KR20200122450A - 알루미늄 소재 조리기구의 무쇠-유사 질감 코팅을 위한 Xtrema T 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란, 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물, 상기 코팅 조성물을 이용하는 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법, 및 이에 따라 제조된 비점착성을 갖는 무쇠-유사 질감을 갖는 알루미늄 조리기구에 관한 것이다.
Description
본 발명은 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란, 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물, 상기 코팅 조성물을 이용하는 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법, 및 이에 따라 제조된 비점착성을 갖는 무쇠-유사 질감을 갖는 알루미늄 조리기구에 관한 것이다.
프라이팬, 냄비 등의 조리 기구는 주로 일반 스틸, 알루미늄 합금, 알루미늄 판재, 스테인리스 스틸 등의 소재를 사용하여 제작되어 왔다. 특히, 가벼우면서도 성형이 용이하며 제작 비용이 저렴한 알루미늄 소재가 자주 사용되고 있다.
그러나, 이들 소재로 된 기구는 급열, 급랭의 반복에 의한 금속의 팽창 및 수축의 반복, 소비자의 과실로 인한 코팅면의 손상 및 산화, 벗겨짐, 부식 등 많은 문제점을 나타내고 있다. 특히, 전술한 이유로 코팅이 벗겨져 알루미늄 등 금속 성분이 노출되며, 코팅이 벗겨진 부위에는 음식물이 눌어 붙어 조리물의 산 성분으로 인해 기재가 부식되고, 이러한 눌어 붙은 음식물을 섭취하는 경우에는 금속 성분이 인체에 축적되어 알츠하이머 병 등의 부작용을 유발할 수 있는 것으로 보고되었다.
따라서, 조리 기구는 높은 조리 온도에서도 견딜 수 있고, 표면 마모 및 스크래치에 강한 내부식성 및 박리내구성을 갖추면서도, 음식물이 눌어 붙지 않는 비점착성을 부여하기 위하여, 다양한 코팅층을 도입하고 있다.
이러한 목적으로 가장 널리 사용되는 방법은 불소수지를 함유하는 넌스틱 코팅층을 도입하는 것으로, 유효성분인 불소수지는 다른 물질과의 혼화성이 매우 낮아 매끈한 표면에 대한 코팅력이 낮으므로, 기재 상에서 코팅층의 결합력을 향상시키기 위하여, 샌드블라스터 공정으로 미세한 구조를 형성하여 표면적을 넓히는 전처리 과정이 필수적이다. 한편, 상기 불소수지 코팅에 주로 사용되는 물질인 PFOA(perfluorooctanoic acid)는 미국 환경청에 의해 잠재적 발암물질로 분류되었으며, 통상의 조리기구가 고온에서 사용되는 점을 고려할 때, 불소수지 자체가 고온에서 분해될 수 있어 유해물질에의 노출 가능성을 배제할 수 없다.
이에 불소수지를 사용하지 않는 코팅 또는 표면처리 방법에 사용되는 것이 세라믹 코팅층의 도입이다. 상기 세라믹 코팅은 제품의 금속 표면에 우수한 내열성, 내오염성, 내약품성, 내구성 등의 물성을 갖는 무기질 도료 및 무기계 세라믹 코팅 조성물을 이용하여 파인 세라믹으로 도막을 입혀 가정용 주방 기구의 금속 부식을 방지하는 기술로서, 가정용 주방 기구에서는 금속의 부식을 방지하고 조리 시 음식물이 들러붙지 않도록 하기 위하여 주로 조리 용기에 적용된다.
세라믹 코팅 주방 기구는 불소 코팅과 같은 다른 코팅제로는 표현하기 어려운 다채로운 색상 구현이 가능하며, 350℃ 이상의 온도에서도 코팅이 벗겨지거나 타지 않을 뿐만 아니라 천연 무기물에서 비롯된 무독성, 내항균성, 원적외선 등 많은 장점에도 불구하고 넌스틱 기능이 부족하며, 비점착성을 갖는다 하더라도 장기간 지속되지 못하는 단점이 있다.
이에 인체에 무해한 세라믹 소재를 이용하여 코팅층을 도입하되 표면 특성을 개선하여 독특한 시각적 효과를 나타내면서도 비점착성을 향상시킬 수 있는 코팅 방법을 발굴하는 것이 필요하다.
