WO2016195287A1 - 흡착 멤브레인이 내장된 마스크 - Google Patents

흡착 멤브레인이 내장된 마스크 Download PDF

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WO2016195287A1
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mask
adsorption
nanofibers
ion exchange
adsorption membrane
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서인용
정의영
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Amogreentech Co Ltd
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Amogreentech Co Ltd
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B23/00—Filters for breathing-protection purposes
    • A62B23/02—Filters for breathing-protection purposes for respirators
    • A62B23/025—Filters for breathing-protection purposes for respirators the filter having substantially the shape of a mask
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
    • A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres
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    • A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
    • A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres
    • A41D13/1192—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres with antimicrobial agent

Definitions

  • the present invention relates to a mask, and more particularly, having an adsorption membrane capable of adsorbing ionic foreign matter and ultra-fine foreign matter, thereby improving the purification performance of contaminated air and using it as a mask for various applications.
  • the mask relates to a built-in adsorption membrane.
  • the exhaust gas of automobiles, dust generated during road driving, dust emitted from factories, and fine dust caused by yellow sand are included in the atmosphere, making human breathing very uncomfortable.
  • yellow sand is a phenomenon in which small sands, ocher or dust of deserts and ocher lands in the centers of Asian continents such as China and Mongolia float in the sky and fly up to Korea in the upper winds, causing magnesium, silicon, aluminum, iron, Harmful particles such as potassium and calcium are contained in the atmosphere by yellow dust.
  • the KFDA permits yellowing masks to block 80% or more of the average particle size of 0.6 ⁇ m, the KFDA's yellowing masks can block even the smallest dust.
  • the mask is to prevent the harmful particles in the air, such as fine particles, ionic foreign matter, bacteria, into the human respiratory tract, and to prevent infection of respiratory diseases with infectious diseases in winter as well as in industrial sites with a lot of fine dust, It is widely used as a general household goods to protect the respiratory organs during spring yellow dust.
  • the mask includes a device for filtering contaminated air through the filter, and the filtering device determines the use and performance of the mask.
  • Korean Patent No. 10-0931407 discloses a three-layer structure consisting of a back layer made of a unidirectional moisture transition fabric, an intermediate layer made of nanofibers on top of the back layer, and a surface layer made of a general woven or nonwoven fabric on top of the middle layer.
  • an antimicrobial mask fabric made of a composite fabric, it may have a fine contaminant blocking and antimicrobial properties, there is a disadvantage that can not filter ionic foreign substances such as heavy metal particles.
  • the general mask since the general mask has a physical filtration mechanism that controls the fine pore size to filter out foreign matter larger than the pore size, if the pore size is made very small to increase the filtration performance, the flow rate is small and the breathing is performed. There is a problem that is difficult to do.
  • the exhaust gas of automobiles, dust generated during road driving, dust emitted from factories, and fine dust caused by yellow sand are included in the atmosphere, making human breathing very uncomfortable.
  • yellow sand is a phenomenon in which small sands, ocher or dust of deserts and ocher lands in the centers of Asian continents such as China and Mongolia float in the sky and fly up to Korea in the upper winds, causing magnesium, silicon, aluminum, iron, Harmful particles such as potassium and calcium are contained in the atmosphere by yellow dust.
  • the KFDA permits yellowing masks to block 80% or more of the average particle size of 0.6 ⁇ m, the KFDA's yellowing masks can block even the smallest dust.
  • the mask is to prevent the harmful particles in the air, such as fine particles, ionic foreign matter, bacteria, into the human respiratory tract, and to prevent infection of respiratory diseases with infectious diseases in winter as well as in industrial sites with a lot of fine dust, It is widely used as a general household goods to protect the respiratory organs during spring yellow dust.
  • the mask includes a device for filtering contaminated air through the filter, and the filtering device determines the use and performance of the mask.
  • Korean Patent No. 10-0931407 discloses a three-layer structure consisting of a back layer made of a unidirectional moisture transition fabric, an intermediate layer made of nanofibers on top of the back layer, and a surface layer made of a general woven or nonwoven fabric on top of the middle layer.
  • an antimicrobial mask fabric made of a composite fabric, it may have a fine contaminant blocking and antimicrobial properties, there is a disadvantage that can not filter ionic foreign substances such as heavy metal particles.
  • the general mask since the general mask has a physical filtration mechanism that controls the fine pore size to filter out foreign matter larger than the pore size, if the pore size is made very small to increase the filtration performance, the flow rate is small and the breathing is performed. There is a problem that is difficult to do.
  • the mask is embedded with an adsorption membrane according to an embodiment of the present invention
  • the mask body is embedded with an adsorption membrane for adsorbing foreign matter contained in the air; And a hook band fixed to the mask body and fixed to the ear
  • the adsorption membrane includes: a support member having a plurality of first pores; And a first adsorption member stacked on the support member and having a plurality of second pores formed therein, wherein ion exchange nanofibers accumulating ionic foreign matters are accumulated.
  • the mask body may include an outer skin exposed to outside air; And an endothelial cell fixed to the outer skin and in contact with the face, wherein the adsorption membrane may be disposed between the outer skin and the endothelial skin.
  • the foreign matter contained in the air may be at least one of pathogenic microorganisms, allergens, industrial dust, fine dust caused by yellow dust, viruses, and bacteria.
  • the second pore size may be 3 ⁇ m or less.
  • the support member may be a nonwoven fabric or a woven fabric.
  • the first pore size may be larger than the second pore size.
  • the ion exchange nanofibers may be cation exchange nanofibers or anion exchange nanofibers.
  • the ion exchange nanofibers are cation exchange nanofibers or anion exchange nanofibers, are stacked on the first adsorption member, and a plurality of third pores It may further include a third adsorption member formed by accumulating ion exchange nanofibers for exchanging ions of opposite polarity with the ion exchange nanofibers.
  • the dopamine-containing nanofibers are stacked on the first adsorption member, a plurality of pores are formed and a functional group for adsorbing foreign matter is attached It may further include an accumulated nanofiber web.
  • the dopamine-containing nanofiber web layer may be provided with a wet layer for creating a constant moisture environment of the nanofiber web layer.
  • the nanofiber web is that the functional group is attached to the dopamine by one of UV irradiation, plasma treatment, acid treatment and base treatment to the web made by spinning the spinning solution mixed with the dopamine, solvent and polymer material It features.
  • the functional group may be a negatively charged functional group or a positively charged functional group.
  • oil may be coated on the ion exchange nanofibers.
  • the thickness of the first adsorption member may be designed to be thinner than the thickness of the support member.
  • the support member, the first adsorption member and may further include a silver sewn on one of them.
  • a mask having a built-in adsorption membrane includes: a mask body having a built-in adsorption membrane for adsorbing foreign matter contained in air; And a hook band fixed to the mask body and fixed to the ear, wherein the adsorption membrane includes: a support member having a plurality of first pores; A first adsorption member stacked on an upper surface of the support member and having a plurality of second pores formed therein and accumulating ion exchange nanofibers that adsorb foreign substances; And a second adsorption member stacked on an upper surface of the first adsorption member and having a plurality of third pores formed therein, wherein the second adsorption member is formed by accumulating nanofibers containing an antimicrobial material.
  • the second and third pore size may be designed smaller than the first pore size
  • the antimicrobial material may be a silver nano material
  • the second adsorption member together with the silver nano material
  • the spinning solution prepared by dissolving in an organic solvent may be a nanofiber web structure formed by electrospinning.
  • the second pore size may be 3 ⁇ m or less.
