JP7100791B2 - 低表面張力及び高平滑性を有するフッ素樹脂組成物の高光沢表面コーティング方法 - Google Patents

低表面張力及び高平滑性を有するフッ素樹脂組成物の高光沢表面コーティング方法 Download PDF

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Description

本発明は、クッキングウェア分野に適用され、表面張力が低く平滑性に優れているため、高い光沢を示すフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法に関する。
キッチンで使用するフライパンなどの調理器具の表面には、各種食品の調理時に食品の焦げ付きを防止するために、通常、耐熱性と離型性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）系のフッ素樹脂コーティング剤をコーティングされている。
フッ素樹脂は、非粘着性、耐熱性、耐薬品性を優れ、炭素原子とフッ素原子の結合エネルギーが非常に大きく、強い塗膜を形成するので、紫外線、湿気、酸・アルカリ及び大気汚染物質に対する耐性に優れ、撥水性が高く、塗膜の劣化が少なく、長期保存が可能な利点を有する。
また、ポリテトラフルオロエチレン系フッ素樹脂コーティング剤の塗膜表面は、エポキシ樹脂系、ウレタン系、セラミック系、シリコーンポリマー系などの他の系列の樹脂塗膜に比べて耐熱特性に優れるだけでなく、表面張力（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）が低いという利点がある。
全ての物質は固有の表面張力を有しており、表面張力の低い物質を表面張力の高い物体に塗布すると、均一なコーティング層を形成することができるが、逆に、表面張力の高い物質を表面張力の低い物体に塗布すると、均一なコーティング層を形成するのが難しい。
たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）フィルム上に表面張力３２ｍＮ／ｍのオリーブオイルを薄い厚みで塗布する際には均一にコーティングできるが、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に表面張力７２ｍＮ／ｍの蒸留水を薄い厚みで塗布する際には均一なコーティング層を形成するのが非常に難しい。
これは、ポリエチレンテレフタレートフィルムの表面張力が３８ｍＮ／ｍレベルであるため、表面張力がオリーブオイルよりも高く、蒸留水よりも低いから現れる現象である。
キッチン用調理器具の場合、調理過程で食品が表面にくっつく場合がしばしば発生し、上述の原理に基づき、調理器具の表面の表面張力が低いほど、離型性に優れて調理中に食品がくっつくことが防止され、光沢も良い。これにより、キッチンツールの管理が容易になり、長期に渡って優れた塗膜特性を維持できるので、キッチンツールの寿命を延ばすことができる。
ポリテトラフルオロエチレンは、一般的に表面張力が約２２～２４ｍＮ／ｍで低いので、キッチンツールの表面コーティングだけでなく、様々な分野でコーティングや塗料材料として広く使われている。コーティング塗膜の表面張力を極力下げることができれば、撥水性、撥油性、耐汚染性などを向上させる効果を得ることができる。
このようなフッ素樹脂の表面張力をさらに低下させて離型性を向上させるための方策として、韓国登録特許公報第１０８６８５２号公報には、低い表面エネルギー及び高い電気陰性度を有するフッ素－シリコーン系塗料組成物が開示されている。
前記塗料組成物は、水、アクリルモノマー、シリコーンポリマー及びフッ素化合物を重合反応させてフッ素－シリコーン系エマルジョンを製造し、ここに二酸化チタン、体質顔料、増粘剤、および添加剤を混合して製造され、低い表面エネルギー及び摩擦係数だけでなく、高い撥水性及び撥油性を有するので、耐汚染性に優れた効果を発揮することができる。
また、韓国登録特許公報第１００７９１６号には、アルキレンジイソシアネートを含むプレポリマー溶液と樹脂溶液（アミノ基変性シリコーン樹脂、アミノ基変性フッ素化樹脂、非放出型抗菌剤及びガラスフレークを含む）を含む防汚塗料が開示されている。
前記アルキレンジイソシアネートは、塗膜形成時に、前記アミノ基変性シリコーン樹脂またはアミノ基変性フッ素化樹脂と反応して、短時間で硬化し、防汚性が優れていて、私のクラック剥離性、耐摩耗性などの耐久性が向上された塗膜を安定的に形成することができる。
しかし、前記フッ素－シリコーン重合樹脂、アルキレンジイソシアネート－シリコーン／フッ素反応樹脂は、強度が低いため、被覆物が摩耗しやすく、高温に対する抵抗性が低く、調理器具のコーティング材としての使用が困難である。このため、建築物外装材や装備、保管容器のように常に高温の熱に接しない用途に限定されざるを得ない。
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、その目的は、調理器具の表面にコーティングされる塗膜の表面張力を２０ｍＮ／ｍ以下に下げることで、調理中の食品の付着を防止するとともに、耐熱性及び耐久性を高く維持できるフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法を提供することとである。
