KR102168209B1 - 마스크용 항균필터와 이의 제조방법 및 항균 마스크 - Google Patents

마스크용 항균필터와 이의 제조방법 및 항균 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스크용 항균필터에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터는 항균제로 그래핀 및 은 나노 입자를 선택하고, 고분자섬유에 그래핀 슬러리를 함침시킨 다음 그래핀이 함침된 고분자섬유를 은무전해 도금액에 일정시간 침적시킨 후 그래핀 및 은코팅액을 고분자섬유 상에 부착함으로써, 수십 회에 걸친 세정 후에도 우수한 항균성과 탈리 현상이 적은 마스크용 항균필터를 제공할 수 있다.

Description

마스크용 항균필터와 이의 제조방법 및 항균 마스크{Antimicrobial Filter For mask and The method of manufacturing thereof and Antimicrobial mask}
본 발명은 마스크용 항균필터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 공기 중에 부유하고 있는 미세먼지, 병원성 세균, 박테리아. 및 바이러스 등을 포집, 살균하기 위한 마스크용 항균필터에 관한 것이다.
예컨대, 사스, 메르스, 코로나 바이러스 등의 세균에 의한 감염으로 인간의 생명이 위협받고 있어 전 세계적으로 이의 대책이 긴급히 요구되고 있다. 따라서 항균·항바이러스 성의 재료의 수요가 급증하고 있다.
일반적으로 사용하는 위생 마스크는 공기 중에 부유하는 미세먼지, 병원성 세균, 바이러스 등의 비말을 방지하고, 보균자로부터 병원성 세균이나 바이러스 등의 비산을 방지할 목적으로 사용되고 있다.
그러나 마스크 상에 포집된 미세먼지나 병원성 세균 및 바이러스 등은 감염성이 있어 재이용이나 폐기 시에 감염을 일으키지 않도록 사멸하거나 불활성화시킬 수 있는 마스크가 요구되고 있다.
예컨대 종래기술에 따른 미세먼지, 병원성 세균 및 바이러스 등의 비말을 방지하기 위한 마스크는 미극세 나노 고분자섬유를 섬유 상의 간극 0.1∼2.0㎛로 직조 혹은 부직조하고, 여기에 정전기를 하전시키거나 유기 또는 무기질의 항균 및 항바이러스 재료를 첨가하여 제조되고 있다.
그러나 종래기술에 따른 마스크의 여러 가지 기능 가운데 필터 섬유 자체의 기공을 제외한 정전기 하전, 유기물 및 무기질 항균제 코팅은 여러 제약 조건, 즉 입김의 수분 흡착에 의한 정전기의 소멸, 항균 유기물의 장기간 흡착 또는 시간 경과에 따른 탈리나 열화 현상 등의 원인으로 사용 시간에 제약을 받는 문제점이 있다.
한편, 광촉매는 광의 조사에 의해 유기물을 분해하는 성능이 있어 항균·항바이러스에 대한 효과가 기대되고 있는 재료로서, 산화티탄, 산화아연 등의 광촉매를 혼입한 항균성 마스크가 실용화되고 있다.
그러나 이러한 광촉매는 자외선이 부족한 실내에서는 충분한 효과를 발휘할 수 없으며 항바이러스에 대하여도 실용적이 되지 못하여 마스크의 응용에 제한을 받고 있다.
따라서 미세먼지 포집이 용이하고, 항균기능이 장시간 유지되고, 섬유의 세정에 의해서도 쉽게 탈리되지 않고 항균성이 장시간 유지되는 효과적인 항균·항바이러스 재료를 함유하는 기술개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0410468호
본 발명의 일 측면은 미세먼지 제거를 위한 공극을 최소화한 고분자섬유에 항균제를 부착하여 항균력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 세정시 탈리 현상이 적도록 한 마스크용 항균필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은 항균력이 향상된 마스크용 항균필터를 용이하게 제조할 수 있도록 한 마스크용 항균필터의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은 항균력이 향상된 마스크용 항균필터가 부착되는 항균 마스크를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터는 직포 또는 부직포로 구성되는 고분자섬유와 항균제;
를 포함하며,
상기 항균제는 그래핀 및 은 나노 입자를 선택하고, 상기 고분자섬유에 그래핀 슬러리를 함침시킨 다음 상기 그래핀이 함침된 고분자섬유를 은무전해 도금액에 침적하여 그래핀 및 은 나노 입자가 고분자섬유 상에 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터에 있어서, 상기 그래핀은 산화그래핀 또는 환원그래핀일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터의 제조방법은 항균제로 그래핀 및 은 나노 입자를 선택하고, 직포 또는 부직포로 구성된 고분자섬유에 그래핀 슬러리를 함침시킨 다음 상기 그래핀이 함침된 고분자섬유를 은무전해 도금액에 침적하여 그래핀 및 은코팅액이 고분자섬유 상에 코팅되어 마스크용 항균필터가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터의 제조방법에 있어서, (a) 상기 그래핀 및 그래핀 콜로이드 현탁액 제조단계;
를 포함하며,
