최종보고서

나노물질 환경노출도 평가 및

안전관리 가이드라인 구축

2009년 11월

연구기관 : 광운대학교 산학협력단

국 립 환 경 과 학 원

제 출 문

국립환경과학원장 귀하

본 보고서를 “나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가

이드라인 구축” 과제의 최종보고서(초안)로 제출합니다.

2009년 10월

연구기관 : 광운대학교 산학협력단

연 구 원 : 아래 7명

광운대학교 화학공학과 김영훈(책임연구원)광운대학교 화학공학과 김휘로(연구보조원)광운대학교 화학공학과 지선희(연구보조원)광운대학교 화학공학과 노진규(연구보조원)광운대학교 화학공학과 박범진(보조원)서울대학교 화학생물공학부 박준수(연구원)서울대학교 화학생물공학부 곽병규(연구원)

자문위원 : 아래 6명

계명대학교 화학시스템공학과 이병환 교수

동덕여자대학교 약학과 박광식 교수

서울대학교 환경위생학교실 류덕영 교수

아주대학교 화공신소재공학부 김주민 교수

인하대학교 생명화학공학부 백성현 교수

TO21 화학물질관리연구소 배희경 소장

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목 차

1. 연구의 배경 및 목표 ············································································································· 1 가. 과업명 ································································································································ 1 나. 연구의 배경 및 필요성 ···································································································· 1 다. 연구 목표 ························································································································· 10 라. 연구의 범위 및 세부내용 ······························································································ 10 마. 연구개발의 추진일정 ······································································································ 12 바. 연구추진 전략 및 방법 ·································································································· 12 사. 연구원 구성 현황 ············································································································ 14

2. 연구개발의 내용 ··················································································································· 16 가. 연구범위별 연구방법 ······································································································ 16 나. 연구 추진체계 ················································································································· 20

3. 연구결과 ································································································································ 21 가. 전략적 접근을 통한 환경노출도 평가 ········································································· 21 나. 환경노출도 측정 방법론 파악 ······················································································· 30 다. 환경노출 시나리오 작성 ································································································ 42 라. 실험실 수준 노출평가 ···································································································· 51 마. 개인보호장비 투과 평가 ································································································ 60 바. 파일롯별 노출평가 ·········································································································· 65 사. 파일롯 스터디에 대한 진단결과 ··················································································· 77 아. 공정별 노출 양상 파악 ·································································································· 84 자. 노출평가에 따른 안전관리 대책 ··················································································· 84

4. 나노물질 안전관리 가이드라인 구축 ··············································································· 101 가. 기표원 자료와의 차별화 ······························································································ 101 나. 안전관리 가이드라인 구축에 관한 정리 ···································································· 101

5. 결론 ······································································································································ 106

첨부 1. 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 ·························································· 109첨부 2. 환경 노출 설문지 ····················································································································· 153첨부 3. 나노물질별 특허조사(현장 생산기술 기준) ··········································································· 157첨부 4. 은나노물질의 독성 수준 평가를 위한 자료조사 ·································································· 183첨부 5. 주요 나노물질의 MSDS ··········································································································· 189

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그림 목차

그림 1. 양날의 칼과 같은 나노기술의 축복과 짐 ················································································· 4그림 2. 소비자에 대한 나노입자들의 잠재적 노출 경로 ······································································ 5그림 3. 공학적 접근을 통한 나노물질 위해성 평가 기술들 ································································ 8그림 4. 최종목표 달성을 위한 연구주제별 추진전략 ·········································································· 12그림 5. 나노물질 안전관리 가이드라인 구축 추진방법론 ·································································· 13그림 6. 성상별 공정내 나노물질 노출형태(이들에 대한 평가법 제시) ············································· 16그림 7. LCA기법상 작업자 노출에 집중하여 노출시나리오 작성 ···················································· 17그림 8. SMPS를 이용한 작업장 현장노출평가 실증 ··········································································· 18그림 9. 노출평가 장비의 신뢰도 평가를 위한 실험실 수준 사전평가 ············································· 18그림 10. 개인보호장비에 관한 기상 및 액상 투과평가 ······································································ 19그림 11. 환경노출 평가 절차 ················································································································· 22그림 12. 안전관리를 위한 정보수집의 우선순위 결정도 ···································································· 30그림 13. 나노물질의 환경노출에 따른 물성들의 변화양상 ································································ 31그림 14. 입자의 크기에 따른 분석기법 예시 ······················································································· 32그림 15. 여러 물성 분석기술들의 입자크기별 분석 가능한 위치 ····················································· 37그림 16. 현장 환경노출 분석기법 ·········································································································· 38그림 17. 기상/액상 나노물질 노출 측정 순서도 ·················································································· 38그림 18. GRIMM사에서 판매하고 있는 휴대형과 고정형 SMPS 시스템(CPC) ······························ 39그림 19. SMPS 측정장비의 신뢰도 평가를 위한 변수제어 ·························································· 40그림 20. 나노입자 용액의 pH에 따른 SMPS 분석시 오차 발생 ······················································· 41그림 21. 제타전위 측정을 통한 입자응집 예측 ··················································································· 41그림 22. 은나노입자 용액의 pH에 따른 입자 응집현상(TEM) ························································· 42그림 23. 환경노출시 입자 크기별 성상 변화 양상 ············································································· 42그림 24. 환경 노출후 입자의 응집과정 ································································································ 43그림 25. 환경 노출후 입자의 응집과정에 따른 TEM 자료 ································································ 43그림 26. 성상별 공정내 나노물질 노출에 따른 인체노출 방법 ························································· 44그림 27. 나노물질의 스케일별 제조방법론 차이 ················································································· 45그림 28. 전과정평가에 따른 현장 노출평가 및 안전관리 절차 ························································· 45그림 29. 실험실 수준의 환경노출 시나리오 ························································································· 47그림 30. 파일롯 수준의 환경노출 시나리오 ························································································· 47그림 31. 환경노출후 환경영향 시나리오 ······························································································· 48그림 32. 국내 나노물질 생산업체의 주요 공정 및 폐기물처리, 환경노출 경로 파악결과 ············ 49그림 33. 실험실 수준 노출평가를 위한 장치 모식도 ·········································································· 52그림 34. 은나노입자의 실험실 노출에 대한 control 실험 ·································································· 52그림 35. 은나노입자의 환경노출에 따른 흡입속도 영향 파악 ·························································· 53그림 36. 은나노입자의 환경노출에 따른 상대습도 영향 파악 ·························································· 54그림 37. 기상노출에 따른 은나노입자의 응집 가능성 검토 ······························································ 55그림 38. 액상 노출에 따른 입자 크기 변화 ························································································· 55

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그림 39. 노출평가에 사용한 일정 크기를 지닌 PS 비드 ··································································· 56그림 40. 표준물질을 이용한 실험실수준 노출평가 결과 ···································································· 56그림 41. 48시간 이상 은나노물질의 장기간 노출평가 ········································································ 57그림 42. 실내온도와 실험장치 주변 상황 변화에 따른 노출평가 주기 변화 ·································· 58그림 43. 액상 및 기상 노출입자의 입도분포 ··················································································· 59그림 44. 기상 및 액상 노출된 나노입자의 TEM 이미지 ······························································ 59그림 45. 나노입자 투과성평가 대상 개인보호장비 ············································································· 60그림 46. 나노입자의 개인보호장비 투과실험 ······················································································ 61그림 47. 의복에 대한 나노입자 투과평가 ···························································································· 62그림 48. 의복내 은입자 흡착량 파악 ···································································································· 62그림 49. 실험복과 방진복의 나노입자 투과평가후 SEM 결과 ·························································· 63그림 50. 방진마스크에 대한 나노입자 노출 후 SEM 결과 ································································ 63그림 51. 장갑류 3종에 대한 나노입자 투과평가 ················································································· 64그림 52. 국내 나노물질 생산 업체 현황(일부) ···················································································· 66그림 53. 은나노물질 주요 생산업체 및 현장방문 업체 ······································································ 66그림 54. D사의 나노물질 노출작업 환경 ····························································································· 67그림 55. 반응실의 나노입자 모니터링 ·································································································· 67그림 56. 건조실과 분쇄실의 나노입자 모니터링 ················································································· 68그림 57. N사의 나노물질 노출작업 환경 ····························································································· 69그림 58. 조작실내 나노입자 모니터링 ·································································································· 70그림 59. 반응실내 나노입자 모니터링 ·································································································· 70그림 60. 포장실내 나노입자 모니터링 ·································································································· 71그림 61. S사의 나노물질 노출작업 환경 ······························································································ 72그림 62. 탈수장치 주변 나노입자 모니터링 ························································································· 72그림 63. 필터기 주변 나노입자 모니터링 ····························································································· 73그림 64. Super mill 주변 나노입자 모니터링 ······················································································ 74그림 65. 전체반응 공정에서의 나노입자 모니터링 ············································································· 74그림 66. A사의 나노물질 제조과정 및 노출 지점 ··········································································· 75그림 67. 반응기 폐수라인에서 노출된 은나노입자 노출량 평가 ······················································· 76그림 68. 교반기 주변의 나노입자 모니터링 결과 ··············································································· 76그림 69. 입자의 크기별 시간에 따른 노출양상 변화 관찰 ································································ 77그림 70. D사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가 ·································································· 78그림 71. N사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가 ································································· 80그림 72. S사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가 ··································································· 81그림 73. A사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가 ·································································· 82그림 74. 4개사의 환경노출 평가후 안전관리 방법론 제안 ································································ 84그림 75. 액상 반응 공정중 반응기 개방에 따른 나노입자 급증 ······················································· 85그림 76. 분리 공정의 탈수기 가동전후에 따른 나노입자 급증 ························································· 86그림 77. 액상 교반 공정중 교반기 작동에 따른 나노입자 급증 ······················································· 87그림 78. 폐수 처리 공정 중 폐수라인 주변에서의 나노입자 노출 ··················································· 88그림 79. 기상 반응 제조 공정 중 공정실 개방에 따른 나노입자 급증 ··········································· 89

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그림 80. 기상 분쇄 공정의 grinder 작동에 따른 나노입자 노출 ····················································· 90그림 81. 기상 건조 공정중 건조장치의 개방에 따른 나노입자 급증 ··············································· 91그림 82. 기상 포장 공정중 벤트시설 미가동 및 드럼 이동에 따른 나노입자 노출 ······················ 91그림 83. 환경노출 평가 및 안전관리 방법론 ······················································································· 93그림 84. 기표원의 안전관리 가이드라인과 검토 ················································································· 94그림 85. 개인 보호장비 착용을 위한 판정 순서도 ············································································ 102그림 86. 개인보호장비의 노출상황에 따른 보호수준 결정 ······························································ 103그림 87. 나노물질 취급 공정내 안전관리를 위한 판정 순서도 ······················································· 104

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표 목차

표 1. 나노기술의 응용가능 분야 ·············································································································· 2표 2. 나노물질에 관한 대표적인 10가지 위해성 보고 ·········································································· 3표 3. OECD내 제조나노물질작업반(WPMN)을 통한 안전성 연구 협력 내용 ·································· 6표 4. OECD 제조나노물질 지원사업 참여현황 ················································································· 7표 5. 연구개발 목표 및 세부내용 ·········································································································· 11표 6. 연구개발 내용 및 추진일정 ······································································································· 12표 7 . 연구원 현황 ································································································································· 14표 8. 분기별 연구 추진체계 ················································································································· 20표 9. 환경노출평가 정보수집 방법과 정보 형태 ················································································· 23표 10. 노출평가시 주요환경인자 ············································································································ 24표 11. 노출기준에 따른 건강영향 ·········································································································· 24표 12. 나노물질 환경노출에 따른 기준(안) ·························································································· 25표 13. 은나노물질 노출기준 판정을 위한 지표(안) ············································································· 27표 14. TiO2 노출기준 판정을 위한 지표(안) ························································································ 28표 15. CNT 노출기준 판정을 위한 지표(안) ························································································ 28표 16. 건강영향/불확실성 등급에 관한 기준(안) ················································································· 29표 17. OECD에서 권고한 PChem 자료들 ···························································································· 31표 18. 물질의 크기별 시료 채취방법들 ································································································ 32표 19. 시료채취 후 off-site에서 이루어지는 물성분석들 ···································································· 34표 20. 현장 분석 가능한 물성치 ············································································································ 35표 21. 나노입자와 미세입자의 측정 기법 비교 ··················································································· 36표 22. PPE의 종류에 따른 권장 사용시간 및 사용후 폐기 ······························································· 65표 23. D사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가 ······································································· 78표 24. N사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가 ······································································ 80표 25. S사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가 ········································································ 81표 26. A사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가 ······································································· 82

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요 약

1. 연구의 개요

가. 연구의 배경 및 필요성

◦ 연구의 배경

- 나노기술의 발전과 함께 나노 TiO2를 이용한 UV 차단제와 AgNP를 이용한 정수기 등과 같

은 나노소비재의 대중화 붐

- 나노소비재의 생산증가와 함께 원료물질로서의 나노물질의 생산량 급증

- 그러나 10여 년 전부터 보고되고 있는 나노물질의 인체 및 환경 위해성에 관한 여러 문헌

은 나노물질의 잠재적 위해성에 관한 경고

◦ 연구의 필요성

- 나노물질은 주로 제조과정에서 호흡, 피부, 안구접촉을 통한 인체노출과 기상 및 수계로의

배출로 인한 환경 매질로의 전파를 발생

- 아직까지는 명확하지는 않지만 나노물질의 노출로 인해 발생될 수 있는 인체 및 환경의 악

영향의 주요 원인으로 간주

- 따라서 나노물질의 환경노출 평가를 수행할 수 있는 방법론을 수립하고 이를 통한 나노물

질의 안전관리 방법에 관한 일종의 가이드라인이 제시가 절실

- 이를 통해 환경매질로 노출되는 나노물질을 관리/억제할 수 있는 공정을 개선하고 유도할

수 있도록 환경부 정책자료로 활용

나. 연구의 목표

◦ 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 구축

- 나노물질을 취급하는 현장(공장, 연구소 등)에서 나노물질의 환경노출량을 측정할 수

있는 방법론을 제시하고 이를 검증하기 위한 파일롯 스터디 (pilot study)를 실시

- 인체/환경/생태에 영향을 주는 주요 노출원 파악과 함께 나노물질 취급자의 안전을 위

한 안전관리 지침 제시

다. 연구의 범위

◦ 연구 범위와 목적

- 나노물질의 환경 노출량 측정 방법론 제시 : 현장에서 실시간으로 나노물질 노출정도를 측

정하여 안전관리 제도를 위한 기초 정보를 제공

- 파일롯 스터디를 통한 방법론 검증 : 제안한 측정 방법론을 이용하여 실제 작업장(공장 및

연구소)내 노출량 평가를 수행

- 나노물질 안전관리를 위한 가이드라인 제시 : 나노물질 취급장(공장, 연구소 등)내 나노물질

노출도 평가 방법론을 통해 나노물질 취급상 안전관리법을 제시

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라. 연구방법

◦ 나노물질의 환경 노출량 측정 방법론 제시

- 물리화학적 특성별 분석 방법론 제시 : 나노물질 분석 방법 검토, 형태특이성별 분석법 목

록화, 현장에서 적용가능한 주요 나노물성 분석장비 제시, 기상/액상/에어로졸 형태에 대한

노출평가법 제시

- 나노물질의 환경노출 시나리오 파악 : 나노물질 취급 공정 및 작업장 파악, 환경노출 시나

리오 작성, 환경중 노출조건에 따른 형상변화(응집) 예측, 공정별 또는 작업장별(업체, 연구

소) 주요 노출원 파악, 나노물질 현장 제조법 파악, 실험실 수준에서 제조과정 모사, 실험실

수준 노출도 평가

◦ 파일롯 스터디를 통한 방법론 검증

- 현장 주요 공정별 노출량 측정 : 나노물질 취급하는 기업 및 연구소 선정, 노출평가, 작업자

와의 인터뷰와 현장답사, 측정장비 신뢰도 평가

- 측정 신뢰도 확보 : 실험실 수준에서 사전노출 평가, 채집한 시료의 추가 분석(TEM, SEM) 실시

◦ 나노물질 안전관리를 위한 가이드라인 제시

- 개인 안전관리 지침 마련 : 개인보호장비에 관한 나노물질 투과성 평가, 현장내 작업자와의

인터뷰, 취급하는 나노물질 및 공정에 따른 권장 개인보호장비 작성

- 공정내 안전관리 지침 마련 : 나노물질 노출 위험도가 가장 높은 공정 파악, 공정에 대한

안전관리 요령 제시

2. 연구결과

가. 전략적 접근을 통한 환경노출도 평가

◦ 나노물질의 환경노출도 측정을 위하여, 전략적 접근을 통한 환경노출도 평가 절차를

정립하고 현재 구체적으로 수립되어 있지 않는 나노물질의 환경노출 기준을 제시하

고자 함

◦ 이를 통해 노출등급을 결정하고 그에 따른 건강영향도와 위해도 등급을 판단하기 정

보수집 절차를 수립

◦ 나노물질 환경노출도 평가의 목적

- 노출평가의 목적: 위해요인 파악 및 제거, 불수용 인자의 수용인자화, 안전관리 방안 마련

- 노출평가 결과 활용 : 유해 물질관리, 노출 모니터링, 유해인자 의사소통, 의학적 감시, 작업

방법 관리, 경영관리, 교육 및 훈련, 개인보호장비 점검

viii

◦ 환경노출 파악 절차(exposure profile)- 전략적 접근을 통한 노출평가 절차에 관한 단계 구성 : 1) 시작 > 2) 기본 특성의 파악 > 3)

노출평가 > 4) 추가 정보수집 > 5) 건강 위험개선 > 6) 재평가 > 7) 의사소통과 문서화 > 8) 안전관리

◦ 정보수집 방법론

- 노출평가 시작을 위한 기본 특성 파악을 위한 정보수집 필요 : 현장조사와 설문조사, 면담

법 시행

- 노출원, 노출취약지점. 공정흐름, 단위작업, 수송방법, 부산물, 노출잠재, 유지/보수활동, 피부

접촉 가능성 등에 관한 정보수집

◦ 나노물질의 환경노출 기준

- 나노물질에 관한 환경노출 기준은 명확하지 않지만, 독성자료 및 MSDS를 활용하여 나노물

질 환경노출에 따른 기준과 등급에 관한 안을 제시

- 취급 나노물질별 MSDS를 확인하여, 시간가중평균 직업적 노출기준(TWA)와 동물독성

(LD50) 자료를 수집하고 이를 기준으로 화학물질 노출에 따른 기준평가와 유사하게 등급화

- 문헌자료를 활용한 노출등급 판정 지표 구성안 제시 : 은나노에 관한 크기, 모양, 분산제 등

에 따른 독성기준 제시, TiO2 및 CNT에 관해서도 독성기준(안) 마련

◦ 나노물질의 환경노출에 따른 건강영향

- 건강위해도 등급 판정을 위한 나노물질 건강영향 판정기준 마련 : 0~4단계별 건강영향 구분

- 수집한 자료 및 불명확한 물질 정보에 관한 불확실성 등급 평가

- 노출등급, 건강위해도 등급, 불확실성 등급을 이용한 정보수집 우선순위 결정 방법 평가하

고, 이를 바탕으로 안전관리 최우선 작업군 선정

나. 환경노출도 측정 방법론 파악

◦ 나노물질 노출에 따른 물성 파악을 위해 현장 분석 방법을 기상, 액상에 관해 제시하고, 현장 결과물의 검증방법 제시

◦ 측정장비의 신뢰도 평가를 통해를 실험실수준에서 평가하여 현장 노출평가시 발생될 수

있는 모니터링 결과값 해석을 위한 자료 확보

◦ 나노물질 노출에 따른 물리화학적 특성 분석 목록

- 다양한 주변환경요인(온도, 습도, 대기순환 등)으로 인해 노출된 순간부터 나노물질의 그 형

상, 상, 응집도, 표면특성 등이 변하게 되므로, 이들의 특성을 정확히 모니터링할 수 있는

방법론이 필요

- 입자의 크기에 따른 분석기법이 차별화되고, SMPS나 ELS를 이용한 나노수준 평가이 필요

함을 지적

ix

◦ 나노물질 노출에 시료채취 방법론

- 시료 채취는 일반적으로 마이크로 수준은 impactor를 사용하지만, 나노물질의 크기별 시료

채취방법을 목록화

- 나노물질에 관해서는 정전기적인력을 이용한 전기집진방식 권장

◦ On-site, off-site 분석기법

- 현장분석, 외부분석이 필요한 물성에 관한 자료 정리

- 환경노출시 현장에서 직접 실시간으로 분석가능한 물성으로는 질량, 입자수, 표면적, 조성

등을 파악 : 입자의 크기 또는 입자분포는 SMPS(기상, 에어로졸), ELS(액상)를 이용하여 현

장에서 직접 분석, 시료채취를 통해 추후 분석장비를 이용하여 입자 형상, 결정성, 기공성, 표면화학, 반응성 등을 평가

- 현장분석시 측정장비의 소형화를 통한 휴대성 강조가 필요하여, GRIMM사에서 개발중인

NanoCheck, 휴대형 SMPS(CPC)를 소개

◦ 측정장비의 신뢰도 확보

- 현장 환경노출도 평가 장비로 제시한 SMPS의 나노입자 측정에 따른 장비 신뢰도 평가를

실시 : 상대습도(액적크기 영향), 흡입속도(대류억제 영향), 인가전압(전기집진 영향) 등의 영

향

- 입자의 응집성은 SMPS 분석 결과에 영향을 주고, 표면의 제타전위가 이러한 응집 현상을

제어함을 확인

다. 환경노출 시나리오 작성

◦ 제안된 측정장비를 이용하여 노출평가를 수행하기 전, 사전에 파악된 주요 노출원을 중심

으로 환경노출로 인한 노출양상의 변화를 예측하고자 함

◦ 실험실 수준 및 파일롯 수준에서의 노출시나리오를 각각 작성하고, 현장 작업 공정에 관

하여 설문형식으로 조사

◦ 환경노출시 입자의 성상변화

- 입자들은 기상으로 노출되면서 성장을 반복하게 되어 특정 크기에서 응집된 상태로 관찰되

며, 유기상 또는 수분이 날아가면서 입자들의 부피감소를 통한 응집이 발생

- 현장 나노물질 환경노출도 평가에 있어서 가능한 작업조건과 동일한 분위기에서 off-site 물

성 분석 필요

- 토양, 수계 노출보다는 대기중 건식 노출이나 액상내 나노입자의 증기상(에어로졸) 노출에

관한 모니터링에 집중해야 함을 지적

◦ 나노물질 제조 방법에 따른 노출양상 비교

- 특허조사를 통해 산업체에서 주로 사용하는 제조기법과 실험실수준에서 연구자들의 나노물

질 제조 방법론을 비교

- 실험실 수준 노출평가에서는 용매, 온도, 교반조건, 습도, 분석흡입속도 등을 제어하면서 환

x

경노출평가를 수행했다면, 현장 노출평가에서는 작업환경을 사전에 면밀히 검토하고 간과되

고 있는 주요 노출원을 중심으로 환경노출평가를 실시해야 함을 정리

- 액상반응을 주로 이용하는 TiO2, AgNP 생산에서는 액상내 나노입자의 기상으로 노출과 폐

수라인에서 나노폐기물이 발생 가능하며, 기상반응을 이용하여 제조하는 CNT, AgNP 생산

에서는 비산입자에 의한 호흡노출이 가장 우려됨

◦ 노출시나리오 작성

- 현장방문을 통해 쉽게 관찰가능한 주요 노출원을 파악하고 SMPS, ELS 분석을 통한 추가적

인 노출원 파악과 노출 잠재성을 지닌 노출원의 파악도 중요

- 실험실 수준의 환경노출 : 액상 및 기상 반응을 통한 비커 수준에서의 환경노출로서 휘발되

는 증기상, 기상 에어로졸 노출이 있을 수 있으며, 재료의 건조(소성, 탈수) 과정에서 개인

노출 발생, 반응기의 세척과정에서 개인노출과 함께 수계로의 방류시 환경노출 발생

- 파일롯 수준의 환경노출 : 실험실 수준의 환경노출에 비해 복잡하며 공정조건이 많아질수록

노출원 파악 및 그에 따른 안전관리가 어려움, 추가적인 공정이 늘어날수록 해당 개인노출

및 수계, 토양, 대기 노출이 반드시 수반, 벤트시설이 있을시에는 개인노출은 억제되더라도

실외 배출을 통한 환경 매질로의 배출은 증가

◦ 현장 작업 공정 조사

- 나노물질을 취급하는 공정중에 약 40%가 화학반응을 이용하는 액상반응 시스템으로 물질을

제조

- 열처리, 코팅, 기계가공은 건식 공정으로 이 또한 35% 정도를 차지

- 따라서 액상반응 및 기상반응에서 노출되는 나노입자의 모니터링이 중요

- 환경노출 경로를 파악했을 때는 관리가 쉬운 수계, 토양, 대기 노출 보다는 의외로 나노폐

기물로의 노출이 심각함

라. 실험실 수준 노출평가

◦ 현장 노출평가전에 노출시나리오를 검증하고, 간과되고 있는 액상 물질의 기상으로의 노

출을 검증하기 위한 실험실 수준 노출평가 실시

◦ 흡입속도, 상대습도, 기상/액상 노출 영향인자를 파악하고, 표준물질을 이용한 장시간 노출

에 따른 노출주기 변화 관측

◦ 실험실 수준 노출평가를 위한 장치 제작

- 노출평가 장치 설치 : HEPA 필터를 이중으로 설치하여 외부 미세먼지를 제거, 제습제와 가

습장치를 이용한 습도제어, 유입공기의 유량과 SMPS로의 장비 유입속도를 제어

◦ 실험실 수준 노출을 위한 사전 테스트

- 노출평가에 영향을 주는 배경 나노입자를 파악하고 이를 HEPA 필터를 이용하여 제거됨을

확인

- 교반을 통한 반응만으로도 실험실 수준 노출이 일어남을 확인

xi

◦ 실험실 수준 환경노출평가 : 흡입속도 및 상대습도 영향

- 액상반응기를 가동시에 휘발성이 높은 물질을 사용할 경우, 휘발도와 상대습도의 영향에 따

라서 노출양상이 달라짐을 확인

- 주변의 조건이 습할수록 입자의 휘발이 더 적게 발생하고, 건조하고 따뜻한 실험조건에서

나노물질의 환경노출(기상, 액적형태의 에어로졸)이 우세함

◦ 기상노출과 액상노출 영향인자 파악

- 분말상 형태의 나노입자의 노출은 직접적으로 호흡노출과 피부, 안구접촉을 유발하게 되어

치명적

- 액상반응을 통한 기상으로의 환경노출은 간과되기 쉬운 노출원으로 호흡과 피부접촉을 통

한 노출이 발생됨을 확인

- 나노물질의 수계내 노출은 염에 의해 쉽게 응집되는 현상이 있으므로 염의 농도 증가에 따

른 입자의 크기 변화를 관찰해야 함

- 액상내 나노입자는 상대습도 감소시, 주변온도 상승시, 액상내 농도증가시에 기상으로 에어

로졸 형태로 노출되는 양이 증가하는 경향 보임

◦ 표준물질을 이용한 나노물질 노출평가

- 입자의 크기를 알고 있는 상태에서 환경노출시 입자의 분포를 확인하기 위하여, 듀크 사이

언스에서 제공하는 크기가 일정한 표준나노물질을 노출평가에 이용

- SMPS 분석결과 값을 통해 노출인자(emission factor)를 단위부피당 무게(kg/m3) 또는 단위

부피당 입자수(/m3)를 계산할 수 있으며, 이는 노출량 산출에 필요한 농도 계산시 활용

◦ 장시간 노출에 따른 노출주기 변화 관측

- Citrate가 코팅된 균일한 크기의 은나노입자를 실험실 수준에서 48시간 이상 노출을 실시하

였으며, 실험장치(글로브 박스) 주변의 작업자 활동에 따른 진동/충격과 주간 업무로 인한

실내 온도변화가 나노입자 노출에 영향을 주는 것으로 파악

- 열린공간에서는 작업자의 유동에 따른 배경입자의 비산 및 나노입자의 노출이 더욱 촉진되

리라 판단

마. 개인보호장비 투과 평가

◦ 환경노출 평가를 통해 파악된 주요 노출원과 최우선 정보수집 작업군에서 나노물질을 취

급하는 작업자를 중심으로 적절한 개인보호장비를 제공해야 함

◦ 이를 위해 노출수준에 따른 개인보호장비를 권장하기 위한 PPE 투과평가 수행하고 착용

시간 및 폐기방법에 관하여 정리

◦ 개인보호장비 투과 실험

- 대상 PPE로는 의복에는 실험복(lab coat), 방진복(cleanroom wear)을 선정하였고, 마스크류

는 3M의 방진마스크 2종, 장갑류로는 폴리글로브를 포함한 재질에 따른 3종을 선정

xii

- ASTM PTC-600에 준하여 나노입자 투과장치를 구성

◦ 에어로졸의 의복 투과 평가

- 실험복은 나노입자의 노출이 시간에 따라서 지속적으로 증가

- 방진복의 경우는 누적 나노입자의 수가 S자 커브를 보이고 있는데, 입자 자체가 의복의 겉

표면에만 침착되고, 실험복과 같이 섬유내부로는 투과되지 못하는 것으로 파악

◦ 방진마스크 투과 평가

- 방진마스크(N95와 숯필터가 포함된 N95)에 대해서도 동일한 실험을 취했을 때, 입자의 노

출은 억제

- 입자가 작아질수록 입자의 유동성이 증가하여 필터재질로 구성된 방진마스크를 통과하지

못하고 마스크 표면에만 침착

◦ 장갑류 투과 평가

- 장갑류 3종(polyethylene, latex, nitrile)에 관해서 투과평가를 수행했을 때, PE는 표면자체가

매끈하여 겉표면에 입자가 흡착되지 않음

바. 파일롯별 노출평가

◦ 제시한 노출평가 방법과 노출시나리오를 검증하고, 실제 현장에서의 환경노출도 평가를

수행하기 위하여 주요 나노물질을 취급하는 업체를 중심으로 현장 방문 평가 실시

◦ 대표적으로 은나노물질을 주로 취급하는 4개 업체를 중심으로 수행

◦ 현장 노출평가를 위한 업체 선정

- 파일롯 수준의 현장 노출평가를 수행하기 위하여 전국에 산재해 있는 나노물질 생산업체를

파악

- 은나노물질을 주로 취급하는 업체 21곳을 선정하여 현장방문을 위한 협조공문과 담당자와

의 구두협의를 통해 4곳의 업체를 현장 방문

◦ D사의 현장 노출평가 사례

- 주로 은나노입자를 제조하여 전자재료의 구성품으로 납품하는 공정 : AgNO3를 산처리기법

으로 환원반응을 시키고 제조된 나노입자를 필터를 거쳐 크기별로 구분한 다음, 건조, 분쇄, 포장 단계를 거쳐 최종 200 nm 미만의 나노입자를 생산

- 반응기 형태는 액상 반응에 반응기 덮개가 존재하여 물을 용매로 사용하고 산처리시 증기

가 발생, 건조실은 온도와 압력차에 의한 일시적이 나노입자의 노출이 발생

◦ N사의 현장 노출평가 사례

- 기상반응, 즉 플라즈마 기법으로 은나노물질을 제조하는 업체로서 수요처가 적어서 현재는

소량생산만을 수행 : 은 와이어를 플라즈마 기계장비에 넣고 폭발반응을 시키면 250 nm 미만의 은나노입자가 생성되며 이를 필터와 포장과정을 거쳐 최종 150 nm의 나노입자를 생

xiii

산

- 작업실 및 조작실내에 존재하는 미세입자는 시간이 지나면서 지속적으로 축적, 공정실의 개

폐에 따라 내부공기의 입자수가 급격히 증가, 조작실내에서는 은나노입자를 포장하여 해당

나노입자의 크기만큼의 영역에서 나노입자의 노출이 증가

◦ S사의 현장 노출평가 사례

- 은나노생산과 함께 YbF라는 희토류 나노입자도 생산 : 에탄올 상에서 원료물질을 수열합성

법에 의해 제조하며, 탈수, 스퀴즈, 밀링하여 최종 100 nm의 나노입자를 포장

- 필터와 squeeze 공정은 탈수된 나노입자체에서 더 많은 수분을 제거하는 과정으로 수계노

출이 심각, 일반 밀링공정에 비해 super mill 주변에서 작은 크기의 나노입자가 폭증, 밀링

기 내부에 분산중이 나노입자가 대기상에 직접 노출

◦ A사의 현장 노출평가 사례

- 은나노를 주로 생산하는 업체로 액상내 고분산된 나노입자를 생산 : AgCl2와 같은 염계열

의 은 전구체를 환원제와 안정제(sodium citrate)와 연속반응 시킨 다음, 원심분리기를 이용

한 완제품 분리 작업을 수행

- 폐수 드럼 부분에서 발생하는 나노입자는 제조되는 나노입자보다 큰 크기인 40-120 nm 크

기의 일정한 분포를 보임, 교반기를 작동했을 때 보다는 교반기의 가동을 멈춘 후에 나노입

자 노출이 급증

사. 파일롯 스터디에 대한 진단결과

◦ 파일롯 수준에서 수행한 환경노출 평가 결과를 활용하여 4개사의 주요 환경노출원을 파악

하고 안전관리 방안을 제안

◦ 최우선 정보수집 작업군 예측결과를 측정한 노출기준으로 다시 확인하여 검증

◦ D사의 진단결과

- 주요 노출원 : 1) 액상반응기 덮개 제거시, AgNP(Ag+)의 휘발과 함께 응집, 2) 건조기 주변

에 벤트시설 없이 시설 가동, 3) 개방된 상태에서 은입자를 분쇄

- 안전관리 : 제조를 담당하는 반응실 작업자(B)와 분쇄를 담당하는 분쇄실 작업자(E), 분쇄후

포장을 담당하는 분쇄실 작업자(F)가 가장 높은 환경노출을 보이며, 이에 따른 안전관리와

환경노출 및 개인노출에 관한 정보수집이 시급

◦ N사의 진단결과

- 주요 노출원 : 1) 플라즈마 공정 중 sealing 부분, 2) 시료 포장시 대기상 노출, 3) 공정내

잔류 은코일 회수시 흡입/피부 노출, 4) 플라즈마 시설 청소시 폐수 방류

- 안전관리 : 시료 포장자(C)가 다른 어떤 작업자 보다 가장 큰 나노입자 노출이 발생하여 대

기상 노출에 따른 흡입 노출과 안구접촉 노출이 의심, C 작업자에 대한 작업시간 조절 및

작업공간의 격리, 개인보호장비 및 벤트시설이 시급

xiv

◦ S사의 진단결과

- 주요 노출원 : 1) 노출된 상태로 탈수시설, 필터시설 가동, 2) Open 상태에서 milling 장비

가동, 3) 바닥에 잔존하는 입자의 부유, 4) 전체 공정이 물리적 격리 없이 진행, 작업 동선

복잡

- 안전관리 : 밀링 작업자(D)는 응집되거나 비산중이 나노입자 노출이 가장 심하게 나타났으

며, 장비의 세척을 담당하는 보조작업자(G)도 나노물질에 쉽게 노출되고 있음, 특히 G는 장

비세척을 통한 피부접촉 노출이 심하며, 작업시 장비내부에 들어가서 작업하는 안전관리 개

념이 부족한 상태

◦ A사의 진단결과

- 주요 노출원 : 1) 제조 공정중 원심분리기의 폐수 라인의 대기상 노출, 2) 교반기 시설중 대

기 노출, 3) 드럼 운반 및 교반기 세척시 폐수 방류, 4) 공개된 공간에서 작업으로 인한 배

경 나노입자 생산

- 안전관리 : 원심분리기의 폐수가 모아지는 드럼을 처리하는 보조작업자(E)가 다른 어떤 작

업자 보다 가장 큰 나노입자 노출 발생, 본 작업자는 벤트시설 없이 작업 수행을 통해 대

기상으로 노출되는 나노입자를 직접 흡입하게 되며, 실내 온도 상승시 대기상 에어로졸 증

가로 안구접촉 노출이 발생, 또한 반응기작업자와 교반기 작업자에 대해서는 중간이상의 건

강위해도를 보이고 있어서, 전반적으로 전체 설비에 대한 벤트시설 설치가 절실함

◦ 노출평가 후 관리대책

- 노출평가 후 관리대책을 제안 : 개인보호장비 착용을 의무화시켜 개인노출을 최소화

- 구체적인 관리 기법 제시 : 제거대체, 개인보호장비, 공정관리, 피부노출 관리, 작업관리, 지

속관리, 경영관리

아. 공정별 노출 양상 파악

◦ 파일롯 수준에서 수행한 환경노출 평가 결과를 활용하여 공정별 노출 양상을 파악하고 안

전관리 방안을 제안

◦ 액상(반응, 분리, 교반, 폐수) 공정과 기상(반응, 분쇄, 건조, 포장) 공정

◦ 액상 반응 제조 공정

- 액상 반응기는 뚜껑의 개폐여부에 따라 증기상으로 노출되는 나노입자의 양 차이 발생, 기

액 상평형에 의한 에어로졸 형태의 나노입자 노출이 액상 반응 제조 공정에서 반드시 수반

되므로, 벤트시설 필수

◦ 액상 분리정제(탈수/필터) 공정

- 탈수와 필터 과정을 통해 배출되는 폐수는 환경 매질인 수계로의 노출 야기, 주로 수십 nm에서 수십 μm에 이르기까지 다양한 입자가 노출되므로, 호흡 노출을 방호하는 장치도 설

치해야 함

xv

◦ 액상 교반 공정

- 교반과정에서는 원료물질이 분말상일 경우 기상 노출이 발생하며, 교반기의 개폐여부에 따

라 액상내 나노입자의 기상으로의 노출이 발생, 액상 반응 제조공정과 동일한 수준에서 안

전관리 필요

◦ 폐수 처리 공정

- 폐수 드럼이나 폐수 수집 시설로 이동하는 라인을 설치하는 작업, 환기시설이 없는 공간에

서 본 작업이 수행된다면 배경 나노입자로서 작용

◦ 기상 반응 제조 공정

- 환기시설 및 호흡노출을 방호하는 개인보호장비의 착용이 필수적, 반응이 끝난후 장치의 개

방은 반응기 내외부의 열 및 압력구배로 인한 확산을 증가

- 환경 매질(대기)로의 노출을 최소화하기 위한 필터를 갖춘 벤트시설이 필수적

◦ 기상 분쇄/밀링 공정

- 벌크한 원료물질을 쪼개어 작은 입자화 시키는 하향식(top-down) 방식의 나노입자 제조 공

정, 반드시 기상 비산입자 노출이 야기되므로 호흡노출을 억제하는 벤트시설이 갖춰져야 하

며, 적절한 수준의 개인보호장비를 착용해야 함

◦ 기상 건조 공정

- 액상으로 제조된 나노입자를 판매에 용이한 형태인 분말상으로 제조하는 작업, 기상 건조

공정은 밀폐형 건조기를 사용하므로 직접적인 노출은 일어나지 않지만 건조기를 개방하는

순간 건조기 내부에 있는 분산된 나노입자의 호흡노출이 발생

◦ 기상 포장/이송/운반 공정

- 완제품을 포장할 때는 주로 기상 분말상 입자가 비산되고 폐수 드럼을 운반할 때는 피부접

촉을 야기, 기상노출이 주요 요인이 되므로 포장은 환기시설이 갖춰진 공간에서 이뤄져야

하며, 이송과 운반과정에서는 호흡노출을 막는 개인보호장비를 착용해야 함

◦ 폐기 공정

- 나노폐기물을 폐수 또는 슬러리 형태로 처리하는 작업

- 나노폐기물은 불순물, 2차 생성물, 화합물, 용매, 용제 등 다양한 물질이 혼합된 상태이므로

환경 매질(수계 및 토양)로의 노출이 되지 않도록 적절한 처리 시설을 필요로 함

- 회수 작업은 다양한 용매를 이용하여 나노폐기물로부터 원료물질을 분리하기 때문에 다량

의 폐수가 발생할 수 있음

자. 노출평가에 따른 안전관리 대책

◦ 사전 안전관리 방법과 사후 장단기 안전관리 방법에 관하여 정리

xvi

◦ 노출평가 이전 안전관리 방법

- 나노물질 환경노출도 평가가 이루어지기 전에 예상되는 노출원과 최우선 정보수집 작업군

에 관하여 장단기적 관리방법을 강구

- MSDS 확보, 개인보호장비 착용, 나노물질 취급자 교육, 벤트시설 확보, 시설격리, 작업환경

관리 등에 관하여 상세히 기술

◦ 노출평가 이후 안전관리 방법 : 단기적

- 단기적인 관점에서 즉각적인 나노물질 노출을 억제할 수 있는 방법으로는 노출수준에 맞춰

서 개인보호장비를 착용하는 것이 가장 우선시 되어야함

- 노출수준에 따른 개인보호장비 착용, 정보제공 및 교육, 경영관리, 공정관리 등에 관하여 상

세히 기술

◦ 노출평가 이후 안전관리 방법 : 장기적

- 파악된 나노물질 노출원을 궁극적으로 관리하고 제거하기 위해서는 장기적 관리방안을 마

련해야함

- 제거/대치에 의한 공정관리, 물리적 격리를 통한 공정관리, 폐기물처리, 지속관리, 건강관리, 기록유지 등에 관하여 상세히 기술

3. 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 구축

가. 개요

◦ 안전관리 가이드라인은 부록으로 제공

- 사업 내용을 바탕으로 얻어진 다양한 연구결과를 활용하여 개인보호장비의 적절한 착용기

준을 마련하고, 공정내 안전관리 방법을 제시

- 이에 관해서는 부록으로 제공되는 “나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인”에

서 구체적으로 기술

◦ 개인 및 공정 안전관리 절차 마련

- 개인 안전관리를 위한 사전 파악 절차 마련 : 1) 나노물질 취급 여부 > 2) 나노물질 종류

파악 > 3) 나노물질 노출 여부 > 4) 주요 노출원 파악 > 5) 노출 형태 > 6) 노출 농도

- 개인보호장비의 보호수준을 정리

- 실험실 포함 공정안전관리를 위한 평가 절차 마련 : 1) 나노물질 취급 여부 > 2) 나노물질

취급 공정 파악 > 3) 정보수집 우선순위 결정 > 4) 노출평가 능력 여부 > 5) 노출 모니터링

실시 > 6) 주요 노출원 파악 > 7) 관리대책 마련

나. 가이드라인 목차

◦ 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 목차

1. 개요

1.1 목적

1.2 적용범위 및 대상

xvii

1.3 대상 나노물질 정의

2. 나노물질 환경노출도 평가

2.1 나노물질 환경노출도 평가 목적

2.2 나노물질 환경노출도 파악 절차

2.3 정보수집 우선순위 파악

2.4 환경노출도 측정 방법론

2.5 나노물질의 주요 노출경로

3. 나노물질 노출에 따른 안전관리 방안

3.1 노출 방지를 위한 사전 안전관리

3.2 노출평가 이후 안전관리

4. 나노물질 환경노출도 평가 및 관리방안 마련 사례

4.1 분말상 나노물질 생산 업체

4.2 액상 나노물질 생산 업체

5. 이행

다. 부속서 작성

◦ 3가지 부속서 마련

- 나노물질 환경노출도 평가 절차서 : 노출도 평가자가 수행하기 위한 절차서로 16개 항목을

마련하였고 해당결과는 절차서에 별첨하도록 명시

- 나노물질 안전관리 점검표 : 나노물질 안전관리 담당자가 주기적으로 점검하기 위한 37가지

점검 항목 마련

- 나노물질 MSDS 정보를 확인할 수 있는 방법 예시

4. 참고사항

◦ 부록으로 다음 사항 제공

- 첨부 1. 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인

- 첨부 2. 현장 노출 설문지

- 첨부 3. 나노물질별 특허조사(현장 생산기술 기준)- 첨부 4. 은나노물질의 독성 수준 평가를 위한 자료조사

- 첨부 5. 주요 나노물질의 MSDS

1

1. 연구의 배경 및 목표

가. 과업명

◦ “나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 구축”

◦ 나노물질의 환경노출도 평가를 통하여 해당 공정 및 해당 성상의 나노물질에

관한 인체 및 환경매질로의 노출을 억제 또는 최소화 할 수 있는 방법론을

제시하여, 지속적인 나노물질 안전관리를 수행할 수 있도록 하는 환경부의

정책자료로 활용

나. 연구의 배경 및 필요성

▶ 나노소비재 시장의 팽창과 우려

◦ 나노기술은 21세기 현대기술 중 첨단분야의 대표성을 지니면서도 모든 기술

의 근간을 이르고 있는 요소기술이다. 보다 작고 보다 성능이 좋은 미시의

나노기술과 융합하지 않는 기술은 거의 없다고 봐도 과언이 아니다. 이러한

나노기술의 발전 여부는 생활속에 얼마나 많은 나노기술이 침투하였는지를

확인해 보면 쉽게 알 수 있다.

◦ 때가 타지 않고 유기물에도 쉽게 오염되지 않는 연잎 효과를 이용한 로터산

(Lotusan) 페인트, 탄소나노튜브로 제조한 초경량 고강도 재료를 활용한 야구

배트, 골프채, 테니스라켓 등은 성공적인 생활용품이라 할 수 있다. 또한 살

균성과 향균성이 뛰어난 은나노 입자는 세탁기, 공기청정기, 냉장고, 에어컨

등 각종 가전제품 제조에 활용되고 있으며, 피부 노화 방지 효과가 있다는

나노화장품 등은 주름 개선용이나 미백용으로 사용되고 있다. 자료 : NT consumer products inventroy, Woodrow Wilson Center

◦ 미국의 민간 연구소 "Project on Nanotechnology"의 조사에 따르면 이러한

나노기술을 통해 나노물질의 생산품은 일주일당 3~4개씩 시장에 등장하고 있

다고 보고되고 있다. 또한 KISTI(한국과학기술정보연구원)에 따르면 현재 국

내에서 나노물질을 제조하는 기업은 약 180여개로 조사되었고, 약 360개 이

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상의 나노 제품이 상용화되어 있다고 보고되었다. 국내의 경우 짧은 기간 동

안 집중적인 투자를 통해 상품화로 접근할 수 있는 은나노와 광촉매가 환경, 에너지 분야에 많이 활성화되어 있다.

표 1. 나노기술의 응용가능 분야

분야 응용분야

전자/통신

• 낮은 전력소모, 저생산비용을 갖고 백만배 이상의 성능을 갖는 나노구조의 마이크

로세서 소자

• 10배 이상의 대역폭과 높은 전달속도를 갖는 통신 시스템

• 현재보다 수천배 크고 크기는 작은 대용량 정보저장장치

• 대용량 정보를 수집 처리하는 집적화된 나노센서시스템

의료

• 진단학과 치료학의 혁명을 가능케하는 빠르고 효과적인 염기서열 분석

• 원격진료 및 생체이식소자를 이용한 효과적이고 저렴한 보건치료

• 나노구조물을 통한 새로운 약물전달 시스템

• 내구성 및 생체친화력있는 인공기관

• 인체의 질병을 진단, 예방 할 수 있는 나노센싱 시스템

환경/에너

지

• 나노미터 크기의 다공질 촉매제

• 극미세 오염물질을 제거할 수 있는 다공질 물질

• 자동차산업에서 금속을 대체할 나노입자 강화폴리머

• 무기물질, 폴리머의 나노입자를 이용한 내마모성, 친환경성 타이어

생명공학

• 분자공학으로 제작된 생화학적으로 분해 가능한 화학물질

• 동식물의 유전자 개선

• 동물에의 유전자와 약물 공급

• 나노배열에 기반한 분석기술을 이용한 DNA분석

재료/제조

• 기계가공하지 않고 정확한 모양을 갖는 나노구조 금속 및 세라믹

• 뛰어난 색감을 갖는 나노입자를 이용한 인쇄

• 나노크기를 측정할 수 있는 새로운 표준

• 절삭공구나 전기적, 화학적, 구조적 응용을 위한 나노코팅

항공우주

• 저전력, 항방사능을 갖는 고성능 컴퓨터

• 마이크로 우주선을 위한 나노기기

• 나노구조 센서, 나노전자공학을 이용한 항공전자공학

• 내열, 내마모성을 갖는 나노코팅

국방

• 무기체계의 변화(소형, 고속, 장거리 이동)• 무인 원격무기(무인 잠수함, 무인전투기, 원격센서시스템)• 은폐(Stealth) 무기

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◦ 나노소비재의 생산증가와 함께 원료물질로서의 나노물질의 생산량은 매년 급

격히 증가하고 있으며, 세계시장도 향후 5년내 250억불까지 팽창할 것으로

기대하고 있다. 나노기술의 응용분야는 전자/통신을 필두로 의료, 환경, 에너

지, 국방, 우주항공 등 무궁무진하다.

