[논문]석면 건축자재의 비산 방지를 위한 침투성 경화제 침투 효과에 관한 연구

송태협; 박지선; 신현규

doi:10.14190/jrcr.2018.6.4.324

석면 건축자재의 비산 방지를 위한 침투성 경화제 침투 효과에 관한 연구
A Study on Penetration Effect of Penetrating Hardener for Prevention of Scattering of Asbestos Building Materials 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.6 no.4, 2018년, pp.324 - 330

송태협 (한국건설기술연구원 국민생활연구본부) , 박지선 (한국건설기술연구원 국민생활연구본부) , 신현규 (한국산업기술시험원 재료기술센터)

초록
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2007년 산업안전 보건법의 개정에 따라 우리나라도 유럽 및 일본과 같이 석면의 수입, 유통, 제조를 완전히 금지하였다. 이에 따라 현재의 석면의 문제는 기존에 시공된 석면 건축자재의 안전한 유지관리 및 친환경 해체, 그리고 폐기된 석면 건축자재의 안정적인 최종처리에 있다고 할 수 있다. 과거 우리나라는 매년 10만 톤의 석면을 사용하였으며, 이를 사용한 건축자재는 년간 100만 톤을 초과하였다. 이러한 석면 건축자재가 2006년까지 지속적으로 사용되었고, 이러한 자재는 향후 2044년까지 계속 유지될 것으로 환경부에서 예측한 바 있다. 석면 폐기물의 무해화 처리를 위한 사전 전처리 단계로 설치되어 있는 석면 건축자재에 침투성 경화제를 도포 하고, 해체 철거를 실시하면, 해체단계에서 석면의 비산을 억제하고, 무해화 단계에서 알칼리 공급 작용을 하여 무해화 처리 조건이 개선될 수 있다. 따라서 석면 건축자재에 침투성 경화제가 안정적으로 침투될 수 있어야 한다. 본 연구에서는 sodium silicate를 주성분으로 하는 침투성 경화제와 증류수의 희석 비율에 따른 침투 효과를 비교하고자 하였다. 시험결과 K성분의 침투에 따른 침투 깊이 평가가 가능할 것으로 판단되었으며, 증류수 희석 비율이 높을수록 침투효과는 커지는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 중밀도 수준의 폐석면 건축자재의 무해화를 위한 사전 전처리 방법의 제시가 가능할 것으로 사료되며, 향후 화학적 무해화를 위한 사전 전처리를 효율적으로 하기 위해서는 침투성 경화제와 중류수의 혼합비율의 최적화가 가장 중요한 요소인 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In accordance with the amendment of the Industrial Safety and Health Act of 2007, Korea completely prohibited the import, distribution and manufacture of asbestos like Europe and Japan. Accordingly, the current problem of asbestos is the safe maintenance and disposal of asbestos construction material, the disposal of asbestos, and the final disposal of asbestos building materials. In the past, Korea used 100,000 tons of asbestos every year, and the building materials using it exceeded 1 million tons per year. These asbestos building materials continued to be used until 2006, and the Ministry predicted that these materials would continue to be maintained until 2044. When the permeable hardening agent is applied to the asbestos building material installed in the pre-pretreatment step for the harmless treatment of the asbestos waste and the dismantling is carried out, the scattering of the asbestos is suppressed in the disassembling step, detoxification treatment conditions can be improved. Therefore, permeable hardeners should be stably penetrated into asbestos building materials. In this study, it is suggested that pre - pretreatment methods for the harmlessization of waste asbestos building materials with medium density level can be presented. In order to efficiently perform pre - treatment for chemical harmlessness in the future, the mixing ratio of permeable hardener and middle water Optimization is the most important factor.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Chrysotile asbestos
표 Table 1. Classification of asbestos
표 Table 2. Physical Characteristics
그림 Fig. 2. (a), (b) SEM micrographs of asbestos fibers in ceiling materials; and (c) the corresponding EDS profile analysis for the SEM image
그림 Fig. 4. Mimetic diagram of damaged asbestos-containing ceiling materials
그림 Fig. 3. Asbestos aero zone concentration tester
표 Table 3. Basic properties of scattering prevention agents
표 Table 4. Elemental composition of scattering prevention agents in wt% by XRF method
표 Table 5. Test conditions of airozone performance evaluation
그림 Fig. 5. PCM-asbestos fiber concentrations measured after spread-coating the scattering prevention agent and damaging the ceiling materials
그림 Fig. 6. EDS analyses results(wt%)
표 Table 6. EDS analyses results(wt%) on asbestos-containing ceiling materials before and after spread the scattering prevention agents
그림 Fig. 7. The penetration depth of diluted scattering prevention agent
그림 Fig. 8. The penetration depth according to type of scattering prevention agent
표 Table 7. Viscosities of diluted scattering prevention agents with different concentration of distilled water of 0, 20, 40, 60, and 80%