본 발명자들은 세라믹 코팅층 만으로 가벼운 알루미늄 소재의 조리기구에 무쇠와 유사한 질감을 부여하는 동시에 비점착성을 향상시킬 수 있는 코팅 방법을 발굴하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 통상의 세라믹 코팅에 앞서 소정의 실리콘 글리콜 공중합체를 포함하여 점도가 조절되고, 전구체로서 콜로이달 실리카 및 산 촉매를 포함하는 프라이머 코팅액을 사용한 세라믹 코팅층을 도입함으로써 무쇠 소재 특유의 양각의 질감을 부여하여 유니크한 시각 및 촉각적 효과를 나타냄과 동시에, 상기 질감 패턴으로 인해 음식물과의 접촉을 감소시키고 패턴 내에 오일을 보유함으로써 현저히 향상된 비점착성을 부여할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 제1양태는 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS), 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 제2양태는 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS), 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물을 알루미늄 조리기구의 전체 또는 일부 표면에 도포하여 프라이머 코팅층을 형성하는 제1단계; 세라믹 하도 코팅층을 형성하는 제2단계; 및 세라믹 상도 코팅층을 형성하는 제3단계를 포함하는, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법을 제공한다.
본 발명의 제3양태는 알루미늄 조리기구의 전체 또는 일부 표면에 순차적으로 적층되어 형성된, 평균 15 내지 30 μm의 두께 및 ±15 μm의 조도를 갖는 프라이머 코팅층; 평균 15 내지 25 μm의 두께로 균일하게 형성된 세라믹 하도 코팅층; 및 평균 5 내지 10 μm의 두께로 균일하게 형성된 세라믹 상도 코팅층;을 포함하는, 무쇠-유사 질감을 갖는 알루미늄 조리기구을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명은 조절된 점도를 갖는 소정의 성분을 함유하는 세라믹 코팅용 조성물을 이용하여 조절된 조건 및/또는 양으로 프라이머 코팅층을 도입함으로써, 가볍고 저렴한 알루미늄 조리기구 상에서, 고가의 무쇠 소재에서 나타나는 시각적 및/또는 촉각적 효과를 구현하는 독특한 질감을 모사할 수 있음은 물론, 인체에 유해할 수 있는 불소 코팅 처리 없이도 현저히 향상된 비점착성을 부여할 수 있는 코팅 방법을 발굴한 것에 기초한다.
이와 같이 질감을 구현하기 위한 시도로 불소 코팅 중 질감을 나타내는 코팅을 구현한 바 있으나, 인체에 유해한 불소 코팅을 사용하는 것을 제외하고라도, 이는 양각과 열처리시 도료의 건조 수축에 의해 부여되는 음각이 존재하며 양각과 약 30% 비율의 음각이 공존하는 방식으로 입체감을 부여한 것이어서 음각에 음식물이나 이물질이 들어가는 경우, 통상적인 세척에 의해 제거가 어렵고 이에 따라 비점착성이 현저히 저하되는 단점을 나타낸다. 그러나, 본 발명은 유해한 불소 코팅을 배제함은 물론, 질감을 구현함에 있어서 전술한 음각의 존재에 의해 발생하는 단점을 극복하는 동시에 돌출부가 부재하는 곳을 따라 형성되는 상대적으로 함몰된 패턴이 오일로드의 역할을 하여 조리시 식용유 등의 조리유가 균일하게 퍼지고 머무를 수 있게 한다.
이에, 본 발명자들은 이상과 같이 본 발명에 따라 구현된 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅을 "엑스트리마 티(Xtrema T)" 코팅이라 명명한다.
본 발명은 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS), 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 프라이머 코팅 조성물에 의해 형성되는 질감을 유지하기 위하여 선택되는 세라믹 하도 코팅 조성물 및 세라믹 상도 코팅 조성물을 제공한다. 이때, 하도 코팅 조성물로는 실리콘 글리콜 공중합체를 포함하여 점도가 조절된 상기 프라이머 코팅 조성물을 동일하게 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 한편, 상기 상도 코팅 조성물로는 통상의 상도 코팅을 위하여 사용되는 세라믹 코팅용 조성물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 용어, "무쇠-유사 질감"은 무쇠 소재의 표면에서 고유하게 나타나는 미립자들이 분포된 듯한 거친 느낌의 표면을 모사한 질감을 의미하는 것으로, 내부로 함몰되어 형성되는 음각의 구조 없이 둥근 입자들을 포함하는 점성의 용액에서 이들 입자의 중첩으로 형성되는 돌출구조로 형성된 입체적 표면 형상을 의미할 수 있다.
