마스크의 변신은 무죄? 필터 소독 마스크 등 주목

오존가스·에탄올 활용, 살균·소독 신속 기술 개발

청각장애인 등 의사소통 돕는 투명마스크 각광

■재사용 마스크 필터

2020년 초에 호흡기 바이러스인 SARS-CoV-2가 퍼지며 COVID-19의 대규모 유행이 시작되었고, 그 전염을 막기 위해 일상생활을 하는 모든 사람에게 마스크 착용이 요구되고 있다. SARS-CoV-2 바이러스는 플라스틱, 유리, 나무와 같이 수분이 없는 곳에서도 7시간 이상 살아남을 수 있는 강한 생존력을 가지고 있기 때문에, 장시간 마스크를 사용할 경우 바이러스 감염이 촉발될 수 있어서 대부분의 정전방식 마스크는 1회만 사용하도록 권장되고 있다.

이는 엄청난 양의 마스크 기반 플라스틱 쓰레기가 발생하는 원인이 되었으며 이를 해결하기 위해, 다양한 연구기관에서 마스크 필터를 소독하여 바이러스를 효율적으로 제거하고 마스크를 다시 사용하는 방법을 제시하고 있다.

1) 국내 동향

성균관대학교의 박성수 교수 연구진은 플라즈마 생성기를 이용한 오존 가스를 활용하여 코로나바이러스에 노출된 마스크를 1분 안에 신속하게 소독이 가능함을 보고하였다. 특히, 저가 오존 생성기를 이용해도 원활히 소독이 이루어짐을 확인하였다.

포항공대의 차형준 교수 연구진은 에탄올을 이용하여 마스크 소독 전후의 필터 성능을 비교하여 에탄올 소독의 실용성에 대하여 보고하였다. 연구 결과에 의하면 에탄올을 스프레이 형태로 기존 보건용 마스크에 뿌릴 경우 마스크의 성능이 99%에서 83% 이하로 급격하게 떨어지는 반면 나노섬유 기반의 마스크는 에탄올 소독 이후에도 필터 성능의 저하가 거의 없는 것을 보여주었다. 이를 통해 나노섬유 기반 마스크의 재사용 가능성을 강조하였다.

2) 해외 동향

미국의 질병통제예방센터(Centers for Disease Control and Prevention)의 권고사항에 따르면, Filtering Facepiece Respirator(FFR)은 소독이 되면 마스크를 재사용할 수 있다고 하였으나, 구체적인 마스크 소독 방법을 제시하지는 않았다.

그 대신 미국의 국립직업안전위생연구소(National Institute of Occupational Safety & Health)의 보고를 인용하여 에탄올, 열, 자외선, 기체 과산화수소 소독이 필터 성능은 유지하면서 바이러스를 사멸시킬 가능성이 있다고 발표하였으며, 사용한 마스크에 따라 소독 성능이 다를 수 있다고 명시하였다.

미국 하버드 의과대학의 James E. Kirby 교수 연구진은 가정에서 마스크를 소독하는 방법으로 전자레인지를 이용한 소독법을 제시하였다. 보고된 바에 의하면 컵 위에 마스크를 올려놓은 상태로 전자레인지에 노출시킬 경우 바이러스의 활성을 빠르게 감소시킬 수 있으며, 10번에 걸친 소독 후에도 마스크의 필터 성능이 잘 유지됨을 알 수 있었다.

미국 하버드대학교의 Stephen N. Rudnick 교수 연구진은 식당에서 자주 볼 수 있는 자외선 살균기를 이용한 마스크 필터의 살균에 관한 연구를 진행하였다. 마스크 필터를 2분 동안 UV-C(254nm)에 노출시킬 경우 바이러스의 수가 103 단위로 줄어들었다.

미국 University of North Carolina 대학의 Devin Hubbard 교수 연구진은 오존(O3) 가스를 발생시켜 가정에서 마스크를 살균할 수 있는 방법을 제시하였으며, 10ppm의 오존에 30분 노출될 경우 99%의 바이러스가 비활성화되는 것을 확인하였고, 20ppm의 오존에 30분 노출되어도 필터 성능이 단지 5% 수준 이하로 저하되는 것을 확인하였다.

미국 듀크대학의 Sarah Lewis 교수 연구진은 대량의 마스크를 소독하는 방법으로 과산화수소 증기를 이용하였다. 해당 연구에서는 동시에 1,250개의 마스크를 소독할 수 있음을 입증하였고, 12시간 동안에 2,500개의 마스크를 소독할 수 있다고 보고하였다.

그 외, 에탄올을 이용하여 마스크를 소독하는 방법이 COVID-19 발병 초기에 제시되었다. 에탄올을 이용하면 필터를 효과적으로 소독할 수 있으나, 필터의 성능도 급격하게 떨어지기에 정전 방식의 필터 사용의 경우 에탄올 소독에 대한 연구가 지속적으로 진행되지는 않았다.

■투명 마스크

불투명한 마스크를 착용하면 입 모양과 표정을 읽을 수가 없어 의사소통에 제한이 생긴다. 현재 일상생활 속에서도 지속해서 마스크의 착용을 권장하고 있어, 입 모양이 보이는 투명 마스크 개발이 주목을 받고 있다. 투명 마스크는 귀가 들리지 않아 주로 입 모양을 보고 소통하는 청각장애인들에게는 필수적이다.

