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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 원목을 인위적으로 가공∙처리한 목질제품의 TVOC (Total Volatile Compound: TVOC) 방출 특성 및 NVOC의 구성비에 대하여 연구를 수행하였다. 이를 위하여, 파티클보드(Paticle Board: PB), 중밀도섬유판(Midium Density Fiber: MDF), 남양재합판(Plywood of Oceania timber), 칠레송합판(Plywood of Pinus radiata)을 대상으로 하여 총휘발성유기화합물을 비교하고, 그 중 인체에 이로운 NVOC의 방출특성과 구성 물질을 비교하였다.
- 본 연구에서는 데이터의 신뢰성을 확보하기 위해 흡착관의 회수율과 방법검출한계(MDL), 배경농도 및 공시료를 확인하였다. 그 결과, 고체흡착관의 회수율은 94.
제안 방법
- , 2004). 검정곡선에 대한 점검은 분석기간 동안 주기적으로 이루어졌으며 실험 전 공시료 분석 장치의 오염여부를 지속적으로 확인하였다.
- 공기 공급장치를 사용하여 SOx, NOx, VOCs 등의 오염물질이 제거된 깨끗한 공기를 생성하였고 이를 환기시스템으로 주입하였다. 시료채취 전까지 공기유량은 167 mL/min로 일정한 유량으로 7일간 유지 후 시료를 연속적으로 2회 채취하였다.
- 목질제품의 TVOC 방출속도는 ‘실내공기질공정시험기준’에 따라 크로마토그래프 상의 헥산(Haxane)과 헥사데칸(Hexadecane) 사이에 존재하는 물질의 톨루엔 등가농도로 환산하여 방출속도를 산정하였다.
- 목질제품의 VOC 분석에는 초저온농축장치(Cryogenic system)인 자동열탈착장치(aero trap desorber, Tekmar 6000)가 장착된 가스크로마토그래피-불꽃이 온화검출기(GC/FID, HP 5890, USA)를 사용하여 정량분석을 하였으며, 가스크로마토그래피-질량분석계(GC/MSD, Agilent Technologies 5975, USA)를 사용하여 정성분석을 하였다. 이때 GC/FID는 Rtx-1 컬럼(60.
- 본 연구에서는 PB, MDF, 남양재합판, 칠레송합판을 대상으로 20 L 소형챔버법을 사용하여 VOC를 조사하였다. 그 결과, MDF와 칠레송합판의 TVOC는 326.
- ) 재질로 제작되었으며 오염물질의 흡착을 최소화하기 위해 전해연마(EP: Electro Poloshing)처리를 하였다. 본체와 맞닿는 뚜껑부분에는 테플론(Teflon) 재질의 O-ring을 이용하여 챔버의 기밀성을 유지하였으며 챔버 하단부분에는 다공판을 설치하여 챔버 내부 공기의 혼합에 도움이 되도록하였다. 챔버 내부의 온도와 습도는 항온항습기에 설치하여 온도 25±1℃, 습도 50±5%의 일정한 조건이 유지되도록 하였다.
- 시료가 채취된 고체흡착관은 280℃의 온도에서 5분간 탈착하여 220℃의 이송라인을 통해 -150℃의 내부 흡착관(Internal trap)에 농축된 뒤 290℃로 탈착되어 GC 분석관으로 주입되었다. 분석은 3단계의 상승구간으로 이루어진 온도 프로그램을 사용하였다. 초기 40℃에서 5분 유지한 후 1단계에서는 100℃까지 5℃/min으로 온도를 상승시킨 후 5분간 유지하였다.
- 시료는 165×165 mm의 크기로 절단하여 랩(폴리스티렌재질의 막)으로 감싸고 지퍼백으로 밀봉하여 4℃로 냉장 보관하여 오염 및 노화를 방지하였다.
- 등의 오염물질이 제거된 깨끗한 공기를 생성하였고 이를 환기시스템으로 주입하였다. 시료채취 전까지 공기유량은 167 mL/min로 일정한 유량으로 7일간 유지 후 시료를 연속적으로 2회 채취하였다. 시료채취 시에는 공급공기의 80%인 134 mL/min으로 고체흡착관에 채취하였으며 환기시스템을 통하여 33 mL/min의 유량을 방출시켰다.
- 7%를 나타내었다. 시료채취에 앞서 고체흡착관의 외부 오염을 막기 위하여, 고체흡착관은 300℃에서 3시간 동안 열탈착이 이루어졌으며, 시료채취 전 고체흡착관의 공시료 확인을 통하여 오염 여부를 확인하였다.
- 초기 40℃에서 5분 유지한 후 1단계에서는 100℃까지 5℃/min으로 온도를 상승시킨 후 5분간 유지하였다. 이 후 2단계에서는 2℃/min으로 150℃까지 상승시킨 후 최종적으로 3단계에서 5℃/min으로 250℃까지 온도를 상승시킨 후 5분간을 유지하는 프로그램으로 분석을 수행하였다. 표 3은 본 연구에서 확인하고자 하는 개별 VOC로 AVOC (7종)와 NVOC (9종)를 구분하여 정량∙정성 분석하였다.
