많은 사람들이 수술용 마스크와 N95 마스크의 핵심은 중간층인 멜트블로운 코튼이라는 걸 알고 있습니다.
아직도 모르시겠다면, 먼저 간략하게 살펴보겠습니다. 수술용 마스크는 세 겹으로 되어 있는데, 바깥 두 겹은 스펀본드 부직포이고 가운데 겹은 멜트블로운 면입니다. 스펀본드 부직포든 멜트블로운 면이든 면이 아니라 플라스틱 폴리프로필렌(PP)으로 만들어집니다.
노스캐롤라이나 주립대학교 부직포 소재 연구소 부소장이자 재료과학 교수인 베남 푸르데이히미는 수술용 마스크의 부직포 앞면과 뒷면 층은 미생물을 걸러내는 기능이 없다고 설명했습니다. 액적만 차단할 수 있고, 멜트블로운 면의 중간층만이 박테리아를 걸러내는 기능을 합니다.
멜트블로운 부직포의 필터링 기능.
실제로 섬유의 여과 효율(FE)은 섬유의 평균 직경과 충전 밀도에 의해 결정됩니다. 섬유 직경이 작을수록 여과 효율이 높아집니다.
멜트블로운 면으로 마감된 섬유의 직경은 약 0.5~10마이크론인 반면, 스펀본드 층으로 마감된 섬유의 직경은 약 20마이크론입니다. 초극세사 섬유 덕분에 멜트블로운 면은 넓은 표면적을 가지고 있어 다양한 미세 입자를 흡착할 수 있습니다. 더욱 놀라운 점은 멜트블로운 면은 비교적 통기성이 좋아 마스크 필터 소재로 적합한 반면, 스펀본드 부직포는 그렇지 않다는 것입니다.
이 두 가지 유형의 제조 공정을 살펴보겠습니다.부직포.
스펀본드 부직포를 제조할 때 폴리프로필렌을 녹여 실크로 뽑아내면 메시가 형성됩니다. 스펀본드 부직포에 비해 멜트블로운 면은 훨씬 더 진보된 기술을 가지고 있으며, 실제로 멜트블로운 기술은 현재 마이크론 크기의 섬유를 대량 생산하는 데 사용되는 유일한 기술입니다.
멜트블로운 코튼의 제조 공정
이 기계는 매우 작은 개구부 용융 분사 노즐에서 용융 폴리프로필렌을 분사하는 고속 열풍 흐름을 생성할 수 있으며 이는 분무와 동일한 효과를 냅니다.
안개처럼 뿌연 초극세사 섬유가 롤러나 판에 모여 멜트블로운 부직포를 형성합니다. 사실 멜트블로운 기술의 영감은 자연에서 비롯됩니다. 자연이 멜트블로운 소재를 만들어낸다는 사실은 아마 모르실 겁니다. 화산 분화구 근처에는 종종 이상하게 생긴 가발들이 있는데, 바로 펠레의 머리카락인데, 화산의 뜨거운 바람에 날려 온 현무암 마그마로 만들어졌습니다.
1950년대 미국 해군연구소(NRL)는 방사성 물질 여과용 섬유 제조에 멜트블로운 기술을 처음 사용했습니다. 오늘날 멜트블로운 기술은 물과 가스를 여과하는 필터 소재뿐만 아니라 미네랄울과 같은 산업용 단열재 제조에도 사용됩니다. 그러나 멜트블로운 면 자체의 여과 효율은 약 25%에 불과합니다. N95 마스크의 95% 여과 효율은 어떻게 탄생했을까요?
이는 의료용 멜트블로운 코튼 제조 공정에서 중요한 단계인 정전기 분극 처리입니다.
즉, 앞서 말씀드렸듯이 마스크의 여과 효율은 직경과 충전 밀도에 따라 달라집니다. 하지만 너무 촘촘하게 짜여 있으면 마스크가 통기성이 떨어져 착용자가 불편함을 느끼게 됩니다. 정전기 분극 처리를 하지 않으면, 숨 막힘을 덜 느끼게 해주는 멜트블로운 소재의 여과 효율은 25%에 불과합니다.
여과 효율성을 보장하는 동시에 통기성을 개선하려면 어떻게 해야 할까요?
1995년, 테네시 대학의 공학 과학자 피터 P. 차이는 산업용 여과에 사용되는 정전기 집진 기술이라는 아이디어를 내놓았습니다.
산업계(공장 굴뚝 등)에서 엔지니어는 전기장을 이용해 입자를 대전시킨 다음 전력망을 이용해 입자를 빨아들여 매우 작은 입자를 걸러냅니다.
전기 집진기 기술을 사용하여 공기를 여과합니다.
이 기술에 영감을 받아 많은 사람들이 플라스틱 섬유에 전기를 공급하려고 시도했지만 성공하지 못했습니다. 하지만 차이빙이는 이를 해냈습니다. 그는 플라스틱을 대전시키는 방법을 발명하여 공기를 이온화하고 멜트블로운 직물에 정전기를 발생시켜 피카츄처럼 영구적으로 대전된 물질인 일렉트릿을 만들어냈습니다.
