KR20030026770A - 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물 - Google Patents

Abstract

광을 이용한 조리 기구의 내부 코팅용으로 광촉매를 함유하는 조성물을 제공하여, 이 조성물이 갖는 자체 유분 분해 기능 등을 통해 광을 이용한 조리 기구의 내부가 스스로 깨끗한 상태를 유지할 수 있도록 한다.

Description

광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물{COMPOSITION FOR COATING THE INTERIOR PARTS OF COOKING APPLIANCES USING LIGHT}

본 발명은 광을 이용하는 조리 기구의 내부에 사용할 수 있는 코팅 조성물에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 광촉매 및 전이금속 촉매를 함유하는 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물에 관한 것으로, 특히, 광을 열원으로포함하는 모든 종류의 조리 기구에 있어서 기구내에서 조리시 발생하는 유분이 조리 기구의 벽면이나 도어의 내부에 묻었을 경우 이같은 유분을 스스로 분해하여 스스로 깨끗한 상태를 유지하는 기능성 코팅막에 대한 기술이다.

기존의 조리 기구 대부분은 오븐내에서 불을 음식물에 직접 가하여 음식을 익히거나 데워서 조리를 하는 것이었다. 그러나, 전자레인지의 개발 이후 불을 직접 음식에 가하지 않고 빠른 시간내에 음식을 조리할 수 있었다. 전자레인지는 음식물 조리실내에 마이크로웨이브 발생 장치를 설치하고, 이 발생 장치에서 발생하는 마이크로웨이브를 이용해 음식을 조리하는 방식이다. 음식물을 조리하는 원리는 마이크로웨이브가 음식물내에 물분자의 진동 에너지를 유도하여 음식물을 익히거나 데워서 음식물을 조리한다.

이러한 전자레인지는 쉽게 음식을 조리할 수 있는 장점이 있는 반면, 조리시 몇 가지의 문제점을 야기시킨다. 첫째, 음식물에 존재하는 물분자의 진동 에너지만으로 열을 발생시키므로 조리된 음식의 모양이 기존의 오븐을 이용한 것보다 맛있어 보이지 않는다. 둘째, 마이크로웨이브 발생 장치에서 발생하는 전자파가 인체에 나쁜 영향을 미친다는 많은 보고에 따라서 주부들이 사용을 꺼려하게 된다. 셋째, 전자레인지의 원리상 음식물에 가하는 에너지가 제한되어 있으므로 조리 시간을 어느 정도까지는 단축시킬 수 있으나 그 정도에 한계가 있다. 마지막으로, 금속의 표면에 마이크로웨이브가 가해지면 쉽게 산화되어 검게 변한다. 이에 따라, 전자레인지에 사용 가능한 용기의 제한이 있다.

따라서, 최근에 들어 전자레인지의 편리한 장점을 살리면서 이상과 같은 단점을 극복하기 위한 조리기구 개발에 대한 다양한 시도들이 지속되어 왔다. 그 중 대표적인 예가 열원으로서 광을 이용한 조리 기기를 들 수 있다. 열원으로 광을 이용할 경우 오븐을 이용한 경우에 비해 에너지를 쉽게 조절할 수 있어 음식이 탄화되는 것을 막을 수 있다. 또한 전자레인지의 단점인 조리후 음식의 모양이 불을 이용한 것과 유사하여 맛있어 보이고, 전자파를 발생하지 않으며, 충분한 에너지를 음식에 줄 수 있어 조리 시간도 매우 짧다. 이러한 새로운 광을 이용한 조리 기구의 개발을 통해 음식물의 조리시 많은 편리함을 도모할 수 있게 되었다.

그러나, 지금까지의 광을 이용한 조리 기구의 경우에는 그의 내부가 별도의 코팅 없이 스테인레스 스틸이나 세라믹 등으로 이루어져 있어, 조리시 음식물내에서 발생하는 유분 등이 조리 기구의 내벽이나 도어 내부에 남게 되었을 때, 이러한 오염 물질들이 쉽게 제거되지 않으며 조리시의 광조사 등에 의해 그의 제거가 더욱 어려워진다는 문제점이 야기되었다.

따라서, 본 발명에서는 광을 이용하는 조리 기구의 내부에 광촉매 및 전이 금속 촉매를 함유하는 기능성 코팅막을 도입함으로써, 상기 조리 기구 내부에서 자체적으로 조리시 발생한 유분 등의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수도 있도록 하는 데 그의 목적이 있다.

도 1은 광촉매의 원리를 나타낸 것이다.

도 2는 금속 입자를 포함한 광촉매 산화-환원 반응 효율 증대 모식도를 나타낸 것이다.

도 3a 및 3b은 다량의 식용유가 반사판에 도포되었을 때 유분분해 실험 결과를 나타낸 것으로, 도 3a는 분해 실험전의 반사판이며, 도 3b는 분해실험후의 반사판을 나타낸 것이다.

