KR20210124733A - 마스크용 광촉매 필터 - Google Patents

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KR20210124733A
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Abstract

본 발명은 마스크용 광촉매 필터에 관한 것이다.
구성에 있어서, 150~225데니어, 40~80필라 범위에 있는 저융점폴리에스텔 필라멘트합연사를 제1경사(1)와 제1위사(2)로 선택하고, 10~50데니어 굵기를 가지는 폴리에스텔 모노필라멘트사를 제2경사(10)와 제2위사(20)로 선택하여, 제1경사(1)와 제1경사(1) 및 제1위사(2)와 제1위사(2)의 간격을 1.27~1.69mm가 되게 배치하고, 제2경사(10)와 제2위사(20)를 제1경사(1)와 제1경사(1) 사이 및 제1위사(2)와 제1위사(2) 사이에 3~15개 등 간격 배치되도록 제직한 망지(6a)를 구성하고, 상기 망지(6a) 표면에 광촉매조성물을 분사 또는 침지하는 방법으로 코팅한 뒤 광촉매조성물이 코팅된 망지를 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링 함을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명은 필터(6)의 신축성이 양호하고, 열전도율이 높아 광촉매의 화학작용을 향상시켜 항균, 소취, 정화작용을 왕성하게 하며, 코팅접착성이 높아 내구성이 증대되어 코팅효과의 지속성이 강화되고, 또 방오성을 높여주므로 미세먼지 및 초미세먼지를 비롯한 휘발성 유기화합물의 효과적인 차단 및 제거가 이루어지게 되는 등의 많은 효과가 따른다.

Description

마스크용 광촉매 필터{A phote catalysis filter for mask}
본 발명은 매우 가는 저융점 폴리에스텔 필라멘트 합연사 및 폴리에스텔 모노필라멘트사를 이용하여 통기는 원활하게 이루어지면서 미세먼지를 차단할 수 있는 미세한 메쉬공을 가진 망지를 제직하고, 상기 망지 표면에 그레핀용액, 이산화티타늄, 텅스텐옥사이드, 백금, 실리카, 실세스퀴옥산복합고분자수지, 에탄올, 물을 소정의 비율로 혼합 조성하여서 된 광촉매조성물로 코팅한 뒤 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링하거나, 또는 상기 망지 위에 폴리에스텔나노방사 한 뒤, 이 위에 또 한 장의 망지를 올려 중간에 나노방사층이 구비된 두 겹 구성의 나노방사필터를 형성한 다음, 나노방사필터의 표면 또는 표리면에 상기한 광촉매조성물을 코팅하고, 이어서 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링하여 광촉매필터를 제조함으로서, 미세먼지 및 초미세먼지의 차단은 물론 항균, 정화, 소취, 방오기능 또한 극대화시킨 마스크용 광촉매 필터에 관한 것이다.
우리나라의 경우, 지형적 특성 상 중국이나, 몽골 등의 아시아 대륙 중심부에 있는 사막이나 황토 지대로부터 황사, 또는 미세먼지가 공중에 부유하다가 편서풍을 타고 국내로 대량 유입되고 있으며, 상기 황사에는 규소, 납, 카드뮴 등의 중금속이 포함되어 있어 인체에 매우 유해하다.
또한 최근 들어, 중국의 급속한 산업화에 따라 중국 내의 수많은 공장 및 가정 등에서 발생되는 미세먼지 및 초미세먼지 등이 국내에 대량으로 유입되고 있으며, 발생빈도 및 발생농도 또한 급격히 증가하고 있고, 또 국내에서도 급속한 산업발전과 자동차의 보급으로 인해 많은 미세먼지, 초미세먼지가 발생되고 있어 국민건강이 크게 위협받고 있는 등 일상생활에도 큰 불편함을 초래하고 있다.
또, 봄에서 초여름에 이르기까지 발생하는 각종 꽃가루와 송진가루로 인한 피해도 크다.
상기한 미세먼지, 초미세먼지를 비롯해 각종 꽃가루가 호흡기를 통해 인체 내에 유입될 경우, 면역력이 급격히 저하되어 감기, 천식 및 기관지염 등의 호흡기 질환 및 장애를 일으키게 되고, 심혈관 질환 등의 심장계 질환을 발생시킬 수도 있으며, 피부질환 및 안구질환 등과 같은 각종 질병도 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 황사, 미세먼지 및 초미세먼지 등으로부터 호흡기 및 인체를 보호하기 위한 수단으로 마스크에 대한 수요가 급격히 증가하고 있는 실정이다.
