에탄올 살균ㆍ세척 후 94% 이상 효율 유지ㆍ한 달 이상 사용도
상용시 공적마스크 20일 기준 3000억원 상당 경제적 절감 효과도

정열형 나노섬유 필터가 삽입된 면마스크. 사진=KAIST

[민주신문=허홍국 기자] 20회 세탁해도 성능을 유지하는 나노섬유 마스크가 개발되면서 마스크 ‘품귀현상’의 조기 종식에 도움이 될 것으로 예상된다.

카이스트(KAIST)는 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 나노섬유 멤브레인을 개발했다고 16일 밝혔다.

나노섬유 멤브레인은 개발은 직경 100~500nm 크기를 갖는 나노섬유를 직교 내지는 단일 방향으로 정렬시키는 독자기술이 있어 가능했다.

김 교수 연구팀이 개발한 독자 기술은 절연블럭 전기방사법 방식으로, 나노섬유의 배향성(Alignment)을 제어해 직교 형태의 나노섬유를 제조할 수 있는 공정이다.

이 직교 형태 나노섬유는 공기필터 압력강하를 최소화하고 여과 효율을 최대화할 수 있는 구조를 띠어 기존 무배향성 나노섬유 소재와 차별성을 갖는다.

이런 특성 때문에 나노섬유 종류, 두께, 밀도 등의 변수 조절을 통해 KF80~N95 성능까지 구현할 수 있다.

또 배향성을 지니고 있어 통기성이 뛰어나고, 얇은 두께에서도 우수한 필터 효율을 가질 수 있다.

사진=KAIST

김 교수 연구팀 연구 결과에 의하면 직교 나노섬유 기반 마스크는 에탄올 살균 세척 20회 반복 세척 후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지했다.

또 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인 구조 변화가 전혀 일어나지 않았다.

특히 이 마스크는 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균ㆍ세척의 경우 한 달 이상 사용할 수 있다.

그 밖에 4000회 반복적인 굽힘 테스트 후에도 KF80 이상 (600nm 입자, 80% 여과 효율)의 성능이 유지돼 내구성도 우수한 것으로 확인됐다.

개발된 나노섬유 마스크는 현재 지난해 2월 설립된 KAIST 교원 창업회사인 ㈜‘김일두연구소’에서만 하루 평균 1500장 수준의 나노섬유 마스크 필터 제조가 가능하다.

이 회사는 제어된 나노섬유 멤브레인을 52구 바늘구멍을 통해 섬유를 토출하는 롤투롤 (roll-to-roll)방식의 양산 설비를 구축, 35cm 폭을 갖는 멤브레인을 1시간에 7m 정도 생산한다.

사진=뉴시스

만약 나노섬유 멤브레인 마스크가 본격 생산돼 공급되면 20일간 유통되는 공적마스크 기준으로 약 3000억원 상당의 경제적 절감 효과를 볼 것으로 점쳐진다.

현재 하루당 공적마스크 1000만장 당 유통시 150억원, 20일이면 3000억원 가량의 공적마스크가 유통되고 있지만 품귀현상은 여전하다.

하지만 나노섬유 멤브레인 마스크가 본격 유통되면 마스크 ‘품귀현상’의 조기 종식은 물론 현재 코로나 펜데믹으로 마스크 부족 현상이 세계 곳곳에서 속출하고 있는 만큼 글로벌 수출도 가능해진다. 한 마디로 수출 품목 중 효자 품목으로도 이름을 올릴 가능성이 크다.

여기에 원단이 부직포인 마스크 폐기에 따른 환경문제도 해결할 수 있다는 이점도 있다. 현재마스크는 면이든 부직포든 일반 쓰레기로 분류 소각된다.

하지만 소각 과정에서 일산화탄소 등 해로운 성분이 대기중으로 확산되고, 땅에 묻어도 자연분해까지 수백년이 걸리는 단점이 있다.

이와 관련, 김 교수는 “식약처 승인 등 관련 절차를 거쳐 제품화한 후 곧 양산 설비 증설을 통해 생산량을 늘리고, 정렬된 멤브레인에 항균기능을 부여해 사용 안정성이 더욱 향상된 고품질 필터를 개발할 것”이라고 말했다.

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