KR102197841B1 - Purification filter cartridge for masks containing a composite multi-layered nanofiber filter - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a purification filter cartridge for a mask which has a filter structure of a complex multi-layered structure and thus maintains blocking performance even after repeated washing, and can be applied to all masks. The purification filter cartridge for a mask has two elastic fabrics on the outermost.

Description

복합 다층구조의 나노 섬유 필터가 포함된 마스크용 정화 필터 카트리지{PURIFICATION FILTER CARTRIDGE FOR MASKS CONTAINING A COMPOSITE MULTI-LAYERED NANOFIBER FILTER}Purification filter cartridge for masks containing a composite multi-layered nanofiber filter {PURIFICATION FILTER CARTRIDGE FOR MASKS CONTAINING A COMPOSITE MULTI-LAYERED NANOFIBER FILTER}

본 발명은 복합 다층 구조의 필터 구조를 가져 반복 세척한 후에도 여전히 차단 성능이 유지되며, 모든 마스크에 적용하여 사용이 가능한 마스크용 정화 필터 카트리지에 관한 것이다.The present invention relates to a purification filter cartridge for a mask that has a filter structure of a complex multi-layer structure so that the blocking performance is still maintained even after repeated washing, and can be applied to all masks.

최근 황사나 스모그 등 국외 대기오염물질 유입이 증가하고 2013년 이후 미세먼지 전구물질인 질소산화물을 다량 배출하는 경유자동차의 증가 등으로 고농도 미세먼지 발생량이 급격히 상승함에 따라, 국민의 건강 보호를 위해 초미세먼지 집중관리 및 저감대책 수립이 시급한 실정으로서, 대도시 도심지역 미세먼지와 대기오염의 주범인 자동차 배출가스를 줄이기 위해 노후 경유차 운행 제한을 추진하고 있으나, 여전히 미세먼지 발생량은 증가하고 있는 상황이다.As the inflow of foreign air pollutants such as yellow dust and smog has recently increased, and the number of diesel vehicles that emit large amounts of nitrogen oxide, which is a precursor of fine dust since 2013, has increased rapidly, the generation of high-density fine dust has increased rapidly. As the situation in which it is urgent to establish intensive fine dust management and reduction measures, we are pushing for restrictions on the operation of old diesel vehicles in order to reduce the emission of automobiles, which are the main culprit of air pollution and fine dust in urban areas, but the generation of fine dust is still increasing.

이에 따라, 일상생활에서 미세먼지나 황사로부터 호흡기를 보호하기 위하여 마스크를 착용하는 경우가 점점 늘어나고 있으나, 기존의 미세먼지 차단용 마스크는 정전기필터 방식이 대부분이기 때문에 습기에 매우 취약한 문제점이 있다. 따라서 마스크를 착용 중 입김에 의하여 습기가 마스크에 부착되면 미세먼지 차단능이 급격히 저하된다. 또한, 정전기 방식의 마스크는 습기가 닿는 순간부터 정전기가 사라져 미세먼지 여과 능력 등이 현저히 하락하는 문제점이 존재하였다.Accordingly, in everyday life, masks are increasingly being worn to protect the respiratory tract from fine dust or yellow dust, but conventional fine dust blocking masks have a problem that is very susceptible to moisture because most of the electrostatic filter methods are used. Therefore, if moisture adheres to the mask due to breathing while wearing the mask, the ability to block fine dust rapidly decreases. In addition, there is a problem in that the static electricity disappears from the moment when moisture comes in contact with the electrostatic mask, and thus the fine dust filtering ability is significantly reduced.

한편, 2019년 말부터 2020년 초 전세계를 휩쓴 신종 코로나바이러스(COVID-19) 사태로 개인 위생 및 비말 전염을 방지하기 위한 마스크의 중요성이 대두되면서 일시적으로 마스크 수급이 어려워짐에 따라 재사용 가능한 마스크에 대한 관심이 높아졌다.On the other hand, as the importance of masks for personal hygiene and to prevent droplet transmission due to the novel coronavirus (COVID-19) crisis that swept the world from the end of 2019 to early 2020, the supply of masks temporarily became difficult. Increased interest in.

종래의 마스크는 복수 겹으로 형성되는 필터의 조직이 치밀하여 착용자의 호흡에 불편을 초래하고, 종래의 필터는 대체로 합성수지 재질로 된 것이어서 그 자체로 인제에 이롭지 못하다는 문제가 있었다. 나아가 호흡과정에서 발생하는 수분으로 인해 필터에서 세균 증식이 상당하게 되므로 이를 방지하고자 항균제를 이용하고 있는데, 주지된 바와 같이 항균제는 화학물질이어서 인체에 이롭지 못하고 심할 경우 착용자, 특히 어린이나 노약자의 건강을 해칠 우려가 있는 것이었다.The conventional mask has a problem in that the structure of the filter formed in multiple layers is dense, causing inconvenience to the wearer's breathing, and the conventional filter is generally made of a synthetic resin material, so that it is not beneficial to Inje by itself. Furthermore, because the moisture generated in the breathing process increases bacterial growth in the filter, antibacterial agents are used to prevent this.As is well known, antibacterial agents are chemical substances that are not beneficial to the human body and, in severe cases, damage the health of the wearer, especially children and the elderly. There was a risk of harm.

또한, 비말 감염 등의 공포로 인하여 마스크의 장기간 및 밀착 착용이 지속되면서 피부가 짓무르거나 습기가 차 불편하고, 불쾌한 냄새가 지속되는 등의 문제가 계속적으로 제기되고 있어 새로운 마스크에 대한 필요성이 증대되고 있는 실정이다.In addition, the need for new masks is increasing as problems such as skin irritation, moisture-filled, unpleasant odor persists, etc., as the mask continues to be worn for a long time due to the fear of droplet infection. It is becoming.

한국등록실용신안 제20-0489651호Korean Utility Model Registration No. 20-0489651

본 발명의 목적은 복합 다층 구조의 나노 섬유 필터를 포함하는 마스크용 정화 필터 카트리지를 제공하는 것으로서, 상기 마스크용 정화 필터 카트리지는 복합 다층 구조를 가짐으로써 반복 세척한 후에도 여전히 차단 성능이 유지되는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a purification filter cartridge for a mask comprising a nanofiber filter having a composite multilayer structure, wherein the purification filter cartridge for a mask has a composite multilayer structure, so that the blocking performance is still maintained even after repeated washing. To do.

본 발명의 다른 목적은 원활한 호흡이 가능하면서도 미세먼지를 비롯한 이물질이나 세균을 효과적으로 걸러줄 수 있고, 특히나 화학물질의 사용을 최소화하면서도 세균의 증식을 억제할 수 있도록 하는 마스크 필터 카트리지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a mask filter cartridge that enables smooth breathing and effectively filters foreign substances or bacteria including fine dust, and in particular, minimizes the use of chemical substances and suppresses the growth of bacteria.

