KR102250799B1

KR102250799B1 - 미세먼지 방지 항균필터, 이를 포함하는 마스크와 그 제조방법

Info

Publication number: KR102250799B1
Application number: KR1020210009775A
Authority: KR
Inventors: 김종구; 김승규; 김민준
Original assignee: 주식회사 쿠킴; 김종구
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2021-05-12

Abstract

본 발명은 미세먼지 방지 항균필터에 관한 것으로서, 조대 섬유를 가지는 부직포; 수용성 바인더 수지가 함유된 수용성 수지 용액에 친수성 무기질 입자, 항균제, 포타슘 티타네이트를 일정 농도로 분산시킨 슬러리 용액을 상기 부직포에 코팅하여 상기 친수성 무기질 입자와 상기 항균제가 상기 포타슘 티타네이트에 부착되고, 상기 조대 섬유에 상기 포타슘 티타네이트가 부착되는 것을 특징으로 한다.

Description

미세먼지 방지 항균필터, 이를 포함하는 마스크와 그 제조방법 {Antimicrobial filter blocking fine dust, method of manufacturing the same and the face mask containing the same}

본 발명은 미세먼지 방지 항균필터, 이를 포함하는 마스크와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 공기 중의 오염물질, 즉 미세먼지, 병원성 세균, 바이러스 등을 효과적으로 여과할 수 있는 항균필터의 제조방법과 이러한 오염물질을 여과하여 방지하는 항균필터를 구비하는 마스크에 관한 것이다.

최근에 이르러, 미세먼지나 병원성 세균, 사스, 메르스, 코로나 바이러스 등에 의한 감염으로 인간의 생명이 위협받고 있어 전 세계적으로 이에 대한 대책이 시급히 요구되고 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 미세먼지, 병원성 세균, 바이러스 등은 감염성이 있어 재이용이나 폐기 시에 감염을 일으키지 않도록 사멸하거나 불활성화시킬 필요가 있다.

종래기술에 따른 미세먼지, 병원성 세균, 바이러스 등의 비말을 방지하기 위한 마스크는 헤파 필터를 갖춘 마스크를 주로 사용하고 있는데, 일반적인 헤파 필터는 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높다는 문제점이 있다.

또한 종래기술의 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 탈리 혹은 열화 현상 등의 원인으로 사용 시간에 제약을 받는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1358486호는 초미세 또는 나노 크기 분말을 혼입한 부직 매체에 관한 것으로서, 조대 섬유와 미세 마이크로 유리 섬유의 조합과 혼합된 나노 알루미나 섬유로 이루어지고, 복수의 나노 입자가 상기 나노 알루미나 섬유에 부착되도록 하고 있으나, 상기 나노 알루미나 섬유는 너무 미세하여 상기 조대 섬유와 미세 마이크로 섬유에 부착되도록 하기 위해서 접착제가 많이 필요하고 이에 따라 상기 나노 알루미나 섬유와 접착제에 의해서 기공의 공기 흐름을 과도하게 방해할 염려가 있고 상기 조대 섬유와 미세 마이크로 유리 섬유의 조합을 위한 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2016-0042090호는 실리카 나노입자 및 분산제를 함유하는 나노복합재에 관한 것으로서, 경화성 수지 중에 분산된 실리카 나노입자 및 분산제를 포함하고, 상기 실리카 나노입자는 비구형 실리카 나노입자, 구형 화성 실리카 나노입자 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 나노복합재는 보강 섬유로서 부직 매트를 포함할 수 있으나, 상기 실리카 나노입자는 너무 미세하여 상기 부직 매트에 부착되도록 하기 위해서 접착제가 많이 필요하고 이에 따라 상기 실리카 나노입자와 접착제에 의해서 기공의 공기 흐름을 과도하게 방해할 염려가 있다는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1160747호는 활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터 매질에 관한 것으로서, 고효율 미립자 공기 필터(HEPA 필터: High Efficiency Particulate Air Filter)에 적합한 부직포 물질에 활성화제를 혼입하고 정전기적으로 하전되도록 하며 장기간 동안 전하를 유지하도록 하고 있으나, 헤파 필터에 적합한 부직포 물질의 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-0826326호는 정전기형 섬유상 필터 웹 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 부직 필터 웹의 표면에 분산된 다수의 스폿에서 서로 초음파 결합된 정전기적으로 하전된 피브릴화 섬유의 부직 필터 웹을 포함하는 정전형 부직 필터 매체를 제공하고 있고 상기 정전형 부직 필터 매체는 용융 블로운 미소섬유의 부직 필터층(BMF 층)과 적층되어 사용되고 있으나, 정전필터 기능을 부여하기 위하여 추가적인 공정을 필요로 하므로 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1906689호는 항균성 부직포 시트, 함액 시트, 및 페이스 마스크에 관한 것으로서, 우수한 방부 및 항균성을 가지며 유동성 조성물의 함침에 의한 견고함의 저하나 수축이 적음으로써 형태 안정성이 우수한 항균성 부직포 시트를 제공하고 있으나, 정전기적으로 하전되지 못하여 이를 위해서는 정전필터 기능을 부여하기 위하여 추가적인 공정을 필요로 하므로 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

