KR20220022928A - 그래핀 복합 성형체를 포함하는 일체형 고글 마스크 - Google Patents

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KR20220022928A
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송재현
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Abstract

그래핀 복합 성형체를 포함하는 일체형 고글 마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 상기 그래핀 복합 성형체는 고분자 수지에 분산된 그래핀을 포함하는 것이고, 상기 그래핀 복합 성형체는 이물질을 외부로 배출시키는 필터링 공정을 통해 제조되기 때문에 이를 렌즈 및 필터로서 포함하는 일체형 고글 마스크가 우수한 자외선 차단율, 유해가스에 대한 탈취율, 항균, 제균, 정전기 방지, 원적외선 방출, 인장강도 및 신율 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

그래핀 복합 성형체를 포함하는 일체형 고글 마스크{ALL-IN-ONE GOGGLE MASK INCLUDING GRAPHENE COMPOSITE MOLDED BODY}
본 발명은 그래핀 복합 성형체를 포함하는 일체형 고글 마스크에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 상기 그래핀 복합 성형체는 고분자 수지에 분산된 그래핀을 포함하는 것이고, 상기 그래핀 복합 성형체는 이물질을 외부로 배출시키는 필터링 공정을 통해 제조되기 때문에 이를 렌즈 및 필터로서 포함하는 일체형 고글 마스크가 우수한 자외선 차단율, 유해가스에 대한 탈취율, 항균, 제균, 정전기 방지, 원적외선 방출, 인장강도 및 신율 특성을 가지는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 고글은 야외 활동을 하거나 등산 또는 스키 등의 운동을 하는 경우, 먼지 등의 이물질과 강한 햇빛으로부터 눈을 보호하기 위해 착용하는 장비이다. 한편, 최근에는 대륙의 사막화가 진행되면서 황사와 같은 미세먼지의 농도가 증가하고 있고, 자동차의 매연 및 공장에서 배출하는 유해 가스 등으로 인해 대기 오염이 날로 악화되어 가고 있다. 종래의 고글은 눈만을 보호하였기 때문에, 이러한 대기 오염으로부터 사용자의 호흡기를 보호하기 위해서는 별도의 마스크를 착용하여야 하는 불편함이 있다.
이와 관련하여, 최근 전세계적으로 미세먼지에 대한 이슈가 대두되고 있으며, 이와 같은 미세먼지는 사람의 눈으로 보이지 않을 정도로 작은 입자를 가지고 있고, 아황산가스, 질소산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등 사람에게 유해한 대기오염 물질이 포함되는 것으로 알려져 있다.
이러한 미세먼지를 호흡기를 통해 인체 내부로 유입되면 폐포까지 깊숙하게 침투해 각종 호흡기 질환, 천식, 두통, 아토피 등을 유발할 수 있고, 특히 아동 이나 노약자가 지속적으로 흡입하게 되면 면역 기능을 떨어뜨려 폐질환으로 인한 사망에까지 이를 수 있다.
이에, 최근 국내는 물론 중국 등 전 세계적으로 미세먼지와 같은 환경 공해 문제가 심각해지고 있어 마스크의 사용 빈도가 증가하고 있는 추세이고, 미세먼지가 심한 지역은 마스크 없이 외출하기가 힘들 정도이다. 이에 따라 최근 미세먼지에 효과가 있는 마스크가 개발되어 널리 판매되고 있다.
일반적으로 공기 속의 오염물질을 여과하는 에어필터는 비교적 크기가 큰 먼지, 티끌, 털 등을 제거하는 철망 또는 얇은 부직포로 된 단순필터와, 냄새, 휘발성 유기화합물, 포름알데히드 등 유해물질을 60% 이상 제거하는 탈취필터와, 미세먼지, 담배연기, 세균, 곰팡이, 꽃가루 등을 제거하는 고성능의 헤파필터 등이 있다.
그러나 근래에는 마스크에 대한 중요성이 부가되는 가운데, 마스크 모양의 변형과 마스크 내부에 얇은 집진필터를 부가하여 황사용 마스크 등 다양한 시도와 노력이 있었으나, 마스크를 착용하면 공기중 각종 오염 물질과의 접촉을 1차적으로 방지할 수 있으나 사용자가 내쉰 공기로 마스크 안은 입냄새 등의 악취와 습기가 차 세균이 번식하기 매우 용이한 환경이 되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 문제점으로 인해 한 번 사용한 마스크는 재사용시 불쾌감을 유발하거나 심한 경우 마스크 내부에서 세균이 번식되어 곰팡이가 피는 등 재사용이 어려운 문제점이 있었다. 더불어, 재사용되는 마스크는 입냄새 발생과 세균 및 곰팡이 발생이외 항균, 항암, 항바이러스의 발생에 대해 근본적인 대체방법이 없었고, 감기 및 유행성 질병 바이러스에 대해서 노출되는 많은 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 연구하던 중, 우수한 자외선 차단율을 가지는 고글 및 유해가스에 대한 탈취율, 항균, 제균 성능을 구비한 마스크를 일체형으로 결합시킨 일체형 고글 마스크를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다. 구체적으로, 상기 고글의 렌즈 및 마스크의 필터가 각각 고분자 수지에 안정되게 분산된 그래핀을 함유하는 그래핀 복합 성형체를 포함함으로써 상기와 같은 효과를 달성할 수 있는 것일 수 있다.