본 발명의 일 측면은 가장 외부에 두 개의 신축성 원단이 위치하고, 상기 신축성 원단;의 사이에 나노 필터 구조물이 구비된 마스크 필터 카트리지에 있어서, 상기 신축성 원단은 천연 고무, 네오프렌(neoprene), 부틸 고무(butyl rubber), 니트릴 고무(nitrile rubber) 또는 실리콘 고무와 같은 합성 탄성중합체를 이용하여 직조된 직물이고, 상기 나노 필터 구조물은 나노 방진망; 및 나노 필터;가 연속적으로 결합된 형태로 구성되며, 상기 나노 방진망;은 나노 메쉬(mesh);위에 직접 전기방사하여 코팅된 나노 섬유 코팅층;을 가지고, 상기 나노 섬유 코팅층;에 균일하게 분포되어 존재하는 광촉매 미세입자를 포함하고, 상기 나노 필터;는 두개의 외피층 사이에 나노 섬유 층이 위치하는 삼층의 구조로 구성된 것인, 마스크 필터 카트리지를 제공한다. One aspect of the present invention is a mask filter cartridge in which two stretch fabrics are located on the outermost side, and a nano filter structure is provided between the stretch fabrics, wherein the stretch fabrics are natural rubber, neoprene, butyl rubber ( butyl rubber), nitrile rubber, or a synthetic elastomer such as silicone rubber, and the nano-filter structure includes a nano dust net; And a nano filter; consisting of a continuous combination of the nano-vibration net; a nano-mesh; a nano-fiber coating layer coated by direct electrospinning on the; and the nano-fiber coating layer; Including the photocatalytic microparticles, the nano-filter; It provides a mask filter cartridge consisting of a three-layer structure in which a nanofiber layer is positioned between two outer skin layers.

구체적으로, 상기 신축성 원단의 일 측면부는 고분자화합물 원단과 결합된 형태일 수 있으며, 상기 고분자화합물 원단은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것일 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 소재일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Specifically, one side of the stretchable fabric may be in a form combined with a polymer compound fabric, and the polymer compound fabric may be one or more selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyurethane, and preferably a polyurethane material. May be, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 측면은, 가장 외부에 두 개의 신축성 원단이 위치하고, 상기 신축성 원단;의 사이에 하나 이상의 나노 필터 구조물 및 멤브레인이 구비된 마스크 필터 카트리지에 있어서, 상기 신축성 원단은 천연 고무, 네오프렌(neoprene), 부틸 고무(butyl rubber), 니트릴 고무(nitrile rubber) 또는 실리콘 고무와 같은 합성 탄성중합체를 이용하여 직조된 직물이고, 상기 나노 필터 구조물은 나노 방진망; 및 나노 필터;가 연속적으로 결합된 형태로 구성되며, 상기 나노 방진망;은 나노 메쉬(mesh);위에 직접 전기방사하여 코팅된 나노 섬유 코팅층;을 가지고, 상기 나노 섬유 코팅층;에 균일하게 분포되어 존재하는 광촉매 미세입자를 포함하고, 상기 나노 필터;는 두개의 외피층 사이에 나노 섬유 층이 위치하는 삼층의 구조로 구성되며, 상기 멤브레인은 비대칭성 다공성 멤브레인으로서, 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰, 폴리아릴술폰, 폴리비닐피롤리돈 중 하나 이상을 혼합하여 제조한 것인, 마스크 필터 카트리지를 제공한다. In another aspect of the present invention, in the mask filter cartridge provided with at least one nano-filter structure and a membrane between the two stretch fabrics are located at the outermost, the stretch fabric; the stretch fabric is natural rubber, neoprene (neoprene ), butyl rubber, nitrile rubber, or a synthetic elastomer such as silicone rubber, and the nano filter structure includes a nano dust net; And a nano filter; consisting of a continuous combination of the nano-vibration net; a nano-mesh; a nano-fiber coating layer coated by direct electrospinning on the; and the nano-fiber coating layer; It includes photocatalytic microparticles, and the nanofilter; consists of a three-layer structure in which a nanofiber layer is positioned between two outer skin layers, and the membrane is an asymmetric porous membrane, silicone acrylate, polyethersulfone resin, poly It provides a mask filter cartridge prepared by mixing at least one of sulfone, polyaryl sulfone, and polyvinylpyrrolidone.

더욱 구체적으로, 상기 멤브레인은 표면에 폴리테트라 플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene, PTFE)이 코팅된 것일 수 있다.More specifically, the membrane may be coated with polytetrafluoroethylene (PTFE) on its surface.

구체적으로, 상기 나노 섬유는 PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드, polyvinylidene fluoride)를 포함하는 원료 물질을 전기방사하여 제조한 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 원료물질로서 PVDF(polyvinylidene fluoride), PEO(polyethylene oxide) 및 PAN(Polyacrylonitrile)를 함께 용매에 용해하여 방사용액을 구성하는 혼합단계; 상기 방사용액에 고전압을 인가하여 전기방사함으로써 나노 섬유를 성형하는 단계; 및 상기 성형된 나노 섬유에서 PEO만을 선택적으로 제거하여 생성된 나노 섬유 표면을 다공성화 하는 기공형성 단계를 포함하여 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 더욱 구체적으로, 상기 PVDF : PEO : PAN의 중량비는 PVDF 100중량부 대비 PEO 8 내지 20 중량부, PAN 45 내지 70중량부인 것일 수 있고, 가장 구체적으로는 PVDF 100중량부 대비 PEO 12 중량부, PAN 70 중량부일 수 있다.Specifically, the nanofiber may be prepared by electrospinning a raw material containing PVDF (polyvinylidene fluoride), and more specifically, as a raw material, PVDF (polyvinylidene fluoride), PEO (polyethylene oxide) ) And PAN (Polyacrylonitrile) are dissolved in a solvent together to form a spinning solution; Forming nanofibers by electrospinning by applying a high voltage to the spinning solution; And a step of forming pores in which the surface of the resulting nanofiber is porous by selectively removing only PEO from the molded nanofiber, but is not limited thereto. More specifically, the weight ratio of the PVDF: PEO: PAN may be 8 to 20 parts by weight of PEO and 45 to 70 parts by weight of PEO, and most specifically, 12 parts by weight of PEO and PAN to 100 parts by weight of PVDF. It may be 70 parts by weight.

상기 나노 섬유는 50~70℃의 물을 이용하여 PEO를 용해시키는 공정을 거쳐 PEO를 제거하여 나노 섬유 표면에 기공을 형성하는 과정을 거칠 수 있다.The nanofibers may undergo a process of forming pores on the surface of the nanofibers by removing PEO through a process of dissolving PEO using water at 50 to 70°C.

구체적으로, 본 발명의 마스크 필터 카트리지는 우수한 미세먼지 여과능 및 항균력을 나타내며(표 1), 이는 세척 후에도 유지되는 것을 확인하였고(표 3), 나아가 통기성 및 쾌적함 또한 시중에 유통중인 미세먼지 필터보다 현저히 우수한 것을 확인하였다(표 2).Specifically, the mask filter cartridge of the present invention exhibits excellent fine dust filtering ability and antibacterial activity (Table 1), which was confirmed to be maintained even after washing (Table 3), and further, breathability and comfort are also better than those of fine dust filters on the market. It was confirmed that it was remarkably excellent (Table 2).

