KR20220005303A - A nano fiber dental mask and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적어도 화학성분이 포함되지 않은 피부친화적인 전통한지와 전통한지에 적층되는 나노섬유층을 구비한 덴탈마스크에 관한 것이다. The present invention relates to a skin-friendly traditional Korean paper that does not contain at least chemical components and a dental mask having a nanofiber layer laminated on the traditional Korean paper.
본 발명은 전통한지, 중간필터층, 그리고 외피필터층을 구비하되, 적어도 외필터층은 소수성을 띄는 것으로 하여, 먼지, 세균, 비말을 차단하는 것이며, 본 발명의 나노섬유층은 분산된 광촉매로 인해서 환경오염원에 대한 자가세척(Self-Cleaning) 및 살균이 가능하도록 한 나노섬유 덴탈 마스크 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention is provided with traditional Korean paper, an intermediate filter layer, and an outer filter layer, but at least the outer filter layer is hydrophobic to block dust, bacteria, and droplets, and the nanofiber layer of the present invention is a dispersed photocatalyst to prevent environmental pollution. It relates to a nanofiber dental mask that enables self-cleaning and sterilization and a method for manufacturing the same.
우리나라의 전통한지는 세계 전통 지류문화재 중 1,000년 이상의 가장 우수한 보존성 및 보온성, 항균성, 원적외선방사, 탈취성 등 다양한 기능성을 보유하고 있다. Korean traditional Korean paper has the best preservation and heat retention, antibacterial properties, far-infrared radiation, and deodorization properties for more than 1,000 years among the world's traditional tributary cultural properties.
나노섬유는 주로 전기방사 (Electrospinning)나 이를 개선한 방법으로 제조된 섬유를 말하며 전하 차이를 이용하여 제조하는 방법으로 다른 방법으로는 가공할 수 없는 극세 고분자섬유를 제조할 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 고분자, 세라믹, 복합재료, 금속 등의 용액이나 용융물을 나노미터에서 서브미크로미터 직경을 가진 섬유를 제조할 수 있는 비교적 간단하고 쉬운 방법이다. 전기방사 된 초미세 나노섬유는 기존 기술에 의한 초극세 섬유보다 훨씬 큰 표면적을 가지므로 가스나 유체로부터 미세입자를 분리하는 고효율 초기능성 필터 소재로 활용될 수 있으며 필터에서 작은 입자를 여과하는 여과효율을 높이는 방법은 필터 매체 중에 적절한 직경의 섬유를 사용하는 것으로, 나노섬유는 이러한 용도에 최적의 소재로 알려지고 있다. Nanofibers mainly refer to fibers manufactured by electrospinning or an improved method. It is a method of manufacturing using the difference in charge, and it is in the spotlight as a technology that can manufacture ultrafine polymer fibers that cannot be processed by other methods. have. It is a relatively simple and easy method for producing fibers with nanometer to submicron diameters from solutions or melts of polymers, ceramics, composites, and metals. Electrospun ultrafine nanofibers have a much larger surface area than conventional ultrafine fibers, so they can be used as high-efficiency, ultra-functional filter materials that separate fine particles from gases or fluids, and the filtration efficiency of filtering small particles in the filter is improved. The heightening method is to use a fiber of an appropriate diameter in the filter medium, and nanofibers are known as the optimal material for this purpose.
최근 들어, 전기방사 고분자섬유는 마이크로 및 나노미터 크기의 구조 를 갖는 소재에 관한 연구가 활발히 진행 되고 있으며 이러한 구조물들은 비표면적이 넓고, 표면적/부피의 비율이 크며, 다공성 구조를 가지고 있어서, 빠른 기체 확산과 전해질의 용이한 침투 특성으로 인해 가스센서, 전기화학셀 (슈퍼 커패시터 및 이차전지), 여러 종류의 필터 등에 다양하게 응용이 되고 있다. 전기방사에 의하여 제조되는 나노섬유의 직경이 1 ㎛ 이하의 초극세 섬유이기 때문에 섬유 형상의 필터에 있어서 공기 중의 오염물질을 제거하는 확산효과, 차단효과, 정전기적 효과 등의 메카니즘에 의하여 미세먼지 등 오염물질이 제거될 수 있다. Recently, research on materials with micro- and nanometer-sized structures for electrospun polymer fibers has been actively conducted, and these structures have a large specific surface area, a large surface area/volume ratio, and a porous structure. Due to the diffusion and easy penetration of electrolyte, it is widely applied to gas sensors, electrochemical cells (supercapacitors and secondary batteries), and various types of filters. Since the nanofibers produced by electrospinning are ultrafine fibers with a diameter of 1 μm or less, the fibrous filter removes contaminants from the air, such as diffusion effect, blocking effect, and electrostatic effect. The material may be removed.
