KR102491327B1 - 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크 내부에 필터와 한지를 각 내장시켜 탄소 배출량을 적극적으로 감소시키고, 더불어 마스크의 주재료가 되는 부직포와 필터를 생분해성 수지로 제작함에 따라 자연보호에 적극 이바지할 수 있는 등 기존과 차별화된 구조로부터 비롯되는 취급과 사용, 유지 및 관리 보수의 용이함 등으로 인해 사용의 편의성 내지 효율성이 극대화 유도되는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 안면 일부와 대응하는 형태로 성형된 2겹의 부직포 사이에 필터와 한지가 차례로 내장 설치되고, 상기 부직포와 필터는 생분해성 수지인 PLA(Poly Lactic Acid) 소재로 구성된다.

Description

한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법{Eco-friendly biodegradable mask and its manufacturing method}

본 발명은 보건위생상 병균, 먼지 등의 흡입 및 비산을 차단하기 위하여 안면 일부를 가리는 마스크에 관련한 기술사상을 개진한 것으로, 더욱 상세하게는 마스크 내부에 필터와 한지를 각 내장시킬 뿐 아니라 마스크의 주재료가 되는 부직포와 필터를 생분해성 수지로 제작함에 따라 탄소배출량 감소 및 환경보호에 적극 기여할 수 있는 등 기존과 차별화된 구조로부터 비롯되는 취급과 사용, 유지 및 관리 보수의 용이함 등으로 인해 사용의 편의성 내지 효율성이 극대화 유도되는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 마스크는 착용 목적에 따라 방진용 마스크, 위생용 마스크, 방독용 마스크 등으로 구분 제공되고 있다. 그리고 최근에는 코로나 바이러스의 확산으로 일회 착용 후 부담없이 폐기할 수 있는 일회용 위생 마스크의 소비가 늘어나고 있다.

한편, 일회용 마스크는 착용자의 안면에 밀착되는 부직포와, 부직포에 내장되어 호흡 시 병균이나 먼지 등의 침투를 차단하는 필터와, 마스크를 안면에 걸착되게 하는 귀 끈 등으로 구성되어 있다. 이러한 일회용 마스크는 단가가 저렴하여 대량 구매에 부담이 없으나, 일회 사용 후 폐기되므로 환경오염에 막대한 영향을 끼치므로 이에 대한 해결책이 요구되고 있다.

이에 따라 저렴하면서도 재사용이 가능한 마스크가 개발되었고, 일례로 등록특허공보 제10-2234501호 "재사용 가능한 항균 마스크 및 이의 제조방법"이 게재되어 있다. 해당 기술은 전체적으로 착용자의 코와 입을 덮을 수 있는 형상을 가지며, 특히 코가 닿는 부분이 외부로 돌출된 형상을 가진다. 상기 기술은 편발수가공처리 된 마스크 외층;과, 마스크 착용 시 안면에 밀착되며 비스코스 레이온 섬유로 이루어져 땀이나 수분을 신속히 흡수 및 배출되게 하는 마스크 내층;과, 마스크 내층과 외층 사이에 개재되며 전도성 동도전사가 형성되어 있어 착용자의 호흡기와 피부를 보호하며 피부 접촉면의 온도를 내려주는 마스크 본체부;와, 마스크 본체부의 후단에 위치하며 귀에 걸기 위한 개구부가 형성되어 있는 귀걸개부; 및 본체부의 대략 중앙에 위치하는 용착선;이 포함된 기술이다.

상기 기술은 일회용 마스크보다 오래 사용할 수 있어 쓰레기 처리 비용을 절감할 수 있다. 일반적으로 마스크에 내장된 필터의 수명은 약 8시간 가량으로 알려져 있으며, 상기 등록특허공보 제10-2234501호 "재사용 가능한 항균 마스크 및 이의 제조방법" 또한 필터의 스펙에 다름이 없다. 다만 상기 기술은 마스크의 표피를 외층과 내층, 중간층 등으로 겹겹이 적층한 형태로 구성하여 필터의 오염기간을 획기적으로 늦추었으나, 마스크를 반복적으로 사용하게 되면 필터에 오염물질이 지속적으로 쌓일 수밖에 없고, 결과적으로 필터의 기능이 저하된 마스크를 착용하는 셈이므로 위생용 마스크를 착용하는 목적이 퇴색되고 만다.

또한, 재사용이 가능한 위생용 마스크의 다른 일례로 등록특허공보 제10-2159717호 "재사용 가능한 친환경 마스크"가 게재되어 있으며, 해당 기술은 친환경 섬유인 수피마 코튼과 모달 소재를 원단으로 마스크의 본체를 구성하고, 구리섬유가 포함된 필터층이 마스크 본체에 내장된 형태로 구성됨에 따라 마스크의 세탁에도 항균 및 소취, 전자파 차단 효과가 발휘되므로 기존의 일회용 마스크와는 달리 반복적인 사용이 가능한 기술이다.

