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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.3 pp.278-289
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.3.278

Characteristics of VOCs and carbonyl compounds concentration in indoor air of small scale printing facilities

Kwang-Rae Kim1,2, Jai-Young Lee2, Cheolmin Lee3, Myung-Kyu Park1, Seung-Mi Kwon1, Jin-Ho Sin1, Soo-Mi Eo1, Yong-Seung Shin1, Minseok Cho4, Juwan Kim4, Jaehyeon Kim4, Young-Kyu Lee4,*
1Seoul Metropolitan Government Research Institute of Public Health and Environment
2Department of Environmental Engineering, The Graduate School of The University of Seoul
3Department of Nano and Biological Engineering, Seokyeong University of Seoul
4National Instrumentation Center for Environmental Management College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University
*Corresponding author Tel : +82-2-880-4980 E-mail : woodlee9@snu.ac.kr
17/08/2020 16/09/2020 18/09/2020

Abstract


This study was performed to investigate the characteristics of VOCs and carbonyl compounds emitted by smallscale master, offset, and screen printing facilities. During the printing process, concentration measurements of indoor samples were made at each on the printer equipment and the indoor center of the facility. In each case, the window or door served as natural ventilation, and concentration measurements of outdoor samples were made at each air exit point. The results showed that in all printing facilities, the levels of VOCs and carbonyl compounds were much higher in printer equipment compared to indoor levels. Comparative examination of VOCs between printer equipment and the indoors of the facility, the main species of master and offset printer equipment were Methyl isocyanide, 2,2,6-Trimethyloctane, 2,2-Dimethyldecane, 3,7-Dimethyldecane, Toluene, Acetonitrile, and 3- Methoxy-3-methylbutanol. The main species of the indoors of master and offset facilities were Toluene, 2,2,6- Trimethyl-octane, Isopropyl alcohol, 3-Methoxy–3- methylbutanol, Nonane, and Acetone. However, in the screen printing facility, the printer and indoor emission compounds were the same such as 2-Methyl-cyclopentanone, Cyclohexanone, Ethylbenzene, and p-Xylene. Among the compounds released to the outside, Toluene and Acetone were the most abundant species of VOCs and carbonyl compounds, respectively.


Carbonyl compounds , Master , Offset , Printing facility , Screen VOCs

소규모 인쇄시설 실내공기 중 VOCs와 carbonyl 화합물의 농도 특성

김광래1,2, 이 재영2, 이철민3, 박 명규1, 권승미1, 신 진호1, 어수미1, 신용승1, 조민석4, 김주완4, 김재현4, 이영규4,*
1서울특별시 보건환경연구원
2서울시립대학교 일반대학원 환경공학과
3서경대학교 나노생명공학과
4서울대학교 농생명과학공동기기원

초록

    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    인쇄는 “문자, 사진 도형 또는 이들을 조합시켜 만든 화상패턴을 사용하여 인쇄 잉크를 매체로 해서 동일한 화상을 만드는 일” 이며 인쇄기계를 이용하여 판에 옮 겨진 인쇄잉크를 종이 등의 피인쇄체에 전이 시키는 업종을 인쇄업이라 한다(Lee, 2002).

    인쇄시설에서는 인쇄방식과 목적에 따라 잉크와 알 코올, Ester, Ketone, 방향족탄화수소, 지방족탄화수소 등이 포함된 매우 다양한 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)과 carbonyl 화합물이 함 유된 용제를 혼합하여 사용한다. 이러한 VOCs와 carbonyl 화합물은 인쇄공정 중 인쇄물에 인쇄된 잉크 및 유기용제의 건조과정과 인쇄물 코팅을 위한 수지의 용 융과정에서 주로 배출되어 인쇄시설 실내공기질과 재 실자의 흡입노출에 영향을 미치고 있다(Yun et al., 2019; Alabdulhadi et al., 2019). 또한 인쇄공정의 잉크 및 유기용제에서 휘발되는 VOCs는 작업장 내부와 외 부에 확산되어 악취 및 광화학 오존생성 문제의 원인 이 된다(Kiurski et al., 2011).

    국립환경과학원에서 발행하는 국가 대기오염배출량 통계자료(NIER, 2017)에 따르면 우리나라 VOCs 배출 량은 1,047,585톤으로 2016년 대비 2.3%, 23,556톤 증 가한 것으로 나타났다.

