KR102014731B1 - 방진 마스크 - Google Patents

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KR102014731B1
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노용환
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김현성
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Abstract

본 발명은 방진 마스크에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 미세먼지를 효과적으로 차단하면서도, 세척 후 재사용이 가능한 방진 마스크에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방진 마스크는 외부를 향하는 외피층(Outer Layer), 사용자 측을 향하는 내피층(Inner Layer) 및 상기 외피층과 상기 내피층의 사이에 위치하는 필터층(Filter Layer)을 포함하고, 상기 필터층은 제 1 메쉬층(First Mesh Layer), 제 2 메쉬층(Second Mesh Layer) 및 상기 제 1 메쉬층과 상기 제 2 메쉬층의 사이에 위치하는 나노섬유층(Nano Fiber Layer)을 포함하고, 상기 나노섬유층의 섬유 직경은 상기 제 1 메쉬층의 섬유 직경 및 상기 제 2 메쉬층의 섬유 직경보다 더 작고, 상기 나노섬유층의 공극은 상기 제 1 메쉬층의 공극 및 상기 제 2 메쉬층의 공극보다 더 작을 수 있다.

Description

방진 마스크{DUSTPROOF MASK}
본 발명은 방진 마스크에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 미세먼지를 효과적으로 차단하면서도, 세척 후 재사용이 가능한 방진 마스크에 관한 것이다.
최근에는 온갖 유해물질로 가득한 미세먼지나 황사 등과 같은 대기 오염에 의한 질환이 문제화되고 있다.
미세먼지는 우리 눈에 보이지 않을 정도로 가늘고 작은 먼지 입자로 지름 10㎛ 이하이며, 2.5㎛ 이하인 경우에 초미세먼지라고 부른다.
사람의 폐포까지 깊숙하게 침투해 각종 호흡기 질환의 직접적인 원인이 되며 우리 몸의 면역 기능을 떨어뜨릴 수 있다.
주로 자동차 배기가스에서 발생하는 미세먼지 속에는 알루미늄, 구리, 카드뮴, 납 등 중금속이 다량 포함돼 있어 건강에 위협적일 수 있다.
이러한, 미세먼지로부터 건강을 지키기 위해, 마스크를 사용하고 있다.
종래의 마스크는 미세먼지를 충분히 차단하기 어려울 수 있다.
또한, 호흡과정에서 발생하는 입김과 외부의 습기로 인하여 세균이 증식하거나 호흡이 어려워지는 문제점이 있다.
마스크에 대한 종래기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0021177호[문헌 1]에서는 은나노(Nano Silver) 용액의 입자들이 안착된 원단을 사용하여 마스크를 제조하는 기술적 구성을 게시하고 있다.
이러한 문헌 1에 따른 기술에서는 마스크의 세척 시에 공극이 붕괴되어 먼지의 차단효율(방진 효율)이 저하되는 문제점이 있다.
마스크에 대한 다른 종래기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0033760호[문헌 2]에서는 다층 필터 구조를 적용한 마스크에 대한 기술적 구성을 게시하고 있다.
이러한 문헌 2에 따른 기술에서는 마스크를 세척 후 재사용하는 것은 가능하지만, 다수의 필터를 사용함에 따라 그 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
아울러, 문헌 2에 따른 기술에서는 다수의 필터를 사용함으로써 공기 투과성이 과도하게 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
[문헌 1] 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0021177호 [문헌 2] 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0033760호
본 발명은 구조가 단순하면서도 세척 시 공극이 붕괴되는 것을 억제(방지)할 수 있는 방진 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 접착제 재질로 인해 공극이 막히는 것을 방지할 수 있는 방진 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용자의 입김 등에 따른 수분에 의해 마스크가 젖는 것을 억제(방지)할 수 있는 방진 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 먼지 등의 이물질이 마스크의 외피층에 부착되는 것을 방지할 수 있는 방진 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 방진 마스크는 외부를 향하는 외피층(Outer Layer), 사용자 측을 향하는 내피층(Inner Layer) 및 상기 외피층과 상기 내피층의 사이에 위치하는 필터층(Filter Layer)을 포함하고, 상기 필터층은 제 1 메쉬층(First Mesh Layer), 제 2 메쉬층(Second Mesh Layer) 및 상기 제 1 메쉬층과 상기 제 2 메쉬층의 사이에 위치하는 나노섬유층(Nano Fiber Layer)을 포함하고, 상기 나노섬유층의 섬유 직경은 상기 제 1 메쉬층의 섬유 직경 및 상기 제 2 메쉬층의 섬유 직경보다 더 작고, 상기 나노섬유층의 공극은 상기 제 1 메쉬층의 공극 및 상기 제 2 메쉬층의 공극보다 더 작을 수 있다.
또한, 상기 제 1 메쉬층 또는 상기 제 2 메쉬층 중 적어도 하나는 점착 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노섬유층은 나노섬유가 상기 제 1 메쉬층 상에 방사되어 형성되고, 상기 제 2 메쉬층의 녹는점은 상기 제 1 메쉬층 또는 상기 나노섬유층 중 적어도 하나의 녹는점보다 더 낮을 수 있다.
