Structural analysis and design proposal of fine dust mask with nanofiber filter fabricated using electrospinning

The microstructures of nonwoven fabric with and without nanofibers used as a filter for air purification type mask were investigated using scanning electron microscope. Moreover, we proposed a new mask design which is effective in the improvement of the fine dust blocking property. When comparing to nonwoven fabrics of which an average diameter was $25{\mu}m$, the nanofibers formed by the electrospinning process had a tight mesh structure arranged irregularly with a relatively large specific surface area, which could be associated with their much smaller diameter ranging from 25 to 120 nm. Such a prominent structural feature at nanofibers led to mechanical adsorption of fine particles, resulting in enhancement of filtering behavior maintaining high permeability. In addition to the excellent performance of the mask filter, wearing the mask properly is expected to maximize the blocking property of fine dust. To meet such a requirement, a new mask design that can be closely attached to the face in order to effectively block fine dust entering the gap between the face and the mask.

전기방사 나노섬유 필터를 활용한 미세먼지 마스크의 구조 분석 및 디자인 제안

본 연구에서는 공기 정화식 마스크의 필터로 사용되는 일반적인 부직포와 전기방사 나노섬유가 코팅된 부직포에 대한 미세 구조를 분석하고 미세먼지 차단 특성을 향상 시킬 수 있는 새로운 마스크 디자인을 제안하였다. 평균적으로 $25{\mu}m$의 직경을 갖는 부직포 섬유와 달리 전기방사 방법으로 형성된 나노섬유는 그 직경이 25 nm~120 nm로 매우 작아 비표면적이 크고, 불규칙적으로 배열된 촘촘한 그물방 구조를 갖고 있었다. 일반적인 부직포 필터는 부직포 섬유 표면의 정전기력에 의해 미세먼지를 흡착할 수 있었지만, 수십 ${\mu}m$ 크기 이상의 기공이 부직포 전반에 걸쳐 존재하기 때문에, 수 ${\mu}m$ 크기를 갖는 미세먼지를 여과하는데 한계가 있었다. 반면 나노섬유가 코팅된 부직포 필터의 경우, 나노섬유의 구조적 특성으로 인해 투과성과 통기성을 유지하면서 수 ${\mu}m$ 크기의 미세먼지를 기계적으로 흡착하여 효과적으로 여과할 수 있었다. 우수한 마스크 필터의 성능과 더불어 올바른 마스크 착용이 미세먼지 차단 특성을 극대화 할 수 있는데, 이를 위해 안면부와 마스크 사이의 틈으로 미세먼지의 유입을 막을 수 있도록 안면부에 밀착이 잘 될 수 있는 새로운 마스크 디자인을 제안하였다.