하지만, 기본적으로 섬유는 세탁 횟수가 늘어날 때마다 원사 간 결집력이 저하되고, 비록 상기 기술에서 필터층은 구리섬유가 포함되지만 반복적인 세탁에는 일반 섬유와 마찬가지로 항균 및 소취, 전자파 차단 효과가 점차 소멸될 수밖에 없다.

상기와 같이 재사용이 가능한 마스크는 일회용 위생 마스크보다 사용 횟수가 증가되어 폐기량이 어느 정도 감소되는 효과는 있으나, 반복적으로 사용하게 되면 결국 기능이 상실되고, 결과적으로 폐기될 수밖에 없으므로 완벽한 해결책이라고 볼 수는 없다.

따라서, 본 발명은 마스크의 사용 횟수를 증가시키는 것이 아닌, 폐기 시 신속한 부패가 이루어지게 함으로써 위생적인 착용은 물론 자연보호에 앞장 설 수 있는 새로운 개념의 마스크를 개발하게 되었다.

등록특허공보 제10-2234501호 "재사용 가능한 항균 마스크 및 이의 제조방법" 등록특허공보 제10-2159717호 "재사용 가능한 친환경 마스크"

본 발명은 상기의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 불순한 외기 및 착용자의 비말을 우수한 수준으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라 착용자의 호흡에서 발생하는 탄소를 즉시 완화시켜 배출량을 적극적으로 절감시킬 수 있는 마스크를 제공하는 것이 주된 해결과제이다.

또한, 본 발명은 사용이 완료된 마스크를 폐기 시 신속하게 부패하여 자연보호에 이바지할 수 있도록 생분해성 수지로 제조된 마스크를 제공하는 것이 다른 해결과제이다.

또한, 본 발명은 인체에 완전 무해할 뿐만 아니라 항암성, 항균성 등 다양한 기능을 발휘하여 착용자의 건강증진에 기여할 수 있는 친환경 기능성 마스크를 제공하는 것이 또 다른 해결과제이다.

상기의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법은 다음과 같다.

본 발명의 친환경 마스크 제조방법은 안면 일부와 대응하는 형태로 성형된 2겹의 부직포 사이에 필터와 한지가 차례로 내장 설치되고, 상기 부직포와 필터는 생분해성 수지인 PLA(Poly Lactic Acid) 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한지는 닥나무 19 내지 20 중량%와, 종이 80 내지 81 중량%로 이루어진 것을 포함한다.

또한, 상기 한지는 오레가노 복합 발효액이 코팅되어 항균 효과가 발휘되는 기능성 소재인 것을 포함한다.

또한, 상기 오레가노 복합 발효액은 전분분해효소(amylase)와 단백질분해효소(protease)를 이용하여 오레가노를 분해 효소처리하여 오레가노 액상배지를 제조하는 배지 제조 제1단계(S1);와, 오레가노 액상배지를 120 내지 121℃의 조건에서 25 내지 30분간 멸균처리하여 상황버섯균사 배양을 위한 최종 액상배지를 제조하는 배지 제조 제2단계(S2);와, 상황버섯균사 종균배양액을 최종 액상배지에 9 내지 10%(v/v)를 접종하고, 27 내지 28℃의 조건에서 6 내지 7일간 배양하여 상황버섯균사 배양산물을 획득하는 배양산물 획득단계(S3);와, 배양산물에 세포벽 분해효소를 처리하고, 추출 및 살균처리한 후 실온에서 냉각처리하고, 동결건조기를 이용하여 동결건조하는 배양산물 건조단계(S4);와, 동결건조된 배양산물을 39 내지 40mesh의 크기로 분쇄하는 배양산물 분쇄단계(S5);로 제조되는 것을 포함한다.

또한, 상기 생분해성 수지는 후박나무를 분쇄하여 플라스틱 성질의 탄소 골격을 갖는 분말을 선별 및 추출하는 탄소분말 추출단계(S10);와, 카슈넛 생산과정에서 얻을 수 있는 페놀계 식물성 오일과 고분자 분해 촉진제를 탄소분말에 첨가하여 혼합하는 혼합물 생성단계(S20);와, 혼합물에 시트르산을 첨가한 후 가열하여 생분해성 고분자를 생성하는 고분자 생성단계(S30);로 제조되는 것을 포함한다.

또한, 상기 고분자 분해 촉진제는 비오디아스타제 15~30 중량%와, 프로자임 20~25 중량%와, 라파제 10~12 중량%;와, 판셀라제 10~12 중량%;와, 판프로신 10~12 중량%;와, 브로멜라인 7~8 중량%;와, 판크레아틴 7~8 중량%;와, 셀룰라아제 6~8 중량%;의 혼합으로 이루어진 것을 더 포함한다.

상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 착용자의 호흡으로부터 발생하는 이산화탄소가 필터를 통과하면서 1회 정화되고, 다시 필터와 중첩된 한지를 통과하면서 2회 정화됨에 따라 기존 대비 탄소 배출량이 약 80% 가량 절감되어 대기오염 완화에 기여할 수 있어 효과적이다.

