KR102465073B1 - 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물에 관한 것으로, 그 목적은 주방기물의 표면에 도안의 형성이 선행된 후 은폐력이 저감된 반투명 도막층을 코팅하여, 도안의 내구성, 도막의 내마모성을 향상시킬 수 있는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물을 제공하는 것이다.
본 발명은 금속소재로 이루어진 주방기물의 표면이 전처리되는 전처리단계; 전처리된 주방용품의 표면에 도안이 형성되는 도안 가공단계; 도안 가공단계 후, 주방기물이 30℃∼80℃ 에 도달되도록 예열되는 예열단계; 예열단계 후, 도안이 형성된 주방기물의 표면에 반투명 코팅도료가 도포되어 하도층이 형성되는 하도층 형성단계; 습윤상태의 하도층 상에 투명 코팅도료가 도포되어 상도층이 형성되는 상도층 형성단계; 상도층 형성단계 후 가열, 경화에 의해 상도층과 하도층이 일체로 이루어진 반투명 도막층이 형성되는 도막형성단계;를 포함하되,
상기 반투명 도막층은, 하도층 건조도막 두께 20∼40㎛, 상도층 건조도막 두께 4∼15㎛ 범위내에서, 은폐율 35∼55 units(0:완전투명 / 100:완전불투명)를 구비하도록 형성되어, 도안의 시각적 표현이 이루어지도록 구성되어 있다.

Description

도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물{Translucent coating method for kitchenware and kitchenware coated thereby}
본 발명은 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물에 관한 것으로, 표면 처리된 금속 모재 표면에 무늬와 패턴을 가공하는 공정을 선행한 후 은폐력이 저감된 반투명 하도층과 투명 상도층에 의해 반투명 도막을 형성하여, 미려한 무늬와 패턴의 시각적 표현이 이루어지면서, 내마모성을 구비할 수 있는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물에 관한 것이다.
일반적으로 소재 표면이나 세라믹 도막층에 무늬나 패턴의 표시는 생활용품, 산업부품, 건축자재 등 시장의 요구에 따라서 발전되어 왔다. 특히 세라믹 도막은 경도와 내열성이 우수하여 다양한 분야로 확대되고 있을 뿐만 아니라 친환경 인체 무해성으로 식품접촉용 제품으로도 적용되는 경향이 증가하였다. 하지만 세라믹 도료와 함께 적용하여 무늬나 패턴을 표현하는 방법은 세라믹 도료 특성으로 인해 공정이 복잡하고 적용 방법에 따라서 그 무늬나 패턴의 내구성이 열악하다는 단점이 있다.
세라믹 도료와 함께 적용되는 무늬나 패턴을 표현함에 있어서 종래의 방법으로는 최종 경화된 세라믹 도막 상층부에 무늬나 패턴을 적용하는 방법이 있으며, 다른 방법으로는 소재 표면에 코팅된 하도층 도막을 건조 처리 후 무늬나 패턴을 적용을 하고 상도층 코팅으로 최종 도막을 경화하여 진행하는 방법이 일반적이다.
그러나, 상기 방법 중에서 무늬나 패턴이 상층도막 외부에 노출된 방식의 경우에는 청소나 세척, 기타의 이유로 빈번히 접촉함에 따라서 표면에 상처가 발생하며 오염, 마모, 변색, 광택 감소, 갈라짐(균열) 등이 문제점이 있을 수 있다.
또한, 소재 표면에 코팅된 세라믹 하도층 도막을 건조 처리 후 무늬나 패턴을 적용을 하고 상도층 코팅으로 최종 도막을 경화하여 진행하는 방법은 세라믹 하도층 도막의 건조조건(시간과 온도) 범위를 초과할 경우 세라믹 하도층의 대표적인 결합제인 오르가노알콕실란의 알킬기에 의해서 세라믹 도막 표면은 낮은 표면장력에 해당하는 소수성이 발생하며 축-중합 반응이 진행되어 추가 코팅되는 상도층 도료와 부착성이 저하될 수 있으며, 반대로 건조조건(시간과 온도) 범위가 미달될 경우 도막 표면의 습윤성 증가로 경도가 부족하여 무늬나 패턴 작업 공정시 주변 도막이 오염 내지는 손상될 수 있다. 마찬가지로 도막 친수화 방식으로 상도층 도막의 부착력을 도모할 경우 번거로운 공정 뿐만 아니라 상기 세라믹 도막의 반응 특성으로 인해 균일한 세라믹 도막의 품질과 물성을 기대하기 어렵다.
세라믹 도막 표면 부착성의 기술적인 내용을 살펴보면 세라믹 졸겔법 조성물로 대표되는 결합제인 오르가노알콕실란은 일반식 RSi(OR')3 중 R은 알킬기 CnH2n+1로 나타내며 탄소 화합물로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 부틸기 등이 있으며 유기 관능기로 존재하여 경화된 도막 표면에서 소수성을 나타낸다. R'은 알킬기 R에 산소원자가 결합하여 구성된 CnH2n+1 O－의 작용기로 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기 등이 있으며 무기재료와 결합이 가능하다.
