"솜사탕 만들 듯 원심력 방사 방식으로 생산속도 30배 높여"

한국과학기술원(KAIST)은 김도현 교수 연구팀이 원심력을 이용해 마스크용 나노섬유 필터를 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

최근 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태로 세탁해 재사용할 수 있는 고분자 마이크로·나노섬유 기반 마스크 필터가 주목을 받고 있다.

섬유가 무작위로 얽힌 부직포 형태의 기존 멜트블로운 필터는 필터를 여러 장 겹쳐야 해 숨쉬기가 어렵고, 정전기 방식이라 수분에 약해 시간이 갈수록 효율이 떨어지는 문제가 있다.

매우 얇은 고분자 나노섬유 기반 필터는 정전기 없이 기계적 여과를 통해 미세먼지와 바이러스를 90% 이상 차단할 수 있다.

정전기 기반 마스크 필터와 달리 수분에 의해 미세먼지 포집 효율이 떨어지지 않기 때문에 여러 차례 재사용이 가능하다.

하지만 매우 얇은 섬유를 만들기 위해서는 수십㎸(킬로볼트)의 고전압이 필요한 데다 1시간당 생산속도도 최대 1ｇ 정도에 불과해 대량 생산이 어렵다는 한계가 있다.

연구팀은 솜사탕 기계처럼 고분자 용액을 회전해 배출하는 방식의 원심 방사 디스크(원판) 시스템을 개발했다.

디스크를 3개 층으로 만들어 나노섬유 필터의 생산속도를 획기적으로 높였다.

이번에 개발한 공정을 적용해 1시간당 머리카락 굵기의 100분의 1 정도인 500㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 두께의 나노섬유 25ｇ을 생산하는 데 성공했다.

이는 KF94 마스크 필터 30개에 해당하는 양으로, 기존 전기방사 공정 생산량의 약 30배에 달하는 수치이다.

연구팀이 개발한 필터는 침방울(비말)을 완벽하게 차단할 수 있으며, 사용된 섬유 양에 따라 KF80 이상의 포집 효율을 갖는 것으로 나타났다.

김도현 교수는 "나노 필터 마스크 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 기술"이라며 "추후 나노물질의 인체 안정성이 입증되면 필터 대량생산 공정에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '미국화학회 매크로 레터스'(ACS Macro Letters) 이달 호 표지논문으로 선정됐다.

/연합뉴스