9권4호_임호주(333-343).pdf859.2KB

1. 서 론

환경부가 다중이용시설, 공공시설, 농 어가 주택에 대한 석면함유 건축자재의 사용실태를 조사한 결과, 다중이용시설 및 공공시설 424개소 증 약 79%인 335개소가 석면함유 물질을 사용한 것으로 조사되었다(MOE, NIER, 2008, 2009, 2010). 

 이러한 석면함유건축자재를 사용한 건축물에서의 석면 비산관리를 위해 지속적인 비산 관리와 해체 제거가 주요 관리방안으로 제시되고 있으며, 국내에서는 건축물 철거 멸실 단계나 대규모의 개 보수 시 석면 해체 제거를 실시하고 있다.

미국, 일본 등에서는 건축물의 안전하고 지속적인 사용을 위해 건축물 관리와 원천적 비산관리를 위한 해체·제거를 동시에 권고하고 있으나, 국내의 경우 해체 제거 중심으로 규정되어 건축물 관리에 대한 규정이 미비한 상태이다. 

 일본의 경우 2006년 건축법에서 건축물 관리를 위한 석면 안정화제 인증제를 도입하여 건축물에 사용된 뿜칠재의 비산을 관리를 할 수 있는 규정을 명시하여 운영(MLIT of Japan, JTCCM, 2006, 2007)하고 있으며, 2006년 이후 본 연구가 진행될 때 까지 39종을 인증하고 있는데, 성분별로 구분하면 기타(44%)를 제외한 무기질계 23%, 합성 수지계 20% 가장 많은 것으로 조사되었으며, 작용기작은 내부 침투 고형화형 77%로 가장 보고하고 있다(MLIT of Japan, 2010). 미국은 ASTM에서는 석면안정화제에 대한 성능기준을 수립하여 활용하고 있으나 (ASTM 2002), 적용 제품에서 방출되어 질 수 있는 오염물질에 대한 평가는 이루어지지 않고 있다.

현재, 환경부(MOE 2004)는 다중이용시설 실내공기질 관리법에 따라 실내공기 오염물질인 휘발성유기화합물(VOCs : Volatile organic com-pounds)과 폼알데하이드은 오염원인 건축자재를 관리하기 위하여 VOCs과 formaldehyde 오염물질 방출량을 규제하고 있으며, 이와 관련하여 국내·외에서 많은 연구가 활발히 진행되고 있다 (Kim et al., 2004; Jang et al., 2007; Kang et al., 2008). 

본 연구에서는 국내 건축물의 석면함유 건축자재 중 뿜칠제 등에 대한 비산 안정화제 적용시, 실내공기에 미칠 수 있는 영향을 평가하기 위하여 현재 국내외에서 개발된 석면 비산안정화제의 휘발성유기화학물과 폼알데히드에 대한 방출 특성을 연구하였다. 

2. 연구 방법

2.1 시험대상 자재 선정 및 시험편 제작 방법

 이 연구에서는 국내·외에서 석면 뿜칠제의 비산방지를 위해 안정화제로 사용되고 있는 국내·외 석면안정화제 중 무작위로 선정하여, 일본산 6종(무기질계 2종, 유기 및 합성수지계 4종)과 호주산 1종(유기 및 합성수지계 1종), 국내 1종(무기질계 1종) 총 8종을 대상으로 실내 공기질공기질시험기준(MOE, 2010)에 따라 7일간 방출실험을 실시하였다. 시험편의 제작 시 시료 도포량은 해당 제품의 권장 도포량에 따랐다.

2.2 석면비산방지제 오염물질 방출시험

 시험편제작을 위하여 액체상의 비산방지제를 비활성기질의 바탕판(유리 또는 스테인리스강)에 시료를 시방서상의 이론 도포량을 일정 노출면적(가로 6.3cm, 세로 6.3cm)에 도포하여 시험편을 항온항습실(25±1^oC , 50±5%)에서 경화시간 또는 지촉건조시간 조건에서 건조하여 시험편의 시료부하율이 0.4 m²/m³ 가 되도록 제작하였다. 챔버 항온조를 25±1^oC 의 범위로 습도를50±5%범위로 일정하게 유지하여 배경시료를 채취하여 분석하고 배경농도 기준(TVOC 20 μg/m³, Toluene 2 μg/m³, formaldehyde 5μg/m³ )을 만족한 챔버를 이용하여 방출시험을 실시하였다. 건조된 시험편을 챔버에 설치하고 7일이 경과한 시점에서 챔버 내부의 공기시료를 채취하여 비산방지제에서 방출되는 폼알데하이드와 휘발성유기화합물의 방출량을 평가하였다. 석면 비산방지제의 오염물질 방출시험 조건은 Table 1과 같다.

