KR102436259B1 - 천연물 유래 조성물이 적용된 생분해성 고분자를 포함하는 유해물질 흡착부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연물 유래 조성물이 적용된 생분해성 고분자를 포함하는 유해물질 흡착부재에 관한 것이다.
본 발명의 유해물질 흡착부재의 일면에는 항균 및 항바이러스 조성물이 적용되어 다양한 유해물질 흡착 제품에 널리 사용될 수 있으며, 부가적인 화학 성분의 적용 없이도 제품에 항균 및 항바이러스성을 부여할 수 있다.

Description

천연물 유래 조성물이 적용된 생분해성 고분자를 포함하는 유해물질 흡착부재{Hazardous substance adsorption member comprising biodegradable polymer to which natural product-derived composition is applied}
본 발명은 천연물 유래 조성물이 적용된 생분해성 고분자를 포함하는 유해물질 흡착부재에 관한 것이다.
현재 대부분 상품화되어 있는 플라스틱은 사용 후 자연환경에 버려질 경우 분해되지 않고 반영구적으로 남아 있어 환경오염문제를 야기하게 된다. 플라스틱은 자연환경에서 분해되는데 짧게는 수백 년, 일반적으로는 거의 분해되지 않기 때문에 외관상 나쁠 뿐만 아니라, 환경오염의 한 주범으로 인식되고 있다. 따라서, 자연환경에서 쉽게 분해가 되어 환경오염문제를 일으키지 않는 새로운 소재에 대한 요구가 높아졌고, 이에 대두되는 것이 생분해성 플라스틱이다.
생분해성 플라스틱이란 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 자연에 존재하는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 또는 물과 메탄가스로 완전히 분해되는 플라스틱을 말한다. 생분해성 플라스틱은 대체로 전분을 이용하거나 지방족 혹은 지방족-방향족 폴리에스테르를 사용해서 만든다. 전분을 사용하는 방법은 옥수수나 감자에서 추출된 전분을 플라스틱에 첨가해서 만들며, 폴리에스테르는 생분해성이 없는 방향족 폴리에스테르의 분자구조 중 벤젠고리 부분을 탄화수소로 대체, 자연환경에서 완전 생분해가 가능하도록 만들고 있다.
생분해성 플라스틱에 적용되는 천연계 고분자는 고유 특성으로 인해 합성 고분자에 비해 플라스틱 가공성은 떨어지나 가격이 상대적으로 매우 저렴한 편이다. 생분해성 플라스틱에 적용하기 위한 대표적인 전분 변성 기술로는 기존 범용 수지처럼 일정 온도 이상에서 탄화되지 않고 형태가 자유자재로 바뀔 수 있는 열가소성을 전분에 부여한 열가소성 전분 (Thermoplastic Starch)을 들 수 있다. 그러나 강도가 약하여 쉽게 부서지는 경향이 있으며, 내수성 등 물성이 열등하고, 열 안정성이 나빠 가공성이 불량한 단점이 있다.
현재 다양한 종류의 생분해성 고분자들이 개발되었으나 일반적으로 생분해성 플라스틱 포장재 또는 생분해성 플라스틱 제품의 용도로는 PLA, PCL, PBS, PBSA, PBAT 등이 주로 사용되고 있다. 상기 언급한 생분해성 고분자 이외의 생분해성 고분자들은 가격이 상대적으로 매우 고가이기 때문에 고부가가치를 얻을 수 있는 용도 외에는 거의 사용되지 않고 있다. 미생물에 의해 생산되는 고분자를 이용한 생분해성 플라스틱이 개발되었는데 생분해성이 뛰어나지만, 범용수지로 사용하기에는 부족한 경우가 많다. 대표적인 예가 PHA/PHB이다. PHB는 폴리-하이드록시알카노에이트의 일종으로 D-3-하이드록시-부티르산이 직선상으로 연결된 단일 중합체이다. 기존의 범용 수지와 유사한 물성을 갖고 있으나, 매우 고가이기 때문에 일반 플라스틱 포장재나 소모성 플라스틱 제품으로의 실용화는 현재로선 어렵다.
생분해성 고분자는 대부분 고가이기 때문에 사용하는데 많은 어려움이 있었으나 최근에 폴리락트산(PLA)이 대량생산되면서 가격이 범용 수지와 가까워져 PLA를 주요 원료로 사용되면서 많은 개발이 이루어지고 있다.
한편, COVID-19의 유행으로 일회성 생활용품에 대한 수요는 폭증하였는데, 이들의 성분이 생분해성이 아닌 주로 통상의 고분자, 즉 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌으로 제조됨에 따라 생활쓰레기 문제가 크게 대두되고 있다.
더불어, 인체에 닿는 일회성 생활용품의 경우 항균성을 보장하기 위해서 과다한 화학물질이 사용됨에 따라 발생하는 다양한 부작용과 그에 따른 소비자 기피현상이 계속되고 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 항균, 항바이러스 성을 확보하면서도 생분해성을 갖는, 천연물 유래 조성물이 적용된 생분해성 고분자를 포함하는 유해물질 차단용 흡착부재를 제작하였다.