  • the adsorption membrane embedded in the mask can adsorb ionic foreign matters of foreign metals and foreign matters of ultra fine size, thereby increasing the ability to purify contaminated air, and can be used for medical masks, industrial masks, and yellow dust.
  • the present invention has a structure in which various foreign substances are adsorbed and removed, so that the foreign substances can be completely removed even if the pore size is larger than that of a general mask. It is convenient.
  • the adsorption member having a plurality of pores made of nanofibers on the support member having a plurality of pores to implement a membrane, it is possible to improve the adsorption performance while preserving the flow rate.
  • the adsorption member and the support member are laminated to have excellent handleability and strength, and the manufacturing cost of the mask can be lowered and the performance can be improved with a low cost adsorption membrane.
  • the nanofiber web in which the nanofibers containing the dopamine-containing functional groups contained in the membrane are accumulated has an advantage of adsorbing heavy metals, bacteria and viruses contained in the air passing through.
  • the membrane includes the adsorption member having a plurality of pores formed therein and the nanofibers containing the antimicrobial material accumulated therein, or the silver is sewn onto the membrane, so that the antimicrobial properties can be excellent.
  • FIG. 1 is a perspective view of a mask incorporating an adsorption membrane according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the mask body using the adsorption membrane according to the present invention
  • FIG. 3 is a view for explaining the principle that the air is purified in the mask using the adsorption membrane according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the adsorption membrane according to the first embodiment applied to the mask of the present invention
  • Figure 5 is a schematic diagram illustrating the principle that the foreign matter is adsorbed to the adsorption member of the adsorption membrane applied to the mask of the present invention
  • FIG. 6 is a view schematically showing a state in which ion-exchange nanofibers are accumulated by electrospinning on a support member according to the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an adsorption membrane according to a second embodiment applied to a mask of the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of an adsorption membrane according to a third embodiment applied to a mask of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of an adsorption membrane according to a fourth embodiment applied to a mask of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an adsorption membrane according to a fifth embodiment applied to a mask of the present invention.
  • the present invention implements a mask having a built-in adsorption membrane that adsorbs foreign substances contained in the air, and the sorbent membrane embedded in the mask can adsorb ionic foreign substances and large foreign substances of heavy metal, thereby masking contaminated air.
  • the user wearing the mask can breathe with the purified air.
  • the present invention has a filtration mechanism for adsorbing and removing various foreign matters, even when the pore size is larger than that of a general mask, foreign matters are completely filtered and the breathing is convenient.
  • Such contaminated air means, for example, pathogenic microorganisms, allergens such as pollen, industrial dusts such as coal and metal powder, air containing fine dust caused by yellow dust, viruses and bacteria, and do not wear the mask of the present invention. Otherwise, harmful components of contaminated air will enter your body through breathing.
  • the mask of the present invention can be utilized as a mask for various uses, such as a medical mask, an industrial mask, a living mask by yellow dust.
  • a mask in which an adsorption membrane is embedded includes a mask body 510 in which an adsorption membrane 100 is embedded; And a hook band 520 fixed to the mask body 510 to be fixed to the ear.
  • the mask body 510 may include an outer shell 511 exposed to the outside air; An endothelial 512 fixed to the outer shell 511 to be in contact with the face; And an adsorption membrane 100 disposed between the outer shell 511 and the inner shell 512.
  • the outer skin 511 and the inner skin 512 is fixed by the sequel or thermal fusion of the edge region, the inner skin 511 and the inner skin 512 is spaced apart to form a space region, the adsorption membrane ( 100) is built in.
  • the outer skin 511 and the inner skin 512 may be implemented with a material having pores through which air delivered from the outside of the mask may pass, and the outer skin 511 and the inner skin 512 may be made of the same material or different materials. Can be.
  • the outer shell 511 and the inner shell 512 may be applied to a woven fabric using warp and weft yarns.
  • the outer shell 511 may be made of a material that is not easily deformed, altered, or worn by the rough external air that is in contact.
  • the inner skin 511 may be made of a material that does not cause side effects in contact with the face. .
  • the mask 500 having the adsorptive membrane of the present invention is masked by enclosing the mouth and nose, as shown in FIG. 3, to contaminate the contaminated air outside the mask 500 by inhalation in the mouth and nose.
  • the purified air passes through the adsorption membrane 100 embedded in the mask 500 to be purified air, and the wearer of the mask 500 may breathe healthy air with the purified air.
  • the wearer of the mask 500 performs inhalation for breathing, the outside contaminated air is delivered to the adsorption membrane 100 through the outer shell 511 of the mask 500.
  • the adsorption membrane 100 adsorbs the ionic foreign matter (A) contained in the contaminated air and the foreign matter (B) of a size larger than the pores of the adsorption membrane 100 to absorb the purified air through the endothelium 512.
  • the wearer can maintain a healthy life by performing breathing with harmless air free of contaminants.
  • the adsorption membrane 100 according to the first embodiment applied to the mask of the present invention includes a support member 110 having a plurality of first pores; And an adsorption member (120) stacked on the support member (110) and having a plurality of second pores formed thereon, the ion exchange nanofibers accumulating the foreign matters accumulated therein.
  • the adsorption membrane 100 adsorbs the ionic foreign matter from the ion exchange nanofibers of the adsorption member 120, and has a size larger than the pore size in the first pores of the support member 110 and the second pores of the adsorption member 120. Physically filter the foreign matter (dust, dust, flakes, particles, etc.) having a to improve the adsorption efficiency of the foreign matter.
  • the adsorption membrane applied to the mask of the present invention is not an inorganic porous membrane structure, and is implemented by stacking an adsorption member having a plurality of pores made of nanofibers on a supporting member having a plurality of pores, thereby preserving the flow rate of passage.
  • an adsorption member having a plurality of pores made of nanofibers on a supporting member having a plurality of pores, thereby preserving the flow rate of passage.
  • the foreign matter B having a large size contained in the air may not pass even in the first pores of the support member 110 and may be trapped inside the adsorption membrane 100 to further improve the adsorption capacity.
  • the first pore size of the support member 110 is preferably larger than the size of the second pore 122 of the adsorption member 120.
  • the support member 110 serves as a passage through which air can pass through the plurality of first pores provided, and serves as a support layer for supporting the adsorption member 120 to maintain a flat plate shape.
  • the support member 110 is preferably a nonwoven or woven fabric.
  • the nonwoven fabric that can be used may be any one of a melt-blown nonwoven fabric, a spun bond nonwoven fabric, a thermal bond nonwoven fabric, a chemical bond nonwoven fabric, and a wet-laid nonwoven fabric. 40-50 ⁇ m, and the pore size may be 100 ⁇ m or more.
  • the adsorption membrane having excellent handleability and strength is formed by stacking the adsorption member 120 and the support member 110. Can be implemented.
  • the manufacturing cost can be reduced by stacking a support member that is much cheaper than the adsorption member 120 formed by accumulating ion exchange nanofibers with the adsorption member 120.
  • the expensive adsorption member 120 is thin, the low-cost support member 110 is designed to be thick, it is possible to optimize the manufacturing cost at a low cost.
  • the ion exchange solution may be electrospun to release the ion exchange nanofibers to the support member, and the released ion exchange nanofibers may be accumulated on the support member 110 to manufacture the adsorption member 120.
  • An ion exchange solution may be defined as a solution in which a polymer, a solvent and an ion exchange functional group are synthesized by a synthetic process such as bulk polymerization.
  • the ion exchange functional groups are contained in the ion exchange nanofibers, ionic foreign substances such as heavy metals contained in the air passing through the adsorption membrane 100 are exchanged by substitution and adsorbed to the ion exchange functional groups. As a result, the ionic foreign matter is adsorbed onto the ion exchange nanofibers by the ion exchange functional group.
