한국과학기술원(KAIST)은 김도현 교수 연구팀이 원심력을 이용해 마스크용 나노섬유 필터를 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
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 필요한데다 1시간당 생산속도도 최대 1 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. 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.
김 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.
김건호 기자 scoop3126@segye.com