잘 알려져 있는 바와 같이 마스크는 보건위생 상 미세먼지, 병균 등의 흡입 및 비산을 방지하기 위하여 코와 입을 가리기 위해 사용하는 것으로서, 1919년 스페인 감기, 즉 인플루엔자가 유행했을 때부터 현재까지 사용되고 있다.
이러한 마스크는 면이나 부직포 등의 소재로 제조되고 있으며, 비강이나 구강을 통해 찬공기를 직접 들이마시는 것을 방지하기 때문에 감기 등의 예방은 가능하나, 면직물로 제조된 경우 조직이 성긴 평면 면직물의 특성 상 면직물의 조직 간에 형성된 기공보다 작은 바이러스, 세균, 미세먼지 등과 같이 크기가 매우 작은 유해물질의 차단에는 효과적이지 못하다는 문제점이 있었다.
또 부직포로 제조된 마스크는 대부분 정전기필터가 내장된 1회용 마스크인데, 이는 사용과정에서 입김 즉, 수증기에 의해 정전기효율이 크게 떨어지게 되어 미세먼지 등의 집진효과가 크게 떨어지고 냄새발생 등 오염이 쉽게 발생하면서 심하여 오랜 시간 착용한다거나 재사용이 불가하다.
다시 말하면, 부직포소재의 1회용마스크는 내부에 정전기필터, 즉 멜트블로운(Melt-Blown) 필터가 내장되어 있으며, 이는 특성상 수분이 닿으면 정전효율이 급격히 떨어지기 때문에 착용시 사용자의 호흡과정에서 발생되는 수증기에 의해 오래가지 않아 정전기 효율이 급격히 떨어지게 되고, 또 재사용을 위해 마스크를 세척할 경우에는 필터링효과를 전혀 기대할 수 없다는 것이다.
따라서 면직물로 제조된 면 마스크는 물론 멜트블로운 필터가 내장된 부직포마스크라도 착용 중에 입김 등이 작용하게 되면 지름이 10㎛ 미만인 황사 등의 미세먼지를 차단할 수 없으며, 나아가 항균이나 소취효과 또한 전혀 기대할 수 없게 된다.
한편, 호흡기관련 바이러스로는 2002년 11월 중국 광동지역을 중심으로 발원하여 수개월 만에 전 세계로 전염된 사스(중증 급성 호흡기 증후군)와, 사우디아라비아를 비롯한 중동지역에서 발생하여 전 세계적으로 번진 메르스(중동 호흡기 증후군), 그리고 2019년 12월 중국 우한에서 처음 발생하여 중국 전역과 전 세계로 확산되어 현재까지도 무서운 속도로 전염 확산되고 있는 새로운 유형의 코로나바이러스(SARS-CoV-2)에 의한 호흡기 감염질환인 "코로나바이러스감염증 19(코로나 19)"가 있으며, 상기 코로나 19는 감염자의 비말(침방울)이 호흡기나 눈·코·입의 점막으로 침투될 때 전염되는 것으로 알려지고 있고, 감염되고 난 뒤 약 2~14일(추정)의 잠복기를 거친 뒤 발열(37.5도) 및 기침이나 호흡곤란 등 호흡기 증상, 폐렴이 주 증상(무증상 감염 사례도 드물게 나오고 있음)으로 나타나는 무서운 전염병이다.
이에 따라 각종산업 현장을 비롯해 일반 가정과 전 국민에 이르기까지 황사나 미세먼지, 코로나19 감염병을 예방하고 차단하기 위해 마스크의 수요가 기하급수적으로 급증하고 있으며, 근자에는 마스크의 공급이 수요에 크게 못 미쳐 국민대다수가 불안감에 시달리고 있는 실정이다.
특히 최근 국내의 겨울철 또는 봄철에 황사 또는 미세먼지로부터 인체의 호흡기를 보호할 마스크가 절실하게 요구됨에도 불구하고, 기존의 마스크로는 중금속으로 오염된 초미세입자의 황사 또는 미세먼지를 차단하는 효과는 사실상 미미하다고 하여도 과언은 아니며, 이마저도 전 세계적으로 전염되고 있는 코로나19 감염을 예방하기 위해 전 국민이 마스크를 사용해야 하는 지금의 시점에서는 마스크의 부족현상은 말로 다할 수 없을 정도이다.