이와 관련하여, 대한민국 등록실용신안 제20-0482747호는 다중 필터링 마스크에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 일체형 고글 마스크를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 상기 그래핀 복합 성형체의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
렌즈가 형성된 고글부; 및 상기 고글부의 하측에 일체형으로 연결되며 필터가 형성된 마스크부;를 포함하고, 상기 렌즈 및 필터는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 일체형 고글 마스크를 제공한다.
상기 고글부는, 제1 프레임; 및 상기 제1 프레임의 내부에 고정되는 상기 렌즈;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 마스크부는, 제2 프레임; 및 상기 제2 프레임의 내부에 고정되는 상기 필터;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 그래핀은 다층 나노그래핀, 나노그래핀 판상 분체, 나노그래핀 리본, 기능성 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer, POE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있다.
상기 그래핀의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 0.001 중량부 내지 5 중량부인 것일 수 있다.
상기 렌즈는 파장대 200 nm 내지 400 nm에서의 자외선 차단율이 90% 이상인 것일 수 있다.
상기 필터는 암모니아, 아세트산, 트리메틸아민 및 포름알데히드의 2시간 탈취율이 각각 20% 이상인 것일 수 있다.
상기 필터는 황색포도상구균(staphylococcus aureus) 또는 폐렴막대균(klebsiella pneumoniae)에 대한 18시간 후 정균감소율이 각각 80% 이상인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은,
렌즈가 형성된 고글로서, 상기 고글의 프레임 및 렌즈는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 고글을 제공한다.
더불어, 필터가 형성된 마스크로서, 상기 마스크의 프레임 및 필터는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 마스크를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,
상기 그래핀 복합 성형체의 제조방법으로서, 그래핀 및 고분자 수지를 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 압출시키는 단계; 및 상기 압출된 혼합물에 포함된 이물질을 외부로 배출시켜 필터링시키는 단계;를 포함하는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조방법을 제공한다.
상기 압출은 스크류를 이용한 압출기를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 필터링은 상기 스크류의 외주면에 설치되며, 이물질이 통과하는 미세통로가 형성된 필터를 이용하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 이물질은 가스, 수증기, 저분자 화학물질 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 그래핀 복합 성형체는 그래핀 및 고분자 용융 수지에 포함된 가스, 수증기, 저분자 화학물질 등과 같은 이물질이 제거되어 상용화제 또는 커플링제를 첨가하지 않아도 그래핀과 고분자 수지가 계면에서 서로 분리되지 않으므로, 기계적 물성이 우수한 특성이 있다.
또한, 상기와 같은 그래핀 복합 성형체는 우수한 자외선 차단율을 가지기 때문에 고글의 렌즈에 적합하게 사용될 수 있으며, 유해가스에 대한 탈취율, 항균, 제균 특성을 가지기 때문에 마스크의 필터에 적합하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 일체형 고글 마스크를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 일체형 고글 마스크를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 분리가능한 일체형 고글 마스크를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 홀 플레이트의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 커팅부의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 8 및 9는 각각 본 발명의 일 실험예에 따른 그래핀 복합 매트릭스의 항균 성능을 나타낸 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 그래핀 복합 매트릭스의 탈취율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 따른 그래핀 복합 매트릭스의 항곰팡이 성능을 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은,
렌즈(3)가 형성된 고글부(2); 및 상기 고글부(2)의 하측에 일체형으로 연결되며 필터(6)가 형성된 마스크부(5);를 포함하고, 상기 렌즈(3) 및 필터(6)는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 일체형 고글 마스크(1)를 제공한다.
또한, 렌즈(3)가 형성된 고글(2)로서, 상기 고글(2)의 프레임(4) 및 렌즈(3)는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 고글(2)을 제공한다.
더불어, 필터(6)가 형성된 마스크(5)로서, 상기 마스크(5)의 프레임(8) 및 필터(6)는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 마스크를 제공한다.
