KR102227283B1 - 비점착성 세라믹도료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속이나 비철금속 표면에 도장시 고온하에서도 비점착성이 매우 우수하고 높은 열전도성능, 비점착성 성능이 반영구적인 무기질 도료 조성물 및 이의 제조방법, 이를 도장한 주방용기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 비점착성 성능이 반영구적인 세라믹코팅제 조성물은 무기질 결합제 30~68중량%, 공지의 열방사기능성 첨가제 및 안료 3~30중량%, 비점착성 실란변형체 2~15중량%를 포함하며, 경화제로 테트라메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란등의 알콕시실란을 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

비점착성 세라믹도료 조성물{Components Of Non-adhesion Typed Ceramic Paint}
본 발명은 세라믹도료 피막조성물에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 높은 열전도성을 가지며, 비점착성이 매우 우수한 세라믹도료 피막조성물에 관한 것이다.
주방기기는 음식물 조리시 열에 강하고 음식물이 주방기기에 눌러 붙지 않게 하기 위하여 금속 혹은 비철금속 표면에 다양한 방법으로 코팅하여 사용하여 왔다.
코팅에 사용된 코팅제는 조리시 음식물이 직접 닿는 내부코팅재와 음식물이 직접 닿지는 않지만 외관 및 색상을 중요시하는 외부코팅재로 구분하여 사용되어 왔다.
특히 내부코팅제는 조리시 음식물이 조리기기에 직접 닿기 때문에 청소가 용이하고 인체에 무해한 코팅제가 개발되어 왔으며, 외부코팅제는 조리시 고열에도 견딜 수 있고 외관이 미려한 내열기능을 위주로한 코팅제가 개발되어져 온 것이 사실이다.
이러한 목적으로 주방기기 내부용으로는 불소소지를 이용한 테프론코팅제가 주종을 이루었으며 외부용으로는 실리콘수지를 이용한 실리콘 내열도료가 개발되어져 사용되어 왔다.
대한민국 특허공개 제10-2008-0092860호를 보면 불소수지 입자가 분산된 EMULSION 도료제조 기술이 공개 되어 있다. 불소수지는 테프론 코팅으로 많이 알려진 폴리테트라플루오르에틸렌(Poly Tetra Fluoro Ethylene, 이하 PTFE)으로 이러한 기술로 조리기기 내부에 도장하여 피막을 형성 후 조리기기로 조리시 표면의 비점착성이 매우 우수하여 오랜 동안 조리기기 내부 코팅용으로 많은 사랑을 받아온 것이 사실이다.
그 이유는 주방기기 내부에 코팅된 불소수지는 도 4에 도시된 바와 같이 탄소(C)를 중심으로 플로오르기가 4개 결합된 형태 인데 C-F간의 원자간 거리는 0.13~0.15nm이고 C-F간 결합력은 108KCAL/J 로서 모든 화합물중 가장 인력이 강하기 때문에 오염물이 쉽게 떨어져 나가는 원리를 가지고 있다. 하지만 이러한 PTFE수지를 이용한 피막은 열간에서 발암물질인 PFOA가 검출된다는 것이 밝혀지면서 전 세계적으로 그 사용을 점차 제한하고 있는 추세이다.
또한 이러한 피막은 경도가 매우 낮아 조리시 사용하는 도구에 의하여 도막이 쉽게 벗겨지는 문제점도 안고 있다.
한편 대한민국 특허공개 제10-2010-0052824호에는 콜로이달 실리카, 지르코알루미네이트커플링제, 알콕시실란화합물, 비산화물 충진제와 실리콘오일로 이루어진 비점착성 세라믹코팅 조성물 및 그를 사용하는 코팅방법이 공개되어 있다.
이러한 기술은 이미 오래전부터 공개된 세라믹 코팅제에 실리콘 오일을 첨가한 기술로서 이러한 조성물로 주방용기 내부에 코팅하여 음식물을 요리시 초기 비점착성은 우수하나 첨가되어 있는 실리콘오일이 조리중이거나 조리기기를 세제 등으로 세척시 쉽게 마이그레이션(MIGRATION)되어 비점착성 특성이 오래가지 못하는 문제점이 있다.
또한 대한민국 특허등록 제10-0703881호를 보면 주방용기 내부 비점착성 피막을 위하여 PTFE도료의 단점중 하나인 경도부족을 보완하기 위하여 일반 CERAMIC도료를 하도(베이스)로 하고 상도로 PTFE 투명도료를 COATING하는 조리기구 및 그 제조방법이 공개되어 있다.
이러한 기술은 종래 PTFE코팅제가 가지고 있는 경도문제는 어느 정도 해결된다고 판단은 되나 결국 비점착성을 해결하기 위하여 PTFE수지층이 코팅되는바 이러한 기술 역시 조리시 PFOA가 발생한다는 점은 피할 수가 없다.