또한, 상기 제 1 메쉬층은 염료 또는 안료 중 적어도 하나의 재질을 더 포함하고, 상기 제 1 메쉬층의 명도는 상기 제 2 메쉬층의 명도보다 더 낮을 수 있다.
또한, 상기 제 1 메쉬층은 염료 또는 안료 중 적어도 하나의 재질을 더 포함하고, 상기 제 1 메쉬층의 채도(Chroma)는 상기 제 2 메쉬층의 채도보다 더 높을 수 있다.
또한, 상기 내피층은 폴리프로필렌(Polypropylene) 재질을 포함하고, 상기 사용자 측을 향하는 제 1 내피층(First Inner Layer) 및 상기 제 1 내피층과 상기 필터층의 사이에 위치하며, 폴리에스테르(Polyester) 재질을 포함하는 제 2 내피층(Second Inner Layer)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방진 마스크는 구조가 단순하면서도 세척 시 공극이 붕괴되는 것을 방지함으로써, 제조 단가가 낮으면서도 재사용이 가능하다는 효과가 있다.
본 발명에 따른 방진 마스크는 사용자의 입김 등에 따른 수분에 의해 마스크가 젖는 것을 억제(방지)함으로써, 장시간동안 위생적으로 사용할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명에 따른 방진 마스크는 먼지 등의 이물질이 마스크의 외피층에 부착되는 것을 방지함으로써, 장시간동안 더욱 위생적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 방진 마스크의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 13은 필터층에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 15는 내피층에 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방진 마스크에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 본 문서에 개시된 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 방진 마스크의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)는 본체부(1A)와 걸이부(1B)를 포함할 수 있다.
본체부(1A)는 먼지, 예컨대 미세먼지를 충분히 차단할 수 있으며 공기는 충분히 투과시킬 수 있다.
걸이부(1B)는 본체부(1A)의 양쪽 측면에 배치될 수 있다.
사용자는 걸이부(1B)를 양쪽 귀에 걸고, 본체부(1A)를 이용하여 입을 가리는 형태로 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)를 착용할 수 있다.
도 2를 살펴보면, 본체부(1A)는 외피층(Outer Layer, 30), 내피층(Inner Layer, 20) 및 필터층(Filter Layer, 10)을 포함할 수 있다.
외피층(30)은 외부를 향하고, 먼지 등의 이물질이 부착되는 것을 억제(방지)할 수 있다.
이를 위해, 외피층(30)은 수분의 흡착을 방지할 수 있는 발수제를 포함할 수 있다. 다르게 표현하면, 외피층(30)은 발수제를 포함하는 섬유를 포함할 수 있다.
또는, 외피층(30)은 수분뿐만 아니라 유분의 흡착도 방지하기 위해 발수발유제를 포함하는 섬유를 포함하는 것도 가능할 수 있다.
예를 들면, 외피층(30)은 불소계 발수제, 실리콘계 발수제, 아크릴계 발수제, 폴리에틸렌계 발수제, 폴리프로필렌계 발수제, 폴리아미드계 발수제, 폴리에스테르계 발수제 및 폴리메틸계 발수발유제 중 적어도 하나의 재질을 외피층(30) 중량 대비 3~5중량부 포함할 수 있다.
내피층(20)은 사용자 측을 향할 수 있다.
이러한 내피층(20)은 사용자의 호흡(입김)에 따라 발생할 수 있는 습기에 의해 젖는 것을 억제(방지)할 수 있다. 이러한 내피층(20)에 대해서는 차후에 더 상세히 설명하기로 한다.
필터층(10)은 외피층(30)과 내피층(20)의 사이에 위치하고, 미세먼지 등의 이물질을 충분히 차단할 수 있으며, 공기를 충분히 통과시킬 수 있다.
이러한 필터층(10)에 대해 첨부된 도 3 내지 도 13을 참조하여 상세히 살펴보면 아래와 같다.
도 3 내지 도 13은 필터층에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 3을 살펴보면, 필터층(10)은 제 1 메쉬층(First Mesh Layer, 110), 제 2 메쉬층(Second Mesh Layer, 120) 및 나노섬유층(Nano Fiber Layer, 100)을 포함할 수 있다.
제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)은 실(Yarn)로 짠 메쉬 타입(Mesh Type)의 직물 또는 편물을 포함할 수 있다.
이러한 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)은 PVC, PVC 코팅 유리섬유, PP, PET, Nylon 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
아울러, 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)의 섬유 직경(실 두께)은 대략 0.1mm 내지 1mm일 수 있다.
제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)은 나노섬유층(100)을 사이에 두고 용이하게 밀착 및 부착되기 위해 접착제 재질을 포함할 수 있다.
