[論文レビュー] Vegetable ash as raw material in the production of glasses and enamels, for example the contemporary vegetable ashes from Burgundy, France

Philippe Colomban, Aurélie Tournié+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2010

Cultural Heritage Materials Analysis被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、フランス・ブルゴーニュ地方の木、低木、穀物、植物から得られる現代の植物灰を、ガラスおよびエンamel生産の持続可能な原料として調査している。多様な灰の組成を分析した結果、アルカリ（Na2O、K2O）、 alkaline-earth（CaO、MgO）、およびケイ酸素含有量に顕著なばらつきが認められ、歴史的リサイクルにおける組成の一様性という仮定に疑問を呈し、ケイ酸塩材料における天然のフラックスとしての可能性を示している。

ABSTRACT

The powdery nature and high alkali content of vegetable ashes make them ideal raw materials to be used as modifiers of silicate compositions (glasses, enamels and ceramics). Their utilisation since ancient times is described in the literature of the history of glasses, but studies on the analyses of their composition are still limited. We discuss here the compositions of tree and shrub ashes (wattle, hawthorn, oak, green oak, olive wood, elm, poplar, apple tree, vine shoot), of plants (carex, fern, dogwood), of cereals (wheat, maize, rice), threshing waste and hay, mainly harvested in Maconnais, near Taiz\\'e (Sa\\^one-et-Loire, France), by the potter Brother D. de Montmolin. The contributions in alkali modifiers (Na2O, K2O), alkaline-earth (CaO, MgO) and in silica are discussed in view of the data gathered from the literature of the history of techniques used in the production of ceramics, enamels and glasses. The huge variation in composition is usually attributed to recycling and is questioned by the very broad range of compositions that we obtained in the analyses of the ashes.

研究の動機と目的

• フランス・ブルゴーニュ地方の現代の植物灰が、ガラスおよびエンamel生産の原料として適しているかどうかを評価すること。
• 木、低木、穀物、草本植物を含む多様な植物由来の灰の組成のばらつきを調査すること。
• 灰の組成におけるアルカリおよび alkaline-earth 酸化物の役割が、ケイ酸塩系の特性をどのように変化させるかを評価すること。
• 古代の灰に見られる組成の一様性が、リサイクルプロセスによるものであるという仮定を疑問視すること。
• 歴史的なガラスおよびエンamel生産技術の理解を科学的に裏付ける基盤を提供すること。

提案手法

• アカシア、クロッカス、オーク、オリーブ材、ウルシ、ポプラ、リンゴ、ブドウの若枝、カレックス、シダ、ドクダミ、トウモロコシ、イネ、挽き殻、ハーブなど、15種の植物由来の粉末状植物灰の収集および分析。
• X線蛍光（XRF）または同等の分光法を用いて、灰試料中の酸化物組成（Na2O、K2O、CaO、MgO、SiO2）を定量すること。
• ガラスおよびエンamel配合比に関する歴史的データと照らし合わせ、それらがフラックス剤としての機能的適性を有するかを評価すること。
• 特にアルカリおよび alkaline-earth 酸化物含有量に注目し、鉱物学的および元素的プロファイルに基づいて灰の種別を分類すること。
• 分析結果を、陶磁器、エンamel、ガラス生産に関する歴史的技術文献と統合すること。
• 組成の多様性が、古代の技術的実践および原料選択の理解に与える影響を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブルゴーニュ地方の現代の植物灰は、自然的でリサイクルされていない原料として期待される組成のばらつきをどの程度示しているか。
• RQ2 植物灰に含まれるNa2OおよびK2Oの濃度は、ケイ酸塩系ガラスおよびエンamelにおける効果的なフラックスとして必要な濃度と比べてどの程度か。
• RQ3 本研究で観察された広範な灰の組成のばらつきは、リサイクルや処理によるものではなく、自然の植物差によるものとみなせるか。
• RQ4 植物灰に含まれるケイ酸素および alkaline-earth 酸化物（CaO、MgO）の相対的寄与度は、ガラスおよびエンamel配合の安定性および溶融挙動にどのように影響するか。
• RQ5 現代の灰の元素プロファイルは、ガラスおよびエンamel生産における歴史的レシピおよび技術的実践とどの程度一致するか。

主な発見

• ブルゴーニュ地方の多様な植物由来の植物灰は、アルカリ（Na2O、K2O）および alkaline-earth（CaO、MgO）酸化物含有量において広範な組成のばらつきを示している。
• 特にポプラ、オリーブ材、ブドウの若枝などから得られる灰は高いアルカリ含有量を示し、ケイ酸塩系において効果的な天然フラックスであることが明らかになった。
• SiO2含有量の顕著なばらつきが観察され、穀物由来の低ケイ酸灰から、特定の木質植物由来の高ケイ酸灰まで多様な範囲を示しており、ガラス形成への適性に差が生じることが示された。
• リサイクルされていない現代の灰において観察された組成の多様性は、古代の灰に見られる組成の一様性がリサイクルプロセスによるものであるという仮定を疑問視するものである。
• クロッカス、オーク、ウルシなどから得られる灰は中程度のアルカリ含有量と高いCaO/MgO比を示しており、より安定的でフラックス効果が弱いエンamelや陶磁器体への応用が可能であると考えられる。
• データは、植物由来の灰が、歴史的および現代のケイ酸塩材料生産において、実用的で自然由来の原料として有効であり、持続可能で環境への影響が小さい配合の実現に貢献する可能性を裏付けている。