1.1 연구의 배경 및 목적

1980년대 초반부터 주택의 대량공급 및 고층 건축물의 급 증으로 주차사정의 악화라는 사회적 문제가 대두되면서 주차 장 설치기준의 강화 및 이용자에 대한 주차편의성 강화를 위 하여 주차시설의 확충 요구가 날로 커지고 있다. 실내 주차장 은 건축법에서 거실로 분류하고 있지 않는, 잠시 지나는 공간 으로 건축물에서 중요도가 다소 낮은 공간으로 인식함에 따 라 마감재의 선택에 있어서 건축주 및 시공자의 경험에 의해 선정되는 경우가 대부분이다. 하지만 아파트 대부분의 주차 장이 실내에 위치하는 특성상 마감재의 시공에 많은 주의가 필요하다.

에폭시 수지는 주차장 바닥 마감재로 가장 많이 사용되어지 고 있는 도료로 제조사에 따라 구성성분이 상이하나 일반적으 로 톨루엔(Toluene) 및 크실렌(Xylene) 등 용제류의 함유가 매 우 높은 것으로 알려져 있지만 이를 시공하는 도장공들은 동일 한 유해인자에 지속적으로 노출됨에도 불구하고 유해인자 노 출농도 수준은 거의 알려져 있지 않다(^{Son, 2009; Park, 2015}).

실내공기질관리법에 따라 100세대 이상 신축 공동주택의 시공자는 폼알데하이드 등의 실내공기질을 측정하여 그 결과 를 지자체의 장에게 제출하고, 주민 입주 7일 전부터 60일간 공고하도록 하고 있다. 이와 같이 시공 완료 후의 오염물질 관 리에 대한 기준은 마련되어 있지만 시공 당시 작업자들의 오 염물질 노출되는 정도에 대한 연구는 부족하며 신규 건물이 아닌 기존 건물 주차장 바닥을 재시공하는 경우에는 입주자 들에게도 일정기간 유해물질에 그대로 노출되고 있다.

이에 따라 본 연구에서는 주차장 바닥재로 많이 사용되는 A사 에폭시코팅제와 B사 바닥코팅제(A, B type)에 대하여 GC/MS (Gas chromatography/Mass spectrometer)를 이용하여 제품별로 함유하고 있는 휘발성유기화합물(VOCs) 종류 및 함량을 비교 분석해 보고, 복잡한 분석기기나 고도의 기술·숙 련을 필요로 하지 않고 간편하게 간이로 측정할 수 있는 가스 검지관을 이용하여 작업자와 입주자들에게 호흡기 또는 피부 를 통해 체내로 흡수되기 쉬운 폼알데하이드(Formaldehyde), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene)에 대하여 배출량을 연구하 고자 한다.

1.2 연구의 방법 및 범위

먼저 GC/MS(Gas chromatography/Mass spectrometer)를 이용하여 주차장 바닥재로 많이 사용되는 A사 에폭시 코팅제 및 B사 바닥코팅제(A, B type)가 함유하고 있는 휘발성유기 화합물(VOCs)의 종류와 함량을 비교 분석해 보았다. GC/MS 의 측정장비와 분석조건은 Fig. 1과 Table 1에 나타내었다.

Fig. 1

GC/MS measurement equipment(Model: Clarus 500)

Table 1

GC/MS analysis condition

그리고 작업자 혹은 입주자들에게 가장 노출이 심할 것으 로 생각되는 1시간과 1일 작업시간 8시간 경과 후 인체에 유 해한 폼알데하이드(Formaldehyde), 톨루엔(Toluene), 크실렌 (Xylene)에 대하여 Fig. 2와 같이 기체채취기(GASTEC)와 가 스검지관(GASTEC 및 KITAGAWA)을 이용하여 농도를 측 정하였다.

Fig. 2

Measuring Devices

실내공기질 측정시 시료채취조건은 해당시설의 실제 운영조 건과 동일하게 유지되는 일반환경 상태에서 측정하는 것을 원 칙으로 하고 있다. 그러나 본 연구에서는 외부 환경에 따른 오차 를 줄이고 가장 안좋은(밀폐된) 환경을 가정하여 시험하기 위해 시중에 있는 스텐으로 제작된 용기(5L용기, 27×21×13cm) 제품 을 구매하여 적정량의 시료를 넣고 온도 20℃, 습도 60%로 맞춰 진 챔버(Chamber)에서 보관 후 꺼내어 농도를 측정하였다. 그 리고 측정 대상 물질의 원활한 가스 채취를 위해 가스 흡입구와 공기 흡입구 2개를 만들고 1일 동안 물을 넣어 밀봉 여부를 확인 한 후 시료 용기로 사용하였으며 측정과정은 Fig. 3과 같다.