AI 본문요약
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문제 정의

이에, 국내에서도 석면 비산 안정화제(이하 안정화제)활용에 대한 필요성이 제시되고 있으며, 나노실리카 및 알카리 이온을 이용하여 100% 무기질계 안정화제를 개발하여 연구하는 등 안정화제 관련 연구가 진행된 바 있다. 본 연구에서는 침투성 안정화 처리 제가 석면 건축자재에 효과적으로 침투할 수 있도록 침투제의 점도 변화를 부여하여 침투 깊이의 변화를 고찰하고자 하였다.

제안 방법

동일한 안정화처리제를 손상된 천장재를 가정하여 비교시험하기 위하여 Fig.4.에서 보는 바와 같이 30×30cm 크기의 천장재에 안정화제를 도포한 후 직경 7mm의 드릴을 이용해 간격이 75mm가 되도록 9개의 구명을 뚫어 성능 평가를 진행하였다.
본 연구에서는 건축자재 중 석면이 함유된 밀도 0.8~1.2g/cm³ 범위의 천장재를 대상으로 침투 경화성 측정을 실시하였다. 1.
석면 함유 천장재의 안정화제 처리 시 천장재 내부로의 침투가 충분히 이루어지지 않아 외부의 자극으로 인한 파손 발생 시 공기 중으로 비산되는 석면의 농도가 급격히 증가하는 결과를 바탕으로 안정화제의 침투 깊이 확인 및 향상 방법을 연구하였으며, 증류수 를 이용한 안정화제의 비율별 희석을 통해 안정화제의 점도를 낮추어 점도에 따른 안정화제의 침투 깊이를 확인하였다.
2g/cm³ 천장재를 실험 대상 으로 선정하였다. 석면의 종류 및 함유량은 편광현미경(Polarized Light Microscope, PLM)을 통해 분석하였고, 전자현미경(SEM)과 상분석기(EDS)를 이용하여 미세구조와 섬유상 구조를 가진 물질의 성분을 분석하였다.
안정화제 처리 전 천장재에 존재하지 않던 K 성분이 안정화제 처리 후 검출되는 것을 확인하고 K성분을 안정화제 침투 깊이 확인을 위한 지표로 사용하여, EDS 분석을 통한 안정화제의 침투 깊이 분석을 실시하였다.
천장재에 처리된 안정화제의 침투 여부와 깊이를 확인하기 위하여 성분 분석이 가능한 EDS 분석 방법을 사용하였다. 안정화제가 처리되지 않은 천장재와 안정화제 처리된 천장재의 성분 비교를 통해 천장재의 표면에서 수직방향으로 지표 물질 기준 point 분석을 실시하여 안정화제의 검출 경계를 확인한 후, 수평방향으로 이동해 지표 물질의 검출 유무를 확인하는 방식으로 침투 깊이를 측정하였다.
안정화제의 성능 평가는 천장재에 안정화제 처리 후, 에어로존 시험기 상부에 설치하여 성능 평가 시험을 수행하였다. 동일한 시험에 의한 특성 분석을 위하여 에어로존 시험기를 사용하였으며 시험 조건은 Table 5와 같다.
대표적인 석면 건축 자재로는 지붕재로 사용하고 있는 골 슬레이트와 실내 천장재로 사용하고 있는 벌레무늬 텍스이다. 이들 제품은 모두 초조방식에 의한 석면 건축자재 제조 방식으로 유사한 생산 공정 방식을 취하고 있으며, 마지막 가압 단계의 압력을 달리하여 생산을 실시하였다. 높은 압력을 사용하여 생산한 슬레이트는 밀도가 1.
1) 안정화제 처리 후 천장재 단면의 성분 분석 결과 석면 섬유의 구성 물질인 Mg의 양이 크게 감소하고 안정화제에 존재하는 K 성분이 증가하는 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 K 성분을 기준으로 EDS 분석을 통해 천장재 표면에서 수직방향으로 point 분석을 실시하여 K가 검출되지 않는 경계를 확인한 후 수평방향으로 이동하여 검출 유무를 확인하는 방법 안정 화제의 침투 깊이를 확인하였다.
7에서 알 수 있듯이 희석하지 않은 안정화제의 경우 침투 깊이는 평균 113㎛로 6mm의 천장재 기준 약 2% 정도 침투되며, 내부 침투가 거의 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 점도의 경우 무기질 안정화제 자체가 수용성이므로 증류수를 이용하여 조절할 수 있는 변수이기 때문에 Table 7와 같이 희석 비율별로 점도를 변화시켜 침투 깊이를 확인하였다.
공기 시료의 채취는 25mm의 필터에서 10 L/min의 유속으로 60분간 채취하였다. 채취한 공기 중 시료는 위상 차현미경(Phase Contrast Microscope, PCM)으로 분석하였다.
천장재(30×30cm)에 희석하지 않은 안정화제를 스프레이를 이용하여 250g/m2 기준으로 도포한 후 에어로존 시험기를 이용하여 성능 평가를 실시하였다.
천장재에 처리된 안정화제의 침투 여부와 깊이를 확인하기 위하여 성분 분석이 가능한 EDS 분석 방법을 사용하였다. 안정화제가 처리되지 않은 천장재와 안정화제 처리된 천장재의 성분 비교를 통해 천장재의 표면에서 수직방향으로 지표 물질 기준 point 분석을 실시하여 안정화제의 검출 경계를 확인한 후, 수평방향으로 이동해 지표 물질의 검출 유무를 확인하는 방식으로 침투 깊이를 측정하였다.

