KR20100004482A - 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크에 관한 것으로서, 평균직경이 10~1,500㎚이며, 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물로 이루어진 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마스크는 생분해성과 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용자의 호흡을 용이하게 하므로 1회용 마스크 등으로 유용하다.

마스크, 생분해성, 나노섬유, 웹, 기재, 분진포집효율, 흡기저항.

Description

마스크{Mask}

본 발명은 마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생분해성이 뛰어난 나노섬유 웹을 포함하여 폐기시 생분해성이 뛰어나며, 방진효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 마스크에 관한 것이다.

최근 황사현상이 심해짐에 따라 미세먼지를 차단해 주는 마스크가 일반 생활용품으로 널리 사용되고 있다. 한편, 수술용 마스크와 같이 1회 사용 후 폐기처분되는 1회용 마스크도 점차 확대되고 있다.

방진용 또는 일회용 마스크에는 대기중에 존재하는 미세한 먼지(분진)이나 세균 등을 효과적으로 포집하는 효율(이하"분진포집효율"이라 약칭한다) 동시에 착용시 호흡을 용이하게 하기 위해서 낮은 안면부 흡기저항도 요구되며, 사용 후 폐기시에는 환경오염이 없도록 자연적으로 잘 분해되는 성질(이하"생분해성"이라고 한다)도 요구된다.

그러나, 통상적으로는 분진포집효율을 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 분진포집효율이 떨어지는 문제가 발생된다.

종래 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 분진포집효율 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 분진포집효율이 떨어지는 문제가 있었다.

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

관련 선행 기술에서는 미세 먼지에 대한 여과 효율을 확보하기 위하여 일본 특허 출원번호 제1998-324929호 또는 일본 특허 출원번호 제2007-515616호에서와 같이 폴리테트라플루오로에틸렌에 의한 다공막을 적용한 마스크 등이 개발되었다. 그리고 일본 특허 출원 번호 제2004-004485호에서와 같이 한번 사용하고 폐기하는 일회용 마스크의 경우 성형을 용이하게 하기 위해 폴리프로필렌 섬유 집합체 등의 열가소성 합성 수지 소재를 주재료로 사용하고 있다. 그러나 이러한 종래의 마스크 기술은 생분해성이 부족한 합성 수지들로 구성되기 때문에 매립 폐기 시 분해되지 않아서 오랜 기간 토양 오염을 유발시키고, 소각 시에는 오존층을 파괴하는 유해 가스가 배출되는 등 심각한 환경 오염을 유발하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해소할 수 있도록 생분해성과 분진포집효율이 우수함과 동시에 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용이한 마스크를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 마스크는 평균직경이 10~1,500㎚이며, 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물로 이루어진 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명은 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 마스크는 도 1에 도시된 바와 같이 평균직경이 10~1,500㎚이며 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물로 제조된 나노섬유들이 적층된 나노섬유 웹(B)만으로 구성될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 섬유 구조체인 기 재(A)와 상기의 기재(A)위에 적층된 나노섬유 웹(B)들로 구성될 수도 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 마스크의 단면모식도이다.

본 발명의 마스크는 도 2와 같이 섬유 구조체인 기재(A)를 추가로 더 포함할 수도 있다.

상기 나노섬유 웹(B)을 구성하는 나노섬유는 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물로 이루어지며, 상기 폴리비닐알코올과 전분의 혼합중량비는 90:10~10:90, 보다 바람직하기로는 90:10~50:50인 것이 좋다.

전분의 혼합중량비가 상기 범위보다 높을 경우에는 다시말해 폴리비닐알코올이 혼합중량비가 상기 범위보다 낮을 경우에는 나노섬유의 생분해성은 향상되나 전기방사 방식으로 나노섬유를 형성하기 어려운 문제가 될 수 있다.

반대로, 전분의 혼합중량비가 상기 범위보다 낮거나 폴리비닐알코올의 혼합중량비가 상기 범위보다 높은 경우에는 나노섬유의 형성성은 개선되지만 생분해성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.

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 분진포집효율이 저 하될 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 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.

도 4는 상기와 같이 제조된 나노섬유 웹(B) 표면의 전자현미경 사진이다.

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.

상기 기재(A)는 폴리비닐알코올, 전분 또는 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물로 구성되는 것이 마스크의 생분해성 개선에 바람직하다.

