KR20230138114A - 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 필터가 구비된 마스크에 있어서, 필터는, 베이스 수지를 포함하는 마스터배치가 멜트 블로운(melt blown) 방식을 통하여 고체 또는 반용융 상태의 부직포 섬유가 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포; 방사되는 부직포 섬유 또는 멜트 블로운 부직포에 촉매를 다방향으로 분사하여, 부직포 섬유의 표면에 코팅되면서 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 형성되는 촉매 코팅막;을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.
이러한 본 발명은, 필터가 구비된 마스크에 있어서, 필터는, 베이스 수지를 포함하는 마스터배치가 멜트 블로운(melt blown) 방식을 통하여 고체 또는 반용융 상태의 부직포 섬유가 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포; 방사되는 부직포 섬유 또는 멜트 블로운 부직포에 촉매를 다방향으로 분사하여, 부직포 섬유의 표면에 코팅되면서 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 형성되는 촉매 코팅막;을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크에 관한 것이다.
마스크는 황사, 미세먼지, 분진 또는 유독성 기체가 호흡기를 통해 폐로 유입되어 호흡기 질환이 유발되지 않도록 건강을 위해 사용된다. 원래 마스크는 먼지를 차단하는 단순한 기능에서 출발하였으나 지금에는 미세먼지는 물론 전세계적으로 급속하게 확산되고 있는 코로나 바이러스와 같은 유행성 바이러스 감염 등의 외부감염을 차단하는 용도가 부각되고 있다. 최근 종식되지 않은 코로나 바이러스로 인해 마스크의 기본적인 오염물질의 여과 성능 외에 항균 및 항바이러스 성능 등 다양한 성능을 필요로 하고 있다.
이를 위해 마스크에는 필터가 구비된다. 즉 필터는 다른 상을 포함한 기체, 액체가 통과되는 격벽의 양측에 압력 차를 만들어 기체, 액체로부터 그 안에 현탁 및 부유되어 있는 다른 상의 입자를 분리하는 것으로, 물리적인 차단 및 정전기적인 차단에 의해 오염물질의 유입을 방지하는 원리를 갖는다.
현재 출시되고 있는 기본 여과 성능의 필터는 그 포집 효율에 따라 등급을 구분하여 판매되고 있으나 항균, 항바이러스 필터라고 출시되는 필터들은 표준화된 성능 등급이나 그 적용 방식이 상세히 언급되어 있지 않다. 시장에서 출시되는 항균, 항바이러스 기능을 갖는 필터는 멜트 블로운 필터 제조 공정에서 항균, 항바이러스 성능을 부여하지 않고, 멜트 블로운 필터와 결합되는 부직포 또는 그 부직포와의 라미네이팅 공정에서 성능 부여를 위한 해당 물질을 적용하는 것이 일반적이다.
상기 공정은 부직포를 생산한 후에 별도의 공정을 통해 항균, 항바이러스 성능의 물질을 부여하여야 하고, 부직포 라미네이팅 공정 시에도 성능 구현을 위한 물질을 적용하기 위한 별도의 공정이 필요하다. 이렇기 때문에 공정의 추가로 필터의 제조 원가 상승이 불가피하다.
실질적으로 항균, 항바이러스 성능을 갖는 필터의 사전적 의미는 상기 성능을 보유한 필터 소재 자체를 의미하는 것이나, 실제 필터에서는 필터의 성능이 아닌 그와 결합된 부직포의 성능을 의미하는 것이라 할 수 있다. 이 경우 필터 소재 자체에 적용하지 않고 부직포에 항균, 항바이러스 성능을 부여하는 것이어서 소재 및 공정이 난해해질 수 있다.
멜트 블로운 필터는 정전기 효율에 의해 포집되는 원리를 가지기 때문에 항균, 항바이러스 성능을 부여하기 위해 해당 물질을 멜트 블로운 필터에 공급하게 되면 오히려 멜트 블로운 필터의 정전기 효율 저하를 유발할 수 있는 요인이 될 수 있다.
그러나 상술한 문제점을 해결하기 위해 소재적 측면 또는 공정적 측면으로 접근하기가 쉽지 않기 때문에, 멜트 블로운 필터에 항균, 항바이러스 성능을 직접적으로 부여하여 마스크에 적용할 수 있도록 하는 새로운 기술개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 고체 또는 반용융 상태로 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포에 촉매를 도입하여 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 필터가 구비된 마스크에 있어서, 상기 필터는, 베이스 수지를 포함하는 마스터배치가 멜트 블로운(melt blown) 방식을 통하여 고체 또는 반용융 상태의 부직포 섬유가 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포; 및 상기 방사되는 부직포 섬유 또는 상기 멜트 블로운 부직포에 촉매를 다방향으로 분사하여, 상기 부직포 섬유의 표면에 코팅되면서 상기 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 형성되는 촉매 코팅막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크를 제공한다.
상기 촉매 코팅막은, 200 내지 300℃에서 반용융 상태로 방사되는 상기 부직포 섬유에 상기 촉매가 분사되면서 코팅되는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 코팅막은, 상기 멜트 블로운 부직포의 상부에서 상기 촉매가 분사되고, 상기 멜트 블로운 부직포의 하부에서 상기 분사되는 촉매가 흡입되어, 상기 멜트 블로운 부직포의 사이로 침투되면서 코팅되는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 코팅막은, 상기 멜트 블로운 부직포의 전단부에서 물(water)이 분사되고, 상기 멜트 블로운 부직포의 후단부에서 상기 분사되는 물이 흡입된 상태에서, 상기 촉매가 분사되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 멜트 블로운 부직포에 촉매 도입의 불안정성을 해소함으로써, 항바이러스 및 항균 성능을 갖는 멜트 블로운 부직포 기반의 마스크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 측면에 의한 촉매 코팅막 형성 과정도.
도 2는 본 발명의 제2 측면에 의한 촉매 코팅막 형성을 위한 워터 하이드로 차징 장치의 정면도.
도 3은 도 2의 좌측면도.
도 4는 도 2의 우측면도.
도 5는 도 3의 상면도.
도 6은 워터 하이드로 차징 장치의 물 탱크 및 촉매 탱크 상세도.
도 7은 실시예 1에 따른 항균 성능 시험 사진.
도 8은 실시예 2에 따른 항균 성능 시험 사진.
도 9는 실시예 3에 따른 항균 성능 시험 사진.
도 10은 TCID50 분석 방법 과정도.
도 11은 TCID50 분석을 위한 샘플 사진.
도 12는 TCID50 분석 방법을 이용한 항바이러스 성능 평가를 위한 일반 커버 글래스에 대한 대조군 및 실시예 1의 결과.
도 2는 본 발명의 제2 측면에 의한 촉매 코팅막 형성을 위한 워터 하이드로 차징 장치의 정면도.
