KR101074482B1

KR101074482B1 - Kitchen Ware coated with Nano Diamonds

Info

Publication number: KR101074482B1
Application number: KR1020090059606A
Authority: KR
Inventors: 이상옥
Original assignee: 주식회사 성창베네피나
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-10-17
Also published as: KR20110002159A

Abstract

본 발명은 식품류의 가열에 이용되는 주방용 조리기구에 있어서, 마찰계수가 낮고 내마모성, 내열성 및 내구성이 뛰어난 비점착성 코팅층을 갖는 주방용 조리기구에 관한 것으로, 나노 다이아몬드를 0.5μｍ이하로 분쇄하여 표면에 얇고 넓게 코팅한 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구에 관한 것이다.The present invention relates to a kitchen cooking utensil used for heating foods, the kitchen cooking utensil having a non-stick coating layer having a low coefficient of friction and excellent wear resistance, heat resistance and durability, the nanodiamond is crushed to 0.5μm or less and thin on the surface It relates to a widely coated nano diamond coated kitchen cookware.

본 발명은 기판의 적어도 피조리물과 접촉하는 부위가 불소수지 또는 불소고무를 포함한 코팅층으로 피복되는 주방용 조리기구에 있어서, 그 코팅층이 초미립 다이아몬드, 또는 초미립 다이아몬드의 비정질, 결정질 및 이들의 중간상태 중에서 적어도 1종의 탄소질 물질로서 뛰어난 기계적 특성을 가지고 있는 나노 다이아몬드층을 추가하여 마찰계수의 감소와 내마모성 및 경도를 향상시킬 수 있도록 한 것으로, 기판의 적어도 피조리물과 접촉하는 부위가 불소수지 또는 불소고무를 포함한 코팅층으로 피복되는 주방용 조리기구에 있어서, 상기 코팅층은, 기판 표면에 프라이머 코팅층을 15㎛ 두께로 도포후 건조시 250~300℃에서 10~20분간 건조하며, 상기 프라이머 코팅층 위에 미드 코팅층과 탑 코팅층을 중량비 6:4의 비율로 순차 도포하고, 상기 탑 코팅층 위에 나노 다이아몬드와 증류수의 혼합물을 분무한 뒤, 상기 나노 다이아몬드층이 분무된 탑 코팅층 상에 투명코팅액을 도포하여 300~350℃에서 10분간 열처리하여 이루어지는 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구를 제공하게 된다.The present invention is a kitchen cooking utensil wherein at least a portion of the substrate in contact with the workpiece is coated with a coating layer containing a fluororesin or a fluorine rubber, wherein the coating layer is amorphous, crystalline and intermediates thereof. At least one carbonaceous material in the state is added to the nanodiamond layer having excellent mechanical properties to reduce the coefficient of friction, improve wear resistance and hardness. In the kitchen cooking utensils coated with a coating layer containing a resin or fluorine rubber, the coating layer, after coating the primer coating layer 15㎛ thickness on the substrate surface and dried for 10 to 20 minutes at 250 ~ 300 ℃ when drying, and on the primer coating layer The mid coating layer and the top coating layer were sequentially applied at a ratio of 6: 4 by weight, and the top nose After spraying a mixture of nanodiamonds and distilled water on the layer, and then applying a transparent coating liquid on the top coating layer sprayed with the nanodiamond layer to provide a nano-diamond coated kitchen cookware which is heat-treated for 10 minutes at 300 ~ 350 ℃ do.