Fig. 3

Measurement Process

실험방법은 일정한 용량(50mL, 100mL)의 실린더 내부를 피스톤으로 감압시켜 흡인하는 기능을 가지고 있는 기체채취 기와 해당 가스별 검지관을 사용하여 시료가스를 흡인하고 변색한 길이의 눈금을 읽어 농도를 측정하였다. 측정대상물 질별 검지관 반응원리 및 색상변화는 Table 2에 나타내었다.

Table 2

The reaction principle & colour change of each detector tube

일반적으로 주차장 바닥마감재로 사용하는 코팅제는 시공 두께별로 추천 사용량이 정해져 있다. Table 3은 시험하고자 하 는 용기의 면적을 기준으로 동일한 시공 두께(100㎛)를 시공한 다 가정하였을 때 필요한 이론적인 시료량을 나타낸 것이다. 실 제 실험할 때 이 이론적인 시료량으로 시험을 진행하고자 하였 으나 A사 에폭시 코팅제 및 B사 바닥코팅제(A type)의 경우 가 스검지관의 최고 측정 가능한 농도 범위를 초과하여 측정이 불 가하였다. 이에 따라 여러 번의 예비시험을 거쳐 가스검지관 측 정농도 범위인 폼알데하이드와 톨루엔은 약 1g, 크실렌은 약 0.1g의 시료량으로 시험을 진행하여 추후 용기 면적에 해당하 는 이론적인 시료량에 해당하는 농도로 환산하였고, B사 바닥 코팅제(B type)는 이론적인 시료량(11.30g±0.005)으로 시험을 진행하였다.

Table 3

Theoretical sample usage

2.1 폼알데하이드의 특성 및 노출기준

신축 주택과 관련하여 대표적인 유해물질인 폼알데하이드 는 분자량이 적은 알데히드(HCHO, 분자량=30)로서 자극성 의 냄새를 지닌 무색의 기체로 공기층에 존재하며 물에 쉽게 용해된다. 흔히 포르말린이라 불리는 37% 수용액이 전통적 으로 상업적인 유통과정과 제조공정에서 다양하게 사용해 온 재료로 성분은 건축자재에 광범위하게 쓰이는 페놀수지, 아 세테이트계 단열재, 합판, 섬유, 가구 등의 접착제에 포함되어 있으며 수년동안 지속적으로 폼알데하이드 기체를 실내로 방 출시키는 것으로 알려져 있다.

선행 연구들에 의하면 새로 신축된 건물일수록 폼알데하이 드 농도가 높게 나타난다고 한다. 폼알데하이드의 방출정도 는 방출원이 내포하고 있는 폼알데하이드의 양과 온도, 습도 및 환기율과 관련되며, 방출수준이 반으로 감소하는 데에 소 요되는 시간인 반감기는 2～4.4년 정도가 소요된다.

폼알데하이드는 단기간 노출되었을 경우에는 눈, 코, 목의 자극 증상을 보이고, 장기간 노출되었을 경우는 기침, 설사, 어지러움, 구토, 피부질환 등을 일으키는 오염물질로 동물실 험 결과에서도 발암성(비암)이 있는 것으로 나타나며, 아파트 등 공동주택은 소비자들이 생활의 대부분을 보내고 있고 에 폭시 코팅제를 시공하는 작업자는 이러한 오염물질에 기준치 이상 장기간 노출될 경우, 인체에 미치는 영향이 더욱 클 것으 로 생각된다(^{Choi, 2004}).

“노출기준”이란 근로자가 유해인자에 노출되는 경우 노출 기준 이하 수준에서는 거의 모든 근로자에게 건강상 나쁜 영 향을 미치지 아니하는 기준을 말하며, 1일 작업시간동안의 시 간가중평균노출기준(Time Weighted Average, TWA), 단시간 노출기준(Short Term Exposure Limit, STEL) 또는 최고노출 기준(Ceiling, C)으로 표시한다.