이를 통해서 상기 오르가노알콕실란은 가수분해반응 및 수소결합에 이어 가열경화를 통해서 용제의 휘발 및 체적수축이 진행되며 최종적으로 축-중합 반응에 따른 화학적 결합으로 소수성 도막이 형성된다.
이하, 주방기물에 도안을 인쇄/각인한 후 코팅층을 형성하는 종래기술의 좀더 구체적으로 설명하면,
도안을 인쇄하는 방법은, 세라믹코팅제를 포함하는 도료를 준비하고, 도료와 금속소재와의 접착력을 증대시키기 위하여 표면처리(대표적인 방법 - 샌드블라스트) 전처리하는 제 1단계; 하도코팅을 하기위해 예열을 하고 예열 후 하도코팅을 하는 제 2단계; 하도코팅 후 하도도막 건조를 위한 경화(지촉경화 포함)하는 제 3단계; 건조/경화된 하도 도막위에 Pad printing, 실크스크린, 등의 방법으로 무늬와 패턴을 가공하는 제4단계; 가공된 소재를 세라믹코팅 상도 도장을 하기 위해 예열하고 코팅하는 제 5단계; 상기 코팅된 도막을 가열, 경화하는 제 6단계로 이루어져 있다.
또한, 도안을 각인하는 방법은 세라믹 코팅제를 포함하는 도료를 준비하고, 도료와 금속소재와의 접착력을 증대시키기 위하여 표면처리(대표적인 방법 - 샌드블라스트) 전처리하는 제 1단계; 코팅을 하기위해 예열을 하고 예열 후 하도 단독 코팅 또는 하도와 상도를 연속코팅을 하는 제 2단계; 코팅 후 도막 건조를 위한 경화하는 제 3단계; 경화된 도막위에 레이저 각인 등의 방법으로 무늬와 패턴을 가공하는 제4단계로 이루어져 있다.
이와 같은 종래의 기술들은 본 발명에 비해 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 기술은 하도코팅 후 무늬와 패턴을 가공하고 이를 경화한 후 또 다시 상도를 코팅, 경화하기 때문에 작업 속도가 현저히 느리고 인건비의 상승으로 인해 원가절감을 이룰 수 없다. 이와 같이 종래의 기술은 2-COAT, 2-BAKING (2번코팅, 2번경화)시스템이다.
둘째, 본 발명은 상하도를 동시에 코팅하고 경화하는 1-COAT, 1-BAKING 시스템이다. 종래의 기술은 본 발명에 비해 여러 공정을 추가로 진행하기 때문에 에너지가 많이 소모되며, 여러공정을 거치면서 주방기물이 오염에 노출되어 품질에 영향을 줄 수 있다.
셋째, 본 발명의 무늬와 패턴이 세라믹도막의 상하도 밑, 즉 소재 바로 위에 존재하는 것에 반하여 종래의 기술은 상하도의 최상단 또는 상하도 중간층에 존재하기 때문에 내마모에 취약하고 층간 접착력이 부족하여 내구성이 떨어지는 등 여러가지 문제점이 있다.
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본 발명의 목적은 주방기물의 표면에 도안의 형성이 선행된 후 은폐력이 저감된 반투명 도막층을 코팅하여, 도안의 내구성, 도막의 내마모성을 향상시킬 수 있는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 안정적이고 간소화된 코팅방법에 의해 미려한 문양과 다양한 패턴의 제품적용이 가능할 뿐 아니라, 비점착성을 구비하면서 우수한 도막품질을 확보할 수 있는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물을 제공하는 것이다.
본 발명은 금속소재로 이루어진 주방기물의 표면이 전처리되는 전처리단계; 전처리된 주방용품의 표면에 도안이 형성되는 도안 가공단계; 도안 가공단계 후, 주방기물이 30℃∼80℃ 에 도달되도록 예열되는 예열단계; 예열단계 후, 도안이 형성된 주방기물의 표면에 반투명 코팅도료가 도포되어 하도층이 형성되는 하도층 형성단계; 습윤상태의 하도층 상에 투명 코팅도료가 도포되어 상도층이 형성되는 상도층 형성단계; 상도층 형성단계 후 가열, 경화에 의해 상도층과 하도층이 일체로 이루어진 반투명 도막층이 형성되는 도막형성단계;를 포함하되,
상기 반투명 도막층은, 하도층 건조도막 두께 20∼40㎛, 상도층 건조도막 두께 4∼15㎛ 범위내에서, 은폐율 35∼55 units(0:완전투명 / 100:완전불투명)를 구비하도록 형성되어, 도안의 시각적 표현이 이루어지도록 구성되어 있다.
본 발명은 주방기물의 표면에 직접 도안이 인쇄/가공된 후, 습윤상태의 하도층에 상도층이 연속공정으로 일체화되도록 되어 있어, 공정 단계에서 발생할 수 있는 도막 층간의 부착력 결함을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 하도층이 비점착성 반투명 코팅도료에 의해 반투명성을 구비하도록 되어 있어, 주방기물(소재)의 표면에 적용된 도안(다양한 무늬와 패턴 등등)에 대하여, 색상 간섭없이 효과적인 구현이 가능할 뿐 아니라, 하도층과 상도층이 일체화된 반투명 도막층에 의해 도안이 보호되므로, 장시간 사용하여도 표현된 무늬와 패턴의 외부노출이 방지되어 도안의 수명이 증가되는 효과가 있다.
