식약처 허가 나면 고품질 필터도 개발해 내달 하루 5만장 생산
국내 연구진이 세탁해서 한 달 정도 쓸 수 있는 신소재에 기반한 마스크 개발에 성공했다. 식약처의 허가가 빨리 이뤄지면 한 달 내 상용화가 가능해 4월 중 하루 평균 5만장씩 생산할 전망이다.
한국과학기술원(KAIST)는 김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 나노섬유를 직교 혹은 단일 방향으로 정렬시키는 독자 기술개발을 통해 세탁 후에도 필터 효율이 유지되는 마스크를 개발했다고 16일 밝혔다.
나노섬유는 지름이 수십~수백 나노미터로 미세한 초극세실이다. 나노실을 활용하면 섬유를 현재보다 100분의 1 정도로 가늘게 만들 수 있다. 업계는 이 소재를 기반으로 만든 필터가 제 기능을 발휘하면 1회용 마스크 대란을 어느 정도 해소할 것으로 기대한다.
김일두 교수 연구팀이 개발한 절연블럭 전기방사법은 직교 형태의 나노섬유를 제조할 수 있는 공정이다. 직교 형태의 나노섬유는 공기필터의 압력 강하를 최소화하고 여과 효율은 최대화하는 구조다.
기존 방식의 공기필터는 고분자 소재를 멜트블로운(Melt-blown) 공법으로 방사한 뒤 고전압에 노출시키는 공정으로 완성된다. 정전식 섬유필터는 섬유 표면에 형성된 정전기가 시간이 지날수록 소실돼 공기필터의 초기 성능을 온전히 보전할 수 없다. 또 수분이나 물에 닿으면 정전기 기능이 사라져 필터 효율이 급격하게 떨어져 재사용이 어렵다. 세계보건기구(WHO)도 이런 문제 때문에 1회용 보건마스크 재사용을 금하고 있다.
김일두 교수 연구팀은 직교 나노섬유 기반 마스크가 에탄올 살균세척을 20회 반복한 뒤에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지한다는 점을 확인됐다. 또 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않음을 확인했다. 이 마스크는 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용해 살균·세척하면 한 달 이상 사용이 가능하다.
아울러 겉면마스크 안쪽에 필터 삽입 교체가 가능해서 10~20회 세척 사용한 뒤 필터를 교체할 수 있고, 손세탁을 통해서도 안전한 마스크 이용이 가능하다. 4000회 반복적인 굽힘 테스트 후에도 KF80 이상(600nm 입자, 80% 여과 효율)의 성능이 유지돼 기계적인 내구성 도 우수함을 실험으로 확인했다.
지난해 2월 설립된 KAIST 교원 창업회사 ‘김일두연구소’는 방향성이 제어된 나노섬유 멤브레인을 52구 바늘구멍을 통해 섬유를 토출하는 롤투롤(roll-to-roll) 방식 양산 설비를 구축했다. 35cm 폭의 멤브레인을 1시간에 7m 정도 생산할 수 있어 하루 평균 1500장의 나노섬유 마스크 필터를 제조할 수 있다.
연구소는 식약처 승인 등 관련 절차를 거쳐 제품화한 뒤 양산 설비 증설을 통해 생산량을 늘리는 한편 정렬된 멤브레인에 항균 기능을 부여해 안정성이 향상된 고품질 필터를 개발하겠다고 밝혔다. 연구소는 식약처의 승인이 나면 현재 1500장 수준인 생산량을 최대 5만장까지 늘릴 계획이다.
