KR20050114554A - 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기 및 이의 제조방법 - Google Patents

세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기 및 이의 제조방법 Download PDF

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윤주환
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Abstract

본 발명은 다음의 화학식 1로 정의되는 알콕기실란 및 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 정의되는 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기실란 화합물을 유기용매에 용해된 후 산성 촉매하에서 물과 반응하여 pH가 조절된 것인 세라믹 코팅 조성물이 적용되어 우수한 내점착성, 내마모성 및 내열성을 갖는 조리기기 및 이의 제조방법에 관한 것이다:
[화학식 1]
Si(OR1)4
[화학식 2]
R2Si(OR3)3
[화학식 3]
R4 2Si(OR5)2
[화학식 4]
R6 3Si(OR7)

Description

세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기 및 이의 제조방법{COOKING MACHINE WITH CERAMIC COATING AND FEBRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 세라믹 코팅 조성물이 적용되어 우수한 청소성과 내열성을 갖는 조리기기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현대 주방에는 가스오븐, 전기오븐, 마이크로웨이브 오븐, 그릴, 쿡탑, 전기밥솥, 토스터, 전기 프라이팬 등의 다양한 전기 및 가스 조리기기가 보급되어 있다. 이들 조리기기는 다양한 제품군만큼이나 다양한 기능으로 음식을 조리하고 있지만, 공통적인 문제점은 음식물을 조리하는 과정에서 불가피하게 음식물이 조리기기를 오염시키게 되며, 이러한 오염으로 인하여 사용자의 불편 뿐 아니라 위생상의 문제가 발생하고, 제품의 수명에도 바람직하지 못한 영향을 미치게 된다. 조리기기 메이커들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법의 청소기능 또는 청소 개선 방안을 제안하고 있다.
현재, 주로 제안되고 있는 청소방법은 크게 2 가지로 나눌 수 있다.
첫 번째는 자기청소(self-cleaning) 방법이다. 대표적인 자기청소 방법 중 한 가지인 열분해(Pyrolysis)법은 500 ℃ 이상의 고온에서 1 내지 2 시간의 장시간동안 조리기기 내부를 가열하여 조리기기에 점착된 유기물을 화학적으로 분해하여 최종적으로 소량의 재만 남게 하여 쉽게 청소하는 방법이다. 그러나, 이 방법을 적용하기 위해서는 통상 조리온도보다 훨씬 높은 약 500 ℃까지 가열할 수 있는 기구적 설계가 필요하며, 청소시간이 길고 냄새와 화재의 위험 등의 문제점이 지적되고 있다. 다른 자기청소 방법으로 촉매식 법랑을 이용하는 방법이 있다. 다공성 법랑을 조리기기 내벽에 도포하여 음식물(대부분 액상의 유지)이 기공으로 흡수되고 장시간 사용에 의하여 서서히 분해되게 하는 방법이다. 이 방법은 분해능력의 한계가 있으며, 장기간 사용시에는 그 능력이 서서히 저하된다는 단점이 있다.
두 번째는 코팅 조성물을 이용하는 이지 클리닝(easy cleaning) 방법이다. 이미 일반적으로 사용되고 있는 불소수지 코팅 조성물(예: 듀퐁사의 테프론) 등을 표면에 코팅하여, 내벽에 음식물이 잘 점착되지 않아서, 청소시 음식물이 쉽게 제거가 되도록 하는 방법이다. 이러한 이지 클리닝에 사용되는 코팅 조성물로서 이미 시중에 많은 종류가 나와 있으나, 이들은 대부분 불소수지계열의 제품이고, 사용온도가 낮다는 공통적인 문제점을 갖고 있다. 통상적인 조리 온도는 250 ℃ 이하지만 조리기기 내 특정부위에서는 이보다 높은 온도로 올라갈 수 있으므로, 상기와 같은 불소수지계열 코팅 조성물을 적용하는 이지 클리닝 방법은 장시간 사용시 조리기기의 성능을 저하시키고 유독물질을 발생시킬 수 있어서, 고온으로 가열하는 조리기기에는 사용하기 힘들다.