본 발명은 금속 혹은 비철금속의 소재 표면에 반영구적인 NON-STICK특성을 부여하면서 인체에 무해한 CERAMIC COATING재에 대한 조성물 및 제조방법 이를 포함한 주방용기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 조리시 혹은 조리기기를 세척시 실리콘오일이 마이그레이션(MIGRATION) 되지 않으며, PFOA가 없으며 인체에도 무해하고 PTFE피막이 가지고 있는 비점착성 성능을 능가하면서 높은 열전도, 고경도 TYPE으로 비점착성이 매우 뛰어난 세라믹 코팅제 피막조성물 및 이를 포함한 주방용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 금속 또는 비철금속의 주방용기에 도장하여 요리시 금속 혹은 비철금속의 소재가 열원으로부터 전달 받은 열원을 쉽게 음식물로 전달될 수 있는 열방사 특성을 가지고 있는 세라믹코팅제를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적은;
무기질세라믹바인더 30~68중량%; 열전도기능성 첨가제 및 안료 3~30중량%; 비점착성 실리콘파우더실란변형체 2~5중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비점착성 세라믹도료 조성물에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적은;
무기질세라믹바인더 30~68중량%; 열전도기능성 첨가제 및 안료 3~30중량%; 비점착성 PTFE 실란변형체 3~15중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비점착성 세라믹도료 조성물에 의해 달성된다.
본 발명의 특징에 의하면;
상기 열전도기능성 첨가제는 보론나이트라이드, 탄소나노튜브, 그라파이트, 몰리브덴디설파이드 중에서 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용하며; 상기 안료는 체질안료 및 무기안료일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면;
상기 보론나이트라이드, 그라파이트의 입자 크기는 10㎛ 이하이며; 상기 보론나이트라이드는 마찰계수가 매우 적은 육방정 보론나이트라이트(HBN)이며, 상기 몰리브덴디설파이드의 입자 크기는 65㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면;
상기 비점착성 실리콘파우더실란변형체는 실리콘파우더를 무기질세라믹바인더로 하여 실란의 부분가수분해물을 반응시킨 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면;
상기 실리콘파우더는 입자크기가 0.1~5㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면;
상기 비점착성 PTFE 실란변형체의 원료는 PTFE 분말 또는 PTFE 에멀전 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면; 알콕시실란 경화제를 더 포함하되;
상기 알콕시실란 경화제는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 중 어느 하나 이상을 포함하며; 상기 알콕시실란 경화제는 알콕시실란 경화제를 제외한 나머지 성분들의 합에 대하여 30~60 중량%으로 배합될 수 있다.
본 발명에 의하면, 금속 혹은 비철 금속용 주방용기에 도장하여 반영구적인 비점착성 특성을 부여함과 동시에 실리콘오일이 마이그레이션(migration)되지 않는 환경친화형 비점착성 세라믹 도료용 피막 조성물이 제공된다.
또한 볼 발명에 의한 주방용기 용 세라믹 코팅제 및 이를 포함하는 주방기기는 원적외선 방사율이 뛰어나고 소재가 열원으로부터 열전도도(Heat conductivity)가 매우 뛰어나며 조리시 조시시간을 단축시켜 줄 뿐 아니라 원적외선 방사 효과가 뛰어나 효과적인 조리를 하게 한다.
또한, 본 발명은 PFOA의 방출이 없이 실리콘비드와 비드사이에 PTFE가 코팅되어 있으며 조리시 실리콘비드의 윤활성을 더욱 지속하게 하여 비점착성 특성을 반영구적으로 유지할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 주방용기용 비점착성 세라믹 코팅제 제조공정의 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 의하여 제조된 주방기기용 세라믹 코팅제 조성물을 적당한 도장기기를 이용하여 도장하는 사진이다.
도 3은 부분 가수분해된 무기졸 바인더(제1용액)의 분자구조를 나타내는 반응식이다.
도 4는 불소수지의 분자구조를 나타내는 구조식이다.
도 5는 부분가수분해된 무기졸 바인더(제1용액)과 비점착성실리콘파우더의 반응물인 비점착성 실리콘파우더실란변형체의 구조를 나타내는 식이다.
도 6은 부분가수분해된 무기졸 바인더(제1용액)과 PTFE의 반응물인 비점착성 PTFE실란변형체의 구조이다.
도 7은 비점착성실리콘파우더실란변형체와 부분가수 분해된 무기졸 바인더와 알콕시실란(경화제)의 경화물간의 2차 화학결합(네트워크)에 의한 최종도료의 구조이다.