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 일체형 고글 마스크(1), 고글(2) 및 마스크(5)를 도 1 내지 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 일체형 고글 마스크(1)는 고글부(2) 및 상기 고글부(2)의 하측에 일체형으로 연결되어 고정된 마스크부(5)를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 고글부(2)는 제1 프레임(4) 및 상기 제1 프레임(4)의 내부에 고정되는 렌즈(3)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이 렌즈(3)의 외주면을 따라 형성되며, 안면의 눈부위에 밀착되도록 형성되는 제1 프레임(4)을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 제1 프레임(4)의 양 측면에는 고글을 눈부위에 고정시키기 위해 머리를 둘러 고정시키는 고정끈(미도시)이 더 설치되는 것일 수 있다. 한편, 상기 마스크부(5)는 제2 프레임(8) 및 상기 제2 프레임(8)의 내부에 고정되는 필터(6)를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 필터(6)는 도 2에 나타낸 바와 같이 2개 또는 그 이상 형성될 수 있다. 또한, 상기 마스크부(5)는 상기 고글부(2)와 마찬가지로, 필터(6)의 외주면을 따라 형성되며, 안면의 입부위에 밀착되도록 형성되는 제2 프레임(8)을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 제2 프레임(8)의 양 측면에는 마스크를 입부위에 고정시키기 위해 목을 둘러 고정시키는 고정끈(미도시)이 더 설치되는 것일 수 있다. 한편, 상기 일체형 고글 마스크(1)는 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이 일체형으로 제공될 수도 있으나, 도 3에 나타낸 바와 같이 고글부(2) 및 마스크부(5)가 각각 분리되어 고글(2) 및 마스크(5)로서 제공될 수도 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 프레임(4) 및 제2 프레임(8)은 직접적으로 안면에 밀착되는 부분이기 때문에 연질의 소재를 사용하는 것일 수 있으며, 바람직하게 실리콘이 사용되는 것일 수 있다. 한편, 상기 제1 프레임(4) 및 제2 프레임(8)이 서로 연결됨으로써 상기 고글부(2) 및 마스크부(5)가 일체형으로 결합되는 것일 수 있으며, 이때 연결부위는 바람직하게 안면의 코 부위에 형성되어 있는 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 프레임(4) 및 제2 프레임(8)은 상기 연질의 소재 이외에 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고글부(2)에 포함된 렌즈(3) 및 마스크부(5)에 포함된 필터(6)는 각각 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 그래핀 복합 성형체는 구체적으로 고분자 수지에 분산된 형태의 그래핀을 함유하는 것일 수 있다. 이때, 상기 그래핀은 다층 나노그래핀, 나노그래핀 판상 분체, 나노그래핀 리본, 기능성 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer, POE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 상기 고분자 수지는 필터(6)에 사용 시 부직포의 형태로서 제공되는 것일 수 있다. 또한, 상기 고분자 수지는 상기 렌즈(3), 제1, 2 프레임(4,8) 및 필터(6)에 적용 시 서로 다른 고분자 수지가 사용되는 것일 수 있으며, 본원의 일 실시예에 따르면, 렌즈(3)에는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 제1, 2 프레임(4,8)에는 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 필터(6)에는 폴리프로필렌(polypropylene, PP)이 각각 사용되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 0.001 중량부 내지 5 중량부인 것일 수 있고, 바람직하게는 0.005 중량부 내지 1 중량부, 더욱 바람직하게는 0.01 중량부 내지 0.1 중량부인 것일 수 있다. 이때, 상기 그래핀의 함량이 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 0.001 중량부 미만일 경우 그래핀의 함량이 너무 적어 이를 포함하는 렌즈(3) 또는 필터(6)가 그래핀 고유의 우수한 특성을 가지지 못할 수 있으며, 5 중량부 초과일 경우 고분자 수지의 함량이 상대적으로 적어져 고분자 수지에 분산된 그래핀의 분산안정성이 저하될 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면 상기 혼합되는 그래핀 및 고분자 수지의 중량 혼합비율은 약 0.05: 99.95인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 렌즈(3)는 파장대 200 nm 내지 400 nm에서의 자외선 차단율이 90% 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게 94% 이상인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 렌즈(3)는 파장대 290 nm 내지 315 nm에서의 자외선 차단율이 약 96.5%일 수 있으며, 파장대 315 nm 내지 400 nm에서의 자외선 차단율이 약 94.2%일 수 있다. 즉, 상기 렌즈(3)가 상기 그래핀 복합 성형체를 포함함으로써 상기와 같은 우수한 자외선 차단율을 가지는 것일 수 있으며, 위와 같은 특성을 가지는 고글을 안면에 부착하여 사용함으로써 안면부에 노출되는 자외선이 효과적으로 차단 가능한 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 필터(6)는 암모니아, 아세트산, 트리메틸아민 및 포름알데히드의 2시간 탈취율이 각각 60% 이상인 것일 수 있으며, 일 실시예에 따르면 암모니아의 2시간 탈취율은 약 60%이고, 아세트산의 2시간 탈취율은 약 63%인 것일 수 있다. 한편, 상기 탈취율은 하기 식 1로 계산되는 것일 수 있다.
[식 1]
탈취율(%) = [(blank농도)-(sample농도)/(blank농도)]× 100
이때, 상기 식 1에서 blank농도는 시료가 없는 상태에서 측정한 농도이고, sample농도는 상기 필터(6)에 포함된 그래핀 복합 성형체의 존재 하에서 측정한 농도를 의미하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 필터(6)는 황색포도상구균(staphylococcus aureus) 또는 폐렴막대균(klebsiella pneumoniae)에 대한 18시간 후 정균감소율이 각각 99% 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 약 99.9%인 것일 수 있다. 이는 상기 필터(6)가 그래핀 복합 성형체를 포함하기 때문에 우수한 항균효과를 나타내는 것일 수 있으며, 이에 따라 인체에 유해한 세균의 번식을 방지할 수 있기 때문에 사용자로 하여금 더욱 청결한 마스크의 제공이 가능한 것일 수 있다.
본원의 제 2 측면은,
상기 본원의 제 1 측면에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조방법으로서, 그래핀 및 고분자 수지를 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 압출시키는 단계; 및 상기 압출된 혼합물에 포함된 이물질을 외부로 배출시켜 필터링시키는 단계;를 포함하는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조방법을 제공한다.
