KR20100003826A - 방진마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방진마스크에 관한 것으로서, 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, 상기 나노섬유에는 나노섬유 중량대비 0.1~5.0중량%의 항바이러스제가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방진마스크는 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용자의 호흡을 용이하게 하고, 바이러스 제거율이 우수하여 황사 차단용 또는 분진이 많이 발생되는 산업현장용 마스크로 유용하다.

방진마스크, 바이러스 제거율, 항바이러스제, 나노섬유, 웹, 기재, 분진포집효율, 흡기저항.

Description

방진마스크{Dustproof mask}

본 발명은 방진마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 나노섬유 웹을 포함하여 방진효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이하고, 특히 바이러스 제거율이 뛰어난 방진마스크에 관한 것이다.

최근 황사현상이 심해짐에 따라 방진용 마스크(이하 "방진마스크"라고 한다)가 일반 생활용품으로 널리 사용되고 있다. 또한, 방진마스크는 미세먼지 발생이 많은 조선소 등의 산업현장에서도 많이 사용되고 있다.

방진마스크에는 우수한 바이러스 제거율이 요구되며, 또한 대기중에 존재하는 미세한 먼지(분진)을 효과적으로 포집하는 효율, 즉 우수한 분진포집효율이 요구됨과 동시에 착용시 호흡을 용이하게 하기 위해서 낮은 안면부 흡기저항도 요구된다.

그러나, 통상적으로는 분진포집효율을 높히기 위해서 방진마스크 소재의 밀도를 높게하는 경우 안면부 흡기저항도 높아져 착용시 호흡이 곤란하게 되고, 그 반대로 안면부 흡기저항을 낮추기 위해서 방진마스크 소재의 밀도를 낮게 하는 경우 분진포집효율이 떨어지는 문제가 발생된다.

종래 방진마스크로는 직물, 편물, 부직포, 스펀본드(Spunbond)등과 같은 단일 소재로 제조된 방진마스크나, 직물 또는 편물 사이에 부직포층이 배열된 구조를 갖는 방진마스크가 널리 사용되어 왔다. 상기 직물, 편물, 부직포, 스펀본드 들은 단사섬도가 0.01데니어 이상인 단섬유 또는 장섬유 들로 구성되었다. 직물, 편물, 부직포, 스펀본드 등의 단일 소재로 제조된 방진마스크에 비해 기재인 직물 또는 편물 사이에 여과재인 부직포 층이 배열된 구조의 방진마스크는 분진포집효율 및 내구성이 우수한 장점이 있다.

그러나, 종래 방진마스크에 사용된 부직포 등의 소재들을 구성하는 단섬유 또는 장섬유의 단사섬도가 0.01데니어 이상이기 때문에 상기 소재내에 미세한 공극이 충분하게 형성되지 않아 분진포집효율이 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 분진포집효율을 높히기 위해서 방진마스크를 구성하는 원사밀도를 높게하는 경우 앞에서 설명한 바와 같이 안면부 흡기저항이 높아져 착용시 호흡이 어렵게 되는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 일본 특허 출원번호 1995-296507에서와 같이 직물과 편물을 배치하고 부분적으로 접합한 형태의 마스크와 같이 안면부의 흡기 저항을 줄이기 위한 기술의 개발이 시도되었다. 그러나 이러한 방법으로는 안면부의 흡기저항은 감소시킬 수 있으나, 황사와 같은 미세한 먼지에 대한 여과 기능을 기대하기 어렵다는 단점이 있다. 미세 먼지에 대한 여과 효율을 확보하기 위하여 일본 특허 출원번호 1998-324929 또는 일본 특허 출원번호 2007-515616에서와 같이 폴리테트라플루오로에틸렌에 의한 다공막을 적용하여 만든 마스크가 개발되었다. 그러나, 이러한 방법은 폴리테트라플루오로에틸렌 다공막의 가격이 비싸고, 생산이 제한 적인 단점이 있다.

또한, 종래의 마스크는 일본 특허 출원번호 2004-004950에서와 같이 바이러스 제거 효과를 부여하기 위해 마스크 여과재에 항바이러스제를 코팅하는 방식이어서 제조가 복잡하고 고가의 원료인 항바이러스제를 많이 사용하는 단점이 있었다. 그럼에도 불구하고 바이러스를 제거해 주는 성능이 부족하여 비위생적인 문제도 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해소할 수 있도록 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이하고, 바이러스 제거율이 뛰어난 방진마스크를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 방진마스크는 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, 상기 나노섬유에는 나노섬유 중량대비 0.1~5.0중량%의 항바이러스제가 함유되 어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명은 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 방진마스크는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 섬유(이하"나노섬유"라고 한다) 로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 방진마스크의 단면 모식도이다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유는 나노섬유 전체중량대비 0.1~5.0중량%의 항바이러스제를 함유한다.