본 발명의 마스크용 정화 필터 카트리지는 나노 섬유로 구성된 나노 필터를 포함함으로써 우수한 통기성 및 차단 효과를 가지고, 반복 세척 후에도 우수한 차단 성능이 유지되며, 모든 마스크에 적용하여 사용 가능한 특징을 가질 뿐 아니라, 마스크 필터 카트리지만을 세척하여 반복 사용 가능하므로 일회용 마스크가 유발할 수 있는 환경오염 및 공급 부족의 문제를 해결한 것을 특징으로 한다.Purification filter cartridge for a mask of the present invention has excellent breathability and blocking effect by including a nano filter composed of nano fibers, maintains excellent blocking performance even after repeated washing, and has features applicable to all masks, as well as mask Since it is possible to repeatedly use only the filter cartridge, it is characterized in that it solves the problems of environmental pollution and supply shortage that a disposable mask may cause.

또한, 본 발명의 마스크 필터 카트리지는 나노 필터 외에도 멤브레인 필터를 추가로 더 포함함으로써 마스크 착용에 의한 습기 및 세균 번식의 문제를 해결하였으며, 항균 및 구취 제거에 효과를 나타내어 장기간 마스크를 착용함에 있어 불편함을 최소화한 것을 특징으로 한다.In addition, the mask filter cartridge of the present invention has solved the problem of moisture and bacterial growth caused by wearing a mask by further including a membrane filter in addition to the nano filter, and exhibits effects on antibacterial and bad breath removal, making it inconvenient to wear a mask for a long time. It is characterized in that the minimized.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명 일 실시예의 나노필터구조물의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명 일 실시예에 따라 제조한 마스크용 정화 필터 카트리지의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따라 제조한 멤브레인이 구비된 마스크용 정화 필터 카트리지의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 정화 필터 카트리지의 가장 외측면에 존재하는 신축성 원단과 고분자화합물 원단을 결합한 상태를 사진으로 나타낸 것이다(A: 고분자 화합물 원단에 신축성 원단을 붙인 후/붙이기 전, 고분자 화합물 원단에 신축성 원단을 결합한 후 측면에서 바라본 모습).
도 5는 본 발명 일 실시예에 따라 나노 필터에 탑재되는 나노 섬유층의 미세먼지 차단 효율 등급을 확인한 시험 성적서를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명 일 실시예에 따라 멤브레인에 PTFE 코팅을 한 후에 미세먼지 차단 효율 등급을 확인한 시험 성적서를 나타낸 것이다.
1 is a conceptual diagram showing the structure of a nanofilter structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram showing the structure of a purification filter cartridge for a mask manufactured according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing the structure of a purification filter cartridge for a mask equipped with a membrane manufactured according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing a state in which the elastic fabric and the polymer compound fabric present on the outermost surface of the purification filter cartridge manufactured according to an embodiment of the present invention are combined (A: after attaching the elastic fabric to the polymer compound fabric / View from the side after bonding the elastic fabric to the polymer compound fabric before sticking).
5 shows a test report confirming the fine dust blocking efficiency grade of a nanofiber layer mounted on a nano filter according to an embodiment of the present invention.
6 shows a test report confirming the fine dust blocking efficiency grade after PTFE coating on a membrane according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

본 발명의 마스크 필터 카트리지는 간략하게는 가장 외부에 두 개의 신축성 원단 층 사이에 나노 필터 구조물이 구비된 형태로 제조되었다.The mask filter cartridge of the present invention was simply manufactured in a form in which a nano-filter structure was provided between two elastic fabric layers on the outermost side.

구체적으로, 상기 신축성 원단은 교차 결합된 폴리아이소프렌(polyisoprene)과 같은 천연 고무, 네오프렌(neoprene), 부틸 고무(butyl rubber), 니트릴 고무(nitrile rubber) 또는 실리콘 고무와 같은 합성 탄성중합체를 이용하여 직조된 직물일 수 있으며, 본 발명 일 실시예에서는 네오프렌 원단을 사용하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the stretchable fabric is woven using a synthetic elastomer such as natural rubber such as cross-linked polyisoprene, neoprene, butyl rubber, nitrile rubber or silicone rubber. It may be a fabric, and in one embodiment of the present invention, a neoprene fabric was used, but the present invention is not limited thereto.

상기 네오프렌을 원단으로 하여 마스크를 제조하는 경우, 일반적으로 사용하는 면 또는 부직포에 비하여 비말 감염경로를 효과적으로 차단할 수 있어, 비말 감염 예방에 효과적일 수 있다.When a mask is manufactured using the neoprene as a fabric, it can effectively block the path of droplet infection compared to commonly used cotton or nonwoven fabric, so that it can be effective in preventing droplet infection.

구체적으로, 상기 나노 필터 구조물은 나노 방진망 및 나노 필터가 연속적으로 결합된 형태로 구성된 것일 수 있다. Specifically, the nano-filter structure may be configured in a form in which a nano dust net and a nano filter are continuously combined.

상기 나노 방진망은 나노 메쉬(mesh)위에 직접 전기방사하여 코팅된 나노 섬유 코팅층을 가지고, 상기 나노 섬유 코팅층에 균일하게 분포되어 존재하는 광촉매 미세입자를 함유하고 있는 것으로서, 상기 나노메쉬는, 예를 들어, 약 5 내지 50 nm의 선폭을 갖는 복수의 나노와이어들이 기재 상에 약 5 내지 100 nm의 간격으로 형성되어 있는 형태로 구성된 것일 수 있다.The nano-vibration net has a nanofiber coating layer coated by electrospinning directly on a nanomesh, and contains photocatalytic microparticles uniformly distributed in the nanofiber coating layer, and the nanomesh is, for example, , It may be configured in a form in which a plurality of nanowires having a line width of about 5 to 50 nm are formed on a substrate at intervals of about 5 to 100 nm.

이때, 상기 나노와이어의 “선폭”이라 함은, 하나의 나노와이어의 길이 방향과 수직하는 폭 방향에서, 하나의 나노와이어 표면 상의 임의의 두 점을 잇는 폭 방향의 직선 거리 중 가장 짧은 거리를 의미하는 것일 수 있고, 나노메쉬의 “직경”이라 함은, 기재와 수평하는 방향으로 하나의 나노메쉬의 표면 상의 임의의 두 점을 잇는 직선 거리 중 가장 긴 거리를 의미할 수 있다. 또, “간격(또는 피치)”이라 함은 서로 인접하는 나노와이어 또는 나노메쉬들 간의 거리 중 가장 짧은 직선 거리를 의미할 수 있다.In this case, the “line width” of the nanowire means the shortest distance among the straight line distances in the width direction connecting any two points on the surface of one nanowire in the width direction perpendicular to the length direction of one nanowire. The “diameter” of the nanomesh may mean the longest distance among linear distances connecting any two points on the surface of one nanomesh in a direction horizontal to the substrate. In addition, the term “interval (or pitch)” may mean the shortest linear distance among the distances between adjacent nanowires or nanomeshes.