도 4a 및 4b는 소량의 식용유가 반사판에 도포되었을 때 유분분해 실험 결과를 나타낸 것으로, 도 4a는 분해 실험전의 반사판이며, 도 4b는 분해실험후의 반사판을 나타낸 것이다.

본 발명은 광촉매 및 전이 금속 촉매를 함유하는 광을 이용하는 조리기구의 내부코팅용 조성물을 제공하며, 특히, 광촉매 5 중량% 이상 및 전이 금속 촉매0.001 내지 10 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 기존에 스테인레스 스틸이나 세라믹 등으로 이루어졌던 광을 이용한 조리기구의 내부에 광촉매를 함유하는 코팅막을 도입함으로써, 자체-클리닝성을 유지할 수 있도록 하고, 조촉매로서 전이 금속을 첨가하여 이러한 효과를 증진시키고자 하는 것이다.

이같은 본 발명의 코팅 조성물은 광을 열원으로 포함하는 모든 종류의 조리 기구에 이용 가능하다. 여기서 사용 가능한 광원으로는 원적외선 대역을 포함하는 긴 파장을 조사하는 램프, 할로겐 램프와 같이 모든 파장의 광을 내는 램프, 그리고 제논 램프와 같이 비교적 짧은 파장의 광을 내는 램프 등 기존에 광을 이용한 조리 기구에 사용 가능한 것으로 알려진 모든 종류의 광원이 포함된다.

본 발명의 코팅 조성물에 사용하는 광촉매 물질은 조리기구내에서 이용되는 광원에 따라 적합한 재료를 선택하여 사용할 수 있으며, 특히 광원의 파장에 따라 선택을 달리할 수 있다. 본 발명에서 접근 가능한 광촉매 재료로는 균일계 광촉매 및 불균일계 광촉매를 들 수 있으며, 층상 페로브스카이트(Perovskite) 형태의 광촉매를 첨가하거나 제올라이트와 광촉매를 함께 코팅하거나, 이들 광촉매를 포함한 형태로 합성하여 그 성능을 증진시켜 사용할 수도 있다. 예컨대, 균일계 광촉매로는 Ru(bipy)₃ ²⁺, 금속 포르피린과 같은 염료 또는 금속 착화합물 등을 들 수 있으며, 불균일계 광촉매로는 Si, Ge와 같은 결합성 반도체나 Cds나 TiO₂등과 같은 금속 산화물의 이온 결합성 반도체 물질을 들 수 있다. 바람직하게는, 이산화티탄계의 광촉매를 사용할 수 있다.

본 발명의 광촉매는 코팅 대상 물질인 조리기구 내부 재료의 재질 및 조리기구 성능 등에 따라 그 함량이 달라지며, 경우에 따라 광촉매만을 함유하는 코팅막을 형성시킬 수도 있으나, 바람직하게는 5 중량% 이상, 좀더 바람직하게는 25 내지 60 중량% 범위의 함량으로 사용할 수 있다. 이같은 광촉매 성분의 함량은 성능면에서 최소한의 범위 이상을 포함하는 것이여야 하며, 효능상의 경제적 측면에서 과도한 양으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 코팅 조성물의 셀프-클리닝성은 광촉매의 산화-환원 반응의 특성을 이용하는 것이며, 이 같은 광촉매의 산화-환원 반응은 일반적으로광에 의해 조사된 광자(Photon)가 광촉매 입자에 에너지를 전달하여 입자내에서 전자(e^-)와 정공(H⁺)으로 분리되고, 형성된 전자와 정공은 광촉매 입자의 표면으로 이동하여 환원 반응과 산화 반응을 진행하는 것을 알려져 있다(도 1). 이렇게 발생한 전자와 정공은 모두 산화-환원 반응에 참여하지 못하고 대부분 광촉매 입자 표면으로 이동하여 재결합하여 사라지고 일부의 전자와 정공이 반응에 참여한다. 따라서, 정공과 전자가 재결합하여 사라지는 것을 억제하여 광촉매의 산화-환원 반응의 효과를 증대시키는 것이 촉매의 활성에 무엇보다 중요한 요소가 된다. 본 발명에서는 이 전자와 정공의 재결합을 억제하기 위한 방법 중 하나로, 전이 금속 입자를 표면에 도핑 또는 주입하여 광촉매 성능을 증대시킬 수 있다. 이러한 방법을 사용할 경우 광촉매 입자내에서 발생한 전자를 효과적으로 담지(trap)시켜 전자와 정공의 재결합을 억제하여 광촉매의 산화-환원 반응을 효과적으로 증대시킬 수 있다(도 2). 또한, 광촉매로서 제올라이트 형태를 적용할 경우에도, 기체와 광촉매간의 접촉 시간을 길게 도와주는 기능으로 그 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