상기 항바이러스제는 히드록시산, X형 제오라이트, 푸딩염기류, 피리미딘 염기류, 치아벤다졸, 금속, 금속 산화물, 피롤린산염, 폴리인산염, 규산염, 알루민산염, 텅스텐산염, 바나듐산염, 몰리브덴산염, 안티몬산염 또는 벤조산염 등이다.

본 발명에서는 항바이러스제의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.

상기 나노섬유내 항바이러스제의 함량이 1.0중량% 미만일 경우에는 방진마스크의 바이러스 제거율이 90% 미만으로 저하되고, 5.0중량%를 초과하는 경우에는 바이러스 제거율은 증가하나 전기방사성이 저하되는 문제가 발생된다.

본 발명에 따른 방진마스크는 나노섬유내에 항바이러스제를 함유하고 비표면적이 큰 나노섬유 웹(B)을 포함하여 50% 감염가법(TCID₅₀)으로 측정한 바이러스 제거율이 90% 이상으로 우수하다.

상기 기재(A) 및 나노섬유 웹(B) 각각은 1~3개층인 것이 바람직하나, 본 발 명에서는 이들의 층 개수를 특별하게 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따라 방진마스크는 도 1과 같이 1개층의 나노섬유 웹(B)이 기재(A) 상에 적층된 구조일 수도 있고, 도 2와 같이 1개층의 나노섬유 웹(B)이 2개층의 기재(A) 사이에 배열된 구조일 수도 있고, 도 3과 같이 2개층의 나노섬유 웹(B) 각각이 3개층의 기재(A)들 사이에 배열된 구조일 수도 있다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유들은 폴리아미드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리비닐리덴 디플루오라이드 수지, 폴리메틸메타아크릴에이트 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리아크릴산 수지 또는 이들 중에서 선택된 1종 이상의 수지 등으로 구성된다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유의 평균직경은 10~1,500㎚이며, 10㎚ 미만인 경우에는 제조가 어렵거나 안면부 흡기저항이 상승하게 되고, 1,500㎚를 초과하는 경우에는 분진포집효율이 저하되는 문제가 발생된다.

상기 나노섬유 웹(B)에는 평균직경이 0.5~10㎛인 기공들이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 기공의 평균직경이 0.5㎛ 미만인 경우에는 안면부 흡기저항이 높아져 마스크 제조시 호흡이 곤란하게되고, 10㎛를 초과하는 경우에는 탈취성과 분진포집효율이 저하될 수 있다.

상기 기공의 평균직경은 ASTM F 316-03 방법으로 측정한다.

상기 나노섬유 웹(B)의 단위면적당 중량은 0.1~5g/㎡인 것이 바람직하다.

상기 단위면적당 중량이 0.1g/㎡ 미만이면 탈취성과 분진포집효율이 저하되 고, 5g/㎡을 초과하면 안면부 흡기저항이 높아져 마스크 제조시 호흡이 곤란하게 될 수 있다.

다음으로, 상기 나노섬유 웹(B)은 평균직경이 10~1,500㎚인 나노섬유들이 적층된 것으로서, 도 4에 도시된 전기방사 방식 등으로 제조할 수 있다.

도 4는 본 발명에 포함된 나노섬유 웹(B)을 전기방사 방식으로 제조하는 공정 개략도이다.

구체적으로, 방사액 주탱크(1) 내에 보관중인 고분자 수지의 방사용액을 계량펌프(2)를 사용하여 고전압이 걸려 있는 노즐(3)로 공급한 후, 상기 노즐(3)을 통해 방사용액을 고전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상으로 전기방사하여 나노섬유를 형성하여, 상기 컬렉터(4)에 나노섬유 웹이 적층되도록 한다.

상기 노즐(3)과 컬렉터(4)에는 전압전달로드(5)를 통해 전압발생장치(6)에서 발생되는 고전압을 걸어준다.

