KR20230161082A - 반복사용이 가능한 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소재원단에 고체산소 분말이 코팅되거나, 소재원단에 과립상 고체산소 분말이 코팅되거나, 소재원단 사이에 과립상 고체산소 분말이 충전되어 형성되어, 마스크 필터에 여과된 미생물 박테리아 및 바이러스 등을 즉시 살균, 제거하며, 입냄새 제거 효과가 탁월하고, 산소발생 및 이산화탄소를 제거하고, 습기 제거 효과가 있어 반복사용이 가능한 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크에 관한 것이다.
Description
본 발명은 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마스크 필터에 여과된 미생물 박테리아 및 바이러스 등을 즉시 살균, 제거하는 CNK(Catch and Kill(Sterilizing)) 타입의 마스크로서 입냄새 제거 효과가 탁월하고, 산소발생 및 이산화탄소 제거, 습기 제거 효과가 있어 반복사용이 가능한 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크에 관한 것이다.
코로나 펜더믹과 같은 현시대에 전 세계에서 유통, 사용되고 있는 모든 마스크는 일회용으로서, 외부로부터 흡입되는 미세먼지와 함께 미생물, 박테리아 및 바이러스를 동시에 필터(여과)하여 마스크를 착용한 사람 호흡기 내부로 박테리아나 바이러스 유입을 차단할 목적으로 사용되고 있다.
마스크의 여과 기능은 정전기능을 강화시킨 MB(melt blown) 부직포 개발 적용으로 0.4 마이크론 부근의 초미세먼지도 여과하여 인체로 흡입되는 미세먼지를 최대한 방어하도록 설계되었다. 그러나 실제로 바이러스의 크기는 0.1 마이크론 정도로 작은 경우도 있어 여과에 실패할 수 있지만 일반적으로 바이러스가 수분과 같은 큰 사이즈의 입자(침방울 혹은 스모그 입자)와 함께 존재하기 때문에 MB필터에 여과될 가능성은 매우 크다고 인정되고 있다.
그러나 이러한 MB 필터를 장착한 마스크의 더 큰 문제점은 박테리아가 1마이크론 이상 크기이므로 MB필터에 매우 잘 여과되어 포집된다는 점이다. 즉, KF94 혹은 KF95 마스크를 장착하는 순간부터 입, 위, 코, 목에서 발산하는 입냄새(구취)의 주성분인 박테리아로 인해 마스크 MB 필터 부위는 순식간에 박테리아로 오염된다고 볼 수 있다(도 4(a) 참조), 실제 마스크에서 사용 시간대별로 마스크 필터에서 배양되는 박테리아 증가에 관한 연구결과도 발표되었다.(문헌: 서혜경외 8인, 한국산업보건학회지, 제31권,제4호(2021) ISSN 2384-132)
도 4(a)와 같이, 이렇게 박테리아로 오염된 마스크 필터에 외부에서 병원성 바이러스가 침입하는 순간 박테리아를 숙주로 배양되는 바이러스는 즉시 배양되기 시작하여 마스크 전 부위에 빠른 속도로 퍼지게 된다. 따라서 그 마스크와 접촉하는 모든 물체와 접촉된 부위는 그 병원성 바이러스로 순식간에 오염 확산된다. 이와같은 이유로 전세계에서 사용되고 있는 일회용 마스크는 CNG 타입(CNG: Catch and Growing)의 마스크로 분류할 수 있으며 사용하다가 손으로 만지는 순간 더 이상 사용하지 말고 폐기하도록 권장되고 있다.
그럼에도 불구하고 현재 전세계인이 사용하고 있는 일회용 마스크(CNG 타입)를 사용하다가 손으로 만지는 순간 폐기하라고 하면 하루에도 일 인당 십 여개 이상의 마스크가 필요하다. 물론 병원에서 근무하는 전문 의료진의 경우는 규정에 따라 하루 십 여개 이상의 마스크를 사용하고 있으나, 코로나19 펜더믹과 같은 상황에서 전 세계인이 매일 십 여개의 마스크를 소비한다는 것은 경제적으로나 마스크 생산력에서나 불가능하다.
따라서 바이러스의 확산을 막고 마스크 착용자의 건강을 지켜주기 위해서는 도 4와 같이 마스크 필터에 여과되는 박테리아 혹은 바이러스를 순식간에 살균, 제거함으로서 사용 도중 만지거나 반복 사용해도 안전한 CNK 타입(CMK: Catch and Kill)의 마스크가 꼭 필요하다.
한편 마스크 착용시 인체(폐, 식도, 위장, 코, 치아)에서 발생하는 악취가 입을 통해 나오는 입냄새 때문에 마스크 착용자는 큰 불편을 느끼게 된다. 특히 그 악취 성분이 마스크 필터에 흡착되어 악취를 계속 발산하기 때문에 마스크를 착용하기 싫어하는 경향이 있고 국가적, 사회적으로 방역에 허점이 생기게 된다.
더욱이 마스크 착용시 폐에서 발산되는 호기가스의 상대습도가 100% 수준이므로 습한 공기가 마스크와 입 사이에 저장되어 있다가 다시 호흡하게 되므로 마스크를 계속 착용하고 있으면 높은 습도로 인해 답답함을 크게 느끼게 된다.
