KR20230085356A - 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 - Google Patents
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- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/38—Oxides or hydroxides of elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
- D06M11/42—Oxides or hydroxides of copper, silver or gold
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/44—Oxides or hydroxides of elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table; Zincates; Cadmates
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- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
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- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/46—Oxides or hydroxides of elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table; Titanates; Zirconates; Stannates; Plumbates
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- A—HUMAN NECESSITIES
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- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
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Abstract
본 발명은 전술하였듯이 금속 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 및 원단에 관한 것으로 더욱 상세하게는 인체와 밀착되는 마스크 및 원단에 대하여 항균, 수취 기능이 뛰어난 금속 나노이온 클러스터를 코팅 부착하여 마스크 사용자가 착용 후 호흡시 광 촉매와 이온 클러스터의 항균작용을 통해 호흡시 공기 중 바이러스의 감염을 예방하고 오랜 시간 착용으로 인한 악취제거 효과를 발휘하는 제품에 관한 것이다.
본원의 나노이온 클러스터 물질을 활용한 마스크는 비말(침 방울 등)을 여과하는 기능 외에도 나노이온 클러스터 물질을 견고하게 코팅하여 세척하지 않고서도 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적이면서도 미세먼지 등을 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적이며, 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하고 보다 안전하게 사용할 수 있는 획기적인 위생 마스크를 제공한다.
본원의 나노이온 클러스터 물질을 활용한 마스크는 비말(침 방울 등)을 여과하는 기능 외에도 나노이온 클러스터 물질을 견고하게 코팅하여 세척하지 않고서도 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적이면서도 미세먼지 등을 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적이며, 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하고 보다 안전하게 사용할 수 있는 획기적인 위생 마스크를 제공한다.
Description
본 발명은 기능성을 갖는 마스크에 관한 것으로 호흡 시에 공기 중에서 유입되는 세균과 미세먼지 등을 효과적으로 차단하는 것은 물론 마스크 본체를 항균 처리하여 각종 질병으로부터 마스크 사용자가 안전하도록 사용토록 하는 항균기능을 갖는 마스크에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마스크 표면에 나노이온 클러스터가 강하게 적용 코팅되어 장시간 사용을 하더라도 자신의 비말이나 주위의 오염에도 항균력이 장기간 지속되는 기능성 마스크에 관한것이다.
최근 전 세계를 강타한 코로나 19와 환경 파괴로 인한 대기오염이 갈수록 심해지는 가운데 마스크는 어느새 일상생활에서 필수품이 되었으며 마스크에 대한 관심이 매우 고조되고 있는 실정이다.
현재 마스크는 코로나를 대비한 일상생활에 각국에서 널리 사용되고 있으며 분진이나 비산먼지, 유독성 기체가 많이 발생하는 사업장에서 이물질이 인체로 유입되는 것을 방지하기 위하여 필수적으로 사용되고 있다.
종래의 마스크는 단지 먼지를 차단하는 용도로 주로 사용하였으나 최근에는 전 세계적으로 급속하게 확산하고 있는 코로나와 같은 바이러스 감염 등을 차단하고자 그 수요가 폭발적으로 늘고있다.
그러나 종래의 마스크는 단순하게 비말 차단과 먼지 등을 차단하는 단순 기능 외 외부로부터 접촉되는 병균을 차단하는 기능을 가진 마스크는 좀체 보기 어려운 현실이었지만 본원은 마스크 표면에 나노이온 클러스터 물질을 나노단위로 강력하게 고착시킴으로써 마스크를 장기간에 걸쳐 사용하더라도 상기 나노 항균물질이 세균이나 바이러스를 억제하므로 마스크를 오랜시간 사용할수있는 장점을 가진다.
001) 소대섭 항균&비말 방지 마스크 ‘나노 쿨 항균 마스크’ 저자 소대섭 학술지정보 한국공업화학회지 KCI SCOPUS 2020 23권, 4호 view optionsISSN 1225-0112 E-ISSN 1229-120X.
002) 코로나-19 방어용 마스크를 안전하게 재사용하기 위한 살균방법에 관한 고찰
충북대학교 약학대학 물리약학실 교수 박일영.
003) 하루 동안 마스크를 쓴 시간에 따른 피부 변화를 연구한 이번 논문(Effect of face mask on skin characteristics changes during the COVID-19 pandemic)
004) 나노 다공성 알루미나 마스크의 제조 및 응용 Fabrication of Nanoporous Alumina Mask and its Applications Vol.46 No.3 [2008] 저자 정미 (Mi Jung Jeong Woo Choir) ; 최정우 (Jeong Woo Choir) ; 김영기 (Young Kee Kim) ; 오병근 ( Byung Ken Oh )발행기관 한국화학공학회 학술지명 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK).
따라서, 본 발명의 목적은 본원 마스크의 착용시 지속적인 항 살균 기능을 지니며, 공기 중의 병원성 세균으로부터 인체를 보호하고, 착용 시에 발생하는 입속의 냄새로 인한 오염을 탈취하고, 타인에게 자신의 호흡기 질환을 전염시키는 것을 방지하기 위한 이온클러스터 항균 마스크를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다회용 또는 부직포 등과 같은 일회용 마스크 원사에 나노이온 클러스터를 코팅함에 따라 표면이 매우 부드럽고 신축성이 우수한 착용감과 항균성이 뛰어난 나노 이온클러스터 항균 마스크를 제공하는 데 있다.
따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공기 중에 떠도는 각종 바이러스 및 세균 그리고 미세먼지 등을 효과적으로 차단하거나 항균 처리하여 각종 질병으로부터 마스크 사용자가 안전하도록 마스크 표면에 나노이온 클러스터 물질을 사용하여 코팅 제조하는데 목적이 있다.
