(57)【要約】本発明は、大量の廃棄ガラスを低コスト製造工程により有用なセラミック製品へと転換する方法を提供する。本発明の主要な工程は、ガラス粉末を乾燥調製する工程、非水性有機バインダー系を用いて粒状化する工程、適切な未焼成力を用いて乾燥プレスする工程及び低温下で焼成する工程からなる。加工中、水及び粘土を必要としない。このことは、過去において遭遇した問題を除去する。約７５０℃というピークの低い焼成温度での１回の焼成工程のみが必要とされる。本発明の方法は、粘土をベースとする伝統的なセラミック製造方法と比較して、エネルギー及び天然資源を保存する。本発明にしたがい、わずかに少量の孔を有する高品質な不浸透性製品を製造することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄ガラスからセラミック製品を製造する方法であって、
廃棄ガラスをガラス粉末へと小さくする工程、
該ガラス粉末と非水性有機バインダーとを混合してガラス−バインダー混合物とする工程、
該ガラス−バインダー混合物を粒状化して粒状化粒子とする工程、
該粒状化粒子を未焼成セラミック物品へ形成する工程、
該未焼成セラミック物品を加熱して該有機バインダーを焼き尽くす工程、及び
該未焼成セラミック物品を焼成し、該未焼成セラミック物品を焼結してセラミック製品とする工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記廃棄ガラスをガラス粉末へと小さくする工程が、
該廃棄ガラスを約５ｍｍ幅未満の断片へと小さくする工程、
該廃棄ガラスを乾燥して水分を除去する工程、及び
該廃棄ガラスを約０．６ｍｍ幅未満の小断片へと更に小さくする工程
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機バインダーを液状で提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガラス−バインダー混合物の９０〜９９質量％がガラス粉末からなり、前記ガラス−バインダー混合物の１〜１０質量％が有機バインダーからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記焼成工程が、未焼成セラミック物品を、約７００〜約８００℃の最大温度に加熱する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記焼成工程が、セラミック製品の部分的結晶化を生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記セラミック製品が、タイル又は煉瓦を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記セラミック製品が、滑らかかつ光沢のある表面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記セラミック製品へうわ薬を適用することにより更に加工する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
廃棄ガラスからセラミック製品を製造する方法であって、
廃棄ガラスをガラス粉末へと小さくする工程、
該ガラス粉末と、充填剤と、非水性有機バインダーとを混合してガラス−充填剤−バインダー混合物とする工程、
該ガラス−充填剤−バインダー混合物を粒状化して粒状化粒子とする工程、
該粒状化粒子を未焼成セラミック物品へ形成する工程、
該未焼成セラミック物品を加熱して該有機バインダーを焼き尽くす工程、及び
該未焼成セラミック物品を焼成し、該未焼成セラミック物品を焼結してセラミック製品とする工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記廃棄ガラスをガラス粉末へと小さくする工程が、
該廃棄ガラスを約５ｍｍ幅未満の断片へと小さくする工程、
該廃棄ガラスを乾燥して水分を除去する工程、及び
該廃棄ガラスを約０．６ｍｍ幅未満の小断片へと更に小さくする工程
