카이스트 신소재공학과 김일두 교수가 세탁해서 재사용이 가능한 ‘나노섬유 필터를 활용한 마스크’를 개발했다고 카이스트가 16일 발표했다.

‘나노섬유 마스크’를 개발한 김일두 교수는 “우리 딸을 생각하면서 마스크를 개발했다”고 말했다. 과학자로서의 명예를 걸겠다는 마음으로 자신의 이름을 딴 ‘김일두 연구소’를 설립하고 그  이름으로 제품도 개발했다.

김 교수는 6살된 어린 딸이 있다. 기관지가 약해서 미세먼지 방지하기 위해 늘 마스크를 권하지만, 딸은 이내 벗어 버렸다. 숨쉬기 불편하다는 이유에서였다. 이에 김 교수는 아이들도 편하게 숨쉴 수 있는 마스크를 만들어야겠다고 생각하고 ‘김일두 연구소’ 기업을 세웠다.

보통 미세방지용 마스크는 정전기를 이용한다. 부직포에 들어간 정전기가 먼지를 잡아주는 방식인데, 세탁하면 정전기가 사라지기 때문에  기능이 크게 떨어진다.

김일두 연구소가 만든 마스크는 미세먼지를 잡아주는 필터로 '고분자 나노 섬유'를 쓰기 때문에 세탁이 가능하다.

김 교수는 “에탄올 소독의 경우 20번 반복 실험을 해도 5.8% 정도의 적은 성능 저하를 보여, 나노섬유 필터 관리를 잘 하면 재사용이 가능하다”고 설명했다.

미세먼지 방지용으로 시작, 얇아서 착용감 좋아

고분자 나노 섬유 필터는 점도가 높은 고분자 섬유들이 얽혀져서 만들어진 멤브레인이다. 실의 굵기가 300나노 정도여서 일반적인 MB 필터의 1/20 수준으로 훨씬 가늘다.

고분자 나노 섬유는 가스 감지 센서를 만드는 소재로 사용하거나, 천으로 짜서 미세먼지를 걸러주는 마스크 재료로 사용할 수 있다.

특히 고분자 나노섬유를 사용하여 만들어진 세라믹 나노섬유 센서는 감도가 좋아 1ppm 이하 극미량의 가스도 감출할 수 있기 때문에 사람의 호흡에서 나오는 수백 종류의 가스를 감지해서 어떤 질병에 걸렸는지 측정할 수 있다.

또한 이를 마스크로 제작하면 기존 마스크보다 얇은 두께로 미세먼지를 차단할 수 있고 통기성이 좋아 숨쉬기에도 편하다.

특히 김 교수는 세계적으로 가장 앞선 절연 블록 전기 방사 기술을 이용, 나노섬유를 십자 모양으로 교차하거나 일렬로 정렬시켜 세탁 후에도 필터 효율이 떨어지지 않는 나노섬유 필터를 개발했다.

현재 우리나라는 코로나19로 인해 마스크 품귀현상을 겪고 있다. 뿐만 아니라, 차단효과가 높은 KF94 MB필터 마스크의 경우 일회용이 대부분이라 일정 기간 사용하고 나면 버려야 하기 때문에 버려진 마스크로 인한 2차 확산과 폐기 방법에 대한 고민도 뒤따른다.

이에 김 교수가 개발한 재사용이 가능한 나노 섬유 마스크에 대한 국민들의 기대감이 높다. 김 교수는 “현재 설비로는 하루에 필터 1500개 생산이 가능하지만, 앞으로 하루 5만장으로 늘릴 계획”이라고 말했다.

김 교수는 서울에서 태어나 부천고등학교를 졸업한 뒤 한양대학교 무기재료공학과를 수석으로 졸업하고 카이스트에서 석·박사를 마쳤다. 이후 세라믹 분야의 세계적인 대가인 MIT의 해리 털로(Harry Tuller) 교수 실험실에서 박사후과정 연구를 마쳤으며, 현재 미국 화학회에서 발행하는 학술지 ACS나노의 부편집장으로 역임하고 있다.