KR101904434B1

KR101904434B1 - 마스크용 필터

Info

Publication number: KR101904434B1
Application number: KR1020160029262A
Authority: KR
Inventors: 정천식
Original assignee: 주식회사 블루인더스
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2018-10-04
Also published as: KR20170105907A

Abstract

본 발명은 마스크용 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무광촉매가 코팅된 입자를 이용하여 분진의 포집효율을 향상시킴으로써 유해물질을 효과적으로 정화시킬 수 있는 방진 또는 방독 마스크용 필터에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 마스크본체에 착탈 가능하게 설치되고 내부에 수용공간이 형성된 필터케이스와, 수용공간에 삽입되어 공기에 포함된 분진을 포집하여 유해물질을 정화하는 필터부재를 포함하되, 필터부재는, 무광촉매가 코팅된 입자 10~40wt%에 활성탄 60~90wt%가 혼합 형성되는 포집층 및 부직포층이 교대로 적층 형성되는 것으로, 부직포층은, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 5:5의 중량비로 혼합 형성되고, 무광촉매는, 이산화티타늄과 전이금속염액을 혼합한 후 산촉매 하에서 반응시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크용 필터를 기술적 요지로 한다.

Description

마스크용 필터{Filter for mask}

본 발명은 마스크용 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무광촉매가 코팅된 입자를 이용하여 분진의 포집효율을 향상시킴으로써 유해물질을 효과적으로 정화시킬 수 있는 방진 또는 방독 마스크용 필터에 관한 것이다.

인체에는 섬모와 점액층 등의 유해물질 방어시스템이 구축되어 있으나, 크기가 아주 작은 미세한 분진은 인체의 자연방어 기능을 관통하여 폐에 도달하기도 한다.

이러한 분진을 오랫동안 흡입하게 되면 폐 조직이 딱딱하게 변해 섬유화되어 진폐증, 규폐증, 탄폐증, 폐기종과 같은 질병에 걸리게 되는데, 하지만 현대의학으로는 분진 흡입에 대한 마땅한 치료방법이 없으며, 한번 질병이 발생하면 다시 건강한 폐로의 회복도 어렵다.

이에 따라 분진 등을 비롯한 유해물질의 흡입으로부터 작업자를 보호하기 위하여 방진마스크가 사용되고 있으며, 예컨대 페인팅/스프레이 도장작업, 자동차 제조공장, 화학공장, 제약회사 공장, 원자력발전소, 석유화학 정유공장, 유리섬유 가공공장, 농약/잉크/페인트 제조현장, 락카 및 에나멜 제조현장, 터널공사현장 등에서 널리 사용되고 있다.

특히 방진마스크에 유해물질이 섞인 분진을 포집하기 위하여 필수적으로 설치되는 필터는, 통상 방진마스크 상에 결합된 필터케이스와, 필터케이스 내부에 수용되는 필터부재로 이루어진다.

하지만 당업계에서 사용되는 필터부재는 분진이 방진마스크 내부로 흡입되는 현상을 원천적으로 방어하지는 못하는 실정이므로, 이를 개선하기 위한 방진마스크용 필터의 새로운 기술개발 연구가 절실히 요구되는 시점이다.

국내 공개특허공보 제10-1992-0006011호, 1992.04.27.자 공개.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 무광촉매가 코팅된 입자를 이용하여 분진의 포집효율을 향상시킴으로써 유해물질을 효과적으로 정화시킬 수 있는 방진 또는 방독 마스크용 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 마스크본체에 착탈 가능하게 설치되고 내부에 수용공간이 형성된 필터케이스와, 상기 수용공간에 삽입되어 공기에 포함된 분진을 포집하여 유해물질을 정화하는 필터부재를 포함하되, 상기 필터부재는, 무광촉매가 코팅된 입자 10~40wt%에 활성탄 60~90wt%가 혼합 형성되는 포집층 및 부직포층이 교대로 적층 형성되는 것으로, 상기 부직포층은, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 5:5의 중량비로 혼합 형성되고, 상기 무광촉매는, 이산화티타늄과 전이금속염액을 혼합한 후 산촉매 하에서 반응시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크용 필터를 기술적 요지로 한다.