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記有機バインダーを液状で提供する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガラス−充填剤−バインダー混合物の７０〜９８．９質量％がガラス粉末からなり、該ガラス−充填剤−バインダー混合物の０．１〜２０質量％が充填剤からなり、該ガラス−充填剤−バインダー混合物の１〜１０質量％が有機バインダーからなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記充填剤が、粘土及び廃棄ガラスの軟化温度範囲において揮発性種を生成するその他のセラミック原料を除いた無機物質を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記充填剤が無機着色剤を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記充填剤が、セラミック製品の表面の質感を粗くするために添加されるきめの粗い大きさの粒子を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記焼成工程が、未焼成セラミック物品を、約７００〜約８００℃の最大温度に加熱する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記焼成工程が、セラミック製品の部分的結晶化を生じさせる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記セラミック製品が、タイル又は煉瓦を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記セラミック製品が、滑らかかつ光沢のある表面を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項２１】
前記セラミック製品へうわ薬を適用することにより更に加工する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、廃棄ガラス（waste glass）から製造されるセラミック製品、廃棄ガラスからセラミック製品を製造するための原料バッチ調製物（raw batch formulation）及び廃棄ガラスからセラミック製品を製造する方法に向けられる。本発明により製造することができるセラミック製品の例はタイル（tile）及び煉瓦（brick）である。しかしながら、その他のセラミック製品を製造することもできる。本発明は現今の２つの問題：セラミック産業によるエネルギー使用量の削減が必要とされること及び新規な再利用ガラス製品が必要とされることを取り扱う。
【０００２】
セラミック産業は、特に焼成工程において多量のエネルギーを消費する。１２００℃（２２００°Ｆ）をこえる焼成温度が、典型的なセラミック原材料を高密度製品へ焼結するために必要とされる。原料調製物の修正は焼成温度の低下を導くが、この改良は使用する原材料の種類により制限される。最も伝統的なセラミック製品、例えばタイル及び煉瓦は、高い焼結温度を固有に要求する粘土ベースの原材料から主に構成される。その他のセラミック製造工程、例えば乾燥工程も非常にエネルギー集約的である。エネルギーコストは、全製造コストの主要部分である。それゆえ、必要とされるエネルギー量を削減する新規な方法は、セラミック産業にとって大きな利益となるだろう。
【０００３】
再利用廃棄ガラスを利用する新規な製品は、ガラスの再利用を更に促進するために必要とされる。なぜなら、限られた量のガラスのみが再溶解して新規な容器を製造することができるからである（現在の再利用ガラスの主用途である）。ガラス中の混入物に対する感受性が低く、かつ、緑色又は混合色の廃棄ガラスから製造することができる新規な製品が特に必要とされる。研究が行われて、セラミック原材料として再利用ガラスを使用した製品が開発された。しかしながら、加工上の問題がその開発を制限している。そのため、無視できる量のわずかな廃棄ガラスが現在利用されている（再溶融して新規なガラス製品を形成することは除く）。これらの問題は、伝統的なセラミック原材料及び製造方法との間の固有の化学的及び加工的な不適合性によるものである。これらの不適合性は、廃棄ガラス由来のセラミック製品の開発を大きく妨害してきている。
【０００４】
