KR102062226B1 - 조리기구용 논스틱 조성물 및 이를 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주방용 조리기구의 조리용 표면에 음식물이 들러 붙지 않도록 하는 논스틱층을 형성시키기 위한 조성물과 이를 조리기구의 조리용 표면에 결합시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 이용하여 조리기구의 외관 형상을 이루도록 일차 성형된 모재 표면과의 견고한 결합을 유도하는 탄화티탄 분말 또는 콜로이드 용액과, 조성물간의 견고한 결합을 유도하는 이산화규소 분말 또는 콜로이드 용액과, 논스틱층의 내열성 강화를 위한 산화알루미늄 분말 또는 콜로이드 용액의 3가지 성분을 베이스로 하고, 이에 내식성과 경도의 확보를 위한 질화규소 또는 질화규소 및 지르코늄 분말이나 콜로이드 용액을 일정 비율로 혼합시켜 논스틱 조성물을 제조하며, 해당 조성물을 모재의 조리용 표면에 스프레이식으로 도포한 후 가열 및 용해시켜 모재의 표면과 강력하게 결합된 논스틱층을 형성시킴으로서, 긁힘이나 벗겨짐이 거의 발생되지 않는 우수한 표면강도의 고기능성 논스틱층을 매우 손쉽고 간단한 방법으로 조리기구의 표면에 형성시킬 수 있고, 세라믹이나 테플론을 프라이머상에 코팅시킨 기존의 알루미늄 조리기구와 비교하여 거의 반영구적으로 사용이 가능하면서도 인체에 유해한 성분이 전혀 포함되어 있지 아니한 친환경 제품을 제공할 수 있도록 한 조리기구용 논스틱 조성물 및 이를 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법에 관한 것이다.

Description

조리기구용 논스틱 조성물 및 이를 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법{Non-stick composite for a cooking utensil and the bonding method of non-stick layer on the surface of cooking utensil using thereof}

본 발명은 주방용 조리기구의 조리용 표면에 음식물이 들러 붙지 않도록 하는 논스틱층을 형성시키기 위한 조성물과 이를 조리기구의 조리용 표면에 결합시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 티타늄이나 스테인레스 스틸을 조리기구의 원소재로 하여 긁힘이나 벗겨짐이 거의 발생되지 않는 우수한 표면강도의 고기능성 논스틱층을 매우 손쉽고 간단한 방법으로 조리기구의 표면에 형성시킬 수 있고, 세라믹이나 테플론을 프라이머상에 코팅시킨 기존의 알루미늄 조리기구와 비교하여 거의 반영구적으로 사용이 가능하면서도 인체에 유해한 성분이 전혀 포함되어 있지 아니한 친환경 제품을 제공할 수 있도록 한 조리기구용 논스틱 조성물 및 이를 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 음식물의 조리에 사용되는 후라이팬이나 고기불판 또는 냄비나 웍(Wok) 등의 주방용 조리기구는, 가볍고 열전도성이 우수한 알루미늄 소재를 이용하여 후라이팬이나 고기불판 또는 냄비나 웍 형상의 조리기구 본체를 일차적으로 제작한 다음, 해당 본체상에 손잡이 등을 추가로 연결 설치하는 한편, 본체의 조리용 표면에 음식물의 부착(들러붙음)을 방지하는 논스틱(Non-stick) 코팅층을 형성시키게 된다.

상기와 같이 주방용 조리기구의 조리용 표면에 적용되는 논스틱 코팅층의 대표적인 예로서 세라믹 코팅층과 테플론 코팅층을 들 수 있으나, 알루미늄 소재를 베이스로 하는 주방용 조리기구의 조리용 표면에 해당 코팅층을 형성시키게 되면, 알루미늄 소재와 코팅층간의 밀착강도가 약하게 되어 코팅층이 쉽게 긁히거나 벗겨지는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 조리기구의 구입후 얼마의 사용기간이 지나지 않았음에도 불구하고 음식물이 조리면에 눌러 붙는 상황이 야기되었다.

따라서, 조리기구의 빈번한 사용과 잦은 세척작업이 수행되는 음식점 등에서는 조리기구의 사용수명이 매우 짧게 되고, 조리면의 코팅층이 손상된 것만으로도 조리기구 자체를 새것으로 교체시켜야 함으로서 사용자들에게 상당한 경제적 부담을 안겨줄 뿐만 아니라, 테플론의 경우 과불화 화합물의 일종으로서 인체에 유해한 환경오염물질인 PFOA(Perfluorooctanoic Acid) 성분이 포함되어 있고, 최근에는 알루미늄 성분의 독성 문제도 부각되고 있으므로, 향후에는 테플론 코팅이 이루어진 알루미늄 조리기구의 사용에 다소의 규제나 제약이 발생할 것으로 예상된다.

특히, 알루미늄 소재를 베이스로 하는 주방용 조리기구의 조리용 표면에 세라믹 코팅층이나 테플론 코팅층을 형성시키기 위해서는, 알루미늄 조리기구의 표면과 해당 코팅층의 사이에 접착력을 강화시키기 위한 프라이머(Primer)로서의 화학물질이 필연적으로 적용되는 바, 세라믹이나 테플론 코팅층이 긁혀지거나 벗겨진 상태에서 프라이머 성분이 고온에 노출될 경우 인체에 유해한 환경호르몬이 다량으로 방출되는 문제점이 있었으며, 이는 장기적으로 볼 때 음식을 섭취하는 사람들의 건강을 위협하는 요인이 된다.

