KR20210007293A

KR20210007293A - 법랑 조성물, 그 제조방법 및 조리기기

Info

Publication number: KR20210007293A
Application number: KR1020190083494A
Authority: KR
Inventors: 김주형; 김태호; 김태희; 서동완; 이용수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-01-20
Also published as: US20210009814A1; EP3763685A1; WO2021006686A1; EP3763685B1

Abstract

본 발명은 법랑 조성물, 그 제조방법 및 조리기기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 P₂O₅ 30~45 중량%; SiO₂ 5~20 중량%; Al₂O₃ 15~30 중량%; ZrO₂ 10~20 중량%; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 가운데 1종 이상 5~20 중량%; B₂O₃ 5~15 중량%; 및 V₂O₅ 10 ~ 25 중량%;를 포함하여, 낮은 열분해 온도 조건에서 청소가 가능하고 오일류 오염물질을 완벽히 제거할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

Description

법랑 조성물, 그 제조방법 및 조리기기{COMPOSITION FOR ENAMEL, METHOD FOR PREPARATION THEREOF AND COOKING APPLIANCE}

본 발명은 열분해 온도를 낮추고 시간을 단축하여 청소가 가능한 법랑 조성물, 그 제조방법 및 조리기기에 관한 것이다.

법랑(enamel)은 금속판의 표면에 유리질 유약을 도포시킨 것이다. 일반적인 법랑은 전자레인지와 오븐과 같은 조리기기 등에 사용된다. 전기오븐, 가스 오븐 등의 조리기구는 가열원을 이용하여 음식물을 조리하는 기기이다. 조리과정에서 발생한 오염물질 등이 조리기구의 캐비티(cavity) 내벽에 들러붙게 되므로, 상기 캐비티 내벽을 청소할 필요가 있다. 상기 법랑은 조리기구의 캐비티 내벽 표면 등에 코팅되어 조리기구에 묻은 오염물의 제거를 용이하게끔 한다. 일반적으로, 캐비티 내벽을 쉽게 청소할 수 있는 기술로는 고온에서 오염물을 태워 재로 만드는 pyrolysis(열분해) 방법이 알려져 있고, pyrolysis(열분해) 방법이 적용되는 법랑 조성물로서 P₂O₅, SiO₂, B₂O₃ 등의 성분을 포함하는 법랑 조성물이 알려져 있다.

그러나, 기존에 알려져 있는 법랑 조성물은 450~500 ℃의 고온 조건에서 3시간 이상 작동하여야 청소가 가능하다. 이처럼 법랑 코팅층을 고온 조건에서 오랜 시간 가열하게 되면, 법랑 코팅층의 내구성이 약화될 수 있는 문제가 있다. 또한 기존의 법랑 조성물은 고온에서 가열해야 하기 때문에 청소에 필요한 에너지 소비가 큰 문제가 있다.

또한, 기존의 법랑 조성물은 소, 돼지, 가금류 기름과 같은 오일류 오염물질은 잘 제거되지 않는 문제가 있다.

본 발명은 기존의 법랑 조성물에서 필요한 온도/시간 조건보다 낮은 온도/적은 시간 조건에서 청소가 가능한 신규의 법랑 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 오일류 오염물질을 완벽히 제거할 수 있는 신규의 법랑 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 법랑 조성물은 V₂O₅의 함량을 최대화 하는 것을 구성적 특징으로 한다.

법랑 조성물에서 V₂O₅의 함c이 증가하면 법랑의 내산성이 감소하게 되지만, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 Al₂O₃, ZrO₂, R₂O 등과 같은 성분의 함량 비율을 최적화하여 법랑의 내산성을 증가시킨다.

구체적으로, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 P₂O₅ 30~45 중량%; SiO₂ 5~20 중량%; Al₂O₃ 15~30 중량%; ZrO₂ 10~20 중량%; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 가운데 1종 이상 5~20 중량%; B₂O₃ 5~15 중량%; 및 V₂O₅ 10 ~ 25 중량%;를 포함한다.