예컨대, 추가적인 질감 및/또는 색상의 구현을 위하여, 상기 프라이머 코팅 조성물은 충진재, 안료 또는 둘 모두를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 프라이머 코팅 조성물에 사용 가능한 충진재로는 실리카, 카올린, 알루미나, 지르코니아, 황산바륨 등을, 안료로는 산화철, 산화구리, 이산화티타늄, 3가 크롬, 산화코발트, 카본 등을 각각 단독으로 또는 이들로부터 선택되는 2종 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 프라이머 코팅 조성물은 콜로이달 실리카졸을 포함하는 조성 A, MTMS 및 실리콘 글리콜 공중합체를 포함하는 조성 B 및 산촉매를 포함하는 조성 C의 독립적인 3종 성분으로 구성된 조성물일 수 있다.
이때, 상기 조성 A는 이에 포함된 콜로이달 실리카졸의 중량에 대해 0.5 내지 1.5배 중량의 충진재, 0.25 내지 1배 중량의 안료 또는 둘 모두를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 이들 충진재 및 안료는 각각 독립적으로 1 내지 5 μm의 크기를 갖도록 밀링하여 크기가 조절된 입자 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 조성 B는 총 중량을 기준으로 50 내지 90%의 MTMS를 함유할 수 있으며, 이외에 계면활성제, 표면안정제, 분산제, 알코올류의 용매 등을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 프라이머 코팅 조성물은 조성 A, 조성 B, 및 조성 C를 중량을 기준으로 60 내지 80 : 20 내지 35 : 0.1 내지 0.5의 비율로 혼합하여 준비할 수 있다. 이때 최종적으로 제공되는 조성물은 전체 중량을 기준으로 0.05 내지 2%의 실리콘 글리콜 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 용어, "실리콘 글리콜 공중합체(silicone glycol copolymer)"는 통상 유리 강화제, 내충격성 강화제, 안료 표면치환제, 슬립제 등으로 다양한 분야에 사용되고 있으나, 본 발명의 조성물에서는 점도를 조절하기 위한 목적으로 사용할 수 있다. 상기 실리콘 글리콜 공중합체는 화장품 등에도 사용되는 매우 낮은 독성을 갖는 인체에 무해한(non-hazardous) 물질이므로 조리 기구 등에 적용하기에 적합한 물질이다.
구체적으로, 본 발명은 상기 실리콘 글리콜 공중합체를 전체 조성물의 중량을 기준으로 0.05 내지 2%로 함유하여 점도를 조절함으로써 원하는 수준으로 건조속도를 가속시킴으로써 별도의 건조 과정 없이 이후 세라믹 하도 코팅층 형성 단계를 연속적으로 수행하는 wet-on-wet 방식으로 진행하더라도 프라이머 코팅 조성물이 세라믹 하도 코팅액에 흡수되거나 하지 않고 형성된 질감을 유지할 수 있도록 한다. 다만, 프라이머 코팅층의 건조 속도가 너무 빠른 경우에는 이의 표면에 형성되는 세라믹 하도 코팅층과의 결합이 어려울 수 있으며, 이러한 결합의 부재는 코팅층의 박리 및/또는 내부식성 저하를 유발할 수 있으므로, 상기와 같이 실리콘 글리콜 공중합체의 함량을 조절함으로써 조성물의 점도를 조절하여 원하는 수준의 건조 속도를 갖도록 하는 것은 중요하다.
본 발명의 용어, "산촉매"는 콜로이달 실리카와 MTMS의 가수분해를 촉진하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 개미산을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 산촉매는 전체 조성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 1%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 프라이머 코팅 조성물은 다음과 같이 무쇠-유사 질감의 알루미늄 기물을 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
무쇠-유사 질감의 알루미늄 조리기구는 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS), 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물을 알루미늄 조리기구의 전체 또는 일부 표면에 도포하여 프라이머 코팅층을 형성하는 제1단계; 세라믹 하도 코팅층을 형성하는 제2단계; 및 세라믹 상도 코팅층을 형성하는 제3단계를 포함하는, 순차적인 공정을 통해 제조될 수 있다.
이때, 상기 프라이머 코팅 조성물로는 전술한 본 발명의 프라이머 코팅 조성물을 사용할 수 있다.