본원의 제 3 측면은,
그래핀 및 고분자 수지의 혼합물을 수용하는 호퍼(10); 상기 호퍼(10)와 연결되며, 상기 호퍼(10)에 수용된 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물을 압출시키는 스크류(30)를 이용한 압출기; 및 상기 압출기의 말단부에 설치되는 필터(50);를 포함하고, 상기 필터(50)는 상기 스크류(30)의 외주면에 설치되며, 이물질이 통과하는 미세통로가 형성되어 있는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조장치를 제공한다.
이하, 본원의 제 2 측면에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조방법 및 제 3 측면에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조장치를 도 4 내지 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 이때, 도 4는 상기 그래핀 복합 성형체의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 5 내지 7은 그래핀 복합 성형체의 제조장치를 나타낸 개략도로서, 본원의 제 2 측면에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조방법은 본원의 제 3 측면에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조장치를 이용하여 제조하는 것일 수 있다. 한편, 도 5 내지 7에 나타낸 그래핀 복합 성형체의 제조장치는 하나의 구현예에 불과하므로, 일부 형태의 변형 또는 구성요소의 치환은 본 발명의 권리범위를 해치지 않는 범위 내에서 모두 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 더불어, 본 명세서에 있어서 “그래핀 복합 성형체”란 하기 후술할 필터링 이후의 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물을 의미하는 것일 수 있으며, 그 이후 단계인 펠릿 형태로 성형된 혼합물을 의미하는 것일 수도 있다. 한편, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 “그래핀 복합 성형체”는 상기 본원의 제 2 측면 또는 제 3 측면에 따른 “그래핀 복합 성형체”를 용융시켜 렌즈(3) 또는 필터(6)에 적합하게 성형한 형태의 성형체를 의미하는 것일 수 있다.
우선, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 복합 성형체의 제조방법은 그래핀 및 고분자 수지를 혼합시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀의 형태는 액상 그래핀 또는 분말 형태의 그래핀인 것일 수 있으며, 그 종류로는 다층 나노그래핀, 나노그래핀 판상 분체, 나노그래핀 리본, 기능성 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 그래핀은 나노 사이즈로 형성된 나노 그래핀인 것일 수 있으며, 따라서 상기 그래핀의 크기는 1 μm 미만인 것일 수 있다. 이때, 상기 그래핀은 바람직하게 액상 그래핀으로서 다층 나노그래핀 또는 그래핀 옥사이드를 사용하는 것일 수 있으며, 상기 다층 나노그래핀은 2차원 구조로서 1 내지 5층의 형태를 가지는 것일 수 있다. 한편, 상기 그래핀이 액상 그래핀일 경우, 그래핀 원료에 액상첨가제가 혼합되는 것일 수 있으며, 상기 액상첨가제는 그래핀을 원활히 용해시킬 수 있는 것이면 제한없이 통상의 첨가제를 사용하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer, POE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer, POE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 또는 폴리아미드(polyamide, PA)인 것일 수 있다. 한편, 상기 그래핀 및 고분자 수지의 혼합은 고분자 수지에 그래핀을 함침시키거나 코팅시킴으로써 수행되는 것일 수 있으며, 상기 혼합되는 그래핀의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 0.001 중량부 내지 5 중량부인 것일 수 있고, 바람직하게는 0.005 중량부 내지 1 중량부, 더욱 바람직하게는 0.01 중량부 내지 0.1 중량부인 것일 수 있다. 이때, 상기 혼합되는 그래핀의 함량이 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 0.001 중량부 미만일 경우 그래핀의 함량이 너무 적어 제조되는 그래핀 복합 성형체가 그래핀 고유의 우수한 특성을 가지지 못할 수 있으며, 5 중량부 초과일 경우 고분자 수지의 함량이 상대적으로 적어져 그래핀이 고분자 수지에 원활히 분산되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