현재 고온용 조리기기에 통상적으로 사용되고 있는 표면처리 기술은 법랑을 코팅하는 것이다. 법랑 코팅은 SiO2, Al2O3 등의 금속 산화물이 주성분인 세라믹 혼합분말 재료를 금속 위에 분사한 후 고온에서 소결하여 세라믹을 형성시키는 것이다. 법랑은 통상적으로 500 ℃ 이상의 고온에서도 분해나 변성이 되지 않아서 열적 안정성 면에서는 우수하다는 장점을 갖는다. 그러나, 법랑은 그 표면에 음식물과 반응하기 쉬운 화학적 결합을 갖고 있기 때문에, 음식물이 점착된 후 고온에서 반응이 일어날 경우, 음식물을 깨긋하게 제거하기가 어렵다는 단점을 갖는다.
따라서, 위험하고 불편하지 않으며, 복잡한 과정을 거치지 않고 손쉽게 청소할 수 있으면서도 고온에서 장시간 유지되는 코팅 조성물의 개발에 관심이 집중되고 있다. 그러나, 지금까지 이러한 특성을 고루 갖춘 코팅 조성물의 개발이 보고되지 않고 있다. 이에, 본 발명에서는 특수한 코팅 조성물을 조리기기에 적용하여 청소성과 내열성이 우수한 조리기기를 구현하고자 한다.
본 발명의 목적은 상기한 조리기기의 청소기술 중 이지 클린에 있어서 기존의 불소수지를 대체하면서도 고온에서 사용 가능하도록 안전성 및 내열성이 증진된 코팅 조성물을 조리기기에 적용하여, 유해물질의 방출위험이 없고 청소성이 우수한 조리기기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 자기청소 기능을 하지 않으면서도 용이하게 오염물의 제거가 가능하여, 비싸고 사용하기 불편한 지기청소 기능을 대체할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. 이와 같은 기술에 의하여, 조리기기에서 음식 조리와는 상관없이 청소기능만을 위하여 높은 온도로 올리는 기능을 제거할 수 있어서 저가의 제품설계가 가능하다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 법랑을 만든 후 본 발명에 따라서 세라믹 코팅 조성물을 간단하게 코팅하여 조리기기 내벽 및 액세서리의 청소성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 비점착성 코팅막의 형성을 위하여 세라믹 코팅 조성물이 적용되어 우수한 청소성과 내열성을 갖는 조리기기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 일반적인 법랑, 또는 기계적인 방법 또는 화학적인 방법으로 표면상태를 변화시킨 법랑에 발수성 코팅막을 형성시키는 것으로, 이는 법랑 자체에 발수기능을 부과하지 않기 때문에 용이한 청소를 위한 특수 조성의 법랑의 사용을 요구하지 않고, 단지 간단한 코팅막의 추가적 형성에 의하여 조리기기 전체에 우수한 청소성을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명은 조리기기 표면에 세라믹층과 발수 기능층을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 세라믹층은 실리콘 옥사이드의 화학적 조성을 가지며 법랑과 기능성기를 연결해 주는 역할을 하며 코팅층 전체의 뼈대 역할을 하게 된다. 발수 기능층은 플루오르 원자 단독 또는 탄소와 플루오르 원자로 이루어진 체인 또는 고리 모양의 작용기가 실리콘 원자에 결합되어 있고, 알코올기가 산소원자를 매개로 실리콘 원자에 결합되어 있는 실란을 한 가지 이상 혼합하여 형성시킬 수 있고, 이러한 실란 이외에 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane)과 같이 플루오르 원자를 포함하지 아니하고 CH3, C2H5, C3H7, C5 H9 등과 같은 작용기가 하나 이상 결합되어 있는 실란을 첨가하여 형성시킴으로써 발수기능을 갖도록 할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 실란류를 단독으로 사용하지 아니하고, 혼합하여 사용하여, 상기 두 가지 층의 성능을 동시에 갖는 코팅층을 한 번에 형성시킴으로써, 경제성과 기능성을 동시에 추구한다.
우선, 본 발명은 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 세라믹 코팅 조성물은 한 가지 이상의 유기실란 화합물을 유기용매에 용해시킨 후 산성촉매 하에서 물과 반응시켜 적절한 pH 범위로 조절된 생성물에 임의로 세라믹 첨가제를 혼합하여 얻어진 코팅 조성물이다.