본 발명은 소재의 예열없이 상온에서 도안에 대한 인쇄/각인이 가능하고, 도안형성 후, 하도층 코팅을 위한 1회 예열만이 이루어지므로, 전체 코팅작업이 간단하고 신속하게 이루어질 수 있으며, 이를 통해 생산효율이 증가되는 효과가 있다.
종래기술에 비해 대폭 축소된 공정을 통해 품질상승, 에너지절약, 원가절감 등을 이룰 수 있다.이를 위해 적용되는 코팅제는 반투명 세라믹코팅제에 국한되지 않고 유무기하이브리드 도료, 불소도료, 내열도료 등 주방기물에 사용하는 도료는 모두 가능하다.
본 발명은 주방기물 뿐 아니라, 건축자재에도 적용할 수 있으며, 금속소재에 적용되는 것이 바람직하나, 비드블라스트, 예열, 경화가 이루어질 수 있는 소재에 모두 적용가능하므로, 산업적 적용범위가 증가될 수 있는 등 많은 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 코팅방법을 보인 블록 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 반투명 도막층의 구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명의 실시예 1 에 따른 주방기물을 보인 예시도
도 4 는 본 발명의 실시예 2 에 따른 주방기물을 보인 예시도
도 5 는 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4 에 따른 결과를 보인 예시도
도 1 은 본 발명에 따른 코팅방법을 보인 블록 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 반투명 도막층의 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명의 실시예 1 에 따른 주방기물을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명의 실시예 2 에 따른 주방기물을 보인 예시도를 도시한 것으로,
본 발명은 표면 처리된 스테인레스 스틸 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 각종 금속 주방기물(10)의 표면에 도안(20)이 형성되고, 도안(20)이 형성된 주방기물(10) 표면에 반투명 코팅도료가 도포되어 하도층(30)이 형성되며, 하도층(30)이 습윤상태에서 투명 코팅도료가 도포되어 상도층(40)이 형성됨으로써, 도안(20)이 형성된 주방기물의 표면에, 하도층(30)과 상도층(40)이 일체화된 반투명 도막층(50)이 형성되어, 도안(20)에 대한 선명한 반투명 효과와 더불어 내열성, 비점착성, 내구성, 고경도, 밀착성, 내수성, 내후성, 인체 무해성 등 우수한 물성을 구비한 반투명 도막층(50)을 확보할 수 있도록 되어 있다.
즉, 본 발명은 금속소재로 이루어진 주방기물(10)의 표면을 전처리하는 전처리단계;
전처리된 주방기물(10)의 표면에 도안(20)이 형성되는 도안 형성단계;
도안 형성단계 후, 주방기물(10)이 30℃∼80℃에 도달되도록 예열되는 예열단계;
예열단계 후, 도안(20)이 구비된 주방기물(10)의 표면에 반투명 코팅도료가 도포되어 하도층(30)이 형성되는 하도층 형성단계;
습윤상태의 하도층(30) 상에 투명 코팅도료가 도포되어 상도층(40)이 형성되는 상도층 형성단계;
상도층 형성단계 후 가열, 경화에 의해 도안(20)이 구비된 주방기물(10)의 표면에 상도층(40)과 하도층(30)이 일체화된 반투명 도막층(50)이 형성되는 도막형성단계;를 포함하되,
상기 반투명 도막층(50)은, 하도층 건조도막 두께 20∼40㎛, 상도층 건조도막 두께 4∼15㎛ 범위내에서, 은폐율 35∼55 units(0:완전투명 / 100:완전불투명)를 구비하여, 도안의 시각적 표현이 이루어지도록 구성되어 있다.
상기 주방기물(10)은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 철,등의 금속 소재로 후라이팬, 냄비, 그릴, 칼, 수저 등 주방에서 사용되어지고 있는 다양한 금속소재의 조리기구를 모두 포함한다.
상기 전처리단계는, 주방기물(10)의 표면에 하도층의 부착성을 향상시키면서 도안의 품질을 향상시키기 위한 것으로, 주방기물(10)의 표면에 대한 이물질이 제거된 후, 비드블라스트 공정에 의해 조도(Ra)값 2.0∼4.0㎛ 가 이루어지도록 표면 조도작업이 이루어지게 된다.
상기 비드블라스트 공정은, 금강사(White Aluminum Oxide) 60∼80중량％와, 세라믹비드(ceramic Bead) 20∼40중량％를 포함하는 혼합연마재에 의해 표면 조도작업이 이루어지게 된다.
이때, 상기 금강사는 Al2O3 성분이 99% 이상, 35∼60mesh의 입자크기를 구비한 것이 사용되고, 세라믹비드는 ZrO2 성분이 65% 이상, 40∼60mesh 입자크기를 갖는 것이 사용된다.
상기 혼합연마재가 금강사 60중량％ 미만, 세라믹 비드 40중량％를 초과하도록 이루어질 경우, 도막 부착력이 저하되는 현상이 발생될 수 있으며, 상기 혼합연마재가 금강사 80중량％ 초과, 세라믹 비드 20중량％ 미만으로 이루어질 경우, 소재 표면에 불규칙한 음영현상이 발생될 수 있으므로, 혼합연마재는 금강사와 세라믹 비드가 적정범위내에서 혼합된 것이 사용된다.