특허등록공보 KR10-2239652B1
본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 차단용 마스크는 하기와 같다:
유해물질 차단용 흡착 부재로서,
상기 흡착 부재는 고분자 섬유를 평행 또는 부정방향으로 배열하고 결합하여 펠트 모양으로 형성한 부직포, 킬레이트 화합물 및 다공성 실리카가 결합된 복합체를 포함하며,
상기 킬레이트 화합물 및 다공성 실리카가 결합된 복합체는 금속 이온을 흡착하고,
상기 흡착 부재의 일면 또는 양면은 항균 및 항바이러스 조성물이 코팅되는 것인,
유해물질 흡착 부재이다.
이하 본 발명을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명의 유해물질 차단용 흡착 부재는 평행 또는 부정방향으로 배열된 고분자 섬유를 펠트 모양으로 형성한 부직포 및 킬레이트 화합물 및 다공성 실리카가 결합된 복합체를 포함하여 흡착 부재를 통과하는 다양한 종류의 유해물질을 효율적으로 포집할 수 있다. 더불어, 상기 흡착 부재의 일면에는 항균 및 항바이러스 조성물이 적용되어 다양한 유해물질 흡착 제품에 널리 사용될 수 있으며, 부가적인 화학 성분의 적용 없이도 제품에 항균 및 항바이러스성을 부여할 수 있다.
상기 흡착 부재는 킬레이트 화합물을 포함할 경우, 금속 이온의 흡착능이 우수하여, Cd2+, Ni2+ 등의 중금속을 흡착할 수 있으며, 그 밖에 오염된 공기에 포함되어 있는 미세먼지, 꽃가루 등을 흡착하여 차단할 수 있다.
상기 킬레이트(chelate)는 한 개의 리간드(ligand)가 금속 이온과 두 자리 이상에서 배위결합을 하여 생긴 착이온을 뜻하는 것으로, 킬레이트를 형성하는 대표적인 리간드(ligand)로는 에틸렌다이아민, EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)가 있다.
상기 흡착부재는 흡착부재에 포함된 부직포는 폴리락트산을 멜트브라운 공정으로 제조한 극세 섬유로 이루어지고, 상기 흡착부재의 일면 또는 양면에 킬레이트 화합물이 결합된 것일 수 있다.
멜트브라운(meltblown)은 부직포의 원료인 폴리락트산을 융점에서 녹인 후 미세한 구멍으로 극세섬유를 뽑아낼 때, 높은 온도와 압력으로 바람을 불어 바닥에 섬유가 촘촘하게 엉겨 붙게 하는 공법을 의미한다.
상기 킬레이트 화합물은 다이에틸렌트리아민(diethylenetriamine, DETA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌글리콜테트라아세트산(ethylene glycol tetraacetic acid, EGTA), 디에틸렌트리아민펜타아세트산(diethylenetriaminepentaacetic acid, DTPA), 에틸렌디아민2-하이드록시페닐아세트산(ethylenediamine 2-hydroxyphenylacetic acid, EDDHA), 구연산, 폴리페놀릭산, 부식산, 아미노산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것이다.
상기 킬레이트 화합물은 게의 집게발처럼 다른 양이온과 고리 구조의 형태로 결합하는 물질로, 천연 킬레이트제와 반합성 킬레이트제, 합성 킬레이트제가 있으며, 부식산 및 아미노산은 천연 킬레이트제, 구연산 및 폴리페놀릭산은 반합성 킬레이트제에 속한다. 대표적인 합성 킬레이트 제로는 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA), 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA), 및 에틸렌디아민2-하이드록시페닐아세트산(EDDHA)이 있다.
상기 킬레이트 화합물은 폴리아크릴로니트릴계 지지체와 결합하여 리간드의 역할을 하는 것으로, 1차, 2차 또는 3차 아민기를 포함하는 유기화합물이 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 아민기를 포함하는 유기화합물은 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기와 아민이 결합한 형태의 화합물을 의미하며, 화합물의 적어도 일 말단에 1차 아민기가 1개 이상 포함된 화합물이 이에 해당한다.
상기 섬유상과 같은 폴리아크릴로니트릴계 지지체에 리간드로서 킬레이트 화합물을 도입한 후, 양이온을 띄는 금속이온을 배위시킬 경우, 포스페이트 이온 등 음이온의 흡착 성능이 우수하게 된다.
상기 금속 양이온은 세륨 이온, 철 이온, 구리 이온, 코발트 이온, 티타늄 이온, 알루미늄 이온 및 아연 이온으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이다.
본 발명의 흡착 부재는 킬레이트 화합물을 포함하며, 상기 부직포에 도포된 상태로 제공될 수 있다.
상기 킬레이트 화합물이 흡착 부재 내에 도포된 경우, 킬레이트 화합물이 전하를 띄게 되어, 플러스 전하를 나타내는 금속 이온과 같은 물질의 흡착이 가능하며, 마찬가지로 분진 또는 미세먼지의 경우에도 전하를 띄는 경우 흡착하거나, 같은 전하를 나타내는 경우에는 반발력으로 인해 흡착 부재를 통과하지 못하도록 방지할 수 있다.
