KR20100004190A

KR20100004190A - 마스크

Info

Publication number: KR20100004190A
Application number: KR1020080064229A
Authority: KR
Inventors: 흥 렬 오
Original assignee: 코오롱패션머티리얼 (주)
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-13

Abstract

본 발명은 마스크에 관한 것으로서, 다공성 메쉬(Mesh) 형태이고 고내열성 소재로 이루어진 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 방향족 폴리아미드 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마스크는 내열성이 우수하고, 독성가스 및 분진 포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용자의 호흡을 용이하게 하므로 소방용 마스크 등으로 유용하다.

마스크, 소방마스크, 고내열성, 아라미드, 나노섬유, 웹, 기재, 분진포집효율, 흡기저항.

Description

마스크{Mask}

본 발명은 마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고내열성의 기재와 나노섬유 웹을 포함하여 내열성이 뛰어나며 독성가스 차단 효율과 방진효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 마스크에 관한 것이다.

최근 화재가 빈번하게 발생됨에 따라 고내열성을 갖고 독성가스나 분진 포집효율이 높은 소방마스크의 수요가 늘어나고 있다.

소방마스크에는 고내열성과 대기중에 존재하는 독성가스 및 미세한 먼지(분진)을 효과적으로 포집하는 효율이 요구됨과 동시에 착용시 호흡을 용이하게 하기 위해서 낮은 안면부 흡기저항도 요구된다.

그러나, 통상적으로는 독성가스 및 분진의 포집효율을 높히기 위해서 마스크 소재의 밀도를 높게하는 경우 안면부 흡기저항도 높아져 착용시 호흡이 곤란하게 되고, 그 반대로 안면부 흡기저항을 낮추기 위해서 마스크 소재의 밀도를 낮게 하는 경우 분진 포집효율이 떨어지는 문제가 발생된다.

종래 소방용 마스크로는 직물, 편물, 부직포, 스펀본드(Spunbond)등과 같은 단일 소재로 제조된 마스크나, 직물 또는 편물 사이에 부직포층이 배열된 구조를 갖는 마스크가 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 마스크에 비해 기재인 직물 또는 편물 사이에 여과재인 부직포 층이 배열된 구조의 마스크는 독성가스 및 분진 포집효율 및 내구성이 우수한 장점이 있다.

그러나, 종래 마스크에 사용된 부직포 등의 소재들을 구성하는 단섬유 또는 장섬유의 단사섬도가 0.01데니어 이상이기 때문에 상기 소재내에 미세한 공극이 충분하게 형성되지 않아 독성가스 및 분진 포집효율이 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 독성가스 및 분진 포집효율을 높히기 위해서 마스크를 구성하는 원사밀도를 높게하는 경우 앞에서 설명한 바와 같이 안면부 흡기저항이 높아져 착용시 호흡이 어렵게 되는 문제가 있었다.

또 다른 종래 마스크로는 대한민국 출원특허 제2007-7009949호와 같이 전기방사 방식 등으로 제조되어 평균직경이 1,500㎚ 이하인 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹과 부직포등의 기재들을 포함하는 마스크도 제안된 바 있다.

그러나, 상기 종래 마스크는 나노섬유 웹을 포함하여 독성가스 및 분진의 포집효율이 높고 안면부 흡기저항이 낮아 호흡이 용이한 장점이 있지만, 이를 구성하는 나노섬유 웹과 기재들이 내열성이 낮은 통상적인 합성수지들로 이루어져 고온의 화재 현장 등에서 사용하기에는 내열성이 부족한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해소할 수 있도록 고내열성과 독성가스 및 분진 포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 마스크를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 마스크는 다공성 메쉬(Mesh) 형태이고 고내열성 소재로 이루어진 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 방향족 폴리아미드 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명은 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 마스크는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 고내열성 소재로 이루어져 다공성 메쉬(Mesh) 형태인 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 섬유(이하"나노섬유"라고 한다) 로 구성된 방향족 폴리아미드 나노섬유 웹(B)을 포함한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 마스크의 단면 모식도이다.

상기 기재(A)는 고내열성 소재인 금속, 탄소섬유 또는 테프론 등과 같은 불소계 수지로 구성되며, 기공이 많이 형성된 다공성 메쉬(Mesh) 형태이다.

상기 기재(A)에 형성된 기공의 크기는 0.3~10㎜이다.

상기 기공의 크기가 10㎜를 초과할 때는 마스크의 기계적 물성 등이 저하되 고, 0.3㎜ 미만일 때는 마스크의 중량이 무거워지고 제조원가가 상승한다.