따라서 기공의 공기 흐름을 과도하게 방해하지 않으면서 미세먼지, 병원성 세균, 바이러스 등의 비말을 방지하는 것이 용이하고, 항균 기능이 장시간 유지되는 효과적인 항균 및 항바이러스 재료를 함유하는 필터 재료에 대한 기술개발이 요구되고 있다.

등록특허공보 제10-1358486호(2014.02.06. 공고) 공개특허공보 제10-2016-0042090호(2016.04.18. 공개) 등록특허공보 제10-1160747호(2012.06.28. 공고) 등록특허공보 제10-0826326호(2008.05.02. 공고) 등록특허공보 제10-1906689호(2018.10.10. 공고)

본 발명의 목적은 공기 중에 부유하고 있는 미세먼지, 에어로졸화된 박테리아나 바이러스 등을 여과하거나 멸균시킬 수 있는 특성에 있어서 오염 물질의 높은 살균력, 여과 효율, 보유 용량, 호흡 시의 마스크 내외의 낮은 압력 강하, 저렴한 제조비용 등을 갖는 미세먼지 방지 항균필터, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 마스크를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 호흡 시에 발생하는 수분의 흡수를 조절하고, 마스크의 내면과 외부 공기와의 압력차를 저감시킬 수 있는 마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 미세먼지, 미생물 병원체, 바이러스를 효과적으로 여과하고 살균시킬 수 있는 항균성 마스크의 제조방법을 단순화하고 제조비용을 저감하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 오염물질의 여과 용량을 높이고 바인더 수지를 사용하여 항균제를 부직포에 흡착시켜 항균 효과를 높일 수 있고 정전하를 부직포에 인가하여 더 효과적으로 오염물질을 제거할 수 있는 항균필터와 이를 포함하는 마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.