상기 킬레이트 화합물은 구체적으로 아민(Amine)기로 개질된 다공성 실리카(NH2-MCM-41)일 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않고 통상의 기술자에 의해 선택 가능한 킬레이트 화합물은 제한 없이 사용이 가능하다.
상기 아민기로 개질된 다공성 실리카(NH2-MCM-41)를 포함할 경우, Cd2+ 및 Ni2+ 의 흡착능이 우수하며, 다공성 실리카(NH2-MCM-41)는 EDTA와 복합체를 형성하여, Cd2+ 및 Ni2+ 에 대해 더욱 효과적인 흡착이 가능하다.
카드뮴(cd)는 무르고 청백생의 독성이 있는 전이 금속으로, 이 물질에 중독되면 이타이이타이병을 일으키기도 한다. 상기 이타이이타이병은 대표적인 카드뮴 중독 증상으로, 일본의 도야마 현의 진즈 강 하류에서 발생한 카드뮴 공해병이다. 초기에는 뚜렷한 증상이 없기 때문에 위험을 느끼지 못할 수 있으나, 주요 증상으로 칼슘 대신 뼈에 쌓이면서 뼈가 물러진다. 또한 호흡곤란, 흉부압박감, 심폐기능 부진이 나타나며 계속될 경우 죽을 수도 있다. 아연은 유해 중금속인 납을 빼내는 효과가 있는데, 카드뮴이 쌓이면 아연이 신경계에서 제 역할을 할 수 없게 되기 때문에, 이타이이타이병을 일으킨다.
니켈(Ni)은 단단하고 금속 광택이 나는 은백색의 전이 금속으로, 이 물질에 노출되면 피부 질환, 설사, 위염, 구토, 소화불량, 십이지장염, 불면증, 빈혈, 두통, 비염, 기관지염, 천식, 경미한 섬유증, 각종 호흡기 관련 질환 등을 유발할 수 있다. 일부 연구에 의하면 심근경색이나 뇌졸중, 호흡기 관련 암, 신장장애도 유발할 수 있다.
상기 유해물질은 공기 중에 포함된 병원성 미생물, 알레르겐, 분진, 미세 먼지, 바이러스, 박테리아 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 유해물질은 병원성 미생물, 꽃가루와 같은 알레르겐, 석탄 및 금속 분말 등과 같은 산업성 분진, 황사에 의한 미세 먼지, 바이러스, 박테리아가 포함된 공기를 의미하며, 본 발명의 마스크를 착용하지 않으면 호흡으로 인해 오염된 공기의 유해 성분이 몸으로 침투되는 것으로, 본 발명의 유해물질 차단용 마스크에 의해 상기 유해물질이 호흡을 통해 침투되는 것을 방지할 수 있다.
상기 항균 및 항바이러스 조성물은 갈화 추출물, 어성초 추출물, 여주 추출물, 울금 추출물, 자소엽 추출물, 포공영 추출물, 빼빼목 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 천연 추출물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 추출물로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 추출물은 각각의 천연물을 독립적으로 사용하였을 때보다 효율적으로 적용된 제품으로 하여금 항균성 및 항바이러스성을 나타나게 할 수 있다.
상기 항균 및 항바이러스 조성물은 곤달비 추출물, 녹차 추출물, 민들레 추출물, 인삼 추출물, 금은화 추출물, 당귀 추출물, 홍삼 추출물, 황기 추출물, 생강 추출물, 대두 추출물, 쌀겨 추출물, 뽕잎 추출물, 쑥 추출물, 매실 추출물, 백수오 추출물, 사과과피 추출물, 오미자 추출물, 클로렐라 추출물, 포도 껍질 추출물, 귤 껍질 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 천연 추출물을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 추출물로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 추출물은 전술한 천연 추출물에 추가적으로 더 포함하여 적용할 시 항균성 및 항바이러스성의 효과를 현저하게 증대시킬 수 있다.
상기 천연 추출물은 물, C1 내지 C6의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 추출 용매를 이용하여 추출하는 것이다.
구체적으로, 추출물을 제조하기 위해서는 천연물을 세척하는 단계; 세척 후 건조시키는 단계; 건조 후 천연물을 분쇄하는 단계; 유기 용매를 사용하여 상기 분쇄물을 침출시키는 단계; 시료를 침출 후 건조시키는 단계; 물을 이용하여 침출시키는 단계; 및 침출하는 단계를 포함하여, 천연 추출물을 획득할 수 있다.
상기 유기 용매를 사용하여 추출한 천연 추출물은 유기 용매를 사용하여 분획을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추출물을 제조하는 방법은 열수 추출법, 초음파 추출법, 침출법 및 환류 추출법 등 당업계의 통상적인 추출 방법일 수 있다. 구체적으로 세척 및 건조로 이물질이 제거된 천연물을 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 이들의 혼합 용매로 추출한 추출물일 수 있으며, 상기 용매들을 순차적으로 시료에 적용하여 추출한 추출물일 수 있다.