- 이때 GC/FID는 Rtx-1 컬럼(60.0 m×530 μm×3.0 μm, Restek Corp.)을 사용하여 분석을 수행하였다.
- 시료채취 시에는 공급공기의 80%인 134 mL/min으로 고체흡착관에 채취하였으며 환기시스템을 통하여 33 mL/min의 유량을 방출시켰다. 이때 고체흡착관은 Tenax TA(SUPELCO, USA)와 CarbotrapTM (SUPELCO, USA)을 채운 Pyrex관을 사용하여 총 3.2 L의 시료를 채취하였으며 시료채취 후 48시간 이내에 분석이 이루어지도록 하였다. 본 연구에서 사용된 소형챔버법의 운전조건은 표 2와 같다.
- 따라서 본 연구에서는 원목을 인위적으로 가공∙처리한 목질제품의 TVOC (Total Volatile Compound: TVOC) 방출 특성 및 NVOC의 구성비에 대하여 연구를 수행하였다. 이를 위하여, 파티클보드(Paticle Board: PB), 중밀도섬유판(Midium Density Fiber: MDF), 남양재합판(Plywood of Oceania timber), 칠레송합판(Plywood of Pinus radiata)을 대상으로 하여 총휘발성유기화합물을 비교하고, 그 중 인체에 이로운 NVOC의 방출특성과 구성 물질을 비교하였다. 이러한 연구결과는 향후 자연 친화적 건축자재를 이용하여 실내공기질을 향상시키는 데 있어 중요한 기초 자료가 될 것이다.
- 챔버 내부의 온도와 습도는 항온항습기에 설치하여 온도 25±1℃, 습도 50±5%의 일정한 조건이 유지되도록 하였다.
- 이 후 2단계에서는 2℃/min으로 150℃까지 상승시킨 후 최종적으로 3단계에서 5℃/min으로 250℃까지 온도를 상승시킨 후 5분간을 유지하는 프로그램으로 분석을 수행하였다. 표 3은 본 연구에서 확인하고자 하는 개별 VOC로 AVOC (7종)와 NVOC (9종)를 구분하여 정량∙정성 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상 목질제품은 성창기업에서 2007년에 제조 된 것으로 생산량의 99% 이상을 차지하는 파티클보드(PB)와 중밀도섬유판(MDF) 및 합판(Plywood)을 사용하였으며, 합판은 남양재합판과 칠레송(라디에타파인)합판을 실험 대상으로 선정하였다. 시료는 165×165 mm의 크기로 절단하여 랩(폴리스티렌재질의 막)으로 감싸고 지퍼백으로 밀봉하여 4℃로 냉장 보관하여 오염 및 노화를 방지하였다.
이론/모형
- 목질제품에서 방출되는 휘발성 유기화합물을 알아보기 위해 ‘실내공기질공정시험기준’에서 규정하는 소형챔버법 규정에 따라 소형방출챔버는 20 L 용량의 스테인리스강(S.S.) 재질로 제작되었으며 오염물질의 흡착을 최소화하기 위해 전해연마(EP: Electro Poloshing)처리를 하였다.
성능/효과
- NVOC의 비율이 가장 큰 물질은 칠레송합판으로 TVOC 중 65%를 차지하였으며, 뒤이어 MDF, PB, 남양재 합판의 순으로 NVOC 비율이 낮게 나타났다. MDF의 AVOC는 1%로 매우 적었으며, 4개의 목질제품 모두 7% 이하의 낮은 비율을 나타내었다.
- NVOC의 구성성분비는 PB와 MDF가 유사한 형태를 보였으며, Δ3-carene이 72.1% 이상으로 가장 큰 구성비를 보였다.
- 그림 6에서는 PB, MDF, 남양재합판, 칠레송합판의 TVOC 중 NVOC, AVOC, OVOC가 차지하는 비율을 나타내고 있다. NVOC의 비율이 가장 큰 물질은 칠레송합판으로 TVOC 중 65%를 차지하였으며, 뒤이어 MDF, PB, 남양재 합판의 순으로 NVOC 비율이 낮게 나타났다. MDF의 AVOC는 1%로 매우 적었으며, 4개의 목질제품 모두 7% 이하의 낮은 비율을 나타내었다.
- 이것은 「다중이용시설 등의 실내공기질관리법」에 의한 건축자재에서 방출되는 오염물질의 기준인 4,000 μg/m2-hr 이하의 값으로, 기준치 이하의 VOC 방출속도를 방출함을 확인할 수 있었다. TVOC 중 NVOC의 방출속도 비율은 칠레송합판(65%)이 가장 컸으며 MDF와 PB는 약 23% 내∙외의 비율을 차지함을 알 수 있었다. 특히 남양재 합판은 1%의 가장 낮은 NVOC 비율을 보였는데, 이것은 모노테르펜이 적게 방출되는 활엽수를 재료로 하여 제조된 것으로 인한 결과로 사료된다.