Table 1. Test condition of emission test chamber.

2.3 시험장치 구성

이 연구에 사용된 소형방출챔버 장치(Top Trading, Korea)는 공기공급장치, 공기청정장치, 습도조절장치, 항온조, 소형챔버, 자동유량조절장치(MFC:Mass Flow Controller)로 구성되었다. 공기정화장치는 오염물질을 제거한 청정공기를 공급하기 위하여 활성탄(Activated Carbon)과 실리카겔(Silica gel) 및 분자체(Molecular sieve) 등으로 이루어진 총 10단계의 필터로 구성하였으며, 방출챔버는 20L 용량의 스테레인스 재질로 오염물질의 흡착을 최소화하기 위하여 전해연마(EP : Electro Polishing)처리를 하였다. 

2.4 시료채취 및 분석조건

2.4.1 휘발성유기화합물

 본 연구에서는 액상 석면비산안정화제에서 방출되는 가스상 휘발성유기화합물을 측정하기 위하여 고체흡착관을 이용한 열탈착분석법을 이용하였다. 시료채취에 사용한 고체흡착제는 TenaxTA를 이용하였으며 스테인리스 재질의 관에 TenaxTA가 200mg 충진된 것(Supelco, USA)을 사용하였다. 다채널 시료채취펌프(Top trading, Korea)를 이용하여 130㎖/min의 유량으로 25분간 시료를 채취하였다. 채취한 시료를 저온농축/열탈착-기체크로마토그래프/질량분석계로 분석하고 크로마토그램 상의 헥산(C₆) 헥사데칸(C₁₆)범위에 검출된 피크의 질량스펙트럼을 2종류의 MS Library(NIST, Weilly)와 비교하여 정성하였다. 시료의 정량은 VOCs가 20 500ng 수준으로 제조된 표준흡착관을 저온농축/열탈착-기체크로마토그래프/불꽃이온화검출기로 분석하여 크로마토그램 상에서 Hexane(C₆) Hexadecane(C₁₆)범위의 검출된 피크들의 면적 값을 합하여 총휘발성유기화합물 (TVOC)의 농도를 산출하였으며 감응계수 (response factor)를 이용하여 44종의 휘발성유기 화합물에 대한 농도를 산출하였다. 본 연구에서 사용한 저온농축/열탈착-기체크로마토그래프의 분석조건은 Table 2와 같다.

Table 2. Analytical conditions of TDU and GC/MS.

2.4.2 폼알데하이드

본 연구에서는 가스상 폼알데하이드를 측정하기 위하여 고상추출법을 이용한 2,4-DNPH (2,4-dinitro phenylhydrazine) 유도체화 분석법을 이용하였다. 폼알데하이드를 유도체화하기 위하여 2,4-DNPH가 실리카지지체에 코팅된 카트리지(Supelco, USA)를 사용하였으며 고순도의 요오드화칼륨(Potassium Iodide)이 충진된 오존스크러버(Waters, USA)를 2,4-DNPH카트리지의 전단에 연결하여 시험공기채취 시 오존의 방해를 최소화하였다. 또한 다채널 시료채취펌프(Top trading, Korea)를 이용하여 130 ㎖/min의 유량으로 80분간 시료를 채취하였다. 시료를 채취한 카트리지는 고상추출장치(Solid phase extraction vacuum manifold)를 이용하여 Acetonitrile(HPLC grade, J.T. backer)로 추출하여 최종부피가 5㎖가 되도록 하였다. 추출액은 바로 분석하거나 분석이 불가할 경우 4^oC에서 보관하고 7일 이내에 분석하였다. 폼알데하이드 유도체는 외부표준법(External standard method)으로 정량하였으며 정량에 사용한 표준물질은 formaldehyde-DNPH유도체의 농도가 100 μg/㎖ (Acetonitrile base, Supelco)로 제조된 것을 사용하였다. 표준물질을 Acetonitrile로 희석하여 0.01 0.1 μg/㎖수준으로 제조하여 액체크로마토그래프로 분석하고 검출된 피크의 면적을 이용하여 검량선과 감응계수를 산출하여 시료에 대한 폼알데하이드의 방출량을 mg/m² h로 나타내었다. 폼알데하이드 분석을 위한 액체크로마토그래프의 분석조건을 Table 2.에 나타내었다.

Table 3. Analytical conditions of HPLC for determining Formaldehyde-DNPH derivative in this study.