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바람직하게는 상기 입자는, 상기 무광촉매가 코팅 가능한 고형체인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 고형체는, 이산화티타늄(TiO₂) 및 실리카(SiO₂) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 마스크용 필터는, 마스크본체에 착탈 가능하게 설치된 필터케이스 내부의 수용공간에 무광촉매가 코팅된 입자에 활성탄이 혼합 형성되는 포집층이 포함된 필터부재를 삽입함에 따라, 분진의 포집효율을 향상시켜 유해물질을 효율적으로 정화하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1분해사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2분해사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사시도이다. 도 1을 참조하면, 마스크본체(100), 필터(200) 및 고정끈(300)으로 이루어진 방진 또는 방독 마스크를 도시한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터(200)의 외부 형상을 확인할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1분해사시도이다. 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터(200)는 필터케이스(210)와 필터부재(220)로 이루어짐을 확인할 수 있다.

이때 도 2에서의 필터부재(220)는 한 쌍의 부직포층(222) 사이에, 무광촉매가 코팅된 입자(224b)에 활성탄(224a)이 혼합 형성되는 포집층(224)이 형성된 형상을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2분해사시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터(200)는 필터케이스(210)와 필터부재(220)로 이루어진 것으로, 부직포층(222)과 포집층(224)이 번갈아가면서 교대로 적층된 것을 도시한 것이다.

단, 도 2 및 도 3은 하나의 실시예로 도시한 것으로, 다양한 형상 또는 적층의 변경 설계하여 실시 가능하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용 예시도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 필터부재(220)가 적용된 방진 또는 방독 마스크를 작업자의 안면(顔面)에 접촉되게 위치시킨 후, 고정끈(300)으로 머리에 감싸 고정시킨 상태임를 확인할 수 있다.

이러한 도 4에서는 고정끈(300)을 작업자의 귀에 걸 수 있도록 구성된 신축성의 고정밴드로 도시하였으나, 머리에 걸칠 수 있는 헤드셋 타입으로도 형성될 수 있다.

단, 고정끈(300)은 본 발명의 필터부재(220)가 적용된 방진 또는 방독 마스크를 작업자의 안면(顔面)에 밀착될 수 있게 하는 탄성의 재질이라면, 어느 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명의 필터케이스(210)는 마스크본체(100)의 전면(前面) 또는 측면(側面)에 착탈 가능하게 설치되고 내부에 수용공간이 형성된 구성이다.

즉 필터케이스(210)는 작업자의 안면(顔面)이 덮여지도록 착용되는 마스크본체(100)에 결합 고정되는 것으로, 전면케이스(212)와, 전면케이스(212)의 둘레 부분을 따라 상호 결합되도록 체결되는 배면케이스(214)로 이루어진다.

내용인즉, 전면케이스(212)에는 유해물질과 분진 등이 포함된 외부공기가 흡입되는 흡입공(212a)이 관통 형성될 수 있으며, 이러한 흡입공(212a)을 통하여 흡입된 외부공기가 전면케이스(212)와 배면케이스(214) 사이에 형성된 수용공간에 삽입된 필터부재(220)를 통과하면서 정화된 깨끗한 공기만, 배면케이스(214)에 관통 형성된 유입공(214a)으로 유입되어 작업자의 호흡기로 전달되는 방식이다.

더불어 전면케이스(212)와 배면케이스(214)는 필터부재(220)를 안정적으로 수용할 수 있도록 강성을 지닌 합성수지로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명의 필터부재(220)는 전면케이스(212)와 배면케이스(214) 사이의 수용공간에 삽입되어 공기에 포함된 유해물질을 포함한 분진을 포집하여 여과하기 위한 것으로, 특히 무광촉매가 코팅된 입자(224b)에 활성탄(224a)이 혼합 형성되는 포집층(224)을 포함하는 구성이다.

