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문제 정의
- 본 연구는 입자상 물질의 유해성을 포함하는 연소생성물 독성평가 기법 개발의 기초연구로, 입자상 물질이 쥐의 평균행동정지시간에 미치는 영향을 확인함으로써 연소생성물 중 입자상 물질의 유해성을 실험적으로 규명하였다.
- 본 연구에서는 4종의 시료에 대한 가스유해성 시험을 실시하였으며, 발생한 연소생성물 중 입자상 물질의 필터링 여부에 따른 결과 비교분석을 통해 입자상 물질의 위험도에 대해 고찰하였다. 우레탄시료의 연소생성물에 의한 무력화는 입자상 물질의 영향이 약 40% 이하로 나타남으로써 가스상 물질에 의한 독성이 지배적으로 작용함을 확인하였다.
제안 방법
- 또한 필터의 설치 유무에 따른 연소 가스의 농도 변화 유무를 확인하기 위해 피검상자에 ISO 19702에서 분석기법을 규정하고 있는 FT-IR을 설치하여 연소가스 분석을 실시하였다(11). FT-IR의 가스샘플링에 의한 피검상자 내부의 가스농도 오차가 발생할 가능성을 최소화하기 위해 샘플링 된 가스를 FT-IR을 거친 후 다시 피검상자로 유입되도록 시스템을 구축하였다.
- 배기가스의 온도측정은 규정하는 열전대 및 온도계를 이용한다. 가열 시험을 시작할 때 피검상자 내의 온도는 30 ℃로 하고, 시험용쥐(실험용 쥐의 계열: DD계 또는 ICR계, 암컷 5주령, 18~22 g)가 회전 바구니에 들어가 있는 피검상자 내에 연소가스를 유입시켜 8마리의 평균행동정지시간을 측정한다. 본 시험방법은 기존의 동물 실험 연구결과를 이용하여 독성을 추정하는 독성 평가와 달리 연소가스가 실제로 동물에 미치는 영향을 확인할 수 있다.
- 을 적용할 수 없다. 따라서 15분 노출기준 LC50을 적용하기 위해 기 수행된 연구의 결과를 참고하였으며, 선행연구 결과에 따라 CO는 8,636 ppm을 적용하였고(13), HCN은 선행연구 데이터를 근거로 회귀분석을 수행하여 310 ppm을 적용하였다(14). Table 4는 필터 설치 유무에 따른 피검상자 내 가스상 물질의 FT-IR 측정 결과를 바탕으로 식(1)에 의거 FED를 산출한 결과이다.
- 필터의 설치에 따른 교반상자에서의 양압을 해소하기 위해 피검상자의 배출구 측에 펌프를 설치함으로써 가스유량을 필터 미설치 시의 시험 조건과 동일하게 유지하였다. 또한 필터의 설치 유무에 따른 연소 가스의 농도 변화 유무를 확인하기 위해 피검상자에 ISO 19702에서 분석기법을 규정하고 있는 FT-IR을 설치하여 연소가스 분석을 실시하였다(11). FT-IR의 가스샘플링에 의한 피검상자 내부의 가스농도 오차가 발생할 가능성을 최소화하기 위해 샘플링 된 가스를 FT-IR을 거친 후 다시 피검상자로 유입되도록 시스템을 구축하였다.
- 본 연구에서는 연소생성물 중 입자상 물질의 유해성을 분석하기 위하여 교반상자와 피검상자의 사이에 최대 통과 입경 0.20, 0.45 μm를 가지는 Membrane Filter를 설치하여 연소가스 내 입자상물질의 필터링(Filtering)을 실시하였다.
대상 데이터
- . 또한 각 종류별 시험체는 난연성능이 확인된 2종의 우레탄 시험체와 사용량이 많은 목재인 MDF, Particle Board를 선택하였다. Table 2는 실험에 사용된 실험체의 두께와 무게, 밀도를 나타낸다.
- Table 3은 FT-IR을 통한 연소가스 분석 결과를 나타낸다. 목재 시료의 경우 ISO 13344에서 정하고 있는 유해가스중 CO가 측정 되었으며, 우레탄 시료의 경우 CO와 HCN이 측정되었다.
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2.3 실험체
실험대상 시험체는 유독 화학종의 발생이 예상되는 우레탄과 유독화학종의 발생이 적으나 평균행동정지시간이 짧은 목재 시험체를 선택하였다(6). 또한 각 종류별 시험체는 난연성능이 확인된 2종의 우레탄 시험체와 사용량이 많은 목재인 MDF, Particle Board를 선택하였다.
성능/효과
- 필터가 설치되지 않은 경우에는 시료별로 차이가 있으나 5~7분으로 목재와 우레탄의 평균행동정지시간이 유사하였다. 그러나 필터가 설치됨에 따라 목재시료의 평균행동정지시간은 13~14분으로 측정되어 최대 155.2% 상승하였으며, 이에 반해 우레탄 시료는 1~2분 길어진 7~9분으로 최대 67.4%가 증가한 것으로 측정되었다. 또한 필터의 Pore Size가 감소에 따라 목재에서는 최대 2분 4초, 우레탄에서는 2분 3초의 평균행동정지시간 증가를 나타냄으로써, Pore Size에 따른 입자상 물질의 입도별 위험도 분석의 가능성을 확인하였다.
- 1%로 가장 낮은 수치를 나타내었다. 또한 목재 시료와 우레탄 시료로 구분 시 목재시료에서 필터링 된 입자상 물질의 영향도가 보다 높게 나타남을 확인하였다.