本発明における「廃棄ガラス」は、廃棄された全ての産業用又は消費後（post-consumer）ガラスを意味する。全ての形状のガラス、例えば、容器（ビン、ジャー等）、板ガラス又はグラスファイバー等を使用することができる。廃棄ガラスは、リサイクル会社又はガラス製造者から入手することができる。ほとんどの廃棄ガラスは、ケイ素、ナトリウム及び酸化カルシウムを主として（ソーダ石灰ガラスと称する）、その他の微量成分、例えば酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムから構成される。ソーダ石灰ガラス組成物は通常、約６５０℃〜約７５０℃で軟化する。この独特の軟化挙動は、セラミック製品を焼成するために一般的に必要とされるよりも非常に低い温度での粘性相焼結（viscous- phase sintering）によってソーダ石灰ガラス微細粉末を緻密化（densify）して形成される物品を生じさせる。本発明は、ソーダ石灰ガラスの低温緻密化挙動を利用して、エネルギーを節約しかつ、設備コスト及び維持コストを低くすることによって、製造コストを削減する。
【０００５】
水、粘土及びその他の幾つかのセラミック原材料は、低温下におけるソーダ石灰ガラス粉末の焼結に対して固有に不適合性である。これは、ガラスと水との反応によって生じた化学種又は粘土の分解によって生じた化学種が、ソーダ石灰ガラスが軟化する温度範囲において揮発するからである。この揮発性種は、ガラスの緻密化において捕捉されて、最終製品内に発泡性及び多孔性の欠陥を生じさせる。従来の廃棄ガラスをベースとするセラミック製品は、水及び粘土の添加を用いて製造されていた。生じた多孔性欠陥は、加工パラメータを最適化することにより最小化されたが、除去はされなかった。下記のパラグラフでは、廃棄ガラスをセラミック原材料として使用することを試みたときに起きた従来の加工上の問題を述べる。
【０００６】
Brown 及び Mackenzie [J. of Materials Science, Vol. 17, pp. 2164-2193,1982]は、粘土及び水と組み合わせた再利用ガラス由来のセラミックタイルを製造した。焼成時の特性（fired property）は、添加した粘土及び水の量に大きく影響を受けることが見いだされた。これは、発生した孔の量の変動によるものである。Low [J. of Materials Science, Vol. 15, pp. 1509-1517, 1980]は、特定の発泡剤、例えば炭酸カルシウムがガラスの発泡に不要であることを証明した。ガラス−水反応と組み合わせた雲母の分解（粘土における分解と同様である）により生じた揮発性種が、極度の発泡を生じさせるために必要とされるに過ぎない。
【０００７】
Liu, Li 及び Zhang [Glass Technology, Vol. 32, No.1, pp. 24-27,1991]は、有機バインダー及び水を用いた再利用ガラス粉末の加工法を研究した。彼等は、加熱したサンプルの泡立ち並びに「劣悪な化学的及び物理的性質」を防止するためにはバインダー（及び水）の含量を低く維持しなければならないことを報告している。加熱したサンプルの密度は、たとえ水を低含量で用いた場合でもある程度の発泡が起こることを示している。この研究は、たとえ粘土を添加せずに少量の水を添加したときでも、ガラス粉末と水との反応によって起こる悪影響を証明している。
【０００８】
幾つかの特許は、再利用ガラスのセラミック原材料としての使用に関連している。Shutt 及び Campbell [米国特許第 3,963, 506号明細書]は、挽いた廃棄ガラスと粘土、破砕した煉瓦及び水とを組み合わせて、建築用パネル及び煉瓦を製造している。焼成した材料は粗い孔を有し、歪み及び膨張（bloating）に問題がある。このことは、不利なガラス−水反応が起きたことを示している。Mackenzie [米国特許第 3,963, 503号明細書]は、挽いた廃棄ガラスと処理剤との組み合わせからガラス製品を製造する方法について特許を取得している。この業績はガラスを発砲させることに主に集中しており、結局は発生する問題を利用するために発砲ガラスへと集中することになる再利用ガラスに関する多数の研究の典型的なものである。
【０００９】