  • the ion exchange functional group is SO 3 H, NH 4 CH 3
  • the ionic foreign matter (heavy metal cation or heavy metal anion in ionic state) contained in the water is exchanged by substitution with H + , CH 3 + to exchange the ion exchange functional group. Is adsorbed on.
  • the ion exchange functional group may be a cation exchange functional group selected from sulfonic acid group, phosphoric acid group, phosphonic group, phosphonic group, carboxylic acid group, asonic group, selinonic group, imino diacetic acid group and phosphate ester group; Or an anion exchange functional group selected from quaternary ammonium groups, tertiary amino groups, primary amino groups, imine groups, tertiary sulfonium groups, phosphonium groups, pyridyl groups, carbazolyl groups and imidazolyl groups.
  • the polymer is capable of electrospinning, and is not particularly limited as long as it is a resin that can be dissolved in an organic solvent for electrospinning and can form nanofibers by electrospinning.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) perfuluropolymer
  • polyvinylchloride polyvinylidene chloride or copolymers thereof
  • polyethylene glycol di Polyethylene glycol derivatives including alkyl ethers and polyethylene glycol dialkyl esters
  • poly (oxymethylene-oligo-oxyethylene) polyoxides including polyethylene oxide and polypropylene oxide
  • polyvinylacetate poly (vinylpyrrolidone- Vinyl acetate)
  • polystyrene and polystyrene acrylonitrile copolymers polyacrylonitrile (PAN), polyacrylonitrile copolymers including polyacrylonitrile methyl methacryl
  • the polymers that can be used are polyamide, polyimide, polyamideimide, poly (meth-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyetherimide, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene Aromatic polyesters such as naphthalate, polytetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazene, polyphosphazenes such as poly ⁇ bis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene] ⁇ , polyurethanes and polyethers Polyurethane copolymers including urethane, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate and the like.
  • Preferred polymers for the adsorption member in the present invention are PAN, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyester sulfone (PES: Polyester Sulfone), polystyrene (PS) alone, or polyvinylidene fluoride (PVdF) and poly Acrylonitrile (PAN) may be mixed, or PVdF and PES, PVdF and thermoplastic polyurethane (TPU) may be mixed and used.
  • the solvent may be a monocomponent solvent, for example, dimethylformamide (DMF), but in the case of using a bicomponent solvent, a two-component system in which a boiling point (BP) is mixed with a high boiling point is low. Preference is given to using a solvent.
  • DMF dimethylformamide
  • BP boiling point
  • a plurality of fine pores are formed between the ion exchange nanofibers that are randomly accumulated.
  • the fine pore size is not limited, the filtration mechanism of the present invention adsorbs and removes foreign matters, so even if the pore size is larger than that of a general mask, there is no problem in the filtration performance. It is very convenient.
  • the pore size is about 3 ⁇ m, even about 10 ⁇ m, and the porosity of 50 to 90% allows for complete filtration.
  • the diameter of the ion exchange nanofibers is preferably in the range of 0.1 ⁇ 10.0um
  • the adsorption member 120 is freely adjusted in thickness according to the time radiated from the electrospinning apparatus, according to the thickness of the adsorption member 120 Pore size is determined.
  • the ion exchange nanofibers may be defined as having ion exchange functional groups with ion exchange ability on the surface, and the ion exchange nanofibers may be cation exchange nanofibers or anion exchange nanofibers depending on the ions exchanged by the ion exchange functional groups. have.
  • the adsorption member 120 formed by accumulating ion exchange nanofibers becomes a web structure of ion exchange nanofibers, and the web is ultra thin and ultra light, and has a specific surface area.
  • the ion exchange nanofibers 121 discharged from the spinning nozzle 210 of the electrospinning apparatus are stacked on the support member 110, and the stacked ion exchange nanofibers 121 are accumulated to form a web.
  • Adsorption member 120 of the form is formed.
  • 7 to 10 are cross-sectional views of the adsorption membrane according to the second to fifth embodiments applied to the mask of the present invention.
  • the adsorption membrane according to the second embodiment applied to the mask of the present invention includes a support member 110 having a plurality of first pores; A first adsorption member (120a) stacked on an upper surface of the support member (110) and having a plurality of second pores formed thereon and accumulating ion exchange nanofibers that adsorb foreign substances; And a second adsorption member (120b) stacked on a lower surface of the support member (110) and having a plurality of third pores formed therein, and in which ion exchange nanofibers adsorbing foreign matter are accumulated. .
  • the first and second adsorption members 120a and 120b are stacked on both surfaces of the support member 110, and thus, the ionic foreign matter and the first adsorption member 120a that are not adsorbed by the first adsorption member 120a. Since foreign matter having a size larger than the three pore sizes can be adsorbed by the second adsorption member 120b, the adsorption efficiency of the foreign matter can be increased.
  • the first pore size may be designed to be the largest
  • the second pore size may be designed to be an intermediate
  • the third pore size may be designed to be the smallest.
  • the adsorption membrane according to the third embodiment applied to the mask of the present invention comprises a support member 110 having a plurality of first pores; A first adsorption member (120c) stacked on an upper surface of the support member (110) and having a plurality of second pores formed therein and accumulating first ion exchange nanofibers that adsorb foreign substances; And a second adsorption member (120d), which is stacked on the first adsorption member (120c), has a plurality of third pores, and is formed by accumulating second ion exchange nanofibers that adsorb foreign substances. It is characterized by.
  • the first ion exchange nanofibers of the first adsorption member 120c may be cation exchange nanofibers or anion exchange nanofibers
  • the second ion exchange nanofibers of the second adsorption member 120d may be combined with the first ion exchange nanofibers.
  • Nanofibers that exchange ions of opposite polarity that is, when the first ion exchange nanofiber is a cation exchange nanofiber, the second ion exchange nanofiber is an anion exchange nanofiber.
  • the adsorption membrane of the third embodiment has the advantage of adsorbing both the cationic heavy metal and the anion heavy metal included in the air passing through the first and second adsorption members 120c and 120d.
  • the adsorption membrane according to the fourth embodiment applied to the mask of the present invention includes a support member 110 having a plurality of first pores; A first adsorption member (120) stacked on an upper surface of the support member (110) and having a plurality of second pores formed thereon and accumulating ion exchange nanofibers that adsorb foreign substances; And a second adsorption member 130 stacked on an upper surface of the first adsorption member 120 and having a plurality of third pores formed therein, wherein the nanofibers containing the antimicrobial material are accumulated. do.
  • the adsorption membrane according to the fourth embodiment may adsorb ionic foreign matter from the ion exchange nanofibers of the first adsorption member 120, and antibacterial properties by the nanofibers containing the antibacterial material of the second adsorption member 130.
  • the second and third pore sizes are preferably designed smaller than the first pore size.
  • the adsorption membrane can also physically filter foreign matter having a size larger than the pore size in the first to third pores and adsorb it therein.
  • the antimicrobial material is preferably a silver nano material.
  • the silver nano material is silver (Ag, silver) metal salt such as silver nitrate (AgNO 3 ), silver sulfate (Ag 2 SO 4 ), silver chloride (AgCl).
  • a silver nano-material is dissolved in an organic solvent together with a fiber-forming polymer material to prepare a spinning solution, and the spinning solution is electrospun and the second adsorption of the nanofiber web structure made by accumulating nanofibers containing antimicrobial material
  • the member 130 may be implemented.
  • adsorption membrane according to the fifth embodiment applied to the mask of the present invention a plurality of pores are formed in the adsorption membrane of the above-described embodiments, and dopamine-containing nanofibers having functional groups for adsorbing foreign substances are accumulated. It may further comprise a nanofiber web made.