도 3은 도 2의 좌측면도.
도 4는 도 2의 우측면도.
도 5는 도 3의 상면도.
도 6은 워터 하이드로 차징 장치의 물 탱크 및 촉매 탱크 상세도.
도 7은 실시예 1에 따른 항균 성능 시험 사진.
도 8은 실시예 2에 따른 항균 성능 시험 사진.
도 9는 실시예 3에 따른 항균 성능 시험 사진.
도 10은 TCID50 분석 방법 과정도.
도 11은 TCID50 분석을 위한 샘플 사진.
도 12는 TCID50 분석 방법을 이용한 항바이러스 성능 평가를 위한 일반 커버 글래스에 대한 대조군 및 실시예 1의 결과.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 필터가 구비되어 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크에 관한 것으로, 마스크를 구성하는 필터는 베이스 수지를 포함하는 마스터배치가 멜트 블로운(melt blown) 방식을 통하여 고체 또는 반용융 상태의 부직포 섬유가 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포와, 방사되는 부직포 섬유 또는 멜트 블로운 부직포에 촉매를 다방향으로 분사하여, 부직포 섬유의 표면에 코팅되면서 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 형성되는 촉매 코팅막을 포함하여 구성된다.
멜트 블로운 부직포는 열가소성 특성을 갖는 포화탄화수소 계열의 열가소성 고분자를 베이스 수지로 하여, 멜트 블로운 공정을 통하여 용융시키면서 압출 방사함으로써 1 내지 5㎛ 범위의 직경을 갖는 부직포 섬유가 랜덤하게 배열된 그물망의 매트릭스 구조를 형성하게 된다. 열가소성 고분자로는 폴리프로필렌을 예로 들 수 있으며, 이외 열가소성 특성을 갖는 고분자라면 어느 것이든 사용될 수 있다. 마스터배치는 베이스 수지로만 이루어질 수도 있으며, 경우에 따라 베이스 수지 외에 멜트 블로운 부직포의 물성 향상에 기여할 수 있는 첨가제, 광촉매 또는 무광촉매가 추가적으로 포함될 수도 있다.
멜트 블로운 부직포는 고상 마스터배치를 용융시키면서 노즐을 통해 방사하여 제조되는 것으로, 고온 고압에 의해 용융된 열가소성 고분자에 연신 및 극세화된 상태로 컨베이어 벨트에 적층되어 잔열에 의한 자기 접착성으로 결합되어 부직포 형태로 가공될 수 있다.
촉매 코팅막은 멜트 블로운 부직포를 구성하는 부직포 섬유의 표면, 부직포 섬유들의 사이사이 그리고 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 막 형태로 형성되는 것으로, 광촉매 또는 무광촉매로 이루어질 수 있다.
그중 광촉매는 필요에 따라 항균제 및 탈취제를 포함한 광촉매를 나노 크기화하여 액상 형태로 형성된 광촉매 분산액으로, 고체 상태의 광촉매가 수분산된 상태를 갖는 용액일 수 있다. 광촉매 분산액은 광촉매가 이온수, 초순수 또는 상수도에서 공급되는 물에 분산된 형태이거나, 광촉매 분산액 자체의 농도를 희석한 형태일 수 있다. 단, 지하수의 겨우 지하수 내에 Ca나 Mg과 같은 (+) 이온들이 있어 정전기 효과 부여가 상대적으로 덜할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
예컨대 광촉매 분산액은 이온수, 초순수 또는 상수도에서 공급되는 물 100중량부에 대하여 고체 상태의 광촉매 1 내지 50중량부를 혼합하여 형성될 수 있다. 물 100중량부에 대하여 광촉매가 1중량부 미만으로 혼합되면 멜트 블로운 필터에 항균, 항바이러스 성능을 충분히 부여하지 못하는 문제점이 있으며, 50중량부를 초과하면 멜트 블로운 필터의 표면 및 웹의 내부에 광촉매가 도포되어 형성되는 막이 불균일해지는 단점이 있다.
광촉매는 이산화티타늄 코어와, 이산화 티타늄 코어의 외부에 도핑되는 금속 쉘로 구성되는 코어-쉘 구조로 형성될 수 있다. 이산화티타늄과 같은 코어에 금속이 쉘 형태로 도핑된 가시광 응답형 광촉매는 가시광에 대한 응답속도가 빠르고, 내화학성 및 내구성이 우수하다. 특히 쉘을 이루는 금속과 코어를 이루는 이산화티타늄의 함량을 조절하여 구조의 안정성을 확보할 수 있으며, 탈취 및 항균 뿐만 아니라 항곰팡이 및 휘발성 유기화합물의 분해능력을 높일 수 있다. 단, 경우에 따라 코어에 금속을 배치하고 쉘에 이산화티타늄을 배치할 수도 있다.
코어-쉘 구조를 갖는 광촉매의 빛에 의한 항균 반응 메커니즘에 있어서, 금속-이산화티타늄 구조의 광촉매는 빛에 의해 양자화된 전자들의 플라즈몬 현상에 의해 외각증에 강한 전자층을 형성하고, 상기 전자층에서 가시광 등의 빛에 의해 옥사이드 음이온(O2 -) 및 하이드록시 라이칼(OH-)을 생성하여, 세균 및 바이러스, 휘발성 유기화합물과 같은 유해물질과 반응하여 물(H2O)과 이산화탄소(CO2) 등의 무해한 물질로 전환시킴으로써 멜트 블로운 필터의 항균, 항바이러스 및 탈취 성능을 구현할 수 있다.
금속 쉘을 이루는 금속으로는 구리(Cu), 망간(Mn), 은(Ag), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 주석(Sn), 납(Pb), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이러한 금속 쉘을 이루는 금속은 무기 금속 항균제로써 이산화티타늄 코어에 항균 성능을 부여할 수 있다. 무기 금속 항균제는 그 표면에 균일하게 분포되어 있는 무기 금속 항균제의 이온이 세균의 표면에 달라붙으면 이온이 녹으면서 세포벽을 제거하고, 세포막 및 효소 등 세포를 둘러싼 단백질과 결합한 이온이 세균의 에너지 대사를 저해하고 내부 구조를 변화시켜 세균의 성장을 억제하게 되어 항균, 항바이러스 성능을 구현할 수 있게 되는 것이다. 필터의 용도에 따라 액상 항생제를 첨가할 수도 있다.
광의 존재 하에 오염물질 등을 분해하는 광촉매와 달리 무광촉매는 광이 존재하지 않는 무광 조건에서 촉매 기능을 발휘할 수 있도록 하는 것으로, 대기중의 산소 또는 수분과 반응하여 오염물질 등을 분해하게 된다.
무광 조건에서도 필터링 효율을 높일 수 있도록 무광촉매는 이산화티타늄에 전이금속염이 함유된 전이금속염액을 혼합한 후 산촉매 하에서 반응시켜 형성될 수 있다.