상기와 같이 알루미늄 재질의 조리기구가 가지는 문제점으로 인하여 무쇠 재질로 제작된 주방용 조리기구가 다시금 부각되고 있으나, 주물성형 방식에 의존하는 무쇠 재질의 조리기구는 그 대량생산이 불가능하여 제품의 가격이 상대적으로 높게 됨은 물론이고, 조리기구의 표면에 녹이나 부식이 쉽게 발생하여 위생상에도 좋지 못한 문제점이 야기되었으며, 무쇠 자체가 알루미늄에 비하여 상당히 무거운 소재이므로 조리기구의 빈번한 사용과 잦은 세척작업이 요구되는 음식점에서는 그 활용성이 크게 떨어지는 등의 추가적인 문제점이 대두되었다.

대한민국 공개특허 제 10-2009-0118347호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 이용하여 조리기구의 외관 형상을 이루도록 일차 성형된 모재 표면과의 견고한 결합을 유도하는 탄화티탄 분말 또는 콜로이드 용액과, 조성물간의 견고한 결합을 유도하는 이산화규소 분말 또는 콜로이드 용액과, 논스틱층의 내열성 강화를 위한 산화알루미늄 분말 또는 콜로이드 용액의 3가지 성분을 베이스로 하고, 이에 내식성과 경도의 확보를 위한 질화규소 또는 질화규소 및 지르코늄 분말이나 콜로이드 용액을 일정 비율로 혼합시켜 논스틱 조성물을 제조하며, 해당 조성물을 모재의 조리용 표면에 스프레이식으로 도포한 후 가열 및 용해시켜 모재의 표면과 강력하게 결합된 논스틱층을 형성시킴으로서, 긁힘이나 벗겨짐이 거의 발생되지 않는 우수한 표면강도의 고기능성 논스틱층을 매우 손쉽고 간단한 방법으로 조리기구의 표면에 형성시킬 수 있고, 세라믹이나 테플론을 프라이머상에 코팅시킨 기존의 알루미늄 조리기구와 비교하여 거의 반영구적으로 사용이 가능하면서도 인체에 유해한 성분이 전혀 포함되어 있지 아니한 친환경 제품을 생산할 수 있도록 한 조리기구용 논스틱 조성물 및 이를 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법을 제공하는 것이 그 주된 기술적 과제이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명에 따른 조리기구용 논스틱 조성물은, 탄화티탄(Tic) 분말 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2) 분말 20~30wt%와, 산화알루미늄(Al2O3) 분말 20~30wt%와, 질화규소(Si3N4) 분말 20~30wt%와의 혼합조성물; 또는, 탄화티탄(Tic) 분말 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2) 분말 15~22wt%와, 산화알루미늄(Al2O3) 분말 15~22wt%와, 질화규소(Si3N4) 분말 15~22wt%와, 지르코늄(Zr) 분말 15~22wt%와의 혼합조성물; 중에서 택일한 것이 됨을 특징으로 하고, 상기 각각의 혼합조성물을 이루는 개별 성분의 분말 입도(粒度)는 0.5~1.5 미크론(Micron,1/1000mm)의 범위내가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조리기구용 논스틱 조성물의 다른 실시예로서, 탄화티탄(Tic)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 산화알루미늄(Al2O3)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 질화규소(Si3N4)의 콜로이드 용액 20~30wt%와의 혼합조성물; 또는, 탄화티탄(Tic)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 산화알루미늄(Al2O3)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 질화규소(Si3N4)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 지르코늄(Zr)의 콜로이드 용액 15~22wt%와의 혼합조성물; 중에서 택일한 것이 됨을 특징으로 하거나, 에틸알콜(C2H5OH), 메틸알콜(CH3OH), 이소프로필알콜((CH3)2CHOH) 중에서 택일한 알콜 용액 100wt%를 기준으로 각각의 혼합조성물 중에서 택일한 하나의 혼합조성물을 20~40wt%의 비율로 첨가하여 희석시킨 것임을 특징으로 한다.

