카이스트 연구진, “20번 이상 빨아도 성능 유지되는” 나노 마스크 필터 개발
카이스트 연구진, “20번 이상 빨아도 성능 유지되는” 나노 마스크 필터 개발
  • 정인옥 기자
  • 승인 2020.03.17 11:36
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비누 손세탁 20회 뒤의 미세구조 변화 사진(나노섬유의 형상에 변화가 없다).ⓒ뉴시스
비누 손세탁 20회 뒤의 미세구조 변화 사진(나노섬유의 형상에 변화가 없다).ⓒ뉴시스

 

[뉴스토피아 정인옥 기자]신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 인한 마스크 대란이 이어지고 있는 가운데 카이스트 연구진이 여러 번 빨아도 기능이 유지되는 마스크 필터를 개발해 화제다.

스무번 이상 빨아 사용해도 성능이 그대로 유지되는 나노섬유 마스크가 그것. 이는 일회용에 그치고 있는 기존 정전기식 필터 마스크의 단점을 해소한 것으로, 코로나19(COVID-19) 확산에 따른 마스크 수요 폭증에 대처할 신기술 제품으로 주목받고 있다.

16일, 카이스트 신소재공학과 김일두 교수 연구팀은 직경 100 – 500 nm 크기를 갖는 나노섬유를 직교 내지는 단일 방향으로 정렬시키는 독자기술 개발을 통해 세탁 후에도 우수한 필터 효율이 잘 유지되는 나노섬유 멤브레인을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 나노섬유의 종류, 두께, 밀도 등을 조절하면 KF80, KF94, N95(의료용 마스크) 등 다양한 성능의 필터를 구현할 수 있으며, 기존 나노섬유에 비해 통기성이 뛰어나 숨쉬기가 좋은 장점도 있다고 설명했다.

김일두 교수 연구팀이 개발한 절연블럭 전기방사법은 나노섬유의 배향성(Alignment)을 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 차별화되는 것으로 알려졌다.

기존 방식의 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 세척 후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지, 여과 성능에 변함이 없었고 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않았다고 밝혔다.

김일두 교수는 "야구장에 있는 그물을 생각하면 된다. (필터가) 굉장히 촘촘하기 때문에 파티클(입자)들을 물리적으로 걸러낼 수 있는 효과를 가지게 되는 것"이라고 설명했다.

이 마스크는 특히 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균/세척의 경우 한 달 이상 사용이 가능하다는 것이 연구진의 설명이다. 또 필터를 4000번 굽혀도 KF80 마스크(600nm 입자, 80% 여과 효율) 이상의 성능이 유지된다고 한다.

김일두 교수는 “곧 식약처 승인 등의 관련 절차를 밟아 승인이 나는 대로 곧 양산 설비 증설을 통해 생산량을 늘리는 제품화 작업에 착수할 계획"이라며 "항균기능을 부여해 사용 안정성이 더욱 향상된 고품질 필터를 개발할 것”이라고 밝혔다.


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