KR102413878B1 - 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크에 관한 것으로서, 사용자의 안면에 배치되도록 형성되는 마스크 몸체부를 포함하는 마스크에 있어서, 상기 마스크 몸체부는, 구리 이온이 결합된 섬유로 형성되어, 바이러스를 사멸시키는 바이러스 사멸부; 및 멤브레인(membrane) 형태로 형성되어, 바이러스 또는 바이러스 함유 비말을 차단시키는 바이러스 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크{Mask}

본 발명은 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이러스 차단부와 바이러스 파괴부를 함께 구비하여 바이러스의 차단뿐만 아니라 바이러스의 사멸의 기능을 수행하는 살균 마스크에 관한 것이다.

일반적으로, 마스크는 방한 대용으로 착용하거나, 각종 위생 관리가 필요한 작업장 등에서 착용하게 된다. 또한, 사용자가 착용하여 호흡 시에 공기 중에 떠다니는 이물질을 걸러 내는 기능을 가지고 있으며, 의료용으로는 혈액 및 체액의 침투로부터 보호하는 기능을 가지고 있다. 이러한 일반적인 마스크는 양쪽에 귀에 거는 끈이 달려있고, 입을 커버하는 마스크는 외피와 내피로 된 이중 구조로 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 마스크 중 의료용으로 사용되는 경우, 혈액 및 체액의 침투 및 확산을 방지하는 기능은 수행하지만, 외부의 바이러스성 세균으로부터 사용자를 보호하고 사용자의 세균을 다른 사람에게 전염시키는 것을 방지하는 기능은 없는 것으로 판명되었다. 그에 따라, 현재의 마스크는 중증 급성 호흡기 증후군(SARS) 및 중동 호흡기 증후군(MERS) 등의 호흡기 증후군의 침투 및 방지가 불가능하다.

더군다나, 일반 마스크는 공기 중 바이러스를 걸러내는 역할에 그치는 만큼, 마스크 표면에 바이러스가 부착된 상태로 생존, 심지어 증식할 가능성이 높고, 마스크 사용자가 손으로 마스크 표면을 만질 경우 또 다른 감염의 원인이 될 수 있다.

WHO등 보건당국에서도 이 문제를 우려해 마스크 표면을 손으로 만지지 않도록 주의를 당부하고 있으나, 하루에 수백 번 무의식적으로 마스크를 만지는 행위가 일어나는 만큼, 마스크를 통한 감염 방지에 어려움을 겪고 있다.

따라서 마스크를 통한 감염을 원천적으로 막기 위해서는 마스크로 걸러진 바이러스를 즉시 파괴하는 기능이 부가된 바이러스 살균 마스크의 필요성이 커진 상황이다.