이와 더불어, 본 발명에 따른 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법은, 0.5~1.5mm의 두께를 가지는 티타늄판 또는 스테인레스 스틸판을 이용하여 주방용 조리기구의 외관 형상을 이루도록 일차 성형된 모재의 조리용 표면에 앞서 설명되어진 논스틱 조성물 중에서 택일한 하나의 논스틱 조성물을 스프레이 방식으로 도포시키는 논스틱 조성물 도포단계와, 상기 논스틱 조성물 도포단계를 거친 모재를 200~350℃의 온도로 10~30분간 가열시키는 논스틱층 결합단계를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 논스틱층 결합단계에서 모재의 조리용 표면과 결합되는 논스틱층의 두께는 0.5~1.5 미크론(Micron,1/1000mm)의 범위내가 되는 것을 특징으로 하며, 상기 모재의 조리용 표면은 논스틱 조성물 도포단계 이전에 수행되는 샌드블라스트 처리를 통하여 논스틱층 결합용 표면으로 조성된 것임을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 자체 중량이 매우 가볍고 강도가 우수하며 내식성이 뛰어난 티타늄이나 스테인레스 스틸 소재의 표면상에 별도의 프라이머를 적용시키지 않더라도 음식물의 부착을 방지하는 논스틱층을 견고히 결합시킬 수 있도록 함으로서, 무쇠 재질로 제작된 기존의 조리기구를 티타늄이나 스테인레스 스틸 재질로 대체하여 해당 조리기구의 단점을 일거에 해소시킬 수 있는 효과를 제공하며, 탄화티탄과 질화규소 또는 탄화티탄과 질화규소 및 지르코늄 성분의 유기적인 연계를 통하여 표면강도가 매우 우수하고 긁힘이나 벗겨짐이 거의 발생되지 않는 고기능성의 논스틱층을 티타늄이나 스테인레스 스틸 소재의 조리기구 표면에 형성시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이를 통하여, 세라믹 코팅층이나 테플론 코팅층이 적용된 기존의 알루미늄 조리기구와는 달리 거의 반영구적으로 사용이 가능하면서도 프라이머의 적용없이 인체에 무해한 성분만으로 논스틱층을 구현시킨 친환경 조리기구를 제공하는 효과가 있으며, 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 이용하여 조리기구의 외관 형상을 이루도록 일차 성형된 모재의 조리용 표면에 미세 분말이나 콜로이드 용액이 되는 논스틱 조성물을 스프레이 방식으로 도포시킨 후 이를 가열 및 용해시키는 매우 손쉽고 간단한 방식으로 논스틱층을 형성시킬 수 있음에 따라 대량생산에 의한 원가절감 또한 이루어낼 수 있는 등, 주방용 조리기구 제품의 품질 향상과 대외경쟁력의 확보 측면에 매우 유리한 여러 가지의 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 논스틱층 결합방법이 포함된 주방용 조리기구의 제작과정을 나타내는 공정블록도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 보다 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 조리기구용 논스틱 조성물은, 탄화티탄(Tic: Titanium Carbide)과 이산화규소(SiO2: Silicon Dioxide)와 산화알루미늄(Al2O3: Aluminium Oxide)의 3가지 성분을 베이스로 하고, 이에 질화규소(Si3N4: Silicon Nitride) 성분을 상기 3가지 성분과 일정 비율로 혼합시키거나, 질화규소(Si3N4: Silicon Nitride)와 지르코늄(Zr: Zirconium)의 2가지 성분을 상기 3가지 성분과 일정 비율로 혼합시켜 제조되는 것이다.

보다 구체적인 실시예를 들자면, 본 발명에 따른 논스틱 조성물은 탄화티탄(Tic) 분말 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2) 분말 20~30wt%와, 산화알루미늄(Al2O3) 분말 20~30wt%와, 질화규소(Si3N4) 분말 20~30wt%와의 혼합조성물(제 1실시예); 또는 탄화티탄(Tic) 분말 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2) 분말 15~22wt%와, 산화알루미늄(Al2O3) 분말 15~22wt%와, 질화규소(Si3N4) 분말 15~22wt%와, 지르코늄(Zr) 분말 15~22wt%와의 혼합조성물(제 2실시예); 중에서 택일한 것이 된다.

상기 탄화티탄(Tic)은 산화티탄을 수소로 환원시킨 고속 티탄의 분말에 당탄을 섞어 고온으로 가열하여 제조되는 것으로서, 본 발명에 따른 논스틱 조성물을 티타늄이나 스테인레스 스틸 소재로 제작된 조리기구용 모재의 조리용 표면에 견고히 결합시키는 기능을 수행하는 성분이며, 이에 따라 제 1실시예와 제 2실시예에 있어 탄화티탄의 혼합비율은 20~30wt%로 동일하게 되는 바, 각각의 실시예별로 탄화티탄의 혼합비율이 20wt% 미만이 되면, 모재의 조리용 표면에 대한 논스틱층의 결합력이 저하될 우려가 있고, 탄화티탄의 혼합비율이 30wt%를 초과하더라도 모재의 조리용 표면에 대한 논스틱층의 결합력이 이에 비례하여 상승하지는 아니하며, 오히려 다른 주요 성분의 혼합비율이 상대적으로 줄어 들어 고기능성 논스틱층을 제공하는 데 바람직하지 못한 결과를 초래할 수도 있다.

그리고, 상기 이산화규소(SiO2)는 실리카(Silica)라고도 하며, 본 발명에 따른 논스틱 조성물간의 견고한 결합을 유도하는 기능을 수행하는 성분으로서, 제 1실시예에서와 같이 총 4가지의 성분으로 논스틱 조성물을 제조하는 경우에는 그 혼합비율을 20~30wt%로 하고, 제 2실시예에서와 같이 총 5가지의 성분으로 논스틱 조성물을 제조하는 경우에는 그 혼합비율을 15~22wt%로 하는 바, 이는 논스틱 조성물간의 결합력을 최대한으로 확보하면서도 다른 주요 성분의 혼합비율이 상대적으로 줄어 들지 않도록 함에 따라 논스틱층에 요구되는 물성을 최적화시키기 위한 배합비에 해당한다.

