KR20210144986A - 투시가능한 위생 마스크 - Google Patents

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성영빈
서원열
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(주)우리엠엔에스
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Abstract

본 발명은 투시가능한 위생 마스크에 관한 것으로, 특히 제1망체(1)와, 상기 제1망체(1)의 일면에 전기방사로 적층하여 형성한 나노섬유 필터(2)와, 상기 나노섬유 필터(2)가 사이에 배치되도록 상기 제1망체(1)에 대향하게 배치되어 상기 제1망체(1)와 상기 나노섬유 필터(2)에 일체로 결합된 제2망체(3)를 가진 마스크 본체(10)를 포함하고, 상기 마스크 본체(10)는, 발수성을 가지고 상기 나노섬유 필터(2)의 나노섬유의 강도를 증가시키도록 상기 마스크 본체(10)에 발수제가 처리되고, 상기 나노섬유 필터(2)는 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 합성수지를 전기방사하여 100~600nm의 직경을 가진 나노섬유로 이루어진 것이다. 이러한 투시가능한 위생 마스크는 ASHRAE 52.1(중량법) 시험법으로 85.0% 이상의 포집효율을 가지고, ASTM D737-96법으로 500 cfm 이상의 통기도를 가지며, KS K 0819법으로 60.0% 이상의 차광율을 가진다.

Description

투시가능한 위생 마스크{A see-through sanitary mask}
본 발명은 위생 마스크에 관한 것으로, 특히 미세먼지나 호흡기 질환의 원인이 되고 있는 비말전파를 차단할 수 있으면서 마스크로 가려진 안면 부분을 외부에서 투시가능한(see-through) 위생 마스크에 관한 것이다.
오늘날 산업 활동과 자연의 미세먼지, 미세한 꽃가루가 호흡을 통해 흡입되어 건강을 위협하는 일이 일상사가 되어 이를 막기 위한 방역용, 황사용, 현장 작업용, 덴탈용, 보온용 등의 위생 마스크가 보급되어 사용되고 있다. 최근에는 호흡기를 통하여 전파되는 신종 바이러스가 창궐하여 이의 전파를 막기 위한 고성능 고효율 필터 마스크가 개발되어 보급되고 있다. (특허문헌 1 참조)
이와 같이 고성능 고효율 필터 마스크는 고성능 필터가 내부에 장착되어 공기에 포함된 불순물을 걸러주는 역할을 하지만, 필터가 장착되면 차압이 걸려 노약자는 물론이고 정상인의 착용자에게도 호흡에 지장을 초래한다.
한편, 마스크를 사용하지 않는 문화를 가진 국가에서는 마스크가 얼굴을 가리기 위한 수단으로 악용되어 감시카메라를 피할 목적으로 사용한다는 인식을 가진 경우가 많다. 특히 대화나 화상 통화할때 언어와 함께 입모양 얼굴표정이 소통의 한 부분으로 사용되는데 마스크를 착용할 경우 이를 방해하게 되므로 마스크 착용을 기피하게 된다.
또, IT기술의 발전으로 어떤 종류의 휴대폰이나 노트북, 컴퓨터는 얼굴인식을 통한 로그인 기능이 부가되어 편리한 활용이 가능한데 기존 투시가 불가능한 마스크 착용은 이를 활용할 수 없게 된다.
특히 판매 종사원, 식당 종사원 등 서비스업에 종사하는 사람들은 마스크 착용을 하게 되면 고객의 거부감을 일으키는 경우가 많아 마스크 착용을 꺼리게 된다.
뿐만 아니라, 기온이 상승할 경우 마스크 착용은 원활한 호흡을 방해하고 체온을 올리게 되어 마스크 사용을 기피하는 또 다른 요인이 된다.
이와 같이 공기중의 바이러스와 미세먼지를 차단하기 위한 마스크 착용은 체온을 올리고, 소통을 방해하고, 얼굴을 가리기 위한 도구로 악용될 소지가 있으며, IT기기 활용을 방해하고, 호흡에 장애를 일으키는 단점을 갖는다.