바람직하게는 본 발명은 미세먼지 및 세균의 차단 효과를 극대화하기 위한 항균 기능을 부여한 마스크를 제조하는 방법 및 이러한 항균 원단을 활용하여 제조한 항균 마스크를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용이 강력한 마스크 및 마스크 소재인 원단을 활용하여 제조한 항균 마스크를 제공하는 데 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단을 고압의 진공 압력 챔버에 투입하고 상기 원단의 표면에 나노이온 클러스터 물질인 금속이온 또는 산화물 클러스터를 분사하여 결합 코팅하는 단계와;
상기이온 클러스터를 결합(코팅)한 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단을
송풍 건조하는 단계와; 상기 건조된 이온 클러스터를 마스크 원단을 정해진 일정크기로 절단(Cutting)하는 단계와; 절단된 다수의 마스크 부재를 합체하는 단계와;
마스크 본체에 와이어 밴드와 조임 끈을 부착하는 단계를 거쳐 완성하는 것을 특징으로 하는 항균력이 극대화된 금속 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 앞서 말했듯이 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 물질을 활용한 마스크는 마스크 일면에 나노이온 클러스터 물질을 견고하게 코팅 또는 결합하여 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적이면서도 미세먼지 등을 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적인 항균 마스크를 대중에게 제공하게된다.
아울러 본 발명에 따르면 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단을 대량으로 진공챔버에 투입하여 단시간 내에 금속 나노이온 클러스터 물질을 얇게 도포하므로 제조원가가 절감되며 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하면서도 매우 위생적이며 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일 실시 예에 의한 마스크 스퍼터링 공정을 나타낸 그림.
도 2는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 원리를 나타낸 그림.
도 3은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 나노이온 클러스터 챔버 구조 및 작동과정을 나타낸 그림.
도 4는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 챔버에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도.
도 6은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 공정도.
도 8은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크의 나노니온 쿨러스터 코팅 공정 조건표.
도 9는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 광 촉매와 나노이온 입자 항균금속들의 세포 멸균 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 항균효과.
도 11은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 Cu Nanoparticles in coating film / Cu 나노이온 입자 코팅 전자현미경 사진.
도 12는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 Cu NP 크기 제어 표면 형태의 SEM사진.
도 13은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 두께및 전자현미경 사진.
도 14는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 결정조직과 다층 나노복합조직을 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 3,000배 SEM 현미경사진.
도 16은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 20,000배 SEM 현미경사진.
도 17은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 50,000배 SEM 현미경사진.
도 18은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 20.000배 SEM 현미경사진.
도 19는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 50.000배 SEM 현미경사진.
도 20은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 50.000배 또다른 SEM 현미경사진.
도 21은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 원단의 500배 현미경 SAM 확대사진.
도 22는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 물질 Cu-CuOx 20nm-EDX 성분 분석표.
도 23은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 1.
도 24는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 2.
도 25는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 항균테스트 결과치.
도 26은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클로스터 코팅원단의 색상제어기술.
도 27은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노사이즈 금속이온 코팅 불럭도.
도 28은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 사시도.
도 29는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 원단의 롤형태의 코팅 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 원리를 나타낸 그림.
도 3은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 나노이온 클러스터 챔버 구조 및 작동과정을 나타낸 그림.
도 4는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 챔버에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도.
도 6은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 공정도.
도 8은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크의 나노니온 쿨러스터 코팅 공정 조건표.
도 9는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 광 촉매와 나노이온 입자 항균금속들의 세포 멸균 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 항균효과.
도 11은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 Cu Nanoparticles in coating film / Cu 나노이온 입자 코팅 전자현미경 사진.
도 12는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 Cu NP 크기 제어 표면 형태의 SEM사진.
도 13은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 두께및 전자현미경 사진.
도 14는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 결정조직과 다층 나노복합조직을 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 3,000배 SEM 현미경사진.
도 16은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 20,000배 SEM 현미경사진.
도 17은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 50,000배 SEM 현미경사진.
도 18은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 20.000배 SEM 현미경사진.
도 19는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 50.000배 SEM 현미경사진.
도 20은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 50.000배 또다른 SEM 현미경사진.
도 21은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 원단의 500배 현미경 SAM 확대사진.
도 22는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 물질 Cu-CuOx 20nm-EDX 성분 분석표.
도 23은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 1.
도 24는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 2.
도 25는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 항균테스트 결과치.
도 26은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클로스터 코팅원단의 색상제어기술.
도 27은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노사이즈 금속이온 코팅 불럭도.
도 28은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 사시도.
도 29는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 원단의 롤형태의 코팅 사시도.
본원 발명은 상기한바 대로 항 살균 기능을 갖는 마스크에 관한 것으로 구체적으로는 마스크 일면을 항균력이 탁월한 나노 금속이온 클러스터(Nano metal ion cluster))로 코팅하는 기술에 관하여서이다.
한편, 본원은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에서 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이와 같이 본원의 마스크는 크게 부직포 소재의 일회용 마스크와 면소재의 다회용 마스크로 구분이 되며 이러한 마스크는 조금만 착용해도 자신이 내쉬는 날숨과 비말 등으로 조금만 사용해도 마스크가 오염되어 세균이 발생하므로 새로운 마스크로 자주 교체하여 착용해야 하는 문제점이 있었고 가지고 있었다.
본원 마스크는 크게 착용자의 코와 입을 커버하는 중간층(60)을 포함하는 마스크 본체와 착용 부재인 한 쌍의 귀걸이 끈(100)과 굴곡진 코와 밀착하는 와이어 밴드(80)로 구성 제조되어 왔다.