이와 더불어, 상기 산화알루미늄(Al2O3)은 수산화 알루미늄을 태워서 제작되는 흰색의 가루로서 대표적인 내화재료(耐火材料)가 되는 바, 본 발명에서도 고온조건하에서 사용되는 조리기구의 특성에 맞추어 논스틱층에 내열성을 부여할 목적으로 첨가되며, 제 1실시예에서와 같이 4가지 성분으로 논스틱 조성물을 제조할 경우, 모재와 논스틱층간의 결합력, 논스틱 조성물간의 결합력, 강도와 내식성 및 내열성과 내충격성에 걸친 물성의 균일한 발현을 위하여 4가지 성분의 혼합비율을 모두 20~30wt%의 범위내로 함과 동시에, 해당 범위내에서 각 성분의 혼합비율을 동일한 수준으로 맞추어 주는 것이 바람직하고, 제 2실시예에서와 같이 5가지 성분으로 논스틱 조성물을 제조할 경우, 논스틱층 물성의 균일한 발현을 위하여 탄화티탄을 제외한 나머지 4가지 성분의 혼합비율을 모두 15~22wt%의 범위내로 함과 동시에, 해당 범위내에서 4가지 성분의 혼합비율을 동일한 수준으로 맞추어 주는 것이 바람직하다.

삭제

상기와 같이 탄화티탄과 이산화규소와 산화알루미늄의 3가지 성분을 베이스로 하여 본 발명의 논스틱 조성물을 이루는 추가적인 성분으로서의 질화규소(Si3N4)는 규소와 질소로 만드는 물에 녹지 않는 백색 가루로서, 내열충격성(耐熱衝擊性)과 내화학약품성(耐化學藥品性)이 뛰어난 대표적인 고온 구조용 세라믹 재료이고, 또 다른 추가적인 성분으로서의 지르코늄(Zr)은 은회색 광택의 견고한 금속으로서 ZrCl4를 크롬법에 의해 환원하거나 융화지르코늄에서 결정을 성장시켜 제조되는 것이며, 고온 강도와 내식 특성이 매우 우수한 소재가 되는 바, 해당 성분을 앞서 설명되어진 혼합비율에 맞추어 탄화티탄(모재결합용)과 이산화규소(조성물결합용) 및 산화알루미늄(내열재) 성분과 혼합시킴으로서, 강도와 내식성 및 내열성과 내충격성이 뛰어난 고기능성 논스틱층을 구현할 수 있는 것이다.

위에서 설명되어진 제 1실시예와 제 2실시예는 논스틱 조성물을 이루는 각각의 성분이 분말 형태를 가지는 것인 바, 논스틱 조성물을 이루는 각 성분의 분말 입도(粒度)는 0.5~1.5 미크론(Micron,1/1000mm)의 범위내가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 본 발명에 따른 논스틱 조성물을 이용하여 조리기구용 모재의 조리용 표면에 결합되는 논스틱층의 두께가 0.5~1.5 미크론 수준이 되므로, 분체도장법의 일종인 정전 스프레이 도장법을 이용하여 요구하는 수준의 논스틱층 두께를 신속하고 정확하게 조성시킬 수 있도록 한 것이다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 논스틱 조성물을 이루는 각 성분의 분말 입도가 0.5 미크론 미만이 되면, 요구하는 두께의 논스틱층 조성을 위하여 분체도장작업이 2회 내지 3회 정도 반복적으로 수행되어야 하고, 논스틱 조성물을 이루는 각 성분의 분말 입도가 1.5 미크론을 초과하게 되면, 조리기구용 모재의 조리용 표면에 논스틱층을 결합시킨 후 논스틱층 표면에 대한 추가적인 연마처리 등이 요구될 수 있으므로, 조리기구의 제조공정을 보다 신속하고 용이하게 수행하는 측면에서 바람직하지 못하다는 것이다.

상기와 같이 본 발명의 논스틱 조성물을 이루는 각각의 성분을 분말 형태로 하여 혼합시키는 것도 가능하지만, 최근에 들어 금속과 같이 물이나 기타 용매에 녹지 않는 성분들도 나노 콜로이드(Nano colloid) 용액의 형태로 제작되어 시판 및 사용되고 있는 바, 본 발명에 따른 논스틱 조성물을 이루는 각각의 성분들 또한 콜로이드 용액 상태로 제조된 것을 사용할 경우, 각 성분간의 균일한 혼합과 논스틱 조성물의 용이한 취급 및 관리가 가능할 뿐만 아니라, 모재의 조리용 표면에 대한 스프레이식 도포작업 역시 보다 손쉽고 정확하게 수행할 수 있으며, 콜로이드 용액 상태가 되는 각 성분의 혼합비율과 해당 혼합비율의 한정이유는 앞서 설명되어진 분말 형태의 논스틱 조성물과 동일하게 된다.

다시 말해서, 탄화티탄(Tic)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 산화알루미늄(Al2O3)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 질화규소(Si3N4)의 콜로이드 용액 20~30wt%와의 혼합조성물(제 3실시예); 또는, 탄화티탄(Tic)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 산화알루미늄(Al2O3)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 질화규소(Si3N4)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 지르코늄(Zr)의 콜로이드 용액 15~22wt%와의 혼합조성물(제 4실시예); 중에서 택일한 것이 된다는 의미이다.

위에서 설명되어진 각 성분의 콜로이드 용액은 해당 성분이 200nm(Nano meter) 이하의 입경을 가지는 미립자 형태, 바람직하게는 10±5nm 정도의 미립자 형태로 하여 분자량이 200~30000인 분산제의 존재하에서 분산매가 되는 물과 수용성 유기용매와의 혼합용매중에 분산시킨 것으로서, 장기간의 보관시에도 각각의 성분을 이루는 입자들이 큰 집합체(덩어리)를 만들어 침전(엉김 또는 염석)되지 않고 혼합용매 전체에 걸쳐 골고루 분산되어 있을 수 있는 수준의 농도로 제작된 콜로이드 용액을 사용하는 것이 바람직하다.