이산화티타늄은 UV 영역에서 빛을 흡수하여 광촉매 역할을 하는 것으로, 다른 물질들과 혼합되면 가시광 영역에서도 광촉매 역할을 할 수 있다. 즉, 이산화티타늄에 빛을 조사하면 이산화티타늄 표면에는 전자와 정공이 생성되는데, 전자는 산소와 반응하여 옥사이드 음이온을 만들고, 정공은 공기 중의 수분과 반응하여 하이드록시 라디칼을 만들게 되고, 이러한 하이드록시 라디칼이 유해물질을 산화 분해시켜 물과 이산화탄소로 변화시키게 되는 방식이다.
전이금속은 광의 유무에 관계없이 그 자체로 촉매 역할이 가능한 것으로, 이산화티타늄의 표면에 디핑(dipping)되어 무광 조건에서도 촉매 활성을 나타낸다. 이산화티타늄에 전이금속을 합성하면 무광 조건에서 전자가 자발적으로 이산화티타늄의 표면으로 전이되는데, 이렇게 전이된 전자가 공기 중의 산소 또는 수분과 반응하고, 이 반응에 따라 생성된 산소 라디칼에 의해 오염물질이 효율적으로 포집되는 것이다. 예를 들면 코발트 이온은 공기 중에 존재하는 산소와 반응하여 2가의 산소와 3가의 오존을 형성하고, 이렇게 형성된 산소와 오존은 서로 간의 산화반응으로 중간체인 수퍼옥사이드 음이온(O2-)을 형성하게 되며, 상기 수퍼옥사이드 음이온인 활성산소가 표면에 부착된 오염물질을 분해하고, 세균 및 곰팡이 제거 효과를 가질 수 있게 된다.
전이금속은 이산화티타늄과의 반응 비율을 고려하여, 이산화티타늄 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 전이금속이 5중량부 미만이면 그 함량이 적어 활성을 나타내지 않고, 10중량부를 초과하면 이산화티타늄이 혼합되는 양이 변동되어 오히려 무광촉매의 물성이 저하되므로, 전이금속은 이산화티타늄 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부로 함유되는 것이 바람직하다. 단, 전이금속으로는 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 코발트(Co), 철(Fe) 및 망간(Mn)으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
산촉매는 이산화티타늄에 전이금속을 혼합한 상태로 70 내지 90℃에서 50 내지 80분 동안 교반하면서 적하될 수 있는데, 75℃에서 60분 동안 교반한 경우에 원하는 물성의 무광촉매를 얻을 수 있었다. 산촉매가 0.1중량부 미만으로 첨가되면 촉매 반응을 가속화시킬 수 없을 뿐만 아니라 원하는 pH를 얻을 수 없으며, 산촉매가 5중량부를 초과하면 펌핑 현상이 발생되어 오히려 촉매 활성효과가 더 탁월하게 나타나지 않을 수 있으므로, 산촉매는 0.1 내지 5중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 측면에 의하면, 우선 본 발명의 제1 측면에 의한 촉매 코팅막 형성 과정을 예시도로 나타낸 도 1에서와 같이 본 발명의 촉매 코팅막은 200 내지 300℃ 조건 하에서 노즐을 통해 마스터배치를 가열하면서 반용융 상태의 부직포 섬유로 방사하고, 노즐의 하단부에서 노즐의 하부 방향으로 토출되고 있는 부직포 섬유가 완전 고형화되기 전에 촉매 스프레이 분사를 통하여 형성할 수 있다. 이때 노즐에서 방사되고 있는 부직포 섬유는 반용융된 상태이기 때문에 용액 상태의 촉매의 결합력을 높일 수 있다.
노즐을 통한 방사 시 200℃ 미만의 온도가 제공되면 부직포 섬유가 반용융 상태로 토출되지 못하고 노즐 입구에서 덩어리로 막혀버리는 현상이 발생한다. 300℃를 초과하는 온도가 제공되면 부직포 섬유가 반용융 상태가 아닌 완전 용융이 일어나 부직포 섬유 형태가 아닌 용액 상태로 노즐에서 토출되기 때문에 멜트 블로운 부직포를 형성하지 못할 뿐만 아니라, 촉매 코팅력을 저하시킨다.
다만, 본 발명에서 '반용융 상태'라 함은 노즐에서 방사되고 있는 부직포 섬유 전체를 100부피%로 하였을 때, 30 내지 70부피%는 용융 상태이고, 나머지 30 내지 70부피%는 용융되지 않은 고상 상태를 의미한다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 본 발명의 촉매 코팅막은 고화 상태로 방사된 멜트 블로운 부직포의 상부에서 촉매가 분사되고, 멜트 블로운 부직포의 하부에서 상기 분사되고 있는 촉매가 흡입되어, 멜트 블로운 부직포의 사이로 침투 및 표면 코팅되어 형성되되, 멜트 블로운 부직포의 전단부에서 물(water)이 분사되고, 멜트 블로운 부직포의 후단부에서 상기 분사되고 있는 물이 흡입된 상태에서, 상기 촉매가 분사되어 형성될 수 있다.
관련해서 도 2는 본 발명의 제2 측면에 의한 촉매 코팅막 형성을 위한 워터 하이드로 차징 장치의 정면도이고, 도 3은 도 2의 좌측면도이고, 도 4는 도 2의 우측면도이고, 도 5는 도 3의 상면도이며, 도 6은 워터 하이드로 차징 장치의 물 탱크 및 촉매 탱크 상세도이다. 도 2 내지 도 6에 도시된 바를 참조하면 워터 하이드로 차징 장치는 하우징부(100), 워터 제공부(200), 촉매 코팅부(300) 및 이송수단(400)으로 구성될 수 있다.
하우징부(100)는 내부에 수용공간(100a)이 마련되되, 일측에 멜트 블로운 부직포(M)가 공급되는 유입구(110)가 형성되고, 타측에 유입구(110)를 통해 유입된 멜트 블로운 부직포(M)가 촉매 코팅된 후 배출되는 배출구(120)가 형성되는 구성이다.
하우징부(100)는 이송수단(400)에 의해 멜트 블로운 부직포(M)가 이송될 수 있는 수용공간(100a)을 구비하고, 하우징부(100)의 일측 및 타측에는 수용공간(100a)과 연통되어 외부와 관통된 유입구(110) 및 배출구(120)가 형성될 수 있다. 하우징부(100)의 타측 외부에는 컨베이어 벨트(430)에 의해 수용공간(100a)의 내부에서 이송되면서 물 및 촉매의 이중 스프레이된 후 회수롤러(420)에 의해 멜트 블로운 부직포(M)가 배출구(120)로 배출될 때 잔여 물, 이물질 등을 수거하는 수거 받이(140)가 설치될 수 있다.