다회용으로 사용할 수 있는 면 소재 마스크는 좌우 측 선단에 귀걸이 끈(100)을 부착하여 제조하여 왔으며, 일회용 마스크는 한 겹 또는 다수 겹의 부직포를 마스크 형태로 재단한 다음 중간층(60)을 합체하고 그 좌우 측 선단에 귀걸이 끈(100)을 부착하여 제조되었으나 항균력이 없어 조금만 사용하여도 오염이 되고 특히 습도가 높고 더운 여름에는 금세 축축해지고 냄새가 나 하루에도 수차례 마스크를 교환해야 하는 문제점이 있었다.
한편, 항균특성(Antibacterial properties)의 제어는 이러한 반응들이 강력하게 일어날 수 있도록 하는 항균소재의 종류 및 코팅된 항균소재의 입자크기와 조직에 의해 다르게 되며, 특히 동일 종류의 소재의 크기가 20nm 이하의 초미세 크기로 작아질수록 항균효과가 증대된다.
따라서 본원에서는 항균력이 우수한 소재설계 및 입자크기를 나노구조로 제어하는 금속 또는 금속 산화물을 이용하여 항균코팅 기술을 구현할 수 있다.
도 1~5는 본원 마스크의 스퍼터링 공정과 코팅원리를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일 실시 예에 의한 마스크 스퍼터링(Sputtering)공정을 나타낸 그림을 나타낸 것으로
도 1은 본 발명의 기존의 스퍼터링 공정에 3차원 자장 설계 및 고정제어에 의해 나노이온 클러스터 형성 과정 및 형성된 클러스터들이 재료 표면에 코팅되는 공정을 나타낸 그림으로 상기 마스크의 표면에는 항균활성을 가지는 물질인 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 항균 부재가 나노이온 클러스터가 되어 코팅되게 하는 것이다.
본원의 나노이온 클러스터 코팅공정은 진공 증착법(Vacuum deposition method)의 일종으로 비교적 낮은 진공도(Vacuum too)에서 방전을 시켜 이온화한 아르곤 등의 가스를 가속하면서 금속 또는 산화물 등 화합물 Target(타깃)에 충돌시킴으로 목적의 원자들을 분출시킨 후 추가적인 구속 자장을 이용하여 전자밀도를 고밀도로 구속하여 전자와 분출된 원자들 간 충돌을 활발하게 하는 동시에 전자들이 원자들에 흡착하면서 원자들과 이온들 간 정전 기적 인력에 의해 다양한 나노입자들 크기의 나노이온 클러스터가 형성되면서 다양한 기판 표면에 나노입자들 크기 및 두께를 제어하며 코팅하는 새로운 코팅 기술이다.
또한, 합금이나 합금재료 화합물 코팅시에는 여러 개 타깃재료를 동시에 코팅하면서 다양한 조성의 합금재료들을 코팅할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 산소나 질소 등 반응성 가스를 이용하면 가스와의 반응물들이 아노 이온 클러스터들로 형성시켜 삼화믈 등 다양한 화합물들을 나노 입자들로 코팅활 수 있다.
따라서 기존의 스퍼터링(Sputtering)을 적용한 코팅 기술은 주로 원자형태로 재료 표면으로 이동하여 서로 합쳐지면 코팅층을 형성하는 공정으로 균일한 나노입자들을 적용하여 재료 표면에 코팅하기가 어려움이 있는 문제점을 해결할 수 있는 장점을 가지고 있다.
본원은 이를 개선하여 진공챔버(140)에 금속 합금 또는 산화물(160)타깃(Target)을 투입하고 피코팅 소재를 투입하는 스퍼터링 공정을 그림으로 나타낸것이고;
도 2는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 원리를 나타낸 그림;
도 3은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 나노이온 클러스터 챔버(Chamber)구조및 작동과정을 나타낸 그림;
도 4는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노 항균소재 입자에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 공정도;
도 5는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 챔버에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도로 챔버에 피코팅체를 투입하고 금속 나노이온 클러스터(Cluster)를 코팅하는 챔버및 챔버 가동 조건 등을 나타낸것으로 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 항균소재 타깃 및 피코팅 소재를 챔버(140)에 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Ar(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 가스 주입단계와;
전원을 300V~1,000V 범위로 항균소재 타깃에 전기를 부가하여 항균소재를 증발 및 이온화 방전반응을 일으키는 방전단계와;
이를 거쳐 증발 및 이온화된 원자들에 고밀도 구속 자장을 2차원 또는 3차원으로 가하는 자장 가압 단계와;
증발된 중성입자들 및 이온화된 입자들 및 원자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 직경(1~20nm) 직경 크기의 클러스터입자들이 형성되는 단계를 거쳐
피코팅재로 이동하며 코팅되게 된다.
이와 같이 나노 클러스터의 크기는 주입 Ar가스의 양, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기를 조절하여 조정하게되는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 롤투롤(Rolltop roll)코팅장비 개념도 이고 도 7은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 롤투롤 코팅장비 공정도;
도 8은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 챔버(140)에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도를 나타낸 그림으로 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 항균소재 타깃 및 피코팅 소재를 챔버(140)에 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Argon(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 Ar가스 주입단계를 거친후 증발 및 이온화된 원자들에 대하여 자장을 가하는 단계가 이루어지는데
이는 증발된 중성입자(Neutral particles)들 및 이온화된 입자들 및 전자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 수 나노(1~20nm) 직경 크기의 클러스터 입자들이 형성되게 하는 과정이라고 볼수있다.
더불어 일 실시 예에 의한 나노 금속이온 클러스터 코팅(180)공정을 좀 더 자세히 살펴보면 먼저, 마스크 및 그 원단이 투입되는 압력 챔버(140)는 바람직하게는 약 80~180℃의 온도와 약 1.8kg f/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분 정도 유지하는 챔버(140)가 바람직하며 여기서 금속 또는 금속산화물(Metallic dxide)을 이온화하고 상기 마스크 원단(120)에 나노 형태로 도포하게 되는데 상기 챔버설정 조건은 주위환경에 따라 수시 달라질수있다.