이와 같이 이루어진 혼합연마재는 금강사의 거친입자가 소재 표면에 깊은 조도를 구현하게 되어 부착력이 향상되고, 세라믹 비드의 구상입자가 금강사에 의해 소재 표면에 형성된 거친 조도를 균일하게 보정하여, 소재표면에 불규칙한 음영 현상이 나타나는 것을 방지하게 된다.
즉, 통상적인 금강사(Aluminum Oxide 연마재)를 이용한 공지의 샌드블라스트 공정에 의해 전처리가 이루어질 경우, 소재와 도막 사이에 부착력이 향상되는 효과가 있으나, 이와 같은 샌드블라스트 공정은 금강사(Aluminum Oxide 연마재)가 투사되는 노즐의 방향을 따라서 금속 표면에 불균일한 음영이 발생되고 있어, 본 발명과 같이 소재 표면에 반투명 도막층이 형성되는 공정에 적용될 경우, 반투명 도막층을 통해 불균일한 음영이 시각적으로 표현되어지게 되어, 의도하지 않은 음영 얼룩의 왜곡된 표현이 발생되고, 이를 통해 품질 및 상품신뢰성이 저하되는 문제점이 발생된다.
상기 도안 가공단계는, 주방기물(10)의 표면에 도안(20)을 형성하는 단계로, 패드 프린팅(pad printing), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 각인 등등 다양한 방식에 의해 주방기물의 표면에 도안이 형성된다. 상기 도안은 음각/양각 각인뿐 아니라, 글자, 무늬, 패턴그라데이션(gradation coating) 등의 인쇄를 모두 포함한다.
즉, 상기 도안 가공단계는, 주방기물(10)의 표면에 도안(20)이 인쇄되는 도안 인쇄단계 또는, 주방기물(10)의 표면에 도안(20)이 각인 가공되는 도안 각인단계로 이루어질 수 있다.
상기 도안 인쇄단계는, 전처리가 이루어진 주방기물의 표면에 글자, 무늬, 도형, 패턴 등등의 도안이 인쇄되는 단계로, 전처리된 주방기물(10)에 대하여 별도의 예열공정없이 상온에서 인쇄잉크에 의해 인쇄가 이루어진다.
즉, 주방기물이 예열된 후, 인쇄잉크에 의해 주방기물 표면에 도안이 인쇄될 경우, 예열로 인해 인쇄잉크의 건조시점(마름현상)이 급격하게 진행되어, 인쇄된 도안에 미세균열이 발생되고, 이로 인해 도안의 선명도가 저하되는 현상이 발생되므로, 본 발명에서 도안의 인쇄는 주방기물의 예열없이 이루어진다.
특히, 주방기물이 예열된 후 도안이 인쇄될 경우, 하도층 형성을 위해 또다시 예열작업이 진행되어야 하므로, 인쇄된 도안의 표면습윤성 부족과 도막의 소수성 증가로 하도층의 부착력이 저하되는 현상이 발생된다.
또한, 상기 인쇄잉크는, 고형분 60∼70wt％, 점도 30∼60 sec(Ford Cup No.3 측정 장비에 의한 측정으로, ISO, ASTM D4214 기준에 의한 Ford Cup No.3 점도 측정 장비 규격은 구경 3.4㎜, 점도측정 범위 49∼220cSt, 측정시간 30∼100초)을 구비한 것이 사용된다.
상기 인쇄잉크는 점도가 30 sec 미만을 구비할 경우, 전처리단계에서 형성된 조도(Ra)값 2.0∼4.0㎛ 내에서 인쇄된 도안은 선명도가 떨어지게 되고, 점도가 60 sec 를 초과하게 될 경우, 인쇄잉크의 마름현상이 발생되어 도안의 형성이 어려워지게 된다.
즉, 본 발명은 도안(20)의 선명도와 작업성 및, 반투명 도막층을 통한 도안의 시각성이 확보되도록 조도(Ra)값 2.0∼4.0㎛ 로 전처리된 주방기물(10)의 표면에, 고형분 60∼70wt％, 점도 30∼60 sec을 구비하는 인쇄잉크에 의해 인쇄층이 형성된다.
상기 인쇄잉크는 세라믹계열 잉크가 사용될 수 있으며, 상기 세라믹계열 잉크는 일 예로, 무기결합재(오르가노알콕실란, 테트라알콕실란, 콜로이드실리카졸) 20∼50 중량％, 유무기 안료 성분 40∼70 중량％, 고비점 BC 용제 성분 2.0∼15 중량％, 첨가제 성분 1∼15 중량％ 포함하여, 고형분 60∼70wt％, 점도 30∼60 sec을 구비하는 세라믹계열 잉크가 사용될 수 있다. 이때, 상기 무기결합재는, 실란계 수지와 콜로이드 실리카졸이 2 : 0.5∼1.5 중량비율로 이루어지고, 상기 실란계 수지는 오르가노 알콕실란과 테트라 알콕실란이 약 1 : 0.5∼1.5 중량비를 구비하도록 한 것이 사용될 수 있다.
