KR102660949B1 - 하이브리드 방식을 이용한 생분해성 방진마스크 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 방진마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 히팅프레스 및 초음파융착 방식을 하이브리드하여 생분해성 방진마스크를 제조하는 새로운 방법 및 이에 의해 제조되어 생분해성을 가져서 환경친화적일 뿐만 아니라 착용감이 좋고 항균성을 가져서 소비자들의 기호도가 높은 새로운 구성의 생분해성 방진마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, PLA소재로 제조된 부직포들을 적층하여 부직포적층체를 형성하는 과정; 상기 부직포적층체를 히팅프레스를 이용하여 컵형태로 성형하는 과정; 상기 과정에서 컵형태로 성형된 부분의 테두리에 15~30KHz 진동수의 초음파를 0.1~1초 인가시켜서 상기 부직포적층체를 형성하는 부직포들을 초음파 융착시키는 과정; 상기 과정에서 초음파융착된 부분의 둘레부를 컷팅하여 마스크본체(110)를 만드는 과정; 상기 마스크본체(110)에 PLA소재로 형성된 코지지대(130)를 부착시키는 과정; 및 상기 마스크본체(110)에 머리끈(120)을 연결시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드방식을 이용한 생분해성 방진마스크 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해서 방진마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, PLA소재로 제조된 부직포들을 적층하여 부직포적층체를 형성하는 과정; 상기 부직포적층체를 히팅프레스를 이용하여 컵형태로 성형하는 과정; 상기 과정에서 컵형태로 성형된 부분의 테두리에 15~30KHz 진동수의 초음파를 0.1~1초 인가시켜서 상기 부직포적층체를 형성하는 부직포들을 초음파 융착시키는 과정; 상기 과정에서 초음파융착된 부분의 둘레부를 컷팅하여 마스크본체(110)를 만드는 과정; 상기 마스크본체(110)에 PLA소재로 형성된 코지지대(130)를 부착시키는 과정; 및 상기 마스크본체(110)에 머리끈(120)을 연결시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드방식을 이용한 생분해성 방진마스크 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해서 방진마스크가 제공된다.
Description
본 발명은 하이브리드 방식을 이용한 생분해성 방진마스크 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해성 방진마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히팅프레스 및 초음파융착 방식을 하이브리드하여 생분해성 방진마스크를 제조하는 새로운 방법 및 이에 의해 제조되어 생분해성을 가져서 환경친화적일 뿐만 아니라 착용감이 좋고 항균성도 가지는 새로운 구성의 생분해성 방진마스크에 관한 것이다.
일반적으로 방진마스크는 도 1에 도시된 바와 같이, 착용자의 코와 입을 커버하는 마스크본체(2)와, 마스크본체(2)에 연결되는 머리끈(4)과, 마스크본체(2)에 구비되는 코지지대(6)를 포함하여 이루어지며, 방진마스크의 등급에 따라 배기밸브가 구비되기도 한다.
이러한 방진마스크에서 마스크본체는 일반적으로 PP, PE, PET 등으로 제조된 부직포들을 여러 겹으로 적층하고, 컵형상으로 히팅프레스성형한 후 부직포들이 분리되지 않도록 둘레부를 열융착시킨 다음, 컷팅하여 제조된다.
한편, 방진마스크가 PP, PE, PET 등의 합성수지제 부직포로 제조되어 폐기되는 마스크에 의한 환경오염이 초래되므로 이러한 문제점을 해결하기 위해 PLA소재의 생분해성 부직포를 이용한 생분해성 마스크들이 제안되고 있다.