상기 환류 추출법은 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100 mL기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 30g, 환류 시간 1 내지 3시간 및 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 물에 의한다. 보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100 mL 또는 물 100 mL 기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 20g, 환류 시간 1 내지 2시간 및 70 내지 90%의 탄소수 1 내지 4의 알코올 또는 물에 의한 것이다.
상기 침출법은 15 내지 30℃, 24 내지 72시간 동안 진행하며, 추출 용매로 물 또는 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올을 이용한다. 보다 구체적으로는 20 내지 25℃, 30 내지 54시간 동안 진행하며, 추출 용매는 물 또는 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 초음파 추출법은 30 내지 50℃, 0.5 내지 2.5시간 동안 반응을 진행하며, 추출용매는 물 또는 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다. 구체적으로는 40 내지 50℃, 1 내지 2.5시간 동안 추출하며, 추출용매로 물 또는 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 추출 용매는 시료의 중량 기준으로 2 내지 50배를 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 2 내지 20배이다. 추출을 위해 시료는 추출 용매에서 침출을 위해 1 내지 72시간 동안 방치될 수 있으며, 보다 구체적으로 24 내지 48시간 동안 방치될 수 있다.
추출 후, 추출물은 새로운 분획 용매를 순차적으로 적용하여 분획할 수 있다. 분획시 사용하는 분획 용매는 상기 용매는 물, 헥산, 부탄올, 에틸아세트산, 에틸 아세테이트, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이며, 바람직하게는 물 또는 에탄올이다.
추출물 또는 분획물을 얻은 후에는 농축 또는 동결건조 등의 방법을 추가적으로 사용할 수 있다.
바람직하게 항균 및 항바이러스 조성물은 곤달비 추출물 5 내지 11 중량%, 녹차 추출물 2 내지 4 중량%, 민들레 추출물 2 내지 4 중량%, 인삼 추출물 2 내지 4 중량%, 금은화 추출물 2 내지 4 중량%, 당귀 추출물 2 내지 4 중량%, 홍삼 추출물 2 내지 4 중량%, 황기 추출물 2 내지 4 중량%, 생강 추출물 2 내지 4 중량%, 대두 추출물 2 내지 4 중량%, 쌀겨 추출물 2 내지 4 중량%, 뽕잎 추출물 2 내지 4 중량%, 쑥 추출물 2 내지 4 중량%, 매실 추출물 2 내지 4 중량%, 백수오 추출물 2 내지 4 중량%, 사과과피 추출물 2 내지 4 중량%, 오미자 추출물 2 내지 4 중량%, 클로렐라 추출물 2 내지 4 중량%, 포도 껍질 추출물 2 내지 4 중량%, 귤 껍질 추출물 2 내지 4 중량%, 갈화 추출물 3 내지 7 중량%, 어성초 추출물 3 내지 7 중량%, 여주 추출물 3 내지 7 중량%, 울금 추출물 3 내지 7 중량%, 자소엽 추출물 3 내지 7 중량%, 포공영 추출물 3 내지 7 중량% 및 빼빼목 추출물 3 내지 7 중량%으로 포함하는 것일 수 있다.
상기 범위에 의하는 경우, 각 추출물의 상호 작용에 의하여 단순 혼합에 비해 높은 항균활성을 나타나게 할 수 있다. 특히, 상기 범위에 의하는 경우, 항균, 항바이러스 효과가 우수하다.
특히, 통상적으로 사용되는 위생용품의 경우 황색포도상구균, 클로스트리듐 디피실균 등의 유해균이 쉽게 번식할 수 있고, 유해균이 번식된 위생용품으로 인체를 닦거나 다른 제품을 닦을시 오히려 세균이 더 많아지는 등의 부작용이 발생할 수 있는데, 본 발명의 항균, 항바이러스 용도의 조성물이 적용된 흡착부재는 유해균의 번식을 근원적으로 억제하여 위생용품이 달성하고자 하는 소기의 목적을 달성할 수 있다.
또한, 항균, 항바이러스 용도의 조성물이 적용되는 본 발명의 흡착부재는 우수한 항균, 항바이러스 및 탈취 효과를 나타내는 동시에, 킬레이트 화합물만을 포함하는 흡착 부재 보다 높은 흡착 효과를 나타낼 수 있다.
상기 흡착부재는 0.03 um 내지 1.0 um의 입자크기를 90% 차단하는 것이다.
상기 부직포의 평량은 30 내지 50 g/m2인 것일 수 있다. 부직포의 평량이 상기 범위에 미치지 못하는 경우, 부직포의 평량이 지나치게 낮아 흡착 부재로서의 적절한 기능을 하기 어려우며, 부직포의 평량이 상기 범위를 초과하는 경우, 항균 및 항바이러스 조성물이 흡수되기 어렵다. 바람직한 일 예시에서, 상기 부직포의 평량은 40 g/m2이다.