上記目的を達成するために、本発明は、顔料組成物５５～７５重量％、フッ素樹脂２０～３０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％及びシリコーン系樹脂１～５重量％を混合して下塗りコーティング組成物を準備するステップと；調理器具の表面に、前記下塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～３０μｍでコーティングし、８０～２５０ ℃で１０～３０分間乾燥させた後、常温まで冷却して下塗りコーティング層を形成するステップと；フッ素樹脂４５～６５重量％、水２０～４０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％、グラフェン分散液２～３重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤及び分散剤の中から選択される１種又は２種以上の添加剤１～３重量％を混合して上塗りコーティング組成物を準備するステップと；前記下塗りコーティング層上に上塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～３０μｍでコーティングし、３５０～４５０ ℃で１０～３０分間焼成した後、常温まで冷却して上塗りコーティング層を形成するステップと；を含むフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法を提供する。
このとき、前記下塗りコーティング層と上塗りコーティング層との間に中塗りコーティング層をさらに設け、前記中塗りコーティング層は、顔料組成物４５～５５重量％、フッ素樹脂３０～５０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％、シリコーン系樹脂１～５重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤及び分散剤の中から選択される１種又は２種以上の添加剤０．１～１．５重量％を混合して中塗りコーティング組成物を準備するステップと：前記下塗りコーティング層上に中塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～２５μｍでコーティングし、８０～２５０℃で１０～３０分間乾燥させた後、常温まで冷却して中塗りコーティング層を形成するステップと；からなることが好ましい。
また、前記上塗りコーティング組成物にシリコーン系樹脂１～５重量％を添加することが好ましく、前記グラフェン分散液は、フッ素化ポリエーテル系樹脂５０～７０重量％、水２５～４５重量％及びグラフェン２～７重量％を混合し、５００～７００ｒｐｍで２０～３０時間ミリングして製造されることが好ましい。
また、前記下塗りコーティング組成物又は中塗りコーティング組成物に用いられる顔料組成物は、水３０～７０重量％、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンサルファイド、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミドイミド系の中から選択される１種又は２種以上の高耐熱性プラスチック樹脂１５～４０重量％、無機充填剤５～１５重量％、顔料２～１０重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤及び分散剤の中から選択される１種又は２種以上の添加剤２～５重量％を混合した後、粒度２５μｍ以下にミリングして製造されることが好ましい。
また、前記下塗りコーティング組成物又は中塗りコーティング組成物を２００～２５０℃に加熱した後、コーティングし、前記上塗りコーティング組成物を４００～４５０℃に加熱した後、コーティングすることが好ましい。
また、前記下塗りコーティング組成物、中塗りコーティング組成物又は上塗りコーティング組成物に用いられるシリコーン系樹脂は、フェニル系ポリシロキサンエマルジョン、メチル系ポリシロキサンエマルジョン、フェニルメチル系ポリシロキサンエマルジョンの中から選択される１種又は２種以上のポリシリコーン樹脂の末端又は繰り返し構造にヒドロキシ基を導入してなる反応性シリコーン樹脂であることが好ましい。
本発明によるコーティング方法は、コーティング塗膜の表面張力を２０ｍＮ／ｍ以下に下げることにより、調理時にコーティング面に食品が付着することなく、平滑性に優れ、高い光沢外観効果を発揮するとともに、層間付着性に優れるので、使用中に調理用キッチンツールのコーティング塗膜が簡単に剥離されない。
本発明の方法でコーティングされたキッチン調理器具（フライパン）を示す写真である。
本発明は、クッキングウェアの分野で使用されるフッ素樹脂系コーティング剤の表面張力を２０ｍＮ／ｍ以下に下げることで離型性を向上させ、レベリング特性に優れた高光沢フッ素樹脂組成物のコーティング方法を提供し、フッ素樹脂組成物がコーティングされた基材表面は、従来のフッ素樹脂コーティング剤がコーティングされた表面に比べて、調理中の食品の付着を防ぐ優れた離型性能に加え、平滑性による高い光沢外観効果を示す。
本発明は、コーティング基材上にフッ素樹脂を含む下塗りコーティング組成物及び上塗りコーティング組成物とを順次コーティングして下塗りコーティング層及び上塗りコーティング層とを形成する工程からなり、コーティング塗膜の耐久性及びレベリング特性を高めるために、下塗りコーティング層及び上塗りコーティング層との間に中塗りコーティング組成物をコーティングして中塗りコーティング層をさらに形成してもよい。
前記下塗りコーティング組成物は、顔料組成物５５～７５重量％、フッ素樹脂２０～３０重量％、フッ素化ポリエーテル（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ）系樹脂３～１０重量％、及びシリコーン系樹脂１～５重量％を含む。
