KR20220146237A - 친환경 바이오 마스크 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명의 친환경 바이오 마스크는, 아세토박터자일리넘(Acetobacter xylinum)인 박테리아에 의해 순수 셀룰로오스를 배양하여 제조되는 것을 특징으로 하며, 친환경 바이오 마스크 제조방법은, 플라스틱 용기에 따뜻한 물을 붓고, 티백을 넣어 찻물이 충분히 우려내는 단계, 배양을 촉진하기 위하여 용기 내에 식초를 넣어 섞는단계, 식초를 넣은 물에 스코비 박테리아를 투입하는 단계 및, 배지 위를 덮어두어 이물질의 침투를 방지하고 피막이 평평하게 형성하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 바이오 마스크 및 이의 제조방법{A Eco-friendly bio-mask and manufacturing method thereof}

본 발명은 친환경 바이오 마스크 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 구체적으로는 아세토박터자일리넘(Acetobacter xylinum)인 박테리아에 의해 순수 셀룰로오스를 배양하여 친환경적인 바이오 마스크를 제조하고는 방법 및 바이오 마스크에 대한 것이다.

코로나 19 팬데믹에서 가장 크게 변한 일상을 물어본다면 많은 사람들이 제한된 외부 활동, 외부 활동을 하더라도 마스크를 필수로 지참해야 하는 일상 생활이라고 답할 것이다. 우리는 흔히 일회용 마스크를 사용한다. 시중에서 사용되는 일회용 마스크의 필터는 전부 PP(Polypropylene)로 구성되어 있고, 플라스틱의 특성상 자연적인 분해는 기대하기 어려우며, 재활용에 드는 시간과 비용으로 인해 재활용률 또한 굉장히 낮다.

현재 플라스틱의 재질 구조에서 기술적으로 물질 재활용이 가능한 최대치는 50% 정도에 지나지 않는다. 아무리 분리수거를 잘 한다고 하더라도 물질 재활용의 비율은 50%를 넘기기 힘들고, 우리나라를 비롯한 선진국의 경우에도 대개 물질 재활용률이 30%에서 40% 사이에 머무른다. 재활용이 불가능하여 소각 혹은 매립되는 플라스틱 마스크는 대기와 토양을 오염시키며, 무단으로 버려져 방치된 플라스틱 마스크는 생태계를 교란한다.

코로나 19 팬데믹이라는 상황의 시급성과 더불어 팬데믹이 시작되고 많은 시간이 흐르지 않아 마스크의 착용이 초래하는 환경 오염에 대한 정량적인 발명은 미비한 실정이다. 그러나 마스크는 일반 생활폐기물로 분류되어 종량제봉투에 담아 버리게 되어 있다. 나아가 폴리프로필렌 마스크에 사용되는 플라스틱은 사실상 재활용이 불가능하며 현재 국내에서 사용되는 대부분의 폴리프로필렌 마스크는 매립되거나 소각된다. 플라스틱은 매립될 경우 썩지 않고 남아 있으며 소각 시에는 대기 오염의 원인이 된다.

마스크에 대한 의약외품 허가 건수는 2019년 66건에서 2020년 224건으로 증가하였으며, 식품의약품안전처에 따르면 올해 2월부터 9월 셋째 주까지 마스크의 생산 수량은 40억장을 넘는다. 마스크 한 장의 무게를 3.5g으로 가정한다면 40억장의 마스크는 1만 4,000t에 이른다. 현재는 사용이 종료된 수도권 매립지의 제1매립장이 부지 면적 409만㎡에 총 6,400만t의 쓰레기를 매립할 수 있다는 것을 참고할 때, 지난 2월에서 9월까지 발생한 마스크를 매립하기 위해서는 약 90만㎡의 부지가 필요한 셈이다.