◦ 그러나 10여 년 전부터 불고 있는 나노물질의 인체 및 환경 위해성에 관한

보고(Ten toxic warning)는 나노물질 사용에 있어 잠재적 위해 여부를 고려

해야 함을 일깨워주고 있다. 이에 미국의 Woodrow Wilson, 캐나다의 ETC 그룹과 같은 민간단체를 중심으로 본격적인 나노위해성에 관한 문제제기가

있었으며, 현재는 OECD를 중심으로 한 나노물질의 위해성 평가에 관한 국제

적인 틀을 만들어 가고 있다.

표 2. 나노물질에 관한 대표적인 10가지 위해성 보고

자료 : News & Information for Chemical Engineers, 23, 2005

▶ 나노물질의 혜택과 위해

◦ 나노기술과 같이 첨단(尖端) 기술은 양날의 칼로 비유할 수 있다. 날카로운

칼을 제대로 된 칼집에 넣지 않은 상태로 몸에 지니고 다닌다면, 사용자는

반드시 칼(기술)로 인한 상해를 입게 된다. 칼집이라 함은 나노물질의 안전관

리를 말하며 이를 위해서는 나노물질의 환경노출원 파악과 함께 평가법이 마

련되어야 한다.

◦ 양날의 칼에 해당하는 나노물질의 사례를 들자면 다음과 같다. - 금속성 나노물질중에 대표적인 은나노입자(AgNPs)는 살균, 멸균 효과가 즉

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각적이며 나노소비재로 응용하기가 수월하여 다양한 제품(치솔, 치약, 화장

지, 세탁기, 젖병 등)에 널리 사용된다. 그러나 뛰어난 살균효과로 인해 황

색포도상구균, 콜레라 균과 같은 유해균뿐만 아니라 인체에 유익한 균이나

구성세포까지 죽일 수 있다는 것이 문제가 된다. 특히 은나노입자의 경우는

은이온(Ag+)이 용출되면서 이온 독성효과 또한 치명적일 수 있다는 보고도

있다. - 탄소나노튜브(CNT)는 전기전도성과 기계적 강도가 우수하여 테니스라켓,

전자제품(FET-sensor) 등에 널리 사용된다. 그러나 모양이 석면처럼 생긴데

다 길이가 길어서 일단 폐에 들어가면 잘 나오기 않게 되어 체내 축적이

우려된다(석면에 의한 진폐증과 우사한 질병 발생 우려). - 또한 여성들이 주로 사용하는 썬크림(sun block)에는 UV를 산란시키는 산

화물(TiO2, ZnO)이 20% 정도 포함된다. 썬크림의 백탁(whitening)현상을 막

기 위해 산화물의 크기를 줄이다 보면 해당 나노입자가 모공으로 쉽게 침

투하고 피부내에 축적되어 혈류를 타고 온몸으로 전이될 수 있다는 보고가

제시되고 있다(쥐의 태반, 뇌에서 발견).

그림 1. 양날의 칼과 같은 나노기술의 축복과 짐

◦ 이와 같이 나노물질을 생산하고 사용함에 있어서 위해성 여부를 제대로 파악

하지 못한다면 2007년에 있었던 삼성 은나노세탁기와 같이 미국내 수출금지

제재(embargo)를 받을 수 있다. 이는 나노물질이 포함된 모든 제품의 인체

및 생체 위해성 여부(무해함)를 증명하지 않는다면 제품의 수출에 문제가 생

길 수 있는 환경무역규제로 작용할 수 있음을 시사한다.

▶ 나노물질 환경노출 가능성

◦ 나노물질은 특성에 따라 보다 다양한 노출 경로를 가지게 되며, 인체 및 환경

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에서의 거동 또한 기존의 화학물질과 다르게 나타난다. 따라서 우선적으로

나노물질에 대한 여러 가지 경로 중 의도적/비의도적으로 인체 및 환경에 가

장 큰 위험을 미치는 노출 경로에 대한 정보를 파악해야 한다. 상품에 함유

된 나노물질은 피부로 투과하여 피부 및 다른 기관들에 세포독성을 보인다. 또한, 장기간의 노출을 통해 피부나 기관에 축적이 발생된다. 이처럼 나노물

질들은 체내에 다양한 경로를 통해 노출되어 지속적으로 잔류한다. 따라서

나노물질의 노출에 따른 나노물질의 관리에 있어서 우선순위를 선정하고 각

나노물질들의 노출량을 파악해야 한다.

그림 2. 소비자에 대한 나노입자들의 잠재적 노출 경로

자료 : Woodrow Wilson Center, Nanotechnology and LCA (2007. 3)

◦ 나노물질의 노출도를 정성, 정량적으로 파악하기 위해서는 실제 나노물질을

원료로서 또는 중간생산물로서 취급하고 있는 현장(기업체, 연구소)내 노출량

을 측정할 수 있어야 한다. 따라서 기존의 화학물질들에 대한 노출평가 방식

에 대해 우선적으로 분석하여야 한다. 그러나 나노물질은 기존의 화학물질들

과 입자의 물성이 다르기 때문에 새로운 노출 요인 및 인자들이 포함될 수

있다.

◦ 지난 20여년 동안 연구되어 온 에어로졸 입자 측정기술은 마이크론 크기의

입자에는 효율적으로 디자인되어 있지만 나노 크기의 입자에 대한 측정에는

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적합하지 않다. 그러나 다행스럽게도 일부 장비들은 나노입자의 노출과 관련

된 분리 및 분석자료를 제공할 수 있다. 실제 2~800 nm 크기의 나노물질의

측정이 가능한 SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer) 장비를 적용하여 측

정을 시행하고, 발생되는 문제점에 대해 새로운 기술 도입 및 수정/보완이 필

요하다. 실제적으로 생산되는 나노물질의 모니터링을 통해 현장에서의 노출

도를 파악할 수 있다.

◦ 다양한 방법으로 예상되는 나노물질 노출원에 대해 환경노출도를 파악하여

나노물질 취급자로 하여금 안전관리를 준수토록 만들 수는 있다. 그러나 환

경 매질(대기, 수계, 토양)로 노출되는 양은 직접 제어하기가 쉽지 않다. 즉, 벤트시설이 있되 필터시설이 없으면 대기로의 노출이 억제되지 않으며, 중앙

폐수 수집시설이 없다면 이 또한 환경노출이 억제되지 않는다.

▶ OECD의 나노물질 위해성 관리 활동

표 3. OECD내 제조나노물질작업반(WPMN)을 통한 안전성 연구 협력 내용

그룹 분야 참여국가 진행사항

SG1 EHS DB 구축 호주 등 10개국270개 연구정보 제공 웹사이트

시범운영

SG2 EHS 연구 전략 수립 독일 등 12개국연구우선순위, 연구투자 규모

산정

SG3 제조나노물질 안전성 평가 미국, EC 등 14개국14개 제조나노물질 선정,

나노물질 endpoint list 작성

SG4제조나노물질 및

시험가이드라인미국, EC 등 15개국 17개 물리화학적 특성 선정

SG5자발적 활동 및 규제화

관련 협력캐나다 등 8개국

안전성연구 활성화 프로그램,

위해성 관련 법률 조사 및 검토

SG6 위해성 평가 협력 영국 등 10개국 LCA를 위한 설문조사

SG7나노물질 독성평가를 위한

대안 제시영국

SG3에서 제안한 인체건강 및

생태독성 endpoint 검토

SG8노출도 평가 및 노출경로

조사미국 등 11개국 관련 보고서 검토

◦ 범정부적인 차원에서는 OECD를 중심으로 가입국간의 선두그룹과 참여그룹

등으로 나눠 나노물질 안전관리를 위한 평가 지침을 작성하고 있다. 각국은

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OECD 화학물질 프로그램 산하에서 작업반(working group)을 설치하여 나노

물질 안전성 평가를 위한 화학물질 TG(test guideline) 수정 및 신규 TG 제정

에 관한 협의를 진행하고 있다. 총 8개의 그룹(SG)로 구성되어 있으며, 특히

한국은 SG1, SG3, SG4, SG8에서 활동하고 있다.

◦ 미국이나 유럽과 같이 나노물질의 잠재적인 유해성 및 위험성 평가에 대한

구체적인 연구와는 달리, 포괄적인 나노기술의 일반론 연구에 치중해 온 한

국은 2006년 10월 OECD 회의에 참여하면서 나노물질의 위험성 문제에 대한

국제적 협력활동을 전개해 나가고 있다.

◦ OECD에서 지정한 14개 제조 나노물질에 관한 지원사업 참여현황과 같이 한

국은 미국과 함께 은나노입자(AgNP)의 TG 작성에 lead sponsor로 활동하고

있다. 또한 MWCNT, TiO2, SiO2에 관해서는 co-sponsor로 기여하고 있다.

표 4. OECD 제조나노물질 지원사업 참여현황(08.6)

구 분 Lead Sponsor(s) Co-Sponsor(s) Contributor

Fullerenes (C60) 일본, 미국 중국

SWCNTs 일본, 미국 독일, 캐나다, 유럽연합,

프랑스, 중국

MWCNTs 일본, 미국 한국, BIAC 독일, 캐나다, 유럽연합,

프랑스, 중국

Silver nanoparticles 미국, 한국 독일, 캐나다, 호주* 호주, 유럽연합, 프랑스, 중국

Iron nanoparticles 중국 캐나다, 미국

Carbon black 독일, 미국

Titanium dioxide 독일 한국, 캐나다,

스페인, BIAC, 미국 프랑스, 중국

Aluminum oxide 독일, 미국

Cerium oxide 영국/ BIAC,미국 네덜란드 호주, 독일, 유럽연합

Zinc oxide 영국/BIAC 호주, BIAC(CEFIC) 호주, 캐나다

Silicon dioxide 유럽연합 한국, BIAC(CEFIC) 유럽연합, 프랑스

Polystyrene 한국

Dendrimers 스페인 미국

Nanoclays 미국

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▶ 나노물질 노출평가의 필요성

◦ 미국 EPA에서 발간한 나노백서에서도 나노물질 안전관리를 위한 6가지 주요

연구내용을 제시하고 있다. 1) 나노물질의 물리적・화학적 특성 파악, 2) 환경

거동(LCA) 파악, 3) 환경모니터링 및 분석기술 개발, 4) 잠재적인 인체 노출

요인 파악, 5) 인체 위해성 평가, 6) 생태적 위해성 평가 등이다. 이중에서 5), 6)번은 기존에 약학, 독성학 전공자들에 의해 꾸준히 연구되어온 in vitro, in vivo 독성평가 기법을 활용하여 적용이 가능하고, 다른 연구내용보다 활발하

게 진행해 오고 있다.

◦ 나노물질의 위해성 평가를 위한 공학적인 접근법은 다음과 같이 크게 4가지

로 구분할 수 있다. (Standardization)독성 평가를 위한 나노물질을 표준화하

여 생물체 실험에 있어 어느정도 오차요인을 배제하는 것과, (Sensor)실시간

으로 현장에서 해당 물질의 노출여부를 평가하는 기술, (Monitoring)작업장에

서 원료물질 생산시 노출되는 양을 파악하기 위한 현장모니터링 기술, (Testing)보다 빠른 나노물질 위해성 평가를 위한 인공생체물질을 이용한 대

체시험법 개발 등이 있다.

그림 3. 공학적 접근을 통한 나노물질 위해성 평가 기술들

◦ 상기 4가지 기술 중에서도 환경노출도 평가는 현장 작업자(연구자 포함)의 안

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전관리를 위해서도 가장 시급하다고 할 수 있다. 이를 위해서는 기존 환경노

출량 측정 기술을 검토하고, 제안한 노출평가 방법을 검증하기 위한 현장노

출량 평가(pilot study)를 통해 안전관리 지침이 제시되어야 한다.

▶ 나노물질 안전관리 가이드라인 구축의 필요성

◦ 우리가 관심을 가져야 하는 것은 산업용 또는 소비재용 나노물질의 원료 생

산 및 사용과정에서 반드시 작업자나 일반 소비자, 환경에 나노물질의 노출

이 발생한다는 점이다. 이때 대상 물질의 잠재적 위해성 여부 또는 무해 여

부가 확인되지 않은 상태라면 잠재적 위해성을 지닌 것으로 간주해야 한다는

것이다. 이것이 바로 bless를 burden으로 만들지 않기 위한 첫 번째 인식 과

정이라고 할 수 있겠다. 이는 미국 EPA의 나노백서(Nanotechnology White Paper)에서도 지적하고 있다.

◦ 원료물질은 주로 벤처나 중소업체에서 제조하며, 대기업은 원료물질을 구매하

여 소비재로 가공하는 일을 하고 있다. 이때 원료물질을 제조하는 작업장에

서는 흡입/피부/안구/섭취 등의 작업자 노출이 우려되며, 소비재를 구매하는

일반 소비자에게는 부지불식간에 나노물질의 피부/섭취 등의 노출이 우려된

다. 이에 산업용이나 소비재용 나노물질의 안정성이 확보되지 않은 상태로

노출된다면, 이는 추후 위해성이 증명된 물질에 관한 안전관리에 있어 ‘소 잃

고 외양간 고친’격이 될 수 있다는 것이다.

◦ 화학물이건 무기물이건, 모든 물질은 취급상의 안전관리 지침이 있다. 특히

화학물질은 MSDS(materials safety data sheet) 또는 hazard pictogram 등을

이용하여 화학/생물학/방사능 독성을 고지하고 있다. 화생방 독성이 없는 물

리적 완제품(냉장고 등)은 주의사항(precaution)으로 제품의 오작동시 우려되

는 문제점을 고지하고 있다.

◦ 이와 같이 우리에게 필요한 것은 바로 해당 나노물질을 사용시 나노물질 자

체가 가질 수 있는 화학/생물학 독성의 주요 인자가 무엇이며, 이를 이용한

제품생산시 최종제품 사용상 주의사항이 무엇인지를 고지할 수 있도록 하는

안전관리 요령(nano-safety manual)을 개발해야 한다는 것이다. 이는 곧 나노

물질 사용상 안전관리 및 위해성 평가 척도 개발과 이를 바탕으로 한 나노물

질의 저위해화까지 이끌어 낼 수 있다.

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◦ 나노물질의 환경노출도 평가 자료가 확보되고 제시된 나노물질 안전관리 가

이드라인에 준하여 해당 공정 또는 해당 성상의 나노물질에 대한 관리방안이

세워진다면, 인체 및 환경(특히 환경매질)으로 노출되는 것을 억제할 수 있게

된다. 즉, 공정을 개선하고 적절한 수준의 개인보호장비를 착용하여 환경중

노출에 따른 잠재적 나노위해성을 억제할 수 있게 된다.

다. 연구 목표

◦ 나노물질을 취급하는 현장(공장, 연구소 등)에서 나노물질의 환경노출량을

측정할 수 있는 방법론을 제시하고 이를 검증하기 위한 파일롯 스터디

(pilot study)를 실시

◦ 인체/환경/생태에 영향을 주는 주요 노출원 파악과 함께 나노물질 취급자

의 안전을 위한 안전관리 지침 제시

라. 연구의 범위 및 세부내용

◦ 본 연구는 “나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 구축”을 위하

여, 나노물질의 환경 노출량 측정 방법론을 제시하고 이를 파일롯 스터디를

통해 방법론을 검증한다. 또한 이를 바탕으로 나노물질 안전관리를 위한 가

이드라인을 제시하고자 한다.1) 나노물질의 환경 노출량 측정 방법론 제시

- 현장에서 실시간으로 나노물질 노출정도를 측정하여 안전관리 제도를

위한 기초 정보를 제공한다.2) 파일롯 스터디를 통한 방법론 검증

- 제안한 측정 방법론을 이용하여 실제 작업장(공장 및 연구소)내 노출량

평가를 수행한다. 3) 나노물질 안전관리를 위한 가이드라인 제시

- 나노물질 취급장(공장, 연구소 등)내 나노물질 노출도 평가 방법론을 통

해 나노물질 취급상 안전관리법을 제시한다.

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표 5. 연구개발 목표 및 세부내용

구분 연구개발 목표 연구개발의 세부내용

나노물질의 환경 노출량 측정

방법론 제시

물리화학적 특성별 분석 방법론 제시

- 형상, 크기, 입도, 길이, 키랄, 표면특성 등에 따른 나노물질의 PChem 분석법 검토

- 현장 적용 가능한 측정법 제시와 함께 on-site 분석이 불가능한 나노물성에 관한 대체 분석법 제시

환경노출 시나리오 파악

- 나노물질 종류, 형태(기상/액상내 입자), 가공 공정 등에 따른 나노물질의 성상 변화 기작 제시

- 나노물질 노출 시나리오에 따른 weak-point 예측

파일롯 스터디를

통한 방법론 검증

현장 주요 공정별 노출량 측정

- 제안한 측정방법론을 이용하여 나노물질을 취급하는 공장 및 연구소를 대상으로 주요 공정별 노출량 측정(물질 1가지, 현장 3개사 이내, 연구소 2곳)

- 현장에서 채집한 물질에 관한 성상분석 (TEM, SEM, 원소분석, 등)

측정 신뢰도 확보

- Case study: 노출량이 제어된 상황에서의 노출량 평가법의 신뢰도 검증

- 측정상의 오차요인을 파악하여 현장 측정값의 신뢰도 확보

나노물질 안전관리를 위한 가이드라인 제시

개인 안전관리 지침

- 개인보호장비(PPE)에 관한 나노물질 투과성 평가(작업자 보호)- 나노물질 취급자에 의한 자체시험법(측정법) 제시

공정내 안전관리 지침

- 나노물질 노출 위험도가 가장 높은 공정 내 안전관리 방법론 제시

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마. 연구개발의 추진일정

표 6. 연구개발 내용 및 추진일정

범위 연구개발의 내용추 진 일 정 (개월)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

환경 노출량 측정 방법론

제시

물리화학적 특성별 분석 방법론 제시

나노물질의 환경노출 시나리오 파악

파일롯 스터디를

통한 방법론 검증

현장 주요 공정별 노출량 측정

측정 신뢰도 확보

나노물질 안전관리를

위한 가이드라인

제시

개인 안전관리 지침

공정내 안전관리 지침

행정사항

보고회(착수, 중간, 최종)

성과품제출 및 사업종료

바. 연구추진 전략 및 방법

◦ 세부 추진전략

그림 4. 최종목표 달성을 위한 연구주제별 추진전략

13

- 전체 연구원은 주관연구기관인 광운대학교를 비롯하여 서울대학교의 연구

원을 활용하여 나노물질 노출평가팀을 구성한다. 광운대학교에서는 기존 물

리화학적 평가법을 검토하고, 이를 바탕으로 현장 적용 가능한 환경노출 평

가법을 제시한다. 광운대/서울대의 나노물질 노출평가팀이 파일롯 스터디를

진행하는 동안, 노출측정 방법의 신뢰도 확보와 함께 주요공정별/개인 안전

관리 방안을 마련한다. - 최종적으로는 제시한 환경노출도 평가법을 검증하고 이를 바탕으로 작업장

내 안전관리 가이드라인을 구축한다.

◦ 나노물질 안전관리 가이드라인 작성을 위한 추진전략

- 나노물질 취급 현황을 파악하기 위해 국내 나노물질 제조 또는 판매하는

업체를 조사한다. 또한 물질별 제조특허를 조사하여 실제 현장에서 취급하

는 나노물질의 제조후 성상을 예측하여, 주요 나노물질 생산 공정을 파악한

다.

그림 5. 나노물질 안전관리 가이드라인 구축 추진방법론

14

- 나노물질 환경노출에 따른 독성 기준 마련을 위해 논문자료를 활용하여 나

노독성 수준 평가안을 마련한다. 이를 바탕으로 안전관리를 위한 정보수집

우선순위 결정 차트를 구성한다.- 나노물질 환경노출 모니터링을 위한 방법론을 on-site, off-site에 따른 분석

법으로 구분하여 목록화 하고, 측정장비의 신뢰도 평가를 실시한다.- 나노물질을 주로 취급하는 업체 4곳과 연구실 2곳을 선정하여 나노물질 노

출평가를 실시한다. 실험시수준 노출평가를 통해 노출시나리오를 구성하고

이를 바탕으로 현장노출평가 자료와 비교 검토한다.- 개인보호장비에 대한 나노물질 투과성 평가를 통해, 노출 수준별 PPE 착용

권장표를 작성한다.- 현장평가를 통해 안전관리 검토를 위한 나노물질 작업군에 대한 진단평가

를 실시하고, 이를 활용하여 나노물질 안전관리를 위한 관리대책을 제시한

다.

사. 연구원 구성 현황

표 7 . 연구원 현황

기관 성명 부서명(직급)

당해연도 참여 개월수(참여율)

역할

광운대학교 김영훈화학공학과

(교수)

10

(30%)

책임연구원

과업 진도관리 및 과업 책임

서울대학교 박준수화학생물공학부

(박사과정)

10

(25%)

연구원

현장 환경노출 평가(기상)

서울대학교 곽병규화학생물공학부

(박사과정)

10

(25%)

연구원

현장 환경노출 평가(기상)

광운대학교 김휘로화학공학과

(석사과정)

10

(30%)

연구보조원

현장 환경노출 평가(액상)

광운대학교 지선희화학공학과

(석사과정)

10

(30%)

연구보조원

환경노출 시나리오 작성

광운대학교 노진규화학공학과

(석사과정)

10

(30%)

연구보조원

개인보호장비 안전평가

광운대학교 박범진화학공학과

(학부과정)

10

(25%)

보조원

현장 환경노출 평가(액상)

15

◦ 자문위원

- 해당 분야에 관한 유사연구를 진행하는 연구자 및 미세입자(PM)에 관한 환

경노출평가 수행경험이 있는 연구진을 자문위원으로 한 자문단을 구성한다. 대상 연구자는 다음과 같다.- 동덕여자대학교 약학과 박광식 교수

- 인하대학교 생명화학공학부 백성현 교수

- 서울대학교 환경위생학교실 류덕영 교수

- 계명대학교 화학시스템공학과 이병환 교수

- 아주대학교 화공신소재공학부 김주민 교수

- TO21 화학물질관리연구소 배희경 소장

16

2. 연구개발의 내용

가. 연구범위별 연구방법

◦ 연구범위별 연구방법

1) 나노물질의 환경 노출량 측정 방법론 제시

- (2개월) 물리화학적 특성별 분석 방법론 제시

나노물질을 분석할 수 있는 기존 방법론을 검토하고, 이를 바탕

으로 형상, 크기, 입도, 길이, 키랄, 표면특성 등에 관한 형태특이

성별 분석법을 목록화한다. 이를 이용하여 현장에서 적용가능한

주요 나노물성(key metric) 분석장비를 제시하고, 현장 분석이

불가능한 나노물성에 관해서는 대체 분석법을 제시할 수 있도록

한다. 대표적인 나노물질인 CNT, AgNP, TiO2의 주요 제조공정

(방법)에 따른 작업장 노출시, 기상, 액상, 에어로졸 형태에 대한

노출평가법을 제시한다. 특히 대부분의 공정에서 작업자의 호흡

을 통한 노출이 문제시 되므로, 기상 및 에어로졸 노출을 평가하

는 것에 집중한다. 기상은 SMPS, 액상은 ELS 등을 이용한 분석

을 제안하고자 한다. 액상반응의 경우 기액평형을 통한 에어로졸

형태의 나노입자가 발생하며 이는 SMPS로 분석한다.

그림 6. 성상별 공정내 나노물질 노출형태(이들에 대한 평가법 제시)

- (2개월) 나노물질의 환경노출 시나리오 파악

나노물질을 취급하는 공정 및 작업장을 파악하고 해당 공정별

환경노출 시나리오를 작성한다. 이때 대상물질별 환경중 노출조

건에 따른 형상변화(응집)를 예측하고, 제시된 노출 시나리오에

따른 공정별 또는 작업장별(업체, 연구소) 주요 노출원을 파악한

17

다. 이를 위해서는 대표적인 나노물질의 현장 제조법을 파악하고

실험실 수준에서 제조과정을 모사하여 노출도 평가를 모의실험

한다. 또한 노출 시나리오상에서 노출평가시의 문제점 등을 사전

에 파악한다.

그림 7. LCA기법상 작업자 노출에 집중하여 노출시나리오 작성

2) 파일롯 스터디를 통한 방법론 검증

- (4개월) 현장 주요 공정별 노출량 측정

나노물질을 취급하는 기업 및 연구소를 선정하되, 현장노출 평가

를 위해서는 관계기관장의 사전협조를 요청한다. 이때 환경부와

국립환경과학원의 기밀한 협조가 필수적이다. 대상 기업체는 은

나노물질을 주로 취급하는 업체중 3곳 이내를 지정하여 현장 노

출평가를 실시한다. 이를 통해 기상, 액상, 에어로졸 노출평가 방

법론을 검증할 수 있는 실증연구로 활용한다. 이때 노출평가와

함께 작업자의 개인보호장비의 착용 여부 및 나노물성 자료 획

득 경로 등을 파악한다. 이는 작업자의 인터뷰와 현장답사를 통

해 이루어지도록 한다. 또한 2곳의 나노물질을 제조하는 연구실

을 선정하여 연구자의 나노물질 노출평가를 실시한다. 이는 측정

장비 신뢰도 평가에 준하여 실시한다.

18

그림 8. SMPS를 이용한 작업장 현장노출평가 실증

- (4개월) 측정 신뢰도 확보

현장에서 측정하는 나노물질 노출 평가의 오차를 줄이기 위하여, 실험실 수준에서 제한된 습도, 입자크기, 입자종류 등을 조절하

여 사전노출 평가를 실시함으로서 측정장비의 신뢰도를 확보하

도록 한다. 분석장비의 신뢰도 확보가 안 되는 영역에서의 현장

노출평가를 실시할 경우, 채집한 시료의 추가 분석(TEM, SEM)을 실시하여, 결과값을 보정하도록 한다.

그림 9. 노출평가 장비의 신뢰도 평가를 위한 실험실 수준 사전평가

3) 나노물질 안전관리를 위한 가이드라인 제시

- (3개월) 개인 안전관리 지침 마련

개인보호장비에 관한 나노물질 투과성 평가를 수행하여 작업자

의 개인 안전관리 지침 마련에 기초정보를 제공한다. 현장내 작

업자와의 인터뷰를 통해 개인 안전관리 지침의 필요성을 제고하

19

고, 나노물질에 특화된 안전관리 요령을 마련한다. 개인보호장비

평가시에는 투과셀을 이용하되, 기상 및 액상 노출을 모사하여

투과여부를 평가한다. 이때 일반적으로 사용하는 개인보호장비인

방진마스크, 폴리글로브, 실험복 등의 시편을 투과셀에 장착하여, 대표적인 나노물질의 투과성을 평가한다. 이를 통해 취급하는 나

노물질 및 공정에 따른 권장 개인보호장비를 작성한다.

그림 10. 개인보호장비에 관한 기상 및 액상 투과평가

- (3개월) 공정내 안전관리 지침 마련

나노물질의 노출 위험도가 가장 높은 공정을 파악하고 해당 공

정에 대한 안전관리 요령을 제시한다. 이를 통하여 나노물질 안

전관리를 위한 가이드라인을 구축한다. 기상, 액상, 에어로졸 노

출에 따른 평가방법론과 파일롯 스터디(1개 물질, 3개사)를 통해

검증한 결과를 바탕으로 안전관리 요령을 마련한다. 이때 해당

결과는 모든 나노물질, 모든 공정을 커버하는 것은 현시점에서는

불가능하기 때문에, 특정 나노물질(성상은 3가지, 검증물질은 1가지)의 취급상 안전관리 요령을 제시한다.

20

나. 연구 추진체계

표 8. 분기별 연구 추진체계

1/3지점(2~4월)

2/3지점(5~7월)

3/3지점(8~10월)

보고서(11월)

21

3. 연구결과

가. 전략적 접근을 통한 환경노출도 평가

◦ 나노물질 환경노출도 평가의 목적

- 노출평가시에는 노출평가의 목적에 부합하되, 다음과 같은 점을 고려하여야

한다. 이때 현 노출기준과 비교한 순응노출평가(compliance)만으로 적합할

것인지, 아니면 포괄노출평가(comprehensive)가 필요한지 판단해야 한다. ‘현재의 노출정도 작업자의 건강에 영향을 주는가’ ‘노출기준은 어느정도 양호한가’ ‘노출에 의한 2차 위험요인은 무엇인가’- 노출평가는 위해요인 파악 및 제거, 불수용 인자의 수용인자화, 안전관리

방안 마련에 그 목적을 둔다고 할 수 있다. 노출평가를 통해 유해 물질관

리, 노출 모니터링, 유해인자 의사소통, 의학적 감시, 작업방법 관리, 경영관

리, 교육 및 훈련, 개인보호장비 점검 등을 이룰 수 있다.- 환경노출도 평가를 통해 나노물질 안전관리 가이드라인을 구성하여 나노물

질을 취급하는 곳(공장, 연구실)에서 나노물질의 노출을 억제 또는 최소화

할 수 있도록 공정을 개선하도록 유도

◦ 환경노출 파악 절차(exposure profile)- 환경노출평가에 있어서는 전략적 접근이 중요하며 크게 8가지의 중요한 단

계로 구성된다. 1) 시작 : 노출평가 전략을 세운다.2) 기본 특성의 파악 : 작업장, 노동력, 환경인자의 특성을 파악하기 위해서

자료를 수집한다.3) 노출평가 : 작업장, 노동력, 환경인자의 유용한 정보를 고려하여 작업장

에서의 노출을 평가한다. 유사 노출을 가진 근로자를 한군으로 묶고, 유

사하게 노출되는 근로자의 각 군에 대한 노출양상을 정립한 다음, 각 노

출양상의 수용성에 대한 판단을 내린다.4) 추가 정보수집 : 우선 순위화된 노출 모니터링의 실시 혹은 건강효과에

대한 더 많은 정보를 수집하여 불확실한 노출 판단을 더 높은 신뢰도로

서 해결 할 수 있게 한다.5) 건강 위험개선 : 수용할 수 없는 노출에 대하여 우선 순위화된 관리 전

략을 실시한다.

22

6) 재평가 : 노출에 대하여 포괄적인 재평가를 주기적으로 실시한다. 수용

되는 노출이 계속해서 유지되는지를 확인하기 위하여 관례적인 모니터

링이 요구되어지는지 여부를 결정한다.7) 의사소통과 문서화 : 노출평가 소견에 대한 의사소통, 노출평가 자료의

유지는 효과적인 과정을 위한 필수 요소가 된다.8) 안전관리 : 작업자의 개인보호장비 착용 점검과 안전관리 지침을 마련하

여 대상물질에 노출되었을 시 대처요령을 숙지토록 교육을 실시한다.

그림 11. 환경노출 평가 절차

◦ 정보수집 방법론

- 환경노출평가시 현장을 직접 방문하여, 공정을 살펴보면서 환경노출에 관한

사전정보를 파악하거나 설문조사, 근로자 직접 면담을 통하여 노출원, 노출

취약지점 등을 파악할 수 있다. - 직접/설문/면담 조사를 통해 얻을 수 있는 정보는 다음과 같다. 환경노출도

23

평가를 위한 파일롯 스터디시에 현장 면담과 설문조사를 병행하면서 정보

를 수집하였다. 이는 공정내 환경유해인자를 파악하고 노출원 파악, 적절한

개인보호장비 착용을 권장하는데 있어 기초자료로 활용된다.공정흐름 : 연속, 비연속, one-batch단위작업 : 반응장치, 필터, 펌프, 시료채취부

수송방법 : 파이프 라인, 탱크, 드럼, 자루

부산물 : 환기가 필요한 응축 안 되는 증기상, 도랑을 통한 폐수처리

노출잠재 : 환기장치, 개방형 탱크, 개방된 웅덩이, 도랑, 개인보호장비 착

용

과거 유지/보수활동 기록

피부접촉 가능성 : 직접 노출(포장, 취급), 2차접촉 (오염된 표면)기타 : 근조자의 부주의한 활동, 환경(기상)영향

표 9. 환경노출평가 정보수집 방법과 정보 형태

자료 : 작업장 노출평가와 관리, 군자출판사

- 노출평가시에는 다음과 같은 주요환경인자를 검토해야 한다. 원재료, 중간

생성물, 주생산물, 부산물, 기타 첨가제, 폐기물까지 모두 나노물질 환경노

출에 관한 주요 노출원으로 간주하여야 한다. 특히 주생산물은 공정중에서

환경중으로 가장 심하게 노출을 유발할 수 있는 지점으로 벤트시설 및 작

업자의 안전관리가 제대로 이루어지고 있는지 파악해야 한다.

24

표 10. 노출평가시 주요환경인자

자료 : 작업장 노출평가와 관리, 군자출판사

표 11. 노출기준에 따른 건강영향

자료 : 작업장 노출평가와 관리, 군자출판사

25

- 또한 해당 물질별로는 MSDS를 확보하여야 한다. 특히 MSDS의 여러자료중

에 hazards identification, exposure controls, personal protection, toxicological info에 관한 정보가 명확해야 한다. 단 나노물질에 관해서는

exposure controls에 관한 다양한 생물체 실험자료를 참고해야 한다. 위해

여부가 명확하지 않을시에는 그것이 확인될 때까지는 불수용노출로 간주하

고 최고 기준으로 노출기준을 설정해야 한다.

◦ 나노물질의 환경노출 기준

- 나노물질에 관한 환경노출 기준은 명확하지 않지만, 일반적인 독성노출 및

적절한 직업성 노출기준을 마련할 수는 있다. 이는 다양한 동물실험자료를

활용하여 그 적절한 기준을 마련해야 한다. - 현재는 일부나노물질에 관한 MSDS상에 노출기준을 표기하기도 하고 있으

나, 제조사별로 물질 노출기준이 달리 표기되어 있다. 이에 나노물질을 취

급하는 현장내 종사자(연구자, 작업자, 관리자)에 대한 나노물질의 노출시간

을 적절한 직업성 노출기준으로 선정하는 것이 바람직할 수 있다.

표 12. 나노물질 환경노출에 따른 기준(안)

- 은의 경우 US NIOSH에서는 0.01 mg/m3을 LTA-OCL(long term average-occupational exposure limit, 장기간평균-직업적 노출기준)로 지정

하고 있다. 어떤 자료는 TWA(time-weighted average, 시간가중평균)를 환

경노출기준으로 설정하고도 있다.- 위해물질에 관한 건강위해도 등급은 노출등급과 건강영향등급의 곱으로 표

현된다. 현재 화학물질의 노출에 따른 기준은 있으나 나노물질의 환경노출

에 따른 기준은 거의 전무한 상태이다. 따라서 특정 대상 생물체의 LD50

26

독성자료를 기반한 환경노출 안전성평가 기준이 마련되어야 한다. - 일례로 은나노입자의 급성독성은 mouse의 경우 100 mg/kg으로 조사되기도

하였다. 따라서 현재로서는 해당 나노물질의 주간 누적 노출시간이나, LD50의 0.1% 또는 0.5% 이상/미만 노출을 기준으로 삼을 필요는 있다. 이

에 관해서는 다양한 독성 문헌자료를 검토하여 그 기준을 설정할 필요는

있다.- 다음은 주요 나노물질에 대한 시간가중평균 직업적 노출기준(TWA,

time-weighted average)과 동물 독성(반수치사량, LD50, lethal dose 50) 자

료이다. 이는 하나의 실시예로도 취급 나노물질에 해당하는 TWA, LD50 자료를 취득해야 한다. AgNP : 0.01 mg/m3 TWA, 100 mg/kg LD50 (mouse oral)

자료 : MSDS for silver nanoparticle (ScienceLab)

AgNO3 : 0.01 mg/m3 TWA, 50 mg/kg LD50 (mouse oral)자료 : MSDS for silver ion (TPS)

TiO2 : 10 mg/m3 TWA, 10 g/kg LD50 (rat oral)자료 : MSDS for titania nanopowder (QiunetiQ Nanomaterials)

CNT : 2~3.5 mg/m3 TWA, harmful if swallowed (구체적인 자료는 생산

중)자료 : MSDS for SWCNT (io-li-tec), MSDS for MWCNT (io-li-tec)

- 문헌자료를 활용한 노출등급 판정 지표를 구성할 수도 있다. 실시예로 은나

노입자의 생물체 독성 자료를 활용하여, 입자의 크기, 모양, 안정제 종류에

따른 농도 독성자료를 구성할 수 있다. 입자의 크기에 따른 농도 독성에서

는 입자가 20 nm 미만일 때, 농도 증가에 따른 생물체 독성이 가장 크게

나타났다. 은이온만 있는 경우 보다는 나노입자와 같이 혼재된 상태에서 독

성이 강하며, 구형 보다는 판형이 독성이 높은 것으로 조사되었다. 나노입

자의 분산제는 입자의 액상내 분산을 위해 사용되는데, 분산제 자체의 독성

으로 인해 나노독성과 함께 배가시키는 경향이 있다. Citrate가 가장 독성이

약하며, 이온성 계면활성(CTAB, SDS)와 같은 물질이 독성 증가 경향이 두

드러지게 나타났다. 해당 요약 자료는 별첨하였다.- 해당 기준표에서 독성 등급은 다음과 같은 생물체 이상을 보이는 경우이다. 1 등급 : 세포나 생물에 영향이 적거나 없음

2 등급 : 장기간 노출될 경우 세포의 성장이나 생물의 번식을 억제함

3 등급 : 일정 기간 노출될 경우 세포의 성장이나 생물의 번식을 억제

함

4 등급 : 단기간 노출되어도 세포의 성장이나 생물의 번식을 억제함

27

5 등급 : 세포나 생물이 사멸함

표 13. 은나노물질 노출기준 판정을 위한 지표(안)

구분 특성

독성 수준

저농도

(10 ppm이하)

중간농도

(50 ppm)

고농도

(100 ppm이상)

크기

(구형)

20 nm이하 3 4 550 nm 2 3 4

150 nm 1 2 32 μm이상 1 1 3

형태

은 이온 1 3 5구형 2 5 5판형 4 5 5

표면 물질

(구형, 50

nm)

PVP 1 3 4SDS 3 4 5

Citrate 1 2 3CTAB 2 4 4PAA 1 2 3PAH 1 2 3

Ligand 2 3 4

첨가 물질Cysteine 2 2 3

NaCl 2 2 3

(크기) Biotechnol. Lett., 30, 1893-1899 (2008) J. Phys. Chem. B, 112, 13608-13619 (2008) Environ. Sci. Technol., 43, 7285-7290 (2009); ACS Nano, 3, 279-290 (2009)

(형태) Appl. Environ. Microbiol., 73, 1712-1720 (2007); Biochemistry, 44, 13214-13223 (2005) J. Phys. Chem. B, 112, 13608-13619 (2008) Langmuir, 24, 7457-7464 (2008); Environ. Sci. Technol., 43, 7285–7290 (2009)

(표면 물질) Electrochim. Acta, 51, 956-960 (2005) Small, 5, 701–708 (2009) Langmuir, 24, 7457-7464 (2008) J. Phys. Chem. B, 110, 16248-16253 (2006); Biochemistry, 44, 13214-13223 (2005)

(첨가 물질) Environ. Sci. Technol., 42, 8959–8964 (2008) Biochemistry, 44, 13214-13223 (2005) Environ. Sci. Technol., 43, 6046-6051 (2009)

- 은나노물질과 유사하게 TiO2와 CNT에 관해서 독성수준을 판단할 수 있는

지표를 만들 수 있다. 이는 LD50자료나 노출농도를 모르는 상태에서도 어

느정도의 독성 수준인지를 파악할 수 있는 대체방법이라 할 수 있다. 그러

나 이들은 하나의 실시예로서 더 많은 객관적인(공개된) 자료를 이용하여

독성 전문가에 의해 구성되어야 하며, 이는 추가 연구과제로 남겨두어야 한

28

다.

표 14. TiO2 노출기준 판정을 위한 지표(안)

구분 특성

독성 수준

저농도

(10 ppm이하)

중간농도

(50 ppm)

고농도

(100 ppm이상)

크기

(구형)

20 nm이하 2 4 5

50 nm 1 3 4

150 nm 1 2 3

형태Nanotube 4 5 5

Nanowire 3 4 5

표면 물질NaxTiO2 2 3 4

HxTiO2 3 4 5

자료 : ASC Nano, 3, 2274–2280 (2009); Toxicology, 264, 110-118 (2009) Food Chem. Toxicol., 46, 3626-3631 (2008) Toxicol. Lett., 180, 222-229 (2008) Biomaterials, 31, 99-105 (2010) Environ. Sci. Technol., 40, 4346-4352 (2006)

표 15. CNT 노출기준 판정을 위한 지표(안)

구분 특성

독성 수준

저농도

(10 ppm이하)

중간농도

(50 ppm)

고농도

(100 ppm이상)

크기

(구형)

0.7±0.07 μm 4 5 5

5.9±0.05 μm 2 3 4

형태

CNT 1 2 3

CNT-pellet 4 5 5

CNT-bundles 2 3 4

CNT-agglomerate 3 4 5

Asbestos 2 3 5

표면

물질

PEI 3 5 5

PEI.Ac 1 3 3

PEI.SAH 1 3 3

자료 : J. Phys. Chem. C, 113, 3150-3156 (2009); Chem. Res. Toxicol., 21, 1690-1697 (2008); Toxicol. Lett., 168, 121-131 (2007) Toxicol. Appl. Pharmacol., 207, 221-231 (2005); Toxicol. Lett., 168, 58-74 (2007) Carbon, 45, 2241-2249 (2007) Toxicology, 257, 161-171 (2009)

29

- 건강영향 등급은 현재 US AIHA(American Industrial Hygiene Association)의 기준으로 하고 있으나, 대상 나노물질에 관한 건강영향 자료가 새롭게

지정되어야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 피부노출, 안구노출, 호

흡, 기타 노출로 구분하여 그 증상의 경미 또는 회복불능까지 구분하여 건

강영향에 관한 판단기준을 마련해야 한다고 제시하고자 한다.- 또한 불확실성 등급에서는 해당 나노물질 노출시에 노출원 파악이 명확하

고 이에 관한 종사자의 인지도가 확실할 경우와 현장내 교육과 안전관리

소홀로 불확실한 경우까지 3단계로 구분하여 평가하게 된다. 매우 불확실의

경우는 자료가 충분이 파악되지 않은 경우로서 자료를 명확히 파악할 때까

지는 가장높은 노출수준으로 간주해야 하는 원칙에 입각하고 있다.

표 16. 건강영향/불확실성 등급에 관한 기준(안)

◦ 나노물질의 환경노출에 따른 건강영향

- 결국 건강위해도 등급과 불확실성 등급까지 고려되면, 환경노출에 따른 정

보수집 우선순위를 결정할 수 있게 된다. 막연하게 정성적인 위해성 평가가

아닌 우선순위를 결정할 수 있는 정량적인 수치 파악을 통해, 가장 시급하

게 안전관리 조치가 필요한 부분과 주요 환경노출원, 주요 노출피해지점(피해자)를 파악할 수 있게 된다.

- 노출등급과 건강영향등급을 고려하여 건강위해도 등급을 결정하게 된다. 가

장 높은 16점을 얻은 지점쪽을 갈수록 건강위해도가 높게 책정되며, 이는

지속적인 나노물질 노출로 야기될 수 있다. 또한 단속적 또는 부정기적으로

나노물질에 노출되더라도 해당물질의 건강위해도가 높을 경우는 노출이 적

더라도 건강위해도가 높게 나타날 수 있다.

30

그림 12. 안전관리를 위한 정보수집의 우선순위 결정도

- 정보수집 우선순위는 자료의 불확실성 등급에 영향을 주게 되며, 위해여부

와 노출원 파악이 확실하고 개인보호장비의 착용과 노출원과 종사자와의

격리 등이 확실하면 건강위해도등급이 높더라도 정보수집 우선순위에서 배

제된다. 즉 안전관리가 지속적으로 이루어지는지 여부에 따라서 정보수집을

통한 안전관리의 시급성이 결정된다.

나. 환경노출도 측정 방법론 파악

◦ 나노물질 노출에 따른 물리화학적 특성 분석 목록

- 나노물질이 환경중에 노출될 때는 실험실 수준 노출 또는 현장 노출로 구

분될 수 있다. 또한 다양한 주변환경요인(온도, 습도, 대기순환 등)으로 인

해 노출된 순간부터 나노물질의 그 형상, 상, 응집도, 표면특성 등이 변하게

된다. 따라서 이들의 특성을 정확히 모니터링할 수 있는 방법론이 필요하게

된다.

31

그림 13. 나노물질의 환경노출에 따른 물성들의 변화양상

자료 : 환경분석학회, 12, 59, 2009

- OECD에서는 다양한 물성중에서 응집상태, 입자의 크기, 분포도, 표면특성, 표면전하 등에 관한 물성 분석을 독성자료 제공시 주요한 인자로 간주하고

있다. 이는 대상 나노물질마다 쉽게 구할 수 있는 자료도 있지만 나노물질

의 성상, 조성 등에 따라서 자료 습득이 어려울 수도 있다.

표 17. OECD에서 권고한 PChem 자료들

자료 : OECD WPMN, 2008

32

- 입자의 크기에 따른 분석은 100 nm 미만이냐 그 이상인 PM이냐에 따라서

분석기법이 달라진다. 주로 나노수준에서는 SMPS(scanning mobility particle sizer)를 이용하게 된다. 마이크로수준의 입자는 SMPS로 측정하기

에 기계적 무리를 초래하여, APS(aerodynamic particle sizer)를 이용하게

된다.

그림 14. 입자의 크기에 따른 분석기법 예시

표 18. 물질의 크기별 시료 채취방법들

자료 : 환경분석학회, 12, 59 (2009)

◦ 나노물질 노출에 시료채취 방법론

- 시료 채취는 일반적으로 마이크로 수준은 impactor를 사용하게 된다. 이는

33

흡입압력을 제공하여 필터에 걸러지는 입자의 크기분포를 보는 것인데, 나

노입자에서는 이를 적용하기에 부적합하다. 나노물질의 유동성이 좋고 필터

에서 잘 걸러지지 않는다. 대신 정전기적인력이 작용하기 때문에 전기적 집

진기법을 사용하면 된다.1) 다단 충격기(Cascade impactor) : 다단충격기는 대기, 작업장 및 소각장

에서 배출되는 에어로졸의 입도분포를 측정하는데 가장 널리 사용되는

방법이다. 상용화된 다단충격기는 일반적으로 0.3~10 μm 범위 크기의

입자들을 채집할 수 있는 것으로 알려져 있다. 시료채취가 완료된 후 각

단에서 입자포집기판을 해체하고 무게를 다시 측정한다. 대기 중 에어로

졸을 채취시 일반적으로 회당 최소 90분을 요구하고 있어 하루에 확보

할 수 있는 시료의 양은 한정될 수 밖에 없다. 또한 장시간 운전하는 동

안 각 단에서 입자의 응집현상이 발생하여 입도분포를 분석하는데 종종

어려움을 겪을 수 있다.2) 저압 충격기(LPI) : 작은 크기의 입자를 채취하기 위해서 다단 충격기를

공기압 이하로 압력을 낮추어 운전함으로써 작은 크기의 입자를 채집할

수 있다. 일반적으로 LPI 방법은 대략 30 nm에서 수 μm 범위 입자를

채집하는데 사용된다. 3) 미세오리피스 균일 증착 충격기(MOUDI) : 작은 크기의 입자를 채취하

기 위해서 다단 충격기에 좀더 작은 오리피스를 사용하여 유량을 최소

화하는 방법을 사용한다. 4단 기준 0.56~ 10 μm 정도를 측정할 수 있

고, 단수는 실험조건에 따라 달라질수 있다.4) 나노-미세오리피스 균일 증착 충격기(nano-MOUDI) : 공기동력학적 직

경별 입자를 분리하는 방식이다. MOUD보다 후단에 4개의 단을 추가하

고, 저압 운전함으로써 측정영역을 10 nm까지 내릴 수 있다.5) 정전기적 집진기(ESP) : 하전된 에어로졸은 ESP의 방전기의 덕트로 유

입되고 여기에서 에어로졸의 흐름반경은 확대되고 유속은 감소한다. 이

는 정전기력이 약하기 때문에 유속이 감소되어야 하기 때문이다. ESP 기기의 중앙부에서 에어로졸은 수직방향으로 떨어져 내리고 이 입자들

은 바닥의 중앙부에서 외곽 방향으로 움직인다. 입자들이 침강하여 바닥

에 고루 분산되기 위해서 중앙의 전극과 ESP 내벽에는 일정하게 높은

전압을 걸어준다. 이렇게 형성된 전기장 때문에 단극으로 하전된 ((+)든

(-)이든 ESP 전극에 의해 달라짐) 입자만 선택적으로 채취할 수 있다. ESP의 바닥에 샘플채취용 기판으로 TEM 분석시 사용되는 Cu grid를

사용하거나, 실리콘 웨이퍼가 주로 사용된다.

