WO2022114316A1 - 유해성분 차단능이 향상된 마스크 - Google Patents

유해성분 차단능이 향상된 마스크 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a mask having improved blocking ability of harmful components by using a matte catalyst coating layer.
  • the existing mask only performs a simple function of filtering out fine particles using only a filter.
  • An object of the present invention is to provide a mask having improved blocking ability of harmful substances, the mask body including at least one body sheet; and earring portions formed on both sides of the mask body, formed on at least one surface of the body sheet, and activated without sunlight irradiation to decompose harmful substances.
  • a coating layer containing a TiO2-based matte catalyst is titanium dioxide (TiO2) having a band gap of 3.0 ⁇ 3.2eV; and a transition metal doped to the titanium dioxide, and is achieved by generating electrons in a spontaneous reaction by making the Gibbs free energy change value negative.
  • the body sheet the first body sheet in contact with the user; a third body sheet in contact with the outside; and a second body sheet positioned between the first body sheet and the third body sheet, wherein the coating layer may be formed on both surfaces of the third body sheet.
  • the coating layer may be obtained by spraying a matte catalyst solution on the first body sheet and then drying.
  • the matte catalyst solution distilled water, IPA, adding an acid catalyst to a solvent containing any one of ethanol and the step of primary stirring; adding a TiO2 precursor to the solvent and second stirring; After the secondary stirring, it may be obtained by adding an aqueous solution of a noble metal-based and transition metal salt to the solvent.
  • the transition metal may include two or more selected from the group consisting of Zn, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Cr, V, Zr, Mo, Ag, W, Pt, and Au.
  • the body sheet may be a polyester-based nonwoven fabric or a polyethylene-based nonwoven fabric.
  • the body sheet may be a nonwoven fabric made of polyethylene terephthalate.
  • the coating layer may also be formed on the second body sheet, and the coating layers formed on the first body sheet and the second body sheet may be formed in different regions.
  • the coating layer may also be formed on the earring part.
  • a mask having an improved ability to block harmful components by using a matte catalyst coating layer.
  • FIG. 1 is a perspective view of a mask according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along II-II' of Figure 1,
  • FIG. 3 is a view for explaining a mask according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a mask according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a mask according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 A mask according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • FIG. 1 is a perspective view of a mask according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along II-II′ of FIG. 1 .
  • the mask 1 according to the first embodiment of the present invention includes a mask body 10 and an earring part 20 as shown in FIG. 1 .
  • the mask body 10 includes a first body sheet 11 , a second body sheet 12 , and a coating layer 111 .
  • the first body sheet 11 is disposed toward the user's face, and the second body sheet 12 faces the outside.
  • the first body sheet 11 and the second body sheet 12 may be polyester-based non-woven fabric or polyethylene-based non-woven fabric, and mainly block fine dust such as yellow sand.
  • the first body sheet 11 and the second body sheet 12 may be made of different materials or have different fine dust blocking performance.
  • the first body sheet 11 and the second body sheet 12 may be non-woven fabrics made of polyethylene terephthalate.
  • the coating layer 111 is formed on the inner surface of the first body sheet 11 .
  • the coating layer 111 may be formed on the inner surface of the second body sheet 12 or formed on both the first body sheet 11 and the second body sheet 12 .
  • the mask body 10 may be formed of three or more body sheets. In addition, it may be made of only one body sheet.
  • the coating layer 111 includes a self actuated non-photocatalyst.
  • the self-actuated matte catalyst contains TiO2 and is activated even in the absence of light to decompose harmful substances.
  • the matte catalyst is doped with a transition metal in titanium dioxide (TiO2) having a band gap of 3.0 to 3.2 eV.
  • TiO2 titanium dioxide
  • the self-actuated matte catalyst generates electrons in a spontaneous reaction by making the Gibbs free energy change value negative.
  • the transition metal may be at least two selected from the group consisting of Zn, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Cr, V, Zr, Mo, Ag, W, Pt, and Au.
