KR20040070446A

KR20040070446A - 조리 용기

Info

Publication number: KR20040070446A
Application number: KR1020040015625A
Authority: KR
Inventors: 김강형
Original assignee: 김강형
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2004-08-09
Also published as: KR100558094B1

Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 조리 용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 등의 금속으로 제조된 냄비나 프라이팬, 그릴, 제과용 틀 등의 표면에 비정질 코팅을 먼저 한 다음에 테프론 코팅을 함으로써, 결정구조가 상이한 금속과 테프론의 접합강도를 높임으로써 내구성이 강한 바닥 표면은 물론 열전도의 차이를 줄여 고온에서 쉽게 표면 박리가 일어나지 않는 조리용기를 만드는 데 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 가스렌지 등 고열 위에 놓고 사용하는 솥이나 냄비, 프라이팬, 그릴, 제과용 틀 등의 조리 용기의 내면 코팅에 관한 것으로,

보다 상세하게는 알루미늄이나 티타늄, 스텐레스 스틸 등의 금속으로 구성된 조리용기 표면 위에 보다 강한 내마모성, 내식성 그리고 내구성을 가질 수 있도록

상기 조리용기의 내부 표면에 비정질물을 용사 코팅하여 그 표면을 세정한 후 건조하여 샌드 블라스팅 등으로 표면을 거칠게 한 다음 그 상부에 테프론을 코팅을 하되, 상기 비정질 물은 중량%로 Cr 40.0~50.0%, B 2.5~6.5%, Si 0.5~5.0%로 구성하고, C 0.0~0.5% 와 Mn, Ni, Mo, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W의 조성물은 0.0~5.0%로 단독 또는 복합 첨가하고, 나머지는 Fe와 필연적으로 함유되는 불순물로 구성함으로써 내마모성과 내식성 및 내구성이 우수한 조리용기를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

조리 용기{Cooking ware}

본 발명은 조리 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뜨거운 불 위에서 생선이나 육류를 굽는 등의 작업을 하는 프라이팬이나 냄비, 솥 또는 제과용 틀 등을 구성하는 용기 내면에 비정질상을 코팅하여 내마모성과 내식성을 동시에 개선함으로써 제품의 내구성을 향상시킨 조리 용기에 관한 것이다.

일반적으로 조리 용기로 사용되는 냄비나 프라이팬은 부식을 방지하기 위하여 알루미늄 합금이나 티타늄, 스텐레스강 등으로 제조된다. 철(Fe)은 가장 널리 사용되는 금속이나 녹슬기 쉬운 단점이 있다. 이 녹은 수산화물 및 산화물로 동과 달리 유독하지는 않다. 철로 제조된 조리기구는 열전도가 좋고, 기름이 표면에 잘 스며들어 조리시 음식이 쉽게 타지 않는다.

그리고 스테레스강은 강철의 녹슬기 쉬운 결점을 보완하기 위하여 크롬과 철 또는 철, 크롬, 니켈의 합금으로 만들어지는데 아름다운 광택이 있으며, 약산, 알칼리에 강한 이점이 있다. 구리(Cu) 는 은(silver) 다음으로 열전도가 좋은 금속으로 연하고 가공성도 좋으나 무겁고 내식성이 알루미늄이나 스텐레스강에 비해 떨어진다. 열전도가 양호해 윗부분까지 열이 쉽게 도달하고 열용량도 커서 빨리 식지 않는다. 그러나 구리는 공기 중의 수분과 탄산가스에 의하여 염기성 탄산구리[ Cu₂(OH)₂CO₃]로 되는데 이것은 인체에 유독하다.

널리 쓰이는 알루미늄은 가벼워서 사용에 편리하고 열전도가 좋아 조리기구에 널리 이용되고 있다. 또한 공기 중에서 표면이 자연적으로 산화하여 투명한 산화막이 발생하며, 산화막이 표면을 보호하여 부식의 진행을 방지하는 이점이 있다. 그러나 이러한 일반적인 조리 용기는 음식이 골고루 익지 않은 상태에서 고열로 인해 쉽게 음식물이 타버리는 문제점이 발생한다. 또 기름때 등이 상기 용기에 눌어 붙음으로써 세척이 불편해지고 이로 인해 위생상의 불결한 문제점도 동시에 발생한다. 제과용 틀에서는 눌어 붙는 부분으로 인해 빵이 틀과 분리되지 않음으로써, 이를 분리하는 과정에서 빵의 표면이 손상되어 제과용 틀을 쓰기에 부적합하게 된다.