34

◦ On-site, off-site 분석기법

- 환경노출시 현장에서 직접 실시간으로 분석가능한 물성으로는 질량, 입자

수, 표면적, 조성 등을 파악할 수 있다. 그러나 대부분의 물성 분석기법들은

주변 환경요인들로 인해 그 정보를 쉽게 파악하기 어렵다. 대체로 입자의

크기 또는 입자분포는 SMPS(기상, 에어로졸), ELS(액상)를 이용하여 현장에

서 직접 분석하고, 시료채취를 통해 추후 분석장비를 이용하여 입자 형상, 결정성, 기공성, 표면화학, 반응성 등을 평가하게 된다.

- SMPS를 이용한 현장 분석시에 시료는 포집기에 설치된 TEM grid를 이용

하여 채취도고 이를 추후 TEM을 통하여 입자의 크기 분포 또는 성분분석

(TEM-EDS), 결정성분석(TEM-ED)을 수행하게 된다.

표 19. 시료채취 후 off-site에서 이루어지는 물성분석들

자료 : 환경분석학회, 12, 59 (2009)AAN, Average Agglomeration Number; AFM, Atomic Force Microscopy; AAS, Atomic

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Absorption Spectrometer; BET, Brunauer, Emmett, Teller; CCC, Critical Coagulation Concentration; CFF, Cross-Flow Filtration; CV, Cyclic Voltammetry; DC, Diffusion Charger; DLS, Dynamic Light Scattering; DLVO, Derjaguin- Landau- Verwey- Overbeek; DMA, Differential Mobility Analyzer; DSC, Differential Scanning Calorimeter; EDS, Energy Dispersive Spectrometry; ELS, Electrophoretic Light Scattering; ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis; ESR, Electron Spin Resonance Spectrometer; FTIR, Fourier Transformation Infrared Spectrometer; HC, Hydrodynamic Chromatography; HPLC, High Performance Liquid Chromatography; HR-TEM, High Resolution Transmission Electron Microscopy; ICP, Inductively Coupled Plasma; Pd, Polydispersity; SEC, Size Exclusion Chromatography; SEM, Scanning Electron Microscopy; SIMS, Secondary Ion Mass Spectrometry; SLS, Static Light Scattering; SMPS, Scanning Mobility Particle Sizer; STM, Scanning Tunneling Microscopy; TEM, Transmission Electron Microscopy; TGA, Thermogravimetric Analysis; XPS, X-Ray Photoelectron Spectroscopy; XRD, X-Ray Diffraction

표 20. 현장 분석 가능한 물성치

◦ PM, NP 모니터링 기법 비교

- 나노크기의 입자를 분석하기 위하여 스톡스 직경을 측정하는 기법을 활용

한 기술개발이 진행되고 있다. 기존 미국 EPA의 표준기법인 WINS(well impactor ninety six PM2.5)와 최근 스톡스 직경을 기반한 SMPS 기법을 비

교해 볼 수 있다.- 나노입자를 모니터링하는 과정에서 기존의 질량농도 측정보다는 수농도 또

는 표면적 기준 농도가 더유용할 것으로 판단된다. TEOM과 같은 미세저울

을 채용하여 나노입자의 질량을 실시간으로 측정할 수 있으나, 아직까지

36

TEOM 전단에서 100 nm 미만으로 입자를 1차로 분별해 줄 수 있는 휴대

가 가능한 기법이 개발되지 않았다. 최소질량채취기준을 맞추기 위해서는

100 LPM의 장비가 필요하나, 인체 호흡기 근처에 모니터링용 개인샘플용

펌프는 최대 10~15 LPM에 그치고 있다. DMA장비 후단에 TEOM을 설치

하는 안을 고려할 수 있으나, DMA 기법이 나노입자의 전기적 확산 원리를

해석하는 것이라 최소질량기준을 맞추기 위해서 유입유량을 올리는 것에는

한계가 있다.

표 21. 나노입자와 미세입자의 측정 기법 비교

- 현장 내에서 나노입자를 분석하는데 SMPS가 가장 적절하며, 전기적 이동

도 해석을 기반한 비슷한 원리의 수농도 측정법들인 EAD, DMPS, APS,

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Diffusion battery 등도 추천된다. 이와 같이, 나노입자를 모니터링을 하는

기법은 현재도 개발 중이다.

그림 15. 여러 물성 분석기술들의 입자크기별 분석 가능한 위치

◦ 권장하는 환경노출 분석기법

- 가능하면 현장에서 노출되는 나노물질을 실시간으로 직접 검출하는 것이

바람직하나 현 기술의 한계로 인해 SMPS 분석만이 가장 좋은 노출평가법

으로 대두되고 있다. 이는 ISO(2007)에서도 권장하고 있는 기법으로 SMPS가 나노물질 노출평가에 가장 적합하고 이를 측정수단으로 권장하고 있음

을 알 수 있다.- 액상내 노출된 시료의 경우는 현장에서 ELS를 이용하여 1분내외로 분석이

가능하며, 이온선택전극(ion selective electrode)를 이용하여 현장에서 은이

온의 농도를 분석할 수 있다.

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그림 16. 현장 환경노출 분석기법

- 현장노출이 불가능한 물성정보는 반드시 적절한 시료채취법을 이용하여 시

료를 얻은 다음, 가능한 빨리 해당 물성정보를 얻도록 해야 한다. 환경중에

노출된 나노물질은 그 물리화학적 특성이 시간 또는 주변환경요인에 따라

서 변하기 때문에 가능한 신속하게 분석이 이루어져야 한다.

그림 17. 기상/액상 나노물질 노출 측정 순서도

- 기상 및 액상내에 존재하는 나노물질이 환경중에 노출 되었을 때는 그 성

상에 따라서 시료채취 방법이나 채취지점이 변경될 수 있다. 주로 액상반응

을 사용하는 TiO2나 은나노입자 제조는 수증기와 함께 기화된 나노입자를

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포집해야 하며, 수계로 나가는 물질의 특성분석이 필요하게 된다. 기상반응

을 주로 사용하는 CNT의 경우는 고체상 덩어리와 구분되는 미세입자와 나

노튜브의 노출평가가 이루어져야 한다.

◦ 현장 분석장비의 소형화(SMPS)- SMPS는 전체 장비를 모두 구축했을 때, 예상 노출원 부분에 설치하여 지

속적인 모니터링을 하게 된다. 따라서 기존의 SMPS는 휴대성이 떨어진다

는 단점이 있어서 경량화에 관한 연구가 필요하다.- 최근 대표적인 SMPS 제조업체인 GRIMM(www.grimm-aerosol.com)에서는

고정형(stationary version)과 휴대형(mobile version) 장비를 개발하여 판매

하고 있다. 휴대형은 나노입자 입자수 측정에 필요한 부탄올 탱크를 내장하

고 있다.- 볼펜크기의 2배 정도로 휴대성을 강조한 NanoCheck라는 제품도 판매하고

있다. 대신 휴대용은 측정 범위라 25 nm 이상부터라서, 그 이하는 고정형

장치를 사용해야 하는 단점은 있다.

그림 18. GRIMM사에서 판매하고 있는 휴대형과 고정형 SMPS 시스템(CPC)자료 : http://www.grimm-aerosol.com

◦ 측정장비의 신뢰도 확보

- SMPS도 나노입자를 측정하는데 있어서 몇 가지 개선되어야 할 점이 있다.

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1) SMPS는 아직 2개 이상의 장치들이 조합된 복잡한 설비이므로 이동에 불

편하고, 휴대하기 어려우며 아직까지 다른 장치들에 비해 고가여서 작업

장을 모니터닝하는 기법으로 범용되는데 부담이 된다. 2) 나노입자의 표면하전을 위한 중화기는 85Kr(방사선활성물질)이고, 응축에

사용되는 부탄올 또한 인체에 유해한 화합물이다. 3) 수농도 모니터링 기법들이 아직까지 모양(shape)에 대한 구분을 하지 못

하고 나노입자를 구형이라고 가정하고 있어, 나노입자의 모양별 분석에

한계가 있다. 따라서 수농도로 나노입자의 대기 중 농도를 표현하는 대신

표면적으로 농도를 표현하는 것이 더 합리적일 수도 있다. - 장비의 신뢰도 확보를 위하여 상대습도(액적크기 영향), 흡입속도(대류억제

영향), 인가전압(전기집진 영향) 등의 영향을 사전에 파악하였다. 이를 통하

여 현장분석전에 측정장비가 지니고 있는 입도크기 분포측정상의 오류문제

를 파악할 수 있다.

그림 19. SMPS 측정장비의 신뢰도 평가를 위한 변수제어

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

- 분석 시료의 pH 조건에 따라서 SMPS 분석시의 나노입자 크기 변화를 관

찰하였다. 10-150 nm의 분포를 지닌 은나노입자를 pH 변화를 주면서 노출

시켰을 때, 30 nm 영역은 시간에 따른 감소를 보인 반면, 100 nm 근처에

서는 증가 경향을 보였다. 이는 노출과정 분석시에 기계 내부에서 입자의

응집이 발생될 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서 SMPS 분석시에는 입자의

응집여부를 판단할 필요가 있다.

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그림 20. 나노입자 용액의 pH에 따른 SMPS 분석시 오차 발생

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

- 입자의 응집성은 제타전위 측정으로 검증할 수 있다. 제타전위값이 0에 가

까울 수록 표면전하가 중성으로 바뀌어 용액내 나노입자간의 척력이 약해

지고 입자의 충돌로 인한 입자 응집과 성장을 유발하게 된다. 따라서

SMPS 분석시에는 제타전위와 같은 표면화학정보를 활용하여 측정시 올 수

있는 오차를 사전에 파악하는 것이 바람직하다.

그림 21. 제타전위 측정을 통한 입자응집 예측

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

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그림 22. 은나노입자 용액의 pH에 따른 입자 응집현상(TEM)자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

다. 환경노출 시나리오 작성

◦ 환경노출시 입자의 성상변화

- 대기 입자의 크기를 구분하기 위해서 입자 크기 성장단계에 따라 다양한

용어들이 사용되고 있다. 인체 호흡기관에 침투할 수 있는 크기에 따라 정

의하거나(PM), 나노입자를 정의하는 초미립과 같은 용어들이 사용되고 있

다. 현재까지 규제되고 있는 가장 작은 크기는 PM2.5로 폐 깊숙히 침투할

수 있는 공기동력학적 미세입자를 의미한다.

그림 23. 환경노출시 입자 크기별 성상 변화 양상(EPA/600/P-99/002aF)

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그림 24. 환경 노출후 입자의 응집과정

자료 : J. Nanopart. Res., 11, 77 (2009)

그림 25. 환경 노출후 입자의 응집과정에 따른 TEM 자료

자료 : J. Nanopart. Res., 11, 1705 (2009)

- 입자들은 기상으로 노출되면서 성장을 반복하게 되어 특정 크기에서 응집

된 상태로 관찰되게 된다. 성장하는 입자는 정전기적 인력이 작용하게 되고

유기상 또는 수분이 날아가면서 입자들의 부피감소를 통한 응집이 발생하

게 된다. 따라서 현장에서 나노물질 환경노출도 평가에 있어서 가능한 작업

조건과 동일한 분위기에서 off-site 물성 분석이 필요하게 된다.- 응집은 agglomerate와 aggregate로 구분되는데, 전자는 약한 반데르발스 힘

으로 결합된 나노입자의 응집체로 외부 충격에 의해 쉽게 1차 입자 성상으

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로 바뀔 수 있다. 입자의 응집이 더욱 심해져, 열에 의한 소결(sintering)과

물리적 접촉에 의한 목형성(necking)이 이루어지면 마이크로 크기까지 성장

되는 2차 입자로 변형된다. 기상과 액상 모두에 해당되며, aggregate로 과

도하게 성장하면 나노의 특성을 잃게 된다. - 토양이나 수계로 노출되는 경우에는 외부 다양한 유기성분, 무기성분에 의

해 나노입자는 aggregate로 변환될 수 있다. 따라서 토양, 수계 노출보다는

대기중 건식 노출이나 액상내 나노입자의 증기상(에어로졸) 노출에 관한 모

니터링에 집중해야 한다.- 기상 또는 에어로졸 형태의 노출, 액상내 콜로이드 상태의 나노물질 노출은

현장 종사자 또는 연구자에게 호흡, 피부접촉, 안구접촉, 의복오염, 작업표

면 오염을 통한 2차오염, 음식물/흡연을 통한 2차오염 등이 발생하게 된다. 따라서 눈에 보이는 미세입자만을 노출평가의 대상으로 볼 것이 아니라 가

능한 모든 현장상황을 검토하고 노출평가 대상으로 잡아야 한다.

그림 26. 성상별 공정내 나노물질 노출에 따른 인체노출 방법

자료 : 청정기술, 13, 159, 2007

◦ 나노물질 제조 방법에 따른 노출양상 비교

- 나노물질의 현장 노출평가를 실험실 수준과 파일롯 스케일 수준에서 비교

를 위해서는 각각 사용하고 있는 나노물질 제조 기법을 비교해야 한다. 이

에 본 연구에서는 특허조사를 통해 산업체에서 주로 사용하는 제조기법과

실험실수준에서 연구자들의 나노물질 제조 방법론을 비교하였다.

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그림 27. 나노물질의 스케일별 제조방법론 차이

자료 : 첨부3의 물질별 특허분석

그림 28. 전과정평가에 따른 현장 노출평가 및 안전관리 절차

- 실험실 수준은 소량 생산을 하며 주로 표면처리를 통한 다기능성 나노재료

를 생산하는데 주목적이 있다. 은나노입자의 계면활성제를 이용한 표면형상

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제어를 하며 입자의 모양제어에 집중하고 있다. 파일롯 수준의 현장에서는

주로 대량생산 기법을 이용한다. 반복적으로 동일한 특성을 지닌 물질 생산

이 주목적으로 단기능성, 즉 목적 지향형 나노물질만을 제조하고 있다. - 따라서 나노물질의 환경노출도 평가에 있어 동일한 제조조건을 가지고 노

출평가를 하지 않고 스케일별로 서로 다른 노출환경을 감안한 평가가 이루

어져야 한다. 이에 실험실 수준 노출평가에서는 용매, 온도, 교반조건, 습도, 분석흡입속도 등을 제어하면서 환경노출평가를 수행했다면, 현장 노출평가

에서는 작업환경을 사전에 면밀히 검토하고 간과되고 있는 주요 노출원을

중심으로 환경노출평가를 실시하였다.- 실험실 및 파일롯 스케일에 상관없이 물질 제조 방식에 따른 환경 노출 양

상이 달라진다. 주로 액상으로 제조하는 공정인 TiO2, AgNP 생산시설에서

는 액상나노입자의 기상으로의 노출과 폐수라인에 의한 수계 노출이 발생

한다. 기상으로 제조되는 CNT는 비산 입자형태로 호흡노출이 주로 발생한

다. 이상의 개인 노출은 노출수준에 맞춘 PPE 착용이나 공정 안전관리를

통해 해결 가능하지만, 환경 매질로의 노출은 시설보강(필터, 폐수정화시설)을 통해서 억제할 수 있다.

◦ 노출시나리오 작성

- 나노물질의 환경노출 평가는 반드시 전과정평가와 함께 이루어져야 한다. 특정 공정, 특정 지점만을 대상으로 노출평가가 이루어져서는 안되며, 원료

물질의 구매, 가공, 주생산품의 제조, 이송, 파기, 재생 등의 모든 과정을 평

가해야 한다. 그러나 현실적으로 파일롯 스케일의 현장 정보를 모두 공개하

기를 기피하는 추세라서 나노물질 제조에 들어가는 입출입 물성정보나 노

출정보를 쉽게 구하기 어렵다. 이에 현장 면담과 설문조사가 중요한 역할을

하게 된다.- 또한 현장방문을 통해 쉽게 관찰가능한 주요 노출원을 파악하고 SMPS,

ELS 분석을 통한 추가적인 노출원 파악과 노출 잠재성을 지닌 노출원의 파

악도 중요해진다.- 실험실 수준의 환경노출은 액상 및 기상 반응을 통한 비커 수준에서의 환

경노출로서 휘발되는 증기상, 기상 에어로졸 노출이 있을 수 있으며, 재료

의 건조(소성, 탈수) 과정에서 개인노출이 발생할 수 있다. 또한 반응기의

세척과정에서 개인노출과 함께 수계로의 방류시 환경노출이 발생하게 된다. 작업이 후두조건에서 시행되었다면 호흡을 통한 노출은 배제되지만 대기상

으로 노출은 막지 못하게 된다.

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그림 29. 실험실 수준의 환경노출 시나리오

- 파일롯 수준의 환경노출은 실험실 수준의 환경노출에 비해 복잡하며 공정

조건이 많아질수록 노출원 파악 및 그에 따른 안전관리가 어렵게 된다. 실

험실 수준에 비해 추가적인 공정이 늘어날수록 해당 개인노출 및 수계, 토

양, 대기 노출이 반드시 수반되게 된다. 아울러 나노물질의 노출에 따른 개

인 안전에 관한 교육이 이루어지지 않은 상태에서 공정조업이 이루어질 경

우, 심각한 개인노출이 발생할 수 있다.

그림 30. 파일롯 수준의 환경노출 시나리오

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그림 31. 환경노출후 환경영향 시나리오

- 실험실 및 파일롯 현장에서 환경중에 노출된 나노물질은 위해성 평가 자료

를 통해 위해성 여부를 파악해야 하며, 무해하다고 파악되면 개인보호장비

등만 권장하는 수준에서 그치게 된다. 그러나 위해성 여부가 불확실할 경우

는 있을지 모를 잠재된 나노위해성을 대비하기 위한 시설을 확충할 필요가

있다. 이들에 관한 시설 확보와 개인보호장비 착용여부는 정보수집 우선순

위 결정을 통해 이루어져야 한다.- 이상과 같이 적절한 노출 시나리오에 따라 개인 및 환경노출도를 평가하고

해당 안전관리 방안을 마련하여, 나노물질 취급자로 하여금 개인 안전관리

를 고취 시킬 수는 있다. 그러나 벤트시설이 있더라도 필터장치가 없다면

대기중 노출이 억제되지 않으며, 폐수 수집시설이 없다면 수계로의 노출이

억제되지 않는다. 따라서 추후 안전관리 방안 마련시 개인노출 뿐만 아니

라, 나노물질 취급시설내에서 외부(환경매질)로의 노출되는 것을 억제할 수

있는 방안도 강구되어야 한다.

◦ 현장 작업 공정 조사

- 기존에 본 연구진이 설문조사를 통해 조사한 바에 의하면, 나노물질을 취급

하는 공정중에 약 40%가 화학반응을 이용하는 액상반응 시스템으로 물질

을 제조하고 있다. 열처리, 코팅, 기계가공은 건식 공정으로 이 또한 35% 정도를 차지하고 있다. 따라서 액상반응 및 기상반응에서 노출되는 나노입

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자의 모니터링이 중요함을 인식할 수 있다.- 물질 제조후 잔류 나노입자 및 폐기물은 주로 폐기하거나 재사용하는 것으

로 나타났다. 따라서 나노폐기물의 안전한 처리방법에 관한 추가적 연구가

필요하며, 나노폐기물 처리시 발생되는 인체노출 및 환경노출에 관해서도

추적 관리할 필요가 있다.- 현장에서 직접 종사하는 작업자를 대상으로 조사했을 때, 나노물질의 환경

노출은 폐기이외에는 수계노출이 가장 큰 영역을 차지하는 것으로 나타났

다. - 그러나 대기 노출에 관해서는 종사자가 인지하지 못하고 있는 상태라서 이

부분에 관한 노출이 관가 될 수 있는 노출취약점이라 할 수 있다. 따라서

대기상 노출, 액상물질의 휘발(에어로졸)에 따른 노출에 집중해야 한다. 수

계노출은 액상에 존재하는 다양한 이물질과 혼합하여 나노특성이 사라지는

경향이 강하므로, 무기물 처리방법과 유사하게 폐수처리를 실시하는 것이

바람직하다.

그림 32. 국내 나노물질 생산업체의 주요 공정 및 폐기물처리, 환경노출 경로 파악결과

- 나노물질의 환경노출 경로 파악에서는 추적 관리가 용이한 수계, 대기, 토

양으로의 노출도 큰 영역을 차지하지만, 나노폐기물(슬러지, 침전물, 응집

체, 분순물, 혼합물 등) 형태로의 환경노출이 큰 영역을 차지한다. 만약 해

당 폐기물을 적절한 시설에 밀폐된 상태로 보관하지 않는다면, 환경매질로

의 노출이 심각해 질 수 있다는 것이다. 따라서 안전관리 방안을 강구할 때

는 나노폐기물의 처리에 관해서도 고려해야 한다. 이를 통해 2차 환경 노출

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을 억제할 수 있게 된다.

◦ 나노물질 취급과정에서 인체 및 환경에 직접적인 노출을 증가시키는 행위

- 취급하는 물질에 관한 사전 정보 없이 작업을 수행할 경우, 해당 물질로 인

한 흡입 및 피부노출 등의 가능성을 높이게 된다. - 나노물질 취급시 해당 물질에 관한 MSDS를 확보하지 않을 경우, 노출기준

을 인지하지 못하여 개인보호장비 착용을 등한시 할 수 있다.- 개인보호장비를 비치하지 않거나 착용에 관한 사전 교육을 실시하지 않으

면, 작업자는 작업중 번거로움으로 인해 개인보호장비를 착용하지 않을 수

있다.- 나노물질을 직접 제조하는 과정에서 벤트(후드) 시설이 설치되지 않은 곳에

서 작업할 경우, 장치의 개방 또는 설비 결합부분에서의 누출 등으로 인해

나노물질이 인체 및 환경에 노출을 증가시길 수 있다.- 벤트 시설이 확보되어 있더라도 가동하지 않거나 나노물질 취급 지점과 적

절한 거리를 유지 하지 않아 벤트 시설의 기능을 제대로 활용하지 못하면, 이 또한 나노물질의 노출을 가능성을 증가시키게 된다.

- 선풍기, 에어컨, 환기시설의 공기흐름 방향이 나노물질 취급 작업자와 바로

접하게 될 경우는 흡입을 통한 나노물질 노출의 가능성이 증가하게 된다.- 분말 시료를 다룰 경우는 호흡 및 피부, 안구노출이 우려되므로 반드시 벤

트시설이 갖춰진 공간에서 개인보호장비 착용한 상태로 작업을 수행해야

한다.- 액상 시료를 다룰 경우는 피부접촉 가능성이 가장 높으므로 장갑류 착용이

필수적이다. 또한 액상내 나노물질은 기상으로 노출되므로 반드시 벤트시설

내에서 작업해야 한다.- 고온 액상 반응시에는 기상으로 노출되는 에어로졸 형성이 촉진되어 인체

및 환경 노출 가능성을 높이게 된다. - 나노물질의 분쇄, 탈수, 정제 등의 과정을 거치는 동안 적절한 필터나 폐수

수집 시설이 없는 경우는 개인 피부노출 및 환경 매질로의 노출 가능성이

증가한다.- 나노물질과 접촉한 장비의 세척, 1회용 개인보호장비의 폐기, 나노물질 생

산 부산물 폐기시에도 작업자의 피부와 호흡을 통한 노출 가능성이 증가한

다.- 나노물질 취급 장소의 외부 환기를 시키지 않을 경우, 실내에 축적되는 나

노물질의 양이 증가하게 되어 작업자 유동에 의한 비산 나노물질의 호흡과

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피부접촉으로 인한 2차 노출 가능성이 증가한다.

◦ 노출량 산정

- 노출 시나리오에 따른 노출량 산정은 유해화학물질배출량 보고제도에 따라

서 산출이 가능하다. 가장 간단한 방법은 물질수지법으로 해당 제조공정내

투입된 양과 생산된 양의 비교를 통해, 수계 및 대기로 노출된 물질의 양을

산출하는 방법이다. 농도 측정을 위해서는 SMPS, ELS를 이용해야 한다.- 액상 반응의 경우, 폐수내의 성분 분석과 ELS 분석으로 나노물질의 노출

여부를 판단하고 기상으로 에어로젤 형태로 노출되는 성분에 대해서는

SMPS로 포집 분석해야 한다.- 기상 반응의 경우는 SMPS 분석을 수행하여 입도 분포를 수행한다. - 측정된 농도는 주로 단위부피당 입자의 무게 또는 개수로 평가된다. 이를

이용하면, 노출된 공간에 시간당 노출된 나노입자의 크기별 농도를 평가하

고 전체 누적 농도와 노출량을 산정할 수 있게 된다.

라. 실험실 수준 노출평가

◦ 실험실 수준 노출평가를 위한 장치 제작

- 실험실 수준 노출평가는 논문검색을 통해 해당 나노물질을 제조하는 주요

기법을 대상으로 노출평가를 수행하였다. 외부 미세먼지에 의한 입자수 고

려를 배제하기 위하여 HEPA 필터를 이중으로 설치하여 외부 미세먼지를

제거하였으며, 습도제어를 위해서는 제습제와 가습장치를 동시에 사용하였

다. 유입공기의 유량과 SMPS로의 장비 유입속도를 제어하였다. 반응기의

온도 및 교반속도, 용매 조건, 입자의 크기 등을 제어하여 반응기를 구성하

였다. 노출환경 주변에 TEM grid를 설치하여 액상으로 수분과 함께 노출되

는 입자의 성상과 성분분석을 위한 자료로 활용하고자 하였다.

◦ 실험실 수준 노출을 위한 사전 테스트

- 헤파필터를 거치기전의 실험실내 미세입자수를 측정하였으며, 최대 15만개

의 입자가 측정되었으며 20 nm 수준에서도 입자가 많이 관찰되었다. 배경

입자의 여부는 실제 나노입자의 성상에 영향을 주게 된다. 환경중 노출된

나노입자는 주변의 여러 유기물, 먼지 등에 의해 입자 성장을 유발하게 되

므로, 나노물질 제조 공정을 가동하기 전에 배경입자 정보를 수집하는 것이

52

바람직하다.

그림 33. 실험실 수준 노출평가를 위한 장치 모식도

그림 34. 은나노입자의 실험실 노출에 대한 control 실험

53

- HEPA 필터를 거친 다음 외부 미세먼지의 유입을 막고 나서는 제조과정에

서 발생되는 특정 입자의 크기만이 관찰되었다. 즉, 100~150 nm의 분포를

지닌 은나노입자를 교반시켰을 때, 초반에는 잔존하는 미세입자를 제거하는

과정으로 전영역에서 입자가 관찰되지만 일정시간 후에는 특정 크기 영역

인 100~150 nm에서만 입자가 관찰되었다. 이를 통해 교반을 통한 반응만으

로도 실험실 수준 노출이 일어남을 알 수 있다.

◦ 실험실 수준 환경노출평가 : 흡입속도 및 상대습도 영향

- 메탄올과 에탄올 용매 조건에서 유사한 상대습도(60%)를 유지하면서 헤파

필터를 통해 유입되는 공기의 유속을 제어하였다. 이때 에탄올상의 흡입속

도를 메탄올에 비해 10배 크게 하였다. 두 용매의 휘발도가 동일하다면 당

연히 SMPS flow rate가 클 수록 입자들이 빠르게 제거되어야 한다. - 그러나 용매의 휘발도가 분석장치내 흡입속도 보다 영향력이 더 큰 것으로

파악되었다. 즉 분석기에서는 유입되는 흡입량 보다는 휘발도가 높은 용매

조건에서 나노물질 노출이 더 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 액상반응기

를 가동시에 휘발성이 높은 물질을 사용할 경우, 반드시 후드 또는 벤트시

설이 갖춰진 곳에서 장비 가동을 수행해야 함을 알 수 있다. 메탄올과 에탄

올의 증기압은 각각 242, 115 mmHg이다.

그림 35. 은나노입자의 환경노출에 따른 흡입속도 영향 파악

- 나노입자가 포함된 에탄올을 상대습도 60% 조건과 물을 20% 상대습도 조

건에서 노출시켰다. 당연히 휘발도가 높은 에탄올상에서 휘발이 쉽게 일어

나므로 나노물질 노출이 심할것으로 기대되었다. 그러나 휘발도는 물에 비

54

해서 크지만 대기상에 존재하는 수분(상대습도)에 의해 기액평형시 더 적은

양의 용매가 휘발하게 된다. 따라서 주변의 조건이 습할수록 입자의 휘발이

더 적게 발생한다는 것을 알게 되었다. 건조하고 따뜻한 실험조건에서 나노

물질의 환경노출(기상, 액적형태의 에어로졸)이 우세함을 알 수 있다.

그림 36. 은나노입자의 환경노출에 따른 상대습도 영향 파악

◦ 기상노출과 액상노출 영향인자 파악

- 분말상 형태의 나노입자의 노출은 직접적으로 호흡노출과 피부, 안구접촉을

유발하게 되어 치명적인 건강위해를 줄 수 있다. 이 때문에 분말상 노출이

일어나는 지점에서는 반드시 벤트시설이 갖춰져 있다. 따라서 문제점이 쉽

게 보이는 지점에서는 안전관리가 용이하게 이루어진다.- 그러나 본 연구에서와 같이 액상반응을 통한 기상으로의 환경노출은 간과

되기 쉬운 노출원으로 호흡과 피부접촉을 통한 노출이 발생되게 된다. 일단

휘발된 나노물질은 용매내 존재하는 다양한 염과 반응하여 복합체를 이루

고 결국 나노입자의 응집을 유발하게 된다.- 수계 노출은 ELS를 이용하여 간단히 분석가능하며, 은나노물질의 경우 이

온은 pAg 전극을 이용한 이온량 조사와 ICP를 이용한 전량(이온+나노입자)를 통해 조성분석을 이룰 수 있다. 나노물질의 수계내 노출은 염에 의해 쉽

게 응집되는 현상이 있으므로 염의 농도 증가에 따른 입자의 크기 변화를

관찰해야 한다. 수돗물에 은이온만을 노출시켰을 때도 입자가 응집되는 현

상이 나타나므로, 은나노입자와 은이온이 동시에 존재하는 조건에서는 이러

한 현상이 더 크게 나타날 수 있다. 100 nm의 은나노입자를 산조건와 염기

조건에 노출시켰을 때, 두쪽 모두 염의 양이 증가할 수록 입자의 평균크기

55

가 증가함을 알 수 있다. 다만 citrate가 코팅된 나노입자의 경우는 염기조

건에서 응집되지 않고 안정적은 입자크기를 유지하였다.

그림 37. 기상노출에 따른 은나노입자의 응집 가능성 검토

그림 38. 액상 노출에 따른 입자 크기 변화

자료 : submitted to Aqua Toxicity

◦ 표준물질을 이용한 나노물질 노출평가

- 입자의 크기를 알고 있는 상태에서 환경노출시 입자의 분포를 확인하기 위

하여, 듀크 사이언스에서 제공하는 크기가 일정한 표준나노물질(PS bead)을

노출평가에 이용하였다. 50, 100 nm의 시료로, 상대습도 약 30% 조건에서

수행하였으며, 동일조건에서 은나노입자 노출도 수행하였다.- SMPS 분석결과 값을 통해 노출인자(emission factor)를 단위부피당 무게

(kg/m3) 또는 단위부피당 입자수(/m3)를 계산할 수 있으며, 이는 노출량 산

출에 필요한 농도 계산시 활용된다.

56

그림 39. 노출평가에 사용한 일정 크기를 지닌 PS 비드

- 노출 결과 입자가 작은 PS 50 nm가 PS 100 nm 보다 노출된 입자의 개수

는 더 많은 것으로 나타났다. 작은 입자가 큰 입자보다 쉽게 에어로졸 형태

로 노출되기 때문으로, 노출시나리오에서와 같이 액상내 나노입자는 용액의

기화과정을 통해 함께 대기중 노출이 발생한다는 것을 알 수 있다. 은나노

의 경우는 PS 보다 더 적은 양이 노출되었으며, 이는 고분자와 금속성물질

의 성상차이로 해석된다.

그림 40. 표준물질을 이용한 실험실수준 노출평가 결과

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

◦ 액상 나노입자의 기상으로 노출시 농도의존성

- 액상내 존재하는 나노입자의 기상으로의 노출시에 농도의존성도 표준물질

을 이용한 실험실수준 결과로 해석할 수 있다.- 액상에 동일농도로 분산시킨 PS 50, PS 100 경우, 기상으로 노출되는 양이

57

단위부피당 각각 25x106개, 7x106개로 나타난다. 즉, 동일농도에서 입자의

크기가 작을수록 액상에서 기상으로 노출되는 양(number concentration)이

최대 3배 이상 증가함을 알 수 있다. 그렇지만, 질량 농도(mass concentration)은 입자가 큰 물질이 부피가 크고 질량이 크므로 8배 정도

질량농도가 큰 것으로 나타났다.- 따라서 동일크기의 입자라면 액상에서 기상으로의 농도편차에 의한 질량전

달속도가 증가하여, 확산속도가 늘어나고 이로인해 기상내 나노입자 노출량

이 증가하게 된다. - 기상으로 노출되는 양은 또한 상대습도와 주변온도에도 의존하고 있음을

실험으로 보였다. 온도가 높을수록 상대습도가 낮을수록 액상 물질의 휘발

이 증가하고, 수분증발과 함께 에어로졸 형태의 나노입자의 포집율이 증가

하게 된다.

◦ 장시간 노출에 따른 노출주기 변화 관측

- Citrate가 코팅된 균일한 크기의 은나노입자를 실험실 수준에서 48시간 이

상 노출을 실시하였다. 일정한 속도(3 lpm)로 지속적으로 SMPS 분석을 실

시하되 그 외 실험조건은 변화시키지 않았다. 그러나 실험결과, 실험장치

(글로브 박스) 주변의 작업자 활동에 따른 진동/충격과 주간 업무로 인한

실내 온도변화가 나노입자 노출에 영향을 주는 것으로 파악되었다.

그림 41. 48시간 이상 은나노물질의 장기간 노출평가

58

- 주간업무 시간에 노출을 시작하였을 때, 1~2시간후 기액평형에 의한 액상내

나노물질 노출이 발생된다. 그러나 일과가 끝나고 실험실내 내외부 유동이

없어지고, 실내온도가 낮아지면 나노입자 노출이 감소한다. 따라서 밀폐된

공간이러다도 온도 조건에 따른 나노입자 노출 양상이 달라질 수 있음을

알 수 있다. 열린공간에서는 작업자의 유동에 따른 배경입자의 비산 및 나

노입자의 노출이 더욱 촉진되리라 판단된다.

그림 42. 실내온도와 실험장치 주변 상황 변화에 따른 노출평가 주기 변화

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

◦ 액상/기상 노출입자 비교 요약

- 액상내 존재하는 나노입자는 일정한 크기 분포를 지니게 된다. 해당 나노입

자가 기액평형에 의해 기상쪽으로 노출될 때, 액상내 나노입자 분포와 동일

하게 노출될 것인지 파악할 필요가 있다. - 검증을 위해 ABC나노텍에서 입수한 10 nm 크기의 citrate가 코팅된 은나노

를 사용하였다. 액상내 입도분포는 10 nm 기준으로 정규분포를 보이는 반

면, 기상으로 노출된 입도분포는 2일 누적평균 20 nm 이상의 입도분포를

보인다. 이는 측정장비의 신뢰성 평가에서와 같이 입자 노출시 응집 발생으

로 인한 현상으로 파악된다.

59

그림 43. 액상 및 기상 노출입자의 입도분포

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

- 또한 노출시나리오에 따른 액상내 나노물질의 기상으로 노출을 검증하기

위해 TEM 이미지를 얻은 결과, 은나노입자가 뭉쳐져 있는 형상이 관찰되

었다. 이로서 주 관심 노출원인 액상내 나노입자의 대기상 노출은 다음과

같은 양상으로 환경노출된다.

그림 44. 기상 및 액상 노출된 나노입자의 TEM 이미지

자료 : in preparation for Journal of Aerosol Science

60

- 즉, 액상내 나노입자는 주변조건(상대습도와 온도)에 따라서 기액평형에 의

한 대기상노출(에어로졸 형태)이 발생되며, 이때 액적내 포함된 나노입자는

액적의 증발과 함께 입자성장이 발생한다. 이는 입자의 응집을 초래하고 액

상내 나노입자보다 큰 입도 분포를 보이게 한다.

마. 개인보호장비 투과 평가

◦ 개인보호장비 투과 실험

- 화학물질에 대한 개인보호를 위해 사용되는 의복, 마스크, 글로브 등은 나

노물질 노출에 따른 개인보호에도 그대로 적용되고 있다. 따라서 개별 PPE에 대한 나노물질 투과성 평가를 통해 나노물질 노출도에 따른 보호수준을

평가하고자 하였다.- 대상 PPE로는 의복에는 실험복(lab coat), 방진복(cleanroom wear)을 선정

하였고, 마스크류는 3M의 방진마스크 2종, 장갑류로는 폴리글로브를 포함

한 재질에 따른 3종을 선정하였다.

그림 45. 나노입자 투과성평가 대상 개인보호장비

- ASTM PTC-600에 준하여 나노입자 투과장치를 구성하였다. 헤파필터를 통

과한 공기가 2중관 셀에 유입되고 이를 통해 글러브 내외부로 입자가 통과

61

할 수 있는지 평가하였다. 대기상 나노입자 투과시에는 사용된 입자는 평균

20 nm 크기를 보이는 은나노입자를 사용하였다. - 기상으로 노출되는 나노입자 분말은 그 유동성이 우수하여 기상내 나노입

자에 대한 글러브 투과는 완벽히 차단되었다. 이에 액상내 존재하는 나노입

자의 노출에 따른 투과성 평가와 액상물질의 직접 접촉에 따른 투과성 평

가를 수행하였다. 실험 장치는 기상 나노물질 노출과 동일하게 설정하였다.

그림 46. 나노입자의 개인보호장비 투과실험

◦ 에어로졸의 의복 투과 평가

- 의복 2종을 구입하여 투과셀에 장착할 수 있는 크기로 절단한 뒤, 나노입자

에어로졸 발생기를 포함한 투과장치에 설치하였다. 실험결과, 실험복은 나

노입자의 노출이 시간에 따라서 지속적으로 증가하였다. 이는 실험복 특성

한 면재질로 입자의 흡수력이 우수하여 나노입자가 의복에 쉽게 들러붙는

특성으로 장시간 착용시 섬유조직내 나노입자가 포집된 형상을 보이게 된

다.- 방진복의 경우는 S자 커브를 보이고 있는데, 이는 의복 특성상의 차이로

SEM 이미지 결과와 같이 입자 자체가 의복의 겉표면에만 침착되고, 실험

복과 같이 섬유내부로는 투과되지 못하기 때문으로 파악되었다.- 또한 EPA SW 846 method 3050B의 방법으로 의복에 흡착되는 은나노의

양을 ICP를 이용하여 분석을 실시하였다. 희석한 질산 용액에 은나노입자

를 혼합한 뒤, 과산화수소를 혼합하여 자발적인 은나노입자-에어로졸이 발

62

생되도록 하였다. 실험 결과, 방진복은 초반에 흡착된 은의 양이 40 mg으

로 6시간 정도 유지 되었다. 이는 일단 표면에 흡착되면 더 이상 착용자 내

부로는 침투하지 않는다고 볼 수 있다. 반면, 일반 실험복은 시간이 지남에

따라서 의복에 흡착되는 은의 양이 증가하게 된다. - 따라서 의복은 최대노출수준에서는 방진복을 착용하는 것이 바람직하며, 6

시간 미만의 노출에서만 우수한 개인보호능력을 발휘한다고 할 수 있다.

그림 47. 의복에 대한 나노입자 투과평가

자료 : in preparation for Journal of Nanoparticle Research

그림 48. 의복내 은입자 흡착량 파악

자료 : in preparation for Journal of Nanoparticle Research

63

그림 49. 실험복과 방진복의 나노입자 투과평가후 SEM 결과

자료 : in preparation for Journal of Nanoparticle Research

그림 50. 방진마스크에 대한 나노입자 노출 후 SEM 결과

자료 : in preparation for Journal of Nanoparticle Research

64

◦ 방진마스크 투과 평가

- 방진마스크(N95와 숯필터가 포함된 N95)에 대해서도 동일한 실험을 취했

을 때, 입자의 노출은 억제 되었다. 이는 입자가 작아질수록 입자의 유동성

이 증가하여 필터재질로 구성된 방진마스크를 통과하지 못하고 마스크 표

면에만 침착되는 것이라고 할 수 있다.

◦ 장갑류 투과 평가

- 장갑류 3종(polyethylene, latex, nitrile)에 관해서 투과평가를 수행했을 때, PE는 표면자체가 매끈하여 겉표면에 입자가 흡착되지 않았다. 그러나 저가

의 폴리글로브는 열처리를 통해 가장자리가 부착된 상태이므로 장시간 사

용과정에서 장갑 표면의 손상(특히 마감부분)이 심하게 발생한다. - Latex와 nitrile 장갑은 신축성이 있기 때문에 수축시 표면이 어느정도 거칠

기를 지니고 있다. 따라서 거친 표면사이에 나노입자 고정되며, 장갑을 착

용한 상태로 나노물질 제조 작업을 수행한 다음 깨끗한 표면을 만질 경우

오염원 전파 우려가 있을 수 있다.

그림 51. 장갑류 3종에 대한 나노입자 투과평가

자료 : in preparation for Journal of Nanoparticle Research

- 따라서 폴리글로브는 1회 1시간 미만으로 사용후 바로 폐기해야 하며, 신축

65

성이 있는 장갑 착용시에는 3시간 미만의 사용과 사용후 2차 오염원으로

작용하지 않도록 처리해야 한다.

◦ 2차 환경노출 억제를 위한 PPE의 폐기 시기

- 개인보호장비를 착용후 재이용할 경우, 기존 작업과정에서 흡착/흡수 되었

던 나노입자에 그대로 노출되게 된다. 일예로 라텍스 재질의 장갑은 고무재

질이라서 늘어난 고무조직 사이에 나노입자가 고정되며, 이를 뒤집어서 재

사용시에는 직접적인 피부노출을 야기하게 된다. 실험복은 환기시설이 잘되

는 공간에서 주기적으로 털어서 사용하거나 세탁을 통해서 재이용해야 한

다.- PPE의 적절한 사용시간과 사용후 폐기에 관해서는 다음과 같이 정리할 수

있다. 사용후 폐기시에는 종이봉투나 비닐봉투를 이용하여 환경매질로의 노

출을 억제할 수 있도록 밀봉 처리해야 하며, 반드시 지정된 위치에 수집하

여 처리하도록 해야 한다.

표 22. PPE의 종류에 따른 권장 사용시간 및 사용후 폐기

PPE 종류

피부 노출 호흡 노출 안구 노출보호복 장갑 마스크 방독면 보안경

실험복방진복

EN340Ploy Latex Nitrile N95

N95

/CarbonEN143 안경형 고글형

사용

시간<3 <6 <1 <3 <3 <5 <5 - <1 -

사용후

장시간

사용후

폐기

장시간

사용후

폐기

1회 사용

후 폐기

1회 사용

후 폐기

1회 사용

후 폐기

1일 사용

후 폐기

1일 사용

후 폐기

필터 교

체

사용후

세척

사용후 세

척

바. 파일롯별 노출평가

◦ 현장 노출평가를 위한 업체 선정

- 파일롯 수준의 현장 노출평가를 수행하기 위하여 전국에 산재해 있는 나노

물질 생산업체를 파악하였다. - 이중에서 은나노물질을 주로 취급하는 업체 21곳을 선정하여 현장방문을

위한 협조공문과 담당자와의 구두협의를 통해 4곳의 업체를 현장 방문하였

다. 대부분의 업체에서 기업의 영업기밀 보호 측면과 나노물질 위해성에 관

한 반감으로 현장방문을 거절하였다. 최소 현장평가 요건인 3곳에 대한 나

66

노물질 노출평가는 실시하였다.

그림 52. 국내 나노물질 생산 업체 현황(일부)

그림 53. 은나노물질 주요 생산업체 및 현장방문 업체

67

◦ D사의 현장 노출평가 사례

그림 54. D사의 나노물질 노출작업 환경

그림 55. 반응실의 나노입자 모니터링

68

- D사는 주로 은나노입자를 제조하여 전자재료의 구성품으로 납품하는 공정

을 지니고 있다. AgNO3를 산처리기법으로 환원반응을 시키고 제조된 나노

입자를 필터를 거쳐 크기별로 구분한 다음, 건조, 분쇄, 포장 단계를 거쳐

최종 200 nm 미만의 나노입자를 생산하고 있다.

그림 56. 건조실과 분쇄실의 나노입자 모니터링

- 모니터링 지점은 반응실, 건조실, 분쇄실로 지정하였다. 작업자는 대체로 개

인보호장비를 전혀 착용하지 않았으며, 액상반응기 주변에는 벤트시설이 없

었다. 반응기 형태는 액상 반응에 반응기 덮개가 존재하여 물을 용매로 사

용하고 산처리시 증기가 발생하였다. 노출양상은 기액평형에 의한 나노입자

의 노출로 실험실수준 노출평가와 유사한 형태를 보였다. 물방울의 증발과

거의 동시에 은나노 입자의 응집현상이 발생하였다.- 건조실은 온도와 압력차에 의한 일시적이 나노입자의 노출이 발생하였다.

분쇄실은 벤트시설의 작동 이후 불규칙적인 나노입자 증가와 감소가 발생

69

하였다. 작업자의 성급한 작업진행으로 인한 나노입자 노출이 확인되었다. 전체적으로 D사는 벤트가 작동하는 건조공정 보다는 액상공정의 환경노출

이 심한 것으로 파악되었다.

◦ N사의 현장 노출평가 사례

- N사는 기상반응, 즉 플라즈마 기법으로 은나노물질을 제조하는 업체로서

수요처가 적어서 현재는 소량생산만을 수행하고 있으며, 현장조사시에는 작

업팀을 위해 자진하여 가동해 주었다. 은 와이어를 플라즈마 기계장비에 넣

고 폭발반응을 시키면 250 nm 미만의 은나노입자가 생성되며 이를 필터와

포장과정을 거쳐 최종 150 nm의 나노입자를 생산하고 있다.- 모니터링 지점은 반응실, 조작실로 지정하였다. 반응실의 작업자는 플라즈

마 장비와 절연을 위한 절연장갑 및 의복을 착용하고 있었으나, 조작실내

함께 비치된 포장실에서는 개인보호장비의 착용이 미비하였다. 그러나 해당

시설내에 나노물성을 분석할 수 있는 TEM, SEM 등의 고가장비를 보유하

고 있어서 추후 나노물질의 환경노출 평가 및 off-site 물성분석에 적합한

업체로 파악되었다.

그림 57. N사의 나노물질 노출작업 환경

- 조작실은 반응실과 파티션으로 분리되어 있으며, 반응실의 환기는 에어컨을

통한 외부 공기 흡입만 이루어지고 있었다. 즉 외부 공기는 유입되지만 내

부에 산재해 있는 나노입자의 외부노출은 일어나지 않고 있다. 따라서 작업

70

실 및 조작실내에 존재하는 미세입자는 시간이 지나면서 지속적으로 쌓여

가고 있다고 보았다. 출입이 없을 시 공정실 내부의 입자수는 평균 약

10000개 이하지만, 조작실이 반응실과 분리되어있지 않아 분산되는 입자가

매우 많음 측정되었다. 공정실 개방시 조작실의 입자들이 공정실 내부로 유

입되고 있으며, 시간이 지남에 따라 입자들이 바닥에 잔류하게 되고 작업자

이동에 따른 침전입자의 재부상이 발생하였다.

