KR20190032006A - 재생가능한 마스크 - Google Patents
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Abstract
외표면층; 외부 광촉매 필터층; 제1 내부 광촉매 필터층; 제2 내부 광촉매 필터층; 및 내표면층; 을 포함하고, 상기 외부 광촉매 필터층은 제1 다공성 기재층 및 외부 광촉매층을 포함하고, 상기 제1 내부 광촉매 필터층은 제2 다공성 기재층 및 제1 내부 광촉매층을 포함하고, 상기 제2 내부 광촉매 필터층은 제3 다공성 기재층 및 제2 내부 광촉매층을 포함하고, 상기 외부 광촉매층, 상기 제1 내부 광촉매층 및 상기 제2 내부 광촉매층은 광촉매를 포함하고, 상기 제2 다공성 기재층은 활성탄을 더 포함하고, 상기 제3 다공성 기재층의 기공의 평균 직경이 상기 제2 다공성 기재층의 기공의 평균 직경보다 작은 재생가능한 마스크를 제공한다.
Description
재생가능한 마스크에 관한 것이다.
의료용 마스크는 재사용이 불가능하며, 업무 시간에 계속 마스크를 착용하여야 하는 의료진들에게는 마스크로 인한 감염의 위험성이 높은 것이 사실이다. 종일 마스크를 사용해야 하는 경우에는 일회용 마스크를 사용하여 매일 교체해주어야 하는 것이 매우 번거롭고, 교체 없이 사용할 경우 인체에 해로운 영향을 줄 수 있으며, 교체하지 않으면 세균이나 곰팡이 번식 등에 의해 호흡기 질환을 유발할 우려가 있기 때문이다. 또한, 의료용 마스크가 일회용이므로, 병원 운영진은 마스크 구매를 위해 만만치 않은 비용을 지불하고 있는 것이 현실이다.
본 발명의 일 구현예는 탈취, 항균, 항바이러스 기능을 가지면서 효과적으로 유해물질 및 미세먼지를 차단할 수 있으면서, 재생이 가능하여 재사용이 가능한 재생가능한 마스크를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 외표면층; 외부 광촉매 필터층; 제1 내부 광촉매 필터층; 제2 내부 광촉매 필터층; 및 내표면층; 을 포함하고, 상기 외부 광촉매 필터층은 제1 다공성 기재층 및 외부 광촉매층을 포함하고, 상기 제1 내부 광촉매 필터층은 제2 다공성 기재층 및 제1 내부 광촉매층을 포함하고, 상기 제2 내부 광촉매 필터층은 제3 다공성 기재층 및 제2 내부 광촉매층을 포함하고, 상기 외부 광촉매층, 상기 제1 내부 광촉매층 및 상기 제2 내부 광촉매층은 광촉매를 포함하고, 상기 제2 다공성 기재층은 활성탄을 더 포함하고, 상기 제3 다공성 기재층의 기공의 평균 직경이 상기 제2 다공성 기재층의 기공의 평균 직경보다 작은 재생가능한 마스크를 제공한다.
상기 재생가능한 마스크는 탈취, 항균, 항바이러스 기능을 가지면서 효과적으로 유해물질 및 미세먼지를 차단할 수 있고, 특히, 가시광을 이용하여 유해물질을 분해하여 재생이 가능하여 매일 교체될 필요 없이 재사용이 가능하다. 상기 재생가능한 마스크는 기존 다량 구입해야 일회용 마스크에 비하여 비용을 절감할 수 있고, 흡착된 유해물질들이 실시간으로 분해되므로 기존 마스크 보다 더 안전하게 사용할 수 있다. 따라서, 상기 재생가능한 마스크는 업무 중에 지속적으로 마스크를 착용해야 하는 의료진들에게 매우 유용하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 재생가능한 마스크의 개략적인 단면도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 재생가능한 마스크의 개략적인 단면도이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 재생가능한 마스크에 대하여 사용 횟수에 따른 아세트알데히드 제거 성능을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 재생가능한 마스크의 개략적인 단면도이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 재생가능한 마스크에 대하여 사용 횟수에 따른 아세트알데히드 제거 성능을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 “상부 (또는 하부)” 또는 기재의 “상 (또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 외표면층; 외부 광촉매 필터층; 제1 내부 광촉매 필터층; 제2 내부 광촉매 필터층; 및 내표면층;을 포함하는 재생가능한 마스크를 제공한다.