도 8은 비점착성 PTFE실란변형체와 부분가수 분해된 무기졸 바인더(제1용액)와 알콕시실란(경화제)의 경화물간의 2차 화학결합(네트워크)에 의한 최종도료의 구조이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 반영구적인 비점착성을 발현하는 환경친화형 세라믹코팅제로 사용되는 비점착성 세라믹도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 세라믹도료 조성물은,
무기질세라믹바인더 30~68중량%;
열전도 기능성을 위한 기능성 안료를 포함하여 유색안료를 3~30중량%;
비점착성 실리콘파우더와 실란을 반응시켜 화학결합을 한 비점착성 실리콘파우더실란변형체 2~5중량%;를 포함하며;
상기 비점착성 실리콘파우더실란변형체와 무기질세라믹바인더 간의 2차 화학결합이 이루어져 있는 것이고,
상기 실리콘파우더는 입자크기가 0.1~5㎛이고,
경화제로 알콕시실란을 더 포함하되, 상기 알콕시실란 경화제는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 중 어느 하나 이상을 포함하며;
상기 알콕시실란 경화제는 알콜시실란 경화제를 제외한 나머지 성분들의 합에 대하여 30~60 중량%으로 배합되어 이루어져 조성된다.

또한, 본 발명의 세라믹도료 조성물은,
실란을 포함하는 무기질세라믹바인더 30~68중량%;
열전도 기능성을 위한 기능성 안료를 포함하여 유색안료를 3~30중량%;
비점착성 PTFE 에멀전과 실란을 반응시킨 비점착성 PTFE실란변형체 3~15중량%;를 포함하되;
상기 비점착성 PTFE실란변형체와 무기질세라믹바인더 간의 2차 화학결합이 이루어져 있는 것이고,
상기 기능성 안료는 보론나이트라이드, 탄소나노튜브, 그라파이트, 몰리브덴디설파이드 중에서 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용한 것이고,
상기 보론나이트라이드 및 그라파이트의 입자 크기는 10㎛ 이하이되, 상기 보론나이트라이드는 육방정 보론나이트라이트(HBN)이며, 상기 몰리브덴디설파이드의 입자 크기는 65㎛ 이하인 것이며;
경화제로 알콕시실란을 더 포함하되, 상기 알콕시실란 경화제는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 중 어느 하나 이상을 포함하며;
상기 알콕시실란 경화제는 알콜시실란 경화제를 제외한 나머지 성분들의 합에 대하여 30~60 중량%으로 배합되어 이루어져 조성할 수도 있다.
이러한 비점착성 세라믹도료 조성물의 피막 성능을 발현하기 위해서는 무엇보다 본 발명에서 언급한 각 스테이지별 제조공정이 매우 중요한 바 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 각 용액별 제조 방법은 다음과 같다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 우선 무기졸 바인더(무기질세라믹바인더)를 제조하는데 그 방법은 다음과 같다.
본 발명의 비점착성 세라믹도료 조성물은 기본적으로,
무기질세라믹바인더 30~68중량%; 기능성 안료로서 열전도기능성 첨가제 및 유색안료로서 안료를 3~30중량%; 비점착성 실리콘파우더와 실란을 반응시켜 화학결합을 한 비점착성 실리콘파우더실란변형체를 2~5중량%;를 포함한다. 이에 의해 비점착성 실리콘파우더실란변형체와 무기질세라믹바인더,알콕시실란간의 2차 화학결합이 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
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또다르게, 본 발명은 무기질세라믹바인더 30~68중량%; 기능성 안료로서 열전도기능성 첨가제 및 유색안료로서 안료를 3~30중량%; 비점착성 PTFE 에멀전과 실란을 반응시킨 비점착성 PTFE실란변형체 3~15중량%;를 포함하는 것으로서; 상기 비점착성 PTFE실란변형체와 무기질세라믹바인더간의 2차적 화학결합이 이루어진 구성을 특징으로 하는 비점착성 세라믹도료 조성물을 제공한다.
여기서 상기 기능성 안료로서 열전도기능성 첨가제는 보론나이트라이드, 탄소나노튜브, 그라파이트, 몰리브덴디설파이드 중에서 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용하며; 상기 안료는 체질안료 및 무기안료일 수 있다.
또한 상기 보론나이트라이드 및 그라파이트의 입자 크기는 10㎛ 이하이며; 상기 보론나이트라이드는 육방정 보론나이트라이트(HBN)이며, 상기 몰리브덴디설파이드의 입자 크기는 65㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상기 비점착성실리콘실란파우더변형체는 비점착성실리콘파우더를 무기질세라믹바인더와 실란의 부분가수분해물을 반응시켜 화학결합을 이룬 것이다.
마지막으로 본 발명의 비점착성 세라믹도료 조성물은, 알콕시실란 경화제를 더 포함하되;
상기 알콕시실란 경화제는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 중 어느 하나 이상을 포함하며;
상기 알콕시실란 경화제는 알콕시실란 경화제를 제외한 나머지 성분들의 합에 대하여 30~100중량%으로 배합되는 것을 특징으로 하는 비점착성 세라믹도료 조성물이다.
이하, 본 발명의 제조방법을 실제적 예를 들어 구체적으로 설명한다.