그림 58. 조작실내 나노입자 모니터링

그림 59. 반응실내 나노입자 모니터링

71

그림 60. 포장실내 나노입자 모니터링

- 공정실의 개폐에 따라 내부공기의 입자수가 급격히 변하였다. 환기를 위한

에어컨 가동시 조작실로부터 입자의 유입 및 바닥에 잔류하는 입자들의 분

산이 활발하게 이루어졌다. 공정실 폐쇄 후 공정 가동 시 일정 크기를 갖는

입자만이 다수 분산됨을 확인하였고, 플라즈마 장치 개방시 80~120 nm 영

역의 입자수 증가하였다. 따라서 플라즈마 장치 주변으로 밀봉이 잘 되지

않은 지점을 노출이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다.- 조작실내에서는 생산된 은나노입자를 포장하는 작업이 이루어지는데, 이때

해당 나노입자의 크기만큼의 영역에서 나노입자의 노출이 증가함을 알 수

있다.

◦ S사의 현장 노출평가 사례

- S사는 은나노생산과 함께 YbF라는 희토류 나노입자도 생산하고 있는 업체

이다. 에탄올 상에서 원료물질을 수열합성법에 의해 제조하며, 탈수, 스퀴

즈, 밀링 과정(super mill, ball mill, zet mill, normal mill)을 거쳐 최종

100 nm의 나노입자를 포장하게 된다. 다양한 밀링 조건을 통해 나노입자의

크기를 제어하고 있다. - 모니터링 지점은 반응기, 탈수기, 분쇄기, 포장실에서 실시하였다. 작업자들

은 고졸출신의 테크니션이 주로 업무를 수행하고 있었으며, 작업자들의 안

전관리 교육이 이루어지고 있지 않았다. 작업시에도 개인보호장비의 착용이

제대로 이루어지지 않고 있었으며, 공정주변 바닥에 흰색의 비산입자들이

72

수북히 쌓여 있었다.

그림 61. S사의 나노물질 노출작업 환경

그림 62. 탈수장치 주변 나노입자 모니터링

자료 : submitted to Journal of Nanoscience and Nanotechnology

73

- 반응기에서 나온 나노물질을 포함한 응집체들은 탈수과정을 거치게 된다. 장비 작동시 기본 10만 이상의 비산입자가 주변에 존재함을 알 수 있고, 장

비를 가동하면서 50만개까지의 나노입자가 폭증하고 있음을 알 수 있다. 이는 탈수과정에서 밀봉이 잘 되지 않은 반응기 덮개 주변으로 나노물질들이

노출되고 있음을 알 수 있다. 이때 작업자는 개인보호장비 없이 장비 근처

에서 다른 작업을 진행하고 있어서 개인노출이 심각하게 나타나고 있음을

알 수 있다.- 필터와 squeeze 공정은 탈수된 나노입자체에서 더 많은 수분을 제거하는

과정으로 수계노출이 심하게 발생하였다. 입자는 거의 전영역에서 나노입자

가 노출되었으며, 탈수공정과 유사한 노출도 급증이 나타났다.- 원하는 입자의 크기에 따라 super mill, ball mill, zet mill, normal mill을

가동하였으며, 밀링의 종류에 따라서 입자크기 분포가 달라짐을 알 수 있

다. 일반 밀링공정에 비해 super mill 주변에서 작은 크기의 나노입자가 폭

증하였으며, 작업한 드럼을 포장단계로 이송하는 과정에서 밀링기 내부에

분산중이 나노입자가 대기상에 직접 노출되고 있음을 알 수 있다. 전체적으

로 봤을 때, 벤트시설이 갖춰진 건조기 주변의 나노입자 노출은 기본 대기

조건의 나노입자와 유사하였지만, 나머지 공정에서는 5배이상의 나노입자가

노출되고 있음을 알 수 있었다.

그림 63. 필터기 주변 나노입자 모니터링

자료 : submitted to Journal of Nanoscience and Nanotechnology

74

그림 64. Super mill 주변 나노입자 모니터링

자료 : submitted to Journal of Nanoscience and Nanotechnology

그림 65. 전체반응 공정에서의 나노입자 모니터링

자료 : submitted to Journal of Nanoscience and Nanotechnology

75

◦ A사의 현장 노출평가 사례

- A사는 은나노를 주로 생산하는 업체로 액상내 고분산된 나노입자를 생산하

는 설비를 보유하고 있다. 특이점은 citrate로 코팅된 은나노입자를 연속반

응기로 생산한다는 점이다. AgCl2와 같은 염계열의 은 전구체를 환원제와

안정제(sodium citrate)와 연속반응 시킨 다음, 원심분리기를 이용한 완제품

분리 작업을 수행하고 있다. 잔류 폐기물은 드럼을 이용하여 수집하여 폐기

하고 있다.

그림 66. A사의 나노물질 제조과정 및 노출 지점

- 연속 반응기는 밀폐식이나, 폐수 처리시 드럼부분에서 나노물질 노출이 발

생하고 있으며 전체적으로는 벤트시설이 없는 상태에서 작업이 이루어지고

있었다. 또한 제조한 은나노물질은 탈수된 상태로 점성이 있는 끈적한 액체

로 제조된다. 이를 용액내 재분산을 위해 교반기를 이용한 교반작업이 추가

적으로 수행되는 공정을 지니고 있다.- 연속식 공정으로 구성된 나노입자 제조시설은 그 규모가 크지 않아서 벤트

시설이 갖춰지지 않은 공간에서 작업이 이루어지고 있다. 또한 밀폐식이라

서 나노입자의 노출은 원심분리기 가동후 발생되는 폐수 드럼 부분에서만

발생하는 것으로 파악되었다. 노출되는 나노입자는 제조되는 나노입자보다

큰 크기인 40-120 nm 크기의 일정한 분포를 보였으며, 드럼을 교체하는 과

정에서는 약간의 노출량 감소가 발생했다.

76

그림 67. 반응기 폐수라인에서 노출된 은나노입자 노출량 평가

- 추가적인 노출원으로 파악된 교반시설에 관한 배경 입자 분석을 수행하였

다. 벤트시설이 없는 상황에서 나노입자가 제조되고 있고 폐수 드럼도 공개

된 장소에 비치되어 있어서, 작업 공간내 나노입자의 노출이 곧 배경입자화

되고 있는 양상을 보였다. - 교반기를 작동했을 때 보다는 교반기의 가동을 멈춘 후에 나노입자 노출이

급증하는 경향을 보였다. 또한 주로 발생되는 입자는 80 nm 근처로 3.5만

개 이상의 노출이 발생하고 있었다. 3 lpm의 SMPS 흡입속도를 고려하면, 80 nm 크기의 입자가 분당 약 10만개씩 노출되는 것으로 파악된다.

그림 68. 교반기 주변의 나노입자 모니터링 결과

77

그림 69. 입자의 크기별 시간에 따른 노출양상 변화 관찰

사. 파일롯 스터디에 대한 진단결과

◦ D사의 진단결과

- D사의 나노물질의 주요 환경노출원으로는 다음과 같은 내용으로 파악되었

다.1) 액상반응기 덮개 제거시, AgNP(Ag+)의 휘발과 함께 응집

2) 건조기 주변에 벤트시설 없이 시설 가동

3) 개방된 상태에서 은입자를 분쇄

4) 세척시 단순 폐수 방류

- 이들 공정에서 주로 작업하는 7명의 작업자에 대하여 작업/업무별 노출등

급, 건강영향등급, 불확실등급을 고려하여 잠재적건강위해성등급과 정보수

집 우선순위 등급을 결정하였다. - 분석결과, 제조를 담당하는 반응실 작업자(B)와 분쇄를 담당하는 분쇄실 작

업자(E), 분쇄후 포장을 담당하는 분쇄실 작업자(F)가 가장 높은 환경노출을

보이며, 이에 따른 안전관리와 환경노출 및 개인노출에 관한 정보수집이 시

급함을 알 수 있다.

78

표 23. D사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가

그림 70. D사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가

79

◦ N사의 진단결과

- N사의 나노물질의 주요 환경노출원으로는 다음과 같은 내용으로 파악되었

다.1) 플라즈마 공정 중 sealing 부분

2) 시료 포장시 대기상 노출

3) 공정내 잔류 은코일 회수시 흡입/피부 노출

4) 플라즈마 시설 청소시 폐수 방류

- 이들 공정에서 주로 작업하는 5명의 작업자에 대하여 작업/업무별 노출등

급, 건강영향등급, 불확실등급을 고려하여 잠재적건강위해성등급과 정보수

집 우선순위 등급을 결정하였다. - 분석결과, 시료 포장자(C)가 다른 어떤 작업자 보다 가장 큰 나노입자 노출

이 일어나고 있음을 알 수 있다. 본 작업자는 대기상 노출에 따른 흡입 노

출과 안구접촉 노출이 의심 되고 있다. 따라서 C 작업자에 대한 작업시간

조절 및 작업공간의 격리, 개인보호장비 및 벤트시설이 시급함을 알 수 있

다.

◦ S사의 진단결과

- S사의 나노물질의 주요 환경노출원으로는 다음과 같은 내용으로 파악되었

다.1) 노출된 상태로 탈수시설, 필터시설 가동

2) Open 상태에서 milling 장비 가동

3) 바닥에 잔존하는 입자의 부유

4) 전체 공정이 물리적 격리 없이 진행, 작업 동선 복잡

- 이들 공정에서 주로 작업하는 8명의 작업자에 대하여 작업/업무별 노출등

급, 건강영향등급, 불확실등급을 고려하여 잠재적건강위해성등급과 정보수

집 우선순위 등급을 결정하였다. - 분석결과, 밀링 작업자(D)는 응집되거나 비산중이 나노입자 노출이 가장 심

하게 나타났으며, 장비의 세척을 담당하는 보조작업자(G)도 나노물질에 쉽

게 노출됨을 알 수 있다. 특히 G는 장비세척을 통한 피부접촉 노출이 심하

며, 작업시 장비내부에 들어가서 작업하는 안전관리 개념이 부족한 상태였

다.

80

표 24. N사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가

그림 71. N사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가

81

표 25. S사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가

그림 72. S사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가

82

표 26. A사의 작업자별 정보수집 우선순위 등급 평가

그림 73. A사의 나노물질 환경노출도/안전관리 진단평가

83

◦ A사의 진단결과

- A사의 나노물질의 주요 환경노출원으로는 다음과 같은 내용으로 파악되었

다.1) 제조 공정중 원심분리기의 폐수 라인의 대기상 노출

2) 교반기 시설중 대기 노출

3) 드럼 운반 및 교반기 세척시 폐수 방류

4) 공개된 공간에서 작업으로 인한 배경 나노입자 생산

- 이들 공정에서 주로 작업하는 7명의 작업자에 대하여 작업/업무별 노출등

급, 건강영향등급, 불확실등급을 고려하여 잠재적건강위해성등급과 정보수

집 우선순위 등급을 결정하였다. - 분석결과, 원심분리기의 폐수가 모아지는 드럼을 처리하는 보조작업자(E)가

다른 어떤 작업자 보다 가장 큰 나노입자 노출이 일어나고 있음을 알 수

있다. 본 작업자는 벤트시설 없이 작업 수행을 통해 대기상으로 노출되는

나노입자를 직접 흡입하게 되며, 실내 온도 상승시 대기상 에어로졸 증가로

안구접촉 노출이 발생될 수 있다. 또한 반응기작업자와 교반기 작업자에 대

해서는 중간이상의 건강위해도를 보이고 있어서, 전반적으로 전체 설비에

대한 벤트시설 설치가 절실함을 알 수 있다.

◦ 4개사의 업체별 안전관리 가이드라인(안)- 파일롯 수준의 환경노출평가 결과, 특정작업자에게 나노물질의 노출이 심각

하게 발생하고 있음을 파악하였고 그들에 대한 안전관리 교육 및 시설격리

등이 시급함을 알 수 있었다.- 4개사는 전작업자에게 개인보호장비 착용을 의무화해야 하며 세면시설의

확보와 외부공기와의 접촉비율을 높일 수 있는 방안을 마련해야 한다.

84

그림 74. 4개사의 환경노출 평가후 안전관리 방법론 제안

아. 공정별 노출 양상 파악

◦ 공정별 환경노출도 정리

- 이상의 4개 업체에 대한 환경노출도 평가를 수행한 결과를 토대로 공정별

노출도 분석을 정리하였다.- 액상 공정 : 반응, 분리정제(탈수/필터), 교반, 폐수

- 기상 공정 : 반응, 분쇄/밀링, 건조, 포장/이송/운반

85

◦ 액상 반응 제조 공정

- 액상 반응 제조 공정은 원료물질을 이용하여 해당 나노제품(소비재 포함)을

생산하는 공정으로 액상 및 기상으로의 노출 가능성을 지니고 있다. - 액상 반응기는 뚜껑의 개폐여부에 따라 증기상으로 노출되는 나노입자의

양이 차이가 나게 된다. 또한 승온 반응이라면, 해당 공정에는 반드시 벤트

시설을 갖추고 있어야 한다. - 일례로 은나노입자를 산처리기법을 이용하여 제조하는 액상 반응공정을 살

펴보면 다음과 같다. 개폐식 반응기의 뚜껑을 여는 순간, 수증기와 함께 나

노입자가 동시에 노출되어, 은나노입자의 응집현상이 발생한다. 이를 통해

특정 크기의 나노입자 노출이 급증한다. 또한 휘발성 용매를 바탕으로 나노

입자를 제조할 경우는 상온조건에서도 용매와 함께 제조중인 나노입자의

휘발이 발생할 수 있다. - 기액 상평형에 의한 에어로졸 형태의 나노입자 노출이 액상 반응 제조 공

정에서 반드시 수반되므로, 벤트시설은 필수적이다. 이러한 노출양상은 상

대습도가 낮을수록, 온도가 높을수록, 용매의 휘발도가 높을수록, 액상내 나

노입자의 농도가 높을수록 증가하는 양상을 지니게 된다. 따라서 반드시 피

부노출 뿐만 아니라 호흡노출에 따른 안전관리 방안이 마련되어야 한다.

그림 75. 액상 반응 공정중 반응기 개방에 따른 나노입자 급증

◦ 액상 분리정제(탈수/필터) 공정

- 액상 분리정제 공정은 제조한 나노물질과 용매, 불순물이 혼합된 혼합물 상

태일 때, 나노물질만을 분리하는 공정으로, 액상 및 기상으로의 노출 가능

성을 지니고 있다. - 특히 탈수와 필터 과정을 통해 배출되는 폐수는 환경 매질인 수계로의 노

출을 야기 시킬 수 있기에, 폐수 수집 장치가 반드시 요하다.

86

- 일례로 액상 반응을 통해 제조된 나노물질 응집체를 탈수하는 공정을 살펴

보았다. 외부 환기시설(벤트, 후드)이 없는 상태에서 장비 작동시, 기본 10만 이상의 비산입자가 주변에 존재하게 되며, 장비를 가동하면 50만개까지

나노입자가 폭증하게 된다. 탈수 공정에서 밀봉이 잘 되지 않은 탈수기 덮

개 주변으로 나노물질들이 노출되고 있음을 알 수 있다. 또한 분리공정의

하나인 필터링과 스퀴징(squeeze)은 탈수된 나노입자체에서 더 많은 수분을

제거하는 과정으로 수계노출을 유발하게 된다. 분리공정에서는 제조완료된

나노입자의 크기부터 응집체(불순물)에 이르기까지 거의 전영역에서 나노입

자가 노출되는 양상을 보인다.- 탈수/필터(원심분리)와 같은 분리공정은 반드스 폐수 수집 시설을 갖추고

작업을 진행해야 환경 매질(수계)로의 노출을 억제할 수 있게 된다. 또한

작업자는 피부노출을 막기 위한 적절한 개인보호장비 착용이 필수적이다. 본 공정은 주로 수십 nm에서 수십 μm에 이르기까지 다양한 입자가 노출

되므로, 호흡 노출을 방호하는 장치도 설치해야 한다.

그림 76. 분리 공정의 탈수기 가동전후에 따른 나노입자 급증

◦ 액상 교반 공정

- 액상 교반 공정은 나노물질을 제조하는 과정의 교반이나 필터(원심분리)를

거치고 남은 나노물질의 재분산을 할 때 사용하는 작업이다. - 원료 나노물질을 외부업체(시약상)에서 구매하여 나노소비재(2차 가공품)를

제조하는 업체에서는 나노물질의 용매상 분산을 위해서도 교반 공정을 사

용하게 된다. 교반과정에서는 원료물질이 분말상일 경우 기상 노출이 발생

하며, 교반기의 개폐여부에 따라 액상내 나노입자의 기상으로의 노출이 발

생한다.- 일례로 벤트시설이 없는 상황에서 슬러리 형태의 나노물질을 용매에 재분

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산하는 공정을 살펴보았다. 개방된 공간에서 작업을 한 경우, 배경 비산입

자의 공급원으로 작용하게 된다. 교반기의 작동과 함께 액상 계면내 용매의

자유도가 증가하여 휘발되기 시작하며, 이와 함께 표층에 있는 나노입자가

에어로졸 형태로 노출되는 양상을 보인다.- 따라서 액상 교반작업은 액상 반응 제조공정과 동일한 수준에서 안전관리

를 수행해야 한다.

그림 77. 액상 교반 공정중 교반기 작동에 따른 나노입자 급증

◦ 폐수 처리 공정

- 폐수 처리 공정은 액상내 반응 잔류물의 환경 매질(수계)로의 노출을 억제

하기 위한 작업으로 폐수 드럼이나 폐수 수집 시설로 이동하는 라인을 설

치하는 작업에 해당한다. - 제조시설이 열악할 경우, 폐수 드럼을 이용한 폐액 수집을 수행하게 되는

데, 이때 개방형 드럼을 사용하게 되면 대기중 노출이 발생하게 된다. 또한

기상으로 노출된 비산입자의 시간에 따른 침전(침강)은 시설 청소과정에서

수계로 노출된다. 따라서 물을 이용한 청소전에 젖은 걸레 등을 이용하여

장치 및 바닥에 쌓인 입자를 제거하는 것이 바람직하다.- 일례로 밀폐형 원심분리기에서 발생되는 폐수를 드럼형태로 수집하는 공정

을 살펴보았다. 원심분리기를 이용한 분리정제 공정은 밀폐형이라서 환경

노출은 발생되지 않지만, 개방형 폐수 라인에서는 심각한 수준의 나노입자

노출이 발생된다. 이는 환기시설이 없는 공간에서 본 작업이 수행된다면 배

경 나노입자로서 작용하게 된다. 노출되는 나노입자는 제조되는 나노입자보

88

다 큰 크기인 40-120 nm 크기의 일정한 분포를 보였으며, 드럼을 교체하는

과정에서는 약간의 노출량 감소가 발생한다. - 해당 공정도 액상 반응 제조공정 및 교반공정과 동일한 수준에서 안전관리

를 수행해야 한다.

그림 78. 폐수 처리 공정 중 폐수라인 주변에서의 나노입자 노출

◦ 기상 반응 제조 공정

- 기상 반응 제조 공정은 열분해법, 레이저이용, 플라즈마 이용, 폭발법 등 다

양한 제조 방법이 적용되며, 주로 CNT 제조에 사용된다. - 기상 반응은 분말상 입자를 사용하므로 기상으로의 노출이 주가 된다. 따라

서 환기시설 및 호흡노출을 방호하는 개인보호장비의 착용이 필수적이다. 또한 작업후의 비산된 나노입자는 배경입자화 되며, 시설내 축적되는 경향

을 지니게 된다.- 일례로 플라즈마를 이용한 건식 나노입자 제조에 관하여 살펴보았다. 금속

선에 플라즈마를 가하여 폭발반응을 시키면 특정 크기 미만의 나노입자 생

산되며 이를 필터를 거쳐 분리하여 최종제품을 생산하는 공정이다. 공정실

의 개폐에 따라 내부공기의 입자수가 급격히 변하였다. 환기를 위한 에어컨

가동시 조작실로부터 입자의 유입 및 바닥에 잔류하는 입자들의 분산이 활

발하게 이루어졌다. 공정실 폐쇄 후 공정 가동 시 일정 크기를 갖는 입자만

이 다수 분산됨을 확인하였고, 플라즈마 장치 개방시 80~120 nm 영역의 입

자수 증가하였다. 따라서 플라즈마 장치 주변으로 밀봉이 잘 되지 않은 지

89

점을 노출이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다.- 건식 제조장치는 열을 주로 사용하므로 밀폐형 장치를 쓰게 된다. 따라서

노출되는 양이 적을것으로 예상되지만, 반응이 끝난후 장치의 개방은 반응

기 내외부의 열 및 압력구배로 인한 확산을 증가시킨다. 따라서 건식 나노

입자 제조시에는 반응실을 밀폐형으로 갖추는 것이 바람직하다.- 건식 분말상 나노입자 제조시에는 환기시설이 갖춘 공간에서 작업이 이루

어져야 하며, 환경 매질(대기)로의 노출을 최소화하기 위한 필터를 갖춘 벤

트시설이 있어야 한다. 개인노출을 막기 위한 노출수준에 따른 적절한 개인

보호장비 착용도 필수적이다.

그림 79. 기상 반응 제조 공정 중 공정실 개방에 따른 나노입자 급증

◦ 기상 분쇄/밀링 공정

- 기상 분쇄 및 밀링 공정은 벌크한 원료물질은 쪼개어 작은 입자화 시키는

하향식(top-down) 방식의 나노입자 제조 공정에 해당한다. 액상 제조 공정

으로 만든 나노응집체를 건조한 뒤, 분쇄할 때도 본 공정을 사용한다.- 분쇄작업 과정에서는 반드시 기상 비산입자 노출이 야기되므로 호흡노출을

억제하는 벤트시설이 갖춰져야 하며, 적절한 수준의 개인보호장비를 착용해

야 한다. - 일례로 액상 공정으로 제조한 뒤 건조시킨 입자의 분쇄(grinding) 공정을

살펴보았다. 제조시설내 벤트설비가 있다면 배경입자가 충분히 제거가 된

다. 그러나 분쇄 작업이 완료되었더라도 분쇄기가 충분히 작동을 멈춘 뒤에

장비를 개방해야만, 장치내 비산중인 나노입자의 환경중 노출을 억제할 수

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있다. - 건식 공정으로 제조된 나노응집체를 밀링과정을 통해 더 미세한 나노입자

로 만드는 공정도 있다. 원하는 입자의 크기에 따라 super mill, ball mill, zet mill, normal mill을 사용하며, 밀링의 종류에 따라서 입자크기 분포가

달라진다. - 건식 공정은 분쇄작업이나 제조과정이나 언제나 기상 노출을 야기하므로

호흡노출을 차단해야 하며, 환경 매질(대기)로의 노출을 차단할 수 있는 필

터시설이 갖춰진 벤트(후드) 장치가 가동되어야 한다.

그림 80. 기상 분쇄 공정의 grinder 작동에 따른 나노입자 노출

◦ 기상 건조 공정

- 기상 건조 공정은 액상으로 제조된 나노입자를 판매에 용이한 형태인 분말

상으로 제조하는 작업으로, 나노입자에 포함된 수분, 용매를 제거하는 작업

에 해당한다.- 보통 기상 건조 공정은 밀폐형 건조기를 사용하므로 직접적인 노출은 일어

나지 않는다. 그러나 건조기를 개방하는 순간, 건조기 내부에 있는 분산된

나노입자의 호흡노출이 발생된다.- 일례로 액상으로 제조한 나노입자를 건조시키는 공정을 살펴보았다. 건조실

은 온도와 압력차에 의한 일시적이 나노입자의 노출이 발생하였다. 따라서

본 작업에서도 호흡노출이 주요인이 되므로 이를 차단할 수 있는 벤트와

개인보호장비 착용이 필요하다.

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그림 81. 기상 건조 공정중 건조장치의 개방에 따른 나노입자 급증

◦ 기상 포장/이송/운반 공정

- 기상 포장/이송/운반 공정은 완제품을 포장(건식, 습식)하는 작업이나, 폐수

드럼의 이송/운반 작업, 후처리 공정으로의 이동에 따른 작업에 해당한다.- 완제품을 포장할 때는 주로 기상 분말상 입자가 비산된다. 폐수 드럼을 운

반할 때는 피부접촉을 야기할 수 있다.- 일례로 기상 분말상 입자를 포장하는 공정을 살펴보았다. 포장공정중에 벤

트시설이 없거나 있더라도 미가동 된다면, 해당 나노입자는 배경나노입자화

되어 지속적인 호흡노출을 야기하게 된다. 이는 환기시설만 갖추더라도 쉽

게 해결할 수 있는 문제가 된다.

그림 82. 기상 포장 공정중 벤트시설 미가동 및 드럼 이동에 따른 나노입자 노출

- 또다른 일례로 작업한 드럼을 포장단계로 이송하는 과정에서 대기상 노출

이 일어나는 공정도 살펴보았다. 분말상으로 제조한 나노입자가 모아진 드

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럼을 포장단계로 이송하는 과정에서도 충분한 양의 기상 노출이 발생한다.- 따라서 본 공정은 기상노출이 주요 요인이 되므로, 포장은 환기시설이 갖춰

진 공간에서 이뤄져야 하며, 이송과 운반과정에서는 호흡노출을 막는 개인

보호장비를 착용해야 한다.

◦ 폐기 공정

- 폐기 공정은 나노폐기물을 폐수 또는 슬러리 형태로 처리하는 작업을 말한

다. 본 공정에는 회수(재사용, 재활용) 작업도 포함된다.- 나노폐기물은 불순물, 2차 생성물, 화합물, 용매, 용제 등 다양한 물질이 혼

합된 상태이므로 환경 매질(수계 및 토양)로의 노출이 되지 않도록 적절한

처리 시설을 갖춰야 한다. 처리 시설이 없을 시에는 반드시 나노폐기물을

밀봉하며 사람 출입이 적은 공간에 수집한 다음, 외부 처리시설을 통해 나

노폐기물을 폐기해야 한다. - 고가의 원료물질(귀금속류)를 사용할 경우는 나노폐기물로부터 원료물질을

회수하는 공정이 필요하다. 해당 작업은 다양한 용매를 이용하여 나노폐기

물로부터 원료물질을 분리하기 때문에 다량의 폐수가 발생할 수 있다. 이는

반드시 폐수 처리 방법에 준용해야 한다.

자. 노출평가에 따른 안전관리 대책

◦ 노출평가 후 관리대책

- 환경노출평가가 완료되면 작업자에 따른 정보수집 우선순위를 결정하게 된

다. 그후 유해요인을 제거하거나 저유해한 것으로 대치할 수 있는 기법을

마련하거나 긴급한 경우는 개인보호장비 착용을 의무화시켜 개인노출을 최

소화시켜야 한다.- 또한 공정관리, 경영관리, 작업관리를 통해 개인 노출자들의 의식전환을 야

기시켜야 한다. 피부노출후 세면 등을 통해 2차적인 오염을 막아야 한다.

93

그림 83. 환경노출 평가 및 안전관리 방법론

- 각각에 대해서 구체적으로 정리하면 다음과 같다. 1) 제거대체 : 유해요인을 제거하고 저유해한 공정이나 물질로 대체한다. 그

러나 공정기술과 제조 공정의 노하우, 특허건으로 인해 관리자 입장에서 제

거대체 방법론은 기피할 수 있다.2) 개인보호장비 : 추가적인 시설투자 없이 가장 손쉽게 인체 노출을 억제할

수 있는 방법으로, 노출수준에 맞춘 적절한 PPE 착용이 이루어져야 한다. 그러나 원천적인 노출원 제거를 이루지 않고서는 지속적인 최고수준 PPE 착용으로 인한 작업자의 스트레스를 야기할 수 있기 때문에, 노출원 파악

및 제거가 더욱 중요하게 된다. 즉, PPE 착용은 가장 하위단계의 노출회피

방법에 해당한다.3) 공정관리 : 나노물질이 노출되는 노출원으로부터 작업자를 물리적 장벽,

시간적 격리, 거리적 격리를 이룰 수 있도록 해야 한다. 저독성의 고농도

물질일 경우는 전체환기를 통해 손쉽게 해결 가능하지만, 고독성의 저농도

이상일 때는 국소환기시설인 벤트시설을 설치해야 한다.4) 피부노출 관리 : 작업중 개인위생 관리를 철저히 하여, 작업장 외부로 이

동시에 의복 및 손/얼굴 등의 세척을 확실히 수행해야 한다. 이로서 2차 오

염을 방지할 수 있다. 또한 작업장내 섭취 및 흡연을 금지하여 호흡, 섭취

노출을 억제한다.5) 작업관리 : 나노물질을 취급하는 근로자를 대상으로 지속적이며 주기적으

로 나노물질의 위해성과 나노물질 취급관리요령, 개인보호장비의 수준별 착

용법/착용주기, 노출원 파악, 노출량 측정 등에 관한 교육을 실시해야 한다.

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이로서 작업자 스스로 나노물질의 노출에서 피할 수 있는 방법을 체득하게

할 수 있다.6) 지속관리 : 주기적인 노출 모니터링을 실시하여 노출원을 지속적으로 관리

한다. 또한 이를 문서로 기록하고 공개하여 후속작업에게 나노물질 노출에

관한 사전 정보를 제공하게 한다. 7) 경영관리 : 전체 근로자를 대상으로 잠재적 노출시간을 고루 분산 시킬 수

있도록 근무시간을 조정한다. 또한 가장 중요한 것은 최고경영자의 나노물

질 위해성에 관한 인식이 있어야 하며, 나노물질 노출에 따른 저감대책 수

립에 적극적이야 한다는 점이다.- 이상의 방법론에 관하여 노출평가 이전과 이후로 구분하여 세부적으로 기

술하면 다음과 같다.

◦ 노출평가 이전 안전관리 방법

- 나노물질 환경노출도 평가가 이루어지기 전에 예상되는 노출원과 최우선

정보수집 작업군에 관하여 장단기적 관리방법을 강구할 수 있다. - MSDS 확보

MSDS의 확보는 나노물질 취급전에 가장 먼저 선행되어야 하는 업무로, 나

노물질 생산자에게 취득하거나 자료가 없을시에는 유사한 제품을 생산하는

전문 시약업체(Sigma-Aldrich 등)의 공식 홈페이지를 통해 확보할 수 있다. MSDS를 확보하는 방법은 부속서C에 따로 정리해 두었다. 주의할 사항은

해당 물질마다 입자의 크기나 표면처리 여부에 따라서 MSDS가 달라질 수

있으므로, 해당 물질과 가능한 유사한 자료를 확보해야 한다.- 개인보호장비 착용

적절한 개인보호장비 착용은 작업자가 인지하지 못하거나 장비의 결함, 부

지불식간에 발생될 수 있는 나노물질의 인체 노출을 사전에 막을 수 있는

수단이라 할 수 있다. 개인보호장비는 피부노출을 방호하기 위한 의복, 장

갑류가 있으며, 호흡 노출을 막기 위한 마스크, 방독면이 있고, 안구 접촉

억제를 위한 보안경 등이 있다. 의복은 실험복(lab coat)과 방진복

(cleanroom wear)으로 나눌 수 있는데, 실험복은 주로 면으로 구성되어 있

으며 방진복은 폴리프로필렌과 이중부직포로 분진 차단효과가 우수하다. 장갑은 폴리글러브, 라텍스, 나이트릴 장갑으로 나뉘며, 주로 1회 사용후 폐기

하는 것을 원칙으로 한다. 호흡 노출에는 N95 방진마스크와 EN143 방독면

사용이 권장되며, 안구 노출 억제를 위해서는 안경 타입보다는 측면까지 차

단할 수 있는 고글형 착용이 바람직하다. 장비 세척시에는 나노물질 폐기물

95

로 인한 피부접촉이 반드시 발생하므로, 전신 보호복을 착용해야 한다.- 나노물질 취급자 교육

나노물질 취급자 및 취급장내 출입하는 사람은 반드시 나노물질이 기상 및

액상으로 노출 될 수 있음을 인식하도록 교육이 필요하다. 해당 나노물질이

가질 수 있는 인체 및 환경 위해성에 관한 다양한 보도자료나 문헌자료를

활용하여 작업자로 하여금 사전에 잠재위해성에 관해 인지하고 있어야 한

다. 따라서 최초 작업시작 시점에서 MSDS와 문헌자료를 활용한 교육과 자

료의 주기적인 숙지를 위한 자료비치가 이루어져야 한다. - 벤트시설 확보

분말 및 에어로졸 노출이 예상되는 작업에서는 반드시 후드와 벤트 설비가

갖춰져야 한다. 설비가 있다고 하더라도 가동하지 않거나 적절한 높이에 후

드가 설치되어 있지 않으면, 인체 노출을 막을 수 없게 된다. 또한 실내 공

기질 개선을 위한 환기시설을 갖추는 것이 바람직하나, 배출된 공기가 공기

정화 장치(HEPA 필터 등) 없이 시설 내부로 재순환되면 나노물질 누적이

심화된다. 이럴 경우 배경 나노입자의 수가 지속적으로 증가하는 결과를 양

산하게 된다. 환기시설이 확보되지 않았다면, 주기적인 공기순환을 할 수

있도록 출입구의 개폐가 이루어져야 한다. 단 환기시설(에어컨, 선풍기 포

함)로부터 나오는 공기흐름의 방향은 작업자의 등을 지고 있어야 한다. 분

말상 나노물질을 취급시 공기흐름과 마주보고 작업할 경우는 흡입 노출 가

능성이 증가하게 된다.- 시설격리

만약 자동화가 가능한 나노물질 제조공정이라면 반응실과 조작실을 물리적

으로 격리 시켜두면, 인체 노출은 최소화시킬 수 있다. 단 반응실과 조작실

간의 공기흐름을 차단해야 하며, 두 실간의 격실을 두어 나노물질의 조작실

내 침범을 막는것이 바람직하다. - 작업환경관리

작업환경의 청결 관리는 배경 나노물질의 양산을 막고 나노물질과 접촉한

설비의 촉수 접촉을 통한 2차 노출을 억제할 수 있다. 따라서 나노물질 취

급시 사용했던 1회용 개인보호장비는 반드시 적절한 방법으로 폐기해야 하

며, 작업이 끝난 다음에는 벤트시설을 가동하여 내부 공기질 개선에도 노력

해야 한다. 또한 주기적인 청소를 통해 작업장 설비 표면을 청결히 관리하

여 촉수오염을 막아야 한다. 표면 청소시에는 젖은 걸레를 이용하거나

HEPA 필터를 갖춘 진공청소기를 이용하는 방법이 있을 수 있다. 비산입자

가 많을 경우는 작업장 바닥에 물을 뿌려주는 것만으로도 상당수의 배경

96

나노입자를 줄여줄 수 있다.

◦ 노출평가 이후 안전관리 방법 : 단기적 관리방법

- 단기적인 관점에서 즉각적인 나노물질 노출을 억제할 수 있는 방법으로는

노출수준에 맞춰서 개인보호장비를 착용하는 것이 가장 우선시 되어야 한

다. 장기적 관리방법이 구축되기 전까지는 반드시 적합한 개인보호장비를

사용해야 한다. - 노출수준에 따른 개인보호장비 착용

나노물질의 노출수준(농도)을 평가 완료하였다면, 해당 결과값을 기확보한

MSDS의 노출농도와 비교하여 노출수준에 맞춰 개인보호장비를 착용한다. 환경노출수준이 2이하일 경우는 최하위 수준의 PPE 착용이 작업자로 하여

금 PPE 착용에 따른 스트레스를 줄여주게 된다. 즉 나노물질이 노출되지

않거나 노출원이 제거 되었다면, 과도한 수준의 PPE 착용은 피해야 한다. 최고수준의 개인보호장비 착용은 노출기준을 초과했고 단기간내 문제점을

해결할 수 없을 때 선택하게 된다. 이때는 방진복(EN340), 라텍스 장갑, 방

진마스크(N95), 고글 등의 착용이 이루어져야 한다. 또한 나노물질 제조 또는 가공 장비를 다룬 다음 개인보호장비는 폐기여부

에 따라서 적절한 조치를 취한다. 비닐 봉투를 이용한 밀봉 폐기를 수행하

면 비산에 의한 2차 오염을 막을 수 있다. 작업자는 작업이 끝난 다음 반드

시 세면시설을 이용하여 피부에 접촉된 나노물질을 세척해야 하며, 다른 사

람과 다른 장소로의 나노물질 이송을 막을 수 있다. - 정보제공 및 교육

나노노출 평가가 완료되면 해당 나노물질 취급자에게 노출수준 및 위험성

여부를 통보해야 한다. 이는 작업자 스스로 개인보호장비 착용을 하도록 유

도할 수 있는 방법이다. 또한 주요 노출원과 주요 노출 작업군을 파악케 하

여 물질 취급시 주의할 수 있도록 한다. 작업장내에서는 음식물 섭취나 흡

연 행위를 금지시켜서 나노물질의 경구 섭취가 일어나지 않도록 해야 한다. - 경영관리

노출되는 나노물질을 장기간 섭취, 호흡, 접촉 했을 경우 건강상의 문제가

발생한다면, 경영관리 기법을 이용해야 한다. 즉 특정인에게만 잠재적 노출

이 일어나지 않도록 작업시간 조정 및 일정 작업시간 이후 작업재배치를

수행해야 한다. 이러한 방법은 잠재적 위험성에 지속적으로 노출되는 것을

막게 하여 개인 건강상의 문제를 해결할 수 있게 된다. 환경 매질로의 노출

이 이루어지고 있다면, 관리자는 폐기물의 일괄 처리를 할 수 있도록 관리

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방침을 세워야 한다.- 공정관리

공정관리는 주로 시설투자나 장비의 변형, 공정의 변화 등이 필요한 장기

적 관리법에 해당하지만, 장기적 관리방안을 마련하기전에 단기적으로 수행

할 수 있는 공정관리 방안도 있다. 정상적인 공정운영에 방해를 받지 않고

업무를 수행할 수 있도록 장비를 재배치하는 것도 하나의 방법이다. 작업자

의 편의도 중요하지만 궁극적인 노출원 제거가 이루어지기 전까지는 환기

가 유용한 위치로 노출원이 되는 시설/장비를 이동시켜야 한다. 적은 양의

나노물질이 지속적으로 노출되는 경우는 국소환기시설을 이용한다. 환경매

질로의 노출이 일어나지 않도록 환기시설의 말단에는 필터나 나노입자 포

집장치를 설치하는 것이 바람직하다. - 나노물질은 다품종 소량 생산이 주를 이루고 주로 수요중심으로 주문생산

을 하게 된다. 따라서 공정 조업을 하지 않을 경우도 발생하는 데, 이때는

장비의 가동 중단 이후 환경 매질로 노출될 가능성은 없는지 검토해야 한

다.

◦ 노출평가 이후 안전관리 방법 : 장기적 관리방법

- 파악된 나노물질 노출원을 궁극적으로 관리하고 제거하기 위해서는 장기적

관리방안을 마련해야 한다. 즉 지속적인 관리가 필요하면 노출원을 격리시

켜야 하며, 노출평가 결과를 기록하고 주기적인 모니터링을 실시해야 한다. 장기적 관리방법은 상당부분이 관리자의 결정이 필요하게 되므로, 나노물질

에 관한 잠재적 위해성을 인지하고 있어야만 장기적 투자가 이루어질 수

있다. 해당 방법으로는 대상 나노물질을 보다 덜 위해한 물질로 대체하거나

새로운 공정을 도입하는 방법이 있을 수 있다. 또한 시설투자를 통해 인체

및 환경 노출에 따른 직접적인 접촉을 차단할 수 있는 물리적 격리를 수행

해야 한다.- 제거/대치에 의한 공정관리

공정관리 기법중의 하나로서 기존 공정의 장비를 변형시켜 노출한계 이하

로 유지시키기는 방법이 있다. 이는 시설투자 필요하여 관리자의 판단이 중

요하게 작용한다. 대상물질의 노출을 억제하기 어렵다면 유해성이 낮은 물

질로 대치하는 것이 가장 효과적인 관리대책이라 할 수 있다. 이는 노출로

인한 인체 및 환경 위해성 문제를 원천적으로 제거하는 가장 손쉬운 방법

이자만, 공정 기술과 제조 공정의 관리자에게 민감한 사안이 될 수 있다. 특히 특허건과 관련된 내용일 경우는 다른 방안을 선택해야 한다. 분말형태

98

의 물질은 용액과 혼합하여 사용해도 물성 변화가 없다면, 용액내 혼합된

상태로 취급하는 것이 호흡노출을 막는 방법이다. 또는 분말형태 보다는 과

립형태로 제조할 경우는 비산되는 양을 줄일 수 있으며, 스프레이 코팅 공

정은 용액에 직접 담궈 코팅하는 방법으로 전환한다면 호흡노출을 상당히

저감시킬 수 있게 된다. 즉 급작스런 공정전환이 아닌 장기적 관점에서 순

차적인 공정전환을 꾀하도록 해야 한다.나노분말 대신에 과립형태 입자를 사용하는 공정으로 전환

나노분말 사용 공정에서 액상에 분산된 나노물질 사용

기상 반응 제조 공정에서 액상 반응 제조 공정으로 전환

스프레이 코팅에서 딥(dip) 코팅으로 전환

개방형 설비에서 밀폐형 설비로의 설비 전환

- 배치(batch) 반응기에서 흐름 반응기로의 설비 변경

설비 변경이나 공정 전환이 이루어질 경우는 산업안전 전문가에 의뢰하여

공정 변환으로 발생될 수 있는 추가적인 환경오염 문제가 없을지를 판단해

야 한다. 만약 설비 투자를 하고도 대치 시설이나 공정이 유사한 정도의 위

해성 문제를 야기한다면, 근원적인 해결방안이 되지 못하게 된다.- 물리적 격리를 통한 공정관리

공정의 장비 변형이나 기존 물질의 대치는 나노물질 생산에 치명적인 문제

를 야기할 수도 있다. 즉 특정 물질과 특정 반응조건에서만 생성되는 나노

물질도 있기 때문에 공정전환이 불가할 경우는 물리적 격리를 통한 공정관

리 기법을 선택해야 한다. 즉 물리적 장벽을 두어 노출에 대한 직접적인 접

촉을 막고, 시간과 거리상의 격리를 이뤄야 한다. 작업의 자동화가 가능하

다면, 작업실과 조정실을 격리하고 두 배실 사이에 격실을 두어 작업실의

나노물질이 조정실로 넘어 들어오지 않게 해야 한다. 글로브박스(glove box)와 같은 밀폐형 시설을 이용할 경우, 호흡 및 피부노출을 원천적으로

통제할 수 있다. 또한 추가적인 벤트시설을 확보하여 분말시료 취급시 노출

문제를 제거할 수 있다. 해당 시설 설치는 작업자의 편의도 고려해야 하며, 적절한 교육 없이는 시설 활용이 어려워 질 수 있다.

나노물질을 직접 취급하지 않는 외부인이 출입할 경우를 대비하여, 나노물

질 노출지역임을 표시하여 구획하는 것이 바람직하다. 또한 개인보호장비의

비치 장소, 폐기물 처리 장소, 세면/샤워시설, 휴게시설 등이 나노물질 취급

시설과 구획되어야 한다. 또한 나노물질이 저장된 공간도 외부에 노출되지

않도록 시설 격리가 이루어져야 한다.- 폐기물 처리

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나노 폐기물은 나노물질 생산과정(부산물)이나 폐기과정(폐기물)에서 주로

발생하게 된다. 독립적인 나노입자로 존재하지는 않지만 이들 폐기물에는

나노응집체 형태의 나노물질이 존재하게 된다. 이러한 폐기물에는 주요 생

산물 보다 더 높은 농도의 나노물질이 불순물과 함께 포함될 수 있다. 따라

서 이들 또한 나노물질로 간주하고 적절한 PPE 착용과 함께 폐기물에 직

접적인 접촉을 피해야 한다. 반응 장비의 청소, 점검, 이동 중에 발생되는

폐기물도 동일하게 적용한다. 착용했던 1회용 PPE는 나노물질을 직접적인

접촉을 한 것이기 때문에 재사용하지 않도록 해야 한다. 작업실내 개인보호

장비는 외부반출을 막아서 환경 매질로의 2차 노출을 막아야 한다. 분말 나노물질의 폐기시에는 비산을 억제할 수 있는 밀봉 용기에 저장하여

처리한다. 액상 폐기물은 필터링이 가능하다면 용액을 분리하여 슬러지 형

태로 폐기하며, 불가능 하다면 드럼에 모아 폐수 처리시설로 보내야 한다. 토양 미생물은 은나노물질 등에 의해 사멸할 수 있기 때문에, 나노 폐기물

은 토양에 매립하지 않도록 한다. 재활용이 가능한 폐기물은 적절한 처리를

통해 원재료로 사용한다. 소각이 가능한 폐기물은 외부 소각시설을 이용하

여 처리한다.- 지속관리

나노물질 환경노출도 평가를 통해 주요 노출원이 파악 되었다면, 다양한

관리방법을 통해 안전관리를 수행하였을 것이다. 이러한 관리행위는 1회에

그치지 않고, 노출원 제거에 따른 재평가가 필요하며, 주기적인 모니터링이

이루어져야 한다. 실시간 모니터링은 실효성도 없으며 거의 불가능하기 때

문에 이에 대한 투자를 필요치 않는다. 대신 나노물질 취급자에게 지속적인

안전관리 교육을 시켜 취급상 주의요령을 숙지하도록 해야 한다. 나노물질

취급자에게는 MSDS, PPE 착용 수준, 환기시설 작동, 주요 노출원, 설비 가

동시 유의사항, 폐기물 처리 요령, 세척시 주의사항, 개인 건강이상 유무 확

인 등의 방법을 교육시켜야 한다.- 건강관리

나노물질 환경노출 기준 이하로 노출시에는 즉각적인 개인 신체 이상이 발

견되지 않는다. 따라서 반복적인 노출로 인한 건강 이상을 확인하기 위해서

는 관리자 입장에서 작업자의 개인 건강을 모니터링 하도록 해야 한다. 그

러나 나노물질 노출과 개인 건강과의 직접적이고 명확한 상관관계를 도출

하기는 어렵다. 따라서 여타 다양한 요인에 의해서도 동일한 건강 이상 징

후가 나타날 수 있기 때문에, 건강관리 정보는 참고자료로 활용해야 한다. 모든 취급자를 대상으로 건강관리를 수행하기 어렵다면, 고농도의 나노물질

100

을 취급하는 대상자를 우선적으로 시행한다.- 기록유지

환경노출도 평가 결과 및 안전관리를 통한 점검사항 등은 반드시 문서화하

여, 차후 장비 가동시에 다른 작업자로 하여금 빠르게 노출정보를 획득할

수 있도록 해야 한다. 여기에는 MSDS도 포함 되어야 하며, 적절한 노출수

준에 따른 개인보호장비 착용규칙도 함께 설명되어야 한다. 또한 주요환경

인자로 작용하는 원재료, 중간생성물, 생성물, 부산물, 첨가제, 기타 유/무기

물, 유해성 폐기물에 관한 정보도 기록되어야 한다.

101

4. 나노물질 안전관리 가이드라인 구축 방안

가. 기표원 자료와의 차별화

◦ 기술표준원의 안전관리 가이드라인과 비교검토

- 기표원에서는 KSA6202를 2009년 5월 6일자로 제정하여 공표하였다. 이는

나노물질을 취급하는 작업장/연구실의 작업안전지침으로 국내에서는 처음

으로 공표했다는데 의의가 있다. 그러나 첫작업인만큼 내용 보완이 많이 필

요하며, 본 용역의 최종결과물과 차별화를 위해서도 정량적인 위해등급 판

단 및 노출원 파악방법론, 실질적인 나노물질 노출평가기법을 제시해야 한

다.

그림 84. 기표원의 안전관리 가이드라인과 검토

나. 안전관리 가이드라인 구축에 관한 정리

◦ 안전관리 가이드라인은 부록으로 제공

- 사업 내용을 바탕으로 얻어진 다양한 연구결과를 활용하여 개인보호장비의

적절한 착용기준을 마련하고, 공정내 안전관리 방법을 제시하고자 한다. 이

에 관해서는 부록으로 제공되는 “나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리

가이드라인”에서 구체적으로 기술된다.