  • the nanofiber web containing dopamine is preferably laminated on the adsorption member.
  • the adsorption membrane has a plurality of pores are formed between the first and second adsorption member (120a, 120b) and dopamine-containing nanofibers are attached to a functional group for adsorbing foreign matter It can be implemented through the nanofiber web 150 is made to accumulate.
  • the first and second adsorption members 120a and 120b are adsorption members in which a plurality of pores are formed and ion exchange nanofibers that adsorb foreign substances are accumulated
  • the nanofiber web 150 is a dopamine monomer or polymer, It is a nanofiber web made by spinning a spinning solution mixed with a solvent and a polymer material.
  • Dopamine (DOPAMINE; 3,4-dihydroxyphenylalamine) has a structure in which -NH 2 and -OH are bonded to a benzene ring.
  • the functional groups attached to the dopamine contained in the nanofibers may be formed by a post-treatment process such as UV irradiation, plasma treatment, acid treatment, and base treatment after forming the nanofiber web containing the dopamine monomer or polymer.
  • Dopamine-containing nanofiber webs are in a state where functional groups are attached to the nanofibers.
  • the functional group may be a negatively charged functional group such as SO 3 H ⁇ or a positively charged functional group such as NH 4 +, and may perform a function of adsorbing heavy metals, bacteria, and viruses. Heavy metals, bacteria and viruses contained in the can be filtered and adsorbed inside the adsorption membrane.
  • a wet layer for forming a constant moisture environment is preferably formed in the dopamine-containing nanofiber layer. In other words, it is good to provide a wet layer that maintains a constant moisture environment by collecting moisture generated when a person breathes.
  • the silver sewn may be performed on one of the support member, the adsorption member and both of the adsorption membrane.
  • the adsorption member of the adsorption membrane has a relatively lower strength compared to the support member and if the silver is sewn on the adsorption member, it may cause damage to the adsorption member by the silver sewn.
  • the support member has a strength capable of withstanding the silver sewn, as shown in Figure 11, sewn the silver 310 in the support member 110.
  • the silver 310 is preferably sewn in a lattice pattern, but is not limited thereto.
  • the silver is a thread made of silver, the silver stitched to the support member 110 can kill bacteria contained in the air passing through, the adsorption membrane is to have a strong antibacterial properties.
  • an oil such as glycerin may be coated on the nanofibers of the adsorption member of the adsorption membrane of the aforementioned embodiments.
  • the adsorption member is in the form of a web in which ion-exchange nanofibers are accumulated, in order to activate the adsorption of ion-exchange functional groups on the surface of the ion-exchange nanofibers, the nanofibers are coated with oil to adsorb ionic foreign matter onto the oil, and then Is adsorbed to the exchange functional groups.
  • the present invention is a mask having a built-in adsorption membrane that can adsorb ionic foreign matter and foreign matter of ultra-fine size, improve the purification performance of contaminated air, and can be used as a mask of various applications.

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Abstract

본 발명은 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에 관한 것으로, 마스크는 공기에 포함된 이물질을 흡착하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크 본체; 및 상기 마스크 본체에 고정되어 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 걸이 밴드;를 포함하며, 상기 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재; 및 상기 지지부재에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 상기 이물질 중 이온성 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

흡착 멤브레인이 내장된 마스크
본 발명은 마스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이온성 이물질 및 초미세 크기의 이물질을 흡착할 수 있는 흡착 멤브레인을 구비하여, 오염된 공기의 정화 성능을 향상시키고, 다양한 용도의 마스크로 활용할 수 있는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에 관한 것이다.
최근, 산업화가 급진적으로 이루어지고 지구의 환경 변화에 의해 대기 중에는 여러 가지 성분의 미세 입자가 부유되어, 호흡기와 심혈관계 질환에 영향을 미치고 있다.
예컨대, 자동차의 배기가스, 도로 주행과정에서 발생하는 먼지, 공장에서 분출되는 분진, 황사에 의한 미세 먼지가 대기중에 포함되어, 인간의 호흡을 매우 불편하게 하고 있다.
특히, 황사는 중국이나 몽골 등 아시아 대륙의 중심부에 있는 사막과 황토 지대의 작은 모래나 황토 또는 먼지가 하늘에 떠다니다가 상층 바람을 타고 우리나라까지 날라와 떨어지는 현상으로, 마그네슘·규소·알루미늄·철·칼륨·칼슘 같은 인체에 유해한 입자들이 황사에 의해 대기 중에 포함된다.
황사는 천식, 알레르기 비염 등 각종 호흡기 질환을 악화시키기 때문에 환자나 노약자는 외출할 때 황사용 마스크를 착용하면 질병을 예방할 수 있다.
식약처에서는 미세입자의 크기가 평균 0.6 μm인 것을 80% 이상 차단할 수 있어야 황사용 마스크를 허가하기 때문에, 식약처에서 허가 받은 황사용 마스크는 아주 작은 먼지까지 차단할 수 있다.
한편, 마스크는 미세 입자, 이온성 이물질, 세균 등 공기 중의 유해 물질이 인체 호흡기로 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 미세먼지 발생이 많은 산업현장에서뿐만 아니라 겨울철 전염성을 지닌 호흡기질환의 감염을 방지하고, 봄철 황사현상시 호흡기를 보호하기 위한 일반 생활용품으로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 대기 중의 유해 물질은 쾌적하고 건강하게 살아가고자하는 인간의 삶에 방해요소로, 대기 중의 유해 물질을 정화시키기 위한 다양한 방법의 해결책이 모색되고 있고, 이를 위한 연구가 다각적으로 꾸준히 지속되고 있으며, 다양한 성능 및 구조의 마스크가 개발되고 있다.
마스크에는 오염된 공기를 통과시켜 여과시키는 장치가 내장되어 있고, 이 여과 장치에 따라 마스크의 용도 및 성능이 결정된다.
한국 등록특허 제10-0931407호에는, 일방향 수분전이 원단으로 이루어진 이면층, 상기 이면층의 상부에 나노섬유로 이루어진 중간층, 상기 중간층의 상부에 일반적인 직물 또는 부직포로 이루어진 표면층으로 구성된 3층 구조의 복합원단으로 이루어진 항균마스크용 원단이 개시되어 있어, 미세 오염물 차단 및 항균성을 구비할 수 있으나, 중금속 입자와 같은 이온성 이물질을 여과시킬 수 없는 단점이 있다.
또한 일반적인 마스크는 미세 기공 사이즈를 조절하여 이 기공 사이즈보다 큰 이물질을 걸러내는 물리적인 여과 메커니즘을 가지고 있기 때문에, 기공 사이즈를 아주 작게하여 여과 성능을 높이고자 하는 경우, 통과 유량이 작이짐으로써 호흡하기가 곤란한 문제가 있다.
최근, 산업화가 급진적으로 이루어지고 지구의 환경 변화에 의해 대기 중에는 여러 가지 성분의 미세 입자가 부유되어, 호흡기와 심혈관계 질환에 영향을 미치고 있다.
예컨대, 자동차의 배기가스, 도로 주행과정에서 발생하는 먼지, 공장에서 분출되는 분진, 황사에 의한 미세 먼지가 대기중에 포함되어, 인간의 호흡을 매우 불편하게 하고 있다.
특히, 황사는 중국이나 몽골 등 아시아 대륙의 중심부에 있는 사막과 황토 지대의 작은 모래나 황토 또는 먼지가 하늘에 떠다니다가 상층 바람을 타고 우리나라까지 날라와 떨어지는 현상으로, 마그네슘·규소·알루미늄·철·칼륨·칼슘 같은 인체에 유해한 입자들이 황사에 의해 대기 중에 포함된다.
