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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.20 No.3 pp.228-238
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2021.20.3.228

A Study on the characteristics of formaldehyde emission according to temperature and time period regarding household products using the small
chamber method

DaMin Park1, Jinseok Han2*
1E1eng
2Department of Environmental and Energy Engineering, Anyang University
*Corresponding Author: Tel: +82-31-463-1292 E-mail: nierhan@hanmail.net
17/08/2021 12/09/2021 30/09/2021

Abstract


Recently, there has been growing interest in harmful substances released from household items such as volatile organic compounds (VOCs) and this has increased people’s environmental awareness. In this study, adhesives and manicures were used as samples of indoor household goods and formaldehyde emission and tested over time under temperature conditions of 15°C, 25°C, 35°C, and 45°C. The small chamber method as the indoor air quality process test method was employed and used to evaluate the concentration of formaldehyde emissions. As a result, formaldehyde emissions gradually decreased over time in both tests using adhesives and manicures. The cumulative emission showed a logarithmic function over time, and the formaldehyde can be released for longer periods of time at lower temperature conditions. The logarithmic value and response time showed linear relationships, and it can be inferred that the formaldehyde was released from the sample through the first order reaction. Furthermore, the relationship between temperature and velocity constants which was determined using the Arenius linear equation showed that the reaction rate of formaldehyde can be estimated by a temperature change.



소형챔버법을 이용한 생활용품의 온도 및 시간에 따른 폼알데하이드 방출량 특성에 관한 연구

박다민1, 한진석2*
1이원이엔지
2안양대학교 환경에너지공학과

초록


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

    1. 서 론

    세계보건기구(WHO)는 실외보다 실내에서 오염물 질이 폐에 전달될 확률이 약 1,000배 높다고 보고한 바 있다(Kim, 2014). 현대인들은 일과의 90% 이상을 실 내에서 생활하고 있고, 실내에서 발생하는 오염물질 은 인체에 많은 영향을 미치고 있다(ME, 2017). 실내 의 공기는 실내의 활동, 건축자재, 생활 화학제품, 곰 팡이 등 다양한 경로로 오염되고 있다. 실내공기 오 염에 의해 인체는 호흡기성 알레르기, 빌딩 증후군(sick building syndrome), 화학물질과민증(multiple chemical sensitively), 과민성 폐렴, 천식, 피부질환 등이 발생할 수 있다(Kim, 2014).

    실내공기오염의 원인 중 하나인 휘발성유기화합물 은 대기 중에 휘발되어 악취나 오존을 발생시키는 탄 화수소 화합물이며, 저농도에서도 인체 피부 접촉이 나 호흡기 흡입을 통해 신경계 장애를 일으키는 발암 물질이다(Naver, 2021). 접착제 등에서는 최고 10년까 지 휘발성유기화합물이 배출되는 것으로 알려져 있 다(Kim, 2020). 휘발성유기화합물 중 대표적인 물질 인 폼알데하이드는 무색 기체이며, 인화성이 있고 실 온에서 반응성이 높은 특성이 있다(WHO, 2010). 대 기 중에서는 폼알데하이드가 주로 메탄 또는 탄화수 소 가스에 햇빛과 산소가 작용하여 생성되고 햇빛과 토양 및 수중 미생물에 의해 분해되어 실외 환경 중 에는 축적되지 않지만, 보건학적인 측면에서는 인체 의 위해를 주는 발암성, 독성물질로 알려져 있다(Naver, 2011;Rovira et al., 2016). 또한 90%의 가정에서 폼알데 하이드가 검출되었고 방출량은 노후된 건물보다는 신축주택에서 더욱 높다고 보고된 바 있다(Guo et al., 2009). 새 자동차 시트커버의 휘발성 유기화합물질과 폼알데하이드의 방출 특성에 관한 연구가 진행되었 고 이는 신차에서도 여러 유해 물질의 방출되고 그 양 이 인체에 영향을 미칠 것으로 판단된다(Lim et al., 2008). 또한 Jeong (2020)은 대학교 휴게 공간의 실내 외 오염물질을 조사하였고, 실외에 비해 실내에서 오 염물질 농도가 높은 것을 보고한 바 있다. 설문조사 를 통해 학생들이 휴게공간을 이용하면서 피로감을 느낀다고 나타났고 이러한 원인은 실내공기 오염이 라 보고하였다(Jeong et al., 2020).