아울러 바람직하게 적용되는 나노이온 클러스터 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연), AG(은)과 같은 여러 금속의 산화물 중 택일 된 어느 하나 또는 두 개의 물질로 이루어지며 바람직하게는 타깃 형태로 이루어짐이 바람직하다.
본원의 기술은 항균 특성이 있는 금속 및 산화물 재료들을 원자상태(The atomic state)로 증발 및 이온화(Ionization)시킨 후 직경 수 나노 크기의 입자들로 만들어 섬유, 폴리머 필름, 제지, 펄프 등 표면에 용도에 따라 여러 가지 사이즈로 나노 두께로 코팅하는 기술이며 바람직하게는 나노 두께의 범위 : 1nm ~ 100nm / 항균 코팅 시 바람직한 코팅 두께는 1~20nm가 적당하다 하겠다.
한편, 본원의 나노 금속이온 클러스터 코팅(180)장치 및 구성을 살펴보면;
- 장치의 구성 : 진공용 챔버(140), 진공펌프, 항균 금속 물질 타깃, 피코팅 소재, 전원 및 제어시스템, 진공 게이지, 가스공급 및 제어 시스템과 같은 다양한 장비가 구성된다.
- 상기 챔버에 투입되는 바람직한 항균물질 타깃으로는 Cu, Ti, Zr. Zn Ag 또는 이들 금속의 산화물 등을 들수있다.
- 피코팅 소재로는 완성된 마스크 및 마스크 소재인 원단을 비롯하여 합성섬유, 천연섬유, 면, 실크, 폴리머필름, 종이, 금속, 유리, 세라믹 등 다양한 재료에 본원기술을 예의 적용할 수 있다.
다음으로, 본원의 나노 금속이온 클러스터 코팅(180)공정을 살펴보면 다음과 같다.
한편, 본원에서는 광 촉매(TiOx)를 합성하여 코팅할 수 있는데 이러한 가시광선 광 촉매 소재는 Cu(구리)를 첨가한 TiOx 나 ZnO 광 촉매 소재가 매우 바람직하다.
TiO2와 ZnO는 광 촉매 효과가 우수하여 오염물질 제거 및 항균특성을 나타내지만 UV(자외선, Ultraviolet) 파장의 빛에서만 작용하는 물질적 특성이 있으며 Cu를 TiOx 또는 ZnO에 첨가하며 코팅하면 가시광선 범위에서도 광 촉매 효과가 일어나 TiOx 나 ZnO보다 우수한 광 촉매 효과와 항균 효과가 배가되어 매우 우수한 항균특성이 나타나는 특성을 가지며 이를 사용하기 위해 Ti 이나 ZnO 전체중량 100 원자중량비(Atomic %)에 대하여 Cu 첨가 코팅량은 5~30중량 부를 투입하여 사용할 수 있다.
항균소재인 TiOx는 알려진 항균 소재인 Cu는 내마모성이 약하며, 유해한 냄새를 유발하는 동시에 고온다습한 환경에서는 산화되어 변색 및 수분과의 반응에 의한 유해 산화화합물(Oxidizing compound)을 발생하여 인체에 유해한 것에 비하여 비해 상기 TiOx는 고온 다습한 분위기에서 비교적 안정한 화합물로 항균특성도 매우 우수하며 동시에 Cu 금속에 비해 강도도 높아 코팅시 쉽게 탈피가 안 되어 내구성이 타금속이온에 비하여 우수한 물성을 가지고 있다.
이처럼 본원은 광 촉매/항균 복합코팅은 iOx와 CuOx 가시광선 영역에서도 광 촉매 효과 및 항균특성을 복합적인 반응으로 강력한 광 촉매(Photo catalyst)효과를 얻게 되는 것이다.
본원에서는 이처럼 상기 광 촉매 및 항균특성을 복합하는 코팅소재를 이온 나노클러스터 코팅 공정기술로 코팅된 입자들의 구조 및 크기를 적어도 1~20nm 범위의 크기를 자유롭게 제어하며 코팅하여 강력한 항균성능이 본원 마스크에 나타나도록 코팅하는 효과적인 기술이라 할수있는 것이다.
다음으로, 내 마모, 항균 복합 코팅을 살펴보면 다음과 같다.
- 내 마모소재 금속과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하며 동시에 코팅할 수 있다.
- 코팅시 질소(N2), 산소(O2) 가스를 복합코팅 종류에 따라 단독 또는 동시에 양을 제어하며 공급한다.
- TiN, ZrN 합성시 질소만 공급.
- TiOx, Zero 합성시 산소만 공급.
- TiONx, ZrONx 합성시 질소와 산소 동시에 공급.
- 코팅두께 : 5~50nm / 50nm 이상도 코팅.
- 코팅조직 : 내 마모 코팅 박막 층(Ti/ZrNx, Ti/ZrOx, Ti/ZrONx) 내에 항균 CuOx 나노입자들이 분산되게한다.
주요 제어방법으로는 전술한바 대로 진공챔버(140)내 압력 및 자기장을 3D로 구속하여 전자밀도를 높여 입자들이 전자와 충돌하면서 전하를 가지게 하면 입자들 간 정전기 현상에 의해 입자들이 서로 초 미세나노 입자(Ultra-fine nano particles)들로 결합하며 나노사이즈를 형성하게 된다.
이에 피코팅 소재로는 직물, 원단, 면, PP 부직포, 합성섬유, 실크, 제지, 펄프 등이 가능하게 된다.