워터 제공부(200)는 하우징부(100)의 내부에 설치되어 공급되는 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 물(water)을 분사하는 물 분사노즐 유닛(220)과, 물 분사노즐 유닛(220)의 하부에 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서 분사되는 물을 흡입하는 물 석션 유닛(230)으로 이루어진 구성이다.
물 분사노즐 유닛(220)의 물 분사노즐(221)에서 멜트 블로운 부직포(M) 상부에 물이 하향으로 분사되고 있는 수용공간(100a)의 내부 전체를 진공 상태로 만들어주는 것이 아니라, 물 분사노즐(221)에서 멜트 블로운 부직포(M)의 상면 방향으로 물이 분사되고, 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서는 하부 방향으로 분사되고 있는 물을 흡입하여 멜트 블로운 부직포(M)와 물 간의 마찰이 일어나면서 물이 멜트 블로운 부직포(M)의 사이사이 공간으로 침투되고 그 표면에도 접촉이 이루어져 멜트 블로운 부직포(M) 자페에 정전기를 부여할 수 있게 된다.
물 분사노즐 유닛(220)을 이루는 다수 개의 물 분사노즐(221)은 컨베이어 벨트(430)에 의해 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)의 상면으로부터 10 내지 40cm 범위의 이격 간격을 이루도록 높이 조절될 수 있다. 이를 위해 물 분사노즐(221)에는 물 분사노즐(221)의 높이를 조절하는 제1높이조절 봉(222)이 결합될 수 있으며, 제1높이조절 봉(222)에는 제1높이조절 밸브(223)가 구비될 수 있다. 즉 제1높이조절 밸브(223)를 조절함에 따라 제1높이조절 봉(222)이 상하 운동되면서 물 분사노즐 유닛(220)의 물 분사노즐(221)이 상하 운동되어, 물 분사노즐(221)과 컨베이어 벨트(430)를 통하여 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)와의 사이를 10 내지 40cm 범위가 되게 높이 조절할 수 있다.
멜트 블로운 부직포(M)의 상면으로부터 물 분사노즐(221)의 높이가 10nm 미만이면 멜트 블로운 부직포(M)와 인접하여 스프레이 효율은 높아질 수 있으나 물 분사노즐(221)에서 토출되는 물의 압력에 의해 멜트 블로운 부직포(M)의 찢김 현상을 유도할 수 있으며, 40cm를 초과하면 멜트 블로운 부직포(M)와 물 분사노즐(221)의 간격이 너무 멀어 분사되는 물의 이탈량이 많아져 멜트 블로운 부직포(M)가 정전기 기능을 충분히 갖지 못하는 단점이 있다.
멜트 블로운 부직포(M)의 상부로 스프레이되는 물의 압력은 1 내지 10kg/㎠ 범위로 조절할 수 있다. 물 분사노즐(221)에서 분사되는 물의 압력을 1kg/㎠ 미만으로 하면 멜트 블로운 부직포(M)에 물이 분사되어 적셔지고 남은 물이 멜트 블로운 부직포(M) 표면에 그대로 물방울 형태로 남아 있어 추후 촉매 코팅 효율이 저하되는 단점이 있을 뿐만 아니라 멜트 블로운 부직포(M)의 정전기 효율에 의한 포집능이 낮아진다. 물 분사노즐(221)로부터 분사되는 물의 압력을 10kg/㎠를 초과되게 하면 하우징부(100)의 수용공간(100a)으로 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 낙하 분사되고 있는 물을 물 석션 유닛(230)에서 너무 빠른 속도로 흡입하게 되어 오히려 멜트 블로운 부직포(M)의 표면에 물을 충분히 적시지 못하고 빠른 속도로 낙하되어 이 역시 정전기에 의한 포집능이 효율적이지 못하다.
물 석션 유닛(230)은 진공 펌프일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 진공 펌프가 구비되어 물을 두 번에 나눠 흡입할 수 있으며, 공정에 따라 한 쌍의 진공 펌프는 전후 방향으로 이동될 수 있어 위치 이동이 가능하다.
물 석션 유닛(230)에서는 0.1 내지 5bar의 압력 범위로 진공을 걸 수 있다. 물 석션 유닛(230)이 0.1bar 미만의 압력으로 조절하면 낙하 분사되고 있는 물이 멜트 블로운 부직포(M)에 적셔지지 않고 멜트 블로운 부직포(M)의 표면에 물방울 형태로 잔존시킬 수 있어 바람직하지 않고, 물 석션 유닛(230)이 5bar를 초과하는 압력으로 조절하면 물 분사노즐 유닛(220)에서 분사되고 있는 물을 너무 빠른 속도로 흡입하게 되어 멜트 블로운 부직포(M)가 찢어져 제품성이 저하되는 문제점이 있다. 이때 물 석션 유닛(230)이 물을 흡입하는 정도는 물의 전체 중량 중에서 5 내지 80% 범위가 되도록 할 수 있다.
촉매 코팅부(300)는 워터 제공부(200)로부터 일정 간격 이격된 위치에 설치되고 물이 분사된 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 촉매를 분사하는 촉매 분사노즐 유닛(320)과, 촉매 분사노즐 유닛(320)의 하부에 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서 분사되는 촉매를 흡입하는 촉매 석션 유닛(330)으로 이루어진 구성이다.
촉매 코팅부(300)는 워터 제공부(200)와 마찬가지로 멜트 블로운 부직포(M) 상부에서 촉매 분산액이 하향으로 분사되고 있는 하우징부(100)의 수용공간(100a)의 내부 전체를 진공 상태로 만들어주는 것이 아니라, 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 촉매 분산액이 분사되고, 분산되고 있는 촉매 분산액과 대응되는 반대편에서 촉매 석션 유닛(330)을 통해서, 하부 방향으로 분사되고 있는 촉매 분산액을 흡입하여 촉매 분산액에 포함된 물 분자를 당기게 되고 멜트 블로운 부직포(M)와 촉매 분산액 간의 마찰이 일어나면서 촉매 분산액의 촉매가 멜트 블로운 부직포(M)의 사이사이 공간으로 침투되고, 그 표면에 도포 및 코팅이 이루어짐으로써 멜트 블로운 부직포(M)에 항균, 항바이러스 및 탈취 성능을 제공하게 된다.
촉매 분사노즐 유닛(320)을 이루는 다수 개의 촉매 분사노즐(321)은 컨베이어 벨트(430)에 의해 이송되고 있으면서 전단에서 물 분사노즐(221)로부터 물이 적셔진 멜트 블로운 부직포(M)의 상면으로부터 10 내지 40cm 범위의 이격 간격을 이루도록 높이 조절될 수 있다. 이를 위해 촉매 분사노즐(321)에는 촉매 분사노즐(321)의 높이를 조절하는 제2높이조절 봉(322)이 결합될 수 있으며, 제2높이조절 봉(322)에는 제2높이조절 밸브(323)가 구비될 수 있다. 즉 제2높이조절 밸브(323)를 조절함에 따라 제2높이조절 봉(322)이 상하 운동되면서 촉매 분사노즐 유닛(320)의 촉매 분사노즐(321)이 상하 운동되어, 촉매 분사노즐(321)과 컨베이어 벨트(430)를 통하여 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)와의 사이를 10 내지 40cm 범위가 되게 높이 조절할 수 있다.