    국내외에서 폼알데하이드 방출 특성 중 온도 및 습 도의 의존성 특성에 대한 연구가 진행되었으며, 시료 특성에 따라 다양한 연구 결과가 나타났다. Yoo (2010a)Yoo(2010b)는 실내건축재료의 폼알데하이드의 방 산 특성을 시간 경과에 따른 방출 패턴의 형태로 구 분하였고 온도 및 습도의 변화에 따른 방출량의 의존 성 평가로 구분하여 분석하였다. 그 결과 시험편에서 의 폼알데하이드 방출 특성은 온도가 높을수록 많은 양이 장시간 계속 방출된다고 보고하고 있다. Kelly (1996)의 보고서에서는 습식 제품의 폼알데하이드 방 출 실험 결과 상업용 바닥 마감재의 면적당 초기 및 최종 방출량이 가장 많았고 두 번째로는 손톱 강화제 가 높은 초기 방출량(178,000 μg·m-2·hr-1)을, 매니큐어 는 비교적 낮은 초기 방출량(20,700 μg·m-2·hr-1) 을 나 타냈다고 보고하였다. Myers (1985)는 파티클 보드 및 경목 합판 패널에서 발생하는 폼알데하이드 방출에 대한 온도 및 습도 변화에 영향을 연구하였고 폼알데 하이드 농도는 온도에 대해 지수 Arrhenius 식에 적합 하다는 사실을 보고한 바 있다. 반면 습도는 온도보 다 더 복잡하여 농도 측정에 불확실성이 높아 오류 가 능성이 크다고 판단되었다(Myers, 1985).

    새집증후군과 같은 실내공기질 오염에 관련된 문 제가 대두되면서 신축 공동주택의 건축자재에서 방 출되는 오염물질에 관한 연구가 다수 이루어져 왔다. 하지만 신축 공동주택 외 실내에서 혹은 작업환경에 서 사용하는 생활용품 중 오염물질의 방출이 인체의 피해를 입힐 수 있다. 인쇄소의 작업을 가동한 후에 여러 가지 유해 물질이 방출된다는 연구가 진행되었 으며(Chae et al., 2019), 작업환경에서의 유해 물질을 목록화하는 연구의 필요성을 보고한 바 있다. 또한 Murata (2012)는 네일숍 작업환경의 공기 오염물질을 샘플링하여 연구한 결과 작업자가 잠재적으로 위험 한 여러 화학물질에 노출되어 있지만, 미국 산업 안 전 보건국(OSHA)의 허용 노출 한계 및 기타 표준과 비교할 때 낮은 수준이라 보고하였다. 하지만 네일숍 직원의 업무 관련 건강의 불만은 일반적인 현상이었 고 설문조사에 의해 피부 및 호흡기 자극과 같은 업 무 관련 건강 증상을 보고하였다. 따라서 네일숍에서 의 적절한 작업환경에 대한 기준이 마련되어야 할 것 으로 보인다.

    국외와 달리 국내에서는 생활용품 내 유해 물질의 방출 시험법 및 방출특성에 대한 적절한 연구가 부족 하며 더욱 많은 기초자료의 확보가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 건축자재 방출 시험방법인 소형챔버 법을 이용하여 생활용품 사용 시, 폼알데하이드의 방 출 특성을 알아보고자 하였고 온도 및 시간에 따른 방 출 패턴이 어떻게 변하는지 연구하고자 하였다. 또한 본 실험 데이터로 물질의 방출량에 대한 반응속도를 살펴보고자 하였으며 온도에 따른 반응차수를 유추 하여 온도가 방출 속도에 의존성이 있는지에 대해 검 토하고자 하였다.