- 4%가 증가한 것으로 측정되었다. 또한 필터의 Pore Size가 감소에 따라 목재에서는 최대 2분 4초, 우레탄에서는 2분 3초의 평균행동정지시간 증가를 나타냄으로써, Pore Size에 따른 입자상 물질의 입도별 위험도 분석의 가능성을 확인하였다.
- 가열 시험을 시작할 때 피검상자 내의 온도는 30 ℃로 하고, 시험용쥐(실험용 쥐의 계열: DD계 또는 ICR계, 암컷 5주령, 18~22 g)가 회전 바구니에 들어가 있는 피검상자 내에 연소가스를 유입시켜 8마리의 평균행동정지시간을 측정한다. 본 시험방법은 기존의 동물 실험 연구결과를 이용하여 독성을 추정하는 독성 평가와 달리 연소가스가 실제로 동물에 미치는 영향을 확인할 수 있다. 또한 단일 요인에 의한 독성뿐만 아니라 모든 연소생성물에 의한 피해를 종합적으로 확인할 수 있다는 장점을 가지며, 실험동물의 평균행동정지시간이라는 단순화된 결과를 도출하기 때문에 평가가 용이하다.
- 이에 반해 목재시료의 연소생성물에 의한 무력화는 입자상 물질의 영향이 약 50% 이상으로 나타남으로써 입자상 물질에 의한 유해성이 지배적으로 작용함을 확인하였다. 본 실험 결과를 통해 시험 대상물질에 따라 평균행동정지시간에 영향을 미치는 주요 인자가 달라질 수 있음을 확인하였다. 상기 연구 결과를 바탕으로 연소생성물의 독성 평가 시 가스상 물질 뿐만 아니라 입자상 물질에 의한 유해성도 종합적으로 분석하여야 할 것으로 사료되며, 재료별 특성에 따라 독성 영향을 보이는 요소에 대한 데이터베이스를 구축할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 4종의 시료에 대한 가스유해성 시험을 실시하였으며, 발생한 연소생성물 중 입자상 물질의 필터링 여부에 따른 결과 비교분석을 통해 입자상 물질의 위험도에 대해 고찰하였다. 우레탄시료의 연소생성물에 의한 무력화는 입자상 물질의 영향이 약 40% 이하로 나타남으로써 가스상 물질에 의한 독성이 지배적으로 작용함을 확인하였다. 이에 반해 목재시료의 연소생성물에 의한 무력화는 입자상 물질의 영향이 약 50% 이상으로 나타남으로써 입자상 물질에 의한 유해성이 지배적으로 작용함을 확인하였다.
- 057로 나타났다. 이를 통해 목재의 경우 필터 조건에 따른 평균행동정지시간의 변화가 우레탄보다 큰 것을 확인하였다.
- 우레탄시료의 연소생성물에 의한 무력화는 입자상 물질의 영향이 약 40% 이하로 나타남으로써 가스상 물질에 의한 독성이 지배적으로 작용함을 확인하였다. 이에 반해 목재시료의 연소생성물에 의한 무력화는 입자상 물질의 영향이 약 50% 이상으로 나타남으로써 입자상 물질에 의한 유해성이 지배적으로 작용함을 확인하였다. 본 실험 결과를 통해 시험 대상물질에 따라 평균행동정지시간에 영향을 미치는 주요 인자가 달라질 수 있음을 확인하였다.
- Table 4는 필터 설치 유무에 따른 피검상자 내 가스상 물질의 FT-IR 측정 결과를 바탕으로 식(1)에 의거 FED를 산출한 결과이다. 필터 설치에 따른 가스상 물질의 FED 변화는 최대 0.006 이내로 확인되었으며, 이를 통해 필터 설치 여부가 피검상자에 유입되는 가스상 물질의 FED에는 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
- 필터링 된 입자상 물질의 영향도 및 그래프 추세선 기울기 분석을 통해 목재의 경우 입자상 물질의 영향이 가스상 물질에 비해 높게 나타남을 확인하였으며, 우레탄의 경우 가스상 물질의 영향이 입자상 물질에 비해 높게 나타남을 확인함으로써, 평균행동정지시간에 영향을 미치는 주요 인자가 시험 대상물질에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다.
- 식(2)에 의거 산출된 필터링 된 입자상 물질의 영향도는 Figure 3에 나타내었다. 필터링 된 입자상 물질의 영향도는 MDF에서 55.2%와 60.8%로 가장 높은 수치를 나타내었으며, 우레탄 B에서 9%와 28.1%로 가장 낮은 수치를 나타내었다. 또한 목재 시료와 우레탄 시료로 구분 시 목재시료에서 필터링 된 입자상 물질의 영향도가 보다 높게 나타남을 확인하였다.
- Figure 4는 각 시료별 필터링에 따른 평균행동정지시간을 나타낸 것이다. 해당 그래프의 추세선 기울기를 통해 필터 설치에 따른 평균행동정지시간의 증가도를 확인한 결과, 목재시료에서는 MDF가 0.182, Particle Board가 0.156로 나타났으며, 우레탄 시료는 A가 0.076, B가 0.057로 나타났다. 이를 통해 목재의 경우 필터 조건에 따른 평균행동정지시간의 변화가 우레탄보다 큰 것을 확인하였다.
후속연구
- 본 실험 결과를 통해 시험 대상물질에 따라 평균행동정지시간에 영향을 미치는 주요 인자가 달라질 수 있음을 확인하였다. 상기 연구 결과를 바탕으로 연소생성물의 독성 평가 시 가스상 물질 뿐만 아니라 입자상 물질에 의한 유해성도 종합적으로 분석하여야 할 것으로 사료되며, 재료별 특성에 따라 독성 영향을 보이는 요소에 대한 데이터베이스를 구축할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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