본 발명에서 사용하는 전기방사 장치에는 특별히 제한하지 않는다. 도 4에서 보는 바와 같은 다중 노즐을 사용하는 전기방사 장치를 사용할 수 있으며 이 외의 다른 형태의 전기방사 장치 또한 사용할 수 있다. 전기방사 장치는 고분자 용액을 공급하는 계량 펌프(2)와 다수의 노즐(3)로 구성되는 방사부, 고전압발생장치(6)에 의한 고전압발생부와 방사되어 휘산되는 나노섬유를 고착시키는 컬렉터(4)로 구성된다. 본 발명의 나노섬유를 방사하기 위한 발생전압은 수천 내지 수십만 볼트로 고분자 용액의 농도, 계량 펌프를 통해 공급되는 고분자 용액의 양, 얻고자 하는 나노섬유의 굵기 등을 고려하여 다양하게 적용할 수 있다.

전기방사시 전압은 12,000~200,000 볼트(V)로 하고 노즐과 컬렉터 사이의 거리인 방사거리는 5~25㎝로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 섬유구조체인 기재(A)는 부직포, 직물, 편물 또는 스펀본드(Spunbond) 등이다.

본 발명에 따른 방진마스크의 제조방법 일례를 살펴보면, 도 4의 컬렉터(4)위로 상기 기재(A)를 연속적으로 통과시키면서 그 위에 나노섬유들을 전기방사하여 나노섬유 웹(B)을 적층하는 공정으로 도 1과 같은 방진마스크를 제조될 수 있다.

또한, 기재(A) 상에 적층된 나노섬유 웹(B) 위에 다시 기재(A)를 접착 또는 라미네이팅하거나 적층후 봉제하여 도 2와 같은 방진마스크를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 방진마스크는 50% 감염가법(TCID₅₀)으로 측정한 바이러스 제거율이 90% 이상이고, KSM 6673 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 90% 이상이고, KSM 6673 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 10㎜ H₂O 이하이다.

상기 바이러스 제거율은 시험 바이러스로서 A 소련형 인플루엔자 바이러스를 사용하여 50% 감염가법(TCID₅₀)방법으로 측정한다.

구체적으로, 50mL 시험관 2개중 1개에는 시료(본원발명의 방진마스크 조각) 2g을 넣고, 나머지 1개에는 항바이러스제를 포함하지 않는 나노섬유 웹(B)과 나일론 원단(A)이 도 1과 같이 적층된 방진마스크인 비교대상시료 2g을 넣는다.

다음으로는, 시료 및 비교대상시료가 각각 투입된 상기 시험관 각각에 시험 바이러스용액 45mL를 첨가하고, 25℃로 유지하면서 22시간 진행한 후, 각각의 시험으로부터 5mL의 바이러스 용액을 채취하여 3,000rpm으로 30분간 원심분리처리한 후, 10배 단계 희석하고, 마딘-다비 카닌 신장(Madin-Darby Canine Kedny) 세포를 이용하여 바이러스 용액들 각각의 50% 감염가(TCID₅₀)를 측정하고, 바이러스 감염가 log₁₀(TCID₅₀ /mL)을 산출하였다.

이하에서는 시료를 넣은 시험관에서 채취한 바이러스 용액으로부터 구한 바이러스 감염가를 V1이라고 하고, 비교대상시료를 넣은 시험관에서 채취한 바이러스 용액으로부터 구한 바이러스 감염가를 V2라 한다.

이와 같이 얻어진 바이러스 감염가들을 아래식에 대입하여 바이러스 제거율을 계산한다.

바이러스 제거율(%) = (V2-V1 / V2) ×100

본 발명은 항바이러스제를 함유하는 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 포함하기 때문에 바이러스 제거율이 뛰어나고, 분진포집효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 장점이 있다.

그로인해, 본 발명은 황사 방지용 마스크나 분진이 많이 발생되는 산업현장용 마스크로 유용하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

그러나, 하기 실시예는 본 발명의 일례를 나타내는 것으로서, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

상대점도가 2.5인 폴리아미드 수지를 개미산 수용액에 20%(w/w)의 농도로 용해시킨 용액에 히드록시산(항바이러스제)을 상기 용액의 전체중량대비 12중량%을 첨가하여 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 4에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 위를 통과하는 폴리프로필렌 부직포 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 500㎚인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 3g/㎡이고, 기공의 평균직경이 3㎛인 나노섬유 웹(B)을 상기 기재(A) 상에 적층하여 도 1과 같은 단면 구조를 갖는 방진마스크를 제조하였다.