나노, 다이아몬드, 코팅, 주방용 조리기구, 테프론, 복합재Nano, Diamond, Coating, Cookware, Teflon, Composites

Description

Kitchen ware coated with Nano Diamonds {Kitchen Ware coated with Nano Diamonds}

본 발명은 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구에 관한 것으로, 특히 나노 다이아몬드를 0.5μｍ이하로 미세하게 분쇄하여 프라이 팬과 같은 주방용 조리기구의 표면에 코팅함으로써 주방용 조리기구의 표면을 긁힘 등으로부터 보호함은 물론 음식을 조리할 때 음식물이 표면에 달라붙지 않도록 한 것이다.The present invention relates to a kitchen cooking utensil coated with nanodiamonds, and in particular, the nano diamond is finely crushed to 0.5 μm or less and coated on the surface of the kitchen cookware such as a frying pan to protect the surface of the kitchen cookware from scratches and the like. Of course, when cooking the food to prevent food from sticking to the surface.

일반적으로 프라이 팬과 같은 주방용 조리기구에 있어서 금속재질로 이루어지는 기구의 표면에 음식물 등이 눌러붙는 것을 방지하기 위해서 코팅층이 형성된다. In general, in a cooking utensil such as a frying pan, a coating layer is formed to prevent food or the like from sticking to a surface of a utensil made of a metal material.

즉, 피조리물이 조리기구에 눌어붙거나 들러붙어 제거하기가 어려운 점을 해소하기 위해 조리기구의 피조리물과의 접촉면에 피막층(코팅층)을 형성한다.That is, a film layer (coating layer) is formed on the contact surface with the cooking object of the cooking utensil in order to solve the problem that the cooking object is hard to be pressed or stuck to the cooking utensil.

이러한 코팅층은 금속기재와의 접착성이 높아야 표면으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있고 자체적으로 내마모성이 높아야 한다. Such a coating layer should be high in adhesion to the metal substrate to prevent peeling from the surface and high wear resistance on its own.

종래 이와 같은 피막을 코팅층으로 가지는 조리기구는 그 코팅층이 연질이기 때문에 피조리물을 혼합하거나 뒤집기 위한 주걱, 후라이 뒤집개 등의 조리 용구에 의해 조리기구의 코팅층에 상처가 나기 쉽다.In the conventional cooking utensil having such a coating as a coating layer, since the coating layer is soft, the coating layer of the cooking utensil is likely to be damaged by a cooking utensil such as a spatula or a fryer to mix or flip the cooked material.

즉, 사용중에 주걱과 같은 다른 금속제 기구와 마찰이 발생되게 되는데 내마모성이 낮을 경우 코팅층이 벗겨지므로 윤활성이 있어 마찰계수를 줄일 수 있는 특성이 요구되며 경도도 높아야 한다.That is, during use, friction occurs with other metal devices such as a spatula. When the wear resistance is low, the coating layer is peeled off, so that the friction coefficient is required to reduce the friction coefficient and the hardness must be high.

종래에는 이러한 특징을 모두 만족시키는 재질로서 미국의 듀폰사에서 개발된 테프론이 널리 사용되고 있는데 이러한 테프론은 고분자 물질이지만 강한 불소결합이 내재되어 있어 고온에서도 강한 막을 형성할 수 있고 윤활성이 뛰어난 물질이어서, 상기와 같은 주방용 조리기구에서 요청되는 조건을 모두 만족시킬 수 있다. Conventionally, Teflon, which was developed by DuPont, USA, is widely used as a material satisfying all of these characteristics. Teflon is a polymer material, but since it has a strong fluorine bond, it can form a strong film even at high temperature and has excellent lubricity. All of the required conditions in the cooking utensils, such as can be satisfied.

그러나 종래의 이와 같은 테프론 코팅도 장기간 사용하는 경우, 마모되거나 박리되는 것을 피할 수 없으므로 보다 우수한 특성을 갖는 코팅층이 요구되고 있는 실정이며, 최근에는 각종 수지에 초미세 다이아몬드 입자를 배합한 조성물이 제안되고 있는 실정이다.However, such a conventional Teflon coating is also required to be worn or peeled off for a long time, so the coating layer having more excellent properties is required. Recently, a composition in which ultrafine diamond particles are mixed with various resins has been proposed. There is a situation.