    2017년 전체 VOCs 배출량 중에서 53.8%로 가장 높은 기여율을 차지하는 유기용제 사용에 의한 배출량 은 전년대비 5,644톤 증가하였고 유기용제 배출량 중 에서 인쇄업에서 배출되는 VOC 배출량은 2013~2017 년도 평균 25,278톤 이였으며 2017년에는 29,329톤으 로 전년대비 18.8% 증가하여 가장 높은 배출량을 나 타냈다.

    최근에는 일상생활과 밀접한 공간에서 배출되는 생 활밀착 형태인 인쇄소와 같은 소규모 VOCs 배출시설 의 배출원 관리에 대한 관심이 높아지고 있다. Wang et al. (2014)은 인쇄업종에서 사용하는 잉크에서 Alkane 계, 방향족계, Alkene계 VOCs가 각각 57.5%, 31.8%, 10.7%로 주요 VOCs에 해당한다고 보고하였다. 특히, Alkane계에서는 Ethane, n-Pentane, Propane, n-Butane 등이 각각 17.4%, 13.1%, 9.4%, 7.6%로 주를 이루었 고, Alkene계에서는 1-Butene이 6.1%로 가장 높은 비 율을 나타내었으며, 또한 Toluene과 Ethylbenzene 및 Xylene 등이 각각 3.9%, 10.1%, 16.7%에 해당하여 전 체 VOCs에 있어 매우 주요한 기여 인자라고 보고했다. Li et al. (2018)은 인쇄업에서 배출되는 주요 VOCs 는 C10~C12의 Alkane계와 방향족계 화합물이 각각 44.8% 와 47.4%로 n-Undecane, n-Decane, n-Nonane, 1,2,4- trimethylbenzene, Ethylbenzene, Xylene, m-Ethyltoluene, p-Ethyltoluene 등이 전체 VOCs의 44.9%에 해당 한다고 보고하였다. Ahn et al. (2018)은 인쇄소에서 사 용하는 유기용제를 잉크, 용제, 세척제 형태로 구분하 여 발생하는 주요 VOCs를 정리한 결과, 잉크에서는 Trimethylbenzene, Xylene, Toluene 등이, 용제에서는 Methyl ethyl ketone과 Methyl isobutyl ketone 이, 세척 제에서는 Isopropyl alcohol, Butyl alcohol, Ethyl acetate 등이 일반적이었다고 발표하였다. 또한, 실제 인쇄 업에서 사용되는 잉크에서 1,2,3-Trimethylbenzene, Xylene 및 Toluene 등이 전체 VOCs의 절반 이상을 차 지하였다고 보고하였다. Kiurski et al. (2013)은 스크린 인쇄작업 중 시간에 따라 인쇄소 내부의 실내 VOCs 중에서 Toluene, Ethylbenzene, m,p-Xylene, o-Xylene, Isopropanol, Acetone, Methyl ethyl ketone의 농도가 증가하는 것으로 보고하였다.

    그러나 대규모 사업장과 달리 소규모 인쇄시설에서 는 작업 중 발생한 VOCs 물질들이 별도의 오염물질 저감 및 방지 시설 없이 시설 외부로 배출되고 있고, 인쇄방식과 목적에 따라 다양한 잉크가 사용되기 때문 에 관리에 어려움이 있다. 특히 소규모 인쇄시설은 대 부분 인구밀도가 높은 대도시 주변에 산재된 경우가 많아서 사용되는 잉크, 세척액, 다양한 용제 등 각 배 출원 특성을 고려하여 이들 성분들에 대한 배출량 산 정과 그에 따른 관리기술 및 운전조건 등을 결정하여 효율적인 저감방안을 제시되는 과정이 필요하다. 이에 본 연구진은 선행연구에서 대도시 내의 소규모 마스터, 옵셋, 스크린 인쇄시설을 대상으로 현장 설문조사를 실 시하여 주로 사용하는 인쇄용 잉크 9종류를 선정하여 잉크의 휘발분 함량과 VOCs 방출량을 분석하였다. 그 결과 마스터, 옵셋, 스크린 잉크의 단위질량당 TVOC 평균 방출량은 각각 6.3 μg/(g·h), 8.4 μg/(g·h), 212.2 μg/(g·h)으로 스크린 잉크가 높게 나타났으며 마스터, 옵셋 잉크에서는 1-Ethyl-2-pyrrolidinone, 스크린 잉크 에서는 1,2,4-Trimethylbenzene 가장 높은 농도를 나타 냈으며 1,2,3-Trimethylbenzene, 1,2,4,5-Tetramethylbenzene, 1-Methoxy- 2-propanol, Decane, Undecane 등 이 주요 방출 성분으로 나타났다.