상기 유해물질은 이물질, 미세먼지, 미생물, 바이러스, 플라이 애쉬, 화산재, 토양 입자, 해염, 먼지, 검댕, 건조 세포 파편, 포자, 화분, 박테리아, 연소 생성물, 황 산화물, 질소 산화물, 일산화탄소, 휘발성 유기 화합물(VOCs), 탄화수소, 알데히드, 질산염, 중금속, 독성 금속, 미량 원소(예컨대, Sb, Zn, Co, Ni, As, Pt 및/또는 V), 결정 물질, 마그네타이트, 클로로플루오르카본, 암모니아, 악취 화합물, 방사선 물질, 증기 응축 제품 및 내화 금속으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 일 예시에서, 상기 유해물질은 미세먼지, 미생물 및 바이러스이다.
본 발명에서는 또한 상기 유해물질 차단용 흡착부재를 포함하는 유해물질 흡착 기능성 제품으로서, 상기 유해물질 흡착 기능성 제품은 물수건, 기저귀, 생리대, 마스크, 포장지, 일회용 시트, 침구류, 작물 덮개용 부직포, 산업용 와이퍼, 청소기 필터, 의료용 거즈, 걸레로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 유해물질 흡착 기능성 제품을 제공한다.
상기 유해물질 흡착 기능성 제품의 바람직한 일 실시예는 마스크이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 차단용 마스크는 외기에 노출되는 외피; 상기 외피에 고정되어 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 걸이 줄; 상기 외피 양쪽에 고정되어 안면에 접촉되는 내피; 및 상기 외피와 내피 사이에 배치되는 흡착 부재를 포함하며, 상기 흡착 부재는 금속 이온을 흡착하는 킬레이트 화합물을 포함하고, 공기 중에 포함된 유해물질을 차단하는 것이다.
상기 본 발명의 유해물질 차단용 마스크는 외피; 내피 및 외피 및 내피 사이에 배치되는 흡착부재를 포함하는 형태 이외에 겉감 및 안감이 부착된 형태의 마스크도 모두 포함할 수 있다.
통상적인 덴탈 마스크는 부직포인 겉감 및 안감이 부착된 형태로 멜트브라운 필터를 포함하는 마스크에 비해 유해물질의 차단 효과가 떨어진다.
다만 본 발명의 마스크는 부직포의 일면 또는 양면에 킬레이트 화합물 및 항균 및 항바이러스 조성물이 코팅되어 멜트브라운 필터와 동등 또는 그 이상의 유해물질 차단 효과를 나타내는 것을 주된 특징으로 한다.
더불어, 유해물질 차단용 흡착 부재로서 폴리락트산 극세 섬유를 사용하여 KF80 또는 KF94 마스크 수준의 유해물질 차단 효과를 발휘하면서도 마스크의 생분해성을 확보하였다는 점에서 종래 마스크와 큰 차이를 나타낸다.
본 발명에서 유해물질 차단용 마스크는 외기에 노출되는 외피, 상기 외피에 고정되어 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 걸이 줄, 상기 외피에 고정되어 안면에 접촉되는 내피 및 상기 외피와 내피 사이에 배치되는 흡착 부재를 포함하는 것을 말한다. 그 크기와 형태는 제한하지 않고, 사용자의 안면에 접촉될 수 있는 형태로서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 모든 형태를 포함하는 것으로 정의한다.
일반적으로 마스크(mask)에는 오염된 공기를 통과시켜 여과시키는 장치가 내장되어 있고, 이 여과 장치에 따라 마스크의 용도 및 성능이 결정된다.
이후 후술할 마스크의 형태는 외피, 내피 및 흡착 부재를 포함하는 형태의 마스크로 예시한다.
본 발명에서 외피는 오염된 공기에 노출되는 마스크의 겉 부분을 말하며, 입 및 코에서 들숨에 의해 마스크 외부의 오염된 공기를 들어 마시기 위해 입 및 코를 감싸는 형태인 것이다. 상기 외피는 외부에서 전달된 공기가 통과될 수 있는 기공들이 형성되어 있는 재질인 것이다. 또한, 접촉되는 거친 외부 공기에 의해 변형, 변질, 마모가 쉽게 발생되지 않는 재질로, 그 크기와 형태는 제한하지 않고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 범위를 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명에서 걸이 줄은 상기 외피 양쪽에 고정되는 것으로, 사용자의 오른쪽 귀에 걸어지는 걸이 줄과 왼쪽 귀에 걸어지는 걸이 줄이 구성된다. 상기 걸이 줄은 사용 시 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 형태로 탄성을 가지며, 그 길이와 형태는 제한하지 않고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 범위를 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명에서 내피는 상기 외피에 고정되는 것으로, 사용 시 사용자의 안면에 접촉되는 부분을 말하며, 사용자의 입 및 코에서 들숨에 의해 상기 외피 내부로 유입된 오염된 공기를 흡입 부재를 통해 정화된 후, 깨끗한 공기로 호흡할 수 있도록 하는 것이다. 상기 내피는 입과 코로 깨끗한 공기를 마실 수 있는 입 및 코를 감싸는 형태로 외부에서 전달된 공기가 통과될 수 있는 기공들이 형성되어 있는 재질인 것이다. 또한, 접촉되는 안면에 자극 및 부작용이 발생되지 않는 재질로 그 크기와 형태는 제한하지 않고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 사용할 수 있는 범위를 포함하는 것으로 정의한다. 상기 외피와 내피는 동일한 재질 또는 상이한 재질로 구현할 수 있다.