2020년 2월에서 9월 셋째 주까지 국내에서 발생한 마스크 처리만을 위해서 90만㎡가 필요하다면, 향후 마스크로 인한 일반 생활폐기물이 지속적으로 발생할 시에는 심대한 경제적, 사회적 부담과 더불어 측량하기 힘든 환경 오염이 야기될 것이다. 올림픽 공원의 부지가 140만㎡임을 고려할 때, 지난 2월에서 9월 셋째 주까지 발생한 마스크만을 매립하기 위해서 올림픽 공원의 약 2/3 이상이 필요하다.

셀룰로오스는 전세계에 가장 널리 분포하여 있으며 가장 값싸고, 언제든지 사용할 수 있는 물질이다. 셀룰로오스는 식물, 쓰레기 등으로부터 추출할 수 있지만 셀룰로오스를 추출하는 방법들은 대개 화학물질을 사용하기에 건강에 해를 끼친다. 물질을 정화하고 순수 셀룰로오스만을 분리해내기 위해서는 산성, 혹은 알칼리성의 처리 과정을 거쳐야 한다. 또한 셀룰로오스를 추출하기 위해서는 나무를 벌목해야 하기 때문에 셀룰로오스를 추출하는 과정은 환경 파괴에도 영향을 미치고 있다.

그러나 셀룰로오스는 식물, 쓰레기뿐만 아니라 박테리아에서도 얻을 수 있다. 박테리아 셀룰로오스는 독특한 나노 구조, 높은 수분 함유량, 높은 중합 반응(polymerization), 강한 기능성 및 강도를 가지고 있다. 셀룰로오스를 추출할 수 있는 박테리아 중 호기성 Acetobacter xylinum은 셀룰로오스를 추출하는데 있어 가장 효율적이고 연구가 많이 이루어진 종이다.

박테리아 셀룰로오스를 탄소와 질소가 포함된 배지 안에서 배양하면 배양액의 계면에 흰색의 피막이 형성된다. 이렇게 형성된 박테리아 셀룰로오스는 일반적인 식물섬유와 달리 순수 셀룰로오스로 만으로 이루어져 있다.

박테리아 셀룰로오스는 의료용 재료, 미용 재료로서 활발하게 활용된다. 화장품 업계에서 박테리아 셀룰로오스는 바이오셀룰로오스로 불린다. 바이오셀룰로오스는 기존의 부직포 마스크 팩보다 표면적이 넓고 치밀하여 찢어지지 않고, 10배 이상의 습윤성을 보유하고 있어, 셀룰로오스 마스크에 대한 많은 연구가 요구된다.

1. 한국실용신안등록 제296533호(2002.11.18) 2. 한국특허등록 제2065756호(2020.1.7)

본 발명은 박테리아 셀룰로오스가 마스크 필터로 적용될 수 있는지 검증하는 것을 최종적인 목적으로 하지만, 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 필터가 공기 오염도를 감소시킬 수 있는 친환경 박테리아 셀룰로오스 마스크 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 고안한 박테리아 셀룰로오스로 만든 마스크가 현재 생산되고 유통되고 있는 폴리프로필렌 마스크의 성능을 대체할 수 있는 가능성을 제시한다면, 이번 코로나 19 팬데믹으로 인하여 전세계적으로 급속히 대량 생산되는 마스크가 야기할 환경 오염을 줄일 수 있다.

또한, 폴리프로필렌 소재를 사용한 의료 용품은 비단 마스크에만 한정되어 있지 않다. 따라서 본 발명을 통해 폴리프로필렌 소재가 친환경적인 소재로 대체될 수 있는 가능성이 제시된다면 폴리프로필렌 소재를 사용하고 있는 다른 종류의 의료 용품에도 본 발명의 친환경적인 소재가 적용될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은, 박테리아 셀룰로오스로 마스크를 제작할 경우, 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 마스크가 공기 오염도의 감소에 어느 정도의 효율을 가질 수 있는지를 과학적으로 측정하는 것에 목적을 둔다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 친환경 바이오 마스크는, 아세토박터자일리넘(Acetobacter xylinum)인 박테리아에 의해 순수 셀룰로오스를 배양하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

플라스틱 용기에 따뜻한 물을 붓고, 티백을 넣어 찻물이 충분히 우려내는 단계, 배양을 촉진하기 위하여 용기 내에 식초를 넣어 섞는단계, 식초를 넣은 물에 스코비 박테리아를 투입하는 단계 및, 배지 위를 덮어두어 이물질의 침투를 방지하고 피막이 평평하게 형성하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 마스크 제조방법에 의해서도 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.