또한, 상기 인쇄 잉크는 본 발명의 출원인 대한화인세라믹(주)이 제조하여 판매하고 있는 세라믹 인쇄용 잉크(품명 PI-400)가 고형분 60∼70wt％, 점도 30∼60 sec을 구비하도록 조절된 것이 사용될 수 있다.
상기 도안 인쇄단계에 의해 인쇄된 도안(20)은, 주방기물의 표면에 두께 또는 약 4∼9㎛ 로 이루어지며, 4㎛ 미만을 구비할 경우, 도막형성단계에 의해 반투명 도막층이 형성된 후, 도안의 선명도가 낮아지게 되고, 9㎛ 를 초과할 경우, 도안형성단계에 의해 형성된 반투명 도막층에 크랙이 발생될 수 있으므로, 적정범위의 두께를 구비하도록 형성된다.
상기 도안 각인단계는, 전처리가 이루어진 주방기물의 표면에 글자, 무늬, 도형, 패턴 등등의 도안이 각인되는 단계로, 전처리된 주방기물(10)에 대하여 별도의 예열공정없이 상온에서 레이저에 의해 각인이 이루어진다. 상기 레이저에 의한 각인은 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 예열단계는, 하도층 형성을 위해 도포되는 반투명 코팅도료의 흐름성을 제어하여, 하도층이 균일한 두께의 도막으로 형성되도록 하는 단계로, 주방기물(10)의 두께와 종류에 따라서 차이가 있으나, 주방기물(10)의 표면 온도가 약 30℃∼80℃, 바람직하게는 약 50℃∼70℃에 도달되도록 예열이 이루어진다.
즉, 상기 예열단계는 하도층 형성단계시 도포되는 반투명 코팅도료내에 포함된 휘발성분(일 예로 저비점 용제)의 휘발을 촉진시켜 반투명 코팅도료의 흐름을 방지함과 동시에, 예열에 의해 주방기물 표면에 대한 반투명 코팅도료의 밀착성을 증대시키게 된다.
상기 하도층 형성단계는, 전처리된 주방기물의 표면 및, 주방기물에 형성된 도안 위로, 건조도막 기준으로 약 20∼40㎛ 의 두께를 구비하도록 반투명 코팅도료가 도포되어 은폐력이 낮은 반투명성의 하도층이 형성되도록 되어 있다.
이때 상기 반투명 코팅도료는 세라믹 코팅도료, 유무기하이브리드 코팅도료, 불소 코팅도료, 내열 코팅도료 등 주방기물에 사용하는 반투명 코팅도료가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 반투명 세라믹 코팅도료가 사용된다.
또한, 상기 반투명 세라믹 코팅도료는 졸겔법 조성물로 대표되는 오르가노알콕실란의 가수분해반응 및 수소결합에 의해 제조된 반투명 코팅도료로 이루어지되, 충전재가 1.46∼1.92 의 저굴절률을 구비하고, 1.0∼4.8㎛ 크기의 알루미나 파우더(Al2O3) 및, 나노 실리카 파우더(SiO2)로 이루어져, 반투명성을 구비하도록 한 것이 사용될 수 있다 .
이와 같은 반투명 세라믹 코팅도료는 일 예로, 무기결합재 40∼60중량％, 충전재 20∼30중량％, 안료 0.01∼0.2중량％, 실리콘오일(Silanol fluid) 0.1∼8 중량％, 산촉매 0.1∼3중량％, 용제 5∼25중량％를 포함하여 100중량％로 이루어지되,
상기 충전재는 1.46∼1.92 의 저굴절률을 구비하고, 1.0∼4.8㎛ 크기의 구상 또는 침상형태를 구비한 나노 실리카 파우더(SiO2) 및, 알루미나 파우더(Al2O3)로 이루어진 것이 사용되고, 상기 안료는 티탄계열의 안료가 포함되지 않는 것으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 알루미나 파우더(Al2O3)와 나노 실리카 파우더(SiO2)는 약 1 : 0.2∼0.3의 중량비율을 구비하며, 상기 중량비율을 벗어날 경우, 하도층(30)의 은폐력이 높아지게 되어, 도안(20)의 시각적 표현성이 저하된다.
또한, 상기 나노 실리카 파우더(SiO2) 및, 알루미나 파우더(Al2O3)는 구상 또는 침상형태를 구비한 것이 사용된다.
또한, 상기 안료는 티탄계열 안료 일 예로, 이산화 티탄(TiO2)계 안료, 포타슘 티타네이트(K2O·8TiO2)계 안료를 포함하지 않도록 구성되어 있다. 이와 같은 티탄계열 안료는 하도층(30)의 도막 굴절률을 상승시켜 은폐력이 증가되는 현상이 발생된다.
상기 무기결합재는 실란계 수지와 콜로이드 실리카졸이 약 2 : 0.5∼1.5 중량비율로 이루어진 것이 사용되며, 상기 실란계 수지는 오르가노 알콕실란, 테트라 알콕실란을 포함할 수 있다. 이때, 상기 오르가노 알콕실란과 테트라 알콕실란은 약 1 : 0.5∼1.5 중량비를 구비하도록 포함될 수 있다.
