최근 코로나19로 사회적 거리두기와 마스크 착용이 생활화되면서 많은 사람들이 마스크 품귀현상으로 어려움을 겪고 있습니다. 마스크 5부제를 시행하고 있지만 물량 공급이 넉넉치 않아 매일 아침 약국에 줄을 서서 마스크를 구매하는 일이 비일비재하죠. 다행히도 마스크 대란을 종식시킬 기술들이 연구되고 있습니다. 오늘 막 발표된 '나노 섬유 마스크'를 소개합니다.
20번 빨아쓸 수 있는 '나노섬유 마스크'
오늘(16일) KAIST 신소재공학과 김일두 교수와 연구진이 100nm~500nm 사이즈의 나노섬유를 단일방향/직교 정렬시키는 기술을 개발하여 세탁 후에도 필터 효율이 우수한 나노섬유 맴브레인 개발에 성공했다고 밝혔습니다.
본 마스크는 에탄올을 이용한 살균세척에도 94% 이상의 여과 효율이 유지되었으며 20회의 손빨래 후에도 나노섬유 맴브레인의 구조에 전혀 변화가 없음을 확인했습니다. 특히 에탄올에 3시간 이상 담궈 두어도 나노섬유나 멤브레인에 뒤틀림 현상이 발생하지 않기 때문에, 에탄올을 이용하여 살균 세척할 경우 한 달 이상 재사용이 가능하다고 합니다.
이미 나노 멤브레인 섬유를 생산하는 양산 설비가 구축되어있어 식약처 승인 등의 관련 절차만 거치면 빠른 시일 내에 제품화가 가능할 것으로 예상이 됩니다. 1장당 대략 2000원 안팎에 시판 가능성이 논의되고 있다는데요. 나노섬유 마스크가 상용화되면 마스크 대란 해소에 큰 역할을 해낼 것으로 기대됩니다.
기존 KF 마스크 여과 원리
'나노섬유 마스크'가 왜 좋은지 좀 더 구체적으로 알아보기 위해서는 기존 KF 마스크의 여가 원리를 이해해야 합니다.
일반적으로 입자가 작은 미세먼지는 공기의 흐름과 관계없이 불규칙하게 움직이는 '브라운 운동'을 하다가 섬유 조직에 흡착되어 걸러집니다. 그러나 섬유 조직을 촘촘히하면 숨을 쉬기가 어렵기 때문에, 섬유 조직을 촘촘하게 하는 데에는 한계가 있기 때문에 0.1~1㎛ 크기의 초미세먼지 입자를 필터링하기 위해 다른 기술을 고안해냅니다.
그것이 바로 현재 대부분의 KF 마스크에 사용되고 있는 정전식 섬유필터입니다. 정전식 필터의 고분자 소재를 25,000 V 이상의 초고압 전류로 정전처리하여 극성을 띠고 있는 미세먼지가 필터 정전기적 힘에 의하여 포집되는 것이지요. 실제 교통, 산업 활동 등으로 생기는 대부분의 미세먼지는 질산염(NO3-), 암모늄(NH4+), 황산염(SO42-) 등의 이온 성분과 탄소화합물, 금속화합물로 순간적으로 전기적인 전하를 갖기 쉬운 형태입니다. 가정에서 쓰이는 공기청정기 역시 유사한 원리로 여과합니다.
그러나 정전기식 필터는 시간이 지날수록 필터의 표면에 형성된 정전기장이 소실되는 문제가 있습니다. 또한 물이 닿았을 때 필터 내부의 정전기가 모두 사라지고 섬유 조직도 뭉치게 되어 마스크의 기능을 할 수 없습니다. 때문에 세척 및 소독을 통한 재사용이 불가합니다.
기존 KF 마스크 여과 원리
김일두 교수 연구진이 개발한 필터에는 절연블럭 전기방사법이 활용되었습니다. 나노섬유 맴브레인의 배향성을 제어하여 직교 형태의 나노섬유를 제조함으로써 공기필터의 압력강하를 낮추고 여과 효율을 극대화하였습니다. 또한 나노섬유의 종류, 두께, 밀도 등의 특징을 조절하여 원하는 성능의 마스크를 구현할 수 있으며, 배향성이 있어 통기성이 뛰어나고 얇다는 장점이 있습니다.
사진을 보시면 손세탁 전과 20회 후의 나노섬유 맴브레인의 배향성이 크게 차이나지 않는 것을 확인할 수 있습니다. 빠르게 상용화되어 전세계적인 마스크 대란 상황을 진정시킬 수 있다면 하는 바람입니다 :)
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