상기 외피와 내피는 바람직하게는 폴리락트산을 멜트브라운 공정으로 제조한 극세 섬유로 이루어진 부직포일 수 있으나, 사용자의 기호, 마스크의 성능 등 요구사항에 따라, 일부 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르가 사용된다 하더라도 마스크에 사용되는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르의 총량이 저감된다는 점에서 생분해성과 관련된 본 발명의 기술적 의의가 달성된다.
본 발명에서 흡착 부재는 상기 외피와 내피 사이에 배치되는 것으로, 사용자의 입 및 코에서 들숨에 의해 상기 외피내부로 유입된 오염된 공기를 정화하기 위한 것이다. 즉, 사용자가 호흡을 위한 들숨을 수행하면, 외부의 오염된 공기는 마스크의 외피를 통하여 흡착 부재에 전달된다.
상기 흡착 부재는 오염된 공기에 포함된 금속 이온을 흡착하는 킬레이트 화합물을 포함하는 것으로, 정화된 공기를 내피를 통하여 사용자의 입 또는 코로 전달함으로써, 사용자는 유해물질이 제거된 무해한 공기로 호흡을 수행할 수 있다.
KF는'Korea Filte'라는 의미로, 식약처가 개정한 인증등급을 말한다. KF94(방역용 마스크)는 평균 0.4㎛ 크기의 입자를 94% 이상 차단하며, KF80(황사용 마스크)은 0.6㎛ 크기의 입자를 80% 이상 차단한다.
본 발명의 유해물질 차단용 마스크는 상기 부직포의 일면 또는 양면에 킬레이트 화합물을 도포하는 것으로, 종래 KF80 또는 KF94 마스크 필터에 비해 킬레이트 화합물이 결합되어, 우수한 필터 효과를 나타내는 동시에 사용시 호흡이 어려워지는 문제점을 보완할 수 있다.
따라서, 본 발명의 유해물질 차단용 마스크는 의료용, 산업용, 및 미세먼지 및 황사에 의한 생활용 마스크 등 다양한 용도에서 사용될 수 있다.
현재 마스크는 식약처에서 황사마스크와 방역 마스크 성능규격을 KF로 표시하여 허가하고 있다. KF94(방역용 마스크)는 평균 0.4㎛ 크기의 입자를 94% 이상 차단하며, KF80(황사용 마스크)은 0.6㎛ 크기의 입자를 80% 이상 차단한다는 뜻이다.
본원발명은 0.03 um 내지 1.0 um의 입자크기를 90% 차단하는 것으로, 상기 KF 80과 동일한 입자크기의 유해물질을 80% 이상 차단하는 흡착부재를 포함하는 마스크를 제공하는 것일 수 있다.
상기 외피, 내피 및 흡착부재는 항균 및 항바이러스 조성물이 코팅되는 것이다.
본 발명에 따른 유해물질 차단용 마스크에 있어서, 상기 외피, 내피 및 흡착부재는 항균 및 항바이러스 조성물이 코팅되는 것으로, 사용 중 입김에 의한 습기에 영향을 받지 않고 차단력을 정상적으로 유지함으로써 마스크에 유입되는 먼지, 미세먼지, 초미세먼지, 포름알데히드 및 암모니아 등의 악취물질을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 상기 포름알데히드 및 암모니아 등의 악취물질을 효과적으로 차단할 뿐만 아니라 제거함으로써 마스크를 장시간 사용할 수 있는 장점이 있다.
특히, 내피의 경우, 사용 시 사용자의 안면에 접촉되는 것으로, 상기 항균 및 항바이러스 조성물을 코팅하여, 피부의 자극이 발생하지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 유해물질 흡착부재의 일면에는 항균 및 항바이러스 조성물이 적용되어 다양한 유해물질 흡착 제품에 널리 사용될 수 있으며, 부가적인 화학 성분의 적용 없이도 제품에 항균 및 항바이러스성을 부여할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1. 흡착 부재의 제조
(1) 흡착 부재의 제조
폴리락트산을 멜트브라운 공정으로 제조한 극세 섬유로 이루어진 부직포를 흡착 부재용으로 사용하였다. 부직포의 평량은 40 g/m2이 되도록 조절하였다.
150ml의 탈이온수에 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA) 15 ml를 분산시키고, 0.1 M의 염화구리 1L를 혼합하였다. 상기 용액을 흡착 부재의 일면 또는 양면에 스프레이 분사하였다.
이후, 50 내지 60℃에서 건조하여 흡착 부재를 제조하였다.
(2) 다공성 실리카를 포함하는 흡착 부재의 제조
상기 킬레이트 화합물(EDTA)을 포함하는 용액 내에 다공성 실리카를 넣고 80 내지 100℃에서 가열하여 다공성 실리카를 합성하였다. 상기 합성된 다공성 실리카를 상기 흡착 부재의 일면 또는 양면에 도포하여 다공성 실리카 흡착 부재를 제조하였다.