따라서, 현재에는 코로나바이러스 감염증-19(COVID-19)이 전세계적으로 창궐하고 있는 상황에서 바이러스의 전염 및 전파를 방지하지 위해, 바이러스 전염 및 전파 방지가 가능한 마스크의 연구 및 개발이 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 바이러스의 차단뿐만 아니라 바이러스의 사멸의 기능을 수행하는 마스크를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크는, 사용자의 안면에 배치되도록 형성되는 마스크 몸체부를 포함하는 마스크에 있어서, 상기 마스크 몸체부는, 구리 이온이 결합된 섬유로 형성되어, 바이러스를 사멸시키는 바이러스 사멸부; 및 멤브레인(membrane) 형태로 형성되어, 바이러스 또는 바이러스 함유 비말을 차단시키는 바이러스 차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 바이러스 사멸부는, 상기 바이러스 사멸부를 통과하는 바이러스를 1차적으로 파괴하고, 상기 바이러스 차단부가 바이러스를 통과하는 것을 차단하여 상기 바이러스 차단부의 표면에 바이러스가 포집되면, 상기 바이러스 차단부에 의해 표면에 포집된 잔여 바이러스를 2차적으로 박멸하도록, 상기 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 바이러스 사멸부는, 친수성(hydrophilic)을 띠는 섬유로 구성되며, 상기 바이러스 차단부는, 소수성(hydrophobic)을 띠는 멤브레인 필터로 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 바이러스 사멸부는, 구리 이온이 섬유에 6,000 내지 100,000 피피엠(ppm) 함유되도록 구성되는 항바이러스성 알긴산 복합섬유를 5 내지 50 중량% 함유하도록 구성되는 카즈(caz)원단을 포함하고, 상기 카즈 원단은, 상기 항바이러스성 알긴산 복합섬유가, 소디움 알지네이트 고분자 5 내지 10 중량%, 황산구리 또는 염화구리 분말 1 내지 3중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40도 내지 60도에서 교반하여 황산구리-알지네이트 방사원액을 제조한 후, 기포 제거를 위해 감압 탈포하고 필터링한 후 기어 펌프를 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 함유한 응고액하에서 응고한 후, 수세조, 유제조를 차례로 거친 후 건조하여 권취하여 제조되어 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 바이러스 차단부는, 나노 멤브레인 필터의 형태를 가지며, 상기 바이러스 사멸부는, 구리 이온이 섬유에 6,000 내지 100,000 피피엠(ppm) 함유되도록 구성되는 항바이러스성 알긴산 복합섬유를 5 내지 50 중량% 함유하도록 구성되는 카즈 원단을 포함하고, 상기 바이러스 사멸부는, 원단 상에 상기 바이러스 차단부의 상기 나노 멤브레인 필터를 형성하는 나노 섬유를 방사한 후 상기 카즈 원단을 겹쳐서 형성함으로써, 상기 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 원단은, 매끄러운 부직포로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 바이러스 차단부는, 나노 멤브레인 필터의 형태를 가지며, 상기 바이러스 사멸부는, 구리 이온이 섬유에 6,000 내지 100,000 피피엠(ppm) 함유되도록 구성되는 항바이러스성 알긴산 복합섬유를 5 내지 50 중량% 함유하도록 구성되는 카즈 원단을 포함하고, 상기 바이러스 사멸부는, 상기 카즈 원단 상에 일렉트로-스피닝(electro-spinning) 방식으로 상기 바이러스 차단부의 상기 멤브레인 필터를 형성하는 나노 섬유를 방사한 후 형성함으로써, 상기 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 사용자에게 공급되는 공기에서 이물질을 걸러 내는 필터부를 더 포함하고, 상기 마스크 몸체부는, 상기 바이러스 사멸부가 상기 마스크 몸체부의 최전방에 형성되고, 후방을 향해 순차적으로 상기 바이러스 차단부, 상기 필터부가 배치되도록 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 마스크 몸체부의 양측에 형성되어 상기 사용자의 안면에 상기 마스크 몸체부가 배치되도록 고정시키는 마스크 고정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크는, 바이러스 사멸부와 바이러스 차단부를 동시에 구비함으로써, 바이러스의 차단뿐만 아니라 바이러스의 사멸의 기능을 수행할 수 있어, 사용자의 안전성을 극대화시키고 바이러스의 전파를 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크는, 바이러스 사멸부가 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성되어, 바이러스가 바이러스 사멸부를 통과하면서 1차적으로 파괴되고, 바이러스 사멸부에서 파괴되지 않고 통과한 잔여 바이러스가 바이러스 차단부에서 막혀 바이러스 차단부의 표면에 포집되고 다시 바이러스 사멸부에 의해 2차적으로 파괴되면서, 바이러스의 사멸 능력이 극히 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크는, 바이러스 사멸부를 카즈(caz)원단을 사용하여 제작함으로써, 기존 항균 섬유 대비 항균 능력이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 몸체부의 적층 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 바이러스 차단부(멤브레인 필터)와 종래의 정전식 필터의 비교 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 바이러스 사멸부의 항균성에 대한 실험결과를 도시한 결과표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 바이러스 사멸부의 지표바이러스(MS-2 bacteriophage)의 불활성화 평가를 도시한 막대 그래프 비교표이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 상세한 설명은 하기 도시되는 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 몸체부의 적층 개념도, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 바이러스 차단부(멤브레인 필터)와 종래의 정전식 필터의 비교 개념도, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 바이러스 사멸부의 항균성에 대한 실험결과를 도시한 결과표이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크의 바이러스 사멸부의 지표바이러스(MS-2 bacteriophage)의 불활성화 평가를 도시한 막대 그래프 비교표이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 마스크(1)는, 마스크 몸체부(10) 및 마스크 고정부(20)를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 마스크(1)에 대해서 상세하게 설명하도록 하며, 그 중 마스크 몸체부(10)에 대해서 상세히 설명하도록 한다.

마스크 몸체부(10)는, 필터부(11), 상측 커버부(12) 및 하측 커버부(13)를 포함할 수 있다. 여기서 필터부(11)는, 바이러스 사멸부(111) 및 바이러스 차단부(112)를 포함하도록 구성될 수 있고, 상측 커버부(12)는 필터부(11)의 상측에 형성되어 사용자의 코를 덮도록 구성되며, 하측 커버부(13)는 필터부(11)의 하측에 형성되어 사용자의 입의 하측 부분으로 유입되는 공기를 차단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 마스크(1)는 바이러스 사멸부(111) 및 바이러스 차단부(112)가 필터부(11), 상측 커버부(12) 및 하측 커버부(13) 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.