“시간가중평균노출기준(TWA)”이란 1일 8시간 작업을 기 준으로 하여 유해인자의 측정치에 발생시간을 곱하여 8시간 으로 나눈 값을 말하며 식 (1)의 방법에 따라 산출한다.

“단시간노출기준(STEL)”이란 15분간의 시간가중평균노 출값으로서 노출농도가 시간가중평균노출기준(TWA)을 초 과하고 단시간노출기준(STEL) 이하인 경우에는 1회 노출 지 속시간이 175분 미만이어야 하고, 이러한 상태가 1일 4회 이하 로 발생하여야 하며, 각 노출의 간격은 60분 이상이어야 한다.

“최고노출기준(C)”이란 근로자가 1일 작업시간동안 잠시라 도 노출되어서는 아니 되는 기준을 말하며, 노출기준 앞에 “C”를 붙여 표시한다(^{Ministry of Employment and Labor. Exposure Criteria for Chemicals and Physical Factors, 2018}).

폼알데하이드의 노출기준은 Table 4와 같다.

Table 4

Exposure standard for formaldehyde

2.2 휘발성유기화합물(VOCs)의 특성 및 노출기준

휘발성유기화합물은 물질이 존재 상(Phase)의 형태에 따라 서 휘발성(Valatile), 반휘발성(Semi-Volatile), 비휘발성(Non- Volatile)으로 분류되기도 하며, 휘발성 물질은 증기압이 10^-2kPa 이상, 준휘발성은 10^-2～10^-8kPa 정도이고, 비휘발성 유 기화합물은 10^-8kPa 이하의 증기압을 가지는 물질이다(^{Kim, 2008}). VOCs는 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발하고, 물 질에 따라 인체에 발암성을 보이는 것으로 알려져 있으며, 신축 공동주택의 경우 VOCs의 주발생원으로 건축마감재를 들 수 있 다. 대부분의 건축자재에서는 시공 후 초기단계에 다량의 오염 물질을 방출하게 되며, 시간의 경과에 따라 방출량이 점차로 감 소된다. 대표적인 휘발성유기화합물로는 벤젠(Benzene)을 비롯 하여 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene), 에틸벤젠(Ethylbenzene) 등이 있으며 노출기준은 Table 5와 같다.

Table 5

Exposure standard for benzene, toluene, xylene, ethylbenzene

3.1 GC/MS를 이용한 제품별 함유하고 있는 휘발성유기화합물 종류 및 함량 측정결과

GC에서 얻어지는 결과를 흔히 ‘크로마토그램’이라고 하는 데 Fig. 4는 A사 에폭시코팅제 및 B사 바닥코팅제(A, B type) 에 대하여 머무름시간을 이용하여 어떤 물질인지 확인한 결 과이다. Table 6은 머무름시간에 따른 검출된 물질에 대하여 Peak Area와 시료량을 토대로 환산하여 ppmw(㎍/g)로 나타 낸 것이다. A사 에폭시코팅제의 경우 벤젠(Benzene) 0.8973㎍ /g, 톨루엔(Toluene) 20.3886㎍/g, 크실렌(Xylene) 147.09878 ㎍/g, 에틸벤젠(Ethylebenzene) 502.5803㎍/g, Methyl isobutyl ketone등 기타 물질이 229.818㎍/g 측정되었다.

Fig. 4

Chromatogram

Table 6

GC/MS Measurement result

B사 바닥코팅제(A type)의 경우 벤젠(Benzene) 1.0354㎍/g, 톨루엔(Toluene) 9.1495㎍/g, 크실렌(Xylene) 38.5143㎍/g, 에 틸벤젠(Ethylebenzene) 136.9151㎍/g, 기타 2.9825㎍/g이 측정 되었다. B사 바닥코팅제(B type)의 경우 벤젠(Benzene) 불검 출, 톨루엔(Toluene) 0.0548㎍/g, 크실렌(Xylene) 7.0342㎍/g, 에틸벤젠(Ethylebenzene) 1.4254㎍/g, 기타 26.7955㎍/g이 측 정되었다. 이에 따라 총휘발성유기화합물(TVOC)은 A사 에폭 시코팅제 900.7829㎍/g, B사 바닥코팅제(A type) 188.5968㎍ /g, B사 바닥코팅제(B type) 35.3099㎍/g으로 측정됨에 따라 B 사 바닥코팅제는 A사 에폭시코팅제에 비해 A type은 약 79%, B type은 약 96% 적은 것으로 측정되었다.