Boyce [米国特許第 4,271, 109号明細書]は、電球ベース用のセラミック製絶縁体の製造方法であって、２５〜４５％の破砕したくずガラスと粘土及びウォラストナイトとを混合する工程を含む方法について特許を受けている。１０５０℃で焼成した後の１．９ｇ／ｃｃの密度は、少なくとも２０％の多孔率が依然として残っていることを示している。Cihon [米国特許第 5, 028, 569号明細書]は、バッチ調製物、並びに、セラミック物品の製造方法であって、粘土、フリント及び液体（実施例では水を使用）と組み合わせた６０〜８５％のソーダ石灰ガラスのカレットからセラミック製品を製造する方法について特許を受けている。Cihon は、ガラスと水との反応により生じた問題について検討している。
【００１０】
Dutton [米国特許第 5,244, 850号明細書]は、粘土岩粒子と組み合わせた１０〜５０％の再利用ガラスからなる建築用材料について特許を取得している。２つの方法が記載されている。第１の方法は、再利用ガラスを溶解する工程、粘土岩粒子中で混合する工程、次いで鋳型中で溶融混合物をプレスする工程を含んでいる。第２の方法では、粘土岩粒子を再利用ガラスと一緒又はなしにアルカリ金属ケイ酸塩水溶液又は懸濁液、例えばケイ酸ナトリウム（水ガラス）と混合し、鋳型中でプレスし、乾燥し、９２０℃及び１０５０℃で焼成している。Lingart [米国特許第 5,536, 345号明細書]は、３層：砂からなる底層、砂と破砕ガラスからなる中層及び破砕ガラスからなる上層からなる天然石タイプのパネル形状構築物及び装飾用材料の製造方法について特許を取得している。ガラスは２〜３ｍｍの大きさに破砕し、少なくとも５％の水と混合する。各層を鋳型中に堆積し、当該鋳型中６００〜８５０℃で焼成し、続いて異なる温度下で精巧かつ連続的に保持し、注意深く冷却する。
【００１１】
Golitz 等 [米国特許第 5,583, 079号明細書]は、フライアッシュ、粘土及び水と組み合わせた２５〜５０％のガラスから構成されるセラミックタイル製品について特許を取得している。この業績は、フライアッシュを使用することによる原材料のコストを減少させることに集中している。プレスした未焼成（green tile）にうわ薬をかけ、次いで９７０〜１０２５℃で焼成している。Greulich [米国特許第 5,649,987号明細書]は、天然石に類似する平板状建築用材料及び装飾用材料であって、８５〜９８％のガラスとその他の種々の成分、例えば砂及び無機顔料との混合物からなる材料の製造方法について特許を取得している。混合物を鋳型中に堆積し、７２０〜１１００℃で焼成している。密でありかつ光沢のある表面が得られた。しかしながら、その表面を研磨すると気泡が現れた。Lingart 及び Tikhonova [米国特許第 5,792, 524 号及び第 5,895, 511号明細書]は、ガラス、砂、水及びケイ酸ナトリウム（水ガラス）溶液からなる混合物からセラミックタイルを製造する方法について特許を取得している。材料を鋳型中でプレスし、次いで、かなり複雑な手順により当該鋳型中で焼成している。著者は、気泡が形成したこと、及び、焼成中の層間の温度勾配を制御することにより気泡の表面への上昇を防ぐことができると述べている。
【００１２】
本発明は、上記で検討した従来の加工上の問題点を除去するものである。本発明は新規である。なぜならば、高品質のセラミック製品を、水及び粘土の添加を要求することなしに１００％までの廃棄ガラスから低コストで製造することができるからである。更に本発明は、伝統的なセラミック加工法と比較してエネルギー及び天然資源を節約する。原材料としての廃棄ガラスを使用して、低コストのセラミック製品、例えばタイル又は煉瓦を製造するために、水及び粘土の添加が必要でないということは予期しえないことであった。更に、非水性有機バインダー系を使用して、全体的な製造コストを低く維持しつつガラスをセラミック製品へ加工することができることも予期しえないことであった。
【００１３】
発明の概要