상기 그래핀 콜로이드 현탁액의 제조단계는 전기화학적인 공정으로 전해질액의 조성이 0.1∼0.5몰의 황산(H2SO4), 황산 리튬(LiSO4), 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액에 백금 음극 및 흑연 양극을 장치하여 5∼10V, 500㎜A, DC 전류를 전해질액의 온도 20∼50℃, 1∼2시간 동안 전해하여 고체농도 1∼5중량%의 그래핀 콜로이드 현탁액으로 조성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터의 제조방법에 있어서, 상기 은코팅액은 도금액 및 환원액으로 구성되되, 상기 도금액은 질산은(AgNO3) 0.5∼1.5g, 암모니아수(NH4OH) 1∼5㎖, 이온수 30∼50㎖로 구성되고, 환원액은 글루코즈 1∼5g, 타타르산 0.1∼0.5g, 에탄올 10∼20㎖, 이온수 100∼200㎖로 구성되며, 두 용액을 체적비 1/30 되게 혼합하여 은무전해가 진행될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 항균 마스크는 마스크용 항균필터가 겉감 또는 안감에 부착되어 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 항균 마스크에 있어서, 상기 마스크용 항균필터는 띠 형태로 형성되어 겉감의 길이방향을 따라 부착되고, 상기 겉감의 상부에 구성된 안면접촉부 측으로 배치될 수 있다.
이러한 해결 수단은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 직포 또는 부직포 고분자섬유에 유기질의 항균제 대신에 무기질의 항균제를 코팅하여 마스크용 항균필터를 구성함으로써, 미세먼지 포집이 용이하고, 항균기능이 장시간 유지되며, 시간 경과에 따른 항균제의 분해나 열화 현상을 감소키고 수차례의 세정 후에도 항균 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따르면, 항균제로 그래핀을 사용함으로써, 마스크용 항균필터를 친환경적이면서 저렴하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따르면, 마스크용 항균필터가 부착된 항균 마스크를 안면에 착용시 공기 중에 부유하고 있는 미세먼지, 병원성 세균, 박테리아 및 바이러스 등을 포집, 살균하는 항균 성능을 장시간 동안 유지할 수 있어 이와 관련된 항균 마스크의 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터를 순차적으로 나타내 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 그래핀 제조장치를 개략적으로 나타내 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 항균 마스크를 나타내 보인 사시도.
본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터를 순차적으로 나타내 보인 구성도로서, 고분자섬유(1a)에 그래핀이 함침 및 무전해 은이 코팅되어 구성된 마스크용 항균필터(1)를 나타내 보이고 있다.
도 1에서 보듯이, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터(1)는 직포 또는 부직포로 구성되는 고분자섬유(1a)와 항균제를 포함한다. 상기 고분자섬유(1a)는 예컨대, 롤(Roll) 형태로 감겨 있으며, 끝단을 필요한 크기, 예컨대 띠 형태로 절단하여 사용하게 된다.
즉 폴리올레핀계, 예를 들면 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리비닐크로라이드 등과 방향족 폴리알렌(Polyalene), 예를 들면 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스텔 등의 공중합체 및 이들의 혼합물로 섬유의 직경이 0.1∼1.0㎛ 정도인 미세사를 직포 또는 부직포 상태로 직조하여 직조섬유 사이의 공극이 0.1∼2.5㎛ 이하의 구조 조직을 가진 미세 공극 고분자섬유(1a)를 사용하게 된다.
이러한 고분자섬유(1a)에 함침 및 코팅되는 항균제는 산화그래핀 또는 환원그래핀으로 구성되는 그래핀 및 은 나노 입자를 포함한다.
즉 상기 고분자섬유(1a)에 그래핀 슬러리를 함침시킨 후에 상기 그래핀이 함침된 고분자섬유(1b)를 은무전해 도금액에 일정시간 침적하여 무전해 은 나노 입자를 고분자섬유(1a) 상에 코팅함으로써, 무전해 은 나노 입자가 코팅된 고분자섬유(1c)를 구성하게 된다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 미세먼지 포집이 용이하고, 항균기능이 장시간 유지되며, 시간 경과에 따른 항균제의 분해나 열화 현상이 감소하고, 수십 회에 걸친 세정 후에도 우수한 항균성능과 탈리 현상이 적을 뿐만 아니라 친환경적인 마스크용 항균필터(1)를 제공할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 그래핀 제조장치(10)를 개략적으로 나타내 보인 구성도로서, 산화그래핀 또는 환원그래핀은 전기화학적인 방법으로 희석황산, 황산리튬 및 산화제(KMnO4) 등으로 조성된 전해질액(10a)에 흑연 양극(12), 백금 음극(11)을 사용하여 6∼10V 정도의 전압과 1∼5A/㎠ 정도의 전류밀도로 반응시키면 흑연 양극(12)으로부터 2∼3층 두께 정도의 그래핀(13)이 생성된다. 그래핀(13) 입자의 크기는 사용한 흑연 양극(12)의 성질에 따라 달라질 수 있으나 100∼1000㎚ 정도의 그래핀 콜로이드 현탁액으로 형성된다.