최근 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 빠르게 확산하는데 ‘마스크 대란’은 해소될 기미가 보이지 않으며 재활용 소재의 개발이 절실할 뿐 아니라 신종 코로나바이러스 감염증 확산 방지를 위한 감염성 병원체의 검출/진단을 위한 고효율 고성능 필터 소재 개발 및 미세먼지에 대한 문제가 대두되고 개인 건강에 대한 관심이 급증되고 있는 가운데 각종 오염물질을 제거하기 위한 필터 산업이 주목받고 있으며, 고성능 섬유에 대한 연구 및 시장이 확대되고 있다.Recently, the novel coronavirus infection (COVID-19) is spreading rapidly, but the 'mask crisis' shows no sign of being resolved, and the development of recycled materials is urgently needed. While the development of high-performance filter materials and the problem of fine dust are emerging, and interest in personal health is rapidly increasing, the filter industry for removing various pollutants is attracting attention, and research and market for high-performance fibers are expanding.
이에, 본 발명자들은 개인 건강에 대한 관심이 급증되고 있는 가운데 각종 오염물질을 제거하기 위한 덴탈 마스크를 제안하면서, 전통한지를 포함하는 3중필터의 덴탈마스크를 착안하게 되었다. Accordingly, the present inventors came up with a triple filter dental mask including traditional Korean paper while proposing a dental mask for removing various contaminants while interest in personal health is rapidly increasing.
본 발명의 목적은 환경오염원으로 사용자를 보호할 뿐만 아니라, 재사용이 가능하여 환경오염원의 흡착 및 확산을 방지할 수 있는 나노섬유 덴탈마스크를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a nanofiber dental mask capable of preventing the adsorption and diffusion of environmental pollutants by being reusable as well as protecting users from environmental pollutants.
본 발명의 목적은 병원균 등으로 오염된 덴탈마스크에 대해서 자가세척 및 자체 살균기능을 가지는 나노섬유 덴탈마스크를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a nanofiber dental mask having a self-cleaning and self-sterilizing function for a dental mask contaminated with pathogens.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본원 발명의 덴탈마스크는,The dental mask of the present invention for achieving such a subject,
내면이 착용자의 피부에 접촉되는 전통한지; traditional hanji in which the inner surface is in contact with the wearer's skin;
상기 전통한지의 외면에 적층되는 친수성 나노섬유층;A hydrophilic nanofiber layer laminated on the outer surface of the traditional Korean paper;
상기 친수성 나노섬유층의 외면에 구비되는 소수성 나노섬유층;를 포함한다. and a hydrophobic nanofiber layer provided on the outer surface of the hydrophilic nanofiber layer.
바람직하게 상기 나노섬유 덴탈마스크는,Preferably, the nanofiber dental mask,
(ⅰ) 착용자의 피부가 닿는 마스크 내피로서 전통한지를 전기방사기의 컬렉터 표면에 장착하는 단계;(i) mounting the traditional Korean paper to the collector surface of the electrospinning machine as the mask endothelium in contact with the wearer's skin;
(ⅱ) 전기방사기와 컬렉터 사이에 고전압을 걸고 전기방사에 의하여 고분자용액으로 나노섬유를 방사하여 전통한지의 외면에 중간필터층을 적층하는 단계; (ii) applying a high voltage between the electrospinning machine and the collector and spun nanofibers with a polymer solution by electrospinning to laminate an intermediate filter layer on the outer surface of traditional Korean paper;
(ⅲ) 상기 중간필터층의 나노섬유층 외면에 다시 전기방사를 하되 소수성 고분자용액으로 소수성 나노섬유를 방사하여 외피필터층을 적층하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조된다. (iii) electrospinning again on the outer surface of the nanofiber layer of the intermediate filter layer, but spinning the hydrophobic nanofibers with a hydrophobic polymer solution to laminate the outer filter layer;
바람직하게 상기 중간필터층은 친수성 고분자용액으로 한다. Preferably, the intermediate filter layer is a hydrophilic polymer solution.
한편, 방사를 위한 고분자용액에는 광촉매를 함침하여 전기방사에 의해서 방사된 나노섬유에 광촉매가 분산되도록 하여, 가시광선 하에서 광촉매의 환원작용에 의해서 오염원의 셀프세척 및 살균효과를 가지도록 한다. On the other hand, the polymer solution for spinning is impregnated with a photocatalyst so that the photocatalyst is dispersed in the nanofibers spun by electrospinning, so that it has self-cleaning and sterilization effects of pollutants by the reducing action of the photocatalyst under visible light.
본 발명은 간편한 제조방법에 의해서 제조가 가능하므로 탁월한 경제성을 가지고 있으면서도 뛰어난 위생성을 제공하면서도 재사용이 가능하여 집단 오염을 최소화할 수 있는 나노섬유 덴탈 마스크이다. The present invention is a nanofiber dental mask that can be manufactured by a simple manufacturing method and thus has excellent economic feasibility and can be reused while providing excellent hygiene, thereby minimizing group contamination.