상기 유기실란 화합물은 아래의 화학식 1로 정의되는 알콕시실란, 및 아래의 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 정의되는 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 화합물이다.
[화학식 1]
Si(OR1)4
[화학식 2]
R2Si(OR3)3
[화학식 3]
R4 2Si(OR5)2
[화학식 4]
R6 3Si(OR7)
상기 식 중, R1, R3, R5 및 R7은 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기이며, R2, R4 및 R6 은 각각 독립적으로 C1 내지 C12 의 알킬기, C3 내지 C10의 시클로 알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소원자가 플루오르 원자로 치환된 알킬기를 나타낸다.
상기 화학식 1로 정의되는 화합물의 구체적인 예로서 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 또는 테트라이소부톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 화학식 2로 정의되는 화합물의 구체적인 예로서 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란 또는 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 화학식 3으로 정이되는 화합물의 구체적인 예로서 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 또는 디페닐디에톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 화학식 4로 정의되는 화합물의 구체적인 예로서 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 또는 트리에틸에톡시실란 등을 들 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 상기 화학식 1 내지 4의 화합물을 단독으로 또는 이들 중 2 가지 이상을 혼합하여 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 이 때, 화학식 1의 알콕시실란은 형성되는 코팅막의 기계적인 강도를 부여하는 역할을 하고, 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4의 알킬알콕시실란은 형성되는 코팅막이 비점착성 성질을 갖도록 하는 역할을 한다. 따라서, 화학식 1의 알콕시실란과 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4의 알킬알콕시실란 중에서 선택된 한 가지 이상을 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 세라믹 코팅 조성물은 코팅막의 강도를 향상시키고 형성되는 코팅막에 적절한 굴곡 및 두께를 부여하고 항균 및 탈취 등의 기능을 갖도록 하는 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 첨가제로서 TiO2, SiO2, Al2O3, MgO, Sn2O3, Y2O3 등의 산화물 형태의 세라믹 파우더를 사용할 수 있다. 상기 세라믹 파우더의 입자크기는 10 nm 내지 1 mm인 것이 바람직하고, 형상은 구상, 판상 또는 봉상 등 어떠한 형태여도 무방하다. 또한, 상기 첨가제로서 실리카졸을 사용할 수 있다. 코팅막의 적절한 굴곡과 두께를 얻기 위하여 상기 첨가제를 코팅용 조성물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 조성물에 적절한 점도를 부여하기 위하여 상기 pH 조절된 생성물과 첨가제의 총중량의 0.1배 내지 100배의 유기용매를 추가적으로 포함시킬 수 있다. 상기 산성촉매로서 염산, 질산, 황산 및 아세트산 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 알콕시기를 가수분해하여 반응을 진행시키기에 적절한 pH 범위는 1 내지 4이다.
또한, 상기 유기실란 화합물을 용해시키거나 첨가제가 혼합된 반응생성물을 희석하기 위하여 사용되는 유기용매는 각각 독립적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화탄화수소계 알코올; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화탄화소소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드 등을 포함하는 아미드; 및 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소원자수 5 내지 8의 지방족탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택할 수 있다.
이러한 세라믹 코팅 조성물은 법랑 또는 서스 재질의 조리기기에 적용될 수 있다. 본 발명의 세라믹 코팅 조성물의 적용제품은 전기 및 가스 또는 마이크로웨이브를 이용하여 음식물을 가열하여 조리하는 조리기기일 수 있다. 본 발명이 적용되는 예로는 전기 오븐, 가스 오븐, 가스 쿡탑, 전기 쿡탑, 전기 프라이팬, 전기 그릴, 전기 밥솥, 전자 레인지, 토스터, 튀김기, 커피메이커 등이 있다. 도 4는 상기 코팅 조성물이 전기오븐의 내벽에 에 적용된 모습을 보여준다. 코팅 조성물의 적용 가능한 부위는 가열되거나, 음식물이 접촉하거나, 조리 중 음식물이 비산하여 접촉할 수 있는 모든 부위이다. 본 발명의 구체예에 있어서, 전기 오븐 및 가스 오븐의 경우는 조리실 내부(cavity) 및 조리용 트레이(tray)에 적용 가능하다. 가스 쿡탑의 경우에는 쿡탑의 상판부와 용기 받침대, 외벽 등에도 적용 가능하며, 기타 조리기기에도 이와 유사하게 적용가능하다.