본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터의 제조방법은 고분자섬유에 항균제를 부착하는 방법으로 이루어지게 된다.
상기 항균제의 부착방법은 먼저, 그래핀 콜로이드 현탁액에 직포 또는 부직포 섬유를 일정시간 함침시켜 전도성이 없는 폴리오레핀 또는 폴리알렌계 고분자섬유를 전도성으로 변환한 다음 그래핀(13)이 도포된 섬유를 은코팅액에 침적하여 일정시간 무전해 코팅 작업을 수행하고, 이루 이온수로 수차례 세척한 후 건조함으로써, 마스크용 항균필터를 제조하게 된다.
이를 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 마스크용 항균필터의 제조방법은 (a) 단계에서 (d) 단계로 진행된다.
상기 (a) 단계는 그래핀 및 그래핀 콜로이드 현탁액 제조단계로서, 전해질액(10a)의 조성이 0.1∼0.5몰의 황산(H2SO4), 황산 리튬(LiSO4), 과망간산칼륨(KMnO4) 수용액에 백금 음극(11) 및 흑연 양극(12)을 장치하여 5∼10V, 500㎜A, DC 전류를 전해질액(10a) 온도 약 20∼50℃, 약 1∼2시간 동안 전해하여 고체농도 약 1∼5중량%의 그래핀 콜로이드 현탁액을 조성한다.
상기 (b) 단계는 무전해 은코팅액(도금액 및 환원액) 제조단계로서, 아래의 [표 1]에 표시한 은도금액 및 환원액을 체적비 1/30 혼합하여 무전해 코팅액을 제조한다. 이때 은도금액에 환원액을 서서히 첨가하여 은무전해 코팅액을 제조한다.
무전해 은코팅액 조성
은도금액 환원액
AgNO3(g) 0.5∼1.5
NH4OH(ml) 1∼5
이온수(ml) 30∼50		 글루코즈(g) 1∼5
타타르산(g) 0.1∼0.5
에탄올(ml) 10∼20
이온수(ml) 100∼200
화학 반응에 의한 기재상에 은 코팅 반응은 다음과 같다.
2Ag+ + 2OH- → Ag2O↓ + H2O
Ag2O + 2NH3H2O + 2NH4 + → 2[Ag(NH3)2]+ + 3H2O
C5H11O5-CHO + 2[Ag(NH3)2]+ + H2O → C5H11O5-COONH4 + 2NH4 + + NH3↑ + 2Ag
타타르산은 킬레이트 약품으로 사용한다. 무전해 공정 중에 은 이온과 결합하여 도금용액을 안전화시키고, 은 이온의 반응 속도를 조절한다.
상기 (c) 단계는 고분자섬유 상에 그래핀(13) 및 은코팅액을 코팅하는 단계로서, (a) 단계의 그래핀 콜로이드 현탁액에 고분자섬유를 약 1시간 침적하여 고분자섬유 상에 그래핀(13)을 함침시킨 다음 (b) 단계에서 제조한 은코팅액에 침적하여 무전해 은 코팅 작업을 진행하게 된다.
여기서 은 코팅 시간은 약 10∼30분으로 코팅 속도는 약 50∼100㎚/분이고, 이때 고분자섬유 상의 코팅 두께는 약 200∼700㎚ 정도이다.
상기 (d) 단계는 항균 성능시험단계로서, 병원성 균의 종류 대장균 및 포도상구균을 대상으로 항균성능시험을 수행하였다. 항균 효율은 다음 식으로 계산한다.
E(%)=(Wt-Wo)x100/Wt
E: 항균 효율(%)
Wt : 항균제 코팅된 고분자섬유에 24시간 접촉 후 생존 균 수
Wo : 접촉 전의 생존 균 수
항균 성능시험 결과
균 종류 항균섬유 미처리시의 균농도(102CFU/㎖) 항균제 미처리섬유 24시간 후의 균농도
(104CFU/㎖)		 항균제 섬유로 처리시 균농도
(100CFU/㎖)		 항균 효율(%) 항균섬유 10회 세척 후의 항균성능, 균 농도
(100CFU/㎖)
대장균 100∼200 200∼300 10∼50 약 99.9 20∼60
포도상구균 100∼200 100∼200 100∼300 약 99.8 120∼300
[표 2]의 항균 성능시험 결과에 따르면 항균 처리된 마스크용 항균필터의 항균 효율은 일반 박테리아 균들에 대한 항균 효율은 99.8% 이상이며, 상기 마스크용 항균필터를 여러 차례 수세한 후에도 항균 성능이 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 항균 마스크를 나타내 보인 사시도로서, 겉감(22)의 좌우 양측에 귀걸이(21)가 구비되고, 상기 겉감(22)에 마스크용 항균필터(2)가 부착되어 구성된 항균 마스크(20)를 나타내 보이고 있다.
