한국과학기술원(KAIST), 빨아 쓰는 나노 마스크 개발…"마스크 품귀 현상 해결할 것"

▲부직포-나노섬유필터-부직포 샌드위치 필터의 20회 손세탁 사진. (사진제공=카이스트)

여러 번 물에 세탁해서 재사용할 수 있는 나노 마스크가 개발됐다. 재사용해도 성능이 유지된다는 것이 큰 장점이다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김일두 교수 연구팀은 16일 세탁 후에도 우수한 필터효율을 유지할 수 있는 나노섬유 멤브레인을 개발했다고 밝혔다. 직경 100~500㎚(나노미터) 크기를 갖는 나노섬유를 직교 또는 단일방향으로 정렬시킨 것이 핵심이다.

김 교수 연구팀이 이번에 개발한 기술은 나노섬유의 배향성(Alignment)을 제어해 직교 형태의 나노섬유를 제조할 수 있는 절연블럭 전기방사법이다. 기존 무배향성 나노섬유 소재와 달리 공기필터 압력강하를 최소화하고 여과 효율은 최대화할 수 있는 구조다.

특히, 직교 형태의 정렬된 나노섬유 제조기술은 나노섬유의 종류, 두께, 밀도 등의 변수 조절로 원하는 특성(KF80~N95 성능까지 구현)의 나노섬유 멤브레인을 제작할 수 있다는 것이 장점이다. 통기성이 뛰어나 얇은 두께에서도 우수한 필터 효율을 가진다.

덕분에 여러 번 씻어도 성능에 문제가 없는 것으로 나타났다. 연구팀의 관찰 결과, 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않았다. 에탄올에 3시간 이상 담가둬도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균 및 세척 시에도 한 달 이상 사용할 수 있다고 판단했다.

또한, 겉면마스크 안쪽에 필터의 삽입 교체가 가능해 10~20회 세척 사용 후 필터를 교체할 수 있는 것으로 나타났다. 4000회의 반복적인 굽힘 테스트에서도 KF80 이상(600㎚ 입자·80% 여과 효율)의 성능이 유지돼 기계적인 내구성도 우수하다는 것이 연구진의 설명이다.

연구진은 식약처 승인 등의 관련 절차를 거쳐 이번에 개발한 마스크를 제품화한 뒤 곧바로 양산 대량생산할 계획이다. 또 정렬된 멤브레인에 항균 기능을 부여, 사용 안정성을 더 향상한 고품질 필터를 개발할 방침이다.

김일두 교수는 "정렬된 나노섬유 기반의 마스크 필터는 에탄올 소독 세척 또는 가벼운 손세탁을 통해 재사용이 가능, 마스크 품귀 문제와 마스크 폐기에서 발생하는 환경 문제를 동시에 해결하는데 이바지할 수 있다"고 강조했다.