。
【0020】
好ましくは、エナメル組成物がTiOを含有する場合、そのエナメル中の重量での含有量は、5%を超えず、有利には2%未満、より有利には1%未満である。
【0021】
上記構成成分の全ての可能な組合せも、本発明の一部である。
【0022】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、次の成分で排他的に構成される:
SiO 45〜65%
Al 0〜13%、好ましくは2〜8%
23〜55%
NaO 0〜10%、好ましくは2.5〜6%
O 0〜10%、好ましくは0.5〜3%
LiO 0〜10%、好ましくは2〜6%。
【0023】
有利には、6種の酸化物のみを含有することができる上述の組成物は、47〜57%の範囲のSiO含有量を有する。
【0024】
有利には、6種の酸化物のみを含有することができる上述の組成物は、27〜50%、より有利には27〜40%の範囲のB含有量を有する。上述の組成物は、有利には30%超、好ましくは31%超、より好ましくは32%超のB含有量を有することができる。
【0025】
有利には、6種の酸化物のみから構成される上述の組成物は、Alを3〜6%の範囲の含有量で、NaOを2〜5%の範囲の含有量で、KOを1〜2%の範囲の含有量で、かつ/又はLiOを3〜5%の範囲の含有量で有する。
【0026】
上記構成成分の全ての可能な組合せも、本発明の一部である。
【0027】
さらにより好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリットは、次の成分から排他的に構成される:
SiO 47〜57%
Al 3〜6%
27〜40%
NaO 2〜5%
O 1〜2%
LiO 3〜5%。
【0028】
好ましくは、上述のエナメル組成物のガラスフリット及び顔料は、1〜6μmの範囲の粒径を有する。重量パーセントとして40〜65%、好ましくは45〜60%の範囲(前述したように)の含有量で顔料粒子を含むこのようなエナメルは、厚みを高くしすぎることなく、十分な不透明性を得ることを可能とする。それゆえ、基材とエナメルとの膨張率との差の衝撃が制限され、これはひび割れの防止を促進する。
【0029】
「ひび割れ」は、冷却の間にエナメルの層に微細なクラックが構成される現象である。
【0030】
有利には、2種類の粒子の間の比は、すなわち(%フリット)/(%顔料)は、50/50である。換言すれば、フリット及び顔料の相対的な(重量の)含有量は、50%ずつであり、これは、その不透明性を確保しながら、粒子のランダムな最密充填に存在する「空隙」の割合(約40%)を考慮に入れたエナメル粒子の最適なコーティングを確保することができる。
【0031】
本発明によるエナメルは、好ましくは少なくとも1種の不透明な黒色顔料を含有する。有利には、クロム、鉄、コバルト及びニッケルの酸化物(例えば、スピネル型Co−Cr−Fe−Ni、例えばFerro(商標)により240137の参照番号の下で販売されている黒色顔料)、又はクロム及び銅の酸化物(例えば、スピネル型Cr−Cu)のいずれかを含む市販の不透明黒色顔料を用いることができる。
【0032】
MnO、Fe及び/又はCoO系の黒色顔料についても言及することができる。
【0033】
単独又は組合せで本発明によるエナメル組成物で用いることができる、次の他の顔料についても言及することができる:NiO系顔料(グリーン)、Cr系顔料(グリーン)、TiO系顔料(ホワイト)、及び/若しくは酸化物系顔料、例えばスピネル型Cr−Al(ピンク)、ルチル型Sn−Sb−V(グレー)、ルチル型Ti−Sb−Ni(イエロー)、バデレアイト型Zr−V(イエロー)、スピネル型Co−Zn−Al(ブルー)、スピネル型Zn−Fe−Cr(ブラウン)、並びに/又はケイ酸塩系顔料、例えばガーネット型Ca−Cr−Si(グリーン)、スフェーン型Ca−Sn−Si−Cr(ピンク)、ジルコン型Zr−Si−Fe(ピンク)、ウィレマイト型Co−Zn−Si(ダークブルー)、及び/若しくはオリビン型Co−Si(ダークブルー)。
【0034】