대상 데이터

2g/cm³ 범위의 천장재를 대상으로 침투 경화성 측정을 실시하였다. 1.5g/cm³ 이상의 석면 건축자재의 경우 침투성에 관한 효과가 적기 때문에 상대적으로 밀도가 낮은 0.8~1.2g/cm³ 천장재를 실험 대상 으로 선정하였다. 석면의 종류 및 함유량은 편광현미경(Polarized Light Microscope, PLM)을 통해 분석하였고, 전자현미경(SEM)과 상분석기(EDS)를 이용하여 미세구조와 섬유상 구조를 가진 물질의 성분을 분석하였다.

성능/효과

1) 안정화제 처리 후 천장재 단면의 성분 분석 결과 석면 섬유의 구성 물질인 Mg의 양이 크게 감소하고 안정화제에 존재하는 K 성분이 증가하는 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 K 성분을 기준으로 EDS 분석을 통해 천장재 표면에서 수직방향으로 point 분석을 실시하여 K가 검출되지 않는 경계를 확인한 후 수평방향으로 이동하여 검출 유무를 확인하는 방법 안정 화제의 침투 깊이를 확인하였다.
2) 위의 측정 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㎛의 침투된 반면 80%희석한 경우 3mm로 희석 비율이 높아질수록 침투 깊이가 향상됨을 확인하였다.
5가지 안정화제의 도포 전후 EDS 분석한 결과 안정화제 처리 전 천장재는 Mg, Si, O, C, Al 등 약 7가지 성분이 검출되었지만 안정화제 처리 후 Mg의 양이 크게 감소하고 도포 전 존재하지 않던 K가 검출됨을 확인할 수 있다. 안정화제 도포 후 Mg 검출량이 감소됨을 통해 안정화제가 석면 표면에 고착된 것으로 판단된다.
Fig. 7에서 침투 깊이가 가장 우수했던 안정화제 B를 대상으로 20, 40, 60, 80%의 비율로 희석하여 석면 함유 천장재에 도포한 후 희석 비율별 침투 깊이를 측정하면, 희석하지 않은 안정화제의 경우 천장재 내 침투 깊이가 156㎛인 반면 80% 희석한 경우 침투 깊이가 3.6mm로 20배 이상으로 향상된 침투 깊이 결과를 보였다.
25로 5가지 제품 모두 비슷한 특성을 가졌으며, pH의 분포는 pH 11~12로 알칼리성을 나타냈다. 또한, 무기계 안정화제의 경우 점도는 1~5CPs로 분포되어 있는 것을 확인하였다.
사용된 천장재의 석면 함유량을 PLM 방법으로 분석한 결과 천장재는 백석면 3%가 함유되어 있음을 확인하였으며, 천장재에 함유된 석면의 SEM 이미지와 EDS 분석한 결과, 석면의 주요 성분인 Mg와 Si 성분이 검출됨을 확인하였다. 5종의 안정화제 고형분 함량, 점도, 비중 및 pH의 결과는 Table 3과 같다.