수용공간(100a)의 일측으로부터 타측 방향으로 이송되는 멜트 블로운 부직포(M)의 상면으로부터 촉매 분사노즐(321)의 높이가 10nm 미만이면 멜트 블로운 부직포(M)와 인접하여 스프레이 효율은 높아질 수 있으나 촉매 분사노즐(321)에서 토출되는 촉매 분산액의 압력에 의해 멜트 블로운 부직포(M)의 찢김 현상을 유도할 수 있으며, 앞서 물의 분사로 부여된 정전기 기능이 소실될 수 있는 단점이 있다. 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)의 상면으로부터 촉매 분사노즐(321)의 높이가 40cm를 초과하면 멜트 블로운 부직포(M)와 촉매 분사노즐(321)의 간격이 너무 멀어 분사되는 촉매 분산액의 이탈량이 많아져 멜트 블로운 부직포(M)에 항균, 항바이러스 및 탈취 성능을 충분히 제공하지 못하는 단점이 있다.
촉매 분사노즐(321)로부터 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에 스프레이되는 촉매의 압력은 1 내지 10kg/㎠ 범위일 수 있다. 촉매 분사노즐(321)에서 분사되는 촉매의 압력을 1kg/㎠ 미만으로 하면 멜트 블로운 부직포(M)에 촉매 입자가 효율적으로 부착되지 못한다. 반면 촉매 분사노즐(321)로부터 분사되는 물의 압력을 10kg/㎠를 초과되게 하면 하우징부(100)의 수용공간(100a)으로 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 낙하 분사되고 있는 촉매 분산액을 촉매 석션 유닛(330)에서 너무 빠른 속도로 흡입하게 되어 오히려 멜트 블로운 부직포(M)의 표면에 촉매가 불균일하게 도포되고, 내부의 웹에 침투하더라도 하부로 빨리 빠져나가 버리는 단점이 있다.
촉매 석션 유닛(330)은 진공 펌프일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 진공 펌프가 구비되어 분사되고 있는 촉매 분산액을 두 번에 나눠 흡입할 수 있으며, 공정에 따라 한 쌍의 진공 펌프는 전후 방향으로 이동될 수 있어 위치 이동이 가능하다. 즉 물 석션 유닛(230)과 촉매 석션 유닛(330) 각각은 한 쌍으로 이루어져, 물 석션 두 번과 촉매 석션 두 번의 총 네 번의 석션 구간을 형성하게 된다.
촉매 석션 유닛(330)에서는 0.1 내지 5bar의 압력 범위로 진공을 걸 수 있다. 촉매 석션 유닛(330)이 0.1bar 미만의 압력으로 조절하면 촉매 분산액을 흡입하기에 충분한 압력이 될 수 없어, 낙하 분사되고 있는 촉매 분산액이 멜트 블로운 부직포(M)에 균일하게 코팅되지 않는다. 촉매 석션 유닛(330)이 5bar를 초과하는 압력으로 조절하면 너무 높은 압력으로 인해 촉매 분사노즐 유닛(320)에서 분사되고 있는 촉매 분산액을 너무 빠른 속도로 흡입하게 됨으로 인해, 멜트 블로운 부직포(M)가 찢어지는 현상 등과 같이 형태가 파손될 우려가 있어 제품성이 저하되는 문제점이 있다. 이때 촉매 석션 유닛(330)이 촉매 분산액을 흡입하는 정도는 촉매 분산액의 전체 중량 중에서 5 내지 80% 범위가 되도록 할 수 있다.
참고로, 도 6을 참조하면 물 분사노즐(221)로 공급되는 물이 수용된 물 탱크(210)와, 촉매 분사노즐(321)로 공급되는 촉매 분산액이 수용된 촉매 탱크(310)이다. 물 탱크(210) 및 촉매 탱크(310)는 하우징부(100) 외부의 별도 공간에 설치될 수 있으며, 물 탱크(210)의 하부에 연결 설치된 제1압력조절 펌프(211)에 의해 물 탱크(210)에 수용된 물을 물 분사노즐(221)로 공급량을 조절하고, 촉매 탱크(310)의 하부에 연결 설치된 제2압력조절 펌프(311)에 의해 촉매 탱크(310)에 수용된 촉매 분산액을 촉매 분사노즐(321)로 공급량을 조절할 수 있다.
이송수단(400)은 하우징부(100)의 내외부로 멜트 블로운 부직포(M)를 이송시키는 구성이다.
이러한 이송수단(400)은 하우징부(100)의 일측 외부에 멜트 블로운 부직포(M)가 권회된 롤 형태로 회전되면서 풀림되어 하우징부(100)의 내부로 공급되도록 하는 공급롤러(410)와, 하우징부(100)의 타측 외부에 촉매 코팅된 멜트 블로운 부직포(M)를 권회하면서 회수하는 회수롤러(420)와, 공급롤러(410) 및 회수롤러(420)에 의해 회전 지지되어 멜트 블로운 부직포(M)를 받치는 컨베이어 벨트(430)를 포함할 수 있다.
컨베이어 벨트(430)의 하부에는 도 4에 도시된 바와 같이 상부에 타공망(131)이 형성된 후드(130)가 설치될 수 있고, 후드(130)는 물 석션 유닛(230) 및 촉매 석션 유닛(330)과 진공 배관(132)에 의해 연결 설치될 수 있다.
상기 구성을 포함한 워터 하이드로 차징 장치를 이용하여 마스크용 필터를 제조하기 위하여 먼저, 롤 형태로 권회된 멜트 블로운 부직포(M)를 회전에 의해 공급한다(S10).
멜트 블로운 부직포(M)는 열가소성 특성을 갖는 포화탄화수소 계열의 열가소성 고분자(예턴대 폴리프로필렌)인 베이스를 포함하는 마스터배치를 멜트 블로운 공정을 통하여 용융시켜 압출 방사함으로써 1 내지 5㎛ 크기의 직경을 갖는 부직포 섬유가 랜덤하게 배열된 그물망의 매트릭스 구조를 형성하게 된다. 즉 멜트 블로운 부직포(M)는 마스터배치를 용융하여 방사를 통하여 제조되는 것으로, 고온 고압에 의해 용융된 열가소성 고분자에 연신 및 극세화된 상태로 적층되어 잔열에 의한 자기 접착성으로 결합되는 방식으로 부직포 형태로 형성될 수 있다. 상기와 같은 방식으로 제조된 멜트 블로운 부직포(M)는 일측의 공급롤러(410)와 타측의 회수롤러(420)에 의해 회전 지지되는 컨베이어 벨트(430)에 의해 하우징부(100) 내부의 수용공간(100a)으로 이송 공급될 수 있다.