본원의 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 및 고분자 수지를 혼합시키는 단계는 그래핀 옥사이드를 액상 첨가제와 혼합시켜 액상 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계; 상기 액상 그래핀 옥사이드에 고분자 수지를 투입하여 혼합시키는 단계; 및 상기 혼합물을 건조시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 건조는 약 80℃ 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 즉, 상기와 같이 혼합된 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물은 건조단계를 수행하기 때문에 수분함량이 약 15 wt% 이하인 것일 수 있으며, 상기 수치보다 높은 수분함량을 가질 경우 하기 후술할 압출단계에서 상기 혼합물의 압출이 원활히 수행되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기와 같이 혼합된 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물은 도 3에 나타낸 바와 같이 호퍼(10)에 수용되는 것일 수 있으며, 상기 호퍼(10)에 수용된 혼합물은 이후 압출기로 이송되어 압출이 수행되는 것일 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 복합 성형체의 제조방법은 상기 혼합물을 압출시키는 단계; 및 상기 압출된 혼합물에 포함된 이물질을 외부로 배출시켜 필터링시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 5를 참조하면, 상기 압출은 바람직하게 스크류(30)를 이용한 압출기를 이용하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 상기 압출기의 일측 상부는 상기 혼합물을 수용하는 호퍼(10)의 하부면과 연결되어 있는 것일 수 있으며, 호퍼(10)에서 공급되는 혼합물이 압출기의 일측 내부로 이송되어 압출기의 타측 방향으로 압출되는 것일 수 있다. 한편, 상기 압출기에는 상기 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물 외에, 추가적으로 베이스 고분자, 부재료, 첨가제 등이 공급되어 함께 압출되는 것일 수 있다. 이를 위해, 압출기의 압출방향을 따라 각각의 원료가 공급될 수 있도록 베이스 고분자 수용 호퍼(12), 부재료 수용 호퍼(14) 및 첨가제 수용 호퍼(16)가 추가로 설치되는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 상기 베이스 고분자 수용 호퍼(12)는 그래핀 및 고분자 수지 수용 호퍼(10)와 연결되어 있으며, 이에 따라 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물과 베이스 고분자가 함께 혼합된 상태로 압출기에 투입되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 베이스 고분자는 및 부재료는 제조하고자 하는 제품의 물성을 충족시켜주기 위해 적절한 물질을 선택하여 공급시켜 주는 것일 수 있다. 더불어, 상기 첨가제는 강화제, 충진제 등을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 유리섬유(glass fiber, GF) 또는 탄소섬유(carbon fiber, CF) 등을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 베이스 고분자, 부재료 및 첨가제는 제조하고자 하는 그래핀 복합 성형체의 물성을 충족시켜 주기 위하여 소량 첨가되는 것일 수 있으며, 첨가되는 물질의 종류 또는 함량은 달성하고자 하는 물성을 위하여 적절히 선택하여 첨가하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 압출기는 내부에 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물이 이동하는 통로가 형성된 바디(20); 상기 바디(20)의 내부 혼합물 이동 통로에 수용되고 호퍼(10)로부터 혼합물을 공급받아 혼합 및 용융시키면서 홀 플레이트(80) 및 커팅부(90)로 압출하는 스크류(30); 상기 바디(20)의 외주면에 설치되어 혼합물을 가열 용융하는 히터(40); 상기 히터(40)에 의해 용융된 혼합물로부터 발생하는 이물질을 외부로 배출하는 필터(50); 및 상기 바디(20)의 끝단에 위치하는 헤드(70)를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 상기 이물질은 가스, 수증기, 저분자 화학물질 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 이와 같은 이물질을 제거함으로써 제조되는 그래핀 복합 성형체의 물성 또는 특성이 현저히 우수한 것일 수 있다. 이때, 상기 저분자 화학물질은 예를 들어, 스테아르산(stearic acid), 올리고머(oligomer), 트리고머(trigomer) 등일 수 있으며, 상기와 같은 물질들은 인체에 유해한 바, 이를 제거하여 제조된 그래핀 복합 성형체는 인체에 무해한 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 필터(50)에 대하여 더욱 자세하게 설명하자면, 상기 필터(50)는 도넛 형상의 벤트링(vent ring, 52)이 스크류(30)의 축선방향으로 복수 개 적층된 구조로서, 인접한 벤트링(52)과 벤트링(52) 사이에는 이물질을 통과시키고, 용융된 혼합물을 통과시키지 않는 미세통로가 방사상으로 형성되어 있는 것일 수 있다. 따라서, 용융된 혼합물은 스크류(30)의 회전에 의해 이동통로를 따라 헤드(70) 방향으로 이동하고, 이물질은 미세통로를 통과하여 가스포집공간(51)에 포집된 후, 제1, 2 배출관(60, 61)을 경유하여 진공펌프(62)에 의해 외부로 배출되는 것일 수 있다. 이때, 바람직하게 상기 제1, 2 배출관(60, 61)의 도중에 외부의 공기가 유입되는 배관을 연결하여 필터(50)로부터 배출되는 이물질이 더욱 신속히 배출되도록 하는 것일 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1, 2 배출관(60, 61)의 도중에 외부의 공기가 인입되는 공기흡입관(63)의 일단을 연결하고 공기흡입관(63)의 타단에는 공기필터(64)를 설치하여 외부 공기 중의 이물질이 흡입되는 것을 차단하며, 상기 제2 배출관(61)과 공기흡입관(63)은 동일직선상으로 배열되고 여기에 제1 배출관(60)이 직각방향으로 접속되는 것일 수 있다.