상기 외부 광촉매 필터층은 제1 다공성 기재층 및 외부 광촉매층을 포함하고, 상기 제1 내부 광촉매 필터층은 제2 다공성 기재층 및 제1 내부 광촉매층을 포함하고, 상기 제2 내부 광촉매 필터층은 제3 다공성 기재층 및 제2 내부 광촉매층을 포함한다.
상기 외부 광촉매층, 상기 제1 내부 광촉매층 및 상기 제2 내부 광촉매층은 광촉매를 포함한다.
상기 제2 다공성 기재층은 활성탄을 더 포함하고, 상기 제3 다공성 기재층의 기공의 평균 직경이 상기 제2 다공성 기재층의 기공의 평균 직경보다 작다.
상기 재생가능한 마스크는 탈취, 항균, 항바이러스 기능을 가지면서 효과적으로 유해물질 및 미세먼지를 차단할 수 있고, 특히, 가시광을 이용하여 유해물질을 분해하여 재생이 가능하여 매일 교체될 필요 없이 재사용이 가능하다. 상기 재생가능한 마스크는 기존 다량 구입해야 일회용 마스크에 비하여 비용을 절감할 수 있고, 흡착된 유해물질들이 실시간으로 분해되므로 기존 마스크 보다 더 안전하게 사용할 수 있다. 따라서, 상기 재생가능한 마스크는 업무 중에 지속적으로 마스크를 착용해야 하는 의료진들에게 매우 유용하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 재생가능한 마스크 (100)를 나타낸 단면도이다. 상기 재생가능한 마스크 (100)는 순차적으로 적층된, 외표면층 (10); 외부 광촉매 필터층 (20); 제1 내부 광촉매 필터층 (30); 제2 내부 광촉매 필터층 (40); 및 내표면층 (50);을 포함한다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 재생가능한 마스크 (200)의 개략적인 단면도이다.
상기 재생가능한 마스크 (100, 200)는 유해물질을 효과적으로 흡착하고, 미세먼지를 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 재생가능한 마스크 (100, 200)는 광촉매를 포함하기 때문에 마스크에 포집된 다양한 유해 물질들은 광에 의해 분해되어 재생이 가능하다.
상기 재생가능한 마스크 (100, 200)는 의료용 마스크로서 적용하기에 적절하다. 예를 들어, 치과 시술 중에 발생하는 분진, 균 또는 바이러스 감염을 막기 위해 지속적으로 마스크를 착용하여야 하는 의료진들에게 필요한 마스크로서 유용하게 사용될 수 있다.
상기 광촉매는 가시광 활성 광촉매 입자를 포함할 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 가시광 영역의 빛을 흡수하여 얻은 에너지로부터 생성된 전자와 정공이 퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼을 등을 생성하고, 이들이 유해 물질을 분해 및 제거하여 공기 청정, 탈취 또는 향균 작용을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 금속 산화물 및 금속 입자를 포함할 수 있고, 상기 금속 산화물의 표면에 상기 금속 입자가 광-증착 (photo-deposition)된 형태일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 산화텅스텐을 포함할 수 있고, 산화텅스텐은 가시광에서 반응하여 광촉매 특성을 나타내는 정도가 우수하고, 가격이 저렴한 이점이 있다.
또한, 상기 금속 입자는 가시광선에 대한 광활성을 갖는 금속으로서, 예를 들어 전이 금속 또는 귀금속을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 입자는 백금을 포함할 수 있고, 이 경우 가장 높은 광촉매 성능을 나타낸다는 장점을 얻을 수 있다.