이러한 문제점들을 극복하고자 최근에는 법랑이나 세라믹 또는 테프론(Teflon) 코팅을 한 주방 용기들이 많이 등장하고 있다. 법랑은 철의 녹슬기 쉬운 결점을 보완하기 위하여 강판의 표면에 2회 이상 유약을 발라 800∼900℃에서 구운 것이다. 세라믹은 고온 처리로 만들어진 내열성 비금속의 총칭으로 고온에 잘 견디며 내식성이 우수하여, 염분이 높은 국물류를 장시간 끓이는 조리에 사용하기 적합하다. 테프론은 1938년 미국 듀퐁사의 플랭켓 박사가 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene) 불소수지를 발명하여 붙인 불소탄화물계 등록상표명이다. 그러나 이제는 일반 명사화되어 테프론이라는 이름으로 널리 쓰이고 있다. 테프론 코팅이라 함은불소수지를 도료화하여 페인트처럼 표면에 적당량 스프레이한 후, 일정한 온도에서 가열, 소성을 거치면 비활성의 단단한 코팅층을 형성하는 방법을 말한다. 코팅의 소재로는 모든 종류의 금속이나 유리, 심지어 세라믹의 표면에도 코팅 가공이 가능하다. 그리고 코팅 방식에 따라 일반 액상 도장(conventional spray), 정전 도장(electrostatic spray), 딥스핀(Dip-spin) 도장 등이 일반적으로 많이 쓰이고 있으며, 핫플로킹(Hot flocking), 코일코팅(coil coating), 로울러코팅(roller coating), 유동상 도장 (fluidized bed), 아크용사(arc spray)와 같은 특수한 도장법도 사용된다.

또한 코팅 횟수에 따라 일층코팅(one-coat), 이층코팅(two-coat), 삼층코팅(three-coat) 등이 일반적이며, 두꺼운 도막을 위해서는 다중 코팅(multiple-coat)도 할 수 있다. 이러한 방식으로 테프론 코팅을 하면 비점착성(nonstick), 저마찰계수(low coefficient friction), 비유성 (non-wetting), 내열성(heat resistance)이 뛰어나게 된다. 테프론 코팅은 각각 특성에 따라 여러 이름으로 나뉘어지는데 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene), FEP(Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer), PFA(Perfluoroalkoxy), ETFE(Ethylene + Tetrafluoroethylene), SILVER-STONE, TEFZEL-S 등이 있다. 테프론 코팅은 특히 비점착성과 내열성이 우수하여 프라이팬이나 냄비, 전기밥솥 등의 주방용기 또는 제과용 틀, 아이스크림, 설탕, 제과, 고기류, 밀가루 등에 사용되는 각종 용기 등의 식품 용기로 널리 쓰여진다.

테프론 코팅이 된 용기는 비점착성으로 인해 불에 가열되더라도 조리 용기에 음식 물질이 잘 달라붙지 않게 되고, 코팅 표면에 물이나 기름이 잘 달라붙지 않아서 세척이 쉬워지며 자동적으로 청결이 유지된다. 또한 205℃ 미만에서는 코팅 표면이 분해되지 않는 특성이 있다. 그러나 테프론은 금속과 열팽창률 차이가 클 뿐 아니라 접착성이 낮고 접촉각이 104°로 젖음성이 나빠 도포가 어려운 문제가 있다. 또한 도포후 소성하여 열경화시켜서 사용하므로 연성이 낮고 반복되는 가열로 열화되어 외부 충격이 가해지면 표면에서 박리된다. 특히 숟가락(spoon)이나 뒤집개(spatula) 등의 금속성 물질로 표면을 긁거나 하면 접착력이 열화된 코팅층이 쉽게 벗겨져서 제 기능을 하지 못함으로 말미암아 사용자들에게 여전히 불편함을 안겨 주고 있다.

이러한 가운데 일부 특허들이 상기 문제점을 해결하기 위해 다양한 방법들을 제시하고 있다.