前記中塗りコーティング組成物は、顔料組成物４５～５５重量％、フッ素樹脂３０～５０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％、シリコーン系樹脂１～５重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤、分散剤等の添加剤０．１～１．５重量％を含む。
前記上塗りコーティング組成物は、フッ素樹脂４５～６５重量％、水２０～４０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％、グラフェン分散液２～３重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤、分散剤等の添加剤１～３重量％を含み、上塗りコーティング層の結着力、離型性、消泡特性を向上させるためにシリコーン系樹脂１～５重量％をさらに含んでもよく、色の実現によりパール顔料、有色顔料を少量添加してもよい。
前記下塗り及び中塗りコーティング組成物に使用される顔料組成物は、水３０～７０重量％、ポリフェニレンサルファイド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリエチレンサルファイド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリアリールエーテルケトン（ｐｏｌｙａｒｙｌ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミドイミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ－ｉｍｉｄｅ）系の中から選択される１種又は２種以上の高耐熱性プラスチック樹脂１５～４０重量％、無機充填剤５～１５重量％、顔料２～１０重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤、分散剤等の添加剤２～５重量％を含み、このような組成物をバスケットミル（ｂａｓｋｅｔ ｍｉｌｌ）、パールミル（ｐｅｒｌ ｍｉｌｌ）、ビーズミル（ｂｅａｄ ｍｉｌｌ）、３－ロールミル（３－ｒｏｌｌ ｍｉｌｌ）等を使用して粒度２５μｍ以下、好ましくは粒度１５～２５μｍにミリングして製造される。
前記下塗り、中塗り及び上塗りコーティング組成物に使用されるフッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）、フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ、ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ、ＰＦＡ）樹脂の中から選択される１種又は２種以上の樹脂であることが好ましい。
表面張力の高い物体上に表面張力の低い物質を塗布する際には、均一なコーティング層を形成でき、表面張力が低いほどキッチンツールの表面の撥水性、撥油性、耐汚染性、離型性などが向上するので、コーティング組成物の表面張力が低いほど、調理時に食品が付着するのを防止することができる。
一般に、ポリテトラフルオロエチレンの表面張力は、他の樹脂の種類より低い２２～２４ｍＮ／ｍであるが、本発明では、このような表面張力をさらに下げるために、フッ素樹脂と共にフッ素化ポリエーテル系樹脂を使用して、コーティング組成物の表面張力を２０ｍＮ／ｍ以下に下げる。
前記下塗り、中塗り及び上塗りコーティング組成物に使用されるフッ素化ポリエーテル系樹脂樹脂は、フッ素化ポリエーテルポリマー（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒ）、フッ素化ポリエーテルエトキシル化ポリマー（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、ジオール官能性フッ素化ポリエーテルポリマー（ｄｉｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒ）、フッ素化ポリエーテルジアンモニウムジサルファイドポリマー（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｄｉａｍｍｏｎｉｕｍ ｄｉｓｕｌｆａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）の中から選択される１種又は２種以上の樹脂であることが好ましい。
フッ素化ポリエーテル系樹脂は、フッ素系成分と親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ）及び親油性（ｌｉｐｏｐｈｉｌｉｃ）を持っているため、表面張力の低減能力に優れており、フッ素樹脂だけでなくシリコーン系樹脂、顔料及び添加剤との相溶性に優れている。
前記下塗りコーティング組成物及び中塗りコーティング組成物、または、下塗りコーティング組成物、中塗りコーティング組成物及び上塗りコーティング組成物に使用されるシリコーン系樹脂は、コーティング基材と各層との間の接着力を高めることにより、コーティング層が容易に剥離しないようにする付着増進剤の役割を果たし、水溶性シリコーン系樹脂の中でフェニル（ｐｈｅｎｙｌ）系ポリシロキサンエマルジョン（ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ）、メチル（ｍｅｔｈｙｌ）系ポリシロキサンエマルジョン、フェニルメチル（ｐｈｅｎｙｌ ｍｅｔｈｙｌ）系ポリシロキサンエマルジョン、酸性系シリカゾル、アルカリ系シリカゾル、及び中性系シリカゾルから選択される１種又は２種以上の樹脂であることが好ましい。
