KR20100004476A

KR20100004476A - 방진마스크

Info

Publication number: KR20100004476A
Application number: KR1020080064666A
Authority: KR
Inventors: 용 환 이
Original assignee: 코오롱패션머티리얼 (주)
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-13

Abstract

본 발명은 방진마스크에 관한 것으로서, 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 100~700㎚인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, 상기 나노섬유는 흡수성 수지 100중량부에 대하여 카르복실기를 갖는 단분자 화합물 0.1~30중량%가 혼합된 흡수성 수지 조성물로 이루어지고, KS K0339 방법으로 측정한 흡습율이 90% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방진마스크는 호흡시 발생하는 습기를 나노섬유 웹(B)에서 효과적으로 제거할 수 있어서 습기에 의한 악취발생, 세균번식, 김 서림 등의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 방진마스크는 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용자의 호흡이 용이하다.

방진마스크, 흡수성 수지, 흡습율, 나노섬유, 웹, 기재, 분진포집효율, 흡기저항.

Description

방진마스크{Dustproof mask}

본 발명은 방진마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 흡수성 수지 조성물로 이루어진 나노섬유 웹을 포함하여 호흡시 발생되는 습기를 효과적으로 제거할 수 있으며, 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 호흡시 발생되는 습기를 효과적으로 제거하는 기능과 함께 대기중에 존재하는 미세한 먼지(분진)을 효과적으로 포집하는 효율, 즉 우수한 분진포집효율이 요구되며, 착용시 호흡을 용이하게 하기 위해서 낮은 안면부 흡기저항도 요구된다.

그러나, 종래의 방진마스크는 일반적인 흡수성이 낮은 합성섬유 등으로 제조 되어 호흡시 발생되는 습기를 효과적으로 제거하는 기능이 부족하였다.

한편, 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 통상적인 합성섬유들로 구성된 직물, 편물, 부직포, 스펀본드(Spunbond) 등과 같은 단일 소재로 제조된 방진마스크나, 통상적인 합성섬유들로 구성된 직물 또는 편물 사이에 통상적인 합성섬유들로 구성된 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.

또한, 이상에서 살펴본 종래의 방진마스크는 대한민국 특허 출원번호 제 1993-0021250호 또는 일본 특허 출원번호 제1994-081882호에서 보는 바와 같이 중합체 조성물로 되어 있거나 멜트 블로운 방식에 의한 부직포 등 흡수성이 낮은 합성섬유로 제조되어 호흡시 발생되는 습기를 효과적으로 제거하지 못해 습기에 의한 악취발생, 세균번식, 김 서림 등의 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해소할 수 있도록 호흡시 발생되는 습기를 효과적으로 제거할 수 있으며, 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 방진마스크를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 방진마스크는 섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 100~700㎚인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, 상기 나노섬유는 흡수성 수지 100중량부에 대하여 카르복실기를 갖는 단분자 화합물 0.1~30중량%가 혼합된 흡수성 수지 조성물로 이루어지고, KS K0339 방법으로 측정한 흡습율이 90% 이상인 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 100~700㎚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 흡수성 수지 조성물을 구성하는 흡수성 수지는 폴리아크릴산 부분 중화물 가교체, 전분-아크릴로니트릴그라프트 중합체의 가수분해물, 전분-아크릴산그라프트 중합체의 중화물, 초산비닐아크릴산에스테르 공중합체의 중화물, 아크릴로니트릴 공중합체의 가수분해물 및 아크릴아미드 공중합체의 가수분해물로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 이다.

또한, 상기 카르복실기를 갖는 단분자 화합물은 아세틱산(Acetic Acid), 락틱산(Lactic Acid), 시트릭산(Citric Acid), 탈타릭산(Tartaric Acid), 숙시닌산(Succinic Acid), 라우릭산(Lauric Acid), 미리스틱산(Myristic Acid), 팔미틱산(Palmitic Acid), 스테아릭산(Stearic Acid), 벤해닉산(Behenic Acid), 올레익산(Oleic Acid), 리노래닉산(Linolenic Acid), 아라키딕산(Arachidic Acid), 리시놀래익산(Ricinoleic Acid), 아미노산(Amino Aicd), 벤조익산(Benzoic Acid), 피류릭산(Pyruric Acid), 퓨마릭산(Fumaric Acid), 말레익산(Malic Acid), 프로피오노닉산(Propionic Acid), 비티릭산(Bytyric Acid), 카프로익산(Caproic Acid), 옥살릭산(Oxalic Acid), 알리지닉산(Alginic Acid), 에톡시아세틱산(Ethoxyacetic Acid), 글루쿠로닉산(Glucuronic Acid), 살리실릭산(Salicylic Acid), 시나믹산(Cinamic Acid), 디옥시클로닉산(Deoxycholic Acid) 및 알로프라노익산 (Allofuranoic Axid)로 구성되는 그룹중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물 이다.

상기 흡수성 수지 조성물 내에 퓸드 실리카(Fumed Silica)인 필러가 흡수성 수지 100중량부에 대하여 0.1~10중량부 추가로 더 혼합되어 있는 것이 보다 바람직하다.

상기 기재(A) 및 나노섬유 웹(B) 각각은 1~3개층인 것이 바람직하나, 본 발명에서는 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, 폴리스티렌 수지, 폴리아크릴 수지 또는 이들 중에서 선택된 1종 이상의 수지 등으로 구성된다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유의 평균직경은 100~700㎚이며, 100㎚ 미만인 경우에는 제조가 어렵거나 안면부 흡기저항이 상승하게 되고, 700㎚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 저 하될 수 있다.