특허문헌 0001 : 대한민국 공개특허 제10-2018-0033760
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 특히, 매우 가는 저융점 폴리에스텔 필라멘트 합연사 및 폴리에스텔 모노필라멘트사를 이용하여 미세먼지 차단이 가능한 크기의 미세한 메쉬공을 가진 망지를 제직하고, 상기 망지 표면에 그레핀용액, 이산화티타늄, 텅스텐옥사이드, 백금, 실리카, 실세스퀴옥산복합고분자수지, 에탄올, 물을 일정비율로 혼합 조성하여서 된 광촉매조성물을 코팅한 뒤 170℃~180℃에서 열처리하거나 텐터링하여 항균, 소취, 방오 기능과 함께 꽃가루를 비롯한 미세먼지 및 초미세먼지를 차단할 수 있고, 또 물세척이 용이한 마스크용 광촉매필터를 제공하려는데 그 목적이 있다.
또, 상기 제직된 망지 위에 폴리에스텔나노방사 뒤 이 위에 또 한 장의 망지를 올려 두 겹 구성의 나노방사필터를 형성한 다음, 상기 나노방사필터의 표면 또는 표리면에 상기한 광촉매조성물을 코팅한 뒤 170℃~180℃에서 열처리하거나 텐터링함으로서, 미세먼지 및 초미세먼지 차단효과와 항균, 정화, 소취, 오염방지효과를 극대화시킬 수 있으며, 물세척이 가능하여 오래도록 반복 사용할 수 있는 마스크용 광촉매 필터를 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명의 마스크용 광촉매필터(6)는, 150~225데니어, 40~80필라 범위에 있는 저융점 폴리에스텔 필라멘트합연사를 제1경사(1)와 제1위사(2)로 선택하고, 10~50데니어 굵기를 가지는 폴리에스텔 모노필라멘트사를 제2경사(10)와 제2위사(20)로 선택하여, 제1경사(1)와 제1경사(1) 및 제1위사(2)와 제1위사(2)의 간격을 1.27~1.69mm가 되게 배치하고, 제2경사(10)와 제2위사(20)를 제1경사(1)와 제1경사(1) 사이 및 제1위사(2)와 제1위사(2) 사이에 10~25개 등 간격 배치되도록 제직한 망지(6a)를 구성하고, 상기 망지(6a) 표면에 광촉매조성물을 분사 또는 침지하는 방법으로 코팅한 뒤 광촉매조성물이 코팅된 망지를 170℃~180℃에서 열처리 하거나 텐터링 함을 특징으로 한다.
상기 망지(6a) 위에 폴리에스텔나노방사하여 나노방사층(7)을 형성하고, 이 위에 또 다른 망지(6b)를 적층시켜 두 겹의 망지(6a)(6b) 사이에 나노방사층(7)이 구비된 나노방사필터(6')를 구성한 뒤, 상기 나노방사필터(6') 표면 또는 표리면에 광촉매조성물을 분사, 또는 침지하는 방법으로 광촉매코팅한 다음 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링 함을 특징으로 한다.
상기 광촉매조성물은 그레핀용액 0.1~2중량%, 이산화티타늄 0.1~8중량%, 텅스텐옥사이드 0.1~8중량%, 백금 0.01~1 중량%, 실리카 5~25중량%, 실세스퀴옥산복합고분자 수지 10~25중량%, 에탄올 10~45중량%, 물3~15중량%로 이루어진 것임을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명은 미세먼지를 차단할 수 있는 크기의 메쉬공(3)이 형성되도록 직조된 망지(6a) 표면에 그레핀용액, 이산화티타늄, 텅스텐옥사이드, 백금, 실리카, 실세스퀴옥산복합고분자수지, 에탄올, 물을 조합하여 조성된 광촉매조성물을 코팅한 후 열처리 또는 텐터링하거나, 또는 망지(6a) 위에 폴리에스텔나노방사 후, 이 위에 또 다른 망지(6b)를 적층시킨 상태에서 광촉매조성물을 스프레이 또는 침지방법으로 코팅한 다음 열처리 또는 텐터링함으로서, 광촉매 필터(6)의 신축성이 양호하고, 열전도율이 높아 광촉매의 화학작용을 향상시켜 항균, 소취, 정화작용을 왕성하게 하며, 코팅접착성이 높아 내구성이 증대되어 코팅효과의 지속성이 강화되고, 또 방오성을 높여주므로 미세먼지 및 초미세먼지를 비롯한 휘발성 유기화합물의 효과적인 차단 및 제거가 이루어지게 되는 등의 많은 효과가 따른다.
