KR20040105096A

KR20040105096A - 나노 다이아몬드가 첨가된 주방기구용 코팅재, 이를이용한 주방기구 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20040105096A
Application number: KR1020030035949A
Authority: KR
Inventors: 이강진
Original assignee: (주)우인나노텍
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-14

Abstract

본 발명은 나노 다이아몬드가 첨가된 주방기구용 코팅재, 이를 이용한 주방기구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 수용액 상태의 테프론에 나노 다이아몬드를 첨가한다. 본 발명에 따르면 다이아몬드로서 뛰어난 기계적 특성을 가지고 있는 나노 다이아몬드를 테플론에 첨가함으로써 복합재를 형성할 수 있고, 이를 통해 마찰계수의 감소와 내마모성 및 경도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

나노 다이아몬드가 첨가된 주방기구용 코팅재, 이를 이용한 주방기구 및 그 제조방법{The coating material with nano-diamond for the kitchenware, the kitchenware thereof and production method thereof}

본 발명은 나노 다이아몬드가 첨가된 주방기구용 코팅재, 이를 이용한 주방기구 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프라이 팬과 같은 주방기구의 표면을 긁힘등으로부터 보호하기 위해서 형성되는 코팅층에 나노 다이아몬드를 첨가하여 개선된 효과를 얻고자 하는 주방기구용 코팅재, 이를 이용한 주방기구 및 그 제조방법에 관한 것이다.

프라이 팬과 같은 주방기구에 있어서 금속재질로 이루어지는 기구의 표면에 음식물 등이 눌러붙는 것을 방지하기 위해서 대부분의 경우 코팅층이 형성되어 있다. 이러한 코팅층은 금속기재와의 접착성이 높아야 표면으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있고, 자체적으로 내마모성이 높아야 한다. 즉, 사용중에 주걱과 같은 다른 금속제 기구와 마찰이 발생되게 되는데 내마모성이 낮을 경우 코팅층이 벗겨지게 된다. 또한, 윤활성이 있어 마찰계수를 줄일 수 있는 특성이 요구되며, 경도도 높아야 한다.

종래 이러한 특징으로 모두 만족시키는 재질로서 미국의 듀폰사에서 개발된 테프론이 널리 사용되고 있었다. 테프론은 고분자 물질이지만 강한 불소결합이 내재되어 있어 고온에서도 강한 막을 형성할 수 있고 윤활성이 뛰어난 물질이어서, 상기와 같은 주방기구에서 요청되는 조건을 모두 만족시킬 수 있는 재질이다. 이러한 우수한 특징으로 인해서, 테프론은 프라이팬과 같은 주방기구 뿐만 아니라 각종 공업용 고온 장비에서도 널리 사용되고 있는 실정이다.

그러나, 이러한 테프론 코팅도 장기간 사용하게 되는 경우에는 마모되거나 박리되는 것을 피할 수 없으므로, 보다 우수한 특성을 갖는 테프론 코팅층을 개발하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 테프론 코팅층을 개선하여 보다 우수한 기계적 특성을 갖는 테프론 코팅층을 형성할 수 있는 코팅재를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 본 발명은 상기 코팅재를 사용하여 코팅층을 형성한 주방기구의 제조방법 및 이러한 제조방법을 사용하여 제조되어 종래에 비해 보다 우수한 기계적 특성을 갖는 테프론 코팅층이 형성된 주방기구를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드가 첨가된 코팅층을 갖는 주방기구의 일 실시예에 대한 마찰계수 테스트의 결과를 도시한 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 나노 다이아몬드가 첨가된 코팅층을 갖는 주방기구의 일 실시예에 대한 내마모성 테스트의 결과를 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 나노 다이아몬드가 첨가된 코팅층을 갖는 주방기구의 일 실시예에 대한 경도 테스트의 결과를 도시한 그래프이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 수용액 상태의 테프론에 나노 다이아몬드를 첨가한 것을 특징으로 하고 있다.

