차량실내 환경과 VOCs

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1. VOCs의 정의

VOCs이란 수많은 화합물의 총칭이고 발생원도 다양하여 정의하는데 어려움이 있지만 우리나라 대기환경 보전법 제2조 10호에서 VOCs에 대해 탄화수소류 중 석유화학제품, 유기용제 기타 물질로서 환경부 장관이 관련 중앙행정기관의 장과 협의하여 고시하는 것을 말하고 있으며 일반적으로 VOCs는 0.02 psi 이상의 증기압을 가지거나, 끓는점이 100 ℃ 미만의 organic compounds을 말하고 대기 중에 질소산화물과 공존 시 태양광의 작용을 받아 광학 반응을 일으켜 오존 및 팬 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학 스모그를 유발하는 전구물질이다. VOCs는 benzene, toluene, xylene 등의 방향족화합물과 지방족 화합물 그리고 비균질 화합물로 구분될 수 있으며, 탄화수소, 반응성 유기 가스, 그리고 비 메탄계 VOCs로도 구분될 수 있다. 또한 VOCs은 물질이 존재 상의 형태에 따라 휘발성(VOCs), 반휘발성(SVOCs), 비휘발성 (NVOCs)으로 구분해볼 수 있다.

 

 

 

2. VOCs 저감 기술

 

2-1. 흡착

일반적인 고분자의 경우는 산화나 분해과정을 거쳐 고분자가 단분 자화 되면서 VOCs를 방산하게 되며 그리고 바이오 복합재료의 구성 성분인 천연 충진제에서도 VOCs 등이 방산되는 편이다. 이는 바이오 복합재료 제조공정이 200℃ 이상에서 진행되기 때문에 발생되는 것으로 부분적으로는 천연 충전제 구성성분의 분해에 기인하기도 한다. 이러한 구성 성분에서 발생되는 VOCs를 다공성 무기물을 이용하여 흡착하는 방법으로 VOCs를 저감 시킬 수 있으며 다공성 무기물인 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 포졸란 등을 사용할 수 있으며, 다공성 무기물의 특성에 따라 흡착되는 정도가 차이가 나며 결과적으로 다공성 무기물이 첨가된 바이오 복합재료의 경우, 대다수의 VOCs 물질들이 저감되는 것을 확인할 수 있지만 그러나 이러한 다공성 무기물들은 바이오복합재료의 전체적인 물성을 고려하여 함량을 조절할 필요가 있다고 할 수 있다.

 

 

2-2. 친환경 소재

셀룰로오스계 식물성 천연섬유는 지속 가능한 자연 순환형 천연자원이며, 다른 보강 섬유에 비하여 상대적으로 밀도가 낮고(유리섬유의 약 60%), 가격이 매우 저렴하여(유리섬유의 약 30%), 물성 측면에서도 섬유 강화 재료로서 융통성이 높다, 또한 동남아시아를 비롯한 아열대 기후의 여러 나라에서 매년 매우 풍부한 양이 재배되고, 산업용 천연섬유의 공급이 가능하므 로 널리 사용되고 있으며 현재 선진국에서 진행되고 있는 바이오 복합재료에 대한 연구는 보 섬유로 주로 줄기에서 얻어지는 아마(flax), 황마(jute), 대마(hemp), 양마(kenaf)와 같은 마섬 또는 잎에서 얻어지는 바나나 섬유, 같이 선인장 잎으로부터 얻어지는 천연 섬유 등이 주로 사용된다.

