KR20220005880A - 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 마스크에 항균 조성물을 코팅하여 녹농균 및 대장균의 제거에 탁월한 효능을 발휘할 뿐 만 아니라 탈취, 미세먼지 차단, 휘발성유기화합물(VOCs), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 제거와 포름알데히드(formaldehyde), 암모니아(ammonia), TMA(trimethylamine) 등의 악취물질 제거 및 항균ㅇ항바이러스 기능을 갖도록 개선한 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법에 관한 것으로,
마스크를 준비하는 제1 단계; 에멀젼 100중량부에 대하여 스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함시켜 교반하여 항균 조성물을 만드는 제2 단계; 상기 항균 조성물을 상기 제1 단계에서 준비된 마스크의 안감에 분사하여 조성물층을 형성하는 제3 단계; 상기 제3 과정에서 형성된 조성물층을 소정의 온도로 가열하여 항균층을 제조하는 제4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법{ANTIMICROBIAL COMPOSITION FOR COATING A MASK AND A METHOD OF MANUFACTURING THE ANTIBACTERIAL MASK USING THE COMPOSITION}

본 발명은 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 마스크에 항균 조성물을 코팅하여 녹농균 및 대장균의 제거에 탁월한 효능을 발휘할 뿐 만 아니라 탈취, 미세먼지 차단, 휘발성유기화합물(VOCs), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)의 제거와 포름알데히드(formaldehyde), 암모니아(ammonia), TMA(trimethylamine) 등의 악취물질 제거 및 항균ㅇ항바이러스 기능을 갖도록 개선한 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

도시 매연과 황사와 같은 미세먼지, 분진 및 각종 유해가스 등이 호흡기를 통하여 인체 내로 흡입되면서 건강을 위협하고 있으며, 정체불명의 유해 바이러스로 인한 사스, 독감, 신종플루, 변종플루, 코로나19 등과 같은 전염병이 접촉이나 비말을 통해서 바이러스가 전파되어 확산되고 있는 현실에서 다양한 형태와 구조를 지닌 마스크가 사용되고 있다.

일반적으로 마스크는 첨부도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 인체의 코와 입 부분 및 턱을 포함한 안면 부분을 감쌀 수 있는 면적으로 형성된 면직물이나 부직포 등으로 제조된 마스크 본체와 상기 마스크 본체의 양단부에 귀 후면의 연골부에 걸치게 할 수 있는 귀걸이로 구성되어 있다.

이러한 마스크 본체는 안감, 필터, 겉감으로 구성되어 호흡기질환 환자가 착용시 외부의 찬 공기, 먼지, 병균이 입이나 코 등의 호흡기로 유입되는 것을 차단하고 필터에 의하여 미세먼지를 여과할 수도 있고, 기침에 의하여 바이러스가 함유된 비말이 확산되는 것을 방지할 수 있고 입 냄새가 외부로 방출되는 것을 방지한다.

그런데, 마스크를 착용하는 경우에 마스크의 안감 내측면이 입과 코에 닿거나 입과 코에 근접되기 때문에, 마스크가 청결하지 못한 경우에 마스크에 의해 병균에 감염되기도 한다. 따라서 사용자는 마스크의 위생적인 관리에 신경을 써야 한다.

또한, 마스크를 착용하고 숨을 내쉴 때 일시에 많은 양이 마스크를 투과하지 못하여, 숨을 내쉴 때 착용자가 답답함을 느낄 수 있다. 그리고 본체와 안면 사이의 공간에 날숨에 의해 열기와 습기 및 이산화탄소 등으로 인해 더욱 답답함을 느끼게 된다.

특히, 종래 기술에 의한 마스크에서는 마스크에 쌓이는 미세먼지에 사용자의 날숨에 의해 공급되는 습기와 온도에 의하여 세균 등 서식하기가 용이하게 되어 건강에 위험이 될 수 있는 문제점이 발생된다.

한편, 산업화가 급진적으로 이루어지고 지구의 환경 변화에 의해 대기 중에는 여러 가지 성분의 미세 입자가 부유되어, 호흡기와 심혈관계 질환에 영향을 미치고 있다.