필요에 따라서는, 에틸알콜(C2H5OH), 메틸알콜(CH3OH), 이소프로필알콜((CH3)2CHOH) 중에서 택일한 알콜 용액 100wt%를 기준으로 하여 상기 제 3실시예 또는 제 4실시예에 의한 혼합조성물 중에서 택일한 하나의 혼합조성물을 20~40wt%의 비율로 첨가하여 희석시킨 것을 사용할 수도 있는 바, 이와 같이 알콜 용액에 각각의 혼합조성물(논스틱 조성물)을 희석시켜 사용할 경우 알콜이 가지는 휘발 특성을 이용하여 모재의 조리용 표면에 대한 논스틱 조성물의 도포작업 및 논스틱층 결합작업을 보다 손쉽고 균일하게 수행할 수 있다.

위에서 언급되어진 알콜 용액은 본 발명에 따른 논스틱 조성물의 희석 및 스프레이식 도포작업에 가장 적합한 종류를 나열한 것이며, 각각의 알콜 용액에 대한 논스틱 조성물의 첨가량이 20wt% 미만이 되면, 모재의 조리용 표면에 대한 논스틱 조성물의 스프레이식 도포작업 후 알콜 성분의 휘발에 이르기까지의 시간이 불필요하게 지연될 우려가 있고, 각각의 알콜 용액에 대한 논스틱 조성물의 첨가량이 40wt%를 초과하게 되면, 0.5~1.5 미크론 수준의 얇은 논스틱층을 모재의 조리용 표면에 형성시키기 위한 도막의 두께를 균일하게 조성하는 작업이 다소 까다롭게 될 소지가 있으므로 바람직하지 못하다.

이하, 상기와 같은 논스틱 조성물을 이용하여 조리기구의 표면에 논스틱층을 결합시키기 위한 본 발명에 따른 공정과정을 첨부된 도 1을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법을 수행하기 이전에 조리기구의 외관 형상을 가지는 모재를 일차 성형하는 모재준비단계가 필수적으로 수반되어야 하는 바, 상기 모재준비단계는 소정의 두께를 가지는 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 프레스기구로 투입시켜 요구하는 치수의 원판이나 사각판 또는 다각판 형태로 성형시키는 쉐어링(Shearing)단계와, 상기 쉐어링단계를 거친 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 유압성형기로 투입하여 해당 강판을 조리기구 형상의 모재로 성형시키는 유압성형단계와, 상기 유압성형단계를 거친 모재의 세척단계를 거쳐 수행되는 것이다.

상기 모재준비단계에 사용되는 티타늄판이나 스테인레스 스틸판은 주방용 조리기구에 통상적으로 적용되는 0.5~1.5mm 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하고, 조리기구의 용도나 사용조건 등을 고려하여 이보다 얇거나 두꺼운 판재가 사용될 수도 있으며, 상기 쉐어링단계는 공지된 전단(剪斷) 프레스 가공에 해당하는 것으로서, 원판이나 다각판은 블랭킹(Blanking: 소재로부터 정해진 형상을 절단해 내어 그것을 제품으로 사용하는 프레스 작업) 가공으로 성형하고, 사각판은 컷팅오프(Cutting-off: 스크랩이 발생하지 않도록 규칙적인 배열로 소재를 절단하는 프레스 작업) 가공으로 성형하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유압성형단계 역시 마찬가지로 조리기구의 외관(본체) 형상에 맞추어 제작된 상부금형과 하부금형의 사이에 쉐어링단계를 거쳐 성형된 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 투입시킨 다음, 유압실린더를 이용하여 상부금형을 하부금형측으로 눌러 가압시킴으로서, 해당 강판이 후라이팬이나 고기불판 또는 냄비나 웍 등의 조리기구 본체 형상의 모재를 이루도록 성형하는 공지의 단계이며, 고기불판과 같이 다소 복잡한 패턴을 가지는 조리기구의 경우에는 상부금형과 하부금형의 임의 위치에 절단날 등을 추가로 설치함으로서, 강판 일부의 펀칭(Punching)이나 절단가공이 유압성형과 동시에 수행되도록 할 수도 있다.

이와 더불어, 상기 세척단계는 쉐어링단계와 유압성형단계를 거침에 따라 모재의 표면에 부착될 수 있는 프레스유나 가공유 및 금속분(쇳가루) 등이 포함된 각종 이물질을 제거하는 공지의 단계로서, 그 대표적인 일례를 들자면 세정액이 저장된 세정조의 내부로 모재를 투입시키고, 세정조의 바닥측에 설치된 초음파진동자를 작동시켜 모재를 세척하는 초음파 세척방식을 들 수 있으며, 이외에도 브러쉬를 이용한 세척방식이나 세척 및 건조성이 우수한 세정액의 분사방식 등과 같은 여러 가지의 표면세척 방식이 적용될 수도 있다.

상기와 같은 초음파 세척방식에 사용되는 세정액은 비누액과 같이 오일성분의 제거가 가능한 것이라면 무방하고, 세정액의 온도는 50±5℃, 세척시간은 20~40분으로 하는 것이 바람직한데, 세척온도가 45℃ 미만이거나, 초음파를 이용한 세척시간이 20분 미만이 되면, 고기불판과 같이 다소 복잡한 패턴을 가지는 모재의 경우는 그 표면의 이물질을 충분히 제거하기가 어렵고, 세척온도가 55℃를 초과하거나, 초음파를 이용한 세척시간이 40분을 초과하는 것은 세척효율을 고려한 측면에서 비경제적이다.