상기 금속 산화물 및 금속 입자는 각각 구형의 입자로서, '구형의 입자'란 수학적으로 완전한 구의 형상을 갖는 입자를 의미하는 것은 아니고, 투영상이 원 또는 타원과 동일 또는 유사한 형상을 나타내는 입자를 의미한다.
상기 금속 산화물 및 상기 금속 입자가 각각 구형의 입자이고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 구형의 금속 산화물 입자 표면에 구형의 금속 입자가 증착된 형상을 가질 수 있다.
상기 금속 입자의 입경 (particle diameter)은 수 나노미터(㎚)로서, 예를 들어 약 3㎚ 내지 약 5㎚일 수 있다. 상기 금속 입자의 입경은 상기 금속 산화물의 입경에 비해 매우 작으며, 상기 금속 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 상기 금속 산화물의 표면에 적절한 함량으로 광-증착되어 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자의 평균 입경 (particle diameter)은 약 1 ㎛ 이하이고, 구체적으로, 약 0.4 ㎛내지 약 1 ㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 0.6 ㎛ 내지 약 0.7 ㎛일 수 있다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 평균 입경은 입도분석기로 광촉매 4wt% 수분산액에 대한 측정으로 얻어질 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자의 입경이 상기 범위를 만족함으로써 다공성 기재층, 예를 들어, 섬유로 형성된 다공성 기재층의 표면에 대한 높은 부착성을 확보할 수 있고, 상기 다공성 기재층의 표면에 적절한 분산도를 가지면서 분산되어 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 예를 들어, 다공성 기재층이 섬유가 얽혀있는 부직포인 경우, 부직포 내의 섬유의 사이사이에 고르게 분포될 수 있다.
상기 금속 입자의 입경이 상기 금속 산화물의 입경에 비하여 배우 작은 점을 고려할 때, 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 크기, 즉 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 입경은 주로 상기 금속 산화물의 입경에 의해 결정되는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 상기 범위의 입경을 갖는 경우, 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 금속 산화물은 상기 범위에서 수 나노미터(㎚), 예를 들어 약 3㎚ 내지 약 5㎚의 오차 범위 내의 입경을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 금속 산화물의 표면에 광-증착된 금속 입자의 양이 충분할 수 있고, 우수한 촉매 활성 효율을 나타낼 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 금속 산화물 100 중량부에 대하여, 상기 금속 입자를 약 0.1 내지 약 5 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 0.5 중량부 포함할 수 있다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 금속 입자를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써, 금속 산화물 표면에 안정적으로 광-증착된 금속 입자를 함유할 수 있고, 다공성 기재층이 부직포인 경우, 상기 부직포 내에서 섬유와 단단하게 결합할 수 있다. 또한, 가격 대비 우수한 성능을 구현할 수 있다.
상기 외부 광촉매층 (20b), 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 및 상기 제2 내부 광촉매층 (40b)은, 각각, 가시광 활성 광촉매 입자를 포함함으로써, 약 400㎚ 내지 약 800㎚의 가시광 영역의 광원에 의해 촉매 활성을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 재생가능한 마스크 (100, 200)는 실내에서 별도의 광원 없이도 우수한 촉매 활성을 나타낼 수 있다.
상기 외표면층 (10), 상기 내표면층 (50), 상기 제1 다공성 기재층 (20a), 상기 제2 다공성 기재층 (30a) 및 상기 제3 다공성 기재층 (40a)은, 각각 독립적으로, 섬유를 포함하는 부직포일 수 있고, 상기 섬유는 유기 섬유 또는 무기 섬유를 포함할 수 있다.