예컨대, 자동차의 배기가스, 도로 주행과정에서 발생하는 먼지, 공장에서 분출되는 분진, 황사에 의한 미세 먼지가 대기중에 포함되어, 인간의 호흡을 매우 불편하게 하고 있다.

특히, 황사는 중국이나 몽골 등 아시아 대륙의 중심부에 있는 사막과 황토 지대의 작은 모래나 황토 또는 먼지가 하늘에 떠다니다가 상층 바람을 타고 우리나라까지 날라와 떨어지는 현상으로, 마그네슘ㅇ규소ㅇ알루미늄ㅇ철ㅇ칼륨ㅇ칼슘 같은 인체에 유해한 입자들이 황사에 의해 대기 중에 포함된다.

황사는 천식, 알레르기 비염 등 각종 호흡기 질환을 악화시키기 때문에 환자나 노약자는 외출할 때 황사용 마스크를 착용하면 질병을 예방할 수 있다.

한편, 마스크는 미세 입자, 이온성 이물질, 세균 등 공기 중의 유해 물질이 인체 호흡기로 유입되는 것을 방지 하기 위한 것으로, 미세먼지 발생이 많은 산업현장에서뿐만 아니라 겨울철 전염성을 지닌 호흡기질환의 감염을 방지하고, 봄철 황사현상시 호흡기를 보호하기 위한 일반 생활용품으로 널리 사용되고 있다

이와 같은 대기 중의 유해 물질은 쾌적하고 건강하게 살아가고자하는 인간의 삶에 방해요소로, 대기 중의 유해물질을 정화시키기 위한 다양한 방법의 해결책이 모색되고 있고, 이를 위한 연구가 다각적으로 꾸준히 지속되고 있으며, 다양한 성능 및 구조의 마스크가 개발되고 있다.

마스크에는 오염된 공기를 통과시켜 여과시키는 장치가 내장되어 있고, 이 여과 장치에 따라 마스크의 용도 및 성능이 결정된다.

최근, 종래의 보건용 항균 및 황사용 마스크는 면이나 합성섬유를 이용하여 직조된 제품을 두겹 내지는 세겹으로 적층하여 극세사나 헤파 필터 등으로 구성된 것들이 대부분이며, 항균성을 부여하기 위하여 무기 항균입자를 코팅하거나 은나노 입자를 섬유 표면에 침착 시켜 제조되었다.

그러나, 종래의 항균 및 황사용 마스크의 경우에는 미세먼지 차단효율이 30 ~ 60% 정도로 매우 낮고, 항균성에 있어서도 만족할 만한 효과가 없는 것으로 알려져 있으며, 착용중에도 김서림(Fog)이나 수분에 의한 불쾌감으로 인해 장시간 활동하는데 어려움이 있다.

또한, 항균성을 부여하기 위해 무기 항균제의 코팅이나 섬유 표면에 은나노 입자와 이산화티타늄(TiO2) 등을 침지시켜 제조하므로 재사용 및 반복 세탁 시에 은입자의 탈리에 의한 항균 효과가 감소될 우려가 있다.

그 밖에 기존 마스크에 사용된 섬유의 경우, 용액 및 용융방사에 의해 제조되므로 섬유의 직경이 수십에서 수백㎛으로 구성됨으로써, 세균이나 바이러스, 기타 미세 오염물질 등을 효과적으로 차단할 수 없으며, 헤파필터 등을 내지로 사용할 경우에는 통기성에 문제가 있어 장시간 사용하는데 어려움이 있다.

따라서, 최근의 웰빙(Well-being) 현상이 대두됨에 따라 야외활동 시간이 증가하고 있으므로, 마스크도 미세입자 차단 이외에도 자외선(UltraViolet,UV) 차단 및 소취 기능의 부가적인 효과가 요구되고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 항균마스크용 원단 및 이의 제조방법이 대한민국 특허등록번호 제10-0931407호에 제시되어 있다.