또한, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기의 제조방법을 제공한다:
세라믹 코팅 조성물을 조리기기의 적절한 부위에 코팅시켜, 조리기기 표면에 비점착성 코팅막을 형성시키는 단계; 및
상기 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 부위를 열처리한 후 냉각시키는 단계.
이 때 사용되는 세라믹 코팅 조성물은, 상기한 바와 같이, 한 가지 이상의 유기실란 화합물을 유기용매에 용해시킨 후 산성촉매 하에서 물과 반응시켜 적절한 pH 범위로 조절된 생성물에 임의로 세라믹 첨가제를 혼합하여 얻어진 코팅 조성물이다.
상기 유기실란 화합물은 아래의 화학식 1로 정의되는 알콕시실란, 및 아래의 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 정의되는 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 화합물이다.
[화학식 1]
Si(OR1)4
[화학식 2]
R2Si(OR3)3
[화학식 3]
R4 2Si(OR5)2
[화학식 4]
R6 3Si(OR7)
상기 식 중, R1, R3, R5 및 R7은 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기이며, R2, R4 및 R6 은 각각 독립적으로 C1 내지 C12 의 알킬기, C3 내지 C10의 시클로 알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소원자가 플루오르 원자로 치환된 알킬기를 나타낸다.
상기 화학식 1로 정의되는 화합물의 구체적인 예로서 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 또는 테트라이소부톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 화학식 2로 정의되는 화합물의 구체적인 예로서 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란 또는 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 화학식 3으로 정이되는 화합물의 구체적인 예로서 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 또는 디페닐디에톡시실란 등을 들 수 있다.
상기 화학식 4로 정의되는 화합물의 구체적인 예로서 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 또는 트리에틸에톡시실란 등을 들 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 상기 화학식 1 내지 4의 화합물을 단독으로 또는 이들 중 2 가지 이상을 혼합하여 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 이 때, 화학식 1의 알콕시실란은 형성되는 코팅막의 기계적인 강도를 부여하는 역할을 하고, 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4의 알킬알콕시실란은 형성되는 코팅막이 비점착성 성질을 갖도록 하는 역할을 한다. 따라서, 화학식 1의 알콕시실란과 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4의 알킬알콕시실란 중에서 선택된 한 가지 이상을 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 세라믹 코팅 조성물은 기능성 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다. 기능성 첨가제는 코팅막의 강도를 향상시키고 형성되는 코팅막에 적절한 굴곡 및 두께를 부여하고 항균 및 탈취 등의 기능을 갖도록 하는 것으로, 예컨대, TiO2, SiO2, Al2O3, MgO, Sn2O3, Y2O3 등의 산화물 형태의 세라믹 파우더를 사용할 수 있다. 상기 세라믹 파우더의 입자크기는 10 nm 내지 1 mm인 것이 바람직하고, 형상은 구상, 판상 또는 봉상 등 어떠한 형태여도 무방하다. 또한, 상기 첨가제로서 실리카졸을 사용할 수 있다. 코팅막의 적절한 굴곡과 두께를 얻기 위하여 코팅용 조성물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 조성물에 적절한 점도를 부여하기 위하여 상기 pH 조절된 생성물과 실라카졸은 총중량의 0.1배 내지 100배의 유기용매를 추가적으로 포함시킬 수 있다.
상기 산성촉매로서 염산, 질산, 황산 및 아세트산 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 알콕시기를 가수분해하여 반응을 진행시키기에 적절한 pH 범위는 1 내지 4이다.
또한, 상기 유기실란 화합물을 용해시키거나 첨가제가 혼합된 반응생성물을 희석하기 위하여 사용되는 유기용매는 각각 독립적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올을 포함하는 탄소원자 1 내지 8의 포화탄화수소계 알코올; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤을 포함하는 탄소 원자수 1 내지 8의 포화탄화소소계 케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트를 포함하는 에스테르; 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드 등을 포함하는 아미드; 및 펜탄 및 헥산을 포함하는 탄소원자수 5 내지 8의 지방족탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택할 수 있다.