그런데 PLA소재를 이용한 생분해성 마스크들은 마스크 제조시 부직포를 적층하여 컵형상으로 성형한 후 테두리를 열융착하여 부착시키면 PLA소재의 특성상 열융착된 부분이 결정화되어 딱딱하게 된다. 따라서 마스크를 착용하면 열융착된 마스크본체의 테두리부분이 딱딱하여 착용감이 좋지 않고, 마스크본체의 단부에 의해 착용자의 얼굴에 상처가 생기기도 한다. 또한, 열융착된 마스크본체 테두리단부의 취성이 과도하게 상승되어 부러지는 경우도 발생된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 히팅프레스 및 초음파융착 방식을 하이브리드하여 생분해성 방진마스크를 제조하는 새로운 방법 및 이에 의해 제조되어 생분해성을 가져서 환경친화적일 뿐만 아니라 착용감이 좋고 항균성을 가져서 소비자들의 기호도가 높은 새로운 구성의 생분해성 방진마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, PLA소재로 제조된 부직포들을 적층하여 부직포적층체를 형성하는 과정; 상기 부직포적층체를 히팅프레스를 이용하여 컵형태로 성형하는 과정; 상기 과정에서 컵형태로 성형된 부분의 테두리에 15~30KHz 진동수의 초음파를 0.1~1초 인가시켜서 상기 부직포적층체를 형성하는 부직포들을 초음파 융착시키는 과정; 상기 과정에서 초음파융착된 부분의 둘레부를 컷팅하여 마스크본체(110)를 만드는 과정; 상기 마스크본체(110)에 PLA소재로 형성된 코지지대(130)를 부착시키는 과정; 및 상기 마스크본체(110)에 머리끈(120)을 연결시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드방식을 이용한 생분해성 방진마스크 제조방법 및 이에 의해 제조된 생분해서 방진마스크가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 부직포적층체에는 PLA소재 단섬유와 대나무 단섬유가 20~40중량%와 60~80중량% 비율로 혼합되고, 중량이 50~200g/m2인 PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포가 개재된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 부직포적층체는 PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 스판본딩 부직포가 순차적으로 적층되거나 또는 PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA 스판본딩 부직포가 순차적으로 적층되어 이루어지며, 상기 PLA 스판본딩 부직포는 중량이 15~80g/m2이고, 상기 PLA 멜트브로운 부직포(114)는 중량이 30~60g/m2이며, 상기 PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포는 PLA소재 단섬유와 대나무 단섬유가 20~40중량%와 60~80중량% 비율로 혼합되고 중량이 50~200g/m2이다.
이상과 같은 본 발명은 PLA소재의 부직포가 적층된 부직포적층체를 히팅프레스를 이용하여 컵형태로 성형하고, 컵형태로 성형된 부분의 둘레부는 초음파용착시켜서 마스크본체를 만들기 때문에 마스크본체(110) 둘레부가 딱딱하지 않아 착용감이 좋고 착용자의 얼굴에 상처가 생길 우려도 없다. 또한, 마스크본체(110) 내부에 대나무섬유가 혼합된 PLA 니들펀칭 부직포가 게재되어 대나무 섬유에 의해 착용감이 향상될 뿐만 아니라 항균성도 얻을 수 있으므로 한층 더 위생적인 마스크를 제조할 수 있다.
도 1은 통상의 방진마스크 사진
도 2는 본 발명에 의한 방진마스크의 측단면도
도 2는 본 발명에 의한 방진마스크의 측단면도
이하에서 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명은 PLA소재의 생분해성 부직포를 이용하여 방진마스크를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적인 제조공정은 다음과 같다. 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 컵형태의 마스크본체(110)와, 마스크본체(110)의 둘레부 양측에연결된 머리끈(120)과, 마스크본체(110)의 일측 외부면에 부착된 코지지대(130)와, 마스크본체(110) 중앙에 구비된 배기밸브(140)를 포함하는 방진마스크를 제조하는 것으로 예시된다.
(1) 부직포적층체 형성과정
PLA소재의 생분해성 부직포들을 적층시켜서 부직포적층체를 만든다. 구체적으로는 PLA 스판본딩 부직포(112, 118), PLA 멜트브로운 부직포(114), PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포(116)를 준비하고, 이들을 PLA 스판본딩 부직포(112), PLA 멜트브로운 부직포(114), PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포(116), PLA 스판본딩 부직포(118) 순으로 적층시킨다.
주지된 바와 같이, PLA소재는 온도 60℃, 습도 80%, 그리고 미생물이 활성화 되어 있는 환경에서 6개월 이내에 90% 이상이 분해된다.