KR 10-2019-0017838A
이에 본 발명은 상기 종래의 위생 마스크 착용에 따른 단점을 해소하기 위해 물은 투과되지 않고, PM2.5 (particle matter=입자상 물질의 입자경이 2.5 ㎛ 이하를 지칭함)정도의 미세먼지 차단성을 가지며, 통기성이 우수하여 마스크 착용자가 숨을 내쉴 때 착용자의 날숨을 즉시 외부로 배출하며, 특히 마스크를 착용한 상태에서도 표정이나 입술모양을 인지할 수 있는 투시성을 갖는 위생 마스크를 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 세척이 가능하여 반복 사용할 수 있는 마스크를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
위생 마스크로서,
나일론, 폴리에스테르, 면 또는 실크로 성형된 제1망체와,
상기 제1망체의 일면에 적층되게 전기방사로 형성된 나노섬유 필터와,
나일론, 폴리에스테르, 면 또는 실크로 성형되고, 상기 나노섬유 필터가 사이에 배치되도록 상기 제1망체에 대향하게 배치되어 상기 제1망체와 상기 나노섬유 필터에 일체로 결합된 제2망체를 가진 마스크 본체를 포함하고,
상기 마스크 본체는, 발수성을 가지고 상기 나노섬유 필터의 나노섬유의 강도를 증가시키도록 상기 마스크 본체에 전체적으로 발수제가 처리되고,
상기 제1망체와 상기 제2망체는, 나일론, 폴리에스테르, 면, 또는 실크로 형성되며,
상기 나노섬유 필터는 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 합성수지를 전기방사하여 100~600nm의 직경을 가진 나노섬유로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 위생 마스크의 나노 섬유층은 ASHRAE 52.1(중량법) 시험법으로 85.0% 이상의 포집효율을 가지고, ASTM D737-96법으로 500 cfm 이상의 통기도를 가지며, KS K 0819법으로 60.0% 이상의 차광율을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 위생 마스크 제조방법은,
나이론, 폴리에스테르, 면, 또는 실크 재질로 메쉬 구조의 제1망체와 제2망체를 제조하는 단계;
나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 합성수지의 용액을 상기 제1망체 위에 직접 전기방사하여 나노 섬유층을 형성하는 단계;
상기 나노섬유 필터 위에 5 내지 20%의 이산화티타늄 용액을 스프레이하여 나노섬유 필터의 나노섬유 표면에 이산화티타늄을 코팅하는 단계;
상기 나노섬유 필터가 형성된 상기 제1망체에 상기 제2망체를 가열 압착하여 접합하거나 또는 접착제로 접착하여 일체화된 마스크 본체 원단을 제조하는 단계;
상기 마스크 본체 원단을 불소계, 실리콘계, 또는 아크릴 계의 발수제에 디핑(dipping)하여 상기 마스크 본체 원단을 발수 처리하는 단계;
상기 발수 처리된 마스크 본체 원단을 재단하여 원하는 형상과 크기의 마스크 본체를 제작하는 단계;
상기 재단된 마스크 본체가 입 주위의 부분을 감쌀 수 있는 공간을 구비하도록 상기 마스크 본체를 상하방향으로 다단으로 단이 지는 입체형 구조, 외측으로 볼록한 반구형으로 성형하는 입체화 성형 단계; 및
상기 입체화 성형 단계를 거친 마스크 본체의 측편 가자장리에 각각 귀걸이를 부착하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 위생 마스크 제조방법은 상기 입체화 성형된 마스크 본체에, 콧 등의 형상대로 변형될 수 있는 와이어를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 마스크에 의하면, 물은 투과시키지 않고, PM2.5 정도의 미세먼지를 차단할 수 있으며, 통기성이 우수하여 숨을 내쉴 때 즉시 내쉬는 숨을 외부로 배출할 수 있으며, 특히 투시성을 갖추고 있으므로, 마스크를 착용한 상태에서도 마스크 착용자의 표정이나 입술모양을 대화자가 눈으로 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 위생 마스크는 발수제가 코팅되어 있어 세척이 가능하여 반복 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 마스크 본체를 구성하는 요소들을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 2는 2장의 좌,우측 마스크 조각을 맞대어 열융착하여 만든 본 발명의 마스크 본체의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 마스크 본체를 2단으로 입체화한 예의 정면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 투시가능한 위생 마스크는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1망체(1)와, 상기 제1망체(1)의 일면에 적층되게 구비된 나노섬유 필터(2)와, 상기 나노섬유 필터(2)가 사이에 배치되도록 상기 제1망체(1)에 대향하게 배치되어 상기 제1망체(1)와 상기 나노섬유 필터(2)에 일체로 결합된 제2망체(3)를 가진 마스크 본체(10)를 포함한다.
상기 마스크 본체(10)는, 발수제에 딥핑하여 표면에 발수 처리된다. 이에 따라 마스크 본체(10)는 발수성을 가지고, 발수제에 의해 상기 나노섬유 필터의 나노섬유의 강도가 증가된다. 이러한 마스크 본체(10)는 세척후에도 재사용 가능하다.
