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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.1 pp.66-73
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.1.66

Evaluation of performance change by multiple use of a disposable respirator

Mee-Hee Cho, Hye-Wan Kang, Jae-Eun Shim, Ha-Gyeong Lee, SungChul Seo*
Department of Environmental Health and Safety, College of Health Industry, Eulji University
*Corresponding author Tel : +82-31-740-7143 E-mail : seo@eulji.ac.kr
16/02/2020 05/03/2020 21/03/2020

Abstract


Many people have often reused their disposable respirator multiple times due to reasons of economy and purchasing inconvenience. However, multiple use of a disposable respirator may lead to an adverse effect of its protection performance. In this study, we aimed to determine changes in the protection performance of disposable respirators related to multiple use and to suggest the appropriate number of times of use. The masks of the brands T and Y were selected in this study, respectively. A mask of each brand was used for testing at the same time and place for two hours per day. The protection performance of each disposable mask was tested after consecutive use on days two, three, and four. The protection performance tests for each used mask following wear on a mannequin were performed in the laboratory using GRIMM’s fine dust monitoring device and TSI’s nebulizer. The concentration of PM10, PM2.5, and PM1.0 inside and outside the mask was measured. The filtration rate was calculated and the results were analyzed using the SAS statistical program. The protection rates of the brandnew masks of T and Y brands (blank test) were 80% and 60%, respectively. After one-day usage, the protection rates of the brand-new T and Y branded masks significantly decreased from 80% to 60% and from 60% to 50%, respectively. Rather, the slight drops of protection rate were observed after two or more days of respirator use. Our findings indicate that the change of protection performance could occur after one-time use. It would not be recommended to use disposable respirators several times in terms of in terms of protecting human health from environmental hazards.



일회용 마스크 다(多) 회 사용에 따른 성능 변화 평가

조 미희, 강 혜완, 심 재은, 이 하경, 서 성철*
을지대학교 보건환경안전학과

초록


    Korea Environmental Industry and Technology Institute
    2018001350005
    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    세계보건기구(WHO)의 대기오염과 사망률의 관계를 조사한 보고서에 따르면, 세계 인구 10명 중 9명이 기 준치를 넘는 오염된 공기 속에서 생활하고 있으며, 2012년 전체 사망자 수의 11.6%인 650만 명이 대기오 염이 원인인 각종 질병으로 사망한 것으로 밝혀졌다 (WHO, 2016). 지난 몇 년간 국내 미세먼지의 농도는 하락세를 보이지만, 그럼에도 불구하고 타국에 비해 높 은 농도를 보인다. 2017년 경제협력개발기구 OECD가 발표한 국가별 연평균 초미세먼지 농도(PM2.5)통계에 서 한국은 25.14 μg/m3로 회원국 중 농도가 가장 높은 수준인 것으로 조사되었다(OECD, 2017). 이는 OECD 회원국들의 평균으로 집계된 12.5 μg/m3의 두 배가 넘 는 수치다. OECD는 대한민국의 대기오염으로 인한 조 기 사망자 수가 2010년 100만 명당 395명에서 2060년 1,109명으로 크게 증가할 것이라 밝혔으며 이는 OECD 국가 중 최다인 수치이다(OECD, 2016).

    WHO와 환경부에서는 지름 10 μm 이하 먼지는 미 세먼지, 지름 2.5 μm 이하는 초미세먼지로 정의하고 있다(WHO, 2018;ME, 2019). 미세먼지는 입자가 작 기 때문에 쉽게 인체로 침투할 수 있고 크기에 따라 침 착되는 호흡기 부위와 독성이 서로 다르다. 연구결과에 따르면 미세먼지에 의해 면역기능약화, 천식, 알레르기 비염, 심혈관계 질환이 유발될 수 있다고 밝혀졌으며 (Sohn et al., 2014;Kim et al., 2015) WHO 산하 국제 암 연구소 IARC는 2013년 10월, 미세먼지를 인간에게 암을 일으키는 것으로 확인된 1군 발암물질로 분류했 다(IARC, 2013). 이러한 위험성이 있는 만큼, 미세먼 지 문제는 주요 관심 대상이며(Kim et al., 2019) 국민 의 불안감 또한 높아지고 있다. 통계청이 발간한 2018 년 사회조사 결과에 따르면 총 6개 환경문제에 대한 인식 가운데 국민 불안도가 가장 높은 문제는 미세먼 지로, 이에 대해 ‘불안하다’라고 응답한 비율은 82.5% 에 달했다(KOSTAT, 2018).