본 발명에 따른 법랑 조성물은 신규의 포스페이트계 유리 조성물을 포함하여 기존의 법랑 조성물에서 필요한 조건보다 대략 100 ℃ 정도 낮은 온도 조건과 1~2시간 정도 적은 시간 조건에서 청소가 가능하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 기존의 법랑 조성물 대비 청소할 때 에너지가 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 오일 종류 오염물을 완벽히 제거할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 법랑 조성물을 이용하면 조리기기의 위생성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조리기기를 보인 정면도이다.
도 2는 도 1에 따른 조리기기의 캐비티 내면 일부를 확대한 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 조리기기의 도어 내면 일부를 확대한 단면도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 이하, 본 발명에 따른 법랑 조성물, 그 제조방법 및 조리기기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

<법랑 조성물>

본 발명에 따른 법랑 조성물은 P₂O₅ 30~45 중량%; SiO₂ 5~20 중량%; Al₂O₃ 15~30 중량%; ZrO₂ 10~20 중량%; Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 가운데 1종 이상 5~20 중량%; B₂O₃ 5~15 중량%; 및 V₂O₅ 10 ~ 25 중량%;를 포함한다.

P₂O₅는 알칼리 포스페이트 유리 구조(alkali phosphate glass structure)를 형성하는 기능을 하는 성분이다. 또한 P₂O₅는 법랑 조성물 내 다량의 전이금속산화물의 첨가를 용이하게 하는 글라스 포머(glass former)이고, 법랑표면과 오염물질 사이에 물이 침투하는 것을 도와주어 오염물질을 쉽게 제거하는 기능을 갖는다. 상기 P₂O₅는 30~45 중량%의 범위에서 함유된다. 상기 P₂O₅가 45 중량%를 초과하면 법랑 조성물의 유리화가 어려워질 수 있고 법랑 조성물의 열 물성이 저하될 수 있다. P₂O₅가 30 중량% 미만이면 전이금속산화물의 첨가량이 줄어들어 청소 기능이 저하될 수 있다.

SiO₂는 유리 구조를 형성하는 성분이다. SiO₂는 유리 구조의 골격을 강화시켜 법랑 조성물의 내화학성을 향상시킨다. 상기 SiO₂는 5~20 중량%의 범위에서 함유된다. 상기 SiO₂가 20 중량%를 초과하면 전이금속산화물의 첨가를 방해하여 청소기능이 저하되는 문제가 생길 수 있다. SiO₂가 5 중량% 미만이면 유리 조성이 붕괴되는 문제점이 발생될 수 있다.

B₂O₃은 유리 형성제로서 역할을 하고 법랑 조성물의 각 성분들이 균일하게 녹도록 하는 역할을 한다. 또한, B₂O₃은 상기 법랑 조성물의 열팽창 계수와 융합 흐름(Fusion flow)을 조절하여, 코팅성능을 향상시킨다. 상기 B₂O₃ _-는 5~15 중량%의 범위에서 함유된다. 상기 B₂O₃가 15 중량%를 초과하면 타성분들의 첨가를 방해하여 청소기능이 저하되는 문제가 생길 수 있다. B₂O₃가 5 중량% 미만이면 유리 조성이 붕괴될 수 있고 유리 조성물의 결정화가 발생할 수 있다.

Li₂O, Na₂O, 및 K₂O는 법랑 조성물의 청소 성능을 향상시키는 역할을 한다. 상기 Li₂O, Na₂O 및 K₂O 가운데 1종 이상은 5~20 중량%의 범위에서 법랑 조성물에 함유된다. 상기 Li₂O, Na₂O 및 K₂O 가운데 1종 이상의 함유량이 20 중량%를 초과하면 유리의 열팽창계수를 극단적으로 증가시켜 코팅 성능이 저하되는 문제가 있다. Li₂O, Na₂O 및 K₂O 가운데 1종 이상의 함유량이 5 중량% 미만이면 청소기능이 저하되는 문제가 생길 수 있다.

본 발명에 따른 법랑 조성물은 Al₂O₃ 15~35 중량% 포함한다. 상기 Al₂O₃는 알칼리 포스페이트 유리 구조의 약한 내구성을 보완하며, 법랑 표면의 경도를 향상시키는 효과가 있다. 상기 Al₂O₃가 35 중량%를 초과하면 용융온도가 높아지고 융합 흐름(Fusion flow)이 증가하여 법랑 코팅층의 밀착성이 저하될 수 있다. 반면에 Al₂O₃가 15중량% 미만이면 법랑 코팅층의 내구성이 저하될 수 있다.