예를 들면, PVC, PP, PET, Nylon 중 적어도 하나의 재질에 폴리우레탄계 접착제 또는 아크릴계 접착제를 혼합하고, 이를 이용하여 실을 제작하거나 유리섬유에 코팅하여 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)을 제작할 수 있다. 이러한 경우, 별도의 접착제 층(Adhesive Layer)을 형성하거나 접착시트(Adhesive Sheet)를 사용하지 않은 상태에서도 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)을 효과적으로 밀착 및 부착시킬 수 있다. 이에 따라, 접착제에 의해 필터층(10)의 공극(나노섬유층(100), 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)의 공극)이 막히는 것을 방지할 수 있다.
나노섬유층(100)은 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)의 사이에 위치할 수 있다.
이러한 나노섬유층(100)의 섬유 직경(실 두께)은 제 1 메쉬층(110)의 섬유 직경(실 두께) 및 제 2 메쉬층(120)의 섬유 직경(실 두께)보다 더 작을 수 있다.
아울러, 나노섬유층(100)의 공극은 제 1 메쉬층(110)의 공극 및 제 2 메쉬층(120)의 공극보다 더 작을 수 있다.
나노섬유층(100)은 나노섬유를 제 1 메쉬층(110) 상에 방사하는 방식으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 전기 방사 장치를 이용하여 제 1 메쉬층(110) 상에 나노 섬유를 방사하여 나노섬유층(100)을 형성할 수 있다.
여기서, 나노 섬유의 직경은 700nm 내지 1300nm이고, 2.0g/m2 내지 5.0g/m2로 제 1 메쉬층(110) 상에 방사될 수 있다.
아울러, 나노섬유층(100)의 공극은 대략 0.00005mm 이하일 수 있다. 이러한 경우, 나노섬유층(100)은 대략 0.00025mm 이하의 미세먼지를 필터링할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 나노섬유는 PVDF, TPU, PAN, PET 또는 Nylon 중 적어도 하나의 재질일 수 있다.
이처럼, 미세먼지를 차단할 수 있는 나노섬유층(100)을 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)의 사이에 형성하게 되면, 물리적 강도가 상대적으로 낮은 나노섬유층(100)을 충분히 보호함으로써, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)를 구기거나 세척을 하는 경우에도 나노섬유층(100)의 공극이 붕괴되는 것을 충분히 억제(방지)함으로써, 세척 후 재사용이 가능할 수 있으며, 수명을 향상시킬 수 있다.
이러한 필터층(10)의 제조방법에 대해 살펴보면 아래와 같다.
도 4 및 도 5를 살펴보면, 먼저 제 1 메쉬층(110)을 형성하기 위한 제 1 메쉬원단(110a)을 준비(S100)하고, 준비한 제 1 메쉬원단(110a) 상에 나노 섬유를 전기 방사 등의 방법을 이용하여 방사(S100)하여 나노섬유층(100)을 형성할 수 있다.
제 1 메쉬원단(110a)의 일례가 도 5의 (A)에 나타나 있고, 나노섬유층(100)이 형성된 제 1 메쉬원단(110a)의 일례가 도 5의 (B)에 나타나 있다.
도 5의 (B)에서는 설명의 편의 및 도면의 간략화를 위하여 나노섬유층(100)을 명암으로 처리하였다. 나노섬유층(100)은 2차원 구조가 아니라 복잡한 3차원 망상 구조를 가지므로 뛰어난 미세먼지 포집성능(차단성능)을 발휘할 수 있다.
이후, 제 2 메쉬층(120)을 형성하기 위한 제 2 메쉬원단(120a)을 준비하고, 준비한 제 2 메쉬원단(120a)을 나노섬유층(100)이 형성된 제 1 메쉬원단(110a)에 부착(S120)시킬 수 있다.
이후 건조 등의 과정을 거치면 필터원단이 형성(S130)될 수 있다. 필터원단의 일례가 도 5의 (C)에 나타나 있다.
이후, 필터원단을 재단(S140)하여 적어도 하나의 필터층(10)을 형성할 수 있다.
이상에서는 필터원단을 재단하여 필터층(10)을 형성하는 것으로 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 예를 들면, 필터원단을 재단하지 않고 그대로 필터층(10)으로 사용하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 경우에는, 제 1 메쉬원단(110a)은 제 1 메쉬층(110)이라 하고, 제 2 메쉬원단(120a)은 제 2 메쉬층(120)이라 하는 것이 가능하다.
이하에서는, 필터원단을 재단하여 필터층(10)을 형성하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
제 1 메쉬원단(110a)과 제 2 메쉬원단(120a)을 부착시키는 방법에 대해 살펴보면 아래와 같다.
도 6을 살펴보면, 부착장치는 챔버(Chamber, 40), 제 1 롤러부(First Roller Part, 41), 제 2 롤러부(Second Roller Part, 42) 및 제 3 롤러부(Third Roller Part, 43)를 포함할 수 있다.
제 2 롤러부(42)는 나노섬유층(100)이 형성된 제 1 메쉬원단(110a)을 공급할 수 있다.
제 3 롤러부(43)는 제 2 메쉬원단(120a)을 공급할 수 있다.
챔버(40)는 제 1 롤러부(41)를 수용하고, 상대적으로 저온인 열융착 환경을 제공할 수 있다.