본 발명에 있어서, 필요한 경우, 코팅을 수행하기 전에 청소성을 향상시키기 위하여 기계적 또는 화학적 방법의 전처리를 실시할 수 있다. 기계적 전처리로서 샌드블라스팅, 기계적 연마, 사포질 등의 방법으로 표면을 거칠게 만드는 방법을 사용할 수 있고, 화학적 전처리로서 산 또는 염기에 담궈서 표면에 요철이 생기도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 상기와 같은 전처리 과정을 생략한 경우의 코팅막 형성 모습과 전처리 과정을 실시한 경우의 코팅막 형성 모습을 각각 도 2a와 도 2b에 나타내었다. 전처리 과정을 실시하는 경우, 도 2b에 나타난 바와 같이 요철이 형성되어 그 요철 표면을 따라 코팅막을 형성시킴으로써 청소성을 극대화시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 세라믹 코팅 조성물의 코팅방법에는 제한이 없으며, 예컨대, 딥코팅법(dip coating), 흘림법(flow coating), 스핀 코팅법(spin coating), 스프레이법(spray coating), 붓질(brushing) 등 어떠한 방법으로 해도 무방하다. 상기 코팅방법은 코팅될 기판의 종류 및 형태 또는 원하는 코팅막의 두께에 따라서 적절하게 선택된다.
필요한 경우, 본 발명의 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기의 제조방법은 상기 코팅과정 후에 코팅된 부위를 건조시키는 과정을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 건조과정은 코팅 후 1 분 내지 48시간 동안 상온 내지 150 ℃에서 수행한다.
상기 열처리 과정은 50 내지 900 ℃에서, 바람직하게는 70 내지 500 ℃에서 1 분 내지 24 시간 동안 수행한다. 이와 같은 열처리 후 상온으로 냉각시킨다. 상기 열처리 및 냉각시의 승온속도와 냉각속도는 0.5 ℃/min 내지 500 ℃/min의 범위인 것이 바람직하며, 승온 또는 냉각시, 승온 또는 냉각속도를 일정하게 유지하면서 승온 또는 냉각을 수행할 수 있고, 승온 또는 냉각속도를 점진적 또는 불연속적으로 다양하게 변화시키면서 승온 또는 냉각시킬 수도 있다. 이와 같은 열처리 과정을 통하여 코팅막이 충분한 경도를 갖게 된다.
본 발명의 구체예에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물을 법랑 또는 서스 재질의 조리기기에 적용하여 비점착성 코팅막을 형성시킴으로써 청소성이 우수한 조리기기를 구현할 수 있다. 상기와 같은 본 발명의 구체예의 공정 순서를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 먼저 법랑용 철판에 법랑 분체를 도포한다. 이때 사용되는 법랑은 어떠한 조성을 가져도 무방하다. 법랑의 열처리가 끝난 후, 상기와 같은 본 발명의 세라믹 코팅 조성물을 법랑질의 부위에 코팅시킨다. 상기한 바와 같이, 코팅 방법은 딥코팅법, 스핀코팅법, 유수법, 스프레이법, 붓질 등 어떤 방법을 사용하여도 무방하다. 코팅 후, 1 분 내지 48 시간 동안 건조시킨다. 이러한 건조과정은 경우에 따라서 생략하여도 무방하다.
이와 같이 코팅된 법랑의 접촉각을 코팅되지 않은 일반 법랑의 코팅각과 비교하여 도 3에 나타내었다 (좌: 코팅된 법랑, 우: 코팅되지 않은 일반 법랑). 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 코팅된 법랑은 기존의 코팅되지 않은 일반 법랑에 비하여 높은 접촉각을 가지며, 이러한 접촉각은 400 ℃의 고온까지 유지된다. 또한, 거친 수세미질에 의해서도 이 접촉각이 유지된다. 접촉각은 비점착성 성질을 나타내는 하나의 지표로서 접촉각이 클수록 발수특성이 좋고, 비점착성은 발수특성에 비례하므로, 접촉각이 클수록 비점착성이 우수하여 음식물의 부착 방지 및 용이한 제거에 유리하다.