- 검출한계(MDL)의 경우 저농도(10 ng/μL)의 휘발성유기화합물 표준물질을 7회 반복 분석하였으며 그 결과, 상대표준오차는 9%임을 확인할 수 있었으며, 최소검출시험한계는 98% 신뢰도를 기준으로 하여 5.33 ng으로 이하로 나타났다(Lim et al., 2008; Kim et al., 2004).
- 그 결과, MDF와 칠레송 합판에서 방출되는 TVOC는 326 μg/m2-hr, 312 μg/m2-hr로 대상 자재 중 가장 높은 방출량을 확인할 수 있었다.
- 그 결과, MDF와 칠레송합판의 TVOC는 326.4 μg/m2-hr, 321.3 μg/m2-hr으로 나타났다.
- 그 결과, 고체흡착관의 회수율은 94.7%(±4.5%)이었고, 분석 정밀도는 상대표준편차(RSD)로 4.7%를 나타내었다.
- 일반적으로 목질제품 등의 인위적인 가공 제품에서는 인체에 유해한 VOC 등의 오염물질이 다량 방출된다고 보고되고 있다. 그러나 본 연구의 결과에서 볼 수 있듯이 모든 제품에서 유해한 물질이 다량 방출되기 보다는, 인체에 유익한 NVOC 방출이 이루어졌다. 따라서 향후 한정된 자원을 효율적으로 이용하려면 이러한 방출속도 연구가 활성화 되어야 할 것이다.
- 남양재합판과 칠레송합판은 βpinene이 가장 큰 비율을 차지하였고, α-pinene과 dlimonene, camphene 등이 많이 방출되는 것으로 나타났다.
- 또한 본 연구결과와「다중이용시설 등의 실내공기질관리법」에 의한 건축자재에서 방출되는 오염물질의 기준인 4,000 μg/m2-hr와 비교하였을 경우 최소 12.3배 이하의 값으로 나타났다.
- 일반적으로 목질제품의 제조과정에서 접착제의 사용량이 많아 접착제에서 주로 방출되는 물질은 제품에 따라 차이가 나타나지만 Methyl alcohol, Toluene 등이 주로 방출된다고 보고되고 있다(국립환경과학원, 2006). 본 연구에서는 OVOC의 분율이 높은 것으로 나타나 주로 정성된 Benzene, Toluene, Ethyl benzene, xylene를 제외한 다양한 VOC가 방출되고 있는 것으로 판단된다. 그러나 Park et al.
- 이것은 「다중이용시설 등의 실내공기질관리법」에 의한 건축자재에서 방출되는 오염물질의 기준인 4,000 μg/m2-hr 이하의 값으로, 기준치 이하의 VOC 방출속도를 방출함을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 그리고 TVOC에 포함되지만 정성 및 정량이 어려운 물질을 정확히 파악하여 좀 더 구체적인 건강성 또는 유해성 판단이 이루어져야 할 것이며 장기간으로 방출되는 특성에 대해 향후 연구되어야 할 것으로 사료된다.
- 그리고 TVOC에 포함되지만 정성 및 정량이 어려운 물질을 정확히 파악하여 좀 더 구체적인 건강성 또는 유해성 판단이 이루어져야 할 것이며 장기간으로 방출되는 특성에 대해 향후 연구되어야 할 것으로 사료된다. 더 나아가 이러한 VOC 방출속도 연구를 기반으로 한 친환경 목질제품의 등급제를 확립하여, 고품질의 실내공기질 확보가 절실히 필요하다고 사료된다.
- 그러나 본 연구의 결과에서 볼 수 있듯이 모든 제품에서 유해한 물질이 다량 방출되기 보다는, 인체에 유익한 NVOC 방출이 이루어졌다. 따라서 향후 한정된 자원을 효율적으로 이용하려면 이러한 방출속도 연구가 활성화 되어야 할 것이다. 그리고 TVOC에 포함되지만 정성 및 정량이 어려운 물질을 정확히 파악하여 좀 더 구체적인 건강성 또는 유해성 판단이 이루어져야 할 것이며 장기간으로 방출되는 특성에 대해 향후 연구되어야 할 것으로 사료된다.
- 이를 위하여, 파티클보드(Paticle Board: PB), 중밀도섬유판(Midium Density Fiber: MDF), 남양재합판(Plywood of Oceania timber), 칠레송합판(Plywood of Pinus radiata)을 대상으로 하여 총휘발성유기화합물을 비교하고, 그 중 인체에 이로운 NVOC의 방출특성과 구성 물질을 비교하였다. 이러한 연구결과는 향후 자연 친화적 건축자재를 이용하여 실내공기질을 향상시키는 데 있어 중요한 기초 자료가 될 것이다.
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