本発明によるエナメル中においては、上記顔料の全ての組合せも可能である。エナメルの当業者は、その調製の間にこのような顔料をエナメルに包含させる方法を知っている。
【0035】
本発明の他の1つの主題は、上述のエナメルを基材、例えばガラス−セラミックプレートに適用するためのスクリーン印刷プロセスである。
【0036】
好ましくは、焼成前に15μm以下の厚みを得るように、ガラス基材にエナメルの層を堆積させる。
【0037】
有利には、上述の本発明によるスクリーン印刷プロセスは、ガラス基材、例えばガラス−セラミックプレートに、エナメルの層を、焼成後に10μm以下の厚みを得るように、より有利には焼成後に6μm以下の厚みを得るように、堆積することによって実行される。
【0038】
本発明によるエナメルは、できるだけ少ないパスで薄い厚みに堆積させることができ、これは、エナメルが砕けるのを防止し、かつガラス−セラミックプレートが力学的に損傷するのを防止することを可能とする。
【0039】
基材、好ましくはガラス−セラミックプレートを、本発明によるエナメル組成物を含むペースト(そのエナメルペーストは、基材への堆積を考慮して、フリットと顔料で構成される粉体に、さらにアクリル樹脂系の媒体、及びFerroが参照番号X54の下で販売しているパインオイルを含有するが、その媒体はエナメルの焼成中に遅くとも消費される)で、その上部表面にスクリーン印刷することによって、セラミック化の前又はセラミック化の後にコーティングし、その後、約100〜150℃で乾燥させる。ここでは、ポリエステル製又はポリアミド製の糸を用いた布地で構成されたスクリーン印刷用のスクリーンを用いる。
【0040】
本発明の他の1つの主題は、上述のエナメルで被覆したガラス−セラミックプレートである。
【0041】
有利には、本発明のエナメルでコーティング(焼成後に得られるもの)した基材、特にガラス−セラミックプレートは、不透明性を有し、特に下層の要素をマスクすることができるような不透明性を有する。この不透明性は、本発明の文脈において、色差ΔEを測定することによって評価される(Byk−Gardner Color Guide 45/0測色計を用いて行われる反射での測色)。色差ΔEは、エナメルを保持している表面の反対側の基材表面で測定した、不透明の黒の背景に置かれた基材に対しての色と、不透明の白の背景に置かれた基材に対しての色との差に対応する(CIEによって確立された式に従って、ΔE=((L−L+(a−a+(b−b1/2であり、L、a、及びbは、白背景での第一の測定の色座標(colorimetric coordinate)であり、L、a、及びbは、黒背景での第二の測定の色座標である)。有利には、本発明によるエナメルでコーティングされたガラス−セラミック基材は、0.5以下、好ましくは0.4以下のΔEの値を有する。
【0042】
好ましくは、上述のエナメルで被覆されたガラス−セラミックプレートは、暖炉インサートである。有利には、エナメルを保持する表面は、火炎側に置かれることが意図される。
【0043】
上記のものと同じ装置で行い、かつ本発明によるエナメルで被覆されたガラス−セラミックプレートのエナメル表面について行った他の測色試験では、対応する座標L、a、及びbを測定することができた。有利には、望ましい用途に関して、測定されるLの値は、25未満、より有利には21未満となるべきであり、好ましくは、Lは12〜18の間となるべきである。Lのそのような値は、ガラス基材上のエナメルに関して、多孔質がないことの結果である。
【0044】
本発明及びその利点は、単に例証によってのみ与え、かついずれの場合も限定的なものと解釈されない以下の実施例を読むことで、より理解できるであろう。
【実施例】
【0045】
【表1】

【0046】
【表2】

【0047】
表1及び表2は、サンプル1〜7にそれぞれ対応する、スクリーン印刷によってガラス−セラミックプレートに堆積した本発明によるエナメル組成物と、サンプルC1及びC2にそれぞれ対応する、同じ方法でガラス−セラミックに堆積させた従来技術のガラスフリットから得られたエナメル組成物との比較試験の結果である(従来技術のフリットからのサンプルC1及びC2に関して得られた結果は、両方の表に示している)。