상기와 같이 구성된 이물질 배출시스템은 외부의 공기가 공기흡입관(63)과 제2 배출관(61)을 빠른 속도로 통과하면서 베르누이 정리에 의거 제1 배출관(60)에 부압(negative pressure)을 형성하므로 가스포집공간(51)에 포집된 이물질을 외부로 신속히 배출시킬 수 있다. 도 3에서는 제2 배출관(61)의 하류단(downstream end)에 진공펌프(62)를 설치하여 가스와 수증기를 배출하도록 구성하였으나 진공펌프(62)를 설치하는 대신에 공기흡입관(63) 상류단(upstream end)에 송풍기를 설치하는 것도 가능하며, 송풍기의 송풍에 의해 상기와 같은 원리로 제1 배출관(60)에 부압이 형성되어 가스포집공간(51)의 이물질을 신속히 외부로 배출할 수 있고, 이 경우 송풍기가 이물질과 직접 접촉하지 않아서 이물질에 의해 송풍기가 부식되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 이물질을 신속히 배출하는 다른 방안으로서, 필터(50)의 가스포집공간(51)이 외부의 공기와 연통할 수 있도록 필터(50) 외벽에 공기흡입구(53)를 설치할 수 있다. 공기흡입구(53)를 통하여 가스포집공간(51)에 인입된 공기는 가스포집공간(51)을 구성하는 벤트링(52) 외주면과 필터(50) 외벽 사이를 빠른 속도로 통과하여 제1, 2 배출관(60, 61)과 진공펌프(62)를 경유하여 외부로 배출되고, 벤트링(52)들 사이에 형성된 미세통로와 벤트링(52) 외주면은 서로 직각을 이루므로 상기 제1 배출관(60)에 부압이 형성되는 것과 같은 원리로 벤트링(52)의 미세통로에 부압이 형성되며, 따라서 용융된 혼합물로부터 발생한 이물질은 미세통로를 신속히 통과하여 외부로 배출될 수 있다. 이때, 상기 제1 배출관(60)과 공기흡입구(53)는 서로 가장 먼 위치, 즉 필터(50)의 축선방향과 둘레방향을 기준으로 서로 반대편에 설치하여 벤트링(52)의 미세 통로 전체에 부압을 형성하게 하는 것이 바람직하다.
도 5에는 스크류(30)가 1개인 일축 압출장치를 도시하였으나 스크류(30)가 2개인 이축 압출장치를 사용하는 것도 가능하며, 도 5에는 나타내지 않았으나 진공펌프(62)의 토출부에 배출가스의 환경기준에 맞추어 이물질 내의 유기화합물을 제거하는 장치가 별도로 구비될 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 복합 성형체의 제조방법은 상기 필터링 시키는 단계; 이후에, 상기 혼합물을 펠릿 형태로 성형시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 성형은 도 5 내지 7에 나타낸 홀 플레이트(80) 및 커팅부(90)에 의하여 수행되는 것일 수 있다. 이때, 상기 홀 플레이트(80)의 일면은 상기 헤드(70)의 끝단에 부착되어 있는 것일 수 있으며, 홀 플레이트(80)의 타면에는 커팅부(90)가 부착되어 있는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 헤드(70)의 토출구(75)를 통하여 분출되는 그래핀 및 고분자 수지의 혼합물은 용융된 상태인 것일 수 있다. 따라서, 상기와 같이 용융된 상태의 혼합물이 도 6에 나타낸 바와 같은 홀 플레이트(80)에 형성된 복수 개의 홀(85)을 통해 커팅부(90)로 분출되는 것일 수 있다. 이때, 상기 커팅부(90)는 내부에 중심축을 따라 회전하는 커터(92)를 포함하는 것일 수 있으며, 내부에 냉각수를 공급 및 배출시켜 주는 냉각수 이송관(95)이 외측면에 설치되어 있는 것일 수 있다. 즉, 상기 홀 플레이트(80)를 통해 분출되는 혼합물은 상기 커터(92)에 의해 펠릿 형태로 절단되어 성형되는 것일 수 있으며, 절단과 동시에 냉각수에 의해 온도를 하강시키기 때문에 용융된 상태의 혼합물이 급속히 굳게 되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기와 같이 펠릿 형태로 성형된 혼합물은 이후 제품성형단계를 거쳐 고글(2) 및 마스크(5)로 제조되는 것일 수 있으며, 이때 상기 제품성형단계는 사출을 이용하여 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기와 같이 제조된 그래핀 복합 성형체는 가스, 수증, 저분자 화학 물질 등과 같은 이물질이 제거되었기 때문에 원재료 고유의 우수한 특성을 나타낼 수 있으며, 그래핀과 고분자 수지가 계면에서 서로 분리되지 않아 매우 안정한 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 복합 성형체는 57 Mpa 내지 100 Mpa의 인장강도(tensile strength) 및 165% 내지 190%의 신율(elongation)을 가져 기계적 물성이 매우 우수한 것일 수 있다. 또한, 상기와 같은 기계적 물성 외에도 우수한 자외선 차단율, 유해가스에 대한 탈취율, 항균, 제균, 정전기 방지 또는 원적외선 방출 특성 등을 가지는 것일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1. 그래핀 복합 성형체의 제조 ( 그래핀 0.05 wt% / PET 99.95 wt% )
도 4의 제조방법 및 도 5의 제조장치를 이용하여 그래핀 복합 성형체를 제조하기 위하여 우선, 다층 나노그래핀을 액상 첨가제와 혼합시켜 액상의 다층 나노그래핀을 수득하였다. 이후, 상기 수득한 액상의 다층 나노그래핀에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)을 혼합시켜 함침 및 코팅 공정을 수행하였다. 이때 상기 그래핀 및 PET의 중량 혼합비율은 0.05 wt% : 99.95 wt%이었다. 그 다음, 상기 그래핀 및 PET의 혼합물을 건조시킨 후, 도 4의 제조장치에 투입시켜 압출공정을 수행하였으며, 압출된 혼합물을 성형하여 펠릿 형태의 그래핀 복합 성형체를 수득하였다.