본 발명은 착용자의 피부가 닿는 면은 피부에 순한 전통한지가 되므로, 부드럽고 편안한 촉감을 제공하고, 전통한지에 적층된 나노섬유층의 외피필터층은 소수성이 되도록 방사하여 정전기를 이용하여 외부의 미말, 세균, 먼지 등이 흡착되는 것을 방지하도록 한다. The present invention provides a soft and comfortable touch because the surface that the wearer's skin touches becomes a gentle traditional Korean paper, and the outer filter layer of the nanofiber layer laminated on the traditional Korean paper is spun to make it hydrophobic and uses static electricity to , to prevent adsorption of dust, etc.
본 발명은 중간필터층과 외피필터층 중 적어도 하나 이상은 광촉매가 분산된 나노섬유층으로 이루어져 광촉매의 환원작용로 인해서 가시광선 하에서 환경오염원(대기/세균, 바이러스)을 분해하여 셀프세척이 가능할 뿐만 아니라, 살균기능을 제공한다. In the present invention, at least one of the intermediate filter layer and the outer filter layer is composed of a nanofiber layer in which a photocatalyst is dispersed. function is provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 덴탈마스크의 제조방법에 대한 순서도
도 2는 3중필터를 제조하기 위한 나노섬유 전기방사장치의 개념도
도 3은 친수성 나노섬유층에 분산되는 Ag-TiO2 나노입자를 수열합성(Hydrothermal Synthesis)에 의해 제조한 후 TEM 사진에 의해서 보여주는 나노 입자 크기 및 분포도
도 4는 친수성 나노섬유층에 분산되는 광촉매 및 나노입자 구조 모식도
도 5는 광촉매 및 나노입자가 분산된 나노섬유의 확대사진
도 6은 친수성 나노섬유의 광촉매 작용에 대한 개념도
도 7은 광촉매 및 나노입자가 분산된 된 친수성 나노섬유의 미생물에 대한 항균성 실험도
도 8은 나노섬유층에서 햇빛에 의해 methylene blue (MB) 와 (b) rhodamine B (RhB) 용액이 광분해 되는 실험 결과 그래프1 is a flowchart for a method of manufacturing a dental mask according to an embodiment of the present invention;
2 is a conceptual diagram of a nanofiber electrospinning device for manufacturing a triple filter;
3 is a graph showing the size and distribution of Ag-TiO 2 nanoparticles dispersed in a hydrophilic nanofiber layer by a TEM photograph after preparing them by hydrothermal synthesis;
4 is a schematic diagram of a photocatalyst and nanoparticle structure dispersed in a hydrophilic nanofiber layer
5 is an enlarged photograph of nanofibers in which a photocatalyst and nanoparticles are dispersed;
6 is a conceptual diagram of a photocatalytic action of a hydrophilic nanofiber.
Figure 7 is a photocatalyst and nanoparticles are dispersed hydrophilic nanofibers for antimicrobial activity against microorganisms
8 is a graph of experimental results in which methylene blue (MB) and (b) rhodamine B (RhB) solutions are photolysed by sunlight in the nanofiber layer.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이와 같은 방법으로 제조되는 오염진단 및 살균 기능이 구비된 덴탈마스크는 다음과 같은 구조를 형성하게 된다. A dental mask with contamination diagnosis and sterilization functions manufactured in this way forms the following structure.
즉, 사용자의 피부에 직접적으로 접촉하는 기재로서 피부친화적인 전통한지가 구비된다. 상기 전통한지의 상면에 친수성 나노섬유층이 구비된다. 그리고 친수성 나노유층의 상면에는 소수성 나노섬유층이 구비된다. That is, a skin-friendly traditional Korean paper is provided as a base material in direct contact with the user's skin. A hydrophilic nanofiber layer is provided on the upper surface of the traditional Korean paper. And a hydrophobic nanofiber layer is provided on the upper surface of the hydrophilic nano-oil layer.
본 발명에 따른 나노섬유 덴탈 마스크의 제조방법은, The manufacturing method of the nanofiber dental mask according to the present invention,
(S1) 전기방사기의 컬렉터에 전통한지를 기재로 장착하는 단계;(S1) mounting the traditional Korean paper as a base material to the collector of the electrospinning machine;
- 동시에 상기 친수성 고분자용액과 소수성 고분자용액을 준비한다. - Simultaneously prepare the hydrophilic polymer solution and the hydrophobic polymer solution.
- 바람직하게 상기 고분자용액은 PCL, PP, PE, PET, PLA, PLLA, PVDF, nylon 6, viscose, PU, PVA, PMMA, 키토산, Keratin 섬유, 셀룰로오스계 섬유, 피치계 또는 PAN계의 고분자 액으로부터 얻거나, 양, 실크, 면, 마, 또는 재활용되는 자원(머리카락, 양, 실크, 면, 마, 재, 펄프), PAN섬유 및 피치계 섬유에서 선택된 어느 하나를 용해시킨 것이다.- Preferably, the polymer solution is from a polymer solution of PCL, PP, PE, PET, PLA, PLLA, PVDF, nylon 6, viscose, PU, PVA, PMMA, chitosan, Keratin fiber, cellulose fiber, pitch-based or PAN-based polymer. It is obtained by dissolving any one selected from sheep, silk, cotton, hemp, or recycled resources (hair, sheep, silk, cotton, hemp, ash, pulp), PAN fibers and pitch-based fibers.
