KR102268901B1 - 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크 - Google Patents

항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크에 관한 것으로, 나노물질을 활용한 마스크는 비말(침방울 등)을 필터링하는 기능외에도 나노물질인 은을 견고하게 결합하여 세척하지 않고서도 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적이면서도 미세먼지 등을 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적이며, 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하면서도 세척이 필요없이도 다회용으로 편리하게 사용할 수 있는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크을 제공한다.

Description

항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크 {Method for manufacturing non-woven fabric for mask filter having antibacterial function and multi-use sanitary mask using the same}
본 발명은 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 공기중에 떠도는 각종 바이러스 및 세균 그리고 미세먼지 등을 효과적으로 차단하거나 항균처리하여 각종 질병으로 부터 마스크 사용자가 안전하도록 은(Ag), 아연(Zn) 등의 나노물질을 사용하여 마스크 필터용 부직포 원단을 제조하는 방법 및 그 부직포 원단을 활용한 다회용 위생 마스크에 관한 것이다.
일반적으로 미세먼지로 인한 대기오염이 갈수록 심해지는 가운데 마스크(mask)에 대한 관심이 높아진다. 마스크는 일상생활 또는 분진이나 유독성 기체가 많이 발생되는 사업장에서 황사나 미세먼지 등이 발생되었을 때 황사, 미세먼지, 분진, 또는 유독성 기체가 호흡기를 통해 폐로 유입되어 호흡기 질환이 유발되지 않도록 건강을 위해 사용된다.
특히 마스크는 먼지를 차단하는 단순한 기능에서 출발하였으나 작금에는 미세먼지는 물론 전세계적으로 급속하게 확산되고 있는 코로나19 바이러스와 같은 유행성 바이러스 감염 등의 외부감염을 차단하는 용도가 더욱 부각되고 있다.
이러한 바이러스 또는 미세먼지는 코, 구강, 피부접촉 등을 통하여 인체 내에 침입되며, 이 가운데 코를 통하는 경우가 가장 많다고 알려져 있다.
이에 세균을 차단할 수 있는 마스크(mask)에 관한 관심 역시 급증하고 있으며, 세균 차단에 효과적인 은나노(nanosilver)를 활용한 항균 마스크의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 은나노(nanosilver)를 활용한 항균 마스크 필터는 PP칩과 은나노를 컴파운딩하여 원사를 뽑는 방식으로 제조하거나 은나노를 섬유에 코팅하여 항균섬유를 제조하는 것이 가장 일반적이다.
그런데 PP칩과 은나노를 컴파운딩하여 원사를 뽑는 방식은 원사에 은나노가 견고하게 결합되기는 하지만 은나노가 원사 표면에 제한적으로 노출됨에 따라 항균효능이 낮고, 은나노를 섬유에 코팅하는 방식은 통상적으로 은나노가 함유된 약제를 분무하여 점착시키는 바인딩 처리를 수행함에 따라 은나노 입자가 섬유 표면에서 쉽게 분리되는 문제점이 있다.
아울러 이러한 종래의 일회용 마스크는 다회용으로 사용하기에 부적합할 뿐만 아니라 최근 전세계적으로 급속하게 확산되고 있는 코로나19 바이러스와 같은 유행성 바이러스 감염억제와 예방 효과를 기대하여 외부로부터 접촉되는 병균을 차단하는 수단으로 마스크 착용을 하고 있으나 기존의 마스크로는 여전히 취약하다.
이와 관련된 선행기술로 등록특허 제10-0928232호, 등록특허 10-2014731호 등이 제안된 바 있다.
참고문헌 : 등록특허 제10-0928232호, 참고문헌 : 등록특허 10-2014731호
따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공기중에 떠도는 각종 바이러스 및 세균 그리고 미세먼지 등을 효과적으로 차단하거나 항균처리하여 각종 질병으로 부터 마스크 사용자가 안전하도록 나노물질을 사용하여 제조함으로서 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단을 제조하는 방법 및 이러한 부직포 원단을 활용하여 제조한 다회용 위생 마스크를 제공하는데 목적이 있다.