실시예 2. 그래핀 복합 성형체의 제조 ( 그래핀 0.05 wt% / PC 99.95 wt% )
상기 실시예 1에서 PET 대신 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이요ㅇ하여 펠릿 형태의 그래핀 복합 성형체를 수득하였다.
실시예 3. 그래핀 복합 성형체의 제조 ( 그래핀 0.05 wt% / PVC 99.95 wt% )
상기 실시예 1에서 PET 대신 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이요ㅇ하여 펠릿 형태의 그래핀 복합 성형체를 수득하였다.
실시예 4. 그래핀 복합 성형체의 제조 ( 그래핀 옥사이드 0.05 wt% / PET 99.95 wt% )
상기 실시예 1에서 다층 나노그래핀 대신 나노 그래핀 옥사이드를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 펠릿 형태의 그래핀 복합 성형체를 수득하였다.
실시예 5. 그래핀 복합 성형체의 제조 ( 그래핀 0.05 wt% / PP 99.95 wt% )
상기 실시예 1에서 PET 대신 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 멜트블로운 부직포(60 g/m2)를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 펠릿 형태의 그래핀 복합 성형체를 수득하였다.
실시예 6. 그래핀 복합 성형체의 제조 ( 그래핀 0.1 wt% / PP 99.9 wt% )
상기 실시예 5에서 그래핀 및 PP의 중량 혼합비율을 0.1 wt% : 99.9 wt%로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 펠릿 형태의 그래핀 복합 성형체를 수득하였다.
실험예 1. 마찰대전성 평가
상기 실시예 1 내지 6에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 마찰대전성을 평가하기 위해, KS K 0555(2015, B법)에 의거하여 면포 및 모포에 대한 마찰대전성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 이때 시험조건은 20±2℃, 40±2%R.H., 400 r/min 이었다.
[표 1]
Figure pat00001
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그래핀 복합 성형체는 낮은 마찰대전성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 이로부터 우수한 정전기 방지효과를 가짐을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 방사에너지 평가
상기 실시예 1에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 원적외선 방사율 및 방사에너지를 평가하기 위해, 이를 사단법인 한국원적외선협회에 의뢰하여 실험을 진행하였으며, 이의 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 측정 방법은 KFIA-FI-1005에 의거하여 측정하였으며, 파장은 5 내지 20 μm, 온도는 37℃를 기준으로 측정하였다.
[표 2]
Figure pat00002
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그래핀 복합 성형체는 5 내지 20 μm의 파장범위에서 0.894의 방사율 및 3.45 x 102 W/m2·μm의 방사에너지 방출량을 가짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 그래핀 복합 성형체가 우수한 원적외선 방사율 및 방사에너지 방출량을 가짐을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 자외선 차단 성능 평가
상기 실시예 2에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 자외선 차단 성능을 평가하기 위해, KS K 0850:2014에 의거하여 자외선-A(315~400 nm) 및 자외선-B(290~315 nm)의 자외선 차단율 및 자외선 차단지수(UPF)를 측정하였으며, 이의 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 시험기기로는 UV Transmittance Analyzer를 사용하였고, 광원으로는 Xenon Arc를 사용하였다.
[표 3]
Figure pat00003
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그래핀 복합 성형체는 우수한 자외선 차단율 및 자외선 차단지수를 나타냄을 확인할 수 있었으며, 이로부터 우수한 자외선 차단 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.
실험예 4. 항균 성능 평가
상기 실시예 1 및 4에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 항균성능을 평가하기 위해 FITI 시험연구원에 의뢰하여 KS K 0693:2016에 의거하여 실험을 진행하였으며, 이의 결과를 하기 표 4와 도 8(실시예 1) 및 9(실시예 4)에 각각 나타내었다. 이때 사용된 균주는 Staphylococcus aureus (황색포도상구균), Klebsiella pneumoniae (폐렴막대균)이었고, 비이온계면활성제로서 접종균에 0.05% 비이온계면활성제(snogen)를 사용하였으며, 표준포로서 KS K 0905 염색견뢰도용 첨부백포(cotton)를 사용하였다.
[표 4]
Figure pat00004
상기 표 4와 도 8(실시예 1) 및 9(실시예 4)에 나타낸 바와 같이, 상시 실시예 1 및 2에서 제조한 그래핀 복합 성형체는 모두 높은 정균감소율을 나타내었으며, 특히 실시예 1에서 제조한 그래핀 복합 성형체는 99.9%의 정균감소율을 나타내어 항균 성능이 매우 우수함을 확인할 수 있었다.
실험예 5. 탈취율 평가
상시 실시예 5에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 암모니아 및 아세트산에 대한 탈취율을 평가하기 위해 FTM-5-2:2004, 가스검지관법에 의거하여 실험을 진행하였으며, 이의 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 이때, 측정시간은 2시간 경과 후로 하였으며, 탈취율은 하기 식 1을 이용하여 계산하였다.
[식 1]
탈취율(%) = [(blank농도)-(sample농도)/(blank농도)]× 100
이때, 상기 식 1에서 blank농도는 시료가 없는 상태에서 측정한 농도이고, sample농도는 그래핀 복합 성형체의 존재 하에서 측정한 농도를 의미하는 것이다.