상기 나노 섬유 코팅층은 상기 나노 메쉬 위에 직접 나노 섬유를 전기방사하여 이루어지는 것으로서, 나노 섬유는 다음과 같은 과정을 거쳐 제조될 수 있다.The nanofiber coating layer is formed by electrospinning nanofibers directly on the nanomesh, and the nanofibers may be manufactured through the following process.

구체적으로, 상기 나노 섬유는 원료물질로서 PVDF(polyvinylidene fluoride), PEO(polyethylene oxide) 및 PAN(Polyacrylonitrile)를 함께 용매에 용해하여 방사용액을 구성하는 혼합단계; 상기 방사용액에 고전압을 인가하여 전기방사함으로써 나노 섬유를 성형하는 단계; 및 상기 성형된 나노 섬유에서 PEO만을 선택적으로 제거하여 생성된 나노 섬유 표면을 다공성화 하는 기공형성 단계를 포함한다.Specifically, the nanofiber is a mixing step of forming a spinning solution by dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene oxide (PEO), and polyacrylonitrile (PAN) as raw materials together in a solvent; Forming nanofibers by electrospinning by applying a high voltage to the spinning solution; And a step of forming pores of selectively removing only PEO from the molded nanofibers to make the surface of the generated nanofibers porous.

구체적으로, PVDF : PEO : PAN의 중량비는 PVDF 100중량부 대비 PEO 8 내지 20 중량부, PAN 45 내지 70중량부인 것일 수 있고, 더욱 구체적으로는 PVDF 100중량부 대비 PEO 12 중량부, PAN 70 중량부일 수 있다.Specifically, the weight ratio of PVDF: PEO: PAN may be 8 to 20 parts by weight of PEO, 45 to 70 parts by weight of PEO relative to 100 parts by weight of PVDF, and more specifically, 12 parts by weight of PEO, and 70 parts by weight of PAN to 100 parts by weight of PVDF. It can be wealth.

이 범위보다 PEO의 함량이 적으면 방사 과정에서 제거에 따른 기공형성이 부족하고, 많이 포함시키는 경우에는 PEO의 완전한 제거가 어려울 뿐만 아니라 PEO가 제거된 나노 섬유의 물성이 나빠지는 단점이 있다. 또한 PAN이 상기 함량보다 적으면 나노 섬유의 굵기가 굵어져 원하는 두께를 맞추기 어렵고, 상기 함량을 초과하는 경우에는 인장강도 및 신장율이 하락하는 문제가 발생한다.If the content of PEO is less than this range, pore formation due to removal in the spinning process is insufficient, and if a large amount of PEO is included, it is difficult to completely remove PEO and the physical properties of the nanofibers from which PEO has been removed are deteriorated. In addition, when the amount of PAN is less than the above content, it is difficult to meet the desired thickness due to the thickening of the nanofibers, and when the content exceeds the above content, the tensile strength and elongation rate decrease.

상기 원료물질의 용매로서 EMC (ethyl methyl carbonate), NMP(N-methyl-2-pyrrolidone), DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetra-hydrofuran), EC(ethylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate), PC(propylene carbonate), 및 아세톤으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는 DMA와 NMP가 1:2의 비율로 혼합된 경우 가장 수득률이 높은 것을 확인하였다.As a solvent for the raw material, EMC (ethyl methyl carbonate), NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMA (dimethyl acetamide), DMF (N,N-dimethylformamide), DMSO (dimethyl sulfoxide), THF (tetra-hydrofuran) ), EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate), PC (propylene carbonate), and one or more selected from the group consisting of acetone may be used. Specifically, it was confirmed that the highest yield was obtained when DMA and NMP were mixed in a ratio of 1:2.

상기 PVDF, PEO 및 PAN 혼합물을 DMA와 NMP가 1:2의 비율로 혼합된 85℃의 용매에 녹여 농도가 20%(w/w)인 용액을 제조하고, 용액 100중량부를 기준으로 물 2 내지 4 중량부를 추가하여 혼합하였다. 물과 혼합하는 경우에는 증기압 차이와 액체-액체 상분리에 의해서 더 많은 기공이 형성될 수 있다. The PVDF, PEO and PAN mixture was dissolved in a solvent at 85° C. in which DMA and NMP were mixed in a ratio of 1:2 to prepare a solution having a concentration of 20% (w/w), and water 2 to 2 based on 100 parts by weight of the solution 4 parts by weight were added and mixed. In the case of mixing with water, more pores may be formed due to the difference in vapor pressure and liquid-liquid phase separation.

상기 방사용액을 방사구에 연결하고, 45℃에서 70kV의 전압을 인가하고 홀당 0.05 ~ 1cc/g으로 토출하여 전기방사를 실시하여 나노 섬유를 수득하였다.The spinning solution was connected to a spinneret, a voltage of 70 kV was applied at 45° C., and discharged at 0.05 to 1 cc/g per hole to perform electrospinning to obtain nanofibers.

이후 PEO를 제거하여 기공을 형성하는 기공형성단계는 50~70℃의 물을 이용하여 PEO를 용해시키는 공정을 거쳐 최종적으로 본 발명의 다공성 나노 섬유를 수득하였다.Thereafter, the pore-forming step of removing PEO to form pores was carried out through a process of dissolving PEO using water at 50-70° C. to finally obtain the porous nanofibers of the present invention.

즉, 본 발명의 나노 방진망은 나노 섬유가 나노 메쉬 위에 직접 방사되어 코팅된 것을 특징으로 하는 바, PEO를 용해하는 공정을 거침으로써 다공성 나노 섬유가 코팅된 층을 수득할 수 있다.That is, the nano-vibration net of the present invention is characterized in that the nano-fibers are directly spun onto the nano-mesh and coated, and the porous nano-fiber-coated layer can be obtained by passing through a process of dissolving PEO.

이와 같이 다공성 나노 섬유가 코팅된 후에는 광촉매를 스프레이 하는 과정을 추가로 거치는데, 상기 광촉매는 루틸(Rutile)과 아나타제(Anatase)와 같은 이산화 티타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 이산화 지르코늄(ZrO2), 삼산화텅스텐(WO3), 페롭스카이트형 복합 금속산화물 등 빛과 반응하여 광촉매 표면의 산소와 반응해 슈퍼옥사이드 음이온(O2 -)을 생성할 수 있는 것이면 어떠한 종류라도 무관하나, 본 실시예에서는 이산화티타늄 15%를 스프레이 하였다.After the porous nanofibers are coated in this way, a photocatalyst is additionally sprayed, and the photocatalyst is titanium dioxide (TiO 2 ) such as rutile and anatase, zinc oxide (ZnO), and zirconium dioxide. (ZrO 2), trioxide, tungsten (WO 3), perop Perovskite - type-metal composite oxide, such as by reacting with the light reacts with the oxygen of the photocatalytic surface superoxide anion (O 2 -) to be produced of any kind as long as any of independent, In this example, 15% titanium dioxide was sprayed.