一般的にシリコーン系樹脂は、反応性がないため、樹脂硬化反応に影響を及ぼさないが、シリコーンの分子構造に反応基を付けることで反応性を付与することができる。
このため、シリコーン系樹脂の末端にヒドロキシ基（－ＯＨ）を導入することで反応性シリコーン樹脂を製造して中塗り組成物に使用することができ、中塗りコーティング層におけるシリコーン系樹脂のヒドロキシ基は、上塗り層及び下塗り層におけるフッ素化ポリエーテルと縮合反応してアルコールが抜けてくると共有結合が形成され、層間結合力が強化される。
また、フッ素化ポリエーテルとシリコーン系樹脂とが反応すると、シリコーンにポリエーテル鎖が付加されて親水性が向上し、これにより相溶性が向上し、フッ素が結合しているシリコーン樹脂は、表面張力が低くなって離型性が向上し、コーティング塗膜に消泡特性が付与できる。
このとき、シリコーン系樹脂としては、酸性系シリカゾル、アルカリ系シリカゾル、中性系シリカゾルを除いて、フェニル系ポリシロキサンエマルジョン、メチル系ポリシロキサンエマルジョン、フェニルメチル系ポリシロキサンエマルジョンを使用することが好ましい。ポリシロキサンは熱に安定であり、その末端にヒドロキシ基が導入されたポリシロキサン樹脂は、下塗り、中塗り及び上塗りコーティング層の乾燥工程でフッ素化ポリエーテルと縮合反応してポリエーテル変性ポリシロキサンを生成し、ポリエーテル変性ポリシロキサンは、界面活性剤の機能を果たすとともに、塗膜表面のクレーターの発生（ｃｒａｔｅｒｉｎｇ）を防止することができる。
上塗り層及び下塗りコーティング組成物にも前記反応性シリコーン樹脂を使用可能であり、この場合、上塗りコーティング層と中塗りコーティング層との間、中塗りコーティング層と下塗りコーティング層との間の反応性シリコーン同士が脱水縮合反応して共有結合が形成されるとともに結合力が増加し、また、シリコーン分子構造の末端だけでなくポリシロキサンの繰り返し構造にもヒドロキシ基を導入することで、隣接する層同士間の共有結合を増加させて結合力をさらに高めることもできる。
高分子樹脂材料は、優れた成形性、生産性、均一な品質などの理由から産業分野で広く使用されてきたが、熱や衝撃に弱い欠点があり、特にフッ素樹脂は軟性樹脂であり、半透明又は透明であるため、フッ素樹脂が被覆された製品は、被覆物が摩耗しやすく、調理過程で蒸気が浸透して基材が変色しやすい。このため、これらの製品は、寿命が短いという欠点がある。
そこで、これを補完できる素材が開発されてきており、高分子樹脂に強化材料を混合して製品の強度、弾性率などの物理的特性や電磁波シールド（電磁波遮蔽）、導電性（電気伝導性）などを向上させる方法が使用されている。
このような強化材料としてのグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）を本発明の上塗りコーティング組成物に混合して上塗りコーティング層の強度を高める。グラフェンは、鋼の２００倍以上の強度を有し、炭素原子間の二重結合により熱的に非常に安定した構造を有しており、高分子樹脂に添加すると、少ない含有量でも高分子複合材料のガラス転移温度（Ｔｇ ）及び分解温度を上昇させることができ、グラフェンの高い熱伝導率（５０００Ｗ／ｍ・Ｋ ）特性により上塗りコーティング層の熱伝導率が大幅に増加できる。
しかしながら、炭素素材であるグラフェンは、高分子樹脂内で凝集する現象が発生し、これは、コーティング層の物的特性を低下させる要因として作用するため、グラフェンを上塗りコーティング組成物内に均一に分散させる必要がある。
このため、グラフェンを分散液として製造した後、上塗りコーティング組成物に添加し、フッ素化ポリエーテル系樹脂５０～７０重量％、水２５～４５重量％及びグラフェン２～７重量％を混合し、ミリング装置、好ましくは、バスケットミルに入れて５００～７００ｒｐｍで２０～３０時間ミリングを行い、グラフェン分散液を製造する。フッ素化ポリエーテル系樹脂は、極性効果によりグラフェンを均一に取り囲んだ後、ミリング過程でグラフェンを均一に粉砕及び分散させながら板状に配向する。
このようなグラフェン分散液を上塗りコーティング組成物に２～３重量％添加することにより、コーティング塗膜の最外層である上塗りコーティング層の耐スクラッチ性及び熱伝導性を向上させる。グラフェンの高い分散及び配向性により、コーティング表面の表面張力が低下し、離型性が向上する。また、分散されたグラフェンの周囲の高分子鎖により移動性が制限されるため、コーティング層の熱的安定性（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）が向上し、コーティング塗膜の耐熱性がさらに向上する。
上記のように下塗り、中塗り及び上塗りコーティング組成物が準備されると、コーティング基材上に順次下塗り－上塗りコーティング、又は、下塗り－中塗り－上塗りコーティングを行う。まず、下塗りコーティングの場合、サンディング処理（ｓａｎｄｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）又は化成処理（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）されたアルミニウム、ステンレスなどのキッチン調理器具の金属基材の表面に、前記下塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～３０μｍでコーティングし、熱風乾燥炉において８０～２５０℃で１０～３０分間乾燥させた後、常温まで冷却して下塗りコーティング層を形成する。