  • titanium dioxide When titanium dioxide is doped with a transition metal, it exhibits catalytic activity even under matte conditions, and has strong oxidizing power to decompose not only organic materials but also harmful gases including volatile organic compounds. That is, when two or more types of transition metals having energy higher than the 2p orbital of oxygen are doped into titanium dioxide, the transition metal enters a level above the valence band and the level at the upper end of the valence band rises, and the band gap energy from titanium dioxide By overcoming this and making the Gibbs free-energy change ( ⁇ G) value in the process of electron generation become a negative number ( ⁇ G ⁇ 0), electrons continue to spontaneously migrate to the surface of titanium dioxide even under matte conditions. do. The transferred electrons react with oxygen or water in the air to generate complex oxygen ions and oxygen radicals, and by their oxidizing power, harmful gases including volatile organic compounds are efficiently removed.
  • ⁇ G free-energy change
  • the coating layer 111 may be obtained by spraying a TiO2-based matte catalyst solution on the first body sheet 11 and then drying.
  • the coating layer 111 may be obtained by immersing the first body sheet 11 in a TiO2-based matte catalyst solution and then drying.
  • the first body sheet 11 on which the coating layer 111 is formed can be obtained by cutting.
  • the matte catalyst solution is prepared by adding an acid catalyst to a solvent containing any one of distilled water, IPA, and ethanol, followed by primary stirring; adding a TiO2 precursor to the solvent and second stirring; After the secondary stirring, it may be obtained by adding an aqueous solution of a noble metal-based and transition metal salt to the solvent.
  • the coating layer 111 decomposes or blocks various harmful substances.
  • the coating layer 111 may decompose alcohol, acetic acid, ketone, ester, toluene, xylene, benzene, and ethylbenzene.
  • the coating layer 111 decomposes odor substances, and the odor substances may include at least one of hydrogen sulfide, methyl mercaptan, ammonia, methylamine, trimethylamine, formaldehyde, and VOC.
  • the coating layer 111 can also decompose NOx and SOx, and can also sterilize E. coli cells.
  • the coating layer 111 is formed on both the first body sheet 11 and the second body sheet 12, and is formed in different regions. That is, the coating layer 111 formed on the first body sheet 11 and the second body sheet 12 is formed so as not to face each other.
  • the coating layer 111 may be formed in the form of scattered dots or stripes.
  • the mask body 10 consists of three layers: a first body sheet 11 , a second body sheet 12 , and a third body sheet 13 .
  • the first body sheet 11 faces the user, and the third body sheet 13 is exposed to the outside.
  • the coating layer 111 is formed on both sides of the third body sheet 13 .
  • FIG. 5 is for explaining a mask according to a fourth embodiment of the present invention, and shows a cross-section of the earring part 20. As shown in FIG.
  • a coating layer 211 is also formed on the earring part 20 .
  • the coating layer 211 may be formed by spraying a matte catalyst solution on the earring part 20 and then drying it.
  • a mask was manufactured by the method described above and an antibacterial test was performed.

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Abstract

본 발명은 유해물질 차단능이 향상된 마스크에 관한 것으로, 적어도 하나의 본체시트를 포함하는 마스크 본체; 및 상기 마스크 본체의 양 측면에 형성된 귀걸이부를 포함하며, 상기 본체시트의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 태양광의 조사가 없이도 활성화되어 유해물질을 분해시키는 TiO2계의 무광촉매를 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 무광촉매는, 3.0~3.2eV의 Band gap을 가지는 이산화티탄(TiO2); 및 상기 이산화티탄에 도핑된 전이금속을 포함하며 깁스자유에너지 변화 값을 음수로 만듦으로서 자발적인 반응으로 전자를 발생시킨다.

Description

유해성분 차단능이 향상된 마스크
본 발명은 무광촉매 코팅층을 이용하여 유해성분 차단능이 향상된 마스크에 관한 것이다.
각종 전염병으로 인해 감염을 방지할 수 있는 마스크의 중요도가 강조되고 있으며, 시장도 계속 확대될 것으로 예상된다.