한편, 나노 필터는 상기 나노 방진망과 함께 나노 필터 구조물을 구성하고, 상기 나노 필터는 천연섬유, 합성섬유 및 부직포 등 다양한 소재로 구성된 두개의 외피층 사이에 나노 섬유 층이 위치하는 삼층의 구조로 구성된 것일 수 있다. On the other hand, the nano filter constitutes a nano filter structure together with the nano dust net, and the nano filter has a three-layer structure in which a nano fiber layer is positioned between two outer skin layers made of various materials such as natural fiber, synthetic fiber, and non-woven fabric. I can.

구체적으로, 상기 외피층은 친환경 천연섬유로 이루어진 것으로서, 목화, 대마 껍질 및 코코넛 열매 껍질로부터 수득한 섬유를 이용하여 제조된 직물을 이용한 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 섬유는 목화 섬유, 대마 껍질 및 코코넛 열매 껍질의 10 내지 20배 중량부의 정제수를 첨가하여 24시간 동안 불리는 과정을 거친 후, 120℃의 물에서 1 내지 5시간 동안 가열하는 증해(蒸解) 단계를 거치고, 락토바실러스 살리바리우스(Lactobacillus salivarius) 10 내지 15 중량부 및 마이크로코커스 로제우스(Micrococcus roseus) 5 내지 10 중량부, 펙틴 3 중량부, 프락토올리고당 3 중량부를 혼합하여 실온에서 2 내지 4시간 동안 숙성시켜 제조한 것을 사용하였다.Specifically, the outer skin layer is made of eco-friendly natural fibers, and may be made of a fabric manufactured using fibers obtained from cotton, hemp husk and coconut fruit husk. More specifically, the fiber is cooked by adding 10 to 20 parts by weight of purified water of cotton fiber, hemp husk and coconut fruit husk for 24 hours, followed by heating in water at 120° C. for 1 to 5 hours (蒸解) step, Lactobacillus salivarius ( Lactobacillus salivarius) 10 to 15 parts by weight and Micrococcus roseus ( Micrococcus roseus ) 5 to 10 parts by weight, pectin 3 parts by weight, fructo-oligosaccharide 3 parts by weight mixed at room temperature 2 It was used prepared by aging for 4 hours.

상기 나노 필터 구조물에 구비되는 나노 섬유는 평균 50 내지 1,000nm의 직경을 가지는 것으로서, 나노 섬유가 직교 또는 무작위 형태로 교차되면서 나노 섬유 층을 형성하고, 상기 나노 섬유 층을 형성하는 나노 섬유 사이에 미세한 기공이 형성되어 세균이나 미세 먼지가 통과하는 것을 막는다. 나노 섬유 층에 형성된 기공의 크기는 직경 0.05㎛ 내지 0.1㎛인 것이 바람직하다. 구체적으로, 본 발명의 나노 섬유 층은 각 나노 섬유가 직교하면서 0.05㎛ 내지 0.1㎛의 기공을 형성하는 형태로 형성될 수 있고, 이러한 직교형태를 유지함으로써 기존의 미세먼지 필터가 정전기에 의존해 먼지를 포집하는 것과 달리 구조적 특성에 의해 먼지를 포집할 수 있는 효과를 나타낸다. 나노 섬유 층에 형성된 기공의 크기가 직경 0.1㎛ 이상이면, 대부분의 세균이나 미세 먼지의 크기가 0.1㎛ 내지 1.0㎛인 것을 고려할 때 세균과 미세 먼지에 대한 충분한 차단 효과를 얻기 힘들다. 또한, 나노 섬유 층에 형성된 기공의 크기가 직경 0.05㎛이하이면, 착용자가 호흡에 불편함을 느낄 수 있다. The nanofibers provided in the nanofilter structure have an average diameter of 50 to 1,000 nm, and form a nanofiber layer by crossing the nanofibers in an orthogonal or random form, and a fine layer between the nanofibers forming the nanofiber layer. Pore is formed, preventing bacteria or fine dust from passing through. The size of the pores formed in the nanofiber layer is preferably 0.05 μm to 0.1 μm in diameter. Specifically, the nanofiber layer of the present invention may be formed in a form in which each nanofiber is orthogonal to form pores of 0.05㎛ to 0.1㎛, and by maintaining this orthogonal shape, the existing fine dust filter depends on static electricity to remove dust. Unlike collecting, it has the effect of collecting dust due to its structural characteristics. If the size of the pores formed in the nanofiber layer is 0.1 μm or more in diameter, it is difficult to obtain a sufficient blocking effect against bacteria and fine dust, considering that the size of most bacteria or fine dust is 0.1 μm to 1.0 μm. In addition, if the size of the pores formed in the nanofiber layer is 0.05 μm or less in diameter, the wearer may feel uncomfortable breathing.

또한, 상기 나노 섬유 층을 이루는 나노 섬유는 상기한 바 PVDF를 이용하여 제조된 것일 수 있으며, 나아가 상기 PVDF에 항균물질인 글루콘산 클로르헥시딘(Chlorhexidine gluconate) 또는 폴리헥사메틸렌 비구아니드(Polyhexamethylene biguanide)가 추가로 첨가된 것일 수 있다.In addition, the nanofibers constituting the nanofiber layer may be prepared using PVDF as described above, and furthermore, chlorhexidine gluconate or polyhexamethylene biguanide, which is an antibacterial substance, is added to the PVDF. It may be additionally added.

본 발명의 일 실시예에서는 복수의 나노 필터 구조물을 구비하며, 상기 나노 필터 구조물 사이에 멤브레인 구조를 추가로 포함하는 형태의 마스크 필터 카트리지를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a mask filter cartridge having a plurality of nano-filter structures and further including a membrane structure between the nano-filter structures.

상기 멤브레인은 대칭성 또는 비대칭성 멤브레인 중 어떤 것이든 사용 가능하며, 상기 멤브레인을 제조하기 위해서는 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰, 폴리아릴술폰, 폴리비닐피롤리돈 중 하나 이상을 혼합하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The membrane may be any of a symmetrical or asymmetrical membrane, and to prepare the membrane, one or more of silicone acrylate, polyethersulfone resin, polysulfone, polyarylsulfone, and polyvinylpyrrolidone are mixed. Can, but is not limited thereto.

구체적으로, 본 발명 일 실시예에서 상기 멤브레인은 비대칭성 다공성 멤브레인이고, 폴리에테르술폰 수지를 이용하여 제조하였으며, 상기 멤브레인의 내부 기공에 폴리도파민을 형성함으로써 멤브레인의 오염이 감소된 것을 특징으로 한다. 더욱 구체적으로는 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄(TRIS) 수성 완충액(pH 8 내지 10) 1㎖당 도파민 2㎎ 농도의 도파민 용액을 준비하고, 이 용액에 멤브레인을 1 내지 3시간 동안 함침시켜 제조한 것일 수 있다. 1시간보다 적게 함침시키는 경우에는 내부 기공에 충분한 폴리도파민이 침착되지 않으며, 3시간을 넘는 경우에는 효율이 급격히 떨어져 채산성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. Specifically, in an embodiment of the present invention, the membrane is an asymmetric porous membrane, manufactured using a polyethersulfone resin, and is characterized in that contamination of the membrane is reduced by forming polydopamine in the inner pores of the membrane. More specifically, a dopamine solution having a concentration of 2 mg of dopamine per 1 ml of tris(hydroxymethyl)aminomethane (TRIS) aqueous buffer (pH 8 to 10) was prepared, and the solution was impregnated with a membrane for 1 to 3 hours. It may be one. In case of impregnation for less than 1 hour, sufficient polydopamine is not deposited in the inner pores, and in case of more than 3 hours, the efficiency decreases rapidly, resulting in a problem of lower profitability.