상기 나노섬유내 히드록시산의 함량은 2.0중량% 이였다.

제조된 방진마스크(A)의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 2

중량평균분자량이 520,000인 폴리비닐리덴 디플루오라이드를 디메틸아세트아 미드에 15%(w/w)의 농도로 용해시킨 용액에 X형 제오라이트(항바이러스제)를 상기 용액의 전체중량대비 14중량% 첨가하여 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 4에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 20,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 20,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 위를 통과하는 폴리에스테르 부직포 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 700㎚인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 3g/㎡이고, 기공의 평균직경이 4㎛인 나노섬유 웹(B)을 상기 기재(A) 상에 적층한 후, 상기 나노섬유 웹(B) 위에 폴리에스테르 부직포 기재(A)를 다시 적층하여 도 2와 같은 방진마스크를 제조하였다.

상기 나노섬유내 X형 제오라이트 함량은 3.0중량% 이였다.

제조된 방진마스크(A)의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 3

중량평균분자량이 200,000인 열가소성 폴리우레탄 수지를 디메틸포름아미드에 20%(w/w)의 농도로 용해시킨 용액에 치아벤다졸(항바이러스제)를 상기 용액의 전체중량대비 15중량% 첨가하여 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 4에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 40,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 40,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 위를 통과하는 나일론 부직포의 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 400㎚인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 2g/㎡이고, 기공의 평균직경이 2㎛ 인 나노섬유 웹(B)을 적층하였다.

상기 나노섬유내 치아벤다졸의 함량은 4.0중량% 이였다.

계속해서, 상기 나노섬유 웹(B) 위에 다시 나일론 부직포인 기재(A)를 적층한 다음, 이를 도 4에 도시된 전기방사장치의 컬렉터(4) 위를 통과시키면서, 그 위에 상기 방사용액을 앞에서 설명한 전기방사 조건과 동일하게 전기방사하여 평균직경이 400㎚인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 2g/㎡이고, 기공의 평균직경이 2㎛인 나노섬유 웹(B)을 적층한 후, 다시 상기 나노섬유 웹(B) 상에 나일론 부직포인 기재(A)를 적층하여 도 3과 같은 방진마스크를 제조하였다.

제조된 방진마스크(A)의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

방진마스크의 물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
바이러스 제거율(%)	92	95	97
KSM 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율 (%)	97	95	99
KSM 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항 (㎜H2O)	7	6	8

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 방진마스크의 단면 모식도.

도 4는 본 발명에 포함된 나노섬유 웹(B)을 전기방사 방식으로 제조하는 공정 개략도.

도 5는 본 발명에 포함된 나노섬유 웹(B) 표면의 전자현미경 사진.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명

A : 기재 B : 나노섬유 웹

1 : 방사액 주탱크 2 : 계량펌프

3 : 노즐 4 : 컬렉터

5 : 전압전달로드 6 : 전압발생장치

Claims (11)

1. 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, 상기 나노섬유에는 나노섬유 중량대비 0.1~5.0중량%의 항바이러스제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
2. 제1항에 50% 감염가법(TCID₅₀)으로 측정한 바이러스 제거율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
3. 제1항에 있어서, 항바이러스제는 히드록시산, X형 제오라이트, 푸딩염기류, 피리미딘 염기류, 치아벤다졸, 금속, 금속 산화물, 피롤린산염, 폴리인산염, 규산염, 알루민산염, 텅스텐산염, 바나듐산염, 몰리브덴산염, 안티몬산염 및 벤조산염으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
4. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유들은 폴리아미드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리비닐리덴 디플루오라이드 수지, 폴리메틸메타 아크릴에이트 수지, 폴리스티렌 수지 및 폴리아크릴산 수지로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
5. 제1항에 있어서, 섬유 구조체인 기재(A)는 부직포, 직물, 편물 및 스펀본드(Spunbond)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
6. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)에는 평균직경이 0.5~10㎛인 기공들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
7. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)의 단위면적당 중량은 0.1~5g/㎡인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
8. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 섬유구조체인 기재(A) 상에 적층 되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
9. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 섬유 구조체인 기재(A)들 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
10. 제1항에 있어서, 상기 방진마스크는 KSM 6673 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
11. 제1항에 있어서, 상기 방진마스크는 KSM 6673 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 10㎜ H₂O 이하인 것을 특징으로 하는 방진마스크.

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