제 1 롤러부(41)는 챔버(40) 내에서 제 1 메쉬원단(110a)과 제 2 메쉬원단(110b)에 압력을 가하여 밀착 및 부착시켜 필터원단(10a)을 형성할 수 있다.
이러한, 부착장치는 필터원단(10a)을 수집하는 제 4 롤러부(Fourth Roller Part, 44)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 메쉬원단(110a)과 제 2 메쉬원단(120a)이 부착되는 챔버(40) 내의 온도는 대략 130℃~150℃일 수 있다. 여기서, 130℃~150℃의 온도는 열융착의 관점에서 보면 상대적으로 저온이라고 볼 수 있다.
챔버(40) 내에서는 제 2 메쉬원단(120a)(제 2 메쉬층(120))은 녹을 수 있으나, 제 1 메쉬원단(110a)(제 1 메쉬층(110)) 및 나노섬유층(100)은 녹지 않을 수 있다.
다르게 표현하면, 챔버(40) 내의 온도는 제 2 메쉬원단(120a)(제 2 메쉬층(120))의 녹는점보다는 높고, 제 1 메쉬원단(110a)(제 1 메쉬층(110))의 녹는점 및 나노섬유층(100)의 녹는점보다는 낮을 수 있다.
제 1 메쉬원단(110a)과 제 2 메쉬원단(120a)은, 별도의 접착제 또는 접착시트를 사용하지 않고, 상대적으로 저온인 열융착 환경에서 열로 인해 부착(열융착)될 수 있다.
이를 위해, 제 1 메쉬원단(110a) 및/또는 제 2 메쉬원단(120a)은 저온융착사(Low Melting Yarn)를 포함할 수 있다.
즉, 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)은 저온융착사를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제 2 메쉬층(120)은 저온융착사를 포함할 수 있다. 예를 들면, 저온융착사를 100% 혹은 부분적으로 이용하여 제 2 메쉬층(120)을 형성하는 것이 가능하다.
저온융착사는, 도시하지는 않았지만, 녹는점이 상대적으로 높은 재질을 포함하는 코어(Core)와, 코어를 덮으면서 녹는점이 상대적으로 낮은 재질을 포함하는 피복(Sheath)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 일반 PET 재질이 코어를 이루고, 녹는점이 낮게 설정된 PET(Low Melting Point PET) 재질이 피복을 이루는 것이 가능하다.
이처럼, 제 2 메쉬원단(120a)(제 2 메쉬층(120))이 저온융착사를 포함하는 경우에는, 제 1 메쉬원단(110a)과 제 2 메쉬원단(120a)이 상대적으로 저온인 열융착 환경에서도 용이하게 열융착되기 때문에, 제 1 메쉬원단(110a)(제 1 메쉬층(110))은 접착제 재질을 포함하는 경우도 가능하고 접착제 재질을 포함하지 않는 경우도 가능할 수 있다.
이러한 경우, 필터층(10)의 구조를 단순화할 수 있으면서도, 나노섬유층(100)을 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)의 사이에 위치시킴으로써, 필터층(10)의 구조적 안정성(강도)을 향상시킬 수 있다.
아울러, 별도로 접착층 또는 접착시트를 사용하지 않아도 되기 때문에 접착제 재질로 인해 필터층(10)의 공극이 막히는 것을 방지함으로써, 공기 투과율의 저하를 방지할 수 있다.
제 2 메쉬층(120)이 저온융착사를 포함하는 경우에는, 제 2 메쉬층(120)의 녹는점은 나노섬유층(100)이 방사되어 형성되는 제 1 메쉬층(110)의 녹는점 및/또는 나노섬유층(100)의 녹는점보다 더 낮을 수 있다.
제 1 메쉬층(110)은 필터층(10)의 기계적 강도(구조적 안정성)를 충분히 확보하기 위해 녹는점이 제 2 메쉬층(120)보다 더 높은 것이 바람직할 수 있다.
아울러, 나노섬유층(100)은 미세먼지를 충분히 포집(차단)하기 위해 공극구조를 유지할 필요가 있다. 자세하게는, 나노섬유층(100)은, 충분히 높은 미세먼지 포집성능의 저하를 확보하게 위해, 공극구조가 열에 의해 변형되거나 붕괴되는 것을 억제(방지)하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 나노섬유층(100)은, 열에 의한 변형을 최소화하기 위해, 녹는점이 제 2 메쉬층(120)의 녹는점보다 더 높은 것이 바람직할 수 있다.
아울러, 나노섬유층(100)의 지지기반이 되는 제 1 메쉬층(110)의 녹는점은 나노섬유층(100)의 녹는점보다 더 높을 수 있다.
자세하게는, 제 2 메쉬층(120)의 녹는점은 100~150℃이고, 제 1 메쉬층(110)의 녹는점은 200~230℃이고, 나노섬유층(100)의 녹는점은 170~180℃일 수 있다.
여기서, 제 1 메쉬층(110) 및 제 2 메쉬층(120)의 녹는점은, 다층구조인 경우에는, 표면(피복)의 녹는점을 의미할 수 있다.