한편, 제1단계로부터 형성되는 프라이머 코팅층은 평균 15 내지 30 μm의 두께 및 ±15 μm의 조도를 가질 수 있다. 상기와 같이 다소 큰 두께의 편차를 가짐으로써 원하는 수준의 입체감을 부여하고, 음식물과의 접촉을 감소시켜 비점착성을 향상시키고자 하는 목적을 달성할 수 있다.
예컨대, 상기 코팅방법에 있어서, 제1단계로부터 형성된 질감을 유지하기 위하여, 프라이머 코팅층 형성 후, 연속적으로 수행되는 제2단계는 통상의 스프레이 코팅에 비해 70 내지 85%로 감소된 크기의 노즐로, 1.2 내지 2배 증가된 거리에서, 보다 높은 분사 압력으로 약 1.2 내지 2배 강하게 분사하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 제2단계는 0.8 내지 1 mm 크기의 스프레이 건의 노즐을 사용하여, 1.5 내지 2 bar의 압력으로, 30 내지 50 cm 거리에서 스프레이 분사하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 제3단계는 당업계에 공지된 세라믹 조성물을 제한없이 이용하여, 당업계에 공지된 세라믹 코팅 방법으로 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이때, 제2단계로부터 형성되는 세라믹 하도 코팅층은, 제1단계로부터 형성된 프라이머 코팅층의 질감을 유지할 수 있도록, 평균 15 내지 25 μm의 두께로 전체 코팅면에서 균일하게 형성되도록 할 수 있다.
마찬가지의 이유로, 제3단계로부터 형성되는 세라믹 상도 코팅층은 평균 5 내지 15 μm의 두께로 균일하게 형성할 수 있다.
예컨대, 세라믹 하도 코팅층 및/또는 상도 코팅층의 두께가 전술한 각각의 하한 미만으로 얇게 형성될 경우, 피코팅면 전체에 걸쳐 균일한 코팅이 어려울 수 있고, 전술한 각각의 상한 초과로 두껍게 형성될 경우에는 프라이머 코팅층에 의해 형성된 입체적 질감의 표면이 충분한 조도를 나타내지 못하거나 이상의 코팅층에 묻혀 아예 사라질 수도 있다.
예컨대, 제1단계 내지 제3단계는 별도의 건조 공정 없이 연속하여 순차적으로 수행되는 wet-on-wet 방식으로 달성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에서 사용되는 프라이머 코팅 조성물은 조절된 함량으로 실리콘 글리콜 공중합체를 포함하여 소정의 점성을 가짐으로써 원하는 수준의 속도로 건조될 수 있으므로 별도의 건조 공정 없이 연속적으로 세라믹 하도 코팅을 진행하여도 코팅층의 분리나 세라믹 하도 코팅액에 흡수되지 않고 원하는 질감을 갖는 구별된 코팅층을 유지할 수 있다.
나아가, 본 발명은 알루미늄 조리기구의 전체 또는 일부 표면에 순차적으로 적층되어 형성된, 평균 15 내지 30 μm의 두께 및 ±15 μm의 조도를 갖는 프라이머 코팅층; 평균 15 내지 25 μm의 두께로 균일하게 형성된 세라믹 하도 코팅층; 및 평균 5 내지 15 μm의 두께로 균일하게 형성된 세라믹 상도 코팅층;을 포함하는, 알루미늄 소재 상에 형성된 무쇠-유사 질감의 코팅 표면 예컨대, 이를 포함하는 알루미늄 기반 조리기구를 제공한다.