상기 유기 섬유는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유, 폴리에스터 섬유, 폴리에틸렌(PE) 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 무기 섬유는, 예를 들어, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 탄소 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기 섬유 및 상기 무기 섬유는 그 단면의 직경이 약 0.5㎛ 내지 약 15㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5㎛ 내지 약 5㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5㎛ 내지 약 2.5㎛일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 섬유는 단면의 직경이 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛일 수 있다. 또한, 다른 일 구현예에서, 상기 섬유는 단면의 직경이 약 1㎛ 내지 약 5㎛, 예를 들어, 약 2㎛ 내지 약 4㎛인 제1 섬유와 단면의 직경이 약 10㎛ 내지 약 15㎛, 예를 들어, 약 12㎛ 내지 약 13㎛인 제2 섬유가 혼합된 형태일 수 있다.
상기 부직포가 상기 범위의 단면 직경을 갖는 유기 섬유 및/또는 무기 섬유를 포함함으로써 전술한 범위의 입자 크기를 갖는 가시광 활성 광촉매 입자의 분산성 및 부착성을 향상시킬 수 있고, 상기 광촉매 기능성 부직포가 적용된 최종 제품이 우수한 내구성을 구현할 수 있다. 또한, 상기 섬유의 굵기가 상기 범위를 만족함으로써, 상기 외부 광촉매층 (20b), 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 및 상기 제2 내부 광촉매층 (40b)을 상기 부직포 상에 균일하게 형성할 수 있다.
상기 외표면층 (10)은 도 1에 나타난 바와 같이 공기의 흡입 방향 (도 1에서 화살표 방향)을 기준으로 외부에 위치한다. 공기는 외부에서 내부로 흡입되므로, 도 1의 화살표 방향은 외부에서 내부를 향하는 방향으로 표시된다.
상기 외표면층 (10)은 전술한 바와 같이 부직포일 수 있고, 예를 들어, 소수성 부직포일 수 있고, 이러한 경우 오염 방지에 더욱 효과적이다.
상기 외표면층 (10)의 두께는 약 50 ㎛ 내지 약 80 ㎛ 일 수 있고, 상기 범위의 두께인 경우, 상기 외표면층 (10)의 안쪽으로 빛이 잘 통과할 수 있다.
상기 외부 광촉매 필터층 (20)은 상기 표면 부직포에 이어서 위치한다.
일 구현예에서, 상기 외부 광촉매 필터층 (20)은, 예를 들어, PET 성분을 포함하는 부직포를 상기 제1 다공성 기재층 (20a)으로 하고, 상기 부직포의 일면에 전술한 광촉매를 포함하는 외부 광촉매층 (20b) 형성용 광촉매 조성물을 스프레이 코팅하여 외부 광촉매층 (20b)을 형성함으로써 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 광촉매층 (20b) 형성용 광촉매 조성물은 광촉매와 바인더를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 바인더는, 물, 알코올, TiO2 졸, SiO2 졸 등을 사용할 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
상기 외부 광촉매층 (20b) 형성용 광촉매 조성물은 광촉매 약 1 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다. 상기 함량 범위인 경우 적절한 점도를 구현하여 스프레이 코팅에 의해 상기 외부 광촉매층 (20b)을 형성하기에 적합하다.
예를 들어, 상기 외부 광촉매층 (20b) 형성용 광촉매 조성물의 코팅량은 한 층 코팅시 0.5 g/m2 내지 2 g/m2 일 수 있다.
상기 제1 내부 광촉매 필터층 (30)은 상기 표면 부직포 및 상기 외부 광촉매 필터층 (20)에 이어서 위치할 수 있고, 상기 제2 다공성 기재층 (30a) 및 상기 제1 내부 광촉매층 (30b)을 포함한다. 상기 제2 다공성 기재층 (30a)의 일면 또는 양면에 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물을 코팅하여 상기 제1 내부 광촉매층 (30b)을 형성할 수 있다.
상기 제2 다공성 기재층 (30a)은 전술한 바와 같이 활성탄을 포함하고, 활성탄에 의한 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 얻을 수 있다.
상기 재생가능한 마스크 (100, 200)는 활성탄의 강력한 유해물질 흡착 능력에 가시광 촉매의 분해 능력이 동시에 발휘하여 유해물질에 대한 필터 능력과 재생 성능을 모두 우수하게 구현한다.