본 발명에서는 폴리프로필렌 마스크 필터를 대체할 수 있는 새로운 가능성으로서 박테리아 셀룰로오스를 상정하였고 총 2차례에 걸친 실험을 통해 박테리아 셀룰로오스의 공기 오염 저감 정도를 검증하고자 하였다. 1차 실험에서는 미용 마스크 팩을 이용해 건조 바이오 셀룰로오스의 공기 저감 효율을 검증하였다. 그 결과, 건조 바이오 셀룰로오스로 만든 필터가 폴리프로필렌 필터에 비해 3배 이상 효과적인 공기 정화 능력을 가진다는 것을 알 수 있었다.

이러한 1차 실험의 결과를 통해 실험의 과정에서 발생할 수 있는 변수의 가능성을 통제하고, 어떠한 공정도 거치지 않은 박테리아 셀룰로오스 그 자체의 공기 저감 효율을 살피기 위하여 박테리아를 배양하여 2차 실험을 진행하였다. 총 2주의 기간을 거쳐 박테리아 셀룰로오스를 배양하고, 배양된 박테리아 셀룰로오스를 하루에서 이틀 건조하여 2차 실험에 사용하였다. 2차 실험에서는 실험에 사용하는 폴리프로필렌 마스크를 자르지 않고 사용한 점 외에는 1차 실험과 동일한 방식으로 진행하였다. 1차 실험의 결과와 마찬가지로 2차 실험에서도 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 필터가 공기 오염 저감 효율에서 폴리프로필렌 마스크보다 더욱 뛰어났으며, 공기 오염도를 약 14배 감소시키는 결과를 보였다.

도 1은, 혼합물이 결합된 건조 바이오 셀룰로오스 (박테리아 셀룰로오스) 사진,
도 2a는, 폴리프로필렌 마스크를 사용한 필터 P와 박테리아 셀룰로오스 마스크 팩을 사용한 필터 Q이고, 도 2b는, 모기향을 30초 간 태운 이후 아크릴박스의 미세먼지 오염 수치표시 사진,
도 3은, 필터 P를 설치한 아크릴 박스의 미세먼지 오염 수치표시 사진,
도 4는, 충분히 넓은 용기에 따뜻한 물과 티백을 넣어 찻물을 우린상태의 사진,
도 5는, 찻물을 식히고 식초를 넣어 배양의 촉진을 유도하는 상태의 사진,
도 6는, 찻물과 식초가 혼합된 용액에 투입된 스코비 박테리아의 사진,
도 7은, 배양된 배지 위에 옷을 덮어두어 박테리아 셀룰로오스의 균일한 성장을 촉진하는 상태의 사진,
도 8은, 박테리아 셀룰로오스의 생산을 위해 만들어진 5개의 배지 및 성장을 촉진하기 위해 설치된 전기 담요는 40~50도의 온도를 유지한 상태의 사진,
도 9는, 모기향을 피우기 이전, 설치된 아크릴 박스의 미세먼지 오염도 측정상태 사진,
도 10은, 건조된 박테리아 셀룰로오스가 아크릴 박스 위에 설치된 사진,
도 11은, 모기향을 피워 둔 아크릴 박스와 박테리아 셀룰로오스 시트가 구멍 위에 부착된 아크릴 박스 사진임.