상기 나노섬유 필터(2)는 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 또는 하나 이상의 합성수지를 전기방사하여 얻은 나노섬유로 구성된다. 상기 나노섬유는 바람직하게는 100~600nm의 직경을 가진다.
그리고, 상기 나노섬유 필터(2)에는, 이산화티타늄의 입자가 코팅될 수 있다. 이산화티타늄의 입자가 코팅된 마스크 본체에 햇빛이 조사되면, 이산화티타늄이 광촉매로 활성화되어 마스크 본체에 흡착된 유기물을 분해함으로써 소독 내지 살균의 효과가 있다.
본 발명의 마스크 본체에서는, 코를 덮어주는 부분이 콧 등의 형상대로 변형되어 고정될 수 있도록 마스크 본체 상단에 와이어가 별도의 망체로써 부착될 수 있다.
본 발명의 마스크 본체는 입 주위의 부분을 감쌀 수 있는 공간을 구비하도록 상하방향으로 다단으로 단이 지는 입체형 구조로 성형하거나, 외측으로 볼록한 반구형으로 성형할 수 있다.
상기 마스크 본체의 측편 가자장리에 각각 귀걸이(4)가 결합된다.
이렇게 제작된 마스크 본체는 ASHRAE 52.1(중량법) 시험법으로 85.0% 이상의 포집효율을 가지고, ASTM D737-96법으로 500 cfm 이상의 통기도를 가지며, KS K 0819법으로 60.0% 이상의 차광율을 가진다.
상기한 본 발명의 투시가능한 위생 마스크의 제조방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
가. 제1망체(1)와 제2망체(3)의 제조 단계
나일론, 폴리에스테르 등의 합성수지 또는 면, 실크 등의 천연재료로 메쉬(mesh)형태로 제작한다.
제작한 제1망체(1)와 제2망체(3)를 각각 롤에 권취한다.
나. 제1망체위에 나노섬유 필터를 형성하는 단계
롤에 권취된 제1망체(1)를 풀어내면서 제1망체(1) 위에 직접 나노섬유를 전기방사하여 나노섬유 필터(2)를 형성한다.
상기 나노섬유의 재료는, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 또는 하나 이상의 합성수지가 사용된다.
상기 나노섬유 재료를 용제에 녹인 용액을 전기방사하여 만들어지는 나노섬유를 상기 제1망체(1)위에 직접 적층하여 나노섬유 필터(2)를 형성한다. 이 때, 나노섬유는 바람직하게는 100~600nm의 직경을 가진다.
다. 나노섬유 필터에 이산화티타늄을 코팅하는 단계;
상기 제1망체 위에 적층된 나노섬유 필터 위에 5 내지 20%의 이산화티타늄 용액을 스프레이하여 나노섬유 필터의 나노섬유 표면에 이산화티타늄을 코팅한다.
라. 상기 나노섬유 필터(2) 위에 제2망체(3)를 접합하여 마스크 본체 원단을 제작하는 단계:
상기 제1망체(1)에 적층된 나노섬유 필터(2) 위에 상기 제2망체(3)를 가열 압착하여 접합하거나 또는 접착제로 접착하여 일체화된 마스크 본체 원단(10A)을 제작한다.
제2망체(3)를 나노섬유 필터(2) 위에 접합하는 방법은, 핫멜트 등의 접착제를 도포하여 접착하거나, 가열한 롤러로 제2망체(3)를 나노섬유 필터(2)에 압착하여 접착할 수 있으며, 초음파 또는 열을 가한 엠보싱 롤로 압착하여 접합할 수 있다.
150℃로 가열한 롤러로 압착하여 제2망체(3)를 접합하는 경우, 나노섬유 재질로서는 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르설폰, 폴리비닐알콜, 폴리이미드, 폴리아라미드가 바람직하며, 접착제로 접착하는 경우 제한없이 사용가능하다.
마. 상기 마스크 본체에 발수제를 처리하는 단계:
상기 마스크 본체 원단(10A)에 발수제를 처리한다. 상기 발수제로서는 불소계, 실리콘계, 또는 아크릴 계의 발수제를 사용할 수 있다. 그리고 마스크 본체 원단을 발수제에 디핑(dipping)하여 발수 처리하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 발수제 처리는 나노섬유 강도를 상승시켜 마스크 본체를 세척가능하도록 하며, 방수성을 제공하여 마스크 착용자의 침의 비산을 막아준다.
바. 마스크 본체의 제작 및 입체화 단계
발수 처리된 마스크 본체 원단(10A)을 원하는 형상과 크기로 재단하여 마스크 본체(10)를 제작한다.