또한, 본 발명은 마스크의 주재료인 부직포와 필터가 생분해성 수지로 이루어져 폐기 시 신속한 부패가 이루어지고, 이에 따라 자연환경에 영향을 주지 않으므로 일회용 제품임에도 사용을 적극 권장할 수 있으며, 이로부터 위생적인 마스크 착용에 기인한 국민 겅간에 적극 기여할 수 있으므로 매우 효과적인 기술이다.

또한, 본 발명은 부직포와 필터가 친환경 소재로 이루어진 생분해성 수지로 제조되고, 한지 또한 친환경 소재이므로 인체에 완전 무해하여 남녀노소 부담없이 착용할 수 있으며, 한지가 주변의 습기를 흡수하여 신속하게 배출 및 건조시킴에 따라 마스크를 장기간 안전하게 보관할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 친환경 마스크의 단면도.
도 2는 오레가노 복합 발효물의 제조과정을 순차 나열한 플로차트.
도 3은 생분해성 수지의 제조과정을 순차 나열한 플로차트.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 보건위생상 병균, 먼지 등의 흡입 및 비산을 차단하기 위하여 안면 일부를 가리는 마스크의 기술사상에 관하여 개시된다.

무엇보다 본 발명은 마스크 내부에 필터와 한지를 각 내장시켜 탄소 배출량을 적극적으로 감소시키고, 더불어 마스크의 주재료가 되는 부직포와 필터를 생분해성 수지로 제작함에 따라 자연보호에 적극 이바지할 수 있는 등 기존과 차별화된 구조로부터 비롯되는 취급과 사용, 유지 및 관리 보수의 용이함 등으로 인해 사용의 편의성 내지 효율성이 극대화 유도되는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법에 관련됨을 주지한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 친환경 마스크의 단면도이고, 도 2는 오레가노 복합 발효물의 제조과정을 순차 나열한 플로차트이며, 도 3은 생분해성 수지의 제조과정을 순차 나열한 플로차트이다.

본 발명이 제안하는 마스크는 착용자의 안면 일부에 밀착되어 코와 입을 가림으로써 병균, 먼지 등의 흡입 및 비산을 차단하기 위한 것으로, 전체적으로 사람의 안면 윤곽과 설정 대응하는 곡면의 형상으로 이루어진다.

도 1과 같이 본 발명의 마스크는 부직포;와 필터; 및 한지;에 의 제조되며, 그 구성은 마스크의 내피가 되는 제1부직포(1)와, 호흡 중 포함된 이산화탄소를 정화하는 한지(2)와, 호흡 시 외기로부터 먼지나 이물질 등을 걸어내는 필터(3)와, 마스크의 외피가 되는 제2부직포(4)가 순서대로 중첩 배열된 구조를 가진다.

상기와 같은 구조층을 가진 본 발명의 마스크는 사용자의 호흡 시 외부에서 흡입되는 외기는 제2부직포(4)를 통과하면서 1차적으로 필터링이 이루어지고, 다음 필터(3)를 통과하면서 2차적으로 필터링이 이루어지며, 다음 한지(2)를 통과하면서 외기의 정화가 이루어지고, 다시 제1부직포(1)를 통과하면서 정화된 공기가 한번 더 필터링되어 사용자가 깨끗한 공기를 마실 수 있게 된다. 다시 사용자의 호흡 시 입에서 배출되는 배기는 제1부직포(1)를 통과하면서 비말이 걸러지고, 다음 한지(2)를 통과하면서 호흡 중에 포함된 이산화탄소가 1차 정화됨과 동시에 제1부직포에 오염된 비말을 흡수하여 건조시키며, 다음 필터(3)를 통과하면서 비말에 포함된 균을 사멸시키고, 마지막으로 제2부직포(2)를 통과하면서 깨끗해진 공기를 외부 배출되게 한다.

상기와 같이 본 발명의 마스크는 안면 일부와 대응하는 형태로 성형된 2겹의 부직포 사이에 필터와 한지가 차례로 내장 설치된 구조이고, 특히 상기 부직포와 필터는 폐기 시 신속한 자연분해를 유도하기 위해 생분해성 수지인 PLA(Poly Lactic Acid) 소재로 구성된 것이 특징이다.

여기서, 부직포는 필터와 한지의 파손을 방지하기 위하여 강도를 가질 수 있도록 폴리프로필렌섬유를 추가시켜 제조할 수 있다.

또한, 폴리프로필렌섬유에 향균성을 구비할 수 있도록 편백나무분말과 제올라이트분말을 침착하여 사용한다.

보다 상세하게는 PLA(Poly Lactic Acid) 소재 100중량부에 대하여 편백나무분말과 제올라이트분말이 침착된 폴리프로필렌섬유 5 ~ 30중량부로 구성하여 부직포를 제조할 수 있다.

예컨대 상기 한지는 닥나무 19 내지 20 중량%와, 종이 80 내지 81 중량%로 이루어지며, 닥나무의 높은 섬유질이 마스크에 고스란히 부여되어 튼튼한 마스크를 제조 및 공급할 수 있다.