마스크 착용시 또 다른 문제점은 마스크와 얼굴 사이의 공간(약 50~150ml)에 정체된 호기 가스의 높은 이산화탄소 농도(5%) 및 낮은 산소 농도(18%)로 인해 흡기 공기 중 산소 농도가 약간 감소하므로 오랜 시간 마스크를 장착하게 되면 산소 부족이 일어날 수 있다. 이러한 산소부족 문제는 일반 건강한 사람에게는 큰 문제가 아니지만 신체 허약자, 호흡기 질환자, 노약자들 건강 유지에 치명적인 문제가 될 수 있다.
현재까지 마스크 필터로 사용할 수 있도록 개발된 항균 필터 재료는 몇 종류가 있다. 첫째는 구리분말을 미세하게 만들어 섬유에 함유시켜 제조된 구리섬유의 항균력을 사용하는 방법이 있다. 그러나 나노구리 섬유의 특성상 섬유 밖으로 돌출된 구리성분이 매우 적기 때문에 공기와 접촉하는 부위가 작으므로 항균 효과가 미약하다. 더욱이 구리 성분이 공기중에서 쉽게 산화되므로 항균 효과가 크게 감소하는 문제가 있다. 또한 항균 효과를 높이기 위해 구리성분을 높여 섬유 밖으로 많이 돌출시키면 항균 효과는 상승하나 구리섬유 제작 공정이 어려워지고 섬유의 기계적 강도가 약해지고 역겨운 구리 냄새로 인해 마스크 착용이 불가능하다.
이러한 단점을 개선하기 위해 구리, 아연 등 금속 물질을 유기금속 바인더(organometallic polymer) 성분으로 만들어 고분자화시켜 부직포 원단 재료로 적용하는 방법들도 제시되었다. 그러나 시험결과 그 항균 효과는 수중 혹은 체내에서는 일부 효과가 있으나 공기 중에서는 매우 미미한 것으로 밝혀졌다.
또 다른 항균 재료로서 은 촉매가 있다. 이는 나노상태로 분쇄한 은을 섬유에 충전시켜 은나노 섬유로 만든 필터가 항균 효과가 있다고 판매되고는 있으나 은성분은 수중에서는 일부 박테리아에 대한 항균 효과가 있으나 공기중에서는 거의 항균 효과가 없다.
그 외에 광촉매 또는 플라즈마 방법을 고려할 수 있으나 광촉매나 플라즈마는 전원을 마스크에 장착할 수 없기 때문에 사용이 불가능하다.
본 발명자는 상술한 바와 같은 일회용 마스크 착용시 마스크에 여과되는 박테리아 및 바이러스(특히 코로나-19)의 완벽한 제거, 높은 습도, 입냄새(악취) 및 산소 부족 문제를 해결하기 위해 본 발명자가 보유하고 있는 고체산소 기술을 적용하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일회용 마스크 착용시 들숨과 날숨을 통해 마스크에 여과되는 미생물, 박테리아 및 바이러스를 즉시 제거하여 착용자의 위생성을 향상시킬 뿐만 아니라 마스크 내.외부로의 박테리아나 바이러스의 전파를 방지할 수 있는 CNK(Catch And Kill) 타입의 새로운 마스크 필터 및 마스크를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 마스크 착용시 날숨에서 분출되는 심한 악취(입냄새)를 제거하여 마스크 착용자의 호흡을 편하게 해주며, 폐에서 분출되는 날숨의 높은 습도를 순간 저하시켜 착용자 호흡 시 답답함을 완화시켜주고, 호기 가스에서 분출되는 높은 이산화탄소 중 일부를 제거하고 동시에 산소를 발생시켜 마스크 착용자의 호흡을 편하게 해주는 반복사용이 가능한 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 기존 일회용 마스크 사용 후 버려지는 쓰레기가 일으키는 각종 부작용, 예를 들면 버려진 마스크에 기생하고 있는 박테리아 및 바이러스가 쓰레기 통에서 더욱 크게 배양되므로 쓰레기가 모여지는 장소들을 중심으로 공기나 접촉으로 인한 병원균의 재확산이 일어날 수 있는 위험성이 크고, 버려진 마스크 소각 처리로 인한 공기 오염 등, 사회적 환경 문제를 해결하고자 한다.