上塗りコーティングの場合、前記下塗りコーティング層上に前記上塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～３０μｍでコーティングし、熱風乾燥炉において３５０～４５０℃で１０～３０分間焼成した後、常温まで冷却して上塗りコーティング層を形成する。
塗膜の最終焼成温度が３５０ ℃未満であるか、焼成時間が１０分未満であれば、キッチン調理器具の表面と下塗りコーティング層及び各コーティング層間の結着力が低く、一方、焼成温度が４５０℃を超えるか、焼成時間が３０分を超えると、塗膜の硬度、耐摩耗性、耐久性、離型性が低下する問題がある。
中塗りコーティング層を形成する際には、前記下塗りコーティング層上に前記中塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～２５μｍでコーティングし、熱風乾燥炉において８０～２５０ ℃で１０～３０分間乾燥させた後、常温まで冷却して中塗りコーティング層を形成する。冷却された中塗りコーティング層の上に上塗りコーティングを行い、この際には、下塗りコーティング層及び上塗りコーティング層の厚さをより薄く、例えば、１５～２５μｍの薄い厚さであっても、コーティング塗膜の耐久性及び離型性を十分に維持することができる。
本発明の各層を構成する組成物のうち、表面張力に影響を及ぼす成分を見ると、フッ素化ポリエーテル系樹脂は、表面張力を低減する能力が最も高く、フッ素樹脂は、樹脂の中で比較的表面張力が低く、顔料組成物は、比較的表面張力が高い。
表面張力を低減するフッ素化ポリエーテル系樹脂は、各層に同じ割合で含有されているが、焼成工程中に上塗りコーティング組成物中の水分が除去されるため、上塗りコーティング層中の含量が最も多く、表面張力の低いフッ素樹脂は、上塗り＞中塗り＞下塗りの順に多く、表面張力の高い顔料組成物は、下塗り＞中塗りの順に多いので、全体的に下塗りコーティング組成物の表面張力が最も大きく、上塗りコーティングの表面張力が最も小さくなる。
したがって、本発明のコーティング方法では、相対的に比較して、表面張力の高い下塗りコーティング層に表面張力の低い上塗りコーティング組成物をコーティングするか、または、表面張力の最も高い下塗りコーティング層に中間の表面張力を有する中塗りコーティング組成物をコーティングし、中間の表面張力を有する中塗りコーティング層に表面張力の最も低い上塗りコーティング組成物をコーティングする。
表面張力の低い物質を表面張力の高い物質上に塗布すると、均一なコーティング層が形成され、最外層の表面張力が低いほど、撥水性、撥油性、耐汚染性、離型性等に優れるので、本発明のコーティング方法では、各コーティング層が均一に形成され、これにより調理時に食品がコーティング塗膜の表面に付着するのを防止することができる。
各コーティング層をより均一にコーティングし、各コーティング層間の結着力をより高めるために、前記下塗り、中塗り及び上塗りコーティングの際に、コーティング組成物を加熱して、常温まで冷却された金属基材及びコーティング層上にコーティングすることが好ましい。
表面張力は、単位面積当たりの表面のエネルギー、又は表面積を増やすために単位長さ当たりに加える必要がある力であり、表面の任意の線上で単位長さ当たりに作用する分子引力の強度と言える。
温度が上昇すると分子の熱運動が活発になり、分子間の距離が増加すると体積が増加し、これにより分子間の引力が減少する。分子間の引力が減少すると、表面張力が低下し、濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）が増加する。
表面張力の低い物質を表面張力の高い物質の表面に塗布すると、均一なコーティング層が形成され、各コーティング層間の結着力が増加するが、上記のようにコーティング組成物を加熱すると、分子間の引力が減少するにつれて、表面張力が低下するので、常温まで冷却されて表面張力が相対的に高い金属基材又はコーティング層上に、加熱により表面張力が相対的に低下したコーティング組成物をコーティングすると、コーティング層が均一に形成されるとともに、コーティング層間の結着力が増加する。
各コーティング組成物の加熱温度は、各コーティング層の乾燥又は焼成温度の範囲で設定でき、前記温度範囲で可能な限り高い温度に設定することが好ましい。下塗り及び中塗りコーティング組成物は２００～２５０℃、上塗りコーティング組成物は４００～４５０ ℃に加熱してコーティングすることで、表面張力を極力低減し、前記加熱温度で連続工程でコーティングした後に乾燥又は焼成処理を行うことができるので、乾燥又は焼成に伴うエネルギーコストを削減することができる。
上記のようにコーティングされた塗膜表面は２０ｍＮ／ｍ以下の低い表面張力を有するので、離型性に優れ、平滑性に高く、これにより外観が美麗な高光沢の調理用キッチンツールコーティング物を製造することができる。
以下、本発明について、下記の実施例、比較例及び試験例に基づいて、より詳細に説明する。
但し、下記実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明は下記実施例により限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で置換および均等な他の実施例に変更できることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
＜実施例１＞顔料組成物の製造