상기 한지는 공기정화와 습도 조절에 탁월하며, 이에 의해 제조된 마스크는 비염 예방과 치료에 높은 효능이 있어 천식 환자가 착용 시 증상 완화 및 각종 질병 면역력에 도움이 된다. 또한, 단열성이 뛰어나 겨울철에 난방 목적으로 착용할 수 있어 사용 효율성이 높고, 자체적으로 보유한 항균성에 의해 세균 번식이 억제되어 장시간 착용에도 피부질환을 유발하지 않아 착용성이 우수하다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따르면 상기 한지는 오레가노 복합 발효액이 전면에 코팅되어진 것을 포함할 수도 있다.

상기 오레가노 복합 발효액은 오레가노(Oregano)를 기설정 방식으로 발효시킨 것으로, 여기에서 오레가노란 고대 그리스시대 때부터 약용으로 사용되던 식물이다. 상기 오레가노는 항산화 성분이 사과의 40 배에 달할만큼 많이 함유되어 있고, 약 20여 종의 항균화합물이 함유되어 있어 항균 및 항염작용에 매우 뛰어나는 등 일종의 천연항생제라고 불릴 정도로 그 효능이 입증된 약용식물이다.

이러한 오레가노는 로즈마린산, 커피산, P-쿠마르산, 갈릭산, 케르세틴, 아피게닌-7-글루코시드, 캠페롤, 나린게닌, 4-히드록시벤즈알데히드 등의 성분이 함유되어 있어 섭취 시 감기 예방과 치료는 물론, 열사병, 급성위장염, 복통 등에 효능이 있으며, 한지에 오레가노를 코팅할 경우 호흡에 의해 발생한 내기와 외기의 공기정화와 더불어 비말에 포함된 각종 세균을 신속하게 사멸시키는 역할을 발휘하게 된다.

그러나 오레가노는 페놀, 플라보노이드, Proanthocyanidin 등이 자체적으로 대량 함유되어 있고, 이는 살균제 및 화학 합성 중간체 등으로 사용될 정도로 높은 수준의 성능을 발휘하지만 독성이 매우 강해 피부에 접촉 시 부식성이 있을 정도로 위험하다.

따라서, 본 발명은 오레가노의 뛰어난 항균 및 항염 효과는 고스란히 유지하면서 신체에 무해하도록 아래와 같이 복합 발효액을 제조하게 되었다.

도 2와 같이 오레가노 복합 발효액은 전분분해효소(amylase)와 단백질분해효소(protease)를 이용하여 오레가노를 분해 효소처리하여 오레가노 액상배지를 제조하는 배지 제조 제1단계(S1);와, 오레가노 액상배지를 120 내지 121℃의 조건에서 25 내지 30분간 멸균처리하여 상황버섯균사 배양을 위한 최종 액상배지를 제조하는 배지 제조 제2단계(S2);와, 상황버섯균사 종균배양액을 최종 액상배지에 9 내지 10%(v/v)를 접종하고, 27 내지 28℃의 조건에서 6 내지 7일간 배양하여 상황버섯균사 배양산물을 획득하는 배양산물 획득단계(S3);와, 배양산물에 세포벽 분해효소를 처리하고, 추출 및 살균처리한 후 실온에서 냉각처리하고, 동결건조기를 이용하여 동결건조하는 배양산물 건조단계(S4);와, 동결건조된 배양산물을 39 내지 40mesh의 크기로 분쇄하는 배양산물 분쇄단계(S5);를 거쳐 제조된다.

아래 실시예 1은 본 발명이 제안하는 오레가노 복합 발효액의 항산화 성분 및 항산화 활성 수준을 측정한 것이다.

1. 측정 방법

1) 총페놀 함량

총페놀 함량은 Folin-Ciocalteau의 방법을 변형하여 Folin-Ciocalteu’s phenol reagent가 시료의 페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색하는 것을 원리로 분석하였다. 각 시료 1 mL에 2% sodium carbonate 용액 1 mL와 10% Folin-Ciocalteu’s reagent 1 mL를 혼합하여 1시간 방치 후 microplate reader(Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)로 750 nm에서 흡광도를 측정하였으며, gallic acid를 이용하여 작성한 표준곡선(y=11.3x+0.0403, R2=0.9999)으로 부터 함량을 구하였다.

2) 총플라보노이드 함량

총플라보노이드 함량은 Moreno 등의 방법을 이용하여 비색 정량하였다. 시료 0.5 mL에 95% EtOH 1.5 mL, 10% aluminium nitrate 0.1 mL, 1 M potassium acetate 0.1 mL와 증류수 2.8 mL를 각각 첨가하여 혼합한 후 상온에서 30분간 정치하여 반응시킨 다음 microplate reader (Molecular Devices)로 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 플라보노이드 함량은 rutin을 이용하여 작성한 표준곡선(y=3.1713x +0.007, R2=0.9999)으로부터 함량을 구하였다.

