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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 증류수로 희석시킨 안정화제의 희석 비율에 따른 침투율에 관하여 연구하였다.
- 본 연구에서는 천장재에 처리된 안정화제의 침투 여부와 깊이를 확인하기 위하여 성분 분석이 가능한 EDS 분석 방법을 사용하였다. 안정화제가 처리되지 않은 천장재와 안정화제가 처리된 천장재의 EDS 분석을 통한 성분 비교를 통해 천장재 표면에서 수직 방향으로 point 분석을 실시하여 안정화제 성분의 검출 경계를 확인한 후, 수평 방향으로 이동해 물질의 검출 여부를 확인하는 방식으로 침투 깊이를 측정하였다.
제안 방법
- 30×30 cm 크기의 천장재에 희석하지 않은 안정화제를 스프레이를 이용하여 250 g/m2 기준으로 도포 한 후 Figure 1의 에어로존 시험기를 이용하여 Table 1의 조건에서 성능 평가를 실시하였다.
- A1, Carl ZEISS, Germany)으로 분석하였다. Scanning electron microscopy(SEM, MIRA 3 XMU, TESCAN, Czech)와 Energy dispersive spectroscopy(EDS, X-act, OXFORD, Germany)를 이용하여 미세구조와 섬유상 구조를 가진 물질의 성분을 분석하였다.
- 안정화제 처리 후 석면 섬유의 구성 물질인 Mg의 양이 크게 감소하고 안정화제의 K 성분이 증가하는 것을 확인하였다. 따라서 K 성분을 기준으로 EDS 분석을 통해 천장재 표면에서 수직방향으로 point 분석을 실시하여 K가 검출되지 않는 경계를 확인한 후 수평방향으로 이동해 검출 유무를 확인하여 안정화제의 침투 깊이를 확인하였다.
- 본 연구에서는 건축자재 중 석면이 함유된 천장재를 대상으로 연구를 진행하였으며 포함된 석면의 종류 및 함유량은 편광현미경(Polarized Light Microscope, PLM, ZEISS Axio Scope.A1, Carl ZEISS, Germany)으로 분석하였다. Scanning electron microscopy(SEM, MIRA 3 XMU, TESCAN, Czech)와 Energy dispersive spectroscopy(EDS, X-act, OXFORD, Germany)를 이용하여 미세구조와 섬유상 구조를 가진 물질의 성분을 분석하였다.
- 안정화제는 석면의 비산 방지 역할을 하는 약품으로 유기계와 무기계로 분류된다. 본 연구에서는 일본에서 시판되는 무기계 제품 3종과 국내 무기계 제품 2종을 선정하였으며 안정화제의 밀도, 점도, 고형분 함량, pH 등 기초 특성 및 구성 성분을 분석하였다.
- 석면 함유 천장재의 안정화제 처리 시 천장재 내부로의 침투가 충분히 이루어지지 않아 외부의 자극으로 인한 파손이 발생할 경우 공기 중으로 비산되는 석면의 농도가 급격히 증가하는 결과를 바탕으로 안정화제의 침투 깊이 확인 및 향상 방법을 연구하였으며, 증류수를 이용한 안정화제의 비율별 희석을 통해 안정화제의 점도를 낮추어 점도에 따른 안정화제의 침투 깊이를 확인하였다.
- 안정화제 처리 전에 천장재에 존재하지 않던 K 성분이 안정화제 처리 후 검출되는 것을 확인하고 K성분을 안정화제 침투 깊이 확인을 위한 지표로 선정하여 EDS 분석으로 안정화제의 침투 깊이를 확인하였다.
- 본 연구에서는 천장재에 처리된 안정화제의 침투 여부와 깊이를 확인하기 위하여 성분 분석이 가능한 EDS 분석 방법을 사용하였다. 안정화제가 처리되지 않은 천장재와 안정화제가 처리된 천장재의 EDS 분석을 통한 성분 비교를 통해 천장재 표면에서 수직 방향으로 point 분석을 실시하여 안정화제 성분의 검출 경계를 확인한 후, 수평 방향으로 이동해 물질의 검출 여부를 확인하는 방식으로 침투 깊이를 측정하였다.
- 안정화제의 비산 방지 성능 평가는 Figure 1에서 보는 바와 같이, 석면 함유 천장재를 30×30 cm 크기로 절단하여 안정화제로 처리한 후, 에어로존 시험기 상부에 설치하여 성능 평가 시험을 수행하였으며, 자세한 시험 조건은 Table 1과 같다.
- 안정화제의 비산 방지 성능 평가는 Figure 1에서 보는 바와 같이, 석면 함유 천장재를 30×30 cm 크기로 절단하여 안정화제로 처리한 후, 에어로존 시험기 상부에 설치하여 성능 평가 시험을 수행하였으며, 자세한 시험 조건은 Table 1과 같다. 에어로존 시험 장치 내부에 이물질이 없도록 청소한 후 천장재를 설치하고 25 mm의 필터에서 10 ℓ/min의 유량으로 60분간 채취하였다. 채취한 공기 중 시료는 위상차현미경(Phase Contrast Microscope, PCM, ZEISS Axio Scope.
- Figure 6에서 알 수 있듯이 희석하지 않은 안정화제의 침투 깊이는 평균 113 ㎛로 6 mm의 천장재 기준 약 2% 정도 침투 되며, 내부 침투가 거의 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 점도는 안정화제 자체가 수용성이므로 증류수를 이용한 조절이 가능하기 때문에 Table 5와 같이 희석 비율별로 점도를 변화시켜 침투 깊이를 확인하였다.