황사는 천식, 알레르기 비염 등 각종 호흡기 질환을 악화시키기 때문에 환자나 노약자는 외출할 때 황사용 마스크를 착용하면 질병을 예방할 수 있다.
식약처에서는 미세입자의 크기가 평균 0.6 μm인 것을 80% 이상 차단할 수 있어야 황사용 마스크를 허가하기 때문에, 식약처에서 허가 받은 황사용 마스크는 아주 작은 먼지까지 차단할 수 있다.
한편, 마스크는 미세 입자, 이온성 이물질, 세균 등 공기 중의 유해 물질이 인체 호흡기로 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 미세먼지 발생이 많은 산업현장에서뿐만 아니라 겨울철 전염성을 지닌 호흡기질환의 감염을 방지하고, 봄철 황사현상시 호흡기를 보호하기 위한 일반 생활용품으로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 대기 중의 유해 물질은 쾌적하고 건강하게 살아가고자하는 인간의 삶에 방해요소로, 대기 중의 유해 물질을 정화시키기 위한 다양한 방법의 해결책이 모색되고 있고, 이를 위한 연구가 다각적으로 꾸준히 지속되고 있으며, 다양한 성능 및 구조의 마스크가 개발되고 있다.
마스크에는 오염된 공기를 통과시켜 여과시키는 장치가 내장되어 있고, 이 여과 장치에 따라 마스크의 용도 및 성능이 결정된다.
한국 등록특허 제10-0931407호에는, 일방향 수분전이 원단으로 이루어진 이면층, 상기 이면층의 상부에 나노섬유로 이루어진 중간층, 상기 중간층의 상부에 일반적인 직물 또는 부직포로 이루어진 표면층으로 구성된 3층 구조의 복합원단으로 이루어진 항균마스크용 원단이 개시되어 있어, 미세 오염물 차단 및 항균성을 구비할 수 있으나, 중금속 입자와 같은 이온성 이물질을 여과시킬 수 없는 단점이 있다.
또한 일반적인 마스크는 미세 기공 사이즈를 조절하여 이 기공 사이즈보다 큰 이물질을 걸러내는 물리적인 여과 메커니즘을 가지고 있기 때문에, 기공 사이즈를 아주 작게하여 여과 성능을 높이고자 하는 경우, 통과 유량이 작이짐으로써 호흡하기가 곤란한 문제가 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크는, 공기에 포함된 이물질을 흡착하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크 본체; 및 상기 마스크 본체에 고정되어 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 걸이 밴드;를 포함하며, 상기 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재; 및 상기 지지부재에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 상기 이물질 중 이온성 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 마스크 본체는 외기에 노출되는 외피; 및 상기 외피에 고정되어 안면에 접촉되는 내피;를 포함하며, 상기 흡착 멤브레인은 상기 외피와 상기 내피 사이에 배치되어 있을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 공기에 포함된 이물질은 병원성 미생물, 알레르겐, 산업성 분진, 황사에 의한 미세 먼지, 바이러스, 박테리아 중 적어도 하나일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 제2기공 사이즈는 3㎛ 이하일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 지지부재는 부직포 또는 직포일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 제1기공 사이즈는 상기 제2기공 사이즈보다 클 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 이온교환 나노섬유는 양이온교환 나노섬유 또는 음이온교환 나노섬유일 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 이온교환 나노섬유는 양이온교환 나노섬유 또는 음이온교환 나노섬유이고, 상기 제1흡착부재에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 상기 이온교환 나노섬유와 반대 극성의 이온을 교환하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제3흡착부재를 더 포함할 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 제1흡착부재에 적층되며, 다수의 기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 작용기가 부착되어 있는 도파민이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 나노섬유 웹을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 도파민 함유 나노섬유 웹층에는 이 나노섬유 웹층의 일정 수분 환경을 조성하기 위한 습윤층이 마련될 수 있다.
여기서, 상기 나노섬유 웹은 상기 도파민, 용매 및 고분자 물질이 혼합된 방사 용액이 전기 방사되어 만들어진 웹에 UV조사, 플라즈마 처리, 산처리 및 염기처리 중 하나에 의하여 상기 도파민에 작용기가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 작용기는 음전하 작용기 또는 양전하 작용기일 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 이온교환 나노섬유에 오일이 코팅되어 있을 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 제1흡착부재의 두께는 상기 지지부재의 두께보다 얇게 설계할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크에서, 상기 지지부재, 제1흡착부재 및 이들 모두 중 하나에 박음질된 은사를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 흡착 멤브레인이 내장된 마스크는, 공기에 포함된 이물질을 흡착하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크 본체; 및 상기 마스크 본체에 고정되어 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 걸이 밴드;를 포함하며, 상기 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재; 상기 지지부재 상면에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재; 및 상기 제1흡착부재 상면에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 항균 물질이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 제2흡착부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제2 및 제3기공 사이즈는 제1기공 사이즈보다 작게 설계할 수 있고, 상기 항균 물질은 은나노 물질일 수 있으며, 상기 제2흡착부재는, 상기 은나노 물질, 섬유 성형성 고분자 물질과 함께 유기 용매에 용해하여 제조된 방사용액이 전기방사되어 형성된 나노섬유 웹 구조일 수 있다.
그리고, 상기 제2기공 사이즈는 3㎛ 이하일 수 있다.
본 발명에 의하면, 마스크에 내장된 흡착 멤브레인으로 중금속의 이온성 이물질 및 초미세 크기의 이물질을 흡착할 수 있으므로, 오염된 공기의 정화 능력을 증가시킬 수 있고, 의료용 마스크, 산업용 마스크, 황사에 의한 생활용 마스크 등 다양한 용도의 마스크로 활용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기와 같이 본 발명은 각종 이물질을 흡착하여 제거하는 구조이기 때문에, 기공 사이즈를 일반적인 마스크에 비하여 크게 하여도 이물질을 완전하게 제거할 수 있으며, 따라서, 일반 마스크에 비하여 안정적인 호흡이 가능하여 매우 편리하다.
본 발명에 의하면, 나노섬유에 의해 만들어진 다수의 기공이 구비된 흡착부재를 다수의 기공을 가지는 지지부재에 적층하여 멤브레인을 구현함으로써, 통과 유량을 보존하면서 흡착 성능을 우수하게 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 흡착부재와 지지부재를 적층하여 우수한 취급성과 강도를 가지고, 저비용의 흡착 멤브레인으로 마스크의 제조 경비를 낮추고 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 멤브레인에 포함된 작용기가 부착된 도파민이 함유된 나노섬유가 축적된 나노섬유 웹에 의해, 통과되는 공기에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 흡착시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 기공이 형성되어 있으며 항균 물질이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 흡착부재를 멤브레인이 포함하거나, 또는 멤브레인에 은사 박음질이 되어 있어, 항균 특성을 우수하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡착 멤브레인이 내장된 마스크의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 흡착 멤브레인을 이용한 마스크 본체의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 흡착 멤브레인을 이용한 마스크에서 공기가 정화되는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 마스크에 적용된 제1실시예에 따른 흡착 멤브레인의 단면도,
도 5는 본 발명의 마스크에 적용된 흡착 멤브레인의 흡착부재에 이물질이 흡착되는 원리를 설명하는 모식적인 도면,
도 6은 본 발명에 따라 지지부재에 전기방사하여 이온교환 나노섬유를 축적하는 상태를 모식적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 마스크에 적용된 제2실시예에 따른 흡착 멤브레인의 단면도,
도 8은 본 발명의 마스크에 적용된 제3실시예에 따른 흡착 멤브레인의 단면도,
도 9는 본 발명의 마스크에 적용된 제4실시예에 따른 흡착 멤브레인의 단면도,
도 10은 본 발명의 마스크에 적용된 제5실시예에 따른 흡착 멤브레인의 단면도,
도 11은 본 발명의 마스크에 적용된 흡착 멤브레인에 은사 박음질이 된 상태를 설명하는 모식적인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
본 발명에서는 공기에 포함된 이물질을 흡착하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크를 구현하여, 이 마스크에 내장된 흡착 멤브레인으로 중금속의 이온성 이물질 및 사이즈가 큰 이물질을 흡착할 수 있으므로, 오염된 공기를 마스크의 흡착 멤브레인에서 정화시켜, 마스크를 착용한 사용자는 정화된 공기로 호흡할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 각종 이물질을 흡착하여 제거하는 여과 메커니즘을 가지기 때문에, 기공 사이즈를 일반적인 마스크에 비하여 크게 하여도 이물질 필터링이 완벽하게 이루어지면서 호흡이 편리한 장점을 갖도록 한 것이다.