실시예 2. 항균 및 항바이러스 조성물의 제조
(1) 열수 추출물의 제조
곤달비를 세척하고 건조한 뒤 이를 분쇄하였다. 상기 분쇄물을 80℃ 유지하고, 이를 냉각시킨 뒤 와트만 여과지로 여과하여 그 여액을 수득하여 곤달비 열수 추출물로 제조하였다.
상기 곤달비 열수 추출물과 동일한 방법으로 갈화 열수 추출물, 어성초 열수 추출물, 여주 열수 추출물, 울금 열수 추출물, 자소엽 열수 추출물, 포공영 열수 추출물, 빼빼목 열수 추출물, 녹차 열수 추출물, 민들레 열수 추출물, 인삼 열수 추출물, 금은화 열수 추출물, 당귀 열수 추출물, 홍삼 열수 추출물, 황기 열수 추출물, 생강 열수 추출물, 대두 열수 추출물, 쌀겨 열수 추출물, 뽕잎 열수 추출물, 쑥 열수 추출물, 매실 열수 추출물, 백수오 열수 추출물, 사과과피 열수 추출물, 오미자 열수 추출물, 클로렐라 열수 추출물, 포도 껍질 열수 추출물, 귤 껍질 열수 추출물을 각각 제조하였다.
(2) 항균 및 항바이러스 조성물 및 이를 포함하는 흡착 부재의 제조
상기 제조된 열수 추출물을 하기 [표 1]과 같은 중량%로 혼합하여 항균 및 항바이러스 조성물로 제조하였다.
[표 1]
Figure 112021136928343-pat00001
그 후 상기 조성물을 제조예 1에서 제조한 다공성 실리카 흡착 부재 상에 10회 스프레이 분사하여 코팅한 후 이를 건조시켰다.
실시예 3. 흡착부재의 유해물질 차단 능력
(1) 미세먼지 차단능력
본 발명 흡착부재의 유해물질 차단능력을 평가하기 위해 이를 KF80 마스크와 비교하였다.
미세먼지 조건에서 PM 1.0 및 2.5 하에 30회 시행시 차단율의 평균을 조사하여 하기 표 2에 나타내었다.
상기 PM 1.0 및 2.5 조건은 하기 표 3을 기준으로 측정하였다.
[표 2]
Figure 112021136928343-pat00002
[표 3]
Figure 112021136928343-pat00003
상기 표 2 및 표 3에서와 같이 본원 발명 흡착 부재의 미세먼지 차단율은 KF80 마스크의 차단율 보다 높은 정도의 차단율을 나타내었다. 따라서 본 발명의 흡착 부재는 생분해성을 가지면서도 KF80 마스크 수준보다 높은 미세먼지 차단율을 가질 수 있음을 확인하였다.
(2) 항균능력 평가
항균 효과를 알아보기 위해, KS 0693 - 1990 시험법에 의거 사람의 피부와 비강표면에 일반적으로 존재하며, 물티슈에서 쉽게 번식할 수 있는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 균주로 하여 106 CFU/ml 농도의 균주 1 ml를 상기 실시예 2에서 제조한 흡착 부재에 대해 접종하고 일정시간 경과 후 Shake Flask Method를 이용하여 평판배양법으로 실험하여 균의 감소 및 사멸률을 측정하였다.
상대적인 평가를 위해, 대조군으로 시중에 판매되는 KF 80 마스크용 시트와 부직포 마스크용 시트를 동일한 조건으로 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 접종하고 일정시간 경과 후 동일한 방법으로 항균 능력을 평가하였다.
사멸률(감소율)=(control균수-sample균수)/(control)균수*100
실험 결과, 대조군인 KF 80 마스크용 시트와 부직포 마스크용 시트는 사멸률이 각각 0% 수준을 유지하였으나, 본 발명의 흡착 부재는 99.99% 수준을 유지하여 높은 항균력을 나타내는 것을 확인하였다.
(3) 항바이러스 능력 평가
항바이러스 효과를 알아보기 위해, 상기 항균 효과 실험과 동일한 흡착 부재 에 인플루엔자(influenza) 바이러스를 침투시킨 후, 일정시간 경과 후 바이러스 값을 측정하였다.
상대적인 평가를 위해, 대조군으로 시중에 판매되는 KF 80 마스크용 시트와 부직포 마스크용 시트를 동일한 조건으로 인플루엔자(influenza) 바이러스를 침투시킨 후 일정시간 경과 후 항바이러스 능력을 평가하였다.
실험 결과, 대조군인 KF 80 마스크용 시트와 부직포 마스크용 시트의 인플루엔자 바이러스 감소율은 각각 33%, 30% 였으나, 본 발명의 흡착 부재는 98%의 인플루엔자 바이러스 감소율을 나타내어 높은 항바이러스 능력을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4. 흡착부재의 생분해능력 평가
퇴비화 조건에서의 생분해를 위해 일정한 조건(30~40℃, 습도 55~60%)으로 유지되는 퇴비속에 매립하여 일정한 시간 간격으로 생분해도를 측정하였다. 이때 생분해 매립조건은 ASTM standards D5338의 측정방법을 따랐으며, 이에 맞추어 본 발명의 흡착부재와 폴리프로필렌 소재의 KF80 마스크 필터의 생분해능력을 평가하였다. 180일 후 본 발명의 흡착부재는 90% 이상 생분해 되었으나, KF80 마스크 필터는 전혀 생분해 되지 않음을 확인하였다.