本発明は、低コストかつ高度に自動化された製造方法により、大量の廃棄ガラスを有用なセラミック製品へと転換する方法を提供する。本発明の主要な工程は、ガラス粉末を乾燥調製（dry preparation）する工程、非水性有機バインダー系を用いて粒状化する工程、適切な未焼成力（green strength）を用いて乾燥プレス（dry press）する工程及び低温下で焼成する工程からなる。１００％までの再利用廃棄ガラスを原材料として使用することができる。水及び粘土は加工中に必要としない。このことは、過去において遭遇した問題を除去する。プレス工程用に粒状化粉末を製造するために伝統的に必要とされてきた高価な噴霧乾燥工程も必要としない。セラミック製品を焼成するための鋳型も必要としない。約７５０℃というピークの低い焼成温度での１回の焼成工程のみが必要とされる。本発明の方法は、粘土をベースとする伝統的なセラミック製造方法と比較して、エネルギー及び天然資源を保存する。
【００１４】
発明の詳細な説明
高品質の不浸透性セラミック製品を、低製造コストの本発明により製造することができる。わずかに少量の孔を有するセラミック微細構造を達成することもできる。不浸透性とは、０．５％未満という非常に低い吸水率を有するセラミック製品をいう。少量の孔を有する不浸透性セラミック微細構造は、高品質特性を達成するために重要である。滑らかな光沢のあるうわ薬をかけた様な広範囲の色を有するセラミック製品を、本発明によって製造することができる。表面の質感及びその他の焼成特性も、充填剤の添加及び／又はガラスの部分的結晶化により調節することができる。
【００１５】
本発明の原料バッチ調製物は、７０〜９９％の廃棄ガラス、０〜２０％の充填剤及び１〜１０％の有機バインダーから構成される。好ましい原料バッチ調製物は、８４〜９９％の廃棄ガラス、０〜１０％の充填剤及び１〜６％の有機バインダーから構成される。全ての百分率は質量基準である。その他の一般的なセラミック加工用添加剤、例えば湿潤剤、界面活性剤、解膠剤、凝固剤、凝集剤、可塑剤、消泡剤、滑剤、防腐剤等を当該バッチ調製物へ添加して、本発明の範囲を変更することなしに加工を更に最適化することができることが理解されるべきである。
【００１６】
有機バインダー及び（含まれる場合に）その他の有機添加剤は、焼成の間に燃え尽き（burn out）、それゆえ、最終製品の一部とはならないだろう。廃棄ガラス及び充填剤は、焼成後に残る無機成分であるので、最終製品の組成を構成する。それゆえ、（前記の）最初の原料バッチ調製物は、焼成の間に、８０〜１００％の廃棄ガラス及び０〜２０％の充填剤からなる最終製品の組成へと転換する。好ましい最終製品の組成は、９０〜１００％の廃棄ガラス及び０〜１０％の充填剤から構成される。最終製品の組成は、原料バッチ調製物から有機バインダーの量を差し引き、残りの組成を１００％へ再標準化することにより決定する。
【００１７】
本発明における充填剤は、最終製品の色、表面の質感又はその他すべての特性を変更するために添加されるセラミック原材料である。充填剤の添加は高品質セラミック製品を製造するためには必要ではない。しかし、最終製品における特別な特性のセットを生成するためには望ましいだろう。本発明では、広範囲の充填剤添加物を、単独又は組み合わせて使用することができる。色を制御するために添加する充填剤を着色剤（colorant）と呼ぶ。広範囲の一般的なセラミック用着色剤を使用して、本発明により、所望のあらゆる色のセラミック製品を製造することができる。単独の酸化物着色剤の例は、青色を生じる酸化コバルト、緑色を生じる酸化クロム、赤色を生じる酸化鉄である。多数の市販着色剤が、ガラス原料（grass frit）を形成するためにしばしば溶解される複雑な組み合わせに基づき利用可能である。色に加えて、その他の特性、例えば表面の質感及び力学的性質などを充填剤の添加により変更することができる。その他の充填剤の例は酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムである。
【００１８】
廃棄ガラス及び充填剤は、原料バッチ調製物において使用するために粉末形状でなければならない。必要とされる粉末の粒径の大きさは、目的とする最終特性に依存する。本発明について、廃棄ガラス及び充填剤粉末は＜３０メッシュ（＜０．６ｍｍ）の粒径を有する。好ましい粒径は＜１００メッシュ（＜０．１ｍｍ）である。粗い粒径の充填剤を原料バッチ調製物中に含めて最終製品の特性を調節することもできる。例えば、きめの粗い（coarse）充填剤を添加して、表面の質感を粗くして、摩擦係数及び滑り耐性を増強することができる。