3. 결과 및 고찰

3.1 총휘발성유기화합물질 및 포름알데히드 방출 농도

 석면안정화제를 무기질계 3종, 유기 및 합성수지계 5종에 대한 평가결과 무기질계 제품 보다는 유기 및 합성수지계 중 일부 제품에서 오염물질 방출이 높은 것으로 조사되었다.

 석면비산안정화제 오염물질방출량 평가결과를 Fig. 1과 2에 나타내었다. 8개의 제품에서 방출되는 총휘발성유기화합물 평균은 1.182mg/m² h이었으며, 방출량 범위는 0.004 ~ 5.698mg/m² h이었다. 현재 실내공기질의 오염원 관리를 위해 실행되고 있는 오염물질 방출기준 평가대상 제품군은 접착제, 페인트, 실란트, 퍼티 및 일반제품으로 구분되어지고 있으며, 안정화제는 평가 대상에 포함되어져 있지 않다. 이에 안정화제를 일반제품의 4.0 mg/m² h과 폐인트 또는 합성수지계를 포함하는 접착제 2.5와 2.0 mg/m²h와 비교한 결과 일반제품의 기준에 대한 초과제품은 1개, 폐인트 또는 접착제 기준을 초과하는 제품은 2개 제품인 것으로 조사되었다.

Fig 1. Emission rate of VOCs from inorganic and organic and synthetic resin based asbestos stabilizer

Fig 2. Emission rate of HCHO from inorganic and organic and synthetic resin based asbestos stabilizer

폼알데하이드의 방출량은 평균 0.00279mg/m² h, 범위는 0.001 ~ 0.007mg/m² h의 범위이었다. 현재 적용되는 모든 제품군의 기준은 0.12mg/m2 h를 초과하는 제품은 없었으며, 2개 제품에서는 방출되지 않는 것으로 분석되었다. 

3.2 석면비산안정화제의 BTEXs 방출 특성

실내공기의 총휘발성유기화합물질 및 건축자재 방출 시험의 주요 휘발성유기화합물질인 BTEXs의 경우 유기 및 합성수지계와 무기계에서 총휘발성유기화합물질의 함유율이 높지 않은 것으로 분석되었으며, 각 물질의 방출량을 Table 4에 나타내었다. 

Table 4. Emission rate of VOCs and formaldehyde from asbestos stabilizers(㎍/m^2*h).

 특히 유기 및 합성수지계 무기계의 석면 비산방지제의 방출시험결과 BTEXs 중 toluene만이 모든 안정화제에서 방출되는 것으로 조사되었고, 가장 높은 toluene 방출량은 무기계에서 0.00632mg/m² h이었으나, 현재 환경부 다중이용시설 실내공기질관리법의 건축자재에서 방출되는 오염물질 기준인 0.080mg/m² h를 초과하지 않았다.

 발암물질인benzene의 방출량은평균0.99 μg/m² h 범위는 0.7 ~ 1.54 μg/m² h, ethylbenzene은 평균 0.69 μg/m² h, 0.36 ~ 1.67, styrene은 평균농도 0.72 μg/m² h 범위는 0.57 ~ 0.81 μg/m² h이었다.

 m,p-xylene은 1개 제품에서만 검출되었으며 방출량은 0.5 μg/m² h이었고, p-xylene의 평균은 0.42 μg/m² h 범위는 0.31 ~ 0.50 μg/m² h이었다.

3.3 유기 및 합성수지계와 무기계의 휘발성유기화합물 방출 특성

8종 석면 비산방지제는 유기 및 합성수지계로 분리되는 5종에서 방출되는 휘발성유기화합 물질 중 TVOC를 차지하는 주요물질의 함유율을 Fig. 3과 4에 나타내고 있다.

Fig. 3. The percentage of VOCs components emitted from organic and synthetic resin based asbestos stabilizer.

Fig. 4. The percentage of VOCs components emitted from inorganic based asbestos stabilizers.

방출되는 휘발성유기화합물에 대한 정성분석결과 O-1의 경우 1-Butoxy butane이 60.4%, O-2는 n-Butyl ether 15.4%, O-3은 2,2-Dimethyl-1-(2-hydroxy-1-isopropyl)proply ester of isobutanoic acid 43.4%, O-4는 3-Hydroxy-2,4,4-trimethylpentyl 2-
emthylpropanoate 26.5% , O-5는 Proplyene glycol 44.3%로 함유율이 높은 것으로 분석되었다. 