    본 연구는 실내 공기 중 VOCs 및 carbonyl 화합물 의 농도가 높을 것으로 예상되는 소규모 인쇄시설에 대한 실내공기질 관리 및 실내 유해화학물질 노출로 인한 재실자들의 건강을 보호하기 위한 연구의 선행적 연구로 소규모 인쇄시설 실내 공기 중의 VOCs 및 carbonyl 화합물의 발생 농도 특성을 조사하여 향후 관리 방안 수립 및 거주자의 건강보호 연구에 기초적 자료 를 확보하고자 하는 목적으로 수행되었다.

    2. 실험방법

    2.1 소규모 인쇄시설 설문조사

    본 연구진의 선행연구에서(Kim et al., 2020) 서울시 통계자료를 바탕으로 가장 많은 인쇄업체가 있는 지역 에서 1~2명 종사자가 운영하는 소규모 인쇄시설을 방 문하여 인쇄소 규모, 인쇄 방식, 잉크 사용량 등에 대 해서 설문조사를 실시 후 각각 마스터, 옵셋, 스크린 인쇄소 3개 업체씩 총 9개 업체를 선정하였다.

    2.2 시료채취 일정 및 위치

    선정된 9개 인쇄시설에서 계절별로 실내 및 실외에 서 공기 중 VOCs와 carbonyl 화합물을 각각 시료채취 하여 분석하였다(가을 2016. 10. 18.~27., 겨울 2017. 2. 7.~15., 여름 2017. 8. 18.~9. 4.).

    실제 인쇄작업 중에 시료채취를 실시하였으며 시료 채취 위치는 실내의 경우 인쇄기기 주변(위 또는 앞), 인쇄시설 내부 중앙에서 실시하였다. 그리고 외부의 경 우 별도의 배출 시설이 없는 소규모 마스터와 옵셋 인 쇄시설은 배출 및 환기를 위해 개방되는 창문 밖에서, 소규모 스크린 인쇄시설은 모두 2층에 위치하여 1층 출입문 밖에서 실내와 동시에 시료를 채취하였다.

    2.3 VOCs 시료채취 및 분석 방법

    VOCs 측정 방법은 실내 및 건축자재에서 방출되는 휘발성유기화합물 측정 방법-고체흡착관과 기체크로 마토그래프-MS/FID법(실내공기질공정시험기준, ES 02602.1b)을 이용하였다.

    시료채취에 사용된 Tenax TA 흡착관(Supelco, USA) 은 사용 전 흡착관 컨디셔너(APK1200, KNR, Korea) 를 이용하여 300°C에서 4시간 컨디셔닝 실시 후 사용 하였다.

    VOCs 시료는 Tenax TA 흡착관과 시료채취펌프 (MP-Σ30, SIBATA, Japan) 사용하여 실내 3 L, 실외 9 L 채취하였다.

    표준흡착관 제조는 표준물질 흡착장치(CT1100, CHEMTEKINS, Korea)를 이용하여 200°C에서 고순도 He gas 100 mL/min 유속인 상태로 액체 표준물질이 기화될 수 있는 조건에서 제작하였다. 채취된 시료는 열탈착-GC/MS (tubomatrix350-Clarus 680/Clarus SQ8T, Perkin Elmer, USA)를 이용하여 분석하였다.

    2.4 Carbonyl 화합물 시료채취 및 분석 방법

    Carbonyl 화합물 측정 방법은 실내 및 건축자재에서 방출되는 폼알데하이드 측정방법–2,4 DNPH 카트리지 와 액체크로마토그래프법(실내공기질공정시험기준, ES 02602.1b)을 이용하였다. Carbonyl 화합물의 시료는 2,4-DNPH-실리카가 충전된 카트리지(SIBATA, Japan) 를 사용하였다. 시료채취 시 오존의 영향을 배제하기 위하여 오존 스크러버(Ozone Scrubber, Agilent, USA) 를 2,4-DNPH 카트리지 앞에 연결하고 흡입펌프 (SIBATA Σ100, Japan)를 사용하여 실내 30 L, 실외 90 L 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 5mL의 아세 토나이트릴을 통과시켜 카르보닐 DNPH 유도체와 반 응하지 않은 DNPH를 카트리지에서 탈착시킨 후 HPLC (Dionex, Ultimate 3000, USA)를 이용하여 분석 하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 소규모 인쇄시설 설문조사 결과