3) Proanthocyanidin 함량

Proanthocyanidin 함량은 vanillin-HCl 방법을 사용하여 측정하였다. 시료 0.5 mL을 갈색시험관에 취하여 4% vanillin 용액 3 mL를 첨가하고 혼합한 후, 진한 염산 1.5 mL를 첨가하고 15분간 반응시킨 후 microplate reader (Molecular Devices)로 490 nm에서 흡광도를 측정하였으며, proanthocyanidin 함량은 (+)-catechin을 이용하여 작성한 표준곡선(y=2.1885x-0.0064, R2=0.9998)으로부터 함량을 구하였다.

* 측정 결과

오레가노 복합 발효액의 항산화 성분은 총페놀, 총플라보노이드 및 proanthocyanidin 함량을 측정하였으며 1g에 해당하는 항산화 성분을 mg으로 수치를 지정하였다. 오레가노 복합 발효액의 총페놀은 저분자 발효물에서 40.5 mg GAE/g이 측정되었고, 고분자 발효물에서는 10.5 mg GAE/g이 측정되었다. 또한, 총플라보노이드 및 proanthocyanidin 함량도 저분자 발효물에서 각각 39.4±0.8 mg RE/g 및 32.9±1.4 mg CE/g로 측정되었다.

대조군으로는 항산화 성분이 뛰어나다고 알려진 whole grain(현미), endosperm(배유) 및 rice bran(미강)을 사용하였으며, 대조군의 총페놀 함량은 각각 6.59, 0.35 및 30.51 mg/g으로 오레가노 복합 발효액의 항산화 성분이 높은 것으로 나타났으며, 대조군의 총플라보노이드 및 proanthocyanidin 함량도 각각 14.05 및 11.04 mg/g으로 오레가노 복합 발효액의 성분이 더욱 우수한 것을 알 수 있었다.

4) DPPH radical scavenging activity

자유 라디칼(free radical)로 특유의 색을 나타나게 되나 전자나 수소원자에 의해 전자가 쌍이 되어 비라디칼이 되면 특유의 색이 사라지게 되는 DPPH의 화학적 성질을 이용한 방법이으로 측정하였다. 실험 방법은 시료 0.2 mL에 ethanol을 사용하여 용해시킨 0.4 mM DPPH 용액 0.8 mL을 첨가하여 혼합한 뒤 10분 동안 반응시킨 후 microplate reader (Molecular Devices)를 사용하여 517 nm에서 흡광도의 값을 측정하였다.

* 측정 결과

오레가노 복합 발효액의 항산화 활성 평가는 다양한 in vitro 모델(DPPH, ABTS, reducing power, FRAP)을 이용하여 측정하였다. DPPH 라디칼 소거능의 경우 양성대조군으로 사용된 ascorbic acid (0.1 mg/mL)는 88.24±0.18%로 매우 높은 DPPH 라디칼 소거능을 보인 반면 오레가노 복합 발효액, 고분자 발효액 및 저분자 발효액에서 각각 60.44±2.61, 29.72±0.41 및 78.47±0.94%의 소거활성을 보여 양성대조군 보다는 낮은 항산화 활성을 보였다. 저분자 발효액의 경우, 오레가노 복합 발효액의 저분자 발효액에 비해 높은 항산화 활성을 보였고 이는 총페놀, 총플라보노이드, proanthocyanidin의 함량과 유사한 경향을 보였다.

5) ABTS radical scavenging activity

ABTS 라디칼 소거능 측정은 Roverta 등(11)의 방법으로 측정 하였다. 7 mM ABTS 용액과 2.45 mM potassium persulfate 용액을 빛을 차단한 상태로 16시간동안 상온에서 반응시켜 ABTS 양이온을 형성시킨 후 흡광도 값이 0.70±0.02가 되도록 무수에탄올을 사용하여 조절하여 시료 10 μL에 첨가하고 6분 동안 반응시켜 microplate reader (Molecular Devices)를 사용하여 750 nm에서 흡광도의 값을 측정하였다.

* 측정 결과

ABTS 라디칼 소거능의 경우에도 DPPH 라디칼 소거능과 유사한 경향을 보였다. 오레가노 복합 발효액, 고분자 발효액 및 저분자 발효액의 ABTS 라디칼 소거능은 각각 14.22±4.16, 3.58±3.44 및 41.77±1.77%으로 나타나 저분자 발효액에서 가장 높은 항산화 활성을 나타냈다.

6) Reducing power

Reducing power는 Oyaizu의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 0.5 mL, 0.2 M sodium phosphate buffer 2.5 mL와 1% potassium ferricyanide 2.5 mL를 혼합하여 50℃에서 20분간 반응시켰다. 반응시킨 혼합용액에 trichloroacetic acid 2.5 mL을 넣어준 후 10분 동안 원심분리기(Hanil Science Industrial Co., Ltd, Seoul, Korea)를 사용하여 원심분리 한 후 상층액 2.5 mL과 3차 증류수 2.5 mL 그리고 0.1% Iron (III) chloride 0.5 mL을 넣어준 후 혼합하여 microplate reader를 사용하여 655 nm에서 흡광도를 측정하였다.