본 발명에 따른 마스크는 KS K 6673에 따른 안면부 여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상이고, KS K 6673에 따른 안면부 여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 마스크의 안면부 흡기저항이 10㎜H₂O 이하이다.

본 발명은 생분해성의 나노섬유 웹(B)을 포함하여 사용 후 폐기시 환경오염이 없고, 분진포집효율이 우수하면서도 안면부 흡기저항이 낮아 착용시 호흡이 용 이한 장점이 있다.

그로인해, 본 발명은 방진용 마스크나 수술용 마스크, 일회용 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

폴리비닐알코올과 전분을 80:20의 혼합중량비로 물에 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) 상에 전기방사하여 평균직경이 500㎚인 나노섬유들이 적층되어 단위면적당 무게가 3g/㎡이고, 기공의 평균직경이 3㎛인 나노섬유 웹(B)을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 나노섬유 웹(B) 2개를 적층하여 마스크를 제조하였다.

제조된 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 2

방사용액 제조시 폴리비닐알코올과 전분의 혼합중량비를 60:40으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 나노섬유 웹(B)을 제조한 후 제조된 나노섬유 웹(B) 2개를 적층하여 마스크를 제조하였다.

제조된 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

실시예 3

실시예 1에서 제조된 나노섬유 웹(B) 1개와 폴리비닐알코올 수지로 제조된 직물(기재) 1매를 적층하여 마스크를 제조하였다.

제조된 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

비교실시예 1

방사용액으로 폴리비닐알코올을 물에 20%(w/w)의 농도로 용해시켜 제조한 방사용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 나노섬유 웹(B)과 마스크를 제조하였다.

제조된 마스크의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.

마스크의 물성평가 결과

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1
KS K 6673에 따른 안면부여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율 (%)	97	95	99	97
KS K 6673에 따른 안면부여과식 마스크 성능 측정 방법으로 측정한 안면부 흡기저항 (㎜H2O)	7	6	8	7
생분해성	1.3배	1.4배	1.2배	1.0배

표 1에서 생분해성은 KS K ISO 14855-1 방법으로 실시예 1~실시예 3 및 비교실시예 1에서 제조한 마스크들이 생분해 되는데 방출되는 이산화탄소량을 각각 측정한 다음, 비교실시예 1의 마스크가 생분해되는데 방출된 이산화탄소량으로 계산된 생분해도 대비 실시예 1~실시예 3의 마스크들의 이산화탄소 방출량으로 계산한 생분해도의 비율로 나타내었다.

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 (11)

1. 평균직경이 10~1,500㎚이며, 폴리비닐알코올과 전분의 혼합물로 이루어진 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크
2. 제1항에 있어서, 나노섬유를 이루는 폴리비닐알코올과 전분의 혼합 중량비는 90:10~10:90인 것을 특징으로 하는 마스크.
3. 제1항에 있어서, 나노섬유를 이루는 폴리비닐알코올과 전분의 혼합 중량비는 90:10~50:50인 것을 특징으로 하는 마스크.
4. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹에는 평균직경이 0.5~10㎛인 기공들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크.
5. 제1항에 있어서, 나노섬유 웹의 단위면적당 중량은 0.1~5g/㎡인 것을 특징으로 하는 마스크.
6. 제1항에 있어서, KS K 6673에 따른 안면부 여과식 마스크 성능측정 방법으로 측정한 마스크의 안면부 흡기저항이 10㎜H₂O 이하인 것을 특징으로 하는 마스크.
7. 제1항에 있어서, KS K 6673에 따른 안면부 여과식 마스크 성능측정 방법으로 측정한 평균직경이 0.3~1㎛인 미세먼지의 분진포집효율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 마스크.
8. 제1항에 있어서, 섬유 구조체인 기재(A)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
9. 제8항에 있어서, 상기 기재는 부직포, 직물, 편물 및 스펀본드(Spunbond)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 마스크.
10. 제8항에 있어서, 상기 기재는 폴리비닐알코올, 전분 및 전분-폴리비닐알코올 혼합물 중에서 선택된 1종의 고분자로 구성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
11. 제8항에 있어서, 나노섬유 웹은 섬유 구조체인 기재 상에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크.

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