이같이 본 발명에서는, 광을 열원으로 사용하는 모든 종류의 조리 기구에서 조리시 발생하는 유분 등을 좀더 효과적으로 제거하여 항상 깨끗하고 위생적인 조리 기구의 상태를 유지하기 위해서 전이 금속이 조촉매로 첨가된 광촉매 기능성 코팅막을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 금속 촉매로는 주기율표상에서 전이금속(transition metals, 3A∼2B족) 중 어떠한 것을 함유하는 촉매 화합물이라면 모두 사용할 수 있다. 바람직한 전이 금속 촉매로는 팔라듐(Pd), 은(Ag), 플래티늄(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 화합물을 들 수 있으며, 플래티늄이나 팔라듐 등이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 전이 금속 입자는 광촉매의 산화-환원 반응의 효율을 증대하는 데만 사용되지는 않는다. 첨가된 전이금속 입자는 고온에서 자체적으로 산화 반응을 쉽게 진행하므로 조리 기기의 내부 온도가 높은 경우 더욱 효과적으로, 발생된 유분을 제거하는 우수한 기능을 발휘할 수 있다.

본 발명에서 전이 금속 화합물은 광촉매와 코팅 재질 및 광원의 종류에 따라서, 및 해당 금속 화합물 입자의 종류 등에 따라서 그의 첨가량이 다양해지지만, 일반적으로 전체 조성물 중 0.001 내지 10 중량% 정도의 양으로 사용될 수 있다. 만약 0.001 중량% 미만으로 사용하는 경우, 전이 금속 화합물이 광촉매의 산화-환원 반응을 활성화시키는 효과를 얻을 수 없으며, 10 중량%를 초과하여 사용하는 경우, 고가의 시약을 과량으로 사용하는 것에 비해 성능 효과상의 개선 정도의 차이가 저조한 편이며, 이같은 전이 금속 화합물에 의해 광촉매 코팅상의 크랙이나 변형이 유발되어 전체 코팅을 훼손시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 코팅 조성물은 재질에 따라 코팅 강도 등을 보강할 수 있도록, 바인더와 같은 기타 첨가 물질을 추가로 함유할 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 바인더 물질로는 실리카, 알루미나, 지르코니아, 세리아, 이트리아, 보로니아, 마그네시아, 칼시아, 티탄산바륨, 규산칼슘과 같은 무기 산화물 입자 등의 무기 바인더를 물이나 에틸알콜 등의 분산 매질과 함께 사용하여 형성시킬 수도 있으며, 실록산이나 가수분해성 실란 유도체 또는 유기계 실리카졸과 같은 실리콘 전구체 등으로 무기 바인더로 전환이 가능한 유기 화합물들을 사용하여 형성시킬 수도 있다. 바람직하게는, 실리카(SiO₂)계 또는 알루미나(Al₂O₃)계 화합물을 사용할 수 잇으며, 특히 실리카계 화합물이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명의 코팅용 조성물을 이용하여 광을 이용하는 조리 기구 내부를 코팅할 경우에는, 코팅될 면적 등을 고려하여 통상적으로 잘 알려진 코팅법이 이용될 수 있다. 예컨대, 코팅 방법으로는 딥코팅, 스프레이 코팅, 그라비아 코팅, 콤마 코팅, 롤 코팅, 바 코팅, 전해 코팅, 증착법 등을 들 수 있다.

또한, 이러한 코팅시에 막의 두께는 조리기구의 사용 온도 범위 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있으나 0.7 ㎛ 내지 0.9 ㎛ 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 코팅후에, 고온에서의 열처리 등을 통해 코팅재와 조리 기구 내부면 사이에 좀더 효과적인 증착 또는 결합이 이루어지도록 처리할 수도 있다.

[실시예]

실시예 1

본 발명 조성물의 제조.

본 발명의 기능성 코팅 용액은 광촉매 물질로 이산화 티탄계 광촉매 제품인 Degussa 사의 P-25를 사용하고, 전이 금속 촉매로는 플래티늄을 함유하는 금속 화합물 입자를 사용하였는데, 코팅 용액에 하이드로겐 헥사클로로플래티네이트(IV)하이드레이트(Aldrich)를 첨가한 후에 환원시켜 사용하였다. 바인더 물질로는 무기계 실리카졸인 일산화학제의 SNOTEX-O를 사용하였고, 유기계 실란인 테트라에틸 오르쏘실리케이트(Aldrich)와 3-글리사이드옥시프로필트리메톡시실란(Aldrich)를 사용하였다. 특히, 광촉매 P-25, 59.5 중량%; SNOTEX-O, 25 중량%; 테트라에틸오르쏘실리케이트, 7.5 중량%; 3-글리사이드옥시프로필트리메톡시실란, 7.5 중량%; 및 헥사클로로플래티네이트 하이드레이트, 0.5 중량%를 배합하였을 때, 바람직한 코팅 조성물이 생성되었다.