【００１９】
本発明における有機バインダーは、無機廃棄ガラスと充填剤粒子とを一緒に結びつけるために添加することができる全ての有機材料から構成される。有機バインダーは、最初に廃棄ガラス及び充填剤粒子と混合して、粒状化フリーフロー（free-flowing）粉末を形成する。次いで、この粉末をセラミック物品へと形成する。形成工程の後、有機バインダーは、焼成工程への取り扱い及び移送に十分な強度を未焼成物品に提供する。
【００２０】
有機バインダーの例は、天然ゴム（natural gum）、セルロースエーテル、重合体化アルコール、アクリル樹脂、グリコール及びワックスである。後述の本発明の実施例では、ポリエチレングリコールを有機バインダーとして使用した。その他の有機バインダーが、本発明の範囲を変えることなしに使用可能である。液体状であることを必要とする有機バインダーを有効とするために、無機ガラス及び充填剤粒子を、湿らせかつ有機バインダーにより被覆することができる。有機バインダーは室温下（〜２０℃）で液体又は固体状態のいずれかである。固体の有機バインダーは特定の液体中で溶解し、無機粉末と混合し、次いで乾燥して当該液体を除去し、当該有機バインダーで被覆された無機粉末を生成することができる。本発明では、非水性液体、例えばアルコールを使用して固体有機バインダーを溶解する。有機バインダーが液体状である場合、追加の非水性液体は必要ない。
【００２１】
以下のパラグラフでは、本発明の各工程の詳細を説明する。本発明の方法の第１工程は、ガラス粉末を乾燥調製する工程からなる。自治体の固形廃棄物に見いだされる典型的な容器用ガラス瓶及びジャーを、ガラス粉末を調製するための出発ガラスとして使用することができる。しかし、その他の形状の廃棄ガラスも使用することができる。廃棄ガラスの全ての色及びその組み合わせを使用することができる。本発明の方法は、廃棄ガラス中の標準的レベルの混入物質に対して感受性ではない。したがって、ガラスの洗浄は必要ない。ガラスのラベルを取り外す必要もない。２つのグラインド工程（grinding step）により、廃棄ガラスを挽いて（ground）、粉末にする。
【００２２】
第１のグラインド工程は、ガラスを＜４メッシュ（＜５ｍｍ）断片へ破砕（crush）する工程からなる。ガラス、岩石、セラミック原料を破砕するために一般的に使用する全てのタイプの装置、例えばジョー（jaw）又はコーンクラッシャー等を使用することができる。破砕したガラスを、４メッシュの篩を通してふるいにかけ、＜５ｍｍ断片を分離する。篩を通過しない大きなサイズ（＞５ｍｍ）の断片は、当該クラッシャーへ再循環して戻し、大きさが５ｍｍ未満になるまで更に破砕する。破砕工程の間、集塵機を使用して、軽量のラベル粒子をガラスから分離する。ラベル粒子は廃棄する。
【００２３】
＜５ｍｍの破砕したガラスを、オーブン中で乾燥して、存在する全ての水分を除去する。全てのタイプのオーブンを使用することができる。好ましいタイプは、連続処理においてセットアップすることができる回転式乾燥機（rotary drier）である。乾燥後、ガラスを第２のグラインド工程において挽いて、その大きさを＜３０メッシュ（＜０．６ｍｍ）へと低下させる。好ましい大きさは＜１００メッシュ（＜０．１ｍｍ）である。幾つかのタイプの製粉装置、例えばボールミル、ハンマーミル、振動ミル（vibratory mill）、アトリションミル、ローラーミル等を当該グラインド工程に使用することができる。製粉後、挽いたガラスを３０メッシュ（又は、好ましい粒径に対しては１００メッシュ）の篩を通してふるいにかける。当該篩を通過しない粒子は、ミルへ戻して再製粉する。当該グラインド工程の間、集塵機を再び使用して、軽量のラベル粒子をガラスから分離する。
【００２４】