구체적으로는 PLA 스판본딩 부직포(112, 118)는 2~3데니아의 PLA소재 섬유로 제조된 15~80g/m2 중량의 것이 사용되는데, PLA 스판본딩 부직포의 중량이 80g/m2를 초과하면 필터링효과는 상승되나, 흡기저항이 과도하게 증가되므로 바람직하지 않다. 바람직하게는 중량 20g/m2인 것이 사용된다.
PLA 멜트브로운 부직포(114)는 0.01~0.1 데니아의 PLA소재 섬유로 제조된 30~60g/m2 중량의 것이 사용되는데, 특히, 바람직하게는 중량이 40g/m2인 것이 사용된다. PLA 멜트브로운 부직포의 중량이 60g/m2를 초과하면 흡기저항이 과도하게 상승되므로 바람직하지 않다.
그리고 PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포(116)는 PLA 단섬유와 대나무(Bamboo) 단섬유가 혼합된 것이다. 대나무 섬유는 대나무를 실과 같이 가늘게 만든 것으로서, 대나무 섬유가 혼합된 PLA 니들펀칭 부직포는 PLA소재 섬유로만 제조된 것에 비해 탄력이 좋다. 따라서 PLA-대나무 섬유 니들펀칭 부직포를 사용하면 마스크본체의 탄력이 증가되어 PLA소재 부직포의 브리틀(Brittle)하고 딱딱한 특성이 개선되어 마스크의 착용감이 향상된다. 뿐만 아니라 대나무에 의한 항균효과도 얻을 수 있다.
바람직하게는 PLA-대나무 섬유 니들펀칭 부직포는 1~4데니아인 PLA소재 단섬유와 대나무 단섬유가 20~40중량%와 60~80중량% 비율로 혼합된 것이 사용되는데, PLA소재 단섬유 함량이 20중량% 미만인 경우에는 후술하는 초음파 융착시 부직포들이 제대로 접착되지 않을 우려가 높아지고, PLA소재 단섬유 함량이 40중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 대나무섬유의 함량이 감소되어 대나무 섬유에 의한 탄력증가, 항균효과를 기대하기 곤란해진다. 이러한 PLA-대나무 섬유 니들펀칭 부직포는 중량 50~200g/m2인 것이 사용되는데, 바람직하게는 중량 150g/m2인 것이 사용된다.
(2) 성형과정
상기 과정에서 형성된 부직포적층체를 컵형상으로 성형하는데, 히팅프레스 온도를 120~140℃도 하여 성형한다. 바람직하게는 프레스 온도를 130℃로 하여 분당 25개 정도를 생산할 수 있도록 프레스 시간을 2.4~2.5초 정도로 조절한다.
프레스온도가 120℃ 미만인 경우에는 부직포적층체가 컵형상으로 제대로 성형되지 않아 부직포적층체를 컵형상으로 성형하기 위해서는 프레스시간을 연장시켜야 하므로 생산성이 저하되고 프레스시간의 연장으로 인해 마스크본체가 전체적으로 딱딱해질 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 그리고 프레스온도가 140℃를 초과하는 경우에는 PLA 소재의 융점(165℃)에 근접하게 되어 부직포 특성이 소실되므로 마스크본체의 통기성이 과도하게 저하되는 문제가 발생된다.
(3) 초음파융착과정
상기 과정에서 컵형태로 성형된 부분의 테두리를 초음파융착하여 부직포적층체를 형성하는 부직포들을 부착시킨다.
바람직하게는 본 과정에서는 15~30KHz 진동수의 초음파를 0.1~1초로 인가시킨다. 초음파 진동수가 상기 수준 미만인 경우에는 초음파 융착이 제대로 이루어지지 않으며, 초음파 진동수가 상기 수준을 초과하는 경우에는 마스크본체의 테두리가 결정화되어 마치 열융착시킨 것과 같이 과도하게 딱딱해지므로 바람직하지 않다.
(4) 컷팅과정
상기 과정에서 초음파 융착된 부위의 둘레부를 컷팅하여 마스크본체(110)를 분리시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 마스크본체(110)에 배기밸브(140)를 부착시키는 경우에는 이 과정에서 배기밸브(140)를 부착시킬 부분도 함께 펀칭한다.
