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公開番号2025064968
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2024157864
出願日2024-09-11
発明の名称低融点ガラス組成物、物品、およびそれらの作製方法
出願人ザ・ペン・ステイト・リサーチ・ファウンデイション,The Penn State Research Foundation
代理人弁理士法人浅村特許事務所
主分類C03C 3/062 20060101AFI20250410BHJP(ガラス;鉱物またはスラグウール)
要約【課題】カーボンフットプリントを減少させて形成され得るガラスを提供することができる、ガラス組成物を提供する。
【解決手段】本ガラスの一部の実施形態は、約1.5モルパーセント(mol%)～5mol%の間のアルミナ(Al₂O₃)と、5mol%～45mol%の間のシリカ(SiO₂)と、約35mol%～50mol%の間の五酸化リン(P₂O₅)とを含むことができる。実施形態はまた、改質剤を含むことができる。実施形態はまた、着色剤または他の要素を含むことができる。本ガラス組成物は、様々な種類のガラス物品を作製するために使用することができる。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
３５～５０モルパーセント（ｍｏｌ％）のＰ
２
Ｏ
５
と、５～１５ｍｏｌ％のＳｉＯ
２
と、１．５～５ｍｏｌ％のＡｌ
２
Ｏ
３
とを含むガラス組成物。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
４０～４５ｍｏｌ％のＰ
２
Ｏ
５
と、２～４ｍｏｌ％のＡｌ
２
Ｏ
３
とを有する、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項３】
総量が３０～５０ｍｏｌ％のＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ
２
Ｏ、Ｋ
２
Ｏ、およびＺｎＯをさらに含む、請求項１または２に記載のガラス組成物。
【請求項４】
Ｋ
２
Ｏが１０ｍｏｌ％以下である、請求項１、２、または３に記載のガラス組成物。
【請求項５】
Ｎａ
２
Ｏが２０ｍｏｌ％以下であるか、または１５ｍｏｌ％以下である、請求項１、２、３、または４に記載のガラス組成物。
【請求項６】
ＣａＯが少なくとも２０ｍｏｌ％であり、かつ４０ｍｏｌ％以下である、請求項１、２、３、４、または５に記載のガラス組成物。
【請求項７】
０ｍｏｌ％超かつ０．５ｍｏｌ％以下のＦｅ
２
Ｏ
３
をさらに含む、請求項１、２、３、４、５、または６に記載のガラス組成物。
【請求項８】
総量が１４ｍｏｌ％以下のアルカリ酸化物を有する、請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載のガラス組成物。
【請求項９】
ＭｇＯおよびＺｎＯの総量が、０ｍｏｌ％超かつ３０ｍｏｌ％以下である、請求項１、２、３、４、５、６、７、または８に記載のガラス組成物。
【請求項１０】
ＺｎＯを実質的に含まない、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、または９に記載のガラス組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０２３年９月１２日出願の米国仮特許出願第６３／５８２，０３３号に対する優先権を主張する、２０２４年９月９日出願の米国特許出願第１８／８２８，３２７号に対する優先権を主張する。
続きを表示（約 3,400 文字）【０００２】
本発明は、概して、新規な低融点ガラス組成物、それを含むガラス物品、およびそれを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
数百万年前、ホモサピエンスは、天然に存在するガラスの有用性を発見した。人間は、５，０００年よりも前にガラス物品の製造方法を習得した。現代におけるガラスの有用性は非常に多様であり、商業的使用と消費者使用の両方が含まれる。ガラスは一般的に、自動車産業、電子産業、分光学などに関連する商品用途および技術用途に使用される。多くの場合、ガラス物品は様々な化学的環境にも曝され、物品の耐久性を長期的に確保するために、ガラス組成物はそのような環境に耐えるように設計される必要がある。例えば、容器ガラス、窓用の平面ガラス、自動車フロントガラス、レーザーホスト材料、ファイバ、チューブなどのガラス物品は、ボトル、花瓶、ガラス美術工芸品などの両方の商品用途に利用され、多くの場合は水分の環境攻撃に耐え抜くが、結果的にそれらの初期特性を喪失する可能性がある。このため、その所望の物理的特性および化学的特性を喪失することなく水分への曝露に耐えることが可能なガラス組成物およびそれを含む物品が必要とされている。
【０００４】
また、ガラスは製造全体において大気条件に相当量の炭素を排出することが公知である。長期間の高熱形成プロセスを使用することで、このような炭素排出がもたらされる。ガラス物品は、一般的には溶融プロセスおよび形成プロセスにおいて約１，４５０℃での加熱を必要とする。したがって、より低温で形成することのできるガラス物品を生産し、それによって環境に対するガラス製造の全体的な炭素排出を低減するために使用され得る、代替的なガラス組成物が必要とされている。