재단된 마스크 본체(10)가 입 주위의 부분을 감쌀 수 있는 공간을 구비하도록 마스크 본체(10)를 입체화한다. 입체화는 상하방향으로 다단으로 단(7)이 지는 입체형 구조(도 3), 외측으로 볼록한 반구형으로 성형하는 입체화할 수 있다.
이 경우 상하로는 코로부터 턱밑까지 밀착하고 측면으로는 양볼에 밀착하는 구조를 갖는 어떤 형태로 제작할 수 있다.
사. 마무리 단계
코를 잡아주는 와이어(5)를 삽입하여 제3망체(6)를 부착하고 귀걸이(4) 또는 끈을 부착하는 마무리단계이다. 여기서 와이어의 삽입은 선택적이다. 여기서 제3망체는 피부에 닿는 부분으로 촉감과 밀착성 등을 고려하여 나일론이나 폴리에스테르 등의 합성수지 원단이나 실크 등의 천연 원단을 선택적으로 사용할 수 있다.
'바' 단계에서 '사' 단계는 자동화된 일련의 공정으로 처리할 수 있다. 예컨대 롤에 감겨있는 마스크 본체(10)와 롤에 감겨있는 제3망체를 언와인더에 걸어서 공정에 삽입하면서 두 롤의 사이에 와이어를 적정 위치에 배치되게 하여 열 또는 초음파로 주변을 융착하고 회전 칼날이 각인된 롤을 지나면서 적정 형태로 재단하면서 테두리를 열 또는 초음파로 융착하고 귀걸이(4) 또는 끈을 좌우 정해진 위치에 융착하여 일체로 마무리한다.
폴리비닐리덴플로라이드 나노섬유 나노섬유 필터 제조
폴리에스테르 재질의 4각의 백색 제1망체를 전기방사공정에 투입하면서 DMAc 용제에 폴리비닐리덴플로라이드를 녹인 20% 용액을 노즐로 공급하여 70kV의 고전압을 인가하여 평균직경 200nm의 나노섬유 필터를 형성하였다. 이때 노즐과 컬렉터간의 간격은 10cm로 하였다.
이후 검정색의 육각 폴리에스테르 제2망체를 핫멜트로 접착하여 일체화하였고, 불소계 발수제에 디핑 건조하여 나노섬유 필터를 제조하였다.
폴리에테르설폰 나노섬유 필터를 가진 마스크 본체의 제조
실시예 1의 제1망체(1)와 제2망체(3)는 열접착형 폴리에스테르 재질로 사용하고, 나노섬유 필터(2)를 폴리에테르설폰으로 형성하여 170℃로 가열한 롤러로 압착하여 일체화하여 마스크 본체(10)를 제작하였고, 이 마스크 본체(10)를 불소계 발수제에 디핑 건조하여 마스크 본체(3)를 완성하였다.
폴리비닐알콜로 나노섬유 필터의 제조
검정색 육각 폴리에스테르로 제작된 제1망체(3) 위에 물에 녹인 폴리비닐알콜 및 소정의 가교제를 함께 녹인 23% 수용액을 고전압이 인가된 노즐을 통해 전기방사하여 나노섬유 필터(2)를 형성하였다. 이후 핫멜트 접착제로 백색 폴리에스테르의 제2망체(3)와 결합하여 마스크 본체(10)를 제작하였고, 이 마스크 본체(10)를 아크릴계 발수제에 디핑 건조하여 마스크 본체(10)를 완성하였다.
실시예 2의 나노섬유 필터의 성능 평가
나노섬유 평균직경은 전자현미경으로 평가한 결과 평균 200nm였으며, 포집효율은 ASHRAE 52.1 시험법으로 90.1%이고, 통기도는 ASTM D737-96법으로 518cfm이며, 차광율은 KS K 0819법으로 63.4%를 가진 것으로 평가되었다.
또한 나노섬유 필터에 물을 부었을 때 스며들지 않음을 육안으로 확인할 수 있었다. 이것은 마스크 착용자의 침이 마스크 밖으로 튀어나가는 것을 막을 수 있다는 것을 의미한다.
실시예 2의 세척성 평가
수압시험법을 사용하여 실시예 2의 나노섬유 필터의 세척성을 측정하였 수도물의 샤워기로 8~10cm 거리에서 20초간 분사하여 건조한 다음 통기도 측정 변화를 통해 세척성 평가를 하였다. 발수처리 되지 않은 나노섬유 필터의 통기도는 500cfm 이었으며 이 상태에서 수압시험후 통기도는 700cfm 으로 나타나 나노섬유 필터가 손상을 입었음을 알 수 있었고, 발수처리된 나노섬유 필터는 수압시험전 520cfm 이었고 수압시험후 515cfm 으로 유의미한 변화가 없었다. 따라서 발수제 처리가 나노섬유 필터의 손상을 막아줌을 알 수 있었다.