    우리나라에서는 미세먼지를 줄이기 위해 ‘미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법’을 시행하고 있고, 자동차 배출가스 줄이기, 발전 부분 미세먼지 배출감소 대책을 세우는 등 많은 방면으로 미세먼지를 저감하기 위해 노력하고 있다(MOTIE, 2017). 그러나 미세먼지 문제 를 단기간에 해결하기에는 경제적, 사회적 한계가 있어 미세먼지 노출의 위험성을 최소화하기 위해 노출량을 줄이는 것보다 일상생활에서 마스크를 착용하여 노출 빈도를 최소화하는 것이 효과적이다.

    미세먼지를 차단할 수 있는 마스크의 종류에는 크게 방진 마스크, 보건용 마스크가 있으며 이 중 일상생활 에서 일반적으로 착용하는 것은 보건용 마스크이다. 한 사회보건통계 조사에 의하면 보건용 마스크의 대부분 은 1회 착용을 권장하는 일회용에도 불구하고 마스크 착용자 중 50.9%는 사용한 제품을 재사용한다고 응답 했으며, 재사용 횟수로는 2회가 48.3%로 가장 많았고, 3회(36.6%), 4~5회(9.0%), 6회 이상(6.2%) 순으로 나타 났다(Consumer Korea, 2018). 또한, 재사용 방법으로 는 사용 후 그대로 두었다가 재사용이 53.2%, 표면에 붙은 먼지를 털어서 재사용이 18.4%, 제품 포장지에 넣어 재사용이 15.8%, 물이나 세제에 세탁하여 재사용 이 12.7%이었다. 재사용하는 이유로는 경제적 이유가 53.2%, 적정 횟수를 모르는 것 또한 35.5%로 주요한 이유로 집계되었다.

    1회용 마스크의 다(多)회 사용은 사용자 호기, 흡기 에 따른 필터의 물리적 변화(필터의 공극률 변화 등), 마스크 내 높은 습도에 따른 필터 재질 변화 등으로 마 스크의 미세먼지 저감 성능을 저해 할 것으로 여겨진 다. 본 연구에서는 일회용 마스크를 1회 이상 착용했을 때 마스크의 성능변화를 평가 하고자 하였다. 아울러 마스트 다회 사용에 따른 성능 변화에 기반을 둔 적정 한 착용횟수를 제시하고자 하였다.

    2. 실험 방법

    2.1 마스크 샘플 시료

    본 연구를 위해 T사 및 Y사의 마스크를 선정하였다. T사와 Y사는 소비자공익네트워크가 2017년 실시한 소 비자 인식도 조사에서 소비자가 가장 선호하는 브랜드 인 것으로 나타났다(CPIN, 2017). 따라서 가장 선호되 는 브랜드의 마스크가 실생활에서 많이 사용될 것으로 판단하여 두 사의 마스크를 선정하였다. 각 마스크의 정보는 Table 1에 나타내었고 제조사와 제품 포장지에 서 확인하였다(Jeong et al., 2019).

    2명을 한 팀으로 하여, 두 팀으로 나누어 실험에 참 여 하였다. 각 팀은 T와 Y사 제품을 각각 사용하는 것 으로 하여 실험을 진행하였다. 각 팀의 개별 실험자는 4개의 마스크를 이용(팀별 8개 마스크 사용; 4개/인), 각각의 마스크를 1일, 2일, 3일, 4일 동안 사용한 후, 지퍼백에 넣어 실험실(Laboratory) 테스트 전까지 냉장 보관을 하였다. 마스크는 2시간씩 같은 장소, 같은 시 간에서 착용하였으며, 실험 장소 등의 정보를 Table 2 에 나타내었다. 마스크의 기본 미세먼지 차단율 평가하 기 위하여, 사용하지 않은 마스크를 공시료(Blank)로 사용하였다.

    2.2 실험 장치

    마스크의 차단률 성능 평가를 위해서 광산란 실시간 측정기기(GRIMM, Model 1.108/1.109, Germany)를 사용하였다. 아울러 챔버 내 일정 농도의 미세먼지 농 도를 유지하기 위하여, NaCl 수용액을 이용한 네뷸라 이저를 이용하였다(Particle generator, TSI Incorporated, USA). 보다 구체적인 장비에 대한 정보를 Table 3에 나타내었다.

    2.3 측정 및 평가

    실험에 필요한 에어로졸을 발생시키기 위해 500 ml 의 물이 담긴 플라스크에 펄프펄렛(NaCl) 1개를 넣고 초음파 세척기에 10분간 담가둔 후 5분간 정치시킨 뒤 상등액을 취한다. 이 상등액을 네뷸라이져를 이용하여 20 L/min 유량으로 공기중으로 배출되었다. 마네킹에 마스크를 착용시킨 뒤, 연결되어있는 펌프를 통해 0.5 L/min 유량으로 공기를 10분 동안 흡입시킨다. 흡입하 는 동안 6초 간격으로 마스크 안과 밖의 PM10, PM2.5, PM1.0의 농도를 측정한다. 마스크를 제거한 후 약 1분 간 Cleaning air pump를 이용하여 챔버 안의 공기를 밀어내고 이 과정을 반복한다. Fig. 1은 실험장치의 모 습을 구성도로 나타내었다.