마스크 몸체부(10)는, 사용자(도시하지 않음)의 안면에 배치되도록 형성되며, 바이러스 사멸부(111) 및 바이러스 차단부(112)를 포함한다.

바이러스 사멸부(111)는, 구리 이온이 결합되는 섬유로 형성되어, 바이러스를 사멸시킨다.

바이러스 사멸부(111)는, 바이러스 사멸부(111)를 통과하는 바이러스를 1차적으로 파괴하고, 후술할 바이러스 차단부(112)가 바이러스를 통과하는 것을 차단하여 바이러스 차단부(112)의 표면에 바이러스가 포집되면, 바이러스 차단부(112)에 의해 표면에 포집된 잔여 바이러스를 2차적으로 박멸하도록, 바이러스 차단부(112)의 전방에 위치하도록 구성될 수 있다.

바이러스 사멸부(111)는, 구리 이온이 섬유에 6,000 내지 100,000 피피엠(ppm) 함유되도록 구성되는 항바이러스성 알긴산 복합섬유를 5 내지 50 중량% 함유되도록 구성되는 구리이온 결합 고분자섬유인 카즈(caz)원단을 포함할 수 있다.

카즈 원단은, 항바이러스성 알긴산 복합섬유가, 소디움 알지네이트 고분자 5 내지 10 중량%, 황산구리 분말 1 내지 3중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40도 내지 60도에서 교반하여 황산구리-알지네이트 방사원액을 제조한 후, 기포 제거를 위해 감압 탈포하고 필터링한 후 기어 펌프를 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 함유한 응고액 하에서 응고한 후, 수세조, 유제조를 차례로 거친 후 건조하여 권취하여 제조되어 구성될 수 있다. 여기서 황산 구리 대신 염화 구리 또는 그 외 구리 화합물이 대신 사용될 수 있다.

카즈 원단은, 바이러스 불활성화에 효과적으로 알려져 있는 구리 이온을 알긴산 섬유 제조시 방사원액에 도입하여 소디움 알지네이트 고분자 용액 중 소디움 이온과 일부 치환되어 알긴산 고분자내에 구리이온 입자들이 담지됨과 동시에 구리이온들이 섬유의 내외부에 균일하게 분포될 수 있도록 하고, 섬유가 제조된 이후 구리입자의 물리적 마찰에 의한 탈락 가능성을 현저히 줄여 바이러스의 불활성화 효과를 지속시킬 수 있는 인체 친화적인 섬유이다.

즉, 카즈 원단은, 황산구리용액의 구리이온과 음이온성 고분자인 소디움 알지네이트 고분자가 혼합된 방사원액으로 복합섬유를 방사함으로써 SARS, MERS, CVD10 등 코로나 바이러스류 및 사람 인플루엔자 바이러스(H1N1형), 조류독감바이러스(H5N1형), CDV 바이러스 등의 광범위한 바이러스를 효과적으로 불활성화시키는 복합섬유이다.

이러한 카즈 원단은 바이러스가 닿으면 Oligo dynamic Action 효과에 의해 5분내에 99.9% 사멸되는 효과를 가진다.

구체적으로, 카즈 원단은, 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

황산구리-알지네이트 방사원액은, 소디움 알지네이트 고분자 5 내지 10 중량%, 황산구리분말 1 내지 3중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40도 내지 60도에서 교반하여 제조한다.

Cu2+이온은 일반적으로 항균성 측면에서 은이온에 비해 효과가 떨어지나 항바이러스성에 있어서는 탁월한 효과가 있는 것으로 밝혀져 있다.(Applied and environmental microbiology, Apr.2007, p.2748-2750)

본 발명의 카즈 원단은 이러한 구리이온을 가지는 염인 황산구리를 소디움 알지네이트 고분자와 혼합하여 황산구리-알지네이트 방사원액을 준비한다. 상기 황산구리는 수용액 상으로 쉽게 용해되어 구리 이온을 형성하고 이는 소디움 알지네이트 고분자 중 소디움 이온과 일부 치환되어 알긴산 고분자 내에 구리이온 입자들이 담지됨과 동시에 구리이온들이 섬유의 내외부에 균일하게 분포될 수 있도록 하는 장점이 있다. 또한, 구리이온과 소디움 알지네이트 고분자의 결합은 단순한 물리적 결합이 아닌 까닭에 섬유가 제조된 후 구리입자의 물리적 마찰에 의한 탈락 가능성이 현저히 줄어들게 되므로, 바이러스의 불활성화 효과 지속성 측면에서도 우수한 장점을 가진다.