상기 실리콘 오일은 폴리메틸실록산 변성실리콘오일(Silanol fluid)성분이고, 산촉매는 가수분해 반응에 사용되는 포름산 또는 아세트산 촉매이며, 용제는 물 또는, 물과 에탄올이 혼합된 혼합용제가 사용된다. 이때, 상기 혼합용제는 물과 에탄올이 7 : 3 의 중량비율로 혼합된 것이 사용될 수 있다.
또한, 상기 반투명 세라믹 코팅도료는 레벨링 등을 위한 각종 첨가제가 약 0.1∼1.0중량％ 더 포함될 수 있으며, 이와 같은 첨가제는 공지의 것이 첨가되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 반투명 세라믹 코팅도료는 전체 100% 중량부에 대하여 고형분으로 환산하여 20∼30중량％를 구비하는 것이 바람직하며, 고형분 함량이 20중량％ 미만일 경우 최종 도막의 경도 저하와 크랙 발생 우려가 크며, 30중량％ 초과시에는 은폐력 상승으로 무늬와 패턴의 선명도가 낮아지고 최종 도막의 품질이 저하되는 현상이 발생된다.
상기 상도층 형성단계는, 하도코팅단계 후 하도층(30)이 습윤한 도막상태에서 이루어지는 연속된 과정으로, 비점착성 투명 코팅도료가 도포 코팅되어 상도층이 형성된다. 이때, 생성되는 상도층은 하도층과 경화 후 완전히 결합되어 비점착성이 구비된 도막 즉, 반투명 도막층을 형성하게 된다.
상기 상도층을 형성하는 비점착성 투명 코팅도료는 하도층을 형성하는 반투명 코팅도료와 동일한 계열의 투명 도료가 사용된다.
일 예로, 하도층이 반투명 세라믹 코팅도료에 의해 형성될 경우, 상도층은 비점착성 투명 세라믹 코팅도료에 의해 형성된다. 이때, 상기 비점착성 세라믹 투명 코팅도료는 반투명 세라믹 코팅도료내 무기결합재와 동일한 무기결합재를 포함하여, 도막형성단계시 하도층과 상도층이 경화후 일체로 결합되도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 비점착성 투명 코팅도료는 공지의 것이 사용되어질 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 일 예로 상기 세라믹 투명 코팅도료는 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 특허 등록 제 10-0941954 호가 사용되어질 수 있다.
또한, 상기 비점착성 세라믹 투명 코팅도료는 표면성 향상, 미관 향상 및 시각적 효과가 구현되도록 60∼80메탈릭 입자(pearl) 0.1∼1 중량％가 더 첨가될 수 있다.
상기 상도층(40)은, 건조도막두께를 기준으로 4∼15㎛ 이 바람직하며, 4㎛ 미만일 경우 광택 및 비점착성능이 저하되고, 15㎛를 초과하게 되면 크랙 및 도막 박리가 발생될 위험성이 높으므로 적정두께를 구비하여야 한다.
상기 도막형성단계는 하도층과 상도층이 일체로 결합/경화되어 반투명성을 구비하는 도막층(반투명 도막층)이 형성되는 단계로, 승온구간, 경화 및 유지구간을 포함한다.
상기 승온구간은 비점에 따른 용제별 순차적 휘발과 도막표면의 안정화(leveling)를 형성하기 위해서 온도상승이 급격하게 이루어지지 않도록 5분 이내에 100℃ 이상의 온도상승이 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 경화 및 유지구간은 반투명 도막층의 치밀성과 물성을 형성하는 구간으로, 승온구간에 연속하여 진행되며, 200℃∼300℃, 바람직하게는 약 230℃∼270℃에서 약 5∼15분 정도 진행된다.
이와 같이 형성된 반투명성 도막층(50)은 은폐율 35∼55 units(0:완전투명 / 100:완전불투명) 범위를 구비하게 되어, 주방기물(10)의 표면에 가공형성된 도안(20)의 시각적 표현이 이루어지게 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
후라이팬(알루미늄 소재)을 전처리(비드블라스트, 이물질 제거)하고, Pad printing을 이용하여 도안을 형성한 후, 예열(소재 표면온도 기준 70℃)하고, 비점착성 반투명 세라믹 코팅도료를 도포하여 하도층을 형성하며, 습윤한 하도층 표면위에 연속코팅으로 비점착성 투명 세라믹 코팅도료를 도포하여 상도층을 형성하였다.
이후 약 250℃ 에서 약 5분간 전기 소성로에서 경화하여, 도 3 에 도시된 바와 같이, 반투명 도막층이 구비된 알루미늄 소재 후라이팬 코팅을 완성하였으며, 이에 대한 은폐율을 opacity meter(측정장비:Novo-Shade Duo+)에 의해 측정한 결과 약 51 units (0:완전투명 / 100:완전불투명)을 나타내었다.
또한, 도 3 에 도시된 바와 같이, 반투명 도막층을 통해 주방기물의 표면에 인쇄된 도안이 시각적으로 미려하게 표현되어짐을 확인 할 수 있었다.