1차 실험에서는 시중에서 판매되고 있는 박테리아 셀룰로오스 (바이오 셀룰로오스)로 만들어진 화장용 마스크 팩을 이용하여 박테리아 셀룰로오스가 가진 공기 오염도 저감 성능을 검증하고자 하였다. 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 마스크 팩은 엄밀한 공법을 거쳐 만들어진 것으로, 그 구조적인 결합이 우수할 것으로 예상되었다. 또한, 시중에서 판매되고 있는 만큼 박테리아 셀룰로오스로 만든 마스크 팩의 생체 친화성은 검증된 것으로도 볼 수 있다.

1차 실험에서 사용된 박테리아 셀룰로오스 마스크팩인 '달코스메틱'에서 제조한 '달 미오미오 마스크팩'은 건조 바이오 셀룰로오스를 원단으로 하여 만들어진 것이다. 화장품의 용도로 제조되고 있는 바이오 셀룰로오스(박테리아 셀룰로오스)는 크게 일반적인 바이오 셀룰로오스와 건조 바이오 셀룰로오스로 나뉜다. 이 때 건조 바이오 셀룰로오스는 바이오 셀룰로오스에 글리세롤 등이 함유된 혼합물을 첨가해 건조한 소재를 의미한다.

건조 바이오 셀룰로오스를 활용하면 다양한 형태와 기능을 가진 시트를 개발할 수 있다. 대표적으로 타박상 환자를 위한 소염 패치, 관절염 환자용 장기 패치, 아토피 환자용 가려움 진정 쿨링제, 미용성형에 활용할 수 있는 상처보호제 및 보톡스 패치 등 의료용 목적의 개발 역시 가능하며, 본 발명에서 사용한 마스크 팩처럼 미용 재료로서의 활용 역시 가능하다.

그러나 바이오 셀룰로오스의 경우 일반적으로 패치로 붙이는 형태의 사용 방법만이 널리 개발되어 있다. 건조 바이오 셀룰로오스 역시 건조된 상태의 시트로서 활용되는 것이 아니라, 기타 혼합물과 결합하여 사람의 몸에 붙이는 패치 형태의 개발이 주를 이룬다. 도 1과 같이 건조 바이오 셀룰로오스가 개발된 목적은 다양한 혼합물과의 결합을 통해 적극적인 상품화가 가능하며, 그 취급과 보관에 있어서 일반적인 바이오 셀룰로오스보다 유리하기 때문이다. 한편 배양된 상태 그대로의 박테리아 셀룰로오스는 대량 생산되어 장기적으로 보관 및 활용되기에 부적합하다.

<1차 실험의 설계>

1차 실험에서는 24cm*24cm*24cm 크기의 아크릴 박스 내부에 모기향을 피운 뒤, 대조군과 실험군에 대한 실험을 진행하였다. 대조군에 대한 실험은 다음과 같이 진행되었다.

1)아크릴 박스를 설치하여 내부의 공기 오염도를 측정하였다

2)아크릴 박스 내부에 모기향을 30초간 태운 후 초미세먼지 측정기로 공기 오염도를 측정하였다.

실험군에 대한 실험은 다음과 같이 진행되었다.

1)일회용 마스크의 폴리프로필렌 필터를 일부 잘라내 '필터 P'를 만들고, 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 필터를 같은 필터 P와 같은 넓이로 잘라 '필터 Q'를 만든다.

2)두 개의 아크릴 박스를 설치하고, 하나의 아크릴 박스에만 모기향을 30초 간 태운다.

3)두 개의 아크릴 박스 사이에 필터 P 또는 필터 Q가 위치하도록 설치하고 10분간 공기의 순환을 기다린다.

4)마지막으로, 모기향을 태우지 않은 아크릴 박스 내부의 공기 오염도와 모기향을 30초 간 태운 아크릴 박스의 공기 오염도를 각각 측정한다.