前記の２つのグラインド工程によって得られた細かいガラス粉末（＜３０メッシュ又は＜１００メッシュ）を、使用する原料バッチ調製物をベースとする目的量の充填剤及び有機バインダーと組み合わせる。各成分を釣り合いのとれるよう秤量し、組み合わせ、混合する。有機バインダーは液状で添加する。なぜなら、出発バインダーは液体であるか、又は、出発バインダーを非水性液体、例えばアルコール中に溶解するからである。液体有機バインダーと乾燥ガラス及び充填剤との組み合わせは、好ましくは該液体を該粉末に噴霧することにより行う。しかし、原料バッチ調製物を組み合わせるためのその他の一般的な方法も使用することができる。組み合わせた材料を、粒状化フリーフロー粉末を生成する全てのタイプのミキサー、例えばパンミキサー（pan mixer）、円錐ブレンダー（conical blender）、リボンミキサー、回転ドラムミキサー等の中で混合する。過剰の非水性液体は、乾燥機、例えば流動床乾燥機等の中で乾燥することにより、又は噴霧乾燥することにより除去することができる。しかしながら、乾燥工程を必要としない程度の十分に低い液体含量を維持することが好ましい。
【００２５】
原料バッチ調製物の粒状化フリーフロー粉末を、未焼成セラミック物品に形成する。本明細書において、未焼成（green）とは、未焼成セラミックをいう。全てのタイプの形成方法を使用することができるが、好ましくは乾燥加工法を使用する。乾燥加工法について、粉末を目的の形状の金属ダイ中に置き、ラムを用いてプレスして、粉末を圧縮する。プレスした物品をダイから取り出し、窯又は加熱炉中で焼成する。非水性液体を添加してバインダーを溶解する場合、焼成前に、オーブン中での追加の乾燥工程を含めて全ての残留液体を除去することができる。好ましくは、当該乾燥工程は必要としない。なぜなら、追加の液体は含まれていない（液体バインダーを使用）か、又は、混合及び／又は形成工程中に除去されているからである。
【００２６】
焼成工程の第１段階は、バインダーを焼尽して有機バインダーを除去することからなる。好ましくは、バインダーの焼尽は、焼成のためのセラミック物品の初期加熱の間に行う。バインダーの焼尽と焼成とを別々の工程で使用することもできる。いずれの場合においても、有機バインダーを、ガラス粉末が軟化及び焼結する前に完全に除去して、焼成した製品中で欠陥が発達することを防がなければならない。有機バインダーは、典型的に約２００〜４００℃で燃え尽きる。温度及び時間についての特定の焼成プロファイルは、使用する原料バッチ調製物に依存するだろう。好ましくは、必要とされる温度及び時間は、ほぼ０％の多孔率が得られるまで最小化する。必要とされる最大の焼成温度は約７００℃から約８００℃である。好ましくは約７５０℃である。
【００２７】
以下のパラグラフは、本発明の１６の実施例を提供する。本発明の方法の工程のほとんどは、各実施例について同一である。相違点は、使用した原料バッチ調製物及び有機バインダーにおける変化である。
【００２８】
実施例１
実施例１の原料バッチ調製物は、９４％の透明ガラス粉末及び６％の有機バインダー（質量基準の百分率）から構成された。ガラス粉末は、透明ガラス瓶及びジャーから２工程からなるグラインド工程により調製した。第１工程において、ガラス容器全体を、社内で設計した破砕システム中で破砕した。当該破砕システムは、閉ざされた硬質プラスチック製チャンバー中に破砕したガラスを含んでいた。次いで、破砕したガラスを６メッシュ（＜３ｍｍ）のふるいにかけた。第２工程において、＜３ｍｍのガラス粒子を、アルミナ媒体（alumina media）を用いてアルミナボールミル中で乾燥製粉し、次いで１００メッシュ（＜０．１ｍｍ）のふるいにかけた。ガラス粉末を、等量（質量基準）のイソプロピルアルコール（９９％）及び（ガラス質量の）６質量％の有機バインダーであるポリエチレングリコール（ＰＥＧ−８０００（Union Carbide製））と組み合わせた。溶液を混合し、オーブン中６０℃で乾燥してアルコールを除去し、１００メッシュ（＜０．１ｍｍ）のふるいにかけた。各サンプルについて、約８ｇの乾燥粉末を、１平方インチの金属製ダイ中、液圧プレスにより５０００ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）でプレスした。プレスした物品をプログラム制御箱形加熱炉中で焼成し、最初に有機バインダーを焼尽させ、次いで稠密なセラミックタイルへと焼結した。最高温度７５０℃を１時間維持した。得られたタイルサンプルは＜０．０２％の吸水率、＜０．０４％の見かけ多孔率及び２．４７ｇ／ｃｃの密度（理論的密度の９０％よりも大きい）を有していた。サンプルは、滑らかなうわ薬をかけた様な表面を有する光沢のある白色であった。
