KR20190056767A - 구형 그래핀 분말을 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물 및 가열조리기구 - Google Patents

구형 그래핀 분말을 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물 및 가열조리기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말, 무기질 바인더 및 용매를 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가열조리기구 코팅 조성물은 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 비표면적이 큰 구형 그래핀 분말을 포함하여 열전도성 및 내구성이 우수하다.

Description

구형 그래핀 분말을 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물 및 가열조리기구{Coating Composition for Heating Cookware Comprising Spherical Graphene Powder and Heating Cookware}
본 발명은 구형 그래핀 분말을 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물 및 가열조리기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 비표면적이 큰 구형 그래핀 분말을 포함하여 열전도성 및 내구성이 우수한 가열조리기구 코팅 조성물 및 상기 코팅 조성물이 코팅된 가열조리기구에 관한 것이다.
가정이나 음식점에서 널리 쓰이고 있는 냄비류, 프라이팬, 솥 등의 가열조리기구는 그 기능상 내열성 및 내구성이 요구된다. 이에 일반적으로 가열조리기구는 철강재, 알루미늄과 같은 비철금속, 또는 세라믹 재질로 성형되며, 이러한 가열조리기구의 내부 및/또는 외부는 음식물이 눌어붙지 않고 깨끗하게 세척될 수 있도록 코팅 처리된다.
기존 가열조리기구는 대부분 알루미늄 등의 금속 몸체에 불소 수지(상품명 테프론(Teflon)) 또는 세라믹(ceramic)을 코팅하여 제작된다(대한민국 등록특허 제10-1041881호). 이를 위하여 유약을 금속표면에 발라 소성하거나, 용융 분사장치를 사용하여 용융성분을 산소 아세틸렌 불꽃 등으로 녹인 다음 압착공기로 금속표면에 분사시켜 제작하는 방법을 사용하고 있다.
불소 수지의 경우, 200℃ 이상의 온도에서 플라스틱 불소 수지(PTFE)가 타면서 PFOA, PFOS 등의 플라스틱 환경호르몬 및 발암 물질이 발생하여, 인체에 치명적인 영향을 미쳐 논란을 야기한 바 있으며, 환경적인 규제 및 제도적인 제제가 있다.
세라믹 코팅의 경우 내구성은 증진되지만 금속의 열전도율은 오히려 약화시키는 단점을 갖는다. 또한, 사용기간이 경과함에 따라 코팅이 벗겨지는 문제점이 발생하여, 음식 찌꺼기의 눌어붙음 문제와 부식 문제가 발생한다.
따라서, 열전도성 및 내구성이 우수한 가열조리기구 코팅 조성물의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1041881호
본 발명의 목적은 열전도성 및 내구성이 우수한 가열조리기구 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 코팅 조성물이 코팅된 가열조리기구를 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말, 무기질 바인더 및 용매를 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구형 그래핀 분말은 (i) 산화 그래핀을 용매 중에 분산시키는 단계; (ii) 상기 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계; 및 (iii) 상기 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 가열조리기구 본체; 및 상기 본체 상에 형성된, 상기 가열조리기구 코팅 조성물의 경화물로 이루어진 코팅층을 포함하는 가열조리기구를 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 (a) 상기 가열조리기구 코팅 조성물을 마이크로플루이다이저로 분산시키는 단계; (b) 가열조리기구 본체 상에 상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및 (c) 상기 도포된 가열조리기구 코팅 조성물을 열경화시키는 단계를 포함하는 가열조리기구 코팅 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 가열조리기구 코팅 조성물은 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하고 비표면적이 큰 구형 그래핀 분말을 포함하여 열전도성 및 내구성이 우수하다.
도 1은 제조예 2의 구형 그래핀 분말과 제조예 4의 판상 그래핀의 주사전자현미경(SEM) 분석 결과이다. 이때, a 및 b는 각각 제조예 4의 판상 그래핀의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이고, c 및 d는 각각 제조예 2의 구형 그래핀 분말의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말, 무기질 바인더 및 용매를 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구형 그래핀 분말은 (i) 산화 그래핀을 용매 중에 분산시키는 단계; (ii) 상기 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계; 및 (iii) 상기 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 단계 (i)은 산화 그래핀 분산액을 제조하는 단계이다.
상기 산화 그래핀은 흑연을 산화시켜 얻어질 수 있으며, 당해 기술분야에 알려진 방법으로 제조된 것을 사용하거나 시판되는 제품을 입수하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 산화 그래핀 제조방법으로는 허머스(Hummers) 법(J. A. Chem. Soc. 1958, 80, 1339) 또는 변형된 허머스(modified Hummers) 법(Chem. Mater. 1999, 11(3), 771) 등을 이용할 수 있다.