말하자면, 필터부재(220)는 필터케이스(210)의 내부 수용공간에 교체 가능하게 삽입될 수 있는 것으로, 필터부재(220)의 계속된 사용에 성능이 열화되는 경우 교체하여 최상의 성능을 유지할 수 있도록 하는 것이다.

이렇게 필터케이스(210)에 교체 가능하게 설치되는 필터부재(220)는 공기에 포함된 분진 등의 유해물질을 포집하여 작업자의 안정적인 작업성을 확보하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 것처럼 한 쌍의 부직포층(222) 사이에 포집층(224)이 형성되어 이루어질 수 있거나, 도 3에 도시된 것처럼 부직포층(222)과 포집층(224)이 교대로 적층된 형상으로 이루어질 수 있다.

여기서 필터부재(220)의 가장 외부에는 부직포층(222)이 배치되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 부직포층(222)을 외부에 배치되도록 함으로써, 내부의 포집층(224)을 안정적으로 지지해주기 위함이다.

추가로, 도 2에 도시된 것처럼 부직포층(222), 포집층(224), 부직포층(222), 포집층(224) 및 부직포층(222)이 차례로 적층됨을 도시하였으나, 작업자의 필요에 따라 더 많은 부직포층(222)과 포집층(224)을 추가로 더 적층된 필터부재(220)를 선택하여 사용할 수도 있다.

특히 가장 바깥쪽에 위치되는 부직포층(222)은, 작업자의 안면(顔面)을 더 안정적으로 보호하기 위하여, 가장 바깥쪽을 제외한 나머지 내부의 부직포층(222)보다 상대적으로 더 강성을 지니도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 부직포층(222)은 굵기가 0.1~1.0 데니아(denier) 범위의 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 멜트브라운, 양모소재 등의 장섬유 또는 단섬유를 이용한 단독 또는 혼합된 부직포인 구성이다.

바람직하게는, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 5:5의 중량비로 구성된 부직포를 사용하는 것이 좋으며, 5:5의 중량비로 혼합된 부직포를 사용한 경우 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 특유의 강성이 잘 나타나 부직포층(222)의 물성이 안정적으로 유지됨을 알 수 있었다.

이때 부직포층(222)을 이루는 섬유의 굵기가 0.1 데니아 미만이면 부직포층(222)을 이루는 섬유 간의 교락이 충분하지 않아 끊어지는 경우가 빈번히 발생해 내구성이 없어 부직포층(222)의 질이 저하될 수 있다.

반면, 부직포층(222)을 이루는 섬유의 굵기가 1.0 데니아를 초과하면 오히려 섬유 사이의 공극이 줄어들어 분진의 포집 및 여과가 어려워질 뿐만 아니라, 섬유의 비표면적이 적어져 무광촉매에 존재하는 조성들 간의 밀착성이 저하될 수 있다.

이러한 점에 따라, 부직포층(222)을 이루는 섬유는 0.1~1.0 데니아 범위의 굵기로 이루어지는 것이 바람직하며, 본 발명의 발명자가 무수한 실험을 해본 결과, 0.9 데니아 굵기를 가진 섬유를 사용한 경우 분진의 포집이 가장 잘 되는 것을 확인할 수 있었다.

또한 부직포층(222)을 이루는 섬유의 굵기가 0.1~1.0 데니아 범위를 가짐에 따라, 섬유들 사이의 공극을 최소화하여 작업자의 코와 입으로 분진이 흡입되는 현상을 차단하는데에 기여함을 확인할 수 있었다.

단, 본 발명에서의 부직포층(222)은 상술한 바에 따른 소재에 한정되는 것만이 아니라, 부직포층(222)을 이룰 수 있는 소재라면, 어느 것을 적용하여도 무방하다.