【００２９】
実施例２及び３
実施例１で使用した透明ガラス容器を実施例２では緑色ガラス瓶に置き換えたこと、実施例３では褐色ガラス瓶に置き換えたことを除いて、実施例１と同様の手順を使用した。実施例２のタイルは緑色であり、実施例３のタイルは褐色であったことを除いて、実施例１と同様の高品質タイルが得られた。
【００３０】
実施例４〜９
透明ガラス量の５％を着色剤充填剤で置き換えたことを除いて、実施例１と同様の手順を使用した。６つの市販のセラミック着色剤を評価した。実施例４では赤色着色剤（Mason #6031）を使用した。実施例５ではオレンジ色の着色剤（Mason #6121）を使用した。実施例６では緑色の着色剤（Mason #6224）を使用した。実施例７では青色着色剤（Mason #6306）を使用した。実施例８では褐色着色剤（Mason #6109）を使用した。実施例９では黒色着色剤（Mason #6600）を使用した。使用した着色剤に対応するタイル色であったことを除いて、実施例１と同様の高品質タイルが得られた。これらの実施例は、本発明により広範囲の色の製品を製造することができることを証明している。
【００３１】
実施例１０〜１５
緑色ガラス又は褐色ガラス量の１％を着色剤充填剤で置き換えたことを除いて、実施例２及び３と同様の手順を使用した。実施例４、６及び７に列挙したものと同一の赤色着色剤、緑色着色剤、青色着色剤を使用した。実施例１０では、緑色ガラスと赤色着色剤とを組み合わせた。実施例１１では、緑色ガラスと緑色着色剤とを組み合わせた。実施例１２では、緑色ガラスと青色着色剤とを組み合わせた。実施例１３では、褐色ガラスと赤色着色剤とを組み合わせた。実施例１４では、褐色ガラスと緑色着色剤とを組み合わせた。実施例１５では、褐色ガラスと青色着色剤とを組み合わせた。追加のカラーバリエーションが得られたことを除いて、前記実施例と同様の高品質タイルが得られた。これらの実施例は、本発明により広範囲の色の製品を製造することができることを更に証明している。
【００３２】
実施例１６
有機バインダーＰＥＧ−８０００を異なるポリエチレングリコール（ＰＥＧ−３００（Union Carbide製））で置き換えたことを除いて、実施例１と同様の手順を使用した。実施例１〜１５で使用したＰＥＧ−８０００は、当初は固体形状であるので、（イソプロピルアルコールを使用して）液体に溶解し、ガラス粒子を湿潤させかつ被覆する必要があった。ＰＥＧ−３００は当初から液状であるので、液体は不要であった。６質量％のＰＥＧ−３００（ガラス質量ベース）を、あらゆる追加の液体の添加なしにガラス粉末と組み合わせた。ガラス及びＰＥＧ−３００とを混合し、次いで、以前はバインダー添加後に用いていた乾燥及びふるいがけ工程なしにプレスした。実施例１のその他の全ての工程を使用した。実施例１と同様の高品質タイルが得られた。
【００３３】
実施例を伴う本発明の詳細な説明を前記に記載した。本発明の範囲から離れることなしに、当業者は本発明に対して種々のその他の変化及び変更を施すことができることが理解される。例えば、必要に応じてうわ薬をセラミック製品に適用することができる。しかし、必須ではない。うわ薬は焼成前に適用することができ、この場合、１回のみの焼成が必要とされる。うわ薬は焼成後に適用することもでき、この場合、第２の焼成が必要とされる。
【国際公開パンフレット】
2005507851.tif 000002
2005507851.tif 000003
2005507851.tif 000004
2005507851.tif 000005
2005507851.tif 000006
2005507851.tif 000007
2005507851.tif 000008
2005507851.tif 000009
2005507851.tif 000010
2005507851.tif 000011
2005507851.tif 000012
2005507851.tif 000013
2005507851.tif 000014
2005507851.tif 000015
2005507851.tif 000016
【国際調査報告】
2005507851.tif 000017
2005507851.tif 000018