지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 이재석 교수 연구팀은 고분자에 양성이온을 부착시켜 영구적으로 정전기력을 갖는 고분자 필터 소재 및 미세먼지 저감에 효과적인 항균성 필터를 개발하였다.
일반적인 미세먼지 저감 마스크에 사용되는 필터는 폴리프로필렌을 용융방사하여 부직포를 만들고 거기에 정전기력을 부여하지만, 습기나 알코올, 유분입자, 탄소입자 등에 의해 정전기력이 쉽게 사라지는 단점이 있다.
본 연구에서 개발된 기능성 고분자 소재는 다이폴 모멘트가 높은 양성이온이 고분자에 붙어있어 영구적으로 정전기력을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 나아가 고분자의 특성상 다양한 화학구조의 설계가 가능하여 실내의 미세먼지뿐 아니라 장기적으로 휘발성 유기 물질이나 바이러스가 존재하는 환경에 맞춘 기능성 필터 소재의 개발에 활용할 수 있다.
고분자에 붙어있는 양성이온은 항균성을 가지고 있어 필터가 습기 등에 노출되었을 때 박테리아가 쉽게 번성할 수 있는데 양성이온을 갖는 고분자 필터는 박테리아의 번식을 방지할 수 있다.
본 연구에서는 양성이온이 도입된 고분자를 전기방사를 통해서 나노섬유의 직경을 수백 나노미터 수준으로 제어하여 나노섬유 원단을 제조하였다. 개발한 나노섬유 원단은 뛰어난 항균성(99.90%)과 높은 필터 성능(98.5%/5.8 mmH2O)을 보였다.
이재석 교수는 “현재 코로나19 확산 방지와 미세먼지 저감을 위해 일상적으로 사용하는 마스크에 활용할 수 있는 영구적인 정전기력과 항균력을 가진 새로운 소재의 필터를 개발하였다”면서 “향후 미세먼지 저감을 위한 마스크 뿐 아니라 강력한 항균력을 갖는 마스크 제작에 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구성과는 지스트 이재석 교수(교신저자)의 주도로 산토스 쿠마르 박사와 장요셉 박사(공동 제1저자)가 수행하였고 일부 기업 연구원들이 참여하였으며, 한국연구재단이 지원하는 미세먼지 국가전략프로젝트사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 미국화학회의 나노 응용분야의 저명 학술지인 “ACS 응용 나노 물질(ACS Applied Nano Materials)”에 표지논문으로 최근 게재되었다.