상기 단계 (i)에서 용매로는 물, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N-에틸-2-피롤리돈(NEP), 또는 이들의 혼합 용매 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 사용할 수 있다.
상기 구형 그래핀 분말은, 상기 산화 그래핀 분산액에 금속염을 추가로 혼합하여 제조될 수 있다.
상기 금속염은 산화 그래핀의 말단에 붙어 금속염을 중심으로 산화 그래핀이 뭉치면서 3차원 구형 형상으로 응집되도록 유도하는 구심점의 역할을 할 수 있다.
상기 금속염으로는, 용매 중에서 금속염이 이온화되면서 (+) 전하를 띠고 (-) 전하를 띠는 산화 그래핀을 정전기적 인력을 통해 끌어당기는 특성을 발휘하도록, 용매에 용해가 용이한 금속염, 예를 들어 금속 질산염을 사용할 수 있다.
상기 금속 질산염으로는 질산알루미늄, 질산구리 등을 사용할 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 금속염은 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 내지 2,000 중량부의 양으로 혼합될 수 있다. 상기 금속염이 100 중량부 미만의 양으로 혼합되면 구심점 역할을 하기 어려울 수 있고, 2,000 중량부 초과의 양으로 혼합되면 금속염 과포화로 열 전도 효율이 떨어질 수 있다.
상기 단계 (ii)는 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 산화 그래핀을 3차원의 구형 형상으로 응집시켜 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계이다.
상기 분무건조는 통상의 분무건조 장치를 사용하여 수행할 수 있으며, In-let 온도를 100 내지 150℃, Out-let 온도를 50 내지 70℃, 예를 들어 60℃로 제어하면서 투입속도 25 내지 30Hz, 예를 들어 27 내지 28 Hz로 조절하여 수행할 수 있다.
상기 단계 (iii)은 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시켜 구형 그래핀 분말을 수득하는 단계이다.
상기 마이크로웨이브 조사에 의한 환원시 산화 그래핀 골격 내의 산소가 빠르게 빠져나가면서 인접하는 탄소들이 붙어 결함(defect)이 없는 그래핀 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라 높은 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말을 형성할 수 있다.
상기 환원 분위기는 수소, 또는 수소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 형성할 수 있다.
상기 단계 (iii)에서 마이크로웨이브 조사는 700 W 출력으로 30초 내지 3분간 수행할 수 있다.
상기 단계 (ii)와 단계 (iii) 사이에 구형 산화 그래핀 분말을 300 내지 400℃에서 1차 열처리하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 이때 상기 1차 열처리는 환원 분위기 하에서 수행될 수 있다.
상기 제조방법으로 제조된 구형 그래핀 분말은 400 ㎤/g 이상의 높은 비표면적을 가지면서 구형 형상을 가져 수직 방향으로 열 방사 특성이 우수하여 코팅층의 열전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제조방법으로 제조된 구형 그래핀 분말은 코팅층을 치밀하게 만들어 코팅층의 내구성(내마모성)을 향상시켜 가열조리기구의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 구형 그래핀 분말의 BET 비표면적은 예를 들어 400 내지 700 ㎤/g일 수 있다.
상기 BET 비표면적은 간행물[The Journal of the American Chemical Society, 60, 309 (1938)]에 기재된 브루나우어-에머트-텔러(Brunauer-Emmet-Teller) 방법에 기초한 ASTMD 3663-78 표준에 따른 질소 흡착에 의해 결정되는 비표면적을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 무기질 바인더는 실란 화합물 및 실리카졸을 포함할 수 있다.
상기 실란 화합물로는 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것을 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 실란 화합물로는 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 노르말프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 노르말프로필트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸트리메톡시실란, 테트라에톡시실란 또는 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란 등을 사용할 수 있다. 이들 실란 화합물은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
상기 실리카졸은 실리카(SiO2) 분말이 수중에서 콜로이드 미립자를 형성한 것으로, 0.2 내지 1.0㎛ 입자크기의 실리카(SiO2) 분말을 물에 분산시켜 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 용매로는 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매, 부틸 셀루솔브 등의 셀루솔브계 용매, 이소프로필 아세테이트 등의 에스테르계 용매, 물 등의 수계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매, 아미드계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에테르계 용매 또는 퓨란계 용매 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 가열조리기구 코팅 조성물은 수평 방향으로 열 방사 특성이 우수한 1차원 또는 2차원 구조의 탄소 재료, 즉 선상 또는 판상 탄소 재료를 추가로 포함할 수 있다.