다음으로, 공급된 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 물(water)을 분사하면서, 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서 분사되는 물을 흡입한다(S20).
이중 스프레이 구조의 워터 하이드로 차징 공정을 통하여 전단에 해당되는 본 단계는 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 순수한 물을 분사함과 동시에, 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서 상기 분사되는 물을 석션하여 멜트 블로운 부직포(M)에 정전기를 부여하고, 후단에 해당되는 추후의 단계에서 본 단계에서 물의 분사 및 석션으로 정전기 기능이 부여된 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 광촉매를 분사함과 동시에, 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서 상기 분사되는 광촉매를 석션하여 멜트 블로운 부직포(M)에 항균, 항바이러스 및 탈취 성능을 부여할 수 있다.
멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 물을 분사하는 물 분사노즐(221)과, 하우징부(100)의 수용공간(100a) 내에서 이송되고 있는 멜트 블로운 부직포(M)와의 이격 간격은 10 내지 40cm 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 물이 분사된 멜트 블로운 부직포(M)의 상부에서 광촉매를 분사하면서, 멜트 블로운 부직포(M)의 하부에서 분사되는 광촉매를 흡입하여 멜트 블로운 부직포(M)의 사이로 침투되어 내부에 함침되면서 표면 코팅된 촉매 코팅막을 형성하여 마무리한다(S30).
이렇게 얻어진 필터는 마스크의 외피 또는 내피로 가공되어 사용될 수 있으며, 외피와 내피 사이에 필터 형태로 삽입 배치하여 사용될 수도 있다. 단, 마스크의 기본적인 구조는 당업계에 자명한 정도이므로, 마스크 구조의 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
<실시예 1>
필터의 제조(반용융 + 광촉매)
폴리프로필렌을 포함하는 마스터배치를 멜트 블로운 방식으로 점성을 갖는 반용융 상태의 부직포 섬유를 노즐(250℃로 설정)을 통하여 방사하면서 멜트 블로운 부직포를 형성하였다. 이때 노즐의 하단부에서 토출되고 있는 반용융 상태의 부직포 섬유가 고형화되기 전에 구리-이산화티타늄 구조의 광촉매 수용액(물 100중량부에 대하여 광촉매 25중량부 혼합)을 스프레이 분사하였다.
<실시예 2>
필터의 제조(고화 + 광촉매)
폴리프로필렌를 포함하는 마스터배치를 멜트 블로운 방식으로 고화 상태의 부직포 섬유를 노즐을 통하여 방사하면서 멜트 블로운 부직포를 형성하였다. 고화 상태로 방사된 멜트 블로운 부직포의 상부에서 구리-이산화티타늄 구조의 광촉매 수용액(물 100중량부에 대하여 광촉매 25중량부 혼합)을 하부 방향으로 분사함과 동시에, 멜트 블로운 부직포의 하부에서 상기 분사되고 있는 광촉매 수용액을 흡입하여, 멜트 블로운 부직포의 사이로 침투 및 표면 코팅된 촉매 코팅막을 형성하였다.
<실시예 3>
필터의 제조(반용융 + 무광촉매)
폴리프로필렌을 포함하는 마스터배치를 멜트 블로운 방식으로 점성을 갖는 반용융 상태의 부직포 섬유를 노즐(250℃로 설정)을 통하여 방사하면서 멜트 블로운 부직포를 형성하였다. 이때 노즐의 하단부에서 토출되고 있는 반용융 상태의 부직포 섬유가 고형화되기 전에 구입한 무광촉매를 스프레이 분사하였다.
<시험예 1>
항균 분석
본 시험예에서는 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 필터를 샘플로 하여 항균 특성을 분석해 보았다. 이를 위해 실시예 1 내지 3의 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)과 대장균(Escherichia coli, ATCC 25922)에 대한 항균력을 KS K 0693: 2016에 의거하여 테스트해 보았으며, 그 결과를 하기 표 1 내지 3에 나타내었다.
| 구분 | 접종 직후 균수 | 18시간 배양 후 균수 | 정균 감소율 | |
| 균주 1 | Control | 1.7 × 104/㎖ | 9.3 × 106/㎖ | - |
| 실시예 1의 필터 | - | ＜ 10/㎖ | 99.9% | |
| 균주 2 | Control | 2.2 × 104/㎖ | 2.8 × 107/㎖ | - |
| 실시예 1의 필터 | - | ＜ 10/㎖ | 99.9% | |
표 1은 실시예 1의 결과로써, 표 1에서 '균주 1'은 Staphylococcus aureus, ATCC 6538이고, '균주 2'는 Escherichia coli, ATCC 25922이고, 대조편은 표준포(면)이고, 비이온 계면활성제는 TWEEN 80을 접종 균액에 0.05% 첨가한 것이며, '＜'는 미만의 수치를 의미한다.
도 7은 실시예 1에 따른 항균 성능 시험을 나타낸 사진으로써, 도 7(a) 및 도 7(b)는 균주 1에 대한 항균도를 나타낸 시험 사진이고, 도 7(c) 및 도 7(d)는 균주 2에 대한 항균도를 나타낸 시험 사진이다. 즉 도 7(a)는 Control의 균액(1.7 × 104/㎖) 사진이고, 도 7(b)는 18시간 배양 후 시험 결과 사진인데 균주 1의 균수가 10/㎖ 미만으로 99% 제거되어 항균도가 매우 우수함을 알 수 있다. 도 7(c)는 Control의 균액(2.2 × 104/㎖) 사진이고, 도 7(d)는 18시간 배양 후 시험 결과 사진으로 균주 2의 균수가 10/㎖ 미만으로 99.9% 제거되어 이 역시 항균도가 매우 우수함이 확인된다.
| 구분 | 접종 직후 균수 | 18시간 배양 후 균수 | 정균 감소율 | |
| 균주 1 | Control | 1.7 × 104/㎖ | 9.3 × 106/㎖ | - |
| 실시예 2의 필터 | - | ＜ 10/㎖ | 99.9% | |
| 균주 2 | Control | 2.2 × 104/㎖ | 2.8 × 107/㎖ | - |
| 실시예 2의 필터 | - | ＜ 10/㎖ | 99.9% | |
표 2는 실시예 2의 결과로, 표 2에서 '균주 1'은 Staphylococcus aureus, ATCC 6538이고, '균주 2'는 Escherichia coli, ATCC 25922이고, 대조편은 표준포(면)이고, 비이온 계면활성제는 TWEEN 80을 접종 균액에 0.05% 첨가한 것이며, '＜'는 미만의 수치를 의미한다.