    2. 연구 방법

    2.1 연구 대상의 선정

    본 연구에서는 자극성이 강한 냄새를 갖는 폼알데 하이드(formadehyde)를 실험 대상으로 하였다. 폼알 데하이드가 성분인 생활용품에는 접착제, 방부제, 건 축자재, 담배, 전자담배, 플러그인 방향제, 공기 청정 제, 종이타월, 일부 에센셜 오일 및 세정 제품, 새 옷, 침 대 시트와 베게, 가구, 커튼, 스킨케어 제품, 화장품, 매 니큐어, 매니큐어 리무버, 치약, 향수, 베이비케어 제 품, 플라스틱 병, 인공 감미료 등이 있다. 본 연구에서 는 이러한 제품 중 일상생활에서 자주 사용하고 있는 접착제와 매니큐어에 대한 연구를 진행하였다.

    2.1.1 접착제

    첫 번째 연구 대상은 고무, 플라스틱, 가죽 등에 우 수한 접착 성능을 보이는 접착제이다. 접착제는 접착 을 시킬 수 있는 모든 물질을 말하며 그 분류 방법에 는 주성분에 의한 분류, 경화 방법에 의한 분류, 형태 에 의한 분류 강도 특성에 의한 분류 등으로 나눌 수 있다(Deyang polysol, 2021). 접착제가 제조되어 사용 되는 용도 중 가정용은 약 9.2%이고 한국 접착 산업 협회에서 가정용 접착제의 출하실적은 2019 년에 전 년대비 2% 상승한 것으로 보고하였다(KAIA, 2019). 또 한 아파트의 온돌 마루에도 접착제가 사용되고 있어 유해화합물을 유발하고 있다. 유성 접착제가 수성 접 착제에 비해 더 높은 VOCs (volatile organic compounds) 방출이 나타났고, 건설 업체들에게 유기화합 물 함량이 적은 수성 접착제 생산을 유도하고 있지만 국내 대부분의 건설 업체에서는 단가가 비싼 수성 접 착제 사용을 기피하고 있는 실정이다. 2015 년부터 중 국과 타이완 제품이 국내에 유입되기 시작하여 저가 의 접착제가 사용되고 있고 가격경쟁이 불가피하기 때문에 접착제에서 방출되는 유해 물질에 대한 안정 성이 의심되고 있다(Gang, 2006).

    2.1.2 매니큐어

    두 번째 연구 대상으로 손톱이나 발톱에 색을 칠해 꾸미는 용도로 사용하고 있는 매니큐어를 사용하였 다. 세계의 매니큐어 시장을 장악하고 있는 국가들은 매니큐어에서 방출될 수 있는 유해 물질들에 대한 경 고, 판매와 사용에 대한 자율적인 판단만을 요구하고 있다(Kim and Kim, 2020). 2016 년 폴란드에서 조사한 네일아트 제품 종류별 시장조사에서 매니큐어가 81.9% 로 가장 큰 비중을 차지하였다. 또한 네일 제품 시장 이 2010년부터 2015년까지 연평균 7.5% 성장하였다 고 보도하고 있으며 현재까지 네일아트에 대한 사람 들의 수요가 증가한다는 것을 예측할 수 있다(Shin, 2016). 하지만 네일숍에서 일하는 직원들의 호흡기 질 환이 발생되었다는 연구결과로 매니큐어에서 유해 물질이 발생하여 인체에 피해가 됨을 알 수 있다(Murata, 2012).

    2.2 분석 및 측정방법

    대기 공정시험 기준에 제시되어 있는 폼알데하이 드 분석방법은 고성능액체크로마토그래피법, 크로모 트로핀산 자외선/가시선분광법, 아세틸아세톤 자외선 /가시선분광법 총 3가지 분석방법이 있다(Nier, 2020a). Table 1은 폼알데하이드 분석방법의 정량 범위 및 방 법 검출한계를 나타낸 것이다.

    고성능액체크로마토그래피법은 다양한 카르보닐계 화합물을 측정할 수 있고 사용이 간편하며 시료 채취 유량을 적절히 조절할 수 있다는 장점이 있다. 고성 능액체 크로마토그래피의 장단점은 Table 2와 같이 나 타냈다.