    마스크의 분진 포집 효율 평가는 차단율로 판단하였 다. 차단율이란 에어로졸에 대한 마스크의 비투과율로, 다음 공식과 같다.

    P ( % ) = ( 1 C i C o ) × 100
    (1)

    • P = Penetration rate (%)

    • Ci= Aerosol concentrarion inside the chamber (μg/m3)

    • Co = Aerosol concentraion inside the booth (μg/m3)

    차단율이 얼마나 감소하는지 알아보기 위해 (2)을 이용하여 저감율을 계산하였다.

    D ( % ) = [ 1 ( R B R x R B ) ] × 100
    (2)

    • D = Reduction rate between masks (%)

    • RB= Penetration of blank mask (%)

    • Rx= Penetration of mask worn x days (%)

    2.4 통계분석

    사용회수에 따른 차단율 변화는 분산 분석(Analysis of variance, ANOVA)을 실시하였다. 아울러 제조사 별 차이를 비교하기 위해서 Student t-Test를 실시하였 다. 통계분석을 위해서 Statistical Analysis System (SAS) software (SAS for Windows, version 9.1; SAS Institute Inc., Cary, NC) 프로그램을 사용하였고, 유의 수준 5% 미만 일 경우 통계적 유의성이 있다고 판단 하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 차단율

    차단율이 높을수록 마스크의 에어로졸 차단이 잘 이 루어짐을 나타낸다(Fig. 2, 3). 각 착용자의 해당 데이 터를 기하평균으로 계산한 결과값을 Fig. 4에서 그래프 형태로 나타냈다. 공시료(Blank)와 착용횟수별 차단율 의 평균을 비교했을 때, T사는 Blank에서 약 80%의 차단율을 보이고 1일 차에서 60%대, 점차 감소하여 4 일 차에서는 50%대의 평균 차단율을 보인다. Y사는 Blank에서 약 55~65%의 차단율을 보이며 3일 차까지 감소하는 경향이 보이다가 4일 차에서 다시 증가하는 경향을 보인다.

    3.2 저감률

    마스크의 차단율을 산정하기 위하여 (2)의 계산식을 이용하여 저감율을 계산하였다. T사 마스크의 저감율 은 Blank와 비교하여 1일 차에서 PM10은 16.1%, PM2.5는 23.9%, PM1.0은 28.6%로 급격하게 폭이 떨어 졌고, 4일 차의 저감율 변화가 PM10은 24.9%, PM2.5는 34.1%, PM1.0은 36.3%로 제일 컸다. 또한, 입자의 크기 가 PM10에서 PM1.0으로 작아질수록 저감율이 떨어지 는 경향이 보인다. 하지만 착용일수에 따라 저감율의 변화가 약 10% 전후로 크지 않았다.

    반면 Y사 마스크의 저감율 또한 Blank에 비교하여 3일 차까지는 감소하는 그래프를 보이다 4일 차에 PM10은 16.1%, PM2.5는 23.9%, PM1.0은 28.6%로 급격 히 증가한다. 또한, 입자의 크기가 PM2.5에서 PM1.0으 로 작아짐에 따라 저감율이 낮아진다. 감소하는 경향인 1일 차와 3일 차간의 착용일수에 따른 차단율의 변화 가 약 8% 전후로 크지 않았다. 이전 연구에서도 50~100 nm 범위의 입자가 250~350 nm에 비하여 MPPS (통과율)가 높은 것으로 나타났다(Mostofi et al., 2010).

    본 연구의 한계점으로는 마스크 착용 실험을 한 시 기와 착용한 마스크의 효율 평가 실험할 때의 시기가 약 2주 정도의 차이가 난다. 또한, 실험 당시 영등포와 잠실의 습도가 평균 약 67%로, 습도가 높은 환경에서 실험하였다. 이때 지퍼백에 소량의 공기가 함유되었을 경우, 냉장 보관 시에도 습도의 영향을 받아 마스크 필 터의 손상이 생겼을 가능성이 있다. 실제로 습도가 높 아질수록 필터 포집의 가장 중요한 요소인 정전기력이 약화되어 투과율을 증가시킨다(Han, 2011). 그리고 T 사와 Y사의 마스크 착용 실험을 한 장소가 달라 환경 의 차이가 나타났다. 실험한 장소의 가장 큰 차이는 미 세먼지 농도로 Y사의 실험장소는 T사의 실험 장소에 비해 미세먼지 농도가 최대 2배가량 높았다.