예컨대, 본 발명의 무쇠-유사 질감을 갖는 알루미늄 조리기구는, 표면에 형성된 질감의 미세 입체구조로 인해 음식물과의 접촉이 감소되고 입체구조 사이의 공간이 오일을 가이드하는 유로로 작용하여 고르게 분포될 수 있도록 유도할 수 있으므로, 동일한 두께로 형성된 세라믹 하도 코팅층 및 세라믹 상도 코팅층만을 포함하고, 프라이머 코팅층을 불포함하는 매끈한 표면의 알루미늄 조리기구에 비해 150 내지 300%로 향상된 비점착성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅은 가벼운 알루미늄 소재의 조리기구에 적용하여 무쇠와 유사한 질감을 부여하는 동시에 비점착성을 향상시킬 수 있으므로, 유니크한 시각 및 촉각적 효과를 나타내면서도 가벼우므로 사용에 편리한 기능성 조리 기구의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 알루미늄 소재의 조리기구에 대한 기존의 세라믹 코팅 공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질감 코팅을 위한 프라이머 세라믹 코팅액의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 (a) 본 발명에 따른 3중 코팅층 구조의 구성, (b) 일반적인 세라믹 코팅층의 구성과 형태 및 (c) 본 발명에 따른 3중 코팅층 구조의 구성 및 형태를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 질감 코팅에 의해 형성된 질감 표면을 확인하기 위하여 코팅층의 표면을 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 질감 코팅에 의한 코팅 표면의 조도 변화를 확인하기 위하여 실시한 레이저 현미경을 이용한 관찰 결과를 나타낸 도이다. 구체적으로, a)는 코팅 표면의 이미지와 표시한 단면에서의 조도 그래프를, b)는 본 발명에 따른 질감 코팅에 의한 조도 변화를 색상으로 가시화하여 나타낸 이미지를, c)는 질감의 규모, 예컨대, 입체 구조의 높이 및/또는 크기(또는 너비)를 확인하기 위한 조도 그래프를 나타낸다.
도 6은 (a) 본 발명에 따른 질감 코팅에 의한 접촉각을 (b) 기존 세라믹 코팅에 대한 결과와 비교하여 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질감 코팅을 위한 프라이머 세라믹 코팅액의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 (a) 본 발명에 따른 3중 코팅층 구조의 구성, (b) 일반적인 세라믹 코팅층의 구성과 형태 및 (c) 본 발명에 따른 3중 코팅층 구조의 구성 및 형태를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 질감 코팅에 의해 형성된 질감 표면을 확인하기 위하여 코팅층의 표면을 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 질감 코팅에 의한 코팅 표면의 조도 변화를 확인하기 위하여 실시한 레이저 현미경을 이용한 관찰 결과를 나타낸 도이다. 구체적으로, a)는 코팅 표면의 이미지와 표시한 단면에서의 조도 그래프를, b)는 본 발명에 따른 질감 코팅에 의한 조도 변화를 색상으로 가시화하여 나타낸 이미지를, c)는 질감의 규모, 예컨대, 입체 구조의 높이 및/또는 크기(또는 너비)를 확인하기 위한 조도 그래프를 나타낸다.
도 6은 (a) 본 발명에 따른 질감 코팅에 의한 접촉각을 (b) 기존 세라믹 코팅에 대한 결과와 비교하여 나타낸 도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
1: 알루미늄 소재의 무쇠-유사 질감 코팅 방법
단계 1: 질감
프라이머
코팅
전구체로는 콜로이달 실리카를, 바인더로는 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS)을 사용하여 가수분해-축합반응을 통한 세라믹 코팅용 프라이머 용액을 준비하였다.
구체적으로, 콜로이달 실리카졸, 충진재(실리카, 알루미나, 황산바륨, 카올린 및 마이카) 및 안료(산화구리, 산화철 및 이산화티타늄)를 4:4:2의 중량비로 포함하는 조성 A, 90 내지 95중량%의 MTMS와 실리콘 글리콜 공중합체를 포함하는 조성 B, 및 촉매로서 개미산을 유효성분으로 포함하는 조성 C를 각각 준비하였다. 상기 조성 A, B 및 C를 70:27.7:0.3의 중량 비율로 혼합하여 프라이머 코팅액을 준비하였다. 이때, 조성 A에 함유된 충진재와 안료는 분산 및/또는 입자 크기 조절을 위하여 밀링하여 1 내지 5 μm의 크기를 갖도록 하였다.
상기와 같이 준비된 프라이머를 스프레이 코팅 방식으로 기물의 표면에 코팅하였다. 분무되는 코팅액이 알루미늄 소재의 기물 표면에 코팅되었을 때, 실리카 입자는 낱개의 작은 구 형태로 존재하였다. 이상과 같이 형성된 프라이머 코팅층의 평균 두께는 15 내지 30 μm이며, ±15 μm의 조도를 나타내었다.