ZrO₂는 알칼리 포스페이트 유리 구조의 화학적 내구성을 증가시키고 부착성을 향상시키는 성분이다. 본 발명의 법랑 조성물은 ZrO₂ 를 10~20 중량% 포함한다. 상기 ZrO₂가 20 중량%를 초과하면 오히려 법랑 코팅층의 밀착성이 저하될 수 있다. 반대로, 상기 ZrO₂가 10 중량% 미만이면 유리의 화학적 내구성이 저하되는 문제가 있다.

V₂O₅는 법랑 코팅층의 표면에서 촉매로서 기능하고 오염물 탄화를 촉진하는 성분이다. 이에 따라, V₂O₅ 는 법랑 코팅층의 표면과 오염물질간의 연결을 쉽게 끊어준다. 본 발명에서는 V₂O₅의 함량을 최대화하여 저온 조건 청소가 가능하도록 하였다. 본 발명의 조성물은 V₂O₅를 10~25 중량%의 범위에서 포함한다. V₂O₅ 함량이 10 중량% 미만이면 법랑 코팅층 표면에서의 촉매반응이 줄어들어 법랑의 청소기능이 저하되고 저온 조건에서의 청소가 불가능하다. 반면에 V₂O₅ 함량이 25 중량%를 초과하면 유리화가 어렵고 열 물성이 저하되는 문제가 생길 수 있다.

법랑 조성물에서 V₂O₅의 함c이 증가하면 법랑의 내산성이 감소하는 문제가 있다. 하지만, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 Al₂O₃, ZrO₂, R₂O 등과 같은 성분의 함량 비율을 최적화하여 법랑의 내산성을 증가시켰다.

또한, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 TiO₂ 5 중량% 이하; SnO 10 중량% 이하; 및 ZnO 10 중량% 이하;를 더 포함할 수 있다. TiO₂와 SnO는 Al₂O₃와 마찬가지로 알칼리 포스페이트계 유리구조의 낮은 화학적 내구성을 구조적으로 보완하는 성분이다. 그리고, ZnO는 법랑의 표면 장략을 조절해주는 성분이다.

본 발명에 따른 법랑 조성물은 이상 언급한 신규의 조성비를 가짐으로써 기존의 법랑 조성물과 비교하여 약 100℃ 낮은 350~380℃의 온도 범위에서 오염물의 청소가 가능하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 법랑 조성물을 이용하는 경우 에너지 절감의 효과가 있고 청소 시간도 단축되는 효과가 있다. 아울러, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 오일류 오염물에 대해서도 완벽한 청소가 가능하여 조리기기의 위생관리가 용이한 유리한 이점이 있다.

<법랑 조성물의 제조방법>

다음으로, 본 발명에 따른 법랑 조성물의 제조방법은 상술한 법랑 조성물 재료를 제공하는 단계; 상기 법랑 조성물 재료를 멜팅하는 단계; 상기 멜팅된 법랑 조성물 재료를 퀀칭하여 법랑 조성물을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 법랑 조성물 재료를 충분히 혼합한 후, 상기 법랑 조성물 재료는 멜팅된다. 바람직하게는, 상기 법랑 조성물 재료는 1200~1400℃의 온도범위에서 멜팅 될 수 있다. 또한, 상기 법랑 조성물 재료는 1~2시간 동안 멜팅될 수 있다.

이후, 상기 멜팅 된 법랑 조성물 재료는 칠러 등이 사용되어, 퀀칭 롤러에 의해 급냉시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 법랑 조성물이 형성될 수 있다.

<조리기기>

다음으로, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 상기 법랑 조성물을 코팅하고자 하는 대상 물체의 일 표면에 코팅될 수 있다. 상기 대상 물체는 금속 플레이트, 유리 플레이트, 조리기기의 일부, 또는 전부일 수 있다. 바람직하게는, 조리기기의 캐비티의 내면 또는 조리기기의 도어의 내면에 코팅될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 조리기기(1)는, 조리실이 형성되는 캐비티(11), 상기 조리실을 선택적으로 개폐하는 도어(14), 상기 조리실에서의 조리물의 가열을 위한 열을 제공하는 적어도 1개의 가열원(13, 15, 16) 및 상기 캐비티(11)의 내면 또는 도어(14)의 내면에 코팅되는 본 발명에 따른 법랑 조성물에 의하여 형성되는 코팅층을 포함한다.