즉, 본 발명의 목적은 기존 일회용 마스크의 기능, CNG 타입 마스크 기능을 대폭 개선하여 일회용이 아니라 반복 사용해도 박테리아나 바이러스 전파를 차단할 수 있는 안전한 CNK 타입의 새로운 개념의 마스크를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반복사용이 가능한 마스크 필터는,
마스크 필터로 사용되는 소재 원단에 고체산소 분말이 코팅되거나, 소재 원단 사이에 과립상 고체산소 분말이 충전되어 형성되며, 미생물 박테리아 및 바이러스의 살균, 제거 효능, 입냄새 제거 효능, 산소발생 및 이산화탄소 제거 효능, 및 습기 제거 효능을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 반복사용이 가능한 마스크 필터에서,
상기 소재원단은 통기성이 있는 소재이며, 폴리프로필렌(PP), 폴리테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌(PE) 등 각종 부직포에서 선택된 통기성이 좋은 부직포 소재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 반복사용이 가능한 마스크 필터에서,
상기 마스크 필터는
고체산소 분말을 우레탄계 또는 아크릴계 바인더에 혼합 및 현탁시킨 후 상기 소재 원단의 표면에 코팅 및 건조과정을 통해 제조되거나, 또는
고체산소 분말을 과립상으로 형성한 후, 형성된 고체산소 그레뉼을 펄프 분말과 혼합 후 이 혼합물을 소재 원단 사이에 코팅, 충전, 또는 캘린더링(에어레이드 공법으로 알려진 공정)하여 시트상으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 반복사용이 가능한 마스크 필터에서,
상기 고체산소 분말은 알칼리 토금속과 수용성 철화합물로 구성되며,
상기 알칼리토금속은 과산화칼슘 또는 과산화 마그네슘이고, 상기 수용성 철화합물은 구연산 제2철, 염화 제1철, 염화 제2철, 초산 제1철, 개미산 제2철, 글루콘산 제1철, 페릭글리코포스페이트, 질산 제2철, 옥살산 제2철, 페릭올쏘포스페이트, 요오드화 제1철, 젖산 제1철, 황산 제1철, 황산 제2철로 된 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 반복사용이 가능한 마스크 필터에서,
상기 과립상 고체산소는 산소발생 효능을 갖도록 펄프 분말과 혼합전 고체산을 중화제 혹은 버퍼제로 사용하며,
상기 고체산은 구연산(citric acid), 글루타민산(glutamic acid), 아스코르브산(ascorbic acid), 인산나트륨(sodiummonophosphate), 인산칼륨(potassium monophosphate), 주석산(tartaric acid) 중에서 선택된 1종 또는 2종인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 반복사용이 가능한 마스크 필터에서,
상기 마스크 필터의 산소발생 효능은,
상기 고체산소 그레뉼 1g, 고체산 0.5g～2.5g, 안정제 0.1g～4g 및 산소발생 촉매제 0.001g ～ 0.05g의 비율대로 혼합되어 구성되는 산소발생제 조성물로 구현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 마스크는,
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 반복사용이 가능한 마스크 필터를 구비하며, 미생물 박테리아 및 바이러스의 살균, 제거 효능, 입냄새 제거 효능, 산소발생 및 이산화탄소 제거 효능, 및 습기 제거 효능을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 필터는 바이러스 감소율이 99.8% 이상 지속되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 마스크는 내피와 외피 2겹으로 된 부직포 사이에 상기 마스크 필터를 구비하거나, 내피의 외측에 마스크 필터를 부착하여 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마스크는 도 4(b)와 같이 일회용 마스크 착용시 들숨과 날숨을 통해 마스크에 여과되는 미생물, 박테리아 및 바이러스를 즉시 제거하여 착용자의 위생성을 향상시킬 뿐만 아니라 마스크 내.외부로의 박테리아나 바이러스의 전파를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 마스크는 마스크 착용시 날숨에서 분출되는 심한 악취(입냄새)를 제거하여 마스크 착용자의 호흡을 편하게 해주며, 폐에서 분출되는 날숨의 높은 습도를 순간 저하시켜 착용자 호흡 시 답답함을 완화시켜주고, 호기 가스에서 분출되는 높은 이산화탄소 중 일부를 제거하고 동시에 산소를 발생시켜 마스크 착용자의 호흡을 편하게 해주는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 마스크는 기존 일회용 마스크의 기능, CNG 타입 마스크 기능을 대폭 개선하여 일회용이 아니라 반복 사용해도 박테리아나 바이러스 전파를 차단하고 코로나19 바이러스 감소율을 99.8% 이상 지속할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 CNK 반복 사용 마스크는 기존 일회용 마스크 사용시 버려지는 쓰레기 오염으로 인한 사회적 문제를 크게 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마스크 필터가 구비된 마스크의 내부 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 마스크 필터의 일 예시를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 마스크 필터가 부착된 마스크의 일 예시를 나타내는 도면.
도 4의 (a),(b)는 종래 마스크의 구조(a)와 본 발명에 따른 마스크의 구조(b)의 기능 및 성능을 도식화하여 나타낸 비교도면.
도 2는 본 발명에 따른 마스크 필터의 일 예시를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 마스크 필터가 부착된 마스크의 일 예시를 나타내는 도면.
도 4의 (a),(b)는 종래 마스크의 구조(a)와 본 발명에 따른 마스크의 구조(b)의 기능 및 성능을 도식화하여 나타낸 비교도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 제조예 및 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 제조예 및 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형성은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
본 발명에 사용되는 고체산소(SOP; Solid Oxygen)는 수많은 임상실험과 연구 끝에 미국 NASA에서 우주인들 호흡장치에 적용시킨 물질로 처음 개발되었으며, 우주인들에게 성공적으로 적용이 이루어진 이후 잠수함 승무원들의 호흡장치 전용으로, 혹은 탄광 인부들의 비상시 호흡장치로서 또한 스쿠버 다이버 호흡장치로 다양하게 적용되고 있다. 그러나 이러한 비휘발성 산화성 물질을 공기 정화 필터 등 환경 개선을 위한 친환경 소재로서의 사용은 저자가 2001년 세계 최초로 공기 청정기 필터(2001년도 개발 시판된 웅진 코웨이 케어스 청정기 필터)에 적용하면서부터 공기를 정화하는 필터 재료로 다양하게 개발되기 시작하였다.