< 콜로이달 졸과 실란을 부분가수분해하여 실란이 1~5중량% 개질된 무기질세라믹바인더(제1용액) 제조공정 >
본 발명에 따른 반영구적 비점착성 세라믹도료 조성물을 만들기 위한 우선 제1용액인 무기수지, 즉 무기질세라믹바인더를 제조해야 한다.
상기 제1용액인 무기수지 제조는 Si,Al,Ti,Zr 등 수분산된 금속졸과 이온교환수 혹은 증류수, 유무기산, 그리고 알코올 및 글리콜과 같은 용제를 포함한다. 무기콜로이달졸을 이용한 무기도료 제조기술은 수십년 전부터 이미 공지된 기술이며 본 발명에서 사용한 무기콜로이달졸은 실리카졸 단독 또는 티타늄, 알루미늄, 지르코늄 등 단독 또는 2종이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 무기질세라믹바인더(제1용액)은 실리카졸(알칼리, 산성) 50~60중량%, 기타 무기졸 0~5중량%, 유무기산 0.5~2중량%, 실란화합물 1~5중량%, 이소프로필 알콜, 노르말부탄올 1~10중량%, 증류수 5~20중량%을 포함한다.
여기서 실라카졸은 산성 및 알칼리성을 공히 사용할 수 있으며 산성type의 무기졸을 사용할 경우는 촉매가 없이도 무기질세라믹바인더 제조가 가능하나 알칼리 type의 무기졸을 사용할 경우 알칼리 졸에 유기 혹은 무기산, 예를 들면 개미산, 아세트산, 황산, 질산, 유기산으로는 아크릴 산등을 이용하여 알칼리 졸의 pH를 8~10 사이로 개질시켜서 사용한다.
무기졸의 pH가 8 이하일 경우는 도료 제조 후 경화제와 가수분해반응(또는 폴리머제이션)시 무기졸이 정상적이 가수분해 반응이 일어나지 않고 금속이 석출될 수 있으며 ph가 10 이상일 경우 가수분해 반응속도가 너무 빨라 도료의 점도가 급격히 상승할 수 있다. 적당하게는 무기질세라믹바인더의 pH는 8.5 ~9.5 이다.
무기졸을 유무기 산으로 개질한 다음과 같이 표기되는 유기관능성 실란 화합물을 첨가 반응시킨다.
RnSi(Y)4-n, 좀더 구체적으로는 RnSi(OCxH2x+1)(4-n) ----(1)
위 식 중에서 R은 알킬기이고,‘n은 0≤n≤3이고, X는 1≤x≤4' 의 정수이다.
이 실란 화합물은 예를 들면 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 에틸트리메톡시 실란, 에틸트리에톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 테트라메톡시 실란 등이며, 유무기 산으로 무기졸에 함유된 수분으로 실란을 1~5중량%를 가수분해 시키므로 해서 무기졸의 표면을 개질시킨다. 이 용액은 주요 무기질세라믹바인더 바인더로 사용되는 것은 물론 본 특허의 주요 구성성분인 비점착성변형체가 화학결합 및 PTFE가 내부에 존재하는 실록산네트워크를 가능하게 하여 비점착성이 우수한 기본성능을 발휘 가능하게 하는 기본구조를 유지하고 있다. 부분가수분해된 무기졸의 구조는 도 3에 도시된다.
이때 부분가수분해율이 무기졸 중 함수분의 1% 이하일 경우 도료 제조 후 경화제와 POLYMELAZATION시 무기졸의 금속부분이 석출될 수 있으며, 부분가수분해율이 무기졸중 함수분의 5%를 초과할 경우 제조된 무기질세라믹바인더의 저장안정성이 나오지 않는다.
제조된 무기질세라믹바인더(제1용액)의 안정성 및 작업성을 위하여 용제를 첨가하는데 알코올류(이소프로필 알콜, 메탄올, 에탄올, 부틸셀루솔브, 프로필렌글리콜 등)를 1종 혹은 2종 이상 혼합된 용액을 사용할 수 있으며, 사용되는 용제의 함량이 무기수지 100중량에 대하여 2~20중량부까지 사용할 수 있으며 용제의 사용량이 2중량부 이하일 경우 무기질세라믹바인더의 저장안정성이 나빠 상온방치시 점도가 증가하는 경시변화가 일어날 수 있고, 20중량부 이상일 경우 도료제조 후 도막 형성시 광택 및 경도저하 현상이 일어날 수 있으며 적당하게는 무기질세라믹바인더 100중량에 대하여 5~10중량부이다.
본 발명의 목적을 완성하기 위하여 다음공정으로 무기수지를 이용하여 mill 베이스 도료(제2용액)를 제조한다.
< mill 베이스 도료(또는 PTA. 제2용액 ) 제조공정 >
삭제
제조된 무기질세라믹바인더(제1용액)에 대하여 분산제, 안료(유색안료), 기능성 안료(기능성 첨가제), 체질안료, 용제를 순차적으로 투입하고 FREE MIXING 후 RING MILL등과 같은 분산기를 이용하여 평균입도가 10미크론 이하가 되도록 분산하여 제2용액(PTA 비히클)을 제조한다.
