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20회 손빨래 가능한 나노섬유 마스크 필터 개발


KAIST 김일두연구소, 마스크용 정렬형 나노섬유 멤브레인 선봬

[아이뉴스24 최상국 기자] 20회 손빨래 이후에도 KF80 이상의 성능을 유지하는 새로운 방식의 마스크 필터가 개발됐다.

KAIST 신소재공학과 김일두 교수 연구팀은 직경 100~500 나노미터 크기를 갖는 나노섬유를 직교 또는 단일 방향으로 정렬시키는 기술을 개발, 세탁 후에도 우수한 필터 효율이 유지되는 나노섬유 멤브레인을 개발했다고 16일 밝혔다.

부직포-나노섬유필터-부직포 샌드위치 필터의 20회 손세탁 사진 [KAIST]
부직포-나노섬유필터-부직포 샌드위치 필터의 20회 손세탁 사진 [KAIST]

김일두 교수 연구팀이 개발한 절연블럭 전기방사법은 나노섬유의 배향성을 제어해 직교 형태의 나노섬유를 제조할 수 있는 공정이다. 연구팀은 직교 형태의 나노섬유는 기존 무배향성 나노섬유와 달리 공기필터의 압력강하를 최소화하고 여과 효율을 최대화할 수 있다고 설명했다.

특히 나노섬유의 종류, 두께, 밀도 등을 조절해 KF80에서 N95 성능까지 다양한 성능의 나노섬유 멤브레인을 제작할 수 있으며, 배향성을 지니고 있기 때문에 통기성이 뛰어나고, 얇은 두께에서도 우수한 필터 효율을 가질 수 있는 것이 장점이다.

기존의 마스크용 정전식 공기필터는 고분자 소재를 멜트블로운(Melt-blown) 공법으로 방사한 후, 고전압에 노출시키는 공정을 거쳐 완성된다. 정전식 필터는 섬유 표면에 형성된 정전기가 시간에 따라 소실되며 수분에 닿으면 정전 기능이 사라져 필터 효율이 급격하게 떨어지기 때문에 재사용이 불가능하다.

연구팀이 개발한 직교 나노섬유 기반 마스크는 에탄올 살균 세척 실험 결과 20회 반복 세척후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지했으며, 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않았다. 특히 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균/세척의 경우 한 달 이상 사용할 수 있다.

내구성도 뛰어나 4천회의 반복적인 굽힘 테스트 후에도 KF80 이상의 성능이 유지되는 것을 실험을 통해 확인했다.

나노섬유 필터가 삽입된 면마스크. 면마스크에 나노섬유 필터를 교체 삽입해 반복적으로 사용할 수 있다. [KAIST]
나노섬유 필터가 삽입된 면마스크. 면마스크에 나노섬유 필터를 교체 삽입해 반복적으로 사용할 수 있다. [KAIST]

김일두 교수는 작년 2월 설립한 KAIST 교원 창업회사인 ‘김일두연구소’에서 방향성이 제어된 나노섬유 멤브레인을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 양산할 수 있는 설비를 구축했다고 밝혔다. 35cm 폭의 멤브레인을 1시간에 7m 정도 생산이 가능한 규모로, 하루 평균 1천500장 수준의 나노섬유 마스크 필터를 제조할 수 있다.

김일두 교수는“정렬된 나노섬유 기반의 마스크 필터는 에탄올 소독 세척 또는 가벼운 손세탁을 통해 재사용이 가능하므로 마스크 품귀 문제와 마스크 폐기에서 발생하는 환경 문제를 동시에 해결하는데 기여할 수 있다”면서 “식약처 승인을 거쳐 제품화한 후 생산량을 늘리는 한편 멤브레인에 항균기능을 부여해 사용 안정성이 더욱 향상된 고품질 필터를 개발할 것”이라고 밝혔다.

최상국 기자 skchoi@inews24.com






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