상기 기공의 평균직경은 ASTM F 316-03 방법으로 측정한다.

상기 나노섬유 웹(B)의 두께는 0.1~10㎛인 것이 바람직하다.

상기 두께가 0.1㎛ 미만이면 분진포집효율이 저하되고, 10㎛을 초과하면 안면부 흡기저항이 높아져 마스크 제조시 호흡이 곤란하게 될 수 있다.

다음으로, 상기 나노섬유 웹(B)은 평균직경이 100~700㎚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 흡수성 수지 조성물의 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 방사 용액을 공급하는 계량 펌프(2)와 다수의 노즐(3)로 구성되는 방사부, 고전압발생장치(6)에 의한 고전압발생부와 방사되어 휘산되는 나노섬유를 고착시키는 컬렉터(4)로 구성 된다. 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 12,000~20,000 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 K0339 방법으로 측정한 흡습율이 90% 이상이고, KSM 6673에 따른 안면부 여과식 방진마스크 성능 측정방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상이고, KSM 6673에 따른 안면부 여과식 방진마스크 성능 측정방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 6㎜H₂O 이하이다.

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

아크릴레이트 소듐 솔트 흡수성 수지 100중량부, 아미노에시드 1중량부 및 시나믹에시드 2중량부를 디메틸아세트아미드에 20%(w/w)의 농도로 용해시켜 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 나일론 직물의 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 500㎚인 나노섬유들이 적층되어 두께가 5㎛이고, 기공의 평균직경이 3㎛인 나노섬유 웹(B)을 상기 기재(A) 상에 적층하여 도 1과 같은 단면 구조를 갖는 방진마스크를 제조하였다.

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

실시예 2

전분 아크릴레이트 흡수성 수지(Sanwet IM-100) 100중량부 및 숙시닉에시드 2중량부를 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 20,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 위를 통과하는 폴리에스테르 편물의 기재(A) 상에 전기방사하여 평균직경이 700㎚인 나노섬유들이 적층되어 두께가 6㎛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.

실시예 3

아크릴레이트 소듐 솔트 흡수성 수지(SNF Florger 회사 Flosorb-500) 100중량부, 말레익에시드 2중량부 및 퓨마릭에시드 2중량부를 디메틸포름아미드에 20%(w/w)의 농도로 용해시켜 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 두께가 4㎛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㎚인 나노섬유들이 적층되어 두께가 4㎛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.

방진마스크의 물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
KS K0339 방법으로 측정한 흡습율 (%)	93	94	93
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

섬유 구조체인 기재(A)와 평균직경이 100~700㎚인 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(B)을 포함하고, 상기 나노섬유는 흡수성 수지 100중량부에 대하여 카르복실기를 갖는 단분자 화합물 0.1~30중량%가 혼합된 흡수성 수지 조성물로 이루어지고, KS K0339 방법으로 측정한 흡습율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 흡수성 수지는 폴리아크릴산 부분 중화물 가교체, 전분-아크릴로니트릴그라프트 중합체의 가수분해물, 전분-아크릴산그라프트 중합체의 중화물, 초산비닐아크릴산에스테르 공중합체의 중화물, 아크릴로니트릴 공중합체의 가수분해물 및 아크릴아미드 공중합체의 가수분해물로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 카르복실기를 갖는 단분자 화합물은 아세틱산(Acetic Acid), 락틱산(Lactic Acid), 시트릭산(Citric Acid), 탈타릭산(Tartaric Acid), 숙시닌산(Succinic Acid), 라우릭산(Lauric Acid), 미리스틱산(Myristic Acid), 팔미틱산(Palmitic Acid), 스테아릭산(Stearic Acid), 벤해닉산(Behenic Acid), 올레익산(Oleic Acid), 리노래닉산(Linolenic Acid), 아라키딕산(Arachidic Acid), 리시놀래익산(Ricinoleic Acid), 아미노산(Amino Aicd), 벤조익산(Benzoic Acid), 피 류릭산(Pyruric Acid), 퓨마릭산(Fumaric Acid), 말레익산(Malic Acid), 프로피오노닉산(Propionic Acid), 비티릭산(Bytyric Acid), 카프로익산(Caproic Acid), 옥살릭산(Oxalic Acid), 알리지닉산(Alginic Acid), 에톡시아세틱산(Ethoxyacetic Acid), 글루쿠로닉산(Glucuronic Acid), 살리실릭산(Salicylic Acid), 시나믹산(Cinamic Acid), 디옥시클로닉산(Deoxycholic Acid) 및 알로프라노익산 (Allofuranoic Axid)로 구성되는 그룹중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 흡수성 수지 조성물 내에 퓸드 실리카(Fumed Silica)인 필러가 흡수성 수지 100중량부에 대하여 0.1~10중량부 추가로 더 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)의 두께가 0.1~10㎛인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 섬유 구조체인 기재(A)는 부직포, 직물, 편물 및 스펀본드(Spunbond)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 섬유구조체인 기재(A) 상에 적층 되어 있 는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, 나노섬유 웹(B)은 섬유 구조체인 기재(A)들 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, KSM 6673에 따른 안면부 여과식 방진마스크 성능 측정방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 방진마스크.
제1항에 있어서, KSM 6673에 따른 안면부 여과식 방진마스크 성능 측정방법으로 측정한 안면부 흡기저항이 6㎜H₂O 이하인 것을 특징으로 하는 방진마스크.