본 발명에 따른 반영구적 비점착성 세라믹도료 조성물을 만들기 위한 제2용액은 기능성 안료(높은 열전도기능성 첨가제) 및 무기수지를 이용한다. 즉, 제2용액은 제1용액인 무기질세라믹바인더 40~70중량%와, 체질안료 5~30중량%와, 기능성 안료(열전도기능성 첨가제) 및 안료(통상적인 유색 안료)의 합계량 5~25중량%와, 첨가제로서 분산제 0.1~3중량%와, 용제(혼합용제) 1~10중량%를 포함한다.
이 때 사용하는 무기수지는 40~70중량%이며, 40중량%이하가 되면 도료 점도가 너무 높아 스프레이 작업시 작업성이 저하되며 70중량% 이상이 되면 경화후 도막의 경도 저하와 비점착성 저하 현상을 초래 할 수 있으며 적당하게는 50~60중량% 이다
다음으로 분산제를 사용하는데, 이러한 분산제는 안료(유색 안료), 기능성 안료) 및 체질안료의 분산을 용이하게 돕는 것 뿐만 아니라 후술되는 제4용액을 제2용액에 혼합시 층 분리를 막아 주고 쉽게 섞일 수 있도록 하는 가교 역할을 하는데 이러한 분산제의 종류로는 BYK 375, 378M 345,333등을 사용할 수 있으며 3M사의 FS35등을 사용할 수 있다. 이러한 분산제는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 분산제의 사용량은 사용하는 안료(유색 안료+기능성 안료) 및 체질안료의 함량에 따라 그 사용량을 결정하는 바, 분산제의 사용량이 사용하는 상기 안료(유색 안료+기능성 안료)와 체질안료의 합산량에 대하여 1.5~5중량%를 사용함이 바람직하다. 만약 분산제의 사용량이 안료(유색 안료+기능성 안료) 및 체질안료 합산량의 0.1중량% 이하일 경우 분산효과가 떨어지며, 5중량% 이상일 경우 본 발명품을 도장하여 도막 형성 고온에서 변색이 일어날 수 있으며 또한 도막의 강도 저하 현상을 초래할 수 있으므로, 따라서 안료(유색 안료+기능성 안료) 및 체질안료 합산량에 대하여 0.1~5중량% 범위 내에 두어야 한다.
다음으로 본 발명품의 도막 성능 및 물성을 보다 개선하기 위하여 보강제, 체질안료, 기능성 안료를 사용할 수 있는데, 본 발명의 실시예에서 상기 보강제로서 티탄산위스카, 세라믹 파이바와 같은 섬유상 물질을 사용할 수 있다.
또한 바람직하게는, 체질안료로서 알루미나, 바륨설파이드와 같은 체질안료와; 기능성 안료로서 보론나이트라이드, 몰리브덴디설파이드, 산처리된 CNT POWDER, 그라파이트와 같은 열전달 기능성 첨가제;를 사용할 수 있다.
또, 본 발명에서 보론나이트라이드, 몰리브덴디설파이드 같은 기능성 안료를 사용하였는데 이러한 기능성 안료는 고온하에서 열방사 효과가 매우 크고 마찰저항이 매우 적어 요리시 음식물의 요리시간을 단축시키는 역할을 한다.
본 발명에 사용하는 상기 체질안료로는 알루미나, 바륨설페이트와 같은 구상 입자를 가진 체질안료를 사용할 수 있는데, 이러한 체질안료의 사용량은 기제조된 수지비히클 중량에 대하여 5~30중량%를 사용가능하며 이러한 체질안료의 사용량은 정확히 제한되어 있는 것이 아니며 도료의 색상 및 광택도에 따라 다양하게 사용할 수 있으며 그 사용량이 5중량% 이하일 경우 도료의 작업성 및 경도가 저하될 수 있으며 30중량%를 초과할 경우 도료의 침강이 심하게 일어나 장시간 방치시 하드케익 현상이 발생할 수 있으며 통상적으로 체질안료의 사용량은 수지비히클에 대하여 20~30중량%가 적당하다.
또한 본 발명품의 목적물의 완성도를 높이기 위하여 보강제로 휘스카와 같은 단섬유와 섬유상 물질을 혼합하여 사용하였는데 이는 금속 및 비철금속에 세라믹코팅재를 도장 후 연속적인 요리시 열충격이 일어나 소재와 도막간의 열팽창계수로 인하여 크랙이 발생할 수 있는바 이러한 크랙 발생을 방지하기 위한 수단으로 섬유상 물질을 사용하였다.
상술한 보강제인 섬유상 물질로서 티탄산 위스카, 세라믹화이버 단섬유 등을 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있는데 이러한 섬유상 물질은 PTA 중량에 대하여 0.1~15중량%까지 사용할 수 있으며 이러한 섬유상 물질의 사용량이 0.1중량% 이하일 경우 색상에 따라 건조도막에 크랙이 발생할 수 있으며 15중량%를 초과할 경우 건조도막의 외관이 거칠어지는 현상이 발생할 수 있기 때문에 적당하게는 0.1~5중량%로 한다.
