최근 코로나19로 필수품이 돼버린 마스크는 일회성이기 때문에 경제적인 측면에서 효율적이지 않다.

이런 가운데 포스텍과 일본 신슈대학교 공동연구팀이 알코올을 뿌려 재사용 가능한 ‘나노섬유 마스크’를 개발해 관심을 끌고 있다.

차형준<사진> 포스텍 화학공학과 교수 연구팀은 신슈대학 연구팀과 공동으로 마스크 필터의 세정 처리 이후 여과 효율, 기류 속도, 표면 및 형태학적 특성 등 성능을 분석했다.

연구팀은 마스크 필터에 75% 에탄올을 뿌린 후 자연 건조하는 방법과 마스크 필터를 75% 에탄올에 담근 후 자연 건조하는 방법으로 세정처리 후 결과를 검증했다.

N95 마스크에 주로 사용되는 멜트블로운 필터와 전기방사 공정으로 생산되는 나노섬유 필터를 조사한 결과 두 필터 소재에서 모두 에탄올 용액을 3회 이상 분무하거나 에탄올 용액에 5분 이상 담가두는 것만으로도 마스크 필터 내부에 잔존할 수 있는 병원체가 효과적으로 억제되는 것으로 나타났다.

두 마스크 필터 소재 모두 최초 사용했을 때 여과 효율은 95% 이상으로 측정돼 착용자의 호흡기를 효과적으로 보호할 수 있음을 보였다.

또 표면에 물이 잘 붙지 못하는 특성이 있어 마스크가 습기와 침 등에 젖는 습윤현상이 방지되는 것을 두 소재에서 모두 확인했다.

그러나 멜트블로운 필터의 여과 효율은 에탄올 용액으로 세정한 후 재사용했을 때 최대 64%까지 줄었다.

반면 나노섬유 필터의 경우 에탄올 스프레이 세정을 통해 10회 재사용하거나 에탄올에 24시간 동안 담가둔 후 재사용해도 여과 효율이 거의 그대로 유지됐다.

공동연구팀은 이러한 차이는 세정 후 필터의 정전기가 감소하는 현상때문이라고 설명했다.

멜트블로운 필터는 입자를 여과할 때 표면의 정전기 효과에 일부 의존한다. 하지만 나노섬유는 정전기에 의존하지 않고 표면의 형태학적 특성과 기공 크기에 따라 여과하며 나노섬유 소재가 에탄올에 변형되지 않는다.

나노섬유 필터는 멜트블로운 필터에 비해 열 방출, 이산화탄소 배출 능력이 높아 훨씬 호흡하기 편하다.

또 인간 피부세포 및 혈관세포를 활용한 생물학적 안전성 실험에서도 세포독성이 없음을 확인했다.

이를 종합하면 두 마스크 필터 모두 처음 사용할 때는 여과 성능이 비슷하지만 나노섬유 필터만이 집에서도 간단한 에탄올 세정을 통해 여러번 재사용 할 수 있다는 결론을 내릴 수 있었다.

차형준 교수는 “이 연구는 최근 화제가 되고 있는 나노섬유 마스크의 생물학적 안전성과 세정 후 여과 효율성 유지 등을 실험으로 검증한 실험이다”며 연구 의의를 설명했다.

한편 이번 연구는 최근 미국화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ACS 응용나노소재’에 온라인 게재됐다.