상기 합성섬유는 예를 들어, 나일론(Nylon), 폴리에스테르계(Polyester), 폴리염화비닐계(Polyvinyl chloride), 폴리아크릴로니트릴계(Polyacrylonitrile), 폴리아미드계(polyamide), 폴리올레핀계(Polyolefin), 폴리우레탄계(Polyurethane), 폴리플로 오르에틸렌계(Polyp polyethylene)중의(Polyfluoro olethylene)중의 어느 하나로 이루어진 섬유를 사용할 수 있다.
더욱더 바람직하게는 합성 원단은 폴리머(Polymer)를 사용하여 얻어진 원단을 사용할 수도 있고 폴리에틸렌계(Polyethylene)수지, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌 수지(LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌-비닐아세테이트 수지 (EVA)를 포함한 천연 원단도 가능하고 상기한 원단 이외에도 전술된 것과 다른 원단을 사용하는 것도 충분히 가능하다.
이러한 나노이온 클러스터를 항균 마스크에 코팅하여 섬유와 같은 유연성을 가지기 위해이온 클러스터의 직경은 전술한 바와 같이 나노사이즈를 적어도 1~20nm 내 범위에서 코팅하는 것이 바람직하다.
1nm 미만으로 나노를 제작하면 이온 클러스터의 크기에 비해 이온 클러스터의 간격이 좁아지게 되므로 나노의 형태를 유지하기가 힘들며 제품으로서 가치가 떨어지며 20nm 초과는 항균력을 나타내기에 충분한 양을 초과하므로 인해 많은 양의이온 클러스터를 사용함에 따라 가격 상승을 초래하게 되어 비경제적인 문제점이 발생하게 되는 것이다.
한편, 더욱 바람직하게는 상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연), Ag(은)중 택일 된 어느 하나의 물질 100중량에 대하여 Cu(구리)가 첨가하되 이때 첨가량은 1 내지 10중량 부인 것을 특징으로 하여 피코팅체인 마스크 원단에 본원의 나노금속입자가 코팅된 항균 마스크가 완성되게 되는 것이다.
다음으로, 도 9~10은 본원의 나노이온 클러스터의 항균효과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 광 촉매와 나노이온 입자 항균금속들의 세포 멸균 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 항균효과를 나타낸 것으로 이를 설명하면 본원의 나노 금속이온 클러스터 항균소재들에 의한 항균은 크게 2가지 원리를 설명하면 이는 항균소재와 수분이 반응하면 H2O 물 분자가 해리되어 OH-O-와 같은 세포 분자들과 반응성이 높은 활성 라디칼(Radica)들이 발생하게 되며, 이러한 라디칼들이 항균소재 표면에 흡착된 유해 세균들의 표면과 반응하여 세균표면의 세포들의 결합을 끊게 되어 세포가 사멸하게 된다.
바람직한 또 다른 사멸 원리로는 항균소재의 금속원자들이 이온화되어 직접 세균의 세포 결합구조를 끊으며 유해 세포들을 사멸시키게되는 것이다.
더불어 본원의 PDL 항균 시험법을 살펴보면 다음과 같다.
PDL 항균 시험법 (Revised from JIS Z 2801/ISO 22196 Protocol)
테스트하고자 하는 샘플의 원하는 크기로 준비한다. (ex. 1cm*1cm or 2cm*2cm)
테스트하고자 하는 균 (S. aureus) stock 100 ul를 10ml Tryptic soy broth (TSB)에 키운다.
균이 OD600=0.3까지 자랐을 때, 20ml glass vial에 600 ul 씩 접종한 뒤, 준비된 샘플의 코팅된 표면이 균과 접촉되도록 놓으며 37도 incubator(부화기관)에서 overnight incubation(하루 배양)한다.
Incubation(배양)이 끝난 샘플을 10ml 1X PBS buffer로 wash/shake out(혼합, 세척) 해준다.
Wash out(세척) 된 용액을 1X PBS buffer(완충)로 104배 희석하고, 희석된 균을 준비된 TSA (Tryptic soy agar미생물 배지) plate(그릇)에 100 ul씩 도말한다.
도말된 TSA plate(생배지)를 37도 Incubator에서 overnight incubation 한다.
Incubation이 끝난 plate에 뜬 colony의 개수 (CFU)를 비교한다.
모든 테스트는 Growth control (균 Only)과 Sterile control (broth only)와 함께 진행한다. 항균력 분석은 다음 식을 따른다.
다음으로, 도 11~25까지는 본원발명의 마스크 및 마스크 원단의 SAM, TEMP 사진과 더불어 다양한 항균 테스트를 제시한 자료이다.
도 11은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 Cu Nanoparticles in coating film / Cu 나노이온 입자 코팅 전자현미경 사진.
도 12는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 Cu NP 크기 제어 표면 형태의 SEM사진.
도 13은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 두께및 전자현미경 사진.
도 14는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 결정조직과 다층 나노 복합조직을 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 3,000배 SEM 현미경사진.
도 16은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 20,000배 SEM 현미경사진.
도 17은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 원단에 코팅된 나노이온 클러스트 50,000배 SEM 현미경사진.
도 18은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 20.000배 SEM 현미경사진.
도 19는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 50.000배 SEM 현미경사진.
도 20은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크에 코팅된 나노이온 클러스트 50.000배 또다른 SEM 현미경사진.
도 21은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 원단의 500배 현미경 SAM 확대사진으로 본원의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 및마스크 원단에 나노입자가 골고루 코팅됨을 알수가있다.
도 22는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 물질 Cu-CuOx 20nm-EDX 성분분석표.
도 23은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 1이고 도 24는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 2이며 도 25는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 항균테스트 결과치로 본원의 마스크 원단의 항균력이 99.99%로 나온 실험데이터를 첨부한 것이다.