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 나노 다이아몬드를 0.5μｍ이하로 미세하게 분쇄하여 주방용 조리기구의 표면에 코팅함으로써 초미립 다이아몬드가 코팅층 피막으로부터 탈락되는 것을 방지하고 코팅층의 마찰 계수를 저하시켜 내마모성, 내열성 및 내구성이 뛰어난 비점착성 코팅층을 갖는 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above conventional drawbacks, the object of the present invention is to finely crush the nanodiamonds to 0.5μm or less and to coat the surface of the kitchen cooking utensils so that the ultra-fine diamond is removed from the coating layer coating To prevent and lower the friction coefficient of the coating layer to provide a nano-diamond coated kitchen cookware having a non-stick coating layer excellent in wear resistance, heat resistance and durability.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판의 적어도 피조리물과 접촉하는 부위가 불소수지 또는 불소고무를 포함한 코팅층으로 피복되는 주방용 조리기구에 있어서, 상기 코팅층은, 기판 표면에 프라이머 코팅층을 15㎛ 두께로 도포후 건조시 250~300℃에서 10~20분간 건조하며, 상기 프라이머 코팅층 위에 미드 코팅층과 탑 코팅층을 중량비 6:4의 비율로 순차 도포하고, 상기 탑 코팅층 위에 나노 다이아몬드와 증류수의 혼합물을 분무한 뒤, 상기 나노 다이아몬드층이 분무된 탑 코팅층 상에 투명코팅액을 도포하여 300~350℃에서 10분간 열처리하여 이루어지는 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구를 제공함에 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구에 있어서, 상기 나노 다이아몬드는 0.5μｍ이하로 분쇄한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 나노 다이아몬드가 코팅된 주방용 조리기구에 있어서, 상기 기판 표면에 프라이머 코팅층을 도포하는 과정 이전에 기판 표면을 샌드 블라스팅 처리하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the present invention provides a kitchen cooking utensil in which at least a portion of the substrate in contact with the workpiece is coated with a coating layer containing fluororesin or fluororubber, wherein the coating layer comprises a primer coating layer on the substrate surface. After the coating to a thickness of dried and dried for 10 to 20 minutes at 250 ~ 300 ℃, the coating layer and the top coating layer in a ratio of 6: 4 weight ratio sequentially on the primer coating layer, the mixture of nano diamond and distilled water on the top coating layer After spraying, it can be achieved by providing a nano-diamond coated kitchen cooking utensil made by applying a transparent coating solution on the top coating layer sprayed with the nanodiamond layer for 10 minutes heat treatment at 300 ~ 350 ℃.
In addition, in the kitchen cooking utensil coated with nanodiamonds of the present invention, the nanodiamonds are preferably pulverized to 0.5 μm or less.
In addition, in the kitchen cooking utensil coated with nano diamond of the present invention, it is preferable to sandblast the substrate surface before the process of applying the primer coating layer on the substrate surface.

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이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 미세하게 분쇄한 나노 다이아몬드를 불소수지(테프론)의 상부에 별도의 코팅층으로 형성함으로써 복합재를 형성할 수 있고, 이를 통해 마찰계수의 감소와 내마모성 및 경도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The present invention as described in detail above can form a composite material by forming a finely divided nano diamond as a separate coating layer on the top of the fluorine resin (Teflon), thereby reducing the friction coefficient and improve the wear resistance and hardness It can be effective.

본 발명은 종래의 불소수지(테프론)만을 사용한 코팅층을 갖는 주방용 조리기구에 비해서 보다 우수한 기계적 특성을 갖는 코팅층을 주방용 조리기구의 표면에 형성할 수 있으므로, 주방용 조리기구의 수명을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention can form a coating layer having better mechanical properties on the surface of the kitchen cookware than the kitchen cookware having a coating layer using only fluorine resin (Teflon) of the conventional, it is possible to further improve the life of the kitchen cookware It works.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 테프론의 상부에 나노 다이아몬드층을 형성한 것을 특징으로 하고 있다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is characterized in that the nano-diamond layer formed on the top of the Teflon.