１５００ｍｌのビーカーに水３４９ｇを入れ、攪拌機で８０～１００ｒｐｍで徐々に攪拌しながら、分散剤Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ１８１（ＢＹＫ社製）１５ｇ、レベリング剤ＢＹＫ３４６（ＢＹＫ社製）３ｇ、有色顔料Ｃｏｌｏｕｒ Ｂｌａｃｋ ＦＷ－２００（Ｏｒｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｃａｒｂｏｎｓ社製）５０ｇ、無機充填剤ＡＭ－２７（アルミナ、住友化学製）６０ｇ、Ｓｈｉｅｌｄｅｘ Ｃ－３０３（Ｇｒａｃｅ社製）１０ｇ、ＡＥＲＯＳＩＬ ２００（ＦＵＭＥＤ ＳＩＬＩＣＡ、ＥＶＯＮＩＫ社製）３ｇ、ｐＨ調整剤ジメチルエタノールアミン１０ｇを入れ、徐々に攪拌して均一化した後、高耐熱性プラスチック樹脂Ｅｌａｎ－Ｂｉｎｄ １０１５ＮＦＨ（ポリアミドイミド１２％水溶液、ＥＬＡＮＴＡＳ社製）４００ｇ、ポリエチレンサルファイド（Ｓｏｌｖａｙ社製、Ｖｅｒａｄｅｌ ＰＥＳＵ）１５０ｇを２０分間徐々に投入した。
攪拌速度を５００ｒｐｍに上げて３０分間高速攪拌して組成物を均一な状態に混合した後、バスケットミルを用いて６００ｒｐｍで３時間ミリング処理を行い、固形分３３％、粒度２０μｍの顔料組成物１０００ｇを製造した。
＜実施例２＞下塗りコーティング組成物の製造
１５００ｍｌのビーカーに前記実施例１の顔料組成物６５０ｇを投入した後、攪拌機で８０～１００ｒｐｍで徐々に攪拌しながら、フッ素化ポリエーテル系樹脂Ｐｏｌｙｆｏｘ ＰＦ－１５１Ｎ（Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ社製）４０ｇ、消泡剤ＢＹＫ０１１（ＢＹＫ社製）５ｇを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した。
前記配合物を攪拌し続けながら、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＤＩＳＰ３０、ＣＨＥＭＯＵＲＳ社製）２７５ｇを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した後、水性ポリaシロキサン樹脂ＳＩＲＥＳ＠ＭＰＦ５２Ｅ（ＷＡＣＫＥＲ社製）３０ｇを投入し、均一になるまで３００ｒｐｍで１時間攪拌して、固形分３９％、ｐＨ９、粘度１８秒（ＪＡＨＮ ＣＵＰ＃３）の下塗りコーティング組成物を製造した。
＜実施例３＞中塗りコーティング組成物の製造
１５００ｍｌのビーカーに前記実施例１の顔料組成物５１４ｇを投入した後、攪拌機で８０～１００ｒｐｍで徐々に攪拌しながら、フッ素化ポリエーテル系樹脂Ｐｏｌｙｆｏｘ ＰＦ－１５１Ｎ（Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ社製）５０ｇ、消泡剤ＢＹＫ０１１（ＢＹＫ社製）５ｇを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した。
前記配合物を攪拌し続けながら、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＤＩＳＰ３０、ＣＨＥＭＯＵＲＳ社製）４００．７ｇを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した後、水性ポリシロキサン樹脂ＳＩＲＥＳ＠ＭＰＦ５２Ｅ（ＷＡＣＫＥＲ社製）３０ｇ、ｐＨ調整剤トリエタノールアミン３ｇを投入し、均一になるまで３００ｒｐｍで１時間攪拌して、固形分４３％、ｐＨ９、粘度１６秒（ＪＡＨＮ ＣＵＰ＃３）の中塗りコーティング組成物を製造した。
＜実施例４＞グラフェン分散液の製造
５００ｍｌのビーカーにフッ素化ポリエーテル系樹脂Ｐｏｌｙｆｏｘ ＰＦ－１５１Ｎ（Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ社製）６０ｇを入れ、攪拌機で８０～１００ｒｐｍで徐々に攪拌しながら、グラフェン（ａｖ－ＰＬＡＴ－２，ａｖａｎｚａｒｅｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）５ｇを投入し、８０～１００ｒｐｍで２０分間攪拌した後、蒸留水３５ｇを投入し、攪拌速度を５００ｒｐｍに上げて１時間均一に混合した。
前記均一に混合された混合物を、バスケットミルを使用して６００ｒｐｍで２４時間ミリング処理し、５％のグラフェン分散液を製造した。
＜実施例５＞上塗りコーティング組成物の製造
１５００ｍｌのビーカーに水３２５ｇを投入した後、攪拌機で８０～１００ｒｐｍで徐々に攪拌しながら、フッ素化ポリエーテル系樹脂Ｐｏｌｙｆｏｘ ＰＦ－１５１Ｎ（Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ社製）５０ｇ、消泡剤ＢＹＫ０１１（ＢＹＫ社製）５ｇを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した
前記配合物を攪拌し続けながら、パール顔料ＳＺ４００（Ｓｈｅｎｇ Ｚｈｕ Ｃｏｍｐａｎｙ）１５ｇを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した後、実施例４のグラフェン分散液２５ｇとポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＤＩＳＰ３０、ＣＨＥＭＯＵＲＳ社製）５８０ｇとを投入し、均一になるまで１０分間攪拌した。
継続的に攪拌しながら、増粘剤Ａｃｒｙｓｏｌ ＴＴ－９３５（Ｐａｌｍｅｒｈｏｌｌａｎｄ社製）１５ｇとｐＨ調整剤ジメチルエタノールアミン１０ｇとを投入し、８０～１００ｒｐｍで１０分間攪拌した後、撹拌速度を３００ｒｐｍに上げて再び１時間撹拌して、固形分４０％、ｐＨ１０、粘度１１秒（ＪＡＨＮ ＣＵＰ＃３）の上塗りコーティング組成物を製造した。
＜実施例６＞調理用キッチンツールコーティング（１）（下塗りコーティング／中塗りコーティング／上塗りコーティング）