한편, 본 발명에서는 상기 기능성 안료를 1종 혹은 색상에 따라 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 기능성 안료의 사용량은 도료 PTA 중량에 대하여 2~10중량% 까지 사용할 수 있는데, 2중량% 이하일 경우는 기능성 안료가 가지고 있는 효과를 얻을 수 없고 10중량% 이상 사용시 경제적인 측면에서 비효과적이며 또한 도료의 부착성, 광택저하현성을 발현할 수 있기 때문에 2~5중량%가 적당하다.
그리고 다양한 색상을 발현하기 위해서는 유무기 안료를 공히 사용할 수 있는데 이러한 안료 사용량은 굳이 정해진 것은 아니며 발현되는 색상에 따라 임의로 사용량을 정해서 사용할 수 있다. 무기수지, 분산제(첨가제), 안료(유색안료), 기능성 안료, 체질안료, 보강제 등을 혼합한 후 RING MILL과 같은 분산기를 이용하여 평균입자가 10미크론 이하가 되도록 분산하여 PTA 비히클을 만들 수 있었다.
아울러, 본 발명은 반영구적인 비점착성 세라믹도료인 본 발명의 완성도를 높이기 위하여 비점착성 실리콘실란변형체(반제품1)를 제조하였는데, 비점착성 실리콘실란변형체(반제품1)의 기능은 종래의 공개된 기술로는 비점착성에 대한 수명이 매우 짧을 뿐만 아니라 조리시 미반응 실리콘 오일이 마이그레이션(migration) 되는 문제점이 있기 때문에 이를 개선하기 위한 해결책으로 본 발명에서 공개하게 되었다. 비점착성 실리콘파우더실란변형체(반제품1)의 제조공정에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
< 비점착성 실리콘파우더실란변형체 (반제품1) 합성공정 >
앞에서 설명한 바와 같이 제조된 상기 제1용액인 무기질세라믹바인더를 15.4~30.8중량%, 실리콘 파우더 1.54~30.8중량%, 분산제로 BYK 348을 1.694~12.32중량%, 용제로서 이소프로필 알콜, 부틸셀루솔브, 플로필셀루솔브를 1종 혹은 2종이상 혼합하여 혼합용제를 30.8~61.6중량%를 균일하게 300~400rpm으로 2시간동안, 60~90℃를 유지하며 분산하여 완성할 수 있다. 이는 상기 실리콘 파우더의 실리콘의 OH기가 제1용액 간의 실록산의 화학결합으로 반영구적인 비점착성능을 가능하게 하는 합성과정이다. 이 공정은 도5에 도시되어 있다. 이후 최종 도료 조성인 비점착성 실리콘파우더실란변형체(중간체1)와 무기질세라믹바인더, 알콕시실란(경화제)간의 2차적 화학 결합을 가능하게 하는 본 특허의 주요특징인 이 공정은 도7에 도시되어 있다.
다음으로 본 발명을 완성하기 위하여 비점착성 PTFE실란변형체(반제품 2)를 제조(용액4)하는 공정을 설명하면 다음과 같다.
< 비점착성 PTFE실란변형체(반제품2) 합성공정 >
제조된 무기질세라믹바인더(제1용액) 22~44중량%에 다음과 같이 표기되는 유기관능성 실란 화합물을 반응시킨다.
RnSi(OCxH2x+1)(4-n) (RnSi(Y)4-n) ----(1)
위 식 중에서 R은 알킬기 이고 'n은 0≤n≤3이고, X는 1≤x≤4’의 정수이다.
유기관능성 실란 화합물은 예를 들면 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 에틸트리메톡시 실란, 테트라메톡시 실란 등이며 이러한 실란을 단독 또는 2종 이상 혼합한 용액 22~44중량%를 서서히 적하한다. 이때 가수분해 반응이 일어나며 반응온도가 40~50℃ 도달한 시점에서 음이온계면활성제를 0.011~3.3중량%를 첨가하면서 PFOA 제거된 PTFE POWDER 혹은 PTFE EMULSION을 23.1~33중량%를 추가하여 3시간동안 교반하여 비점착성 PTFE계 반제품2를 완성할 수 있다.
비점착성 PTFE실란변형체에 추후 무기질세라믹바인더와 알콕시실란경화제의 2차 네트워킹으로 비점착성의 마이그레이션(MIGRATION)을 방지할 수 있는 기능을 준다
이 공정은 도6에 도시되어 있고 최종도료인 무기질세라믹바인더, 알콕시실란과 비점착성 PTFE실란변형체 간의 2차 화학결합에 의한 화학식은 도8에 도시되어 있다.