특히 본 발명은 필터의 기능을 부여하되 미세먼지 및 세균의 차단 효과를 극대화하기 위한 정전기 발생의 증가와 마스크에 흡착되어 있는 바이러스 활동을 무력화시키는 항균 기능을 부여한 마스크 필터용 부직포 원단을 제조하는 방법 및 이러한 부직포 원단을 활용하여 제조한 다회용 위생 마스크를 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 세척이 필요없고 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속하여 다회용으로 사용할 수 있는 마스크 필터용 부직포 원단을 제조하는 방법 및 이러한 부직포 원단을 활용하여 제조한 다회용 위생 마스크를 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
PP(Polypropylene)원사를 고압의 압력챔버 투입하고 PP원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)를 분사하여 결합하는 제1단계; 상기 은나노(nano silver)를 결합(또는 코팅)한 PP원사를 송풍 건조하는 제2단계; 및 상기 건조된 은나노(nano silver)를 결합한 PP원사를 4 ~ 5㎝ 길이의 단섬유로 절단(cutting)하여 스테이플 파이버(staple fiber)를 가공 및 결합하여 부직포(non woven fabric) 원단을 완성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 제1단계의 압력챔버는 100 ~ 130℃의 온도와 1.8kgf/㎠ 압력을 1 ~ 2시간30분 유지하는 챔버이며, 상기 은나노(nanosilver)는 유기실버 형태로 상기 압력챔버 내에 PP원사의 표면에 분사 코팅하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제1단계 이후 제2단계 이전에, 상기 은나노(nano silver)를 결합(또는 코팅)한 PP원사를 세척수로 세척하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1단계는 PP(Polypropylene)원사를 고압의 압력챔버 투입하고 PP원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)와 유기아연을 함께 분사 코팅하는 단계;인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 유기실버와 유기아연은 1:9 ~ 9:1의 중량비율로 투입하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은;
외부로 노출되는 부위의 외피와 사용자의 얼굴쪽을 향하는 내피 사이에 항균기능을 갖는 마스크 필터가 구비되는 마스크에 있어서, 상기 마스크 필터는 PP(Polypropylene)원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)를 고압으로 결합한 부직포(non woven fabric)인 것을 특징으로 하는 다회용 위생 마스크도 제공한다.
이때, 상기 마스크 필터는 PP(Polypropylene)원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)와 나노아연을 고압으로 결합한 부직포(non woven fabric)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노물질을 활용한 마스크는 비말(침방울 등)을 필터링하는 기능외에도 나노물질인 은을 견고하게 결합하여 세척하지 않고서도 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적이면서도 미세먼지 등을 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적이다.
아울러 본 발명에 따르면 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하면서도 세척이 필요없이도 다회용으로 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단을 활용한 다회용 위생 마스크를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단을 활용한 다회용 위생 마스크의 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
이하 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법 및 이를 활용한 다회용 위생 마스크를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명에 따른 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단을 활용한 다회용 위생 마스크(100)는 외피(110)와 내피(120) 사이에 항균기능을 갖는 마스크 필터(130)가 구비된다.
물론 상기 마스크(100)는 외피(110)와 내피(120) 및 마스크 필터(130)로 이루어지는 마스크 몸체(100a)의 양단에 귀에 걸수 있는 공지(公知)의 귀걸이부(140)가 구비된다.
이때, 상기 마스크 필터(130)는 최근 국내외적으로 문제가 되는 미세먼지로 인한 호흡기 질환 및 유행성 바이러스 감염억제와 예방 효과를 장시간 유지할 수 있도록 필터의 기능을 부여하되 미세먼지와 각종 세균의 차단 효과를 극대화할 수 있도록 정전기 발생의 증가와 마스크에 흡착되어 있는 바이러스 활동을 무력화시키는 항균 기능을 부여한 필터를 사용한다.
특히 상기 마스크 필터(130)는 유행성 바이러스의 감염소실효과를 더욱 확대하고 단순한 차단기능과 함께 흡착된 바이러스를 항균처리토록 함으로서 비말(침방울 등)을 필터링하는 기능 외에 직접적 오염제거가 가능하도록 개선된 구조의 필터이다.
이를 위해 상기 마스크 필터(130)용으로 사용되는 부직포 원단은 보다 첨단화된 나노기술을 접목하여 재료가 가지고 있는 기능을 극대화하여 효과를 증대할 수 있도록 금속으로서 항균기능이 우수하고 전하를 소지하고 있는 은(Ag), 정전기 발생에 효과적인 아연(Zn) 등을 나노화하여 결합하여 제조하고, 이를 마스크에 적용한 것이다.
이러한 본 발명의 마스크 필터용 부직포 원단은 기본적으로 마스크로 인한 호흡이 원활하며(비교적) 호흡을 통한 습도를 용이하게 조절하기 위하여 소수성(疏水性; hydrophobicity)을 띤 PP(Polypropylene)가 주재료이며, 이를 이용하여 필터를 제조한다.
상기 PP 부직포(nonwoven fabric)을 제조함에 있어 주 기능인 항균기능이 우수하고 전하를 소지한 은(Ag)과 보조기능으로 정전기 발생에 효과적인 아연(Zn)을 나노기술을 활용하여 PP와 결합을 시켜 마스크 필터용 부직포 원단(Melt Blown)을 제조한다.