- 상기의 고분자용액을 이용하여 방사한 나노섬유를 안정화/탄화 공정을 거쳐 제조한 탄소나노섬유를 중간층에 적용할 수도 있다. - Carbon nanofibers prepared by stabilizing/charging nanofibers spun using the above polymer solution may be applied to the intermediate layer.
- 바람직하게 적어도 어느 하나 고분자용액에 광촉매 및 나노입자를 분산한 것으로 한다.- Preferably, a photocatalyst and nanoparticles are dispersed in at least one polymer solution.
(S3) 상기 전통한지의 내면필터층의 표면에 전기방사에 의하여 소수성 고분자용액을 방사하여 외피필터층으로서 소수성 나노섬유층을 적층하는 단계;(S3) laminating a hydrophobic nanofiber layer as an outer filter layer by spinning a hydrophobic polymer solution by electrospinning on the surface of the inner filter layer of the traditional Korean paper;
- 반면, 본 발명에 최외표면에 구비되는 상기 소수성 나노섬유층은 정전기를 이용하여 외부의 비말, 분진, 먼지 등을 차단하게 된다. - On the other hand, in the present invention, the hydrophobic nanofiber layer provided on the outermost surface blocks external droplets, dust, dust, etc. using static electricity.
상기와 같이 전통한지에 소수성 나노섬유층을 형성하는 것만으로도 충분한 덴탈마스크가 제조된다. As described above, a sufficient dental mask is prepared just by forming a hydrophobic nanofiber layer on traditional Korean paper.
다만, 바람직하게는 (S1)과 (S3)과 사이에 중간필터층을 적층하는 단계(S2)를 부가할 수 있다. 즉, 전통한지와 소수성 외피필터층 사이에 중간필터층을 구비하되, 상기 중간필터층은 소수성 중간필터이거나 친수성 중간필터일 수 있다. However, preferably, the step (S2) of laminating an intermediate filter layer between (S1) and (S3) may be added. That is, an intermediate filter layer is provided between the traditional Korean paper and the hydrophobic outer filter layer, and the intermediate filter layer may be a hydrophobic intermediate filter or a hydrophilic intermediate filter.
- 바람직하게 상기 중간필터층의 나노섬유는 친수성 고분자용액을 채용하여전통한지 또는 외피필터층을 투과한 미말이나 세균을 흡수하도록 한다. - Preferably, the nanofibers of the intermediate filter layer adopt a hydrophilic polymer solution to absorb the traditional paper or microscopic particles or bacteria that have passed through the outer filter layer.
- 바람직하게 상기 중간필터층을위한 나노섬유 방사단계는 여러차례의 전기방사를 통해서 전통한지의 표면에 충분히 라미네이팅 처리되도록 하여, 미세한 섬유구조에 의해서 이물질을 미세 섬유구조에 의해 한번 더 걸러주게 한다. - Preferably, the nanofiber spinning step for the intermediate filter layer is sufficiently laminated on the surface of the traditional Korean paper through several times of electrospinning, so that foreign substances are filtered out once more by the fine fiber structure by the fine fiber structure.
상기와 같이 전통한지의 표면에 나노섬유로 라미네이트 처리함으로써 2중 또는 3중 필터의 마스크를 만들 수 있게 된다. 본 발명의 덴탈 마스크는 나노섬유 방사를 layer-by-layer, 즉 층층을 일공정에 의해서 일체로 형성하는 것이 가능하다. As described above, by laminating the surface of traditional Korean paper with nanofibers, it is possible to make a mask of a double or triple filter. In the dental mask of the present invention, it is possible to integrally form nanofiber radiation layer-by-layer, that is, layer by layer by one process.
도 2는 본 발명의 나노섬유 덴탈 마스크를 제조하기 위한 전기방사 개념도이다. 피부 친화적이며 항균성 탈취성이 높은 전통한지를 기재로 하여 나노입자 및 광촉매가 함침된 (친수성 또는 소수성) 고분자용액을 전기방사하여 우수한 통기성과 방수성을 가지는 중간필터층을 적층한 후에 소수성 고분자용액을 이용하여 소수성 나노섬유를 다이렉트로 방사하여 외피필터층을 적층한다. 소수성을 가지는 외피필터층은 정전기를 이용하여 먼지 및 분진, 비말 등을 걸러내고 환경오염원을 일차적으로 걸러주어 준다. 2 is a conceptual diagram of electrospinning for manufacturing the nanofiber dental mask of the present invention. Based on traditional Korean paper with high skin-friendly and antibacterial and deodorizing properties, electrospinning a polymer solution impregnated with nanoparticles and photocatalysts (hydrophilic or hydrophobic) to laminate an intermediate filter layer with excellent breathability and water resistance, and then use a hydrophobic polymer solution. The outer filter layer is laminated by direct spinning of the hydrophobic nanofiber. The outer filter layer with hydrophobicity filters out dust, dust, and droplets by using static electricity, and filters out environmental pollutants first.