일반자재 총휘발성유기화합물 방출량 기준인 4.0mg/m² h 기준을 초과하는 O-3의 주요 휘발성유기화합물질은 2,2-dimethyl-1-(2-hydroxy-1-isopropyl)  roply ester of isobutanoic acid와 3-hydroxy-2,2,4-trimethylpentyl ester of isobutanoic acid이었으며, 두 물질의 함유량이 85.2%로 TVOC의 대부분을 차지하였다. 또한 페인트나 접착재의 방출량 기준 2.0mg/m² h을 초과하는 O-4의 대표물질은 3-hydroxy-2,4,4-trimethylpen-tyl-2-methylpropanoate와 2-methyl-2,2-dimethyl-1-(2-hydroxy-1-methylethyl)proply ester of prop-anoic acid이며, 두 물질은 전체 중 48.2%를 차지하였다. 

무기질계 제품의 경우에는 I-1는 2-(2-butoxyethoxy) ethanol이 46.0%, I-2 제품은 1,2-propanediol이 11.8%, I-3 제품은 nonanal 11.0%인 것으로 분석 되었다. 무기질계는 중 I-2와 I-3은 다른 제품들과 달리 미확인과 기타 화학물질의 비율이 높은 것으로 분석되었는데 I-2는 65.5%와 2.4% I-3은 46.4%를 차지하는 것을 분석되었다. 

4. 결론

 본 연구에서는 향후 뿜칠제, 슬레이트 천정제 등으로부터 석면비산 관리를 위한 비산안정화제의 적용으로 실내공기질에 영향을 미칠 것으로 예상되는 석면 비산 안정화제에 대한 방출시험을 수행하여 다음과 결론을 얻었다.

석면비산안정화제 8개 제품에서 방출되는 TVOC은 0.004 5.698mg/m² h, toluene은 N.D 0.006mg/m² h로 조사되었으며, 유기 및 합성수지계에서 방출되는 TVOC 농도가 무기질계 제품의 방출 농도보다 높은 것으로 분석되었다. 현재 다중이용시설의 실내공기 오염물질 오염원 관리를 위해 적용되고 있는 건축자재의 오염물질 방출기준이 적용되는 건축자재에 분류되지 않아 현재 관련 기준과 직접적으로 비교할 수 없으나, 액체상태의 건축자재인 페인트와 접착제의 방출 기준인 TVOC 2.0과 2.5mg/m2 h를 초과하는 제품은 유기 및 합성수지계 2개 제품, 벽지, 바닥재와 같은 일반건축자재의 기준 4.0mg/m2 h을 초과하는 제품은 1개 제품이었다. 최근 일본에서 개발되고 등록되어지는 제품은 사용 원료에 따라 구분하고 있는데, 본 연구에서 평가한 무기질계 안정화제가 유기 및 합성수지계 제품보다 VOCs와 formaldehyde의 방출 비율이 낮은 것으로 조사됨에 따라 국내에서 안정화제를 개발하는 경우에는 유기 및 합성수지계보다는 무기질계의 안정화제를 개발을 검토할 필요성이 있다. 

비산안정화제에서 방출되는 VOCs와 form-aldehyde 관련 연구가 부재하여 기존 건축자재에서의 방출되는 오염물질과 비교하였다. 평가된 8종의 안정화제에서 발생하는 VOCs 중 주요 관리 대상인 benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styrene(BTEXs)은 평균 26.4%(0.1 96.0%)이었는데, 이는 공기청정협회에서 운영하는 HB마크의 접착재의 경우 TVOC 중 5VOC(benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styr-ene)는 평균 3%(0.25 16.91%), 페인트는 평균 6%(0.50 30.09%)보다 높은 것으로 조사되었고(Kim, 2009). 주요물질의 농도는 기존의 건축자재 방출량 연구에서 제시되고 있는 평균농도인 toluene 22.052 μg/m² h, xylene 14.261μg/m² h, ethylbenzene 3.358 μg/m² h, styrene 1.971μg/m² h, benzene 1.391 μg/m² h 보다는 낮은 것으로 조사(Kang et al., 2008)되어, 안정화제에서 방출되는 VOCs는 TVOC 농도가 낮게 방출되었으며, 이에 비해 BTEXs와 같은 주요물질의 높은 함유량이 높기 때문이다. 본 연구에서 form-aldehyde의 경우 0.001 0.007mg/m² h 조사되어 건축자재의 방출시험 결과와 비교하여 높지 않은 것으로 조사되었다. (Kang et al., 2008) 

 본 연구에 결과에 따르면 건축물 내부에 사용되는 석면함유 뿜칠제의 비산 관리를 위해 사용될 수 있는 안정화제의 경우 제품 원료에 따라 실내공기 오염원의 역할을 할 수 있으므로, 향후 안정화제에 대한 인정제도가 도입이 검토되어 진다면 건축자재에 오염물질 방출시험 기준을 적용되어져야 할 것으로 판단된다.