    크로모트로핀산법은 페놀이나 일부 유기물, 폼알 데하이드를 제외한 다른 종류의 알데하이드류에 의 해 방해를 받는다는 단점이 있다. 하지만 시료채취 시 시각적으로 발색을 확인할 수 있어 그에 맞춰 채취 방 법을 조절할 수 있다는 점과 경제적으로 저렴하게 이 용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 광범위한 물질을 측정하고자 하는 것이 아니고 폼알데하이드만을 단 일 검출하고자 할 때에는 더욱 유리하다. 방법 검출 한계가 0.003 ppm으로 HPLC (high performance liquid chromatography) 분석법 보다 더 낮고 세밀한 분석을 할 수 있다. 크로모트로핀산법의 장단점은 Table 3과 같다.

    본 연구에서는 접착제와 매니큐어를 대상으로 온 도별로 시간에 따른 방출량을 측정하였다. 설정온도 는 15°C, 25°C, 35°C, 45°C로 설정하였고, 시간은 0~1 시간, 1~2시간, 2~3시간, 3~4시간에 방출되는 양을 각 각 측정하였다. 실내공기질 공정시험기준 중 ES 02131.1d 건축자재 방출 휘발성유기화합물 및 폼알데 하이드 시험방법-소형챔버법 8.1.1 에서는 단위 면적 당 방출량에 대한 식이 제시되어 있지만 본 연구에서 는 시료를 도포하는 과정에서 면적당 질량의 균등성 이 일정하기 어렵다고 판단하여 단위 질량당 방출량 을 산출하여 진행하였다. 식(1)은 시험편 단위 질량당 방출량(Em)을 나타낸다.

    E m = C t × Q m = C t × n V m
    (1)

    • Em : 시험편 단위 질량당 방출량(mg·g-1·hr-1)

    • Ct : 시간 t에서 소형방출시험챔버 내의 오염물질의 농도(mg·m-3)

    • m : 시험편의 질량(g)

    • Q : 소형방출시험챔버의 유량(m3·hr-1)

    • n : 환기횟수(회/hr)

    • V : 소형챔버의 부피(m3)

    시간에 따른 시료의 단위 질량당 폼알데하이드 방 출량을 구하기 위해 접착제는 약 10 g 도포하였고, 매 니큐어는 약 2 g을 도포하였다.

    2.3 측정분석의 재현성과 검출한계

    2.3.1 검량선의 선형성 및 재현성 평가

    실내공기질 공정시험기준의 폼알데하이드 분석방 법은 2,4DNPH 카트리지와 액체크로마토그래프법을 따르지만 본 연구에서는 대기 공정시험기준 중 임핀 져법을 이용하여 크로모트로핀산 자외선/가시선분광 법으로 진행하였다. 구체적인 분석 조건은 다음의 Table 4와 같다.

    본 연구에서 적용한 크로모트로핀산법의 재현성을 평가하기 위해 폼알데하이드 표준용액을 제조하여 검량선식을 작성하였다. 폼알데하이드 표준용액은 1 mL 중 13.38 mg의 폼알데하이드가 포함되게 제조하였고 각각 0.25mL, 0.5 mL, 1 mL, 2 mL 만큼 취하여 전량을 20 mL로 검량선을 작성하였다. 동일한 조건에서 4회 반복 분석하였으며, Table 5와 같은 결과가 나타났고 각 표준 농도에 대한 상대표준편차는 20% 이내로 작 성되었다. 각 회차마다 검량곡선의 결정 계수(R2)가 0.98 이상이었고 대표로 1회차에 분석한 검량선을 Fig. 1과 같이 나타냈다.

    2.3.2 시료재취 반복 재현성 평가

    본 시험에서는 소형챔버를 제작하여 방출 실험을 하고자 하였으며, 시료 도포 직후 시작하여 4시간까 지 1시간마다 시료를 채취하였다. 시험 시료 도포를 위한 시험편은 시료의 무게를 용이하게 잴 수 있고 온 도와 습도에 영향을 받지 않는 알루미늄호일을 사용 하였다. 시료의 면적은 144 cm2 무게는 매니큐어 2 g, 접착제 10 g으로 설정하였고 오차율을 줄이기 위해 각 시험편 간 무게의 편차를 5% 이내로 하였다. 시험편 은 최대한 균등하게 도포하였고 초기에 방출량이 많 아 시험편 도포 즉시 챔버에 넣어 밀봉하였다. 기타 시편의 도포량, 소형챔버에 부피에 대한 환기 횟수, 시 료 부하율에 대한 자세한 사항은 Table 6과 같다.