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.
6(c)에서 확인한 석면 섬유의 구성 성분인 Mg 검출량이 감소됨을 통해 안정화제가 석면 표면에 고착된 것으로 판단된다. 안정 화제 처리 전 천장재에 존재하지 않던 K 성분이 안정화제 처리 후 검출되는 것을 확인함에 따라 K성분을 안정화제 침투 깊이 확인을 위한 지표로 사용할 수 있을 것으로 분석되었다.
이를 통해 안정화제를 도포했을 때 공기 중으로 비산되는 석면 농도를 감소시키지만 천장재가 파손될 경우 안정화제가 내부로 충분히 침투되지 않아 고착화되지 못한 석면 섬유로 인해 석면의 비산 농도가 증가됨을 확인할 수 있었다. 따라서 파손이 발생되는 경우를 고려하여 천장재 내 안정화제 침투 깊이를 증가시킬 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석면의 특징은?	석면은 불연성, 단열성, 내구성, 절연성, 보온성이 좋고 인장강도가 우수하여 다양한 건축자재의 보강섬유로 사용되어 왔다. 이러한 건축자재는 천장재, 바닥재, 경량 칸막이등 패널 및 보드 등 매우 다양하며, 생산공정도 초조, 압출성형, 프레스, 스프레이 방 식 등 모든 공정에 적용되어 왔다.
	현재의 석면의 문제는 어떤 것들이 있는가?	국내에서도 2007년 1월부터 석면 및 석면 제품의 수입을 금지 한 바 있으며, 2008년 1월부터는 일부 예외 조항으로 남겨두었던 제품을 포함하여 전면적인 금지 품목으로 규정하였고, 2008년 7월부터 1% 이상의 석면을 함유한 모든 자재는 모두 지정폐기물로 처리하도록 폐기물관리법 시행규칙이 개정된 바 있다. 따라서 현재의 석면의 문제는 사용단계에서의 공기 중 석면의 비산 없이 안정적으로 사용하는 문제, 해체단계에서 석면 비산을 최소화 하여 해체하는 문제, 해체된 폐석면 건축자재를 안정적으로 최종 처리 하느냐의 문제이다.
	안정화제 처리할 때 침투 깊이를 증가시켜야 하는 이유는 무엇인가?	이를 통해 안정화제를 도포했을 때 공기 중으로 비산되는 석면 농도를 감소시키지만 천장재가 파손될 경우 안정화제가 내부로 충분히 침투되지 않아 고착화되지 못한 석면 섬유로 인해 석면의 비산 농도가 증가됨을 확인할 수 있었다. 따라서 파손이 발생되는 경우를 고려하여 천장재 내 안정화제 침투 깊이를 증가시킬 필요가 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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