상기 캐비티(11)는 전면이 개구되는 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 상기 가열원(13,15,16)은 상기 캐비티(11) 내부로 가열된 공기가 토출되도록 하는 컨벡션 어셈블리(13), 상기 캐비티(11)의 상부에 배치되는 상부 히터(15), 및 상기 캐비티(11)의 하부에 배치되는 하부 히터(16)를 포함할 수 있다. 상기 상부 히터(15) 및 상기 하부 히터(16)는 상기 캐비티(11)의 내부 또는 외부에 구비될 수 있다. 물론, 상기 가열원(13, 15,16)이 반드시 상기 컨벡션 어셈블리(13), 상부 히터(15) 및 하부 히터(16)를 포함하여야 하는 것은 아니다. 즉, 상기 가열원(13,15,16)은 상기 컨벡션 셈블리(13), 상부 히터(15) 및 하부 히터(16) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 법랑 조성물은 건식 공정 또는 습식 공정에 의해 상기 조리기기(1)의 상기 캐비티(11)의 내면 또는 상기 도어(14)의 내면에 코팅될 수 있다. 상기 캐비티(11) 및 상기 도어(14)는 금속 플레이트로 형성될 수 있고, 본 발명에 따른 법랑 조성물을 이용한 상기 코팅층(17)(18)은 상기 금속 플레이트에 단일층으로 직접 코팅될 수 있다.

상기 건식 공정에서는 상기 법랑 조성물 재료가 유기 바인더에 분산되고, 혼합된 상기 법랑 조성물 재료와 유기 바인더가 볼 밀에서 밀링되어, 유리 프릿(frit)이 제조될 수 있다. 반면, 상기 습식 공정에서는 상기 법랑 조성물 재료가 물(H₂O)과 안료(Pigment)에 분산되고, 혼합된 상기 법랑 조성물 재료와 물(H₂O), 안료(Pigment)는 볼 밀에서 밀링되어, 유리 프릿(frit)이 제조될 수 있다.

이후, 상기 건식 공정 및 상기 습식 공정에 따른 상기 유리 프릿(frit)은 스프레이 방식에 의해, 상기 조리기기(1)의 상기 캐비티(11)의 내면 또는 상기 도어(14)의 내면에 도포될 수 있다. 상기 도포된 유리 프릿(frit)은 600~900

의 온도범위에서 100~450초 동안 소성되어, 상기 조리기기(1)의 상기 캐비티(11)의 내면 또는 상기 도어(14)의 내면에 코팅될 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 태양을 살펴보기로 한다.

< 실시예 >

<법랑 조성물의 제조>

하기 표 1에 기재된 조성비를 갖는 법랑 조성물을 제조하였다. 각 성분의 원재료들을 V-혼합기(V-mixer)에서 3시간 동안 충분히 혼합하였다. 여기서, P₂O₅의 원재료는 NH₄H₂PO₄를 사용하였고, Na₂O, K₂O, Li₂O의 원재료는 각각 Na₂CO₃, K₂CO₃, Li₂CO₃를 사용하였다. 혼합된 재료를 1300

에서 1시간 30분 동안 충분히 용융시키고, 퀀칭 롤러(quenching roller)에서 급냉 시킨 후 유리 컬릿을 수득하였다.

상기 과정으로 수득한 유리 컬릿을 분쇄기(ball mill)로 초기 입도를 제어 후 젯밀을 이용하여 약 5시간 동안 분쇄 후 325 메쉬 시브(ASTM C285-88)에 통과시켜 입경을 45㎛이하로 제어하여, 프릿(frit, powder)을 제조하였다.

[표 1]

<법랑 조성물 시편 제조>

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에 따른 법랑 조성물을 이용하여 제조한 프릿(frit)들을 각각 200×200(mm) 및 두께 1(mm)이하의 저탄소강 시트에 코로나 방전 건(Corona discharge gun)을 이용하여 스프레이 하였다. 방전 건의 전압은 40 kV 내지 100 kV 조건으로 제어하였으며, 저탄소강 시트에 스프레이 되는 프릿(frit)의 양은 300g/㎡ 이었다. 상기 프릿(frit)이 스프레이 된 저탄소강을 830℃ 내지 870 ℃의 온도조건으로 300초 내지 450초 동안 소성하여 저탄소강의 일면 상에 코팅층을 형성하였다. 이때, 상기 코팅층은 약 80㎛ 내지 250㎛의 두께로 형성되었다. 이를 통해, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에 따른 시편을 제조하였다.