- 채취한 공기 중 시료는 위상차현미경(Phase Contrast Microscope, PCM, ZEISS Axio Scope. A1, Carl ZEISS, Germany)으로 분석하였으며 파손 시험의 경우, Figure 2에서 보는 바와 같이 30×30 cm 크기의 천장재에 안정화제를 도포한 후 직경 7 mm의 드릴을 이용해 간격이 75 mm가 되도록 9개의 구명을 뚫어 성능 평가를 진행하였다.
대상 데이터
- Figure 3은 석면의 PLM 사진으로, 분석 결과 본 연구에 사용한 천장재는 백석면 3%가 함유되어 있음을 확인하였다. 석면의 SEM 이미지와 EDS 분석 결과를 통해 석면의 섬유상 특징과 주요 성분인 Mg와 Si 성분이 검출됨을 확인하였다(Figure 4).
성능/효과
- 안정화제 5종의 고형분 함량, 점도, 비중 및 pH의 분석 결과는 Table 2와 같다. 5종의 안정화제가 점도에서 가장 큰 차이를 보였고 나머지 물성으로 인한 차이는 크지 않았다. 고형분은 전체적으로 10~18 wt%, 비중은 1.
- EDS 분석을 통해 안정화제 처리 전 Mg, Si, O, C, Al 등 약 7가지 성분이 검출 되었지만 안정화제 처리 후 Mg 성분의 양이 크게 감소하고 안정화제 도포 전에 존재하지 않던 K 성분이 검출됨을 확인 할 수 있었고(Table 4), 안정화제 도포 후 Figure 4(c)에서 확인한 석면 섬유의 구성성분인 Mg 검출량이 감소되어 안정화제가 석면 표면에 고착된 것으로 판단되었다.
- 5종의 안정화제가 점도에서 가장 큰 차이를 보였고 나머지 물성으로 인한 차이는 크지 않았다. 고형분은 전체적으로 10~18 wt%, 비중은 1.10~1.25로 5가지 제품 모두 비슷한 물성을 나타냈으며, pH의 분포는 pH 11~12로 알칼리성을 띄었으며 점도는 1~5 cP로 분포하였다.
- Figure 3은 석면의 PLM 사진으로, 분석 결과 본 연구에 사용한 천장재는 백석면 3%가 함유되어 있음을 확인하였다. 석면의 SEM 이미지와 EDS 분석 결과를 통해 석면의 섬유상 특징과 주요 성분인 Mg와 Si 성분이 검출됨을 확인하였다(Figure 4).
- 성분 분석 결과 무기질계 안정화제는 주로 Na, K, Si 성분으로 구성되어 있으며, 안정화제 도포 전 천장재는 Mg, C, O 등이 주요 성분으로 구성되어 있음을 확인하였다. 안정화제 처리 후 석면 섬유의 구성 물질인 Mg의 양이 크게 감소하고 안정화제의 K 성분이 증가하는 것을 확인하였다.
- 성분 분석 결과 무기질계 안정화제는 주로 Na, K, Si 성분으로 구성되어 있으며, 안정화제 도포 전 천장재는 Mg, C, O 등이 주요 성분으로 구성되어 있음을 확인하였다. 안정화제 처리 후 석면 섬유의 구성 물질인 Mg의 양이 크게 감소하고 안정화제의 K 성분이 증가하는 것을 확인하였다. 따라서 K 성분을 기준으로 EDS 분석을 통해 천장재 표면에서 수직방향으로 point 분석을 실시하여 K가 검출되지 않는 경계를 확인한 후 수평방향으로 이동해 검출 유무를 확인하여 안정화제의 침투 깊이를 확인하였다.
- 안정화제의 XRF 분석 결과, 5종의 안정화제에서 공통적으로 Si, Na, K 성분이 다량 검출되었고, 이는 무기질 안정화제의 기초 물질로 알려진 Na 및 K이 Si와 다양한 방식으로 결합된 규산염이 주된 성분을 이루고 있기 때문인 것으로 판단되었다(Table 3).
- 위의 방법을 바탕으로 증류수의 비율이 20, 40, 60 그리고 80%가 되도록 안정화제를 희석하여 점도를 낮춘 후 희석 비율별로 안정화제의 침투 깊이를 확인한 결과 희석시키지 않은 경우 156 ㎛ 침투된 반면 80%희석한 경우 3 mm로 희석 비율이 높아질수록 침투 깊이가 향상됨을 확인하였다. 따라서 추후 희석으로 인한 안정화제의 침투 깊이 변화에 따른 안정화제 성능평가를 통해 공기 중 비산되는 석면의 농도가 최소화 되는 조건 연구를 진행할 예정이다.
- 0180 f/cc로 실내 공기질 기준을 초과하는 결과를 보였다. 이를 통해 천장재에 안정화제를 도포했을 경우 공기 중으로 비산되는 석면의 농도를 감소시키지만, 천장재가 파손될 경우 안정화제가 내부로 충분히 침투되지 않아 고착화되지 못한 석면 섬유로 인해 비산 농도가 증가됨을 확인할 수 있었다. 따라서 파손이 발생되는 경우를 고려하여 천장재 내 안정화제 침투 깊이를 증가시킬 필요가 있다.
후속연구
- 위의 방법을 바탕으로 증류수의 비율이 20, 40, 60 그리고 80%가 되도록 안정화제를 희석하여 점도를 낮춘 후 희석 비율별로 안정화제의 침투 깊이를 확인한 결과 희석시키지 않은 경우 156 ㎛ 침투된 반면 80%희석한 경우 3 mm로 희석 비율이 높아질수록 침투 깊이가 향상됨을 확인하였다. 따라서 추후 희석으로 인한 안정화제의 침투 깊이 변화에 따른 안정화제 성능평가를 통해 공기 중 비산되는 석면의 농도가 최소화 되는 조건 연구를 진행할 예정이다.
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