이때 사용하는 은(Ag)과 아연(Zn)은 중금속의 폐해를 방지하기 위하여 유기화(有機化)하는데 그 방법은 단백질(protein)과 결합하여 유기실버, 유기아연을 만들어 사용한다.
이하 본 발명의 마스크 필터용 부직포 원단의 제조과정을 구체적으로 설명한다.
우선 PP칩을 이용하여 PP(Polypropylene)원사를 제조한다. 상기 PP원사는 PP칩을 교반 및 용융하여 고압 열풍으로 분사하여 제조가능한 것으로, 공지의 방법으로 제조된다.
이러한 PP원사는 표면의 이물질 등을 제거하기 위해 세척 및 표백을 한 후 후공정인 나노물질의 결합을 용이하게 하도록 정련 등의 과정을 거치게 된다.
이와 같은 고압의 압력챔버 내에서 PP원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)를 분사하여 결합한다. 이때, 상기 압력챔버는 100 ~ 130℃의 온도와 1.8kgf/㎠ 압력을 제공되는 챔버이며, 나노물질인 은나노(nanosilver)는 단백질(protein)과 결합한 유기실버(또는 콜로이드 실버)의 형태로 압력챔버내에서 분사하여 PP원사의 표면에 코팅한다. 이때, 상기 압력챔버는 고온의 스팀을 투입하여 100 ~ 130℃의 온도와 1.8kgf/㎠ 압력조건을 유지하며 1 ~ 2시간30분을 유지함으로서 은나노(nanosilver)가 PP원사의 표면에 강한 결합이 이루어지도록 한다.
이 경우 은나노(nano silver)는 농도 10ppm에서 99.9%의 항균효과를 나타내며, 유기실버를 이용해 PP원사 표면에 은나노(nano silver)를 결합(또는 코팅)하는 방법은 선염을 하는 방식으로 고압에서 결합시킨다. 이때, 은나노 효과 농도는 10ppm의 경우 PP원사 1kg에 1000ppm 농도의 유기실버 원액 10cc를 투여함이 바람직하다.
물론 더 강력한 항균효과를 기대하기 위하여 은나노(nano silver)의 농도를 20ppm으로 PP원사 표면에 결합할 수 있으며, 이 경우 PP원사 1kg에 2000ppm 농도의 유기실버 원액 10cc를 투여할 수 있다.
이와 같이 은나노(nano silver)를 결합(또는 코팅)한 PP원사는 표면에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 세척수(흐르는 물)를 통과시켜 세척하며 송풍 건조한다. 이 경우 상기 송풍은 열풍을 이용하여 습기를 빠르게 제거할 수 있다.
이후 상기 건조된 은나노(nano silver)를 결합한 PP원사는 4 ~ 5㎝ 길이의 단섬유로 절단(cutting)하여 스테이플 파이버(staple fiber)를 가공한다.
이러한 스테이플 파이버(staple fiber)를 결합하여 본 발명의 부직포(non woven fabric) 원단을 완성한다. 이때, 통상의 부직포(non woven fabric) 원단의 제조와 마찬가지로 저융점의 열가소성 섬유인 스테이플 파이버(staple fiber)를 용융시켜 섬유 상호간에 결합시져 부직포(non woven fabric) 원단을 제조한다.
이와 같은 고압의 압력챔버 내에서 PP원사의 표면에 나노물질을 투입하는 경우 항균기능이 우수한 은나노(nanosilver)만을 결합할 수 있도록 유기실버(또는 콜로이드 실버)만 투입할 수 있지만, 미세먼지 포집 효율을 높임은 물론 장시간 그 효능을 유지할 수 있도록 정전기 발생에 효과적인 나노물질 상태의 아연을 함께 분사하여 결합한다.
이때, 상기 압력챔버는 100 ~ 130℃의 온도와 1.8kgf/㎠ 압력을 제공되는 챔버이며, 나노물질 상태의 아연(나노아연)은 단백질(protein)과 결합한 유기아연의 형태로 압력챔버내에서 분사하여 PP원사의 표면에 코팅한다. 이때, 상기 압력챔버는 고온의 스팀을 투입하여 100 ~ 130℃의 온도와 1.8kgf/㎠ 압력조건을 유지하며 1 ~ 2시간30분을 유지함으로서 은나노(nanosilver)가 PP원사의 표면에 강한 결합이 이루어지도록 한다.
이때, 항균기능과 정전기 발생 효율의 비중에 따라 유기실버와 유기아연은 1:9 ~ 9:1의 중량비율로 투입한다. 예를 들어 PP원사 1kg에 유기실버 원액 5cc와 유기아연 원액 5cc를 함께 투여할 수 있으며, 이 경우 총중량 10cc에서 비율을 유기실버와 유기아연의 비중을 가감 조정할 수 있다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명에 따른 마스크의 구조를 설명한다.