한국 공개실용신안 제2000-0018556호에서는 프라이팬 겸용 구이기에 있어서 무쇠 재질로 된 구이판 표면에 다수의 돌기를 형성하고 (a)니켈-크롬 도금층, (b)세라믹 코팅층, (c)테프론 코팅층을 형성하는 것으로 구이기를 구성하고 있다. 여기에서 니켈-크롬층은 무쇠 재질의 구이기에 대하여 내식성을 부여하며, 세라믹 코팅층에 의해 원적외선이 발산되어 육질을 부드럽게 하고, 육류나 각종 음식물 고유의 독성이나 독소를 살균시켜 주는 역할을 하고, 테프론 코팅층은 각종 음식물을 익혀 먹을 때 타거나 눌어 붙지 않는 것으로 되어 있다. 그러나 이 방법은 반복되는 가열과 냉각 과정에서 테프론 층이 경화됨으로써 신축성이 열화되어 재료 구조조직이 다른 접합층에서 분리가 되기 시작함으로써 코팅층이 벗겨져 나가는 문제가발생한다. 따라서 테이프로 사용되는 테프론은 접착력을 증가시키기 위해 플라즈마에칭, 아르곤 이온빔 에칭 등을 실시하지만 본 발명과 같이 금속 코팅층 위에 도포하는 경우에는 적용이 불가능하다.

한국 공개특허 제2000-0058726호는 주방기물인 경량 프라이팬 및 그 제조방법에 관한 것으로 마그네슘합금을 다이캐스팅 주조성형하여 스테인레스, 티타늄, 구리, 알루미늄, 망간을 이용하여 플라즈마 용사 처리하는 방법으로 프라이팬에 보호피막 형성하여 경량 프라이팬을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이 발명은 다이캐스팅 주조성형한 마그네슘합금재료를 샌드블라스트와 산세처리후, 플라즈마용사 처리하고, 2단계의 테프론을 코팅하고 보호코팅층으로 마무리한 경량 프라이팬을 소개하고 있다. 그러나 이 방법은 내구성이 다소 증가하지만 테프론에 반복적인 열피로가 가해져서 코팅층의 신축성이 열화되고 접합층에서 분리가 일어나는 문제는 해결하지 못하고 있다.

한국 실용신안등록 제297,924호는 프라이팬이나 냄비 등의 각종 조리용 용기에 있어서, 금속재 용기의 내 외면에 원적외선, 바이오, 세라믹 등을 가공한 유리질의 유약을 피복시켜 법랑 코팅층을 형성하고, 상기 법랑 코팅층을 형성한 용기의 조리면에 불소탄화물을 이용한 테프론 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 고안은 이를 통하여 조리용 용기의 표면에 기름 찌꺼기나 이물질이 잘 묻지 않도록 하여 세척이 용이하도록 하고, 조리하는 음식이 타지 않도록 하는 상태로 속까지 골고루 익힐 수 있도록 하는 조리용 용기이다.

또 미국특허 제3,983,275,호 및 제3,393,086호는 알루미늄 합금 재질의 표면에유약을 입히는 법랑 코팅이나 세라믹 코팅을 행함으로써 결정조직의 내열성을 높이는 기술이 설명되어 있다. 그러나 이러한 방법은 법랑층이 유리 상태의 비정질이므로 금속 재료 용기와 테프론 층 사이에서 결정 구조가 달라 분리되는 문제는 해결하지만, 법랑층의 열 팽창률이 금속 재료와 크게 차이가 남으로 말미암아 급가열, 급냉으로 인한 균열과 취성으로 인해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

일본공개특허 평08-173321호는 조리용기 표면이 잘 달라붙지 않고 내마모성과 내열성이 높아서 내구성이 우수한 저마찰계수층을 가지는 조리용기를 목적으로 하는 발명으로, 이를 구현하기 위하여 금속 재질 위의 최종 코팅층에 불소수지층이 0.05~20vol% 함유된 DLC층을 형성하여 비정질층과 결정질층 사이에서 결합이 잘 되도록 하였다. 이 발명은 DLC를 통하여 불소수지 조직이 금속 용기에 잘 붙어 있도록 하는 방법인데, DLC가 열전도도나 내마모성이 우수한 것에 반하여 DLC층의 두께가 가지는 한계인 2~3㎛ 이하의 박막으로 형성되므로 코팅층 자체가 아주 미세하게 형성됨으로써 외부 충격에 쉽게 박리되는 문제점을 안고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내식성과 인성, 접합성이 우수한 비정질 재료의 장점을 적용한 용기를 제공함으로써, 용사 코팅과정에서 자동적으로 요철이 형성되고 테프론 코팅층과 접합이 잘됨으로써 조리 용기의 내구성이 향상되는 조리 용기를 제공하는 데 있다. 또한 금속과 비정질, 테프론으로 이어지는 3단계 복합층은 열전도율이 금속>비정질>테프론 순으로 감소하여 급속한 열전도로 인하여 바닥면에서 눌어붙는 현상을 방지하는 조리 용기를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 금속으로 조리용기를 구성하는 냄비, 솥, 프라이팬, 그릴 및 제과용 틀 등의 내부 표면에 있어서,