예를 들어, 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)이 각각 코어와 피복을 포함하는 경우, 제 2 메쉬층(120)의 피복의 녹는점은 제 1 메쉬층(110)의 피복의 녹는점보다 더 낮을 수 있다.
이와는 다르게, 제 1 메쉬층(110)은 PVC, PP, PET, Nylon 중 어느 하나의 재질로 구성되는 단층구조를 갖고 제 2 메쉬층(120)이 코어와 피복을 포함하는 경우에는, 제 2 메쉬층(120)의 피복의 녹는점은 제 1 메쉬층(110)의 녹는점보다 더 낮을 수 있다.
도 7의 (A)와 (B)에는 필터층(10)의 일례가 나타나 있다.
도 7의 (A)는 필터층(10)을 제 1 메쉬층(110) 측에서 바라본 도면이고, 도 7의 (B)는 필터층(10)을 제 2 메쉬층(120) 측에서 바라본 도면이다.
도 7에서는, 필터층(10)을 확대하여 찍은 사진이지만, 나노섬유층(100)을 이루는 나노섬유의 직경(실 두께)이 충분히 작아서 두드러지게 나타나 있지는 않다.
도 7은 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)이 고리 혹은 매듭(Knot) 타입으로 구현된 경우이다.
도 7을 살펴보면, 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)을 비교하면, 제 1 메쉬층(110)의 명도는 제 2 메쉬층(120)의 명도보다 더 낮을 수 있다. 도 7에서 제 2 메쉬층(120)은 제 1 메쉬층(110)보다 더 밝게 보인다.
제 1 메쉬층(110)은 저온융착사를 포함하는 제 2 메쉬층(120)에 비해 안료 및/또는 염료를 첨가하는 것이 상대적으로 용이할 수 있다. 저온융착사를 포함하는 제 2 메쉬층(120)에 안료 및/또는 염료를 첨가하게 되면, 제 2 메쉬층(120)의 녹는점 특성이 변질될 수 있으며, 제 2 메쉬층(120)의 점착성이 저하될 가능성이 있다.
이를 고려할 때, 제 1 메쉬층(110)은 안료 및/또는 염료를 포함하고, 제 2 메쉬층(120)은 안료 및 염료를 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들면, 제 1 메쉬층(110)은 검은색 계열의 염료를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 제 1 메쉬층(110)의 명도는 제 2 메쉬층(120)의 명도보다 더 낮을 수 있다.
이처럼, 제 1 메쉬층(110)이 안료 및/또는 염료를 포함하는 경우에는 제 1 메쉬층(110)이 외부로 비쳐 보이는 것을 억제(방지)할 수 있으며, 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)를 다양한 디자인으로 구현하는 것이 가능할 수 있다.
또는, 제 1 메쉬층(110)의 채도(Chroma)는 제 2 메쉬층(120)의 채도보다 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제 1 메쉬층(110)에 적색 염료를 첨가하는 경우에는 제 1 메쉬층(110)을 적색으로 구현하는 것이 가능하고, 이러한 경우에 제 1 메쉬층(110)의 채도는 제 2 메쉬층(120)의 채도보다 더 높을 수 있다.
이상에서는, 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)이 고리 또는 매듭 형태의 메쉬 타입인 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 예를 들면, 도 8의 (A)와 같이, 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)은 육각형 형태(벌집 형태)의 메쉬 타입이거나, 도 8의 (B)와 같이 사각 형태의 메쉬 타입인 경우도 가능할 수 있다.
한편, 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)은 서로 엇갈리게 배치되는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 9와 같이, 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)은 제 1 각도(θ1)로 엇갈리게 배치될 수 있다. 이러한 경우, 서로 엇갈리는 제 1 메쉬층(110)과 제 2 메쉬층(120)으로 인해 필터층(10)의 기계적 강도(구조적 안정성)가 향상될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)의 수명이 향상될 수 있으며, 재사용 횟수가 증가될 수 있다.
한편, 제 1 메쉬층(110) 및/또는 제 2 메쉬층(120)은 정전기유발물질을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 메쉬층(110)이 정전기유발물질을 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 유리섬유를 정전기유발물질이 포함된 재료, 예컨대 PVC와 정전기유발물질을 혼합한 재료로 코팅하여 제 1 메쉬층(110)을 제조하기 위한 원사를 제조하고, 이러한 원사를 이용하여 제 1 메쉬층(110)을 제조할 수 있다.
여기서 정전기유발물질은 정전기를 유발하기 위한 물질로 비교적 사이즈가 작은 초미세먼지(예컨대, MP-2.5등급의 초미세먼지)를 포집하기 위한 물질일 수 있다.
이처럼, 제 1 메쉬층(110)이 정전기유발물질을 포함하는 경우에는, 정전기유발물질에 의하여 유발되는 정전기에 의해, 나노섬유층(100)의 공극이 상대적으로 큰 경우에도 충분히 작은 사이즈의 먼지를 포집(차단)하는 것이 가능할 수 있다.
