KR102139160B1 - 다중 필터 마스크. - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 필터 마스크에 관한 것으로서, 안면에 착용하도록 양측에 귀걸이가 형성되고, 내측면에 수납부가 형성되며, 상기 수납부는 부직포로 이루어진 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하는 것으로서, 상기 제1 필터부에는 산화구리(CuO)가 담지된 활성탄 입자가 분산되며, 상기 제2 필터부에는 산화구리(CuO) 입자가 분산되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 필터 마스크.{Mult-Filtering Mask}

본 발명은 다중 필터 마스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 미세오염물 및 세균을 효과적으로 차단하면서도 호흡이 가능하도록 이루어진 다중 필터 마스크에 관한 것이다.

미세먼지, 세균 등을 차단할 수 있는 마스크는 주로 안면에 착용하여 입과 코 부분을 가리는 구조로 이루어져 있다. 그러나 이러한 마스크를 착용하면 편한 호흡이 어려우며 마스크가 안면에 완전히 밀착되지 않아 마스크의 틈새로 미세먼지나 세균이 침투하여 호흡시 체내로 흡수되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 형태의 마스크가 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1132000호에서는 1차적으로 외부의 유해공기를 걸러내는 제1 필터부, 미세먼지 및 유기물을 흡착시킴과 동시에 바이러스의 제거 및 살균을 위한 충진물을 포함하는 여과부, 유해성분을 최종적으로 걸러내어 코 내부로 배출하는 제2 필터부를 포함하여 구성되는 비강 마스크가 개시되어 있다.

다층 구조로 이루어지는 이러한 마스크는 미세먼지, 세균 등의 유해성분을 포집하는 데에는 적합할 수 있으나, 공기의 흐름이 원활하지 못하여 실제 착용했을 때 원활한 호흡이 이루어지기 어려운 문제점이 있다. 또한, 비강에 착용한 마스크로 인한 호흡이 원활하지 못하여 입으로 호흡함으로써 유해성분이 체내에 흡입되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로서, 공기의 흐름이 원활한 다층 구조로 이루어져 편한 호흡이 가능하면서도 유해성분을 효과적으로 차단할 수 있는 다중 필터 마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 필터 마스크는 안면에 착용하도록 양측에 귀걸이가 형성되고, 내측면에 수납부가 형성된 것으로서, 상기 수납부는 부직포로 이루어진 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하며, 상기 제1 필터부에는 산화구리(CuO)가 담지된 활성탄 입자가 분산되며, 상기 제2 필터부에는 산화구리(CuO) 입자가 분산되는 것을 특징으로 한다.

이때, 산화구리가 담지된 활성탄 입자는 1 내지 5 중량%의 산화구리가 담지될 수 있다.

또한, 상기 활성탄 입자는 상기 제1 필터부를 구성하는 부직포에 100 중량%에 대하여 1 내지 20 중량%의 범위에서 함유되며, 상기 산화구리 입자는 상기 제2 필터부를 구성하는 부직포 100 중량%에 대하여 1 내지 5 중량%의 범위에서 함유될 수 있다.

본 발명에 따른 다중 필터 마스크는 공기의 흐름이 원활한 다층 구조로 이루어져 편한 호흡이 가능하면서도 유해성분을 효과적으로 차단할 수 있는 효과를 나타낸다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 다중 필터 마스크는 안면에 착용하도록 양측에 귀걸이가 형성되고, 내측면에 수납부가 형성된 것으로서 통상의 마스크와 동일한 구조로 이루어진다. 마스크의 유해성분 차단 효과는 상기 수납부의 여과 효과에 따른 것이기 때문에 본 발명에서는 상기 수납부의 구성을 최적화함으로써 마스크로서의 효과를 향상시키고 있다.

즉, 상기 수납부는 부직포로 이루어진 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하는데, 이러한 부직포는 통상적인 마스크에 사용되는 것으로서 특별히 한정되지 않으며 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 합성 부직포를 사용할 수 있다.