< 제5용액의 제조공정 >
본 발명에서 반영구적 비점착성 세라믹도료 조성물을 완성하기 위해서는 기제조된 비점착성 실리콘 실란변형체(반제품 1)에 비점착성 PTFE 실란변형체(반제품 2)를 첨가하여 제5용액을 제조한다.
제 5용액은 기제조된 비점착성 실리콘파우더실란변형체(반제품1) 80~95중량%을 가온하면서 여기에 비점착성 PTFE실란변형체(반제품2) 5~20중량%를 서서히 적하하면서 제조한다.

이하에서는 위의 여러 공정에 의해 제조된 성분요소를 이용하여 본 발명의 도료를 제조하는 공정에 대해 보충하여 설명한다.
삭제
본 발명에 따른 반영구적 비점착성 세라믹도료 조성물을 완성하기 위해서 상기 제조된 제1용액 내지 제5용액을 이용하여 제6용액인 베이스 도료를 제조하는데 있어서 다음과 같은 조성을 포함하한다.
상기 제6용액인 베이스 도료는 제2용액 60~90중량%, 제5용액 10~40중량%를 포함한다.
본 발명을 완성하기 위해서는 결합제인 경화제(제7용액)를 포함하는데 경화제(제7용액)는 알콕시실란인 메틸트리메톡시 실란, 메틸트리에톡시 실란, 테트라메톡시 실란, 테트라에톡시 실란을 단독 또는 2종 이상 혼합한 후 유무기 산촉매를 금속알콕사이드에 1~3중량%까지 첨가하여 경화제를 포함한다.
삭제
본 발명의 발명 제품을 완성하기 위해서는 기제조된 베이스 도료에 대하여 경화제를 용도 및 요구하는 물성에 맞추어 25~100중량%를 혼합하여 100~200RPM에서 4~12시간 고분자화 공정을 거쳐 본 발명의 제품을 완성할 수 있다.
이하의 표 1은 본 발명에 의한 도료의 종류 및 용도에 따른 성분구성을 예시하며, 여기에서 한다.
구분 무기질세라믹바인더
(제1용액)		 mill 베이스
용액
(제2용액)		 비점착성 실리콘
파우더 실란변형체(반제품1)		 비점착성 ptfe 실란변형체( 반제품2) 제5용액 베이스
도료
(제6용액)		 투명
상도
콜로이달 실리카 50 - 60 20 - 42 2.5 - 12 15 - 36 40 - 57 16 - 60.6 34 - 77 34 - 77 34 - 77
콜로이달 금속졸 0 - 5 0 - 3.5 0 - 1 0 - 3 0 - 4.5 0 - 4.9 0 - 6.5 0 - 6.5 0 - 6.5
유기산 0.5 - 2 0.2 - 1.4 0.02 - 0.4 0.1 - 1.2 0.4 - 1.9 0.2 - 2.2 0.4 - 2.7 0.4 - 2.7 0.4 - 2.7
이소프로판올 1- 10 0.4 - 7 0 - 2 0.3 - 6 8.5 - 9.5 1.0 - 10.1 1 - 12.8 1 - 12.8 1 - 12.8
물 5 - 20 2 - 14 0.2 - 4 1 - 12 4 - 19 1.6 - 20.2 3 - 18 3 - 18 3 - 18
(체질)안료 5 - 30 3 - 27
기능성 안료(열전달첨가제) 5 - 25 3 - 22.5
분산제(첨가제) 0.1 - 3 0.1 - 27
용제(혼합용제) 1 - 10 5 - 20 0.6 - 9
셀로솔브
용제		 20 - 60
실리콘
파우더		 0.2 0.5 1.5
분산제
알콕시실란 20 - 40 1 - 5 0.1 - 3.5 0.1-2 0.1-2 0.1-2
음이온계면활성제 0 - 2 0-0.4 0 - 0.2
PTFE 10 - 40 0.5 - 8 0 - 3.5 0.5 2
PEARL 안료 0.5 - 10
* 온도별 숙성 및 도장조건
1) 베이스 도료 제조공정
본 발명에서 제조된 PTA 베이스 용액(제6용액)과 경화제(제7용액)을 100~200RPM에서 4시간 숙성
2) TOP COAT용 도료 제조공정
제6용액과 제조된 경화제(제7용액)를 100 ~200rpm, 4시간~12시간 숙성
3) 상기의 베이스 도료숙성물과 TOP COAT숙성물을 WET ON WET 공정으로 2COAT 1BAKING
시스템으로 도장되는 주방용기
4) 베이킹(BAKING) 조건은 220~250℃로 30 ~ 50분 경화한 후 냉각한다.

본 발명의 도료는 보다 구체적으로 다음의 표 2의 실시예들과 같은 조성을 가질 수 있다.