102

그림 85. 개인 보호장비 착용을 위한 판정 순서도

◦ 개인 안전관리 : 사전 파악

1) 나노물질 취급 여부 : 나노물질을 취급하지 않는 공정에서는 일반적인 화

학물질안전관리지침(MSDS)를 따르도록 한다. 따라서 MSDS에 제시되어 있

는 최저수준의 PPE 착용을 따른다.2) 나노물질 종류 파악 : CNT와 같은 창모양의 나노입자의 비산 노출시에는

호흡에 따른 노출과 안구접촉에 따른 노출이 발생될 수 있으므로, 호흡노출

및 고글 착용이 권장된다.3) 나노물질 노출 여부 : 나노물질을 취급하지만 환기시설이 제대로 갖춰져

있고, 작업자와 취급시설간의 물리적 격리가 완벽히 이루어져 있다면 나노

물질의 인체 노출이 일어나지 않는다고 볼 수 있다. 이때는 일반화학물질

사용에 따른 MSDS에 준용한다.4) 주요 노출원 파악 : 노출 평가를 통해서 주요 노출원을 파악해야 한다. 해

당 나노입자의 성상에 따라서 적절한 노출평가 장비를 이용하되, 노출원 파

악이 불가시에는 최대 노출로 간주하여 최고수준의 PPE 착용을 수행한다.5) 노출 형태 : 노출형태가 기상일 경우는 비산입자 방호용 장비를 강화하고,

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액상일 때는 피부접촉을 억제할 수 있는 방법을 강구한다. 액상내 나노입자

의 에어로졸 형태의 노출은 호흡노출을 억제하는 PPE를 착용한다.6) 노출 농도 : 노출원을 파악하였으나 노출농도를 조사할 수 없을 경우는 최

고수준의 PPE 착용을 한다. 또는 노출농도를 알 경우는 노출수준에 따른

수준별 PPE 착용을 통해, 작업자로 하여금 PPE 착용에 따른 스트레스를

최소화한다.

그림 86. 개인보호장비의 노출상황에 따른 보호수준 결정

- 개인보호장비의 보호수준은 피부, 호흡, 안구 노출에 따른 PPE 종류마다 차

이가 있다. 따라서 환경노출수준을 감안하여 보호수준을 결정하고 해당

PPE를 선택하는 것이 바람직 하다. 또한 사용후 재사용이 되지 않는 PPE는 반드시 적절한 방법으로 폐기 처리해야만 2차 오염을 막을 수 있다.

- 참고로 보호복은 유럽의 규정을 전세계 표준으로 사용하고 있으며, EN340에 따른 6종류의 보호복이 사용되며 방진복도 이에 해당된다. 정전기 방지

를 위해서는 EN149, 방사능 오염을 위해서는 EN1073, 항 바이러스를 위해

서는 EN14126 보호복을 착용한다.1) Type 1 : 가스 차단 보호복(gas tight suits), 주위 환경으로부터 완벽하

게 차단된 보호복

2) Type 2 : 비기체 차단 보호복(non-gas tight suits), 유해인자의 유입을

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막기 위해 내부에 양압식 호흡 보호구를 같이 쓰지만, 완전히 밀폐되지

않는 보호복

3) Type 3 : 액상 차단 보호복(liquid tight suits), 강하고 방향성을 가지고

분사되어지는 액상 케미컬에 대해 보호도를 제공하는 보호복

4) Type 4 : 스프레이 차단복(spray tight suits), 보호복에 고일 정도로 분

사되는 응축된 액상 케미컬에 대하여 보호도를 제공하는 보호복

5) Type 5 : 분진 차단복(dry particle suits), 유해한 분진 입자로부터 보호

도를 제공하는 보호목

6) Type 6 : 제한적 스프레이 차단복(reduced spray suits), 방향성이 없는

액상 케미컬의 분무에 대한 보호도를 제공하는 보호복

그림 87. 나노물질 취급 공정내 안전관리를 위한 판정 순서도

◦ 공정내 안전관리(실험실 포함)

- 연구실을 포함한 나노물질을 취급하는 공정을 지닌 시설에서는 나노물질의

노출평가를 통한 노출원 파악 및 적절한 개인보호장비 착용을 권고할 수

있도록 해야 한다. 이를 위하여 다음과 같은 절차를 거친다.

105

1) 나노물질 취급 여부 : 나노물질을 취급하지 않는 공정에서는 일반적인 화

학물질안전관리지침(MSDS)를 따르도록 한다. 따라서 MSDS에 제시되어 있

는 최저수준의 PPE 착용을 따른다.2) 나노물질 취급 공정 파악 : 나노물질을 취급하는 공정별로 나노물질 노출

에 따른 인체 접촉 부위가 결정된다. 액상반응의 경우는 피부노출이 가장

우세하며, 기상반응은 안구 및 호흡노출이 가장 우세하게 된다. 따라서 해

당 공정별로 안전관리 방안이 차별화 되어야 한다.3) 정보수집 우선순위 결정 : 노출기준에 따른 건강영향을 파악하고, 건강위

해도/건강영향/불확실성 등급을 이용하여 정보수집 우선순위를 결정한다. 이를 통해 노출평가 이전에 나노물질이 주로 노출되는 작업군을 판별할 수

있고, 노출평가 없이도 나노물질 노출을 억제할 수 있게 된다. 정보수집 최

우선을 차지한 작업군에 대해서 우선적으로 노출평가를 실시한다.4) 노출평가 능력 여부 : 기상 및 액상에 관한 실시간 나노물질 노출평가를

수행할 수 있는 시설의 보유 여부를 판단한다. 시설이 없을 시에는 SMPS, ELS(DLS) 장비를 보유한 기관에 모니터링을 의뢰한다. 단, 액상 노출평가

시에는 시료를 채취해 외부 기관에 분석의뢰해도 무관하지만, 시간에 따른

나노물질의 성상변화가 우려될 경우는 가능한 신속히 분석을 완료하도록

해야 한다. 만약 장비를 보유하지 않고 있으며 외부에 분석의뢰도 이루어지

지 않은 상태라면, 최고수준의 PPE 착용이 이루어져야 한다. 또한 해당 노

출원에 대한 시설 격리와 벤트시설 확충이 필수적이다.5) 노출 모니터링 실시 : 기상/에어로졸에 대해서는 SMPS, ASP를 이용하여

모니터링을 실시하고, 액상에 대해서는 ELS(DLS)를 이용하여 분석을 수행

한다. 또한 해당 물질을 포집하여 SEM, TEM을 이용한 형상 분석(응집 여

부, 크기/모양 검증)을 수행하고, 성분분석(SEM-EDS)를 통해 실제 포집한

물질이 노출된 나노물질인지를 확인해야 한다. 이때는 주로 외부기관 분석

을 수행한다.6) 주요 노출원 파악 : 노출평가를 통해 의심되는 노출원을 검증하고, 노출

시나리오를 구성하여 노출원을 차단하는 방법을 강구한다. 또한 정보수집

우선순위의 후순위 작업군에 대해서는 동일한 방법으로 수행하여, 공정 조

업시 나노물질 노출에 따른 위해성을 최소화 할 수 있도록 한다.7) 관리대책 마련 : 시설투자전에는 노출수준에 맞춘 PPE 착용을 따르며, 유

해요인을 제거(시설격리, 벤트, 공정/물질 대체)할 수 있는 다양한 관리대책

을 마련한다. 또한 근로자 교육, 주기적 노출평가, 문서작성, 책임자 인식

변화와 같은 추가적인 노력을 기울인다.

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5. 결론

◦ 총설

- 본 연구과제에서는 나노물질의 환경노출도 측정 방법론을 제시하고 이를

바탕으로 주요 공정별 나노물질 노출원을 파악하고자 하였다. 이를 통해 나

노노출 수준을 결정하고 인체 및 환경위해 등급을 결정하고자 하였다. - 이를 위하여 실험실 수준의 표준나노물질의 노출평가를 수행하였으며, 액상

내 나노물질의 기상으로의 노출발생을 파악하였다. 또한 4개업체에 대하여

현장 노출평가를 수행하여 공정별 노출평가를 통한 안전관리 방안을 제시

하고자 하였다.- 이상의 결과를 활용하여, 나노물질을 취급하는 시설내에서 준용할 수 있는

나노물질 안전관리 가이드라인(첨부1)을 제시하였다.

◦ 나노물질의 환경노출 기준안 마련

- 최우선 정보수집군을 파악하기 위해서는 건강영향 및 건강위해도 등급 판

정이 수반되어야 한다. 이중 가장 중요한 요건이 나노물질의 노출기준(노출

등급) 판정 기준이지만, 현재까지는 명확한 기준이 없는 실정이다.- 이에 본 연구에서는 MSDS를 활용한 LD50, TWA 지표를 이용한 노출기준

과 다양한 문헌자료를 이용한 독성기준을 활용하는 판정표를 구성하였다. 단, 해당 판정표는 추후 정책입안자 및 독성전문가에 의해 재구성될 필요가

있으며, 반론에 해당하는 논문이 출판시에는 해당 자료를 수정해야 한다.

◦ 현장 노출평가법 마련

- 나노물질 노출평가에서는 액상내 나노물질과 기상내 나노물질 노출평가로

구분되며, 전자는 주로 DLS(ELS)를 이용하고 후자는 SMPS를 활용한다.- 액상내 나노물질의 기상으로의 노출이 확인되었으므로, 이또한 SMPS를 활

용한 현장 노출평가가 수반되어야 함을 파악하였다.- SMPS 장비의 휴대성이 떨어지는 단점을 해소하고자, 최근에 개발되고 있

는 휴대용 SMPS 장비에 관해서도 정리하였다.

◦ 측정장비의 신뢰도 평가

- SMPS는 상대습도, 흡입속도, 인가전압 등에 영향을 받아 측정된 나노물질

의 입도분포에 오차를 유발하게 된다. 이를 사전에 파악하기 위해 실험실수

준에서 표준물질을 이용한 분석을 수행하였으며, 입자의 응집성의 원인을

107

규명하고자 하였다.- 이 과정에서 장기간 노출에 따른 나노물질의 응집특성이 주변의 온도와 진

동에 의해서도 노출영향이 있음을 파악하였다.

◦ 환경노출 시나리오 작성

- 나노물질 제조 방법에 따라 나노물질의 환경노출 경로가 달라지게 되며, 노

출원 파악을 위한 모니터링 지점도 달라진다. 이를 사전에 파악하기 위해

노출 시나리오를 실험실 수준과 파일롯 수준으로 구분하여 작성하였다.- 이는 기존에 수행했던 현장 작업 공정에 대한 설문조사 결과를 바탕으로

작성하였다.

◦ 공정별 노출평가 경향 파악

- 2곳의 실험실과 4곳의 파일롯 수준 노출평가를 수행하여 개별 공정별 환경

노출이 발생되는 경향을 파악하고, 이를 바탕으로 안전관리 방법론을 제시

하고자 하였다.- 액상 공정은 제조, 분리정제(탈수/필터), 교반, 폐수처리 공정이 포함되며,

주로 액상내 기상으로의 노출과 직접 피부노출에 따른 개인노출이 발생됨

을 파악하였다. 폐수 처리시에는 환경 매질인 수계로의 노출이 발생되므로, 폐수 수집 시설이 필요함을 지적하였다.

- 기상 공정은 제조, 분쇄/밀링, 건조, 포장/이송/운반, 폐기(회수) 공정이 포함

되며, 주로 비산되는 기상내 분말입자에 의한 호흡노출이 발생되고 있었다. 따라서 본 공정에서는 벤트시설을 확보해야 하고, 2차 오염을 억제하기 위

한 방안을 마련하도록 지적하였다.

◦ 개인보호장비 착용 수준 평가

- 의복, 보호장갑, 마스크, 보호안경 등에 관하여 나노입자(액상, 기상) 투과여

부를 평가하였으며, 이를 바탕으로 PPE 권장 사용기간 및 폐기방법에 관하

여 도표화하였다. - 보호장갑은 투과성을 나타나지 않지만, 장갑외피에 쉽게 흡착되는 경향이

있어서 반드시 재사용을 금지해야 함을 기술하였다.

◦ 안전관리 방안 마련

- 나노물질 노출평가 이전에 수행하는 사전 안전관리 방법론과, 노출평가가

완료된 후 수행하는 단기간/장기간 안전관리 방법론에 관하여 구체적으로

108

기술하였다. - 사전 방법에는 MSDS 확보, 개인보호장비 착용, 나노물질 취급자 교육, 벤

트시설 확보, 시설격리, 작업환경관리 등을 정리하였다. 사후관리에는 노출

수준에 따른 개인보호장비 착용, 정보제공 및 교육, 경영관리, 공정관리, 제

거/대치에 의한 공정관리, 물리적 격리를 통한 공정관리, 폐기물 관리, 지속

관리, 건강관리, 기록유지 등에 관하여 정리하였다.

◦ 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인 제시

- 이상의 연구용역 결과를 바탕으로 “나노물질 환경노출도 평가 절차서”와

“나노물질 안전관리 점검표”를 포함하는 가이드라인을 작성하였다.- 환경노출도 평가 방법론, 노출에 따른 안전관리 방안, 사례 등을 제시하여,

나노물질 취급자로 하여금 지속적인 관리를 수행할 수 있도록 상세히 설명

하였다.

109

첨부 1. 나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인

국립환경과학원

나노물질 환경노출도 평가 및 안전관리 가이드라인

Guidance for Exposure Assessment and Safe Management of Nanomaterials

1. 개요

1.1 목적

본 가이드라인은 제조 나노물질을 취급하는 기관(업체, 연구실 등)에서 나노물질을 취급하는 동

안 발생될 수 있는 나노물질의 노출을 평가하고, 그로 인해 있을 수 있는 나노물질의 인체 및 환

경 위해 가능성을 제거하고자 하는 데 목적이 있다. 아울러 나노물질의 환경노출도 평가를 통해

주요 노출원을 파악하고 이를 기관에서 직접 관리하여, 나노물질 취급장의 안전관리 및 개인건강

보호에 도모하고자 하는 데 그 목적이 있다.

1.2 적용범위 및 대상

본 가이드라인은 제조 나노물질을 취급하는 업체나 연구실 등에 적용될 수 있으며, 취급량의 대

소를 구분하지 않고 적용가능하다. 여기서 취급이라 함은 나노물질을 직접 제조하는 작업, 나노

물질의 중산생산물을 처리하는 작업, 나노물질과 여타 유기/무기물질의 혼합물을 처리하는 작업,

나노물질의 생산물을 처리하는 작업, 나노물질 제조 장비를 세척하는 작업, 나노물질 제조와 관

련된 물품을 폐기하는 작업, 나노물질을 원료로 하여 2차 가공품을 만드는 작업, 나노물질과 접

촉된 물품을 처리하는 작업, 나노물질을 함유한 폐기물을 처리하는 작업, 나노물질을 포함한 물

질을 이송하는 작업, 나노물질과 관련된 장비과 부품을 수리/점검하는 작업, 나노물질을 포장 가

공하는 작업 등 나노물질과 관련된 모든 행위를 지칭한다.

따라서 본 가이드라인은 제조 나노물질을 취급하는 작업자, 연구자, 검사자, 감독자, 관리자 등

나노물질에 노출될 수 있는 모든 대상에 적용되며, 수계 및 대기와 같은 환경중 노출에 대한 평

가시에도 적용가능하다. 단, 본 가이드라인에서 나노물질은 스모그, 자동차 배기가스, 연소가스,

용접 흄, 산불, 비산먼지 등에 함유된 자연적 또는 비의도적으로 발생되는 나노물질은 적용하지

않는다.

110

1.3 대상 나노물질 정의

1.3.1 나노물질

나노(nano)라 함은 10억분의 1로 10-9에 해당하는 길이 차원을 지닌 물질(1~100 nm)을 표현할 때

사용하는 단어이다. 크기 차원에서는 최소한 1개 차원의 길이가 100 nm 미만인 물질이 나노물질

에 해당한다. 나노물질 환경노출도 평가의 대상이 되는 성상은 기상으로 노출되는 분말상(고체

상) 나노물질, 수계로 노출되는 액상내 나노물질(콜로이드 포함), 액상반응중에 기상으로 노출되

는 에어로졸 형태의 나노물질 등이다. 나노물질은 금속계(은, 금, 철, 양자점 등), 산화물계(실리

카, 타이타니아, 알루미나, 세리아 등), 탄소계(플러렌, 탄소나노튜브 등), 고분자계(폴리스티렌 등)

로 구성되며, 제조 공정에 따라서 액상내 분산상 또는 기상내 분말상의 형태를 지닌다. 대상 나

노물질은 순수한 균일상이나 다른 물질(안정제, 분산제, 기능기 등)과 혼합된 비균일상으로 존재

한다.

1.3.2 은나노

은나노물질(AgNP)은 염(AgNO3)의 환원을 통해 액상에 분산된 형태나 은와이어에 플라즈마 처

리를 통해 얻어지는 분말 형태를 지닌다. 은나노물질은 제조방법에 따라서 1-100 nm 크기로 제

조 가능하며, 분산제의 종류에 따라 표면의 유기물층의 변화가 발생한다. 은은 액상의 pH 조건

에 따라 쉽게 이온화가 잘되는 특성이 있어서, 낮은 pH 조건에서는 Ag+ 이온을 용출하여 은나

노입자와 이온이 함께 존재하게 된다. 또한 액상내 염이 존재시에는 쉽게 응집하려는 경향이 있

으며, 대기중 노출시 용액의 증발과 함께 잔류 물질의 응집이 촉진된다. 분말상 은나노물질은 그

대로 사용하거나 액상에 분산하여 사용하는 데, 분산시에는 분산제(계면활성제, 안정제, 고분자

등)를 첨가하여 분산을 돕거나 10 kHz 이상의 파워를 지닌 초음파처리기(homogenizer,

ultra-sonifier)를 이용하여 분산시킨다.

은 자체의 항균, 살균 기능으로 인해 젖병, 화장지, 포장지, 살균기, 정수기, 의복, 양말 등에 사

용되며, 치약 및 비누에도 미량 포함시켜 제조 판매한다. 산업적으로는 은나노 잉크를 개발하여

전자제품의 도선을 연결하는 데 사용된다.

1.3.3 이산화티타늄

이산화티타늄(TiO2)는 TiCl4 전구체를 수열합성법, 초임계유체법 등을 통해 제조한다. 제조된 물

질은 제조방법에 따라 콜로이드나 분말로 만들어진다. 분말상으로 제조시에는 나노크기의 1차 입

자들의 응집으로 수십 μm 크기까지 커지기도 하지만, 적절한 분산법을 이용하면 나노크기를 유

지하게 할 수 있다. 부르는 명칭은 이산화티탄, 타이타니아, 타이타늄 옥사이드로도 불리운다. 이

111

산화티타늄은 수계에 잘 분산되며, 기능성 물질에 따라서 친수성과 소수성 제어가 용이하다.

이산화티타늄은 50 nm 미만의 크기를 지닐 때는 UV에서 활성을 지닌 광촉매로서 유기물 분해

특성이 있고, 이를 이용한 새집증후군 예방 제품으로 사용되고 있다. 특히 200 nm 이상의 이산

화티타늄은 ZnO와 함께 UV 차단제의 구성성분으로 활용되고 있다. 또한 나노분말을 혼합한 페

인트를 건물외벽에 칠했을 때는 반영구적으로 깨끗한 외벽을 유지하게도 해준다.

1.3.4 탄소나노튜브

탄소나노튜브(CNT)는 탄소로 구성된 결정형 물질로 다양한 탄소 전구체를 아크 방전법, 플라즈

마 화학증착법, 열분해법 등을 이용하여 건식으로 제조한다. 아크 방전법으로 제조시에는 철, 코

발트, 니켈과 같은 촉매점을 이용할 경우는 대체로 단일벽나노튜브(SWCNT)가 형성되며, 촉매가

없을 경우는 다층벽나노튜브(MWCNT)가 생성된다. 화학증착법은 온도조건에 따라서 단일벽 또

는 다층벽이 형성된다. 제조 방법에 따라서 불순물이 포함되거나 결정내 결함이 있는 나노튜브가

제조되기도 하며, SWCNT는 결정에 따라 반도체성과 도체성으로 구분된다. . 탄소나노튜브는 직

경이 1 nm(SWCNT)에서 수십 nm(MWCNT) 이상으로 성장시킬 수 있으며, 단일체나 다발형태

로도 만들어지며 길이는 수 mm 이상도 성장시킬 수 있다. 모양자체가 창(spear) 형태를 보이기

때문에 석면과 유사한 생물체 위해 특성을 지닐 수 있다.

탄소나노튜브는 전기전도성 및 열전도성이 우수하고 기계적 강도가 철보다 100 배 이상 높아서

다양한 복합소재로 활용된다. 테니스라켓이나 골프채를 만드는 소재로 사용되거나 반도체 소자,

차세대 연료전지 및 수소저장 매체, 전자기 차폐물 등을 구성하는데 사용된다.

1.3.5 기타 나노물질

상기 물질은 국내에서 주로 취급되는 주요 나노물질로 그 외에 다양한 나노물질이 존재한다. 금

나노입자(AuNP)이나 백금나노입자(PtNP)는 촉매로 사용되어 다양한 지지체에 고정된 복합체 형

태를 지니며, 금속나노입자는 고유한 색상을 지녀 다양한 안료 물질로도 활용된다. 수열합성법으

로 제조되는 실리카나 폴리스티렌, 열분해 방법으로 제조되는 카본 블랙도 나노물질에 해당되며,

그 성상은 제조방법에 따라서 구형, 선형, 삼각형, 응집형 등 다양한 모양을 지닌다. 이밖에도 단

일 결정구조를 지닌 나노와이어도 제조되고 있으며, 센서 제조에 사용되고 있다.

112

2. 나노물질 환경노출도 평가

2.1 나노물질 환경노출도 평가 목적

환경노출도 평가는 나노물질 노출에 따른 위해요인을 파악하고 궁극적으로 제거하는 데 있으며,

노출에 대한 불확실한 불수용 인자의 수용 인자화, 안전관리 방안 마련에 그 목적이 있다. 노출

평가시에는 현 노출기준과 비교한 순응노출평가(compliance)만으로 적합할 것인지, 아니면 포괄

노출평가(comprehensive)가 필요한지 판단해야 한다. 그리고 일반적으로 다음과 같은 점을 고려

하여야 한다.

- 현재의 노출정도가 작업자의 건강에 영향을 주는가

- 노출기준은 어느 정도 양호한가

- 노출평가시 최우선 정보수집 작업군은 무엇인가

- 노출평가를 통한 노출원 파악이 가능한가

- 노출에 따른 2차 위험요인은 무엇인가

- 노출평가후 안전관리 대책은 무엇인가

환경노출도 평가를 통해서 주요 유해인자 파악, 노출 대상 물질관리, 노출 모니터링, 의학적 감

시, 작업방법 관리, 경영관리, 교육 및 훈련, 개인보호장비 점검 등을 이룰 수 있다.

2.2 나노물질 환경노출도 파악 절차

2.2.1 환경노출도 파악 절차

환경노출도 평가에 있어서는 전략적 접근이 필요하며 크게 8가지의 다음 단계를 따라 진행한다.

1) 시작 : 노출평가 전략을 세운다.

2) 기본 특성의 파악 : 작업장, 노동력, 환경인자 등의 특성을 파악하기 위해서 자료를 수집한다.

3) 노출평가 : 작업장, 노동력, 환경인자의 유용한 정보를 고려하여 작업장에서의 노출을 평가한

다. 유사 노출을 가진 작업자를 한군으로 묶고, 유사하게 노출되는 작업자의 각 군에 대한 노

출양상을 정립한 다음, 각 노출양상의 수용성에 대한 판단을 내린다.

4) 추가 정보수집 : 우선 순위화된 노출 모니터링의 실시 혹은 건강효과에 대한 더 많은 정보를

수집하여 불확실한 노출 판단을 더 높은 신뢰도로서 해결 할 수 있게 한다.

5) 건강 위험개선 : 수용할 수 없는 노출에 대하여 우선 순위화된 관리 전략을 실시한다.

6) 재평가 : 노출에 대하여 포괄적인 재평가를 주기적으로 실시한다. 수용되는 노출이 계속해서

유지되는지를 확인하기 위하여 관례적인 모니터링이 요구되어지는지 여부를 결정한다.

7) 의사소통과 문서화: 노출평가 소견에 대한 의사소통, 노출평가 자료의 유지는 효과적인 과정

을 위한 필수 요소가 된다.

113

8) 안전관리 : 작업자의 개인보호장비 착용 점검과 안전관리 지침을 마련하여 대상물질에 노출되

었을 시 대처요령을 숙지토록 교육을 실시한다.

2.2.2 정보수집 방법론

환경노출도 평가시 기본 특성 파악을 위한 정보수집 방법은 설문, 면담, 직접 조사 등 다양한 방

법이 있다. 현장을 직접 방문하여 공정을 살펴보면서 환경노출에 관한 사전정보를 파악하거나,

설문조사, 근로자 직접 면담을 통하여 노출원, 노출 취약지점 등을 파악할 수 있다. 사전정보 수

집은 최우선 정보수집 직업군을 파악하고 주요 노출원을 예상하고, 해당 지점에서 노출도 평가를

수행하기 위한 중요한 시작이라 할 수 있다. 이는 추후에 환경유해인자를 파악하고 노출원 파악,

적절한 개인보호장비 착용을 권장하는데 있어 기초자료로 활용된다.

직접/설문/면담 조사를 통해 얻을 수 있는 정보는 다음과 같다.

- 공정흐름 : 연속, 비연속, one-batch

- 단위작업 : 반응장치, 필터, 펌프, 시료채취부

- 수송방법 : 파이프 라인, 탱크, 드럼, 자루

- 부산물 : 환기가 필요한 응축 안 되는 증기상, 도랑을 통한 폐수처리

- 노출잠재 : 환기장치, 개방형 탱크, 개방된 웅덩이, 도랑, 개인보호장비 착용

- 유지/보수활동

- 피부접촉 : 직접 노출(포장, 취급), 2차접촉 (오염된 표면)

- 기타 : 근조자의 부주의한 활동, 환경(기상)영향

이외에도 공정흐름도, 환경 보고서, 표준 작업도 등을 통해 사전 정보수집을 수행할 수 있다.

2.2.3 평가 주요 대상

나노물질 환경노출도 평가시에는 원재료, 중간생성물, 주생산물, 부산물, 기타 첨가제, 폐기물까지

모두 주요 노출원으로 간주하여야 한다. 특히 주생산물을 취급하는 공정은 나노물질의 인체 및

환경 노출에 대한 직접적인 노출지점이 될 수 있으므로, 해당 시설내 작업군 파악에 집중해야 한

다. 또한 환경노출도 평가전에 나노노출에 대한 환기시설(벤트), 물리적 격리시설 및 작업자의 안

전관리를 위한 개인보호장비 착용이 제대로 이루어지고 있는지 파악해야 한다.

2.3 정보수집 우선순위 파악

2.3.1 나노물질 환경노출에 따른 노출기준 결정

환경노출도 평가를 위한 노출지점을 선정하기 위해서는 최우선 정보수집 작업군을 선정해야 한

114

다. 이를 위해서는 나노물질의 환경노출에 따른 건강영향을 파악할 수 있는 나노물질 환경노출

기준을 활용하며, 이에 대해서는 나노물질 생산 업체에서 제공하는 MSDS(물질안전보건자료)를

참고한다. 즉 MSDS의 구성내용 중, 8절(노출방지 및 개인보호), 11절(독성정보)의 기준자료를 사

용한다. 만약 나노물질 생산 업체로부터 MSDS를 획득하지 못할 경우는 유사물질을 취급하는 국

외 업체(시약 전문 공급업체, Sigma-Aldrich 등)의 자료를 활용하거나, 국내외 독성학 관련 문헌

을 참고한다.

다음은 주요 나노물질에 대한 시간가중평균 직업적 노출기준(TWA, time-weighted average)과

동물 독성(반수치사량, LD50, lethal dose 50) 자료이다. 이는 하나의 실시예로도 취급 나노물질

에 해당하는 TWA, LD50 자료를 취득해야 한다.

- AgNP : 0.01 mg/m3 TWA, 100 mg/kg LD50 (mouse oral)

- AgNO3 : 0.01 mg/m3 TWA, 50 mg/kg LD50 (mouse oral)

- TiO2 : 10 mg/m3 TWA, 10 g/kg LD50 (rat oral)

- CNT : 2~3.5 mg/m3 TWA, harmful if swallowed (구체적인 자료는 생산중)

수집한 정보를 기준으로 다음의 환경노출도 등급을 선택한다. 이는 화학물질 노출에 따른 기준(4

개 등급)에 준용하는 것으로, 나노물질 환경노출에 따른 기준에서는 시간가중평균(TWA) 노출기

준과 LD50 자료를 병행하여 사용할 수 있다.

등급나노물질 환경노출에 따른 기준

시간가중평균(TWA) LD50 독성수준

4 TWA 노출기준 초과 LD50의 0.5% 이상 4 이상

3 TWA노출기준의 50~100% LD50의 0.5% 미만 32 TWA 노출기준의 10~50% LD50의 0.1% 이상 21 TWA 노출기준의 10% 미만 LD50의 0.1% 미만 농도 1이하

또한 해당 나노물질에 관한 독성수준을 문헌자료를 통해 취합 정리할 수 있다면 보다 구체적인

독성수준 평가를 수행할 수 있다. 다음은 은나노입자에 관한 생물체(세포, 물벼룩, 쥐 등)에 대한

다양한 독성 논문을 참고하여 작성한 독성수준에 관한 예시이다. 이는 독성전문가에 의해 작성되

어야 하며, 주관적인 판단을 내릴 수 있으므로 가능한 TWA나 LD50에 따른 기준을 사용하는 것

이 바람직하다.

115

은나노물질

독성 수준

저농도

(10 ppm이하)

중간농도

(50 ppm)

고농도

(100 ppm이상)

크기

(구형)

20 nm이하 3 4 550 nm 2 3 4

150 nm 1 2 3

2 μm이상 1 1 3

형태

은 이온 1 3 5구형 2 5 5판형 4 5 5

표면 물질

(구형, 50

nm)

PVP 1 3 4SDS 3 4 5

Citrate 1 2 3CTAB 2 4 4PAA 1 2 3PAH 1 2 3

Ligand 2 3 4

첨가 물질Cysteine 2 2 3

NaCl 2 2 3

(크기) Biotechnol. Lett., 30, 1893-1899 (2008) J. Phys. Chem. B, 112, 13608-13619 (2008) Environ. Sci. Technol., 43, 7285-7290 (2009); ACS Nano, 3, 279-290 (2009)

(형태) Appl. Environ. Microbiol., 73, 1712-1720 (2007); Biochemistry, 44, 13214-13223 (2005) J. Phys. Chem. B, 112, 13608-13619 (2008) Langmuir, 24, 7457-7464 (2008); Environ. Sci. Technol., 43, 7285–7290 (2009)

(표면 물질) Electrochim. Acta, 51, 956-960 (2005) Small, 5, 701–708 (2009) Langmuir, 24, 7457-7464 (2008) J. Phys. Chem. B, 110, 16248-16253 (2006); Biochemistry, 44, 13214-13223 (2005)

(첨가 물질) Environ. Sci. Technol., 42, 8959–8964 (2008) Biochemistry, 44, 13214-13223 (2005) Environ. Sci. Technol., 43, 6046-6051 (2009)

116

TiO2

독성 수준

저농도

(10 ppm이하)

중간농도

(50 ppm)

고농도

(100 ppm이상)

크기

(구형)

20 nm이하 2 4 550 nm 1 3 4

150 nm 1 2 3

형태Nanotube 4 5 5Nanowire 3 4 5

표면 물질NaxTiO2 2 3 4HxTiO2 3 4 5

자료 : ASC Nano, 3, 2274–2280 (2009); Toxicology, 264, 110-118 (2009) Food Chem. Toxicol., 46, 3626-3631 (2008) Toxicol. Lett., 180, 222-229 (2008) Biomaterials, 31, 99-105 (2010) Environ. Sci. Technol., 40, 4346-4352 (2006)

탄소나노튜브

독성 수준

저농도

(10 ppm이하)

중간농도

(50 ppm)

고농도

(100 ppm이상)크기

(구형)0.7±0.07 μm 4 5 55.9±0.05 μm 2 3 4

형태

CNT 1 2 3CNT-pellet 4 5 5

CNT-bundles 2 3 4CNT-agglomerate 3 4 5

Asbestos 2 3 5

표면

물질

PEI 3 5 5PEI.Ac 1 3 3

PEI.SAH 1 3 3

자료 : J. Phys. Chem. C, 113, 3150-3156 (2009); Chem. Res. Toxicol., 21, 1690-1697 (2008); Toxicol. Lett., 168, 121-131 (2007) Toxicol. Appl. Pharmacol., 207, 221-231 (2005); Toxicol. Lett., 168, 58-74 (2007) Carbon, 45, 2241-2249 (2007) Toxicology, 257, 161-171 (2009)

2.3.2 건강위해도(건강영향 및 불확실성 등급) 결정

정보수집 우선순위 등급 판정을 위해서는 건강위해도 등급과 불확실성 등급이 필요하며, 건강위

해도 등급은 노출등급과 건강영향등급의 곱으로 계산된다. 일반적인 건강영향등급은 0부터 4등급

까지 5단계로 나누며, 가역적 혹은 비가역적 건강영향을 기준으로 등급화를 실시한다. 과도한 나

노물질의 노출로 인해 호흡, 피부접촉, 흡입, 섭취, 안구접촉 등이 발생했다면, 노출 농도에 따라

117

서 다양한 건강영향이 올 수 있다. 따라서 건강영향등급 판정을 위해 다음과 같은 나노물질 건강

영향 등급을 준용한다.

등급나노물질 건강영향

피부노출 안구노출 호흡

4 회복불능의 비가역적 건강영향 발생(피부조직파괴, 실명, 지속적 호흡장애, 사망)3 피부침착 안구염증 호흡곤란

2 피부발진 안구충혈 비염/구강염

1 피부자극 안구자극 인후통

0 별로 중요하지 않은 가역적인 영향(무영향)

불확실성 등급은 나노물질의 환경노출의 기준이 모호하거나 정보가 부족하여 노출등급 판정이

어려울 때, 정보수집 우선순위 결정시 가중되는 지표이다. 또한 단기간 노출에 따른 건강영향을

파악하기 어려울 경우도 불확실성 등급이 올라가게 된다. 즉 즉각적인 건강영향이 있는 경우나

환경노출 기준 자료가 있을 경우는 위해인자를 쉽게 판단할 수 있기 때문에 해당 유해인자가 수

용인자화 되며, 불확실성 등급이 낮아지게 된다. 불확실성 등급은 다음과 같이 구분된다.

- 2등급 (매우 불확실) : 노출양상과 건강 영향에 관한 중요한 정보가 없는 상태에서 노출에 대한

수용여부를 판단한다.

- 1등급 (불확실) : 판단에 관한 충분한 정보가 있으나 노출평가를 입증하기 위한 추가적인 정보

를 수집한다.

- 0등급 (확실) : 환경적 인지에 대한 노출양상과 건강 영향이 잘 이해되고 있다. 산업위생전문가

는 노출에 대한 수용여부 판단에 높은 확신을 가진다.

2.3.3 정보수집 우선순위 결정

정보수집 우선순위는 건강위해도 등급과 불확실성등급의 곱으로 표현된다. 나노물질 환경노출에

따른 정성적인 위해성 평가가 아닌 노출평가 지점 및 작업군에 관한 우선순위를 결정할 수 있는

정량적인 수치 파악을 할 수 있다. 이를 통해 가장 시급하게 안전관리 조치가 필요한 부분과 주

요 환경노출원, 주요 노출피해지점(피해자)를 파악할 수 있게 된다.

건강위해도 등급에서 가장 높은 16점을 얻은 지점 쪽으로 갈수록 건강위해도가 높게 책정되며,

이는 장기간, 지속적인 나노물질 노출로 야기될 수 있다. 또한 단기간 또는 부정기적으로 나노물

질에 노출되더라도 해당물질의 건강위해도가 높을 경우는 노출이 적더라도 건강위해도가 높게

나타날 수 있다. 정보수집 우선순위는 자료의 불확실성 등급에 영향을 주게 되며, 위해여부와 노

출원 파악이 확실하고 개인보호장비의 착용과 노출원과 종사자와의 격리 등이 확실하면 건강위

해도등급이 높더라도 정보수집 우선순위에서 배제된다. 즉 안전관리가 지속적으로 이루어지는지

여부에 따라서 정보수집을 통한 안전관리의 시급성이 결정된다.

118

건강

위해도

등급

건강

영향

등급

4 4 8 12 16

3 3 6 9 12

2 2 4 6 8

1 1 2 3 4

건강위해도1 2 3 4

노출 등급

16 0 16 3212 0 12 249 0 9 188 0 8 166 0 6 124 0 4 83 0 3 62 0 2 41 0 1 2

정보수집 우선순위0 1 2

불확실성 등급

2.4 환경노출도 측정 방법론

나노물질 취급장에 관한 기초 특성파악이 완료되었다면, 정보수집 우선순위를 기준으로 환경노출

도 측정이 이루어져야 한다. 나노물질이 환경중에 노출될 때는 다양한 주변환경요인(온도, 습도,

대기순환 등)으로 인해 노출된 순간부터 나노물질의 성상, 응집도, 표면특성 등이 변하게 된다.

따라서 이들의 특성을 정확히 모니터링할 수 있는 방법론이 필요하며, 간단하면서 신속하게 나노

물질 노출을 모니터링할 수 있는 특성을 측정할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 현장에서 직접

시료를 모니터링할 수 있는 방법(on-site analysis)와 시료 채취후 외부 장비를 이용하여 분석할

수 있는 방법(off-site analysis)로 구분할 수 있다.

2.4.1 입자크기에 따른 분석법

OECD에서는 다양한 물성중에서 응집상태, 입자의 크기, 분포도, 표면특성, 표면전하 등에 관한

물성 분석을 독성자료 제공시 주요한 인자로 간주하고 있다. 그러나 환경노출도 평가에서는 나노

물질의 성상, 조성 등에 따라서 자료 습득이 어려울 수도 있다. 따라서 자료 획득이 용이한 나노

입자의 농도, 특히 단위체적당 입자의 수와 입도분포를 분석할 수 있는 방법이 나노물질 환경노

출 모니터링에 필수적이다.

입자의 크기에 따른 분석은 100 nm 미만이냐 그 이상인 PM이냐에 따라서 분석기법이 달라진다.

주로 나노미터 수준의 기상으로 노출되는 나노입자는 SMPS(scanning mobility particle sizer)를

이용하여 현장 모니터링을 하게 된다. 마이크로수준의 입자는 SMPS로 측정하기에 기계적 무리

를 초래하므로, APS(aerodynamic particle sizer)를 이용하는 것이 바람직하다.

119

2.4.3 현장 모니터링이 가능한 경우

환경노출시 현장에서 직접 실시간으로 분석 가능한 물성으로는 질량, 입자수, 표면적, 조성 등이

있다. 그러나 대부분의 물성 분석기법들은 주변 환경요인들로 인해 그 정보를 쉽게 파악하기 어

렵다. 대체로 입자의 크기 또는 입자분포는 SMPS, ASP, ELS(electrophoretic light scattering),

DLS(dynamic light scattering)를 이용하여 현장에서 직접 분석한다. 기상으로 노출되는 분말상

입자나 액상내 나노입자의 에어로졸 형태로의 노출읜 SMPS, ASP를 이용하는 것이 바람직하며,

액상내 존재하는 나노입자는 시료를 채취하여 ELS, DLS를 이용하여 분석한다. 시료채취를 통해

추후 분석장비를 이용하여 입자 형상, 결정성, 기공성, 표면화학, 반응성 등을 평가하게 된다.

SMPS를 이용한 현장 분석시에 시료는 포집기에 설치된 TEM grid를 이용하여 채취하고 이를 추

후 TEM(투과전자현미경)을 통하여 입자의 크기 분포 또는 성분분석(EDS), 결정성분석(XRD)을

수행해야 한다.

나노물질 환경노출 평가시에는 작업자의 무릎 높이부터 호흡 높이까지 범위내에서 흡입시료를

채취하며, 노출원으로부터 1 m 정도의 거리를 두고 모니터링을 실시한다. 노출평가 시간은 1회

작업시간을 기준하되, 나노물질 취급 작업전에 반드시 배경 나노물질의 양을 분석해야 한다. 또

한 작업이 종료된 다음에도 모니터링을 유지하여 해당 나노물질의 입도분포 추이를 관찰해야 한

다. 노출되는 나노물질의 소스로 파악되는 해당 물질도 일정량 채취하여 추후 추가적인 분석(입

자크기, 모양, 결정성, 표면화학, 응집성 등)에 사용한다. 이는 분말상 노출과 액상시료의 에어로

졸 형태로의 노출에 해당한다.

액상 노출이 발생할 경우는 현장에서 직접분석도 가능하나 일정량의 시료를 채취하여 적절한 분

석장비로 분석을 수행한다. 이때 액상내 나노물질은 시간변화, 온도조건, 염, pH 등에 쉽게 응집

되는 특성이 있기 때문에 가능한 신속히 분석을 실시한다. 만약 수계로 노출되는 나노입자를 분

석할 경우는 수계내에 존재하는 나노물질 이외의 성분을 모를 경우, 현장분석이 어려우며 이경우

는 시료를 채취하여 외부기관에 정밀 분석을 의뢰해야 한다.

토양으로 노출되는 나노물질의 경우는 토양내 다양한 유무기물질로 인해 노출과 함께 응집 현상

이 발생하고 심지어는 더 이상 나노가 아닌 상태로 변하게 된다. 따라서 이 경우에는 현장분석이

거의 불가능하며, 외부기관에 정밀분석을 의뢰해야 한다.

유동내 나노물질의 입도 분포를 측정하기 위해서는 기본적으로 스톡(Stokes) 식을 사용하게 된다.

이 식이 지닌 기본 가정이 층류(Laminar) 흐름이라는 조건과 구형입자, 용해성이 없는 입자여야

한다는 점이다. 따라서 만약 구형이 아닌 길이 방향으로 성장한 나노입자를 SMPS, ELS로 분석

할 경우에는, 실측된 결과값은 나노입자의 장축의 길이에 해당된다고 할 수 있다. 입자의 유동특

성에 따른 분석이 이루어지므로 입자의 회전시 발생되는 장축의 길이가 입자의 크기처럼 분석된

120

다. 따라서 이러한 분석오류를 해소하기 위해서는 반드시 채취한 시료에 대하여 전자현미경

(TEM, SEM) 분석이 수반되어야 한다.

2.4.4 현장 모니터링이 불가능한 경우

나노물질의 환경노출도 평가를 현장에서 직접 수행하기 어려운 경우는 적절한 방법을 이용하여

시료를 채취해야 한다. 액상으로 노출되는 경우는 깨끗한 튜브(유리, 플라스틱 재질)에 적당량 채

취하여 밀봉한 다음 외부기관에 분석을 의뢰한다. 기상으로 노출되는 나노물질의 채취는 일반적

으로 마이크로 수준은 충격기(impactor)를 사용하게 된다. 이는 흡입압력을 제공하여 필터에 걸

러지는 입자의 크기분포를 보는 것인데, 나노입자에서는 이를 적용하기에 부적합하다. 나노물질

의 유동성이 좋아서 필터를 이용한 채취가 어려울 수 있다. 이러한 경우는 정전기적인력을 이용

한 전기적 집진기법을 사용한다.

기상으로 노출되는 물질의 크기별 시료 채취 방법들은 다음과 같다. 채취한 시료는 수거하여 외

부기관에 분석 의뢰한다.

- 다단 충격기(cascade impactor) : 1~100 μm

- 저압 충격기(LPI, low pressure impactor) : 0.03~10 μm

- 마이크로 오리피스 균일 증착 충격기(MOUDI, micro-orifice uniform deposit impactor) :

0.56~10 μm

- 나노-MOUDI : 0.01~18 μm

- 정전기적 집진기(ESP, electrostatic precipitator) : 1 μm 이하

다음은 외부기관에 의뢰하여 분석 가능한 물리화학적 특성별 장비들이다. 자세한 사항은 한국기

초과학지원연구원(전국 9개소)과 같은 전문시험평가원을 이용하는 것이 바람직하다.

1) 입도 분포와 응집성

- 크기 : SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer), DLS(Dynamic Light Scattering),

SEM(Scanning Electron Microscopy), TEM(Transmission Electron Microscopy),

STM(Scanning Tunneling Microscopy), AFM(Atomic Force Microscopy),

ELS(Electrophoretic Light Scattering)

- 모양 : SEM, TEM, STM, AFM

- 응집성 : DLS, AAN(Average Agglomeration Number)

2) 입자 정보

- 용해도 및 순도 : ICP(Inductively Coupled Plasma), AAS(Atomic Absorption

Spectrometer), UV/VIS(UV-visible spectroscopy), HPLC(High Performance Liquid

Chromatography)

- 결정성 : XRD(X-Ray Diffraction), ED(Electron Difracton)

121

- 표면적 : BET(N2 Adsorption/Desorption), DC(Diffusion Charger), Hg Porosimetry

- 기공성 : BET, Hg Porosimetry

3) 표면 화학

- 표면조성 : FTIR(Fourier Transformation Infrared Spectrometer), ESCA(Electron

Spectroscopy for Chemical Analysis), XPS(X-Ray Photoelectron Spectroscopy),

SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry), TGA(Thermogravimetric Analysis),

DSC(Differential Scanning Calorimeter), EDS(Energy Dispersive Spectrometry)

- 표면전하 : ELS, Ion Selective Electrode

4) 반응성

- 광촉매 활성 : UV/VIS with propanol degradation

- 산화환원 전위 : CV(Cyclic Voltammetry)

- 라디칼 형성 전위 : ESR(Electron Spin Resonance Spectrometer)

2.5 나노물질의 주요 노출경로

2.5.1 나노물질 제조 특성별 노출경로

국내 나노물질을 취급하는 업체를 대상으로 설문조사한 바에 의하면, 공정중에 약 40%가 화학반

응을 이용하는 액상반응 시스템으로 나노물질을 제조하고 있다. 건식 공정에 해당하는 열처리,

코팅, 기계가공 공정도 35% 정도를 차지하고 있다. 다양한 제조 공정을 통해 기상 또는 액상으

로 노출되는 나노물질은 다음과 같은 입자 성상변화를 갖게 된다.

기상으로 노출된 나노입자는 정전기적 인력에 의한 응집되며, 용매와 함께 노출된 나노입자(에어

로졸)는 용매가 날아가면서 입자들의 부피감소를 통한 응집이 일어나게 된다. 응집은

agglomerate와 aggregate로 구분되는데, 전자는 약한 반데르발스 힘으로 결합된 나노입자의 응집

체로 외부 충격에 의해 쉽게 1차 입자 성상으로 바뀔 수 있다. 입자의 응집이 더욱 심해져, 열에

의한 소결(sintering)과 물리적 접촉에 의한 목형성(necking)이 발생하면 마이크로 크기까지 성장

되는 2차 입자로 변형된다. 기상과 액상 모두에 해당되며, aggregate로 과도하게 성장하면 나노

물성을 잃게 되는 경우도 있다. 입자가 과도하게 응집된 경우는 SMPS 분석시 장비에 무리를 줄

수 있으며, 이 경우는 ASP 분석이나 충격기를 이용한 시료 채집후 외부 분석을 수행하는 것이

바람직하다.

기상 또는 에어로졸 형태의 노출, 액상내 콜로이드 상태의 나노물질 노출은 현장 종사자 또는 연

구자에게 호흡, 피부접촉, 안구접촉, 의복오염, 작업표면 오염을 통한 1차 오염, 음식물/흡연을 통

한 2차 오염 등이 발생하게 된다. 다음은 제조공정에 따라 노출되는 입자의 성상과 그에 따른 노

출정도를 정리한 것으로 노출경로 파악시 참고하도록 한다. 분말은 주로 호흡과 안구노출이 발생

122

되며, 액상시료는 주로 피부노출이 일어난다.

노출 환경 매질 대기 대기 수계

제조형태 분말 에어로졸/용매 콜로이드

공정

제조 호흡, 피부, 안구 호흡, 피부, 안구 피부

분리 호흡, 피부, 안구 호흡, 피부, 안구 피부

건조 호흡, 안구 호흡, 안구 피부

분쇄 호흡, 안구 - -코팅 호흡, 안구 피부, 안구 피부

포장 호흡, 안구 안구 피부

세척 호흡, 피부, 안구 호흡, 안구 호흡, 안구

재생 호흡, 피부 호흡, 안구 피부, 호흡

폐기 피부 피부 피부

2.5.2 액상 시료의 기상으로의 노출

나노물질의 환경노출도 평가시에 분말상의 기상 노출과 액상 콜로이드의 수계 노출은 쉽게 파악

가능하다. 그러나 액상내 존재하는 나노입자의 기상으로의 노출(기액평형에 의한 휘발)이 간과될

수 있다. 이에 관한 노출 평가가 필요한 이유는 다음의 실험결과로 증명된다.