그러나 기존의 마스크는 필터만을 이용하여 미세한 입자를 걸러내는 정도의 단순한 기능만 수행할 뿐이다.
따라서 마스크를 통해 미세 먼지외에 악취물질과 같은 유해성분까지 차단하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 무광촉매 코팅층을 이용하여 유해성분 차단능이 향상된 마스크를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 유해물질 차단능이 향상된 마스크에 있어서, 적어도 하나의 본체시트를 포함하는 마스크 본체; 및 상기 마스크 본체의 양 측면에 형성된 귀걸이부를 포함하며, 상기 본체시트의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 태양광의 조사가 없이도 활성화되어 유해물질을 분해시키는 TiO2계의 무광촉매를 포함하는 코팅층을 포함하며, 상기 무광촉매는, 3.0~ 3.2eV의 Band gap을 가지는 이산화티탄(TiO2); 및 상기 이산화티탄에 도핑된 전이금속을 포함하며 깁스자유에너지 변화 값을 음수로 만듦으로서 자발적인 반응으로 전자를 발생시키는 것에 의해 달성된다.
상기 본체시트는, 사용자와 접촉하는 제1본체시트; 및 외부와 접촉하는 제2본체시트를 포함하며, 상기 코팅층은 상기 제2본체시트와 마주하는 상기 제1본체시트의 내측면에 형성되어 있을 수 있다.
상기 본체시트는, 사용자와 접촉하는 제1본체시트; 외부와 접촉하는 제3본체시트; 및 상기 제1본체시트와 상기 제3본체시트 사이에 위치하는 제2본체시트를 포함하며, 상기 코팅층은 상기 제3본체시트의 양면에 형성되어 있을 수 있다.
상기 코팅층은 무광촉매용액을 상기 제1본체시트에 스프레이한 후 건조하여 얻을 수 있다.
상기 무광촉매용액은, 증류수, IPA, 에탄올 중 어느 하나를 포함하는 용매에 산 촉매를 가하고 1차교반하는 단계; 상기 용매에 TiO2 전구체를 가하고 2차 교반하는 단계; 상기 2차 교반 후, 상기 용매에 귀금속계 및 전이금속염 수용액을 가하는 단계를 거쳐 얻어질 수 있다.
상기 전이금속은 Zn, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Cr, V, Zr, Mo, Ag, W, Pt, 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 본체시트는 폴리에스터계 부직포 또는 폴리에틸렌계 부직포일 수 있다.
상기 본체시트는 폴리에틸렌테레플탈레이트로 제조된 부직포일 수 있다.
상기 코팅층은 상기 제2본체시트에도 형성되어 있으며, 상기 제1본체시트와 상기 제2본체시트에 형성된 코팅층은 서로 다른 영역에 형성되어 있을 수 있다.
상기 코팅층은 상기 귀걸이부에도 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면 무광촉매 코팅층을 이용하여 유해성분 차단능이 향상된 마스크가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크의 사시도이고,
도 2는 도 1의 II-II'를 따른 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 마스크를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 마스크를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
이하 도면을 참조로 본 발명에 따른 마스크에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II'를 따른 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 마스크(1)는 도 1과 같이 마스크 본체(10)와 귀걸이부(20)를 포함한다.
마스크 본체(10)는 제1본체시트(11), 제2본체시트(12) 및 코팅층(111)을 포함한다.
마스크(1) 착용시 제1본체시트(11)는 사용자의 얼굴을 향해 배치되고, 제2본체시트(12)는 외부를 향하게 된다.
제1본체시트(11)와 제2본체시트(12)는 폴리에스터계 부직포 또는 폴리에틸렌계 부직포일 수 있으며 주로 황사와 같은 미세먼지를 차단한다. 제1본체시트(11)와 제2본체시트(12)는 서로 다른 재질로 마련되거나 서로 다른 미세먼지 차단 성능을 가질 수 있다. 이에 한정되지 않으나, 제1본체시트(11)와 제2본체시트(12)는 폴리에틸렌테레프탈레이트로 제조된 부직포일 수 있다.