본 발명의 포집층(224)은 무광촉매가 코팅된 입자(224b)에 활성탄(224a)이 혼합 형성되는 것으로, 외부의 유해물질이 포함된 공기가 지나는 여과 경로를 확보하여 여과 성능을 극대화해주는 구성이다.

첫째, 무광촉매가 코팅된 입자(224b)는 유해물질이 포함된 분진의 제거를 위해 촉매 활성을 나타내는 이산화티타늄에 전이금속을 혼합하면 무광 조건에서도 분진을 고효율로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 항균, 탈취, 방취, 방청, 방오, 방진 성능을 향상시킨다는 점에 착안하여 본 발명에 적용하였다.

여기서 무광촉매가 코팅된 입자(224b)는 10~40wt%의 범위로 함유되는 것이 바람직하며, 만약 10wt% 미만으로 함유되면 방진마스크용 필터에 요구되는 기능을 수행하기에는 미미한 양이며, 40wt%를 초과하면 그 이하의 양을 첨가한 것과 비교하여 더 탁월한 효과가 나타나지 않았으므로, 무광촉매가 코팅된 입자(224b)는 10~40wt%의 범위로 첨가되도록 하는 것이 좋으나, 실험 결과 15~25wt%의 범위로 첨가되는 것이 가장 바람직함을 알 수 있었다.

이때 무광촉매는 공기 중의 산소 또는 수분과 반응하여 각종의 오염물질, 유기화합물 등을 분해하는 것으로, 이산화티타늄과 전이금속염액을 혼합한 후 산촉매 하에서 반응시켜 형성될 수 있다.

'이산화티타늄'은 UV 영역에서 빛을 흡수하여 광촉매 역할을 하는 것으로, 다른 물질들과 혼합되면 가시광 영역에서도 광촉매 역할을 할 수 있다.

즉, 이산화티타늄에 빛을 조사하면 이산화티타늄 표면에는 전자와 정공이 생성되는데, 전자는 산소와 반응하여 옥사이드 음이온을 만들고, 정공은 공기 중의 수분과 반응하여 하이드록시 라디칼을 만들게 되는데, 이러한 하이드록시 라디칼이 유해물질을 산화 분해시켜 물과 이산화탄소로 변화시키게 되는 방식이다.

'전이금속'은 그 자체로 촉매역할이 가능한 것으로, 이산화티타늄의 표면에 디핑(dipping)되어 무광 조건에서도 촉매 활성을 나타낸다.

상세하게는, 이산화티타늄에 전이금속을 합성하면 무광 조건에서 전자가 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 전이되는데, 이렇게 전이된 전자가 공기 중의 산소 또는 수분과 반응하고, 이 반응에 따라 생성된 산소라디칼에 의해 유해물질이 효율적으로 포집되는 것이다.

이때 전이금속은 이산화티타늄과의 반응 비율을 고려하여, 이산화티타늄 100중량부에 대하여 0.1~3중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

만약 전이금속이 0.1중량부 미만이면 그 함량이 적어 활성을 나타내지 않으며, 전이금속이 3중량부를 초과하면 이산화티타늄이 혼합되는 양이 변동되어 오히려 무광촉매의 물성이 저하되는 경향이 나타나므로, 전이금속은 이산화티타늄 100중량부에 대하여 0.1~3중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

단, 전이금속으로는 Zr, V, Co, Fe 및 Mn으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택적으로 사용할 수 있다.

'산촉매'는 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 선택 가능하며, 염산, 질산, 아세트산 등을 사용할 수 있다.

즉 산촉매는 이산화티타늄에 전이금속을 혼합한 상태로 70~90℃ 하에서 50~80분 동안 교반하면서 적하될 수 있는데, 실험 결과, 75℃에서 60분 동안 교반한 경우에 원하는 물성의 무광촉매를 얻을 수 있었다.