상기 활성탄 (activated carbon)은 미세 공극을 포함하는 다공성 탄소 물질로서 매우 높은 흡착성을 가지고 있다.
상기 활성탄을 함유하는 제2 다공성 기재에 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물을 스프레이법에 의해 분사하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물은 상기 활성탄이 함유된 다공성 기재에 적용함으로써 바인더 물질을 포함하지 않고서도 우수한 부착성을 구현함과 동시에 알코올 용매를 포함하지 않고서도 신속하게 흡수 및 건조될 수 있는 이점이 있다.
상기 제2 다공성 기재층 (30a)은 상기 활성탄 약 20 내지 약 80 중량% 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 공기 중 유해 물질 등을 충분히 흡착하면서 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물이 우수한 수준으로 부착됨과 동시에 비용을 지나치게 증가시키지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물은 광촉매 분말과 물을 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물은 광촉매 약 1 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다. 상기 제2 다공성 기재층 (30a)에 함유된 활성탄은 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물 중 물을 흡수하여 바인더 없이도 상기 제1 내부 광촉매층 (30b)이 상기 제2 다공성 기재층 (30a)에 잘 부착되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 형성용 광촉매 조성물의 코팅량은 한 층 코팅시 약 0.5 g/m2 내지 약 2 g/m2 일 수 있다.
상기 제2 다공성 기재층 (30a)에 상기 활성탄을 부착시키거나, 함침시키는 방법은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 수행될 수 있고, 예를 들어, 다공성 기재를 활성탄 함유 조성물에 침지한 후 건조시키거나, 또는 상기 다공성 기재에 활성탄 함유 조성물을 스프레이법에 의해 분사하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성탄을 함유하는 제2 다공성 기재층 (30a)이 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이트, 알루미나 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 흡착제를 더 함유할 수 있다.
상기 활성탄을 함유하는 제2 다공성 기재층 (30a)의 두께가 약 0.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다. 상기 활성탄을 함유하는 제2 다공성 기재층 (30a)은 상기 범위 내의 두께를 가짐으로써 상기 재생가능한 마스크 (100, 200)의 두께를 지나치게 증가시키지 않으면서도 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 우수한 수준으로 발휘할 수 있다.
상기 제3 다공성 기재층 (40a)의 기공의 평균 직경이 상기 제2 다공성 기재층 (30a)의 기공의 평균 직경보다 작게 하여 상기 제2 내부 광촉매 필터층 (40)에 미세한 분진을 차단하는 기능을 부여할 수 있다. 주로 분진 차단이 필요한 치과용 마스크 용도에 적합하다.
상기 제3 다공성 기재층 (40a)은 평균 직경 약 30 ㎛ 내지 약 150 ㎛ 의 기공을 포함할 수 있다. 상기 기공의 평균 직경은 Capillary Flow Porometer 설비 (예를 들어, CFP-1200AEL, Porous Materials Inc.)를 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 다공성 기재층 (40a)은 헤파필터 (HEPA, high efficiency particulate air filter) 페이퍼 (여재 또는 미디어)일 수 있다. 상기 헤파필터 페이퍼는 약 0.3㎛ 미세입자를 약 99.97% 걸러낼 수 있는 성능을 가진 필터를 의미한다. 이러한 HEPA 필터는 매우 촘촘하여 매우 미세한 입자인 미세 먼지까지 걸러내므로, 상기 재생가능한 마스크 (100, 200)의 내표면층 (50) 쪽에 위치하여 상기 제3 다공성 기재층 (40a)에 의해 불필요하게 빛이 차단되지 않도록 한다.