상기 조리용기의 내부 표면에 비정질물을 용사 코팅하여 그 표면을 세정한 후 건조하여 샌드 블라스팅 등으로 표면을 거칠게 한 다음 그 상부에 테프론을 코팅함으로써 내마모성과 내식성 및 내구성이 우수한 조리용기를 제공한다.

그리고 상기 비정질 물은 중량%로 Cr 40.0~50.0%, B 2.5~6.5%, Si 0.5~5.0%로 구성하고, C 0.0~0.5% 와 Mn, Ni, Mo, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W의 조성물은 0.0~5.0%로 단독 또는 복합 첨가하고, 나머지는 Fe와 필연적으로 함유되는 불순물로 구성한다.

본 발명의 조리 용기 표면에 비정질상을 구성하는 각각의 화학성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

중량%로 Cr 40.0~50.0%, B 2.5~6.5%, Si 0.5~5.0%로 구성되고, C 0.0~0.5% 와 Ni, Mo, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W의 조성물을 0.0~5.0%로 단독 또는 복합 첨가하고 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 조성물질로 코팅하여 비정질 상을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에서는 용사재료에 WC, TiC, TaC와 같은 탄화물 입자를 0~40% 단독 또는 복합 첨가하여 용사함으로써 비정질상과 탄화물 혼합상을 형성하는 것과 용기 표면 형상을 다양하게 변화시켜 요철이나 구배를 가지는 것도 모두 포함한다.

본 발명에서 Cr은 내식성과 내마모성을 향상시키기 위한 중요한 원소이며, Fe와 금속간화합물에 해당하는 상을 이루어 급냉 중에 비정질상 형성이 용이하도록 한다. 40.0% 미만에서는 γ상이 나타날 수 있고 50.0%를 초과하면 잉여 Cr이 분리되어 비정질상 형성을 방해할 수 있어 제한한다. 바람직하기로는 43.0~46.0%로 조성하는 것이 비정질상을 얻기가 용이하다.

B 은 본 발명에서 가장 중요한 비정질상 형성 원소이다. Fe 및 Cr과 쉽게 결합하여 금속간화합물을 형성하는 원소로서 비정질상을 형성하기 위한 요건을 잘 갖춘 원소이다. B이 함유된 Fe-Cr합금을 응고 중에 급냉하면 금속간화합물을 형성하지 못하고 비정질상으로 변태하게 된다. 그러나 2.5% 미만에서는 γFe나 αFe가 나타나면서 비정질상 형성을 방해할 수 있으므로 제한한다. 그리고 6.5%를 초과하면 잉여의 B이 취약한 금속간화합물을 형성하게 되므로 제한한다. 바람직하기로는 5.6~6.2%로 조성하는 것이 비정질상 형성이 용이하다.

Si은 기지의 고용 강화와 코팅 중에 발생하는 산소와의 접촉에서 고온산화를 억제하며 기지 조직을 강화할 뿐 아니라 B과 다른 원소들의 고용도를 높이는 효과를 위해 첨가한다. 0.5% 미만에서는 효과가 없고, 5% 이상에서는 ε상이나 η상이 나타날 수 있어 억제한다. 바람직하기로는 1.75~2.25%로 조성하는 것이 비정질상 형성이 용이하면서 기지를 강화하고 산화를 억제하는 효과가 있다.

C은 기지 조직을 강화하고 B, Cr등과 복탄화물을 만들어 내마모성을 향상시키는 효과가 있어 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그러나 0.5% 이상에서는 코팅 후냉각 중에 균열을 유발할 수 있으므로 억제한다.