도1은 본 발명의 일 실시예로서 마스크용 광촉매필터를 구성하기 위한 망지의 조직구성도.
도2는 본 발명의 일 실시예로서 광촉매가 코팅된 마스크용 광촉매필터의 예시도.
도3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로 두 겹의 망지 사이에 폴리에스터나노방사하고 표리면에 광촉매조성물을 코팅하여서 된 광촉매필터의 예시도.
본 발명은 황사, 꽃가루, 미세먼지를 비롯해 초미세먼지를 차단하고, 항균, 소취효과 또한 뛰어난 마스크용 광촉매 필터로서 이를 첨부도면 도1~도3에 의거 보다 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 도1~도2는 본 발명의 일 실시예로서, 도1은 광촉매필터를 구성하기 위한 망지의 조직구성도이고, 도2는 망지에 광촉매조성물을 코팅한 상태를 나타낸 광촉매필터의 예시도이다.
도1과 도2에서 보는 바와 같이 본 발명의 마스크용 광촉매 필터(6)는, 150~225데니어, 40~80필라 범위에 있는 저융점 폴리에스텔 필라멘트합연사를 제1경사(1)와 제1위사(2)로 선택하고, 10~50데니어의 폴리에스텔 모노필라멘트사를 제2경사(10)와 제2위사(20)로 선택하여, 제1경사(1)와 제1경사(1) 및 제1위사(2)와 제1위사(2)의 간격을 1.27~1.69mm가 되게 배치하고, 제2경사(10)와 제2위사(20)를 제1경사(1)와 제1경사(1) 사이 및 제1위사(2)와 제1위사(2) 사이에 10~25개 범위에서 등 간격 배치하여서 된 망지(6a)를 제직한 뒤, 상기 망지(6a)에 광촉매 조성물을 스프레이하거나 또는 광촉매조성물에 망지(6a)를 침지시킨 다음 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링하여 구성한 것이다.
또 본 발명에 있어서의 상기 광촉매 조성물은, 그레핀용액 0.1~2중량%, 이산화티타늄 0.1~8중량%, 텅스텐옥사이드 0.1~8중량%, 백금 0.01~1 중량%, 실리카 5~25중량%, 실세스퀴옥산복합고분자 수지 10~25중량%, 에탄올 10~45중량%, 물3~15중량%로 조성된다.
본 발명의 광촉매 조성물 중 그레핀용액은 황산을 가열한 것에 과황화칼륨과 오산화인을 투입시켜 완전히 용융될 때까지 교반한 뒤 냉각시키고, 여기에 흑연을 넣고 반응시킨 후 증류수로 희석하여, 희석된 용액에서 흑연를 걸러낸 뒤 추출하여 그레핀을 넣고 다시 교반한 다음 증류수로 희석하여 PH 5~7로 만든 것이다.
상기한 광촉매조성물을 망지(6a)에 스프레이하거나 광촉매조성물에 망지(6a)를 침지시켜 코팅한 다음 170℃~180℃로 텐터링 하면 광촉매필터가 완성되며, 상기 광촉매필터를 마스크에 적용 가능한 크기로 재단하여 사용하면 되는데, 상기 광촉매필터는 열처리 또는 텐터링함으로서 망지(6a)를 구성하는 제1위경사 및 제2 위경사가 견고하게 고정되게 되어, 외부로부터 충격이 가해지거나 또는 세탁과정에서 구김이 발생하더라도 깨지거나 변형되지 않아 안정적인 조직구성을 유지할 수 있게 되며, 따라서 오래도록 재사용하더라도 필터링성능이 떨어지지 않게 되는 것이다.
본 발명의 다른 실시예인 도3은 망지(6a) 위에 폴리에스텔나노방사하여 나노방사층(7)을 형성하고, 이 위에 다른 망지(6b)를 중첩시켜 나노방사필터(6')를 구성한 뒤, 상기 나노방사필터(6') 표면 또는 표리면에 상기한 광촉매조성물을 스프레이 코팅하거나 광촉매조성물에 나노방사필터(6')를 침지시켜 코팅한 다음 170℃~180℃로 텐터링한 것이다.