도 1은, 혼합물이 결합된 건조 바이오 셀룰로오스 (박테리아 셀룰로오스) 사진이고, 도 2a는, 폴리프로필렌 마스크를 사용한 필터 P와 박테리아 셀룰로오스 마스크 팩을 사용한 필터 Q이며, 도 2b는, 모기향을 30초 간 태운 이후 아크릴박스의 미세먼지 오염 수치표시 사진이고, 도 3은, 필터 P를 설치한 아크릴 박스의 미세먼지 오염 수치표시 사진이다.

모기향을 30초 간 피우기 전, 대조군 아크릴 박스 내부의 공기 오염도와 실험군 아크릴 박스 내부의 공기 오염도는 모두 2로 외부의 공기 오염도와 동일하였다. 모기향을 30초 간 태운 후 대조군 아크릴 박스의 공기 오염도는 462로 상승하였다. 이는 직경 24*24*24의 아크릴 박스 내부에 모기향을 30초 간 태운 후 발생하는 공기 오염도를 의미한다.

그러나 필터 P를 설치한 아크릴 박스의 공기 오염도는 51로 약 9배 감소하였으며. 필터 Q를 설치한 아크릴 박스의 공기 오염도는 17로 약 27배 감소하였다(도 2 참조).

<1차 실험에 대한 평가>

선행 발명에 대한 검토에서 폴리프로필렌 필터와 박테리아 셀룰로오스로 만든 필터가 서로 유사한 물리적인 구조를 가진다는 것을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 폴리프로필렌 필터와 박테리아 셀룰로오스 필터의 공기 오염 저감 성능을 비교하는 실험을 진행하였다. 1차 실험의 결과, 폴리프로필렌 필터가 더욱 우수한 공기 저감 성능을 가질 것이라는 예상과는 달리 박테리아 셀룰로오스로 만든 필터의 공기 정화 능력이 폴리프로필렌 필터에 뒤처지지 않으며, 오히려 약 3배 더욱 효과적인 공기 정화 능력을 발휘한다는 것을 확인하였다.

폴리프로필렌 필터가 미세먼지 저감에서 더욱 큰 효율을 가질 것이라는 예상과는 달리, 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 마스크 팩의 미세먼지 저감 효율이 압도적으로 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 이는 실험 과정에서 예상하지 못한 변수가 발생했을 가능성을 암시했다. 우선, 마스크 팩에 함유된 미용 목적의 화학 성분이 박테리아 셀룰로오스 마스크 팩의 미세먼지 저감 효율에 기여할 가능성이 있다. 두 번째로, 마스크 팩에 함유된 미용 목적의 화합물 외에 건조 바이오 셀룰로오스의 제작 과정에서 박테리아 셀룰로오스에 결합되는 화학 물질이 박테리아 셀룰로오스 자체의 미세먼지 저감 효율에 영향을 주었을 가능성이 있다.

따라서 박테리아 셀룰로오스를 직접 배양하여 배양된 박테리아 셀룰로오스의 공기 오염 저감 효율을 검증하는 실험을 진행할 필요가 있었다. 2차 실험에서는 어떠한 첨가물도 결합되지 않은 박테리아 셀룰로오스 시트를 생산하여 1차 실험과 동일한 방식으로 대조군과 실험군을 형성해 실험을 진행하였다.

<2차 실험: 배양된 박테리아 셀룰로오스> - 박테리아 셀룰로오스의 배양

박테리아 균막은 아세토박터자일리넘(Acetobacter xylinum)인 박테리아에 의해 순수 셀롤로오스로 배양되며, 배양 방법은 정치배양법과 진탕배양법이 있다. 이 2가지 방법으로 형성된 박테리아 셀룰로오스는 셀룰로오스를 생산하는 질과 양에 큰 영향을 미친다.