상기 친수성 또는 소수성의 고분자용액은 광촉매 및 나노입자가 도입되어 방사된 나노섬유 표면에 함께 분산되도록 한다. 광촉매란 촉매의 한 종류로서 광촉매의 촉매작용으로 인해서 빛을 에너지원으로 촉매반응(산화-환원반응)을 촉진시켜 각종 세균 및 오염물질을 분해시켜주는 반도체 물질을 의미한다. 즉 광촉매 입자를 용액에 넣어 그 밴드갭 이상의 에너지 광을 조사하면 마이너스 전하를 갖는 전자와 플러스 전하를 갖는 정공이 생성되고 이것의 강한 환원 또는 산화작용에 의해 용액중의 이온종이나 분자종을 분해시키는 다양한 반응을 일으키게 된다. 광촉매에 사용할 수 있는 물질로는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, V2O3, WO3 등과 페로보스카이트형 복합 금속산화물(SrTiO3)등이 있으나, 고분자용액에 분산되는 광촉매는 대표적으로 TiO2 가 바람직하다. TiO2는 자체가 빛을 받아도 변하지 않아 반영구적으로 사용이 가능하다. 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌의 분해에 탁월한 효과를 가지고 있는 ZnO 와 CdS는 빛을 흡수함으로써 촉매 자체가 빛에 의해 분해되어 유해한 Zn과 Cd 이온을 발생하는 단점을 가지고 있다. 또한 TiO2는 모든 유기물을 산화시켜 이산화탄소와 물로 분해하지만, WO3는 특정물질에 대해서만 광촉매로서 효율이 좋고 그 외에는 효율이 TiO2만큼 좋지 않아 사용할 수 있는 영역이 매우 제한 되고 있다.In the hydrophilic or hydrophobic polymer solution, a photocatalyst and nanoparticles are introduced and dispersed together on the surface of the spun nanofiber. Photocatalyst is a kind of catalyst and refers to a semiconductor material that decomposes various bacteria and pollutants by accelerating the catalytic reaction (oxidation-reduction reaction) using light as an energy source due to the catalytic action of the photocatalyst. In other words, when photocatalyst particles are put into a solution and irradiated with energy light greater than the band gap, electrons having a negative charge and holes having a positive charge are generated, and the strong reduction or oxidation action decomposes the ionic or molecular species in the solution. provokes various reactions. Materials that can be used for the photocatalyst include TiO 2 (anatase), TiO 2 (rutile), ZnO, CdS, ZrO 2 , V 2 O 3 , WO 3 , and perovskite-type composite metal oxide (SrTiO 3 ). The photocatalyst dispersed in the polymer solution is typically TiO 2 is preferred. TiO 2 itself does not change even when exposed to light, so it can be used semi-permanently. ZnO and CdS, which have excellent effects on the decomposition of trichlorethylene and tetrachlorethylene, absorb light, so that the catalyst itself is decomposed by light, generating harmful Zn and Cd ions. In addition, TiO 2 oxidizes all organic materials and decomposes to carbon dioxide and water, but WO 3 has good efficiency as a photocatalyst only for specific substances, and other than that, the efficiency is not as good as TiO 2 , so the usable area is very limited.
이와 같은 나노섬유 덴탈마스크는 살균이 가능하기 때문에 종래의 덴탈마스크에 비하여 재활용도 가능하여 감염병 예방에 최선의 수단을 제공한다. Since such a nanofiber dental mask can be sterilized, it can be recycled compared to a conventional dental mask, thereby providing the best means for preventing infectious diseases.
<실시예 1> <Example 1>
단일공정에 의한 라미네이팅 된 3중 필터의 제조방법Manufacturing method of laminated triple filter by single process
단계 1 : 전통한지를 준비하여 전기방사기의 컬렉터에 장착하는 단계;Step 1: Preparing traditional Korean paper and mounting it on the collector of the electric spinning machine;
단계 2 : Tip-to Collector Distance 15 cm, Voltage 15 kV, 온도와 습도는 25 ± 2℃ / 50 ±2 %, Feeding rate 0.1ml/min 의 조건으로 전통한지 위에 Ag-TiO2 나노입자가 함침이 된 친수성 폴리우레탄(PU)을 이용하여 폴리우레탄 나노섬유를 방사한 뒤 소정의 두께가 적층하는 단계; Step 2: The Ag-TiO 2 nanoparticles are impregnated on traditional paper under the conditions of Tip-to
단계 3 : 연속적으로 상기 폴리우레탄 나노섬유층 상면에 소수성 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)를 spider-net 구조로 방사하여 적층하는 단계;를 통하여, Step 3: Continuously spinning and laminating hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF) in a spider-net structure on the upper surface of the polyurethane nanofiber layer; through,
전통한지를 내피필터층으로 하고 친수성 중간필터층, 소수성 외피필터층의 3중 필터를 구비한 나노섬유 덴탈 마스크를 제조한다. A nanofiber dental mask is manufactured using traditional Korean paper as the inner skin filter layer and having a triple filter of a hydrophilic intermediate filter layer and a hydrophobic outer layer filter layer.