고체산소(MO2)는 다량의 물과 만나면 다음 반응과 같이 분해되어 과산화수소가 생성되고 이 과산화수소가 분해되면서 강력한 산화 반응, 탈취, 항균작용을 한다고 알려져 있다.
MO2(고체산소) + H2O(물) --→ M(OH)2 + H2O2 (과산화수소)
H2O2 --→ H2O + (O)
상기와 같이 고체산소의 강력한 탈취 효과와 항균, 제균 효과를 산소라디칼 배출로 해석하는 이론에 의하면, 그 주성분, 알칼리토금속의 과산화물(예:MO2)은 다음과 같은 화학 반응에 의해 공기중 미량의 수분 영향으로 산소라디칼을 발생시키는 것으로 해석되었었다. 구체적으로 설명하면, 고체산소가 공기중 수분과 반응하여 발생하는 산소라디칼은 매우 불안정한 물질이므로 공기 중에서 매우 잠깐 동안(1초 이하) 산화제로서 작용을 한 후 순식간에 산소로 변화, 소멸된다. 이 때 산소라디칼은 순간적으로 짧은 시간 동안만 존재하지만 강력한 산화 반응(Ev2V)을 통해 다음과 같은 산화작용, 산소발생 교환반응, 항균작용을 일으키면서 동시에 암모니아, 황화수소, 포름알데히드 등과 같은 유독 가스를 제거하게 된다는 이론이다.
MO2 + H2O(액체) --→ MO + H2O2 --→ H2O +(O)(산소라디칼) (1)
MO2 + H2O(공기중 수분) --→ M(OH)2 + (O)(산소라디칼) (1)
~~ CHO(aldehyde: 포름알데히드) + (O) --→ ~~ CO2H (2)
~~ CO2H + MO2 --→ ~~ CO2M + MO (3)
4NH3(암모니아: 오줌냄새) + (O) --→ 2N2 + 6H2O (4)
H2S(황화수소: 방귀냄새) + (O) + MO2 --→ MSO4 + H2O (5)
그러나 공기중 습기와 반응하는 과산화물(예:MO2)의 상기 산소라디칼 이론에 대해 학자들 사이에서는 실제 산소 라디칼의 존재를 부정적으로 보는 견해가 있다. 왜냐하면 물과 반응하여 산소를 발생하는 것은 확실하지만 산소라디칼이 공기중 실제로 존재하느냐에 관한 것이다. 그럼에도 불구하고 공기중 산소라디칼이 매우 짧은 시간 동안만 존재한다고 설명하는 것이 메카니즘상으로 매우 편리하다.
그러나 고체산소의 주성분 과산화칼슘은 고체상태로서 휘발성이 전혀 없는 물질이며 수분과 접촉이 매우 낮은 습도에서도 항균, 탈취 반응을 일으키기 때문에 산소라디칼 해석 보다는 다음과 같이 고체상태의 안정한 과산화수화물이 중간물질로 생성되어 이 과산화수화물이 강력한 산화 반응, 탈취, 항균작용을 한다고 하는 설명이 더 합당한 이론이라고 볼 수 있다.
MO2 + H2O(공기중 수분) --→ M(H2O3)(과산화수화물) (6)
~~ CHO(aldehyde: 포름알데히드) + M(H2O3) --→ ~~ CO2M (7)
4NH3(암모니아: 오줌냄새) + M(H2O3) --→ 2N2 + 6H2O (8)
H2S(황화수소: 충치, 방귀냄새) + M(H2O3) --→ MSO4 + H2O (9)
~~CO-NH~~(단백질, 바이러스) + M(H2O3) --→ ~~CO2M + H2N~~ + H2O (10)
특히 과산화물(예:MO2)이 액체상태의 수분과 반응하는 것과 똑같은 메카니즘 즉, 공기 중 수분을 흡수하여 과산화수소가 생성되었다가 과산화수소가 다시 분해되면서 산소라디칼을 발생시킨다고 하는 설명은 문제점이 있다. 왜냐하면 고체산소는 공기중의 수분과 반응하여 과산화수소를 발생시키지 않기 때문이다. 과산화수소는 휘발성이 강한 물질이므로 고체산소가 공기중 수분과 반응하여 과산화수소를 발생하면 그 냄새로서도 과산화수소 발생 여부를 알 수 있다.
최근, 과산화물(예:MO2)이 다량의 물과 반응할 때에 중간물질로서 과산화수소를 생성하지 않고 직접 산소를 발생한다는 보고들이 발표되었다. 이와같이 과산화수소를 거치지 않고 직접 산소를 발생시킨다는 이러한 결과는 상기 과산화수소가 아니라 과산화수화물이 중간물질로 작용한다는 이론의 중요한 근거가 될 수 있다.
그러나 실제로 과산화물은 공기 중에서 수분과 반응할 때 과산화수소를 전혀 생성하지 않기 때문에 인체 위험성이 전혀 없어 탄광 광부용 긴급 호흡장치 혹은 잠수함 승무원 호흡장치 등에 적용되어 안전하게 사용되고 있다.