종래 기술에 의한 항균마스크용 원단 및 이의 제조방법은 일방향 수분전이 원단으로 이루어진 이면층, 상기 이면층의 상부에 나노섬유로 이루어진 중간층, 상기 중간층의 상부에 일반적인 직물 또는 부직포로 이루어진 표면층으로 구성된 3층 구조의 복합원단을 특징으로 하는 항균마스크용 원단 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

상기와 같은 종래 기술에 의한 항균마스크용 원단 및 이의 제조방법은, 미세 오염물을 차단할 수 있으나, 중금속 입자와 같은 이온성 이물질을 여과시킬 수 없을 뿐만 아니라 항균성이 약하다는 단점이 있다.

상기와 같은 항균 및 항바이러스 기능을 발휘할 수 있도록 하는 마스크를 개발하기 위하여 노력하였으며, 이의 결과 항균층에 의한 항균 작용에 의하여 세균의 번식을 억제할 수 있고 각종 오염물질을 제거함으로써 인체의 건강에 매우 유익한 영향을 줄 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0931407호

본 발명의 목적은 스코리아와 함께 운모, 흑운모, 백운모, 포졸란, 옥 등이 함유되도록 하여 녹농균, 대장균, 황색포도상구균, 살모넬라균, 고초균 등을 효율적으로 살균할 수 있도록 하고, 이를 통해 항균 및 항바이러스 기능을 발휘할 수 있도록 하는 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 입과 코 주변으로 원적외선이 방사되도록 함으로써 온열, 자정, 숙성, 건습, 중화, 공명작용에 의하여 인체의 건강에 매우 유익한 영향을 줄 수 있는 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법을 제공하는데 있다.

그러나 본 발명이 해결하려는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면,

에멀젼 100중량부에 대하여

스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물을 제공한다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면,

항균 마스크의 제조 방법으로서,

마스크를 준비하는 제1 단계;

에멀젼 100중량부에 대하여 스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함시켜 교반하여 항균 조성물을 만드는 제2 단계;

상기 항균 조성물을 상기 제1 단계에서 준비된 마스크의 안감에 분사하여 조성물층을 형성하는 제3 단계;

상기 제3 과정에서 형성된 조성물층을 소정의 온도로 가열하여 항균층을 제조하는 제4 단계;를 포함하여 이루어진 항균 마스크의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법을 적용하면 다음과 같은 효과가 있다.

일반적인 마스크는 겉감, 필터, 안감 등에 적층되는 미세먼지에 사용자의 날숨에 의해 공급되는 습기와 온도에 의하여 녹농균, 대장균 등의 세균이 서식하기가 용이하나, 본 발명이 적용되면 항균층에 의한 항균 작용에 의하여 세균의 번식을 억제할 수 있고 각종 오염물질을 제거함으로써 인체의 건강에 매우 유익한 영향을 줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 항균층에서 원적외선이 방사되도록 함으로써 온열, 자정, 숙성, 건습, 중화, 공명작용에 의하여 인체의 피로를 풀어주며 혈액순환 및 신체리듬에 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 일반적인 마스크의 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마스크의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마스크의 단면을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명에 의한 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물은 에멀젼 100중량부에 대하여 스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함하여 이루어진다.

본 출원인이 다수의 실험을 한 결과, 상기 스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말은 에멀젼 100중량부에 대하여 10중량부로 이루어질 때 최적의 성능을 발휘함을 확인하였다.

이때, 상기 각각의 분말은 입도 1500 내지 2000메쉬인 것이 바람직하다.

또한, 상기 에멀젼은 섞이지 않는 서로 다른 두 액체에 의해 만들어지는데, 용매와 용질에 따라서 다른 종류의 유화액을 형성한다. 예를 들어, 물과 기름의 유화액은 '물 안에 기름이 들어간 경우'와 '기름 안에 물이 들어간 경우'가 가능하다. 이때 용매의 역할을 하는 액체를 분산의 매개체, 연속상(continuous phase)이라 하고 용질의 역할을 하는 액체를 분산상(dispersed phase)이라 한다. '물 속 기름'과 '기름 속 물' 두 종류의 유화액은 두 상의 부피 비 혹은 유화제의 종류에 따라 분류한다. 일반적으로 밴크로프트 규칙(Bancroft rule)이 적용되어, 유화제가 잘 녹지 않는 상을 연속상으로 하여 분산을 촉진시킨다.