일 구현예에서, 상기 제3 다공성 기재층 (40a)의 외부 방향의 일면에 상기 제2 내부 광촉매층 (40b) 형성용 광촉매 조성물을 코팅하여 상기 제2 내부 광촉매층 (40b)을 형성할 수 있다. 상기 제2 내부 광촉매층 (40b)이 상기 제3 다공성 기재층 (40a)의 외부 방향의 일면에 위치하여 앞 부분의 필터층을 통과한 빛이 도달하여 유해 물질을 분해시킬 수 있어서 재생이 가능하다. 또한, 상기 광촉매는 가시광 촉매로서 빛 없이도 어느 정도의 상온 촉매 반응도 가능하기 때문에 상기 가시광 촉매의 표면에 직접 접촉하게 되는 물질들은 적은 빛 조건에서도 효과적으로 분해될 수 있다.
상기 제2 내부 광촉매층 (40b) 형성용 광촉매 조성물은 광촉매 약 1 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다.
상기 제2 내부 광촉매층 (40b) 형성용 광촉매 조성물에 관한 상세한 설명은 상기 외부 광촉매층 (20b) 형성용 광촉매 조성물에 대하여 설명한 바와 같다.
상기 외부 광촉매층 (20b), 상기 제1 내부 광촉매층 (30b) 및 상기 제2 내부 광촉매층 (40b)은, 각각 독립적으로, 광촉매 약 1 g/m2 내지 약 3 g/m2 를 포함할 수 있다. 상기 함량 범위의 광촉매가 포함되어, 우수한 탈취, 항균 및 항바이러스 기능을 발취할 수 있다.
상기 내표면층 (50)은 사람의 입에 직접 닿는 부분이기 때문에, 오염 물질이 인체에 접촉되는 것을 차단하기 위하여 외표면층 (10)에 사용하는 부직포에 비해 2배 이상 두께의 부직포를 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이고 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(
실시예
)
실시예
1
외부 광촉매 필터층 (20)은 PET 부직포 (제1 다공성 기재층, 20a)에 4wt% 가시광촉매가 분산된 수용액을 스프레이 방식으로 코팅하여 제작하였다. 코팅은 외부에서 들어오는 빛이 가시광촉매와 만날 수 있도록 바깥쪽 면에만 코팅하여 외부 광촉매층 (20b)를 형성하였다. 제1 내부 광촉매 필터층 (30)은 활성탄이 부착되어있는 부직포 (제2 다공성 기재층, 30a)에 마찬가지로 4wt% 가시광촉매 수용액을 스프레이로 코팅하였고, 이번에는 광촉매에 의한 활성탄 재생 효과를 극대화하기 위하여 양면에 코팅하여 제1 내부 광촉매층 (30b)를 형성하였다. 제2 내부 광촉매 필터층 (40)은 HEPA 필터 paper (제3 다공성 기재층, 40a)에 바깥쪽 면에만 가시광촉매 4wt% 수용액으로 스프레이 코팅하여 제2 내부 광촉매층 (40b)를 형성하였다.
이렇게 하여 준비된 다층 구조의 각 층을 20cm x 20cm의 크기로 각각 준비하여 순서대로 적층하고, 가운데 부분을 주름을 주어 여러 번 접은 후에, 가장자리 부분을 sealing기로 압력 및 온도 (순간 온도는 약 270℃)를 가하여 부착시켰다. 양 옆에 고무줄을 달아주면 재생가능한 마스크가 된다.
도 2는 상기 제조된 다층 구조의 재생가능한 마스크 (200)의 단면도이다.
비교예
1
실시예 1에서 가시광촉매 코팅 과정을 제외하고 마스크를 제작하였다. 즉, 도 2에서, 외부 광촉매층 (20b), 제1 내부 광촉매층 (30b) 및 제2 내부 광촉매층 (40b)를 제외하고 형성하였다.