본 발명의 상기 부직포는 폴리프로필렌을 함유하여 조대 섬유로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 포타슘 티타네이트는 하소 방법에 의해서 K₂CO₃와 TiO₂의 몰비를 1:3으로 혼합하여 알코올 용액 중에서 밀링한 후 소정의 온도에서 건조하여 850~950℃에서 소정의 시간동안 하소한 다음 냉각하여 분쇄한 것을 미세섬유 또는 휘스커 형태로 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법에 관한 것으로서, 조대 섬유를 가지는 부직포를 형성하는 단계; 물, 친수성 무기질 입자, 수용성 바인더 수지를 혼합하여 친수성 코팅 조성물을 제조하는 단계; 미세섬유 또는 휘스커 형태로 포타슘 티타네이트를 제조하는 단계; 상기 친수성 코팅 조성물과 상기 포타슘 티타네이트를 혼합하여 슬러리 용액을 형성하는 단계; 상기 슬러리 용액을 상기 부직포에 도포하여 코팅하는 단계;상기 코팅된 상기 부직포에 정전하를 부가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 친수성 코팅 조성물을 제조하는 단계는, 물 80~95중량%, 친수성 무기질 입자 5~20중량%, 상기 친수성 무기질 입자에는 함유되는 실리카겔 입자는 상기 친수성 무기 미립자의 1~10중량%, 수용성 바인더 수지인 폴리아크릴산 나트륨, 하이드록시에틸 셀루로즈 중 적어도 어느 하나를 전체 친수성 코팅 조성물에 대하여 약 0.05중량% 이상 0.3중량% 이하로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 미세섬유 또는 휘스커 형태로 포타슘 티타네이트를 제조하는 단계는, K₂CO₃와 TiO₂의 몰비를 1:3으로 혼합하여 알코올 용액 중에서 밀링한 후 소정의 온도에서 건조하여 850~950℃에서 소정의 시간동안 하소한 다음 냉각하고 분쇄하여 포타슘 티타네이트를 미세섬유 또는 휘스커 형태로 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 친수성 코팅 조성물과 상기 포타슘 티타네이트를 혼합한 슬러리 용액은 은 나노입자, 구리 나노입자, 식물성 항균제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 친수성 코팅 조성물과 상기 포타슘 티타네이트를 혼합한 슬러리 용액을 부직포에 도포하는 단계는, 상기 슬러리 용액을 상기 부직포에 1~5회 분무하거나, 상기 슬러리 용액에 상기 부직포를 침지하여 도포하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 은 나노입자는 질산은, 부틸아민, 및 알코올 혼합액에 아스코르빈산을 혼합하여 제조한 것으로 평균입자 크기가 20~100 nm이고, 상기 구리 나노입자는 입자 크기가 50~100 nm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 식물성 항균제는 황금초(Scutellaria baicalenis, SB)를 속슬레 추출방법(Soxhlet extraction method)으로 추출한 황금초 분말을 마이크로 캡슐화한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법으로 제조된 항균필터를 마스크의 안감 또는 겉감에 부착하고 봉제하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

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 일실시예에 따르면, 고분자 섬유를 소재로 한 마스크용 항균제 필터 재료에 무기질 및 식물성 항균제 등을 사용함으로써, 미세먼지 포집이 용이하고, 항균 기능이 장시간 유지되며, 시간 경과에 따른 항균제의 분해나 열화 현상을 감소시킬 수 있는 재료의 개발로 마스크용 필터뿐만 아니라 공기청정기나 정수기 등에도 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 사용되는 부직포에 포타슘 티타네이트 휘스커가 부착된 모습을 확대하여 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 부직포에 친수성 무기질, 포타슘 티타네이트 휘스커, 은 및 구리 나노입자, 식물성 항균제 마이크로 캡슐 등이 부착된 모습을 확대하여 보여주는 개념도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 사용되는 부직포에 포타슘 티타네이트 휘스커가 부착된 모습을 확대하여 보여주는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 사용되는 부직포(10)에 포타슘 티타네이트 휘스커(20)가 부착되어 형성된다.

상기 부직포(10)는 폴리프로필렌 등의 고분자 재료를 섬유상으로 제조되는 부직 상태의 조대(coarse) 섬유로서, 일반적으로 조대 섬유는 단위 부피 혹은 무게 당 표면적이 적어 기능성 미분말 즉, 친수성 무기질 입자 및 항균제 등의 부착량이 상대적으로 적고, 그 부착력 역시 약하여 여기에 미세 구조의 섬유인 포타슘 티타네이트 휘스커, 무기질 또는 식물성 항균제를 코팅하고 정전하를 부여하여 미세먼지 흡착기능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 멜트 블로운(MB: Melt-Blown) 필터는 미세 섬유로 이루어지고 단위 부피 또는 단위 무게 당 표면적이 커서 미세먼지, 세균, 박테리아를 여과하는데 유리하지만, 상기 MB 필터는 본 발명의 조대 섬유 부직포에 비하여 높은 제조 비용과 복잡한 제조 공정이 필요하다.

본 발명은 조대 섬유 부직포에 포타슘 티타네이트 휘스커를 단순히 코팅함으로써 낮은 제조 비용과 단순한 제조 공정으로 일반적인 MB 필터와 같은 또는 보다 우수한 성능의 항균필터를 제조할 수 있다.