[표 5]
Figure pat00005
상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 5에서 제조한 그래핀 복합 성형체는 암모니아 및 아세트산에 대한 2시간 탈취율이 각각 약 20% 및 60%로서 우수함을 확인할 수 있었다.
한편, 상기 실시예 2에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 암모니아에 대한 탈취율을 평가하기 위해 KIFA 한국원적외선응용평가원에 의뢰하여 KFIA-FI-1004에 의거하여 실험을 진행하였으며, 이의 결과를 하기 표 6 및 도 10에 각각 나타내었다.
[표 6]
Figure pat00006
상기 표 6 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에서 제조한 그래핀 복합 성형체는 암모니아에 대한 탈취율이 매우 우수함을 확인할 수 있었다.
실험예 6. 항곰팡이 성능 평가
상시 실시예 5 및 6에서 제조한 그래핀 복합 성형체의 항곰팡이 성능을 분석하기 위해, KIFA 한국원적외선응용평가원에 의뢰하여 곰팡이 저항성능 분석(ASTM G-21)을 수행하였으며, 각각 4주간 곰팡이와 동시에 배양하여 곰팡이의 번식을 분석하였다. 이의 결과를 하기 표 7 및 도 11에 각각 나타내었다.
[표 7]
Figure pat00007
상기 표 7 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 실시예 5 및 6에서 제조한 그래핀 복합 성형체에 곰팡이를 배양시켜도 곰팡이의 번식이 없음을 확인할 수 있었으며, 이에 따라 우수한 항곰팡이 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.
이상, 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 함께 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이러한 도면과 실시예로 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형예 또는 균등한 범위의 실시예가 존재할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 기술적 사상의 권리범위는 청구범위에 의해 해석되어야 하고, 이와 동등하거나 균등한 범위 내의 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 일체형 고글 마스크 2: 고글부
3: 렌즈 4: 제1 프레임
5: 마스크부 6: 필터
8: 제2 프레임
10: 그래핀 및 고분자 수지 수용 호퍼
12: 베이스 고분자 수용 호퍼 14: 부재료 수용 호퍼
16: 첨가제 수용 호퍼 20: 바디
30: 스크류 40: 히터
50: 필터 51: 가스포집공간
52: 벤트링 53: 공기흡입구
60: 제1 배출관 61: 제2 배출관
62: 진공펌프 63: 공기흡입관
64: 공기필터 70: 헤드
75: 토출구 80: 홀 플레이트
85: 홀 90: 커팅부
92: 커터 95: 냉각수 이송관

Claims (15)

  1. 렌즈가 형성된 고글부; 및
    상기 고글부의 하측에 일체형으로 연결되며 필터가 형성된 마스크부;
    를 포함하고,
    상기 렌즈 및 필터는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 일체형 고글 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고글부는,
    제1 프레임; 및
    상기 제1 프레임의 내부에 고정되는 상기 렌즈;
    를 포함하는 것인 일체형 고글 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스크부는,
    제2 프레임; 및
    상기 제2 프레임의 내부에 고정되는 상기 필터;
    를 포함하는 것인 일체형 고글 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 다층 나노그래핀, 나노그래핀 판상 분체, 나노그래핀 리본, 기능성 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 일체형 고글 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE), 폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer, POE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene, POM), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것인 일체형 고글 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 0.001 중량부 내지 5 중량부인 것인 일체형 고글 마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 파장대 200 nm 내지 400 nm에서의 자외선 차단율이 90% 이상인 것인 일체형 고글 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 암모니아, 아세트산, 트리메틸아민 및 포름알데히드의 2시간 탈취율이 각각 20% 이상인 것인 일체형 고글 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 황색포도상구균(staphylococcus aureus) 또는 폐렴막대균(klebsiella pneumoniae)에 대한 18시간 후 정균감소율이 각각 80% 이상인 것인 일체형 고글 마스크.
  10. 렌즈가 형성된 고글로서,
    상기 고글의 프레임 및 렌즈는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 고글.
  11. 필터가 형성된 마스크로서,
    상기 마스크의 프레임 및 필터는 그래핀 및 고분자 수지가 함유된 그래핀 복합 성형체를 포함하는 것인 마스크.
  12. 제1항, 제10항 또는 제11항에 따른 그래핀 복합 성형체의 제조방법으로서,
    그래핀 및 고분자 수지를 혼합시키는 단계;
    상기 혼합물을 압출시키는 단계; 및
    상기 압출된 혼합물에 포함된 이물질을 외부로 배출시켜 필터링시키는 단계;
    를 포함하는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 압출은 스크류를 이용한 압출기를 이용하여 수행되는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 필터링은 상기 스크류의 외주면에 설치되며, 이물질이 통과하는 미세통로가 형성된 필터를 이용하여 수행되는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 이물질은 가스, 수증기, 저분자 화학물질 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 그래핀 복합 성형체의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102613469B1 (ko) * 2023-07-26 2023-12-14 주식회사 세영하이텍 폴리아미드와 그래핀 기반의 안경테 및 이의 제조 방법

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