인체에서 입을 통해 발생하는 구취(입냄새)의 주성분은 황화수소와 같은 유황성분이며, 음식물 부패 냄새는 암모니아 혹은 알데히드와 같은 악취 성분들로 알려져 있다. 이러한 악취의 원인은 박테리아에 의해 진행되므로 악취는 곧 박테리아의 존재를 의미한다.
한편 바이러스는 단백질 구조의 물질로서 그 기본 구조가 카보닐(C=O) 기가 들어 있는 아마이드(-HN-CO-)가 주요 성분이다. 이러한 단백질의 아마이드 구조는 산성에서보다는 염기성에서 쉽게 분해된다.
과산화물은 염기성이면서 동시에 과산화수화물(혹은 산소라디칼 발생제)로서 작용하므로 바이러스 불활성화에는 매우 강력한 효과를 갖게 된다. 즉, 상기 (2), (3) 및 (7)반응식에서와 같이 바이러스의 기본 구조인 아마이드 체인(chain)은 산소라디칼 혹은 과산화수화물에 의해 쉽게 산화 혹은 분해된다.
따라서, CNK 타입 마스크에 요구되는 특성을 발휘하기 위한 필터 소재로서 과산화물(MO2)이 주성분인 고체산소는 가장 적합한 최고의 소재라고 볼 수 있다. 이는 비휘발성으로 인체에 안전한 고체상태의 물질로서 알칼리성이면서도 과산화수소와 같은 강력한 산화력을 지니고 있으므로 항박테리아, 항바이러스, 암모니아/황화수소와 같은 악취 제거, 산소 발생, 수분 제어, 이산화탄소 제거 등의 특성을 모두 지니고 있으므로 마스크 필터로 적용시 마스크 착용시 나타날 수 있는 부작용과 불편함을 대폭 해소시켜 준다. 즉, 숨쉬기가 편하고 반복사용해도 바이러스/박테리아 확산을 막을 수 있는 안전한 CNK 타입 마스크가 제작될 수 있는 것이다.
<제조예 1> 고체산소 분말 제조
고체산소 분말은 본 출원인이 이미 개발한 공기정화제 분말로서 알칼리 토금속과 수용성 철화합물로 구성되며, 알칼리토금속은 과산화칼슘 또는 과산화 마그네슘이고, 수용성 철화합물은 구연산 제2철, 염화 제1철, 염화 제2철, 초산 제1철, 개미산 제2철, 글루콘산 제1철, 페릭글리코포스페이트, 질산 제2철, 옥살산 제2철, 페릭올쏘포스페이트, 요오드화 제1철, 젖산 제1철, 황산 제1철, 황산 제2철로 된 군에서 선택된 적어도 어느 하나이다. 여기서, 수용성 철화합물은 전체 고체산소 분말의 중량에 대해 0.1 내지 5%의 중량을 혼합하는 것이 바람직하다.
<제조예 2> 고체산소 코팅 필터(부직포) 제조
상기와 같이 제조된 고체산소 분말을 수성 우레탄계 바인더 또는 아크릴계 바인더와 같은 수용성 바인더에 현탁(suspension)시킨 후 폴리프로필렌(PP) 부직포, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌(PE)과 같은 통기성이 있는 적당한 부직포 소재에 일반적인 스프레이 공정을 사용하여 스프레이 하였다.
스프레이된 고체산소 분말은 부직포 두께에 다라 다르지만 평균 6~10g/㎡ 정도 두께로 코팅하였다. 폴리프로필렌(PP) 소재 부직포에 고체산소를 코팅한 경우 ㎡ 당 7~8g 정도의 고체산소가 코팅되었다.
이와같이 고체산소가 코팅된 부직포를 100℃ 이하의 건조기를 통과시킨 후 마스크 필터 제작 장비에 사용할 수 있는 적당한 크기(폭)으로 절단하여 마스크 필터 제작 장비에 적용 제작하였다.
<제조예 3> 마스크 필터에 여과된 미생물 박테리아 및 바이러스 등을 즉시 살균, 제거하는 CNK(Catch and Kill(Sterilizing)) 타입의 마스크 제조
일반적인 내피와 외피 2겹으로 된 마스크 제조 공정에 따라 마스크 외피인 앞면과 내피인 뒷면의 부직포 소재는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 폴리에틸렌(PE) 계열 부직포를 선택하고, 내피와 외피 사이공간인 내부에는 MB(melt blown) 부직포와 함께 <제조예 2>에서 제작된 고체산소(SOP) 코팅 필터(부직포)를 배치하여 제작하였다.
<제조예 4> 고체산소 그레뉼 제조
고체산소 분말을 30~40% 바인더(제올라이트 혹은 벤토나이트와 같은 무기바인더 혹은 밀가루 분말과 같은 유기 바인더)와 혼합한 후 소량의 물을 가하여 점착성이 좋은 반죽을 만든 후 과립기(과립 크기: 평균 600마이크론)를 통과시키고, 100℃ 이하의 온도에서 건조시켜 고체산소 과립(그레뉼)을 제조한다.