여기서 사용하는 나노다이아몬드는 TNT와 RDX 계열의 폭발물을 폭발시킴으로서 순간적으로 고온 고압의 분위기를 유도하여 폭발물 속의 탄소를 다이아몬드 구조로 변화시키는 방법을 통하여 얻어지는 것을 말한다. 나노 다이아몬드는 뛰어난 기계적 강도를 가지고 있으며 1차 입경이 4-10nm로 작고 비표면적(specific surface)이 넓다. 또한 독특한 전기적, 화학적, 광학적 특징을 가지고 있다. 나노 다이아몬드는 이러한 특성으로 인해서 현재 그 응용분야에 대해서 많은 연구가 진척되고 있으며, 본 발명은 상기 나노 다이아몬드를 주방기구에 적용한 것이다.

즉, 나노 다이아몬드를 이용하여 복합재를 형성함으로써 테프론 막의 내마모 특성을 향상시킬 수 있으며, 경도 및 윤활성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 통상적으로 나노 다이아몬드는 현재 정제도가 낮은 흑색분말과, 보다 정제도가 높은 회색분말 및 증류수와 중량비로 9:1의 비율로 혼합한 액상제품이 공급되고 있는 데 테프론 코팅재와 보다 균일하게 혼합될 수 있도록 하기 위해서 액상제품을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 나노 다이아몬드와 증류수의 혼합물은 중량비로 5~15%의 비율로 수용액 상태의 테프론에 첨가되는 것이 좋다. 상기 혼합물의 첨가비율이 5% 미만인 경우 성능향상 정도가 낮으며, 20%를 초과하는 경우에는 성능향상 정도가 포화하게 되므로 함량을 증가시켜도 성능의 개선이 미미하기 때문이다.

본 발명은 또한, 금속표면에 프라이머를 도포한 후 건조하는 단계; 수용액 상태의 테프론에 나노 다이아몬드를 첨가한 혼합물을 건조된 프라이머 층의 위에 분무법으로 도포한 후 건조하는 단계로 이루어지는 것을 다른 특징으로 하고 있다.

본 발명은 또한, 표면에 청구범위 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 코팅재가 사용되는 것을 또 다른 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은, 청구범위 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 또 다른 특징으로 하고 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노 다이아몬드가 첨가된 주방기구용 코팅재를 이용한 주방기구의 일 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

우선, 본 실시예에서는 국내에서 사용되는 테프론 상용제품에 나노 다이아몬드 혼합물을 적용한 것이다. 또한, 금속기재로서는 순도 99%의 판재 알루미늄을 5㎜의 두께로 형성한 것을 사용하였다. 상기 금속기재의 표면에 국내에서 통용되는 프라이머 600 제품을 약 15㎛의 두께로 코팅한 후 250℃에서 건조하였다. 그 후 건조된 프라이머 층에 mid 700과 top 800 제품을 6:4의 비율로 혼합한 후, 여기에 증류수와 나노 다이아몬드가 중량비로 9:1로 혼합된 것을 중량비로 각각 0, 5, 10, 15, 20% 혼합하여 코팅한 후 380℃의 온도에서 10~15분 간 건조하여 실시예를 완성하였다.

이렇게 얻어진 제품을 7×20㎜로 재단하여 마모테스트를 실시하였다. 상대재는 4㎜ 두께의 Si₃N₄볼이었으며, 가해진 하중은 0.8N 이었다. 마모 온도는 20℃의 상온이었으며, 습도는 약 40%였고, 2.5㎝/s의 속도로 ball on plate 형태의 미끄럼왕복 마모테스트를 실시하였다. 상기 테스트는 고려대학교 첨단소재부품연구소에 의뢰하여 진행된 것이다.

실험결과의 분석은 50배율의 현미경을 사용하여 wear track의 넓이를 측정하여 이루어졌으며, 가해진 하중에 대하여 마모테스트 중에 변화하는 하중의 변화를 로드 셀을 통하여 표기함으로써 마찰계수의 변화를 측정하였다. 마찰계수를 microcal origin 프로그램과 MS office excel 프로그램을 이용하여 분석하였다.

이렇게 하여 얻어진 결과를 도 1 내지 도 3에 그래프로 나타내었다. 각각의 그래프에서 가로축은 첨가된 나노 다이아몬드 혼합물의 함량을 의미하며, 세로축에 얻어진 결과값을 표시하였다.