실시예 1. 다층구조의 나노 필터를 포함하는 마스크 필터 카트리지 제조Example 1. Fabrication of a mask filter cartridge including a multi-layered nano filter

본 발명의 다층구조 나노 필터를 포함하는 마스크 필터 카트리지를 제조하였다. 구체적으로, 마스크 필터 카트리지의 최외층부에는 네오프렌 원단을 사용하였고, 그 사이에 나노방진망 및 나노 필터가 연속적으로 결합되어 있는 나노 필터 구조물이 위치하는 구조로 제조되었다. 이를 간략히 표현하면 네오프렌 원단 - [나노 방진망] - [나노 필터층] - 네오프렌 원단의 구조이고, 이를 더욱 상세히 표현하면 네오프렌 원단 - [나노메쉬-다공성 나노 섬유 코팅층(광촉매층)] - [외피층-나노 섬유층-외피층]- 네오프렌 원단으로 나타낼 수 있다.A mask filter cartridge including the multilayer structure nanofilter of the present invention was prepared. Specifically, a neoprene fabric was used for the outermost layer of the mask filter cartridge, and a nano-filter structure in which a nano-vibration net and a nano-filter were continuously bonded therebetween was manufactured in a structure in which a nano-filter structure was positioned. Briefly, this is neoprene fabric-[nano dust net]-[nano filter layer]-neoprene fabric structure, and to express this in more detail, neoprene fabric-[nanomesh-porous nanofiber coating layer (photocatalyst layer)]-[skin layer-nano fiber layer -Outer skin layer]- Can be represented by neoprene fabric.

또한, 본 발명의 마스크 필터 카트리지의 내구성 향상 및 형태 보존을 위하여 상기 네오프렌 원단과 나노 방진망 사이에 고분자화합물 원단층을 추가로 더 포함할 수 있으며, 세부적인 구성에 대해서는 전술한 바와 같다.In addition, in order to improve the durability and preserve the shape of the mask filter cartridge of the present invention, a polymer compound fabric layer may be further included between the neoprene fabric and the nano-vibration net, and the detailed configuration is as described above.

각 층의 내부 구성에 대해서는 전술한 바와 같다.The internal structure of each layer is as described above.

실시예 2. 이중 나노 필터 및 멤브레인 층을 포함하는 복합 다층 구조의 마스크 필터 카트리지의 제조Example 2. Fabrication of a mask filter cartridge having a composite multi-layer structure including a double nano filter and a membrane layer

이중의 나노 필터 및 사익 나노 필터 사이에 멤브레인 층을 포함하는 복합 다층 구조의 마스크 필터 카트리지를 제조하였다. 구체적으로, 마스크 필터 카트리지의 최외층부에는 네오프렌 원단을 사용하였고, 그 사이에 {나노 필터 구조물-멤브레인 층-나노 필터 구조물}으로 구성된 복합 다층구조물이 위치하는 구조로 제조되었다. 이를 간략히 표현하면 네오프렌 원단 - {[나노 방진망] - [나노 필터층] - [멤브레인 층] - [나노 방진망] - [나노 필터층]} - 네오프렌 원단의 구조로 나타낼 수 있다.A mask filter cartridge having a composite multilayer structure including a membrane layer between the dual nanofilters and the four nanofilters was prepared. Specifically, a neoprene fabric was used for the outermost layer of the mask filter cartridge, and a composite multilayer structure composed of {nano filter structure-membrane layer-nano filter structure} was placed therebetween. Briefly, this can be expressed by the structure of neoprene fabric-{[nano dust net]-[nano filter layer]-[membrane layer]-[nano dust net]-[nano filter layer]}-neoprene fabric.

또한, 상기 멤브레인 표면에는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 코팅 처리한 것일 수 있다.In addition, the membrane surface may be coated with polytetrafluoroethylene (PTFE).

실험예 1. 미세먼지 여과, 항균 효과 및 선호도 확인 실험Experimental Example 1. Fine dust filtration, antibacterial effect and preference confirmation experiment

상기 실시예 1, 2의 마스크 필터 카트리지를 이용해 제조한 마스크와 및 시중에 판매중인 마스크용 멜트블로운(Melt Blown, MB) 필터 2종(KF80, KF94) 및 면마스크를 각각 비교예 1 내지 3으로 하여 미세먼지 여과 효과, 항균 및 선호도(통기성 및 쾌적함)에 대한 비교를 실시하였다. The masks manufactured using the mask filter cartridges of Examples 1 and 2, and two types of melt blown (MB) filters (KF80, KF94) and cotton masks for a commercially available mask were compared with Comparative Examples 1 to 3, respectively. As a result, a comparison of fine dust filtration effect, antibacterial and preference (breathability and comfort) was conducted.

본 발명의 미세먼지 여과능은 식약처의 보건용 마스크의 기준 규격에 대한 가이드라인에 준하여 염화나트륨 에어로졸을 이용한 실험을 통해 측정하였다. 구체적으로, 염화나트륨 시약을 물에 녹여 1 % 염화나트륨 용액을 만든 다음 자동필터 검사장비를 이용하여 염화나트륨 에어로졸을 발생시키고, 염화나트륨 에어로졸의 유량을 분당 95 L, 농도는 8 ± 4 mg/㎥가 되도록 하여 염화나트륨 에어로졸을 분당 95 L의 유량으로 통과시킨 다음 통과 전후의 농도를 측정하였다. 이 때의 측정값은 30 ± 3초 사이에서 얻어진 평균값으로 하되, 시험 시작 후 3분 이내에 측정하였다.The filterability of fine dust of the present invention was measured through an experiment using sodium chloride aerosol in accordance with the guidelines for the standard standard for health masks of the Ministry of Food and Drug Safety. Specifically, sodium chloride reagent is dissolved in water to make a 1% sodium chloride solution, and then sodium chloride aerosol is generated using an automatic filter inspection equipment, and the sodium chloride aerosol flow rate is 95 L per minute and the concentration is 8 ± 4 mg/㎥. After passing the aerosol at a flow rate of 95 L per minute, the concentration before and after passing was measured. The measured value at this time was an average value obtained between 30 ± 3 seconds, but was measured within 3 minutes after the start of the test.