도 3에서 보듯이, 본 발명의 일실시 예에 따른 항균 마스크(20)는 겉감(22) 및 안감(미도시)으로 구성되고, 상기 겉감(22)의 좌우 양측에 귀걸이(21)가 구비되는 통상의 구성으로서, 상기 겉감(22) 또는 안감에 마스크용 항균필터(2)가 부착된다.
여기서 상기 마스크용 항균필터(2)는 예컨대, 띠 형태로 형성되어 겉감(22)의 길이방향을 따라 부착되고, 상기 겉감(22)의 상부에 구성되는 안면접촉부(23) 측으로 배치되도록 상기 겉감(22)의 상부에 부착된다. 다른 한편으로, 겉감(22)과 안감 사이에 마스크용 항균필터(2)를 삽입한 후 재봉하는 방식으로 구성될 수도 있다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 귀걸이(21)를 통해 항균 마스크(20)를 안면에 착용시 마스크용 항균필터(2)로 인해 예컨대, 공기 중에 부유하고 있는 미세먼지, 병원성 세균, 박테리아 및 바이러스 등을 포집, 살균하는 항균 성능을 장시간 동안 유지할 수 있어 항균·항바이러스 관련 항균 마스크(20)의 신뢰성향상 측면에서 효과적이다.
이상 본 발명을 일실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 마스크용 항균필터와 이의 제조방법 및 항균 마스크는 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 마스크용 항균필터
1a: 고분자섬유
1b: 그래핀이 함침된 고분자섬유
1c: 은 나노 입자가 코팅된 고분자섬유
10: 그래핀 제조장치
10a: 전해질 액
11: 백금 음극
12: 흑연 양극
13: 그래핀
20: 항균 마스크
21: 귀걸이
22: 겉감
23: 안면접촉부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 항균제로 그래핀 및 은 나노 입자를 선택하고, 직포 또는 부직포로 구성된 고분자섬유에 그래핀 슬러리를 함침시킨 다음 상기 그래핀이 함침된 고분자섬유를 은무전해 도금액에 침적하여 그래핀 및 은코팅액이 고분자섬유 상에 코팅되어 마스크용 항균필터가 제조되는 마스크용 항균필터의 제조방법으로서,
    (a) 상기 그래핀 및 그래핀 콜로이드 현탁액 제조단계;
    를 포함하며,
    상기 그래핀 콜로이드 현탁액의 제조단계는 전기화학적인 공정으로 전해질액의 조성이 0.1∼0.5몰의 황산, 황산 리튬, 과망간산칼륨 수용액에 백금 음극 및 흑연 양극을 장치하여 5∼10V, 500㎜A, DC 전류를 전해질액의 온도 20∼50℃, 1∼2시간 동안 전해하여 고체농도 1∼5중량%의 그래핀 콜로이드 현탁액으로 조성하는 것을 특징으로 하는 마스크용 항균필터의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 항균제로 그래핀 및 은 나노 입자를 선택하고, 직포 또는 부직포로 구성된 고분자섬유에 그래핀 슬러리를 함침시킨 다음 상기 그래핀이 함침된 고분자섬유를 은무전해 도금액에 침적하여 그래핀 및 은코팅액이 고분자섬유 상에 코팅되어 마스크용 항균필터가 제조되는 마스크용 항균필터의 제조방법으로서,
    상기 은코팅액은 도금액 및 환원액으로 구성되되, 상기 도금액은 질산은 0.5∼1.5g, 암모니아수 1∼5㎖, 이온수 30∼50㎖로 구성되고, 상기 환원액은 글루코즈 1∼5g, 타타르산 0.1∼0.5g, 에탄올 10∼20㎖, 이온수 100∼200㎖로 구성되며, 두 용액을 체적비 1/30 되게 혼합하여 은무전해가 진행되는 것을 특징으로 하는 마스크용 항균필터의 제조방법.
  6. 청구항 3 또는 청구항 5에 기재된 마스크용 항균필터가 겉감 또는 안감에 부착되어 구성된 것을 특징으로 하는 항균 마스크.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 마스크용 항균필터는 띠 형태로 형성되어 겉감의 길이방향을 따라 부착되고, 상기 겉감의 상부에 구성된 안면접촉부 측으로 배치된 것을 특징으로 하는 항균 마스크.
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