우선 도 1을 참조하면, 테프론에 나노 다이아몬드를 첨가하면서 측정된 마찰계수에 대해 나타나 있는데, 나노 다이아몬드를 첨가하지 않은 테프론에서는 0.073이라는 마찰계수 값이 측정된 반면, 5%의 함량에서는 그 값이 0.066정도로 약 10% 정도 감소한 값을 나타내는 것을 알 수 있으며, 10%의 함량에서는 그 값이 0.064로 최소가 된다. 한편, 15%의 함량에서는 그 값이 증가하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 마찰계수의 면에서는 약 10%의 함량으로 나노 다이아몬드 혼합물을 첨가하는 것이 최적의 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면 내마모성 테스트 결과가 도시되어 있는데, 도 2에서는 마모 면적을 측정하여 내마모성을 평가하였다. 내마모성 테스트에서는 마찰계수 테스트에서와 유사한 양상을 보이는데, 나노 다이아몬드를 첨가하지 않았을 경우에는 마모면적이 약 0.84㎟이던 것이, 나노 다이아몬드를 5% 첨가하면 마모면적이 0.5㎟로 약 41% 정도 감소가 있음을 알 수 있다. 또한, 함량이 10%인 경우에는 마모면적이 0.44㎟ 정도로 약 50% 정도 감소한 것을 볼 수 있다. 15%의 함량에서는 10%의 함량에 비해서는 증가된 값을 보이지만 나노 다이아몬드가 첨가되지 않은 경우보다는 우수한 결과를 나타낸다. 즉, 내마모성은 나노 다이아몬드를 첨가함에 따라 증가하여 잘 깎이지 않는 모습을 보이는데, 나노 다이아몬드를 약 10% 첨가하였을 때가 내마모성을 2배 정도 향상시킴으로써 가장 좋은 내마모성을 보인다.

도 3은 미세경도기로써 경도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 나노 다이아몬드를 첨가하지 않은 경우의 경도가 약 83(㎏/㎟)이던 것이, 나노 다이아몬드를 첨가하면서 그 값이 증가하고 있음을 알 수 있다. 즉, 함량이 15%인 경우에는 경도가91(㎏/㎟)로서 약 10% 정도의 경도향상을 나타내고 있으며, 20%의 함량에서는 15%에서에 비해서 감소하기는 하지만 첨가하지 않은 경우보다는 우수한 경도를 보이고 있다.

이상의 결과를 종합하여 보면, 나노 다이아몬드를 약 10% 첨가하였을 경우에 최고의 성능향상을 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 다이아몬드로서 뛰어난 기계적 특성을 가지고 있는 나노 다이아몬드를 테플론에 첨가함으로써 복합재를 형성할 수 있고, 이를 통해 마찰계수의 감소와 내마모성 및 경도를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 종래의 테플론만을 사용한 코팅층을 갖는 주방기구에 비해서 보다 우수한 기계적 특성을 갖는 코팅층을 주방기구의 표면에 형성할 수 있으므로, 주방기구의 수명을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 제공하는 것이다.

Claims

수용액 상태의 테프론에 나노 다이아몬드를 첨가한 것을 특징으로 하는 주방기구용 코팅재.
제1항에 있어서,

상기 나노 다이아몬드는 증류수와 나노 다이아몬드 분말을 중량비로 9:1로 혼합된 상태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 주방기구용 코팅
제2항에 있어서,

상기 나노 다이아몬드와 증류수의 혼합물은 중량비로 5~15%의 비율로 수용액 상태의 테프론에 첨가되는 것을 특징으로 하는 주방기구용 코팅재.
금속표면에 프라이머를 도포한 후 건조하는 단계;

수용액 상태의 테프론에 나노 다이아몬드를 첨가한 혼합물을 건조된 프라이머 층의 위에 분무법으로 도포한 후 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주방기구용 코팅층의 형성방법.
제4항에 있어서,

상기 나노 다이아몬드는 증류수와 나노 다이아몬드 분말을 중량비로 9:1로 혼합된 상태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 주방기구용 코팅층의 형성방법.
제5항에 있어서,

상기 나노 다이아몬드와 증류수의 혼합물은 중량비로 5~15%의 비율로 수용액 상태의 테프론에 첨가되는 것을 특징으로 하는 주방기구용 코팅층의 형성방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 코팅재가 사용되는 것을 특징으로 하는 주방기구.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 주방기구.