본 발명이 적용될 수 있는 조리기구로서는, 핫플레이트, 후라이팬, 냄비 등의 가열에 의해 식품을 조리하기 위한 기구를 들 수 있다.Examples of the cooking utensil to which the present invention can be applied include a utensil for cooking food by heating such as a hot plate, a frying pan, a pan, and the like.

여기서, 기판은 상기 조리기구의 조리부를 형성하는 재료이며, 구체적으로는 스텐레스, 탄소강과 같은 철계 금속; 알루미늄, 표면 산화 알루미늄, 알루미늄 합금과같은 알루미늄계 금속;및 황동, 청동과 같은 동계 금속 등 각종의 단체금속이나 합금이 있으며, 본 발명의 조리기구에 있어서, 코팅층을 형성시키는 부위는 그 기판 표면 전체라도 지장은 없지만, 적어도 피조리물과 직접 접촉하는 면이다.Here, the substrate is a material for forming the cooking unit of the cooking utensil, specifically, iron-based metal such as stainless steel and carbon steel; Aluminum-based metals such as aluminum, surface aluminum oxide, and aluminum alloys; and various single metals and alloys such as copper-based metals such as brass and bronze. Rado is not a problem, but at least in direct contact with the workpiece.

상기 나노 다이아몬드는 예를 들어, TNT 계열의 폭발물을 폭발시켜 순간적으로 고온 고압의 분위기를 유도하여 폭발물 속의 탄소를 다이아몬드 구조로 변화시키는 방법으로 얻는다. The nanodiamonds are obtained by, for example, exploding TNT-based explosives to induce an atmosphere of high temperature and high pressure to change carbon in the explosives into a diamond structure.

이러한 나노 다이아몬드는 뛰어난 기계적 강도를 가지고 있으며, 1차 입경이 4-10nm로 작고 비표면적이 넓다. These nanodiamonds have excellent mechanical strength, have a small primary particle size of 4-10 nm, and have a large specific surface area.

또한, 나노 다이아몬드는 독특한 전기적, 화학적, 광학적 특징을 가지고 있으며, 이 특성으로 인하여 응용분야에 대해서 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 발명은 이러한 나노 다이아몬드를 주방용 조리기구의 표면에 코팅층으로 적용한 것이다.In addition, nanodiamonds have unique electrical, chemical, and optical characteristics, and due to this characteristic, many researches are being conducted on the application field, and the present invention applies the nanodiamonds as a coating layer on the surface of the kitchen cookware.

이러한 나노 다이아몬드를 이용하여 복합재를 형성함으로써 테프론 막의 내마모 특성을 향상시킬 수 있으며, 경도 및 윤활성을 향상시킬 수 있다. By forming a composite using such nanodiamonds, wear resistance of the Teflon membrane can be improved, and hardness and lubricity can be improved.

통상적으로, 상기 나노 다이아몬드와 증류수의 혼합물은 중량비로 5~15%의 비율로 수용액 상태의 테프론에 첨가되는 것이 좋다. 본 발명에서도 중량비로 5~15%의 나노 다이아몬드 혼합액을 불소수지 코팅층 상부에 도포하여 나노 다이아몬드 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.Typically, the mixture of the nanodiamonds and distilled water is preferably added to the Teflon in the aqueous solution at a ratio of 5 to 15% by weight. In the present invention, it is characterized by forming a nano-diamond coating layer by applying a nano diamond mixture of 5 to 15% by weight on the fluorine resin coating layer.