상기 나노섬유는 방향족 폴리아미드 수지, 보다 바람직하기로는 메타-방향족 폴리아미드(이하 " 메타-아라미드" 라고 한다) 수지로 구성된다.

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

본 발명에 따라 마스크는 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 있다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유의 평균직경은 10~1,500㎚, 보다 바람직하기로는 300~700㎚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 독성가스 및 분진 포집효율이 저하될 수 있다.

상기 기공의 평균직경은 ASTM F 316-03 방법으로 측정한다.

상기 나노섬유 웹(B)의 두께는 5~30㎛인 것이 바람직하다.

상기 두께가 5㎛ 미만이면 독성가스 및 분진 포집효율이 저하되고, 30㎛를 초과하면 안면부 흡기저항이 높아져 마스크 제조시 호흡이 곤란하게 될 수 있다.

다음으로, 상기 나노섬유 웹(B)은 평균직경이 10~1,500㎚인 방향족 폴리아미드 나노섬유들이 적층된 것으로서, 도 3에 도시된 전기방사 방식 등으로 제조할 수 있다.

도 3은 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 3에서 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.

본 발명에 따른 마스크의 제조방법 일례를 살펴보면, 도 3의 컬렉터(4)위로 상기 기재(A)를 연속적으로 통과시키면서 그 위에 나노섬유들을 전기방사하여 나노섬유 웹(B)을 적층하는 공정으로 도 1과 같은 마스크를 제조될 수 있다.

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

본 발명에 따른 마스크는 KS K 6673에 따른 안면부여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상이고, KS K 6673에 따른 안면부여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 6㎜H₂O 이하이다.

본 발명은 고내열성을 갖는 나노섬유 웹(B)과 기재를 포함하여 내열성이 뛰어나고 독성가스 및 분진 포집효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 장점이 있다.

그로인해, 본 발명은 소방용 마스크 등으로 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

메타 방향족 폴리아미드를 디메틸아세트아미드에 20%(w/w)의 농도로 용해시켜 방사용액을 제조하였다.

상기 방사용액을 도 3에 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 텅스턴의 다공성 메쉬인 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 500㎚인 메타-아라미드 나노섬유들이 적층되어 두께가 15㎛ 이고, 기공의 평균직경이 3㎛인 나노섬유 웹(B)을 상기 기재(A) 상에 적층하여 도 1과 같은 단면 구조를 갖는 마스크를 제조하였다.

제조된 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 2

기재(A)로서 탄소섬유로 이루어진 다공성 메쉬를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 마스크를 제조하였다.

제조한 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 3

기재(A)로서 테프론 수지로 이루어진 다공성 메쉬를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 마스크를 제조하였다.

제조한 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 4

실시예 1로 제조된 마스크에 포함된 나노섬유 웹(B) 위에 탄소섬유로 이루어진 다공성 메쉬인 기재를 더 적층하여 마스크를 제조하였다.

제조한 마스크의 각종 물성을 평가하는 결과는 표 1과 같았다.

마스크의 물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
KS K 6673에 따른 안면부여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율 (%)	97	95	99	96
KS K 6673에 따른 안면부여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항 (㎜H₂O)	5	4	6	5
내열성	280℃	286℃	270℃	290℃

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 마스크의 단면 모식도.

도 3은 본 발명에 포함된 나노섬유 웹(B)을 전기방사 방식으로 제조하는 공정 개략도.

도 4는 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

다공성 메쉬(Mesh) 형태이고 고내열성 소재로 이루어진 기재(A)와 평균직경이 10~1,500㎚인 방향족 폴리아미드 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 웹(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 다공성 메쉬 형태인 기재(A)에 형성된 기공크기는 0.3~10㎜인 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 고내열성 소재로 이루어진 기재(A)는 금속, 탄소섬유 및 불소수지 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 방향족 폴리아미드 나노섬유는 메타-방향족 폴리아미드 나노섬유인 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 방향족 폴리아미드 나노섬유의 평균직경이 300~700㎚인 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, KS K 6673에 따른 안면부 여과식 마스크 성능 측정 방법으 로 측정한 안면부 흡기저항이 6㎜H₂O 이하인 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, KS K 6673에 따른 안면부 여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진 포집효율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 기재(A) 상에 적층 되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 기재(A)들 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크.
제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)의 두께가 5~30㎛인 것을 특징으로 하는 마스크.