평가
실험예
1
실험 방법은 가스백 반복 평가로 진행하였다. 3L 가스백으로 실험하였고, 실험 가스는 아세트알데히드 50ppm, 광원의 세기는 10000 럭스(lux)로 하였다. 팬이 달려있는 지그의 앞쪽에 5cm x 5cm로 잘라서 가장자리를 부착시킨 마스크 샘플을 팬에 의해 바람이 지나가도록 위치시키고, 지그를 가스백 내부에 넣고, 다시 밀봉 후, 내부 가스를 제거하였다. 여기에 초기 농도를 측정한 아세트알데히드 50ppm 가스 3L를 주입하고, 1시간 후 다시 농도를 측정하여, 이로부터 제거율 값을 계산하였다. 이러한 방법으로 가시광촉매가 적용된 경우인 실시예 1과 적용되지 않은 경우인 비교예 1에 대하여 반복하여 평가하였다.
도 3에 결과를 나타내었다.
실시예 1의 재생가능한 마스크는 가시광촉매 및 활성탄의 재생 효과로 인하여 10회 반복 평가하는 동안 아세트알데히드 제거 성능이 오랫동안 비슷하게 유지되는 것을 볼 수 있다. 반면에, 가시광촉매를 적용하지 않은 비교예 1의 마스크는 3회 만에 초기 제거 성능의 절반 이하로 성능이 감소한 것을 볼 수 있다. 이것으로, 활성탄이 더 이상 유해가스를 흡착하지 못하고 그 성능을 상실하였음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10: 외표면층
20: 외부 광촉매 필터층
20a: 제1 다공성 기재층
20b: 외부 광촉매층
30: 제1 내부 광촉매 필터층
30a: 제2 다공성 기재층
30b: 제1 내부 광촉매층
40: 제2 내부 광촉매 필터층
40a: 제3 다공성 기재층
40b: 제2 내부 광촉매층
50: 내표면층
100, 200: 재생가능한 마스크
20: 외부 광촉매 필터층
20a: 제1 다공성 기재층
20b: 외부 광촉매층
30: 제1 내부 광촉매 필터층
30a: 제2 다공성 기재층
30b: 제1 내부 광촉매층
40: 제2 내부 광촉매 필터층
40a: 제3 다공성 기재층
40b: 제2 내부 광촉매층
50: 내표면층
100, 200: 재생가능한 마스크
Claims (9)
- 외표면층;
외부 광촉매 필터층;
제1 내부 광촉매 필터층;
제2 내부 광촉매 필터층; 및
내표면층;
을 포함하고,
상기 외부 광촉매 필터층은 제1 다공성 기재층 및 외부 광촉매층을 포함하고,
상기 제1 내부 광촉매 필터층은 제2 다공성 기재층 및 제1 내부 광촉매층을 포함하고,
상기 제2 내부 광촉매 필터층은 제3 다공성 기재층 및 제2 내부 광촉매층을 포함하고,
상기 외부 광촉매층, 상기 제1 내부 광촉매층 및 상기 제2 내부 광촉매층은 광촉매를 포함하고,
상기 제2 다공성 기재층은 활성탄을 더 포함하고,
상기 제3 다공성 기재층의 기공의 평균 직경이 상기 제2 다공성 기재층의 기공의 평균 직경보다 작은
재생가능한 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매는 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하는
재생가능한 마스크.
- 제2항에 있어서,
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 금속 산화물 입자 및 금속 입자를 포함하는
재생가능한 마스크.
- 제3항에 있어서,
상기 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
재생가능한 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 제3 다공성 기재층은 평균 직경 30 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 기공을 포함하는
재생가능한 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 외부 광촉매층, 상기 제1 내부 광촉매층 및 상기 제2 내부 광촉매층은, 각각 독립적으로, 광촉매를 1 내지 10 wt% 포함하고,
재생가능한 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 다공성 기재층은 상기 활성탄 20 내지 80 중량% 포함하는
재생가능한 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 내부 광촉매층은 바인더를 포함하지 않는
재생가능한 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 외표면층, 상기 내표면층, 상기 제1 다공성 기재층, 상기 제2 다공성 기재층 및 상기 제3 다공성 기재층은, 각각 독립적으로, 유기 섬유 또는 무기 섬유를 포함하는 부직포인
재생가능한 마스크.
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