보다 더 바람직하게는, 상기 유압성형단계와 세척단계의 사이에 모재의 조리용 표면에 대한 공지의 샌드블라스팅(Sand blasting) 단계를 거침으로서, 모재의 조리용 표면 전체에 걸쳐 미세하고 불규칙한 요철(凹凸) 패턴을 형성시키는 것이며, 이러한 사전의 표면처리 작업을 통하여 모재의 조리용 표면을 논스틱층의 결합에 보다 더 유리한 상태로 조성시킴에 따라 논스틱층의 결합력을 한층 더 배가시킬 수 있는 것이다.

상기와 같은 방식으로 모재의 준비단계가 모두 완료된 이후에 본 발명에 따른 공정과정이 수행되는 것이며, 본 발명의 주된 공정과정은 앞서 설명되어진 제 1실시예와 제 2실시예에 의한 분말형 논스틱 조성물 또는 제 3실시예와 제 4실시예에 의한 콜로이드 용액형 논스틱 조성물 또는 상기 콜로이드 용액을 알콜 용액에 희석시킨 논스틱 조성물 중에서 택일한 것을 모재의 조리용 표면에 스프레이 방식으로 도포시키는 논스틱 조성물 도포단계와, 상기 논스틱 조성물 도포단계를 거친 모재를 소정의 온도로 가열시켜 논스틱 조성물이 모재의 조리용 표면과 강력하게 결합되도록 하는 논스틱층 결합단계를 포함하여서 이루어지는 것이다.

상기 논스틱 조성물 도포단계에서 분말형 논스틱 조성물을 모재의 조리용 표면에 도포시키는 것은 분체도장법의 일종인 코로나(Corona) 정전 스프레이 도장법을 대표적인 예로 들 수 있는 바, 이는 고전압 조건하에서 음(-)으로 대전된 분체를 접지된 피도금물에 분사하여 전기적으로 부착시키는 방법으로서, 피도금물에 부착된 분체는 전기저항이 높아 방전하기 어렵기 때문에 세팅(Setting)중에 피도금물로부터 분체가 이탈되지 아니하고, 일정한 수준의 두께로 분체가 부착되면 분체끼리의 반발력으로 인하여 그 이상의 두께로는 부착되지 않는 등, 피도금물에 대한 분체도막의 두께를 균일하게 할 수 있는 최적의 방법이 된다.

그러나, 위에서 설명되어진 코로나 정전 스프레이 도장법 이외에도 미세 분말 형태의 논스틱 조성물을 모재의 조리용 표면에 일정한 두께로 도포시킬 수 있는 것이라면 공지된 분체도장법 중 어떠한 방법을 사용하더라도 무방함을 밝혀두는 바이며, 콜로이드 용액형 논스틱 조성물이나 이를 알콜 용액에 희석시킨 논스틱 조성물은 액상의 형태를 가지는 한편, 각각의 성분이 나노 수준의 극미세입자를 이루고 있기 때문에 일반적인 분무기 형태의 스프레이 기구를 사용하여 모재의 조리용 표면에 해당 조성물을 미분무식(微噴霧式), 다시 말해서 안개 형태로 흩뿌리는 방법이면 충분하다.

상기와 같은 논스틱 조성물 도포단계를 거친 후에 수행되는 논스틱층 결합단계는 조리용 표면에 논스틱 조성물이 도포된 모재를 열처리로의 내부로 장입(裝入)시킨 상태에서 열처리로의 내부온도를 200~350℃의 범위까지 상승시킨 다음, 해당 온도조건하에서 모재를 10~30분간 유지시키는 과정으로 수행되는 것이며, 분말형 논스틱 조성물이 도포된 경우에는 250~350℃의 온도조건으로 20~30분간 유지시키고, 콜로이드 용액형 논스틱 조성물이나 이를 알콜 용액에 희석시킨 논스틱 조성물이 도포된 경우에는 200~250℃의 온도조건하에서 10~20분간 유지시키는 것이 바람직하다.

다시 말해서, 분말형 논스틱 조성물이 도포된 모재는 해당 조성물의 충분한 가열과 용해 및 모재 표면으로의 침투시간을 확보할 수 있도록 250~350℃의 온도조건으로 20~30분간 유지시킨다는 것이며, 콜로이드 용액형 논스틱 조성물이나 이를 알콜 용액에 희석시킨 논스틱 조성물은 분말형 논스틱 조성물에 비하여 침투율이 매우 우수하기 때문에, 해당 조성물이 도포된 모재는 분말형 논스틱 조성물이 도포된 모재보다 그 가열온도를 200~250℃ 수준으로 낮추고 그 유지시간을 10~20분 정도로 줄이더라도 분말형 논스틱 조성물과 동등한 수준의 논스틱층을 확보할 수 있다는 것이다.

본 단계에서 논스틱 조성물의 종류(분말, 콜로이드 용액)별로 제공된 가열온도와 유지시간은 고기능성의 논스틱층이 그 물성을 유지하면서 모재의 조리용 표면과 강력하게 결합되도록 하는 최적의 범위로서, 가열온도와 유지시간이 제시된 범위 미만이 되면, 모재의 표면에 대한 논스틱층의 결합력이 저하될 우려가 있고, 가열온도와 유지시간이 제시된 범위를 초과하게 되면, 과도한 가열 및 산화에 따른 논스틱층의 물성 변화가 유발될 수 있으므로 바람직하지 못하다.