우선 정치배양법은 먼저 박테리아를 배지에 이식한 후, 플라스크에서 대략 10일 동안 선반 등에 그대로 놓아두며 배양하는 방법이다. 아세토박터자일리넘은 호기성 균으로 배지의 표면에 탄력이 있는 얇은 막이 생성된다. 형성된 셀룰로오스 균막은 0.25 M 수산화나트륨 수용액으로 여분의 박테리아를 제거함과 동시에 순수셀룰로오스를 얻게 된다. 이후 증류수를 이용하여 반복적으로 세척해준다. 이와 같은 방법으로 박테리아 셀룰로오스가 제조된다.

또 다른 방법인 진탕배양법은 액체 배지를 통해 쉐이킹 인큐베이터에서 계속적으로 일정한 속도로 교반하면서 배양하는 방법이다. 이렇게 형성된 박테리아 셀룰로오스는 정치배양된 박테리아 셀룰로오스와 결정화도에 있어서 큰 차이를 보인다. 진탕배양을 통해 생성된 박테리아 셀룰로오스의 경우 결정화도의 사이즈가 작아지는데, 교반하는 동안 셀들이 원심력에 의해 구형으로 모여들게 되기 때문이다.

2차 실험을 위한 박테리아 셀룰로오스의 배양에는 정치배양법을 적용하였다. 미세먼지 등 입자를 차단하기 위해서는 박테리아 셀룰로오스를 구성하는 패브릭이 조밀하게 형성되어야 하기 때문에 입자 차단이라는 목적으로 인해 정치배양법을 적용하는 것이 적절하다고 판단하였다.

박테리아 셀룰로오스의 배양을 위한 준비는 다음과 같은 과정을 거친다.

1) 충분히 넓은 플라스틱 용기에 따뜻한 물을 붓고, 티백을 넣어 찻물이 충분히 우려 나오기를 기다린다(도 4 참조).

2)배양을 촉진하기 위하여 용기 내에 식초를 넣어 잘 섞는다(도 5 참조).

3)식초를 넣은 물에 스코비 박테리아를 투입한다. 스코비는 박테리아와 효모균의 배양군으로 스코비의 발효 작용을 통해 만들어진 배지의 표면에 박테리아 셀룰로오스 피막이 형성된다(도 6 참조).

4) 마지막으로 만들어진 배지 위에 옷을 덮어두어 이물질의 침투를 방지하고 피막이 평평하게 형성되도록 한다(도 7,8참조).

이와 같은 방식으로 총 5개의 배지를 제작하여 박테리아 셀룰로오스를 생산하였다. 5개의 배지를 제작한 것은 실험의 오류를 최소화하고, 미세먼지 저감 정도를 측정하는 실험에서 수 개의 박테리아 셀룰로오스가 사용될 것을 염두에 두었기 때문이다.

박테리아 셀룰로오스 배양은 일반적으로 수 주에 걸쳐 실시되며, 배양된 박테리아 셀룰로오스를 건조하는 것에도 수 주가 소요된다. 이와 같이 일반적인 방식의 박테리아 셀룰로오스 배양은 몸에 부착하기 위한 목적을 위해 두께감이 있는 박테리아 셀룰로오스를 확보하고자 실시된다. 그러나 본 발명은 박테리아 셀룰로오스의 입자 차단 성능을 검증하기 위한 목적으로 진행되어 박테리아 셀룰로오스의 두께를 굵게 할 필요가 없었기에 총 2주 간 비교적 빠르게 실시되었다.

<2차 실험의 설계>

2주 간의 배양 과정을 거쳐 배양이 완료된 박테리아 셀룰로오스를 하루에서 이틀 정도 건조한 뒤 2차 실험을 실시하였다. 2차 실험 역시 1차 실험과 동일한 방법론으로 진행하였으며, 실험군에서는 배양된 박테리아 셀룰로오스와 폴리프로필렌 마스크의 미세먼지 차단 정도를 비교 검증하였다. 2차 실험은 1차 실험과는 달리 배양된 박테리아 셀룰로오스가 하나의 형태로 구성되어 있기 때문에 폴리프로필렌 마스크의 필터를 잘라서 사용하지 않았다. 마찬가지로 폴리프로필렌 마스크 역시 만들어져 판매되는 상태 그대로 사용하였다.