도 2는 도 1의 부직포에 포타슘 티타네이트 휘스커, 친수성 무기질 입자, 은 및 구리 나노입자 혹은 식물성 항균제 마이크로캡슐 등의 부착 형태를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 사용되는 부직포(10)에 포타슘 티타네이트 휘스커(20)가 부착되어 형성되고, 상기 포타슘 티타네이트 휘스커(20)에 친수성 무기질 입자, 은 및 구리 나노입자, 식물성 항균제 마이크로캡슐 등이 부착되어 미세구조의 항균필터를 형성하고 있다.

본 발명의 항균필터를 제조하기 위한 구체적인 방법은 다음과 같다.

장기간에 걸친 가습 성능을 보유하는 친수성 코팅 조성물은 친수성 무기질 입자인 다공성 실리카겔과 이 실리카겔 입자의 평균 세공(pore) 직경보다 작은 입자 크기를 가진 콜로이달 실리카를 수용성 바인더 수지를 포함한 물로 희석한 용액으로 제조한다.

좀 더 구체적으로, 친수성 코팅 조성물은 물의 함유량은 80~95 중량%, 친수성 무기질 입자 5~20 중량%이고 실리카겔 입자의 함유량은 상기 친수성 무기질 입자의 1~10 중량% 이하로 구성된다. 접착제는 특별히 제한된 것은 아니나 예를 들어 폴리아크릴산, 폴리아크리산 나트륨, 하이드록시에틸 셀루로즈 등의 수용성 바인더 수지를 사용할 수 있으며 그 함유량은 전체 친수성 코팅 조성물에 대하여 약 0.05 중량% 이상 0.3 중량% 이하이다. 상기 접착제의 역할은 실리카겔의 침강을 방지하고 코팅의 친수성을 확보하며, 부직포에 대한 접착력을 증대하여 박리를 방지한다. 부직포에 대한 첨가량은 약 1~10 중량% 이다.

친수성 무기질 입자인 다공성 실리카겔은 평균입자 크기가 0.3 ㎛인 실리카졸(LA-S263, 일본 닛산화학)이고 콜로이달 실리카는 입자 크기가 약 5~15 ㎚(스노우텍스 O, 일본 닛산화학(주))인 것을 사용한다.

상기 수용성 바인더 수지는 유전율이 높은 물질로서 폴리아크릴 수지를 사용하고, 상기 수용성 바인더 수지가 코팅된 후 정전하를 인가하게 되면 항균필터에서 정전하를 보유하는 시간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 접착제 기능과 정전필터로서의 기능을 동시에 부여하기 때문에 추가적인 공정을 할 필요가 없게 된다.

이와 달리, MB 필터의 경우 멜트 블로운(Melt-Blown) 방식이라는 공정상의 문제로 유전율이 낮은 물질을 사용해야만 미세섬유의 필터가 제조 가능하므로 MB 필터의 제조 후에 정전필터 기능을 부여하기 위하여 추가적인 공정을 필요로 한다.

한편 기능성 무기질 섬유인 포타슘 티타네이트 휘스커는 대략 직경이 0.1~1.0㎛, 길이가 10~100 ㎛, 평균 아스펙트 비가 30~300, 비표면적이 약 20~50㎡/g 으로 높은 유전율을 가진 포타슘 테트라티타네이트로서 다른 섬유나 항균성 입자들과 서로 가교 결합되는 경우 미세먼지나 바이러스와 같은 서브마이크론 또는 나노크기의 입자를 흡착하여 여과할 수 있는 기능을 갖는다.

포타슘 티타네이트 섬유 또는 휘스커는 높은 열 저항, 우수한 화학 안정성을 가진 재료로 이온 교환재, 단열재, 보강재, 촉매(광촉매), 석면의 대체재 또는 마찰재 등의 응용분야를 가진 기능성 재료이다. 제조방법은 하소(calcination), 열수 반응(hydrothermal reaction), 용융(flux growth), 졸-겔 방법 등 매우 다양하여 이 가운데 가장 경제적이고 우수한 기능성을 가지는 재료의 제조방법을 선택하는 것이 바람직하다. 또한 포타슘 티타네이트의 특성은 층상구조를 가지고 우수한 층간 특성과 촉매 활성을 가지며, 포타슘 함량이 작은 포타슘 티타네이트는 터널구조와 우수한 단열성 및 화학 안정성 등의 특성을 가진다.