코팅층(111)은 제1본체시트(11)의 내부면에 형성되어 있다. 다른 실시예에서, 코팅층(111)은 제2본체시트(12)의 내부면에 형성되거나 제1본체시트(11)와 제2본체시트(12)에 모두 형성될 수도 있다.
또한, 마스크 본체(10)는 3개 이상의 본체시트로 이루어질 수도 있다. 또한 한 개의 본체시트만으로 이루어질 수도 있다.
코팅층(111)은 자기구동형 무광촉매(self actuated non-photocatalyst)를 포함한다. 자기구동형 무광촉매는 TiO2를 포함하며, 빛이 없어도 활성화되어 유해물질을 분해한다.
무광촉매는 3.0~3.2eV의 Band gap을 가지는 이산화티탄(TiO2)에 전이금속이 도핑되어 있다. 자기구동형 무광촉매는 깁스자유에너지 변화 값을 음수로 만듦으로서 자발적인 반응으로 전자를 발생시킨다.
전이금속은 Zn, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Cr, V, Zr, Mo, Ag, W, Pt, 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상일 수 있다.
이산화티탄에 전이금속을 도핑시키면 무광 조건 하에서도 촉매 활성을 나타내어 유기물질뿐만 아니라 휘발성 유기화합물을 비롯한 유해가스까지 분해할 수 있는 강력한 산화력을 갖는다. 즉, 이산화티탄에 산소의 2p 궤도보다 높은 에너지를 갖고 있는 2종 이상의 전이금속을 도핑시키면 전이금속이 가전자대보다 위의 준위에 들어가 가전자대 상단의 레벨이 상승되도록 하고, 이산화티타늄으로부터 밴드 갭 에너지를 극복하여 전자가 생성되는 과정의 깁스 자유에너지 변화(Gibbs free-energy change, △G) 값을 음수(△G<0)가 되게 함으로써 무광조건하에서도 전자가 자발적으로 이산화티탄의 표면으로 계속 이행한다. 이렇게 이행된 전자는 공기 중의 산소 또는 물과 반응하여 복합산소이온과 산소라디칼을 생성하고 그 산화력에 의해서 휘발성 유기화합물을 비롯한 유해가스를 효율적으로 제거한다.
코팅층(111)은 TiO2계의 무광촉매용액을 제1본체시트(11)에 스프레이한 후 건조하여 얻을 수 있다. 또는 코팅층(111)은 TiO2계의 무광촉매용액에 제1본체시트(11)를 침지한 후 건조하여 얻을 수 있다. 구체적으로는, 큰 크기의 본체시트 원단에 코팅층(111)을 형성 후, 커팅하여 코팅층(111)이 형성된 제1본체시트(11)를 얻을 수 있다.
무광촉매용액은, 증류수, IPA, 에탄올 중 어느 하나를 포함하는 용매에 산 촉매를 가하고 1차교반하는 단계; 상기 용매에 TiO2 전구체를 가하고 2차 교반하는 단계; 상기 2차 교반 후, 상기 용매에 귀금속계 및 전이금속염 수용액을 가하는 단계를 거쳐 얻어질 수 있다.
코팅층(111)은 다양한 유해물질을 분해 내지 차단한다.
먼저, 코팅층(111)은, 알콜, 아세트산, 케톤, 에스터, 톨루엔, 자일렌, 벤젠 및 에틸벤젠을 분해할 수 있다.
코팅층(111)은 악취물질을 분해하며, 악취물질은 황화수소, 메틸메르캡탄, 암모니아, 메틸아민, 트리메틸아민, 포름알데히드 및 VOC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
코팅층(111)은 NOx와 SOx도 분해할 수 있으며, 대장균 세포도 살균할 수 있다.
종래 마스크의 경우 입김에 의한 습기 발생으로 악취 및 세균 증식 발생할 수 있으며, 습기발생으로 미세먼지 포집효율 또한 저하된다.
반면, 본 발명에 따른 마스크의 경우 악취 분해 및 제거성능, 항균성능, 항바이러스 성능이 부여될 뿐만 아니라 습기와 상관 없이 미세먼지 포집효율을 증가시킨다.