이와 같은 오염된 공기는 예컨대, 병원성 미생물, 꽃가루와 같은 알레르겐, 석탄 및 금속 분말 등과 같은 산업성 분진, 황사에 의한 미세 먼지, 바이러스, 박테리아가 포함된 공기를 의미하며, 본 발명의 마스크를 착용하지 않으면 호흡으로 인해 오염된 공기의 유해 성분이 몸으로 침투된다.
그러므로, 본 발명의 마스크는 의료용 마스크, 산업용 마스크, 황사에 의한 생활용 마스크 등 다양한 용도의 마스크로 활용될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 흡착 멤브레인이 내장된 마스크는 흡착 멤브레인(100)이 내장된 마스크 본체(510); 및 상기 마스크 본체(510)에 고정되어 귀에 걸어 고정시킬 수 있는 걸이 밴드(520);를 포함하여 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마스크 본체(510)는 외기에 노출되는 외피(511); 상기 외피(511)에 고정되어 안면에 접촉되는 내피(512); 및 상기 외피(511)와 상기 내피(512) 사이에 배치된 흡착 멤브레인(100);를 포함한다.
여기서, 외피(511)와 내피(512)는 가장자리 영역이 박음질 또는 열융착에 의해 고정되고, 외피(511)와 내피(512) 내측은 이격되어 공간 영역을 형성하고, 이 공간 영역에 흡착 멤브레인(100)이 내장된다.
외피(511)와 내피(512)는 마스크의 외부에서 전달된 공기가 통과될 수 있는 기공들이 형성되어 있는 재질로 구현할 수 있고, 외피(511)와 내피(512)는 동일한 재질 또는 상이한 재질로 구현할 수 있다.
예컨대, 외피(511)와 내피(512)는 날실과 씨실을 사용하여 제직된 직물로 적용할 수 있다. 그리고, 외피(511)는 접촉되는 거친 외부 공기에 의해 변형, 변질, 마모가 쉽게 발생되지 않는 재질이 사용될 수 있고, 내피(511)는 접촉되는 안면에 부작용이 발생되지 않는 재질로 만들어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 흡착 멤브레인이 내장된 마스크(500)는 도 3과 같이, 입 및 코를 감싸 마스킹함으로써, 입 및 코에서 들숨에 의해 마스크(500) 외부의 오염된 공기를 들어마실때, 오염된 공기는 마스크(500)에 내장된 흡착 멤브레인(100)를 통과하여 정화된 공기가 되고, 마스크(500)의 착용자는 정화된 공기로 건강한 호흡할 수 있는 것이다.
즉, 마스크(500)의 착용자가 호흡을 위한 들숨을 수행하면, 외부의 오염된 공기는 마스크(500)의 외피(511)를 통하여 흡착 멤브레인(100)에 전달된다.
흡착 멤브레인(100)은 오염된 공기에 포함된 이온성 이물질(A) 및 흡착 멤브레인(100)의 기공보다 큰 사이즈의 이물질(B)을 흡착하여 정화된 공기를 내피(512)를 통하여 착용자의 입 또는 코로 전달함으로써, 착용자는 오염 물질이 제거된 무해한 공기로 호흡을 수행하여 건강한 생활을 유지할 수 있게 된다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 마스크에 적용된 제1실시예에 따른 흡착 멤브레인(100)은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재(110); 및 상기 지지부재(110)에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 흡착부재(120);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 흡착 멤브레인(100)은 흡착부재(120)의 이온교환 나노섬유에서 이온성 이물질을 흡착하고, 지지부재(110)의 제1기공 및 흡착부재(120)의 제2기공에서 기공 사이즈보다 큰 사이즈를 가지는 이물질(먼지, 분진, 조각, 입자 등)을 물리적으로 여과하여 이물질의 흡착 효율을 향상시킨다.
즉, 흡착 멤브레인(100)으로 공기가 통과될 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 공기에 포함된 이온성 이물질(A)은 흡착부재(120)의 이온교환 나노섬유(121)에서 흡착되고, 공기에 포함된 큰 사이즈의 이물질(B)은 흡착부재(120)의 제2기공(122)을 통과하지 못하기에 흡착부재(120) 내부에 갇히게 되어, 흡착 멤브레인(100) 내부에 이물질(A,B)이 흡착 상태(이물질이 빠져나가지 못하고 내부에 붙어있는 상태)로 구속되어 있으므로, 본 발명의 흡착 멤브레인(100)의 흡착 성능을 증가시킬 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 마스크에 적용된 흡착 멤브레인은 무기공성의 막구조가 아니고, 나노섬유에 의해 만들어진 다수의 기공이 구비된 흡착부재를 다수의 기공을 가지는 지지부재에 적층하여 구현됨으로써, 통과 유량을 보존하면서 흡착 성능을 우수하게 할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 본 발명에서는 공기에 포함된 큰 사이즈의 이물질(B)은 지지부재(110)의 제1기공에서도 통과되지 못해 흡착 멤브레인(100) 내부에 갇혀 흡착 능력을 한층더 향상시킬 수 있다. 이때, 지지부재(110)의 제1기공 사이즈는 흡착부재(120)의 제2기공(122) 사이즈보다 큰 것이 바람직하다.
이러한 지지부재(110)는 구비된 다수의 제1기공에 의해 공기를 통과시킬 수 있는 통로 역할을 수행하고, 흡착부재(120)가 평판 형태를 유지할 수 있도록 지지하는 지지층 역할을 수행한다. 여기서, 지지부재(110)는 부직포 또는 직포인 것이 바람직하다.
사용 가능한 부직포는 멜트 블로운(melt-blown) 부직포, 스펀 본드(spun bond) 부직포, 서멀 본드 부직포, 케미컬 본드 부직포, 웨트 레이드(wet-laid) 부직포 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 부직포의 섬경은 40-50㎛이고, 기공 사이즈는 100㎛ 이상일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 흡착부재(120)가 취급성과 강도가 열악하기 때문에, 흡착부재(120)와 지지부재(110)를 적층하여 우수한 취급성과 강도를 가지는 흡착 멤브레인을 구현할 수 있다.
한편, 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 흡착부재(120)가 고가인 관계로 단독의 흡착부재(120)만으로 본 발명의 흡착 멤브레인을 구현하는 경우, 많은 제조 비용이 소요된다. 그러므로, 본 발명에서는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 흡착부재(120)보다 월등히 저렴한 지지부재를 흡착부재(120)와 적층하여 제조 비용을 절감할 수 있다. 이때, 고가의 흡착부재(120)의 두께는 얇게, 저가의 지지부재(110)의 두께는 두껍해 설계하여, 제조 비용을 저비용으로 최적화시킬 수 있다.