化成処理又は３００メッシュサイズの金剛砂（ｅｍｅｒｙ）でサンディング処理したアルミニウム製のフライパン金属基材上に、前記実施例２の下塗りコーティング組成物を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２０μｍで塗装し、熱風乾燥炉において１７０℃で１５分間乾燥させた後、常温まで冷却した。
前記下塗りコーティングされた基材上に、前記実施例３の中塗りコーティング組成物を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２０μｍで塗装し、熱風乾燥炉において１７０ ℃で１５分間乾燥させた後、常温まで冷却した。
さらに中塗りコーティングされた基材上に、前記実施例５の上塗りコーティング組成物を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２０μｍで塗装し、熱風乾燥炉において４００℃で２０分間乾燥させた後、常温まで冷却して調理用キッチンツールコーティング物（１）を完成した（図１）。
＜実施例７＞調理用キッチンツールコーティング（２）（下塗りコーティング／上塗りコーティング）
化成処理又は３００メッシュサイズの金剛砂でサンディング処理したアルミニウム製のフライパン金属基材上に、前記実施例２の下塗りコーティング組成物を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２５μｍで塗装し、熱風乾燥炉において１７０℃で１５分間乾燥させた後、常温まで冷却した。
前記下塗りコーティングされた基材上に、前記実施例５の上塗りコーティング組成物を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２５μｍで塗装し、熱風乾燥炉において４００℃で２０分間乾燥させた後、常温まで冷却して調理用キッチンツールコーティング物（２）を完成した。
＜比較例＞調理用キッチンツールコーティング（３）（下塗りコーティング／中塗りコーティング／上塗りコーティング）
化成処理又は３００メッシュサイズの金剛砂でサンディング処理したアルミニウム製のフライパン金属基材上に、下塗り塗料（ＤＹＦＬＯＮ ＰＲ ８２７８、メーカー：大英ケミカル（株））を、ノズル孔１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２０μｍで塗装し、熱風乾燥炉において１７０℃で１５分間乾燥させた後、常温まで冷却した。
前記下塗りコーティングされた基材上に、中塗り塗料（ＤＹＦＬＯＮ ＭＩＤ ８１７、製造社：大英ケミカル（株））を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２０μｍで塗装し、熱風乾燥炉において１７０℃で１５分間乾燥させた後、常温まで冷却した。
さらに中塗りコーティングされた基材上に、上塗り塗料（ＤＹＦＬＯＮ ＴＯＰ ８８５７、製造社：大英ケミカル（株））を、１．３ｍｍのノズル孔を有するエアスプレーを用いて２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付け塗装して乾燥塗膜厚２０μｍで塗装し、熱風乾燥炉において４００℃で２０分間乾燥させた後、常温まで冷却して調理用キッチンツールコーティング物（３）を完成した。
＜試験例＞コーティング塗膜の物性評価
前記実施例６、７および比較例で製造された調理用キッチンツールコーティング物の塗膜物性を評価し、その結果を下記表１に示す。分析方法は下記の通りである。
－表面張力：ドイツＡＲＣＯＴＥＳＴ社製の表面張力インクを用いて測定（例えば、表面張力２０ｍＮ／ｍ、２２ｍＮ／ｍ、２４ｍＮ／ｍのインクを塗膜上に塗布する際に、２０ｍＮ／ｍのインクは均一に塗布され、２２ｍＮ／ｍのインクは滴状になって塗布されなければ、塗膜の表面張力を２０～２２ ｍＮ／ｍと評価する。）
－光沢：Ｔｒｉ－Ｇｌｏｓｓ ｍｅｔｅｒ（光沢系）を使用し、基準板補正を完了した後、６０度光沢を測定する。
－離型性：コーティングされたキッチンツール上に食用油をかけずに目玉焼き（ｆｒｙ）を連続的に作る際に塗膜上に目玉焼きがくっつくまでの回数
－付着性：コーティング塗膜上にナイフを使用して１ｍｍ間隔で碁盤目１００升を作り、セロハンテープを使用して取り外した後、塗膜の剥離有無を確認する。
－耐摩耗性：コーティングされた基材を、耐摩耗性試験機（ＷＥＡＲ Ａｂｒａｓｉｏｎ Ｔｅｓｔｅｒ ＴＷ－Ａ３１）上に装着し、重りを用いて３ｋｇの荷重を印加した後、たわし面で塗膜面を往復させて塗膜の剥離を確認する（剥離発生時点：往復１００００回未満（×）、往復１００００～３００００回（△）、往復３００００回超過（○））。
－耐熱性：コーティングされた基材を４００ ℃に加熱した後、再び常温まで冷却する実験を１０回繰り返して、常温で色が変化するかどうかを確認する。
－耐熱性試験後の付着性：コーティングされた基材を４００℃に加熱した後、再び常温まで冷却する実験を１０回繰り返した後、コーティングされた基材上にナイフを使用して１ｍｍの間隔で碁盤目１００升を作り、セロハンテープを使用して取り外した後、塗膜の剥離有無を確認する。
－耐衝撃性：ＤＵＰＯＮＴ衝撃性試験機を用いて５０ｃｍの高さから５００ｇの重りを落した後、塗膜の破壊有無及び剥離有無を確認する。
－耐塩水噴霧性：塩水噴霧器内で７２時間暴露した後、塗膜の浸食有無を確認する。
－耐光性：Ｑ.Ｕ.Ｖ（Ａｃｃｅｌａｔｅｄ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ Ｔｅｓｔｅｒ）に１０００時間暴露した後の塗膜の色変化と光沢変化を評価する。
Figure 0007100791000001