실시예 5. 흡착부재의 항균성 유지능력 평가
흡착부재의 항균성 유지능력 평가하기 위해 본 발명의 흡착부재와 대조군으로서 통상적으로 판매되는 물티슈 3종을 50℃ 조건에서 7일간 건조기에 건조시켰다. 그후 건조된 본 발명의 흡착부재 및 상기 물티슈 3종을 증류수로 스프레이하여 충분히 적신 후, 물티슈에서 쉽게 번식할 수 있는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 균주로 하여 106 CFU/ml 농도의 균주 1 ml를 각각 접종하고 일정시간 경과 후 Shake Flask Method를 이용하여 평판배양법으로 실험하여 균의 감소 및 사멸률을 측정하였다.
실험 결과, 통상적으로 판매되는 물티슈 3종의 사멸률은 각각 %, 40%, 50% 수준을 유지하였으나, 본 발명의 흡착 부재는 90 % 수준을 유지하여 높은 항균력을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 천연 화합물에 존재하는 항균, 항바이러스 성분 중 비휘발성 성분이 흡착 부재에 잔존함에 따른 것으로 추론된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구 범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 유해물질 차단용 흡착 부재로서,
    상기 흡착 부재는 고분자 섬유를 평행 또는 부정방향으로 배열하고 결합하여 펠트 모양으로 형성한 부직포 및 킬레이트 화합물 및 다공성 실리카가 결합된 복합체를 포함하며,
    상기 킬레이트 화합물 및 다공성 실리카가 결합된 복합체는 금속 이온을 흡착하고,
    상기 흡착 부재의 일면 또는 양면은 항균 및 항바이러스 조성물이 코팅되는 것인,
    유해물질 차단용 흡착 부재에 있어서,
    상기 항균 및 항바이러스 조성물은 곤달비 추출물 5 내지 11 중량%, 녹차 추출물 2 내지 4 중량%, 민들레 추출물 2 내지 4 중량%, 인삼 추출물 2 내지 4 중량%, 금은화 추출물 2 내지 4 중량%, 당귀 추출물 2 내지 4 중량%, 홍삼 추출물 2 내지 4 중량%, 황기 추출물 2 내지 4 중량%, 생강 추출물 2 내지 4 중량%, 대두 추출물 2 내지 4 중량%, 쌀겨 추출물 2 내지 4 중량%, 뽕잎 추출물 2 내지 4 중량%, 쑥 추출물 2 내지 4 중량%, 매실 추출물 2 내지 4 중량%, 백수오 추출물 2 내지 4 중량%, 사과과피 추출물 2 내지 4 중량%, 오미자 추출물 2 내지 4 중량%, 클로렐라 추출물 2 내지 4 중량%, 포도 껍질 추출물 2 내지 4 중량%, 귤 껍질 추출물 2 내지 4 중량%, 갈화 추출물 3 내지 7 중량%, 어성초 추출물 3 내지 7 중량%, 여주 추출물 3 내지 7 중량%, 울금 추출물 3 내지 7 중량%, 자소엽 추출물 3 내지 7 중량%, 포공영 추출물 3 내지 7 중량% 및 빼빼목 추출물 3 내지 7 중량%을 포함하고,
    상기 킬레이트 화합물은 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)인,
    유해물질 차단용 흡착 부재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡착부재에 포함된 부직포는 폴리락트산을 멜트브라운 공정으로 제조한 극세 섬유로 이루어지고,
    상기 흡착부재의 일면 또는 양면에 킬레이트 화합물이 결합된 것인, 유해물질 차단용 흡착 부재.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유해물질은 이물질, 미세먼지, 미생물, 바이러스, 플라이 애쉬, 화산재, 토양 입자, 해염, 먼지, 검댕, 건조 세포 파편, 포자, 화분, 박테리아, 연소 생성물, 황 산화물, 질소 산화물, 일산화탄소, 휘발성 유기 화합물(VOCs), 탄화수소, 알데히드, 질산염, 중금속, 독성 금속, 결정 물질, 마그네타이트, 클로로플루오르카본, 암모니아, 악취 화합물, 방사선 물질, 증기 응축 제품 및 내화 금속으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 유해물질 차단용 흡착 부재.
  6. 제5항의 유해물질 차단용 흡착부재를 포함하는 유해물질 흡착 기능성 제품으로서, 상기 유해물질 흡착 기능성 제품은 물수건, 기저귀, 생리대, 마스크, 포장지, 일회용 시트, 침구류, 작물 덮개용 부직포, 산업용 와이퍼, 청소기 필터, 의료용 거즈, 걸레로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것인, 유해물질 흡착 기능성 제품.
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