본 발명에서는 이온교환 용액을 전기방사하여 이온교환 나노섬유를 지지부재로 방출시키고, 방출된 이온교환 나노섬유를 지지부재(110)에 축적시켜 흡착부재(120)를 제조할 수 있다.
이온교환 용액은 고분자, 용매와 이온교환 작용기가 괴상 중합과 같은 합성 공정에 의해 합성된 용액으로 정의될 수 있다.
이온교환 작용기는 이온교환 나노섬유에 함유되어 있으므로, 흡착 멤브레인(100)으로 통과되는 공기에 포함된 중금속과 같은 이온성 이물질은 치환에 의해 교환되어 이온교환 작용기에 흡착된다. 결국, 이온교환 작용기에 의해 이온성 이물질이 이온교환 나노섬유에 흡착되는 것이다.
예컨대, 이온교환 작용기가 SO3H, NH4CH3 인 경우, 수분에 포함된 이온성 이물질(이온 상태의 중금속 양이온 또는 중금속 음이온)이 H+, CH3 +와 치환에 의해 교환되어 이온교환 작용기에 흡착된다.
여기서, 이온교환 작용기는 술폰산기, 인산기, 포스포닉기, 포스피닉기, 카르복실산기, 아소닉기, 셀리노닉기, 이미노디아세트산기 및 인산에스테르기에서 선택되는 양이온교환 작용기; 또는 4급 암모늄기, 3급 아미노기, 1급 아미노기, 이민기, 3급 술포늄기, 포스포늄기, 피리딜기, 카바졸릴기 및 이미다졸릴기에서 선택되는 음이온교환 작용기이다.
여기서, 고분자는 전기방사가 가능한 것으로, 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고, 전기방사에 의해 나노섬유를 형성할 수 있는 수지이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌), 퍼풀루오로폴리머, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드 또는 이들의 공중합체, 폴리에틸렌글리콜 디알킬에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스터를 포함하는 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리(옥시메틸렌-올리 고-옥시에틸렌), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드를 포함하는 폴리옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트), 폴리스티렌 및 폴리스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아크릴로니트릴 메틸메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
또한, 사용 가능한 고분자는 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등이 있다.
본 발명에서 흡착부재로 바람직한 고분자는 PAN, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리에스테르 설폰(PES: Polyester Sulfone), 폴리스티렌(PS)를 단독으로 사용하거나, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)와 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 혼합하거나, PVdF와 PES, PVdF와 열가소성 폴리우레탄(TPU: Thermoplastic Polyurethane)을 혼합하여 사용할 수 있다.
용매는 단성분계 용매, 예를 들면, 다이메틸포름아마이드(DMF: dimethylformamide)를 사용하는 것도 가능하나, 2성분계 용매를 사용하는 경우는 비등점(BP: boiling point)이 높은 것과 낮은 것을 혼합한 2성분계 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 지지부재(110)에 이온교환 나노섬유가 축적된 흡착부재(120)는 무질서하게 축적된 이온교환 나노섬유 사이에 다수의 미세 기공(즉, 제2기공)이 형성된다. 이 미세 기공 사이즈를 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 여과 메커니즘이 이물질을 흡착하여 제거하는 것이기 때문에, 일반적인 마스크의 기공 사이즈보다 크게하여도 여과 성능에 전혀 문제가 없으며, 이와 같은 기공 사이즈로 인해 호흡이 매우 편리한 잇점이 있다. 상기 기공 사이즈는 3㎛ 정도, 심지어 10㎛ 정도, 그리고, 기공도는 50 내지 90%이어도 완벽한 여과가 가능하게 된다.
그리고, 이온교환 나노섬유의 직경은 0.1~10.0um 범위로 하는 것이 바람직하며, 흡착부재(120)는 전기 방사장치에서 방사되는 시간에 따라 두께가 자유롭게 조절되고, 흡착부재(120)의 두께에 따라 기공 사이즈가 결정된다.
그리고, 이온교환 나노섬유는 표면에 이온교환능이 있는 이온교환 작용기를 가지고 있는 것으로 정의할 수 있으며, 이온교환 작용기에서 교환하는 이온에 따라 이온교환 나노섬유는 양이온교환 나노섬유 또는 음이온교환 나노섬유일 수 있다.
이온교환 나노섬유가 축적되어 형성된 흡착부재(120)는 이온교환 나노섬유의 웹 구조가 되고, 이 웹은 초박막, 초경량으로서, 비표면적이 크다.
그리고, 본 발명에서는 전기방사하여 이온교환 나노섬유를 지지부재(110)에 축적시켜 흡착부재(120)를 형성함으로써, 지지부재(110)와 흡착부재(120)의 결합력을 증가시켜 외력에 의하여 흡착부재(120)가 지지부재(110)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다.
즉, 도 6과 같이, 전기방사장치의 방사노즐(210)에서 토출된 이온교환 나노섬유(121)는 지지부재(110)에 적층되고, 이 적층된 이온교환 나노섬유(121)가 축적되어 웹 형태의 흡착부재(120)가 형성된다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 마스크에 적용된 제2 내지 제5실시예에 따른 흡착 멤브레인의 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 마스크에 적용된 제2실시예에 따른 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재(110); 상기 지지부재(110) 상면에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재(120a); 및 상기 지지부재(110) 하면에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제2흡착부재(120b);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
제2실시예에 따른 흡착 멤브레인은 지지부재(110)의 양면에 제1 및 제2흡착부재(120a,120b)가 적층되어 있어, 제1흡착부재(120a)에서 흡착되지 못한 이온성 이물질 및 제3기공 사이즈보다 큰 사이즈의 이물질을 제2흡착부재(120b)에서 흡착시킬 수 있으므로, 이물질의 흡착 효율을 증대시킬 수 있는 구조이다.
여기서, 제1기공 사이즈를 가장 크게 설계하고, 제2기공 사이즈를 중간 크기로 설계하고, 제3기공 사이즈를 가장 작게 설계할 수 있다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 마스크에 적용된 제3실시예에 따른 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재(110); 상기 지지부재(110) 상면에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 제1이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재(120c); 및 상기 제1흡착부재(120c) 상면에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 제2이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제2흡착부재(120d);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
제1흡착부재(120c)의 제1이온교환 나노섬유는 양이온교환 나노섬유 또는 음이온교환 나노섬유일 수 있고, 제2흡착부재(120d)의 제2이온교환 나노섬유는 제1이온교환 나노섬유와 반대 극성의 이온을 교환하는 나노섬유일 수 있다. 즉, 제1이온교환 나노섬유가 양이온교환 나노섬유인 경우, 제2이온교환 나노섬유는 음이온교환 나노섬유이다.
그러므로, 제3실시예의 흡착 멤브레인은 통과되는 공기에 포함된 양이온 중금속 및 음이온 중금속을 제1 및 제2흡착부재(120c,120d)에서 모두 흡착할 수 있는 장점이 있다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 마스크에 적용된 제4실시예에 따른 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재(110); 상기 지지부재(110) 상면에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재(120); 및 상기 제1흡착부재(120) 상면에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 항균 물질이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 제2흡착부재(130);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
제4실시예에 따른 흡착 멤브레인은 제1흡착부재(120)의 이온교환 나노섬유에서 이온성 이물질을 흡착할 수 있고, 제2흡착부재(130)의 항균 물질이 함유된 나노섬유에 의해 항균 특성을 가질 수 있다.