이때, 상기 비드블라스트 공정은 금강사(Al2O3 성분이 99% 이상, 35∼60mesh의 입자크기) 70중량％와, 세라믹비드(ZrO2 성분이 65% 이상, 40∼60mesh 입자크기) 30중량％를 포함하는 혼합연마재에 의해, 표면 조도(조도(Ra)값 2.0∼4.0㎛)작업을 하였으며, 인쇄용 잉크는 고형분 60∼70wt％, 점도 30∼60 sec의 세라믹 잉크가 사용되었다.
또한, 상기 하도층은 반투명 세라믹 코팅도료에 의해 건조도막 두께 약 35∼40㎛ 범위에 도달되도록 형성되었으며, 상기 반투명 세라믹 코팅도료는 졸겔법에 의해 제조된 세라믹 도료(고형분 20∼30중량％)로, 1.46∼1.92의 저굴절률을 구비하는 1.0∼4.8㎛ 크기의 알루미나 파우더(Al2O3) 및, 나노 실리카 파우더(SiO2) 가 1 : 0.25 의 중량비로 혼합된 충전재 25중량％를 포함하는 것이 사용되었다.
또한, 상기 상도층은 하도층을 형성하는 반투명 세라믹 코팅도료와 동일한 계열의 비점착성 투명 세라믹 코팅도료에 의해 건조도막 두께 8∼10㎛ 범위에 도달되도록 형성되었다.
[실시예 2]
후라이팬(알루미늄 소재)을 전처리(비드블라스트, 이물질 제거)하고, 레이저 각인 장비를 이용하여 각인 패턴을 실행한 후, 예열(소재 표면온도 기준 70℃)하고, 비점착성 반투명 코팅도료를 코팅하여 하도층을 형성하며, 습윤한 하도층 표면위에 연속코팅으로 비점착성 투명 코팅도료를 코팅하여 상도층을 형성하였다.
이후 약 250℃ 에서 약 5분간 전기 소성로에서 경화하여, 도 4 에 도시된 바와 같이, 반투명 도막층이 구비된 알루미늄 소재 후라이팬 코팅을 완성하였다.
이때, 상기 하도층 및, 상도층은 실시예1과 동일한 방법으로 형성되었으며, 이에 대한 은폐율을 opacity meter(측정장비:Novo-Shade Duo+)에 의해 측정한 결과 약 50 units (0:완전투명 / 100:완전불투명)을 나타내었다.
[실시예 3]
실시예 1에 따라 제조된 제품(도3) 및 실시예 2에 따른 제품(도4)에 대하여, 도막 내마모성(내구성)을 테스트 하였으며, 그 결과를 아래 [표1] 및 도 5 에 나타냈었다.
이때, 대비군은 종래 방법대로 하도층 도막을 지촉건조(指觸乾燥) 조건으로 공정을 처리 후 상도층을 코팅/경화하여 실시예 1,2 에 따른 반투명 도막층과 동일한 두께의 최종 세라믹 도막층을 형성하고, 세라믹 도막층의 상층부에 도안이 인쇄된 제품(대비군1)과, 세라믹 도막층의 상층부에 도안이 레이저 각인(대비군2)된 제품이 사용되었다.
그 결과, [표1]에서와 같이, 실시예 1와 실시예 2에 따른 본 발명은 손상이 발생되지 않았으나, 대비군1, 대비군2는 각각 손상이 발생되었다.
또한, 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예1 및 실시예2는 모두 인쇄 무늬와 레이저 각인패턴의 형상이 유지되고 있는데 반하여, 종래의 기술에 따른 대비군1 및 대비군2는 도안의 형상이 유지되지 못함을 알 수 있으며, 이를 통해 본 발명은 대비군과 비교하여 내마모성이 월등히 우수함을 알 수 있다.
도 5 의 (a) 는 실시예 1 에 따른 제품, (b)는 실시예 2 에 따른 제품, (c)는 대비군 1, (d)는 대비군 2 가 각각 도시되어 있다.
내마모성(습식) 테스트 방법: Taber 마모시험기에서 물과 세제(물 200㎖당 세제 1g)를 전체 바닥이 잠길 정도로 넣고 마모제 SUS수세미로 1kg의 하중에서 60rpm 속도로 300,000회 왕복 한 후 인쇄 또는 각인된 표면을 확인하며, 이 때 상기 내마모성 테스트는 가공된 무늬나 패턴이 손상될 경우 종료한다.
[실시예 4]
실시예1에 따라 제조된 제품(도3)과 대비군 1 에 대한 비점착성 비교 테스트를 하였으며, 그 결과를 [표1]에 나타내었다.
[표1]에서, 본 발명에 따른 실시예 1의 알루미늄 후라이팬은 72 cycle 에 실험이 종료되었으나, 대비군1에 따른 후라이팬은 32 cycle 에 실험이 종료되었으며, 이를 통해, 본 발명에 따른 알루미늄 후라이팬이 종래 대비 44.4％ 우수한 비점착성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이때, 비점착성 테스트 방법은 코팅 제조된 알루미늄 후라이팬을 중성세제로 코팅면을 세척 후 코팅면의 온도 300℃에서 30분간 가열 후 냉각, 180℃∼190℃에서 계란을 무오일로 1분40초간 cooking 10회를 1cycle로 계란의 부착에 따른 비점착성능을 테스트하였다. 이때, 상기 비점착성능 테스트 평가는 후라이팬 내부에 계란 잔류물 정도를 평가하며, 뒤집개의 힘에 의해 계란 잔류물의 부착 정도가 50％ 이상 면적으로 연속 2회 부착되어 떼어내기 어려울 때 종료한다.