<제조예 5> 고체산소 그레뉼을 충전한 산소시트 필터 제조
산소발생 효능을 갖는 산소시트 필터를 제조하기 위하여, <제조예 4>에서와 같이 제조된 고체산소 그레뉼을 고체산 적당량(1:1 무게비)과 혼합시켰다.
여기서, 고체산은 구연산(citric acid), 글루타민산(glutamic acid), 아스코르브산(ascorbic acid), 인산나트륨(sodium monophosphate), 인산칼륨(potassium monophosphate), 주석산(tartaric acid) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이다.
이 고체산소 그레뉼과 고체산의 혼합물(30%)을 펄프 분말(70%)과 혼합한 후 에어레이드 장비를 사용하여 부직포 소재에 코팅하거나, 또는 0.7mm 정도의 시트로 제작하여 부직포 원단 사이 공간에 핫멜트 스프레이, 캘린더링, 스팀처리 공정을 통해 전체 두께 7~8mm의 시트(일명: 산소시트)를 제조하였다.
이렇게 제조된 산소시트 필터는 두께 약 7~8mm이고, 산소시트 필터 1㎡에는 고체산소와 고체산 혼합물 약 40g이 충전되도록 제조되었다.
<제조예 6> 산소시트 필터를 장착한 CNK 마스크 제조
보풀 발생이 적은 서멀(thermal) 본딩 부직포 사이에 <제조예 4>에서와 같이 제작된 산소시트를 장착하고 도 2와 같은 모양으로 재단하면서 모서리 부분을 초음파 융착시켰다. 도 2와 같이 제작된 산소시트 필터를 양면테이프를 사용, 마스크 내피에 부착하였다. 이와같이 산소시트 필터를 장착하여 제작된 CNK 타입의 마스크는 도3과 같다.
아래 <실시예>에서 사용한 산소 측정은 독일 GmbH(ALMEMD)사의 산소농도 측정기를 사용하였다. 용액의 pH 측정은 Hanna PH(HI98150) meter를 사용하였고, 젖어 있는 표면이나 좁은 시험관 내부의 pH 측정은 pH paper(일본 Toyo Roshi Co., Ltd. 제품)를 사용하여 측정하였다.
<실시예 1>
<제조예 1>에서와 같이 제조된 고체산소분말(60g)을 박스(200ml)에 충전한 시료를 한국건설환경생활시험연구원(KCL)에 의뢰하여 유해가스 제거 효율을 측정하였다. 시료를 밀폐된 박스(4㎥) 내에 장착 후 공기를 순환시키면서 박스 내부의 유해가스 농도 변화를 측정하였다. KCL 시험 기준에 따라 상온, 45% RH에서 30분 후 가스 변화량을 측정하였다. 그 결과 다음과 같은 시험결과가 얻어졌다.
시험기관: KCL(한국건설생활환경시험연구원)
성적서 번호: CT16-111488, CT18-045925, CT18-061465
시험방법: SPS-KACA002-132:2016, SPS-KACA002-132:2018
시료명: 고체산소(SOP)
| 유해가스 종류 | 단위 | 시험결과 | 비고 |
| 암모니아(NH3) 제거율 | % | 52 | |
| 이산화질소(NO2) 제거율 | % | 67 | |
| 이산화황(SO2) 제거율 | % | 57 | |
| 폼알데히드(HCHO) 제거율 | % | 60 | |
| 톨루엔(C6H5CH3) 제거율 | % | 99.5 | |
| 초산(CH3CO2H) 제거율 | % | 41 | |
| 이산화탄소(CO2) 제거율 | % | 39 |
* 시험환경: (21±1℃), (45±5)% RH
<실시예 2>
<제조예 1>에서와 같이 제조된 고체산소 분말을 박스(200ml)에 충전한 고체산소 시료가 공기 중에 노출될 때 발생하는 산소를 측정하기 위해 한국화학융합시험연구원(<KTR)에 의뢰하였다. 그 결과 다음과 같이 상온에서 2시간 경과하는 동안 산소를 배출하는 것을 확인할 수 있었다.(성적서: TAK-2019-033456)
박스(1 ㎥)내부 초기 산소 농도: 20.55%
2시간후 박스내부 산소농도: 20.58%
<실시예 3>
<제조예 3>에서와 같이 제조된 고체산소 그레뉼 200g을 두께 1cm의 하니컴 구조 필터 박스(40x40x1cm)에 충전한 후 공기청정기에 장착한 후 밀폐된 8㎥ 박스안에서 이산화탄소 농도 변화와 산소농도 변화를 측정하였다. 이 실험은 전남(광산)의 부품시험연구원에 의뢰하여 시험하였다. 그 결과 다음 표2와 같이 이산화탄소 농도는 감소하는 대신 산소농도는 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.
| 가스 | 산소농도(%) | 이산화탄소 농도(ppm) |
| 초기 농도 | 20.55 | 8,200 |
| 6시간후 농도 | 20.89 | 3,500 |
<실시예 4>
과산화칼슘(calcium peroxide) 30g, 인산칼륨(potassium monophosphate) 70g, 구연산제2철(Ferric citrate)을 10분 동안 혼합, 산소발생제를 제조하였으나 혼합 도중 과산화칼슘과 인산칼슘과의 중화 화학반응은 일어나지 않았다. 이렇게 제조된 혼합분말을 500ml 비커에 옮겨 넣고, 물 200ml를 가했을 때 pH는 7 정도로 측정되었다.