< 실험예 >

상기 실시예 및 비교예에 따른 시편에 대해 하기와 같이 성능 평가를 수행하였고, 그 결과를 표 3에 기재하였다.

1. 내화학성 평가

내산성은 시트르산 10% 용액을 소성된 법랑 시편 위에 몇 방울씩 떨어뜨리고, 15분 후에 용액을 깨끗이 닦아낸 후 표면 변화를 관찰하였다. 내알칼리성 평가는 내산성 평가와 같은 방법으로 하되 시약으로 무수 탄산 나트륨 10% 용액을 사용하였다.

여기서, 내산 성능 및 내알칼리 성능을 나타내는 정도는, ASTM, ISO 2722 방법에 의해 평가하였으며, AA는 매우 우수함, A는 우수함, B는 보통, C는 낮음, D는 매우 낮음을 의미한다.

2. 닭기름 오염물에 대한 청소성능

금속 기판(100×100(mm))에 법랑 조성물이 코팅된 시편 표면에 오염물질로서 닭 기름 1g을 골고루 얇게 브러쉬(Brush)로 바른 다음, 오염물이 도포된 시편을 항온기 속에 넣고, 250~290℃의 온도범위에서 1시간 동안 오염물을 고착화시켰다. 오염물의 고착화 이후, 시편을 자연 냉각하고 350℃에서 1시간 동안 오염물을 태웠다. 이후 상온수를 적신 후라이팬 전용 수세미로 3kgf 이하의 힘으로 경화된 오염물을 닦았다. 지름 5cm의 바닥이 평탄한 봉을 사용하여 오염된 시편 표면에서 닦아지는 부분을 균일화 하였다.

3. 몬스터 매쉬에 대한 청소성능

또한, 몬스터 매쉬(Monster mash)에 대한 청소성능도 앞선 방법과 동일하게 측정하였다.

상기 시편들에 이때 닦은 왕복 횟수를 측정하여 이를 청소 왕복 횟수로 정의하며, 청소성능평가 지표는 표2에 기재하였다.

[표 2]

[표 3]

상기 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예들은 내화학성이 우수하고 청소성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

상기 비교예들은 실시예와 비교하여 최적의 조성을 갖지 못한 관계로 내화학성이 좋지 않거나, 또는 청소 성능이 저하된 것으로 확인되었다.

이상과 같이 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1 : 조리기기
11 : 캐비티
12 : 조리실
13 : 컨벡션 어셈블리
14 : 도어
15 : 상부 히터
16 : 하부 히터
17, 18 : 코팅층

Claims

P₂O₅ 30~45 중량%;
SiO₂ 5~20 중량%;
Al₂O₃ 15~30 중량%;
ZrO₂ 10~20 중량%;
Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 가운데 1종 이상 5~20 중량%;
B₂O₃ 5~15 중량%; 및
V₂O₅ 10 ~ 25 중량%;를 포함하는
법랑 조성물.
제 1항에 있어서,
TiO₂ 5 중량% 이하; 및
SnO 및 ZnO 가운데 1종 이상 10 중량% 이하;를 더 포함하는
법랑 조성물.
P₂O₅ 30~45 중량%;
SiO₂ 5~20 중량%;
Al₂O₃ 15~30 중량%;
ZrO₂ 10~20 중량%;
Li₂O, Na₂O, 및 K₂O 가운데 1종 이상 5~20 중량%;
B₂O₃ 5~15 중량%; 및
V₂O₅ 10 ~ 25 중량%;를 포함하는 법랑 조성물 재료를 제공하는 단계;
상기 법랑 조성물 재료를 멜팅하는 단계;
상기 멜팅된 법랑 조성물 재료를 퀀칭 롤러에서 냉각하여, 법랑 조성물을 형성하는 단계를 포함하는
법랑 조성물의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 법랑 조성물은
TiO₂ 5 중량% 이하; 및
SnO 및 ZnO 가운데 1종 이상 10 중량% 이하;를 더 포함하는
법랑 조성물의 제조방법.
조리실이 형성되는 캐비티;
상기 조리실을 선택적으로 개폐하는 도어;
상기 조리실에서의 조리물의 가열을 위한 열을 제공하는 적어도 1개의 가열원; 및
상기 캐비티의 내면 또는 상기 도어의 내면에 코팅되는 제1항 또는 제2항 의 법랑 조성물에 의하여 형성되는 코팅층을 포함하는,
조리기기.