번호 구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
1 콜로이달 실리카
(산성, 30%)		 무기질 세라믹바인더 20 25
2 콜로이달 실리카
(염기성, 40%)		 15 30 25 30
3 콜로이달 지르코니아 5 2 5
4 콜로이달 티타니아 3 3 3 1
5 메틸트리메톡시실란 2 2 5 5
6 유기산 0.1 0.5 0.3 1 0.5 2
7 알콕시실란 0.5 1 1.5 3 5
8 이소프로판올 15 12 4.7 12 10 26
9 부틸셀로솔브 5 10 5 10 20
10 체질안료 20 16 10 10
11 몰리브덴디설파이드 5
12 그라파이트 5
13 보론나이트라이드 5 3 5 5
14 알루미나 7 7 7 7 7
15 마이카 10 6 10 6 6
16 안료(유색안료) 10 10 10 2
17 펄안료(유색안료) 5
18** 비점착성 실리콘파우더실란변형체
(반제품1)		 1.9 5 2 5 3 2
19** 비점착성 PTFE실란변형체
(반제품2)		 4 15 10 14.7 7.5 3
20 계면활성제 1.5 1.5 1 0.8 1 1
합계 100 100 100 100 100 100
21 알콕시실란(경화제) 30 40 50 45 35 40
결과 연필경도 9H 7H 8H 8H 8H 8H
부착성 5B 4B 5B 5B 5B 5B
열전달성(온도변화비교) 보통 우수 우수 우수 우수 나쁨
비점착성 우수 최우수 우수 우수 우수 우수
*경화제(제7용액)는 알콕시실란인 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란 또는 혼합물로 숙성,경화함 (실시예1~6,무게비 100: 경화제 30~60)
삭제
** 번호18의 비점착성 실리콘파우러실란변형체(반제품1)과, **번호19의 PTFE실란변형체는 택일적으로 첨가된 것임.

본 발명의 도료는 예를 들어 WET ON WET 공정으로 스프레이, 스핀코팅, 실크스크린 등으로 2 COAT후 220~250℃로 30 ~ 50분 경화하는 공정에 의해 주방용기 등의 표면에 적용되어 필름을 형성할 수 있다.
본 특허의 기존에 발표된 공정과 차이는 비점착성 실리콘파우더실란변형체의 화학결합, PTFE실란변형체와 무기질세라믹바인더간의 2차 실록산네트워크로 비점착성의 반영구적인 물성 및 기능의 유지가 가능하며 이를 도7, 8에서 확인가능하다.

Claims (6)

  1. 실리카졸을 주성분으로 하여 무기졸, 유무기산, 이소프로필 알콜, 노르말부탄올, 증류수, 실란화합물을 포함하여 이루어지되 실란화합물 1~5중량%로 조성된 무기질세라믹바인더 30~68중량%;
    열전도 기능성을 위한 기능성 안료를 포함하여 유색안료를 3~30중량%;
    비점착성 실리콘파우더와 실란을 반응시켜 화학결합을 한 비점착성 실리콘파우더실란변형체 2~5중량%;를 포함하며;
    상기 비점착성 실리콘파우더실란변형체와 무기질세라믹바인더 간의 2차 화학결합이 이루어져 있는 것이고,
    상기 실리콘파우더는 입자크기가 0.1~5㎛이고,
    경화제로 알콕시실란을 더 포함하되, 상기 알콕시실란 경화제는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 중 어느 하나 이상을 포함하며;
    상기 알콕시실란 경화제는 알콕시실란 경화제를 제외한 나머지 성분들의 합에 대하여 30~60 중량%으로 배합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 비점착성 세라믹도료 조성물.
  2. 실리카졸을 주성분으로 하여 무기졸, 유무기산, 이소프로필 알콜, 노르말부탄올, 증류수, 실란화합물을 포함하여 이루어지되 실란화합물 1~5중량%로 조성된 무기질세라믹바인더 30~68중량%;
    열전도 기능성을 위한 기능성 안료를 포함하여 유색안료를 3~30중량%;
    비점착성 PTFE 에멀전과 무기질세라믹파우더에 포함된 실란을 반응시킨 비점착성 PTFE실란변형체 3~15중량%;를 포함하되;
    상기 비점착성 PTFE실란변형체와 무기질세라믹바인더 간의 2차 화학결합이 이루어져 있는 것이고,
    상기 기능성 안료는 보론나이트라이드, 탄소나노튜브, 그라파이트, 몰리브덴디설파이드 중에서 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용한 것이고,
    상기 보론나이트라이드 및 그라파이트의 입자 크기는 10㎛ 이하이되, 상기 보론나이트라이드는 육방정 보론나이트라이트(HBN)이며, 상기 몰리브덴디설파이드의 입자 크기는 65㎛ 이하인 것이며;
    경화제로 알콕시실란을 더 포함하되, 상기 알콕시실란 경화제는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란 중 어느 하나 이상을 포함하며;
    상기 알콕시실란 경화제는 알콜시실란 경화제를 제외한 나머지 성분들의 합에 대하여 30~60 중량%으로 배합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 비점착성 세라믹도료 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
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