본 발명에 있어서, 적절한 코팅부위는 가열되거나, 음식물이 접촉하거나, 조리 중 음식물이 비산하여 접촉할 수 있는 모든 부위이다. 예컨대, 상기 세라믹 코팅 조성물을 전기 오븐 및 가스 오븐의 경우는 조리실 내부(cavity) 및 조리용 트레이(tray)에 코팅할 수 있다. 또는, 가스 쿡탑의 경우, 쿡탑의 상판부와 용기 받침대 또는 외벽 등에도 적용 가능하며, 기타 조리기기에도 이와 유사하게 적용할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 코팅 조성물로 코팅된 법랑을 조리실 내부에 적용하는 경우, 캐비티 모양의 철판을 프레싱하고 이를 용접하여 조립하고, 여기에 일반적인 법랑을 도포한 상태에서 전처리 과정을 거쳐서 코팅을 실시한 후, 전기 오븐에 장착하여 사용할 수 있다. 음식물을 넣고 조리할 경우 고온에서 기름을 비록한 음식물이 튀거나, 조리 후 음식물을 꺼내다가 기름을 쏟는 등 조기실 내부에 기름이 묻을 수 있다. 이 때, 기존의 법랑을 사용한 오븐의 경우 기름의 -OH기와 법랑 표면의 -OH기가 반응하여 물리적인 힘으로는 제거하기 힘든 강력한 결합을 하여, 수세미와 세제를 동원하여도 기름 오염물을 제거하기 힘들게 된다. 그러나, 본 발명의 코팅 조성물로 코팅된 경우, 표면을 따라서 분포하는 플루오르기와 CnH2n+1기들이 음식물과 반응하지 않는 층을 형성하게 되어 화학적인 결합을 배제하고 단순히 물리적으로 눌러 붙은 상태가 되어 비교적 적은 힘으로도 용이하게 기름 오염물을 제거할 수 있다. 또한, 물을 포함하는 음식물 성분의 경우, 물을 배척하는 코팅막의 원래 특성 때문에 음식물이 둥글게 뭉치려는 성질이 있어서 쉽게 청소가 가능하다. 또한, 음식물과 조리기기 표면과의 화학적 결합이 배제되지 때문에, 음식물을 닦지 않아도 300 ℃ 이상의 고온에서 10 분 내지 1 시간 방치 시, 음식물이 조리기기 표면으로부터 쉽게 박리되는 현상이 생긴다. 이는 본 발명의 코팅 조성물에 의하여 형성된 우수한 발수성, 내마모성 및 내열성을 갖는 코팅막에 의한 것이다.
[실시예]
실시예 1
1-1. 세라믹 코팅 조성물의 제조
메틸트리메톡시실란 10 mL (9.55g)을 에탄올 100 mL에 희석시킨 후, 1 시간 동안 교반하였다. 여기에 1 M 농도의 HCl 용액 1 mL를 가한 후, 상온에서 2 시간 동안 반응시켰다. 실리카졸 용액 LUDOX HSA 10 mL를 증류수 10 mL로 희석시키고 다시 에탄올 20 mL로 희석시킨 희석액을 상기 반응 용액에 첨가하여 혼합하였다.
1-2. 코팅막의 형성
10 cm x 20cm 크기의 법랑 표면의 오염물을 중성세제로 제거한 후, 증류수로 수회 세척하여 상온에서 건조하였다. 그 위에 상기 실시예 1-1에서 제조한 코팅 조성물을 딥코팅하여 상온에서 10 분간 건조한 후, 300 ℃에서 30 분간 열처리 법랑 표면에 코팅막을 형성시켰다.
실시예 2
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 9.9 mL와 테트라에톡시실란 0.1 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
실시예 3
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 9.5 mL와 테트라에톡시실란 0.5 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다..