    총 45개 업체 설문조사 결과 옵셋(매엽인쇄 포함) 22개소 49%, 마스터 9개소 20%, 스크린 인쇄 7개소 16%, 기타(스티커, 금박 UV 등) 7개소 15%로 조사되 었다. 이와 같은 설문조사 결과는 서울시 2018년 통계 자료(http://data.seoul.go.kr)와 유사한 경향을 나타냈다. 서울시 25개 구에서 가장 많은 인쇄시설이 있는 지역 은 서울시 전체 인쇄업체 중 3,948개 업소(68%)가, 전 체 종사자수 중에서 12,953명(59%)이 한 지역에 집중 되어 있다. 이 지역의 인쇄방식에 따른 분류는 옵셋 인 쇄 2,327개 업소, 경인쇄(마스터) 682개 업소, 스크린 인쇄 386개 업소, 기타 553개 업소로 보고되었다.

    설문조사 결과를 바탕으로 소규모 인쇄시설 중에서 가장 비율이 높았던 옵셋, 마스터, 스크린 인쇄시설을 각각 3곳 선정하였다. 인쇄방식별 평균 잉크와 용제 사 용량은 옵셋 인쇄시설에서 각각 94.2 kg/month, 158.1 L/month 나타내어 가장 높게 나타났다. 마스터 인쇄시 설은 각각 9.4 kg/month, 18.3 L/month, 스크린 인쇄시 설은 각각 4.2 kg/month, 11.6 L/month을 사용하는 것 으로 조사되었다. 인쇄물 건조 단계에 사용하는 방법은 98% 인쇄시설에서 자연건조 방법을 사용하였다. 사용 되는 용제는 잉크를 희석할 때의 희석제와 인쇄기기를 세척할 때의 세척제로 구분되었다. 인쇄방식과 관계없 이 희석제로는 대부분 Isopropyl alcohol이 사용되었고, 세척제로는 마스터 인쇄와 옵셋 인쇄에서는 Alcohol류 가 스크린 인쇄에서는 Xylene, Acetone, MIBK (Methyl isobutyl ketone) 등 다양한 용제들이 사용되었다.

    3.2 인쇄기 주변과 인쇄시설 내부 VOCs와 carbonyl 화 합물 농도 변화

    마스터, 옵셋, 스크린 인쇄시설에서 인쇄기 가동 중 인쇄기 주변과 인쇄시설 내부의 실내공기 중 각각 VOCs와 carbonyl 화합물 시료를 채취하여 분석하였다. Table 1은 마스터 인쇄시설의 인쇄기 주변과 인쇄시설 내부 중앙에서 검출되는 VOCs와 carbonyl 화합물 중 농도가 높은 물질들을 나타냈다. VOCs 10가지 주요 성분 중 인쇄기 주변과 실내에서 공통적으로 나타난 물질은 Toluene, Isopropyl alcohol, 2,2-Dimethyldecane, 3,7-Dimethyldecane, 2,3,3-Trimethyloctane, 2,2,6- Trimethyloctane 등 6종류 물질이었다. 인쇄기 주변에 서는 Methyl isocyanide이 가장 높은 농도(5,475 μg/ m3)로 검출되었지만 인쇄시설 내부에서는 Toluene이 가장 높은 농도(3,156 μg/m3)를 나타냈다.

    대부분의 VOCs 물질들의 농도는 인쇄기 주변이 더 높은 농도로 나타났지만 Isopropyl alcohol은 인쇄시설 내부의 농도가 높게 나타났다. 설문조사 결과 마스터 인쇄시설에서 가장 많이 사용하는 Isopropyl alcohol은 인쇄 작업 중 사용의 편의성을 이유로 용기 뚜껑 관리 가 제대로 이루어지지 않고 있기 때문에 인쇄시설 내 부에서의 농도가 더 높게 나타냈다.

    인쇄기 주변의 carbonyl 물질 중에서는 Acetone이 1,080 μg/m3으로 가장 높았고 Formaldehyde 409 μg/ m3, Acetaldehyde 154 μg/m3 순으로 나타났다. 인쇄시 설 내부에서도 인쇄기 주변과 동일한 순서로 각각 387 μg/m3, 371 μg/m3, 150 μg/m3 로 높게 나타났으며 모두 Acetone의 농도가 높았다.

    마스터 인쇄에서 Acetone의 농도가 높은 이유는 코 팅을 얇게 하거나 제거하는데 사용되며(Jo and Jeon, 2004; Kwon, 2015), Isopropyl alcohol의 농도가 높은 것은 인쇄공정 전후에 잔류 잉크 성분을 제거하기 위 해 세척제로 사용되기 때문이다(Ahn et al., 2018, Chae et al., 2019).