여기서, 제 1 메쉬층(110)의 정전기유발물질에 의하여 전기적으로 포집되는 미세먼지의 평균직경은, 나노섬유층(100)에 의하여 물리적으로 포집되는 미세먼지의 직경보다 작을 수 있다. 예컨대, 제 1 메쉬층(110)은 MP-2.5 등급의 초미세먼지 포집에 적합하고 나노섬유층(100)은 MP-10 등급의 미세먼지 포집에 적합하도록 설계될 수 있다.
이와 같이, 필터층(10)은 나노섬유층(100)과 제 1 메쉬층(110)에 포함된 정전기유발물질을 이용한 2중 포집 메커니즘에 따라 미세먼지를 효과적으로 포집/차단할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 미세먼지 방진메쉬에서 미세먼지 포집을 위해 활용되는 정전기유발물질에 대해 보다 상세히 살펴본다. 먼저, 정전기유발물질은 탄소에 고온/고압을 가하여 결정화한 탄소(cryatalline carbon)에 1족 또는 2족 원소의 염화물을 적어도 한가지 혼합한 것일 수 있다. 여기서, 1족 또는 2족 원소의 염화물에는 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2) 등이 포함될 수 있으나 본 발명의 범위가 이로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 정전기유발물질은 결정화한 탄소에 폴리아크릴산나트륨이나 산화지르코늄 중 적어도 하나를 혼합한 것일 수 있다. 한편, 정전기유발물질로 혼합되는 원료들의 직경은 1㎛ 내지 0.1mm 사이인 것이 바람직하다. 이는 원료들의 직경이 1㎛ 미만일 경우 정전기유발성능은 향상될 수 있으나 제조의 어려움을 감안한 것이다.
이러한 2중 포집 메커니즘에 따라 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)의 필터층(10)은 동일한 성능을 갖는 다른 필터층에 비하여 두께를 얇게 할 수 있어서 시인성 및 공기투과도가 높을 수 있다.
다른 관점에서 보면, 도 10과 같이, 나노섬유층(100)의 나노 섬유에 의해 마련되는 공극의 사이즈(d1)보다 더 작은 사이즈를 갖는 미세먼지(400)가 정전기유발물질을 포함하는 제 1 메쉬층(110)에 의해 포집(차단)될 수 있다.
도 11에는 제 1 메쉬층(110)을 형성하기 위한 원사(110b)의 일례가 도시되어 있다.
도 11의 (A), (B)를 살펴보면, 원사(110b)는 유리섬유(112), 유리섬유(112) 외곽의 코팅 레이어(113), 코팅 레이어(113) 외곽의 확산 레이어(114) 및 확산 레이어(114) 외곽의 정전기유발물질 레이어(115)를 포함할 수 있다.
이러한 원사(110b)는 1차적으로 유리섬유(112)를 코팅물질로 코팅한 다음 그 위에 정전기유발물질을 도포/코팅함으로써 제조된 것일 수 있다. 예를 들면, 코팅 레이어(113)는 PVC 재질을 포함할 수 있다.
확산 레이어(114)는 정전기유발물질 레이어(115)에 포함된 정전기유발물질이 유리섬유(112) 쪽으로 확산되면서 형성되는 중간영역일 수 있다.
그러므로 정전기유발물질의 함유량은 정전기유발물질 레이어(115), 확산 레이어(114), 코팅 레이어(113) 순일 수 있다.
이와 같이, 원사(110b)에서는 표면에서의 정전기유발물질 함유량이 원사(110b)의 내부에서보다 높아 정전기 용량의 대부분이 표면에 분포되어 미세먼지 포집이 원활히 이루어질 수 있다.
한편, 도 11의 예에서와 달리, 유리섬유(112)에 대한 코팅은, 코팅물질과 정전기유발물질을 혼합하여 1번의 코팅을 수행함으로써 이루어질 수도 있다. 이러한 경우에도 정전기유발물질의 함유량은 표면층이 더 높은 것이 바람직하다.
정전기유발물질을 표면으로 집중시키는 방법은 코팅과정에서 정전기유발물질에 의하여 유발되는 정전기와 반대되는 극성의 전압을 외부에서 가하는 방법이 있을 수 있으나, 그 외에도 다양한 방법이 있을 수 있다.
그리고 경우에 따라서는, 원사(110b)에 정전기유발물질을 코팅한 다음 이를 이용하여 제 1 메쉬층(110)을 제조하는 방법뿐만 아니라, 원사(110b)를 이용하여 제 1 메쉬층(110)을 먼저 제조한 다음 제 1 메쉬층(110)에 코팅을 수행하는 방법도 가능할 수 있다.
이러한 경우에도 제 1 메쉬층(110) 표면에서의 정전기유발물질의 함유량은 제 1 메쉬층(110) 내부에서의 정전기 유발물질의 함유량보다 높은 것이 바람직할 수 있다.
이상에서 설명한 필터층(10)은 미세먼지 포집(차단) 효율이 우수하면서도, 그 두께는 충분히 얇을 수 있다. 예를 들면, 필터층(10)의 두께는 0.20mm~0.35mm일 수 있다.
