코로나 영향으로 썩지 않는 마스크 쓰레기가 환경오염을 유발시키고 있는 가운데 국내 연구진이 한 달 안에 퇴비화 조건에서 100% 자연분해되면서 숨쉬기 편하고 여러 번 사용할 수 있는 N95(미세입자 95% 차단) 성능의 신개념 생분해 마스크 필터를 개발했다.

한국화학연구원은 황성연·오동엽·박제영 박사 연구팀은 대표적 생분해 플라스틱인 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)를 가느다란 나노 섬유와 마이크로 섬유 형태로 뽑은 후 섬유들을 겹쳐 부직포를 만들었다. 이 부직포를 자연에서 추출한 키토산 나노위스커로 코팅해 최종 필터를 완성했다.

우리가 흔히 사용하고 있는 정전기 필터 마스크의 필터는 현재 플라스틱 빨대 소재와 같은 폴리프로필렌으로 만들어져 흙에서 썩지 않는다. 또한 플라스틱 섬유 가닥을 교차시켜 발생하는 정전기로 바이러스나 미세먼지 등을 달라붙는 원리이기 때문에 공기 중 습기나 입김의 수분에 노출되면 필터의 기능이 시간이 지날수록 떨어진다.

또한 플라스틱 섬유 가닥을 빽빽히 교차시켜 바이러스나 미세먼지가 통과하지 못하게 하는 나노섬유 필터의 경우 빈 공간이 좁은 만큼 통기성이 부족해 사람이 숨쉬기 힘들다는 단점이 있다.

연구팀은 이 두 필터 방식의 단점을 보완해서, 습기에 강해 여러번 재사용할 수 있으면서도 숨쉬기 편한 신개념 생분해성 마스크 필터를 만들었다.

새로운 필터는 나노 섬유와 마이크로 섬유를 겹쳐서 그 사이의 공간을 바이러스나 미세먼지가 체에 걸린 것처럼 통과하지 못하게 했다. 기존 나노섬유 필터의 경우 숨쉬기가 답답했는데, 연구팀은 나노보다 조금 더 직경이 큰 마이크로섬유를 같이 활용해서 기공을 크게 해 통기성을 높였다.

키토산 나노위스커 코팅으로 바이러스나 미세먼지 등을 달라붙게 해 외부 물질의 포집 능력을 높였다. 키토산 나노위스커는 양극을 띠는데, 바이러스나 미세먼지 등 외부 물질은 보통 음극을 띤다. 그럼 마치 자석이 끌리듯 음극의 바이러스가 양극의 키토산 코팅에 달라붙어서 마스크를 통과하지 못한다. 정전기가 아니라 전하 원리를 이용하기 때문에 습기에 취약하지 않아 필터 기능이 오래 유지되고 여러 번 재사용할 수 있다.

새로 개발된 필터는 공기중 미립자의 2.5마이크로미터(um) 사이즈 98.3%를 차단하는 것으로 확인됐다. 이는 현재 시중에 판매되고 있는 제품인 N95 필터 성능을 보여준다. 또한 마스크 착용 전과 착용 후의 호흡 압력 차가 59 파스칼(Pa)로 낮게 측정돼, 통기성이 좋은 것으로 나타났다.

또한 사용 후 쓰레기 분해 테스트 결과, 퇴비화 토양에서 28일 이내에 생분해되는 것으로 나타났다. 개발된 필터는 기존 필터(부직포)를 만드는 대표적 두 공정인 멜트블로운 또는 전기방사 공정을 활용해 생산할 수 있기 때문에 대량생산에도 적용할 수 있다.

연구팀은 현재 필터 외에도 콧대 고정 철사, 마스크 풀림 방지 연결고리, 고무줄 등 마스크의 모든 부분을 생분해성 소재로 대체할 수 있는 연구를 추진하고 있다.

한국화학연구원 황성연 바이오화학소재연구단장은 “이 기술은 국내에서 보유한 기술을 응용했기 때문에 아이디어 특허에 가까워 국내 많은 기업들이 제품화에 사용할 수 있길 바란다”며 “ 한편으로는 국내에 아직까지 생분해성 플라스틱을 매립할 수 있는 전용매립장이 없기 때문에 이를 효율적으로 분해시킬 수 있는 퇴비화 매립장이 제도적으로 필요하다”고 말했다.

한편 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF:15.84)’ 3월호에 ‘Biodegradable, efficient, and Breathable Multi-Use Face Mask Filter’ 제목의 표지논문으로 게재됐고 누구나 열람할 수 있다.