KR20100004185A - 방진마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방진마스크에 관한 것으로서, 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚이며 길이가 1~15㎛인 단섬유 형태의 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, KS K 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 10㎜H₂O 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방진마스크는 사용기간이 길고, 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용자의 호흡을 용이하게 하므로 황사 차단용 또는 분진이 많이 발생되는 산업현장용 마스크로 유용하다.

방진마스크, 단섬유, 나노섬유, 웹, 기재, 분진포집효율, 흡기저항.

Description

방진마스크{Dustproof mask}

본 발명은 방진마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 단섬유 형태인 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹을 포함하여 사용기간이 길고 방진효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 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 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 제1995-296507호에서와 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 위 하여 일본 특허 출원번호 제1998-324929호 또는 일본 특허 출원번호 제2007-515616호에서와 같이 폴리테트라플루오로에틸렌에 의한 다공막을 적용하여 만든 마스크가 개발되었다. 그러나, 이러한 방법은 폴리테트라플루오로에틸렌 다공막의 가격이 비싸고, 생산이 제한 적인 단점이 있다.

또 다른 종래의 방진마스크로는 통상적인 전기방사 방식으로 제조되어 평균직경이 1,500㎚ 이하이며 길이가 20㎛를 초과하는 장섬유 형태인 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹(WEB)을 포함하는 방진마스크도 사용되어 왔으나, 상기의 종래 방진마스크는 여과층을 형성하는 나노섬유의 평균직경이 작아 분진포진효율은 우수하지만, 나노섬유가 장섬유 형태라서 단섬유 형태에 비해 여과층내에 형성되는 기공이 작아 안면부 흡기저항이 높기 때문에 착용시 호흡이 어렵게 되고, 포집된 분진으로 인해 기공이 빨리 막혀 사용기간도 짧아지는 문제가 있었다.

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

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 방진마스크는 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚이며 길이가 1~15㎛인 단섬유 형태의 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, KS K 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 10㎜H₂O 이하인 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.

상기의 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유는 평균직경이 10~1,500㎚, 보다 바람직하기로는 200~800㎚이며 길이가 1~15㎛인 단섬유 형태이다.

나노섬유의 길이가 15㎛를 초과하면 나노섬유 웹(B)내에 미세기공들이 적게 형성되어 안면부 흡기저항이 높아지게 되고 결국 착용시 호흡이 어렵게 된다.

나노섬유 길이가 1㎛ 미만인 경우에는 전기방사가 어렵고 나노섬유 웹(B)의 기계적 물성이 저하된다.

나노섬유의 길이는 아래와 같은 방법으로 측정한다.

나노섬유 10부분을 무작위로 선정하여 측정샘플 100개를 준비한 다음, 이들의 길이를 주사전자현미경으로 측정한 다음, 측정값 중 상위 10%와 하위 10%인 측정값을 제외하고 나머지 측정값 80%의 평균치로 구하여 나노섬유의 길이로 하였다.

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 또는 이들 중에서 선택된 1종 이상의 수지 등으로 구성된다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유의 평균직경은 10~1,500㎚, 보다 바람직하기로는 200~800㎚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 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 분진포집효율이 저하되고, 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 단섬유 형태인 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.

발생전압, 노즐(3)과 컬렉터(4) 사이의 방사거리, 방사용액의 공급속도 등을 적절하게 조합하므로서 방사되는 나노섬유의 길이를 조절할 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 KS K 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 10㎜H₂O 이하, 보다 바람직하기로는 8㎜H₂O 이하이다.

또한, 본 발명에 따른 KS K 6673에 따른 안면부 여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상이다.

본 발명은 단섬유 형태의 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 포함하여 사용기간이 연장되고, 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 용해시켜 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 4에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 80,000볼트(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㎚이며 길이가 7㎛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.

전기방사시 노즐(3)과 컬렉터(4)간의 거리, 즉 방사거리를 8㎝로 하였다.

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

실시예 2

중량평균분자량이 520,000인 폴리비닐리덴 디플루오라이드를 디메틸아세트아미드에 15%(w/w)의 농도로 용해시켜 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 4에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 20,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 90,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 위를 통과하는 폴리에스테르 부직포 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 700㎚이며 길이가 10㎛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 편물의 기재(A)를 다시 적층하여 도 2와 같은 방진마스크를 제조하였다.

전기방사시 노즐(3)과 컬렉터(4)간의 거리, 즉 방사거리를 8㎝로 하였다.

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 용해시켜 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 4에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 85,000 볼트(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㎚이며 길이가 12㎛인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 2g/㎡이고, 기공의 평균직경이 2㎛인 나노섬유 웹(B)을 적층하였다.

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㎚이며 길이가 12㎛인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 2g/㎡이고, 기공의 평균직경이 2㎛이며 길이가 12㎛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.

상기 전기방사시 노즐(3)과 컬렉터(4) 간의 거리, 즉 방사거리를 10㎝로 하였다.

방진마스크의 물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
KS K 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율 (%)	96	95	98
KS K 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항 (㎜H2O)	6	5	7

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 (10)

1. 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚이며 길이가 1~15㎛인 단섬유 형태의 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, KS K 6673에 따른 안면부여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 10㎜H₂O 이하인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
2. 제1항에 있어서, 나노섬유의 평균직경아 200~800㎚인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 안면부 흡기저항이 8㎜H₂O 이하인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
4. 제1항에 있어서, KS K 6673에 따른 안면부 여과식 방진마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
5. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유들은 폴리아미드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리메틸메타 아크릴에이트 수지, 폴리스티렌 수 지, 폴리아크릴산 수지 및 폴리비닐리덴 디플루오라이드 수지로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
6. 제1항에 있어서, 섬유 구조체인 기재(A)는 부직포, 직물, 편물 및 스펀본드(Spunbond)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
7. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)에는 평균직경이 0.5~10㎛인 기공들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
8. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)의 단위면적당 중량은 0.1~5g/㎡인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
9. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 섬유구조체인 기재(A) 상에 적층 되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
10. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 섬유 구조체인 기재(A)들 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.

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