도 8은 실시예 2에 따른 항균 성능 시험을 나타낸 사진으로써, 도 8(a) 및 도 8(b)는 균주 1에 대한 항균도를 나타낸 시험 사진이고, 도 8(c) 및 도 8(d)는 균주 2에 대한 항균도를 나타낸 시험 사진이다. 즉 도 8(a)는 Control의 균액(1.7 × 104/㎖) 사진이고, 도 8(b)는 18시간 배양 후 시험 결과 사진인데 균주 1의 균수가 10/㎖ 미만으로 99% 제거되어 항균도가 매우 우수함을 알 수 있다. 도 8(c)는 Control의 균액(2.2 × 104/㎖) 사진이고, 도 8(d)는 18시간 배양 후 시험 결과 사진으로 균주 2의 균수가 10/㎖ 미만으로 99.9% 제거되어 실시예 1과 마찬가지로 항균도가 매우 우수함이 확인된다.
| 구분 | 접종 직후 균수 | 18시간 배양 후 균수 | 정균 감소율 | |
| 균주 1 | Control | 1.7 × 104/㎖ | 9.3 × 106/㎖ | - |
| 실시예 3의 필터 | - | ＜ 10/㎖ | 99.9% | |
| 균주 2 | Control | 2.2 × 104/㎖ | 2.8 × 107/㎖ | - |
| 실시예 3의 필터 | - | ＜ 10/㎖ | 99.9% | |
표 3은 실시예 3의 결과로, 표 3에서 '균주 1'은 Staphylococcus aureus, ATCC 6538이고, '균주 2'는 Escherichia coli, ATCC 25922이고, 대조편은 표준포(면)이고, 비이온 계면활성제는 TWEEN 80을 접종 균액에 0.05% 첨가한 것이며, '＜'는 미만의 수치를 의미한다.
도 9는 실시예 3에 따른 항균 성능 시험을 나타낸 사진으로써, 도 9(a) 및 도 9(b)는 균주 1에 대한 항균도를 나타낸 시험 사진이고, 도 9(c) 및 도 9(d)는 균주 2에 대한 항균도를 나타낸 시험 사진이다. 즉 도 9(a)는 Control의 균액(1.7 × 104/㎖) 사진이고, 도 9(b)는 18시간 배양 후 시험 결과 사진인데 균주 1의 균수가 10/㎖ 미만으로 99% 제거되어 항균도가 매우 우수함을 알 수 있다. 도 9(c)는 Control의 균액(2.2 × 104/㎖) 사진이고, 도 9(d)는 18시간 배양 후 시험 결과 사진으로 균주 2의 균수가 10/㎖ 미만으로 99.9% 제거되어 실시예 1과 마찬가지로 항균도가 매우 우수함이 확인된다.
<시험예 2>
항바이러스 분석
본 시험예에서는 실시예 1에 따라 제조된 필터를 샘플로 하여 코로나 바이러스에 대한 항바이러스 특성을 분석해 보았다.
우선 코로나 바이러스는 아데노 바이러스, 리노 바이러스와 함께 사람에게 감기를 일으키는 3대 바이러스 중 하나로, 사람과 다양한 동물에 감염될 수 있는 유전자 크기 27 내지 32kb의 RNA 바이러스이다. 전자현미경으로 봤을 때 바이러스 입자 표면이 돌기처럼 튀어나와 있는데 이 모양이 마치 왕관이나 태양의 코로나를 연상시킨다고 해서 라틴어로 왕관을 뜻하는 'Corona'에서 파생돼 명명되었다. 주로 추운 겨울철에 발생하는 성인 감기의 10 내지 30%를 차지하며 두통이나 인후통, 기침을 동반한 코감기를 주 증상으로 한다. 코로나 바이러스는 1930년대 닭에서 처음 발견된 이후 개, 돼지, 조류 등의 동물에서 발견되었고, 1960년대에는 사람에서도 발견되었다. 코로나 바이러스는 동물과 사람 모두에게 감염될 수 있는데, 인간 활동영역이 광범위해지면서 동물 사이에서만 유행하던 바이러스가 생존을 위해 유전자 변이를 일으켜 사람에게로 넘어오기도 한다. 예컨대 사스(박쥐와 사향고양이), 메르스(박쥐와 낙타), COVID-19(박쥐)가 이에 해당된다.
TCID50 분석 방법 과정도를 나타낸 도 10에 도시된 바와 같이, 코로나 바이러스에 대한 불활화 시험을 해보았으며, 조직 배양 감염 용량(TCID50) 방법을 통해 항바이러스 결과를 도출해 보기로 하였다. 50% 조직 배양 감염 용량(TCID50)은 감염성 바이러스 역가의 척도이다. 이 종말점 희석 분석은 감염된 숙주의 50%를 사멸시키거나 접종 된 배양 세포의 50%에서 세포 변성 효과(cytopathic effect, CPE)를 생성하는데 필요한 바이러스의 양을 정량화한다. 이 분석은 치명적인 용량의 바이러스를 결정하거나 바이러스가 플라크를 형성하지 않는 임상연구 분야에서 더 일반적일 수 있다. 10배수 별로 바이러스를 접종시킨 세포단층을 관찰하여 CPE 유무를 판정하여 감염된 well의 %를 계산한다. TCID50 분석은 일반적으로 세포 배양에서 감염을 확립하는데 요구되는 시간은 최대 7일 정도 소요된다. TCID50 분석은 10배수로 희석시킨 바이러스 부유액을 각 배수별로 5개 이상(대개 8-10 test units)의 동물세포에 접종시켜 50%를 감염시키는 바이러스 희석배수를 titer로 나타낸 것이다. 각 배수별로 바이러스를 접종시킨 세포단층을 관찰하여 CPE 유무를 판정하여 감염된 well의 %를 계산한다. 50% endpoint는 Reed-Muench법으로 계산하였으며, 실시예 1의 항바이러스 시험 및 시험 결과를 하기 표 4에 기재하였다.
| 구분 | 항바이러스 시험 결과 | |||
| 반응 전 바이러스 역가(log TCID50) | 반응 후 바이러스 역가(log TCID50) | Log reduction | 바이러스 감소율(%)1) | |
| 실시예 1 | 3.70 | 1.60 | 2.10 | 99.21 |
| 시험 | 1. 시험방법: Modified ISO 21702 2. 대상 바이러스: Human coronavirus (HCoV) OC43 3. 세포주: HCT-8 cell 4. 시험조건: 반응시간 2시간, 반응온도 25±1℃ |
|||
| 1)바이러스 감소율(%) 결과 |
log reduction 1 이상일 경우 90% 이상(99%미만) log reduction 2 이상일 경우 99% 이상(999%미만) log reduction 3 이상일 경우 99.9% 이상(9999%미만) log reduction 4 이상일 경우 99.99% 이상(99999%미만) log reduction 5 이상일 경우 99.999% 이상 |
|||
도 11은 TCID50 분석을 위한 샘플 사진으로써, 도 11(a)는 대조군의 샘플 사진이고, 도 11(b)는 실시예 1의 샘플 사진이다. 이를 이용한 항바이러스 시험 결과, 표 4에서와 같이 실시예 1에 따른 마스크용 필터는 코로나 바이러스에 대하여 반응시간 2시간 이내에 99.21% 바이러스 감소율을 보였으며, 관련해서 TCID50 분석 방법을 이용한 항바이러스 성능 평가를 위한 일반 커버 글래스에 대한 대조군의 결과를 도 12(a)에 나타내었고, 실시예 1의 결과를 도 12(b)에 나타내었다. 이를 통해 대조군 대비 실시예 1의 우수한 항바이러스 성능이 확인되었다.