상기 선상 또는 판상 탄소 재료로는 판상 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 구형 그래핀 분말과 상기 선상 또는 판상 탄소 재료의 혼합비는 중량 기준으로 10:90 내지 90:10, 바람직하게는 40:60 내지 60:40일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 가열조리기구 코팅 조성물은 항균제, 방청제, 충진제, 안료 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 가열조리기구 본체; 및 상기 본체 상에 형성된, 상기 가열조리기구 코팅 조성물의 경화물로 이루어진 코팅층을 포함하는 가열조리기구에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가열조리기구는 가열 조리시 사용되는 기구를 의미하며, 구체적으로 프라이팬, 냄비, 솥, 주전자, 그릴 등을 예로 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가열조리기구 본체의 재질은 당해 기술분야에서 알려진 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 철강, 스테인레스 스틸, 동, 알루미늄, 세라믹 등일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 (a) 상기 가열조리기구 코팅 조성물을 마이크로플루이다이저로 분산시키는 단계; (b) 가열조리기구 본체 상에 상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및 (c) 상기 도포된 가열조리기구 코팅 조성물을 열경화시키는 단계를 포함하는 가열조리기구 코팅 방법에 관한 것이다.
상기 단계 (a)에서, 가열조리기구 코팅 조성물을 마이크로플루이다이저(microfluidizer)로 분산시킴으로써 상기 가열조리기구 코팅 조성물에 의해 형성된 코팅층의 열전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 마이크로플루이다이저 분산은 10 내지 30분 동안 수행할 수 있다.
상기 단계 (b)에서, 가열조리기구 코팅 조성물의 도포 방법으로는 당해 기술 분야에 알려진 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 스프레이 코팅 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 단계 (a)와 단계 (b) 사이에 상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 예열시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 예열 온도는 50 내지 60℃일 수 있다.
상기 단계 (c)에서, 상기 열경화는 열풍 가열, 적외선 가열 또는 유도 가열 방법에 의해 수행될 수 있으며, 200 내지 280℃에서 5 내지 10 분 동안 수행될 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
제조예 1: 산화 그래핀의 제조
흑연 10g, 황산(H2SO4) 400mL 및 과망간산칼륨(KMnO4) 50g을 55℃ 미만 조건에서 24시간 교반하여 흑연 산화 반응을 실시하였다. 산화 반응물에 40% 과산화수소 50 mL를 첨가하여 반응을 종료시켰다. 상기 반응물을 원심분리하고 여과하여 정제한 후 건조하여 산화 그래핀을 제조하였다.
제조예 2: 구형 그래핀 분말의 제조
제조예 1에서 수득한 산화 그래핀을 증류수에 10g/L로 분산시켰다. 상기 분산액에 금속염으로서 질산알루미늄을 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 중량부의 양으로 넣고 1시간 동안 교반하여 혼합하였다. 상기 혼합액을 In-let 온도를 125℃, Out-let 온도를 60℃로 제어하면서 투입속도 27Hz로 분무 건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하였다.
상기 구형 산화 그래핀 분말을 로터리 킬른을 이용하여 350℃에서 1시간 동안 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 1차 열처리 공정 후, 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 마이크로웨이브 반응기 내에서 700W 출력 조건으로 30초 내지 1분간 마이크로웨이브 조사하여 환원시켜 구형 그래핀 분말을 제조하였다.
제조예 3: 구형 그래핀 분말의 제조
제조예 1에서 수득한 산화 그래핀을 증류수에 10g/L로 분산시켰다. 상기 분산액을 In-let 온도를 125℃, Out-let 온도를 60℃로 제어하면서 투입속도 27Hz로 분무 건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하였다.
상기 구형 산화 그래핀 분말을 로터리 킬른을 이용하여 350℃에서 1시간 동안 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 1차 열처리 공정 후, 4% H2 함유 Ar 혼합가스를 흘려주면서 마이크로웨이브 반응기 내에서 700W 출력 조건으로 30초 내지 1분간 마이크로웨이브 조사하여 환원시켜 구형 그래핀 분말을 제조하였다.
제조예 4: 판상 그래핀의 제조
제조예 1에서 수득한 산화 그래핀을 증류수에 5g/L로 분산시켰다. 상기 분산액을 교반하면서 아스코르브산을 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 30 중량부의 양으로 첨가하였다. 상기 혼합액을 90℃에서 1시간 동안 가열하였다. 상기 반응물을 7,000rpm으로 10분간 원심 분리한 후 과량의 증류수를 이용하여 반복 세척하여 판상 그래핀을 수득하였다.