* 측정 결과

Reducing power의 경우에도 대조군이 저분자 발효액에서 0.56±0.02로 오레가노 복합 발효액(0.21±0.00) 및 고분자 발효액(0.10±0.00)에 비하여 유의적으로 높은 항산화 활성을 나타냈다.

7) FRAP 활성 측정

Benzie & Stranin (13)의 방법을 변형하여 측정하였다. 300 mM sodium acetate buffer (pH 3.6), 10 mM TPTZ, 20 mM FeCl·6H2O를 10:1:1로 혼합하여 혼합용액 1.5 mL, 시료 50 μL, 증류수 150 μL를 각각 혼합하여 37℃에서 4분간 반응시킨 후 microplate reader (Molecular Devices)를 사용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하였다.

* 측정 결과

산화 및 환원 반응에 의하여 식품에 함유된 페놀성 화합물에 의해 Fe3+를 Fe2+로 환원시키는 원리를 이용하여 항산화 활성을 평가하는 FRAP의 경우에도 DPPH, ABTS 및 reducing power의 결과와 같은 경향을 나타내 대조군의 저분자 발효액에서 오레가노 복합 발효액에 비하여 유의적으로 높은 항산화 활성을 보였다

8) 아질산염 소거능

아질산염 소거능은 griess reagent assay 방법에 따라 시료 1 mL에 1 mM NaNO2 용약 1 mL를 가한 뒤 0.1 N HCl을 이용하여 각각 pH 1.2로 pH meter (pH 510, Eutech Co.,Anyang, Korea)를 사용하여 보정한 후 이 용액을 37℃에서 1시간 반응시킨 다음 반응액 1 mL를 취하여 2% acetic acid 5 mL와 30% acetic acid 용액으로 용해한 griess reagent 0.4 mL를 가하고 잘 혼합하여 실온에서 15분간 방치한 후 microplate reader(Molecular Devices)를 사용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하였다.

* 측정 결과

아민과 결합하여 발암물질 nitrosoamine을 생성하는 nitrite 소거 능력은 시료의 농도 1.0 mg/mL에서 측정한 결과, 양성대조군으로 사용된 ascorbic acid (0.1 mg/mL)에서는 64.67%의 아질산염 소거능을 보였으며, 저분자 발효액에서는 23.65%의 아질산염 소거능을 보였다. 하지만, 오레가노 복합 발효액은 미비한 결과를 나타냈다.

식품의 가공 및 저장 특히 수산물이나 식육제품에 첨가되어 독소생성 억제와 발색, 산패방지제로 널리 이용되고 있는 아질산염은 그 자체가 독성을 나타내어 일정농도 이상 섭취하게 되면 혈액중의 헤모글로빈이 산화되어 메트헤모글로빈을 형성하며 메트헤모글로빈증 등 각종 중독을 일으키는 것으로 알려져 있다. 또한 단백성 식품이나 의약품 및 잔류농약 등에 존재하는 2급, 3급 아민과의 nitroso화 반응, 위장내의 낮은 산성조건에서 쉽게 일어나며 발암물질은 nitrosamine을 생성 할 수 있으므로 아질산염과 아민을 동시에 섭취했을 때 위에서 nitrosamine의 생성을 억제 할 수 있는 많은 연구가 진행되어 지고 있다. 한편, 팽이버섯 추출물의 기능적 특성 연구에서 팽이버섯 추출물에 함유된 폴리페놀성 물질들의 아질산염 소거능은 pH 3.0-6.0 보다 pH 1.2에서 비교적 높은 수치를 보였으며 이는 위장내의 낮은 pH 조건에서 nitrosamine 형성을 보다 효과적으로 억제할 수 있다고 알려져 있다.

즉, pH 1.2 조건에서 측정한 저분자 발효액의 아질산염 소거능은 저분자 발효액에 함유된 페놀성 화합물들이 낮은 pH 조건에서도 비교적 안정하며 위장내에서의 nitrosoamine 형성을 효과적으로 억제할 수 있을 것으로 기대되었다.

상기와 같이 오레가노 복합 발효액은 배양 과정에서 자체 보유한 항산화 성분은 고스란히 유지되어 항균 및 항염 성능이 발휘되며, 페놀이나 플라보노이드 등 신체에 유해할 수 있는 성분들이 적극 감소되어 안전성이 확보된 기능성 마스크를 제조하기 위한 첨가제로 매우 탁월하다. 이렇게 제조된 오레가노 복합 발효액은 분무기를 통해 한지의 양면에 균일하게 도포된다. 그리고 오레가노 복합 발효액이 도포된 한지는 서늘한 음지에서 건조되어 원하는 수준의 기능을 발휘하는 기능성 한지가 된다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 부직포와 필터는 폐기 시 신속한 자연분해를 유도하기 위해 생분해성 수지인 PLA(Poly Lactic Acid) 소재로 구성된다.