    착용한 사람이 다르므로 각 개인의 얼굴 형상에 따 른 밀착도와 호흡량에 차이가 있었다. 이전의 연구에서 마스크의 총 누설률은 얼굴 치수 간에 유의한 차이가 나타난다고 하였고 동일한 마스크에 대한 밀착 정도가 사람마다 다르다고 하였다(Han et al., 2004). 호흡 유 량의 차이에 따라 입자 포집량에 차이를 보인다 하였 다(He et al., 2013). 이로 인해 개인의 호흡률의 차이 가 실험의 한계가 있었다. 향후 연구에서는 고습에서의 실험을 피하고 동일한 장소에서 다수의 인원이 실험하 여 변수를 줄이는 것이 필요하다고 생각된다.

    특히 본 연구는 미세먼지 저감 관점에서 마스크 다 회 사용에 대한 마스크의 성능평가에 주안점이 있음을 고려해야 한다. 마스크 사용에 있어서, 얼굴에 밀착 정 도, 사용 시 발생하는 습기, 수차례 사용에 대한 마스 크의 물리적 훼손 등을 통한 건강상의 영향에 대한 평 가는 향후 다른 목적의 연구로 순차적으로 병행해야 할 것으로 여겨진다. 또한 성능 평가의 신뢰도 확보를 위하여, 착용 후 수일 내 평가를 할 필요가 있다. 상기 본 연구의 한계에서 언급하였듯이 마스크 착용 이후 바로 실험하지 못 한 점은 향후 연구에서 보완되어야 할 내용으로 여겨진다. 다만, 사용된 마스크의 보관 시 기 등이 동일하여, 성능 비교 하였다는 점은 절대적인 성능 변화 평가 보다는 상대적으로 사용이 늘어날 경 우 마스크의 성능이 낮아 질 수 있음을 보여주는 것으 로, 유사 연구의 배경 결과로써 활용성이 높을 것으로 기대한다.

    4. 결 론

    마스크마다 저감하는 효율이 다른 경향을 보이나 마 스크를 한 번이라도 사용하면 효율이 평균 약 19% (18.5%) 정도 저감한다. 하지만 착용할수록 효율이 크 게 나빠지지는 않는다. 특히 입자크기가 작을수록 효율 이 더욱 떨어지는 모습을 보인다. 따라서 마스크의 적 정사용횟수는 한번이 적합하다. 다만 2회 착용 시 효율 변화가 일 회 사용 시의 변화와 많은 차이를 보이지 않 아 미세먼지가 낮은 환경에서 한 번 더 사용이 가능할 것으로 추정된다. 하지만 환경 보건측면에서 수 회 사 용은 권장되지 않을 것으로 여겨진다.

    WHO에서는 일회용마스크의 다회 사용(multiple use)을 권장하지 않고 있다(WHO, 2009;WHO, 2020). 마스크의 다회 사용은 미세먼지 등의 입자상 물질의 투과율 문제보다는, 사용자의 흡·호기 시 발생하는 온 도 차이가 마스크 안의 습도를 높이게 되고, 곰팡이, 바이러스 등의 바이오에어로졸(Bioaerosols)에 노출되 는 문제가 더 클 수 있기 때문이다. 최근의 Jeong et al. (2019)연구에 따르면, 마스크의 사용 시 마스크 내 습 도가 올라가 세균 개체수가 급격히 늘고 있다고 보고 하고 있어, 상대적으로 높은 온도 및 습도가 미생물의 성장에 좋은 환경이 되어, 건강에 오히려 악 영향을 미 칠 수 있음을 제시하고 있다. 따라서 일회용 마스크의 다회 사용은 미세먼지의 저감 성능 평가와 더불어 메 르스, 코로나바이러스 등과 같은 유해미생물 차단 및 마스크 내 성장 억제 등의 평가가 필요하며, 지속저인 관련 연구가 필요하다 여겨진다.

    감사의 글

    본 연구는 한국환경산업기술원 “생활공감 R&D 개 발사업(과제명: 수용체 중심의 노출-건강정보 플랫폼 기반 환경성질환 예방관리 시스템 개발, 과제번호: 2018001350005)” 사업비 지원에 의하여 수행되었습 니다.

    Figure

    JOIE-19-1-66_F1.gif

    Schematic diagram of experimental set-up.

    JOIE-19-1-66_F2.gif

    Penetration rate of particulate matters by disposable respirators of T-brand.

    JOIE-19-1-66_F3.gif

    Penetration rate of particulate matters by disposable respirators of Y-brand.

    JOIE-19-1-66_F4.gif

    Average penetration rate by each disposable respirator of manufacturer and particulate matters.

    JOIE-19-1-66_F5.gif

    The level of PM10 and PM2.5 during the experimental period at Yeongdeungpo bondong, Yeongdeungpo- gu, and Jamsil-dong, Songpa-gu, Seoul (Airkorea, 2019;Seoul, 2019).

    Table

    Specifications of tested respirator

    Experimental conditions by brand

    Information of sampling instruments

    Reference

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