대조군에 대한 실험은 다음과 같이 진행되었다.

1) 아크릴 박스를 설치하여 내부의 공기 오염도를 측정하였다

2)아크릴 박스 내부에 모기향을 30초간 태운 후 초미세먼지 측정기로 공기 오염도를 측정하였다(도 9 참조).

실험군에 대한 실험은 다음과 같이 진행되었다.

1)두 개의 아크릴 박스를 설치하고, 하나의 아크릴 박스에만 모기향을 30초 간 태운다.

2)두 개의 아크릴 박스 사이에 폴리프로필렌 마스크 또는 배양된 박테리아 셀룰로오스가 위치하도록 설치하고 10분간 공기의 순환을 기다린다.

3)마지막으로, 모기향을 태우지 않은 아크릴 박스 내부의 공기 오염도와 모기향을 30초 간 태운 아크릴 박스의 공기 오염도를 각각 측정한다.

배양에서 건조까지 완료된 박테리아 셀룰로오스의 두께는 폴리프로필렌 마스크와 매우 유사하였다. 매우 얇은 두께를 가지고 건조된 박테리아 셀룰로오스 시트는 습기가 거의 제거된 상태로, 그 촉감에 있어 플라스틱과 유사하다. 그러나 선행 발명에서 확인한 바와 달리 배양 후 건조된 박테리아 셀룰로오스의 강도는 강하지 않은 것으로 드러났다. 특히 이는 1차 실험에서 진행한 건조 바이오 셀룰로오스인 마스크 팩과 비교해서도 유난히 강도가 낮았는데, 추후 박테리아 셀룰로오스 마스크의 상품화를 위해서는 보완되어야 할 점으로 사료된다.

건조가 완료된 박테리아 셀룰로오스 시트를 아크릴 박스의 구멍 위에 부착한 경우 어느 정도의 점성을 가지고 빈틈 없이 달라붙었다. 따라서 박테리아 셀룰로오스 시트를 거치지 않고 아크릴 박스 내부에 공기가 새어 들어갈 수 있는 여지는 없는 것으로 보였다. 마찬가지로 폴리프로필렌 마스크를 그대로 사용하여 아크릴 박스의 구멍을 봉인하였을 때에도 스카치 테이프를 사용해 구멍을 빈틈없이 메꾸어, 폴리프로필렌 마스크를 거치지 않고 공기가 아크릴 박스 내부로 새어 들어갈 수 있는 가능성을 최소화하고자 하였다.

< 2차 실험의 결과>

대조군의 미세먼지 농도 수치는 460에서 480 사이를 기록하였으며, 폴리프로필렌 마스크가 부착된 아크릴 박스의 미세먼지 수치는 1차 실험과 동일하게 50~52 사이를 기록하였다. 박테리아 셀룰로오스 시트가 부착된 아크릴 박스의 미세먼지 수치는 32~34를 기록하여 마스크 팩을 사용한 경우보다는 공기 저감 효율이 낮았지만, 1차 실험과 동일하게 폴리프로필렌 마스크를 사용한 경우보다는 공기 오염 저감 효율이 뛰어난 것으로 드러났다.

[Table 1] Micro Dust Concentration Results

	Control Group	Test Group <Filter P>	Test Group <Filter B>
Before Experiment	2 (㎍/m³)	2 (㎍/m³)	2 (㎍/m³)
After Experiment	460~480 (㎍/m³)	50~52 (㎍/m³)	32~34 (㎍/m³)

도 9는, 모기향을 피우기 이전, 설치된 아크릴 박스의 미세먼지 오염도 측정상태 사진이고, 도 10은, 건조된 박테리아 셀룰로오스가 아크릴 박스 위에 설치된 사진이며, 도 11은, 모기향을 피워 둔 아크릴 박스와 박테리아 셀룰로오스 시트가 구멍 위에 부착된 아크릴 박스 사진이다.