제조실시예 1: 가열조리기구 코팅 조성물의 제조
이소프로필 알코올 17 중량부 및 증류수 28 중량부에, 메틸트리메톡시실란 22 중량부, 테트라에톡시실란 16 중량부, 실리카(SiO2) 13 중량부, 부틸 셀루솔브 13 중량부 및 상기 제조예 2의 구형 그래핀 분말 1 중량부를 첨가하였다. 상기 혼합액을 300 내지 600 rpm의 속도로 교반하였다. 상기 교반액에 충진제로서 ZrO2 및 Al2O3(1:1 혼합물) 10 중량부 및 안료로서 TiO2 14 중량부를 첨가하였다. 상기 혼합액을 비드 교반기를 이용하여 교반하여 가열조리기구 코팅 조성물을 제조하였다.
제조실시예 2: 가열조리기구 코팅 조성물의 제조
제조예 2의 구형 그래핀 분말 1 중량부 대신 제조예 2의 구형 그래핀 분말 0.5 중량부 및 탄소나노튜브 0.5 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조실시예 1과 동일한 방법으로 가열조리기구 코팅 조성물을 제조하였다.
제조실시예 3: 가열조리기구 코팅 조성물의 제조
제조예 2의 구형 그래핀 분말 1 중량부 대신 제조예 2의 구형 그래핀 분말 0.5 중량부 및 그라파이트 0.5 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조실시예 1과 동일한 방법으로 가열조리기구 코팅 조성물을 제조하였다.
제조실시예 4: 가열조리기구 코팅 조성물의 제조
제조예 2의 구형 그래핀 분말 대신 제조예 3의 구형 그래핀 분말을 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조실시예 1과 동일한 방법으로 가열조리기구 코팅 조성물을 제조하였다.
제조비교예 1: 가열조리기구 코팅 조성물의 제조
제조예 2의 구형 그래핀 분말을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 제조실시예 1과 동일한 방법으로 가열조리기구 코팅 조성물을 제조하였다.
제조비교예 2: 가열조리기구 코팅 조성물의 제조
제조예 2의 구형 그래핀 분말 대신 제조예 4의 판상 그래핀을 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조실시예 1과 동일한 방법으로 가열조리기구 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 1: 코팅된 가열조리기구 제조
상기 제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물을 상온에서 마이크로플루이다이저(M-110-EH, Microfluidics)를 이용하여 30분 동안 연속적으로 분산시켰다.
상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 55℃로 예열한 후에 프라이팬(알루미늄) 본체 표면 상에 스프레이 코팅을 실시하였다. 도막에 기공이 최대한 없도록 하기 위하여 3회 반복적으로 코팅을 한 후에 260℃에서 10분 동안 열경화시켜 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
실시예 2: 코팅된 가열조리기구 제조
제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물 대신 제조실시예 2의 가열조리기구 코팅 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
실시예 3: 코팅된 가열조리기구 제조
제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물 대신 제조실시예 3의 가열조리기구 코팅 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
실시예 4: 코팅된 가열조리기구 제조
제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물 대신 제조실시예 4의 가열조리기구 코팅 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
비교예 1: 코팅된 가열조리기구 제조
제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물 대신 제조비교예 1의 가열조리기구 코팅 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
비교예 2: 코팅된 가열조리기구 제조
제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물 대신 제조비교예 2의 가열조리기구 코팅 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
비교예 3: 코팅된 가열조리기구 제조
상기 제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물을 상온에서 초음파 분산기(power sonic 410, 화신테크)를 이용하여 1시간 동안 초음파 처리하여 분산시켰다.
상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 55℃로 예열한 후에 프라이팬(알루미늄) 본체 표면 상에 스프레이 코팅을 실시하였다. 도막에 기공이 최대한 없도록 하기 위하여 3회 반복적으로 코팅을 한 후에 260℃에서 10분 동안 열경화시켜 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
비교예 4: 코팅된 가열조리기구 제조
상기 제조실시예 1의 가열조리기구 코팅 조성물을 상온에서 호모지나이저(L5, Silverson)를 이용하여 5,000 rpm의 속도로 1시간 동안 분산시켰다.
상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 55℃로 예열한 후에 프라이팬(알루미늄) 본체 표면 상에 스프레이 코팅을 실시하였다. 도막에 기공이 최대한 없도록 하기 위하여 3회 반복적으로 코팅을 한 후에 260℃에서 10분 동안 열경화시켜 코팅된 가열조리기구를 제조하였다.