    실험에서 사용한 소형챔버는 3 L의 스테인리스 재 질의 통을 이용하였고, 챔버 내의 온도를 일정하게 유 지하기 위해 GC (Gas chromatography) 오븐 안에 넣어 챔버를 제작하였다. 챔버에 공급되는 공기의 질은 측 정하려는 오염물질의 농도가 낮아야 하기 때문에 순 도 99.9%의 희석공기(zero air gas)를 사용하였고, 장치 의 구성은 희석공기-유량계-챔버-임핀저 2개-임핀저 (공병)-유량계-펌프 순으로 제작하였다. 실험 장치의 구성은 Fig. 2와 같다.

    희석공기에서 나오는 공기는 유량계를 조절하여 소 형챔버 내에서 1 L/min로 흐르게 하였고 1시간 동안 60 L를 채취하였다. 실험 진행에 앞서 배경농도의 적 절성을 확인하기 위해 소형챔버를 깨끗한 상태로 하 여 여러 번 대조실험(blank test)를 진행하였고, 매 시 험 시작 전 이를 확인하여 교차오염을 여부를 확인하 였다. 다음 시료를 분석하기 전 소형챔버는 증류수로 여러 번 행궈 서늘한 곳에 24시간 이상 건조하여 오 염이 없도록 하였고, 챔버에서 임핀저를 연결하는 테 프론 관은 초음파세척하여 사용하였고 오염방지를 위하여 주기적으로 교체하여 사용하였다.

    시료 채취 정밀도를 평가하기 위해 각 시료의 시료 채취부터 전처리까지의 실험 과정을 온도와 시간을 설정하여 3회 반복하여 측정하였다. 설정온도는 25°C 로 하였고 1시간 간격으로 채취하였으며 4시간 동안 진행하였다. 접착제와 매니큐어 시료의 정밀도는 15% 내외로 나타났다.

    2.3.3 검출한계 평가

    본 실험 방법으로 시료에 대한 최소 농도를 평가하 기 위해 검출한계를 측정하였다. 예측되는 방법검출 한계 농도의 표준액 7개를 제조하여 시료의 전처리 방법과 같이 모든 과정을 진행하였다. 본 연구에서 실 험한 표준액은 0.1 mL/L로 조제하였고 채취량를 고려 하여 산정한 농도는 ppm 단위로 환산하였다. 그 결과 방법검출한계(MDL : method detection limit)는 0.0071 ppm 이다. 본 실험에서는 0.0071 ppm 이상의 값에 대 해서 신뢰할 수 있다고 판단하였다.

    3. 연구결과

    3.1 온도 및 시간에 따른 폼알데하이드 방출량 결과

    접착제는 45°C에서 초기 1시간 동안 0.0019 mg·g-1·hr-1 의 폼알데하이드가 발생하였으며, 15°C의 초기 발생 량은 0.0011 mg·g-1·hr-1 으로 나타났다. Table 7은 접착 제의 단위 질량당 폼알데하이드 방출량을 나타낸 표 이다. 한편 매니큐어는 45°C에서 초기 1시간 동안 0.0125 mg·g-1·hr-1 의 폼알데하이드가 발생하였으며, 15°C의 초기 발생량은 0.0082 mg·g-1·hr-1 로 나타났다. Table 8 은 매니큐어의 단위 질량당 폼알데하이드 방출량을 나타낸 표이다. 2개의 시료 모두 폼알데하이드 방출 량은 일정한 온도에서 시간 경과에 따라 점차 감소하 는 패턴을 보였으며, 초기에는 방출량이 많이 발생하 지만 시간이 지남에 따라 방출 속도가 급격하게 줄어 드는 것을 알 수 있었다. 이로 인해 질량당 시료에서 방출되는 최종 누적 방출량이 같다고 가정하면, 온도 가 낮을 때 최종 방출까지의 시간이 더욱 길어질 것 으로 예상된다.