본 발명에서는 결정성 포타슘 테트라티타네이트를 사용하는 것을 특징으로 한다. 이 재료는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 2가 금속이온의 교환능력를 가지고 촉매, 광촉매 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.

포타슘 테트라티타네이트의 제조방법은 하소방법을 사용하는 것으로서, K₂CO₃와 TiO₂의 몰비를 1:3으로 혼합하여 알코올 용액 중에서 밀링한 후 약 80℃에서 건조하여 약 850~950℃에서 약 5시간 이상 하소한 다음 서서히 냉각하여 분쇄한 것으로 도 1에 나타낸 바와 같은 미세섬유 혹은 휘스커 형태로 제조한 것을 사용한다.

항균성 재료로는 입자크기가 약 5~20 ㎚인 은 나노입자 및 입자크기가 약 50~100 ㎚인 구리 나노입자를 사용한다.

구리 나노입자는 입자 크기가 약 50~100㎚인 구리 나노입자를 사용하고, 은 나노입자는 질산은, 부틸아민, 및 알코올 혼합액에 아스코르빈산을 혼합하여 제조한 것으로 평균입자 크기가 약 20~100 ㎚인 것으로 물이나 알코올에 약 1~5 중량%로 희석한 것을 사용한다.

식물성 항균제로는 여러 종류의 허브식물 중에 유연한 약리성, 높은 안정성, 및 효과적인 치유성을 가진 황금초(scutellaria baicalenis, SB)를 속슬레 추출방법(Soxhlet extraction method)으로 추출한 황금 분말을 마이크로 캡슐화한 것을 사용한다.

친수성 및 항균성 코팅 용액의 제조방법의 일 실시예로 친수성 무기질 입자, 수용성 바인더 수지를 함유하는 용액에 포타슘 티타네이트, 은 및 구리 나노입자, 식물성 허브 마이크로 캡슐을 각각 그 혼합비율을 포타슘 티타네이트 농도는 1~10 중량%, 은 및 구리 나노입자, 또는 식물성 허브 마이크로 캡슐은 단독 혹은 하나 이상을 약 100~1000 ppm 농도로 희석한 슬러리 형태의 현탁 용액을 제조하여 상기 조대 구조를 가지는 부직포에 실온(20~30℃)에서 약 1시간 침적하거나 1~5회 정도 스프레이 도포한 다음 약 80℃에서 1시간 건조하여 항균성 부직포를 제조한다.

본 발명에 사용되는 수용성 바인더 수지와 포타슘 티타네이트는 유전율이 높은 물질로서 정전하를 인가하게 되면 항균필터에서 정전하를 보유하는 시간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 정전필터로서의 기능을 부여하기 위하여 추가적인 공정을 할 필요가 없으므로 제조공정을 단순화할 수 있고 제조비용을 저감할 수 있다.

물론, 제조된 항균필터에 정전하를 인가하기 위하여 코로나 방전, 액체 대전, 마찰 대전 등 다양한 방식을 사용할 수 있다.

본 발명의 구체적인 성능 시험은 다음과 같이 이루어진다.

성능 시험

1. 분진 포집 효율 측정

NaCl 1.0 % 수용액을 입자크기가 약 0.04~1.0 ㎛ 크기의 에어로졸 형태로 제 조하여 약 100 ℓ/분 부직포에 통과시켜 통과 전후의 NaCl 농도를 측정하여 분진 포집 효율을 측정한다. 측정 효율은 다음 식으로 계산한다.

T(%) = (C_O - C_A) x100 /C_O

T(%): 포집 효율

C_O: 통과 전 NaCl 농도

C_A: 통과 후 NaCl 농도

2. 안면부 흡기 저항

표준 머리 모형에 마스크를 착용하여 공기를 약 30ℓ/분 통과하였을 때의 압력강하를 수주(㎜H₂O)로 측정하여 흡기 저항 값으로 정의한다.

