빨아 쓰는 '코로나 마스크' 나온다

20번 빨아도 사용할 수 있는 나노섬유 마스크 개발/ 카이스트 김일두 교수팀 "마스크 품귀 문제와 폐기 시 환경 문제 해결에 기여"

코로나19로 세계적인 마스크 품귀 현상을 겪고 있는 가운데 카이스트(KAIST) 신소재공학과 김일두 교수팀이 직경 100∼500나노미터 크기의 나노섬유를 직교 내지는 단일 방향으로 정렬시키는 독자기술 개발을 통해 세탁 후에도 우수한 필터 효율이 잘 유지되는 나노섬유 멤브레인을 개발했다.

16일 카이스트에 따르면 김 교수팀이 개발한 절연블럭 전기방사법은 나노섬유의 배향성을 제어해 직교 형태의 나노섬유를 제조할 수 있는 공정이다. 이 직교 형태의 나노섬유는 공기필터의 압력강하를 최소화하고 여과 효율을 최대화할 수 있는 구조로 기존 무배향성 나노섬유 소재와 차별성을 갖는다. 

특히 직교 형태의 정렬된 나노섬유 제조기술은 나노섬유의 종류, 두께, 밀도 등의 변수 조절을 통해 원하는 특성(KF80~N95 성능까지 구현)의 나노섬유 멤브레인을 제작할 수 있다.또 배향성을 지니고 있어 통기성이 뛰어나고, 얇은 두께에서도 우수한 필터 효율을 가질 수 있다는 것이 큰 장점이다.  

기존의 공기필터는 고분자 소재를 멜트블로운(Melt-blown) 공법으로 방사한 후, 고전압에 노출시키는 공정을 거쳐 완성된다. 따라서 정전식 섬유필터는 섬유 표면에 형성된 정전기가 시간이 지날수록 소실되는 문제점이 있어 공기필터의 초기 성능을 완전하게 보전할 수 없다. 또 수분이나 물이 닿으면 정전기 기능이 사라져, 필터 효율이 급격하게 떨어지기 때문에 재사용이 불가능하다.

반면 직교 나노섬유 기반 마스크는 에탄올 살균 세척 실험 결과 20회 반복 세척후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지하면서 나노섬유의 구조 변화가 전혀 일어나지 않음을 관찰을 통해 확인했다.

특히 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균·세척의 경우 한 달 이상 사용이 가능한 것으로 나타났다.

아울러 겉면마스크 안쪽에 필터의 삽입 교체가 가능해서 10∼20회 세척 사용 후, 필터를 교체할 수 있고 손세탁을 통해서도 안전한 마스크 이용이 가능하다. 이밖에 4000회의 반복적인 굽힘 테스트 후에도 KF80 이상(600nm 입자, 80% 여과 효율)의 성능이 유지되기 때문에 기계적인 내구성 또한 매우 우수하다는 점을 실험을 통해 확인했다.

지난해 2월 설립된 카이스트 교원 창업회사인 ㈜김일두연구소는 방향성이 제어된 나노섬유 멤브레인을 52구 바늘구멍을 통해 섬유를 토출하는 롤투롤 (roll-to-roll) 방식의 양산 설비를 구축했다. 하루 평균 1500장 수준의 나노섬유 마스크 필터를 제조할 수 있다. 

김 교수는 “정열된 나노섬유 기반의 마스크 필터는 에탄올 소독 세척 또는 가벼운 손세탁을 통해 재사용이 가능해 마스크 품귀 문제와 마스크 폐기에서 발생하는 환경 문제를 동시에 해결하는 데 기여할 수 있다”고 말했다. 

대전=임정재 기자 [e-mail]