    Table 2에는 옵셋 인쇄시설의 인쇄기 주변과 인쇄소 내부 중앙에서 검출되는 VOCs와 carbonyl 화합물 중 농도가 높은 물질들을 나타냈다. 옵셋 인쇄기 주변의 VOCs는 Toluene, Methyl isocyanide, Acetonitrile, 3- Methoxy-3-methylbutanol, Isopropyl alcohol 순으로 높 게 나타났고 인쇄소 내부에서는 Toluene, Isopropyl alcohol, 3-Methoxy-3-methylbutanol, Nonane, Decane 순으로 높았다. 모두 Toluene의 농도가 높았으며 전체 VOCs 중 차지하는 비율도 높았다. Chae et al. (2019) 은 옵셋 인쇄업체에서 인쇄기 가동 후에 Toluene의 농 도가 가장 높게 검출되었다고 보고한 결과와 유사한 경향을 나타냈다. 인쇄기 주변과 실내의 carbonyl 물질 중에서는 Acetone, Formaldehyde, Acetaldehyde, Propionaldehyde, Hexaldehyde 등이 검출 되었고 인쇄기 주변과 실내에서 Acetone이 차지하는 비율은 79% 이 상으로 높게 나타났다.

    인쇄용 잉크의 단위질량당 VOCs 방출량을 분석한 선행연구결과(Kim et al., 2020) 마스터 잉크에서는 제 조사별 비율 차이는 있었지만 1-Ethyl-2-pyrrolidinone 비율이 가장 높게 나타났으며 1,2,3-Trimethylbenzene, 1,2,4-Trimethylbenzene, 1,2,4,5-Tetramethylbenzene, Naphthalene, Acetonitrile 성분이 주요 성분으로 나타났다. 옵셋 잉크에서는 1-Ethyl-2-pyrrolidinone으로 검출된 peak area % 비율이 높았고 Decane, Undecane, Hexadecane 같은 Decane류가 높은 비율로 검출 되었다. 이 와 같이 선행연구와 비교할 때 잉크에서 방출되는 VOCs 성분이 인쇄기 주변 및 인쇄소 내부에서 검출되 는 빈도수가 낮거나 인쇄용 잉크보다는 용제에 포함되 어 있는 성분들이 높은 농도로 검출되었다. 그 이유는 인쇄방식의 차이에서 나타나는 결과로 판단된다. 선행 연구에서 옵셋 인쇄방식은 판면의 요철은 없지만, 판의 표면을 화학적으로 처리하여 잉크가 부착하는 부분인 친유성의 화선부와 물이 합착하는 부분인 친수성의 비 화선부를 형성하여 물과 유성잉크의 반발성을 이용하 는 인쇄방식이다. 옵셋 인쇄 공정의 경우 패턴롤에서 블랭킷롤로 잉크가 전이되는 오프(off) 공정과, 블랭킷 롤에서 유연기판으로 잉크가 전이되는 셋(set) 공정으 로 구분 될 수 있다. 평판에서 잉크가 전이되어 종이나 금속, 필름에 인쇄되는 방법으로 사용되는 옵셋 잉크는 안료, 바인더 수지, 첨가제로 구성된 점성이 높은 혼합 물로 상대적 고점도 특징이 있었다 (Lee et al., 2011;Shin et at., 2015). 따라서 인쇄과정에서 고점도 잉크의 세척액으로 사용하는 용제에서 방출되는 VOCs 농도 가 크게 나타나는 것으로 판단된다.

    Table 3은 스크린 인쇄시설의 인쇄기 주변과 인쇄소 내부 중앙에서 검출되는 VOCs와 carbonyl 화합물 중 농도가 높은 물질들을 나타냈다. 스크린 인쇄기 주변의 VOCs 물질들은 2-Methyl-cyclopentanone, Cyclohexanone, Ethylbenzene, p-Xylene, 1,3-Dimethyl-benzene, Methyl Isobutyl Ketone 순으로 높게 나타났다. 이와 같은 농도별 순위는 마스터, 옵셋 인쇄시설과 다르게 인쇄시설 내부에서도 동일한 순서로 높게 나타났다. 인 쇄기 주변과 실내의 carbonyl 물질 중에서는 Acetone, Formaldehyde, Acetaldehyde, Propionaldehyde, Hexaldehyde 등의 순서로 높게 검출 되었다. 그러나 인쇄기 주변과 실내에서 Acetone이 차지하는 비율은 71% 이 상으로 높게 나타났다.