【0048】
表1及び2に示した組成物に対応する番号の様々なサンプルを、次のように調製した。
【0049】
表1又は2に示した酸化物を含むフリットを、適切な(天然又は人造の)原料の混合物を高温(1000℃超)で溶融することによって、通常通り得る。そしてこのフリットを、8〜12μmの粒径を得るようにボールミル用いて粉砕する。フリット/顔料の重量比=1を得るように、顔料を包含させる。全ての場合で用いる顔料は、スピネル型Co−Cr−Fe−Ni及びスピネル型Cr−Cuの市販の顔料である(これらはどちらも表1に示した同一の結果を与えた)。5〜6μmの範囲で粒径を有する粒子を得るように、この混合物を微粉砕する。
【0050】
そして、得られる粉体のペースト化を、Ferro MX54媒体中で行う(その媒体の量は、混合物の全重量の40〜60%の範囲)。そして、ペースト化の間に得られるペーストを、10〜15μmの厚みで、透明なガラス−セラミックプレート上にスクリーン印刷によって堆積させる。その全体を、0.5〜1時間の間、800℃の温度で焼成する。焼成後に得られるガラス基材上のエナメル層の厚みは、4〜6μmの範囲である(サンプルC2の場合のみ、焼成後に得られる厚みは8μmだった)。
【0051】
摩擦試験及び測色試験を行った。摩擦試験に関して、摩擦抵抗(表1及び表2参照)は、湿潤させた高研磨性パッド(Spontex(商標)レッドパッド)を用いて行った10回の往復パス後のエナメルの状態に対応する。
【0052】
得られた結果を、表1及び表2に示す。酸化物に割り当てた値は、フリットの合計の組成に対する重量パーセントで表されている。
【0053】
全ての場合において、高い含有量の酸化ホウ素を有するフリットを含有している、試験した本発明の全てのエナメルは、光沢のある外観を示した。反対に、従来技術のフリットから同じ方法で調製したエナメルは、艶がない(matt)。
【0054】
ほぼ全ての場合で、高い含有量の酸化ホウ素を有するフリットから調製した本発明によるエナメルで試験したものにはひび割れは、観察されなかった(サンプル7のみがひび割れを示した)。反対に、従来技術のフリットから同じ方法で調製したエナメルは、ひび割れを示した。
【0055】
また、研磨試験の結果は、評価した本発明のエナメルの全サンプルに関して、満足できるものである。それらは、ガラス−セラミックプレートで良好な力学的強度を示した。
【0056】
測色試験の結果に関して、十分な多孔質のエナメルが得られる場合に測定できるLの値を、エナメル側で測定した(他の色座標a及びbの値を、参照として、後ろの括弧内に追記する)。ここでも、不透明性を測るためのΔEに関して得る値のように、本発明によるエナメルの特性と望ましい用途との間の適合性を確認する結果を得る。
【0057】
また、顔料に対するフリットの相対的な割合がどのような場合ならば、所望の用途と適合する光学的特性及び力学的特性を有するエナメルを得ることができるのかを評価するために、サンプル7を調製するのに用いたフリットから始めて、試験を行った。実験の記載において上に詳細に述べた次の方法によって、かつFerro(商標)により参照番号240137の下で販売されているスピネル型Co−Cr−Fe−Ni黒色顔料を用いることによって、例7のフリットからエナメルを得る。表3は、得られた結果を示す。
【0058】
【表3】

【0059】
典型的には、フリットに対して70重量%程度の高い含有量の顔料は(サンプル8)、エナメルの摩擦抵抗を低下させることが観察されている(上述のものと同一の湿潤させた高研磨性パッドを用いて10回の往復パスを行った)。典型的には、フリットに対して40重量%未満である低い含有量の顔料は(サンプル9)、ΔEに対して得る値が0.5より大幅に高いため、不十分な不透明性のエナメルをもたらす。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1種のガラスフリット、全重量の40〜65%、好ましくは45〜60%の範囲の含有量の少なくとも1種の顔料、及び随意に少なくとも1種の媒体又は媒材を含有し、前記ガラスフリットが、次の構成成分を、以下に規定する範囲内(境界値を含み、前記フリットの総重量の重量パーセントで表す)で有することを特徴とする、エナメル組成物、特に暖炉インサートのガラス板を被覆するためのエナメル組成物:
SiO 45〜65%
Al 0〜13%
23〜55%
NaO 0〜10%
O 0〜10%
LiO 0〜10%。
【請求項2】
前記ガラスフリットは、47〜57%の範囲のSiO含有量を有することを特徴とする、請求項1に記載のエナメル組成物。
【請求項3】
前記ガラスフリットは、2〜8%、好ましくは3〜6%の範囲のAl含有量を有する、請求項1又は2に記載のエナメル組成物。
【請求項4】
前記ガラスフリットは、27〜50%、好ましくは27〜40%の範囲のB含有量を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項5】
前記ガラスフリットは、2.5〜6%、好ましくは2〜5%の範囲のNaO含有量を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項6】
前記ガラスフリットは、0.5〜3%、好ましくは1〜2%の範囲のKO含有量を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項7】
前記ガラスフリットは、2〜6%、好ましくは3〜5%の範囲のLiO含有量を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項8】
ZrO、BaO、MgO、CaO及びSrOから選択される要素の少なくとも1種を含有しない、請求項1〜7に記載のエナメル組成物。
【請求項9】
前記ガラスフリットは、次の成分で排他的に構成される、請求項1に記載のエナメル組成物:
SiO 45〜65%
Al 0〜13%、好ましくは2〜8%
23〜55%
NaO 0〜10%、好ましくは2.5〜6%
O 0〜10%、好ましくは0.5〜3%
LiO 0〜10%、好ましくは2〜6%。
【請求項10】
前記ガラスフリットは、次の成分から排他的に構成される、請求項1〜9のいずれか一項に記載のエナメル組成物:
SiO 47〜57%
Al 3〜6%
27〜40%
NaO 2〜5%
O 1〜2%
LiO 3〜5%。
【請求項11】
前記ガラスフリット及び前記顔料は、1〜6μmの範囲の粒径を有する粒子を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項12】
前記フリット及び顔料の相対的な含有量は、50%ずつである、請求項1〜11のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項13】
前記顔料は、不透明の黒色顔料である、請求項1〜12のいずれか一項に記載のエナメル組成物。
【請求項14】
ガラス基材に、例えばガラス−セラミックプレートに、焼成後で10μm以下の厚みを得るように、請求項1〜13のいずれか一項に記載のエナメル組成物を適用する、スクリーン印刷方法。
【請求項15】
請求項1〜13のいずれか一項に記載の組成を有するエナメルで被覆されている、ガラス−セラミックプレート。
【請求項16】
前記エナメルを保持する面が火炎側に置かれることを意図している暖炉インサートである、請求項15に記載のガラス−セラミックプレート。

【公表番号】特表2013−516382(P2013−516382A)
【公表日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−547525(P2012−547525)
【出願日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【国際出願番号】PCT/FR2010/052683
【国際公開番号】WO2011/083231
【国際公開日】平成23年7月14日(2011.7.14)
【出願人】(504374919)ユーロケラ ソシエテ オン ノーム コレクティフ (16)
【Fターム(参考)】