상기 혼합물의 첨가비율이 5% 미만인 경우 성능향상 정도가 낮으며, 20%를 초과하는 경우에는 성능향상 정도가 포화하게 되므로 함량을 증가시켜도 성능의 개선이 미미하기 때문이다.If the addition ratio of the mixture is less than 5%, the degree of performance improvement is low, and if it exceeds 20%, the degree of performance improvement is saturated, so even if the content is increased, the performance improvement is insignificant.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

불소수지 또는 불소고무를 주성분으로 하는 코팅층에 내마모성, 내열성 및 내구성을 부여할 목적으로 초미립 다이아몬드 또는 그 초미립 다이아몬드와 탄소질 물질을 통상의 테프론 상용제품에 나노 다이아몬드 혼합물을 적용한 것으로, 금속기재로서는 순도 99%의 판재 알루미늄을 5㎜의 두께로 형성한 것을 사용한다. In order to provide abrasion resistance, heat resistance and durability to the coating layer mainly composed of fluorocarbon resin or fluororubber, ultrafine diamond or a nanodiamond mixture is applied to commercially available Teflon commercial products. What formed the plate aluminum of 99% of purity to thickness of 5 mm is used.

도 1에서 보는 바와 같이, 먼저 상기 금속기재의 표면을 샌드 블라스팅(Sand blasting) 처리를 하여 표면을 깨끗하게 마무리 손질을 한다.
다음, 샌드 블라스팅 처리된 상기 금속기재의 표면에 국내에서 통용되는 프라이머 제품을 약 15㎛의 두께로 코팅한 후 250℃에서 15분간 건조한다. As shown in FIG. 1, first, the surface of the metal substrate is sand blasted to have a clean finish.
Next, a primer product commonly used in Korea is coated on the surface of the metal substrate subjected to sand blasting to a thickness of about 15 μm, and then dried at 250 ° C. for 15 minutes.

그 후 건조된 프라이머 층에 미드(mid) 700 제품과 탑(top) 800 제품을 순차적으로 도포하되, 미드 코팅층과 탑 코팅층은 중량비 6:4의 비율이 되도록 미리 준비하여 순차적으로 도포한다.
여기에 증류수와 나노 다이아몬드가 중량비로 9:1로 혼합된 것을 미드 코팅층과 탑 코팅층을 합한 총 중량에 대하여, 중량비로 각각 0, 5, 10, 15, 20%가 되도록 혼합후 분무하여 나노 다이아몬드 코팅층을 형성한 후 그 위에 투명코팅액을 도포하고 330℃의 온도에서 10분 간 열처리한다.Thereafter, the mid 700 product and the top 800 product are sequentially applied to the dried primer layer, and the mid coating layer and the top coating layer are prepared in advance so as to have a weight ratio of 6: 4 and sequentially applied.
Distilled water and nanodiamonds are mixed in a weight ratio of 9: 1 to the total weight of the mid-coating layer and the top coating layer, and then mixed in a weight ratio of 0, 5, 10, 15, and 20%, respectively, and sprayed to spray the nanodiamond coating layer. After forming a transparent coating solution is applied thereon and heat-treated for 10 minutes at a temperature of 330 ℃.

이후, 제품을 7×20㎜로 재단하여 마모테스트를 실시한다. After that, the product is cut to 7 × 20 mm and subjected to abrasion test.

상대재는 4㎜ 두께의 Si 3 N 4 볼이며, 가해진 하중은 0.8N 이다. The counterpart is a 4 mm thick Si 3 N 4 ball, with an applied load of 0.8 N.

마모 온도는 20℃의 상온이었으며, 습도는 약 40%였고, 2.5㎝/s의 속도로 볼 온 플레이트(ball on plate)형태의 미끄럼왕복 마모테스트를 실시한다. The wear temperature was room temperature of 20 ° C., the humidity was about 40%, and the sliding reciprocating wear test in the form of a ball on plate was performed at a speed of 2.5 cm / s.

실험결과의 분석은 50배율의 현미경을 사용하여 웨어 트랙(wear track)의 넓이를 측정하여 이루어졌으며, 가해진 하중에 대하여 마모테스트 중에 변화하는 하중의 변화를 로드 셀을 통하여 표기함으로써 마찰계수의 변화를 측정하였다. The analysis of the test results was carried out by measuring the width of the wear track using a microscope with a 50x magnification. Measured.

