카이스트 연구진이 세탁해서 한 달 동안 쓸 수 있는 신소재 마스크 개발에 성공했다.

16일 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김일두 교수팀이 직경 100–500nm(나노미터) 크기를 갖는 나노섬유를 직교와 단일 방향으로 정렬시키는 독자기술을 통해 세탁 후에도 우수한 필터 효율이 잘 유지되는 나노섬유 멤브레인을 개발했다고 밝혔다.

나노섬유는 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세실로, 나노실을 활용할 경우 섬유를 현재보다 100분의 1 정도로 가늘게 만들 수 있다. 업계에서는 이 소재를 기반으로 만든 필터가 제 기능을 발휘할 경우 1회용 마스크 대란을 어느 정도 해소할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

김일두 교수 연구팀이 개발한 절연블럭 전기방사법은 나노섬유의 배향성(Alignment)을 제어해 직교 형태의 나노섬유를 제조할 수 있는 공정이다. 이 직교 형태의 나노섬유는 공기필터의 압력강하를 최소화하고 여과 효율을 최대화할 수 있는 구조다.

김일두 교수팀이 개발한 직교 나노섬유 기반 마스크는 에탄올 살균 세척 실험 결과 20회 반복 세척후에도 초기 여과 효율을 94% 이상 유지해 여과 성능이 잘 유지된다는 것을 확인됐다. 20회 손빨래 후에도 나노섬유 멤브레인의 구조 변화가 전혀 일어나지 않음을 관찰을 통해 확인했다. 이 마스크는 특히 에탄올에 3시간 이상 담가도 나노섬유가 녹거나 멤브레인의 뒤틀림 현상이 없어 에탄올을 이용한 살균·세척의 경우 한 달 이상 사용이 가능한 장점이 있다.

아울러 겉면마스크 안쪽에 필터의 삽입 교체가 가능해서 10~20회 세척 사용 후 필터를 교체할 수 있고 손세탁을 통해서도 안전한 마스크 이용이 가능하다. 이밖에 4000회의 반복적인 굽힘 테스트 후에도 KF80 이상(600nm 입자, 80% 여과 효율)의 성능이 유지되기 때문에 기계적인 내구성 또한 매우 우수하다는 점도 장점이다.

작년 2월 설립된 KAIST 교원 창업회사인 ‘김일두연구소’는 방향성이 제어된 나노섬유 멤브레인을 52구 바늘구멍을 통해 섬유를 토출하는 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 양산 설비를 구축했다. 이 회사는 현재 35cm의 폭을 갖는 멤브레인을 1시간에 7m 정도 생산이 가능해 하루 평균 1500장 수준의 나노섬유 마스크 필터를 제조할 수 있다.

한편 김 교수는 해당 기술의 상용화 위해 식약처에 허가를 요청할 예정이며 생산 설비 확대를 준비하고 있다. 통상 식약처의 허가는 40일 이상이 소요되는 것으로 알려졌다. 다만 국가적 재난 상황인 만큼 식약처의 허가만 빨리 이뤄진다면 한 달 내에 상용화가 가능할 전망이다. 4월 중에는 하루 평균 마스크 생산량도 5만장 수준으로 늘릴 수 있을 것으로 관측된다.

‘마스크 대란’ 등을 감안해 관련 규제와 절차를 간소화 시키면 한 달 내에 허가가 나올 수도 있다. 김 교수는 식약처 허가 상황에 따라 현재 1500장 수준인 생산량을 최대 5만장까지 늘릴 수 있을 것으로 기대하고 있다.