    3.2 시간에 따른 누적 방출량

    2개의 시료의 각 온도별 폼알데하이드의 누적 방출 량을 Fig. 3과 Fig. 4와 같이 나타났다. CB는 접착제에 서의 폼알데하이드 누적 방출량, CM은 매니큐어의 폼 알데하이드 누적 방출량 이다. 두 시료에서 모두 온 도가 높아질수록 로그함수의 기울기가 커지는 것을 확인할 수 있으며 시간당 방출량이 초기에는 클 수 있 으나 시간이 지남에 따라 그 속도가 더욱 빠르게 감 소하는 것으로 나타났다.

    3.3 폼알데하이드 방출속도

    반응속도론을 이용하여 방출 실험의 반응차수 및 반응상수를 구하고자 한다. 본 연구에서는 알고 있는 실험값이 생성물(B) 값 이기 때문에 최종누적 방출량 을 가정하여 반응물(A) 값을 나타냈다. 생성물(B)은 본 연구에서 실험한 폼알데하이드의 시간에 따른 누 적방출량을 말하며, 반응물(A)는 시료에 남아있는 폼 알데하이드의 양이라고 가정한다. 또한 각 시료는 45°C 에서 소형챔버법의 방출 시험 기간인 7 일(t=168) 일 때 폼알데하이드가 모두 방출된다고 가정한다(Nier, 2020b).

    AB를 접착제에 남아있는 폼알데하이드량, AM를 매 니큐어에 남아있는 폼알데하이드량 CB를 접착제에서 방출되는 폼알데하이드량, CM를 매니큐어에서 방출 되는 폼알데하이드량 이라한다. 45°C에서 t=168 일 때 의 값을 구해 최종 방출량이라 가정하면 식 (2) 및 식 (3)에서 접착제와 매니큐어의 최종 누적 방출량을 구 할 수 있으며, 그 결과는 접착제는 0.013 mg/g, 매니큐 어는 0.065 mg/g로 나타났다.

    C B = 0.0026 ln ( t + 1 ) = 0.0026 ln ( 168 + 1 ) = 0.013 m g / g
    (2)

    C M = 0.0127 ln ( t + 1 ) = 0.0127 ln ( 168 + 1 ) = 0.065 m g / g
    (3)

    두 시료에 남아있는 폼알데하이드량(AB, AM)은 최 종 누적방출량에서 시간에 따른 누적방출량(CB, CM) 을 뺀 값으로 식 (4), (5)와 같이 나타낼 수 있다.

    A B = 0.013 C B ( 실험값 )
    (4)

    A M = 0.065 C M ( 실험값 )
    (5)

    AB, AM의 반응차수를 1차 반응이라고 가정한 후 1 차 반응식 식 (6)과 같이 t와 ln(AB), ln(AM) 관계를 확 인하기 위해 Fig. 5, Fig. 6과 같이 그래프로 나타내었 다. 각 온도별 함수는 선형식으로 표현할 수 있었고 R2 값은 접착제는 0.90 이상, 매니큐어는 0.84 이상이 므로 접착제 및 매니큐어에서 반응물의 속도는 1차 반응임을 유추할 수 있다.

    ln [ A ] t = k t + ln [ A ] 0 y = m x + b
    (6)

    각각의 시료에서 온도(T)와 식 6 및 Fig. 5, Fig. 6에 서 기울기를 나타내는 반응상수(k)에 대하여 Table 9 로 나타내었다. 접착제와 매니큐어 모두 온도가 증가 할수록 반응 상수(k) 값은 증가하고 선형식의 기울기 도 음의 방향으로 증가한다.