    본 연구진의 선행연구에서(Kim et al., 2020) 2- Methyl-cyclopentanone, Cyclohexanone, Ethylbenzene, p-Xylene은 스크린 잉크에서 방출되는 주요 VOCs 물 질로 보고했다. 따라서 스크린 인쇄시설에는 잉크에 함 유되어있는 VOCs 물질들이 인쇄 작업에 따른 인쇄기 작동으로 인쇄기 주변과 인쇄시설 내부로 방출되는 것 으로 나타났다. 마스터, 옵셋 인쇄시설과 다른 경향을 나타난 이유는 스크린 인쇄는 메쉬에 통과하는 고분자 용액이 저점도이거나 분자량이 낮아 박막코팅에 적용 되므로 인쇄 산업에서 많이 사용되고 있다. 따라서 스 크린 잉크는 작업성이 좋은 증발 건조형(자연방치)이 일반적으로 많이 사용되고 인쇄목적에 따라 산화 중합 형(냉,온 송풍), 2액 반응형(적외선 조사), 가열 경화형 (컨베어식 가열) 등의 여러 건조타입의 잉크가 사용되 고 있다(Kim et al., 2016; Cho et al., 2017). 그러므로 휘발성이 높은 증발 건조타입의 잉크를 사용하고 실내 에서 건조시키기 때문에 스크린 잉크에 포함되어있는 VOCs 성분들이 인쇄작업 중 인쇄기 주변과 인쇄시설 내부에 존재하는 것으로 나타났다. Kiurski et al. (2013)은 스크린 인쇄 작업 전, 작업 중, 건조단계에서 잉크에 포함되어 있는 휘발성유기화합물이 지속적으로 방출되고 있는 것으로 보고 한 결과와 동일하게 나타 났다.

    Chae et al. (2019)은 잉크 제품의 방출성분과 인쇄 소 작업장에서 측정된 성분들 중 공통적으로 검출된 성분들이 다수이나 성분의 구성 비율에는 차이를 보였 다. 대체적으로 잉크제품에서는 o-Xylene 부터 n- Dodecane 까지의 탄소원자 8~12개를 가진 분자량이 큰 성분들이 더 높은 비율을 차지하였고, 작업 중인 사 업장 내부에서는 Acetone 부터 3-Methylhexane 까지 의 탄소원자 3~7개를 가진 분자량이 상대적으로 작은 성분들이 더 높은 비율로 나타나는 것으로 보고했다. 또한 인쇄시설에서는 용제를 이용하여 여러 잉크제품 들을 섞어서 특정 잉크를 제조하여 쓰는 경우가 많은 것으로 확인되어 개별제품에서 방출된 VOC와는 다른 성분들이 분포할 가능성이 높으며 잉크제품은 인쇄과 정 중 인쇄기 내부에서 피인쇄체에 인쇄됨에 따라 휘 발되어 배출되는 성분들의 구성 비율에도 변화가 있을 것으로 추정된다고 보고했다.

    Fig. 1에는 마스터, 옵셋, 스크린 인쇄소 내부의 VOCs 농도를 비교했다. 모든 인쇄시설에서 공통적으 로 검출된 VOCs 물질은 Isopropyl alcohol, Methyl isocyanide, Toluene이였다. 마스터 인쇄시설에서는 Methyl isocyanide, 2,2,6-Trimethyloctane, Toluene, 옵 셋 인쇄시설에서는 Toluene, Methyl isocyanide, Acetonitrile, 스크린 인쇄시설에서는 2-Methylcyclopentanone, Cyclohexanone, Ethylbenzene 등이 주요물질로 나타났으며 Aliphatic 물질들은 주로 마스터 인쇄시설 에서 검출되었다. Carbonyl 물질 중 Acetone 농도는 마스터, 옵셋, 스크린 인쇄시설에서 각각 734 μg/m3, 2,375 μg/m3, 1,453 μg/m3으로 차이가 나타났지만 그 외 물질들은 인쇄시설별로 유사한 농도를 나타냈다 (Fig. 2).

    이와 같은 결과는 기존 논문과 유사한 부분과 차이 나는 부분도 있다. 인쇄용 잉크의 40~80%는 혼합유기 용제이며, 잉크에 사용되는 주요 유기용제가 Toluene, Methyl ethyl keton (MEK), Ethyl acetate, Methyl acetate, Isopropyl alcohol, Methanol, Acetone, Xylene, Cyclohexanone 등 다양한 유기용제가 사용되며(Park et al., 2009), 인쇄 시설에서 세정제로 사용되는 유기용 매는 Toluene, Methyl ethyl ketone, Cyclohexanone, Chlorinated hydrocarbons, Dichloromethane, Tetrachloroethylene 등이 여러 종류가 사용되고 있기 때문이다 (Gioda and Aquino, 2002).