평균 10 nm 크기를 지닌 콜로이드 형태의 은나노입자의 액상 ELS 분석결과와 기상으로 노출되

는 나노물질을 SMPS로 분석할 결과를 보면, 기상에서 발견되는 입자가 4배 이상 커진 상태로

관찰됨을 알 수 있다. 이는 배경 나노입자를 모두 제거한 조건(HEPA 필터 이용)에서 분석한 결

123

과로 관찰되는 모든 나노입자가 액상내 나노입자의 기상으로 노출로 인한 것이라고 할 수 있다.

액상내 나노입자는 상대습도가 낮을수록, 주변온도가 높을수록, 액상내 농도가 높을수록 기상으

로의 에어로졸 형태의 나노물질 노출이 증가하게 된다. 따라서 나노물질의 환경노출도 평가시에

는 액상 시료의 기상으로의 노출을 간과하지 않도록 주의해야 한다.

2.5.3 환경노출 시나리오

나노물질의 환경노출도 평가시에는 실험실 수준과 대량 생산을 수행하는 기업체 수준간의 구분

이 필요하다. 실험실 수준은 소량 생산을 하며 주로 표면처리를 통한 다기능성 나노재료를 생산

하는데 주목적이 있다. 예를 들어 은나노입자의 계면활성제를 이용한 표면형상 제어를 하며 입자

의 모양제어에 집중하고 있다. 파일롯 수준 이상의 현장에서는 주로 대량생산 기법을 이용한다.

반복적으로 동일한 특성을 지닌 물질 생산이 주목적으로 단기능성, 즉 목적 지향형 나노물질만을

제조하고 있다. 따라서 각각에 대한 환경노출 시나리오를 구성할 수 있으며, 주요 노출원에 따른

노출입자의 크기를 예측하여 분석장비를 선택할 수 있다.

실험실 수준의 환경노출은 액상 및 기상 반응을 통한 1 m3 미만의 비커 수준으로, 휘발되는 증

기상, 기상 에어로졸 노출이 있을 수 있으며, 재료의 건조(소성, 탈수) 과정에서 개인노출이 발생

할 수 있다. 또한 반응기의 세척과정에서 개인노출과 함께 수계로의 방류시 환경노출이 발생하게

된다. 작업이 후두조건에서 시행되었다면 호흡을 통한 노출은 배제되지만, 후드를 통한 환경매질

인 대기 노출은 발생된다. 따라서 주요 노출시점은 반응중, 건조과정, 장치세척 시점이 될 수 있

다. 실험실 수준의 환경노출은 후드시설이 갖춰진 공간내에서 실험이 진행된다면, 개인노출은 쉽

게 억제할 수 있다는 장점이 있다. 단, 대기 및 수계로의 노출에 대해서는 특별한 설치(필터 장

치, 폐수 회수장치)가 없는 한 환경노출은 억제하지 못하는 한계가 있다.

124

파일롯 수준 이상의 환경노출은 실험실 수준의 환경노출에 비해 복잡하며 공정조건이 많아질수

록 노출원 파악 및 그에 따른 안전관리가 어렵게 된다. 실험실 수준에 비해 추가적인 공정이 늘

어날수록 해당 개인노출 및 수계, 토양, 대기 노출이 반드시 수반되게 된다. 아울러 나노물질의

노출에 따른 개인 안전에 관한 교육이 이루어지지 않은 상태에서 공정조업이 이루어질 경우, 심

각한 개인노출이 발생할 수 있다. 따라서 주요 노출시점은 공정마다 다르겠지만, 장비의 가동부

터 포장, 폐기단계에 이르기까지 전과정에 걸쳐서 노출이 발생될 수 있다. 대량생산 설비이다 보

니 실험실 수준과 같이 시설의 격리를 통한 개인노출 억제와 같은 투자가 필요하다. 또한 환경매

질내 노출을 억제하기 위한 추가설비도 필요하게 된다.

125

3. 나노물질 노출에 따른 안전관리 방안

나노물질이 환경중에 노출될 때 인체 및 환경에 미치는 영향 및 위해성은 아직 명확히 규정하기

는 어렵지만, 있을 수도 있는 잠재위험성을 배제하기 위해서는 사전예방적 조치와 노출평가 이후

노출억제를 위한 안전관리 방안이 마련되어야 한다.

나노물질을 취급하는 기관(업체 및 연구실)에서 나노물질의 노출이 의심될 경우는, 우선적으로

작업자 스스로 개인보호장비 착용을 의무화할 수 있도록 해야 한다. 이는 손쉽게 개인노출을 억

제하는 방법이 된다. 환경중 노출이 발생하게 되면, 나노물질 독성 전문가나 문헌정보를 활용하

여 해당 나노물질의 인체 및 환경 위해성 여부를 검토해야 한다. 또한 작업자의 개인건강에 대한

이상징후가 발견될 시에는 잠재적인 위해성이 있다고 판단하고, 시설격리 및 각종 환기시설을 설

치해야 한다. 필터, 폐수, 집진 등의 시설은 환경중 나노물질 노출을 억제할 수 있는 방법이 된

다.

3.1 노출 방지를 위한 사전 안전관리

3.1.1 노출원 파악

나노물질의 환경노출 가능성이 높은 공정에 대해서는 노출 시나리오(2.5.3 환경노출 시나리오)를

구성하여 예상되는 노출원을 파악하고, 해당 공정내 작업자에 대한 개인보호장비 착용을 의무화

한다. 또한 정보수집 우선순위 작업군을 판정하여 해당 작업군에 대한 개인 안전관리를 실시한

126

다. 나노물질 제조 특성별 노출경로(2.5.1)별로 인체 노출 부위를 사전에 파악하여 적절한 개인보

호장비 및 시설 확보가 필요하다.

다음은 나노물질 취급과정에서 인체 및 환경에 직접적인 노출을 증가시키는 행위가 될 수 있다.

- 취급하는 물질에 관한 사전 정보 없이 작업을 수행할 경우, 해당 물질로 인한 흡입 및 피부노

출 등의 가능성을 높이게 된다.

- 나노물질 취급시 해당 물질에 관한 MSDS를 확보하지 않을 경우, 노출기준을 인지하지 못하여

개인보호장비 착용을 등한시 할 수 있다.

- 개인보호장비를 비치하지 않거나 착용에 관한 사전 교육을 실시하지 않으면, 작업자는 작업중

번거로움으로 인해 개인보호장비를 착용하지 않을 수 있다.

- 나노물질을 직접 제조하는 과정에서 벤트(후드) 시설이 설치되지 않은 곳에서 작업할 경우, 장

치의 개방 또는 설비 결합부분에서의 누출 등으로 인해 나노물질이 인체 및 환경에 노출을 증

가시길 수 있다.

- 벤트 시설이 확보되어 있더라도 가동하지 않거나 나노물질 취급 지점과 적절한 거리를 유지

하지 않아 벤트 시설의 기능을 제대로 활용하지 못하면, 이 또한 나노물질의 노출을 가능성을

증가시키게 된다.

- 선풍기, 에어컨, 환기시설의 공기흐름 방향이 나노물질 취급 작업자와 바로 접하게 될 경우는

흡입을 통한 나노물질 노출의 가능성이 증가하게 된다.

- 분말 시료를 다룰 경우는 호흡 및 피부, 안구노출이 우려되므로 반드시 벤트시설이 갖춰진 공

간에서 개인보호장비 착용한 상태로 작업을 수행해야 한다.

- 액상 시료를 다룰 경우는 피부접촉 가능성이 가장 높으므로 장갑류 착용이 필수적이다. 또한

액상내 나노물질은 기상으로 노출되므로 반드시 벤트시설내에서 작업해야 한다.

- 고온 액상 반응시에는 기상으로 노출되는 에어로졸 형성이 촉진되어 인체 및 환경 노출 가능

성을 높이게 된다.

- 나노물질의 분쇄, 탈수, 정제 등의 과정을 거치는 동안 적절한 필터나 폐수 수집 시설이 없는

경우는 개인 피부노출 및 환경 매질로의 노출 가능성이 증가한다.

- 나노물질과 접촉한 장비의 세척, 1회용 개인보호장비의 폐기, 나노물질 생산 부산물 폐기시에

도 작업자의 피부와 호흡을 통한 노출 가능성이 증가한다.

- 나노물질 취급 장소의 외부 환기를 시키지 않을 경우, 실내에 축적되는 나노물질의 양이 증가

하게 되어 작업자 유동에 의한 비산 나노물질의 호흡과 피부접촉으로 인한 2차 노출 가능성이

증가한다.

3.1.2 사전 안전관리 방법

나노물질 환경노출도 평가가 이루어지기 전에 예상되는 노출원과 최우선 정보수집 작업군에 관

하여 장단기적 관리방법을 강구할 수 있다. 개인 안전관리를 위한 사전 파악 절차는 다음과 같

127

다.

1) 나노물질 취급 여부 : 나노물질을 취급하지 않는 공정에서는 일반적인 화학물질안전관리지침

(MSDS)를 따르도록 한다. 따라서 MSDS에 제시되어 있는 최저수준의 PPE 착용을 따른다.

2) 나노물질 종류 파악 : CNT와 같은 창모양의 나노입자의 비산 노출시에는 호흡에 따른 노출과

안구접촉에 따른 노출이 발생될 수 있으므로, 호흡노출 및 고글 착용이 권장된다.

3) 나노물질 노출 여부 : 나노물질을 취급하지만 환기시설이 제대로 갖춰져 있고, 작업자와 취급

시설간의 물리적 격리가 완벽히 이루어져 있다면 나노물질의 인체 노출이 일어나지 않는다고

볼 수 있다. 이때는 일반화학물질 사용에 따른 MSDS에 준용한다.

4) 주요 노출원 파악 : 노출 평가를 통해서 주요 노출원을 파악해야 한다. 해당 나노입자의 성상

에 따라서 적절한 노출평가 장비를 이용하되, 노출원 파악이 불가시에는 최대 노출로 간주하

여 최고수준의 PPE 착용을 수행한다.

5) 노출 형태 : 노출형태가 기상일 경우는 비산입자 방호용 장비를 강화하고, 액상일 때는 피부

접촉을 억제할 수 있는 방법을 강구한다. 액상내 나노입자의 에어로졸 형태의 노출은 호흡노

출을 억제하는 PPE를 착용한다.

6) 노출 농도 : 노출원을 파악하였으나 노출농도를 조사할 수 없을 경우는 최고수준의 PPE 착용

을 한다. 또는 노출농도를 알 경우는 노출수준에 따른 수준별 PPE 착용을 통해, 작업자로 하

여금 PPE 착용에 따른 스트레스를 최소화한다.

각 절차에 따른 보다 구체적인 요구사항으로는 MSDS 확보, 개인보호장비 착용, 나노물질 취급자

교육, 벤트시설 확보, 노출 시설 격리, 작업환경관리 등이 있다.

128

MSDS 확보

MSDS의 확보는 나노물질 취급전에 가장 먼저 선행되어야 하는 업무로, 나노물질 생산자에게 취

득하거나 자료가 없을시에는 유사한 제품을 생산하는 전문 시약업체(Sigma-Aldrich 등)의 공식

홈페이지를 통해 확보할 수 있다. MSDS를 확보하는 방법은 부속서C에 따로 정리해 두었다. 주

의할 사항은 해당 물질마다 입자의 크기나 표면처리 여부에 따라서 MSDS가 달라질 수 있으므

로, 해당 물질과 가능한 유사한 자료를 확보해야 한다.

개인보호장비 착용

적절한 개인보호장비 착용은 작업자가 인지하지 못하거나 장비의 결함, 부지불식간에 발생될 수

있는 나노물질의 인체 노출을 사전에 막을 수 있는 수단이라 할 수 있다. 개인보호장비는 피부노

출을 방호하기 위한 의복, 장갑류가 있으며, 호흡 노출을 막기 위한 마스크, 방독면이 있고, 안구

접촉 억제를 위한 보안경 등이 있다. 의복은 실험복(lab coat)과 방진복(cleanroom wear)으로 나

눌 수 있는데, 실험복은 주로 면으로 구성되어 있으며 방진복은 폴리프로필렌과 이중부직포로 분

진 차단효과가 우수하다. 장갑은 폴리글러브, 라텍스, 나이트릴 장갑으로 나뉘며, 주로 1회 사용

후 폐기하는 것을 원칙으로 한다. 호흡 노출에는 N95 방진마스크와 EN143 방독면 사용이 권장

되며, 안구 노출 억제를 위해서는 안경 타입보다는 측면까지 차단할 수 있는 고글형 착용이 바람

직하다. 장비 세척시에는 나노물질 폐기물로 인한 피부접촉이 반드시 발생하므로, 전신 보호복을

착용해야 한다.

나노물질 취급자 교육

나노물질 취급자 및 취급장내 출입하는 사람은 반드시 나노물질이 기상 및 액상으로 노출 될 수

있음을 인식하도록 교육이 필요하다. 해당 나노물질이 가질 수 있는 인체 및 환경 위해성에 관한

다양한 보도자료나 문헌자료를 활용하여 작업자로 하여금 사전에 잠재위해성에 관해 인지하고

있어야 한다. 따라서 최초 작업시작 시점에서 MSDS와 문헌자료를 활용한 교육과 자료의 주기적

인 숙지를 위한 자료비치가 이루어져야 한다.

벤트시설 확보

분말 및 에어로졸 노출이 예상되는 작업에서는 반드시 후드와 벤트 설비가 갖춰져야 한다. 설비

가 있다고 하더라도 가동하지 않거나 적절한 높이에 후드가 설치되어 있지 않으면, 인체 노출을

막을 수 없게 된다. 또한 실내 공기질 개선을 위한 환기시설을 갖추는 것이 바람직하나, 배출된

공기가 공기정화 장치(HEPA 필터 등) 없이 시설 내부로 재순환되면 나노물질 누적이 심화된다.

이럴 경우 배경 나노입자의 수가 지속적으로 증가하는 결과를 양산하게 된다. 환기시설이 확보되

지 않았다면, 주기적인 공기순환을 할 수 있도록 출입구의 개폐가 이루어져야 한다. 단 환기시설

(에어컨, 선풍기 포함)로부터 나오는 공기흐름의 방향은 작업자의 등을 지고 있어야 한다. 분말상

나노물질을 취급시 공기흐름과 마주보고 작업할 경우는 흡입 노출 가능성이 증가하게 된다.

129

시설격리

만약 자동화가 가능한 나노물질 제조공정이라면 반응실과 조작실을 물리적으로 격리 시켜두면,

인체 노출은 최소화시킬 수 있다. 단 반응실과 조작실간의 공기흐름을 차단해야 하며, 두 실간의

격실을 두어 나노물질의 조작실내 침범을 막는것이 바람직하다.

작업환경관리

작업환경의 청결 관리는 배경 나노물질의 양산을 막고 나노물질과 접촉한 설비의 촉수 접촉을

통한 2차 노출을 억제할 수 있다. 따라서 나노물질 취급시 사용했던 1회용 개인보호장비는 반드

시 적절한 방법으로 폐기해야 하며, 작업이 끝난 다음에는 벤트시설을 가동하여 내부 공기질 개

선에도 노력해야 한다. 또한 주기적인 청소를 통해 작업장 설비 표면을 청결히 관리하여 촉수오

염을 막아야 한다. 표면 청소시에는 젖은 걸레를 이용하거나 HEPA 필터를 갖춘 진공청소기를

이용하는 방법이 있을 수 있다. 비산입자가 많을 경우는 작업장 바닥에 물을 뿌려주는 것만으로

도 상당수의 배경 나노입자를 줄여줄 수 있다.

3.2 노출평가 이후 안전관리

나노물질의 노출 시나리오와 정보수집 최우선 순위를 대상으로 한 환경노출도 평가가 완료되면,

주요 노출원을 검증할 수 있고 관리대상 작업군을 명확히 규명할 수 있게 된다. 즉, 환경노출도

평가시에는 예상되는 노출원과 주요 작업군을 대상으로 평가를 수행하며, 해당 정보수집 우선순

위가 제대로 파악되었는지를 재검증할 수 있는 기회가 된다. 이를 통해 잘못 지정된 노출등급에

대하여 재설정을 하게 되고, 새로운 정보수집 우선순위가 재결정된다.

SMPS나 DLS 등을 이용하여 나노물질의 입도분포 및 농도를 구하게 되면, 나노물질의 노출수준

이 결정되고 이에 따른 단기적 또는 장기적 관리방법에 따라 안전관리를 시행한다. 작업장의 노

출평가 결과 노출기준을 초과한 경우는 신속하게 대처할 수 있는 단기적 관리방법을 활용하되,

추후에 효과적이고 근본적인 해결 방안을 마련할 수 있는 장기적 관리방안을 마련하도록 해야

한다.

장단기 관리방안을 마련하기 위한 판단절차는 다음과 같다.

1) 나노물질 취급 여부 : 나노물질을 취급하지 않는 공정에서는 일반적인 화학물질안전관리지침

(MSDS)를 따르도록 한다. 따라서 MSDS에 제시되어 있는 최저수준의 PPE 착용을 따른다.

2) 나노물질 취급 공정 파악 : 나노물질을 취급하는 공정별로 나노물질 노출에 따른 인체 접촉

부위가 결정된다. 액상반응의 경우는 피부노출이 가장 우세하며, 기상반응은 안구 및 호흡노

출이 가장 우세하게 된다. 따라서 해당 공정별로 안전관리 방안이 차별화 되어야 한다.

3) 정보수집 우선순위 결정 : 노출기준에 따른 건강영향을 파악하고, 건강위해도/건강영향/불확실

성 등급을 이용하여 정보수집 우선순위를 결정한다. 이를 통해 노출평가 이전에 나노물질이

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주로 노출되는 작업군을 판별할 수 있고, 노출평가 없이도 나노물질 노출을 억제할 수 있게

된다. 정보수집 최우선을 차지한 작업군에 대해서 우선적으로 노출평가를 실시한다.

4) 노출평가 능력 여부 : 기상 및 액상에 관한 실시간 나노물질 노출평가를 수행할 수 있는 시설

의 보유 여부를 판단한다. 시설이 없을 시에는 SMPS, ELS(DLS) 장비를 보유한 기관에 모니

터링을 의뢰한다. 단, 액상 노출평가시에는 시료를 채취해 외부 기관에 분석의뢰해도 무관하

지만, 시간에 따른 나노물질의 성상변화가 우려될 경우는 가능한 신속히 분석을 완료하도록

해야 한다. 만약 장비를 보유하지 않고 있으며 외부에 분석의뢰도 이루어지지 않은 상태라면,

최고수준의 PPE 착용이 이루어져야 한다. 또한 해당 노출원에 대한 시설 격리와 벤트시설 확

충이 필수적이다.

5) 노출 모니터링 실시 : 기상/에어로졸에 대해서는 SMPS, ASP를 이용하여 모니터링을 실시하

고, 액상에 대해서는 ELS(DLS)를 이용하여 분석을 수행한다. 또한 해당 물질을 포집하여

SEM, TEM을 이용한 형상 분석(응집 여부, 크기/모양 검증)을 수행하고, 성분분석(SEM-EDS)

를 통해 실제 포집한 물질이 노출된 나노물질인지를 확인해야 한다. 이때는 주로 외부기관

분석을 수행한다.

6) 주요 노출원 파악 : 노출평가를 통해 의심되는 노출원을 검증하고, 노출 시나리오를 구성하여

노출원을 차단하는 방법을 강구한다. 또한 정보수집 우선순위의 후순위 작업군에 대해서는

동일한 방법으로 수행하여, 공정 조업시 나노물질 노출에 따른 위해성을 최소화 할 수 있도

록 한다.

7) 관리대책 마련 : 시설투자전에는 노출수준에 맞춘 PPE 착용을 따르며, 유해요인을 제거(시설

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격리, 벤트, 공정/물질 대체)할 수 있는 다양한 관리대책을 마련한다. 또한 근로자 교육, 주기

적 노출평가, 문서작성, 책임자 인식 변화와 같은 추가적인 노력을 기울인다.

3.2.1 단기적 관리방법

단기적인 관점에서 즉각적인 나노물질 노출을 억제할 수 있는 방법으로는 노출수준에 맞춰서 개

인보호장비를 착용하는 것이 가장 우선시 되어야 한다. 장기적 관리방법이 구축되기 전까지는 반

드시 적합한 개인보호장비를 사용해야 한다.

노출수준에 따른 개인보호장비 착용

나노물질의 노출수준(농도)을 평가 완료하였다면, 해당 결과값을 기확보한 MSDS의 노출농도와

비교하여 노출수준에 맞춰 개인보호장비를 착용한다. 환경노출수준이 2이하일 경우는 최하위 수

준의 PPE 착용이 작업자로 하여금 PPE 착용에 따른 스트레스를 줄여주게 된다. 즉 나노물질이

노출되지 않거나 노출원이 제거 되었다면, 과도한 수준의 PPE 착용은 피해야 한다. 최고수준의

개인보호장비 착용은 노출기준을 초과했고 단기간내 문제점을 해결할 수 없을 때 선택하게 된다.

이때는 방진복(EN340), 라텍스 장갑, 방진마스크(N95), 고글 등의 착용이 이루어져야 한다.

다음은 개인보호장비별로 환경노출수준에 따른 피부/호흡/안구 노출별 보호장비의 착용범위를 정

리한 것이다. 이는 PPE 중 대표성 있는 제품만 나열한 것으로, 만약 취급 나노물질에 대한 내화

학적, 열적, 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 PPE가 필요하다면, EN340이외의 보호복의 선택도

고려해야 한다.

PPE 종류

피부 노출 호흡 노출 안구 노출보호복 장갑 마스크 방독면 보안경

실험복방진복

EN340Ploy Latex Nitrile N95

N95

/CarbonEN143 안경형 고글형

노출

수준<2 <4 <2 <4 <4 <2 <3 4 <2 3, 4

입자

성상기상, 액상. CNT 액상, CNT 기상, 에어로졸, CNT 액상

기, 액, 에어로

졸, CNT보호

수준⋆⋆ ⋆⋆⋆ ⋆ ⋆⋆⋆ ⋆⋆⋆ ⋆⋆ ⋆⋆ ⋆⋆⋆ ⋆ ⋆⋆⋆

사용

시간<3 <6 <1 <3 <3 <5 <5 - <1 -

사용후

장시간

사용후

폐기

장시간

사용후

폐기

1회 사용

후 폐기

1회 사용

후 폐기

1회 사용

후 폐기

1일 사용

후 폐기

1일 사용

후 폐기

필터 교

체

사용후

세척사용후 세척

참고로 보호복은 유럽의 규정을 전세계 표준으로 사용하고 있으며, EN340에 따른 6종류의 보호

복이 사용되며 방진복도 이에 해당된다. 정전기 방지를 위해서는 EN149, 방사능 오염을 위해서

132

는 EN1073, 항 바이러스를 위해서는 EN14126 보호복을 착용한다.

1) Type 1 : 가스 차단 보호복(gas tight suits), 주위 환경으로부터 완벽하게 차단된 보호복

2) Type 2 : 비기체 차단 보호복(non-gas tight suits), 유해인자의 유입을 막기 위해 내부에 양압

식 호흡 보호구를 같이 쓰지만, 완전히 밀폐되지 않는 보호복

3) Type 3 : 액상 차단 보호복(liquid tight suits), 강하고 방향성을 가지고 분사되어지는 액상 케

미컬에 대해 보호도를 제공하는 보호복

4) Type 4 : 스프레이 차단복(spray tight suits), 보호복에 고일 정도로 분사되는 응축된 액상 케

미컬에 대하여 보호도를 제공하는 보호복

5) Type 5 : 분진 차단복(dry particle suits), 유해한 분진 입자로부터 보호도를 제공하는 보호목

6) Type 6 : 제한적 스프레이 차단복(reduced spray suits), 방향성이 없는 액상 케미컬의 분무에

대한 보호도를 제공하는 보호복

또한 나노물질 제조 또는 가공 장비를 다룬 다음 개인보호장비는 폐기여부에 따라서 적절한 조

치를 취한다. 비닐 봉투를 이용한 밀봉 폐기를 수행하면 비산에 의한 2차 오염을 막을 수 있다.

작업자는 작업이 끝난 다음 반드시 세면시설을 이용하여 피부에 접촉된 나노물질을 세척해야 하

며, 다른 사람과 다른 장소로의 나노물질 이송을 막을 수 있다.

정보제공 및 교육

나노노출 평가가 완료되면 해당 나노물질 취급자에게 노출수준 및 위험성 여부를 통보해야 한다.

이는 작업자 스스로 개인보호장비 착용을 하도록 유도할 수 있는 방법이다. 또한 주요 노출원과

주요 노출 작업군을 파악케 하여 물질 취급시 주의할 수 있도록 한다. 작업장내에서는 음식물 섭

취나 흡연 행위를 금지시켜서 나노물질의 경구 섭취가 일어나지 않도록 해야 한다.

경영관리

노출되는 나노물질을 장기간 섭취, 호흡, 접촉 했을 경우 건강상의 문제가 발생한다면, 경영관리

기법을 이용해야 한다. 즉 특정인에게만 잠재적 노출이 일어나지 않도록 작업시간 조정 및 일정

작업시간 이후 작업재배치를 수행해야 한다. 이러한 방법은 잠재적 위험성에 지속적으로 노출되

는 것을 막게 하여 개인 건강상의 문제를 해결할 수 있게 된다. 환경 매질로의 노출이 이루어지

고 있다면, 관리자는 폐기물의 일괄 처리를 할 수 있도록 관리방침을 세워야 한다.

공정관리

공정관리는 주로 시설투자나 장비의 변형, 공정의 변화 등이 필요한 장기적 관리법에 해당하지

만, 장기적 관리방안을 마련하기전에 단기적으로 수행할 수 있는 공정관리 방안도 있다. 정상적

인 공정운영에 방해를 받지 않고 업무를 수행할 수 있도록 장비를 재배치하는 것도 하나의 방법

이다. 작업자의 편의도 중요하지만 궁극적인 노출원 제거가 이루어지기 전까지는 환기가 유용한

위치로 노출원이 되는 시설/장비를 이동시켜야 한다. 적은 양의 나노물질이 지속적으로 노출되는

133

경우는 국소환기시설을 이용한다. 환경매질로의 노출이 일어나지 않도록 환기시설의 말단에는 필

터나 나노입자 포집장치를 설치하는 것이 바람직하다.

나노물질은 다품종 소량 생산이 주를 이루고 주로 수요중심으로 주문생산을 하게 된다. 따라서

공정 조업을 하지 않을 경우도 발생하는 데, 이때는 장비의 가동 중단 이후 환경 매질로 노출될

가능성은 없는지 검토해야 한다.

3.2.2 장기적 관리방법

파악된 나노물질 노출원을 궁극적으로 관리하고 제거하기 위해서는 장기적 관리방안을 마련해야

한다. 즉 지속적인 관리가 필요하면 노출원을 격리시켜야 하며, 노출평가 결과를 기록하고 주기

적인 모니터링을 실시해야 한다. 장기적 관리방법은 상당부분이 관리자의 결정이 필요하게 되므

로, 나노물질에 관한 잠재적 위해성을 인지하고 있어야만 장기적 투자가 이루어질 수 있다. 해당

방법으로는 대상 나노물질을 보다 덜 위해한 물질로 대체하거나 새로운 공정을 도입하는 방법이

있을 수 있다. 또한 시설투자를 통해 인체 및 환경 노출에 따른 직접적인 접촉을 차단할 수 있는

물리적 격리를 수행해야 한다.

제거/대치에 의한 공정관리

공정관리 기법중의 하나로서 기존 공정의 장비를 변형시켜 노출한계 이하로 유지시키기는 방법

이 있다. 이는 시설투자 필요하여 관리자의 판단이 중요하게 작용한다. 대상물질의 노출을 억제

하기 어렵다면 유해성이 낮은 물질로 대치하는 것이 가장 효과적인 관리대책이라 할 수 있다. 이

는 노출로 인한 인체 및 환경 위해성 문제를 원천적으로 제거하는 가장 손쉬운 방법이자만, 공정

기술과 제조 공정의 관리자에게 민감한 사안이 될 수 있다. 특히 특허건과 관련된 내용일 경우는

다른 방안을 선택해야 한다. 분말형태의 물질은 용액과 혼합하여 사용해도 물성 변화가 없다면,

용액내 혼합된 상태로 취급하는 것이 호흡노출을 막는 방법이다. 또는 분말형태 보다는 과립형태

로 제조할 경우는 비산되는 양을 줄일 수 있으며, 스프레이 코팅 공정은 용액에 직접 담궈 코팅

하는 방법으로 전환한다면 호흡노출을 상당히 저감시킬 수 있게 된다. 즉 급작스런 공정전환이

아닌 장기적 관점에서 순차적인 공정전환을 꾀하도록 해야 한다.

다음은 기존 공정을 노출 발생이 적은 공정으로 전환하는 사례이다.

- 나노분말 대신에 과립형태 입자를 사용하는 공정으로 전환

- 나노분말 사용 공정에서 액상에 분산된 나노물질 사용

- 기상 반응 제조 공정에서 액상 반응 제조 공정으로 전환

- 스프레이 코팅에서 딥(dip) 코팅으로 전환

- 개방형 설비에서 밀폐형 설비로의 설비 전환

- 배치(batch) 반응기에서 흐름 반응기로의 설비 변경

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설비 변경이나 공정 전환이 이루어질 경우는 산업안전 전문가에 의뢰하여 공정 변환으로 발생될

수 있는 추가적인 환경오염 문제가 없을지를 판단해야 한다. 만약 설비 투자를 하고도 대치 시설

이나 공정이 유사한 정도의 위해성 문제를 야기한다면, 근원적인 해결방안이 되지 못하게 된다.

물리적 격리를 통한 공정관리

공정의 장비 변형이나 기존 물질의 대치는 나노물질 생산에 치명적인 문제를 야기할 수도 있다.

즉 특정 물질과 특정 반응조건에서만 생성되는 나노물질도 있기 때문에 공정전환이 불가할 경우

는 물리적 격리를 통한 공정관리 기법을 선택해야 한다. 즉 물리적 장벽을 두어 노출에 대한 직

접적인 접촉을 막고, 시간과 거리상의 격리를 이뤄야 한다. 작업의 자동화가 가능하다면, 작업실

과 조정실을 격리하고 두 배실 사이에 격실을 두어 작업실의 나노물질이 조정실로 넘어 들어오

지 않게 해야 한다. 글로브박스(glove box)와 같은 밀폐형 시설을 이용할 경우, 호흡 및 피부노출

을 원천적으로 통제할 수 있다. 또한 추가적인 벤트시설을 확보하여 분말시료 취급시 노출문제를

제거할 수 있다. 해당 시설 설치는 작업자의 편의도 고려해야 하며, 적절한 교육 없이는 시설 활

용이 어려워 질 수 있다.

나노물질을 직접 취급하지 않는 외부인이 출입할 경우를 대비하여, 나노물질 노출지역임을 표시

하여 구획하는 것이 바람직하다. 또한 개인보호장비의 비치 장소, 폐기물 처리 장소, 세면/샤워시

설, 휴게시설 등이 나노물질 취급시설과 구획되어야 한다. 또한 나노물질이 저장된 공간도 외부

에 노출되지 않도록 시설 격리가 이루어져야 한다.

폐기물 처리

나노 폐기물은 나노물질 생산과정(부산물)이나 폐기과정(폐기물)에서 주로 발생하게 된다. 독립적

인 나노입자로 존재하지는 않지만 이들 폐기물에는 나노응집체 형태의 나노물질이 존재하게 된

다. 이러한 폐기물에는 주요 생산물 보다 더 높은 농도의 나노물질이 불순물과 함께 포함될 수

있다. 따라서 이들 또한 나노물질로 간주하고 적절한 PPE 착용과 함께 폐기물에 직접적인 접촉

을 피해야 한다. 반응 장비의 청소, 점검, 이동 중에 발생되는 폐기물도 동일하게 적용한다. 착용

했던 1회용 PPE는 나노물질을 직접적인 접촉을 한 것이기 때문에 재사용하지 않도록 해야 한다.

작업실내 개인보호장비는 외부반출을 막아서 환경 매질로의 2차 노출을 막아야 한다.

분말 나노물질의 폐기시에는 비산을 억제할 수 있는 밀봉 용기에 저장하여 처리한다. 액상 폐기

물은 필터링이 가능하다면 용액을 분리하여 슬러지 형태로 폐기하며, 불가능 하다면 드럼에 모아

폐수 처리시설로 보내야 한다. 토양 미생물은 은나노물질 등에 의해 사멸할 수 있기 때문에, 나

노 폐기물은 토양에 매립하지 않도록 한다. 재활용이 가능한 폐기물은 적절한 처리를 통해 원재

료로 사용한다. 소각이 가능한 폐기물은 외부 소각시설을 이용하여 처리한다.

135

지속관리

나노물질 환경노출도 평가를 통해 주요 노출원이 파악 되었다면, 다양한 관리방법을 통해 안전관

리를 수행하였을 것이다. 이러한 관리행위는 1회에 그치지 않고, 노출원 제거에 따른 재평가가

필요하며, 주기적인 모니터링이 이루어져야 한다. 실시간 모니터링은 실효성도 없으며 거의 불가

능하기 때문에 이에 대한 투자를 필요치 않는다. 대신 나노물질 취급자에게 지속적인 안전관리

교육을 시켜 취급상 주의요령을 숙지하도록 해야 한다. 나노물질 취급자에게는 MSDS, PPE 착용

수준, 환기시설 작동, 주요 노출원, 설비 가동시 유의사항, 폐기물 처리 요령, 세척시 주의사항,

개인 건강이상 유무 확인 등의 방법을 교육시켜야 한다.

건강관리

나노물질 환경노출 기준 이하로 노출시에는 즉각적인 개인 신체 이상이 발견되지 않는다. 따라서

반복적인 노출로 인한 건강 이상을 확인하기 위해서는 관리자 입장에서 작업자의 개인 건강을

모니터링 하도록 해야 한다. 그러나 나노물질 노출과 개인 건강과의 직접적이고 명확한 상관관계

를 도출하기는 어렵다. 따라서 여타 다양한 요인에 의해서도 동일한 건강 이상 징후가 나타날 수

있기 때문에, 건강관리 정보는 참고자료로 활용해야 한다. 모든 취급자를 대상으로 건강관리를

수행하기 어렵다면, 고농도의 나노물질을 취급하는 대상자를 우선적으로 시행한다.

기록유지

환경노출도 평가 결과 및 안전관리를 통한 점검사항 등은 반드시 문서화하여, 차후 장비 가동시

에 다른 작업자로 하여금 빠르게 노출정보를 획득할 수 있도록 해야 한다. 여기에는 MSDS도 포

함 되어야 하며, 적절한 노출수준에 따른 개인보호장비 착용규칙도 함께 설명되어야 한다. 또한

주요환경인자로 작용하는 원재료, 중간생성물, 생성물, 부산물, 첨가제, 기타 유/무기물, 유해성

폐기물에 관한 정보도 기록되어야 한다.

136

4. 나노물질 환경노출도 평가 및 관리방안 마련 사례

분말상 및 액상 나노물질을 생산하는 업체를 대상으로 나노물질 환경노출도 평가 및 관리방안을

제시해 보았다. 이는 본 가이드라인 이행을 위한 실시예로서 해당 자료는 참고를 위한 가상의

데이타이므로 인용하거나 보도 등에 활용될 수 없다.

전체적인 업무는 다음과 같이 이루어진다.

- 현장 노출평가에 앞서 사전 정보 파악 : 관리자 및 작업자와 면담 수행, 제조 공정 흐름도 파

악, 작업자 설문조사

- 정보수집 우선 순위 결정 : 주요 노출원이라고 예상되는 지점의 작업군을 편성, 예상되는 정보

수집 우선순위 파악(나노물질 노출등급 지정에 대한 재확인은 노출평가 완료후에 실시하여, 잘

못 지정된 노출등급은 재조정한다), 주요 노출원에 대한 나노물질 환경노출 시나리오 구성

- 기상 및 액상 반응에 대한 환경노출도 평가 : 작업전에 배경 나노입자 농도 측정, 1회 작업기

간 동안 주요 노출원에 대한 노출 나노입자 농도 측정(SMPS, ASP, DLS, ELS를 이용한 현장

분석)

- 노출도 평가 결과 해석 : 배경 나노입자를 제외한 결과값을 이용하여 작업중 발생되는 노출 나

노입자의 분포도 확인, 주요 배출 나노입자 파악, 취급하는 나노입자와 크기 비교, 노출 시나

리오 검증에 활용

- 나노물질 존재 여부 검증 : 외부 분석 기관에 의뢰하여 나노물질의 형상, 크기, 성분 재확인

- 관리방안 마련 : 노출수준에 맞춘 개인보호장비 착용, 장단기 안전관리 방안 마련

- 지속적 관리 : 주요 노출원에 대한 주기적인 평가를 통한 모니터링 실시

4.1 공정별 환경노출도

액상 반응 제조 공정

액상 반응 제조 공정은 원료물질을 이용하여 해당 나노제품(소비재 포함)을 생산하는 공정으로

액상 및 기상으로의 노출 가능성을 지니고 있다. 액상 반응기는 뚜껑의 개폐여부에 따라 증기상

으로 노출되는 나노입자의 양이 차이가 나게 된다. 또한 승온 반응이라면, 해당 공정에는 반드시

벤트시설을 갖추고 있어야 한다.

일례로 은나노입자를 산처리기법을 이용하여 제조하는 액상 반응공정을 살펴보면 다음과 같다.

개폐식 반응기의 뚜껑을 여는 순간, 수증기와 함께 나노입자가 동시에 노출되어, 은나노입자의

응집현상이 발생한다. 이를 통해 특정 크기의 나노입자 노출이 급증한다. 또한 휘발성 용매를 바

탕으로 나노입자를 제조할 경우는 상온조건에서도 용매와 함께 제조중인 나노입자의 휘발이 발

생할 수 있다. 기액 상평형에 의한 에어로졸 형태의 나노입자 노출이 액상 반응 제조 공정에서

반드시 수반되므로, 벤트시설은 필수적이다. 이러한 노출양상은 상대습도가 낮을수록, 온도가 높

137

을수록, 용매의 휘발도가 높을수록, 액상내 나노입자의 농도가 높을수록 증가하는 양상을 지니게

된다. 따라서 반드시 피부노출 뿐만 아니라 호흡노출에 따른 안전관리 방안이 마련되어야 한다.

액상 분리정제(탈수/필터) 공정

액상 분리정제 공정은 제조한 나노물질과 용매, 불순물이 혼합된 혼합물 상태일 때, 나노물질만

을 분리하는 공정으로, 액상 및 기상으로의 노출 가능성을 지니고 있다. 특히 탈수와 필터 과정

을 통해 배출되는 폐수는 환경 매질인 수계로의 노출을 야기 시킬 수 있기에, 폐수 수집 장치가

반드시 요하다.

일례로 액상 반응을 통해 제조된 나노물질 응집체를 탈수하는 공정을 살펴보았다. 외부 환기시설

(벤트, 후드)이 없는 상태에서 장비 작동시, 기본 10만 이상의 비산입자가 주변에 존재하게 되며,

장비를 가동하면 50만개까지 나노입자가 폭증하게 되는 경우도 있다. 탈수 공정에서 밀봉이 잘

되지 않은 탈수기 덮개 주변으로 나노물질들이 노출되고 있음을 알 수 있다. 또한 분리공정의 하

나인 필터링과 스퀴징(squeeze)은 탈수된 나노입자체에서 더 많은 수분을 제거하는 과정으로 수

계노출을 유발하게 된다. 분리공정에서는 제조완료된 나노입자의 크기부터 응집체(불순물)에 이

르기까지 거의 전영역에서 나노입자가 노출되는 양상을 보인다. 탈수/필터(원심분리)와 같은 분리

공정은 반드스 폐수 수집 시설을 갖추고 작업을 진행해야 환경 매질(수계)로의 노출을 억제할 수

있게 된다. 또한 작업자는 피부노출을 막기 위한 적절한 개인보호장비 착용이 필수적이다. 본 공

정은 주로 수십 nm에서 수십 μm에 이르기까지 다양한 입자가 노출되므로, 호흡 노출을 방호하

는 장치도 설치해야 한다.

액상 교반 공정

액상 교반 공정은 나노물질을 제조하는 과정의 교반이나 필터(원심분리)를 거치고 남은 나노물질

의 재분산을 할 때 사용하는 작업이다. 원료 나노물질을 외부업체(시약상)에서 구매하여 나노소

비재(2차 가공품)를 제조하는 업체에서는 나노물질의 용매상 분산을 위해서도 교반 공정을 사용

하게 된다. 교반과정에서는 원료물질이 분말상일 경우 기상 노출이 발생하며, 교반기의 개폐여부

에 따라 액상내 나노입자의 기상으로의 노출이 발생한다.

일례로 벤트시설이 없는 상황에서 슬러리 형태의 나노물질을 용매에 재분산하는 공정을 살펴보

았다. 개방된 공간에서 작업을 한 경우, 배경 비산입자의 공급원으로 작용하게 된다. 교반기의 작

동과 함께 액상 계면내 용매의 자유도가 증가하여 휘발되기 시작하며, 이와 함께 표층에 있는 나

노입자가 에어로졸 형태로 노출되는 양상을 보인다. 따라서 액상 교반작업은 액상 반응 제조공정

과 동일한 수준에서 안전관리를 수행해야 한다.

폐수 처리 공정

폐수 처리 공정은 액상내 반응 잔류물의 환경 매질(수계)로의 노출을 억제하기 위한 작업으로 폐

138

수 드럼이나 폐수 수집 시설로 이동하는 라인을 설치하는 작업에 해당한다. 제조시설이 열악할

경우, 폐수 드럼을 이용한 폐액 수집을 수행하게 되는데, 이때 개방형 드럼을 사용하게 되면 대

기중 노출이 발생하게 된다. 또한 기상으로 노출된 비산입자의 시간에 따른 침전(침강)은 시설

청소과정에서 수계로 노출된다. 따라서 물을 이용한 청소전에 젖은 걸레 등을 이용하여 장치 및

바닥에 쌓인 입자를 제거하는 것이 바람직하다.

일례로 밀폐형 원심분리기에서 발생되는 폐수를 드럼형태로 수집하는 공정을 살펴보았다. 원심분

리기를 이용한 분리정제 공정은 밀폐형이라서 환경 노출은 발생되지 않지만, 개방형 폐수 라인에

서는 심각한 수준의 나노입자 노출이 발생된다. 이는 환기시설이 없는 공간에서 본 작업이 수행

된다면 배경 나노입자로서 작용하게 된다. 노출되는 나노입자는 제조되는 나노입자보다 큰 크기

인 40-120 nm 크기의 일정한 분포를 보였으며, 드럼을 교체하는 과정에서는 약간의 노출량 감소

가 발생한다. 해당 공정도 액상 반응 제조공정 및 교반공정과 동일한 수준에서 안전관리를 수행

해야 한다.

기상 반응 제조 공정

기상 반응 제조 공정은 열분해법, 레이저이용, 플라즈마 이용, 폭발법 등 다양한 제조 방법이 적

용되며, 주로 CNT 제조에 사용된다. 기상 반응은 분말상 입자를 사용하므로 기상으로의 노출이

주가 된다. 따라서 환기시설 및 호흡노출을 방호하는 개인보호장비의 착용이 필수적이다. 또한

작업후의 비산된 나노입자는 배경입자화 되며, 시설내 축적되는 경향을 지니게 된다.

일례로 플라즈마를 이용한 건식 나노입자 제조에 관하여 살펴보았다. 금속선에 플라즈마를 가하

여 폭발반응을 시키면 특정 크기 미만의 나노입자 생산되며 이를 필터를 거쳐 분리하여 최종제

품을 생산하는 공정이다. 공정실의 개폐에 따라 내부공기의 입자수가 급격히 변하였다. 환기를

위한 에어컨 가동시 조작실로부터 입자의 유입 및 바닥에 잔류하는 입자들의 분산이 활발하게

이루어졌다. 공정실 폐쇄 후 공정 가동 시 일정 크기를 갖는 입자만이 다수 분산됨을 확인하였

고, 플라즈마 장치 개방시 80~120 nm 영역의 입자수 증가하였다. 따라서 플라즈마 장치 주변으

로 밀봉이 잘 되지 않은 지점을 노출이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 건식 제조장치는 열

을 주로 사용하므로 밀폐형 장치를 쓰게 된다. 따라서 노출되는 양이 적을것으로 예상되지만, 반

응이 끝난후 장치의 개방은 반응기 내외부의 열 및 압력구배로 인한 확산을 증가시킨다. 따라서

건식 나노입자 제조시에는 반응실을 밀폐형으로 갖추는 것이 바람직하다. 건식 분말상 나노입자

제조시에는 환기시설이 갖춘 공간에서 작업이 이루어져야 하며, 환경 매질(대기)로의 노출을 최

소화하기 위한 필터를 갖춘 벤트시설이 있어야 한다. 개인노출을 막기 위한 노출수준에 따른 적

절한 개인보호장비 착용도 필수적이다.

기상 분쇄/밀링 공정

기상 분쇄 및 밀링 공정은 벌크한 원료물질은 쪼개어 작은 입자화 시키는 하향식(top-down) 방

139

식의 나노입자 제조 공정에 해당한다. 액상 제조 공정으로 만든 나노응집체를 건조한 뒤, 분쇄할

때도 본 공정을 사용한다. 분쇄작업 과정에서는 반드시 기상 비산입자 노출이 야기되므로 호흡노

출을 억제하는 벤트시설이 갖춰져야 하며, 적절한 수준의 개인보호장비를 착용해야 한다.

일례로 액상 공정으로 제조한 뒤 건조시킨 입자의 분쇄(grinding) 공정을 살펴보았다. 제조시설

내 벤트설비가 있다면 배경입자가 충분히 제거가 된다. 그러나 분쇄 작업이 완료되었더라도 분쇄

기가 충분히 작동을 멈춘 뒤에 장비를 개방해야만, 장치내 비산중인 나노입자의 환경중 노출을

억제할 수 있다. 건식 공정으로 제조된 나노응집체를 밀링과정을 통해 더 미세한 나노입자로 만

드는 공정도 있다. 원하는 입자의 크기에 따라 super mill, ball mill, zet mill, normal mill을 사

용하며, 밀링의 종류에 따라서 입자크기 분포가 달라진다. 건식 공정은 분쇄작업이나 제조과정이

나 언제나 기상 노출을 야기하므로 호흡노출을 차단해야 하며, 환경 매질(대기)로의 노출을 차단

할 수 있는 필터시설이 갖춰진 벤트(후드) 장치가 가동되어야 한다.

기상 건조 공정

기상 건조 공정은 액상으로 제조된 나노입자를 판매에 용이한 형태인 분말상으로 제조하는 작업

으로, 나노입자에 포함된 수분, 용매를 제거하는 작업에 해당한다. 보통 기상 건조 공정은 밀폐형

건조기를 사용하므로 직접적인 노출은 일어나지 않는다. 그러나 건조기를 개방하는 순간, 건조기

내부에 있는 분산된 나노입자의 호흡노출이 발생된다.

일례로 액상으로 제조한 나노입자를 건조시키는 공정을 살펴보았다. 건조실은 온도와 압력차에

의한 일시적이 나노입자의 노출이 발생하였다. 따라서 본 작업에서도 호흡노출이 주요인이 되므

로 이를 차단할 수 있는 벤트와 개인보호장비 착용이 필요하다.

기상 포장/이송/운반 공정

기상 포장/이송/운반 공정은 완제품을 포장(건식, 습식)하는 작업이나, 폐수 드럼의 이송/운반 작

업, 후처리 공정으로의 이동에 따른 작업에 해당한다. 완제품을 포장할 때는 주로 기상 분말상

입자가 비산된다. 폐수 드럼을 운반할 때는 피부접촉을 야기할 수 있다.

일례로 기상 분말상 입자를 포장하는 공정을 살펴보았다. 포장공정중에 벤트시설이 없거나 있더

라도 미가동 된다면, 해당 나노입자는 배경나노입자화 되어 지속적인 호흡노출을 야기하게 된다.

이는 환기시설만 갖추더라도 쉽게 해결할 수 있는 문제가 된다. 또 다른 사례로 작업한 드럼을

포장단계로 이송하는 과정에서 대기상 노출이 일어나는 공정도 살펴보았다. 분말상으로 제조한

나노입자가 모아진 드럼을 포장단계로 이송하는 과정에서도 충분한 양의 기상 노출이 발생한다.

따라서 본 공정은 기상노출이 주요 요인이 되므로, 포장은 환기시설이 갖춰진 공간에서 이뤄져야

하며, 이송과 운반과정에서는 호흡노출을 막는 개인보호장비를 착용해야 한다.