이하의 표 1은 필터층(10)을 10개 제작하고, 각각의 필터층(10)의 두께를 측정한 데이터를 나타내고 있다.
여기서, M1~M10의 총 10개의 필터층(10)은 각각 제 1 메쉬층(110), 나노섬유층(100), 제 2 메쉬층(120)을 포함할 수 있다. 아울러, 제 2 메쉬층(120)은 저온융착사를 포함하고, 제 1 메쉬층(110)은 정전기유발물질을 포함할 수 있다.
필터층 두께
종류 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10
두께 0.26 0.31 0.29 0.28 0.32 0.31 0.29 0.3 0.28 0.26
표 1을 살펴보면, 필터층(10)의 두께가 대략 0.26mm 내지 0.32mm인 것을 확인할 수 있다.
도 12에는 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)의 필터층(10)의 PMI 테스트 결과를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
도 12를 살펴보면, 필터층(10)의 표면 및 이면 모두, 직경이 약 18um인 구멍(Pore)의 비중이 각각 약 18% 및 34%로 가장 높으며 직경 10um 내지 40um의 구멍의 비중이 60%를 넘는 것을 확인할 수 있다.
이는 필터층(10)은 나노 섬유의 방사가 충분히 균일하고, 이에 따라 필터층(10)의 신뢰성이 충분히 높다는 것을 의미할 수 있다.
도 13에는 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)의 필터층(10)의 미세먼지 포집성능 테스트결과 및 공기 투과도에 대해 데이터가 나타나 있다.
분진포집효율 및 공기 투과도에 대한 실험은 국제공인시험기관인 FITI 시험 연구원에서 진행 하였으며, 분진포집효율은 ASHRAE STANDARD 52.1, 중량법(단위 %)에 따라 이루어졌으며, 공기투과도는 JIS L 1096 2010 A법에 따라 이루어졌다.
도 13을 살펴보면, 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)의 필터층(10)은 ASHRAE STANDARD 52.1 중량법에 따른 분진 포집 효율을 91.3%로 구현할 수 있고, JIS L 1096 2010 A법에 따른 248.8cm3/cm2/s의 우수한 공기투과도를 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이하의 표 2는 세척 후의 분진포집효율에 대한 데이터를 나타내고 있다.
표 2에서 본 발명에 따른 실시예 1, 3, 3은 필터층(10)이 각각 제 1 메쉬층(110), 나노섬유층(100), 제 2 메쉬층(120)을 포함하고, 제 2 메쉬층(120)은 저온융착사를 포함하고, 제 1 메쉬층(110)은 정전기유발물질을 포함한다.
아울러, 비교예 1, 2, 3은 필터층이 하나의 단일 메쉬층과, 단일 메쉬층 상에 방사되어 형성된 나노섬유층을 포함하는 경우이다.
실시예 1, 2, 3에 따른 필터층(100)과 비교예 1, 2, 3에 따른 필터층을 각각 흐르는 물로 세척하고 건조하는 과정을 총 3회 실시하였다.
이후, 실시예 1, 2, 3에 따른 필터층(100)과 비교예 1, 2, 3에 따른 필터층을 각각 ASHRAE STANDARD 52.1, 중량법(단위 %)에 따라 분진포집효율을 평가하였다.
표 2를 살펴보면, 실시예 1, 2, 3에 따른 필터층(10)은 3회 세척과 건조 이후에 ASHRAE STANDARD 52.1 중량법에 따른 분진 포집 효율이 76.2% 내지 79.2%로서 충분히 높은 수준을 유지하는 것을 알 수 있다.
반면에, 비교예 1, 2, 3에 따른 필터층은 3회 세척과 건조 이후에 ASHRAE STANDARD 52.1 중량법에 따른 분진 포집 효율이 42.1% 내지 67.3%로서 과도하게 낮은 것을 알 수 있다.
표 2를 근거로 하여 평가하면, 본 발명에 따른 방진 마스크(10A)의 필터층(10)이 세척과 건조 이후에도 충분히 높은 수준은 성능을 발휘하는 것을 확인할 수 있다.
종류 (ASHRAE STANDARD 52.1, 중량법) %
실시예 1 79.2
실시예 2 78.7
실시예3 76.2
비교예 1 67.3
비교예 2 42.1
비교예 3 55.6
이하에서는, 내피층에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 14 내지 도 15는 내피층에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 14를 살펴보면, 내피층(20)은 제 1 내피층(First Inner Layer, 200)과 제 2 내피층(Second Inner Layer, 210)을 포함할 수 있다.
제 1 내피층(200)은 사용자 측을 향하고, 소수성을 가질 수 있다. 이를 위해, 제 1 내피층(200)은 폴리프로필렌(Polypropylene) 재질을 포함할 수 있다.
제 2 내피층(210)은 제 1 내피층(200)과 필터층(10)의 사이에 위치하며, 제 1 내피층(200)에 비해 상대적으로 친수성을 가질 수 있다. 이를 위해, 제 2 내피층(210)은 폴리에스테르(Polyester) 재질을 포함할 수 있다.