3. 항균력 시험

병원균의 종류로 대장균 및 포도상 구균을 대상으로 항균시험을 수행하여 항균효율을 다음 식으로 계산한다.

E(%) = (W_O - W_T) x 100 / W_O

E(%): 항균효율

W_O: 부직포 접촉 전의 생존 균수

W_T: 부직포 접촉 후 24시간 경과 후의 생존 균수

[표 1]은 친수성 무기질 입자, 포타슘 티타네이트, 은 및 구리 나노입자, 허브 식물성 마이크로캡슐을 혼합한 슬러리 용액을 부직포에 도포한 항균성 부직포를 제조한 실시예를 나타낸 것이다.

항목	항균제 구성 및 혼합비율
	친수성 무기질 (중량%)	포타슘티타네이트 (중량%)	은 나노 (ppm)	구리 나노 (ppm)	황금초 캡슐 (ppm)
실시예 1	5	1	200	-	-
실시예 2	5	3	200	-	-
실시예 3	5	5	-	100	100
실시예 4	5	7	-	100	-
실시예 5	5	10	-	-	200
실시예 6	5	5	-	100	100
실시예 7	5	5	100	100	100
비교예 1	5	-	-	-	-
비교예 2	5	-	-	-	-

상기한 코팅제가 함유된 부직포를 마스크의 안감 혹은 겉감(면 혹은 고분자 섬유로 직조한 것)에 일정크기로 부착하여 항균성 마스크를 제조하고, [표 2]는 상기 항균성 마스크에 대한 성능 시험 결과를 나타낸 것이다.

	분진 포집효율			흡기저항(mmH₂O)
	C_O	C_A	T(%)	흡기저항(mmH₂O)
실시예 1	1.0	0.07	93	7.0
실시예 2	1.0	0.08	92	6.8
실시예 3	1.0	0.09	91	7.9
실시예 4	1.0	0.07	93	7.8
실시예 5	1.0	0.07	93	7.0
실시예 6	1.0	0.08	92	6.8
실시예 7	1.0	0.07	93	7.0
비교예 1	1.0	0.22	78	6.2
비교예 2	1.0	0.23	77	6.0

[표 2] 의 분진 포집효율 및 흡기저항 시험 결과에 의하면 본 발명의 부직포의 분진 포집효율은 약 90% 이상이고 흡기저항은 7~8㎜H₂O 수주로 일반 마스크의 흡기 저항 기준인 10㎜H₂O 수주 이하의 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.

	대장균			포도상 구균
	항균제미처리 부직포 24시간경과후 균농도 10⁴CFU	항균제처리 부직포 1시간경과후 균농도 CFU	항균효율 (%)	항균제미처리 부직포 24시간경과후 균농도 10⁴CFU	항균제처리 부직포 1시간경과후 균농도 CFU	항균효율 (%)
실시예 1	100~300	(50~100)x10	99.9	100~300	(200~300)x10	99.9
실시예 2	100~300	(50~100)x10	99.9	100~300	(200~300)x10	99.9
실시예 3	100~300	(30~50)x10	99.9	100~300	(100~200)x10	99.9
실시예 4	100~300	(30~50)x10	99.9	100~300	(100~200)x10	99.9
실시예 5	100~300	(30~50)x10	99.9	100~300	(100~200)x10	99.9
실시예 6	100~300	(30~50)x10	99.9	100~300	(100~200)x10	99.9
실시예 7	100~300	(5~10)x10	99.9	100~300	(50~100)x10	99.9
비교예 1	100~300	(50~200)x10⁴	30~83	100~300	(100~200)x10⁴	0~30
비교예 2	100~300	(100~200)x10⁴	0~30	100~300	(100~200)x10⁴	0~30

[표 3]의 항균 성능시험 결과에 따르면 항균 처리된 마스크용 항균필터의 항균 효율은 일반 박테리아들에 대한 항균 효율은 약 99.9% 이상임을 알 수 있다. 여기서, 눈에 보이는 박테리아나 균류의 숫자를 측정하기 위하여 집락형성단위(CFU: Colony Forming Unit)를 사용하고 있다.