前記表１に示すように、本発明の実施例によるフッ素樹脂コーティング組成物をキッチンツールの表面にコーティングしたコーティング塗膜は、本発明で達成しようとする表面張力、離型性、付着性、耐摩耗性などの物性に加えて、熱変色特性、耐熱特性、耐衝撃性、耐塩水分繁茂、耐光性などの物性が優秀さを確認した。
上記のように、本発明は、コーティング表面の表面張力が低いため、離型性に優れ、平滑性に優れ、高光沢を発揮し、層間付着力に優れていて、調理用キッチンツールの使用中にコーティング塗膜が剥がれにくいという利点がある。

Claims (7)

  1. 顔料組成物５５～７５重量％、フッ素樹脂２０～３０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％及びシリコーン系樹脂１～５重量％を混合して下塗りコーティング組成物を準備するステップと；
    調理器具の表面に、前記下塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～３０μｍでコーティングし、８０～２５０ ℃で１０～３０分間乾燥させた後、常温まで冷却して下塗りコーティング層を形成するステップと；
    フッ素樹脂４５～６５重量％、水２０～４０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％、グラフェン分散液２～３重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤及び分散剤の中から選択される１種又は２種以上の添加剤１～３重量％を混合して上塗りコーティング組成物を準備するステップと；
    前記下塗りコーティング層上に上塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～３０μｍでコーティングし、３５０～４５０ ℃で１０～３０分間焼成した後、常温まで冷却して上塗りコーティング層を形成するステップと；
    を含むフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。
  2. 前記下塗りコーティング層と上塗りコーティング層との間に中塗りコーティング層をさらに設け、
    前記中塗りコーティング層は、
    顔料組成物４５～５５重量％、フッ素樹脂３０～５０重量％、フッ素化ポリエーテル系樹脂３～１０重量％、シリコーン系樹脂１～５重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤及び分散剤の中から選択される１種又は２種以上の添加剤０．１～１．５重量％を混合して中塗りコーティング組成物を準備するステップと：
    前記下塗りコーティング層上に中塗りコーティング組成物を乾燥塗膜厚１５～２５μｍでコーティングし、８０～２５０℃で１０～３０分間乾燥させた後、常温まで冷却して中塗りコーティング層を形成するステップと；
    からなることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。
  3. 前記上塗りコーティング組成物にシリコーン系樹脂１～５重量％を添加することを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。
  4. 前記グラフェン分散液は、フッ素化ポリエーテル系樹脂５０～７０重量％、水２５～４５重量％及びグラフェン２～７重量％を混合し、５００～７００ｒｐｍで２０～３０時間ミリングして製造されることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。
  5. 前記下塗りコーティング組成物又は中塗りコーティング組成物に用いられる顔料組成物は、水３０～７０重量％、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンサルファイド、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミドイミド系の中から選択される１種又は２種以上の高耐熱性プラスチック樹脂１５～４０重量％、無機充填剤５～１５重量％、顔料２～１０重量％、及び、ｐＨ調整剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤及び分散剤の中から選択される１種又は２種以上の添加剤２～５重量％を混合した後、粒度２５μｍ以下にミリングして製造されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。
  6. 前記下塗りコーティング組成物又は中塗りコーティング組成物を２００～２５０℃に加熱した後、コーティングし、前記上塗りコーティング組成物を４００～４５０℃に加熱した後、コーティングすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。
  7. 前記下塗りコーティング組成物、中塗りコーティング組成物又は上塗りコーティング組成物に用いられるシリコーン系樹脂は、フェニル系ポリシロキサンエマルジョン、メチル系ポリシロキサンエマルジョン、フェニルメチル系ポリシロキサンエマルジョンの中から選択される１種又は２種以上のポリシリコーン樹脂の末端又は繰り返し構造にヒドロキシ基を導入してなる反応性シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のフッ素樹脂組成物の表面コーティング方法。

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