본 발명에서 항바이러스 복합섬유의 기재로 사용되는 알긴산은 해양생물의 하나인 갈조류에서 추출한 것으로 분자 속에 우론산의 카르복시기(COOH-)가 있으므로 산의 성질을 나타내는데, 보통은 나트륨염 형태인 소디움 알지네이트(알긴산나트륨)로 사용되며 염화칼슘 용액의 응고욕으로 방사하여 쉽게 섬유화될 수 있는 것으로 알려져있다.

이는 인체에 무독성이며 가공하기가 쉽고, 물에 용해되어 고점성을 나타내므로, 식품, 의약품, 섬유 공업에서 사용되고 있으며, 금속염과 가교결합을 형성하여 겔을 유도하게 되므로, 이를 이용하여 최근에는 창상 피복재로 키틴, 키토산 등과 함께 천연 고분자 물질로 관심을 받고 있다. 알긴산의 화학 구조를 보면 하기 그림의 알긴산 고분자 구조 이성질체와 같이 만루론산(M) 단위의 블록, 글루론산(G) 단위의 블록 및 그 중간의 MG단위의 블록이 1,4-글리코시드로 구성된 직쇄의 공중합체로 물리 화학적 특성은 M/G 비율과 분자들의 배열상태, 분자량의 차이에 의하여 점도, 용해도, 이온 교환능 등의 물성에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 소디움 알지네이트 고분자는 만우론산과 글루론산의 비(M/G 비)가 0.6~1.2인 소디움 알지네이트 고분자인 것이 구리이온 담지에 적합하다.

상기 그림에서 알긴산의 카르복실기를 소디움염(-COO-Na+)형태로 제조한 것을 소디움 알지네이트라 하며, 서방성 약물전달(Drug dilivery system) 담체(carrier)로서 사용되고 있으며, 단백질, 효소 등의 담체(carrier) 등으로 사용되고 있고, 이 소디움 알지네이트의 음이온인 카브록실기와 양이온인 구리이온이 이온결합을 통해 결합되기 쉬운것이다. 이때, 소디움 알지네이트 분자량은 200,000 ~ 300,000 중량평균 분자량이 바람직하며, 다분산 지수는 2.5미만이 바람직하다.

본 발명의 카즈 원단은 이렇게 방사원액에 황산구리를 1~3중량% 혼합한 황산구리-알지네이트 방사원액을 사용하는 것이 특징인데, 방사원액에 구리이온을 가지는 황산구리를 혼합하면 항바이러스 효과를 나타낼 수 있는 구리의 함량(12000ppm=1.2%)을 정량화할 수 있는 장점이 있다. 종래의 방법과 같이 응고욕에서나 응고욕 이후의 공정에 구리를 투입할 시에는 구리성분 유출에 따른 함량조절이 어려운 단점이 있다. 다만, 함량이 1중량%미만 시에는 항바이러스 효과의 저하가 발생되며, 함량이 3중량%초과하여 지나게 높을 경우에는 구리이온과 소디움 이온의 과다치환에 따른 겔화 현상이 과도하게 발생하여 방사용액의 흐름성이 저하되고 방사 작업성이 저하된다.

방사원액에 나노 금속상태의 구리입자를 12000ppm 정도 혼합하는 방법도 고려해볼 수는 있겠으나, 이 경우 방사 원액 중에서 구리입자가 가라앉아 균일한 방사원액 제조가 어려우며 이는 섬유 방사 시에 노즐막힘과 사절등을 유발하여 섬유 제조가 사실상 불가능하다.

이렇게 준비된 황산구리-알지네이트 방사용액을 방사 저장조에 투입한 후, 0.5torr로 감압하여 용액 내에 잔존하는 기포를 탈포한 후, 공기압을 가하여 기어펌프로 정량하여 용액 내에 잔존하는 기포를 탈포한 후, 공기압을 가하여 기어펌프로 정량하여 방사용액을 방사 노즐에 형성된 구멍을 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 함유한 응고액 하에서 나트륨-칼슘 이온 교환반응에 의해 응고시켜 섬유화하게 된다. 방사원액의 점도는 50,000 ~ 200,000cps, 농도는 5 ~ 15 wt%, 바람직하게는 8 ~ 10wt%가 좋다.

소디움 알지네이트를 응고시키는 응고액의 조성은 염화칼슘 5~10중량%, 에탄올 30~70중량% 및 잔부로서 증류수로 이루어지는 것이 바람직한데, 염화칼슘만을 함유하는 응고욕에서도 섬유화가 이루어지나, 응고욕에 에탄올을 30~70중량% 혼합하여 응고속도를 빠르게 가져감과 동시에 섬유 내의 구리이온의 유출을 최소화할 수 있어 바람직하다.