이와 더불어, 본 단계에 사용되는 열처리로는 수십 내지 수백 개의 모재를 한꺼번에 장입시켜 대량으로 열처리할 수 있는 것이라면 어떠한 종류를 사용하더라도 무방하며, 대표적인 일례로 수십 내지 수백 개의 모재가 일정한 간격을 두고 배치된 골조프레임식 거치대를 내부로 투입시킬 수 있도록 개폐도어가 구비된 룸(Room) 형태의 처리실을 가지는 한편, 해당 처리실의 내부에 설치된 전기히터나 고주파히터 또는 세라믹히터 등의 가열수단을 처리실의 외부에서 조작할 수 있도록 온도조절 시스템이 설치된 것을 들 수 있다.

상기 논스틱층 결합단계를 거쳐 모재의 조리용 표면에 형성되는 논스틱층의 두께는 앞서 설명되어진 바와 같이 0.5~1.5 미크론 정도의 얇은 피막을 이루도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 조리기구의 경량화 및 우수한 열전도성을 확보토록 함에 있으며, 해당 논스틱층이 0.5~1.5 미크론 정도의 얇은 피막을 이룸에도 불구하고 그 강도와 내식성 및 내열성과 내충격성은 기존의 테플론 코팅층이나 세라믹 코팅층에 비하여 4배 이상의 수준으로 향상되었음을 각종 실험으로 확인할 수 있었으며, 해당 논스틱층 자체가 그레이(Gray: 회색) 또는 딤그레이(Dim gray: 짙은 회색) 계열의 미려한 색상을 발현시키므로, 조리기구의 상품적 가치를 보다 더 고양시키는 측면에도 기여할 수 있었다.

상기와 같은 논스틱층 결합단계를 거친 후에는, 열처리로의 개폐도어를 개방시켜 논스틱층이 결합된 수십 내지 수백 개의 모재를 골조프레임식 거치대와 함께 열처리로의 외부로 빼낸 다음, 해당 모재를 골조프레임식 거치대와 함께 상온중에 방치하여 냉각시키게 되며, 모재를 상온중에서 냉각시킨 이후에는 삼베나 마포(麻布) 또는 각종 천과 같은 섬유 재질의 부드러운 소재를 이용하여 논스틱층의 표면을 닦아냄으로서 논스틱층의 표면에 광택을 부여하는 한편, 논스틱층을 제외한 나머지 모재의 표면에 대해서는 샌드블라스팅이나 연마 가공 등을 행하는 마감처리단계를 거치게 된다.

상기와 같은 마감처리단계를 거친 후에는, 모재의 표면에 상온의 세척수를 분사하여 이물질을 제거하는 세척단계와, 세척작업이 완료된 모재를 베이스로 하여 조리기구에 필요한 손잡이 등의 부가수단을 모재에 연결시키고, 필요시 조리용 표면을 제외한 모재의 나머지 표면에 외관의 미려함을 위한 도장작업이나 금속프린팅 작업을 수행하는 등의 공지된 제품화단계를 거침으로서, 실사용이 가능한 조리기구 제품으로의 최종 제작이 완료되는 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 자체 중량이 매우 가볍고 강도가 우수하며 내식성이 뛰어난 티타늄이나 스테인레스 스틸 소재의 표면상에 별도의 프라이머를 적용시키지 않더라도 음식물의 부착을 방지하는 논스틱층을 견고히 결합시킬 수 있도록 함으로서, 무쇠 재질로 제작된 기존의 조리기구를 티타늄이나 스테인레스 스틸 재질로 대체하여 해당 조리기구의 단점을 일거에 해소시킬 수 있으며, 탄화티탄과 질화규소 또는 탄화티탄과 질화규소 및 지르코늄 성분의 유기적인 연계를 통하여 표면강도가 매우 우수하고 긁힘이나 벗겨짐이 거의 발생되지 않는 고기능성의 논스틱층을 티타늄이나 스테인레스 스틸 소재의 조리기구 표면에 형성시킬 수 있다.

이를 통하여, 세라믹 코팅층이나 테플론 코팅층이 적용된 기존의 알루미늄 조리기구와는 달리 거의 반영구적으로 사용이 가능하면서도 프라이머의 적용없이 인체에 무해한 성분만으로 논스틱층을 구현시킨 친환경 조리기구를 제공할 수 있으며, 티타늄판이나 스테인레스 스틸판을 이용하여 조리기구의 외관 형상을 이루도록 일차 성형된 모재의 조리용 표면에 미세 분말이나 콜로이드 용액이 되는 논스틱 조성물을 스프레이 방식으로 도포시킨 후 이를 가열 및 용해시키는 매우 손쉽고 간단한 방식으로 논스틱층을 형성시킬 수 있음에 따라 대량생산에 의한 원가절감 또한 이루어낼 수 있는 것이다.