하나의 원단으로 제작되는 내피층(20)에서 제 1 내피층(200)은 소수성을 갖고 제 2 내피층(210)은 친수성을 갖도록 하기 위한 방법에 대해 이하에서 설명하기로 한다.
먼저, 고흡수성 고분자(입자크기 10~100㎛) 재질을 내피층(20)의 원단의 중량 대비 0.1~0.5중량부 내외를 물에 혼합하여 코팅액을 형성할 수 있다.
이후, 내피층(20)의 원단을 코팅액에 담그고(Deeping), 코팅액에 담갔던 원단을 꺼내어 압착(Squeezing)하여 코팅액을 짜내고, 이후 원단을 건조(Drying)할 수 있다.
이러한 과정을 거치면 폴리프로필렌 섬유의 표면에는 고흡수성 고분자 수용액이 잔류하지 않고, 폴리에스테르 섬유 표면에는 고흡수성 고분자가 잔류할 수 있다.
이에 따라, 내피층(20)에서 제 1 내피층(200)은 소수성을 갖게 되고, 제 2 내피층(210)은 친수성을 가질 수 있다.
여기서, 본 발명에 적용될 수 있는 고흡수성 고분자 재질은 폴리아크릴 아마이드(Polyacryl amide), 폴리아크릴산(Polyacrylic acid), 폴리메타크릴산((Polymethacrylic acid), 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide) 및 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
아울러, 천연재질로서 본 발명에 적용될 수 있는 고흡수성 재질은 젤라틴(Gelatin), 폴리사카라이드(Polysaccarides), 셀롤로오스계(Sodium carboxylmehtyl cellulose) 및 키토산(Chitosan) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이를 근거로 하면 이하에서 설명될 폴리에스테르 실(210a)의 표면에는 고흡수성 고분자 재질이 코팅된 것으로 볼 수 있다.
제 1 내피층(200)과 제 2 내피층(210)은 소정의 실에 의해 연결될 수 있다.
예를 들면, 도 15와 같이, 제 1 내피층(200)은 폴리프로필렌 실(200a)로 직조되고, 제 2 내피층(210)은 폴리에스테르 실(200b)로 직조될 수 있다.
여기서, 연결실(220)이 폴리프로필렌 실(200a)과 폴리에스테르 실(200b)을 연결할 수 있다.
사용자의 호흡에 의해 습기가 제공되면, 제공된 습기는 소수성의 제 1 내피층(200)에 의해 흡수되지 않고 연결실(220)을 타고 제 2 내피층(210)으로 전달될 수 있다. 아울러, 상대적으로 친수성인 제 2 내피층(210)은 연결실(220)을 타고 전달된 습기를 머금을 수 있다.
이에 따라, 사용자는 소수성인 제 1 내피층(200)에 의해 우수한 착용감을 상대적으로 긴 시간 동안 가질 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 외부를 향하는 외피층(Outer Layer); 사용자 측을 향하는 내피층(Inner Layer); 및 상기 외피층과 상기 내피층의 사이에 위치하는 필터층(Filter Layer);을 포함하고,
    상기 필터층은 제 1 메쉬층(First Mesh Layer); 제 2 메쉬층(Second Mesh Layer); 및 상기 제 1 메쉬층과 상기 제 2 메쉬층의 사이에 위치하되 상기 제 1 메쉬층에 전기방사되어 형성되는 나노섬유층(Nano Fiber Layer);을 포함하고,
    상기 내피층은 상기 사용자 측을 향하는 소수성(Hydrophobic)의 제 1 내피층(First Inner Layer); 및 상기 제 1 내피층과 상기 필터층의 사이에 위치하는 친수성(Hydrophile)의 제 2 내피층(Second Inner Layer);을 포함하며,
    상기 제 1 메쉬층과 상기 제 2 메쉬층은 상기 제 2 메쉬층에 포함된 저온융착사(Low Melting Yarn)의 열융착에 의하여 결합되되, 상기 저온융착사의 녹는점은 상기 제 1 메쉬층 및 상기 나노섬유층보다 낮고,
    상기 제 1 내피층과 상기 제 2 내피층은 친수성 연결실에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는, 방진 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메쉬층은 염료 또는 안료 중 적어도 하나의 재질을 더 포함하고,
    상기 제 1 메쉬층의 명도는 상기 제 2 메쉬층의 명도보다 더 낮은 방진 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 메쉬층은 염료 또는 안료 중 적어도 하나의 재질을 더 포함하고,
    상기 제 1 메쉬층의 채도(Chroma)는 상기 제 2 메쉬층의 채도보다 더 높은 방진 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내피층은
    폴리프로필렌(Polypropylene) 재질을 포함하고, 상기 사용자 측을 향하는 제 1 내피층(First Inner Layer); 및
    상기 제 1 내피층과 상기 필터층의 사이에 위치하며, 폴리에스테르(Polyester) 재질을 포함하는 제 2 내피층(Second Inner Layer);
    을 포함하는 방진 마스크.
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