마스크는 외부로 노출되는 부위의 외피(110)와 사용자의 얼굴쪽을 향하는 내피(120)를 포함하며, 상기 외피(110)와 내피(120) 사이에 항균기능을 갖는 마스크 필터(130)가 구비된다.
이때, 상기 외피(110)와 내피(120)는 통상의 PP 부직포(nonwoven fabric) 원단을 재단한 것을 사용하며, 상기 마스크 필터(130)는 상기 은나노(nano silver)를 결합한 부직포 원단을 재단하여 사용한다. 물론 상기 외피(110)와 내피(120)는 인체에 무해하고 미세먼지 필터링에 유용하다면 면, 폴리우레탄 등의 다양한 소재로 제작될 수 있다.
이러한 상기 외피(110)와 내피(120) 사이에는 정전기 발생 효과 및 미세먼지 포집효율을 높일 수 있도록 2개 이상의 마스크 필터(130)를 삽입함이 바람직하다.
이와 같이 마스크 형상의 외피(110)와 마스크 필터(130) 및 내피(120)를 적층한 후 이음부위를 초음파 융착 등을 통해 접합하여 마스크(100) 또는 마스크 몸체(100a)를 완성한다.
이때 마스크 몸체(100a)와 귀걸이부(140)가 별도로 제작되는 경우에는 귀걸이부(140)의 양단을 마스크 몸체(100a) 양단에 초음파 융착 등을 통해 접합할 수 있다.
이와 같이 은(Ag), 아연(Zn) 등의 나노물질을 일정함량인 예를 들어 10ppm, 20ppm을 함유한 마스크 필터를 사용하여 마스크(100)를 제조하면, 미세먼지 및 세균 등의 차단에 효과적이다.
이울러, 마스크(100)의 살균정도를 시험 검사하여 나노물질의 농도를 조절하여 마스크 필터(130)를 제조 하던가, 마스크(100)의 등급화를 할 수 있다.
그리고 상기 마스크(100)는 나노기술을 접목하였기 때문에 농도 조절이 수월하여 고기능을 유도할 수 있으며, 나노입자가 항존하고 있기 때문에 일반 항균이나 살균효과가 지속됨은 물론 습도 증기사 정전기 발생이 감소되는 현상도 금속전하가 지속되기 때문에 건조만 되면 세척없이 재사용이 가능하고, 통기가 나노화되어 필터링이 강화되는 것에 비해 차단효과와 장기 사용은 차이가 없으며 호흡의 불편 또한 수월하다.
이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.
100: 마스크 110: 외피
120: 내피 130: 마스크 필터
140: 귀걸이부

Claims (7)

  1. PP(Polypropylene)원사를 고압의 압력챔버 투입하고 PP원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)를 분사하여 결합하는 제1단계;
    상기 은나노(nano silver)를 결합한 PP원사를 송풍 건조하는 제2단계; 및
    상기 건조된 은나노(nano silver)를 결합한 PP원사를 4 ~ 5㎝ 길이의 단섬유로 절단(cutting)하여 스테이플 파이버(staple fiber)를 가공 및 결합하여 부직포(non woven fabric) 원단을 완성하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1단계의 압력챔버는 100 ~ 130℃의 온도와 1.8kgf/㎠ 압력을 1 ~ 2시간30분 유지하는 챔버이며, 상기 은나노(nanosilver)는 유기실버 형태로 상기 압력챔버 내에 PP원사의 표면에 분사 코팅하는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1단계 이후 제2단계 이전에, 상기 은나노(nano silver)를 결합한 PP원사를 세척수로 세척하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1단계는 PP(Polypropylene)원사를 고압의 압력챔버 투입하고 PP원사의 표면에 나노물질인 은나노(nanosilver)와 유기아연을 함께 분사 코팅하는 단계;인 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 마스크 필터용 부직포 원단 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 외부로 노출되는 부위의 외피(110)와 사용자의 얼굴쪽을 향하는 내피(120) 사이에 항균기능을 갖는 마스크 필터(130)가 구비되는 마스크에 있어서;
    상기 마스크 필터(130)는 나노물질인 은나노(nanosilver)를 분사하고 고압으로 결합한 PP(Polypropylene)원사를 4 ~ 5㎝ 길이의 단섬유로 절단(cutting)한 스테이플 파이버(staple fiber)를 결합한 부직포(non woven fabric)로 이루어진 것을 특징으로 하는 다회용 위생 마스크.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 PP(Polypropylene)원사의 표면에는 나노물질인 은나노(nanosilver)와 나노아연이 고압으로 결합되는 것을 특징으로 하는 다회용 위생 마스크.
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