도 26은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노이온 클로스터 코팅 원단의 색상제어 기술로 본원에서는 내 마모/내스크래치 항균소재 및 코팅기술을 발현할 수 있는데 이를 살펴보면 다음과 같다.
내 마모/내스크랫치 기본 소재로는 TiN, ZrN, TiOx, ZrOx, TiONx, ZrONx 등
- 항균 소재 : Cu 내 마모 소재 내 바람직한 일실시예의 코팅량은 상기 금속 100에 대하여 20~50 중량부가 바람직하다.
- 내 마모/항균 코팅 : TiCuNx, ZrCuNx, TiCuOx, ZrCuOx, TiCuONx, ZrCuONx
- TiCuNx, ZrCuNx : 노랑~골드 색을 띤다.
- TiCuOx, ZrCuOx : 투명색상을 띈다.
- TiCuONx, ZrCuONx : 약한 노란색을 띠며 본원에서 자유롭게 널리 사용할 수 있다.
도 27은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 나노사이즈 금속이온 코팅 불럭도로 착용자의 입과 코를 덮어 가리는 마스크는 마스크 외피(20)와 안면과 맞닿는 마스크 내피(40) 상기 외피(20)와 내피(40)의 정전 휠 타를 포함한 적어도 한 개 이상의 중간층(60)과 상기 마스크 본체의 양측에 연결되는 착용수단인 귀걸이 끈(100)과 코부분에 삽설된 와이어 밴드(80)를 포함하게 된다.
상기 마스크 외피(20)와 안면과 맞닿는 마스크 내피(40) 상기 외피(20)와 내피(40)의 중간층(60) 중 택일 된 어느 한 면이 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 물질로 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기한바 대로 상기 금속 화합물의 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Ag(은), Zn(아연) 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 물질이며 상기 금속화합물의 산화물을 더 포함하게 되며 항균소재 타깃 및 피코팅 소재를 챔버(140)에 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Argon(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 Ar가스 주입단계와;
전원을 켜서 300V~1,000V 범위로 항균소재 타깃에 전기를 부가하여 항균소재를 증발 및 이온화 방전반응을 일으키는 방전단계와;
이를 거쳐 증발 및 이온화된 원자들에 자장을 가하는 단계와;
증발된 중성입자들 및 이온화된 입자들 및 전자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 수나노(1~20nm) 직경 크기의 클러스터입자들이 형성되는 단계와;
피코팅체인 마스크 원단으로 이동하며 코팅하는 단계를 거치게 되며 여기서 상기 마스크에 코팅된 나노 클러스터의 사이즈는 주입 Ar가스의 량, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기에 의하여 조절할수있는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터금속을 원자상태로 증발 및 이온화시킨 후 직경 1nm ~ 20nm 마스크 원단 또는 섬유의 선택된 어느 일면에 코팅하는 것을 특징으로 하며 상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속에 대하여 Cu를 TiOx에 첨가하여 가시광선 범위에서도 광 촉매 효과가 일어나게 하는 것을 본원의 구성으로 하게 되는 것이다.
도 28은 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 사시도를 나타낸 것이고 도 29는 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크의 일실시예에 의한 마스크 원단의 롤형태의 코팅 사시도로서 상기 마스크를 이루는 내피(40)와 외피(20), 중간층(60) 중 적어도 어느 하나가 나노 금속이온 클러스터를 사용하여 코팅 제작되며 상기 나노 금속이온 클러스터를 적용한 마스크 재질은 종이를 비롯하여 천연섬유나 합성섬유로 이루어진 섬유사를 더 포함하게 된다.
이와 같이 상기 마스크의 내피(40), 외피(20) 및 중간층(60) 중 선택된 어느 하나 또는 하나 이상의 부재에 대하여 1 내지 30mm의 나노사이즈의 금속 나노 이온클러스터를 코팅시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 내 마모소재 금속산화물 또는 화합물과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하여 동시에 코팅하며 코팅시 질소(N2), 산소(O2) 가스를 복합 코팅 종류에 따라 단독 또는 동시에 공급하거나 또는 TiN, ZrN 합성시에는 질소만 공급하고 TiOx, Zero 합성시에는 산소만 공급하며 TiONx, ZrONx 합성시에는 질소와 산소를 동시에 공급하여 코팅할수도있다.
더불어서 상기 챔버(140)에 마스크 또는 원단을 투입하고 상기 원단 표면에 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은) 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 나노이온 클러스터 물질을 함께 방전하여 코팅하는 것도 가능하다.
상기하였듯이 상기 챔버(140)는 80~180℃의 온도와 1.8kgf/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분을 유지하는 챔버(140)이며 상기 클러스터 나노이온 형태로 상기 챔버(140) 내에 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단의 표면에 분사 코팅하며 상기 원단은 천연원단 또는 합성 원단이며 합성 원단으로는 폴리에스테르계, 폴리아크릴계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리아미드계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계, 폴리플루오로에틸렌계, 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시 수지로 이루어진 합성수지 군에서 적어도 1군 또는 1군 이상이 선택되어 금속 나노이온 클러스터가 코팅 제조됨을 본원의 특징으로 한다.
더불어 상기 나노이온 클러스터 물질은 상기 마스크 원단 100을 기준으로 0.001 내지 1중량 부로 코팅됨을 특징으로 하며 상기 마스크에 코팅된 금속 나노이온 클러스터의 두께가 0.01 내지 100nm의 나노사이즈 범위에 포함됨을 특징으로 한다.