이후, 섬유 고분자 내부의 분자사슬 배향을 통한 물성향상을 위해 온수(섭씨 40도 내지 섭씨 70도)에서 연신비 1.1 ~ 3.0 비율로 섬유 다발을 당겨준 후, 세척, 유연제 처리 건조 후 권취한다. 최종 수득되는 섬유 중량 대비 구리함량은 6000 ~ 12000ppm(섬유중량대비)가 되는 것이 바람직하다.

경우에 따라 방사 후 환원공정을 행할 수도 있으나, 환원 공정을 하지 않고, 항바이러스성 복합섬유 내외부에 Cu2+이온을 그대로 존재시킴으로써 바이러스 표면(인지질성분)과 정전기적 인력을 극대화하여 바이러스 불활성화를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

이렇게 제조된 항바이러스성 복합섬유를 5~50중량%, 저융점 폴리에스터 섬유 또는 바이콤포넌트 섬유(폴리에틸렌/폴리프로필렌)를 50~95% 혼합하여 열융착한 부직포도 제공할 수 있다.

다음의 실시 예에서는 본 발명의 항바이러스성 알긴산 복합섬유 즉, 카즈 원단을 제조하는 비한정적인 예시를 기술한다.

[실시예 1]

분자량 200,000 다분산지수 2.5인 소디움 알지네이트 고분자 10중량%, 황산구리 분말 1.5중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40 ~ 60도에서 교반하여 황산구리-알지네이트 방사원액을 제조한 후, 기포 제거를 위해 감압 탈포하고 필터링 한 후, 기어 펌프를 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 10중량% 함유한 응고액 중에서 응고한 후, 수세조, 유제조를 차례로 거친 후 건조하여 권취하였다. 최종 수득된 알긴산-구리섬유의 구리함량은 약 6,000ppm이었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서 응고액 조성을 염화칼슘을 8중량%, 에탄올 50중량% 및 잔부로서 증류수로 하는 것을 제외하고는 동일하게 복합섬유를 제조하였다. 최종 수득된 알긴산-구리섬유의 구리함량은 약 12,000ppm이었다.

[비교예 1]

분자량 200,000 다분산지수 2.5인 소디움 알지네이트 고분자 10중량%, 나노 구리입자 1.2중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40 ~ 60도에서 교반하여 구리-알지네이트 방사원액을 제조한 후, 기포 제거를 위해 감압 탈포하고 필터링 한 후, 기어 펌프를 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 10중량% 함유한 응고액 하에서 응고한 후, 수세조, 유제조를 차례로 거친 후 건조하여 권취하였다.

[비교예 2]

분자량 200,000 다분산지수 2.5인 소디움 알지네이트 고분자 10중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40 ~ 60도에서 교반하여 알지네이트 방사원액을 제조한 후, 기포 제거를 위해 감압 탈포하고 필터링 한 후, 기어 펌프를 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 10중량%, 황산구리 2중량% 및 잔부로서 증류로 이루어진 응고액 중에서 응고한 후, 수세조, 유제조를 차례로 거친 후 건조하여 권취하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 1에서 방사원액 조성을 소디움 알지네이트 고분자 10중량%, 황산구리 분말 5중량% 하는 것을 제외하고는 동일하게 복합섬유를 제조하였다.

이렇게 제조한 구리-알긴산 섬유의 섬유내 구리함량을 ICP로 분석한 결과는 표1과 같다. 또한, 제조된 섬유의 바이러스의 불활성화 효과는 EID50(Egg Infective dose50)법을 이용하여 다음과 같이 측정하였다. 제조된 섬유(sample fibrous materials), 음성 대조군(blank sample)과 양성 대조군 50ml tube에 10mg/ml로 측정하여 넣고 AIV 45ml의 바이러스 액을 혼합한 후, 섭씨 25도 진탕 혼합 배양기에서 22시간 동안 배양하였다. 배양된 시료 중 5ml를 새로운 tube로 옮긴 후 3,000rpm 30분간 원심하였다. 상층액을 수확한 후 상층액을 10진 희석하여 준비된 SPF 종란에 0.1ml씩 접종한 후 섭씨 37도 부란기에서 배양하였다. 2일간 관찰 후 chilling 하여 요막강액을 수확하여 혈구응집반응을 실시 하였다. 혈구응집반응(HA, Hemagglutination assay)은 다음과 같다. PBS에서 1/2단계 희석된 바이러스를 96 well micro plate에 50ul 씩 분주하고, 1% 닭적혈구를 동량 분주한다. RT에서 40분간 방치한 후 결과를 판독하여 HAU(Hemagglutination assay Unit) 역가를 확인하였다.