궁극적으로는, 주방용 조리기구 제품의 품질 향상과 대외경쟁력의 확보 측면에 있어 매우 유리한 여러 가지의 잇점을 가지는 논스틱 조성물 및 이를 이용한 논스틱층 결합방법을 제공할 수 있는 것이며, 모재를 이루는 소재 중 티타늄 소재가 스테인레스 스틸 소재보다 논스틱층의 뛰어난 결합력과 물성을 확보할 수 있었고, 스테인레스 스틸 소재 역시 기존의 알루미늄 조리기구에 적용된 테플론 코팅층이나 세라믹 코팅층보다 우수한 기능의 논스틱층을 제공할 수 있었는 바, 본 발명은 아래의 실질적인 적용례에 의하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

삭제

(실질 적용례 1) : 1.5mm의 두께를 가지는 스테인레스 스틸판을 이용하여 웍(Wok)의 외관 형상으로 일차 성형된 모재의 조리용 표면에 탄화티탄의 콜로이드 용액 25wt%와, 이산화규소의 콜로이드 용액 25wt%와, 산화알루미늄의 콜로이드 용액 25wt%와, 질화규소의 콜로이드 용액 25wt%가 혼합된 논스틱 조성물을 분무기를 이용하여 미분무식으로 도포시킨 후, 해당 모재를 열처리로에 장입시켜 250℃의 온도로 20분간 유지시킴으로서 조리용 표면에 논스틱층이 결합된 모재를 얻어내었다.

(실질 적용례 2) : 1mm의 두께를 가지는 티타늄판을 이용하여 고기불판의 외관 형상에 맞추어 모재를 일차 성형시키는 한편, 탄화티탄의 콜로이드 용액 20wt%와, 이산화규소의 콜로이드 용액 20wt%와, 산화알루미늄의 콜로이드 용액 20wt%와, 질화규소의 콜로이드 용액 20wt%와, 지르코늄의 콜로이드 용액 20wt%를 혼합시키고, 해당 혼합조성물을 메틸알콜 100wt%를 기준으로 35wt%를 첨가 및 혼합시킴으로서 논스틱 조성물을 제조하였으며, 이와 같이 제조된 논스틱 조성물을 해당 모재의 표면에 분무기를 이용하여 미분무식으로 도포시킨 후, 이를 열처리로에 장입시켜 200℃의 온도로 15분간 유지시킴으로서 조리용 표면에 논스틱층이 결합된 모재를 얻어내었다.

Claims (7)

1. 주방용 조리기구의 조리용 표면에 음식물이 들러 붙지 않도록 하는 논스틱층을 형성시키기 위한 조성물에 있어서,
   상기 조성물은, 탄화티탄(Tic) 분말 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2) 분말 20~30wt%와, 산화알루미늄(Al2O3) 분말 20~30wt%와, 질화규소(Si3N4) 분말 20~30wt%와의 혼합조성물;
   또는, 탄화티탄(Tic) 분말 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2) 분말 15~22wt%와, 산화알루미늄(Al2O3) 분말 15~22wt%와, 질화규소(Si3N4) 분말 15~22wt%와, 지르코늄(Zr) 분말 15~22wt%와의 혼합조성물; 중에서 택일한 것이 됨을 특징으로 하는 조리기구용 논스틱 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 혼합조성물을 이루는 개별 성분의 분말 입도(粒度)는 0.5~1.5 미크론(Micron,1/1000mm)의 범위내가 되는 것을 특징으로 하는 조리기구용 논스틱 조성물.
3. 주방용 조리기구의 조리용 표면에 음식물이 들러 붙지 않도록 하는 논스틱층을 형성시키기 위한 조성물에 있어서,
   상기 조성물은, 탄화티탄(Tic)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 산화알루미늄(Al2O3)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 질화규소(Si3N4)의 콜로이드 용액 20~30wt%와의 혼합조성물;
   또는, 탄화티탄(Tic)의 콜로이드 용액 20~30wt%와, 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 산화알루미늄(Al2O3)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 질화규소(Si3N4)의 콜로이드 용액 15~22wt%와, 지르코늄(Zr)의 콜로이드 용액 15~22wt%와의 혼합조성물; 중에서 택일한 것이 됨을 특징으로 하는 조리기구용 논스틱 조성물.
4. 제 3항에 있어서, 상기 논스틱 조성물은 에틸알콜(C2H5OH), 메틸알콜(CH3OH), 이소프로필알콜((CH3)2CHOH) 중에서 택일한 알콜 용액 100wt%를 기준으로 각각의 혼합조성물 중에서 택일한 하나의 혼합조성물을 20~40wt%의 비율로 첨가하여 희석시킨 것임을 특징으로 하는 조리기구용 논스틱 조성물.
5. 주방용 조리기구의 외관 형상을 이루도록 일차 성형된 모재의 조리용 표면에 음식물이 들러 붙지 않도록 하는 논스틱층을 형성시키기 위한 방법에 있어서,
   상기 모재는 0.5~1.5mm의 두께를 가지는 티타늄판 또는 스테인레스 스틸판으로 제작된 것이고, 상기 모재의 조리용 표면에 청구항 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 논스틱 조성물을 스프레이 방식으로 도포시키는 논스틱 조성물 도포단계와, 상기 논스틱 조성물 도포단계를 거친 모재를 200~350℃의 온도로 10~30분간 가열시키는 논스틱층 결합단계를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 논스틱 조성물을 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 논스틱층 결합단계에서 모재의 조리용 표면과 결합되는 논스틱층의 두께는 0.5~1.5 미크론(Micron,1/1000mm)의 범위내가 되는 것을 특징으로 하는 논스틱 조성물을 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 모재의 조리용 표면은 논스틱 조성물 도포단계 이전에 수행되는 샌드블라스트 처리를 통하여 논스틱층 결합용 표면으로 조성된 것임을 특징으로 하는 논스틱 조성물을 이용한 조리기구 표면의 논스틱층 결합방법.

Images