(5) 코지지대 부착과정
마스크본체(110)의 외측면에 코지지대(130)를 부착한다. 금속제 코지지대를 부착시킬 수도 있으나, 환경친화적인 측면을 고려할 때 PLA소재로 제조된 PLA 코지지대(130)를 부착시킨다. PLA 코지지대는 PLA 60~90중량%와 PBS, PBAT, PCL 중 1종 또는 1종 이상이 10~40중량%로 컴파운딩된 것을 스크류 온도 190℃~220℃로 압출하고, 연신하며 제조된다.
이러한 PLA 코지지대(130)에서 PLA 함량이 90중량%를 초과하면 코지지대의 취성이 과도하게 상승되어 코지지대가 쉽게 부러지는 문제점이 발생되고, PLA 함량이 60중량% 미만이면 PBS, PBAT, PCL 등의 함량이 상대적으로 증가되어 코지지대의 탄성력이 과도하게 상승되므로 코지지대를 이용하여 마스크본체를 코등부위에 밀착시키기가 곤란한 문제가 발생된다.
(6) 머리끈 연결과정
고무밴드를 마스크본체(110)에 연결하여 머리끈(120)을 형성시킨다. 머리끈(120)은 스테이플러로 마스크본체(110)에 연결시키거나 마스크본체(110)에 초음파융착시켜서 연결시킨다.
그리고 방진1급 또는 특급의 마스를 제조하는 경우에는 도시된 바와 같이, 마스크본체(110)에 배기밸브(140)를 접착제로 부착시킨다. 바람직하게는 배기밸브(140)도 PLA소재로 사출성형성된 것을 사용한다. 본 실시예에서는 코지지대(130)를 부착시키고 머리끈(120)을 연결시키는 것으로 예시하였으나, 코지지대(130)와 머리끈(120)을 연결시키는 과정의 순서가 변경될 수도 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 열프레스 방식과 초음파방식이 병행된 하이브리드 방식으로 생분해성 방진 마스크를 제조하는 것으로서, 마스크본체(110) 둘레부가 초음파로 융착되므로 열융착된 것과 달리 마스크본체(110) 둘레부가 딱딱하지 않아 착용감이 좋고 착용자의 얼굴에 상처가 생길 우려도 없다. 또한, 마스크본체(110) 내부에 대나무섬유가 혼합된 PLA 니들펀칭 부직포가 게재되어 대나무 섬유에 의해 착용감도 향상되고, 대나무 특성의 폴리페놀성분과 PLA 소재의 젖산(Lactic acid) 성분으로 인해 항균효과도 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 대나무섬유의 나노기공으로 인해 각종 Gas의 흡착력도 향상된다.
본 실시예에서는 마스본체(110)를 이루는 부직포적층체가 PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 스판본딩 부직포가 순차적으로 적층되어 이루어진 것으로 예시되었는데, 경우에 따라서는 부직포적층체가 PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA 스판본딩 부직포가 적층되어 이루어질 수도 있다. 또한, 경우에 따라서는 부직포적층체 내부에 활성탄, Gas 흡착제 등이 추가로 형성될 수도 있다.
<제조예 1>
PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 스판본딩 부직포를 순차적으로 적층시켜서 전술한 방법으로 방진마스크를 만들었다. PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포는 PLA소재 단섬유와 대나무 단섬유가 30중량%와 70중량% 비율로 혼합된 것을 사용하였으며, 사용된 각 부직포의 중량은 다음과 같다.
- 겉 면: PLA 스판본딩 부직포 20g/m2
- 중간층: PLA 멜트브로운 부직포 40g/m2
PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포 150g/m2
- 안쪽면: PLA 스판본딩 부직포 20g/m2
<제조예 2>
PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA 스판본딩 부직포를 적층시켜서 전술한 방법으로 방진마스크를 만들었다. PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포는 PLA소재 단섬유와 대나무 단섬유가 30중량%와 70중량% 비율로 혼합된 것을 사용하였으며, 사용된 각 부직포의 중량은 다음과 같다.