더불어 상기 마스크는 중간층(60), 내피(40)중간층(60)의 순으로 적층되어 3층 또는 그 이상의 다층으로 합체되어 이루어지되 상기 합포 방식은 열 접착, 초음파, 봉제 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 제조하며 상기 마스크에 투입된 금속 나노이온 클러스터 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연) 중 택일 된 어느 하나 또는 두 개의 물질로 이루어진 타깃으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 아래 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
마스크는 일반적으로 추위를 막아주거나 공기 중의 먼지나 이물질 등의 흡입을 막기 위하여 코와 입을 커버할 수 있도록 한 필수적 위생용 생활용품이다.
그러나 공기 중에는 이러한 분진 이외에도 인체에 직접적으로 해를 주는 세균이나 진균류, 바이러스와 같은 병원균들이 무수히 많으며, 호흡을 통하여 인체 내로 흡입될 경우 질병이 유발될 수 있고, 특히 면역력이 약한 노약자나 어린이, 병중인 환자들은 이러한 병원균의 침투로 인하여 질병이 유발될 가능성이 매우 크다. 더욱이 코로나 19같은 바이러스 등은 차단이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 일회용 또는 다회용 마스크 원사에 항균력이 극대화된 나노이온 클러스터를 코팅함에 따라 표면이 매우 부드럽고 신축성이 우수한 착용감과 더불어 지속력이 뛰어난 나노 이온클러스터 항균 마스크를 제공하여 전 세계적으로 저변을 확대하는 데 목적이 있다.
20: 마스크 외피 40: 마스크 내피
60: 중간층 80: 와이어 밴드
100: 귀걸이 끈 120: 마스크원단
140: 챔버 160: 금속 합금 또는 산화물
180: 나노 금속이온 클러스터 코팅 200: 나노이온 클러스터 코팅층
60: 중간층 80: 와이어 밴드
100: 귀걸이 끈 120: 마스크원단
140: 챔버 160: 금속 합금 또는 산화물
180: 나노 금속이온 클러스터 코팅 200: 나노이온 클러스터 코팅층
Claims (27)
- 착용자의 입과 코를 덮어 가리는 마스크는 마스크 외피(20)와 안면과 맞닿는 마스크 내피(40)상기 외피(20)와 내피(40)의 정전 휠타를 포함한 적어도 한개이상의
중간층(60)과 상기 마스크 본체의 양측에 연결되는 착용수단인 귀걸이 끈(100)과 코부분에 삽설된 와이어 밴드(80)를 포함하고 상기 마스크 외피(20)와 안면과 맞닿는 마스크 내피(40) 상기 외피(20)와 내피(40)의 중간층(60) 중 택일 된 어느 한 면이 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 입자들로 코팅되어 제조되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제1항에 있어서,
상기 금속 화합물의 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). AG(은), Zn(아연) 또는 상기 금속의 산화물 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 물질이며 상기 금속화합물의 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제2항에 있어서,
항균소재 타깃 및 피코팅 소재인 마스크 또는 마스크 원단을 챔버(140)에 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Ar(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 가스 주입단계와;
전원을 켜서 300V~1,000V 범위로 항균소재 타깃에 전기를 부가하여 항균소재를 증발 및 이온화 방전반응을 일으키는 방전단계와;
이를 거쳐 증발 및 이온화된 원자들에 고밀도 구속 자장을 2차원 또는 3차원으로 가하는 자장 가압 단계와;
증발된 중성입자들 및 이온화된 입자들 및 전자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 수나노(1~20nm) 직경 크기의 클러스터입자들이 형성되는 단계와;
피코팅체인 상기 마스크 및 마스크 원단으로 이동하며 이를 코팅하는 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제3항에 있어서,
상기 마스크 또는 마스크 원단에 코팅된 나노 클러스터의 사이즈는 주입 Ar가스의 량, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기에 의하여 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제4항에 있어서,
상기 나노 금속, 합금 또는 산화물을 원자상태로 증발시켜 이온화시킨 후 직경 1nm ~ 20nm 크기로 나노 금속이온 클러스터 입자들을 마스크 또는 마스크 원단 일면에 코팅하여 완성하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 - 청구항 제5항에 있어서,
상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속에 대하여 Cu를 TiOx 및 ZnO에 첨가하여 가시광선 범위에서도 광 촉매 효과가 일어나게 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제6항에 있어서,
상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은), 중 택일 된 어느 하나의 물질 100중량에 대하여 Cu(구리)가 첨가하되 첨가량은 30 내지 50중량 부인 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제7항에 있어서,
Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연) 중 택일 된 어느 하나의 물질 재료에 Cu를 첨가하여 Ar 및 O2 가스를 사용하여 TiCuOx, ZrCuOx, ZnCuOx 합금 산화물로 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 내 마모 소재인 TiN, ZrN, TiOx, ZrOx, TiONx, TiZrNx, TiZrOx 중 선택된 어느 하나의 화합물들 중 Ti, Zr금속 및 TiZr 합금소재 100중량에 대하여 Cu가 내 마모 소재 30 내지 50중량 부가 투입되어 마스크 또는 마스크 원단 일면에 나노이온 클러스터를 코팅하는 것을 특징으로 하여 제조되는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크.
- 청구항 제9항에 있어서.
내 마모소재 금속과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하며 동시에 마스크 또는 마스크 원단에 코팅하며 코팅시 질소(N2), 산소(O2) 가스를 복합코팅 종류에 따라 단독 또는 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 - 청구항 제10항에 있어서.
TiN, ZrN 합성시에는 질소만 공급하고 TiOx, Zero 합성시에는 산소만 공급하며 TiONx, ZrONx 합성시에는 질소와 산소를 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 천연섬유 또는 합성섬유로 이루어진 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단에 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노이온 클러스터 금속 코팅층을 챔버(140)에 투입하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크.