실시예 2

할로겐 램프를 열원으로 사용하는 조리 기구 적용시 유분 분해율 평가

상기 실시예 1에서의 바람직한 배합 범위로 제조된 본 발명의 기능성 코팅 용액을, 조리기구의 열원으로 사용되는 할로겐 램프의 반사판(재질: 갈바륨)에 코팅하여 기능성 코팅막을 제조하였다. 코팅막의 두께는 0.8 ㎛였다.

기능성 코팅막의 유분분해 효율을 측정하기 위하여 인위적으로 식용유의 양을 달리하여 도포후 분해 효율을 비교평가하였다.

첫째로 과량의 식용유(0.5 mg/cm²)를 한번에 반사판에 도포한 후 조리기구를 45초 단위로 10회 작동후 반사판 상태를 관찰하였다. 도 3에서 (a)는 분해 실험전 반사판의 사진이고, (b)는 분해 실험후 반사판의 사진이다. 사진에서와 같이 도포된 유분이 분해되면서 반사판 표면이 황색으로 변함을 관찰할 수 있는데, 기능성 코팅막이 존재하는 부분(좌측)이 그렇지 않은 부분(우측)에 비해 표면의 상태가 매우 양호함을 관찰할 수 있다.

둘째로 소량의 식용유(0.05 mg/cm²)를 반사판에 도포한 후 조리 기구를 45초 작동하고, 다시 동량의 식용유를 도포 후 조리 기구를 작동하는 과정을 10회 반복하였다. 따라서 도포된 식용유의 양은 총 0.5 mg/cm²으로 첫째의 경우와 동일하고 광원이 조사된 시간 역시 총 450 초로 동일하다. 도 4에서 (a)는 분해 실험전 반사판의 사진이고, (b)는 분해 실험후 반사판 사진이다. 사진의 결과에서와 같이 소량의 식용유가 점차적으로 도포된 경우 기능성 코팅막이 존재하는 부분(좌측)은 완전히 깨끗한 상태를 유지함을 알 수 있다.

이상과 같은 실험 결과로부터 본 발명의 기능성 코팅막이 조리시 발생하는 유분을 효과적으로 제거함을 알 수 있었으며, 특히 발생하는 유분의 양이 소량인 경우 그 효과가 매우 뛰어남을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명을 통해 제조된 기능성 코팅막이 광을 열원으로 이용하는 조리 기구에 있어서 기구내에서 음식물의 조리시 발생하는 유분 등이 내부 벽면이나 도어에 묻었을 경우 이들 유분 등의 오염 물질을 스스로 분해시키는 성능면에서 매우 우수한 것임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기능성 코팅막을 조리 기구의 내부에 도입함으로써 조리기구 제조자는 항상 깨끗하고 위생적인 조리 기구를 사용자에게 제공하고, 사용자는 구조적으로 세척하기 어려운 조리 기구 내부를 세척하는 수고를 덜면서도 위생적인 조리기구를 사용하는 효과가 있으며, 광을 이용한 조리기구 등의 기능성 및 보편화를 증진시킬 수 있으므로 그의 산업상 이용 가능성이 매우 크다 할 수 있다.

Claims (8)

1. 광촉매 5 중량% 이상 및 전이금속 촉매 0.001 내지 10 중량%를 함유하는, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 광촉매를 25 내지 60 중량% 범위로 함유하는, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매가 균일계 촉매, 불균일계 촉매, 그의 금속이나 이온 첨가된 형태, 및 그의 층상 페로브스카이트 형태로 이루어진 군 중에서 선택된 것인, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 광촉매가 Ru(bipy)₃ ²⁺, 금속 포르피린, Si, Ge, CdS, 이산화티탄 및 이를 함유하는 반도체 물질로 이루어진 군 중에서 선택된 것인, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전이 금속 촉매가 팔라듐, 은, 플래티늄, 금 및 루테늄으로 이루어진 군 중에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.
6. 제 1 항에 있어서, 추가로 바인더 물질을 함유하는, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.
7. 제 5 항에서, 상기 바인더가 실리카, 알루미나, 지르코니아, 세리아, 이트리아, 보로니아, 마그네시아, 칼시아, 티탄산바륨, 규산칼슘, 실록산, 가수분해성 실란 유도체 및 유기계 실리카졸로 이루어진 군 중에서 선택된 것인, 광을 이용하는 조리기구의 내부코팅용 조성물.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 조리 기구가 고온으로 가동되는 것인, 광을 이용하는 조리 기구의 내부 코팅용 조성물.