단계 2: 세라믹 하도 코팅
상기 단계 1의 프라이머 코팅 후 별도의 건조 과정 없이 wet-on-wet 방식으로 세라믹 하도 코팅을 수행하였다. 예컨대, 하도 코팅액은 콜로이달 실리카졸 전구체에 실리카, 카올린, 황산바륨, 알루미나, 마이카 등의 충진재; 산화구리, 이산화티타늄, 3가 크롬, 카본 등을 포함하는 안료; 분산제; 및 표면안정제 등을 첨가제로 포함하는 조성 A', 알코올류의 용매에 MTMS 및 지건성 첨가제를 포함하는 조성 B', 및 물과 산성촉매로 된 조성 C'으로 구성하였다. 상기 단계 1에 따른 프라이머의 도착으로 이루어진 표면의 질감을 유지하기 위하여, 하도 코팅은 0.8 내지 1.0 mm 직경의 노즐로, 30 내지 50 cm의 분사 거리를 유지하면서 1.5 내지 2.0 bar의 압력으로 분사하는 스프레이 코팅 방법을 적용하였다. 이에 따라 형성된 하도 코팅층은 15 내지 25 μm의 두께를 갖도록 조절하였다.
단계 3: 세라믹 상도 코팅
상기 단계 2의 세라믹 하도 코팅에 이어 세라믹 상도 코팅을 수행하였다. 이에 따라 형성된 하도 코팅층은 5 내지 15 μm의 두께를 갖도록 조절하였으며, 그 결과 최종 형성된 코팅층은 총 35 내지 70 μm의 두께를 갖는다. 예컨대, 세라믹 상도 코팅은 통상의 세라믹 코팅 조성물을 이용하여 일반적인 스프레이 코팅 방식으로 수행하였다.
비교예
1: 기본 세라믹 코팅 방법
상기 실시예 1의 단계 1을 생략하고, 보편적인 조건으로 단계 2 및 단계 3과 동일한 방법으로 알루미늄 소재 기반의 조리기구에 세라믹 하도 코팅 및 세라믹 상도 코팅을 순차적으로 수행하여 동일한 두께로 세라믹 하도 및 상도 코팅층이 형성된 기본 세라믹 코팅 조리기구를 제조하였다.
실험예
1: 조도 평가
상기 실시예 1에 따라 일련의 코팅층을 도입한 표면에 형성된 질감을 확인하기 위하여, 코팅층 단면을 SEM으로 확인하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 코팅된 표면은 불연속적으로 형성된 서로 상이한 크기와 높이의 구조가 확인되었다.
나아가, 레이저 현미경으로 코팅층 표면의 조도를 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 코팅층은 측정 범위 내에 약 3~4 μm로부터 최대 10 μm의 높이 차이를 나타내는 불균일한 표면을 갖는 것으로 나타났다.
실험예
2:
접촉각
테스트
상기 실시예 1에 따라 형성된 질감 코팅층에 의한 넌스틱 효과를 확인하기 위하여, 코팅층 표면에서 물방울을 이용하여 접촉각을 테스트하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 비교를 위하여, 기본 세라믹 코팅을 수행한 비교예 1의 코팅층에 대해서도 동일하게 실험하였다. 도 6에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 코팅층에 비해 실시예 1의 코팅층에서 증가된 접촉각을 나타내었다.
실험예
3:
넌스틱
평가
비등방성 표면으로 인한 비점착성(non-stick) 향상을 평가하기 위하여, 기존의 세라믹 코팅 조리기구과 본 발명에 따른 질감 코팅된 조리기구에 대해 하기와 같이 넌스틱 평가를 진행하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 구체적인 시험 방법을 다음과 같다:
1. 코팅된 조리기구를 준비한다.
2. 핫플레이트로 180 내지 190℃까지 승온시킨 조리기구에 계란을 깨뜨려 80초 동안 유지한다.
3. 80초 경과 후 뒤집개로 계란을 들어올리고, 이때 들어올려지는 상태에 따라 점수를 매긴다.
4. 총 10회 반복하여 진행하고, 이를 1 사이클로 정의한다.
5. 1 사이클 종료 후 330 내지 350℃로 30분 동안 가열한 후 세척한다.
6. 매겨진 점수가 1인 경우가 연속으로 3회 나올 때 테스트를 종료한다.
이때, 점수 판정 기준은 다음과 같다:
5점; 계란 후라이가 깨끗하게 들어올려짐,
4점; 계란 후라이를 들어올리는데 약간의 힘이 필요하나, 거의 대부분이 들어올려짐,
3점; 계란 후라이를 들어올리면 일부분이 찢어지지만 대부분 들어올려짐,
2점; 계란 후라이가 반 정도 들어올려짐, 및
1점; 전체적으로 눌어붙는 현상 발생.