따라서 본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명의 항균 마스크는 공기 중에 부유하고 있는 미세먼지, 병원성 세균, 박테리아 및 바이러스 등을 포집, 살균하는 항균 성능을 장시간 동안 유지할 수 있어 건강 증진 측면에서 효과적이다.

이상 본 발명을 일실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 마스크용 항균필터와 이의 제조 방법 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 아니 라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이나 과학 적인 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 일실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어 야 함, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 조대섬유
20: 포타슘 티타네이트 휘스커
30~50: 친수성 무기질 입자, 항균제

Claims

미세먼지 방지 항균필터에 있어서,
조대 섬유를 가지는 부직포를 포함하고,
수용성 바인더 수지가 함유된 수용성 수지 용액에 친수성 무기질 입자, 항균제, 포타슘 티타네이트를 일정 농도로 분산시킨 슬러리 용액을 상기 부직포에 코팅하여 상기 친수성 무기질 입자와 상기 항균제가 상기 포타슘 티타네이트에 부착되고, 상기 조대 섬유에 상기 포타슘 티타네이트가 부착되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터.
제 1 항에 있어서,
상기 부직포는 폴리프로필렌을 함유하여 조대 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터.
제 1 항에 있어서,
상기 포타슘 티타네이트는 하소 방법을 사용하는 것으로서, K₂CO₃와 TiO₂의 몰비를 1:3으로 혼합하여 알코올 용액 중에서 밀링한 후 소정의 온도에서 건조하여 850~950℃에서 소정의 시간동안 하소한 다음 냉각하여 분쇄한 것을 미세섬유 또는 휘스커 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터.
미세먼지 방지 항균필터의 제조방법에 있어서,
조대 섬유를 가지는 부직포를 형성하는 단계;
물, 친수성 무기질 입자, 수용성 바인더 수지를 혼합하여 친수성 코팅 조성물을 제조하는 단계;
미세섬유 또는 휘스커 형태로 포타슘 티타네이트를 제조하는 단계;
상기 친수성 코팅 조성물과 상기 포타슘 티타네이트를 혼합하여 슬러리 용액을 형성하는 단계;
상기 슬러리 용액을 상기 부직포에 도포하여 코팅하는 단계;
상기 코팅된 상기 부직포에 정전하를 부가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
삭제
제 4 항에 있어서,
상기 미세섬유 또는 휘스커 형태로 포타슘 티타네이트를 제조하는 단계는,
K₂CO₃와 TiO₂의 몰비를 1:3으로 혼합하여 알코올 용액 중에서 밀링한 후 소정의 온도에서 건조하여 850~950℃에서 소정의 시간동안 하소한 다음 냉각하고 분쇄하여 포타슘 티타네이트를 미세섬유 또는 휘스커 형태로 제조하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 부직포는 폴리프로필렌을 함유하여 조대 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 친수성 코팅 조성물과 상기 포타슘 티타네이트를 혼합한 슬러리 용액은 은 나노입자, 구리 나노입자, 식물성 항균제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 친수성 코팅 조성물과 상기 포타슘 티타네이트를 혼합한 슬러리 용액을 부직포에 도포하는 단계는,
상기 슬러리 용액을 상기 부직포에 1~5회 분무하거나, 상기 슬러리 용액에 상기 부직포를 침지하여 도포하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 은 나노입자는 질산은, 부틸아민, 및 알코올 혼합액에 아스코르빈산을 혼합하여 제조한 것으로 평균입자 크기가 20~100 nm이고,
상기 구리 나노입자는 입자 크기가 50~100 nm인 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 식물성 항균제는 황금초(Scutellaria baicalenis, SB)를 속슬레 추출방법(Soxhlet extraction method)으로 추출한 황금초 분말을 마이크로 캡슐화한 것을 특징으로 하는 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법.
제 4 항, 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 미세먼지 방지 항균필터의 제조방법으로 제조된 항균필터를 마스크의 안감 또는 겉감에 부착하고 봉제하여 제조되는 것을 특징으로 하는 항균성 마스크.