[ 시티저널 허송빈 기자 ] 20회 세척에도 다시 사용할 수 있는 나노 섬유 마스크가 개발됐다.

16일 KAIST는 신소재 공학과 김일두 교수 연구팀이 직경 100~500 nm 크기의 나노 섬유를 직교 내지는 단일 방향으로 정렬시키는 독자 기술 개발로 세탁 후에도 우수한 필터 효율을 유지하는 나노 섬유 멤브레인을 개발했다고 밝혔다.

김 교수 연구팀이 개발한 절연 블럭 전기 방사법은 나노 섬유의 배향성(Alignment)을 제어해 직교 형태의 나노 섬유를 제조할 수 있는 공정이다.

이 직교 형태의 나노 섬유는 공기 필터의 압력 강하를 최소화하고, 여과 효율을 최대화할 수 있는 구조로 기존 무배향성 나노 섬유 소재와 차별성을 갖는다.

특히 직교 형태의 정렬된 나노 섬유 제조 기술은 나노 섬유의 종류, 두께, 밀도 등의 변수 조절로 KF 80~N 95 성능까지 구현하는 특성의 나노 섬유 멤브레인을 제작할 수 있다는 점과 배향성을 지니고 있기 때문에 통기성이 뛰어나고, 얇은 두께에서도 우수한 필터 효율을 가질 수 있다는 점이 장점이다. 

연구팀에 따르면 기존 방식의 공기 필터는 고분자 소재를 멜트블로운(Melt-blown) 공법으로 방사한 후 고전압에 노출하는 공정을 거쳐 완성한다.

따라서 정전식 섬유 필터는 섬유 표면에 형성된 정전기가 시간이 지날 수록 소실되는 문제점이 있어 공기 필터의 초기 성능을 완전하게 보전할 수 없다.

또 수분이나 물이 닿으면 정전기 기능이 사라져 필터 효율이 급격하게 떨어지기 때문에 재사용이 불가능하다.

반면 직교 나노 섬유 기반 마스크는 에탄올 살균 세척 실험 결과 20회 반복 세척 후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지, 여과 성능이 유지되는 것을 확인했다.

20회 손빨래 후에도 나노 섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않음을 관찰을 통해 확인하기도 했다.

특히 이 마스크는 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노 섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균·세척의 경우 한 달 이상 사용이 가능한 장점이 있다.

더불어 겉면 마스크 안쪽에 필터의 삽입 교체가 가능해 10~20회 세척 사용 후 필터를 교체할 수 있고, 손세탁을 통해서도 안전한 마스크 이용이 가능하다.

이 밖에 4000회의 반복적인 굽힘 테스트 후에도 KF 80 이상의 성능을 유지해 기계적인 내구성 역시 우수하다는 점을 실험을 통해 확인했다.

지난 해 2월 설립한 KAIST 교원 창업회사인 ㈜'김일두 연구소는 방향성을 제어한 나노 섬유 멤브레인을 52구 바늘 구멍으로 섬유를 토출하는 롤투롤 (roll-to-roll) 방식의 양산 설비를 구축했다.

이 회사는 35cm의 폭을 갖는 멤브레인을 1시간에 7m 정도 생산이 가능해 하루 평균 1500장 수준의 나노 섬유 마스크 필터를 제조할 수 있다.