[표1]
Figure 112022065635261-pat00001
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
또한, 본 발명에 기재된 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하고 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이므로, 본 발명의 구성요소들이 기재된 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다.
(10) : 주방기물 (20) : 도안
(30) : 하도층 (40) : 상도층
(50) : 반투명 도막층

Claims (7)

  1. 금속소재로 이루어진 주방기물의 표면이 전처리되는 전처리단계;
    전처리된 주방용품의 표면에 도안이 형성되는 도안 가공단계;
    도안 가공단계 후, 주방기물이 30℃∼80℃ 에 도달되도록 예열되는 예열단계;
    예열단계 후, 도안이 형성된 주방기물의 표면에 반투명 세라믹 코팅도료가 도포되어 하도층이 형성되는 하도층 형성단계;
    습윤상태의 하도층 상에 투명 세라믹 코팅도료가 도포되어 상도층이 형성되는 상도층 형성단계;
    상도층 형성단계 후 가열, 경화에 의해 상도층과 하도층이 일체로 이루어진 반투명 도막층이 형성되는 도막형성단계;를 포함하되,
    상기 반투명 세라믹 코팅도료와 투명 세라믹 코팅도료는 동일한 무기결합재를 포함하고,
    상기 반투명 도막층은, 하도층 건조도막 두께 20∼40㎛, 상도층 건조도막 두께 4∼15㎛ 범위내에서, 은폐율 35∼55 units(0:완전투명 / 100:완전불투명)를 구비하도록 형성되어, 도안의 시각적 표현이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법.
  2. 청구항 1 에 있어서;
    전처리단계, 주방기물의 표면에 대한 이물질이 제거된 후, 비드블라스트 공정에 의해 조도(Ra)값 2.0∼4.0㎛ 가 이루어지도록 표면 조도작업이 이루어진 것을 특징으로 하는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법.
  3. 청구항 2 에 있어서;
    비드블라스트 공정은, 금강사(White Aluminum Oxide) 60∼80중량％와, 세라믹비드(ceramic Bead) 20∼40중량％를 포함하는 혼합연마재에 의해 이루어지되,
    상기 금강사는 Al2O3 성분이 99% 이상, 35∼60mesh의 입자크기로 이루어지고, 세라믹비드는 ZrO2 성분이 65% 이상, 40∼60mesh 입자크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법.
  4. 청구항 1 에 있어서;
    도안 가공단계는, 주방기물의 표면에 인쇄잉크에 의해 도안이 인쇄되는 인쇄층 형성단계 또는, 주방기물의 표면에 도안이 각인 가공되는 각인단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 에 있어서;
    반투명 세라믹 코팅도료는, 무기결합재 40∼60중량％, 충전재 20∼30중량％, 안료 0.01∼0.2중량％, 실리콘오일(Silanol fluid) 0.1∼8 중량％, 포름산 또는 아세트산 촉매 0.1∼3중량％, 용제(물 또는, 물과 에탄올) 5∼25중량％를 포함하여 100중량％로 이루어지되,
    상기 충전재는 1.46∼1.92 의 저굴절률, 1.0∼4.8㎛ 크기의 구상 또는 침상형태를 구비한 알루미나 파우더(Al2O3)와 나노 실리카 파우더(SiO2)가 1 : 0.2∼0.3의 중량비로 혼합되고, 상기 안료는 티탄계열 안료가 제외된 것을 특징으로 하는 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법.
  7. 청구항 1,2,3,4,6 중 어느 한 항에 따른 주방기물 코팅방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 주방기물.
KR1020220076662A 2022-06-23 2022-06-23 도안이 표현되는 반투명 도막층을 구비하는 주방기물 코팅방법과 이에 의해 제조된 주방기물 KR102465073B1 (ko)

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KR101296245B1 (ko) 2011-09-27 2013-08-13 (주) 더몰론코리아 세라믹 표면 인쇄용 잉크를 이용한 세라믹 표면 인쇄방법
KR101796459B1 (ko) 2017-04-26 2017-11-10 대한화인세라믹 주식회사 주방기물의 표면에 음양각 문양이 선명하게 표현되도록 하는 세라믹코팅방법과, 이에 의해 코팅된 주방기물
KR101818418B1 (ko) * 2016-01-14 2018-01-15 주식회사 남선 드로잉가공을 이용한 코팅 조리용기의 제조방법
KR101908671B1 (ko) 2016-10-11 2018-10-16 대한화인세라믹 주식회사 갈라지는 표면효과를 구현하는 세라믹 코팅제와, 이 세라믹 코팅제가 코팅된 제품
KR20200021022A (ko) 2018-08-17 2020-02-27 (주)다다산업 표면경도 및 내마모성이 향상된 코팅층을 갖는 주방용품

Patent Citations (6)

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