이하, 항균 마스크의 제조 방법을 첨부도면 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저 통상적인 방법에 의해 제조된 마스크를 준비한다.(S10 단계 참조)

그후, 에멀젼 100중량부에 대하여 스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함시켜 교반하여 항균 조성물을 만든다.(S20 단계 참조)

이때, 상기 스코리아(Scoria) 분말은 일명 '제주송이'로 불리는 화산석의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 스코리아는 한국건자재 시험연구원 시험결과에 의하면, 원적외선 방사율 92.6％, 탈취율(시료:암모니아) 120분후 92％, 곰팡이 항균율 99.9％, 대장균에 의한 항균율 98.2％ 이다.

또한, 2000년 한국공예논총에 발표된 제주대학교 공과대학 산업디자인학과 허민자교수 논문 '스코리아를 이용한 세라믹타일연구'에 의하면 "스코리아는 다공질 경량성으로 화산폭발 시 용출 소성되어 깨어지지 않는 강도를 지닌 화산암 숯으로 내화도 1250℃, 흡수율25.3％(일반모래2％), 비중량0.4g/㎤(모래1.8g/㎤)로서 흡습, 흡취, 보온, 방음 및 습도, 열 조절기능과 원적외선이 방출되는 PH 7.2의 약 알카리성으로 최적의 실내마감재소재로 판단된다."라고 되어 있다.

또한, 1995.8.8 한국환경과학회지(5권 제2호)에 발표된 부산수산대학교 화학공학과 이민규,서근학교수 논문 '스코리아를 이용한 중금속 흡착에 관한 연구'에 의하면 "스코리아 입자가 작을수록 표면적이 넓어져 중금속제거 효율이 향상되었으며 중금속 흡착제로서 이용가능성이 높은 것으로 연구되었다."라고 되어 있다.

이때, 상기 운모 분말은 층상규산염 광물의 하나로 화강암의 주 구성성분이다. 돌비늘 이라고도 한다. 판상의 층상구조를 가지며, 보통은 육각 판상의 결정형을 이룬다. 또한 인상(鱗狀), 섬유상, 주상(柱狀)을 이루는데, 납작한 판 모양의 결정구조 때문에 완전한 쪼개짐이 있어서 아주 엷게 벗겨진다. 광물 중에서 가장 쪼개짐이 완전하며, 쪼개진 조각은 탄력이 강하다.

또한, 상기 흑운모 분말은 운모족 광물은 삼팔면체형 (trioctahedral) 운모 아족과 이팔면체형 (dioctahedral) 운모 아족으로 구분되는데 흑운모는 삼팔면체 아족에 속하는 광물이다. 자연상에서는 다양한 층간 양이온과 2가 혹은 3가 양이온에 의해 치환되기도 하여 다양한 화학성분을 가지며, 대표적인 흑운모의 화학 성분식으로는 K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2이다. 운모족은 구조 내에서 다양한 형태로 동형치환이 가능하다. 결정상은 판상 또는 인상으로 산출되며 흔히 육각형 또는 능면체를 나타낸다. 이처럼 판상의 결정형을 갖기 때문에 밑면에 쪼개짐이 판상형태로 갈라진다. 색깔은 흑색, 갈색, 갈흑색, 녹흑색 등을 띠며, 쪼개짐면은 진주빛이 나는 진주광택이 있고, 때에 따라 금속광택이 나기도 한다. 굳기 2.5∼3.0, 비중 2.7∼3.1으로 일반적인 토양에서의 굳기와 비중과 유사한 범위를 갖는다. 주로 화성암, 변성암이 풍화되면서 생성되어 산출된다. 또한 페그마타이트에서는 큰 크기의 흑운모 결정을 얻을 수 있다.

