나노 섬유 필터와 멜트블로운 필터의 알코올(에탄올) 세정 후 여과 효율. (포스텍 제공)/그린포스트코리아
나노 섬유 필터와 멜트블로운 필터의 알코올(에탄올) 세정 후 여과 효율. (포스텍 제공)/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 김동수 기자] 코로나19 사태로 마스크가 생활필수품이 된 가운데, 나노 섬유 마스크의 경우 알코올(에탄올)로 씻어내도 10회 재사용이 가능한 것으로 나타났다.

포항공과대학교(이하 포스텍) 화학공학과 차형준 교수 연구팀과 일본 신슈대학교(Shinshu Univ) 김익수 교수 연구팀은 공동으로 마스크 필터의 세정 처리 이후 여과 효율, 기류 속도, 표면 및 형태학적 특성 등 성능을 분석했다고 밝혔다.

연구팀은 마스크 필터에 75% 에탄올을 뿌리거나 담근 후 자연 건조하는 방법으로 결과를 검증했다. 

N95 마스크에 주로 사용되는 멜트블로운(melt blown) 필터와 전기방사 공정으로 생산되는 나노섬유(nanofiber) 필터를 조사한 결과, 두 필터 소재 모두 에탄올 용액을 3회 이상 분무하거나 에탄올 용액에 5분 이상 담가두는 것만으로도 필터 내부에 남아 있을 수 있는 병원체가 효과적으로 억제됐다.

두 마스크 필터 소재 모두 최초 사용했을 때 여과 효율은 95% 이상으로 측정돼 착용자의 호흡기를 효과적으로 보호할 수 있음을 보였다. 또한, 표면에 물이 잘 붙지 못하는 특성이 있어 마스크가 습기와 침(비말) 등에 젖는 습윤 현상이 방지되는 것을 두 소재에서 모두 확인했다.

하지만 멜트블로운 필터의 여과 효율은 에탄올 용액으로 세정한 후 재사용 했을 때 최대 64%까지 줄었다. 반면, 나노 섬유 필터의 경우 에탄올 스프레이 세정을 통해 10회 재사용하거나 에탄올에 24시간 동안 담가둔 후 재사용해도 여과 효율이 거의 그대로 유지됐다.

공동연구팀은 이러한 결과에 대해 세정 후 필터의 정전기 감소 현상 때문이라고 설명했다. 멜트블로운 필터는 입자를 여과할 때 표면의 정전기 효과에 일부 의존한다. 

하지만 나노 섬유는 정전기에 의존하지 않고 표면의 형태학적 특성과 기공 크기에 따라 여과하며 나노 섬유 소재가 에탄올에 변형되지 않는다. 또한, 인간 피부세포 및 혈관 세포를 활용한 생물학적 안전성(biosafety) 실험에서도 세포독성(cytotoxicity)이 없음을 확인했다.

포스텍 차형준 교수는 “이번 연구는 최근 화제가 되고 있는 나노 섬유 마스크의 생물학적 안전성과 세정 후 여과 효율성 유지 등을 실험으로 검증한 실험”이라고 설명했다. 

신슈대학교 김익수 교수는 “앞으로 다가올지도 모를 2차, 3차 코로나 사태에 있어 나노 섬유 마스크가 감염 예방의 한 수단으로서 모두에게 도움이 되었으면 좋겠다”고 덧붙였다. 

이번 연구 결과는 ‘ACS 응용 나노소재(ACS Applied Nano Materials)’에 온라인 게재됐다.

마스크 필터의 세정 처리 이후 여과 효율, 기류 속도, 표면 및 형태학적 특성 등 성능을 분석한 포스텍 차형준 교수(左)와 신슈대학교 김익수 교수(右). (포스텍 제공)/그린포스트코리아
마스크 필터의 세정 처리 이후 여과 효율, 기류 속도, 표면 및 형태학적 특성 등 성능을 분석한 포스텍 차형준 교수(左)와 신슈대학교 김익수 교수(右). (포스텍 제공)/그린포스트코리아

 

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