2단 구조의 입체화 마스크 본체의 제작
실시예 2의 나노섬유 필터와 제3망체로 나일론 재질의 메쉬를 선택하여 마스크로 완성하였다.
1: 제1망체 2: 나노섬유 필터
3: 제2망체 4: 귀걸이
5: 와이어 6: 제3망체
7: 단
10A: 마스크 본체 원단 10: 마스크 본체

Claims (6)

  1. 위생 마스크로서,
    나일론 또는 폴리에스테르로 성형된 제1망체(1)와,
    상기 제1망체(1)의 일면에 전기방사로 적층하여 형성한 나노섬유 필터(2)와,
    나일론 또는 폴리에스테로 성형되고, 상기 나노섬유 필터(2)가 사이에 배치되도록 상기 제1망체(1)에 대향하게 배치되어 상기 제1망체(1)와 상기 나노섬유 필터(2)에 일체로 결합된 제2망체(3)를 가진 마스크 본체(10)를 포함하고,
    상기 마스크 본체(10)는, 발수성을 가지고 상기 나노섬유 필터(2)의 나노섬유의 강도를 증가시키도록 상기 마스크 본체(10)에 발수제가 처리되고,
    상기 나노섬유 필터(2)는 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 합성수지를 전기방사하여 100~600nm의 직경을 가진 나노섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 투시가능한 위생 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 본체(10)는 ASHRAE 52.1(중량법) 시험법으로 85.0% 이상의 포집효율을 가지고, ASTM D737-96법으로 500 cfm 이상의 통기도를 가지며, KS K 0819법으로 60.0% 이상의 차광율을 가지는 것을 특징으로 하는 투시가능한 위생 마스크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크 본체(10)는, 코를 덮어주는 부분이 콧 등의 형상대로 변형되어 고정될 수 있도록 마스크 본체(10) 상단에 와이어(5)를 구비한 것을 특징으로 하는, 투시가능한 위생 마스크.
  4. 나노섬유 필터(2)를 가진 투시가능한 위생 마스크의 제조방법으로서,
    나이론, 폴리에스테르, 면, 또는 실크 재질로 메쉬 구조의 제1망체(1)와 제2망체(3)를 제조하는 단계;
    나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐플로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리에테르설폰, 폴리이미드, 및 폴리아라미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 합성수지의 용액을 상기 제1망체(1) 위에 직접 전기방사하여 나노 섬유층을 형성하는 단계;
    상기 나노섬유 필터(2) 위에 5 내지 20%의 이산화티타늄 용액을 스프레이하여 나노섬유 필터(2)의 나노섬유 표면에 이산화티타늄을 코팅하는 단계;
    상기 제1망체(1)위에 적층된 나노섬유 필터(2) 위에 상기 제2망체(3)를 가열 압착하여 접합하거나 또는 접착제로 접착하여 일체화된 마스크 본체 원단(10A)을 제조하는 단계;
    상기 마스크 본체 원단(10A)을 불소계, 실리콘계, 또는 아크릴 계의 발수제에 디핑(dipping)하여 상기 마스크 본체 원단(10A)을 발수 처리하는 단계;
    상기 발수 처리된 마스크 본체 원단(10A)을 재단하여 원하는 형상과 크기의 마스크 본체(10)를 제작하는 단계;
    재단된 마스크 본체(10)가 입 주위의 부분을 감쌀 수 있는 공간을 구비하도록 마스크 본체(10)를 상하방향으로 다단으로 단(7)이 지는 입체형 구조, 또는 외측으로 볼록한 반구형으로 성형하는 입체화 성형 단계; 및
    상기 입체화 성형 단계를 거친 마스크 본체(10)의 측편 가자장리에 각각 귀걸이(4)를 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 투시가능한 위생 마스크 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입체화 성형단계를 거쳐 성형된 마스크 본체(10)에 콧 등의 형상대로 변형될 수 있는 와이어(5)를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투시가능한 위생 마스크.
  6. 제4항에 있어서,
    발수 처리단계를 거친 상기 마스크 본체(10)는 ASHRAE 52.1(중량법) 시험법으로 85.0% 이상의 포집효율을 가지고, ASTM D737-96법으로 500 cfm 이상의 통기도를 가지며, KS K 0819법으로 60.0% 이상의 차광율을 가지는 것을 특징으로 하는 투시가능한 위생 마스크.
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