영구 정전기력과 항균성 미세먼지 필터 개발

양성이온이 도입된 고분자를 전기방사하여 제조한 나노섬유 원단 현미경 사진.(자료제공: GIST)

광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 신소재공학부 이재석 교수 연구팀이 고분자에 양성이온을 부착시켜 영구적으로 정전기력을 갖는 고분자 필터 소재와 미세먼지 저감에 효과적인 항균성 필터를 개발했다고 지난달 16일 밝혔다.
양성이온은 화학에서 전기적으로 양성과 음성을 모두 가져 중성인 분자를, 정전기력은 전하에 의해 발생하는 입자 사이의 인력을 말한다. 일반적인 미세먼지 저감 마스크에 사용하는 필터는 폴리프로필렌을 용융방사해 부직포를 만들고 정전기력을 부여하지만, 습기나 알코올·유분입자·탄소입자 등에 의해 정전기력이 쉽게 사라지는 단점이 있다고 지스트는 설명했다. 용융방사는 가는 구멍으로 고분자를 압출, 냉각시켜 가늘고 긴 실 모양의 부직포의 섬유를 만드는 과정을 이른다.
이번에 개발된 기능성 고분자 소재는 다이폴 모멘트가 높은 양성이온이 고분자에 붙어있어 영구적으로 정전기력을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 고분자의 특성상 다양한 화학구조의 설계가 가능, 실내의 미세먼지 뿐만 아니라 장기적으로 휘발성 유기 물질이나 바이러스가 존재하는 환경에 맞춘 기능성 필터 소재의 개발에 활용할 수 있다고 지스트는 밝혔다.
다이폴 모멘트는 물리학에서 전하로 이뤄진 물질의 극성을 재는 척도다. 고분자에 붙어있는 양성이온은 항균성을 가지고 있어 필터가 습기 등에 노출됐을 때 박테리아가 쉽게 번성할 수 있는데 양성이온을 갖는 고분자 필터는 박테리아의 번식을 방지할 수 있다. 연구진이 개발한 나노섬유 원단은 뛰어난 항균성(99.90%)과 높은 필터 성능(98.5%/5.8 mmH₂O)을 보였다고 지스트는 설명했다.
이재석 교수는 "현재 코로나19 확산 방지와 미세먼지 저감을 위해 일상적으로 사용하는 마스크에 활용할 수 있는 영구적인 정전기력과 항균력을 가진 새로운 소재의 필터를 개발했다"며 "향후 미세먼지 저감을 위한 마스크뿐만 아니라 강력한 항균력을 갖는 마스크 제작에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 미세먼지 국가전략프로젝트사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 미국화학회의 나노 응용분야의 학술지인 ´Applied Nano Materials‘에 표지논문으로 최근 게재됐다.