여기서, 나노 다이아몬드층을 형성하지 않은 불소수지(테프론)의 경우, 0.073이라는 마찰계수 값이 측정된 반면, 5%의 함량에서는 그 값이 0.066정도로 약 10% 정도 감소한 값을 나타내며, 10%의 함량에서는 그 값이 0.064로 최소가 된다. Here, in the case of the fluororesin (Teflon) that does not form a nano diamond layer, the friction coefficient value of 0.073 was measured, while the value of 5% of the fluoride resin (Teflon) is about 10% reduced to about 0.066, 10% content The minimum is 0.064.

한편, 15%의 함량에서는 그 값이 증가하고 있음을 알 수 있어 마찰계수의 면에서는 약 10%의 함량으로 나노 다이아몬드 코팅층을 형성하는 것이 최적의 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that the value is increased in the content of 15%, it can be seen that forming the nano-diamond coating layer with the content of about 10% in terms of the friction coefficient can obtain the optimal results.

한편, 본 발명에 따른 내마모성 테스트 결과에서는 마찰계수 테스트에서와 유사한 양상을 보이는데, 나노 다이아몬드를 첨가하지 않았을 경우, 마모면적이 약 0.84㎟이던 것이, 나노 다이아몬드를 5% 첨가하면 마모면적이 0.5㎟로 약 41% 정도 감소가 있음을 알 수 있으며, 함량이 10%인 경우에는 마모면적이 0.44㎟ 정도로 약 50% 정도 감소한 것을 볼 수 있다. On the other hand, the wear resistance test results according to the present invention shows a similar pattern as in the coefficient of friction test, when the nanodiamond is not added, the wear area was about 0.84 mm2, and when the 5% nanodiamond is added, the wear area is 0.5 mm2. It can be seen that there is a decrease of about 41%, and when the content is 10%, the wear area is reduced by about 50% by 0.44 mm 2.

또한, 15%의 함량에서는 10%의 함량에 비해서 증가된 값을 보이지만 나노 다이아몬드가 첨가되지 않은 경우보다는 우수한 결과를 나타낸다. In addition, the content of 15% shows an increased value compared to the content of 10%, but shows better results than the case where no nanodiamond is added.

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.In other words, the wear resistance increases with the addition of the nanodiamond, which shows a poor appearance. When the nanodiamond is added about 10%, the wear resistance is improved by twice as much as the best wear resistance.

상기 첨가되는 나노 다아아몬드의 크기는 0.5μｍ이하로 미세하게 분쇄하여 시판되고 있는 용액을 사용하였을 때 원하는 기준 이상의 강도를 얻으면서도 가장 저렴하게 제조할 수 있어 생산성이 가장 높았다.The size of the nano-diamond added is finely pulverized to 0.5μm or less when using a commercially available solution to obtain the strength of the desired standard or more at the lowest production cost was the highest productivity.

도 1은 본 발명에 따른 플로우챠트1 is a flow chart in accordance with the present invention

Claims

In a kitchen cooking utensil wherein at least a portion of the substrate in contact with the workpiece is coated with a coating layer containing fluororesin or fluororubber,

The coating layer,

After coating the primer coating layer to the surface of the substrate 15㎛ thickness and dried for 10 to 20 minutes at 250 ~ 300 ℃ when drying, and applying the mid coating layer and the top coating layer in a ratio of 6: 4 by weight ratio on the primer coating layer, the top coating layer After spraying a mixture of nanodiamonds and distilled water thereon, nano-diamond-coated kitchen cooking utensil, characterized in that by applying a transparent coating solution on the top coating layer sprayed with the nanodiamond layer heat treatment at 300 ~ 350 ℃ 10 minutes .

The method of claim 1,

The nano-diamond is a kitchen cooking utensil coated with nano diamonds, characterized in that pulverized to 0.5μm or less.

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