실험예 1: 구형 그래핀 분말의 형태 분석
제조예 2의 구형 그래핀 분말과 제조예 4의 판상 그래핀의 형태를 주사전자현미경(SEM)을 통해 분석하였다.
그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서, a 및 b는 각각 제조예 4의 판상 그래핀의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이고, c 및 d는 각각 제조예 2의 구형 그래핀 분말의 500 및 2,000 배율 SEM 이미지이다.
도 1을 통해, 제조예 4의 판상 그래핀은 2차원 구조의 판상 형태를 가지는데 반해, 제조예 2의 구형 그래핀 분말은 3차원 구조의 구형 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 탄소 재료의 BET 비표면적 분석
탄소 재료의 BET 비표면적을 비표면적 측정장치(BELSORP mini II)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
BET 비표면적(㎤/g)
제조예 2 690
제조예 3 780
제조예 4 280
탄소나노튜브 230
흑연 3
실험예 3: 열전도성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 가열조리기구의 열전도성을 하기와 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실내 온도 25℃에서, 각각의 가열조리기구에 동량(500 ml)의 물을 넣고, 이를 가스버너(MS-2500, 맥스)로 동일한 온도세기(강)로 가열하면서, 시간에 따른 물의 온도를 측정하였다.
시간
(초)		 물의 온도(℃)
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
160 79.2 81.5 81.0 80.1 75.3 81.3 76.9 78.5
170 81.9 84.2 83.8 81.9 77.7 83.7 78.6 80.2
180 85.9 88.9 88.1 85.8 79.8 85.8 83.2 84.1
190 88.8 90.4 89.9 88.0 81.7 87.4 86.3 86.9
200 90.7 92.7 92.4 90.4 84.3 89.3 88.5 89.9
210 92.6 94.8 94.1 91.1 86.6 90.8 89.7 90.6
실험예 4: 내구성(내마모성) 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 가열조리기구의 내구성을 하기와 같은 방법으로 측정하였다.
연마시험기(ASTM 규격에 맞춰 자체제작, 삼양감속기 Max geared motor #88)에 수세미(AL-345, 3M)를 장착하여 1.8kg 하중, 분당 60회 반복 속도로 가열조리기구의 코팅층 표면을 연마시켰다. 상기 수세미는 1,000회 연마 후 새 제품으로 교체하였다.
그 결과, 실시예 1에서 제조된 가열조리기구는 약 24,000회 연마 후 스크래치가 발생하였다. 반면, 비교예 1에서 제조된 가열조리기구는 약 12,000회 연마 후 스크래치가 발생하였다.
따라서, 실시예 1에서 제조된 가열조리기구가 비교예 1에서 제조된 가열조리기구에 비해 약 2배 가량 내구성(내마모성)이 우수함을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 400 ㎤/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 구형 그래핀 분말, 무기질 바인더 및 용매를 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구형 그래핀 분말은
    (i) 산화 그래핀을 용매 중에 분산시키는 단계;
    (ii) 상기 산화 그래핀 분산액을 분무건조하여 구형 산화 그래핀 분말을 수득하는 단계; 및
    (iii) 상기 구형 산화 그래핀 분말을 환원 분위기 하에서 마이크로웨이브 조사하여 환원시키는 단계를 포함하여 제조되는 가열조리기구 코팅 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구형 그래핀 분말은, 상기 산화 그래핀 분산액에 금속염을 추가로 혼합하여 제조되는 가열조리기구 코팅 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속염은 산화 그래핀 100 중량부에 대하여 100 내지 2,000 중량부의 양으로 혼합되는 가열조리기구 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무기질 바인더는 실란 화합물 및 실리카졸을 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 선상 또는 판상 탄소 재료를 추가로 포함하는 가열조리기구 코팅 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선상 또는 판상 탄소 재료는 판상 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브 또는 이의 혼합물인 가열조리기구 코팅 조성물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 구형 그래핀 분말과 선상 또는 판상 탄소 재료의 혼합비는 중량 기준으로 10:90 내지 90:10인 가열조리기구 코팅 조성물.
  9. 가열조리기구 본체; 및
    상기 본체 상에 형성된, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 가열조리기구 코팅 조성물의 경화물로 이루어진 코팅층을 포함하는 가열조리기구.
  10. (a) 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 가열조리기구 코팅 조성물을 마이크로플루이다이저로 분산시키는 단계;
    (b) 가열조리기구 본체 상에 상기 분산된 가열조리기구 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및
    (c) 상기 도포된 가열조리기구 코팅 조성물을 열경화시키는 단계를 포함하는 가열조리기구 코팅 방법.
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