피카츄로 변신한 후 피카츄 멜트블로운 천 한 겹은 전기 없이도 10겹까지 겹칠 수 있을 뿐만 아니라, 코로나19와 같은 직경 100nm 정도의 입자도 끌어당긴다.
차이빙이의 기술로 N95 마스크가 탄생했다고 할 수 있습니다. 전 세계 수십억 명의 생명이 이 기술로 보호받고 있습니다.
우연히도, 차이빙이의 정전기 대전 기술은 코로나 정전기 대전이라고 불리기도 하는데, 이는 코로나바이러스와 같은 종류의 코로나이지만, 여기서 코로나는 코로나를 의미합니다.
의료용 멜트블로운 코튼의 제조 과정을 살펴보면 그 기술적 어려움을 이해하게 될 것입니다. 사실, 멜트블로운 코튼 제조 과정에서 가장 어려운 부분은 아마도 멜트블로운 코튼을 기계적으로 제조하는 일일 것입니다.
올해 3월, 독일 멜트블로운 기계 공급업체인 라이콜(Reicol)의 영업 이사 마르쿠스 뮐러(Markus Müller)는 NPR과의 인터뷰에서 섬유의 미세함과 안정적인 품질을 보장하기 위해 멜트블로운 기계는 높은 정밀도가 요구되고 제작이 어렵다고 말했습니다. 기계 한 대의 생산 및 조립 기간은 최소 5~6개월이며, 기계 한 대당 가격은 400만 달러에 달할 수 있습니다. 그러나 시중에는 품질 수준이 고르지 않은 기계들이 많습니다.
플로리다에 위치한 Hills, Inc.는 멜트블로운 코튼 장비 노즐을 제조할 수 있는 세계에서 몇 안 되는 제조업체 중 하나입니다. 이 회사의 R&D 매니저인 티모시 롭슨은 멜트블로운 코튼 장비가 높은 수준의 기술적 내용을 갖추고 있다고 말했습니다.
중국산업용섬유공업협회의 2월 자료에 따르면, 중국의 연간 마스크 생산량은 전 세계 생산량의 약 50%를 차지하여 최대 마스크 생산국이자 수출국이지만, 멜트블로운 부직포의 국가 생산량은 연간 10만 톤에도 미치지 못해 멜트블로운 부직포가 심각하게 부족하다는 것을 보여줍니다.
멜트블로운 원단 제조 기계의 가격과 납품 시간을 고려하면, 소규모 기업이 단기간에 많은 양의 고품질 멜트블로운 면을 생산하기는 어려울 것입니다.
구입한 마스크가 적격이고 멜트블로운 코튼으로 만들어졌는지 어떻게 확인할 수 있나요?
이 방법은 실제로 매우 간단합니다. 세 단계만 거치면 됩니다.
첫째, 샌드위치 쿠키의 스펀본드 부직포 겉면은 방수 기능을 가지고 있기 때문에, 의료용 마스크는 방수 기능을 갖춰야 합니다. 방수 기능이 없다면 입에서 튀는 비말을 어떻게 걸러낼 수 있을까요? 이 큰형님처럼 물을 뿌려보세요.
둘째, 폴리프로필렌은 불이 잘 붙지 않고 열에 노출되면 녹기 쉽기 때문에 멜트블로운 면은 타지 않습니다. 라이터로 구우면 멜트블로운 면이 말려 떨어지지만 불이 붙지는 않습니다. 즉, 구매하신 마스크의 중간 층이 라이터로 구웠을 때 불이 붙는다면, 그것은 분명 가짜입니다.
셋째, 의료용 멜트블로운 코튼은 피카츄로, 정전기가 있어서 작은 종이 조각도 집어 올릴 수 있습니다.
물론, 같은 마스크를 여러 번 사용해야 하는 경우 N95의 발명자인 차이빙이는 소독에 대한 제안도 합니다.
올해 3월 25일, 차이빙이(Cai Bingyi)는 테네시 대학교 웹사이트에 의료용 마스크와 N95 마스크의 정전기 분극 효과는 매우 안정적이라고 밝혔습니다. 70°C의 뜨거운 공기로 30분간 소독하더라도 마스크의 분극 특성에는 영향을 미치지 않습니다. 하지만 알코올은 멜트블로운 원단의 전하를 빼앗아 가므로, 알코올로 마스크를 소독하지 마십시오.
그런데 멜트블로운 코튼은 뛰어난 흡수력, 차단력, 여과력, 그리고 새는 현상 방지 기능을 가지고 있어 많은 여성용 제품과 기저귀에도 멜트블로운 코튼을 사용하고 있습니다. 킴벌리 클라크가 관련 특허를 최초로 출원했습니다.
동관 Liansheng 부직포 기술 유한 회사2020년 5월에 설립된 이 회사는 연구개발, 생산, 판매를 통합한 대규모 부직포 생산 기업입니다. 3.2m 미만의 폭에 9g부터 300g까지 다양한 색상의 PP 스펀본드 부직포를 생산할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 10월 26일