<실시예 2> <Example 2>
탄화공정을 포함하는 3중 필터의 제조방법Manufacturing method of triple filter including carbonization process
단계 1 : Tip-to Collector Distance 15 cm, Voltage 15 kV, 온도와 습도는 25 ± 2℃ / 50 ± 2 %, Feeding rate 0.1ml/min 의 조건으로 PAN 나노섬유를 방사한 뒤 Heating rate 5 ℃/min 으로 240 ℃에서 30분 안정화 한 뒤 Heating rate 5 ℃/min 으로 850 ℃에서 4시간 탄화공정을 거쳐 탄소나노섬유를 제조하는 단계;Step 1: After spinning PAN nanofibers under the conditions of Tip-to
- PAN계 나노섬유를 방사하는 것이 바람직하지만, PAN계 나노섬유로 한정할 필요는 없다. - Although it is preferable to spin PAN-based nanofibers, it is not necessary to limit to PAN-based nanofibers.
단계 2 : 상기 단계 2에서 제조된 탄소나노섬유와 전통한지를 상호 라미네이팅 처리한다. Step 2: The carbon nanofibers and traditional Korean paper prepared in step 2 are laminated with each other.
- 상기 전통한지는 고밀도/고강력 평량 200g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. - The traditional Korean paper preferably has a high density/high strength basis weight of 200 g/m 2 or less.
단계 3 : 상기 단계 2에서 만들어진 매트를 기재로 나일론 6를 spider-net 구조로 방사하여 적층하는 단계를 포함하는, Step 3: Including the step of laminating by spinning nylon 6 in a spider-net structure on the basis of the mat made in step 2,
전통한지를 내피층으로 하여 소수성 중간필터층, 소수성 외피필터층의 3중 필터에 나노섬유 덴탈 마스크를 제조한다. Using traditional Korean paper as the inner skin layer, a nanofiber dental mask is manufactured in the triple filter of the hydrophobic intermediate filter layer and the hydrophobic outer filter layer.
한편, 본 발명에서는 전통한지를 기재인 내피층으로 하고 고분자용액을 방사하여 나노섬유을 적층하되, 광촉매 및 나노입자가 함침된 친환경적인 고분자 용액을 전기방사하여 나노섬유 표면에 광촉매가 분산된 구조를 얻을 수 ㅇ있다. 광촉매와 더불어 Fly ash, 탄소양자점, g-C3N4 등의 나노입자를 도입하여 함께 나노섬유에 분산시킬 수 있다. On the other hand, in the present invention, using traditional Korean paper as the inner skin layer and spinning a polymer solution to laminate nanofibers, electrospinning an eco-friendly polymer solution impregnated with a photocatalyst and nanoparticles to obtain a structure in which the photocatalyst is dispersed on the surface of the nanofiber can ㅇ In addition to the photocatalyst, nanoparticles such as fly ash, carbon quantum dots, and gC 3 N 4 may be introduced and dispersed together in the nanofiber.
광촉매가 분사된 나노섬유층은 가시광선에 의해서 자가세척(Self-Cleaning)이 가능하고, 환경오염(대기/세균, 바이러스)을 살균하는 것이 가능하게 된다. The nanofiber layer sprayed with the photocatalyst can be self-cleaning by visible light, and it becomes possible to sterilize environmental pollution (air/bacteria, virus).
이에 따라 자외선 뿐만 아니라 가시광선 하에서도 살균효과로 인해서 심지어 밀폐된 공간에서의 집단 감염 등을 예방할 수 있는 현저한 효과를 가지고 있다. Accordingly, due to the sterilization effect under visible light as well as ultraviolet light, it has a remarkable effect to prevent group infection even in an enclosed space.
도 4, 5는 본 발명의 나노섬유에 위의 [도 3]의 결과를 토대로 광촉매 및 나노입자를 도입하여 나노섬유 표면에 분산하였을 때의 구조를 그린 모식도 이다. 광촉매가 분산된 나노섬유는 자외선 및 가시광선에서 광촉매 작용에 의해 오염물질을 자가세척 및 살균을 할 수 있게 된다. 4 and 5 are schematic diagrams illustrating the structure when a photocatalyst and nanoparticles are introduced and dispersed on the surface of the nanofiber based on the result of [Fig. 3] above to the nanofiber of the present invention. Nanofibers in which the photocatalyst is dispersed can self-clean and sterilize contaminants by photocatalysis in ultraviolet and visible light.