상기 반응에서 인산칼륨 대신 무수구연산(citric acid) 70g을 사용하여 혼합 제조한 산소발생제 혼합물에 물을 가하여 측정한 pH 역시 7 정도의 중성이었다.
<실시예 5>
고체산소분말 19.5g이 충전된 산소시트를 KTR(한국화학융합시험연구원)에 피부 독성 실험을 의뢰하였다. 그결과 다음과 같이 피부 감작성시험은 피부감작성이 약한 것으로, 피부자극성시험에서는 비자극성인 것으로 판단되는 결과를 통보받았다.
시험결과(성적서번호: MSK-000208(2013년 3월 29일)):
1) 피부감작성시험(LLNA) : Balb/c 마우스에 대한 본 검체의 감작성 시험결과 자극성지수(SI)가 1.6 이하로 산출되어 피부감작성이 약한 물질로 평가되었고,
2) nzw 토끼에 대한 본 검체의 피부 자극성시험 결과 홍변, 기타 부종 등을 유발하지 않아 비자극성인 것으로 판단된다.
<실시예 6>
상기 <제조예 2>에서 제조된 고체산소가 코팅된 부직포의 항균 성능을 FITI시험연구원에 의뢰하여 6종류의 균주에 대한 항균 시험을 실시한 결과 아래 표 3과 같이 6종류 균주 모두에 대해 99.9% 이상의 항균 성능을 나타내었다.
FITI 접수번호: F232-21-37876 (2021-11-12)
측정법, 항균도(ks k 0693) : 세균수/ML, 정균감소율 %
| CONTROL | |||
| Staphylococcus aureus ATCC 6538 |
초기균수 | 1.7x10⁴ | |
| 18시간 후 | 9.3x106 | ＜10 | |
| 정균감소율 | - | 99.9 | |
| Kiebsiella pneumoniae ATCC 4352 |
초기균수 | 2.0x10⁴ | |
| 18시간 후 | 2.7x107 | ＜10 | |
| 정균감소율 | - | 99.9 | |
| Salmonella typhyimuirium ATCC 14028 |
초기균수 | 1.8x10⁴ | |
| 18시간 후 | 3.8x107 | ＜10 | |
| 정균감소율 | - | 99.9 | |
| Staphylococcus aureus ATCC 33591 |
초기균수 | 2.3x10⁴ | |
| 18시간 후 | 1.8x107 | ＜10 | |
| 정균감소율 | - | 99.9 | |
| Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 |
초기균수 | 1.7x10⁴ | |
| 18시간 후 | 2.3x107 | ＜10 | |
| 정균감소율 | - | 99.9 | |
| Escherichia coli ATCC 25922 |
초기균수 | 2.2x10⁴ | |
| 18시간 후 | 2.8x107 | ＜10 | |
| 정균감소율 | - | 99.9 | |
<실시예 7>
<제조예 2>에서와 같이 제조된 고체산소 분말을 PET-부직포에 코팅한 소재의 항균 성능을 측정하기 위해 FITI시험연구원에 의뢰하여 2종류의 균주에 대한 항균 시험을 실시한 결과 다음과 같이 99.9% 이상의 항균 성능을 나타냈다.(FITI 접수번호M271-21- 05499).
황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 감소율 : 99.9%
대장균(Escherichia coli) 감소율: 99.9%
<실시예 8>
<제조예 2>에서와 같이 제조된 고체산소 분말을 PET-부직포에 코팅한 소재의 항균 성능을 균주(대장균)와의 접촉 시간 변화에 따른 비교 시험을 하였다. 즉 통상적인 시험 방법인 18시간 동안 접촉한 후에 정균 감소는 99.9% 이었으며 1시간 접촉 후의 정균 감소율은 99.7%으로 고체산소 코팅 부직포 소재의 항균 성능은 강력한 항균 효과를 보여주었다.
18시간 접촉후 대장균(Escherichia coli) 감소율: 99.9%
1시간 접촉후 대장균(Escherichia coli) 감소율: 99.9%
<실시예 9>
<제조예 4>에서와 같이 제조된 고체산소 그레뉼을 충전한 산소시트의 항균 성능과 유독가스 제거 성능을 측정하기 위해 한국섬유기술연구소(KOTITI)에 의뢰하여 시험한 결과는 다음과 같다.(KOTITI No: 1110-001904)
암모니아(NH3) 흡착제거 효율(2시간 접촉 후) : 99.9%
황화수소 가스(H2S) 흡착제거 효율(2시간 접촉 후) : 99.9%
황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 감소율 : 99.9%
대장균(Escherichia coli) 감소율: 99.9%
<실시예 10>
<제조예 3>에서 제작된 CNK-마스크를 200명에게 착용하도록 한 후 평가된 결과는 실제 사용시 사용자 각 개인의 신체 특성에 따라 차이는 있지만 착용 후 공통적으로 느끼는 것은 착용 후 즉시(1~2분 이내) 입냄새가 전혀 없다는 점, 일반 일회용 마스크(CNG 타입)는 운동하면서 착용이 불가능할 정도로 숨이 차는 반면 CNK-마스크는 운동하거나 등산하면서 착용해도 숨쉬기에 불편함이 없다는 점, 하루종일 착용해도 불편을 모른다는 점, 또한 흡연하는 사람들이 하루종일 착용하면서 담배를 피웠어도 그 다음 날 재 사용시 마스크에서 담배 냄새가 전혀 없다는 장점들이 나타났다. 특히 이 CNK마스크는 최소 일주일 이상 반복 사용해도 그 탈취 효과(입냄새 제거 효과) 및 숨쉬기가 편한 특징들이 계속된다는 점에서 반복 사용이 가능한 마스크라는 평가를 받았다.