실시예 4
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 9 mL와 테트라에톡시실란 1 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
실시예 5
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 5 mL와 테트라에톡시실란 5 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
실시예 6
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 1 mL와 테트라에톡시실란 9 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
실시예 7
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 0.5 mL와 테트라에톡시실란 9.5 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
실시예 8
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 메틸트리메톡시실란 0.1 mL와 테트라에톡시실란 9.9 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
실시예 9
메틸트리메톡시실란 10 mL 대신에 테트라에톡시실란 10 mL의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하고 법랑에 적용하였다.
상기 실시예 1 내지 9에 따라 세라믹 코팅 조성물이 적용된 법랑 표면의 물성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
투명도 막강도 접촉각 (°)
실시예 1 불투명 6H 107
실시예 2 불투명 6H 109
실시예 3 불투명 6H 106
실시예 4 투명 6H 97
실시예 5 투명 6H 91
실시예 6 투명 6H 87
실시예 7 투명 6H 65
실시예 8 투명 6H 57
실시예 9 투명 6H 55
상기 표에 있어서, 접촉각은 비점착성 성질을 나타내는 하나의 지표로서 나타낸 것으로, 접촉각 측정기를 사용하여 코팅막의 접촉각을 측정한 결과이다. 일반적으로 법랑의 경우 접촉각이 40 내지 50 ° 정도이며, 80 °가 넘으면 발수특성이 좋은 것이고, 비점착성은 이러한 발수특성에 비례하므로, 접촉각이 클수록 비점착성이 우수하다고 할 수 있다. 상기 표 1을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 세라믹 코팅 조성물이 적용된 법랑의 표면은 비점착성이 우수하여 오염물의 제거에 유리한 것으로 나타났다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기는 기존의 불소수지가 적용된 경우보다 높은 내열온도를 가지므로 높은 사용온도가 보장되어 다양한 부품에서 적용할 수 있으므로 고성능의 조리기기 설계가 가능하며, 우수한 내점착성으로 인하여 조리기기 내부의 오염물의 제거가 용이하며, 내마모성이 향상되어 보다 연장된 수명을 보장하는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 세라믹 코팅은 다양한 조리기기에 다양한 형태로 적용될 수 있으며, 상기에 예시하지 아니한 모든 조리기기는 물론이며 가열형 가전기기에 폭넓게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기를 제작하는 작업순서도이다.
도 2a는 본 발명에 따라 세라믹 코팅 조성물이 적용된 법랑의 모습이고, 도 2b는 법랑에 전처리를 한 후 본 발명의 코팅 조성물을 적용한 모습이다.
도 3a는 본 발명에 따라 세라믹 코팅 조성물이 적용된 법랑의 접촉각을 보여주는 것이고, 도 3b는 본 발명의 세라믹 코팅 조성물이 적용되지 않은 법랑의 접촉각을 보여주는 것이다.
도 4은 본 발명에 따라 코팅 조성물이 적용된 전기오븐을 보여주는 것으로, (가) 부분이 코팅 조성물이 적용된 전기오븐의 내벽이다.

Claims (18)

  1. 세라믹 코팅 조성물이 조리기기의 가열되는 부위, 음식물이 접촉하는 부위, 또는 조리 중 음식물이 비산하여 접촉할 수 있는 모든 부위에 적용된 조리기기로서,
    상기 세라믹 코팅 조성물이 다음의 화학식 1로 정의되는 알콕기실란 및 화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 정의되는 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 유기실란 화합물을 유기용매에 용해된 후 산성 촉매하에서 물과 반응하여 pH가 조절된 것인 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기:
    [화학식 1]
    Si(OR1)4
    [화학식 2]
    R2Si(OR3)3
    [화학식 3]
    R4 2Si(OR5)2
    [화학식 4]
    R6 3Si(OR7)
    (상기 식 중, R1, R3, R5 및 R7은 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1 내지 C4의 알킬기이며, R2, R4 및 R6 은 각각 독립적으로 C1 내지 C12의 알킬기, C3 내지 C10의 시클로 알킬기, C6 내지 C15의 아릴기, C1 내지 C12의 불포화탄화수소 결합을 갖는 알킬기 또는 수소원자가 플루오르 원자로 치환된 알킬기를 나타냄).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기실란 화합물이
    화학식 1로 정의되는 한 가지 이상의 알콕기실란과,
    화학식 2, 화학식 3 및 화학식 4로 정의되는 알킬알콕시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 알킬알콕시실란과의 혼합물인
    세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유기실란 화합물 중,