상기 제1 필터부 및 제2 필터부는 상기 수납부를 구성하는 상기 부직포에 분산되어 유해물질을 차단하는 역할을 하는 물질의 종류에 따라 구분하게 되는 것이다. 즉, 상기 마스크 본체는 전체적으로 공기의 유통이 원활한 부직포로 이루어지며 미세기공을 가진 별도의 여과막 등을 포함하지 않기 때문에 얼굴에 착용하더라도 호흡의 불편함이 없도록 구성된다.

상기 마스크를 착용한 채 호흡을 하면 공기가 제1 필터부 및 제2 필터부를 순차적으로 통과하여 체내로 들어가게 된다. 상기 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하는 수납부는 여과층의 두께가 1 내지 2㎜에 불과하기 때문에 상기 두께 방향으로 공기가 통과하는 과정에서 유해물질을 포집할 수 있어야 한다. 이러한 유해물질의 포집은 부직포만으로는 불가능하며 먼지, 모래 등의 큰 입자를 걸러줄 수 있는데 불과하다.

따라서 상기 마스크를 구성하는 제1 필터부 및 제2 필터부에는 유해물질을 포집할 수 있는 유효성분들이 분산되게 된다. 즉, 상기 제1 필터부에는 산화구리(CuO)가 담지된 활성탄 입자가 분산되며, 상기 제2 필터부에는 산화구리(CuO) 입자가 분산되는 것을 특징으로 한다.

상기 산화구리는 미세 입자를 흡착하는 성능이 있어 촉매 등에 사용되고 있는 것인데, 상기 산화구리를 일정한 크기로 합성하여 상기 부직포에 분산시킬 때 유효한 효과를 나타내는 것으로 파악되었다. 특히, 포집하고자 하는 유해물질의 크기 및 종류에 따라 산화구리 입자를 그대로 사용하거나 산화구리를 활성탄 입자에 담지하여 사용함으로써 그 효과를 증대시킬 수 있다.

상기 산화구리 입자는 용액법에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 즉, 질산구리 수화물(Cu(NO₃)_2·3H₂O)를 염기성 수용액에 투입하여 혼합한 후 이를 400 내지 500℃에서 소성함으로써 제조할 수 있는데, 혼합 조건이나 소성 조건에 따라 입도 조절이 가능하며 필터부에 대한 분산을 고려하면 50 내지 100㎛ 크기로 분급된 산화구리 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 산화구리를 활성탄 입자에 담지하는 경우 질산구리 수화물(Cu(NO₃)_2·3H₂O)의 수용액에 활성탄 입자를 혼합하고 증발건조 및 소성하는 증발건고법으로 제조할 수 있는데, 이 경우 상기 산화구리가 담지된 활성탄 입자도 필터부에 대한 분산을 고려하여 50 내지 100㎛ 크기로 분급된 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화구리 입자 및 활성탄 입자를 부직포 내에 분산시키기 위하여 스펀본딩이나 멜트블로우 공정에서 상기 산화구리 입자를 혼합하여 제조된 웹과 상기 활성탄 입자를 혼합하여 제조한 웹을 성형하여 2개의 필터부로 이루어진 본체를 제조할 수 있다. 또한, 상기 산화구리 입자가 분산된 부직포 및 상기 활성탄 입자가 분산된 부직포를 각각 제조하여 이를 제1 필터부 및 제2 필터부로 사용할 수도 있다. 또한, 각각의 부직포는 제1 필터부 및 제2 필터부를 구성하므로 상기 필터부의 성형 시 열융착, 접착 등에 의해 상기 제1 필터부 및 제2 필터부를 일체화함으로써 다중 필터 마스크를 제조할 수 있게 된다.

따라서 상기 다중 필터 마스크의 유해물질 여과 성능은 상기 부직포 내에 분산되어 제1 필터부와 제2 필터부에 함유되는 활성탄 입자 및 산화구리 입자에 의해 결정된다.

상기 활성탄 입자는 1 내지 5 중량%의 산화구리가 담지될 때 원하는 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 일반적인 담지법에서 5 중량% 이상의 산화물을 담지하는 경우 입자의 뭉침이 발생하여 활성이 저하되므로 수 중량% 이하의 담지를 하는데, 1 중량% 이하의 양으로 담지하는 경우 활성이 불충분하여 유해물질의 포집율이 크게 저하되는 것으로 나타났다.