- 겉 면: 스판본딩 부직포 20g/m2 (배기밸브 부착)
- 중간층: PLA 멜트브로운 부직포 40g/m2
PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포 150g/m2
PLA 멜트브로운 부직포 40g/m2
- 안쪽면: PLA 스판본딩 부직포 20g/m2
<비교예 1>
마스크본체의 둘레부를 열융착시킨 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 방진마스크를 제조하였다.
<분진포집효율 및 누설률 테스트>
제조예 1, 2에서 제조된 방진마스크를 방진 등급에 따라 분진포집효율과 누설률을 FITI 시험 연구원으로부터 산업안전보건법과 그 시행령, 고용노동부 고시기준에 따라 성능을 평가하였다. 그 결과는 표 1과 같다.
| 분진포집효율(%) | 누설률 | |||||||
| 1회 | 2회 | 3회 | 평균 | 1회 | 2회 | 3회 | 평균 | |
| 제조예 1 | 90 | 91 | 87 | 89.3 | 21 | 23 | 21 | 21.6 |
| 제조예 2 | 96 | 97 | 96 | 96.3 | 10 | 9 | 9 | 9.3 |
표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 제조예 1은 분집포집효율(%)이 평균 89.3이고, 누설률은 평균 21.6로서, 2급 방진 마스크 기준(분진포집효율(%): 80 이상, 누설률 25 이하)에 충족되었다. 그리고 제조예 2는 분진포집효율(%)이 평균 96.3이고, 누설률은 평균 9.3 이하로서 1급 방진마스크 기준(분진포집효율(%): 94이상, 누설률 11이하)에 충족되었다.
<항균성 테스트>
제조예 1, 2에 사용된 PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포의 항균성을 테스트 하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
| 구 분 | 황색포도상구균 | 대장균 |
| 정균감소율(%) | 99.9 | 99.9 |
KOTITI 시험연구원(KS K 0693 : 2022) 항균성 테스트 결과 PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포가 99.9% 의 항균력을 가지는 것으로 확인되었다.
<착용감 테스트>
제조예 1과 비교예 1의 방진 마스크를 각각 30명에게 2시간 동안 착용하게 하여 착용감을 5점척도법(5점 : 매우 좋음, 4점 : 약간 좋음, 3점 : 보통, 2점 : 약간 나쁨, 1점 : 매우 나쁨)으로 평가하였다. 그 결과는 표 3과 같다.
| 착용감 | |
| 제조예 1 | 4.7 |
| 비교예 1 | 2.9 |
표 3은 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 제조예 1은 착용감이 상당히 좋은 평가를 받았다.
Claims (4)
- PLA소재로 제조된 부직포들을 적층하여 부직포적층체를 형성하는 과정;
상기 부직포적층체를 히팅프레스를 이용하여 컵형태로 성형하는 과정;
상기 과정에서 컵형태로 성형된 부분의 테두리에 15~30KHz 진동수의 초음파를 0.1~1초 인가시켜서 상기 부직포적층체를 형성하는 부직포들을 초음파 융착시키는 과정;
상기 과정에서 초음파융착된 부분의 둘레부를 컷팅하여 마스크본체(110)를 만드는 과정;
상기 마스크본체(110)에 PLA소재로 형성된 코지지대(130)를 부착시키는 과정; 및
상기 마스크본체(110)에 머리끈(120)을 연결시키는 과정;을 포함하며,
상기 부직포적층체는,
PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 스판본딩 부직포가 순차적으로 적층되거나 또는 PLA 스판본딩 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포, PLA 멜트브로운 부직포, PLA 스판본딩 부직포가 순차적으로 적층되어 이루어지고,
상기 PLA 스판본딩 부직포는 중량이 15~80g/m2이고, 상기 PLA 멜트브로운 부직포(114)는 중량이 30~60g/m2이며, 상기 PLA-대나무섬유 니들펀칭 부직포는 PLA소재 단섬유와 대나무 단섬유가 20~40중량%와 60~80중량% 비율로 혼합되고 중량이 50~200g/m2인 것을 특징으로 하는 생분해성 방진마스크 제조방법.
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- 제1항에 기재된 방법으로 제조된 것을 특징으로 생분해성 방진마스크.
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2023
- 2023-06-21 KR KR1020230079611A patent/KR102660949B1/ko active IP Right Grant
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