【０００５】
これらの必要性および他の必要性は、本開示によって少なくとも部分的に充足される。
【発明の概要】
【０００６】
本発明者らは、驚くべきことに、ガラス組成物を相当低いカーボンフットプリントおよび相当低い温度で作製できることを見出した。形成されたガラスは、ガラス物品（例えば、瓶、ボトル、グラス、ドリンクウェア、窓など）を形成するために利用することができる。一部の実施形態では、ガラス組成物は、約１．５モルパーセント（ｍｏｌ％）～５ｍｏｌ％の間のアルミナ（Ａｌ
２
Ｏ
３
）と、５ｍｏｌ％～４５ｍｏｌ％の間のシリカ（ＳｉＯ
２
）とを含むことができる。例えばガラス組成物は、１．５ｍｏｌ％～４ｍｏｌ％の間のＡｌ
２
Ｏ
３
を含むことができるか、２ｍｏｌ％～３．６ｍｏｌ％の間のＡｌ
２
Ｏ
３
を含むことができるか、または２．８ｍｏｌ％～３．３ｍｏｌ％の間のＡｌ
２
Ｏ
３
を含むことができる。かかる例示的な実施形態では、シリカ含有量は、５ｍｏｌ％～１５ｍｏｌ％の間の範囲のシリカ（ＳｉＯ
２
）とすることができる（例えば、５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％の間のＳｉＯ
２
、５ｍｏｌ％～１２ｍｏｌ％の間のＳｉＯ
２
、または７ｍｏｌ％～１５ｍｏｌ％の間のＳｉＯ
２
などとすることができる）。
【０００７】
ガラス組成物の実施形態はまた、五酸化リン（Ｐ
２
Ｏ
５
）を含むことができる。五酸化リンは、ガラス組成物を有するガラスの形成にリン酸化合物を使用することによって、ガラス組成物に添加することができる。例えば、リン酸一ナトリウム（ヘキサメタリン酸ナトリウムとも称され得る）、リン酸一カリウム、リン酸一カルシウム、メタリン酸アルミニウム、リン酸二マグネシウム、および／または他の好適な五酸化リン源を、ガラスの形成に使用されるガラス原料に添加することができ、その結果、ガラスは所望のＰ
２
Ｏ
５
含有量（例えば、予め選択されたＰ
２
Ｏ
５
組成物範囲内にあるＰ
２
Ｏ
５
含有量、または予め選択されたＰ
２
Ｏ
５
含有量）を伴うガラス組成物を有する。これらの種類のリン酸化合物を使用することで、炭酸塩改質剤（例えば、ＣａＣＯ
３
、Ｎａ
２
ＣＯ
３
など）を使用することなくガラスを形成して、予め選択された所望のガラス組成物を有するガラスを作製するのに使用される原料の直接的なカーボンフットプリントの低減を補助することが可能とされ得る。一部の実施形態では、ガラス組成物は、３５ｍｏｌ％超～５５ｍｏｌ％未満の間のＰ
２
Ｏ
５
を含むことができる。例えばガラス組成物は、３８ｍｏｌ％～５０ｍｏｌ％の間のＰ
２
Ｏ
５
含有量、または４０ｍｏｌ％～４５ｍｏｌ％の間のＰ
２
Ｏ
５
含有量を含むことができる。
【０００８】
例えばガラス組成物の一部の実施形態は、５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％の間のＳｉＯ
２
と、２．８ｍｏｌ％～３．３ｍｏｌ％の間のＡｌ
２
Ｏ
３
と、４０ｍｏｌ％～４５ｍｏｌ％の間のＰ
２
Ｏ
５
とを含むことができる。他の実施形態は、本明細書で論じられるように（例えば、上記または下記で論じられるように）、ＳｉＯ
２
、Ａｌ
２
Ｏ
３
、およびＰ
２
Ｏ
５
のその他の含有量範囲の組合せを利用することができる。
【０００９】
ガラス組成物の実施形態はまた、他の成分も含むことができる。例えば、ガラス組成物の実施形態はまた、１つまたは複数の改質剤も含むことができる。改質剤の例として、アルカリ改質剤、アルカリ土類改質剤、および遷移金属改質剤を挙げることができる。例えば改質剤は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ
２
Ｏ）、酸化鉄（Ｆｅ
２
Ｏ
３
）、および／または酸化カリウム（Ｋ
２
Ｏ）を含むことができる。一部の実施形態では、ガラス組成物は、総含有量が４０ｍｏｌ％～４７ｍｏｌ％の間の範囲にある改質剤を含むことができる（例えば、かかる改質剤すべての、ガラス組成物に含まれる合計含有量は、４０ｍｏｌ％～４７ｍｏｌ％の間の範囲とすることができる）。他の実施形態では、ガラス組成物は、総含有量が３０ｍｏｌ％～４０ｍｏｌ％の間の範囲または約３５ｍｏｌ％である改質剤を含むことができる（例えば、かかる改質剤すべての、ガラス組成物に含まれる合計含有量は、３０ｍｏｌ％～４０ｍｏｌ％の間、または３３ｍｏｌ％～３７ｍｏｌ％の間の範囲などとすることができる）。
【００１０】
ガラス組成物に１つまたは複数の特性を提供するのを補助するために、１つまたは複数の改質剤をガラス組成物に含めることができ、これにより、ガラスが特定種類の物品の作製に際した使用においてより有効となるのを補助することができる。例えば、ＣａＯおよび／またはＫ
２
Ｏは、ガラス組成物を有するガラスの耐久性を改善するのに役立つ改質剤として利用することができる。比較的少ないＡｌ
２
Ｏ
３
含有量を有し得るガラス組成物は、例えば、より多くのＣａＯ含有量および／またはより多くのＫ
２
Ｏ含有量を有することができる。一部の実施形態では、ガラス組成物は、２２ｍｏｌ％または２２ｍｏｌ％超（および４７ｍｏｌ％以下）のＣａＯ含有量を有することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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