140

폐기 공정

폐기 공정은 나노폐기물을 폐수 또는 슬러리 형태로 처리하는 작업을 말한다. 본 공정에는 회수

(재사용, 재활용) 작업도 포함된다. 나노폐기물은 불순물, 2차 생성물, 화합물, 용매, 용제 등 다양

한 물질이 혼합된 상태이므로 환경 매질(수계 및 토양)로의 노출이 되지 않도록 적절한 처리 시

설을 갖춰야 한다. 처리 시설이 없을 시에는 반드시 나노폐기물을 밀봉하며 사람 출입이 적은 공

간에 수집한 다음, 외부 처리시설을 통해 나노폐기물을 폐기해야 한다. 고가의 원료물질(귀금속

류)를 사용할 경우는 나노폐기물로부터 원료물질을 회수하는 공정이 필요하다. 해당 작업은 다양

한 용매를 이용하여 나노폐기물로부터 원료물질을 분리하기 때문에 다량의 폐수가 발생할 수 있

다. 이는 반드시 폐수 처리 방법에 준용해야 한다.

4.2 기상 나노물질 생산 공정 파악

4.2.1 공정 개요

해당 공정은 플라즈마 방법을 이용하여 금속 와이어에서 분말상의 금속 나노입자를 제조하고 있

다. 금속 와이어를 플라즈마 기계장비에 넣고 폭발반응을 시키면 250 nm 미만의 금속 나노입자

가 생성되며 이를 필터와 포장과정을 거쳐 최종 150 nm의 나노입자를 생산하고 있다. 주요 작업

실은, 반응실과 조작실로 구성되어 있으며 해당 위치를 모니터링 지점으로 설정하였다.

반응실의 작업자는 플라즈마 장비와 절연을 위한 절연장갑 및 절연 보호복을 착용하고 있었으나,

조작실내 함께 비치된 포장실에서는 개인보호장비의 착용이 미비하였다. 그러나 해당 시설내에

나노물성을 분석할 수 있는 TEM, SEM 등의 고가장비를 보유하고 있어서 추후 나노물질의 환경

노출 평가 및 off-site 물성분석에 적합하였다.

4.2.2 노출평가 결과

조작실

조작실은 반응실과 파티션으로 분리되어 있으며, 반응실의 환기는 에어컨을 통한 외부 공기 흡입

만 이루어지고 있었다. 즉 외부 공기는 유입되지만 내부에 산재해 있는 나노입자의 외부노출은

일어나지 않고 있다. 따라서 작업실 및 조작실내에 존재하는 미세입자는 시간이 지나면서 지속적

으로 쌓여가고 있다고 보았다. 출입이 없을 시, 공정실 내부의 입자수는 평균 약 10,000개 이하지

만, 조작실이 반응실과 분리되어있지 않아 분산되는 입자가 매우 많음 측정되었다. 공정실 개방

시 조작실의 입자들이 공정실 내부로 유입되고 있으며, 시간이 지남에 따라 입자들이 바닥에 잔

류하게 되고 작업자 이동에 따른 침전입자의 재부상이 발생하였다.

141

기상 반응

반응실의 개폐에 따라 내부공기의 입자수가 급격히 변하였다. 환기를 위한 에어컨 가동시 조작실

로부터 입자의 유입 및 바닥에 잔류하는 입자들의 분산이 활발하게 이루어졌다. 공정실 폐쇄 후

공정 가동 시 일정 크기를 갖는 입자만이 다수 분산됨을 확인하였고, 플라즈마 장치 개방시

80~120 nm 영역의 입자수 증가하였다. 따라서 플라즈마 장치 주변으로 밀봉이 잘 되지 않은 지

점을 노출이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다.

포장 공정

조작실내에서는 생산된 은나노입자를 포장하는 작업이 이루어지는데, 이때 해당 나노입자의 크기

만큼의 영역에서 나노입자의 노출이 증가함을 알 수 있다.

4.2.3 진단결과

해당공정의 주요 환경노출원으로는 다음과 같은 내용으로 파악되었다.

1) 플라즈마 공정 중 sealing 부분

2) 시료 포장시 대기상 노출

3) 공정내 잔류 은코일 회수시 흡입/피부 노출

4) 플라즈마 시설 청소시 폐수 방류

142

이들 공정에서 주로 작업하는 5명의 작업자에 대하여 작업/업무별 노출등급, 건강영향등급, 불확

실등급을 고려하여 잠재적건강위해성등급과 정보수집 우선순위 등급을 결정하였다.

1

ID

2

작업

3

업무

4

유해인자

5

노출등급

6

건강영향

등급

7

불확실성

등급

8 (5*6)

잠재적건강

위해성등급

9 (7*8)

정보수집

우선순위

A플라즈마 장비 작

업자제조 분말 1 3 2 3 6

B플라즈마 장비 작

업자재생 응집 3 1 1 3 3

C 시료 포장자 포장 분말 3 3 2 9 18

D 보조작업자 청소 분말/응집 2 2 1 4 4

E 시설관리자 품질관리 최종 제품 1 1 1 1 1

분석결과, 시료 포장자(C)가 다른 어떤 작업자 보다 가장 큰 나노입자 노출이 일어나고 있음을

알 수 있다. 본 작업자는 대기상 노출에 따른 흡입 노출과 안구접촉 노출이 의심 되고 있다. 따

라서 C 작업자에 대한 작업시간 조절 및 작업공간의 격리, 개인보호장비 및 벤트시설이 시급함

을 알 수 있다.

4.2.4 관리방안

환경노출평가 결과, 특정작업자에게 나노물질의 노출이 심각하게 발생하고 있음을 파악하였고 그

들에 대한 안전관리 교육 및 시설격리 등이 시급함을 알 수 있었다. 기타 구체적인 장단기 관리

방안은 업체의 특성에 맞춰 투자시점 및 투자비용을 결정한다.

- A : 플라즈마 장비 작동시 절연용품 착용

- C : 포장시설의 격리, PPE 착용

- 전작업자 : PPE 착용(고글, 방진마스크, 라텍스 글러브, 실험복), 세면시설 확보, 반응실/조작실

내 외부 환기시설 확보

4.3 액상 나노물질 생산 공정 파악

4.3.1 공정 개요

해당 공정은 주로 액상내 고분산된 나노입자를 생산하는 설비를 보유하고 있다. 특이점은 분산제

로 코팅된 나노입자를 연속반응기로 생산하고 있다. 나노입자 원료를 환원제, 분산제와 함께 연

속반응 시킨 다음, 원심분리기를 이용한 완제품 분리 작업을 수행하고 있다. 잔류 폐기물은 드럼

143

을 이용하여 수집하여 폐기하고 있다.

연속 반응기는 밀폐식이나, 폐수 처리시 드럼부분에서 나노물질 노출이 발생하고 있으며 전체적

으로는 벤트시설이 없는 상태에서 작업이 이루어지고 있었다. 또한 제조한 나노물질은 탈수된 상

태로 점성이 있는 끈적한 액체로 제조된다. 이를 용액내 재분산을 위해 교반기를 이용한 교반작

업이 추가적으로 수행되는 공정을 지니고 있다.

4.3.2 노출평가 결과

액상 반응

연속식 공정으로 구성된 나노입자 제조시설은 그 규모가 크지 않아서 벤트시설이 갖춰지지 않은

공간에서 작업이 이루어지고 있다. 또한 밀폐식이라서 나노입자의 노출은 원심분리기 가동후 발

생되는 폐수 드럼 부분에서만 발생하는 것으로 파악되었다. 노출되는 나노입자는 제조되는 나노

입자보다 큰 크기인 40-120 nm 크기의 일정한 분포를 보였으며, 드럼을 교체하는 과정에서는 약

간의 노출량 감소가 발생했다.

교반 공정

추가적인 노출원으로 파악된 교반시설에 관한 배경 입자 분석을 수행하였다. 벤트시설이 없는 상

황에서 나노입자가 제조되고 있고 폐수 드럼도 공개된 장소에 비치되어 있어서, 작업 공간내 나

노입자의 노출이 곧 배경입자화 되고 있는 양상을 보였다. 교반기를 작동했을 때 보다는 교반기

의 가동을 멈춘 후에 나노입자 노출이 급증하는 경향을 보였다. 또한 주로 발생되는 입자는 80

nm 근처로 3.5만개 이상의 노출이 발생하고 있었다. 3 lpm의 SMPS 흡입속도를 고려하면, 80

nm 크기의 입자가 분당 약 10만개씩 노출되는 것으로 파악된다.

144

4.3.3 진단결과

해당공정의 주요 환경노출원으로는 다음과 같은 내용으로 파악되었다.

1) 제조 공정중 원심분리기의 폐수 라인의 대기상 노출

2) 교반기 시설중 대기 노출

3) 드럼 운반 및 교반기 세척시 폐수 방류

4) 공개된 공간에서 작업으로 인한 배경 나노입자 생산

이들 공정에서 주로 작업하는 7명의 작업자에 대하여 작업/업무별 노출등급, 건강영향등급, 불확

실등급을 고려하여 잠재적건강위해성등급과 정보수집 우선순위 등급을 결정하였다.

1

ID

2

작업

3

업무

4

유해인자

5

노출등급

6

건강영향

등급

7

불확실성

등급

8 (5*6)

잠재적건강

위해성등급

9 (7*8)

정보수집

우선순위

A 반응기작업자 제조이온/나노입

자2 2 2 4 8

B 반응기작업자 탈수이온/응집입

자2 2 2 4 8

C 반응기작업자 회수 나노입자 1 2 1 2 2

D 교반 작업자 교반 응집입자 2 2 2 4 8

E 보조작업자 폐수 응집입자 3 2 2 6 12

F 보조작업자 세척 응집입자 2 2 2 4 8

G 시설책임자 관리 나노입자 1 2 1 2 2

분석결과, 원심분리기의 폐수가 모아지는 드럼을 처리하는 보조작업자(E)가 다른 어떤 작업자 보

다 가장 큰 나노입자 노출이 일어나고 있음을 알 수 있다. 본 작업자는 벤트시설 없이 작업 수행

145

을 통해 대기상으로 노출되는 나노입자를 직접 흡입하게 되며, 실내 온도 상승시 대기상 에어로

졸 증가로 안구접촉 노출이 발생될 수 있다. 또한 반응기작업자와 교반기 작업자에 대해서는 중

간이상의 건강위해도를 보이고 있어서, 전반적으로 전체 설비에 대한 벤트시설 설치가 절실함을

알 수 있다.

4.3.4 관리방안

환경노출평가 결과, 전작업자에게 개인보호장비 착용을 의무화해야 하며 세면시설의 확보와 외부

공기와의 접촉비율을 높일 수 있는 방안을 마련해야 한다. 기타 구체적인 장단기 관리방안은 업

체의 특성에 맞춰 투자시점 및 투자비용을 결정한다.

- E : 벤트시설이 확보된 공간에서 폐수 처리

- A/B/D/F : 벤트시설내에서 반응, PPE 착용

- 전작업자 : PPE 착용(고글, 방진마스크, 라텍스 글러브, 실험복), 세면시설 확보, 반응실내 외부

환기시설 확보

146

5. 이행

이상의 나노물질의 환경노출도 평가와 안전관리 가이드라인을 준수하는 것은 잠재적인 나노물질

의 위해성을 최소화하기 위한 행위이다. 과도한 설비투자나 최고위 수준의 PPE 착용은 작업자나

관리자에게 상당한 부담을 줄 수 있다. 따라서 자체 또는 외부기관의 의뢰를 통한 노출원 파악을

통해 노출수준을 명확히 하고, 적절한 수준의 PPE 착용과 장단기 관리방법을 활용하는 것이 바

람직하다. 또한 가장 중요한 것은 관리자의 나노물질 노출과 이에 따른 잠재위해성에 관한 인식

변화가 필요하다고 본다. 이를 통해 작업자에게 직접적인 안전관리 교육을 수행하는 것이 추후에

발생할 수도 있는 개인 건강이상 문제를 사전에 방지할 수 있는 길이라 하겠다.

본 가이드라인을 적절히 시행하고 있는지를 파악하기 위하여 부속서 A와 B를 활용하여, 환경노

출도 평가 절차서 및 안전관리 점검표를 작성한다. 해당 결과는 관리자에게 보고하고, 관리자는

장단기 안전관리 방안에 따라 이행주기를 결정한다.

147

6. 나노물질 위해성에 관한 참고문헌

Assessing methods for blood cell cytotoxic responses to inorganic nanoparticles and

nanoparticle aggregates, Small, 4, 2025 (2008)

Characterization of size, surface charge, and agglomeration state of nanoparticle dispersions

for toxicological studies, Journal of Nanoparticle Research, 11, 77 (2009)

Cytotoxicity of nanoparticles, Small, 4, 26 (2008)

Nanotechnology: assessing the risks, Nanotoday, 1, 22 (2006)

Research priorities to advance eco-responsible nanotechnology, ACS Nano, 3, 1616 (2009)

The behavior of silver nanotextiles during washing, Environmental Science and Technology,

43, 8113 (2009)

The toxicological impact of nanoparticle, Nanotoday, 3, 48 (2008)

Towards a definition of inorganic nanoparticles from and environmental, health and safety

perspective, Nature Nanotechnology, 4, 634 (2009)

Toxicity evaluation for safe use of nanomaterials: recent achievements and technical

challenges, Advanced Materials, 21, 1 (2009)

148

부속서 A. 나노물질 환경노출도 평가 절차서

나노물질 환경노출도 평가 절차서

구분 번호 항목 체크결과

페이지

사전정보

파악

1 나노물질을 취급하는 공정 파악

2 나노물질 취급 작업자의 작업군 분류

3 해당 나노물질에 대한 MSDS 확보

4 노출 가능성 높은 공정 파악

5 노출 시나리오 작성

6 정보수집 최우선 순위 예측

환경노출

평가 실시

7 기상, 액상에 따른 적절한 노출평가법 선택

8 측정 위치, 측정 시간 선정

9 환경노출 평가 결과 정리

10 외부기관 의뢰, 해당 나노물질 검증

11 주요 노출원, 노출 작업군 검증

관리방안

마련

12 노출수준에 맞춘 개인보호장비 선정

13주요 노출원 및 노출 작업군에 대한 단기 안전

관리 방안 제시

14 장단기 공정 관리 개선안 제시

15 장단기 경영 관리 개선안 제시

16 추후 모니터링 시점 제안

종합의견

확인

평가자

일자

책임자

※평가결과는 평가서 뒷장에 별지로 부착한다.

149

부속서 B. 나노물질 안전관리 점검표

나노물질 안전관리 점검표

구분 번호 항목 체크 비고

일반

1취급 나노물질에 대한 MSDS를 확보하고, 이를 비치하고

있는가?

2나노물질을 취급자는 나노물질의 노출에 따른 잠재 위해

성을 인지하고 있는가?

3작업자는 취급 나노물질에 관하여 구체적인 물리화학적

특성에 관하여 이해하고 있는가?

4나노물질 안전관리에 관한 관리책임자는 선임되어 있는

가?

5 나노물질 취급에 관한 작업규정이 제시되어 있는가?

노출평가

6 주요 노출원에 관한 환경 노출도 평가가 이루어 졌는가?

7 평가결과에 관한 정보가 제공되고 있는가?

8 나노물질 취급자는 본인의 노출등급을 인지하고 있는가?

9주요 노출원에 관한 노출형태 및 노출농도를 인지하고

있는가?

10분말, 에어로졸, 액상 나노물질의 환경중으로 노출되는

과정을 이해하고 있는가?

개인안전

11 충분한 수량의 개인보호장비를 비치하고 있는가?

12 개인보호장비 착용에 관한 교육을 이수하였는가?

13 확보된 개인보호장비는 검정품인가?

14작업자는 노출등급에 맞춰서 개인보호장비를 착용하는

가?

15 1회용 개인보호장비의 재이용은 금지되고 있는가?

16사용한 개인보호장비는 적절한 방법으로 폐기되고 있는

가?

17 주기적인 건강검진을 실시하고 있는가?

환경관리

18나노물질 취급시설의 적절한 청소 방법을 이해하고 있는

가?

19 작업환경은 주기적인 청소가 이루어지고 있는가?

20작업장 내에서는 음식물 섭취 및 흡연이 금지되고 있는

가?

21나노물질 취급장에 대한 외부인 출입을 자제하고 있는

가?

22작업장 근처에 작업자만을 위한 세면시설이 확보되어 있

는가?

23나노물질 폐기물의 지정 장소 처리가 이루어지고 있는

가?

※나노물질 안전관리를 위한 장단기계획에 맞춰 실시한다.

150

구분 번호 항목 체크 비고

공정관리 24 환기시설이 확보되어 있는가?

25환기시설이 제대로 가동되고 있고, 작업 시설과의 적절한

환기높이가 유지되고 있는가?

26선풍기, 에어컨의 바람방향이 작업자의 등을 지고 있는

가?

27 반응실과 그이외의 시설간의 격리가 이루어지고 있는가?

28노출 요인을 제거할 수 있는 공정대체 기법이 제시되고

있는가?

29장비 사용 완료후, 적절한 방법에 의해 세척이 이루어지

고 있는가?

30장비의 재배치나 교환을 통해 노출을 저감시킬 수 있는

가?

31궁극적인 노출원 제거를 위한 취급 물질 대체가 가능한

가?

경영관리 32 특정인에게 잠재적 노출이 이루어지고 있지는 않은가?

33개인노출은 억제하였으나 환경 매질로의 노출은 방치하

고 있지는 않은가?

34환경 매질로의 노출을 억제할 수 있는 시설투자가 이루

어지고 있는가?

35지속적인 나노물질 환경노출도 평가가 이루어지고 있는

가?

36작업자 건강관리를 위한 주기적인 모니터링을 실시하고

있는가?

37환경노출도 평가 및 안전관리 기록물을 보관하고 있는

가?

종합의견

확인

담당

일자

책임

151

부속서 C. 나노물질 MSDS 확인법(사례 : Sigma-Aldrich)

※주의 : 아래의 MSDS 확인 방법은 2009년 10월 현재 전문시약 업체중 하나인 Sigma-Aldrich

미국 홈페이지를 기준으로 작성한 것이다. 따라서 제공사의 홈페이지 업데이트로 인해 예시 내용

이 변경될 수 있다.

1) Sigma-Aldirch 홈페이지접속 : http://www.sigmaaldrich.com/united-states.html

2) 우측 상단의 Advanced Search 클릭

3) 좌측에 Dada Specific Search 항목 중, search type 선택(제품명, CAS 번호 등 이용)하고

terms 부분에 검색하고자 하는 내용 입력 후 클릭

4) 해당 결과가 나열되면 원하는 물질 확인 : 동일 물질이라도 크기, 모양, 표면 코팅제에 따라

MSDS가 다를 수 있으므로 취급하고 있는 물질과 가장 유사한 물질을 선택

5) 해당 물질에 대한 MSDS를 눌러서 표시언어 선택 : 주로 영어로 제공

6) 새창으로 제공되는 결과내용 확인 : 물질정보(1), 노출수준 및 개인보호(8), 독성정보(11) 확인

152

153

첨부 2. 현장 노출 설문지

나노물질 취급 작업장내 안전관리 가이드라인

작성을 위한 설문조사

2009. 6.

귀 기관의 발전을 기원합니다.

본 조사는 환경부 산하 국립환경과학원의 지원으로 수행하고 있는 “나노물질의 환경노출 평

가 및 안전관리 가이드라인 구축” 사업의 기초자료로 활용하기 위하여 실시하는 것으로 통

계법 제13조에 의거 통계목적 이외에는 사용되지 않으며 개별업체정보 및 개인신상정보는

일체 공개되지 않습니다. 작성 후 아래 email이나 우편으로 2009년 6월30일까지 보내주시기

바랍니다. 감사합니다.

광운대학교 : 김영훈 교수 (공과대학 화학공학과)

국립환경과학원 : 이병천 연구사 (환경노출평가과)

E-mail : korea1@kw.ac.kr

우 편 : 서울시 노원구 월계동 447-1 (우편번호 139-701)

광운대학교 화학공학과 화도관 506호

Fax: 02-940-5768

국립환경과학원 환경노출평가과

154

I. 설문대상

1. 본 설문은 나노물질(미세입자 포함)을 다루는 사업장을 대상으로 하고 있습니다. 피설문

자의 기본 정보 파악을 위해 아래 내용을 간략히 작성하여 주시기 바랍니다.

(1) 사업장 위치(시까지만 기입): ________________________________________________________________

(2) 나노물질을 취급하는 작업자수: _____________________________________________________________

(3) 담당실무자: E-mail: __________________________________, 연락처: ______________________________

(4) 작성자 근무년수: ____________________________________________________________________________

II. 취급하는 나노물질

○ 나노물질이라 함은 그 크기가 수 nm에서 수 μm이하가 되는 입자상 물질로서 공해

나 스모그, 먼지 등 자연적으로 발생되는 물질을 제외한 인위적으로 만든 물질을 대

상으로 한다.

2. 나노물질을 취급하는 이유는 무엇입니까?

(1) 나노물질 판매를 위한 생산 (2) 제품 가공을 위한 나노물질 자체 생산

(3) 제품 가공을 위한 나노물질 구매 (4) 기타: __________________________________________

3. 취급하는 나노물질의 물리적, 화학적 특성 정보의 획득 경로는 무엇입니까?

(1) 생산업체로부터 (2) 자체분석 (3) 정보가 없다 (4) 기타: _______________________

4. 주요 생산/사용하는 제품용도을 선택하여 주십시오.

(1) 분류내: 기계류, 자동차 부속, 유아용품, 전자기기, 식품, 건강용품, 생활용품, 코팅류

(2) 분류외: 연구용, 부산물, 기타: _______________________________________________________________

5. 취급하는 나노물질의 저장시설은 무엇입니까?

(1) 저장탱크 (2) 창고 (3) 사일로 (4) 기타: _________________________________

155

6. 취급하는 제품내 나노물질의 정보를 선택하여 주십시오.

(1) 나노물질의 종류: ____________________________________________________________________________

(2) 나노물질의 유형: 기상( ), 액상( ), 고상( ), 기타: ________________________________

(3) 나노물질의 균일성: 균일상( ), 비균일상( ), 기타: ____________________________________

(4) 나노입자의 크기: 20 nm이하( ), 20~100 nm( ), 수백 nm( ), μm 수준( )

(5) 나노물질의 용해도: __________________________________________________________________________

7. 나노물질을 취급하는 공정방식을 선택하여 주십시오(공정분류기준에 준함).

(1) 혼합공정 (2) 화학반응공정 (3) 도장 및 코팅공정 (4) 열처리공정

(5) 탈지, 세정, 표백공정 (6) 분리 및 정제공정 (7) 기계적 가공공정

(8) 조립, 포장, 검사공정 (9) 용제회수공정 (10) 저장, 이송공정

(11) 폐기물처리공정 (12) 기타: ____________________________________________________________

8. 나노물질의 사용량 산정을 위한 개략적인 정보를 기술하여 주십시오.

(1) 사용/생산하는 나노물질의 월간 사용량: ___________________________________________________

(2) 폐기시에 폐기물처리업체로 이송되는 총량: ________________________________________________

III. 환경 노출

○ 다양한 방법으로 제조되는 나노물질은 입자의 크기가 미세하여 액상반응에서 증기상

과 함께 휘발되어 공기중에 노출될 수 있다. 분말상 입자는 공기중 노출이 더욱 용

이하여 작업시 주의가 더욱 요망된다.

9. 잔류 나노입자의 처리방식에 관한 정보를 선택하여 주십시오.

(1) 잔류 나노입자 처리방식: 소각( ), 매립( ), 폐기( ), 재사용( ), 기타: _________

(2) 잔류 나노입자 배출경로: 수계( ), 토양( ), 대기( ), 폐기( ), 매립( )

10. 나노물질 노출시 모니터링 할 수 있는 방법이 있습니까?

(1) 존재여부: 있다 ( ), 없다( )

(2) 사용하는 방법: _______________________________________________________________________________

156

11. 폐기물 처리시설 여부를 선택하여 주십시오.

(1) 대기: 집진장치( ), 흡수장치( ), 기타( )

(2) 액체: 침전장치( ), 막투과장치( ), 기타( )

(3) 고체: 소각시설( ), 기타( )

(4) 재생여부 및 재생방법: _______________________________________________________________________

12. 나노물질(미세입자 포함)의 노출 위치내 duct/blower/hood 등 설치 여부를 선택하여 주

십시오.

(1) 대기중 노출 저감 시설 유무 및 방법: ______________________________________________________

(2) 수계중 노출 저감 시설 유무 및 방법: ______________________________________________________

13. 나노물질의 인체노출 경로 파악에 관한 질문사항입니다.

(1) 작업장에서 나노물질에 노출된다고 보십니까: 그렇다( ), 그렇지않다( ), 모르겠다(　）

(2) 주로 노출되는 경로: 호흡( ), 안구( ), 피부( ), 식수( ), 기타: ______________________

(3) 인체노출 후 신체적 변화: 무영향( ), 가려움( ), 발진( ), 기침( ), 충혈( ),

기타: ____________

14. 나노물질의 인체노출을 방지하기 위한 개인보호장비에 착용에 관한 질문사항입니다.

(1) 착용하는 개인보호장비: 고글( ), 장갑( ), 보호복( ), 기타: _________________________

(2) 착용주기: 언제나 착용( ), 가끔 착용( ), 미착용( )

(3) 미착용/가끔 착용의 이유: _______________________________________________________________

(4) 보호장비가 보호할 수 있다고 판단하는지: 그렇다( ), 그렇지않다( ), 모르겠다(　　　）

15. 작업장내 나노물질 취급 안전지침이 있습니까?

(1) 그렇다( ), 그렇지않다( ), 모르겠다(　　　）

(2) 지침은 어떠한 내용입니까: _________________________________________________________________

16. 작업장내 나노물질 환경 노출 및 작업자 안전관리를 위해 필요한 사항을 기술하여 주십

시오.

이상 설문에 응해주셔서 대단히 감사합니다.

157

첨부 3. 나노물질별 특허조사(현장 생산기술 기준)

■ AgNPs

1. ENB Korea

1) 제목 : 은나노분말의 제조방법

등록특허 : 10-0722291 출원번호 : 10-2004-0087997 공개번호 : 10-2006-0038834 공고일자 : 2007.05.28

① 능금산(malic acid)이 녹아 있는 증류수에 질산은(AgNO3)을 첨가하여 혼합용액을 만듬. 이때 능금산은 wt 10%첨가. 질산은은 결합된 은의 농도가 상기 혼합용액에 대해 wt 25%가

되도록 첨가.② pH 4.0이 되도록 암모니아수를 서서히 첨가하여 교반시킴. 이때 은이 석출 됨.(금속석출

공정) 암모니아수의 첨가가 빠를 경우 석출 시 은의 크기가 커지기 때문에 저 농도의 암모

니아수를 서서히 첨가시킴. ③ 석출물을 100℃의 건조기에서 건조시킴.(porous structure)가 됨. 그 후 분쇄시킴.(분쇄공

정)④ 분쇄된 은 분말을 전기로에 넣어 200℃에서 30min, 300℃에서 30min 소성. 이EO 능금산

과 은 분말의 혼합물이 부풀어 올라 겉보기 부피가 폭발적으로 팽창 됨. 은 분말의 비표면

적이 폭발적으로 늘어나 나노 크기의 은 나노 분말을 얻음(소성 공정)⑤ 은나노 분말에 산화물(AgO)의 상당량 포함에 의해 소성 공정에서 획득된 은 나노 분말

을 400℃의 H2분위기에서 전기로에 투입하여 산화물을 환원 시킴.(금속환원공정)

158

2) 제목 : 폴리피닐피롤리돈으로 표면이 코팅된 금속 나노 입자제조 방법

등록특허 : 10-0441499 출원번호 : 10-2004-0025646 공고일자 : 2004.07.23

HNO3 PVP Dimethylethanolamine

Ag Ag(coated PVP)

① 위 반응식을 기본으로 하여 1mol농도로 고정시킨 Ag용액(100㎖)와 증류수 40㎖를 투입

후, 용해하고, 메탄올 400㎖를 넣은 후 완전히 clear할 때 까지 교반한다.② PVP를 넣은 후 교반하고, PVP의 용해가 완료되면 디메틸에틸올아민 20g을 넣은 후 가

열하여 환원시킨다. 이 때 pH는 5~11로 조절하며 pH 6~9가 바람직하다. 또한 가열시 온도

는 30~120℃로 조절하며 30~70℃가 바람직하다. ③ 이런 방법으로 완성된 Ag입자는 콜로이드 상태이며 반응 중에 생긴 불순물, 중금속 이

온 등을 제거하기 위해 상전이 및 농축, 건조 단계가 필요하다.④ 상전이 방법은 물과 극성이 다른 유기용매(toluene, Xylene, Acetonitrille, MIBK(메틸이소

부틸케톤), Butanol등이 사용되며, 바람직한 용매는 Acetonitrille이다. 농도는 상전이가 일어

날 정도이며 충분하다. 상전이 과정을 통해 순수한 금속나노 입자를 얻을 수 있다.⑤ 농축 과정 시 80℃이하의 온도가 적당하지만 60℃일 때, 가장 바람직하다. 온도가 60℃이

상 올라가게 되면, 농축 시에 온도에 의한 입자 응집 현상이 일어나기 때문이다./

3) 제목 : 실리콘 산화물로 표면이 코팅된 금속 나노 입자 및 그 제조 방법

등록특허 : 10-0401335 출원번호 : 10-2003-0014578 공고일자 : 2003.10.10

159

HNO3 β-Alanine s-1,2,3,4

Ag Ag(coated SiO2)

용매/H2O

① 위 반응식을 기본으로 하여 1mol농도로 고정시킨 Ag용액(100㎖)와 증류수 100㎖, β

-Alanine 20g을 투입한 후 용해시킴.② 메탄올 400㎖, 에톡시 에탄올 200㎖, 디에틸렌글리콜 200㎖를 넣은 후 완전 clear해질 때

까지 교반한다.③ 실리콘 화합물 혹은 실리콘 화합물 유도체를 넣은 후 clear할 때까지 교반하고, 가수분해

가 완료 되면 트리에탄올아민 10g을 넣은 후, 암모니아수 100g을 넣어 착화합물을 만든다.④ 이 용액에 하이드라진 모노 하이드레이트(H2NNH2·H2O, hydrazine monohydrate) 100g을 넣어 Ag금속 입자를 환원시킨다.⑤ 환원된 Ag입자는 여과를 한 후 증류수 300㎖로 6회 정도 세정하고, 에탄올과 증류수를

1:1로 혼합한 용재 300㎖로 3회 세척한 후, 에탄올 300㎖로 세정하여 불순물을 완전히 제거

시킨다.⑥ 이렇게 얻어진 습체상태의 Ag cake는 -70~50℃사이에서 동결 건조 하여 순수한 단 분산

Ag 나노 초미립 분체를 얻는다.

2. 일본인 특허

1) 제목 : 미립 은 입자 제조 방법 및 그 제조 방법으로 얻어진 미립 은 입자

공개특허 : 10-2008-0100365 출원번호 : 10-2008-7022136 공고일자 : 2008.11.17

160

① 질산 은(100g), 에틸렌디아민 4아세트산·4나트륨염(150g or 300g / 킬레이트제), 젤라틴

(15g)을 2.0ℓ의 순수한 물에 교반하여 용해시켜 액온 50℃의 은염 함유 용액을 조제한다. 이

때의 은염 함유용액 중의 은 농도는 31.8g/ℓ , 킬레이트제 농도는 75g/ℓ, 젤라틴의 농도는

7.5g/ℓ이다.② 환원제인 아황산 칼륨 150g을 2.0ℓ의 순수 용액에 용해시키고, 액온 50℃의 환원제 함유

용액을 조제한다.③ 상기 은염 함유 용액과 환원제 함유 용액을 혼합하고 액온 50℃로 1시간동안 교반하여

미립 은입자를 생성한다.④ 여과법에 따라 세정하여 여분의 불순물을 제거 하고, 순수를 요매로 한 미립 은 입자 슬

러리 상태로 채취

2) 제목 : 은 입자 분말 및 이의 제조방법

공개특허 : 10-2007-0099631 출원번호 : 10-2007-7017518 공고일자 : 2007.07.27

① 용매 겸 환원제로서의 이소부탄올 200㎖에, 올레일아민 132.74㎖와 질산은 결정 13.727g을 첨가하고, 마그네틱 교반기로 교반하여 실온에서 용해한다.② 이 용액을 환류기가 부착된 용기에 옮겨 오일 욕에 배치하고, 용기내에 질소 가스를 400㎖/min의 유량으로 취입하면서, 마그네틱 교반기를 이용해 200rpm으로 교반하면서 가열한

다. 100℃의 온도에서 5시간 동안 환류를 실시하고 반응을 종료한다. 승온 속도는 2℃/min이다.③ 반응 종료 후 슬러리를 고액분리와 세정을 실시한다.④ 원심분리기를 사용하여 5000rpm으로 60분 동안 고액분리하고 상정액은 폐기한다.⑤ 침전물에 에탄올을 첨가하고, 초음파 분산기에 분산한다.⑥ ④~⑤를 3번 반복한다.⑦ ④를 한번 더 하고 상정액을 폐기하여 침전물을 습득한다.

161

3. 대주전자재료 주식회사

1) 제목 : 은 나노 입자의 제조방법

등록특허 : 10-0554207 출원번호 : 10-2003-0075370 공고일자 : 2006.02.22

순도 99% 이상의 은을 질산에 녹인 질산은 용액을 은 전구 물질로, OM(일본유지

furandion polymer/trimetylpentene 25 wt% in Water)을 분산제로, 수산화 이온과 포름 알

데히드를 환원제로 각각 사용하여 은 나노 입자를 제조 한다.① 끓는 질산 300g에 은 200g을 녹이고, 상온으로 냉각한 후, Ag+의 농도가 4M이 되도록

물로 희석하였다.② ①에서 제조한 질산은 용액(4M AgNO3) 1㎖를 넣고, 강하게 교반하면서 수산화암모늄을

1.5㎖ 첨가하여 착이온을 형성시킨다. 처음에는 은 이온과 수산화 이온이 반응하여 갈색 침

전을 형성하였으나 수산화 암모늄을 계속 첨가하여 은이온과 암모늄 이온의 농도가 약 2:1이 되었을 때 갈색 침전이 없어지고 투명한 용액이 되었다.③ ②에서 제조한 용액에 15㎖분산제 OM과 6M의 수산화나트륨 용액 1㎖를 넣은후 총 부

피가 19㎖가 되도록 물을 가한다. 이 용액에 16M 포름알데히드 용액을 400rpm으로 교반하

면서 1㎖ 첨가하여 은 이온이 환원되도록 반응시킨다. 반응이 완결된 은 나노 졸은 갈색을

띄는 검정색이다.④ 졸 상태의 은 나노 입자를 90℃에서 3시간 건조 시키고 진공 오븐에서 1시간 더 건조 시

킨 후, 덩어리 상태가 된 은나노 입자를 분쇄하여 파우더 형태의 은 나노 입자를 얻는다.

162

4.출원인: 경남도립남해대학 산학협력단

발명의 명칭: 은 나노입자 콜로이드의 제조방법 및 이에 따른 은나노입자 콜로이드

(Preparing Method Of Colloid Having Ag Nano-Particle and Colloid Having Ag Nano-Particle Using The Same) Int. Cl B82B 3/00 (2006.01) 출원번호(일자): 10-2007-0086884 (2007.08.29) 공개번호(일자): 10-2009-0021954 (2009.03.04)

본 발명은 은(Ag) 나노입자 콜로이드의 제조방법 및 이에

따른 은 나노입자 콜로이드에 대한 것으로, 특히 정제수(水)에 은염(silver salt) 수용액과 제1환원제 수용액이 혼합된

혼합액을 교반시키고, 별도의 제2환원제 수용액을 첨가한

다음 안정화제를 더 포함시켜 혼합하는 것을 특징으로 한

다. 이러한 본 발명은 상기 제1환원제로서 시트레이트

(citrate)와 제2환원제로서 수소붕소화나트륨(sodium borohydride)을 모두 포함하고 상기 제1환원제 및 제2환원

제를 구분하여 교반함으로써, 은 나노입자의 균일한 생성을

더욱 용이하게 하며, 이렇게 생성된 은 나노입자는 유해 미

생물의 성장을 현저히 우수하게 저해할 수 있는 효과가 있다. 유해 미생물의 성장을 저해할

수 있는 것으로, 은(Ag) 나노입자를 포함하는 은 나노 콜로이드의 제조방법에 있어서,1)정제수(水)에 은염(silver salt) 수용액과 제1환원제 수용액이 혼합된 혼합액을 교반하는 단

계

2)상기 교반한 혼합액에 제2환원제 수용액을 첨가하는 단계,3)상기 제2환원제 수용액이 첨가된 혼합액에 안정화제를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특

징으로 하는 구형 은 나노입자 콜로이드의 제조방법.

5.출원인:주식회사 잉크테크

발명의 명칭: 은 나노입자 및 은 나노 콜로이드의 제조방법, 및 상기 은나노입자를 포함하는

은 잉크조성물 (Process for preparing silver nanoparticles or silver nanocolloid, and the compositions of silver ink containing the silver nanoparticles) Int. Cl B82B 3/00 (2006.01) 출원번호(일자): 10-2007-0079072 (2007.08.07) 공개번호(일자): 10-2008-0013787 (2008.02.13)

본 발명은 은 나노입자, 은 나노 콜로이드의 제조방법, 및 상기 은 나노입자를 포함하는 은

잉크조성물에 관한 것이다.본 발명에 따른 은 나노 입자 제조방법은

a) 은 화합물과, 암모늄 카바메이트계 화합물, 암모늄 카보네이트계 화합물 또는 암모늄바이

카보네이트계 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물과 반응시켜 특수한 구조

를 가지는 은 착체 화합물을 제조하는 단계

163

b) 상기 은 착체 화합물에 환원제를 반응시키거나, 열을 가하여 환원 또는 열분해 시킴으로

써 은 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 은 나노

콜로이드의 제조방법은 상기 b)단계에서 은 착체화합물에 용매 및 콜로이드 안정제를 더 첨

가하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제조방법은 간단한 제

조공정으로 다양한 형태의 은 나노입자

또는 은 나노 콜로이드를 제조할 수 있

을 뿐만 아니라 은 나노 입자크기의 선

택성을 향상시킬 수 있고, 또한 150℃

이하의 낮은 온도에서 짧은 시간동안

소성하여도 소성이 가능하고, 도막 두께

조절이 용이하면서도 높은 전도도를 나

타내는 도막 또는 미세 패턴을 형성시

킬 수 있는 잉크 조성물을 제공하며, 반

사막 재료, 전자파 차폐제, 항균제 등에

적용 가능한 은 잉크 조성물을 제공할 수 있다.

6.한국산업기술평가원(관리부서:요업기술원)

발명의 명칭: 은이 코팅된 실리카와 그 제조방법 및 이를 이용한 제품 (Silver coated silica, method of making the same, andproducts using the same) 출원번호(일자): 10-2006-0098411 (2006.10.10) 공고번호(일자): (2008.02.22) 등록번호(일자): 10-0806915-0000 (2008.02.18)

본 발명은 은이 코팅된 실리카와 그 제조방법

및 이를 이용한 제품에 관한 것이다. 보다 상

세하게는 실험장치에 실리카 분말을 분산시키

고 pH가 조절된 용액 속에 은이온(Ag+) 전구

체와 안정화제를 충분히 혼합한 후, 온도, 시

간, 교반속도 및 교반조건을 조절하며 환원제

를 투입하고, 수세 후 건조하여 실리카 입자

의 표면에 은나노 입자가 균일하게 분산되도

록 코팅함으로써, 실리카의 원적외선 방사특

성과 탈취특성을 그대로 유지하면서도 항균

특성이 우수한 은이 코팅된 실리카와 그 제조방법 및 이를 이용한 제품에 관한 것이다. 실리카(SILICA) 입자; 및서로 이격되어 상기 실리카 입자의 표면을 둘러싸는 복수개의 은

(SILVER) 입자를 포함하며,항균력(ANTIMICROBIAL EFFECT)이 99% 이상 100% 미만이고, 원적외선 방사율이 0.9 이상 1.0 미만인 것을 특징으로 하는 은코팅 실리카.

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7.출원인:주식회사 포스코

발명의 명칭: 고주파 플라즈마를 이용한 은나노 분말 제조방법 (Method for making silver nanopowder by RF plasmap) 출원번호(일자): 10-2005-0129038 (2005.12.23) 공개번호(일자): 10-2007-0067794 (2007.06.29) 공고번호(일자): (2008.01.10) 등록번호(일자): 10-0793154-0000 (2008.01.03)

본 발명은 고주파 플라즈마를 이용하

여 100 마이크론 이하의 은분말로부

터 고순도의 은나노 분말을 제조하는

방법 및 장치를 제공함을 목적으로

한다. 이를 위한 본 발명에 따른 은나노 분

말 제조방법은, 플라즈마 화염에 의해

마이크로 은분말 중 적어도 일부가

기화될 수 있도록 인덕션 코일(12)이

매설된 플라즈마 토치(10)의 하우징

(11) 상부에 설치된 노즐(13)을 통하여

불활성의 캐리어가스와 함께 마이크로 은분말을 분사하며, 노즐(13)을 감싸듯이 설치되어 노

즐(13)과 하우징(11)을 공간적으로 분리하는 튜브(14)의 내측과 외측에 각각 불활성가스를 주

성분으로 하는 센트럴가스와 실드가스를 공급하고, 적어도 어느 일측에는 사이클론(30)이 설

치된 유동라인을 따라 플라즈마 처리된 은나노 입자를 흡입하여 필터에 흡착시키되, 플라즈

마 처리된 은나노 입자가 필터에 흡착되기 전 은나노 입자가 불활성의 냉각가스와 접촉되어

나노 분말화되도록 하는 과정으로 구성되며; 이를 위해 고주파 플라즈마 파워는 15∼150kW이며, 상기 캐리어가스로 불활성가스 50∼40slpm, 상기 센트럴가스로 불활성가스 5∼

40slpm, 상기 실드가스로 불활성가스 10∼120slpm과 수소 10∼50slpm, 상기 냉각가스로 불

활성가스 5∼40slpm를 공급하고, 상기 노즐(13) 선단의 노즐팁(13a)은 인덕션 코일 매설구간

(D)의 중앙 높이로부터 그 하측 3cm 까지의 범위에 배치하는 것을 특징으로 한다.

8.출원인:삼성전기주식회사

발명의 명칭: 은 나노입자의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 은나노입자 (Silver nano-particles and preparation method thereof) 출원번호(일자): 10-2006-0101844 (2006.10.19) 공개번호(일자): 10-2008-0035315 (2008.04.23) 본 발명은 은 나노입자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속환원제의 전구체, 분산제 및 극성 용매를 포함하는 용액을 준비하고 승온시켜 금속환원제를 포함하는 제1용액

을 제조하는 단계; 은 전구체 및 극성 용매를 포함하는 제2용액을 제조하는 단계; 및 제1용

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액의 온도를 실온으로 낮추고 제2용액을 첨가한 후 승온시

키는 단계를 포함하는, 은 나노 입자의 제조방법에 관한

것이다. 이에 의하면, 입자 크기가 미세하며 균일한 입도를

갖는 은 나노입자 분말을 간단하게 제조할 수 있으므로 대

량 생산에 유용하게 사용될 수 있다. 금속환원제의 전구체, 분산제 및 극성 용매를 포함하는 용

액을 준비하고 승온시켜 금속환원제를 포함하는 제1용액을

제조하는 단계;은 전구체 및 극성 용매를 포함하는 제2용

액을 제조하는 단계; 및제1용액의 온도를 실온으로 낮추고

제2용액을 첨가한 후 승온시키는 단계를 포함하는, 은 나

노 입자의 제조방법.

9.출원인:(주)바이오니아

발명의 명칭: 입자크기를 제어할 수 있는 은 나노 콜로이드의 제조방법 (A Method for preparation of silver nano colloidcontrolling particle size) Int. Cl B01J 13/00 (2006.01) C01G 5/00 (2006.01) C25C 1/20 (2006.01) 출원번호(일자): 10-2006-0103064 (2006.10.23) 공고번호(일자): (2007.10.04) 등록번호(일자): 10-0763036-0000 (2007.09.21)

본 발명은 입자크기 제어가 용이한 은 나

노 콜로이드의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질산은 수용액에 암모니

아수를 첨가하는 단계, 암모니아수가 첨가

된 용액에 계면활성제를 첨가하는 단계, 및

상기 계면활성제가 첨가된 용액에 다가알

코올을 첨가하여 은 입자를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 콜

로이드 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조방법은 수 내지 수백

nm의 범위에서 은 입자크기를 용이하게 제어할 수 있고 제조된 은 나노입자의 크기 분포가

균일한 효과가 있다. 질산은 수용액에 암모니아수를 첨가하는 단계;암모니아수가 첨가된 용액에 계면활성제를 첨

가하는 단계; 및상기 계면활성제가 첨가된 용액에 다가알코올을 첨가하여 은 입자를 형성하

는 단계;를 포함하는 입자크기 제어가 용이한 은 나노 콜로이드의 제조방법.

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■ TiO2 특허

1.출원인: 주식회사 태평양

발명의 명칭: 수열합성법을 이용한 포토크로믹 이산화티탄 분말 제조방법 (Method for making photochromic TiO2 powder by the hydrothermal method) 출원번호(일자): 10-1999-0017890 (1999.05.18) 공개번호(일자): 10-2000-0074165 (2000.12.05) 공고번호(일자): (2002.05.17) 등록번호(일자): 10-0335754-0000 (2002.04.24)

강산 조건하에서 천천히 가열하여 증류수 중에서 TiCl 4 를 열가수분해하는 공정과, 암모니아수를 첨가하여 염기

성 조건하에서 여분의 TiCl 4 를 최종적으로 가수분해하

는 공정과, 원심분리하여 분말과 용액을 분리하고 얻어

진 분말을 세척 및 건조하여 전구체 분말을 얻는 공정으

로 이루어진 제1 단계; 제1 단계에서 얻어진 전구체 분

말을 물에 분산시킨 다음 여기에 철염을 첨가하여 혼합

용액을 만드는 제2 단계; 및 제2 단계의 혼합용액을 수

열합성기에 넣고 수열합성처리하는 제3 단계를 포함하는

것을 특징으로 하는 포토크로믹 이산화티탄 분말 제조방

법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 고온의 열처리 없이도 비교적 저

온에서 직접 결정질의 분말을 얻을 수 있으며, 분쇄와

같은 부가적인 공정도 없다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 포토크로믹 이산화티탄 분말은, 종래의 열처리방법과는 달리, 전구체 분말에 비교해서 그 형상과 크기의 차이가 크지 않으

며 분말의 크기가 균일하여, 포토크로믹 성능이 우수하다. TiCl 4 를 증류수에 넣고 섞은 후, TiCl 4 를 pH 2∼4 정도의 강산 조건하에서 60∼95℃의

온도로 천천히 가열하면서 1∼2시간 동안 열가수분해하는 공정, 상기 공정 후 암모니아수를

첨가하여 염기성 조건하에서 여분의 TiCl 4 를 최종적으로 가수분해하는 공정, 및 상기 가

수분해 공정 후 원심분리하여 분말과 용액을 분리하고 얻어진 분말을 세척 및 건조하여 전

구체 분말을 얻는 공정으로 이루어진 제1 단계; 제1 단계에서 얻어진 전구체 분말을 물에

분산시킨 다음 여기에 철염을 첨가하여 혼합용액을 만드는 제2 단계; 및 제2 단계의 혼합용

액을 수열합성기에 넣고, 온도 150∼250℃, 압력 15∼30기압, 반응시간 3∼5시간인 반응조건

에서 포토크로믹 이산화티탄 분말을 수열합성처리하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로

하는 포토크로믹 이산화티탄 분말 제조방법.