상기 생분해성 수지는 옥수수와 같은 식물에서 추출한 전분을 원재료로 만들어져 미생물에 의해 신속히 분해되며, 이산화탄소와 메탄, 물, 바이오매스와 같은 자연적인 부산물만 생성된다. 또한, 소각 시에도 암을 유발하는 다이옥신과 같은 유해물질이 전혀 발생하지 않아 자연과 인체에 무해한 친환경 소재이다.

일반적으로 옥수수와 같은 구황작물로부터 획득한 PLA 소재는 60℃ 이상에서 수축이나 변형이 되는 문제가 있어 열접합에 의해 제조되는 부직포의 소재로는 사용되지 못하였으나, 후박나무로부터 추출한 전분 성분은 옥수수와 같은 구황작물에 비해 내열성이 높아 열접합 시 수축이나 변형이 일어나지 않았다.

상기와 같이 본 발명의 생분해성 수지는 후박나무에서 추출한 플라스틱의 성질을 갖는 탄소분말을 특수 가공하여 제조한다.

도 3과 같이 본 발명의 생분해성 수지는 탄소분말 추출단계(S10);와, 혼합물 생성단계(S20);와, 고분자 생성단계(S30);로 구성된다.

상기 탄소분말 추출단계(S10)는 후박나무의 껍질로부터 플라스틱 성질의 탄소 골격을 갖는 분말을 취득하는 단계이다. 예컨대 후박나무는 마그놀롤과 호노키울의 성분이 높고, 이 성분은 페놀 성분으로 항균, 항생 효과를 발휘한다.

상기와 같이 후박나무는 자체적으로 항균, 항생 효과가 뛰어나 이를 마스크로 제조할 경우 외부의 각종 바이러스를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라 착용자의 호흡에서 발생하는 잇몸 세균 또한 즉시 박멸할 수 있어 착용자 본인 외 주변 사람들의 건강 유지에 많은 도움을 줄 수 있다.

상기 혼합물 생성단계(S20)는 탄소분말에 중합 촉매제와, 고분자 분해 촉진제를 혼합하는 단계이다. 여기에서 중합 촉매제란 천연 옻칠의 성분구조와 유사하게 제조하여 기계적 물성뿐만 아니라 방청, 방습, 전기절연 및 내약품성 등이 우수하며 인체에 무해한 신규 천연코팅제를 말한다. 특히, 본 발명에서는 환경오염 물질인 포르말린을 사용하던 기존의 방식에서 벗어나 카슈넛 생산과정에서 얻을 수 있는 페놀계 식물성 오일을 사용한다. 한편, 카슈넛 껍질 오일(CNSL)은 추출과정에서 anacardic acid(60-65%), cardol(15-20%), cardanol(10%)와 약간의 methylcardol이 함유되어있는데, 여기에서 2개의 수산기와 페놀유도체로 된 cardol은 CNSL의 수포활성(vesicant activity)과 독성의 원인이 된다. 그리고 위 CNSL을 추출하는 방법으로는 용매 추출법과 technical 추출법으로 구분할 수 있는데, 본 발명에서는 메탄올과 암모니아를 이용한 technical 추출법으로 했을 경우 cardol의 회수가 더욱 용이하여 technical 추출법을 이용하였다.

상기 고분자 분해 촉진제는 사용이 완료된 마스크를 폐기하였을 시 폐기물의 자연분해 속도를 향상시킬 수 있도록 생분해성 수지에 함유시키는 분해 촉진제이다.

상기 고분자 분해 촉진제는 후박나무 껍질에서 추출한 탄소 분말을 분해할 수 있는 효소를 건조하여 미세한 크기의 입자 형태로 분쇄한 것이다. 상기 고분자 분해 촉진제를 이루는 구성 요소로는 Aspergillus 속 사상균을 배양하여 생산된 효소를 정제한 비오디아스타제 15~30 중량%와, Aspergillus melleus이란 진균을 접종시킨 소맥피(wheatbran, 밀기울)에서 배양하고 생성된 효소를 추출해서 정제하고 저온에서 진공 건조시켜 제조한 프로자임 20~25 중량%와, 식물성 지방을 분해하는 라파제 10~12 중량%와, 사상균인 Trichoderma Koningi를 배양하여 얻은 효소제로 섬유소와 전분, 그리고 단백질을 분해하는 판셀라제 10~12 중량%와, 진균의 한 종류인 Aspergillus Niger를 배양하여 얻은 효소제인 판프로신 10~12 중량%와, 파인애플의 과즙이나 줄기를 압착하여 추출한 물질로 단백질 분해 효소를 포함하는 브로멜라인 7~8 중량%와, 동물의 췌장 외분비 세포에서 분비된 효소제제인 판크레아틴 7~8 중량%와, 섬유소를 분해하는 셀룰라아제 6~8 중량%로 구성된다.