즉, 본 발명의 마스크용 광촉매 필터(6)는 먼저 위사와 경사로 이루어진 망지(6a)와 망지(6b) 사이에 나노방사층(7)을 형성하여 나노방사필터(6')를 구성한 뒤, 상기 나노방사필터(6') 표면, 또는 표리면에 광촉매 조성물을 도포한 다음 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링한 것으로 1차적으로 망지(6a)(6b)에 의해 미세먼지 등을 필터링하고, 2차적으로 나노방사층(7)에 의해 황사, 꽃가루, 미세먼지는 물론 초미세먼지까지도 차단할 수 있어 미세먼지나 초미세먼지의 차단성능이 매우 뛰어나며, 3차적으로 광촉매의 반응에 의해 일상적인 생활환경에서 발생하는 휘발성유기화합물(VOCs)를 비롯한 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 포름알데히드(formaldehyde), 암모니아(ammonia), TMA(trimethylamine) 등의 악취물질의 제거 및 효과적인 차단은 물론 각종 세균과 바이러스 등의 제거 또는 차단능력도 매우 뛰어나게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 마스크용 광촉매필터는 마스크 제조시 마스크와 일체형으로 매립 구성하여도 되지만, 면마스크 등에 부착 또는 매립시켜 사용할 수 있는 1회용 필터로도 사용할 수 있으며, 저융점 폴리에스넬 필라멘트합연사 및 폴리에스텔 모노필라멘트사를 위사와 경사로 이용하여 망지를 직조하는데다가, 그리고 나노방사층(7) 및 광촉매조성물이 구비된 상태에서 열처리하거나 텐터링하여 세팅함으로서 제조된 광촉매필터를 세탁하거나 충격을 가하더라도 변형이 없어 오래도록 반복 사용할 수 있는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 그 권리범위가 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니라 할 것이며, 따라서 나노방사 및 광촉매조성물로 코팅된 광촉매필터를 마스크 생산단계에서 마스크와 일체형으로 접합구성하거나, 또는 1회용 필터를 마스크 내피면에 부착시켜 사용할 수 있도록 한 구성 등은 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연하다 할 것이며, 이 외에도 발명의 목적과 사상의 범위 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있는 것이다.
1 : 제1경사 2 : 제1위사
3 : 메쉬구멍 6 : 광촉매필터
6 : 나노방사필터 6a : 망지
6b : 망지 7 : 나노방사층
10 : 제2경사 20 : 제2위사

Claims (3)

150~225데니어, 40~80필라 범위에 있는 저융점폴리에스텔 필라멘트합연사를 제1경사(1)와 제1위사(2)로 선택하고, 10~50데니어 굵기를 가지는 폴리에스텔 모노필라멘트사를 제2경사(10)와 제2위사(20)로 선택하여, 제1경사(1)와 제1경사(1) 및 제1위사(2)와 제1위사(2)의 간격을 1.27~1.69mm가 되게 배치하고, 제2경사(10)와 제2위사(20)를 제1경사(1)와 제1경사(1) 사이 및 제1위사(2)와 제1위사(2) 사이에 3~15개 등 간격 배치되도록 제직한 망지(6a)를 구성하고, 상기 망지(6a) 표면에 광촉매조성물을 분사 또는 침지하는 방법으로 코팅한 뒤 광촉매조성물이 코팅된 망지를 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링 함을 특징으로 하는 마스크용 광촉매 필터.
제1항에 있어서,
망지(6a) 위에 폴리에스텔나노방사하여 나노방사층(7)을 형성하고, 이 위에 또 다른 망지(6b)를 적층시켜 두 겹의 망지(6a)(6b) 사이에 나노방사층(7)이 구비된 나노방사필터(6')를 구성한 뒤, 상기 나노방사필터(6') 표면 또는 표리면에 광촉매조성물을 스프레이, 또는 침지하는 방법으로 코팅한 다음 170℃~180℃에서 열처리 또는 텐터링 함을 특징으로 하는 마스크용 광촉매필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광촉매조성물은 그레핀용액 0.1~2중량%, 이산화티타늄 0.1~8중량%, 텅스텐옥사이드 0.1~8중량%, 백금 0.01~1 중량%, 실리카 5~25중량%, 실세스퀴옥산복합고분자 수지 10~25중량%, 에탄올 10~45중량%, 물3~15중량%로 조성된 것임을 특징으로 하는 마스크용 광촉매 필터.
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