도 6은 본 발명의 [도 4]의 중간필터층 나노섬유의 광촉매 작용 실험에 대한 개념도를 그린 것이다. 환경오염원에 노출이 되어 바이러스나 미생물에 감염이 되었을 때 자외선이나 가시광선에 의해 즉각적으로 오염원을 살균하고 제거하는 메카니즘이다.6 is a conceptual diagram for the photocatalytic action experiment of the intermediate filter layer nanofiber of [FIG. 4] of the present invention. When exposed to environmental pollutants and infected with viruses or microorganisms, it is a mechanism that immediately sterilizes and removes pollutants by ultraviolet or visible light.
도 7은, 도 6에서 광촉매 및 나노입자가 함침이 된 나노섬유의 미생물에 대한 항균성을 실험한 결과이다. (a)(c)는 폴리아크로니트릴(PAN) 나노섬유와 Ag3PO4 가 함침이 된 PAN 나노섬유의 E. coli 와 S. aureus 의 항균성을 보여준다. 7 is a result of testing the antimicrobial properties of the nanofibers impregnated with the photocatalyst and nanoparticles in FIG. 6 against microorganisms. (a)(c) shows the antibacterial properties of E. coli and S. aureus of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers and PAN nanofibers impregnated with Ag 3 PO 4 .
(b)(d)는 폴리아크로니트릴(PAN) 나노섬유와 SO4 2- 가 도입이 된 Ag3PO4/PAN 나노섬유의 E. coli 와 S. aureus 의 항균성을 보여준다.(b)(d) shows the antibacterial properties of E. coli and S. aureus of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers and Ag 3 PO 4 /PAN nanofibers introduced with SO 4 2-.
또한, (e)(f)는 어두운 곳에서의 폴리아크로니트릴(PAN) 나노섬유와 SO4 2- 가 도입이 된 Ag3PO4/PAN 나노섬유의 E. coli 와 S. aureus 의 항균성을 보여준다. In addition, (e)(f) shows the antibacterial properties of E. coli and S. aureus of Ag 3 PO 4 /PAN nanofibers introduced with polyacrylonitrile (PAN) nanofibers and SO 4 2- in the dark. .
실험결과, 순수한 PAN 나노섬유에서는 항균성을 보이지 않았으나 Ag3PO4 가 함침이 된 PAN 나노섬유, SO4 2- 가 도입이 된 Ag3PO4/PAN 나노섬유의 순으로 E. coli 와 S. aureus 의 항균성이 증가 하였다. 그러나 어두운 곳에서는 아무런 반응도 일어나지 않았다. 실험되어진 나노복합 소재의 덴탈마스크는 햇빛에 의해 살균 반응을 보임을 확인하였다.As a result of the experiment, pure PAN nanofibers did not show antibacterial properties, but Ag 3 PO 4 impregnated PAN nanofibers and SO 4 2- introduced Ag 3 PO 4 /PAN nanofibers were in the order of E. coli and S. aureus. antibacterial activity was increased. But in the dark there was no reaction. It was confirmed that the tested dental mask made of nanocomposite material showed a sterilization reaction by sunlight.
도 8은 본 발명에서 광촉매 및 나노입자가 함침이 된 나노섬유층이 일반 햇빛에 의해 methylene blue (MB) 와 (b) rhodamine B (RhB) 용액이 광분해 되는 실험 결과이다. i) PAN 나노섬유, ii) CdSe가 함침이 된 PAN계 탄소나노섬유, 또는 iii) Co와 CdSe가 함침이 된 PAN계 탄소나노섬유를 각각 방사하여 70℃에서 12시간 진공건조 한후 250℃에서 2시간 안정화 공정, 800℃에서 2시간 탄화공정을 거친 탄소나노섬유의 시간에 따른 광분해 반응을 살펴본 결과 PAN계 탄소나노섬유 < CdSe가 함침이 된 PAN계 탄소나노섬유 < Co와 CdSe가 함께 함침이 된 PAN계 탄소나노섬유 순으로 광분해 효과가 증가함을 알수 있었다.8 is an experimental result in which methylene blue (MB) and (b) rhodamine B (RhB) solutions are photolysed by normal sunlight in a nanofiber layer impregnated with a photocatalyst and nanoparticles in the present invention. i) PAN nanofibers, ii) PAN-based carbon nanofibers impregnated with CdSe, or iii) PAN-based carbon nanofibers impregnated with Co and CdSe are spun, respectively, and vacuum dried at 70°C for 12 hours, followed by 2 at 250°C. As a result of examining the photodegradation reaction according to time of carbon nanofibers subjected to time stabilization process and carbonization process at 800℃ for 2 hours, PAN-based carbon nanofiber < PAN-based carbon nanofiber impregnated with CdSe < Co and CdSe impregnated together It was found that the photolysis effect increased in the order of PAN-based carbon nanofibers.
100 : 전기방사기
200 : 컬렉터
300 : 전통한지
400 : 중간필터층
500 : 외피필터층100: electric thrower
200 : Collector
300: traditional Korean paper
400: intermediate filter layer
500: outer filter layer
Claims (8)
상기 전통한지의 외면에 외면필터층(500)이 적층되되, 상기 외면필터층(500)은 소수성 나노섬유층인 것을 특징으로 하는 나노섬유 덴탈마스크.