    3.3 인쇄시설 실내 및 실외 VOCs와 carbonyl 화합물 농도

    Table 4~6은 각각 마스터, 옵셋, 스크린 인쇄시설의 실내와 실외 VOCs 평균농도, 표준편차, 최소 및 최댓 값, 검출빈도(%)를 나타내었고 Table 7에는 carbonyl 화합물 결과를 나타냈다. 실내 VOCs 평균 농도는 인 쇄기 주변과 인쇄시설 내부 VOCs 농도를 합하여 인쇄 시설별 실내 평균농도를 계산한 상위 20종류 물질이며 외부는 별도의 배출구시설이 없기 때문에 환기를 위해 서 개방하는 창문 또는 출입문 밖에서 측정한 물질들 의 평균 농도 값을 사용하였다.

    마스터 인쇄시설의 실내에서 검출된 20종류 VOCs 물질 중에서 외부와 동시에 검출된 물질은 12종류로 나타났다. Toluene은 Table 4와 같이 내부 3,483 μg/ m3, 외부 782 μg/m3로 인쇄시설 내외부에서 검출되어 검출빈도 100%를 나타냈다. Heptane의 농도는 실내 692 μg/m3, 외부 37 μg/m3로 외부가 상대적으로 낮았 으며 검출빈도는 실내 100%, 외부 89%를 나타냈다. 실내에서 가장 높은 농도를 나타낸 Methyl isocyanide 는 실내 인쇄기 주변에서 1회 측정되었지만 그 외는 검출되지 않았다.

    옵셋 인쇄시설의 실내에서 검출된 20종류의 VOCs 물질 중에서 외부에서도 동시에 검출된 물질은 10종 류 이었으며 그중 toluene은 내부 11,725 μg/m3, 외부 1,402 μg/m3로 내부에서 가장 높은 농도를 나타냈고 검출빈도는 100%를 나타내었다(Table 5). 외부에서는 Methyl isocyanide이 가장 높은 농도를 나타냈다.

    스크린 인쇄시설에서 실내와 실외에서 동시에 검출 된 물질은 13종류로 나타났다. 실내와 실외 검출빈도 100%는 Toluene 이였지만 상대적으로 낮은 농도를 나 타냈다(Table 6). 2-Methylcyclopentanone은 실내에서 12,165 μg/m3로 가장 높은 농도를 나타냈고 28% 검출 빈도를 나타냈지만 외부에서는 1회 12 μg/m3로 매우 낮은 농도를 나타냈다. 뿐만 아니라 스크린 인쇄시설의 외부 농도는 실내와 비교해서 낮게 나타났다. 이와 같 은 이유는 본 연구 선정된 소규모 스크린 인쇄시설은 상대적으로 가벼운 인쇄기기를 사용하기 때문에 모두 2층에 위치해 있었다. 따라서 외부 시료포집 장소는 다 른 인쇄시설과 다르게 창문 밖에서 측정하지 못하고 1 층 출입문 밖에서 시료 포집을 진행하여 상대적으로 낮은 농도를 나타낸 것으로 판단된다.

    Carbonyl 화합물은 인쇄 모두 공통적으로 Acetone, Formaldehyde, Acetaldehyde, Propionaldehyde, Hexaldehyde 순으로 농도가 나타났지만 실내와 실외 모두 Acetone이 가장 큰 비중을 차지하고 있었으며 동일방 식의 인쇄시설에서도 농도 편차가 크게 나타났다. 반면 에 Formaldehyde, Acetaldehyde, Propionaldehyde 등은 인쇄시설별 내부와 외부에서 농도 차이가 크게 나타나 지 않았다(Table 7). Hwang et al. (2019)은 인쇄사업장 알데하이드류의 배출특성과 인접주거지역에 대한 영향 을 평가한 결과 인쇄공정의 주요 용제로 사용되는 MEK (메틸에틸케톤)의 배출 농도는 높았으나, Formaldehyded와 Acetaldehyde의 배출 농도는 상대적으 로 낮게 나타났으며 MEK는 1차 발생원인 인쇄사업장 에 의한 영향이 높고 Formaldehyded와 Acetaldehyde 의 농도는 광화학반응에 의한 2차 발생원의 영향이 높 은 것으로 보고하였다.