섬유의 바이러스 불활성화 효능은 LogEID50값을 다음과 같은 식을 이용하여 계산하였다.

또한, 황색포도상 구균에 대한 정균감소율(KSK0693)을 비교 측정하여 표 2에 나타내었다.

또한, 일반적으로 많이 사용하는 호흡기 마스크용 원단인 열융착 부직포(써멀본딩법)에 사용하기 위해서는 얇은 웹(평량 40gsm이하)을 만드는 공정이 필수적이며 강도 및 균제도를 위해서는 비교적 높은 수준의 섬유 물성이 요구되는 바, 실시예 및 비교예의 섬유 물성(강신도)을 측정하여 표 3에 나타내었다.

구분	구리함량(ppm)
실시예1	6,000
실시예2	12,000
비교예1	섬유형성불가
비교예2	10,000
비교예3	섬유형성불가

구분	바이러스 불활성화율(%)	정균감소율(%)
실시예1	90	80
실시예2	99.9	90
비교예1	섬유형성불가	-
비교예2	92	85
비교예3	섬유형성불가	-

구분	강도(g/d)	신도(%)
실시예1	1.8	10
실시예2	2.0	12
비교예1	섬유형성불가	-
비교예2	0.8	4
비교예3	섬유형성불가	-

비교 예 1의 경우에는 구리금속입자가 용액중 침전되어 방사중 노즐이 막혀 섬유방사가 불가능하였다. 비교 예2의 경우에는 응고욕 중 황산구리의 구리이온이 염화칼슘 용액 중 칼슘이온의 소디움 알긴산 응고반응을 저해하여 최종 얻어진 섬유의 강도가 0.8g/d, 신도 4%로 나타나 물성이 매우 취약하였다. 비교 예3의 경우 도프내 황산구리의 함량이 지나치게 많아 구리이온에 의한 소디움 알긴산의 겔화 현상이 지나치게 발생하여 용액의 흐름성이 없어지는 까닭에 방사가 불가능하였다.

상기 기술된 제조 방식으로 형성된 카즈 원단은 도 4에 도시된 바와 같이, 바이러스 뿐만 아니라 황색포도상구균에 대한 항균성(정균 감소율 99.9%)이 매우 높게 나타나는 것을 알 수 있다. (KOTITI시험연구원의 항균시험(2020.03.03) 인증) 물론, 도 5에 도시된 바와 같이 카즈 원단은, 지표바이러스(MS-2 bacteriophage)의 불활성화 평가에서 1 분만에 99.8%(10분만에 99.999%)이상의 불활성화률을 보여주는 효과가 있다. (SELS연구소의 바이러스 살균 시험(2020.03.16) 인증)

이 경우, 바이러스 사멸부(111)는, 카즈 원단 상에 바이러스 차단부(112)의 나노 멤브레인 필터를 형성하는 나노 물질을 뿌려서 형성(제1 제조방법)하거나, 매끄러운 부직포로 형성된 원단 상에 바이러스 차단부(112)의 나노 멤브레인 필터를 형성하는 나노 물질을 뿌린 후 카즈 원단을 겹쳐서 형성(제2 제조방법)할 수 있다.

여기서 제1 제조 방법은 카즈 원단이 매끄럽지 않은 경우, 나노 멤브레인 필터가 제대로 형성되지 않을 가능성이 존재하는데, 이러한 가능성을 없애기 위해 제2 제조 방법으로 형성될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 제조 방법들로 제조된 카즈 원단은, 바이러스와 접촉한 구리 이온이 미량동작용(Oligodynamic Action Effect)을 통해 바이러스의 껍질 단백질을 파괴하고 동시에 바이러스의 RNA를 분해해 바이러스를 사멸시키는 작용을 하도록 하여, 바이러스뿐 아니라, 세균도 살균하는 효과를 제공한다.

또한, 바이러스 사멸부(111)는, 친수성(hydrophilic)을 띠는 섬유로 구성될 수 있다. 바이러스(비말)는 물과 친한 성질 즉 친수성을 가지고 있어, 이러한 친수성을 가지는 바이러스 사멸부(111)는 바이러스 또는 바이러스 함유 비말을 신속하게 선택 흡착하여 파괴할 수 있다.

바이러스 차단부(112)는, 멤브레인(membrane) 형태로 형성되어, 바이러스를 차단시킨다.

바이러스 차단부(112)는, 나노 섬유 필터(Nano-fiber filter)의 형태를 가지거나 반투막 필터(Membrane filter)의 형태를 가질 수 있다.