상기 고분자 생성단계(S30)는 혼합물에 시트르산을 첨가한 후 가열하여 생분해성 고분자를 생성하는 단계이다. 예컨대 시트르산이란 약한 유기산의 하나로 모든 생물체의 호기적 물질대사에 중요한 역할을 수행하며, 특히 탄수화물의 생리적 산화반응에 관여하는 화합물로 작용한다. 상기 시트르산은 후박나무 껍질에서 추출한 탄소분말과 혼합한 후 이를 가열시켜 반응을 유발함으로써 생분해성 고분자 물질을 형성시킨다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 마스크는 착용자의 호흡으로부터 발생하는 이산화탄소가 필터를 통과하면서 1회 정화되고, 다시 필터와 중첩된 한지를 통과하면서 2회 정화됨에 따라 기존 대비 탄소 배출량이 약 80% 가량 절감되어 대기오염 완화에 기여할 수 있다.

또한, 마스크의 주재료인 부직포와 필터가 생분해성 수지로 이루어져 폐기 시 신속한 부패가 이루어지고, 이에 따라 자연환경에 영향을 주지 않으므로 일회용 제품임에도 사용을 적극 권장할 수 있으며, 이로부터 위생적인 마스크 착용에 기인한 국민 겅간에 적극 기여할 수 있다.

또한, 부직포와 필터가 친환경 소재로 이루어진 생분해성 수지로 제조되고, 한지 또한 친환경 소재이므로 인체에 완전 무해하여 남녀노소 부담없이 착용할 수 있으며, 한지가 주변의 습기를 흡수하여 신속하게 배출 및 건조시킴에 따라 마스크를 장기간 안전하게 보관할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1. 제1부직포 2. 한지
3. 필터 4. 제2부직포
S10. 탄소분말 추출단계 S20. 혼합물 생성단계
S30. 고분자 생성단계
S1. 배지 제조 제1단계 S2. 배지 제조 제2단계
S3. 배양산물 획득단계 S4. 배양산물 건조단계
S5. 배양산물 분쇄단계

Claims (5)

1. 안면 일부와 대응하는 형태로 성형된 2겹의 부직포 사이에 필터와 한지가 차례로 내장 설치되고, 상기 부직포와 필터는 생분해성 수지인 PLA(Poly Lactic Acid) 소재로 구성되고,
   상기 생분해성 수지는,
   후박나무를 분쇄하여 플라스틱 성질의 탄소 골격을 갖는 분말을 선별 및 추출하는 탄소분말 추출단계(S10);
   카슈넛 생산과정에서 얻을 수 있는 페놀계 식물성 오일과 고분자 분해 촉진제를 탄소분말에 첨가하여 혼합하는 혼합물 생성단계(S20);
   혼합물에 시트르산을 첨가한 후 가열하여 생분해성 고분자를 생성하는 고분자 생성단계(S30);
   로 제조되는 것을 포함하고,
   상기 고분자 분해 촉진제는 비오디아스타제 15~30 중량%와, 프로자임 20~25 중량%와, 라파제 10~12 중량%;와, 판셀라제 10~12 중량%;와, 판프로신 10~12 중량%;와, 브로멜라인 7~8 중량%;와, 판크레아틴 7~8 중량%;와, 셀룰라아제 6~8 중량%;의 혼합으로 이루어진 것을 더 포함하는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 부직포는 PLA(Poly Lactic Acid) 소재 100중량부에 대하여 편백나무분말과 제올라이트분말이 침착된 폴리프로필렌섬유 5 ~ 30중량부로 구성하여 제조되고,
   상기 한지는 닥나무 19 내지 20 중량%와, 종이 80 내지 81 중량%로 이루어진 것을 포함하는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 한지는 오레가노 복합 발효액이 코팅되어 항균 효과가 발휘되는 기능성 소재인 것을 포함하는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 오레가노 복합 발효액은,
   전분분해효소(amylase)와 단백질분해효소(protease)를 이용하여 오레가노를 분해 효소처리하여 오레가노 액상배지를 제조하는 배지 제조 제1단계(S1);
   오레가노 액상배지를 120 내지 121℃의 조건에서 25 내지 30분간 멸균처리하여 상황버섯균사 배양을 위한 최종 액상배지를 제조하는 배지 제조 제2단계(S2);
   상황버섯균사 종균배양액을 최종 액상배지에 9 내지 10%(v/v)를 접종하고, 27 내지 28℃의 조건에서 6 내지 7일간 배양하여 상황버섯균사 배양산물을 획득하는 배양산물 획득단계(S3);
   배양산물에 세포벽 분해효소를 처리하고, 추출 및 살균처리한 후 실온에서 냉각처리하고, 동결건조기를 이용하여 동결건조하는 배양산물 건조단계(S4);
   동결건조된 배양산물을 39 내지 40mesh의 크기로 분쇄하는 배양산물 분쇄단계(S5);
   로 제조되는 것을 포함하는 한지와 생분해성 수지를 이용한 친환경 마스크의 제조방법.
   
5. 삭제

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