    마스터, 옵셋, 스크린 소규모 인쇄시설 VOCs와 carbonyl 화합물 농도의 계절적 변화는 통계적 유의성이 없었다. 이와 같은 이유는 온도와 상대습도 변화에 따 른 계절적인 환경인자 보다는 인쇄작업의 종류, 인쇄 목적에 따른 잉크와 용제의 영향이 더 큰 것으로 판단 된다. 또한 소규모 인쇄시설의 특성상 별도의 배출시설 없이 인쇄작업 시 복수로 개방된 창문, 출입문 등으로 배출되기 때문에 실내와 실외에서 검출되는 물질 항목 과 농도 차이가 발생했다.

    4. 결 론

    인구밀도가 높은 대도시 지역에 산재되어있는 1~2 명의 종사자가 운영하는 소규모 인쇄시설 의 잉크, 세 척액, 용제 등 각 배출원 특성을 고려한 이들 성분들에 대한 방출 특성을 분석하였다. 이를 위하여 소규모 마 스터, 옵셋, 스크린 인쇄시설에서 인쇄작업 중 인쇄기 주변, 인쇄시설 내부 중앙 그리고 인쇄시설 외부(출입 문, 창문 등)에서 VOCs와 carbonyl 화합물 시료를 채 취하여 농도 특성을 분석하였다.

    마스터 인쇄시설의 실내 VOCs 주요 물질은 Toluene, Isopropyl alcohol, 2,2- Dimethyldecane, 3,7- Dimethyldecane, 옵셋 인쇄시설 주요물질은 Toluene, Methyl isocyanide, Acetonitrile, 3-Methoxy-3-methylbutanol로 선행연구에서 분석한 마스터와 옵셋 잉크에서 방출되는 성분과 다르게 나타났다. 그러나 스크린 인쇄 시설의 주요 물질은 2-Methyl-cyclopentanone, Cyclohexanone, Ethylbenzene, p-Xylene로 잉크에서 방출되 는 물질들이 인쇄시설 내부에서 검출되었다. 따라서 마 스터와 옵셋 인쇄시설에서는 다양한 혼합 용제와 세척 액들이 사용되면서 여러 종류의 VOCs가 방출되었지 만 스크린 인쇄시설에서는 잉크에 포함되어있는 성분 들이 주요 물질로 나타났다. Carbonyl물질 중에는 인 쇄 방식과 상관없이 Acetone이 주요 물질로 나타났다.

    각각의 인쇄시설 실내의 주요 20종류 VOCs 성분들 중에서 실외와 동시에 검출된 VOCs 물질은 마스터 인 쇄시설 12종류, 옵셋 인쇄시설 10종류, 스크린 인쇄시 설 13종류였다. 이중에서 Toluene은 인쇄시설 내부와 외부에서 100% 빈도율로 조사되었고 마스터, 옵셋, 스 크린 인쇄시설 외부에서도 모두 가장 높은 농도를 나 타냈다. 또한 인쇄시설 중에서는 옵셋 인쇄소가 가장 높은 농도를 나타냈다. Carbonyl 화합물 중에서는 Acetone이 100% 빈도율로 모든 인쇄시설 외부에서 가 장 높은 농도를 나타냈다.

    Figure

    JOIE-19-3-278_F1.gif

    Comparison of indoor VOCs concentration among printing facilities.

    JOIE-19-3-278_F2.gif

    Comparison of indoor carbonyl compounds concentration among printing facilities.

    Table

    The most abundant compounds and concentration in VOCs and carbonyl compounds from master printing facilities

    The most abundant compounds and concentration in VOCs and carbonyl compounds from offset printing facilities

    The most abundant compounds and concentration in VOCs and carbonyl compounds from screen printing facilities

    Statistical summary for VOCs in master printing facilities the indoor (I) and outdoor (O) samples (μ;g/m3)

    <sup>a</sup>The values are given as the mean ± SD (minimum, maximum, % detection)
    ND : not detected

    Statistical summary for VOCs in offset printing facilities the indoor (I) and outdoor (O) samples (μg/m3)

    <sup>a</sup>The values are given as the mean ± SD (minimum, maximum, % detection)
    ND : not detected

    Statistical summary for VOCs in screen printing facilities the indoor (I) and outdoor (O) samples (μg/m3)

    <sup>a</sup>The values are given as the mean ± SD (minimum, maximum, % detection)
    ND : not detected

    Statistical summary for carbonyl compounds in printing facilities the indoor (I) and outdoor (O) samples (μg/m3)

    <sup>a</sup>The values are given as the mean ± SD (minimum, maximum, % detection)

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