또한, 안면 노출에 관련한 특정 관습과 문화를 가진 국가나 의사전달이 중요한 직업을 가진 사람들에게도 마스크의 투명성은 중요하다. 투명 마스크는 다음과 같이 3가지 방향성을 가지고 개발되고 있다.

첫째, 투명한 플라스틱 소재를 가림막으로 쓰거나 기존 마스크의 전면에 삽입하여 입 모양 형태를 인식할 수 있도록 만든 ‘플라스틱 투명 마스크’, 둘째, 부드럽고 투명한 플라스틱 소재를 통해 입 부분을 인식할 수 있게 하고, 필터부는 입 이외의 부분에 노출시키는 ‘필터 결합형 투명 마스크’, 셋째, 수백 나노미터 직경 수준의 나노섬유를 필터부로 사용하여 투과성을 높이는 투명 나노섬유 마스크’와 같은 형태로 개발 중이며 소비자들에게 R&D 단계급 제품들이 다양하게 제공되고 있다.

1) 국내 연구 동향

청각장애 재활 전문기관인 하늘샘 치료 교육센터에서는 일반 보건용 마스크를 개량한 투명 마스크를 청각장애인을 위해 손수 제작하였다.

현재 소규모 인터넷 상점 단위로 립뷰 마스크라는 이름으로 판매 중이다. 여름에 통풍성을 강조하여 개발된 나노 방패 마스크는 전기방사 기술로 나노섬유 필터를 제조하여 투명성을 가지고 있으면서 높은 통기성을 유지하는 것이 특징이다. 유토코리아에서는 플라스틱 마스크 형태인 페이스 쉴드를 개발하여 판매 중이며 주로 의료계 종사자 위주로 사용을 하고 있다.

㈜세바파트너스에서 개발한 방탄 투명 마스크는 투명 실리콘 본체에 99.99% 바이러스를 차단이 가능한 필터 교환형 구리 필터를 장착하였고 충전 가능한 통풍팬이 장착된 제품으로 국내 투명 마스크 중에서 가장 많은 기술들이 집약되어있다. 그렇지만 현재 국내의 모든 투명 마스크는 산업통상자원부나 식약처와 같은 관련 기관에서 공식적으로 COVID-19의 방역 효과 또는 안정성에 대해 인정받지 못한 실정이다.

2) 해외 동향

미국 스탠포드대학교의 Yi Cui 교수 연구진에서는 나노섬유를 플라스틱 메쉬 위에 전기 방사하여 대면적의 공기 필터에 대한 연구 결과를 선보였다.

개발된 공기필터는 나노섬유의 얇은 직경 및 두께를 통해 투명성을 가짐과 동시에 미세먼지를 차단할 수 있는 신개념의 창문형 공기필터이다. 특히, 고전압 인가 없이 압축 공기를 활용하여 나노섬유를 만들었다는 점과 이를 플라스틱 메쉬 위에 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 제작한 것은 주목할 만한 연구 성과이다.

더 나아가, 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리비닐피로리돈(PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon) 고분자를 활용하여 투명도에 따른 여과 효율 및 공기 저항에 대한 성능을 확인하였고, 고분자의 분극 특성이 높은 PAN 기반 나노섬유에서 성능이 가장 우수한 것을 확인하였다.

해외 투명 마스크는 COVID-19의 발병자가 많은 미국과 유럽을 중심으로 편의성과 함께 미관상의 거부감이 없는 형태로 다양한 마스크가 개발되고 있다(표 5). 플라스틱 투명 마스크 제품군에 들어가는 Hood mask와 LV shield는 패션에 중점을 둔 형태로 오로지 비말 차단을 중점으로 한다. AIO 마스크는 김서림을 방지하고 숨쉬기 편한 점을 강점으로 하는 마스크다.

Leaf 마스크 , CVILITY 및 CLIU는 필터 결합형 투명 마스크 제품군으로 N95급 및 FFP2급의 마스크 필터를 사용하여 비말차단 및 에어로졸 감염 차단을 고려했고 디자이너들이 마스크 제작에 참여하여 디자인 측면에서 세련미를 높인 것이 특징이다.

■국내외 선도 연구기관

국내외 선도 기관은 다음의 표와 같으며 특정 기관에서 광범위한 연구가 아닌 소규모 기관 단위로 다방면의 연구가 진행되고 있다. (표1,2 참고)

▲ 오존 가스를 이용한 보건용 마스크 소독의 모식도

▲ 에탄올을 이용한 마스크 재활용법

▲ Vincent J. Munster 그룹에서 보고한 조건별 마스크 살균성능

▲ 전자레인지를 활용한 마스크 소독 실험 및 효과

▲ 오존 가스를 이용한 마스크 살균 방법(a) 및 Battelle이 개발한 과산화수소 증기를 사용한 마스크 살균 시스템(b)

▲ 전기 방사 기술을 이용한 롤투롤 투명 필터 제조 연구

▲ 국내 투명마스크 기술개발 동향

▲ 해외 투명 마스크 기술 개발 동향

▲ 표1 마스크관련 소재기술 국내연구기관

▲ 표2 마스크 관련 소재기술 해외 연구기관