또한, 항균성은 KSK-0693 의하여 항균성을 비교하였다. 구체적으로, 고온고압멸균기(오토클레이브)에서 121℃로 멸균처리 한 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 필터에 측정 대상이 되는 스테필로코커스 아우레우스(Staphylococus aureus)를 1 x 107개 접종하여 18시간 동안 배양한 뒤, 표준 면포와 비교하여 정균의 감소율을 %로 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.In addition, antimicrobial properties were compared by KSK-0693. Specifically, 1 x 10 7 Staphylococus aureus to be measured in the filters of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 sterilized at 121°C in a high temperature and high pressure sterilizer (autoclave) Dogs were inoculated and cultured for 18 hours, and then the reduction rate of bacteriostatics was measured in% as compared to standard cotton cloth, and is shown in Table 1 below.

구분division 미세먼지 여과능(%)Fine dust filtering ability (%) 항균도(%)Antibacterial degree (%) 실시예 1Example 1 9999 9999 실시예 2Example 2 99.599.5 9999 비교예 1Comparative Example 1 8585 6565 비교예 2Comparative Example 2 9898 7070 비교예 3Comparative Example 3 4343 6565

그 결과, 상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 마스크 필터 카트리지를 사용하는 경우 99% 이상의 여과능을 보여 KF94 기준을 충족하며, 복합 다중구조로 구성된 마스크 필터 카트리지(실시예 2)의 경우에는 더욱 높은 99.5%의 여과능을 보여 KF94 기준을 충족하는 것을 확인하였다. 또한, 비교예에 비해 실시예 1, 2 모두에서 현저히 우수한 항균도를 나타내는 것을 확인하였다.As a result, as shown in Table 1 above, when the mask filter cartridge of the present invention is used, it exhibits 99% or more filtration ability and meets KF94 criteria, and in the case of the mask filter cartridge (Example 2) composed of a complex multi-structure, more It was confirmed that it satisfies the KF94 standard by showing a high filtration capacity of 99.5%. In addition, it was confirmed that the antimicrobial degree was remarkably excellent in both Examples 1 and 2 than in Comparative Examples.

본 발명에서 사용한 나노 섬유층의 시험 성적서를 도 5에 나타내었으며, PTFE을 코팅한 멤브레인의 시험성적서는 도 6에 나타내었다.The test report of the nanofiber layer used in the present invention is shown in FIG. 5, and the test report of the PTFE-coated membrane is shown in FIG. 6.

또한, 본 발명의 마스크 필터 카트리지를 사용한 경우의 관능 테스트로서 통기성 및 쾌적함에 대한 주관적 평가를 실시하였다. 특히, 마스크를 오래 쓰는 경우 습기가 차 찝찝하고 냄새가 발생하는 등 사용자로 하여금 여러가지 불쾌감을 유발할 수 있는 바, 이와 같은 항목을 쾌적함으로 정의하고, 착용시간에 따른 쾌적함 유지능력에 대하여 비교하였다.In addition, as a sensory test in the case of using the mask filter cartridge of the present invention, subjective evaluation of air permeability and comfort was performed. In particular, when a mask is used for a long time, it can cause various unpleasant feelings to the user, such as cold moisture and odor, and such items are defined as comfortable, and the ability to maintain comfort according to wearing time was compared.

구체적으로, 20 내지 60대의 성인 36명을 선정하여 10점 평점법을 사용하였으며, 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.Specifically, 36 adults in their 20s to 60s were selected and a 10-point scoring method was used, and the higher the preference, the higher the score was given. The results are shown in Table 2 below.

항목Item 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 통기성Breathable 9.39.3 9.19.1 8.28.2 7.27.2 9.99.9 쾌적함(10분)Comfort (10 minutes) 8.98.9 9.59.5 8.88.8 8.08.0 9.99.9 쾌적함(30분)Comfort (30 minutes) 8.38.3 8.88.8 7.37.3 6.96.9 8.58.5 쾌적함(2시간)Comfort (2 hours) 7.77.7 8.28.2 4.74.7 4.44.4 6.26.2

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 멜트블로운 방식의 비교예 1 및 2는 통기성에서 낮은 선호도를 받았으며, 오랜 시간 착용할수록 착용자의 쾌적함이 빠르게 감소하여 불쾌함을 유발할 수 있음을 확인하였다. 일반 면 마스크인 비교예 3은 통기성 및 착용 직후의 쾌적함은 가장 우수하였으나, 오랜 시간 착용하는 경우 축축해져 쾌적함 수치가 기하급수적으로 감소하는 것을 확인하였다. 반면, 본 발명 실시예 1 및 2의 마스크 필터 카트리지는 멜트블로운 방식 필터보다 우수한 통기성을 나타낼 뿐 아니라, 장시간 착용에 따른 불쾌감도 현저히 적은 것을 확인하였다. 특히 복합 다층구조의 실시예 2는 2시간이 지난 후에도 현저히 우수한 쾌적함을 유지하고 있는 바, 이는 두개의 나노 필터층 사이에 존재하는 멤브레인에 의해 습도가 조절됨과 동시에 항균효과에 따른 구취 제거 효과가 복합적으로 작용한 결과에 기인하는 것으로 보인다.As shown in Table 2, it was confirmed that Comparative Examples 1 and 2 of the melt blown method received low preference in terms of breathability, and the comfort of the wearer rapidly decreased as the wearer wears for a long time, thereby causing discomfort. Comparative Example 3, which is a general cotton mask, was the most excellent in breathability and comfort immediately after wearing, but it was confirmed that when worn for a long time, the comfort value decreased exponentially due to dampness. On the other hand, it was confirmed that the mask filter cartridges of Examples 1 and 2 of the present invention not only exhibited better breathability than the melt blown filter, but also had significantly less discomfort due to long-term wearing. Particularly, Example 2 of the composite multilayer structure maintains remarkably excellent comfort even after 2 hours.This is because the humidity is controlled by the membrane existing between the two nano-filter layers and at the same time, the effect of removing bad breath due to the antibacterial effect is combined It seems to be due to the effect that worked.

실험예 2. 세척 후 미세먼지 여과 및 항균 효과 유지여부 확인 실험Experimental Example 2. After washing, fine dust filtration and an experiment to confirm whether the antibacterial effect was maintained

상기 실시예 1 및 2를 대상으로 세척 후에도 미세먼지 여과능 및 항균 효과가 유지되는지 여부를 확인하였다.For Examples 1 and 2, it was confirmed whether the fine dust filtering ability and antibacterial effect were maintained even after washing.

세척은 각각 물 또는 에탄올을 이용한 세척을 1 내지 10회 실시하였고, 1회 세척 후에는 충분히 건조를 완료한 후, 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 여과능 및 항균 효과를 확인하고 표 3에 나타내었다.Washing was performed 1 to 10 times with water or ethanol, respectively, and after sufficiently drying after washing once, the filtering ability and antibacterial effect were confirmed in the same manner as in Experimental Example 1, and are shown in Table 3. .