또한, 상기와 같이 제조된 산화구리가 담지된 활성탄 입자는 제1 필터부를 구성하는 부직포 100 중량%에 대하여 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 범위에서 함유될 수 있다. 상기 함량범위에서 활성탄 입자는 부직포에 고르게 분산되며 호흡 시 발생하는 공기 흐름의 빠른 속도에서도 유해물질을 효율적으로 포집할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌으로 이루어진 시판되는 MB(멜트블로운)형 부직포에 상기 활성탄 입자를 분산시키는 것이 바람직한데, 부직포의 제조공정에서 상기 활성탄 입자를 혼합하여 제조할 때 상기 활성탄 입자의 함량이 지나치게 적으면 통상적인 부직포 필터보다 더 나은 유해물질 차단 효과가 없는 것으로 나타났으며, 활성탄 입자의 함량이 지나치게 많으면 부직포 제조 공정의 효율이 감소하며 활성탄 입자의 뭉침으로 인해 유해물질 차단 효율도 향상되지 않는 것으로 나타났다.

또한, 상기 산화구리 입자는 상기 제2 필터부를 구성하는 부직포 100 중량%에 대하여 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 범위에서 함유되는 것이 바람직하다. 상기 제2 필터부는 제1 필터부를 통과한 공기를 2차 여과하는 역할을 하기 때문에 산화구리 입자의 함량이 지나치게 적은 경우 유해물질 차단 효율이 감소하며, 지나치게 많으면 성형성이 저하되며 입자의 뭉침으로 인해 유해물질 차단에 부정적인 영향을 나타내므로 상기 범위가 되도록 함유하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 필터부와 제2 필터부로 구성되는 다중 필터 마스크는 여과를 수행하는 수납부의 두께를 고려하더라도 충분한 유해물질 차단 효과가 있는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 다중 필터 마스크의 유해물질 차단 성능 및 공기의 흐름에 대해 다음과 같은 시험을 통해 그 성능을 평가하였다.

폴리에틸렌 재질의 MB형 부직포를 제조하는 공정에서 산화구리가 담지된 활성탄 입자가 분산된 부직포를 제조하여 이를 제1 필터부로 하고, 산화구리 입자가 분산된 부직포를 제조하여 이를 제2 필터부로 하였다.

산화구리가 담지된 활성탄 입자는 질산구리 수화물(Cu(NO₃)_2·3H₂O)의 수용액에 활성탄 입자를 혼합하고 증발건조하여 담지체를 제조한 후 이를 400℃에서 1시간 동안 소성하여 제조하였으며, 제조된 활성탄 입자는 유성밀을 이용하여 분쇄한 후 분급을 통해 50 내지 100㎛ 크기의 입자가 90% 이상이 되도록 하여 이를 사용하였다.

또한, 산화구리 입자는 질산구리 수화물(Cu(NO₃)_2·3H₂O)을 암모니아 수용액에 투입하여 pH가 9 내지 10이 되도록 하여 침전을 발생시킨 후 이를 여과하고 400℃에서 1시간 동안 소성하여 제조하였으며, 제조된 산화구리 입자는 유성밀을 이용하여 분쇄한 후 분급을 통해 50 내지 100㎛ 크기의 입자가 90% 이상이 되도록 하여 이를 사용하였다.

상기 산화구리가 담지된 활성탄 입자가 분산된 부직포로 구성된 제1 필터부 및 산화구리 입자가 분산된 부직포로 구성된 제2 필터부를 열융착하여 마스크의 수납부에 수납함으로써 여과부를 형성하였다. 이때 상기 제1 필터부는 부직포 내에 산화구리가 담지된 활성탄 입자를 8 중량% 함유하며, 상기 제2 필터부는 부직포 내에 산화구리 입자를 6 중량% 함유하는 것으로 나타났다(실시예).

또한, 비교를 위하여 실시예에 기재된 산화구리가 담지된 활성탄 입자가 분산된 부직포로만 제조한 마스크(비교예 1), 실시예에 기재된 산화구리 입자가 분산된 부직포로만 제조한 마스크(비교예 2), MB형 부직포로만 제조된 마스크(비교예 3)에 대한 시험 평가를 실시하였다.