바이러스 차단부(112)는, 종래의 마스크에 주로 형성되는 기존의 정전기 방식 필터(charged melt blown filter; 즉, MB 필터)를 배치하지 않고, 특별히 멤브레인 필터를 형성하게 된다.

도 3을 토대로 살펴보면, 멤브레인 필터는 기존의 정전기 방식 필터 대비 기공이 매우 작게 형성되어, 비말이 1um 이하도 통과하지 못하고 표면 상에 포집되게 된다. 그에 반해 기존의 정전기 방식 필터는 비말이 5um 이상도 통과하게 되어 기공이 매우 크다.

보통 기존의 정전기 방식 필터(MB 필터)는, 도 3에서 도시된 바와 같이 멤브레인 필터 대비 기공의 크기가 매우 큰 대신 정전기의 인력으로 미세 먼지 등 입자를 달라 붙게 하는 방식을 사용한다. 따라서, 기존의 정전기 방식 필터(MB 필터)는 바이러스보다 기공의 크기가 커 바이러스가 차단되지 않고 그대로 통과하게 되며, 이 경우, 바이러스는 정전기의 인력에 따라 정전기 방식 필터(MB 필터) 내부에 붙어 있게 되어, 바이러스가 살아 있는 채로 수 시간 이상 정전기 방식 필터(MB 필터) 내에 존재하게 된다.

이러한 기존의 정전기 방식 필터(MB 필터)를 본 발명의 바이러스 사멸부(111)와 함께 적용하는 경우에는 바이러스가 바이러스 차단부(112)에서 정지되지 않고 바로 통과하게 되어, 바이러스 사멸부(111)가 2차적으로 바이러스를 파괴하는 효과를 발현할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명에서는 바이러스 사멸부(111)가 기존의 정전기 방식 필터가 아닌 멤브레인 필터가 형성된 바이러스 차단부(112)와 결합해야 하고, 이 뿐만 아니라, 바이러스 사멸부(111)가 바이러스 차단부(112)의 후방이 아닌 전방에 위치하여야, 상기 기술한 바와 같은 2단계의 바이러스 파괴 구성을 통해 바이러스의 사멸 능력이 극히 향상되는 효과가 발현될 수 있다.

또한, 바이러스 차단부(112)는, 소수성(hydrophobic)을 띠는 멤브레인 필터로 구성될 수 있다. 바이러스는 물과 친한 성질 즉 친수성을 가지고 있어, 이러한 소수성을 가지는 바이러스 차단부(112)는, 친수성을 가지는 바이러스 사멸부(111)로 바이러스를 반발시켜 바이러스 사멸부(111)로 바이러스가 흡착되기 쉽게 도와줄 수 있다.

즉, 소수성을 가지는 바이러스 차단부(112)는, 바이러스 사멸부(111)를 통과한 바이러스 또는 바이러스 함유 비말을 차단함과 동시에 친수성을 가지는 바이러스 사멸부(111)로 바이러스를 반발시켜, 바이러스 사멸부(111)의 바이러스 사멸 효율이 극대화되는 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 1)바이러스 사멸부(111)와 바이러스 차단부(112)를 동시에 구비하고, 2)바이러스 사멸부(111)가 바이러스 차단부(112)의 전방에 위치하도록 구성되며, 3)바이러스 차단부가 멤브레인 형태로 형성되도록 함으로써, 바이러스의 차단뿐만 아니라 바이러스의 사멸의 기능을 수행할 수 있어, 사용자의 안전성을 극대화시키고 바이러스의 전파를 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

마스크 몸체부(10)는, 바이러스 사멸부(111) 및 바이러스 차단부(112)에 더해, 필터부(제1 필터부(113) 및 제2 필터부(114))를 더 포함할 수 있다.

필터부(제1 필터부(113) 및 제2 필터부(114))는, 사용자에게 유입되는 공기로부터 이물질을 걸러 낼 수 있다.

이 경우, 마스크 몸체부(10)는, 바이러스 사멸부(111)가 마스크 몸체부(10)의 최전방에 형성되고, 후방을 향해 순차적으로 바이러스 차단부(112), 필터부(113, 114)가 배치되도록 형성될 수 있다.

마스크 고정부(20)는, 마스크 몸체부(10)의 양측에 형성되어 사용자의 안면에 마스크 몸체부(10)가 배치되도록 고정시킬 수 있다.

일례로 마스크 고정부(20)는 고무의 재질을 가질 수 있으며, 탄성을 가진 밴드(band)의 형태를 가질 수 있다.