 

그중에서도 자동차 부품소재로는 kenaf 섬유가 각광 및 적용이 많이 검토되고 있으며 기존의 자동차 내장재에는 PP, ABS, PU 등이 주로 사용되어 왔으며, 아직 까지도 많은 부분이 이러한 고분자를 사용하고 있고 이러한 고분자는 공정 및 사용 후에도, 환경에 많은 부담을 가하는 재료이며, 친환경적인 재료인 바이오 소재 기반 고분자를 사용해야 할 것이며 이러한 바이오소재 고분자에는 cellulosic plastic, lignin, starch, soy-protein based plastic, poly(lactic acid)(PLA)등이 있으며, 친환경적인 특징으로 green plastic으로 명명되기도 하며 특히 PLA는 옥수수와 감자의 전분으로부터 단량체를 제조하여 중합이 가능하고 원료가 저렴하여 앞으로 적용 가능성이 증가할 것으로 예상되며 천연소재를 바탕으로 한 소재들은 기후적인 환경요건에 대한 생산량의 변화가 커, 가격 변동에 대한 부담을 가지고 있지만, 현재 자동차 내장재용 부품뿐만 아니라 다양한 분야에서 적용 가능성을 검토되고 있는 중이다.

 

 

 

3. VOCs가 인체에 미치는 영향

실내에서 건축자재로부터 방출되는 VOCs의 80% 정도가 인체의 호흡기관을 자극하고 눈의 통증이나 자극을 유발하며 이 중에서 25% 정도는 발암성 물질로 의심되고 있으며 이러한 물질이 비록 낮은 농도로 실내에 존재할지라도 오염된 공기 환경에서 짧은 시간 생활하는 경우에도 실내환경에 대한 불만족 요소로 작용할 뿐만 아니라 건강에도 직접적으로 나쁜 영향을 미치게 되며 실내공기에서 VOCs 물질의 농도는 외부공기(대기)보다 2～ 10배정도 높게 나타나며, 특히 신축건물에서는 최고 100배까지 높은 농도로 나타나고 있다고 할수있다. 이는 건축자재로부터 방출되는 것으로 불쾌한 냄새나호흡기의 자극뿐만 아니라 피로감, 메스꺼움, 또는 집중력 감퇴 등을 유발한다. 일부 VOCs에는 발암성 물질과 재발성 질병의 원인물질이 포함되어 있어 이러한 물질에 대한 대책이 마련되어야 한다.

 

따라서 건축 자재로부터 방출되는 오염물질이 실내 공기환경에 미치는 영향을 파악하고 합리적인 제어 방법들에 대해 면밀히 검토되어야 하며 VOCs는 단일 물질이 아니라 비등이 50-100 ℃～240-260 ℃의 유기 화합물질을 총칭하는 것이 대부분이다. 방출되는 다양한 VOCs의 종류와 농도를 판정하는 것은 쉽지 않다. 여기서 덴마크의 몰 하브(molhave)에 의하여 TVOCs이라는 개념이 제안되어 있으며 특별히 알고 있지 않은 물질을 포함한 경우에 이를 toluene으로 환산하여 표시하는 방법이다. 실내의 TVOCs의 농도는 1～2 ppm 이하의 매우 낮은 상태에서도 인체의 건강에 영향을 미치게 된다.

 

농도가 매우 낮기 때문에 쉽게 검출되지 않을 뿐만 아니라 인체에의 자극과 증상이 매우 경미하고 서서히 나타나는 것이 특징이다. VOCs 물질이 인체에 미치는 영향은 주로 호흡기관의 자극과 두통의 원인이 되고, 신경․생리학 기능장해 등을 유발하는 것으로 알려지고 있으며 인체에의 직접적인 영향이 나타나는 농도나 오염 물질에 대한 인체의 반응 정도는 개인에 따라 큰 차이를 보인다고 할 수 있다.

 

 

이렇듯 차량 실내에서의 환경은 상당히 중요하고 우리가 조심해야 할 부분은 VOCs이다. 이 VOCs를 낮추어야 하며 이것을 낮추어야 사람들이 쾌적하다고 느끼게 된다. 실내를 쾌적하게 구성하여야 차량을 사용하는 사용자가 편해지고 만족도가 높아지는 것은 당연한 이야기가 아닌가 한다.

 

 

 

※ 참조문헌 :자동차 실내공기질 개선을 위한 자가 촉매 폴리올을 적용한 폴리우레탄 폼 연구 (이홍은 2019)