참고로, 산촉매가 0.1중량부 미만으로 첨가되면 촉매 반응을 가속화시킬 수 없으며, 산촉매가 5중량부를 초과하면 오히려 촉매 활성효과가 더 탁월하게 나타나지 않으므로, 산촉매는 0.1~5중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

추가적인 반응 조건에 따라 수성용매인 탈이온화된 물(탈이온수)이 첨가될 수도 있다. 이러한 수성용매가 첨가되는 양은 어느 범위에 한정되는 것만은 아니고, 필요에 의해 자유롭게 첨가 가능하다.

한편, 입자는 무광촉매가 코팅 가능한 플라스틱, 고무, 합성수지 등 비드(bead) 형태 등의 고형체인 것을 사용할 수 있다.

뿐만 아니라 이산화티타늄(TiO₂) 및 실리카(SiO₂) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 사용할 수도 있는데, 이산화티타늄은 표면에서 생성하는 활성산소(OH 라디칼)의 활성이 높아 세균, 냄새, 대기공해(VOC, NOx, SOx) 등의 분해에 유리한 것으로, 안정성이 높아 본 발명에 적용할 수 있으며, 실리카는 무광촉매의 운반체로 적절하여 본 발명에 적용할 수 있다.

단, 본 발명에서 고형체라 함은 반드시 상술된 소재에 한정되는 것만이 아니라, 무광촉매가 코팅될 수 있는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.

둘째, 활성탄(224a)은 표면이 다공 구조로 이루어진 탄소질로 구성되어 흡착성이 강한 물질로써, 오염물, 불순물, 유해물질 등이 포함된 분진을 흡착 및 탈취하는 역할을 한다.

이러한 활성탄(224a)은 무광촉매가 코팅된 입자(224b)와의 반응비율을 고려하여 60~90wt%로 혼합될 수 있다.

만약 활성탄(224a)이 60wt% 미만이면 흡착 및 탈취할 수 있는 기능을 수행하기에 미미할 뿐만 아니라, 무광촉매가 코팅된 입자(224b)와의 효과적인 반응을 발현해 낼 수 없다.

이와 반대로, 활성탄(224a)이 90wt%를 초과하면 무광촉매가 코팅된 입자(224b)가 혼합되는 양이 오히려 적어져 포집층(224)의 물성을 제대로 수행하지 못할 뿐만 아니라, 상품성이 없다.

이상과 같이 본 발명에 따른 방진 또는 방독 마스크용 필터는, 작업자가 분진이 포함된 외부공기를 흡입할 때 필터케이스(210)의 전면과 배면 모두에서 분진과 악취를 제거하게 되므로, 작업자의 호흡 저항이 낮아져 안정적으로 작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 분진을 포집 또는 여과하는 효율이 향상될 것으로 기대된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 마스크본체
200: 필터
210: 필터케이스
212: 전면케이스
212a: 흡입공
214: 배면케이스
214a: 유입공
220: 필터부재
222: 부직포층
224: 포집층
224a: 활성탄
224b: 무광촉매가 코팅된 입자
300: 고정끈

Claims

마스크본체에 착탈 가능하게 설치되고 내부에 수용공간이 형성된 필터케이스와, 상기 수용공간에 삽입되어 공기에 포함된 분진을 포집하여 유해물질을 정화하는 필터부재를 포함하되,
상기 필터부재는,
무광촉매가 코팅된 입자 10~40wt%에 활성탄 60~90wt%가 혼합 형성되는 포집층 및 부직포층이 교대로 적층 형성되는 것으로,
상기 부직포층은,
폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 5:5의 중량비로 혼합 형성되고,
상기 무광촉매는,
이산화티타늄과 전이금속염액을 혼합한 후 산촉매 하에서 반응시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크용 필터.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 입자는,
상기 무광촉매가 코팅 가능한 고형체인 것을 특징으로 하는 마스크용 필터.
제4항에 있어서,
상기 고형체는,
이산화티타늄(TiO₂) 및 실리카(SiO₂) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마스크용 필터.