또한, 상기 백운모 분말은 주성분이 알루미늄과 규소로 이루어져 불에 잘 견디고 전기 부도체이기 때문에 전기 절연체로 사용되고 있다. 백운모는 화강암, 페그마타이트, 편마암 및 편암에서 발견되는 가장 대표적이며 흔한 운모이며, 접촉 변성암 또는 토파즈, 장석, 카이 나이트 등의 변화로 인해 발생하는 2차 광물로 발견된다. 캐나다, 인도, 러시아 연방 등지에서 산출되는 것이 산업용으로 사용하기 적절하다고 알려져 있다.

또한, 상기 포졸란 분말은 화산회, 화산암의 풍화물로, 가용성 규산을 많이 포함하고, 그 자신은 수경성(水硬性)은 없으나 물의 존재로 쉽게 석회와 화합하여 경화하는 성질의 것을 총칭해서 말한다. 시멘트 혼합재, 용성 백토, 규산 백토, 의회암의 풍화물 등의 천연 포졸란과 플라이애시(fly-ash) 등의 인공 포졸란이 있다.

또한, 상기 옥 분말은 치밀하고 경질(硬質)이며, 투명하여 아름답게 빛나고, 연마하여 광택이 나는 것을 말한다. 광물학적으로 연옥은 각섬석의 일종이며, 경옥은 알칼리휘석의 일종이다. 연옥은 유백색인 것이 많으며, 녹색, 황색, 홍색 등도 있고, 경옥은 녹색, 백색이다. 색에 따라 여러 가지 명칭이 있으나, 백옥과 비취(翡翠)가 대표적인 것이다.

그후, 상기 항균 조성물을 상기에서 준비된 마스크의 안감에 분사하여 조성물층을 형성한다.(S30 단계 참조)

이때, 첨부도면 도 4를 참조하여 설명하면, 항균 마스크는 안감(100), 필터(200), 겉감(300)으로 이루어진다.

그후, 상기 제3 과정에서 형성된 조성물층을 소정의 온도로 가열하여 항균층을 제조한다.(S40 단계 참조) 상기 가열하는 과정에 의해 에멀젼의 수분이 제거됨으로써 각 분말의 성분이 코팅된 상태로 남게 되어 착용자의 호흡이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 것은 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물 및 그 조성물을 이용한 항균 마스크의 제조방법을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 상기의 실시예에서는 통상적인 방법에 의해 마스크가 제조된 후 본 발명의 항균 조성물을 코팅하여 본 발명에 의한 마스크를 제조하는 경우를 설명하였으나,

마스크를 제조하는 단계에서 제공되는 필터에 본 발명의 항균 조성물을 코팅하여 제조할 수 있으며, 안감에 본 발명의 항균 조성물을 코팅하여 제조할 수 도 있다.

그리고, 필터 또는 안감에 전체적으로 코팅하는 것이 바람직하지만, 눈과 코 주변에 해당하는 부위에만 코팅을 진행하여 항균 조성물의 사용량을 줄임으로써 항균 마스크의 제조단가를 낮출 수 있다.

S10 : 마스크 준비단계
S20 : 항균 조성물 제조단계
S30 : 조성물층 형성단계
S40 : 항균층 제조단계
100 : 안감
200 : 필터
300 : 겉감

Claims (2)

1. 에멀젼 100중량부에 대하여
   스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크를 코팅하기 위한 항균 조성물.
   
2. 항균 마스크의 제조 방법으로서,
   마스크를 준비하는 제1 단계;
   에멀젼 100중량부에 대하여 스코리아 분말, 운모 분말, 흑운모 분말, 백운모 분말, 포졸란 분말, 옥 분말을 각각 8 내지 12중량부를 포함시켜 교반하여 항균 조성물을 만드는 제2 단계;
   상기 항균 조성물을 상기 제1 단계에서 준비된 마스크의 안감에 분사하여 조성물층을 형성하는 제3 단계;
   상기 제3 과정에서 형성된 조성물층을 소정의 온도로 가열하여 항균층을 제조하는 제4 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 마스크의 제조방법.

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