- 청구항 제12항에 있어서,
상기 마스크를 이루는 내피(40)와 외피(20), 중간층(60) 중 적어도 어느 하나가 나노 금속이온 클러스터를 사용하여 코팅 제작된 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 - 청구항 제13항에 있어서,
상기 나노 금속이온 클러스터를 적용한 마스크 재질은 천연 섬유 또는 합성섬유, 제지, 펄프 중 선택된 어느 하나의 소재로 이루어지며 섬유사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크.
것이다. - 청구항 제14항에 있어서,
상기 마스크의 내피(40), 외피(20) 및 중간층(60) 중 선택된 어느 하나 또는 하나 이상의 부재에 대하여 1 내지 30mm의 금속 나노 이온클러스터를 코팅시키는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제15항에 있어서,
상기 마스크 또는 마스크 원단을 압력 챔버에 투입되고 챔버(140)는 80~180℃의 온도와 1.8kgf/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분에서 금속 나노이온 클러스터가 상기 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단의 표면에 분사 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제16항에 있어서,
상기 챔버(140)에 마스크 및 마스크 소재인 직물 또는 원단을 투입하고 상기 원단 표면에 Cu(구리)와 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연) 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 나노이온 클러스터 물질을 함께 방전하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크 - 청구항 제17항에 있어서,
마스크를 제조하는 직물 또는 원단을 고압의 압력에 챔버(140) 투입하고 마스크 직물 또는 원단의 표면에 Cu(구리)와 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연) 중 선택된 어느 하나 또는 두 개의 물질을 함께 나노이온 클러스터를 분사 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 마스크를 제조하는 직물 또는 원단을 고압의 압력에 챔버(140) 투입하고 마스크 직물 또는 원단의 표면에 나노이온 클러스터와 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은) 중 선택된 어느 하나 또는 두 개의 물질을 함께 고압으로 분사 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크.
- 청구항 제19항에 있어서,
상기 원단은 천연원단 또는 합성 원단이며 합성 원단으로는 폴리에스테르계, 폴리아크릴계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리아미드계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계, 폴리플루오로에틸렌계, 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시,폴리머 수지로 이루어진 합성수지 군에서 적어도 1군 또는 1군 이상이 선택되어 금속 나노이온 클러스터가 상기 마스크에 코팅되어 제조되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제20항에 있어서,
상기 마스크에 투입된 나노이온 클러스터 물질은 상기 마스크 또는 마스크 원단 100중량을 기준으로 0.001 내지 1중량 부로 코팅됨을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제21항에 있어서,
상기 마스크 또는 마스크 원단에 코팅된 금속 나노이온 클러스터의 두께가 0.01 내지 100nm의 범위에 포함됨을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제22항에 있어서,
상기 마스크는 중간층(60), 내피(40)중간층(60)의 순으로 적층되어 적어도 3층 또는 3층 이상으로 합포되어 이루어지되 상기 합포 방식은 열 접착, 초음파, 봉제 방식 중 선택된 어느 하나의 방식으로 마스크가 제조하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제23항에 있어서,
상기 마스크 또는 마스크 원단에 투입된 금속 나노이온 클러스터 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은) 또는 이 금속들의 산화물 중 택일 된 어느 하나 또는 두 개의 물질로 이루어진 타깃으로 구성된 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제24항에 있어서,
나노 클러스터의 금속 크기는 주입 Ar가스의 량, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기를 조절하여 조정하게 되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제25항에 있어서,
상기 마스크 또는 마스크 원단에 코팅되는 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은) 중 택일 된 어느 하나의 물질 100중량에 대하여 Cu(구리)가 첨가하되 첨가량은 1 내지 10중량 부인 것을 특징으로 하여 피코팅체인 마스크 원단에 본원의 나노금속입자가 코팅되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크. - 청구항 제26항에 있어서,
상기 코팅되는 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 이온 클러스터 금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은) 중 택일 된 적어도 어느 하나의 물질 100 원자중량비(Atomic %)에 대하여 Cu 첨가 코팅량은 5~30중량 부를 투입하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 마스크.
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| KR100717884B1 (ko) | 2007-01-31 | 2007-05-16 | 남성준 | 항균 마스크 |
| KR100928232B1 (ko) | 2007-05-04 | 2009-11-24 | 주식회사 에이엠오 | 나노섬유 웹을 포함하는 방진, 방취 및 항균용 필터 |
| KR100931407B1 (ko) | 2007-07-12 | 2009-12-11 | 벤텍스 주식회사 | 항균마스크용 원단 및 이의 제조방법 |
| KR20170025622A (ko) | 2015-08-31 | 2017-03-08 | 조수연 | 산화 그래핀과 광촉매의 항균작용을 이용한 항균 마스크 개발 |
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- 2021-12-07 KR KR1020210173439A patent/KR20230085356A/ko not_active Application Discontinuation
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Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 001) 소대섭 항균&비말 방지 마스크 ‘나노 쿨 항균 마스크’ 저자 소대섭 학술지정보 한국공업화학회지 KCI SCOPUS 2020 23권, 4호 view optionsISSN 1225-0112 E-ISSN 1229-120X. |
| 002) 코로나-19 방어용 마스크를 안전하게 재사용하기 위한 살균방법에 관한 고찰 |
| 003) 하루 동안 마스크를 쓴 시간에 따른 피부 변화를 연구한 이번 논문(Effect of face mask on skin characteristics changes during the COVID-19 pandemic) |
| 004) 나노 다공성 알루미나 마스크의 제조 및 응용 Fabrication of Nanoporous Alumina Mask and its Applications Vol.46 No.3 [2008] 저자 정미 (Mi Jung Jeong Woo Choir) ; 최정우 (Jeong Woo Choir) ; 김영기 (Young Kee Kim) ; 오병근 ( Byung Ken Oh )발행기관 한국화학공학회 학술지명 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK). |
| 충북대학교 약학대학 물리약학실 교수 박일영. |
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