실시예 및 비교예 1 내지 3의 마스크에 대한 공기투과도는 KS K ISO 9237에 따라 공기투과도시험기(모델명:AP-360D)를 사용하여 실시하였고, 그 결과는 표 1과 같다.

	공기투과도(㎝/s)
실시예	48.65
비교예1	48.82
비교예2	47.68
비교예3	49.05

표 1의 결과를 살펴보면, 실시예 및 비교예의 마스크가 높은 공기투과도를 나타내어 얼굴에 착용하더라도 원활한 호흡이 가능한 것으로 나타났다.

또한, 상기 마스크에 대하여 식품의약품안전처의 보건용 마스크의 기준 규격에 대한 가이드라인에 따라 분진포집효율시험을 실시하였다. 시험은 염화나트륨 에어로졸을 사용하여 실시하였으며, 1% 농도의 염화나트륨 용액으로 에어로졸을 형성한 후 분당 95 L의 유량, 8 ± 4 ㎎/㎥의 농도로 필터부를 통과시킨 후 통과 전후의 농도를 측정하였다. 또한, 측정된 값을 하기 게산식에 따라 계산하여 분진포집효율을 구하였다. 단, 하기 식에서 P는 분진포집효율, C₁은 필터부 통과 전의 염화나트륨 또는 파라핀 오일의 농도, C₂는 필터부 통과 후의 염화나트륨 또는 파라핀 오일의 농도이다.

P(%)={(C₁-C₂)/C₁}×100

일반적으로 분진포집효율 시험에서 염화나트륨 및 파라핀 오일에 대하여 94% 이상인 경우 KF94 등급이며, 염화나트륨에 대하여 80% 이상인 경우 KF80 등급으로 나누고 있으며, 분진포집효율시험 결과는 표 2와 같다.

	분진포집효율(%)
실시예	87
비교예1	78
비교예2	72
비교예3	62

표 2의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 제1 필터부와 제2 필터부가 적층된 다중 필터 구조체에 대해 분진포집효율이 85%로 나타나 시판되는 KF94 등급의 미세먼지 차단 마스크의 성능에는 못 미치나 일반적으로 사용되는 KF80 등급의 마스크보다는 더 높은 분진포집효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 대하여 다층 필터 구조체가 아닌 경우에는 비교예 1 및 2와 같이 분진포집효율이 낮은 것으로 나타나 상기 필터부만으로는 마스크의 효율을 기대하기 어려우며 다른 필터 구조체를 추가적으로 결합하여 사용해야만 유해성분을 차단하는 효과를 기대할 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (3)

1. 안면에 착용하도록 양측에 귀걸이가 형성되고, 내측면에 수납부가 형성된 다중 필터 마스크로서,
   상기 수납부는 부직포로 이루어진 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하며,
   상기 제1 필터부에는 산화구리(CuO)가 담지된 활성탄 입자가 분산되며,
   상기 제2 필터부에는 산화구리(CuO) 입자가 분산되며,
   상기 산화구리가 담지된 활성탄 입자는 상기 제1 필터부를 구성하는 부직포에 100 중량%에 대하여 1 내지 20 중량%의 범위에서 함유되며,
   상기 산화구리 입자는 상기 제2 필터부를 구성하는 부직포 100 중량%에 대하여 1 내지 5 중량%의 범위에서 함유되며,
   상기 산화구리가 담지된 활성탄 입자는 질산구리 수화물(Cu(NO₃)₂·3H₂O)의 수용액에 활성탄 입자를 혼합하고 증발건조하여 담지체를 제조한 후 이를 400℃에서 1시간 동안 소성하여 제조된 것으로서, 50 내지 100㎛ 크기의 입자가 90% 이상이며,
   상기 산화구리 입자는 질산구리 수화물(Cu(NO₃)₂·3H₂O)을 암모니아 수용액에 투입하여 pH가 9 내지 10이 되도록 하여 침전을 발생시킨 후 이를 여과하고 400℃에서 1시간 동안 소성하여 제조된 것으로서, 50 내지 100㎛ 크기의 입자가 90% 이상인 것을 특징으로 하는 다중 필터 마스크.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   산화구리가 담지된 활성탄 입자는 1 내지 5 중량%의 산화구리가 담지되는 것을 특징으로 하는 다중 필터 마스크.
   
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