도 3는 본 발명의 제2실시예에 따른 마스크를 설명하기 위한 것이다. 코팅층(111)은 제1본체시트(11)와 제2본체시트(12)에 모두 형성되어 있으며, 서로 다른 영역에 형성되어 있다. 즉, 제1본체시트(11)와 제2본체시트(12)에 형성된 코팅층(111)은 서로 마주보지 않도록 형성된 것이다.
코팅층(111)은 산점 또는 스트라이프 형태로 형성되어 있을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 마스크를 설명하기 위한 것이다. 마스크 본체(10)는 제1본체시트(11), 제2본체시트(12) 및 제3본체시트(13)의 3개 층으로 이루어져 있다. 제1본체시트(11)는 사용자를 향하고, 제3본체시트(13)는 외부에 노출된다. 코팅층(111)은 제3본체시트(13)의 양면에 형성되어 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 마스크를 설명하기 위한 것으로, 귀걸이부(20)의 단면을 나타낸 것이다.
제3실시예에 따르면 귀걸이부(20)에도 코팅층(211)이 형성되어 있다. 코팅층(211)은 무광촉매용액을 귀걸이부(20)에 스프레이한 후 건조하여 형성할 수 있다.
이상 설명한 방법에 의해 마스크를 제조하고 항균성 시험을 수행하였다.
Staphylococcus aureus ATCC 6538을 마스크에 접종 후 18시간 후에 99.9%의 감소율을 확인하였으며, Klebsiella pneumoniae ATCC 4352를 접종 후 18시간 후에 48.1%의 감소율을 확인하였다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 유해물질 차단능이 향상된 마스크에 있어서,
    적어도 하나의 본체시트를 포함하는 마스크 본체; 및
    상기 마스크 본체의 양 측면에 형성된 귀걸이부를 포함하며,
    상기 본체시트의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 태양광의 조사가 없이도 활성화되어 유해물질을 분해시키는 TiO2계의 무광촉매를 포함하는 코팅층을 포함하며,
    상기 무광촉매는,
    3.0~ 3.2eV의 Band gap을 가지는 이산화티탄(TiO2); 및
    상기 이산화티탄에 도핑된 전이금속을 포함하며 깁스자유에너지 변화 값을 음수로 만듦으로서 자발적인 반응으로 전자를 발생시키는 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체시트는,
    사용자와 접촉하는 제1본체시트; 및
    외부와 접촉하는 제2본체시트를 포함하며,
    상기 코팅층은 상기 제2본체시트와 마주하는 상기 제1본체시트의 내측면에 형성되어 있는 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체시트는,
    사용자와 접촉하는 제1본체시트;
    외부와 접촉하는 제3본체시트; 및
    상기 제1본체시트와 상기 제3본체시트 사이에 위치하는 제2본체시트를 포함하며,
    상기 코팅층은 상기 제3본체시트의 양면에 형성되어 있는 마스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코팅층은 무광촉매용액을 상기 제1본체시트에 스프레이한 후 건조하여 얻은 마스크.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 무광촉매용액은,
    증류수, IPA, 에탄올 중 어느 하나를 포함하는 용매에 산 촉매를 가하고 1차교반하는 단계;
    상기 용매에 TiO2 전구체를 가하고 2차 교반하는 단계;
    상기 2차 교반 후, 상기 용매에 귀금속계 및 전이금속염 수용액을 가하는 단계를 거쳐 얻어지는 마스크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전이금속은 Zn, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Cr, V, Zr, Mo, Ag, W, Pt, 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 마스크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 본체시트는 폴리에스터계 부직포 또는 폴리에틸렌계 부직포인 마스크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 본체시트는 폴리에틸렌테레플탈레이트로 제조된 부직포인 마스크.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 제2본체시트에도 형성되어 있으며,
    상기 제1본체시트와 상기 제2본체시트에 형성된 코팅층은 서로 다른 영역에 형성되어 있는 마스크.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 귀걸이부에도 형성되어 있는 마스크.
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