폴리프로필렌과 박테리아 셀룰로오스는 서로 유사한 물리적인 구조를 가지지만 폴리프로필렌이 마스크의 필터로 사용되는데 반해 박테리아 셀룰로오스의 마스크로의 활용 가능성에 대한 검토는 매우 미비한 실정이다. 코로나 19 팬데믹과 함께 폴리프로필렌 마스크의 생산량과 소비량이 증가ㅏㅎ고, 이에 따라 폴리프로필렌 마스크에 의한 환경 오염 역시 심각해지고 있다. 그렇기에 폴리프로필렌 마스크를 대체할 수 있는 친환경적인 마스크 소재의 개발이 시급히 요구된다.

본 발명에서는 폴리프로필렌 마스크 필터를 대체할 수 있는 새로운 가능성으로서 박테리아 셀룰로오스를 상정하였고 총 2차례에 걸친 실험을 통해 박테리아 셀룰로오스의 공기 오염 저감 정도를 검증하고자 하였다. 1차 실험에서는 미용 마스크 팩을 이용해 건조 바이오 셀룰로오스의 공기 저감 효율을 검증하였다. 그 결과, 건조 바이오 셀룰로오스로 만든 필터가 폴리프로필렌 필터에 비해 3배 이상 효과적인 공기 정화 능력을 가진다는 것을 알 수 있었다.

이러한 1차 실험의 결과를 통해 실험의 과정에서 발생할 수 있는 변수의 가능성을 통제하고, 어떠한 공정도 거치지 않은 박테리아 셀룰로오스 그 자체의 공기 저감 효율을 살피기 위하여 박테리아를 배양하여 2차 실험을 진행하였다. 총 2주의 기간을 거쳐 박테리아 셀룰로오스를 배양하고, 배양된 박테리아 셀룰로오스를 하루에서 이틀 건조하여 2차 실험에 사용하였다. 2차 실험에서는 실험에 사용하는 폴리프로필렌 마스크를 자르지 않고 사용한 점 외에는 1차 실험과 동일한 방식으로 진행하였다. 1차 실험의 결과와 마찬가지로 2차 실험에서도 박테리아 셀룰로오스로 만들어진 필터가 공기 오염 저감 효율에서 폴리프로필렌 마스크보다 더욱 뛰어났으며, 공기 오염도를 약 14배 감소시키는 결과를 보였다.

박테리아 셀룰로오스로 만든 마스크는 생분해가 가능하여 환경에 주는 영향이 적다. 반면 현재 유통되는 일회용 마스크에 사용되는 폴리프로필렌 재질의 필터는 재활용률이 굉장히 낮아 코로나 19 팬데믹 이후에도 환경에 지속적으로 부정적인 영향을 미칠 것이다. 나아가 현재 사용되는 플라스틱 마스크는 굉장히 복잡한 공정을 요구하여 개인이 만들 수 없다. 한편 박테리아 셀룰로오스로 만든 마스크는 개인에 의한 생산이 가능하다. 박테리아 셀룰로오스는 다른 셀룰로오스와 비교해서도 그 구성 물질이 더욱 순수하여 제작에 복잡한 공정을 요하지 않는다.

Claims (2)

1. 아세토박터자일리넘(Acetobacter xylinum)인 박테리아에 의해 순수 셀룰로오스를 배양하여 제조된 친환경 바이오 마스크.
   
2. 플라스틱 용기에 따뜻한 물을 붓고, 티백을 넣어 찻물이 충분히 우려내는 단계;
   배양을 촉진하기 위하여 용기 내에 식초를 넣어 섞는단계;
   식초를 넣은 물에 스코비 박테리아를 투입하는 단계; 및,
   배지 위를 덮어두어 이물질의 침투를 방지하고 피막이 평평하게 형성하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 마스크 제조방법.
   
   

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