여기서, 제2 및 제3기공 사이즈는 제1기공 사이즈보다 작게 설계하는 것이 바람직하다.
그리고, 이 흡착 멤브레인도 제1 내지 제3기공에서 기공 사이즈보다 큰 사이즈의 이물질을 물리적으로 여과하여 내부에 흡착시킬 수 있다.
여기서, 항균 물질은 은나노 물질이 바람직하다. 여기서, 은나노 물질은 질산은(AgNO3), 황산은(Ag2SO4), 염화은(AgCl)과 같은 은(Ag, silver) 금속염이다.
본 발명에서는 은나노 물질을 섬유 성형성 고분자 물질과 함께 유기 용매에 용해하여 방사용액을 제조하고, 이 방사용액을 전기방사하여 항균 물질이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 나노섬유 웹 구조의 제2흡착부재(130)를 구현할 수 있다.
본 발명의 마스크에 적용된 제5실시예에 따른 흡착 멤브레인은, 전술된 실시예들의 흡착 멤브레인에, 다수의 기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 작용기가 부착되어 있는 도파민이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 나노섬유 웹을 더 포함할 수 있다. 여기서, 도파민이 함유된 나노섬유 웹은 흡착부재에 적층되어 있는 것이 바람직하다.
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 흡착 멤브레인은 제1 및 제2흡착부재(120a,120b) 사이에 다수의 기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 작용기가 부착되어 있는 도파민이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 나노섬유 웹(150)을 개재하여 구현할 수 있다.
여기서, 제1 및 제2흡착부재(120a,120b)는 다수의 기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 흡착부재이고, 나노섬유 웹(150)은 도파민 단량체 또는 중합체, 용매 및 고분자 물질이 혼합된 방사 용액이 전기 방사되어 만들어진 나노섬유 웹이다.
도파민(DOPAMINE; 3,4-dihydroxyphenylalamine)은 벤젠고리에 -NH2 및 -OH가 결합된 구조를 갖는다.
나노섬유에 함유된 도파민에 부착된 작용기는 도파민 단량체 또는 중합체가 함유된 나노섬유 웹을 형성한 후, UV조사, 플라즈마 처리, 산처리 및 염기처리 등의 후처리 공정으로 형성할 수 있으며, 결국, 도파민이 함유된 나노섬유 웹은 나노섬유에 작용기가 부착되어 있는 상태가 된다.
여기서, 작용기는 SO3H-와 같은 음전하 작용기 또는 NH4 +와 같은 양전하 작용기로, 중금속, 박테리아 및 바이러스를 흡착하는 기능을 수행할 수 있어, 본 발명의 제5실시예의 흡착 멤브레인은 통과되는 공기에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 여과하여 흡착 멤브레인 내부에 흡착시킬 수 있는 것이다.
상기와 같은 실시예에 의한 마스크에서는, 도파민이 일정 수분이 존재하는 환경에서 기능을 하기 때문에, 도파민 함유 나노섬유 층에는 일정 수분 환경을 조성하기 위한 습윤층이 형성되는 것이 좋다. 즉 사람이 호흡을 할 때 발생하는 입김의 수분을 모아 일정 수분 환경을 유지시키는 습윤층을 마련하는 것이 좋다.
도 11은 본 발명의 마스크에 적용된 흡착 멤브레인에 은사 박음질이 된 상태를 설명하는 모식적인 평면도이다.
본 발명에서는 지지부재를 포함하는 실시예들의 흡착 멤브레인에 은사 박음질을 수행하여, 박음질된 은사에 의해 항균 특성을 가지는 흡착 멤브레인을 구현할 수 있다. 여기서, 은사 박음질은 흡착 멤브레인의 지지부재, 흡착부재 및 이들 모두 중 하나에 수행할 수 있다.
이때, 흡착 멤브레인의 흡착부재는 지지부재와 비교하여 상대적으로 월등히 낮은 강도를 가져 흡착부재에 은사를 박음질하게 되면, 박음질되는 은사에 의해 흡착부재에 손상을 일으킬 수 있다.
반면에, 지지부재는 은사 박음질을 견딜 수 있는 강도를 가져, 도 11에 도시된 바와 같이, 지지부재(110)에 은사(310)를 박음질한다. 이때, 은사(310)는 격자 패턴으로 박음질하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
은사는 은으로 만들어진 실이며, 지지부재(110)에 박음질된 은사는 통과되는 공기에 포함된 세균을 사멸시킬 수 있어, 흡착 멤브레인은 강력한 항균 특성을 가질 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에서는 전술된 실시예들의 흡착 멤브레인의 흡착부재의 나노섬유에 글리세린과 같은 오일이 코팅되어 있을 수 있다.
흡착부재는 이온교환 나노섬유가 축적된 웹 형태이므로, 이온교환 나노섬유의 표면에 존재하는 이온교환 작용기의 흡착 활성화를 위하여, 나노섬유에 오일을 코팅하여 이온성 이물질이 오일에 흡착된 후, 이온교환 작용기에 흡착되는 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술용도에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 이온성 이물질 및 초미세 크기의 이물질을 흡착할 수 있는 흡착 멤브레인이 내장되어, 오염된 공기의 정화 성능을 향상시키고, 다양한 용도의 마스크로 활용할 수 있는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크이다.

Claims (15)

  1. 공기에 포함된 이물질을 흡착하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크 본체; 및 상기 마스크 본체에 고정되고 귀에 걸어 고정할 수 있는 걸이 밴드;를 포함하며,
    상기 흡착 멤브레인은 다수의 제1기공이 구비된 지지부재; 및
    상기 지지부재에 적층되고, 다수의 제2기공이 형성되어 있으며 상기 이물질 중 이온성 이물질을 흡착하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제1흡착부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마스크 본체는 외기에 노출되는 외피; 및 상기 외피에 고정되어 안면에 접촉되는 내피;를 포함하며,
    상기 흡착 멤브레인은 상기 외피와 상기 내피 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공기에 포함된 이물질은 병원성 미생물, 알레르겐, 산업성 분진, 황사에 의한 미세 먼지, 바이러스, 박테리아 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지부재는 부직포 또는 직포인 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1기공 사이즈는 상기 제2기공 사이즈보다 큰 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온교환 나노섬유는 양이온교환 나노섬유 또는 음이온교환 나노섬유인 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이온교환 나노섬유는 양이온교환 나노섬유 또는 음이온교환 나노섬유이고,
    상기 제1흡착부재에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 상기 이온교환 나노섬유와 반대 극성의 이온을 교환하는 이온교환 나노섬유가 축적되어 만들어진 제3흡착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1흡착부재에 적층되며, 다수의 기공이 형성되어 있으며 이물질을 흡착하는 작용기가 부착되어 있는 도파민이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 나노섬유 웹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도파민 함유 나노섬유 웹층에는 이 나노섬유 웹층의 일정 수분 상태를 유지하기 위한 습윤층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 지지부재와 제1흡착부재의 적어도 하나에는 박음질된 은사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  11. 제1항에 있어서, 상기 이온교환 나노섬유에 오일이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1흡착부재 상면에 적층되고, 다수의 제3기공이 형성되어 있으며 항균 물질이 함유된 나노섬유가 축적되어 만들어진 제2흡착부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 및 제3기공 사이즈는 제1기공 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  14. 제12항에 있어서, 상기 항균 물질은 은나노 물질인 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2흡착부재는, 상기 은나노 물질, 섬유 성형성 고분자 물질과 함께 유기 용매에 용해하여 제조된 방사용액이 전기방사되어 형성된 나노섬유 웹으로 구성된 것을 특징으로 하는 흡착 멤브레인이 내장된 마스크.
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