    3.4 반응속도상수(k)와 온도(T)의 관계

    아레니우스 방정식 (7)을 이용하여 반응 상수(k)에 대해 온도(T)의 의존성이 있는지 알아보고자 하였다. 식 (7)에서 Ea는 활성화에너지 (J/mol), R은 기체상수 (8.314J/K ol), T는 절대온도 (K), A는 충돌빈도를 말 한다. 식 (7)을 변수들의 관계를 알기 쉽도록 수학적 으로 변형하면 식 (8)과 같은 선형 방정식이 나타나고 변수가 lnk와 1/T인 선형방정식을 나타날 수 있다.

    k = A e E a R T
    (7)

    ln k = ( E a R ) ( 1 T ) + ln A
    (8)

    Table 9에 나와 있는 T와 k 값을 이용하여 접착제와 매니큐어의 Fig. 7, Fig. 8과 같이 lnk와 1/T을 대입하여 그래프로 나타내었으며(y=lnk, x=1/T) 온도(T)와 속 도상수(k) 값의 관계는 R2 값 0.9905, 0.9632 으로 선형 방정식이다. 식 (8)에서 알 수 있듯이 -Ea/R은 아레니 우스 선형 방정식의 기울기이며, lnA는 y 절편이다. 여 기서 Ea는 활성화 에너지, R은 기체상수, A는 충돌 빈 도이며, 기울기와 절편을 이용하여 각각의 값 구하였 다. 계산 결과 접착제에서 방출할 수 있는 폼알데하 이드의 활성화에너지는 10233.7 J/mol, 충돌 빈도는 4.38 이고, 매니큐어의 방출할 수 있는 폼알데하이드의 활 성화에너지는 8827.81 J/mol, 충돌 빈도는 2.30이다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 생활에서 자주 사용하는 접착제와 매니큐어를 대상으로 온도와 시간에 따른 폼알데하 이드 방출 특성을 알아보고자 하였다.

    • 1. 본 연구에서 사용한 크로모트로핀산 법에 의한 폼알데하이드 검량 선식은 재현성 및 선형성이 양호한 것으로 나타났다(재현성 20% 이내, 선형 성 R2 = 0.99 이상).

    • 2. 소형챔버법을 이용한 채취 방법 역시 재현성이 20% 이내로 나타났다.

    • 3. 접착제와 매니큐어의 방출 특성은 시간이 지날 수록 점차 방출량이 작아지는 양상을 보였다.

    • 4. 두 개의 시료 모두 높은 온도에서 초기 방출량이 가장 많았고 방출량이 줄어드는 속도는 점차 증 가하는 것으로 나타났다.

    • 5. 시간에 따른 누적 방출량은 로그함수의 형태로 나타났으며 낮은 온도일수록 더 오랜 시간 방출 될 것을 예측할 수 있다.

    • 6. 반응물의 농도 로그값과 시간은 선형의 관계를 나타냈으며 이를 통해 시료 내의 폼알데하이드 의 반응은 1차 반응이라는 것을 유추할 수 있다.

    • 7. 폼알데하이드의 방출 속도는 아레니우스식에 적 용되었고 이를 통하여 온도변화에 따라 반응속 도(상수)를 추정할 수 있다.

    <저자정보>

    박다민(주임), 한진석(교수)

    Figure

    JOIE-20-3-228_F1.gif

    Formaldehyde calibration curve.

    JOIE-20-3-228_F2.gif

    Composition of small chamber experiments.

    JOIE-20-3-228_F3.gif

    Cumulative emission of formaldehyde by temperature of adhesive.

    JOIE-20-3-228_F4.gif

    Cumulative emission of formaldehyde by temperature of manicure.

    JOIE-20-3-228_F5.gif

    Changes of t and ln(AB) according to temperature conditions in the adhesive test.

    JOIE-20-3-228_F6.gif

    Changes of t and ln(AM) according to temperature conditions in the manicure test.

    JOIE-20-3-228_F7.gif

    Relationship between k and temperature induced by Arenius linear regression in the adhesive test.

    JOIE-20-3-228_F8.gif

    Relationship between k and temperature induced by Arenius linear regression in the manicure test.

    Table

    Quantitative range and method detection limit of formaldehyde analysis method (Nier,2020a)

    Advantages and disadvantages of high performance liquid chromatography

    Advantages and disadvantages of chromotropic acid ultraviolet/visible spectroscopy

    Experimental conditions of chromotopinic acid ultraviolet/visible spectroscopy

    Results of absorbance replicates according to calibration curve preparation

    Results of absorbance replicates according to calibration curve preparation

    Formaldehyde emissions in the adhesive test (mg/g)

    Formaldehyde emissions in the manicure test (mg/g)

    k values according to temperature conditions

    Reference

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