정리하면, 본 발명은 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크로써, 베이스 수지를 포함하는 마스터배치가 멜트 블로운(melt blown) 방식을 통하여 고체 또는 반용융 상태의 부직포 섬유가 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포와, 방사되는 부직포 섬유 또는 상기 멜트 블로운 부직포에 촉매를 다방향으로 분사하여 상기 부직포 섬유의 표면에 코팅되면서 상기 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 형성되는 촉매 코팅막을 포함하는 필터를 포함하는 특징이 있다.
이러한 특징에 따르면, 종래 촉매가 스프레이 도포된 부직포와 자체 정전기 기능을 갖는 멜트 블로운 필터를 라미네이팅하는 방식에서 탈피하여, 부직포를 라미네이팅해야 하는 별도의 추가 공정을 하지 않고도 항균, 항바이러스 및 탈취 성능이 직접적으로 부여된 멜트 블로운 필터를 얻을 수 있어 원가 절감을 할 수 있는데 의미가 있으며, 이를 통해 항균 및 항바이러스 성능이 요구되는 마스크를 대량 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 하우징부
100a: 수용공간
110: 유입구
120: 배출구
130: 후드
131: 타공망
132: 진공 배관
140: 수거 받이
200: 워터 제공부
210: 물 탱크
211: 제1압력조절 펌프
220: 물 분사노즐 유닛
221: 물 분사노즐
222: 제1높이조절 봉
223: 제1높이조절 밸브
230: 물 석션 유닛
300: 촉매 코팅부
310: 촉매 탱크
311: 제2압력조절 펌프
320: 촉매 분사노즐 유닛
321: 촉매 분사노즐
322: 제2높이조절 봉
323: 제2높이조절 밸브
330: 촉매 석션 유닛
400: 이송수단
410: 공급롤러
420: 회수롤러
430: 컨베이어 벨트
M: 멜트 블로운 부직포
100a: 수용공간
110: 유입구
120: 배출구
130: 후드
131: 타공망
132: 진공 배관
140: 수거 받이
200: 워터 제공부
210: 물 탱크
211: 제1압력조절 펌프
220: 물 분사노즐 유닛
221: 물 분사노즐
222: 제1높이조절 봉
223: 제1높이조절 밸브
230: 물 석션 유닛
300: 촉매 코팅부
310: 촉매 탱크
311: 제2압력조절 펌프
320: 촉매 분사노즐 유닛
321: 촉매 분사노즐
322: 제2높이조절 봉
323: 제2높이조절 밸브
330: 촉매 석션 유닛
400: 이송수단
410: 공급롤러
420: 회수롤러
430: 컨베이어 벨트
M: 멜트 블로운 부직포
Claims (4)
- 필터가 구비된 마스크에 있어서,
상기 필터는,
베이스 수지를 포함하는 마스터배치가 멜트 블로운(melt blown) 방식을 통하여 고체 또는 반용융 상태의 부직포 섬유가 방사되면서 형성되는 멜트 블로운 부직포; 및
상기 방사되는 부직포 섬유 또는 상기 멜트 블로운 부직포에 촉매를 다방향으로 분사하여, 상기 부직포 섬유의 표면에 코팅되면서 상기 멜트 블로운 부직포의 내부 및 외부 표면에 함침 코팅되어 형성되는 촉매 코팅막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크. - 제1 항에 있어서,
상기 촉매 코팅막은, 200 내지 300℃에서 반용융 상태로 방사되는 상기 부직포 섬유에 상기 촉매가 분사되면서 코팅되는 것을 특징으로 하는 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크. - 제1 항에 있어서,
상기 촉매 코팅막은, 상기 멜트 블로운 부직포의 상부에서 상기 촉매가 분사되고, 상기 멜트 블로운 부직포의 하부에서 상기 분사되는 촉매가 흡입되어, 상기 멜트 블로운 부직포의 사이로 침투되면서 코팅되는 것을 특징으로 하는 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크. - 제3 항에 있어서,
상기 촉매 코팅막은, 상기 멜트 블로운 부직포의 전단부에서 물(water)이 분사되고, 상기 멜트 블로운 부직포의 후단부에서 상기 분사되는 물이 흡입된 상태에서, 상기 촉매가 분사되는 것을 특징으로 하는 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220035751A KR102619882B1 (ko) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220035751A KR102619882B1 (ko) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230138114A true KR20230138114A (ko) | 2023-10-05 |
| KR102619882B1 KR102619882B1 (ko) | 2024-01-04 |
Family
ID=88294569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220035751A KR102619882B1 (ko) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 항균 및 항바이러스 성능을 갖는 마스크 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102619882B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170071870A (ko) * | 2015-12-16 | 2017-06-26 | (주)에프티이앤이 | 금속도금 나노섬유를 포함하는 항균 나노 마스크 및 그 제조방법 |
| KR20180064204A (ko) | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 주식회사 하이젠 | 광촉매 필터의 제조방법, 이를 이용한 광촉매 필터 구조체 및 이의 제조방법 |
| KR20220005756A (ko) * | 2020-07-07 | 2022-01-14 | 성균관대학교산학협력단 | 금속 나노 와이어를 포함한 마스크 |
-
2022
- 2022-03-23 KR KR1020220035751A patent/KR102619882B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170071870A (ko) * | 2015-12-16 | 2017-06-26 | (주)에프티이앤이 | 금속도금 나노섬유를 포함하는 항균 나노 마스크 및 그 제조방법 |
| KR20180064204A (ko) | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 주식회사 하이젠 | 광촉매 필터의 제조방법, 이를 이용한 광촉매 필터 구조체 및 이의 제조방법 |
| KR20220005756A (ko) * | 2020-07-07 | 2022-01-14 | 성균관대학교산학협력단 | 금속 나노 와이어를 포함한 마스크 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102619882B1 (ko) | 2024-01-04 |
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