3.2 직독식 기체검지관을 이용한 농도 측정결과

A사 에폭시코팅제, B사 바닥코팅제(A, B type)에서 배출되 는 폼알데하이드(Formaldehyde), 톨루엔(Toluene), 크실렌 (Xylene) 농도를 측정하기 위해 사용한 검지관은 Table 7과 같 은 측정범위에 있는 것을 사용하여 1시간과 8시간에 대하여 농도를 측정하였다.

Table 7

Measuring range of detector tube

3.2.1 시간 경과에 따른 폼알데하이드 농도 측정결과

Table 8에는 각 제품에 대하여 측정이 가능한 해당 g수를 시 험용기에 넣고 1, 8시간 경과 후에 폼알데하이드 농도 측정결과 를 나타냈으며, Table 9와 Figure 5는 이렇게 측정된 값을 시험 용기 면적에 100㎛의 두께로 시공시 필요한 시료량에 해당하 는 값으로 보정한 후 TWA값으로 환산하여 그래프로 나타냈 다. 그 결과 A사 에폭시코팅제는 1시간 경과 후 8,982ppm, 8시 간 경과 후에는 2,249ppm으로 측정되어 TWA 환산값은 3,090ppm이었다. B사 바닥코팅제 A type은 1시간 경과 후 5,617ppm, 8시간 경과 후 1,236ppm으로 측정되어 TWA 환산 값이 1,783ppm이었으며, B type은 시간과 상관없이 폼알데하 이드(Formaldehyde)가 전혀 검출되지 않았다.

Table 8

Results of formaldehyde concentration measurement over time

Table 9

Conversion concentration for the theoretical sample amount(formaldehyde)

Figure 5

TWA converted value graph of formaldehyde

3.2.2 시간 경과에 따른 톨루엔 농도 측정결과

Table 10에는 각 제품에 대하여 측정이 가능한 해당 g수를 시험용기에 넣고 1, 8시간 경과 후에 톨루엔 농도 측정결과를 나타냈으며, Table 11과 Figure 6은 이렇게 측정된 값을 시험 용기 면적에 100㎛의 두께로 시공시 필요한 시료량에 해당하 는 값으로 보정한 후 TWA값으로 환산하여 그래프로 나타냈 다. 그 결과 A사 에폭시코팅제는 1시간 경과 후 18,049ppm, 8 시간 경과 후에는 9,028ppm으로 측정되어 TWA 환산값은 10,155ppm이었다. B사 바닥코팅제 A type은 1시간 경과 후 11,276ppm, 8시간 경과 후 4,504ppm으로 측정되어 TWA 환 산값은 5,350ppm 이었으며, B type은 1시간 경과 후 60ppm, 8 시간 경과 후 20ppm으로 측정되어 TWA 환산값은 25ppm이 었다.

Table 10

Results of toluene concentration measurement over time

Table 11

Conversion concentration for the theoretical sample amount(toluene)

Figure 6

TWA converted value graph of toluene

3.2.3 시간 경과에 따른 크실렌 농도 측정결과

Table 12에는 각 제품에 대하여 측정이 가능한 해당 g수를 시 험용기에 넣고 1, 8시간 경과 후에 크실렌 농도 측정결과를 나 타냈으며, Table 13과 Figure 7은 이렇게 측정된 값을 시험용기 면적에 100㎛의 두께로 시공시 필요한 시료량에 해당하는 값 으로 보정한 후 TWA값으로 환산하여 그래프로 나타냈다. A사 에폭시코팅제는 1시간 경과 후 89,772ppm, 8시간 경과 후 21,752ppm으로 측정되어 TWA 환산값은 30,254ppm이었다. B사 바닥코팅제 A type은 1시간 경과 후 45,065ppm, 8시간 경 과 후 10,803ppm으로 측정되어 TWA 환산값은 15,085ppm 이 었으며, B type은 1시간 경과 후 200ppm, 8시간 경과 후 80ppm 으로 측정되어 TWA 환산값은 95ppm 이었다.

Table 12

Results of xylene concentration measurement over time

Table 13

Conversion concentration for the theoretical sample amount(xylene)

Figure 7

TWA converted value graph of xylene