코로나마스크(나노마스크)로 한 달후면 마스크 대란 종식할까?

  최장 30번까지, 20번 이상 세탁해도 차단 성능이 유지되어 재사용이 가능한 나노섬유 마스크를 KAIST 신소재공학과 김일두 교수 연구팀에서 개발했다. 마스크 한장으로 최장 한 달 가까이 사용할 수 있을 것이라고 기대된다. 필터만 면마스크에 삽입해서 사용하면 되고 면마스크와 결합된 제품으로도 시판할 수 있다. 나노필터의 시판가 기준은 2000원에 불과하다.

  식약처의 허가가 떨어지면 4월중에 본격적인 양산이 될 것으로 전망하고 있다. 현재는 나노마스크를 1500장 정도 생산을 하지 못하지만 양산이 시작되면 최대 5만장 정도까지 늘린다는 계획을 가지고 있다.

  김 교수 연구팀은 2018년 미세먼지를 막는 나노필터에 대한 특허등록을 마쳤고, 지난해 3월 ‘김일두연구소’라는 이름으로 창업해, 대전 캠퍼스 내에 생산설비까지 갖추고 있다. 현재는 하루 생산량 1500장 수준이지만, 국내외 마스크 대란이 벌어지면서 생산설비 확충에 나서고 있는 것으로 알려졌다.

  기존의 미세먼지 마스크의 경우 정전식 섬유필터를 사용한 것으로 섬유 표면에 형성된 정전기가 시간이 지날수록 소실되는 문제점이 있었다. 그래서 공기필터의 초기 성능을 완전히 보전할 수 없었다. 또 수분이나 물이 닿으면 정전기 기능이 사라져 필터 효율이 급격히 떨어져 재사용이 불가능 했던 것이다.

  하지만 직경 100~500nm 크기를 갖는 ‘나노섬유’를 직교 혹은 단일 방향으로 정렬시키는 독자기술 개발을 통해 세탁 후에도 우수한 필터 효율이 잘 유지되는 나노섬유 멤브레인을 개발한 것이다. 나노섬유는 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세실로, 나노실을 활용할 경우 섬유를 현재보다 100분의 1 정도로 가늘게 만들 수 있다.

  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 설계되어 있다.

  기존 방식의 공기필터는 고분자 소재를 멜트블로운(Melt-blown) 공법인데 이 공법은 방사한 후, 고전압에 노출시키는 공정을 거쳐 완성된다. 정전식 섬유필터는 섬유 표면에 형성된 정전기가 시간이 지날수록 소실되는 문제점이 있어 공기필터의 초기 성능을 완전하게 보전할 수 없었다. 또 수분이나 물이 닿으면 정전기 기능이 사라져 필터 효율이 급격하게 떨어지기 때문에 사실상 재사용이 불가능하다. 세계보건기구(WHO)도 이같은 문제 때문에 1회용 보건마스크의 재사용을 금지하고 있는 것이다.

  김일두 교수 연구팀에 따르면 이번에 개발한 직교 나노섬유 기반 마스크는 에탄올 살균 세척 실험 결과 20회 반복 세척후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지해 여과 성능이 잘 유지된다는 것을 확인됐다. 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않음을 관찰을 통해 확인했다. 이 마스크는 특히 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균·세척의 경우 한 달 이상 사용이 가능한 장점이 있다.

  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.