구분 | 시료 1 | 시료 2 | 시료 3 | 평균 |
기존 세라믹 코팅 | 5 | 5.2 | 5.4 | 5.2 |
질감 코팅 | 9 | 9.2 | 9.6 | 9.26 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 기존의 세라믹 코팅 조리기구에 비해 비점착성이 1.8배로 증가됨을 확인하였다.
Claims (15)
- 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS), 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
충진재, 안료 또는 둘 모두를 추가로 포함하는 것인, 프라이머 코팅 조성물.
- 제1항에 있어서,
콜로이달 실리카졸을 포함하는 조성 A, MTMS 및 실리콘 글리콜 공중합체를 포함하는 조성 B 및 산촉매를 포함하는 조성 C로 구성된 것인, 프라이머 코팅 조성물.
- 제3항에 있어서,
상기 조성 A는 이에 포함된 콜로이달 실리카졸의 중량에 대해 0.5 내지 1.5배 중량의 충진재, 0.25 내지 1배 중량의 안료 또는 둘 모두를 추가로 포함하는 것인, 프라이머 코팅 조성물.
- 제4항에 있어서,
충진재 및 안료는 각각 독립적으로 1 내지 5 μm의 크기를 갖는 것인, 프라이머 코팅 조성물.
- 제3항에 있어서,
상기 조성 A, 조성 B, 및 조성 C를 중량을 기준으로 60 내지 80 : 20 내지 35 : 0.1 내지 0.5의 비율로 혼합한 것인, 프라이머 코팅 조성물.
- 콜로이달 실리카, 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane; MTMS), 실리콘 글리콜 공중합체 및 산촉매를 포함하는 무쇠-유사 질감의 세라믹 코팅용 프라이머 코팅 조성물을 알루미늄 조리기구의 전체 또는 일부 표면에 도포하여 프라이머 코팅층을 형성하는 제1단계;
세라믹 하도 코팅층을 형성하는 제2단계; 및
세라믹 상도 코팅층을 형성하는 제3단계를 포함하는, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 제7항에 있어서,
상기 프라이머 코팅 조성물은 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 개시된 조성물인 것인, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 제7항에 있어서,
제1단계로부터 형성되는 프라이머 코팅층은 평균 15 내지 30 μm의 두께 및 ±15 μm의 조도를 갖는 것인, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 제7항에 있어서,
제2단계는 0.8 내지 1 mm 직경의 스프레이 건의 노즐을 사용하여,
1.5 내지 2 bar의 압력으로, 30 내지 50 cm 거리에서 스프레이 분사하여 수행하는 것인, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 제7항에 있어서,
제2단계로부터 형성되는 세라믹 하도 코팅층은 평균 15 내지 25 μm의 두께로 균일하게 형성되어 제1단계로부터 형성된 프라이머 코팅층의 질감을 유지하는 것인, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 제7항에 있어서,
제3단계로부터 형성되는 세라믹 상도 코팅층은 평균 5 내지 15 μm의 두께로 균일하게 형성되어 제1단계로부터 형성된 프라이머 코팅층의 질감을 유지하는 것인, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 제7항에 있어서,
제1단계 내지 제3단계는 별도의 건조 공정 없이 연속하여 순차적으로 수행되는 wet-on-wet 방식으로 달성되는 것인, 알루미늄 표면의 무쇠-유사 질감 코팅방법.
- 알루미늄 조리기구의 전체 또는 일부 표면에 순차적으로 적층되어 형성된,
평균 15 내지 30 μm의 두께 및 ±15 μm의 조도를 갖는 프라이머 코팅층;
평균 15 내지 25 μm의 두께로 균일하게 형성된 세라믹 하도 코팅층; 및
평균 5 내지 15 μm의 두께로 균일하게 형성된 세라믹 상도 코팅층;
을 포함하는, 무쇠-유사 질감을 갖는 알루미늄 조리기구.
- 제14항에 있어서,
동일한 두께로 형성된 세라믹 하도 코팅층 및 세라믹 상도 코팅층만을 포함하고, 프라이머 코팅층을 불포함하는 알루미늄 조리기구에 비해 150 내지 300%로 향상된 비점착성을 갖는 것인, 무쇠-유사 질감을 갖는 알루미늄 조리기구.
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CN113528008A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-10-22 | 浙江丽瓷新材料科技有限公司 | 丽瓷铁锅涂料配方以及工艺 |
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- 2019-04-17 KR KR1020190044889A patent/KR102236947B1/ko active IP Right Grant
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