Traditional Korean paper 300 with the inner surface in contact with the wearer's skin;
Nanofiber dental mask, characterized in that the outer filter layer 500 is laminated on the outer surface of the traditional Korean paper, the outer filter layer 500 is a hydrophobic nanofiber layer.
상기 전통한지(300)의 외면과 상기 소수성 나노섬유층(500)에 사이에 전기방사기(100)에 의해서 방사된 나노섬유에 의해서 적층되는 중간필터층(400)을 더 구비하되, 상기 중간필터층(400)은 친수성 나노섬유층인 것을 특징으로 하는 나노섬유 덴탈마스크.
According to claim 1,
An intermediate filter layer 400 laminated by the nanofibers spun by the electrospinning machine 100 between the outer surface of the traditional Korean paper 300 and the hydrophobic nanofiber layer 500 is further provided, the intermediate filter layer 400 Nanofiber dental mask, characterized in that the silver hydrophilic nanofiber layer.
상기 중간필터층 또는 외피필터층으로 방사되어 적층되는 고분자용액은 광촉매가 함침되어 전기방사에 의해서 광촉매가 나노섬유의 표면에 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 덴탈마스크.
3. The method of claim 2,
Nanofiber dental mask, characterized in that the photocatalyst is impregnated in the polymer solution that is spun into the intermediate filter layer or the outer filter layer and laminated so that the photocatalyst is dispersed on the surface of the nanofiber by electrospinning.
상기 광촉매는 TiO2, 와 ZnO 중에서 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 나노섬유 덴탈마스크.
4. The method of claim 3,
The photocatalyst is TiO 2, and nanofiber dental mask, characterized in that at least one selected from ZnO.
상기 고분자용액은 광촉매와 더불어 g-C3N4, 플라이애쉬 또는 탄소양자점의 나노입자가 함께 도입되어 나노섬유층에서 광촉매작용을 촉진하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 덴탈마스크.
5. The method according to claim 3 or 4,
Nanofiber dental mask, characterized in that the polymer solution is introduced together with the photocatalyst and nanoparticles of gC 3 N 4 , fly ash or carbon quantum dots to promote photocatalysis in the nanofiber layer.
상기 외피필터층을 위한 소수성 고분자용액은 소수성 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)인 것을 특징으로 하는 나노섬유 덴탈마스크.
5. The method according to claim 3 or 4,
The nanofiber dental mask, characterized in that the hydrophobic polymer solution for the outer filter layer is hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF).
(ⅱ) 전기방사기와 컬렉터 사이에 고전압을 걸고 전기방사에 의하여 친수성 고분자용액을 방사하여 전통한지의 외면에 친수성 나노섬유층을 적층하는 단계;
(ⅲ) 상기 친수성 나노섬유층의 외면에 다시 전기방사에 의하여 소수성 고분자용액을 방사하여 소수성 나노섬유층을 적층하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되는 나노섬유 덴탈마스크 제조방법.
(i) mounting the traditional Korean paper on the collector surface of the electrospinning machine;
(ii) applying a high voltage between the electrospinning machine and the collector and spinning a hydrophilic polymer solution by electrospinning to laminate a hydrophilic nanofiber layer on the outer surface of traditional Korean paper;
(iii) spinning a hydrophobic polymer solution by electrospinning again on the outer surface of the hydrophilic nanofiber layer to laminate a hydrophobic nanofiber layer; nanofiber dental mask manufacturing method manufactured by a manufacturing method comprising a.
- 상기 나노섬유은 탄화공정을 거쳐 탄소나노섬유로 제조되는 단계; (W2)
- (W2) 단계에 의해 제조된 탄소나노섬유와 전통한지를 라미네이팅 처리하는 단계;(W3)
- (W3) 단계에서 만들어진 탄소나노섬유와 전통한지 매트를 기재로 상기 탄소나노섬유 외면에 나일론 6를 spider-net 구조로 방사하여 적층하는 단계;(W4)를 포함하는,
전통한지를 내피층으로 하여 소수성 중간필터층, 소수성 외피필터층의 3중 필터를 구비한 나노섬유 덴탈 마스크 제조방법.
- spinning a nanofiber by spinning a PAN-based polymer solution; (W1)
- The nanofiber is manufactured into carbon nanofibers through a carbonization process; (W2)
- Laminating the carbon nanofibers and traditional Korean paper produced by step (W2); (W3)
- Laminating by spinning nylon 6 in a spider-net structure on the outer surface of the carbon nanofiber on the basis of the carbon nanofiber and traditional Korean paper mat made in step (W3); (W4) including,
A method of manufacturing a nanofiber dental mask with a triple filter of a hydrophobic intermediate filter layer and a hydrophobic outer filter layer using traditional Korean paper as the inner skin layer.
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