Mn, Ni, Mo, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W은 B나 C와 결합하여 탄붕화물을 형성함으로써 기지조직을 강화하고, 스폴링(spalling), 피팅(pitting), 치핑(chipping)과 같은 열피로에 대한 저항성이 높아지는 효과로 필요시 5.0% 이하로 첨가한다. 이를 초과하면 고용한도를 넘어 비정질상 형성을 해치는 효과가 있어 제한한다. Cu는 합금을 저융점화하여 융착이 잘되게 하고 접합성을 높이는 효과가 있어 필요시 첨가한다. 그러나 5%를 초과하면 편석이 되거나 내식성 저하의 원인이 되므로 제한한다.

이하 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 실시예가 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다.

실시예

중량%로 Cr 45.2%, B 6.01%, Si 2.15%, Ni 0.10%, Mo 0.12%, C 0.07%, 나머지는 철로 구성된 325메쉬의 입도를 가지는 분말을 이용하여 한 변의 길이가 10mm인 정사각형 알루미늄 판재 위에 용사 코팅하였다. 시편은 깨끗이 솔벤트 등으로 세정한 후 건조하여 알루미나 샌드 블라스팅하여 표면거칠기를 Rmax 1.5미크론 정도로 하였다. 이 후 무게비로 PTFE 60%와 PFA 40%를 혼합한 폴리머가 약 12%, 나머지는 물과 각종 첨가물로 조성된 프라이머 수용액으로 1회 초도 도포하여 건조하였다. 초도도포가 끝난 제품에 PTFE 40%, PFA 20%, 아크릴 라텍스 10%와 나머지는 물과 각종 첨가제로 조성된 최종코팅제를 스프레이로 2회 건식도포작업을 거쳐 약 20미크론 도포하였다. 이들 작업이 완료된 시편을 150℃로 10분간 가열하고 다시 415-430℃로 3분간 2차 가열하여 소성하였다.

코팅이 완료된 시편을 끓는 물에 넣고 20분간 가열하였다. 시편을 꺼내어 스텐레스 젓가락 3개를 함께 묶은 시험막대로 코팅층 위를 수직으로 20회 왕복하여 손상 정도를 육안으로 구별하였다. 그 결과 본 발명에서 제조된 제품은 테프론이 밀려나면서 벗겨지는 현상은 전혀 없으며 단지 표면에서 분쇄되어 떨어지는 현상만 발견되었다. 그러나 알루미늄 판재에 샌드 블라스팅만 실시한 뒤 테프론을 동일한 조건으로 코팅한 비교시편은 코팅층이 길게 벗겨지는 현상이 발생하였다.

상기와 같이 본 발명은 기존 조리용 주방 용기의 뛰어난 내구성으로 고온에서 쉽게 표면이 벗겨지는 문제점을 해결하는 우수한 조리용 주방 용기이다. 본 발명의 비정질상과 테프론으로2중 코팅된 조리 용기는 비정질 코팅층에 의해 자동적으로 요철과 비정질상의 접착력증대 효과로 인해 그 위에 코팅되는 테프론 코팅층의 결합력이 증대되고 조리 용기의 내구성이 탁월하게 향상되는 효과가 나타난다. 또한 금속과 비정질, 테프론으로 이어지는 3단계 복합층은 테프론의 낮은 접착력으로 말미암아 생기던 박리 문제를 해결하고 비정질층의 열전도도가 금속용기와 테프론의 중간에 해당하여 자연스럽게 용기가 고루 가열되게 하여 음식물이 부분적으로 타고 눌어 붙는 현상을 방지해 준다.

Claims

금속을 본체로 사용하는 조리 용기에 있어서,

상기 조리용기의 내부 표면에 비정질물을 용사 코팅하여 그 표면을 세정한 후 건조하여 샌드 블라스팅 등으로 표면을 거칠게 한 다음 그 상부에 테프론을 코팅한 것을 특징으로 하는 조리용기.
제 1항에 있어서,

상기 비정질물은 중량%로 Cr 40.0~50.0%, B 2.5~6.5%, Si 0.5~5.0%로 구성되고, C 0.0~0.5% 와 Mn, Ni, Mo, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W의 조성물을 0.0~5.0%로 단독 또는 복합 첨가하고 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성된 것을 특징으로 하는 조리 용기.