<실시예 11>
<제조예 2>에서와 같이 PET-부직포에 코팅한 고체산소 분말의 코로나19 바이러스 제거 성능을 확인하기 위해 KR바이오텍(건국대)에 의뢰하여 시험한 결과 다음과 같이 5분 이내에 99.85% 제거 효율을 확인하였고, 그 효율은 2시간 이상 계속 유지됨을 확인하였다. 시험 바이러스: SARS-COV-2(COVID-19)
시험번호: KR-2201-151-OTNO1-C
시료: 고체산소 분말
시료농도: 50% 제조용액의 1% 희석
시험온도: 상온
세포주: VERO-E6
역가측정: TCID50
바이러스 감소율: 5분(99.85%), 20분(99.82%), 120분(99.82%)
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특히 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석 되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 필터로 사용되는 소재 원단에 고체산소 분말이 코팅되거나, 소재원단 사이에 과립상 고체산소 분말이 충전되어 형성되며,
미생물 박테리아 및 바이러스의 살균 및 제거 효능, 입냄새 제거 효능, 산소발생 및 이산화탄소 제거 효능, 및 습기 제거 효능을 구비한 반복 사용이 가능한 마스크 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 소재원단은 통기성이 있는 소재이며,
폴리프로필렌(PP), 폴리테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌(PE)에서 선택된 부직포 소재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 마스크 필터는
고체산소 분말을 우레탄계 또는 아크릴계 바인더에 혼합 및 현탁시킨 후 상기 소재원단의 표면에 코팅 및 건조과정을 통해 제조되거나, 또는
고체산소 분말을 과립상으로 형성한 후, 형성된 고체산소 그레뉼을 펄프 분말과 혼합 후 이 혼합물을 소재원단 사이에 코팅, 충전, 또는 캘린더링하여 시트상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 고체산소 분말은 알칼리 토금속과 수용성 철화합물로 구성되며,
상기 알칼리토금속은 과산화칼슘 또는 과산화 마그네슘이고, 상기 수용성 철화합물은 구연산 제2철, 염화 제1철, 염화 제2철, 초산 제1철, 개미산 제2철, 글루콘산 제1철, 페릭글리코포스페이트, 질산 제2철, 옥살산 제2철, 페릭올쏘포스페이트, 요오드화 제1철, 젖산 제1철, 황산 제1철, 황산 제2철로 된 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크 필터.
- 제 3항에 있어서,
상기 과립상 고체산소 분말인 고체산소 그레뉼은 산소발생 효능을 갖도록 펄프 분말과 혼합전 고체산을 중화제 혹은 버퍼제로 사용하며,
상기 고체산은 구연산(citric acid), 글루타민산(glutamic acid), 아스코르브산(ascorbic acid), 인산나트륨(sodiummonophosphate), 인산칼륨(potassium monophosphate), 주석산(tartaric acid) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크 필터.
- 제 5항에 있어서,
상기 마스크 필터의 산소발생 효능은,
상기 고체산소 그레뉼 1g, 고체산 0.5g～2.5g, 안정제 0.1g～4g 및 산소발생 촉매제 0.001g ～ 0.05g의 비율대로 혼합되어 구성되는 산소발생제 조성물로 구현되는 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크 필터.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 마스크 필터를 구비하여,
미생물 박테리아 및 바이러스의 살균, 제거 효능, 입냄새 제거 효능, 산소발생 및 이산화탄소 제거 효능, 및 습기 제거 효능을 갖는 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크.
- 제 7항에 있어서,
상기 필터는 바이러스 감소율이 99.8% 이상 지속되는 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크.
- 제 7항에 있어서,
상기 마스크는 내피와 외피 2겹으로 된 부직포 사이에 상기 마스크 필터를 구비하거나, 내피의 외측에 마스크 필터를 부착하여 구비하는 것을 특징으로 하는 반복 사용이 가능한 마스크.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220060647A KR20230161082A (ko) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 반복사용이 가능한 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220060647A KR20230161082A (ko) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 반복사용이 가능한 마스크 필터 및 이를 구비한 마스크 |
Publications (1)
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| KR101169557B1 (ko) | 2009-04-27 | 2012-07-27 | (주)고체산소테크 | 산소발생식 공기정화제 |
| KR101425457B1 (ko) | 2013-03-07 | 2014-08-01 | 동국대학교 산학협력단 | 의료용 시트 및 이의 제조방법 |
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2022
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