항목Item 물세척 5회
여과능(%)
5 times washing with water
Filtration capacity (%)
물세척 10회
여과능(%)
Water washing 10 times
Filtration capacity (%)
에탄올세척 5회
여과능(%)
Ethanol wash 5 times
Filtration capacity (%)
에탄올세척 10회
여과능(%)
Ethanol wash 10 times
Filtration capacity (%)
항균효과Antibacterial effect
실시예 1Example 1 8181 8080 8080 7878 99%유지99% retention 실시예 2Example 2 9292 8686 9090 8181 99%유지99% retention

그 결과, 실시예 1 및 2 모두에서 항균효과는 99% 유지되는 것을 확인하였고, 물과 에탄올을 이용해 세척하는 경우 모두에서 여과능은 여전히 80%정도를 유지하는 것을 확인하였다.전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.As a result, it was confirmed that the antibacterial effect was maintained at 99% in both Examples 1 and 2, and the filtration ability was still maintained at about 80% in both cases of washing with water and ethanol. The description is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (5)

가장 외부에 두 개의 신축성 원단이 위치하고, 상기 신축성 원단;의 사이에 하나 이상의 나노 필터 구조물이 구비된 마스크용 정화 필터 카트리지에 있어서,
상기 신축성 원단은 천연 고무, 네오프렌(neoprene), 부틸 고무(butyl rubber), 니트릴 고무(nitrile rubber) 및 실리콘으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 원료를 이용하여 직조된 직물이고,
상기 나노 필터 구조물은 나노 방진망; 및 나노 필터;가 연속적으로 결합된 형태로 구성되며,
상기 나노 방진망;은 5 내지 50 nm의 선폭을 갖는 복수의 나노와이어들이 기재 상에 5 내지 100 nm의 간격으로 형성되어 있는 형태로 구성된 나노 메쉬(mesh);의 일 측면에 직접 나노 섬유를 전기방사하여 코팅된 나노 섬유 코팅층;을 가지고, 상기 나노 섬유 코팅층;에 균일하게 분포되어 존재하는 광촉매 미세입자를 포함하고,
상기 나노 섬유 코팅층은 PVDF(polyvinylidene fluoride) 100 중량부, PEO(polyethylene oxide) 12 중량부 및 PAN(Polyacrylonitrile) 70 중량부를 DMA(dimethyl acetamide)와 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)가 1:2의 중량비로 혼합된 용매에 용해하여 방사용액을 구성하는 혼합단계;
상기 방사용액에 고전압을 인가하여 전기방사함으로써 나노 섬유를 성형하는 단계; 및
상기 성형된 나노 섬유에서 50~70℃의 물을 이용하여 PEO를 용해시키는 공정을 거쳐 PEO만을 선택적으로 제거하여 생성된 나노 섬유 표면을 다공성화 하는 기공형성 단계;를 포함하여 제조된 것이고,
상기 나노 섬유 코팅층에 분포된 광촉매는 이산화 티타늄(TiO2) 15%를 스프레이 한 것이며,
상기 나노 필터;는 두개의 외피층 사이에 나노 섬유 층이 위치하는 삼층의 구조로 구성되고,
상기 외피층은 친환경 천연 섬유인 목화, 대마 껍질 및 코코넛 열매 껍질로부터 수득한 섬유를 이용하여 제조된 것이고,
상기 나노 필터;에 포함되는 나노 섬유층은 각 나노 섬유가 직교하면서 0.05㎛ 내지 0.1㎛의 기공을 형성하는 형태로 구성되며,
상기 나노 필터;에 포함되는 나노 섬유는 PVDF에 항균물질인 글루콘산 클로르헥시딘(Chlorhexidine gluconate) 또는 폴리헥사메틸렌 비구아니드(Polyhexamethylene biguanide)를 추가로 첨가하여 제조한 것인, 마스크용 정화 필터 카트리지.
In the purification filter cartridge for a mask provided with at least one nano-filter structure between the two elastic fabrics are located at the outermost, the elastic fabric;
The stretchable fabric is a fabric woven using one or more raw materials selected from the group consisting of natural rubber, neoprene, butyl rubber, nitrile rubber, and silicone,
The nano filter structure may include a nano dust net; And a nano filter; is configured in a continuously combined form,
The nano-vibration net; is a nano-mesh formed in a form in which a plurality of nanowires having a line width of 5 to 50 nm are formed at intervals of 5 to 100 nm on a substrate; electrospinning nanofibers directly on one side of And a nanofiber coating layer coated by; and, including photocatalytic microparticles uniformly distributed and present in the nanofiber coating layer,
The nanofiber coating layer contains 100 parts by weight of PVDF (polyvinylidene fluoride), 12 parts by weight of PEO (polyethylene oxide), and 70 parts by weight of PAN (polyacrylonitrile) DMA (dimethyl acetamide) and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) 1:2 A mixing step of dissolving in a mixed solvent at a weight ratio of to form a spinning solution;
Forming nanofibers by electrospinning by applying a high voltage to the spinning solution; And
It is manufactured including a pore-forming step of porosizing the surface of the resulting nanofiber by selectively removing only PEO through a process of dissolving PEO using water at 50 to 70°C in the formed nanofiber,
The photocatalyst distributed in the nanofiber coating layer is sprayed with 15% titanium dioxide (TiO 2 ),
The nano filter; is composed of a three-layer structure in which a nanofiber layer is positioned between two outer skin layers,
The outer layer is prepared using fibers obtained from eco-friendly natural fibers such as cotton, hemp husk and coconut fruit husk,
The nano-fiber layer included in the nano-filter is formed in a form in which pores of 0.05 μm to 0.1 μm are formed while each nano fiber is orthogonal,
The nano-fibers contained in the nano-filters are prepared by additionally adding gluconate chlorhexidine gluconate or polyhexamethylene biguanide, which are antimicrobial substances, to PVDF.
제1항에 있어서,
상기 마스크용 정화 필터 카트리지는 두개의 신축성 원단 사이에 멤브레인을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하며,
상기 멤브레인은 실리콘 아크릴레이트, 폴리에테르술폰 수지, 폴리술폰, 폴리아릴술폰, 폴리비닐피롤리돈 중 하나 이상을 혼합하여 제조한 비대칭성 다공성 멤브레인으로서, 도파민 용액에 상기 멤브레인을 1 내지 3시간 동안 함침시켜 내부 기공에 폴리도파민을 형성하도록 제조한 것인, 마스크용 정화 필터 카트리지.
The method of claim 1,
The purification filter cartridge for the mask is characterized in that it further comprises a membrane between the two elastic fabrics,
The membrane is an asymmetric porous membrane prepared by mixing at least one of silicone acrylate, polyethersulfone resin, polysulfone, polyarylsulfone, and polyvinylpyrrolidone, and the membrane is impregnated in a dopamine solution for 1 to 3 hours. It is manufactured to form polydopamine in the internal pores by, purifying filter cartridge for a mask.
삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마스크용 정화 필터 카트리지는 세척 후에도 미세먼지 여과 및 항균력이 유지되는 것을 특징으로 하는, 마스크용 정화 필터 카트리지.
The method according to any one of claims 1 or 2,
The purification filter cartridge for a mask, characterized in that the filtering and antibacterial activity of fine dust is maintained even after washing.
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