    상기 화학식 1로 정의되는 알콕시실란 화합물이 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라노멀이소프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라노멀부톡시실란 및 테트라이소부톡시실란으로 이루어진 군 중에서 선택되고;
    상기 화학식 2로 정의되는 알킬알콕시실란 화합물이 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노멀프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노멀프로필트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란으로 이루어진 군 중에서 선택되고;
    상기 화학식 3으로 정의되는 알킬알콕시실란 화합물이 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 및 디페닐디에톡시실란으로 이루어진 군 중에서 선택되고;
    상기 화학식 4로 정의되는 화합물이 트리메틸메톡시실란, 트리에틸메톡시실란, 트리메틸에톡시실란 및 트리에틸에톡시실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물이 TiO2, SiO2, Al2O3, MgO, Sn2O3 및 Y 2O3로 이루어진 군 중에서 선택되는 첨가제를 코팅 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 추가적으로 포함하는 것인 세라막 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 산성촉매가 염산, 질산, 황산 및 아세트산을 포함하는 군 중에서 선택된 것인 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유기용매가 탄소 원자수 1 내지 8의 포화탄화수소계의 알콜; 탄소 원자수 1 내지 8의 포화탄화수소계의 케톤; 에스테르; 아미드; 및 탄소 원자수 5 내지 8의 지방족탄화수소로 이루어진 군 중에서 선택된 것이고, 세라믹 코팅 조성물 총 중량의 0.1배 내지 100배의 양으로 포함되어 있는 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 유기용매가 메탄올 에탄올 이소프로판올 및 부탄올; 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤; 에틸아세테이트, 프로필아세테이트 및 부틸아세테이트; 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드; 및 펜탄 및 헥산으로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물이 적용되는 조리기기가 전기 및 가스 또는 마이크로웨이브를 이용하여 음식물을 가열하여 조리하는 조리기기인 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물이 적용되는 조리기기가 전기 오븐, 가스 오븐, 가스 쿡탑, 전기 쿡탑, 전기 프라이팬, 전기 그릴, 전기 밥솥, 전자 레인지, 토스터, 튀김기 및 커피메이커로 이루어진 군 중에서 선택된 것인 세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물이 적용될 부위의 재료가 표면에 요철이 형성되도록 기계적 또는 화학적 전처리 과정을 거친 것인 조리기기.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물이 적용될 부위의 재료가 표면에 요철이 형성되도록 기계적 또는 화학적 전처리 과정을 거친 것인 조리기기.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 정의된 세라믹 코팅 조성물을 조리기기의 조리기기의 가열되는 부위, 음식물이 접촉하는 부위, 또는 조리 중 음식물이 비산하여 접촉할 수 있는 모든 부위에 코팅시키는 단계; 및
    상기 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 부위를 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는,
    세라믹 코팅 조성물이 적용된 조리기기의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물이 TiO2, SiO2, Al2O3 , MgO, Sn2O3 및 Y2O3로 이루어진 군 중에서 선택되는 첨가제를 코팅 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 양으로 추가적으로 포함하는 것인 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅 조성물의 코팅 단계를 딥코팅(dip coating), 스핀 코팅법(spin coating), 흘림법(flow coating), 스프레이법(spray coating) 또는 붓질(brushing)에 의하여 수행하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 코팅과정 후 코팅부위를 1 분 내지 48 시간 동안 상온 내지 150 ℃의 온도 범위에서 건조시키는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 열처리를 50 내지 900 ℃에서 1 분 내지 24 시간 동안 수행하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 열처리 및 냉각시의 승온속도와 냉각속도를 0.5 ℃/min 내지 500 ℃/min의 범위로 하고, 승온 또는 냉각시, 승온 또는 냉각속도를 일정하게 유지하거나, 점진적 또는 불연속적으로 다양하게 변화시키면서 승온 또는 냉각을 수행하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 세라믹 코팅 조성물의 코팅 단계 전에 코팅될 부위의 재료 표면에 요철을 형성시키는 전처리 과정을 추가적으로 포함하는 방법.
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