KAIST, 원심력 이용한 미세섬유 대량생산 공정 개발

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김도현 교수 연구팀이 원심력을 이용한 마이크로 및 나노섬유 대량생산 공정을 개발했다고 23일 밝혔다.

이번 기술 개발로 섬유 대량생산 뿐 아니라 다양한 종류의 섬유가 하나의 필터에 함유된 복합 필터 제조도 가능해져 다양한 분야에 응용될 것으로 기대된다.

고분자 마이크로 및 나노 섬유는 두께가 마이크로미터(μm) 혹은 나노미터(nm) 수준인 섬유다. 최근 코로나바이러스 및 미세먼지 이슈로 마스크의 수요가 점차 증가하면서 동시에 그 필터 재료로 사용되는 고분자 섬유의 수요도 점차 늘어나는 추세다.

특히 고분자 나노 섬유 기반의 마스크 필터는 정전기가 부여되지 않은 상태에서도 기계적 여과를 통해 미세먼지와 코로나 바이러스를 90% 이상 차단할 수 있기에 마스크 필터 분야에서 중요한 소재로 떠오르고 있다.

연구팀은 기존 원심방사 공정을 발전시켜 방사 디스크를 여러 층으로 세분화한 멀티 원심방사 시스템을 고안했다.

먼저 3개의 층을 가진 멀티 원심방사 디스크를 제작했고, 층수가 증가할수록 섬유 생산 속도가 비례하며 증가하는 것을 확인했다.

연구팀은 이 공정을 통해 실험실 규모 기준 머리카락의 1/100 평균두께를 갖는 섬유 생산 속도가 시간당 8~25g으로 증가하는 것을 확인했다. 이는 기존 빠르다고 알려진 전기방사 공정보다 약 300배 더 빠른 속도다.

대량생산된 나노 섬유을 이용한 마스크 필터는 섬유 양에 따라 KF94 등 상용마스크에 준하는 포집 효율과 차압을 가지는 것을 확인했다.

곽병은 석박사통합과정은 "원심방사는 전기방사보다 비용 측면이나 대량생산에 있어 뚜렷한 장점이 있음에도 많이 연구되고 있지 않은 공정ˮ이라며 "이번 연구에서 고안된 멀티 원심방사 시스템을 산업적 규모로 증대시키면 나노 필터의 단가를 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 기대된다ˮ고 설명했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘에이씨에스 매크로 레터스’ 표지논문으로 선정됐다.