종합해보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크(1)는, 바이러스 사멸부(111)와 바이러스 차단부(112)를 동시에 구비함으로써, 바이러스의 차단뿐만 아니라 바이러스의 사멸의 기능을 수행할 수 있게되어, 사용자의 안전성을 극대화시키고 바이러스의 전파를 효율적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크(1)는, 바이러스 사멸부(111)가 바이러스 차단부(112)의 전방에 위치하도록 구성되어, 바이러스가 바이러스 사멸부(111)를 통과하면서 1차적으로 파괴되고, 바이러스 사멸부(111)에서 파괴되지 않고 통과한 잔여 바이러스가 바이러스 차단부(112)에서 막혀 바이러스 차단부(112)의 표면에 포집되고 다시 바이러스 사멸부(111)에 의해 2차적으로 파괴되면서, 바이러스의 사멸 능력이 극히 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크(1)는, 바이러스 사멸부(111)를 카즈(caz)원단을 사용하여 제작함으로써, 기존 항균 섬유 대비 항균 능력이 향상되는 효과가 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 마스크 10: 마스크 몸체부
11: 필터부 111: 바이러스 사멸부
112: 바이러스 차단부 113: 제1 필터부
114: 제2 필터부 12: 상측 커버부
13: 하측 커버부 20: 마스크 고정부

Claims (8)

1. 사용자의 안면에 배치되도록 형성되는 마스크 몸체부를 포함하는 마스크에 있어서,
   상기 마스크 몸체부는,
   구리 이온이 결합된 섬유로 형성되어, 바이러스를 사멸시키는 바이러스 사멸부; 및
   멤브레인(membrane) 형태로 형성되어, 바이러스 또는 바이러스 함유 비말을 차단시키는 바이러스 차단부를 포함하고,
   상기 바이러스 사멸부는,
   상기 바이러스 사멸부를 통과하는 바이러스를 1차적으로 파괴하고,
   상기 바이러스 차단부가 바이러스를 통과하는 것을 차단하여 상기 바이러스 차단부의 표면에 바이러스가 포집되면, 상기 바이러스 차단부에 의해 표면에 포집된 잔여 바이러스를 2차적으로 박멸하도록, 상기 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성되며,
   상기 바이러스 사멸부는, 상기 마스크 몸체부의 최전방에 형성되고,
   상기 바이러스 사멸부는,
   구리 이온이 섬유에 6,000 내지 100,000 피피엠(ppm) 함유되도록 구성되는 항바이러스성 알긴산 복합섬유를 5 내지 50 중량% 함유하도록 구성되는 카즈(caz)원단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마스크.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이러스 사멸부는, 친수성(hydrophilic)을 띠는 섬유로 구성되며,
   상기 바이러스 차단부는, 소수성(hydrophobic)을 띠는 멤브레인 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는, 마스크.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 카즈 원단은,
   상기 항바이러스성 알긴산 복합섬유가, 소디움 알지네이트 고분자 5 내지 10 중량%, 황산구리 또는 염화구리 분말 1 내지 3중량% 및 잔부로서 증류수를 혼합하여 섭씨 40도 내지 60도에서 교반하여 황산구리-알지네이트 방사원액을 제조한 후, 기포 제거를 위해 감압 탈포하고 필터링한 후 기어 펌프를 통해 정량 토출하여 염화칼슘을 함유한 응고액 하에서 응고한 후, 수세조, 유제조를 차례로 거친 후 건조하여 권취하여 제조되어 구성되는 것을 특징으로 하는, 마스크.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이러스 차단부는, 나노 멤브레인 필터의 형태를 가지며,
   상기 바이러스 사멸부는,
   원단 상에 상기 바이러스 차단부의 상기 나노 멤브레인 필터를 형성하는 나노 섬유를 방사한 후 상기 카즈 원단을 겹쳐서 형성함으로써, 상기 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 마스크.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 원단은,
   매끄러운 부직포로 형성되는 것을 특징으로 하는, 마스크.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이러스 차단부는, 나노 멤브레인 필터의 형태를 가지며,
   상기 바이러스 사멸부는,
   상기 카즈 원단 상에 일렉트로-스피닝(electro-spinning) 방식으로 상기 바이러스 차단부의 상기 멤브레인 필터를 형성하는 나노 섬유를 방사한 후 형성함으로써, 상기 바이러스 차단부의 전방에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 마스크.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 사용자에게 공급되는 공기에서 이물질을 걸러 내는 필터부를 더 포함하고,
   상기 마스크 몸체부는,
   상기 바이러스 사멸부로부터 후방을 향해 순차적으로 상기 바이러스 차단부, 상기 필터부가 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 마스크.
   
   

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