2.출원인: 한국화학연구원

발명의 명칭: 가시광 투명성이 우수한 중성 ＴｉＯ2 졸의 제조방법 (A process for preparing of neutral TiO2 sols havingtransparence in visible range) 출원번호(일자): 10-2000-0033020 (2000.06.15)

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공개번호(일자): 10-2001-0112986 (2001.12.24) 공고번호(일자): (2003.05.12) 등록번호(일자): 10-0383220-0000 (2003.04.24)

TiCl 4 를 1차 가수분해하여 고체상의

TiOCl 2 를 제조한 후에 다시 2차 가수

분해하여 TiO 2 졸을 제조하고 여기에

하이드록시카르복시산을 첨가한 후 중화

함으로써, 종래 강산성 영역에서 안정화

시킨 TiO 2 졸 및 TiO 2 분말과는 다르

게 중성상태에서 안정하게 분산되는 가

시광 투명성이 우수한 중성 TiO 2 졸의

제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명

은 중화과정에서 알칼리, 또는 물유리

용액, 또는 물유리와 알칼리를 함께 사

용하여 중화함으로써, 중성영역에서 TiO 2 졸을 제조하고 TiO 2 표면에 실리카가 코팅되어

광촉매 활성 저하로 종래 자외선 차폐용 화장품의 첨가제로 사용되오던 TiO 2 분말보다 자

외선 차단효과가 우수하고 분산성 및 화장품에 포함된 타 유기첨가물과의 상용성이 우수한

효과를 가진다. TiCl 4 를 가수분해하여 TiO 2 졸을 제조하는 방법에 있어서, TiCl 4 를 1차 가수분해하여

고체상의 TiOCl 2 를 제조하는 과정, 상기 고체상의 TiOCl 2 에 건조한 공기를 통과시켜

pH 1.0 ∼ 1.5가 될 때까지 HCl을 제거한 후에, 2차 가수분해 및 열처리하여 졸 형 TiO 2 입자를 제조하는 과정, 상기 졸 형 TiO 2 입자에 락틱산 및 시트르산 중에서 선택된 하이드

록시카르복시산을 TiO 2 기준 당량비로 30 ∼ 200% 첨가하고, 알칼리금속염, 물유리 또는

이들의 혼합물이 포함되는 중화제를 첨가하여 pH 6.0 ∼ 8.0이 될 때까지 중화하는 과정을

포함하는 것을 특징으로 하는 실리카로 표면개질된 중성 TiO 2 졸의 제조방법.

3.출원인: 한국산업기술평가원(관리부서:요업기술원)발명의 명칭: 저순도티아이씨엘포로부터고순도미립의티아이오투제조방법 (method of manufacturing from low purity TiCl4 to high purity TiO2) 출원번호(일자): 10-1998-0015891 (1998.05.04) 공개번호(일자): 10-1999-0084273 (1999.12.06) 공고번호(일자): (2000.06.01) 등록번호(일자): 10-0258447-0000 (2000.03.10)

저순도 TiCl4를 냉각수를 구비한 증류조에서 130℃∼160℃의 온도에서 일차 증류한 다음, 일차 증류하여 포집한 저순도 TiCl4를 70℃∼100℃에서 이차 증류를 하는 한편, 고순도화된

TiCl4를 묽은 TiCl4수용액으로 제조한 후 6N-NH4OH 수용액을 첨가하여 pH 7정도로 조절

함과 동시에 이 조성물을 충분히 교반시켜 Ti(OH)4를 제조한 다음 상기 Ti(OH)4 침전물에

유기용제인 메탄올, 이소프로판올, 메틸에틸케톤의 비(부피비)를 각각 1:1∼4로 한 후 이를

원심분리하여 V2O5를 제거하고, 상기 Ti(OH)4 분말의 전위차를 이용하여 3∼10시간정도 분

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산, 교반시킴과 동시에 원심분리기로 Ti(OH)4 침전물

과 용액을 분리한 후 Ti(OH)4 침전물을 약 70℃에서

24시간 건조시킨 후 800℃에서 3시간정도 하소하여

고순도·미립의 TiO2를 제조한 것을 특징으로 한 것이

다.저순도 TiCl4를 냉각수를 구비한 증류조에서 130℃∼

160℃의 온도에서 일차증류한 다음, 일차 증류하여

포집한 저순도 TiCl4를 70℃∼100℃에서 이차 증류를

하는 한편, 고순도화된 TiCl4를 묽은 TiCl4수용액으로

제조한 후 6N-NH4OH 수용액을 첨가하여 pH 7정도

로 조절함과 동시에 이 조성물을 충분히 교반시켜

Ti(OH)4를 제조한 다음 상기 Ti(OH)4 침전물에 유기용제인 메탄올, 이소프로판올, 메틸에틸

케톤의 비(부피비)를 각각 1:1∼4로 한 후 이를 원심분리하여 V2O5를 제거하고, 상기

Ti(OH)4 분말의 전위차를 이용하여 3∼10시간정도 분산, 교반시킴과 동시에 원심분리기로

Ti(OH)4 침전물과 용액을 분리한 후 Ti(OH)4 침전물을 약 70℃에서 24시간 건조시킨 상태

에서 800℃에서 3시간정도 하소하여 고순도·미립의 TiO2를 제조한 것을 특징으로 하는 저순

도 TiCl4로부터 고순도·미립의 TiO2 제조방법.

4.출원인: 한국원자력연구원, 나노케미칼 주식회사

발명의 명칭: 저온균일침전법으로 큰 비표면적을 갖도록 제조된 광촉매용 이산화티탄 분말

및 그 제조방법 (Photocatalytic TiO2 powder with large specific surfacearea by homogeneous precipitation process at lowtemperature and method for manufacturing) 출원번호(일자): 10-2000-0010242 (2000.02.29) 공개번호(일자): 10-2001-0085139 (2001.09.07) 공고번호(일자): (2002.08.27) 등록번호(일자): 10-0350226-0000 (2002.08.13)

본 발명에 의한 이산화티탄 분말은 솜털 모양의 구조 및

130∼200m 2 /g의 비표면적을 특징으로 하고 상기 이산

화티탄의 제조 방법은 사염화티타늄 원액에 얼음 또는

얼음물을 첨가하여 1.5M 이상의 티타닐클로라이드 수용

액을 제조하는 단계; 상기 티타닐클로라이드 수용액에

물, 암모니아수 또는 황산 이온을 포함한 수용액을 첨가

하는 단계; 상기 수용액으로부터 저온 균일침전법에 의

해 침전물을 얻는 단계; 및 상기 침전물을 여과, 세척 및

건조하는 단계로 이루어지며, 본 발명에 의한 이산화티

탄 분말은 아나타제상 외에 루틸상을 포함함에도 우수한

광촉매 활성을 나타내어 무공해 에너지원을 이용하여 환경 오염 유기물을 분해, 처리하는

고도 산화 처리 기술 (AOP: Advanced Oxidation Process) 등에 유용하게 사용될 수 있고, 상기 제조 방법은 고온, 고압 처리없이 상온에서 이산화티탄 결정상을 직접 얻을 수 있고

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제조단가가 낮아 경제적이다.

5.출원인: 임대영,송정환

발명의 명칭: 초임계 유체법을 이용한 광촉매용 나노크기의 구형 아나타제TiO₂분말의 제조

방법 (PREPARATION OF SPHERICAL AND NANO-SIZED ANATASE TiO2 PHOTOCATALYST) 출원번호(일자): 10-1997-0073817 (1997.12.24) 공개번호(일자): 10-1999-0054058 (1999.07.15) 공고번호(일자): (2000.08.01) 등록번호(일자): 10-0262555-0000 (2000.05.02)

본 발명은 초임계 유체법을 이용한 광촉매용 나

노크기의 구형 아나타제 TiO2 분말의 제조방법

에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 알코올류, 티

타늄 알콕사이드 및 초산을 혼합한 다음, 상기

알콜류의 초임계 유체상태에서 분해에 의해 형

성된 물의 새로운 첨가방법으로 나노크기의 구

형 아나타제 TiO2 분말의 제조방법에 관한 것이

다. 상기 초임계 유체법은 액체와 기체의 장점을

지닌 새로운 상(phase)을 이용하는 것으로, 최종

물성을 좌우하는 초미립 분말을 제조하는데 있

어서 지금까지 이용되고 있는 습식화학법등의 단점을 해결할 수 있는 새로운 제조방법이다.알코올류, 티타늄 알콕사이드 및 초산을 혼합한 다음, 상기 알콜류의 초임계상태에서 반응시

켜 상전이 온도가 890∼900℃인 TiO2 분말을 얻는 것을 특징으로 하는 초임계 유체법을 이

용한 광촉매용 나노크기의 구형 아나타제 TiO2 분말의 제조방법.

6.출원인: 한국정수공업 주식회사

발명의 명칭: 광촉매의 제조방법 및 광촉매 (PHOTOCATALYST AND ITS PREPARATION) 출원번호(일자): 10-1996-0053257 (1996.11.11) 공개번호(일자): 10-1998-0035033 (1998.08.05) 공고번호(일자): (1999.08.16) 등록번호(일자): 10-0216032-0000 (1999.05.26)

초록 본 발명은 유기화합물의 광분해반응(photolytic reaction)을 촉진시키기 위해 사용되는

광촉매에 있어서, 실용적인 광강도에서도 충분한 광촉매 활성을 지닌 광촉매를 제조하는 방

법 및 상기한 제조방법에 의해 제조된 광촉매에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광촉매의 제

조방법은, 티타늄 염화물을 일정한 용매에 용해시켜 광촉매원료 졸(sol)을 제조하는 단계와, 상기한 광촉매원료 졸을 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅하는 단계와, 상기 단계에

서 얻어진 코팅된 지지체를 대기중에서 일정한 온도에서 소성하여 겔화(gelation)시킴으로써, 아나타제(anatase)형 산화티탄을 수득하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라, 실용적인 광강

도에서도 충분한 광촉매 활성을 지닌 광촉매를 보다 용이하게 제조할 수 있으며, 본 발명의

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광촉매는, 광분해반응에 의한 유기화합물의 처

리 등과 같은 다양한 분야에 효과적으로 사용

될 수 있다는 것이 확인되었다.

7.출원인: 한국화학연구원

발명의 명칭: 구형의 다공성 티타니아 분말의 개선된 제조방법 (AN IMPROVED METHOD FOR PREPARING SPHERICAL POROUSTITANIA PARTICLES) 출원번호(일자): 10-2002-0028936 (2002.05.24) 공개번호(일자): 10-2003-0091016 (2003.12.01) 공고번호(일자): (2005.04.29) 등록번호(일자): 10-0486064-0000 (2005.04.20)

본 발명은 구형 티타니아 분말의 제조 방법

에 관한 것으로서, 분무열분해공정을 이용하

여 분말을 제조함에 있어서 티타니아 원료로

서 나노 발연 티타니아(FUMED TITANIA), 및 티타늄 이소프로폭사이드(TITANIUM ISOPROPOXIDE, TTIP) 또는 금속산화물의

혼합물을 적정 비율로 혼합하여 적용함을 특

징으로 하는 본 발명의 방법에 따라 제조된

티타니아 분말은, 구형의 형상을 가지면서 다

공성이며 분말들간의 결합성 및 안정성이 우

수하여, 전자재료용 기초 소재, 광촉매, 백색 안료 및 화장품 원료의 다양한 응용 분야에 적

용될 수 있다.

8.출원인: 한국화학연구원

발명의 명칭: 이산화티탄이 나노구조로 함유된 제올라이트 광촉매와 그 제조방법 및 이를

이용한 암모니아성 질소의 제거방법 (Nano-fabricated TiO2 photocatalyst placed in zeoliteframework and its manufacturing method and therebyremoval method of ammonia-nitrogen) 출원번호(일자): 10-2002-0022739 (2002.04.25) 공개번호(일자): 10-2003-0084177 (2003.11.01)

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본 발명은 이산화티탄이 나노구조로 함

유된 제올라이트 광촉매와 그 제조방법

및 이를 이용한 암모니아성 질소의 제

거방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게

는 마이크로파의 조사 또는 수열처리를

통하여 이산화티탄을 나노구조로 함유

시킨 제올라이트 광촉매 및 그 제조방

법에 관한 것이며, 또한 이를 수질 중에

넣고 과산화수소 분위기 하에서 자외선

을 조사하여 암모니아를 나이트리트

(nitrite)와 나이트레이트(nitrate)로 산화

시킴으로써, 종래 생물학적 암모니아성

질소의 제거방법 뿐만 아니라 물리화학적인 암모니아성 질소의 제거방법에 비해서도 반응장

치가 간편하며 수중의 암모니아성 질소를 제거하는데 걸리는 시간과 비용을 절감할 수 있도

록 개선한 제올라이트 광촉매를 이용한 암모니아성 질소의 제거방법에 관한 것이다. 이산화

티탄이 함유된 제올라이트 광촉매의 제조방법에 있어서,(1) 테트라에틸오르소실리케이트 : 테트라프로필암모늄하이드록사이드 : 증류수의 몰비가 1 : 0.05 ∼ 0.8 : 20 ∼ 25가 되도록 혼합하는 단계

(2) 상기 (1) 단계의 혼합 용액에 이소프로필알코올 : 티타늄 전구체의 몰비가 1 : 0.005 ∼

0.1이 되고 Si : Ti의 몰비가 20 ∼ 200이 되도록 첨가한 후 혼합하는 단계

(3) 상기 (2) 단계의 혼합 용액을 70 ∼ 80 ℃에서 교반하고, 증류수를 첨가하는 단계

(4) 상기 (3) 단계의 혼합 용액에 대해 마이크로파의 조사를 수행하는 단계

를 포함하는 이산화티탄이 나노구조로 함유된 제올라이트 광촉매의 제조방법.

9.출원인:한국화학연구원

발명의 명칭: 이산화탄소로부터 메탄과 메탄올을 고효율로 얻을 수 있는광촉매 및 이의 제

조방법 (Preparation of high efficient photocatalyst forreduction of carbon dioxide to form fuels) 출원번호(일자): 10-2001-0067159 (2001.10.30) 공개번호(일자): 10-2003-0035199 (2003.05.09) 공고번호(일자): (2004.08.04) 등록번호(일자): 10-0443260-0000 (2004.07.26)

본 발명은 이산화탄소로부터 메탄과 메탄올을 고효율로 얻을 수 있는 광촉매 및 이의 제조

방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트리블록코폴리머 용액에 강한 산성용액을 첨가하

여 산성조건을 만들고, 여기에 티타늄 전구체를 테트라에틸오소실리케이트에 넣은 용액을

첨가하여 혼합용액을 제조한 다음, 건조시키고 일정온도에서 소성하여, 포러스 실리카 제올

라이트 담체내에 초미세한 이산화티탄 입자를 고분산시켜 사배위 TIO종으로 제조함으로써

이산화티탄의 밴드 갭 에너지를 극대화하고, 이로 인해 이산화탄소로부터 메탄과 메탄올을

고효율로 얻을 수 있는 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 이산화티탄이 포러스 실리

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카 제올라이트 담체 내에 분산된 형태로 이루

어진 광촉매의 제조방법에 있어서, 1) 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드-에틸렌옥

사이드의 트리블록코폴리머 용액에 pH -0.5 ∼

3의 산성용액을 첨가하여 혼합하는 단계

2) 티타늄 전구체와 테트라에틸오소실리케이트

는 실리카와 티타늄의 몰비가 20 ∼ 400 : 1 이 되도록 혼합하고, 이 혼합용액에 상기 1) 산성화된 트리블록코폴리머 용액을 첨가하여

혼합하는 단계

3) 상기 2)의 혼합용액을 건조시킨 후, 소성하

는 단계

로 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화탄소로부터 메탄과 메탄올을 고효율로 얻을 수 있는

광촉매의 제조방법.

10.출원인:한국화학연구원

발명의 명칭: 수중오염물질을 제거 처리하기 위한 고정화된 이산화티탄 광촉매의 제조방법

(Manufacturing process of immobilized photocatalyst for removing pollutant in water) 출원번호(일자): 10-2001-0066230 (2001.10.26) 공개번호(일자): 10-2003-0034586 (2003.05.09) 공고번호(일자): (2005.06.03) 등록번호(일자): 10-0493713-0000 (2005.05.26)

본 발명은 수중오염물질을 제거 처리하기 위

한 고정화 이산화티탄 광촉매의 제조방법에

관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노크기의

이산화티탄 분말을 수중에서 음이온성 분산제

로 분산안정화시키고, 이를 중공형 또는 다공

성의 무기담체에 실리콘계 또는 알루미나계

바인더로 부착시켜 만든 고정화된 이산화티탄

광촉매의 제조방법에 관한 것이다. 상기의 방

법으로 제조된 광촉매를 수처리장치에 적용함

으로써 광촉매를 회수하기 위한 별도의 분리

장치가 필요없고, 동시에 광촉매의 분산으로 인한 균일한 광조사 효과를 얻을 수 있어 경제

적이면서도 대용량으로 확장이 용이하다.

11.출원인:한국화학연구원

발명의 명칭: 티타니아 광촉매와 그 제조방법 (Novel titania photocatalyst and its manufacturingmethod) 출원번호(일자): 10-2000-0071268 (2000.11.28) 공개번호(일자): 10-2002-0041604 (2002.06.03)

173

공고번호(일자): (2003.05.23) 등록번호(일자): 10-0385301-0000 (2003.05.13)

본 발명은 티타니아 광촉매와 그 제조방법에 관한

것으로서, 더욱 상세하게는 티타늄테트라이소프로폭

사이드를 용해시킨 이소프로필알코올 용액에 시트르

산을 넣어 온화한 산성조건을 만들고, 여기에 에틸

렌글리콜을 용해시켜 균일하게 분산된 혼합용액을

제조한 다음, 제올라이트 동공 속에 흡착시키고 마

이크로파로 단시간 건조한 후 일정온도에서 소성함

으로써, 통상의 티타니아 분말에 비하여 입경이 작

고 표면적 및 광활성이 월등히 증가하며, 종래 제조

된 초미세 티타니아 분말이 결국 응집되어 커다란 2차 입자들이 형성되었던 것과 달리 티타

니아 분말이 제올라이트 담체 내에 균일하게 분산되고 응집되지 않으므로, 자외선 영역에서

티타니아 분말의 양자효율이 극대화되어 대기중의 암모니아, 황화물 등 각종 유해가스 성분

과 수질중의 유기물 등을 광산화반응에 의해 고효율로 신속하게 제거할 수 있도록 획기적으

로 개선된 티타니아 광촉매에 관한 것이다.

12.출원인:한국화학연구원

발명의 명칭 친수성 및 친유성이 우수한 고농도 티타니아 졸의 제조방법 (Titania sol having a high dispersibility in aqueousand organic media, and process for preparation its) Int. Cl C01G 23/053 (2006.01) 출원번호(일자) 10-2000-0036570 (2000.06.29) 공개번호(일자) 10-2002-0005227 (2002.01.17) 공고번호(일자) (2003.05.12) 등록번호(일자) 10-0383219-0000 (2003.04.24)

본 발명은 친수성 및 친유성이 우수한 고농도

티타니아 졸의 제조방법에 관한 것으로서, 더

욱 상세하게는 유기용매 및 수용액이 일정 함

량비로 혼합되어 있는 혼합용매 내에서 TiCl 4 를 첨가하여 Ti 이온에 수산기와 유기기가 동

시에 결합된 형태의 화합물이 생성되게 하고

미반응된 용매 및 부산물을 완전히 제거한 후, 순수한 이온교환수를 가하여 20 ∼ 90 ℃에서

열처리하여 제어된 방법으로 가수분해하여 결

정성 티타니아 졸을 제조하고, 30 ∼ 50%의

고농도로 농축시키는 공정을 포함하고 있다. 특히, 혼합용매의 사용과 제어된 방법 및 가수

분해시키는 방법으로 티타니아 졸 표면에 수산기 및 유기기가 동시에 결합되는 하이브리드

형의 구조를 가지게 되며, 수용액 및 유기용매 상에도 안정하게 분산되고, 고농도로 농축되

174

어 각종 매질에 대한 코팅 특성이 개선됨에 따라 각종 코팅재, 광촉매 및 화장품 원료로 적

합하게 사용할 수 있는 친수성 및 친유성이 우수한 고농도 티타니아 졸의 제조방법에 관한

것이다. TiCl 4 를 가수분해하여 티타니아 졸을 제조하는 방법에 있어서, 1)수용액/유기용매의 몰비가 0.5 ∼ 4인 혼합용매 내에서, 수용액에 대하여 0.2 ∼ 0.3 몰비

에 해당하는 TiCl 4 를 1차 가수분해하여 티타니아 졸을 제조하는 공정

2)상기 티타니아 졸이 레진형의 고체상 생성물이 되도록 혼합용매를 제거한 다음, 수용액

내에서 2차 가수분해한 후 20 ∼ 90 ℃에서 열처리하는 공정

3)상기 열처리된 티타니아를 수용액에 용해 후 30 ∼ 50%의 농도로 농축하는 공정으로 이

루어진 것을 특징으로 하는 친수성 및 친유성이 우수한 고농도 티타니아 졸의 제조방법.

175

■ 탄소나노튜브

1.출원인: 일진나노텍 주식회사

발명의 명칭: 탄소 나노튜브의 제조방법 (Method of fabricating carbon nanotube) 출원번호(일자): 10-2000-0019559 (2000.04.14) 공개번호(일자): 10-2001-0029644 (2001.04.06) 공고번호(일자): (2002.05.06) 등록번호(일자): 10-0335383-0000 (2002.04.22)

탄소 나노튜브는 10 11 cm -3 이상의 고밀도

플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 기판상에

성장되며, 증착 플라즈마를 이용하여 기판상에

소정의 두께를 갖는 탄소 나노튜브막을 성장시

키는 단계와 에칭 플라즈마를 이용하여 상기

탄소 나노튜브막을 정제하는 단계 반복하여 수

행하며, 에칭 플라즈마를 이용하는 단계에서는

소오스가스로서 할로겐원소를 포함하는 가스, 구체적으로 카본 플로라이드(CF 4 )가스를 사

용한다.

2.출원인: 전자부품연구원

발명의 명칭: 단분산성의 고결정성 탄소 나노튜브 및 그 제조방법 (Monodispersed highly crystallized carbonnanofibers/carbon nanotubesand there'smanufacturing method)출원번호(일자): 10-2002-0086571 (2002.12.30) 공개번호(일자): 10-2004-0060053 (2004.07.06) 공고번호(일자): (2007.10.31) 등록번호(일자): 10-0771848-0000 (2007.10.25)

균일한 단분산성의 고결정성 탄소 나노튜브 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게

는 균일한 크기와 형상을 가진 촉매 입자를 제조하여 이 촉매를 이용한 촉매 열분해법을 이

용함으로써 단분산성 d002 0.34nm 미만의 고결정성 탄소 나노튜브를 제조하는 방법에 관한

것이다. 본 발명의 단분산성의 고결정성 탄소 나노튜브 및 그 제조방법은 M(CO)x(이 때, M=금속)의

조성을 가지는 원료물질과 탄화수소 화합물을 환류(reflux) 반응시켜 균일한 금속 나노입자

촉매를 생성시키는 단계; 상기 금속 나노입자 촉매를 일차 산화시킨 후 재환원시키는 단계; 상기 금속 나노입자 촉매를 일산화탄소 가스가 포함된 혼합가스에서 촉매 열분해법을 이용

하여 탄소 나노튜브를 제조하는 단계; 및 상기 탄소 나노튜브를 상온으로 냉각하여 회수하

는 단계로 이루어진 단분산성의 고결정성 탄소 나노튜브의 제조방법에 의해 달성된다. 따라서, 본 발명의 단분산성의 고결정성 탄소 나노튜브 및 그 제조방법은 촉매 열분해법을

176

이용하여 다양한 현상을 가지는 대량의

탄소 나노튜브를 제조함으로써 양산 스케

일업에 일조할 수 있고, 상기 촉매 열분

해법에 사용되는 촉매의 원료와 제조 조

건을 제어하여 균일한 금속 나노입자 촉

매를 제조함으로써 순도와 균일도가 높은

탄소 나노튜브를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제조된 탄소 나노튜브는

리튬 이온 이차전지, 리튬 이온 폴리머

이차전지 또는 전기이중층 커패시터의 극

판, FED의 에미터 등으로 이용이 가능하

다.

3.출원인: 모영환, 남기석

발명의 명칭: 관형 촉매 반응기를 이용한 탄소나노튜브의 대량생산 (Mass production of carbon nanotubes using catalytictubular reactors) 출원번호(일자): 10-2001-0064141 (2001.10.17) 공개번호(일자): 10-2003-0033152 (2003.05.01)

관형 촉매 반응기를 이용하여 순수한 탄소

나노튜브를 다량 생산하는 기술로서, 고정층

및 유동층 관형 촉매 반응기를 이용하여 탄

소나노튜브를 경제적으로 다량 생산하는 것

이다. 관형 촉매 반응기는 화학 촉매반응에

서 일반적으로 사용되는 반응기 형태로 관

형 반응기 안에 있는 촉매의 상태에 따라

크게 고정층 촉매 반응기와 유동층 촉매 반

응기로 대별할 수 있다. 기존의 탄소나노튜

브 생산 반응기는 화학증착법의 개념을 도

입하여 설계되어 있어 탄소나노튜브의 수율

을 올리기에는 한계가 있다. 그러나 관형촉

매 반응기에서 탄소나노튜브를 생산하게되면 수율을 크게 향상시켜 대량 생산을 실현할 수

있을 뿐만 아니라 탄소원료의 이용성을 높일 수 있어 생산단가를 크게 낮출 수 있다.

4.출원인:(주)나노텍

발명의 명칭: 비표면적을 증가시킨 이중벽 탄소나노튜브 제조 (Manufacture of carbonnanotube with having increaseingsurface area) 출원번호(일자): 10-2001-0063892 (2001.10.17) 공개번호(일자): 10-2002-0007237 (2002.01.26)

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이중벽 탄소나노튜브(MWNT: Multimwall nanotube)의 비표

면적을 증가시키는 방법으로

150m2/g인 탄소나토튜브를 정

제 공정을 통해 비표면적을

1,850m2/g로 증가시키는 방법

이다. 이렇게 함으로써, 기존

의 활성탄이나 활성탄소 섬유

에서 가지지 못한 나노크기의

유해물질, 세균, 바이러스 등을 필터 할 수 있으며, 탄소나노튜브 표면에 극성 부여와 활성

화도를 높일 수 있으며 더나아가 탄소 나노튜브의 비표면적 증가는 수소저장, FED(Field emission display), 2차 전지, 수소저장, 테라비트급 반도체를 제조하는데 필수 해결 사항이

다.

5.출원인:(주)케이에이치 케미컬

발명의 명칭: 탄소나노튜브의 제조 방법 (CONTINUOUS PREPARATION OF CARBON NANOTUBES) 출원번호(일자): 10-2001-0043659 (2001.07.20) 공개번호(일자): 10-2003-0008763 (2003.01.29) 공고번호(일자): (2004.05.17) 등록번호(일자): 10-0432056-0000 (2004.05.07)

금속원소 또는 금속화합물로 된 나노미터

크기를 갖는 입자의 콜로이드성 용액을 계

면활성제의 존재 또는 부재 하에 제조하고, 결과된 콜로이드성 용액을 운반 기체, 탄소

원 또는 이들 둘 다와 함게 기체상 혼합물

로 만들고, 상기 기체상 혼합물을 가열된

반응기 내로 도입하여 탄소나노튜브 또는

탄소나노파이버(nanofiber)를 형성시키는 것

으로 구성되며; 촉매금속입자를 반응기체와

연속적으로 공급할 수 있기 때문에 탄소나

노튜브를 연속 및 대량 생산하는 것이 가능

하며, 촉매금속의 입자크기 및 조성을 미리 조절할 수 있기 때문에 제조되는 탄소나노튜브

의 형태 및 구조를 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 반응공정이 온화하므로, 다양한 형태, 구조 및 특성을 갖는 탄소나노튜브 뿐만 아니라 탄소나노파이버 (GNF) 등을 저렴하게 대량

생산할 수 있다.

6.출원인:(주)맷사이언스텍

발명의 명칭: 탄소나노튜브의 제작 방법 (fabrication method of carbon nanotubes) Int. 출원번호(일자): 10-2000-0038078 (2000.07.04)

178

공개번호(일자): 10-2002-0003782 (2002.01.15)

수평배양된 탄소나노튜브의 제작 방법

에서는 기판 위에 전이 금속 패턴을 형

성하고 그 상부에 실리콘 산화막이나

실리콘 질화막으로 이루어진 절연막 패

턴을 형성한다. 이어, 탄소를 함유하는

가스를 이용하여 탄소나노튜브를 성장

시키면 탄소나노튜브는 금속 패턴의 측

면으로부터 기판에 평행한 방향으로 성장된다. 이와 같이 수평으로 성장된 탄소나노튜브를

이용하여 별도의 재배열 공정없이 다이오드나 트랜지스터, 또는 센서와 같은 소자를 제작할

수 있다.

7.출원인: 일진나노텍 주식회사

발명의 명칭: 열 화학기상증착법에 의한 대면적 기판위에 수직 정렬된고순도 탄소나노튜브

의 대량 합성 방법 (Massive synthesis method of purified carbon nanotubesvertically aligned on large-area substrate using thethermal chemical vapor deposition) Int. Cl 출원번호(일자): 10-2000-0030352 (2000.06.02) 공개번호(일자): 10-2001-0049479 (2001.06.15) 공고번호(일자): (2003.02.17) 등록번호(일자): 10-0372332-0000 (2003.02.03)

열 화학기상증착법에 의하여 대면적 기판위에 수직

정렬된 고순도 탄소나노튜브를 합성하는 방법을 제

공한다. 본 발명에 따르면 식각 공정을 사용하여 기

판상에 분리된 나노 크기의 촉매 금속 입자들을 형

성한 후, 탄소 소오스 가스를 이용한 열 화학기상증

착법으로 기판에 수직 정렬된 고순도의 탄소나노튜

브를 성장시킨다. 기판상에 코발트, 니켈, 철, 또는 이들의 합금으로

이루어진 촉매 금속막을 형성하는 단계; 암모니아 가스, 수소 가스 및 수소화물 가스로 이루

어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 식각 가스를 열

분해시켜 사용하는 가스 식각법에 의해 상기 촉매

금속막을 식각하여 분리된 나노 크기의 촉매 금속

입자들을 형성하는 단계; 및 C 1 ~ C 3 의 탄화수

소 가스인 탄소 소오스 가스를 이용한 열 화학기상증착법으로 상기 분리된 나노 크기의 촉

매 금속 입자들마다 탄소나노튜브를 성장시켜 기판상에 수직하게 정렬된 복수개의 탄소나노

튜브들을 형성하는 단계를 포함한다.

179

8.출원인:일진나노텍 주식회사

발명의 명칭: 저압 화학기상증착 방법을 이용한 탄소나노튜브의 합성방법 (Method of synthesizing carbon nanotubes using lowpressure chemical vapor deposition) Int. Cl 출

원번호(일자): 10-2000-0028005 (2000.05.24) 공개번호(일자): 10-2001-0049398 (2001.06.15) 공고번호(일자): (2003.02.17) 등록번호(일자): 10-0372333-0000 (2003.02.03)

저압 화학기상증착 방법을 이용한 탄소나노

튜브의 합성 방법에 관하여 개시한다. 본 발

명에 따른 탄소나노튜브의 합성 방법에서는

기판상에 촉매 금속막을 형성한 후, 상기 촉

매 금속막을 식각 가스로 식각하여 복수의

촉매 미립자를 형성한다. 상기 복수의 촉매

미립자가 형성된 상기 기판상에 탄소 소스

가스를 공급하면서 저압 화학기상증착 방법

에 의하여 상기 촉매 미립자 위에 탄소나노

튜브를 합성한다. 기판상에 촉매 금속막을 형성하는 단계와, 상기 촉매 금속막을 식각 가스로 식각하여 복수

의 촉매 미립자를 형성하는 단계, 상기 복수의 촉매 미립자가 형성된 상기 기판상에 탄소

소스 가스를 공급하면서 저압 화학기상증착 방법에 의하여 상기 촉매 미립자 위에 탄소나노

튜브를 합성하는 단계, 상기 탄소나노튜브의 합성 단계와 인시튜(in-situ)로 상기 탄소나노튜

브를 정제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 합성 방법.

9.출원인:재단법인 포항산업과학연구원

발명의 명칭: 탄소나노튜브의 제조방법 (Method for Manufacturing Carbon Nanotube) 출원번호(일자): 10-2002-0011838 (2002.03.06) 공개번호(일자): 10-2003-0052941 (2003.06.27) 공고번호(일자): (2005.03.22) 등록번호(일자): 10-0478144-0000 (2005.03.11)

다공질 철 분말 또는 탄화철 분말을 촉매로 이용하여 합성하므로써 보다 간편하고 대량으로

탄소나노튜브를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다. 본 발명은 다공질의 철 분말 촉매 또

는 탄화철 분말 촉매에 탄소소스가스

를 공급하면서 상기 촉매상에서 기상

증착하여 탄소나노튜브를 제조하는 것

을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 제

조방법을 그 요지로 한다. 금속촉매를 이용하여 화학기상증착에

의하여 탄소나노튜브를 제조하는 방법

180

에 있어서, 상기 촉매로서 기공율 20% 이상 및 입경 1mm이하의 다공질의 철 분말 또는 입

경 1mm이하의 탄화철 분말을 이용하고, 이 촉매분말에 탄소소스가스를 공급하여 기판없이

이 촉매분말상에서 탄소나노튜브를 합성하여 탄소나노튜브를 제조하는 것을 특징으로 하는

탄소나노튜브의 제조방법

10.출원인:삼성전자주식회사

발명의 명칭: 탄소 나노 튜브의 형성 방법 (Method of forming a carbon nanotube) Int. 출원번호(일자): 10-2006-0072908 (2006.08.02) 공개번호(일자): 10-2008-0012009 (2008.02.11) 공고번호(일자): (2008.02.22) 등록번호(일자): 10-0806129-0000 (2008.02.15)

우선, 기판 상에 촉매 필름을 형성한다. 이어서, 촉

매 필름을 다수의 예비 촉매 입자로 변화시킨다. 그

후, 예비 촉매 입자를 촉매 입자로 변화시킨다. 그리

고 촉매 입자로부터 탄소 나노 튜브를 성장시킨다. 본 발명에 따르면, 탄소 나노 튜브의 개수를 증가시

킬 수 있다. 또한, 탄소 나노 튜브를 형성하는 단계

를 세분화하여 공정을 보다 효율적으로 제어할 수

있다. 그리고 탄소 나노 튜브를 형성하기 전에 별도

로 촉매 필름을 형성하기 때문에 다양한 종류의 촉매를 선택할 수 있다는 정점이 있다.기판 상에 촉매 필름을 형성하는 단계;상기 촉매 필름을 다수의 예비 촉매 입자로 변화시키

는 단계;상기 예비 촉매 입자를 불포화 상태이며 흑연이 표면에 국소적으로 형성된 촉매 입

자로 변화시키는 단계; 및상기 촉매 입자로부터 탄소 나노 튜브를 성장시키는 단계를 포함

하는 탄소 나노 튜브 형성 방법.

11.출원인: 학교법인 한양학원

발명의 명칭: 탄소 나노튜브의 후처리방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 제조방법

(POST-TREATMENT METHOD FOR CARBON NANOTUBES AND METHODOF PRODUCING CARBON NANOTUBES USING THE SAME) 출원번호(일자): 10-2003-0062983 (2003.09.09) 공개번호(일자): 10-2005-0026580 (2005.03.15)

기판 상에 탄소 나노튜브를 성장시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브의 표면에 자외선펄스 레

이저를 조사하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 제조방법을 제공한다.본 발명에 따르면, 탄

소나노튜브의 고유의 물성을 변형시키지 않고, 탄소나노튜브의 오염물질을 간단하며, 효과적

이고 경제적으로 제거함으로써 탄소나노튜브의 특성과 응용가능성을 향상시킬 수 있다. 기판 상에 탄소 나노튜브를 성장시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브의 표면에 자외선펄스 레

이저를 조사하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 제조방법.

181

12.출원인: 인하대학교 산학협력단

발명의 명칭: 비닐계 고분자가 그래프팅된 탄소나노튜브의 제조방법 및그 전구체 (Process for Synthesizing Polymer-Grafted CarbonNanotubes and its Precursor) 출원번호(일자): 10-2006-0022071 (2006.03.09) 공고번호(일자): (2007.03.09) 등록번호(일자): 10-0689866-0000 (2007.02.26)

특히 표면에 비닐기가 도입된 탄소나노튜브

를 제조하고 이를 비닐계 단량체와 중합시킴

으로써 비닐계 고분자를 탄소나노튜브 표면

에서 쉽게 성장시키는 방법 및 그 전구체에

관한 것이다. 본 발명에서는, 탄소나노튜브

표면에 비닐기를 도입한 거대 단량체를 만들

고 이를 비닐계 단량체 성분과 혼합하여 고

분자 중합시켜 탄소나노튜브 표면의 비닐기

로부터 성장된 고분자 부러쉬(BRUSH)의 물

질을 제조하는 방법이 제공된다. 또한, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 비닐기로

기능화된 탄소나노튜브가 제공된다. 본 발명에 따르면 탄소나노튜브의 고유한 특성을 손상

시키지 않으면서 탄소나노튜브의 강한 반데르 발스 인력을 감소시켜 고분자에 탄소나노튜브

를 균일하게 분산시킬 수 있으므로, 우수한 물성을 지닌 고분자/탄소나노튜브 나노복합재료

의 제조방법으로 크게 활용될 수 있다. (a) 탄소나노튜브를 강산 존재 하에 산화시켜 카르복실기 또는 히드록실기로 기능화된 탄소

나노튜브를 얻는 단계|(b) 카르복실기 또는 히드록실기로 기능화된 탄소나노튜브를 디이소

시아네이트 화합물과 우레탄 반응시켜 양 말단에 이소시아네이트기를 도입하는 단계|(c) 양

말단에 이소시아네이트기가 도입된 탄소나노튜브를 비닐기를 지닌 아크릴아마이드계 또는

하이드록시아크릴레이트계 단량체와 반응시켜 하기 화학식 1의 비닐기로 기능화된 탄소나노

튜브를 얻는 단계| 및 (d) 화학식 1의 비닐기로 기능화된 탄소나노튜브와 비닐계 단량체를

중합반응시켜 탄소나노튜브 표면에서 성장된 비닐계 고분자를 형성하는 단계를 포함하는 비

닐계 고분자가 그래프팅된 탄소나노튜브의 제조방법.

13.출원인: 한국에너지기술연구원

발명의 명칭: 초음파 기화 방식을 이용한 탄소나노튜브 합성 방법 (Method of synthesizing

182

carbon nanotubes with ultra sonic evaporator) 출원번호(일자): 10-2006-0027795 (2006.03.28) 공고번호(일자): (2007.10.05) 등록번호(일자): 10-0763841-0000 (2007.09.28)

별도의 패턴 공정 작업을 수행하지 않고

도 액체의 탄소소스와 금속촉매입자의 금

속촉매액체혼합물만을 이용하여 균일하면

서도 다량의 탄소나노튜브를 합성하되, 단순 가열방법이 아닌 초음파 진동 방식

에 의해 순간적으로 기화 및 미립화시켜

금속촉매입자와 탄소 및 수소 입자로 구

성된 전구체(precursor)를 균일한 크기로

대량 생산하고, 이렇게 대량으로 준비된 미립자의 반응조건을 제어하면서 열분해법으로 저

가의 탄소나노튜브를 고 효율적으로 대량 합성할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 구성은 자일렌, 톨루엔, 벤젠등의 탄화수소계 액체탄소소스와 철, 니켈, 코발트, 몰리브데늄 등의 금속촉매입자를 혼합한 금속촉매액체혼합물을 동시에 정량 공급하는 실린

지 펌프가 장착되어 있는 연료공급장치부와; 상기 연료공급장치부에서 공급된 금속촉매액체

혼합물을 균일한 나노크기의 전구체로 기화 및 미립화하는 기화장치부와; 상기 기화장치부

에서 미립화된 입자를 반응장치로 이송하고 반응장치에서 탄소나노튜브의 합성에 영향을 미

치는 이송가스를 공급하는 이송가스공급장치부와; 상기 이송가스공급장치부에서 공급된 이

송가스와 전구체를 이용하여 탄소나노튜브를 합성하는 반응장치부와; 상기 반응장치부에서

합성되고 남은 입자와 일부 기상 합성된 탄소나노튜브를 채취하기 위한 필터를 포함하는 필

터부; 및 상기 필터부와 결합되어 반응장치의 내부 압력 및 잔존 산소를 제거하기 위한 진

공펌프를 포함하는 진공장치부로 구성된 장치를 이용한 합성방법을 그 기술적 사상의 특징

으로 한다.

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첨부 4. 은나노물질의 독성 수준 평가를 위한 자료조사

1. 입자크기 영향

◦ Human liver cell line (Huh-7) : 13 nm, 2-3.5 μm[Biotechnol Lett., 30, 1893-1899, 2008]

- 사람의 간세포에 은 나노 입자를 노출 시킨 결과이다. 은 나노 입자의 크기 (13 nm, 2-3.5 μm)와 농도 (0.24, 2.4, 24, 240, 2400 ppb)를 변화시켜 간세포를 노출 시켰을 때, 세포에

있는 Mitochondria의 활동도이다 (A). 입자의 크기가 작아지고, 농도가 높아 질 수 록

Mitochondria에 많은 영향을 주어 활동도가 많이 떨어짐을 보였다. 간세포 내 DNA (B)와, glutathione (C)의 량도 입자의 크기가 작고 농도가 높아 질 수 록 줄어듦을 알 수 있다.

- (D)는 나노 입자가, (D)는 마이크로 입자가 세포 내에 분포하고 있는 모습을 보여준다. 나

노 입자가 마이크로 입자에 비해 파란 부분이 더 진함을 볼 수 있다. 결국 더 작은 크기

일 수 록 세포내에 침투할 가능성이다 크다고 예측할 수 있다.

◦ Human normal lung fibroblast cells (IMR-90) and human glioblastoma cells (U251) : 20 nm 이하

[ACS Nano, 3, 279-290, 2009]- 20 nm 이하의 나노 입자를 사람의 폐 섬유세포 (IMR-90)와 교모세포종 (U251)에 노출 시

킨 실험이다. 은 나노 입자의 농도와 노출 시간에 따라 ATP의 량 (A)과 Mitochondria의

활동도 (B)가 줄어듦을 알 수 있다.

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- U251을 은 나노 입자 100 μg/ml로 처리 하고, TEM으로 측정한 사진이다. 세포내 다양한

부분에서 은 나노 입자가 발견 되었다.

◦ Rat alveolar macrophages : 15, 30, 55, 130 nm[In vitro Toxicity Assessment of Silver Nanoparticles in Rat Alveolar Marcrophages, Wright

State University, 2006]- 쥐의 alveolar macrophages (거식세포)를 다양한 크기와 농도의 입자에 노출 시켰을 때, 세

포의 생존력을 측정 하였다(A). 처리하는 농도가 높고, 입자가 작을 수 록 세포가 더 많이

파괴됨을 알 수 있다.- 입자가 작을 수 록 ROS(활성산소종)의 량이 늘어나고, 세포를 손상 시킨다(B).

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2. 입자모양 영향

◦ Escherichia coli (E.coli) : AgNO3(Ag ion), sphere, plate (A-C : 107 CFU/ml, D : 105 CFU/ml)[Appl. Environ. Microbiol., 73, 1712-1720, 2007]

- 입자의 형태에 따른 대장균의 증식 정도를 측정 하였다. (A)는 AgNO3(Ag 이온)에 노출 시

켰을 때, (B)구형 입자, (C)판형 입자, (D)는 초기 대장균의 농도(105 CFU/ml)를 다르게 하

여 구형 입자로 처리하였다. 판형 입자 (C)로 처리 했을 때 대장균의 증식이 가장 억제됨

을 알 수 있다. 1.2μg을 처리하였을 때까지도 증식을 못하다가, 0.2μg로 처리하니 증식을

시작하였다. 즉, 세포의 활동을 판형입자가 많이 관여했다고 볼 수 있다. 다음으로 많은 영

향을 끼치는 형태는 구형 이었다 (B). 12.5 μg 이하로 처리 하였을 때 대장균이 증식함을

보였다. 가장 영향이 적은 형태는 입자를 형성하기 전인 Ag 이온 상태일 때이다 (A). 50 μg로 처리해도 대장균의 증식을 확인 할 수 있었는데, 이 판형으로 처리 했을 때 증식

가능한 량과 50배 차이나는 값이다. 초기 대장균의 량에 따라 량이 적을 수 록 대장균이

증식하는 시간이 오래 걸린다.

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- 대장균 세포막이 은 나노 입자에 의해 파괴 된 모습이다. (A) 처리 전, (B) 처리 후. 화살표

로 표시되어 있는 부분이 다른 부분에 비해 흐릿하게 보이며, 이 부분이 은 나노 입자에

의해 세포막이 파괴된 부분이다.

3. 안정제 영향

◦ Escherichia coli (E.coli) : polyamide6(PA6)/AgNPs[Materials Chemistry and Physics, 108, 61-66, 2008]

- PA6와 은 나노 입자를 합성 시켜, 은 이온의 용출량을 측정 하였다. 나노 입자의 경우 PA6에 포함된 은 나노 입자의 wt%가 커질 수 록 은 이온의 용출량이 들어 나게 되고, 때문에

대장균의 증식에 영향을 주어 증식량이 줄어들었다.

- 24시간 동안 PA6와 은 나노 입자의 합성물에서 용출된 은 이온에 노출 되었을 때, 사멸하

는 대장균의 량을 측정하였다. 은 이온의 용출 정도에 따라 대장이 사멸되는 량도 늘어남

을 볼 수 있었다.

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◦ Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli (E.coli) : PVP or SDS stabilized AgNPs[Electrochimica Acta, 51, 956-960, 2005]

- S. aureus (황색포도 상규균)과 대장균의 증식과 PVP와 SDS로 안정화 된 은 나노 입자와의

관계를 알아보았다. 10 ppm 씩 은 나노 입자로 처리 했을 때, PVP로 안정화 된 은 나노

입자에서만 증식이 이루어 졌다. SDS로 안정화 된 은 나노 입자와, Pt 나노 입자로 처리

했을 때는 증식이 일어나지 않았다. 즉, PVP로 안정화 된 은 나노 입자는 세포 내에서 독

성이 줄어듦을 알 수 있었다.- PVP로 안정화 된 은 나노 입자를 황색포도 상규균은 50 ppm 이상, 대장균은 100 ppm 이

상으로 처리 했을 때 독성이 나타나 더 이상 증식이 일어나지 않았다.

- PVP로 안정화 된 은 나노 입자로 처리하기 전과 후의 SEM 사진입니다.

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첨부 5. 주요 나노물질의 MSDS

◦ 대표 나노물질에 관한 MSDS 조사

- 국내 나노물질 생산업체에서는 표준화된 MSDS를 사용하지 못하고 있다. 이는 해당 물질에 관한 자체분석을 통한 자체적인 MSDS를 제시하는 방침

때문으로, 국내 보다는 국외의 나노물질 전문생산 업체의 자료를 활용하여

제시하였다.- 이하는 나노물질을 취급하는 기관(업체, 연구실)에서 보유하고 있어야 하는

MSDS의 예에 해당하며, 해당업체는 이를 참고하여 취급하는 나노물질에

대한 자체 MSDS를 개발해야 한다. 1) MSDS for silver nanoparticle (ScienceLab)2) MSDS for silver ion (TPS)3) MSDS for titania nanopowder (QiunetiQ Nanomaterials)4) MSDS for SWCNT (io-li-tec)4) MSDS for MWCNT (io-li-tec)

◦ MSDS 확인 사례

- 해당 업체가 MSDS를 현재 확보하지 못하고 있는 상태라면, 전문 시약 공

급업체(Sigma-Aldrich)의 공식 홈페이지상에서 제공하는 MSDS를 참고해야

한다.- 주의 : 아래의 MSDS 확인 방법은 2009년 10월 현재 전문시약 업체중 하나

인 Sigma-Aldrich 미국 홈페이지를 기준으로 작성한 것이다. 따라서 제공사

의 홈페이지 업데이트로 인해 예시 내용이 변경될 수 있다.1) Sigma-Aldirch 홈페이지접속

http://www.sigmaaldrich.com/united-states.html2) 우측 상단의 Advanced Search 클릭

3) 좌측에 Dada Specific Search 항목 중, search type 선택(제품명, CAS 번

호 등 이용)하고 terms 부분에 검색하고자 하는 내용 입력 후 클릭

4) 해당 결과가 나열되면 원하는 물질 확인 : 동일 물질이라도 크기, 모양, 표

면 코팅제에 따라 MSDS가 다를 수 있으므로 취급하고 있는 물질과 가장

유사한 물질을 선택

5) 해당 물질에 대한 MSDS를 눌러서 표시언어 선택 : 주로 영어로 제공

6) 새창으로 제공되는 결과내용 확인 : 물질정보(1), 노출수준 및 개인보호(8), 독성정보(11) 확인

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